一种压力机的精准装模高度控制装置及方法

技术领域

本发明涉及压力机控制领域内的精准装模高度控制装置及方法。

背景技术

目前，普通的压力机是采用精度为0.1位的显数器配套制动电机来控制模具的装模高度，此方法能解决市场上大部分客户的需求。但当客户冲压高精密产品时，特别是需要0.01位的精度时，因制动马达的机械特性，此方法就不能实现客户的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种压力机的精准装模高度控制装置及方法，提升了装模高度的精确性，达到0.01位精度并且可以快速的精准定位，大幅度提高了生产效率，降低了成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种压力机的精准装模高度控制装置，包括动力机构，动力机构与蜗杆相连，蜗杆分别与模高推动机构以及两路检测机构相连，模高推动机构与滑块相连，滑块与机身之间通过竖直导轨连接，两路检测机构与可变编程控制器相连，可编程控制器与液压机构相连，可编程控制器与触摸屏相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过动力机构带动蜗杆转动，进而通过模高推动机构来带动滑块的上下移动，实现模具的上下移动，而两路检测机构则分别进行0.01位的计数显示和模高设定控制，从而实现了模具高度的自动调整，提升了装模高度的精确性，达到0.01位精度并且可以快速的精准定位，大幅度提高了生产效率，降低了成本。

作为本发明的进一步改进，模高推动机构包括与蜗杆配合的涡轮，涡轮套设在调整螺杆上，调整螺杆上套设有螺杆套，螺杆套嵌设在锲形块上，锲形块设置在上座和滑块之间，上座固定在机架上，上座的底部设置有斜面铜板，斜面铜板与锲形块的顶部斜面向相配合，滑块的顶部设置有水平导轨，锲形块的底部与水平导轨相配合连接滑块，机身上设置有锲型导轨，锲形块套设在锲型导轨上，锲形块配套设置有上接近开关和下接近开关，上接近开关和下接近开关分别对应锲形块的两端。

这样蜗杆带动涡轮转动，进而使得调整螺杆转动，使得螺杆套沿着调整螺杆的轴线方向前后移动，螺杆套带着锲形块沿着上座底部的斜面铜板前后移动，由于上座固定在机身上，使得锲形块沿着锲型导轨出现水平和竖直两个方向的同时移动，沿着滑块顶部的水平导轨在水平方向上前后移动，同时还带动滑块做升降移动，由于模具安装在滑块的底部，进而实现了模具的上下移动；当下接近开关感应到锲形块的前端，则表示滑块已经不能继续下移，而当上接近开关感应到锲形块的后端时，则表示滑块已经不能继续上移。

作为本发明的进一步改进，两路检测机构包括主带轮和从带轮，主带轮套设在蜗杆的下端，从带轮套设在信号检测轴上，主带轮和从带轮之间通过同步带连接，信号检测轴的上端连接有软轴，软轴与0.01位的电子显数器相连，信号检测轴的下端与编码器相连，编码器和电子显数器均与可编程控制器相连。

这样蜗杆转动，进而带动主带轮转动，通过同步带轮带动从带轮的转动，进而实现蜗杆和信号检测轴之间1:1的传动，信号检测轴的转动，一方面通过软轴将转动数据在电子显数器上显示，另一方面也通过编码器读取后传输给可编程控制器，进而由可编程控制器进行处理后再触摸屏上显示，通过触摸屏的设定，实现不同模具高度的调整和精准控制。

作为本发明的进一步改进，蜗杆与滑块的传动比为1:0.01，蜗杆与信号检测轴之间传动比为1：1，信号检测轴与编码器之间传动比为1：1，信号检测轴与软轴之间传动比为1：1。

这样可以通过传动比为1:0.01，蜗杆转1圈，滑块带动模高上下移动的行程移动为蜗杆转动一圈的0.01倍，从而实现0.01位的精度控制。

作为本发明的进一步改进，液压机构包括油箱，油箱上连接有出油管，出油管与设置在油箱上的电动马达相连，出油管上设置有止回阀和压力表，出油管经三位四通电磁阀与液压马达相连，液压马达与蜗杆相连，液压马达还与回油管相连，回油管经过三位四通电磁阀与油箱连接，出油管上处于止回阀和电动马达之间的位置上连接有泄压管，泄压管上设置有设置有内藏式泄压阀。

这样电动马达工作使油压泵补供油，通过三位四通电磁阀控制液压马达转动方向，泵站装有泄压阀，当超过设定压力时泄压，起到保护作用。

为实现上述目的，本发明还提供了一种压力机的精准装模高度控制方法，具体内容如下，步骤1，液压马达带动蜗杆转动，蜗杆转动通过模高推动机构带动滑块上下移动；步骤2，蜗杆的转动数据通过两路检测机构送至可编程控制器；步骤3，可编程控制器对步骤2中的数据进行处理并控制液压机构的启停。

这样电子显数器的可以直接显示及输出开关量信号至可编程控制器。编码器的脉冲信号通过CC-LINK通讯协议传递至可编程控制器，此信号在可编程控制器需要单独计算后在触摸屏中显示。可编程控制器通过双回路检测到的信号（开关量型与数值型）经过逻辑分析从而来控制装模高度调整马达及上升、下降电磁阀。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1具体内容如下，

液压马达带动蜗杆转动，蜗杆通过蜗轮带动调整螺杆转动，进而使得螺杆套沿着调整螺杆轴向前后移动，锲形块在螺杆套带动下沿着调整螺杆的轴线方向前后移动，这样当锲形块顺着上座底部的斜面铜板向前移动时，则本身也会同时沿着斜面铜板向下移动，即锲形块会沿着锲型导轨做倾斜向前移动，这样锲形块会同时沿着滑块顶部的水平导轨向前移动，同时会压着滑块沿着机身上的竖直导轨向下移动，从而带动模具向下移动；这样当锲形块顺着上座底部的斜面铜板向后移动时，则本身也会同时沿着斜面铜板向上移动，即锲形块会沿着锲型导轨做倾斜向后移动，这样锲形块会同时沿着滑块顶部的水平导轨向后移动，同时会通过水平导轨带着滑块沿着机身上的竖直导轨向上移动，从而带动模具向上移动。

这样通过锲形块在上座底部的斜面铜板上来回滑动，实现锲形块在水平方向和竖直方向的同步移动，即水平向前移动的同时还会向下移动，这样锲形块在沿着锲型导轨向前移动时，还是压着滑块沿着竖直导轨向下移动，进而实现滑块带动模具向下移动，反之则是楔形块带动滑块向上移动，使得模具被滑块带着向上移动，实现了模具的上下移动。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2的具体内容如下，

编码器读取信号检测轴的转动数据并将输出对应的脉冲信号，脉冲信号通过CC-LINK通讯协议传递至可编程控制器；同时信号检测轴的转动数据通过软轴在电子显数器上显示，电子显数器输出开关量信至可编程控制器。

这样编码器和电子显数器将涡轮旋转的数据分两路读取，一路由电子显数器读取显示并输出开关量信号给可编程控制器，进而实现通过开关量信号防止滑块形成超范围；另一路由编码器读取数据并输出对应的脉冲信号给可编程编码器，处理后在触摸屏上实时显示滑块上下移动的行程。

作为本发明的进一步改进，可编程控制器单独计算编码器给定的脉冲信号后在触摸屏中显示，使得编码器的读取值转换后与实际模具高度值一致，由此可以使得整个装置适用不同模具的高度，并以此来控制液压马达的正转和翻转，从而自动控制滑块的上下移动来实现模具高度的精准控制；可编程控制器接收到电子显数器的开关量信号并进行处理，一旦滑块移动的行程达到设定的上限值和下限值时，则可编程控制器电动马达关闭，使得液压马达停止转动；若电子显数器出故障，则当楔形块移动至上接近开关和下接近开关时，可编程控制器接收到上接近开关和下接近开关的信号，控制电动马达关闭，使得液压马达停止转动。

作为本发明的进一步改进，步骤3中可编程控制器对编码器的值与滑块实际位移值之间的标定计算如下，设定编码器实时读取值为D500，在触摸屏中设定滑块当前值设定为D600；在触摸屏中设定传动比参数为D601，D601的值为1:0.01；编码器当前值转换为D602，D602=D600/D601*K，K值为模具高度与编码器分辨率匹配系数；编码器绝对零点值为D605，D605 = D500 - D602 ；这样编码器测量出的实际模具高度值为D610，即D610 =（D500 - D605）/K * D601=[D500- （D500 - D602）]/K*D601。

这样可以通过上述计算方法来实现编码器和滑块初始位置之间的数据比对，进而确定滑块初始位置与编码器读数的转换关系，从而通过可编程控制器将编码器的读数转化为对应的模具高度。

附图说明

图1为本发明结构内部结构正视图。

图2为本发明结构内部结构侧视图。

图3为本发明结构后视图。

图4为本发明液压机构连接图。

图5为图1中A处的局部放大图。

图6为本发明控制流程图。

其中，1机身，2液压马达，3蜗杆，4软轴，5电子计数器，6涡轮，7上接近开关，8上座，9斜面铜板，10调整螺杆，11螺杆套，12滑块，13水平导轨，14锲形块，15锲型导轨，16下接近开关，17泄压阀，18电磁阀，19压力表，20电动马达，21出油管，22泄压管，23回油管，24油箱，25信号检测轴，26编码器，27从带轮，28同步带，29主带轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1-5所示的一种压力机的精准装模高度控制装置，包括液压机构，液压机构与液压马达2相连，液压马达2与蜗杆3相连，蜗杆3分别与模高推动机构以及两路检测机构相连，模高推动机构与滑块12相连，滑块12配套设置有上接近开关7和下接近开关16，滑块12与机身2之间通过竖直导轨连接，两路检测机构与可变编程控制器相连，可编程控制器与液压机构相连，可编程控制器与触摸屏相连。

锲形块的底部与水平导轨相配合连接滑块，机身上设置有锲型导轨15，锲形块套设在锲型导轨15上，锲形块配套设置有上接近开关和下接近开关16，上接近开关和下接近开关16分别对应锲形块的两端。

模高推动机构包括与蜗杆3配合的涡轮6，涡轮6套设在调整螺杆10上，调整螺杆10上套设有螺杆套11，螺杆套11嵌设在锲形块14上，锲形块14设置在上座8和滑块12之间，上座8固定在机架上，上座8的底部设置有斜面铜板9，斜面铜板9与锲形块14的顶部斜面向相配合，滑块12的顶部设置有水平导轨13，锲形块14的底部与水平导轨13相配合连接滑块12，水平导轨13与锲形块14的底部相配合，机身1上设置有锲型导轨15，锲形块14套设在锲型导轨15上，锲形块14配套设置有上接近开关和下接近开关16，上接近开关和下接近开关16分别对应锲形块14的两端。

两路检测机构包括主带轮29和从带轮27，主带轮29套设在蜗杆3的下端，从带轮27套设在信号检测轴25上，主带轮29和从带轮27之间通过同步带28连接，信号检测轴25的上端连接有软轴4，软轴4与0.01位的电子显数器5相连，信号检测轴25的下端与编码器26相连，编码器26和电子显数器5均与可编程控制器相连。

蜗轮齿数40齿，调整螺杆10螺距为6，锲形块14斜度1:15，蜗杆3与信号检测轴25之间传动比为1：1，信号检测轴25与编码器26之间传动比为1：1，信号检测轴25与软轴4之间传动比为1：1。

液压机构包括油箱24，油箱24上连接有出油管21，出油管21与设置在油箱24上的电动马达20相连，出油管21上设置有止回阀和压力表19，出油管21经三位四通电磁阀18与液压马达2相连，液压马达2还与回油管23相连，回油管23经过三位四通电磁阀18与油箱24连接，出油管21上处于止回阀和电动马达20之间的位置上连接有泄压管22，泄压管22上设置有设置有内藏式泄压阀17。

如图6所示的一种压力机的精准装模高度控制方法，内容如下，

步骤1，液压马达2带动蜗杆3转动，蜗杆3转动通过模高推动机构带动滑块12上下移动。

液压马达2带动蜗杆3转动，蜗杆3通过蜗轮带动调整螺杆10转动，进而使得螺杆套11沿着调整螺杆10轴向前后移动，锲形块14在螺杆套11带动下沿着调整螺杆10的轴线方向前后移动，这样当锲形块14顺着上座8底部的斜面铜板9向前移动时，则本身也会同时沿着斜面铜板9向下移动，这样锲形块14会同时沿着滑块12顶部的水平导轨13向前移动，同时会压着滑块12沿着机身2上的竖直导轨向下移动，从而带动模具向下移动；这样当锲形块14顺着上座8底部的斜面铜板9向后移动时，则本身也会同时沿着斜面铜板9向上移动，这样锲形块14会同时沿着滑块12顶部的水平导轨13向后移动，同时会通过水平导轨13带着滑块12沿着机身2上的竖直导轨向上移动，从而带动模具向上移动。

步骤2，蜗杆3的转动数据通过两路检测机构送至可编程控制器。

编码器26读取信号检测轴25的转动数据并将输出对应的脉冲信号，脉冲信号通过CC-LINK通讯协议传递至可编程控制器；同时信号检测轴25的转动数据通过软轴4在电子显数器5上显示，电子显数器5输出开关量信至可编程控制器。

步骤3，可编程控制器对步骤2中的数据进行处理并控制液压机构的启停。

可编程控制器单独计算编码器26给定的脉冲信号后在触摸屏中显示，使得编码器26的读取值转换后与实际模具高度值一致，由此可以使得整个装置适用不同模具的高度，并以此来控制液压马达2的正转和翻转，从而自动控制滑块12的上下移动来实现模具高度的精准控制；

可编程控制器接收到电子显数器5的开关量信号并进行处理，一旦滑块12移动的行程达到设定的上限值和下限值时，则可编程控制器电动马达20关闭，使得液压马达2停止转动；若电子显数器5出故障，则当锲形块14移动至上接近开关7和下接近开关16时，可编程控制器接收到上接近开关7和下接近开关16的信号，控制电动马达20关闭，使得液压马达2停止转动。

步骤3中可编程控制器对编码器26的值与滑块12实际位移值之间的标定计算如下，编码器26的信号：每圈角数为1024，圈数为4096，最大分辨率为1024 x 4096；位置数据生成时间< 1 μs；设定编码器26实时读取值为D500，根据编码器26选型确定范围为0-4194304，在触摸屏中设定滑块12当前值设定为D600；在触摸屏中设定传动比参数为D601，D601的值为1:0.01；编码器26当前值转换为D602，D602=D600/D601*K，K值为模具高度与编码器26分辨率匹配系数为10；编码器26绝对零点值为D605，D605 = D500 - D602 ；这样编码器26测量出的实际模具高度值为D610，即D610 = （D500 - D605）/10 * D601=[D500-（D500 - D602）]/10*D601。

本发明中，机械运动过程：蜗杆3带动涡轮6转动，分为两路转动，一路使得调整螺杆10转动，使得螺杆套11沿着调整螺杆10的轴线方向前后移动，螺杆套11带着锲形块14沿着上座8底部的斜面铜板9前后移动，由于上座8固定在机身2上，使得锲形块14出现水平和竖直两个方向的同时移动，沿着滑块12顶部的水平导轨13在水平方向上前后移动，同时还带动滑块12做升降移动，由于模具安装在滑块12的底部，进而实现了模具的上下移动。

另一路则带动主带轮29转动，通过同步带28轮带动从带轮27的转动，进而实现蜗杆3和信号检测轴25之间1:1的传动，信号检测轴25的转动，一方面通过软轴4将转动数据在电子显数器5上显示，另一方面也通过编码器26读取后传输给可编程控制器，进而由可编程控制器进行处理后再触摸屏上显示，通过触摸屏的设定，实现不同模具高度的调整和精准控制。

电气控制过程：信号检测轴25的转动分成2路，1路通过软轴4与电子显数器5连接，用于0.01位电子显数器5的信号采集，1路直接与编码器26连接，用于编码器26的信号采集。0.01位的电子显数器5的可以直接显示及输出开关量信号至可编程控制器。编码器26的脉冲信号通过CC-LINK通讯协议传递至可编程控制器，此信号在可编程控制器进行计算后在触摸屏中显示。可编程控制器通过双回路检测到的信号（开关量型与数值型）经过逻辑分析从而来控制电动马达20的启动和关停以及三位四通电磁阀18，来控制液压马达2的启停以及正反转，调整滑块12的上下位移的行程大小，从而实现针对不同模具高度的精准调整和控制。

通过调配蜗轮齿数、调节螺杆螺距以及锲形块14斜度来得到蜗杆与滑块形成之间的传动比为1:0.01，蜗杆3转1圈，模高行程移动量为蜗杆一圈周长的0.01倍。蜗杆3通过同步带28与轴之间传动比为1：1，轴与编码器26之间传动比为1：1，轴与软轴4之间传动比为1：1，这样0.01位的电子显数器5的可以直接显示及输出开关量信号至可编程控制器，一旦滑块12的移动形成超过上下限制，则可编程控制器根据开关量信号关闭电动马达20，进而关闭液压马达2，避免滑块12的运动超范围；而一旦电子显数器5故障失灵，则一旦锲形块14移动至上接近开关7或者下接近开关16时，可编程控制器同样会接收到上接近开关7或者下接近开关16发出的信号，从而控制液压马达2关闭，起到双重保护的作用。

在第一次使用本装置时，需要将编码器26的值与模具高度实际值进行标定计算，使得编码器26输出与模具高度值对应一致。

以10位编码器26为例具体说明，10位编码器26的信号：每圈角数为1024，圈数为4096，最大分辨率为1024 x 4096。

首先将编码器26的实时读取值定义为D500（根据编码器26选型确定取值范围为0-4194304），比如2107152即为编码器26的读数；在触摸屏中对当前的模具高度进行设定，将其定义为D600，由于模具高度的调整范围则为430mm-550mm，若当前模具高度为510mm，则D600=510mm,由于传动比为1:0.01，则在触摸屏中设定传动比为D601, D601=1:0.01。

设定编码器26当前值的转换值为D602，D602=D600/D601*K，为模具高度与编码器26分辨率匹配系数，按照当前模具高度为510mm计算，D602=D600/D601*10=510/0.01*K，D602的值需要处于0-2097152之间（2097152为10位编码器最大分辨率的一半），因此K值取10既符合要求也便于计算，D602=51000。

因此不同的编码器，对应的K值不同，对应于10位-12位编码器，K值可取为10；对应于13位-15位编码器，K值可取为100；对应于16位-17位编码器，K值可取为1000，以此类推，即模具高度值*100*K之后的值小于编码器最大分辨率的一半。

这样编码器26的绝对零点值则定义为D605，D605 = D500 - D602 ，按照当前模具高度为510mm计算，D605 = D500 - D602 = 2107152 – 510000 = 1597152，那么编码器26的读数转化为实际模具高度值定义为D610，D610 = （D500 - D605）/10 * D601=[D500-（D500 - D602）]/10*D601，则D610 =[D500- （D500 - D602）]/10*D601=[2107152-（2107152 -510000）]/10*0.1=510mm。

通过这样的计算，则在第一次使用时，将编码器26的读数通过可编程控制器计算后与当前的模具高度对应，从而使得后续继续使用不同模具时，无需在调整，是需要在触摸屏中修改需要使用的模具高度值，即可通过编码器26的读数控制滑块12下降的行程进行修正，从而与更换后的另一高度的模具相匹配。

本发明采用液压马达2加电磁阀18气缸方式，提升了装模高度的精确性，达到0.01位精度；采用双回路的信号采集，双回路的上、下限保护，实现冗余控制，提升了装模高度调整控制的可靠性，安全性；设计了自动调整装模高度模式，可以快速的精准定位，大幅度提高了生产效率，降低了成本。

本发明不局限于上述实施例，在本公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。