一种机械压力机及其驱动方法和包括该机械压力机的系
统
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于由毛坯
冲压、
模锻或者冲孔金属零件的机械压力机。具体地，本发明披露一种至少部分地通过电
马达来驱动的机械压力机，其具有控制从驱动系统到压力机的压头的动力传输的改进系统。
背景技术
[0002] 机械压力机通常用于从
钢坯生产压制的
汽车零件。当今大型机械压力机通过
飞轮驱动。飞轮的功能是用于储备必需的
能量以执行压制操作。马达驱动所述飞轮，使得在压制操作开始之前飞轮以会发生压制的速度进行旋转。具有飞轮的典型的机械压力机的示意图如图2所示(
现有技术)。为开始压制操作，
离合器被接合，这使得压力机连接到所述飞轮上(直到此时仍保持静止)。接着在压
制模具和毛坯发生撞击的时刻之前，压力机以恒速旋转。当压制一个零件时，压力机和飞轮的速度降到较低的速度上。
[0003] 图3中的示意图示出典型的速度分布(现有技术)。当压制完成时，压力机继续旋转，直至其偏心轮已旋转完整的一周为止。在压制之后的该第二部分中，驱动飞轮的马达将缓慢地升高转速以恢复正常的压制速度。在所述操作结束时，离合器被分离，并且用
制动器来停止压力机的运动。
[0004] 此外，一旦装配好以用给定的模具运转，常规马达驱动的压力机、连接压力机以及类似压力机的工作周期都被固定。例如，一旦设定了飞轮的速度并且接合了离合器，则压力机将按照诸如图3、7a中的固定模式(现有技术)重复运动所需的次数。常规机械解决方案中，压制速度在整个操作中是固定的并且正比于飞轮速度。因此，如果必须要以低速进行压制时(因为
质量原因)，则整个操作将在低速下进行。这会导致周期时间长，从而引起生产速度低。
[0005] 伺服压力机(诸如
专利申请US 60/765183中所披露的压力机，有时 披露为具有
直接驱动链结构)没有大型飞轮和离合器。伺服马达直接驱动压力机。在操作开始时，马达使压力机
加速到高于压制速度的高速。然后，在撞击之前，马达使压力机减速到压制速度。因此，压制在与上述机械解决方案相同的速度下发生。压制一完成，马达又使压力机加速到高速。当压力机充分敞开以便让卸载
机器人进入压力机中时，马达开始使压力机减速。 [0006] 由于伺服压力机在生产周期的剩余时间内能够以高速运转，从而所述伺服压力机能够以低压制速度达到改进的周期时间。然而，伺服压力机需要大型马达和功率转换器(大约比纯机械压力机大5倍)。为了使伺服压力机以低冲击速度操作，诸如以小飞轮这样的形式的额外惯性可增加到马达/压力机上。尽管该惯性或小飞轮远小于纯机械解决方案中的飞轮，但是其需要高
峰值功率和大量能量的传输以进行加速或减速。提供该峰值功率和能量需要大型
整流器和坚固的栅极接线或者某种形式的
电能储备。
[0007] DE4421527(1994)在压力机(受控的感应机械)上增加了第二驱动马达，所述第二马达安装在飞轮所连接的轴的相对端上。在使压力机加速并利用马达1在飞轮中储备通过马达2再生的制
动能量的同时，通过利用主马达(也为感应机械)作为发
电机使来自栅极的峰值功率减小。第二马达被用于将压力机带动到飞轮速度，但在压制阶段不被使用。 [0008] 从Aida-America公司的公开材料中可知，利用具有对滑
块机构(参考文献1)直接驱动的伺服马达来驱动机械压力机。这种具有直接驱动的伺服压力机具有的优点是：不需要飞轮、离合器或制动器，并具有可编程的滑块运动。然而，伺服马达压力机对某些产品(例如要求拉伸的产品)可能会具有高的峰值功率消耗。
发明内容
[0009] 按照本发明的一个或更多实施方式，对操作机械压力机的的方法提供改进，所述机械压力机包括电驱动马达、用于控制所述马达的驱动控制装置、飞轮、离合器、制动器、压制压头、偏心构件或者用于将所述飞轮的旋转运动转变成所述压头的直线运动的其它构件，所述压头布置为沿直线路径降低和升高以操作所述压力机，并且利用第二驱动马达或
致动器提供对压制压头的驱动，其中，在所述压制生产周期的至少一部分中第二驱动马达的速度是可变的。其中，第二驱动马达的速度和旋转方向受到控制，使得压制周期在第一旋转方向上执行并可延伸大于360度的
曲柄角旋转。其中，第二驱动马达的速度和旋转方向受到控制，使得压制周期在第一旋转方向上执行并包括在每一压制周期中使第二驱动马达反转。
[0010] 按照本发明的实施方式的另一方面，对用于机械压力机的方法提供改进，其中，第二驱动马达或致动器在所述压制生产周期的至少一部分中的速度受到控制以发生变化，并且可大于所述第二驱动马达或致动器在压制生产周期的所述压制部分中的速度。 [0011] 按照本发明的另一实施方式，对用于机械压力机的方法提供改进，其中，第二驱动马达或致动器在压制生产周期的至少一部分中的速度受到控制以发生变化，并在所述周期的所述压制部分中通过一个构件以可大于压头速度的速度驱动所述压头。 [0012] 按照本发明的另一实施方式，对用于机械压力机的方法提供改进，其中，第二驱动马达或致动器在压制生产周期的至少一部分中的速度受到控制以发生变化，并在所述周期的所述压制部分中以可大于偏心轮速度的速度驱动所述偏心轮或其它构件。 [0013] 按照本发明的另一实施方式，对用于包括向所述驱动控制装置提供控制输出的机械压力机的方法提供改进，其中，在所述压制周期的开始与所述周期的所述压制部分之间第二驱动马达的速度以可变的方式受到控制，并在所述周期的所述压制部分中达到大于相同的所述第二驱动马达的速度。
[0014] 按照本发明的实施方式的另一方面，对用于包括第二驱动马达并向所述驱动控制装置提供控制输出的机械压力机的方法提供改进，其中， 所述第二驱动马达从小于0度或者
上止点(TDC)之前的起动
位置加速，并驱动所述压力机转过大于360度，并可在一个压制周期中在第一旋转方向上通过TDC两次。
[0015] 按照本发明的实施方式的另一方面，对用于机械压力机的方法提供改进，所述机械压力机包括第二驱动马达，并在压制周期的第一部分中以及在等价于相对压制周期的模具保护(DP)角度的压头位置之前，通过提供控制输出来控制所述第二驱动马达以加速到超过压制速度的速度。
[0016] 按照本发明的实施方式的另一方面，对用于包括向所述驱动控制装置提供控制输出的机械压力机的方法提供改进，其中，在模具与毛坯之间的第一撞击位置之前第二驱动马达的速度从最大速度减小到压制速度。
[0017] 按照本发明的另一实施方式，对用于包括向所述驱动控制装置提供控制输出的机械压力机的方法提供改进，其中，第二驱动马达或致动器的速度以可变的方式受到控制，以将压力机带到
下止点(BDC)上或其附近静止一段时间。
[0018] 按照本发明的另一实施方式，对用于包括向所述驱动控制装置提供控制输出的机械压力机的方法提供改进，其中，第二驱动马达速度以可变的方式受到控制，以在到达下止点(BDC)或其附近时增加。
[0019] 按照本发明的实施方式的另一方面，对用于机械压力机的方法提供改进，所述方法包括使第二驱动马达从相对于压制周期的卸载
凸轮(UC)角的减速位置减速。 [0020] 按照本发明的另一实施方式，对用于包括向所述驱动控制装置提供控制输出的机械压力机的方法提供改进，其中，第二驱动马达或致动器速度以可变的方式受到控制，以在到达卸载凸轮(UC)或其附近时使压力机减速一段时间来达到同步的目的，并在到达模具保护(DP)位置或其附近之前使压力机重新加速。
[0021] 按照本发明的实施方式的另一方面，对用于机械压力机的方法提供改进，所述方法包括当将所述压力机驱动到一个曲柄角大于360度或者 两次经过TDC的位置的时候使第二驱动马达在第一方向上减速。
[0022] 按照本发明的另一实施方式，对用于机械压力机的方法提供改进，所述方法包括向所述控制装置提供控制输出，以将所述压头移动到每个压制周期的周期开始位置，当与第一旋转方向上的压制周期的行程相比时，所述周期开始位置为在第二旋转方向上向后许多度的曲柄角。
[0023] 按照本发明的另一实施方式，对机械压力机提供改进，所述压力机包括电驱动马达、用于控制马达的驱动控制装置、压制压头、
转轴以及用于将所述马达的旋转运动转变成所述压制压头的直线运动的构件，所述压制压头布置为沿直线路径降低和升高以操作所述压力机，其中，所述压力机布置有可安排用于可变的速度和控制的第二驱动马达或致动器，还布置有以大于压制期间的速度的速度来驱动偏心轮或其它驱动构件的装置。 [0024] 按照本发明的另一实施方式，对布置有第二驱动马达的改进机械压力机提供改进，其中，所述驱动控制具有布置为控制马达以提供完整的压制周期的装置，所述周期包括用于转变第一方向上大于360度的旋转运动的构件的转动，这意味着使得所述马达的旋转方向布置为可反转。
[0025] 按照本发明的实施方式的另一方面，对布置有第二驱动马达的机械压力机提供改进，所述机械压力机还包括布置为在第一方向的压制周期中使马达的旋转方向反向的
计算机程序或
软件装置。
[0026] 按照本发明的实施方式的另一方面，对包括第二驱动马达的机械压力机提供改进，其中，所述压力机包括用于确定压力机中偏心轮转角、曲柄轴转角或者压头的直线位置的位置
传感器装置。
[0027] 按照本发明的另一实施方式，对包括第二驱动马达的机械压力机提供改进，其中，所述压力机可包括用于确定马达的轴的位置和速度的、包含于第二驱动马达中的传感器装置。
[0028] 按照本发明的另一实施方式，对包括第二驱动马达或致动器的机械压力机提供改进，其中，所述压力机可在所述控制装置或控制单元中包括用于测量或确定所述第二驱动马达或致动器的速度的装置。
[0029] 按照本发明的另一实施方式，对包括第二驱动马达或致动器的机械压力机提供改进，其中，所述压力机可包括与第一和/或第二驱动马达相联系或者包括在控制单元中的装置，用于测量或确定所述第一和/或第二驱动马达或致动器的速度。
[0030] 按照本发明的另一实施方式，对包括第二驱动马达或致动器的机械压力机提供改进，其中，所述压力机可包括控制装置，用于在压制周期的一个或更多部分中操作离合器并将飞轮联接到偏心轮或所述压力机的其它驱动构件上。
[0031] 当今的大型机械压力机的缺点在于，冲压或模锻部分的生产速度受到实际压制过程的固定速度分布的限制。该限制已通过引入伺服压力机减弱，所述伺服压力机也去除了对昂贵的离合器和致动器的需要。然而，伺服压力机需要大型马达和功率转换器，也许达到比用于纯机械压力机的转换器大5倍。因此伺服压力机可能会要求很大投资来建立坚固的栅极接线或者电能储备装置。
[0032] 与此不同，能在机械压力机上增加第二马达和转换器。第二马达最重要的功能是在压力机实际上不在进行压制的所述生产周期的那/那些部分中驱动压力机。对于实际的压制阶段，飞轮仍可像如今一样使用。尽管仍需要离合器和制动器，但是它们会远比当前机械压力机中的简单和便宜。该解决方案在不需要很大型的电功率设备的情况下达到伺服驱动压力机类型的性能。所述解决方案特别适于作为现有压力机的一种附加装置、改进或整修的选择。
[0033] 以下详细说明所提出的解决方案的原理图。这可像纯机械的常规现有技术解决方案一样，电动马达驱动飞轮。该飞轮的尺寸与现有技术的纯机械解决方案中的相同或者比其稍小。飞轮旋转以便提供希望的压制速度。第二马达或致动器被布置为连接到压力机上。该驱动马达具有与第一马达大致相同的尺寸。在纯机械的现有技术解决方案中安装离合器的位置处，离合器功能也存在于所述改进的压力机中。然而，在所提出的解决方案中该离合器原则上只在当离合器两侧的速度相等时才必须运行。因此，该离合器与其说是离合器更像是一个联接器，从而它远比纯机械的现有技术解决方案中的离合器简单和便宜。 [0034] 在操作开始时，压力机保持静止，飞轮在以压制速度旋转，而离合器或者联接器被分离。为开始压制生产周期，第二马达将压力机带动到高速，例如比压力机的正常最大压制速度最多高出20～30％。然后，在到达撞击点之前，第二马达使压力机减慢到希望的压制速度。如果需要，第一和第二驱动马达中的一个或两者都可受到控制，使其与另一马达的速度同步。在
工件和模具之间发生撞击的时刻之前，用于飞轮的联接器或简单的离合器被接合。
[0035] 当压制工件的时候，飞轮将能量传输到压制过程。同时，如果需要，一个飞轮或者两个飞轮都能传输
扭矩，以帮助飞轮保持压制速度。
[0036] 压制一完成，亦即当压力机通过下止点或其附近时，用于飞轮的离合器或联接器就被分离。然后第二马达使压力机加速回到高速。同时，第一马达可使飞轮逐渐加速回到正常压制速度，直至下一压制生产周期的压制阶段开始。
[0037] 第二马达使压力机保持在高速运行，直至达到卸载凸轮角或其附近。然后，在压制周期结束时所述马达使压力机减速，例如减速到静止。因此，至少除了在接合联接器或离合器之前与飞轮同步之外，第二马达的控制与伺服压力机的控制有某些相似。当离合器被理想地分离时，离合器上应该不存在任何扭矩。
[0038] 在此全文参考引用的专利申请US 60/765183中的伺服压力机具有在双向模式下操作的选择-亦即，第一操作在上止点之前开始并在下止点之后结束，此后压力机在相反的方向上执行相同的操作。该方法允许减小伺服马达的尺寸。如果使用正常飞轮压力机设计中的标准离合器，则在此说明的第二驱动马达或致动器解决方案不适用于双向操作。这是因为压力机变成直接与从一个操作到下一个操作总在相同方向旋转的飞轮相连。因此，将需要额外的反转
齿轮机构来用于完整的双向操作。然而，改进的压力机能执行一种称为“可选的双向操作”的方法。该方法中，压制周期在上止点之前开始，在上止点之后结束。然后，在开始下一个压制周期之前，压力机向后移动到其先前的开始点。该方法允许减小第二马达或致动器以及与其相联系的转换器的尺寸。
[0039] 由于三个原因使得所提解决方案中的飞轮能够比纯机械的现有技 术解决方案中的飞轮稍小。第一，离合器中没有能量损失。在纯机械的解决方案中，每次起动压力机时，由于离合器中的能量损失，使得飞轮速度表现出轻微下降。第二，在压制的时候第二马达也能向压力机提供扭矩，使得所需来自飞轮的能量较少。最后，由于第二马达提供短的周期时间，所以在压制的时候可以允许更大的速度降低。
[0040] 如果需要，通过只是部分地从栅极获取使压力机加速所需的能量，或者当第一驱动马达部分地作为发电机使用时从飞轮获取能量而根本不直接从栅极获取能量，从栅极获取的峰值功率可以减小。在操作结束时，在减速期间由第二马达再生的能量能够反馈到飞轮而不是栅极(利用第一马达)。然而，为减小从栅极获取的峰值功率，此外有必要在压制时限制第一马达和第二马达的功率-这可导致生产周期时间稍微增加。在压制周期的任何减速或制动期间，能量可通过第一马达储备在飞轮中。
[0041] 对于用单独整流器来生成两个马达的直流链接(dclink)
电压的布局，在由第二马达再生的能量储备在飞轮中而不是反馈到栅极的情况下，整流器不需要能够将能量供回栅极，亦即其所具有的额外优点是可使用更简单的
二极管整流器。
[0042] 作为一种不同的潜在地更适于在现有设备上应用本发明的布局，用于第二马达的逆变器可由分离的整流器供应。
[0043] 在一个不同的实施方式中，离合器或联接器的类型能够是不仅需要当离合器被接合时两边处于相同的速度，而且在两边的位置之间存在固定的关系。第二驱动马达的控制能够编程为不仅在速度上而且在位置上也都同步。取决于所需的
精度，可能会也可能不会需要额外的传感器。这可能会也可能不会需要在离合器上的传感器来使速度和/或位置同步。
[0044] 在飞轮压力机上可增加多于一个第二马达或致动器，特别是用于其中具有许多传输机构(例如多个偏心轮和/或曲柄)的更复杂的压力机设计。多个马达装置(亦即多于一个第一马达和/或多于一个第二马达)可布置在不同的专用或共用转换器或者整流器布局中。
[0045] 上述改进的压力机的主要优点在于，在压制周期中马达速度可按可变的方式受到控制以达到更短的周期时间。这允许一定程度的、在当今的机械飞轮压力机中不可利用的控制和操作精度。所获得的优点在于，用于压制生产周期的总时间与用于现有技术的飞轮型压力机的等价机械相比可以减小。
[0046] 与常规机械飞轮压力机相比，上述具有第二驱动马达或致动器的改进压力机的优点包括：
[0047] ●未压制时压力机的速度控制使得周期时间大大缩短，压力机在低速下操作的生产率最多高出30％，压力机在高速下操作的生产率最多高出10％；
[0048] ●不进行压制时压力机的速度控制(伺服操作)改善与加载/卸载(机器人)的同步；
[0049] ●不需要制动器(除了较小的紧急制动器之外)；
[0050] ●在起动和停止时压力机上的
应力大大减小；
[0051] ●更多与卸载和加载机器人同步的选择；
[0052] ●潜在的较低能量消耗(离合器和制动器中无能量损失)；
[0053] ●大为简单的离合器，从而构造和维修更便宜；
[0054] ●离合器中磨损降低，减少了维护并提高了正常运行时间；
[0055] ●取决于飞轮尺寸和马达尺寸之间的权衡，飞轮可稍微减小。 [0056] 与伺服压力机相比，上述具有第二驱动马达或致动器的改进的压力机的优点是： [0057] ●来自栅极的峰值功率更低；
[0058] ●能使用更小的转换器；
[0059] ●更小的第二马达(马达2)或致动器；
[0060] ●与采用公知已印证技术的纯机械解决方案一样，需要大型飞轮、制动器和离合器或联接器；
[0061] ●如果需要，压力机可在第二马达作为生产备用措施不起作用或者脱离的情况下运转；
[0062] ●能够增加到现有压力机上。
[0063] 所提出的用于压力机的混合传动链作为现有压力机的一种升级也是有利的。现有飞轮和离合器能保持在合适的位置上，制动器能保留或去除。飞轮和离合器两者都将有些超尺寸，但这将
正面影响性能和寿命。对于相对较小的投资(一个马达、控制系统和转换器)，现有压力机具有大为改进的性能。
[0064] 对于新的压力机队列以及现有压力机队列的完全整修，只要找到成本效率高的解决方案来向伺服马达供应所需的峰值功率和能量，US60/765183的全伺服压力机仍然是有利的。
[0065] 典型地，主要优点是缩短生产周期时间。然而，马达的速度在任何压制生产周期中也可根据需要变化，还可根据需要满足加载-压制-卸载之间的压制时间和周期时间不发生改变的约束。因此，本发明具有其它优点，可包括：
[0066] ●可控性：当压制周期的模锻工艺部分中预设的运动是合适的时候，在运动周期的剩余部分中控制可得到应用；
[0067] ●打开/关闭压力机的期间(例如当在所述周期的模锻部分中维持原始速度的时候)速度提高，导致周期时间减少；
[0068] ●当维持与常规压力机相同或更短的生产周期时间的时候可使用较低的压制速度，以提高质量和减小可听见的噪音、振动和应力；
[0069] ●由于上述创新的混合马达驱动系统体统更佳的可控性、更多的灵活性以及更少的安装时间，使得对于液压压力机和具有复杂连接系统的压力机的需要减小。 [0070] 此外，能在实际队列上进行试验。例如，在安装或维护操作中，利 用可变的马达速度控制容易完成诸如微移压力机这样的缓慢或逐步的压力机运动。
[0071] 另一个重要优点是，上述创新的混合机械压力机的运动可适应生产序列中所涉及的其它机械的操作。例如当通过传输设备或其它自动设备将毛坯加载到压力机中和/或将模锻零件从压力机上卸载时，所述压力机的运动可关于生产序列中的其它机械进行优化。生产序列中的这种其它机械可为一个或更多机器人。只要在不损害压制质量的情况下整个生产过程的周期时间减小，压力机的控制与通过自动进料器、其它进料器、加载/卸载机器人等的进料的控制同步提供了进料器/加载器的运动与压力机运动同步的优点。 [0072] 在相同或相关生产工艺中有不止一个压力机(例如一排压力机)在工作的生产设置中，通过协调所述工艺或者压力机队列中所有压力机和进料器或者诸如加载/卸载机器人这样的传输机构/卸载器的运动，上述创新的混合机械压力机对于优化压力机队列的更大的机会。
[0073] 例如，由于按照本发明的实施方式的压力机的改进的可控性，通过控制这种使用单独
控制器的队列可执行队列协调。在打开/关闭压力机期间(例如当在所述周期的压制/模锻部分中维持所需的速度和能量输出时)通过使速度合适可部分地达到协调或者优化，引起周期时间可能根据一些参数而减少，所述参数如：下游工艺的状态；或者上游工艺的状态或诸如整个功率消耗这样的另外的考虑；减小的能量消耗；压力机队列中功率消耗峰值的平滑。
[0074] 在本发明方法的优选实施方式中，可通过一种包括一个或更多
微处理器单元或计算机的计算设备执行所述方法。控制单元包括用于存储一个或更多计算机程序的存储设备，所述程序用于执行控制机械压力机操作的改进的方法。优选地，这种计算机程序包含用于处理器来执行如上所述并将在以下详细说明的方法的指令。在另一实施方式中，计算机程序提供在诸如数字视频光盘(DVD，一种光学或
磁性数据设备)这样的计算机可读数据载体上。
附图说明
[0075] 现将具体参照附图，仅仅通过示例的方式说明本发明的实施方式，图中： [0076] 图1是按照本发明的实施方式的改进的机械压力机的示意
框图； [0077] 图2现有技术是示出公知的飞轮型的机械压力机的示意图；
[0078] 图3现有技术是示出按照公知的机械压力机的压制周期的速度-时间分布的示意图；
[0079] 图4是示出按照本发明实施方式的改进的压力机的压制周期的速度-时间的分布的示意图；
[0080] 图5是示出按照本发明的实施方式的改进的压制周期的按比例缩小的马达速度和飞轮速度关于时间的示意性速度-时间分布图；
[0081] 图6a是示出按照本发明的实施方式的压制周期关于角度数和旋转方向的示意图；图6b是示出按照本发明的另外的双向实施方式的第二旋转方向的示意图；图6c是图6b的双向实施方式的可选视图；
[0082] 图7a显示现有技术示出按照公知的压制周期的标准的360度压制周期； [0083] 图7b-7d在示意图中示出按照本发明实施方式的操作方法的关于开始/停止位置和旋转方向的压制周期；
[0084] 图8-10是按照本发明的两个或更多实施方式的用于操作改进的机械压力机的方法的示意
流程图；以及
[0085] 图11是按照本发明的实施方式的包括一个或更多改进的压力机的系统的示意图。
具体实施方式
[0086] 图1示意出按照本发明的实施方式的改进的机械压力机的布置。图1示出一个通过偏心
驱动轮27驱动而进行上-下运动S的滑块或压力机压头23。所述偏心驱动轮反过来由压力机齿轮机构29驱动，在简化 的横截面中示出所述齿轮机构的每一部分，其中齿轮的齿由交叉影线表示。飞轮35由驱动马达20驱动。在压制阶段，飞轮35和压力机齿轮机构29之间的离合器30被接合(E)。对于相同的部件图1中的编号方式与现有技术图2中的编号方式本质上相同。
[0087] 图1中，诸如偏心马达22这样的第二驱动马达或致动器布置为连接到压力机齿轮机构29。可选的第二齿轮箱或其它变速装置39显示为布置在第二驱动马达和压力机齿轮29之间。在整个压制周期中，第二马达通常连接到压力机齿轮机构29并在任何时候都驱动压力机。从而，偏心轮也由驱动马达22通过压力机齿轮机构驱动。第一驱动马达20可以是也可不是伺服马达，其布置有连接到栅极或电力网(未示出)的逆变器21a和整流器
21b。在所示布置中第二驱动马达22也布置有逆变器22a。可替换其它马达控制装置。也可替换其它电力装备的布置。通过控制单元3014操作所述离合器。图1中还示出可选的紧急制动器31。任一第一和/或第二驱动马达可具有所示的交流电(AC)供应或者具有直流电(DC)供应。所述马达速度控制装置可包括
变频器、如图所示的逆变器/整流器或其它马达速度控制装置。其它压力机或机械也可共用马达速度控制装置。
[0088] 图3的现有技术在以上背景技术部分进行了简要讨论。图3示出常规机械压力机的速度分布。该图示出目标压制速度WP，偏心轮27的实际速度表示为W27。 [0089] 图4示出按照用于操作根据本发明实施方式的机械压力机的改进的方法的压制周期的示意图。所述示图根据随时间的偏心轮速度示出压制周期。图中示出周期在速度为零处开始(图的左边)，并示出利用第二马达使压力机加速到高速或最大压力机速度W1的第一压制前阶段。在第二压制前阶段，在通过第二马达使第三压制前阶段中的压力机减速到所选择的压制速度WP之前，最大速度维持一段时间。在下一阶段中，压制阶段P，在通过压制、模锻、冲孔等使毛坯或工件
变形中，当通过压制工具完成所述工作时，马达速度通常有些降低。压制阶段在模具和工件之间的第一撞击点I处开始，持续到下止点(BDC)或其附近。紧接在压制阶段之后，压力机在第四非压制阶段再次由第二马达加速到高速或最大速度W1或者相似的速度。在进一步的第五非压制阶段，第二 马达维持在高速或最大速度上。在进一步的第六非压制阶段，速度及时减小到零以结束压制生产周期。对于超过360度的压制周期，压力机可在每个压制周期的结束处反转，并在开始下一个压制周期之前被向后驱动到开始位置。
[0090] 如图3所示的现有技术的机械压力机的常规速度分布中，压制周期的最大压力机速度对于常规飞轮压力机固定在压制速度WP。按照装有第一马达或致动器的本发明的一个方面的改进的机械压力机可加速到高于生产周期的非压制阶段中的压制速度的速度。从而，可缩短生产周期时间。
[0091] 图4也示出所述改进的压制生产周期的另外方面，指示出将毛坯或工件加载到压力机中并随后在压制(模锻、冲孔等)阶段之后去除工件的压力机的位置。在压制生产周期开始处，压力机是打开的，可以加载毛坯。在压制前阶段当压力机开始关闭时到达一个点，在该点之后压力机已关闭到在不损坏压力机模具或者加载器的情况下不再有足够的间隙来载入工件的程度。该点根据曲柄角来测量，被称为模具保护角DP(或者该点也可用其它术语来参引，诸如压制行程中的位置、离开压头和模具之间的TDC或BDC的直线距离等)。 [0092] 由此，在压制阶段之后的非压制阶段中存在一个点，在该点之后压力机已充分打开使得可以在不损坏工件和模具的情况下去除工件。以曲柄角度量的该点称为卸载凸轮角。此处使用卸载凸轮角(UC)的含义是在成形之后当模具正打开并已充分打开来撤除和卸载毛坯时的限制点或者时间。典型地取决于所使用的毛坯和毛坯在模具上被拉伸的深度，在不同物品的生产之间模具保护角和卸载凸轮角这两者都可发生某种程度的变化. [0093] 因此，在图4中示出的压制生产周期的阶段包括压制前阶段、压制阶段和压制后阶段。所述周期说明如下。
[0094] ●第一非压制阶段，尽可能快地加速第二马达22(对最短的周期时间是正常的)直到压力机达到W1；
[0095] ●第二非压制阶段，使第二马达保持在最大压力机速度W1；
[0096] ●第三非压制阶段，使第二马达速度尽可能晚地减小；
[0097] ●压制阶段，离合器以第一和第二马达的用于压制的目标速度例如WP 接合(图5中E)；
[0098] ●第四非压制阶段，使离合器分离(图5中D)，尽可能快地加速第二马达(正常情况下)直到达到W1，并将第一马达的目标速度设为WP(通常情况下)；
[0099] ●第五非压制阶段，使第二马达保持在例如W1的高速；
[0100] ●第六非压制阶段，使第二马达速度减小到零；
[0101] ●选择性地，对于可选双向压制，在压制周期结束处驱动第二马达来在第二旋转方向上使压力机向后反转到周期开始位置。
[0102] 上述用于控制改进的压力机的控制方法所提供的改进的压制周期通过缩短执行所述周期的非压制部分所花的时间使得整个生产周期比现有技术的常规机械压力机的生产周期短。具体地，T2表示的从最近的加载点DP点到最早的卸载点UC的时期，可通过使压力机以高于压制速度WP的增大的速度W1运转然后减小到WP或者在周期结束处减小到零而缩短。这通过图4中时间T2、ΔT2上的差异在示图上示意性地表示出来。尽管改进的压制周期主要根据周期或分离的周期来说明，但其可应用到单行程操作和/或连续操作。在连续操作中，在不停止相继的压制周期之间的压力机的情况下操作压力机。取决于加载和卸载所需的时间，压力机可被减速而不是停止。
[0103] 图5示出用于带有飞轮以及例如如图1所示布置的第二驱动马达的改进的压力机的速度分布。其示出对于相同时期关于时间的偏心轮速度和按比例缩小的飞轮速度Wf。在第一时期，压力机滑块由第二马达22加速到大于正常压制速度WP的速度W1。所述压力机速度由第二马达22及时减小到WP以开始压制周期。在该时间中，将飞轮35连接到压力机齿轮机构和滑块的图1的离合器30已经被分离，D。
[0104] 在压制阶段P开始时或者刚好在其之前，离合器30被接合，使得飞轮正驱动压力机并且发生压制操作。在压制阶段中，飞轮和压力机速 度通常下降到初始压制速度WP之下。在压制阶段之后的第三时间段中，飞轮再次从压力机驱动上分离，并且通过驱动马达20将飞轮速度增大回到WP。同时，压力机由第二驱动马达加速达到诸如W1这样的高速或者最大速度，并保持在最大速度上，然后所述速度在周期结束处及时减小到零。所述周期结束时，压力机和滑块处于静止并且飞轮正以压制速度WP旋转。可选地，取决于用于能量存储或峰值功率所选的控制方法和/或策略，飞轮可在以后加速返回到速度WP。 [0105] 图8是操作按照本发明的实施方式的改进的机械压力机的方法的流程图。该方法包括压制阶段，并且在此说明的步骤不涉及离合器与飞轮的接合或分离，而是集中在第二驱动马达22的控制上；
[0106] ●40使第二驱动马达从零加速到W1
[0107] ●41使第二驱动马达维持在速度W1
[0108] ●42使第二驱动马达减速到WP
[0109] ●43压制阶段P将目标速度设为WP
[0110] ●44在压制阶段P之后使第二马达加速到W1
[0111] ●45使第二驱动马达维持在速度W1上
[0112] ●47在周期结束时使第二马达减速到零，以及可选地：
[0113] ●49在压制周期结束时使第二驱动马达反转，并将其驱动到用于下一个压制周期的开始位置。
[0114] 图9是操作按照本发明的实施方式的改进的机械压力机的方法的流程图，所述方法集中在驱动所述飞轮的第一马达20的控制上；
[0115] ●50使第一马达目标速度维持在WP
[0116] ●51使压力机驱动/第二马达速度同步Sy到与飞轮/第一马达速度相同 [0117] ●52接合(E)离合器并用飞轮和第一马达驱动压力机
[0118] ●53压制阶段P使目标速度维持在WP
[0119] ●54分离(D)离合器并用第二马达驱动压力机
[0120] ●55使第一马达目标速度维持在WP
[0121] 可选地，步骤51中可以为第二马达的速度与第一马达的速度同步。 [0122] 图10是操作按照本发明的另一实施方式的改进的机械压力机的方法的流程图。该方法包括一个压制阶段和多个非压制阶段。该方法还可描述为包括压制前阶段、压制阶段和压制后阶段。该方法的说明集中在对第二驱动马达22的控制上。如从以上参照图4的说明中可见，该方法首先：
[0123] ●60尽可能快地从起动加速到DP
[0124] ●61使马达速度维持在最大压力机速度W1
[0125] ●62使马达速度尽可能晚地减小到压制速度WP
[0126] ●63对压制阶段P设定诸如WP这样的目标速度
[0127] ●64第四非压制阶段尽可能快地加速到W1
[0128] ●65第五非压制阶段尽可能长地使马达速度维持在诸如W1这样的最大压力机速度上
[0129] ●66取决于控制策略和周期时间优化与能量储存/峰值功率优化的对比，第六非压制阶段速度通常尽可能晚地减小到零以缩短周期时间。
[0130] 该方法包括控制改进的压力机步骤，以便实现整个压制生产周期花尽可能少的时间。当应用于独立的压力机时，其它约束可包含于或者有条件地包含于上述方法中，以例如与压力机的加载/卸载要求一致或者优化用于该压力机的峰值功率和/或能耗。该峰值功率和/或能量消耗例如可以根据速度减小期间的加速和再生性制动来进行优化。 [0131] 控制约束可包括生产周期时间和/或能量存储要求和/或减小峰值功率耗费。然而，给出控制方法的示例在：
[0132] 1)获得可能的最短压制周期：
[0133] 两个马达都被使用到它们各自的扭矩和功率界限以获得可能的最短周期。进入系统的峰值功率将等于两个马达的组合峰值功率。
[0134] -飞轮马达(第一驱动马达20)的操作带有速度控制来使飞轮在所有时刻都维持在压制速度上。功率或扭矩仅通过该马达以及其相关整流器的界限来限制。 [0135] -第二或辅助马达使压力机从开始位置处的静止状态尽可能快地加速到最大速度。功率或扭矩仅由该马达以及与其相关的整流器的界限来限制。
[0136] -辅助或第二驱动马达使压力机维持在一个恒定速度上。
[0137] -辅助电机尽可能晚地减小压力机速度，使得希望的压制速度在撞击之前即刻达到希望的压制速度。
[0138] -离合器被接合，而辅助马达按以下方式之一受到控制：
[0139] -没有控制：当压力机速度和飞轮速度几乎相等时，离合器被接合。 [0140] -速度控制：刚好在接合离合器之前和同时，辅助马达将压力机速度控制到与飞轮速度相等。
[0141] -速度和位置控制：辅助马达控制压力机的位置和速度，以便刚好在接合离合器之前和同时，获得离合器两边上的轴位置之间的精确关系。
[0142] -接合离合器之后，利用两个马达的共同速度控制来避免震荡。压制时，压力机应力将典型地远大于两个马达一起所能提供的力，因此两个马达将在功率或扭矩控制或扭矩限制模式下操作。
[0143] -在下止点附近(或者有可能在其之前，这取决于压制操作的类型是模锻、热模锻或冲孔)，离合器被分离。
[0144] -在离合器完全分离之后，辅助马达使压力机尽可能快地加速到最大速度。功率或扭矩只由该马达和与其相联系的整流器的界限所限制。
[0145] -当辅助马达开始尽可能快地使压力机减速时，辅助马达维持恒定速度直至达到减速位置。
[0146] -典型地，压力机在经过开始位置之后的位置上达到速度为零。马达的最大扭矩现将用于在反向上使压力机再次加速。
[0147] -辅助
电动机的扭矩在零速度位置和开始位置之间的一个点上被反向。辅助马达现使用其最大扭矩来使压力机减速到开始位置上的静止状态；
[0148] -可需要一些最终的位置控制来确保压力机恰好停在希望的位置上。 [0149] -则在下一个压制周期开始之前，辅助马达被关闭(或者保持在压力机位置上)。 [0150] 2)当限制峰值功率的时候为获得可能的最短压制周期
[0151] -飞轮马达的功率被减小，使得整个峰值功率不超过辅助马达的峰值功率。 [0152] 3)
[0153] 通过使用再生性制动，可改进或者平滑压力机的驱动马达的电功率消耗。第二马达具体地可部分地利用
再生制动减速到减小的速度或零速度。例如第一压制前阶段速度从W1减小到WP，以及压制之后速度从W1减小到零.包括按照本发明的实施方式的改进的压力机的系统可包括在减速或制动期间用于从第二马达再生能量的能量再生装置。这可以是诸如电、机械或化学等的任何再生装置。这可包含使用一个或更多电容、
电池、诸如飞轮、机械
弹簧这样的机械构件或包含压缩
流体储液器的设备。例如，从第二马达再生的能量可储备在由第一驱动马达驱动的飞轮中。所储备的能量原则上在压制周期的一个或更多以下时期中被重新使用：压制周期开始时的初始加速；压制；压制之后的再次加速；压制之后飞轮的再次加速。
[0154] 作为操作按照本发明的另一实施方式的改进的压力机的可选方法，压力机在根本不连接飞轮的情况下也可运转。当第二马达或者第二马达 和惯性一起足以有力地来压制和形成当前工件时，以上方法通常只是一个选择。这将有利地克服临时延迟或者可能由第一马达、飞轮或离合器机构上的故障引起的其它生产问题。在压力机在BDC附近保持静止一段时间的一些部分的热模锻期间，这也简化了马达控制。
[0155] 按照本发明的另一实施方式，压力机的驱动马达受到控制以在改进的压制周期中操作压力机，所述压制周期延伸超出360度曲柄角或者当根据压力机打开距离表示时的等价距离。然而，常规机械压力机具有360度的压制周期并且典型地在上止点(TDC)开始和结束。
[0156] 图7a示出现有技术的标准压制周期。图中示出在一个旋转方向上360度的周期。所述周期在0/360度处开始和结束。DP和UC的相对位置得到示意性的表示。 [0157] 按照本发明的另一实施方式，在用于操作包括电驱动马达的机械压力机的方法上提供改进，其中，压力机在连续的压制生产周期操作之间向后移动，而不是对每个交替周期都改变压力机操作的旋转方向。
[0158] 图6a示出包括在第一顺
时针方向上的周期Sc的压制周期1，参见箭头3。压制周期Sc在开始点2开始，该示例中，从作为大约是300度的角度4的点2开始顺时针转动。第一周期顺时针Rc跨越大约460度，达到具有大约40度的角度7(DP40)的周期结束点11。在第一周期的结束点11，压力机马达则在反方向RAC上转回到与先前压制周期一样的相同开始点Sc。
[0159] 改进的压制周期的控制和加速和/或减速可发生变化。压制周期例如可在300度开始，顺时针加速转过100～40度并旋转通过成形阶段。成形之后，在300度开始减速，并可从100度运转到在40度发生的静止状态。然后，在例如机械正上载/加载压力机期间的时期中，压力机从40度向后移动RAC到300度，使得下一个操作做好准备再次从300度开始，并且再次在顺时针或者向前的方向上操作。在例如上载/加载这样的停止时间中当有充足的时间来用于向后运动时，该方法最有效。
[0160] 为了清楚起见图6c在另一视图中示出该运动。图6c示出顺时针周期的最后阶段.压力机移过卸载凸轮位置(UC)并且正在减速。在UC 之后的一点上，压力机在z-速度处减速到零。压力机在逆时针方向RAC 上反转到下一周期的开始位置，对于另一顺时针周期Rc位于“开始”处。零速度位置典型地将在TDC之后，但也可反过来布置在TDC之前。该实施方式中，压制周期将总是大于360度。
[0161] 图7d示出一种可选实施方式，其中压力机在第一旋转方向上转过大于360度的压制周期。在周期结束时压力机则反转到开始位置。图7d示出“开始”在大约10点钟的位置，顺时针运转(实线)到大约1点钟位置DPc，顺时针转到大约10点钟位置的UCc，继续转动到大约2点钟位置的“停止”处完成。压力机接着在逆时针方向上反转(RAC)到10点钟附近的开始位置Sc。
[0162] 一个或更多微处理器(或处理器或计算机)包括中央处理单元CPU，用于执行按照本发明的一个或更多方面的方法的步骤，例如参照图9进行的说明。所述一种方法或多种方法在一个或更多计算机程序的辅助下执行，所述程序至少部分地存放在通过一个或更多处理器可获取的
存储器中。要理解，用于执行按照本发明的方法的计算机程序也可在一个或更多通用工业微处理器或计算机上运行，而不是一个或更多专用计算机或处理器。 [0163] 计算机程序包括计算机程序代码元件或
软件代码部分，它们利用方程、
算法、数据、存储值、计算等的用于先前说明的方法，例如关于图8～10和关于图4、5的速度分布以及关于图7b～d所述的方法，来使计算机或处理器执行这些方法。计算机程序可包括一个或更多诸如一个Flash(商标)程序这样的小的可执行程序。部分程序可如上所述存储在处理器中，也可存储在ROM、RAM、PROM、EPROM或EEPROM芯片或类似的存储介质中。某些程序也可部分或全部在本地(或中央)存储在其它合适的计算机可读的介质上，如磁盘、CD-ROM或DVD盘、
硬盘、磁-光存储装置、非永久性存储器、闪存、
固件等，或者存储在数据
服务器上。也可使用其它公知或合适的介质，其包括可移动的存储介质，如Sony记忆棒(TM)和其它可移动的闪存、硬盘等。所述程序也可部分地从
数据网络供应，包括因特网这样的公共网络。所述计算机程序也可部分地布置为能够在差不多相同的时间上在几个不同的计算机或
计算机系统上运行的
分布式应用程序。
[0164] 图7b示出的实施方式中周期可在不等于0/360度的位置上开始和/或结束。 [0165] 由于从一个周期到下一个周期时飞轮典型地只在一个方向上旋转，所以图7c的实施方式需要额外的离合器或传输装置来完全在反转方向上操作。图7c示出的实施方式中，具有第二驱动马达或致动器的改进的压力机可双向地操作。顺时针周期Sc(实线)在大约10点钟的位置的开始1处开始，继续顺时针转到大约2点钟的位置的DPc处，转到大约10点钟位置的UCc处，并在UCc之后不久在大约1点钟的位置的停止1处结束。类似地，压力机接着在反转方向(虚线)上旋转，其在大约2点钟位置的开始2处开始，继续逆时针转到大约11点钟的位置的UCAC，继续转到大约2点钟的位置处的DPAC，并在大约10点钟的位置的停止2处结束。
[0166] 图6b也示出在第二旋转方向上的周期，用虚线示出的周期SAC在大约60度的角度6开始，继续逆时针RAC转过360度到达可能是大约300度的角度9处的停止10。本发明实施方式的所述改进的压制周期延伸大于360度，并且旋转方向在每次操作上都发生变化。这与如常规的机械压力机那样每次操作都在相同位置(典型地在TDC处)开始和停止的常规方法形成了对比。
[0167] 图7b和7d的当前实施方式的改进的压制周期可延伸大于360度。利用上述改进方法，压力机系统可受到控制，使得马达将压力机压头加速到差不多100度左右(并在差不多120度时使其减速)，与在典型的常规机械压力机或伺服压力机中50度的加速和/或利用常规的开始/停止位置的40度的加速相比，上述加速延伸得更长。虑及减小马达尺寸也会减小整个系统的惯性，达到用于改进的压制周期的如W1这样的预定速度所需的扭矩可通过因子2或者甚至更大的因子来减小。
[0168] 生产系统可包括一个或更多按照本发明的一个或更多实施方式的改进的压力机。例如，一个或更多压力机可包括在压力机队列中，其中多个压力机在相同或相关的部件上操作。图11示出包括两个压力机的系统的示意布置。图中显示第一压力机1和第二压力机2都是包括第二马达或致动器的混合型压力机。图中还示出与每个压力机1、2相联系的加载器/卸载器16’、17’和16”、17”。实际中，一个压力机的加载器 也可以是另一压力机的卸载器(反之亦然)。压力机1可具有控制单元114，其上连接了每个或两个驱动马达的整流器。用于每个驱动马达的位置/速度传感器也可连接到压力机控制单元114。示出的控制单元14连接到数据网络301，该网络可能为
现场总线的或其它任何类型的数据网络。
例如可通过与现场总线的连接3014，或者是与压力机控制单元214”的连接3014”执行离合器控制。压力机1和2，以及加载/传输/卸载设备16、17都优选地通过某些方式(要么直接地要么通过诸如114或214这样的用于压力机的控制单元)连接15到控制单元14。因此，一个或两个压力机的操作以及加载器/卸载器的操作是可以协调的。控制单元14甚至可以是还控制一个或更多诸如与压力机1和/或压力机2相联系的机器人这样的加载器/卸载器的功能的控制单元。某些机器人控制单元可处理多达9个轴的运动，使得压力机控制可被作为机器人的额外的一个或几个轴来进行处理。
[0169] 就生产系统而言，上述与用于对单独的独立压力机进行优化的优化和协调方法可拓展到压力机组。因此，再生能量可由其它机械而不只是由独立的改进压力机消耗。多于一个机械上的功率耗费可被优化或协调，例如在压力机1和压力机2之间，以减小总的峰值功率消耗或者潜在地减小功率耗费中的破坏性峰值或尖峰。这种通过压力机队列对整个功率耗费的考虑也可引入对加速、减速时间等的约束，这些可作为诸如参照图6所述的方法中的因素。
[0170] 例如，为获得可能的最短周期时间，压力机如图9中的步骤60那样尽可能快地加速，但是加速的变化会小于最大值以在总体上避免压力机队列的瞬时功率峰值。到达DP的第一加速(步骤60)可能不是线性的，并可安排为与加载器插入工件所需的时间量这段时期吻合，从而花费至少给定的时间来达到DP角，而不是用最大和/或直线加速。同样，正常执行的再生性制动，例如与图10的步骤62、66相联系，可布置一些约束来向任何的相同压力机、另一机械、压力机队列或栅极等提供返回的能量。
[0171] 应指出，尽管以上说明了本发明的示例性实施方式，但是在不背离所附
权利要求中所定义的本发明的范围的情况下，存在可以被披露的几种变化和
修改。 [0172] 参考文献
[0173] 1.High-tech presses,Servo technology meets mechanical presses by DennisBoerger,Stamping Journal November 2003,thefabricator.Com
