精密冲裁压力机和用于操作精密冲裁压力机的方法
技术领域
本发明涉及精密冲裁压力机，所述精密冲裁压力机包括第一压力机单元，所述第一压力机单元选自包括但不限于压力机压头、压力机缓冲器(cushion)和切碎单元的组，包括第一压力机驱动器，用于在精密冲裁工艺步骤期间在第一驱动运动中驱动所述第一压力机单元，所述精密冲裁压力机还包括第二压力机单元，所述第二压力机单元选自包括但不限于压力机压头、工作台、压力机缓冲器和压料板(press plate)的组，其中所述第二压力机单元至少部分地在所述第一压力机单元的所述第一驱动运动期间在第二驱动运动中被驱动。
本发明还涉及用于操作精密冲裁压力机的方法，其中选自包括但不限于压力机压头、压力机缓冲器和切碎单元的组的第一压力机单元在精密冲裁工艺步骤期间在第一驱动运动中被驱动，并且选自包括但不限于压力机压头、工作台、压力机缓冲器和压料板的组的第二压力机单元至少部分地在所述第一压力机单元的所述第一驱动运动期间在第二驱动运动中被驱动。
背景技术
精密冲裁压力机允许在零件的设计方面以高质量和高灵活性例如从金属片冲裁零件。精密冲裁压力机通常包括压力机压头和与压力机压头相对布置的对置单元，诸如工作台。冲裁工具布置在冲裁压头与工作台之间。冲裁工具可以包括例如：一个或多个压料板或顶出器(ejector)，通过传递销直接连接到压力机压头的压力机缓冲器或工作台的压力机缓冲器，或连接到集成在工具本身内部的任何其他缓冲器或致动器；以及一个或多个压力机冲头或冲压模具。在精密冲裁工艺步骤期间，压力机压头在驱动运动中相对于工作台被驱动，其中待处理的金属片被保持在压力机压头与工作台之间。在精密冲裁工艺步骤期间，压力机压头沿其驱动方向推动工作台。在精密冲裁工艺步骤期间，压力机压头可以相对于压料板或压力机冲头、冲压模具或其他部件移动。为了从加工材料中冲裁出零件，例如压力机冲头可以相对于压力机压头移动。通常，冲裁工具设置有压边装置，例如压边环，如V形环，用于将加工材料牢固地保持就位。精密冲裁工艺还可以包括持续下料、转移、旋转或其他工具作业工艺步骤，其中执行压力机压头和工作台的后续运动，零件被冲裁。
例如也从EP 2 158 982 A1和EP 3 115 191 A1中已知精密冲裁压力机。在EP 2158 982 A1中，建议将驱动对置单元的缸体/活塞单元连接到两个分开的液压循环。为了避免不期望的压力峰值，当冲裁工具接触加工材料时，液压流体经由分开的液压循环中的一个被排放到箱中。为了减少在精密冲裁压力机中的切割冲击，EP 3 115 191 A1建议测量驱动主压力机压头的主活塞的位置以及主活塞的第一压力室和第二压力室中的工作压力，确定第二压力室中的最大力，将力施加到主活塞的上止点，并调节第一压力室中的压力，将力施加到主活塞的下止点，使得增加第一压力室中的工作压力以产生抵消切割冲击的力。这些已知的精密冲裁工艺的力施加是缓慢的，并且仅在达到第二压力室中的最大力值，随后仍然维持第一压力室中的最大反作用力值，直到压力机部件的冲裁驱动运动结束之后才有效。
施加主冲裁力的压力机压头例如可以由液压缸驱动。在其驱动运动期间，压力机压头可以驱动其他压力机单元，诸如缓冲器。缓冲器还可以设置有液压缸，所述液压缸可以通过压力机压头的运动来致动。在已知的精密冲裁压力机蓄能器中，提供诸如填充有例如氮气的气体缸，其中在压力机压头的驱动运动期间，缓冲器的液压缸的致动压缩蓄能器中的气体。以这种方式，在精密冲裁工艺期间施加的能量的一部分可以被收集，并用于下一个压力机循环。这使精密冲裁压力机具有能量效率。使用的任何缸体可以是单作用或双作用缸体。
然而，不期望的副效应与这种类型的精密冲裁压力机相关联。例如，蓄能器中气体的增加的压缩导致压力机系统中的增加的液压流体压力，使得由通过压力机压头移动的缓冲器施加的力也在压力机压头的行程上增加。因此，需要更高的压力机压头力，并且需要在压力机压头的行程上增加压力机压头力。这进而导致更高的压力机功耗。而且，由于增加的流体压力，压力机系统中的液压流体具有增加的温度。这进而需要更大的冷却单元，并且还需要额外的功耗。在压力机压头行程期间压力机力的必要增加还可能导致由于由缓冲器(特别是缓冲器的压边装置)施加的较高压力而使待冲裁的加工材料更强地“锁定”。因此，被锁定的加工材料不能流动，并且在由诸如V形环的压边装置围绕的区域中，冲裁应力升高。这可能导致加工材料失去平整度。这进而需要缓冲器进一步增加力，以便将处理后的材料维持得尽可能平坦。这再次导致更高的必要的压力机压头力和更高的功耗。加工材料的锁定还导致更高的工具工作温度，由于在更高温度下施加的更高的力而导致的更高的工具部件应力，工具必须支撑更高的力，以及由于更高的工具应力而导致的工具损坏的风险。通常，工具部件经受更高的磨损并且减少工具寿命。因此，工具的维护间隔较短，这增加成本并降低生产率。此外，由于在精密冲裁工艺期间较高的摩擦值，因此需要增加润滑。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的目的是提供上述类型的精密冲裁压力机和方法，其中可以克服上述问题。
对于上述类型的精密冲裁压力机，本发明解决了目的，因为提供力控制单元，用于抵抗由第一压力机单元在其第一驱动运动期间施加的力而施加反作用力，并且力控制单元包括传感器和接收由传感器收集的测量数据的控制器，其中控制器被配置成基于所接收的测量数据进行闭环控制。
对于上述类型的方法，本发明解决了目的，因为在第一压力机单元的第一驱动运动期间，抵抗由第一压力机单元施加的力而施加反作用力，并且传感器收集测量数据，其中基于测量数据进行闭环控制。
本发明的精密冲裁压力机包括：一个或多个第一压力机单元，诸如一个或多个压力机压头、一个或多个压力机缓冲器和/或一个或多个切碎单元和/或其他；以及一个或多个第二压力机单元，诸如一个或多个压力机对置压头、一个或多个工作台、一个或多个压力机缓冲器和/或一个或多个压料板和/或其他。例如，一个或多个第一压力机单元可以相对于一个或多个第二压力机单元(诸如一个或多个缓冲器)工作。与例如压力机压头的第一压力机单元相对地，可以布置例如工作台。在精密冲裁工艺步骤期间，压力机驱动器沿着第一驱动运动或行程驱动第一压力机单元，诸如施加主冲裁力的压力机压头。第一压力机单元可以进行不同的运动，例如第一快速接近运动、第二冲裁或切割运动和第三返回运动。例如可以在所说明的运动之间引入具有不同运动速度的附加运动。在一个或多个、例如所有运动中，可以进行本发明的力控制。通过布置在例如压力机压头和与压力机压头相对布置的工作台之间的精密冲裁工具夹持加工材料。精密冲裁工具用于从进给到压力机压头与工作台之间的加工区的加工材料中冲裁出零件，并且可以包括一个或多个压力机冲头、模具或其他部件。例如，在压力机中，两个或更多个缓冲器可以彼此相对地布置。缓冲器中的一个可以包括压边装置，诸如压边环，如V字形状的环(V形环)，用于在冲裁工艺期间牢固地保持加工材料。可以提供相对于缓冲器可移动的压力机冲头，用于从加工材料中冲裁出零件。精密冲裁压力机的进给装置将待处理的加工材料进给到压力机压头与工作台之间的加工区中。加工材料通常是金属片。其可以以从卷轴退绕并平坦地进给到加工区的卷的形式存在，在加工区中其由冲裁工具冲裁。
根据本发明，提供力控制单元，用于控制抵抗由第一压力机单元在其第一驱动运动期间(特别是在其第一驱动运动期间一直)施加的力而施加的反作用力。该反作用力可以由第二压力机单元(特别是第二压力机单元的第二压力机驱动器)产生，如下面将说明的。然而，该反作用力还可以由第一压力机单元本身产生，例如通过对抵抗第一驱动运动作用的第一压力机驱动器的液压缸的缸腔加压。力控制单元控制对应的单元和/或致动器以用于施加反作用力。因此，(一个或多个)第一压力机单元和/或(一个或多个)第二压力机单元可以由本发明的力控制单元控制，并且因此可以具有力控制。力控制单元可以包括力控制子单元，每个力控制子单元控制多个第一压力机单元和/或第二压力机单元中的至少一个。而且，力控制单元可以包括联合单元，控制若干第一压力机单元和/或第二压力机单元中的多个，例如所有。通过该反作用力，第一压力机单元被加载于在第一驱动运动中驱动第一压力机单元的第一压力机驱动器的驱动力与抵抗该驱动力作用的反作用力之间。该加载允许非常快速且精确地控制第一压力机单元的运动。在第一压力机单元开始其第一驱动运动之前，反作用力可能已经被施加。在诸如压力机压头的第一压力机单元的返回运动期间，反作用力也仍然可能被施加。其可以在所说明的时间和持续时间中的任何时间施加在第一压力机单元和/或第二压力机单元(诸如缓冲器)上。当然，给定压力机单元可以施加的力的数量不受限制。
如在已知的精密冲裁压力机中那样，第二压力机单元至少部分地、特别是完全地在第一压力机单元(诸如施加主冲裁力的压力机压头)的第一驱动运动期间在第二驱动运动中被驱动。如已经说明的，第二压力机单元可以例如是压力机缓冲器，其可以抵抗由压力机压头施加的力而施加“制动”力。因此，由缓冲器施加的力是抵抗由压力机压头施加的力的反作用力。这种反作用力还可以包括压边力，在如V字形状环或V形环的压边环的情况下，V形环力，用于将诸如V形环的压边装置压入围绕待冲裁的零件的周边的加工材料中并且因此夹持加工材料以便冲裁。反作用力还可以是由缓冲器施加的反作用力，用于将待冲裁的加工材料维持在平坦状态下以便冲裁。压力机缓冲器可以是所谓的主动缓冲器或所谓的被动缓冲器。主动缓冲器由合适的致动器预加载，以在压力机压头由于其第一驱动运动而施加力之前已施加期望的力。例如，在液压驱动的缓冲器中，可以通过在压力机压头开始其行程之前施加适当的液压来实现预加载。另一方面，被动缓冲器未被预加载，使得由缓冲器施加的力将在压力机压头的第一驱动运动和压力机压头的对应的力开始时增大。因此，在被动缓冲器中，在期望的力由缓冲器施加之前可能存在短的时间延迟，其中这种延迟在主动缓冲器中被避免。另一方面，被动缓冲器具有特别简单的构造。如果其在本专利申请中被称为缓冲器，则其可以包括主动或被动缓冲器。本发明的力控制还允许减小在精密冲裁工艺期间施加的切削力以及相应地施加到待切割的剩余片材厚度的反作用力。这允许能源节省以及压力机部件的应力减少。功耗较低，因为只有少量压力和例如液压流体流量在循环的切割部分期间损失。
第二压力机单元还可以是与缓冲器不同的单元，例如工作台、压料板、也用于顶出加工零件的压力机冲头、或布置在加工区下游以在冲裁之后切碎废料加工材料的切碎单元。
如所说明的，由第二压力机单元施加的力通常可以是任何类型的力，诸如反作用力，包括压边或V形环力、用于顶出所生产的零件的顶出力、由压力机压头施加的压头力、用于切碎废料的切碎力等。
此外，根据本发明，力控制单元包括：至少一个传感器，例如多个传感器；以及接收由所述至少一个传感器收集的测量数据的控制器，其中控制器被配置成基于所接收的测量数据进行闭环控制。以这种方式，可以在任何时候精确地控制例如精密冲裁压力机的(一个或多个)部件的(一个或多个)运动和/或(一个或多个)力，并且实现对工艺及其力的完全控制。为此，可以提供不同的传感器，例如用于液压活塞和/或可移动压力机单元的位置传感器和/或温度传感器和/或力传感器和/或压力传感器和/或流量传感器和/或粘度传感器，例如用于测量液压缸和/或液压管路中的液压压力和/或流量和/或粘度。例如，液压缸的每个腔可以设置有其自己的压力传感器，用于测量相应腔中的压力。这些传感器的测量数据可以被馈送到力控制单元的控制器，使得可以基于所测量的传感器数据进行闭环控制，例如闭环力控制。
根据一个实施例，第一压力机驱动器可以包括液压缸，其中力控制单元包括至少一个控制阀，优选地比例控制阀，所述控制阀被设计成将液压缸的筒侧和/或活塞侧连接到用于液压流体的箱，并且/或者所述控制阀被设计成将液压缸的筒侧和活塞侧彼此连接。如果第一压力机单元例如是压力机压头，则液压缸可以是驱动压力机压头的运动的主压头缸。可以提供一个或多个这样的控制阀。控制阀可以由力控制单元的控制器控制。然而，连接例如液压缸的缸腔和箱的这种控制器因此也可以表示控制阀本身。液压流体可以例如是油。力控制单元可以包括例如恰好一个控制阀或例如两个控制阀。这将是根据本发明的开放式力控制系统的一个示例。液压缸与液压流体箱的连接根据控制阀的控制状态(特别是根据其对控制器的控制其使得传送到箱的流量)来实现。当然，根据本发明，其他开放式力控制系统也是可能的。
筒侧和活塞侧可以(已经)在第一压力机单元的第一驱动运动之前(和在此期间)被加压，特别是在第一压力机单元的第一驱动运动期间一直被加压。通过已经在第一压力机单元的第一驱动运动之前对筒侧和活塞侧加压，反作用力在第一压力机单元的任何运动之前起作用。通过一直对缸腔加压，以非常高的精度维持并控制第一压力机单元沿整个运动的位置，这是因为已经补偿液压流体的压缩率。这也实现压力机单元运动的更快的反应。
上述实施例允许特别快速且精确的力控制。两个缸腔的预加压预压缩液压流体，使得不会因为液压流体的必要流量或液压流体的可压缩性引起反应时间。可以由通过对应的受控阀在缸腔之间产生较小的压降来启动缸体以及因此例如压力机压头的运动。由于液压缸可以直接机械地连接到压力机压头的压头板，因此压力机压头的运动可以在没有相关延迟的情况下启动。筒侧和活塞侧还可以通过控制阀特别是在第一压力机单元的第一驱动运动期间一直彼此连接。通过控制阀将缸腔彼此连接并且因此使液压流体在腔之间流动，压力在控制系统中被维持并且无需在每次增大力时都重建。因此，力控制比上述现有技术中的更快速且更有效。而且，上述实施例通过使对应的腔稍微减压而允许诸如压力机压头的第一压力机单元通过力控制单元在两个驱动方向上移动。更具体地，第一压力机单元的移动不需要依赖重力。
根据另一个实施例，所述至少一个传感器可以包括至少一个位置传感器，所述至少一个位置传感器测量第一压力机单元(诸如，例如压力机压头)的位置，并且控制器被配置成基于所测量的位置数据对第一压力机单元的位置进行闭环控制。位置传感器可以例如是编码器等。以这种方式，第一压力机单元的位置并且因此潜在地由第一压力机单元施加的力可以精确地控制。
根据另一个实施例，第一压力机驱动器可以被配置成在精密冲裁工艺步骤期间在不同的运动步骤中驱动第一压力机单元，所述不同的运动步骤是初始接近步骤(在此期间，所述第一压力机单元接近待精密冲裁的加工材料)、精密冲裁步骤(在此期间，精密冲裁加工材料)和返回步骤(在此期间，所述第一压力机单元返回到其在初始接近步骤之前的初始位置)。接近步骤可以从第一压力机单元的休止位置启动，并且可以包括第一压力机单元以高初始加速度、高速和低力运动进行的运动。其用于快速地接近待精密冲裁的加工材料。在初始接近运动之后，可以进行精密冲裁步骤，所述步骤包括对加工材料进行实际的精密冲裁，并且因此包括低速和高力运动。在精密冲裁步骤之后，进行返回步骤，将第一压力机单元移回到其初始位置，并且因此再次包括高加速度、高速和低力运动。在不同的步骤之间，可以进行附加步骤。例如，在接近步骤和精密冲裁步骤之间，可以也以高速和低力运动但以比接近步骤中更低的速度进行感测步骤。该感测步骤可以有益于更好地支持工具安全性反应时间，特别是避免例如由于过快地接近加工材料而导致工具损坏。初始接近步骤和精密冲裁步骤以及(如果存在的话)感测步骤一起形成第一驱动运动。
控制器还可以被配置成进行闭环控制，使得至少在精密冲裁步骤期间以恒定速度驱动第一压力机单元。为了精密冲裁加工材料，最初在精密冲裁步骤开始时(此时加工材料首先塑性变形)高力是必要的。随后，加工材料断裂，特别是例如钢加工材料的钢纤维开始断裂。此时所需的冲裁力大幅度下降。在没有附加措施的情况下，这导致第一压力机单元的速度大大提高。由于力的这种突然下降和运动速度的突然升高，例如由通过工具部件和压力机框架释放的能量而产生的振荡运动，可能发生一系列不良影响。例如，这可能导致工具寿命缩短或甚至工具损坏，和压力机框架疲劳。而且，这可能对精密冲裁零件的质量产生负面影响，并导致不期望的噪音。
根据以上实施例，这些问题通过进行闭环控制而克服，特别是使得至少在精密冲裁步骤期间基于所述至少一个位置传感器的测量数据以恒定速度驱动第一压力机单元，所述至少一个位置传感器测量第一压力机单元的位置，直接地或间接地例如通过测量液压缸的位置。通过控制第一压力机单元的速度使其恒定，由第一压力机单元施加的力自动适应于冲裁工艺，使得“及时”调整并减小冲裁力，同时尤其是朝向冲裁步骤的结束(此时加工材料破裂并且所需的力大幅度减小)冲裁加工材料，以便维持恒定的速度。结果是沿着冲裁工艺减小的力曲线，在冲裁步骤结束时达到最小力值，所述最小力值等于移动第一压力机单元(诸如压力机压头或压头板)和机械连接到第一压力机单元的(一个或多个)潜在的单元(诸如冲裁工具)所需的力。以这种方式，可靠地避免由于所需的力朝向冲裁步骤的结束突然下降以及运动速度突然增加所造成的不良影响，诸如，有限的工具寿命或工具损坏、压力机框架疲劳和降低的冲裁零件质量。相反，工具和压力机部件的应力最小化，并且冲裁零件的质量最大化。特别地，所生产的工具零件的临界边缘也达到明显改善的质量。而且，精密冲裁工艺更加安静，因为可以完全避免由于所说明的振荡效应而产生的噪声。
根据另一个实施例，所述至少一个传感器包括至少一个力传感器，所述至少一个力传感器测量由第一压力机单元施加的力和/或由力控制单元控制的反作用力，并且控制器被配置成基于所测量的力数据对由第一压力机单元施加的力和/或由力控制单元控制的反作用力进行闭环控制。以这种方式，可以可靠且精确地控制由第一压力机单元和/或力控制单元施加的力。
根据另一个实施例，力控制单元被设计成控制由第二压力机单元施加的力作为抵抗由第一压力机单元在其第一驱动运动期间施加的力的反作用力。力控制单元还可以被设计成独立于由第一压力机单元在其第一驱动运动期间(特别是在第一压力机单元的第一驱动运动期间一直)施加的力来控制由第二压力机单元施加的力。根据另一个实施例，第二压力机单元可以至少部分地通过第一压力机单元的第一驱动运动在第二驱动运动中被驱动。
因此，根据这些实施例，并且与上述现有技术的压力机不同，由第二压力机单元施加的力，例如抵抗压力机压头的运动的反作用力，不直接取决于由压力机压头施加的力。在现有技术中，诸如气杠的蓄能器积聚与由压力机压头在其行程期间施加的力直接相关的压力。如上所说明的，该系统允许将在压力机行程期间施加的能量收集回到系统中。因此，不能独立于由压力机压头施加的力控制由第二压力机单元(诸如缓冲器)施加的力。因此，现有技术提供封闭式系统，其不允许单独的力控制。这导致上述缺点。
另一方面，根据本发明的实施例，提供力控制系统，其允许独立于由第一压力机单元施加的力单独控制由第二压力机单元施加的力。因此，该力控制系统是开放式力控制系统。虽然根据本发明使用的开放式控制系统至少部分地丧失将来自第一压力机单元的第一驱动运动的能量收集回到系统中的可能性，但是其获得灵活且独立的力控制的可能性。需注意，本发明不排除也具有蓄能器，并且因此部分地是封闭式力控制系统。然而，力控制系统的至少一部分是开放的，使得本发明的独立的力控制是可能的。当然，在完全开放式系统中，本发明的力控制系统可以没有用于从第一压力机单元的运动收集能量的任何蓄能器。
因此，以上实施例允许克服现有技术系统的上述缺点。它们还提供更大的灵活性，这进而导致冲裁零件的更好质量。可以改善加工材料和所生产的零件的平面度，可以实现更高的零件几何精度。可以实现较小的冲裁摩擦力和较低的必要力以及因此较低的能耗。可以减少工具应力、磨损和工具损坏，可以增加压力机和工具寿命。可以降低冲裁温度和零件温度。可以降低零件成本以及力控制系统中的工艺噪声水平和压力峰值。
通过单独的力控制实现的另一个优点涉及在冲裁工艺结束时的振荡效应。在零件冲裁工艺期间，待施加的力通常在弹性和塑性变形阶段增大到最大冲裁力，然后一旦加工材料的金属纤维断裂，力就急剧下降。这通常在冲裁加工材料厚度的约三分之一时发生。冲裁力的这种急剧减小导致在已知压力机中具有压力机框架弹簧作用的振荡阶段。通过本发明的单独的力控制，可以对这种不期望的弹簧作用可靠地进行对抗。
当然，第一压力机单元还可以包括力控制装置，用于控制由第一压力机单元在其第一驱动运动期间施加的力。例如，如果由第二压力机单元施加的力改变，例如减小，则由第一压力机单元施加的力也可以改变，例如减少。为此，第一压力机单元的力控制单元还可以包括闭环控制装置以及上述类型的传感器，其测量数据被馈送到闭环控制装置的控制器。
如已经说明的，第一压力机单元例如可以是压力机压头，特别是施加主冲裁力的压力机压头。然而，第一压力机单元还可以是不同的单元，诸如压力机缓冲器等。
根据另一个实施例，第二压力机单元可以包括第二压力机驱动器，所述第二压力机驱动器包括液压缸，其中力控制单元包括至少一个控制阀，优选地比例控制阀，所述控制阀由力控制单元的控制器控制，并且被设计成将液压缸的筒侧和/或活塞侧连接到用于液压流体的箱。这将是根据本发明的开放式力控制系统的一个示例。液压缸与液压流体箱的连接根据控制阀的控制状态(特别是根据其对控制器的控制其使得传送到箱的流量)来实现。当然，根据本发明，其他开放式力控制系统也是可能的。筒侧和活塞侧可以在第二压力机单元的第二驱动运动之前和/或在此期间被加压，特别是在第二压力机单元的第二驱动运动期间一直被加压。筒侧和活塞侧还可以通过控制阀特别是在第一压力机单元的第一驱动运动期间一直彼此连接。对于驱动第一压力机单元和/或第二压力机单元中的任何单元的任何缸体，可以实现筒侧和活塞侧的加压。
同样，这些实施例允许特别快速且精确的力控制。两个缸腔的预加压预压缩液压流体，使得不会因为液压流体的必要流量或液压流体的可压缩性引起反应时间。通过控制阀将缸腔彼此连接并且因此使液压流体在腔之间流动，压力在控制系统中被维持并且无需在每次增大力时都重建。因此，力控制比上述现有技术中的更快速且更有效。而且，上述实施例通过使对应的腔稍微减压而允许诸如缓冲器的第二压力机单元通过力控制单元在两个驱动方向上移动。更具体地，第二压力机单元的移动也不需要依赖重力。
根据另一个实施例，力控制单元可以被设计成控制由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的力作为抵抗由第一压力机单元在其第一驱动运动期间施加的力的反作用力。如果第一压力机单元是施加主冲裁力的压力机压头，则该实施例特别有用。然后，第二压力机单元可以例如是缓冲器。如已经说明的，反作用力还可以是压边力，诸如V形环力。
第一压力机单元的第一压力机驱动器和/或第二压力机单元的第二压力机驱动器例如还可以是伺服液压驱动器或机械驱动器或伺服机械驱动器或电动驱动器或气动驱动器。如对于液压驱动器已经说明的，这样的驱动器也可以被预加载。例如，在伺服机械驱动器中，诸如由伺服马达驱动的主轴驱动器中，可以通过相对于主轴驱动器的主轴螺母预加载主轴来预加载主轴驱动器。以这种方式，对于这样的其他驱动器类型，也可以实现快速且有效的力控制的上述优点。
当然，根据本发明也可以提供多于一个的第一压力机单元和/或多于一个的第二压力机单元。然后，所有的第一压力机单元和/或第二压力机单元都可以配有本发明的独立的力控制能力。
根据另一个实施例，由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的反作用力可以被控制，使得其在第一压力机单元的第一驱动运动的一部分期间阻止第二压力机单元的驱动运动。根据该实施例，部分地在第一压力机单元的第一驱动运动期间，由第二压力机单元施加特别高的反作用力。以这种方式，由于本发明的独立的力控制，当其他压力机单元仍在运动时，第二压力机单元的运动可以被完全阻止。这种实施例增加生产复杂零件的工艺能力。例如，缓冲器可能首先施加反作用力，并且在精密冲裁循环期间在某个位置处激活阻止功能，使得缓冲器将暂时将其功能从缓冲器改变为第二定位固定压头功能，直到再次停用阻止功能，第二压力机单元因此重新获得其缓冲器功能，例如用于第一驱动运动的其余部分。以这种方式，通常可以灵活地改变压力机单元的功能。这种阻止力允许使用复合工具来生成复杂零件，而不是持续下料、转移或旋转的工具作业。这同样通过在没有加工材料的持续下料的情况下生产复杂零件而允许避免在持续下料或转移的工具作业中通常存在的不平衡力。可以改善所生产的零件的精度，并且可以完全避免加工材料的误进给以及持续下料、转移或旋转工具中的定位误差。
根据另一个实施例，由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的力被控制，使得其在第一压力机单元的第一驱动运动的至少一部分期间，优选地在第一压力机单元的第一驱动运动的最大部分期间，更优选地基本上在第一压力机单元的整个第一驱动运动期间是恒定的。特别地，力可以是恒定的，除了增大力的开始斜坡，并且减小力的离开斜坡。例如由作为第一压力机单元的压力机压头施加的冲裁力也可以是恒定的。例如在冲裁期间加工材料的金属纤维断裂之后，通过将由第二压力机单元施加的力控制为恒定的，可以避免上述的急剧力波动。例如，这避免上述弹簧效应，并且进一步提高零件质量。可以减少框架和工具疲劳以及必要的冲裁力，这进而降低功耗。
根据另一个实施例，由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的力包括在第二压力机单元的第二驱动运动期间的一系列不同的力。例如，在实际的精密冲裁步骤期间，即在加工材料的切割发生时，可以提供不同的力。还可以针对比实际的精密冲裁步骤更长或更短的时间提供不同的力。可以以连续的力曲线的形式提供这样的不同的力。也可以以离散的力阶跃的形式提供不同的力。还可以提供离散的力阶跃和连续的力曲线的组合。在第二压力机单元的第二驱动运动期间，力可以增加和/或减小一次或几次。
例如，由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的力可以被控制，使得其在第一压力机单元的第一驱动运动的开始期间升高直到达到最大值。优选地，其随后在第一压力机单元的剩余的第一驱动运动期间可以减小。通过适当地选择力的减小，可以实现这样的冲裁工艺，其中需要由压力机压头施加的力可以减小到最小，而同时可以安全地避免急剧的力变化的负面影响，诸如弹簧振荡效应。可以最大零件质量使工艺更平滑且更节能。
根据另一个实施例，由第一压力机单元在其第一驱动运动期间施加的力可以被控制，使得其恒定或在第一驱动运动的开始期间升高直到达到最大值。在这一点之后，由第一压力机单元施加的力优选地在第一压力机单元的剩余的第一驱动运动中减小，并且/或者力以最大值开始第一驱动运动，并且随后在第一压力机单元的剩余的第一驱动运动期间减小，优选地渐进地减小。最大力值可以是冲裁加工材料所需的冲裁力。第一压力机单元的移动速度可以至少在加工材料的实际冲裁期间是恒定的。如已经说明的，速度和力可以通过本发明的闭环控制来控制。
根据另一个实施例，在第一压力机单元的第一驱动运动的至少一部分期间，由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的力可以减小到零。该力控制策略对于诸如V形环力的压边力特别有用。因此，例如，在第一压力机单元的第一驱动运动的至少一部分期间，由包括压边装置的单元施加的压边力可以减小到零。更具体地，压边力可以首先处于较高的水平以牢固地夹持加工材料以便冲裁，并且随后可以减小到零，从而完全消除，使得包围形成待冲裁的零件的区域的加工材料可以自由流动。由于这种应力被转移到形成未来废料的周围加工材料中，因此这减少形成未来零件的材料中的冲裁应力。冲裁零件的质量，例如平整度和几何精度，以这种方式可以进一步改善。还可以减少能耗以及必要的力和温度，从而尤其导致更长的工具寿命。
根据另一个实施例，在第一压力机单元的第一驱动运动的至少一部分期间，由第二压力机单元在其第二驱动运动期间施加的力可以反向。例如，反作用力，诸如由包括压边装置的单元施加的压边力，可以首先减小到零，并且随后反向为在与由第一压力机单元施加的力相同的方向上起作用的力。同样，该实施例关于诸如V形环力的压边力是特别有利的。例如，在已经夹持加工材料以便冲裁之后并且在通过这种力控制仍在进行冲裁工艺时，诸如V形环的压边装置可以这种方式从加工材料收回。这在形成未来零件的区域与形成未来废料的周围区域之间导致完全自由的加工材料流，使得冲裁应力可以自由地散布到未来废料中。这还最小化零件上的塌角(rollover)。此外，可以减小冲裁零件所需的压头力以及工艺温度和冲裁应力。因此，可以进一步改善零件质量以及精密冲裁压力机的能量效率。工具和零件应力可以进一步降低。这特别有利于随后需要经受热处理工艺的这样的冲裁零件，因为冲裁应力产生零件变形，这导致热处理中降低的零件精度。根据本发明，可以避免这些缺点。
如上所说明的，由于本发明的力控制的灵活性，每个压力机单元还可以将其特定功能与其他单元交替，例如在缓冲器与压头功能之间交替。在同一压力机循环期间，这种交替也可能发生多次，压力机循环时间是唯一的限制。当然，这还可以应用于在压力机循环的一部分期间将其功能改变为缓冲器的压头。
如上所说明的，由于本发明的力控制的灵活性，在第一压力机单元的第一驱动运动期间和/或在第一压力机单元已完成其第一驱动运动之后，第二压力机单元可以相对于第一压力机单元在同步或延迟的运动下开始相反的运动。该运动特别地可以由力控制单元控制。
在第一压力机单元接触第二压力机单元之前并且至少直到第一压力机单元接触第二压力机单元为止，第二压力机单元还可以在第一压力机单元的第一驱动运动的方向上进行运动。同样，该运动特别地可以由力控制单元控制。根据该实施例，可以进行预加速运动，以在第一压力机单元(例如，压力机压头)首先接触第二压力机单元(例如，已经施加反作用力的缓冲器)时避免冲击。优选地通过本发明的力控制来实现的第二压力机单元的这种预加速运动可以包括加速运动速度。以这种方式，可以实现与已经移动的第一压力机单元的特别平滑的接触。工艺变得更平滑，并且可以提高处理速度。当然，也可以根据需要使第二压力机单元的运动减速。
根据本发明的方法的另一个实施例，本发明的力控制和/或运动中的至少两个可以在同一精密冲裁工艺步骤中，特别是在生产同一冲裁零件期间进行。更具体地，可变的力控制的上述实施例，即恒定力、减小和/或增大的力、减小到零的力、反向的力、阻止力和/或任何可变功能的力可以组合在一个压力机循环中。
本发明的方法可以使用本发明的精密冲裁压力机进行。相应地，本发明的精密冲裁压力机并且特别地其力控制单元可以被设计成进行本发明的方法，特别是力控制的上述实施例。
附图说明
下面参考示意图更详细地说明本发明的实施例。
图1示出本发明的精密冲裁压力机，
图2示出处于第一操作状态的本发明的精密冲裁压力机的本发明的力控制单元的实施例，
图3示出处于第二操作状态的图2的力控制单元，
图4示出本发明的精密冲裁压力机的本发明的力控制单元的另一个实施例，
图5示出根据实施例的由第二压力机单元施加的力，
图6示出根据另一个实施例的由第二压力机单元施加的力，
图7示出根据另一个实施例的由第二压力机单元施加的力，并且
图8示出根据另一个实施例的由第二压力机单元施加的力。
在附图中，相同的附图标记指代相同或功能相同的部分。
具体实施方式
图1所示的根据本发明的精密冲裁压力机包括构成第一压力机单元的压力机压头10和与冲裁压头10相对布置的工作台12。提供了在图1中未进一步示出的第一压力机驱动器，用于在精密冲裁工艺步骤期间在第一驱动运动中在图1中向上和向下驱动压力机压头10。缓冲器68、70集成到压力机压头10和工作台12中，所述缓冲器通过传递销72、74连接到布置在压力机压头10与工作台12之间的冲裁工具。冲裁工具还包括可以与工作台12一起定位固定的压力机冲头14、和模具16，并与压力机压头10一起移动。冲裁工具还包括顶出器76、78、固定板80、82、压料板84以及工具引导件86。在图1所示的示例中，在从左到右的方向上，冲头14和模具16从通过进给单元20进给到压力机压头10与工作台12之间的处理区的金属片18中冲裁出零件。切碎单元22提供在处理区的下游，用于在精密冲裁工艺之后切碎废料加工材料。在所示的示例中，进给单元20包括布置在加工材料18的相对侧上的两个旋转驱动的进给辊24、26。当然例如夹持进给器或其他进给机的其他进给单元也是可能的。切碎单元22包括布置在加工材料18的相对侧上的轴向驱动的切割器28、30，用于切碎废料加工材料。进一步示意性地示出如V形环的压边环32，用于在精密冲裁工艺期间牢固地保持加工材料18。压边环32可以特别地设置在由缓冲器中的一个驱动的冲裁工具的压料板84上。精密冲裁压力机的这种总体设计是技术人员已知的，并且将不再更详细地说明。
图1示出精密冲裁压力机的打开状态，在所述打开状态下加工材料18可以进给到处理区中。随后，压力机压头10可以相对于工作台12向上移动。因此，加工材料18由压力机压头10与工作台12之间的冲裁工具夹持，并且通过压边环32牢固地保持就位。随后，压力机压头10可以进一步相对于工作台12、冲头14和模具16被驱动，从而从加工材料18中冲裁出零件。工作台12可以例如通过缓冲器来抵抗冲裁压头10的压力机驱动器施加反作用力，特别是用于将压边环32夹持到加工材料18中以改善加工材料18的夹持。在所说明的移动之后，压力机压头10可以向下移动并且精密冲裁压力机再次打开以顶出所生产的零件。精密冲裁压力机的这种操作也是技术人员通常已知的。
在本发明的以下实施例中，将说明力控制单元，其可以结合到图1所示的精密冲裁压力机中。
在图2中，示出液压缸，其具有形成活塞侧的第一缸腔CV1和形成筒侧的第二缸腔CV2。第一缸腔CV1经由液压管路S1连接到控制器SM，并且通过控制器SM经由回流压力控制模块RPCM连接到箱TNK。第二缸腔CV2经由液压管路S2和回流压力控制模块RPCM连接到箱TNK。控制器SM至少表示控制阀，所述控制阀直接连接到缸腔CV1和CV2，同时在精密冲裁循环期间根据压力、流体流量、流体粘度、流体温度和任何其他相关参数方面的工艺要求将两个腔CV1和CV2在它们之间连接或将它们中的任一个或两个直接连接到箱TNK，同时根据所需的液压设计，它们也可以连接到外部附加的回流压力控制模块RPCM或集成在相同阀内的RPCM模块，该阀是受控阀，优选地是高动态比例阀，或者伺服阀，或者比例压电阀，或者任何其他类型的阀。如所说明的，本发明的力控制可以通过控制器SM连同合适的阀或通过用作控制阀的控制器SM而应用于在精密冲裁工艺期间施加的任何力。T0和T2表示箱管路。提供位置传感器EN1，例如编码器，用于检测缸体活塞的位置。图2所示的液压缸连接到精密冲裁压力机的第一压力机单元和/或第二压力机单元，诸如缓冲器68、70中的一个，其通过第一压力机单元的第一驱动运动在第二驱动运动中被驱动，在所示的示例中，压力机压头10施加主冲裁力。第二压力机单元的第二驱动运动使液压缸的缸体活塞位移，如在图2和图3中由箭头100所示。来自位置传感器EN1的数据被馈送到控制器SM，所述控制器可以基于传感器测量数据进行闭环控制。第二压力机单元的位置传感器可以连接到控制器SM，并且第一压力机单元的位置传感器可以连接到控制器SM。然后，闭环控制可以基于例如压力机压头的第一压力机单元的位置。整个压力机循环可以根据第一压力机单元的位置来管理。然而，其他压力机单元也可以用作用于位置控制的参考。当然，SM控制器还可以连接到图2中未示出的其他外部传感器，或者SM控制器可以内部结合有位置传感器或其他需要的传感器。根据设计构型，可能的传感器包括例如压力传感器、粘度传感器、流量传感器、温度传感器以及任何其他需要的传感器。然后，来自这样的传感器的数据可以同样馈送到控制器SM，所述控制器可以基于传感器测量数据进行闭环控制。如所说明的，精密冲裁压力机可以具有多于一个的第一压力机单元和多于一个的第二压力机单元。因此，来自所有或一些压力机单元的所有或一些传感器可以连接到对应的控制器，例如控制器SM或下面说明的主控制模块CM。如果存在多于一个的控制器，则在需要进行适当的控制的情况下控制器在它们之间可以通信。
如图3所示，当活塞通过压力机压头的运动而被推入时，第二缸腔CV2的容积减小并且第一缸腔CV1的容积增大。控制器SM通过位置传感器EN1的传感器数据知道容积变化量。基于此，控制器SM可以控制回流压力控制模块RPCM，所述回流压力控制模块至少包括控制阀，例如比例控制阀，使得其可以在液压缸与箱TNK之间提供期望的体积流量。以这种方式，尽管在图2和图3之间进行了运动，例如，第二缸腔CV2中的压力PR4a和PR4b仍可以维持在恒定值。因此，抵抗由压力机压头10施加的力而由第二压力机单元经由液压缸施加的反作用力也可以保持恒定。液压压力PR4a和PR4b例如可以不等于液压压力PR5，特别是高于液压压力PR5。
对应的力图显示在图5中，其中显示在行程上的力，在这种情况下，在图2所示的操作状态(由行程位置S1表示)与图3所示的操作位置(由行程位置S2表示)之间。R1表示增大到恒定力Fc的开始斜坡，并且R2表示从恒定力Fc减小的离开斜坡。在斜坡R1和R2之间，力保持恒定在力值Fc。
以相同的方式，可以实现如图6所示的行程位置S1和S2之间的力。在这种情况下，力更加缓慢地增大直到力值Fc，并且在达到力值Fc之后朝向行程的结束位置S2减小。
回流压力控制模块RPCM还可以包括用于将液压流体从箱TNK泵送到第一缸腔CV1和/或第二缸腔CV2的泵。还可以由控制器SM控制泵以及用于将液压流体从箱TNK进给到第一缸腔CV1或第二缸腔CV2的对应的阀。例如，通过在压力机压头运动期间将液压流体从箱TNK进给到第二缸腔CV2，可以显著增加由第二压力机单元施加的反作用力。利用这种实施例，由第二压力机单元施加的力可以可变地且以很大的灵活性来控制。行程位置S1和S2之间的可能的力曲线的示例如图7和图8所示。在图7中，由第二压力机单元施加的反作用力首先以斜坡的形式增加到力Fc1，随后增加到力Fc2，随后增加到更高的力Fc3，并且之后急剧减小到力Fc4并且最后到力Fc5。在根据图8的实施例中，力首先以斜坡的形式增加到力Fc2，所述力在第一时间间隔内维持恒定，随后力增加到阻止力Fc1，所述阻止力阻止例如缓冲器68、70中的一个的第二压力机单元的进一步运动，从而将缓冲器68、70的功能转换为第二压头的功能，并且随后再次减小到力Fc2，在此力在行程的剩余循环中保持恒定直到离开斜坡，从而将第二压头的功能再次转换为缓冲器功能。
通过参考图4，将说明本发明的精密冲裁压力机的本发明的力控制单元的另一个详细实施例。
图4示出基于已经关于图2和图3说明的部件的进一步增强的力控制单元。更具体地，在图4中显示以下部件：
图4所示的传感器用于由主控制模块CM进行的闭环控制。PLC或CNC控制装置用于由压力机操作者引入工艺参数。基于此，主控制模块控制力控制系统。泵PMP连接到箱TNK，其中泵PMP由泵模块控制PMC控制，所述泵模块控制还通过通信信道CMM连接到主控制模块CM。主控制模块还连接到液压缸腔CV1和CV2。这可以直接完成或者通过连接到箱TNK的附加的回流压力控制模块RPCM来完成。同时，主控制模块连接到也直接连接到缸腔CV1和CV2的控制模块SM，并通过回流压力控制模块RPCM连接到箱TNK。控制模块SM至少表示控制阀，所述控制阀直接连接到缸腔CV1和CV2，同时在精密冲裁循环期间根据压力、流体流量、流体粘度、流体温度和任何其他相关参数方面的工艺要求将两个腔CV1和CV2在它们之间连接或将它们中的任一个或两个直接连接到箱TNK。根据所需的液压设计，其也可以连接到外部附加的回流压力控制模块RPCM或集成在相同阀内的RPCM模块，该阀是受控阀，优选地是高动态比例阀，或者伺服阀，或者比例压电阀，或者任何其他类型的阀。
如所指示的，主控制模块CM从PLC或CNC控制装置PLCNCD接收由压力机操作者引入的工艺数据。基于此，主控制模块CM考虑例如液压流体温度、流体粘度、流体清洁度方面的测量数据来建立初始泵流体压力和流量。其还可以考虑其他因素，诸如阀反应时间(延迟时间)，以便预先补偿这样的延迟，并使力控制单元非常精确地遵循由压力机操作者引入PLCNCD装置中的工艺参数。作为闭环控制的一部分，主控制模块CM监测所有系统传感器，并根据系统状态调整所有系统部件。为此，主控制模块CM经由通信信道CMM连接到相关的系统部件和传感器。
控制模块SM和回流压力控制模块RPCM两者由主控制模块CM直接控制，使得在缸腔CV1和CV2中一直维持期望的液压流体压力值。如所说明的，具有缸腔CV1和CV2的液压缸例如可以连接到缓冲器68、70中的一个，并且在压力机压头10的第一驱动运动期间例如可以施加期望的反作用力，包括例如压边力，诸如V形环力。如以上关于图2和图3所说明的，该控制是通过液压流体从缸腔CV2通过控制模块SM和回流压力控制模块RPCM向箱TNK的受控泄漏而实现的，而同时例如压力机压头正推入缸体活塞并迫使流体泄漏到箱，如图4再次通过箭头100所示。
例如，主控制模块CM通过来自位置传感器EN.1的测量数据来考虑缸体活塞的位置变化以及通过压力传感器PT1来考虑缸腔CV2内部的压力PR1。基于该测量数据，主控制模块CM控制控制模块SM，使得期望的力由诸如缓冲器68、70的第二压力机单元施加。如所说明的，以这种方式可以实现诸如图5至图8所示的力曲线。
虽然在上述模式下，缓冲器68、70是被动缓冲器，但是图4的实施例还允许实现主动缓冲器68、70。为此，主控制模块CM可以通过泵控制模块PMC和泵PMP调整由压力传感器PT0监测的泵流体压力PR0和由流量控制传感器FC.1监测的流体流量，以实现由压力传感器PT1和PT4监测的期望的压力PR1和由流量控制传感器FC.3和FC.6监测的期望的流量，以实现期望的力。在压力机压头10开始其第一驱动运动之前并且因此在其开始推入缸体活塞之前，维持该力，其特别地可以是包括压边力或V形环力的反作用力。以这种方式，缓冲器68、70被预加载。一旦压力机压头10开始其驱动运动，压力PR1将急剧增加，而同时位置传感器EN.1将检测到活塞运动。基于对应的传感器PT4、PT1和EN.1的测量数据，主控制模块CM将控制泵模块控制PMC并且因此控制泵PMP，以将压力和流体流量减小到最小或甚至为零，而同时控制控制模块SM以及因此回流压力控制模块RPCM，以打开连接缸腔CV1和CV2的对应的阀并将所需量的流体泄漏到箱TNK(如上所说明)，以获得所需的力曲线。
由于闭环控制，任何所监测的参数的任何变化将被检测，并且可以由主控制模块CM立即解决，所述主控制模块将相应地重新调整力控制系统。
一旦压力机压头10已达到其最终的冲裁位置并且压力机压头运动开始反向以打开冲裁工具，主控制模块CM就可以向缸腔CV2施加对应的流体流量和压力，以使缸体活塞完全延伸。为此，主控制模块CM可以通过关闭回流压力控制模块RPCM内部的受控阀并同时将液压流体从腔CV1冲洗到CV2(受控制模块CM控制)来关闭到箱TNK的回流管路T0，这将通过压力管路P1将压力PR1下的新流体引入腔CV2中(受压力传感器PT1控制，并作为安全性冗余受压力传感器PT4控制)，以及由位置传感器EN.1对活塞运动的控制。
另外，控制模块SM和主控制模块CM可以具有第二安全性箱管路T1，其通过回流压力控制模块RPCM将压力管路P1、P2和P0连接到箱TNK。以这种方式，由于第二安全性流体箱管路，可以避免在阀或传感器故障的情况下造成缸体损坏。
附图标记列表
10压力机压头
12工作台
14压力机冲头
16模具
18金属片
20进给单元
22切碎单元
24进给辊
26进给辊
28切割器
30切割器
32压边环
68缓冲器
70缓冲器
72传递销
74传递销
76顶出器
78顶出器
80固定板
82固定板
84压料板
86工具引导件
100 箭头
