[发明专利]一种位置模式下的伺服电机压力和间隙控制装置

说明书

本发明公开了一种位置模式下的伺服电机压力和间隙控制装置，其特征在于，包括伺服电机、伺服驱动缸、力传感器、弹性件、上模具座、下模具座、位置传感器和控制模块，所述控制模块包括伺服驱动器、I/O系统和主控制器，所述主控制器包括PLC、位置控制器、速度控制器和电流控制器。其中，位置传感器与PLC连接，建立位置环D，伺服电机的内部编码器的位置环C与所建立的位置环D相结合组成位置控制双闭环，实现上模具和下模具的间隙控制；力传感器与PLC连接，建立压力环E，伺服电机的内部编码器的位置环C和所建立的压力环E相结合组成力控制双闭环，实现上模具对试件的压力控制。

技术领域

本发明属于摩擦试验机领域，特别涉及一种位置模式下的伺服电机压力和间隙控制装置，可以为低吨位板材摩擦试验机的压力和模具间隙提供高精度高稳定性控制。

背景技术

冲压过程中摩擦系数测定和摩擦润滑分析等精准摩擦状况的研究离不开准确的压力和模具间隙控制装置。现有国内外摩擦测试控制装置大多数采用液压控制压力，在铝合金摩擦测试所要求的小载荷范围内存在控制压力不稳定，无法定性和定量评估铝合金板与模具之间的摩擦行为。针对铝合金冲压，迫切需要低吨位高精度高稳定性摩擦试验机压力控制装置。

伺服电机具有高精度、快速响应特点。伺服电机有力矩和位置控制模式，通过试验研究发现，在500-2500N范围内，位置模式随着设定力值的增大，控制效果变好，但对比力矩模式下的波动范围仍较大，可对机械传动系统进行改进或是控制模式内部优化；但摩擦试验系统还需高精度间隙值控制，若使用力矩控制模式，间隙值的控制需根据力矩值来写控制程序，控制轴的位移量，并且要考虑速度、加速度、软限位等问题，且单位力对应更小的位移变化量，控制难度较大。

中国专利CN109623134A公开了一种位置控制模式及力控制模式交互作用的轴向摩擦焊接装置以及摩擦焊接工艺，该专利使用液压伺服系统作为动力源，执行力控制模式时控制力，执行位移控制时控制位移，实现了力进行精确控制和位移数据的精确监测。但该专利采用的液压系统存在易漏油、结构复杂、制造成本高等问题，并且在铝合金摩擦测试所要求的小载荷范围内存在控制压力不稳定的问题。

中国专利CN201931200U公开了一种用伺服电机实现压力、位移控制的摩擦焊机，该专利使用伺服电机的力矩控制模式控制压力，使用伺服电机的位置控制模式控制位移，其控制过程免去液压、机械系统的层层转换，位移控制精度大于传统的液压位移控制。但该专利采用两种不同的控制模式控制压力和位移，由于伺服电机不可同时进行两种控制模式，因此两种控制模式在使用过程中需反复切换。对于既需要控制位移，同时又需要监测压力的场合则无法适用。

发明内容

为此，本发明提供了一种适用于铝合金摩擦测试的小压力和间隙控制装置，使用伺服电机的位置模式，换用位移量来对压力进行控制，并通过例如碟簧的弹性件使系统特性曲线由纯刚性变为弹性，使得电机单位步距所引起的压力变化减小，在进行摩擦试验时为系统提供稳定可控的正压力和模具间隙。

根据本发明的一方面，提供了一种位置模式下的伺服电机压力和间隙控制装置，包括伺服电机、伺服驱动缸、力传感器、弹性件、上模具座、下模具座、位置传感器和控制模块，所述控制模块包括伺服驱动器、I/O系统和主控制器，所述主控制器主要包括PLC、位置控制器、速度控制器和电流控制器，所述位置控制器、所述速度控制器和所述电流控制器控制形成伺服电机的内部编码器的位置环C；

所述伺服电机与所述伺服驱动缸的驱动端连接，所述伺服驱动缸的活塞杆的下端依次与所述力传感器、所述弹性件和所述上模具座连接，所述下模具座布置于所述上模具座的正下方且固定于工作台上，所述位置传感器刚性连接于所述上模具座；