CN102036765B - 模具缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模具缓冲装置，能够精确地控制加载时的挤压力。在模具缓冲装置中，缓冲装置具有衰减部和弹性部，用于缓和缓冲垫与支承部之间的冲击。衰减部产生与缓冲垫相对支承部的相对速度对应的反作用力。弹性部产生与缓冲垫相对支承部的相对位移对应的反作用力。控制部(18)控制伺服电机，使得由第一速度检测部(15)检测到的滑块速度与由第二速度检测部(16)检测到的支承部速度的速度差，达到随着时间的经过而变化的规定的目标值。

Description

模具缓冲装置

技术领域

本发明涉及模具缓冲装置。 

背景技术

模具缓冲装置为了对滑块作用挤压力而设置在压力机上。模具缓冲装置利用缓冲垫承受来自向下方移动的滑块的力，一边对滑块施加挤压力，一边使缓冲垫移动。 

在此，在现有的模具缓冲装置中，为了以高精度控制对滑块施加的挤压力，由伺服电机驱动缓冲垫。而且，在这种模具缓冲装置中，具有为了使缓冲垫的速度与滑块的速度之差变为零而控制伺服电机的装置(参照专利文献1)。此时，能够精确地控制当施加于滑块的挤压力达到目标值之后的挤压力。 

专利文献1：(日本)特开2006-62254号公报 

但是，在上述模具缓冲装置中，缓冲垫与滑块的速度差的目标值被固定为零。因此，缓冲垫以与速度偏差成正比的某个特定的速度移动。因此，在加载到目标值时的挤压力的波形只构成特定的波形。因此，难以精确地控制加载时的挤压力。 

发明内容

本发明的课题在于提供一种能够精确地控制加载时的挤压力的模具缓冲装置。 

第一发明的模具缓冲装置在压力机中产生施加于滑块的挤压力，具有：缓冲垫、支承部、伺服电机、缓冲装置、第一速度检测部、第二速度检测部和控制部。缓冲垫承受来自滑块的力。支承部支承缓冲垫。伺服电机通过使支承部升降而使缓冲垫升降。缓冲装置具有衰减部和弹性部，缓和缓冲垫与支承部之间的冲击。衰减部产生与缓冲垫相对支承部的相对速度对应的反作用力。弹性部产生与缓冲垫相对支承部的相对位移对应的反作用力。第一速 度检测部检测滑块的速度。第二速度检测部检测支承部的速度。控制部控制伺服电机，使得由第一速度检测部检测到的滑块速度与由第二速度检测部检测到的支承部速度的速度差，达到随着时间的经过而变化的规定目标值。 

在该模具缓冲装置中，在缓冲装置上设置有弹性部和衰减部。因此，由弹性部能够稳定缓冲装置中的载荷。而且，通过衰减部补偿由弹性部引起的载荷的加载延迟，从而能够缩短载荷的加载时间。而且，如果控制伺服电机使得滑块速度与支承部速度的速度差如上所述那样变化，则由衰减部产生的反作用力也根据速度差的变化发生变化。因此，通过合适地设定速度差变化的目标值，能够将加载到目标值时的挤压力的波形调整为期望的波形。由此，能够精确地控制加载时的挤压力。 

第二发明的模具缓冲装置在第一发明的模具缓冲装置的基础上，控制部将伺服电机控制为，速度差在缓冲垫开始承受来自滑块的力的时间以后的规定的第一时间点达到峰值，而在第一时间点以后随着时间的经过逐渐减小。 

在该模具缓冲装置中，速度差在缓冲垫开始承受来自滑块的力的时间点以后的规定的第一时间点达到峰值。由此，在第一时间点由衰减部产生大的反作用力。其结果是，能够缩短在冲突初期载荷的加载时间。 

在本发明中，在缓冲装置中设置有弹性部和衰减部。因此，由弹性部能够稳定缓冲装置中的载荷。而且，通过衰减部补偿由弹性部引起的载荷的加载延迟，从而能够缩短载荷的加载(立上がり)时间。而且，如果控制伺服电机以使滑块速度与支承部速度的速度差如上所述那样变化，则由衰减部产生的反作用力也根据速度差的变化发生变化。因此，通过合适地设定速度差变化的目标值，能够将加载到目标值时的挤压力的波形调整为期望的波形。由此，能够精确地控制加载时的挤压力。 

附图说明

图1是表示压力机的结构的主视图； 

图2是表示模具缓冲装置的结构的局部放大图； 

图3是表示模具缓冲装置的俯视图； 

图4是液压回路的结构图； 

图5是表示模具缓冲装置的控制方框图； 

图6是表示滑块与缓冲垫的动作的图； 

图7是表示基于储能器及节流孔的载荷变化的曲线图； 

图8是表示基于缓冲装置的载荷变化的曲线图； 

图9是表示速度差指令值的变化的曲线图； 

图10是表示基于储能器的载荷的变化及目标载荷的变化的曲线图。 

附图标记说明 

7模具缓冲装置 

11缓冲垫 

12缓冲装置 

13支承部 

15第一速度检测部 

16第二速度检测部 

18控制部 

49伺服电机 

具体实施方式

1.结构 

下面，参照附图说明本发明的实施方式。 

1-1压力机1的整体结构 

图1是表示压力机1的结构的示意图。该压力机1具有滑块2、工作台3、上模4、下模5、滑块驱动机构6及模具缓冲装置7。 

滑块2设置成能够沿上下方向移动。工作台3配置在滑块2的下方，并与滑块2相对。滑块驱动机构6配置在滑块2的上方，用于使滑块2升降。上模4安装在滑块2的下部。下模5安装在工作台3的上部。在工作台3和下模5上设有多个沿上下方向贯通的孔，在这些孔中插入后述的多个缓冲销8。滑块驱动机构6使滑块2升降，在下模5上挤压上模4。由此，配置于上模4与下模5之间的加工对象部件(以下称为“工件9”)被压力加工成期望的形状。模具缓冲装置7是对滑块2产生挤压力的装置。 

1-2模具缓冲装置7的结构 

下面，根据图1至图3详细说明模具缓冲装置7的结构。图2是模具缓 冲装置7的示意图。图3是模具缓冲装置7的俯视图。模具缓冲装置7具有多个缓冲销8、压边圈10、缓冲垫11、缓冲装置12、支承部13、驱动部14、各种检测部15～17(参照图5)及控制部18(参照图5)。 

如图1所示，缓冲销8沿上下方向可移动地插入设置于工作台3和下模5的孔。缓冲销8的上端抵接在压边圈10上。而且，缓冲销8的下端抵接在缓冲垫11上。 

压边圈10配置在上模4的下方。压边圈10被配置成，当上模4向下方移动而与下模5接近时，隔着工件9挤压上模4。 

缓冲垫11是受到来自滑块2的力的部件，其设置在配置于工作台3下方的底座90内。缓冲垫11被设置成在底座90内沿上下方向能够移动。另外，在底座90的内壁面之间设置有横梁6，由横梁6支承模具缓冲装置7。如图3所示，在缓冲垫11的各侧面和与这些各侧面相对的底座90的内壁面之间设置有多个导向装置19。导向装置19具有相互卡合的一对内导向装置19a和外导向装置19b。内导向装置19a设置在缓冲垫11的各侧面上。外导向装置19b设置在底座90的内壁面上。导线装置19在上下方向上引导缓冲垫11。在图3中，仅对多个导向装置19中的一个导向装置标注了附图标记，对于其他导向装置19则省略了附图标记。 

如图2所示，缓冲装置12是在缓冲垫11与支承部13之间缓和冲击的装置，具有液压缸21、活塞22及液压回路24(参照图4)。 

液压缸21安装在缓冲垫11的下部。液压缸21具有朝下方开口的形状，在开口内部的顶面上设置有向上方凹陷的凹部21a。 

活塞22可滑动地收容在液压缸21内部。而且，活塞22具有向上方突出的凸部22a，活塞22的凸部22a插入液压缸21的凹部21a。在液压缸21与活塞22之间形成有圆环状的液压室23。该液压式23的轴心与后述的连杆45和滚珠丝杠46的轴心一致。在液压室23内填充有用于缓和冲击的液压液压油。 

图4表示液压回路24的结构的示意图。液压回路24与液压室23连接，在液压回路24与液压室23之间能够自如地进行液压油的供给或排出。 

液压回路24具有储能器31、第一溢流阀32、节流孔33、冷却器34、第二溢流阀40、压力传感器35及多个流路36～39。 

储能器31经由第一流路36与液压室23连接。 

第一溢流阀32设置在第一流路36上，当第一流路36的液压即液压室23的液压在规定的第一溢流压力以上时被打开。第一溢流压力被设定成，当上模4与工件9接触时，第一溢流阀32被作用于液压室23的液压打开。 

节流孔33设置在从第一流路36分支的第二流路37中。在第二流路37中设置有可变节流阀41和止逆阀42，防止液压油向第一流路36侧逆流。 

冷却器34设置在从第一流路36分支的第三流路38上。第三流路38在第一流路36的与液压室23侧相反的一侧与第二流路37连接。冷却器34冷却通过节流孔33而温度上升的液压油。在第三流路38上设置有可变节流阀43和止逆阀44，防止液压油从第一流路36的液压室23侧流向冷却器34。 

第二溢流阀40设置在从第一流路36分支的第四流路39中。第四流路39在与第一流路36相反的一侧与油箱连接。当液压室23的液压在规定的第一溢流压力以上时，第二溢流阀40被打开。第二溢流压力被设定为高于上述第一溢流压力。第二溢流阀40在液压室23的液压过高时被打开，从而能够防止过大的载荷施加在缓冲垫11上。如果第二溢流阀40工作，则压力机11紧急停止。当复位时，从未图示的液压供给机构向液压回路24供给液压油。 

压力传感器35检测第一流路36的液压即液压室23的液压。 

图2所示的支承部13是支承缓冲垫11的部分，具有连杆45。连杆45的上端抵接在活塞22的下端。在连杆45的上端形成有球面状的抵接面。由于连杆45的上端为球面状，因此，假设缓冲垫11发生倾斜，在连杆45整体上也只作用轴向的力。根据这样的结构，防止偏心载荷引起的连杆45的损伤。连杆45的下端与滚珠丝杠46的螺纹部46a的上端连接。 

驱动部14具有滚珠丝杠46、大皮带轮47、小皮带轮48和伺服电机49。 

滚珠丝杠46具有螺纹部46a和螺母部46b。螺纹部46a与螺母部46b螺纹结合。螺纹部46a的上端与连杆45的下端连接。螺母部46b的下端与大皮带轮47的上端连接。而且，螺母部46b通过轴承等轴支承在横梁6上。小皮带轮48与伺服电机49的旋转轴连接。在大皮带轮47和小皮带轮48上卷挂有皮带50，能够相互传递动力。 

伺服电机49具有旋转轴，通过电流的供给，旋转轴进行正反转。如果电流供给到伺服电机49而使旋转轴旋转，则小皮带轮48旋转。小皮带轮48的旋转经由皮带50传递到大皮带轮47，由此大皮带轮47旋转。由于大皮带 轮47与螺母部46b连接，因此，螺母部46b与大皮带轮47一同旋转。如果螺母部46b旋转，螺纹部46a沿着螺母部46b作上下直线移动。由此，连杆45沿上下方向移动，缓冲垫11与活塞22、液压室23、液压缸21一同升降。这样，伺服电机49通过使支承部13升降而使缓冲垫11升降。 

如图5所示，在各种检测部15～17中包括第一速度检测部15、第二速度检测部16、位置检测部17。 

第一速度检测部15检测滑块2的速度。 

第二速度检测部16检测支承部13的速度。第二速度检测部16是例如设置在伺服电机49的旋转轴周围的编码器，用于检测伺服电机49的转速。 

位置检测部17检测缓冲垫11的位置。位置检测部17是例如设置在缓冲垫11与底座90之间的直线比例尺，用于检测缓冲垫11的升降位置。 

由这些检测部15～17检测到的信息作为检测信号传送到控制部18。 

控制部18通过控制供给到伺服电机49的电流来控制伺服电机49。控制部18通过控制伺服电机49，控制缓冲垫11的位置和速度。而且，控制部18控制从缓冲垫11施加在滑块2的挤压力。关于由控制部18进行的模具缓冲装置7的控制，将在后面详细说明。 

2.模具缓冲装置7的动作 

2-1缓冲垫11的动作 

图6是表示滑块2和缓冲垫11的动作的图，表示随着时间的经过滑块2与缓冲垫11的位置发生的变化。在图6中，虚线L1表示滑块2的位置变化，实线L2表示缓冲垫11的位置变化。 

首先，在时间点t1到t2的期间，缓冲垫11进行预备加速。在该预备加速中，为了缓和上模4与工件9接触时的冲击，预先使缓冲垫11向下方移动。在该预备加速期间，在控制部18进行位置反馈控制，将缓冲垫11控制为使缓冲垫11的位置检测值随着预设的位置模式变化。缓冲垫11根据该控制内容下降。关于位置反馈控制的内容，将在后面详细叙述。 

在时间点t2，上模4与工件9接触。在以下说明中，“冲突时”是指上模4与工件9相接触的时间点t2。在时间点t2到t3期间，滑块2与缓冲垫11成为一体而下降，对工件9进行压力加工。在此期间，在控制部18进行压力反馈控制，对施加于缓冲垫11的载荷进行控制，以使液压室23的液压 的检测值随着预设的压力模式变化。缓冲垫11根据该控制内容下降。关于压力反馈控制的内容，将在后面详细叙述。 

在时间点t3，滑块2与缓冲垫11达到下死点。在时间点t3到t4的期间，滑块2与缓冲垫11成为一体，上升辅助提升行程D1。 

在时间点t4到t5的期间，缓冲垫11被锁定，暂时停止加载动作。然后，在时间点t5，再次开始缓冲垫11的上升动作。 

在时间点t3到t5的期间，在控制部18进行位置反馈控制，将缓冲垫11的位置控制为，使缓冲垫11的位置检测值随着预设的位置模式变化。缓冲垫11根据该控制内容而上升。 

2-2缓冲装置12的动作 

如果上模4与工件9通过滑块2向下方移动而接触，则来自滑块2的力通过上模4、工件9、压边圈10、缓冲销8传递到缓冲垫11。此时，填充在液压室23的液压油吸收瞬间作用于缓冲垫11的力。因此，在冲突时，缓冲垫11瞬间受到的来自滑块2的载荷由缓冲装置12来缓和。下面，说明此时的缓冲装置12的动作。 

在上模4与工件9将要接触时，缓冲垫11和支承部13通过如上所述的预备加速一同向下方移动。然后，如果上模4与工件9接触而来自滑块2的载荷作用于缓冲垫11，缓冲垫11相对支承部13向下方移动。由此，液压室23被压缩，液压室23内的液压油被输送到液压回路24。 

参照图4，被输送到液压回路24的液压油通过第一流路36被输送到储能器31。由此，储能器31在缓冲装置12产生与缓冲垫11相对支承部13的相对位移对应的反作用力。而且，被输送到液压回路24的液压油经由第二流路37通过节流孔33。由此，节流孔33在缓冲装置12产生与缓冲垫11相对支承部13的相对速度对应的反作用力。其结果，在缓冲垫11上，作为载荷，作用着由储能器31引起的反作用力和由节流孔33引起的反作用力的合力。在时间点t4之后卸掉载荷时，储存在储能器31的液压油回流到液压室23。 

在图7(a)表示由储能器31引起的载荷相对于时间变化的一例。该储能器31具有较低的弹簧系数，虽然载荷的加载迟缓，但是，不会产生过冲，可单调增加到目标载荷。 

另外，在图7(b)表示由节流孔33引起的载荷相对于时间变化的一例。在冲突时的初期，通过上模4与工件9的相接触，产生较大的相对速度。因此，在冲突时的初期，由节流孔33引起的载荷表示大值，然后立即收敛到零。 

如上所述，在缓冲垫11上作用由储能器31引起的载荷和由节流孔33引起的载荷的合力。因此，作用于缓冲垫11的载荷相对于时间的变化构成如图8所示的波形。在该载荷的变化中，载荷的加载非常快，并且，加载之后载荷迅速稳定。 

3.模具缓冲装置7的控制 

接着，参照图5说明由控制部18进行的模具缓冲装置7的控制。控制部18具有压力指令运算部61、压力控制部62、速度差指令部63、速度控制部64、位置指令运算部65、位置控制部66、控制切换部67，根据这些各部的功能，选择进行以下所示的压力反馈控制或位置反馈控制。图5是表示由控制部18进行的反馈控制的控制方块图。 

3-1压力反馈控制 

首先，说明压力反馈控制。 

压力指令运算部61储存有压力模式，该压力模式表示时间与产生于缓冲垫11的压力(以下称为缓冲压力)之间的期望的对应关系。压力指令运算部61利用压力模式求出对应于时间的缓冲压力，并作为压力控制信号Sp输出。 

另一方面，由压力传感器35检测液压室23的液压，该检测值作为压力反馈信号Spf输出。然后，从压力控制信号Sp值减去压力反馈信号Spf值，求出压力补正信号Spc。压力控制部62基于压力补正信号Spc求出伺服电机49的合适速度，并作为电机速度控制信号Sr1输出。 

另外，由第一速度检测部15检测滑块2的速度，该检测值作为滑块速度信号Ssv输出。然后，从电机速度控制信号Sr1值加上滑块速度信号Ssv值，求出电机速度指令信号Sr2。 

另一方面，由第二速度检测部16检测支承部13的速度，该检测值作为速度反馈信号Srf输出。然后，从电机速度指令信号Sr2值减去速度反馈信号Srf值，求出第一速度补正信号Sc1。 

接着，从速度差指令部63输出速度差指令信号Svc，从第一速度补正信号Sc1值减去速度差指令信号Svc值，生成第二速度补正信号Sc2。在此，速度差指令信号Svc是为了在滑块2的速度与支承部13的速度之间产生规定速度差而控制伺服电机49的信号。具体而言，如图9所示，速度差指令部63储存有速度差模式，并利用速度差模式求出对应于时间的速度差，作为速度差指令信号Svc输出。 

该速度差模式在冲突时以后的规定的第一时间点达到峰值，在第一时间点以后随着时间的经过而逐渐减少地变化。该速度差模式的形状对应于图10所示的理想的衰减力(参照涂有阴影的部分)。在图10中，虚线L3表示冲突时的缓冲垫11的目标载荷，实线L4表示冲突时由缓冲装置12的储能器31产生的载荷的变化。即，理想的衰减力是目标载荷与由储能器31产生的载荷之差。然后，所述速度差模式被设定为，使由缓冲装置12的节流孔33产生的衰减力与理想的衰减力一致。 

例如，速度差模式由以下公式表示。 

[公式1] 

$\left\{\begin{array}{cc}{V}_c=0& (t<0)\\ V_c={\mathrm{he}}^{-\mathrm{Bt}}& (t\&GreaterEqual;0)\end{array}\right.$

在此，Vc：速度差指令值，t：时间点，h：峰值，B：时间常数；τ：时间延迟。另外，将自冲突时仅延迟时间τ的时间点作为原点。 

另外，上述的h、B、τ作为冲突速度v、挤压力F、储能器31的初始体积V0、储能器31的初始压力P0、成型周期数SPM的函数如下给出。 

[公式2] 

h＝f(v，F，V0，P0，SPM) 

B＝g(v，F，V0，P0，SPM) 

τ＝h(v，F，V0，P0，SPM) 

在此，冲突速度v是滑块2与缓冲垫11冲突时的相对速度。挤压力F是从缓冲垫11施加于滑块2的力。储能器31的初始体积V0是冲突前的储能器31内的气体的体积。储能器31的初始压力P0是冲突前的储能器31内的气体压力，即储能器31内的液压油的压力。成型周期数SPM是单位时间(例如一分钟)内的成型次数，即单位时间内的滑块2的往返次数。 

回到图5，第二速度补正信号Sc2输出到速度控制部64。在速度控制部64中，基于第二速度补正信号Sc2求出供给到伺服电机49的合适电流值，作为供给电流I供给到伺服电机49。由此，伺服电机49驱动缓冲垫11，缓冲垫11对滑块2产生朝上的挤压力并下降。由此，得到设定的缓冲压力。 

3-2位置反馈控制 

接着，说明位置反馈控制。 

位置指令运算部65储存有位置模式，该位置模式表示时间与缓冲垫11的位置之间的期望的对应关系。位置指令运算部65利用位置模式求出对应于时间的缓冲位置，并作为位置控制信号Sh输出。 

另一方面，由位置检测部17检测缓冲垫11的高度位置，该检测值作为位置反馈信号Shf输出。然后，从位置控制信号Sh值减去位置反馈信号Shf值，求出位置补正信号Shc。位置补正信号Shc输出到位置控制部66。在位置控制部66根据位置补正信号Shc求出伺服电机49的合适的速度，并输出电机速度控制信号Sr3。以后的信号的流程与压力反馈控制相同。但是，在进行位置反馈控制期间，来自速度差指令部63的速度差指令信号Svc值成为零。 

另外，压力反馈控制与位置反馈控制由控制切换部67来切换。 

4.特征 

在该模具缓冲装置7中，在缓冲装置12中同时设置有储能器31和节流孔33。因此，在冲突时能够使工件9对上模4施加的挤压力稳定。而且，由储能器31产生的挤压力的加载延迟由节流孔33进行补偿，从而能够缩短挤压力的加载时间。 

而且，在该模具缓冲装置7中，控制滑块2速度与支承部13速度的速度差，以使由储能器31产生的挤压力的加载延迟由节流孔33进行补偿。由此，能够精确地控制冲突时的挤压力。 

5.其他实施方式 

(a) 

在上述实施方式中，在缓冲装置12中设有液压回路24，通过液压吸收冲击，但是，也可以采用吸收冲击的其他结构。例如，代替节流孔33，作为衰减部可以设置阻尼器。而且，代替储能器31，作为弹性部可以设置线圈弹簧。 

(b) 

在上述实施方式中，检测滑块2的速度，并控制滑块2速度与支承部13速度的速度差，但是，可以检测缓冲垫11的速度，并将缓冲垫11的速度作为所述滑块2的速度。 

(c) 

速度差模式不限于上述的模式，只要是补偿由储能器31产生的挤压力的加载延迟的模式均可采用。 

(d) 

在上述实施方式中，在缓冲装置2中采用了液压油，但是，作为吸收冲击的液体，还可以采用其他液体。 

(e) 

在上述实施方式中，采用了节流孔33，但是，可以采用作为节流部起作用的其他装置。 

(f) 

第一速度检测部15检测滑块的位置，但是，也可以采用通过对该检测值进行微分求出滑块速度的机构。 

另外，第二速度检测部16可以通过检测伺服电机49的旋转轴的旋转角度，并对该检测值进行微分来求出转速。 

工业实用性 

本发明具有能够精确地控制加载时的挤压力的效果，并且作为模具缓冲装置是有用的。 

Claims (2)

1.一种模具缓冲装置，在压力机中产生施加于滑块的挤压力，其特征在于，具有：

缓冲垫，其承受来自所述滑块的力；

支承部，其支承所述缓冲垫；

伺服电机，其通过使所述支承部升降而使所述缓冲垫升降；

缓冲装置，其缓和所述缓冲垫与所述支承部之间的冲击；

第一速度检测部，其检测所述滑块的速度；

第二速度检测部，其检测所述支承部的速度；

控制部，其控制所述伺服电机，使得由所述第一速度检测部检测到的所述滑块的速度与由所述第二速度检测部检测到的所述支承部的速度的速度差，达到随着时间的经过而变化的规定的目标值；

所述缓冲装置具有液压缸、活塞、形成于所述液压缸与所述活塞之间的液压室及与所述液压室连接的液压回路；

所述液压回路具有节流孔和储能器，该节流孔产生与所述缓冲垫相对所述支承部的相对速度对应的反作用力，该储能器产生与所述缓冲垫相对所述支承部的相对位移对应的反作用力；

所述控制部具有速度差指令部，该速度差指令部储存有所述速度差的速度差模式，利用该速度差模式求出对应于时间的速度差，并输出速度差指令信号；

所述速度差模式被设定为：由所述缓冲装置的所述节流孔产生的衰减力与目标载荷和由所述储能器产生的载荷之差一致。

2.如权利要求1所述的模具缓冲装置，其特征在于，

所述控制部将所述伺服电机控制为，所述速度差在所述缓冲垫开始承受来自所述滑块的力的时间点以后的规定的第一时间点达到峰值，而在所述第一时间点以后随着时间的经过逐渐减小。

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