JP2007014964A - サーボダイクッションの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 力検出器を使用せずに正確な力制御を行うことができるサーボダイクッションの制御装置を提供する。
【解決手段】 制御装置１０は、スライド１６の位置を検出するスライド位置検出部１０ａと、スライド１６とダイクッション１８との間の力が所望の値になるように予め定められた、スライド１６の位置とダイクッション１８の速度との対応関係を表わすテーブル又は関係式を記憶する記憶部１０ｂと、スライド位置検出部１０ａが検出したスライド検出位置及びテーブル等に基づいてダイクッション１８の速度指令を作成するダイクッション速度指令部１０ｃとを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サーボモータを駆動源としてプレス機械のスライドに力を生じさせるダイクッション機構の制御装置に関し、特には、プレス機械のダイクッション機構が生じる力を制御する制御装置に関する。

曲げ、絞り、打抜き等のプレス加工を行うプレス機械において、加工動作中に、プレス加工に用いる第１の型を支持する可動側の支持部材（一般にスライドと称する）に対し、第２の型を支持する支持部材の側から所要の力（圧力）を加える付属装置として、ダイクッション機構を装備することが知られている。ダイクッション機構は通常、所定の圧力で保持した可動要素（一般にクッションパッドと称する）に、型閉め方向へ移動中のスライド（又は第１の型）を直接又は間接に衝突させた後、型閉め（成形）を経て型開きに至るまで、クッションパッドがスライドに力（圧力）を加えながらスライドと共に移動するように構成されている。この間、例えば、クッションパッドとスライドとの間に被加工素材の加工箇所の周辺領域を挟持することにより、被加工素材の皺の発生を防止することができる。

従来のダイクッション機構は、油圧又は空圧式の装置を駆動源としているものが多く、これらの装置は一定圧力での制御しか行えなかった。また高精度のプレス加工を行うためには、絞り込み時の圧力を一定ではなく絞り込み量に応じて変化させることが望ましいが、油圧又は空圧式の装置ではそれができなかった。

そこで近年、応答性に優れた力制御を可能とするために、サーボモータを駆動源とするダイクッション機構が開発されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載されるダイクッション機構は、プレス機械のスライドの下方に設置されるクッションパッドを、スライドの昇降動作に対応して、サーボモータにより昇降動作させる構成を有する。この構成では、クッションパッドの位置に対応するクッションストロークとクッション圧の関係曲線を予め金型に応じて定めた自由曲線に交換して圧力制御を行う。また特許文献２には、スライド位置に応じてクッション圧を予め設定した荷重パターンに沿って制御する例が記載されている。

特開平１０−２０２３２７号公報 特公平７−１０６４７７号公報

従来のサーボダイクッションの制御においては、力を制御するための力信号が必要であり、その力信号を生成するための力検出値を測定する力検出器を使用する必要があった。しかし力検出器による測定は、近年の高速化に伴うスライドの急な加減速による振動等の影響を受けやすく、無視できない誤差を含む場合が少なくない。このようにして検出値の誤差が大きくなると、正確な力の制御ができなくなる。

そこで本発明は、力検出器を使用せずに正確な力制御を行うことができるサーボダイクッションの制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、前記スライドの位置を検出するスライド位置検出部と、前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わすテーブルを記憶する記憶部と、前記スライド位置検出部が検出したスライド検出位置及び前記テーブルに基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、を有する制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、前記スライドの位置を検出するスライド位置検出部と、前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わす関係式を記憶する記憶部と、前記スライド位置検出部が検出したスライド検出位置及び前記関係式に基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、を有する制御装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、前記スライドの位置指令を作成するスライド位置指令部と、前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わすテーブルを記憶する記憶部と、前記スライド位置指令部が指令したスライド指令位置及び前記テーブルに基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、を有する制御装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、前記スライドの位置指令を作成するスライド位置指令部と、前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わす関係式を記憶する記憶部と、前記スライド位置指令部が指令したスライド指令位置及び前記関係式に基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、を有する制御装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置において、前記ダイクッションの速度指令に基づいて前記ダイクッションのトルク指令を作成する手段をさらに有する、制御装置を提供する。

本発明に係るサーボダイクッションの制御装置によれば、従来必要であった力検出器を使用する必要がなく、設備の低コスト化が図れるとともに、力検出器による検出値が含み得る誤差の影響を排除することができる。

図１は、本発明に係るサーボダイクッションの第１の実施形態の制御装置を含むプレス機の基本構成を示す図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るサーボダイクッションの制御装置１０は、適当なリンク機構１２を介してサーボモータ１４によって駆動されるスライド１６と、スライド１６の動作に対応して移動するダイクッション１８とを有するプレス機２０において、ダイクッション１８とスライド１６との間に所定の力（圧力）が生じるように、ダイクッション１８を駆動するサーボモータ２２を制御する。なお制御装置１０以外の構成要素については従来のものと同様であってよいので、詳細な説明は省略する。

制御装置１０は、スライド１６の位置を検出するスライド位置検出部すなわち検出器１０ａと、スライド１６とダイクッション１８との間の力が所望の値になるように予め定められた、スライド１６の位置とダイクッション１８の速度との対応関係を表わすテーブル又は関係式（後述）を記憶する記憶部１０ｂと、スライド位置検出部１０ａが検出したスライド検出位置及びテーブル等に基づいてダイクッション１８の速度指令を作成するダイクッション速度指令部１０ｃとを有する。また記憶部１０ｂは、スライド１６の位置とダイクッション１８の速度との対応関係を表わすものとしてテーブルの代わりに関係式を記憶してもよい。

次に本発明の基本的な考え方について述べる。上述のプレス機２０においては、ダイクッション１８により生じるスライド１６に対する力Ｆ（プレス圧）は以下の式で表される。但し、スライドとダイクッションとの衝突時の時刻ｔをゼロ（ｔ＝０）とする。
∫（Ｖｓ−Ｖｄ）ｄｔ＝ｋ・Ｆ ・・（１）
ここでＶｓ及びＶｄは、それぞれスライド及びダイクッションの速度であり、ｋは左辺から得られた値（位置データ）を力に換算する係数である。また式（１）は、スライド位置Ｐｓを用いて以下のように変形することもできる。
Ｐｓ−∫（Ｖｄ）ｄｔ＝ｋ・Ｆ ・・（２）

式（２）より、スライド位置及び力Ｆからダイクッションの指令速度Ｖｄを求めることができる。従って、スライド位置を入力として、所望の力Ｆが得られるダイクッション指令速度Ｖｄを出力とする伝達関数を求めることができる。さらにダイクッション指令速度が定まれば、他の適当な伝達関数を用いてダイクッショントルク指令を作成することができる。なお所望の力Ｆは、条件出しと呼ばれる種々の条件でのプレス加工を予め行うことにより得られた最適な加工条件に基づいて定められる。

以下、上述の考え方に基づいて、図面及び表を参照しながら本発明を詳細に説明する。表１は、ある加工品Ａをプレス機を用いて成形する場合のスライド検出位置Ｐｓ₁〜Ｐｓ_nと、上記の所望の力Ｆが得られるダイクッション速度指令値Ｖｄ₁〜Ｖｄ_nとの関係をテーブル形式で示すものである。上述のように同表は、条件出しによって得られたスライド位置とダイクッション速度との関係に基づいて作成される。

表１を用いてスライド検出位置からダイクッション指令速度を求めるフローを図１に示す。先ず検出器１０が、ある時刻におけるスライド検出位置Ｐｓを検出する（ステップＳ１）。次に、ダイクッション速度指令部１０ｃが、Ｐｓに一致し又は最も近い値を表１のＰｓ₁〜Ｐｓ_nから抽出し、抽出された検出位置に対応する表中のＶｄ値に基づいてダイクッションの速度指令を作成する（ステップＳ２）。次に速度指令部１０ｃは、上記の式（２）に基づいて作成された速度指令を出力し（ステップＳ３）、それにより所望のプレス圧を得ることができる。

ここでスライド検出位置が表１に示された値の中間（例えばＰｓ₁とＰｓ₂との間）にある場合は、例えば、検出位置Ｐｓ＞Ｐｓ₁のときはＶｄ＝０とし（スライド位置は上方を正とする）、以降Ｐｓ₁≧Ｐｓ＞Ｐｓ₂のときはＶｄ＝Ｖｄ₁、Ｐｓ₂≧Ｐｓ＞Ｐｓ₃のときはＶｄ＝Ｖｄ₂．．．のようにＰｓ_n≧Ｐｓ＞Ｐｓ_(n+1)のときはＶｄ＝Ｖｄ_nとすることができる。あるいは、直線補間式等の適当な関係式を用いて速度指令Ｖｄを定めてもよい。

スライド位置入力として、スライド検出位置の代わりにスライド指令位置を用いることも可能である。その場合、図３に示す第２の実施形態の制御装置１０′は、スライド位置を検出する検出器１０ａの代わりにスライド位置指令を作成するスライド位置指令部１０ａ′を有する。他は図１の構成と同様でよい。また制御装置１０′によるフローは、図４に示すように、図２のステップＳ１が「スライド指令位置の読出」を行うＳ１′に置換される。他は図２と同様でよい。またスライド位置の代わりにスライド位置を微分して求めたスライド速度を用いて、式（１）に基づいてテーブル又は関係式を作成することももちろん可能である。

またダイクッションの速度指令又はトルク指令を求める代わりに、速度又はトルクの制限値を設定して指令に幅をもたせる方法もあり得る。この方法では、プレス加工に精度がそれほど要求されない場合に、指令の範囲のみを定めてある程度ダイクッションを自由に動かすことができる。

このようにして、スライド位置及び条件出しで得られている情報を基に、プレス圧を検出することなくダイクッションの最適な速度指令又はトルク指令を作成することができる。もちろん、伝達関数に完全には組み込めないワーク寸法のばらつき等の要素は残るが、その影響は加工品の精度に比して無視できる程に小さく、故に実際の加工に問題はない。

本発明に係る第１の実施形態のサーボダイクッションの制御装置を含むプレス機の基本構成を示すブロック図である。 図１の制御装置の作用を示すフローチャートである。 本発明に係る第２の実施形態のサーボダイクッションの制御装置を含むプレス機の基本構成を示すブロック図である。 図３の制御装置の作用を示すフローチャートである。

符号の説明

１０、１０′ 制御装置
１０ａ スライド位置検出部
１０ａ′ スライド位置指令部
１０ｂ 記憶部
１０ｃ ダイクッション速度指令部
１６ スライド
１８ ダイクッション
２０ プレス機

Claims (5)

1. プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、
   前記スライドの位置を検出するスライド位置検出部と、
   前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わすテーブルを記憶する記憶部と、
   前記スライド位置検出部が検出したスライド検出位置及び前記テーブルに基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、
   を有する制御装置。
2. プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、
   前記スライドの位置を検出するスライド位置検出部と、
   前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わす関係式を記憶する記憶部と、
   前記スライド位置検出部が検出したスライド検出位置及び前記関係式に基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、
   を有する制御装置。
3. プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、
   前記スライドの位置指令を作成するスライド位置指令部と、
   前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わすテーブルを記憶する記憶部と、
   前記スライド位置指令部が指令したスライド指令位置及び前記テーブルに基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、
   を有する制御装置。
4. プレス機械においてサーボモータを駆動源として前記プレス機械のスライドに対する力を生じさせるサーボダイクッションの制御装置であって、
   前記スライドの位置指令を作成するスライド位置指令部と、
   前記スライドと前記ダイクッションとの間の力が所望の値になるように予め定められた、前記スライドの位置と前記ダイクッションの速度との対応関係を表わす関係式を記憶する記憶部と、
   前記スライド位置指令部が指令したスライド指令位置及び前記関係式に基づいて前記ダイクッションの速度指令を作成するダイクッション速度指令部と、
   を有する制御装置。
5. 前記ダイクッションの速度指令に基づいて前記ダイクッションのトルク指令を作成する手段をさらに有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。

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