JP2010253540A - ダイクッション装置とそのクッション力制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構10と、クッション機構を制御する予測制御装置20とを備え、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構10を制御する。
【選択図】図3
Description
ダイクッション装置は、プレス機械においてプレス加工時に上金型とブランクホルダの間にワークを挟み、ワークにしわ押さえ力(クッション力)を付加する装置である。
この図において(A)はクッション力が必要時(スライド接触時)に高速応答する方式、(B)はクッション力がスライド接触前から圧を張って待機する方式を示している。ダイクッション装置のクッション力は、(A)ではクッション力が高速応答すること、(B)ではスライド接触時にクッション力がオーバーシュートしない(過大にならない)ことが望まれる。
電動モータ方式のクッション力制御は応答性が良いが、機構に負荷が大きく、寿命に問題がある。また電動モータ方式のクッション力制御は応答性を重視すると、クッション力のオーバーシュートが過大となる傾向があった。
サーボ弁方式や油圧ポンプ方式のクッション力制御は圧力制御が可能であり、エアクッションのように圧を張って待機することができるが、接触後のクッション力のオーバーシュートが過大になり、正確な圧力制御を行う事が困難であった。
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構を制御する予測制御装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置が提供される。
スライド位置から前記予測クッション力を予測するクッションモデルと、
前記予測時間経過後に前記予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力するレギュレータとを有する。
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値を計算する。
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するポンプモータとからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する。
該ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、
前記クッションモデルは、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する。
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
クッション機構を制御する予測制御装置とを備え、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御する、ことを特徴とするダイクッション装置のクッション力制御方法が提供される。
また、クッションモデルにより、スライド位置から予測クッション力を計算することができる。
また、レギュレータにより、予測時間経過後に予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力することができる。
従って、所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御することができる。
プレス装置1は、クッションパッド2の上面にクッションピン3を介して支持された下金型4に対し、上下動するスライド5の下面に固定された上金型6を下降させ、下金型4と上金型6との間で被加工材(ワーク)7を加圧して所定の形状にプレス成形するようになっている。
すなわち、本発明のダイクッション装置10は、プレス機械の上金型6とクッションパッド2又はクッションピン3の間にワーク7を挟み、クッションパッド2に上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるようになっている。
スライド位置センサ9は後述する例では、プレス装置1のメインギア角度を検出する角度センサであるが、本発明は角度センサに限定されず、その他のセンサであってもよい。また、クッション位置センサ8は、この例では、クッションパッド2の位置を検出するように配置されているが、その他の構成でもよい。
この図において、本発明の予測制御装置20は、スライドモデル21、クッションモデル22、レギュレータ24及びリミッタ26を有する。予測制御装置20は、例えばコンピュータ(PC)であり、スライドモデル21、クッションモデル22、レギュレータ24及びリミッタ26は、コンピュータにインストールされたコンピュータプログラムである。なお、本発明はこの構成に限定されず、スライドモデル21、クッションモデル22、レギュレータ24及びリミッタ26をそれぞれ別個の制御コントローラ又は一体の制御コントローラとして構成してもよい。
なお、コンピュータの代わりにプログラマブルロジックコントローラ(PLC)やその他の制御機器を用いても良い。
すなわち、指令値Icがリミット値以下の場合には、指令値Icをそのままクッション機構10に出力し、指令値Icが所定のリミット値を超える場合には、リミット値を指令値としてクッション機構10に出力する。
ステップS2では、スライド位置xから所定の予測時間tの経過後の予測クッション力Fcを予測する。
ステップS3では、予測時間tの経過後に予測クッション力Fcになる指令値Icをクッション機構10に出力する。
ステップS4では、指令値Icがリミット値以下の場合には、指令値Icをクッション機構10に出力し、指令値Icがリミット値を超える場合には、リミット値を指令値Icとしてクッション機構10に出力する。
これに対して予測制御を行う本発明では、図5(B)に示すように、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
この図において、本発明のクッション機構10は、油圧シリンダ12、サーボ弁14、および予測制御装置20を備える。
この例で、油圧シリンダ12は、上向きかつ鉛直に配置され、ピストンロッド11の先端(上端)にクッションパッド2が固定され一体的に昇降するようになっている。
以下、油圧シリンダ12のシリンダ位置x(t0)を単に「シリンダ位置」という。
サーボ弁14から油圧シリンダ12に供給される作動油の流量Qは、サーボ弁の開度Isv(t0)に比例する。この開度Isv(t0)は予測制御装置20に入力される。開度Isv(t0)は、例えば−100〜100%である。
予測制御装置20から出力されるサーボ弁指令値Icmdは、例えば−100〜100%であり、サーボ弁の開度Isvはサーボ弁指令値Icmdに応じてその位置まで移動する。
この図において、本発明の予測制御装置20は、スライドモデル21、クッションモデル22、レギュレータ24及びリミッタ26を有する。この構成は第1実施形態と同様である。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
ここで、式(1)はサーボ弁位置Isv(t)の予測式、式(2)(3)は下室シリンダ力Fd(t)と上室シリンダ力Fu(t)、式(4)はシリンダ力Fc(t)、式(5)はシリンダ移動量Δx(t)をそれぞれ表す式である。
また、Kqdは下室シリンダの体積弾性率、Kquは上室シリンダの体積弾性率、Ksはサーボ弁の流量特性ゲイン、Sdは下室受圧面積、Suは上室受圧面積、Δxslideは、スライドの位置変化量、Mcはクッション自重、τはサーボ系一次遅れの時定数、Ksvはサーボ弁一次遅れモデルのゲイン、t0は現在時刻、tは予測未来時間である。
ステップS12では、式(4)からサーボ弁スプールの予測位置Isv(t)を計算する。
ステップS13では、シリンダ力の予測値Fc(t)(予測クッション力)を計算する。サーボ弁スプール予測位置Isv(t)、スライド予測位置xslide(t)、および各センサ現在値を式(1)(2)に代入する。その結果を式(3)に入力し、シリンダ力の予測値Fc(t)を求める。
ステップS14では、シリンダ力予測値Fc(t)の関数に予測時間tを代入する。予測時間tは、スキャンタイムの1〜10倍程度である。
ステップS15では、シリンダ力の予測値Fc(t)=目標値となるようにサーボ弁指令値Icmdを計算する。
ステップS16では、サーボ弁指令値Icmdがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
従って、第1実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
この図において、本発明のクッション機構10は、油圧シリンダ12、ポンプモータ32、および予測制御装置20を備える。
ポンプモータ32から油圧シリンダ12に供給される作動油の流量Qは、ポンプモータ32の回転数Rvsvに比例する。この回転数Rvsv(t0)は予測制御装置20に入力される。
その他の構成は、図6と同様である。
この図において、本発明の予測制御装置20は、スライドモデル21、クッションモデル22、レギュレータ24及びリミッタ26を有する。この構成は第1、2実施形態と同様である。
その他の構成は、図7と同様である。
ここで、式(5)(6)は下室シリンダ力Fd(t)と上室シリンダ力Fu(t)、式(7)はシリンダ力Fc(t)、式(8)はモータ回転数Rvsv(t)をそれぞれ表す式である。
また、Smはポンプモータの流量特性ゲイン、τはモータ一次遅れの時定数、Ksvはモータ一次遅れモデルのゲインである。
その他は、実施形態1,2と同様である。
ステップS22では、式(8)からポンプモータの予測回転数Rvsv(t)を計算する。
ステップS23では、シリンダ力の予測値(予測クッション力)Fc(t)を計算する。予測回転数Rvsv(t)、スライド予測位置xslide(t)、および各センサ現在値を式(5)(6)に代入する。その結果を式(7)に入力し、シリンダ力の予測値Fc(t)を求める。
ステップ24では、シリンダ力予測値Fc(t)の関数に予測時間tを代入する。予測時間tは、スキャンタイムの1〜10倍程度である。
ステップ25では、シリンダ力の予測値Fc(t)=目標値となるように回転数指令値Rvcmdを計算する。
ステップ26では、回転数指令値Rvcmdがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
従って、第1、2実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
この図において、本発明のクッション機構10は、ボールネジ34、サーボモータ36、および予測制御装置20を備える。
この例で、ボールネジ34は、上向きかつ鉛直に配置され、クッションパッド2の下方に設けられたボールナット(図示せず)と螺合し、ボールネジ34の回転によりクッションパッド2を昇降するようになっている。なお、この例では、2本のボールネジ34と2台のサーボモータ36を同期させてクッションパッド2の水平を維持するようになっている。しかし、本発明はこの構成に限定させず、クッションパッド2の水平保持ガイドを別に設けて、ボールネジ34とサーボモータ36をそれぞれ1台にしてもよい。
その他の構成は、図9と同様である。
この図において、本発明の予測制御装置20は、スライドモデル21、クッションモデル22、レギュレータ24及びリミッタ26を有する。この構成は第1〜3実施形態と同様である。
その他の構成は、図10と同様である。
ここで、式(9)(10)は、下室シリンダ力Fd(t)と上室シリンダ力Fu(t)、式(11)はシリンダ力Fc(t)、式(12)はモータ回転数Rvsv(t)をそれぞれ表す式である。
また、Kcはクッション機構のバネ定数、Ksは回転数→クッションストロークの変換ゲインである。
その他は、実施形態1〜3と同様である。
ステップS32では、式(12)からサーボモータの予測回転数Rvsv(t)を計算する。
ステップS33では、クッション力の予測値(予測クッション力)Fc(t)を計算する。予測回転数Rvsv(t)、スライド予測位置xslide(t)、および各センサ現在値を式(9)(10)に代入する。その結果を式(11)に入力し、シリンダ力の予測値Fc(t)を求める。
ステップ34では、クッション力予測値Fc(t)の関数に予測時間tを代入する。予測時間tは、スキャンタイムの1〜10倍程度である。
ステップ35では、クッション力の予測値Fc(t)=目標値となるように回転数指令値Rvcmdを計算する。
ステップ36では、回転数指令値Rvcmdがリミット値を超える場合は、リミット値を出力する。
従って、第1〜3実施形態と同様に、予測制御を行う本発明では、プレス開始によるクッション力の急増を予測してその直前に指令値を下げるので、スライド接触直後のクッション力のオーバーシュートを大幅に低減、又は皆無にすることができる。
4 下金型、5 スライド、6 上金型、7 被加工材(ワーク)、
8 クッション位置センサ、9 スライド位置センサ、
10 クッション機構、11 ピストンロッド、
12 油圧シリンダ、13 油圧ユニット、14 サーボ弁、
15,16 圧力計、17 位置検出器、
20 予測制御装置、21 スライドモデル、
22 クッションモデル、24 レギュレータ、26 リミッタ、
32 ポンプモータ、34 ボールネジ、36 サーボモータ
Claims (7)
- 下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のクッション装置であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測してクッション機構を制御する予測制御装置とを備える、ことを特徴とするプレス機械のダイクッション装置。 - 前記予測制御装置は、スライド位置を予測するスライドモデルと、
スライド位置から前記予測クッション力を予測するクッションモデルと、
前記予測時間経過後に前記予測クッション力になる指令値をクッション機構に出力するレギュレータとを有する、ことを特徴とする請求項1に記載のダイクッション装置。 - 前記予測制御装置は、前記指令値を所定のリミット値以下に制限するリミッタを有し、該リミッタの出力値によりクッション機構を制御する、ことを特徴とする請求項2に記載のダイクッション装置。
- 前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するサーボ弁とからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びサーボ弁のスプール位置から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、サーボ弁指令値を計算する、ことを特徴とする請求項1に記載のダイクッション装置。 - 前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するピストンロッドを有する油圧シリンダと、
該油圧シリンダに作動油を供給又は排出するポンプモータとからなり、
前記クッションモデルは、油圧シリンダのシリンダ位置、上室圧、下室圧、及びポンプモータの回転数から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する、ことを特徴とする請求項1に記載のダイクッション装置。 - 前記クッション機構は、クッションパッドを上下動するボールネジと、
該ボールネジを回転駆動するサーボモータとからなり、
前記クッションモデルは、ボールネジのストローク位置及びサーボモータの回転数およびトルク値から前記予測クッション力を計算し、
前記レギュレータは、前記予測時間経過後に前記予測クッション力となるように、クッション力の目標値、現在値、及び前記予測クッション力から、回転数指令値を計算する、ことを特徴とする請求項1に記載のダイクッション装置。 - 下金型を支持するクッションパッドに対し、上下動するスライドの下面に固定された上金型を下降させ、下金型と上金型との間で被加工材を加圧して所定の形状にプレス成形するプレス機械のダイクッション装置のクッション力制御方法であって、
クッションパッドに上向きのクッション力を付加しながらこれを上下動させるクッション機構と、
クッション機構を制御する予測制御装置とを備え、
所定の予測時間経過後の予測クッション力を予測して、クッション機構を制御する、ことを特徴とするダイクッション装置のクッション力制御方法。
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