JP2014151361A - プレス装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができるプレス装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】プレス装置１は、ダイクッション８の位置を検出する位置検出部２１と、ダイクッション８の荷重を検出する荷重検出部２２と、ダイクッション８を制御する制御部２３を備える。制御部２３は、荷重検出部２２の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション８の位置に基づく第１の操作量に基づきダイクッション８を制御し、荷重検出部２２の検出値が閾値を超えた後は、第１の操作量と、ダイクッション８の荷重に基づく第２の操作量と、に基づきダイクッション８を制御し、第１の操作量を漸次的に減少させるとともに第２の操作量を漸次的に増加させる。これにより、ダイクッション８の位置に基づく位置制御からダイクッション８の荷重に基づく荷重制御へと滑らか且つ迅速に移行することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、プレス装置及びその制御方法に関する。

従来、プレス機械において、スライドにより金型に板金などのワークを挟み込む際のスライドとダイクッション部材の衝突時の衝撃を緩和するための技術として、例えば引用文献１に記載のダイクッション制御装置が知られている。このダイクッション制御装置では、スライドが所定位置に下降するまではサーボモータによりダイクッション部材の位置が制御される。この位置制御時に、トルクリミット手段によりサーボモータのトルクが制限される。スライドが所定位置に下降すると、圧力制御に切り替えられる。

特開２００６−２１２６４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、スライドがダイクッション軸に衝突した際の衝撃力は緩和されるものの、生産性が落ちてしまう。すなわち、プレス軸（スライド）を高速に移動させると、圧力制御への移行の際にプレス軸を急に停止させることができないため、プレス軸がダイクッション部材上のワークに接触した後のプレス軸の速度が低速となるように、プレス軸の動作を設定しておく必要がある。

本発明は、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができるプレス装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス装置は、第１の金型が設けられるベッドと、ベッドに対向して配置され、ベッドに対して可動であり、第２の金型が設けられるスライドと、ベッドと第１の金型との間、及びスライドと第２の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、ダイクッションの位置及び荷重を制御する制御部と、を備え、制御部は、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッションの位置に基づく第１の操作量に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後は第１の操作量と、ダイクッションの荷重に基づく第２の操作量と、に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後に、第１の操作量を漸次的に減少させるとともに、第２の操作量を漸次的に増加させながらダイクッションを制御する。

本発明に係るプレス装置の制御方法は、第１の金型が設けられるベッドと、ベッドに対向して配置され、ベッドに対して可動であり、第２の金型が設けられるスライドと、ベッドと第１の金型との間、及びスライドと第２の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、を備えるプレス装置の制御方法であって、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッションの位置に基づく第１の操作量に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後は第１の操作量と、ダイクッションの荷重に基づく第２の操作量と、に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後に、第１の操作量を漸次的に減少させるとともに、第２の操作量を漸次的に増加させながらダイクッションを制御する。

本発明に係るプレス装置及びその制御方法によれば、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッションは、ダイクッションの位置に基づく第１の操作量に基づいて制御される。そして、金型がワークに接触して荷重検出部の検出値が閾値を超えた後には、第１の操作量を漸次的に減少させるとともに、ダイクッションの荷重に基づく第２の操作量を漸次的に増加させてダイクッションを制御する。そのため、スライドを高速で移動させている場合であっても、ダイクッションの位置に基づく位置制御から、ダイクッションの荷重に基づく荷重制御へとの移行が滑らかに、且つ迅速に行われる。したがって、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができる。

本発明に係るプレス装置及びその制御方法では、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後において、減少前の値に対する第１の操作量の比率と、増加後の値に対する第２の操作量の比率と、の和が一定であってもよい。この場合には、第１の操作量と第２の操作量との和に基づいて制御を行う場合に、第１の操作量の減少の程度と、第２の操作量の増加の程度とを同程度にすることができる。従って、位置制御から荷重制御への移行を滑らかにすることができる。

本発明に係るプレス装置及びその制御方法では、閾値は、ダイクッションの荷重の目標値よりも小さくてもよい。この場合には、荷重検出部の検出値が荷重制御における目標値に達する前段階で、位置制御から荷重制御への滑らかな移行を開始することができる。従って、ダイクッションの荷重が目標値を超えてしまうことなく、安定して制御を行うことができる。

本発明によれば、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができるプレス装置及びその制御方法が提供される。

本発明の実施形態に係るプレス装置の正面視断面図である。 図１のII‐II線矢視図である。 プレス装置の機能的な構成を示す図である。 スライド変位とダイクッションの変位及び荷重の時間変化を模式的に示す図である。 油圧を使用するプレス装置の制御ブロックを示す図である。 第１の操作量と第２の操作量との比率を模式的に示す図である。 指令値の時間変化を示す図である。 指令値の時間変化の別の例を示す図である。 図７に示した指令値の合計値を示す図である。 本発明の作用効果を示す図である。 サーボモータを使用するプレス装置の制御ブロックを示す図である。 サーボモータを使用するプレス装置の制御ブロックの変形例を示す図である。 サーボモータを使用するプレス装置の制御ブロックの別の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるプレス装置の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るプレス装置の正面視断面図である。図２は、図１のII‐II線矢視図である。なお、以下の説明において、水平面内の一の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸に垂直な方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする。

図１及び図２に示すように、プレス装置１は、フレーム２と、ベッド３と、を備える。フレーム２及びベッド３は、鉛直方向に延びる４本のタイロッド４により結合されている。

フレーム２には、エキセン軸５が取り付けられている。エキセン軸５は、水平方向（Ｘ軸方向）に延在する。エキセン軸５の軸方向中心部には、偏心部５ａが設けられている。エキセン軸５において、偏心部５ａの両端には、一対の同軸部５ｂ，５ｂが設けられている。一対の同軸部５ｂ，５ｂは、フレーム２に回転自在に支持されている。偏心部５ａ及び同軸部５ｂは、ともに、円柱形状を有する。偏心部５ａの径は、同軸部５ｂの径よりも大きくされている。エキセン軸５の軸線方向から見た場合に、偏心部５ａの中心軸は、同軸部５ｂの中心軸に対して、ずれている。エキセン軸５には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構（不図示）が連結されている。エキセン軸５は、この駆動機構により、回転駆動される。

エキセン軸５の偏心部５ａには、スライド７が取り付けられている。スライド７は、ベッド３に対向して配置されている。スライド７には、摺動室７ｈが設けられている。摺動室７ｈは、エキセン軸５の軸方向（Ｘ軸方向）と直交する水平方向（Ｙ軸方向）に、スライド７を貫通する。スライド７は、スライドガイドにより、上下方向（Ｚ軸方向）への移動が案内される。

スライド７の摺動室７ｈには、ヨーク６が嵌められている。ヨーク６は、摺動室７ｈにおいて、Ｙ軸方向に摺動自在とされている。ヨーク６には、エキセン軸５の偏心部５ａが嵌められ、エキセン軸５の軸方向回りに回転自在とされている。

このような構成により、駆動機構を作動させると、エキセン軸５が回転する。エキセン軸５の回転に伴って、ヨーク６がＹ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを組み合わせた動作を行う。このヨーク６の動作に伴い、スライド７が、スライドガイドに案内されて上下方向に移動する。このようにして、スライド７は、ベッド３に対して可動とされている。

スライド７の下部には、ダイクッション８と、ダイクッション８を制御する油圧シリンダ９が設けられている。油圧シリンダ９は、枠体１０と、ピストン１２とを備える。枠体１０の内部には、油室１１が設けられる。ピストン１２は、油室１１の内側に、上下方向に移動可能な状態で収容されている。油室１１は、ピストン１２により、上側油室１１ａと下側油室１１ｂとに区切られている。

プレス装置１は、さらに、サーボバルブ１３ａ，１３ｂを備える。サーボバルブ１３ａは、配管１４ａを介して上側油室１１ａに連結されている。サーボバルブ１３ａは、上側油室１１ａ内の油の量を調整する。サーボバルブ１３ｂは、配管１４ｂを介して下側油室１１ｂに連結され、下側油室１１ｂ内の油の量を調整する。なお、以下の説明で、サーボバルブ１３ａ及びサーボバルブ１３ｂを、サーボバルブ１３と称することがある。また、プレス装置１は、サーボバルブ１３ａ，１３ｂに代えて、電磁比例弁を備えていてもよい。

ピストン１２には、鉛直方向下向きに延びるシリンダロッド１５が取り付けられている。シリンダロッド１５の、ピストン１２と反対側の端部には、上金型１６（第２の金型）が取り付けられている。すなわち、上金型１６は、ピストン１２の動作により、スライド７に対して鉛直方向に可動な状態で、スライド７に設けられている。

ベッド３の上部には、下金型１７（第１の金型）が設けられている。プレス装置１は、スライド７をベッド３に対して降下させて、上金型１６と下金型１７でワークＷ（被成形品）を挟み込み、さらに上金型１６に対しピストン１２で鉛直方向の荷重を調整することで、ワークＷにかかる荷重を調整して、ワークＷに対して所望の成形加工を行う。

さらに、図３に示すように、プレス装置１は、位置検出部２１と、荷重検出部２２と、制御部２３とを備える。

位置検出部２１は、ダイクッション８の位置を検出する。ダイクッション８の位置としては、例えば、枠体１０に対するピストン１２の相対位置であってもよいし、シリンダロッド１５が枠体１０からどの位置まで出ているかを示すシリンダロッド位置であってもよい。さらには、ダイクッション８の位置として、ダイクッション８に設けられた上金型１６の絶対的な位置であってもよい。センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。なお、ダイクッション８の位置を示すものであれば、シリンダ位置としてどのような値を検出してもよく、油圧シリンダ９の絶対位置などを採用してもよい。

荷重検出部２２は、ダイクッション８の荷重を検出する。ダイクッション８の荷重としては、例えば、上側油室１１ａでの油圧と、下側油室１１ｂでの油圧との差分である差圧を検出してよい。ダイクッション８の荷重として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。なお、ダイクッション８によって加えられる荷重を示すものであれば、どのような値を検出してもよい。

制御部２３は、ダイクッション８を制御する。より詳細には、制御部２３は、荷重検出部２２の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション８の位置に基づく第１の操作量に基づいてダイクッション８を制御する。ここで、閾値とは、ダイクッション８によりワークＷに加えようとする荷重の目標値に基づく値である。具体的には、閾値は、荷重の目標値に、予め定められた閾値係数を乗算した値である。この閾値は、ダイクッション８の荷重の目標値よりも小さいものとしてもよい。

制御部２３は、荷重検出部２２の検出値が閾値を超えた後は第１の操作量と、ダイクッション８の荷重に基づく第２の操作量と、に基づいてダイクッション８を制御する。制御部２３は、荷重検出部２２の検出値が閾値を超えた後に、第１の操作量を漸次的に減少させるとともに、第２の操作量を漸次的に増加させながらダイクッションを制御する。

図７に、制御部２３によって出力される、操作量の指令値の一例を示す。横軸は、ミリ秒単位の時刻を示す。縦軸は、指令値の大きさを示す。直線Ｙ１は、ダイクッション８の位置に基づく操作量である位置操作量を示す。曲線Ｙ２は、第１の操作量としての位置操作量の指令値を示す。折れ線Ｐ１は、ダイクッション８の荷重に基づく操作量である荷重操作量を示し、時刻０で一定値３０まで立ち上がる。曲線Ｐ２は、第２の操作量としての荷重操作量の指令値を示す。曲線Ｔ１は、曲線Ｙ２により示される位置操作量の指令値と、曲線Ｐ２により示される荷重操作量の指令値との和を示す。制御部２３は、この合計値Ｔ１に基づいて、ダイクッション８を制御する。制御部２３は、第１の操作量としての位置操作量の指令値Ｙ２を、時間の経過とともに位置操作量Ｙ１から減少するように出力する。同時に、制御部２３は、第２の操作量としての荷重操作量の指令値Ｐ２を、時間の経過とともに荷重操作量Ｐ１に近づくように増加するように出力する。

ここで、漸次的にとは、操作量を時間に対してグラフにプロットした場合に、操作量が実質的に曲線となるように変動し、かつその変動が単調増加または単調減少であることを指す。操作量が実質的に曲線となるような変動とは、完全に曲線となるような変動のみならず、プロット全体として見たときに曲線に近似できるような変動（例えば、複数の傾きの直線をつなぎ合わせたような変動）も含んでよい。

また、荷重検出部２２の検出値が閾値を超えた後において、減少前の値に対する第１の操作量の比率と、増加後の値に対する第２の操作量の比率との和は一定であってもよい。減少前の値に対する第１の操作量の比率とは、移行が開始される前段階の減少する前の第１の操作量（図７に示す例では、時刻−２ミリ秒におけるフィルタ後位置操作量Ｙ２の値）に対する、減少中の第１の操作量の比率を意味する。増加後の値に対する第２の操作量の比率とは、増加完了後の最終的な第２の操作量（図７に示す例では、時刻２０ミリ秒におけるフィルタ後荷重操作量Ｐ２の値）に対する、増加中の第２の操作量の比率を意味する。

次に、図４を参照して、本実施形態に係るプレス装置の動作の概略について説明する。なお、以下の説明では、スライド７側に設けられたダイクッション８に加えて、ベッド３側にも、下金型１７をベッド３に対して可動とするためのベッド側ダイクッションが設けられているものとする。図４（Ａ）は、鉛直上向きを正とした、スライド７並びにスライド７側及びベッド３側の各ダイクッションの鉛直方向位置を示す。図４（Ｂ）は、スライド７側のダイクッション８の、スライド７に対する相対変位を示す。ダイクッション８のスライド７に対する相対変位とは、より具体的には、ダイクッション８に設けられた上金型１６のスライド７に対する相対変位である。図４（Ｃ）は、ダイクッション８がワークＷに対して与える荷重であるダイクッション荷重を示す。

図４（Ａ）に示すように、スライド７は、ベッド３に対して一定速度で下降する。このため、スライド位置は、時間に対して一定の割合で負側へ変化する。時刻ｔ１で、ベッド３上のワークＷは、ダイクッション８に設けられた上金型１６に接触する。図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１以後、時刻ｔ２までダイクッション荷重は増加し、荷重の目標値に達する。この時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ダイクッション８は、下向きに速度を増しながら動き、時刻ｔ２以後、ダイクッション８は、スライド７と同じ速度で鉛直下向きに動く。以下では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間のダイクッション８の制御の切り替えについて説明する。なお、以下の説明は、スライド７がベッド３に対して下降する際の速度が一定の場合だけでなく、時間に対して曲線的に変化する場合についても、同様に当てはまる。

次に、図５を参照して、本実施形態のプレス装置１において、制御部２３により行われる制御を説明する。

この制御系には、ダイクッション８の位置の指令値であるダイクッション位置指令値Ｙ_ｒｅｆ（Δ）と、シリンダ差圧指令値（荷重指令値）Ｐ_ｒｅｆとが入力される。そして、この制御系からは、ダイクッションの荷重を示すシリンダ差圧Ｐ_Ｌと、シリンダ変位Ｙとが出力される。なお、本実施形態では、ダイクッション位置指令値Ｙ_ｒｅｆ（Δ）は、単位時間ごとに周期的に与えられる値であって、前の周期でのダイクッションの位置に対する差分値として与えられる。以下、この制御系を入力から順に説明する。なお、以下の説明で使用される加算器、減算器、乗算器、累積器、比較器、フィルタ、スイッチ等は、個々のハードウェアによって実現されるものであってもよいが、例えばマイクロプロセッサ等によりソフトウェア的に実現されるものであってもよい。

まず、この制御系における制御方法の切り替えに関して説明する。シリンダ差圧指令値に、予め定められた閾値係数が、乗算器３１により乗算され、閾値Ｐ_ＴＨ（所定の閾値）が得られる。次に、閾値Ｐ_ＴＨと、ダイクッション８から荷重検出部により得られたシリンダ差圧の実測値Ｐ_Ｌ（荷重検出部２２の検出値）とが、比較器３２により比較され、タッチ判定が行われる。シリンダ差圧の実測値Ｐ_Ｌが、閾値Ｐ_ＴＨ以下では、上金型１６がワークＷに接触していないと判定される。シリンダ差圧の実測値Ｐ_Ｌが、閾値Ｐ_ＴＨを超えた後は、上金型１６がワークＷに接触した、すなわちタッチしたと判定される。このタッチ判定の結果により、制御系におけるスイッチの切り替えがなされ、制御方法の切り替えが行われる。なお、閾値Ｐ_ＴＨは、ダイクッション８の荷重の最終的な目標値よりも小さいことが好ましい。閾値係数としては、０から１までの範囲で任意に定めることができる。例えば、上金型１６がワークＷに対して比較的高速で接触する場合には、閾値係数を０．２〜０．３といった小さな値とし、上金型１６がワークＷに対して比較的低速で接触する場合には、閾値係数を０．８〜１．０といった大きな値とすることができる。タッチ判定の結果は、後述のスイッチ５１及びスイッチ６１の切り替えに使用される。

次に、位置指令値に基づく制御について説明する。まず、位置指令値Ｙ_ｒｅｆ（Δ）が、前の周期からの差分値として、スイッチ３３を介して入力される。次に、入力された位置指令値が累積器３４により累積加算され、実測値と比較しうる位置指令値となる。次に、減算器３５により、累積器３４から出力される位置指令値と、ダイクッション８から出力されるシリンダ変位の実測値Ｙ（位置検出部２１の検出値）との差分が計算される。次に、減算器３５で計算された差分値に基づき、ＰＩ制御のための比例演算及び積分演算が行われる。具体的には、減算器３５の出力に、乗算器３６により比例ゲインＫ_ｐが乗算される。同時に、減算器３５の出力が積分器３７で積分され、乗算器３８で積分ゲインＫ_Ｉが乗算される。そして、乗算器３６の出力と乗算器３８の出力が加算器３９により加算され、位置操作量Ｙ１（第１の操作量）が得られる。このように、位置操作量Ｙ１は、シリンダ変位の実測値Ｙ、すなわちダイクッション８の位置に基づく操作量である。位置操作量Ｙ１は、減少フィルタブロック５０に入力される。

ここで、減少フィルタブロック５０は、第１のフィルタＦ１と、スイッチ５１と、加算器５２とを含んで構成されている。減少フィルタブロック５０の入力は、スイッチ５１の入力に接続されている。スイッチ５１による経路の切り替えは、比較器３２でのタッチ判定の結果に応じて行われる。上金型１６がワークＷに接触していないと判定されている間は、スイッチ５１は、加算器３９からの入力値である位置操作量Ｙ１を、加算器５２に直接出力する。上金型１６がワークＷに接触したと判定された後は、スイッチ５１は、加算器３９からの入力値である位置操作量Ｙ１を、第１のフィルタＦ１によりフィルタさせてフィルタ後位置操作量Ｙ２として、加算器５２へ出力する。

第１のフィルタＦ１は、入力された値を徐々に減少させるフィルタである。言い換えれば、第１のフィルタＦ１は、入力された値を漸次的に減少させて出力するフィルタである。第１のフィルタとしては、例えば、ハイパスフィルタ（１次進みフィルタ）を使用することができる。第１のフィルタの他の例としては、時間に対して一定の割合で減少するランプ関数を入力に乗算し、さらにローパスフィルタ（１次遅れフィルタ）を通過させるものを使用してもよい。

１次進みフィルタの伝達関数Ｇ（ｓ）は、入力をＸ（ｓ）、出力をＹ（ｓ）、時定数をＴ秒とした場合に、次式（１）で表される。
Ｇ（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝Ｔｓ／（Ｔｓ＋１）・・・（１）

次に、荷重指令値に基づく制御について説明する。まず、荷重指令値としてのシリンダ差圧指令値Ｐ_ｒｅｆが入力され、減算器４１により、このシリンダ差圧指令値Ｐ_ｒｅｆと、ダイクッション８から出力されるシリンダ差圧値Ｐ_Ｌとの差分が計算される。次に、この減算器４１で計算された差分値に基づき、ＰＩ制御のための比例演算及び積分演算が行われる。具体的には、減算器４１の出力に、乗算器４２により比例ゲインＫ_ｐが乗算される。同時に、減算器４１の出力が積分器４３で積分され、乗算器４４で積分ゲインＫ_Ｉが乗算される。そして、乗算器４２の出力と乗算器４４の出力が加算器４５により加算され、荷重操作量Ｐ１（第２の操作量）が得られる。このように、荷重操作量Ｐ１は、シリンダ荷重の実測値Ｐ_Ｌ、すなわちダイクッション８の荷重に基づく操作量である。荷重操作量Ｐ１は、増加フィルタブロック６０に入力される。

ここで、増加フィルタブロック６０は、第２のフィルタＦ２と、スイッチ６１とを含んで構成されている。増加フィルタブロック６０の入力は、スイッチ６１の入力に接続されている。スイッチ６１のオン状態とオフ状態との切り替えは、比較器３２によるタッチ判定の結果に応じて行われる。上金型１６がワークＷに接触していないと判定されている間は、スイッチ６１はオフ状態であり、加算器４５からの出力値である荷重操作量Ｐ１は、フィルタＦ２へ出力されない。上金型１６がワークＷに接触したと判定された後は、スイッチ６１がオン状態となり、加算器４５からの出力値である荷重操作量Ｐ１は、フィルタＦ２へ出力される。この場合、荷重操作量Ｐ１は、フィルタＦ２によりフィルタされて、フィルタ後荷重操作量Ｐ２となる。

第２のフィルタＦ２は、入力された値を徐々に増加させるフィルタである。言い換えれば、第２のフィルタＦ２は、入力された値を漸次的に増加させて出力するフィルタである。第２のフィルタとしては、例えば、ローパスフィルタ（１次遅れフィルタ）を使用することができる。第２のフィルタの他の例としては、時間に対して一定の割合で増加するランプ関数を入力に乗算し、さらにローパスフィルタ（１次遅れフィルタ）を通過させるものを使用してもよい。

１次遅れフィルタの伝達関数Ｇ（ｓ）は、入力をＸ（ｓ）、出力をＹ（ｓ）、時定数をＴ秒とした場合に、次式（２）で表される。
Ｇ（ｓ）＝Ｙ（ｓ）／Ｘ（ｓ）＝１／（Ｔｓ＋１）・・・（２）

減少フィルタブロック５０からの出力と、増加フィルタブロック６０からの出力とは、加算器４６により加算され、合計操作量Ｔ１となる。合計操作量Ｔ１の値は、比較器３２におけるタッチ判定の結果によって異なる。

具体的には、シリンダ差圧の実測値Ｐ_Ｌが閾値Ｐ_ＴＨ以下の場合、加算器５２から出力されるのは、加算器３９から出力された位置操作量Ｙ１そのものである。また、スイッチ６１はオフ状態であるため、フィルタＦ２からの出力は０である。したがって、加算器４６から出力される合計操作量Ｔ１は、位置操作量Ｙ１となる。

一方、シリンダ差圧の実測値Ｐ_Ｌが閾値Ｐ_ＴＨを超えた場合、加算器５２から出力されるのは、フィルタＦ１から出力されたフィルタ後位置操作量Ｙ２である。また、スイッチ６１はオン状態であるため、フィルタＦ１からの出力は、フィルタ後荷重操作量Ｐ２である。したがって、合計操作量Ｔ１は、フィルタ後位置操作量Ｙ２とフィルタ後荷重操作量Ｐ２との和である。

加算器４６の出力である合計操作量Ｔ１は、乗算器４７によりＫ_ａ倍され、サーボバルブ１３への開度指令値Ｉとなる。

サーボバルブ１３は、開度指令値Ｉに基づいてバルブ開度Ｘを調整して、油圧シリンダ９に供給される油の量を調整する。サーボバルブ１３は、二次遅れ系の伝達特性を有する。開度指令値Ｉ及びバルブ開度Ｘをそれぞれサーボバルブ１３の入力及び出力であるとした場合、サーボバルブ１３の伝達関数は、次の式（３）で表される。

サーボバルブ１３の出力であるバルブ開度Ｘは、ダイクッション８に入力される。ダイクッション８からは、位置検出部によりシリンダ変位Ｙが検出されるとともに、荷重検出部により、荷重を表す量としてのシリンダ差圧Ｐ_Ｌが検出される。

次に、図６を参照して、フィルタＦ１及びＦ２の入出力特性について説明する。曲線Ｃ１は、フィルタＦ１の入出力特性である。曲線Ｃ２は、フィルタＦ２の入出力特性である。曲線Ｃ１、Ｃ２とも、入力に対する出力の比率を示している。時刻−２ミリ秒では、フィルタＦ１の出力は、比率１．０であり、フィルタＦ２の出力は、比率０．０である。その後、時間の経過につれて、フィルタＦ１の出力は漸次的に減少し、フィルタＦ２の出力は、漸次的に増加する。ここで、フィルタＦ１の比率とフィルタＦ２の比率は、その和が一定となる。言い換えれば、フィルタＦ１とフィルタＦ２とは、同じ時定数を有している。なお、ここでの比率とは、減少が開始する前の量に対する減少中の量の比率、又は増加が完了した後の量に対する増加中の量の比率を指す。

このようなフィルタＦ１、Ｆ２を利用して、図５に示される制御系により得られる指令値の時間変動を図７に示す。位置操作量Ｙ１は、時間によらず一定値２０をとる。フィルタ後位置操作量Ｙ２は、位置操作量Ｙ１に、図６の曲線Ｃ１で表される比率を乗算したものであり、時間の経過に伴って漸次的に減少する。荷重操作量Ｐ１は、時刻０から立ち上がって値３０をとり、その後、一定値３０のままとなる。フィルタ後荷重操作量Ｐ２は、荷重操作量Ｐ１に、図６の曲線Ｃ２で表される比率を乗算したものであり、時間の経過に伴って漸次的に増加する。合計操作量Ｔ１は、フィルタ後位置操作量Ｙ２とフィルタ後荷重操作量Ｐ２との和になっている。このように、合計操作量Ｔ１は、時刻０ミリ秒から時刻２０ミリ秒までの間に、位置操作量Ｙ１から荷重操作量Ｐ１に向かって滑らかに変化している。

なお、フィルタＦ１及びフィルタＦ２としては、図８に示される特性のものを使用してもよい。図８（Ａ）では、まず、位置操作量Ｙ１に、時刻０ミリ秒から時刻１０ミリ秒にかけて一定の割合で減少していくランプ波形を乗算して値Ｙ３を得ている。次に、この値Ｙ３をローパスフィルタ（１次遅れフィルタ）によりフィルタして、フィルタ後位置操作量Ｙ４としている。図８（Ｂ）では、まず、荷重操作量Ｐ１に、時刻０ミリ秒から時刻１０ミリ秒にかけて一定の割合で増加していくランプ波形を乗算して値Ｐ３を得ている。次に、この値Ｐ３をローパスフィルタによりフィルタして、フィルタ後荷重操作量Ｐ４としている。

図９は、図８に示したフィルタ後位置操作量Ｙ４とフィルタ後荷重操作量Ｐ４とを加算器４６により加算して、合計操作量Ｔ２を得た場合を示している。図７に示した合計操作量Ｔ１の場合と同様に、合計操作量Ｔ２は、時刻０ミリ秒から時刻２０ミリ秒までの間に、位置操作量Ｙ１から荷重操作量Ｐ１に向かって滑らかに変化している。

次に、本発明の実施形態に係るプレス装置１及びこのプレス装置１の制御方法の作用効果を説明する。

図１０は、本発明の作用効果を説明するための図である。図１０（Ａ）は、スライド７がベッド３に対して移動することにより、スライド位置が時間とともに負側に変化することを示している。図１０（Ｂ）は、ダイクッション変位を示している。図１０（Ｃ）は、ダイクッション荷重を示している。時刻ｔ１は、ダイクッション８に設けられた上金型１６がワークＷに接触した時刻であり、時刻ｔ２は、ダイクッション８の荷重が目標値に達した時刻である。

図１０（Ｂ）の曲線Ｄ１及び図１０（Ｃ）の曲線Ｌ１は、ダイクッション８の制御を、ダイクッション８の位置に基づく制御から、ダイクッション８の荷重に基づく制御に時刻ｔ１で即時に切り替えた場合を示す。この場合、ダイクッション８の応答に遅れが生じる。

一方、図１０（Ｂ）の曲線Ｄ２及び図１０（Ｃ）の曲線Ｌ２は、ダイクッション８の制御を、ダイクッション８の位置に基づく制御から、ダイクッション８の荷重に基づく制御に時刻ｔ２で即時に切り替えた場合を示す。この場合、ダイクッション８の応答に大きな衝撃と、この衝撃に起因する大きな振動が生じる。

また、図１０（Ｂ）の曲線Ｄ４及び図１０（Ｃ）の曲線Ｌ４は、ダイクッション８の制御を、ダイクッション８の位置に基づく制御から、ダイクッション８の荷重に基づく制御に時刻ｔ１で即時に切り替えた場合であって、荷重フィードバックゲインが、図１０（Ｂ）の曲線Ｄ１及び図１０（Ｃ）の曲線Ｌ１より大きい場合を示す。この場合、荷重フィードバックゲインが大きいことにより、時刻ｔ１での制御の切り替え後に、図１０（Ｃ）の曲線Ｌ４に示されるように、ダイクッション８の応答に大きな衝撃と、この衝撃に起因する大きな振動が生じる。また、荷重を目標値に到達させようとするために、図１０（Ｂ）の曲線Ｄ４に示されるように、ダイクッション８の変位が負側に振れてしまう。すなわち、ダイクッション８の変位が、不必要にベッド３側へ振れてしまう。

これに対し、図１０（Ｂ）の曲線Ｄ３及び図１０（Ｃ）の曲線Ｌ３は、本発明の実施形態に係るプレス装置１での制御によるダイクッション変位及びダイクッション位置を示す。この制御によれば、曲線Ｄ１及び曲線Ｌ１で示される場合と比較して応答の遅れも少なく、曲線Ｄ３及び曲線Ｌ３で示されるような大きな振動や衝撃も生じない。

本発明の実施形態に係るプレス装置１及びその制御方法によれば、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション８は、ダイクッション８の位置に基づく第１の操作量に基づいて制御される。そして、ダイクッション８に設けられた上金型１６がベッド３上のワークＷに接触して荷重検出部の検出値が閾値を超えた後には、第１の操作量である位置操作量を漸次的に減少させるとともに、ダイクッション８の荷重に基づく第２の操作量である荷重操作量を漸次的に増加させてダイクッション８を制御する。そのため、スライド７を高速で移動させている場合であっても、ダイクッション８の位置に基づく位置制御から、ダイクッション８の荷重に基づく荷重制御へとの移行が滑らかに、且つ迅速に行われる。したがって、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができる。

第１の操作量である位置操作量と第２の操作量である荷重操作量との和に基づいて制御を行う場合には、位置操作量の減少の程度と、荷重操作量の増加の程度とを同程度にすることができる。従って、位置制御から荷重制御への移行を滑らかにすることができる。

閾値を、ダイクッションの荷重の目標値よりも小さくした場合には、荷重検出部２２の検出値が荷重制御における目標値に達する前段階で、位置制御から荷重制御への滑らかな移行を開始することができる。従って、ダイクッション８の荷重が目標値を超えてしまうことなく、安定して制御を行うことができる。

本発明は、上記で説明した実施形態に係るプレス装置及びその方法に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、図１，２及び５で示した油圧サーボバルブを用いたプレス装置に代えて、電動サーボモータでダイクッションを制御するプレス装置においても、同様のダイクッション制御を行うことができる。

図１１〜図１３では、サーボモータを使用するプレス装置の制御ブロックを示している。図１１は、モータとダイクッションとの結合剛性が高い場合を示す。図１２は、モータとダイクッションとの結合剛性が中程度の場合を示す。図１３は、モータとダイクッションとの結合剛性が低い場合を示す。図５に示した油圧式のプレス装置の制御ブロックとの主な違いは、図５の油圧式プレス装置の場合ではシリンダ差圧Ｐ_Ｌの実測値に応じてタッチ判定を行っていたのに対し、図１１〜１３の電動サーボモータ式プレス装置の場合では、モータのトルク（電流）検出値に応じてタッチ判定を行っている点である。また、図１１〜１３に示されるように、モータとダイクッションとの結合剛性の強さに応じて、フィードバックに用いられるパラメータも異なっている。

より具体的に、図５に示した油圧式プレス装置と、図１１の電動サーボモータ式プレス装置との、相違する部分について説明する。比較器３２によるタッチ判定は、荷重指令値Ｐ_ｒｅｆに予め定められた閾値係数を乗算器で乗算した閾値Ｐ_ＴＨと、モータ８２のトルク（電流）検出値との比較により行われる。トルクが閾値Ｐ_ＴＨ以下であれば、まだダイクッション８に設けられた上金型１６がワークＷに接触していないと判定される。トルクが閾値Ｐ_ＴＨを超えていれば、上金型１６がワークＷに接触していると判定される。

位置指令値及びダイクッションの位置に基づく制御に関しては、乗算器３６の出力と乗算器３８の出力とが加算器３９により加算されて値Ｙ１０が得られた後、この値Ｙ１０から、ダイクッション８で検出された速度ｄＹ／ｄｔが減算器７１により減算される。そして、減算器７１の出力値に比例ゲインＫ_ｐが乗算器７２により乗算される。同時に、減算器７１の出力値が積分器７３により積分され、乗算器７４により積分ゲインＫ_Ｉが乗算される。乗算器７２の出力と乗算器７４の出力とが加算器７５により加算されて、位置操作量Ｙ１１が得られる。この位置操作量Ｙ１１は、図５を参照して説明した減少フィルタブロック５０に入力される。位置操作量Ｙ１１は、減少フィルタブロックのフィルタＦ１でフィルタされることにより、フィルタ後位置操作量Ｙ１２となる。

一方、荷重指令値に基づく制御に関しては、荷重指令値Ｐ_ｒｅｆは、そのまま荷重操作量Ｐ１１として増加フィルタブロック６０に入力される。荷重操作量Ｐ１１は、増加フィルタブロック６０のフィルタＦ２でフィルタされることにより、フィルタ後荷重操作量Ｐ１２となる。

減少フィルタブロック５０の加算器５２の出力と、増加フィルタブロック６０の加算器６２の出力とは、加算器４６により加算され、合計操作量Ｔ１１となる。そして、減算器７６により、合計操作量Ｔ１１から、モータでのトルク検出値が減算される。減算器７６の出力には、乗算器７７により比例ゲインＫ_ｐが乗算される。同時に、減算器７６の出力は、積分器７８により積分され、さらに乗算器７９により積分ゲインＫ_Ｉが乗算される。乗算器７７の出力と乗算器７９の出力とが加算器８１により加算され、トルク指令値が得られる。このトルク指令値は、ダイクッションを駆動するサーボモータであるモータ８２に入力される。

このようなサーボモータを使用したプレス装置であっても、位置指令値に基づく位置制御から、荷重指令値に基づく荷重制御へ滑らかに移行することができる。

なお、図１２に示した、モータとダイクッションとの結合剛性が中程度の場合では、図１１の場合と異なり、減算器７１において、ダイクッションの速度ｄＹ／ｄｔに代えて、モータの速度検出値がフィードバック値として減算される。

図１３に示した、モータとダイクッションとの結合剛性が弱い場合には、減算器３５においてフィードバック値として減算される値が、図１２の場合と異なる。減算器３５において減算される値は、ダイクッション８の変位が過渡状態にある場合か、一定の範囲内に収束した場合かによって異なる。この判定は、位置決め判定部８４に用いて、減算器３５の出力値により行われる。ダイクッション８の変位が過渡状態にある場合、モータトルク（電流）検出値が積分器８５により積分され、モータ位置となり、このモータ位置がそのまま加算器８７を経て減算器３５に戻され、累積器３４の出力から減算される。ダイクッション８の変位が一定の範囲内に収束した場合、モータトルク（電流）検出値が積分器８５により積分された後、スイッチ８６を介して、一次進みフィルタＦ３によりフィルタされて加算器８７に入力される。同時に、ダイクッション８の速度ｄＹ／ｄｔが積分器８３で積分された変位が、スイッチ８８を介して一次遅れフィルタＦ４に入力され、一次遅れフィルタＦ４によりフィルタされて、加算器８７に入力される。そして、一次進みフィルタＦ３と一次遅れフィルタＦ４とが加算器８７により加算され、減算器３５に入力される。この入力された値が、減算器３５において、累積器３４の出力値から減算される。

なお、上述の実施形態では、プレス装置として、スライドと上金型との間のみにダイクッションが設けられているものを例にして説明したが、ベッドと下金型との間のみにダイクッションが設けられているプレス装置、またはスライドと上金型との間にダイクッションが設けられると共にベッドと下金型との間にダイクッションが設けられるプレス装置を採用してもよい。

１…プレス装置、３…ベッド、７…スライド、８…ダイクッション、１６…上金型（第２の金型）、１７…下金型（第１の金型）、２１…位置検出部、２２…荷重検出部、２３…制御部、Ｙ１…位置操作量（第１の操作量）、Ｐ１…荷重操作量（第２の操作量）。

Claims (6)

1. 第１の金型が設けられるベッドと、
   前記ベッドに対向して配置され、前記ベッドに対して可動であり、第２の金型が設けられるスライドと、
   前記ベッドと前記第１の金型との間、及び前記スライドと前記第２の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、
   前記ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、
   前記ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、
   前記ダイクッションを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、前記ダイクッションの位置に基づく第１の操作量に基づいて前記ダイクッションを制御し、
   前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後は前記第１の操作量と、前記ダイクッションの荷重に基づく第２の操作量と、に基づいて前記ダイクッションを制御し、
   前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後に、前記第１の操作量を漸次的に減少させるとともに、前記第２の操作量を漸次的に増加させながら前記ダイクッションを制御する、
   プレス装置。
2. 前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後において、減少前の値に対する前記第１の操作量の比率と、増加後の値に対する前記第２の操作量の比率と、の和が一定である、請求項１に記載のプレス装置。
3. 前記閾値は、前記ダイクッションの荷重の目標値よりも小さい、請求項１又は２に記載のプレス装置。
4. 第１の金型が設けられるベッドと、
   前記ベッドに対向して配置され、前記ベッドに対して可動であり、第２の金型が設けられるスライドと、
   前記ベッドと前記第１の金型との間、及び前記スライドと前記第２の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、
   前記ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、
   前記ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、
   を備えるプレス装置の制御方法であって、
   前記荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、前記ダイクッションの位置に基づく第１の操作量に基づいて前記ダイクッションを制御し、
   前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後は前記第１の操作量と、前記ダイクッションの荷重に基づく第２の操作量と、に基づいて前記ダイクッションを制御し、
   前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後に、前記第１の操作量を漸次的に減少させるとともに、前記第２の操作量を漸次的に増加させながら前記ダイクッションを制御する、
   プレス装置の制御方法。
5. 前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後において、減少前の値に対する前記第１の操作量の比率と、増加後の値に対する前記第２の操作量の比率と、の和が一定である、請求項４に記載のプレス装置の制御方法。
6. 前記閾値は、前記ダイクッションの荷重の目標値よりも小さい、請求項４又は５に記載のプレス装置の制御方法。

Images