JP2015066597A - ダイクッション制御装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス機械のプレス速度の低下やプレス加工中の停止を防止し、かつクッション力とストロークをプレス機械の制約条件を満たす範囲で自由に設定することができるダイクッション制御装置と方法を提供する。【解決手段】ダイクッション装置１０の設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１の設定関係Ａ１を入力可能であり、制御情報Ｂを表示する設定表示装置３２と、設定関係Ａ１から制御情報Ｂを演算し出力する演算制御装置３４とを備える。演算制御装置３４は、記憶部３５ａ、設定演算部３５ｂ、設定判定部３５ｃ、及び設定出力部３５ｄを有する。設定表示装置３２により、設定関係Ａ１、設定仕事量Ｗ１及び設定仕事量がプレス機械Ｐの制約条件Ｃを満たすか否かの設定判定結果を表示する。【選択図】図３

Description

本発明は、プレス機械のダイクッション制御装置と方法に関する。

プレス機械（またはプレス）は、例えば上金型と下金型の間にワークを挟持し、その間にプレス力を作用させてワークを塑性変形させる塑性加工機械である。この加工をプレス加工と呼ぶ。
プレス機械は、機械プレス、油圧プレス、及びサーボプレスに大別される。また機械プレスは、プレス力を発生させる機構の相違により、クランク式とリンク式に区分される。

ダイクッション装置は、プレス機械において上金型とブランクホルダの間にワークを挟みワークのしわ押さえ力（クッション力）を発生する装置である。
かかるダイクッション装置を制御する手段は、例えば特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１の「ダイクッション機構並びにその制御装置及び制御方法」は、サーボモータを駆動源として外部への力を生ずるダイクッション機構の制御装置である。また、特許文献１は、サーボモータの制御状態に関連して、ダイクッション機構が異常な力を生じることを防止する異常防止部を具備するものである。

特許文献２の「プレス機械のダイクッション装置」は、サーボモータとボールネジの組合せにより制動部材を駆動するリニア駆動装置と、制動部材の速度を減速してクッションパッドに伝達する液圧式変速装置とを備えるものである。

特許文献３の「プレス機械のプレス加工条件設定装置」は、金型情報とマシン情報から、エア圧を算出し、プレス加工条件としてのエアタンク内のエア圧がそのエア圧となるように給排気バルブを切換制御するものである。

特許第４６１０６３５号公報 特開２０１１−８３７８２号公報 特開平５−２８５７００号公報

成形素材の多様化等の影響で、より細かなクッション力設定が可能になりつつあるが、逆に設定方法が複雑化して、システムの許容以上の能力で運転してしまう可能性がある。
クッション力や成形ストロークは、入力範囲設定で簡単にスペック範囲外になることを防止できるが、クッションの仕事量は、設定項目ではないので、チェックしていないか、クッション力の上限値にマージンを取るなどして対応していた。

ダイクッション装置は、クッション力とそのクッション力を作用させるクッションストローク（以下、単に「ストローク」と呼ぶ）を予め設定する必要がある。このクッション力とストロークは、近年の成形素材の多様化に伴い、一定値でなく、複数のステップに分けて設定することが行なわれる。

しかし、クッション力とストロークの設定は、ダイクッション装置の能力範囲で自由に設定できるため、クッション力やストロークの設定範囲を制限した場合でも、ダイクッション装置による消費エネルギーが過大となることがあった。そのため、プレス機械の運転中に、プレス速度が低下したり、プレス加工中で停止したりすることがあった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、プレス機械のプレス速度の低下やプレス加工中の停止を防止し、かつクッション力とストロークをプレス機械の制約条件を満たす範囲で自由に設定することができるダイクッション制御装置と方法を提供することにある。

本発明によれば、ダイクッション装置の設定ストロークと設定クッション力の設定関係を入力可能であり、制御情報を表示する設定表示装置と、
前記設定関係から前記制御情報を演算し出力する演算制御装置と、を備え、
前記演算制御装置は、
プレス機械の制約条件を記憶する記憶部と、
前記設定関係から設定仕事量を演算する設定演算部と、
前記設定仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定する設定判定部と、
前記設定仕事量と前記設定判定部による設定判定結果を前記制御情報として出力する設定出力部と、を有し、
前記設定表示装置は、前記設定関係、設定仕事量及び設定判定結果を表示する、ことを特徴とするダイクッション制御装置が提供される。

前記演算制御装置は、
プレス機械の作動中における実ストロークと実クッション力の実測関係を検出する実測検出部と、
前記実測関係から実測仕事量を演算する実測演算部と、
前記実測仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定する実測判定部と、
前記実測仕事量と前記実測判定部による実測判定結果を前記制御情報として出力する実測出力部と、を有し、
前記設定表示装置は、前記実測関係、実測仕事量及び実測判定結果を表示する。

プレス機械の制約条件は、プレス機械のメインモータの定格仕事量、又はエネルギーを蓄積する装置の仕事量の一部又は全部を前記定格仕事量に加算した仕事量である。

また本発明によれば、ダイクッション装置の設定ストロークと設定クッション力の設定関係を入力可能であり、制御情報を表示する設定表示装置と、
前記設定関係から前記制御情報を演算し出力する演算制御装置と、を準備し、
前記演算制御装置により、
プレス機械の制約条件を記憶し、
前記設定関係から設定仕事量を演算し、
前記設定仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定し、
前記設定仕事量と前記判定による設定判定結果を前記制御情報として出力し、
前記設定表示装置により、前記設定関係、設定仕事量及び設定判定結果を表示する、ことを特徴とするダイクッション制御方法が提供される。

前記演算制御装置により、
プレス機械の作動中における実ストロークと実クッション力の実測関係を検出し、
前記実測関係から実測仕事量を演算し、
前記実測仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定し、
前記実測仕事量と前記判定による実測判定結果を前記制御情報として出力し、
前記設定表示装置により、前記実測関係、実測仕事量及び実測判定結果を表示する。

上記本発明の装置と方法によれば、設定演算部により設定ストロークと設定クッション力の設定関係から設定仕事量を演算し、設定判定部により設定仕事量がプレス機械の制約条件を満たすか否かを判定する。従って、設定表示装置により、設定関係、設定仕事量及び設定判定結果を表示することにより、プレス速度の低下やプレス加工中の停止をプレス機械の作動前に認識することができる。
これにより、プレス速度の低下やプレス加工中の停止を防止し、かつクッション力とストロークを、プレス機械の作動前に、プレス機械の制約条件を満たす範囲で自由に設定することができる。

ダイクッション装置を備えたプレス機械の全体構成図である。 ダイクッション装置と本発明によるダイクッション制御装置との関係を示す図である。 本発明によるダイクッション制御装置の模式図である。 本発明によるダイクッション制御方法の全体フロー図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、ダイクッション装置１０を備えたプレス機械Ｐの全体構成図である。
この図において、プレス機械Ｐは、ボルスタ１の上面に固定された下金型２に対し、上下動するスライド３の下面に固定された上金型４を下降させる。これによりプレス機械Ｐは、下金型２と上金型４との間で図示しないワーク（被加工材：ブランクとも呼ぶ）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。
この場合、下金型２は、ボルスタ１に支持され、ボルスタ１はベッド８によって支持され、ベッド８がプレス成形荷重を受ける。

また、上金型４および下金型２によりワークをプレス成形する際に、ワークを保持するブランクホルダ５がクッションピン６を介してクッションパッド７により支持される。
ブランクホルダ５は、ワークのプレス成形時に上金型４との間でワークを保持するものであり、ワーク下面の周縁部を支持してワークのしわ押さえを行う。
クッションピン６は、ボルスタ１を貫通して上下に延びる昇降移動可能な棒状の部品である。
クッションパッド７は、上面でクッションピン６を支持している。クッションパッド７は、ブランクホルダ５の下方に位置し、ブランクホルダ５と同期して上下動する。
上述した構成によりブランクホルダ５、クッションピン６、及びクッションパッド７は、全体として一体となって上下動する。

ダイクッション装置１０は、プレス機械Ｐの上金型４とブランクホルダ５の間にワーク（被加工材）を挟み、ブランクホルダ５にクッションピン６とクッションパッド７を介して上向きのクッション力ｆを付加しながらこれらを上下動させる装置である。

図１において、ダイクッション装置１０は、油圧クッション１２と、空圧クッション２０とを備える。

油圧クッション１２は、リニア駆動装置１４と液圧式変速装置１６とを備える。

リニア駆動装置１４は、サーボモータ１４ａとボールネジ１４ｂの組合せにより制動部材１５を所定の直線に沿って駆動可能であり、かつ制動部材１５の直線運動からエネルギーを回生可能に構成されている。

液圧式変速装置１６は、クッションパッド７の上下動を封入された液圧を介してリニア駆動装置１４の制動部材１５の直線運動に増速し、かつ制動部材１５の直線運動を液圧を介してクッションパッド７の上下動に減速するようになっている。
液圧式変速装置１６は、大径ピストン１７、小径ピストン１８、及びパスカルシリンダ１９を有する。
大径ピストン１７は、クッションパッド７の下方に位置し、ブランクホルダ５と共に上下動可能に構成されている。
小径ピストン１８は、リニア駆動装置１４の制動部材１５に連結され、これと共に直線運動する。
パスカルシリンダ１９は、大径ピストン１７及び小径ピストン１８をそれぞれ独立して軸方向に移動可能に案内し、その間に非圧縮性の作動液が封入されている。

空圧クッション２０は、空圧シリンダ２１、空圧タンク２２、電磁弁２３、開閉弁２４を有し、空圧源２５から空圧シリンダ２１に所定圧力の空気を供給し排気するようになっている。

ダイクッション装置１０は、さらにダイクッション装置１０の作動中におけるストロークｓを検出するストローク検出装置２６と、クッション力ｆを検出するクッション力検出装置２８とを備える。
ストローク検出装置２６は、この例ではクッションパッド７に取り付けられたリニアエンコーダであり、クッションパッド７の上下の移動量をリアルタイムに出力する。なお、ストローク検出装置２６は、この例に限定されず、その他の構成のセンサであってもよい。
クッション力検出装置２８は、この例では、パスカルシリンダ１９内の圧力（大径ピストン１７と小径ピストン１８の間の圧力）を検出する液圧センサ２８ａと、空圧シリンダ２１内の圧力を検出する空圧センサ２８ｂである。なお、クッション力検出装置２８は、この例に限定されず、その他の構成のセンサであってもよい。

また、本発明は、上述したダイクッション装置１０に限定されず、その他の周知のダイクッション装置であってもよい。以下、上述したダイクッション装置１０を用いて本発明を説明する。

図２は、ダイクッション装置１０と本発明によるダイクッション制御装置３０との関係を示す図である。
この図において、２９は、ダイクッション装置１０のストロークｓとクッション力ｆを制御するクッションコントローラである。

図３は、本発明によるダイクッション制御装置３０の模式図である。
この図において、本発明のダイクッション制御装置３０は、設定表示装置３２と演算制御装置３４を備える。

設定表示装置３２は、ダイクッション装置１０の設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１の設定関係Ａ１を入力可能であり、かつ制御情報Ｂを表示するようになっている。なお、「設定ストロークｓ１」とは、設定するストロークｓを意味し、「設定クッション力ｆ１」とは設定するクッション力ｆを意味する。
設定関係Ａ１の入力は、オペレータ（人）により手動で行うのが好ましいが、その他の手段、例えば外部コンピュータからの入力であってもよい。

設定表示装置３２は、この例ではタッチパネル式のディスプレイである。設定関係Ａ１は、この例では、ステップ１〜８にそれぞれ対応する設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１であり、表又はグラフで入力するようになっている。なお、設定関係Ａ１は、設定クッション力ｆ１と設定ストロークｓ１との関係を表す曲線であってもよい。
また、設定表示装置３２は、設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１の設定関係Ａ１を制御情報Ｂの一部として、表又はグラフで表示する。なお、制御情報Ｂの詳細は後述する。

演算制御装置３４は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、入力された設定関係Ａ１から制御情報Ｂを演算し出力する。

図３において、演算制御装置３４は、記憶部３５ａ、設定演算部３５ｂ、設定判定部３５ｃ、及び設定出力部３５ｄを有する。

記憶部３５ａは、プレス機械Ｐの制約条件Ｃを記憶する。
ここでプレス機械Ｐの制約条件Ｃは、プレス機械Ｐのメインモータの定格仕事量を最大仕事量ＣＭとして設定するのがよい。
また、プレス機械Ｐがエネルギーを蓄積する装置、例えばフライホイールを有している場合には、エネルギーを蓄積する装置（すなわちフライホイール）の仕事量の一部又は全部をメインモータの定格仕事量に加算した仕事量を最大仕事量ＣＭとして設定してもよい。
さらに、ワークのプレス加工に要する仕事量（ワーク加工仕事量）が既知又は予測できる場合には、ワーク加工仕事量を上述した仕事量から減算した仕事量を最大仕事量ＣＭとして設定してもよい。

設定演算部３５ｂは、入力された設定関係Ａ１から設定仕事量Ｗ１を演算する。設定仕事量Ｗ１は、設定関係Ａ１における設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１を積算することにより求める。なお、設定関係Ａ１が、設定クッション力ｆ１と設定ストロークｓ１との関係を表す曲線である場合には、曲線を表す式を積分することで設定仕事量Ｗ１を求めるのがよい。

設定判定部３５ｃは、演算により求めた設定仕事量Ｗ１がプレス機械Ｐの制約条件Ｃを満たすか否かを判定する。すなわち、設定仕事量Ｗ１を最大仕事量ＣＭと比較し、設定仕事量Ｗ１が最大仕事量ＣＭより小さい場合には、「制約条件Ｃを満たす」と判断し、設定仕事量Ｗ１が最大仕事量ＣＭと等しいかこれより大きい場合には、「制約条件Ｃを満たさない」と判断する。
設定出力部３５ｄは、演算により求めた設定仕事量Ｗ１と設定判定部３５ｃによる設定判定結果を制御情報Ｂとして出力する。

設定表示装置３２は、入力された設定関係Ａ１、演算により求めた設定仕事量Ｗ１及び設定判定部３５ｃによる設定判定結果を表示する。
設定判定結果は、「制約条件Ｃを満たさない」場合には、音又は色により、注意を促すアラーム表示であるのがよい。

図３において、演算制御装置３４は、さらに実測検出部３６ａ、実測演算部３６ｂ、実測判定部３６ｃ、及び実測出力部３６ｄを有する。

実測検出部３６ａは、上述したストローク検出装置２６とクッション力検出装置２８の検出データを受信し、実ストロークｓ２と実クッション力ｆ２の実測値からその関係（実測関係Ａ２）をリアルタイムで検出する。
なお、「実ストロークｓ２」とは実測されたストロークｓを意味し、「実クッション力ｆ２」とは実測されたクッション力ｆを意味する。

実測演算部３６ｂは、検出された実測関係Ａ２から実測仕事量Ｗ２を演算する。実測仕事量Ｗ２は、実測関係Ａ２における実ストロークｓ２とを積算することにより求める。なお、実測関係Ａ２が、ｆ２＝ｇ２（ｓ２）で表す曲線の場合には、これを積分することで実測仕事量Ｗ２を求めるのがよい。

実測判定部３６ｃは、演算により求めた実測仕事量Ｗ２が上述したプレス機械Ｐの制約条件Ｃを満たすか否かを判定する。すなわち、実測仕事量Ｗ２を最大仕事量ＣＭと比較し、実測仕事量Ｗ２が最大仕事量ＣＭより小さい場合には、「制約条件Ｃを満たす」と判断し、実測仕事量Ｗ２が最大仕事量ＣＭと等しいかこれより大きい場合には、「制約条件Ｃを満たさない」と判断する。
実測出力部３６ｄは、演算により求めた実測仕事量Ｗ２と実測判定部３６ｃによる実測判定結果を制御情報Ｂとして出力する。

設定表示装置３２は、実ストロークｓ２と実クッション力ｆ２の実測関係Ａ２、演算により求めた実測仕事量Ｗ２及び実測判定部３６ｃによる実測判定結果を表示する。
実測判定結果は、「制約条件Ｃを満たさない」場合には、音又は色により、注意を促すアラーム表示であるのがよい。また、プレス速度の低下やプレス加工中の停止の可能性がある場合には、アラーム表示と共に、プレス機械Ｐを所定のサイクル位置（例えば復帰位置）でサイクル停止させてもよい。

図４は、本発明によるダイクッション制御方法の全体フロー図である。この図に示すように、本発明のダイクッション制御方法はＳ１〜Ｓ１１の各ステップ（工程）からなる。

本発明のダイクッション制御方法では、上述した設定表示装置３２と演算制御装置３４を準備する。

ステップＳ１〜Ｓ６は、プレス機械Ｐの作動前の動作を示している。
ステップＳ１では、演算制御装置３４により、プレス機械Ｐの制約条件Ｃを記憶する。
ステップＳ２では、設定表示装置３２により、ダイクッション装置１０の設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１の設定関係Ａ１を入力する。
ステップＳ３では、設定関係Ａ１から設定仕事量Ｗ１を演算する。
ステップＳ４では、設定仕事量Ｗ１が制約条件Ｃを満たすか否かを判定する。
ステップＳ５では、設定仕事量Ｗ１と設定判定部３５ｃによる設定判定結果を制御情報Ｂとして出力する。
ステップＳ６では、設定表示装置３２により、設定関係Ａ１、設定仕事量Ｗ１及び設定判定結果を表示する。

ステップＳ７〜Ｓ１１は、プレス機械Ｐの作動中の動作を示している。
ステップＳ７では、ダイクッション装置１０の作動中における実ストロークｓ２と実クッション力ｆ２の実測関係Ａ２を検出する。
ステップＳ８では、実測関係Ａ２から実測仕事量Ｗ２を演算する。
ステップＳ９では、実測仕事量Ｗ２が制約条件Ｃを満たすか否かを判定する。
ステップＳ１０では、実測仕事量Ｗ２と実測判定部３６ｃによる実測判定結果を制御情報Ｂとして出力する。
ステップＳ１１では、設定表示装置３２により、実測関係Ａ２、実測仕事量Ｗ２及び実測判定結果を表示する。

上述した本発明の装置と方法によれば、設定演算部３５ｂにより設定ストロークｓ１と設定クッション力ｆ１の設定関係Ａ１から設定仕事量Ｗ１を演算し、設定判定部３５ｃにより設定仕事量Ｗ１がプレス機械Ｐの制約条件Ｃを満たすか否かを判定する。従って、設定表示装置３２により、設定関係Ａ１、設定仕事量Ｗ１及び設定判定結果を表示することにより、プレス速度の低下やプレス加工中の停止をプレス機械Ｐの作動前に認識することができる。
これにより、プレス速度の低下やプレス加工中の停止を防止し、かつ設定クッション力ｆ１と設定ストロークｓ１を、プレス機械Ｐの作動前に、プレス機械Ｐの制約条件Ｃを満たす範囲で自由に設定することができる。

また、プレス機械Ｐの作動中において、実測演算部３６ｂにより実ストロークｓ２と実クッション力ｆ２の実測関係Ａ２から実測仕事量Ｗ２を演算し、実測判定部３６ｃにより実測仕事量Ｗ２が制約条件Ｃを満たすか否かを判定する。従って、プレス機械Ｐの作動中に、設定表示装置３２により、実測関係Ａ２、実測仕事量Ｗ２及び実測判定結果を表示することにより、プレス速度の低下やプレス加工中の停止を未然に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

Ａ１ 設定関係、Ａ２ 実測関係、Ｂ 制御情報、Ｃ 制約条件、
ＣＭ 最大仕事量、ｆ クッション力、ｆ１ 設定クッション力、
ｆ２ 実クッション力、Ｐ プレス機械、ｓ ストローク、
ｓ１ 設定ストローク、ｓ２ 実ストローク、Ｗ１ 設定仕事量、
Ｗ２ 実測仕事量、１ ボルスタ、２ 下金型、３ スライド、
４ 上金型、５ ブランクホルダ、６ クッションピン、
７ クッションパッド、８ ベッド、１０ ダイクッション装置、
１２ 油圧クッション、１４ リニア駆動装置、１４ａ サーボモータ、
１４ｂ ボールネジ、１５ 制動部材、１６ 液圧式変速装置、
１７ 大径ピストン、１８ 小径ピストン、１９ パスカルシリンダ、
２０ 空圧クッション、２１ 空圧シリンダ、２２ 空圧タンク、
２３ 電磁弁、２４ 開閉弁、２５ 空圧源２６ ストローク検出装置、
２８ クッション力検出装置、２８ａ 液圧センサ、２８ｂ 空圧センサ、
２９ クッションコントローラ、３０ ダイクッション制御装置、
３２ 設定表示装置、３４ 演算制御装置、３５ａ 記憶部、
３５ｂ 設定演算部、３５ｃ 設定判定部、３５ｄ 設定出力部、
３６ａ 実測検出部、３６ｂ 実測演算部、３６ｃ 実測判定部、
３６ｄ 実測出力部

Claims (5)

1. ダイクッション装置の設定ストロークと設定クッション力の設定関係を入力可能であり、制御情報を表示する設定表示装置と、
   前記設定関係から前記制御情報を演算し出力する演算制御装置と、を備え、
   前記演算制御装置は、
   プレス機械の制約条件を記憶する記憶部と、
   前記設定関係から設定仕事量を演算する設定演算部と、
   前記設定仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定する設定判定部と、
   前記設定仕事量と前記設定判定部による設定判定結果を前記制御情報として出力する設定出力部と、を有し、
   前記設定表示装置は、前記設定関係、設定仕事量及び設定判定結果を表示する、ことを特徴とするダイクッション制御装置。
2. 前記演算制御装置は、
   プレス機械の作動中における実ストロークと実クッション力の実測関係を検出する実測検出部と、
   前記実測関係から実測仕事量を演算する実測演算部と、
   前記実測仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定する実測判定部と、
   前記実測仕事量と前記実測判定部による実測判定結果を前記制御情報として出力する実測出力部と、を有し、
   前記設定表示装置は、前記実測関係、実測仕事量及び実測判定結果を表示する、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション制御装置。
3. プレス機械の制約条件は、プレス機械のメインモータの定格仕事量、又はエネルギーを蓄積する装置の仕事量の一部又は全部を前記定格仕事量に加算した仕事量である、ことを特徴とする請求項１に記載のダイクッション制御装置。
4. ダイクッション装置の設定ストロークと設定クッション力の設定関係を入力可能であり、制御情報を表示する設定表示装置と、
   前記設定関係から前記制御情報を演算し出力する演算制御装置と、を準備し、
   前記演算制御装置により、
   プレス機械の制約条件を記憶し、
   前記設定関係から設定仕事量を演算し、
   前記設定仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定し、
   前記設定仕事量と前記判定による設定判定結果を前記制御情報として出力し、
   前記設定表示装置により、前記設定関係、設定仕事量及び設定判定結果を表示する、ことを特徴とするダイクッション制御方法。
5. 前記演算制御装置により、
   プレス機械の作動中における実ストロークと実クッション力の実測関係を検出し、
   前記実測関係から実測仕事量を演算し、
   前記実測仕事量が前記制約条件を満たすか否かを判定し、
   前記実測仕事量と前記判定による実測判定結果を前記制御情報として出力し、
   前記設定表示装置により、前記実測関係、実測仕事量及び実測判定結果を表示する、ことを特徴とする請求項４に記載のダイクッション制御方法。

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