JP2019081190A - プレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧成形前の移動期間にスライドを高速に下降させても、その後の加圧開始位置で指定速度に高い精度でスライドの速度移行を実現できるプレス装置を提供する。【解決手段】このプレス装置は、スライドと、スライドを駆動するスライド駆動部と、スライド駆動部を制御する動作制御部と、スライドの速度を検出する検出部と、スライドが被成形物の加圧開始位置まで下降する際、検出部で検出されたスライドの下降実積速度に基づき、スライドが加圧開始位置で精度良くスライドを目標の成形速度に移行可能な減速開始位置を算出する（Ｓ５、Ｓ６）算出部とを備える。そして、動作制御部は、算出部が算出した減速開始位置とスライドの位置とに基づいてスライド駆動部を減速させる（ステップＳ８）。【選択図】図４

Description

本発明は、プレス装置に関する。

従来、スライドを昇降させ、スライドに取り付けられた金型で被成形物を加圧して成形を行うプレス装置がある（例えば特許文献１を参照）。

一般に、スライドを昇降させる１回のサイクルには、スライドを待機位置から被成形物の加圧開始位置まで下降させる加圧成形前の移動期間と、スライドを加圧開始位置から加圧終了位置まで下降させる加圧成形中の移動期間とが含まれる。

特開２０１５−１３６７３２号公報

プレス処理においては、例えば予熱された被成形物を温度が余り低下する前に成形したいという要求が生じることがある。このような場合、加圧成形前の移動期間にスライドを高速に動かし、スライドを速やかに下降させる必要が生じる。一方、加圧開始位置より下では、成形に要求される速度でスライドを下降させる必要がある。この場合、加圧開始位置へ向けてスライドを高速に下降させ、その後、スライドを減速して加圧開始位置から指定の成形速度でスライドを下降させるといった動作が要求される。

しかしながら、スライドを駆動する駆動部には様々な動作上の遅延誤差要因が存在し、実際のスライドの下降速度が、制御上の設定されたスライドの下降速度に整合しない場合がある。このような不整合は、スライドを高速に動作させるほど、顕著に現れる。

このため、スライドを高速に下降させ、途中で減速して、加圧開始位置から指定の成形速度でスライドを下降させようとすると、遅延誤差要因により、スライドの減速を開始する位置がサイクルごとにばらつくという課題が生じることがあった。あるいは、スライドが指定の成形速度に達する位置がサイクルごとにばらつくという課題が生じることがあった。

本発明は、加圧成形前の移動期間にスライドを高速に下降させても、その後の加圧開始位置で指定速度に高い精度でスライドの速度移行をすることのできるプレス装置を提供することを目的とする。

本発明は、
スライドと、
前記スライドを駆動するスライド駆動部と、
前記スライド駆動部を制御する動作制御部と、
前記スライドの速度を検出する検出部と、
前記スライドが被成形物の加圧開始位置まで下降する際、前記検出部で検出された前記スライドの下降速度に基づき、前記スライドが前記加圧開始位置に到達するまでに前記スライドを目標の成形速度に減速可能な減速開始位置を算出する算出部と、
を備え、
前記動作制御部は、前記算出部が算出した減速開始位置と前記スライドの位置とに基づいて前記スライド駆動部を減速させるプレス装置である。

本発明によれば、加圧成形前の移動期間にスライドを高速に下降させても、その後の加圧開始位置で指定速度に高い精度でスライドの速度移行をすることが可能となる。

本発明に係る実施形態のプレス装置を示す構成図である。 実施形態に係るプレス装置の制御構成を示すブロック図である。 スライドの下降速度と必要な減速時間との相関関係を示すグラフである。 制御部により実行されるプレス処理の手順を示すフローチャートである。 プレス処理の動作の一例を示す動作線図である。 図５の高速下降工程と加圧工程との間を詳細に表わした動作線図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る実施形態のプレス装置を示す構成図である。

本実施形態のプレス装置１は、成形可能温度に予熱されたＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）を上金型２と下金型３との間で挟んで加圧及び成形する装置である。プレス装置１は、図１に示すように、スライド１０、ベッド２０、スライド駆動部３０及び検出部４０を備える。スライド１０には上金型２が取り付けられ、ベッド２０には下金型３が取り付けられる。

スライド駆動部３０は、油圧式であり、スライド１０に下降方向の駆動力を加えるメインシリンダ３１及びピストン３２と、スライド１０を上昇方向に引き戻すための引き戻しシリンダピストン３３とを備える。さらに、スライド駆動部３０は、メインシリンダ３１の２つの油路に作動油を供給及び排出する油圧回路３５と、引き戻しシリンダピストン３３に作動油を供給及び排出する図示略の油圧回路とを備える。スライド１０はピストン３２に連結されている。なお、本明細書では、シリンダに対して一方向の駆動力を発生させる構成についてもピストンと呼ぶ。また、ピストンとシリンダとを組み合わせた構成をピストンシリンダと呼ぶ。

メインシリンダ３１は、２系統の油室３１１、３１３を有し、ピストン３２が進退可能に挿入される。油室３１１、３１３の下面は、ピストン３２の一部の壁面により占められる。さらに、メインシリンダ３１には、油室３１１に作動油を供給又は排出する高速下降用油路３１２と、油室３１３に作動油を供給又は排出する加圧用油路３１４とが設けられる。

油圧回路３５は、サーボモータ３５１ａの動力により流量可変に作動油を圧送する流量可変ポンプ３５１と、流量可変ポンプ３５１から加圧用油路３１４への作動油の供給と遮断とを切り替えるバルブ３５２とを備える。バルブ３５２は油圧によって切り替えられ、この油圧は制御バルブ３５３を電磁的に動作させることで制御される。また、油圧回路３５は、加圧用油路３１４の油圧が低下したときに作動油を供給するタンク３５４及びプレフィルバルブなどの一方向弁３５５を備える。

このような構成のスライド駆動部３０によれば、バルブ３５２が閉じた状態で流量可変ポンプ３５１から油室３１１へ作動油が供給されることで、ピストン３２が下降方向に高速に駆動される。油室３１１の横断面積は小さいため、少ない作動油の供給でピストン３２は大きく下降する。この駆動の際、もう一方の油室３１３にはタンク３５４から一方向弁３５５を通って作動油が送り込まれ、ピストン３２の動作に大きな抵抗を与えない。また、バルブ３５２が開いた状態で流量可変ポンプ３５１から２つの油室３１１、３１３へ作動油が供給されることで、ピストン３２を大きな荷重で下降方向に駆動することができる。２つの油室３１１、３１３の総合の横断面積は大きいため、一定量の作動油の供給に対して、ピストン３２の下降量は小さいが、大きな荷重が得られる。

検出部４０は、スライド１０の位置及び速度を検出する。検出部４０は、特に制限されないが、例えばスライド１０の変位量に応じて信号を出力するエンコーダを有し、エンコーダの出力を計数してスライド１０の位置及び速度を検出するように構成できる。

図２は、実施形態に係るプレス装置の制御構成を示すブロック図である。

本実施形態のプレス装置１は、更に制御構成として、制御部５０及び入力部６０を備える。制御部５０には、スライド動作設定部５１、減速開始位置算出部５２及びスライド速度認識部５３が含まれる。スライド動作設定部５１、減速開始位置算出部５２及びスライド速度認識部５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラムを実行して実現される機能モジュールとして設けられていてもよい。スライド動作設定部５１は、本発明に係る動作制御部の一例に相当する。減速開始位置算出部５２は、本発明に係る算出部の一例に相当する。

入力部６０は、入力装置又は入力ポート等であり、プレス装置１の外部からスライド１０の動作に関する設定情報を入力する。ユーザは、プレス装置１の動作設定時において、入力部６０を介して設定情報を入力することができる。設定情報としては、例えば１回の成形サイクルにおけるスライド１０の各位置と速度との関係を表わす情報など、スライド１０の動作が決定できる情報であればよい。

以下では、設定情報として、スライド１０が上方の待機位置から被成形物の加圧開始位置へ向かって高速に下降し、その後、加圧開始位置から指定された成形速度でスライド１０が下降するという設定情報が入力されるものとして説明する。

スライド動作設定部５１は、入力部６０を介して入力された設定情報に基づいて、設定された動作が得られるようにスライド駆動部３０の油圧回路３５を制御する。具体的には、スライド動作設定部５１は、入力された設定情報に基づくスライド１０の動作線図通りにスライド１０が動作するように、油圧回路３５の流量可変ポンプ３５１を制御する。具体的には、スライド動作設定部５１は、検出部４０からスライド１０の位置情報を用いたフィードバック制御を行って、流量可変ポンプ３５１を制御する。また、スライド動作設定部５１は、減速開始位置算出部５２で常時演算しつづけた減速開始位置を常時監視する。減速開始位置では、スライド動作設定部５１は、バルブ３５２を切り替える制御を行ってスライド１０を減速する。減速開始位置の制御については後に詳述する。

減速開始位置算出部５２は、スライド１０が加圧開始位置まで下降する際、スライド速度認識部５３から送られた下降速度の実績情報に基づき、スライド１０の減速開始位置を算出する。減速開始位置とは、スライド１０が加圧開始位置に到達するまでにスライド１０を成形速度まで減速可能な位置を意味する。この算出方法については後に詳述する。

スライド速度認識部５３は、検出部４０から受けた位置情報に基づいて、スライド１０の速度を計算し、この計算結果を速度情報として減速開始位置算出部５２へ送る。

＜減速開始位置の算出原理＞
図３は、スライドの下降速度と必要な減速時間との相関関係を示すグラフである。このグラフは、複数回のスライド１０の駆動試験の試験結果と、その回帰分析の結果（回帰直線）とを示す。駆動試験の内容は、スライド１０を初期の下降速度から目標の成形速度へ減速し、この減速に掛かった時間を減速時間として計測するというものである。初期の下降速度は、パラメータとして幾つかの速度値が割り当てられる。

図３のグラフから、スライド駆動部３０に動作時間の誤差が存在していても、減速時間は減速開始前のスライド１０の下降速度に略比例すること、すなわち減速加速度がほぼ一定となることが分かる。このことから、減速開始位置は、減速加速度が一定という条件を適用して、次のように算出できる。

Ｌ＝Ａ×Ｖ^２ （１）
Ｚ＝Ｌ＋Ｚｆ （２）
ここで、Ｔは減速時間（減速前の下降速度から成形速度まで減速するのにかかる時間）、Ｖは減速開始直前のスライド１０の下降実積速度、Ａは減速時間係数（減速加速度の逆数）、Ｌは減速距離（減速前の下降速度から成形速度まで減速するのにかかる距離）である。また、Ｚは減速開始位置、Ｚｆは減速終了位置である。減速終了位置Ｚｆは、例えば加圧開始位置あるいは加圧開始位置よりも少し上方の位置に設定される。

ここでは、スライド１０を高速に下降している際に、スライド１０を成形速度まで減速するときを想定しているが、高速の下降速度に対して成形速度は無視できる程度に小さい。このため、成形速度の項は、式（１）、（２）から省略されている。

定数である減速加速度又はその逆数である減速時間係数Ａは、スライド１０の重量、上金型２の重量、スライド駆動部３０の構成及び能力（例えば油室３１１、３１３の横断面の面積、油圧回路３５の油圧及び各要素）が異なれば、異なる値となる。図３の例では、減速時間係数Ａ（減速加速度の逆数の次元）は０．６４１２［ｓ^２／ｍ］である。減速時間係数Ａは、スライド１０に上金型２を取り付けた状態で、スライド１０の下降速度を変えて複数回試験を行い、回帰分析を行うことで取得することができる。このような減速時間係数Ａの取得は、ユーザが行っても良いし、制御部５０が自動的に行う機能を備えていてもよい。

取得された減速時間係数Ａは、制御部５０の減速開始位置算出部５２に設定入力される。減速開始位置算出部５２は、式（２）の右辺を用いて、スライド１０の下降実積速度Ｖから減速開始位置Ｚを求める。減速開始位置Ｚは、式（２）に示すように、下降実積速度Ｖの二乗項を含む式により算出される。この算出においは、実際に計測されてスライド速度認識部５３から送られた速度値が下降実積速度Ｖとして使用される。

＜プレス処理＞
図４は、制御部により実行されるプレス処理の手順を示すフローチャートである。図５は、プレス処理の動作の一例を示す動作線図である。図６は、図５の高速下降工程と加圧工程との間の区間Ｃ１を詳細に示す動作線図である。図５と図６において「ＳＭ回転制御」とは流量可変ポンプ３５１のサーボモータ３５１ａの回転制御を意味する。

図４に示すように、被成形物が下金型３にセットされてプレス処理が開始されると、先ず、制御部５０のスライド動作設定部５１は、バルブ３５２を閉にして高圧の作動油が高速下降用油路３１２へ供給されるように切り替える（ステップＳ１）。そして、制御部５０は、サーボ運転用のループ処理（ステップＳ２〜Ｓ９）へ処理を進める。

ループ処理では、先ず、スライド動作設定部５１は、フィードバック制御用に現在のスライド１０の位置Ｚｒを検出部４０から取得し（ステップＳ２）、設定情報に応じてスライド１０が動作するように流量可変ポンプ３５１を制御する（ステップＳ３）。ステップＳ２、Ｓ３の処理が繰り返されることで、流量可変ポンプ３５１のフィードバック制御が実現され、これにより、設定情報にほぼ応じた、高速下降、加圧、加圧力保持、圧抜き及び上昇の各工程のスライド１０の動作が得られる。圧抜きと上昇の各工程時には、引き戻しシリンダピストン３３の制御が併用される。さらに、制御部５０は、現在が高速下降中か判別し（ステップＳ４）、その結果がＮＯであれば、１回のサイクルが終了したか判別し（ステップＳ９）、その結果、終了でなければ処理をステップＳ２へ戻す。

一方、現在が高速下降中であれば、ステップＳ４の判別により、制御部５０は、処理をステップＳ５へ移行する。すると、制御部５０のスライド速度認識部５３は、現在のスライド１０の実績速度Ｖを検出部４０から取得し（ステップＳ５）、制御部５０の減速開始位置算出部５２が実績速度Ｖの値を用いて減速開始位置Ｚを算出する（ステップＳ６）。算出方法は、上述した通りである。

続いて、スライド動作設定部５１は、現在のスライド１０の位置Ｚｒが減速開始位置Ｚに達したか判別し（ステップＳ７）、ＮＯであれば処理をステップＳ９へ進める。減速開始位置Ｚは、通常、高速下降工程の終端に近い位置になるため、高速下降工程の終端の近くまで、ステップＳ７の判別結果はＮＯとなる。ステップＳ７の判別結果ＮＯであれば、制御部５０は、ステップＳ９へ処理を移行する。

一方、ステップＳ７の判別結果がＹＥＳとなれば、スライド動作設定部５１は、設定情報に関係なく、流量可変ポンプ３５１からの作動油が加圧用油路３１４と高速下降用油路３１２との両方に供給されるように、油路を切り替える制御を行う（ステップＳ８）。その後、制御部５０は、ステップＳ９へ処理を移行する。

すなわち、図６に示すように、スライド１０の高速下降工程の終端前まで、ステップＳ２〜Ｓ９のループ処理が繰り返されることで、減速開始位置算出部５２はステップＳ６の減速開始位置Ｚの算出を繰り返し実行し、ステップＳ７の判別結果がＮＯとなる。高速下降工程では、スライド１０が高速に下降するため、スライド１０の実績速度Ｖの誤差及びバラツキが大きくなる。

そして、高速下降工程の終端近傍で、スライド１０の位置Ｚｒが直前に算出された減速開始位置Ｚに到達した場合に、ステップＳ７の判別結果がＹＥＳとなる（図６のタイミングＲ１）。その結果、設定情報が示す減速開始位置を補正するように、入力部６０から入力された設定情報に拘らず、ステップＳ７の判別結果に基づいて、ステップＳ８の油路の切替え処理が実行される。本実施形態において油路の切替え処理は、スライド１０の減速開始の処理に相当する。このように、減速開始位置Ｚの算出と、スライド１０の計測された位置Ｚｒと減速開始位置Ｚとの比較とが繰り返し行われることで、スライド１０の実績速度Ｖが設定速度に対してずれを含んでいても、実績速度Ｖに応じた減速開始の処理を行うことができる。

油路の切替え処理では、図６に示すように、タイミングＲ１の判別結果に基づき、先ず、スライド動作設定部５１が流量可変ポンプ３５１のサーボモータ３５１ａを一旦停止し、バルブ３５２を開に切り替えることで実現される。サーボモータ３５１ａを一旦停止するのは、バルブ３５２を安定的に切り替えるためである。この油路の切替えにより、スライド１０が減速されて、予め設定された加圧開始位置に到達するまでの期間Δｔにスライド１０の速度を指定の成形速度まで落とすことができる。

油路が切り替わると、流量可変ポンプ３５１から高速下降用油路３１２と加圧用油路３１４との両方に作動油が供給される状態になる。この状態で、スライド動作設定部５１は設定情報に応じたスライド１０の動作が実現されるように、流量可変ポンプ３５１を駆動させる。これにより、加圧工程の動作曲線に沿ったスライド１０の駆動が実現される。

その後、加圧力保持工程、圧抜き工程、上昇工程を経て、成形の１サイクルが終了する。１サイクルが終了すると、制御部５０は、ステップＳ９の判別処理でループ処理を抜け、流量可変ポンプ３５１を停止して（ステップＳ１０）、１回のプレス処理を終了する。

以上のように、本実施形態のプレス装置１によれば、スライド１０が加圧開始位置まで下降する際、検出部４０で検出されたスライド１０の下降速度に基づいて、減速開始位置算出部５２が減速開始位置Ｚを算出する。そして、スライド動作設定部５１が、検出部４０で計測されたスライド１０の位置Ｚｒと、算出された減速開始位置Ｚとに基づいて、スライド駆動部３０の油圧回路３５を切り替えてスライド１０を減速させる。したがって、高速下降工程においてスライド１０を高速に下降させても、実際のスライド１０の実績速度に応じた位置から減速処理が行われて、指定した加圧工程開始位置で精度良くスライド１０を成形速度に移行することができる。

また、本実施形態のプレス装置１によれば、スライド１０が加圧開始位置まで下降する際、検出部４０及びスライド速度認識部５３でスライド１０の実際の速度が繰り返し取得され、さらに、減速開始位置算出部５２が繰り返し減速開始位置を算出する。したがって、高速下降工程において、スライド１０の速度が設定情報の速度よりも大幅にばらついている場合でも、加圧開始位置で精度良く成形速度に速度を移行することのできる減速開始位置を求めることができる。

また、本実施形態のプレス装置１は、スライド駆動部３０が油圧式の駆動部である。油圧式の駆動部は、バルブ３５２の切替え指令の出力から実際に切り替わるまでのタイムラグ、作動油の圧縮及び膨張による圧力振動などにより、スライド１０を高速駆動させたときに機械式の駆動部と比較して大きなバラツキが生じやすい。しかし、このようなバラツキがあっても、本実施形態のプレス装置１によれば、加圧開始位置までの減速を正確に行うことができる。したがって、本実施形態に係る構成及び制御は、油圧式の駆動部を有するプレス装置１に特に有用である。

また、本実施形態のプレス装置１によれば、減速開始位置算出部５２は、スライド１０の実績速度Ｖの二乗項を含む算出式（２）により減速開始位置Ｚを算出し、簡単な演算で精度の良い減速開始位置Ｚの演算と監視をすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、油圧回路３５の油路の切替えにより、スライド１０を減速する構成を一例にとって説明した。しかし、スライド１０の減速は流量可変バルブの出力の切替えによって行われる構成であってもよい。また、上記実施形態では、油圧式のスライド駆動部を採用した構成を一例にとって説明したが、その他の駆動方式が採用されたプレス装置においても、本発明は同様に適用することができる。また、上記実施形態では、減速開始位置Ｚの算出式から目標の成形速度の項を省略した構成を示したが、成形速度の項を加えたり、その他の補正項を加えたりした算出式を用いてもよい。また、上記実施形態では、ＣＦＲＰを成形するプレス装置を一例として挙げたが、本発明は鍛造プレスに適用してもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ プレス装置
２ 上金型
３ 下金型
１０ スライド
２０ ベッド
３０ スライド駆動部
３１ メインシリンダ
３２ ピストン
３３ 引き戻しシリンダピストン
３５ 油圧回路
４０ 検出部
５０ 制御部
５１ スライド動作設定部
５２ 減速開始位置算出部
５３ スライド速度認識部
６０ 入力部
３１２ 高速下降用油路
３１４ 加圧用油路
３５２ バルブ
３５１ 流量可変ポンプ
３５１ａ サーボモータ

Claims (4)

1. スライドと、
   前記スライドを駆動するスライド駆動部と、
   前記スライド駆動部を制御する動作制御部と、
   前記スライドの速度を検出する検出部と、
   前記スライドが被成形物の加圧開始位置まで下降する際、前記検出部で検出された前記スライドの下降速度に基づき、前記スライドが前記加圧開始位置に到達するまでに前記スライドを目標の成形速度に減速可能な減速開始位置を算出する算出部と、
   を備え、
   前記動作制御部は、前記算出部が算出した減速開始位置と前記スライドの位置とに基づいて前記スライド駆動部を減速させるプレス装置。
2. 前記検出部は、前記スライドが前記加圧開始位置まで下降する際、繰り返し前記スライドの速度を検出し、
   前記算出部は、前記スライドが前記加圧開始位置まで下降する際、繰り返し前記減速開始位置を算出する、
   請求項１記載のプレス装置。
3. 前記スライド駆動部は油圧式である、
   請求項１又は請求項２に記載のプレス装置。
4. 前記算出部は、前記検出部で検出される速度の二乗項を含む算出式により前記減速開始位置を算出する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレス装置。

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