JP3591807B2 - 油圧ダイクッション装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プレスのダイクッション装置における、クッション作用とクッション能力を制御可能とする、油圧ダイクッション装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平７−２４６００号公報には、クッションパッドを下方より支持する複数の油圧シリンダよりなるクッションシリンダと、これらクッションシリンダを圧力制御することによりクッション作用を得るＮＣサーボ弁と、上記クッションパッドを下方より支持する油圧シリンダよりなるパッド上昇シリンダと、このパッド上昇シリンダの上室及び下室へ給排される圧油を制御することによりクッションパッドの予備加速、補助リフト、ロッキング及び上昇を行う位置制御サーボ弁とを具備してなるプレス油圧ダイクッション装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の技術では、クッションシリンダとパッド上昇シリンダを備える必要があるため、油圧回路や操作が複雑となるほか、装置がコスト高になる。そのうえ、ダイクッションの作用開始時に発生するサージ力を緩和する効果もあまり期待出来ない。
【０００４】
この発明は、そのような不具合を改善するためになされたもので、油圧ダイクッション装置におけるサージ圧の発生を防止出来、クッション作用とクッション能力を、簡単な油圧回路で制御可能とする方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の油圧ダイクッション装置の制御方法は、クッションパッド６０を付勢するダイクッションシリンダ２と、クッションパッド６０の位置を直接的、あるいは間接的に検出する位置検出器３と、ダイクッションシリンダ２の作動圧油の圧力を検出する圧力検出器４と、作動圧油をダイクッションシリンダ２に供給する油圧回路に流量制御機器あるいは圧力制御機器を少なくとも１個を備えたダイクッション装置において、クッションパッド６０の位置指令値と位置検出器３の位置検出信号との偏差量に基づいて算出された操作量に従って流量制御機器、あるいは圧力制御機器を制御するようにした（請求項１）。
【０００６】
上記の油圧ダイクッション装置の制御方法において、操作量に従って流量制御機器あるいは圧力制御機器を制御する時点は、上型５２とブランクホルダ６２とによる成形材料５３の押圧動作が開始される時点を含ませたり（請求項２）、操作量は偏差量を加減して算出されたもの（請求項３）とすることが好ましい。
【０００７】
前記した各油圧ダイクッション装置の制御方法において、操作量に操作制限量を設け、算出された操作量が操作制限量を超える場合は、操作制限量で流量制御機器あるいは圧力制御機器を制御する（請求項４）とよい。
【０００８】
上記の油圧ダイクッション装置の制御方法において、操作制限量は、位置検出器の位置検出信号、圧力検出器の圧力検出信号、及び上型５２の速度の内、少なくともいずれか１つに基づいて算出される（請求項５）ようにしたり、流量制御機器は、操作量あるいは操作制限量を弁補償器で補償したもので制御される（請求項６）ようにすることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の油圧ダイクッション装置の制御方法の実施の形態を、最もサージ圧が発生しやすく、かつ最も標準的なクランク式の機械プレスを例として、絞り成形を行う場合を、図面を参照しながら、その詳細を説明する。
【００１０】
図１は機械プレスにおけるダイクッション装置の油圧回路図、図２は機械プレスの要部を示す構成図、図３は機械プレスの絞り加工の一行程を順次示す説明図、図４は制御方法のブロック図、そして、図５は加工の間における各部位の位置、または圧力の変動を示す線図である。
【００１１】
機械プレス５０には、図２に示したように、スライド５１に上型５２が、ボルスタ５７に下型５４が取り付けられている。成形材料５３はブランクホルダ６２上に供給され、ブランクホルダ６２はクッションピン６１を介してクッションパッド６０で支持されている。クッションパッド６０はダイクッションシリンダ２のピストンロッド２ｃの昇降運動に連動する。
【００１２】
図１に示したように、ダイクッションシリンダ２のキャップ側のシリンダ室２ｂは、流量制御機器としての電磁比例流量制御弁６のａポートに接続されている。そして、ダイクッションシリンダ２のヘッド側のシリンダ室２ａは、電磁切換弁７ａを介して電磁比例流量制御弁６のｂポート、及び電磁切換弁７ｂを介してタンク１２に、それぞれ接続されている。
【００１３】
この電磁比例流量制御弁６は中立状態でクローズセンタとなっており、すべてのポートが互いにブロックされている。そして、そのプレッシャポートは、アキュムレータ１０を介してポンプ１１の圧油供給側に、戻りポートはタンク１２に、それぞれ接続されている。また、圧油供給側の油路において、電磁比例流量制御弁６を経由しない、絞り弁９と電磁切換弁８とからなるバイパス回路も設けられている。
【００１４】
さらに、クッションパッド６０には、ベースからの上下方向の位置を検出する位置検出器３が、ダイクッションシリンダ２のキャップ側のシリンダ室２ｂに通じる油路には圧力検出器４が、それぞれ設けられている。
【００１５】
このようなダイクッション装置を備えた機械プレス５０を用いて、絞り成形する一行程を工程順に説明する。なお、一例として、機械プレス５０のストロークは３８０ｍｍ、ストローク数は１０サイクル／分として説明する。
【００１６】
第１工程
図２及び図３（ａ）に示したように、機械プレス５０のスライド５１が上死点にあり、ブランクホルダ６２は上限にあり、このブランクホルダ６２の上に成形材料５３が乗っている。この時、電磁切換弁７ａは閉、電磁切換弁７ｂは開、となっており、ダイクッションシリンダ２のヘッド側シリンダ室２ａは、タンク１２に向けて解放されている。電磁切換弁８は開で、ポンプ１１から発生し、アキュムレータ１０に蓄積された圧油は、絞り弁９を介して、ダイクッションシリンダ２のキャップ側シリンダ室２ｂをわずか加圧している。
【００１７】
この時、図５で示した各部の位置と圧力の波形は、時間０秒の初期状態にある。そして、その時のクッションパッド６０の位置は、線Ｅのように、２００ｍｍで押し切り状態、そして、ダイクッションシリンダ２のキャップ側シリンダ室２ｂの圧力は、線Ｄのように、約３０ｋｇ／ｃｍ２となっている。
【００１８】
図４（ａ）は、ダイクッションシリンダ圧の制御方法を示すブロック図であり、二点鎖線で示した範囲は制御装置２０である。制御装置２０に入力されるダイクッション開始位置指令が２００、補償量が３で、従ってクッションパッド位置の指令値はそれらの合計の２０３となっている。一方、クッションパッド位置検出信号は上述のように２００であり、位置偏差量は＋３となっている。
【００１９】
第１補償器、第２補償器は、最も単純な場合比例定数であるため、第１補償器、第２補償器、及び比較演算器を介した信号は、正の比較的に小さな値が出力され、弁補償器を介して、電磁比例流量制御弁６に出力される。
【００２０】
弁補償器では、このように、圧力制御に電磁比例流量制御弁６を使用する場合、圧力制御を可能とするために、入力信号が０の場合は、スプール変位が最大で、ｂ側スプールの移動量が最大値の２ｍｍであり、入力信号が最大値の場合は、スプール変位が０で、ｂ側スプールの移動量が０ｍｍ、すなわちシリンダ室２ｂは電磁比例流量制御弁６でポートブロックされるような出力信号となる演算が行われている。
【００２１】
また、電磁比例流量制御弁６は、図示していないが、弁補償器から出力される信号に比例して、スプール位置が変位するように、スプール位置制御機能付きのものを使用している。このようにして、電磁比例流量制御弁６が作用して、ダイクッションシリンダ圧として、初期圧３０ｋｇ／ｃｍ２が発生している。
【００２２】
第２工程〜第３工程
すなわち、ダイクッションシリンダ２の圧力が、設定値まで上昇する過程である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示したように、スライド５１が降下して上型５２が、成形材料５３に当接する。
【００２３】
そして、引き続いて絞り成形が開始される。スライド５１、上型５２、成形材料５３、ブランクホルダ６２は連動するので、クッションパッド６０の位置、速度は、スライド５１の位置、速度に依存する。
【００２４】
スライド５１がブランクホルダ６２と連動中は、クッションパッド６０の位置検出信号はスライドの下降とともに低下する。図４（ａ）の制御装置２０において、位置検出信号の低下に伴い、位置の指令値は不変なため、位置の指令値と位置検出信号との偏差量が大きくなり、その位置の偏差量に基づいて、第１補償器、第２補償器、比較演算器、及び弁補償器で加減して算出された操作量により、電磁比例流量制御弁６に出力される信号は、そのスプール全開時に対して小さくなり、それに伴い、ダイクッションシリンダ２のキャップ側シリンダ室２ｂのダイクッションシリンダ圧も増加する。
【００２５】
この時、図５において、ダイクッションシリンダ圧は、線Ｄが示す通り、サージ圧は発生せずに、安定して圧力が上昇している。これは、図４（ａ）に示した制御装置２０のブロック図において、ダイクッション装置の系が安定に構成されているためである。
【００２６】
換言すれば、図４（ａ）に示したダイクッションシリンダ圧の制御系で、ＸからＹに至る開ループ伝達関数のＹ／Ｘの周波数特性において、−２０ｄＢ程度のゲイン余裕をもたせてあるので、安定化されているのである。すなわち、ゲイン余裕は、第１補償器、第２補償器の設定値いかんで調節可能であり、本例の場合は、あらかじめ余裕をもって設定してある。
【００２７】
この系は、位置制御サーボ系に相当し、ゲイン余裕が確保された安定な状態では、いかなる急激な外部から作用するプレス荷重に対しても、サージは発生せず、クッションパッド６０の位置が下降しても、それに伴うダイクッションシリンダ圧は安定となる。
【００２８】
すなわち、ダイクッションシリンダの安定な位置制御サーボ系を構成し、その系の中でのダイクッションシリンダ圧発生の作用を、ダイクッションシリンダのサージ圧発生防止に利用している点が本発明の特徴である。
【００２９】
そのようにして上昇するダイクッションシリンダ圧、そのままではクッションパッド位置降下量に比例して限り無く上昇してしまう圧力は、位置の指令値と位置検出信号の偏差量に基づいた操作量から圧力検出信号に基づいた操作量を減じた操作量と、操作制限量を比較演算器で比較し、操作量が操作制限量を超す場合は、電磁比例流量制御弁６を操作して、設定された操作制限量の圧力で定常化される。このようにして、電磁比例流量制御弁６は、図４（ａ）に示したダイクッションシリンダ圧制御方法により自動制御されているが、それ以外の機器は第１工程で、電磁切換弁７ａが閉、電磁切換弁７ｂが開となっている。
【００３０】
すなわち、クッションパッド６０の位置検出信号を用いて、電磁比例弁流量制御弁６を操作することにより、ダイクッションシリンダとピストンとの間に、サーボ的なバネ・マス系を構成し、ダイクッションシリンダに外部から作用する、スライド衝突等の力に対して、ダイクッションシリンダの動作を安定に操作することが可能となる。これにより、サージ圧発生が防止可能となり、さらに、圧力検出信号を利用して補正信号を出力することにより、スライド速度や油温によらないダイクッションシリンダ圧制御が可能となる。
【００３１】
第３工程〜第４工程
前記した工程で発生した設定値通りのダイクッションシリンダのダイクッションシリンダ圧を維持して、図３（ｄ）に示したように、プレスのスライド５１は下死点まで達して、成形材料５３の絞り成形が完了する。この時のダイクッションシリンダ圧は、図５の線Ｄにおける時間３秒後の地点となる。
【００３２】
この工程では、プレス機械のスライド速度は、図５の線Ｃで示したように、なめらかに大きく変化する部分であり、スライド５１の速度とともに変化するクッションパッド６０の降下速度に対応して、ダイクッションシリンダ２のキャップ側シリンダ２ｂ室から掃き出される油量も大幅に減少する。
【００３３】
この時、図４（ａ）に示した、制御ブロック図の比較演算器の操作制限量を刻々、位置検出信号、圧力検出信号を基に演算し、油量変化にもよらず、ダイクッションシリンダ圧を一定に保持している。演算の一例として、本例では、位置検出信号からスライド速度を演算し、あらかじめ設けてある速度−圧力指令関数に基づき、操作制限量を決定している。その結果、電磁比例流量制御弁６のスプールの移動量は、図５の線Ｆに示したように、線Ｃのスライド速度に同調して低下している。
【００３４】
スライド５１が下死点に到達し成形が完了した時、電磁切換弁８は閉になり、圧油供給が遮断され、電磁比例流量制御弁６への指令は、強制的に０を出力し、電磁比例流量制御弁６のスプールは中立保持される。これは、ダイクッションの空気圧式の場合におけるロッキング作用に相当するもので、スライド５１がきめられた位置まで上昇する間に、ブランクホルダ６２上の製品が、上型５２と干渉して破損されるのを防止するための処置である。また、電磁切換弁７ａは開で、電磁切換弁７ｂは閉となって、次工程の製品のノックアウトに備える。
【００３５】
工程５〜工程６
ブランクホルダ６２を、スライド５１の下死点位置に残留したまま、スライド５１が上昇し、図３（ｅ）に示したように、スライド５１が製品から離脱する位置（１６２ｍｍ）に至った時、製品のノックアウトのために、図４（ｂ）に示したノックアウト時の位置制御ブロック図に従って、電磁比例流量制御弁６が自動制御される。
【００３６】
図４（ｂ）に示したブロック図において、ノックアウト位置指令は、最も単純な場合一定値２００をとり、現在の位置がスライド下死点に相当する３８であり、位置偏差量に基づいて第４補償器、第５補償器を介して電磁比例流量制御弁６に出力される。
【００３７】
クッションパッド６０が上昇するにつれて、位置偏差量は小さくなり、位置偏差量が０になる位置、すなわちクッションパッド位置２００となると、クッションパッド６０は停止し、製品が排出され、絞り加工の一行程は終了する。
【００３８】
そして、電磁切換弁７ａが閉、電磁切換弁７ｂが開、電磁切換弁８が開となり、図４（ａ）に示したダイクッションシリンダ圧制御ブロック図に基づいて電磁比例流量制御弁６が自動制御される。その間にスライド５１は、図３（ｆ）に示した、上死点の位置を経て再度加工のため下降を開始する。
【００３９】
なお、この第５工程〜第６工程における、製品ノックアウト時に適用された制御は、ダイクッションシリンダの位置制御であり、前記した第１工程〜第４工程における、ダイクッションシリンダ圧制御とは異なる。構成上は、第１工程〜第４工程では比較補償器、弁補償器、及び電磁比例流量制御弁の片ポート、すなわちｂポートしか使用しない点、電磁切換弁８と絞り弁９を使用する点において異なる。
【００４０】
図６は機械プレスにおけるダイクッション装置の別の油圧回路図を示すもので、図１に示したものと類似した回路からなるが、圧油供給側の油路における絞り弁９と電磁切換弁８を備えたバイパス回路を削除し、電磁比例流量御弁６のみで、前記と同様の制御方法により、サージ圧を発生させることなく、ダイクッションシリンダ圧を制御することも出来る。
【００４１】
図７は、機械プレスにおけるダイクッション装置の別の油圧回路図を示すもので、圧力制御機器として電磁比例圧力制御弁４８が、流量制御機器として電磁比例流量制御弁６が使用されている。
【００４２】
この場合は、図４（ａ）にブロック図で示したダイクッション圧制御方法により、ダイクッション圧作用時には、電磁比例流量制御弁６は中立で、電磁切換弁４９が開の状態で、圧力検出信号及び位置信号に基づいて電磁比例圧力制御弁４８が制御され、電磁比例流量制御弁６が補足制御される。
【００４３】
そして、クッションパッド６０のロッキングやノックアウト時は、電磁切換弁４９が閉の状態で、電磁流量流量制御弁６が制御される。
【００４４】
この例では、電磁比例流量制御弁６が補足制御されているが、電磁比例流量制御弁を使用せず、電磁比例圧力制御弁４８のみが制御される方法でも、本発明は実施可能である。
【００４５】
この発明で使用される圧力制御機器としては、電磁比例圧力制御弁のほかに、電磁比例リリーフ弁、圧力サーボ弁等があげられ、流量制御機器としては、電磁比例流量制御弁のほか、流量サーボ弁等があげられる。
【００４６】
上記した実施例において、クッションパッド６０の位置指令値と位置検出器３の位置検出信号との偏差値に基づいて算出された操作量に従って、流量制御弁あるいは圧力制御弁を制御する時点を、上型５２とブランクホルダ６２とによる成形材料５３の押圧動作が開始される時点を含んでいるが、成形材料５３の押圧動作が開始され、圧力検出器が所定の圧力を検出した後、前記した操作量に従って、流量制御弁、あるいは圧力制御弁を制御するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
この発明は、上記したように構成されていて、油圧ダイクッションの制御方法は、スライドの位置指令とスライドの位置検出信号の偏差量に比例した操作量で、ダイクッションシリンダ圧を発生させるものであるから、スライドがダイクッションに衝突するときのサージ圧の発生を確実に防止することが出来る。
【００４８】
油圧ダイクッション装置は、単純な油圧回路で構成することが出来るから、装置のコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機械プレスにおけるダイクッション装置の油圧回路図
【図２】機械プレスの要部を示す構成図
【図３】機械プレスの絞り加工の一行程を順次示す説明図
【図４】制御方法のブロック図
【図５】加工の間の各部位の位置又は圧力の変動を示す線図
【図６】別の例の機械プレスにおけるダイクッション装置の油圧回路図
【図７】別の例の機械プレスにおけるダイクッション装置の油圧回路図
【符号の説明】
２はダイクッションシリンダ、２ａはダイクッションシリンダのヘッド側シリンダ室、２ｂはダイクッションシリンダのキャップ側シリンダ室、２はダイクッションシリンダのシリンダロッド、３は位置検出器、４は圧力検出器、６は電磁比例流量制御弁、７ａは電磁切換弁、７ｂは電磁切換弁、８は電磁切換弁、９は絞り弁、１０はアキュムレータ、１１はポンプ、１２はタンク、２０は制御装置、４８は電磁比例圧力制御弁、４９は電磁切換弁、５０は機械プレス、５１はスライド、５２は上型、５３は成形材料、５４は下型、５７はボルスタ、６０はクッションパッド、６１はクッションピン、６２はブランクホルダ、である。

Claims (6)

1. クッションパッド（６０）を付勢するダイクッションシリンダ（２）と、クッションパッド（６０）の位置を直接的に検出する位置検出器（３）と、前記ダイクッションシリンダ（２）の作動圧油の圧力を検出する圧力検出器（４）と、前記作動圧油を前記ダイクッションシリンダ（２）に供給する油圧回路に流量制御機器、あるいは圧力制御機器を少なくとも１個を備えたダイクッション装置において、前記クッションパッド（６０）の位置指令値と前記位置検出器（３）の位置検出信号との偏差量に基づいて算出された操作量に従って前記流量制御機器、あるいは圧力制御機器を操作し、初期状態で初期圧を保持させた後、ダイクッション圧力を制御することを特徴とする油圧ダイクッション装置の制御方法
2. 前記操作量に従って前記流量制御機器、あるいは圧力制御機器を制御する時点は、上型（５２）とブランクホルダ（６２）とによる成形材料（５３）の押圧動作が開始される時点を含むことを特徴とする請求項１記載の油圧ダイクッション装置の制御方法。
3. 前記操作量は、前記偏差量を加減して算出されたものであることを特徴とする請求項１記載の油圧ダイクッション装置の制御方法。
4. 前記操作量に操作制限量を設け、前記算出された操作量が前記操作制限量を超える場合は、前記操作制限量で前記流量制御機器、あるいは圧力制御機器を制御することを特徴とする請求項１、請求項２、あるいは請求項３記載の油圧ダイクッション装置の制御方法。
5. 前記操作制限量は、前記位置検出器の位置検出信号、前記圧力検出器の圧力検出信号、及び前記上型（５２）の速度の内、少なくともいずれか１つに基づいて算出されることを特徴とする請求項４記載の油圧ダイクッション装置の制御方法。
6. 前記流量制御機器は、前記操作量、あるいは前記操作制限量を弁補償器で補償したもので制御されることを特徴とする請求項４記載の油圧ダイクッション装置の制御方法。

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