JP4756678B2

JP4756678B2 - プレス機械のダイクッション装置

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Publication number: JP4756678B2
Application number: JP2004332157A
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Inventors: 泰幸河野; 克紀長谷波
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Filing date: 2004-11-16
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Description

本発明はプレス機械のダイクッション装置に係り、特に機械式プレス、電動（サーボ）プレス、油圧プレス等のプレス機械のクッション作用とクッション能力の制御を可能にするダイクッション装置に関する。

従来、プレス成形開始時のサージ圧力抑制とプレス運転速度の切替時の圧力オーバーライドの抑制が可能なダイクッション装置のクッション圧力制御装置が提案されている（特許文献１）。

このダイクッション装置のクッション圧力制御装置は、予め定められたクッション圧力値とクッションパッドを支持する油圧シリンダの油圧検出値との制御偏差に基づいて生成された操作量信号により、前記油圧シリンダの吐き出し流路内に設けたサーボ弁の開度を調整するようにしており、付加的に前記操作量信号をプレススライドの運転速度に応じて変化させるようにしている。

また、クッションパッドのクッションシリンダの圧力制御を行うことによりにクッション作用を得るＮＣサーボ弁と、ダイクッションパッドを支持する油圧シリンダの上室、下室に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備えたプレスのダイクッション装置が提案されている（特許文献２）。
特開平５−１３１２９５号公報特開平７−２４６００号公報

しかしながら、特許文献１に記載のダイクッション装置のクッション圧力制御装置は、プレス運転速度に応じて補助的にサーボ弁の開度を加算しているが、圧力フィードバックにより油圧シリンダからの吐き出し流量を制御しているため、スライド速度が速い場合には、圧力の立ち上がり応答速度に対してサーボ弁の応答速度が遅くなり、十分なサージ圧の抑制ができず、また、プレス運転速度または圧力指令の変化が生じると圧力指令に対する圧力の追従性が悪くなるという問題がある。また、サーボ弁をダイクッション圧力を制御する圧力制御手段としてのみ使用し、ノックアウト作用時には別のシリンダを動作させるための空気圧回路を備えているため、高価なサーボ弁を複数用いる必要がある点で問題がある。

一方、特許文献２には、スライドが高速でクッションパッドに衝突する際に発生するサージ圧力の抑制を目的として、スライドとクッションパッドの相対速度を減少させるためにクッションパッドを下方に予備加速させているが、成形に制約をもたらすという問題がある。また、ＮＣサーボ弁とは別の位置制御サーボ弁によりノックアウト作用を得るようにしており、特許文献１に記載のものと同様に高価なサーボ弁を複数用いる必要がある点で問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スライドが高速でクッションパッドに衝突する際にもサージ圧力の抑制を良好に行うことができるとともに、ダイクッション圧力指令に対する追従性に優れ、また、ダイクッション圧力制御とノックアウト位置制御とを安価な装置で実現することができるプレス機械のダイクッション装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係るプレス機械のダイクッション装置は、クッションパッドを支持する液圧シリンダと、前記液圧シリンダの下室に接続された流路内に設けられた比例流量制御弁と、予め設定されたダイクッション圧力指令を出力するダイクッション圧力指令手段と、プレス機械のスライド速度又はクッションパッド速度を検出する速度検出手段と、前記比例流量制御弁の開度を制御することにより前記液圧シリンダの下室から吐き出される流量を制御する制御手段であって、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいてダイクッション圧力が前記ダイクッション圧力指令に対応する圧力になるように前記比例流量制御弁の開度を制御する制御手段と、を備え、前記速度検出手段によって検出された速度に比例する前記液圧シリンダの下室から吐き出される流量をＱ、前記液圧シリンダの下室の圧力をＰとすると、前記比例流量制御弁の開度に比例する弁係数Ｋｖは、ベルヌーイの式から、
Ｋｖ＝Ｑ／√Ｐ
と表すことができ、前記制御手段は、前記速度検出手段によって検出された速度に前記液圧シリンダの断面積を乗算することにより演算された流量を圧力指令の平方根で除算して求めた弁係数に基づいて前記比例流量制御弁の開度を連続的に制御することを特徴としている。

即ち、従来のように油圧シリンダからの吐き出し流量を制御するサーボ弁の開度を、該油圧シリンダの下室の圧力フィードバックにより制御すると、スライドとダイクッションとの衝突時に前記サーボ弁の応答よりも前記油圧シリンダの下室の圧力の立ち上がり応答が速い場合にサージ圧が発生していたが、本発明では、衝突前から予め設定されたダイクッション圧力指令とスライド速度（又は衝突後のクッションパッド速度）を用いて、比例流量制御弁が適切な開度になるように制御し、これによりサージ圧の発生を防止できるようにし、また、圧力指令通りのダイクッション圧力になるように追従性よく制御できるようにしている。

請求項２に示すように請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記速度検出手段は、プレス機械のスライド位置又はクッションパッド位置を検出する位置検出手段からの位置信号を時間微分して速度を算出する速度算出手段、プレス機械の駆動軸の角速度を検出する角速度検出手段、又はプレス機械の駆動軸の角度を検出する角度検出手段からの角度信号を時間微分して角速度を算出する角速度算出手段であることを特徴としている。即ち、前記速度検出手段は、スライド又はクッションパッドの速度を直接検出するものに限らず、上記速度算出手段、角速度検出手段、又は角速度算出手段を使用することができる。

請求項３に示すように請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段を有し、前記操作量に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴としている。

請求項４に示すように請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段と、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ダイクッション圧力指令から前記検出した圧力信号を減算する減算演算手段と、前記減算結果に基づいて前記比例流量制御弁の補正量を演算する補正量演算手段と、前記操作量と補正量とを加算する加算演算手段とを有し、前記加算結果に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴としている。

即ち、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出した圧力信号を利用して前記比例流量制御弁の開度を制御する操作量を補正することにより、より正確な圧力制御を可能にしている。

請求項５に示すように請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段と、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ダイクッション圧力指令から前記検出した圧力信号を減算する減算演算手段と、前記減算結果に制限を加える制限演算手段と、前記制限結果に基づいて前記比例流量制御弁の補正量を演算する補正量演算手段と、前記操作量と補正量とを加算する加算演算手段とを有し、前記加算結果に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴としている。これにより、前記補正量が所定の範囲を超えないようにし、制御系の安定性を図るようにしている。

請求項６に示すように請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段と、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ダイクッション圧力指令から前記検出した圧力信号を減算する減算演算手段と、前記減算結果に基づいて前記比例流量制御弁の補正量を演算する補正量演算手段と、前記操作量と補正量とを加算する加算演算手段と、前記加算結果に制限を加える制限演算手段とを有し、前記制限結果に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴としている。

請求項７に示すように請求項１乃至６のいずれかに記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記比例流量制御弁は、前記液圧シリンダの下室に接続されるＡポートと、前記液圧シリンダの上室に接続されるＢポートと、高圧力源側に接続されるＰポートと、タンクに接続されるＴポートとを有する４ポート式２位置形比例流量制御弁であり、前記Ｐポートと高圧力源との間に流路を開閉する電磁切替弁を有し、ダイクッション圧力制御時に前記電磁切替弁を閉じて前記高圧力源から前記液圧シリンダへの圧液の流入を阻止し、前記液圧シリンダの下室からの流出量を前記４ポート式２位置形比例流量制御弁の開度を調節することによりダイクッション圧力を制御する圧力制御状態と、ノックアウト位置制御時に前記電磁切替弁を開いて前記高圧力源から前記液圧シリンダへの圧液の流入を可能にし、前記比例流量制御弁の開度を調節することによりノックアウト位置を制御する位置制御状態との切り替えが可能な液圧回路を有することを特徴としている。これにより、１つの比例流量制御弁でダイクッション圧力制御とノックアウト時のクッションパッドの位置及び速度制御を行う際の液圧回路の構成を簡素化することができる。

請求項８に示すように請求項７に記載のプレス機械のダイクッション装置において、予め設定されたノックアウト位置指令を出力するノックアウト位置指令手段と、前記クッションパッドの位置を検出するダイクッション位置検出手段とを有し、前記制御手段は、ノックアウト位置制御時に前記電磁切替弁を開くように制御するとともに、前記ノックアウト位置指令と前記ダイクッション位置検出手段によって検出された位置信号とに基づいて前記ダイクッションの位置が前記ノックアウト位置指令に対応する位置になるように前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴としている。これにより、１つの比例流量制御弁の開度及び電磁切替弁を制御することにより、ダイクッション圧力制御とノックアウト時のクッションパッドの位置及び速度制御とを行うことができるようにしている。

請求項９に示すように請求項８に記載のプレス機械のダイクッション装置において、前記制御手段は、前記ノックアウト位置指令から前記ダイクッション位置検出手段によって検出された位置信号を減算する第２の減算演算手段と、前記減算結果に基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第２の操作量演算手段を有し、前記操作量に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴としている。

本発明によれば、スライドとダイクッションとの衝突時には、予め設定されたダイクッション圧力指令とスライド速度（又は衝突後のクッションパッド速度）を用いて、ダイクッション圧力が指令圧力になるように比例流量制御弁の開度を制御するようにしているため、サージ圧の発生を防止することができる。また、変動するダイクッション圧力指令を与えた場合に、その圧力指令通りにダイクッション圧力を追従性よく制御することができる。更に、１つの比例流量制御弁を用いてダイクッション圧力制御とノックアウト位置制御とを行うことができ、これらの制御を安価な装置で実現することができる。

以下添付図面に従って本発明に係るプレス機械のダイクッション装置の好ましい実施の形態について詳説する。

［ダイクッション装置の構成］
図１は本発明に係るプレス機械のダイクッション装置の実施の形態を示す図である。同図において、クッションパッド１は、単数又は複数の油圧シリンダ２によって支持されている。クッションパッド１には、ダイクッション位置検出器３（又は近接スイッチ）が設置されている。

油圧シリンダ２の下室２ｂ側に接続された流路には、下室２ｂの圧力を検出する圧力検出器４が接続されるとともに、４ポート式２位置形比例流量制御弁（以下、単に「比例流量制御弁」という）５のＡポートが接続され、油圧シリンダ２の上室２ａ側に接続された流路には、比例流量制御弁５のＢポートが接続されるとともに、チェック弁６を介してタンク１３が接続されている。

比例流量制御弁５の圧力供給ポート（Ｐポート）は、開閉可能な電磁切替弁７を介してアキュムレータ８を有する圧油供給源（ポンプ９、フィルタ１０、電動機１１、及びリリーフ弁１２を含む）に接続され、比例流量制御弁５のＴポートは、タンク１３に接続されている。

プレス機械のスライド３１には、スライド位置検出器３２及びスライド速度検出器３３が設置されている。

前記ダイクッション位置検出器３、圧力検出器４、スライド位置検出器３２及びスライド速度検出器３３の検出信号は、それぞれ制御器２０に取り込まれる。また、制御器２０には、指令器２１からダイクッション圧力指令や、ノックアウト位置指令が加えられるようになっている。

制御器２０は、ダイクッション圧力制御とノックアウト位置制御とを行うためのもので、上記指令信号及び検出信号に基づいて比例流量制御弁５を制御する制御信号を出力するとともに、電磁切替弁７を切り替えるための切替信号を出力する。尚、この制御器２０によるダイクッション圧力制御及びノックアウト位置制御の詳細については、後述する。

［ダイクッション圧力制御の原理］
ダイクッション力は、油圧シリンダ２の下室２ｂの圧力とシリンダ面積の積で表すことができるため、ダイクッション力を制御することは、油圧シリンダ２の下室２ｂの圧力を制御することを意味する。

油圧シリンダ２の下室２ｂの圧力Ｐは、次式で表すことができる。

Ｐ＝（Ｋ／Ｖ）・ｑ・（１／ｓ） …（１）
上記式（１）中の各記号の意味は、下記の通りである。

Ｋ：体積弾性係数
Ｖ：シリンダ下室の体積［cm³］
ｑ：シリンダ下室への流入出量［cm³/s］
１／ｓ：積分
この式（１）からシリンダ下室への流入出量ｑが制御可能であれば、発生する圧力（ダイクッション力）を制御することができることが分かる。

ベルヌーイの式を用いると、比例流量制御弁５を通過するシリンダ下室からの流出量Ｑは、比例流量制御弁５の開度に比例する弁係数Ｋｖと、シリンダ下室の圧力Ｐにより、次式で表すことができる。

Ｑ＝Ｋｖ√Ｐ …（２）
Ｋｖ＝Ｃ_d・π・ｄ√（２／ρ）・ｘ
＝Ｃ・ｘ（Ｃ：定数） …（３）
上記式（２）中の各記号の意味は、下記の通りである。

Ｐ：圧力［kgf/cm²］
Ｑ：比例流量制御弁を通過する流量［cm³/s］
ρ：作動油密度［kgf ｓ²/cm⁴］
Ｃ_d：流量係数
ｄ：比例流量制御弁のスプール直径［cm］
ｘ：スプール変位量［cm］
シリンダ下室への流入出量ｑは、流入量Ｑs から流出量Ｑを減算したものである（ｑ＝Ｑs −Ｑ）。流入量Ｑs は、スライド速度（シリンダのピストンの下降速度）とシリンダ面積との積で決定されるため、シリンダ下室からの流出量Ｑを制御することにより、シリンダ下室の圧力を制御することができる。

また、弁係数Ｋｖは、式（３）に示すように比例流量制御弁のスプール変位量ｘに比例する。図２に一般的な比例流量制御弁の指令−流量特性線図を示す。同図に示すように比例流量制御弁は、指令に比例してスプール位置が変化するため、圧力差が一定であれば、図２に示すように比例流量制御弁指令に比例して作動油の通過流量が決定される。この指令−流量特性線図又は事前に実験値から導いた比例流量制御弁指令と弁係数Ｋｖとの関係を用いることができる。

ここで、前記式（２）は、次式、
Ｋｖ＝Ｑ／√Ｐ …（２）’
に変形することができる。ダイクッションの指令圧力をＰr 、スライド速度から求めた流量をＱs として、式（２）’のＱ，Ｐに代入することにより、弁係数Ｋｖを求めることができる。この弁係数Ｋｖに対応するスプール変位量（開度）になるように比例流量制御弁を制御することにより、シリンダ下室の圧力Ｐを指令圧力Ｐr になるように制御することができる。

即ち、シリンダ下室の圧力Ｐが指令圧力Ｐr よりも低い時（Ｐ＜Ｐr ）、比例流量制御弁を通過する流量Ｑは、シリンダ下室への流入量Ｑs よりも少なくなる（Ｑ＜Ｑs ）。この時、シリンダ下室への流入出量ｑ（＝Ｑs −Ｑ）が増加し、シリンダ下室の圧力Ｐも上昇する。シリンダ下室の圧力Ｐが指令圧力Ｐr と等しくなると（Ｐ＝Ｐr ）、シリンダ下室からの流出量Ｑも流入量Ｑs と等しくなり（Ｑ＝Ｑs ）、シリンダ下室の圧力Ｐは、指令圧力Ｐr に落ち着く。

従って、スライドが高速でクッションパッドに衝突する場合でも、予め比例流量制御弁の開度を適切に制御することにより、サージ圧力を発生させることなく、任意のクッション力（圧力）になるように制御することができる。

［制御器２０の作用］
図３（Ａ）はダイクッション位置及びスライド位置の経時変化を示すモーション線図であり、図３（Ｂ）はダイクッション圧力の経時変化を示すモーション線図である。

ダイクッション装置の１サイクルの制御工程は、図３（Ａ）に示すようにクッションパッド１を予め設定した待機位置に位置制御するノックアウト位置制御工程（準備工程）と、ダイクッション圧力を制御するダイクッション圧力制御工程（成形工程）と、クッションパッド１のロッキング、上昇を制御するノックアウト位置制御工程とからなる。

〈準備工程（クッションパッドを待機位置に位置制御する工程）〉
図１において、油圧シリンダ２のピストンに接続されたクッションパッド１を予め設定された位置に待機させるために、まず、制御器２０は、電磁切替弁７をＯＮ（開）にする切替信号を出力し、油圧シリンダ２への作動油の供給を可能にする。続いて、制御器２０は、指令器２１からの位置指令（図３（Ａ）参照）、ダイクッション位置検出器３からの位置信号、及び圧力検出器４からの圧力信号に基づいて比例流量制御弁５の開度を制御する。

図４はダイクッション装置のノックアウト位置制御時における制御器のブロック図である。

同図において、指令器２１からの位置指令は、制御器２０の減算演算手段２２の正入力に加えられる。減算演算手段２２の負入力には、ダイクッション位置検出器３から位置信号が加えられており、減算演算手段２２はこれらの２入力の偏差を求め、その偏差信号を補償器４１に出力する。補償器４１は比例補償、積分補償及び微分補償を行うもので、入力する偏差信号は、補償器４１を介して操作量信号として決定され、減算演算手段２３の正入力に加えられる。

一方、圧力検出器４によって検出された油圧シリンダ２の下室２ｂの圧力を示す圧力信号は、補償器４３を介して前記操作量信号を補正するための信号として減算演算手段２３の負入力に加えられる。減算演算手段２２はこれらの２入力の偏差を求め、その偏差信号を補償器４２に出力する。前記偏差信号は、補償器４２を介して比例流量制御弁５の開度（スプール位置）を制御する制御信号として決定され、比例流量制御弁５に出力される。尚、比例流量制御弁５は、制御器２０から出力された制御信号に比例してスプール位置が変化するように、スプール位置制御機能付のもの（図示せず）を使用している。

この比例流量制御弁５のスプール位置の制御により、油圧シリンダ２に供給される作動油の流量、及び作動油を流す方向が制御され、これにより油圧シリンダ２が接続されたクッションパッド１の位置が指令位置になるように制御される。

位置指令は、最も単純な場合、一定値とすることができ、この一定値とダイクッション位置検出器３によって検出された現在位置との位置偏差は、補償器４１、４２を介して制御信号として比例流量制御弁５に出力される。クッションパッド１が上昇するにつれて、位置偏差は小さくなり、位置偏差が０に近づいた位置（理想的には０であるが、摩擦などの影響により位置偏差が生じる）で待機する。

また、ダイクッション位置検出器３を用いない場合においては、比例流量制御弁５の開度を一定にし、ダイクッション位置上限において、クッションパッド１は上方に押し切りの状態で待機する。

〈成形工程〉
前述したように油圧シリンダ２のピストンに接続されたクッションパッド１は、予め設定された待機位置に停止している。

制御器２０は、スライド３１が下降を開始し、ある設定された位置に到達すると、電磁切替弁７をＯＦＦ（閉）にする切替信号を出力し、電磁切替弁７により比例流量制御弁５のＰポートを閉じた状態にする。

そして、制御器２０は、予め設定された圧力指令とスライド速度とを用いて、スライド３１の衝突前から比例流量制御弁５が適切な開度となるように制御する。尚、事前に比例流量制御弁５を適切な開度で開いても、比例流量制御弁５のＰポートが遮断されているため、クッションパッド１の待機位置はほとんど変化しない。また、比例流量制御弁５がＡポートからＴポートの方向に適切な開度で開くことにより、衝突時のサージ圧の発生を防止することができる。

図５はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第１の実施の形態を示すブロック図である。

同図において、スライド速度検出器３３からのスライド速度信号と、指令器２１からのダイクッション圧力指令（図３（Ｂ）の破線）とは、それぞれ制御器２０内の第１の操作量演算手段５１に加えられる。第１の操作量演算手段５１は、これらの２入力に基づいて比例流量制御弁５の開度を制御するための制御信号を生成して比例流量制御弁５に出力し、比例流量制御弁５の開度を制御する。

前記第１の操作量演算手段５１は、スライド速度信号が示すスライド速度と、油圧シリンダ２のシリンダ面積とを乗算して油圧シリンダ２の下室２ｂから吐き出される流量Ｑを演算し、また、ダイクッション圧力指令の平方根を演算する。そして、流量を圧力指令の平方根で除算して弁係数Ｋｖを算出する（式（２）’参照）。

弁係数Ｋｖは、式（３）に示すように比例流量制御弁のスプール変位量ｘに比例するため、第１の操作量演算手段５１は、前記弁係数Ｋｖからスプール変位量ｘを指令する比例流量制御弁５の制御信号を生成し、位相補償器を介して比例流量制御弁５に出力する。

上記のようにして比例流量制御弁５の開度が制御された状態において、スライド３１の下降によりクッションパッド１が押し下げられる。スライド３１がクッションパッド１に接触した以後は、クッションパッド１の位置、速度は、スライド３１の位置、速度に依存する（一緒に動作する）。

この時、油圧シリンダ２の上室２ａには、チェック弁６を介してタンク１３から油が流入する。

一方、油圧シリンダ２の下室２ｂの油は、比例流量制御弁５のＰポートが遮断されているため、ＡポートからＴポートに流れるメータアウト制御だけが行われる。ダイクッション圧力制御をメータアウト制御だけで行っているため、油圧装置のシステム圧力をダイクッション設定圧力よりも低い圧力で構成することができ、電動機容量を小さくできるなど、装置の価格を低減できる。

制御器２０は、前記演算した比例流量制御弁５のスプール変位量（開度）により比例流量制御弁５を制御し、ダイクッション圧力を制御している。ここで、クッションパッド１が下方に押し下げられるよりも前に比例流量制御弁５の開度がＡポートからＴポート方向に適切な開度に制御されることにより、サージ圧の発生が抑制され、スライド速度や油温によらないダイクッション圧力制御が可能になる。

また、ダイクッション圧力指令とスライド速度の変化に応じて比例流量制御弁５の開度（流通遮断面積）を連続的に変化させることにより、ダイクッション圧力を事前に設定された任意の圧力指令曲線（図３（Ｂ）の破線）に追従させることができる。

図６はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第２の実施の形態を示すブロック図である。尚、図５に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図５に示した第１の実施の形態の制御器２０は、スライド速度検出器３３からスライド速度信号を入力しているが、図６に示す第２の実施の形態の制御器２０は、スライド位置検出器３２からスライド位置信号を入力している点で相違する。

図６に示す制御器２０は、スライド位置信号からスライド速度信号を演算する速度演算手段５２を備えている。速度演算手段５２は、スライド位置信号を不完全微分し、更に位相補償することでスライド速度信号を演算している。この速度演算手段５２によって演算されたスライド速度信号は、第１の操作量演算手段５１に出力される。これにより、制御器２０は、第１の実施の形態と同様な比例流量制御弁制御信号を出力することができる。

図７はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第３の実施の形態を示すブロック図である。尚、図５に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に示す第３の実施の形態の制御器２０には、スライド速度信号及びダイクッション圧力指令に加えて、圧力検出器４によって検出された油圧シリンダ下室２ｂの圧力信号が加えられるようになっている。

ダイクッション圧力指令と圧力信号とは減算演算手段５３に加えられ、減算演算手段５３は、これらの２入力の偏差を求め、その偏差信号を補正量演算手段５４に出力する。補正量演算手段５４は、入力する偏差信号を所要のゲインで増幅して補正量を演算し、この補正量を加算演算手段５５に出力する。

加算演算手段５５の他の入力には、第１の操作量演算手段から比例流量制御弁５の開度を制御する操作量が加えられており、加算演算手段５５はこれらの２入力を加算し、その加算結果を比例流量制御弁５の開度を指令する制御信号として出力する。

第３の実施の形態によれば、比例流量制御弁５の開度の制御に油圧シリンダ下室２ｂの圧力フィードバックが加わり、より正確な圧力制御が可能になる。

図８はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第４の実施の形態を示すブロック図である。尚、図７に示した第３の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図７に示した第３の実施の形態の制御器２０は、スライド速度検出器３３からスライド速度信号を入力しているが、図８に示す第４の実施の形態の制御器２０は、スライド位置検出器３２からスライド位置信号を入力している点で相違する。尚、スライド速度信号を入力する代わりにスライド位置信号を入力する場合の処理については、図６に示した第２の実施の形態で説明したため、その説明は省略する。

図９はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第５の実施の形態を示すブロック図である。尚、図７に示した第３の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９に示す第５の実施の形態の制御器２０は、図７に示した第３の実施の形態と比較して、減算演算手段５３と補正量演算手段５４との間に制限演算手段５６が設けられている点で相違する。

この制限演算手段５６は、減算演算手段５３の減算結果が、所定の最大値及び最小値を超えないように制限する。これにより、圧力フィードバックによる制御系の安定性を図るようにしている。

図１０はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第６の実施の形態を示すブロック図である。尚、図９に示した第５の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９に示した第５の実施の形態の制御器２０は、スライド速度検出器３３からスライド速度信号を入力しているが、図１０に示す第６の実施の形態の制御器２０は、スライド位置検出器３２からスライド位置信号を入力している点で相違する。尚、スライド速度信号を入力する代わりにスライド位置信号を入力する場合の処理については、図６に示した第２の実施の形態で説明したため、その説明は省略する。

図１１はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第７の実施の形態を示すブロック図である。尚、図７に示した第３の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１１に示す第７の実施の形態の制御器２０は、図７に示した第３の実施の形態と比
較して、加算演算手段５５の後段に制限演算手段５６が設けられている点で相違する。

この制限演算手段５６は、加算演算手段５５の加算結果が、所定の最大値及び最小値を超えないように制限し、制御系の安定性を図るようにしている。

図１２はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第８の実施の形態を示すブロック図である。尚、図１１に示した第７の実施の形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１１に示した第７の実施の形態の制御器２０は、スライド速度検出器３３からスライド速度信号を入力しているが、図１２に示す第８の実施の形態の制御器２０は、スライド位置検出器３２からスライド位置信号を入力している点で相違する。尚、スライド速度信号を入力する代わりにスライド位置信号を入力する場合の処理については、図６に示した第２の実施の形態で説明したため、その説明は省略する。

〈成形完了〜ノックアウト工程〉
前記成形工程により、予め設定したダイクッション圧力のまま、プレスの下死点まで成形し、成形品の成形が完了する。

下死点近傍では、プレス機械のスライド速度が０となり、スライド速度とともに変化するクッションパッド速度に比例して、油圧シリンダ下室２ｂ側から吐き出される油量も減少する。スライド３１が下死点に到達後ダイクッション圧力指令が０となり（図３（Ｂ）参照）、制御器２０からの制御信号に基づき比例流量制御弁５の開度が開き、油圧シリンダ下室２ｂの圧力が０になる。

〈ノックアウト工程（クッションパッドのロッキング、上昇）〉
この場合、制御器２０は、電磁切替弁７をＯＮ（開）にする切替信号を出力し、油圧シリンダ２のＰポートへの作動油の供給を可能にする。続いて、制御器２０は、指令器２１からの位置指令（図３（Ａ）参照）、ダイクッション位置検出器３からの位置信号、及び圧力検出器４からの圧力信号に基づいて、図４のブロック図で説明したように比例流量制御弁５の開度を制御し、クッションパッド１の位置制御を行う。

図３（Ａ）に示すようにクッションパッド位置指令を、スライド下死点におけるクッションパッド位置指令のまま所定時間保持すると、その後、スライド３１は上昇するが、クッションパッド位置は下死点で停留した状態になる。これは、空気圧式のダイクッションにおけるロッキング作用に相当するもので、スライド３１がある位置まで上昇する間に、クッションパッド１上の成形品が上型と干渉しないようにするための処置である。

上記ロッキング作用に相当する処置後、図３（Ａ）に示すようにクッションパッド１を徐々に上昇させるダイクッション位置指令を与え、前述したダイクッション待機位置に待機させる。

尚、図５、図７、図９及び図１１に示した実施の形態では、スライド速度検出器３３によって検出されたスライド速度信号を入力するようにしているが、スライド３１がクッションパッド１に衝突した後は、クッションパッド１はスライド３１と一体になって下降するため、スライド速度信号の代わりにクッションパッド速度信号を入力するようにしてもよい。同様に、図６、図８、図１０及び図１２に示した実施の形態では、スライド位置検出器３２によって検出されたスライド位置信号を入力するようにしているが、スライド３１がクッションパッド１に衝突した後は、クッションパッド１はスライド３１と一体になって下降するため、スライド位置信号の代わりにクッションパッド位置信号を入力するようにしてもよい。

また、スライド３１の速度を直接検出する場合に限らず、プレス機械の駆動軸（例えば、電動プレスの駆動軸）の角速度を検出してスライド速度を検出するようにしてもよい。また、プレス機械の駆動軸の角度を時間微分して角速度を算出し、この算出した角速度からスライド速度を検出するようにしてもよい。

更に、この実施の形態では、シリンダの作動液として油を使用した場合について説明したが、これに限らず、水やその他の液体を使用してもよい。また、比例流量制御弁は、流量制御機能を有するサーボ弁を含む。

図１は本発明に係るプレス機械のダイクッション装置の実施の形態を示す図である。図２は一般的な比例流量制御弁の指令−流量特性を示すグラフである。図３（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれダイクッション位置及びスライド位置と、ダイクッション圧力の経時変化を示すモーション線図である。図４はダイクッション装置のノックアウト位置制御時における制御器のブロック図である。図５はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第１の実施の形態を示すブロック図である。図６はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第２の実施の形態を示すブロック図である。図７はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第３の実施の形態を示すブロック図である。図８はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第４の実施の形態を示すブロック図である。図９はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第５の実施の形態を示すブロック図である。図１０はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第６の実施の形態を示すブロック図である。図１１はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第７の実施の形態を示すブロック図である。図１２はダイクッション装置のダイクッション圧力制御時における制御器の第８の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１…クッションパッド、２…油圧シリンダ、２ａ…上室、２ｂ…下室、３…ダイクッション位置検出器、４…圧力検出器、５…比例流量制御弁、６…チェック弁、７…電磁切替弁、８…アキュムレータ、９…ポンプ、１０…フィルタ、１１…電動機、１２…リリーフ弁、１３…タンク、２０…制御器、２１…指令器、３１…スライド、３２…スライド位置検出器、３３…スライド速度検出器、２２、２３、５３…減算演算手段、４１、４２、４３…補償器、５１…第１の操作量演算手段、５２…速度演算手段、５４…補正量演算手段、５５…加算演算手段、５６…制限演算手段

Claims

クッションパッドを支持する液圧シリンダと、
前記液圧シリンダの下室に接続された流路内に設けられた比例流量制御弁と、
予め設定されたダイクッション圧力指令を出力するダイクッション圧力指令手段と、
プレス機械のスライド速度又はクッションパッド速度を検出する速度検出手段と、
前記比例流量制御弁の開度を制御することにより前記液圧シリンダの下室から吐き出される流量を制御する制御手段であって、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいてダイクッション圧力が前記ダイクッション圧力指令に対応する圧力になるように前記比例流量制御弁の開度を制御する制御手段と、を備え、前記速度検出手段によって検出された速度に比例する前記液圧シリンダの下室から吐き出される流量をＱ、前記液圧シリンダの下室の圧力をＰとすると、前記比例流量制御弁の開度に比例する弁係数Ｋｖは、ベルヌーイの式から、
Ｋｖ＝Ｑ／√Ｐ
と表すことができ、
前記制御手段は、前記速度検出手段によって検出された速度に前記液圧シリンダの断面積を乗算することにより演算された流量を圧力指令の平方根で除算して求めた弁係数に基づいて前記比例流量制御弁の開度を連続的に制御することを特徴とするプレス機械のダイクッション装置。
前記速度検出手段は、プレス機械のスライド位置又はクッションパッド位置を検出する位置検出手段からの位置信号を時間微分して速度を算出する速度算出手段、プレス機械の駆動軸の角速度を検出する角速度検出手段、又はプレス機械の駆動軸の角度を検出する角度検出手段からの角度信号を時間微分して角速度を算出する角速度算出手段であることを特徴とする請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置。
前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段を有し、前記操作量に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置。
前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段と、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ダイクッション圧力指令から前記検出した圧力信号を減算する減算演算手段と、前記減算結果に基づいて前記比例流量制御弁の補正量を演算する補正量演算手段と、前記操作量と補正量とを加算する加算演算手段とを有し、前記加算結果に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置。
前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段と、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ダイクッション圧力指令から前記検出した圧力信号を減算する減算演算手段と、前記減算結果に制限を加える制限演算手段と、前記制限結果に基づいて前記比例流量制御弁の補正量を演算する補正量演算手段と、前記操作量と補正量とを加算する加算演算手段とを有し、前記加算結果に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置。
前記制御手段は、前記ダイクッション圧力指令と前記速度検出手段によって検出された速度とに基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第１の操作量演算手段と、前記液圧シリンダの下室の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ダイクッション圧力指令から前記検出した圧力信号を減算する減算演算手段と、前記減算結果に基づいて前記比例流量制御弁の補正量を演算する補正量演算手段と、前記操作量と補正量とを加算する加算演算手段と、前記加算結果に制限を加える制限演算手段とを有し、前記制限結果に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１に記載のプレス機械のダイクッション装置。
前記比例流量制御弁は、前記液圧シリンダの下室に接続されるＡポートと、前記液圧シリンダの上室に接続されるＢポートと、高圧力源側に接続されるＰポートと、タンクに接続されるＴポートとを有する４ポート式２位置形比例流量制御弁であり、前記Ｐポートと高圧力源との間に流路を開閉する電磁切替弁を有し、
ダイクッション圧力制御時に前記電磁切替弁を閉じて前記高圧力源から前記液圧シリンダへの圧液の流入を阻止し、前記液圧シリンダの下室からの流出量を前記４ポート式２位置形比例流量制御弁の開度を調節することによりダイクッション圧力を制御する圧力制御状態と、ノックアウト位置制御時に前記電磁切替弁を開いて前記高圧力源から前記液圧シリンダへの圧液の流入を可能にし、前記比例流量制御弁の開度を調節することによりノックアウト位置を制御する位置制御状態との切り替えが可能な液圧回路を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のプレス機械のダイクッション装置。
予め設定されたノックアウト位置指令を出力するノックアウト位置指令手段と、前記クッションパッドの位置を検出するダイクッション位置検出手段とを有し、
前記制御手段は、ノックアウト位置制御時に前記電磁切替弁を開くように制御するとともに、前記ノックアウト位置指令と前記ダイクッション位置検出手段によって検出された位置信号とに基づいて前記ダイクッションの位置が前記ノックアウト位置指令に対応する位置になるように前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項７に記載のプレス機械のダイクッション装置。
前記制御手段は、前記ノックアウト位置指令から前記ダイクッション位置検出手段によって検出された位置信号を減算する第２の減算演算手段と、前記減算結果に基づいて前記比例流量制御弁の操作量を演算する第２の操作量演算手段を有し、前記操作量に基づいて前記比例流量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項８に記載のプレス機械のダイクッション装置。