JP4820564B2

JP4820564B2 - ダイクッション制御装置

Info

Publication number: JP4820564B2
Application number: JP2005075335A
Authority: JP
Inventors: 裕一鈴木
Original assignee: Komatsu Ltd; Komatsu Industries Corp
Current assignee: Komatsu Ltd; Komatsu Industries Corp
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: DE112006000606T5; CN101142038B; JP2006255743A; DE112006000606B4; WO2006098257A1; US7739894B2; DE112006000606B9; CN101142038A; US20090078016A1

Description

本発明は、絞り加工等に用いられるプレス機械のダイクッション制御装置であって、スライドの動作と同期してダイクッションパッドの動作を制御するダイクッション制御装置に関するものである。

従来、電動サーボモータにより駆動されるダイクッションパッドの昇降動作を制御するダイクッション制御装置として、例えば特許文献１にて提案されているものが知られている。この特許文献１に係るダイクッション制御装置においては、電動サーボモータの電流値に基づいてダイクッションパッドに生ずる負荷、言い換えれば圧力（以下、この圧力を「クッション圧」という。）を求め、求められたクッション圧が予め設定されたクッション圧の圧力パターンに追従するように電動サーボモータを制御するようになっている。
この際、特許文献１に記載された圧力パターンは、自由曲線状であり、クッション圧は、上型がワークに接触した時点から緩やかに増加し、最大目標圧力に到達した後に緩やかに減少する。

特開平１０−２０２３２７号公報

ところで、絞り加工時の加工条件によっては、上型がワークに接触した時点から速やかに、クッション圧を比較的大きな所定の目標圧力に到達させたい場合がある。このためには、上型がワークに接触した時点で、圧力パターンは既に所定の目標圧力を指示している必要がある。
しかしながら、大きな目標圧力のクッション圧を一気に生じさせようとすると、実際に生じるクッション圧としては、追従しようとする目標圧力を一旦大きく越えてしまい、この後に目標圧力に収束するといったオーバーシュートが起きる。したがって、このオーバーシュートによる圧力変動により、ワークを確実に押さえることができず、成形精度が低下したり、成形不良が生じたりするという問題がある。

本発明の目的は、ワーク保持に要求される大きなクッション圧を速やかに生じさせることができ、かつクッション圧の圧力変動を抑制して良好に成形できるダイクッション制御装置を提供することにある。

本発明に係るダイクッション制御装置は、ダイクッションパッドの位置の目標値を予め設定された位置パターンを参照することで求め、その求められた目標値に基づく位置指令信号を出力する位置指令信号出力部と、位置指令信号に基づいて速度指令信号を出力する位置制御部と、ダイクッションパッドに発生させる圧力の目標値を予め設定された圧力パターンを参照することで求め、その求められた目標値に基づく圧力指令信号を出力する圧力指令信号出力部と、圧力指令信号に基づいて速度指令信号を出力する圧力制御部と、位置制御部から出力された速度指令信号か、または圧力制御部から出力された速度指令信号に基づいてモータ電流指令信号を出力する速度制御部と、位置制御部の速度指令信号が速度制御部に入力する状態である位置フィードバック制御、または圧力制御部からの速度指令信号が速度制御部に入力する状態である圧力フィードバック制御のいずれかの状態に切り換える位置・圧力制御切換部と、モータ電流指令信号に応じた電流をダイクッション駆動用の電動サーボモータに供給するサーボアンプとを備え、圧力パターンの目標値が、圧力フィードバック制御中の目標値であってワーク保持に必要なクッション圧に対応する高圧目標値と、位置フィードバック制御中から既に設定されている目標値であって高圧目標値よりも小さい低圧目標値とを含み、位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換わった後も予め設定した僅かな時間が経過するまでは低圧目標値に保持されるように設定されることを特徴とする。
また、本発明に係るダイクッション制御装置では、低圧目標値は、ダイクッションパッドを備えるプレス機械のスライドに取り付けられた金型がワークにタッチするまでの間で設定される予圧よりも大きく、かつクッション圧を低圧目標値に収束させた場合に生じうる低圧側最大圧力が高圧目標値を下回るような値に設定されていることを特徴とする。
また、本発明に係るダイクッション制御装置では、低圧目標値を越えて高圧目標値に達するまでのクッション圧を、所定時間を持って略直線的な上昇割合で追従させる補完目標値が設定されることを特徴とする。
また、本発明に係るダイクッション制御装置では、位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換わった後、僅かな時間が経過したとき、クッション圧は、低圧目標値を上回り、その後さらに補完目標値に追従して上昇することを特徴とする。

本発明によれば、圧力指令信号出力部から出力される圧力目標値に応じた圧力指令信号は、圧力制御部で速度指令信号に変換され、速度制御部でモータ電流指令信号に変換され、サーボアンプで電流値に変換された後に電動サーボモータに供給される。そして、その電流値によって所定のクッション圧が生じるように電動サーボモータが駆動される。

この際、圧力目標値としては、低圧目標値、補完目標値、および高圧目標値が設定されており、この順でクッション圧が追従する。具体的には、上型がワークに接触すると先ず、クッション圧は低圧目標値に追従しようとして上昇する。上昇した結果、低圧目標値に達したクッション圧は、オーバーシュート気味に当該低圧目標値を超えてしまう。しかし、低圧目標値を超えたクッション圧は、そのまま連続して補完目標値に追従し、直線的に上昇して高圧目標値に達する。ここで、高圧目標値に達した時点でもオーバーシュートを起こすのであるが、そのオーバーシュート量は、上型がワークに接触した時点からクッション圧を一気に高圧目標値に追従させる場合に生じるオーバーシュート量よりも格段に小さくなる。

したがって、クッション圧がワーク保持に必要な高圧目標値に収束する際のオーバーシュート量を小さくでき、圧力変動を抑制して良好な成形を実現できる。しかも、クッション圧は実際には、低圧目標値に達すると、この低圧目標値には収束せずに、そのまま直線的に上昇して高圧目標値に収束するので、一気に高圧目標値に向かって収束させる場合と比べても、さほど遅れることがなく、ワーク保持に必要なクッション圧を速やかに生じさせることができる。

次に、本発明によるダイクッション制御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態に係るプレス機械の概略構成図が示されている。図２には、図１におけるＡ−Ａ視要部断面図が示されている。また、図３には第１実施形態に係るダイクッションの概略構成図が示されている。

図１に示されるプレス機械１は、本体フレーム２に昇降自在に支承されてスライド駆動機構３により昇降駆動されるスライド４と、このスライド４と対向配置でベッド５上に取着されるボルスタ６とを備えている。前記スライド４の下面には上型７が取り付けられるとともに、前記ボルスタ６の上面には下型８が取り付けられている。こうして、スライド４の昇降動作により、上型７と下型８との間に配されたワーク９に対しプレス加工（絞り加工）が施される。

これらの構成のうち、ベッド５には、ダイクッション１３が内蔵されている。このダイクッション１３は、所要のダイクッションピン１４と、ベッド５内においてそのベッド５に昇降自在に支持されるダイクッションパッド１５と、このダイクッションパッド１５を昇降駆動するダイクッションパッド駆動機構１６とを備えて構成されている。

前記各ダイクッションピン１４は、ボルスタ６および下型８のそれぞれに形成された上下方向に貫通する孔に挿通されている。各ダイクッションピン１４において、その上端は下型８の凹部に配されたブランクホルダ１７に当接されるとともに、その下端はダイクッションパッド１５に当接されている。

前記ダイクッションパッド１５の各側面とその各側面に対向するベッド５の内壁面との間には、図２に示されるように、ダイクッションパッド１５を上下方向に案内する１個以上（本実施形態では２個）のガイド部材１８が設けられている。各ガイド部材１８は、互いに係合する一対のインナーガイド１９とアウターガイド２０とからなり、ダイクッションパッド１５の各側面にインナーガイド１９が取り付けられ、ベッド５の内壁面にアウターガイド２０が取り付けられている。こうして、ダイクッションパッド１５は、ベッド５内においてそのベッド５に昇降自在に支持されている。

前記ダイクッションパッド駆動機構１６は、図３に示されるように、駆動源としての電動サーボモータ２１と、ダイクッションパッド１５の昇降手段としてのボールねじ機構２２と、電動サーボモータ２１とボールねじ機構２２との間の動力伝達経路に配される巻掛け伝動機構２３および連結部材２４とを備え、ダイクッションパッド１５と電動サーボモータ２１との間で互いの動力が伝達自在に構成されている。

前記電動サーボモータ２１は、回転軸を有する回転式のＡＣサーボモータであり、当該電動サーボモータ２１へ供給するモータ電流（電流）ｉの制御によって回転軸の回転速度や回転力が制御されるようになっている。電動サーボモータ２１の本体部分は、ベッド５の内壁面間に架設されたビーム２５に固定されている。また、この電動サーボモータ２１には、エンコーダ３６が付設されている。このエンコーダ３６は、電動サーボモータ２１の回転軸の角度および角速度を検出しその検出値をそれぞれモータ回転角度検出信号θ、モータ回転角速度検出信号ωとして出力する。このエンコーダ３６から出力されたモータ回転角度検出信号θおよびモータ回転角速度検出信号ωは、後述するコントローラ４１に入力される。

前記ボールねじ機構２２は、ねじ部２６とそのねじ部２６に螺合するナット部２７とを有してなり、ナット部２７から入力された回転動力をねじ部２６で直線動力に変換して出力する機能を有している。ねじ部２６の下端部は連結部材２４の中心部に形成された空間内において進退可能に配され、ナット部２７の下端部は連結部材２４の上端部に結合されている。前記連結部材２４は、所要のベアリングおよびそれらベアリングを収容する軸受ハウジングよりなる軸受装置２８を介して前記ビーム２５に支持されている。

前記巻掛け伝動機構２３は、電動サーボモータ２１の回転軸に固定される小プーリ２９と、連結部材２４の下端部に固定される大プーリ３０との間に、タイミングベルト３１が巻装されることによって構成されている。

以上の構成により、電動サーボモータ２１の回転動力が小プーリ２９、タイミングベルト３１、大プーリ３０および連結部材２４を介してボールねじ機構２２におけるナット部２７に伝達され、このナット部２７に伝達された回転動力によりボールねじ機構２２におけるねじ部２６が上下方向に移動されてダイクッションパッド１５が昇降駆動される。また、電動サーボモータ２１へのモータ電流ｉを制御することにより、ダイクッションパッド１５に与えられる付勢力が制御される。

ところで、このダイクッション１３において、ダイクッションパッド１５の下端部にはプランジャロッド８０が接続されている。このプランジャロッド８０は、その側面を筒状のプランジャガイド８２で摺動自在に支持されている。このプランジャガイド８２は、プランジャロッド８０およぴそのプランジャロッド８０に連結されるダイクッションパッド１５を昇降方向に案内する機能を有している。プランジャロッド８０の下部には下方向に開口を有するシリンダ８０Ａが形成され、このシリンダ８０Ａの内部にはピストン８１が摺動自在に収容されている。

シリンダ８０Ａの内壁面およびピストン８１の上面で油圧室８３が形成されこの油圧室８３には圧油が充填される。油圧室８３の軸心はプランジャロッド８０およびボールねじ機構２２の軸心と同一である。油圧室８３の圧油ポートは図４に示される油圧回路に接続され、油圧室８３と油圧回路との間で圧油の授受が行われる。油圧室８３の圧油は、上型７とワーク９とが接する際に生ずる衝撃を緩和するとともに、油圧が所定値以上になるとタンク９１（図４参照）に排出される。油圧室８３の圧油はこうした過負荷保護機能を有する。

前記ピストン８１の下端はボールねじ機構２２におけるねじ部２６の上端に当接されている。ピストン８１の下端には球面状の凹面８１Ａが形成され，この凹面８１Ａに対向するねじ部２６の上端には球面状の凸面が形成される。なお、これとは逆にピストン８１の下端に凸面が形成され、ねじ部２６Ｃの上端に凹面が形成されていてもよい。ねじ部２６のような棒状の部材は端部に働く軸方向の力には強いものの、曲げモーメントには弱い。ねじ部２６の上端が球面形状であると、仮にダイクッションパッド１５が傾いてねじ部２６の上端に曲げモーメントが発生したとしても、ねじ部２６全体には軸方向の力のみが働く。このような構造によって偏心荷重によるねじ部２６Ｃの損傷を防止することができる。

そして、このダイクッション１３において、油圧室８３の圧力が前述の油圧回路中で検出される。図４に示される油圧回路図において、油圧室８３のポートは管路８５を介して供給側制御弁８６の一方のポートおよび排出側制御弁８７の一方のポートにそれぞれ接続されている。供給側制御弁８６の他方のポートは管路８８を介して油圧ポンプ８９の吐出ポートに接続されている。油圧ポンプ８９の吸入ポートは管路９０を介してタンク９１に接続されている。排出側制御弁８７の他方のポートは管路９２を介してタンク９１に接続されている。供給側制御弁８６はタンク９１の作動油を油圧室８３へ供給する場合にのみ開放され、排出側制御弁８７は油圧室８３の圧油をタンク９１へ排出する場合にのみ開放される。

管路８５には圧力計９３が設けられている。圧力計９３によって油圧室８３の圧力すなわちダイクッションパッド１５に生ずる負荷が検出される。圧力計９３からは圧力検出信号Ｐrがコントローラ４１の圧力比較部４９と圧軸制御部９４とに向けてそれぞれ出力される。圧力比較部４９については後述する。圧軸制御部９４は圧力計９３からの圧力検出信号Ｐrを入力し、供給側制御弁８６と排出側制御弁８７に制御信号を出力して各制御弁８６，８７の開閉動作を制御する。

なお、図４に示される油圧回路は、オーバーロード防止機能を有している。すなわち、上型７とワーク９とが接してダイクッションパッド１５に負荷が生ずると、油圧室８３の圧力が上昇する。圧力計９３の検出値が所定値を超えた場合にはオーバーロードのおそれがある。このような場合には圧軸制御部９４から排出側制御弁８７に開放信号が出力され、排出側制御弁８７が開放される。すると油圧室８３の圧油はタンク９１に排出される。すると図示しないシステムが作動し、プレス機械１の動作が緊急停止される。このように油圧室８３から圧油が排出されるタイミングでプレス機械１が停止するためオーバーロードが防止される。
なお、排出側制御弁８７の代わりにリリーフ弁を設け、油圧室８３の圧力が所定圧を超えた場合にリリーフ弁が作動して圧油が排出されるようにしてもよい。

次に、前記ダイクッション１３を制御するダイクッション制御装置４０の構成について図５のブロック図を用いて以下に説明することとする。

図５に示されるダイクッション制御装置４０は、コントローラ４１と、このコントローラ４１から出力されるモータ電流指令信号ｉcに応じたモータ電流ｉを前記電動サーボモータ２１に供給するサーボアンプ４２とを備えている。

前記コントローラ４１は、詳細図示による説明は省略するが、各種入力信号を変換・整形する入力インタフェースと、マイクロコンピュータや高速数値演算プロセッサ等を主体に構成され、決められた手順に従って入力データの算術・論理演算を行うコンピュータ装置と、演算結果を制御信号に変換して出力する出力インタフェースとを備えて構成されている。このコントローラ４１には、ダイクッションパッド位置演算部４３、ダイクッションパッド速度演算部４４、位置指令信号出力部４５、位置比較部４６、位置制御部４７、圧力指令信号出力部４８、圧力比較部４９、圧力制御部５０、位置・圧力制御切換部５１、速度比較部５２、および速度制御部５３の各種機能部が形成されている。

前記ダイクッションパッド位置演算部４３は、電動サーボモータ２１に付設のエンコーダ３６からのモータ回転角度検出信号θを入力し、この入力信号に基づいてモータ回転角度と所定の関係にあるダイクッションパッド１５の位置を求め、その結果をダイクッションパッド位置検出信号ｈrとして出力する機能を有している。

前記ダイクッションパッド速度演算部４４は、当該エンコーダ３６からのモータ回転角速度検出信号ωを入力し、この入力信号に基づいてモータ回転速度と所定の関係にあるダイクッションパッド１５の速度（昇降速度）を求め、その結果をダイクッションパッド速度検出信号υrとして出力する機能を有している。

前記位置指令信号出力部４５は、ダイクッションパッド１５の位置の目標値を予め設定された位置パターン５４を参照することで求め、その求められた目標値に基づく位置指令信号ｈcを生成・出力する機能を有している。ここで、前記位置パターン５４は、時間（あるいはプレス角度またはスライド位置）とダイクッションパッド位置との所望の対応関係を示すものである。

前記位置比較部４６は、位置指令信号出力部４５からの位置指令信号ｈcと、ダイクッションパッド位置演算部４３からのダイクッションパッド位置検出信号ｈrとを比較して位置偏差信号ｅhを出力する機能を有している。

前記位置制御部４７は、位置比較部４６からの位置偏差信号ｅhを入力しその入力信号に所定の位置ゲインＫ₁を乗じて出力する係数器５５を備え、位置偏差信号ｅhに見合う大きさの速度指令信号υhcを生成・出力する機能を有している。

前記圧力指令信号出力部４８は、ダイクッションパッド１５において発生させる圧力（クッション圧）の目標値を、予め設定された圧力パターン５６を参照することで求め、その求められた目標値に基づく圧力指令信号Ｐcを生成・出力する機能を有している。ここで、前記圧力パターン５６は、時間（あるいはプレス角度またはスライド位置）とダイクッションパッド１５に生ずる圧力との所望の対応関係を示すものである。

前記圧力比較部４９は、圧力指令信号出力部４８からの圧力指令信号Ｐcと、圧力計９３からの圧力検出信号Ｐrとを比較して圧力偏差信号ｅｐを出力する機能を有している。

前記圧力制御部５０は、圧力比較部４９からの圧力偏差信号ｅpを入力しその入力信号に所定の比例ゲインＫ₂を乗じて出力する係数器７１と、圧力比較部４９からの圧力偏差信号ｅpを入力しその入力信号を積分して出力する積分器７２（ブロック内の記号ｓはラプラス演算子である。）と、この積分器７２からの出力信号を入力しその入力信号に所定の積分ゲインＫ₃を乗じて出力する係数器７３とを備え、係数器７１からの出力信号に係数器７３からの出力信号を加算して速度指令信号υpcを生成・出力する機能を有している。

この圧力制御部５０においては、比例動作（Ｐ動作）と積分動作（Ｉ動作）とを組み合わせた比例＋積分動作（ＰＩ動作）が行われることにより、当該圧力制御部５０からは、圧力偏差信号ｅpに見合う大きさで、かつ圧力偏差信号ｅpがある限りその大きさが増加するような速度指令信号υpcが出力され、検出圧力が目標圧力に迅速かつ正確に一致するようになっている。

前記位置・圧力制御切換部５１は、ダイクッションパッド１５の位置を制御する位置制御とダイクッションパッド１５に生ずる圧力を制御する圧力制御とを切り換えるものであり、ｂ接点を基準にａ接点とｃ接点との接続を切り換えるスイッチ６０を備えている。このスイッチ６０によってｂ接点とａ接点とが接続（以下、この接続動作を「ｂ−ａ接点接続動作」という。）された場合には、位置制御部４７からの速度指令信号υhcが速度比較部５２へと流れ、一方、同スイッチ６０によってｂ接点とｃ接点とが接続（以下、この接続動作を「ｂ−ｃ接点接続動作」という。）された場合には、圧力制御部５０からの速度指令信号υpcが速度比較部５２へと流れるようになっている。

本実施形態においては、上型７とワーク９とが接する第１の切換時機（図６中ｔ2参照）が検知された場合には、位置・圧力制御切換部５１における切換動作によって位置制御から圧力制御に切り換えられるとともに、ダイクッションパッド１５が下死点に到達する第２の切換時機（図６中ｔ3参照）が検知された場合には、位置・圧力制御切換部５１における切換動作によって圧力制御から位置制御に切り換えられるようにされている。

ここで、前記第１の切換時機は、ダイクッションパッド１５の下降時に圧力計９３による圧力検出値が第１の閾値に達したとき（上型７とワーク９とが接してダイクッションパッド１５の圧力が発生し始めた場合）、もしくはダイクッションパッド位置検出用のエンコーダ３６による検出位置が第１の所定位置に達したとき（上型７とワーク９とが接する位置にダイクッションパッド１５が達した場合）である。一方、前記第２の切換時機は、ダイクッションパッド１５の下降時に圧力計９３による圧力検出値が第２の閾値に達したとき（上型７とワーク９とが離間してダイクッションパッド１５の圧力が消失した場合）、もしくはダイクッションパッド位置検出用のエンコーダ３６による検出位置が第２の所定位置に達したとき（ダイクッションパッド１５が下死点に達した場合）である。

前記速度比較部５２は、位置・圧力制御切換部５１による切換動作にて位置制御が選択された場合に、位置制御部４７からの速度指令信号υhcと、ダイクッションパッド速度演算部４４からのダイクッションパッド速度検出信号υrとを比較して速度偏差信号ｅvを出力し、位置・圧力制御切換部５１による切換動作にて圧力制御が選択された場合に、圧力制御部５０からの速度指令信号υpcと、ダイクッションパッド速度演算部４４からのダイクッションパッド速度検出信号υrとを比較して速度偏差信号ｅvを出力する機能を有している。

本実施形態によれば、圧力制御時において、圧力制御部５０からは圧力偏差信号ｅpに見合う大きさで、かつ圧力偏差信号ｅpがある限りその大きさが増加するような速度指令信号υpcが出力されるので、圧力偏差を迅速かつ確実に減少させることができる。したがって、圧力制御の精度を向上させることができる。

前記速度制御部５３は、速度比較部５２からの速度偏差信号ｅvを入力しその入力信号に所定の比例ゲインＫ₄を乗じて出力する係数器６２と、速度比較部５２からの速度偏差信号ｅvを入力しその入力信号を積分して出力する積分器６３（ブロック内の記号ｓはラプラス演算子である。）と、この積分器６３からの出力信号を入力しその入力信号に所定の積分ゲインＫ₅を乗じて出力する係数器６４とを備え、係数器６２からの出力信号に係数器６４からの出力信号を加算してモータ電流指令信号（トルク指令信号）ｉcを生成・出力する機能を有している。

この速度制御部５３においても、比例動作（Ｐ動作）と積分動作（Ｉ動作）とを組み合わせた比例＋積分動作（ＰＩ動作）が行われることにより、当該速度制御部５３からは、速度偏差信号ｅvに見合う大きさで、かつ速度偏差信号ｅvがある限りその大きさが増加するようなモータ電流指令信号ｉcが出力され、検出速度が目標速度に迅速かつ正確に一致される。こうして、安定した位置・圧力制御ができるようにされている。

前記サーボアンプ４２は、電流比較部６５と電流制御部６６と電流検出部６７とを備えて構成されている。このサーボアンプ４２において、電流検出部６７は、電動サーボモータ２１に供給されるモータ電流ｉを検出しその検出値をモータ電流検出信号ｉrとして出力する。電流比較部６５は、速度制御部５３からのモータ電流指令信号ｉcと、電流検出部６７からのモータ電流検出信号ｉrとを比較してモータ電流偏差信号ｅiを出力する。電流制御部６６は、電流比較部６５からのモータ電流偏差信号ｅiに基づいて電動サーボモータ２１へのモータ電流ｉを制御する。

次に、ダイクッションパッド１５の動作と圧力・位置制御との関係について図５および図６を用いて以下に説明する。ここで、図６には、スライド４とダイクッションパッド１５の動作説明図が示されており、時間の経過に伴うスライド４とダイクッションパッド１５との位置の変化が線図で表わされている。
なお、以下の説明において、ダイクッションパッド位置演算部４３からのダイクッションパッド位置検出信号ｈrを「位置フィードバック信号ｈr」と称し、ダイクッションパッド速度演算部４４からのダイクッションパッド速度検出信号υrを「速度フィードバック信号υr」と称し、圧力計９３からの圧力検出信号Ｐrを「圧力フィードバック信号Ｐr」と称することとする。また、位置制御を「位置フィードバック制御」と称するとともに、圧力制御を「圧力フィードバック制御」と称することとする。

本実施形態においては、上型７とワーク９とが接する際の衝撃を緩和するために、時刻ｔ1から時刻ｔ2までの間、ダイクッションパッド１５の予備加速が行われる。この時刻ｔ1から時刻ｔ2の間は、位置・圧力制御切換部５１におけるｂ接点とａ接点とがスイッチ６０によって接続状態とされて、位置フィードバック制御が行われる。

この位置フィードバック制御時において、位置比較部４６は、位置指令信号ｈcから位置フィードバック信号ｈrを減じて位置偏差信号ｅhを出力し、位置制御部４７は、位置偏差信号ｅhを減少させる速度指令信号υhcを出力し、速度比較部５２は、速度指令信号υhcから速度フィードバック信号υrを減じて速度偏差信号ｅvを出力し、速度制御部５３は、速度偏差信号ｅvを減少させるモータ電流指令信号（トルク指令信号）ｉcを出力し、サーボアンプ４２は、モータ電流指令信号ｉcに応じたモータ電流ｉを電動サーボモータ２１に供給する。これにより、エンコーダ３６による位置検出値が予め設定された位置パターン５４に追従するようにダイクッションパッド１５の位置が制御される。

次いで、時刻ｔ2（第１の切換時機）において上型７とワーク９とが接すると、位置・圧力制御切換部５１におけるｂ−ｃ接点接続動作にてｂ接点とｃ接点とがスイッチ６０によって接続されて、位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換えられる。時刻ｔ2から時刻ｔ3までの間は、スライド４とダイクッションパッド１５とが一体となって下降し、ワーク９に対し絞り加工が施される。この時刻ｔ2から時刻ｔ3までの間においては、圧力フィードバック制御が行われる。

この圧力フィードバック制御時において、圧力比較部４９は、圧力指令信号Ｐcから圧力フィードバック信号Ｐrを減じて圧力偏差信号ｅpを出力し、圧力制御部５０は、圧力偏差信号ｅpを減少させる速度指令信号υpcを出力し、速度比較部５２は、速度指令信号υpcから速度フィードバック信号υrを減じて速度偏差信号ｅvを出力し、速度制御部５３は、速度偏差信号ｅvを減少させるモータ電流指令信号（トルク指令信号）ｉcを出力し、サーボアンプ４２は、モータ電流指令信号ｉcに応じたモータ電流ｉを電動サーボモータ２１に供給する。これにより、圧力計９３による圧力検出値が予め設定された圧力パターン５６に追従するようにダイクッションパッド１５のクッション圧が制御される。

次いで、時刻ｔ3（第２の切換時機）においてスライド４とダイクッションパッド１５とが下死点に達すると、位置・圧力制御切換部５１におけるｂ−ａ接点接続動作にてｂ接点とａ接点とがスイッチ６０によって接続されて、圧力フィードバック制御から位置フィードバック制御に切り換えられる。時刻ｔ3から時刻ｔ4までの間は、スライド４とダイクッションパッド１５とが一体となって補助リフト分だけ上昇する。時刻ｔ4から時刻ｔ5までの間において、ダイクッションパッド１５はロッキングし上昇動作を一旦停止する。時刻ｔ5において、ダイクッションパッド１５は再び上昇動作を開始する。時刻ｔ3以降においては、位置フィードバック制御が行われており、前述したような各種信号の流れにより、エンコーダ３６による位置検出値が予め設定された位置パターン５４に追従するようにダイクッションパッド１５の位置が制御される。

以下には、圧力フィードバック制御時の目標圧力を示す圧力パターン５６、および実際に生じるクッション圧について、図７ないし図１０を参照して詳説する。
図７に示されるように、本実施形態での目標圧力は、時刻ｔ2を僅かに過ぎた時点、すなわち位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換わった後、所定の時間が経過するまでは、低圧目標値ＰＬに設定されており、この後、所定の時定数を持って斜めに変化し、圧力フィードバック制御が行われる時刻ｔ3までの間では、絞り加工時の圧力値である高圧目標値ＰＨに設定されている。そして、時刻ｔ3以降において、再度位置フィードバック制御が行われる間は、目標圧力が低圧目標値ＰＬに設定されている。

一方、ダイクッションパッド１５での実際のクッション圧としては、上型７がワーク９にタッチする時刻ｔ2までの間では、予圧ＰＰが生じており、時刻ｔ2に達して上型７がワーク９に接すると、当初は低圧目標値ＰＬに向かって上昇し、さらに、連続的に上昇して高圧目標値ＰＨに向かって上昇し、高圧目標値ＰＨに達した後にこれを維持する。そして、時刻ｔ3以降において、位置フィードバック制御に切り換わると、クッション圧は再び予圧ＰＰまで下がる。

図８、図９には、本実施形態の作用を説明するための図が模式的に示されている。
図８では、クッション圧の目標圧力が常に低圧目標値ＰＬに設定されている。この場合、上型７が時刻ｔ2でワーク９に接すると、実際のクッション圧は予圧ＰＰから低圧目標値ＰＬに向かって上昇し、低圧目標値ＰＬを越えてオーバーシュートした後に低圧目標値ＰＬに収束する。オーバーシュート時の低圧側最大圧力はＰ１である。
これに対して図９では、目標圧力が常に高圧目標値ＰＨに設定されている。この場合でも、上型７が時刻ｔ2でワーク９に接すると、実際のクッション圧は予圧ＰＰから高圧目標値ＰＨに向かって上昇し、高圧目標値ＰＨを越えてオーバーシュートした後に高圧目標値ＰＨに収束する。オーバーシュート時の高圧側最大圧力はＰ２である。
しかしながら、低圧側および高圧側において、低圧目標値ＰＬからのオーバーシュート量と、高圧目標値ＰＨからのオーバーシュート量は共に同じである。

このような特性を勘案して本実施形態では、オーバーシュートを抑制して、実際のクッション圧が速やかに絞り加工時の適正な高圧目標値ＰＨに収束するよう、圧力パターン５６を図１０に示されるように設定してある。図１０に示される圧力パターン５６は、図７に示されたものと同じであり、理解しやすくするために、要部のみが時間軸を延ばして描かれている。つまり、本実施形態の目標圧力の圧力パターン５６としては、前述したように、時刻ｔ2にて位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換わった後も、時間Ｔ１で示される僅かな時間Ｔ１が経過するまでは、低圧目標値ＰＬに設定され、その後に所定時間Ｔ２の間で目標圧力が略リニアに推移するように設定され、次いで、圧力フィードバック制御中において、高圧目標値ＰＨに設定されている。低圧目標値ＰＬおよび高圧目標値ＰＨの間の目標圧力は、本発明に係る補完目標値ＰＣに相当する。

この際、高圧目標値ＰＨとしては、ワーク９の加工条件に応じて絞り加工に最適な値が設定されることは先に述べたが、一方の低圧目標値ＰＬとしては、予圧ＰＰよりも大きく、かつクッション圧を低圧目標値ＰＬに収束させた場合に生じ得る低圧側最大圧力Ｐ１が高圧目標値ＰＨを下回るような値に設定される。

以上のように圧力パターン５６が設定された場合、図１０中に実線で示すように、時刻ｔ2にて上型７がワーク９に接触すると、クッション圧が予圧ＰＰから上昇し始めるとともに、位置フィードバック制御から圧力フィードバック制御に切り換わる。そして、クッション圧は、僅かな時間Ｔ１の間は低圧目標値ＰＬに向かって上昇する。しかし、クッション圧は、時間Ｔ１経過の時点で低圧目標値ＰＬをオーバーシュート気味に上回り、この後に、斜めに立ち上がった補完目標値ＰＣに沿って略直線的な上昇割合で上昇し続ける。次いで、時間Ｔ２の経過した時点でクッション圧は、高圧目標値ＰＨを越えてオーバーシュートし、最終的に当該高圧目標値ＰＨに収束する。ただし、高圧側でオーバーシュートした場合の高圧側最大圧力Ｐ３は、クッション圧を予圧ＰＰから直接的に高圧目標値ＰＨに向かって収束させた場合に生じる前述した高圧側最大圧力Ｐ２よりも著しく小さい。したがって、オーバーシュート量を大幅に減少させてクッション圧を高圧目標値ＰＨに速やかに収束させることができ、圧力変動に伴うダイクッションパッド１５の振動を抑えてより精度のよい絞り加工を実現できる。

〔第２実施形態〕
図１１には、本発明の第２実施形態に係るダイクッションの概略構成図が示されている。図１２には、本実施形態でのダイクッション制御装置の構成を説明するブロック図が示されている。本実施形態において、前記第１実施形態と同一または同様のものについては同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、前記第１実施形態と異なる点を中心に以下に説明することとする。

本実施形態でのダイクッション１３では、ボールねじ機構２２において、ねじ部２６の上端部はダイクッションパッド１５の下端部に結合され、第１実施形態のような油圧室８３を形成するプランジャロッド８０や、油圧室８３に圧油を供給する油圧回路などは設けられておらず、圧力計９３も設けられていない。このため、ダイクッションパッド１５の側面には、ひずみゲージ３２が貼着されており、このひずみゲージ３２がダイクッションパッド１５に生ずる負荷、すなわちクッション圧を検出し、その検出値を圧力検出信号Ｐrとしてコントローラ４１に出力する。

また、ダイクッションパッド１５とベッド５との間には、ダイクッションパッド１５の位置を検出するリニアスケール３３が設けられている。このリニアスケール３３は、スケール部３４とヘッド部３５とよりなり、スケール部３４はベッド５の内壁面の所定位置に取着されるとともに、ヘッド部３５はスケール部３４に近接するようにしてダイクッションパッド１５の側面に取着され、ダイクッションパッド１５の昇降動作に伴いヘッド部３５がスケール部３４に沿って移動するようにされている。

そして、ヘッド部３５は、ダイクッションパッド１５の位置に応じたダイクッションパッド位置検出信号ｈrを出力する。このヘッド部３５から出力されたダイクッションパッド位置検出信号ｈrは、コントローラ４１に入力される。このために、本実施形態によれば、電動サーボモータ２１に付設のエンコーダ３６からは、第１実施形態のようなモータ回転角度検出信号θは出力されず、モータ回転角速度検出信号ωのみが出力され、コントローラ４１に入力される。

その他、圧力フィードバック制御に用いられる圧力パターン５６等は第１実施形態と同じであり、本実施形態でも、第１実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態におけるダイクッション１３に代えて、図１３に示されるダイクッション１３Ａ（前記ダイクッション１３と同一または同様のものについては図に同一符号が付されている。）を採用してもよい（第１変形例）。このダイクッション１３Ａのダイクッションパッド駆動機構１６Ａにおいては、ダイクッションパッド１５の下端部にボールねじ機構２２Ａにおけるナット部２７Ａが連結されるとともに、ナット部２７Ａに螺合するねじ部２６Ａが連結部材２４Ａを介して大プーリ３０に連結されている。それ以外については、第２実施形態のダイクッション１３と同様である。

また、前記各実施形態におけるダイクッション１３に代えて、図１４および図１５に示されるダイクッション１３Ｂ（前記ダイクッション１３と同一または同様のものについては図に同一符号が付されている。）を採用してもよい（第２変形例）。このダイクッション１３Ｂにおいて、ダイクッションパッド１５の各側面とその各側面に対向するベッド５の内壁面との間には、リニアサーボモータ（電動サーボモータ）７５が設けられている。このリニアサーボモータ７５は、一対のコイル部７６とマグネット部７７とからなり、ダイクッションパッド１５の各側面にコイル部７６が設けられ、ベッド５の内壁面にマグネット部７７が設けられる。なお、これとは逆に、ダイクッションパッド１５の各側面にマグネット部７７が設けられ、ベッド５の内壁面にコイル部７６が設けられていてもよい。

このダイクッション１３Ｂにおいて、ダイクッションパッド１５にコイル部７６が設けられる場合は、コイル部７６が励磁されるとコイル部７６とマグネット部７７との間に引力および反発力が働き、コイル部７６およびダイクッションパッド１５が昇降方向の付勢力を受ける。一方、ダイクッションパッド１５にマグネット部７７が設けられる場合は、コイル部７６が励磁されるとコイル部７６とマグネット部７７との間に引力および反発力が働き、マグネット部７７およびダイクッションパッド１５が昇降方向の付勢力を受ける。コイル部７６への供給電流が制御されると、ダイクッションパッド１５に与えられる付勢力、すなわちダイクッションパッド１５に生ずるクッション圧が制御される。

このダイクッション１３Ｂにおいて、ダイクッションパッド１５の下部には、ピストンとシリンダとからなる空圧式のバランサ７８が設けられている。図示省略されているが、バランサ７８のピストンは下方をビーム２５（図１）で支持されている。こうして、ダイクッションパッド１５はバランサ７８を介してビーム２５で支持されるため、リニアサーボモータ７５の電源が遮断されてコイル部７６とマグネット部７７との間の磁力が無くなってもダイクッションパッド１５が落下することはない。

このダイクッション１３Ｂの制御系については、基本的に前記ダイクッション制御装置４０を適用することが可能であるが、回転式のサーボモータと直動式のサーボモータとは構造上の違いがあることから、モータ速度のフィードバック制御系が若干異なる。すなわち、本変形例でのダイクッションパッド速度演算部４４においては、ダイクッションパッド位置検出用のリニアスケール３３におけるヘッド部３５からのダイクッションパッド位置検出信号ｈrを入力し、この入力信号を時間で微分することによりダイクッションパッド１５の速度を求め、その結果をダイクッションパッド速度検出信号υrとして速度比較部５２に向けて出力するようにされている。

このダイクッション１３Ｂによれば、リニアサーボモータ７５とダイクッションパッド１５との間の動力伝達が歯車やベルト、ボールねじ等の咬合部材を用いた機械的接触によって行われるのではなく、磁力を用いた非接触によって行われるので、動力伝達の際の機械音を著しく低減することができる。また、回転式のサーボモータを用いる場合よりも部品点数が少なくなり、メンテナンスの容易化が図れるという利点もある。

前記各実施形態では、実際に絞り加工が行われている時刻ｔ2から時刻ｔ3までの間では圧力制御が行なわれ、その他の時刻では位置制御が行われていたが、その他の時刻でも圧力制御を行ってもよく、本発明において、位置制御との切換を行うことは必須の要件ではない。
また、圧力制御を行うにあたっては、予め設定された圧力パターンに応じて制御すればよいから、圧力検出信号Ｐrを検出してフィードバックするか否かは任意である。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、絞り加工等を行うプレス機械に用いられるダイクッションを制御するためのダイクッション制御装置に利用でき、特に電動サーボモータで駆動されるダイクッションのダイクッション制御装置として好適に利用できる。

本発明の第１実施形態に係るプレス機械の概略構成図。図１におけるＡ−Ａ視要部断面図。第１実施形態に係るダイクッションの概略構成図。ダイクッションに関わる油圧回路図。第１実施形態に係るダイクッション制御装置の構成を説明するブロック図。スライドとダイクッションパッドの動作説明図。目標圧力および発生圧力（クッション圧）を説明する説明図。低圧目標値と発生圧力との関係を説明する説明図。高圧目標値と発生圧力との関係を説明する説明図。第１実施形態の圧力パターンと発生圧力との関係を説明する説明図。本発明の第２実施形態に係るダイクッションの概略構成図。第２実施形態に係るダイクッション制御装置の構成を説明するブロック図。ダイクッションの第１変形例を説明する図。ダイクッションの第２変形例を説明する図。第２変形例の他の部分を説明する図。

符号の説明

９…ワーク、１３，１３Ａ，１３Ｂ…ダイクッション、２１…電動サーボモータ、４０…ダイクッション制御装置、４２…サーボアンプ、４８…圧力指令信号出力部、５０…圧力制御部、５３…速度制御部、５６…圧力パターン、７５…電動サーボモータであるリニアサーボモータ、Ｐc…圧力指令信号、υpc…速度指令信号、ｉc…モータ電流指令信号、ｉ…電流であるモータ電流、ＰＬ…低圧目標値、ＰＨ…高圧目標値、ＰＣ…補完目標値、Ｔ２…時間。

Claims

ダイクッションパッド（１５）の位置の目標値を予め設定された位置パターン（５４）を参照することで求め、その求められた目標値に基づく位置指令信号を出力する位置指令信号出力部（４５）と、
前記位置指令信号に基づいて速度指令信号を出力する位置制御部（４７）と、
前記ダイクッションパッド（１５）に発生させる圧力の目標値を予め設定された圧力パターン（５６）を参照することで求め、その求められた目標値に基づく圧力指令信号を出力する圧力指令信号出力部（４８）と、
前記圧力指令信号に基づいて速度指令信号を出力する圧力制御部（５０）と、
前記位置制御部（４７）から出力された速度指令信号か、または前記圧力制御部（５０）から出力された速度指令信号に基づいてモータ電流指令信号を出力する速度制御部（５３）と、
前記位置制御部（４７）の速度指令信号が前記速度制御部（５３）に入力する状態である位置フィードバック制御、または前記圧力制御部（５０）からの速度指令信号が前記速度制御部（５３）に入力する状態である圧力フィードバック制御のいずれかの状態に切り換える位置・圧力制御切換部（５１）と、
前記モータ電流指令信号に応じた電流をダイクッション駆動用の電動サーボモータ（２１）に供給するサーボアンプ（４２）とを備え、
前記圧力パターン（５６）の目標値が、前記圧力フィードバック制御中の目標値であってワーク保持に必要なクッション圧に対応する高圧目標値と、前記位置フィードバック制御中から既に設定されている目標値であって前記高圧目標値よりも小さい低圧目標値とを含み、前記位置フィードバック制御から前記圧力フィードバック制御に切り換わった後も予め設定した僅かな時間が経過するまでは前記低圧目標値に保持されるように設定される
ことを特徴とするダイクッション制御装置（４０）。
請求項1に記載のダイクッション制御装置（４０）において、
前記低圧目標値は、前記ダイクッションパッド（１５）を備えるプレス機械（１）のスライド（４）に取り付けられた金型（７）がワーク（９）にタッチするまでの間で設定される予圧よりも大きく、かつクッション圧を当該低圧目標値に収束させた場合に生じうる低圧側最大圧力が前記高圧目標値を下回るような値に設定されている
ことを特徴とするダイクッション制御装置（４０）。
請求項1または請求項２に記載のダイクッション制御装置（４０）において、
前記低圧目標値を越えて前記高圧目標値に達するまでのクッション圧を、所定時間を持って略直線的な上昇割合で追従させる補完目標値が設定される
ことを特徴とするダイクッション制御装置(４０)。
請求項３に記載のダイクッション制御装置(４０)において、
前記位置フィードバック制御から前記圧力フィードバック制御に切り換わった後、前記僅かな時間が経過したとき、前記クッション圧は、前記低圧目標値を上回り、その後さらに前記補完目標値に追従して上昇する
ことを特徴とするダイクッション制御装置(４０)。