JP4956022B2 - プレス機械のダイクッション制御装置 - Google Patents

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、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、スライドの上型がワークを挟んでダイクッションパッドに接触するまでは、ダイクッションのクッションストロークの制御を位置制御により行う。ダイクッションパッドに荷重がかかり始めた時のサーボモータの電流変化を検出すると、この電流変化の検出信号により位置制御から圧力制御に切り換え、ダイクッションパッドに予め設定されたクッション圧を与える。このようなダイクッション制御装置では、位置制御から圧力制御に切り換えることができるので、絞り加工を良好に行える。

ところで、位置制御と圧力制御とを切換可能に設けられたダイクッション制御装置では、スライドが下死点に達した時点で再度、圧力制御から位置制御に切り換え、スライドの上昇開始後の所定時間内にダイクッションパッドを上昇させ、次の加工のための待機位置に戻している。また、スライドが下死点位置に達した時には、ダイクッションパッドを自身の下死点位置に所定時間停止させておき（下死点ロッキング）、絞り加工が最後まで確実に行われるようにしている。

特開平１０−２０２３２７号公報（第３頁）

ところで、加工中のようにダイクッションに負荷がかかっている状態では、ダイクッションパッド等に圧縮力が作用して弾性変形が生じており、ダイクッションパッドが縮んだまま下死点に停止することになる。このため、このような状態で下死点ロッキングを行うと、スライドが上昇することでダイクッションから負荷が抜けた瞬間に跳ね上がりが生じてしまい、ワークを確実に保持しておくことができないという問題がある。特に、ダイクッションとして、上型とワークとが接触するときに生じる衝撃を緩和するための油圧室やばね等が設けられている場合には、弾性変形量も大きく跳ね上がりが顕著であり、その解決が望まれている。

本発明の目的は、下死点ロッキング時のワークの跳ね上がりを確実に防止できるダイクッション制御装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係るプレス機械の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目標値に応じた位置指令信号を出力する位置指令信号出力部と、前記ダイクッションパッドの位置を検出する位置検出手段と、前記位置指令信号に基づく位置目標値と前記位置検出手段からの位置検出信号に基づく位置検出値との偏差に応じた位置偏差信号を出力する位置比較部と、前記位置偏差信号に基づいて位置用速度指令信号を出力する位置制御部と、前記位置制御部からの前記位置用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、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に供給するサーボアンプと、前記プレス機械のスライドが下死点位置に達した時点で出力されるプレス信号を受けて、前記ダイクッションパッドが下死点に位置しているときの位置検出値から所定の退避高さだけ下降側に退避させるための位置指令信号を出力する退避位置指令信号出力部と、前記位置指令信号出力部からの位置指令信号と前記退避位置指令信号出力部からの位置指令信号とを切り換えて前記位置比較部に出力する出力切換部とを備えていることを特徴とする。

スライドが下死点位置に到達すると、スライドに追従して下降するダイクッションパッドも自身の下死点位置で停止するが、この下死点位置では、ダイクッションパッド等に縮みが生じている。そこで、本発明の請求項１に発明では、スライドが下死点に達したことを受けて、退避位置信号出力部からの位置指令信号により、クッションパッドを自身の下死点位置から所定の退避高さだけ即座に下降させることとした。このため、ダイクッションパッドが退避位置まで下がることにより、スライドからの荷重によって生じていた縮みを解消でき、スライドが上昇に転じて負荷が抜けた場合でも、縮みが復帰することで生じていた下死点ロッキング時のワークの跳ね上がりを確実に防止できる。
なお、スライドが下死点に達した際のプレス信号に基づいてダイクッションパッドを退避させることにより、スライドが下死点に達する以前にダイクッションが退避位置まで下降したり、スライドが上昇に転じた後にダイクッションが退避位置まで下降したりすることがなく、退避動作を確実に行ってワークの加工や跳ね上がりを確実に防止できるのである。

また、請求項１の本発明によれば、ダイクッションパッドの退避位置は、位置目標値として与えられる下死点位置を基準にして決められるのではなく、ダイクッションパッドが実際に停止している下死点位置を基準に決められるので、ワークの板厚誤差や加工誤差によって実際の下死点位置がばらついても、このばらつきに影響させることなく下死点からの退避位置を一定にでき、縮みをより確実に解消できる。

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。
図１には、本発明の一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、第１実施形態に係るダイクッション１３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と対向配置されベッド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、ダイクッションパッド１５を上下方向に案内する図示しない１個以上のガイド部材が設けられている。各ガイド部材は、互いに係合する一対のインナーガイドとアウターガイドとからなり、ダイクッションパッド１５の各側面にインナーガイドが取り付けられ、ベッド５の内壁面にアウターガイド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２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（位置検出手段）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が上下方向に移動し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および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２６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２６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。油圧室８３のポートは、油圧回路を構成する管路８５と連通しており、この管路８５の途中には、圧力計（圧力検出手段）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に向けて出力される。

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３の機能ブロック図および図４の制御ブロック図を用いて以下に説明することとする。

図３、図４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、決められた手順にしたが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、速度制御部５３、出力切換部５７、および退避位置指令信号出力部５８の各種機能部が設けられている。これらの機能部は、前記コンピュータで処理されるソフトウェア等で形成されている。

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（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、その求められた位置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から出力切換部５７を介して出力される位置指令信号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に見合う大きさの位置用速度指令信号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）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、その求められた圧力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圧力用速度指令信号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圧力用速度指令信号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と、このスイッチ６０の切換動作の選択を行うための位置・圧力比較部６１とを備えている。
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からの位置用速度指令信号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からの圧力用速度指令信号υpcが速度比較部５２へと流れるようになっている。

位置・圧力比較部６１は、圧力制御部５０からの圧力用速度指令信号υpcと、位置制御部４７からの位置用速度指令信号υhcとを比較し、両者のうち小さい方を選択するように設定されている。
ここで、位置・圧力比較部６１の切換ロジックを図５〜図７を用いて説明する。図５には、位置用速度指令信号υhcが示されている。図５において、ダイクッションパッド１５の位置パターン（位置目標値）を常に０（待機位置）に設定した場合、上型７がワーク９と接する前には、ダイクッションパッド１５の位置は、待機位置に一致するため、位置偏差信号ｅhは０となり、位置用速度指令信号υhcは０となる。その後、ダイクッションパッド１５が下方に向かって所定の加速度で下降した後、一定の速度で下降するため、位置用速度指令信号υhcは、待機状態から所定の時定数で下がった後に一定の値に維持される。そして、予備加速の途中でタッチ位置に達した後は、ダイクッションパッド１５が実際にはスライド４と共に下降する一方で、位置パターン５４が実際のダイクッションパッド１５よりも高い位置に設定されているため、位置偏差信号ｅhが上向きに徐々に大きくなり、これに従い位置用速度指令信号υhcも大きくなる。

一方、図６には、圧力用速度指令信号υpcが示されている。図６においてダイクッションパッド１５の圧力パターン（圧力目標値）を常に一定値に設定した場合、上型７がワーク９と接する前には、ダイクッションパッド１５には圧力が発生しないため、圧力偏差信号ｅpが圧力パターンの一定値に一致し、圧力用速度指令信号υpcは圧力パターンの一定値に応じた値となる。その後、上型７がワーク９と接する位置（タッチ位置）に達すると、ダイクッションパッド１５が上型７に押されて圧力が発生する。この圧力はダイクッションパッド１５の下降に伴って大きくなって当初から設定されてある圧力目標値に近づくため、圧力偏差信号ｅpは徐々に小さくなり、これに従い圧力用速度指令信号υpcも小さくなる。

位置・圧力比較部６１は、図７に示されるように、位置用速度指令信号υhcと圧力用速度指令信号υpcとを比較し、両者のうち小さい方を選択するように設定されている。このため、上型７がワーク９と接する前の下降時には、位置用速度指令信号υhcの方が圧力用速度指令信号υpcより小さいので、位置用速度指令信号υhcが選択される。この選択により、スイッチ６０によってｂ接点とａ接点とが接続され、位置用速度指令信号υhcが速度比較部５２へ流れ、位置制御が行われる。
次に、上型７がワーク９と接するタッチ位置に達すると、位置用速度指令信号υhcは増加し、圧力用速度指令信号υpcは減少する。これらの速度指令信号υhc,υpcの大小関係が逆転したとき、位置・圧力比較部６１は位置用速度指令信号υhcより小さい圧力用速度指令信号υpcを選択し、スイッチ６０のｂ接点とｃ接点とが接続される。この接続切換動作により、圧力用速度指令信号υpcが速度比較部５２に流れ、圧力制御が行われることとなる。

位置・圧力比較部６１が、位置用速度指令信号υhcと圧力用速度指令信号υpcとを常に比較し、両者のうちより小さい方を選択するように設定されているので、位置制御と圧力制御との切換を適切なタイミングで自動的に行うことができる。したがって、上型７がワーク９を介してダイクッションパッド１５に接触したときの衝撃や振動などの影響を最小限に抑制でき、適切なタイミングで安定的かつ確実に位置制御と圧力制御との切換を行える。また、位置用速度指令信号υhcと圧力用速度指令信号υpcとの両方を常に監視しているので、上型７がワーク９に接触したときのタッチ位置を確実に把握でき、迅速かつ確実な切換を行える。

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からの位置用速度指令信号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からの圧力用速度指令信号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圧力用速
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。

前記出力切換部５７は、プレス機械１に設けられたプレス信号生成部１０からのプレス信号Ｓによって換わるスイッチとして機能し、制御ブロック的には接点ｄ、ｅ、ｆを備えている。この出力切換部５７において、接点ｅと接点ｄとが接続された場合のｅ−ｄ接点接続動作時には、位置指令信号出力部４５からの位置指令信号ｈcが前述したように位置比較部４６に出力される。これに対して、接点ｅと接点ｆとが接続された場合のｅ−ｆ接点接続動作時には、退避位置指令信号出力部５８からの位置検出信号ｈcが位置比較部４６に出力される。

退避位置指令信号出力部５８は、下死点位置保持手段５８１と退避位置指令生成手段５８２とを備えている。
下死点位置保持手段５８１は、プレス信号Ｓによりスライド４下死点に到達したと判断した時点で、ダイクッションパッド位置演算部４３からダイクッションパッド位置検出信号ｈrを単発的に読み込み、このｈrをダイクッションパッド１５の下死点位置検出信号ｈr′として保持する機能を有している。
退避位置指令生成手段５８２は、ダイクッションパッド１５を下死点位置から予め決められた所定の高さだけ下方に退避させるための位置指令信号ｈcを生成する。具体的には、下死点位置検出信号ｈr′から退避高さΔｈを減じることで生成される指令を位置指令信号ｈcとし（ｈc＝ｈr′−Δｈ）、これを出力切換部５７に出力する。この退避高さΔｈは、ダイクッション１３にかかる荷重や構造等を勘案して適宜に設定可能であり、図示しない操作パネルの設定画面上で作業者が適切な値を設定する。本実施形態では、例えば２ｍｍ程度の退避高さΔｈが設定される。

なお、プレス信号生成部１０で生成されるプレス信号Ｓはスライド位置と関係付けられており、スライド４駆動用のサーボモータ１１に設けられたエンコーダ１２からのモータ回転角度信号θpに基づいて生成される。スライド４が上死点から下死点に至るまでの間は、プレス信号ＳとしてＯＮ信号が出力され、下死点に達した時点からスライド４が上昇に転じて所定高さに達する至るまでの間は、プレス信号ＳとしてＯＦＦ信号が出力され、所定高さから上死点に至るまでは再度ＯＮ信号が出力される（図８参照：下死点Ｈldc、所定高さＨ）。また、このプレス信号ＳがＯＦＦの間に、ダイクッション１３において下死点ロッキングが行われることになる。

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。

以下には、本実施形態の位置指令信号出力部４５の位置パターン５４、圧力指令信号出力部４８の圧力パターン５６、およびプレス信号Ｓについて詳説する。図８には、本実施形態における位置パターン５４およびプレス信号Ｓがスライド動作と関連付けられて示されており、図９には本実施形態における圧力パターン５６が示されている。

位置パターン５４は、図８に示されるように、まずダイクッションパッド１５の待機位置に相当する位置h1が時刻t1まで設定され、その後、予備加速のために時刻t1から時刻t2まで所定の時定数をもって位置が位置h2まで下降するように設定されている。そして、位置h2まで達する途中の位置h12にて、上型７がワーク９に接することになる（時刻t12）。上型７がワーク９に接して絞り加工が行われる際には圧力制御が行われることが望ましいため、スライド４が下死点に達する時刻t4までの位置パターン５４による位置目標値は、ダイクッションパッド１５の実際の位置よりも高くなるように設定されている。このことにより、ダイクッションパッド１５が下降しても位置偏差信号ｅhが大きくなり、この位置偏差信号ｅhよりも小さくなる圧力偏差信号ｅpが選択されて圧力制御が行われるようになっている。この際の位置パターン５４としては具体的に、位置h2までの予備加速の後、時刻t2から時刻t3にかけて別の時定数を持って位置h3まで下降するように位置指令信号ｈcが出力される。

次いで、時刻t3からは、スライド４が下死点Ｈldcに達するまでの間、すなわち、プレス信号ＳとしてのＯＦＦ信号がプレス信号生成部１０から出力切換部５７および退避位置指令信号出力部５８に出力されるまでの間は、ダイクッションパッド１５が位置h3で停止するように位置指令信号ｈcが出力される。下降するスライド４にダイクッションパッド１５が追従しているために、スライド４が下死点に達すると、ダイクッションパッド１５も自身の本来の下死点位置である位置h4に停止する。この際、停止する位置h4は位置パターン５４による位置目標値上での停止位置h3よりも低いため、ダイクッションパッド１５はある大きさの位置偏差信号ｅhが出力された状態で位置h4に停止していることになるが、位置h4にあっては、次説する圧力パターン５６での圧力目標値が十分に高く設定されているため、圧力偏差信号ｅpの方が大きくなり、位置制御に切り換わる。

この時点で、プレス信号ＳとしてＯＦＦ信号が出力されると、出力切換部５７にてｅ−ｆ接点接続動作に切り換えられ、退避位置指令信号出力部５８側からの位置指令信号ｈcが位置比較部４６に出力されることになる。具体的に、退避位置指令信号出力部５８の下死点位置保持手段５８１は、プレス信号ＳとしてＯＦＦ信号を入力すると、ダイクッションパッド位置検出信号ｈr（実際には位置h4）を一回入力し、このダイクッションパッド位置検出信号ｈrを下死点位置検出信号ｈr′として保持するとともに、プレス信号ＳがＯＦＦである間は、下死点の位置h4から退避高さΔhだけ下がった位置h5を位置目標値とする位置指令信号ｈcを退避位置指令整正手段５８２が出力切換部５７に出力し、この位置指令信号ｈcが位置比較部４６に出力されるのである。

この結果、位置h5を位置目標値とする位置指令信号ｈcは、ダイクッションパッド１５の実際の下死点である位置h4を基準に、この位置h4から退避高さΔhだけ下がった位置を位置目標として生成されることになるから、ワーク９の板厚誤差や加工誤差によってその都度ダイクッションパッド１５の実際の下死点が変動しても、実際の下死点から常に退避高さΔhだけ差がった位置h5にダイクッションパッド１５を正確に退避させることができ、ダイクッションパッド１５や油圧室８３に生じていた縮みを確実に解消できる。

そして、ダイクッションパッド１５が下死点である位置h4を越えて退避位置である位置h5まで下がると、位置比較部４６に入力される出力切換部５７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との位置偏差信号ｅhは０となるため、ダイクッションパッド１５は退避位置である位置h5に停止することになり、下死点ロッキングが行われる。また、ダイクッション１５が退避位置まで下がることで、絞り加工中に生じていたダイクッションパッド１５や油圧室８３での縮みを解消できるから、スライド４の上昇によってダイクッション１３から負荷が抜けてもワーク９の跳ね上がりを防止できる。

この後、スライド４が所定高さＨまで上昇すると（時刻t4から時刻t5に達すると）、プレス信号生成部１０からはプレス信号ＳとしてＯＮ信号が出力されるため、出力切換部５７においては、ｅ−ｄ接点接続動作が再開され、予め設定された位置パターン５４にしたがった位置指令信号出力部４５からの位置指令信号ｈcが、出力切換部５７を介して位置比較部４６に出力される。時刻t5から時刻t6の間は、所定高さ上昇する補助リフト動作のため、時刻t6で位置h6となるように設定がされ、そして時刻t6以降は、待機位置に相当する位置h1に復帰するように設定されている。

一方、図９に示されるように、圧力パターン５６は、上型７がワーク９に接する前の時刻t12までは、所定値P1が設定されている。この所定値P1は、ダイクッションパッド１５の予圧よりも所定割合だけ高い値に設定されており、これにより、上型７がワーク９に接する前の状態では、所定の圧力偏差信号ｅpが発生する。次に、上型７がワーク９に接して絞り加工が行われる時刻t12から時刻t4までの範囲においては、圧力パターン５６には、それぞれ所定時間で最適な圧力が設定されている。

具体的には、絞り加工の開始時には、所定の時定数を持って圧力目標値が所定値P1から所定値P2に斜めに上昇し、時刻t21に達するまでその所定値P2を保持する。その後、時刻t21から時刻t22まで、所定の時定数を持って圧力目標値が所定値P2から所定値P3まで斜めに下降し、スライド４が下死点に達するまでの時刻t22から時刻t4までの間、その所定値P3を保持する。スライド４が下死点に達した後（時刻t4以降）は位置制御が行われることが望ましいため、圧力偏差信号ｅpが大きくなるように圧力目標値が一気に所定値P4と高い値に設定されている。

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以下に説明する。図１０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。

まず、プレス加工動作開始から時刻t1までの間は、ダイクッションパッド１５が待機位置の位置h1にあるため、位置用速度指令信号υhcは０であるのに対し、圧力用速度指令信号υpcは所定値P1に対応した値となる。このため、プレス加工動作開始から時刻t1までの間は、位置・圧力比較部６１は位置用速度指令信号υhcを選択し、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。また、時刻t1から時刻t12の間においても、圧力用速度指令信号υpcが所定値P1に対応した値となるため、引き続き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を減少させる位置用速度指令信号υhcを出力し、速度比較部５２は、位置用速
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。 これにより、ダイクッションパッド１５は時刻t1までは待機位置で待機し、その後上型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の予備加速を行う。

次いで、予備加速途中の時刻t12において上型７とワーク９とが位置h12で接すると、位置パターン５４の位置目標値としては依然として、位置h2に向けて変化し、その後に位置h3に向けて変化する。しかし、実際のダイクッションパッド１５は、スライド４に追従することで位置目標よりもさらに下方位置を下降するため、ある値以上の位置偏差信号ｅhが存在することになる。一方上型７とワーク９とが接すると圧力が上昇するため、発生圧力としては、圧力パターン５６の圧力目標値である所定値P1に近づいていく。したがって、圧力偏差信号ｅpが次第に小さくなる。圧力偏差信号ｅpに基づく圧力用速度指令信号υpcが位置偏差信号ｅhに基づく位置用速度指令信号υhcよりも小さくなったとき、位置・圧力比較部６１が圧力用速度指令信号υpcを選択する。

これにより、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自動的に切り換えられる。したがって、位置・圧力制御切換部５１による自動的な切換動作により、上型７がワーク９に接触した直後に確実に位置制御と圧力制御とを切り換えることができる。以上により、時刻ｔ12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とが一体となって下降し、ワーク９に対し絞り加工が施される。この時刻ｔ12から時刻ｔ4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ととなる。

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を減少させる圧力用速度指令信号υpcを出力し、速度比較部５２は、圧力用速
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ｔ4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、圧力パターン５６の圧力目標値は一気に所定値P4に上昇するため圧力偏差信号ｅpが
大きくなるため、位置偏差信号ｅhに基づく位置用速度指令信号υhcが圧力偏差信号ｅpに基づく圧力用速度指令信号υpcよりも小さくなり、位置・圧力比較部６１では、位置用速度指令信号υhcを選択する。したがって、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自動的に切り換えられる。また、スライド４が下死点に達するとダイクッションパッド１５は、自身の実際の下死点の位置h4を基準として退避位置である位置h5まで下がるので、ダイクッションパッド１５や油圧室８３で生じた縮みを確実に解消でき、回転ロッキングの開始時にスライド４が上昇に転じてダイクッションパッド１５から負荷が抜けた場合でも、ワーク９の跳ね上がりが発生しない。

ここで、図１１のフローチャートを参照し、出力切換部５７および退避位置指令信号出力部５８の動作をより具体的に説明する。図１１において、スライド４が上死点から下死点までの間では、プレス信号生成部１０からのプレス信号としてＯＮ信号が出力されるため、このＯＮ信号が入力されている間の出力切換部５７は、ｅ−ｄ接点接続動作を行い、位置パターン５４による位置目標に基づいた位置指令信号ｈcを位置指令信号出力部４５から入手して位置比較部４６に出力する（ＳＴ１）。この位置指令信号ｈcは、ダイクッションパッド１５が位置h3に達した時点で、この位置h3を維持するように出力され、出力切換部５７としては、プレス信号ＳとしてＯＦＦ信号の入力待ちの状態となる（ＳＴ２）。

時刻t4にてスライド４が下死点位置に達すると、プレス信号ＳがＯＮ信号からＯＦＦ信号に切り換わり、ＯＦＦ信号が出力切換部５７および退避位置指令信号出力部５８に入力する。すると、退避位置指令信号出力部５８は、ダイクッションパッド位置演算部４３からダイクッションパッド位置検出信号ｈrを単発的に入手し、このｈrを下死点位置検出信号ｈr′として保持するとともに、このｈr′から退避高さΔｈを減じた位置を位置目標値とする位置指令信号ｈcを生成し、出力切換部５７に出力する。一方の出力切換部５７では、ｅ−ｆ接点接続動作に切り換わり、退避位置指令信号出力部５８からの位置指令信号ｈcを位置比較部４６に出力する（ＳＴ３）。このようなｅ−ｆ接点接続動作は、スライド４が所定高さＨに達し、プレス信号ＳとしてＯＮ信号が出力切換部５７に入力するまで継続される（ＳＴ４）。ＯＮ信号が入力すると、出力切換部５７は再び、ＳＴ１に戻ってｅ−ｆ接点接続動作に切り換え、位置パターン５４による位置目標に基づいた位置指令信号ｈcを出力する。

図１０に戻って、以上のように時刻ｔ4から時刻ｔ5までの間は、ダイクッションパッド１５は実際の下死点位置である位置h4から退避高さΔｈ下がった位置h5で正確にロッキングし、上昇動作を一旦停止する。この後の時刻ｔ5から時刻ｔ6までの間において、ダイクッションパッド１５は補助リフト分だけ上昇する。時刻ｔ6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して待機位置h1に復帰した後停止する。時刻ｔ4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。

なお、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。
したがって、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。

例えば、前記実施形態では、本発明に係る圧力検出手段として、油圧回路中に設けられた圧力計が用いられていたが、ダイクッションパッドの側面に設けられたひずみゲージなどであってもよい。また、位置検出手段としても、ダイクッション駆動用の電動サーボモータに設けられたエンコーダに限らず、ダイクッションパッドとベッドとの間に設けられるリニアスケールなどであってもよい。さらに、電動サーボモータとしては、回転型に限らず、リニアサーボモータなどの直動型であってもよい。

前記実施形態では、ダイクッション制御装置が位置制御と圧力制御とを切り換える構成になっていたが、少なくとも下死点位置で位置制御になっていればよく、ストロークを通して位置制御が行われる場合でも、本発明に含まれる。

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。

本発明の一実施形態に係るプレス機械の概略構成図。 前記実施形態に係るダイクッションの概略構成図。 ダイクッション制御装置の構成を説明する機能ブロック図。 ダイクッション制御装置の構成を説明する制御ブロック図。 時間と位置用速度指令信号との関係を示す図。 時間と圧力用速度指令信号との関係を示す図。 位置制御と圧力制御との切換動作を説明するための説明図。 位置パターンを示す図。 圧力パターンを示す図。 スライドとダイクッションパッドの動作説明図。 出力切換部および退避位置指令信号出力部の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

９…ワーク、１３…ダイクッション、１５…ダイクッションパッド、２１…電動サーボモータ、３６…位置検出手段であるエンコーダ、４０…ダイクッション制御装置、４２…サーボアンプ、４５…位置指令信号出力部、４６…位置比較部、４７…位置制御部、５３…速度制御部、５８…退避位置指令信号出力部、ｉc…モータ電流指令信号、ｉ…電流であるモータ電流、ｈc…位置指令信号、ｈr…位置検出信号であるダイクッションパッド位置検出信号、ｅh…位置偏差信号、υhc…位置用速度指令信号。

Claims (1)

1. プレス機械のダイクッション制御装置において、
   ダイクッションパッド（１５）の位置目標値に応じた位置指令信号を出力する位置指令信号出力部（４５）と、
   前記ダイクッションパッド（１５）の位置を検出する位置検出手段（３６）と、
   前記位置指令信号に基づく位置目標値と前記位置検出手段（３６）からの位置検出信号に基づく位置検出値との偏差に応じた位置偏差信号を出力する位置比較部（４６）と、
   前記位置偏差信号に基づいて位置用速度指令信号を出力する位置制御部（４７）と、
   前記位置制御部（４７）からの前記位置用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、
   前記プレス機械（１）のスライド（４）が下死点位置に達した時点で出力されるプレス信号を受けて、前記ダイクッションパッド（１５）が下死点に位置しているときの位置検出値から所定の退避高さだけ下降側に退避させるための位置指令信号を出力する退避位置指令信号出力部（５８）と、
   前記位置指令信号出力部（４５）からの位置指令信号と前記退避位置指令信号出力部（５８）からの位置指令信号とを切り換えて前記位置比較部（４６）に出力する出力切換部（５７）とを備えている
   ことを特徴とするプレス機械（１）のダイクッション制御装置（４０）。

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