JP6173103B2

JP6173103B2 - 回転加工機の油圧装置

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Publication number: JP6173103B2
Application number: JP2013160232A
Authority: JP
Inventors: 修二郎稲谷
Original assignee: 株式会社レイズアールアンドデー
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: JP2015030003A

Description

本発明は、金属素材を回転させながら油圧シリンダを用いて成形ローラを押し当てて塑性加工又は成形加工を行うフローフォーミング加工機又はスピンニング加工機等の回転加工機における油圧装置に関する。

回転加工機として、例えば、車両用ホイールやクラッチハウジング等の製造において鋳造又は鍛造された金属素材のワークを成形加工又は圧延塑性加工を施すために用いられるスピニング加工機やフローフォーミング加工機等が知られている（特許文献１、特許文献２等）。例えば、図７に示すように、車両用ホイールの製造に使用されるスピニング加工機５００は、主軸５１０のモータ５１１により回転する成形金型５１２と心押し金型５１３とで鋳造後又は鍛造後のワークＷを強圧し、回転するワークＷの外周に成形ローラ５１５を押し当てて移動させながら成形ないしは塑性変形させて製品形状に仕上げる装置であり、成形ローラ５１５や心押し金型５１３の駆動には、一般に油圧装置が使用されている。

特開２００７−２８９９８６号公報特開２０００−４２６８５号公報

図７に示したスピニング加工機５００では、心押し金型５１３側の油圧シリンダ５２１ａと、成形ローラ５１５側の２軸の油圧シリンダ５２１ｂ，５２１ｃとを１台の油圧ポンプ５２３に接続し、モータ５２４によって油圧ポンプ５２３を駆動するとともにバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を制御して各油圧シリンダ５２１ａ，５２１ｂ，５２１ｃを作動させる油圧装置を構成している。この油圧装置は、成形ローラ５１５、心押し金型５１３などを動かす為に、すべての動作に必要な油圧と油流量を出力できる油圧ポンプ５２３と、この油圧ポンプ５２３を駆動するモータ５２４とを備え、油圧ポンプ５２３は、常にスピニング加工機５００にとって必要な最高圧力と吐出量を保持しながら常時回転して各油圧シリンダ５２１ａ，５２１ｂ，５２１ｃが同時に動作しても速度ならびに精度等に狂いが無いようにしている。また、各油圧シリンダ５２１ａ，５２１ｂ，５２１ｃの一部又は全部が停止している時でも、油圧ポンプ５２３は、バルブＶ１から油をタンクＴに戻すことによってポンプ圧を維持している。つまり、成形ローラ５１５の軌跡が油圧シリンダ５２１ｂ，５２１ｃの圧力変動により変化すると製品精度に直結するため、すべての油圧シリンダ５２１ａ，５２１ｂ，５２１ｃが同時に動いても各油圧シリンダ５２１ａ，５２１ｂ，５２１ｃの圧力が下がらないように油圧ポンプ５２３及びモータ５２４は常にフル運転されている。また、近年は、スピニング加工機やフローフォーミング加工機等において成形時間短縮のため成形ローラを複数具備することが多く、成形ローラの数の増加に伴って油圧シリンダの数が増える。その結果、油圧ポンプは能力がより大きい余裕を持ったものが必要となり、しかも、多量の作動油を常時バルブから油タンクに戻すためモータの騒音ならびにバルブからの騒音がより増大し、製品加工に必要なエネルギーの何倍もの電気を必要としていた。

本発明は、以上の事情に鑑み、回転加工機の油圧装置において省電力ならびに低騒音を実現するものを提供することを目的とする。

本発明に係る回転加工機の油圧装置は、
油圧シリンダを備え、金属素材のワークを回転させながら成形ローラにより塑性加工又は成形加工を行う回転加工機の油圧装置であって、
油圧シリンダの第１、第２室側ポートの各々に接続されて作動油を給排する第１、第２双方向油圧ポンプと、
第１、第２双方向油圧ポンプの各々に接続されてポンプを正逆方向に駆動する第１、第２サーボモータと、
第１、第２双方向油圧ポンプの反シリンダ側を連結する連結回路と、
連結回路に接続されて第１、第２双方向油圧ポンプへ油圧を与える油圧発生器と、
第１、第２サーボモータを個々に回転数と回転方向とを制御指令して油圧シリンダのピストンロッドの位置を制御する制御装置とを備える。

上記構成より、油圧シリンダを多く備える場合でも、各油圧シリンダごとにサーボモータの回転を制御するだけで油圧シリンダのピストンロッドの位置制御が可能となる。従って、各油圧シリンダの駆動を各々独立して構成することができ、各油圧シリンダを連結する配管やバルブが不要となる。また、従来のように回転加工機全体で１台の大能力の油圧ポンプ及びモータを用いる場合に比べ、各々の油圧シリンダにおける必要な能力に対応した双方向油圧ポンプ及びサーボモータを装備することができる。従って、回転加工機全体として、エネルギー効率が大幅に向上し、大幅な節電と騒音低下が実現される。
また、第１、第２の双方向油圧ポンプは、反シリンダ側が連結回路で連結され且つ連結回路に油圧発生器を接続して第１、第２双方向油圧ポンプへ油圧が与えられるので、油圧シリンダの第１室と第２室との容量の差や加圧時の作動油の圧縮等が補われる。しかも、第１、第２の双方向油圧ポンプの油圧立ち上がり特性が向上されるとともに自給能力が向上し、油圧シリンダのピストンロッドの加減速時に発生するキャビテーションや、ピストンロッドが前進から後退又は後退から前進するときの息つき現象を防止することができる。従って、油圧シリンダのピストンロッドを滑らかに移動制御することができる。

上記油圧装置において、
連結回路から油圧シリンダの第１室側ポート又は第２室側ポートへと連通する中継回路と、
中継回路に接続する電磁バルブと、
高速移動時には電磁バルブの切り替えにより油圧シリンダの押し側のポートへ第１、第２双方向油圧ポンプの両方から作動油を供給させるためのバルブ制御手段とを備える。
これにより、例えば、成形ローラがワークと接触しない無負荷状態のとき等に、油圧シリンダの押し側のポートへ大量の作動油を送り込んで油圧シリンダのピストンロッドを高速移動させることができる。従って、ワーク加工前には成形ローラを素早くワークに接近させ、ワーク加工完了後には成形ローラを素早くワークから離反させることができる。よって、全体として生産サイクルタイムを大幅に短縮することができる。
また、上記油圧装置において、
油圧発生器は、内部空間を圧縮空気により加圧して連結回路から作動油を吸い込むとともに吸い込んだ作動油を加圧して連結回路へ排出する構成とし、さらに、作動油の吸い込み側に設けられたチェック弁付き吸い込みポートと、作動油の排出側に設けられたチェック弁付き排出ポートと、吸い込みポート側又は排出ポート側に設けられた浄化フィルタと、作動油を冷却する冷却ユニットとを備える。
これにより、浄化フィルタによって使用時に発生した金属粉等を捕集して清浄油とし、使用時に圧縮等で温度上昇した作動油を冷却ユニットによって冷却し、この浄化及び冷却した作動油が双方向油圧ポンプに供給されるようにしたから、双方向油圧ポンプのポンプ寿命を向上することができる。また、連結回路を通じて双方向油圧ポンプへ供給される作動油を油圧発生器によって加圧することにより配管抵抗等による圧力損失が補われるから、双方向油圧ポンプの自吸能力が大幅に改善され、ポンプ起動をはじめとした油圧立ち上がり特性を向上することができる。

上記油圧装置において、
油圧シリンダのピストンロッドの位置を検知するシリンダ位置センサと、
第１、第２サーボモータの各々に接続されて回転制御する第１、第２のサーボアンプと、
第１、第２サーボアンプに回転数指令を出力する位置制御ユニットとを備え、
位置制御ユニットは、制御装置における目標制御位置及び目標制御速度に関する制御情報と、シリンダ位置センサから入力されるシリンダ位置情報とを基に演算した第１、第２サーボモータの各々の回転数指令を第１、第２サーボアンプの各々に出力することにより、第１、第２サーボモータは油圧シリンダのピストンロッドの現在位置が制御装置の目標制御位置と一致するように第１、第２双方向油圧ポンプを駆動制御させて、ピストンロッドの実際の位置が制御装置の制御指令に追従して作動するように構成することが望ましい。

一般に、油圧装置では、油圧ポンプや油圧シリンダ等からの内部リーク、油圧シリンダのピストンロッドの前進と後退のときの必要な油量の変化や作動油の圧縮、さらにはワークから受ける外力等の諸要因より、制御装置による目標制御位置どおりに油圧シリンダのピストンロッドが移動されないことがある。
本構成によれば、上記位置制御ユニットにより制御装置における現在の制御情報及びシリンダ位置センサからの現在のシリンダ位置情報を基にして演算した回転数指令でもって第１、第２サーボモータを制御し第１、第２双方向油圧ポンプを駆動させる。従って、ピストンロッドに連結する成形ローラの実際の位置を制御装置の予め設定された目標制御位置に正しく追従させることができ、制御装置で認識している目標制御位置が成形ローラの実際の位置と狂いなく一致するから、ワークの加工精度を向上することができる。

上記油圧装置において、
第１、第２双方向油圧ポンプは、ギヤポンプが使用されることが望ましい。

ところで、双方向油圧ポンプは、双方向に回転可能に構成されて双方向に作動油を吐出可能なポンプであればその機能を実現できるが、実用的に入手できる斜板ピストンポンプは高速回転時に騒音が大きく、しかも回転数を構造上高くすることが困難であり、また、ベーンポンプも内部に可動部分を持つため回転数を高くすることが困難である。
一方、ギヤポンプは構造上可動部分が無く相対的に騒音も少なく且つ回転数を高く上げられる。従って、ギヤポンプにより双方向油圧ポンプを構成することでサーボモータとの組み合わせにより、低圧で大油量の作動油を油圧シリンダへ供給してピストンロッドを高速移動させることができ、また、ピストンロッドを低速移動させて製品成形するワーク加工時では作動油の低吐出でもって高トルクを実現することができる。且つ、双方向油圧ポンプを小型化でき、これと組み合わせるサーボモータも最小のものとできるから、さらに節電と低騒音を実現することができる。

上記油圧装置において、
油圧シリンダの第１室と第２室のそれぞれの内圧を検知するシリンダ圧力センサを有し、
制御装置は、ワーク加工時には、油圧シリンダの第１室と第２室へ作動油がともに供給される方向に第１、第２双方向油圧ポンプを駆動制御してシリンダ圧力センサにより油圧シリンダの内圧を監視し油圧シリンダの第１室及び第２室が同時に内部加圧される状態で油圧シリンダのピストンロッドを進退移動させるように構成することが望ましい。

ところで、１台の双方向油圧ポンプで油圧シリンダを駆動する油圧装置を構成する場合は必ずチェック弁と圧抜回路が必要となり、油圧シリンダを前進から後退又は後退から前進するときには油圧シリンダの内圧がゼロとなるまでポンプ動作を一時停止しなければならず、油圧シリンダに内圧が残存する状態で双方向油圧ポンプを逆転すると残存する内圧によってチェック弁が動作不良を起こし、油圧シリンダの滑らかな前後進を得ることが難しい。そのため、このような油圧装置ではスピンニング加工機やフローフォーミング加工機等の回転加工機において成形荷重がかかった状態で油圧シリンダを前後に滑らかに移動させる動作には対応困難であった。
本構成によれば、第１、第２双方向油圧ポンプにより油圧シリンダの第１室及び第２室ともに内部加圧することで、油圧シリンダの前進から後退、後退から前進するときに油圧シリンダの内圧がゼロとなるまでポンプ動作を待機する必要が無く油圧シリンダの方向切り替えを素早く且つ滑らかに行うことができる。しかも、油圧シリンダの第１室、第２室ともに積極的な内圧を付与することで、ピストンロッドに連結する成形ローラ等の移動方向の剛性を向上することができる。従って、ワーク加工時に成形荷重がかかった状態でも油圧シリンダを滑らかに移動させることができ、且つワーク素材の偏肉による機械振動を阻止することができる。よって、ワークの加工精度を向上することができる。

上記油圧装置において、
制御装置は、成形終了後の製品取り出しと材料のワーク投入の間は、第１、第２サーボモータのモータ制御電源をオフ制御とすることが望ましい。
これにより、さらに節電と低騒音の向上を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、油圧シリンダを多く備える場合でも、各油圧シリンダごとにサーボモータの回転を制御するだけで油圧シリンダのピストンロッドの位置制御が精度良く行える。従って、回転加工機全体として、エネルギー効率が大幅に向上し、大幅な節電と騒音低下が実現される。

回転加工機としてスピンドル加工機の構成を示す模式図である。成形ローラを複数配置した状態を示す平面図である。実施形態における油圧装置の油圧回路構成を示すブロック図である。他の実施形態における油圧装置の油圧回路構成を示すブロック図である。さらに、他の実施形態における油圧装置の油圧回路構成を示すブロック図である。油圧発生器の設備（冷却ユニット、浄化フィルタ）における他の付設例を示す模式図である。従来のスピニング加工機の構成を示す模式図である。

以下の実施形態では、回転加工機の一例として、車両用ホイールのスピンニング加工機を示して説明する。
図１に示すように、スピニング加工機１は、円盤状の鋳造素材又は鍛造素材からなるワークＷをスピニング加工する装置であり、モータ１１によって回転される主軸１０と、主軸１０と連結され且つワークＷが取り付けられる成形金型１２と、成形金型１２に取り付けられたワークＷを上から押さえて固定する心押し金型１３と、回転するワークＷの外周に押し当てスピニング加工を行う成形ローラ１５とを備える。

心押し金型１３は、取付台１４に対して回動可能に取り付けられており、取付台１４には取付台１４とともに心押し金型１３を上下方向（ワーク押さえ方向）に移動させる油圧シリンダ２１ａを備えた送り機構２０ａが設けられている。成形ローラ１５は、クロステーブル３に取り付けられている。クロステーブル３は、固定台３１と、固定台３１上にワークＷの回転軸方向（Ｚ軸方向又は上下方向）に移動可能に取り付けられた昇降台３２と、昇降台３２上にワークＷの径方向（Ｘ軸方向又は横方向）に移動可能に取り付けられた横行台３３とを有する。横行台３３のワーク対向側に成形ローラ１５が取り付けられている。そして、クロステーブル３において、昇降台３２には昇降台３２とともに成形ローラ１５をワークＷの回転軸方向に移動させる油圧シリンダ２１ｂを備えた送り機構２０ｂが設けられており、また、横行台３３には横行台３３とともに成形ローラ１５をワークＷの径方向に移動させる油圧シリンダ２１ｃを備えた送り機構２０ｃが設けられている。

そして、スピンニング加工機１によるスピニング加工は、成形金型１２にワークＷをセットして心押し金型１３でワークＷを上から押さえて固定し、主軸１０を回転させてワークＷを回転させた状態で、成形ローラ１５をワーク径方向へ移動させてワークＷの外周に押し当てると共に成形ローラ１５をワーク回転軸方向へ移動させることにより、ワークＷにおいて車両用ホイールのリムの成形が行われる。図２に示すように、スピニング加工機１において、成形ローラ１５をワークＷの周囲に等間隔に４台設置し、これら４台の成形ローラ１５ａ〜１５ｄを同時に可動させることができ、これにより、スピニングの加工時間を大幅に短縮することができる。なお、成形ローラ１５は、４台設置することに限定されず、１台又は他の複数台設置するようにしてもよい。

上述したスピニング加工機１において、心押し金型１３側の送り機構２０ａ、成形ローラ１５側の２軸の各送り機構２０ｂ，２０ｃは、各々独立した油圧ユニットを構成する油圧装置２を備える。なお、各送り機構２０ａ，２０ｂ，２０ｃの油圧装置２は、基本的に同じ構成要素からなるので、代表して、成形ローラ１５をワーク径方向へ移動させる送り機構２０ｃの油圧装置２について、以下に説明する。

図３に示すように、油圧装置２は、油圧シリンダ２１の第１、第２室側ポート２１ＡＰ，２１ＢＰの各々に接続されて作動油を給排する第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒと、第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒの各々に接続されてポンプを正逆方向に駆動する第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒと、第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒの各々に接続されて回転制御する第１、第２サーボアンプ２５Ｌ，２５Ｒと、第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒの反シリンダ側を連結する連結回路２７と、連結回路２７に接続されて第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒへ油圧を与える油圧発生器９と、油圧装置２を制御する制御部４とを備える。なお、油圧シリンダ２１は、図３に示した片ロッド式のものに限らず、両ロッド式のものでもよい。以下では、必要に応じて、「第１」、「第２」を略して、双方向油圧ポンプ２３、サーボモータ２４、サーボアンプ２５と称することがある。

双方向油圧ポンプ２３は、双方向に回転可能に構成されて双方向に作動油を吐出可能なポンプであれば各種のポンプを使用することができるが、好ましくは、ギヤポンプが使用される。つまり、ギヤポンプによれば、構造上可動部分が無く相対的に騒音も少なく且つ回転数を高く上げられる。従って、ギヤポンプにより双方向油圧ポンプ２３を構成することでサーボモータ２４との組み合わせにより、低圧で大油量の作動油を油圧シリンダ２１へ供給してピストンロッド２２を高速移動させることができ、また、ピストンロッド２２を低速移動させて製品成形するワーク加工時では作動油の低吐出でもって高トルクを実現することができる。さらには、双方向油圧ポンプ２３を小型化でき、これと組み合わせるサーボモータ２４も最小のものとできるから、節電と低騒音を実現することができる。

油圧装置２には、油圧シリンダ２１に隣接してリニアスケール（シリンダ位置センサ）５が一体に設けられており、リニアスケール５の検出ロッド５１の先端部が油圧シリンダ２１のピストンロッド２２の取付対象物（横行台３３）に接続されている。リニアスケール５によりピストンロッド２１の位置ひいては成形ローラ１５のワーク径方向での実際の位置が検出される。リニアスケール５が検出するシリンダ位置情報は、位置制御ユニット６１に入力される。

また、油圧シリンダ２１と第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒを接続する配管のうち、押し側経路２８には、圧力センサ（シリンダ圧力センサ）７Ｌが設けられており、圧力センサ７Ｌにより油圧シリンダ２１の第１室（ヘッド室）２１Ａの実際の内圧が検出される。引き側経路２９にも、同様に圧力センサ（シリンダ圧力センサ）７Ｒが設けられており、圧力センサ７Ｒにより油圧シリンダ２１の第２室（ロッド室）２１Ｂの実際の内圧が検出される。これら圧力センサ７Ｌ，７Ｒが検出するシリンダ圧力情報は、位置制御ユニット６１に入力される。

油圧発生器９は、連結回路２７から作動油を吸い込むとともに吸い込んだ作動油を加圧して連結回路２７へ排出する構成としている。すなわち、油圧発生器９は、タンク９０内に一定量の作動油が貯留されており、タンク９０の頂部の接続口９３にコンプレッサー等のエアー発生器（不図示）が配管接続されてエアー発生器からタンク９０内上部空間に圧縮空気（エアー圧が１〜１５ｋｇ／ｃｍ^２）が常時供給されて加圧されている。そして、油圧発生器９は、連結回路２７からタンク９０の上部に接続されて連結回路２７から作動油をタンク９０内に取り込むチェック弁付き吸い込みポート９１と、タンク９０底部から連結回路２７に接続されてタンク９０内の作動油を連結回路２７へと供給するチェック弁付き排出ポート９２と、タンク９０内の排出ポート９２側に設けられた浄化フィルタ９４と、タンク９０内に配設されてタンク９０内の作動油を冷却する冷却管（冷却ユニット）９５とを備える。なお、図６（ａ）に示すように冷却ユニット９５ａを吸い込みポート側のチェック弁９１からタンク９０までの間のタンク９０外に設置してもよい。図６（ｂ）に示すように浄化フィルタ９４ａを排出ポート側のチェック弁９２からタンク９０までの間のタンク９０外に設置してもよい。また、冷却ユニット９５ａと浄化フィルタ９４ａをともにタンク９０外に設置してもよい。

吸い込みポート９１は、連結経路２７における排出ポート９２の接続点をバイパスさせたバイパス路２７Ｂから引き込むように配管接続されてチェック弁により作動油の流れが連結回路２７からタンク９０へ向かう方向に制御されている。排出ポート９２は、チェック弁によりタンク９０内から作動油が流出する方向に制御されている。また、連結経路２７におけるバイパス路２７Ｂの内側には、排出ポート９２の接続点を跨いで左右のそれぞれにチェック弁２７Ｌ，２７Ｒが設けられており、これらチェック弁２７Ｌ，２７Ｒにより排出ポート９２から流出する作動油の流れが第１、第１の双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒのそれぞれに向かう方向に分流するように制御されている。

油圧発生器９によれば、第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒへ油圧が与えられるので、油圧シリンダ２１の第１室と第２室との容量の差や加圧時の作動油の圧縮等が補われる。油圧シリンダ２１のピストンロッド２２の加減速時に発生するキャビテーションや、ピストンロッド２２が前進から後退又は後退から前進するときの息つき現象を防止することができる。従って、油圧シリンダ２１のピストンロッド２２を滑らかに移動制御することができる。また、油圧発生器９によって連結回路２７を通じて双方向油圧ポンプ２３へ供給される作動油を加圧することにより配管抵抗等による圧力損失が補われるから、双方向油圧ポンプ２３の自吸能力が大幅に改善され、ポンプ起動をはじめとした油圧立ち上がり特性を向上することができる。さらに、浄化フィルタ９４によって使用時に発生した金属粉等を捕集して清浄油とし、使用時に圧縮等で温度上昇した作動油を冷却管９５によって冷却し、この浄化及び冷却した作動油が双方向油圧ポンプ２３に供給されるようにしたから、双方向油圧ポンプ２３のポンプ寿命を向上することができる。

制御部４には、第１、第２サーボモータ２３Ｌ，２３Ｒを個々に回転数と回転方向とを制御指令して第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒを駆動することにより油圧シリンダ２１のピストンロッド２２を動作制御する数値制御装置６を備える。なお、制御部４には、モータ制御電源装置６３を備え、このモータ制御電源装置６３は、成形終了後の製品取り出しと材料のワーク投入の間は、第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒのモータ制御電源をオフ制御とし、節電と低騒音の向上を図るようにしている。

また、制御部４には、第１、第２サーボアンプ２５Ｌ，２５Ｒに回転数指令を出力する位置制御ユニット６１を備える。位置制御ユニット６１は、数値制御装置６における目標制御位置及び目標制御速度に関する制御情報と、リニアスケール５から入力されるシリンダ位置情報と、圧力センサ７Ｌ，７Ｒから入力されるシリンダ圧力情報とを基に演算した第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒの各々の回転数指令を第１、第２サーボアンプ２５Ｌ，２５Ｒの各々に出力し、第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒは油圧シリンダ２１のピストンロッド２２の現在位置が数値制御装置６の目標制御位置と一致するように第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒを駆動制御し、ピストンロッド２２の実際の位置が数値制御装置６の制御指令に追従して作動するように制御する。

そして、高速移動時、例えば、ワーク加工前後に成形ローラ１５をワークＷへ接近又は後退させるときのように成形ローラ１５がワークＷと接触しない無負荷状態のときは、制御部４により、油圧シリンダ２１の一方のシリンダ室側ポート（２１ＡＰ又は２１ＢＰ）に作動油が供給され、他方のシリンダ室側ポート（２１ＡＰ又は２１ＢＰ）から作動油が排出されるように、第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒのそれぞれを回転制御する。従って、ワーク加工前には成形ローラ１５を素早くワークＷに接近させ、ワーク加工完了後には成形ローラ１５を素早くワークＷから離反させることができ、全体として生産サイクルタイムを短縮することができる。この場合、第１、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒの反シリンダ側では、連結回路２７を通じて油圧発生器９により油圧が与えられているので、油圧シリンダ２１の第１室２１Ａと第２室２１Ｂとの容量の差が補われ、またピストンロッド２２の加速時や減速時に発生するキャビテーションが防止され、よって、ピストンロッド２２及び成形ローラ１５が円滑に移動される。

一方、ワーク加工時、すなわち成形ローラ１５がワークＷと接触して負荷状態にあるときは、制御部４により、油圧シリンダ２１の第１室２１Ａ及び第２室２１Ｂへ作動油がともに供給される方向に第１、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒを回転制御して、油圧シリンダ２１の第１室２１Ａ及び第２室２１Ｂが同時に内部加圧される状態でピストンロッド２２を進退移動させるように、第１、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒのそれぞれを回転制御する。これにより、ピストンロッド２２の前進から後退、後退から前進するときに油圧シリンダ２１の内圧がゼロとなるまでポンプ動作を待機させる必要が無く油圧シリンダ２１の方向切り替えを素早く且つ滑らかに行うことができる。しかも、油圧シリンダ２１の第１室２１Ａ、第２室２１Ｂともに積極的な内圧が付与されることで、ピストンロッド２２に連結する成形ローラ１５の移動方向の剛性が向上される。従って、ワーク加工時に成形荷重がかかった状態でも成形ローラ１５を滑らかに移動させることができ、且つワーク素材の偏肉による機械振動を阻止することができる。

しかも、位置制御ユニット６１により、数値制御装置６の制御情報と、リニアスケール５からのシリンダ位置情報と、各圧力センサ７Ｌ，７Ｒからのシリンダ圧力情報とを基に演算した第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒの各々の回転数指令を第１、第２サーボアンプ２５Ｌ，２５Ｒの各々に出力し、第１、第２サーボモータ２４Ｌ，２４Ｒは成形ローラ１５の現在位置が数値制御装置６の目標制御位置と一致するように第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒを駆動制御し、成形ローラ１５の実際の位置が数値制御装置６の制御指令に追従して作動するように制御される。よって、数値制御装置６で認識している目標制御位置が成形ローラ１５の実際の位置と狂いなく一致するから、ワークの加工精度を向上することができる。

以上の油圧装置２によれば、油圧シリンダを多く備える場合でも、各油圧シリンダごとにサーボモータの回転を制御するだけで油圧シリンダのピストンロッドの位置制御が精度良く行える。また、従来のように回転加工機全体で１台の大能力の油圧ポンプ及びモータを用いる場合に比べ、各々の油圧シリンダにおける必要な能力に対応した双方向油圧ポンプ及びサーボモータを装備することができる。従って、回転加工機全体として、エネルギー効率が大幅に向上し、大幅な節電と騒音低下が実現される。

（他の実施形態）
他の実施形態における油圧装置では、図３に示す油圧装置２において、さらに、高速移動用の電磁バルブ８と、電磁バルブの切り替えを制御するバルブ制御部６２とを備える。
すなわち、図４に示すように、他の実施形態としての油圧装置２Ａでは、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｒと油圧発生器９との間の連結回路２７から押し側経路２８へと繋がる中継回路２６Ｒを設け、この中継回路２６Ｒと引き側経路２９とに電磁バルブ８Ｒを設ける。
また、第１の双方向油圧ポンプ２３Ｌと油圧発生器９との間の連結回路２７から引き側経路２９へと繋がる中継回路２６Ｌを設け、この中継回路２６Ｌと押し側経路２８とに電磁バルブ８Ｌを設ける。

そして、ピストンロッド２２を突出方向、すなわち成形ローラ１５をワーク接近側へ高速移動させる場合、制御部４により、第１の双方向油圧ポンプ２３Ｌは油圧シリンダ２１の押し側シリンダ室のポート（第１室側ポート２１ＡＰ）に作動油を供給するように駆動し、一方、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｒは油圧シリンダ２１の引き側シリンダ室のポート（第２室側ポート２１ＢＰ）から作動油を排出するように駆動するが、バルブ制御部６２により電磁バルブ８Ｒを切り替えて、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｒから吐出される作動油が中継回路２６Ｒを通じて油圧シリンダ２１の押し側シリンダ室のポート（第１室側ポート２１ＡＰ）へ供給されるようにする。このとき、電磁バルブ８Ｌは、油圧シリンダ２１の第１室側ポート２１ＡＰと第１の双方向油圧ポンプ２３Ｌとを連通させ、中継回路２６Ｌを遮断する位置に保持されている。これにより、第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒの両方から油圧シリンダ２１の押し側シリンダ室のポート（第１室側ポート２１ＡＰ）へ作動油が供給されることとなり、油圧シリンダ２１の押し側シリンダ室（第１室２１Ａ）へ大量の作動油を送り込んで油圧シリンダ２１のピストンロッド２２を高速移動させることができる。従って、ワーク加工前には成形ローラを素早くワークに接近させることがでる。

ピストンロッド２２を没入方向、すなわち成形ローラ１５をワーク離反側へ高速移動させる場合、制御部４により、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｒは油圧シリンダ２１の引き側シリンダ室のポート（第２室側ポート２１ＢＰ）に作動油を供給するように駆動し、一方、第１の双方向油圧ポンプ２３Ｌは油圧シリンダ２１の押し側シリンダ室のポート（第１室側ポート２１ＡＰ）から作動油を排出するように駆動するが、バルブ制御部６２により電磁バルブ８Ｌを切り替えて、第１の双方向油圧ポンプ２３Ｌから吐出される作動油が中継回路２６Ｌを通じて油圧シリンダ２１の引き側シリンダ室のポート（第２室側ポート２１ＢＰ）へ供給されるようにする。このとき、電磁バルブ８Ｒは、油圧シリンダ２１の第２室側ポート２１ＢＰと第２の双方向油圧ポンプ２３Ｒとを連通させ、中継回路２６Ｒを遮断する位置に保持されている。これにより、第１、第２双方向油圧ポンプ２３Ｌ，２３Ｒの両方から油圧シリンダ２１の引き側シリンダ室のポート（第２室側ポート２１ＢＰ）へ作動油が供給されることとなり、油圧シリンダ２１の引き側シリンダ室（第２室２１Ｂ）へ大量の作動油を送り込んで油圧シリンダ２１のピストンロッド２２を高速移動させることができる。従って、ワーク加工後には成形ローラを素早くワークに接近させることがでる。

以上より、ワーク加工前後において成形ローラ１５がワークＷと接触しない無負荷状態とのきに成形ローラを高速移動させることで、全体として生産サイクルタイムを大幅に短縮することができる。

なお、電磁バルブ及び中継回路は、油圧シリンダ２１の第１室側ポート２１ＡＰと第２室側ポート２１ＢＰの両方に設けるが、第１室側ポート２１ＡＰ又は第２室側ポート２１ＢＰの一方に設けることでもよい。例えば、図５に示す油圧装置２Ｂとして、第２の双方向油圧ポンプ２３Ｒから吐出する作動油が油圧シリンダ２１の第１室側ポート２１ＡＰへと直接供給されるようにした電磁バルブ８及び中継回路２６を設けるようにし、ワーク加工前には成形ローラ１５をワーク接近側へ高速移動させる構成としてもよい。

１スピニング加工機（回転加工機）
２油圧装置
５リニアスケール（シリンダ位置センサ）
６制御装置
７Ｌ，７Ｒ圧力センサ（シリンダ圧力センサ）
８電磁バルブ
９油圧発生器
１５成形ローラ
２１油圧シリンダ
２１Ａ第１室
２１Ｂ第２室
２１ＡＰ第１室側ポート
２１ＢＰ第２室側ポート
２２ピストンロッド
２３Ｌ第１双方向油圧ポンプ
２３Ｒ第２双方向油圧ポンプ
２４Ｌ第１サーボモータ
２４Ｒ第２サーボモータ
２５Ｌ第１のサーボアンプ
２５Ｒ第２のサーボアンプ
２６中継回路
２７連結回路
６１位置制御ユニット
６２バルブ制御手段
９１チェック弁付き吸い込みポート
９２チェック弁付き排出ポート
９４浄化フィルタ
９５冷却ユニット

Claims

油圧シリンダを備え、金属素材のワークを回転させながら成形ローラにより塑性加工又は成形加工を行う回転加工機の油圧装置であって、
油圧シリンダの第１、第２室側ポートの各々に接続されて作動油を給排する第１、第２双方向油圧ポンプと、
第１、第２双方向油圧ポンプの各々に接続されてポンプを正逆方向に駆動する第１、第２サーボモータと、
第１、第２双方向油圧ポンプの反シリンダ側を連結する連結回路と、
連結回路に接続されて第１、第２双方向油圧ポンプへ油圧を与える油圧発生器と、
第１、第２サーボモータを個々に回転数と回転方向とを制御指令して油圧シリンダのピストンロッドの位置を制御する制御装置とを備えるものにおいて、
連結回路から油圧シリンダの第１室側ポート又は第２室側ポートへと連通する中継回路と、
中継回路に接続する電磁バルブと、
高速移動時には電磁バルブの切り替えにより油圧シリンダの押し側のポートへ第１、第２双方向油圧ポンプの両方から作動油を供給させるためのバルブ制御手段とを備える回転加工機の油圧装置。
油圧シリンダを備え、金属素材のワークを回転させながら成形ローラにより塑性加工又は成形加工を行う回転加工機の油圧装置であって、
油圧シリンダの第１、第２室側ポートの各々に接続されて作動油を給排する第１、第２双方向油圧ポンプと、
第１、第２双方向油圧ポンプの各々に接続されてポンプを正逆方向に駆動する第１、第２サーボモータと、
第１、第２双方向油圧ポンプの反シリンダ側を連結する連結回路と、
連結回路に接続されて第１、第２双方向油圧ポンプへ油圧を与える油圧発生器と、
第１、第２サーボモータを個々に回転数と回転方向とを制御指令して油圧シリンダのピストンロッドの位置を制御する制御装置とを備えるものにおいて、
油圧発生器は、内部空間を圧縮空気により加圧して連結回路から作動油を吸い込むとともに吸い込んだ作動油を加圧して連結回路へ排出する構成とし、さらに、作動油の吸い込み側に設けられたチェック弁付き吸い込みポートと、作動油の排出側に設けられたチェック弁付き排出ポートと、吸い込みポート側又は排出ポート側に設けられた浄化フィルタと、作動油を冷却する冷却ユニットとを備える回転加工機の油圧装置。
請求項１又は２に記載の回転加工機の油圧装置において、
油圧シリンダのピストンロッドの位置を検知するシリンダ位置センサと、
第１、第２サーボモータの各々に接続されて回転制御する第１、第２のサーボアンプと、
第１、第２サーボアンプに回転数指令を出力する位置制御ユニットとを備え、
位置制御ユニットは、制御装置における目標制御位置及び目標制御速度に関する制御情報と、シリンダ位置センサから入力されるシリンダ位置情報とを基に演算した第１、第２サーボモータの各々の回転数指令を第１、第２サーボアンプの各々に出力することにより、第１、第２サーボモータは油圧シリンダのピストンロッドの現在位置が制御装置の目標制御位置と一致するように第１、第２双方向油圧ポンプを駆動制御させて、ピストンロッドの実際の位置が制御装置の制御指令に追従して作動するように構成した回転加工機の油圧装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転加工機の油圧装置において、
第１、第２双方向油圧ポンプは、ギヤポンプが使用される回転加工機の油圧装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転加工機の油圧装置において、
油圧シリンダの第１室と第２室のそれぞれの内圧を検知するシリンダ圧力センサを有し、
制御装置は、ワーク加工時には、油圧シリンダの第１室と第２室へ作動油がともに供給される方向に第１、第２双方向油圧ポンプを駆動制御してシリンダ圧力センサにより油圧シリンダの内圧を監視し油圧シリンダの第１室及び第２室が同時に内部加圧される状態で油圧シリンダのピストンロッドを進退移動させるように構成した回転加工機の油圧装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転加工機の油圧装置において、
制御装置は、成形終了後の製品取り出しと材料のワーク投入の間は、第１、第２サーボモータのモータ制御電源をオフ制御とする回転加工機の油圧装置。