JP7050720B2 - プレス機械のプレス荷重測定装置及び方法 - Google Patents
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Description
P=√{(Ph-Pc)/K}
により算出している。
kh=kh0+(khC-kh0)・e(-t/T)
により表される。
tM=tM-1+ΔT (ただし、t0=0)
により求め、前記第1関数の一次遅れ応答を意味する中間演算パラメータPdMを、次式、
PdM=PdM-1+ΔT/T・(1-PdM-1) (ただし、Pd0=0)
により算出し、前記プレス機械の運転時間tMにおける前記変数khMを、次式、
khM=kh0+(khC-kh0)・PdM
により算出する。
khM=khh+(khC-khh)・PdM
により算出する。
FR=1/10×a×(kh+1)/kh×(PS-P0)
(ただし、aは、前記液圧シリンダのヘッド側液圧室の断面積)
により算出する。
kh=kh0+(khC-kh0)・e(-t/T)
により表される。
tM=tM-1+ΔT (ただし、t0=0)
により求め、前記第1関数の一次遅れ応答を意味する中間演算パラメータPdMを、次式、
PdM=PdM-1+ΔT/T・(1-PdM-1) (ただし、Pd0=0)
により算出し、前記プレス機械の運転時間tMにおける前記第1関数khの値である前記変数khMを、次式、
khM=kh0+(khC-kh0)・PdM
により算出する。
khM=khh+(khC-khh)・PdM
により算出する。
FR=1/10×a×(kh+1)/kh×(PS-P0)
(ただし、aは、前記液圧シリンダのヘッド側液圧室の断面積)
により算出する。
図1は、本発明に係るプレス機械のプレス荷重測定装置が適用されるプレス機械の実施形態を示す図である。
図2及び図3は、それぞれ図1に示した油圧シリンダ25に加わる圧力等を示す図であり、図2はプレス荷重非作用時(無負荷時)の圧力等を示し、図3はプレス荷重作用時(プレス荷重負荷時)の圧力等を示している。
KM=105S×E/g/L
[数2]
KH=105Khydro×a2/g/V0
MとHの剛性比を維持しながらKMを1とし、Mに対するHの剛性比をkhとすると、khは、次式に示すことができる。
kh=KH/KM
FR、khより、FT、PSは、次式に示すことができる。
FT=F0-1/(kh+1)×FR
[数5]
PS=kh/(kh+1)×10FR/a+P0
結局、プレス荷重FRが作用した場合の油圧シリンダ25の圧力PSは、作動油の体積弾性係数Khydroの関数(第1関数)であるkhを用いた、[数5]式で決定する。つまり、PSは、初期圧P0とFR以外に作動油の体積弾性係数Khydroの影響を受けることになる。
FR=1/10×a×(kh+1)/kh×(PS-P0)
また、圧力検出器11により検出される油圧シリンダ25の圧力を示す圧力信号(初期圧の圧力信号P0sig、プレス荷重作用時の圧力信号PSsig)からプレス荷重FRを示すプレス荷重信号FRsigは、次式で表すことができる。
FRsig=1/10×a×(kh+1)/kh×(PSsig-P0sig)
今、あるプレス機械(仮に1号機)において、aを714.3(cm2)、油圧シリンダ25内の作動油のエア抜きが(本例のように、十分な機械の試運転を行うことによって)理想的に完了し、油圧シリンダ25内の作動油の空気混入率が、ほぼ最終的な均衡値0.2%(最小値)に収束した(Khydroが1.6GPaに相当数する)時点でプレス荷重測定装置を校正し、P0sigを22(MPa)とすると、PSsigが34(MPa)の時にプレス荷重信号FRsigが2000kNであった。
図5は、プレス機械のプレス荷重測定装置の第1実施形態を示すブロック図である。
次に、変数取得部56による変数khの取得方法について説明する。
kh=a(PS-P0)/(10・FR’+a(P0-PS))
プレス荷重FR’は、スライドが下死点に静止している状態で、油圧ジャッキ等を使用して、スライド26を上方向に加圧することにより発生させる荷重であって、その値が明確なプレス荷重である。
t=n/N×60
仮に、スライドストローク数Nが、N1、N2、・・・NNと変化し、それに応じてプレス回数nが、n1、n2、・・・、nNと変化する場合、運転時間t(s)は、次式に示すことができる。
t=t1+t2+・・・+tN
=n1/N1×60+n2/N2×60+・・・+nN/NN×60
今、変数khの初期値をkh0、収束値をkhC、一次近似曲線の時定数をT、運転時間をtとすると、一次遅れ系に近似した変数kh(運転時間tと変数khとの関係を示す第1関数)は、次式により表すことができる。
kh=kh0+(khC-kh0)・e(-t/T)
ただし、eは自然対数の底(=2.71828・・)
[数11]式に示した一次近似曲線の時定数Tは、T=25000(s)である。また、変数khの初期値kh0は0.609であり、変数khの最終的な収束値khCは0.75である。
プレス荷重(1000kN)を作用させて運転した場合と同様に、最大加圧能力2000kNのプレス機械の特定の機種A-1号機の油圧シリンダの配管を一旦外し(油圧シリンダおよび油圧配管内に空気を充満させ)た後に、改めて配管を接続して組立直後の状態にリセットし、負荷試験用の負荷ダイを使用して、今度はプレス荷重FRとして1500kNを作用させて、スライドストローク数N(平均20rpm)で50000サイクル(150000s)運転する。この運転中に、およそ1000サイクル(運転時間3000s)毎に一旦、負荷ダイを外し、油圧ジャッキを用いてプレス荷重FR’(=1500kN)を作用させた状態で圧力PSを計測し、[数8]式により変数khを求める。
プレス荷重(1000kN)を作用させて運転した場合、及びプレス荷重(1500kN)を作用させて運転した場合と同様にして、最大加圧能力2000kNのプレス機械の特定の機種A-1号機の油圧シリンダの配管を一旦外し(油圧シリンダおよび油圧配管内に空気を充満させ)た後に、改めて配管を接続して組立直後の状態にリセットし、負荷試験用の負荷ダイを使用して、様々なプレス荷重FRを作用させて、運転時間tに対する変数khの時定数Tを求める。
T=0.0132FR’2-58.364FR’+70627
尚、実験により求めたプレス荷重FR’に対する時定数Tは、(機種により)一次(直線)近似した方が相応しい場合もある。
図9は、プレス機械のプレス荷重測定装置の第2実施形態を示すブロック図である。尚、図9において、図5に示した第1実施形態のプレス荷重測定装置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。
特定の機種Aの最大加圧能力2000kNのプレス機械おいて、変数取得部56’が変数khを取得(演算)する演算周期をΔT(s)とすると、運転時間算出器60は、プレス回数n及びスライドストローク数Nに基づいて運転時間t(s)を算出するのではなく、運転中のみ演算周期ΔT(s)を積算することにより運転時間t(s)を算出することができる。
tM=tM-1+ΔT
(ただし、運転時間の初期値t0=0)
また、運転時間tMにおける変数khを、変数khMとすると、変数khMは、次式で表すことができる。
khM=kh0+(khC-kh0)・PdM
[数14]式は、[数11]式に対応する式であり、[数14]式中のPdMは、[数12]式で演算した時定数Tに基づく一次遅れ応答を意味する中間演算パラメータであり、次式により演算される。
PdM=PdM-1+ΔT/T・(1-PdM-1)
(ただし、Pd0=0)
変数取得部56’は、運転時間tMにおける変数khMを、[数12]式で演算した時定数Tと前回演算したPdM-1とに基づいて、[数15]式により今回の中間演算パラメータPdMを演算し、演算した今回の中間演算パラメータPdMを使用して、[数14]式により今回の運転時間tMにおける変数khを演算することができる。
[数16]
t1799=t1798+10
[数17]
Pd1799=Pd1798+10/T1799・(1-Pd1798)
[数18]
kh1799=0.609+(0.75-0.609)・Pd1799
<M=1800>
[数19]
t1800=t1799+10
[数20]
Pd1800=Pd1799+10/T1800・(1-Pd1799)
[数21]
kh1800=0.609+(0.75-0.609)・Pd1800
このように、[数12]式~[数15]式を使用して一定の演算周期ΔT毎に変数khを演算することによって、プレス荷重が様々に変化した場合でも、変数khを演算することができる。また、変数khの時定数Tは比較的大きい為、演算周期ΔTは遅くとも問題はない。
HOLPが破断した場合に、変数khはΔkh分だけ減少する。理由は、油圧シリンダの接合面が破断し、油圧シリンダが収縮した後、油圧シリンダの圧力を初期圧P0にチャージする際に、接合面の隙間から空気が侵入する為である。
khM=khh+(khC-khh)・PdM
例えば、図10に示したグラフの場合と同様に、運転時間tが0~12000sまでは、ある金型(金型No.11)を使用してプレス荷重FRは1000kNで生産し、運転時間tが12000s~18000sまでは、別の金型(金型No.12)に交換しプレス荷重FRは1500kNで生産し、運転時間tが18000s~36000sまでは、さらに別の金型(金型No.13)に交換しプレス荷重FRは1200kNで生産し、運転時間tが36000s~60000sまでは,さらに別の金型(金型No.14)に交換しプレス荷重FRは600kNで生産している途中でHOLPが破断し、その後は復旧して生産を続行し、運転時間tが60000s以上は、再び金型No.11に交換しプレス荷重FRは1000kNで生産した場合の変数khを、[数12]式~[数15]式を使用して演算する。
[数23]
t5099=t5098+10
[数24]
Pd5099=Pd5098+10/T5099・(1-Pd5098)
[数25]
kh5099=0.609+(0.75-0.609)・Pd5099
<M=5100>
[数26]
t5100=t5099+10
[数27]
Pd5100=0
[数28]
kh5100=0.707+(0.75-0.707)・Pd5100
(khh=kh5099-Δkh=0.737-0.03=0.707)
<M=5101>
[数29]
t5101=t5100+10
[数30]
Pd5101=Pd5100+10/T5101・(1-Pd5100)
[数31]
kh5101=0.707+(0.75-0.707)・Pd5101
このように、[数12]式~[数15]式を使用して一定の演算周期ΔT毎に変数khを演算することによって、プレス荷重が様々に変化し、さらにHOLPが破断した場合でも、HOLP破断を加味した変数khを演算することができる。
図14は、プレス機械のプレス荷重測定方法の実施形態を示すフローチャート図である。尚、図14に示すプレス機械のプレス荷重測定方法は、図5に示した第1実施形態のプレス機械のプレス荷重測定装置に対応する方法である。
本実施形態では、プレス機械の運転時間に応じて第1関数から変数khを取得するようにしているが、第1関数をプレス機械のプレス回数の関数とすることで、プレス回数に基づいて変数khを取得するようにしてもよい。また、変数khは、作動油の体積弾性係数に対応する変数であるため、第1関数は、プレス機械の運転時間又はプレス回数に応じて変化する作動油の体積弾性係数の関数としてもよい。この場合、第1関数から取得した体積弾性係数に基づいて変数khを演算することになる。
2 油圧ポンプ
3 電動モータ
4 チェック弁
5 電磁弁
6 リリーフ弁
9 油圧装置
10 プレス機械
11 圧力検出器
14 エンコーダ
15 配管
20 コラム
21 クランク軸
22 コンロッド
23 接合面
24 ヘッド側油圧室
25 油圧シリンダ
25a シリンダ部
25b ピストン部
26 スライド
27 ボルスタ
28 ベッド
31 金型
31a 上型
31b 下型
33 サーボモータ
34 ギア
35 メインギア
50 差圧演算器
52 初期圧保持部
54 プレス荷重演算器
56、56’ 変数取得部
58、58’ 第1記憶部
59 第2記憶部
60 運転時間算出器
62 プレス回数計数器
Claims (20)
- プレス機械のスライドに内蔵された液圧シリンダのヘッド側液圧室に充填された作動液の圧力をプレス荷重作用時に検出する圧力検出器と、
前記圧力検出器により検出された前記圧力と前記ヘッド側液圧室に加圧充填された前記作動液のプレス荷重非作用時の初期圧との差圧を演算する差圧演算器と、
前記プレス機械の運転状況に応じて変化する前記作動液の体積弾性係数又は前記体積弾性係数に対応する変数であって、前記プレス機械の現在の運転状況下における前記変数を取得する変数取得部と、
前記差圧演算器により演算された差圧及び前記変数取得部により取得された変数に基づいて前記スライドに作用するプレス荷重を演算するプレス荷重演算器と、
を備えたプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記液圧シリンダのヘッド側液圧室に作動液を最初に充填した時点からの前記プレス機械の運転時間又は前記運転時間に対応するプレス回数と、前記作動液を最初に充填した時点における前記作動液に含まれる気泡の含有率に対応する前記変数の初期値から、前記気泡の含有率が最小になる前記変数の収束値までの前記変数との関係を示す第1関数又はルックアップテーブルを記憶する第1記憶部を備え、
前記変数取得部は、前記第1記憶部に記憶された前記第1関数又は前記ルックアップテーブルを使用し、前記プレス機械の現在までの運転時間又はプレス回数に基づいて前記第1関数又はルックアップテーブルから前記変数を取得する請求項1に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記第1記憶部は、プレス荷重が異なる複数のプレス荷重に対応する複数の前記第1関数又は前記ルックアップテーブルを記憶し、
前記変数取得部は、前記第1記憶部から前記プレス機械のプレス荷重に対応する前記第1関数又は前記ルックアップテーブルを選択して使用する請求項2に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記第1記憶部は、種類が異なる複数の金型の各金型に対応する複数の前記第1関数又は前記ルックアップテーブルを記憶し、
前記変数取得部は、前記プレス機械に使用する金型を交換する毎に、前記第1記憶部から前記交換した金型に対応する前記第1関数又は前記ルックアップテーブルを選択して使用する請求項2に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記液圧シリンダのヘッド側液圧室の作動液の液圧が異常圧に達すると、前記ヘッド側液圧室の作動液を開放する過負荷保護機能を有し、
前記変数取得部は、前記過負荷保護機能の動作後に前記プレス機械の運転を開始する場合には、前記過負荷保護機能の動作に関連して低下する前記変数の減少分を加味した前記変数を取得する請求項1から4のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記液圧シリンダのヘッド側液圧室に作動液を最初に充填した時点からの前記プレス機械の運転時間又は前記運転時間に対応するプレス回数と、前記作動液を最初に充填した時点における前記作動液に含まれる気泡の含有率に対応する前記変数の初期値から、前記気泡の含有率が最小になる前記変数の収束値までの前記変数との関係を示す第1関数を記憶する第1記憶部を備え、
前記変数取得部は、前記第1記憶部に記憶された前記第1関数を使用し、前記プレス機械の現在までの運転時間又はプレス回数に基づいて前記第1関数から前記変数を取得し、
前記第1関数は、前記初期値から前記収束値まで一次遅れ系に近似した一次近似曲線を示す関数である請求項1に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記プレス荷重と、前記プレス荷重に応じて変化する一次近似曲線の時定数との関係を示す第2関数を記憶する第2記憶部を備え、
前記変数取得部は、前記プレス機械のプレス荷重に基づいて前記第2記憶部から前記一次近似曲線の時定数を取得し、前記取得した時定数により前記第1記憶部に記憶された前記第1関数である前記一次近似曲線を特定する請求項6に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記変数の初期値をkh0、収束値をkhC、前記一次近似曲線の時定数をT、前記プレス機械の運転時間をtとすると、前記変数khは、次式、
kh=kh0+(khC-kh0)・e(-t/T)
により表される請求項6又は7に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記変数取得部は、
今回の演算回数をM、演算周期をΔTとすると、前記演算回数M回目における前記プレス機械の運転時間tMを、次式、
tM=tM-1+ΔT (ただし、t0=0)
により求め、
前記第1関数の一次遅れ応答を意味する中間パラメータPdMを、次式、
PdM=PdM-1+ΔT/T・(1-PdM-1) (ただし、Pd0=0)
により算出し、
前記プレス機械の運転時間tMにおける前記変数khMを、次式、
khM=kh0+(khC-kh0)・PdM
により算出する請求項8に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記液圧シリンダは、前記ヘッド側液圧室の作動液の液圧が異常圧に達すると、前記ヘッド側液圧室の作動液を開放する過負荷保護機能を有し、
前記変数取得部は、前記過負荷保護機能の動作後に前記プレス機械の運転を開始する場合には、前記過負荷保護機能の動作直前に取得した前記変数khMから一定値Δkhを減算した値khhを求め、前記求めた値khhを前記初期値kh0の代わりに使用し、かつ前記中間パラメータPdMを0にリセットし、前記過負荷保護機能の動作後の前記変数khMを、次式、
khM=khh+(khC-khh)・PdM
により算出する請求項9に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記差圧演算器は、前記プレス荷重作用時に検出された圧力をPS、前記プレス荷重非作用時の初期圧をP0とすると、前記圧力PSと前記初期圧P0との差圧(PS-P0)を演算し、
前記プレス荷重演算器は、前記差圧(PS-P0)と前記変数khとに基づいて前記プレス荷重FRを、次式、
FR=1/10×a×(kh+1)/kh×(PS-P0)
(ただし、aは、前記液圧シリンダのヘッド側液圧室の断面積)
により算出する請求項6から10のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - プレス機械のスライドに内蔵された液圧シリンダのヘッド側液圧室に充填された作動液の圧力をプレス荷重作用時に検出するステップと、
前記検出された前記圧力と前記ヘッド側液圧室に加圧充填された前記作動液のプレス荷重非作用時の初期圧との差圧を演算するステップと、
前記プレス機械の運転状況に応じて変化する前記作動液の体積弾性係数又は前記体積弾性係数に対応する変数であって、前記プレス機械の現在の運転状況下における前記変数を取得するステップと、
前記演算された差圧及び前記取得された変数に基づいて前記スライドに作用するプレス荷重を演算するステップと、
を含むプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記液圧シリンダのヘッド側液圧室に作動液を最初に充填した時点からの前記プレス機械の運転時間又は前記運転時間に対応するプレス回数と、前記作動液を最初に充填した時点における前記作動液に含まれる気泡の含有率に対応する前記変数の初期値から、前記気泡の含有率が最小になる前記変数の収束値までの前記変数との関係を示す第1関数又はルックアップテーブルを記憶する第1記憶部を準備するステップを含み、
前記変数を取得するステップは、前記第1記憶部に記憶された前記第1関数又は前記ルックアップテーブルを使用し、前記プレス機械の現在までの運転時間又はプレス回数に基づいて前記第1関数又はルックアップテーブルから前記変数を取得する請求項12に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記液圧シリンダのヘッド側液圧室に作動液を最初に充填した時点からの前記プレス機械の運転時間又は前記運転時間に対応するプレス回数と、前記作動液を最初に充填した時点における前記作動液に含まれる気泡の含有率に対応する前記変数の初期値から、前記気泡の含有率が最小になる前記変数の収束値までの前記変数との関係を示す第1関数を記憶する第1記憶部を準備するステップを含み、
前記変数を取得するステップは、前記第1記憶部に記憶された前記第1関数を使用し、前記プレス機械の現在までの運転時間又はプレス回数に基づいて前記第1関数から前記変数を取得し、
前記第1関数は、前記初期値から前記収束値まで一次遅れ系に近似した一次近似曲線を示す関数である請求項12に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記第1記憶部を準備するステップは、
前記液圧シリンダのヘッド側液圧室に作動液を最初に充填した場合に、前記プレス機械に負荷試験用の負荷ダイを装着し、前記作動液に含まれる気泡の含有率が最小になるまで前記プレス機械をサイクル運転させて前記スライドにプレス荷重を繰り返し作用させるステップと、
前記プレス機械のサイクル運転の運転開始から運転終了までの所定の運転時間毎、又は所定のプレス回数毎に前記プレス機械のスライドを停止させるステップと、
前記プレス機械のスライドを停止させた状態で、前記スライドに対して外部の加圧機器により予め設定されたプレス荷重を印加し、前記液圧シリンダのヘッド側液圧室に充填された作動液の圧力を検出するステップと、
前記印加したプレス荷重と前記検出された前記作動液の圧力に基づいて、前記所定の運転時間毎、又は所定のプレス回数毎の前記変数を演算するステップと、
前記変数の演算結果に基づいて前記プレス機械の運転時間又は前記運転時間に対応するプレス回数と前記変数との関係を示す前記第1関数又はルックアップテーブルを作成するステップと、を含み、
前記作成した前記第1関数又はルックアップテーブルを前記第1記憶部に記憶させる請求項13又は14に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記プレス荷重と、前記プレス荷重に応じて変化する一次近似曲線の時定数との関係を示す第2関数を記憶する第2記憶部を準備するステップを含み、
前記変数を取得するステップは、前記プレス機械のプレス荷重に基づいて前記第2記憶部から前記一次近似曲線の時定数を取得し、前記取得した時定数により前記第1記憶部に記憶された前記第1関数である前記一次近似曲線を特定する請求項14に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記変数の初期値をkh0、収束値をkhC、前記一次近似曲線の時定数をT、前記プレス機械の運転時間をtとすると、前記変数khは、次式、
kh=kh0+(khC-kh0)・e(-t/T)
により表される請求項14又は16に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記変数を取得するステップは、
今回の演算回数をM、演算周期をΔTとすると、前記演算回数M回目における前記プレス機械の運転時間tMを、次式、
tM=tM-1+ΔT (ただし、t0=0)
により求め、
前記第1関数の一次遅れ応答を意味する中間パラメータPdMを次式、
PdM=PdM-1+ΔT/T・(1-PdM-1) (ただし、Pd0=0)
により算出し、
前記プレス機械の運転時間tMにおける前記変数khMを、次式、
khM=kh0+(khC-kh0)・PdM
により算出する請求項17に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記液圧シリンダは、前記ヘッド側液圧室の作動液の液圧が異常圧に達すると、前記ヘッド側液圧室の作動液を開放する過負荷保護機能を有し、
前記変数を取得するステップは、前記過負荷保護機能の動作後に前記プレス機械の運転を開始する場合には、前記過負荷保護機能の動作直前に取得した前記変数khMから一定値Δkhを減算した値khhを求め、前記求めた値khhを前記初期値kh0の代わりに使用し、かつ前記PdMを0にリセットし、前記過負荷保護機能の動作後の前記変数khMを、次式、
khM=khh+(khC-khh)・PdM
により算出する請求項18に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 前記差圧を演算するステップは、前記プレス荷重作用時に検出された圧力をPS、前記プレス荷重非作用時の初期圧をP0とすると、前記圧力PSと前記初期圧P0との差圧(PS-P0)を演算し、
前記プレス荷重を演算するステップは、前記差圧(PS-P0)と前記変数khとに基づいて前記プレス荷重FRを、次式、
FR=1/10×a×(kh+1)/kh×(PS-P0)
(ただし、aは、前記液圧シリンダのヘッド側液圧室の断面積)
により算出する請求項16から19のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。
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---|---|---|---|
JP2019096187A JP7050720B2 (ja) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | プレス機械のプレス荷重測定装置及び方法 |
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