KR100509376B1 - 프레스 기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프레스 기계에 관한 것으로서, 슬라이드의 위치가 프레스 가공영역내에 존재하는 경우 가압력 제어에 의해 프레스 가공을 실시하는 크랭크 기구를 이용한다. 슬라이드의 위치가 초기 위치에서 프레스 가공영역으로의 전환 위치까지의 사이에 존재한다고 판별된 경우는 위치 제어계에 의해 모터를 정회전 구동시켜 슬라이드를 하강시키며, 슬라이드의 위치가 프레스 가공영역내에 존재한다고 판별된 경우에는 가압력 제어계로 전환하여 슬라이드 가압력을 설정 슬라이드 가압력과 같아지도록 하여 슬라이드를 하강시켜 프레스 가공하는 것을 특징으로 한다.

Description

프레스 기계{PRESS MACHINE}

본 발명은 크랭크축의 회전에 의해 슬라이드를 승강시키면서 프레스 가공하는 프레스 기계에 관한 것이다.

프레스 기계에서는 구동원(예를 들면, 전동 모터)에 의해 구동기구(예를 들면, 크랭크 기구 등)를 구동하고, 이것에 연결된 슬라이드를 상하 이동시키면서 프레스 가공 운전 가능하게 형성된다.

프레스 속도는 슬라이드가 상사점과 하사점 사이를 1회 상하 이동하는데 필요한 시간으로서 관념되고, 구동원(전동 모터)의 회전 속도로서 지정된다. 구체적으로는 SPM(Stroke Per Minute)으로서 지정되어 있다. 즉, 생산성을 중시하는 경우에는 속도제어계(속도 제어장치)를 이용하여 구동원(전동모터)을 속도 제어하고 있다. 목표 속도는 전동모터와 크랭크축 사이에 기어나 감속기를 개재시킬지 여부에 따라서 대응 조정된다.

한편, 프레스가공에서는 슬라이드의 위치가 정해지면 제품 형상이 정해지므로 제품 정밀도를 중시할 경우에는 위치 제어계(위치 제어장치)를 이용하여 구동원(전동 모터)을 위치 제어하고 있다. 예를 들면 크랭크축 각도와 슬라이드 위치와의 대응관계인 슬라이드 모션에 따라 목표 위치를 일정 사이클마다 전환 입력하면서 위치 제어가 실시된다.

또, 위치 제어계에서도 최종 단은 속도 제어계의 경우와 마찬가지로 구동원(전동모터)을 속도 제어하고 있다. 또, 속도 제어계에서도 최초 단에서는 위치 제어계의 경우와 마찬가지로 시간과 크랭크축의 회전 각도의 관계(위치)로서 설정하는 경우가 많다.

그러나, 제품의 종류나 가공 방법등에 따라서는, 예를 들면 헬리컬 기어 등을 단조성형(프레스 가공)하는 경우에는 위치 보다도 가압력쪽이 제품의 양부(良否)에 미치는 영향이 강한 경우도 있다. 이와 같이 종래는 구동원을 유압으로 한 압력 제어계(유압식 프레스 기계)를 이용하여, 예를 들면 유압 실린더에 접속된 슬라이드의 위치와 크랭크축 각도와 가압력의 대응관계에 따라 목표 가압력을 일정 사이클마다 전환 입력하면서 슬라이드 가압력을 소정 압력으로 유지하는 압력 제어가 실시되었다.

그런데, 구동원을 유압식으로 한 프레스(유압식 프레스 기계)에서는 구조상, 발열·냉각에 의한 에너지 손실이 크고, 또 기름 누출 등 환경상의 문제도 있다. 이와 같은 관점에서는 유압식 프레스 기계의 채용을 피하고 싶다는 지적이 있다.

따라서, 유압식 프레스 기계의 경우와 동일한 작용이 가능하고, 또 크랭크 기구를 이용하지 않고, 가압력이 모터 전류에 비례하는 특성의 리니어 모터를 구동원으로 하는 압력 제어부(리니어 모터식 프레스 기계)를 시행해 봤다. 그러나, 리니어 모터식에서는 그 구조상, 큰 추력을 얻는 것이 어렵다. 또, 코일측 유닛과 강력한 흡인력을 갖는 영구자석측 유닛이 다른 유닛이기 때문에 영구자석측 유닛을 프레스 기계에 조립할 때의 취급이 어렵다.

크랭크 기구를 구비한 회전형 전동 모터식의 경우에는 리니어 모터식의 문제점은 없고, 감속기 등을 개재시키는 것으로 토크를 증대시킬 수도 있다. 그러나, 회전형 모니터식의 경우에는 회전 일직선 변환기구인 크랭크 기구를 필수로 하기 때문에 감속기나 기어의 유무에 상관없이 슬라이드 가압력과 모터 토크의 관계가 변화하거나, 하사점(또는 하사점 직전)에서는 이론적으로 가압력이 무한대가 되어 버리는 문제가 있다. 또, 크랭크 기구를 대신하여 볼 나사축 기구를 채용하는 볼 나사축식에서는 리니어모터식의 경우와 마찬가지로 큰 추력을 얻는 것이 어렵다. 또, 제품 성형시에 가압력이 볼 나사에 가해져 마찰력이 증대하여, 볼 나사의 마모가 문제가 되고 있다.

이와 같이 종래는 예를 들면 헬리컬 기어 등을 단조성형(프레스 가공)하는 경우에는 미해결인 구성상 문제(에너지 손실이 크다)나 환경상 문제가 존재하는 것을 인식하면서도, 그것들을 일종의 리스크로 인수(忍受)하여 유압식 프레스 기구를 채용하지 않을 수 없었다.

또, 크랭크축의 회전에 의해 슬라이드를 승강시키면서 프레스 가공하는 종래의 프레스 기계는 플라이 휠에 축적된 회전 에너지를 클러치나 브레이크를 통해 크랭크축에 선택적으로 전달·분리하여 프레스 운전·정지를 하는 것으로 구성되어 있다.

이와 같은 프레스 기계에서는 프레스 운전 전에 상형의 상하 방향 위치 또는 하형의 상하 방향 위치를 조정하는 것에 의한 다이 높이 설정 작업을 하고 있다. 이 때의 슬라이드의 하사점 위치는 크랭크 기구(크랭크축)에 의해 정해지고 있다. 따라서, 프레스 운전중에 발열 등에 의해 각 구성요소(예를 들면, 커넥팅 로드, 프레임)가 신축한 경우에도 그것을 보정하기 위해 필요한 하사점 위치(즉, 다이높이)를 조정할 수 없다.

즉, 하사점 위치(다이높이) 조정은 프레스 운전을 정지하고 나서, 볼스터(하형)측에 장착된 상하 위치 조정장치 또는 슬라이드(상형)측에 장착된 슬라이드 위치 조정장치를, 예를 들면 수동 또는 전동으로 조정 구동하는 것으로 이루어져 있다.

그런데, 다양화, 고품질화에 따른 요청, 즉 프레스 기계에 의한 소성가공(프레스 가공)의 실행에 대한 요구 중에 슬라이드의 하사점 위치를 중요시하여 성형하고자 하는 경우와 슬라이드 가압력을 중요시하여 성형하고자 하는 경우가 있다.

이에 프레스 운전중에 슬라이드의 하사점 위치가 미묘하게 변화했다면, 같은 금형(상형·하형)으로 형태 등이 동일한 공작물(재료)이라고 해도 슬라이드 가압력이 변화되어 버린다. 또, 슬라이드 가압력은 슬라이드의 하사점 위치 변화와는 관계가 없는 공작물(재료)의 두께 정밀도(오차나 편차)에 의해서도 복잡하게 변화한다.

따라서, 슬라이드 가압력을 중요시하여 성형하고 싶다는 요청에 응하기 위해, 크랭크 기구(크랭크축)을 설치하지 않은 프레스 기계[예를 들면, 전동 모터에 의해 볼나사를 회전시키는 것으로 슬라이드를 상하 이동 가능하게 구축한 시작기(試作機)(볼 나사식 프레스 기계)]를 이용하여 프레스 운전중에 슬라이드 가압력의 조정을 시도했다.

이 볼 나사식 프레스 기계에서의 시행 결과로 보면 가압력의 조정 그 자체는 가능하다. 그러나, 가압력이 반작용으로서 볼 나사에 직접 가해지기 때문에 그 소모가 너무 큰 가압력을 필요로 하는 프레스 기계에는 부적절하고 실용화가 곤란하다. 마찬가지로 리니어 모터를 구동원으로서 슬라이드를 직접 구동하는 경우(리니어 모터식 프레스 기계)도 큰 가압력에는 부적절하다.

본 발명의 목적은 슬라이드 위치가 프레스 가공 영역내에 존재하는 경우 가압력 제어에 의해 프레스 가공을 실시할 수 있는 크랭크 기구를 이용한 프레스 기계를 제공하는 데에 있다.

또, 본 발명의 목적은 프레스 운전 중에 슬라이드 가압력을 조정할 수 있고, 큰 가압력이 용이하게 얻어지는 크랭크 기구를 이용한 프레스 기계를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계는 크랭크축과, 상기 크랭크축에 연결되어 가역회전 구동되는 모터와, 상기 모터의 회전에 의해 승강하는 슬라이드와, 상기 슬라이드의 승강을 제어하는 승강 제어부와, 상기 제어부로부터의 출력에 기초하여 상기 모터를 구동제어하는 모터 구동제어부를 갖고, 상기 승강 제어부는 위치 제어계와 가압력 제어계를 갖고, 상기 위치 제어계는 상기 모터를 정회전 구동 제어시켜 상기 슬라이드를 초기 위치에서 프레스 가공 영역으로의 전환 위치까지 하강시켜, 상기 슬라이드의 위치가 상기 프레스 가공 영역내에 존재한다고 판별된 경우에는 상기 위치 제어계에서 상기 가압력 제어계로 전환하고, 상기 가압력 제어계는 상기 모터를 정회전 구동 제어시키고, 슬라이드 가압력을 설정 가압력과 같아지도록 상기 슬라이드를 하강시켜 프레스 가공할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 의하면 프레스 가공 영역까지는 위치 제어계에 의해 모터를 정회전 구동 제어시키는 것으로 슬라이드를 고속으로 하강할 수 있기 때문에 고생산성을 담보할 수 있다. 또, 프레스 가공 영역내에서는 슬라이드 가압력을 설정 슬라이드 가압력과 동일하게 하는 가압력 제어에 의해 프레스 가공할 수 있기 때문에 양호한 단조 성형 제품을 확실히 생산할 수 있다.

본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는 상기 승강 제어부는 프레스 가공 종료후이고 상기 슬라이드의 위치가 하사점 바로 앞 위치에 도달 후, 상기 가압력 제어계에서 상기 위치 제어계로 전환하고, 상기 위치 제어계에 의해 상기 모터를 역회전 구동시켜 상기 슬라이드를 상승시켜 초기 위치까지 되돌릴 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 프레스 가공 종료후이고 슬라이드 위치가 하사점 바로 앞 위치에 도달한 후는 다시 위치 제어계로 전환하고, 슬라이드를 하사점 위치를 통과시키지 않고 상승시키기 때문에 쓸데없는 가동 행정을 단축, 즉 생산 택트 타임의 단축이 도모된다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는 설정된 모션 지령 패턴에 기초하여 출력되는 설정 슬라이드 위치 신호에 따라서 상기 위치 제어계는 상기 슬라이드의 위치를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 위치 제어계에는 미리 또는 그 때에 설정한 슬라이드의 모션 지령 패턴에 기초하여, 크랭크 각도에 대응하는 슬라이드 위치에 상당하는 신호(설정 슬라이드 위치 신호)가 입력 가능하다. 모션 지령 패턴은 예를 들면 크랭크 각도(크랭크축의 회전 각도)와 슬라이드위치의 관계 그래프로 설정될 수 있다. 슬라이드의 모션 지령 패턴에는 가공영역 돌입시의 슬라이드의 충격력의 완화화, 가공 영역내를 제외한 다른 영역에서의 슬라이드 승강(1왕복) 시간의 최단화(최고속화)를 도모하기 위한 정보를 담을 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는 설정된 가압력 지령 패턴에 기초하여 출력되는 설정 슬라이드 가압력 신호에 따라서 상기 가압력 제어계는 상기 슬라이드 가압력을 제어할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 가압력 제어계에는 미리 또는 그 때에 설정한 슬라이드 가압력 지령 패턴에 기초하여 크랭크 각도에 대응하는 슬라이드 가압력에 상당하는 신호(설정 슬라이드 가압력 신호)가 입력된다. 가압력 지령 패턴은 예를 들면 크랭크 각도(크랭크축의 회전각도)와 가압력의 관계 그래프로 할 수 있다. 가압력 지령 패턴에는 가공영역내에서의 1 또는 2 이상의 가압력을 조립할 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는 상기 크랭크축의 회전각도와 슬라이드 가압력과 상기 모터의 토크의 관계식에 검출된 상기 크랭크축의 회전 각도를 입력하고, 산출된 상기 모터의 토크값으로서 상기 설정 슬라이드 가압력 신호를 출력할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 검출된 크랭크축의 회전 각도가 입력되면 관계식을 이용하여 검출 크랭크 각도에 대응하는 슬라이드 가압력에 상당하는 신호(설정 슬라이드 가압력 신호)가 산출되어 모터 토크의 값으로서 출력된다. 관계식이라는 것은 예를 들면 크랭크 각도(크랭크축의 회전각도) 및 모터 토크(슬라이드 가압력)를 변수로 하여 슬라이드 가압력(모터의 토크)을 산출하는 식으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는, 상기 크랭크축의 회전각도와 상기 슬라이드 가압력과 상기 모터의 토크의 관계를 기억시킨 기억 관계 정보와, 검출된 상기 크랭크축의 회전 각도를 비교하여 판독된 상기 모터의 토크값으로서 상기 설정 슬라이드 가압력 신호가 출력될 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 검출된 크랭크축의 회전 각도가 입력되면 기억 관계 정보를 참조하여 당해시의 검출 크랭크 각도에 대응하는 슬라이드 가압력에 상당하는 신호(설정 슬라이드 가압력 신호)가 추출되어, 모터 토크의 값으로서 출력된다. 기억 관계 정보는 예를 들면 크랭크 각도(크랭크축의 회전 각도)와 슬라이드 가압력과 모터 토크의 관계를 테이블화한 데이터베이스 등으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기구에 있어서는 상기 프레스 가공 종료가 경과 시간 또는 상기 크랭크축의 회전 각도를 감시하는 것에 의해 판별할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 가공 영역 내에서의 프레스 가공(예를 들면, 단조 성형)의 종료는, 예를 들면 가공 영역 돌입시부터 계수 개시를 한 경과 시간이 미리 설정된 가공 시간을 초과하는 경우 또는 검출한 크랭크축의 회전 각도(크랭크 각도)가 미리 설정된 종료 크랭크 각도 이상이 된 경우를 감시하는 것으로 판별할 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계는,

크랭크축과,

상기 크랭크축에 연결된 모터와,

상기 모터의 회전에 의해 승강하는 슬라이드와,

상기 슬라이드의 승강을 제어하는 승강 제어부를 갖고,

상기 승강 제어부는,

상기 크랭크축과 상기 슬라이드와의 상하 방향의 상대 거리를 조정하는 가압력 조정 기구와,

상기 슬라이드로의 산출 가압력을 산출하는 가압력 산출부와,

상기 산출 가압력과 설정 가압력을 비교하는 가압력 판별부와,

확축(擴縮) 신호를 출력하는 확축 신호 출력부를 갖고,

상기 하사점 위치 바로 앞에 있어서 검출된 상기 크랭크축의 회전 각도와 검출된 모터 구동 전류에 기초하여 상기 가압력 산출부는 상기 슬라이드로의 상기 산출 가압력을 산출하고,

상기 가압력 판별부는 상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 큰 지 여부를 판별하고,

상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 크다고 판별된 경우, 상기 확축 신호 출력부는 상기 슬라이드를 상승시키는 상기 확축신호를 생성하여 상기 가압력 조정기구에 출력하고,

상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 작다고 판별된 경우, 상기 확축 신호 출력부는 상기 슬라이드를 하강시키는 상기 확축 신호를 생성하여 상기 가압력 조정 기구에 출력하고,

상기 가압력 조정 기구는 상기 상대 거리를 상기 확축신호에 의해 확축 조정하고, 상기 확축 조정의 종료 후, 확축 조정된 상기 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 의하면 모터로 크랭크축을 회전 제어하면서 슬라이드를 승강시키기 때문에 큰 가압력을 얻을 수 있다. 프레스 운전중에 확축 신호 출력부는 하사점 위치 바로 앞에서 검출된 크랭크축의 회전각도 및 모터 구동전류에 기초하여 산출된 슬라이드 가압력이, 미리 설정된 가압력 보다도 크다고 판별된 경우에 슬라이드를 상승시키는 확축 신호를 생성하여 가압력 조정기구에 출력할 수 있다. 반대로 산출된 슬라이드 가압력이 설정 가압력보다도 작다고 판별된 경우에는 슬라이드를 하강시키는 확축신호를 생성·출력할 수 있다.

이와 같이 하면, 가압력 조정기구는 크랭크축과 슬라이드의 상하 방향의 상대 거리를 확축신호에 의해, 예를 들면 확축 신호 레벨의 고저에 따른 상당 거리만큼 확축 조정할 수 있다. 또, 확축 조정 종료 후의 상하방향의 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다. 즉, 프레스 운전 중에 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역 내)에서의 슬라이드 가압력은 운전자가 인식하지 않아도 록 해제 상태와 록 상태를 전환하지 않고, 일정(설정 가압력)하게 자동 조정될 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 확축신호는 단위 확축신호이며,

상기 단위 확축 신호는 상기 확축 신호 출력부로부터 상기 가압력 조정 기구에 출력되고,

상기 가압력 조정기구는 상기 슬라이드를 설정 단위량만큼 상승 또는 하강시켜 확축 조정할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 프레스 운전 중에 확축 신호 출력부는 산출된 슬라이드 가압력이 미리 설정된 가압력 보다도 크다고 판별된 경우에, 슬라이드를 설정 단위량만큼 상승시키는 단위 확축 신호(예를 들면, 마이너스측의 최소 분해능 상당 레벨 신호)를 생성하여 가압력 조정 기구에 출력할 수 있다. 반대로, 산출된 슬라이드 가압력이 설정된 가압력 보다도 작다고 판별된 경우에는 슬라이드를 설정 단위량만큼 하강시키는 단위 확축신호(예를 들면, 플러스측의 최소 분해능 상당 레벨 신호)를 생성·출력할 수 있다.

이와 같이 하면, 가압력 조정기구는 크랭크축과 슬라이드의 상하 방향의 상대 거리를 단위 확축신호에 의해 설정 단위량만큼 확축 조정할 수 있다. 또, 단위 확축 조정 종료 후의 상하방향의 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다. 즉, 프레스 운전중에 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역 내)에서의 슬라이드 가압력은 운전자가 인식하지 않아도 일정하게 자동 조정될 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 확축신호는 보정 확축신호이며,

상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 일정 출력값 이상 크다고 판별된 경우, 상기 확축 신호 출력부는 상기 슬라이드를 일정 압력값에 상당하는 거리 만큼 상승시키는 보정 확축신호를 생성하여 상기 가압력 조정 기구에 출력하고,

상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 일정 압력값 이상 작다고 판별된 경우, 상기 확축신호 출력부는 상기 슬라이드를 일정 압력값에 상당하는 거리만큼 하강시키는 상기 보정 확축신호를 생성하여 상기 가압력 조정기구에 출력하고,

상기 가압력 조정기구는 상기 상대 거리를 상기 보정 확축신호에 의해 확축 조정하여, 상기 설정 가압력을 유지할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 프레스 운전중에 확축 신호 출력부는 산출된 슬라이드 가압력이 미리 설정된 가압력 보다도 일정 압력값 이상 크다고 판별된 경우에 슬라이드를 일정 압력값 상당량만큼 상승시키는 보정 확축신호를 생성하여 가압력 조정기구에 출력할 수 있다. 반대로, 산출된 슬라이드 가압력이 설정된 가압력 보다도 작다고 판별된 경우에는 슬라이드를 일정 압력값 상당량만큼 하강시키는 보정 확축신호를 생성·출력할 수 있다.

이와 같이 하면 가압력 조정 기구는 크랭크축과 슬라이드의 상하 방향의 상대 거리를 보정 확축신호에 의해 일정 압력값 상당량만큼 확축 조정할 수 있다. 또, 보정 확축 조정 종료 후의 상하 방향의 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다. 즉, 프레스 운전 중에 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역 내)에서의 슬라이드 가압력은 운전자가 인식하지 않아도 일정(설정 가압력)하게 자동 조정될 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 확축신호가 생성 출력된 경우, 하사점 위치 통과후의 상기 슬라이드를 설정점 위치에서 일시 정지시키는 일시 정지 제어부와,

상기 슬라이드의 설정점 위치에서의 일시 정지중에 실행된 상기 상대거리의 확축 조정 종료 후, 상기 슬라이드의 승강 동작을 재개시키는 슬라이드 재구동 제어부를 추가로 설치할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 프레스 운전 중에 확축신호(단위 확축신호 또는 보정 확축 신호 등)가 생성 출력된 경우, 일시 정지 제어부는 슬라이드가 하사점 위치 통과후에 설정점 위치로 상승했을 때 모터를 정지시키고, 당해 슬라이드를 설정점 위치에서 일시 정지시킬 수 있다. 그리고, 이 일시 정지 중에 상하방향의 상대 거리의 확축 조정을 실시하고, 확축 조정이 종료된 후에 슬라이드 재구동 제어부가 움직임 슬라이드의 승강 동작을 재개시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 가압력 조정 기구는 록 해제 상태에 있어서 상기 상대 거리를 확축 신호에 의해 확축 조정하고, 록 상태에 있어서 확축 신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상기 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 가압력 조정 기구는 록 해제 상태에 있어서 크랭크축과 슬라이드의 상하방향의 상대 거리를 확축 신호에 의해, 예를 들면 확축 신호 레벨의 고저에 따른 상당 거리 만큼 확축 조정할 수 있다. 또, 확축 조정 종료 후의 상하방향의 상대 거리를, 그대로 유지 가능한 록 상태로 할 수 있다. 즉 프레스 운전 중에 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역 내)에서의 슬라이드 가압력은 운전가 인식하지 않아도 일정(설정 가압력)하게 자동 조정될 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 가압력 조정 기구는 록 해제 상태에 있어서 상기 상대 거리를 단위 확축 신호에 의해 확축 조정하고, 록 상태에 있어서 단위 확축 신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상기 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 가압력 조정 기구는 록 해제 상태에 있어서 크랭크축과 슬라이드의 상하방향의 상대 거리를 단위 확축신호에 의해 설정 단위량만큼 확축 조정할 수 있다. 그러나, 단위 확축 조정 종료후의 상하방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능한 록 상태로 할 수 있다. 즉, 프레스 운전 중에 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역 내)에서의 슬라이드 가압력은 운전자가 인식하지 않아도 일정하게 자동 조정될 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 가압력 조정기구는 록 해제 상태에 있어서 상기 상대 거리를 보정 확축 신호에 의해 확축 조정하고, 록 상태에 있어서 보정 확축 신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상기 상대 거리를 그대로 유지할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 가압력 조정 기구는 록 해제 상태에 있어서 크랭크축과 슬라이드의 상하 방향의 상대 거리를 보정 확축 신호에 의해 일정 압력값 상당량만큼 확축 조정할 수 있다. 또, 보정 확축 조정 종료후의 상하 방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능한 록 상태로 할 수 있다. 즉, 프레스 운전 중에 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역 내)에서의 슬라이드 가압력은 운전자가 인식하지 않아도 일정(설정 가압력)하게 자동 조정될 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따른 프레스 기계에 있어서는,

상기 확축신호가 생성 출력된 경우, 하사점 위치 통과후의 상기 슬라이드를 설정점 위치에서 일시 정지시키는 일시 정지 제어부와,

상기 슬라이드의 설정점 위치에서의 일시 정지중에 상기 가압력 조정기구를 상기 록해제 상태로 전환하고, 상기 상대 거리의 확축 조정 종료후에 상기 록 상태로 전환하는 상태 전환 제어부와,

상기 상태 전환 제어부에 의해 상기 록 상태로 전환된 후에 상기 슬라이드의 승강 동작을 재개시키는 슬라이드 재구동 제어부를 추가로 설치할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써 프레스 운전중에 확축신호(단위 확축신호 또는 보정 확축신호 등)가 생성 출력된 경우, 일시 정지 제어부는 슬라이드가 하사점 위치 통과후에 설정점 위치(예를 들면, 상사점 위치나 상사점 위치 근방)로 상승했을 때 모터를 정지시키고, 당해 슬라이드를 설정점 위치에서 일시 정지시킬 수 있다. 이와 같이 하면 상태 전환 제어부는 가압력 조정기구를 록 해제 상태로 전환한다. 그리고, 상하 방향의 상대 거리의 확축 조정이 종료된 후에 다시 록 상태로 전환한다. 이와 같이 록 상태로 전환된 후에 슬라이드 재구동 제어부가 움직임 슬라이드의 승강 동작을 재개시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

본 프레스 기계(10)는 도 1∼도 8a, 도 8b에 도시한 바와 같이, 크랭크축(12)에 연결된 모터(30)를 가역회전 구동 제어하여 슬라이드(17)를 승강시키고 있다. 본 프레스 기계(10)는 슬라이드(17)의 위치(PT)가 초기 위치(상사점 위치(PTO))에서 프레스 가공 영역(θ1∼θ2)으로의 전환 위치까지의 사이에 존재한다고 판별된 경우는 위치 제어계(60)에 의해 모터 구동 제어부(70)를 통해 모터(30)를 정회전 구동 제어시켜 슬라이드(17)를 하강시킨다. 본 프레스 기계(10)는 슬라이드(17)의 위치(PT)가 프레스 가공 영역(θ1∼θ2 …PT1∼PT2)내에 존재한다고 판별된 경우에는 위치 제어계(60)로부터 전환한 가압력 제어계(예를 들면, 슬라이드 가압력 지령부(58))에 의해 모터 구동 제어부(70)를 통해 모터(30)를 정회전 구동 제어 시켜, 슬라이드 가압력(PR)을 설정 슬라이드 가압력(PRs)과 같아지도록 하여 슬라이드(17)를 하강시킨다. 이와 같이 하여 프레스 가공할 수 있다. 본 프레스 기계(10)는 프레스 가공 종료후이고, 슬라이드 위치가 하사점 위치(PT180)에 도달하기 이전의 하사점 바로 앞 위치[PT2에서 PT180사이의 위치(PT180-α)]에 도달 후, 다시 가압력 제어계(58)에서 위치 제어계(60)로 전환하여 모터(30)를 역회전 구동 제어시켜 슬라이드(17)를 상승시키면서 초기 위치(PT0)까지 되돌려 상승시킬 수 있다.

도 1에 있어서, 프레스 기계(10)의 구동 기구는 크랭크축(12) 등을 포함하는 크랭크 기구(11)로 구성되어 있다. 이 크랭크축(12)은 베어링(14)에 회전 자유롭게 지지되고, 또 직접 연결된 AC(교류) 서보모터로 이루어진 모터(30)의 회전 제어에 의해 가역회전(정회전, 역회전) 구동 제어 가능하다. 모터(30)는 DC(직류)서보모터로 해도 좋다. 도면부호 “15”는 기계식 브레이크이다.

또, 크랭크축(12)과 모터(30)는 기어(감속기)를 통해 간접적으로 연결시켜도 좋다. 기어(감속기)를 통해 더 높은 가압력을 얻을 수 있다.

슬라이드(17)는 프레임 본체(도시 생략)에 상하 방향으로 슬라이딩 자유롭게 장착되어, 평형 유지 장치(18)에 걸어 맞춰져 있다. 따라서, 크랭크축(12)을 회전 구동하면 커넥팅 로드(16)를 통해 평형이 유지된 슬라이드(17)를 승강 구동할 수 있다. 금형(20)은 슬라이드(17)측에 부착된 상형(21)과 볼스터(19)측에 부착된 하형(22)으로 이루어진다. 이 실시형태의 금형(20)에서는 단조성형(코이닝 등)을 주목적으로 하고 있다.

모터(30)는 AC서보모터이다. 모터(30)의 각 상(U, V, W)의 모터 구동 전류에 대응하는 각 상 전류신호(Ui, Vi, Wi)는 도 1, 도 2에 나타내는 전류 검출부(73)에 의해 검출된다. 또, 모터(30)에는 엔코더(35)가 연결되어 있다.

이 엔코더(35)는 원리적으로는 다수의 광학적 슬릿과 광학식 검출기를 갖고, 모터(30)(크랭크축(12))의 회전 각도(크랭크 각도)(θ)를 출력한다. 이 실시형태에서는 회전각도(θ)(펄스 신호)를 슬라이드(17)의 상하 방향 위치(PT)(펄스 신호)로 변환하여 출력하는 신호 변환기(도시 생략)를 포함하는 것으로 되어 있다.

도 2에 있어서, 제어부(1)는 설정 선택 지령부(50)와 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58)), 위치 제어계(60), 제어 모드 전환 제어부(37) 및 모터 구동 제어부(70)로 형성되어 있다.

또, 이들(50, 58, 60, 37, 70 등…도 9의 80, 100 상당)과 접속되고, 또 구체적 프레스 운전을 위해 필요한 프레스 운전 구동 제어부(도시 생략)가 설치되어 있다. 이 프레스 운전 구동 제어부는 시퀀서, 로직회로 또는 컴퓨터를 이용하여 구축할 수 있다. 프레스 운전 구동 제어부의 대표적 동작은, 예를 들면 제 2 실시형태(도 9)에서의 동작을 설명하기 위한 도 10에 나타내는 바와 같다.

설정 선택 지령부(50)의 위치 제어용으로서는 속도 설정기(51), 모션 패턴 선택부(52) 및 모션 지령부(53)를 포함하고, 위치 제어계(60)의 위치 비교기(61)에 설정 슬라이드 위치 신호(PTs)를 출력 가능하게 형성하고 있다. 설정 슬라이드 위치 신호(PTs)는 미리 설정되고, 선택된 모션을 지령하는 신호이다. 설정 선택 지령부(50)의 모션 지령부(53)는 위치 제어계(60)의 일부를 형성한다.

모션 패턴 선택부(52)를 이용하여 미리 설정 기억된 복수의 모션 패턴(경과시간(t)-슬라이드의 위치(PT))중에서 희망하는 모션 패턴(t-PT커브)을 선택할 수 있다. 선택된 모션 패턴(t-PT커브)은 속도 설정기(51)를 이용하여 설정된 모터 회전 속도(또는 SPM…슬라이드의 속도)[이른바 슬라이드 행정수(SPM)]와 함께 모션 지령부(53)에 출력된다.

또, 모션 패턴 선택부(52)는 그 때에 운전 개시부터의 경과시간(t)과 당해 각 슬라이드 위치(PT)를 대응시켜 입력하는 것으로 모션 패턴(t-PT커브)을 작성(또는 선택)가능하게 형성해도 좋다.

속도설정기(51)는 모터(30)의 회전속도(예를 들면, 100PRM)를 “수동”으로 설정할 수 있지만, “자동”을 선택한 경우에는 미리 선택 설정되어 있는 최고 회전 속도가 선택된 것으로서 취급된다. 이 속도 설정기(51)는 SPM설정기, 생산속도 설정기등으로 형성해도 좋다.

모션 지령부(53)는 위치 펄스의 불출 방식 구조로, 선택된 모션 패턴(t-PT커브)에 의해 설정 슬라이드 위치 신호(PTs)를 펄스로 출력한다.

예를 들면 속도 설정기(51)를 이용하여 설정된 모터 회전 속도가 120RPM이고, 엔코더(35)로부터 1회전(360도)당 출력되는 펄스수가 100만펄스이고, 불출 사이클 타임이 5mS인 경우는 1사이클(5mS)마다 출력되는 펄스수는 10000펄스[=(1000000×120/60)×0.005)]가 된다.

또, 설정 모터 회전속도나 부하의 크기에 따라서는 급격한 토크 변화를 방지하는 대책으로서 기동 직후에 가속 구간(출력 펄스수를 점차 증가)을, 정지 직전에 감속 구간(출력 펄스수를 점차 감소)을 설치하는 것이 바람직하다. 또, 회전속도의 설정이 “수동”및 “자동”중 어느 경우라도 프레스 가공 영역 돌입시의 회전속도를 그 이전의 회전속도보다도 감속한 저속으로 설정할 수 있다.

이에, 위치 제어시에 위치 제어계(60)의 목표값 신호는 설정된 모션 지령 패턴에 기초하여 출력되는 슬라이드의 위치에 상당하는 신호(설정 슬라이드 위치 신호(PTs))라고 이해된다. 즉, 위치 제어계(60)에는 미리 또는 그 때에 설정한 슬라이드(17)의 모션 지령 패턴에 기초하여 당해시까지의 경과시간(t)에 대응하는 슬라이드위치(PT)에 상당하는 신호(목표값 신호)가 입력된다. 슬라이드(17)의 모션 지령 패턴에는 가공 영역 돌입시의 슬라이드의 충격력의 완화화, 가공영역 내를 제외한 다른 영역에서의 슬라이드 승강(1왕복)시간의 최단화(최고속화)를 도모하기 위한 정보를 담는다. 상기 속도 설정기(51)를 이용하여 설정된 모터 회전속도가 모션 지령 패턴(t-PT커브)에 반영되어 있다. 이와 같이 하면 프레스 가공시의 충격, 소음의 저감을 도모하면서 생산성을 더 향상시킬 수 있다.

위치 제어계(60)는 모션 지령부(53), 위치 비교기(61), 위치 제어부(62), 속도 비교기(63), 속도 제어부(64)를 포함하며, 전류 제어부(71)에 전류 지령 신호(Si)를 출력 가능하게 형성되어 있다. 또, 속도 검출기(36) 및 제어 모드 전환 제어부(37)는 도시상의 편의성 때문에 위치 제어계(60)에 포함한 형으로 표현했다. 또, 모션 지령부(53)는 도시 상의 편의성 때문에 위치 제어계(60)에 포함하지 않는 형으로 표현했다.

우선, 위치 비교기(61)는 모션 지령부(53)로부터의 목표값 신호인 설정 슬라이드 위치 신호(PTs)와, 엔코더(35)로 검출된 실제의 슬라이드 위치 신호(FPT)(피드백 신호)를 비교하여 위치 편차 신호(ΔPT)를 생성 출력한다.

위치 제어부(62)는 입력된 위치 편차 신호(ΔPT)를 누적하고, 그것에 위치 루프 게인을 곱해, 속도신호(Sp)를 생성 출력한다. 속도 비교기(63)는 이 속도 신호(Sp)와 속도 검출기(36)로부터의 속도 신호(속도 피드백 신호)(FS)를 비교하여 속도 편차 신호(ΔS)를 생성 출력한다.

속도 제어부(64)는 입력된 속도 편차 신호(ΔS)에 속도 루프 게인을 곱해 전류 지령 신호(Si)를 전류 제어부(71)에 생성 출력한다. 이 전류 지령 신호(Si)는 실질적으로는 토크 신호(St)이지만, 위치·속도 제어중은 프레스 부하가 가해지지 않기 때문에 모터 토크가 거의 일정하고 회전 속도의 증감을 하기 위해 필요한 것으로 좋기 때문에 가압력 제어중의 경우에 비교하여 신호 레벨은 작다.

제어 모드 전환 제어부(37)는 엔코더(35)로부터 입력된 크랭크축의 회전각도(θ)와 프레스 가공 영역(θ1∼θ2)을 비교하여, 검출각도(θ)가 가공영역(θ1∼θ2)내에 존재하고, 또 슬라이드 하강 방향인 경우에 전환 스위치(38B)를 ON(폐쇄)하고, 또 전환스위치(38A)를 OFF(개방)한다. 그 이외의 경우에는 전환 스위치(38A)를 ON(폐쇄)하고, 또 전환 스위치(38B)를 OFF(폐쇄)하는 전환 신호(CHG)를 출력한다.

또, 프레스 가공 영역(θ1∼θ2)은 상세 후기의 크랭크축의 회전 각도 설정기(55)를 이용하여 설정된 것으로, 제어 모드 전환 제어부(37)에는 슬라이드 가압력 패턴 선택기(57)를 통해 입력된다.

모터 구동 제어부(70)는 전류 제어부(71)와 PWM제어부(드라이브부)(72)로 구성되고, 위치 제어계(60)로 전환된 경우(38A가 ON, 38B가 OFF)에는 위치·속도 제어용으로서 동작하고, 가압력 제어계로 전환된 경우(38A가 OFF, 38B가 ON)에 압력 제어용으로서 동작한다.

전류제어부(71)는 도 4에 도시한 바와 같이, 각 상전류 제어부(71U, 71V, 71W)로 이루어진다. 예를 들면 U상 전류 제어부(71U)는 전류 지령 신호(토크 신호(St)상당)(Si)와 U상 신호(Up)를 곱해 U상 목표 전류 신호(Usi)를 생성하고, 계속해서 U상 목표 전류 신호(Usi)와 실제 U상 전류 신호(Ui)를 비교하여 전류 편차 신호(U상 전류 편차 신호)(Siu)를 생성 출력한다. 다른 V, W상 전류 제어부(71V, 71W)에서도 V, W상 전류 편차 신호(Siv, Siw)가 생성 출력된다.

이 전류 제어부(71)에 입력되는 상 신호(Up, Vp, Wp)는 도 2의 상 신호 생성부(40)에서 생성된다. “73”은 상모터 전류 검출기이고, 각 상 전류(값)신호(Ui, Vi, Wi)를 검출하여 전류 제어부(71)로 피드백한다.

PWM제어부(드라이버부)(72)는 도 6의 (a), (b)에 도시한 펄스폭 변조를 실시하는 회로(도시 생략)와 도 5a에 도시한 아이솔레션 회로(72A)와 도 5b에 도시한 드라이버(72B)로 이루어진다.

즉, 전류 제어부(71)로부터 출력되는 각 상의 전류 편차 신호(Siu, Siv, Siw)로부터 PWM변조되어, PWM신호(Spwm)가 생성된다.

PWM신호(Spwm)의 펄스 신호폭(Wp)은 점호신호(+U점호 신호 또는 -U점호 신호)의 시간폭(Wp)으로 정해지는데, 고부하(예를 들면 Siu가 대전류)의 경우는 길고, 저부하의 경우는 짧다.

드라이버(72B)는 도 5b에 도시한 각 상용의 각 1쌍의 트랜지스터, 다이오드를 포함한 스위칭 회로로 이루어지며, 각 PWM신호(Spwm(예를 들면, +U, -U))로 스위칭(ON/OFF)제어되어, 각 상 모터 구동전류(U, V, W)를 출력할 수 있다.

이와 같이 하여, 슬라이드 위치(PT)가 도 7에 도시한 설정 변경 가능한 초기 위치(이 실시형태에서는 상사점 위치(PT0)와 동일하게 했다.)에서 프레스 가공 영역(θ1∼ θ2)[PT1∼PT2]으로의 전환 위치(θ1…PT1)까지의 사이에 존재한다고 판별된 경우는 위치 제어계(53, 60)에 의해 모터(30)를 정회전 구동 제어시켜 슬라이드(17)를 하강시킬 수 있다.

계속해서, 설정 선택 지령부(50)의 가압력 제어용으로는 슬라이드 위치 설정기에 상당하는 크랭크축의 회전 각도(크랭크 각도) 설정기(55), 슬라이드 가압력 설정기(56), 슬라이드 가압력 패턴 설정기(57) 및 슬라이드 가압력 지령부(58)를 포함하고 있다. 설정 선택 지령부(50)는 모터 구동 제어부(70)에 설정 슬라이드 가압력 신호(PRS)(모터 토크값(Ts))에 상당하는 토크 신호(St)를 출력 가능하게 형성되어 있다. 토크 신호(St)는 설정되어 선택된 슬라이드 가압력을 지령하는 신호에 상당한다. 슬라이드 가압력 지령부(58)는 가압력 제어계(58)이기도 하다.

즉, 설정 슬라이드 가압력 신호(PRs)는 이에 대응하는 토크 신호(St)로서 출력하도록 형성되어 있다. 슬라이드 가압력 지령부(58)는 모터 구동 제어부(70)와 함께 가압력 제어용으로서 동작한다.

슬라이드 위치 설정기에 상당하는 크랭크축의 회전 각도 설정기(55)는 크랭크축 각도(θ)를 설정하는 것으로, 도 7에 나타내는 각도(θ1)와 각도(θ2)를 선택 입력하는 것으로 프레스 가공영역(θ1∼θ2)을 설정하는 것이다. 또, 슬라이드 위치 “PT1”와 “PT2“를 선택 입력하는 것으로 프레스 가공영역(PT1∼PT2)을 설정 가능하게 형성해도 좋다. 또, 슬라이드 위치 설정기나 가공영역 설정기로서 결과로서 프레스 가공영역을 설정할 수 있으면 그 형식이나 명칭을 문제삼지 않는다.

가압력 설정기(56)는 설정 프레스 가공영역(θ1∼θ2)내에서의 슬라이드 가압력[예를 들면, 도 8a의 PRs]을 설정하는 것이다.

슬라이드 가압력 지령부(58)는 엔코더(35)로 검출된 크랭크축의 회전 각도(θ)에 대응하는 설정 슬라이드 가압력 신호(PRs)(모터 토크값(Ts))를 출력한다.

이 실시형태에서는 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))로부터 모터 구동 제어부(70)로 출력하는 목표값 신호는 설정된 슬라이드 가압력 지령 패턴[가압력 PR(토크T)-각도(θ)) 또는 가압력(PR)(토크T)-시간(t)]에 기초하여 출력되고, 이 실시형태에서는 슬라이드 가압력(PR)의 설정 완료의 신호(PRs)에 대응하는 토크 신호(St)로 되어 있다.

자세하게는 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58)에는 미리 또는 그 때에 설정된 슬라이드(17)의 가압력 지령 패턴[예를 들면, 크랭크 각도(크랭크축의 회전각도)(θ)와 가압력(PR)의 관계]에 기초하여 당해시의 크랭크 각도(θ)에 대응하는 슬라이드 가압력(PR)에 상당하는 토크 신호(목표값 신호)(St)가 입력된다.

따라서, 가압력 지령 패턴에는 프레스 가공영역내에서의 1 또는 2이상의 가압력을 조립할 수 있기 때문에 도 8a에 나타내는 1개의 설정 슬라이드 가압력 신호(PRs)뿐만 아니라, 예로 들면 도 8b에 나타내는 2개의 가압력(가압력(PRs), 이보다 고가압력의 결정압(PRs1))을 설정할 수 있다.

이에, 크랭크 각도(θ)와 가압력(PR)과 토크(T)와의 관계식을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 있어서, 크랭크축(12)의 토크를 “T”, 크랭크 반경을 “L1”, 커넥팅 로드(16)의 길이를 “L2”, 크랭크 회전방향의 힘을 “F1”, 커넥팅 로드축 방향의 힘을 “F2”, 슬라이드(17)의 가압력을 “Fs”, F2와 Fs가 이루는 각을 “α”, F1과 F2가 이루는 각을 “β”로 하면,

이 성립하기 때문에, 설정가압력(Fs)과 크랭크각도(θ)로 당해시의 토크(T)를 구하는데는 슬라이드 가압력 지령부(58)에 있어서,

을 연산하면 설정가압력(Fs)에 대응하는 설정 모터 토크값(Ts)(토크 신호(St))을 출력할 수 있다. 따라서, 검출 크랭크 각도(θ)에 따른 정확한 슬라이드 가압력(PR)(Fs), [토크(T)]를 신속히 출력할 수 있다.

이에, 프레스 가공영역에 돌입했는지 여부의 판별, 제어모드의 전환 타이밍의 판별 및 프레스 가공영역내에서의 단조성형 종료의 판별에는 가압력 관리 및 시간 관리를 생각할 수 있다. 가압력 관리는 직접 가압력(PRi(모터 토크(Ti))을 관리하는 것외에, 이를 대신하여 간접적인 각도(θi)나 슬라이드 위치(PTi)를 관리하여 실시한다. 한쪽의 시간 관리는 경과시간(ti)을 관리하여 실시하는 것이다.

이 실시형태에서는 프레스 가공영역에 돌입했는지 여부의 판별은 모터 토크(Ti)(가압력(PRi))의 관리에 의하지만 제어모드의 전환 타이밍의 판별 및 프레스 가공영역내에서의 단조성형 종료의 판별에는 모터 토크(Ti)(가압력(PRi)) 관리와 시간관리(ti)를 선택 전환 가능(도 10의 ST14를 참조)하게 형성하고 있다. 가압력 관리는 예를 들면 두꺼운 재료로 깊은 모양 등의 단조성형에 적합하여 확실한 제품을 생산할 수 있고, 안전성이 높다. 시간 관리는 예를 들면 두꺼운 재료로 얕은 모양 등의 단조성형에 적합하여 확실한 제품을 생산할 수 있고, 또 취급이 간단하다.

도 10에 있어서, 위치 제어모드로 모터 정회전에 의해 슬라이드(17)가 하강중(ST10)에 크랭크축(12)의 회전각도(θi)가 미리 설정된 계측 개시 각도(θst)(예를 들면, θst=θ1-β)이상이 된 경우(ST11에서 예), 모터 토크(Ti)의 계측을 개시시킨다(ST12). 그리고, 계측된 모터 토크(Ti)가 설정 토크값(Tst(이 실시형태에서는 도 8의 설정 슬라이드 가압력(PRs)에 대응하는 모터 토크 등과 같다.)이상이 된 경우(ST13에서 예)에 프레스 가공영역에 돌입했다고 판별한다.

가압력 관리가 선택되어 있는 경우(ST14에서 예)에는 바로 제어 모드 전환 제어부(37)가 전환신호(CHG)를 출력하고, 도 2의 전환스위치(38A)를 OFF, 38B를 ON하여, 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))로 전환한다(ST15). 시간 관리가 선택되어 있는 경우(ST14에서 아니오)에는 경과시간(ti)을 카운트하기 위한 타이머(도시 생략)를 스타트시키고(ST21), 그런 후에 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))로 전환된다(ST22).

어떤 경우라도 슬라이드 위치(PT)가 프레스 가공영역(PT1∼PT2)내에 존재하는 경우에는 위치 제어계(60)로부터 전환된 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))에 의해 모터(30)를 정회전 구동 제어시켜 슬라이드(17)를 하강시켜 프레스 가공할 수 있다(ST16, ST23). 이 실시형태에서는 슬라이드 위치(PT)는 크랭크축의 회전각도(θ)이다. 또, 프레스 가공영역(PT1∼PT2)은 이 실시형태에서는 θ1∼θ2이다.

프레스 가공영역내에서의 단조성형(프레스 가공)의 종료는 가압력 관리의 경우는 모터 토크(Ti)가 설정 가공 종료 토크값(Tst1)이상이 되었는지 여부로 판별(ST17)되고, 시간 관리의 경우에는 계측한 경과시간(ti)이 설정 가공 종료시간(ts)이상이 되었는지 여부로 판별(ST24)된다. 따라서, 가압력이 일정한 프레스 가공의 경우에도 그 가공 종료와 함께 슬라이드(17)를 신속하고 확실히 반전이동(하사점을 통과시키지 않고 상승)시킨다(ST18). 크랭크각도(θ)에 의한 감시·판단의 경우도 동일하다.

자세하게는 프레스 가공 종료후에 슬라이드 위치(PT)가 하사점 위치(도 7의 P180)에 도달하기 이전의 하사점 바로 앞 위치(P180-α)에 도달 후에 제어모드 전환 제어부(37)는 전환신호(CHG)를 출력하여, 도 2의 전환스위치(38A)를 ON, 38B를 OFF하고, 다시 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))에서 위치 제어계(60)로 전환하고, 또 전환 후의 위치 제어계(60)에 의해 모터(30)를 역회전 구동 제어시켜 슬라이드(17)를 상승(ST18)시키면서 초기 위치(PT0)까지 되돌아가 상승한 경우(ST19에서 예)에 모터(30)를 정지시킨다(ST20).

이와 같은 제 1 실시형태에 따른 프레스 기계(10)에서는 크랭크축(12)이 도 7의 상사점 위치(PT0)에 정지되어 있는 프레스 운전 정지 상태에 있어서, 프레스 운전 구동 제어부의 구동 제어 전원을 투입한다.

이와 같이 하면, 제어모드 전환 제어부(37)는 엔코더(35)에서 검출된 크랭크 회전각도(θ)가 프레스 가공영역(θ1∼θ2)이외의 영역 내에 존재하므로 전환신호(CHG)를 출력하여 도 2의 전환 스위치(38A)를 ON(폐쇄)하고, 또 전환스위치(38B)를 OFF(개방)한다. 즉, 위치(속도) 제어 모드로 전환된다(도 10의 ST10).

여기서, 프레스 운전 지령을 발하면 모션 지령부(53)로부터 선택된 모션 패턴(t-PT커브)에 기초하여 설정하는 설정 슬라이드 위치 신호(위치 펄스)(PTs)가 출력(불출)된다.

따라서, 위치 제어계(60)를 형성하는 위치 제어계(60) 및 모터 구동제어부(70)가 움직이고, 모터(30)는 각 상 모터 구동전류(U, V, W)에 의해 정회전(예를 들면, 좌회전)된다. 슬라이드(17)는 도 1에 나타내는 크랭크축(12), 커넥팅·로드(16)를 통해 하강한다(도 10의 ST10).

이 때의 슬라이드 하강 속도는 도 7에 나타내는 선택 슬라이드 모션 패턴에 기초한 모션SM(커브)대로 된다. 속도설정기(51)에서 “자동”을 설정한 경우에는 최고 속도로 슬라이드 하강된다.

가압력 관리가 선택되어 있는 경우(도 10의 ST14에서 예)에 제어 모드 전환 제어부(37)는 모터 토크(Ti)가 설정 토크값(Tst)이상이 되었다고 판별(ST13에서 예)된 경우, 전환신호(CHG)를 출력하여 전환 스위치(38B)를 ON(폐쇄)하고, 또 전환 스위치(38A)를 OFF(개방)시켜 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))로 전환한다(ST15). 모터 토크(Ti)가 설정 토크값(Tst)이상이 되었다고 판별(ST13에서 예)된 경우라는 것은 선택 프레스 가공영역(θ1∼θ2)에 돌입했다고 판별된 경우이다.

또, 시간 관리가 선택되어 있는 경우(ST14에서 예)에는 타이머를 스타트(경과시간(Ti)의 계수 개시)시킨다(ST21).

이 시간관리는 도 8b에 도시한 바와 같이, 단조성형(프레스 성형)의 종료를 시간 관리(t1∼t2)에 의한 경우에 필요하다. 타이머 자체(도시 생략)는 제어 모드 전환 제어부(37) 내에 설치되어 있지만 프레스 운전 구동 제어부 내에 설치해도 좋다.

이 시간 관리가 아니라 가압력 관리(도 8a, 도 8b에 나타내는 크랭크 각도 관리 등)의 경우에는 타이머 및 도 10의 ST12는 필요하지 않다.

이에, 모터 구동 제어부(70)에는 슬라이드 가압력 지령부(58)로부터의 설정 슬라이드 가압력 신호(PRs), 즉 이에 대응하는 모터 토크 지령(St)이 입력되므로 모터(30)를 실제 슬라이드 가압력이 설정된 슬라이드 가압력(설정 슬라이드 가압력 신호(PRs))에 일정해지도록 가압력 일정화 제어하면서 하강시킨다(ST16). ST23의 경우도 동일하다.

가압력을 일정하게 제어하기 때문에 공작물(재료)의 두께 오차의 영향을 받지 않는다. 예를 들면 코인 상당물(공작물)의 경우, 성형전의 재료에 편차가 있다고 해도 모든 코인 상당물(공작물)에 동일 모양 등을 동일 깊이·폭으로 성형할 수 있다. 헬리컬 기어 등의 경우도 동일하다.

즉, 단조성형을 안정적으로 실시할 수 있고, 고품질인 제품(헬리컬 기어, 코인 상당물 등)을 확실히 생산할 수 있다. 또, 가압력 제어이기 때문에 모터(30)의 초저속 회전으로의 프레스 가공이 가능하다. 또, 회전 속도가 0에서 확대 토크를 발생할 수 있기 때문에 적응성이 넓다.

그리고, 가압력 관리의 경우는 모터 토크(Ti)가 설정 가공 종료 토크값(Tst1)이상이 된 경우에 단조성형 종료라고 판별(ST17의 예)된다. 시간 관리(감시)의 경우에는 타이머에 의한 계측 경과시간(Ti)이 설정 가공 종료시간(ts)이상이 된 경우에 단조 성형 종료라고 판별(ST24에서 예)된다. 즉, 프레스 가공 종료후이고, 슬라이드 위치(PT(θ))가 하사점 위치 바로 앞(P180-α)에 도달한 후에 다시 가압력 제어계(슬라이드 가압력 지령부(58))에서 위치 제어계(60)로 전환된다. 전환 후의 위치 제어계(60)는 모터(30)를 역회전 구동 제어시켜 슬라이드(17)를 도 7의 커브(SRM)로 초기 위치(Pt0)까지 되돌아가 상승(ST18)된다. 초기 위치(Pt0)로 되돌아가면 모터(30)를 정지시킨다(ST19에서 예, ST20). 도 7의 커브SRM은 커브SM(각도θ(180°))의 우측에 점선으로 나타낸 커브를 그 좌측으로 반전시킨 경우의 커브와 같다.

또, 초기 위치는 상사점 위치(PT0…θ0)가 아니라 임의의 각도(예를 들면, θ0+α)로 설정하여 프레스 운전할 수 있다.

즉, 프레스 가공 종료후이고, 하사점 바로 앞 위치에 도달한 후는 다시 위치 제어계로 전환되어 슬라이드(17)를 하사점 위치를 통과시키지 않고 상승시키기 때문에, 쓸데없는 가동 행정을 승강시키지 않아도 된다. 즉, 생산 택트 타임의 단축을 도모할 수 있다.

(제 2 실시형태)

이 제 2 실시형태는 기본적 구성이 제 1 실시형태의 경우(도 1∼도 5a, 도 5b)와 동일하게 되어 있지만, 도 2의 속도 설정기(51), 각도 설정기(55) 및 압력 설정기(56)는 도 9에 나타내는 컴퓨터(80)의 일부를 구성하는 조작 패널(85)로 형성되어 있다. 또, 도 2의 모션 패턴 선택기(52), 모션 지령부(53), 슬라이드 가압력 패턴 선택기(57) 및 슬라이드 가압력 지령부(58)는 도 9에 나타내는 조작 패널(85), CPU(81), ROM(82), RAM(83)로 형성되어 있다.

즉, 컴퓨터(80)는 도 9에 도시한 바와 같이, CPU(81), ROM(82), RAM(83), 발진기(OSC)(84), 조작 패널(PNL)(85), 표시부(IND)(86) 및 인터페이스(I/F)[또는 입출력 포트(I/O)](87)를 포함하며, 설정 선택 지령부(50)를 구성한다.

인터페이스(I/F)[또는 입출력 포트(I/O)](87)에 접속된 입출력기기(100)는 상기와 같이 위치제어계(60), 모터구동제어부(70) 등을 포함하는 총칭 개념이다.

또, 이하에서는 각종 고정 정보, 제어 프로그램, 연산(산출)식 등은 ROM(82)에 고정적으로 저장되어 있는 것으로서 설명하지만, 이것들은 전환 가능한 플래시 메모리나 하드디스크 장치(HDD) 등에 저장시켜두도록 형성해도 좋다.

어쨌든, 기억 관계 정보(예를 들면, 데이터테이블)를 교환하는 것만으로 다양한 슬라이드 가압력을 이용할 수 있게 되기 때문에 제 1 실시형태의 경우와 비교해서도 프레스 가공 태양 등에 대한 적응성을 더 확대할 수 있다.

모션 패턴 선택기(52)로서는 ROM(82)에 미리 기억되고, 표시부(86)에 표시시킨 복수의 슬라이드 모션 패턴(크랭크각도(θ)와 슬라이드 위치(PT)를 대응시킨 관계 정보)중에서 키(85)조작에 의해 선택된 1개의 기억 관계 정보(선택 모션 패턴)를 모션 지령부(CPU(81), ROM(82), RAM(83))에 출력한다.

모션 지령부(53)로서는 CPU(81)가 ROM(82)에 저장된 제어 프로그램 및 입력(RAM(83)에 일시 기억된다.)된 기억 관계 정보(선택 모션 패턴)에 기초하여 제 1 실시형태의 경우와 동일한 타이밍(5mS)으로 위치 펄스(PTs)를 출력한다.

슬라이드 가압력 패턴 선택기(57)로서는 ROM(82)에 미리 기억되고, 또 표시부(86)에 표시시킨 복수의 슬라이드 가압력 패턴(크랭크 각도(θ)와 슬라이드 가압력(PR)을 대응시킨 관계 정보)중에서 키(85) 조작에 의해 선택된 1개의 기억관계 정보(선택 슬라이드 가압력 패턴)를 슬라이드 가압력 지령부(CPU(81), ROM(82), RAM(83))에 출력한다.

슬라이드 가압력 지령부(58)로서는 CPU(81)가 ROM(82)에 저장된 제어 프로그램 및 입력(RAM(83)에 일시 기억된다.)된 기억 관계 정보(선택 슬라이드 가압력)에 기초하여 제 1 실시형태의 경우와 동일한 타이밍(5mS)으로 가압력 펄스 상당의 토크 신호(Ts)를 출력한다.

또, 발진기(84)의 클럭 펄스를 기초로 불출 제어용 타이밍이 정해지고, 타이머(CPU(81), ROM(82)도 경과시간(Ti) 계수 가능하게 구축된다.

본 발명의 제 1 태양에 따른 프레스 기계에 의하면 다음과 같은 우수한 효과를 갖게 할 수 있다.

① 단조 성형을 안정적으로 실시할 수 있고, 고품질인 제품(헬리컬 기어 등)을 확실히 생산할 수 있다.

② 공작물(재료)의 두께 오차의 영향을 받지 않는다.

③ 가압력 제어이므로 모터의 초저속 회전으로의 프레스 가공이 가능하다. 또, 회전 속도가 0에서 최대 토크를 발생할 수 있기 때문에 적응성이 넓다.

④ 설정 위치(상사점 등)와 하사점 바로 앞 위치와의 사이, 즉 초기 위치에서 프레스 가공 종료 위치까지의 프레스 운전 행정만큼 슬라이드를 승강시키는 것만으로 되기 때문에 생산 택트 타임을 대폭 단축할 수 있다.

(제 3 실시형태)

본 프레스 기계(110)는 도 11∼도 21에 나타낸 바와 같이, 크랭크축(112)에 연결된 모터(130)의 회전 제어에 의해 회전 구동 가능하고, 모터(130)의 구동 전류(I)를 검출 가능하게 구성되어 있다. 본 프레스 기계(110)는 록 해제 상태에 있어서 크랭크축(112)과 슬라이드(117)의 상하 방향의 상대 거리를 확축 신호(UD)에 의해 확축 조정 가능하게 형성된 가압력 조정기구(220)를 설치하고 있다. 그리고, 본 프레스 기계(110)의 가압력 조정기구(220)는 록 상태에서 확축(擴縮)신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상하 방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능하게 형성되어 있다. 본 프레스 기계(110)는 하사점 위치 바로 앞[θ1∼하사점 위치(180°)…하사점 위치 근방]에서 검출된 크랭크축의 회전각도(θ) 및 모터 구동전류(I)를 이용하여 슬라이드(117)의 가압력(PR)을 산출하는 가압력 산출부(181, 182)를 갖고 있다. 그리고, 본 프레스 기계(110)는 산출된 슬라이드 가압력(PR)과 미리 설정된 설정 가압력(PRs)을 비교하여 산출 가압력이 설정 가압력 보다도 큰지 여부를 판별하는 가압력 판별부(181, 182)를 갖고 있다. 본 프레스 기계(110)는 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs)보다도 크다고 판별된 경우에 슬라이드 상승시키고, 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs)보다도 작다고 판별된 경우에는 슬라이드 하강시키는 확축신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력하는 확축 신호 출력부(181, 182)를 설치하고 있다. 본 프레스 기계(110)는 하사점 위치 근방(프레스 가공 영역의 종료 단부)에서의 슬라이드 압력(PR)을 원하는 가압력(PRs)으로 유지 가능하게 형성되어 있다.

또, 이 제 3 실시형태에서는 일시 정지 제어부(181, 182)와 상태 전환 제어부(181, 182)와 슬라이드 재구동제어부(181, 182)를 설치하고, 설정점 위치에서 일시 정지시킨 상태에서 슬라이드 가압력을 자동적으로 조정 가능하게 형성하고 있다.

도 11에서, 프레스 기계(110)의 구동 기구는 크랭크축(112) 등을 포함하는 크랭크 기구(11)로 구성되어 있다. 이 크랭크축(112)은 베어링(14)에 회전 자유롭게 지지되고, 직접 연결된 AC(교류) 서보모터로 이루어진 모터(130)의 회전 제어에 의해 회전 구동 제어 가능하다. 모터(130)는 DC(직류) 서보모터나 리액턴스모터로 해도 좋다. 도면부호 “115”는 기계식 브레이크이다.

또, 크랭크축(112)과 모터(130)는 기어(감속)를 통해 간접적으로 연결시켜도 좋다. 기어(감속기)를 통하면 더 높은 가압력을 얻을 수 있다.

슬라이드(117)는 프레임 본체(도시 생략)에 상하 방향으로 슬라이딩 자유롭게 장착되어, 평형 유지 장치(18)에 걸어 맞춰져 있다. 따라서, 크랭크축(112)을 회전 구동하면 커넥팅 로드(116)를 통해 평형 유지된 슬라이드(117)를 승강 구동할 수 있다. 금형(120)은 슬라이드(117)측에 부착된 상형(21)과 볼스터(119)측에 부착된 하형(122)으로 이루어진다. 이 실시형태에서는 드로잉 성형(프레스가공)용의 금형(12) 구조로 되어 있다.

여기에서 프레스 기계(110)의 커넥팅 로드(116)와 슬라이드(117)는 서스펜션 포인트 구조형의 가압력 조정기구(220)를 통해 연결되어 있다. 이 가압력 조정 기구(220)로서는 크게 구분하여 볼식과 리스트핀식을 생각할 수 있지만, 이 실시형태에서는 소형, 저비용, 형이 적은 등의 장점을 갖기 때문에 볼식을 채용하고 있다.

도 13에서 가압력 조정 기구(220)는 록 해제 상태에서 크랭크축(112)과 슬라이드(117)의 상하방향의 상대 거리를 도 19의 확축 신호(UD)에 의해 확축 조정 가능하고, 록 상태에서 확축 신호(UD)에 의한 확축 조정 종료 후의 상하방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능하게 형성되어 있다.

자세하게는, 도 3에 있어서 커넥팅 로드(116)(나사(116a))와 조정 나사축(221)(나사(221a))은 나사 결합되고(걸어 맞춰지고), 이 조정 나사축(221)의 하단부에는 볼(222)이 고착되어 있다.

한편, 컬럼 등에 상하 이동 가능하게 슬라이딩 안내된 슬라이드(117)에는 볼 컵(225)이 부착되어 있다. 또, 도면부호 “117a”는 슬라이드(117)와 일체적인 원통체로 웜휠(230)을 수용시키는 것이며, “117b”는 볼(222)의 상하이동을 슬라이드(117)에 전달하는 슬라이드 구성 요소이며, “226”은 과부하 안전장치를 형성하는 유압실이다.

커넥팅 로드(116)와 슬라이드(117)는 볼(222)과 볼컵(225)이 형성하는 구면 베어링 구조, 즉 포인트 구조를 통해 연결되어 있기 때문에 커넥팅 로드(116)의 요동 운동에 의해 슬라이드(117)를 상하 방향으로 직선 이동시킬 수 있다.

그리고, 슬라이드(117)의 원통체(117a)에 웜나사(231)로 회전되는 상기 웜휠(230)을 장착하고, 한편, 볼(122)에는 직경방향으로 연장되는 핀(224)을 부착하고, 이 핀(224)을 웜휠(230)의 종횡(230a)에 끼워 넣어 양자(222, 230)를 동기 회전 가능하게 연결시키고 있다.

따라서, 록 해제상태에서 자동 또는 수동으로 웜 나사(231)를 회전시키면 웜휠(230)이 회전한다. 이 회전은 핀(124)을 통해 볼(222), 즉 조정 나사축(221)에 전달된다. 이와 같이 하면, 커넥팅 로드(116)(암나사(116a))와 조정 나사축(221)(수나사(221a))이 상대 회전하므로 크랭크축(112)에 연결된 커넥팅 로드(116)에 대해 슬라이드(117)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이에 의해 슬라이드 가압력의 대소를 조정할 수 있다.

그 후, 크랭크축(112)을 회전하면 커넥팅 로드(116)가 볼(222)를 중심으로 요동 운동되고, 이에 의해 슬라이드(117)를 상하 방향으로 왕복운동시켜 조정후의 가압력으로 소정 제품을 프레스 성형할 수 있다.

또, 이 가압력 조정기구(220)에는 도 13에서는 도시 생략했지만 상태 전환장치(228)(도 19를 참조)가 일체적으로 조립되어 있다. 즉, 상태(록 해제 신호(RK)의 출력이 없는 경우)에서는 웜휠(230)이 스프링력으로 회동 불가능하게 구속된 록상태에 있다. 그리고, 도 19의 록 해제신호(RK)가 출력된 경우에 상태 전환장치(228)가 움직이고(유압이 공급된다), 공급된 유압에 의해 스프링력에 저항하여 가압력 조정기구(220)를 강제적으로 록 해제상태로 전환할 수 있다.

그리고, 도 11, 도 12에 나타내는 모터(130)는 AC서보모터이다. 모터(130)의 각 모터 구동전류(Iu, Iv, Iw)에 대응하는 각 전류신호(Ui, Vi, Wi)는 전류 검출기(173)에 의해 검출된다. 또, 모터(130)에는 엔코더(135)가 연결되어 있다.

이 엔코더(135)는 원리적으로는 다수의 광학적 슬릿과 광학식 검출기를 갖고, 모터(130)(크랭크축(112))의 회전각도(크랭크각도)(θ)를 출력한다. 이 실시형태에서는 회전각도(θ)(펄스 신호)를 슬라이드(117)의 상하 방향 위치(PT)(펄스신호)로 변환하여 출력하는 신호변환기(도시생략)를 포함하는 것으로 되어 있다.

도 12에 있어서, 제어부(101)는 설정선택 지령부(150)와 위치 제어계(160)와 모터 구동제어부(170)로 형성되어 있다. 또, 이것들(150, 160, 170등)과 접속되고, 또 구체적 프레스 운전을 위해 필요한 프레스 운전 구동 제어부(컴퓨터(180))가 설치되어 있다. 도 19에 나타내는 프레스 운전 구동제어부(컴퓨터(180))의 대표적 동작은 도 20, 도 21에 나타내는 바와 같다.

도 19에 있어서, 프레스 운전 구동 제어부를 형성하는 컴퓨터(180)는 CPU(181), ROM(182), RAM(183), 발진기(OSC)(184), 조작패널(PNL)(185), 표시부(IND)(186), 인터페이스(I/F)[또는 입출력 포트(I/O)](187) 및 입출력 포트(I/O)(188)를 포함하고, 프레스 기계 전체의 구동 제어를 담당한다.

인터페이스(I/F)[또는 입출력 포트(I/O)](187)에 접속된 입출력 기기(200)는 상기와 같이 위치제어계(160), 모터구동제어부(170) 등을 포함하는 총칭 개념이다.

입출력 포트(I/O)(188)는 가압력 조정기구(220)와 이 가압력 조정기구(220)를 록상태 및 록 해제상태 중 어느 하나로 선택적으로 전환하는 기능을 갖는 상태 전환 장치(228)가 접속되어 있다.

또, 이하에서는 각종 고정 정보, 제어 프로그램, 연산(산출)식 등은 ROM(182)에 고정적으로 저장되어 있는 것으로서 설명하지만, 이것들은 전환 가능한 플래시메모리나 하드디스크 장치(HDD) 등에 저장시켜두도록 형성해도 좋다.

설정 선택 지령부(150)로서는 속도 설정기(151), 모션 패턴 선택기(152) 및 모션 지령부(153)를 포함하며, 위치 제어계(160)에 설정 슬라이드 위치 신호(설정 선택 모션 지령 신호)(PTs)를 출력 가능하게 형성되어 있다.

도 12에 나타내는 속도설정기(151)는 도 19에 나타내는 컴퓨터(180)의 일부를 구성하는 조작 패널(185)로 형성되고, 모션 패턴 선택기(152) 및 모션 지령부(153)는 도 19에 나타내는 조작 패널(185), CPU(181), ROM(182), RAM(83)으로 형성되어 있다.

이 속도 설정기(151)는 모터(130)의 회전 속도(예를 들면 100RPM)를 “수동”으로 설정할 수 있지만, “자동”을 선택한 경우에는 미리 선택 설정되어 있는 최고 회전속도가 선택된 것으로서 취급된다. 이 속도 설정기(151)는 SPM설정기, 생산속도 설정기 등으로 형성해도 좋다.

모션 패턴 선택기(152)로서는 ROM(182)에 미리 기억되고, 또 표시부(86)에 표시시킨 복수의 슬라이드 모션 패턴중에서 키(185) 조작에 의해 선택된 1개의 위치 관계 정보(선택 모션 패턴)를 모션 지령부(CPU(181), ROM(182), RAM(83))로 출력한다. 슬라이드 모션 패턴은 크랭크각도(θ)에 대응하는 운전개시부터의 경과시간(t)과 슬라이드 위치(PT)를 대응시킨 관계 정보(t-PT커브)로 되어 있다.

선택된 모션 패턴(t-PT커브)은 속도 설정기(151)를 이용하여 설정된 모터 회전속도[또는 슬라이드 속도(이른바 슬라이드 행정수(SPM)]와 함께 모션 지령부(153)에 출력된다.

또, 모션 패턴 선택부(152)는 그 장에서 각 크랭크 각도(θ)와 당해 각 슬라이드 위치(PT)를 대응시켜 입력하는 것으로 모션 패턴(t-PT커브)을 작성(또는 선택) 가능하게 형성해도 좋다.

모션 지령부(153)로서는 CPU(181)가 ROM(182)에 저장된 제어 프로그램 및 입력(RAM(83)에 일시 기억되어 있다)된 상기 기억관계 정보(선택 모션 패턴, 설정 속도 등)에 기초하여 소정의 타이밍(5mS)으로 위치 펄스(PTs)를 출력한다.

모션 지령부(153)는 위치 펄스의 불출 방식 구조이고, 선택된 모션 패턴(t-PT커브)에 의해 설정 슬라이드 위치 신호(PTs)를 출력한다.

예를 들면, 속도 설정기(151)를 이용하여 설정된 모터 회전 속도가 120RPM이고, 엔코더(135)로부터 1회전(360도)당 출력되는 펄스수가 100만 펄스이고, 불출 사이클 타임이 5ms인 경우는 1사이클(5mS)마다 출력되는 펄스 수는 10000펄스[=(1000000×120/60)×0.005]가 된다.

또, 설정 모터 회전속도나 부하의 크기에 따라서는 급격한 속도(위치) 변화의 방지책으로서 기동 직후에 가속 구간(출력 펄스수를 점차 증가)을, 프레스 가공영역으로의 돌입시나 프레스 정지 직전에 감속구간(출력 펄스수를 점차 감소)을 설치하는 것이 바람직하다.

또, 회전속도의 설정이 “수동” 및 “자동”중 어느 경우라도 프레스 가공영역 돌입시의 회전속도를 그 이전의 회전속도 보다도 감속한 저속으로 설정할 수 있다.

위치 제어시에는 위치 제어계(160)로의 목표값 신호는 도 18에 나타내는 설정된 모션 지령 패턴(모션 커브(SM))에 기초하여 출력되는 슬라이드 위치 상당 신호(PTs)라고 이해된다. 즉, 위치 제어계(160)에는 미리 또는 그 장에서 설정한 슬라이드(117)의 모션 지령 패턴에 기초하여 당해시의 크랭크각도(θ)에 대응하는 슬라이드 위치(PT)에 상당하는 신호(목표값 신호)가 입력된다.

슬라이드(117)의 모션 지령 패턴에는 가공영역 돌입시의 슬라이드의 충격력의 완화화, 가공영역내를 제외한 다른 영역에서의 슬라이드 승강(1왕복)시간의 최단화(최고속화)를 도모하기 위한 정보를 담는다.

상기 속도 설정기(151)를 이용하여 설정된 모터 회전 속도가 모션 지령 패턴(t-PT커브)에 반영되어 있다. 이와 같이 하면 프레스 가공시의 충격, 소음의 저감을 도모하면서 생산성을 더 향상시킬 수 있다.

또, 이 프레스 운전 구동 제어부(180)는 시퀀서, 로직 회로 등을 이용하여 구축할 수 있다.

어쨌든, 기억 관계 정보(예를 들면 데이터 테이블)를 교환하는 것만으로 다양한 슬라이드 모션을 이용할 수 있게 되므로 프레스 가공 태양 등에 대한 적응성을 더 확대할 수 있다.

여기에 있어서, 위치 제어계(160)는 모션 지령부(153), 위치 비교기(161), 위치 제어부(162), 속도 비교기(163), 속도 제어부(164)를 포함하며, 전류 제어부(171)에 토크 신호(St)를 출력 가능하게 형성되어 있다. 또, 속도 검출기(136)는 도시상의 편의성 때문에 위치 제어계(160)를 포함한 형으로 표현했다. 또, 모션 지령부(153)는 도시상의 편의성 때문에 위치 제어계(160)에 포함하지 않는 형으로 표현했다.

우선, 위치 비교기(61)는 모션 지령부(153)로부터의 목표값 신호인 설정 슬라이드 위치 신호(PTs)와 엔코더(135)로 검출된 실제 슬라이드 위치 신호(FRT)(피드백 신호)를 비교하여 위치 편차 신호(ΔPT)를 생성 출력한다.

위치 제어부(162)는 입력된 위치 편차 신호(ΔPT)를 누적하고, 그것에 위치 루프게인을 곱해, 속도신호(Sp)를 생성 출력한다. 속도 비교기(163)는 이 속도 신호(Sp)와 속도 검출기(136)로부터의 속도 신호(속도 피드백 신호)(FS)를 비교하여 속도 편차 신호(ΔS)를 생성 출력한다.

속도 제어부(164)는 입력된 속도 편차 신호(ΔS)에 속도 루프 게인을 곱해, 전류 지령 신호(Si)를 전류 제어부(171)에 생성 출력한다. 이 전류 지령 신호(Si)는 실질적으로는 토크 신호이지만, 위치(속도) 제어중은 프레스 부하가 가해지지 않으므로 모터 토크가 거의 일정하고 회전속도의 증감을 하기 위해 필요한 것으로 좋기 때문에 신호 레벨은 작다.

모터 구동 제어부(170)는 전류 제어부(171)와 PWM제어부(드라이브부)(172)로 구성되어 있다.

전류 제어부(171)는 도 16a, 도 16b에 나타낸 바와 같이 각 상전류 제어부(171U, 171V, 171W)로 이루어진다. 예를 들면 U상 전류 제어부(171U)는 전류 지령신호(토크 신호(St)상당)(Si)와 U상 신호(Up)를 곱하여 U상 목표 전류 신호(Usi)를 생성하고, 계속해서 U상 목표 전류 신호(Usi)와 실제 U상 전류 신호(Ui)를 비교하여 전류 편차 신호(U상 전류 편차신호)(Siu)를 생성 출력한다. 다른 V, W상 전류 제어부(171V, 171W)라도 V, W상 전류 편차 신호(Siv, Siw)가 생성 출력된다.

이 전류 제어부(171)에 입력되는 상신호(Up, Vp, Wp)는 도 2의 상신호 생성부(140)에서 생성된다. “173”은 모터 전류 검출기이고, 각 전류(값)신호(Ui,Vi, Wi)를 검출하여 전류 제어부(171)로 피드백한다.

PWM제어부(드라이브부)(172)는 도 17의 (a), (b)에 도시한 펄스폭 변조를 실시하는 회로(도시 생략)와 도 16a에 나타내는 아이솔레이션회로(172A)와 도 16b에 나타내는 드라이브(172B)로 이루어진다.

즉, 전류 제어부(171)로부터 출력되는 각 상의 전류 편차 신호(Siu, Siv, Siw)로 PWM신호(Spwmu, Spwmv, Spwmw)가 생성된다.

PWM신호(Spwm)의 펄스 신호폭(Wp)은 점호신호(+U점호 신호 또는 -U점호 신호)의 시간폭(Wp)으로 정해지는데, 고부하(예를 들면 Siu가 대전류)인 경우는 길고, 저부하인 경우는 짧다.

드라이브(172B)는 도 16b에 도시한 각 상용의 각 1쌍의 트랜지스터, 다이오드를 포함하는 스위칭회로로 이루어지며, 각 PWM신호(Spwm)(예를 들면 +U, -U)로 스위칭(ON/OFF)제어되어, 각 모터 구동전류(Iu, Iv, Iw)를 출력할 수 있다.

여기에 가압력 산출부(CPU(181), ROM(182))는 하사점 위치 바로 앞(근방)에서 (도 21의 ST20에서 예), 엔코더(135)에서 검출된 크랭크축의 회전각도(θ), 모터 전류 검출기(173)를 이용하여 검출(ST21)된 모터 구동전류(I)[(｜Iu｜+｜Iv｜+｜Iw｜)/3]나 정수(L1, L2 등)를 이용하고, 또 기억 관련 정보에 기초하여 슬라이드 가압력(PR)을 산출한다(ST22).

즉, 크랭크 각도(θ)와 슬라이드 가압력(PR)과 토크(T)의 관계식(기억 관련 정보)을 도14를 참조하여 설명한다. 도 14에 있어서, 크랭크축(112)의 토크를 “T”, 크랭크 반경을 “L1”, 커넥팅 로드(116)의 길이를 “L2”, 크랭크 회전방향의 힘을 “F1”, 커넥팅 로드축 방향의 힘을 “ F2”, 슬라이드(117)의 가압력을 “Fs”, F2와 Fs가 이루는 각을 “α”, F1과 F2가 이루는 각을 “β”로하면,

이 성립하므로 설정 가압력(Fs)과 크랭크 각도(θ)로 당해시의 토크(T)를 구하는데는

를 연산하면 좋다.

계속해서 모터의 구동전류를 “I”로 하고, 모터의 토크 정수(Kt)로 하면, T=Kt·I이므로,

이 성립한다. 따라서, 검출 크랭크 각도(θ), 검출 모터 구동전류(I)를 이용하여 슬라이드 가압력(PR(Fs))을 신속하고 정확히 산출(검출)할 수 있다.

가압력 판별부(CPU(181), ROM(182))는 가압력 산출부(181, 182)에 의해 산출된 슬라이드 가압력(PR)과 미리 설정된 슬라이드의 설정 가압력(PRs)(도 18을 참조)을 비교하여 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs)보다도 큰지 여부를 판별(ST240, ST260)한다.

확축신호 출력부(CPU(181), ROM(182))는 가압력 판별부(181, 182)에 의해 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs) 보다도 크다고 판별된 경우(ST240에서 예), 슬라이드(117)를 상승시키는 확축신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력(ST250, ST270)한다. 그리고, 확축신호 출력부(CPU(181), ROM(182))는 가압력 판별부(181, 182)에 의해 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs) 보다도 작다고 판별된 경우(ST260에서 예), 슬라이드(117)를 하강시키는 확축신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력(ST250, ST270)한다.

슬라이드(117)를 상승시키고, 또 하강시키는 확축신호(UD)는 예를 들면 키(185)의 조작에 의해 미리 설정한 임의의 설정량(예를 들면, +1mm, -1mm)이나 확축 신호 레벨의 고저에 따른 상당 거리가 된다. 제 3 실시형태에서는 제어 간소화를 도모한 설정 단위량(예를 들면, +0.5mm, -0.5mm)만큼 상승·하강시키도록 형성하고 있다(ST250, ST270). “+”는 슬라이드(117)를 상승시키는 의미를 나타낸다. “-”는 슬라이드(117)를 하강시키는 의미를 나타낸다.

이 설정 단위량(예를 들면, +0.5mm, -0.5mm) 및 가압력 조정의 요부(ST28, ST29)는 RAM(83)의 작업 영역에 일시 기억된다.

이 제 3 실시형태에서는 확축신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력하는 확축신호출력부(CPU(181), ROM(182))가 단위 확축 신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력된다.

또, 제 3 실시형태에서는 일시 정지 제어부(CPU(181), ROM(182))와 상태 전환 제어부(CPU(181), ROM(182))와 슬라이드 재구동 제어부(CPU(181), ROM(182))를 설치하고, 슬라이드 일시정지중에 가압력 조정 가능하게 형성하고 있다.

즉, 일시 정지 제어부(CPU(181), ROM(182))는 단위 확축 신호(확축 신호)(UD)가 생성 출력된 경우에 슬라이드(117)를 설정점 위치(상사점 위치(PT0))에 일시 정지시킨다(도 20의 ST14에서 예, ST150). 슬라이드(117)가 하사점 위치 바로 앞(ST120에서 예)이 되었을 때 RAM(83)의 작업 영역에 “가압력 조정이 필요”의 기억이 있는 경우(ST130에서 예)에 일시 정지된다.

한편, “가압력 조정은 불필요”의 기억이 있는 경우(ST130에서 아니오)는 프레스 운전 정지 지령이 없는 한(ST190의 예), 슬라이드(117)는 설정점 위치에서의 일시 정지를 하지 않고 연속 승강된다.

상태 전환 제어부(CPU(181), ROM(182))는 슬라이드(117)의 설정점 위치에서의 일시정지중에 가압력 조정기구(220)를 록 해제 상태로 전환하고(ST160), 상하방향의 상대거리의 단위 확축 조정(ST170)의 종료 후에 록 상태로 전환한다(ST180). 이 실시형태에서는 상태 전환장치(228)에 도 19에 나타내는 상태 전환신호(RK)를 출력하여 실시한다.

슬라이드 재구동 제어부(CPU(181), ROM(182))는 가압력(슬라이드 위치)의 조정 종료후, 또 상태 전환 제어부(181, 182)에 의해 록 상태로 전환된 후(ST180)에 슬라이드(117)의 승강동작을 재개시킨다(ST190에서 아니오, ST110).

이와 같은 구성의 제 3 실시형태에 따른 프레스 기계(110)에서는 크랭크축(112)이 도 18의 설정점 위치(PT0)에 정지되어 있는 프레스 운전 정지상태에 있어서, 프레스 운전 구동 제어부(180)의 구동 제어 전원을 투입한다.

여기서, 프레스 운전 지령을 발하면 모션 지령부(153)로부터 선택된 모션 패턴(t-PT커브)에 기초하여 설정 슬라이드 위치 신호(위치 펄스)(PTs)가 출력(불출)된다.

따라서, 위치 제어계(160) 및 전류 제어계(171)가 움직이고, 모터(130)는 각 모터 구동전류(Iu, Iv, Iw)에 의해 정회전(예를 들면, 좌회전)된다. 슬라이드(117)는 도 1에 나타내는 크랭크축(112), 커넥팅 로드(116) 및 가압력 조정기구(220)를 통해 하강한다(도 20의 ST100에서 예, ST110).

이 때의 슬라이드 하강 속도는 도 18에 나타내는 선택 슬라이드 모션 패턴에 기초한 모션SM(커브)대로 된다. 속도 설정기(151)에서 “자동”을 설정한 경우에는 최고 속도로 슬라이드 하강된다. 이 하강중에도 엔코더(135)로 검출된 크랭크축 각도(θ)(또는 슬라이드 위치(PT))는 피드백 속도 신호(FS)를 생성시키기 위해 속도 검출기(136)에 입력된다.

프레스 운전 구동 제어부(컴퓨터(180))가 검출된 크랭크축 각도(θ)를 감시하여 슬라이드(117)의 현재 위치가 하사점 위치 바로 앞(도 18에 나타내는 θ1∼180°직전)이 되었다고 판별(도 20의 ST12에서 예, 도 21의 ST200에서 예)하면 가압력 산출부(181, 182)는 검출된 모터 구동전류(I)등을 이용하여 슬라이드 가압력(PR)을 산출한다(도 21의 ST210, ST220). 이 때, 기억되어 있는 설정 가압력(PRs)이 호출된다(ST230).

이와같이 하면, 가압력 판별부(181, 182)가 산출된 슬라이드 가압력(PR)과 설정 가압력(PRs)(도 18을 참조)을 비교하여 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs) 보다도 큰지 여부를 판별(ST240, ST260)한다.

확축 신호 출력부(181, 182)는 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs)보다도 크다고 판별된 경우(ST240에서 예)에 슬라이드(117)를 상승시키는 단위 확축 신호(UD)를 생성(ST250)하여 출력한다. 그리고 확축 신호 출력부(181, 182)는 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs) 보다도 작다고 판별된 경우(ST260에서 예)에 슬라이드(117)를 하강시키는 단위 확축 신호(UD)를 생성(ST270)하여 출력한다. 이 단계에서는 생성된 설정 단위량(예를 들면, +0.5㎜, -0.5㎜) 및 가압력 조정의 요부(要部)(ST280, ST290)는 RAM(83)의 작업 영역에 일시 기억된다.

슬라이드 위치가 하사점 위치 바로 앞에 이르고(도 20의 ST110, ST120에서 예), 또 “가압력 조정 필요”의 기억(ST130에서 예)이 있는 경우(단위 확축 신호(UD)가 생성 출력된 경우)에 일시 정지 제어부(181, 182)는 위치 제어계(160)에 정지 신호를 가해 슬라이드(117)를 설정점 위치(PT0)에 일시 정지시킨다(도 20의 ST140에서 예, ST150).

“가압력 조정 불필요”의 기억이 있는 경우(ST130에서 아니오)는 프레스 운전 정지 지령이 없는 한(ST190의 예), 슬라이드(117)는 설정점 위치에서의 일시 정지를 하지 않고 연속 승강된다.

상태 전환 제어부(CPU(181), ROM(182))는 슬라이드(117)의 설정점 위치에서의 일시정지중에 상태 전환 장치(228)에 상태 전환 신호(RK)를 출력하여 가압력 조정기구(220)를 록 해제 상태로 전환(ST160)하고, 또 상하방향의 상대 거리의 단위 확축 조정(ST170)의 종료 후에 록 상태로 전환한다(ST180).

슬라이드 재구동 제어부(CPU(181), ROM(182))는 상태 전환 제어부(181, 182)에 의해 록 상태로 전환된 후(ST180), 위치 제어계(160)에 재개 신호를 가해 슬라이드(117)의 승강 동작을 재개시킨다(ST190에서 아니오, ST110).

따라서, 이 제 3 실시형태에 의하면 가압력 일정(PRs)하에 양호한 프레스 가공(드로잉 성형)을 실시할 수 있다. 크랭크축(112)을 모터(130)로 구동하는 방식이므로 큰 가압력(PR)을 얻을 수 있어 대용량 기계에도 적응할 수 있다. 또, 가압력(PR)은 모터 구동전류(I)로부터 산출하는 것이므로, 즉 특별한 가압력 검출 장치(센서, 센서 앰프 등)를 부설하지 않아도 되므로, 저비용으로 구현화할 수 있고, 장기적으로 안정된 제어 운용을 할 수 있다.

또, 프레스 운전중에 하사점 위치 바로 앞(프레스 가공 영역내)에서의 슬라이드 가압력(PR)을 운전자가 인식하지 않아도 일정(PRs)하게 자동 조정할 수 있을 뿐만 아니라, 또 단위 확축 조정 방식이므로 제어 간소화를 도모할 수 있다.

또, 슬라이드(117)의 상하방향의 상대 거리의 단위 확축 조정이 설정점 위치(PT0)에서의 정지중에 실시되므로, 슬라이드 승강중의 크랭크축(12)에 대한 슬라이드(117)의 상대 위치를 확실히 담보할 수 있고, 또 가압력 조정기구(220)의 구조간소화 및 확축 조정의 용이화를 도모할 수 있다.

(제 4 실시형태)

이 제 4 실시형태는 기본적 구성·기능이 제 3 실시형태의 경우(도 11∼도 21)와 동일하게 되어 있지만, 제 3 실시형태의 경우가 단위 확축 조정방식인 것에 대해 보정 확축 조정방식으로서 형성하고 있다.

즉, 가압력 조정기구(220)는 록 해제 상태에 있어서 크랭크축(112)과 슬라이드(117)의 상하 방향의 상대 거리를 보정 확축 신호(UD)에 의해 확축 조정 가능하다. 그리고, 가압력 조정 기구(220)는 록 상태에 있어서 보정 확축 신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상하방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능하다. 가압력 조정기구(220)의 확축 신호 출력부(CPU(181), ROM(182))는 산출 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs) 보다도 일정 출력값(예를 들면, PRs×0.5%) 이상 크다고 판별된 경우, 슬라이드 상승시켜 설정 가압력(PRs)을 유지 가능하게 하는 보정 확축 신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력 가능하게 형성하고 있다. 그리고, 확축 신호 출력부(CPU(181), ROM(182))는 산출 가압력이 설정 가압력 보다도 일정 압력값 이상 작다고 판별된 경우, 슬라이드를 하강시켜 설정 가압력(PRs)을 유지 가능하게 하는 보정 확축 신호(UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력 가능하게 형성하고 있다. 즉, 슬라이드 위치 편차분만큼 보정하는 보정(가압력 조정)을 하는 구성이다.

또, 가압력 산출부, 가압력 판별부, 일시 정지 제어부, 상태 전환 제어부 및 슬라이드 재구동 제어부도 제 3 실시형태의 경우와 동일하다.

이와 같은 구성의 제 4 실시형태는 제 3 실시형태의 경우와 마찬가지로 모터(130)로 크랭크축(112)을 회전 제어하면서 슬라이드(117)를 승강시키므로 큰 가압력을 얻을 수 있다.

프레스 운전중에 확축 신호 출력부(CPU(181), ROM(182))는 하사점 위치 바로 앞에서 검출한 크랭크축의 회전각도(θ) 및 모터 구동전류(I)를 이용하여 산출된 슬라이드 가압력(PR)이 미리 설정된 가압력(PRs) 보다도 일정 출력값(예를 들면, PRs×0.5%) 이상 크다고 판별된 경우에 슬라이드(117)를 일정 압력값 상당량[+(PRs×0.5%)]만큼 상승시키는 보정 확축 신호(+UD)를 생성하여 가압력 조정기구(220)에 출력한다.

반대로, 산출된 슬라이드 가압력(PR)이 설정 가압력(PRs) 보다도 일정 압력값(예를 들면, PRs×0.5%) 이상 작다고 판별된 경우에는 슬라이드(117)를 일정 압력값 상당량[-(PRs×0.5%)]만큼 하강시키는 보정 확축 신호(-UD)를 가압력 조정 기구(220)에 생성·출력한다.

이와 같이 하면, 가압력 조정기구(220)는 록 해제상태에서 크랭크축(112)과 슬라이드(117)의 상하 방향의 상대 거리를 보정 확축 신호(UD)에 의해 일정 압력값 상당량(거리)만큼 확축 조정한다. 또, 보정 확축 조정 종료 후의 상하방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능한 록 상태로 할 수 있다. 즉, 프레스 운전중에 하사점 위치 근방(프레스 가공영역내)에서의 슬라이드 가압력(PR)을, 운전자가 인식하지 않아도 일정(PRs)하게 자동 조정할 수 있다.

그리고, 이 제 4 실시형태에 의하면 제 3 실시형태의 경우와 동일한 작용 효과를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 또 설정 가압력(PRs) 보다도 일정 출력값 이상만큼 고저 변화환 경우에 당해 고저 변화 상당분만큼 보정 확축 조정할 수 있기 때문에, 매회의 슬라이드 가압력을 보다 정확히 설정 가압력과 같게 유지하는 것이 가능해진다.

(제 5 실시형태)

제 5 실시형태는 기본적 구성·기능이 제 3(제 4 ) 실시형태의 경우(도 1∼도 21)와 동일하게 되어 있다. 제 3(제 4) 실시형태에서는 속도 설정기(151), 모션 패턴 선택기(152) 및 모션 지령부(153)가 컴퓨터(180)의 구성 요소를 이용하는 소프트웨어적인 구성으로 되어 있다. 그러나, 이 제 5 실시형태는 하드웨어(셋터, 시퀀서나 로직회로 등)를 이용하여 구축하고 있다. 따라서, 컴퓨터(180)의 부담을 경감할 수 있다.

즉, 도 12에서의 속도 설정기(151)가 도 19에 나타내는 컴퓨터(180)의 일부를 구성하는 조작 패널(185)로 형성되고, 모션 패턴 선택기(152) 및 모션 지령부(153)가 도 19에 나타내는 조작 패널(185), CPU(181), ROM(182), RAM(183)으로 형성되어 있다.

그리고, 이 제 5 실시형태에 의하면 기억관계 정보를 교환하는 것만으로 다양한 슬라이드 모션을 선택적으로 이용할 수 있게 되기 때문에 제 3(제 4) 실시형태의 경우와 비교하여 프레스 가공 태양 등에 대한 적응성을 더 확대할 수 있고, 비용 절감도 도모된다. 기억 관계 정보는 예를 들면 제 3 실시형태의 각 관계식 상당의 데이터테이블, 이른바 데이터베이스로 할 수 있다.

(제 6 실시형태)

이 제 6 실시형태는 기본적 구성과 기능이 가압력 조정기구(250)의 구성을 제외하고 제 3(제 4, 제 5)의 경우(도 11, 도 12, 도 14∼도 21)와 동일하게 되어 있다. 단, 이 제 6 실시형태에서는 도 20 중의 ST(160), ST(180)에 나타내는 공정은 필요없다.

도 22에 있어서, 이 제 6 실시형태의 가압력 조정 기구(250)는 다이높이 조정 나사 기구(다이높이 조정기구)(230)와 일체적으로 형성되어 있다. 따라서, 가압력 조정 기구(250)는 록 해제 상태와 록 상태로 전환하지 않아도 크랭크축(112)과 슬라이드(117)의 상하 방향의 상대 거리를 확축 신호에 의해 확축 조정 가능하다. 또, 가압력 조정 기구(250)는 확축 신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상하 방향의 상대 거리를 그대로 유지 가능하게 형성되어 있다.

즉, 슬라이드의 상하 방향의 조정 범위가 비교적 넓은 다이높이 조정 나사 기구(230)는 록너트(231)에 의해 작동 불가능하게 구속된다. 그러나, 슬라이드 상하 이동 조정범위가 비교적 좁은 가압력 조정 기구(250)에서는 프레스 운전중인지 정지중인지에 상관없이 슬라이드(117)사이에 설치된 신축 구동부재(중공 원통부재(251))를 탄성 신축시키면서 슬라이드 가압력을 조정 가능하게 구성되어 있다. 또, 가압력 조정기구(250)에서는 록 해제상태·록상태인지에 상관없이 동일하게 슬라이드 가압력을 조정가능하게 구성되어 있다.

구체적으로는 다이높이 조정 나사기구(230)는 도 22에 나타낸 바와 같이, 커넥팅 로드(116)의 하단에 설치된 구형상체(216BL)와 걸어 맞추는 구면 베어링(232)을 구비하여 웜휠(230)과 연결된 조정나사축(131)을 갖는다. 그리고 다이높이 조정나사기구(230)는 조정나사축(231)을 록하는 록너트(233)와 웜휠(230)을 나사 결합하는 웜 나사축(238)과, 이 나사축(238)을 회전 구동하는 모터(도시 생략)를 갖고 있다. 또, 다이높이 조정 나사 기구(230)는 중공 원통부재(251)를 갖고, 중공 원통부재(251)의 상부는 조정 나사축(231)에 나사(231S, 251S)를 통해 나사 결합하고, 중공 원통부재(251)의 하부는 슬라이드(117)에 실린더장치(240)를 통해 고정되어 있다. 또, 도 22중, 도면부호 “235”는 케이스, “234”는 가이드부재이다.

따라서, 실린더장치(240)를 형성하는 실린더실(242)내의 압유를 해방하여, 볼트부재(252)에 의한 조임력을 소실시키는 것에 의해 록너트(233)를 조인다. 그리고, 웜 나사축(238)을 회전시키면 웜휠(230) 및 당해 기어(230)와 조정 나사축(231)에 걸쳐 삽입되어 있는 핀부재(234)를 통해 조정나사축(231)(수나사(231S))이 슬라이드(117)에 고정된 중공 원통부재(251)(암나사(251S))에 대해 회전한다. 따라서, 슬라이드(117)를 상하방향으로 이동시켜 다이높이(하사점 위치의 상하방향 위치) 조정을 실시할 수 있다.

계속해서, 가압력 조정기구(250)를 구성하는 신축 구동부재(251)는 슬라이드(117)와 다이높이 조정 나사기구(230) 사이에 배치된 축선방향으로 신축 가능하게 형성되어 있다. 신축 구동부재는 이 실시형태에서는 다이높이 조정 나사기구(230)의 일부를 구성하는 중공 원통부재(251)로 형성되어 있다. 또, 신축력 부여수단은 신축 구동부재(중공 원통부재(251))에 신축력을 부여하여 당해 부재(251)를 탄성 신축시키는 수단으로 볼트부재(252), 실린더장치(240) 및 유압공급부(유압 공급구(244), 도시하지 않은 전환 제어밸브 및 유압원 등)로 형성되어 있다.

이 실린더장치(240)는 슬라이드(117)에 고착된 실린더(241)와, 실린더실(242)내의 상하이동 가능하게 수용된 피스톤(243)으로 구성되어 있다. 실린더(241)에는 실린더실(242)내의 상부 단면과 피스톤(243) 사이에 유압을 공급하기 위한 유압 공급구(244)가 형성되어 있다.

또, 볼트부재(252)는 중공 원통부재(251)에 상하 이동 자유롭게 매설되고, 그 하단은 피스톤(243)에 고착되고, 또 타단은 중공 원통부재(251)에 록 너트(233)를 통해 일체적으로 연결되어 있다.

또, 유압 공급부는 실린더장치(240)의 실린더실(242)내에 소정 압력값(예를 들면, 최소 압력(Pr0)∼최대 압력(Pr2))의 유압을 공급 가능하게 형성되어 있다. 그리고, 유압 공급부는 도시하지 않은 유압원과, 이 유압원과 실린더(241)의 유압 공급구(244)를 접속하는 배관중에 개장(介裝)되어 확축신호에 기초하여(예를 들면, 확축신호에 비례하여) 실린더실(242)내의 내압을 제어하는 전기유압식 서보기구(도시하지 않은 전기 유압식 서보밸브, 압력센서, 서보증폭기 등)로 구성되어 있다.

이에 있어서, 실린더실(242)내에 유압을 공급하면 볼트부재(252)는 그 타단을 중공 원통부재(251)에 고정된 상태로 인장되어 신장(伸長)하고, 중공 원통부재(251)를 눌러 조인다. 이에 의해 슬라이드(117)는 중공 원통부재(251)의 수축분 만큼 윗쪽으로 이동한다.

실린더장치(240)의 내압(Pri)과 중공 원통부재(251)의 신축량(δ)과의 관계는 다음과 같이 규정되어 있다. 즉, 실린더실(242)내의 내압(Pri)이 최소 압력값(Pr0)에서 최대 압력값(Pr2)까지 변동하면 중공 원통부재(251)는 최대 변형량(b-a=δr)만큼 변형한다. 따라서, 실린더실(242)내에 미리 Pr0와 Pr2의 중간값(대략 중앙값)을 초기 내압(Pr1)으로 설정해두고, 그 상태에서 내압을 증대하면 중공 원통부재(251)는 당해 내압 증가분만큼 수축한다. 또, 반대로 내압(pri)을 초기 압력(Pr1) 보다 감소시키면 중공 원통부재(251)는 당해 내압 감소분만큼 신장한다.

또, 임의의 내압(Pri(Pr0≤Pri≤Pr2))에 대한 중공 원통부재(251)의 신축량(δ)은 당해 내압(Pri)의 값에 기초하여 일의적으로 산출된다. 이 실시형태에서는 상기한 초기내압(Pr1)은 중공 원통부재(251)의 최대 신장량 및 최대 수축량이 같아지도록 선정되어 있다. 이에 의해 하사점 위치의 상부 방향, 하부 방향의 변동에 따라 크랭크축(112)과 슬라이드(117)의 상하 방향의 상대 거리가 변화해도 소정 거리(즉, 가압력)에 적합하게 유지할 수 있다.

그리고, 이 제 6 실시형태에 의하면 제 3(제 4, 제 5) 실시형태의 경우와 동일한 작용 효과를 가질 수 있다. 또, 제 6 실시형태에 의하면 가압력 조정기구(250)가 중공 원통부재(251)와 신축력 부여수단(볼트부재(252), 실린더장치(240), 유압공급부)을 포함하고, 록 해제라는 관념·구체적 작업을 필요로 하지 않는 중공 원통부재(251)의 신축량을 조정하는 것으로 가압력(하사점 위치) 변화를 자동적으로 보정 조정 가능하게 구성되어 있다. 따라서, 제 6 실시형태에 의하면 프레스 운전중의 가압력(하사점 위치) 변화를 신속하고 정량적으로 고정밀도로 조정할 수 있다. 소정 제품 정밀도를 안정적으로 일정하게 유지할 수 있다.

또, 중공 원통부재(251)는 δr(=b-a)의 범위내에서 탄성 신축시켜 가압력 조정하는 구성으로 했기 때문에 슬라이드(117)가 제한없이 하강해버리는 일이 없으므로 매우 안전한 가압력 조정을 실시할 수 있다.

또, 중공 원통부재(251)를 신축시키면 당해 중공 원통부재(251)의 암나사(251S)와 조정 나사축(231)의 수나사(231S)는 서로 축선방향으로 압력을 미쳐 당해 조정 나사축(231)은 록된다. 따라서, 본 가압력 조정기구(하사점 위치 보정장치)는 조정 나사축(231)의 록부를 겸할 수 있다.

또, 신축 구동부재(251)를 피에조 전기 효과를 발휘하는 피에조 액츄에이터로 형성하고 또, 신축력 부여수단을 피에조 액츄에이터에 고압 전원을 가해 강제적으로 신축 구동하는 피에조 구동부(고압 전원장치, 전하 주입 회로, 전하 방출회로)로 형성할 수 있다. 그리고, 확축신호에 기초하여 피에조 구동부를 구동시키고, 피에조 액츄에이터의 신축량을 자동 조정하는 것에 의해 슬라이드 가압력 조정을 하도록 구성해도 좋다.

즉, 중공 원통부재(251)는 볼트부재(볼트부재(252)와 동일한 구조)에 의해 슬라이드(117)에 고정되어 있고, 당해 슬라이드(117)와 중공 원통부재(251)의 사이에는 실린더장치(240)를 대신해 피에조 액츄에이터가 개장되는 구성으로 할 수 있다. 그리고, 피에조 액츄에이터가 개장된 슬라이드(217) 및 다이높이 조정 나사기구(230)사이의 간격이 하사점 위치변화를 보정하도록 조정되므로 프레스 운전중에도 다이높이 조정 나사 기구(230)를 록 상태로 한 채 슬라이드 가압력(슬라이드 하사점 위치)을 신속·안전하고 정확히 자동 조정할 수 있다.

본 발명은 크랭크축을 이용하여 큰 가압력을 얻을 수 있고, 가압력 제어계로 가압력을 조정하여 단조 성형을 안정적으로 실시하고 고품질의 제품을 얻을 수 있으며, 또한 공작물의 두께 오차의 영향을 받지 않고 생산 택트타임을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하기 위한 프레스 기계의 개략도,

도 2는 도 1에 도시한 프레스 기계의 제어부(설정 선택 지령부, 위치 제어계, 가압력 제어계)를 설명하기 위한 블록도,

도 3은 크랭크축의 토크(T)와 회전각도(θ)와 슬라이드 가압력(Fs)의 관계를 설명하기 위한 도면,

도 4는 도 2중의 전류 제어부를 설명하기 위한 도면,

도 5a와 도 5b는 도 2중의 PWM제어부(드라이버부)를 설명하기 위한 도면,

도 6의 (a)와 도 (b)는 PWM제어부(드라이버부)의 동작을 설명하기 위한 타임차트,

도 7은 슬라이드 모션과 프레스 가공 영역내의 가압력 일정화를 설명하기 위한 타임차트,

도 8a와 도 8b는 프레스 가공 영역 내 가압력의 설정 태양(態樣) 예를 설명하기 위한 도면,

도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 제어부(설정 선택 지령부, 위치 제어계, 가압력 제어계)를 설명하기 위한 블록도,

도 10은 프레스 운전 동작을 설명하기 위한 플로우차트,

도 11은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 프레스 기계를 설명하기 위한 개략도,

도 12는 도 11에 나타내는 프레스 기계의 제어부(설정 선택 지령부, 위치 제어계, 가압력 제어계)를 설명하기 위한 블록도,

도 13은 가압력 조정 기구를 설명하기 위한 종단면도,

도 14는 크랭크축의 토크(T)와 회전각도(θ)와 슬라이드 가압력(Fs(PRs))의 관계를 설명하기 위한 도면,

도 15는 전류 제어계를 설명하기 위한 도면,

도 16a와 도 16b는 PWM제어부(드라이브부)를 설명하기 위한 도면,

도 17의 (a)와 (b)는 PWM제어부(드라이브부)의 동작을 설명하기 위한 타임차트,

도 18은 슬라이드 모션과 하사점 위치 근방에서의 가압력의 관계를 설명하기 위한 타임차트,

도 19는 제어부를 설명하기 위한 블록도,

도 20은 프레스 운전 동작을 설명하기 위한 플로우차트,

도 21은 프레스 운전 동작을 설명하기 위한 플로우차트 및

도 22는 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 가압력 조정 기구를 설명하기 위한 종단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 프레스 기계 12, 112 : 크랭크축

16, 116 : 커넥팅 로드 30 : 모터

17, 117 : 슬라이드 58 : 가압력 제어계

60 : 위치 제어계 21 : 상형(上型)

22 : 하형(下型) 222 : 볼

230 : 웜휠 231 : 웜 나사

240 : 실린더 장치 243 : 피스톤

250 : 가압력 조정기구 251 : 중공 원통부재

Claims (15)

1. 크랭크축;

   상기 크랭크축에 연결되어 가역회전 구동되는 모터;

   상기 모터의 회전에 의해 승강하는 슬라이드;

   상기 슬라이드의 승강을 제어하는 승강 제어부; 및

   상기 승강 제어부로부터의 출력에 기초하여 상기 모터를 구동 제어하는 모터 구동 제어부를 갖고,

   상기 승강 제어부는,

   위치 제어계와 가압력 제어계를 갖고,

   상기 위치제어계는 상기 모터를 정회전 구동 제어시켜 상기 슬라이드를 초기 위치에서 프레스 가공 영역으로의 전환 위치까지 하강시키고,

   상기 슬라이드의 위치가 상기 프레스 가공 영역내에 존재한다고 판별된 경우에는 상기 위치 제어계에서 상기 가압력 제어계로 전환하고,

   상기 가압력 제어계는 상기 모터를 정회전 구동 제어시키고, 상기 슬라이드 가압력을 설정 가압력과 같아지도록 상기 슬라이드를 하강시켜 프레스 가공하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 승강 제어부는 프레스 가공 종료후에 상기 슬라이드의 위치가 하사점 바로 앞 위치에 도달한 후, 상기 가압력 제어계에서 상기 위치 제어계로 전환하고,

   상기 위치 제어계에 의해 상기 모터를 역회전 구동시켜 상기 슬라이드를 상승시켜 초기 위치까지 되돌리는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
3. 제 1 항에 있어서,

   설정된 모션 지령 패턴에 기초하여 출력되는 설정 슬라이드 위치 신호에 따라서 상기 위치 제어계는 상기 슬라이드의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   설정된 가압력 지령 패턴에 기초하여 출력되는 설정 슬라이드 가압력 신호에 따라 상기 가압력 제어계는 상기 슬라이드 가압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 크랭크축의 회전각도와 상기 슬라이드 가압력과 상기 모터의 토크의 관계식에 검출된 상기 크랭크축의 회전 각도를 입력하고, 산출된 상기 모터의 토크값으로서 상기 설정 슬라이드 가압력 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 크랭크축의 회전각도와 상기 슬라이드 가압력과 상기 모터의 토크의 관계를 기억시킨 기억 관계 정보와 검출된 상기 크랭크축의 회전각도를 비교하여 판독된 상기 모터의 토크값으로서 상기 설정 슬라이드 가압력 신호가 출력되는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 프레스 가공 종료가 경과시간 또는 상기 크랭크축의 회전 각도를 감시하는 것에 의해 판별되는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
8. 크랭크축;

   상기 크랭크축에 연결된 모터;

   상기 모터의 회전에 의해 승강하는 슬라이드; 및

   상기 슬라이드의 승강을 제어하는 승강 제어부를 갖고,

   상기 승강 제어부는,

   상기 크랭크축과 상기 슬라이드의 상하방향의 상대 거리를 조정하는 가압력 조정 기구;

   상기 슬라이드로의 산출 가압력을 산출하는 가압력 산출부;

   상기 산출 가압력과 설정 가압력을 비교하는 가압력 판별부; 및

   확축신호를 출력하는 확축신호출력부를 갖고,

   상기 하사점 위치 바로 앞에서 검출된 상기 크랭크축의 회전각도와 검출된 모터 구동전류에 기초하여 상기 가압력 산출부는 상기 슬라이드로의 상기 산출 가압력을 산출하고,

   상기 가압력 판별부는 상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 큰 지 여부를 판별하고,

   상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 크다고 판별된 경우, 상기 확축신호 출력부는 상기 슬라이드를 상승시키는 상기 확축신호를 생성하여 상기 가압력 조정기구에 출력하고,

   상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력보다도 작다고 판별된 경우, 상기 확축신호 출력부는 상기 슬라이드를 하강시키는 상기 확축신호를 생성하여 상기 가압력 조정기구에 출력하고,

   상기 가압력 조정기구는 상기 상대거리를 상기 확축신호에 의해 확축조정하고, 상기 확축 조정의 종료 후, 확축 조정된 상기 상대 거리를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 확축신호는 단위 확축신호이며,

   상기 단위 확축신호는 상기 확축신호 출력부로부터 상기 가압력 조정기구에 출력되고,

   상기 가압력 조정기구는 상기 슬라이드를 설정 단위량만큼 상승 또는 하강시켜 확축 조정하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 확축신호는 보정 확축신호이며,

    상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 일정 압력값 이상 크다고 판별된 경우, 상기 확축신호출력부는 상기 슬라이드를 일정 압력값에 상당하는 거리만큼 상승시키는 보정 확축신호를 생성하여 상기 가압력 조정기구에 출력하고,

    상기 산출 가압력이 상기 설정 가압력 보다도 일정 압력값 이상 작다고 판별된 경우, 상기 확축신호 출력부는 상기 슬라이드를 일정 압력값에 상당하는 거리만큼 하강시키는 상기 보정 확축 신호를 생성하여 상기 가압력 조정기구에 출력하는 것으로서,

    상기 가압력 조정기구는 상기 상대 거리를 상기 보정 확축신호에 의해 확축 조정하여, 상기 설정 가압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 확축신호가 생성 출력된 경우, 하사점 위치 경과 후의 상기 슬라이드를 설정점 위치에서 일시 정지시키는 일시 정지 제어부; 및

    상기 슬라이드의 설정점 위치에서의 일시 정지중에 실행된 상기 상대 거리의 확축 조정 종료 후, 상기 슬라이드의 승강 동작을 재개시키는 슬라이드 재구동 제어부를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 가압력 조정 기구는 록 해제 상태에서 상기 상대 거리를 확축신호에 의해 확축 조정하고, 록 상태에서 확축신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상기 상대 거리를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 가압력 조정기구는 록 해제상태에서 상기 상대 거리를 상기 단위 확축신호에 의해 확축 조정하고, 록 상태에서 상기 단위 확축신호에 의한 확축 조정 종료 후의 상기 상대 거리를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 가압력 조정기구는 록 해제상태에서 상기 상대 거리를 상기 보정 확축신호에 의해 확축 조정하고, 록 상태에서 상기 보정 확축 신호에 의한 확축 조정 종료후의 상기 상대 거리를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 확축신호가 생성출력된 경우, 하사점 위치 통과후의 상기 슬라이드를 설정점 위치에서 일시 정지시키는 일시 정지 제어부;

    상기 슬라이드의 설정점 위치에서의 일시정지중에 상기 가압력 조정기구를 상기 록 해제 상태로 전환하고, 상기 상대 거리의 확축 조정 종료 후에 상기 록 상태로 전환하는 상태 전환 제어부; 및

    상기 상태 전환 제어부에 의해 상기 록 상태로 전환된 후에 상기 슬라이드의 승강 동작을 재개시키는 슬라이드 재구동 제어부를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 기계.