KR100965456B1 - 가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치 - Google Patents

가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치 Download PDF

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미노루 소무가와
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아이다 엔지니어링, 엘티디.
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Abstract

프레스기계의 슬라이드는 전동(서보)모터(SM)로부터 스크루ㆍ 너트구동기구를 통한 추진력과 정고압력원으로부터 압유가 공급되는 유압실린더(SYL1, SYL2)의 추진력의 복합 추진력으로 구동된다. 슬라이드 제어장치는 슬라이드 위치신호 및 모터 각속도신호에 따라서 전동모터(SM) 및 유압실린더(SYL1, SYL2)를 제어함과 동시에 슬라이드의 부하가 작게 되는 기간에 유압실린더(SYL1)를 펌프로서 작용시켜 전동모터(SM)로부터 스크루ㆍ 너트구동기구 및 슬라이드를 통하여 유압실린더(SYL1)에 전달되는 추진력에 의해 정고압력원에 압유를 충진시킨다.
Figure R1020077015907
가동반, 프레스기계, 슬라이드 구동장치, 추진력, 전동모터.

Description

가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치{MOVABLE PLATE DRIVE DEVICE AND PRESS SLIDE DRIVE DEVICE}
본 발명은 가동반(可動盤)의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치에 관한 것으로서, 특히 전동모터와 유압실린더를 겸용하여 프레스기계의 슬라이드나 각종 추진력을 요하는 산업기계나 건설기계 등의 가동반(可動盤)을 구동하는 기술에 관한 것이다.
(a)전동서보모터 구동프레스의 슬라이드 구동장치
특허문헌 1에는 전동모터(전동서보모터)만으로 직접 또는 간접적으로(감속기 등을 통하여) 슬라이드를 구동하는 전동프레스가 개시되어 있다. 이 전동프레스는 슬라이드의 높은 제어성은 얻을 수 있지만, 프레스기계나 성형기의 중요한 능력요소로 되는 일능력(에너지능력)이 확보될 수 없다(불충분하게 된다). 이것은 전동모터에 의한 구동에 있어서, 에너지를 비축하는 기능을 갖지 않기 때문 및 모터 내부의 발열에 의해 큰 출력의 연속방출이 불능이기 때문이며, 성형시에 모터로부터 얻어지는 에너지량이 한정되어 있기 때문이다.
이것을 해결하기 위해서는 꽤 출력(W)이 큰 전동모터를 준비할 필요가 있어 그것에 대응하는 사용자 측의 수전용량(설비)이 막대하게 된다. 또한 슬라이드의 가감속, 성형을 따르지 않는 등속 동작시에 전동모터는 극히 낮은 부하 토크에 수반하는 작은 일량에 머물러 전동모터의 잉여토크(에너지)를 유효하게 활용할 수 없다.
(b)가변토출용량펌프 + (복수의)유압모터(의 폐회로접속) + 스크루로 구동되는 프레스기계의 슬라이드 구동장치
특허문헌 2에는 가변 토출용량 유압펌프 + 유압모터 + 스크루로 슬라이드를 구동하는 프레스기계의 슬라이드 구동장치가 개시되어 있다. 이 프레스기계의 슬라이드 구동장치에 의해서 슬라이드를 구동할 경우는 슬라이드의 제어성(응답성이나 정적인〔속도나 위치의〕정도)에 문제를 갖는다.
즉, 슬라이드를 구동하기 위해 필요한 힘은 가변 토출용량 펌프가 토출하는 단위 시간당 흐르는 유량이 부하 발생에 따라 유압모터에 접속되는 관로 내로 압축되어 발생하는 압력(부하압)에 비례하기 때문에 그 압축에 따른 응답지연에 의해 슬라이드의 동특성이 저하한다(응답성이나 속도, 위치의 피드백 이득이 저하한다). 또한 상기 부하압에 비례한 유압의 누설이 가변 토출용량 유압펌프나 유압모터, 밸브류에서 발생하고, 특히 부하압이 높게 되는 성형중의 속도, 위치 정밀도를 크게 저하시킨다. 게다가 가변용량 펌프모터에 의한 유량제어를 기간(基幹)으로 한 구동이기 때문에 단위 시간 내에 흐르는 유량이 대량으로 필요하게 되어 설비가 증대화 하는 위험이 있다.
반면, 전동모터와 가변 용량펌프/모터의 사이에 플라이휠을 갖는 것이 가능하고, 에너지의 축적기능을 갖기 때문에 에너지적인 제약은 받지 않는다. 또한 마 찬가지인 유압회로로 기계프레스의 크랭크축을 구동하는 타입의 장치(특허문헌 3 등)도 있지만, 상기한 문제 외에 유압모터에 의한 구동축에서 슬라이드에 이르는 특성이 비선형이며, 슬라이드 압력값에 제약이 더해지는 등 제어 상의 문제가 가해진다.
(c)특허문헌 4에는 전동모터로 고정 토출용량 펌프를 회전구동하여 펌프에 접속된 유압실린더나 유압모터에 의해 가동반을 구동하는 액압 구동식 소성가공장치(塑性加工藏置)가 개시되어 있다. 이 장치는 유압매체를 구동부의 도중에 개재시키는 것으로(작동유의 압축성, 유압의 누설영향으로), 전동모터가 가지는 제어성을 현저하게 저하시키는 문제점을 가진다. 또한 전동모터 제어 특유의 문제점인 에너지의 축적기능을 갖지 않는 점이나 코일 발열의 문제를 그대로 이어받고 있다.
그 때문에 프레스 가압력 및 프레스 성형에 따른 필요 일량은 전동모터의 최대 순간출력으로 제한된다. 이점은 간단하게 시스템을 구성할 수 있는 것으로 한정된다.
(d)특허문헌 5에는 전동모터와 고정 용량식 유압펌프/모터의 병렬구동에 의해 스크루ㆍ너트구동기구를 통해서 슬라이드를 구동하는 슬라이드 구동장치가 개시되어 있다.
이 장치는 전동모터와 고정 용량식 유압펌프/모터 양자의 회전력을 복합하여 스크루ㆍ너트구동기구에 전달하도록 되어 있다.
(e)특허문헌 6에는 서보모터로 구동되는 나사 가압장치의 직동 구동력과 가변용량펌프 또는 정토출(定吐出) 펌프를 동력원으로 하는 유압실린더(유압장치)의 직동 구동력을 각각 슬라이드로 전달 가능한 판재가공기에 있어서의 램 구동장치가 개시되어 있다. 이 램 구동장치는 램 왕복구동시의 위치 결정을 주로 나사가압장치로 실행하고, 판재가공시의 가압을 주로 유압장치로 실행함으로써 위치결정 정밀도가 고정밀도로 큰 가압력으로 판재가공을 실행할 수 있도록 되어 있다(특허문헌 6의 단락〔0056〕).
특허문헌 1 : 특허 제2506657호 명세서
특허문헌 2 : 미국특허 제4563889호 명세서
특허문헌 3 : 특허공개 평1-309797호 공보
특허문헌 4 : 특허공개 평10-166199호 공보
특허문헌 5 : 특허공개 2002-172499호 공보
특허문헌 6 : 특허공개 평7-266086호 공보
특허문헌 5에 기재한 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 이하의 문제점이 있다.
(1)에너지효율
일정 압력원에 의해 구동되는 유압모터는 유압모터 내에서의 작동유의 누설량이 많고, 또한 마찰 손실도 크기 때문에 에너지효율이 나쁘다.
(2)제어성
전동모터와 고정 용량식 유압펌프/모터 양자의 회전력을 복합하여 스크루ㆍ너트구동기구로 전달하기 때문에 스크루ㆍ너트구동기구 및 구동축의 강성증가(剛性增加)를 수반하고, 전동모터축 환산의 관성모멘트가 증대하여 제어성의 저하(응답성 저하나 피드백제어에 있어서의 비례이득 확보의 제약)을 수반한다.
(3)코스트
고정 용량식 유압펌프/모터는 시장성이나 부품수의 관점에서 고가이다.
(4)소음
고정 용량식 유압펌프/모터는 회전수에 비례한 고압-저압 절환의 맥동음이 발생하여 소음원으로 된다.
한편, 특허문헌 6에 기재한 판재가공기에 있어서 램 구동장치는 유압실린더를 사용하고 있기 때문에 상기 (1) ~ (4)의 문제점은 없다. 이 구동장치에서는 전술한 바와 같이 판재가공시의 압력제어를 유압장치로서 실행하고 있지만, 그 유압장치는 가변용량 펌프 또는 정토출(定吐出) 펌프에서 직접 작동유를 유압실린더의 상실(上室)로 공급하고 있다. 이 때문에 가압력이나 에너지를 자유롭게 확보가능하게 되지만, 작동유의 압축이나 유압의 누설에 의해 제어성을 해치고, 또한 가압력을 고정밀도이면서 응답성 좋게 제어하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다.
또한 특허문헌 6에 기재한 유압장치는 판재가공시에 가압 가변용량 펌프 또는 정토출 펌프를 구동하여 작동유를 유압실린더로 공급할 필요가 있고, 펌프를 구동하는 모터도 출력이 큰 것이 필요하게 된다.
본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 발명한 것으로서, 전동모터와 유압실린더를 겸용하여 큰 가압력을 가짐과 동시에 전체로서 전동모터의 특성에서 고정밀도로 가동반을 구동할 수 있고, 또한 에너지효율이 우수한 가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1태양(態樣)에 관한 가동반의 구동장치는 전동모터와, 상기 전동모터의 출력토크를 가동반을 이동시키기 위한 추진력으로서 그 가동반에 전달시키는 스크루ㆍ너트구동기구와, 대략 일정 압력의 작동액을 발생하는 정고압력원(定高壓力源)과 저압력원(低壓力源)에 밸브를 통해서 접속된 단수 또는 복수의 유압실린더와, 상기 유압실린더의 추진력을 상기 가동반에 전달하는 추진력 전달수단으로서, 상기 스크루ㆍ너트구동기구의 임의의 스트로크 위치에서 수시로 추진력이 전달가능 하도록 연결하는 추진력 전달수단과, 상기 가동반의 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇 개의 회전부의 각속도를 검출하는 속도검출수단과, 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 가동반에 요구되는 추진력에 대하여 상기 전동모터에 의한 추진력이 부족할 때에는 그 부족한 추진력의 크기에 따라서 상기 전동모터를 오프셋 구동함과 함께 상기 단수 또는 복수의 유압실린더를 ON/OFF 작동시켜 상기 전동모터와 상기 유압실린더의 복합 추진력을 연속적으로 변화시킴으로써 상기 임의의 스트로크 위치에서 상기 요구 추진력을 발생시킴과 동시에 상기 가동반의 부하가 작아지는 소정의 기간에 상기 유압실린더의 적어도 하나의 유압실린더를 펌프로서 작용시켜 상기 전동모터에서 상기 스크루ㆍ너트구동기구, 가동반 및 추진력 전달수단을 통하여 상기 유압실린더로 전달하는 추진력에 의해 상기 저압력원(低壓力源)에서 상기 정고압력원(定高壓力源)에 작동액을 충진시키는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 전동모터의 출력토크는 스크루ㆍ너트구동기구를 통하여 직선구동력으로서 가동반에 가해진다. 또한 정고압력원과 저압력원에 밸브를 통해서 접속된 단수 또는 복수의 유압실린더의 추진력은 추진력 전달수단을 통해서 상기 스크루ㆍ너트구동기구의 임의의 스트로크 위치에서 상기 가동반에 수시로 전달가능하게 되어 있어 출력토크와 실린더의 압력은 력차원(力次元)에서 복합된다. 그리고 상기 가동반의 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇 개의 회전부의 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어함으로써 가동반의 동작을 전동모터의 제어성에 의존시켜 고정밀도인 제어를 가능하게 하고 있다. 구체적으로는 가동반에 요구되는 추진력에 대하여 전동서보모터에 의한 추진력이 부족할 때에는 그 부족한 추진력의 크기에 따라서 전동모터를 오프셋 구동함과 함께 단수 또는 복수의 유압실린더를 ON/OFF 구동시켜 전동서보모터와 유압실린더의 복합 추진력을 연속적으로 변화시킴으로써 임의의 스트로크 위치에서 요구 추진력을 발생시키고 있다. 또한 유압실린더를 펌프로서 작용시킴으로써 전동모터의 잉여 토크를 압액에너지로서 정고압력원으로 충진하고, 다시 가동반 감속시의 가동반 운동에너지를 압액에너지로서 정고압력원으로 충진(회생)할 수 있다.
본 발명의 제 2태양(態樣)은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 정고압력원, 저압력원 및 유압실린더를 포함하여 구성되는 작동액이 순환하는 액압장치는 대기와 차단되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 그에 따라 작동액에 불순물이 혼입하는 것을 방지할 수 있도록 하고 있다.
본 발명의 제 3태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 정고압력원은 작동액을 대략 일정 고압으로 보존하는 어큐뮬레이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 유압실린더를 펌프로서 작용시킬 때에 토출시키는 압액은 상기 어큐뮬레이터에 충진된다.
본 발명의 제 4태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 저압력원은 작동액을 대기압의 탱크 또는 대략 일정 저압으로 보존하는 어큐뮬레이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 5태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 정고압력원은 대략 일정 압력의 작동액을 공급하는 작동액 보조공급수단이 접속되는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 유압실린더를 펌프로서 작용시킴으로써 작동액을 정고압력원에 충진시킬 수 있지만, 상기 작동액 보조공급수단은 운전 개시시나 가동반의 가압에 사용하는 작동액의 액량이 부족할 경우에 작동액을 정고압력원으로 공급한다.
본 발명의 제 6태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 전동모터는 적어도 하나의 서보모터를 포함하는 복수의 전동모터를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 7태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 전동모터의 출력토크는 감속기를 통하여 상기 스크루ㆍ너트구동기구에 전달되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 8태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 유압실린더는 실린더 직경이 다른 2 종류 이상의 실린더가 이용되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 9태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 유압실린더는 실린더 직경이 동일한 한쌍의 유압실린더를 포함하고, 상기 한쌍의 유압실린더는 상기 가동반의 중심에 대하여 대칭인 위치에 배치됨과 동시에 상기 한쌍의 유압실린더의 압액 접속포트 사이는 작동액이 동시에 공급가능하게 접속되어있는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 한쌍의 유압실린더에 의해 가동반을 밸런스 좋게 가압할 수 있음과 동시에 한쌍의 유압실린더의 제어계를 하나로 할 수 있다.
본 발명의 제 10태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 유압실린더는 적어도 하나의 유압실린더의 피스톤로드 측의 압액 접속포트가 상기 저압력원에 상시로 통하도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 11태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반은 연직(鉛直) 방향으로 이동가능하게 안내되고, 상기 유압실린더는 실린더 하실(下室) 측의 압액 접속포트에 파일럿조작 역지밸브가 접속되어 비구동시에 상기 가동반의 자중을 지지하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 12태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 속도 또는 상기 회전부의 목표 각속도를 지령하는 속도지령수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 속도지령수단에 의해 지령된 목표 속도 또는 목표 각속도 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 상기 전동모터 및 유압실린더는 속도 피드백에 의한 제어가 행해지고 있다.
본 발명의 제 13태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과 상기 가동반의 위치 또는 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 상기 전동모터 및 유압실린더는 속도 마이너 루프 피드백 첨부 위치 피드백에 의한 제어가 행해지고 있다.
본 발명의 제 14태양은 제 13태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 복합모터 토크 지령신호에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 15태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 모션 베이스신호를 연산하는 모션 베이스 연산수단과, 상기 모션 베이스신호에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 16태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 모션 베이스신호를 연산하는 모션 베이스 연산수단과, 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 외란토크를 추정해 그 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 외란토크 추정수단과, 상기 모션 베이스신호 및 상기 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 17태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 외란토크를 추정해 그 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 외란토크 추정수단과, 상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
제 16 및 제 17태양에 나타낸 바와 같이 복합모터 토크 지령신호 및 검출된 가동반의 속도 또는 회전부의 각속도에 근거하여 가동반의 구동에 수반하는 외란토크를 추정하고 있다. 그리고 상기 실린더 제어수단은 상기 모션 베이스신호 및 외란토크 추정신호에 근거하여 유압실린더를 제어하고, 마찬가지로 모터제어수단은 상기 복합모터 토크 지령신호 및 외란토크 추정신호에 근거하여 전동모터를 제어하도록 하고 있다.
본 발명의 제 18태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 밸브의 개구량을 제어함으로써 상기 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 19태양은 제 18태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 밸브의 개구량을 지령하는 지령신호의 발생시부터 상기 유압실린더의 압력이 소정 값에 도달할 때까지의 응답성에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 유압실린더에는 정고압력원에서 대략 일정 압력의 작동액이 가해지기 때문에 상기 밸브를 여는 지령이 주어지면, 상기 유압실린더의 압력은 필요한 응답지연을 가지고 소정값에 이른다. 상기 제어수단은 상기 유압실린더의 응답성을 고려하여 전동모터를 제어하고, 그에 따라 연속적으로 변화하는 추진력 지령에 대하여 연속적인 추진력을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 제 20태양은 제 18태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 복합모터 토크지령신호, 상기 밸브의 개구량을 지령하는 지령신호의 발생시부터 상기 유압실린더의 압력이 소정 값에 도달할 때까지의 제 1의 응답성 및 상기 전동모터로의 토크지령 또는 전류지령에서 상기 지령된 토크 또는 전류에 도달할 때까지의 제 2의 응답성에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 제어수단은 상기 유압실린더의 제 1의 응답성과 함께 전동모터의 제 2의 응답성 양쪽을 고려하여 상기 전동모터를 제어하도록 하고 있다.
본 발명의 제 21태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 유압실린더의 압력을 검출하는 압력검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 압력검출수단에 의해 검출된 압력에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제어수단은 상기 유압실린더의 응답성을 고려하여 전동모터를 제어하지만, 상기 압력검출수단이 검출한 유압실린더의 압력(압력응답)에 맞추어 전동모터를 제어하도록 하고 있다.
본 발명의 제 22태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 유압실린더의 압력을 검출하는 압력검출수단과, 상기 밸브의 개구량을 검출하는 밸브의 개구량 검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 유압실린더 제어신호를 연산하는 연산수단과, 상기 유압실린더 제어신호, 상기 압력검출수단에 의해 검출된 압력 및 상기 개구량 검출수단에 의해 검출된 개구량에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 제어수단은 상기 압력검출수단에 의해 검출되는 압력이 상기 유압실린더 제어신호(압력지령)에 추종하도록 상기 유압실린더(밸브의 개구량)을 제어하도록 하고 있다.
본 발명의 제 23태양은 제 22태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 연산수단은 대략 일정 저압상태와 대략 일정 고압상태의 2개의 정상상태 사이에서 변화하는 실린더압력을 나타내는 유압실린더 제어신호를 산출하고, 상기 실린더 제어수단은 상기 유압실린더가 2개의 정상상태 사이에서 변화하는 실린더압력의 과도기에 한정해 상기 유압실린더 제어신호, 상기 압력검출수단에 의해 검출된 압력 및 상기 개구량 검출수단에 의해 검출된 개구량에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 실린더 제어수단은 상기 유압실린더의 압력을 소정의 압력(정고압력원의 대략 일정 고압력 또는 저압력원의 대략 일정 저압력)으로 승압 또는 감압시킬 때까지의 과도응답기간만 상기 유압실린더를 제어한다.
본 발명의 제 24태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 밸브는 상기 정고압력원과 상기 유압실린더와의 사이에 개재하는 제 1의 밸브(V1_D_H, V2_D_H)와, 상기 저압력원과 상기 유압실린더와의 사이에 개재하는 제 2의 밸브(V1_D_L, V2_D_L)로 이루어지며, 상기 제어수단은 상기 제 1의 밸브(V1_D_H, V2_D_H)를 차단한 후에 상기 제 2의 밸브(V1_D_L, V2_D_L)를 열고, 또는 상기 제 2의 밸브(V1_D_L, V2_D_L)를 차단한 후에 상기 제 1의 밸브(V1_D_H, V2_D_H)를 열도록 상기 제 1의 밸브(V1_D_H, V2_D_H) 및 제 2의 밸브(V1_D_L, V2_D_L)를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 25태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 제어수단은 대략 일정 저압상태(P0)와 대략 일정 고압상태(P1)의 2개의 정상상태의 사이에서 변화하는 실린더 압력을 나타내는 유압실린더 제어신호를 산출하는 연산수단과, 상기 유압실린더 제어신호에 근거하여 상기 밸브를 제어하는 밸브제어수단을 갖추고, 상기 밸브는 상기 유압실린더 제어신호의 변화시점에서 지연되어도 60ms이내에 2개의 정상상태의 사이에 적어도｜P1-P0｜의 50% 이상의 변화가 가능한 개구량 및 응답성을 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 유압실린더의 압력의 상승에지(rising edge)는 밸브를 통해서 공급되는 작동액의 액량에 비례하고, 이 액량을 크게하기 위해서는 밸브의 응답성을 높이는 것으로, 밸브의 개구량을 크게 하는 것이 필요하다.
본 발명의 제 26태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 가속도 또는 상기 회전부의 각가속도를 검출하는 가속도검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 가속도검출수단에 의해 검출된 가속도 또는 각가속도에 근거하여 상기 유압실린더의 적어도 하나의 유압실린더를 펌프로서 작용시키는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 상기 가속도검출수단의 검출출력에 근거하여 비교적 큰 토크를 요하는 가동반의 가속영역이 아닌 기간(상기 가동반의 구동부하가 작아지는 기간)을 검지해 이 기간에 유압실린더를 펌프로서 작용시켜 전동모터의 잉여 토크를 압액 에너지로서 정고압력원에 충진시킨다.
본 발명의 제 27태양은 제 26태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가속도검출수단은 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가속도 또는 각가속도를 산출하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 28태양은 제 12태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 속도지령수단에 의해 지령된 목표 속도 또는 목표 각속도에 근거하여 각속도 또는 각가속도를 산출하는 가속도 연산수단을 갖추고, 상기 산출한 각속도 또는 각가속도에 근거하여 상기 유압실린더의 적어도 하나의 유압실린더를 펌프로서 작용시키는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 29태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 전동모터는 하나의 스크루ㆍ너트구동기구에 2개 이상 접속되는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 30태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 스크루ㆍ너트구동기구는 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치되고, 상기 전동모터는 각 스크루ㆍ너트구동기구별로 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 31태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 유압실린더가 직경이 다른 복수의 실린더를 조합한 실린더인 경우 각 실린더를 동일 방향으로 작동 가능하게 하는 실린더 전체로서 독립한 복수의 수압면(受壓面)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 32태양은 제 30태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 제 1의 위치검출수단(130a)과, 상기 가동반의 제 1의 위치검출수단(130a)에 의해 검출되는 위치와는 다른 위치 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각속도를 검출하는 제 2의 위치검출수단(130b)을 구비하고, 상기 속도검출수단은 상기 가동반의 위치 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇 개의 회전부의 각속도를 검출하는 제 1의 속도검출수단(132a)과, 상기 가동반의 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 속도검출되는 위치와는 다른 위치의 속도 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각가속도를 검출하는 제 2의 속도검출수단(132b)을 갖추고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 1 및 제 2의 위치검출수단(130a, 130b)에 의해 검출된 위치 또는 각도, 및 상기 제 1 및 제 2의 속도검출수단(132a, 132b)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 복수의 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 33태양은 제 32태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 1의 위치검출수단(130a)에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 복수의 전동모터 중 제 1의 전동모터를 제어하기 위한 제 1의 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단(360)과, 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 2의 위치검출수단(130b)에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 2의 속도검출수단(132b)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 제 1의 전동모터와는 다른 스크루ㆍ너트구동기구를 구동하는 제 2의 전동모터를 제어하기 위한 제 2의 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 제 2의 복합모터 토크지령 연산수단(360')과, 상기 제 1의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 1의 외란토크를 추정하여 그 제 1의 외란토크를 나타내는 제 1의 외란토크 추정신호를 연산하는 제 1의 외란토크 추정수단(370a)과, 상기 제 2의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 속도검출수단(132b)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 2의 외란토크를 추정하여 그 제 2의 외란토크를 나타내는 제 2의 외란토크 추정신호를 연산하는 제 2의 외란토크 추정수단(370b)과, 상기 제 1의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 제 1의 전동모터를 제어하는 제 1의 모터제어수단(380a)과, 상기 제 2의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 제 2의 전동모터를 제어하는 제 2의 모터제어수단(380b)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
제 32 또는 제 33태양에 관한 제어수단은 각 스크루ㆍ너트구동기구 별로 설치된 전동모터를 각각 개별로 제어하기 때문에 가동반에 편심한 외부 부하나 외란이 가해져도 그것에 대응한 전동모터의 추진력 제어를 실시할 수 있다.
본 발명의 제 34태양은 제 1태양에 관한 가동반의 구동장치는 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고, 상기 유압실린더는 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치되며, 상기 속도검출수단은 상기 가동반의 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇 개의 회전부의 각속도를 검출하는 제 1의 속도검출수단(132a)과, 상기 가동반의 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 속도검출되는 위치와는 다른 위치의 속도 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각가속도를 검출하는 제 2의 속도검출수단(132b)을 갖추고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1 및 제 2의 속도검출수단(132a, 132b)에 의해 각각 검출된 속도 또는 각속도 중 적어도 한쪽의 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1 및 제 2의 속도검출수단(132a, 132b)에 의해 각각 검출된 속도 또는 각속도 중 적어도 한쪽의 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 모션 베이스신호를 연산하는 모션 베이스 연산수단과, 상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 1의 외란토크를 추정하여 그 제 1의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 제 1의 외란토크 추정수단(370a)과, 상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 속도검출수단(132a)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 2의 외란토크를 추정하여 그 제 2의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 제 2의 외란토크 추정수단(370b)과, 상기 모션 베이스신호 및 상기 제 1의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 복수의 유압실린더 중 제 1의 유압실린더를 제어하는 제 1의 유압실린더 제어수단(200a)과, 상기 모션 베이스신호 및 상기 제 2의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 복수의 유압실린더 중 제 2의 유압실린더를 제어하는 제 2의 유실린더 제어수단(200b)을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 제 35태양은 제 34태양에 관한 가동반의 구동장치에 있어서, 상기 스크루ㆍ너트구동기구는 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치되고, 상기 전동모터는 각 스크루ㆍ너트구동기구 별로 설치되며, 상기 위치검출수단은 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 제 1의 위치검출수단(130a)과, 상기 가동반의 상기 제 1의 위치검출수단(130a)에 의해 검출되는 위치와는 다른 위치 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각속도를 검출하는 제 2의 위치검출수단(130b)을 갖추고, 상기 복합모터 토크 지령신호 연산수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 1의 위치검출수단(130a)에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 복수의 전동모터 중 제 1의 전동모터를 제어하기 위한 제 1의 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단(360)과, 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 2의 위치검출수단(130b)에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 2의 속도검출수단(132b)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 복수의 전동모터 중 제 2의 전동모터를 제어하기 위한 제 2의 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 제 2의 복합모터 토크지령 연산수단(360')을 갖추며, 상기 제 1의 외란토크 추정수단(370a)은 상기 제 1의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 속도검출수단(132a)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 1의 외란토크를 추정하여 그 제 1의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하고, 상기 제 2의 외란토크 추정수단(370b)은 상기 제 2의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 속도검출수단(132b)에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 2의 외란토크를 추정하여 그 제 2의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 것을 특징으로 하고 있다.
제 34 또는 제 35태양에 관한 제어수단은 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치된 유압실린더를 각각 개별로 제어하기 때문에 가동반에 편심된 외부 부하나 외란이 가해져도 그것에 대응한 유압실린더의 추진력 제어를 실시할 수 있다.
본 발명의 제 36태양에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 본 발명의 제 1 내지 제 35태양의 어느 쪽인가에 관계되는 가동반의 구동장치를 포함해 상기 가동반은 프레스기계의 슬라이드인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에서는 전동모터의 구동토크를 스크루ㆍ너트구동기구를 통하여 직선구동력으로서 가동반(슬라이드)에 전달하고, 또한 유압실린더의 추진력을 상기 가동반에 전달가능하게 해 힘차원에서 복합하고, 또 전동모터 및 유압실린더를 적어도 속도제어 하도록 하고 있다. 이 때문에 큰 가압력을 가짐과 동시에 전체로서 전동모터의 특성에서 고정밀도로 가동반을 구동할 수 있다. 또한 유압실린더는 작동액의 누설량이 적고, 마찰손실도 적기 때문에 에너지 효율이 좋다. 또 전동모터의 잉여 토크를 압액에너지로서 정고압력원에 충진하고, 가동반 감속시의 가동반의 운동에너지를 압액에너지로서 정고압력원에 충진(회생)할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 제 1실시 형태의 전체 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 전동모터에 대한 대소 유압실린더의 정적인 어시스트 작용을 설명하기 위해서 이용한 도면,
도 3은 전동모터 및 유압실린더로 지령을 출력하는 제어기의 개략도,
도 4A 및도 4B는 전동모터 추진력과 대소 유압실린더 추진력, 이들의 추진력을 복합시킨 복합추진력의 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 도 1에 나타낸 유압실린더 구동장치 및 보조압유 공급장치의 내부구성을 나타낸 유압회로도,
도 6은 도 1에 나타낸 자중낙하 방지장치 및 충진 구동장치의 내부구성을 나타낸 유압회로도,
도 7은 도 1에 나타낸 슬라이드 제어장치의 내부구성을 나타낸 블록도,
도 8은 도 7에 나타낸 슬라이드 위치제어기의 내부구성을 나타낸 블록도,
도 9A 내지 도 9C는 도 7에 나타낸 유압실린더 제어기에 있어서의 유압실린더의 어시스트 온(ON)시의 각 지령의 출력 타이밍을 나타낸 도면,
도 10은 유압실린더의 어시스트 온시에 있어서의 도 7에 나타낸 유압실린더 제어기의 일부를 나타낸 회로도,
도 11A 내지 도 11C는 도 7에 나타낸 유압실린더 제어기에 있어서의 유압실린더의 어시스트 오프(OFF)시의 각 지령의 출력 타이밍을 나타낸 도면,
도 12는 유압실린더의 어시스트 오프시에 있어서의 도 7에 나타낸 유압실린 더 제어기의 일부를 나타낸 회로도,
도 13A는 유압실린더를 어시스트 온하는 CYL1_ON 지령이 주어진 때의 유압실린더의 압력응답을 나타내는 그래프,
도 13B는 전동모터에 대하여 스텝상의 토크지령이 주어진 때의 토크 응답을 나타낸 그래프,
도 14A는 CYL1_ON 지령에서 유압실린더의 압력응답에 이를 때까지의 전달함수를 나타낸 도면,
도 14B는 토크지령에서 전동모터의 토크 응답에 이를 때까지의 전달함수를 나타낸 도면,
도 15는 CYL1_ON 조정신호 및 CYL2_ON 조정신호를 연산하는 도 7에 나타낸 유압실린더 제어기 및 토크를 조정하는 복합모터 제어기를 설명하기 위해서 이용한 도면,
도 16은 CYL1_ON 조정신호 및 CYL2_ON 조정신호를 연산하는 다른 실시 형태의 유압실린더 제어기 및 토크를 조정하는 복합모터 제어기를 설명하기 위해서 이용한 도면,
도 17은 1사이클의 슬라이드 목표 위치 및 슬라이드 위치를 나타낸 그래프,
도 18은 1사이클 전동모터의 모터 각속도를 나타낸 그래프,
도 19는 1사이클 전동모터에 의한 추진력을 나타낸 그래프,
도 20은 1사이클의 소유압 실린더의 헤드측압, 로드측압 및 대유압 실린더의 헤드측압을 나타낸 그래프,
도 21은 1사이클의 소유압 실린더의 헤드측 추진력, 로드측 추진력 및 대유압 실린더의 헤드측 추진력을 나타낸 그래프,
도 22는 1사이클의 소유압 실린더의 헤드측 유량, 로드측 유량 및 대유압 실린더의 헤드측 유량을 나타낸 그래프,
도 23은 1사이클의 정고압력원의 압력을 나타낸 그래프,
도 24는 1사이클의 정고압력원의 유량을 나타낸 그래프,
도 25는 1사이클의 프레스 하중을 나타낸 그래프,
도 26은 1사이클의 슬라이드 가속도 지령을 나타낸 그래프,
도 27은 본 발명에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 제 2실시 형태의 전체 구성을 나타낸 개략도,
도 28은 도 27에 나타낸 슬라이드 제어장치의 내부 구성을 나타낸 블록도,
도 29는 본 발명에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 제 3실시 형태의 요부 구성을 나타낸 개략도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
100, 100', 100" : 프레스기계
110 : 슬라이드
120, 120a, 120b : 구동스크루
122, 122a, 122b : 종동너트
130, 130a, 130b : 슬라이드 위치검출기
132, 132a, 132b : 구동축 각속도 검출기
200, 200' : 유압실린더 구동장치
202, 206 : 어큐뮬레이터
204 : 정고압력원
208 : 저압력원
210 : 밸브구동장치
200a : 제 1의 유압실린더 제어기(제1의 유압실린더 제어수단)
200b : 제 2의 유압실린더 제어기(제2의 유압실린더 제어수단)
230 : 보조압유 공급장치
231 : 전동기
232 : 유압펌프
234, 253, 254 : 전자 방향절환 밸브
235, 271 : 역지밸브
250 : 자중낙하 방지장치
251, 252, 272 : 파일럿조작 역지밸브
270 : 충진 구동장치
300, 300' : 슬라이드 제어장치
310 : 슬라이드 통괄제어기
320, 320' : 슬라이드 위치제어기
322 : 미분기
323 : 적분기
324 : 충진신호 생성기
325 : 제어연산기
326 : 가속도 연산기
330, 330' : 속도제어기
340 : 유압충진 제어기
350, 350' : 유압실린더 제어기
360, 360' : 복합모터 제어기
370, 370a, 370b : 외란토크 추정기
380, 380a, 380b : 모터제어기
390, 390a, 390b : 모터구동장치
SM, SM1a, SM2a, SM1b, SM2b, SMa, SMb : 전동모터
SYL, SYL1, SYL2, SYL1a, SYL1b, SYL2a, SYL2b : 유압실린더
P_H, P_1_D, P_2_D : 압력검출기
V1_D_H, V1_D_L, V2_D_H, V2_D_L : 밸브
S1_D_L, S1_D_H, S2_D_L, S2_D_H : 스풀(spool)위치 검출기
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명에 관한 가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 바람직한 실시의 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
〈제 1실시의 형태〉
도 1은 본 발명에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 제 1실시 형태의 전체 구성을 나타낸 개략도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이 이 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 주로 프레스기계(100)와, 유압실린더 구동장치(200)와, 보조압유 공급장치(230)와, 자중낙하 방지장치(250)와, 충진구동장치(270)와, 슬라이드 제어장치(300)와, 모터구동장치(390)로 구성되어 있다.
〔프레스기계의 구성〕
이 프레스기계(100)는 베드(102), 칼럼(104) 및 크라운(106)으로 프레임이 구성되고, 슬라이드(110;가동반)는 칼럼(104)에 설치된 가이드부(108)에 의해 연직 방향으로 이동 가능하게 안내되고 있다.
슬라이드(110)를 구동하는 구동수단으로서 대소 2개씩의 유압실린더(SYL1; SYL1a, SYL1b),(SYL2; SYL2a, SYL2b)와, 전동(서보)모터(SM)의 출력토크가 전달되는 스크루ㆍ너트구동기구가 설치되어 있다.
유압실린더(SYL1; SYL1a, SYL1b)는 실린더 직경이 작은 한쌍의 유압실린더이며, 슬라이드(110)의 중심에 대하여 대칭인 위치에 배치 설치되어 있다. 마찬가지로 유압실린더(SYL2; SYL2a, SYL2b)는 실린더 직경이 큰 한쌍의 유압실린더이며, 슬라이드(110)의 중심에 대하여 대칭인 위치에 배치 설치되어 있다. 이들 유압실린더(SYL1, SYL2)는 실린더 본체가 크라운(106)에 고정되고, 피스톤 로드가 슬라이드(110)에 고정되어 있어 슬라이드(110)의 전 스트로크에 걸쳐서 추진력을 슬라이드(110)에 전달할 수 있도록 되어 있다.
스크루ㆍ너트구동기구는 베어링(112)을 통하여 크라운(106)에 회전 가능하게 고정된 구동스크루(120)와, 슬라이드(110)에 고정됨과 동시에 상기 구동스크루(120)와 나사 결합하는 종동너트(122)로 구성되어 있고, 구동스크루(120)에는 감속기(124)를 통해서 전동모터(SM)의 출력토크가 전달되도록 되어 있다.
또한 프레스기계(100)의 베이스(102) 측에는 슬라이드(110)의 위치를 검출하는 슬라이드 위치검출기(130; 위치검출수단)가 설치되고, 전동모터(SM)에는 구동축의 각속도를 검출하는 구동축 각속도검출기(132; 속도검출수단)가 설치되어 있다. 슬라이드 위치검출기(130; 위치검출수단)는 인크리멘털형(incremental type) 또는 앱설류트형(absolute type)의 리니어 엔코더, 퍼텐쇼미터(potentiometer), 마그네스케일(magnescale) 등의 각종 센서에 의해 구성할 수 있고, 또한 구동축 각속도검출기(132; 속도검출수단)는 인크리멘털형(incremental type) 또는 앱설류트형(absolute type)의 로터리 엔코더나 타코 제네레이터에 의해 구성할 수 있다.
〔전동모터와 유압실린더의 력차원(力次元)에 있어서의 복합화〕
〔복합화를 가능하게 하는 기본원리〕
다음에 상기 유압실린더(SYL1, SYL2)의 추진력과 전동모터(SM)로부터 스크루ㆍ너트구동기구를 통한 추진력을 복합화시키는 기본원리에 대하여 설명한다.
우선 유압실린더의 추진력(FCYL)은 다음 식으로 나타낼 수 있다.
FCYL = SH ㆍ PA - SR ㆍ PT ‥‥(1)
단, FCYL : 유압실린더 추진력〔N〕
SH : 실린더 헤드측 단면적〔㎡〕
SR : 실린더 로드측 단면적〔㎡〕
PA : 유압실린더의 헤드측에 작용하는 압력〔Pa〕
PT : 유압실린더의 로드측에 작용하는 압력〔Pa〕≒ 0
유압은 밸브를 통해서 공급되는 유량(QA)이 압축되어 발생하기 때문에 상기 압력(PA)은 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112007050742919-pct00001
단, K : 유(油)의 체적탄성계수〔Pa〕
QA : 유압실린더에 공급되는 유량〔㎥/s〕
VA : 유압실린더의 헤드측 관로체적〔㎥〕
유압실린더의 헤드측에 작용하는 압력(PA)의 상승은 밸브를 통해서 공급되는 유량(QA)에 비례하고, 유량(QA)을 크게 하기 위해서는 밸브의 응답성을 높이는 것으로, 밸브의 개구량을 크게 하는 것(유량계수를 크게 한다 = 흐름을 적게 하는 것) 및 밸브 차압이 높은 것(정고압력원을 갖는 것)이 중요하게 된다. 또한 고압력원에서 공급되는 작동유의 압력을 대략 일정하게 함으로써 추진력 응답의 변동을 억제하는(일정화 하는) 의의도 가진다.
구체적으로는 밸브에의 지령으로부터 소망의 실린더 추진력이 발생할 때 까지 요하는 시간을 30ms 정도 이하로 하는 것이 충분히 가능하다.
한편, 전동(서보)모터의 출력토크(TE)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
TE = kE ㆍ I ‥‥(3)
단, kE : 토크정수〔Nm/A〕
I : 전류〔A〕
또한 스크루ㆍ너트구동기구를 통해서 슬라이드로 전달되는 추진력(FE)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
FE = kS ㆍ TE ‥‥(4)
단, TE : 전동(서보)모터 토크〔Nm〕
kS : 스크루ㆍ너트구동기구에 의존하는 비례정수〔m-1〕
추진력(FE)의 응답은 전류(I)의 응답에 비례한다. 전동모터에의 지령으로부터 구동전류에 이르는 응답성(전류응답)은 양호하며, 전체로서 지령에 대한 전동모터에 의한 추진력 발생의 응답 지연은 적다.
이와 같이 유압실린더 추진력과 전동모터로부터 스크루ㆍ너트구동기구를 통한 추진력을 복합시키려면 2자의 추진력의 응답성(동적특성)이 좋은 것이 매우 중요하다.
〔정적인 복합〕
슬라이드제어장치는 전체의(가감속, 성형, 점성, 마찰 등에 필요로 하는) 추진력을 자동 인식해 전동서보모터에 의한 추진력으로는 부족할 때에 유압실린더 단수 또는 복수의 실린더의 추진력을 복합시킨다.
도 1에 나타낸 바와 같이 대소 2개(또는 2계통: 단, 배관으로 결합되어 있는 것은 같은 계통으로 한다)의 유압실린더(SYL1, SYL2) 중 실린더가 작은 유압실린더(SYL1)가 전동모터(SM)로부터 스크루ㆍ너트구동기구를 통하여 전달되는 서보제어용 추진력 중 최대 추진력과 동등한 추진력을 갖고, 실린더가 큰 유압실린더(SYL2)가 전동모터(SM)의 최대 추진력의 2배의 추진력을 갖는 것으로 한 경우, 이들의 전동모터(SM) 및 유압실린더(SYL1, SYL2)의 각 추진력 및 복합한 총 추진력은 도 2에 나타낸 바와 같이 복합된다. 단, 도 2의 원리도에는 유압실린더를 양방향으로 구동한 경우의 각 추진력이 나타나 있지만, 후술의 실시 형태의 유압실린더는 1방향만 추진력이 발생하도록 구동하고 있다.
즉, 전동모터(SM)만 최대 추진력의 4배를 복합모터 총 추진력의 최대 추진력(100%) 이라고 생각해 총 추진력이 0 ~ +25% 까지는 전동모터 단체의 추진력으로 조달한다. 총 추진력이 +25% ~ +50%의 범위에서는 실린더가 작은 유압실린더(SYL1)를 온(ON)으로 하여 전동모터(SM)는 25%분(실린더가 작은 유압실린더(SYL1)의 추진력분) 오프셋(offset) 구동한다.
총 추진력이 +50% ~ +75%의 범위에서는 실린더가 작은 유압실린더(SYL1)를 오프(OFF)로 하고, 실린더가 큰 유압실린더(SYL2)를 온(ON)으로 하여 전동모터(SM)가 25%분(실린더가 큰 유압실린더(SYL2)의 추진력과 실린더가 작은 유압실린더(SYL1)의 추진력의 차분(差分)) 오프셋(offset) 구동한다.
총 추진력이 +75%를 넘는 범위에서는 실린더가 큰 유압실린더(SYL2)에 추가로 실린더가 작은 유압실린더(SYL1)를 다시 온(ON)으로 하여 전동모터(SM)는 25%분 오프셋 구동한다. 결국 각 유압실린더(SYL1, SYL2)는 온/오프 동작함으로써 추진력의 크기를 확보하고, 전동모터(SM)가 복합 추진력 지령에 대하여 추진력이 연속작용하도록 조정작용 하여 전체로서 복합모터의 정적인 추진력 특성을 기능시킨다.
〔동적인 복합〕
도 3은 전동모터(SM) 및 유압실린더(SYL; SYL1, SYL2)에 지령을 출력하는 제어기의 개략도이다.
상기한 바와 같이 전동모터(SM)의 추진력에 대하여 유압실린더(SYL)의 추진력을 복합시키는 경우에 도 3에 나타낸 바와 같이 유압실린더(SYL)의 응답성을 고려한 제어기를 구성한다.
즉, 전동모터(SM)의 응답성과 유압실린더(SYL)의 응답성은 차이가 있기 때문에 도 3에 나타낸 제어기에서 복합시에는 동적(과도적)으로(각각의 추진력의 상승시 정수에 맞추어) 균형을 취할 수 있도록 전동모터(SM; +스크루기구)와 실린더 추진력의 상승응답차 필터(전달함수)를 이용하여 응답성이 높은 전동모터(SM)를 유압실린더(SYL)의 응답에 맞추도록 하고 있다.
또한 도 3 상에서 GCYL(S)는 유압실린더(SYL)에의 제어지령으로부터 유압실린더(SYL)의 압력 발생에 이를 때까지의 전달함수를 나타내고, GMOT(S)는 전동모터(SM)에의 토크지령 또는 전류지령으로부터 전동모터(SM)의 토크출력 또는 구동전류에 이를 때까지의 전달함수를 나타내고 있다.
또한 유압실린더(SYL)는 고응답성(데드밴드(dead band) 10 ms이내 정도, 상승시간 20 ms 이내 정도)가 요구되지만, 동력(점성) 손실을 피하기 위해서 개구량이 큰 밸브를 온/오프 구동하여 대략 일정 고압원 하에서 구동되는 밸브(스풀(spool)이나 포핏(poppet))의 응답성이 좋은 것을 사용함으로써 공급유량에 의한 유(油)의 압축(유압의 발생) 시간을 고려한 이론상 및 실험상의 확인에 있어서도 요구치를 만족시킬 수 있다.
도 4A 및 도 4B는 각각 전동모터 및 유압실린더의 각 추진력과 이들의 추진력을 복합시킨 복합추진력의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4A에는 램프 모양으로 추진력 지령을 증감시킨 경우에 정적(靜的)만 고려한 추진력 복합이 나타나 있지만, 동적(動的)으로 고려하지 않은 경우의 복합 추진력은 불연속성을 갖는 것이 분명하다.
한편 도 4B에는 램프 모양으로 추진력 지령을 증감시킨 경우에 정적(靜的) 및 동적(動的)으로 고려한 추진력 복합이 나타나 있지만, 이 경우에 복합 추진력은 유압실린더의 ON/OFF에 관계없이 연속적으로 변화하는 것이 분명하다.
즉, 추진력 지령에 대하여 추진력이 연속적으로 응답 가능한 복합모터를 구성하기 위해서는 승압에 수반하는 실린더 추진력 발생의 동특성(動特性)과 서보모터(+스크루ㆍ너트구동기구)에 의한 추진력 발생의 동특성(動特性)을 기본으로 한 동적인 고려가 불가결이다.
〔유압실린더 제어기 및 보조압유 공급장치〕
다음에 도 1에 나타낸 유압실린더 구동장치(200) 및 보조압유 공급장치(230)에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
이 유압실린더 구동장치(200)는 주로 대략 일정 고압의 작동유를 보관 유지하는 어큐뮬레이터(202)를 포함하여 구성되는 정고압력원(204)과, 대략 일정 저압의 작동유를 보관 유지하는 어큐뮬레이터(206)를 포함하여 구성되는 저압력원(208)과, 밸브구동장치(210)와, 유압실린더(SYL1) 구동용 한쌍의 밸브(V1_D; V1_D_H, V1_D_L)와, 유압실린더(SYL2) 구동용 한쌍의 밸브(V2_D; V2_D_H, V2_D_L)와, 어큐뮬레이터(202)에 접속된 고압측의 관로(P)와 어큐뮬레이터(206)에 접속된 저압측의 관로(T) 사이에 배치 설치된 고압용 릴리프 밸브(220)와, 어큐뮬레이터(202)에 축압된 작동유의 압력을 검출하는 압력검출기(P_H)와, 유압실린더(SYL1)의 상실(上室) 측에 접속된 관로(222)의 회로압을 검출하는 압력검출기(P_1_D)와, 유압실린더(SYL2)의 실린더 상실(上室) 측에 접속된 관로(224)의 회로압을 검출하는 압력검출기(P_2_D)와, 밸브(V1_D_H, V1_D_L, V2_D_H, V2_D_L)의 스풀위치를 각각 검출하는 스풀위치 검출기(S1_D_L, S1_D_H, S2_D_L, S2_D_H)로 구성되어 있다. 또한 저압력원(208)은 대기압의 탱크이어도 된다.
고압측의 관로(P)는 제 1의 밸브(V1_D_H, V2_D_H)를 통하여 각각 관로(222, 224)에 접속되고, 저압측의 관로(T)는 제 2의 밸브(V1_D_L, V2_D_L)를 통하여 각각 관로(222, 224)에 접속되어 있다.
또한 고압측의 관로(P) 및 저압측의 관로(T)는 각각 충진 구동장치(270)에 접속되고, 저압측의 관로(T)는 유압실린더(SYL2; SYL2a, SYL2b)의 실린더 하실(下室)에 직접 접속되어 있다(도 1참조).
밸브구동장치(210)는 후술하는 슬라이드 제어장치(300) 내의 유압실린더 제어기(350)로부터 가해지는 밸브지령신호(L1_L_SLV, L1_H_SLV, L2_L_SLV, L2_H_SLV)에 근거하여 4개의 밸브(V1_D_H, V1_D_L, V2_D_H, V2_D_L)을 구동한다.
보조압유 공급장치(230)는 전동기(231)와, 유압펌프(232)와, 필터(233)와, 전자 방향절환 밸브(234)와, 역지밸브(235)로 구성되어 있다.
압력검출기(P_H)는 어큐뮬레이터(202)에 축압된 작동유의 압력을 나타낸 대략 일정 고압신호를 슬라이드 제어장치(300)로 출력하고, 슬라이드 제어장치(300)는 입력하는 대략 일정 고압신호가 동작시 축압 하한 설정압(예컨대 21.5MPa) 이하로 되면, 보조압유 공급장치(230)로 압유공급신호를 출력한다(도 1참조).
상기 압유공급신호에 의해 보조압유 공급장치(230)의 전자 방향절환 밸브(234)가 절환되어 전동기(231)에서 구동되는 유압펌프(232)의 토출라인(역지밸브(235)의 보관 유지측)이 언로드 함으로써 정고압력원(204)에 압유가 축적된다. 또한 동작중은 소정의 압력(동작시 축압 상한 설정압: 예를 들면 22.5MPa)에 이르면 언로드 한다.
〔자중낙하 방지장치 및 충진 구동장치〕
다음에 도 1에 나타낸 자중낙하 방지장치(250) 및 충진 구동장치(270)에 대 하여 도 6을 참조하면서 설명한다.
자중낙하 방지장치(250)는 슬라이드(110)가 자중에 의해 낙하하지 않도록 하는 것으로, 유압실린더(CYL1a, CYL1b)의 실린더 하실측 압액 접속포트에 접속된 2계통의 관로에 배치 설치된 파일럿조작 역지밸브(251, 252)와, 전자 방향절환 밸브(253, 254)와, 릴리프 밸브(255, 256)로 구성되어 있다.
프레스기계(100)를 운전하고 있지 않는 비구동시에 슬라이드 제어장치(300)는 전자 방향절환 밸브(253, 254)로 브레이크 오프신호(B1, B2)를 출력하지 않고, 그 결과 전자 방향절환 밸브(253, 254)는 도 6에 나타낸 위치로 절환되어 있어 전자 방향절환 밸브(253, 254)로부터는 파일럿조작 역지밸브(251, 252)로 파일럿 압력이 출력되지 않는다. 도 1에 나타낸 바와 같이 슬라이드(110)의 자중에 의해 유압실린더(SYL1a, SYL1b)의 피스톤로드가 하부로 끌려가 유압실린더(SYL1a, SYL1b)의 실린더 하실의 압력이 상승하지만, 유압실린더(CYL1a, CYL1b)의 실린더 하실측의 압유 접속포트에 접속된 2계통의 관로에 배치 설치된 파일럿조작 역지밸브(251, 252)에 의해서 관로가 차단되기 때문에 슬라이드(110)의 자중에 의한 하강은 저지된다.
한편, 프레스기계(100)를 운전할 경우에는 슬라이드 제어장치(300)에서 전자 방향절환 밸브(253, 254)로 브레이크 오프신호(B1, B2)를 출력하여 전자 방향절환 밸브(253, 254)를 도 6에 나타낸 위치로부터 절환한다. 그에 따라 전자 방향절환 밸브(253, 254)에서 파일럿조작 역지밸브(251, 252)로 파일럿 압력이 가해져 파일럿조작 역지밸브(251, 252)에서의 역방향의 압유의 흐름을 가능하게 한다.
충진 구동장치(270)는 유압실린더(SYL1a, SYL1b)를 펌프로서 작용시켜 정고압력원(204)에 압유를 충진시키는 것으로, 역지밸브(271)와, 파일럿조작 역지밸브(272)와, 전자 방향절환 밸브(273; 충진밸브)로 구성되어 있다.
슬라이드 제어장치(300)는 충진을 실시하는 소정의 기간, 충진용 밸브 지령신호를 충진밸브(273)로 출력하여 충진밸브(273)를 도 6에 나타낸 위치로부터 절환한다. 그에 따라 파일럿조작 역지밸브(272)에는 파일럿 압이 가해지지 않게 되어 유압실린더(SYL1a, SYL1b)의 실린더 하실측에서 자중낙하 방지장치(250)를 경유하여 저압측의 관로(T)로 흐르는 유로가 차단되고, 슬라이드(110)의 하강시에 유압실린더(SYL1a, SYL1b)의 실린더 하실로부터 토출되는 압유는 역지밸브(271)를 통하여 고압측의 관로(P)를 경유하여 정고압력원(204)에 충진된다. 또한 압유의 충진을 실시하는 소정 기간의 상세한 것에 대하여는 후술한다.
〔슬라이드 제어〕
다음에 도 1에 나타낸 슬라이드 제어장치(300)에 대하여 도 7을 참조하면서 설명한다.
슬라이드 제어장치(300)는 슬라이드 통괄제어기(310)와, 슬라이드 위치제어기(320)와, 속도제어기(330)와, 압유충진 제어기(340)와, 유압실린더 제어기(350)와, 복합모터 제어기(360)와, 외란토크 추정기(370)와, 모터제어기(380)으로 구성되어 있다.
슬라이드 통괄제어기(310)는 프레스기계(100)의 운전을 통괄하는 것으로, 프레스기계(100)의 운전중에 슬라이드 통괄제어신호 및 브레이크 오프신호(B1, B2)를 출력한다. 슬라이드 통괄제어기(310)에는 유압실린더 구동장치(200) 내의 압력검출기(P_H)로부터 정고압력원(204)의 압력을 나타내는 대략 일정 압력신호가 가해지고 있어 슬라이드 통괄제어기(310)는 입력하는 대략 일정 고압력신호가 동작시 축압 하한 설정압(예를 들면 21MPa) 이하로 되면, 보조압유 공급장치(230)를 구동하기 위한 압유 공급신호를 출력한다.
또한 슬라이드 통괄제어기(310)는 브레이크 오프신호(B1, B2)를 자중낙하 방지장치(250)로 출력함으로써 운전 정지시 슬라이드(110)의 자중낙하기능(브레이크기능)을 해제한다.
슬라이드 통괄제어기(310)에서 출력되는 슬라이드 통괄제어신호는 슬라이드 위치제어기(320)에 가해진다. 슬라이드 위치제어기(320)의 다른 입력에는 슬라이드(110)의 위치를 검출하는 슬라이드 위치검출기(130; 위치검출수단)로부터 위치신호 처리장치(131)를 통해서 슬라이드(110)의 위치를 나타내는 슬라이드 위치신호가 가해지고 있다.
도 8은 슬라이드 위치제어기(320)의 내부 구성을 나타낸 도면이며, 이 슬라이드 위치제어기(320)는 필터(321), 미분기(322), 적분기(323), 충진신호 생성기(324) 및 제어연산기(325)로 구성되어 있다.
슬라이드 통괄제어기(310)에서 입력하는 슬라이드 통괄제어신호는 스텝적으로 변화하는 슬라이드 속도신호이며, 이 슬라이드 속도신호는 필터(321)를 통해서 필터링된 후 미분기(322) 및 적분기(323)에 가해진다.
미분기(322)에 의해서 시간미분된 슬라이드 속도신호는 슬라이드 가속도 지 령량으로서 충진신호 생성기(324)에 가해진다. 충진신호 생성기(324)는 슬라이드 가속도 지령량으로부터 비교적 큰 토크를 필요로 하는 슬라이드 가속영역을 지난 시점을 판단하여 충진구동장치(270)를 제어하기 위한 기초로 되는 충진 베이스신호를 출력한다. 또한 충진신호 생성기(324)가 실제의 가속도신호 등을 사용하지 않고 연산에 의해 산출한 가속도 지령신호로부터 충진 베이스신호를 생성하고 있는 것은 고주파 성분을 많이 포함한 노이즈에 의한 채터링을 방지하기 때문이지만, 실제의 가속도신호나 실제의 속도를 미분처리한 것 혹은 실제의 모터 토크신호로부터 충진 베이스신호를 생성하는 것도 가능하다.
한편 적분기(323)에 의해서 시간 적분된 슬라이드 속도신호는 슬라이드 목표위치 지령신호로서 제어연산기(325)에 가해진다. 제어연산기(325)의 다른 입력에는 슬라이드 위치신호가 가해지고 있어 제어연산기(325)는 2입력 신호의 편차를 구해 그 편차신호에 따른 조작량 신호(속도지령신호)를 결정하고, 이 속도지령신호를 출력한다.
도 7로 되돌아 가서 속도제어기(330) 한쪽의 입력에는 상기 슬라이드 위치제어기(320)로부터 속도지령신호가 가해지고 있고, 속도제어기(330)의 다른 입력에는 구동축 각속도 검출기(132; 속도검출수단)로부터 모터구동장치(390)를 통하여 모터 각속도신호가 가해지고 있다.속도제어기(330)는 이들 2입력 신호에 따라서 위치, 속도의 제어를 맡는 모션 베이스신호와 복합모터 토크 지령신호를 연산한다. 상기 모션 베이스신호는 유압실린더 제어기(350)로 출력되고, 복합모터 토크 지령신호는 복합 모터제어기(360; 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단) 및 외란토크 추정기(370)로 출력된다.
또한 모션 베이스신호는 복합모터 토크 지령신호를 근거로 형성되어 유압실린더를 안정 또는 고응답으로 제어하기 때문에 위치, 속도의 피드백량을 기본으로 한(실질적으로 모션을 맡는다) 복합모터 토크 지령신호에 어떤 종류(복수)의 처리를 함으로써 산출된다. 예를 들면 복합모터 토크 지령신호에 1차필터를 통해서 모션 베이스신호로 하거나 복합모터 토크 지령신호에 정수를 곱하여 어떤 상하한치에서 포화되는 포화요소를 통해서 모션 베이스신호로 하거나 한다. 또한 정수나 포화요소에 따라서는 복합모터 토크 지령신호와 모션 베이스신호가 동일한 경우도 포함한다.
외란토크 추정기(370)에는 상기 복합모터 토크 지령신호 외에 모터구동장치(390)에서 전동모터(SM)의 토크(전류)를 검출하는 토크검출기로부터 모터 토크신호(유효전류신호)와 모터 각속도신호가 가해지고 있어 외란토크 추정기(370)는 모터 각속도신호 등을 기본으로 프레스 하중 등을 포함하는 외란토크를 연산추정한다. 즉, 외란토크 추정기(370)는 모터 속도신호의 미분연산 처리신호와 복합모터 토크신호에 지연요소 등의 필터를 편승한 연산량과의 차나 상기 모터 속도신호의 미분연산 처리신호와 복합 모트 토크신호에 지연요소 등의 필터를 편승한 연산량과의 차와 모터 토크신호를 기본으로한 보정 연산량과의 합에 근거해 외란토크를 연산추정한다. 이 추정된 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호는 유압실린더 제어기(350) 및 복합모터 제어기(360; 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단)로 출력된다.
유압 충진제어기(340)는 하강 중에 가속영역에서 등속영역으로 들어간 것을 나타내는 충진 베이스신호를 받아서 충진용 밸브 지령신호 등을 충진 구동장치(270)로 출력하는 것으로, 슬라이드 위치제어기(320)로부터 충진 베이스신호를 입력함과 동시에 압력검출기(P_H)로부터 대략 일정 고압신호를 입력하고 있다. 유압 충진제어기(340)는 슬라이드 위치제어기(320)로부터 충진 베이스신호를 입력하면, 충진 구동장치(270) 내의 충진밸브(273)를 온(ON) 시키기 위한 충진용 밸브 지령신호를 출력하는 한편 유압실린더 제어기(350)에서 유압실린더(SYL1)가 어시스트용으로 구동된 것을 나타내는 신호가 가해지면, 충진용 밸브 지령신호의 출력을 정지한다. 또한 압력검출기(P_H)로부터 입력하는 대략 일정 고압신호가 축압 상한 설정압(예컨대 22.5MPa)에 도달하는 경우도 충진용 밸브 지령신호의 출력을 정지한다.
이때(하강 중에 충진 구동장치를 구동하는 경우)는 유압 충진제어기(340)로부터 충진 구동장치(270)를 통해서 충진용 밸브(273)에 의해 CYL1(로드측 = 상승측)이 구동된 것과 동기(同期)하여 그 미리 예측되는 압력응답에 비례하는 추진력응답과 미리 예측되는 서보모터(SM)의 토크응답 차를 보정하도록 한 CYL1 상승 ON 조정신호(도 7)가 출력되고, 복합모터 제어기(360)에서는 SM토크 지령량에 본 조정신호를 가산함으로써 서보모터 + 스크루ㆍ너트구동기구를 통한 추진력과 유압실린더 추진력이 동적(動的)으로 두어도(복합의 과도상태에 두어도) 매끄럽게 복합한다.
또한 유압 충진제어기(340)는 슬라이드(110) 하강시와 마찬가지로 슬라이드의 상승시에도 가속영역에서 등속영역으로 들어간 것을 나타내는 충진 베이스신호를 받아서 대략 일정한 고압신호가 소정의 범위 내에 있을 때 유압실린더 제어기(350)로 상승중 충진 ON신호를 출력한다. 또한 유압실린더 제어기(350)는 상승중 충진 ON신호를 받아 입력하면, 유압실린더(SYL1)가 하강하는 방향으로 유압이 가해지도록 밸브(V1_D_H, V1_D_L)를 제어한다. 그에 따라 슬라이드의 상승 중에 유압실린더(SYL1)를 펌프로서 작용시켜 유압을 정고압력원(204;定高壓力源)에 충진시킬 수 있다.
다음에 유압실린더 제어기(350; 제어수단)에 대하여 설명한다.
유압실린더 제어기(350; 제어수단)는 4개의 밸브(V1_D_H, V1_D_L, V2_D_H, V2_D_L)를 구동(개폐)하기 위한 지령신호(L1_L_SLV, L1_H_SLV, L2_L_SLV, L2_H_SLV)를 출력함과 동시에 유압실린더(SYL1, SYL2)의 발생 추진력에 상당하는 SYL1_ON 조정신호, SYL2_ON 조정신호를 복합모터 제어기(360)로 출력함으로써 속도제어기(330)로부터 모션 베이스신호가 가해지고, 외란토크 추정기(370)로부터 외란토크 추정신호가 가해지고 있다.
또한 유압실린더 제어기(350; 제어수단)에는 압력검출기(P_1_D, P_2_D)에 의해 검출된 압력신호(L1_P, L2_P)와 스풀위치 검출기(S1_D_L, S1_D_H, S2_D_L, S2_D_H)에 의해 검출된 스풀 위치신호(L1_L_POS, L1_H_POS, L2_L_POS, L2_H_POS)가 가해지고 있다.
유압실린더 제어기(350; 제어수단)는 입력하는 모션 베이스신호와 외란토크 추정신호의 총합으로부터 전동모터(SM) 단체(單體)의 추진력으로 조달할 수 있는지 어떤지, 또한 유압실린더의 어시스트가 필요한 경우에는 유압실린더(SYL1, SYL2) 중 어느쪽이든 한쪽, 또는 양쪽의 어시스트가 필요한가를 판단해 유압실린더(SYL1)를 어시스트 ON, 어시스트 OFF시키기 위한 CYL1_OFF 지령 및 유압실린더(SYL2)를 어시스트 ON, 어시스트 OFF시키기 위한 CYL2_ON 지령, CYL2_OFF 지령을 발생한다.
또한 CYL1_ON 지령, CYL1_OFF 지령에는 상승시에 필요에 따라서 유압 충진제어기(340)로부터 상승 ON 충진신호가 가산된다.
지금 도 9A에 나타낸 바와 같이 유압실린더(SYL1)를 어시스트 ON하는 CYL1_ON 지령(0 → 1)을 발생하는 경우, CYL1_ON 지령의 상승에 동기(同期)하여 저압력원(208)에 통하는 밸브(V1_D_L)를 모두 닫는 밸브 지령신호(L1_L_SLV)를 출력하고(도 9C), 이어서 소정의 지연시간 후에 정고전압원(204)에 통하는 밸브(V1_D_H)를 열기 때문에 후술의 어시스트시 승압 알고리즘에 따른 밸브 지령신호(L1_H_SLV)를 출력한다(도 9B). 또한 어시스트시 승압 알고리즘은 소정의 어시스트시 승압 제어시간(수m ~ 수10msec 사이; 실린더 압력의 과도기)만 행해진다.
도 10은 상기 밸브 지령신호(L1_H_SLV)를 출력하는 유압실린더 제어기(350)의 일부를 나타낸 회로도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이 어시스트시 승압 제어시간에 승압시 CYL1 압력지령(CYL1REF)을 출력한다. 유압실린더 제어기(350;제어수단)는 상기 압력지령(CYL1REF)과 압력검출기(P_1_D)에 의해 검출된 압력신호(L1_P)의 편차에 따라서 밸브(V1_D_H)의 스풀 위치지령(밸브(V1_D_H)의 개구량지령)을 연산하고, 이 스풀 위치지령에 스풀 L1H베이스지령(L1_H_REF)를 더한 신호와 스풀위치 검출기(S1_D_H;개구량 검출수단)에 의해 검출된 스풀 위치신호(L1_H_POS;밸브(V1_D_H)의 개구량)의 편차에 따라서 상기 밸브 지령신호(L1_H_SLV)를 연산하며, 이 밸브 지령신호(L1_H_SLV)에 의해 밸브(V1_D_H)의 스풀 위치(밸브(V1_D_H)의개구량)를 제어한다.
상기 어시스트시 승압 알고리즘에 따른 연산된 밸브 지령신호(L1_H_SLV)에 의해 밸브(V1_D_H)를 제어함으로써 유압실린더(SYL1)의 압력은 압력지령(CYL1REF)에 추종하게 된다.
또한 이 어시스트시 승압 알고리즘에 의한 승압 후 밸브(V1_D_H)는 정상 ON 용의 일정량(대략 모든 열림의 개구량)으로 되도록 제어된다. 이것은 승압공정이 종료하면 유류(油流)가 좁혀지지 않게 밸브 개방도를 크게 하여 에너지 효율을 저하시키지 않게 하기 위함이다.
유압실린더 제어기(350)는 유압실린더를 어시스트 OFF 하는 경우에도 어시스트 ON과 같은 제어를 실시한다.
즉, 도 11A에 나타낸 바와 같이 유압실린더(SYL2)를 어시스트 OFF 하는 CYL2_OFF 지령(1 → 0)을 발생하는 경우 CYL2_OFF 지령의 하강에 동기(同期)하여 정고압력원(204;定高壓力源)에 통하는 밸브(V2_D_H)를 모두 닫는 밸브 지령신호(L2_H_SLV)를 출력하고(도 11C), 이어서 소정의 지연시간 후에 저압력원(208)에 통하는 밸브(V2_D_L)를 열기 위한 어시스트시 탈압(脫壓) 알고리즘에 따른 밸브 지령신호(L2_L_SLV)를 출력한다(도 11B). 또한 어시스트시 탈압(脫壓) 알고리즘은 소정의 어시스트시 탈압 제어시간(수m ~ 수10msec 사이; 실린더 압력의 과도기)만 행해진다.
도 12는 상기 밸브 지령신호(L2_L_SLV)를 출력하는 유압실린더 제어기(350;제어수단)의 일부를 나타낸 회로도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 어시스트시 탈압 제어시간에 탈압시 CYL2 압력지령(CYL2REF)을 출력한다. 유압실린더 제어기(350;제어수단)는 상기 압력지령(CYL2REF)과 압력검출기(P_2_D)에 의해 검출된 압력신호(L2_P)의 편차에 따라서 밸브(V2_D_L)의 스풀 위치지령(밸브(V2_D_L)의 개구량지령)을 연산하고, 이 스풀 위치지령에 스풀L2L베이스지령(L2_L_REF)FMF 더한 신호와 스풀 위치검출기(S2_D_L; 개구량 검출수단)에 의해 검출된 스풀 위치신호(L2_L_POS;밸브(V2_D_L)의 개구량)의 편차에 따라서 상기 밸브 지령신호(L2_L_ SLV)를 연산하며, 이 밸브 지령신호(L2_L_SLV)에 의해 밸브(V2_D_L)의 스풀위치(밸브(V2_D_L)의 개구량)를 제어한다.
상기 어시스트시 탈압 알고리즘에 따라서 연산된 밸브 지령신호(L2_L_SLV)에 의해 밸브(V2_D_L)를 제어함으로써 유압실린더(SYL2)의 압력은 압력지령(CYL2REF)에 추종하게 된다.
또한 이 어시스트시 탈압 알고리즘에 의한 탈압 후 밸브(V2_D_L)는 정상 OFF 용의 일정량(대략 모든 열림의 개구량)으로 되도록 제어된다. 이것은 탈압공정이 종료하면 유류(油流)가 좁혀지지 않도록 밸브개도를 크게 하여 에너지 효율을 저하시키지 않도록 하기 위함이다.
또한 상기한 바와 같이 하여 제어되는 상기 밸브(V1_D_H, V1_D_L, V2_D_H, V2_D_L)는 밸브 지령신호군의 변화시점으로부터 늦어도 60ms 이내에 2개의 정상상태(대략 일정 저압상태(P0)와 대략 일정 고압상태(P1))의 사이에서 적어도│P1 - P0│의 50% 이상의 변화가 가능한 개구량 및 응답성을 갖는 것이 적용된다.
또한 유압실린더 제어기(350)는 유압 충진제어기(340)로부터 상승 중 충진 ON 신호를 입력한 경우에는 유압실린더(SYL1)를 펌프로서 작용시키기 위한 밸브 지령신호를 상기와 같이 연산하여 출력한다.
또한 유압실린더 제어기(350)는 유압실린더(SYL1)나 CYL2가 구동된 때 미리 예측된 압력응답에 비례하는 추진력 응답과 미리 예측된 전동모터(SM)의 토크응답의 차를 보정하는 것 같은 조정신호(CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호)를 연산하고, 이 조정신호를 복합모터 제어기(360)로 출력한다.
도 13A는 유압실린더(SYL1)를 어시스트 ON 하는 CYL1_ON 지령이 주어진 때의 유압실린더(SYL1)의 압력응답을 나타내는 그래프이며, 도 13B는 전동모터(SM)에 대하여 스텝상의 토크지령이 주어진 때의 토크응답을 나타낸 그래프이다.
도 14A는 CYL1_ON 지령으로부터 유압실린더(SYL1)의 압력응답에 이를 때까지의 전달함수를 나타내고, 도 14B는 토크지령으로부터 전동모터(SM)의 토크응답에 이를 때까지의 전달함수를 나타내고 있다.
유압실린더 제어기(350)는 도 15에 나타낸 바와 같이 도 14A 및 도 14B에 나타낸 전달함수를 이용하여 CYL1_ON 지령이나 CYL2_ON 지령이 발생한 경우 그 CYL1_ON 지령이나 CYL2_ON 지령에 근거하는 실린더 추진력이 슬라이드(110)에 가산되는 정도에 상응하는 조정신호(CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호)를 복합모터 제어기(360)로 출력한다. 복합모터 제어기(360)에서는 복합모터 토크 지령신호로부터 CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호를 감산하여 전동모터(SM)에의 모터 토크 지령신호를 연산하고 있지만 이 모터 토크 지령신호는 과도적으로도 정합한 신호로 된다.
도 16은 보다 간이적으로 동적인 정합을 취하기 위한 CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호를 연산하는 유압실린더 제어기의 다른 실시예의 형태를 나타내고 있다.
도 16에 나타낸 유압실린더 제어기(350'; 제어수단)는 전동모터(SM)의 토크 응답보다 충분히 느린 유압실린더(SYL1, SYL2)의 압력응답에 합쳐져 실린더 추진력에 상응하는 토크를 감산하기 때문에 유압실린더(SYL1, SYL2)의 압력을 나타내는 압력신호(L1_P, L2_P; 압력응답)에 전동모터(SM) 응답분의 지연을 위상 개선시킨 전달함수(GPC1(S), GPC2(S))를 곱한 것을 조정신호(CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호)로서 복합모터 제어기(360)로 출력하고 있다.
다음에 복합모터 제어기(360; 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단)에 대하여 설명한다.
도 7에 나타낸 바와 같이 복합모터 제어기(360)에는 속도제어기(330)로부터 복합모터 토크 지령신호가 가해지고, 외란토크 추정기(370)로부터 외란 토크 추정신호가 가해지며, 압유(壓油) 충진제어기(340)로부터 실린더 상승 ON 조정신호가 가해지고, 유압실린더 제어기(350)로부터 SYL1_ON 조정신호 및 SYL2_ON 조정신호가 가해지고 있다.
복합모터 제어기(360)는 입력하는 복합모터 토크 지령신호와 외란토크 추정신호를 가산하여 프레스 하중 등을 포함하는 외란토크를 고려한 복합모터 토크 지령신호를 얻어 이 복합모터 토크 지령신호로부터 도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이 조정신호(CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호)를 감산하고, 그 감산결과를 모터 토크 지령신호로서 출력한다.
모터제어기(380)에는 복합모터 제어기(360)로부터 모터 토크 지령신호가 가해지고, 모터구동장치(390)로부터 모터 토크신호 및 모터 각속도신호가 가해지고 있다. 모터제어기(380)는 이들의 신호로부터 모터 구동신호를 연산하고, 이 모터 구동신호를 모터구동장치(390)로 출력한다. 본예에 있어서의 모터제어기(380)에 입력하는 모터 각속도신호는 역기전력에 의한 지령전압 저하에 수반하는 모터 토크 저하를 보정하기 위한 것이다. 즉, 모터 각속도신호는 속도에 비례하여 발생하는 역기전력분의 전압을 모터제어기(380) 내의 지령전압의 PWM(펄스폭변조 제어부)에서 보정(가산)조작하기 위해 사용된다. 또한 모터제어기로는 여러 가지 형태가 알려져 있어 본 예에는 한정되지 않는다.
모터구동장치(390; 도 1)는 슬라이드 제어장치(300)로부터 입력하는 모터 구동신호에 근거해 전동모터(SM)를 구동한다.
다음에 상기 구성의 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 동작에 대하여 설명한다.
〔작용설명〕
〈상태 파형〉
도 17 내지 도 26은 각각 슬라이드(110)를 구동시키는 경우의 1 사이클에 있어서의 각종 상태 파형(슬라이드 위치, 모터 각속도, 모터에 의한(감속기, 스크루ㆍ너트구동기구를 통한) 추진력, 각 유압실린더 압력, 각 유압실린더 추진력, 정고압력원으로부터 각 유압실린더로 유입출(流入出)하는 유량, 정고압력원 압력, 정고압력원 유량, 프레스 하중 및 슬라이드 가속도 지령)을 나타내는 그래프이다.
도 17의 실선 및 점선은 각각 슬라이드 목표위치 지령 및 슬라이드 위치를 나타내고 있다. 슬라이드 목표위치 지령의 상한위치 지령은 300mm, 하한위치 지령은 0mm 이다(상향 방향을 정방향으로 하고 있다). 도 8에서 설명한 바와 같이 슬라이드 목표위치 지령은 슬라이드 위치제어기(320) 내의 적분기(323)가 슬라이드 속도지령을 시간 적분하여 생성하고 있어 이 실시의 형태에서는 200mm/s의 슬라이드 속도지령을 시간 적분한 것이다.
〈슬라이드 동작 개시 전 = 슬라이드 정지 중〉
프레스기계(100)의 운전 개시시(운전 개시 전)에는 정고압력원(204)에 실린더 구동용 압유(壓油)가 축적되어 있지 않다. 슬라이드 제어장치(300)의 슬라이드 통괄제어기(310; 도 7)는 압력검출기(P_H)로부터 입력하는 대략 일정 고압력 신호에 근거하여 압유의 압력이 정지시 축압 하한 설정압(예를 들면 21MPa) 이하인 것을 검지하면, 압유 공급신호를 보조압유 공급장치(230)로 출력한다. 보조압유 공급장치(230)는 압유 공급신호의 입력에 의해 압유를 정고압력원(204)에 충진하고, 정고압력원(204) 내의 보조압유를 확보한다.
도 23은 정고압력원(204)의 압력을 나타내고 있고, 시간(0s)에 있어서의 압력은 동작 전에 보조압유 공급장치(230)에 의해 충진된 유압의 압력이다.
〈슬라이드 하강개시 하방(下方)가속 → - 정속(등속), 파형도의 0 ~ 1.15초〉
슬라이드 제어장치(300)의 슬라이드 통괄제어기(310)로부터는 브레이크 OFF 신호(B1, B2)가 자중낙하 방지장치(250)로 출력되어 운전 정지시 슬라이드(110)의 자중낙하기능(브레이크기능)이 해제된다.
한편 슬라이드 위치제어기(320)의 적분기(322; 도 8)에서는 슬라이드 가속지령을 연산하고 있다. 도 26은 슬라이드 가속지령을 나타내고 있다. 충진신호 생성기(324)는 슬라이드 가속지령으로부터 비교적 큰 토크를 필요로 하는 슬라이드 가속영역을 지났을 시점(도 26에 나타낸 0초 근방 부측(負側)의 토크 절대치가 작아졌을 시점)을 판단하여 충진 베이스신호를 충진 구동장치(270)로 출력한다.
충진 베이스신호를 받은 압유 충진제어기(340)는 유압실린더(SYL1)가 어시스트용으로 구동된 것을 나타내는 신호가 가해질 때까지 충진 구동장치(270) 내의 충진밸브(273)를 ON 시키기 위한 충진용 밸브 지령신호를 출력한다. 충진용 밸브 지령신호를 받은 충진 구동장치(270; 도 6)는 충진밸브(273)를 ON 시켜 파일럿 조작 역지밸브(272)에 의해 저압측의 관로(T)를 차단시켜 슬라이드(110)의 하강시에 유압실린더(SYL1a, SYL1b)의 실린더 하실로부터 토출되는 압유를 역지밸브(271)를 통해 고압측의 관로(P)를 경유하여 정고압력원(204)에 충진시킨다.
도 23 및 도 24는 각각 정고전압원(204) 내 압유의 압력 및 유량을 나타내고 있고, 도 23 및 도 24에 나타낸 0.4s ~ 1.15s 사이의 압력 상승부 및 유량 상승부는 슬라이드 하강시의 충진에 의한 것이다.
〈슬라이드 하강 후반 성형력(成形力) 부하, 어시스트 작용 하사점(下死點)정유 파형도의 1.1 ~ 2.5초〉
슬라이드 위치 100mm(경과시간 1.1s)로부터 슬라이드 하사점(下死點) 위치(0mm)에 이르는 기간은 도 25에 나타낸 바와 같은 성형력(成形力)이 작용한다.
도 18에는 전동모터(SM)의 모터 각속도(구동축 각속도)를 나타낸다. 성형력(프레스 하중)이 작용한 순간의 과도시를 제외해 하중 작용에 의하지 않고 안정된 속도곡선을 나타내고 있는 것이 분명하다. 이것은 도 7에 나타낸 슬라이드 제어장치(300) 내의 외란토크 추정기(370)에 의해 프레스 하중 등을 포함하는 외란토크를 속도신호 등을 기본으로 연산추정하여 복합모터 제어기(360)에 외란 토크를 상쇄하기 위하여 출력하는 것에 의한 작용이 크다.
성형력이 작용한 때 유압실린더 제어기(350)에서는 위치, 속도의 제어를 맡는 모션 베이스신호와 외란토크 추정신호(이들 총합(어시스트 판단량))에 기초를 두어 그 량의 대소에 의해 유압실린더(SYL1; 실린더 소)와 유압실린더(SYL2; 실린더 대)를 구동시킬 수 있도록 밸브 지령신호군을 출력하여 전동모터(SM; 로부터 스크루ㆍ너트구동기구를 통한) 추진력의 부족분을 실린더 추진력으로 보충하도록 하고 있다.
유압실린더 제어기(350)는 유압실린더(CYL1)나 유압실린더(CYL2)를 구동할 때에는 미리 예측된 압력응답에 비례하는 추진력 응답과 미리 예측된 전동모터(SM)의 토크 응답 차를 보정하는 것 같은 조정신호(CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호)를 복합모터 제어기(360)로 출력하고, 복합모터 제어기(360)는 복합모터 토크 지령신호에 조정신호를 가산함으로써 전동모터(SM)로부터 스크루ㆍ너트구동기구를 통한 추진력과 유압실린더 추진력을 동적으로 두어도(복합의 과도상태에 있어서도) 매끄럽게 복합된다.
또한 이때는 압유가 성형으로 소비되어 대략 일정 고압신호가 동작시 축압 하한 설정압(예컨대 21MPa) 이하로 되면, 보조압유 공급장치(230)가 동작하여 정고압력원(204)에 압유가 축적된다. 또한 프레스 기계(100)의 동작중은 소정의 압력(동작시 축압 상한 설정압(예를 들면 22.5MPa)에 이르면, 보조압유 공급장치(230)에 의한 압유의 공급은 정지한다.
〈슬라이드 상승 초기(가속) 성형력(成形力) 언로딩(unloading) 어시스트해제 파형도의 2.5 ~ 2.8초〉
도 17에 나타낸 바와 같이 하강시와 마찬가지로 슬라이드(110)는 슬라이드 제어장치(300)에 근거해 슬라이드 위치제어기(320)에서 생성된 슬라이드 목표위치 지령에 슬라이드 위치가 추종하도록 제어된다.
이때 상승개시 초기에 성형력이 해제되어 위치, 속도의 제어를 맡는 모션 베이스신호와 외란토크 추정신호(이들 총합(어시스트 판단량))이 작아지기 때문에 유압실린더 제어기(350)는 유압실린더(SYL1; 실린더 소)와 유압실린더(SYL2; 실린더 대)를 순차 어시스트 OFF 시키는 밸브 지령신호군을 출력한다.
또한 유압실린더 제어기(350)는 유압실린더(CYL1)나 유압실린더(CYL2)를 OFF 할 때에는 어시스트 ON 시와 마찬가지로 조정신호를 복합모터 제어기(360)로 출력하여 복합모터 제어기(360)는 복합모터 토크 지령신호에 조정신호를 가산함으로써 전동모터(SM)로부터 스크루ㆍ너트구동기구를 통한 추진력과 유압실린더 추진력을 동적으로 두어도(복합의 과도상태에 있어서도) 매끄럽게 복합된다.
〈슬라이드 상승 중기(등속) 상승중의 압유충진 파형도의 2.8 ~ 4.0초〉
슬라이드 하강시와 마찬가지로 슬라이드 위치제어기(320)의 적분기(322; 도 8)에서는 슬라이드 가속도 지령을 연산하고 있어 충진신호 생성기(324)는 슬라이드 가속도 지령으로부터 비교적 큰 토크를 필요로 하는 상승시의 슬라이드 가속영역을 지난 시점(도 26에 나타낸 2.5초 근방 정측(正側) 토크의 절대치가 작아진 시점)을 판단하여 충진 베이스신호를 충진 구동장치(270)로 출력한다.
충진 베이스신호를 받은 유압 충진제어기(340)는 슬라이드 상승공정에 있어서는 유압실린더 제어기(350)에 상승중 충진 ON 신호를 출력한다. 유압실린더 제어 기(350)는 상승중 충진 ON 신호를 입력하면 유압실린더(SYL1)를 구동하기 위해 밸브 지령 신호군을 출력하여 유압실린더(SYL1)을 구동하고, 그 압력은 어시스트시와 마찬가지로 미리 설정된 응답성에 따라 제어된다.
이때의 유압실린더(SYL1) 추진력은 아래 방향이며, 전동모터(SM)의 동작방향과 반대이기 때문에 전동모터(SM)는 유압실린더(SYL1)의 추진력에 상당하는 토크를 불필요하게 떠맡는다. 이 유압실린더(SYL1)의 추진력에 상당하는 토크 증가분의 모터 토크 지령은 어시스트 작용시와 마찬가지로 CYL1_ON 조정신호나 외란토크 추정신호에 따라서 연산된다. 결국 유압실린더(SYL1)는 펌프 작용을 실시해 전동모터(SM)의 슬라이드 상승시의 여잉동력(余剩動力)으로 저압력원(208)으로부터 정고압력원(204)에 압유를 충진한다. 또한 상승 충진은 상승 개시시의 소정의 시점에서 대략 일정 고압신호가 상승 충진 기동 설정압(예컨대 21.8MPa) 이하로 한정 허가된다.
〈슬라이드 상승 후기(감속) 제동시 에너지 회생 파형도의 4.0 ~ 4.2초〉
슬라이드(110)는 슬라이드 제어장치(330)에 의해 슬라이드 목표위치 지령에 슬라이드 위치가 추종되도록 제어한 결과 상사점(上死點) 위치에 가까워지면 감속 당한다. 이때 전동모터(SM)의 토크는 본래의 감속측(하강측)에 발생하지만, 상승 충전시의 펌프로서 유압실린더(SYL1)를 계속해서 구동하기(하강측에 추진력이 발생하고 있다) 때문에 가속측(상승측)에 발생하고 있다. 즉, 유압실린더(SYL1)에 의한 저압력원(208)으로부터 정고압력원(204)에 펌프작용(압유 충진)을 실시할 때의 하강측의 힘으로부터 서보모터(+스크루 기구)에 의한 상승측의 힘을 줄인 힘이 제동 력이 되어 결국 슬라이드(110)의 보유하고 있는 운동에너지와 전동모터(SM)에 의한 상승측 동력으로 압유를 충진하게 되어 적어도 슬라이드(110)의 보유하는 운동에너지는 모두 압유로서 정고압력원(208)에 회생된다.
〈제 2실시의 형태〉
도 27은 본 발명에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 제 2실시의 형태 전체 구성을 나타낸 개략도이다. 또한 도 1에 나타낸 제 1실시의 형태와 공통하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.
도 27에 나타낸 제 2실시의 형태의 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 도 1에 나타낸 제1의 실시의 형태의 것과는 주로 프레스기계(100') 및 슬라이드 제어장치(300')가 다르다.
〔프레스 기계의 구성〕
이 프레스기계(100')는 베드(102), 칼럼(104), 크라운(106)으로 프레임이 구성되고, 슬라이드(110; 가동반)는 칼럼(104)에 설치된 가이드부(108)에 의해 수직방향으로 이동가능하게 안내되고 있다.
슬라이드(110)를 구동하는 구동수단으로서 이중 유압실린더(SYL)와 전동모터(SM1a, SM2a, SM1b, SM2b)의 출력 토크가 전달되는 한쌍의 스크루ㆍ너트구동기구가 설치되어 있다.
이중 유압실린더(SYL)는 수압면적(受壓面積)의 작은 유실(140; 油室)을 포함하는 유압실린더(SYL1)와 수압면적(受壓面積)의 큰 유실(141, 142; 油室)을 포함하는 유압실린더(SYL2)로 구성되고, 이 이중 유압실린더(SYL)의 실린더 본체가 크라 운(106)에 고정되며, 피스톤 로드가 슬라이드(110)에 고정되어 있어 슬라이드(110)의 모든 스트로크에 걸쳐서 추진력을 슬라이드(110)에 전달할 수 있도록 되어 있다. 또한 유실(140, 141)은 각각 관로(222, 224)에 접속되고, 유실(142)은 자중낙하 방지장치(250)에 접속되어 있다.
한쌍의 스크루ㆍ너트구동기구는 각각 베어링(112a, 112b)를 통하여 크라운(106)에 회전가능하게 고정된 구동스크루(120a, 120b)와 슬라이드(110)에 고정됨과 동시에 상기 구동스크루(120a, 120b)와 나사 결합하는 종동너트122a, 122b)로 구성되어 있고, 구동스크루(120a, 120b)에는 감속기(124a, 124b)를 통해서 전동모터(SM1a, SM2a, SM1b, SM2b)의 출력 토크가 전달되도록 되어 있다. 또한 한쌍의 스크루ㆍ너트구동기구는 슬라이드(110)의 중심에 대하여 대칭의 위치에 배치되어 설치되어 있다.
또한 프레스기계(100')의 베이스(102) 측에는 슬라이드(110) 좌우의 슬라이드 위치를 각각 검출하는 슬라이드 위치검출기(130a, 130b; 제 1, 2의 위치검출수단)가 설치되어 전동모터(SM1a, SM2a)와 전동모터(SM1b, SM2b)에는 각 구동축의 각속도를 검출하는 구동축 각속도 검출기(132a, 132b; 제 1, 2의 속도검출수단)가 설치되어 있다.
슬라이드 위치검출기(130a, 130b; 제 1, 2의 위치검출수단)로부터는 위치신호 처리장치(131a, 131b)를통해서 슬라이드(110) 좌우의 슬라이드 위치를 나타내는 슬라이드 위치신호a, b가 슬라이드 제어장치(300')로 출력되고, 구동축 각속도 검출기(132a, 132b; 제 1, 2의 속도검출수단)로부터는 모터 구동장치(390a, 390b)를 통해서 각 구동축의 각속도신호(모터 각속도신호a, b)가 슬라이드 제어장치(300')로 출력되고 있다. 또한 모터 구동장치(390a, 390b)로부터는 각각 모터 토크 신호a, b가 슬라이드 제어장치(300')로 출력되고 있다.
〔슬라이드 제어〕
다음에 도 27에 나타낸 슬라이드 제어장치(300')에 대하여 도 28을 참조하면서 설명한다. 또한 도 7에 나타낸 슬라이드 제어장치(300)와 공통하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.
도 28에 나타낸 바와 같이 슬라이드 제어장치(300')는 슬라이드 총괄제어기(310)와 슬라이드 위치제어기(320')와, 속도제어기(330')와, 압유 충진제어기(340)와, 유압실린더 제어기(350)와, 복합모터 제어기(360')와, 외란 토크 추정기(370a, 370b)와, 모터제어기(380a, 380b)로 구성되어 있다.
슬라이드 위치제어기(320')는 도 8에 나타낸 슬라이드 위치제어기(320)와 같은 구성을 가지지만, 슬라이드 위치검출기(130a, 130b)로부터 위치신호 처리장치(131a, 131b)를 통해서 슬라이드(110) 좌우의 슬라이드 위치를 나타내는 슬라이드 위치신호a, b를 입력하고 있기 때문에 슬라이드(110) 좌우의 속도 지령신호(a, b)를 개별로 연산하여 출력한다. 또한 이 슬라이드 위치제어기(320')로부터는 충진 베이스신호는 출력하지 않고, 모터 각속도신호a, b를 입력하고 있는 가속도 연산기(326)로부터 충진 베이스신호를 유압 충진제어기(340)로 출력하고 있다. 이 가속도 연산기(326)는 모터 각속도신호a, b로부터 슬라이드(110) 좌우 평균의 가속도를 연산하고, 그 가속도에 따라서 충진 베이스신호를 생성하여 유압 충진제어기(340)으로 출력하고 있다.
속도제어기(330')에는 속도 지령신호a, b와 모터 각속도신호a, b가 가해지고 있어 속도제어기(330')는 이들 입력신호에 따라서 위치, 속도의 제어를 맡는 모션 베이스신호와 복합 모터 토크 지령신호a, b를 연산한다. 상기 모션 베이스신호는 유압실린더 제어기(350)로 출력되고, 복합모터 토크 지령신호a, b는 복합모터 제어기(360'; 제 2의 복합모터 토크지령 연산수단) 및 외란토크 추정기(370a, 370b; 제 1, 2의 외란토크 추정수단)로 출력된다.
제 1의 외란 토크 추정수단(370a)에는 상기 복합모터 토크 지령신호(a) 외에 모터 토크 신호(유효전류 신호)a와 모터 각속도신호a가 가해지고 있어 제 1의 외란토크 추정수단(370a)은 모터 각속도신호a 등을 근거로 프레스 하중 등을 포함한 외란 토크를 연산 추정한다. 마찬가지로 제 2의 외란토크 추정수단(370b)에는 상기 복합모터 토크 지령신호b 외에 모터 토크 신호(유효전류 신호)b와 모터 각속도신호b가 가해지고 있어 제 2의 외란토크 추정수단(370b)은 모터 각속도신호(b) 등을 근거로 프레스 하중 등을 포함한 외란 토크를 연산 추정한다. 이들 외란 토크 추정기(370a, 370b)는 각각 연산한 외란 토크를 나타내는 외란토크 추정신호a, b를 유압실린더 제어기(350) 및 복합모터 제어기(360'; 제 2의 복합모터 토크지령 연산수단)로 출력한다.
복합모터 제어기(360')는 입력하는 복합모터 토크 지령신호a와 외란토크 추정신호a를 가산하여 프레스 하중 등을 포함한 외란 토크를 고려한 복합모터 토크 지령신호를 얻어 이 복합모터 토크 지령신호로부터 조정신호(CYL1_ON 조정신호, CYL2_ON 조정신호)를 연산하여 그 연산 결과를 모터토크 지령신호a로서 출력함과 동시에 입력하는 복합모터 토크 지령신호b와 외란토크 추정신호b를 가산하여 복합모터 토크 지령신호를 얻어 이 복합모터 토크 지령신호로부터 조정신호를 연산하여 그 연산 결과를 모터토크 지령신호b로서 출력한다.
모터제어기(380a, 380b)에는 각각 복합모터 제어기(360; 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단)로부터 모터토크 지령신호a, b가 가해지고, 모터구동장치(390a, 390b)로부터 모터 토크 신호a, b 및 모터 각속도신호a, b가 가해지고 있어 모터제어기(380a, 380b)는 이들의 신호로부터 모터구동신호a, b를 연산하고, 이 모터구동신호a, b를 모터구동장치(390a, 390b)로 출력한다. 모터구동장치(390a, 390b; 도 27)는 슬라이드 제어장치(300')로부터 입력하는 모터구동신호a, b에 따라서 전동모터(SM1a, SM2a)와 전동모터(SM1b, SM2b)를 구동한다.
즉, 제 2 실시형태의 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 전동모터(SM1a, SM2a)와 전동모터(SM1b, SM2b)를 개별로 구동하고, 좌우 한쌍의 스크루ㆍ너트구동기구를 통해서 슬라이드(110)의 좌우에 개별로 추진력을 가할 수 있어 이것에 의해 슬라이드(110)에 대하여 편심된 프레스 하중이 걸리는 경우에도 그 편심된 프레스 하중에 대응한 추진력을 가할 수 있어 슬라이드(110)의 평행도를 고 정밀도로 유지할 수 있다.
〈제 3실시의 형태〉
도 29는 본 발명에 관한 프레스기계의 슬라이드 구동장치의 제3 실시의 형태의 요부 구성을 나타낸 개략도이다. 또한 도 1 및 도 27에 나타낸 제 1 및 제 2 실시의 형태와 공통하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.
도 29에 나타낸 제 3 실시형태의 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 도 1 및 도 27에 나타낸 제 1 및 제 2실시의 형태의 것과 주로 프레스기계(100") 및 유압실린더 구동장치(200')가 다르다.
〔프레스 기계의 구성〕
이 프레스기계(100")는 도 1에 나타낸 프레스 기계(100)과 마찬가지로 대소 2개씩의 유압실린더(SYL1; SYL1a, SYL1b), 유압실린더(SYL2; SYL2a, SYL2b)가 설치되고, 또한 도 27에 나타낸 프레스기계(100')와 마찬가지로 전동모터의 출력 토크가 전달되는 한쌍의 스크루ㆍ너트구동기구가 설치되어 있다.
또한 한쌍의 스크루ㆍ너트구동기구를 구동하는 전동모터(SMa, SMb)는 도 28에 도시한 제 2실시의 형태의 슬라이드 제어장치(300')와 같은 슬라이드 제어장치에 의해 개별로 구동 제어된다.
〔유압실린더 구동장치〕
제 3실시 형태의 유압실린더 구동장치(200')는 제 1의 유압실린더 제어기(200a; 제1의 유압실린더 제어수단)와 제 2의 유압실린더 제어기(200b; 제 2의 유압실린더 제어수단)로 구성되고, 각 유압실린더 구동장치는 도 5에 도시한 유압실린더 구동장치(200)와 같이 구성되어 있다. 제 1의 유압실린더 제어기(200a)에는 관로(222a, 224a)를 통해서 도 29 상에서 좌측의 유압실린더(SYL1a, SYL2a)가 접속되고, 제 2의 유압실린더 제어기(200b)에는 관로(222b, 224b)를 통해서 도 29 상에서 우측의 유압실린더(SYL1b, SYL2b)가 접속되어 있다.
한편 제 1의 유압실린더 제어기(200a)에는 밸브 지령신호(L1_L_SLVa, L1_H_SLVa, L2_L_SLVa, L2_H_SLVa)가 가해지고, 제 2의 유압실린더 제어기(200b)에는 밸브 지령신호(L1_L_SLVb, L1_H_SLVb, L2_L_SLVb, L2_H_SLVb)가 가해지고 있다. 이들 밸브 지령신호(L1_L_SLVa, L1_H_SLVa, L2_L_SLVa, L2_H_SLVa)와 밸브 지령신호(L1_L_SLVb, L1_H_SLVb, L2_L_SLVb, L2_H_SLVb)는 도시하지 않은 슬라이드 제어장치 내의 유압실린더 제어기에 의해 개별로 생성되고 있다.
즉, 이 유압실린더 구동장치(200')는 제 1의 유압실린더 제어기(200a)와 제 2의 유압실린더 제어기(200b)에 의해 좌측의 유압실린더(SYL1a, SYL2a)와 우측의 유압실린더(SYL1b, SYL2b)를 개별로 구동하고 있다.
따라서 제 3실시 형태의 프레스기계의 슬라이드 구동장치는 프레스기계(100") 좌우의 전동모터(SMa)와 전동모터(SMb)를 개별로 구동 제어함과 동시에 좌우의 유압실린더(SYL1a, SYL2a)와 유압실린더(SYL1b, SYL2b)를 개별로 제어하고 있고, 그에 따라 슬라이드(110)에 대하여 편심된 프레스 하중이 걸리는 경우에도 그 편심된 프레스 하중에 대응한 추진력을 가할 수 있어 슬라이드(110)의 평행도를 고 정밀도로 유지할 수 있다.
또한 이 실시의 형태에서는 슬라이드(110)의 위치를 나타내는 슬라이드 위치신호를 사용하고 있지만, 구동축 각도신호를 사용하여도 되고, 또한 속도신호로서 구동축 각속도를 사용하고 있지만, 슬라이드 속도를 사용하여도 된다. 또한 속도 마이너 루프 피드백(minor loop feedback) 부속 위치 피드백에 의한 제어를 실행하고 있지만, 속도 피드백 만에 의한 제어로도 된다. 또한 이 실시 형태에서는 작동액으로서 유(油)를 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고 물이나 그외 액체를 사용하여도 된다. 또한 본 발명은 프레스기계의 슬라이드(가동반)에 한정되지 않고 사출성형기의 다이 플레이트(die plate) 등 각종 추진력을 요하는 산업기계나 건설기계 등 가동반의 구동장치로서도 적용할 수 있다.
본 발명은 가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치에 적용할 수 있다. 특히 전동모터와 액압실린더를 겸용하여 프레스기계의 슬라이드나 각종 추진력을 요하는 산업기계나 건설기계 등의 가동반을 구동하는 기술에 적용할 수 있다.

Claims (36)

  1. 전동모터와,
    상기 전동모터의 출력토크를 가동반을 이동시키기 위한 추진력으로서 그 가동반에 전달시키는 스크루ㆍ너트구동기구와,
    일정압력의 작동액을 발생하는 정고압력원(定高壓力源)과 저압력원에 밸브를 통해서 접속된 단수 또는 복수의 유압실린더와,
    상기 유압실린더의 추진력을 상기 가동반에 전달하는 추진력 전달수단으로서, 상기 스크루ㆍ너트구동기구의 임의의 스트로크 위치에서 수시로 추진력이 전달가능 하도록 연결하는 추진력 전달수단과,
    상기 가동반의 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇 개의 회전부의 각속도를 검출하는 속도검출수단과,
    상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 제어수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 가동반에 요구되는 추진력에 대하여 상기 전동모터에 의한 추진력이 부족할 때에는 그 부족한 추진력의 크기에 따라서 상기 전동모터를 오프셋 구동함과 함께 상기 단수 또는 복수의 액압실린더를 ON/OFF 동작시켜 상기 전동모터와 상기 유압실린더의 복합 추진력을 연속적으로 변화시킴으로써 상기 임의의 스트로크 위치에서 상기 요구 추진력을 발생시킴과 동시에 상기 가동반의 부하가 작아지는 소정의 기간에 상기 유압실린더의 적어도 하나의 유압실린더를 펌프로서 작용시켜 상기 전동모터에서 상기 스크루ㆍ너트구동기구, 가동반 및 추진력 전달수단을 통하여 상기 유압실린더로 전달되는 추진력에 의해 상기 저압력원(低壓力源)에서 상기 정고압력원(定高壓力源)에 작동액을 충진시키는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 정고압력원, 저압력원 및 유압실린더를 포함하여 구성되는 작동액이 순환하는 액압장치는 대기와 차단되어 있는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 정고압력원은 작동액을 일정 고압으로 보존하는 어큐뮬레이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 저압력원은 작동액을 대기압의 탱크 또는 일정 저압으로 보존하는 어큐뮬레이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 정고압력원은 일정 압력의 작동액을 공급하는 작동액 보조공급수단이 접속되는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 전동모터는 적어도 하나의 서보모터를 포함하는 복수 의 전동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전동모터의 출력토크는 감속기를 통하여 상기 스크루ㆍ너트구동기구에 전달되는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 유압실린더는 실린더 직경이 다른 2 종류 이상의 실린더가 이용되는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 유압실린더는 실린더 직경이 동일한 한쌍의 유압실린더를 포함하고, 상기 한쌍의 유압실린더는 상기 가동반의 중심에 대하여 대칭인 위치에 배치됨과 동시에 상기 한쌍의 유압실린더의 압액접속포트 사이는 작동액이 동시에 공급가능하게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 유압실린더는 적어도 하나의 유압실린더의 피스톤로드 측의 압액접속포트가 상기 저압력원에 상시로 통하도록 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 가동반은 연직(鉛直) 방향으로 이동가능하게 안내되고, 상기 유압실린더는 실린더 하실(下室) 측의 압액접속포트에 파일럿조작 역지밸브가 접속되어 비구동시에 상기 가동반의 자중을 지지하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 속도 또는 상기 회전부의 목표 각속도를 지령하는 속도지령수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 속도지령수단에 의해 지령된 목표 속도 또는 목표 각속도 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과 상기 가동반의 위치 또는 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과, 상 기 복합모터 토크 지령신호에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과, 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 모션 베이스신호를 연산하는 모션 베이스 연산수단과, 상기 모션 베이스신호에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과,
    상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 모션 베이스신호를 연산하는 모션 베이스 연산수단과,
    상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 외란토크를 추정해 그 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 외란토크 추정수단과,
    상기 모션 베이스신호 및 상기 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과,
    상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 외란토크를 추정해 그 외란 토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 외란토크 추정수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 밸브의 개구량을 제어함으로써 상기 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 밸브의 개구량을 지령하는 지령신호의 발생시부터 상기 유압실린더의 압력이 소정 값에 도달할 때까지의 응답성에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호, 상기 밸브의 개구량을 지령하는 지령신호의 발생시부터 상기 유압실린더의 압력이 소정 값에 도달할 때까지의 제 1의 응답성 및 상기 전동모터로의 토크지령 또는 전류지령에서 상기 지령된 토크 또는 전류에 도달할 때까지의 제 2의 응답성에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과,
    상기 유압실린더의 압력을 검출하는 압력검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 속도검출수단에 의해서 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 압력검출수단에 의해 검출된 압력에 근거하여 상기 전동모터를 제어하는 모터 제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 유압실린더의 압력을 검출하는 압력검출수단과, 상기 밸브의 개구량을 검출하는 밸브의 개구량 검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 유압실린더 제어신호를 연산하는 연산수단과,
    상기 유압실린더 제어신호, 상기 압력검출수단에 의해 검출된 압력 및 상기 개구량 검출수단에 의해 검출된 개구량에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 연산수단은 일정 저압상태와 일정 고압상태의 2개의 정상상태 사이에서 변화하는 실린더압력을 나타내는 유압실린더 제어신호를 산출하고,
    상기 실린더제어수단은 상기 유압실린더가 2개의 정상상태 사이에서 변화하는 실린더압력의 과도기에 한정해 상기 유압실린더 제어신호, 상기 압력검출수단에 의해 검출된 압력 및 상기 개구량 검출수단에 의해 검출된 개구량에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 밸브는 상기 정고압력원과 상기 유압실린더와의 사이에 개재하는 제 1의 밸브와, 상기 저압력원과 상기 유압실린더와의 사이에 개재하는 제 2의 밸브로 이루어지며,
    상기 제어수단은 상기 제 1의 밸브를 차단한 후에 상기 제 2의 밸브를 열고, 또는 상기 제 2의 밸브를 차단한 후에 상기 제 1의 밸브를 열도록 상기 제 1의 밸브 및 제 2의 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은 일정 저압상태(P0)와 일정 고압상태(P1)의 2개의 정상상태의 사이에서 변화하는 실린더 압력을 나타내는 유압실린더 제어신호를 산출하는 연산수단과,
    상기 유압실린더 제어신호에 근거하여 상기 밸브를 제어하는 밸브제어수단을 갖추고,
    상기 밸브는 상기 유압실린더 제어신호의 변화시점에서 지연되어도 60ms 이내에 2개의 정상상태 사이에 적어도｜P1-P0｜의 50% 이상의 변화가 가능한 개구량 및 응답성을 가지는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  26. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 가속도 또는 상기 회전부의 각가속도를 검출하는 가속도검출수단을 구비하고,
    상기 제어수단은 상기 가속도검출수단에 의해 검출된 각속도 또는 각가속도에 근거하여 상기 유압실린더의 적어도 하나의 유압실린더를 펌프로서 작용시키는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 가속도검출수단은 상기 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가속도 또는 각가속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  28. 제 12항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 속도지령수단에 의해 지령된 목표 속도 또는 목표 각속도에 근거하여 각속도 또는 각가속도를 산출하는 가속도 연산수단을 갖추고, 상기 산출한 각속도 또는 각가속도에 근거하여 상기 유압실린더의 적어도 하나의 유압실린더를 펌프로서 작용시키는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  29. 제 1항에 있어서, 상기 전동모터는 하나의 스크루ㆍ너트구동기구에 2개 이상 접속되는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  30. 제 1항에 있어서, 상기 스크루ㆍ너트구동기구는 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치되고, 상기 전동모터는 각 스크루ㆍ너트구동기구 별로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  31. 제 1항에 있어서, 상기 유압실린더가 직경이 다른 복수의 실린더를 조합한 실린더인 경우 각 실린더를 동일 방향으로 작동 가능하게 하는 실린더 전체로서 독립한 복수의 수압면(受壓面)을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  32. 제 30항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과,
    상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 제 1의 위치검출수단과,
    상기 가동반의 제 1의 위치검출수단에 의해 검출되는 위치와는 다른 위치 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각속도를 검출하는 제 2의 위치검출수단을 구비하고,
    상기 속도검출수단은 상기 가동반의 위치 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇개의 회전부의 각속도를 검출하는 제 1의 속도검출수단과, 상기 가동반의 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 속도검출되는 위치와는 다른 위치의 속도 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각가속도를 검출하는 제 2의 속도검출수단을 갖추고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 1 및 제 2의 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1 및 제 2의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 복수의 전동모터 및 유압실린더를 제어하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 1의 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 복수의 전동모터 중 제 1의 전동모터를 제어하기 위한 제 1의 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 2의 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 2의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 제 1의 전동모터와는 다른 스크루ㆍ너트 구동기구를 구동하는 제 2의 전동모터를 제어하기 위한 제 2의 복합모터 토크 지령 신호를 연산하는 제 2의 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 제 1의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 1의 외란토크를 추정하여 그 제 1의 외란토크를 나타내는 제 1의 외란토크 추정신호를 연산하는 제 1의 외란토크 추정수단과,
    상기 제 2의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 2의 외란토크를 추정하여 그 제 2의 외란토크를 나타내는 제 2의 외란토크 추정신호를 연산하는 제 2의 외란토크 추정수단과,
    상기 제 1의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 제 1의 전동모터를 제어하는 제 1의 모터제어수단과,
    상기 제 2의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 제 2의 전동모터를 제어하는 제 2의 모터제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  34. 제 1항에 있어서, 상기 가동반의 목표 위치 또는 상기 회전부의 목표 각도를 지령하는 위치지령수단과,
    상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 위치검출수단을 구비하고,
    상기 유압실린더는 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치되며, 상기 속도검출수단은 상기 가동반의 속도 또는 상기 전동모터의 구동축으로부터 스크루ㆍ너트구동기구까지의 몇 개의 회전부의 각속도를 검출하는 제 1의 속도검출수단과, 상기 가동반의 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 속도검출되는 위치와는 다른 위치의 속도 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각가속도를 검출하는 제 2의 속도검출수단을 갖추고,
    상기 제어수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1 및 제 2의 속도검출수단에 의해 각각 검출된 속도 또는 각속도 중 적어도 한쪽의 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 전동모터를 제어하기 위한 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 복합모터 토크지령 연산수단과,
    상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1 및 제 2의 속도검출수단에 의해 각각 검출된 속도 또는 각속도 중 적어도 한쪽의 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 유압실린더를 제어하기 위한 모션 베이스신호를 연산하는 모션 베이스 연산수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 1의 외란토크를 추정하여 그 제 1의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 제 1의 외란토크 추정수단과,
    상기 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 2의 외란토크를 추정하여 그 제 2의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 제 2의 외란토크 추정수단과,
    상기 모션 베이스신호 및 상기 제 1의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 복수의 유압실린더 중 제 1의 유압실린더를 제어하는 제 1의 유압실린더제어수단과,
    상기 모션 베이스신호 및 상기 제 2의 외란토크 추정신호에 근거하여 상기 복수의 유압실린더 중 제 2의 유압실린더를 제어하는 제 2의 유압실린더제어수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 스크루ㆍ너트구동기구는 하나의 가동반에 대하여 복수 배치 설치되고, 상기 전동모터는 각 스크루ㆍ너트구동기구 별로 설치되며,
    상기 위치검출수단은 상기 가동반의 위치 또는 상기 회전부의 각도를 검출하는 제 1의 위치검출수단과, 상기 가동반의 상기 제 1의 위치검출수단에 의해 검출되는 위치와는 다른 위치 또는 상기 가동반에 배치 설치된 복수의 스크루ㆍ너트구동기구 중 상기 회전부와 다른 스크루ㆍ너트구동기구에 관계되는 회전부의 각속도를 검출하는 제 2의 위치검출수단을 갖추고,
    상기 복합모터 토크 지령신호 연산수단은 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 1의 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 복수의 전동모터 중 제 1의 전동모터를 제어하기 위한 제 1의 복합모터 토크 지령신호를 연산하는 제 1의 복합모터 토크지령 연산수단과, 상기 위치지령수단에 의해 지령된 목표 위치 또는 목표 각도, 상기 제 2의 위치검출수단에 의해 검출된 위치 또는 각도 및 상기 제 2의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 복수의 전동모터 중 제 2의 전동모터를 제어하기 위한 제 2의 복합모터 토크 지령 신호를 연산하는 제 2의 복합모터 토크지령 연산수단을 갖추며,
    상기 제 1의 외란토크 추정수단은 상기 제 1의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 1의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 1의 외란토크를 추정하여 그 제 1의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하고,
    상기 제 2의 외란토크 추정수단은 상기 제 2의 복합모터 토크 지령신호 및 상기 제 2의 속도검출수단에 의해 검출된 속도 또는 각속도에 근거하여 상기 가동반의 구동에 수반하는 제 2의 외란토크를 추정하여 그 제 2의 외란토크를 나타내는 외란토크 추정신호를 연산하는 것을 특징으로 하는 가동반의 구동장치.
  36. 청구항 1 내지 35의 어느 것에 기재한 가동반의 구동장치를 포함해 상기 가동반은 프레스기계의 슬라이드인 것을 특징으로 하는 프레스기계의 슬라이드 구동장치.
KR1020077015907A 2005-01-12 2005-12-20 가동반의 구동장치 및 프레스기계의 슬라이드 구동장치 KR100965456B1 (ko)

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