KR101264133B1

KR101264133B1 - 다이 쿠션 장치

Info

Publication number: KR101264133B1
Application number: KR1020107023680A
Authority: KR
Inventors: 다쿠지 미야사카; 히로히데 사토; 히로유키 이토; 다케오 아리카베; 료타 요시무라; 마사야 나카가와; 에이지 도바
Original assignee: 고마쓰 산기 가부시끼가이샤; 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2008-05-22
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2013-05-14
Also published as: JP2009279620A; CN102036765A; US8468866B2; CN102036765B; DE112009001109T5; JP5296415B2; US20110045113A1; WO2009142132A1; KR20100124837A

Abstract

본 발명은, 상승 시의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있는 다이 쿠션 장치(die cushion device)를 제공한다. 다이 쿠션 장치에서는, 완충 장치는, 감쇠부(減衰部)와 탄성부를 가지고, 쿠션 패드와 지지부와의 사이에서의 충격을 완화시킨다. 감쇠부는, 지지부에 대한 쿠션 패드의 상대 속도에 따른 반력(反力)이 생기게 한다. 탄성부는, 지지부에 대한 쿠션 패드의 상대 변위에 따른 반력이 생기게 한다. 제어부(18)는, 제1 속도 검출부(15)에 의해 검출된 슬라이드의 속도와 제2 속도 검출부(16)에 의해 검출된 지지부의 속도와의 속도차가, 시간의 경과에 따라 변화하는 소정의 목표값으로 되도록 서보 모터를 제어한다.

Description

다이 쿠션 장치{DIE CUSHION DEVICE}

본 발명은, 다이 쿠션 장치(die cushion device)에 관한 것이다.

다이 쿠션 장치는, 슬라이드에 대하여 가압력을 작용하게 하기 위해 프레스 기계에 설치된다. 다이 쿠션 장치는, 아래쪽으로 이동하는 슬라이드로부터의 힘을 쿠션 패드에 의해 캐치(catch)하고, 슬라이드에 가압력을 가하면서 쿠션 패드를 이동시킨다.

여기서, 종래의 다이 쿠션 장치에서는, 슬라이드에 가해지는 압력을 고정밀도로 제어하기 위해 서보 모터에 의해 쿠션 패드를 구동시키고 있다. 또한, 이와 같은 다이 쿠션 장치에는, 쿠션 패드의 속도와 슬라이드의 속도와의 차이가 제로로 되도록, 서보 모터를 제어하는 것이 있다(하기 특허 문헌 1 참조). 이 경우, 슬라이드에 가해지는 가압력이 목표값에 도달한 후의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있다.

일본공개특허 제2006-62254호 공보

그러나, 상기와 같은 다이 쿠션 장치에서는, 쿠션 패드와 슬라이드와의 속도차의 목표값이 제로로 고정되어 있다. 그러므로, 쿠션 패드는 속도 편차에 비례한 어떤 특정한 속도로 이동한다. 그러므로, 목표값에 도달할 때까지의 상승 시의 가압력의 파형(波形)은, 특정한 형상으로 밖에 되지 않는다. 그러므로, 상승 시의 가압력을 양호한 정밀도로 제어하는 것은 곤란하다.

본 발명의 과제는, 상승 시의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있는 다이 쿠션 장치를 제공하는 것에 있다.

제1 발명에 관한 다이 쿠션 장치는, 프레스 기계에 있어서 슬라이드에 대한 가압력이 생기게 하는 다이 쿠션 장치로서, 쿠션 패드와, 지지부와, 서보 모터와, 완충 장치와, 제1 속도 검출부와, 제2 속도 검출부와, 제어부를 포함한다. 쿠션 패드는, 슬라이드로부터의 힘을 받는다. 지지부는, 쿠션 패드를 지지한다. 서보 모터는, 지지부를 승강시킴으로써 쿠션 패드를 승강시킨다. 완충 장치는, 감쇠부(減衰部)와, 탄성부를 가지고, 쿠션 패드와 지지부와의 사이에서의 충격을 완화시킨다. 감쇠부는, 지지부에 대한 쿠션 패드의 상대 속도에 따른 반력(反力)이 생기게 한다. 탄성부는, 지지부에 대한 쿠션 패드의 상대 변위에 따른 반력이 생기게 한다. 제1 속도 검출부는, 슬라이드의 속도를 검출한다. 제2 속도 검출부는, 지지부의 속도를 검출한다. 제어부는, 제1 속도 검출부에 의해 검출된 슬라이드의 속도와 제2 속도 검출부에 의해 검출된 지지부의 속도와의 속도차가, 시간의 경과에 따라 변화하는 소정의 목표값으로 되도록 서보 모터를 제어한다.

이 다이 쿠션 장치에서는, 완충 장치에 탄성부와 감쇠부가 설치된다. 그러므로, 탄성부에 의해, 완충 장치에 있어서의 하중을 안정시킬 수 있다. 또한, 탄성부에 의한 하중의 상승 지연이, 감쇠부에 의해 보충되어, 하중의 상승 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 슬라이드의 속도와 지지부의 속도와의 속도차가 상기한 바와 같이 변화하도록 서보 모터가 제어되면, 속도차의 변화에 따라 감쇠부에 의한 반력도 변화한다. 그러므로, 속도차의 변화의 목표값을 적절히 설정함으로써, 목표값에 도달할 때까지의 상승 시의 가압력의 파형을 원하는 파형으로 조정할 수 있다. 이로써, 상승 시의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있다.

제2 발명에 관한 다이 쿠션 장치는, 제1 발명의 다이 쿠션 장치로서, 제어부는, 속도차가, 쿠션 패드가 슬라이드로부터의 힘을 받기 시작한 시점(時点) 이후의 소정의 제1 시점에서 피크로 되고, 제1 시점 이후는 시간의 경과에 따라 감소하도록, 서보 모터를 제어한다.

이 다이 쿠션 장치에서는, 쿠션 패드가 슬라이드로부터의 힘을 받기 시작한 시점 이후의 소정의 제1 시점에서 피크로 된다. 이로써, 제1 시점에서 감쇠부에 의해 큰 반력이 생긴다. 그 결과, 충돌 초기의 하중의 상승 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명에서는, 완충 장치에 탄성부와 감쇠부가 설치된다. 그러므로, 탄성부에 의해, 완충 장치에 있어서의 하중을 안정시킬 수 있다. 또한, 탄성부에 의한 하중의 상승 지연이, 감쇠부에 의해 보충되어, 하중의 상승 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 슬라이드의 속도와 지지부의 속도와의 속도차가 상기한 바와 같이 변화하도록 서보 모터가 제어되면, 속도차의 변화에 따라 감쇠부에 의한 반력도 변화한다. 그러므로, 속도차의 변화의 목표값을 적절히 설정함으로써, 목표값에 도달할 때까지의 상승 시의 가압력의 파형을 원하는 파형으로 조정할 수 있다. 이로써, 상승 시의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있다.

도 1은 프레스 기계의 구성을 나타낸 정면도이다.
도 2는 다이 쿠션 장치의 구성을 나타낸 부분 확대도이다.
도 3은 다이 쿠션 장치의 상면도이다.
도 4는 유압 회로의 구성도이다.
도 5는 다이 쿠션 장치의 제어 블록도이다.
도 6은 슬라이드와 쿠션 패드의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 어큐뮬레이터 및 오리피스에 의한 하중의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 완충 장치에 의한 하중의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 속도차 지령값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 어큐뮬레이터에 의한 하중의 변화 및 목표 하중의 변화를 나타낸 그래프이다.

1. 구성

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

1-1. 프레스 기계(1)의 전체 구성

도 1은 프레스 기계(1)의 구성을 나타낸 모식도이다. 이 프레스 기계(1)는, 슬라이드(2)와, 볼스터(bolster)(3)와, 상부 몰드(4) 및 하부 몰드(5)와, 슬라이드 구동 기구(6)와, 다이 쿠션 장치(7)를 구비한다.

슬라이드(2)는, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다.

볼스터(3)는, 슬라이드(2)의 아래쪽에 배치되어 있고, 슬라이드(2)와 대향하고 있다. 슬라이드 구동 기구(6)는 슬라이드(2)의 위쪽에 배치되어 있고, 슬라이드(2)를 승강시킨다. 상부 몰드(4)는, 슬라이드(2)의 하부에 장착되어 있다. 하부 몰드(5)는 볼스터(3)의 상부에 장착되어 있다. 볼스터(3) 및 하부 몰드(5)에는 상하 방향으로 관통하는 복수 개의 구멍이 형성되어 있고, 이들 구멍에는, 후술하는 복수 개의 쿠션 핀(8)이 삽통(揷通)된다. 슬라이드 구동 기구(6)는, 슬라이드(2)를 승강시켜, 상부 몰드(4)를 하부 몰드(5)에 가압한다. 이로써, 상부 몰드(4)와 하부 몰드(5)와의 사이에 배치된 가공 대상 부재(이하, 「공작물(9)」이라고 함)가 원하는 형상으로 프레스 가공된다. 다이 쿠션 장치(7)는, 슬라이드(2)에 대한 가압력이 생기게 하는 장치이다.

1-2. 다이 쿠션 장치(7)의 구성

이하, 도 1~도 3을 참조하여, 다이 쿠션 장치(7)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는 다이 쿠션 장치(7)의 모식도이다. 도 3은 다이 쿠션 장치(7)의 상면도이다. 다이 쿠션 장치(7)는, 복수 개의 쿠션 핀(8)과, 블랭크 홀더(10)와, 쿠션 패드(11)와, 완충 장치(12)와, 지지부(13)와, 구동부(14)와, 각종 검출부(15~17)(도 5 참조)와, 제어부(18)(도 5 참조)를 포함한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 쿠션 핀(8)은, 볼스터(3) 및 하부 몰드(5)에 형성된 구멍에 상하 방향으로 이동 가능하게 삽입되어 있다. 쿠션 핀(8)의 상단은 블랭크 홀더(10)와 맞닿아 있다. 또한, 쿠션 핀(8)의 하단은, 쿠션 패드(11)와 맞닿아 있다.

블랭크 홀더(10)는, 상부 몰드(4)의 아래쪽에 배치되어 있다. 블랭크 홀더(10)는, 상부 몰드(4)가 하부 몰드(5)에 근접하도록 아래쪽으로 이동할 때, 공작물(9)을 통하여 상부 몰드(4)에 압압(押壓)되도록 배치되어 있다.

쿠션 패드(11)는, 슬라이드(2)로부터의 힘을 받는 부재이며, 볼스터(3)의 아래쪽에 배치된 베드(9) 내에 설치되어 있다. 쿠션 패드(11)는, 베드(9) 내에 있어서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 그리고, 베드(9)의 내벽면 사이에는 빔(6)이 설치되어 있고, 빔(6)에 의해 다이 쿠션 장치(7)가 지지되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 쿠션 패드(11)의 각 측면과 그 각 측면에 대향하는 베드(9)의 내벽면과의 사이에는 복수 개의 가이드(19)가 설치되어 있다. 가이드(19)는, 서로 걸어맞추어지는 한쌍의 이너(inner) 가이드(19a)와 아우터(outer) 가이드(19b)를 가지고 있다. 이너 가이드(19a)는 쿠션 패드(11)의 각 측면에 설치되어 있다. 아우터 가이드(19b)는 베드(9)의 내벽면에 설치되어 있다. 가이드(19)는 쿠션 패드(11)를 상하 방향으로 안내한다. 그리고, 도 3에 있어서는, 복수 개의 가이드(19) 중 1개에만 부호를 부여하고, 다른 가이드(19)의 부호는 생략하고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 완충 장치(12)는, 쿠션 패드(11)와 지지부(13)와의 사이에서 충격을 완화시키는 장치이며, 실린더(21)와, 피스톤(22)과, 유압 회로(24)(도 4 참조)를 가진다.

실린더(21)는, 쿠션 패드(11)의 하부에 장착되어 있다. 실린더(21)는, 하방향으로 개구된 형상을 가지고 있고, 개구 내부의 천정면에는 위쪽을 향해 오목한 오목부(21a)가 형성되어 있다.

피스톤(22)은 실린더(21)의 내부에 슬라이드 이동 가능하게 수용된다. 또한, 피스톤(22)은 위쪽으로 돌출된 볼록부(22a)를 가지고 있고, 피스톤(22)의 볼록부(22a)는 실린더(21)의 오목부(21a)에 삽입된다. 실린더(21)와 피스톤(22)과의 사이에는, 원환형의 유압실(23)이 형성된다. 이 유압실(23)의 축심은, 후술하는 로드(45) 및 볼나사(46)의 축심과 일치하고 있다. 유압실(23)에는 충격 완화용의 오일이 충전되어 있다.

유압 회로(24)의 구성을 나타낸 개략도를 도 4에 나타낸다. 유압 회로(24)는, 유압실(23)과 접속되어 있고, 유압실(23)과의 사이에서, 오일의 공급과 배출을 행할 수 있다.

유압 회로(24)는, 어큐뮬레이터(accumulator)(31)와, 제1 릴리프 밸브(32)와, 오리피스(orifice)(33)와, 냉각기(34)와, 제2 릴리프 밸브(40)와, 압력 센서(35)와, 복수 개의 유로(36~39)를 가진다.

어큐뮬레이터(31)는, 제1 유로(36)를 통하여 유압실(23)과 접속되어 있다.

제1 릴리프 밸브(32)는, 제1 유로(36)에 설치되어 있고, 제1 유로(36)의 유압 즉 유압실(23)의 유압이 소정의 제1 릴리프압 이상인 경우에 열린다. 제1 릴리프압은, 상부 몰드(4)와 공작물(9)이 접했을 때 유압실(23)에 작용하는 유압에 의해 제1 릴리프 밸브(32)가 열리도록 설정되어 있다.

오리피스(33)는, 제1 유로(36)로부터 분기된 제2 유로(37)에 설치되어 있다. 그리고, 제2 유로(37)에는, 가변 조리개 밸브(41)와 체크 밸브(42)가 설치되어 있고, 제1 유로(36) 측으로의 오일의 역류가 방지되어 있다.

냉각기(34)는, 제1 유로(36)로부터 분기된 제3 유로(38)에 설치되어 있다. 제3 유로(38)는, 제1 유로(36)의 유압실(23) 측과는 반대측에서 제2 유로(37)와 접속되어 있다. 냉각기(34)는, 오리피스(33)를 통과하여 온도가 상승한 오일을 냉각시킨다. 그리고, 제3 유로(38)에는, 가변 조리개 밸브(43)와 체크 밸브(44)가 설치되어 있고, 제1 유로(36)의 유압실(23) 측으로부터 냉각기(34)에 오일이 흐르는 것이 방지되어 있다.

제2 릴리프 밸브(40)는, 제1 유로(36)로부터 분기된 제4 유로(39)에 설치되어 있다. 제4 유로(39)는, 제1 유로(36)과 반대측에서 오일 탱크와 접속되어 있다. 제2 릴리프 밸브(40)는, 유압실(23)의 유압이 소정의 제2 릴리프압 이상인 경우에 열린다. 제2 릴리프압은, 전술한 제1 릴리프압보다 높은 압력으로 설정되어 있다. 제2 릴리프 밸브(40)는, 유압실(23)의 유압이 과잉으로 높게 된 경우에 열림으로써, 쿠션 패드(11)에 과잉의 하중이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 제2 릴리프 밸브(40)가 작동하면 프레스 기계(1)는 비상 정지한다. 또한, 복귀할 때는, 도시하지 않은 유압 공급 수단으로부터 유압 회로(24)에 오일이 공급된다.

압력 센서(35)는, 제1 유로(36)의 유압, 즉 유압실(23)의 유압을 검출한다.

도 2에 나타낸 지지부(13)는, 쿠션 패드(11)를 지지하는 부분이며, 로드(45)를 가지고 있다. 로드(45)의 상단은, 피스톤(22)의 하단과 맞닿아 있다. 로드(45)의 상단에는 구면형(球面形)의 접촉면이 형성된다. 로드(45)의 상단이 구면 형상인 것에 의해, 만일 쿠션 패드(11)가 경사졌다고 해도, 로드(45) 전체에는 축 방향의 힘만이 작용한다. 이와 같은 구조에 의해 편심(偏心) 하중에 의한 로드(45)의 손상이 방지된다. 로드(45)의 하단은 볼나사(46)의 나사부(46a)의 상단과 접속된다.

구동부(14)는, 볼나사(46)와, 대형 풀리(47)와, 소형 풀리(48)와, 서보 모터(49)를 가진다.

볼나사(46)는, 나사부(46a)와 너트부(46b)를 가진다. 나사부(46a)는 너트부(46b)에 나사결합되어 있다. 나사부(46a)의 상단은, 로드(45)의 하단과 접속되어 있다. 너트부(46b)의 하단은 대형 풀리(47)의 상단과 접속되어 있다. 또한, 너트부(46b)는, 빔(6)에 대하여 베어링 등에 의해 축지지되어 있다. 소형 풀리(48)는 서보 모터(49)의 회전축과 접속되어 있다. 대형 풀리(47)와 소형 풀리(48)에는 벨트(50)가 감겨져 걸쳐 있고, 서로의 동력을 전달할 수 있도록 되어 있다.

서보 모터(49)는 회전축을 가지고, 전류의 공급에 의해 회전축이 정역 회전한다. 서보 모터(49)에 전류가 공급되어 회전축이 회전하면, 소형 풀리(48)가 회전한다. 소형 풀리(48)의 회전은 벨트(50)를 통하여 대형 풀리(47)에 전달되고, 이로써, 대형 풀리(47)가 회전한다. 대형 풀리(47)는 너트부(46b)와 접속되어 있으므로, 대형 풀리(47)의 회전과 동시에 너트부(46b)가 회전한다. 너트부(46b)가 회전하면, 나사부(46a)가 너트부(46b)에 따라 상하 방향으로 직선적으로 이동한다. 이로써, 로드(45)가 상하 방향으로 이동하고, 피스톤(22), 유압실(23), 실린더(21)와 함께 쿠션 패드(11)가 승강한다. 이와 같이, 서보 모터(49)는, 지지부(13)를 승강시킴으로써 쿠션 패드(11)를 승강시킨다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 각종 검출부(15~17)에는, 제1 속도 검출부(15), 제2 속도 검출부(16), 위치 검출부(17)가 있다.

제1 속도 검출부(15)는, 슬라이드(2)의 속도를 검출한다.

제2 속도 검출부(16)는, 지지부(13)의 속도를 검출한다. 제2 속도 검출부(16)는, 예를 들면, 서보 모터(49)의 회전축의 주위에 설치된 인코더이며, 서보 모터(49)의 회전 속도를 검출한다.

위치 검출부(17)는, 쿠션 패드(11)의 위치를 검출한다. 위치 검출부(17)는, 예를 들면, 쿠션 패드(11)와 베드(9)와의 사이에 설치된 리니어 스케일이며, 쿠션 패드(11)의 승강 위치를 검출한다.

이들 검출부(15~17)에 의해 검출된 정보는, 검출 신호로서 제어부(18)에 보내진다.

제어부(18)는, 서보 모터(49)로의 공급 전류를 제어함으로써, 서보 모터(49)를 제어한다. 제어부(18)는, 서보 모터(49)를 제어함으로써, 쿠션 패드(11)의 위치 및 속도를 제어한다. 또한, 제어부(18)는, 쿠션 패드(11)로부터 슬라이드(2)에 가해지는 가압력을 제어한다. 제어부(18)에 의해 실행되는 다이 쿠션 장치(7)의 제어에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.

2. 다이 쿠션 장치(7)의 동작

2-1. 쿠션 패드(11)의 동작

도 6은 슬라이드(2)와 쿠션 패드(11)의 동작을 나타낸 도면이며, 시간의 경과에 따른 슬라이드(2)와 쿠션 패드(11)의 위치의 변화를 나타내고 있다. 도 6에 있어서, 파선 L1은, 슬라이드(2)의 위치의 변화를 나타내고, 실선 L2는 쿠션 패드(11)의 위치의 변화를 나타내고 있다.

먼저, 시점 t1으로부터 t2까지의 동안에는, 쿠션 패드(11)의 예비 가속이 행해진다. 이 예비 가속에서는, 상부 몰드(4)와 공작물(9)이 접할 때의 충격을 완화하기 위해 쿠션 패드(11)를 미리 아래쪽으로 이동시킨다. 이 예비 가속이 행해지는 동안에는, 제어부(18)에 있어서 위치 피드백 제어가 행해지고 있어, 쿠션 패드(11)의 위치 검출값이 미리 설정된 위치 패턴에 추종(追從)하도록 쿠션 패드(11)의 위치가 제어된다. 쿠션 패드(11)는 그 제어 내용에 따라 하강한다. 그리고, 위치 피드백 제어의 내용에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.

시점 t2에서는 상부 몰드(4)와 공작물(9)이 접한다. 그리고, 이하의 설명에 있어서 「충돌 시」라고 할 때는, 상부 몰드(4)와 공작물(9)이 접한 시점 t2를 의미하는 것으로 한다. 시점 t2로부터 t3까지의 동안에는 슬라이드(2)와 쿠션 패드(11)가 일체로 되어 하강하고, 공작물(9)이 프레스 가공된다. 이 동안에는 제어부(18)와 압력 피드백 제어가 행해지고 있어, 유압실(23)의 유압 검출값이 미리 설정된 압력 패턴에 추종하도록 쿠션 패드(11)에 가해지는 하중이 제어된다. 쿠션 패드(11)는 그 제어 내용에 따라 하강한다. 그리고, 압력 피드백 제어의 내용에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.

시점 t3에서 슬라이드(2)와 쿠션 패드(11)는 하사점에 도달한다. 시점 t3로부터 t4까지의 동안에는 슬라이드(2)와 쿠션 패드(11)가 일체로 되어 보조 리프트 스트로크 D1만큼 상승한다.

시점 t4로부터 t5까지의 동안, 쿠션 패드(11)는 록킹(locking)하여 상승 동작을 일단 정지한다. 그리고, 시점 t5에서 쿠션 패드(11)는 다시 상승 동작을 개시한다.

그리고, 시점 t3로부터 t5까지의 동안에는, 제어부(18)와 위치 피드백 제어가 행해져, 쿠션 패드(11)의 위치 검출값이 미리 설정된 위치 패턴에 추종하도록, 쿠션 패드(11)의 위치가 제어된다. 쿠션 패드(11)는 그 제어 내용에 따라 상승한다.

2-2. 완충 장치(12)의 동작

슬라이드(2)가 아래쪽으로 이동함으로써 상부 몰드(4)가 공작물(9)에 접촉하면, 슬라이드(2)로부터의 힘이 상부 몰드(4), 공작물(9), 블랭크 홀더(10), 쿠션 핀(8)을 통하여 쿠션 패드(11)에 전달된다. 이 때, 유압실(23)에 충전된 오일은 쿠션 패드(11)에 순간적으로 작용하는 힘을 흡수한다. 그러므로, 충돌 시에 쿠션 패드(11)가 슬라이드(2)로부터 받는 순간적인 하중은, 완충 장치(12)에 의해 완화된다. 이하, 이 경우의 완충 장치(12)의 동작에 대하여 설명한다.

상부 몰드(4)와 공작물(9)이 접촉되기 직전에는, 쿠션 패드(11) 및 지지부(13)는, 전술한 바와 같이 예비 가속에 의해 함께 아래쪽으로 이동하고 있다. 그리고, 상부 몰드(4)와 공작물(9)이 접촉하여, 쿠션 패드(11)에 슬라이드(2)로부터의 하중이 작용하면, 쿠션 패드(11)는 지지부(13)에 대하여 상대적으로 아래쪽으로 이동한다. 이로써, 유압실(23)이 압축되고, 유압실(23) 내의 오일이 유압 회로(24)에 보내진다.

도 4를 참조하여 설명하면, 유압 회로(24)에 보내진 오일은, 제1 유로(36)를 통하여, 어큐뮬레이터(31)에 보내진다. 이로써, 어큐뮬레이터(31)는, 지지부(13)에 대한 쿠션 패드(11)의 상대 변위에 따른 반력을 완충 장치(12)에 있어서 생기게 한다. 또한, 유압 회로(24)에 보내진 오일은, 제2 유로(37)를 통과하고, 오리피스(33)를 통과한다. 이로써, 오리피스(33)는, 지지부(13)에 대한 쿠션 패드(11)의 상대 속도에 따른 반력을 완충 장치(12)에 있어서 생기게 한다. 그 결과, 쿠션 패드(11)에는, 어큐뮬레이터(31)에 의한 반력과 오리피스(33)에 의한 반력과의 합력이 하중으로서 작용한다. 그리고, 어큐뮬레이터(31)에 저장된 오일은, 시점 t4 후의 하중이 빠질 때 유압실(23)로 되돌려진다.

어큐뮬레이터(31)에 의한 하중의 시간에 대한 변화의 일례를 도 7의 (a)에 나타낸다. 이 어큐뮬레이터(31)는, 비교적 낮은 스프링 상수(常數)를 가지고 있어, 하중의 상승은 지연되지만, 오버 슈트하지 않고 목표 하중까지 단조(單調) 증가하고 있다.

또한, 오리피스(33)에 의한 하중의 시간에 대한 변화의 일례를 도 7의 (b)에 나타낸다. 충돌 초기에 있어서는, 상부 몰드(4)와 공작물(9)과의 접촉에 의해 비교적 큰 상대 속도가 생긴다. 그러므로, 충돌 초기에 있어서는, 오리피스(33)에 의한 하중은 큰 값을 나타내고, 그 후, 곧바로 제로로 수속(收束)한다.

전술한 바와 같이, 쿠션 패드(11)에는, 어큐뮬레이터(31)에 의한 하중과 오리피스(33)에 의한 하중과의 합력이 작용한다. 따라서, 쿠션 패드(11)에 작용하는 하중의 시간에 대한 변화는, 도 8에 나타낸 바와 같은 파형으로 된다. 이 하중의 변화에서는, 하중의 상승이 매우 빠르고, 또한 상승 후에는 하중이 신속히 안정된다.

3. 다이 쿠션 장치(7)의 제어

다음에, 제어부(18)에 의해 실행되는 다이 쿠션 장치(7)의 제어에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 제어부(18)는, 압력 지령 연산부(61), 압력 제어부(62), 속도차 지령부(63), 속도 제어부(64), 위치 지령 연산부(65), 위치 제어부(66), 제어 전환부(67)를 가지고 있고, 이들 각 부의 기능에 의해, 이하에 나타내는 압력 피드백 제어와 위치 피드백 제어를 선택적으로 실행한다. 그리고, 도 5는 제어부(18)에 의해 실행되는 피드백 제어를 나타낸 제어 블록도이다.

3-1. 압력 피드백 제어

먼저, 압력 피드백 제어에 대하여 설명한다.

압력 지령 연산부(61)는, 시간과 쿠션 패드(11)에 발생하는 압력(이하, 「쿠션압」이라고 함)과의 원하는 대응 관계를 나타내는 압력 패턴을 기억하고 있다. 압력 지령 연산부(61)는, 압력 패턴을 사용하여 시간에 대응하는 쿠션압을 구하고, 압력 제어 신호 Sp로서 출력한다.

한편, 유압실(23)의 유압이 압력 센서(35)로 검출되고, 그 값은, 압력 피드백 신호 Spf로서 출력된다. 그리고, 압력 제어 신호 Sp의 값으로부터 압력 피드백 신호 Spf의 값이 감산되고, 압력 보정 신호 Spc가 생성된다. 압력 제어부(62)는 압력 보정 신호 Spc에 기초하여 서보 모터(49)의 적절한 속도를 구하고, 모터 속도 제어 신호 Sr1으로서 출력한다.

또한, 슬라이드(2)의 속도가 제1 속도 검출부(15)에 의해 검출되고, 그 값은 슬라이드 속도 신호 Ssv로서 출력된다. 그리고, 모터 속도 제어 신호 Sr1의 값에 슬라이드 속도 신호 Ssv의 값이 가산되어, 모터 속도 지령 신호 Sr2가 생성된다.

한편, 지지부(13)의 속도가 제2 속도 검출부(16)에 의해 검출되고, 그 값은, 속도 피드백 신호 Srf로서 출력된다. 그리고, 모터 속도 지령 신호 Sr2의 값으로부터 속도 피드백 신호 Srf의 값이 감산되고, 제1 속도 보정 신호 Sc1가 생성된다.

다음에, 속도차 지령부(63)로부터 속도차 지령 신호 Svc가 출력되고, 제1 속도 보정 신호 Sc1의 값으로부터 속도차 지령 신호 Svc의 값이 감산되어, 제2 속도 보정 신호 Sc2가 생성된다. 여기서, 속도차 지령 신호 Svc는, 슬라이드(2)의 속도와 지지부(13)의 속도와의 사이에 소정의 속도차가 발생하도록 서보 모터(49)를 제어하기 위한 신호이다. 구체적으로는, 속도차 지령부(63)는, 도 9에 나타낸 바와 같은, 속도차 패턴을 기억하고 있고, 속도차 지령부(63)는, 속도차 패턴을 사용하여 시간에 대응하는 속도차를 구하고, 속도차 지령 신호 Svc로서 출력한다.

이 속도차 패턴은, 충돌 시 이후의 소정의 제1 시점에서 피크로 되고, 제1 시점 이후는 시간의 경과에 따라 감소하도록 변화한다. 이 속도차 패턴의 형상은, 도 10에 나타낸 이상적(理想的)인 감쇠력(減衰力)(해칭으로 나타낸 부분 참조)에 대응하고 있다. 도 10에 있어서, 파선 L3는 충돌 시에 있어서의 쿠션 패드(11)의 목표 하중을 나타내고, 실선 L4는, 충돌 시에 있어서 완충 장치(12)의 어큐뮬레이터(31)에 의해 생기는 하중의 변화를 나타내고 있다. 즉, 이상적인 감쇠력은, 목표 하중과 어큐뮬레이터(31)에 의한 하중과의 차이다. 그리고, 상기한 속도차 패턴은, 완충 장치(12)의 오리피스(33)에 의한 감쇠력이 이상적인 감쇠력과 일치하도록 설정된다.

예를 들면, 속도차 패턴은, 이하의 식으로 나타낸다.

[수식 1]

여기서, Vc: 속도차 지령값, t: 시각, h: 피크 높이, B: 시정수, τ: 시간 지연이다. 그리고, 충돌 시로부터 시간 τ만큼 지연된 시점을 원점(原点)으로 하고 있다.

또한, 상기한 h, B, τ는, 충돌 속도 v, 가압력 F, 어큐뮬레이터(31)의 초기 체적 V0, 어큐뮬레이터(31)의 초기압 P0, 성형 사이클수 SPM의 함수로서 다음과 같이 주여진다.

[수식 2]

여기서, 충돌 속도 v는, 슬라이드(2)의 쿠션 패드(11)에 대한 충돌 시의 상대 속도이다. 가압력 F는, 쿠션 패드(11)로부터 슬라이드(2)에 가해지는 힘이다. 어큐뮬레이터(31)의 초기 체적 V0는, 충돌 전에 있어서의 어큐뮬레이터(31) 내의 가스의 체적이다. 어큐뮬레이터(31)의 초기압 P0는, 충돌 전에 있어서의 어큐뮬레이터(31) 내의 가스의 압력 즉 어큐뮬레이터(31) 내의 오일의 압력이다. 성형 사이클수 SPM는, 단위 시간(예를 들면, 1분간)당의 성형 횟수 즉 단위 시간당의 슬라이드(2)의 왕복 수이다.

도 5로 복귀하여 설명하면, 제2 속도 보정 신호 Sc2는, 속도 제어부(64)에 출력된다. 속도 제어부(64)에서는 제2 속도 보정 신호 Sc2에 기초하여 서보 모터(49)로의 적절한 공급 전류값이 구해지고, 공급 전류 I로서 서보 모터(49)에 공급된다. 이로써, 서보 모터(49)는 쿠션 패드(11)를 구동하고, 쿠션 패드(11)는 슬라이드(2)에 대하여 상방향의 가압력을 발생시키면서 하강한다. 이로써, 설정된 쿠션압을 얻을 수 있다.

3-2. 위치 피드백 제어

다음에, 위치 피드백 제어에 대하여 설명한다.

위치 지령 연산부(65)는, 시간과 쿠션 패드(11)의 위치와의 원하는 대응 관계를 나타낸 위치 패턴을 기억하고 있다. 위치 지령 연산부(65)는, 위치 패턴을 사용하여 시간에 대응하는 쿠션 위치를 구하고, 위치 제어 신호 Sh로서 출력한다.

한편, 쿠션 패드(11)의 높이 위치는 위치 검출부(17)에 의해 검출되고, 그 값은 위치 피드백 신호 Shf로서 출력된다. 그리고, 위치 제어 신호 Sh의 값으로부터 위치 피드백 신호 Shf의 값이 감산되어, 위치 보정 신호 Shc가 생성된다. 위치 보정 신호 Shc는 위치 제어부(66)에 출력된다. 위치 제어부(66)에서는 위치 보정 신호 Shc에 기초하여 서보 모터(49)의 적절한 속도가 구해지고, 모터 속도 제어 신호 Sr3가 출력된다. 이후의 신호의 흐름은 압력 피드백 제어와 같다. 단, 위치 피드백 제어가 행해지고 있는 동안에는, 속도차 지령부(63)로부터의 속도차 지령 신호 Svc의 값은 제로로 되고 있다.

그리고, 압력 피드백 제어와 위치 피드백 제어는 제어 전환부(67)에 의해 전환된다.

4. 특징

이 다이 쿠션 장치(7)에서는, 완충 장치(12)에 어큐뮬레이터(31)와 오리피스(33)가 병설된다. 그러므로, 충돌 시에 있어서의 공작물(9)의 상부 몰드(4)로의 가압력을 안정시킬 수 있다. 또한, 어큐뮬레이터(31)에 의한 가압력의 상승 지연이, 오리피스(33)에 의해 보충되어, 가압력의 상승 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 이 다이 쿠션 장치(7)에서는, 어큐뮬레이터(31)에 의한 가압력의 상승 지연이 오리피스(33)에 의해 보충되도록, 슬라이드(2)의 속도와 지지부(13)의 속도와의 속도차가 제어된다. 이로써, 충돌 시에 있어서의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있다.

5. 다른 실시예

(a) 상기한 실시예에서는, 완충 장치(12)에 유압 회로(24)가 설치되고, 유압에 의해 충격이 흡수되고 있지만, 충격을 흡수하는 다른 구성이 사용되어도 된다. 예를 들면, 오리피스(33) 대신에 댐퍼(damper)가 감쇠부로서 설치되어도 된다. 또한, 어큐뮬레이터(31) 대신에 코일 스프링이 탄성부로서 설치되어도 된다.

(b) 상기한 실시예에서는, 슬라이드(2)의 속도가 검출되고, 슬라이드(2)의 속도와 지지부(13)의 속도와의 속도차가 제어되고 있지만, 쿠션 패드(11)의 속도가 검출되고, 쿠션 패드(11)의 속도를 상기한 슬라이드(2)의 속도로 간주하여 사용해도 된다.

(c) 속도차 패턴은, 상기한 것에 한정되지 않고, 어큐뮬레이터(31)에 의한 가압력의 상승 지연을 보충하는 것이면 된다.

(d) 상기한 실시예에서는, 완충 장치(12)에 있어서 오일이 사용되고 있지만, 충격을 흡수하는 액체로서 다른 종류의 것이 사용되어도 된다.

(e) 상기한 실시예에서는, 오리피스(33)가 사용되고 있지만, 조리개로서 작용하는 다른 장치가 사용되어도 된다.

(d) 제1 속도 검출부(15)는, 슬라이드의 위치를 검출하고, 그 검출값을 미분함으로써 슬라이드 속도를 산출하는 수단이어도 된다.

또한, 제2 속도 검출부(16)는, 서보 모터(49)의 회전축의 회전 각도를 검출하고, 그 검출값을 미분함으로써 회전 속도를 산출해도 된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 상승 시의 가압력을 양호한 정밀도로 제어할 수 있는 효과를 가지고, 다이 쿠션 장치로서 유용하다.

7: 다이 쿠션 장치
11: 쿠션 패드
12: 완충 장치
13: 지지부
15: 제1 속도 검출부
16: 제2 속도 검출부
18: 제어부
49: 서보 모터

Claims

프레스 기계에 있어서 슬라이드에 대한 가압력이 생기게 하는 다이 쿠션 장치(die cushion device)로서,
상기 슬라이드로부터의 힘을 받는 쿠션 패드와,
상기 쿠션 패드를 지지하는 지지부와,
상기 지지부를 승강시킴으로써 상기 쿠션 패드를 승강시키는 서보 모터와,
상기 지지부에 대한 상기 쿠션 패드의 상대 속도에 따른 반력(反力)이 생기게 하는 감쇠부(減衰部)와, 상기 지지부에 대한 상기 쿠션 패드의 상대 변위에 따른 반력이 생기게 하는 탄성부를 가지고, 상기 쿠션 패드와 상기 지지부와의 사이에서의 충격을 완화시키는 완충 장치와,
상기 슬라이드의 속도를 검출하는 제1 속도 검출부와,
상기 지지부의 속도를 검출하는 제2 속도 검출부와,
상기 제1 속도 검출부에 의해 검출된 상기 슬라이드의 속도와 상기 제2 속도 검출부에 의해 검출된 상기 지지부의 속도와의 속도차가, 시간의 경과에 따라 변화하는 속도차 패턴이 되도록 상기 서보 모터를 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 속도차 패턴에서는, 상기 탄성부에 의한 반력과 상기 감쇠부에 의한 반력의 합력이, 상기 쿠션 패드의 목표 하중과 일치하도록, 상기 속도차가 시간의 경과에 따라 변화하는,
다이 쿠션 장치.
제1항에 있어서,
상기 속도차 패턴에서는, 상기 속도차가, 상기 쿠션 패드가 상기 슬라이드로부터의 힘을 받기 시작한 시점 이후의 제1 시점에서 피크로 되고, 상기 제1 시점 이후는 시간의 경과에 따라 감소하는, 다이 쿠션 장치.
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