KR19980701420A - 프레스의 다이 높이 보정 장치(Apparatus for correcting die height of press) - Google Patents

프레스의 다이 높이 보정 장치(Apparatus for correcting die height of press) Download PDF

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KR19980701420A
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요시아키 구로다
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안자키 사토루
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Abstract

본 발명은 양측이 C형 프레임에 의해 구성된 프레스 본체의 상측부분에, 상하 구동이 자유자재인 슬라이드를 설치한 프레스에 있어서, 상기 C향 프레임의 적어도 한쪽의 측면에, 하단측을 상기 C향 프레임에 피봇시켜서, 상단측을 자유단으로 한 보조 프레임을 설치하고, 상기 보조 프레임의 상단측에 슬라이드 위치 검출 수단을 설치하여, 상기 보조 프레임의 상단측 및 상기 슬라이드 위치 검출수단 중 적어도 상기 보조 프레임의 상단측에 온도 검출수단을 설치하여, 상기 슬라이드 위치 검출수단이 검출한 슬라이듸 위치를 기초로 슬라이드를 NC 제어하는 동시에 상기 온도 검출수단에 의해 상기 보조 프레임 및 상기 슬라이드 위치 검출수단중 적어도 상기 보조 프레임의 온도를 검출하여, 상기 온도 검출수단이 검출한 온도와 미리 설정된 기준 온도와의 비교에서 얻어진 온도 변화량을 기초로 상기 보조 프레임의 신축량과 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량중 상기 보조 프레임의 신축량을 산출하여, 얻어진 값을 상기 NC 제어의 지령값에 가감산하여 해당 지령값을 보정하는 것을 특징으로 하는 프레스의 다이 높이 보정장치이다.

Description

프레스의 다이 높이 보정장치
종래의 프레스기계는 양측 부분이 C형 프레임으로 구성된 프레스 본체에 상하 동작 가능하게 설치된 슬라이드(또는 램)와, 프레스 본체에 고정된 볼스터(bolster; 또는 베드)를 가지고 있고, 슬라이드에 설치된 상형과 볼스터위에 설치된 하형 사이에 피가공재료를 두고, 상기 슬라이드에 의해 상형을 하형측으로 하강시켜 프레스가공을 행하도록 구성되어 있다.
상기된 바와 같은 프레스기계에서는, 금형이 변할 때마다 형맞춤을 행하고 그 때 상하 금형 사이에 소정의 틈이 생기도록, 볼스터 상면에서 슬라이드 하면까지의 거리(다이 높이)를 조정하고 있고, 이 다이 높이를 정밀도 좋게 조정하는 것은 정밀도가 높은 프레스가공을 행하는 데에 있어서 중요하다.
그러나, 프레스가공전에 다이 높이를 정밀도 좋게 조정하더라도, 프레스가공중에 C형 프레임이 프레스 하중에 의해 변형하여 소위 벌어짐이 발생하면 다이 높이가 변화한다. 그리고, 예를 들면 압인가공(coining)을 행하고 있는 경우, 압인량이 부족하여 불량품이 발생하거나, 혹은 압인량이 과잉으로 되어 금형이 파손되거나 조기에 마모되는 등의 불편함이 발생한다.
이 때문에, 종래로부터 C형 프레임에 벌어짐이 발생하더라도, 이것에 가공 정밀도가 영향을 받지 않도록 여러가지의 방법이나 장치가 제안되고 있다.
예를 들면, 특공소57-44415호 공보에는, 가공시에 있어서의 신장의 영향을 받지 않은 위치에서 프레임 사이에 문형상의 가드(guard)를 고착하여, 이 문형상의 가드에 한 쌍의 하한 스트로크 제어용 밸브를 배치하여, 이들 제어용 밸브 바로위에, 램이 하강하였을 때 상기 제어용 밸브의 밸브축을 가압하여 승강 실린더를 정지시키는 작동기구를 설치하는, 프레스 브레이크의 스트로크 조정장치가 제안되고 있다.
또한, 일본 실공평3-41916호 공보에는 양쪽 C형 사이드 프레임에 근접하여 설치된 좌우 지지 프레임에, 램 안내부의 전후방향의 휨을 검출하는 센서를 설치하여, 이들 센서가 검출한 검출치에 근거하여 상기 램 안내부를 전후로 조정함으로써 정밀도가 좋은 프레스가공을 행할 수 있도록 하는 프레스 가공기의 램안내 조정장치가 제안되고 있다.
한편, 프레스의 다이 높이의 변화는, 프레스 하중에 의해 프레임이 변형함으로써 발생되는 이외에, 프레스 가공중의 온도변화의 영향에 의하여 프레스 각부가 열팽창·수축함으로써도 발생된다.
이 때문에, 다이 높이가 온도변화의 영향을 받지 않도록 하는 방법이나 장치도 여러가지 제안되고 있다.
예를 들면, 일본 실개평2-1599호 공보에는, 프레스기계의 온도를 검출하는 온도센서와, 미리 프레스기계의 온도에 대응하는 슬라이드의 하사점 변화량을 기억하고 있고, 온도 센서에서의 온도 신호에 대응하는 하사점 위치 보정량을 연산하여, 그 연산결과에 의해 구동모터를 구동제어하도록 하는 하사점 위치 보정장치가 제안되고 있다.
또한, 특개평4-190921호 공보에는, 프레임, 상하 테이블, 상하 금형의 각 온도 변화에서 발생되는 열변위를 검출하고, 얻어진 각 검출값에 근거하여, 상측 금형과 하측 금형의 칼날 사이의 거리를 미리 설정된 설정값에 보정처리하도록 하는 칼날사이의 거리 보정장치가 제안되고 있다.
그러나, 프레스 하중에 의해 프레임이 변형하더라도 정밀도가 높은 가공을 가능하게 하는 상기 스트로크 조정장치나 상기 램 안내 조정장치에서는, 프레임이 열변형한 경우에 발생되는 다이 높이의 변화에는 대응할 수 없다고 하는 불편함이 있다.
또한, 프레임과 별개로 지지 브라켓을 설치하고 있는 것도, 지지 브라켓이 열변형한 경우에 다이 높이가 변화하기 때문에, 상술된 불편함이 발생한다.
한편, 프레임의 각부의 온도를 검출하여, 이 검출값에 근거하여 하사점 위치를 보정하기도 하고, 상하 금형사이의 칼날사이의 거리를 미리 설정된 설정값에 보정하도록 한 것으로서는, 다음과 같은 불편함이 있다.
즉, 프레임 등은 단순한 형상을 하지 않은 것부터, 복잡한 열변형을 한다.
이 때문에, 상기 하사점 위치 보정장치라든지 상하 금형간의 칼날 사이의 거리 보정장치에서는, 측정점의 온도가 같은 경우라도, 운전이력이나 가공조건 등이 변하는 프레임 등의 열변형량은 반드시 동일하지 않기 때문에, 보정 오차가 발생하는 불편함이 있다.
또한, 통상의 위치 센서에는 온도 드리프트(drift)가 있기 때문에, 사용 환경온도의 변화라든지 자기(自己)발열에 의해 출력값이 변화하고, 그 때문에 위치센서가 검출한 값을 기초로 제어하더라도, 정밀도가 높은 가공을 할 수 없는 불편함도 있다.
본 발명은 이러한 종래의 불편함을 개선하기 위해서 이루어진 것으로, 열에 의한 영향을 최소한으로 함으로써 정밀도가 높은 가공을 가능하게 하는 프레스의 다이 높이 보정장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명은, 고정밀도의 프레스가공을 가능하게 하기 위한 프레스의 다이 높이 보정장치에 관한 것이다.
본 발명은, 이하의 상세한 설명 및 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부도면에 의해, 보다 잘 이해될 것이다. 또한, 첨부도면에 나타내는 실시예는, 발명을 특정하는 것을 의도할 만한 것이 아니고, 단지 설명 및 이해를 용이하게 하는 것이다.
도면 중, 도 1은 본 발명에 의한 프레스의 다이 높이보정장치의 일실시예의 측면도.
도 2는 상기 실시예의 작용을 나타내는 플로우 챠트.
도 3은 상기 실시예에 설치된 보조 프레임의 온도변화를 나타내는 선도.
도 4는 상기 실시예의 보조 프레임의 치수변화와 슬라이드 위치 검출수단의 출력변화를 나타내는 선도.
도 5는 프레스 본체의 C형 프레임의 온도변화를 나타내는 선도.
도 6은 프레스 본체의 열변형에 의한 다이 높이의 변화를 나타내는 선도.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 한 형태로서, 양측이 C형 프레임에 의해 구성된 프레스 본체의 상측부분에, 상하 구동이 자유자재인 슬라이드를 설치한 프레스에 있어서, 상기 C형 프레임의 한쪽이상의 측면에, 하단측을 상기 C형 프레임에 피봇시키고, 상단측을 자유단으로 하는 보조 프레임을 설치하고, 상기 보조 프레임의 상단측에 슬라이드 위치 검출수단을 설치하여, 상기 보조 프레임의 상단측 및 상기 슬라이드 위치 검출수단중 적어도 상기 보조 프레임의 상단측에 온도검출수단을 설치하고, 상기 슬라이드 위치 검출수단이 검출한 슬라이드 위치를 근거로 하여 슬라이드 NC 제어함과 동시에, 상기 온도 검출수단에 의해 상기 보조 프레임 및 상기 슬라이드 위치 검출수단중 적어도 상기 보조 프레임의 온도를 검출하여, 상기 온도 검출수단이 검출한 온도와 미리 설정된 기준 온도와의 비교에서 얻어진 온도 변화량을 기초로 상기 보조 프레임의 신축량과 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량중 적어도 상기 보조 프레임의 신축량을 산출하여, 얻어진 값을 상기 NC 제어의 지령값에 가감산하여 해당 지령값을 보정하는 것을 특징으로 하는 프레스의 다이 높이 보정장치가 제공된다.
상기 구성에 있어서, 상기 슬라이드 위치 검출수단에 온도 검출수단을 설치하여, 상기 온도 검출수단이 검출한 상기 슬라이드 위치 검출수단의 온도와 미리 설정된 기준 온도와의 비교에 의해 얻어진 온도변화량을 기초로 상기 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량을 산출하여, 얻어진 값도 상기 NC 제어의 지령값에 가감산하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 프레스가공중 기온이나 프레스 본체의 온도가 변화하여 프레스 본체에 변형이 발생하더라도, 온도 검출수단이 검출한 온도를 기초로 산출한 보조 프레임의 신축량 및 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량에 따라서 지령값을 보정하여, 보정된 지령값으로 슬라이드를 NC 제어하기 때문에, 온도에 영향을 받지 않고 정밀도가 높은 프레스가공이 가능해진다.
이하에, 본 발명의 적합한 실시예에 의한 프레스의 다이 높이 보정장치를 첨부도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상술한다.
도 1에 있어서, 도면부호 1은 양측부분이 C형 프레임(1a)으로 구성된 프레스 본체이다. 프레스 본체(1)의 상부에 유압 실린더 등의 슬라이드 구동수단(2)이 설치되어 있고, 이 슬라이드 구동수단(2)에 의해 슬라이드(3)가 상하 구동되도록 되어 있다. 상기 슬라이드(3)의 하면에는 상형(도시되어 있지 않음)이 설치되어 있다.
또한, 프레스 본체(1)의 하측부분을 구성하는 베드(1b)위에 설치된 볼스터(4)위에는 하형(도시되어 있지 않음)이 설치되어 있다. 그리고, 상형과 하형의 사이에 피가공부재를 배치하여, 상기 슬라이드(3)에 의해 상형을 하강시켜 프레스가공을 행하도록 되어 있다.
또한, 상기 프레스 본체(1)를 구성하는 C형 프레임(1a)의 개구부 부근에, 상기 개구부와 거의 같은 형상의 보조 프레임이 설치되어 있다.
상기 보조 프레임(5)의 하단측 부분은 핀(6)에 의해 C형 프레임(1a)의 측면에 피봇되고, 또한 쓰러짐 방지수단(7)에 의해 거의 직립상태로 유지되어 있다. 또한, 보조 프레임(5)의 상단측 부분과 슬라이드(3) 후부와의 사이에, 리니어 센서로 구성되는 슬라이드 위치 검출수단(8)이 설치되어 있다.
상기 슬라이드 위치 검출수단(8)은 슬라이드(3)의 후부에 지지된 슬라이드(3)의 이동방향에 따르는 센서 로드(8a)와, 보조 프레임(5)의 상단부분에 고착되어 있고, 상기 센서 로드(8a)가 삽입된 상기 센서 헤드(8b)로 구성되어 있다. 그리고, 슬라이드(3)와 함께 센서 로드(8a)가 상하 작동하였을 때, 상기 센서 헤드(8b)에 의해 상기 센서 로드(8a)의 위치를 검출함으로써 슬라이드(3)의 위치가 검출될 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 상기 슬라이드 위치 검출수단(8)에 의해 출력된 위치신호는 도시하지 않은 NC 장치에 넣어져, 이 위치 신호를 기초로 도시하지 않은 슬라이드 구동수단을 NC 제어하도록 되어 있다.
상기 보조 프레임(5) 직선부의 상부에는, 서모센서로 구성된 온도 검출수단(10)이 설치되어 있다. 또한, 센서헤드(8b) 상부에, 서모센서로 구성되는 다른 온도 검출수단(11)이 설치되어 있다.
그리고, 이것들의 온도 검출수단(10 및 11)에 의해 검출된 온도와 미리 설정된 기준 온도라든가 상기 NC 장치에 의해 비교되어 이것들의 차이가 각각 구해지고, 구해진 온도차이를 기초로 상기 보조 프레임(5)의 신축량 및 슬라이드 위치 검출수단(8)의 온도에 의한 드리프트량이 각각 연산되어, 그것들의 연산결과가 NC 제어수단에 피드백되어, NC 제어값이 해당 연산결과에 의해 보정되도록 되어 있다.
다음은, 본 실시예의 작용을 설명한다.
볼스터(4)의 상면에서 슬라이드(3)의 하면까지의 거리, 즉, 다이 높이(DH)의 변화량(△DH)은 슬라이드(3) 및 볼스터(4)에 상측 및 하측 금형을 설치한 상태로 검출하지 않으면 안되고, 그것들과의 관계로부터 직접 검출하는 것은 곤란하다.
한편, 다이 높이(DH)의 변화량(△DH)은, 볼스터(4)의 상면에서 슬라이드 위치 검출수단(8)의 센서헤드(8b)까지의 거리(SH)의 변화량(△SH)과 같지만, 슬라이드 위치 검출수단(8)의 온도에 의한 드리프트량이 오차로서 나온다.
그래서, 센서헤드까지의 거리(SH)의 변화량(△SH)은 열팽창에 의해 결정되기 때문에 보조 프레임(5)의 온도변화(△T)를 온도 검출수단(10)으로 측정하여 △SH로 환산하고, 또한 센서헤드(8b)의 온도 드리프트(△HH)를 온도 검출수단(11)으로 검출한 온도변화(△t)에서 환산한다. 그리고, 합계 드리프트△DD (=△SH +△HH)를 NC제어수단에 피드백하여, △DD 분을 오프셋(보정)한다.
상기 원리에 근거하는 실제의 보정방법을 도 2에 나타난 플로우 챠트로 설명한다.
우선, 단계 S1에서 센서헤드(8b)의 센서 로드에 대한 상대적인 원점복귀가 완료하면, 단계 S2으로 온도 검출수단(10 및 11)에 의해 보조 프레임(5)의 온도(T0) 및 (t0)를 기록하고, 계속해서 단계 S3까지 예를들면 10분간격으로 n회 온도(Tn) 및 (tn)을 기록한다.
그리고, 단계S4에 진행하여 │Tn-Tn-1│또는 │tn-tn-1│2℃의 판정을 행하여, 「예」인 경우는 급격한 온도상승이나 저하가 있었다고 해서 이것을 이상라고 판단하여, 단계 S5으로 진행하여 프레스를 비상정지시킨다.
또한, 「아니오」인 경우는 이상이 없는 것으로서 단계 S6으로 진행하여 Tn-To 및 tn-to 계산하고, 그리고 단계 S7로 △SHn 및 △HHn을 계산하고, 또한 단계 S8으로 △DDn을 계산한다.
또한, △DD의 계산식은 다음과 같다.
△DDn=△SHn+△HHn
여기서, △SnHHn은 보조 프레임(5)의 열팽창이고, △HHHn 슬라이드 위치 검출수단(8)의 온도 드리프트로서, 이들은 하기와 같이 나타난다.
(1) 보조 프레임(5)의 열팽창
△SHn=11X10-6×L×(Tn-To) (mm)
또한, 11×10-6은 보조 프레임(5)의 선 팽창계수,
L은 볼스터(4)이 상면에서 센서헤드(8b)까지의 거리 (mm)이다.
(2) 슬라이드 위치 검출수단(8)의 온도 드리프트
△HHn=[-0.0034+16×10-6·ST]·(tn-to) (mm)
또한, ST는 센서헤드(8b)의 센서 로드(8a)에 대한 상대이동의 스트로크이다.
(3) 따라서, △DDn은 상기(1), (2)에서, 하기식으로 얻어진다.
△DDn=[-0.0034+16×10-6·ST]·(tn-t0)+11×10-6·L·(Tn-T0) (mm)
상기 식에 의해 얻어진 합계 드리프트(보조치)를 피드백하여 NC 제어의 하사점 지령값에 가산함으로써 단계 S10으로 NC 제어치를 보정한다.
또한, 상기 계산은 센서헤드(8b)에 의한 검출데이터가 상향으로 증가하는 경우이지만, 검출데이터가 하향으로 증가하도록 센서헤드(8b)를 설치한 경우는 부호가 반대로 된다.
즉, △HHn은 -△HHn 이 된다.
또한, 상기 계산은 온도 2점 계측에서의 알고리즘을 나타내지만, 예비 테스트에 의해 tn과 Tn이 거의 동일하다고 확인할 수 있으면, tn=Tn으로서 온도 계측점을 1점으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 3 및 도 4에 보조 프레임(5)의 온도변화와, 보조 프레임(5)의 치수변화에 의한 슬라이드 위치 검출수단(8)의 출력값 변화를 각각 나타낸다. 도 4에 의하면, 보조 프레임의 신장의 계산값의 실측값과의 오차가 매우 작은 것이 분명하다.
또한, 비교를 위해 도 5와 도 6에서, C형 프레임(1a)에 직접 온도 검출수단(10)을 설치하여 온도를 검출한 경우의, C형 프레임(1a)의 온도변화와 다이 높이의 변화를 각각 나타낸다. 도 6에 의하면, 프레임의 신장의 계산값의 실측값과의 오차가 매우 큰 것이 분명하다.
또한, 상기 실시예에서는 슬라이드 위치 검출수단(8)의 온도 드리프트의 보정을 행하고 있지만, 온도 드리프트가 없는 또는 매우 작은 위치 검출수단인 경우 이 보정은 필요없고, 또한 열흡수장치(heat sink)를 설치하여 슬라이드 위치 검출 수단(8)을 일정한 온도에 유지할 수 있으면, 이 보정은 불필요하다.
또한, 보조 프레임(5)을 판형상으로 하였지만, 온도의 승강 사이클에 있어서, 온도 대 신축량으로 히스테리스가 없는 비교적 단순한 형상이면, 파이프라든지 둥근 봉이라든지 각이진 봉등이라도 무방하다.
또한, 보조 프레임(5)을 한쪽의 C형 프레임(1a)의 측면에 설치하였지만, 슬라이드(3)가 대형인 경우, 좌우 한쌍 설치하든지, 슬라이드(3)의 중심부에 1개 설치하도록 하여도 무방하다. 또한, 슬라이드(3)나 볼스터(4) 등의 온도도 검출하여 보정하도록 하면, 정밀도는 또한 향상된다.
이상 상술된 바와 같이, 본 발명은 슬라이드 위치 검출수단을 지지하는 보조 프레임의 온도와 슬라이드 위치 검출수단의 온도를 온도 검출수단에 의해 검출하고, 보조 프레임의 신축량 및 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량을 산출하고, 그것들의 값을, 슬라이드의 상하 동작을 제어하는 NC 제어장치의 지령값에 가감산함으로써 해당 지령값을 보정하도록 하고 있기 때문에, 프레스가공중 기온이나 프레스 본체의 온도가 변화하더라도, 이것에 의하여 다이 높이가 변동하지 않기 때문에, 정밀도가 높은 프레스가공이 가능하게 된다.
또한, 온도-열신축량의 히스테리스가 적은 단순형상의 보조 프레임에 온도 검출수단을 설치하였기 때문에, 온도 검출수단에 의해 보조 프레임의 신축량을 정확히 계산할 수 있다. 또한, 보조 프레임은 프레스 하중에 의한 변형 등의 영향을 받는지 않기 때문에, 정밀도가 높은 보정치를 NC 제어장치에 피드백할 수 있어, 이것에 의해서 정밀도가 높은 프레스가공이 가능하게 된다.
또한, 슬라이드 위치 검출수단이라든지 온도 검출수단을 보조 프레임에 설치함으로써, 프레스 작업중 프레스 본체에 발생되는 진동 등의 영향을 받는 일이 없으므로, 검출수단의 신뢰성 및 수명향상을 도모할 수 있는 동시에, 진동에 의해 출력의 불균형이 발생하는 것도 없다.
또한, 본 발명은 예시적인 실시예에 대하여 설명하였지만, 개시된 실시예에 관해서, 본 발명의 요지 및 범위를 이탈하지 않고, 여러가지의 변경, 생략, 추가가 가능한 것은 당업자에 있어서 자명하다. 따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않고, 청구 범위에 기재된 요소에 의해서 규정되는 범위 및 그 균등범위를 포함하는 것으로 이해되지 않으면 안된다.

Claims (4)

  1. 양측이 C형 프레임에 의해 구성된 프레스 본체의 상측부분에, 상하 구동이 자유자재인 슬라이드를 설치한 프레스의 다이 높이 보정장치에 있어서,
    상기 C형 프레임의 적어도 한쪽의 측면에서, 하단측을 상기 C형 프레임에 피봇시키고, 상단측을 자유단으로 한 보조 프레임을 설치하고, 상기 보조 프레임의 상단측에 슬라이드 위치 검출 수단을 설치하여, 상기 보조 프레임의 상단측 및 상기 슬라이드 위치 검출수단중 적어도 상기 보조 프레임의 상단측에 온도 검출수단을 설치하고,
    상기 슬라이드 위치 검출수단이 검출한 슬라이드 위치를 기초로 슬라이드를 NC 제어함과 동시에, 상기 온도 검출수단에 의해 상기 보조 프레임 및 상기 슬라이드 위치 검출수단 중 적어도 상기 보조 프레임의 온도를 검출하여, 상기 온도 검출 수단이 검출한 온도와 미리 설정된 기준 온도와의 비교에서 얻어진 온도 변화량을 기초로 상기 보조 프레임의 신축량과 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량중 적어도 상기 보조 프레임의 신축량을 산출하여, 얻어진 값을 상기 NC 제어의 재령 값에 가감산하여 상기 지령값을 보정하는 것을 특징으로 하는 프레스의 다이 높이 보정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬라이드 위치 검출수단에 온도 검출수단을 설치하여, 상기 온도 검출수단이 검출한 상기 슬라이드 위치 검출수단의 온도와 미리 설정된 기준 온도와의 비교에 의해 얻어진 온도변화량을 기초로 상기 슬라이드 위치 검출수단의 온도 드리프트량을 산출하여, 얻어진 값도 상기 NC 제어의 지령값에 가감산하도록 하는 것을 특징으로 하는 프레스의 다이 높이 보정장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 보조 프레임을 C형 프레임의 개구부 부근에 설치하여 된 것을 특징으로 하는 프레스의 다이 높이 보정장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 프레임(5)의 단면형상을 전체 길이에 걸쳐서 거의 동일한 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 프레스의 다이 높이 보정장치.
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