KR20130130038A

KR20130130038A - 다이 쿠션 제어 장치

Info

Publication number: KR20130130038A
Application number: KR1020137022676A
Authority: KR
Inventors: 유타카 후지타
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-11-29
Also published as: CN103648674B; CN103648674A; WO2013145212A1

Abstract

본 발명의 다이 쿠션 제어 장치(80)는, 쿠션 패드(30) 및 액츄에이터(40)로 구성된 다이 쿠션 장치(2)를, 슬라이드(10)의 승강 동작과 연동하여 제어하는 다이 쿠션 제어 장치로서, 상기 슬라이드와 상기 쿠션 패드의 접촉 전에 제1 타이밍에서 원하는 쿠션력을 얻을 수 있도록 상기 액츄에이터의 조작량을 고유 주기보다 짧은 시간에 램프형 혹은 계단형으로 변화시킨 후, 상기 쿠션력이 최초의 최대치로부터 그 반값으로 감소할 때까지의 설정 가능 기간내에 설정된 제2 타이밍에서 상기 조작량을 반대 방향으로 계단형으로 변화시키는 기능을 가진다. 본 발명에 의하면, 소비 전력의 삭감 및 사이클 시간의 제약 배제를 실현 가능한 다이 쿠션 제어 장치를 제공할 수 있다.

Description

다이 쿠션 제어 장치{Die cushion control apparatus}

본 발명은, 다이 쿠션 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터 하(下)금형이 고정된 쿠션 패드 및 이것을 구동하는 액츄에이터로 구성된 다이 쿠션 장치를 구비한 프레스 장치가 알려져 있다(하기 특허문헌 1 참조). 이 프레스 장치에서는, 상(上)금형이 고정된 슬라이드의 승강 동작과 연동하여 쿠션 패드의 위치 제어 및 힘 제어를 행함으로써 상금형과 하금형 사이에 워크를 끼움지지하여 주름 누름용 반력이나 프레스 성형용 밀어올림힘(쿠션력)을 얻고 있다.

다이 쿠션 장치의 제어 수법으로서, 슬라이드와 쿠션 패드가 접촉하기 직전(상세하게는 워크를 끼운 상태에서 상금형과 하금형이 충돌하기 직전)에, 쿠션 패드를 하강시킴으로서 접촉시의 충격을 완화하는 예비 가속이라는 수법이 알려져 있다(하기 특허문헌 2 참조).

또 슬라이드와 쿠션 패드와의 접촉 후, 쿠션력을 신속하게 목표치로 정정시키는(바꾸어 말하면 다이 쿠션 장치의 고속 응답성을 실현시키는) 제어 수법으로서, 미리 양자의 접촉 전에 일정한 쿠션력을 발생시킨 상태에서 쿠션 패드를 대기시켜 두고(프리로드), 접촉 직전에 액츄에이터의 응답성을 고려하여 쿠션 패드가 하강하지 않을 정도로, 순간적으로 하강 방향의 쿠션력이 발생하도록 액츄에이터를 제어하는(프리액셀) 수법이 알려져 있다.

다이 쿠션 장치의 액츄에이터로서 유압 실린더를 이용할 경우, 쿠션력의 제어는, 유압 실린더의 피스톤을 구동하는 서보 모터의 토크 제어에 의해 실현된다. 도 3은, 프레스 동작중의 서보 모터에 대한 토크 지령치의 시간 변화를 도시하였다. 이 도면에 도시한 바와 같이 프레스 개시 타이밍(슬라이드의 하강 개시 타이밍)(t0)으로부터 프리로드 개시 타이밍(t1)까지의 기간(대기 기간)에서는, 토크 지령치는 0(N·m)으로 유지된다.

그리고 프리로드 개시 타이밍(t1)부터 토크 지령치는 램프 형태로 증가하여 일정치에 도달 후, 프리액셀 개시 타이밍(t2)까지 일정하게 유지된다. 즉, 이 t1에서 t2까지의 기간이 프리로드의 실시 기간이다. 아울러 토크 지령치를 급격히(계단형으로) 변화시키면, 쿠션력에 진동(쿠션력의 주기적인 강약)이 발생하기 때문에 상기와 같이 램프 형태로 토크 지령치를 증가시킬 필요가 있다. 또 도 4에 도시한 바와 같이 램프 시간이 짧아도 쿠션력에 진동이 발생하기 때문에 램프 시간을 유압 실린더의 고유 주기 이상(상세하게는 고유 주기의 정수배)으로 설정할 필요가 있다.

그리고 프리액셀 개시 타이밍(t2)으로부터 슬라이드와 쿠션 패드의 접촉 타이밍(성형 개시 타이밍)(t3)까지의 기간에서, 토크 지령치는 하강 방향의 쿠션력이 발생하도록 음의 방향으로 계단형으로 변화된다. 즉, 이 t2에서 t3까지의 기간이 프리액셀의 실시 기간이다. 아울러 t2-t3간의 시간은, 유압 실린더의 응답성을 고려하여 쿠션 패드가 하강하지 않는 정도의 시간으로 설정되어 있다.

그리고 슬라이드와 쿠션 패드의 접촉 타이밍(성형 개시 타이밍)(t3) 이후 쿠션력이 목표 쿠션력이 되도록 토크 지령치는 일정치로 피드백 제어된다.

이상과 같은 다이 쿠션 장치의 서보 모터에 대한 토크 지령치의 제어에 의해, 프리로드와 프리액셀을 조합하여 실시함으로써 슬라이드와 쿠션 패드의 접촉 후의 쿠션력의 상승 시간 단축과 오버 슛의 억제를 실현할 수 있고 그 결과, 쿠션력을 신속하게 목표치로 정정(整定)시킬 수 있다(상기 고속 응답성을 실현할 수 있다).

특허문헌 1: 일본공개특허 2007-038238호 공보 특허문헌 2: 일본특허공보 평7-106478호 공보

상기와 같이 프리로드를 실시할 경우, 프리액셀 개시 전에 토크 지령치를 유압 실린더의 고유 주기 이상의 시간을 들여 램프형으로 상승시켜 쿠션력의 진동을 억제할 필요가 있다. 그러나 유압 실린더의 스프링 계수가 작거나, 혹은 매스(모터 관성 등)가 커서 상기 고유 주기가 길어지면 프리로드 시간이 길어지고, 그 결과, 사이클 시간에 제약이 생기거나 소비 전력이 증가하는 등의 문제가 생긴다.

또 상기의 제어 수법으로는, 슬라이드와 쿠션 패드의 접촉 전에 쿠션 패드에 큰 가속도를 발생시킬 필요가 있기 때문에 고성능의 액츄에이터가 필요하여 비용이 증가한다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 소비 전력의 삭감, 사이클 시간의 제약 배제 및 비용의 삭감을 실현 가능한 다이 쿠션 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 관한 다이 쿠션 제어 장치는, 쿠션 패드 및 액츄에이터로 구성된 다이 쿠션 장치를, 슬라이드의 승강 동작과 연동하여 제어하는 다이 쿠션 제어 장치로서, 상기 슬라이드와 상기 쿠션 패드의 접촉 전에 제1 타이밍에서 원하는 쿠션력을 얻을 수 있도록 상기 액츄에이터의 조작량을 고유 주기보다 짧은 시간에 램프형 혹은 계단형으로 변화시킨 후, 상기 쿠션력이 최초의 최대치로부터 그 반값으로 감소할 때까지의 설정 가능 기간내에 설정된 제2 타이밍에서 상기 조작량을 반대 방향으로 계단형으로 변화시키는 기능을 가진다.

또 본 발명에서는, 상기 다이 쿠션 제어 장치가 상기 슬라이드와 상기 쿠션 패드의 접촉 후의 목표 쿠션력, 및 상기 슬라이드의 속도에 대응하여 상기 제2 타이밍을 상기 설정 가능 기간내에서 변경하는 기능을 가져도 좋다.

본 발명에서는, 프리로드의 실시시에, 종래와 같이 진동 억제 제어(조작량을 액츄에이터의 고유 주기 이상의 시간을 들여 램프 형태로 증가시키는)를 행하지 않고 조작량을 고유 주기보다 짧은 시간에 램프형 혹은 계단형으로 변화시킨다. 따라서 프리로드 시간을 단축할 수 있고 그 결과, 소비 전력의 삭감 및 사이클 시간에 제약 배제를 실현 가능하다.

또 본 발명에서는, 쿠션력이 최초의 최대치로부터 그 반값으로 감소할 때까지의 설정 가능 기간내에 설정된 제2 타이밍에서 프리액셀을 개시한다. 따라서 액츄에이터가 단독으로 낼 수 있는 최대 가속도 이상의 가속도로 프리액셀을 행할 수 있다. 따라서 액츄에이터는 성능이 낮은 것을 사용할 수 있게 되어 액츄에이터의 비용 절감을 도모할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태에서의 프레스 장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 본 실시형태에서의 다이 쿠션 장치의 제어 수법에 관한 설명도이다.
도 3은, 종래에서의 다이 쿠션 장치의 제어 수법에 관한 제1 설명도이다.
도 4는, 종래에서의 다이 쿠션 장치의 제어 수법에 관한 제2 설명도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 대해 설명하기로 한다.

도 1은, 본 실시형태에서의 프레스 장치(A)의 개략 구성도이다. 이 도 1에 도시한 바와 같이 프레스 장치(A)는, 상금형(D1)와 하금형(D2) 사이에 워크(W)를 끼움지지하여 프레스 성형을 실시하는 서보 프레스 장치이며, 슬라이드 장치(1), 다이 쿠션 장치(2) 및 제어 장치(3)로 구성되어 있다.

슬라이드 장치(1)는, 슬라이드(10) 및 슬라이드 구동 기구(20)를 구비하고 있다. 슬라이드(10)는, 프레스 장치(A)내에서 연직 방향에 대해 승강 가능하게 지지된 금형 고정용 부재이며, 그 하면에는 워크(W)를 프레스 성형하기 위한 상금형(D1)이 장착되어 있다.

슬라이드 구동 기구(20)는, 슬라이드(10)의 승강 동작(슬라이드 모션 제어)을 실현하는 장치이며, 제어 장치(3)에 의해 회전 제어되는 서보 모터(21)와, 서보 모터(21)의 회전축에 장착된 피니언 기어(22)와, 피니언 기어(22)에 서로 맞물리는 메인 기어(23)와, 메인 기어(23)의 회전축에 접속된 크랭크축(24)과, 크랭크축(24)의 편심부와 슬라이드(10)의 상면을 연결하는 커넥팅 로드(25)와, 메인 기어(23)의 회전축에 마련된 메인 기어 각도 센서(26)(예를 들면 인코더, 혹은 리졸버 등)로 구성되어 있다.

즉, 슬라이드 구동 기구(20)는, 서보 모터(21)의 회전 동작을 피니언 기어(22), 메인 기어(23), 크랭크축(24) 및 커넥팅 로드(25)를 통해 슬라이드(10)의 승강 동작으로 변환한다. 또 메인 기어 각도 센서(26)는, 메인 기어(23)의 회전 각도를 나타내는 메인 기어 각도 신호를 제어 장치(3)에 출력한다.

다이 쿠션 장치(2)는, 하금형(D2)을 하방에서부터 고정 지지하는 쿠션 패드(30)와, 쿠션 패드(30)를 구동하는 유압 실린더 구동 기구(액츄에이터)(40)로 구성되어 있다. 이 유압 실린더 구동 기구(40)는, 쿠션 패드(30)의 쿠션력 제어를 실현하는 장치이며, 유압 실린더(41)와, 가동판(42)과, 제어 장치(3)에 의해 회전 제어되는 서보 모터(43)와, 압력 센서(44a)∼(44c)로 구성되어 있다.

유압 실린더(41)는, 쿠션 패드(30)에 접속된 상피스톤(41a)과, 가동판(42)에 접속된 하피스톤(41b)에 의해 내부 공간이 상실(R1)과 중실(R2)과 하실(R3)로 구획된 원통 형상 부재이며, 이들 상실(R1), 중실(R2) 및 하실(R3)에는 오일이 충전되어 있다. 가동판(42)은, 나사홈을 가진 구멍 부분이 양 단부에 형성된 평판형 부재이며, 이들 구멍 부분의 각각에는, 서보 모터(43)에 동축 접속된 볼 나사(35a)가 나사결합되어 있다.

즉, 유압 실린더 구동 기구(40)는, 서보 모터(43)의 회전 동작을 볼 나사(35a), 가동판(42), 유압 실린더(41)를 통해 쿠션 패드(30)의 승강 동작으로 변환한다. 여기서, 서보 모터(43)의 구동에 의해 가동판(42)을 상방향으로 이동시키면, 유압 실린더(41)의 중실(R2)의 유압이 승압되기 때문에 쿠션 패드(30)에 상향의 쿠션력이 발생한다. 이에 대해 서보 모터(43)의 구동에 의해 가동판(42)을 하방향으로 이동시키면 중실(R2)의 유압이 감압되기 때문에 쿠션 패드(30)에 하향의 쿠션력이 발생한다.

또 압력 센서(44a)∼(44c)는, 유압 실린더(41)의 상실(R1)의 유압, 중실(R2)의 유압, 하실(R3)의 유압을 각각 검출하고, 그 검출 결과를 나타내는 유압 검출 신호를 제어 장치(3)에 출력한다.

제어 장치(3)는, 프레스 장치(A)의 전체 동작을 통괄 제어하는(바꿔 말하면, 슬라이드 모션 제어와 쿠션력 제어를 행하는) 장치이며, 조작반(50), 프레스 콘트롤러(60), 제1 모터 드라이버(70), 쿠션 콘트롤러(80) 및 제2 모터 드라이버(90)로 구성되어 있다.

조작반(50)은, 작업자가 프레스 장치(A)의 프레스 동작에 필요한 설정 데이터(슬라이드 모션 데이터, 프레스 속도, 목표 쿠션력 등)를 입력하기 위한 각종 설정 키나, 프레스 동작의 개시 혹은 정지를 지시하기 위한 프레스 개시·정지 키, 또 프레스 장치(A)의 동작 상태 및 설정 데이터를 작업자에게 알리기 위한 표시 패널 등으로 구성되어 있다.

이 조작반(50)은, 작업자에 의해 입력된 설정 데이터를 프레스 콘트롤러(60)에 출력하는 한편, 프레스 콘트롤러(60)로부터 제공되는 프레스 장치(A)의 동작 상태 및 설정 데이터 등을 표시 패널에 표시한다.

프레스 콘트롤러(60)은, 조작반(50)으로부터 입력되는 설정 데이터(슬라이드 모션 데이터, 프레스 속도), 및 메인 기어 각도 센서(26)로부터 입력되는 메인 기어 각도 신호에 기초하여, 슬라이드(10)가 원하는 슬라이드 모션을 그리면서 승강 동작하도록 서보 모터(21)를 제어한다(슬라이드 모션 제어).

또 제1 모터 드라이버(70)는, 프레스 콘트롤러(60)에 의한 제어에 대응하여 모터 구동 신호를 생성하고 모터 구동 신호를 서보 모터(21)에 출력한다.

쿠션 콘트롤러(80)(다이 쿠션 제어 장치)는, 프레스 콘트롤러(60)로부터 얻어지는 설정 데이터(목표 쿠션력)와, 메인 기어 각도 센서(26)로부터 입력되는 메인 기어 각도 신호와, 압력 센서(44a)∼(44c)로부터 입력되는 유압 검출 신호에 기초하여 쿠션 패드(30)에 목표 쿠션력이 발생하도록 서보 모터(43)를 제어한다(쿠션력 제어).

구체적으로는, 쿠션 콘트롤러(80)는 메인 기어 각도로부터 슬라이드 위치를 추정하고, 그 슬라이드 위치에 대응한 목표 쿠션력이 쿠션 패드(30)에 발생하도록, 서보 모터(43)에 대한 토크 지령치(조작량)를 제어한다. 아울러 본 실시형태에서는, 서보 모터(43)에 대한 토크 지령치를 양(正)의 방향으로 증가시키면, 가동판(42)이 상방향으로 이동하여 쿠션 패드(30)에 상향의 쿠션력이 발생하고, 서보 모터(43)에 대한 토크 지령치를 음(負)의 방향으로 증가시키면, 가동판(42)이 하방향으로 이동하여 쿠션 패드(30)에 하향의 쿠션력이 발생한다.

또 제2 모터 드라이버(90)는, 쿠션 콘트롤러(80)로부터 입력되는 토크 지령치에 대응한 모터 구동 신호를 생성하여 모터 구동 신호를 서보 모터(43)에 출력한다.

다음으로, 상기와 같이 구성된 프레스 장치(A)에 의한 프레스 동작에 대해 상세히 설명하기로 한다.

우선, 프레스 콘트롤러(60)는, 조작반(50)을 통해 프레스 개시의 지시를 받으면, 미리 설정된 슬라이드 모션 데이터 및 프레스 속도, 및 메인 기어 각도 센서(26)로부터 입력되는 메인 기어 각도 신호에 기초하여 슬라이드 모션 제어를 개시한다. 이로써 슬라이드(10)는 원하는 슬라이드 모션을 그리면서 하강을 개시한다.

한편 쿠션 콘트롤러(80)는, 도 2에 도시한 바와 같이 프레스 개시 타이밍(슬라이드(10)의 하강 개시 타이밍)(t0)으로부터 프리로드 개시 타이밍(t10)까지의 기간(대기 기간)에서 토크 지령치를 0(N·m)으로 유지한다. 아울러 도 2는, 프레스 동작중의 서보 모터(43)에 대한 토크 지령치 및 쿠션력의 시간 변화를 도시한 것이다.

그리고 쿠션 콘트롤러(80)는, 메인 기어 각도 신호에 기초하여 프리로드 개시 타이밍(t10)을 검지하면 프리로드를 개시한다. 구체적으로는, 쿠션 콘트롤러(80)는, 프리로드 개시 타이밍(t10)에서 토크 지령치를 유압 실린더 구동 기구(40)의 고유 주기보다 짧은 시간에 램프 형태로 양의 방향으로 증가시키고, 일정치에 도달 후 프리액셀 개시 타이밍(t11)까지 일정하게 유지한다.

이와 같이 토크 지령치를 변화시키면, 서보 모터(43)에 의해 하피스톤(41b)이 상방향으로 밀어넣어짐에 따라 쿠션 패드(30)의 쿠션력이 증가하고, 하피스톤(41b)의 압입량이 최대가 되는 위치에서 쿠션력이 최대치가 된다. 그리고 하피스톤(41b)의 압입량이 최대가 되면 하피스톤(41b)을 하방향으로 되미는 힘이 최대가 되고 하피스톤(41b)이 하방향으로 되밀려 쿠션력이 감소한다.

쿠션 콘트롤러(80)는, 압력 센서(44a)∼(44c)로부터 입력되는 유압 검출 신호를 토대로 상기와 같은 쿠션력의 변화를 파악하고 있으며, 쿠션력이 최초의 최대치로부터 그 반값으로 감소할 때까지의 설정 가능 기간내에 설정된 프리액셀 개시 타이밍(t11)에서 프리액셀을 개시한다(토크 지령치를 음의 방향으로 계단형으로 변화시킨다).

그리고 쿠션 콘트롤러(80)는, 메인 기어 각도 신호에 기초하여 슬라이드(10)와 쿠션 패드(30)의 접촉 타이밍(t12)(성형 개시 타이밍)을 검지하면, 쿠션력이 목표 쿠션력이 되도록 토크 지령치를 피드백 제어한다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 프리로드의 실시시에, 종래와 같이 진동 억제 제어(토크 지령치를 액츄에이터의 고유 주기 이상의 시간을 들여 램프 형태로 증가시키는)를 행하지 않고, 토크 지령치를 고유 주기보다 짧은 시간에 램프 형태로 증가시킨다. 따라서 프리로드 시간을 단축할 수 있고 그 결과, 소비 전력의 삭감 및 사이클 시간에 제약 배제를 실현 가능하다.

또 본 실시형태에서는, 쿠션력이 최초의 최대치로부터 그 반값으로 감소할 때까지의 설정 가능 기간내에 설정된 프리액셀 개시 타이밍(t11)에서 프리액셀을 개시한다. 따라서 액츄에이터(유압 실린더 구동 기구(40))가 단독으로 낼 수 있는 최대 가속도 이상의 가속도로 프리액셀을 행할 수 있다. 따라서 액츄에이터는 성능이 낮은 것을 사용할 수 있게 되어 액츄에이터의 비용 절감을 도모할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하였으나 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 실시형태의 변경이 가능한 것은 물론이다. 즉, 상술한 실시형태에서 나타낸 각 구성 부재의 제형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 기타 변경이 가능하다. 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되지는 않으며 첨부한 클레임의 범위에 의해서만 한정된다. 예를 들면 상기 실시형태 외에 이하와 같은 변형예도 본 발명에 포함된다.

(1)상기 실시형태에서는, 프리로드의 실시시에 토크 지령치를 고유 주기보다 짧은 시간에 램프 형태로 증가시키는 경우를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 토크 지령치를 계단형으로 증가시켜도 좋다.

(2)상기 실시형태에서 프리액셀 개시 타이밍(t11)은 고정이었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 슬라이드(10)와 쿠션 패드(30)의 접촉 후의 목표 쿠션력, 및 슬라이드(10)의 속도에 대응하여 프리액셀 개시 타이밍(t11)을 설정 가능 기간내에서 변경하는 기능을 쿠션 콘트롤러(80)에 부여해도 좋다. 예를 들면, 슬라이드 속도가 빠르고 목표 쿠션력이 작은 경우에는, 쿠션력이 최초의 최대치가 되는 타이밍에 가까워지도록 프리액셀 개시 타이밍(t11)을 설정한다. 반대로, 슬라이드 속도가 느리고 목표 쿠션력이 높은 경우에는 프리액셀 개시 타이밍(t11)을 늦춘다.

(3)상기 실시형태에서는, 다이 쿠션 장치(2)에 사용되는 액츄에이터로서 유압 실린더 구동 기구(40)를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 진동계를 구성하는 액츄에이터라면 본 발명을 적용할 수 있다. 또 액츄에이터의 조작량도 토크 지령치로 한정되지 않는다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명에 의하면, 소비 전력의 삭감, 사이클 시간의 제약 배제 및 비용 삭감을 실현 가능한 다이 쿠션 제어 장치를 제공할 수 있다.

A…프레스 장치 1…슬라이드 장치 2…다이 쿠션 장치
3…제어 장치 10…슬라이드 20…슬라이드 구동 기구
30…쿠션 패드 40…유압 실린더 구동 기구(액츄에이터)
50…조작반 60…프레스 콘트롤러 70…제1 모터 드라이버
80…쿠션 콘트롤러(다이 쿠션 제어 장치) 90…제2 모터 드라이버

Claims

쿠션 패드 및 액츄에이터로 구성된 다이 쿠션 장치를, 슬라이드의 승강 동작과 연동하여 제어하는 다이 쿠션 제어 장치로서,
상기 슬라이드와 상기 쿠션 패드의 접촉 전에, 제1 타이밍에서 원하는 쿠션력을 얻을 수 있도록 상기 액츄에이터의 조작량을 고유 주기보다 짧은 시간에 램프형 혹은 계단형으로 변화시킨 후, 상기 쿠션력이 최초의 최대치로부터 그 반값으로 감소할 때까지의 설정 가능 기간내에 설정된 제2 타이밍에서 상기 조작량을 반대 방향으로 계단형으로 변화시키는 기능을 가진 다이 쿠션 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 슬라이드와 상기 쿠션 패드의 접촉 후의 목표 쿠션력, 및 상기 슬라이드의 속도에 대응하여 상기 제2 타이밍을 상기 설정 가능 기간내에 변경하는 기능을 가진 다이 쿠션 제어 장치.