JP2014151361A - プレス装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができるプレス装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】プレス装置1は、ダイクッション8の位置を検出する位置検出部21と、ダイクッション8の荷重を検出する荷重検出部22と、ダイクッション8を制御する制御部23を備える。制御部23は、荷重検出部22の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション8の位置に基づく第1の操作量に基づきダイクッション8を制御し、荷重検出部22の検出値が閾値を超えた後は、第1の操作量と、ダイクッション8の荷重に基づく第2の操作量と、に基づきダイクッション8を制御し、第1の操作量を漸次的に減少させるとともに第2の操作量を漸次的に増加させる。これにより、ダイクッション8の位置に基づく位置制御からダイクッション8の荷重に基づく荷重制御へと滑らか且つ迅速に移行することが可能となる。
【選択図】図5
【解決手段】プレス装置1は、ダイクッション8の位置を検出する位置検出部21と、ダイクッション8の荷重を検出する荷重検出部22と、ダイクッション8を制御する制御部23を備える。制御部23は、荷重検出部22の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション8の位置に基づく第1の操作量に基づきダイクッション8を制御し、荷重検出部22の検出値が閾値を超えた後は、第1の操作量と、ダイクッション8の荷重に基づく第2の操作量と、に基づきダイクッション8を制御し、第1の操作量を漸次的に減少させるとともに第2の操作量を漸次的に増加させる。これにより、ダイクッション8の位置に基づく位置制御からダイクッション8の荷重に基づく荷重制御へと滑らか且つ迅速に移行することが可能となる。
【選択図】図5
Description
本発明は、プレス装置及びその制御方法に関する。
従来、プレス機械において、スライドにより金型に板金などのワークを挟み込む際のスライドとダイクッション部材の衝突時の衝撃を緩和するための技術として、例えば引用文献1に記載のダイクッション制御装置が知られている。このダイクッション制御装置では、スライドが所定位置に下降するまではサーボモータによりダイクッション部材の位置が制御される。この位置制御時に、トルクリミット手段によりサーボモータのトルクが制限される。スライドが所定位置に下降すると、圧力制御に切り替えられる。
しかしながら、特許文献1に記載の技術によれば、スライドがダイクッション軸に衝突した際の衝撃力は緩和されるものの、生産性が落ちてしまう。すなわち、プレス軸(スライド)を高速に移動させると、圧力制御への移行の際にプレス軸を急に停止させることができないため、プレス軸がダイクッション部材上のワークに接触した後のプレス軸の速度が低速となるように、プレス軸の動作を設定しておく必要がある。
本発明は、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができるプレス装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係るプレス装置は、第1の金型が設けられるベッドと、ベッドに対向して配置され、ベッドに対して可動であり、第2の金型が設けられるスライドと、ベッドと第1の金型との間、及びスライドと第2の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、ダイクッションの位置及び荷重を制御する制御部と、を備え、制御部は、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッションの位置に基づく第1の操作量に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後は第1の操作量と、ダイクッションの荷重に基づく第2の操作量と、に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後に、第1の操作量を漸次的に減少させるとともに、第2の操作量を漸次的に増加させながらダイクッションを制御する。
本発明に係るプレス装置の制御方法は、第1の金型が設けられるベッドと、ベッドに対向して配置され、ベッドに対して可動であり、第2の金型が設けられるスライドと、ベッドと第1の金型との間、及びスライドと第2の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、を備えるプレス装置の制御方法であって、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッションの位置に基づく第1の操作量に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後は第1の操作量と、ダイクッションの荷重に基づく第2の操作量と、に基づいてダイクッションを制御し、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後に、第1の操作量を漸次的に減少させるとともに、第2の操作量を漸次的に増加させながらダイクッションを制御する。
本発明に係るプレス装置及びその制御方法によれば、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッションは、ダイクッションの位置に基づく第1の操作量に基づいて制御される。そして、金型がワークに接触して荷重検出部の検出値が閾値を超えた後には、第1の操作量を漸次的に減少させるとともに、ダイクッションの荷重に基づく第2の操作量を漸次的に増加させてダイクッションを制御する。そのため、スライドを高速で移動させている場合であっても、ダイクッションの位置に基づく位置制御から、ダイクッションの荷重に基づく荷重制御へとの移行が滑らかに、且つ迅速に行われる。したがって、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができる。
本発明に係るプレス装置及びその制御方法では、荷重検出部の検出値が閾値を超えた後において、減少前の値に対する第1の操作量の比率と、増加後の値に対する第2の操作量の比率と、の和が一定であってもよい。この場合には、第1の操作量と第2の操作量との和に基づいて制御を行う場合に、第1の操作量の減少の程度と、第2の操作量の増加の程度とを同程度にすることができる。従って、位置制御から荷重制御への移行を滑らかにすることができる。
本発明に係るプレス装置及びその制御方法では、閾値は、ダイクッションの荷重の目標値よりも小さくてもよい。この場合には、荷重検出部の検出値が荷重制御における目標値に達する前段階で、位置制御から荷重制御への滑らかな移行を開始することができる。従って、ダイクッションの荷重が目標値を超えてしまうことなく、安定して制御を行うことができる。
本発明によれば、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができるプレス装置及びその制御方法が提供される。
以下、添付図面を参照しながら本発明によるプレス装置の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図1は、本発明の実施形態に係るプレス装置の正面視断面図である。図2は、図1のII‐II線矢視図である。なお、以下の説明において、水平面内の一の方向をX軸方向、水平面内においてX軸に垂直な方向をY軸方向、鉛直方向をZ軸方向とする。
図1及び図2に示すように、プレス装置1は、フレーム2と、ベッド3と、を備える。フレーム2及びベッド3は、鉛直方向に延びる4本のタイロッド4により結合されている。
フレーム2には、エキセン軸5が取り付けられている。エキセン軸5は、水平方向(X軸方向)に延在する。エキセン軸5の軸方向中心部には、偏心部5aが設けられている。エキセン軸5において、偏心部5aの両端には、一対の同軸部5b,5bが設けられている。一対の同軸部5b,5bは、フレーム2に回転自在に支持されている。偏心部5a及び同軸部5bは、ともに、円柱形状を有する。偏心部5aの径は、同軸部5bの径よりも大きくされている。エキセン軸5の軸線方向から見た場合に、偏心部5aの中心軸は、同軸部5bの中心軸に対して、ずれている。エキセン軸5には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構(不図示)が連結されている。エキセン軸5は、この駆動機構により、回転駆動される。
エキセン軸5の偏心部5aには、スライド7が取り付けられている。スライド7は、ベッド3に対向して配置されている。スライド7には、摺動室7hが設けられている。摺動室7hは、エキセン軸5の軸方向(X軸方向)と直交する水平方向(Y軸方向)に、スライド7を貫通する。スライド7は、スライドガイドにより、上下方向(Z軸方向)への移動が案内される。
スライド7の摺動室7hには、ヨーク6が嵌められている。ヨーク6は、摺動室7hにおいて、Y軸方向に摺動自在とされている。ヨーク6には、エキセン軸5の偏心部5aが嵌められ、エキセン軸5の軸方向回りに回転自在とされている。
このような構成により、駆動機構を作動させると、エキセン軸5が回転する。エキセン軸5の回転に伴って、ヨーク6がY軸方向の動きとZ軸方向の動きとを組み合わせた動作を行う。このヨーク6の動作に伴い、スライド7が、スライドガイドに案内されて上下方向に移動する。このようにして、スライド7は、ベッド3に対して可動とされている。
スライド7の下部には、ダイクッション8と、ダイクッション8を制御する油圧シリンダ9が設けられている。油圧シリンダ9は、枠体10と、ピストン12とを備える。枠体10の内部には、油室11が設けられる。ピストン12は、油室11の内側に、上下方向に移動可能な状態で収容されている。油室11は、ピストン12により、上側油室11aと下側油室11bとに区切られている。
プレス装置1は、さらに、サーボバルブ13a,13bを備える。サーボバルブ13aは、配管14aを介して上側油室11aに連結されている。サーボバルブ13aは、上側油室11a内の油の量を調整する。サーボバルブ13bは、配管14bを介して下側油室11bに連結され、下側油室11b内の油の量を調整する。なお、以下の説明で、サーボバルブ13a及びサーボバルブ13bを、サーボバルブ13と称することがある。また、プレス装置1は、サーボバルブ13a,13bに代えて、電磁比例弁を備えていてもよい。
ピストン12には、鉛直方向下向きに延びるシリンダロッド15が取り付けられている。シリンダロッド15の、ピストン12と反対側の端部には、上金型16(第2の金型)が取り付けられている。すなわち、上金型16は、ピストン12の動作により、スライド7に対して鉛直方向に可動な状態で、スライド7に設けられている。
ベッド3の上部には、下金型17(第1の金型)が設けられている。プレス装置1は、スライド7をベッド3に対して降下させて、上金型16と下金型17でワークW(被成形品)を挟み込み、さらに上金型16に対しピストン12で鉛直方向の荷重を調整することで、ワークWにかかる荷重を調整して、ワークWに対して所望の成形加工を行う。
さらに、図3に示すように、プレス装置1は、位置検出部21と、荷重検出部22と、制御部23とを備える。
位置検出部21は、ダイクッション8の位置を検出する。ダイクッション8の位置としては、例えば、枠体10に対するピストン12の相対位置であってもよいし、シリンダロッド15が枠体10からどの位置まで出ているかを示すシリンダロッド位置であってもよい。さらには、ダイクッション8の位置として、ダイクッション8に設けられた上金型16の絶対的な位置であってもよい。センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。なお、ダイクッション8の位置を示すものであれば、シリンダ位置としてどのような値を検出してもよく、油圧シリンダ9の絶対位置などを採用してもよい。
荷重検出部22は、ダイクッション8の荷重を検出する。ダイクッション8の荷重としては、例えば、上側油室11aでの油圧と、下側油室11bでの油圧との差分である差圧を検出してよい。ダイクッション8の荷重として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。なお、ダイクッション8によって加えられる荷重を示すものであれば、どのような値を検出してもよい。
制御部23は、ダイクッション8を制御する。より詳細には、制御部23は、荷重検出部22の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション8の位置に基づく第1の操作量に基づいてダイクッション8を制御する。ここで、閾値とは、ダイクッション8によりワークWに加えようとする荷重の目標値に基づく値である。具体的には、閾値は、荷重の目標値に、予め定められた閾値係数を乗算した値である。この閾値は、ダイクッション8の荷重の目標値よりも小さいものとしてもよい。
制御部23は、荷重検出部22の検出値が閾値を超えた後は第1の操作量と、ダイクッション8の荷重に基づく第2の操作量と、に基づいてダイクッション8を制御する。制御部23は、荷重検出部22の検出値が閾値を超えた後に、第1の操作量を漸次的に減少させるとともに、第2の操作量を漸次的に増加させながらダイクッションを制御する。
図7に、制御部23によって出力される、操作量の指令値の一例を示す。横軸は、ミリ秒単位の時刻を示す。縦軸は、指令値の大きさを示す。直線Y1は、ダイクッション8の位置に基づく操作量である位置操作量を示す。曲線Y2は、第1の操作量としての位置操作量の指令値を示す。折れ線P1は、ダイクッション8の荷重に基づく操作量である荷重操作量を示し、時刻0で一定値30まで立ち上がる。曲線P2は、第2の操作量としての荷重操作量の指令値を示す。曲線T1は、曲線Y2により示される位置操作量の指令値と、曲線P2により示される荷重操作量の指令値との和を示す。制御部23は、この合計値T1に基づいて、ダイクッション8を制御する。制御部23は、第1の操作量としての位置操作量の指令値Y2を、時間の経過とともに位置操作量Y1から減少するように出力する。同時に、制御部23は、第2の操作量としての荷重操作量の指令値P2を、時間の経過とともに荷重操作量P1に近づくように増加するように出力する。
ここで、漸次的にとは、操作量を時間に対してグラフにプロットした場合に、操作量が実質的に曲線となるように変動し、かつその変動が単調増加または単調減少であることを指す。操作量が実質的に曲線となるような変動とは、完全に曲線となるような変動のみならず、プロット全体として見たときに曲線に近似できるような変動(例えば、複数の傾きの直線をつなぎ合わせたような変動)も含んでよい。
また、荷重検出部22の検出値が閾値を超えた後において、減少前の値に対する第1の操作量の比率と、増加後の値に対する第2の操作量の比率との和は一定であってもよい。減少前の値に対する第1の操作量の比率とは、移行が開始される前段階の減少する前の第1の操作量(図7に示す例では、時刻−2ミリ秒におけるフィルタ後位置操作量Y2の値)に対する、減少中の第1の操作量の比率を意味する。増加後の値に対する第2の操作量の比率とは、増加完了後の最終的な第2の操作量(図7に示す例では、時刻20ミリ秒におけるフィルタ後荷重操作量P2の値)に対する、増加中の第2の操作量の比率を意味する。
次に、図4を参照して、本実施形態に係るプレス装置の動作の概略について説明する。なお、以下の説明では、スライド7側に設けられたダイクッション8に加えて、ベッド3側にも、下金型17をベッド3に対して可動とするためのベッド側ダイクッションが設けられているものとする。図4(A)は、鉛直上向きを正とした、スライド7並びにスライド7側及びベッド3側の各ダイクッションの鉛直方向位置を示す。図4(B)は、スライド7側のダイクッション8の、スライド7に対する相対変位を示す。ダイクッション8のスライド7に対する相対変位とは、より具体的には、ダイクッション8に設けられた上金型16のスライド7に対する相対変位である。図4(C)は、ダイクッション8がワークWに対して与える荷重であるダイクッション荷重を示す。
図4(A)に示すように、スライド7は、ベッド3に対して一定速度で下降する。このため、スライド位置は、時間に対して一定の割合で負側へ変化する。時刻t1で、ベッド3上のワークWは、ダイクッション8に設けられた上金型16に接触する。図4(C)に示すように、時刻t1以後、時刻t2までダイクッション荷重は増加し、荷重の目標値に達する。この時刻t1から時刻t2までの間、ダイクッション8は、下向きに速度を増しながら動き、時刻t2以後、ダイクッション8は、スライド7と同じ速度で鉛直下向きに動く。以下では、時刻t1から時刻t2までの間のダイクッション8の制御の切り替えについて説明する。なお、以下の説明は、スライド7がベッド3に対して下降する際の速度が一定の場合だけでなく、時間に対して曲線的に変化する場合についても、同様に当てはまる。
次に、図5を参照して、本実施形態のプレス装置1において、制御部23により行われる制御を説明する。
この制御系には、ダイクッション8の位置の指令値であるダイクッション位置指令値Yref(Δ)と、シリンダ差圧指令値(荷重指令値)Prefとが入力される。そして、この制御系からは、ダイクッションの荷重を示すシリンダ差圧PLと、シリンダ変位Yとが出力される。なお、本実施形態では、ダイクッション位置指令値Yref(Δ)は、単位時間ごとに周期的に与えられる値であって、前の周期でのダイクッションの位置に対する差分値として与えられる。以下、この制御系を入力から順に説明する。なお、以下の説明で使用される加算器、減算器、乗算器、累積器、比較器、フィルタ、スイッチ等は、個々のハードウェアによって実現されるものであってもよいが、例えばマイクロプロセッサ等によりソフトウェア的に実現されるものであってもよい。
まず、この制御系における制御方法の切り替えに関して説明する。シリンダ差圧指令値に、予め定められた閾値係数が、乗算器31により乗算され、閾値PTH(所定の閾値)が得られる。次に、閾値PTHと、ダイクッション8から荷重検出部により得られたシリンダ差圧の実測値PL(荷重検出部22の検出値)とが、比較器32により比較され、タッチ判定が行われる。シリンダ差圧の実測値PLが、閾値PTH以下では、上金型16がワークWに接触していないと判定される。シリンダ差圧の実測値PLが、閾値PTHを超えた後は、上金型16がワークWに接触した、すなわちタッチしたと判定される。このタッチ判定の結果により、制御系におけるスイッチの切り替えがなされ、制御方法の切り替えが行われる。なお、閾値PTHは、ダイクッション8の荷重の最終的な目標値よりも小さいことが好ましい。閾値係数としては、0から1までの範囲で任意に定めることができる。例えば、上金型16がワークWに対して比較的高速で接触する場合には、閾値係数を0.2〜0.3といった小さな値とし、上金型16がワークWに対して比較的低速で接触する場合には、閾値係数を0.8〜1.0といった大きな値とすることができる。タッチ判定の結果は、後述のスイッチ51及びスイッチ61の切り替えに使用される。
次に、位置指令値に基づく制御について説明する。まず、位置指令値Yref(Δ)が、前の周期からの差分値として、スイッチ33を介して入力される。次に、入力された位置指令値が累積器34により累積加算され、実測値と比較しうる位置指令値となる。次に、減算器35により、累積器34から出力される位置指令値と、ダイクッション8から出力されるシリンダ変位の実測値Y(位置検出部21の検出値)との差分が計算される。次に、減算器35で計算された差分値に基づき、PI制御のための比例演算及び積分演算が行われる。具体的には、減算器35の出力に、乗算器36により比例ゲインKpが乗算される。同時に、減算器35の出力が積分器37で積分され、乗算器38で積分ゲインKIが乗算される。そして、乗算器36の出力と乗算器38の出力が加算器39により加算され、位置操作量Y1(第1の操作量)が得られる。このように、位置操作量Y1は、シリンダ変位の実測値Y、すなわちダイクッション8の位置に基づく操作量である。位置操作量Y1は、減少フィルタブロック50に入力される。
ここで、減少フィルタブロック50は、第1のフィルタF1と、スイッチ51と、加算器52とを含んで構成されている。減少フィルタブロック50の入力は、スイッチ51の入力に接続されている。スイッチ51による経路の切り替えは、比較器32でのタッチ判定の結果に応じて行われる。上金型16がワークWに接触していないと判定されている間は、スイッチ51は、加算器39からの入力値である位置操作量Y1を、加算器52に直接出力する。上金型16がワークWに接触したと判定された後は、スイッチ51は、加算器39からの入力値である位置操作量Y1を、第1のフィルタF1によりフィルタさせてフィルタ後位置操作量Y2として、加算器52へ出力する。
第1のフィルタF1は、入力された値を徐々に減少させるフィルタである。言い換えれば、第1のフィルタF1は、入力された値を漸次的に減少させて出力するフィルタである。第1のフィルタとしては、例えば、ハイパスフィルタ(1次進みフィルタ)を使用することができる。第1のフィルタの他の例としては、時間に対して一定の割合で減少するランプ関数を入力に乗算し、さらにローパスフィルタ(1次遅れフィルタ)を通過させるものを使用してもよい。
1次進みフィルタの伝達関数G(s)は、入力をX(s)、出力をY(s)、時定数をT秒とした場合に、次式(1)で表される。
G(s)=Y(s)/X(s)=Ts/(Ts+1)・・・(1)
G(s)=Y(s)/X(s)=Ts/(Ts+1)・・・(1)
次に、荷重指令値に基づく制御について説明する。まず、荷重指令値としてのシリンダ差圧指令値Prefが入力され、減算器41により、このシリンダ差圧指令値Prefと、ダイクッション8から出力されるシリンダ差圧値PLとの差分が計算される。次に、この減算器41で計算された差分値に基づき、PI制御のための比例演算及び積分演算が行われる。具体的には、減算器41の出力に、乗算器42により比例ゲインKpが乗算される。同時に、減算器41の出力が積分器43で積分され、乗算器44で積分ゲインKIが乗算される。そして、乗算器42の出力と乗算器44の出力が加算器45により加算され、荷重操作量P1(第2の操作量)が得られる。このように、荷重操作量P1は、シリンダ荷重の実測値PL、すなわちダイクッション8の荷重に基づく操作量である。荷重操作量P1は、増加フィルタブロック60に入力される。
ここで、増加フィルタブロック60は、第2のフィルタF2と、スイッチ61とを含んで構成されている。増加フィルタブロック60の入力は、スイッチ61の入力に接続されている。スイッチ61のオン状態とオフ状態との切り替えは、比較器32によるタッチ判定の結果に応じて行われる。上金型16がワークWに接触していないと判定されている間は、スイッチ61はオフ状態であり、加算器45からの出力値である荷重操作量P1は、フィルタF2へ出力されない。上金型16がワークWに接触したと判定された後は、スイッチ61がオン状態となり、加算器45からの出力値である荷重操作量P1は、フィルタF2へ出力される。この場合、荷重操作量P1は、フィルタF2によりフィルタされて、フィルタ後荷重操作量P2となる。
第2のフィルタF2は、入力された値を徐々に増加させるフィルタである。言い換えれば、第2のフィルタF2は、入力された値を漸次的に増加させて出力するフィルタである。第2のフィルタとしては、例えば、ローパスフィルタ(1次遅れフィルタ)を使用することができる。第2のフィルタの他の例としては、時間に対して一定の割合で増加するランプ関数を入力に乗算し、さらにローパスフィルタ(1次遅れフィルタ)を通過させるものを使用してもよい。
1次遅れフィルタの伝達関数G(s)は、入力をX(s)、出力をY(s)、時定数をT秒とした場合に、次式(2)で表される。
G(s)=Y(s)/X(s)=1/(Ts+1)・・・(2)
G(s)=Y(s)/X(s)=1/(Ts+1)・・・(2)
減少フィルタブロック50からの出力と、増加フィルタブロック60からの出力とは、加算器46により加算され、合計操作量T1となる。合計操作量T1の値は、比較器32におけるタッチ判定の結果によって異なる。
具体的には、シリンダ差圧の実測値PLが閾値PTH以下の場合、加算器52から出力されるのは、加算器39から出力された位置操作量Y1そのものである。また、スイッチ61はオフ状態であるため、フィルタF2からの出力は0である。したがって、加算器46から出力される合計操作量T1は、位置操作量Y1となる。
一方、シリンダ差圧の実測値PLが閾値PTHを超えた場合、加算器52から出力されるのは、フィルタF1から出力されたフィルタ後位置操作量Y2である。また、スイッチ61はオン状態であるため、フィルタF1からの出力は、フィルタ後荷重操作量P2である。したがって、合計操作量T1は、フィルタ後位置操作量Y2とフィルタ後荷重操作量P2との和である。
加算器46の出力である合計操作量T1は、乗算器47によりKa倍され、サーボバルブ13への開度指令値Iとなる。
サーボバルブ13は、開度指令値Iに基づいてバルブ開度Xを調整して、油圧シリンダ9に供給される油の量を調整する。サーボバルブ13は、二次遅れ系の伝達特性を有する。開度指令値I及びバルブ開度Xをそれぞれサーボバルブ13の入力及び出力であるとした場合、サーボバルブ13の伝達関数は、次の式(3)で表される。
サーボバルブ13の出力であるバルブ開度Xは、ダイクッション8に入力される。ダイクッション8からは、位置検出部によりシリンダ変位Yが検出されるとともに、荷重検出部により、荷重を表す量としてのシリンダ差圧PLが検出される。
次に、図6を参照して、フィルタF1及びF2の入出力特性について説明する。曲線C1は、フィルタF1の入出力特性である。曲線C2は、フィルタF2の入出力特性である。曲線C1、C2とも、入力に対する出力の比率を示している。時刻−2ミリ秒では、フィルタF1の出力は、比率1.0であり、フィルタF2の出力は、比率0.0である。その後、時間の経過につれて、フィルタF1の出力は漸次的に減少し、フィルタF2の出力は、漸次的に増加する。ここで、フィルタF1の比率とフィルタF2の比率は、その和が一定となる。言い換えれば、フィルタF1とフィルタF2とは、同じ時定数を有している。なお、ここでの比率とは、減少が開始する前の量に対する減少中の量の比率、又は増加が完了した後の量に対する増加中の量の比率を指す。
このようなフィルタF1、F2を利用して、図5に示される制御系により得られる指令値の時間変動を図7に示す。位置操作量Y1は、時間によらず一定値20をとる。フィルタ後位置操作量Y2は、位置操作量Y1に、図6の曲線C1で表される比率を乗算したものであり、時間の経過に伴って漸次的に減少する。荷重操作量P1は、時刻0から立ち上がって値30をとり、その後、一定値30のままとなる。フィルタ後荷重操作量P2は、荷重操作量P1に、図6の曲線C2で表される比率を乗算したものであり、時間の経過に伴って漸次的に増加する。合計操作量T1は、フィルタ後位置操作量Y2とフィルタ後荷重操作量P2との和になっている。このように、合計操作量T1は、時刻0ミリ秒から時刻20ミリ秒までの間に、位置操作量Y1から荷重操作量P1に向かって滑らかに変化している。
なお、フィルタF1及びフィルタF2としては、図8に示される特性のものを使用してもよい。図8(A)では、まず、位置操作量Y1に、時刻0ミリ秒から時刻10ミリ秒にかけて一定の割合で減少していくランプ波形を乗算して値Y3を得ている。次に、この値Y3をローパスフィルタ(1次遅れフィルタ)によりフィルタして、フィルタ後位置操作量Y4としている。図8(B)では、まず、荷重操作量P1に、時刻0ミリ秒から時刻10ミリ秒にかけて一定の割合で増加していくランプ波形を乗算して値P3を得ている。次に、この値P3をローパスフィルタによりフィルタして、フィルタ後荷重操作量P4としている。
図9は、図8に示したフィルタ後位置操作量Y4とフィルタ後荷重操作量P4とを加算器46により加算して、合計操作量T2を得た場合を示している。図7に示した合計操作量T1の場合と同様に、合計操作量T2は、時刻0ミリ秒から時刻20ミリ秒までの間に、位置操作量Y1から荷重操作量P1に向かって滑らかに変化している。
次に、本発明の実施形態に係るプレス装置1及びこのプレス装置1の制御方法の作用効果を説明する。
図10は、本発明の作用効果を説明するための図である。図10(A)は、スライド7がベッド3に対して移動することにより、スライド位置が時間とともに負側に変化することを示している。図10(B)は、ダイクッション変位を示している。図10(C)は、ダイクッション荷重を示している。時刻t1は、ダイクッション8に設けられた上金型16がワークWに接触した時刻であり、時刻t2は、ダイクッション8の荷重が目標値に達した時刻である。
図10(B)の曲線D1及び図10(C)の曲線L1は、ダイクッション8の制御を、ダイクッション8の位置に基づく制御から、ダイクッション8の荷重に基づく制御に時刻t1で即時に切り替えた場合を示す。この場合、ダイクッション8の応答に遅れが生じる。
一方、図10(B)の曲線D2及び図10(C)の曲線L2は、ダイクッション8の制御を、ダイクッション8の位置に基づく制御から、ダイクッション8の荷重に基づく制御に時刻t2で即時に切り替えた場合を示す。この場合、ダイクッション8の応答に大きな衝撃と、この衝撃に起因する大きな振動が生じる。
また、図10(B)の曲線D4及び図10(C)の曲線L4は、ダイクッション8の制御を、ダイクッション8の位置に基づく制御から、ダイクッション8の荷重に基づく制御に時刻t1で即時に切り替えた場合であって、荷重フィードバックゲインが、図10(B)の曲線D1及び図10(C)の曲線L1より大きい場合を示す。この場合、荷重フィードバックゲインが大きいことにより、時刻t1での制御の切り替え後に、図10(C)の曲線L4に示されるように、ダイクッション8の応答に大きな衝撃と、この衝撃に起因する大きな振動が生じる。また、荷重を目標値に到達させようとするために、図10(B)の曲線D4に示されるように、ダイクッション8の変位が負側に振れてしまう。すなわち、ダイクッション8の変位が、不必要にベッド3側へ振れてしまう。
これに対し、図10(B)の曲線D3及び図10(C)の曲線L3は、本発明の実施形態に係るプレス装置1での制御によるダイクッション変位及びダイクッション位置を示す。この制御によれば、曲線D1及び曲線L1で示される場合と比較して応答の遅れも少なく、曲線D3及び曲線L3で示されるような大きな振動や衝撃も生じない。
本発明の実施形態に係るプレス装置1及びその制御方法によれば、荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、ダイクッション8は、ダイクッション8の位置に基づく第1の操作量に基づいて制御される。そして、ダイクッション8に設けられた上金型16がベッド3上のワークWに接触して荷重検出部の検出値が閾値を超えた後には、第1の操作量である位置操作量を漸次的に減少させるとともに、ダイクッション8の荷重に基づく第2の操作量である荷重操作量を漸次的に増加させてダイクッション8を制御する。そのため、スライド7を高速で移動させている場合であっても、ダイクッション8の位置に基づく位置制御から、ダイクッション8の荷重に基づく荷重制御へとの移行が滑らかに、且つ迅速に行われる。したがって、プレス時の衝撃力を緩和させながら、生産性を高くすることができる。
第1の操作量である位置操作量と第2の操作量である荷重操作量との和に基づいて制御を行う場合には、位置操作量の減少の程度と、荷重操作量の増加の程度とを同程度にすることができる。従って、位置制御から荷重制御への移行を滑らかにすることができる。
閾値を、ダイクッションの荷重の目標値よりも小さくした場合には、荷重検出部22の検出値が荷重制御における目標値に達する前段階で、位置制御から荷重制御への滑らかな移行を開始することができる。従って、ダイクッション8の荷重が目標値を超えてしまうことなく、安定して制御を行うことができる。
本発明は、上記で説明した実施形態に係るプレス装置及びその方法に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、図1,2及び5で示した油圧サーボバルブを用いたプレス装置に代えて、電動サーボモータでダイクッションを制御するプレス装置においても、同様のダイクッション制御を行うことができる。
図11〜図13では、サーボモータを使用するプレス装置の制御ブロックを示している。図11は、モータとダイクッションとの結合剛性が高い場合を示す。図12は、モータとダイクッションとの結合剛性が中程度の場合を示す。図13は、モータとダイクッションとの結合剛性が低い場合を示す。図5に示した油圧式のプレス装置の制御ブロックとの主な違いは、図5の油圧式プレス装置の場合ではシリンダ差圧PLの実測値に応じてタッチ判定を行っていたのに対し、図11〜13の電動サーボモータ式プレス装置の場合では、モータのトルク(電流)検出値に応じてタッチ判定を行っている点である。また、図11〜13に示されるように、モータとダイクッションとの結合剛性の強さに応じて、フィードバックに用いられるパラメータも異なっている。
より具体的に、図5に示した油圧式プレス装置と、図11の電動サーボモータ式プレス装置との、相違する部分について説明する。比較器32によるタッチ判定は、荷重指令値Prefに予め定められた閾値係数を乗算器で乗算した閾値PTHと、モータ82のトルク(電流)検出値との比較により行われる。トルクが閾値PTH以下であれば、まだダイクッション8に設けられた上金型16がワークWに接触していないと判定される。トルクが閾値PTHを超えていれば、上金型16がワークWに接触していると判定される。
位置指令値及びダイクッションの位置に基づく制御に関しては、乗算器36の出力と乗算器38の出力とが加算器39により加算されて値Y10が得られた後、この値Y10から、ダイクッション8で検出された速度dY/dtが減算器71により減算される。そして、減算器71の出力値に比例ゲインKpが乗算器72により乗算される。同時に、減算器71の出力値が積分器73により積分され、乗算器74により積分ゲインKIが乗算される。乗算器72の出力と乗算器74の出力とが加算器75により加算されて、位置操作量Y11が得られる。この位置操作量Y11は、図5を参照して説明した減少フィルタブロック50に入力される。位置操作量Y11は、減少フィルタブロックのフィルタF1でフィルタされることにより、フィルタ後位置操作量Y12となる。
一方、荷重指令値に基づく制御に関しては、荷重指令値Prefは、そのまま荷重操作量P11として増加フィルタブロック60に入力される。荷重操作量P11は、増加フィルタブロック60のフィルタF2でフィルタされることにより、フィルタ後荷重操作量P12となる。
減少フィルタブロック50の加算器52の出力と、増加フィルタブロック60の加算器62の出力とは、加算器46により加算され、合計操作量T11となる。そして、減算器76により、合計操作量T11から、モータでのトルク検出値が減算される。減算器76の出力には、乗算器77により比例ゲインKpが乗算される。同時に、減算器76の出力は、積分器78により積分され、さらに乗算器79により積分ゲインKIが乗算される。乗算器77の出力と乗算器79の出力とが加算器81により加算され、トルク指令値が得られる。このトルク指令値は、ダイクッションを駆動するサーボモータであるモータ82に入力される。
このようなサーボモータを使用したプレス装置であっても、位置指令値に基づく位置制御から、荷重指令値に基づく荷重制御へ滑らかに移行することができる。
なお、図12に示した、モータとダイクッションとの結合剛性が中程度の場合では、図11の場合と異なり、減算器71において、ダイクッションの速度dY/dtに代えて、モータの速度検出値がフィードバック値として減算される。
図13に示した、モータとダイクッションとの結合剛性が弱い場合には、減算器35においてフィードバック値として減算される値が、図12の場合と異なる。減算器35において減算される値は、ダイクッション8の変位が過渡状態にある場合か、一定の範囲内に収束した場合かによって異なる。この判定は、位置決め判定部84に用いて、減算器35の出力値により行われる。ダイクッション8の変位が過渡状態にある場合、モータトルク(電流)検出値が積分器85により積分され、モータ位置となり、このモータ位置がそのまま加算器87を経て減算器35に戻され、累積器34の出力から減算される。ダイクッション8の変位が一定の範囲内に収束した場合、モータトルク(電流)検出値が積分器85により積分された後、スイッチ86を介して、一次進みフィルタF3によりフィルタされて加算器87に入力される。同時に、ダイクッション8の速度dY/dtが積分器83で積分された変位が、スイッチ88を介して一次遅れフィルタF4に入力され、一次遅れフィルタF4によりフィルタされて、加算器87に入力される。そして、一次進みフィルタF3と一次遅れフィルタF4とが加算器87により加算され、減算器35に入力される。この入力された値が、減算器35において、累積器34の出力値から減算される。
なお、上述の実施形態では、プレス装置として、スライドと上金型との間のみにダイクッションが設けられているものを例にして説明したが、ベッドと下金型との間のみにダイクッションが設けられているプレス装置、またはスライドと上金型との間にダイクッションが設けられると共にベッドと下金型との間にダイクッションが設けられるプレス装置を採用してもよい。
1…プレス装置、3…ベッド、7…スライド、8…ダイクッション、16…上金型(第2の金型)、17…下金型(第1の金型)、21…位置検出部、22…荷重検出部、23…制御部、Y1…位置操作量(第1の操作量)、P1…荷重操作量(第2の操作量)。
Claims (6)
- 第1の金型が設けられるベッドと、
前記ベッドに対向して配置され、前記ベッドに対して可動であり、第2の金型が設けられるスライドと、
前記ベッドと前記第1の金型との間、及び前記スライドと前記第2の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、
前記ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、
前記ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、
前記ダイクッションを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、前記ダイクッションの位置に基づく第1の操作量に基づいて前記ダイクッションを制御し、
前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後は前記第1の操作量と、前記ダイクッションの荷重に基づく第2の操作量と、に基づいて前記ダイクッションを制御し、
前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後に、前記第1の操作量を漸次的に減少させるとともに、前記第2の操作量を漸次的に増加させながら前記ダイクッションを制御する、
プレス装置。 - 前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後において、減少前の値に対する前記第1の操作量の比率と、増加後の値に対する前記第2の操作量の比率と、の和が一定である、請求項1に記載のプレス装置。
- 前記閾値は、前記ダイクッションの荷重の目標値よりも小さい、請求項1又は2に記載のプレス装置。
- 第1の金型が設けられるベッドと、
前記ベッドに対向して配置され、前記ベッドに対して可動であり、第2の金型が設けられるスライドと、
前記ベッドと前記第1の金型との間、及び前記スライドと前記第2の金型との間、の少なくとも一方に設けられるダイクッションと、
前記ダイクッションの位置を検出する位置検出部と、
前記ダイクッションの荷重を検出する荷重検出部と、
を備えるプレス装置の制御方法であって、
前記荷重検出部の検出値が所定の閾値以下では、前記ダイクッションの位置に基づく第1の操作量に基づいて前記ダイクッションを制御し、
前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後は前記第1の操作量と、前記ダイクッションの荷重に基づく第2の操作量と、に基づいて前記ダイクッションを制御し、
前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後に、前記第1の操作量を漸次的に減少させるとともに、前記第2の操作量を漸次的に増加させながら前記ダイクッションを制御する、
プレス装置の制御方法。 - 前記荷重検出部の検出値が前記閾値を超えた後において、減少前の値に対する前記第1の操作量の比率と、増加後の値に対する前記第2の操作量の比率と、の和が一定である、請求項4に記載のプレス装置の制御方法。
- 前記閾値は、前記ダイクッションの荷重の目標値よりも小さい、請求項4又は5に記載のプレス装置の制御方法。
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