JP3833291B2 - 液圧作動加圧加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧ポンプからの加圧液を受けて作動する液圧シリンダを利用し、かしめ、絞り加工、圧入、粉末成形などの各種加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような液圧作動加圧加工装置が、実開平２─１１７００号公報に記載されている。このものでは、電磁切換弁により油圧シリンダの作動方向を切り換えるとともに、油圧シリンダへの圧油の供給経路に設けた電磁比例式のリリーフ弁により供給油圧を制御することで適正な加圧加工を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにリリーフ弁を用いて供給油圧を制御する場合、油圧ポンプからの供給油のうち油圧シリンダへ送られる以外はリリーフ弁からタンクへ戻されるから、油圧ポンプが費やした動力のうち、この戻し量に相当分は損失となり、そして、加圧加工が行われるときには、加圧加工が開始される以前の前進作動時や、加圧加工終了後の後退作動時に比べ油圧シリンダの速度は遅くて油圧シリンダへ送られる流量が少ないのが普通であるから、油圧ポンプからの供給油の大部分がタンクへ戻されることになり、大きな動力損失が生じる問題点がある。
【０００４】
本発明は、液圧ポンプからの無駄な吐出を抑えて、動力損失の小さな液圧作動加圧加工装置を実現しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に記載の発明では、液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダの加圧力を検出する加圧力検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う加圧力検出器からのフィードバック信号を入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、この設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構とを有するとともに、回転速度設定機構が、加圧力検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際に所定の加圧力がタイマ設定時間の間得られるよう設定する回転速度を変化させる調整機構を有して成る。
また、請求項２に記載の発明では、液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダのピストンロッドの位置を検出する位置検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う位置検出器からのフィードバック信号を入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、この設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構とを有するとともに、回転速度設定機構が、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際にピストンロッドがタイマ設定時間の間所定の位置に達するよう設定する回転速度を変化させる調整機構を有して成る。
また、請求項３に記載の発明では、液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダの加圧力を検出する加圧力検出器と、液圧シリンダのピストンロッドの位置を検出する位置検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う加圧力検出器からのフィードバック信号と位置検出器からのフィードバック信号を選択して入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、回転速度設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構を有するとともに、回転速度設定機構には、加圧力検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際に所定の加圧力がタイマ設定時間の間得られるよう設定する回転速度を変化させる調整機構と、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際にピストンロッドがタイマ設定時間の間所定の位置に達するよう設定する回転速度を変化させる調整機構とが選択的に形成されて成る。
この場合、回転速度設定機構には、液圧シリンダが加圧加工を行うため前進作動する際、液圧シリンダのピストンロッドが加圧加工開始位置の近傍に達すると電動機が減速する回転速度を設定する前進減速設定機構を設け、これにより、ピストンロッドを低速度に減速したうえで加圧加工が開始されるようにしても良い。また、回転速度設定機構には、液圧シリンダが加圧加工完了後に後退作動する際、液圧シリンダのピストンが後退端位置の近傍に達すると電動機が減速する回転速度を設定する後退減速設定機構を設け、これにより、ピストンを低速度に減速したうえで停止させるようにしても良い。
【０００６】
そして、このものにおいては、加圧加工に伴うフィードバック信号を入力するインバータ制御部が、インバータを介して電動機の回転速度を、電動機で駆動される液圧ポンプから適正な加圧加工に要する吐出量が得られるよう変化させることができるので、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
図１において、１は、正転時には給排通路２が吐出側で給排通路３が吸入側、逆転時には給排通路３が吐出側で給排通路２が吸入側となる両回転形の油圧ポンプであり、４は、この油圧ポンプ１を駆動する電動機である。そしてこの電動機４は、周知の交流用の誘導電動機となっている。また、５は、油圧ポンプ１からの圧油を受けて作動する片ロッド形の油圧シリンダで、その、キャップ側の作動室６とヘッド側の作動室７が、それぞれ給排通路２、３に接続されて、油圧ポンプ１に閉回路接続されている。８は、油圧シリンダ５のピストンであり、９はピストン８に一体連結したピストンロッドである。
【０００８】
ピストンロッド９の突出端には、ピストンロッド９を突出させる油圧シリンダ５の前進作動の際に、ワーク１０に当接して、ワーク１０を加圧加工する加工具１１が一体的に連結されている。そして、加工具１１とピストンロッド９の間には、加圧加工の際の加圧力を検出する加圧力検出器１２が介在設置してあり、ここでは、加圧力検出器１２として、圧電式のロードセルを利用している。１３は位置検出器で、ピストンロッド９及びこれに連結された加工具１１の位置を検出するよう、その可動部分をピストンロッド９に、また、固定部分を油圧シリンダ６に、それぞれ取り付けている。そしてここでは、位置検出器１３として、単位長さの変位に対してアップダウン用のパルスが得られる磁歪式のリニヤスケールを利用している。
【０００９】
１４は逆止め弁であり、給排通路３とタンク１５間に、タンク１５から給排通路３方向へ自由流れとなるよう設置されている。１６はパイロット操作式の逆止め弁で、給排通路２とタンク１５間に、タンク１５から給排通路２方向へ自由流れとなるよう設置されるとともに、給排通路３からのパイロット圧力を受けて、給排通路２からタンク１５への逆流を許すように開く、制御流れ作動を行うようになっている。
【００１０】
１７は、電動機４のための制御装置であり、電動機４へ駆動電力を出力するインバータ１８と、インバータ１８からの出力周波数を変化させるようインバータ１８を制御する、インバータ制御装置１９を有している。なお、インバータ１８は、図示しないが、入力する交流電力を直流化するコンバータ部と、転流コンデンサやスイッチング素子等を備えて、コンバータ部からの直流をスイッチング素子の動作に応じた周波数の交流電力に変換して出力できるものである。これにより、電動機４はインバータ１８の出力に応じて、正逆両方向で可変速に駆動でき、また非回転状態とすることができるようになっている。
【００１１】
２０は、電動機４回転軸の回転変位を検出するロータリーエンコーダである。エンコーダ２０からは電動機４回転軸の単位回転角変位に対するアップダウン用のパルスがカウンタ２１（図２）へ出力され、単位時間内に入力するエンコーダ２０からのパルスをカウンタ２１で計数することで、電動機４の回転速度を検出するようにしており、エンコーダ２０とカウンタ２１により回転速度検出器を構成する。
【００１２】
インバータ制御装置１９は、マイクロコンピュータ２２を備えている。このマイクロコンピュータ２２は、バスライン２３で接続される、入力部２４、出力部２５、ＣＰＵ２６、ＲＯＭとＲＡＭとを含むメモリー２７を有し、この入力部２４には、前期カウンタ２１からの電動機４の回転速度Ｓｍを示す信号が入力されるとともに、加圧力検出器１２からＡＤ変換器２８を介して加圧力Ｐを示す信号が入力される。２９は、位置検出器１３からのパルスを積算してピストンロッド９即ち加工具１１の位置Ｌを示す信号を入力部２４へ出力するカウンタである。
【００１３】
３０は、油圧シリンダ６の前進作動の際、加圧加工を始める前にピストンロッド９を減速させる、減速開始位置Ｌ１を設定してこの信号を入力部２４に出力する設定器である。また、３１は、加圧加工のための制御を開始する位置Ｌ２を設定してこの信号を入力部２４に出力する設定器であり、なお、この位置Ｌ２は、加工具１１がワーク１０のごく近くに接近した位置となるよう選定される。３２は、加圧加工前にピストンロッド９を高速で前進させるための電動機４の回転速度Ｓ１を設定し、また、３３は、加圧加工後にピストンロッド８を高速で後退させるための電動機４の回転速度Ｓ２を設定して、これらの信号をそれぞれ入力部２４に出力する設定器である。そして、３４は、前記位置Ｌ２に達してから加圧加工を終了させるまでのタイマ設定時間Ｔを定める設定器、３５は、加圧加工の際の加圧力Ｐｓを設定する設定器、さらに、３６は、加圧加工の際のピストンロッド９即ち加工具１１が到達すべき位置Ｌｓを設定する設定器であり、これら各設定器３４、３５、３６も、設定値の信号を入力部２４へ出力する。
【００１４】
ＣＰＵ２６は、入力部２４からこれらの信号を読み込みつつ、メモリー２７に格納されたプログラムに応じて、電動機４の回転速度を制御するために、インバータ１８への制御信号Ｎを逐次作りだして出力部２５を介してインバータ１８へ出力する。ここで、メモリー２７には、加圧加工の際に、加圧力Ｐｓを制御する場合と、ピストンロッド９即ち加工具１１の到達すべき位置Ｌｓを制御する場合との二通りのプログラムが、番地を異ならせて格納されるようになっており、動作を開始させる際の制御端子３７への信号の有無により、どの番地からプログラムを開始するかを選択することで、前記加圧力Ｐｓの制御と位置Ｌｓの制御が選択できるようにしている。そして、加圧力Ｐｓを制御する場合の手順が図３から図９に示してあり、また、位置Ｌｓを制御する場合の手順が図１０から図１２に示してある。
【００１５】
すなわち、加圧力制御が選択された場合、ピストンロッド９が後退端に位置する状態から動作が開始されると、ステップ５０で減速開始位置Ｌ１、加圧力制御を開始する位置Ｌ２、前進後退の設定速度Ｓ１、Ｓ２、タイマ作動の設定時間Ｔ、加圧力の設定値Ｐｓが読み込まれ、次いでステップ５１の前進速度制御が行われる。この前進速度制御では、図４のように、ステップ５２でピストンロッド９の位置Ｌが読み込まれ、ステップ５３で、このＬが前記Ｌ２より小さいとき、ステップ５４において、位置Ｌに回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｆに基づき該設定値Ｓを得る。
【００１６】
即ち、関数ｆは、前進速度制御の開始と同時に、ピストンロッド９を微小な速度で前進させるよう電動機４を微速で正転させる予め定めたＳ３の大きさに立ち上がったのち、前記前進速度の設定値Ｓ１に達するまで位置Ｌの増加に対し正転方向に増加し、このＳ１に達した後は、位置Ｌが前記Ｌ１に達するまでＳ１に保たれる回転速度設定値Ｓを与える。さらに、関数ｆは、位置ＬがＬ１より大きくなると前記Ｓ３に達するまで位置Ｌの増加に対し減少し、Ｓ３に達した後は、Ｓ３に保たれる回転速度設定値Ｓを与える。この、Ｓ１に達するまでの位置Ｌの増加に対するＳの増加の度合いと、Ｓ３に達するまでの位置Ｌの増加に対するＳの減少の度合いは、予め定められている。
【００１７】
次いでステップ５５で、電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ５６で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１８への制御信号Ｎが演算され、なお、ここでＫは比例定数である。そして、ステップ５７でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ５３において位置Ｌが加圧力制御開始位置Ｌ２に達することが検出されるまで反復され、電動機４の回転速度Ｓｍは関数ｆで与えられる設定値Ｓに制御されるのである。そして、Ｌ２に達したことが検出されると、ステップ５８（図３）で設定時間Ｔのタイマ計時が開始されて、ステップ５９の加圧力制御が開始される。
【００１８】
この加圧力制御においては、図６に示すように、ステップ６０で加圧力Ｐが読み込まれ、ステップ６１で、加圧力の設定値Ｐｓと実加圧力Ｐの差に対し回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｇに基づき、ＰｓとＰの差を解消するに要する回転速度設定値Ｓを得る。この関数ｇは、この実施例では、図７に示すように、回転速度設定値Ｓを、ＰｓがＰより所定値以上大きいと正転方向のＳ３とするとともに、ＰがＰｓより所定値以上大きいと逆転方向のＳ３とし、また、ＰｓがＰより所定値より小さく、かつ、ＰがＰｓより所定値より小さい範囲では、ＰｓとＰが等しければ零となる、Ｐｓ−Ｐに比例した回転速度設定値Ｓを与えるようにしている。
【００１９】
次いでステップ６２で電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ６３で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１８への制御信号Ｎが演算され、ステップ６４でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ６５（図３）においてタイムアップが検出されるまで、即ちタイマ設定時間Ｔの間、反復され、加圧力Ｐは設定値のＰｓとなるよう制御されるのである。
【００２０】
ステップ６５でタイムアップが検出されると、ステップ６６の後退速度制御が開始される。この後退速度制御では、図８のように、ステップ６７でピストンロッド９の位置Ｌが読み込まれ、ステップ６８で、このＬが作動開始時の零より大きいとき、ステップ６９において、位置Ｌに回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｈに基づき該設定値Ｓを得る。
【００２１】
図９に示すように、この関数ｈは、後退速度制御の開始と同時に、ピストンロッド９を後退させるよう逆転方向へＳ３の大きさに立ち上がるとともに前記後退速度の設定値Ｓ２に達するまで位置Ｌの減少に対し逆転方向に増加し、このＳ２に達した後は、位置Ｌが予め定められた減速開始位置Ｌ３に達するまでＳ２に保たれる回転速度設定値Ｓを与える。さらに関数ｈは、位置ＬがＬ３より小さくなると前記Ｓ３に達するまで位置Ｌの減少に対し減少し、Ｓ３に達した後は、Ｓ３に保たれる設定値Ｓを与える。このＳ２達するまでの位置Ｌの減少に対するＳの増加の度合いと、Ｓ３に達するまでの位置Ｌの減少に対するＳの減少の度合いは、予め定められている。
【００２２】
次いでステップ７０で、電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ７１で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１７への制御信号Ｎが演算され、ステップ７２でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ６８において位置Ｌが作動開始時の位置に達することが検出されるまで反復され、電動機４の回転速度Ｓｍは関数ｈで与えられるＳに制御されるのであり、ピストンロッド９が作動開始時の位置に達すると作動が終了する。
【００２３】
そして、このような制御の手順において、電動機４の回転速度の設定値Ｓを生じる回転速度設定機構が形成されるとともに、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するようインバータ１７への制御信号Ｎを変化させる制御信号調整機構が形成される。さらに、回転速度設定機構においては、加圧加工の開始前に回転速度の設定値をＳ１からＳ３に低下させる如き、前進減速設定機構と、加圧加工後の後退作動時において、停止前に回転速度の設定値をＳ２からＳ３に低下させる如き、後退減速設定機構が形成されるとともに、加圧力制御をおこなう際に、加圧力Ｐの検出値に応じ、関数ｇに基づき所要回転速度を得るために回転速度の設定値Ｓを変化させる、調整機構が形成されるのである。
【００２４】
また、加圧加工の際に位置制御を行うことが選択されたときは、図１０に示すように、ステップ５０で、加圧力の設定値Ｐｓの代わりにピストンロッド９の位置の設定値Ｌｓが読み込まれ、また、タイマ計時を開始するステップ５８の後に加圧力制御の代わりにステップ５９で位置制御を行う点で前記加圧力制御を行う場合と異なるが、他の点では、前記加圧力制御を行う場合と全く同じである。
【００２５】
そして、ステップ５９の位置制御の詳細は、図１１に示すように、ステップ６０で位置Ｌが読み込まれる。そしてステップ６１で、位置の設定値Ｌｓと実位置Ｌの差に対し回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｊに基づき、ＬｓとＬの差を解消するに要する回転速度設定値Ｓを得る。
【００２６】
この関数ｊは、この実施例では、図１２に示すように、回転速度設定値Ｓを、ＬｓがＬより所定値以上大きいと正転方向のＳ３にするとともに、ＬがＬｓより所定値以上大きいと逆転方向のＳ３にし、また、ＬｓがＬより所定値より小さく、かつ、ＬがＬｓより所定値より小さい範囲では、ＬｓとＬが等しければ零となる、Ｌｓ−Ｌに比例した回転速度設定値Ｓを与えるようにしている。
【００２７】
次いでステップ６２で電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ６３で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１７への制御信号Ｎが演算され、ステップ６４でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ６５（図１０）においてタイムアップが検出されるまで、即ちタイマ設定時間Ｔの間、反復され、ＬがＬｓに制御されるのである。そして、このような位置制御の手順においても、前記同様電動機４の回転速度設定値Ｓを生じる回転速度設定機構が形成されるとともに、電動機４の実回転速度Ｓｍを示す信号から、この設定値Ｓに応じた回転速度を得るようインバータ１７への制御信号Ｎを変化させる制御信号調整機構が形成され、さらに、回転速度設定機構においては、位置Ｌをその設定値Ｌｓに保つよう、関数ｊによりＬに応じて回転速度設定値Ｓを変化させる、調整機構が形成されるのである。
【００２８】
次のこの実施例の作動を説明する。今、ピストンロッド９が後退端に位置させて停止した図１の状態より、作動を開始すると、前進速度制御を受け、正転方向に始動する電動機４は、増速過程を経て、設定値Ｓ１に応じた一定の回転速度で正転する。なお、開始にあたって、制御端子３７への入力はなくて加圧加工の際に加圧力制御を行うことが選択されたとする。油圧ポンプ１は、電動機４の回転速度に応じた流量の圧油を給排通路２に吐出するので、この圧油が作動室６に供給されて前進作動する油圧シリンダ５のピストンロッド９の前進速度も、電動機４の回転速度に対応したものとなり、増速過程を経て、前記設定値Ｓ１に対応した一定速度に達する。
【００２９】
なお、油圧シリンダ５の前進作動時に、給排通路３をへて油圧シリンダ５の作動室７から油圧ポンプ１へ戻される流量は、ピストン８の受圧面積が作動室６側より作動室７側が小さいことより、作動室６へ供給される油圧ポンプ１の吐出流量より少ないが、逆止め弁１４が開きタンク１５から不足分が補給されて油圧ポンプ１の吸入作用は支障なく行われる。
【００３０】
そして、ピストンロッド９が、減速開始位置Ｌ１に達すると電動機４は減速してＳ３の速度に達し、油圧シリンダ５のピストンロッド９も、減速過程を経た後、Ｓ３に応じた微速で前進し、ピストンロッド９が位置Ｌ２に達すると、加圧力制御が開始され、加工具１１がワーク１０に当接する。このように、微速状態で加工具１１がワーク１０に当接するので、ワーク１０や加工具１１に無用な損傷を与えることを防止できる。
【００３１】
加圧力制御においては、電動機４は正転、逆転あるいは非回転状態をとる如くその回転速度が制御されて油圧シリンダ５のピストンロッド９による加圧力Ｐが設定値Ｐｍに保たれ、これにより、ワーク１０へ適正な加工がなされる。そして、タイマ設定時間Ｔが経過すると、加圧加工が終了し、電動機４が逆転されて油圧シリンダ５が復帰作動する。このとき電動機４は設定値Ｓ２に達するまで増速され、そして、ピストンロッド９が停止位置近傍のＬ３に達するとＳ２からＳ３に達するまで減速されるので、ピストンロッド９の速度もこれに対応した速度に制御されて、ピストンロッド９が初期位置に達すれば作動が終了され、電動機４が停止し、油圧シリンダ５が停止されて、再度の作動開始に備えるのである。
【００３２】
この油圧シリンダ５の復帰時には、作動室６から給排通路２へと、油圧ポンプ１吸入側へ排出される流量は、作動室７へ供給される、油圧ポンプ１から吐出される流量より多いが、給排通路３からの圧力で逆止め弁１６が開くことで過剰な流量が給排通路２からタンク１５へ排出されるので、油圧ポンプ１の吸入作用に支障はない。また、復帰作動の開始直後では、電動機４の逆転に、ピストン８が直ちに追従して復帰作動をせず、給排通路２に負圧が生じることがある。このような場合、逆止め弁１６により、タンク１５からの吸入が許されるので、吸入作用が阻害されてキャビテーションが生じる事態を防止でき、良好なポンプ作動を維持できる。そして、油圧シリンダ５のピストン８及びピストンロッド９は、電動機４回転速度が停止の前にＳ３に低下されるので、このＳ３に対応した微速状態まで速度が低下して停止されるので、高速状態のままピストン８が油圧シリンダ６の後退側端壁に衝突するような事態が防止でき、油圧シリンダ５の不要な損傷を防止できる。
【００３３】
また、作動の開始にあたって、制御端子３７へ信号が入力され、加圧加工の際に位置制御を行うことが選択された場合には、前進するピストンロッド９がＬ２に達したときから、タイマ設定時間Ｔの間に位置制御が行われる以外は、上記と同様に作動する。そして、この位置制御においても、電動機４は正転、逆転あるいは非回転状態をとる如くその回転速度が制御されて油圧シリンダ５のピストンロッド９の位置Ｌが設定値Ｌｍに保たれ、これにより、ワーク１０に対する加工具１１の進出量が設定値Ｌｍに応じ定められることでワーク１０へ適正な加工がなされる。
【００３４】
この作動において、油圧ポンプ１からは、電動機４の回転速度に応じた量の圧油しか吐出されず、加圧加工前または後の前進、後退作動では、電動機４が回転速度制御を受けることにより油圧シリンダ５の速度制御が行われ、加圧加工の際には、加圧力あるいはピストンロッド９の位置を設定値に保つに必要な速度に電動機４の回転速度が制御されるので、油圧ポンプ１からの無駄な吐出は、油圧ポンプ１や油圧シリンダ５等で生じる漏れに相当分程度の少ないものに抑えることができ、動力損失をきわめて少なくできる。
【００３５】
そして、油圧シリンダ５の作動方向は油圧ポンプ１の回転方向により定まるので、作動方向変更のために切換弁を設ける必要がなくて、油圧回路が簡単になるとともに、加圧加工の前及び後の油圧シリンダ５の先進作動、後退作動は、電動機４の設定速度Ｓ１、Ｓ２に応じた高速状態で行うことができ、サイクルタイムが大きくなることが防止でき、しかも、これらＳ１、Ｓ２は、設定器３０、３１で適宜設定できるので、都合のいい速度を容易に選定できる。また、前進作動での減速開始位置Ｌ１や、加圧加工開始位置Ｌ２をワーク１０の高さに応じて適宜設定することで、ワーク１０に応じた最適の前進作動を得ることができるし、タイマ設定時間Ｔの間、加圧力制御や、位置制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を得ることができる。また、加圧加工の際に加圧力制御を行うか、位置制御を行うかを選択できるので、より短時間に、より正確な加圧加工が得られる方をワーク１０に応じて選択することで、一層好適な加圧加工を行うことができる。
【００３６】
図１３は油圧回路の異なった実施例を示す。先の実施例との相違点を説明すると、このものでは、油圧シリンダ５のピストン８、ピストンロッド９及び加工具１１の重量が大きく、単にピストン８を後退端で停止させるのみでは、これらが自重により、前進方向へと下降してしまう場合の、このような自重による下降を防止するカウンタバランス弁８０を給排通路３に設置している。８１は、給排通路３から作動室７へ圧油を供給する際、カウンタバランス弁８０をバイパスするよう、該弁８０と並列に設けた逆止め弁である。そして、パイロット操作式の逆止め弁１６の給排通路２側には、絞り８３が設けられ、さらに、給排通路２は、この通路２方向へ自由流れとなる逆止め弁８４を介し、タンク１５に接続されている。
【００３７】
そしてこのものでは、電動機４の正転時には、ウンタバランス弁８０を開いて作動室７からの圧油が排出されるとともに、逆転時には、逆止め弁８１を経て作動室７へ圧油が供給されて、先の実施例と同様な作用効果を奏する。さらに、電動機４の停止時には、カウンタバランス弁８０の閉止でピストン８等の自重による降下（前進作動）が防止される。そして、電動機４を逆転させる油圧シリンダ５の後退作動時には、逆止め弁１６が、給排通路３の圧力で開くことにより、給排通路２より油圧ポンプ１が吸入する以上の過剰流量がタンク１５へ排出されるが、このとき、絞り８３の作用で給排通路２に圧力が生じるので、油圧ポンプ１の吸入作用が良好になされる。また、油圧シリンダ５の後退開始直後にピストン８が電動機４の作動に直ちに応じて移動しないとき、逆止め弁８４は、タンク１５からの吸入を許すよう開いて油圧ポンプ１のキャビテーション発生を防止する。
【００３８】
また、図１４は、作動室６への供給油圧を圧力検出器８５で検出することで、加圧力を検出する場合を示している。なお、圧力検出器８５として、例えば、半導体歪みゲージ式のように圧力に応じたアナログ電圧を出力するものが利用でき、この出力は、前記同様、ＡＤ変換器をへてデジタル信号に変換のうえ、インバータ制御装置へ出力するのである。一般にピストンロッド９による加圧力には、作動室６への供給油圧の他、作動室７の油圧、ピストン８及びピストンロッド９に働く摩擦力、油圧シリンダ５を垂直設置するときにはピストン８、ピストンンロッド９及び加工具１１の重量などが影響する。しかし、一番大きな影響を与えるのは作動室６への供給油圧であるので、さほど精度を必要としない場合には、前記各実施例のように直接加圧力を検出する事なく、作動室６への供給油圧を検出することで、加圧力の検出に代用できるのである。
【００３９】
なお、各実施例では油圧作動の場合を示したが、例えば、水圧ポンプで水圧用のシリンダを駆動する場合のような、各種液圧作動の場合に適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
このように請求項１に記載の発明によると、電動機の回転速度を、電動機で駆動される液圧ポンプから適正な加圧加工に要する吐出量が得られるよう、変化させることができるので、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができる。また、液圧シリンダは、両回転形の液圧ポンプに閉回路接続するので、液圧シリンダの作動方向を切換弁を用いることなく変更でき、液圧回路の構成を簡単にすることができる。さらにまた、タイマ設定時間の間、加圧力制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を行うことができる。
また、請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の発明と同様に、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができ、また、液圧シリンダの作動方向を切換弁を用いることなく変更でき、液圧回路の構成を簡単にすることができる。さらにまた、タイマ設定時間の間、位置制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を行うことができる。
また、請求項３に記載の発明によると、請求項１および請求項２に記載の発明と同様に、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができ、また、液圧シリンダの作動方向を切換弁を用いることなく変更でき、液圧回路の構成を簡単にすることができる。さらにまた、タイマ設定時間の間、加圧力制御や、位置制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を行うことができる。さらにまた、加圧加工の際に加圧力制御を行うか、位置制御を行うかを選択できるので、より短時間に、より正確な加圧加工が得られる方を選択することで、一層好適な加圧加工を行うことができる。
【００４１】
そして、請求項４に記載の発明によると、請求項１ないし請求項３に記載の発明の効果に加え、液圧シリンダを、加圧加工の開始前に減速して加圧加工を行うようにしているため、加圧加工がピストンロッドの低速状態で開始されるので、被加工物の損傷を防止でき、サイクルタイムを無闇に大きくすることなく良好な加圧加工が可能となる。
【００４２】
また、請求項５に記載の発明によると、請求項１ないし請求項４に記載の発明の効果に加え、液圧シリンダの後退作動の際に、ピストンを減速したうえで停止させるようにしているため、ピストンが高速状態で停止側端壁へ衝突することが防止されて、液圧シリンダの損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を油圧回路図と共に示す構成説明図。
【図２】本発明の第１実施例における制御装置のブロック図。
【図３】本発明の第１実施例における制御の手順を示す流れ図
【図４】図３における前進速度制御を詳細に示す流れ図。
【図５】図４における関数ｆを示す説明図。
【図６】図３における加圧力制御を詳細に示す流れ図。
【図７】図６における関数ｇを示す説明図。
【図８】図３における後退速度制御を詳細に示す流れ図
【図９】図９における関数ｈを示す説明図。
【図１０】本発明の第１実施例における制御の手順を示す流れ図。
【図１１】図１０における位置制御の詳細を示す流れ図。
【図１２】図１１における関数ｊを示す説明図。
【図１３】本発明の第２実施例を油圧回路図とともに示す構成説明図。
【図１４】本発明の第３実施例を示す構成説明図。
【符号の説明】
１ 液圧ポンプ（油圧ポンプ）
４ 電動機
５ 液圧シリンダ（油圧シリンダ）
１２ 加圧力検出器
１３ 位置検出器
１７ 制御装置
１８ インバータ
１９ インバータ制御装置
２０ ロータリエンコーダ
２１ カウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧ポンプからの加圧液を受けて作動する液圧シリンダを利用し、かしめ、絞り加工、圧入、粉末成形などの各種加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような液圧作動加圧加工装置が、実開平２─１１７００号公報に記載されている。このものでは、電磁切換弁により油圧シリンダの作動方向を切り換えるとともに、油圧シリンダへの圧油の供給経路に設けた電磁比例式のリリーフ弁により供給油圧を制御することで適正な加圧加工を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにリリーフ弁を用いて供給油圧を制御する場合、油圧ポンプからの供給油のうち油圧シリンダへ送られる以外はリリーフ弁からタンクへ戻されるから、油圧ポンプが費やした動力のうち、この戻し量に相当分は損失となり、そして、加圧加工が行われるときには、加圧加工が開始される以前の前進作動時や、加圧加工終了後の後退作動時に比べ油圧シリンダの速度は遅くて油圧シリンダへ送られる流量が少ないのが普通であるから、油圧ポンプからの供給油の大部分がタンクへ戻されることになり、大きな動力損失が生じる問題点がある。
【０００４】
本発明は、液圧ポンプからの無駄な吐出を抑えて、動力損失の小さな液圧作動加圧加工装置を実現しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため請求項１に記載の発明では、液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダの加圧力を検出する加圧力検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う加圧力検出器からのフィードバック信号を入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、この設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構とを有するとともに、回転速度設定機構が、加圧力検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際に所定の加圧力がタイマ設定時間の間得られるよう設定する回転速度を変化させる調整機構を有して成る。
また、請求項２に記載の発明では、液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダのピストンロッドの位置を検出する位置検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う位置検出器からのフィードバック信号を入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、この設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構とを有するとともに、回転速度設定機構が、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際にピストンロッドがタイマ設定時間の間所定の位置に達するよう設定する回転速度を変化させる調整機構を有して成る。
また、請求項３に記載の発明では、液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダの加圧力を検出する加圧力検出器と、液圧シリンダのピストンロッドの位置を検出する位置検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う加圧力検出器からのフィードバック信号と位置検出器からのフィードバック信号を選択して入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、回転速度設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構を有するとともに、回転速度設定機構には、加圧力検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際に所定の加圧力がタイマ設定時間の間得られるよう設定する回転速度を変化させる調整機構と、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際にピストンロッドがタイマ設定時間の間所定の位置に達するよう設定する回転速度を変化させる調整機構とが選択的に形成されて成る。
この場合、回転速度設定機構には、液圧シリンダが加圧加工を行うため前進作動する際、液圧シリンダのピストンロッドが加圧加工開始位置の近傍に達すると電動機が減速する回転速度を設定する前進減速設定機構を設け、これにより、ピストンロッドを低速度に減速したうえで加圧加工が開始されるようにしても良い。また、回転速度設定機構には、液圧シリンダが加圧加工完了後に後退作動する際、液圧シリンダのピストンが後退端位置の近傍に達すると電動機が減速する回転速度を設定する後退減速設定機構を設け、これにより、ピストンを低速度に減速したうえで停止させるようにしても良い。
【０００６】
そして、このものにおいては、加圧加工に伴うフィードバック信号を入力するインバータ制御部が、インバータを介して電動機の回転速度を、電動機で駆動される液圧ポンプから適正な加圧加工に要する吐出量が得られるよう変化させることができるので、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
図１において、１は、正転時には給排通路２が吐出側で給排通路３が吸入側、逆転時には給排通路３が吐出側で給排通路２が吸入側となる両回転形の油圧ポンプであり、４は、この油圧ポンプ１を駆動する電動機である。そしてこの電動機４は、周知の交流用の誘導電動機となっている。また、５は、油圧ポンプ１からの圧油を受けて作動する片ロッド形の油圧シリンダで、その、キャップ側の作動室６とヘッド側の作動室７が、それぞれ給排通路２、３に接続されて、油圧ポンプ１に閉回路接続されている。８は、油圧シリンダ５のピストンであり、９はピストン８に一体連結したピストンロッドである。
【０００８】
ピストンロッド９の突出端には、ピストンロッド９を突出させる油圧シリンダ５の前進作動の際に、ワーク１０に当接して、ワーク１０を加圧加工する加工具１１が一体的に連結されている。そして、加工具１１とピストンロッド９の間には、加圧加工の際の加圧力を検出する加圧力検出器１２が介在設置してあり、ここでは、加圧力検出器１２として、圧電式のロードセルを利用している。１３は位置検出器で、ピストンロッド９及びこれに連結された加工具１１の位置を検出するよう、その可動部分をピストンロッド９に、また、固定部分を油圧シリンダ６に、それぞれ取り付けている。そしてここでは、位置検出器１３として、単位長さの変位に対してアップダウン用のパルスが得られる磁歪式のリニヤスケールを利用している。
【０００９】
１４は逆止め弁であり、給排通路３とタンク１５間に、タンク１５から給排通路３方向へ自由流れとなるよう設置されている。１６はパイロット操作式の逆止め弁で、給排通路２とタンク１５間に、タンク１５から給排通路２方向へ自由流れとなるよう設置されるとともに、給排通路３からのパイロット圧力を受けて、給排通路２からタンク１５への逆流を許すように開く、制御流れ作動を行うようになっている。
【００１０】
１７は、電動機４のための制御装置であり、電動機４へ駆動電力を出力するインバータ１８と、インバータ１８からの出力周波数を変化させるようインバータ１８を制御する、インバータ制御装置１９を有している。なお、インバータ１８は、図示しないが、入力する交流電力を直流化するコンバータ部と、転流コンデンサやスイッチング素子等を備えて、コンバータ部からの直流をスイッチング素子の動作に応じた周波数の交流電力に変換して出力できるものである。これにより、電動機４はインバータ１８の出力に応じて、正逆両方向で可変速に駆動でき、また非回転状態とすることができるようになっている。
【００１１】
２０は、電動機４回転軸の回転変位を検出するロータリーエンコーダである。エンコーダ２０からは電動機４回転軸の単位回転角変位に対するアップダウン用のパルスがカウンタ２１（図２）へ出力され、単位時間内に入力するエンコーダ２０からのパルスをカウンタ２１で計数することで、電動機４の回転速度を検出するようにしており、エンコーダ２０とカウンタ２１により回転速度検出器を構成する。
【００１２】
インバータ制御装置１９は、マイクロコンピュータ２２を備えている。このマイクロコンピュータ２２は、バスライン２３で接続される、入力部２４、出力部２５、ＣＰＵ２６、ＲＯＭとＲＡＭとを含むメモリー２７を有し、この入力部２４には、前期カウンタ２１からの電動機４の回転速度Ｓｍを示す信号が入力されるとともに、加圧力検出器１２からＡＤ変換器２８を介して加圧力Ｐを示す信号が入力される。２９は、位置検出器１３からのパルスを積算してピストンロッド９即ち加工具１１の位置Ｌを示す信号を入力部２４へ出力するカウンタである。
【００１３】
３０は、油圧シリンダ６の前進作動の際、加圧加工を始める前にピストンロッド９を減速させる、減速開始位置Ｌ１を設定してこの信号を入力部２４に出力する設定器である。また、３１は、加圧加工のための制御を開始する位置Ｌ２を設定してこの信号を入力部２４に出力する設定器であり、なお、この位置Ｌ２は、加工具１１がワーク１０のごく近くに接近した位置となるよう選定される。３２は、加圧加工前にピストンロッド９を高速で前進させるための電動機４の回転速度Ｓ１を設定し、また、３３は、加圧加工後にピストンロッド８を高速で後退させるための電動機４の回転速度Ｓ２を設定して、これらの信号をそれぞれ入力部２４に出力する設定器である。そして、３４は、前記位置Ｌ２に達してから加圧加工を終了させるまでのタイマ設定時間Ｔを定める設定器、３５は、加圧加工の際の加圧力Ｐｓを設定する設定器、さらに、３６は、加圧加工の際のピストンロッド９即ち加工具１１が到達すべき位置Ｌｓを設定する設定器であり、これら各設定器３４、３５、３６も、設定値の信号を入力部２４へ出力する。
【００１４】
ＣＰＵ２６は、入力部２４からこれらの信号を読み込みつつ、メモリー２７に格納されたプログラムに応じて、電動機４の回転速度を制御するために、インバータ１８への制御信号Ｎを逐次作りだして出力部２５を介してインバータ１８へ出力する。ここで、メモリー２７には、加圧加工の際に、加圧力Ｐｓを制御する場合と、ピストンロッド９即ち加工具１１の到達すべき位置Ｌｓを制御する場合との二通りのプログラムが、番地を異ならせて格納されるようになっており、動作を開始させる際の制御端子３７への信号の有無により、どの番地からプログラムを開始するかを選択することで、前記加圧力Ｐｓの制御と位置Ｌｓの制御が選択できるようにしている。そして、加圧力Ｐｓを制御する場合の手順が図３から図９に示してあり、また、位置Ｌｓを制御する場合の手順が図１０から図１２に示してある。
【００１５】
すなわち、加圧力制御が選択された場合、ピストンロッド９が後退端に位置する状態から動作が開始されると、ステップ５０で減速開始位置Ｌ１、加圧力制御を開始する位置Ｌ２、前進後退の設定速度Ｓ１、Ｓ２、タイマ作動の設定時間Ｔ、加圧力の設定値Ｐｓが読み込まれ、次いでステップ５１の前進速度制御が行われる。この前進速度制御では、図４のように、ステップ５２でピストンロッド９の位置Ｌが読み込まれ、ステップ５３で、このＬが前記Ｌ２より小さいとき、ステップ５４において、位置Ｌに回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｆに基づき該設定値Ｓを得る。
【００１６】
即ち、関数ｆは、前進速度制御の開始と同時に、ピストンロッド９を微小な速度で前進させるよう電動機４を微速で正転させる予め定めたＳ３の大きさに立ち上がったのち、前記前進速度の設定値Ｓ１に達するまで位置Ｌの増加に対し正転方向に増加し、このＳ１に達した後は、位置Ｌが前記Ｌ１に達するまでＳ１に保たれる回転速度設定値Ｓを与える。さらに、関数ｆは、位置ＬがＬ１より大きくなると前記Ｓ３に達するまで位置Ｌの増加に対し減少し、Ｓ３に達した後は、Ｓ３に保たれる回転速度設定値Ｓを与える。この、Ｓ１に達するまでの位置Ｌの増加に対するＳの増加の度合いと、Ｓ３に達するまでの位置Ｌの増加に対するＳの減少の度合いは、予め定められている。
【００１７】
次いでステップ５５で、電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ５６で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１８への制御信号Ｎが演算され、なお、ここでＫは比例定数である。そして、ステップ５７でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ５３において位置Ｌが加圧力制御開始位置Ｌ２に達することが検出されるまで反復され、電動機４の回転速度Ｓｍは関数ｆで与えられる設定値Ｓに制御されるのである。そして、Ｌ２に達したことが検出されると、ステップ５８（図３）で設定時間Ｔのタイマ計時が開始されて、ステップ５９の加圧力制御が開始される。
【００１８】
この加圧力制御においては、図６に示すように、ステップ６０で加圧力Ｐが読み込まれ、ステップ６１で、加圧力の設定値Ｐｓと実加圧力Ｐの差に対し回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｇに基づき、ＰｓとＰの差を解消するに要する回転速度設定値Ｓを得る。この関数ｇは、この実施例では、図７に示すように、回転速度設定値Ｓを、ＰｓがＰより所定値以上大きいと正転方向のＳ３とするとともに、ＰがＰｓより所定値以上大きいと逆転方向のＳ３とし、また、ＰｓがＰより所定値より小さく、かつ、ＰがＰｓより所定値より小さい範囲では、ＰｓとＰが等しければ零となる、Ｐｓ−Ｐに比例した回転速度設定値Ｓを与えるようにしている。
【００１９】
次いでステップ６２で電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ６３で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１８への制御信号Ｎが演算され、ステップ６４でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ６５（図３）においてタイムアップが検出されるまで、即ちタイマ設定時間Ｔの間、反復され、加圧力Ｐは設定値のＰｓとなるよう制御されるのである。
【００２０】
ステップ６５でタイムアップが検出されると、ステップ６６の後退速度制御が開始される。この後退速度制御では、図８のように、ステップ６７でピストンロッド９の位置Ｌが読み込まれ、ステップ６８で、このＬが作動開始時の零より大きいとき、ステップ６９において、位置Ｌに回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｈに基づき該設定値Ｓを得る。
【００２１】
図９に示すように、この関数ｈは、後退速度制御の開始と同時に、ピストンロッド９を後退させるよう逆転方向へＳ３の大きさに立ち上がるとともに前記後退速度の設定値Ｓ２に達するまで位置Ｌの減少に対し逆転方向に増加し、このＳ２に達した後は、位置Ｌが予め定められた減速開始位置Ｌ３に達するまでＳ２に保たれる回転速度設定値Ｓを与える。さらに関数ｈは、位置ＬがＬ３より小さくなると前記Ｓ３に達するまで位置Ｌの減少に対し減少し、Ｓ３に達した後は、Ｓ３に保たれる設定値Ｓを与える。このＳ２達するまでの位置Ｌの減少に対するＳの増加の度合いと、Ｓ３に達するまでの位置Ｌの減少に対するＳの減少の度合いは、予め定められている。
【００２２】
次いでステップ７０で、電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ７１で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１７への制御信号Ｎが演算され、ステップ７２でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ６８において位置Ｌが作動開始時の位置に達することが検出されるまで反復され、電動機４の回転速度Ｓｍは関数ｈで与えられるＳに制御されるのであり、ピストンロッド９が作動開始時の位置に達すると作動が終了する。
【００２３】
そして、このような制御の手順において、電動機４の回転速度の設定値Ｓを生じる回転速度設定機構が形成されるとともに、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するようインバータ１７への制御信号Ｎを変化させる制御信号調整機構が形成される。さらに、回転速度設定機構においては、加圧加工の開始前に回転速度の設定値をＳ１からＳ３に低下させる如き、前進減速設定機構と、加圧加工後の後退作動時において、停止前に回転速度の設定値をＳ２からＳ３に低下させる如き、後退減速設定機構が形成されるとともに、加圧力制御をおこなう際に、加圧力Ｐの検出値に応じ、関数ｇに基づき所要回転速度を得るために回転速度の設定値Ｓを変化させる、調整機構が形成されるのである。
【００２４】
また、加圧加工の際に位置制御を行うことが選択されたときは、図１０に示すように、ステップ５０で、加圧力の設定値Ｐｓの代わりにピストンロッド９の位置の設定値Ｌｓが読み込まれ、また、タイマ計時を開始するステップ５８の後に加圧力制御の代わりにステップ５９で位置制御を行う点で前記加圧力制御を行う場合と異なるが、他の点では、前記加圧力制御を行う場合と全く同じである。
【００２５】
そして、ステップ５９の位置制御の詳細は、図１１に示すように、ステップ６０で位置Ｌが読み込まれる。そしてステップ６１で、位置の設定値Ｌｓと実位置Ｌの差に対し回転速度設定値Ｓを示す信号を対応させる関数ｊに基づき、ＬｓとＬの差を解消するに要する回転速度設定値Ｓを得る。
【００２６】
この関数ｊは、この実施例では、図１２に示すように、回転速度設定値Ｓを、ＬｓがＬより所定値以上大きいと正転方向のＳ３にするとともに、ＬがＬｓより所定値以上大きいと逆転方向のＳ３にし、また、ＬｓがＬより所定値より小さく、かつ、ＬがＬｓより所定値より小さい範囲では、ＬｓとＬが等しければ零となる、Ｌｓ−Ｌに比例した回転速度設定値Ｓを与えるようにしている。
【００２７】
次いでステップ６２で電動機４の回転速度Ｓｍが読み込まれ、ステップ６３で、回転速度設定値Ｓを示す信号と実回転速度Ｓｍを示す信号の差に応じてこの差を解消するに要するインバータ１７への制御信号Ｎが演算され、ステップ６４でこのＮが出力される。このような手順が、ステップ６５（図１０）においてタイムアップが検出されるまで、即ちタイマ設定時間Ｔの間、反復され、ＬがＬｓに制御されるのである。そして、このような位置制御の手順においても、前記同様電動機４の回転速度設定値Ｓを生じる回転速度設定機構が形成されるとともに、電動機４の実回転速度Ｓｍを示す信号から、この設定値Ｓに応じた回転速度を得るようインバータ１７への制御信号Ｎを変化させる制御信号調整機構が形成され、さらに、回転速度設定機構においては、位置Ｌをその設定値Ｌｓに保つよう、関数ｊによりＬに応じて回転速度設定値Ｓを変化させる、調整機構が形成されるのである。
【００２８】
次のこの実施例の作動を説明する。今、ピストンロッド９が後退端に位置させて停止した図１の状態より、作動を開始すると、前進速度制御を受け、正転方向に始動する電動機４は、増速過程を経て、設定値Ｓ１に応じた一定の回転速度で正転する。なお、開始にあたって、制御端子３７への入力はなくて加圧加工の際に加圧力制御を行うことが選択されたとする。油圧ポンプ１は、電動機４の回転速度に応じた流量の圧油を給排通路２に吐出するので、この圧油が作動室６に供給されて前進作動する油圧シリンダ５のピストンロッド９の前進速度も、電動機４の回転速度に対応したものとなり、増速過程を経て、前記設定値Ｓ１に対応した一定速度に達する。
【００２９】
なお、油圧シリンダ５の前進作動時に、給排通路３をへて油圧シリンダ５の作動室７から油圧ポンプ１へ戻される流量は、ピストン８の受圧面積が作動室６側より作動室７側が小さいことより、作動室６へ供給される油圧ポンプ１の吐出流量より少ないが、逆止め弁１４が開きタンク１５から不足分が補給されて油圧ポンプ１の吸入作用は支障なく行われる。
【００３０】
そして、ピストンロッド９が、減速開始位置Ｌ１に達すると電動機４は減速してＳ３の速度に達し、油圧シリンダ５のピストンロッド９も、減速過程を経た後、Ｓ３に応じた微速で前進し、ピストンロッド９が位置Ｌ２に達すると、加圧力制御が開始され、加工具１１がワーク１０に当接する。このように、微速状態で加工具１１がワーク１０に当接するので、ワーク１０や加工具１１に無用な損傷を与えることを防止できる。
【００３１】
加圧力制御においては、電動機４は正転、逆転あるいは非回転状態をとる如くその回転速度が制御されて油圧シリンダ５のピストンロッド９による加圧力Ｐが設定値Ｐｍに保たれ、これにより、ワーク１０へ適正な加工がなされる。そして、タイマ設定時間Ｔが経過すると、加圧加工が終了し、電動機４が逆転されて油圧シリンダ５が復帰作動する。このとき電動機４は設定値Ｓ２に達するまで増速され、そして、ピストンロッド９が停止位置近傍のＬ３に達するとＳ２からＳ３に達するまで減速されるので、ピストンロッド９の速度もこれに対応した速度に制御されて、ピストンロッド９が初期位置に達すれば作動が終了され、電動機４が停止し、油圧シリンダ５が停止されて、再度の作動開始に備えるのである。
【００３２】
この油圧シリンダ５の復帰時には、作動室６から給排通路２へと、油圧ポンプ１吸入側へ排出される流量は、作動室７へ供給される、油圧ポンプ１から吐出される流量より多いが、給排通路３からの圧力で逆止め弁１６が開くことで過剰な流量が給排通路２からタンク１５へ排出されるので、油圧ポンプ１の吸入作用に支障はない。また、復帰作動の開始直後では、電動機４の逆転に、ピストン８が直ちに追従して復帰作動をせず、給排通路２に負圧が生じることがある。このような場合、逆止め弁１６により、タンク１５からの吸入が許されるので、吸入作用が阻害されてキャビテーションが生じる事態を防止でき、良好なポンプ作動を維持できる。そして、油圧シリンダ５のピストン８及びピストンロッド９は、電動機４回転速度が停止の前にＳ３に低下されるので、このＳ３に対応した微速状態まで速度が低下して停止されるので、高速状態のままピストン８が油圧シリンダ６の後退側端壁に衝突するような事態が防止でき、油圧シリンダ５の不要な損傷を防止できる。
【００３３】
また、作動の開始にあたって、制御端子３７へ信号が入力され、加圧加工の際に位置制御を行うことが選択された場合には、前進するピストンロッド９がＬ２に達したときから、タイマ設定時間Ｔの間に位置制御が行われる以外は、上記と同様に作動する。そして、この位置制御においても、電動機４は正転、逆転あるいは非回転状態をとる如くその回転速度が制御されて油圧シリンダ５のピストンロッド９の位置Ｌが設定値Ｌｍに保たれ、これにより、ワーク１０に対する加工具１１の進出量が設定値Ｌｍに応じ定められることでワーク１０へ適正な加工がなされる。
【００３４】
この作動において、油圧ポンプ１からは、電動機４の回転速度に応じた量の圧油しか吐出されず、加圧加工前または後の前進、後退作動では、電動機４が回転速度制御を受けることにより油圧シリンダ５の速度制御が行われ、加圧加工の際には、加圧力あるいはピストンロッド９の位置を設定値に保つに必要な速度に電動機４の回転速度が制御されるので、油圧ポンプ１からの無駄な吐出は、油圧ポンプ１や油圧シリンダ５等で生じる漏れに相当分程度の少ないものに抑えることができ、動力損失をきわめて少なくできる。
【００３５】
そして、油圧シリンダ５の作動方向は油圧ポンプ１の回転方向により定まるので、作動方向変更のために切換弁を設ける必要がなくて、油圧回路が簡単になるとともに、加圧加工の前及び後の油圧シリンダ５の先進作動、後退作動は、電動機４の設定速度Ｓ１、Ｓ２に応じた高速状態で行うことができ、サイクルタイムが大きくなることが防止でき、しかも、これらＳ１、Ｓ２は、設定器３０、３１で適宜設定できるので、都合のいい速度を容易に選定できる。また、前進作動での減速開始位置Ｌ１や、加圧加工開始位置Ｌ２をワーク１０の高さに応じて適宜設定することで、ワーク１０に応じた最適の前進作動を得ることができるし、タイマ設定時間Ｔの間、加圧力制御や、位置制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を得ることができる。また、加圧加工の際に加圧力制御を行うか、位置制御を行うかを選択できるので、より短時間に、より正確な加圧加工が得られる方をワーク１０に応じて選択することで、一層好適な加圧加工を行うことができる。
【００３６】
図１３は油圧回路の異なった実施例を示す。先の実施例との相違点を説明すると、このものでは、油圧シリンダ５のピストン８、ピストンロッド９及び加工具１１の重量が大きく、単にピストン８を後退端で停止させるのみでは、これらが自重により、前進方向へと下降してしまう場合の、このような自重による下降を防止するカウンタバランス弁８０を給排通路３に設置している。８１は、給排通路３から作動室７へ圧油を供給する際、カウンタバランス弁８０をバイパスするよう、該弁８０と並列に設けた逆止め弁である。そして、パイロット操作式の逆止め弁１６の給排通路２側には、絞り８３が設けられ、さらに、給排通路２は、この通路２方向へ自由流れとなる逆止め弁８４を介し、タンク１５に接続されている。
【００３７】
そしてこのものでは、電動機４の正転時には、ウンタバランス弁８０を開いて作動室７からの圧油が排出されるとともに、逆転時には、逆止め弁８１を経て作動室７へ圧油が供給されて、先の実施例と同様な作用効果を奏する。さらに、電動機４の停止時には、カウンタバランス弁８０の閉止でピストン８等の自重による降下（前進作動）が防止される。そして、電動機４を逆転させる油圧シリンダ５の後退作動時には、逆止め弁１６が、給排通路３の圧力で開くことにより、給排通路２より油圧ポンプ１が吸入する以上の過剰流量がタンク１５へ排出されるが、このとき、絞り８３の作用で給排通路２に圧力が生じるので、油圧ポンプ１の吸入作用が良好になされる。また、油圧シリンダ５の後退開始直後にピストン８が電動機４の作動に直ちに応じて移動しないとき、逆止め弁８４は、タンク１５からの吸入を許すよう開いて油圧ポンプ１のキャビテーション発生を防止する。
【００３８】
また、図１４は、作動室６への供給油圧を圧力検出器８５で検出することで、加圧力を検出する場合を示している。なお、圧力検出器８５として、例えば、半導体歪みゲージ式のように圧力に応じたアナログ電圧を出力するものが利用でき、この出力は、前記同様、ＡＤ変換器をへてデジタル信号に変換のうえ、インバータ制御装置へ出力するのである。一般にピストンロッド９による加圧力には、作動室６への供給油圧の他、作動室７の油圧、ピストン８及びピストンロッド９に働く摩擦力、油圧シリンダ５を垂直設置するときにはピストン８、ピストンンロッド９及び加工具１１の重量などが影響する。しかし、一番大きな影響を与えるのは作動室６への供給油圧であるので、さほど精度を必要としない場合には、前記各実施例のように直接加圧力を検出する事なく、作動室６への供給油圧を検出することで、加圧力の検出に代用できるのである。
【００３９】
なお、各実施例では油圧作動の場合を示したが、例えば、水圧ポンプで水圧用のシリンダを駆動する場合のような、各種液圧作動の場合に適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
このように請求項１に記載の発明によると、電動機の回転速度を、電動機で駆動される液圧ポンプから適正な加圧加工に要する吐出量が得られるよう、変化させることができるので、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができる。また、液圧シリンダは、両回転形の液圧ポンプに閉回路接続するので、液圧シリンダの作動方向を切換弁を用いることなく変更でき、液圧回路の構成を簡単にすることができる。さらにまた、タイマ設定時間の間、加圧力制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を行うことができる。
また、請求項２に記載の発明によると、請求項１に記載の発明と同様に、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができ、また、液圧シリンダの作動方向を切換弁を用いることなく変更でき、液圧回路の構成を簡単にすることができる。さらにまた、タイマ設定時間の間、位置制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を行うことができる。
また、請求項３に記載の発明によると、請求項１および請求項２に記載の発明と同様に、液圧ポンプからの無駄な吐出が抑えられて、動力損失を少なくすることができ、また、液圧シリンダの作動方向を切換弁を用いることなく変更でき、液圧回路の構成を簡単にすることができる。さらにまた、タイマ設定時間の間、加圧力制御や、位置制御による加圧加工を行うので、確実な加圧加工を行うことができる。さらにまた、加圧加工の際に加圧力制御を行うか、位置制御を行うかを選択できるので、より短時間に、より正確な加圧加工が得られる方を選択することで、一層好適な加圧加工を行うことができる。
【００４１】
そして、請求項４に記載の発明によると、請求項１ないし請求項３に記載の発明の効果に加え、液圧シリンダを、加圧加工の開始前に減速して加圧加工を行うようにしているため、加圧加工がピストンロッドの低速状態で開始されるので、被加工物の損傷を防止でき、サイクルタイムを無闇に大きくすることなく良好な加圧加工が可能となる。
【００４２】
また、請求項５に記載の発明によると、請求項１ないし請求項４に記載の発明の効果に加え、液圧シリンダの後退作動の際に、ピストンを減速したうえで停止させるようにしているため、ピストンが高速状態で停止側端壁へ衝突することが防止されて、液圧シリンダの損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を油圧回路図と共に示す構成説明図。
【図２】本発明の第１実施例における制御装置のブロック図。
【図３】本発明の第１実施例における制御の手順を示す流れ図
【図４】図３における前進速度制御を詳細に示す流れ図。
【図５】図４における関数ｆを示す説明図。
【図６】図３における加圧力制御を詳細に示す流れ図。
【図７】図６における関数ｇを示す説明図。
【図８】図３における後退速度制御を詳細に示す流れ図
【図９】図９における関数ｈを示す説明図。
【図１０】本発明の第１実施例における制御の手順を示す流れ図。
【図１１】図１０における位置制御の詳細を示す流れ図。
【図１２】図１１における関数ｊを示す説明図。
【図１３】本発明の第２実施例を油圧回路図とともに示す構成説明図。
【図１４】本発明の第３実施例を示す構成説明図。
【符号の説明】
１ 液圧ポンプ（油圧ポンプ）
４ 電動機
５ 液圧シリンダ（油圧シリンダ）
１２ 加圧力検出器
１３ 位置検出器
１７ 制御装置
１８ インバータ
１９ インバータ制御装置
２０ ロータリエンコーダ
２１ カウンタ
Claims (5)
- 液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダの加圧力を検出する加圧力検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う加圧力検出器からのフィードバック信号を入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、この設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構とを有するとともに、回転速度設定機構が、加圧力検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際に所定の加圧力がタイマ設定時間の間得られるよう設定する回転速度を変化させる調整機構を有した液圧作動加圧加工装置。
- 液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダのピストンロッドの位置を検出する位置検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う位置検出器からのフィードバック信号を入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、この設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構とを有するとともに、回転速度設定機構が、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際にピストンロッドがタイマ設定時間の間所定の位置に達するよう設定する回転速度を変化させる調整機構を有した液圧作動加圧加工装置。
- 液圧シリンダから突出したピストンロッドの作動により加圧加工を行う液圧作動加圧加工装置において、液圧シリンダが電動機で駆動される両回転形の液圧ポンプに閉回路接続し、電動機の回転速度検出器と、液圧シリンダの加圧力を検出する加圧力検出器と、液圧シリンダのピストンロッドの位置を検出する位置検出器と、電動機駆動のための制御装置を設け、制御装置は、電動機を駆動するインバータと、液圧シリンダでの加圧加工に伴う加圧力検出器からのフィードバック信号と位置検出器からのフィードバック信号を選択して入力して電動機の回転速度を変化させるようインバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータ制御部が、電動機の回転速度を設定する回転速度設定機構と、回転速度設定機構による回転速度設定信号と回転速度検出器からのフィードバック信号をもとに回転速度設定信号に対応した電動機の回転速度を得るようインバータへの制御信号を変化させる制御信号調整機構を有するとともに、回転速度設定機構には、加圧力検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際に所定の加圧力がタイマ設定時間の間得られるよう設定する回転速度を変化させる調整機構と、ピストンロッドの位置を検出する位置検出器からのフィードバック信号をもとに加圧加工の際にピストンロッドがタイマ設定時間の間所定の位置に達するよう設定する回転速度を変化させる調整機構とが選択的に形成される液圧作動加圧加工装置。
- 回転速度設定機構には、液圧シリンダが加圧加工を行うため前進作動する際、液圧シリンダのピストンロッドが加圧加工開始位置の近傍に達すると電動機が減速する回転速度を設定する前進減速設定機構を設け、これにより、ピストンロッドを低速度に減速したうえで加圧加工が開始されるようにした請求項１から請求項３のいずれかに記載の液圧作動加圧加工装置。
- 回転速度設定機構には、液圧シリンダが加圧加工完了後に後退作動する際、液圧シリンダのピストンが後退端位置の近傍に達すると電動機が減速する回転速度を設定する後退減速設定機構を設け、これにより、ピストンを低速度に減速したうえで停止 させるようにした請求項１から請求項４のいずれかに記載の液圧作動加圧加工装置。
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