JP4080504B2 - ダイクッション制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プレス機械のスライドに対して対向配置されたダイクッションをサーボモータを駆動源として相対的に動作させ、上下一対の金型間でプレス加工されるプレス材に作用させる加圧力を制御するために用いられるダイクッション制御装置に関するものである。
従来、プレス機械のスライドに対して対向配置されたダイクッションと、このダイクッションをスライドに対して相対的に動作させる制御装置と備えたダイクッション装置として、駆動源にエアシリンダを用いたものがある（特許文献１）。特許文献１に記載のダイクッションは、サーボモータの回転運動が変換機構を介してエアシリンダの往復運動に変換されることで動作するものであり、サーボモータが制御装置によってトルク制御されることで上下の金型間のプレス材に作用する加圧力が調整されるようになっている。
しかしながら、駆動源にエアシリンダを用いたダイクッション装置は、制御信号を与えてから応答するまでに時間遅れを生じ、また、瞬間的に生じる短時間の圧力変動に対してはその変動を完全に消去することができず、制御が難しいという問題を有していた。
ダイクッション装置の他の一例として、サーボモータを駆動源とするものが開示されている（特許文献２）。特許文献２に記載されているダイクッション装置は、制御に対する応答性を高めることで、上記問題点の解決を図ったものであり、サーボモータと、サーボモータの駆動力をボールネジへ伝達する歯車伝動機構と、ボールネジの回転により往復運動するダイクッションと、サーボモータを制御する制御装置を備えている。サーボモータは、制御装置により制御され、プレス材が所定の圧力で上下の金型間で欠陥なく所望の形状にプレス成形されるようになっている。
特開平７−１９５１２９号公報 特開平１０−２０２３２７号公報
特許文献２に記載された、サーボモータを駆動源とするダイクッションの制御装置は、時間遅れが少なく、短時間の圧力変動に対する追従性がよく、いわゆる型締めから型開きまでの間に圧力指令値を自由に変更することができるものであるが、より一層追従性の良い制御装置が望まれていた。例えば、複雑形状の成形体が得られるように粉末体をプレス成形する場合などには、圧力指令に対する追従性（制御応答性）の良い制御装置が求められていた。圧力指令と速度指令の比である圧力ゲインを大きくしたり、速度指令と電流指令の比である速度ゲインを大きくしたりして、ある程度は追従性を高めることもできるが、それだけでは限界があった。
本発明は、上記した点に鑑み、プレス成形中に圧力指令値を変更した場合の追従性をより高めることができるダイクッション制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１記載のダイクッション制御装置は、プレス機械のスライドに対して対向配置されたダイクッションをサーボモータを駆動源として相対的に動作させ、上下一対の金型間でプレス加工されるプレス材に作用させる加圧力を制御するために用いられるダイクッション制御装置において、前記プレス材に加圧力を作用させるための圧力指令値を作成すると共に、該圧力指令値を制御系に入力する圧力指令手段と、前記プレス材に作用している実際の加圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力指令値と前記圧力検出手段により検出された圧力検出値とに基づいて前記サーボモータの速度指令値を作成する第１の速度指令手段と、前記圧力指令値の微分値に係数を乗じた補正値を作成し、該補正値を前記速度指令値に加算する速度補正手段と、を具備することを特徴とする。
また、請求項２記載のダイクッション制御装置は、プレス機械のスライドに対して対向配置されたダイクッションをサーボモータを駆動源として相対的に動作させ、上下一対の金型間でプレス加工されるプレス材に作用させる加圧力を制御するために用いられるダイクッション制御装置において、前記プレス材に加圧力を作用させるための圧力指令値を作成すると共に、該圧力指令値を制御系に入力する圧力指令手段と、前記プレス材に作用している実際の加圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力指令値と前記圧力検出手段により検出された圧力検出値とに基づいて前記サーボモータの速度指令値を作成する第１の速度指令手段と、前記サーボモータの実際の回転速度を検出する速度検出手段と、前記速度指令値と前記速度検出手段が検出した速度検出値とに基づいて前記サーボモータの電流指令値を作成する電流指令手段と、前記圧力指令値の２階微分値に係数を乗じた補正値を作成し、該補正値を前記電流指令値に加算する電流補正手段と、を具備することを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のダイクッション制御装置において、前記サーボモータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記速度指令値と前記速度検出手段が検出した速度検出値とに基づいて前記サーボモータの電流指令値を作成する電流指令手段と、前記圧力指令値の２階微分値に係数を乗じた補正値を作成し、該補正値を前記電流指令値に加算する電流補正手段と、を具備することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のダイクッション制御装置において、前記ダイクッションの相対的位置を指令するための位置指令値を作成すると共に、該位置指令を制御系に入力する位置指令手段と、前記ダイクッションの実際の位置を検出する位置検出手段と、前記位置指令値と前記位置検出手段が検出した位置検出値とに基づいて前記サーボモータの速度指令値を作成して位置制御を行う第２の速度指令手段と、前記第１の速度指令手段と前記第２の速度指令手段とを切り替えて何れか一方の制御方式を選択できるようにする制御方式切り替え手段とを備え、プレス中には前記第１の速度指令手段を選択し、非プレス中には前記第２の速度指令手段を選択することを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のダイクッション制御装置において、前記補正値に対して、該補正値の波形を滑らかにするためのフィルタ手段を備えたことを特徴とする。
以上の如く、請求項１記載の発明によれば、圧力指令値の微分値に係数を乗じた補正値を作成する速度補正手段を備えることで、微分値の次元を速度指令の次元とした補正値を作成することができ、この補正値が速度指令値に加算されることで、圧力指令値の変化を速度指令値に反映させることができる。したがって、プレス成形中に圧力指令値を変更した場合に、圧力指令値に対するサーボモータの追従性を高めることができる。
また、請求項２記載の発明によれば、圧力指令値の２階微分値に係数を乗じた補正値を作成する電流補正手段を備えることで、２階微分値の次元を電流指令（トルク指令）の次元とした補正値を作成することができ、この補正値が電流指令値に加算されることで、圧力指令値の変化を電流指令値に反映させることができる。したがって、プレス成形中に圧力指令値を変更した場合に、圧力指令値に対するサーボモータの追従性を高めることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、圧力指令値の２階微分値に係数を乗じた補正値を作成する電流補正手段を備えることで、２階微分値の次元を電流指令（トルク指令）の次元とした補正値を作成することができ、この補正値が電流指令値に加算されることで、圧力指令値の変化を電流指令値に反映させることができる。圧力指令値の微分値に係数を乗じた補正値を速度指令値に加算する請求項１記載の発明との相乗効果により、サーボモータの追従性をより一層高めることができ、割れや皺のない成形体を高精度に成形することができる。
また、請求項４記載の発明によれば、制御方式切り替え手段により、第１の速度指令手段と第２の速度指令手段とを切り替えることで、プレス中は圧力制御により加圧力を自由に変更することができると共に加圧力の適正化を図ることができ、非プレス中は位置制御によりダイクッションの相対的位置決めを正確に行うことができる。したがって、制御方式切り替え手段により圧力制御と位置制御を使い分けることで、プレス加工の有用性を高めることができる。
また、請求項５記載の発明によれば、フィルタ手段を備えることで、不連続性を有する補正値の立ち上がるタイミングを遅らせることができると共に、インパルス状の信号波形の角を丸くして立ち上がりの傾斜を緩くすることができる。これにより制御対象に与えるショックを和らげることができ、制御対象をスムーズに制御することができる。
以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
ダイクッション制御装置７は、プレス機械１Ａ〜１Ｄのダイクッション装置４Ａ〜４Ｄに備わり、図示しない上下一対の金型間でプレス加工されるプレス材２の加圧力などをプレス成形中に制御するために用いられるものである。
プレス機械１Ａ〜１Ｄは、上型を下向きに支持する上下に往復自在のスライド３と、上型に対向する下型を上向きに支持し、上下の金型間でプレス加工されるプレス材２に所定の加圧力を加えるダイクッション装置４Ａ〜４Ｄとを備えている。プレス材２の加圧力は、スライド３とダイクッション装置４Ａ〜４Ｄの相対的位置関係がダイクッション制御装置７Ａ〜７Ｄにより直接的又は間接的に制御されることで調整されるようになっている。
ダイクッション装置４Ａ〜４Ｄは、駆動源としてのサーボモータ６と、サーボモータ６の駆動力をボールネジへ伝動する図示しない動力伝動機構と、図示しないボールネジの回転により軸方向に往復移動するダイクッション５と、サーボモータ６を制御するダイクッション制御装置７Ａ〜７Ｄとを備えている。動力伝動機構には、例えば、ベルト伝動機構や、従来例の特許文献２に記載されている歯車伝動機構などを適用することができる。サーボモータ６の駆動力は、回転数を減速して出力トルクを高めるための図示しない減速器を介してボールネジに伝動されるようになっている。
図１及び図２に示す第１の実施形態のダイクッション制御装置７Ａは、プレス材２に加圧力を作用させるための圧力指令値を作成する圧力指令手段８と、プレス材２に作用している実際の加圧力を検出する圧力検出手段９と、圧力指令値と圧力検出手段９により検出された圧力検出値とに基づいてサーボモータ６の速度指令値を作成して圧力制御を行う速度指令手段（第１の速度指令手段）１０と、圧力指令値の微分値に係数を乗じた補正値を作成し、この補正値をフィルタ手段１４を介して速度指令値に加算する速度補正手段１１と、サーボモータ６の回転速度を検出する速度検出手段１２と、速度指令値と速度検出手段１２が検出した速度検出値とに基づいてサーボモータ６の電流指令値を作成する電流指令手段１３と、から構成されている。フィルタ手段１４には、例えば、不連続性を有する補正値の立ち上がるタイミングを遅らせることができると共に、インパルス状の信号波形の角を丸くして立ち上がりの傾斜を緩くすることができるローパスフィルタが用いられる。
圧力指令手段８は、プレス中にプレス材２の加圧力を自由に制御するための構成部分であり、圧力指令値を作成すると共に、作成した圧力指令値に基づいてサーボモータ６を制御する。この圧力指令値に基づくサーボモータ６の制御は、後述する位置指令に基づくサーボモータ６の位置制御と区別され、圧力制御ということができる。サーボモータ６を駆動源とするダイクッション装置４Ａは、ダイクッション制御装置７Ａにより圧力制御を行うことに一つの特徴を有しており、エアシリンダなどを用いた従来のダイクッション装置では困難であったプレス加工、すなわちプレス中に加圧力を自由に制御して欠陥のない複雑な形状のプレス加工を可能とする。
圧力検出手段９は、例えば、圧力センサやロードセル等から構成され、プレス中に生じるプレス材２の実際の加圧力を検出するためにダイクッション５などに設けられている。この圧力検出手段９により検出された圧力検出値が圧力指令値にフィードバックされることで、圧力指令値と圧力検出値の差分である圧力偏差が求められる（図２参照）。
速度指令手段１０は、圧力指令値と圧力検出値の差分である圧力偏差に圧力ゲインを乗じることで速度指令を作成する構成部分である。圧力ゲインは、プレス材２のプレス面積や、ばね要素に相当するダイクッション５の相当ばね定数などで変化する。
速度補正手段１１は、プレス中の圧力指令値の変動に応じて増減する補正値を作成し、作成したこの補正値を速度指令値に加算することで、圧力変動に対するこの制御システムの追従性を向上させる構成部分である。このため、補正値は制御系に入力される圧力指令値が大きい場合には大きい値となり、圧力指令値が小さい場合には小さい値となる。定数は、補正値を速度指令の次元に直すための係数であり、プレス材２のプレス面積や、ばね要素に相当するダイクッション５の相当ばね定数などで定められる。
速度検出手段１２は、例えば、ロータリエンコーダやタコジェネレータ等から構成され、プレス中のサーボモータ６の実際の回転速度を検出するためにサーボモータ６に設けられている。
電流指令手段１３は、速度指令値と速度検出値の差分である速度偏差に速度比例ゲインを乗じて得られた電流指令（トルク指令）に、速度偏差の積分値に速度積分ゲインを乗じたものを加算し、加算した電流指令をサーボモータ６に供給する構成部分である。速度比例ゲインは、サーボモータ６の回転速度と電流値との関係から求められる比例係数である。
このように第１の実施形態によれば、速度補正手段１１により、圧力指令値の微分値に係数を乗じた補正値が速度指令値に加算されることで、圧力指令値の変化を速度指令値にそのまま反映させることができ、プレス成形中に圧力指令値を変更した際のサーボモータ６の追従性を高めることが可能となる。なお、補正値はフィルタ手段１４を介して速度指令値に加算されるから、補正値の立ち上がるタイミングを遅らせることができ、インパルス状の信号波形の角を丸くして立ち上がりの傾斜を緩くすることができる。これにより制御対象に与えるショックを和らげることができ、サーボモータ６をスムーズに動作させることができる。
次に、図３及び図４に基づいて、本発明に係るダイクッション制御装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態の共通する構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態のダイクッション制御装置７Ｂは、第１の実施形態のダイクッション制御装置７Ａの速度補正手段１１に代えて電流補正手段１８が設けられた点が、第１の実施形態と相違している。図３に示すように、電流補正手段１８は圧力指令手段８と電流指令手段１３との間に設けられている。電流補正手段１８では、図４に示すように、圧力指令値を２階微分したものに定数を乗じることで補正値を算出する。補正値は、第１の実施形態と同様のフィルタ手段１５でフィルタ処理された後、電流指令値に加算されるようになっている。
補正値は、制御系に入力される圧力指令値が大きい場合には大きい値となり、圧力指令値が小さい場合には小さい値となり、圧力指令値の変動に応じて増減する値として作成されるから、圧力変動に対するこの制御システムの追従性を向上させることができる。
次に、図５及び図６は、本発明に係るダイクッション制御装置の第３の実施形態を示すものである。本実施形態と第１の実施形態の共通する構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態のダイクッション制御装置７Ｃは、第１の実施形態のダイクッション制御装置７Ａの速度補正手段１１と、第２の実施形態のダイクッション制御装置７Ｂの電流補正手段１８とを備えたものである。本実施形態によれば、速度補正手段１１と電流補正手段１８の相乗効果により、サーボモータ６の追従性をより一層高めることが可能となる。
次に、図７及び図８に基づいて、本発明に係るダイクッション制御装置の第４の実施形態について説明する。本実施形態と第１の実施形態の共通する構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態のダイクッション制御装置７Ｄは、圧力制御を行う第１の速度指令手段１１と、位置制御を行う第２の速度指令手段２２とを切り替える制御方式切り替え手段２３を備えたものである。第２の速度指令手段２２は、位置指令手段２０による位置指令値と位置検出手段２１による位置検出値との差分に相当する位置偏差に位置ゲインを乗じることで速度指令を作成する構成部分であり、第１の速度指令手段１１と並列に配置されている。なお、第１の速度指令手段１１は、第１〜３の実施形態の速度指令手段１１と同様の構成部分である。
位置指令手段２０は、非プレス中にダイクッション５の相対的位置を制御する構成部分であり、位置指令値を作成すると共に、作成した位置指令値に基づいてサーボモータ６を制御する。この位置指令値に基づくサーボモータ６の制御は、前述した圧力指令に基づくサーボモータ６の圧力制御と区別され、位置制御ということができる。
位置検出手段２１は、例えばエンコーダやリニアスケール等から構成され、非プレス中に生じるダイクッション５の実際の位置を検出するためにダイクッション５などに設けられている。この位置検出手段２１により検出された位置検出値が位置指令値にフィードバックされることで、位置指令値と位置検出値の差分である位置偏差が求められる（図８参照）。
制御方式切り替え手段２３は、第１の速度指令手段１１又は第２の速度指令手段２２の何れか一つを選択し、電流指令手段１３と相互接続させる構成部分である。制御方式切り替え手段２３は、プレス中は第１の速度指令手段１１を選択して圧力制御を行い、非プレス中は第２の速度指令手段２２を選択して位置制御を行う。このようにして、第１の速度指令手段１１又は第２の速度指令手段２２を使い分けることで、プレス中は加圧力を自由に変更することができると共に加圧力の適正化を図ることができ、非プレス中はダイクッション５の相対的位置決めを正確に行うことができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、第１〜４の実施形態では、速度指令値又は電流指令値に加算する補正値をフィルタ処理するフィルタ手段１４，１５が設けられているが、制御システムに作用するショックが無視できるほど小さい場合などには、フィルタ手段を省くことも可能である。
本発明に係るダイクッション制御装置の第１の実施形態を示す構成図である。 図１に示すダイクッション制御装置のブロック図である。 本発明に係るダイクッション制御装置の第２の実施形態を示す構成図である。 図３に示すダイクッション制御装置のブロック図である。 本発明に係るダイクッション制御装置の第３の実施形態を示す構成図である。 図５に示すダイクッション制御装置のブロック図である。 本発明に係るダイクッション制御装置の第４の実施形態を示す構成図である。 図７に示すダイクッション制御装置のブロック図である。
符号の説明
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ プレス機械
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ ダイクッション装置
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ ダイクッション制御装置
８ 圧力指令手段
９ 圧力検出手段
１０ 速度指令手段（第１の速度指令手段）
１１ 速度補正手段
１２ 速度検出手段
１３ 電流指令手段
１４，１５ フィルタ手段
１８ 電流補正手段
２０ 位置指令手段
２１ 位置検出手段
２２ 第２の速度指令手段
２３ 制御方式切り替え手段

Claims (2)

  1. プレス機械のスライドに対して対向配置されたダイクッションをサーボモータを駆動源として相対的に動作させ、上下一対の金型間でプレス加工されるプレス材に作用させる加圧力を制御するために用いられるダイクッション制御装置において、
    前記プレス材に加圧力を作用させるための圧力指令値を作成すると共に、該圧力指令値を制御系に入力する圧力指令手段と、
    前記プレス材に作用している実際の加圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記圧力指令値と前記圧力検出手段により検出された圧力検出値とに基づいて前記サーボモータの速度指令値を作成する第１の速度指令手段と、
    前記圧力指令値の微分値に係数を乗じた補正値を作成し、該補正値を前記速度指令値に加算する速度補正手段と、
    を具備することを特徴とするダイクッション制御装置。
  2. プレス機械のスライドに対して対向配置されたダイクッションをサーボモータを駆動源として相対的に動作させ、上下一対の金型間でプレス加工されるプレス材に作用させる加圧力を制御するために用いられるダイクッション制御装置において、
    前記プレス材に加圧力を作用させるための圧力指令値を作成すると共に、該圧力指令値を制御系に入力する圧力指令手段と、
    前記プレス材に作用している実際の加圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記圧力指令値と前記圧力検出手段により検出された圧力検出値とに基づいて前記サーボモータの速度指令値を作成する第１の速度指令手段と、
    前記サーボモータの実際の回転速度を検出する速度検出手段と、
    前記速度指令値と前記速度検出手段が検出した速度検出値とに基づいて前記サーボモータの電流指令値を作成する電流指令手段と、
    前記圧力指令値の２階微分値に係数を乗じた補正値を作成し、該補正値を前記電流指令値に加算する電流補正手段と、
    を具備することを特徴とするダイクッション制御装置。
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