JP5528984B2 - 機械プレスのプレス荷重制御装置 - Google Patents
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Description
<機械プレスの構造>
図1は本発明に係る機械プレスのプレス荷重制御装置の第1の実施の形態を示す構成図である。
本発明に係るプレス荷重制御装置の油圧回路10−1は、主としてアキュムレータ1と、油圧ポンプ/モータ2と、油圧ポンプ/モータ2の回転軸に接続された電動サーボモータ3と、パイロット操作チェック弁4と、電磁弁5と、リリーフ弁6とから構成されている。
プレス荷重の制御は、スライド内蔵の油圧室24の圧力(即ち、油圧ポンプ/モータ2のトルク)を制御することにより行うことができる。
スライド内蔵シリンダ25(油圧室24)の体積:V
油圧室24の圧力:P
電動サーボモータ3のトルク:T
電動サーボモータ3の慣性モーメント:I
電動サーボモータ3の粘性抵抗係数:DM
電動サーボモータ3の摩擦トルク:fM
油圧ポンプ/モータ2の押し退け容積:Q
スライド26からスライド内蔵シリンダ25に加わる力:F
スライド内蔵シリンダ25が圧縮される速度:v
スライド内蔵シリンダ25(・スライド連動)質量:M
スライド内蔵シリンダ25の粘性抵抗係数:DS
スライド内蔵シリンダ25の摩擦力:fS
電動サーボモータ3の角速度:ω
作動油の体積弾性係数:K
比例定数:k1、k2
とする。
P=P0+∫K{(v・A−k1Q・ω)/V}dt
[数2]
F−P・A=M・dv/dt+DS・v+fS
[数3]
k2・PQ/(2π)−T=I・dω/dt+DM・ω+fM
プレス・スライド26を介してスライド内蔵シリンダ25に伝わった力は、スライド26に連動するスライド内蔵シリンダ25を圧縮し、圧力(増・減分)変化を生じさせようとする([数1]式の右辺の第2項)。
図2は図1に示した機械プレスのプレス荷重制御装置の制御部を示すブロック図である。
図3は、本発明の基本的な作用例として機械プレスのスライドを1サイクルさせた場合のスライド位置と、スライド位置に伴うプレス荷重(成形力)、スライド内蔵シリンダ力指令、及びシリンダ力の各物理量の変化を示す波形図であり、図4はスライドの下死点近傍の要部拡大図である。尚、スライド内蔵シリンダ力は、油圧室24の油圧にシリンダ受圧面積を乗じたものである。
スライド26が上死点を含む非加工領域(本例の場合はスライド26のストローク上半分;波形上0〜0.75s及び2.25〜3s)では、電動サーボモータ3は無負荷(0トルク)状態とし、スライド内蔵シリンダ力は、パイロット操作チェック弁4により、油圧室24の圧力を保持することで、発生している。
加工領域(本例の場合はスライドの下半分;波形上0.75s〜2.25s)では、電動サーボモータ3を駆動し、油圧室24の油圧を、基本的に過負荷防止の意図で、スライド位置に応じた許容加圧能力曲線に沿って制御している。即ち、図2に示したプレス荷重指令器42aは、スライド位置信号に基づいて(許容加圧能力曲線に沿うように)、スライド内蔵シリンダ力指令に相当するプレス荷重指令を生成し、指令変換器42bは、この生成されたプレス荷重指令を油圧室24の圧力指令に変換して圧力制御器44−1に出力する。圧力制御器44−1は、前記圧力指令と油圧室24の圧力信号等に基づいて、電動サーボモータ3のトルクを制御することにより、前記圧力指令に追従するように油圧室24の圧力を制御する。
1.25s前後で、プレス荷重がシリンダ力を上回る(超過しようとする)傾向を示すと、シリンダ力は依然として許容加圧能力曲線に沿った力で制御されるため、プレス荷重はシリンダ力で制限され、それ以上作用しない。この時、スライド内蔵シリンダ25はプレス荷重に押され、若干量ストローク動作(圧縮)する。また、この時、油圧室24から排出される圧油により油圧ポンプ/モータ2を介して電動サーボモータ3が回転(回生作用)し、この電動サーボモータ3の回生作用によって発電された電力は、サーボアンプ46、及び電力回生機能付き直流電源48を介して交流電源50に回生される。
スライド26が更に下降し、スライド位置が10mmになると(1.3sを過ぎると)、本例では、製品(材料)を急激に変形させないために(成形性確保のために、これまで行ってきた過負荷抑制を意図とした基本的な許容加圧能力曲線に沿ったシリンダ力に対して)、シリンダ力を一定値の1600kNに制御し、その後、テーパ状に増力させ、最終的に2000kNに制御する。これらはC工程と同様に、シリンダ力指令に基づく荷重制御装置の作用による。この間(1.35s〜1.6s)は、シリンダ力が成形性を確保するために制御され、結果として、スライド内蔵シリンダ25は3mm以下程度圧縮され、0.25sの比較的長い時間加圧することを可能にしている。これにより、製品形状を安定させる決め押し効果が得られる。
1.6s〜2.25sまでは、B工程と同様に過負荷を能動的に抑制する(過負荷が生じようとしても、過負荷が生じないように抑制しつつ、スライド動作を続行する)ために許容加圧能力曲線に沿ってシリンダ力を制御する。
図5は本発明に係る機械プレスのプレス荷重制御装置の第2の実施の形態を示す構成図であり、図6は第2の実施の形態の機械プレスのプレス荷重制御装置の制御部を示すブロック図である。
図7は本発明に係る機械プレスのプレス荷重制御装置の第3の実施の形態を示す構成図であり、図8は第3の実施の形態の機械プレスのプレス荷重制御装置の制御部を示すブロック図である。
図9は本発明に係る機械プレスのプレス荷重制御装置の第4の実施の形態を示す構成図であり、図10は第4の実施の形態の機械プレスのプレス荷重制御装置の制御部を示すブロック図である。
この実施の形態では、プレス荷重制御装置の作動液として油を使用した場合について説明したが、これに限らず、水やその他の液体を使用してもよい。また、本発明に係るプレス荷重制御装置は、クランクプレスに限らず、リンクプレス等の他の機械プレスにも適用することができる。
Claims (12)
- 機械プレスのスライド内に設けたシリンダ−ピストン機構と、
前記シリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力が設定過負荷圧力を超えた時に作動するリリーフ弁と、
前記シリンダ−ピストン機構の液圧室に接続された液圧ポンプ/モータと、
前記液圧ポンプ/モータの回転軸に接続された電動サーボモータと、
前記シリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力を検出する圧力検出手段と、
予め設定されたプレス荷重指令に基づいて前記液圧室の圧力を指令する圧力指令手段と、
前記圧力指令手段からの圧力指令と前記圧力検出手段により検出した圧力とに基づいて、前記電動サーボモータのトルクを操作することにより、前記シリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力を制御する制御手段と、を備え、
前記圧力指令手段は、前記スライドのスライド位置に伴うプレス荷重に対応する圧力を指令し、
前記制御手段は、前記シリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力を制御することにより、スライドの移動中に当該スライドに作用するプレス荷重を制御することを特徴とする機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 機械プレスのスライド内に設けた複数のシリンダ−ピストン機構と、
前記複数のシリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力が設定過負荷圧力を超えた時にそれぞれ作動する複数のリリーフ弁と、
前記複数のシリンダ−ピストン機構の液圧室にそれぞれ接続された複数の液圧ポンプ/モータと、
前記複数の液圧ポンプ/モータの回転軸にそれぞれ接続された複数の電動サーボモータと、
前記複数のシリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力をそれぞれ検出する複数の圧力検出手段と、
予め設定されたプレス荷重指令に基づいて前記液圧室の圧力を指令する圧力指令手段と、
前記圧力指令手段からの圧力指令と前記複数の圧力検出手段によりそれぞれ検出した圧力とに基づいて、前記複数の電動サーボモータのトルクをそれぞれ操作することにより、前記複数のシリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、
前記圧力指令手段は、前記スライドのスライド位置に伴うプレス荷重に対応する圧力を指令し、
前記制御手段は、前記複数のシリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力を制御することにより、スライドの移動中に当該スライドに作用するプレス荷重を制御することを特徴とする機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記液圧ポンプ/モータは、前記シリンダ−ピストン機構の1つの液圧室に並列に接続された複数の液圧ポンプ/モータからなり、
前記電動サーボモータは、前記並列に接続された複数の液圧ポンプ/モータの回転軸にそれぞれ接続された複数の電動サーボモータからなり、
前記制御手段は、前記圧力指令手段からの圧力指令と前記圧力検出手段により検出した圧力とに基づいて、前記並列に接続された複数の電動サーボモータのトルクをそれぞれ操作することにより、前記シリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記シリンダ−ピストン機構の液圧室の圧力を減圧する際に生じる圧液の動力を、前記液圧ポンプ/モータ及び電動サーボモータを介して電源側に電気エネルギとして回生する回生手段を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。
- 前記電動サーボモータの回転角速度を検出するための角速度検出器を備え、
前記制御手段は、前記角速度検出器によって検出される角速度を圧力の動的安定性を確保するための角速度フィードバックとして用いることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記機械プレスのクランクのクランク角度を検出する角度検出器を備え、
前記圧力指令手段は、前記角度検出器から検出されるクランク角度、又は前記クランク角度から演算される前記スライドのスライド位置を用いて、前記液圧室の圧力を指令することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記機械プレスのスライドのスライド位置を検出するスライド位置検出器を備え、
前記圧力指令手段は、前記スライド位置検出器から検出される前記スライドのスライド位置を用いて、前記液圧室の圧力を指令することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記圧力指令手段は、前記スライドのスライド位置を用いて許容加圧能力曲線に沿うように前記液圧室の圧力を指令するとともに、前記スライドの下死点近傍では成形性確保のために前記許容加圧能力曲線以下の一定値に沿うように前記液圧室の圧力を指令することを特徴とする請求項6又は7に記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。
- 前記機械プレスのクランクのクランク角速度を検出する角速度検出器と、前記機械プレスのクランクのクランク角度を検出する角度検出器とを備え、
前記制御手段は、前記角速度検出器から検出されるクランク角速度と前記角度検出器から検出されるクランク角度とから演算されるスライド速度を前記液圧室の圧力制御の補償に用いることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記機械プレスのスライドのスライド速度を検出する速度検出器を備え、
前記制御手段は、前記スライド速度検出器から検出されるスライド速度を前記液圧室の圧力制御の補償に用いることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記機械プレスのスライドのスライド位置を検出するスライド位置検出器と、前記機械プレスのクランクのクランク角度を検出する角度検出器とを備え、
前記制御手段は、前記スライド位置検出器から検出されるスライド位置と前記角度検出器から検出されるクランク角度とから演算される前記シリンダ−ピストン機構のシリンダ位置を前記液圧室の圧力制御の補償に用いることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。 - 前記シリンダ−ピストン機構のシリンダ位置を検出するシリンダ位置検出器を備え、
前記制御手段は、前記シリンダ位置検出器から検出されるシリンダ位置を前記液圧室の圧力制御の補償に用いることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の機械プレスのプレス荷重制御装置。
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