JP3929344B2

JP3929344B2 - Control device and control method of hybrid control servo press

Info

Publication number: JP3929344B2
Application number: JP2002107395A
Authority: JP
Inventors: 宏秀佐藤; 聡市川; 嘉隆西原; 幸男畑
Original assignee: Komatsu Ltd; Komatsu Industries Corp
Current assignee: Komatsu Ltd; Komatsu Industries Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: JP2003305599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リンク機構などのように動力伝達機構のサーボモータ回転角とスライド位置との関係が非線形であるサーボプレスの制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、スライド下降速度や加圧力を種々のモーションパターンにより設定して、従来機械式プレスでは成形できなかったような精密加工品等も成形できるようにしたサーボプレスが多く使用されるようになった。このサーボプレスは、サーボモータ（一般的にはＡＣサーボモータが多い）の回転動力をボールスクリューを介して上下方向の移動に変換し、これによりスライドを昇降させるもので、サーボモータの回転数と位置を制御することにより、スライド速度及び位置を精度良く制御できる。そして、加工ワークの成形条件（例えば、スライド速度、スライド位置、加圧力等の各種モーションパターン）が予め設定してあるコントローラによって、設定モーションに基づいてサーボモータを制御し、スライドを駆動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のサーボプレスにおいては、ボールスクリューの上下移動を直接スライドの上下移動に伝達しているため、スライドにかかる加工負荷がボールスクリューに大きく作用し、ボールスクリューの耐久性に影響を及ぼす恐れがある。このため、使用中の加工精度の劣化や、ボールスクリューの交換頻度の増加によるメンテナンスコストのアップ及び機械稼働率の低下等を招くことが懸念される。
【０００４】
このような問題を解決する方策として、例えば図１に示すようなスライド駆動構成が考えられる。図１において、サーボプレス１は、サーボモータ１５の回転動力をプーリ１２及びベルト１３の伝達機構を介してボールスクリュー１１で水平方向の直線移動に変換し、この直線移動をリンク機構３を介してスライド９の上下動に変換している。これによると、スライド９にかかる加工負荷がリンク機構３を介してボールスクリュー１１にかかるので、ボールスクリュー１１の耐久性を向上できる。
【０００５】
しかしながら、このようにボールスクリュー１１とリンク機構３とを組み合わせてスライド９を駆動するためのサーボモータ１５の制御（以後、ハイブリッド制御と呼ぶ）方法を検討すると、前述のようなボールスクリューに直結したスライドの制御（以後、直動式スライド制御と呼ぶ）に適用している従来のサーボ制御構成では、次のような問題が生じる。
【０００６】
図１０は、従来の直動式スライド制御のサーボ制御構成をハイブリッド制御に適用した場合のサーボ制御ブロック図を表している。図１０において、制御目標指令（ｒｐ）は、予め設定された、目標となるスライドモーションに基づくスライド位置指令ｒｐであり、同位置指令ｒｐとスライド位置検出器８からの位置検出値Ｓｐとの位置偏差値εｐに所定の位置制御ゲインＧ０をかけてモータ速度指令ｒｍを求め、サーボアンプ１７に出力している。サーボアンプ１７は、このモータ速度指令ｒｍとモータ回転検出器１６の検出したモータ回転速度のフィードバック値Ｓθとのモータ速度偏差値εｓを演算し、このモータ速度偏差値εｓに基づいてモータ電流Ｃｍを制御してサーボモータ１５を駆動する。これにより、サーボモータ１５は所定の回転数に制御される。そして、サーボモータ１５は、プーリ１２、ベルト１３を介してボールスクリュー１１を回転させてリンク機構３を駆動し、スライド９を昇降させる。
【０００７】
従来の直動式スライド制御においては、スライド位置とボールスクリュー位置との関係が線形（リニア）であるから、スライド位置の位置偏差値εｐに基づきモータ速度指令ｒｍを求めるための位置制御ゲインＧ０は、所望の制御特性（位置精度、応答性、制御安定性など）を満たすような値以上の一定値であればよく、予め所定値に設定されている。
【０００８】
ところが、ハイブリッド制御においては、リンク機構を介してスライドを駆動しているため、図１１に示すようにボールスクリューストロークＸ（モータ回転角度に比例する）とスライド位置Ｙとの関係が非線形であり、従って位置制御ゲインＧ０を従来のように一定値に設定すると、スライド位置の変化につれて全体として位置制御ゲイン（ｒｍ／εｐ）が実質的に変化することになる。例えば、ボールスクリューストロークＸの中間位置に適合させた位置制御ゲインＧ０を設定したとすると、スライドが下限位置（機械式プレスの下死点に相当する）に近づくと、ボールスクリューの単位移動距離に対してスライドの移動距離が小さくなるため、位置制御ゲインＧ０が実質的に低くなり、スライド位置精度が低下する。逆に、スライドが上限位置に近づくと、ボールスクリューの単位移動距離に対してスライドの移動距離が大きくなるため、位置制御ゲインＧ０が実質的に高くなり、制御が振動的になり不安定になり易い。
【０００９】
このことから、ハイブリッド制御において、スライド位置の変化に伴ってスライド位置精度や制御安定性が影響されず、安定的に制御できるサーボ制御を達成することが課題となっている。
【００１０】
本発明は、上記の課題を達成するために、スライド位置の変化の影響を受けずに精度良く、安定的にスライドを制御できるハイブリッド制御サーボプレスの制御装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、所定のモータ速度指令を受けたサーボアンプにより回転が制御されるサーボモータと、サーボモータの回転動力を略水平方向の直動に変換するボールスクリューと、ボールスクリューの直動を上下方向移動に変換するリンク機構と、リンク機構を介して昇降駆動されるスライドと、スライドの位置を検出するスライド位置検出器と、スライドの位置とボールスクリューの位置との関係式に基づくスライド位置に対する位置制御ゲインの変換式を予め記憶し、スライドの実制御時に、位置制御ゲインＧ（Ｙ）を前記位置制御ゲインの変換式に基づき、スライド位置検出器で検出したスライド位置に応じて求めると共に、スライド位置指令と前記検出したスライド位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするように、前記演算した位置偏差値と前記求めた位置制御ゲインＧ（Ｙ）とによって前記モータ速度指令を演算して出力するコントローラとを備えたことを特徴とするハイブリッド制御サーボプレスの制御装置としている。
【００１２】
第１発明によれば、従来スライド位置の変化に伴ってスライド位置制御の位置制御ゲインが変化するのを、スライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づくスライド位置Ｙに対する位置制御ゲインの変換式によって、スライド位置に応じて位置制御ゲインＧ（Ｙ）を補正して、略一定値とすることができる。このため、ハイブリッド制御においても、位置精度、応答性及び安定性等の優れた制御特性が得られる。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、前記コントローラは、スライドモーション設定時にスライドストローク長さとサーボモータの使用最大回転数とが設定され、この設定値及び前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づいてスライド速度指令及びスライド位置指令をそれぞれ演算するようにしている。
【００１４】
ハイブリッド制御においては、スライド位置とボールスクリュー位置との関係が非線形であるため、スライドストロークを任意に設定するとモータ回転数が許容値（サーボモータの使用可能最大回転数や加工条件に適合した回転数など）をオーバーしてしまう恐れがある。従って、第２発明では、スライドストローク長さとサーボモータの使用最大回転数Ｎmax とを設定し、前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係を参照してスライド速度指令及びスライド位置指令をそれぞれ自動的に演算するので、モーション設定時に上記の関係を考える必要がなくて設定が非常に容易である。また、サーボモータの能力を上記設定した使用最大回転数Ｎmax の範囲内で最大限に使用でき、能率的なプレス加工ができる。
【００１５】
第３発明は、所定のモータ速度指令を受けたサーボアンプにより回転が制御されるサーボモータと、サーボモータの回転動力を略水平方向の直動に変換するボールスクリューと、ボールスクリューの直動を上下方向移動に変換するリンク機構と、リンク機構を介して昇降駆動されるスライドと、スライドの位置を検出するスライド位置検出器と、スライドの位置とボールスクリューの位置との関係式を予め記憶し、スライドの実制御時に、前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づき、スライド位置検出器で検出したスライド位置をボールスクリュー位置に変換し、ボールスクリュー位置指令とこの変換したボールスクリュー位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするように、前記演算した位置偏差値と所定の位置制御ゲインとによって前記モータ速度指令を演算して出力するコントローラとを備えたことを特徴とするハイブリッド制御サーボプレスの制御装置としている。
【００１６】
第３発明によれば、コントローラは位置指令としてボールスクリュー位置指令を出力し、予め記憶したスライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づいて、スライド位置検出器で検出したスライド位置をボールスクリュー位置に変換したものをフィードバックし（すなわち、等価的にボールスクリュー位置がフィードバックされる）、これにより求めたボールスクリュー位置偏差値と所定の位置制御ゲインＧ０とによってモータ速度指令を演算するので、このボールスクリュー位置制御によってスライド位置制御が実行される。このボールスクリュー位置制御での実質的な位置制御ゲインはスライド位置の変化に伴って変化しないので、優れた制御特性が得られる。
【００１７】
第４発明は、第３発明において、前記コントローラは、スライドモーション設定時にスライドストローク長さとサーボモータの使用最大回転数とが設定され、この設定値及び前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づいてボールスクリュー速度指令及びボールスクリュー位置指令をそれぞれ演算するようにしている。
【００１８】
第４発明によれば、上記第２発明と同様にして、スライドストローク長さとサーボモータの使用最大回転数Ｎmax とを設定し、前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係を参照してボールスクリュー速度指令及びボールスクリュー位置指令をそれぞれ自動的に演算するので、モーション設定時に上記の関係を考える必要がなくて設定が非常に容易である。また、サーボモータの能力を上記設定した使用最大回転数Ｎmax の範囲内で最大限に使用でき、能率的なプレス加工ができる。
【００１９】
第５発明は、第１発明に係る装置発明に対する方法発明であり、サーボモータの回転動力をボールスクリューにより略水平方向の直動に変換し、ボールスクリューの直動をリンク機構を介してスライドの上下方向移動に変換し、サーボモータの回転を制御してスライドの位置を制御するハイブリッド制御サーボプレスの制御方法であって、スライドの位置とボールスクリューの位置との関係式に基づくスライド位置に対する位置制御ゲインの変換式を予め記憶し、スライドの実制御時に、位置制御ゲインＧ（Ｙ）を前記位置制御ゲインの変換式に基づき、スライド位置検出器で検出したスライド位置に応じて求めると共に、スライド位置指令と前記検出したスライド位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするように、前記演算した位置偏差値と前記求めた位置制御ゲインＧ（Ｙ）とによってモータ速度指令を演算し、このモータ速度指令でサーボモータを制御する方法としている。
【００２０】
第５発明によれば、第１発明と同様に、スライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づくスライド位置Ｙに対する位置制御ゲインの変換式によって、スライド位置に応じて位置制御ゲインＧ（Ｙ）を補正して、略一定値とすることができるので、ハイブリッド制御においても、位置精度、応答性及び安定性等の優れた制御特性が得られる。
【００２１】
また第６発明は、第３発明に係る装置発明に対する方法発明であり、サーボモータの回転動力をボールスクリューにより略水平方向の直動に変換し、ボールスクリューの直動をリンク機構を介してスライドの上下方向移動に変換し、サーボモータの回転を制御してスライドの位置を制御するハイブリッド制御サーボプレスの制御方法であって、スライドの位置とボールスクリューの位置との関係式を予め記憶し、スライドの実制御時に、前記スライド位置とボールスクリュー位置との関係式に基づき、スライド位置検出器で検出したスライド位置をボールスクリュー位置に変換し、ボールスクリュー位置指令とこの変換したボールスクリュー位置との偏差値を演算し、該位置偏差値を小さくするように、前記演算した位置偏差値と所定の位置制御ゲインとによってモータ速度指令を演算し、このモータ速度指令でサーボモータを制御する方法としている。
【００２２】
第６発明によれば、第３発明と同様に、コントローラはボールスクリュー位置指令と検出したスライド位置をボールスクリュー位置に変換したフィードバック値とのボールスクリュー位置偏差値、及び所定の位置制御ゲインＧ０によってモータ速度指令を演算し、このボールスクリュー位置制御によりスライド位置制御を実行する。このボールスクリュー位置制御での実質的な位置制御ゲインはスライド位置の変化に伴って変化しないので、優れた制御特性が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明が適用されるハイブリッド制御サーボプレスの概要構成図である。同図において、ハイブリッド制御サーボプレス１のスライド９及びプランジャ６は共に本体フレーム２に上下動自在に支承されており、スライド９はプランジャ６の下部にダイハイトの調整可能に連結されている。このプランジャ６の上部は、第１リンク５ａ、三軸リンク４及び第２リンク５ｂ等を有するリンク機構３を介して本体フレーム２に連結されている。すなわち、第１リンク５ａは本体フレーム２の上部と三軸リンク４の一辺の両端部一側との間にピンにより回動自在に連結されており、また、三軸リンク４の前記一辺の両端部他側とプランジャ６の上部との間には第２リンク５ｂがピンにより回動自在に連結されている。
【００２５】
本体フレーム２に取り付けられたサーボモータ１５の出力軸に第１プーリ１２ａが取り付けてあり、また本体フレーム２に左右の軸受１９，１９を介して回動自在に支承されているボールスクリュー１１のスクリュー部材１１ａの一端部には第２プーリ１２ｂが取り付けてある。この第１プーリ１２ａと第２プーリ１２ｂとの間には、ベルト１３（通常は、タイミングベルト）が巻装されている。前記左右軸受１９，１９の間のスクリュー部材１１ａのねじ部にはナット部材１１ｂが軸心方向に移動自在に螺合して設けられており、このナット部材１１ｂには駆動部材１８の一端部が固着されている。駆動部材１８の他端部は、リンク機構３の前記三軸リンク４にピン１４により回動自在に連結されている。
【００２６】
サーボモータ１５のモータ軸には、モータ回転速度を検出するパルスジェネレータ等からなるモータ回転検出器１６が取り付けてある。そして、このモータ回転検出器１６の検出したモータ回転速度Ｓθはサーボアンプ１７に入力され、サーボアンプ１７はコントローラ２０からのモータ速度指令ｒｍと前記モータ回転速度Ｓθとのモータ速度偏差値εｓに基づいてモータ動力指令（電流指令）Ｃｍをサーボモータ１５に出力している。
【００２７】
また、スライド９と、本体フレーム２の隅部に立設しているアプライト７との間には、リニアセンサなどの非接触式センサで構成された、スライド９の昇降位置を検出するスライド位置検出器８を取り付けている。ここで、リニアセンサのセンサ本体８ａは、上下方向に細長い形状を成し、かつその一端部がアプライト７に取り付けられたブラケット７ａの他端側に取り付けてあり、一方のスケール部８ｂは前記センサ本体８ａから所定の微小距離離してスライド９に上下方向に沿って取り付けられている。スライド位置検出器８の位置検出値Ｓｐはコントローラ２０に入力されている。
【００２８】
上記構成のハイブリッド制御サーボプレス１のスライド９は、以下のように作動する。サーボモータ１５を回転させると、プーリ１２ａ，１２ｂ及びベルト１３を介してスクリュー部材１１ａが所定方向に回転し、これによりナット部材１１ｂが軸心方向に進退し、駆動部材１８を介して三軸リンク４を矢印方向へ押し引き駆動する。駆動部材１８は、三軸リンク４が２点鎖線で示すスライド上限位置に対応する位置４ｂと実線で示すスライド下限位置に対応する位置４ｃとの間を移動するように、往復駆動される。三軸リンク４の進退によりリンク機構３の第２リンク５ｂを介してプランジャ６及びスライド９が上限位置と下限位置との間を昇降する。
【００２９】
上記のように、サーボモータ１５の回転動力をボールスクリュー機構により略水平方向の直動動力に変換し、この直動動力をリンク機構３を介してスライド９の上下動動力に変換しているため、図１１に示すようにモータ回転角度θ（これはボールスクリューストロークＸすなわち前記ナット部材１１ｂの移動量に比例する）とスライド位置Ｙとの関係は線形にならず、周知の正弦関数で表される関係になる。
【００３０】
図２は、第１実施形態のサーボ制御構成ブロック図である。ここで、図１０で説明した構成と同一のものには同一符号を付し、重複する説明は省く。
スライド位置の位置偏差値εｐに基づきモータ速度指令ｒｍを求めるための位置制御ゲインＧは、ゲイン演算部２１で演算される。ゲイン演算部２１は、次式により、スライド位置検出器８からの位置検出値Ｓｐに基づいて位置制御ゲインＧを補正する。
Ｇ（Ｙ）＝Ｇｃ×ｆ（Ｙ）（１）
ここに、Ｇｃは基準とする位置制御ゲイン（定数）であり、ｆ（Ｙ）は補正関数であり、スライド位置を変数Ｙとおいたとき所定の関数で表される。
【００３１】
上記補正関数ｆ（Ｙ）について、詳細に説明する。
前述したように、一定値に設定された位置制御ゲインＧ０を用いてハイブリッド制御を行うと、実質的な位置制御ゲインＧ（これは、同一のスライド位置偏差量に対して得られるモータ速度指令の比率と解される）はスライド位置Ｙに応じて変化する。図３はこの位置制御ゲインＧの変化を表す図であり、横軸にスライド位置Ｙを、縦軸に実質的な位置制御ゲインＧをそれぞれ示す。図３において、カーブ３１は、一定値の位置制御ゲインＧ０を用いてハイブリッド制御を行った場合の実質的な位置制御ゲインＧを表している。一方、位置サーボ制御によるスライド位置精度、応答性、安定性などの特性を良くする為には、実質的な位置制御ゲインＧが所定の高い値で一定であることが望ましい。図３に表したカーブ３２はこのような望ましい実質的な位置制御ゲインＧを表しており、例えばスライド位置Ｙが上限位置Ｐｕにある時の高い位置制御ゲインを下限位置Ｐｄまでそのまま維持するようにした例である。従って、カーブ３１をカーブ３２に補正するように、上記補正関数ｆ（Ｙ）を設定すればよい。
【００３２】
上記カーブ３１及び補正関数ｆ（Ｙ）は、図１１に示したボールスクリューストロークＸとスライド位置Ｙとの関係から求めるものである。すなわち、図１１に示すカーブは、正確には、周知の如くリンク機構３の構成に基づき所定の三角関数で表されるが、このスライド位置ＹをボールスクリューストロークＸの２次関数又は３次関数（図示の曲線３６）として近似できる。例えば、これを、以下の（２）式のような２次関数で近似したとする。
Ｙ＝ａ0・Ｘ^２＋ｂ0・Ｘ＋ｃ0 （２）
このとき、実際の制御時に、（２）式で表される関係をさらに以下の（３）式で近似して、一定値の位置制御ゲインＧ０によって（即ち図１０の構成により）制御を行った場合、前記実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）とスライド位置Ｙとの関係は（４）式で表される。
Ｙ＝ａ・Ｘ^２＋ｂ・Ｘ＋ｃ（３）

ここに、Ｙ0は、Ｇ（Ｙ）＝Ｇ０となるスライド位置（図３の例では、上限位置Ｐｕ）である。
【００３３】
上記（１）式で、基準位置制御ゲインＧｃ＝Ｇ０と置くと、（４）式より

として求まる。そして、（３）式でａ＝０、ｂ＝１、ｃ＝ｃ0 としたときに（４）式で求まるＧ（Ｙ）が、図３に示したカーブ３１となる。また、ａ＝ａ0 、ｂ＝ｂ0 、ｃ＝ｃ0 としたとき、すなわちスライド位置ＹとボールスクリューストロークＸとの関係を正確に近似したときには、Ｇ（Ｙ）が図３のカーブ３２となり、スライド位置Ｙの変化に影響を受けることなく位置制御ゲインＧ（Ｙ）を略一定とすることができる。なお、ａ＝２・ａ0 、ｂ＝ｂ0 、ｃ＝ｃ0 としたとき、Ｇ（Ｙ）が図３のカーブ３３となり、これによりスライド位置が下限位置Ｐｄ近傍にあるときには実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）を大きくでき、加工負荷のかかる時に位置制御ゲインを増大して制御特性を改善できる。このように、（３）式の係数ａ，ｂ，ｃの値を適切に設定することにより、負荷条件に則して位置制御ゲインの調整が可能である。
【００３４】
指令演算部２２は、予め設定されたスライドモーションに沿ってスライド９が移動するように、所定のサーボ周期時間毎のスライド位置指令ｒｐを演算して出力する。このスライドモーションは、時間に対するスライド位置及びスライド速度がそれぞれ設定されており、スライドストローク長さ及びそのストローク長さ間でのモータ最大回転数は許容範囲内に設定されたものである。
【００３５】
位置偏差演算部２３は、このスライド位置指令ｒｐとスライド位置検出器８からの位置検出信号Ｓｐとの位置偏差値εｐを演算し、出力する。
そして、モータ速度指令部２４は、前記ゲイン演算部２１が（１）式により演算した位置制御ゲインＧ（Ｙ）を入力し、上記の位置偏差値εｐとこの位置制御ゲインＧ（Ｙ）との積算によりモータ速度指令ｒｍを演算し、これをサーボアンプ１７に出力する。
【００３６】
前記コントローラ２０は、マイクロコンピュータや高速数値演算プロセッサ等を主体に構成されたコンピュータ装置を備えており、上記のゲイン演算部２１、指令演算部２２、位置偏差演算部２３及びモータ速度指令部２４を有している。
【００３７】
上記の構成による効果は、次の通りである。
（１）式においてａ＝ａ0 、ｂ＝ｂ0 、ｃ＝ｃ0 として、そのときのスライド位置Ｙに応じて位置制御ゲインＧ（Ｙ）が演算され、この位置制御ゲインＧ（Ｙ）に基づいて、スライドの位置偏差値εｐからモータ速度指令ｒｍを演算する。すなわち、スライド位置とボールスクリューストローク（これはモータ回転角度に対応する）との関係の近似式に基づいて、スライド位置Ｙに対する実質的な位置制御ゲインＧ（Ｙ）の変換式を求め、この変換式を用いて、スライド制御時の実スライド位置に応じて位置制御ゲインＧ（Ｙ）を求め、この位置制御ゲインＧ（Ｙ）とスライド位置偏差値とによって、モータ回転を制御する。このため、スライド位置Ｙが変化しても実質的な位置ループゲインＧ（Ｙ）は略一定値に維持される。従って、スライド位置Ｙに影響を受けることなく、スライド位置制御の位置精度、応答性、安定性などの諸特性を好ましい状態にできる。
【００３８】
次に、図４〜図８により第２実施形態を説明する。
図４は、第２実施形態のサーボ制御構成ブロック図である。図４において、図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省く。
【００３９】
モーション設定部２５では、サーボモータ１５の使用最大回転数とスライドストローク長さとの設定が可能となっており、所望するモータ使用最大回転数Ｎmax と、ワークに対応したスライドストローク長さとが入力されるようになっている。この入力方法としては、例えばオペレータが所定の入力装置により入力してもよいし、又は図示しない上位コントローラから通信により入力可能としてもよい。
【００４０】
ボールスクリュー目標演算部２６は、上記設定されたモータ使用最大回転数Ｎmax とスライドストローク値とに基づき、図５に示すような、ボールスクリューでの本来の目標値となる速度カーブを演算する。サーボモータ１５及びボールスクリュー１１は、図５に示すように台形の加減速カーブに沿って制御されるものとし、そのボールスクリューの最大回転速度ＶBSは前記モータ使用最大回転数Ｎmax とプーリ１２ａ，１２ｂの減速比とから求まる。ここで、このときの加減速時間Ｔ0 は、モータ性能から予め決められた所定値に設定されている。そして、トータルの駆動時間Ｔ１は、その間のボールスクリュー移動距離、すなわち図５で示す台形の加減速カーブの面積が、前記設定されたスライドストローク長さを前記（２）式で示すようなスライド位置とボールスクリューストロークとの関係式に基づいて換算したボールスクリューストローク長さに等しくなるように、設定される。
【００４１】
指令演算部２７では、先ず、上記ボールスクリュー１１での本来の制御目標値カーブから、前記スライド位置とボールスクリューストロークとの関係式に基づき、図６に示すようなスライド９の本来の速度目標値カーブを求める。なお、図６のボールスクリュー速度及びスライド速度からそれぞれの目標値となる位置カーブを求めると、図７に示されるカーブとなるが、これでも分かるように、ボールスクリュー速度は全ストローク域でほぼ定速度であり、スライド速度は上限位置近傍から下限位置にかけて高速度から低速度に徐々に減速されている。
【００４２】
指令演算部２７では、次に、上記で求めたスライド９の本来の速度目標値カーブを越えない範囲で近似でき、かつ偏差による遅れも加味した、階段状に変化するスライド速度指令を求める。このことをもう少し詳細に説明すると、まず、図８に示すように、前記設定スライドストローク長さに応じた分割数でこの設定スライドストローク長さを分割する。次に、それぞれの分割したスライドストローク毎にステップ状に変化するスライド速度指令値を求める。このとき、それぞれの分割スライドストローク内では、モータ回転数が前記設定したモータ使用最大回転数Ｎmax を越えない範囲で、すなわちボールスクリュー速度に換算した指令値が図５に示したボールスクリュー速度目標値以内で、最大となるように、スライド速度指令値が設定される。さらに、この各分割スライドストロークでのステップ状のスライド速度指令値を、なだらかな加減速カーブとなるように考慮した実スライド速度指令に変換する。従って、これに伴って、ボールスクリュー速度指令もなだらかな実速度指令に変換される。次に、上記スライド速度指令値の各分割毎の積分値Ｓ１〜Ｓｎを求め、この積分値を順次加算してスライド位置指令値ｒｐとする。そして、求めたスライド位置指令値ｒｐが出力される。この結果、実際のスライド速度及びボールスクリュー速度は図示のように本来のスライド速度目標値及びボールスクリュー速度目標値に、より近いカーブでなだらかに変化する。
【００４３】
第２実施形態によると、加工対象ワークの成形条件に適合するスライドストローク長さ及びモータ使用最大回転数Ｎmax を設定するだけで、スライド位置ＹとボールスクリューＸとの関係式に基づき、ボールスクリューの目標の加減速カーブを自動的に作成し、さらにこのボールスクリューの目標の加減速カーブ、及び上記スライド位置ＹとボールスクリューＸとの関係式に基づき、スライド速度指令及びスライド位置指令を自動的に演算する。このため、オペレータは、スライドモーション設定時に、上記のスライド位置ＹとボールスクリューＸとの関係を考慮しながらスライドストローク長さ等を設定する必要がなくて煩わしさが無く、設定が非常に容易である。
【００４４】
すなわち、従来のサーボモータによる直動式スライド制御におけるモーション設定方法においては、モータ回転角度（ボールスクリュー位置）とスライド位置とが線形であるから、モータ速度とスライド速度は比例しており、使用モータ最大回転数に対応するスライド最大速度を越えないように各スライド速度を設定すればよいので、容易に設定できる。ところが、本ハイブリッド制御においては、スライド位置に応じて同じスライド速度に対応するモータ速度が異なっているので、モータ速度がモータ使用最大回転数を越えないようにスライド速度を設定する必要が生じる。このことは、スライド位置を常に意識して（考慮して）スライド速度を設定しなければならないことを意味し、よって設定の煩わしさを伴う。本実施形態では、スライドストローク長さ及びモータ使用最大回転数Ｎmax を設定するだけでよく、スライド速度の設定の必要がなく、またスライド位置ＹとボールスクリューＸとの関係を考慮する必要がないので、設定が非常に容易である。
【００４５】
また、ワーク成形条件に適応したモータ使用最大回転数Ｎmax を設定すると、このモータ使用最大回転数Ｎmax を越えない範囲でモータ回転数が最大速度に近くなるように、スライド速度を変化させているので、サーボモータの能力を最大限に使用でき、高速で、能率的なプレス加工ができる。
【００４６】
次に、図９により第３実施形態を説明する。図９は、第３実施形態のサーボ制御構成ブロック図である。図９において、図２及び図４と同一の構成要素には同じ符号を付して、以下での説明を省く。
ボールスクリュー目標演算部２８は、モーション設定部２５で設定されたモータ使用最大回転数Ｎmax 、スライドストローク値、及び前記（２）式で表したスライド位置とボールスクリューストロークとの関係式に基づき、前記同様に図５に示すような、ボールスクリューでの本来の制御目標値となる速度カーブを演算し、これをボールスクリュー速度指令とする。また、この速度カーブを所定サーボ演算時間ごとに積分した積分値を順次加算してボールスクリュー位置指令ｒB を演算し、これを位置偏差演算部２３ａに出力する。
【００４７】
一方、位置偏差演算部２３ａには、スライド位置検出器８の位置検出信号Ｓｐがモーション変換部２９を経由したボールスクリュー位置信号ＳB も入力されている。このモーション変換部２９は、前記（２）式で示すようなスライド位置とボールスクリューストロークとの関係式に基づき、スライド位置Ｙをボールスクリュー位置Ｘに変換するための変換式を記憶しており、この変換したボールスクリュー位置Ｘを前記ボールスクリュー位置信号ＳB として出力する。これにより、ボールスクリュー１１の位置を等価的に検出してボールスクリュー位置信号ＳB としてフィードバックしている。
なお、モーション変換部２９を設ける代わりに、ボールスクリュー１１の位置検出器を設けてもよい。
【００４８】
位置偏差演算部２３ａは前記ボールスクリュー位置指令ｒB とこのボールスクリュー位置信号ＳB との位置偏差値εB を演算する。
モータ速度指令部２４ａには予め一定値の位置制御ゲインＧ０が設定されており、モータ速度指令部２４ａは上記の位置偏差値εB と位置制御ゲインＧ０との積算によりモータ速度指令ｒｍを演算し、これをサーボアンプ１７に出力する。
【００４９】
本実施形態によると、ボールスクリュー位置指令とスライド位置からボールスクリュー位置に変換したフィードバック値との位置偏差値に基づきモータ速度指令を演算しているので、実質的な位置制御ゲインＧ０はスライド位置の変化に影響を受けることなく略一定値に維持できる。これにより、ハイブリッド制御によるサーボプレスにおいて、スライド位置制御の位置精度、応答性、安定性などの制御特性が非常に良い。
また、サーボモータ最大回転数とスライドストローク長さを設定するだけで、ボールスクリューの速度指令及び位置指令を自動的に演算するので、スライド位置とボールスクリューストロークとの関係（非線形）を考慮しながらスライドストローク及びスライド速度を設定する必要がなく、ストローク設定が容易にできる。
【００５０】
なお、これまで説明した実施形態の構成要素は上記に限定するものではなく、本発明と同じ効果が得られる構成要素であれば他のものでも構わない。
例えば、ボールスクリューを回転駆動する伝達手段はプーリ及びベルトで構成したが、ギアであってもよい。また、ボールスクリューのスクリュー部材を回転駆動してナット部材を直動させたが、これと反対にナット部材を回転駆動してスクリュー部材を軸心方向に直動させてもよい。
また、プランジャ及びスライドの構成、形状も、実施形態で図示したものに限定するものではない。
【００５１】
以上説明したように、本発明により以下の効果が得られる。
スライド位置とモータ回転角度との関係に基づき、スライド位置に応じた実質的な位置制御ゲインの変換式を求め、所望の制御特性が得られる（例えば、スライドストローク範囲内で略一定値の位置制御ゲインとする、又は、加工負荷のかかるスライド下限位置近傍では他位置よりも高い位置制御ゲインとする、などの）ように上記変換式の係数（つまりゲインカーブ）を設定し、スライド制御時には、この変換式を用いて実スライド位置に応じて実質的な位置制御ゲインを演算する。そして、スライド位置偏差値と実質的な位置制御ゲインとに基づきモータ速度指令を演算して、サーボモータを制御している。従って、スライド位置制御の位置精度、応答性、安定性等の制御特性がスライド位置の変化に影響を受けることがなく、スライドを精度良く、安定的に制御できる。また、このとき、スライドストローク長さ及びモータ使用最大回転数Ｎmax を設定するだけで自動的にスライド速度指令及びスライド位置指令がそれぞれ演算されるので、スライドモーションの設定が非常に容易である。
【００５２】
また、ボールスクリューの直動動力をリンク機構を介してスライド上下動動力に変換したハイブリッド制御の場合に、スライドモーションから作成されたボールスクリュー位置指令と、検出した実スライド位置を上記のスライド位置とボールスクリューストロークとの関係に基づいて変換した等価的なボールスクリュー位置との位置偏差値により、一定値の位置制御ゲインに基づきモータ速度指令を演算してサーボモータを制御するので、スライド位置の変化の影響を受けることなく略一定値の実質的な位置制御ゲインによりスライド制御ができる。従って、スライドを精度良く、安定的に制御できる。同様にまた、スライドストローク長さ及びモータ使用最大回転数Ｎmax を設定するだけで自動的にボールスクリュー速度指令及びボールスクリュー位置指令がそれぞれ演算されるので、スライドモーションの設定が非常に容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるハイブリッド制御サーボプレスの概要構成図である。
【図２】第１実施形態のサーボ制御構成ブロック図である。
【図３】スライド位置に対する位置制御ゲインの変化を表す図である。
【図４】第２実施形態のサーボ制御構成ブロック図である。
【図５】第２実施形態のボールスクリューの目標速度カーブである。
【図６】第２実施形態のスライドの速度目標値カーブである。
【図７】第２実施形態のボールスクリュー及びスライドの目標位置カーブである。
【図８】第２実施形態のスライド速度指令である。
【図９】第３実施形態のサーボ制御構成ブロック図である。
【図１０】従来の直動式スライド制御のサーボ制御構成をハイブリッド制御に適用した場合のサーボ制御ブロック図である。
【図１１】ハイブリッド制御でのボールスクリューストロークＸとスライド位置Ｙとの関係を表す。
【符号の説明】
１…ハイブリッド制御サーボプレス、２…本体フレーム、３…リンク機構、４…三軸リンク、５ａ…第１リンク、５ｂ…第２リンク、６…プランジャ、７…アプライト、８…スライド位置検出器、８ａ…センサ本体、８ｂ…スケール部、９…スライド、１１…ボールスクリュー、１１ａ…スクリュー部材、１１ｂ…ナット部材、１２ａ…第１プーリ、１２ｂ…第２プーリ、１３…ベルト、１４…ピン、１５…サーボモータ、１６…モータ回転検出器、１７…サーボアンプ、２０，２０ｂ…コントローラ、２１…ゲイン演算部、２２…指令演算部、２３，２３ａ…位置偏差演算部、２４，２４ａ…モータ速度指令部、２５…モーション設定部、２６…ボールスクリュー目標演算部、２７…指令演算部、２８…ボールスクリュー目標演算部、２９…モーション変換部、３１，３２，３３…カーブ、３５，３６…曲線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo press control device in which the relationship between a servo motor rotation angle of a power transmission mechanism and a slide position, such as a link mechanism, is non-linear, and a control method therefor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, servo presses have been widely used in which the slide descent speed and pressure force can be set according to various motion patterns so that precision processed products that could not be formed with conventional mechanical presses can be formed. . This servo press converts the rotational power of a servo motor (generally many AC servo motors) into vertical movement via a ball screw, thereby moving the slide up and down. By controlling the position, the slide speed and position can be controlled with high accuracy. Then, the servomotor is controlled based on the set motion to drive the slide by a controller in which molding conditions of the workpiece (for example, various motion patterns such as slide speed, slide position, and applied pressure) are set in advance. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional servo press, since the vertical movement of the ball screw is directly transmitted to the vertical movement of the slide, the processing load applied to the slide may greatly affect the ball screw, which may affect the durability of the ball screw. is there. For this reason, there is a concern that the processing accuracy during use is deteriorated, the maintenance cost is increased due to an increase in the replacement frequency of the ball screw, and the machine operation rate is lowered.
[0004]
As a measure for solving such a problem, for example, a slide drive configuration as shown in FIG. 1 can be considered. In FIG. 1, the servo press 1 converts the rotational power of a servo motor 15 into a horizontal linear movement by a ball screw 11 via a transmission mechanism of a pulley 12 and a belt 13, and this linear movement is converted via a link mechanism 3. This is converted to the vertical movement of the slide 9. According to this, since the processing load applied to the slide 9 is applied to the ball screw 11 via the link mechanism 3, the durability of the ball screw 11 can be improved.
[0005]
However, when a method of controlling the servo motor 15 for driving the slide 9 by combining the ball screw 11 and the link mechanism 3 in this way (hereinafter referred to as hybrid control) is studied, it is directly connected to the ball screw as described above. The conventional servo control configuration applied to the slide control (hereinafter referred to as a direct-acting slide control) has the following problems.
[0006]
FIG. 10 shows a servo control block diagram in the case where a conventional servo control configuration of direct acting slide control is applied to hybrid control. In FIG. 10, a control target command (rp) is a slide position command rp based on a target slide motion set in advance, and the position between the position command rp and the position detection value Sp from the slide position detector 8. A motor speed command rm is obtained by multiplying the deviation value εp by a predetermined position control gain G 0 and outputting it to the servo amplifier 17. The servo amplifier 17 calculates a motor speed deviation value εs between the motor speed command rm and the feedback value Sθ of the motor rotation speed detected by the motor rotation detector 16, and calculates the motor current Cm based on the motor speed deviation value εs. The servo motor 15 is driven under control. Thereby, the servo motor 15 is controlled to a predetermined rotational speed. Then, the servo motor 15 rotates the ball screw 11 via the pulley 12 and the belt 13 to drive the link mechanism 3 to move the slide 9 up and down.
[0007]
In the conventional linear motion slide control, since the relationship between the slide position and the ball screw position is linear, the position control gain G0 for obtaining the motor speed command rm based on the position deviation value εp of the slide position is Any constant value that satisfies a desired control characteristic (position accuracy, responsiveness, control stability, etc.) may be used, and the value is set in advance.
[0008]
However, in the hybrid control, since the slide is driven via the link mechanism, the relationship between the ball screw stroke X (proportional to the motor rotation angle) and the slide position Y is nonlinear as shown in FIG. Accordingly, when the position control gain G0 is set to a constant value as in the prior art, the position control gain (rm / εp) as a whole changes substantially as the slide position changes. For example, if the position control gain G0 adapted to the intermediate position of the ball screw stroke X is set, when the slide approaches the lower limit position (corresponding to the bottom dead center of the mechanical press), the unit travel distance of the ball screw is set. On the other hand, since the moving distance of the slide is reduced, the position control gain G0 is substantially reduced, and the slide position accuracy is lowered. Conversely, when the slide approaches the upper limit position, the slide movement distance increases with respect to the unit movement distance of the ball screw, so that the position control gain G0 becomes substantially high, and the control becomes oscillating and unstable. easy.
[0009]
For this reason, in hybrid control, there is a problem of achieving servo control that can be stably controlled without being affected by slide position accuracy and control stability as the slide position changes.
[0010]
In order to achieve the above object, an object of the present invention is to provide a control device for a hybrid control servo press capable of controlling a slide accurately and stably without being affected by a change in slide position, and a control method therefor. It is said.
[0011]
[Means, actions and effects for solving the problems]
To achieve the above object, the first invention provides a servo motor whose rotation is controlled by a servo amplifier that receives a predetermined motor speed command, a ball screw that converts the rotational power of the servo motor into a substantially horizontal linear motion, A link mechanism that converts the direct movement of the ball screw into a vertical movement, a slide that is driven up and down via the link mechanism, a slide position detector that detects the position of the slide, a position of the slide and a position of the ball screw For the slide position based on the relational expression Place Control gay N The conversion formula is stored in advance, and the position control gain G (Y) is Position Control gay N Based on the conversion formula, depending on the slide position detected by the slide position detector Seeking In addition, the deviation value between the slide position command and the detected slide position is calculated, and the calculated position deviation value and the obtained position control gain G (Y) are used to reduce the position deviation value. A controller for a hybrid control servo press comprising a controller for calculating and outputting the motor speed command.
[0012]
According to the first invention, the slide position control is performed in accordance with the change of the conventional slide position. Place of The position control gain changes with respect to the slide position Y based on the relational expression between the slide position and the ball screw position. Place Control gay N Depending on slide position by conversion formula Position The position control gain G (Y) can be corrected to a substantially constant value. For this reason, excellent control characteristics such as position accuracy, responsiveness, and stability can be obtained even in hybrid control.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the controller sets a slide stroke length and a maximum number of rotations of the servo motor when the slide motion is set, and sets the relationship between the set value and the slide position and the ball screw position. Based on this, a slide speed command and a slide position command are calculated.
[0014]
In hybrid control, the relationship between the slide position and the ball screw position is non-linear. Therefore, if the slide stroke is set arbitrarily, the motor speed is allowed (the maximum speed that can be used by the servo motor and the speed that matches the machining conditions). Etc.). Accordingly, in the second aspect of the invention, the slide stroke length and the servo motor maximum rotation speed Nmax are set, and the slide speed command and the slide position command are automatically issued with reference to the relationship between the slide position and the ball screw position. Since the calculation is performed, it is not necessary to consider the above relationship when setting the motion, and the setting is very easy. In addition, the servo motor capacity can be maximized within the range of the set maximum rotation speed Nmax set as described above, and efficient press working can be performed.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a servo motor whose rotation is controlled by a servo amplifier that has received a predetermined motor speed command, a ball screw that converts the rotational power of the servo motor into a linear motion in a substantially horizontal direction, and a linear motion of the ball screw. A link mechanism that converts to vertical movement, a slide that is driven up and down via the link mechanism, a slide position detector that detects the position of the slide, and a relational expression between the position of the slide and the position of the ball screw are stored in advance. When the slide is actually controlled, the slide position detected by the slide position detector is converted into the ball screw position based on the relational expression between the slide position and the ball screw position, and the ball screw position command and the converted ball screw position are The calculated position deviation value and a predetermined position so as to reduce the position deviation value. And a hybrid control servo press control apparatus characterized by comprising a controller which calculates and outputs the motor speed command by a control gain.
[0016]
According to the third invention, the controller outputs a ball screw position command as a position command, and the slide position detected by the slide position detector is determined based on the relational expression between the slide position and the ball screw position stored in advance. The motor speed command is calculated based on the obtained ball screw position deviation value and the predetermined position control gain G0. Slide position control is executed by screw position control. Since the substantial position control gain in this ball screw position control does not change as the slide position changes, excellent control characteristics can be obtained.
[0017]
In a fourth aspect based on the third aspect, the controller sets the slide stroke length and the maximum number of rotations of the servo motor when the slide motion is set, and sets the relationship between the set value and the slide position and the ball screw position. Based on this, a ball screw speed command and a ball screw position command are calculated.
[0018]
According to the fourth invention, similarly to the second invention, the slide stroke length and the maximum use speed Nmax of the servo motor are set, and the ball screw speed is referred to by referring to the relationship between the slide position and the ball screw position. Since the command and the ball screw position command are automatically calculated, it is not necessary to consider the above relationship when setting the motion, and the setting is very easy. In addition, the servo motor capacity can be maximized within the range of the set maximum rotation speed Nmax set as described above, and efficient press working can be performed.
[0019]
A fifth invention is a method invention for the device invention according to the first invention, wherein the rotational power of the servo motor is converted into a substantially horizontal linear motion by a ball screw, and the linear motion of the ball screw is converted to a slide through a link mechanism. A control method of a hybrid control servo press that converts the movement to the vertical direction and controls the rotation of the servo motor to control the position of the slide, and is based on the relational expression between the position of the slide and the position of the ball screw. Place Control gay N The conversion formula is stored in advance, and the position control gain G (Y) is Position Control gay N Based on the conversion formula, depending on the slide position detected by the slide position detector Seeking In addition, the deviation value between the slide position command and the detected slide position is calculated, and the calculated position deviation value and the obtained position control gain G (Y) are used to reduce the position deviation value. A motor speed command is calculated, and the servo motor is controlled by this motor speed command.
[0020]
According to the fifth aspect, similarly to the first aspect, the slide position Y is based on the relational expression between the slide position and the ball screw position. Place Control gay N Depending on slide position by conversion formula Position Since the position control gain G (Y) can be corrected to a substantially constant value, excellent control characteristics such as position accuracy, responsiveness and stability can be obtained even in hybrid control.
[0021]
The sixth invention is a method invention for the apparatus invention according to the third invention, wherein the rotational power of the servo motor is converted into a substantially horizontal linear motion by a ball screw, and the linear motion of the ball screw is slid through a link mechanism. Is a hybrid control servo press control method for controlling the position of the slide by controlling the rotation of the servo motor and storing the relational expression between the position of the slide and the position of the ball screw in advance, During actual slide control, the slide position detected by the slide position detector is converted into the ball screw position based on the relational expression between the slide position and the ball screw position, and the ball screw position command and the converted ball screw position are converted. The calculated position deviation value and a predetermined position are calculated so that the deviation value is calculated and the position deviation value is reduced. It calculates the motor speed by the control gain, and a method of controlling a servomotor in the motor speed command.
[0022]
According to the sixth invention, similarly to the third invention, the controller uses the ball screw position deviation value between the ball screw position command and the feedback value obtained by converting the detected slide position into the ball screw position, and the predetermined position control gain G0. A motor speed command is calculated, and slide position control is executed by this ball screw position control. Since the substantial position control gain in this ball screw position control does not change as the slide position changes, excellent control characteristics can be obtained.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid control servo press to which the present invention is applied. In the figure, the slide 9 and the plunger 6 of the hybrid control servo press 1 are both supported by the main body frame 2 so as to be movable up and down, and the slide 9 is connected to the lower part of the plunger 6 so that the die height can be adjusted. The upper portion of the plunger 6 is connected to the main body frame 2 via a link mechanism 3 having a first link 5a, a triaxial link 4, a second link 5b, and the like. That is, the first link 5a is rotatably connected by a pin between the upper part of the main body frame 2 and one end of one side of the triaxial link 4, and both ends of the one side of the triaxial link 4 are connected. A second link 5b is rotatably connected by a pin between the other side of the head and the upper portion of the plunger 6.
[0025]
The first pulley 12a is attached to the output shaft of the servomotor 15 attached to the main body frame 2, and the screw of the ball screw 11 is rotatably supported on the main body frame 2 via left and

right bearings

19 and 19. A second pulley 12b is attached to one end of the member 11a. A belt 13 (usually a timing belt) is wound between the first pulley 12a and the second pulley 12b. A nut member 11b is screwed into the screw portion of the screw member 11a between the left and

right bearings

19 and 19 so as to be movable in the axial direction. One end portion of the drive member 18 is provided on the nut member 11b. It is fixed. The other end of the drive member 18 is rotatably connected to the triaxial link 4 of the link mechanism 3 by a pin 14.
[0026]
A motor rotation detector 16 comprising a pulse generator for detecting the motor rotation speed is attached to the motor shaft of the servo motor 15. The motor rotation speed Sθ detected by the motor rotation detector 16 is input to the servo amplifier 17, and the servo amplifier 17 is based on the motor speed deviation value εs between the motor speed command rm from the controller 20 and the motor rotation speed Sθ. The motor power command (current command) Cm is output to the servo motor 15.
[0027]
In addition, a slide position detection for detecting the ascending / descending position of the slide 9 constituted by a non-contact type sensor such as a linear sensor is provided between the slide 9 and the upright 7 erected at the corner of the main body frame 2. A vessel 8 is attached. Here, the sensor body 8a of the linear sensor has an elongated shape in the vertical direction, and one end portion thereof is attached to the other end side of the bracket 7a attached to the upright 7, and one scale portion 8b is provided with the sensor. It is attached to the slide 9 along the vertical direction at a predetermined minute distance from the main body 8a. The position detection value Sp of the slide position detector 8 is input to the controller 20.
[0028]
The slide 9 of the hybrid control servo press 1 configured as described above operates as follows. When the servo motor 15 is rotated, the screw member 11a is rotated in a predetermined direction via the

pulleys

12a, 12b and the belt 13, whereby the nut member 11b is advanced and retracted in the axial direction, and the triaxial link is established via the drive member 18. 4 is pushed and pulled in the direction of the arrow. The drive member 18 is driven to reciprocate so that the triaxial link 4 moves between a position 4b corresponding to the slide upper limit position indicated by the two-dot chain line and a position 4c corresponding to the slide lower limit position indicated by the solid line. The plunger 6 and the slide 9 are moved up and down between the upper limit position and the lower limit position via the second link 5b of the link mechanism 3 as the triaxial link 4 advances and retreats.
[0029]
As described above, the rotational power of the servomotor 15 is converted into the substantially horizontal power by the ball screw mechanism, and this direct power is converted into the vertical power of the slide 9 via the link mechanism 3. As shown in FIG. 11, the relationship between the motor rotation angle θ (which is proportional to the ball screw stroke X, that is, the amount of movement of the nut member 11b) and the slide position Y is not linear, and is expressed by a well-known sine function. It becomes a relationship.
[0030]
FIG. 2 is a block diagram of the servo control configuration of the first embodiment. Here, the same components as those described in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
A position control gain G for obtaining the motor speed command rm based on the position deviation value εp of the slide position is calculated by the gain calculation unit 21. The gain calculation unit 21 corrects the position control gain G based on the position detection value Sp from the slide position detector 8 by the following equation.
G (Y) = Gc × f (Y) (1)
Here, Gc is a reference position control gain (constant), f (Y) is a correction function, and is expressed by a predetermined function when the slide position is a variable Y.
[0031]
The correction function f (Y) will be described in detail.
As described above, when hybrid control is performed using the position control gain G0 set to a constant value, the substantial position control gain G (this is the motor speed command obtained for the same slide position deviation amount). The ratio is interpreted according to the slide position Y. FIG. 3 is a diagram showing the change of the position control gain G, where the horizontal position shows the slide position Y and the vertical axis shows the substantial position control gain G. In FIG. 3, a curve 31 represents a substantial position control gain G when hybrid control is performed using a constant value of the position control gain G0. On the other hand, in order to improve characteristics such as slide position accuracy, responsiveness, and stability by position servo control, it is desirable that the substantial position control gain G is constant at a predetermined high value. The curve 32 shown in FIG. 3 represents such a desirable substantial position control gain G. For example, a high position control gain when the slide position Y is at the upper limit position Pu is maintained as it is until the lower limit position Pd. This is an example. Therefore, the correction function f (Y) may be set so that the curve 31 is corrected to the curve 32.
[0032]
The curve 31 and the correction function f (Y) are obtained from the relationship between the ball screw stroke X and the slide position Y shown in FIG. That is, the curve shown in FIG. 11 is expressed by a predetermined trigonometric function based on the configuration of the link mechanism 3 as is well known, but this slide position Y is expressed by a quadratic function or a cubic function of the ball screw stroke X. It can be approximated as (shown curve 36). For example, it is assumed that this is approximated by a quadratic function such as the following equation (2).
Y = a0 · X ² + B0 · X + c0 (2)
At this time, in actual control, the relationship expressed by the equation (2) is further approximated by the following equation (3), and the control is performed by the position control gain G0 having a constant value (that is, by the configuration of FIG. 10). In this case, the relationship between the substantial position control gain G (Y) and the slide position Y is expressed by equation (4).
Y = a · X ² + B · X + c (3)

Here, Y0 is a slide position where G (Y) = G0 (upper limit position Pu in the example of FIG. 3).
[0033]
If the reference position control gain Gc = G0 in the above equation (1),

It is obtained as Then, when a = 0, b = 1, and c = c0 in equation (3), G (Y) obtained in equation (4) becomes the curve 31 shown in FIG. When a = a0, b = b0, c = c0, that is, when the relationship between the slide position Y and the ball screw stroke X is approximated accurately, G (Y) becomes the curve 32 of FIG. The position control gain G (Y) can be made substantially constant without being affected by the change in Y. When a = 2 · a0, b = b0, and c = c0, G (Y) becomes the curve 33 in FIG. 3, so that when the slide position is in the vicinity of the lower limit position Pd, a substantial position control gain G is obtained. (Y) can be increased, and the control characteristic can be improved by increasing the position control gain when a processing load is applied. Thus, by appropriately setting the values of the coefficients a, b, and c in the expression (3), the position control gain can be adjusted in accordance with the load condition.
[0034]
The command calculation unit 22 calculates and outputs a slide position command rp for each predetermined servo cycle time so that the slide 9 moves in accordance with a preset slide motion. In this slide motion, a slide position and a slide speed with respect to time are set, and the slide stroke length and the maximum motor rotation speed between the stroke lengths are set within an allowable range.
[0035]
The position deviation calculator 23 calculates and outputs a position deviation value εp between the slide position command rp and the position detection signal Sp from the slide position detector 8.
The motor speed command unit 24 inputs the position control gain G (Y) calculated by the gain calculation unit 21 according to the equation (1), and the position deviation value εp and the position control gain G (Y) The motor speed command rm is calculated by integration and output to the servo amplifier 17.
[0036]
The controller 20 includes a computer device mainly composed of a microcomputer, a high-speed numerical arithmetic processor, and the like. The gain calculation unit 21, the command calculation unit 22, the position deviation calculation unit 23, and the motor speed command unit 24 described above are included. Have.
[0037]
The effects of the above configuration are as follows.
In equation (1), a = a0, b = b0, c = c0, and a position control gain G (Y) is calculated according to the slide position Y at that time. Based on this position control gain G (Y), A motor speed command rm is calculated from the slide position deviation value εp. That is, based on the approximate expression of the relationship between the slide position and the ball screw stroke (which corresponds to the motor rotation angle), a conversion formula of the substantial position control gain G (Y) with respect to the slide position Y is obtained, and this conversion is performed. Using the equation, a position control gain G (Y) is obtained according to the actual slide position at the time of slide control, and the motor rotation is controlled by the position control gain G (Y) and the slide position deviation value. For this reason, even if the slide position Y changes, the substantial position loop gain G (Y) is maintained at a substantially constant value. Therefore, various characteristics such as position accuracy, responsiveness, and stability of the slide position control can be brought into a preferable state without being affected by the slide position Y.
[0038]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a block diagram of a servo control configuration according to the second embodiment. In FIG. 4, the same components as those of FIG.
[0039]
The motion setting unit 25 can set the maximum rotation speed of the servo motor 15 and the slide stroke length, and the desired maximum motor rotation speed Nmax and the slide stroke length corresponding to the workpiece are input. It is like that. As this input method, for example, an operator may input with a predetermined input device, or input may be possible by communication from a host controller (not shown).
[0040]
The ball screw target calculation unit 26 calculates a speed curve that is an original target value for the ball screw as shown in FIG. 5 based on the set maximum motor use speed Nmax and the slide stroke value. The servo motor 15 and the ball screw 11 are controlled along a trapezoidal acceleration / deceleration curve as shown in FIG. 5, and the maximum rotation speed VBS of the ball screw is determined by the motor maximum rotation speed Nmax and the

pulleys

12a and 12b. It is obtained from the reduction ratio. Here, the acceleration / deceleration time T0 at this time is set to a predetermined value determined in advance from the motor performance. The total driving time T1 is the slide position in which the ball screw moving distance during that time, that is, the area of the trapezoidal acceleration / deceleration curve shown in FIG. 5, indicates the set slide stroke length by the equation (2). Is set to be equal to the length of the ball screw stroke converted based on the relational expression between the ball screw stroke and the ball screw stroke.
[0041]
In the command calculation unit 27, first, based on the original control target value curve in the ball screw 11, based on the relational expression between the slide position and the ball screw stroke, the original speed target value of the slide 9 as shown in FIG. Find the curve. It should be noted that, when the position curves serving as the respective target values are obtained from the ball screw speed and the slide speed in FIG. 6, the curves shown in FIG. 7 are obtained. The slide speed is gradually reduced from a high speed to a low speed from the vicinity of the upper limit position to the lower limit position.
[0042]
Next, the command calculation unit 27 obtains a slide speed command that changes in a stepwise manner that can be approximated within a range that does not exceed the original speed target value curve of the slide 9 that has been obtained above, and that also includes a delay due to deviation. This will be explained in more detail. First, as shown in FIG. 8, the set slide stroke length is divided by the number of divisions corresponding to the set slide stroke length. Next, a slide speed command value that changes stepwise for each divided slide stroke is obtained. At this time, within each divided slide stroke, the motor rotation speed does not exceed the set maximum motor rotation speed Nmax, that is, the command value converted to the ball screw speed is the ball screw speed target value shown in FIG. Within the range, the slide speed command value is set so as to be the maximum. Further, the step-like slide speed command value at each divided slide stroke is converted into an actual slide speed command taking into account a gentle acceleration / deceleration curve. Accordingly, along with this, the ball screw speed command is also converted into a gentle actual speed command. Next, integral values S1 to Sn for each division of the slide speed command value are obtained, and these integral values are sequentially added to obtain a slide position command value rp. Then, the obtained slide position command value rp is output. As a result, the actual slide speed and ball screw speed gradually change in a curve closer to the original slide speed target value and ball screw speed target value as shown in the figure.
[0043]
According to the second embodiment, only by setting the slide stroke length and the motor maximum rotation speed Nmax suitable for the molding conditions of the workpiece to be machined, the ball screw is adjusted based on the relational expression between the slide position Y and the ball screw X. A target acceleration / deceleration curve is automatically created, and a slide speed command and a slide position command are automatically generated based on the target acceleration / deceleration curve of the ball screw and the relational expression between the slide position Y and the ball screw X. Calculate. For this reason, when setting the slide motion, the operator does not need to set the slide stroke length and the like while considering the relationship between the slide position Y and the ball screw X, and the setting is very easy. is there.
[0044]
That is, in the conventional motion setting method in the direct-acting slide control by the servo motor, the motor rotation angle (ball screw position) and the slide position are linear, so the motor speed and the slide speed are proportional to each other. Each slide speed may be set so as not to exceed the maximum slide speed corresponding to the maximum rotation speed, and can be easily set. However, in this hybrid control, the motor speed corresponding to the same slide speed differs depending on the slide position, so that it is necessary to set the slide speed so that the motor speed does not exceed the maximum motor rotation speed. This means that the slide speed must be set while always being conscious of (considering) the slide position, and is therefore cumbersome to set. In this embodiment, it is only necessary to set the slide stroke length and the maximum motor rotation speed Nmax, and it is not necessary to set the slide speed, and it is not necessary to consider the relationship between the slide position Y and the ball screw X. The setting is very easy.
[0045]
In addition, when the maximum motor rotation speed Nmax adapted to the workpiece forming conditions is set, the slide speed is changed so that the motor rotation speed is close to the maximum speed without exceeding the maximum motor rotation speed Nmax. , Servo motor capacity can be used to the maximum, and high-speed and efficient pressing can be performed.
[0046]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram of a servo control configuration according to the third embodiment. 9, the same components as those in FIGS. 2 and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
The ball screw target calculation unit 28 is based on the relational expression between the maximum screw speed Nmax, the slide stroke value set by the motion setting unit 25, the slide stroke value, and the slide position and the ball screw stroke expressed by the equation (2). Similarly, as shown in FIG. 5, a speed curve that is an original control target value in the ball screw is calculated and used as a ball screw speed command. Further, the ball screw position command rB is calculated by sequentially adding integral values obtained by integrating the speed curve at every predetermined servo calculation time, and this is output to the position deviation calculating unit 23a.
[0047]
On the other hand, the position deviation calculation unit 23a is also supplied with the ball screw position signal SB through which the position detection signal Sp of the slide position detector 8 passes through the motion conversion unit 29. The motion conversion unit 29 stores a conversion formula for converting the slide position Y to the ball screw position X based on the relational expression between the slide position and the ball screw stroke as shown in the formula (2). The converted ball screw position X is output as the ball screw position signal SB. Thus, the position of the ball screw 11 is detected equivalently and fed back as a ball screw position signal SB.
Instead of providing the motion conversion unit 29, a position detector for the ball screw 11 may be provided.
[0048]
The position deviation calculator 23a calculates a position deviation value εB between the ball screw position command rB and the ball screw position signal SB.
A constant value position control gain G0 is set in advance in the motor speed command unit 24a. The motor speed command unit 24a calculates the motor speed command rm by integrating the position deviation value εB and the position control gain G0, This is output to the servo amplifier 17.
[0049]
According to the present embodiment, the motor speed command is calculated based on the position deviation value between the ball screw position command and the feedback value converted from the slide position to the ball screw position. It can be maintained at a substantially constant value without being affected by changes. Thereby, in the servo press by hybrid control, the control characteristics such as the positional accuracy, responsiveness and stability of the slide position control are very good.
In addition, the ball screw speed command and position command are automatically calculated simply by setting the maximum servo motor speed and slide stroke length, so the relationship between the slide position and ball screw stroke (non-linear) is taken into account. It is not necessary to set the slide stroke and slide speed, and the stroke can be set easily.
[0050]
In addition, the component of embodiment described so far is not limited above, Other components may be used as long as the same effect as this invention is acquired.
For example, the transmission means for rotationally driving the ball screw is constituted by a pulley and a belt, but may be a gear. Moreover, although the nut member was directly driven by rotationally driving the screw member of the ball screw, the nut member may be rotationally driven to move the screw member directly in the axial direction.
Further, the configurations and shapes of the plunger and the slide are not limited to those illustrated in the embodiment.
[0051]
As described above, the following effects can be obtained by the present invention.
Based on the relationship between the slide position and the motor rotation angle, a conversion formula of a substantial position control gain corresponding to the slide position is obtained, and a desired control characteristic can be obtained (for example, position control with a substantially constant value within the slide stroke range). The gain (or gain curve) is set so that the position control gain is higher than the other position near the slide lower limit position where the processing load is applied. A substantial position control gain is calculated according to the actual slide position using the conversion formula. The servo motor is controlled by calculating a motor speed command based on the slide position deviation value and the substantial position control gain. Therefore, control characteristics such as position accuracy, responsiveness, and stability of the slide position control are not affected by the change in the slide position, and the slide can be controlled accurately and stably. At this time, since the slide speed command and the slide position command are automatically calculated only by setting the slide stroke length and the maximum motor rotation speed Nmax, setting of the slide motion is very easy.
[0052]
In addition, in the case of hybrid control in which the linear motion power of the ball screw is converted into slide vertical motion power via the link mechanism, the ball screw position command created from the slide motion and the detected actual slide position are Because the position error value with the equivalent ball screw position converted based on the relationship with the ball screw stroke is used to calculate the motor speed command based on a constant position control gain and control the servo motor, the slide position changes The slide control can be performed with a substantially constant control gain having a substantially constant value without being affected by the above. Therefore, the slide can be controlled accurately and stably. Similarly, since the ball screw speed command and the ball screw position command are automatically calculated only by setting the slide stroke length and the motor maximum rotation speed Nmax, the setting of the slide motion is very easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid control servo press to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram of a servo control configuration according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in position control gain with respect to a slide position.
FIG. 4 is a block diagram of a servo control configuration according to a second embodiment.
FIG. 5 is a target speed curve of a ball screw according to a second embodiment.
FIG. 6 is a velocity target value curve of a slide according to the second embodiment.
FIG. 7 is a target position curve of a ball screw and a slide according to the second embodiment.
FIG. 8 is a slide speed command of the second embodiment.
FIG. 9 is a block diagram of a servo control configuration according to a third embodiment.
FIG. 10 is a servo control block diagram when a servo control configuration of a conventional linear motion slide control is applied to hybrid control.
FIG. 11 shows a relationship between a ball screw stroke X and a slide position Y in hybrid control.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hybrid control servo press, 2 ... Main body frame, 3 ... Link mechanism, 4 ... Triaxial link, 5a ... 1st link, 5b ... 2nd link, 6 ... Plunger, 7 ... Upright, 8 ... Slide position detector, 8a ... sensor body, 8b ... scale part, 9 ... slide, 11 ... ball screw, 11a ... screw member, 11b ... nut member, 12a ... first pulley, 12b ... second pulley, 13 ... belt, 14 ... pin, 15 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Servo motor, 16 ... Motor rotation detector, 17 ... Servo amplifier, 20, 20b ... Controller, 21 ... Gain calculating part, 22 ... Command calculating part, 23, 23a ... Position deviation calculating part, 24, 24a ... Motor speed command , 25 ... motion setting unit, 26 ... ball screw target calculation unit, 27 ... command calculation unit, 28 ... ball screw target calculation unit, 29 Motion conversion unit, 31, 32, 33 ... curve, 35, 36 ... curve.

Claims

A servo motor (15) whose rotation is controlled by a servo amplifier (17) that has received a predetermined motor speed command;
A ball screw (11) for converting the rotational power of the servo motor (15) into a substantially horizontal linear motion;
A link mechanism (3) that converts the linear motion of the ball screw (11) into vertical movement;
A slide (9) driven up and down via a link mechanism (3);
A slide position detector (8) for detecting the position of the slide (9);
Slides (9) position and stores in advance the position slide position based on a relational expression between (Y) in against that position置制control gain conversion type ball screw (11) of, when the actual control of the slide (9), based position control gain G a (Y) a conversion equation of said position置制control gain, the determined Mel in accordance with the detected slide position (Y) in the slide position detector (8), and the detected slide position instruction A controller that calculates a deviation value from the slide position and calculates and outputs the motor speed command based on the calculated position deviation value and the obtained position control gain G (Y) so as to reduce the position deviation value. (20). A control device for a hybrid control servo press, comprising:

The controller (20) sets the slide stroke length and the maximum use speed (Nmax) of the servo motor (15) when the slide motion is set, and based on the set value and the relational expression between the slide position and the ball screw position. The control device for the hybrid control servo press according to claim 1, wherein a slide speed command and a slide position command are respectively calculated.

A servo motor (15) whose rotation is controlled by a servo amplifier (17) that has received a predetermined motor speed command;
A ball screw (11) for converting the rotational power of the servo motor (15) into a substantially horizontal linear motion;
A link mechanism (3) that converts the linear motion of the ball screw (11) into a vertical movement; a slide (9) that is driven up and down via the link mechanism (3);
A slide position detector (8) for detecting the position of the slide (9);
A relational expression between the position of the slide (9) and the position of the ball screw (11) is stored in advance, and the slide position detector is based on the relational expression between the slide position and the ball screw position during actual control of the slide (9). The slide position detected in (8) is converted into a ball screw position, a deviation value between the ball screw position command and the converted ball screw position is calculated, and the calculated position deviation is reduced so as to reduce the position deviation value. A controller for a hybrid control servo press, comprising: a controller (20b) that calculates and outputs the motor speed command based on a value and a predetermined position control gain (G0).

The controller (20b) sets the slide stroke length and the maximum rotation speed (Nmax) of the servo motor (15) when the slide motion is set, and based on the set value and the relational expression between the slide position and the ball screw position. 4. The control device for a hybrid control servo press according to claim 3, wherein a ball screw speed command and a ball screw position command are respectively calculated.

The rotational power of the servo motor (15) is converted into a substantially horizontal linear motion by the ball screw (11).
Convert the linear motion of the ball screw (11) to the vertical movement of the slide (9) via the link mechanism (3),
A control method of a hybrid control servo press for controlling the position of the slide (9) by controlling the rotation of the servo motor (15),
Slides (9) position and stores in advance the position slide position based on a relational expression between (Y) in against that position置制control gain conversion type ball screw (11) of, when the actual control of the slide (9), based position control gain G a (Y) a conversion equation of said position置制control gain, the determined Mel in accordance with the detected slide position (Y) in the slide position detector (8), and the detected slide position instruction A motor speed command is calculated from the calculated position deviation value and the obtained position control gain G (Y) so as to calculate a deviation value from the slide position and to reduce the position deviation value. A control method of a hybrid control servo press, characterized in that the servo motor (15) is controlled by a motor.

The rotational power of the servo motor (15) is converted into a substantially horizontal linear motion by the ball screw (11).
Convert the linear motion of the ball screw (11) to the vertical movement of the slide (9) via the link mechanism (3),
A control method of a hybrid control servo press for controlling the position of the slide (9) by controlling the rotation of the servo motor (15),
A relational expression between the position of the slide (9) and the position of the ball screw (11) is stored in advance, and the slide position detector is based on the relational expression between the slide position and the ball screw position during actual control of the slide (9). The slide position detected in (8) is converted into a ball screw position, a deviation value between the ball screw position command and the converted ball screw position is calculated, and the calculated position deviation is reduced so as to reduce the position deviation value. A control method of a hybrid control servo press, characterized in that a motor speed command is calculated by a value and a predetermined position control gain (G0), and the servo motor (15) is controlled by the motor speed command.