JP5728906B2 - ダイクッション制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイクッション制御装置に関する。

従来から、下金型が固定されたクッションパッド及びこれを駆動するアクチュエータから構成されたダイクッション装置を備えるプレス装置が知られている（下記特許文献１参照）。このプレス装置は、上金型が固定されたスライドの昇降動作と連動してクッションパッドの位置制御及び力制御を行うことにより、上金型と下金型の間にワークを狭持して、しわ押え用の反力やプレス成型用の突き上げ力（クッション力）を得るものである。

ダイクッション装置の制御手法として、スライドとクッションパッドとが接触する直前（詳細にはワークを挟んだ状態で上金型と下金型とが衝突する直前）に、クッションパッドを下降させることで接触時の衝撃を緩和する予備加速という手法が知られている（下記特許文献２参照）。

また、スライドとクッションパッドとの接触後、クッション力を速やかに目標値に整定させる（言い換えれば高速応答性を実現させる）制御手法として、予め両者の接触前に一定のクッション力を発生させた状態でクッションパッドを待機させておき（プリロード）、接触直前にアクチュエータの応答性を考慮してクッションパッドが下降しない程度に、瞬間的に下降方向のクッション力が発生するようアクチュエータを制御する（プリアクセル）手法が知られている。

ダイクッション装置のアクチュエータとして油圧シリンダを用いる場合、クッション力の制御は、油圧シリンダのピストンを駆動するサーボモータのトルク制御によって実現される。図３は、プレス動作中におけるサーボモータに対するトルク指令値の時間変化を示したものである。この図に示すように、プレス開始タイミング（スライドの下降開始タイミング）ｔ０からプリロード開始タイミングｔ１までの期間（待機期間）では、トルク指令値は０（Ｎ・ｍ）に保持される。

そして、プリロード開始タイミングｔ１からトルク指令値はランプ状に増加していき、一定値に到達後、プリアクセル開始タイミングｔ２まで一定に保持される。つまり、このｔ１からｔ２までの期間がプリロードの実施期間である。なお、トルク指令値を急激に（ステップ状に）変化させると、クッション力に振動が発生するため、上記のように、ランプ状にトルク指令値を増加させる必要がある。また、図４に示すように、ランプ時間が短くてもクッション力に振動が発生するため、ランプ時間を油圧シリンダの固有周期以上（詳細には固有周期の整数倍）に設定する必要がある。

そして、プリアクセル開始タイミングｔ２からスライドとクッションパッドの接触タイミング（成形開始タイミング）ｔ３までの期間において、トルク指令値は下降方向のクッション力が発生するよう、負の方向へステップ状に変化する。つまり、このｔ２からｔ３までの期間がプリアクセルの実施期間である。なお、ｔ２−ｔ３間の時間は、油圧シリンダの応答性を考慮してクッションパッドが下降しない程度の時間に設定されている。
そして、スライドとクッションパッドの接触タイミング（成形開始タイミング）ｔ３以降、クッション力が目標クッション力となるよう、トルク指令値は一定値にフィードバック制御される。

以上のようなダイクッション装置のサーボモータに対するトルク指令値の制御によって、プリロードとプリアクセルを組み合わせて実施することで、スライドとクッションパッドの接触後のクッション力の立上がり時間の短縮とオーバーシュートの抑制を実現することができ、その結果、クッション力を速やかに目標値に整定させることができる（高速応答性を実現できる）。

特開２００７−０３８２３８号公報 特公平７−１０６４７８号公報

上記のように、プリロードを実施する場合、プリアクセル開始前に、トルク指令値を油圧シリンダの固有周期以上の時間をかけてランプ状に上昇させてクッション力の振動を抑制する必要があるが、油圧シリンダのバネ係数が小さい、或いはマス（モータイナーシャ等）が大きい等により固有周期が長くなると、プリロード時間が長くなり、その結果、サイクル時間に制約が生じたり、消費電力が増加するなどの問題が生じる。
また、上記の制御手法では、スライドとクッションパッドの接触前に、クッションパッドに大きな加速度を発生させる必要があるため、高性能なアクチュエータが必要となり、コストの増加を招く。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、消費電力の削減、サイクル時間の制約排除及びコストの削減を実現可能なダイクッション制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、ダイクッション制御装置に係る第１の解決手段として、クッションパッド及びアクチュエータから構成されたダイクッション装置を、スライドの昇降動作と連動して制御するダイクッション制御装置であって、前記スライドと前記クッションパッドの接触前に、第１のタイミングで所望のクッション力が得られるよう前記アクチュエータの操作量を固有周期より短い時間でランプ状或いはステップ状に変化させた後、前記クッション力が最初の最大値からその半値に減少するまでの設定可能期間内に設定された第２のタイミングで前記操作量を反対方向へステップ状に変化させることを特徴とする。

また、本発明では、ダイクッション制御装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記スライドと前記クッションパッドの接触後の目標クッション力、及び前記スライドの速度に応じて前記第２のタイミングを前記設定可能期間内で変更することを特徴とする。

本発明では、プリロードの実施時において、従来のように振動抑制制御（操作量をアクチュエータの固有周期以上の時間をかけてランプ状に増加させる）を行うことなく、操作量を固有周期より短い時間でランプ状或いはステップ状に変化させるため、プリロード時間を短縮でき、その結果、消費電力の削減及びサイクル時間に制約排除を実現可能である。
また、本発明では、クッション力が最初の最大値からその半値に減少するまでの設定可能期間内に設定された第２のタイミングでプリアクセルを開始するため、アクチュエータが単独で出せる最大加速度以上の加速度でプリアクセルを行うことができる。従って、アクチュエータは性能の低いものを使用することができるようになり、アクチュエータのコストダウンを図ることができる。

本実施形態におけるプレス装置Ａの概略構成図である。 本実施形態におけるダイクッション装置２の制御手法に関する説明図である。 従来におけるダイクッション装置の制御手法に関する第１説明図である。 従来におけるダイクッション装置の制御手法に関する第２説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態におけるプレス装置Ａの概略構成図である。この図１に示すように、プレス装置Ａは、上金型Ｄ１と下金型Ｄ２の間にワークＷを狭持してプレス成形を行うサーボプレス装置であり、スライド装置１、ダイクッション装置２及び制御装置３から構成されている。

スライド装置１は、スライド１０及びスライド駆動機構２０を備えている。スライド１０は、プレス装置Ａ内において鉛直方向に対して昇降自在に支持された金型固定用部材であり、その下面にはワークＷをプレス成型するための上金型Ｄ１が取り付けられている。

スライド駆動機構２０は、スライド１０の昇降動作（スライドモーション制御）を実現するものであり、制御装置３によって回転制御されるサーボモータ２１と、該サーボモータ２１の回転軸に取り付けられたピニオンギア２２と、該ピニオンギア２２に噛合するメインギア２３と、該メインギア２３の回転軸に接続されたクランク軸２４と、該クランク軸２４の偏心部とスライド１０の上面とを連結するコネクティングロッド２５と、メインギア２３の回転軸に設置されたメインギア角度センサ２６（例えばエンコーダ、或いはレゾルバ等）とから構成されている。

つまり、スライド駆動機構２０は、サーボモータ２１の回転動作をピニオンギア２２、メインギア２３、クランク軸２４及びコネクティングロッド２５を介してスライド１０の昇降動作に変換するものである。また、メインギア角度センサ２６は、メインギア２３の回転角度を示すメインギア角度信号を制御装置３に出力する。

ダイクッション装置２は、下金型Ｄ２を下方から固定支持するクッションパッド３０と、該クッションパッド３０を駆動する油圧シリンダ駆動機構（アクチュエータ）４０とから構成されている。この油圧シリンダ駆動機構４０は、クッションパッド３０のクッション力制御を実現するものであり、油圧シリンダ４１と、可動板４２と、制御装置３によって回転制御されるサーボモータ４３と、圧力センサ４４ａ〜４４ｃとから構成されている。

油圧シリンダ４１は、クッションパッド３０に接続された上ピストン４１ａと、可動板４２に接続された下ピストン４１ｂとによって内部空間が上室Ｒ１と中室Ｒ２と下室Ｒ３とに仕切られた円筒形状部材であり、これら上室Ｒ１、中室Ｒ２及び下室Ｒ３には油が充填されている。可動板４２は、ネジ溝を有する穴部が両端部に形成された平板状部材であり、これら穴部の各々には、サーボモータ４３に同軸接続されたボールネジ３５ａが介挿されている。

つまり、油圧シリンダ駆動機構４０は、サーボモータ４３の回転動作をボールネジ３５ａ、可動板４２、油圧シリンダ４１を介してクッションパッド３０の昇降動作に変換するものである。ここで、サーボモータ４３の駆動によって可動板４２を上方向に移動させると、油圧シリンダ４１の中室Ｒ２の油圧が昇圧されるため、クッションパッド３０に上向きのクッション力が発生する。これに対し、サーボモータ４３の駆動によって可動板４２を下方向に移動させると、中室Ｒ２の油圧が減圧されるため、クッションパッド３０に下向きのクッション力が発生する。

また、圧力センサ４４ａ〜４４ｃは、油圧シリンダ４１の上室Ｒ１の油圧、中室Ｒ２の油圧、下室Ｒ３の油圧をそれぞれ検出し、その検出結果を示す油圧検出信号を制御装置３に出力するものである。

制御装置３は、プレス装置Ａの全体動作を統括制御する（言い換えれば、スライドモーション制御とクッション力制御とを行う）ものであり、操作盤５０、プレスコントローラ６０、第１モータドライバ７０、クッションコントローラ８０及び第２モータドライバ９０から構成されている。

操作盤５０は、作業者がプレス装置Ａのプレス動作に必要な設定データ（スライドモーションデータ、プレス速度、目標クッション力等）を入力するための各種設定キーや、プレス動作の開始或いは停止を指示するためのプレス開始・停止キー、また、プレス装置Ａの動作状態及び設定データを作業者に報知するための表示パネル等から構成されている。この操作盤５０は、作業者によって入力された設定データをプレスコントローラ６０に出力する一方、プレスコントローラ６０から提供されるプレス装置Ａの動作状態及び設定データ等を表示パネルに表示する。

プレスコントローラ６０は、操作盤５０から入力される設定データ（スライドモーションデータ、プレス速度）、及びメインギア角度センサ２６から入力されるメインギア角度信号に基づいて、スライド１０が所望のスライドモーションを描きながら昇降動作するようにサーボモータ２１を制御する（スライドモーション制御）。
また、第１モータドライバ７０は、プレスコントローラ６０による制御に応じてモータ駆動信号を生成し、該モータ駆動信号をサーボモータ２１に出力するものである。

クッションコントローラ８０（ダイクッション制御装置）は、プレスコントローラ６０から得られる設定データ（目標クッション力）と、メインギア角度センサ２６から入力されるメインギア角度信号と、圧力センサ４４ａ〜４４ｃから入力される油圧検出信号とに基づいて、クッションパッド３０に目標クッション力が発生するようにサーボモータ４３を制御する（クッション力制御）。

具体的には、クッションコントローラ８０は、メインギア角度からスライド位置を推定し、そのスライド位置に応じた目標クッション力がクッションパッド３０に発生するように、サーボモータ４３に対するトルク指令値（操作量）を制御する。なお、本実施形態では、サーボモータ４３に対するトルク指令値を正方向に増加させると、可動板４２が上方向に移動してクッションパッド３０に上向きのクッション力が発生し、サーボモータ４３に対するトルク指令値を負方向に増加させると、可動板４２が下方向に移動してクッションパッド３０に下向きのクッション力が発生する。
また、第２モータドライバ９０は、クッションコントローラ８０から入力されるトルク指令値に応じたモータ駆動信号を生成し、該モータ駆動信号をサーボモータ４３に出力するものである。

次に、上記のように構成されたプレス装置Ａによるプレス動作について詳細に説明する。
まず、プレスコントローラ６０は、操作盤５０を介してプレス開始の指示を受けると、予め設定されたスライドモーションデータ及びプレス速度、及びメインギア角度センサ２６から入力されるメインギア角度信号に基づいてスライドモーション制御を開始する。これにより、スライド１０は所望のスライドモーションを描きながら下降を開始する。

一方、クッションコントローラ８０は、図２に示すように、プレス開始タイミング（スライド１０の下降開始タイミング）ｔ０からプリロード開始タイミングｔ１０までの期間（待機期間）において、トルク指令値を０（Ｎ・ｍ）に保持する。なお、図２は、プレス動作中におけるサーボモータ４３に対するトルク指令値及びクッション力の時間変化を示したものである。

そして、クッションコントローラ８０は、メインギア角度信号に基づいてプリロード開始タイミングｔ１０を検知するとプリロードを開始する。具体的には、クッションコントローラ８０は、プリロード開始タイミングｔ１０において、トルク指令値を油圧シリンダ駆動機構４０の固有周期より短い時間でランプ状に正方向に増加させ、一定値に到達後、プリアクセル開始タイミングｔ１１まで一定に保持する。

このようにトルク指令値を変化させると、サーボモータ４３によって下ピストン４１ｂが上方向に押し込まれるに従って、クッションパッド３０のクッション力は増加していき、下ピストン４１ｂの押し込み量が最大になる位置でクッション力は最大値となる。そして、下ピストン４１ｂの押し込み量が最大になると、下ピストン４１ｂを下方向へ押し返す力が最大となり、下ピストン４１ｂは下方向へ押し返され、クッション力は減少する。

クッションコントローラ８０は、圧力センサ４４ａ〜４４ｃから入力される油圧検出信号を基に上記のようなクッション力の変化を把握しており、クッション力が最初の最大値からその半値に減少するまでの設定可能期間内に設定されたプリアクセル開始タイミングｔ１１でプリアクセルを開始する（トルク指令値を負方向へステップ状に変化させる）。

そして、クッションコントローラ８０は、メインギア角度信号に基づいてスライド１０とクッションパッド３０の接触タイミングｔ１２（成形開始タイミング）を検知すると、クッション力が目標クッション力となるよう、トルク指令値をフィードバック制御する。

以上のように、本実施形態では、プリロードの実施時において、従来のように振動抑制制御（トルク指令値をアクチュエータの固有周期以上の時間をかけてランプ状に増加させる）を行うことなく、トルク指令値を固有周期より短い時間でランプ状に増加させるため、プリロード時間を短縮でき、その結果、消費電力の削減及びサイクル時間に制約排除を実現可能である。

また、本実施形態では、クッション力が最初の最大値からその半値に減少するまでの設定可能期間内に設定されたプリアクセル開始タイミングｔ１１でプリアクセルを開始するため、アクチュエータ（油圧シリンダ駆動機構４０）が単独で出せる最大加速度以上の加速度でプリアクセルを行うことができる。従って、アクチュエータは性能の低いものを使用することができるようになり、アクチュエータのコストダウンを図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において実施形態の変更が可能であることは勿論である。例えば、本発明は上記実施形態の他、以下のような変形例が挙げられる。

（１）上記実施形態では、プリロードの実施時において、トルク指令値を固有周期より短い時間でランプ状に増加させる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、トルク指令値をステップ状に増加させても良い。

（２）上記実施形態において、プリアクセル開始タイミングｔ１１は固定であったが、本発明はこれに限らず、スライド１０とクッションパッド３０の接触後の目標クッション力、及びスライド１０の速度に応じて、プリアクセル開始タイミングｔ１１を設定可能期間内で変更する機能をクッションコントローラ８０に持たせても良い。例えば、スライド速度が速く、目標クッション力が小さい場合には、クッション力が最初の最大値となるタイミングに近くなるようプリアクセル開始タイミングｔ１１を設定する。逆に、スライド速度が遅く、目標クッション力が高い場合には、プリアクセル開始タイミングｔ１１を遅らせる。

（３）上記実施形態では、ダイクッション装置２に使用されるアクチュエータとして油圧シリンダ駆動機構４０を例示したが、本発明はこれに限らず、振動系を構成するアクチュエータであれば本発明を適用することができる。また、アクチュエータの操作量もトルク指令値に限定されない。

Ａ…プレス装置、１…スライド装置、２…ダイクッション装置、３…制御装置、１０…スライド、２０…スライド駆動機構、３０…クッションパッド、４０…油圧シリンダ駆動機構（アクチュエータ）、５０…操作盤、６０…プレスコントローラ、７０…第１モータドライバ、８０…クッションコントローラ（ダイクッション制御装置）、９０…第２モータドライバ

Claims (2)

1. クッションパッド及びアクチュエータから構成されたダイクッション装置を、スライドの昇降動作と連動して制御するダイクッション制御装置であって、
   前記スライドと前記クッションパッドの接触前に、第１のタイミングで所望のクッション力が得られるよう前記アクチュエータの指令値を固有周期より短い時間でランプ状或いはステップ状に変化させた後、前記クッション力が最初の最大値からその半値に減少するまでの設定可能期間内に設定された第２のタイミングで前記指令値を反対方向へステップ状に変化させることを特徴とするダイクッション制御装置。
2. 前記スライドと前記クッションパッドの接触後の目標クッション力、及び前記スライドの速度に応じて前記第２のタイミングを前記設定可能期間内で変更することを特徴とする請求項１に記載のダイクッション制御装置。

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