JPS583773B2 - 鍛造機の金型位置制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 鍛造機は丸棒、角棒、段付軸、ディスク、リング、スリ
ーブ等を製造する設備の最初の加工機械であって、ビレ
ット又はブルームを熱間で加工１次行程で機械加工して
製品化するものである。

本発明はこの鍛造機の仕上寸法の精度を向上させる金型
位置制御装置に関するものである。

従来の鍛造機は液圧プレスで金型の位置制御を行なって
おシ、殆どオン、オフ制御による仕上げ寸法の見込制御
であった。

この為鍛造ストローク毎の変形負荷が一定でない限り良
い精度は得られず製品の歩留シが悪い、ストローク数毎
分を上げると衝撃力が大きくなり金型の寿命が短い等の
欠点がある。

又、金型を駆動するシリンダの位置ずれを検出し、シリ
ンダの正規の位置を保持する様シリンダの偏差を補正す
る方法もあるが金型を保持する機構のタワミによる金型
の位置変差は補正することができず第１図イの破線で示
す様に金型の位置ずれを起す、更に被加工材の変形荷重
が変形中に変化すると押切った点で残留偏差が残る等の
問題があった。

本発明は斯る欠点を是正するものである。

以下図面に基き本発明の実施例を説明する。

本発明に係る制御装置の制御の対象となる鍛造機の一例
としては次の様な構成を有している。

ベース１に配設したシリンダ２のピストンロツド３には
揺動リンク４が枢着され、該揺動リンク４の一端は前記
シリンダ２の伸縮方向に滑動自在なスライダ７と枢着し
該スライダ７の一部に金型５を備えておシ、前記揺動リ
ンク４の他端と従動歯車８が固着されているクランク軸
９とはリンク１０によシ連結されている。

従動歯車８は駆動歯車１１と噛合し、駆動歯車１１はフ
ライホイール６と連結すると共に電動機１２とベルト等
を介し連結されている。

前記スライダ７の反金型固着端とベース１に配設された
引戻しシリンダ１３とが連結され、金型固着端には金型
位置検出用スケール１４が取付けられ、該スケール１４
には金型位置検出用のパルス発信器２１が係合している
。

前記シリンダ２、引戻しシリンダ１３及びアキュムレー
タ１７は圧油ポンプ１８と連通しておシ、圧油ポンプ１
８とシリンダ２との間にはシリンダ２側より切換弁１５
、サーボ弁１６が設けられた圧油ポンプ１８にはレリー
フ弁１９が取付けられている。

上述の構成に於ける鍛造機で、電動機１２を駆動しフラ
イホイール６を回転することにより駆動歯車１１、従動
歯車８が回転し、リンク１０により従動歯車８のクラン
ク軸９に連結されている揺動リンク４がピストンロツド
３との枢着点を中心に揺動し、スライダ７を移動させる
ことにより金型５にクランク運動を生じさせる。

又圧油ポンプ１８を駆動しアキュムレータ１７にレリー
フ弁１９に設定された圧油を蓄積する。

アキュムレータ１７に蓄積された圧油はサーボ弁１６を
通してシリンダ２に送られ揺動リンク４の揺動中心を移
動させることにより金型５の位置制御が行われ、又引戻
しシリンダ１３に送られ金型５の引戻し動作を行う。

上記したサーボ弁１６による位置制御に於ては、荷重が
発生した時はペース１のたわみ等を補正する為、アキュ
ムレータ１７からシリンダ２へ圧油を送り込むが、押し
切り点を過ぎて戻り行程になると荷重は急速にＯｋｇと
なり加圧で送り込んだ油量の分だけ金型位置は行き過ぎ
るのでシリンダ２の油をタンク（０ｋｇ／ｃｍ２）へ排
出せしめる様サーボ弁１６が作動する。

そこで押し切り点を過ぎた時点で前記切換弁１５を作動
させシリンダ２の油を封入し、荷重が発生した時点で再
び切換弁１５を作動させサーボ弁１６による位置制御を
行なう。

斯る切換弁１５の作動により使用油量が少なくなる。

次に鍛造機の金型位置制御装置について述べる，以下の
説明は左側の金型位置制御に関してであるが右側に関し
ても同様である。

第２図に於て、２１ ．２２はパルス発信器、力は油圧
力検出器でシリンダー面積をかければ荷重検出器となる
、２４は金型屏置指示器、２５は金型押切位置指示器、
２６はクランク角度指示器、２７は仕上寸法設定器、２
８は押切り角度設定器、２９はゲート、３０は関数発生
器、３１は比較器、３２，３３，３４，３５，３６，３
７，３８，３９は演算器、４０，４１は増巾器、４２は
Ｄ／Ａ変換器、４３は増巾器、４４，４５，４６，４７
，４８は演算器、５０はゲート、５１はホールト素子、
５２は切換弁駆動増巾器、５３は加圧クランク角度設定
器、５４は比較器、５５はホールド素子、５６は比較器
を示す。

鍛造機の金型５の位置はクランク角度即ち従動歯車８の
クランク軸９の位置より決定され、クランク軸９の偏心
量とリンク機構によって決まる定数をＲとするとクラン
ク角θと金型５のストロークＳとの関係は、 Ｓ＝Ｒｓｉｎθ となク、金型の動き量を全て（＋）とするとＳ＝Ｒ（１
＋ｓｉｎθ）（Ｓ＝０〜２Ｒ）…（１）となる。

又、鍛造機は押し潰す時の荷重により、ベース１、揺動
リンク４等のたわみ、シリンダ２の作動流体の圧縮によ
って金型５は荷重の無い時の軌跡から外れた軌跡を描く
が、鍛造機では押し切り点での位置が精度良く制御され
ていれば良い。

一般に被加工物の発生する荷重は押切り点付近まで荷重
が変化し、前述した金型５の軌跡の外れ方は、荷重の発
生が急速であると、外れ方も急速である。

加工時に発生する荷重による金型５のずれを修正するに
は、該荷重を検出し荷重の変化に対応させサーボ弁１６
を介しシリンダ２を駆動して、金型５の位置制御を行う
。

油圧力検出器２３で鍛造の際に発生する荷重をシリンダ
２の作動流体を介し検出し（尚、リンク機構等の歪或は
ロードセルを用いて荷重を検出してもよい）、検出した
荷重を液算器３３で微分し荷重変化を求める信号化し、
増巾器４０でシリンダ２への油の流量に相当するレベル
に増巾し、演算器３８へ入力する。

又、金型５の動きをパルス発信器２１で検出し、金型位
置指示器２４でパルス発信器２１からのパルスをカウン
トし金型の位置を検出し演算器３２に入力する。

更にクランク軸９に係設したクランク角度検出用パルス
発信器２２からのパルスをクランク角度指示器２６によ
シカウントしクランク角θを検出し、関数発生器３０に
入力する。

関数発生器３０は前記（１）式より金型５のストローク
量に変換し、演算器４６に入力する。

又演算器４６は仕上寸法設定器２７で設定した仕上寸法
が入力され前記関数発生器３０からの信号と合せ金型が
動くべき軌跡に相当する信号を演算器４５を介し演算器
３２に入力する．該演算器３２では前記入力された金型
位置指示器２４の信号と演算器４５から入力された信号
との差即ち金型５が動くべき軌跡からの金型５の位置ず
れ（位置偏差）を算出する。

Ｄ／Ａ変換器４２は該算出結果をアナログ信号に変換し
、増巾器４１で増巾し演算器３８に入力する。

該演算器３８は前記増巾器４０からの信号と増巾器４１
の信号とを合せシリンダ２への流量指令信号を出力する
。

演算器３８の出力を本発明では後述する回路により処理
しているが、直にサーボ弁１６の開度指令としても相当
良い結果が得られるのでサーボ弁駆動増巾器４３へ接続
してもよい。

サーボ弁１６の開度と流量は比例関係にあるが流量は差
の平方根に比例するので、差圧が少なくなると流量は減
り、等価的にはループゲインが低くなる。

そこで演算器３８にリミッター特性を持たせた演算器３
４．３５を接続し、演算器３８の出力が正の時は演算器
３８と同じ信号を演算器詞が出力し、演算器３８の出力
が負の時は演算器３８と同じ信号を演算器３５が出力す
ると共に演算器３４，３５のいずれか一方が出力すると
きは他方の出力をＯとする様にする。

演算器３８．３９には演算器３４．３５からの信号がそ
れぞれ入力されると共に演算器３７．３６からの信号が
入力される。

演算器３６はレリーフ弁１９に設定されたアキュムレー
タ圧に相当する圧力ＰＡと油圧力検出器２３で得た圧力
との差圧を演算器４７で求めたものの平方根を出力する
ものであり、演算器３７はタンク圧（０ｋｇ／ｃｒｎ２
）と油圧力検出器２３で得た圧力との差圧の平方根を出
力するものである。

演算器３８は演算器３４の出力を演算器３６の出力で割
シ加圧方向にサーボ弁１６を開く開度信号を出力し、演
算器３９は演算器３５の出力を演算器３１の出力で割り
減圧方向にサーボ弁１６を開く開度信号を出力する。

演算器４８は演算器３８，３９からの信号を合成しサー
ボ弁１６の開度指令信号を出力する。

即ち演算器３２から演算器４８に至る回路はシリンダ２
への流量指令信号をサーボ弁１６の開度指令信号に換算
するものである。

サーボ弁駆動増巾器４３は演算器４８からの信号をサー
ボ弁１６を駆動するに充分なレベルにまで増巾しサーボ
弁１６を操作する。

上述の制御装置によりサーボ弁１６を介しシリンダ２を
駆動せしめて金型５の位置制御を各ストローク毎に繰り
返えすが丸棒や角棒の様に一様な形状をしているものに
あっては、被鍛造物の送シ量を一定にすると、各ストロ
ーク毎に発生する荷重は殆んど一定になり位置制御も殆
ど一定のパターンを繰り返見す。

従ってこの様な場合には以下の様な制御回路により位置
制御を行う。

押切角度設定器２８で設定した押切角度の設定信号とク
ランク角度指示器２６からの信号とを比較器３１で比較
し、一致した時の瞬間パルスを発生させゲート２９を介
し押切点の位置を押切位置指示器２５にホールドさせる
。

このホールドした押切位置信号と仕上寸法設定器２７か
らの信号の差は仕上寸法誤差となるが、差は毎ストロー
ク同じ値となるのでこの差を演算器４４で求め仕上寸法
設定器２７から演算器４６を経た設定値に演算器４５で
加えて補正すると押し切り点での位置偏差は殆ど無くな
り高精度の金型位置制御をなし得る。

次に前記した切換弁１５０制御部に関して述べる（第１
図参照）。

図示しない操作スイッチからの鍛造パスの開始信号Ｂを
ゲート５０を通しホールド素子５１に入力せしめ、該ホ
ールド素子５１をホールドしその出力を切換弁駆動増巾
器５２で増巾し、該出力により切換弁１５を作動させサ
ーボ弁１６とシリンダ２とを接続する。

サーボ弁１６による金型５の位置制御は金型５が始めの
ストロークの押切点に来るまで行なわれる。

金型のストロークをパルス発信器２２、クランク角度指
示器２６により検出した角度が押切角度設定器２８で設
定した角度と一致した点で比較器３１がボールド素子５
１を反転させ、切換弁駆動増巾器５２の極性を切換えて
切換弁１５を操作しシリンダ２の油を封じ込めサーボ弁
１６を切離す。

次のストロークからは押切り点に於けるクランク角度を
被鍛造物の押し量よりもとめ加圧クランク角度設定器５
３に設定入力し、この設定信号とクラック角度指示器２
６からの信号を比較器５４で比較し、該比較器５４から
の信号はゲート５０を通ってホールド素子５１に入力さ
れ、該素子５１をホールドすると共に切換弁駆動増巾器
５２により切換弁１５を切り換え押切点でホールド素子
５１が反転するまでサーボ弁１６とシリンダ２を連通さ
せ金型位置制御を行なう。

又押切点での圧力をホールド素子５５で記憶させ、次の
ストロークからはこの値と油圧力検出器２３で検出した
値とを比較器５６で比較し、記憶させた値を越えたら加
圧クランク角度設定器５３で設定した角度に到る前であ
っても比較器５６からの出力信号をゲート５０を通して
ホールド素子５１をホールドさせサーボ弁１６とシリン
ダ２とを接続して位置制御を行う。

以上述べた如く本発明によれば、 中 鍛造機の金型が正弦波状に動き衝撃が少ない、（ｉ
ｉ）油圧でストローク制御を行なうと大容量のバルブと
なるが、サーボ弁により油の圧縮量と機構部のたわみ量
を補正する制御を行なうので小容量のサーボ弁でよい、 （ｉｉｉ）サーボ弁の操作を位置偏差だけでなく負荷荷
重の変化に比例した量を加えて操作しているので、良い
位置制御ができる、 （■）押し切り点で設定値からの偏差を次のサイクルで
設定値の補正を行ない、更に第一ストロークの押切り点
でサーボ弁を切換弁で切離すことにより、ストローク毎
のタワミ分の油の出入れを１ストローク分だけとし得る
のでエネルギーを節約することができる、 等優れた効果を発揮し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，口，ハ，二はフレームのタワミによる金型位
置のずれ及び切換弁の作動位置等の関係を示す線図、第
２図は本発明に係る制御装置の説明図である。 １４は金型位置検出用スケール、１５は切換弁、１６は
サーボ弁、２１．２２はパルス発信器、２３は油圧力検
出器、２４は金型位置指示器、２５は金型押切指示器、
２６はクランク角度指示器、２７は仕上寸法設定器、４
２はンＡ変換器、４３はサーボ弁駆動増巾器、５１．５
５はホールド素子、５２は切換弁駆動増巾器、５３は加
圧クランク角度設定器、５４，５６は比較器を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 揺動リンクの揺動中心を液圧シリンダのロツドに枢
   着せしめ前記揺動リンクに連結した金型を前記揺動リン
   クをクランク機構によシ正弦波状に駆動せしめる機構を
   左右に有する水平対向型鍛造機に於で、前記金型の位置
   検出器を金型取付部付近に、クランク角麻検出器ケクラ
   ンク機構にそれぞれ設け又金型の押圧荷重を検出する荷
   重検出器を備え、前記金型位置検出器とクランク角度検
   出器からの信号と金型位置設定器からの設定信号とを比
   較して金型の位置偏差を演算すると共に荷重検出器から
   の信号に基きたわみによる位置偏差を演算する位置偏差
   補正回路払前記クランク角度検出器からの信号と押切角
   度設定器からの設定信号とを比較し押切点での金型の位
   置偏差を求め前記位置偏差補正回路に入力すると共に金
   型の押切点に到るまでの金型位置検出信号をホールドす
   る回路と、金型の加圧動作開始点を検出するクランク角
   度検出器及び加圧角度設定器を備え該加圧動作開始信号
   と前記荷重検出器からの信号に基き押切完了信号を作成
   し、該両信号に基き切換弁駆動信号を発する様構成した
   回路と、前記位置偏差補正回路からの補正信号に基き前
   記シリンダを作動させるサーボ弁と、前記駆動信号に基
   き前記シリンダとサーボ弁とを連通遮断する切換弁とを
   備えたことを特徴とする鍛造機の金型位置制御装置。