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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-04
(45)【発行日】2024-10-15
(54)【発明の名称】プレス装置及び制御方法
(51)【国際特許分類】
B21D 24/02 20060101AFI20241007BHJP
B30B 15/02 20060101ALI20241007BHJP
【ＦＩ】
B21D24/02 D
B30B15/02 A
B21D24/02 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020142610
(22)【出願日】2020-08-26
(65)【公開番号】P2022038228
(43)【公開日】2022-03-10
【審査請求日】2023-07-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】竹腰 健太郎
【審査官】石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】特許第４８２０５６４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第４７２２５５８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第５９３７０２４（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第３３０８４６３（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１９－２０６０１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５２７８７３３（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第５４４５１７３（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第５４４０８３８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第４８３８０４７（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第５９５１５９１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１４－２０５１５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１５１３６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５３５４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１７５１４１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特許第６００２２８５（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特許第５２９６４１５（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２１Ｄ ２４／０２
Ｂ３０Ｂ １５／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１金型と、前記第１金型に対向し、当該第１金型と共に被成形品のプレス成形を行う第２金型と、
前記第１金型を前記第２金型に対して可動させる油圧クッション装置と、
前記油圧クッション装置による可動位置を検出する位置検出部と、
前記油圧クッション装置による荷重を検出する荷重検出部と、
前記油圧クッション装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記荷重検出部の検出荷重が所定値を超えると、前記荷重検出部による検出荷重と前記油圧クッション装置の動作速度に基づくフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間を定めて、プレス成型速度に基づいて油圧シリンダの油量を調節するサーボバルブの開度を制御して前記油圧クッション装置による荷重を調整する調整制御を行い、
前記調整制御の実行期間は、当該調整制御を行わなかった場合にオーバーシュートが生じた期間の計測値に基づいて定め、
前記調整制御は、前記フィードフィードフォワード制御に基づく前記サーボバルブの開度に所定の倍率を乗じた前記サーボバルブの開度を加算する制御であるプレス装置。
【請求項2】
前記調整制御は、前記油圧クッション装置による荷重を低下させる制御である請求項１に記載のプレス装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記荷重検出部の検出荷重が所定値に達するまでは前記油圧クッション装置の位置制御を行い、前記所定値に達すると前記フィードフィードフォワード制御を開始する
請求項１又は２に記載のプレス装置。
【請求項4】
前記油圧クッション装置は、前記第１金型の前記第２金型に対する対向側とは反対側に設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載のプレス装置。
【請求項5】
プレス成形速度と目標荷重を設定する設定入力部を備え、前記制御部は、前記プレス成形速度と前記目標荷重とに基づいて前記調整制御の実行期間及び荷重調整量を決定する
請求項１から４のいずれか一項に記載のプレス装置。
【請求項6】
第１金型と、前記第１金型に対向し、当該第１金型と共に被成形品のプレス成形を行う第２金型と、前記第１金型を前記第２金型に対して可動させる油圧クッション装置と、前記油圧クッション装置による可動位置を検出する位置検出部と、前記油圧クッション装置による荷重を検出する荷重検出部と、を備えるプレス装置の制御方法であって、前記荷重検出部の検出荷重が所定値を超えると、前記荷重検出部による検出荷重と前記油圧クッション装置の動作速度に基づくフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間を定めて、プレス成型速度に基づいて油圧シリンダの油量を調節するサーボバルブの開度を制御して前記油圧クッション装置による荷重を調整する調整制御を行い、
前記調整制御の実行期間は、当該調整制御を行わなかった場合にオーバーシュートが生じた期間の計測値に基づいて定め、
前記調整制御は、前記フィードフィードフォワード制御に基づく前記サーボバルブの開度に所定の倍率を乗じた前記サーボバルブの開度を加算する制御であるプレス装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プレス装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プレス装置に油圧クッション装置を搭載すると、低コストで大荷重を発生させることができるため、広く利用されている。
油圧クッション装置は、プレス加工動作中に、スライドに対して所要の力を加える必要があることから、一般的に圧力制御(荷重制御)が用いられている。
しかしながら、油圧クッション装置を位置制御から荷重制御に切り替える際に、オーバーシュート荷重が発生する問題がある。このオーバーシュート荷重が大きくなると、最終製品に欠肉等の不具合が発生する。
油圧クッション装置は、プレス加工動作中に、スライドに対して所要の力を加える必要があることから、一般的に圧力制御(荷重制御)が用いられている。
しかしながら、油圧クッション装置を位置制御から荷重制御に切り替える際に、オーバーシュート荷重が発生する問題がある。このオーバーシュート荷重が大きくなると、最終製品に欠肉等の不具合が発生する。
【0003】
このため、従来のプレス装置では、記憶部に成形速度及び目標クッション荷重と油圧のバルブ開度とを対応づけるマップを設けて、マップを参照して適正なバルブ開度でフィードフォワード制御を行い、動作中の荷重の安定化を図っていた（例えば、特許文献１参照）。
また、他のプレス装置では、スライドによる荷重の増加を検出すると、位置制御操作量を漸次減少させるとともに、荷重制御操作量を漸次増加させることで、制御切り替え時のオーバーシュート荷重の抑制を図っていた（例えば、特許文献２参照）。
また、他のプレス装置では、スライドによる荷重の増加を検出すると、位置制御操作量を漸次減少させるとともに、荷重制御操作量を漸次増加させることで、制御切り替え時のオーバーシュート荷重の抑制を図っていた（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－１５１３３２号公報
【文献】特開２０１４－１５１３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来技術は、いずれも、オーバーシュート荷重の抑制が十分に達成できているとは言えず、改善の余地があった。
【0006】
本発明は、オーバーシュート荷重の抑制を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るプレス装置は、
第１金型と、
前記第１金型に対向し、当該第１金型と共に被成形品のプレス成形を行う第２金型と、
前記第１金型を前記第２金型に対して可動させる油圧クッション装置と、
前記油圧クッション装置による可動位置を検出する位置検出部と、
前記油圧クッション装置による荷重を検出する荷重検出部と、
前記油圧クッション装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記荷重検出部の検出荷重が所定値を超えると、前記荷重検出部による検出荷重と前記油圧クッション装置の動作速度に基づくフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間を定めて、プレス成型速度に基づいて油圧シリンダの油量を調節するサーボバルブの開度を制御して前記油圧クッション装置による荷重を調整する調整制御を行い、
前記調整制御の実行期間は、当該調整制御を行わなかった場合にオーバーシュートが生じた期間の計測値に基づいて定め、
前記調整制御は、前記フィードフィードフォワード制御に基づく前記サーボバルブの開度に所定の倍率を乗じた前記サーボバルブの開度を加算する制御である、という構成となっている。
第１金型と、
前記第１金型に対向し、当該第１金型と共に被成形品のプレス成形を行う第２金型と、
前記第１金型を前記第２金型に対して可動させる油圧クッション装置と、
前記油圧クッション装置による可動位置を検出する位置検出部と、
前記油圧クッション装置による荷重を検出する荷重検出部と、
前記油圧クッション装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記荷重検出部の検出荷重が所定値を超えると、前記荷重検出部による検出荷重と前記油圧クッション装置の動作速度に基づくフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間を定めて、プレス成型速度に基づいて油圧シリンダの油量を調節するサーボバルブの開度を制御して前記油圧クッション装置による荷重を調整する調整制御を行い、
前記調整制御の実行期間は、当該調整制御を行わなかった場合にオーバーシュートが生じた期間の計測値に基づいて定め、
前記調整制御は、前記フィードフィードフォワード制御に基づく前記サーボバルブの開度に所定の倍率を乗じた前記サーボバルブの開度を加算する制御である、という構成となっている。
【0008】
本発明に係るプレス装置の制御方法は、
第１金型と、前記第１金型に対向し、当該第１金型と共に被成形品のプレス成形を行う第２金型と、前記第１金型を前記第２金型に対して可動させる油圧クッション装置と、前記油圧クッション装置による可動位置を検出する位置検出部と、前記油圧クッション装置による荷重を検出する荷重検出部と、を備えるプレス装置の制御方法であって、
前記荷重検出部の検出荷重が所定値を超えると、前記荷重検出部による検出荷重と前記油圧クッション装置の動作速度に基づくフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間を定めて、プレス成型速度に基づいて油圧シリンダの油量を調節するサーボバルブの開度を制御して前記油圧クッション装置による荷重を調整する調整制御を行い、
前記調整制御の実行期間は、当該調整制御を行わなかった場合にオーバーシュートが生じた期間の計測値に基づいて定め、
前記調整制御は、前記フィードフィードフォワード制御に基づく前記サーボバルブの開度に所定の倍率を乗じた前記サーボバルブの開度を加算する制御である、という構成となっている。
第１金型と、前記第１金型に対向し、当該第１金型と共に被成形品のプレス成形を行う第２金型と、前記第１金型を前記第２金型に対して可動させる油圧クッション装置と、前記油圧クッション装置による可動位置を検出する位置検出部と、前記油圧クッション装置による荷重を検出する荷重検出部と、を備えるプレス装置の制御方法であって、
前記荷重検出部の検出荷重が所定値を超えると、前記荷重検出部による検出荷重と前記油圧クッション装置の動作速度に基づくフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間を定めて、プレス成型速度に基づいて油圧シリンダの油量を調節するサーボバルブの開度を制御して前記油圧クッション装置による荷重を調整する調整制御を行い、
前記調整制御の実行期間は、当該調整制御を行わなかった場合にオーバーシュートが生じた期間の計測値に基づいて定め、
前記調整制御は、前記フィードフィードフォワード制御に基づく前記サーボバルブの開度に所定の倍率を乗じた前記サーボバルブの開度を加算する制御である、という構成となっている。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、オーバーシュート荷重を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に係るプレス装置の正面視断面図である。
【図3】プレス装置の制御に係る機能ブロック図である。
【図4】プレス動作時のプレス装置の制御ブロック図である。
【図5】調整制御を実施しない場合のスライド位置、クッション位置、クッション荷重、クッションバルブ開度の変化を示すタイミングチャートである。
【図6】調整制御を実施する場合のスライド位置、クッション位置、クッション荷重、クッションバルブ開度の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明の実施形態にかかるプレス装置１について説明する。
図１はプレス装置１の正面視断面図、図２は図１のII‐II線に沿った断面図である。なお、以下の説明において、水平面内の一の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸に垂直な方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする。
図１はプレス装置１の正面視断面図、図２は図１のII‐II線に沿った断面図である。なお、以下の説明において、水平面内の一の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸に垂直な方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする。
【0012】
【0013】
フレーム２には、エキセン軸５が取り付けられている。
エキセン軸５は、Ｘ軸方向に延在する。エキセン軸５の軸方向中心部には、偏心部５ａが設けられている。エキセン軸５において、偏心部５ａの両端には、一対の同軸部５ｂ，５ｂが設けられている。
一対の同軸部５ｂ，５ｂは、フレーム２に回転自在に支持されている。
偏心部５ａ及び同軸部５ｂは、ともに、円柱形状を有する。偏心部５ａの径は、同軸部５ｂの径よりも大きくされている。エキセン軸５の軸線方向から見た場合に、偏心部５ａの中心軸は、同軸部５ｂの中心軸に対して偏心している。エキセン軸５には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構（不図示）が連結されている。エキセン軸５は、この駆動機構により、回転駆動される。
エキセン軸５は、Ｘ軸方向に延在する。エキセン軸５の軸方向中心部には、偏心部５ａが設けられている。エキセン軸５において、偏心部５ａの両端には、一対の同軸部５ｂ，５ｂが設けられている。
一対の同軸部５ｂ，５ｂは、フレーム２に回転自在に支持されている。
偏心部５ａ及び同軸部５ｂは、ともに、円柱形状を有する。偏心部５ａの径は、同軸部５ｂの径よりも大きくされている。エキセン軸５の軸線方向から見た場合に、偏心部５ａの中心軸は、同軸部５ｂの中心軸に対して偏心している。エキセン軸５には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構（不図示）が連結されている。エキセン軸５は、この駆動機構により、回転駆動される。
【0014】
エキセン軸５の偏心部５ａには、スライド７が取り付けられている。スライド７は、ベッド３に対向して配置されている。スライド７には、摺動室７ｈが設けられている。摺動室７ｈは、エキセン軸５の軸方向（Ｘ軸方向）と直交する水平方向（Ｙ軸方向）に、スライド７を貫通する。スライド７は、スライドガイドにより、上下方向（Ｚ軸方向）への移動が案内される。
【0015】
スライド７の摺動室７ｈには、ヨーク６が嵌められている。ヨーク６は、摺動室７ｈにおいて、Ｙ軸方向に摺動自在とされている。ヨーク６には、エキセン軸５の偏心部５ａが嵌められ、エキセン軸５の軸方向回りに回転自在とされている。
【0016】
このような構成により、駆動機構を作動させると、エキセン軸５が回転する。エキセン軸５の回転に伴って、ヨーク６がＹ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを組み合わせた動作を行う。このヨーク６の動作に伴い、スライド７が、スライドガイドに案内されて上下方向に移動する。このようにして、スライド７は、ベッド３に対して可動とされている。
【0017】
ベッド３の上部には、油圧シリンダ９を備える油圧クッション装置８が設けられている。
油圧シリンダ９は、枠体１０と、ピストン１２とを備える。枠体１０の内部には、油室１１が設けられる。ピストン１２は、油室１１の内側に、上下方向に移動可能な状態で収容されている。油室１１は、ピストン１２により、上側油室１１ａと下側油室１１ｂとに区切られている。
油圧シリンダ９は、枠体１０と、ピストン１２とを備える。枠体１０の内部には、油室１１が設けられる。ピストン１２は、油室１１の内側に、上下方向に移動可能な状態で収容されている。油室１１は、ピストン１２により、上側油室１１ａと下側油室１１ｂとに区切られている。
【0018】
プレス装置１は、さらに、サーボバルブ１３ａ，１３ｂを備える。サーボバルブ１３ａは、配管１４ａを介して上側油室１１ａに連結されている。サーボバルブ１３ａは、上側油室１１ａ内の油の量を調整する。サーボバルブ１３ｂは、配管１４ｂを介して下側油室１１ｂに連結され、下側油室１１ｂ内の油の量を調整する。なお、以下の説明で、サーボバルブ１３ａ及びサーボバルブ１３ｂを、サーボバルブ１３と称することがある。
【0019】
ピストン１２には、鉛直方向上向きに延びるシリンダロッド１５が取り付けられている。シリンダロッド１５の、ピストン１２と反対側の端部には、下金型１６（第１金型）が取り付けられている。下金型１６は、上金型１７に対して上下に対向して配置され、下金型１６は、上金型１７に対する対向側とは反対側から油圧クッション装置８に支持されている。すなわち、下金型１６は、ピストン１２の動作により、鉛直上下方向に可動できる状態でベッド３上に設けられている。
【0020】
スライド７の下部には、上金型１７（第２金型）が設けられている。プレス装置１は、スライド７をベッド３に対して降下させて、上金型１７と下金型１６でワークＷ（被成形品）を挟み込み、さらに下金型１６に対しピストン１２で鉛直方向の荷重を調整することで、ワークＷにかかる荷重を調整して、ワークＷに対して所望の成形加工を行う。
【0021】
［プレス装置の制御系］
次に、図３を参照して、プレス装置の制御に係る機能ブロックについて説明する。
次に、図３を参照して、プレス装置の制御に係る機能ブロックについて説明する。
【0022】
プレス装置１は、制御部２１を備える。この制御部２１は、油圧シリンダ９への油の供給量を制御する。より具体的には、制御部２１は、サーボバルブ１３に開度指令値Ｉを与え、サーボバルブ１３の開度をＸとして、油圧シリンダ９の上側油室１１ａ及び下側油室１１ｂへの油の供給量を制御する。
【0023】
また、制御部２１は、積分器２２を有する。積分器２２は、油圧シリンダ９によって加えられる荷重の指令値と実測値との差分を積分して出力する。
【0024】
プレス装置１は、さらに荷重検出部２３、速度検出部２４及び位置検出部２５を備える。
【0025】
荷重検出部２３は、油圧シリンダ９によって加えられる荷重であるシリンダ荷重を検出する。このシリンダ荷重として、例えば、下側油室１１ｂでの油圧と上側油室１１ａでの油圧との差分である差圧を検出してよい。
シリンダ荷重として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。
なお、油圧シリンダ９によって加えられる荷重を示すものであれば、シリンダ荷重としてどのような値を検出してもよい。
シリンダ荷重として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。
なお、油圧シリンダ９によって加えられる荷重を示すものであれば、シリンダ荷重としてどのような値を検出してもよい。
【0026】
速度検出部２４は、油圧シリンダ９の速度であるシリンダ速度を検出する。シリンダ速度として、例えば、枠体１０に対するピストン１２の相対速度を検出してよい。
シリンダ速度として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。
なお、油圧シリンダ９の速度を示すものであれば、シリンダ速度としてどのような値を検出してもよく、油圧シリンダ９の絶対速度でもよいし、スライド７に対する相対速度でもよい。
また、油圧シリンダ９の位置検出を行い、経時的な位置変化からシリンダ速度を求めてもよい。
シリンダ速度として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。
なお、油圧シリンダ９の速度を示すものであれば、シリンダ速度としてどのような値を検出してもよく、油圧シリンダ９の絶対速度でもよいし、スライド７に対する相対速度でもよい。
また、油圧シリンダ９の位置検出を行い、経時的な位置変化からシリンダ速度を求めてもよい。
【0027】
位置検出部２５は、油圧シリンダ９の位置であるシリンダ位置を検出する。このシリンダ位置として、例えば、枠体１０に対するピストン１２の相対位置を検出してよい。言い換えれば、位置検出部２５は、シリンダロッド１５が枠体１０からどの位置まで出ているかを示すシリンダロッド位置を検出してよい。
シリンダ位置として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。
なお、油圧シリンダ９の位置を示すものであれば、シリンダ位置としてどのような値を検出してもよく、油圧シリンダ９の絶対位置などを採用してもよいし、スライド７に対する相対位置でもよい。
シリンダ位置として、センサ類で得られた検出値をそのまま用いてもよく、当該検出値に基づいて演算された値を用いてもよい。
なお、油圧シリンダ９の位置を示すものであれば、シリンダ位置としてどのような値を検出してもよく、油圧シリンダ９の絶対位置などを採用してもよいし、スライド７に対する相対位置でもよい。
【0028】
プレス装置１は、さらに記憶部２６を備える。記憶部２６は、第１マップ２７及び第２マップ２８を記憶する。第１マップ２７は、シリンダ荷重、シリンダ速度及びシリンダ位置と、バルブ開度（すなわち、油圧シリンダ９への油の供給量）とを対応付ける。この第１マップ２７は、プレス運転の前段階においてあらかじめ準備されるデータの集合である。
プレス装置１において、制御部２１は、シリンダ荷重の目標値及び荷重検出部２３により検出されたシリンダ荷重に基づくフィードフォワード制御であって、シリンダ荷重の目標値及び速度検出部２４により検出されたシリンダ速度に対応して記憶部２６の第１マップ２７から読み出された油圧シリンダ９への油の供給量に基づいてフィードフォワード制御を行うことにより、油圧クッション装置８の油圧シリンダ９を制御する。なお、油圧シリンダ９への油の供給量を示すものであれば、バルブ開度に代えて、他の数値を使用してもよい。また、油圧シリンダ９への油の供給量を第１マップ２７から読み出す際には、速度検出部２４により検出されたシリンダ速度の実測値に代えて、シリンダ速度を制御するためのシリンダ速度の指令値に対応した油の供給量を読み出してもよい。
プレス装置１において、制御部２１は、シリンダ荷重の目標値及び荷重検出部２３により検出されたシリンダ荷重に基づくフィードフォワード制御であって、シリンダ荷重の目標値及び速度検出部２４により検出されたシリンダ速度に対応して記憶部２６の第１マップ２７から読み出された油圧シリンダ９への油の供給量に基づいてフィードフォワード制御を行うことにより、油圧クッション装置８の油圧シリンダ９を制御する。なお、油圧シリンダ９への油の供給量を示すものであれば、バルブ開度に代えて、他の数値を使用してもよい。また、油圧シリンダ９への油の供給量を第１マップ２７から読み出す際には、速度検出部２４により検出されたシリンダ速度の実測値に代えて、シリンダ速度を制御するためのシリンダ速度の指令値に対応した油の供給量を読み出してもよい。
【0029】
第２マップ２８は、シリンダ荷重の目標値（目標荷重）及びプレス成形速度と、後述する調整制御における調整制御の実行期間及び荷重調整量（バルブ開度）とを対応付ける。この第２マップ２８は、プレス運転の前段階においてあらかじめ準備されるデータの集合である。
制御部２１は、入力インターフェイスである設定入力部２９が接続されている。シリンダ荷重の目標値とプレス成形速度は、予め、設定入力部２９からその数値が設定入力される。なお、プレス成形速度とは、ワークＷに荷重を加えた状態でスライド７を下降させる際の下降速度を示す。
制御部２１は、入力インターフェイスである設定入力部２９が接続されている。シリンダ荷重の目標値とプレス成形速度は、予め、設定入力部２９からその数値が設定入力される。なお、プレス成形速度とは、ワークＷに荷重を加えた状態でスライド７を下降させる際の下降速度を示す。
【0030】
プレス装置１によるプレス加工を開始する際に、予め、制御部２１は、油圧クッション装置８の油圧シリンダ９に対して、シリンダ位置が加工開始位置となるように位置制御を実行する。そして、スライド７の下降により、油圧クッション装置８に対して検出されたシリンダ荷重が、予め定められた開始荷重に達すると、前述したフィードフィードフォワード制御及びシリンダ荷重の目標値となるようにフィードバック制御を開始する。このような位置制御から荷重制御に切り替えが行われると、切替時にオーバーシュート荷重が発生する。調整制御は、これを抑制するために、位置制御から荷重制御への切り替えから調整制御の実行期間が経過するまでの間、荷重調整量に基づいてシリンダ荷重を調整する。
つまり、制御部２１は、設定入力部２９から設定されたシリンダ荷重の目標値とプレス成形速度の設定値に基づいて、記憶部２６の第２マップ２８から読み出された調整制御の実行期間と荷重調整量に基づいて調整制御を行うことにより、油圧シリンダ９を制御する。
つまり、制御部２１は、設定入力部２９から設定されたシリンダ荷重の目標値とプレス成形速度の設定値に基づいて、記憶部２６の第２マップ２８から読み出された調整制御の実行期間と荷重調整量に基づいて調整制御を行うことにより、油圧シリンダ９を制御する。
【0031】
【0032】
図４に示される制御系では、シリンダ差圧指令値Ｒ（目標値）が入力され、油圧シリンダ９から、シリンダ差圧値ＰＬとシリンダ変位値Ｙ（シリンダロッド位置を示す）とが出力される。この制御系について、入力から出力まで順を追って説明する。なお、以下の説明で用いられる加算器、減算器、乗算器は、独立したハードウェアである必要はなく、例えば１個のマイクロプロセッサ等により実現することができる。また、以下の説明では、シリンダ荷重を示す値としてシリンダ差圧値を用い、シリンダ速度を示す値として枠体１０に対するピストン１２の相対速度である動作速度を用い、シリンダ位置を示す値としてシリンダロッド位置を用いている。ただし、シリンダ荷重、シリンダ速度、シリンダ位置として、上述で説明したような他の値を用いて制御が行われてもよい。
【0033】
まず、減算器３１により、シリンダ差圧指令値Ｒと、シリンダ差圧値ＰＬとの差分が計算される。次に、計算された差分値に基づいてＰＩ制御が行われる。具体的には、乗算器３２により、差分値に、比例ゲインＫＰが乗算されるとともに、積分器２２により、差分値が積分され、その後、積分ゲインＫＩが乗算される。そして、乗算器３２の出力と積分器２２の出力とが加算器３３により加算される。
【0034】
ここで、積分器２２の出力は、制御部２１を介して第１マップ２７にも出力される。制御部２１は、シリンダロッド位置、指令荷重値及び動作速度に基づいて、第１マップ２７からバルブ開度を読み出す。すなわち、制御部２１は、シリンダロッド位置、指令荷重値及び動作速度を第１マップ２７に対して照会し、各条件に対応するバルブ開度を読み出す。
加算器３３の出力と第１マップ２７から読み出されたバルブ開度とは、加算器３４により加算される。
加算器３３の出力と第１マップ２７から読み出されたバルブ開度とは、加算器３４により加算される。
【0035】
さらに、制御部２１は、予め設定されたシリンダ荷重の目標値及びプレス成形速度に基づいて、第２マップ２８から調整制御の実行期間及び荷重調整量（バルブ開度）を読み出す。
加算器３４の出力と第２マップ２８から読み出された荷重調整量（バルブ開度）とは、加算器３５により加算される。
加算器３５の出力は、乗算器３６によりＫａ倍され、開度指令値Ｉとなる。
加算器３４の出力と第２マップ２８から読み出された荷重調整量（バルブ開度）とは、加算器３５により加算される。
加算器３５の出力は、乗算器３６によりＫａ倍され、開度指令値Ｉとなる。
【0036】
サーボバルブ１３は、開度指令値Ｉに基づいてバルブ開度Ｘを調整して、油圧シリンダ９に供給される油の量を調整する。サーボバルブ１３は、二次遅れ系の伝達特性を有する。開度指令値Ｉ及びバルブ開度Ｘをそれぞれサーボバルブ１３の入力及び出力であるとした場合、サーボバルブ１３の伝達関数は、図４に示す通りである。
【0037】
油圧シリンダ９を制御対象として見た場合、油圧シリンダ９は、バルブ開度Ｘを入力とし、シリンダ差圧ＰＬ及びシリンダ変位Ｙを出力とするブロックとみなすことができる。シリンダ差圧は、下金型１６がワークＷに対して加える荷重であるシリンダ荷重に相当する量である。シリンダ変位は、シリンダにおけるピストンの変位を示す量である。
【0038】
以上説明したプレス装置１の制御において、定常状態では、シリンダ差圧指令Ｒとシリンダ差圧の実測値ＰＬとは一致するため、乗算器３２及び積分器２２の出力は０となり、マップ２７から読み出されるバルブ開度がそのまま乗算器３６でＫａ倍されてサーボバルブの開度指令値Ｉとなる。
【0039】
なお、第２マップ２８からの荷重調整量（バルブ開度）の読み出しと加算器３５による加算は、位置制御から荷重制御に切り替えられてから第２マップ２８から読み出された調整制御の実行期間が経過するまでの間だけ実行される。従って、調整制御の実行期間が経過すると、図４に示す制御系から第２マップ２８と加算器３５を除いた制御が実行される。
【0040】
次に、プレス装置１によるプレス加工におけるスライド７及び油圧クッション装置８の動作について図５及び図６に基づいて説明する。図５及び図６は、スライド位置、クッション位置、クッション荷重、クッションバルブ開度の変化を示すタイミングチャートであって、図５は調整制御を実施しない場合を示し、図６は調整制御を実施する場合を示す。
【0041】
プレス加工において、スライド７は、上死点位置から所定の下降速度で下降する。そして、上金型１７が下金型１６上のワークＷに達する前に、スライド７は、予め設定されたプレス成形速度まで速度を落として下死点まで下降を続ける。下死点到達後は、スライド７は、上昇に転じて、上死点まで上昇する。
【0042】
油圧クッション装置８の動作制御は、スライド７のストローク動作と同期的に行われる。
油圧クッション装置８の油圧シリンダ９は、スライド７が上死点に位置する時点で、位置制御により所定の開始高さまでシリンダロッド１５及び下金型１６を上昇させた状態で待機している。
そして、スライド７の下降によりシリンダ荷重が予め定められた開始荷重Ｌｔまで上昇したことが検出されると、位置制御から荷重制御に切り替えられる。
荷重制御は、前述したフィードフォワード制御及びフィードバック制御が実施される。図５において、符号ｂ０はフィードバック制御による制御量を示し、符号ｂ１はフィードフォワード制御による制御量を示している。これにより、油圧シリンダ９は、スライド７と共に下降する上金型１７に対して退避する下降方向に下金型１６を可動させ、シリンダ荷重が目標値Ｌｓを維持するように制御される。
この荷重制御の実施期間は、予め決められており、スライド７が下死点に到達するより幾分早いタイミングで位置制御に切り替えられる。この位置制御により、油圧シリンダ９は、下金型１６を下限位置までより高速で下降させて待機する。
そして、スライド７が上昇に転じて、その上昇速度を低速化させるタイミングで、油圧シリンダ９は、下金型１６の上昇を開始し、当初の開始高さに復帰させる。
油圧クッション装置８の油圧シリンダ９は、スライド７が上死点に位置する時点で、位置制御により所定の開始高さまでシリンダロッド１５及び下金型１６を上昇させた状態で待機している。
そして、スライド７の下降によりシリンダ荷重が予め定められた開始荷重Ｌｔまで上昇したことが検出されると、位置制御から荷重制御に切り替えられる。
荷重制御は、前述したフィードフォワード制御及びフィードバック制御が実施される。図５において、符号ｂ０はフィードバック制御による制御量を示し、符号ｂ１はフィードフォワード制御による制御量を示している。これにより、油圧シリンダ９は、スライド７と共に下降する上金型１７に対して退避する下降方向に下金型１６を可動させ、シリンダ荷重が目標値Ｌｓを維持するように制御される。
この荷重制御の実施期間は、予め決められており、スライド７が下死点に到達するより幾分早いタイミングで位置制御に切り替えられる。この位置制御により、油圧シリンダ９は、下金型１６を下限位置までより高速で下降させて待機する。
そして、スライド７が上昇に転じて、その上昇速度を低速化させるタイミングで、油圧シリンダ９は、下金型１６の上昇を開始し、当初の開始高さに復帰させる。
【0043】
上記油圧クッション装置８の動作制御において、位置制御から荷重制御に切り替えられると、図５に示すように、シリンダ荷重にオーバーシュート荷重Ｖが発生する。プレス装置１は、このオーバーシュート荷重Ｖを油圧クッション装置８の調整制御により抑制している。
調整制御では、オーバーシュート荷重Ｖの発生期間に合わせて一時的に油圧シリンダ９による下降方向に操作量を増やすことにより、荷重増加を抑制する。即ち、調整制御では、図６に示すように、実行期間ｔ１の間、荷重調整量ｂ２に基づいて弁開度を調整する制御を油圧シリンダ９に対して実施する。
調整制御では、オーバーシュート荷重Ｖの発生期間に合わせて一時的に油圧シリンダ９による下降方向に操作量を増やすことにより、荷重増加を抑制する。即ち、調整制御では、図６に示すように、実行期間ｔ１の間、荷重調整量ｂ２に基づいて弁開度を調整する制御を油圧シリンダ９に対して実施する。
【0044】
実行期間ｔ１、荷重調整量ｂ２の決定方法について説明する。
まず、荷重調整量ｂ２をゼロ（調整制御を行わない）状態でワークＷに対するプレス成形を実行する。このときに位置制御から荷重制御に切り替えられたタイミングで発生したオーバーシュート荷重の大きさと時間を計測する。
次に、荷重調整量ｂ２をフィードフォワード制御による操作量（バルブ開度）の10%程度の大きさに設定し、実行期間ｔ１は、計測されたオーバーシュート荷重の発生時間相当を設定する。この状態で再度、ワークＷに対するプレス成形を実行し、荷重調整量ｂ２がゼロの場合のオーバーシュート荷重の特性と比較する。オーバーシュート荷重が許容値以上発生していれば、荷重調整量ｂ２にさらにフィードフォワード制御による操作量の10%程度を加算する。
また、実行期間ｔ１が足りておらず、実行期間ｔ１の経過後にオーバーシュート荷重が発生している場合には、10%程度、実行期間ｔ１を延長する。
これらをオーバーシュート荷重が許容値以下に低減されるまで繰り返すことで実行期間ｔ１、荷重調整量ｂ２を決定する。
まず、荷重調整量ｂ２をゼロ（調整制御を行わない）状態でワークＷに対するプレス成形を実行する。このときに位置制御から荷重制御に切り替えられたタイミングで発生したオーバーシュート荷重の大きさと時間を計測する。
次に、荷重調整量ｂ２をフィードフォワード制御による操作量（バルブ開度）の10%程度の大きさに設定し、実行期間ｔ１は、計測されたオーバーシュート荷重の発生時間相当を設定する。この状態で再度、ワークＷに対するプレス成形を実行し、荷重調整量ｂ２がゼロの場合のオーバーシュート荷重の特性と比較する。オーバーシュート荷重が許容値以上発生していれば、荷重調整量ｂ２にさらにフィードフォワード制御による操作量の10%程度を加算する。
また、実行期間ｔ１が足りておらず、実行期間ｔ１の経過後にオーバーシュート荷重が発生している場合には、10%程度、実行期間ｔ１を延長する。
これらをオーバーシュート荷重が許容値以下に低減されるまで繰り返すことで実行期間ｔ１、荷重調整量ｂ２を決定する。
【0045】
また、前述した第２マップ２８では、シリンダ荷重の目標値（目標荷重）及びプレス成形速度に対応付けて調整制御の実行期間及び荷重調整量（バルブ開度）を定めている。このため、シリンダ荷重の目標値（目標荷重）を一定の数値範囲で区分し、当該各区分について、プレス成形速度について一定の数値間隔ごとに変化させて、それぞれ、上記手法によって、適正な実行期間ｔ１、荷重調整量ｂ２を決定することで、第２マップ２８を作成する。
【0046】
［発明の実施形態の技術的効果］
上記プレス装置１は、油圧クッション装置８を制御する制御部２１が、荷重制御であるフィードバック制御及びフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間ｔ１を定めて、油圧クッション装置８の油圧シリンダ９による荷重を荷重調整量ｂ２に基づいて調整する調整制御を行っている。
このため、調整制御により、荷重制御を開始する際に発生するオーバーシュート荷重を効果的に抑制することが可能となる。
また、実行期間ｔ１を定めて調整制御を行っているので、目標荷重を維持するために本来的に行われるフィードバック制御及びフィードフィードフォワード制御に対する調整制御の影響を最小限に押さえることが可能となる。
上記プレス装置１は、油圧クッション装置８を制御する制御部２１が、荷重制御であるフィードバック制御及びフィードフィードフォワード制御を開始すると共に、当該開始からの実行期間ｔ１を定めて、油圧クッション装置８の油圧シリンダ９による荷重を荷重調整量ｂ２に基づいて調整する調整制御を行っている。
このため、調整制御により、荷重制御を開始する際に発生するオーバーシュート荷重を効果的に抑制することが可能となる。
また、実行期間ｔ１を定めて調整制御を行っているので、目標荷重を維持するために本来的に行われるフィードバック制御及びフィードフィードフォワード制御に対する調整制御の影響を最小限に押さえることが可能となる。
【0047】
また、上記調整制御は、油圧クッション装置８による荷重を低下させる制御であるため、シリンダ荷重を増加させるオーバーシュート荷重を効果的に抑制することが可能となる。
【0048】
また、制御部２１は、荷重検出部２３の検出荷重が開始荷重Ｌｔに達するまでは油圧クッション装置８の位置制御を行い、開始荷重Ｌｔに達すると荷重制御であるフィードバック制御及びフィードフィードフォワード制御に切り替えている。
このため、下金型１６を適正な位置に待機した状態でプレス成形を開始することができ、成形品質の均一化を図ることが可能となる。
このため、下金型１６を適正な位置に待機した状態でプレス成形を開始することができ、成形品質の均一化を図ることが可能となる。
【0049】
また、油圧クッション装置８は、下金型１６の上金型１７に対する対向側とは反対側に設けられているので、下金型１６の上金型１７とが接近してプレス動作を行う場合に、下金型１６を可動させることでクッション荷重を容易且つ適正に制御することが可能となる。
【0050】
また、油圧クッション装置８は、プレス成形速度と目標荷重を設定する設定入力部２９を備え、制御部２１は、プレス成形速度と目標荷重とに基づいて第２マップ２８により調整制御の実行期間及び荷重調整量を決定することができるので、任意のプレス成形速度及び任意の目標荷重を設定して、オーバーシュート荷重を効果的に抑制することが可能となる。
【0051】
［その他］
制御部２１により行われる調整制御について、実行期間ｔ１の間、油圧シリンダ９の操作量に荷重調整量ｂ２を加える場合を例示したが、油圧シリンダ９の操作量を適正に調整可能であればこれに限定されない。例えば、荷重調整量ｂ２として、油圧シリンダ９の操作量に乗算する倍率値を設定しても良い。
また、上記実施形態では、制御部２１がフィードバック制御とフィードフォワード制御の双方を行うことを例示したが、これに限定されず、制御部２１がフィードバック制御を伴わずにフィードフォワード制御を実行しても良い。
制御部２１により行われる調整制御について、実行期間ｔ１の間、油圧シリンダ９の操作量に荷重調整量ｂ２を加える場合を例示したが、油圧シリンダ９の操作量を適正に調整可能であればこれに限定されない。例えば、荷重調整量ｂ２として、油圧シリンダ９の操作量に乗算する倍率値を設定しても良い。
また、上記実施形態では、制御部２１がフィードバック制御とフィードフォワード制御の双方を行うことを例示したが、これに限定されず、制御部２１がフィードバック制御を伴わずにフィードフォワード制御を実行しても良い。
【符号の説明】
【0052】
１ プレス装置
２ フレーム
３ ベッド
７ スライド
８ 油圧クッション装置
９ 油圧シリンダ
１２ ピストン
１３，１３ａ，１３ｂ サーボバルブ
１５ シリンダロッド
１６ 下金型（第１金型）
１７ 上金型（第２金型）
２１ 制御部
２３ 荷重検出部
２４ 速度検出部
２５ 位置検出部
２６ 記憶部
２７ 第１マップ
２８ 第２マップ
２９ 設定入力部
Ｌｓ 目標値
Ｌｔ 開始荷重
ＰＬ シリンダ差圧値
Ｒ シリンダ差圧指令値
Ｖ オーバーシュート荷重
Ｗ ワーク（被成形品）
ｂ２ 荷重調整量
ｔ１ 実行期間
２ フレーム
３ ベッド
７ スライド
８ 油圧クッション装置
９ 油圧シリンダ
１２ ピストン
１３，１３ａ，１３ｂ サーボバルブ
１５ シリンダロッド
１６ 下金型（第１金型）
１７ 上金型（第２金型）
２１ 制御部
２３ 荷重検出部
２４ 速度検出部
２５ 位置検出部
２６ 記憶部
２７ 第１マップ
２８ 第２マップ
２９ 設定入力部
Ｌｓ 目標値
Ｌｔ 開始荷重
ＰＬ シリンダ差圧値
Ｒ シリンダ差圧指令値
Ｖ オーバーシュート荷重
Ｗ ワーク（被成形品）
ｂ２ 荷重調整量
ｔ１ 実行期間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】