专利名称：模具缓冲机构及其控制装置和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种模具缓冲机构及其控制装置和控制方法。
背景技术：
就进行弯曲、拉深、冲裁等冲压加工的冲压机械而言，作为加工动作中、从支撑第2模具的支撑部件(一般称为垫子)侧对支撑用于冲压加工的第1模具的可动侧支撑部件(一般称为滑块)施加所需力(压力)的附属装置，已知的有装配模具缓冲机构。模具缓冲机构通常构成为在使向合模方向移动中的滑块(或第1模具)直接或间接冲撞以规定压力保持的可动要素(一般称为缓冲垫)之后，缓冲垫边向滑块施加力(压力)边与滑块一起移动，直到经过合模(成型)到达开模为止。其间，可通过例如在缓冲垫与滑块之间夹持被加工原料的加工部位的周边区域，防止被加工原料发生褶皱。
为了使利用模具缓冲机构的冲压加工的精度提高，要求缓冲垫在与滑块一起移动期间，向滑块稳定施加指示的力(压力)。但是，现有的模具缓冲机构多将气-液装置作为驱动源，一般难以响应滑块的冲撞等外因产生的剧烈压力变动，将对滑块的力(压力)可变地控制为指令值。因此，近年来，为了可进行响应性好的力控制，开发有将伺服电机作为驱动源的模具缓冲机构。
例如，特开平10-202327号公报(JP-A-10-202327)公开了具有如下构成的模具缓冲机构，该模具缓冲机构对应于滑块的升降动作，利用伺服电机使设置于冲压机械的滑块下方的缓冲垫进行升降动作。在滑块下降(即加工动作)期间，伺服电机在滑块向缓冲垫施加冲撞力之前，通过基于缓冲垫的位置指令值的位置控制进行动作，将缓冲垫定位在规定的待机位置上。另外，在滑块向缓冲垫施加冲撞力之后，伺服电机通过基于对应于缓冲垫的位置而预先确定的力指令值的力控制进行动作，边使缓冲垫与滑块一起移动，边调整缓冲垫施加于滑块上的力(压力)。另外，通过检测经缓冲垫施加于伺服电机的输出轴上的负荷来探测冲撞及压力。
如上所述，在现有的伺服电机驱动的模具缓冲机构中，当滑块向缓冲垫施加冲撞力时，通过将伺服电机的控制方式从位置控制切换到力控制，适当化缓冲垫施加于滑块上的力(压力)。但是，仅通过控制方式的这种单纯切换，难以迅速响应冲撞时的冲击产生的大的压力变动，适当控制缓冲垫的力(压力)。
例如，在进行力控制的情况下，因为最终控制伺服电机的速度或力矩，所以起因于在力控制的执行中(即缓冲垫的移动中)产生的伺服电机的速度反馈值，从而始终要求对伺服电机的速度指令。因此，需要利用积分器等补偿器来保持速度指令。但是，因为积分器的响应一般较慢，所以有时难以保持跟踪于冲撞时的剧烈力的变化的适当速度指令。在这种情况下，担心在刚刚冲撞后力的过冲变大。另外，在从位置控制切换到力控制时，通常在将力控制的力指令值预先保持在一定值的状态下切换，所以与执行步进状的力指令时一样，力偏差(即力指令值(目标值)与力反馈值(检测值)之差)大的刚刚切换后的时间让使力增加的指令继续发出，结果，具有冲撞后的力指令值变得过大的倾向。这样，现有的模具缓冲机构中的伺服电机的力控制具有力的过冲易变大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种就将伺服电机作为驱动源来产生对冲压机械的滑块的力的模具缓冲机构的控制装置而言，解决执行力控制时的上述各问题点、并可以高的响应性适当地使模具缓冲机构产生要求的力的控制装置。
本发明的另一目的在于就组装在冲压机械中的模具缓冲机构而言、可以高的控制响应性来适当产生要求的力的模具缓冲机构。
本发明的再一目的在于提供一种就将伺服电机作为驱动源来产生对冲压机械的滑块的力的模具缓冲机构的控制方法而言，解决执行力控制时的上述各问题点、并可以高的响应性适当地使模具缓冲机构产生要求的力的控制方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种控制装置，控制将伺服电机作为驱动源、产生对冲压机械的滑块的力的模具缓冲机构，具备力指令部，指令使模具缓冲机构产生的力；力检测部，检测模具缓冲机构产生的力；电机速度检测部，检测伺服电机的动作速度；滑块速度检测部，检测滑块的移动速度；和力控制部，根据力指令部指令的力指令值、力检测部检测的力检测值、电机速度检测部检测的电机速度检测值和滑块速度检测部检测的滑块速度检测值，执行对伺服电机的力控制。
在上述控制装置中，力控制部具备速度计算部，从力指令值和力检测值算出指令给伺服电机的速度指令值；和速度控制部，使用滑块速度检测值来修正速度计算部算出的速度指令值，根据修正的速度指令值与电机速度检测值，控制伺服电机的动作速度。
另外，力指令部可具备设定力指令值的上升时间常数的时间常数设定部。此时，力控制部具备根据滑块速度检测部检测出的滑块速度检测值调整由时间常数设定部设定的上升时间常数的时间常数调整部，根据包含调整的上升时间常数的力指令值，执行力控制。
另外，力控制部可具备速度控制部，在滑块移动中、即模具缓冲机构产生力之前，执行使伺服电机启动的预备加速控制。此时，控制装置还可具备速度指令部，向速度控制部指令用于预备加速控制的预备速度指令值，速度控制部可根据滑块速度检测部检测出的滑块速度检测值，调整速度指令部指令的预备速度指令值。
本发明还提供一种组装在冲压机械中的模具缓冲机构，具备对应于滑块的动作而移动的缓冲垫；驱动缓冲垫的伺服电机；和控制伺服电机、使缓冲垫与滑块之间产生相关的压力的控制装置，控制装置由上述控制装置构成。
本发明还提供一种控制方法，控制将伺服电机作为驱动源、产生对冲压机械的滑块的力的模具缓冲机构的，包含求出使模具缓冲机构产生的力的指令值；求出模具缓冲机构产生的力的检测值；求出伺服电机的动作速度的检测值；求出滑块的移动速度的检测值；和根据力的指令值、力的检测值、动作速度的检测值和移动速度的检测值，执行对伺服电机的力控制。
本发明的上述和其它目的、特征和优点通过关联于附图的以下最佳实施方式的说明变得更加清楚。附图中，图1是表示本发明的模具缓冲机构的控制装置的基本构成的框图，
图2是以模式图来表示具备图1的控制装置的本发明的一实施方式的模具缓冲机构的图，图3是表示本发明第1实施方式的控制装置的框图，图4是表示本发明第2实施方式的控制装置的框图，图5是表示变型例的控制装置的框图，和图6是表示本发明第3实施方式的控制装置的框图。
具体实施例方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图中，对相同或类似的构成要素标注相同的参照符号。
参照附图，图1是表示本发明的控制装置10的基本构成的框图，图2是表示具备控制装置10的本发明的一实施方式的模具缓冲机构12的基本构成的模式图。
如图1和图2所示，本发明的控制装置10是将伺服电机14作为驱动源、产生针对冲压机械的滑块16的力的模具缓冲机构12的控制装置10，具备力指令部18，指令使模具缓冲机构12产生的力F；力检测部20，检测模具缓冲机构12产生的力F；电机速度检测部22，检测伺服电机14的动作速度R；滑块速度检测部24，检测滑块16的移动速度V；和力控制部26，根据力指令部18指令的力指令值C1、力检测部20检测的力检测值D1、电机速度检测部22检测的电机速度检测值D2、和滑块速度检测部24检测的滑块速度检测值D3，执行对伺服电机14的力控制。
另外，本发明一实施方式的模具缓冲机构12是组装在冲压机械中的附属装置，具备对应于滑块16的动作而移动的缓冲垫28；驱动缓冲垫28的伺服电机14；和控制伺服电机14、在缓冲垫28与滑块16之间产生相关压力(即力F)的控制装置10。滑块16支撑用于冲压加工的第1模具(未图示)，相对于支撑于未图示的垫子上的第2模具(未图示)，以冲压加工所要求的速度向接近或离开的方向移动。缓冲垫28关联于第2模具来配置，经滚珠丝杠30和皮带/滑轮装置32，连接于伺服电机14的输出轴上。滑块16(或第1模具)在向合模方向移动期间，直接或间接冲撞在规定位置上待机的缓冲垫28。另外，通常在经过合模(成型)到达开模之前，缓冲垫28边向滑块16施加所需的力(压力)F，边与滑块16一起移动。另外，力检测部20具有公知的力传感器，电机速度检测部22具有公知的编码器，滑块速度检测部24具有公知的线性刻度。
具有上述构成的控制装置10可通过基于力指令值C1、力检测值D1、电机速度检测值D2和滑块速度检测值D3的力控制，使伺服电机14动作，从而使缓冲垫28移动。在该构成中，通过将关联于缓冲垫28进行动作的滑块16的速度反馈值(即滑块速度检测值D3)用于力控制中，可解决在力控制的执行中(即缓冲垫28的移动中)，起因于伺服电机14的速度反馈值(即电机速度检测值D2)，已述的现有力控制中的力指令值变得过大的问题。即，通过力控制部26共享冲压加工时彼此协调动作的滑块16与缓冲垫28双方的信息(尤其是速度信息)，可改善协调动作的顺应性。从而，根据控制装置10，可以高的响应性来使模具缓冲机构12适当地产生冲压加工所需的力F。
另外，组装在冲压机械中的模具缓冲机构12可以高的控制响应性来适当生成要求的力F。另外，就已述JP-A-10-202327中记载的、滑块16冲撞缓冲垫28前后通过位置控制与力控制来切换伺服电机14的控制模式的构成而言，控制装置10产生的这种作用效果在能解决切换后的力控制的问题上是有效的。但是，不限于此，与以前的将气-液装置设为驱动源的模具缓冲机构一样，就不进行位置控制而仅通过力控制来使伺服电机14动作的构成而言，控制装置10起到特别的作用效果。
若将上述控制装置10的构成作为控制方法记述的话，则该控制方法具有如下步骤求出使模具缓冲机构12产生的力F的指令值C1；检测模具缓冲机构12产生的力F的检测值D1；求出伺服电机14的动作速度R的检测值D2；求出滑块16的移动速度V的检测值D3；和根据力F的指令值C1、力F的检测值D1、动作速度R的检测值D2、和移动速度V的检测值D3，执行对伺服电机14的力控制。通过执行这种控制方法，实现上述特别的作用效果。
下面，作为本发明的几个最佳实施方式，将滑块速度检测值D3用作力控制中的反馈值的更具体的构成。另外，任一实施方式都具有上述控制装置10的基本构成，所以对对应的构成要素标注共同的参照符号，省略其说明。
图3所示第1实施方式的控制装置10中，力控制部26具备速度计算部34，根据力指令值C1和力检测值D1，算出指令给伺服电机14的速度指令值C2；和速度控制部36，使用滑块速度检测值D3来修正速度计算部34算出的速度指令值C2，同时，根据修正的速度指令值与电机速度检测值D2(即从修正后的速度指令值中减去伺服电机14的动作速度反馈值)，控制伺服电机14的动作速度R。因此，力控制部26通过控制伺服电机14的动作速度R，执行力控制。这里，速度控制部36通过将滑块速度检测值D3与速度计算部34算出的速度指令值C2相加，有利于修正速度指令值C2。
根据这种构成，就力控制的速度环而言，通过将滑块速度检测值D3用于速度指令值的修正，可降低电机速度检测值D2的影响。由此，可有效削减力控制中的力的过冲。尤其是若利用滑块速度检测值D3的相加来修正速度指令值，则可迅速且适当地修正刚刚冲撞后的速度指令值，同时，可在稳定时使模具缓冲机构正确地追踪于滑块来移动。因此，可执行使力偏差尽量快地变为零的响应性高的力控制。该控制方法在滑块16冲撞缓冲垫28之后的、缓冲垫28的移动速度v(图2)与滑块16的移动速度V相同的状态下特别有效。
在图4所示的第2实施方式的控制装置10中，力指令部18具备设定力指令值C1的上升时间常数T的时间常数设定部38。另外，力控制部26具备时间常数调整部40，根据滑块速度检测部24检测出的滑块速度检测值D3，调整由时间常数设定部38设定的上升时间常数T。因此，力控制部26根据包含时间常数调整部40调整的上升时间常数T的力指令值C1，执行力控制。
若根据包含期望的上升时间常数T的指令值C1而不是根据步进状的力指令来执行力控制，则控制初期的力偏差减少，所以可有效削减力的过冲。并且，在上述构成中，因为根据滑块速度检测值D3来调整上升时间常数T，所以可根据相应于滑块16的实际移动速度V的最适合的上升的力指令值C1来执行稳定的力控制。
模具缓冲机构12为了减轻滑块16冲撞缓冲垫28(图2)时的冲撞力，可构成为在就要冲撞前使缓冲垫28执行预备加速动作(即助走动作)。在这种构成中，上述第2实施方式的上升时间常数的调整方法也可实现极有用的作用效果。
在该构成中。如图5的变型例所示，力控制部26具备速度控制部42，在滑块16移动中、即模具缓冲机构12产生力F之前，执行使伺服电机14启动的预备加速控制。另外，时间常数调整部40在速度控制部42执行预备加速控制期间，根据电机速度检测部22检测出的电机速度检测值D2与滑块速度检测部24检测出的滑块速度检测值D3，调整上升时间常数T。由此，在缓冲垫28预备加速动作期间，可根据相应于滑块16和缓冲垫28的实际移动速度V、v的最适合的上升的力指令值C1，执行稳定的力控制。
在上述第2实施方式中，时间常数调整部40根据电机速度检测值D2与滑块速度检测值D3的差(D3-D2)来调整上升时间常数T是有利的。由此，可使用相应于滑块16与缓冲垫28的相对移动速度的最适合的上升的力指令值C1。此时，最好是时间常数调整部40进行如下调整，即，电机速度检测值D2与滑块速度检测值D3的差(D3-D2)越大，将上升时间常数T调整得越小。由此，可更迅速缓和滑块16冲撞缓冲垫28时的大的冲撞力，得到所需的力F。另外，在进行预备加速控制的情况下，电机速度检测值D2＝0。
图6所示的第3实施方式的控制装置10就在就要冲撞前让缓冲垫28执行预备加速动作的构成而言特别有效。在本实施方式中，控制装置10还具备速度指令部44，将上述预备加速控制中所用的预备速度指令值C3指令给力控制部26的速度控制部42。于是，速度控制部42根据滑块速度检测部24检测出的滑块速度检测值D3，调整速度指令部42指令的预备速度指令值C3。由此，在缓冲垫28预备加速动作时，可以相应于滑块16的实际移动速度V的最适合的预备速度v来使伺服电机14启动。
在上述第3实施方式中，速度控制部42使预备速度指令值C3与滑块速度检测值D3成正比地进行调整是有利的。由此，可以正确对应于滑块16的实际移动速度V的预备速度v来使伺服电机14启动。
另外，关联于第2和第3实施方式说明的预备加速控制一般通过基于指令缓冲垫28的位置(即伺服电机14的动作位置)的位置指令值的位置控制来进行。即，伺服电机14在缓冲垫28预备加速期间(即滑块16冲撞缓冲垫28之前)通过位置控制动作，在滑块16冲撞缓冲垫28之后，切换到力控制来动作。此时，在上述各实施方式中，设置在力控制部26中的预备加速控制用速度控制部42实际上执行位置控制模式下的电机速度控制。因此，第3实施方式中速度指令部44指令的预备速度指令值C3是在位置控制的最终阶段得到的速度指令值。
但是，在预备加速控制时，通过不执行这种位置控制地直接将预备速度指令值C3输入速度控制部42，也可执行力控制部26的本来的力控制模式下的电机速度控制。此时，只要利用接近传感器等来检测滑块16向缓冲垫28的接近，以规定定时开始基于力控制的预备加速控制即可。
上述第1～第3实施方式的构成分别单独实现特别的作用效果，但应该理解，通过组合几个实施方式来采用，可实现进一步显著的作用效果。
以上关联于最佳实施方式来说明了本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离后述的权利要求的公开范围的情况下，可进行各种修正和变更。
权利要求
1.一种控制装置(10)，控制将伺服电机(14)作为驱动源、产生对冲压机械的滑块(16)的力的模具缓冲机构(12)，其特征在于，具备力指令部(18)，指令使所述模具缓冲机构产生的力；力检测部(20)，检测所述模具缓冲机构产生的力；电机速度检测部(22)，检测所述伺服电机的动作速度；滑块速度检测部(24)，检测所述滑块的移动速度；和力控制部(26)，根据所述力指令部指令的力指令值(C1)、所述力检测部检测的力检测值(D1)、所述电机速度检测部检测的电机速度检测值(D2)和所述滑块速度检测部检测的滑块速度检测值(D3)执行对所述伺服电机的力控制。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述力控制部具备速度计算部(34)，从所述力指令值和所述力检测值算出指令给所述伺服电机的速度指令值(C2)；和速度控制部(36)，使用所述滑块速度检测值来修正该速度计算部算出的该速度指令值，根据该修正的速度指令值与所述电机速度检测值控制所述伺服电机的所述动作速度。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述速度控制部通过将所述滑块速度检测值与所述速度计算部算出的所述速度指令值相加，修正该速度指令值。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述力指令部具备设定所述力指令值的上升时间常数(T)的时间常数设定部(38)，所述力控制部具备根据所述滑块速度检测部检测的所述滑块速度检测值调整由该时间常数设定部设定的该上升时间常数的时间常数调整部(40)，根据包含调整的该上升时间常数的所述力指令值，执行所述力控制。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述力控制部具备在所述滑块移动中、即所述模具缓冲机构产生所述力之前执行使所述伺服电机启动的预备加速控制的速度控制部(42)，所述时间常数调整部在该速度控制部执行该预备加速控制期间，根据所述电机速度检测部检测的所述电机速度检测值与所述滑块速度检测部检测的所述滑块速度检测值，调整所述上升时间常数。
6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述时间常数调整部根据所述电机速度检测值与所述滑块速度检测值的差，调整所述上升时间常数。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述时间常数调整部如下进行调整所述电机速度检测值与所述滑块速度检测值的所述差越大，使所述上升时间常数越小。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的控制装置，其特征在于，所述力控制部具备在所述滑块的移动中、即所述模具缓冲机构产生所述力之前执行使所述伺服电机启动的预备加速控制的速度控制部(42)，所述控制装置还具备向该速度控制部指令用于该预备加速控制的预备速度指令值(C3)的速度指令部(44)，该速度控制部根据所述滑块速度检测部检测的所述滑块速度检测值，调整该速度指令部指令的该预备速度指令值。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述速度控制部使所述预备速度指令值与所述滑块速度检测值成正比地进行调整。
10.一种模具缓冲机构，具备对应于滑块(16)的动作而移动的缓冲垫(28)；驱动该缓冲垫的伺服电机(14)；和控制该伺服电机，使该缓冲垫与该滑块之间产生相关的压力的控制装置(10)，该模具缓冲机构组装在冲压机械中，其特征在于，所述控制装置由权利要求1所述的控制装置构成。
11.一种控制方法，控制将伺服电机(14)作为驱动源、产生对冲压机械的滑块(16)的力的模具缓冲机构(12)，其特征在于，包含求出使所述模具缓冲机构产生的力(F)的指令值(C1)的步骤；求出所述模具缓冲机构产生的力的检测值(D1)的步骤；求出所述伺服电机的动作速度的检测值(D2)的步骤；求出所述滑块的移动速度的检测值(D3)的步骤；和根据所述力的指令值、所述力的检测值、所述动作速度的检测值及所述移动速度的检测值执行对所述伺服电机的力控制的步骤。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，执行所述力控制的步骤包含从所述力的指令值和所述力的检测值算出指令给所述伺服电机的速度的指令值(C2)的步骤；使用所述移动速度的检测值来修正该速度的指令值的步骤；和根据该修正的速度指令值与所述动作速度的检测值控制所述伺服电机的所述动作速度的步骤。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其特征在于，通过将所述移动速度的检测值与所述算出的速度的指令值相加，修正该速度的指令值。
14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，执行所述力控制的步骤包含设定所述力的指令值的上升时间常数(T)的步骤；和根据所述移动速度的检测值调整该上升时间常数的步骤，根据包含调整的该上升时间常数的所述力的指令值，执行所述力控制。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，在所述滑块移动中、即所述模具缓冲机构产生所述力之前执行使所述伺服电机启动的预备加速控制，同时，在该预备加速控制期间，根据所述动作速度的检测值与所述移动速度的检测值调整所述上升时间常数。
16.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，根据所述动作速度的检测值与所述移动速度的检测值的差调整所述上升时间常数。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，所述动作速度的检测值与所述移动速度的检测值的所述差越大、使所述上升时间常数越小地进行调整。
18.根据权利要求11～17中任意一项所述的控制方法，其特征在于，还包含在所述滑块的移动中、即所述模具缓冲机构产生所述力之前执行使所述伺服电机启动的预备加速控制，同时，在该预备加速控制期间，根据所述移动速度的检测值调整用于该预备加速控制的预备速度的指令值(C3)的步骤。
19.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，使所述预备速度的指令值与所述移动速度的检测值成正比地进行调整。
全文摘要
一种控制装置，控制将伺服电机作为驱动源、产生对冲压机械的滑块的力的模具缓冲机构。该控制装置具备力指令部，指令使模具缓冲机构产生的力；力检测部，检测模具缓冲机构产生的力；电机速度检测部，检测伺服电机的动作速度；滑块速度检测部，检测滑块的移动速度；和力控制部，根据力指令部指令的力指令值、力检测部检测的力检测值、电机速度检测部检测的电机速度检测值和滑块速度检测部检测的滑块速度检测值，执行对伺服电机的力控制。另外，公开了一种组装在冲压机械中的模具缓冲机构，具备对应于滑块的动作而移动的缓冲垫；驱动缓冲垫的伺服电机；和控制伺服电机、使缓冲垫与滑块之间产生相关的压力的控制装置，控制装置由上述控制装置构成。
文档编号B21D55/00GK1768976SQ20051011551
公开日2006年5月10日 申请日期2005年11月4日 优先权日2004年11月4日
发明者岩下平辅, 置田肇, 河村宏之, 猪饲聪史 申请人:发那科株式会社