专利名称：模具缓冲机构控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及冲压机的模具缓冲机构的控制装置。
背景技术：
在冲压机，通过冲压轴把金属板材夹在模具时，为了防止给金属板材急剧施加压力、缓和对金属板材上施加的压力的变换，使用模具缓冲机构装置。
以前这种模具缓冲机构装置使用液压或者气压进行压力控制。安装在冲压机的冲压轴上的上模下降后和金属板材碰撞，之后，模具缓冲机构装置的控制装置进行压力控制。但是，在使用液压或者气压的模具缓冲机构控制中，从提供控制信号到应答为止，在时间上有延迟，对金属板材不产生冲压开始时的基于冲击的冲击压力地控制是困难的。
于是，为了消除该缺点，在特开平10-202327号公报中提出模具缓冲机构装置，其设置使模具缓冲机构升降的伺服电动机，通过该伺服电动机切换到缓冲行程的位置控制和基于电流转矩控制的压力控制后使用。
在所述专利文献中，通过检测驱动模具缓冲垫的伺服电动机的电流值的变化，检测上模与模具缓冲机构装置的缓冲垫接触的接触点。所以，存在从位置控制到压力控制的切换被耽误、无法减轻与缓冲垫接触时的冲击的问题。在进行位置控制时，驱动模具缓冲垫的伺服电动机将模具缓冲垫保持在规定位置，上模和该模具缓冲垫碰撞并且要被按下去。
但是，伺服电动机要保持被指令的保持位置，增大驱动电流、增大输出转矩。即使检测到该驱动电流的增大，向压力控制切换，由于已经发生了碰撞、压力在增大，因此会对要冲压的金属板材产生影响。
另外，模具缓冲机构从将模具缓冲机构保持在规定位置的位置控制被切换到压力控制、从该压力控制被切换到位置控制，但是在从压力控制切换到位置控制时，在压力控制中积累的位置偏差量在复归到位置控制时，由于该位置偏差量急剧地驱动伺服电动机，存在发生冲击的问题。
发明内容
本发明涉及通过驱动安装了模具的冲压轴控制其模具对放置在模具缓冲机构部件上的工件所施加的压力的模具缓冲机构控制装置。
在本发明的模具缓冲机构控制装置的第一方式中，包括使模具缓冲机构部件升降的模具缓冲机构用伺服电动机、控制所述模具缓冲机构用伺服电动机的模具缓冲机构控制单元和安装在冲压轴的位置检测器。并且，所述模具缓冲机构控制单元根据由所述位置检测器检测到的所述冲压轴的位置，将所述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制。
在本发明的模具缓冲机构控制装置的第二方式中，包括驱动冲压轴的冲压轴用伺服电动机、使模具缓冲机构部件升降的模具缓冲机构用伺服电动机、控制所述冲压轴用伺服电动机和所述模具缓冲机构用伺服电动机的控制单元。并且，根据由所述控制单元向冲压轴指令的指令位置，将所述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制。
在该方式的模具缓冲机构控制装置中，代替由所述控制单元向冲压轴指令的指令位置，可以根据用于通过上述控制单元进行的冲压轴的位置反馈控制的反馈位置，将所述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制。
在本发明的模具缓冲机构控制装置的第三方式中，包括驱动冲压轴的冲压轴驱动单元、使模具缓冲机构部件升降的模具缓冲机构用伺服电动机、控制所述模具缓冲机构用伺服电动机的模具缓冲机构控制单元和安装在冲压轴的位置检测器。并且，所述模具缓冲机构控制单元根据由所述位置检测器检测到的所述冲压轴的位置，将所述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制的同时，还控制所述冲压轴驱动单元。
在所述第一～第三方式的模具缓冲机构控制装置中，控制所述模具缓冲机构用伺服电动机的控制单元可以包括在从压力控制切换到位置控制的时候，输出由所述控制单元内的伺服控制部中的位置闭环控制部消除存储的指令位置和检测位置间的差的位置偏差的指令的单元。
通过本发明的模具缓冲机构控制装置，可以减少从位置控制切换到压力控制时的延迟，减轻模具接触金属板材时的冲击。进一步，从压力控制复归到位置控制时，由于清除在压力控制中积累的位置偏差后开始进行位置控制，因此在向位置控制复归时不发生快速加速的情况并且可以防止发生冲击。
本发明的上述的以及其他目的和特征，通过参照附图的下面的实施例的说明更加明确。图中图1A是说明利用本发明的第一实施方式的模具缓冲机构控制装置控制冲压机的动作的概略图。
图1B是说明在图1A所示的冲压动作中的冲压轴的位置和模具缓冲机构的位置控制、压力控制的切换的图。
图2是图1A所示的模具缓冲机构控制装置的控制系统和冲压轴控制装置的控制系统的框图。
图3A是说明利用本发明的第二实施方式的模具缓冲机构控制装置控制冲压机的动作的概略图。
图3B是说明在图3A所示的冲压动作中的冲压轴的位置和模具缓冲机构的位置控制、压力控制的切换的图。
图4是图3A所示的模具缓冲机构控制装置的伺服控制系统的框图。
图5A是说明利用本发明的第三实施方式的模具缓冲机构控制装置控制冲压机的动作的概略图。
图5B是说明在图5A所示的冲压动作中的冲压轴的位置和模具缓冲机构的位置控制、压力控制的切换的图。
图6是图5A所示的模具缓冲机构控制装置的伺服控制系统的框图。
具体实施例方式
图1A是说明利用本发明的第一实施方式的模具缓冲机构控制装置控制冲压机的动作的概略图。模具的下模2固定在冲压机的底座上，上模1正对着该下模2，固定在冲压轴上。
冲压轴控制装置4驱动冲压轴用电动机Mp，向图中的上下方向驱动固定在冲压轴上的上模1。安装了该上模1的冲压轴的驱动和传统的一样，可以通过夹具机构进行，还可以利用液压或气压来进行，进而还可以是如后述的基于伺服电动机的位置控制的驱动，只要用一定的模式驱动夹具轴(上模1)并使它上下移动就可以。
在下模2侧设置了多个模具缓冲机构部件6，该模具缓冲机构部件6由各自的伺服电动机Md驱动在图中的上下方向。模具缓冲机构部件6和模具缓冲机构用伺服电动机Md在图1A中所示的例子中，是表示了设置2组的例子，但是还可以设置3组、4组或多个组，或者是将多个模具缓冲机构部件6连接成一体，用一个模具缓冲机构用伺服电动机来驱动也可以。
该模具缓冲机构用伺服电动机Md是由模具缓冲机构控制装置5来驱动控制。
另外，设置了检测上模1的位置即冲压轴的位置的位置检测器7，该位置检测器7的输出被输入到模具缓冲机构控制装置5中。在图1所示的实施方式中表示直线型位置检测器7的例子，但是在驱动冲压轴的电动机轴等安装旋转型检测器也可以。
要进行冲压加工的金属板材3被放置在模具缓冲机构部件6上，配置在下模2的上面。
图1B是说明在图1A所示的冲压动作中的冲压轴(上模1)的位置和模具缓冲机构的位置控制、压力控制的切换的图。横轴表示时间，纵轴表示冲压轴的位置即用位置检测器7检测的上模1的位置。如该图1B所示，冲压轴以一定的模式被驱动。
模具缓冲机构控制装置5实施将模具缓冲机构部件6保持在规定位置的位置控制，放置在模具缓冲机构部件6上的金属板材3被保持在规定位置。于是，驱动冲压轴，上模1下降，当位置检测器7检测到上模1到达接触到放置在模具缓冲机构部件6上的金属板材3的位置时，模具缓冲机构控制装置5从位置控制切换到压力控制后进行一定压力或者规定压力模式的压力控制。之后，冲压轴上升，当位置检测器7检测到上模1上升到规定位置时，模具缓冲机构控制装置5从压力控制切换到位置控制，使模具缓冲机构部件移动至规定位置，并保持在该位置上。反复进行该动作，进行对金属板材的冲压加工。
图2是图1A所示的模具缓冲机构控制装置5的控制系统和冲压轴控制装置4的控制系统的框图。
模具缓冲机构控制装置5由数值控制部10和伺服控制部11构成。伺服控制部11由构成位置闭环控制部的误差计数器12、位置闭环增益Kp的项13、速度控制部14和电流控制部15构成。这些结构与传统的伺服控制部的结构没有差异，但是在本实施方式中，在速度控制部14和电流控制部15之间设置了切换开关16、通过切换开关16选择电流控制部15的输入为来自速度控制部14的转矩指令还是由数值控制部10输出的压力指令(电流指令)。
电流控制部15的输出经由放大器17输入到模具缓冲机构用伺服电动机Md中，并驱动控制该伺服电动机Md。另外，由设置在该伺服电动机Md的位置/速度检测器反馈位置和速度。
冲压轴控制装置4经由放大器19驱动冲压轴用电动机Mp。该冲压轴的驱动，如该冲压轴(上模1)进行一定模式的动作，可以利用和以前一样的夹具机构等，另外，如模具缓冲机构部件的驱动，作为伺服电动机，通过数值控制装置使它进行一定模式的动作也可以。进一步，不使用电动机，通过液压或气压机构，以一定模式驱动该冲压轴也可以。
检测由冲压轴用电动机驱动的上模1的位置的位置检测器7的输出被输入到模具缓冲机构控制装置5的数值控制部10中。
图1A所示的模具缓冲机构控制装置5在图2所示的控制系统的基础下，进行冲压机的模具缓冲机构控制。
开始，切换开关16被切换到a侧，使得处于将速度控制部14的输出输入到电流控制部15的状态。之后，从数值控制部10向伺服控制部11输出使模具缓冲机构部件6移动至保持金属板材3的规定位置的移动指令。误差计数器12，从移动指令减掉来自位置/速度检测器18的位置反馈量，从而求出位置偏差量。
对误差计数器12的输出(位置偏差量)乘以位置闭环增益Kp求出速度指令。从该速度指令减掉来自位置/速度检测器18的速度反馈量得到速度偏差，对这个速度偏差，在速度控制部14进行比例积分(PI)控制等的速度闭环控制，求出转矩指令(电流指令)。经由切换到a侧的切换开关16向电流控制部15指令求出的转矩指令，再求出该转矩指令和来自设置在放大器17内的电流检测器的电流反馈信号之间的差，根据该电流偏差进行电流闭环控制，之后经由放大器17驱动控制模具缓冲机构用伺服电动机Md。从而，进行为止控制，以使模具缓冲机构部件6保持在指令的规定位置上。
在保持在规定位置的模具缓冲机构部件6上放置金属板材3，当冲压轴指令形成时，冲压轴控制装置4经由放大器19驱动冲压轴用电动机Mp，使上模1下降。由位置检测器7检测该上模1的位置，输出到模具缓冲机构控制装置5的数值控制部10中。模具缓冲机构控制装置5的数值控制部10，在冲压轴下降的状态下，当用来自位置检测器7的信号检测到上模1到达设定的位置(上模1接触到金属板材3的位置)时，将切换开关16切换到b侧的同时，经由该切换开关16将压力指令(电流指令)输出到电流控制部15中。电流控制部15就根据该压力指令和电流反馈之间的差进行电流闭环控制并实施压力控制。即，由冲压轴的驱动上模1下降，接触到金属板材3后，上模1同时按压金属板材3和模具缓冲机构部件6。该按压的压力作为负荷施加到模具缓冲机构用伺服电动机Md。
另一方面，如上所述，上模1开始金属板材3的按压之后，向电流控制部15的指令被切换至由数值控制部10输出的压力指令，由此模具缓冲机构用伺服电动机Md进行压力反馈控制以使输出转矩和指令压力一致，所以模具缓冲机构部件6就被按压，和上模1一起下降，从而用上模1和下模2夹着金属板材3进行冲压加工。
然后，冲压轴开始上升。当位置检测器7检测到冲压轴上升到设定的位置时，数值控制部10将误差计数器12清零。即，由于在压力控制中，随着模具缓冲机构部件6的移动模具缓冲机构用伺服电动机Md也移动，其移动量积累在误差计数器12中，所以输出消除误差计数器12的位置偏差的指令，将误差计数器12中的内容清零。另外，与此同时，将存储在现在位置寄存器中的坐标值与冲压轴的现在位置对应起来进行更新。之后输出将切换开关16切换至a侧的指令。进一步，数值控制部10输出使移动至放置金属板材3的规定上升位置的移动指令。
这样，由于切换开关16切换到a侧，所以根据移动指令进行位置控制。即，进行着基于误差计数器12和项13的位置闭环控制、基于速度控制部14的速度闭环控制、以及基于电流控制部15的电流闭环控制，驱动模具缓冲机构用伺服电动机Md，使模具缓冲机构部件6移动到规定位置，并保持在该位置上。下面，反复进行所述的动作，对金属板材3进行模具缓冲机构控制的同时进行冲压加工。
图3A是说明利用本发明的第二实施方式的模具缓冲机构控制装置控制冲压机动作的概略图。图3B是说明在图3A所示的冲压动作中的冲压轴(上模1)的位置和模具缓冲机构的位置控制、压力控制的切换的图。另外，对于与第一实施方式的单元对应的单元标同样的符号。
该第二实施方式，将冲压轴用电动机Mp作为伺服电动机，利用控制模具缓冲机构用伺服电动机的控制装置5控制该伺服电动机Mp，由此共用控制装置，这一点与第一实施方式不同。进一步，在第二实施方式中，没有设置在第一实施方式中设置的检测上模(工件)的位置的位置检测器7。
在该第二实施方式中，冲压轴用伺服电动机的驱动控制也是通过驱动控制模具缓冲机构用伺服电动机Md的数值控制部10来进行，根据对冲压轴指令的位置指令进行模具缓冲机构用伺服电动机Md的从位置控制到压力控制、从压力控制到位置控制的切换。
例如，驱动冲压轴的移动指令模式如图3B所示地被程序化，且在该移动指令模式中，在上模1下降的途中接触到金属板材3的位置上，将切换开关16切换至压力控制侧(使切换开关16指向b侧)的指令被程序化，另外，在上模1上升的途中，将切换开关16切换至位置控制侧(使切换开关16指向a侧)的指令被程序化。
图4是图3A所示的模具缓冲机构控制装置5的伺服控制系统的框图。
如图4所示，控制模具缓冲机构用伺服电动机Md的伺服控制部11的结构和第一实施方式一样，另外，控制对冲压轴进行驱动的冲压轴用伺服电动机Mp的伺服控制部11’除了不具有切换开关16之外其他都一样，在同样的符号加上“’”来区别对应的单元。即，在该第二实施方式中，由于冲压轴用伺服电动机Mp也被伺服控制，所以同模具缓冲机构控制一样，根据由数值控制部10输出的一定模式的移动指令进行位置闭环、速度闭环、电流闭环的控制，冲压轴(上模1)也被数值控制部10控制。
说明该第二实施方式的动作。
首先，同第一实施方式，由来自数值控制部10的指令，切换开关16被切换至位置控制侧的a侧。于是，对模具缓冲机构用伺服电动机Md输出向规定位置的移动指令将模具缓冲机构部件6定位在规定位置并保持在该位置上。当在模具缓冲机构部件6的上面放置了要加工的金属板材后，输出向冲压轴的一定模式的移动指令。根据该移动指令，伺服控制部11’进行上述的位置闭环、速度闭环、电流闭环的控制，以规定移动模式驱动冲压轴(上模1)。
并且，在输出了使上模1移动至接触到金属板材3的位置的移动指令的时刻，数值控制部10输出将切换开关16切换至压力控制侧的b侧的指令的同时，输出规定压力指令(电流指令)。结果，模具缓冲机构控制由位置控制切换到压力控制，根据该压力指令和电流反馈，通过电流控制部15进行压力闭环控制，控制模具缓冲机构用伺服电动机Md。所以，对金属板材3施加规定压力，同时模具缓冲机构部件6和上模1一起下降，通过上模1和下模2对金属板材3进行冲压加工。
之后，冲压轴(上模1)开始上升，上升到规定位置时，输出由压力控制到位置控制的切换指令，输出消除误差计数器12的位置偏差的指令，将误差计数器12中的内容清零。与此同时，将存储在现在位置寄存器中的坐标值与冲压轴的现在位置对应起来进行更新。接着，输出将模具缓冲机构部件6定位在规定的初始位置上的移动指令，并且输出将切换开关16切换至位置控制侧的a侧的指令。这样，执行位置控制，模具缓冲机构部件6复归到放置金属板材3的初始位置并定位在该位置上。以上，反复执行该动作，进行模具缓冲机构控制的同时进行冲压加工。
图5A是说明利用本发明的第三实施方式的模具缓冲机构控制装置控制冲压机动作的概略图。图5B是说明在图5A所示的冲压动作中的冲压轴(上模1)的位置和模具缓冲机构的位置控制、压力控制的切换的图。此外，对于与第一实施方式和第二实施方式的单元对应的单元标同样的符号。
该第三实施方式，通过控制模具缓冲机构的控制装置进行冲压轴的控制这一点和第二实施方式一样，但是设置了检测上模1(冲压轴)的位置的位置检测器7，根据由该位置检测器7检测的上模1(冲压轴)的位置进行模具缓冲机构的从位置控制到压力控制、从压力控制到位置控制的切换这一点和第一实施方式一样。
图6是图5A所示的模具缓冲机构控制装置5的伺服控制系统的框图。
在该第三实施方式中，作为冲压轴驱动单元20，同第二实施方式，利用伺服电动机，通过伺服控制部11’由伺服电动机驱动上模1也可以，或者是用通过夹具机构使上模1上下移动的电动机驱动也可以。在图5所示的例子中，表示了通过电动机驱动冲压轴的例子，但是作为冲压轴驱动单元20，可以是使用液压或气压机构、其他单元以规定的模式驱动冲压轴的冲压轴驱动单元。
在该第三实施方式中也是伺服控制部的切换开关16被切换至a侧，在伺服控制部11进行位置控制。将模具缓冲机构部件6保持在规定位置上，在该模具缓冲机构部件6上放置金属板材3，然后，由数值控制部10向冲压轴驱动单元20输出驱动指令，驱动冲压轴，上模1开始下降。数值控制部10，当由位置检测器7检测的上模1的位置到达设定的位置(上模1与金属板材3接触的位置)时，输出切换指令将切换开关16切换至压力控制侧的b侧，输出压力指令(电流指令)。由此，如第一、第二实施方式中所述，模具缓冲机构控制从位置控制切换至压力控制，进行压力控制，以使模具缓冲机构用伺服电动机Md的输出转矩和指令压力一致。
然后，冲压轴上升，当位置检测器7检测到上升到规定位置时，数值控制部10输出消除误差计数器12的位置偏差的指令，将误差计数器12中的内容清零。与此同时，将存储在现在位置寄存器中的坐标值与冲压轴的现在位置对应起来进行更新。然后输出切换开关16的切换指令，使得切换至a侧，输出将模具缓冲机构部件6定位在规定初始位置上的移动指令，执行位置控制，将模具缓冲机构部件6复归到放置金属板材3的初始位置并定位在该位置上。
以上，反复执行该动作，进行模具缓冲机构控制的同时进行冲压加工。
权利要求
1.一种模具缓冲机构控制装置，其特征在于，通过驱动安装了模具的冲压轴控制该模具对放置在模具缓冲机构部件上的工件所施加的压力；其包括使上述模具缓冲机构部件升降的模具缓冲机构用伺服电动机，控制上述模具缓冲机构用伺服电动机的模具缓冲机构控制单元，和安装在上述冲压轴的位置检测器；所述模具缓冲机构控制单元根据由上述位置检测器检测到的上述冲压轴的位置，将上述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制。
2.一种模具缓冲机构控制装置，其特征在于，通过驱动安装了模具的冲压轴控制该模具对放置在模具缓冲机构部件上的工件所施加的压力；其包括驱动上述冲压轴的冲压轴用伺服电动机，使上述模具缓冲机构部件升降的模具缓冲机构用伺服电动机，和控制上述冲压轴用伺服电动机和上述模具缓冲机构用伺服电动机的控制单元；根据由上述控制单元向冲压轴指令的指令位置，将上述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制。
3.根据权利要求2所述的模具缓冲机构控制装置，其特征在于，代替由上述控制单元向冲压轴指令的指令位置，根据用于通过上述控制单元进行的冲压轴的位置反馈控制的反馈位置，将上述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制。
4.一种模具缓冲机构控制装置，其特征在于，通过驱动安装了模具的冲压轴控制该模具对放置在模具缓冲机构部件上的工件所施加的压力；其包括驱动上述冲压轴的冲压轴驱动单元，使上述模具缓冲机构部件升降的模具缓冲机构用伺服电动机，控制上述模具缓冲机构用伺服电动机的模具缓冲机构控制单元，和安装在上述冲压轴的位置检测器；上述模具缓冲机构控制单元根据由上述位置检测器检测到的上述冲压轴的位置，将上述模具缓冲机构用伺服电动机的控制从位置控制切换到压力控制、从压力控制切换到位置控制的同时，还控制上述冲压轴驱动单元。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的模具缓冲机构控制装置，其特征在于，控制上述模具缓冲机构用伺服电动机的控制单元包括在从压力控制切换到位置控制的时候，输出由上述控制单元内的伺服控制部中的位置闭环控制部消除存储的指令位置和检测位置间的位置偏差的指令的单元。
全文摘要
模具缓冲机构控制装置通过位置控制将模具缓冲机构部件定位到放置金属板材的位置上。控制装置，开始冲压，当位置检测器检测到上模下降后和金属板材接触的位置时，从位置控制切换到压力控制，对金属板材施加规定压力。当通过位置检测器检测到上模上升到规定位置时，将位置控制的位置偏差清零，使模具缓冲机构部件移动至规定位置并定位在该位置上。
文档编号B21D22/02GK1765538SQ20051011682
公开日2006年5月3日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年10月28日
发明者藤林谦太郎, 菱川哲夫, 辻川敬介, 广濑登 申请人:发那科株式会社