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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
und ein Verfahren zum Antreiben einer Presse, wobei die Taktzeit
der Presse verbessert wird.
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Der Stößel einer Presse wird im allgemeinen derart
angetrieben, dass dieser mit einer niedrigen Geschwindigkeit übereinstimmend
mit Prozessbedingungen innerhalb des Bereichs einer Formungsphase
gesenkt und mit einer hohen Geschwindigkeit innerhalb anderer Bereiche
als dem Formungsbereich bewegt wird, wodurch die Taktzeit der Presse verringert
wird, um eine verbesserte Produktivität zu erreichen. Um eine solche
Stößelbewegung
zu erhalten, wurde herkömmlich
eine Stangenantriebspresse verwendet, bei welcher der Stößel von
dem Hauptmotor über
einen komplizierten Gelenkmechanismus angetrieben wird. Der Gelenkmechanismus
der Stangenantriebspresse ist derart gestaltet, dass die Geschwindigkeit
des Stößels innerhalb
des Formungsbereichs allein (Formungsgeschwindigkeit) gering und
die Geschwindigkeit des Stößels innerhalb
anderer Bereiche als dem Formungsbereich (z.B. Hebephase) ein wenig
schneller ist. Die Geschwindigkeitsdifferenz der Stangenantriebspresse
ist bis zu etwa 30% der Geschwindigkeitsdifferenz der Kurbelpresse.
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Die Verbesserung der Produktivität ist eine der
wichtigsten Forderungen an die Pressarbeit, die von den Benutzern
von Pressen durchgeführt
wird. Als Versuch zum Erzielen einer verbesserten Produktivität wird die
Drehzahl der Stößelantriebswelle bei
mechanischen Pressen, wie der oben beschriebenen Stangenantriebspresse,
erhöht.
Jedoch bewirkt die Erhöhung
der Drehzahl der Antriebswelle eine proportionale Erhöhung der
Stößelgeschwindigkeit
(d.h. Berührungsgeschwindigkeit,
bei der die Presse das Werkstück berührt) innerhalb
des Formungsbereichs, was das Problem mit sich bringt, dass die
resultierende Geschwindigkeit nicht den gewünschten Formungsbedingungen
entspricht. Außerdem
nehmen die Geräusche
zu, die auftreten, wenn die Presse das Werkstück berührt. In Anbetracht dessen kann
die Drehzahl der Stößelantriebswelle
nicht so viel erhöht
werden, und daher gibt es eine Grenze bei der Verbesserung der Produktivität.
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Als Mittel zur Lösung des oben genannten Problems
ist ein Antrieb des Gelenkmechanismus mit einem elektrischen Servomotor
denkbar, jedoch bringt dies auch den Nachteil mit sich, dass der
elektrische Servomotor große
Abmessungen und ein großes
Abtriebsdrehmoment zum Erzeugen einer Presskraft haben muss, die
im Wesentlichen gleich der Summe des Abtriebsdrehmoments des herkömmlichen
Hauptmotors und der gespeicherten Energie des Schwungrads ist. Die
Verwendung eines Servomotors mit großen Abmessungen führt zu einer Erhöhung der
Kosten und der Größe der gesamten Presse.
Ferner ist in dem Falle, in dem eine Presse, die lange in der Wartung
war, modifiziert (d.h. nachgerüstet)
wird, ein Umbau in großem
Maße erforderlich,
um den herkömmlichen
Hauptmotor durch einen großen
elektrischen Servomotor zu ersetzen, wodurch sich Probleme ergeben,
wie eine verlängerte Umbauperiode
und erhöhte
Umbaukosten.
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Mit der Erfindung werden eine Einrichtung und
ein Verfahren zum Antreiben einer Presse geschaffen, wobei die Taktzeit
der Presse zum Erreichen einer erhöhten Produktivität verbessert
wird, die Produktqualität
verbessert wird und die Verwendung einer kostengünstigen Presse mit geringen
Abmessungen ermöglicht
wird.
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Dies wird nach einem ersten Aspekt
der Erfindung erreicht durch eine Einrichtung zum Antreiben einer
Presse, aufweisend eine Antriebswelle, die über einen spezifizierten Energieübertragungsmechanismus
mit einem Stößel gekuppelt ist,
ein erstes Antriebssystem zum drehenden Antreiben eines Schwungrades
mittels eines Hauptmotors und zum Antreiben der Antriebswelle über eine
Kupplung, die zwischen dem Schwungrad und der Antriebswelle angeordnet
ist, und ein zweites Antriebssystem zum Antreiben der Antriebswelle
mit variierbarer Geschwindigkeit mittels eines Nebenmotors.
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Gemäß der Erfindung ist das erste
Antriebssystem derart angeordnet, dass dynamische Energie in dem
Schwungrad gespeichert wird und durch den Betrieb einer Kupplung
abgegeben wird, um den Stößel anzutreiben,
während
das zweite Antriebssystem den Stößel ohne
Verwendung der Kupplung antreibt, so dass die Presskraft und die
optimale Formungsgeschwindigkeit, die für den Formungsbereich erforderlich
sind, erreicht werden können,
wobei ein gutes Ansprechverhalten und eine hohe Geschwindigkeit für die Stößelbewegungssteuerung
im Nichtformungsbereich sichergestellt werden. Somit werden beide
Erfordernisse erfüllt.
Infolgedessen können Produkte
mit hoher Qualität
konstant hergestellt werden. Selbst wenn die Antriebsgeschwindigkeit
der Presse erhöht
wird, kann die Laufzeit für
die Zuführung
gesichert werden, woraus eine Verbesserung der Produktivität resultiert.
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Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung
ist die Einrichtung zum Antreiben einer Presse nach dem ersten Aspekt
der Erfindung derart modifiziert, dass das Antreiben in einem Formungsbereich
der Stößelbewegung
mit dem ersten und dem zweiten Antriebssystem durchgeführt wird
und das Antreiben in einem Nichtformungsbereich nur mit dem zweiten Antriebssystem
durchgeführt
wird.
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Mit dieser Anordnung wird in dem
Formungsbereich der Stößelbewegung
das Werkstück
durch eine Stößelpresskraft
druckbeaufschlagt, die durch die Freigabe von dynamischer Energie
des Schwungsrades des ersten Antriebssystems bewirkt wird, wohingegen
in dem Nichtformungsbereich das Schwungrad und der Hauptmotor durch
Entkuppeln der Kupplung von dem Stößel getrennt werden, und die
Stößelbewegung
wird nur mit dem Nebenmotor des zweiten Antriebssystems gesteuert,
so dass keine große
Energie (das maximale Abtriebsdrehmoment) des Nebenmotors benötigt wird
und daher ein Motor mit geringer Größe als Nebenmotor eingesetzt werden
kann.
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Außerdem kann, da der Nebenmotor
mit dem davon getrennten Schwungrad angetrieben wird, die Steuerung
mit schnellem Ansprechverhalten durchgeführt werden, und der Stößel kann
nach dem Trennen des Schwungrades von dem Stößel im Anschluss an die Vollendung
der Formung bis zum Start des nächsten
Formungsbereichs mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden. Infolgedessen kann
die gesamte Taktzeit verringert werden, was zu einer Verbesserung
der Produktivität
führt.
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Nach einem dritten Aspekt der Erfindung
ist ein Verfahren zum Antreiben einer Presse vorgesehen, wobei in
einem Formungsbereich der Stößelbewegung
ein Hauptmotor zum drehbaren Antreiben eines Schwungrades einen
Stößel über eine
Kupplung antreibt; die zwischen dem Schwungrad und einer Stößelantriebseinrichtung
angeordnet ist, während ein
Nebenmotor die Stößelantriebseinrichtung
synchron mit den Hauptmotor antreibt, und wobei in einem Nichtformungsbereich
ein Antreiben mit variierbarer Geschwindigkeit nur mittels des Nebenmotors durchgeführt wird.
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Gemäß der Erfindung kann während der
Formungsphase die Bearbeitung durch Freigeben der in dem Schwungrad
gespeicherten dynamischen Energie wirksam durchgeführt werden,
und während
der Nichtformungsphase kann die Stößelbewegung nur durch den Nebenmotor
gesteuert werden, wobei das Schwungrad und der Hauptmotor davon
getrennt sind, so dass die Erreichung einer großen Druckkraft und der optimalen Formungsgeschwindigkeit
während
der Formungsphase mit der Beschleunigung der Stößelbewegung während der
Nichtformungsphase kompatibel ist.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf
die Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Draufsicht eines Hauptes einer Presse mit der Einrichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine
Ansicht in Richtung des Pfeils X aus 1;
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3 einen
Schnitt entlang der Linie A-A aus 2;
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4 ein
Blockschema, das die Hardware einer Steuereinrichtung gemäß der Erfindung
zeigt;
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5 ein
Diagramm, das ein Beispiel einer Stößelbewegung der Presse gemäß der Erfindung zeigt;
und
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6 ein
Flussdiagramm der Steuerung der Pressegemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Mit Bezug auf die Zeichnung werden
eine Einrichtung und ein Verfahren zum Antreiben einer Presse gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird mit Bezug auf 1 bis 3 die Struktur der Stößelantriebseinrichtung einer
Presse gemäß der Erfindung
erläutert.
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An dem oberen Teil einer Presse 1 ist
ein Haupt 2 positioniert, in dem eine Stößelantriebseinrichtung
mit einer Antriebswelle 3 angeordnet ist, die an dem Rahmen
des Hauptes 2 drehbar abgestützt ist. An einem ersten Ende
der Antriebswelle 3 ist ein erstes Antriebssystem 10 vorgesehen,
während
an einem zweiten Ende ein zweites Antriebssystem 20 vorgesehen
ist.
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Darüber hinaus ist eine Kupplung 11 für das Antriebssystem 10 an
dem ersten Ende der Antriebswelle 3 montiert. Die Kupplung 11 hat
ein Antriebszentrum 11a, das mit einem Belag (nicht gezeigt)
versehen und an der Antriebswelle 3 angebracht ist. Die Kupplung 11 weist
eine feststehende Scheibe und eine bewegliche Scheibe auf, zwischen
denen der Belag platziert ist. Die Scheiben drehen sich zusammen
mit einem Schwungrad 12. In Erwiderung auf ein Befehlssignal,
das von außen
zugeführt
wird, bewegt sich die bewegliche Scheibe axial, gelangt in Eingriff mit
der feststehenden Scheibe unter Halten des Belags dazwischen, und
treibt die Antriebswelle 3 über das Antriebszentrum 11a drehbar
an. An der Umfangsfläche
des Schwungrades 12 ist eine V-förmige Ringnut ausgebildet,
in der ein V-förmiger
Riemen 13 läuft.
Der Riemen 13 ist um das Schwungrad 12 und eine
Riemenscheibe 14 gewickelt, die an der Abtriebswelle eines
Hauptmotors 15 montiert ist, der an der oberen Fläche des
Hauptes 12 angebracht ist. An dem zweiten Ende der Antriebswelle 3 ist
eine Bremseinrichtung 17 angeordnet. die Kupplung 11,
das Schwungrad 12, der Riemen 13 und der Hauptmotor 15 bilden
das erste Antriebssystem 10. Der Hauptmotor 15 speichert
dynamische Energie in dem Schwungrad 12 durch drehenden
Antrieb und gibt diese Energie durch den Betrieb der Kupplung 11 ab, um
die Antriebswelle 3 drehend anzutreiben. Der Hauptmotor 15,
die Kupplung 11 und die Bremseinrichtung 17 nehmen
Steuersignale von einer später beschriebenen
Steuereinrichtung 30 auf.
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In der Nähe der Bremseinrichtung 17 ist
an dem zweiten Ende der Antriebswelle 3 ein Zahnrad 19 angebracht,
das mit einem Zahnrad 22 in Eingriff steht, welches innerhalb
eines Getriebegehäuses 21 drehbar
abgestützt
ist, das an einer Seitenfläche
des Hauptes 2 an der Seite des zweiten Endes der Antriebswelle 3 angebracht
ist. Das Zahnrad 22 ist mit einem Nebenmotor 25 verbunden,
der an der oberen Fläche
des Hauptes 2 über
ein Untersetzungsgetriebe 23 mit einer Mehrzahl von innerhalb
des Getriebegehäuses 21 drehbar
abgestützten
Getriebezügen 23a, 23b, 23c angeordnet
ist. Der Nebenmotor 25, das Untersetzungsgetriebe 23 und
das Zahnrad 22 bilden das zweite Antriebssystem 20,
und der Nebenmotor 25 treibt die Antriebswelle 3 über die
Zahnräder 22 und 19 drehend
an. Der Nebenmotor 25 nimmt ein Steuersignal auf, das von
der später
beschriebenen Steuereinrichtung 30 ausgelöst wird.
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An dem Zwischenabschnitt der Antriebswelle 3 ist
ein Zahnrad 4 montiert, das mit vier Hauptzahnrädern 6a in
Eingriff steht, die am vorderen und hinteren Ende eines rechten
und linken Paars von Wellen 6 über Zahnräder 5a, 5b vorgesehen
sind. Die Zahnräder 5a, 5b sind
an dem Haupt 2 durch ein rechtes und linkes Paar von Zwischenachsen 5 drehbar
abgestützt,
zwischen denen die Antriebswelle 3 angeordnet ist. In einer
von der Mitte der Welle 6 des jeweiligen Hauptzahnrades 6a abweichenden
Position ist ein Plunger 8 über ein Pleuel 7 mit
dem Hauptzahnrad 6a gekuppelt. Die Hauptzahnräder 6a,
die Pleuel 7 und die Plunger 8 bilden einen Exzentermechanismus.
Mit den Unterseiten der vier Plunger 8 ist ein Stößel (nicht
gezeigt) gekuppelt, der an einem Pressenkörperrahmen montiert ist, um
diesen auf- und ab zu bewegen.
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Die Presse mit der oben beschriebenen Struktur
weist eine Steuereinrichtung zum Ausführen der Pressenantriebssteuerung
auf. Mit Bezug auf 4 wird
die Konfiguration der Steuerung beschrieben.
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Ein Stößelpositionssensor 31 zum
genauen Erfassen der vertikalen Position des Stößels (d.h. des Niveaus des
Stößels von
der oberen Fläche
der Grundplatte) wird von einem absoluten Kodierer, der zum Beispiel
an einer Kurbelwelle angebracht ist, um den Kurbelwinkel der Stößelantriebseinrichtung
genau zu messen, oder von einer linearen Skala gebildet, die zwischen
dem Stößel und
dem Pressenkörperrahmen
montiert ist. Die von dem Stößelpositionssensor 31 erfasste
Stößelposition
wird während
der Steuerung der Stößelbewegung in
anderen Bereichen als dem Formungsbereich in der Form eines Rückführsignals
gesendet.
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Eine Rotationsnockeneinrichtung 32 zum Bestimmen
der Position des Stößels in
einem Arbeitstakt des Stößels ist
vorgesehen, wodurch eine Zeitsteuerung zum Schalten zwischen der
Stößelbewegungssteuerung
für andere
Bereiche als dem Formungsbereich und der Synchronisationssteuerung von
zwei Antriebssystemen für
den Formungsbereich erfasst wird. Die Rotationsnockeneinrichtung 32 kann
von der Art eines Rotationsnockenschalters sein, der einen Zeiteinstellnocken,
der an einer Welle montiert ist, die zum Beispiel einmal pro Takt
des Stößels dreht,
und einen Endschalter zum Erfassen der Position des Nockens aufweist.
Alternativ kann die Rotationsnockeneinrichtung 32 eine
elektronische Rotationsnockenvorrichtung sein. Bei dieser Vorrichtung
wird ein Drehwinkel entsprechend einem Arbeitstakt des Stößels von
einem Kodierer erfasst, und ein Arbeitswinkelbereich für jeden
elektronischen Rotationsnocken wird vorgegeben. Während der
gegenwärtigen
Steuerung wird eine Überwachung
durchgeführt,
um zu prüfen,
ob ein Winkelsignal von dem Kodierer in den vorgegebenen Winkelbereich
fällt oder
nicht, und jedes Rotationsnockenausgangssignal wird EIN oder AUS
geschaltet.
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Ein Bewegungseinstellmittel 33 zum
Einstellen einer Stößelbewegung
entsprechend den Werkstückbearbeitungsbedingungen
ist vorgesehen. Wie in 5 gezeigt,
ist die Stößelbewegung
in den Formungsbereich AW und den Nichtformungsbereich geteilt.
Hierbei ist der Formungsbereich AW der Bereich, der sich in der
Nähe des
unteren Totpunkts des Stößels befindet
und in dem der Stößel in den
Werkstückformungsvorgang
einbezogen wird, wohingegen der Nichtformungsbereich andere Bereiche
als der Formungsbereich AW betrifft. Der Drehwinkel (nachfolgend
zur Vereinfachung als „Kurbelwinkel" bezeichnet) der
Hauptzahnräder 6a ist
im unteren Totpunkt 180°,
d.h. die Pleuel 7 befinden sich in ihrer untersten Position.
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Die Bewegung für den Formationsbereich AW
wird von der Motordrehzahl Va in diesem Bereich und dem Startpunkt
und dem Endpunkt des Bereichs bestimmt. Obwohl der Start- und Endpunkt
dieses Bereichs durch den EIN Winkel (oder AUS Winkel) θ1 eines
spezifizierten Rotationsnockensignals bzw. durch den AUS Winkel
(oder EIN Winkel) θ2
des spezifizierten Rotationsnockensignals bestimmt werden, ist das
Einstellen dieser Punkte nicht auf dieses Verfahren beschränkt, sondern
kann auch auf andere weise erfolgen. Zum Beispiel können die
Start- und Endpunkte durch den Kurbelwinkel bestimmt werden.
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Die Bewegung für den Nichtformungsbereich wird
durch die Start- und Endpunkte der Abschnitte mit konstanter Motor
drehzahl (nachfolgend als „Stufen" bezeichnet) und
der Motordrehzahl in jeder Stufe bestimmt, wobei der Startpunkt
der jeweiligen Stufe derselbe wie der Endpunkt der vorhergehenden
Stufe ist. Eine oder eine Mehrzahl von Stufen können zwischen dem Endpunkt
(entspricht θ2
in 5) und dem Startpunkt
(entspricht θ1
in 5) des Formungsbereichs
AW sein. Obwohl die Details der Bewegung in dem Nichtformungsbereich
später
beschrieben sind, wird die Bewegung nur durch den Nebenmotor 25 gesteuert,
und daher stellt die Motordrehzahl in der jeweiligen Stufe die Drehzahl
des Nebenmotors 25 dar. Wie in dem oben genannten Fall werden
der Start- und Endpunkt der jeweiligen Stufe durch den EIN Winkel
(oder AUS Winkel) eines Rotationsnockensignals bzw. den AUS Winkel
(oder EIN Winkel) des Rotationsnockensignals bestimmt. 5 zeigt den Fall, in dem
vier Stufen vorgesehen sind, die 0° bis θ3, θ3 bis θ1, θ2 bis θ4 und θ4 bis 360° (= 0°) entsprechen.
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Der Hauptmotor 15 für den Antrieb
des Stößels durch
den Betrieb der Kupplung 11 besteht aus einem Motor mit
steuer barer Drehzahl, wie zum Beispiel einem Drehstrom-Asynchronmotor.
An der Abtriebswelle des Hauptmotors 15 ist ein erster
Drehzahlsensor 16 zum Erfassen der Drehzahl des Hauptmotors 15 montiert.
Ein Signal, das die erfasste Drehzahl anzeigt, wird an die Steuereinrichtung 30 abgegeben.
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Ein Hauptmotorantriebsmittel 36 steuert
die Drehzahl des Hauptmotors 15 in Erwiderung auf einen
Drehzahlbefehl von der Steuereinrichtung 30. In diesem
Beispiel wird das Hauptmotorantriebsmittel 36 von einem
Inverter zur Steuerung des Drehstrom-Asynchronmotors gebildet, der
als Hauptmotor 15 dient.
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Der Nebenmotor 25 ist in
der vorliegenden Ausführungsform
ein Servomotor und ist mit einem zweiten Drehzahlsensor 26 zum
Erfassen der Drehzahl des Nebenmotors 25 versehen. Ein
Signal, das die erfasste Drehzahl anzeigt, wird an die Steuereinrichtung 30 und
ein Nebenmotorantriebsmittel 35 abgegeben.
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Das Nebenmotorantriebsmittel 35 wird
bei dieser Ausführungsform
von einem Servoverstärker zur
Steuerung des Servomotors gebildet. In Erwiderung auf einen Drehzahlbefehl
von der Steuereinrichtung 30 steuert das Nebenmotorantriebs-
mittel 35 basierend auf der Differenz zwischen dem Betrag des Drehzahlbefehls
und dem von dem zweiten Drehzahlsensor 26 zurückgeführten Drehzahlsignal die
Drehzahl des Nebenmotors 25, um die Differenz zu reduzieren.
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Der Nebenmotor 25 kann irgendein
Motor sein, soweit seine Drehzahl steuerbar ist. Zum Beispiel kann
ein von einem Inverter angetriebener Drehstrom-Asynchronmotor als
Nebenmotor 25 verwendet werden. In diesem Falle wird das
Nebenmotorantriebsmittel 35 von einem Inverter zur Steuerung der
Drehzahl des Drehstrom-Asynchronmotors basierend auf einem-Drehzahlbefehl gebildet
werden.
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Die Bremse 17 bremst die
Drehung der Antriebswelle 3 in Erwiderung auf einen Bremsbefehl von
der Steuereinrichtung 30 ab.
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Ein Speicher 30a speichert
die für
jedes Werkstück
eingestellten Bewegungsdaten, wie die Motordrehzahl, den Start-
und Endpunkt des Formungsbereichs und die Motordrehzahl, den Start- und
Endpunkt jeder Stufe des Nichtformungsbereichs. Der Speicher 30a speichert
auch Untersetzungsverhältnisse
usw. von den Abtriebswellen des Hauptmotors 15 und des
Nebenmotors 25 zu der Antriebswelle 3, wobei auf
die Untersetzungsverhältnisse
Bezug genommen wird, wenn die Synchronsteuerung des Hauptmotors 15 und
des Nebenmotors 25 durchgeführt wird.
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Ein Hauptbestandteil der Steuereinrichtung 30 ist
ein Hochgeschwindigkeitsprozessor, wie ein Mikrocomputer und PLC
(speicherprogrammierbare Steuereinrichtung, d.h. ein so genannter
programmierbarer Sequenzer). Die Steuereinrichtung 30 überwacht
basierend auf einem Rotationsnockensignal von der Rotationsnockeneinrichtung 32 oder
einem Positionserfassungssignal von dem Stößelpositionssensor 31 die
Prüfung,
ob der Stößel während der
gegenwärtigen
Steuerung des Stößels in
dem Formungsbereich oder dem Nichtformungsbereich positioniert ist.
Basierend auf der von dem Bewegungseinstellmittel 33 eingestellten
Stößelbewegung steuert
die Steuereinrichtung 30 nur den Nebenmotor 25,
um mit einer für
jede Stufe vorgegebenen Drehzahl zu drehen, wenn der Stößel in dem
Nichtformungsbereich positioniert ist, und steuert den Hauptmotor 15 und
den Nebenmotor 25, um synchron mit der vorgegebenen Formungsdrehzahl
zu drehen, wenn der Stößel in den
Formungsbereich AW gelangt. Beim Schalten von der Steuerung für den Formungsbereich
AW auf die Steuerung für
den Nichtformungsbereich oder umgekehrt gibt die Steuereinrichtung 30 einen
Aussetzbefehl an die Kupplung
11 ab, um den Hauptmotor 15 zu
entkuppeln oder zu kuppeln. Beim Durchführen der Synchronsteuerung des
Hauptmotors 15 und des Nebenmotors 25 wird die
Drehzahl des Hauptmotors 15 von dem ersten Drehzahlsensor 16 eingegeben,
wohingegen die Drehzahl des Nebenmotors 25 von dem zweiten Drehzahlsensor 26 eingegeben
wird, und ein Drehzahlbefehl für
den Nebenmotor 25 wird berechnet, um den Nebenmotor 25 zu
steuern, so dass die Differenz zwischen den Drehzahlen des Haupt-
und Nebenmotors reduziert wird.
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Mit Bezug auf das Flussdiagramm in 6 wird ein Verfahren zur
Steuerung der Presse 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Nachdem in Schritt S1 ein Hauptmotorstarterschalter
(nicht gezeigt) EIN geschaltet wurde, wird der Hauptmotor 15 gesteuert,
um mit einer Motordrehzahl Va zu drehen, welche für den Formungsbereich
AW der Bewegung vorgegeben wurde.
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In Schritt S2 wartet die Steuereinrichtung,
bis ein Startbefehl eingegeben wird. Hierbei kann der Startbefehl
ein EIN Signal von einem Betätigungsknopf
(nicht gezeigt) sein oder kann alternativ ein Startbefehl von einer
externen Management-Steuereinrichtung oder dergleichen sein. Wenn
der Startbefehl eingegeben wurde, wird, um mit einer vorgegebenen
Motordrehzahl für
jede Stufe der Bewegung zu drehen, in Schritt S3 nur der Nebenmotor 25 von
dem Stößelwartepunkt
zu dem Startpunkt (entspricht dem Kurbelwinkel θ1 in dem in 5 gezeigten Fall) des Formungsbereichs
AW der vorgegebenen Bewegung gesteuert, wobei die Kupplung 11 entkuppelt
ist. Dann wird die Motordrehzahl allmählich auf die Motordrehzahl
Va für
den Formungsbereich AW geändert,
ausgehend von einer spezifizierten Entfernung (einem spezifizierten
Winkel θd
in dem in 5 gezeigten
Fall) vor dem Startpunkt des Formungsbereichs AW, wodurch die Synchronsteuerung
in dem Formungsbereich AW vorbereitet wird. Zu diesem Zeitpunkt bewegt
sich der Stößel entsprechend
der Kurbelbewegung des von den Zahnrädern 6a, den Pleueln 7 und
den Plungern 8 gebildeten Kurbelmechanismus mit einer der
Drehzahl des Nebenmotors 25 in jeder Stufe entsprechenden
Geschwindigkeit nach unten.
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In Schritt S4 wird, wenn der Stößel den
Startpunkt des Formungsbereichs AW erreicht hat, die Kupplung 11 gekuppelt,
um den „Doppelmotorantrieb" durch die Synchronsteuerung
des Hauptmotors 15 und des Nebenmotors 25 durchzuführen, und
die Synchronsteuerung wird fortgeführt, bis der Stößel den
Endpunkt (entspricht dem Kurbelwinkel θ2 in dem in 5 gezeigten Fall) des Formungsbereich AW
erreicht. Der Nebenmotor 25 wird in Synchronisation mit
der Drehzahl des Hauptmotors 15 gesteuert, welcher mit
der vorgegebenen Motordrehzahl Va des Formungsbereichs AW während der
Formungsphase dreht. Obwohl der Hauptmotor 15 verzögert, wie
die dynamische Energie des Schwungrades 12 während dieser
Formungsphase abgegeben wird, wird die Steuerung des Nebenmotors 25 auch
mit dieser Verzögerung
synchronisiert. Danach wird in Schritt S6, wenn der Stößel den
Endpunkt des Formungsbereichs AW erreicht hat, die Kupplung 11 entkuppelt,
so dass die Bewegungssteuerung nur durch den Nebenmotor 25 wieder
startet.
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Um mit der vorgegebenen Motordrehzahl
für jede
Stufe der Bewegung zu drehen, wird in Schritt S7 nur der Nebenmotor 25 von
dem Endpunkt des Formungsbereichs AW zu dem Wartepunkt gesteuert.
Dies bewirkt, dass sich der Stößel mit
der Kurbelbewegung bewegt, die der Drehzahl des Nebenmotors 25 entspricht.
In Schritt S8 wird eine Abfrage gemacht, um zu bestimmen, ob ein
Befehl, der einen Stopp an dem Wartepunkt anzeigt, ausgegeben wurde
oder nicht, und wenn nicht, kehrt das Programm zu Schritt S3 zurück, um die
vorhergehenden Schritte zu wiederholen. Wenn der Stoppbefehl ausgegeben wurde,
wird der Stößel vorübergehend
in Schritt S9 gestoppt, wenn dieser den Wartepunkt erreicht hat. Danach
kehrt das Programm zu Schritt S2 zurück, um die vorhergehenden Schritte
zu wiederholen. Es wird angemerkt, dass das Prüfen, ob der Stoppbefehl ausgegeben
wurde, basierend auf EIN/AUS Signalen von einem Wartepunktschalter
(nicht gezeigt) oder basierend auf einem von einer Management-Steuereinrichtung
eines externen Hauptcomputers (nicht gezeigt) ausgelösten Wartepunktstoppbefehl
durchgeführt
wird.
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Als nächstes werden der Betrieb und
die Wirkungsweise der oben beschriebenen Anordnung beschrieben.
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In dem Formungsbereich wird die Kupplung gekuppelt,
um den Hauptmotor 15, der mit einer den Formungsbedingungen
entsprechenden Drehzahl dreht, in Eingriff mit der Antriebswelle 3 zu
bringen, und der Nebenmotor 25 wird in Synchronisation
mit der Drehzahl des Hauptmotors 15 angetrieben. Daher
wird die für
den Formungsvorgang erforderliche Energie durch die dynamische Energie
des Schwungsrades 12 zugeführt, welches von dem Hauptmotor 15 drehbar
angetrieben wird. Daher kann der Hauptmotor 15 eine Leistung
gleich der von herkömmlichen
Motoren haben. In dem Nichtformungsbereich wird die Kupplung entkuppelt,
um den Hauptmotor 15 und das Schwungrad 12 von
der Antriebswelle 3 zu trennen, so dass die Trägheitsmoment
der Belastung des Antriebssystems des Stößels sehr gering ist. Infolgedessen
sind die Steuerungseigenschaften (z.B. Empfindlichkeit und Stabilität) der Bewegungssteuerung
durch den Nebenmotor 25 ausgezeichnet, so dass eine Hochgeschwindigkeitssteuerung
mit geringer Energie durchgeführt werden
kann, und in der Folge kann die gesamte Taktzeit verringert werden.
Außerdem
kann, da die Bewegungssteuerung mit dem Nebenmotor 25 mit geringen
Abmessungen durchgeführt
werden kann, die Antriebseinrichtung miniaturisiert werden, was
zu einer Kostenreduzierung führt.
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Ferner können, da die Geschwindigkeit
des Stößels innerhalb
des Formungsbereichs von dem Hauptmotor 15 und innerhalb
des Nichtformungsbereichs von dem Nebenmotor 25 gesteuert
wird, die Stößelgeschwindigkeit,
die den Prozessbedingungen entspricht, und die Stößelgeschwindigkeit
für die
Verringerung der Taktzeit unabhängig
voneinander gesteuert werden. Dementsprechend sind die Formungsgeschwindigkeit,
die mit den optimalen Prozessbedingungen übereinstimmt, und die kurze
Taktzeit miteinander vereinbar, und infolgedessen können sowohl
eine hohe Produktqualität
als auch eine verbesserte Produktivität sichergestellt werden.
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Außerdem können, da nur die Formungsgeschwindigkeit
reduziert werden kann, während
die gesamte Taktzeit verkürzt
wird, Geräusche
durch Reduzierung der Werkstückberührungsgeschwindigkeit des
Stößels verringert
werden. Zum Beispiel ist die Differenz zwischen der Geschwindigkeit
im Nichtformungsbereich und der Geschwindigkeit im Formungsbereich
gemäß der Erfindung
40% und mehr gegenüber
der Geschwindigkeitsdifferenz bei dem herkömmlichen Kurbeltrieb, wobei
die Geschwindigkeitsdifferenz des herkömmlichen Stangenantriebs bis
zu etwa 30% der Geschwindigkeitsdifferenz des herkömmlichen
Kurbeltriebs ist. Technisch ist es mit der Erfindung möglich, eine
Geschwindigkeitsdifferenz von 100% zu schaffen, d.h. eine Geschwindigkeitsdifferenz
wie bei der vollständig
servoangetriebenen Presse.
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Ferner wird, wenn der Stößel den
Formungsbereich erreicht hat, die Drehzahl des Nebenmotors 25 im
Wesentlichen an die Drehzahl des Hauptmotors 15 angeglichen,
und danach wird die Kupplung 11 gekuppelt, wodurch das
Antriebssystem mit dem Hauptmotor 15 und das Antriebssystem
mit dem Nebenmotor 25 miteinander verbunden sind. Daher können Geräusche und
Stöße, die
beim Kuppeln der Kupplung auftreten, verringert werden, was zu
einer Verbesserung der Lebensdauer der Kupplung 11 führt.
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Wenn eine Tandempressenlinie aufgebaut ist,
bei der eine Mehrzahl von Pressen gemäß der Erfindung in Reihe angeordnet
sind und ein werkstücktragender
Robotor oder dergleichen zwischen jeweils zwei Pressen angeordnet
ist, ist es, da die Taktzeiten der Pressen auf im Wesentlichen denselben
Betrag durch die Bewegungssteuerung mittels des Nebenmotors 25 der
jeweiligen Presse eingestellt werden können, nicht mehr notwendig,
zeitweilig die Pressen mit kurzen Taktzeiten bei ihren jeweiligen
Wartepunkten zu stoppen, um diese wie der herkömmlichen Tandempressenlinie
zu synchronisieren. Infolgedessen kann der Synchronisationsvorgang
der gesamten Linie erleichtert und beschleunigt werden, wobei die
Taktzeit der gesamten Linie verringert wird.
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Außerdem, wenn die Presse gemäß der Erfindung
mit einer Stufenzuführung
versehen ist und als Stufenpresse benutzt wird, ist es möglich, da
die Bewegung in dem Nichtformungsbereich nur durch den Nebenmotor 25 gesteuert
wird, die durch die Stufenzuführung
erforderliche Geschwindigkeit flexibel zu gestalten. Insbesondere
kann die Anzahl der Hübe
der gesamten Linie während
des wechselweisen Antriebs der Presse und der Stufenzuführung erhöht werden.
In anderen Worten wird der Betrieb zum Beispiel durch Verringerung
der Taktzeit der Presse selbst beschleunigt. Alternativ kann die
Betriebsdauer der Stufenzuführung
durch Reduzierung der Stößelgeschwindigkeit
in dem Nichtformungsbereich erhöht
werden, so dass die Zuführmenge
der Zuführung
erhöht
werden kann.
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Im Vergleich zu der Umwandlung einer
Presse in eine Stangenantriebsstruktur erfordert die Modifikation
(d.h. Nachrüstung)
einer vorhandenen Presse gemäß der Erfindung
nur einen geringen Umbau. Wenn eine Presse in eine Stangenantriebsstruktur umgewandelt
wird, ist es notwendig, die vorhandene Antriebswelle 3,
das Zahnrad 4, die Zahnräder 5a, 5b,
die Hauptzahnräder 6a,
die Pleuel 7 und andere Teile zu demontieren und gegen
neue Teile des Gelenkmechanismus auszutauschen. Im Gegensatz dazu
kann der Umbau in die Struktur gemäß der Erfindung einfach durch
den folgenden Vorgang durchgeführt
werden: nur die vorhandene Antriebswelle wird demontiert; eine neue
Antriebswelle 3 wird montiert, an deren einem Ende eine
Kupplung angebracht werden kann und an deren anderem Ende das Zahnrad 19 und
die Bremse angebracht werden können; und
das Getriebegehäuse 21 mit
dem Zahnrad 22, dem Untersetzungsgetriebe 23 und
dergleichen und der Nebenmotor 25 werden montiert. Dementsprechend
ist der Umbau sehr einfach und kann mit geringen Kosten in einem
kurzen Zeitraum durchgeführt werden.
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Während
bei der oben beschriebenen Ausführungsform
die Bewegung im Formungsbereich durch die Motordrehzahl und den
Start- und Endpunkt der jeweiligen Stufe bestimmt wird, ist die
Erfindung nicht darauf beschränkt,
sondern kann zum Beispiel für
einen Fall angewendet werden, wo die Bewegung im Formungsbereich
durch die Stößelgeschwindigkeit
(konstante Geschwindigkeit), den Start- und Endpunkt der jeweiligen
Stufe und die Wartezeit beim Endpunkt der jeweiligen Stufe bestimmt
wird, und die gegenwärtige
Steuerung wird basierend auf Bewegungsdaten, wie festgesetzten Stößelgeschwindigkeiten
und Stößelstartpunkten, durchgeführt.
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Der Übertragungsmechanismus für die Stößelantriebseinrichtung
ist nicht auf den Exzentermechanismus beschränkt, der zuvor bei der Ausführungsform
der Erfindung beschrieben ist. Die Erfindung ist auch für den Fall
anwendbar, wo ein Exzentermechanismus mit einer anderen Struktur,
ein Kurbelmechanismus oder ein Gelenkmechanismus als Übertragungsmechanismus
für die
Stößelantriebseinrichtung
verwendet wird.
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während
die Erfindung in Verbindung mit dem Einsatz eines Nebenmotors 25 präsentiert
wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch für den Fall
angewendet werden, wo eine Mehrzahl von Nebenmotoren 25 eingesetzt
und in Synchronisation angetrieben werden. In diesem Falle kann
die Mehrzahl von Nebenmotoren dieselbe Welle oder unterschiedliche
Wellen antreiben.
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Wie zuvor beschrieben, werden mit
der Erfindung die folgenden Wirkungen erzielt.
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Da die Pressenantriebseinrichtung
zwei Antriebssysteme aufweist, d.h. das erste Antriebssystem zum
Antreiben des Stößels durch Übertragung der
dynamischen Energie des Hauptmotors und des Schwungsrads durch die
Kupplung und das zweite Antriebssystem zum Antreiben des Stößels durch den
Nebenmotor ohne Verwendung einer Kupplung, können die geeignete Formungsgeschwindigkeit,
die für
den Formungsbereich erforderlich ist, und das schnelle Ansprechverhalten
und die Beschleunigung der Stößelbewegungssteuerung,
die für
den Nichtformungsbereich erforderlich sind, unabhängig voneinander
erreicht werden. Infolgedessen können
Produkte von hoher Qualität
hergestellt werden und eine verbesserte Produktivität kann sichergestellt
werden.
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In dem Nichtformungsbereich wird
der Stößel durch
die Kupplung von dem ersten Antriebssystem getrennt, welches das
Schwungrad mit großem Trägheitsmoment
aufweist, und die Stößelbewegung wird
nur durch den Nebenmotor des zweiten Antriebssystems genau gesteuert.
Daher kann die Presse mit hoher Geschwindigkeit mittels eines Motors mit
geringer Leistung angetrieben werden, und die Taktzeit der Presse
kann insgesamt reduziert werden, so dass die Stößelantriebseinrichtung und
die gesamte Presse miniaturisiert und mit geringen Kosten hergestellt
werden können.
In dem Formungsbereich wird eine große Presskraft durch Freigeben
der dynamischen Energie des Hauptmotors und des Schwungrads an die
Stößelantriebswelle
durch die Kupplung erreicht, und daher kann eine hohe Pressfähigkeit
wirksam genutzt werden. Außerdem
kann, da der Hauptmotor mit der optimalen Formungsdrehzahl in Übereinstimmung
mit den Werkstückbearbeitungsbedingungen
angetrieben wird und der Nebenmotor des zweiten Antriebssystems
in Synchronisation mit der Drehzahl des Hauptmotors im Formungsbereich
gesteuert wird, die Bearbeitung mit der optimalen Formungsgeschwindigkeit
trotz der hohen Geschwindigkeit im Nichtformungsbereich durchgeführt werden,
so dass die Kompatibilität
zwischen der hohen Produktqualität
und der verbesserten Produktivität
(eine Reduzierung der Taktzeit) leicht erreicht werden kann.