JP2005138110A - Servo press - Google Patents
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Description
本発明は、サーボモータを駆動源として用い、被加工物に圧力を加えて加工するサーボプレスに関するものである。 The present invention relates to a servo press that uses a servo motor as a drive source and applies pressure to a workpiece to process the workpiece.
従来より、サーボモータによる正逆両方向の回転力をボール螺子などの螺子機構を介して往復直線運動に変換し、この往復直線運動により昇降するラムの先端にて被加工物を押圧加工するサーボプレスが種々提案されている。 Conventionally, a servo press that converts the rotational force in both forward and reverse directions by a servo motor into a reciprocating linear motion via a screw mechanism such as a ball screw, and presses the workpiece at the tip of a ram that moves up and down by the reciprocating linear motion. Various proposals have been made.
この種のサーボプレスとしては、例えば図7に示すように、サーボモータ51と、ハウジング52内に配されサーボモータ51の回転力を往復直線運動に変換するためのボール螺子と、ボール螺子の回転に伴って昇降するラム53と、ラム53の先端に設けられた荷重検出器(ロードセル)54とを有したものが一般的である。そして、サーボプレス50は、荷重検出器54にて被加工物を押圧した際の圧力を検出しながら、様々なプレス加工ができるように加圧制御可能に構成されている。
As this type of servo press, for example, as shown in FIG. 7, a
しかし、サーボプレス50の荷重検出器54は、ラム53が被加工物を押圧した際に生じる圧縮方向の応力を検出することを目的として取り付けられているため、圧縮荷重のみ検出するものであった。また、荷重検出器54は被加工物に当接するラム53の先端に取り付けられていた。
However, since the
ところで、プレス加工に際しては、ラムの先端にその目的に応じた先端治具を取り付けることが多く、その先端治具には多種多用なものがあり重量も異なるため、正確なプレスを行うためには、ラムに先端治具を取り付けた状態の自重を測定しその状態を零に補正した上で加圧を開始できることが望まれる。
また、プレス加工には真空雰囲気下で行うものもあり、真空室内でラムが引張されるため、正確なプレスを行うためには、引張された荷重を補正した上で加圧を開始できることが望まれる。
さらに、プレス加工には被加工物を加熱した状態で加圧する場合があり、ラムの先端に荷重検出器が設けられていると、荷重検出器が熱による影響を受けて測定値が温度ドリフトし正確な測定が不可能となっていた。また、ラムの先端に荷重検出器が設けられていると、荷重検出器のケーブルがラムの運動に合わせて動いてしまい断線トラブルが発生していた。
By the way, in press working, a tip jig according to its purpose is often attached to the tip of the ram, and there are various types of tip jigs with different weights. It is desirable that pressurization can be started after measuring the dead weight with the tip jig attached to the ram and correcting the state to zero.
Also, some press work is performed in a vacuum atmosphere, and the ram is pulled in the vacuum chamber. Therefore, in order to perform accurate pressing, it is desirable that pressurization can be started after correcting the tensile load. It is.
Furthermore, press work may pressurize the workpiece while it is heated. If a load detector is installed at the tip of the ram, the load detector will be affected by heat and the measured value will drift in temperature. Accurate measurement was impossible. In addition, when a load detector is provided at the tip of the ram, the load detector cable moves in accordance with the movement of the ram, causing a disconnection trouble.
そこで、本願発明者らは、多種多様なプレス加工においても正確に加圧できるサーボプレスを想起したものであり、すなわち、本発明の第1の課題は、ラムに先端治具を取り付けてプレスする場合や真空雰囲気下でプレスする場合などラムに引張荷重が発生する場合でも、その引張荷重による影響を補正した上で正確な加圧が可能なサーボプレスを提供することにある。
また、本発明の第2の課題は、被加工物を加熱した状態で加圧する場合などでも荷重検出器が影響を受けることがなく正確に荷重測定でき、かつ正確な加圧が可能で、断線トラブルもないサーボプレスを提供することにある。
さらに、本発明の第3の課題は、ラムに先端治具を取り付けてプレスする場合や真空雰囲気下でプレスする場合などラムに引張荷重が発生する場合でも、その引張荷重による影響を補正した上で正確な加圧が可能であると共に、被加工物を加熱した状態で加圧する場合などでも荷重検出器が影響を受けることがなく正確に荷重測定でき、かつ正確な加圧が可能で、断線トラブルもないサーボプレスを提供することにある。
Therefore, the inventors of the present application have conceived a servo press that can accurately press even in a wide variety of press processes. That is, the first problem of the present invention is to attach a tip jig to a ram and press it. It is an object of the present invention to provide a servo press capable of performing accurate pressurization after correcting the influence of the tensile load even when a tensile load is generated on the ram, such as when pressing in a vacuum atmosphere.
In addition, the second problem of the present invention is that the load detector can be accurately measured without being affected even when the workpiece is pressurized in a heated state, and accurate pressurization is possible. The purpose is to provide a servo press without any trouble.
Furthermore, the third problem of the present invention is to correct the influence of the tensile load even when a tensile load is generated on the ram, such as when a tip jig is attached to the ram and pressed in a vacuum atmosphere. In addition to being able to accurately pressurize, even when the workpiece is heated and heated, the load detector can be accurately measured without being affected, and accurate pressurization is possible. The purpose is to provide a servo press without any trouble.
本発明の第1の課題を解決するものは、サーボモータと、該サーボモータの回転力を往復直線運動に変換するための螺子機構と、該螺子機構により往復直線運動可能なラムと、該ラムに負荷された荷重を検出するための荷重検出器とを有し、該荷重検出器は、前記ラムに負荷される圧縮荷重と引張荷重の双方を検出可能に構成されていることを特徴とするサーボプレスである。 In order to solve the first problem of the present invention, a servo motor, a screw mechanism for converting the rotational force of the servo motor into a reciprocating linear motion, a ram capable of reciprocating linear motion by the screw mechanism, and the ram A load detector for detecting a load applied to the ram, the load detector being configured to detect both a compressive load and a tensile load applied to the ram. Servo press.
また、本発明の第2の課題を解決するものは、サーボモータと、該サーボモータの回転力を往復直線運動に変換するための螺子機構と、該螺子機構により往復直線運動可能なラムと、該ラムに負荷された荷重を検出するための荷重検出器とを有し、該荷重検出器は、前記ラムの上方に取り付けられていることを特徴とするサーボプレスである。 In order to solve the second problem of the present invention, a servo motor, a screw mechanism for converting the rotational force of the servo motor into a reciprocating linear motion, a ram capable of a reciprocating linear motion by the screw mechanism, And a load detector for detecting a load applied to the ram, wherein the load detector is attached above the ram.
さらに、本発明の第3の課題を解決するものは、サーボモータと、該サーボモータの回転力を往復直線運動に変換するための螺子機構と、該螺子機構により往復直線運動可能なラムと、該ラムに負荷された荷重を検出するための荷重検出器とを有し、該荷重検出器は、前記ラムに負荷される圧縮荷重と引張荷重の双方を検出可能に構成されていると共に、前記ラムの上方に取り付けられていることを特徴とするサーボプレスである。 Furthermore, what solves the third problem of the present invention includes a servo motor, a screw mechanism for converting the rotational force of the servo motor into a reciprocating linear motion, a ram capable of reciprocating linear motion by the screw mechanism, A load detector for detecting a load applied to the ram, the load detector being configured to detect both a compressive load and a tensile load applied to the ram, and A servo press characterized by being mounted above a ram.
請求項1に記載の発明によれば、荷重検出器が圧縮荷重のみならず、引張荷重を検出可能に構成されているため、ラムに先端治具を取り付けてプレスする場合や真空雰囲気下でプレスする場合などラムに引張荷重が発生する場合でも、その引張荷重による影響を補正した上で正確な加圧が可能となる。 According to the first aspect of the present invention, since the load detector is configured to detect not only the compressive load but also the tensile load, when the tip jig is attached to the ram for pressing or in a vacuum atmosphere Even when a tensile load is generated in the ram, such as when performing, accurate pressure can be applied after correcting the influence of the tensile load.
請求項2に記載の発明によれば、荷重検出器がラムの上方に取り付けられているので、被加工物を加熱した状態で加圧する場合などでも荷重検出器が影響を受けることがなく正確に荷重測定ができ、かつ正確な加圧が可能となる。また、荷重検出器がラムの先端に取り付けられていないため、荷重検出器のケーブルがラムの往復動に追随して動くこともなく、断線トラブルを防止できる。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、荷重検出器が圧縮荷重のみならず引張荷重を検出可能に構成されており、かつ、荷重検出器がラムの上方に取り付けられているので、ラムに先端治具を取り付けてプレスする場合や真空雰囲気下でプレスする場合などラムに引張荷重が発生する場合でも、その引張荷重による影響を補正した上で正確な加圧が可能であると共に、被加工物を加熱した状態で加圧する場合などでも荷重検出器が影響を受けることがなく正確に荷重測定でき、かつ正確な加圧が可能で、断線トラブルも防止できる。 According to the invention described in claim 3, since the load detector is configured to detect not only the compressive load but also the tensile load, and the load detector is mounted above the ram, Even if a tensile load is generated on the ram, such as when pressing with a jig attached or pressing in a vacuum atmosphere, correct pressure can be applied after correcting the influence of the tensile load, and the workpiece Even when pressure is applied in a heated state, the load detector can be accurately measured without being affected, accurate pressure can be applied, and disconnection trouble can be prevented.
本発明のサーボプレス1は、サーボモータ2と、サーボモータ2の回転力を往復直線運動に変換するための螺子機構4と、螺子機構4により往復直線運動可能なラム5と、ラム5に負荷された荷重を検出するための荷重検出器6とを有し、荷重検出器6は、ラム5に負荷される圧縮荷重と引張荷重の双方を検出可能に構成されていると共に、ラム5の上方に取り付けられている。以下、各構成について順次詳述する。
The
図1は本発明のサーボプレスの一実施例の一部縦断面図であり、図2は図1に示したサーボプレスの制御部のブロック図であり、図3ないし図6は図1に示したサーボプレスの特徴的作用を説明するための正面概略図である。 FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of an embodiment of a servo press according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a control unit of the servo press shown in FIG. 1, and FIGS. 3 to 6 are shown in FIG. It is the front schematic diagram for demonstrating the characteristic effect | action of another servo press.
本発明のサーボプレス1は、サーボモータ2を駆動源としており、図1に示すように、サーボモータ2の回転力を往復直線運動に変換するための螺子機構4を有している。
The
具体的には、サーボモータ2の駆動軸の回転に伴い、ギア3aが回転し、それに噛合するギア3bが回転し、さらに、ギア3bに噛合するギア3cが回転して、ギア3cに固定された螺子機構4(ボール螺子)が回転するように構成されている。そして、ボール螺子4には、ボールナット5aとボールナットケース5bに締結されたスプライン軸5cとを有するラム5が取り付けられており、ボール螺子4が正逆方向にそれぞれ回動すると、それに伴ってラム5が往復直線運動(この実施例では昇降運動)するように構成されている。
Specifically, as the drive shaft of the
また、ハウジング(ボール螺子4の軸方向と同軸的に設けられた筒状体)7内のラム5の上方には、ラム5に負荷された荷重を検出するための荷重検出器6が取り付けられており、この荷重検出器6は、サーボプレス1の使用に際してラム5に負荷される圧縮荷重と引張荷重の双方を検出可能に構成されている。具体的には、この実施例の荷重検出器6はロードセルにて構成され、このロードセル6の上端側はハウジング7の上部にて水平方向に延在するメインプレート8にボルト9a,9bにて締結されている。また、ロードセル6の内部には、ベアリング10とカラー11a,11bとからなるユニットが挿入され、ナット17にてボール螺子4に締め込まれており、さらにこれらがベアリング押さえ12にて組み付けられている。
A
そして、ラム5に圧縮荷重が負荷されると、カラー11bの下端面が押圧され、これに伴ってロードセル6が上方に向かって押圧され、ロードセル6がメインプレート8に押し付けられて圧縮された際の歪みを検出し圧縮荷重が計測されるように構成されている。他方、ラム5に引張荷重が負荷されるとロードセル6が下方に向かって引張され、ロードセル6がメインプレート8から引張された際の歪みを検出して引張荷重が計測されるように構成されている。
When a compressive load is applied to the
なお、この実施例の荷重検出器6は、ロードセルにて構成されているがこれに限定されるものではなく、ラムに負荷される荷重を検出可能なものであればどのような荷重検出器が使用されていてもよい。また、荷重検出器を取り付ける位置は、前述した部位が最も好適であるがこれに限定されるものではなく、ハウジング7内の他のいずれかの部位に設けられていてもよく、さらに、ハウジング7の下部に設けられたベースフランジ13に取り付けられていてもよい。ただし、ベースフランジ13付近は、被加工物を加熱した状態でプレスする際には、荷重検出器が熱の影響を受けるおそれがあるため、そのような使用には不向きであるが機構的には取り付け可能である。
The
ラム5(スプライン軸5b)の移動距離制御は、サーボモータ2の回転量をサーボモータ2に取り付けられた回転検出器14により検出して行われる。回転検出器14としては、電子素子を使用しないレゾルバが用いられており、振動や粉塵ミスト等の使用環境においても広く使用可能に構成されている。ただし、これに限定されるものではなく、エンコーダなどの他の回転検出器が使用されていてもよい。
The movement distance control of the ram 5 (
また、ラム5は、ハウジング7に設けられた戻端センサ15と出端センサ16との間を移動するように構成されており、戻端センサ15がラム5の移動の原点となって、戻端センサ15と出端センサ16との間の距離がラム5のストローク量となるように構成されている。
The
つぎに、図2に示したサーボプレス1の制御部20の構成について説明する。
この制御部20は、CPU(中央演算処理装置)21にて、回転検出器14のフィードバックによるサーボモータ2の制御と距離制御、荷重検出器6からのフィードバックによる荷重制御、戻端センサ15および出端センサ16を含む外部からの動作入力信号制御と自身の状態信号の出力制御、RS485の通信による双方向コミュニケーション制御、マニュアルスイッチ&結果表示LEDの制御、およびRS232Cデータ転送制御を行う。以下、各構成について順次詳述する。
Next, the configuration of the
The
パワーモジュール(パワートランジスタ)22は、サーボモータ2に電気的な動力を与える素子であり、パワーモジュールドライバー23はパワーモジュール22に対して動作指令を与える素子である。CPU21は、荷重検出器6や回転検出器14からの信号に基づいてサーボモータ2の回転数、回転方向、または回転角度を決定し、パワーモジュールドライバー23およびパワーモジュール22を介してフィードバック制御を行う。
The power module (power transistor) 22 is an element that gives electric power to the
回転検出器ドライバー24は、回転検出器14からの信号に基づく前記フィードバック制御を行う際に使用されると共に、回転角度を認識してラム5の移動距離制御に使用される。
The
A/Dコンバーター25は、荷重変換器6からのアナログ信号をデジタルに変換するユニットであり、ラム5にかかる応力を検出し荷重制御に使用される。シリアルポート3は、荷重変換器6に取り付けたIDチップと交信して製作履歴の確認・状態変化の検証の際に使用されるポートである。
The A /
INPUT/OUTPUTシグナルドライバー26は、入出力信号の制御に使用される。基本的にこのシステムは外部からの指令により起動、停止を行うため、これに必要な外部機器からの指令の受け取り(INPUT SIGNAL)と現状の自身の状態の提示(OUTPUT SIGNAL)を制御する。
The INPUT /
FRASH ROM27は、自身が動作するために必要なプログラムの格納とプレスの内容に応じて個々に設定される設定値の格納に使用される。RAM28はプログラムの動作に必要な領域として確保されているものである。
The
キーボードセグメントおよびディスプレードライバー29は、動作結果表示器と手動操作スイッチの付いたペンダントユニットの制御に使用される。
The keyboard segment and the
シリアルポート1(RS232C)は、動作結果を通信で出力するために使用されるポートであり、シリアルポート2(RS485)は、外部機器との双方向データ通信を実施するためのポートであり、設定値情報の入力と動作結果の出力を制御する。 The serial port 1 (RS232C) is a port used for outputting operation results by communication, and the serial port 2 (RS485) is a port for performing bidirectional data communication with an external device. Controls input of value information and output of operation results.
つぎに、本発明のサーボプレス1の特徴的作用について順次説明する。まず、図3に示した、ラム5に先端治具30を取り付けた場合の重量変動に対応するための制御について説明する。
Next, the characteristic operation of the
プレスに先立ち、ラム5の先端にその目的に応じた先端治具30を取り付けるが、その先端治具は多種多用で重量も異なるため、ラム5に先端治具30を取り付けた状態の自重を測定しその状態を零に補正した上で加圧を開始する。
具体的には、プレスに先立ち、ラム5(ボールナット5a、ボールナットケース5bおよびスプライン軸5c)の重量と先端治具30の重量を荷重検出器6にて検出し、その状態を零に補正した上でプレスが開始されるように制御される。本発明のサーボプレス1における荷重検出器6は引張荷重も検出可能に構成されているため、このような制御が可能となり、先端治具の重量変動に対応させた後の正確なプレスが可能となる。
Prior to pressing, a
Specifically, prior to pressing, the weight of the ram 5 (
図4および図5に示す例は、プレス加工を真空雰囲気下で行う場合のものである。より具体的には、図4および図5に示した例は、真空状態にて材料36と材料37に圧力を加えて加工する場合のものであり、真空室35内にラム5を挿入した状態で加圧が行われる。この場合、荷重検出器6にて検出される荷重が以下の表1のように変化する。
The examples shown in FIGS. 4 and 5 are for the case where the pressing is performed in a vacuum atmosphere. More specifically, the example shown in FIGS. 4 and 5 is a case where the
まず、真空室35内にラム5を挿入した状態(図4の状態)では、荷重検出器6が検出する荷重は、通常状態の値p0である。つぎに、真空室35内の空気を吸引して真空状態とすると、外気と真空室35内の気圧の差から、ラム5が真空室35内に引張され、ラム5の表面積に比例した気圧差分、荷重検出器6が検出する荷重が減少してp1となる。さらに、図5に示すように、ラム5を矢印方向に降下させて材料37に密着させると、ラム5の表面積が材料37に密着する分減少するため、荷重が若干増加してp2となる。この荷重p2の状態を原点としてプレスに必要な荷重p3を印加してp4にて精密な圧力を与える。このように、本発明のサーボプレス1は、荷重検出器6が引張荷重および圧縮荷重の双方を検出できるため、真空雰囲気下等、気圧の変化などによって荷重が正負両方向に変動するような使用環境においても精密なプレスが可能となる。
First, in a state where the
さらに、図6に示した例は、被加工物を加熱した状態でプレスする場合のものである。
この図に示すように、本発明のサーボプレス1は、荷重検出器6がハウジング7内に設けられており、ラム5の先端に配置される被加工物から離間した位置に設けられているため、荷重検出器6が熱による影響を受けて測定値が温度ドリフトし、正確な検出が不能となることがない。
Furthermore, the example shown in FIG. 6 is a case where the workpiece is pressed in a heated state.
As shown in this figure, in the
1 サーボプレス
2 サーボモータ
3 ギア
4 螺子機構(ボール螺子)
5 ラム
5a ボールナット
5b スプライン軸
6 荷重検出器
7 ハウジング
8 メインプレート
9 ボルト
10 ベアリング
11 カラー
12 ベアリング押さえ
13 ベースフランジ
14 回転検出器
15 戻端センサ
16 出端センサ
17 ナット
20 制御部
21 CPU
22 パワーモジュール
23 パワーモジュールドライバー
24 回転検出器ドライバー
25 A/Dコンバーター
26 INPUT/OUTPUTシグナルドライバー
27 FRASH ROM
28 RAM
29 キーボードセグメントおよびディスプレードライバー
1
5
22 Power Module 23
28 RAM
29 Keyboard segment and display driver
Claims (3)
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Effective date: 20090908 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |