JP2005271070A

JP2005271070A - プレス機械およびプレスライン

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Publication number: JP2005271070A
Application number: JP2004091929A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yoshinaga; 重樹吉長; Hiroshi Kuramoto; 洋倉本
Original assignee: Hitachi Zosen Fukui Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Fukui Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP4474183B2

Abstract

【課題】スライドが下死点に位置させられるときだけでなく、必要なプレスストロークの全ての領域において充分なプレス荷重を発生させる。
【解決手段】プレス機械は、相互の機械的連結を遮断するように並列状に配置されかつスライド11を昇降させる複数のエキセン機構21A、21Bと、各エキセン機構21A、21Bを個別に駆動する複数のサーボモータ22A、22Bとを備えている。各エキセン機構21A、21Bは、主軸31に固定された大歯車33と、これに噛み合わされかつ対応するサーボモータ22A、22Bの回転軸に固定された小歯車34と、各サーボモータ22A、22Bの回転角度および／または速度を検出する検出器41A、41Bと、各検出器41A、41Bの検出信号に基づいて、対応するサーボモータ22A、22Bを制御する制御手段とを備えている。
【選択図】図４

Description

この発明は、プレス機械、とくに、サーボモータによってスライドを駆動するようにしたプレス機械およびプレスラインに関する。

従来、この種のプレス機械としては、スライドを昇降させる複数のトグルリンク機構と、各トグルリンク機構を個別に駆動する複数のサーボモータとを備えているものが知られている（特許文献１参照。）。

この従来のプレス機械では、スライドを駆動するためにトグルリンク機構を用いているため、トグルリンク機構によって発生させられるプレス荷重が、スライドが下死点に位置させられるときは、充分であるが、それ以外の位置では、不十分であった。
特開２００２−１０３０８９号公報

この発明の目的は、スライドが下死点に位置させられるときだけでなく、必要なプレスストロークの全ての領域において充分なプレス荷重を発生させることのできるプレス機械を提供することにある。

この発明によるプレス機械は、相互の機械的連結を遮断するように並列状に配置されかつスライドを昇降させる複数の駆動機構と、各駆動機構を個別に駆動する複数のサーボモータとを備えており、各駆動機構が、エキセン機構またはクランク機構よりなるものである。

この発明によるプレス機械では、スライドがエキセン機構またはクランク機構によって駆動されるから、スライドが下死点に位置させられるときだけでなく、必要なプレスストロークの全ての領域において充分なプレス荷重を発生させることができる。

さらに、個々の駆動機構が相互に連結されておらず、サーボモータを個々に制御することができるから、スライドの、駆動機構との連結部における上下動位相を任意に変更することができる。

さらに、各駆動機構が、主軸に固定された大歯車と、これに噛み合わされた小歯車とを備えており、小歯車が、対応するサーボモータによって駆動されるようになされていると、サーボモータによって小歯車を駆動するから、慣性力が小さく、加速・減速時間が短く、必要なエネルギーも少なくて済む。さらに、複数の小さいサーボモータおよび歯車を用いて大きな加圧力を発生できる。また、サーボモータで歯車を駆動しているから、回転速度を任意に変化させることができ、多様なスライドの上下動を得ることができ、多目的にプレス機械を使用することができる。

また、プレス機械には、各サーボモータの回転角度および／または速度を検出する検出器が備わっており、各検出器の検出信号に基づいて、対応するサーボモータが制御されるようになされていてもよい。

また、プレス機械には、各サーボモータの回転角度および／または速度を検出する第１検出器と、各駆動機構の主軸の回転角度および／または速度を検出する第２検出器と、スライドの位置を検出する第３検出器とが備わっており、各第１検出器の検出信号に基づいて、対応するサーボモータが制御されるようになされるとともに、各第２検出器の検出信号に基づいて、対応する第１検出器の検出信号が補正されかつ第３検出器の検出信号に基づいて、スライドの平行度が確認されるようになされていることが好ましい。また、プレス機械には、各駆動機構の主軸の回転角度および／または速度を検出する検出器が備わっており、各検出器の検出信号に基づいて、対応する駆動機構を駆動するサーボモータが制御されるようになされていると、モータと主軸との間の機械的誤差をなくすことができる。

また、プレス機械には、各駆動機構の主軸の回転角度および／または速度を検出する第１検出器と、スライドの位置を検出する第２検出器とが備わっており、各第１検出器の検出信号に基づいて、対応する駆動機構を駆動するサーボモータが制御されるようになされるとともに、第２検出器の検出信号に基づいて、スライドの平行度が確認されるようになされていることが好ましい。

また、プレス機械には、スライドの位置を検出する検出器が備わっており、検出器の検出信号に基づいて、各サーボモータが制御されるようになされていると、モータとスライド間の機械的誤差をなくすことができる。

この発明によるプレスラインは、製品を加工する順に複数のプレス機械が並べられ、先頭のプレス機械が機械プレスとなされるとももに、残りのプレス機械がサーボモータによって駆動されるプレス機械となされているものである。

通常、先頭のプレス機械は大きな加工力を必要とするため、機械プレスが配置されることが好ましい。

さらに、隣り合うプレス機械の間にプレス間搬送装置が配置されており、先頭のプレス機械の起動信号に連動して、残りのプレス機械およびプレス間搬送装置が同期制御されるようになされていると、ライン全体を完全に同期させて運転することができ、生産性を大幅に向上させることができる。

この発明によれば、スライドが下死点に位置させられるときだけでなく、必要なプレスストロークの全ての領域において充分なプレス荷重を発生させることができる。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

図１に、プレスラインＬが示されている。プレスラインＬは、製品を加工する順に並んでいる第１〜第４プレス機械P1〜P4によって構成されている。第１プレス機械P1は、能力２０００ｔｏｎの機械プレスである。第２〜第４プレス機械P2〜P4は、能力５００ｔｏｎのサーボモータ駆動プレス（以下サーボプレスという）である。製品加工の最初のステップは、通常、加工量が大であるから、第１プレス機械P1として、能力の高い機械プレスが選択されている。隣り合うプレス機械P1〜P4間にはプレス間搬送装置S1〜S3が配置されている。また、プレス機械P1〜P4の数は、任意である。

図２および図３は、サーボプレスのスライド11およびこれの駆動装置12を示すものである。

駆動装置12は、第１および第２エキセン機構21A、21Bと、これらのエキセン機構21A、21Bを個別に駆動する第１および第２サーボモータ22A、22Bとよりなる。なお、エキセン機構に代えて、クランク機構を用いてもよい。

第１および第２エキセン機構21A、21Bは、互いに左右の向きを逆としているが、同一構造のものである。以下、とくに断らない限り、第１エキセン機構21Aについて説明する。第２エキセン機構21Bについては、第１エキセン機構21Aと対応する部分には同一の符号を付して、その説明は、省略する。また、第１および第２サーボモータ22A、22Bについても、左右の向きは、逆である。

エキセン機構21Aは、主軸31と、主軸31に固定されかつ偏心軸32を有する大歯車33と、大歯車33と噛み合わされかつサーボモータ22Aの出力軸に固定されている小歯車34と、スライド11および偏心軸32を連結しているコネクティングロッド35とよりなる。

図４は、スライド駆動装置の電気的構成を示す全体ブロック図である。

サーボモータ22A、22Bにはロータリエンコーダであるモータ角度／速度検出器41A、41Bが備えられている。また、大歯車33にもロータリエンコーダであるプレス角度検出器42A、42Bが備えられている。スライド移動経路にそってリニアエンコーダであるスライド位置検出器43B、43Bが備えられている。

プレス機械を制御するプレスＰＬＣ44は、操作盤45およびタッチパネル46に接続されている。操作盤45およびタッチパネル46を通じて、プレスＰＬＣ44にプレスの動作モーションを決定するための角度、速度データが入力される。モータ22A、22Bを制御するサーボプレスコントローラ47は、ＤＩＯおよびシリアル通信により、プレスＰＬＣ44に接続されている。プレスＰＬＣ44から送られたデータに基づいて、サーボプレスコントローラ47は、プレスの動作モーションを決定し、これに対応するモータ22A、22Bの回転指令を２つのインバータ48A、48Bに出力する。各インバータ48A、48Bは、それぞれに対応するモータ22A、22Bを駆動する。各モータ22A、22Bは、エキセン機構21A、21Bを駆動してスライド11を昇降させる。モータ角度／速度検出器41A、41B、プレス角度検出器42A、42Bおよびスライド位置検出器43B、43Bの検出信号は、サーボプレスコントローラ47にフィードバックされる。

モータ22A、22Bは、モータ角度／速度検出器41A、41B、プレス角度検出器42A、42Bおよびスライド位置検出器43B、43Bのいずれか１つの検出信号を用いて制御される。

図５は、モータ角度／速度検出器41A、41Bの検出信号を用いてモータ22A、22Bを制御する場合のスライド駆動装置12の詳細ブロック図である。

サーボプレスコントローラ47では、プレスＰＬＣ44から入力された角度、速度データからプレスの動作モーションを演算して、２つのモータ22A、22Bに共通の基準位置指令が作成され、さらに、この基準位置指令からモータ22A、22Bの速度を決定する速度指令が演算される。速度指令は、インバータ48A、48Bに出力される。インバータ48A、48Bによって駆動されたモータ22A、22Bの角度は、モータ角度／速度検出器41A、41Bからサーボプレスコントローラ47にフィードバックされる。フィードバック信号S1と基準位置指令との差分はリアルタイムで速度指令に反映され、これにより、モータ22A、22Bが基準位置と同じ位置となるように速度指令が補正される。このように、２つのモータ22A、22Bが共通の基準位置上を動作することにより、スライド11の左右平行度が維持される。一方、プレス角度検出器42A、42Bは、モータ角度／速度検出器41A、41Bの角度補正用として使用される。スライド位置検出器43B、43Bは左右平行度の確認用として使用される。

図６は、プレス角度検出器42A、42Bの検出信号を用いてモータ22A、22Bを制御する場合のスライド駆動装置12の詳細ブロック図である。

サーボプレスコントローラ47では、２つのモータ22A、22Bに共通の速度指令およびスライドの基準角度が作成される。プレス角度は、プレス角度検出器42A、42Bからサーボプレスコントローラ47にフィードバックされる。フィードバック信号S2とスライド基準角度との差分はリアルタイムで速度指令に反映され、これにより、スライド11が基準角度と同じ角度となるように速度指令が補正される。このように、スライド11の角度、すなわち、２つの大歯車33が共通の基準角度上を動作することにより、スライド11の左右平行度が維持される。スライド位置検出器43B、43Bは左右平行度の確認用として使用される。図６に示すケースでは、モータ22A、22Bと大歯車33間の機械的誤差をなくすことができる。

図７は、スライド位置検出器43B、43Bの検出信号を用いてモータ22A、22Bを制御する場合のスライド駆動装置12の詳細ブロック図である。

サーボプレスコントローラ47では、２つのモータ22A、22Bに共通の速度指令およびスライド12の基準位置が作成される。スライド11の位置は、スライド位置検出器43B、43Bからサーボプレスコントローラ47にフィードバックされる。フィードバック信号S3とスライド基準位置との差分はリアルタイムで速度指令に反映され、これにより、スライド11が基準位置と同じ位置となるように速度指令が補正される。このように、スライド11の位置、すなわち、２つの大歯車33が共通の基準位置上を動作することにより、スライド11の左右平行度が維持される。図７に示すケースでは、モータ22A、22Bとスライド11間の機械的誤差をなくすことができる。

以上は、図８(a)に示すように、左右の大歯車33の回転角度の位相を合わせることにより、機械精度に依存せず、スライド11の高い動的平行度が得られるケースについて説明した。これとは別に、図８(b)および(c)に示すように、同位相をずらすことにより、スライド11を傾斜させて昇降させることもできる。このケースでは、スライド11の片側で大きい荷重を発生させることができる。

つぎに、図９〜図１２を参照しながら、大歯車、小歯車およびモータ22A、22Bの配置態様の様々なバリエーションを説明する。以下の説明において、大歯車には符号「５１」を、小歯車には符号「５２」を、モータには符号「５３」を付すものとする。

図９は、２つのエキセン機構21A、21Bの主軸31が一直線上に配置されている例を示し、同主軸31が平行に配置されている例が図１０〜図１２に示されている。

図２および図３に示す同配置態様は、図９(a)に対応し、大歯車数：２、小歯車数：２、モータ数：２のケースを示している。図９(b)では、大歯車数：２、小歯車数：２、モータ数：４、図９(c)では、大歯車数：２、小歯車数：４、モータ数：８、図９(d)では、大歯車数：２、小歯車数：４、モータ数：４としている。

図１０(ｅ)では、大歯車数：２、小歯車数：２、モータ数：２、図１０(ｆ)では、大歯車数：２、小歯車数：２、モータ数：４、図１０(ｇ)では、大歯車数：２、小歯車数：４、モータ数：４、図１０(ｈ)では、大歯車数：２、小歯車数：４、モータ数：８としている。

図１１(ｉ)では、大歯車数：４、小歯車数：４、モータ数：４、図１１(ｊ)では、大歯車数：４、小歯車数：４、モータ数：４、図１１(ｋ)では、大歯車数：４、小歯車数：４、モータ数：２、図１１(ｌ)では、大歯車数：４、小歯車数：４、モータ数：８としている。

図１２(ｍ)では、大歯車数：４、小歯車数：８、モータ数：４、図１２(ｎ)では、大歯車数：４、小歯車数：８、モータ数：８、図１２(ｏ)では、大歯車数：４、小歯車数：８、モータ数：８としている。

この発明によるプレス機械のライン構成説明図である。同プレス機械のスライドおよびこれの駆動装置の縦断面図である。同横断面図である。同駆動装置の電気的構成を示す全体ブロック図である。同ブロック図の一部詳細ブロック図である。図５とは別の制御方式による一部詳細ブロック図である。さらなる別の制御方式による一部詳細ブロック図である。スライドの動作の態様を示す説明図である。スライド駆動装置の大歯車、小歯車およびモータの配置態様を示す説明図である。同スライド駆動装置の他の配置態様を示す説明図である。同スライド駆動装置のさらなる他の配置態様を示す説明図である。同スライド駆動装置のさらなる他の配置態様を示す説明図である。

符号の説明

11 スライド
21A、21B エキセン機構
22A、22B サーボモータ
31 主軸
41A、41B 角度／速度検出器
42A、42B 角度／速度検出器
43A、43B スライド位置検出器

Claims

相互の機械的連結を遮断するように並列状に配置されかつスライド11を昇降させる複数の駆動機構21A、21Bと、各駆動機構21A、21Bを個別に駆動する複数のサーボモータ22A、22Bとを備えており、各駆動機構21A、21Bが、エキセン機構またはクランク機構よりなるプレス機械。
各駆動機構21A、21Bが、主軸31に固定された大歯車33と、これに噛み合わされた小歯車34とを備えており、小歯車34が、対応するサーボモータ22A、22Bによって駆動されるようになされている請求項１に記載のプレス機械。
各サーボモータ22A、22Bの回転角度および／または速度を検出する検出器41A、41Bを備えており、各検出器41A、41Bの検出信号に基づいて、対応するサーボモータ22A、22Bが制御されるようになされている請求項１に記載のプレス機械。
各サーボモータ22A、22Bの回転角度および／または速度を検出する第１検出器41A、41Bと、各駆動機構21A、21Bの主軸31の回転角度および／または速度を検出する第２検出器42A、42Bと、スライド11の位置を検出する第３検出器43A、43Bとを備えており、各第１検出器41A、41Bの検出信号に基づいて、対応するサーボモータ22A、22Bが制御されるようになされるとともに、各第２検出器42A、42Bの検出信号に基づいて、対応する第１検出器41A、41Bの検出信号が補正されかつ第３検出器43A、43Bの検出信号に基づいて、スライド11の平行度が確認されるようになされている請求項１に記載のプレス機械。
各駆動機構21A、21Bの主軸31の回転角度および／または速度を検出する検出器42A、42Bを備えており、各検出器42A、42Bの検出信号に基づいて、対応する駆動機構21A、21Bを駆動するサーボモータ22A、22Bが制御されるようになされている請求項１に記載のプレス機械。
各駆動機構21A、21Bの主軸31の回転角度および／または速度を検出する第１検出器42A、42Bと、スライド11の位置を検出する第２検出器43A、43Bとを備えており、各第１検出器42A、42Bの検出信号に基づいて、対応する駆動機構21A、21Bを駆動するサーボモータ22A、22Bが制御されるようになされるとともに、第２検出器43A、43Bの検出信号に基づいて、スライド11の平行度が確認されるようになされている請求項１に記載のプレス機械。
スライド11の位置を検出する検出器43A、43Bを備えており、検出器43A、43Bの検出信号に基づいて、各サーボモータ22A、22Bが制御されるようになされている請求項１に記載のプレス機械。
製品を加工する順に複数のプレス機械P1〜P4が並べられ、先頭のプレス機械P1が機械プレスとなされるとももに、残りのプレス機械P2〜P4が請求項１〜７のいずれか１つに記載のプレス機械となされているプレスライン。
隣り合うプレス機械P1〜P4の間にプレス間搬送装置S1〜S3が配置されており、先頭のプレス機械P1の起動信号に連動して、残りのプレス機械P2〜P4およびプレス間搬送装置S1〜S3が同期制御されるようになされている請求項８に記載のプレスライン。