JP2007275931A - プレス機械、プレス機械の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ及びモータの駆動回路を小型化でき、かつ、消費電力を低減できるプレス機械の制御装置を提供することにある。
【解決手段】モータ１と、モータ１により回転駆動される回転体７を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構７、１２と、変換機構７、１２に連結されて往復運動するスライド１１と、を備え、モータ１を一定指令速度で回転させた場合に回転体７の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械１０、１０’、１０’’の制御装置１５であって、回転体７の回転角を検知する角度検知装置２５と、角度検知装置２５から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる回転体７の回転角では、モータの回転指令速度を一定指令速度よりも増加させる速度調節装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転運動を往復運動に変換する機構を有するプレス機械に関する。

プレス機械には、スライドを液圧によって駆動する液圧プレスと、スライドを機械式機構によって駆動する機械プレスとがある。
機械プレスには、クランク軸をモータにより回転駆動するクランクプレスがあり、クランクプレスでは、クランク軸の回転によりスライドを昇降させる。
スライドの下降時に、スライドの下面に固定された上金型と、スライドの下方に配置された下金型との間に被加工物を挟み込んでプレスを行う。

また、機械プレスには、回転エネルギが蓄積されるフライホイールを用いる機械プレスと、フライホールを用いずに、正転、逆転及び速度変化を自由に調節できるサーボモータを用いた機械プレスとがある。

フライホイールを用いたプレス機械は、例えば、図９に示すように、モータ４１の回転駆動力をプーリ４３及び伝達ベルト４５を介してフライホイール４７に伝達する。クラッチ４９は、ＯＮ状態でフライホイール４７をメインギヤ５１に連結し、ＯＦＦ状態でフライホイール４７をメインギヤ５１から分離する。
メインギヤ５１はクランク軸５３の一端部に固定されており、クランク軸５３はメインギヤ５１と共に回転駆動される。
クランク軸５３の偏心部には連結部材５５の一端部が連結され、連結部材５５の他端部にはスライド５７が連結される。これにより、クランク軸５３の回転運動がスライド５７の往復直線運動に変換され、スライド５７が昇降される。

この構成では、フライホイール４７に蓄積される回転エネルギは、被加工物をプレスするクランク軸５３の回転角領域で放出され、その他の回転角領域で再びフライホイール４７に蓄積される。

フライホイールを用いたプレス機械の場合には、フライホイール、クラッチを用いるためその分だけ装置が大型化するが、サーボモータを用いたプレス機械の場合には、フライホイールやクラッチを省略できる利点がある。

しかし、サーボモータを用いたプレス機械の場合には、フライホイールに回転エネルギを蓄積することができないので、サーボモータとモータ駆動用の電源設備を大容量にしなければならない。

この点を考慮して下記特許文献１では、電気エネルギ蓄積用のコンデンサを交流電源設備に接続し、被加工物をプレスするクランク軸の回転角領域において、コンデンサに蓄積された電気エネルギをサーボモータに供給している。
これにより、交流電源設備を小型化し、プレス時に必要なエネルギを確保している。
特開２００４−３４４９４６号公報 「プレス機械」

しかし、特許文献１の場合には、交流電源設備を小型化できても、加工物をプレスするクランク軸の回転角領域において大電流をサーボモータに供給するので、サーボモータを直接駆動する駆動回路は、その分、大型化してしまう。
一方、フライホイールを用いたプレス機械においてもモータ及びモータの駆動回路をさらに小型化することが望まれる。
また、プレス機械において消費電力を低減することも望まれる。

そこで、本発明の目的は、モータ及びモータの駆動回路を小型化でき、かつ、消費電力を低減できるプレス機械、プレス機械の制御装置及び制御方法を提供することにある。

モータによりクランク軸を一定指令速度で回転させると、実際に被加工物をプレスしない状態でも、クランク軸に結合されている様々な機械的要素により、クランク軸の回転角に従ってモータの実績トルクが変動する。
本発明は、このようなモータ実績トルクの変動を利用して、回転系に効率よく回転エネルギを与えるものである。

すなわち、本発明によると、上記目的を達成するため、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、該角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置が提供される。

このように、本発明のプレス機械の制御装置では、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増加させるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最大モータトルク値を効果的に低減することができる。
従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減することもできる。

また、本発明によると、上記目的を達成するため、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、該角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置が提供される。

このように、上記プレス機械の制御装置では、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも減少させるので、回転系に回転エネルギを与える効率が悪化するのを抑制できる。
従って、消費電力を低減でき、最大モータトルク値も抑制できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくできる。

また、本発明によると、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、該角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させ、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置が提供される。

このように、本発明のプレス機械の制御装置では、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増加させるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最大モータトルク値を効果的に低減することができる。
また、必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも減少させるので、回転系に回転エネルギを与える効率が悪化するのを抑制できる。
従って、最大モータトルク値を低減できるとともに、消費電力を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくできる。

また、本発明の好ましい実施形態によると、前記速度調節装置は、前記必要モータトルクと、前記モータトルク基準値との差に、一定のゲインを乗じた値の大きさだけ、モータの回転指令速度を前記一定指令速度から増減させる。

このように、トルク変動量に比例する量だけモータの回転指令速度を増減するので、より効率的に回転エネルギを回転系に与えることができる。

本発明の好ましい実施形態によると、前記速度調節装置がモータの回転指令速度を増加させる量と、モータの回転指令速度を減少させる量とは、所定時間にわたる時間積分値が等しい。

このように、回転指令速度を増加させる量と、減少させる量とは、所定時間にわたる時間積分値が等しいので、所定時間にわたるプレス動作時間を、一定指令速度でモータを回転させた場合の所定時間にわたるプレス動作時間と合わせることができ、プレス生産速度を低下させずに済む。

本発明によると、上述した制御装置を有するプレス機械が提供される。

また、本発明によると、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、前記変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、前記回転体の回転角を検知する段階と、該検知した回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定する段階と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段階と、を有し、必要モータトルクを決定する前記段階では、スライドの往復運動によるモータトルク変動要素と、前記回転体の回転運動によるモータトルク変動要素とに基づいて、前記必要モータトルクは決定される、ことを特徴とするプレス機械の制御方法が提供される。

上記本発明のプレス機械の制御方法では、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増加させるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最大モータトルク値を効果的に低減することができる。
従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減することもできる。
さらに、スライドの往復運動によるモータトルク変動要素と、回転体の回転運動によるモータトルク変動要素とに基づいて、前記必要モータトルクを決定することで、スライドの往復運動と回転体の回転運動によるモータトルク変動要素を考慮したモータ回転速度の制御を行うことができる。

さらに、本発明によると、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、プレス機械の試運転を行うことにより、モータへ供給する電流から求められる、プレス機械の特性に応じた必要モータトルク値と、クランク軸の回転角の値との関係を作成する段階と、前記回転体の回転角を検知する段階と、該検知した回転角の値と前記関係に基づき、該回転角の値に対応する必要モータトルクを決定する段階と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段階と、を有することを特徴とするプレス機械の制御方法が提供される。

上記本発明のプレス機械の制御方法では、試運転を行うことにより、モータへ供給する電流から得られる、プレス機械の特性に応じた必要モータトルク値と、クランク軸の回転角の値との関係を作成し、この関係に基づいて、クランク軸の回転角に対応する必要モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増加させるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最大モータトルク値を効果的に低減することができる。
従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減することもできる。
さらに、試運転により得られた関係に、検知された回転角を当てはめるだけで、必要モータトルクを決定することができる。

上述した本発明によると、モータ及びモータの駆動回路を小型化でき、かつ、消費電力を低減できる。

本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明のプレス機械１０の構成を示す図である。図１に示すように、プレス機械１０は、モータ１と、モータ１の回転駆動力により回転するプーリ３及び伝達ベルト５と、モータ１の駆動力がプーリ３及び伝達ベルト５を介して伝達され回転するフライホイール６と、フライホイール６から回転駆動力が伝達されるクランク軸７と、ＯＮ状態でフライホイール６とクランク軸７を連結しＯＦＦ状態でクランク軸７をフライホイール６から分離するクラッチ９と、クランク軸７の回転により昇降するスライド１１と、一端部がクランク軸７の偏心部に連結され他端部がスライド１１に連結されてスライド１１を昇降させる連結部材１２と、を備える。
スライド１１の下面にはプレス用の上金型が固定されており、スライド１１が下降すると、上金型とスライド１１の下方に設けられている下金型との間で被加工物をプレスする。

また、プレス機械１０には、モータ１の回転速度を制御する制御装置１５が組み込まれている。制御装置１５は、例えば、外部から入力された被加工物のプレス条件などに応じてモータ１の回転指令速度値（以下、指令速度値という）を出力する速度指令部１７と、速度指令部１７からの指令速度値を指令調節部１９を介して受け、これに応じた電流をモータ１に供給するモータ駆動部２１（例えば、駆動回路）と、を有する。なお、図１の例では、速度指令部１７からの指令速度値はリミッタを介して指令調節部１９へ入力される。

まず、速度指令部１７から一定の指令速度値が指令調節部１９を介さずにモータ駆動部２１に入力される場合について説明する。
この場合、モータ駆動部２１は入力される指令速度値に基づいてモータ１へ電流を供給する。
さらに、モータ駆動部２１は、モータ１の回転速度を検出するタコジェネレータなどの角速度センサ２３からの検出値を受け、モータ１の検出回転速度が指令速度値となっているか判断し、速度が異なっていれば、モータ１への電流を調節する。これにより、モータ１の検出回転速度が一定指令速度値になるように制御される。

図２は、上述のように、モータ１を一定指令速度（即ち、定速度）で回転させてプレス機械１０を運転した場合におけるモータ１の必要トルク変動を示すグラフである。なお、本明細書と特許請求の範囲において、必要モータトルクとは、プレス機械の特性、プレスの被加工物及びクランク軸７の所望の一定回転速度などによって定まるモータ１のトルクを言う。
図２（Ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸はクランク軸７の回転角を示している。クランク軸７の回転角は、プレスの１周期ごとに０〜３６０度まで変位するので、図２（Ａ）では、プレスの１周期ごとに同じ波形が繰り返される。
図２（Ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は速度指令部１７が出力する指令速度値を示している。この場合、指令速度値は一定である。
図２（Ｃ）は、モータ１を一定指令速度で回転させてプレス機械１０を運転した場合に、モータ１の必要トルク変動を示している。この図に示すように、モータ１によりクランク軸７を図２（Ｂ）の一定指令速度で回転させると、クランク軸７に結合されている様々な機械的要素によって、時間に従ってモータ１の必要トルクが変動する。即ち、プレス機械のモータ実績トルクは、クランク軸７の回転角に従って変動する。

第１実施形態によるプレス機械１０は、図１に示すように、クランク軸７の一端部に結合されているメインギヤ２９の回転角を検出するロータリーエンコーダなどの角度センサ２５をさらに備える。
制御装置１５は、図２（Ｂ）に示すように一定指令速度でモータ１を回転させた場合にモータの必要トルクが、図２（Ｃ）に示すモータトルク基準値よりも小さくなるクランク軸７の回転角では、モータ１の回転指令速度を図２（Ｂ）の一定指令速度よりも増加させる制御を行う。これにより、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、最大モータトルク値を効果的に下げることができる。従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ１及びモータ駆動部２１の電気容量を小さくすることができ、モータ１及びモータ駆動部２１を小型化できる。また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減することもできる。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、モータトルク基準値は、例えば、図２（Ｃ）の実線で示す変動する必要モータトルクの一周期にわたる平均値又は必要モータトルクの所定時間にわたる平均値であってもよいが、これに限定されず、図２（Ｃ）の実線で示す必要モータトルクの最小値よりも大きく、図２（Ｃ）の実線で示す必要モータトルクの最大値よりも小さい一定値である。

また、制御装置１５は、上記一定指令速度でモータ１を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも大きくなるクランク軸７の回転角では、モータ１の回転指令速度を上記一定指令速度よりも減少させる。これにより、最大モータトルク値をさらに低減することができる。

以下において、このような制御を行うプレス機械１０を詳細に説明する。

図１に示すように、第１実施形態によるプレス機械１０の制御装置１５は、角度センサ２５からの出力値に応じてモータ１の速度調節値を出力する演算部２６と、演算部２６からの入力された速度調節値の分だけ、速度指令部１７から入力された指令速度値を増減させる指令調節部１９と、をさらに備える。指令調節部１９は、このように増減調節された指令速度値をモータ駆動部２１に出力する。なお、図１の例では、演算部２６からの速度調節値はリミッターを介して指令調節部１９へ入力される。

角度センサ２５は、クランク軸７に結合されたメインギヤ２９の回転角を検出することで、クランク軸７の回転角を検出して、連続的に検出値を出力する。

演算部２６は、入力されるクランク軸７の回転角の値に応じてモータ１の回転指令速度を増減するための速度調節値を算出する速度調節関数として機能する。

図３は、この関数への入力からその出力までの流れを示す図である。
演算部２６、即ち、速度調節関数へ角度センサ２５から回転角の値が入力されると、まず、この入力に基づいて、スライドの往復運動による必要モータトルクの変動要素と、クランク軸の回転運動による必要モータトルクの変動要素の計算が行われる。

１．スライドの往復運動による必要モータトルク変動要素の計算
スライドの往復運動による必要モータトルク変動要素の計算（図３のＳ１で示す）のために、回転角の値が入力されると、この回転角をスライド１１の位置に変換する。
そして、このスライド位置の情報に基づいて、スライドの往復運動による必要モータトルク変動要素が計算される。
このトルク変動要素計算は、次の各要素（１）〜（６）について行われる。

（１）スライド摩擦
スライドの動摩擦係数とスライドの速度との積として求める。この場合、スライドの速度はクランク軸の回転角に従って変化するので、スライドの摩擦力もクランク軸の回転角に従って変化する。
（２）スライドの慣性
スライドの重量と、スライドの加速度の積として求める。この場合、スライドの加速度はクランク軸の回転角に従って変化するので、スライドの慣性もクランク軸の回転角に従って変化する。
（３）クッション
ダイクッションがプレス時に動作している間のみ、設定されたクッション力から、ダイクッションがスライドに作用する力を求める。この場合も、ダイクッションがスライドに作用する力は、クランク軸の回転角に従って変化する。
（４）プレス加圧力
プレスをバネとしてモデル化し、このバネが縮んでいる間のみ（即ち、上金型と下金型が接触している間のみ）、発生するプレス加圧力をバネ定数と縮み量の積として求める。この場合も、プレス加圧力は、クランク軸の回転角に従って変化する。
（５）カウンタバランサ
スライド１１の自重やスライド１１に連結されている機械要素の自重からスライド１１に作用する力との釣り合いをとるため、スライド１１を上方又は下方に付勢するカウンタバランサがプレス機械１０に設けられる場合がある。
このカウンタバランサは空圧シリンダなどにより構成され、カウンタバランサがスライド１１に作用させる力の大きさは、スライド１１の位置、即ち、クランク軸７の回転角によって変動する。
（６）その他の要素
上記以外に、往復運動するスライド１１に力を及ぼすその他の要素がある場合には、これについても考慮する。

上記（１）〜（６）について、スライド１１に作用する各力をクランク軸の回転角の関数として予め求めておく。

上記（１）〜（６）について、入力された回転角に応じてスライド１１に作用する直線的な力を求めたら、図３に示すように、これらの直線的な力を加算する。続いて、加算された直線的な力をモータの必要トルク要素に変換する。

２．クランク軸の回転運動による必要モータトルクの変動要素の計算
一方、クランク軸の回転運動による必要モータトルクの変動要素の計算（図３のＳ２で示す）も行う。この計算は、回転運動をスライドの往復運動に変換することにより発生する必要モータトルク要素をクランク軸の回転角の関数として求める。本実施形態の場合には、クランク軸の偏心により発生する必要モータトルク変動要素を、クランク軸の回転角の関数として求める。
この必要モータトルク変動要素も、クランク軸の回転角の関数として予め求めておき、この関数により入力された回転角に応じて必要モータトルク要素の値が算出される。

このように、入力された回転角に応じて、スライド１１の往復運動による必要モータトルク要素と、クランク軸の回転運動による必要モータトルク変動要素とが算出されたら、図３に示すように、これらを加算して必要モータトルクを算出する。
図４（Ａ）は、この必要モータトルクの例を示している。なお、この図において、横軸はクランク軸の回転角を示し、縦軸は単位を持たせずにトルク変動割合を示している。

続いて、スライド１１の往復運動による必要モータトルク要素と、クランク軸の回転運動による必要モータトルク変動要素との総和である必要モータトルクと、モータトルク基準値との差をトルク変動値として算出する。
図４（Ｂ）は、このようにして取り出したトルク変動値を表している。なお、この図において、横軸はクランク軸の回転角を示し、縦軸は単位を持たせずにトルク変動割合を示している。

好ましくは、図４（Ａ）に示す関数で表された必要モータトルクをクランク軸７の回転角の１周期（０〜３６０度）にわたって回転角で積分した値がゼロとなるように、横軸の位置（即ち、モータトルク基準値）が図４（Ｂ）のように定められている。従って、この場合には、クランク軸７の回転１周期にわたる必要モータトルクの平均値がゼロになるように、横軸の位置を定める。

次に、必要モータトルクとモータトルク基準値との差であるトルク変動値に、一定のゲイン（倍率）を乗算し、これを速度調節値として出力する。

図３に示すように、上述の手順に従って、演算部２６にクランク軸７の回転角が入力されると、演算部２６から速度調節値が出力される。

上述のように、本発明では、プレス機械１０の特性に応じた必要モータトルクを算出し、この必要モータトルクに応じて速度調節値が算出される。
本実施形態では、上記一定指令速度でモータ１を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも小さくなるクランク軸７の回転角では、モータ１の回転指令速度を上記一定指令速度よりも増加させるように、速度調節値が算出される。
また、上記一定指令速度でモータ１を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも大きくなるクランク軸７の回転角では、モータ１の回転指令速度を上記一定指令速度よりも減少させるように速度調節値が算出される。

図３の例では、クランク軸７の回転角が入力されると、図４（Ｂ）に示す、入力された回転角でのトルク変動値に一定のゲインを乗じた値の大きさとなる速度調節値が出力されるように演算部２６の速度調節関数を作成する。なお、上記一定指令速度でモータ１を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも小さくなる回転角に対する速度調節関数の出力値は正である。一方、上記一定指令速度でモータ１を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも大きくなる回転角に対する速度調節関数の出力値は負である。また、ゲインを一定の正値にすることで、図２（Ｃ）又は図４に示す必要モータトルクがモータトルク基準値よりも小さいほど、又は、大きいほど、その回転角での速度調節関数の出力値の絶対値は大きくなる。
上述の速度調節関数は、例えば、演算部２６に組み込まれる電子回路によって構成することができる。

速度調節関数として機能する演算部２６は、角度センサ２５が検出したクランク軸７の回転角が入力されると、この回転角を速度調節関数に適用して、この回転角に対応する速度調節値を算出する。演算部２６により算出された速度調節値は、指令調節部１９に出力される。

指令調節部１９は、速度指令部１７からの一定の指令速度値に、演算部２６からの速度調節値を加算して増減調節した指令速度値を出力する。
この指令速度値はモータ駆動部２１に入力され、モータ駆動部２１は、モータ１の回転速度が入力された指令速度値になるようにモータ１へ供給する電流を調節する。この調節は、上述したように速度センサ２３を用いて行うことができる。

上述の制御により、図２（Ｃ）において必要モータトルクが小さいクランク軸７の回転角では、モータ１の回転指令速度が増加させられ、図２（Ｃ）において必要モータトルクが大きいクランク軸７の回転角では、モータ１の回転指令速度が減少させられる。
図５（Ｂ）は、このように調節された指令速度値の時間変化を示している。また、図５（Ｃ）は、この場合のモータトルク変動を示している。図５（Ｂ）の破線は、比較のため、図２（Ｂ）の一定の指令速度値を示しており、図５（Ｃ）の破線は、比較のため、図２（Ｃ）の必要モータトルク変動を示している。なお、図５（Ａ）は、図２（Ａ）に対応するクランク軸７の回転角の時間変化を示している。
図５（Ｂ）のように速度調節することにより、回転エネルギを回転系に効率よく与えることができ、図５（Ｃ）に示すように、最大モータトルク値を下げることができ、モータトルクの変動も低減することができる。
このように、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減することもできる。

また、好ましくは、上記速度調節関数によって、モータの回転指令速度を上記一定指令速度から増加させる量と、モータの回転指令速度を上記一定指令速度から減少させる量とは、クランク軸７の回転角の１周期（０〜３６０度）にわたる時間積分値が等しい。従って、回転指令速度を増加させる量と、減少させる量とは、回転角の１周期にわたる時間積分値が等しいので、回転角の１周期にわたるプレス動作時間を、一定指令速度でモータを回転させた場合の回転角の１周期にわたるプレス動作時間と合わせることができ、プレス生産速度を低下させずに済む。

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態によるプレス機械１０’の構成図である。第２実施形態のプレス機械１０’では、モータ駆動部２１から演算部２６へ指令トルクの値が入力されるように構成されており、演算部２６の構成が第１実施形態の場合と異なる。第２実施形態のプレス機械１０’の他の構成は、第１実施形態の場合と同じである。

上述と同様に、モータ駆動部２１は、速度指令部１７から直接又は指令調節部１９を介して指令速度値を受け、これに応じた値の電流をモータ１へ供給する。この時、速度センサ２３からモータ駆動部２１へモータ１の実際の速度の値が入力され、これに応じて、モータ１の実際の速度が指令速度値となるように、モータ１への電流値がフィードバック制御される。

図７は、第２実施形態による演算部２６の構成を示している。
第２実施形態によると、速度指令部１７から指令調節部１９を介さずに、一定の指令速度値をモータ駆動部２１へ入力して、プレス機械１０’の試運転を行う。この試運転では、実際に被加工物をプレスする。試運転は、プレス生産運転の始めの１周期又は数周期にわたって実施してよい。
この試運転の時に、演算部２６へ、モータ駆動部２１からは指令トルク値が入力され、角度センサ２５からはクランク軸７の回転角が入力される。
モータ駆動部２１から演算部２６へ入力される指令トルク値は、モータ駆動部２１が、モータ１へ供給する電流の値に応じた必要モータトルクの値であり、この電流の値に比例する値であってよく、モータ１へ供給される電流の値から算出される。
プレス機械１０’の試運転により、クランク軸７の回転角と指令トルク値との関係を得てこれをテーブルとして作成しておく。これにより、作成されたテーブルを参照することで、クランク軸７の各回転角に対する指令トルク値を得ることができる。

プレスを毎回上死点で停止させて運転を行う操業方法の場合のテーブル作成について説明する。
この操業方法では、スライド１１が上死点で停止している状態から運転を開始し再び上死点に戻って停止するまでを１周期とし、この動作を繰り返す。この場合、１周期ごとにクラッチ９を入／切するので、各周期ごとのクラッチ９の影響が同じであり、周期ごとの指令トルク値が等しい。
従って、任意の１周期にわたってクランク軸７の回転角と指令トルク値との関係を得て、これをテーブルとして作成してもよいし、数周期にわたって得られた上記関係に関するデータを各角度ごとに平均して１周期分のデータとし、これをテーブルとして作成してもよい。

プレスを上死点で停止させずに連続して運転を行う操業方法の場合のテーブル作成について説明する。
この操業方法では、運転開始後は、上死点でスライド１１を停止させずに連続して運転を行い、１周期ごとにスライド１１を上死点で停止させることはしない。この場合、運転開始時に、クラッチ９をつないだ後は、クラッチ９を切らないため、最初の１周期とそれ以降の周期とで指令トルク値が異なる。
従って、指令トルク値が安定するまでの数周期（例えば、ｎ周期分）のデータを試運転により得て、これら数周期にわたる指令トルク変動を表わす上記テーブルを作成しておく。このテーブルの各周期のデータは、実際の運転時における対応する周期に適用される。そして、このテーブルの最後の周期（ｎ周期目）のデータは、実際の運転時においてｎ周期目以降の周期に反復して適用される。
また、代わりに、指令トルク値が安定するまでプレスを試運転し、指令トルク値が安定した後に、１周期分のデータを得てテーブルを作成してもよい。安定時における上記関係を表わすこのテーブルのデータは、実際の運転において始動時からの各周期に反復して適用されてよい。

上述のように、プレス機械１０’の試運転によりテーブルを作成したら、これを演算部２６に記憶しておき、プレス機械１０’の実際の運転を次のようにして行う。
運転時に、演算部２６に角度センサ２５からクランク軸７の回転角が入力されると、演算部２６は、入力された回転角をテーブルに適用して、入力された回転角に対応する必要モータトルク値を算出する。
続いて、第１実施形態の場合と同様に、演算部２６は、この必要モータトルクと、モータトルク基準値との差を算出し、その後、この差に一定のゲインを乗算し、この乗算された値を速度調節値として出力する。その後の動作は、第１実施形態と同じなので、説明を省略する。なお、プレス機械１０’の実際の運転時には、モータ駆動部２１から演算部２６へ指令トルク値は入力されなくてよい。

第２実施形態では、試運転により得られた上記テーブルに、検知された回転角を当てはめるだけで、必要モータトルクを決定することができ、簡単な構成及び処理で、モータの回転指令速度を調節することができる。

［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態によるプレス機械１０’’の構成図である。第３実施形態では、第１実施形態又は第２実施形態で説明した図１の角度センサ２５の代わりに積分器３３を用いたものである。その他の構成は、第１実施形態のプレス機械１０と同じであり、図８には第１実施形態に対応する構成が記載されているが、第２実施形態に対応する構成とする場合には、試運転時にモータ駆動部２１から演算部２６へ指令トルクが入力されるように構成される。

図８に示すように、積分器３３には指令調節部１９からの調節された指令速度値が入力され、積分器３３は入力されてくる指令速度値を時間で積分する。
モータ駆動開始時から指令速度値を時間で積分していくと、現時点のモータ１の回転角を得ることができる。

このように積分器３３で得られた現時点のモータ１の回転角の値は、演算部２６に入力される。演算部２６は、第１実施形態と同様に、積分器３３から入力されてくる回転角の値に基づいて、速度調節値を出力する。その他の構成及び動作は第１実施形態の場合と同様である。

第３実施形態によると、第１実施形態のようにメインギヤ２９の回転角を検出する角度センサ２５を設けなくとも、積分器３３で指令速度値を時間積分することで、モータ１の回転角を検知することができる。
従って、角度センサ２５を省略できるので、構成が簡単になる。

［第４実施形態］
第１実施形態又は第２実施形態では、演算部２６は、速度指令部１７からの指令速度値に加算される速度調節値を出力していたが、第４実施形態では、演算部２６は、速度指令部１９からの指令速度値に乗算される調節ゲイン値（倍率）を出力する。

指令調節部１９は、速度指令部１７から入力された指令速度値に、演算部２６から入力された調節ゲインを乗じて調節された指令速度値を出力する。

演算部２６が算出する調節ゲインは、これを速度指令部１７からの指令速度値に乗算すると、図５（Ｂ）に示す第１実施形態又は第２実施形態の場合と同じ調節された指令速度値が得られるように定めることができる。
すなわち、演算部２６が算出する調節ゲインは、演算部２６に入力される回転角に値によって変化するものであり、入力回転角での図２（Ｃ）に示す必要モータトルクの値が、基準モータトルク値よりも大きいほど、小さい値をとり、入力回転角度での図２（Ｃ）に示す必要モータトルクの値が基準モータトルク値よりも小さいほど、大きい値をとる。

［その他の実施形態］
上述のメインギヤ２９の回転速度を検出する角度センサ２５や、モータ駆動部２１へ入力される指令速度値を時間積分する積分器３３により角度検知装置が構成されるが、他の適切な手段により構成することもできる。例えば、角度検知装置を、角速度検出装置やスライド１１の位置又は速度を検出する装置により構成してもよい。

第１実施形態や第２実施形態の演算部２６において、入力されたクランク軸７の回転角に基づいて必要モータトルクを算出する部分は、トルク決定装置を構成する。また、第１実施形態や第２実施形態の演算部２６と指令調節部１９において、算出された必要モータトルクに基づいて、調節された指令速度値を算出する部分は、速度調節装置を構成する。
しかし、トルク決定装置は、上述の実施形態の構成に限定されず、入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するものであればよく、この機能を実現できるように電子回路などの適切な手段で構成されていればよい。
また、速度調節装置は、上述の実施形態の構成に限定されず、必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる回転体（例えば、クランク軸７）の回転角では、モータの回転指令速度を一定指令速度よりも増加させるか、又は、必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる回転体の回転角では、モータの回転指令速度を一定指令速度よりも減少させるものであればよく、この機能を実現できるように電子回路などの適切な手段で構成されていればよい。

また、上述では、クランク軸回転の１周期当たりの動作時間を合わせるため、モータの回転指令速度を上記一定指令速度から増加させる量と、モータの回転指令速度を上記一定指令速度から減少させる量とは、クランク軸７の回転角の１周期（０〜３６０度）にわたる時間積分値が等しくなるようにした。しかし、種々の条件、状況に応じて、適切な所定時間（例えば、１分間）にわたるこれらの時間積分が等しくなるように指令速度値を調節してもよい。

上述のクランク軸７は、回転体であり、クランク軸７と、これに連結された連結部材１２などは、モータ１の回転運動をスライド１１の往復運動に変換する変換機構を構成するが、モータ１により回転駆動されるカムや他の適切な部材などにより変換機構を構成してもよい。

また、上述の実施形態ではフライホイールを用いたプレス機械１０、１０’、１０’’について説明したが、本発明は、フライホイールを用いずにサーボモータにより運転を行うプレス機械にも適用できる。

このように、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１実施形態によるプレス機械の構成を示す図である。 モータを定速回転させた場合の、時間に対するクランク軸の回転角、指令速度値及び必要モータトルク変動を示す図である。 本発明の第１実施形態による演算部の処理の流れを示す図である。 クランク軸回転の１周期にわたる必要モータトルク変動を示す図である。 クランク軸の回転角と、速度調節をした場合の、調節した指令速度値及びトルク変動を示す図である。 本発明の第２実施形態によるプレス機械の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による演算部の処理の流れを示す図である。 本発明の第３実施形態によるプレス機械の構成を示す図である。 フライホイールを用いた従来のプレス機械の構成を示す図である。

符号の説明

１ モータ
３ プーリ
５ 伝達ベルト５
６ フライホイール
７ クランク軸（偏心回転体）
９ クラッチ
１０，１０’ プレス機械
１１ スライド
１２ 連結部材
１５ 制御装置
１７ 速度指令部
１９ 指令調節部
２１ モータ駆動部
２３ 角速度センサ
２５ 角度センサ（角度検知装置）
２６ 演算部
２９ メインギヤ
３３ 積分器（角度検知装置）

Claims (8)

1. モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、
   前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、
   該角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、
   前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置。
2. モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、
   前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、
   該角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、
   前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置。
3. モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、
   前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、
   該角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、
   前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させ、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置。
4. 前記速度調節装置は、前記必要モータトルクと、前記モータトルク基準値との差に、一定のゲインを乗じた値の大きさだけ、モータの回転指令速度を前記一定指令速度から増減させる、ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載のプレス機械の制御装置。
5. 前記速度調節装置がモータの回転指令速度を増加させる量と、モータの回転指令速度を減少させる量とは、所定時間にわたる時間積分値が等しい、ことを特徴とする請求項３に記載のプレス機械の制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の制御装置を有するプレス機械。
7. モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、前記変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、
   前記回転体の回転角を検知する段階と、
   該検知した回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定する段階と、
   前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段階と、を有し、
   必要モータトルクを決定する前記段階では、スライドの往復運動によるモータトルク変動要素と、前記回転体の回転運動によるモータトルク変動要素とに基づいて、前記必要モータトルクは決定される、ことを特徴とするプレス機械の制御方法。
8. モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、
   プレス機械の試運転を行うことにより、モータへ供給する電流から求められる、プレス機械の特性に応じた必要モータトルク値と、クランク軸の回転角の値との関係を作成する段階と、
   前記回転体の回転角を検知する段階と、
   該検知した回転角の値と前記関係に基づき、該回転角の値に対応する必要モータトルクを決定する段階と、
   前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段階と、を有することを特徴とするプレス機械の制御方法。

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