JP2008155228A - プレスのブレーキ制御方法および機械式プレス - Google Patents

Abstract

【課題】毎サイクル、プレスを上死点に安定して停止させることができるプレスのブレーキ制御方法および機械式プレスを提供する。
【解決手段】エキセン軸ＥＳと、エキセン軸ＥＳに連結されたフライホイールＦＷと、エキセン軸ＥＳの回転を停止するブレーキＢを備えた機械式プレスにおいて、成形に必要とした成形エネルギＥに基づいて、ブレーキＢを作動させるタイミングを調整する。フライホイールＦＷが放出するエネルギのうち、サイクルごとの変動が大きい成形エネルギＥを把握すれば、ブレーキを作動させてからエキセン軸ＥＳの回転が停止するまでの回転量の推定が正確になるので、上死点にスライドＳを安定して停止させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレスのブレーキ制御方法に関する。さらに詳しくは、フライホイールに蓄積されたエネルギによってスライドを作動させるプレスのブレーキ制御方法および機械式プレスに関する。

機械式プレスでは、スライドが上死点に停止した状態において、クラッチをＯＮ、ブレーキをＯＦＦとすれば、フライホイールに蓄積されていたエネルギによってエキセン軸が回転する。すると、スライドが下降し、下死点付近で成形した後、スライドは上昇する。そして、スライドが上昇するときに、クラッチがＯＦＦ、ブレーキがＯＮとなれば、スライドが停止し、１サイクルが終了する。

ところで、クラッチをＯＦＦにするとフライホイールからエキセン軸へのエネルギの供給は停止される。しかし、エキセン軸が有するエネルギ（以下、残留エネルギという）によって、ブレーキをＯＮとしても、エキセン軸は回転を継続する。このため、スライドを上死点で停止させるために、ブレーキをＯＮとしてからスライドが停止するまでにエキセン軸が惰性で回転する量を見越して、上死点よりも前のタイミングでブレーキを作動させるようにしている。

成形後の残留エネルギが常に同じであれば、スライドが上死点に停止するブレーキタイミングを予め調べておき、そのタイミングでブレーキをＯＮにすることによって、スライドを上死点に停止させることができる。
しかし、被成形物の成形に必要な成形エネルギは必ずしも毎サイクル同じではなく、また、自動プレスのように連続で成形するような場合には金型に供給される製品の配置によって成形エネルギが変化するので、成形エネルギの変化に伴って残留エネルギも変化する。
すると、毎サイクル同じタイミングでブレーキを作動させた場合には、エキセン軸が惰性で回転する量が毎サイクル変化しスライドの停止位置がばらつく。そして、スライドの停止位置が上死点から許容範囲以上にズレて停止すると、自動プレスの場合には、トランスファー等との同期異常等が生じていた。

上死点からスライドがズレて停止することを防ぐ技術として、前のサイクルにおけるラム軸停止位置と上死点とのズレに基づいて次のサイクルにおけるブレーキタイミングを調整する技術（特許文献１）や、成形後のフライホイールの回転速度に基づいてブレーキタイミングを調整する技術（特許文献２）が開示されている。

しかるに、上述したように、成形後の残留エネルギは毎サイクル変化するので、特許文献１の技術のように、前のサイクルのデータに基づいて次サイクルのブレーキタイミングを決定したのでは、次サイクルのラム軸停止位置、つまり、スライド停止位置を上死点に合わせることは困難である。
また、特許文献２の技術では、下死点後の所定の角度間におけるフライホイールの回転速度に基づいて惰走距離を算出してブレーキタイミングを決定している。しかし、ごく短時間のフライホイールの回転速度から惰走距離を推定しているので、惰走距離と実際の惰走距離との誤差が生じやすい。すると、ブレーキタイミングも誤差が生じやすくなるから特許文献１の技術でも、スライドを上死点に安定して停止させることは困難である。

特開昭６０−２３４７９９号 特開２００５−１４４４９４号

本発明は上記事情に鑑み、毎サイクル、プレスを上死点に安定して停止させることができるプレスのブレーキ制御方法および機械式プレスを提供することを目的とする。

第１発明のプレスのブレーキ制御方法は、エキセン軸と、該エキセン軸に連結されたフライホイールと、前記エキセン軸の回転を停止するブレーキを備えた機械式プレスにおいて、成形に必要とした成形エネルギに基づいて、ブレーキを作動させるタイミングを調整することを特徴とする。
第２発明のプレスのブレーキ制御方法は、第１発明において、前記成形エネルギは、成形作業中における前記エキセン軸に連結されたスライドの位置と、各スライドの位置におけるプレス荷重に基づいて算出されることを特徴とする。
第３発明の機械式プレスは、エキセン軸と、該エキセン軸に連結されたフライホイールと、前記エキセン軸の回転を停止するブレーキと、該ブレーキの作動を制御する制御手段とを備えており、該制御手段は、成形に必要とした成形エネルギに基づいて、該ブレーキを作動させるタイミングを調整するものであることを特徴とする。
第４発明の機械式プレスは、第３発明において、成形作業中における前記エキセン軸に連結されたスライドの位置を検出する位置検出部と、前記プレス荷重を検出する荷重検出部とを備えており、前記制御手段は、該荷重検出部によって検出されたプレス荷重と、前記位置検出部によって検出されたスライドの位置に基づいて成形エネルギを算出することを特徴とする。

第１発明によれば、フライホイールが放出するエネルギのうち、サイクルごとの変動が大きい成形エネルギを把握すれば、ブレーキを作動させてからエキセン軸の回転が停止するまでの回転量の推定が正確になるので、上死点にスライドを安定して停止させることができる。
第２発明によれば、スライドの位置とプレス荷重を利用するので、成形エネルギをより正確に算出することができるから、ブレーキを作動させてからエキセン軸の回転が停止するまでの回転量の推定が正確になる。
第３発明によれば、フライホイールが放出するエネルギのうち、サイクルごとの変動が大きい成形エネルギを把握すれば、ブレーキを作動させてからエキセン軸の回転が停止するまでの回転量の推定が正確になるので、上死点にスライドを安定して停止させることができる。
第４発明によれば、スライドの位置とプレス荷重を利用するので、成形エネルギをより正確に算出することができるから、ブレーキを作動させてからエキセン軸の回転が停止するまでの回転量の推定が正確になる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本実施形態の機械式プレスは、ブレーキタイミングをサイクル毎に最適な状態に調整できる機能を有するものである。

まず、本実施形態の機械式プレスの構成を簡単に説明する。
図１は本実施形態の機械式プレスにおけるクラッチブレーキの作動手順を示したフローチャートである。図２は本実施形態の機械式プレスの概略説明図である。

図２において、符号Ｍは、上型と下型とからなる金型を示している。この上下の金型Ｍは、それぞれスライドＳの下面、ベッドＢＤ上面に設けられている。スライドＳは、コネクティングロットＣＲによってエキセン軸ＥＳの偏心部に連結されている。

前記エキセン軸ＥＳは、偏心部を挟む同軸部がプレスのフレームに回転可能に支持されている。なお、本明細書では、スライドＳを作動させる軸をエキセン軸と呼んでいるが、このエキセン軸は偏心部を有する軸であればとくに限定されず、フルエキセン形のクランク軸だけでなく、通常のクランク軸等も含む概念である。

また、エキセン軸ＥＳの両軸端部には、それぞれブレーキＢと、クラッチＣとが設けられている。エキセン軸ＥＳにおけるクラッチＣが設けられた軸端部には、メインギアＭＧが設けられている。このメインギアＭＧは、クラッチがＯＮになるとエキセン軸ＥＳに回転が固定されるものである。

メインギアＭＧは、ピニオン軸ＰＳの一端に取り付けられたピニオンギアＰＧと噛み合っている。ピニオン軸ＰＳの他端には、フライホイールＦＷが取り付けられており、このフライホイールＦＷはベルトＶによって駆動モータｍと連結されている。

したがって、モータｍの駆動力はベルトＶによってフライホイールＦＷに供給され、ピニオンシャフトＰＳ、ピニオンギアＰＧを介してメインギアＭＧに伝達される。
そして、成形開始時にブレーキＢをＯＦＦとし、クラッチＣをＯＮとすれば、メインギアＭＧとともに、エキセン軸ＥＳが回転し、スライドＳが降下する。すると、スライドＳの降下により上下の金型Ｍ同士が接近し、上下金型Ｍ間の複成形物が挟まれて成形される。
成形後、スライドＳは上昇し、所定のタイミングでクラッチＣがＯＦＦとなり、ついでブレーキＢがＯＮとなってエキセン軸ＥＳの回転が停止し、成形作業が終了する。

なお、図示した例では、フライホイールＦＷがピニオン軸ＰＳに設けられ、複数の部材を介してエキセン軸ＥＳに連結されている例を示したが、この構成に限定される訳ではなく、フライホイールＦＷがクラッチＣのみを介してエキセン軸ＥＳに連結されていてもよい。また、フライホイールＦＷに動力を供給する方法も特に限定されない。

つぎに、ブレーキタイミングを調整する機構について説明する。
図２に示すように、エキセン軸ＥＳの一端には、エンコーダ１２が設けられている。このエンコーダ１２は、エキセン軸ＥＳの所定の角度に対する回転角度を検出するものである。例えば、スライドＳが上死点に位置する角度からの回転角度を検出するものである。
このエンコーダ１２は、制御手段１１に電気的に接続されている。そして、エンコーダ１２は、検出した回転角度に対応する信号を制御手段１１に発信入力している。

一方、成形時に発生する荷重を受け持つプレスのフレーム等には、荷重検出部１３が設けられている。この荷重検出部１３は、成形時に被成形物に加わるプレス荷重、言い換えれば、スライドＳに加わる反力を検出するものである。この荷重検出部１３も制御手段１１に電気的に接続されており、プレス荷重に対応した信号を発信し制御手段１１に入力している。

制御手段１１は、ブレーキＢの作動を制御するものであり、成形エネルギに基づいてブレーキＢの作動タイミングを制御している。

成形エネルギＥとは、上下の金型によって被成形物を成形するために要したエネルギを意味しており、フライホイールＦＷからエキセン軸ＥＳに供給されるエネルギ（以下、単に供給エネルギという）のうち、成形時に放出されるエネルギに相当する。
成形後クラッチＣをＯＦＦにすれば、供給エネルギの一部がエキセン軸ＥＳに残留する。供給エネルギはサイクル毎の変動が非常に少ないので、サイクルごとの変動が大きい成形エネルギＥＳが把握できれば、残留エネルギの推定が正確になる。すると、ブレーキＢを作動させてからエキセン軸ＥＳの回転が停止するまでの回転量の推定が正確になる。

したがって、成形エネルギＥに基づいてブレーキＢを作動させるタイミングを制御すれば、許容範囲内にスライドＳを安定して停止させることができるのである。
なお、許容範囲内とは、上死点近傍の所定の範囲内であって、製品の取り出し、搬送への障害または金型潤滑剤の塗布等に支障が生じない範囲をいう。例えば、自動プレスの場合であればトランスファーや金型潤滑ノズル等との同期異常等が生じない範囲である。

制御部１１は、エンコーダ１２、荷重検出部１３からの信号に基づいて成形エネルギＥを算出している。具体的には、プレス荷重と、そのプレス荷重でスライドＳが動いた距離を掛け合わせることによって算出している。スライドＳが動いた距離は、エンコーダ１２が検出するエキセン軸ＥＳの回転角度と、プレスの構造（エキセン軸ＥＳの偏心部の形状やコンロッドＣＲの長さ等）に基づいて算出することができる。

図１に示すように、プレス荷重はスライドＳのストローク、つまり、上死点からのスライドの移動量が大きくなるほど大きくなる。そして、成形エネルギＥは、被成形物を成形している期間において被成形物に加えられるエネルギの総和であるから、図１のグラフにおける斜線部の面積を求めることによって算出することができる。
以上のごとく、本発明では、成形エネルギＥの算出にスライドＳの位置とプレス荷重とを利用する。よって、成形エネルギＥをより正確に算出することができるから、残留エネルギの推定をより正確に推定することができるのである。

なお、上記のエンコーダ１２が、特許請求の範囲にいう位置検出部であるが、位置検出部は直接スライドＳの位置や移動距離を検出するものであってもよい。
さらになお、成形エネルギＥは上記の方法によって算出すれば、ブレーキＢを作動させてからエキセン軸ＥＳの回転が停止するまでの回転量の推定が正確になるのであるが、成形エネルギＥはどのような方法によって求めてもよい。例えば、プレス荷重に応じて駆動モータに加わる負荷が変動し駆動モータｍの電流値が変動するので、駆動モータｍの電流値を測定し、この測定値に基づいて成形エネルギＥを求めてもよく、特に限定されない。

以下には、制御部１１が成形エネルギＥに基づいて、ブレーキタイミングを調整する方法の一例を示すが、ブレーキタイミングを調整する方法は以下の方法に限られないのは、言うまでもない。

まず、成形エネルギを変化させて、各成形エネルギのときにおいて、許容範囲内（例えば、上死点に対して±５度）にスライドＳを停止させることができるブレーキタイミングを、実験やシミュレーション等によって予め求めておく。

求められた結果から、成形エネルギ０の状態と最大成形エネルギとの間をいくつかの範囲に区分し、各区分内におけるブレーキタイミングを決定する。この各区分内におけるブレーキタイミングは、実験等のデータに基づいて、その各区分内の成形エネルギであれば許容範囲内にスライドＳを停止させることができるブレーキタイミングとする。そして、この成形エネルギ区分とブレーキタイミングとの関係を示すタイミング表を制御部１１に記憶させておく。

すると、エンコーダ１２、荷重検出部１３からの信号に基づいて成形エネルギＥを算出すれば、記憶されているタイミング表に基づいて、制御部１１はブレーキタイミングを決定することができる。そして、制御部１１からの指令によって、決定されたブレーキタイミングでブレーキＢが作動すれば、許容範囲内にスライドＳを停止させることができる。

以下には、最大成形エネルギＥが11000Ｊ以下のプレスの場合におけるタイミング表の一例を示している。この表によれば、成形エネルギＥが5000Ｊ未満の場合には、上死点から240度でブレーキＢを作動され、成形エネルギＥが8000Ｊの場合には、上死点から260度でブレーキＢが作動されるのである。
０〜5000Ｊ未満：240度
5000Ｊ以上〜7000Ｊ未満：250度
7000Ｊ以上〜9000Ｊ未満：260度
9000Ｊ以上〜11000Ｊ以下：270度

なお、成形エネルギＥに比例して、ブレーキＢを作動させた後、エキセン軸ＥＳに残留する残留エネルギも変化する。言い換えれば、成形エネルギＥに比例して、許容範囲内にスライドＳを停止させることができるブレーキタイミングも変化する。したがって、成形エネルギＥに比例してブレーキタイミングが変化するように、比例計算等を利用してブレーキタイミングを決定してもよい。
例えば、成形エネルギＥが０〜5000Ｊの場合において、上死点から240度でブレーキＢを作動させれば、許容範囲内にスライドＳを停止させることができる場合には、以下の式に基づいてブレーキタイミングを決定してもよい。なお、符号Ｔはブレーキタイミング（上死点からの角度）であり、符号Ｅは成形エネルギ、符号αは実験やシミュレーション等によって求められる比例定数である。

Ｔ＝２４０（成形エネルギが０〜5000Ｊの場合）
Ｔ＝２４０＋α（Ｅ-5000）（成形エネルギが5000Ｊ以上の場合）

本実施形態の機械式プレスにおけるクラッチブレーキの作動手順を示したフローチャートである。 本実施形態の機械式プレスの概略説明図である。

符号の説明

１１ 制御手段
１２ エンコーダ
１３ 荷重検出部
Ｂ ブレーキ
Ｃ クラッチ
Ｅ 成形エネルギ
Ｓ スライド
ＥＳ エキセン軸
ＦＷ フライホイール

Claims (4)

1. エキセン軸と、該エキセン軸に連結されたフライホイールと、前記エキセン軸の回転を停止するブレーキを備えた機械式プレスにおいて、
   成形に必要とした成形エネルギに基づいて、ブレーキを作動させるタイミングを調整する
   ことを特徴とするプレスのブレーキ制御方法。
2. 前記成形エネルギは、
   成形作業中における前記エキセン軸に連結されたスライドの位置と、各スライドの位置におけるプレス荷重に基づいて算出される
   ことを特徴とする請求項１記載のプレスのブレーキ制御方法。
3. エキセン軸と、該エキセン軸に連結されたフライホイールと、前記エキセン軸の回転を停止するブレーキと、該ブレーキの作動を制御する制御手段とを備えており、
   該制御手段は、
   成形に必要とした成形エネルギに基づいて、該ブレーキを作動させるタイミングを調整するものである
   ことを特徴とする機械式プレス。
4. 成形作業中における前記エキセン軸に連結されたスライドの位置を検出する位置検出部と、
   前記プレス荷重を検出する荷重検出部とを備えており、
   前記制御手段は、
   該荷重検出部によって検出されたプレス荷重と、前記位置検出部によって検出されたスライドの位置に基づいて成形エネルギを算出する
   ことを特徴とする請求項３記載の機械式プレス。

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