JP2013136060A - プレス機械およびプレス機械の制御方法 - Google Patents

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明 山内
Yusuke Hoshi
雄介 星
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Abstract

【課題】スライドのポイントの数および位置とは無関係にスライドの傾きを修正できるプレス機械およびその制御方法を提供する。
【解決手段】フレーム上部に設けられスライド駆動機構により、スライドのポイントを介してスライドを昇降動作するプレス機械において、前記スライドの複数ヶ所に固定されスライドの昇降動作に従動する複数の従動手段と、前記フレーム側に固定され前記各従動手段に連結して前記従動手段にスライドの降下に対して反対方向のトルクを与える複数のサーボモータと、前記スライドの傾きを検知する傾き検知手段と、前記スライドの降下時に、前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記スライドの降下遅れ側の従動手段より、前記スライドの降下進み側の従動手段に大きなトルクを与えるように前記各サーボモータを動作制御する制御装置を設けた。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数のギブで上下方向に運動自在に案内されるスライドを有するプレス機械およびプレス機械の制御方法に関する。
一般にプレス機械は、特許文献1に示すように、プレス機械のスライドに銅合金のライナーを取り付け、フレームに鋼製のギブを設け、上記ライナーをギブに沿って摺動させることによって、フレームによってスライドを案内する構造となっている。上記構造では、フレームによってスライドを円滑に案内するため、摺動面に僅かの隙間を持たせている。また比較的大型のプレス機械や、トランスファプレスでは、1個のスライドに対して複数個のワークを同時に成形することがあり、このような場合、ワークによって成形荷重が異なるため、スライドに偏心荷重が発生する。
上記偏心荷重が発生すると、前記したスライドの摺動面の隙間があると、スライドに傾きや位置ズレが生じる。その結果、スライドに取付けられた上型も同時に傾き、上型と下型の間で位置ずれが生じるため、型製品の精度が悪化したり、金型が摩耗・損傷する。
上記スライドの傾斜の原因となる隙間を補正するものとして、特許文献2がある。この文献2では、摺動面に対し直角方向に働く力により、スライドの傾きを修正しようとするものである。しかし、摺動面に対し直角方向に働く力の反力が、水平方向にコラムに作用するため、コラムが横方向に撓んでスライドの傾きを十分に修正することが出来ない恐れがある。
特開平1−118400号公報 実開平5−039799号公報 特開2001−071198号公報 特開2005−271070号公報
また、スライドの傾き自体を補正する方法として特許文献3が挙げられるが、これは油圧を用いて応答性が悪いので、プレス動作中に補正するが困難である。この応答性に対応するため、金型毎に事前に用意した傾きを付与したスライドで、運転している。しかし、ギブの隙間が偏った状態で運転することになり、摺動面の偏摩耗や焼き付きが発生する恐れがある。なお、スライド位置を検出し、直前で補正することも可能としているが応答時間を考慮すると、スライドが補正され、傾きに問題の無い状態での運転を実現した場合にはspmが上らない、つまり生産性に問題があると考えられる。
また、複数のポイント(スライド駆動ユニット)を独立駆動させて、スライドの平行度を維持するものとして特許文献4を挙げることができる。
しかしながら、特許文献3、特許文献4は、いずれも平行度の修正・維持を、ポイントのスライド駆動機構を用いて行い、また、複数のポイントを結ぶ直線を水平にする向きのスライド修正を行っている。したがって、1個のポイントのプレスには採用できず、また、2個のポイントではポイントを結ぶ直線と直交する方向のスライドの傾きには対応することができない。
本発明は、上記従来の問題点にかんがみ、平行度の修正・維持をスライド駆動機構とは別の機構により行うことで、スライドのポイントの数とは無関係に行えるプレス機械およびその制御方法を提供するものである。
本発明は、上記課題を解決するため、フレーム上部に設けられスライド駆動機構により、スライドのポイントを介してスライドを昇降動作するプレス機械において、
前記スライドの複数ヶ所に固定されスライドの昇降動作に従動する複数の従動手段と、
前記フレーム側に固定され前記各従動手段に連結して前記従動手段にスライドの降下に対して反対方向のトルクを与える複数のサーボモータと、
前記スライドの傾きを検知する傾き検知手段と、
前記スライドの降下時に、前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記スライドの降下遅れ側の従動手段より、前記スライドの降下進み側の従動手段に大きなトルクを与えるように前記各サーボモータを動作制御する制御装置を設けたことを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械において、前記傾き検知手段は、前記各従動手段に対応して前記フレームのスライドの移動範囲に設けられた複数のリニアスケール体と、前記各リニアスケール体に対向するように前記スライドの側面に設けられた複数のリニアスケール検出器からなり、前記制御装置はこのリニアスケール検出器の検知信号に基いて前記各サーボモータを動作制御することを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械において、前記従動手段は、前記サーボモータに連結されたボールスクリューと、前記スライドに固定されたボールスクリューが螺合するボールスクリューナットで構成され、前記サーボモータは、前記スライドの降下によって回転するボールスクリューに反対方向のトルクを与えながら従動することを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械において、前記従動手段は、前記サーボモータに連結されたピ二オンと、スライドに固定され前記ピ二オンに噛合うラックで構成され、前記サーボモータは、前記スライドの降下によって回転するピ二オンに反対方向のトルクを与えながら従動することを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械において、さらに前記スライド駆動機構の駆動軸にクランクエンコーダと、このクランクエンコーダの角度情報からスライド計算位置を算出する位置変換器を設け、前記制御装置は前記位置変換器からのスライド計算位置と前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記各サーボモータを動作制御することを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械において、前記従動手段は、前記スライドのポイントを挟んだ両側に配置されたことを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械において、前記スライドは前記スライド駆動機構によりスライドの2ポイントを介して駆動され、前記従動手段は、前記2ポイントを結ぶ直線を挟んだ両側に配置されたことを特徴とする。
本発明は、上記課題を解決するため、フレーム上部に設けられスライド駆動機構により、スライドのポイントを介してスライドを昇降動作するプレス機械の制御方法において、
前記スライドの複数ヶ所に固定されスライドの昇降動作に従動する複数の従動手段と、
前記フレーム側に固定され前記各従動手段に連結して前記従動手段にスライドの降下に対して反対方向のトルクを与える複数のサーボモータと、
前記スライドの傾きを検知する傾き検知手段と、
前記各サーボモータを動作制御する制御装置を設け、
前記制御装置により、前記スライドの降下時に前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記スライドの降下遅れ側の従動手段より、前記スライドの降下進み側の従動手段に大きなトルクを与えるように前記各サーボモータを動作制御することを特徴とする。
また、上記に記載のプレス機械の制御方法において、前記制御装置により、前記スライドの降下時に前記従動手段に反対方向の一定のトルクを与えるように、前記サーボモータのトルクを一定に制限することを特徴とする。
本発明によれば、スライドのポイントの数および位置とは無関係にスライドの傾きを修正することができる。
本発明によれば、リニアスケールによってスライドの複数の高さを測定し、プレス成形時に偏心荷重によってスライドに傾きが生じた際、進み側のサーボモータのトルクを調節し、進み側のスライドを引き戻すことで、応答性良くスライドの傾きを軽減することができる。
本発明実施例1のプレス機械の正面図である。 同じく、図1のA−A断面図である。 本発明実施例の制御ブロック図である。 本発明実施例の動作フロー図である。 無負荷時のスライド軌跡の説明図である。 偏心荷重発生時のスライド軌跡との説明図である。 本発明実施例2のプレス機械の正面図である。 同じく、図7のA−A断面図である。 本発明実施例3のプレス機械の正面図である。 同じく、図9のA−A断面図である。
以下、本発明の実施例を図1〜図9を用いて説明する。図1、図2に本発明の実施例1の正面図と、断面図を示す。
図1、図2において、1はプレス機械の骨格を構成するフレームで、フレームの上部にはスライド駆動機構としての主電動機(図示せず)とコンロッド4等が設けられる。コンロッド4は、主電動機やクランク軸4aの回転によって昇降動作する。2はコンロッド4に懸架された矩形のスライドで、コンロッド4によって1個のポイント(コンロッド4の操作ポイント)を介して昇降駆動される。図1はスライド2が上死点の状態にある。クランク軸4aには、クランク軸の角度情報を出力するクランクエンコーダ20が接続されている。3はフレーム1の下部に設けられたボルスタ、14はフレーム上部に固定され、スライド駆動機構を内蔵するクラウンである。
5(5a〜5d)はフレーム1の上方に、回転軸を下を向けて固定されるサーボモータで、サーボモータ5c、5dは、図示されないが、紙面の前後方向に配置されている。10(10a〜10d)は、一端が各サーボモータ5の回転軸に連結して回転駆動されるボールスクリューである。11(11a〜11d)は、上記各ボールスクリューに対応させて、スライド2の上面に固定されたボールスクリューナットである。各ボールスクリュー10は、他端が対応の各ナット11に螺合し、その先端はスライド2に設けた穴に挿入される。
図示しない主電動機の回転によってスライド2と共に各ナット11が昇降動作すると、この昇降動作に従動して各ナット11に螺合された各ボールスクリュー10が従動回転し、対応のサーボモータ5も従動回転する。各ボールスクリュー10と、各ボールスクリューナット11によって、スライド2の昇降動作に従動する従動手段が構成される。
上記従動手段は、コンロッド4で駆動されるスライド2の1個のポイントを挟んだ両側にほぼ対称位置に固定される。すなわち、ボールスクリュー10a、10bおよびナット11a、11bは、1個のポイント(コンロッド4)を挟んだ両側にほぼ左右対称に配置され、ボールスクリュー10c、10dおよびナット11c、11dは、1個のポイントを挟んだ両側にほぼ前後対称(図2参照)に固定される。この配置に伴って、同様に、サーボモータ5a、5bは、1個のポイントを挟んだ両側にほぼ左右対称に配置固定され、サーボモータ5c、5dは、1個のポイントを挟んだ両側にほぼ前後対称(図示せず)に配置固定される。
スライド2を1個のポイントで昇降動作する場合、スライドに偏心負荷が加わるとスライドのポイントが支点となって種々の方向に傾き易い。上記のように、従動手段およびサーボモータを1個のポイントを挟んで対称に配置することで、1個のポイントでもスライドの種々の方向の傾きに効果的に対応することができる。
6(6a〜6d)は高さの目盛が表記されたリニアスケール体で、フレーム1の4カ所のスライド移動範囲に設けられる。7(7a〜7d)はリニアスケール体6の高さ表示を検出するリニアスケール検出器で、スライド2の下方の4カ所に取付けられ、これらリニアスケール体6とリニアスケール検出器7で、スライドの傾き検知手段を構成する。各リニアスケール検出器7a〜7dはそれぞれ、各リニアスケール体6a〜6dに対向するように接近して配置される。リニアスケール体6の各高さ表記を検出するにより、スライド下端の4カ所の高さ(ダイハイト等)を検出する。
リニアスケール検出器7は、図2に示すように矩形のスライド2の4辺に固定され、それぞれの前記従動手段に対応して配置されている。すなわち、リニアスケール検出器7a、7b、7c、7dはそれぞれ、従動手段10a・11a、10b・11b、10c・11c、10d・11dに対応している。
図3は、従動手段である各ボールスクリュー10を動作制御するための制御ブロック図である。スライド2を昇降させる主電動機で駆動されるスライド駆動機構の動作制御は示されていない。20は前述のようにコンロッド4のクランク軸4aの角度情報を出力するクランクエンコーダである。21はエンコーダ20から出力された角度情報からスライド2の位置(計算位置)を算出する位置変換器である。22(22a、22b)は各サーボモータ5を駆動制御する指令信号を出力するトルク指令器で、位置変換器21の計算位置と、リニアスケール検出器7(7a〜7d)からのスライド2の実際の位置を示す検出信号に基いてトルク指令を出力する。トルク指令は、サーボアンプ23(23a〜23d)を介して各サーボモータ5に供給される。
ボールスクリューナット11a〜11dにそれぞれ螺合された、ボールスクリュー10a〜10dは、プレス動作によるスライド2の昇降運動に合わせて従動回転する。各サーボモータ5は、スライド2の降下動作に対し、常時、反対方向の等しいトルクを与えているが、ボールスクリュー10a〜10dと共に従動回転するように、このトルクは一定値以下に制限されている。
トルク指令器22aは、スライド2の計算位置と、リニアスケール検出器7a、7bから出力されるスライド2の実際位置を比較し、一致しない場合、対応するサーボモータ5a、5bにトルク指令を出力する。スライド2の下降時に、スライド2の計算位置より実際位置の下降が進んでいる場合、対応するサーボモータにスライドを持ち上げる方向の、下降と逆方向の位置補正トルクの指令を与える。トルク指令器22bは、スライド2の計算位置と、リニアスケール検出器7c、7dから出力されるスライド2の実際位置を比較し、上記と同様に指令を与える。
上記動作を図4の動作フローで説明すると、ステップ100で計算位置とスライド位置を取込む。次いで、ステップ101で実際位置が計算位置より進んでいるか比較する。YESであれば、ステップ102でトルク指令器から逆トルクを増大する指令を出力し、次のステップ103で対応のサーボモータを駆動する。ステップ101でNOであればステップ100に戻る。
図5は無負荷時のスライド2の軌跡を表したものである。無負荷時は、スライド2が全体にわたって均一に昇降し、スライドの各位置は円滑な正弦波カーブを描いて昇降している。
図6(a)は、スライド2に偏心荷重が加わった場合のスライド2の軌跡を表している。スライド降下時にスライド2の左(L)が遅れ(降下遅れ)、右(R)が進んでいる状態(降下進み)を示している。具体的には、スライドの下死点上高さが100mmから60mmの範囲と、50mmから10mmの範囲でスライドの傾きが発生している。
本実施例では、スライド降下時に上記の図6(a)に示すように偏心負荷が加わると、スライドの計算位置より、スライドの右側のリニアスケール検出器7bで検出したスライド2の実際位置が進んだ状態となる。したがって、トルク指令器22aは、対応する降下進み側の右側のサーボモータ5bにスライドを持ち上げる方向の、降下と逆の位置補正トルクの指令を与え、これに伴ってスライド2は反時計方向に揺動して傾きが軽減される。なお、スライド2の左側の実際位置が遅れた状態となるが、金型から受ける荷重により遅れているので、金型保護の点からスライドを進める方向のトルクを与えることはできない。
上記の様子は図6(b)に示される。偏心荷重発生範囲(1)のタイミングで、スライド2の右側のサーボモータ5b(R)が、マイナス方向(逆トルク方向)の位置補正トルク(2)を発生している。なお、スライド2の左側のサーボモータ5aを0トルクに制御しており、スライドの左側をフリー状態にして、金型への無理な力の作用を避けている。
上記動作は、サーボモータ5c、5dについても同様である。例えば、図2で前後方向にスライド2が傾いたとき、スライドの実際位置が計算位置より進んだ位置にあるサーボモータに対して、その部分を持ち上げる方向の位置補正トルクの指令が与えられる。
また、スライド2の昇降運動によって、常時、従動回転するサーボモータから電力が回生されるが、図示しない回生装置により回生電力を蓄えることもできる。この場合、各サーボモータからの回生電力をサーボアンプ23に蓄えて、他の部分での利用を可能とする。
図7は本発明実施例2のプレス機械の正面図で、図8は図7のA−A断面図である。実施例2では、実施例1の従動手段として、ボールスクリュー10(10a〜10d)とボールスクリューナット11(11a〜11d)の代わりに、それぞれ、ラック12(12a〜12d)とピニオン13(13a〜13d)を用いている。
ラック12はスライド2の矩形の各側壁に設けられ、ピニオン13は各ラック12に噛合うように、フレーム1の側壁に設けられたサーボモータ5の回転軸に固定される。各側壁に設けられるラック12は、スライド2が昇降する幅の長さを有している。その他、図1と図2の符号と同一部分は同一部分で示す。
ラック12a、ピ二オン13aおよびラック12b、ピ二オン13bは、1個のポイント(4)を挟んで両側にほぼ左右対称(図8参照)に配置される。この配置に伴って、サーボモータ5a、5bは、1個のポイントを挟んで両側にほぼ左右対称に配置固定される。ラック12c、ピ二オン13cおよびラック12d、ピ二オン13dは、1個のポイント(4)を通る中心線2bを挟んで両側にほぼ前後対称(図8参照)に配置される。この配置に伴って、サーボモータ5c、5dも、中心線2bを挟んで両側にほぼ前後対称に配置固定される。
また、各スライドの傾き検知手段としてのリニアスケール検出器7は、対応するラック12とピ二オン13に近接してスライド2の4辺に配置される。
上記構成において、図3に示される制御ブロックによって従動手段(ラック12、ピ二オン13)が動作制御される。スライド2の下降時に、スライド2の計算位置より実際位置の下降が進んでいる場合、その部分のスライド2を持ち上げる方向の、下降と逆方向トルクの位置補正トルク指令が、制御装置22から対応するサーボモータに出力される。
図9は本発明実施例3のプレス機械の正面図で、図10は図9のA−A断面図である。実施例3では、実施例1の1個のポイントでスライド2を駆動するのに対し、コンロッド4b、4cによって2個のポイント(コンロッド4の操作ポイント)を介してスライド2を駆動する。
2個のコンロッド4b、4cは、フレーム1の上部に左右方向(図10参照)に並べて設けられる。この構成によれば、スライド2の左右方向の傾きは2個のポイントで抑制することができるが、前後方向(図9参照)の傾きは抑制することが出来ない。このため、スライド2の前後方向(図10で上下方向)にのみ、従動手段のボールスクリュー10(10c、10d)及び、ボールスクリューナット11(11c,11d)を配置している。そして、前記従動手段は、スライド2の前記2ポイントを結ぶ中心線(直線)2bを挟んだ両側にほぼ対称位置に配置されている。サーボモータ5(5c、5d)は、ボールスクリュー10(10c、10d)にそれぞれ合わせた位置で、フレーム1の上部に固定される。
また、各スライドの傾き検知手段としてのリニアスケール検出器7は、ボールスクリュー10(10c、10d)の位置に対応して、スライド2の前後の2辺に配置される。
上記構成において、図3に示される制御ブロックによって従動手段が動作制御される。スライド2の下降時に、スライド2の前後方向について、計算位置より実際位置の下降が進んでいる場合、その部分のスライド2を持ち上げる方向の、下降と逆方向トルクの位置補正指令が、制御装置22から対応するサーボモータに出力される。この場合の制御されるサーボモータは10cまたは、10dである。
以上説明したように、本実施例によれば、リニアスケールによってスライドの複数の高さを測定し、プレス成形時に偏心荷重によってスライドに傾きが生じた際、進み側のサーボモータのトルクを調節して進み側のスライドを引き戻すことで、応答性良くスライドの傾きを軽減することが可能になる。
プレス成形に必要となる作業エネルギーやトルクは従来通りの主電動機とフライホイール、クラッチ及びクランク軸やリンク機構によって得るため、サーボモータの容量は小さなもので良い。また、主電動機がサーボモータである場合はフライホイール、クラッチは不要となる。
1…フレーム、2…スライド、2b…2ポイントを結ぶ直線、3…ボルスタ、4,4b,4c…コンロッド(スライド駆動機構)、5、5a〜5d…サーボモータ、6、6a〜6d…リニアスケール体(傾き検知手段)、7、7a〜7d…リニアスケール検出器(傾き検知手段)、8…ギブ、9…ライナー、10、10a〜10d…ボールスクリュー(従動手段)、11、11a〜11d…ボールスクリューナット(従動手段)、12、12a〜12d…ラック(従動手段)、13、13a〜13d…ピニオン(従動手段)、20…クランクエンコーダ、21…位置変換器、22、22a,22b…トルク指令器(制御装置)、23a〜23d…サーボアンプ。

Claims (10)

  1. フレーム上部に設けられスライド駆動機構により、スライドのポイントを介してスライドを昇降動作するプレス機械において、
    前記スライドの複数ヶ所に固定されスライドの昇降動作に従動する複数の従動手段と、
    前記フレーム側に固定され前記各従動手段に連結して前記従動手段にスライドの降下に対して反対方向のトルクを与える複数のサーボモータと、
    前記スライドの傾きを検知する傾き検知手段と、
    前記スライドの降下時に、前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記スライドの降下遅れ側の従動手段より、前記スライドの降下進み側の従動手段に大きなトルクを与えるように前記各サーボモータを動作制御する制御装置を設けたことを特徴とするプレス機械。
  2. 請求項1に記載のプレス機械において、
    前記傾き検知手段は、前記各従動手段に対応して前記フレームのスライドの移動範囲に設けられた複数のリニアスケール体と、前記各リニアスケール体に対向するように前記スライドの側面に設けられた複数のリニアスケール検出器からなり、前記制御装置はこのリニアスケール検出器の検知信号に基いて前記各サーボモータを動作制御することを特徴とするプレス機械。
  3. 請求項1または2に記載のプレス機械において、
    前記従動手段は、前記サーボモータに連結されたボールスクリューと、前記スライドに固定され前記ボールスクリューが螺合するボールスクリューナットで構成され、前記サーボモータは、前記スライドの降下によって回転するボールスクリューに反対方向のトルクを与えながら従動することを特徴とするプレス機械。
  4. 請求項1または2に記載のプレス機械において、
    前記従動手段は、前記サーボモータに連結されたピ二オンと、スライドに固定され前記ピ二オンに噛合うラックで構成され、前記サーボモータは、前記スライドの降下によって回転するピ二オンに反対方向のトルクを与えながら従動することを特徴とするプレス機械。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のプレス機械において、
    さらに前記スライド駆動機構の駆動軸にクランクエンコーダと、このクランクエンコーダの角度情報からスライド計算位置を算出する位置変換器を設け、前記制御装置は前記位置変換器からのスライド計算位置と前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記各サーボモータを動作制御することを特徴とするプレス機械。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のプレス機械において、
    前記従動手段は、前記スライドのポイントを挟んだ両側に配置されたことを特徴とするプレス機械。
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載のプレス機械において、
    前記スライドは前記スライド駆動機構によりスライドの2ポイントを介して駆動され、前記従動手段は、前記2ポイントを結ぶ直線を挟んだ両側に配置されたことを特徴とするプレス機械。
  8. フレーム上部に設けられスライド駆動機構により、スライドのポイントを介してスライドを昇降動作するプレス機械の制御方法において、
    前記スライドの複数ヶ所に固定されスライドの昇降動作に従動する複数の従動手段と、
    前記フレーム側に固定され前記各従動手段に連結して前記従動手段にスライドの降下に対して反対方向のトルクを与える複数のサーボモータと、
    前記スライドの傾きを検知する傾き検知手段と、
    前記各サーボモータを動作制御する制御装置を設け、
    前記制御装置により、前記スライドの降下時に前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記スライドの降下遅れ側の従動手段より、前記スライドの降下進み側の従動手段に大きなトルクを与えるように前記各サーボモータを動作制御することを特徴とするプレス機械の制御方法。
  9. 請求項8に記載のプレス機械の制御方法において、
    前記制御装置により、前記スライドの降下時に前記従動手段に反対方向の一定のトルクを与えるように、前記サーボモータのトルクを一定に制限することを特徴とするプレス機械の制御方法。
  10. 請求項8または9に記載のプレス機械の制御方法において、
    さらに前記スライド駆動機構の駆動軸にクランクエンコーダと、このクランクエンコーダの角度情報からスライド計算位置を算出する位置変換器を設け、前記制御装置は前記位置変換器からのスライド計算位置と前記傾き検知手段からの検知信号に基いて、前記各サーボモータを動作制御することを特徴とするプレス機械の制御方法。
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