JP2014144482A - 鍛造プレス機及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造能力を落とすことなく、クラッチの負担を抑制する。
【解決手段】蓄積工程において、スライド１６が待機位置にあるときに、クラッチ１４を遮断状態にすると共に、メインモータ１１を駆動状態としてフライホイール１２を所定の回転数になるまで回転させ、下降工程において、クラッチ１４を伝達状態にして所定の回転数となったフライホイール１２の回転をクランク軸１３に伝達し、スライド１６をプレス位置まで下降させ、加圧工程において、メインモータ１１を空転状態とし、スライド１６が減速するのを許容しながらプレス作業を行う。クラッチ１４の接続時やスライド１６がプレス位置に来たときに補助モータ２０を駆動状態にしてクランク軸１３の回転を補助しながら加圧する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造プレス機及びその制御方法に関するものである。

従来より、クランク軸を回転駆動し、上金型を取り付けたスライドを昇降させる機械式の鍛造プレス機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような鍛造プレス機では、慣性モーメントをあらわすＧＤ２（ＧＤスクエア）の大きなフライホイールの回転数をほぼ一定に保った状態でプレスが行われる。このため、鍛造プレス機が大型化している。

例えば特許文献２の鍛造プレス機のように、フライホイールを回転させるサーボモータではないメインモータとは別にクラッチを介在させることなく、減速歯車機構を介してサーボモータをクランク軸に対して連結するものが知られている。この鍛造プレス機は、量産のときはフライホイールの回転をクランク軸に伝達し、試作のときはサーボモータの回転を伝達するようにして１台の鍛造プレス機で鍛造製品の量産と試作とを効率よく行えるようにしている。

特開昭５８−１７０１４４号公報 特開２０１１−７９０３４号公報

しかしながら、特許文献２の鍛造プレス機では、サーボモータ単独でクランク軸を回転させなければならず、大きなサーボモータを必要とし、また、依然として従来と同様のＧＤ２の大きなフライホイールが用いられる。耐久性を保つためには、フライホイールに合わせた能力のメインモータ、クラッチ、ブレーキ等が用いられるので、鍛造プレス機の大型化は解消できていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鍛造能力を落とすことなく、クラッチの負担を抑制することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、メインモータとは別に設けた補助モータによってクランク軸の駆動を補助するようにした。

具体的には、第１の発明では、
駆動状態と空転状態とを切換可能なメインモータと、
上記メインモータにより回転されて回転エネルギーを蓄積可能なフライホイールと、
上記フライホイールにより回転されるクランク軸と、
上記フライホイールの回転動力をクランク軸に対して伝達又は遮断するクラッチと、
上記クランク軸の回転を減速又は停止させるブレーキと、
上記クランク軸に連動して上側の待機位置と下側のプレス位置との間で往復昇降運動し、下面に上型を取付可能なスライドと、
上記スライドの下方に対向して配置され、上面に下型を取付可能なボルスタと、
上記クランク軸を駆動して該クランク軸の回転を補助する駆動状態と空転する停止状態とを切り換え可能なサーボモータよりなる補助モータとを有する鍛造プレス機の制御方法を前提とし、
上記制御方法は、
上記スライドが上記待機位置にある時に、上記クラッチを遮断状態にすると共に、上記メインモータを駆動状態として上記フライホイールを所定の回転数になるまで回転させる蓄積工程と、
上記クラッチを伝達状態にして上記所定の回転数となったフライホイールの回転を上記クランク軸に伝達し、上記スライドを上記プレス位置まで下降させる下降工程と、
上記メインモータを空転状態とし、上記スライドが減速するのを許容しながらプレス作業を行う加圧工程とを含み、
上記下降工程において上記クラッチを伝達状態にした時及び上記加圧工程において上記プレス位置に来た時の少なくとも一方において、上記補助モータを駆動状態にして上記クランク軸の回転を補助する。

上記の構成によると、加圧工程において、蓄積工程で蓄積したフライホイールの回転エネルギーを減少させながら利用してプレスを行うようにしているので、従来のようなＧＤ２の大きなフライホイールを一定速度で回転させる必要がない。しかも、サーボモータよりなる補助モータで、クラッチ接続時やプレス開始時の反力が大きな時に合わせて精度よくクランク軸の回転を補助できる。このため、クラッチに掛かる負担を減らすことができるので、フライホイールの小型化に合わせてクラッチを小型化することもでき、クラッチの冷却装置の小型化も行え、寿命の向上も図れる。また、補助モータは、単独でプレスを行うのではなく、あくまでフライホイールの回転を補助するものであるため、小型化が可能である。

第２の発明では、第１の発明において、
サーボモータよりなる上記メインモータにより、上記フライホイールの回転数が制御される。

上記の構成によると、メインモータもサーボモータで構成することで、駆動状態と空転状態との切換を素早く且つ精度よく行うことができる。また、ＧＤ２の小さなフライホイールを回転させればよいので、容量の小さなサーボモータを用いることができる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記フライホイールの回転エネルギーを利用してスライドが下死点を超えて上昇した後、上記ブレーキを作動させる時に上記補助モータにより回生制動を行う。

上記の構成によると、フライホイールの回転エネルギーを利用してスライドを上昇させ、待機位置に至る時にブレーキを作動させてクランク軸の回転を停止させるが、そのときに補助モータで回生制動を行えば、エネルギーを有効に利用できると共に、ブレーキの負担が減ってブレーキの小型化が可能となる。

第４の発明のでは、駆動状態と空転状態とを切換可能なメインモータと、
上記メインモータにより回転されて回転エネルギーを蓄積可能なフライホイールと、
上記フライホイールにより回転されるクランク軸と、
上記フライホイールの回転動力をクランク軸に対して伝達又は遮断するクラッチと、
上記クランク軸の回転を減速又は停止させるブレーキと、
上記クランク軸に連動して上側の待機位置と下側のプレス位置との間で往復昇降運動し、下面に上型を取付可能なスライドと、
上記スライドの下方に対向して配置され、上面に下型を取付可能なボルスタと、
上記クランク軸を駆動して該クランク軸の回転を補助する駆動状態と空転する停止状態とを切り換え可能なサーボモータよりなる補助モータとを有する鍛造プレス機を前提とし、
上記鍛造プレス機は、上記クラッチを伝達状態にして上記フライホイールの回転を上記クランク軸に伝達する時及び上記スライドを上記プレス位置まで下降させた時の少なくとも一方において、上記補助モータを駆動状態にして上記クランク軸の回転を補助すると共に、上記メインモータを空転状態とし、上記スライドが減速するのを許容しながらプレス作業を行うよう制御する制御装置を備えている。

上記の構成によると、上記第１の発明と同様に、従来よりもＧＤ２の小さなフライホイールを用いることができるだけでなく、クラッチやブレーキの負担が減り、寿命が向上した又は小型化された鍛造プレス機が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、加圧工程においてスライドがプレス位置に来た時や下降工程のクラッチの接続時に補助モータを駆動状態にしてクランク軸の回転を補助するようにしたことにより、鍛造能力を落とすことなく、クラッチの負担を軽減し、クラッチの寿命を延ばしたり、小型化したりすることができる。

本発明の実施形態に係る鍛造プレス機を概略を示す図である。 鍛造プレス機の制御方法における動作サイクルを示すグラフである。 下死点上の距離と加圧力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る鍛造プレス機１０を示し、この鍛造プレス機１０は、駆動状態と空転状態とを切換可能なメインモータ１１を備えている。メインモータ１１は、サーボモータよりなるのが望ましいが、サーボモータではない汎用モータでもよい。

メインモータ１１は、例えばＶベルト１１ａを介してフライホイール１２に連結されている。このＶベルト１１ａによって伝達されたメインモータ１１の回転エネルギーをフライホイール１２に蓄積可能となっている。フライホイール１２のＧＤ２は、要求されるプレス能力に応じて決定される。すなわち、ＧＤ２が大きいほど蓄積可能な回転エネルギーが大きくなるが、ＧＤ２が大きすぎると鍛造プレス機１０全体が大型化し、コストがかかる。本実施形態では、同じプレス能力の従来のプレス機械に比べてフライホイール１２のＧＤ２が小さくなっている。

鍛造プレス機１０は、さらにフライホイール１２により回転されるクランク軸１３を備えている。クランク軸１３は、少なくとも一対の主軸受１３ａで回転可能に支持されている。

クランク軸１３の一端は、例えば湿式のクラッチ１４を介してフライホイール１２に連結されている。このクラッチ１４をつなぐとフライホイール１２の回転動力がクランク軸１３に伝達され、クラッチ１４を離すとその回転動力が遮断されるようになっている。

本実施形態では、クラッチ１４と同じ側にクランク軸１３の回転を減速又は停止させる例えばディスク型のブレーキ１５も設けられている。例えば、このブレーキ１５は、クラッチ１４と連動するように構成してもよい。

そして、クランク軸１３の下方には、コンロッド１７を介してスライド１６が連結されている。スライド１６は、鍛造プレス機１０のフレーム１６ａ内に上下運動可能に収納されている。つまり、スライド１６は、クランク軸１３に連動して上側の待機位置と下側のプレス位置との間で往復昇降運動可能に構成され、その下面に鍛造プレスのための金型の上型を取付可能となっている。上型は、鍛造品に合わせて取替可能となっている。ここで、待機位置は、上死点付近にあり、プレス位置は、下死点付近にある。フレーム１６ａは、門型フレームでもＣ型フレームでもよい。また、スライド１６は、コンロッド１７以外の構成でクランク軸１３に上下運動可能に連結されていてもよい。

スライド１６の下方には、上面に下型を取付可能なボルスタ１８が対向して配置されている。この下型も鍛造品に合わせて取替可能となっている。

そして、クランク軸１３の他端側には、サーボモータよりなる補助モータ２０が減速機２１を介して連結されている。この補助モータ２０は、クランク軸１３を駆動してその回転を補助する駆動状態と、空転する停止状態とを切り換え可能に構成されている。本実施形態では、減速機２１は、補助モータ２０と同軸上に設けられているが、特許文献２のように両者が異なる軸上に設けられていてもよい。

本実施形態の鍛造プレス機１０は、この鍛造プレス機１０の全体を制御する制御装置３０を有し、この制御装置３０が以下の制御方法を実行するようになっている。

−鍛造プレス機の制御方法−
次に、本実施形態に係る鍛造プレス機１０の制御方法について説明する。

まず、蓄積工程Ｓ１では、スライド１６が待機位置にある時に、クラッチ１４を切って遮断状態にした状態で、メインモータ１１を所定トルクで駆動しながら回転数を上げていく。すると、Ｖベルト１１ａを介してフライホイール１２が回転され、その回転数が増加する。例えば、図２のステップＳ１で示すように、４５ＳＰＭから７０ＳＰＭに上昇する。このように７０ＳＰＭまで回転数が上がった状態で、所定の回転エネルギーが蓄積されるまでメインモータ１１が回転される。このとき、本実施形態では、メインモータ１１にサーボモータを使用しているので、回転数及び回転トルクの調整を極めて容易に精度よく行える。この蓄積工程Ｓ１は、例えば、鍛造プレスされるワークの順送り又はセッティングの際に行われる。ブレーキ１５には、クランク軸１３を保持しておくための所定のブレーキトルクが掛かっている。

次いで、下降工程Ｓ２では、クラッチ１４が結合されて伝達状態となり、所定の回転数となったフライホイール１２の回転がクランク軸１３に伝達される。このとき、図２に示すように、クラッチトルクが一時的に上昇する。しかし、本実施形態では、補助モータ２０がそれに合わせて駆動され、このクラッチトルクの一部を負担するので、実際には図２のようにクラッチトルクが急激に上昇しない。補助モータ２０がサーボモータであるため、このときのタイミングと回転トルクの制御を容易に精度よく行える。そして、クランク軸１３の回転が開始され、コンロッド１７を介して動力が伝達されてスライド１６が待機位置から下降を始める。下降が始まってクラッチトルクが一定となると、補助モータ２０による回転補助は停止される。その後、スライド１６がプレス位置まで下降する。この間、メインモータ１１は、回転を継続するので、フライホイール１２の回転数は、７０ＳＰＭに保たれる。

スライド１６がプレス位置に到達すると、加圧工程Ｓ３において、メインモータ１１の駆動を停止して空転状態とする。このときも、メインモータ１１がサーボモータであるため、制御が容易である。そして、プレスの開始点Ａにおいて、ワークがスライド１６の上型とボルスタ１８の下型とで挟まれてプレス加工が開始される。このとき、反動でクラッチトルクが一時的に上昇する。これに合わせて補助モータ２０の駆動を開始させてクランク軸１３の回転を補助しながら加圧する。

ここで、図３を用いてこの作用について説明する。本実施形態では、上述した特許文献２のように単独で補助モータ２０がプレスを行うことはないが、補助モータ２０のみでプレスを行ったと仮定すると、補助モータ２０自体の必要能力は抑えられているので、図３に一点鎖線で示すように、下死点からの距離が離れるとプレス能力は小さくなっている。一方で、図３で破線で示すように、クラッチ１４単独でのプレス能力は、補助モータ２０に比べて大きくなっている。そして、本実施形態のように、補助モータ２０でクランク軸１３の回転補助を行うと、実線で示すように、下死点からの距離が離れても大きなプレス能力を発揮できることがわかる。

このため、開始点Ａのように下死点からの距離が最も離れた位置で、クラッチ１４で本来負担すべきであった一時的に上昇するクラッチトルクを補助モータ２０が負担することができるので、クラッチ１４が滑らず、発熱しにくくなる。この加工に伴ってフライホイール１２に蓄積された回転エネルギーが徐々に消費される。このとき、メインモータ１１は、空転状態にあるので、フライホイール１２に回転エネルギーが補充されることはない。このため、図２のステップＳ３に示すように、フライホイール１２の回転数が徐々に減少しながらプレス作業が行われる。下死点Ｂに至るまでの間に必要な成形エネルギーが得られるようにフライホイール１２に蓄積するエネルギーを設定するとよい。このとき、フライホイール１２の回転数が減少してスライド１６の加工速度が低下することで、成形品に皺や亀裂が発生しにくくなって成形精度が向上する。

なお、制御によってサーボモータよりなる補助モータ２０の回転力を適宜順方向に加え、又は逆方向に加えることで、加工速度を精度よく制御して所望の成形品を得ることもできる。

次いで、スライド１６が下死点を超えると、上昇行程Ｓ４において、メインモータ１１を空転させたままフライホイール１２に残った回転エネルギーを利用してスライド１６を待機状態まで上昇させる。スライド１６が待機位置まで上昇すると、クラッチ１４を切り、フライホイール１２からクランク軸への回転動力を遮断する。そして、ブレーキ１５によりクランク軸を停止させる。このとき、ブレーキトルクが急激に増加してブレーキ１５の負担が上昇する。従来の鍛造プレス機では、フライホイール１２を一定速度に保っているので、停止時に大きなブレーキトルクを必要とするが、本実施形態では、スライド１６に残存するエネルギーは、すでに小さくなっているので、ブレーキ１５の負担は軽減されている。しかも、補助モータ２０を回生制動モードにして、ブレーキトルクを補助モータ２０に負担させるので、ブレーキ１５の容量を低下させて小型化できると共に、その寿命が長くなる。本来利用できなかったエネルギーを回生できるので、極めてエネルギー効率がよくなる。

本実施形態では、加圧工程において、蓄積工程で蓄積したフライホイール１２の回転エネルギーを利用してプレスを行うようにしているので、従来のようなＧＤ２の大きなフライホイール１２を一定速度で回転させる必要がない。しかも、サーボモータよりなる補助モータ２０で、クラッチ接続時やプレス開始時の反力が大きな時に合わせて精度よくクランク軸１３の回転を補助できる。このため、クラッチ１４に掛かる負担を減らすことができるので、フライホイール１２の小型化に合わせてクラッチ１４を小型化しても滑りや発熱が生じにくくなり、クラッチ１４の冷却装置の小型化も行える。また、小型化を行わない場合では、従来に比べて格段にクラッチ１４の寿命が延びる。また、補助モータ２０は、単独でプレスを行うのではなく、あくまでフライホイール１２の回転を補助するものであるため、小型化が可能である。

さらに、本実施形態では、メインモータ１１もサーボモータで構成することで、駆動状態と空転状態との切換を素早く且つ精度よく行うことができる。また、ＧＤ２の小さなフライホイール１２を回転させればよいので、容量の小さなサーボモータを用いることができる。

したがって、本実施形態に係る鍛造プレス機１０によると、鍛造能力を落とすことなく、クラッチ１４及びブレーキ１５の負担を軽減し、クラッチ１４及びブレーキ１５の寿命を延ばしたり、小型化したりすることができる。

また、従来よりもＧＤ２の小さなフライホイール１２を用いることができるだけでなく、寿命が向上した又は小型化されたクラッチ１４及びブレーキ１５を有する商品性の高い鍛造プレス機１０が得られる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、クランク軸１３によってフライホイール１２の回転エネルギーを下降工程の開始時及び加圧工程のプレス開始時に行うようにしているが、いずれか一方のみを行ってもよく、また、補助モータ２０による回生制動は、必ずしも行わなくてもよい。

上記実施形態では、補助モータ２０によるクランク軸１３の回転補助をスライド１６に伝達させているが、偏心部がクランク形状をしていないエキセン軸を用いてもよい。

上記実施形態では、クラッチ１４は、湿式クラッチとしたが、エアー式のクラッチとしてもよい。しかし、湿式クラッチである方が、クラッチをつなぐ時の反動が大きく、本発明の効果が顕著に発揮される。

上記実施形態では、クラッチ１４、ブレーキ１５、メインモータ１１、補助モータ２０等の負担を減らすことで、小型化を図っているが、小型化せず、従来と同等の能力のものを使用し、その寿命を延ばすようにしてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１０ 鍛造プレス機
１１ メインモータ
１１ａ Ｖベルト
１２ フライホイール
１３ クランク軸
１３ａ 主軸受
１４ クラッチ
１５ ブレーキ
１６ スライド
１６ａ フレーム
１７ コンロッド
１８ ボルスタ
２０ 補助モータ
２１ 減速機
３０ 制御装置
Ｓ１ 蓄積工程
Ｓ２ 下降工程
Ｓ３ 加圧工程
Ｓ４ 上昇行程

Claims (4)

1. 駆動状態と空転状態とを切換可能なメインモータと、
   上記メインモータにより回転されて回転エネルギーを蓄積可能なフライホイールと、
   上記フライホイールにより回転されるクランク軸と、
   上記フライホイールの回転動力をクランク軸に対して伝達又は遮断するクラッチと、
   上記クランク軸の回転を減速又は停止させるブレーキと、
   上記クランク軸に連動して上側の待機位置と下側のプレス位置との間で往復昇降運動し、下面に上型を取付可能なスライドと、
   上記スライドの下方に対向して配置され、上面に下型を取付可能なボルスタと、
   上記クランク軸を駆動して該クランク軸の回転を補助する駆動状態と空転する停止状態とを切り換え可能なサーボモータよりなる補助モータとを有する鍛造プレス機を制御する制御方法において、
   上記スライドが上記待機位置にある時に、上記クラッチを遮断状態にすると共に、上記メインモータを駆動状態として上記フライホイールを所定の回転数になるまで回転させる蓄積工程と、
   上記クラッチを伝達状態にして上記所定の回転数となったフライホイールの回転を上記クランク軸に伝達し、上記スライドを上記プレス位置まで下降させる下降工程と、
   上記メインモータを空転状態とし、上記スライドが減速するのを許容しながらプレス作業を行う加圧工程とを含み、
   上記下降工程において上記クラッチを伝達状態にした時及び上記加圧工程において上記プレス位置に来た時の少なくとも一方において、上記補助モータを駆動状態にして上記クランク軸の回転を補助する
   ことを特徴とする鍛造プレス機の制御方法。
2. 請求項１に記載の鍛造プレス機の制御方法において、
   サーボモータよりなる上記メインモータにより、上記フライホイールの回転数が制御される
   ことを特徴とする鍛造プレス機の制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の鍛造プレス機の制御方法において、
   上記加圧工程の後、上記フライホイールの回転エネルギーを利用してスライドが下死点を超えて上昇した後、上記ブレーキを作動させる時に上記補助モータにより回生制動を行う
   ことを特徴とする鍛造プレス機の制御方法。
4. 駆動状態と空転状態とを切換可能なメインモータと、
   上記メインモータにより回転されて回転エネルギーを蓄積可能なフライホイールと、
   上記フライホイールにより回転されるクランク軸と、
   上記フライホイールの回転動力をクランク軸に対して伝達又は遮断するクラッチと、
   上記クランク軸の回転を減速又は停止させるブレーキと、
   上記クランク軸に連動して上側の待機位置と下側のプレス位置との間で往復昇降運動し、下面に上型を取付可能なスライドと、
   上記スライドの下方に対向して配置され、上面に下型を取付可能なボルスタと、
   上記クランク軸を駆動して該クランク軸の回転を補助する駆動状態と空転する停止状態とを切り換え可能なサーボモータよりなる補助モータとを有する鍛造プレス機において、
   上記クラッチを伝達状態にして上記フライホイールの回転を上記クランク軸に伝達する時及び上記スライドを上記プレス位置まで下降させた時の少なくとも一方において、上記補助モータを駆動状態にして上記クランク軸の回転を補助すると共に、上記メインモータを空転状態とし、上記スライドが減速するのを許容しながらプレス作業を行うよう制御する制御装置を備えている
   ことを特徴とする鍛造プレス機。

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