JP2017113798A - プレス機械 - Google Patents

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【課題】1ストローク中に複数の加工工程を有するプレス加工の場合でもピーク荷重の適切な上下限チェックを行うことができるプレス機械を提供する。【解決手段】往復運動可能なスライド1と、回転によりスライド1を駆動して往復運動させるサーボモータ4と、サーボモータ4の回転角度を検出するエンコーダ5と、プレス荷重を検出するロードセル8と、サーボモータ4を制御するCPU20と、を有し、スライド1の1回の往復運動の間に複数の加工工程を行うサーボプレス機10において、CPU20が、スライド1が運動している場合にオン状態であるタイミング信号Tと、スライドが運動している場合であって加工工程の実行中にオン状態であるタイミング2信号T2とを生成すると共に、タイミング信号Tとタイミング2信号T2がオン状態である場合に、ロードセル8がプレス荷重を複数の加工工程毎に検出するよう制御することを特徴とするプレス機械。【選択図】図1

Description

本発明は、プレス機械に係り、特にスライドの1往復中に発生する複数のプレス荷重のピーク値を検出することができるプレス機械に関する。
現在、一般的に使用されているプレス機械では、ロードセルを用いてプレス荷重を計測することで金型のパンチ折れやワークの2枚打ち等が発生した場合に、異常荷重を検出してプレス機械を停止させるロードモニタが搭載されている。図8は、従来のプレス機械の通常のプレス加工中におけるスライド位置Sと、検出したプレス荷重Fを示す図である。なお、上記した加工例ではスライドの始動位置(プレス加工工程の開始位置。一般的にはスライドの上死点位置。)から次の始動位置(次の始動位置は、前のプレス加工工程の終了位置でもある。)までの1ストローク中に1回の加工工程が行われ、その加工工程中に1個のピーク荷重Pが発生し、このピーク荷重Pが許容範囲内か否かが判断される。
また、例えば特許文献1には、プレス機械のスライドの傾きによる加工精度の低下等を防止するため、スライドの傾きを正確かつ容易に監視できる、プレス機械のスライドの傾き監視方法及びその装置に関する技術が開示されている。
特開2010−99671号公報
しかし、上記したプレス機械の通常加工のプレス荷重検出では、1ストローク中の1加工のピーク荷重Pに対して上下限チェックを行うため、1ストローク中に複数の加工工程を有するような場合には、各加工工程のピーク荷重Pに対して適切な上下限チェックを行うことができなかった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、1ストローク中に複数の加工工程を有するプレス加工の場合でもピーク荷重の適切な上下限チェックを行うことができるプレス機械を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を有する。
(1)往復運動可能なスライドと、
回転することにより前記スライドを駆動して往復運動させる駆動手段と、
前記駆動手段の回転角度を検出する角度検出手段と、
プレス荷重を検出する荷重検出手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、を有し、
前記スライドの1回の往復運動の間に複数の加工工程を行うプレス機械において、
前記制御手段が、
前記スライドが始動位置と次の始動位置との間を運動している場合にオン状態である第1制御信号と、前記スライドが前記始動位置と前記次の始動位置との間を運動している場合であって前記加工工程が実行されている場合にオン状態である第2制御信号と、を生成すると共に、
前記第1制御信号がオン状態でかつ前記第2制御信号がオン状態である場合に、前記荷重検出手段がプレス荷重を前記複数の加工工程毎に検出するよう制御することを特徴とするプレス機械。
(2)前記スライドが、前記駆動手段によって複数回の往復運動する場合において、
前記制御手段が、
前記スライドの各往復運動において、前記第1制御信号がオン状態でかつ前記第2制御信号がオン状態である場合に、前記荷重検出手段が前記複数の加工工程毎に検出した複数の荷重を前記複数の加工工程毎に記憶し、
前記各往復運動毎に記憶された、前記複数の加工工程毎に検出した複数の荷重を、前記複数回の往復運動に亘って前記複数の加工工程毎に平均化して基準ピーク値を算出することを特徴とする前記(1)記載のプレス機械。
(3)前記制御手段は、前記荷重検出手段が検出したプレス荷重が、前記基準ピーク値を含む所定の範囲内にない場合に、エラー情報を報知することを特徴とする前記(2)に記載のプレス機械。
(4)前記制御手段が、前記荷重検出手段が前記複数の加工工程毎に検出した複数の荷重の平均値である基準ピーク値を前記複数の加工工程毎に算出する場合における、前記複数の加工工程毎に検出した荷重の個数が設定変更可能であることを特徴とする前記(2)又は(3)に記載のプレス機械。
本発明によれば、1ストローク中に複数の加工工程を有するプレス加工の場合でもピーク荷重の適切な上下限チェックを行うことができるプレス機械を提供することができる。
本発明のプレス機械の構成を説明するための図 本発明のプレス機械の複動加工金型を用いた加工を説明するための図 本発明のプレス機械の複動加工金型を用いた加工におけるスライド位置とプレス荷重の状態を示す図 本発明のプレス機械のインデックス加工金型の構成を示す図 本発明のプレス機械のインデックス加工金型を用いた加工を説明するための図とスライド位置とプレス荷重の状態を示す図 本発明のプレス機械のインデックス加工金型を用いた加工のスライド位置とプレス荷重の状態を示した図 本発明のプレス機械の荷重エラー検出のフローチャート 従来のプレス機械の加工工程のスライド位置とプレス荷重を示す図
本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ以下に説明する。
[プレス機械の構成]
本発明の実施形態に係わるプレス機械であるサーボプレス機10を図1(a)に示す。サーボプレス機10は、パンチ金型とダイ金型との協働により被加工品のワークに対してプレス加工を行う。なお、サーボプレス機10は図の左側が前方であり、図の右側が後方である。図に示したようにスライド1の上方には、サーボプレス機10の前後方向へ延びたクランクシャフト2が回転可能に設けられている。また、スライド1とクランクシャフト2はコネクティングロッド3で連結されている。クランクシャフト2が回転することにより、パンチ金型が装着されたスライド1が上下動する。
クランクシャフト2にはメインギヤ7が連結されており、このメインギヤ7がサーボモータ4(駆動手段)に設置されたピニオンギヤ6と噛み合い、サーボモータ4が回転することでスライド1が上下動する。また、サーボモータ4にはエンコーダ5(角度検出手段)が設置され、サーボモータ4の回転角度を検出する。更に、図に示したようにサーボプレス機10は、プレス荷重をロードセル8(荷重検出手段)によって検知する。
図1(b)に、サーボプレス機10のブロック図を示す。演算装置であるCPU20(制御手段)は、種々のデータの収集・演算を行う。そして、データやエラーの表示を行う表示装置21、データ収集の設定を行う入力装置23、種々のデータが保存される記憶装置24、ロードセル8に繋がったアンプ26、及びサーボモータ4に繋がったサーボアンプ25がCPU20に接続されている。上記したように、エンコーダ5はサーボモータ4の回転角度を検出し、ロードセル8はプレス荷重を検出する。
[複動加工金型を用いた加工例]
スライド1の1ストローク中に複数のピーク荷重が発生する複動加工金型60を用いた加工例につき図2を参照しつつ説明する。図2(a)は複動加工金型60の概略構成を示した図であり、鍛造加工を行っている状態を示す。複動加工金型60は従来の金型と同様に上型30と下型40により構成されているが、上型30と下型40が共に交換型を有している点において従来の金型と相違する。図2(a)に示したように、上型30の交換型31は上型油圧シリンダー32により、下型40の交換型41は下型油圧シリンダー42により移動する。図2に示した複動加工金型60の加工では、上型30の交換型31と下型40の交換型41を移動させることにより、鍛造工程とブランク工程(抜き工程)とを交互に行って製品を完成させる。
図2(a)は、上述したようにワークWに対して鍛造加工を行っている状態を示している。この場合、スライド1は下死点近傍の位置にありワークWには荷重が付加され、鍛造加工が行われる。なお、この鍛造加工では上型30の交換型31の右側部31aと下型40の交換型41の左側部41bとを使用する。
図2(b)は、鍛造型からブランク型へ変更した後の上型30と下型40の状態を示している。すなわち、上型油圧シリンダー32によって上型30の交換型31を前進(図では右方向)させると共に下型油圧シリンダー42によって下型40の交換型41を後退(図では左方向)させる。ブランク型では、上型30の交換型31の左側部31bと下型40の交換型41の右側部41aを用いる。なお、図2(b)の工程ではスライド1は下死点から上がった状態となっている。
図2(c)は、上型30と下型40とがブランク型となった状態でスライド1が下降してブランク加工を行っている状態を示している。この場合、スライド1は下死点の位置にありワークWには荷重が付加され、ブランク加工が行われる。図2(d)は、図2(c)のブランク加工が終了しスライド1が上昇して始動位置に戻ると共に、次の工程に向けて上型油圧シリンダー32により上型30の交換型31を後退させ、下型油圧シリンダー42により下型40の交換型41を前進させている状態を示している。図2(d)では、ワークWは完成状態にあるのでサーボプレス機10から外される。以降は、図2(a)〜図2(d)の加工工程を繰り返す。
図3は、図2の複動加工金型60を用いた加工におけるスライド位置Sとロードセル8が検知したプレス荷重Fとを示した図である。図中のA,B,C,Dの位置が、それぞれ図2(a),(b),(c),(d)の状態に対応する。すなわち、Aの位置でスライド1が下降して第1工程の鍛造加工が行われ、Bの位置でスライド1が上昇すると共に上型油圧シリンダー32と下型油圧シリンダー42が作動して鋳造型からブランク型へ交換される。そして、Cの位置で再度スライド1が下死点まで下降してブランク加工(抜き加工)が行われ、Dの位置で上型油圧シリンダー32と下型油圧シリンダー42が作動すると共に、スライド1が上昇して始動位置に戻る。図3に示したように、複動加工金型60を用いた加工ではスライド1の1ストローク中にプレス荷重Fのピーク値が2箇所発生する。
[インデックス加工金型を用いた加工例]
次に、インデックス加工金型70を用いた加工例を、図4,図5を参照しつつ説明する。インデックス加工金型70を用いた加工でも、スライド1の1ストローク中に複数のピーク荷重が発生する。
図4は、インデックス加工金型70の構成を示す図である。インデックス加工金型70は、上型50、下型51及び下型51が設置される割り出し盤52を有して構成されている。割り出し盤52は、固定台52aと固定台52aを回転させるモータ52bとから構成され、固定台52aには下型51が設置される。上型50にはワークWを打ち抜くためのパンチ50aが設置されており、下型51には上型50のパンチ50aに対応して複数のパンチ穴51aが設けられている。インデックス加工金型70による加工は、上型50と下型51との間にワークWを挟んだ状態で上型50を下降させ、ワークWに抜き加工を行う。そして、割り出し盤52により下型51を順次回転させつつ抜き加工を行う。
図5(a)は、インデックス加工金型70を用いたワークWの抜き加工を時系列で表した図であり、インデックス加工金型70を上方から矢視した図である。まず、S10でワークWを下型51にセットする。そして、S11で上型50を下降させて1ショット目の抜き加工(第1工程)を行う。次に、S12で割り出し盤52を30度回転させた後、S13で2ショット目の抜き加工(第2工程)を行う。S14〜S17では、順次割り出し盤52の回転と抜き加工(第3工程、第4工程)を繰り返し、S18で製品を完成させる。なお、抜き加工が終了後、割り出し盤52を回転させるためにスライド1は上昇する。
図5(b)は、インデックス加工金型70を用いた抜き加工における、スライド位置Sとロードセル8が検知したプレス荷重Fを表した図である。図5(b)において、G,I,K,Mが第1〜4工程でのピーク荷重である。また、H,J,Lはスライド1が上昇して割り出し盤52が回転している状態を示している。図5(b)から分かるように、インデックス加工金型70を用いた加工では、スライド1が始動位置から次の始動位置に戻るまでの1ストローク中に複数のピーク荷重が発生する。
[プレス荷重のエラー検出]
本実施例の荷重のエラー検出につき、複数のピーク荷重が発生するインデックス加工金型70を用いた加工例を以下に説明する。図6は、3工程からなるインデックス加工金型70を用いた加工におけるスライドの位置Sとプレス荷重Fとの状態を示した図である。本発明のプレス荷重のエラー検出では、図6に示したタイミング信号T(第2制御信号)とタイミング2信号T2(第1制御信号)とを使用する。CPU20は、エンコーダ5が検出したサーボモータ4の回転角度に基づいてタイミング信号Tとタイミング2信号とを生成する。図6において、タイミング2信号T2は、スライド1の始動位置から次の始動位置までの1ストロークの間でON状態になっている。また、タイミング信号Tは第1工程〜第3工程(3つの加工工程)の実行中はON状態で加工工程でない状態ではOFF状態である。本発明のプレス荷重のエラー検出の特徴は、タイミング信号Tとタイミング2信号T2とを併用したことである。なお、図中のP(1)〜P(3)は、第1工程から第3工程のそれぞれの加工工程におけるピーク荷重である。また、図示したように第1工程から第3工程には、それぞれ工程番号n=1〜3が割り当てられている。更に、タイミング2信号T2のON状態には、スライド1のストローク回数m=1,2,3・・・・が割り当てられている。なお、ストローク回数mとはスライド1が何往復したかを示す数である。また、工程番号nとは1ストローク中の何番目の工程であるかを示す番号である。例えば、図6では1つのストローク回数mに対応して3つの加工工程(n=1〜3)が存在するので、n=1〜3の3つの加工工程が完了する毎に、ストローク回数mが1,2,3と増加していくこととなる。
[プレス荷重のエラー検出のフローチャート]
図6で示したインデックス加工金型70を用いた抜き加工におけるプレス荷重のエラー検出の処理を、図7のフローチャートを参照しつつ以下に説明する。
CPU20は、ステップ(以下、Sという)101で荷重現在値Xを更新した後、S102に進む。荷重現在値Xはロードセル8によって検出される。CPU20は、S102でタイミング2信号T2がON状態であるか否かを判断する。CPU20は、S102でタイミング2信号T2がON状態であればS103に進み、OFF状態であればS101に戻る。CPU20は、S103でタイミング2信号T2がONエッジの状態であるか否かを判断する。ONエッジの状態とは、タイミング2信号T2がOFF状態からON状態に立ち上がった状態をいう。CPU20は、S103でタイミング2信号T2がONエッジの状態であると判断した場合には、S104に進み工程番号nを初期化するためにn=1とし、ストローク回数mをインクリメントする。CPU20は、S103でタイミング2信号T2がONエッジの状態でないと判断した場合には、S105に進む。
次に、CPU20はS105でタイミング信号TがON状態であるか否かを判断する。CPU20は、S105でタイミング信号TがON状態であると判断した場合には、S106でタイミング信号TがONエッジの状態であるかを判断する。
CPU20は、S106でタイミング信号TがONエッジの状態であると判断した場合には、S107で、第n工程のピーク荷重P(n)をクリア(P(n)=0)し、S108に進む。なお、第n工程のピーク荷重P(n)とは第n工程で検知した荷重のうちの最大の荷重をいう。CPU20は、S106でタイミング信号TがONエッジの状態でない、すなわち通常のON状態であると判断した場合にはS108に進む。CPU20は、S108で荷重現在値Xが既に保存されているピーク荷重P(n)よりも大きいか否かを判断する。
CPU20は、S108で荷重現在値Xが第n工程のピーク荷重P(n)よりも大きいと判断した場合には、S109に進み、その荷重現在値Xを第n工程のピーク荷重P(n)としS110に進む。また、CPU20はS108で荷重現在値Xが第n工程のピーク荷重P(n)よりも大きくないと判断した場合にはS110に進む。
CPU20は、S110で現在のストローク回数mが監視無効ストローク回数Mより大きいか否かを判断する。なお、監視無効ストローク回数Mとは、生産開始初期のストローク数の何回かをエラーチェックから外すための回数である。後述する基準ピーク値がないとプレス荷重のエラーチェックができないため、最低でも1回はエラーチェックを無効化する必要がある。監視無効ストローク回数Mは、プレス機械を使用するユーザーが設定できるものとする。
CPU20は、S110でストローク回数mが監視無効ストローク回数M以下であると判断した場合にはS101に戻る。CPU20は、S110でストローク回数mは監視無効ストローク回数Mより大きいと判断した場合にはS111に進む。CPU20は、S111で第n工程のピーク荷重P(n)の値が、n工程目の基準ピーク値B(n)に許容偏差Dを加えた値よりも大きいか否かを判断する。許容偏差Dはプレス機械を使用するユーザーが設定できるものとする。なお、n工程目の基準ピーク値B(n)とは、現在までのスライド1の複数回のストロークにおける、第n工程のピーク荷重P(n)の平均値をいうものとする。
CPU20は、S111で第n工程のピーク荷重P(n)の値がB(n)+Dの値以下と判断した場合、すなわちエラーでない場合にはS101に戻る。CPU20は、S111で第n工程のピーク荷重P(n)の値がB(n)+Dより大きいと判断した場合には、S112で上限エラーである旨を表示装置21に表示して操作者に報知し、荷重のエラー検出の処理を終了する。
CPU20は、S105でタイミング信号TがON状態でない、すなわちOFF状態であると判断した場合にはS113に進む。CPU20は、S113でタイミング信号TがOFFエッジの状態であるか否かを判断する。OFFエッジの状態とは、タイミング信号TがON状態からOFF状態に下がった状態をいう。CPU20は、S113でタイミング信号TがOFFエッジの状態ではなく、OFF状態のままであると判断した場合にはS105に戻る。CPU20は、S113でタイミング信号TがOFFエッジの状態であると判断した場合には、S114に進む。
CPU20は、S114でスライド1のストローク回数mが監視無効ストローク回数Mより大きいか否かを判断する。CPU20は、S114でスライド1のストローク回数mが監視無効ストローク回数Mより大きいと判断した場合にはS115に進み、スライド1のストローク回数mが監視無効ストローク回数M以下であると判断した場合にはS117に進む。
CPU20は、S115で第n工程のピーク荷重P(n)が第n工程の基準ピーク値B(n)から許容偏差Dを引いた値B(n)−Dより小さいか否かを判断する。
CPU20は、S115で第n工程のピーク荷重P(n)がB(n)−Dの値より小さいと判断した場合には、S116で下限エラーを表示装置21に表示して操作者に報知し、荷重のエラー検出の処理を終了する。CPU20は、S115で第n工程のピーク荷重P(n)が基準ピーク値B(n)−Dの値以上であると判断した場合にはS117に進む。
CPU20は、S117で平均化回数Aが2以上であるか否かを判断する。平均化回数Aとは、過去の何回のピーク荷重P(n)を平均化して基準ピーク値B(n)を求めるかの回数であり、プレス機械のメーカーが設定するものとする。CPU20は、S117で平均化回数Aが2以上でない、すなわちA=1である場合にはS121で現在の第n工程のピーク荷重P(n)を第n工程の基準ピーク値B(n)とし、S122に進み工程番号nをインクリメントし、S101に戻る。CPU20は、S117で平均化回数Aが2以上であると判断した場合には、S118に進む。
CPU20は、S118で第n工程の平均化カウンタa(n)が平均化回数Aより小さいか否かを判断する。小さい場合とは、例えば平均化カウンタa(n)が4で平均化回数Aが6のような場合である。CPU20は、S118で第n工程の平均化カウンタa(n)が平均化回数Aよりも小さいと判断した場合には、S119に進む。CPU20は、S119で第n工程の平均化カウンタa(n)をインクリメントし、現在の第n工程のピーク荷重P(n)をb(a(n))とし、b(1)〜b(a(n))の平均値を第n工程の基準ピーク値B(n)とする。その後、S122に進み工程番号nをインクリメントし、S101に戻る。CPU20は、S118で第n工程の平均化カウンタa(n)が平均化回数A以上であると判断した場合には、S120に進む。なお、平均化カウンタa(n)は、プレス機械の停止時に初期化される。
CPU20は、S120で過去A回までの第n工程のピーク荷重P(n)の値の平均値を第n工程の基準ピーク値B(n)とする。CPU20はS120のステップを終了した後、S122進み工程番号nをインクリメントして、S101に戻る。
以上述べたように、本発明のプレス機械ではスライドの1ストローク中に複数の加工工程を有するプレス加工を行うような場合でも、各加工工程毎にそのピーク荷重が許容範囲内にあるか否かを正確に判断することができる。
本発明によれば、1ショット中に複数の加工工程を有するプレス加工の場合でもプレス検出荷重の適切な上下限チェックを行うことができるプレス機械を提供することができる。
1 スライド
4 サーボモータ(駆動手段)
5 エンコーダ(角度検出手段)
8 ロードセル(荷重検出手段)
10 サーボプレス機
20 CPU(制御手段)
T タイミング信号(第2制御信号)
T2 タイミング2信号(第1制御信号)

Claims (4)

  1. 往復運動可能なスライドと、
    回転することにより前記スライドを駆動して往復運動させる駆動手段と、
    前記駆動手段の回転角度を検出する角度検出手段と、
    プレス荷重を検出する荷重検出手段と、
    前記駆動手段を制御する制御手段と、を有し、
    前記スライドの1回の往復運動の間に複数の加工工程を行うプレス機械において、
    前記制御手段が、
    前記スライドが始動位置と次の始動位置との間を運動している場合にオン状態である第1制御信号と、前記スライドが前記始動位置と前記次の始動位置との間を運動している場合であって前記加工工程が実行されている場合にオン状態である第2制御信号と、を生成すると共に、
    前記第1制御信号がオン状態でかつ前記第2制御信号がオン状態である場合に、前記荷重検出手段がプレス荷重を前記複数の加工工程毎に検出するよう制御することを特徴とするプレス機械。
  2. 前記スライドが、前記駆動手段によって複数回の往復運動する場合において、
    前記制御手段が、
    前記スライドの各往復運動において、前記第1制御信号がオン状態でかつ前記第2制御信号がオン状態である場合に、前記荷重検出手段が前記複数の加工工程毎に検出した複数の荷重を前記複数の加工工程毎に記憶し、
    前記各往復運動毎に記憶された、前記複数の加工工程毎に検出した複数の荷重を、前記複数回の往復運動に亘って前記複数の加工工程毎に平均化して基準ピーク値を算出することを特徴とする請求項1記載のプレス機械。
  3. 前記制御手段は、前記荷重検出手段が検出したプレス荷重が、前記基準ピーク値を含む所定の範囲内にない場合に、エラー情報を報知することを特徴とする請求項2に記載のプレス機械。
  4. 前記制御手段が、前記荷重検出手段が前記複数の加工工程毎に検出した複数の荷重の平均値である基準ピーク値を前記複数の加工工程毎に算出する場合における、前記複数の加工工程毎に検出した荷重の個数が設定変更可能であることを特徴とする請求項2又は3に記載のプレス機械。
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