JP2021045771A - 打ち抜き装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】工具欠損を高精度に検出する打ち抜き装置を提供する。【解決手段】本開示に係る打ち抜き装置は、パンチと、被加工物から所定の形状を打ち抜くための抜き型を形成するダイとを備え、ダイの上に設置された平板状の被加工物から、パンチによって抜き型による形状を打ち抜く打ち抜き加工を行う打ち抜き装置であって、検知装置と判定装置とを備える。検知装置は、測定器を有し、測定器により測定された被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内における直交する２軸のそれぞれの方向に生じる水平分力を取得する。判定装置は、検知装置によって取得した水平分力に基づき、パンチまたはダイの欠損が生じたか否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、打ち抜き装置に関し、具体的には、金属やプラスチック、複合材料等の平板を打ち抜く打ち抜き装置に関する。
従来、この種の打ち抜き装置としては、実際のプレス作業における打ち抜き荷重と記憶装置に記憶されている荷重とを比較するための演算装置と、その演算結果を表示する装置とを備えたプレスの荷重監視装置がある（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の打ち抜き装置の構成図においては、打ち抜き装置の下方部に荷重検出センサが設置され、打ち抜き加工時の加工抵抗を検出する。荷重検出センサとしては、ストレインゲージなどが良いとされている。荷重検出センサからの信号は、増幅されて、ＣＰＵ部に送信される。ＣＰＵ部において、荷重検出センサから受信された信号が演算されて、荷重に変換される。更に、ＣＰＵ部は、実際の打ち抜き加工における荷重の値と限界値との比較および差分の演算等を行い、それらの演算結果を表示装置に表示する。
特開昭５５−４８６２８号公報
しかしながら、前記従来の打ち抜き装置の構成では、打ち抜き方向の荷重のみを測定するため、高精度に工具欠損や摩耗等の異常を検出することが難しいという課題を有している。打ち抜き装置の不具合を一層抑えるという観点において、従来の構成は未だ改善の余地がある。
したがって、本開示は、前記従来の課題を解決するものであって、工具欠損等の異常を高精度に検出する打ち抜き装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本開示に係る打ち抜き装置は、
パンチと、被加工物から所定の形状を打ち抜くための抜き型を形成するダイとを備え、
前記ダイの上に設置された平板状の被加工物から、前記パンチによって前記抜き型による形状を打ち抜く打ち抜き加工を行う打ち抜き装置であって、
測定器を有し、前記測定器により測定された前記被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、前記パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内における直交する２軸のそれぞれの方向に生じる水平分力を取得する検知装置と、
前記検知装置によって取得した前記水平分力に基づき、前記パンチまたは前記ダイの欠損が生じたか否かを判定する判定装置と、
を備える。
以上のように、本開示の打ち抜き装置によれば、工具欠損等の異常を高精度に検出することができる。
本開示の実施形態に係る工具欠損を検出する打ち抜き装置を示す部分正面断面図である。 図１の打ち抜き装置における、工具欠損等の異常を検出する欠損検出部の構成を示すブロック図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き装置における欠損検出部の測定器の平面配置の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き装置における欠損検出部の判定装置の動作を示すフローチャートを示す図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き加工において生じる荷重プロファイルの模式図であって、最初（無欠損状態）の打ち抜く際の３軸方向の分力を示す図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き加工において生じる荷重プロファイルの模式図であって、工具欠損１が生じた後の打ち抜く際の３軸方向の分力を示す図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き加工において生じる荷重プロファイルの模式図であって、工具欠損２が生じた後の打ち抜く際の３軸方向の分力を示す図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き装置における欠損検出部の表示部による工具欠損の表示を示す図である。 本開示の実施形態に係る打ち抜き装置における欠損検出部の表示部による工具欠損の表示を示す図であって、最新の欠損を、過去に生じた欠損と区別するように表示する形態を示す図である。
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、打ち抜き加工において、工具欠損等の異常を一層高精度に検出するために、研究を重ねた結果、以下の新規な知見を得た。
打ち抜き加工において、打ち抜き方向の荷重は、一般的に材料をせん断に要する力であり、打ち抜きパンチ／ダイの大きさまたは被加工物の材料の特性／厚みによって異なるが、一般的には１００Ｎ以上の比較的に大きな値である。工具にわずかな欠損または摩耗が生じたとしても、打ち抜き方向における荷重の変化量が少ないため、工具欠損または摩耗等の発生は容易に検出することができない。したがって、従来の打ち抜き装置は、打ち抜き方向の荷重のみを測定することによって工具の異常を検出するように構成されているため、工具欠損または摩耗等の発生を高精度に検出することは困難である。
これに対し、以降詳述するように、打ち抜く際に生じる力のうち、打ち抜き方向と直交する面内に生じる力は、打ち抜き方向の荷重と比較して非常に小さいため、当該直交する面における荷重の変化を容易に検出することができる。本発明者らは、打ち抜き方向と直交する面内の力を測定すれば、工具欠損等の異常の有無を高精度に検出できることを見出した。この新規な知見に基づき、本発明者らは、以下の開示に係る発明に至った。
本開示の第１態様によれば、
パンチと、被加工物から所定の形状を打ち抜くための抜き型を形成するダイとを備え、
前記ダイの上に設置された平板状の被加工物から、前記パンチによって前記抜き型による形状を打ち抜く打ち抜き加工を行う打ち抜き装置であって、
測定器を有し、前記測定器により測定された前記被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、前記パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内における直交する２軸のそれぞれの方向に生じる水平分力を取得する検知装置と、
前記検知装置によって取得した前記水平分力に基づき、前記パンチまたは前記ダイの欠損が生じたか否かを判定する判定装置と、
を備える、打ち抜き装置を提供する。
本開示の第２態様によれば、
前記測定器は、少なくとも３つを含み、
前記測定器のそれぞれは、前記打ち抜き方向に沿う軸と直交する同一の平面上に配置される、第１態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第３態様によれば、
前記測定器のそれぞれは、前記平面を前記打ち抜き方向から見た場合に、前記平面の前記直交する２軸によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに配置される、第２態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第４態様によれば、
前記判定装置は、水平分力算出部を含み、
前記水平分力算出部は、
前記検知装置により取得した前記水平分力に基づいて、前記直交する２軸のそれぞれの方向において、最初の打ち抜く際に取得した水平分力と当該打ち抜く際に取得した水平分力との差分を算出する、第１から第３態様のいずれか１つに記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第５態様によれば、
前記判定装置は、水平分力算出部を含み、
前記水平分力算出部は、
連続する前記打ち抜き加工において、前記検知装置により連続的に取得した前記水平分力に基づいて、前記直交する２軸のそれぞれの方向において、１つ前の打ち抜く際に取得した水平分力と当該打ち抜く際に取得した水平分力との差分を算出する、第１から第４態様のいずれか１つに記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第６態様によれば、
前記判定装置は、欠損判定部を更に含み、
前記欠損判定部は、
前記水平分力算出部により算出した前記水平分力の前記差分が予め設定された判定基準値よりも大きい場合に、前記欠損が生じたと判定する、第４または第５態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第７態様によれば、
前記水平分力算出部は、
前記欠損判定部により前記欠損が生じたと判定されたとき、前記欠損の大きさおよび前記パンチの先端面または前記抜き型の上面における所定の基準位置に対する前記欠損の方向を算出し、
前記直交する２軸であるＸ軸とＹ軸とのそれぞれの方向に生じた前記水平分力の差分をｄＸとｄＹとすると、前記欠損の大きさｓと前記Ｘ軸に対する前記欠損の方向θとは、それぞれ以下の式を満たす、
Figure 2021045771
Figure 2021045771
 第６態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第８態様によれば、
前記測定器のそれぞれは、前記直交する２軸のそれぞれの方向において、前記基準位置から均等に離れるように配置されている、第７態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第９態様によれば、
前記基準位置は、前記パンチの中心位置もしくは重心位置である、第８態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第１０態様によれば、
前記判定装置は、前記水平分力算出部による算出結果を表示する表示部を更に備え、
前記表示部は、前記欠損の大きさおよび／または前記欠損の方向を、前記欠損を示すマークで表示する、第７から第９態様のいずれか１つに記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第１１態様によれば、
前記表示部は、
前記パンチまたは前記抜き型を前記打ち抜き方向から見た形状を表示し、前記マークを前記形状に重ねて表示する、第１０態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第１２態様によれば、
前記表示部は、
前記欠損の方向と、前記形状の輪郭とが交差する位置に、前記マークを表示する、第１１態様に記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第１３態様によれば、
前記表示部は、
連続する前記打ち抜き加工において生じた最新の前記欠損と過去の前記欠損とを、互いに異なる前記マークで表示する、第１０から第１２態様のいずれか１つに記載の打ち抜き装置を提供する。
本開示の第１４態様によれば、
前記表示部は、
前記欠損の大きさに基づいて、前記マークの大小を変化させて表示する、第１０から第１３態様のいずれか１つに記載の打ち抜き装置を提供する。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施形態において示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、および接続形態などは、本開示に係る一具体例であって、本開示を限定するものではない。よって、以下の実施形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図面は、模式図を示すものであり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図面において、実質的に同一の構成について、同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。
《実施形態》
先ず、本開示の実施形態に係る打ち抜き装置の全体構造について説明する。
図１は、本開示の実施形態に係る工具欠損を検出する打ち抜き装置を示す部分正面断面図である。
図１に示す打ち抜き装置１０は、抜き型が搭載された状態である。打ち抜き装置１０は、加工部１１と、欠損検出部３０とを備えている。加工部１１における上型２１は、可動プレート１４の下面に取り付けられ、可動プレート１４は、ボールねじ１７を介してサーボモータ１２に接続されている。加工部１１のコントローラ１８内の任意のプログラムにより、サーボモータ１２が作動され、ボールねじ１７を回転させることによって、可動プレート１４を所定の速度で上下駆動する。パンチ１は、上型２１により可動プレート１４に対して保持されている。ストリッパー２３は、圧縮バネ２４によって、上型２１の下面に対向して保持されている。パンチ１は、上部が上型２１により可動プレート１４に対して保持され、下部がストリッパー２３内を貫いて延びている。
打ち抜き装置１０の本体における下型２２の上面に、ダイベース２５が上型２１に対向して取り付けられている。ダイベース２５の上部において、ダイ２が組付けられており、パンチ１の先端がダイベース２５内に干渉なく挿入される位置において、ダイ２は、より一定の抜き勾配を有するように抜き型２６を形成している。ダイベース２５の下部において、抜き型２６に対応する位置に貫通部２７が設けられている。被加工物３は、ダイベース２５の上面に載置され、打ち抜き加工される。測定器３２は、ダイベース２５の下方部に取り付けられ、被加工物を打ち抜く際に生じる力を測定する。
次に、本実施の形態における打ち抜き加工動作について、以下に説明する。コントローラ１８内の打ち抜きプログラムが実行されると、サーボモータ１２が作動され、ボールねじ１７が駆動されて回転する。それにより、打ち抜き装置１０の可動プレート１４が下降し、可動プレート１４に取り付けられた上型２１が連動する。そして、ストリッパー２３は、ダイベース２５の上面に載置されている被加工物３に接触し、圧縮バネ２４の変形により被加工物３が強く押さえられるとともに、上型２１の下降によりパンチ１がストリッパー２３を通って下方に突き出し、上方から被加工物３に接触し、打ち抜き動作が始まる。パンチ１の先端がダイ２に完全に入り込んだ段階で、パンチ１の動作は一旦停止される。打ち抜かれた被加工物（図１中には図示せず）は、抜き型２６を通り、下方の貫通部２７に落下する。
パンチ１は、最下点（下死点）に到達した後は、制御プログラムにより所定の速度で上昇し元の位置に戻る。このとき、一般的な打ち抜き装置と同様に、ストリッパー２３は、被加工物３を押さえつけ、パンチ１が被加工物内３から引き抜くに連れて、被加工物３が上昇しないように作用する。その後、ストリッパー２３が上昇し、被加工物３は解放され、所定の方向に所定の寸法だけ送られ、もしくは入れ替えられる（図示せず）。以上のように、打ち抜き加工が行われる。
図２は、図１の打ち抜き装置１０における、工具欠損等の異常を検出する欠損検出部３０の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、欠損検出部３０は、検知装置３１と、判定装置３５とを含む。検知装置３１は、測定器３２と、増幅器３３と、記録装置３４とを有し、被加工物を打ち抜く際に生じる力に関する情報を取得する。検知装置３１は、判定装置３５に電気的に接続されている。判定装置３５は、水平分力算出部３６と、欠損判定部３７と、記憶部３８と、表示部３９とを有し、検知装置３１の検知情報に基づいて、パンチ１またはダイ２の欠損が生じた否かを判定し、パンチ１またはダイ２の欠損の発生が判定されたとき、表示部３９によりその欠損に関する算出結果を表示する。なお、図１に示すように、欠損検出部３０は、加工部１１のコントローラ１８に電気的に接続することによって、加工部１１と同期作動することができる。以下、欠損検出部３０の構成および動作について詳細に説明する。
検知装置３１の測定器３２は、例えば、直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）方向において、被加工物を打ち抜く際に生じる荷重を計測することができる高速に応答可能な水晶式センサであってもよい。本開示において、工具欠損を検出するためには、図１に示す打ち抜き方向となるＺ軸方向の荷重の計測を必要としない。しかしながら、打ち抜き方向における荷重の計測は、打ち抜き加工において重要であるため、好ましくは、測定器３２は、ダイベース２５と強固に取り付けられ、打ち抜き方向（図１におけるＺ方向）の荷重はもとより、打ち抜き方向と直交する面内の２軸（図１におけるＸ、Ｙ軸）方向の荷重も正確に測定できる３軸の荷重センサによって構成される。
図３は、本開示の実施形態に係る打ち抜き装置１０における欠損検出部３０の測定器３２の平面配置の構成例を示す図であって、４つの測定器３２（１）、３２（２）、３２（３）、３２（４）を含む構成が示されている。図１に示すパンチの打ち抜き方向（Ｚ軸）と直交する面をＸ−Ｙ面とし、その面上に４つの測定器３２が四角形状に配置されている。すなわち、Ｘ−Ｙ面における第１象限から第４象限までの領域のそれぞれに、測定器３２が配置されている。
また、４つの測定器３２は、その中心位置が、Ｘ−Ｙ面と平行のパンチ１の先端面における中心位置もしくは重心位置Ｏと一致するように配置されることが望ましい。このように配置することによって，工具欠損が生じた場合に、後述する欠損の方向の算算出が容易となり、かつ欠損の検出精度が向上する。
図３に示すように、各々の測定器３２は、互いの間隔が、Ｘ方向において（ａ＋ａ）、Ｙ方向において（ｂ＋ｂ）となるように配置されている距離ａとｂとは、等しくてもよい。また、図３に示すパンチ１とダイ２により形成された抜け型との形状は、ともに単純な円形としたが、本開示はこれに限定されることなく、他の形状であってもよい。
なお、本実施形態において、測定器３２を４つ配置したが、測定器３２は３つ以上であれば、後述する３軸方向の水平分力に関する算出が可能である。測定器３２を３つ使用する場合には、３つの測定器３２は、一直線上にない３箇所に配置すればよい。例えば、３つの測定器３２を、Ｘ−Ｙ面における第１象限から第４象限までの４つの領域のうち３つの領域に、それぞれ配置する。測定器３２の個数は少ないほうが安価となるため、３つ〜４つの使用が好ましい。これらの測定器を配置した上で打ち抜き加工を実施するとき、測定器のそれぞれにより、被加工物を打ち抜く際に生じる３軸方向の力を測定することができる。
《実験》
パンチ１またはダイ２に欠損が生じたとき、被加工物を打ち抜く際に生じる３軸方向の力が、測定器３２により実際どの程度測定されるかについて、以下の実験を行った。
本実験において、まず、被加工物を厚み０．２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）とし、直径４．５ｍｍの円形であって、かつ欠損のないパンチを用いて、打抜き加工を行った。この場合、打ち抜き方向Ｚの荷重は約４０００Ｎが生じ、Ｘ−Ｙ面の荷重は±５Ｎであった。次に、同じ被加工物に対して、欠損が生じたパンチを用いて同様に打ち抜き加工を行った。この場合、打ち抜き方向Ｚの荷重は、工具欠損が無い場合と比較して有意差が生じなかった。一方、Ｘ−Ｙ面の荷重は、１０〜４０Ｎの変化が生じた。
本実験において、打ち抜き方向Ｚの荷重についても、工具欠損が生じることにより、Ｘ−Ｙ面の荷重と同様に多少変化していることが考えられる。しかし、打ち抜き方向Ｚの荷重が最大４０００Ｎに対して、パンチの欠損による荷重の変化が最大４０Ｎ程度生じたとしても、打ち抜き方向Ｚの荷重への影響の割合が１％以下であり、非常に小さい、すなわち、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が非常に小さい。このため、打ち抜き方向の荷重の変化から工具欠損による影響を判断することは困難である。
一方、Ｘ−Ｙ面における荷重は、無欠損のパンチを使用した場合に±５Ｎであったのに対し、工具欠損が生じることにより、１０〜４０Ｎの変化が生じたため、工具欠損の有無を検出するために、Ｘ−Ｙ面における荷重を測定することで、大きなＳ／Ｎ比を得ることができ、工具欠損の有無をより高精度に判定することができる。
このように、検知装置３１は、少なくとも３つの測定器３２を配置することにより、被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、Ｘ−Ｙ面の水平分力を取得することができる。測定器３２により測定された３軸方向の力は、増幅器３３により増幅され、記録装置３４（例えば、データロガー）に記録される。次に、判定装置３５は、検知装置３１に取得された水平分力に基づいて、パンチ１またはダイ２の欠損が生じたか否かの判定を行う。
図４は、本開示の実施形態に係る打ち抜き装置１０における欠損検出部３０の判定装置３５の動作を示すフローチャートである。図４に示す判定装置３５の動作プロセスのステップＳ１０は、水平分力算出部３６により実行される。ステップＳ１０において、検知装置３１により取得した水平分力に基づいて、水平分力の差分を算出する。以下に、水平分力の差分の算出について、図５ａ〜図５ｃを参照しながら説明する。
４つの測定器３２が図３に示す配置される場合、被加工物を打ち抜く際に生じる３軸方向の分力（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）と、Ｚ軸周りのモーメントＭｚとは、それぞれ以下の式により算出される。
（数３）
Ｆｚ＝Ｆｚ１＋Ｆｚ２＋Ｆｚ３＋Ｆｚ４ （１）
Ｆｙ＝Ｆｙ１＋Ｆｙ２＋Ｆｙ３＋Ｆｙ４ （２）
Ｆｘ＝Ｆｘ１＋Ｆｘ２＋Ｆｘ３＋Ｆｘ４ （３）
Ｍｚ＝ａ（（Ｆｙ３＋Ｆｙ４）−ａ（Ｆｙ１＋Ｆｙ２））
＋ｂ（（Ｆｘ２＋Ｆｘ３）−ｂ（Ｆｘ１＋Ｆｘ４）） （４）
ここで、Ｆｘ１，Ｆｘ２，Ｆｘ３，Ｆｘ４は、４つの測定器３２のそれぞれにより測定されたＸ軸の荷重値に基づいて、取得されたＸ軸方向の分力である。数字１〜４は、４つの測定器に対応している。Ｆｙ１，Ｆｙ２，Ｆｙ３，Ｆｙ４は、４つの測定器３２のそれぞれにより測定されたＹ軸の荷重値に基づいて、取得されたＹ軸方向の分力である。Ｆｚ１，Ｆｚ２，Ｆｚ３，Ｆｚ４は、４つの測定器３２のそれぞれにより測定されたＺ軸の荷重値に基づいて、取得されたＺ軸方向の分力である。ａとｂとは、図３に示されている、Ｘ軸とＹ軸とにおいて、各々の測定器３２が中心位置Ｏから離れる距離である。
仮に加工開始時において、図３に示すパンチ１とダイ２のクリアランス（ダイ２により形成された抜き型とパンチ１との間の間隔である）が均一であり、パンチ１およびダイ２の切れ刃部の切れ味が均一であり、被加工物は厚みが均等であり且つ材質等の特性が均一であるように調整されている。この場合、打ち抜き加工の際に、上記式（２）〜式（４）式は、実質的に「０」（ゼロ）となる。即ち、打ち抜き方向の荷重であるＺ方向の力（式（１））以外の荷重は生じない。従来の打ち抜き装置において、打ち抜き方向の荷重（Ｚ軸）以外の荷重計測をしていないのは、前述したように、打ち抜き方向の荷重のみが生じる仮定を前提としたものである。
図５ａは、本開示の実施形態に係る打ち抜き加工において生じる荷重プロファイルの模式図であって、最初（無欠損状態）の打ち抜く際の３軸方向の分力が示されている。この状態において、前述した加工開始時の調整がされている前提で、Ｘ軸およびＹ軸の荷重は生じない。すなわち、最初の打ち抜く際に、打ち抜き方向（Ｚ軸）の荷重Ｆｚが最大荷重Ｆｚ（０）に達した時の水平分力を水平分力の初期値Ｆｘ（０）およびＦｙ（０）とし、Ｆｘ（０）およびＦｙ（０）の値は、ともに「０」である。
打ち抜き加工中に工具欠損１が生じると、荷重プロファイルが図５ａの状態から図５ｂの状態に変化する。図５ｂは、本開示の実施形態に係る打ち抜き加工において生じる荷重プロファイルの模式図であって、工具欠損１が生じた後の打ち抜く際の３軸方向の分力が示されている。工具欠損が生じたことにより水平分力Ｆｘ、Ｆｙが生じている。ここでは、打ち抜き方向（Ｚ軸）の荷重Ｆｚが最大荷重Ｆｚ（１）に達した時の水平分力をＦｘ（１）、Ｆｙ（１）とする。この変化の特徴は、打ち抜き方向（Ｚ軸）の荷重Ｆｚは一般的に大きな値であるため、工具欠損が生じたとしても、Ｚ軸における荷重の変化量はその荷重値の１％以下である。よって、打ち抜き方向（Ｚ軸）の荷重の変化から工具欠損を検出するのは困難である。一方、水平分力となるＸ軸、Ｙ軸の荷重Ｆｘ、Ｆｙは、打ち抜き方向（Ｚ軸）の荷重より２桁以上小さい値である。具体的には、無欠損状態において、「０」値であった初期値Ｆｘ（０）およびＦｙ（０）が、工具欠損の発生により一定の値のＦｘ（１）、Ｆｙ（１）（具体的には工具欠損の程度等によって異なるが、１〜３０Ｎ程度）に変化する。このため、工具欠損１が生じた後に最初状態に比べて相対的に大きな水平分力Ｆｘ（１）、Ｆｙ（１）を検出することができ、最初状態に対する水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙを容易に算出することができる。
工具欠損が増えない限り、図５ｂの状態がしばらく続く。更に新たな工具欠損２が発生すると、図５ｂの状態から図５ｃに変化する。図５ｃは、本開示の実施形態に係る打ち抜き加工において生じる荷重プロファイルの模式図であって、工具欠損２が生じた後の打ち抜く際の３軸方向の分力が示されている。この状態変化についても上記説明と同様に、打ち抜き方向（Ｚ軸）の荷重Ｆｚの変化は小さく、工具欠損２が生じた後に、Ｆｚが最大荷重Ｆｚ（２）に達した時の水平分力Ｆｘ（２）およびＦｙ（２）を検出することによって、水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙを容易に算出することができる。
次に、図４に示す動作プロセスのステップＳ２０において、工具欠損の発生が判定される。当該判定は、判定装置３５の欠損判定部３７により実行される。本実施形態において、欠損判定部３７は、最初状態に対して工具欠損の発生の判定と、連続する打ち抜き加工において、打ち抜き動作毎に工具欠損の発生の判定とを両方行うことができる。以下、それぞれの判定プロセスについて説明する。
先ず、最初状態に対する工具欠損の発生の判定において、最初の打ち抜く際にＦｚが最大荷重Ｆｚ（０）に達した時のＸ軸およびＹ軸の水平分力の初期値Ｆｘ（０）およびＦｙ（０）を記憶部３８に保存する。水平分力算出部３６は、保存された初期値Ｆｘ（０）およびＦｙ（０）に対して、水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙを算出する。具体的には、ｎ回目の打ち抜き加工において、検知装置３１により、Ｆｚが最大荷重Ｆｚ（ｎ）に達した時のＸ軸およびＹ軸の水平分力Ｆｘ（ｎ）およびＦｙ（ｎ）を取得する。水平分力算出部３６は、保存された初期値Ｆｘ（０）およびＦｙ（０）に対して、水平分力の差分ｄＦｘを（Ｆｘ（ｎ）−Ｆｘ（０））として算出し、ｄＦｙを（Ｆｙ（ｎ）−Ｆｙ（０））として算出する。同様に、（ｎ＋１）回目の打ち抜き加工について、水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙは、それぞれ（Ｆｘ（ｎ＋１）−Ｆｘ（０））および（Ｆｙ（ｎ＋１）−Ｆｙ（０））として算出される。算出されたｄＦｘまたはｄＦｙが予め設定された判定基準値１よりも大きい場合に、欠損判定部３７は、判定時において、最初状態に対して工具欠損が生じたと判定することができる。このように、判定時に、欠損が生じたか否かは、最初状態に対する変化に基づいて、総合的な影響として判定される。
次に、連続する打ち抜き加工において、打ち抜き動作毎に工具欠損の発生の判定は、以下のように実行される。具体的には、ｎ回目の打ち抜き加工において、検知装置３１により取得した、Ｆｚが最大荷重Ｆｚ（ｎ）に達した時のＸ軸およびＹ軸の水平分力Ｆｘ（ｎ）およびＦｙ（ｎ）を、記憶部３８に保存する。次に、（ｎ＋１）回目の打ち抜き加工において、検知装置３１により、Ｆｚが最大荷重Ｆｚ（ｎ＋１）に達した時のＸ軸およびＹ軸の水平分力Ｆｘ（ｎ＋１）およびＦｙ（ｎ＋１）を取得する。水平分力算出部３６は、保存されたＦｘ（ｎ）およびＦｙ（ｎ）に対して、水平分力の差分ｄＦｘを（Ｆｘ（ｎ＋１）−Ｆｘ（ｎ））として算出し、ｄＦｙを（Ｆｙ（ｎ＋１）−Ｆｙ（ｎ））として算出する。算出されたｄＦｘまたはｄＦｙが予め設定された判定基準値２よりも大きい場合に、欠損判定部３７は、（ｎ＋１）回目の打ち抜き加工動作において、工具欠損が生じたと判定することができる。そして、記憶部３８に保存されているＦｘ（ｎ）およびＦｙ（ｎ）の値を更新し、新たなＦｘ（ｎ）およびＦｙ（ｎ）として、（ｎ＋１）回目の打ち抜き加工において取得されたＦｘ（ｎ＋１）およびＦｙ（ｎ＋１）の値を記憶部３８に保存し、前述した演算を繰り返す。このように、連続する打ち抜き加工において、この一連の処理を打ち抜き動作毎に実施することによって、次々と水平分力の差分が算出され、打ち抜き動作毎に新たに生じた工具欠損を検出することができる。
本実施形態において、判定装置３５に対して、最初状態に対して工具欠損の発生の判定を行うか、および／または打ち抜き動作毎に工具欠損の発生の判定を行うかを指定することができる。また、欠損判定部３７において、判定基準値を設定することができる。理想的には、最初状態に対して、打ち抜く際の水平分力の差分ｄＦｘまたはｄＦｙの絶対値が「０」よりも大きい値となると、工具欠損の発生を示すことになる。しかし、実際の測定の再現性または加工のバラツキ等による変動が生じることを考慮して、判定基準値を「０」よりも大きい値に設定することが望ましい。具体的には、例えば、判定基準値１または判定基準値２を、５Ｎに設定することができる。なお、実際の加工要求に応じて、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおける判定基準値を異なる値に設定してもよい。また、判定基準値１と判定基準値２について、同一の値を設定してもよく、異なる値を設定してもよい。更に、水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙの値から、以下に説明するＸ−Ｙ面の水平分力の差分の合力を算出することができる。当該合力の大きさについて、判定基準値を設定して工具欠損の発生を判定することもできる（図示せず）。
続いて、図４に示す動作プロセスのステップＳ３０において、工具欠損が生じたと判定されたとき、水平分力算出部３６により、欠損の大きさが算出される。欠損の大きさは、Ｘ−Ｙ面の水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙの合力の大きさにより表され、以下の式により算出する。
Figure 2021045771
更に、欠損判定部３７は、算出された欠損の大きさの値について、複数のランクに分類し、工具欠損のレベルを判定することができる。具体的には、例えば、算出されたｓの値が、１０Ｎ未満である場合、レベル１とし、１０Ｎ以上２０Ｎ未満である場合、レベル２とし、２０Ｎ以上３０Ｎ未満である場合、レベル３とする等のように判定してもよい。当該工具欠損のレベルの判定結果を、後述に説明する表示部により表示することが望ましい。レベルの高い欠損が多く発生する場合、パンチに大きな工具欠損が多数発生していると推定され、それによって、例えば、打ち抜かれた製品において大きなバリが生じている可能性があると判断することができる。
続いて、図４に示す動作プロセスのステップＳ４０において、更に欠損の方向が算出される。欠損の方向は、水平分力算出部３６により、Ｘ−Ｙ面の水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙに基づいて、以下の式により算出する。
Figure 2021045771
上記式により算出したθは、パンチ１の先端面または抜き型２６の上面における所定の基準位置に対して、工具欠損が生じた位置の方向を表す角度である。工具欠損の位置の算出に用いられる基準位置は、測定器が配置された中心位置、例えば、図３に示す４つの測定器３２の中心位置Ｏとすることができる。一般に、測定器のそれぞれを、Ｘ軸およびＹ軸の方向において、選定された基準位置から均等に離れるように配置することによって、欠損の方向の算出が容易となる。また、基準位置は、パンチの中心位置または重心位置と一致することが好ましい。
続いて、図４に示す動作プロセスのステップＳ５０において、算出された欠損の大きさおよび欠損の方向を、表示部３９により表示される。図６は、本開示の実施形態に係る打ち抜き装置１０における欠損検出部３０の表示部３９による工具欠損の表示を示す図である。以下、図６を参照しながら、水平分力算出部３６によって算出された工具欠損の大きさおよび方向の表示形態について説明する。
図６の座標系は、図３による測定器の平面配置の座標系と一致している。
図６によれば、表示部３９において、打ち抜き加工に使用される工具パンチ（またはダイ）の輪郭が表示される。本実施形態において、パンチ１またはダイ２により形成された抜き型２６の輪郭は、円形として表示されている。打ち抜き加工に使用される工具が他の形状である場合、表示部３９において、その工具の輪郭と同様の形状を表示することが望ましい。
表示部３９は、水平分力算出部３６の算出結果に基づいて、第１の工具欠損を示す第１のマーク４１を表示する。前述したように、Ｘ−Ｙ面の水平分力の差分ｄＦｘおよびｄＦｙに基づいて算出されたθは、欠損が生じた方向を表す角度であって、工具欠損の生じた座標値を特定することができない。しかしながら、工具欠損は、切れ刃となる工具のエッジ部に生じることが推定される。したがって、図６に示すように、第１のマーク４１を、パンチ１のエッジ部（またはダイ２の内縁）と、算出された欠損の方向を表す角度とが交差する位置に表示することによって、工具欠損の発生位置を示すことができる。
また、水平分力算出部３６により算出された欠損の大きさｓを、第１のマーク４１の大きさと関連付けて表示することができる。更に、欠損判定部３７により判定された工具欠損のレベルを、第１のマーク４１に（例えば、色またはサイズによる）相関性を付して表示してもよい。
なお、工具欠損に依る荷重の変化は、作用と反作用とが共存するため、工具欠損がパンチ側またはダイ側のいずれに生じたかを特定することは困難である。したがって、表示部３９において、パンチ１とダイ２とをともに表示させ、パンチ側とダイ側とのいずれかに、もしくは両方に第１のマーク４１を表示してもよい。
図７は、本開示の実施形態に係る打ち抜き装置１０における欠損検出部３０の表示部３９による工具欠損の表示を示す図であって、最新の欠損を、過去に生じた欠損と区別するように表示する形態を示す図である。欠損判定部３７により第１の工具欠損の発生が判定されたとき、図７の（ａ）に示すように、水平分力算出部３６により工具欠損１についての算出結果は、第１のマーク４１により表示される。
次に、図７の（ｂ）に示すように、欠損判定部３７により第２の工具欠損が生じたと判定されたとき、表示部３９は、第２の工具欠損の発生位置に第１のマーク４１を表示し、第１の工具欠損の位置に第２のマーク４２を表示する。すなわち、表示部３９は、最新の工具欠損と、過去に生じた工具欠損との違いが識別できるように、表示を変更する。第１のマーク４１と第２のマーク４２とは、例えば、互いに色または形状等が異なるように表示されることで、更に識別しやすいように表示されてもよい。
図７の（ｃ）は、第３の欠損が生じたときの表示部３９の表示形態の模式図を示す。欠損判定部３７により第３の工具欠損が生じたと判定されたとき、表示部３９は、第３の工具欠損の発生位置に第１のマーク４１を表示し、第１および第２の工具欠損の発生位置に第２のマーク４２を表示する。すなわち、表示部３９は、最新の工具欠損と、過去に生じた工具欠損との違いが識別できるように、表示を変更する。なお、表示部３９は、更に第１の工具欠損と第２の工具欠損とを識別できるように表示を変更してもよい。すなわち、表示部３９は、欠損判定部３７により判定された工具欠損を、生じた時系列順を識別できるように表示してもよい。
また、水平分力算出部３６により算出された欠損の大きさについても判別できるように、第１のマーク４１および第２のマーク４２の大きさを変えて欠損の大小を表現してもよい。
このように、本開示における打ち抜き装置は、初期状態に対してまたは打ち抜き動作毎に工具欠損の発生の有無を判定し、欠損が生じた場合は、表示部に欠損の位置、大きさを示すように表示を追加することができる。このようにして、打ち抜き加工における工具欠損の発生状況を把握することが可能となる。工具欠損の発生状態を分析することによって、打ち抜いた被加工物（製品側）に品質の劣化が生じる可能性を推定することができ、工具の交換時期等を的確に判断できるため、高品質な打ち抜き加工を実現することができる。
なお、以上述べた本開示の実施形態において、測定器３２は、下型２２に組み込まれ、ダイ２に対して生じる荷重を計測する構成としたが、本開示はこれに限定されない。例えば、測定器３２を上型２１内に組み込み、パンチに対して生じる荷重を計測してもよいことは言うまでもない。なお、この場合、ストリッパー２３のバネ荷重が計測されないため、打ち抜き荷重のみを計測することができる。
また、上記記載では、工具欠損が生じたか否かについての判定方法の一つとして、最初の打ち抜く際に取得した水平分力を判定の基準として、加工の最初状態に対して工具欠損の発生を判定する実施形態を記載したが、本開示はこれに限定されない。例えば、実際の加工における最初の打ち抜く際に取得した水平分力に限らず、判定時よりも前の任意の一回の打ち抜く際に取得した水平分力を判定の基準として、当該状態に対して、その後の工具欠損の発生を判定することも可能である。
また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、上記記載において、加工部が閉曲線となる打ち抜き加工を例として説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、加工部が開曲線となる切断加工に使用しても同様な効果を得ることができる。
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、本発明の請求の範囲内に含まれると理解されるべきである。
本開示の打ち抜き装置によれば、打ち抜き方向と直交する水平面内に生じる力を検出することによって、工具欠損を高精度に検出することができる。更に、本開示の打ち抜き装置は、打ち抜き加工に限ることなく、切断加工時の工具欠損の検出、または曲げ加工時の３軸荷重測定等にも幅広く適用できる。
１ パンチ
２ ダイ
３ 被加工物
１０ 打ち抜き装置
１１ 加工部
１２ サーボモータ
１４ 可動プレート
１７ ボールねじ
１８ コントローラ
２１ 上型
２２ 下型
２３ ストリッパー
２４ 圧縮バネ
２５ ダイベース
２６ 抜き型
２７ 貫通部
３０ 欠損検出部
３１ 検知装置
３２ 測定器
３３ 増幅器
３４ 記録装置
３５ 判定装置
３６ 水平分力算出部
３７ 欠損判定部
３８ 記憶部
３９ 表示部
４１ 第１のマーク
４２ 第２のマーク

Claims (14)

  1. パンチと、被加工物から所定の形状を打ち抜くための抜き型を形成するダイとを備え、
    前記ダイの上に設置された平板状の被加工物から、前記パンチによって前記抜き型による形状を打ち抜く打ち抜き加工を行う打ち抜き装置であって、
    測定器を有し、前記測定器により測定された前記被加工物を打ち抜く際に生じる力のうち、前記パンチによる打ち抜き方向に沿う軸と直交する平面内における直交する２軸のそれぞれの方向に生じる水平分力を取得する検知装置と、
    前記検知装置によって取得した前記水平分力に基づき、前記パンチまたは前記ダイの欠損が生じたか否かを判定する判定装置と、
    を備える、打ち抜き装置。
  2. 前記測定器は、少なくとも３つを含み、
    前記測定器のそれぞれは、前記打ち抜き方向に沿う軸と直交する同一の平面上に配置される、
    請求項１に記載の打ち抜き装置。
  3. 前記測定器のそれぞれは、前記平面を前記打ち抜き方向から見た場合に、前記平面の前記直交する２軸によって分割される４つの領域のうち、３つの領域のそれぞれに配置される、
    請求項２に記載の打ち抜き装置。
  4. 前記判定装置は、水平分力算出部を含み、
    前記水平分力算出部は、
    前記検知装置により取得した前記水平分力に基づいて、前記直交する２軸のそれぞれの方向において、最初の打ち抜く際に取得した水平分力と当該打ち抜く際に取得した水平分力との差分を算出する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
  5. 前記判定装置は、水平分力算出部を含み、
    前記水平分力算出部は、
    連続する前記打ち抜き加工において、前記検知装置により連続的に取得した前記水平分力に基づいて、前記直交する２軸のそれぞれの方向において、１つ前の打ち抜く際に取得した水平分力と当該打ち抜く際に取得した水平分力との差分を算出する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
  6. 前記判定装置は、欠損判定部を更に含み、
    前記欠損判定部は、
    前記水平分力算出部により算出した前記水平分力の前記差分が予め設定された判定基準値よりも大きい場合に、前記欠損が生じたと判定する、
    請求項４または５に記載の打ち抜き装置。
  7. 前記水平分力算出部は、
    前記欠損判定部により前記欠損が生じたと判定されたとき、前記欠損の大きさおよび前記パンチの先端面または前記抜き型の上面における所定の基準位置に対する前記欠損の方向を算出し、
    前記直交する２軸であるＸ軸とＹ軸とのそれぞれの方向に生じた前記水平分力の差分をｄＸとｄＹとすると、前記欠損の大きさｓと前記Ｘ軸に対する前記欠損の方向θとは、それぞれ以下の式を満たす、
    Figure 2021045771
    Figure 2021045771
     請求項６に記載の打ち抜き装置。
  8. 前記測定器のそれぞれは、前記直交する２軸のそれぞれの方向において、前記基準位置から均等に離れるように配置されている、
    請求項７に記載の打ち抜き装置。
  9. 前記基準位置は、前記パンチの中心位置もしくは重心位置である、
    請求項８に記載の打ち抜き装置。
  10. 前記判定装置は、前記水平分力算出部による算出結果を表示する表示部を更に備え、
    前記表示部は、前記欠損の大きさおよび／または前記欠損の方向を、前記欠損を示すマークで表示する、
    請求項７から９のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
  11. 前記表示部は、
    前記パンチまたは前記抜き型を前記打ち抜き方向から見た形状を表示し、前記マークを前記形状に重ねて表示する、
    請求項１０に記載の打ち抜き装置。
  12. 前記表示部は、
    前記欠損の方向と、前記形状の輪郭とが交差する位置に、前記マークを表示する、
    請求項１１に記載の打ち抜き装置。
  13. 前記表示部は、
    連続する前記打ち抜き加工において生じた最新の前記欠損と過去の前記欠損とを、互いに異なる前記マークで表示する、
    請求項１０から１２のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
  14. 前記表示部は、
    前記欠損の大きさに基づいて、前記マークの大小を変化させて表示する、
    請求項１０から１３のいずれか１項に記載の打ち抜き装置。
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