JP2505785B2 - シャ−リングマシン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、高速、高精度の剪断加工を行うことがで
きるシャーリングマシンに関する。

（従来の技術） 従来のシャーリングマシンは、剪断刃を備えたラムを
電気モータや油圧シリンダで駆動するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来のシャーリングマシンにあ
っては、ラムを電気モータや油圧シリンダ等で駆動する
構成であったため、装置が大がかりとなり、しかも剪断
速度を緻密に制御することは困難であるという問題点が
あった。

特に、板金及びそれ以外の薄物の剪断にあっては、高
速加工による効率向上と共に、剪断精度を向上させるた
め、より適正な剪断速度の制御が望まれているとことろ
である。

そこで、この発明は、構成が簡単であり、しかも高効
率、高精度の剪断作業を行うことができるシャーリング
マシンを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、シャー
リングマシンにおけるラムを上下動するための駆動源と
して、複数の圧電素子を直列に接続したセラミックアク
チュエータを設け、このセラミックアクチュエータにお
ける１つの圧電素子を圧力検出器として設け、前記ラム
の上下動位置を検出する位置検出器を設けると共に、前
記圧力検出器及び位置検出器の検出値に対応して前記セ
ラミックアクチュエータに印加する電圧を制御する駆動
制御装置を設けてなるものである。

（作用） この発明では、ラムの駆動源としてセラミックアクチ
ュエータ等電気・変位変換素子を用いるので、ラムの往
復動作を純電子的に高速、緻密に制御することができ、
所望の制御パターンで制御することが可能である。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例に係るシャーリングマシ
ンの縦断面図である。

図示のように、シャーリングマシンは、下フレーム１
と上フレーム３とを有し、下フレーム１には、図左方か
ら挿入されたワークピースＷを所定位置で剪断するため
の下刃５が固定されている。又、下フレーム１の切欠き
部には、フレーム１に対し、常時は上面をワークピース
Ｗの下面と略一致させ、下方に押し下げ可能の態様の逆
板押え７が、ばね９を介して取り付けられている。更
に、前記切欠き部には、剪断されたワークピースＷ（製
品）を図右方に搬送するための搬送コンベア11の一端が
配設されている。

一方、上フレーム３には、剪断時に前記ワークピース
Ｗを押圧固定するための板押え13と、上刃15を備えたラ
ム17が、駆動源19,21及び各支持機構を介してそれぞれ
昇降自在に支持されている。ラム17の昇降動作は図示し
ないエンコーダ等位置検出器によって位置検出されるよ
うになっている。

板押え13の支持機構は、案内溝25内に案内される板押
え13を、前記案内溝25の上面に設けられた溝27からばね
23を介してボルト25aで上向きに付勢して支持するもの
であり、案内溝25には、駆動源19としてのセラミックア
クチュエータが介在されている。

ラム17の支持機構は、案内溝31内に案内されるラム17
を、前記案内溝31の上面に設けられた溝33内の駆動板35
と連結し、前記駆動板35をばね37で上向きに付勢して支
持するものであり、前記駆動板35と前記溝33の天板39と
の間には、駆動源21として複数の圧電素子を直並列に接
続したセラミックアクチュエータが介在されている。セ
ラミックアクチュエータ21の再下端にはセラミックアク
チュエータの逆作用による力−電気変換素子から成る圧
力検出器Ｓが添設されている。

セラミックアクチュエータの例としては、例えば日本
電装株式会社が開発した「圧電式アクチュエータ」の例
がある。本アクチュエータによれば、0.5mmの厚みのPZT
系圧電素子に300〜400ボルトの電圧を印加することによ
り、msec単位の超スピードで変位20〜30μ、力800kgを
出力することができる。

従って、板押え用のセラミックアクチュエータ19とし
ては、例えば、2mm程度の往復動作長、板押え力200kgを
得るべく、積層枚数を100枚として、これに200ボルト程
度の電圧を印加するようにすれば良い。並列数は板押え
箇所に合わせて適宜調整する。

又、セラミックアクチュエータ21としては、例えば往
復動作長1mm、剪断力２トンを得るべく、積層数を50
枚、並列数を10（最大加圧力８トン）として、これに０
〜300ボルトの電圧を印加することにより、適宜の剪断
速度を得るようにすれば良い。

セラミックアクチュエータ19,21は、積層数、並列数
の異なるものを各種準備しておいて、作業に応じて使い
分けるようにしても良い。

上記構成のシャーリングマシンにおいて、図左方から
挿入されたワークピースＷの先端ないし後端を図示しな
いゲージに突き当てた状態で板押え13を下降させ、次い
でラム17を下降させることにより、順次所定の製品を剪
断することができる。

第２図は上記シャーリングマシンに適用される制御装
置のブロック図である。第３図は第２図に示すマイクロ
プロセッサ41の機能を示すブロック図である。

制御装置は、マイクロプロセッサ41を有している。マ
イクロプロセッサ41には、入出力インタフェイス43,ROM
45,RAM47,D/Aコンバータ49,51,A/Dコンバータ53が接続
されている。

前記D/Aコンバータ49,51には、電圧増幅器55,57を介
して前記セラミックアクチュエータ19,21がそれぞれ接
続されている。又、前記A/Dコンバータ53には、前記圧
力検出器Ｓ及び位置検出器59が接続されている。

第４図に示すように、前記マイクロプロセッサ41は、
機能的には、加工条件入力部41aと、加工パターン生成
部41bと、比較・出力演算部41cを有している。

加工条件入力部41aはワークピースＷの材質、板厚、
加工形状等のキー入力等により各種加工条件を入力設定
するものである。

加工パターン生成部41bは、第４図に示した剪断特性
図に基いて、前記入力条件に応じて最適の加工パターン
を生成するものである。即ち、板金等の板材の剪断で
は、図示の如く変位に対して降伏点Pa、破断点Pbを有す
るので、ここで、剪断精度が最良となるよう変位−速
度、又は、変位−圧力の最適加工パターンを設定する。
加工パターンは時間−速度で設定されることもある。

比較・出力演算部41cは、前記圧力検出器Ｓ及び位置
検出器59の検出値と設定値とを比較することにより、前
記セラミックアクチュエータ21に最適制御値（電圧）を
出力するものである。

第５図は第２図に示した制御装置の作用を示すフロー
チャートである。

ステップ501では、加工条件を設定する。

ステップ502では、変位（位置）に対する加工速度、
加圧力等の加工パターンを生成する。即ち、第４図にお
いて降伏点Paまでは変位量に対する反力が大きいが、降
伏点Pbを越えると変位量に比して反力が小さくなる。つ
まり、加工の初期段階では単位変位量に対して大きな力
がいるが、後段階では単位変位量に対しほぼ一定の力で
良い事になる。そこで、高精度の剪断を行うべく位置、
速度、圧力に対する最適パターンを設定する。

ステップ503では、ステップ502で設定された加工パタ
ーンに応じてセラミックアクチュエータ21に所定電圧を
与えるためのパタメータを演算する。

ステップ504では、パラメータによりセラミックアク
チュエータ21を駆動する。

ステップ505,506では加工パターンと実加工との比較
をし、両者の差が大きければ再度パラメータを修正す
る。

ステップ507では、修正パラメータによって次の加工
をする。加工中に加工パターンに異常な変化が生じたと
きは、金型破損や２枚重ね打ち等を判断して異常処理を
実行する。

以上の通り、本例によれば、セラミックアクチュエー
タ21により、ラム17の往復動作を電圧により精密にする
ことができ、しかもその応答速度が速いので完全なフィ
ードバック制御が可能である。又、この制御は純電子制
御であるので制御が容易である。

よって、本例では、ラム17を最適パターンで制御する
ことができるので、ワークピースＷから精度良好な製品
を剪断することができる。

又、本例では、設定されたパターンと実際の加工パタ
ーンとを比較する演算部41cを設けたので、異常検出が
容易に行えて、不良を発生したり、金型を損傷したりす
る機会が減少する。

なお、この発明は、上記実施例に限定されるものでは
なく、適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様で
も実施し得るのである。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、要
するに本発明は、シャーリングマシンにおけるラム（1
7）を上下動するための駆動源（21）として、複数の圧
電素子を直列に接続したセラミックアクチュエータを設
け、このセラミックアクチュエータにおける１つの圧電
素子を圧力検出器（５）として設け、前記ラム（17）の
上下動位置を検出する位置検出器（59）を設けると共
に、前記圧力検出器（Ｓ）及び位置検出器（59）の検出
値に対応して前記セラミックアクチュエータに印加する
電圧を制御する駆動制御装置を設けてなるものである。

上記構成により明らかなように、本発明においては、
ラム17を上下動する駆動源として、複数の圧電素子を直
列に接続したセラミックアクチュエータを設け、このセ
ラミックアクチュエータにおける１つの圧電素子を圧力
検出器Ｓとしてある。

すなわち駆動源としてのセラミックアクチュエータに
おける１つの圧電素子を圧力検出器Ｓとした構成である
から、駆動源と圧力検出器Ｓとを一体に組合せた構成で
あり、その構成が簡単になるものである。

また、本発明においては、ラム17の位置を検出する位
置検出器59及び前記圧力検出器Ｓの検出値に対応して、
セラミックアクチュエータに印加する電圧を駆動制御装
置によって制御する構成であるから、剪断加工の初期段
階では単位変位量に対して大きな力を出力し、後段階で
は単位変位に対してほぼ一定の力を出力するように制御
することができ、被加工物の剪断時に降伏点に達するま
での初期段階と、降伏点を通過後の段階に応じて出力を
最適に制御可能であり、高精度の剪断が可能なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るシャーリングマシン
の縦断面図、第２図及び第３図は上記シャーリングマシ
ンの制御装置のブロック図、第４図は塑性材料の変位−
力の特性図、第５図は上記制御装置の作用を示すフロー
チャートである。 ５…下刃 15…上刃 17…ラム 21…駆動源（セラミックアクチュエータ） 41a…加工条件入力部 41b…加工パターン生成部 41c…比較・出力演算部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シャーリングマシンにおけるラム（17）を
   上下動するための駆動源（21）として、複数の圧電素子
   を直列に接続したセラミックアクチュエータを設け、こ
   のセラミックアクチュエータにおける１つの圧電素子を
   圧力検出器（５）として設け、前記ラム（17）の上下動
   位置を検出する位置検出器（59）を設けると共に、前記
   圧力検出器（Ｓ）及び位置検出器（59）の検出値に対応
   して前記セラミックアクチュエータに印加する電圧を制
   御する駆動制御装置を設けてなることを特徴とするシャ
   ーリングマシン。