JP2705591B2 - パンチ駆動制御装置 - Google Patents

パンチ駆動制御装置

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JP2705591B2 JP6266236A JP26623694A JP2705591B2 JP 2705591 B2 JP2705591 B2 JP 2705591B2 JP 6266236 A JP6266236 A JP 6266236A JP 26623694 A JP26623694 A JP 26623694A JP 2705591 B2 JP2705591 B2 JP 2705591B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、サーボモータで駆動
るパンチプレスにおけるパンチ駆動制御装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来の機
械式パンチプレスは、定速回転するフライホイールの回
転を、クラッチブレーキを介してクランク機構に伝達
し、ラムの昇降動作に変換するものであり、ストローク
途中の速度変更が行えない。ストローク途中の速度変更
は、騒音防止と高速加工を同時に可能とするために強く
要望されており、油圧式のパンチプレスでは実現されて
いるが、油圧式のものは油圧系統によってコスト高にな
る。
【0003】そこで、本出願人は、サーボモータを駆動
源とし、トグル機構を介してラムを昇降させるものを提
案した(例えば、特願平6−157971号)。これに
よれば、サーボモータを使用するため、位置制御や速度
制御等が容易に行える。そこで、ヒットレートを上げる
ために、ラムの待機位置を上死点よりも下に設定するこ
とが考えたが、ワーク表面に近い位置に待機位置を設定
すると、打抜き力が不足して安定したパンチ加工を行う
ことができなかった。
【0004】この発明の目的は、ヒットレートの向上、
パンチ加工の安定、およびモータの小型化を図ることの
できるパンチ駆動制御装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の構成を実施例
に対応する図と共に説明する。この発明は、サーボモー
タ(12)によりラム(6)を介してパンチ工具(4)
を昇降駆動するパンチ駆動装置に適用される。この構成
において、ラム(6)の前記モータ(12)の回転開始
から定速(Vc)になるまでのラム速度曲線を記憶する
手段と、ワーク(W)の表面高さ位置(SH)を記憶す
る手段(47)と、パンチ工具(4)がワーク表面に達
したときに前記定速(Vc)となるラム(6)の最低高
さ(LH)を前記表面高さ位置(SH)と前記速度曲線
とから演算してラム(6)の上昇待機位置(HH)を設
定する手段とを設ける。
【0006】また、上記構成において、打抜きトルク
(τ3 )を記憶する手段(50)と、この打抜きトルク
(τ3 )と前記ラム(6)の加速に必要なトルク
(τ2 )の和が所定トルク値(τL )に達するか否かを
判定し、達しない場合にラム(6)の上昇待機位置(H
H)を定速(Vc)となるラム(6)の最低高さ(L
H)よりも低い位置に設定する手段(53)を設けても
良い。打抜きトルク(τ3 )の記憶手段(50)は、ワ
ーク種類およびパンチ工具種類に応じた打抜きトルクを
記憶するものとしても良い。さらに、前記サーボモータ
(12)のトルク検出手段(46)を設け、パンチ加工
時の検出トルクから打抜きトルク(τ3 )を演算して前
記打抜きトルクの記憶手段(50)に設定する手段(5
1)を設けることが好ましい。
【0007】
【作用】この構成によると、ラム(6)は、上昇待機位
置設定手段(52)で設定された上昇待機位置(HH)
で待機し、この位置(HH)から下降を開始してワーク
(W)の打抜きを行う。このとき、前記上昇待機位置
(HH)は、パンチ工具(4)がワーク表面に達したと
きに定速(Vc)となる位置に設定されており、ラム
(6)が定速(Vc)となった状態で打抜きが行われる
ことになる。そのため、ラム(6)の加速トルク
(τ2 )と、打抜きトルク(τ3 )とが重なってモータ
(12)に負荷されることがなく、打抜きに必要な全ト
ルクが最小限で済み、小トルクのサーボモータ(12)
で安定したパンチが行える。また、上昇待機位置(H
H)は、このような安定パンチが行える範囲で、できる
だけ低い位置に設定することができ、ヒットレートの向
上が図れる。
【0008】前記の軽負荷時待機位置演算手段(53)
および打抜きトルク記憶手段(50)を設けた場合は、
薄いワーク(W)や小さなパンチ孔の加工時等のよう
に、打抜きトルク(τ3 )が小さくてすむときに、ラム
(6)の上昇待機位置(HH)が低い位置に設定され
る。そのため、加速中に打抜きが行われることになる
が、打抜きトルク(τ3 )が小さいため、モータ(1
2)が過負荷となることがなく、加速時であっても安定
パンチが行える。このように、軽負荷時に上昇待機位置
(HH)を低く設定することで、ヒットレートを一層向
上させることができる。また、パンチ加工時の検出トル
クから打抜きトルク(τ3 )を演算して前記打抜きトル
クの記憶手段(50)に設定する手段(51)を設けた
場合は、打抜きトルク(τ3 )を予め計算等で求めて人
手で入力する操作等が不要となり、かつ適正な打抜きト
ルク(τ3 )が設定できる。例えば、同じワーク(W)
に同じパンチ孔を連続して加工するような場合に、最初
は定速(Vc)になった後にパンチが行われるような上
昇待機位置(HH)としておき、2個目の孔からは、軽
負荷の場合に、加速中に打抜きが行われるような低い上
昇待機位置(HH)としてヒットレートの向上を図るこ
とが、自動的に行える。
【0009】
【実施例】この発明の一実施例を図1ないし図5に基づ
いて説明する。まず、このパンチ駆動制御装置を適用す
るパンチプレスの構成を説明する。図2はトグル式パン
チプレスの縦断側面面図である。プレスフレーム1は、
側面形状がC字形に形成され、その上フレーム部1aお
よび下フレーム部1bに、上タレット2および下タレッ
ト3が互いに同軸に設置されている。上下のタレット
2,3は、複数のパンチ工具4およびダイ工具5を円周
方向に並べて設置したものであり、プレスフレーム1の
スロート部1cに設置された割出用モータ30により、
チェーン機構を介して同期して割出回転させられる。各
パンチ工具4は、パンチ加工位置Pに割り出されたとき
に、ラム6に連結されて昇降駆動される。ラム6は、ガ
イド部材7を介して上フレーム部1aに昇降自在に支持
され、屈曲動作するトグル機構8で昇降駆動される。板
状のワークは、ワーク送り機構(図示せず)のワークホ
ルダに把持されてテーブル18上をパンチ加工位置Pに
送られる。
【0010】図1に示すように、トグル機構8は、短い
上側トグルリンク8aと長い下側トグルリンク8bとを
ピン9で屈曲自在に連結したものであり、水平方向に進
退自在な進退部材10で屈曲駆動される。トグル機構8
の下側トグルリンク8bは、下端がラム6の上端に回動
自在にピン結合されている。上側トグルリンク8aは、
上端で回動支軸23回りに回動自在に、支点支持部材2
1を介して上フレーム部1aに支持されている。進退部
材10は、回転と往復直線運動の変換機構であるクラン
ク機構13を介して、駆動源であるサーボモータ12で
進退駆動される。これら進退部材10およびクランク機
構13により、伝達機構11が構成される。
【0011】進退部材10は、レバー状の進退部材本体
10bの先端側に揺動レバー10cを上下回動自在に連
結したものであり、揺動レバー10cの二叉上となった
先端部(図3(A))がトグル機構8の屈曲部のピン9
に上下回動自在に連結される。前記揺動レバー10cの
上下揺動で、トグル機構8の屈曲動作に伴う屈曲部の上
下変位が吸収される。進退部材本体10bは、上フレー
ム部1a内の支持台25に上下に平行配置された2本の
ガイドレール19,19に、直動軸受等からなるガイド
部材10aを介して進退自在に支持されている。支持台
25は、図3(B)に示すように、水平板25aとその
下面に一体に接合された垂直板25bとからなり、上フ
レーム部1aの両側の側板1aa,1aaの内面に設け
られた受け桟32,32上に水平板25aの両側部が固
定されている。
【0012】図2に示すように、クランク機構13は、
回転部材である円板状のクランク板13aをその軸心が
フレーム側面と垂直な横向き姿勢となるように、フレー
ム1のスロート部1cの上部に設けたものであり、クラ
ンク板13aの偏心位置の連結点cに連接棒14の一端
を回動自在に連結してある。連接棒14の他端は進退部
材本体10bの基端に回動自在に連結してある。クラン
ク板13aの回転軸は、スロート部1cの片方の側板の
開口部に取付けられた取付板33に、軸受(図示せず)
を介して回転自在に支持されている。前記サーボモータ
12はクランク板13aの軸受の直下で取付板33に設
置されている。サーボモータ12は減速機12aを備え
たものであり、その減速機出力となる回転は、出力ギヤ
15をクランク板13aの入力ギヤ16に噛み合わせる
ことによりクランク板13aに伝達される。減速機12
aの減速比は、例えば11:1に設定される。
【0013】次に、図1と共に制御系の構成を説明す
る。制御装置40は、パンチプレスの全体を制御する手
段であり、コンピュータ式の数値制御装置と、プログラ
マブルコントローラと、各軸のサーボコントローラとを
備える。制御装置40の一部で、主制御手段41、ラム
軸制御手段42、上昇待機位置演算手段52、軽負荷時
待機位置演算手段53、ワーク表面高さ記憶手段47、
速度曲線記憶手段48、加速トルク記憶手段49、打抜
きトルク記憶手段50、および打抜きトルク演算手段5
1が構成される。主制御手段41は、加工プログラムを
解読して各軸の駆動指令を出力し、シーケンス命令をプ
ログラマブルコントローラへ転送する処理等を行う手段
であり、ラム軸制御手段42に1パンチ毎のパンチ動作
を行わせる指令を与える機能も果たす。
【0014】ラム軸制御手段42は、パンチ駆動用のサ
ーボモータ12を制御する手段であり、制御プログラム
およびその実行手段であるコンピュータからなるソフト
ウェアサーボ等のサーボコントローラで構成される。ラ
ム軸制御手段42は、位置制御手段43および速度制御
手段44を有し、速度制御手段44の出力は、アンプ4
5およびトルク検出手段46を介してサーボモータ12
に入力される。サーボモータ12は、速度発電機または
パルスジェネレータ等の速度検出器54とロータリエン
コーダ等の位置検出器55とが連結され、あるいは一体
に設けられている。トルク検出手段46としては電流計
等が用いられる。位置制御手段43は上昇待機位置の設
定部を有し、位置検出器55の検出値を監視しながら、
設定された上昇待機位置までラム6が昇降するように、
サーボモータ12を閉ループで制御する手段である。上
昇待機位置は、サーボモータ12の回転角度で設定して
おく。速度制御手段44は、ラム6を上死点から下死点
を通って再度上死点まで昇降させる1ストローク分の所
定の速度曲線を、サーボモータ12の回転角度に対応し
て設定した手段であり、サーボモータ12の速度検出器
54および位置検出器55の検出値を監視しながら前記
速度曲線で駆動させるように閉ループで制御する機能を
備える。なお、ラム6の速度に対して、サーボモータ1
2の回転速度は、クランク機構13およびトグル機構8
を介することから、所定の関係の速度曲線となる。
【0015】ワーク表面高さ記憶手段47は、テーブル
18に置かれたワークWの表面高さ位置を記憶する手段
であり、ダイハイトDHを基準とする表面高さ位置とな
るワークWの板厚tの値を記憶するようにしても良く、
またラム6の下死点を基準とする高さとして記憶するよ
うにしても良い。後者の場合は、ダイハイトDHと板厚
tの和となる。ワーク表面高さ記憶手段47は、加工プ
ログラムに記述された板厚を主制御手段41から転送し
て設定するものとしても良く、また別に入力設定しても
良い。速度曲線記憶手段48は、ラム6がサーボモータ
12の回転開始から定速になるまでのラム速度曲線を記
憶した手段であり、具体的にはラム軸制御手段42にお
ける速度制御手段44に設定した速度曲線が設定され
る。この速度曲線は、この実施例では図1(B)におけ
る(b)に示すように、一定の加速度で加速した後、定
速Vcとし、一定の加速度で減速する台形制御を行う曲
線として設定してある。なお、この速度曲線は、加速お
よび減速時の曲線部分は常に一定となるが、定速Vcの
区間の長さは、上昇待機位置HHに応じて異なる。速度
曲線記憶手段48は、ラム6の速度をサーボモータ12
の回転速度に変換して記憶したものであっても良い。
【0016】上昇待機位置演算手段52は、パンチ工具
4がワーク表面に達したときに定速となるラム6の最低
高さLHを、ワーク表面高さ記憶手段47に記憶された
表面高さ位置SHと速度曲線記憶手段48の設定速度曲
線とから演算し、前記最低高さLHに余裕高さαを加算
した高さ位置をラム6の上昇待機位置HHとして、ラム
軸制御手段42の位置制御手段43に設定する手段であ
る。演算手順は特に問わず、換言すれば、上昇待機位置
演算手段52は、下死点BDCから、ダイハイトDH、
ワーク板厚t、回転開始から定速になるまでの加速必要
高さah、および余裕高さαを加算した高さに上昇待機
位置HHを設定する。
【0017】打抜きトルク記憶手段50は、打抜き時に
必要な全トルクのうち、パンチ工具4でワークWを剪断
することに必要なトルクである打抜きトルクτ3 を設定
した手段である。すなわち、図5に示すように、パンチ
加工時の全トルクτall は、ラム6の動作中に各部の摩
擦で生じる摩擦トルクτ1 と、加速や減速で必要となる
加速トルクτ2 と、打抜きトルクτ3 との和となる。こ
の摩擦トルクτ3 を打抜きトルク記憶手段50で記憶す
る。打抜きトルク記憶手段50は、一つの打抜きトルク
のデータだけを記憶するものとしても良く、またワーク
種類やパンチ工具種類によって種々異なる複数の打抜き
トルクのデータを記憶しておいて、板厚および工具種類
の組み合わせ等で選びだせるものとしても良い。打抜き
トルク演算手段51は、実際にパンチ加工を行った時の
打抜きトルクをトルク検出手段46の電流値等からなる
検出値から演算し、打抜きトルク記憶手段50の該当す
る記憶領域に設定する手段である。
【0018】軽負荷時待機位置演算手段53は、打抜き
トルクτ3 と加速トルクτ2 の和が所定トルク値に達す
るか否かを判定し、達しない場合にラム6の上昇待機位
置HHを前記定速Vcとなるラム6の最低高さLHより
も低い位置に設定する手段である。この場合の上昇待機
位置HHは、ワークWの表面高さ位置SHから所定の余
裕高さの位置等とする。所定のトルク値τL は、サーボ
モータ12の容量や、パンチ駆動装置の構成等に応じ
て、安定した打抜きが可能なトルク値に設定する。
【0019】次に上記構成の動作を説明する。サーボモ
ータ12の回転により、減速機12aを介してクランク
板13aが回転駆動され、クランク板13aの回転が進
退部材10の直線運動に変換されて、その進退でトグル
機構8が屈曲駆動される。この屈曲動作により、ラム6
が昇降してパンチ工具4によるパンチ加工を行う。この
場合に、図4にクランク角度とラム位置の関係を示すよ
うに、クランク板13aを1回転させたとすると、クラ
ンク板13aにおける進退部材10との連結点cが、ト
グル機構8から最も離れた位置(この位置を0°とす
る)、またはトグル機構8に最も近い位置(180°)
にあるときは、ラム6が上死点TDCに位置し、その中
間(90°,270°)にあるときは、ラム6が下死点
BDCに位置する。
【0020】通常のパンチ加工では、クランク板13a
は1回転させず、位置制御手段43によるサーボモータ
12の制御により、ラム6の下死点BDCに対応する回
転角度(90°)の両側に上昇待機位置HHまで正逆に
回転させる。上昇待機位置HHは、上死点TDCであっ
ても良いが、それよりも下方に設定することで、クラン
ク板13aの回転範囲が小さくて済み、ヒットレートを
上げることができる。上昇待機位置HHは、上昇待機位
置演算手段52により、前記のようにワーク表面高さ位
置SHと加速必要高さah等から演算して位置制御手段
43に設定される。
【0021】このように上昇待機位置HHを設定するこ
とで、ラム6は、設定された上昇待機位置HHで待機
し、この位置から下降を開始してワークWの打抜きを行
う。このとき、上昇待機位置HHはパンチ工具Wがワー
ク表面に達したときに定速Vcとなる位置に設定されて
おり、ラム6が定速Vcとなった状態で打抜きが行われ
ることになる。そのため、ラム6の加速トルクτ2 と打
抜きトルクτ3 とが重なってサーボモータ12に負荷さ
れることがなく、打抜きに必要な全トルクτallが最小
限で済み、小トルクのサーボモータ12で安定したパン
チが行える。なお、図1(B)は、上昇待機位置HHを
上死点TDCに設定した場合のクランク角度、ラム速
度、およびトルク値を各々示し、この場合の加速トルク
τ2 の生じない区間はALであって、この区間で打ち抜
きが行われるようにすれば、加速トルクτ2 と打抜きト
ルクτ3 とが加わることがない。上昇待機位置HHを上
死点TDCよりも下に設定した場合は、ラム速度曲線は
同図(B)の(b)に破線で示すようになり、前記の区
間ALは狭まる。tpは打ち抜き時間を示す。ワークW
が薄い場合や、小さなパンチ孔の加工時などのように、
打抜きトルクτ3 が小さくてすむときは、ラム6の上昇
待機位置HHはワーク表面から加速必要高さahに満た
ない低い位置に設定される。そのため、加速中に打抜き
が行われ、加速トルクτ2 と打抜きトルクτ3 とが加わ
ってサーボモータ12に作用することになる。しかし、
打抜きトルクτ3 が小さいため、サーボモータ12が過
負荷となることがなく、加速時であっても安定パンチが
行える。このように、軽負荷時に上昇待機位置HHを低
く設定することで、ヒットレートを一層向上させること
ができる。
【0022】打抜きトルク演算手段51を機能させた場
合は、トルク検出手段46によるパンチ加工時の検出ト
ルクから打抜きトルクτ3 が演算され、打抜きトルク記
憶手段50に設定される。そのため、打抜きトルクτ3
を予め計算等で求めて人手で入力する操作等が不要とな
り、かつ適正な打抜きトルクτ3 が設定できる。また、
例えば同じワークWに同じパンチ孔を連続して加工する
ような場合に、最初は定速になった後にパンチが行われ
るような上昇待機位置HHとしておき、2個目の孔から
は、軽負荷であれば、加速中に打抜きが行われるような
低い待機位置としてヒットレートの向上を図ることが自
動的に行える。
【0023】
【発明の効果】この発明の制御装置は、サーボモータで
駆動するパンチ駆動装置の制御装置において、ラムがモ
ータの回転開始から定速になるまでのラム速度曲線を記
憶する手段と、ワークの表面高さ位置を記憶する手段
と、パンチ工具がワーク表面に達したときに前記定速と
なるラムの最低高さを、前記表面高さ位置と前記速度曲
線とから演算してラムの上昇待機位置を設定する手段と
を設けたので、ヒットレートの向上、パンチ加工の安
定、およびモータの小型化を図ることができる。請求項
2の発明の場合は、打抜きトルクの記憶手段と、打抜き
トルクと加速トルクの和が所定トルク値に達しない場合
に、上昇待機位置を低い位置に設定する軽負荷時待機位
置演算手段を設けたので、薄い板や小さいパンチ孔等の
加工時には、加速中に打抜きが行われるような低い上昇
待機位置として一層のヒットレートの向上を図り、かつ
通常のパンチ加工時の定速時に打抜きが行われる上昇待
機位置として安定パンチを行うことができる。請求項3
の発明の場合は、パンチ加工時の検出トルクから打抜き
トルクを演算して打抜きトルク記憶手段に設定するよう
にしたので、打抜きトルクが予め計算等で求めて入力す
る操作等が不要となり、しかも適正な打抜きトルクが設
定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)はこの発明の一実施例にかかるパンチ駆
動制御装置の概念構成の説明図、(B)はそのクランク
角度曲線,ラム速度曲線,トルク曲線を示すグラフ、
(C)はラム位置と時間の関係を示す説明図である。
【図2】同制御装置を応用するトグル式パンチプレスの
破断側面図である。
【図3】(A)は同パンチプレスの部分破断側面図、
(B)は同部分の破断正面図である。
【図4】クランク角度とラム位置との関係を示す説明図
である。
【図5】各トルクの説明図である。
【符号の説明】
1…プレスフレーム、2,3…下タレット、4…パンチ
工具、6…ラム、8…トグル機構、8a,8b…トグル
リンク、10…進退部材、11…伝達機構、12…サー
ボモータ、12a…減速機、13…クランク機構、13
a…クランク板、14…連接棒、40…制御装置、41
…主制御手段、42…ラム軸制御手段、43…位置制御
手段、46…トルク検出手段、47…ワーク表面高さ記
憶手段、48…速度曲線記憶手段、49…加速トルク記
憶手段、50…打抜きトルク記憶手段、51…打抜きト
ルク演算手段、52…上昇待機位置演算手段、53…軽
負荷時待機位置演算手段、BDC…下死点、HH…上昇
待機位置、LH…最低高さ、SH…表面高さ位置、Vc
…定速、τ2 …加速トルク、τ3 …打抜きトルク、t…
板厚

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サーボモータによりラムを介してパンチ
    工具を昇降駆動するパンチ駆動装置において、ラムが前
    記モータの回転開始から定速になるまでのラム速度曲線
    を記憶する手段と、ワークの表面高さ位置を記憶する手
    段と、パンチ工具がワーク表面に達したときに前記定速
    となるラムの最低高さを前記表面高さ位置と前記速度曲
    線とから演算してラムの上昇待機位置を設定する手段と
    を備えたパンチ駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のパンチ駆動制御装置にお
    いて、打抜きトルクを記憶する手段と、この打抜きトル
    クと前記ラムの加速に必要なトルクの和が所定トルク値
    に達するか否かを判定し、達しない場合にラムの上昇待
    機位置を前記定速となるラムの最低高さ位置よりも低い
    位置に設定する軽負荷時待機位置演算手段を設けたパン
    チ駆動制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のパンチ駆動制御装置にお
    いて、前記サーボモータのトルク検出手段を設け、パン
    チ加工時の検出トルクから打抜きトルクを演算して前記
    打抜きトルクの記憶手段に設定する手段を設けたパンチ
    駆動制御装置。
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