JP2785719B2 - トグル式パンチプレスの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タレットパンチプレ
ス等のトグル式パンチプレスの制御装置に関する。

【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。そこで、本発明出願人は、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）。

【０００３】この種のトグル式パンチプレスは、図９に
示すように、サーボモータ１２に減速機１２ａを介して
取付けたクランク板１３ａの回転を、進退部材１０の直
線運動に変換し、進退部材１０の進退によりトグル機構
８を屈曲駆動するものである。トグル機構８は上下のト
グルリンク８ａ，８ｂからなり、下方のトグルリンク８
ｂの下端に、パンチ工具４を昇降させるラム６が連結さ
れている。この機構によると、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（図１０）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。クランク板１３ａが１回転すると、ラム６は
２回昇降することになる。また、通常のパンチ加工にお
いては、ラム６が上死点ＴＤＣにあるときに、ワーク送
りの為にクランク板１３ａは一旦停止させる。

【０００４】このような動作でパンチ加工を行うに際
し、クランク板１３ａが例えば時計回りをするとして、
クランク角度（連結点ｃの位置）が０°から１８０°の
位置まで回転する間は進退部材１０がクランク板１３ａ
で押され、１８０°から０°まで回転する間は進退部材
１０が引かれることになる。このように、パンチ動作毎
に押し動作と引き動作とに交互に代わるため、パンチ工
具４がワーク表面に当たるときのクランク角度の微妙な
違い等から、打抜き力に違いが生じ、安定したパンチ加
工を行うことが難しい。また、そのため制御も難しい。
一般に、押すときよりも引くときに生じる打抜き力の方
が弱くなり易く、大打抜き力が必要な加工の場合、押し
動作では打抜き可能であっても、引き動作では打抜き不
能となる場合もある。さらに、前記のようにクランク板
１３ａを常に同方向に回転させてパンチを行うと、ラム
６は各回のパンチ動作毎に必ず上死点ＴＤＣまで上昇す
ることになり、板厚の薄いワークをパンチする場合等に
は、ラム６の無駄な高さ範囲の昇降のために、ヒットレ
ートを上げることが難しい。

【０００５】この発明の目的は、大きな打抜き力の必要
とされるパンチ加工であっても、安定したパンチ加工が
実現できるトグル式パンチプレスの制御装置を提供する
ことである。この発明の他の目的は、ヒットレートを向
上させることである。この発明のさらに他の目的は、上
昇待機位置をワークの板厚に応じて最適位置に制御で
き、種々の板厚のワークを加工する場合にも、ヒットレ
ートの向上を図れるようにすることである。

【０００６】

【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１と共に説明する。この制御装置を適用す
るパンチプレスは、ラム（６）を介してパンチ工具
（４）を昇降させるトグル機構（８）と、駆動源（１
２）で回転駆動される回転部材（１３ａ）と、この回転
部材（１３ａ）の偏心位置の連結点（ｃ）と前記トグル
機構（８）を連結した進退部材（１０）とを備えたもの
である。この構成のパンチプレスにおいて、前記回転部
材（１３ａ）を、ラム（６）の下死点（ＢＤＣ）に対応
する回転角度（９０°または２７０°）よりも、前記連
結点（ｃ）がトグル機構（８）から遠い回転角度領域
（ＥＲ）内で正逆に回転させるように前記駆動源（１
２）を制御する正逆転制御手段（４３）を設けたもので
ある。上記構成において、正逆転制御手段（４３）によ
り前記回転角度領域（ＥＲまたはＥＬ）で回転部材
（３）を正逆転させる角度範囲を、下死点（ＢＤＣ）に
対応する回転角度（９０°または２７０°）と、この回
転角度から９０°未満の所定待機回転角度（ＨＨθ）と
の間の範囲としても良い。また、正逆転制御手段（４
３）に設定される待機回転角度（ＨＨθ）を変更する上
昇待機位置変更手段（４７）を設けても良い。

【０００７】

【作用】回転部材（１３ａ）は、正逆転制御手段（４
３）の制御により、ラム（６）の下死点（ＢＤＣ）に対
応する回転角度（９０°または２７０°）に対して、前
記連結点（ｃ）がトグル機構（８）から遠い回転角度領
域（ＥＲ）内だけで正逆に回転する。そのため、各回の
パンチ動作において、パンチ工具４がワークを打ち抜く
ときは、回転部材（１３ａ）の連結点（ｃ）は、常に進
退部材（１０）を押す動作となる。そのため、パンチ毎
の押し引き方向の反転による各部の角度関係の微妙な違
い等が発生せず、打ち抜き力が安定し、制御も簡単とな
る。また、一般に回転部材（１３ａ）で押すときの方が
引くときよりも大きな力が加わるため、大きな打抜き力
の必要とされるパンチ加工を安定して行える。待機回転
角度（ＨＨθ）を下死点（ＢＤＣ）に対応する回転角度
から９０°の角度とした場合はラム（６）は上死点（Ｔ
ＤＣ）で停止することになるが、これよりも小さな角度
範囲に設定した場合はヒットレートを上げることができ
る。その場合、ラム（６）の上昇待機位置（ＨＨ）が低
くなるが、ワーク（Ｗ）の板厚に応じた範囲であれば、
加工上の支障はない。前記正逆転制御手段（４３）に設
定される待機回転角度（ＨＨθ）を変更する上昇待機位
置変更手段（４７）を設けた場合は、ワークの板厚等に
応じた最適の上昇待機位置（ＨＨ）とできる。

【０００８】

【実施例】この発明の一実施例を図１ないし図９に基づ
いて説明する。図２はこのトグル式パンチプレスの縦断
側面面図、図４および図５はその側面図および平面図で
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Ｗ（図５）は、ワ
ーク送り機構２０のワークホルダ１７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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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、回転領域変更手段４６、および上昇待
機位置変更手段４７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。

【００１３】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、正逆転制御手段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、サーボ
アンプ（図示せず）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４８とロータリエンコーダ等
の位置検出器４９とが連結され、あるいは一体に設けら
れている。前記位置検出器４９が、クランク板１３ａの
回転角度の検出手段となる。

【００１４】正逆転制御手段４３は、クランク板１３ａ
が、回転角度領域である右半分領域ＥＲ内のみで正逆に
回転するように、サーボモータ１２を制御する手段であ
る。前記の右半分領域ＥＲとは、クランク板１３ａの進
退部材連結点ｃがラム６の下死点ＢＤＣに対応する回転
角度よりもトグル機構８から遠い回転角度領域である。
左半分領域ＥＬとは、前記連結点ｃがラム６の下死点Ｂ
ＤＣに対応する回転角度よりもトグル機構８に近い回転
角度領域である。前記の下死点ＢＤＣおよび後に言う上
死点ＴＤＣは、クランク板１３ａの回転によって可能な
ラム６の最大ストロークにおける下死点および上死点で
ある。下死点ＢＤＣは、トグル機構８のトグルリンク８
ａ，８ｂの屈曲角度が零になったときのラム６の位置と
なる。

【００１５】また、正逆転制御手段４３は、待機回転角
度ＨＨθおよび下死点回転角度ＢＤＣθを設定する回転
角度設定部４３ａを有し、クランク板１３ａを正逆転さ
せる角度範囲をさらに下死点回転角度ＢＤＣθと待機回
転角度ＨＨθ間に制限する機能を備える。待機回転角度
ＨＨθは、下死点回転角度ＢＤＣθから９０°の角度、
または９０°未満の回転角度とする。正逆転制御手段４
３による回転角度の反転制御は、サーボモータ１２の位
置検出器４８の検出角度を監視し、検出角度が下死点回
転角度ＢＤＣθに達したときは直ちに反転させ、待機回
転角度ＨＨθに達したときは回転方向を停止させ、次の
パンチ指令を待って逆転させるようにしてある。このよ
うに、位置検出器４８の検出角度を監視して制御するこ
とにより、逆転位置の制御を精度良く行える。

【００１６】上昇待機位置変更手段４７は、正逆転制御
手段４２における回転角度設定部４３ａの待機回転角度
ＨＨθを変更する手段であり、所定のデータから待機回
転角度ＨＨθを自動的に演算して設定する手段、または
手動の操作手段により構成される。上昇待機位置変更手
段４７を自動演算可能なものとする場合、例えば加工プ
ログラム等から得られるワークの板厚情報から、所定の
演算式で上昇待機位置ＨＨを演算し、回転角度に変換し
て回転角度設定部４３ａに設定するものとする。この上
昇待機位置ＨＨは、例えばダイ高さＤＨ（図７）と、板
厚ｔと、ラム６の必要加速高さと、所定の余裕高さとを
加えた値に演算される。ダイ高さＤＨは、所定の基準レ
ベルからダイ工具５の上面までの高さであり、図７では
ラム昇降高さで示してある。回転領域変更手段４６は、
正逆転制御手段４３でクランク板１３ａを正逆転させる
領域を、右半分領域ＥＲと左半分領域ＥＬとの任意の方
に切り換える手段であり、手動の操作手段等で構成され
る。

【００１７】速度制御手段４４は、サーボモータ１２の
回転速度が、この手段４４に予め設定されたラム６の速
度曲線に一致するように、速度検出器４８および位置検
出器４９の検出値で閉ループの速度制御を行う手段であ
る。この例では、ラム６の昇降速度は、図７に示すよう
に、上死点ＴＤＣからワークＷの表面にパンチ工具４が
接するまでの高さ範囲では高速Ｖａに、ワークＷと接す
る間は低速Ｖｂに、その他の昇降区間では高速Ｖａとな
るように速度曲線を設定してある。このように実際にパ
ンチ工具４がワークＷと接する間だけを低速Ｖｂとする
制御を行うことにより、静音で、かつサイクルタイムの
短いパンチ加工が行える。

【００１８】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１（Ｂ）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（１８
０°）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。

【００１９】しかし、通常のパンチ加工では、クランク
板１３ａは１回転させず、正逆転制御手段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ＢＤＣθ（９０°）の右半分領域ＥＲ
のみで正逆に回転させる。この実施例では、正確には下
死点回転角度ＢＤＣθを若干（例えば５°程度）超えた
範囲まで回転させる。この場合に、正逆転制御手段４３
は、次の２つのモードを選択して制御可能としてあり、
モード選択は、操作盤の入力操作、または加工プログラ
ムにおける所定の指令等により行われる。第１のモード
は下死点対応角度ＢＤＣθ（９０°）から上死点対応角
度（０°）までの９０°の範囲で正逆回転させるモード
である。なお、２７０°〜０°の範囲で正逆回転させて
も良い。このモードでは上死点対応角度でクランク板１
３ａの回転を停止させ、その間にワーク送りを行う。第
２のモードは、下死点対応角度ＢＤＣθ（９０°）から
待機回転角度ＨＨθまでの角度範囲を正逆回転させるモ
ードである。待機回転角度ＨＨθは、例えば基準角度
（０°）から３０°の位置に設定され、３０°から９０
°の角度範囲を正逆回転させることになる。

【００２０】上記第１および第２のいずれのモードで運
転する場合でも、右半分領域ＥＲのみの回転であるた
め、ラム６の下降は、クランク板１３ａの連結点ｃが進
退部材１０を押す動作によって行われることになり、引
き動作でラム６が下降することがない。そのため、パン
チ毎の押し引き方向の反転による各部の角度関係の微妙
な違い等が発生せず、打ち抜き力が安定し、制御も簡単
となる。トグル機構８や、クランク機構１３、進退部材
１０等の各部の寸法関係によっては、所定の板厚のワー
クＷのパンチ加工を行うにつき、パンチ工具４がワーク
表面に接したときの打ち抜き力が、進退部材１０の連結
点ｃにより引き動作で与えられるよりも、押し動作で与
えられる方が大きな値となることがある。このような場
合、前記のように右半分領域ＥＲのみで回転させてクラ
ンク板１３ａによる押し動作のみで打ち抜きを行うよう
に制御することにより、常に大きな打ち抜き力が得られ
ることになる。また、これら第１または第２のモードで
運転するときは、各回のパンチでクランク板１３ａの連
結点ｃが同じ経路を往復することになるので、例えば連
結点ｃの経路がパンチ毎に０°〜９０°の範囲と、０°
〜２７０°の範囲とに交互に変わるように制御する場合
に比べて、パンチ動作がより安定する。第２のモードで
は、ラム６の上昇待機位置ＨＨが上死点ＴＤＣよりも低
く設定されるので、ラム６の無駄な動作時間が少なく、
ヒットレートが向上する。特に、板厚が薄いワークＷの
場合に、ヒットレートの向上効果が大きい。

【００２１】

【００２２】図６（Ａ）は、この実施例のトグル式パン
チプレスを所定の寸法関係に設計した場合の角度関係の
説明図である。この例では、パンチ工具が６mm厚のワー
クＷの表面に接するときの、トグル機構８の屈曲部（ピ
ン９）とクランク機構１３の進退部材連結点ｃとを結ぶ
直線が成す角度α（α１，α２）につき、クランク板１
３の押し動作時の角度α１は３．３６°となり、引き動
作時の角度α２は３．１６°となった。また、このとき
のクランク板１３ａの押し動作時のクランク角度θ１は
４３．６５°、引き動作時のクランク角度θ２は４０．
５０°であった。前記の進退部材１０の角度αは、大き
くなる程、トグル機構８を曲げる力が大きくなり、打ち
抜き力も大きくなる。そのため、前記のように角度αが
大きくなる押し動作時の方が、引き動作時よりも大きな
打ち抜き力が得られる。このため、前記のようにクラン
ク板１３ａの押し動作のみでパンチ駆動することによ
り、常に大きな打ち抜き力が得られる。

【００２３】

【発明の効果】この発明のトグル式パンチプレスの制御
装置は、進退部材を介してトグル機構を駆動する回転部
材の正逆転制御手段を設け、前記回転部材を、ラムの下
死点に対応する回転角度よりも、進退部材との連結点が
トグル機構から遠い回転角度領域内のみで正逆に回転さ
せるようにしたので、各回のパンチ動作において、パン
チ工具のワーク接触時に、回転部材の前記連結点は常に
押し方向に移動することになる。そのため、パンチ毎の
押し引き方向の反転による打ち抜き時の各部の角度関係
の微妙な違い等が発生せず、打ち抜き力が安定し、制御
も簡単となり、したがって加工が安定する。また、一般
に回転部材で押すときの方が引くときよりも大きな力が
加わるため、大きな打抜き力の必要とされるパンチ加工
を安定して行える。請求項２の発明の場合は、正逆転制
御手段の回転部材を正逆転させる角度範囲を、下死点に
対応する回転角度と、この回転角度から９０°未満の所
定待機回転角度との間の範囲としたので、ラムの待機高
さが低くなり、ヒットレートを上げることができる。特
に板厚の薄いワーク等の加工時にヒットレートの向上効
果が大きい。請求項３の発明の場合は、正逆転制御手段
に設定される待機回転角度を変更する上昇待機位置変更
手段を設けたので、ワークの板厚等に応じた最適の上昇
待機位置とできる。そのため、種々の板厚のワークを加
工する場合にも、ヒットレートの向上が図れる。

【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トグル式
パンチプレスの制御装置の概念構成の説明図、（Ｂ）は
その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２】同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】同パンチプレスの側面図である。

【図５】同パンチプレスの平面図である。

【図６】トグル機構とクランク機構の角度関係を示す説
明図である。

【図７】ラム速度曲線例の説明図である。

【図８】ニブリング加工を行う場合のクランク角度とラ
ム位置との関係を示す説明図である。

【図９】トグル式パンチプレスの提案例の構成を示す模
式説明図である。

【図１０】同パンチプレスのクランク角度とラム位置の
関係を示す説明図である。

【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（駆動源）、１２ａ…減速機、１３…クランク
機構、１３ａ…クランク板（回転部材）、１４…連接
棒、２０…ワーク送り機構、４０…制御装置、４１…主
制御手段、４２…ラム軸制御手段、４３…正逆転制御手
段、４３ａ点回転角度設定部、４７…上昇待機位置変更
手段、４９…位置検出器（回転角度検出手段）、ｃ…連
結点、ＨＨθ…待機回転角度

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラムを介してパンチ工具を昇降させるト
   グル機構と、駆動源で回転駆動される回転部材と、この
   回転部材の偏心位置の連結点と前記トグル機構を連結し
   た進退部材とを備えたパンチプレスにおいて、前記回転
   部材を、ラムの下死点に対応する回転角度よりも、前記
   連結点がトグル機構から遠い回転角度領域内で正逆に回
   転させるように前記駆動源を制御する正逆転制御手段を
   設けたトグル式パンチプレスの制御装置。
2. 【請求項２】 前記正逆転制御手段により前記回転角度
   領域で前記回転部材を正逆転させる角度範囲を、前記下
   死点に対応する回転角度と、この角度から９０°未満の
   所定待機回転角度との間の範囲とした請求項１記載のト
   グル式パンチプレスの制御装置。
3. 【請求項３】 前記正逆転制御手段に設定される待機回
   転角度を変更する上昇待機位置変更手段を設けた請求項
   ２記載のトグル式パンチプレスの制御装置。