JP3076755B2

JP3076755B2 - プレス加工機械の制御装置

Info

Publication number: JP3076755B2
Application number: JP08154936A
Authority: JP
Inventors: 晴充鈴木
Original assignee: スズキメカトロニクス有限会社
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 2000-08-14
Anticipated expiration: 2016-05-27
Also published as: JPH09314399A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的サーボ手段
を用いてプレス加工を行なうプレス加工機械の制御装置
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プレス加工機械としては、駆動
モータの一方向回転力を、クランク機構を介して上下方
向運動力に変換する方式のものや、油圧方式によるもの
等が知られている。また、最近では、制御技術の進歩発
達により、サーボモータの正逆回転力を直線的な上下方
向運動力に変換する機構も現れてきている。

【０００３】このサーボ方式によれば、キー操作により
動作条件を容易に設定出来ることにより、加工の種類を
増やせること、精度の向上を計りやすいこと等の利点が
あげられる。一方では、精密な機械要素で構成されるた
めに、脆弱で故障しやすい、加工サイクル時間が長い等
の欠点があげられる。

【０００４】従来の制御方法では、位置決め技術、速度
制御技術を応用する制御であるために、ラムの下降停止
位置を制御することによって加工を実現している。この
方法をこの明細書では「位置モード加工」と呼ぶことに
する。しかし、プレス加工の方法を位置ではなくプレス
圧で指定する方法もある。このモードをこの明細書では
「プレス圧モード加工」と呼ぶことにする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この加工方法を実現す
るために、位置モード加工の方法で実現した場合、加工
速度を高速にするとプレス圧の精度が悪くなり、精度を
上げようとすると加工時間が長くなるなどの欠点があ
る。例えば、単純にセンサーのみでプレス圧をコントロ
ールするような制御を考える。つまり、ラムを一定の速
度で下降させて、プレス加工を行い、圧力センサーから
のプレス圧が目標の圧力に達したら停止させる。この場
合、目標のプレス圧に達した時点で、ラムは速度を持っ
ているために、瞬時に停止することが出来ず、圧力オー
バーランになる。このオーバーランを小さくするために
ラムの下降速度を下げたならば、加工時間が長くなる。

【０００６】この原因は、プレス圧が、モータのトルク
だけでなく駆動系の機械要素の慣性の影響をうけること
によっている。

【０００７】本発明は、上記の問題を解決するために、
プレス加工中に予測を行うことによって、目標のプレス
圧に達する直前で、ラムの下降速度の減速を開始し、最
終プレス圧に達する時点で、停止させる手段を実現する
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電気的サーボ手段を用いてワークのプレ
ス加工を行なうプレス加工機械の制御装置において、前
記プレス加工機械のラムと前記ワークとの当接を検知す
る手段を設け、この手段によってラムとワークとの当接
が検知された後、随時、現在のプレス圧と、この現在の
プレス圧上昇率と、この現在のラムの減速率とに基づい
て当該ラムの予測プレス圧を算出する手段を設け、この
手段によって算出された予測プレス圧が目標プレス圧に
達する前に前記プレス加工機械のラムの速度を減速させ
る手段を設け、前記電気的サーボ手段の停止時のプレス
圧を前記目標プレス圧にほぼ一致させるものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるプレス加工機
械の制御装置の一実施の形態を添付の図面を参照して説
明する。

【００１０】図１において、１はサーボプレスコントロ
ーラの設定を行う操作パネル、２は操作パネル１とサー
ボプレスコントローラを接続するケーブル、３はサーボ
プレスコントローラ、４は操作パネル１からの入力を受
取る回路、５はサーボモータ１０１に付属するエンコー
ダーからの信号を、サーボドライバーを経由して受取る
回路、６はサーボドライバーへモータ１００の回転角の
指示をするためのパルス出力回路、７はプレス圧を検出
するためのセンサ１０５信号を受取る回路、８はサーボ
プレスコントローラが他のコントローラから指示を受け
るための回路、９はサーボプレスコントローラの制御の
中心となるマイクロコントローラ、１０はサーボドライ
バーからのエンコーダー信号をサーボプレスコントロー
ラへ伝えるケーブル、１１はサーボプレスコントローラ
からサーボドライバーに回転指示を伝えるケーブル、１
２はサーボドライバーで、サーボプレスコントローラか
らの指示に従って、モータ１０１の回転出力を発生させ
る。

【００１１】１３はモータ１０１付属のエンコーダーか
らサーボドライバーにエンコーダー信号を伝えるケーブ
ル、１４はサーボドライバーの電気出力をモーターに伝
えるケーブル、１０１はサーボモータ、１６は機械的機
構でモータ１０１の回転出力を直線運動に変換しプレス
加工を行う機械、１０５は機械的なプレス動作により発
生するプレス圧を検出するセンサである。

【００１２】検出用のセンサ１０５の取り付けは、上ラ
ム側、下ラム側、ボディーなどで検出される。１８はプ
レス圧センサ１０５からの信号をサーボプレスコントロ
ーラ３に伝えるケーブル、１９はメインコントローラで
ある。メインコントローラ１９は本発明の構成要素では
なく、サーボプレスコントローラ３が外部からのスター
ト指示２０、停止指示に従って従属的に動作する。

【００１３】又、サーボプレスコントローラ３は、動作
中に状態出力や保安用の信号２１を出力する。スタート
信号２０はメインコントローラ１９からサーボプレスコ
ントローラ３への指示信号である。保安用の信号２１は
サーボプレスコントローラ３がメインコントローラ１９
に出力する状態信号である。

【００１４】図２は、位置決め制御でのラム１０３の速
度と時間の関係を示す図である。３１は位置決め開始の
状態で加速を示し、３２は高速で一定の速度で移動して
いる状態を示し、更に、３３は減速の状態を示す。

【００１５】図３は、プレス圧モード加工のラム１０３
の速度と時間の関係とプレス圧の変化を示す図である。
４１は位置決めの加速の状態を示し、４２は位置決めの
状態で高速で一定の速度の移動を示し、４３は位置決め
の減速の状態を示す。４４は低速の移動でラム１０３と
ワーク１０４が接触するのを検出する状態を示し、４５
は加工の加速の状態を示し、４６は加工で高速で一定の
速度での移動を示し、４７は加工で減速の状態を示す。
４８はプレス圧の上昇を示す。

【００１６】図４は、この制御装置を説明するためにモ
デルとなるプレス加工機械を示している。１０１はサー
ボモータ、１０２はボールスクリューであり、サーボモ
ータ１０１の回転を直線運動に変換する機構である。１
０３はラムと呼ばれ直線運動を行ない、ワーク１０４と
接触する機械要素である。また、１０４はワークであ
り、１０５はプレス圧センサである。

【００１７】即ち、この制御系のモデルとなるプレス加
工機械は、サーボモータ１０１の回転をボールスクリュ
ー１０２で直線運動に変換し、ラム１０３の上下動作を
する機構を構成している。ラム１０３が下降するとワー
ク１０４と接触し、ワーク１０４の下側にはプレス圧セ
ンサ１０５が固定されているため、ワーク１０４に圧力
が加わりプレス加工が出来るしくみになっている。

【００１８】つぎに、位置決め動作について説明する。

【００１９】図１のメインコントローラ１９から、スタ
ート信号２０及び回路８を介して、スタート指示がマイ
クロコントローラ９に伝わると、マイクロコントローラ
９は、サーボドライバー１２へパルス信号を出力する。
このサーボドライバー１２は受け取ったパルス信号に比
例してサーボモータ１０１を回転させる。すると、モー
タ１０１の回転にともなって、モータ１０１に付属する
エンコーダーがパルスを発生する。サーボドライバー１
２は、サーボプレスコントローラ３からのパルス数と、
エンコーダーからのパルス数が一致するようにモータ１
０１の回転角を制御する。サーボプレスコントローラ３
の出力するパルス数は、モータ１０１回転角度と比例関
係にある。なお、このパルス周波数はモータ１０１の回
転速度と比例関係にありパルスレートと呼ばれる。

【００２０】図２は、位置決め動作のラム１０３の移動
速度と時間の関係を示している。通常の位置決め動作で
は、スタート時に、パルスレートを徐々に上げることに
よりモータ１０１を加速させる。一定の速度に達した
ら、その速度を維持し、モータ１０１を高速一定で回転
させる。停止位置に近づいたらパルスレートを徐々に下
げて、モータ１０１を減速させる。目標の位置に達した
らパルス出力を停止させて、モータ１０１を停止させ
る。上記で、モータ１０１が回転中の時には、サーボプ
レスコントローラ３は、モータ１０１が回転中であるこ
とを、入出力回路８を通じてメインコントローラ１９に
伝える。

【００２１】つぎに、プレス加工動作について説明す
る。

【００２２】このプレス制御装置の操作の最初は、設定
操作で、位置決め位置や加工速度、加工プレス圧の設定
が操作パネルによって、入力出来るようになっている。
作業者は、目標のプレス加工の動作条件を操作パネル１
より入力する。この入力は、サーボプレスコントローラ
３のケーブル２及び通信関連回路４を介して、マイクロ
コントローラ９のメモリに記憶される。

【００２３】動作条件には、ワーク１０４近傍の位置、
その位置までの移動速度、ワーク１０４のプレス圧、プ
レス加工速度等がある。

【００２４】図３は、プレス圧モード加工でのプレス加
工の速度と時間の関係を示す。動作の最初のステップ４
１〜４３までは、位置決め動作で、ラム１０３を下降さ
せワーク１０４の近くまで高速で位置決めする。ステッ
プ４４では、ラム１０３を低速で下降させ、ワークとの
接触を検出し、ステップ４５では、検出後に加工速度を
指定された加工速度に上昇させる。なお、この状態に入
ると、予測計算を始める。この計算は、現在の位置、速
度の状態で、減速停止した場合に、停止点でのプレス圧
の予測する計算である。この計算方法は、停止距離＝（減速率×（時間）²）×１／２予測プレス圧＝現在のプレス圧＋プレス圧上昇率×停止
距離停止距離は現在位置で現在速度から停止するまでの距離
である。減速率は、時間に対するラム速度の変化であ
り、パルスで考えた場合には、パルスレートの減少／時
間となる。この値は機械系とサーボ特性とによって決ま
る制御可能範囲の最大値に近い値が選ばれる。ここでは
ラム速度を直線的に変化させているので、等加速度運動
での距離と時間の関係で現せる。

【００２５】予測プレス圧は、現在位置から停止させた
場合に停止した位置でのプレス圧である。プレス圧上昇
率は、マイクロコントローラが、現在位置において、微
少位置変化にたいしてのプレス圧の上昇を測定して求め
る。

【００２６】このプレス圧上昇率は、一般的には、ワー
ク１０４の弾性変形領域では一定であり、塑性変形領域
では徐々に大きくなる傾向がある。

【００２７】図３において、ステップ４６では、指示さ
れた加工速度で移動中の状態で、ここでも同様に上記の
プレス圧予測が行われる。予測プレス圧が目標のプレス
圧に達すると、減速を開始し、ステップ４７の状態に入
る。このステップ４７の状態ではラム１０３の速度を一
定の減速率で減速させる。この状態でも、上記の予測プ
レス圧の計算が行われ、プレス圧上昇率の変化にたいし
て追従するようにラム１０３の下降速度の減速率を変化
させる。以上のようにして、目標のプレス圧に達した位
置で、ほぼ確実に停止させるように制御することが出来
る。

【００２８】従って、目標のプレス圧に達した時点で、
ラム１０３が瞬時に停止するので、圧力オーバーランが
起こることがなく、ワーク１０４を常に一定の圧力でプ
レス加工することができるので、プレス品質を向上させ
ることができる。

【００２９】予測プレス圧の計算方法で、現在位置を検
出する手段は、出力したパルス数をカウントする方法
と、エンコーダーからのパルス数をカウントする方法の
２通りがあるが、出力パルス数に対してモータ１０１の
回転角は遅れる傾向があるため、エンコーダーのパルス
数から位置を求める。又、センサ１０５からの信号に
は、ノイズが含まれているため誤差が心配されるが、上
記の説明のように、ステップ４７の減速状態で、繰り返
しフィードバックされるために、結果としての下降速度
は誤差が積分され、見掛上小さくなるので問題とならな
い。

【００３０】以上のように予測プレス圧を求める手段を
持つプレス機械は、プレス圧モード加工での精度と高速
性が実現される。

【００３１】また、前述した説明においては、重複した
説明を避けるために、図３のステップ４１〜４３の位置
決め動作において、プレス圧予測について述べていない
が、予定外の障害物がワーク１０４位置にあった場合
や、機械の設定を行う場合などのトラブルを避けるため
に、同様のプレス圧予測が行われ、故障防止のための減
速停止動作が働くようにすることは望ましい。

【００３２】また位置モード加工についても説明した
が、このモードにおいても、同様に、故障の目的や、機
械設定時のトラブル回避の目的等のために、プレス圧予
測にもとずく減速動作を働かすことが望ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、目標のプレス圧に達した時点で、ラムが瞬時
に停止するので、圧力オーバーランが起こることはな
く、ワークを常に一定の圧力でプレス加工することがで
き、従来のプレス加工機械に比べて、プレス品質を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御装置の一実施の形態を示すブ
ロック図である。

【図２】位置決め制御でのラムの速度と時間の関係を示
す線図である。

【図３】ａはプレス圧モード加工のラムの速度と時間の
関係、ｂはプレス圧の変化を示す線図である。

【図４】制御装置を説明するためのモデルとなるプレス
加工機械を示す図である。

【符号の説明】

１０１サーボモータ１０２ボールスクリュー１０３ラム１０４ワーク１０５プレス圧センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気的サーボ手段を用いてワークのプレ
ス加工を行なうプレス加工機械の制御装置において、前記プレス加工機械のラムと前記ワークとの当接を検知
する手段を設け、この手段によってラムとワークとの当
接が検知された後、随時、現在のプレス圧と、この現在
のプレス圧上昇率と、この現在のラムの減速率とに基づ
いて当該ラムの予測プレス圧を算出する手段を設け、こ
の手段によって算出された予測プレス圧が目標プレス圧
に達する前に前記プレス加工機械のラムの速度を減速さ
せる手段を設け、前記電気的サーボ手段の停止時のプレ
ス圧を前記目標プレス圧にほぼ一致させることを特徴と
するプレス加工機械の制御装置。