JP3551541B2 - プレス機械の駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、パンチプレス機やその他のプレス機械一般に応用されるプレス機械の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般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、ストローク途中で速度変更することができない。
一方、騒音防止と高速パンチとの観点から、ストローク途中で速度を変更させる制御が望まれている。すなわち、パンチ加工における騒音は、パンチ工具が実際にワークを打ち抜くときの速度を遅くすれば低下するが、ストローク速度の低下はパンチ加工のサイクルタイムの遅れを招く。そのため、１ストローク中において、パンチ工具が実際にワークを打ち抜くときの速度を低くし、その他のときはストローク速度を速くする制御が望まれる。
このようなパンチ速度の制御は、油圧式パンチプレスでは一般化されているが、油圧系統によってコスト高になる。機械式パンチプレスにおいても、サーボモータで駆動できれば、パンチ速度の制御が可能であるが、サーボモータの回転で直接にパンチ力を得るためにはモータ出力が不十分となる。
【０００３】
そこで、本出願人は、トグル機構を介してサーボモータで駆動するパンチプレスを開発し、機械式パンチプレスにおけるストローク途中の速度変更制御を実現した。このパンチプレスでは、サーボモータの回転は、減速機を介して、例えば１／１０程度に回転数を減速させ、トグル機構に駆動を伝達する。
しかも、このパンチプレスによると、サーボモータに大出力で回転数の可変範囲の広いものを使用することにより、ストローク途中の速度制御だけでなく、ニブリング加工のような多数の孔の高速加工から、大負荷となる大径孔の加工までを、サーボモータの回転数の制御で実現できた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のような大出力で回転数の可変範囲の広いサーボモータは、特殊な高級モータとなるため、これを使用すると非常にコスト高になる。一般のサーボモータでは、高速加工に適した仕様であると、大負荷のパンチ加工、例えば、板厚が厚い場合や、大径孔の加工の場合、あるいは硬い材質の場合に、打ち抜きトン数が不足して打ち抜くことができなくなる。一方、大負荷の加工が可能な仕様としておくと、高速パンチが行えなくなる。このような問題は、パンチプレスに限らず、他の種々のプレス機械において生じる。
【０００５】
この発明の目的は、小出力のモータでも、低負荷時の高速加工と、低速による高負荷の加工との両方が行えるプレス機械の駆動装置を提供することである。
この発明の他の目的は、変速手段の付加に伴う大型化を抑えることである。
この発明のさらに他の目的は、高速低負荷の駆動可能状態と、低速大負荷の駆動可能状態とに、加工の種類に応じて自動的に切り換えら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を参照して説明する。このプレス機械の駆動装置は、回転運動を直線運動に変換してプレス型（４）を往復駆動するプレス機構（１１）に、回転伝達機構（２９）を介してモータ（１２）の回転を伝達するプレス機械の駆動装置において、上記モータ（１２）として、プレス型（４）の昇降速度をストローク途中で変える回転数の制御が行われるサーボモータを用い、前記回転伝達機構（２９）に変速手段（３１）を介在させたものである。
前記回転伝達機構（２９）は、前記変速手段（３１）の他に減速手段（３０）を有するものであっても良く、その場合、前記変速手段（３１）は前記減速手段（３０）の入力側に配置することが好ましい。
上記構成において、加工の種類に応じて前記変速手段（３１）の回転伝達比を切り換える加工種類対応切換制御手段（３６）を設ける。この加工種類対応切換制御手段（３６）は、板厚、材質、および工具種類等の加工種類データを設定してあり、加工プログラム（３８）に記述された板厚，材質のデータ（３８ａ）、および工具指令（３８ｂ）における工具種類を前記の加工種類データと比較し、その比較結果に応じて変速手段（３１）の所定の回転伝達比を選択する機能を備えるものとする。
【０００７】
【作用】
モータ（１２）の回転は、変速手段（３０）が介在した回転伝達機構（２９）からプレス機構（１１）に回転伝達され、プレス型（４）によるプレス加工が行われる。ここで、変速手段（３１）の回転伝達比を小さな値に切り換えておくと、モータ（１２）の回転は低速に減速されてプレス機構（１１）に伝達されるため、モータ（１２）に小出力のものを使用していても、加工速度は低速となるが、大負荷のプレス加工が行える。一方、変速手段（３１）の回転伝達比を大きな値に設定すると、低負荷の加工しか行えないが、高速加工を行うことができる。このように、小出力のモータを使用していても、変速手段（３１）の回転伝達比の切り換えにより、高速で低負荷の加工と、低速で大負荷の加工との両方を行うことができる。
回転伝達機構（２９）が減速手段を有するものである場合は、減速手段（３０）による減速比と、変速手段（３１）による所定の回転伝達比との積となる回転伝達比でプレス機構（１１）に伝達され、プレス型（４）によるプレス加工が行われる。ここで、変速手段（３１）の回転伝達比を減速状態に切り換えておくと、モータ（１２）の回転は、減速手段（３０）と変速手段（３１）の両方で減速されてプレス機構（１１）に伝達されるため、モータ（１２）に小出力のものを使用していても、加工速度は低速となるが、大負荷のプレス加工が行える。一方、変速手段（３１）の回転伝達比を例えば１：１あるいはこれよりも大きな値に設定すると、低負荷の加工しか行えないが、高速加工を行うことができる。この場合に、変速手段（３１）を減速手段（３０）の入力側に配置した場合は、変速手段（３１）内における回転は高速となるが、回転伝達力は小さくて済むため、変速手段（３１）に大きな強度が要求されず、変速手段（３１）が小さなもので済む。
加工の種類に応じて変速手段（３１）の回転伝達比を切り換える制御手段（３６）を設けた場合は、高速低負荷の駆動可能状態と、低速大負荷の駆動可能状態とに、加工の種類に応じて自動的に切り換えられる。
【０００８】
【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。図２はこの実施例の駆動装置を装備したプレス機械であるトグル式パンチプレスの縦断側面面図、図３および図４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には、プレス金型である複数のパンチ工具４およびダイ工具５が円周方向に並べて設置されている。各パンチ工具４は、ラム位置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。ラム６は、この実施例のものではタレット２，３の半径方向に並んで２個設けられ、割出機構（図示せず）で選択的に昇降動作の伝達が可能とされている。これにより、タレット２，３に同心円上に配置された内外の列のパンチ工具４が選択的にパンチ駆動される。板材Ｗ（図４）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上をラム位置Ｐに送られる。
【０００９】
図２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レバー１０で屈曲駆動される。進退レバー１０は、クランク機構１３および回転伝達機構２９を介してサーボモータ１２で進退駆動される。これらトグル機構８、進退レバー１０、およびクランク機構１３により、モータ１２の回転を直線運動に変換してパンチ工具４を昇降させるプレス機構１１が構成される。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、上端の揺動支点Ａ１が支点支持手段２１により上下位置変更可能に支持されている。支点支持手段２１は、揺動支点Ａ１となるピン２３ｃを偏心位置に設けた丸軸状の偏心部材２３と、偏心部材２３を回転自在に支持したリング状の回動支持部材２２と、偏心部材２３を回動させるシリンダ装置２６とで構成される。また、偏心部材２３に対して、その周面に設けられた凹部２３ａに位置決めピン２８ａを係合させる位置決めシリンダ２８が設けられている。
【００１０】
進退レバー１０は、進退レバー本体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ている。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。進退レバー本体１０ｂは、上フレーム部１ａの中央部で上下に平行配置された２本のガイドレール１９，１９に、ガイド部材１０ａを介して進退自在に支持されている。
クランク機構１３は、円板状のクランク１３ａをその軸心が横向きとなるように、フレーム１のコラム部１ｃの上部に設け、クランク１３ａの偏心位置に連接棒１４の一端を回動自在に連結したものである。連接棒１４の他端は進退レバー本体１０ｂの基端に回動自在に連結してある。
【００１１】
サーボモータ１２からクランク機構１３に回転を伝達する回転伝達機構２９は、図１に示すように減速手段である減速機３０、および変速手段である変速機３１により構成される。なお、図１は見やすくするために、他の図とは円板状クランク１３ａからサーボモータ１２までの部分を前後逆に図示してある。減速機３０は、縦長のギヤボックス３０ａ内に減速ギヤを収容したものであり、ギヤボックス３０ａの前面（出力側）でプレスフレーム１に取付けられる。減速比は例えば１／１０に設定してある。減速機３０の出力軸３０ｂは、上部の前面から突出し、前記クランク１３ａが取付けられる。減速機３０の入力軸３０ｃは、ギヤボックス３０ａの下部背面に突出し、この入力軸３０ｃに変速機３１の出力軸（図示せず）が直結状態に連結されている。
【００１２】
変速機３１は、ケーシング３１ａ内に変速ギヤやクラッチ等を収容したものであり、この例では回転伝達比を減速状態と増速状態とに、例えば２倍、１／１倍、１／２倍、１／３倍の４段に切り換え自在に設定してある。変速機３１のクラッチには流体クラッチまたは噛み合いクラッチ等が使用される。変速機３１は、ケーシング３１ａの前面に出力軸を、背面に入力軸を有するものとし、ケーシング３１ａの前面で減速機３０の背面に取付けてある。なお、変速機３１は、ギヤ式のものに限らず、各種の形式のものが使用できる。サーボモータ１２は、変速機３１のケーシング３１ａの背面に取付け、モータ軸を変速機３１の入力軸に直結状態に連結してある。
また、変速機３１には電気信号の入力で回転伝達比を前記の４段の任意の値に変更する電磁式等の切換操作手段３２が設けてある。
【００１３】
図１において、制御装置３３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部３４およびプログラマブルコントローラ部（図示せず）を備える。数値制御部３４は、加工プログラム３８を実行してパンチ駆動用のサーボモータ１２や、ワーク送り機構２０（図４）の各軸のモータに軸送り指令を出力すると共に、加工プログラム３８におけるシーケンス指令をプログラマブルコントローラ部へ転送する手段である。数値制御部３４から出力されたパンチ駆動の指令は、サーボコントローラ３５を介してサーボモータ１２に入力される。制御装置３３には、加工プログラム３８以外の加工に必要な各種のデータを記憶させておくパラメータ設定部３９が設けてあり、加工プログラム３８とパラメータ設定部３９とで加工データ設定手段３７が構成される。
【００１４】
このような基本構成の制御装置３３において、この実施例では加工種類対応切換制御手段３６が設けてある。この手段３６は、加工の種類に応じて変速機３１の回転伝達比を切り換える手段であり、具体的には所定の回転伝達比を選ぶ切換指令ｓを切換操作手段３２へ出力する。切換操作手段３２は、この指令ｓに応答して変速機３１を切り換える。
加工種類対応切換制御手段３６は、パンチ加工の負荷に大きく影響する因子となる所定の加工種類データ、例えば板厚、材質、および工具種類等のデータを設定してあり、加工プログラム３８に記述された板厚や材質のデータ３８ａ、および工具指令３８ｂにおける工具種類を前記の所定加工種類データと比較し、その比較結果に応じて変速機３１の所定の回転伝達比を選択する機能を備える。板厚，材質のデータ３８ａは、一般に加工プログラム３８毎に記述されるが、工具指令３８ｂは加工プログラム３８中に多数記述されるので、加工種類対応切換制御手段３６は、工具指令３８ｂを数値制御部３４で読み取る毎に前記の比較および回転伝達比の選択を行わせるようにする。板厚，材質のデータ３８ａは、加工プログラム３８に記述せずにパラメータ設定部３９に設定しておいても良い。
工具指令３８ｂは、パンチ工具４の種類を選択する指令であり、タレット２，３の回転角度を割出す指令となる。パンチ工具４の種類は、打ち抜き孔の大きさに影響し、この大きさ、特に周長がパンチ負荷に大きく影響するため、加工種類対応切換制御手段３６による比較要素として設定しておく。
【００１５】
上記構成の動作を説明する。サーボモータ１２の回転は、変速機３１および減速機３０を介してクランク１３ａに伝達される。クランク１３ａが１回転すると、進退レバー１０が１往復の進退動作をする。この１往復動作で、トグル機構８も１往復の屈曲動作をするが、ラム６はトグル機構８の伸長状態で下死点に位置し、両側の最屈曲状態で上死点位置となる。そのため、進退レバー１０の１往復でラム６は２回昇降動作を繰り返し、パンチ工具４によるパンチ動作が２回行われる。なお、トグル機構８は、伸長状態に対して片方のみへ屈曲動作させるようにしても良い。
このパンチ加工につき、サーボモータ１２を駆動源とするので、パンチ工具４の昇降速度をストローク途中で変える制御も行える。例えば、パンチ工具４が実際に板材Ｗを打ち抜くときの速度を低くし、その他のときはストローク速度を速くする制御も行える。そのため、騒音を抑制して高速パンチが行える。サーボモータ１２の回転は、減速機３０で大きく減速させ、トグル機構８で昇降動作に変換するので、駆動源をサーボモータ１２としてもパンチに必要な加圧力が得られる。
【００１６】
このパンチ加工に際して、多数の小孔を加工する場合や、板厚の薄い板材Ｗを加工する場合等、パンチ負荷の小さな加工を行う場合は、変速機３１の回転伝達比を、１／１あるいは２倍に設定しておく。これにより高速のパンチ加工が行われる。厚板の加工や大径孔の加工を行う場合は、変速機３１の回転伝達比を１／２または１／３に設定する。これにより、パンチ動作は低速となるが、大きな加圧力をラム６に与えることができ、サーボモータ１２が小出力のものであっても、大径孔の打ち抜きが可能となる。
このように、サーボモータ１２に小出力のものを使用していても、変速機３１の回転伝達比の切り換えにより、高速で低負荷の加工と、低速で大負荷の加工との両方を行うことができる。サーボモータ１２の出力の特性は、回転数によって変化し、サーボモータ１２の回転数制御だけでは高速加工と大負荷加工との切り換えが難しいが、このようにサーボモータ１２と変速機３１を組み合わせることで、効率の良い制御が行える。
変速機３１は、減速機３０の入力側に設けてあるが、そのため変速機３１は高速回転で小伝達力となり、小型のもので済む。このため、変速機３１の付加に伴うパンチプレスの大型化が抑えられる。
【００１７】
加工種類対応切換制御手段３６は、前記のようなパンチ負荷に応じた変速機３１の切り換えのための比較を、加工プログラム３８の実行に従って、工具指令３８ｂが読み出される都度行い、必要な場合に切り換え指令ｓを出力する。そのため、オペレータが切り換えの判断をする必要がなく、操作が容易であり、また自動運転で前記の切り換えが実現できる。
なお、加工種類対応切換制御手段３６は、加工プログラム３８に設定しておいた所定の指令に従って切り換え指令ｓを出力するものとしても良い。
【００１８】
図６はこの発明の他の実施例を示す。この例は、変速機３１を減速機３０の出力側に連結し、変速機３１の出力軸にクランク１３ａを取付けたものである。その他の構成は前記実施例と同じである。この構成の場合、変速機３１が大型化するが、前記と同様に高速で低負荷の加工と、低速で大負荷の加工との両方を行うことができる。
【００１９】
図７はこの発明のさらに他の実施例を示す。この例は、図１の実施例において、独立した減速機３０を無くし、変速手段である変速機３１のみでモータ１２からクランク機構１３へ回転伝達する回転伝達機構２９を構成したものである。変速機３１はケーシング３１ａ内に各機構部品を組み込んだものである。この構成では、回転伝達機構２９の全体としての回転伝達率を図１の実施例と同じ伝達率となるように４段変速とする場合、変速機３１の回転伝達率は、１／５倍、１／１０倍、１／２０倍、および１／３０倍の４段変速とする。すなわち、図１の実施例では減速機３０の回転伝達率が１／１０倍であって、変速機３１の回転伝達率が２倍、１／１倍、１／２倍、および１／３倍の４段変速であるため、その積の値を図７の実施例における変速機３１の回転伝達率とする。
このように、構成した場合も、低負荷時の高速加工と、低速による高負荷加工との両方を行うことができる。また、変速機３１に大きな減速比率の減速機能を持たせて一つのケーシング３１ａ内に機構部品を収めたので、伝達機構の一層のコンパクト化を図ることができる。
【００２０】
なお、前記実施例はパンチプレスに適用した場合につき説明したが、この発明は、成形加工等を行うプレス機械や、その他のプレス機械一般に適用でき、特に加工の種類によって高速加工と大負荷の加工との両方が選択的に要求されるプレス機械に効果的である。
【００２１】
【発明の効果】
この発明のプレス機械の駆動装置は、伝達機構を介してプレス機構にモータの回転を伝達する装置において、前記伝達機構に変速手段を介在させたため、小出力のモータでも、低負荷時の高速加工と、低速による高負荷の加工との両方を行うことができる。
請求項２の発明の場合は、前記伝達機構が減速手段を有するものであり、変速手段は減速手段の入力側に配置されているため、変速手段が小型のもので済み、変速手段の付加に伴う大型化を抑えることができる。
請求項３の発明の場合は、加工の種類に応じて変速手段の回転伝達比を切り換える加工種類対応切換制御手段を設けたため、高速低負荷の駆動可能状態と、低速大負荷の駆動可能状態とに、加工の種類に応じて自動的に切り換えることができ、オペレータの操作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかるプレス機械の駆動装置の概念構成を示す説明図である。
【図２】同駆動装置を装備したトグル式パンチプレスの破断側面図である。
【図３】同パンチプレスの側面図である。
【図４】同パンチプレスの平面図である。
【図５】（Ａ）は同パンチプレスのプレス機構の部分破断平面図、（Ｂ）は同部分の縦断側面図である。
【図６】この発明の他の実施例にかかるプレス機械の駆動装置の構成説明図である。
【図７】この発明のさらに他の実施例にかかるプレス機械の駆動装置の構成説明図である。
【符号の説明】
４…パンチ工具、６…ラム、８…トグル機構、１１…プレス機構、１２…サーボモータ、１３…クランク機構、１３ａ…クランク、２９…回転伝達機構、３０…減速機（減速手段）、３１…変速機（変速手段）、３６…加工種類対応切換制御手段

Claims (2)

1. 回転運動を直線運動に変換してプレス型を往復駆動するプレス機構に、回転伝達機構を介してモータの回転を伝達するプレス機械の駆動装置において、上記モータとして、プレス型の昇降速度をストローク途中で変える回転数の制御が行われるサーボモータを用い、前記回転伝達機構に変速手段を介在させ、加工の種類に応じて前記変速手段の回転伝達比を切り換える加工種類対応切換制御手段を設け、この加工種類対応切換制御手段は、板厚、材質、および工具種類等の加工種類データを設定してあり、加工プログラムに記述された板厚，材質のデータ、および工具指令における工具種類を前記の加工種類データと比較し、その比較結果に応じて変速手段の所定の回転伝達比を選択する機能を備えるものとしたことを特徴とするプレス機械の駆動装置。
2. 前記回転伝達機構は減速手段を有しており、前記変速手段は前記減速手段の入力側に配置されている請求項１記載のプレス機械の駆動装置。

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