JP3775899B2 - サーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スライドが電動サーボモータにより直線駆動されるサーボプレスにおいてブレークスルー時の振動や騒音を抑制するサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス加工においては、ワークに大きな加圧力が加えられ塑性変形や破断が行なわれるので、加工時には大きな騒音や振動が発生することが多い。この騒音や振動は、作業環境を悪化させたり、プレス機械の寿命を低下させるので、騒音や振動を低減する色々な方法が提案されている。
例えば、特開平３−３３４３９号公報では、サーボモータによりスライドを直線駆動して被加工物（本発明ではワークと記す）を加工するサーボプレスにおいて、図７に示すようなモーションカーブによって騒音を減少させる技術が開示されている。この技術によると、スライドに取付けられた工具が上限位置Ｕから被加工物に接近する接近工程において高速の所定の接近速度で移動し、加工工程に移行する加工開始位置Ｓからは前記接近速度よりも低速の所定の加工速度に切替えられて被加工物を加工するように、スライドモーションを制御している。このような制御により、工具が被加工物を高速の接近速度で打撃する前にスライドを低速の加工速度に切替えることによって、ワーク打撃時に発生する打撃音（騒音）を抑制するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、打抜き加工においては、打抜き時にワークが破断した瞬間にスライドが下降して突っ込む、いわゆるブレークスルーによって振動及び衝撃が発生し、これに伴って発生する騒音は上述したようなワーク打撃音よりも大きなレベルとなる場合が多く見られる。この振動及び衝撃は、スライドに取付けられた金型がワークを加圧下降するときに、スライドを支持するフレームがワークの反力によって上方へ伸びて加圧エネルギーを蓄積し、そして、ワークが破断（打抜き）した瞬間に、この蓄積された加圧エネルギーが放出されてフレ−ムの伸びが開放されるために発生するものである。このとき、開放されたフレ−ムと共にスライドが急速に下方に突っ込み、上下方向に振動を繰り返す。
この結果、スライドとボルスタとにそれぞれ取付けられた上型と下型、あるいはパンチとダイが衝撃を受けたり振動したりして、金型が損傷したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命が低下したりする。また、同時に、大きな騒音や地盤振動などの作業環境の悪化をもたらすといった問題も生じている。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ブレークスルー時の突っ込み量及び振動を抑制し、金型やプレス機械の寿命向上あるいは騒音や地盤振動の低減などの作業環境の改善を図ることができるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動されてワークを打抜き加工するスライド１３と、このスライド１３を駆動する電動サーボモータ１９と、この電動サーボモータ１９の駆動電流値を制御してスライド１３を加圧下降又は上昇へ切替えるサーボモータ指令出力手段２９とを備えたサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置において、
前記スライド１３の加圧力を検出し、加圧力信号を出力する加圧力検出手段１９ａと、
この加圧力信号に基づいてスライド１３の加圧力を演算する加圧力演算手段２１と、
この加圧力演算手段２１によって演算された加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算する圧力減少率演算手段２２と、
予め、ワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率Ｐｂｃとして記憶しておき、この記憶された基準圧力減少率Ｐｂｃと加工中に圧力減少率演算手段２２によって演算された実圧力減少率Ｐｃとを比較し、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに打抜きと判断して、打抜き発生の情報を出力する打抜き判定手段２３と、
この打抜き判定手段２３により出力された打抜き発生の情報に基づいて、スライド１３を直ちに上昇させる速度指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力し、電動サーボモータ１９の最大制動トルクでスライド１３を制動するサーボモータ指令演算手段２７とを備えた構成としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によると、加工中に演算されたスライド１３の加圧力に基づいて、この加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算する。一方、予めワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率Ｐｂｃとして求めておく。そして、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに打抜きと判断する。この打抜き判断と同時に打抜き発生の情報が出力され、この情報に基づいてスライド１３の速度は直ちに下降から上昇へ切替えられる。このとき、電動サーボモータ１９に最大制動トルクがかかるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を打抜き発生時の位置に近づけることができる。したがって、ブレークスルー時の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動が低減されるので作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置において、
前記サーボモータ指令演算手段２７は、加工中に前記圧力減少率演算手段２２により演算された実圧力減少率Ｐｃが打抜き間近の所定値に達したときに、前記スライド１３の加圧下降時の下降速度よりも低速の所定の速度に切替える速度指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力する構成としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、実圧力減少率Ｐｃが打抜き間近の所定値に達すると、スライド１３の加圧下降時の下降速度を、予め設定された低速の速度に切換える。これによって、ブレークスルー時にスライド１３を支持するフレ−ム１０に蓄積される加圧エネルギーは少なくなるので、突っ込み量及び振動のレベルが小さくなる。したがって、請求項１に記載の発明の効果がさらに増大される。すなわち、金型の損傷をなくしたり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命をさらに向上させたりすることができる。また、騒音や地盤振動がさらに低減して作業環境がより改善され、作業性をさらに向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記加圧力検出手段１９ａが、電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出する電流検出センサである請求項１又は２記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の構成としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、スライド１３を駆動している電動サーボモータ１９の駆動電流値を電流検出センサにより検出しており、この駆動電流値より算出されるモータ出力トルクから加減速トルクや定速トルクを差し引いた実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を求めることができる。よって、加圧力を簡単な構成の電流検出センサにより精度よく求めることができると共に、このセンサを用いて電動サーボモータ１９を制御するためのシステム構成を簡単に形成することができる。したがって、実圧力減少率Ｐｃから打抜き位置を精度良く求めることができ、また低速の位置決め速度で打抜きを行なう場合には、この速度への切替え位置から打抜き位置までの距離のばらつきを小さくできるので、突っ込み量や振動のレベルのばらつきを小さくできる。また、簡単な構成の制御装置を安価に製作することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記加圧力検出手段１９ａが、前記スライド１３を上下動自在に支持するフレ−ム１０に付設され、かつ加圧力を歪みとして検出する歪みゲージセンサである請求項１又は２記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の構成としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、プレス機械のスライド１３を支持するフレーム１０のブレークスルー時の歪み量の大きさを計測し、この歪み量の急激な減少を検出して打抜きの判断を行うので、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化の影響に左右されずに、精度良く打ち抜きの時点を検出できる。よって、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化がある場合でも、打抜き時のスライド１３の突っ込み量を確実に減少させることができるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。よって、請求項１又は２記載の発明の効果と同等か、あるいはそれ以上に、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、電動サーボモータ１９によりスライド１３を上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動すると共に、加圧下降又は上昇へ切替えてワークを打抜き加工するサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法において、
予めワークに固有の打抜き時のスライド１３の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率Ｐｂｃとして求めておき、加工中に演算される加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算し、この実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに打抜きと判断し、この打抜き発生のとき電動サーボモータ１９を最大制動トルクで制動して直ちにスライド１３を下降から上昇へ切替える方法としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明によると、加工中に演算される実圧力減少率Ｐｃが予め求められている基準圧力減少率Ｐｂｃを越えるとワークの破断が判断される。この破断の判断に基づいて、スライド１３は直ちに下降から上昇へ切替えられる。このとき、スライド１３には電動サーボモータ１９により最大制動トルクで制動がかかるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を打抜き発生位置に近づけることができる。したがって、ブレークスルー時の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法を詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるサーボプレスの要部側面図を示している。
サーボプレス１には側面視して略Ｃ字形状のフレーム１０が設けられており、フレーム１０の下部にはベッド１１が取付けられている。このベッド１１の上部にはボルスタ１２が略水平に配設されており、ボルスタ１２の上面には下型（図示せず）が取着されている。
前記フレーム１０の前記Ｃ字形状の開口部近傍には、この開口部と類似形状をした補助フレーム１４が装着されている。この補助フレーム１４は、上下方向に変位自在となるように、その下側がピン１５によりフレーム１０の側面に取付けられている。
【００１６】
また、フレーム１０の上部には、このサーボプレス１の動力源である電動サーボモータ１９、及び動力変換装置１７が装着されている。この動力変換装置１７は、ボールスクリューなどにより電動サーボモータ１９の回転力を往復運動に変換している。電動サーボモータ１９には、例えばパルスジェネレータなどのような、回転速度を検出する速度検出手段１９ｂが設けられている。この電動サーボモータ１９と前記動力変換装置１７とは、例えばベルトのような回転伝達部材１８によって回転自在に連結されている。
なお、この回転伝達部材１８はチェーンや歯車でもよいし、また回転伝達部材１８を使用せずに電動サーボモータ１９と動力変換装置１７とのそれぞれの軸を直接結合してもよい。また、電動サーボモータ１９は交流モータ、直流モータのいずれでもよい。動力変換装置１７についても、ウォームギヤとウォームホイール、あるいはピニオンとラックとにより回転運動を往復運動に変換してもよく、ここではその手段について限定するものではない。
【００１７】
前記動力変換装置１７の下端には、前記ボルスタ１２に対向する位置で上下動自在なスライド１３が装着されており、スライド１３には上型（図示せず）が取付けられている。
前記スライド１３の後部側と前記補助フレーム１４の上端側の間には、リニアセンサなどから構成されるスライド位置検出手段１６が設けられている。このスライド位置検出手段１６は、軸方向がスライド１３の上下動方向と平行になるようにスライド１３の後部に取付けられたセンサロッド１６ａと、このセンサロッド１６ａが挿入され、かつ、補助フレーム１４に取付けられた検出ヘッド１６ｂとから構成されている。スライド１３の上下動に伴って、このセンサロッド１６ａが、固定されている検出ヘッド１６ｂに対して上下動することによって、検出ヘッド１６ｂの内部に組込まれたセンサにより、スライド１３の位置がボルスタ１２の上面からの高さとして検出される。
【００１８】
図２は、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置のハード構成及び制御の概要を示すブロック図である。
打抜き加工に当たって、作業者は、予め加工条件としてスライド１３の高速下降速度、打抜き速度、この速度の切替え位置、上限位置及び下限位置などの加工条件をモーション設定手段９により初期設定し、後述のサーボ制御装置２０に入力する。このモーション設定手段９は、例えばキーボードやタッチパネルあるいは設定スイッチ等からなっている。
【００１９】
前記モーション設定手段９から入力された加工条件はサーボ制御装置２０に入力されて記憶され、この加工条件に基づくモーションカーブに沿ってスライド１３の作動の制御、すなわちモーション制御が行なわれる。このサーボ制御装置２０は、汎用的なコンピュータなどから構成されており、加工条件の入力、記憶、演算処理、出力及び表示などの機能を有している。
このサーボ制御装置２０は、予め初期設定された加工条件と、スライド位置検出手段１６により検出したスライド１３の位置と、ワークの打抜きを判断した情報とに基づいて、電動サーボモータ１９を制御する速度指令値をサーボモータ指令出力手段２９に出力し、スライド１３を前記設定されたモーションカーブに沿って制御する。
サーボモータ指令出力手段２９は、この速度指令値に基づいて電動サーボモータ１９の駆動電流値を制御する。また、サーボモータ指令出力手段２９には、例えばシャント抵抗等により電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出する電流検出センサからなる加圧力検出手段１９ａが付設されており、この検出された駆動電流値はサーボ制御装置２０に入力されている。
【００２０】
図３は、本発明に係わる打抜き加工におけるモーションカーブ及び加圧力カーブの一例を示しており、打抜きの判定方法に関して同図に基づいて説明する。
図３（Ａ）は、モーションカーブを表し、縦軸にスライド位置Ｚを、横軸にスライド１３の下降開始からの経過時間ｔを表す座標からなっている。また、図３（Ｂ）は、スライド１３の加圧力カーブを示しており、縦軸にスライド１３の加圧力Ｐを、横軸にはモーションカーブと同様にスライド１３の下降開始からの経過時間ｔを表している。そして、前記スライド位置Ｚと加圧力Ｐとは、同一の経過時間ｔにおいてそれぞれ対応関係にある。
スライド１３は、上限位置Ｚａより高速下降し、ワークに当接する手前で、かつ下限位置Ｚｂより所定距離手前の速度切替え位置Ｚｃに達すると、低速の打抜き速度に切替えられて更に低速下降する。このとき、加圧力Ｐが経過時間ｔと共に上昇し最大加圧力Ｐｍに達すると、ワークは塑性変形を開始する。そして、スライド１３が更にワークを加圧すると、ワークは塑性変形に追従できずに破断され加圧力Ｐは急減する。この結果、ワークの打抜きが行なわれ、この急減する加圧力Ｐにより打抜きを判断する。
【００２１】
ここで、この打抜きが行なわれた点を打抜き点Ｂｐ、この打抜き点Ｂｐにおける加圧力を打抜き加圧力Ｐｂ、また、このときの加圧力Ｐの時間的変化を加圧力Ｐが減少する方向を正の値とする基準圧力減少率Ｐｂｃと定義する。この基準圧力減少率Ｐｂｃは、ワーク固有の値として経験値などにより求められる。すなわち、打抜き加圧力Ｐｂは複数の試し加工等により求められ、基準圧力減少率Ｐｂｃは、この求められた打抜き加圧力Ｐｂのばらつきを考慮して、打抜き発生の判断が可能となる所定の大きさの基準値に設定される。
一方、加工中に求められる加圧力Ｐの時間的変化を加圧力Ｐが減少する方向を正の値とする実圧力減少率Ｐｃと定義すると、この実圧力減少率Ｐｃは、数式「Ｐｃ＝ΔＰ／Δｔ」により演算される。そして、この加工中の実圧力減少率Ｐｃが予め設定されている前記基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに、すなわち、基準圧力減少率Ｐｂｃを越えて加圧力Ｐが減少した時に、このワークの打抜きが行なわれたと判断する。
【００２２】
図４は、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の機能ブロック図を示している。
加圧力演算手段２１は、電流検出センサからなる加圧力検出手段１９ａにより検出された駆動電流値に基づいて、電動サーボモータ１９の出力トルクを演算する。そして、この加圧力演算手段２１は、演算された出力トルクを変換してスライド１３の加圧力を求める。このように、電動サーボモータ１９の駆動電流値に基づいて加圧力を求めるには、例えば、以下のような方法で行なう。
予め、加速又は減速トルクを算出するための負荷イナーシャ定数、定速維持するトルクを算出するための速度抵抗トルク比例定数、摩擦トルク定数、及び駆動電流と出力トルクとの関係を表すトルク定数等の各定数データを記憶しておく。そして、加速時又は減速時には、必要な加速度値又は減速度値と上記各定数データに基づいて必要な駆動電流値を求め、電流検出センサで検出した駆動電流値から前記求めた必要な駆動電流値を差引いて、加減速時の実作業トルクを算出する。
【００２３】
定速時も同様にして、このとき維持すべき速度値と上記各定数データに基づいて必要な駆動電流値を求め、検出した駆動電流値から前記求めた必要な駆動電流値を差引いて、定速時の実作業トルクを算出する。そして、このようにして求められた電動サーボモータ１９の実作業トルクと、スライド１３の加圧力との関係を予め求めて加圧力演算手段２１に記憶しておく。この加圧力演算手段２１は、打抜き時に検出された駆動電流値に基づいて実作業トルクを求め、この実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を演算する。
なお、加圧力検出手段１９ａは電流検出センサに限定するものではなく、例えば動力変換装置１７の近傍に取付けられた歪みゲージセンサなどによりフレーム１０の歪みを検出し、この歪みに基づいてスライド１３の加圧力を算出してもよいし、さらに他の手段を用いてもよい。
【００２４】
圧力減少率演算手段２２は、前記加圧力演算手段２１により演算された加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算し打抜き判定手段２３に出力する。この打抜き判定手段２３は、この実圧力減少率Ｐｃに基づいて、打抜き加工時のワークの打抜きを判断する。すなわち、この打抜き判定手段２３は、ワーク毎に固有の打抜き時の基準圧力減少率Ｐｂｃを予め求めて記憶しておき、加工中に前記実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えると打抜きが行なわれたと判断する。そして、打抜き判定手段２３は、前記打抜きと判断した時に打抜き発生の情報をサーボモータ指令演算手段２７に伝達する。
【００２５】
モーション記憶手段２６は、予め所定のモーションカーブに基づいてモーション設定手段９により初期設定された加工条件などを記憶しておく。この加工条件は、スライド１３の高速下降速度及び打抜き速度などの速度条件、あるいは、この速度の切替え位置、上限位置及び下限位置などの位置条件からなっている。
サーボモータ指令演算手段２７は、前記モーション記憶手段２６に記憶されている加工条件及びスライド位置検出器１６からのスライド位置に基づいて、スライド１３が所定のモーションカーブに沿って駆動されるように電動サーボモータ１９の速度指令値をサーボモータ指令出力手段２９に出力する。加工中に打抜き判定手段２３より打抜き発生の情報が入力されると、サーボモータ指令演算手段２７は、直ちにスライド１３を下降から上昇へ切替える速度指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力し、電動サーボモータ１９の最大制動トルクでスライド１３を制動する。
前記サーボモータ指令出力手段２９は、例えばサーボアンプなど汎用的に用いられている装置により構成されている。そして、サーボモータ指令出力手段２９は、入力された速度指令値に基づいて、この速度指令値と速度検出手段１９ｂからの速度フィードバック信号との偏差が小さくなるように電動サーボモータ１９を制御する。
【００２６】
図５は、本発明に係わるサーボプレスのモーションカーブを示している。縦軸にスライド位置Ｚを、横軸に上限位置での加工開始時からの経過時間ｔを表している。
加工が開始されると、スライド１３は上限位置Ｚ００から高速下降速度Ｖ００で下降し、ワークに当接する手前で、かつ設定下限位置Ｚ３０より所定距離手前に設定された打抜き開始位置Ｚ１０に到達すると、スライド１３の速度は打抜き速度Ｖ１０に切替えられる。そして、スライド１３がこの打抜き開始位置Ｚ１０から打抜き速度Ｖ１０で更に下降するうちに、設定下限位置Ｚ３０の手前の打抜き位置Ｚ２０で打抜きが行なわれる。なお、前記設定下限位置Ｚ３０は、スライド１３の下限位置として、予測される打抜き位置よりも下方に初期設定されている。
【００２７】
打抜きが行なわれると、この打抜き位置Ｚ２０でスライド１３の速度は直ちに下降から上昇に切替えられる。そして、スライド１３は、打抜き位置Ｚ２０から打抜き開始位置Ｚ１０と略同じ位置にある上昇速度切替え位置Ｚ４０まで低速上昇速度Ｖ２０で上昇し、更にこの位置から上限位置Ｚ００まで高速上昇速度Ｖ９９で上昇して、加工のサイクルは終了する。なお、低速上昇速度Ｖ２０から高速上昇速度Ｖ９９へ切替える上昇速度切替え位置Ｚ４０は、ここでは打抜き開始位置Ｚ１０と略同位置としているが、スライド１３がワークから離間する位置であればよく、本発明において限定するものではない。
【００２８】
図６は、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法についてフローチャートにより示している。
打抜き加工を開始する前に、まずステップＳ１で、加工条件を初期設定する。この加工条件は、スライド１３の速度条件として高速下降速度Ｖ００、打抜き速度Ｖ１０、低速上昇速度Ｖ２０及び高速上昇速度Ｖ９９が、また、スライド４の位置条件として上限位置Ｚ００、打抜き開始位置Ｚ１０、設定下限位置Ｚ３０及び上昇速度切替え位置Ｚ４０が設定される。これらの加工条件は過去の類似ワークの経験データ等により設定されるが、設定下限位置Ｚ３０は、スライド１３がこの設定下限位置Ｚ３０に到達する前にワークの打抜きが必ず行なわれるように設定される。これら初期設定された加工条件はモーション設定手段９より入力されて制御装置２０のモーション記憶手段２６に記憶され、また、基準圧力減少率Ｐｂｃは打抜き判定手段２３に記憶される。
【００２９】
次のステップＳ２で、スライド１３は上限位置Ｚ００から高速下降速度Ｖ００で高速下降して打抜き開始位置Ｚ１０に到達する。ステップＳ３では、スライド１３は、打抜き開始位置Ｚ１０から低速の所定の打抜き速度Ｖ１０で、ワークを加圧しながら低速下降する。
そして、ステップＳ４で、低速下降中に打抜き判定手段２３が打抜きを判断した場合には、次のステップＳ５が実行され、打抜きを判断しなかった場合にはステップＳ３に戻りスライド１３はさらに低速下降を継続する。この打抜きは、加工中に演算される実圧力減少率Ｐｃが、予め記憶されている基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに、打抜き判定手段２３により判断される。スライド１３の下限位置は設定下限位置Ｚ３０として前記初期条件のごとく設定されているので、打抜きは必ずこの設定下限位置Ｚ３０よりも上方で行なわれる。
【００３０】
ステップＳ５においては、打抜き判定手段２３からの打抜き発生の情報に基づいて、サーボモータ指令演算手段２７は直ちに上昇の速度指令を出力し、これにより電動サーボモータ１９の最大制動トルクでスライド１３が制動されて停止後上昇へ切替えられる。そして、ステップＳ６で、スライド１３は打抜き位置Ｚ２０から上昇速度切替え位置Ｚ４０まで低速上昇速度Ｖ２０で上昇し、次に高速上昇速度Ｖ９９に切替えられて上限位置Ｚ００まで上昇する。なお、このとき、スライド１３を高速上昇速度Ｖ９９で一気に上昇させてもよい。これによって、加工サイクルタイムを短縮することができる。
【００３１】
このように、打抜きが判断されると、直ちに電動サーボモータ１９に上昇方向の速度指令が出力され、スライド１３は電動サーボモータ１９の最大制動トルク（逆転トルク）で制動されるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を精度良く打抜き発生位置に近づけることができる。したがって、打抜き時のスライド１３の突っ込み量が少なくなり、すなわちブレークスルーを抑制することができるので金型及びプレス機械への衝撃が低減される。また、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるのでスライド１３の振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、実圧力減少率Ｐｃが打抜き間近の所定値に達すると、スライド１３の下降速度を、予め設定された打抜き速度Ｖ１０よりも低速の位置決め速度に切換えるようにしてもよい。ここで、打抜き間近と判断するのは、例えば、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃの所定の割合になったとき（少なくとも１００％未満）、あるいは、実圧力減少率Ｐｃが負から正の値に変わったときなどとしてもよい。これによって、フレ−ム１０に蓄積される加圧エネルギーは小さくなるので、すなわちブレークスルー時に放出される加圧エネルギーは小さくなるので突っ込み量及び振動はさらに小さくなる。よって、金型及びプレス機械への衝撃がさらに低減される。さらに、スライド１３は低速の位置決め速度から上昇するので、プレス機械のバックラッシュによる遊びがさらに短時間で解消されスライド１３の振動がもっと早く減衰する。したがって、つぎのような効果をさらに増大することができる。すなわち、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、早い振動の減衰によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本発明においては、加圧力信号検出手段１９ａを電流検出センサや歪みゲージセンサなどに限定するものではない。
しかしながら、電流検出センサを用いると、スライド１３を駆動している電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出し、この駆動電流値より算出されるモータ出力トルクから加減速トルクや定速トルクを差し引いた実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を求めることができる。よって、加圧力を簡単な構成の電流検出センサにより精度よく求めることができると共に、このセンサを用いて電動サーボモータ１９を制御するためのシステム構成を簡単に形成することができる。したがって、実圧力減少率Ｐｃから打抜き位置を精度良く求めることができ、また低速の位置決め速度で打抜きを行なう場合には、この速度への切替え位置から打抜き位置までの距離のばらつきを小さくできるので、突っ込み量や振動のレベルのばらつきを小さくできる。また、簡単な構成の制御装置を安価に製作することができる。さらに、駆動電流値を検出して打抜き発生の判断を行うので、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化の影響に左右されずに、精度良く打ち抜きの位置を検出できる。よって、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化がある場合でも、打抜き時のスライド１３の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減により作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、歪みゲージセンサを用いると、プレス機械のフレーム１０のブレークスルー時の歪み量の大きさを計測し、この歪み量の急激な減少を検出して打抜き発生の判断を行うので、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化の影響に左右されずに、精度良く打ち抜きの時点を検出できる。よって、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化がある場合でも、打抜き時のスライド１３の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるサーボプレスの要部側面図である。
【図２】同サーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置のハード構成及び制御の概要を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わるスライドのモ−ションカーブと加圧力カーブの一例である。
【図４】本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明に係わるスライドのモ−ションカーブである。
【図６】本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法を示すフローチャートである。
【図７】従来技術に係わるスライドのモ−ションカーブの例である。
【符号の説明】
１…サーボプレス、９…モーション設定手段、１０…フレーム、１１…ベッド、１２…ボルスタ、１３…スライド、１４…補助フレーム、１５…ピン、１６…スライド位置検出手段、１６ａ…センサロッド、１６ｂ…検出ヘッド、１７…動力変換装置、１８…回転伝達部材、１９…電動サーボモータ、１９ａ…加圧力検出手段、１９ｂ…速度検出手段、２０…サーボ制御装置、２１…加圧力演算手段、２２…圧力減少率演算手段、２３…打抜き判定手段、２６…モーション記憶手段、２７…サーボモータ指令演算手段、２９…サーボモータ指令出力手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スライドが電動サーボモータにより直線駆動されるサーボプレスにおいてブレークスルー時の振動や騒音を抑制するサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス加工においては、ワークに大きな加圧力が加えられ塑性変形や破断が行なわれるので、加工時には大きな騒音や振動が発生することが多い。この騒音や振動は、作業環境を悪化させたり、プレス機械の寿命を低下させるので、騒音や振動を低減する色々な方法が提案されている。
例えば、特開平３−３３４３９号公報では、サーボモータによりスライドを直線駆動して被加工物（本発明ではワークと記す）を加工するサーボプレスにおいて、図７に示すようなモーションカーブによって騒音を減少させる技術が開示されている。この技術によると、スライドに取付けられた工具が上限位置Ｕから被加工物に接近する接近工程において高速の所定の接近速度で移動し、加工工程に移行する加工開始位置Ｓからは前記接近速度よりも低速の所定の加工速度に切替えられて被加工物を加工するように、スライドモーションを制御している。このような制御により、工具が被加工物を高速の接近速度で打撃する前にスライドを低速の加工速度に切替えることによって、ワーク打撃時に発生する打撃音（騒音）を抑制するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、打抜き加工においては、打抜き時にワークが破断した瞬間にスライドが下降して突っ込む、いわゆるブレークスルーによって振動及び衝撃が発生し、これに伴って発生する騒音は上述したようなワーク打撃音よりも大きなレベルとなる場合が多く見られる。この振動及び衝撃は、スライドに取付けられた金型がワークを加圧下降するときに、スライドを支持するフレームがワークの反力によって上方へ伸びて加圧エネルギーを蓄積し、そして、ワークが破断（打抜き）した瞬間に、この蓄積された加圧エネルギーが放出されてフレ−ムの伸びが開放されるために発生するものである。このとき、開放されたフレ−ムと共にスライドが急速に下方に突っ込み、上下方向に振動を繰り返す。
この結果、スライドとボルスタとにそれぞれ取付けられた上型と下型、あるいはパンチとダイが衝撃を受けたり振動したりして、金型が損傷したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命が低下したりする。また、同時に、大きな騒音や地盤振動などの作業環境の悪化をもたらすといった問題も生じている。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ブレークスルー時の突っ込み量及び振動を抑制し、金型やプレス機械の寿命向上あるいは騒音や地盤振動の低減などの作業環境の改善を図ることができるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動されてワークを打抜き加工するスライド１３と、このスライド１３を駆動する電動サーボモータ１９と、この電動サーボモータ１９の駆動電流値を制御してスライド１３を加圧下降又は上昇へ切替えるサーボモータ指令出力手段２９とを備えたサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置において、
前記スライド１３の加圧力を検出し、加圧力信号を出力する加圧力検出手段１９ａと、
この加圧力信号に基づいてスライド１３の加圧力を演算する加圧力演算手段２１と、
この加圧力演算手段２１によって演算された加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算する圧力減少率演算手段２２と、
予め、ワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率Ｐｂｃとして記憶しておき、この記憶された基準圧力減少率Ｐｂｃと加工中に圧力減少率演算手段２２によって演算された実圧力減少率Ｐｃとを比較し、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに打抜きと判断して、打抜き発生の情報を出力する打抜き判定手段２３と、
この打抜き判定手段２３により出力された打抜き発生の情報に基づいて、スライド１３を直ちに上昇させる速度指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力し、電動サーボモータ１９の最大制動トルクでスライド１３を制動するサーボモータ指令演算手段２７とを備えた構成としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によると、加工中に演算されたスライド１３の加圧力に基づいて、この加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算する。一方、予めワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率Ｐｂｃとして求めておく。そして、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに打抜きと判断する。この打抜き判断と同時に打抜き発生の情報が出力され、この情報に基づいてスライド１３の速度は直ちに下降から上昇へ切替えられる。このとき、電動サーボモータ１９に最大制動トルクがかかるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を打抜き発生時の位置に近づけることができる。したがって、ブレークスルー時の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動が低減されるので作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置において、
前記サーボモータ指令演算手段２７は、加工中に前記圧力減少率演算手段２２により演算された実圧力減少率Ｐｃが打抜き間近の所定値に達したときに、前記スライド１３の加圧下降時の下降速度よりも低速の所定の速度に切替える速度指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力する構成としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、実圧力減少率Ｐｃが打抜き間近の所定値に達すると、スライド１３の加圧下降時の下降速度を、予め設定された低速の速度に切換える。これによって、ブレークスルー時にスライド１３を支持するフレ−ム１０に蓄積される加圧エネルギーは少なくなるので、突っ込み量及び振動のレベルが小さくなる。したがって、請求項１に記載の発明の効果がさらに増大される。すなわち、金型の損傷をなくしたり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命をさらに向上させたりすることができる。また、騒音や地盤振動がさらに低減して作業環境がより改善され、作業性をさらに向上させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記加圧力検出手段１９ａが、電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出する電流検出センサである請求項１又は２記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の構成としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、スライド１３を駆動している電動サーボモータ１９の駆動電流値を電流検出センサにより検出しており、この駆動電流値より算出されるモータ出力トルクから加減速トルクや定速トルクを差し引いた実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を求めることができる。よって、加圧力を簡単な構成の電流検出センサにより精度よく求めることができると共に、このセンサを用いて電動サーボモータ１９を制御するためのシステム構成を簡単に形成することができる。したがって、実圧力減少率Ｐｃから打抜き位置を精度良く求めることができ、また低速の位置決め速度で打抜きを行なう場合には、この速度への切替え位置から打抜き位置までの距離のばらつきを小さくできるので、突っ込み量や振動のレベルのばらつきを小さくできる。また、簡単な構成の制御装置を安価に製作することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記加圧力検出手段１９ａが、前記スライド１３を上下動自在に支持するフレ−ム１０に付設され、かつ加圧力を歪みとして検出する歪みゲージセンサである請求項１又は２記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の構成としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、プレス機械のスライド１３を支持するフレーム１０のブレークスルー時の歪み量の大きさを計測し、この歪み量の急激な減少を検出して打抜きの判断を行うので、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化の影響に左右されずに、精度良く打ち抜きの時点を検出できる。よって、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化がある場合でも、打抜き時のスライド１３の突っ込み量を確実に減少させることができるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。よって、請求項１又は２記載の発明の効果と同等か、あるいはそれ以上に、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、電動サーボモータ１９によりスライド１３を上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動すると共に、加圧下降又は上昇へ切替えてワークを打抜き加工するサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法において、
予めワークに固有の打抜き時のスライド１３の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率Ｐｂｃとして求めておき、加工中に演算される加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算し、この実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに打抜きと判断し、この打抜き発生のとき電動サーボモータ１９を最大制動トルクで制動して直ちにスライド１３を下降から上昇へ切替える方法としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明によると、加工中に演算される実圧力減少率Ｐｃが予め求められている基準圧力減少率Ｐｂｃを越えるとワークの破断が判断される。この破断の判断に基づいて、スライド１３は直ちに下降から上昇へ切替えられる。このとき、スライド１３には電動サーボモータ１９により最大制動トルクで制動がかかるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を打抜き発生位置に近づけることができる。したがって、ブレークスルー時の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置及びその制御方法を詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるサーボプレスの要部側面図を示している。
サーボプレス１には側面視して略Ｃ字形状のフレーム１０が設けられており、フレーム１０の下部にはベッド１１が取付けられている。このベッド１１の上部にはボルスタ１２が略水平に配設されており、ボルスタ１２の上面には下型（図示せず）が取着されている。
前記フレーム１０の前記Ｃ字形状の開口部近傍には、この開口部と類似形状をした補助フレーム１４が装着されている。この補助フレーム１４は、上下方向に変位自在となるように、その下側がピン１５によりフレーム１０の側面に取付けられている。
【００１６】
また、フレーム１０の上部には、このサーボプレス１の動力源である電動サーボモータ１９、及び動力変換装置１７が装着されている。この動力変換装置１７は、ボールスクリューなどにより電動サーボモータ１９の回転力を往復運動に変換している。電動サーボモータ１９には、例えばパルスジェネレータなどのような、回転速度を検出する速度検出手段１９ｂが設けられている。この電動サーボモータ１９と前記動力変換装置１７とは、例えばベルトのような回転伝達部材１８によって回転自在に連結されている。
なお、この回転伝達部材１８はチェーンや歯車でもよいし、また回転伝達部材１８を使用せずに電動サーボモータ１９と動力変換装置１７とのそれぞれの軸を直接結合してもよい。また、電動サーボモータ１９は交流モータ、直流モータのいずれでもよい。動力変換装置１７についても、ウォームギヤとウォームホイール、あるいはピニオンとラックとにより回転運動を往復運動に変換してもよく、ここではその手段について限定するものではない。
【００１７】
前記動力変換装置１７の下端には、前記ボルスタ１２に対向する位置で上下動自在なスライド１３が装着されており、スライド１３には上型（図示せず）が取付けられている。
前記スライド１３の後部側と前記補助フレーム１４の上端側の間には、リニアセンサなどから構成されるスライド位置検出手段１６が設けられている。このスライド位置検出手段１６は、軸方向がスライド１３の上下動方向と平行になるようにスライド１３の後部に取付けられたセンサロッド１６ａと、このセンサロッド１６ａが挿入され、かつ、補助フレーム１４に取付けられた検出ヘッド１６ｂとから構成されている。スライド１３の上下動に伴って、このセンサロッド１６ａが、固定されている検出ヘッド１６ｂに対して上下動することによって、検出ヘッド１６ｂの内部に組込まれたセンサにより、スライド１３の位置がボルスタ１２の上面からの高さとして検出される。
【００１８】
図２は、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置のハード構成及び制御の概要を示すブロック図である。
打抜き加工に当たって、作業者は、予め加工条件としてスライド１３の高速下降速度、打抜き速度、この速度の切替え位置、上限位置及び下限位置などの加工条件をモーション設定手段９により初期設定し、後述のサーボ制御装置２０に入力する。このモーション設定手段９は、例えばキーボードやタッチパネルあるいは設定スイッチ等からなっている。
【００１９】
前記モーション設定手段９から入力された加工条件はサーボ制御装置２０に入力されて記憶され、この加工条件に基づくモーションカーブに沿ってスライド１３の作動の制御、すなわちモーション制御が行なわれる。このサーボ制御装置２０は、汎用的なコンピュータなどから構成されており、加工条件の入力、記憶、演算処理、出力及び表示などの機能を有している。
このサーボ制御装置２０は、予め初期設定された加工条件と、スライド位置検出手段１６により検出したスライド１３の位置と、ワークの打抜きを判断した情報とに基づいて、電動サーボモータ１９を制御する速度指令値をサーボモータ指令出力手段２９に出力し、スライド１３を前記設定されたモーションカーブに沿って制御する。
サーボモータ指令出力手段２９は、この速度指令値に基づいて電動サーボモータ１９の駆動電流値を制御する。また、サーボモータ指令出力手段２９には、例えばシャント抵抗等により電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出する電流検出センサからなる加圧力検出手段１９ａが付設されており、この検出された駆動電流値はサーボ制御装置２０に入力されている。
【００２０】
図３は、本発明に係わる打抜き加工におけるモーションカーブ及び加圧力カーブの一例を示しており、打抜きの判定方法に関して同図に基づいて説明する。
図３（Ａ）は、モーションカーブを表し、縦軸にスライド位置Ｚを、横軸にスライド１３の下降開始からの経過時間ｔを表す座標からなっている。また、図３（Ｂ）は、スライド１３の加圧力カーブを示しており、縦軸にスライド１３の加圧力Ｐを、横軸にはモーションカーブと同様にスライド１３の下降開始からの経過時間ｔを表している。そして、前記スライド位置Ｚと加圧力Ｐとは、同一の経過時間ｔにおいてそれぞれ対応関係にある。
スライド１３は、上限位置Ｚａより高速下降し、ワークに当接する手前で、かつ下限位置Ｚｂより所定距離手前の速度切替え位置Ｚｃに達すると、低速の打抜き速度に切替えられて更に低速下降する。このとき、加圧力Ｐが経過時間ｔと共に上昇し最大加圧力Ｐｍに達すると、ワークは塑性変形を開始する。そして、スライド１３が更にワークを加圧すると、ワークは塑性変形に追従できずに破断され加圧力Ｐは急減する。この結果、ワークの打抜きが行なわれ、この急減する加圧力Ｐにより打抜きを判断する。
【００２１】
ここで、この打抜きが行なわれた点を打抜き点Ｂｐ、この打抜き点Ｂｐにおける加圧力を打抜き加圧力Ｐｂ、また、このときの加圧力Ｐの時間的変化を加圧力Ｐが減少する方向を正の値とする基準圧力減少率Ｐｂｃと定義する。この基準圧力減少率Ｐｂｃは、ワーク固有の値として経験値などにより求められる。すなわち、打抜き加圧力Ｐｂは複数の試し加工等により求められ、基準圧力減少率Ｐｂｃは、この求められた打抜き加圧力Ｐｂのばらつきを考慮して、打抜き発生の判断が可能となる所定の大きさの基準値に設定される。
一方、加工中に求められる加圧力Ｐの時間的変化を加圧力Ｐが減少する方向を正の値とする実圧力減少率Ｐｃと定義すると、この実圧力減少率Ｐｃは、数式「Ｐｃ＝ΔＰ／Δｔ」により演算される。そして、この加工中の実圧力減少率Ｐｃが予め設定されている前記基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに、すなわち、基準圧力減少率Ｐｂｃを越えて加圧力Ｐが減少した時に、このワークの打抜きが行なわれたと判断する。
【００２２】
図４は、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の機能ブロック図を示している。
加圧力演算手段２１は、電流検出センサからなる加圧力検出手段１９ａにより検出された駆動電流値に基づいて、電動サーボモータ１９の出力トルクを演算する。そして、この加圧力演算手段２１は、演算された出力トルクを変換してスライド１３の加圧力を求める。このように、電動サーボモータ１９の駆動電流値に基づいて加圧力を求めるには、例えば、以下のような方法で行なう。
予め、加速又は減速トルクを算出するための負荷イナーシャ定数、定速維持するトルクを算出するための速度抵抗トルク比例定数、摩擦トルク定数、及び駆動電流と出力トルクとの関係を表すトルク定数等の各定数データを記憶しておく。そして、加速時又は減速時には、必要な加速度値又は減速度値と上記各定数データに基づいて必要な駆動電流値を求め、電流検出センサで検出した駆動電流値から前記求めた必要な駆動電流値を差引いて、加減速時の実作業トルクを算出する。
【００２３】
定速時も同様にして、このとき維持すべき速度値と上記各定数データに基づいて必要な駆動電流値を求め、検出した駆動電流値から前記求めた必要な駆動電流値を差引いて、定速時の実作業トルクを算出する。そして、このようにして求められた電動サーボモータ１９の実作業トルクと、スライド１３の加圧力との関係を予め求めて加圧力演算手段２１に記憶しておく。この加圧力演算手段２１は、打抜き時に検出された駆動電流値に基づいて実作業トルクを求め、この実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を演算する。
なお、加圧力検出手段１９ａは電流検出センサに限定するものではなく、例えば動力変換装置１７の近傍に取付けられた歪みゲージセンサなどによりフレーム１０の歪みを検出し、この歪みに基づいてスライド１３の加圧力を算出してもよいし、さらに他の手段を用いてもよい。
【００２４】
圧力減少率演算手段２２は、前記加圧力演算手段２１により演算された加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算し打抜き判定手段２３に出力する。この打抜き判定手段２３は、この実圧力減少率Ｐｃに基づいて、打抜き加工時のワークの打抜きを判断する。すなわち、この打抜き判定手段２３は、ワーク毎に固有の打抜き時の基準圧力減少率Ｐｂｃを予め求めて記憶しておき、加工中に前記実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃを越えると打抜きが行なわれたと判断する。そして、打抜き判定手段２３は、前記打抜きと判断した時に打抜き発生の情報をサーボモータ指令演算手段２７に伝達する。
【００２５】
モーション記憶手段２６は、予め所定のモーションカーブに基づいてモーション設定手段９により初期設定された加工条件などを記憶しておく。この加工条件は、スライド１３の高速下降速度及び打抜き速度などの速度条件、あるいは、この速度の切替え位置、上限位置及び下限位置などの位置条件からなっている。
サーボモータ指令演算手段２７は、前記モーション記憶手段２６に記憶されている加工条件及びスライド位置検出器１６からのスライド位置に基づいて、スライド１３が所定のモーションカーブに沿って駆動されるように電動サーボモータ１９の速度指令値をサーボモータ指令出力手段２９に出力する。加工中に打抜き判定手段２３より打抜き発生の情報が入力されると、サーボモータ指令演算手段２７は、直ちにスライド１３を下降から上昇へ切替える速度指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力し、電動サーボモータ１９の最大制動トルクでスライド１３を制動する。
前記サーボモータ指令出力手段２９は、例えばサーボアンプなど汎用的に用いられている装置により構成されている。そして、サーボモータ指令出力手段２９は、入力された速度指令値に基づいて、この速度指令値と速度検出手段１９ｂからの速度フィードバック信号との偏差が小さくなるように電動サーボモータ１９を制御する。
【００２６】
図５は、本発明に係わるサーボプレスのモーションカーブを示している。縦軸にスライド位置Ｚを、横軸に上限位置での加工開始時からの経過時間ｔを表している。
加工が開始されると、スライド１３は上限位置Ｚ００から高速下降速度Ｖ００で下降し、ワークに当接する手前で、かつ設定下限位置Ｚ３０より所定距離手前に設定された打抜き開始位置Ｚ１０に到達すると、スライド１３の速度は打抜き速度Ｖ１０に切替えられる。そして、スライド１３がこの打抜き開始位置Ｚ１０から打抜き速度Ｖ１０で更に下降するうちに、設定下限位置Ｚ３０の手前の打抜き位置Ｚ２０で打抜きが行なわれる。なお、前記設定下限位置Ｚ３０は、スライド１３の下限位置として、予測される打抜き位置よりも下方に初期設定されている。
【００２７】
打抜きが行なわれると、この打抜き位置Ｚ２０でスライド１３の速度は直ちに下降から上昇に切替えられる。そして、スライド１３は、打抜き位置Ｚ２０から打抜き開始位置Ｚ１０と略同じ位置にある上昇速度切替え位置Ｚ４０まで低速上昇速度Ｖ２０で上昇し、更にこの位置から上限位置Ｚ００まで高速上昇速度Ｖ９９で上昇して、加工のサイクルは終了する。なお、低速上昇速度Ｖ２０から高速上昇速度Ｖ９９へ切替える上昇速度切替え位置Ｚ４０は、ここでは打抜き開始位置Ｚ１０と略同位置としているが、スライド１３がワークから離間する位置であればよく、本発明において限定するものではない。
【００２８】
図６は、本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法についてフローチャートにより示している。
打抜き加工を開始する前に、まずステップＳ１で、加工条件を初期設定する。この加工条件は、スライド１３の速度条件として高速下降速度Ｖ００、打抜き速度Ｖ１０、低速上昇速度Ｖ２０及び高速上昇速度Ｖ９９が、また、スライド４の位置条件として上限位置Ｚ００、打抜き開始位置Ｚ１０、設定下限位置Ｚ３０及び上昇速度切替え位置Ｚ４０が設定される。これらの加工条件は過去の類似ワークの経験データ等により設定されるが、設定下限位置Ｚ３０は、スライド１３がこの設定下限位置Ｚ３０に到達する前にワークの打抜きが必ず行なわれるように設定される。これら初期設定された加工条件はモーション設定手段９より入力されて制御装置２０のモーション記憶手段２６に記憶され、また、基準圧力減少率Ｐｂｃは打抜き判定手段２３に記憶される。
【００２９】
次のステップＳ２で、スライド１３は上限位置Ｚ００から高速下降速度Ｖ００で高速下降して打抜き開始位置Ｚ１０に到達する。ステップＳ３では、スライド１３は、打抜き開始位置Ｚ１０から低速の所定の打抜き速度Ｖ１０で、ワークを加圧しながら低速下降する。
そして、ステップＳ４で、低速下降中に打抜き判定手段２３が打抜きを判断した場合には、次のステップＳ５が実行され、打抜きを判断しなかった場合にはステップＳ３に戻りスライド１３はさらに低速下降を継続する。この打抜きは、加工中に演算される実圧力減少率Ｐｃが、予め記憶されている基準圧力減少率Ｐｂｃを越えたときに、打抜き判定手段２３により判断される。スライド１３の下限位置は設定下限位置Ｚ３０として前記初期条件のごとく設定されているので、打抜きは必ずこの設定下限位置Ｚ３０よりも上方で行なわれる。
【００３０】
ステップＳ５においては、打抜き判定手段２３からの打抜き発生の情報に基づいて、サーボモータ指令演算手段２７は直ちに上昇の速度指令を出力し、これにより電動サーボモータ１９の最大制動トルクでスライド１３が制動されて停止後上昇へ切替えられる。そして、ステップＳ６で、スライド１３は打抜き位置Ｚ２０から上昇速度切替え位置Ｚ４０まで低速上昇速度Ｖ２０で上昇し、次に高速上昇速度Ｖ９９に切替えられて上限位置Ｚ００まで上昇する。なお、このとき、スライド１３を高速上昇速度Ｖ９９で一気に上昇させてもよい。これによって、加工サイクルタイムを短縮することができる。
【００３１】
このように、打抜きが判断されると、直ちに電動サーボモータ１９に上昇方向の速度指令が出力され、スライド１３は電動サーボモータ１９の最大制動トルク（逆転トルク）で制動されるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を精度良く打抜き発生位置に近づけることができる。したがって、打抜き時のスライド１３の突っ込み量が少なくなり、すなわちブレークスルーを抑制することができるので金型及びプレス機械への衝撃が低減される。また、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるのでスライド１３の振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００３２】
なお、実圧力減少率Ｐｃが打抜き間近の所定値に達すると、スライド１３の下降速度を、予め設定された打抜き速度Ｖ１０よりも低速の位置決め速度に切換えるようにしてもよい。ここで、打抜き間近と判断するのは、例えば、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃの所定の割合になったとき（少なくとも１００％未満）、あるいは、実圧力減少率Ｐｃが負から正の値に変わったときなどとしてもよい。これによって、フレ−ム１０に蓄積される加圧エネルギーは小さくなるので、すなわちブレークスルー時に放出される加圧エネルギーは小さくなるので突っ込み量及び振動はさらに小さくなる。よって、金型及びプレス機械への衝撃がさらに低減される。さらに、スライド１３は低速の位置決め速度から上昇するので、プレス機械のバックラッシュによる遊びがさらに短時間で解消されスライド１３の振動がもっと早く減衰する。したがって、つぎのような効果をさらに増大することができる。すなわち、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、早い振動の減衰によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００３３】
また、本発明においては、加圧力信号検出手段１９ａを電流検出センサや歪みゲージセンサなどに限定するものではない。
しかしながら、電流検出センサを用いると、スライド１３を駆動している電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出し、この駆動電流値より算出されるモータ出力トルクから加減速トルクや定速トルクを差し引いた実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を求めることができる。よって、加圧力を簡単な構成の電流検出センサにより精度よく求めることができると共に、このセンサを用いて電動サーボモータ１９を制御するためのシステム構成を簡単に形成することができる。したがって、実圧力減少率Ｐｃから打抜き位置を精度良く求めることができ、また低速の位置決め速度で打抜きを行なう場合には、この速度への切替え位置から打抜き位置までの距離のばらつきを小さくできるので、突っ込み量や振動のレベルのばらつきを小さくできる。また、簡単な構成の制御装置を安価に製作することができる。さらに、駆動電流値を検出して打抜き発生の判断を行うので、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化の影響に左右されずに、精度良く打ち抜きの位置を検出できる。よって、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化がある場合でも、打抜き時のスライド１３の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減により作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、歪みゲージセンサを用いると、プレス機械のフレーム１０のブレークスルー時の歪み量の大きさを計測し、この歪み量の急激な減少を検出して打抜き発生の判断を行うので、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化の影響に左右されずに、精度良く打ち抜きの時点を検出できる。よって、板厚のばらつきやダイハイトの温度変化がある場合でも、打抜き時のスライド１３の突っ込み量が少なくなるので金型及びプレス機械への衝撃が低減されると共に、プレス機械のバックラッシュによる遊びが短時間で解消されるので振動が早く減衰する。この結果、金型の損傷を防止したり、あるいは、金型及びプレス機械の寿命向上を図ることができる。また、騒音や地盤振動の低減によって作業環境が改善され、作業性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるサーボプレスの要部側面図である。
【図２】同サーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置のハード構成及び制御の概要を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わるスライドのモ−ションカーブと加圧力カーブの一例である。
【図４】本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明に係わるスライドのモ−ションカーブである。
【図６】本発明に係わるサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法を示すフローチャートである。
【図７】従来技術に係わるスライドのモ−ションカーブの例である。
【符号の説明】
１…サーボプレス、９…モーション設定手段、１０…フレーム、１１…ベッド、１２…ボルスタ、１３…スライド、１４…補助フレーム、１５…ピン、１６…スライド位置検出手段、１６ａ…センサロッド、１６ｂ…検出ヘッド、１７…動力変換装置、１８…回転伝達部材、１９…電動サーボモータ、１９ａ…加圧力検出手段、１９ｂ…速度検出手段、２０…サーボ制御装置、２１…加圧力演算手段、２２…圧力減少率演算手段、２３…打抜き判定手段、２６…モーション記憶手段、２７…サーボモータ指令演算手段、２９…サーボモータ指令出力手段。
Claims (5)
- 上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動されてワークを打抜き加工するスライド(13)と、このスライド(13)を駆動する電動サーボモータ(19)と、この電動サーボモータ(19)の駆動電流値を制御してスライド(13)を加圧下降又は上昇へ切替えるサーボモータ指令出力手段(29)とを備えたサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置において、
前記スライド(13)の加圧力を検出し、加圧力信号を出力する加圧力検出手段(19a) と、
この加圧力信号に基づいてスライド(13)の加圧力を演算する加圧力演算手段(21)と、
この加圧力演算手段(21)によって演算された加圧力の時間的変化を実圧力減少率(Pc)として演算する圧力減少率演算手段(22)と、
予め、ワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率(Pbc) として記憶しておき、この記憶された基準圧力減少率(Pbc) と加工中に圧力減少率演算手段(22)によって演算された実圧力減少率(Pc)とを比較し、実圧力減少率(Pc)が基準圧力減少率(Pbc) を越えたときに打抜きと判断して、打抜き発生の情報を出力する打抜き判定手段(23)と、
この打抜き判定手段(23)により出力された打抜き発生の情報に基づいて、スライド(13)を直ちに上昇させる速度指令をサーボモータ指令出力手段(29)に出力し、電動サーボモータ(19)の最大制動トルクでスライド(13)を制動するサーボモータ指令演算手段(27)とを備えたことを特徴とするサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置。 - 請求項１記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置において、
前記サーボモータ指令演算手段(27)は、加工中に前記圧力減少率演算手段(22)により演算された実圧力減少率(Pc)が打抜き間近の所定値に達したときに、前記スライド(13)の加圧下降時の下降速度よりも低速の所定の速度に切替える速度指令をサーボモータ指令出力手段(29)に出力することを特徴とするサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置。 - 前記加圧力検出手段(19a) が、電動サーボモータ(19)の駆動電流値を検出する電流検出センサであることを特徴とする請求項１又は２記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置。
- 前記加圧力検出手段(19a) が、前記スライド(13)を上下動自在に支持するフレ−ム(10)に付設され、かつ加圧力を歪みとして検出する歪みゲージセンサであることを特徴とする請求項１又は２記載のサーボプレスのブレークスルーの抑制制御装置。
- 電動サーボモータ(19)によりスライド(13)を上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動すると共に、加圧下降又は上昇へ切替えてワークを打抜き加工するサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法において、
予めワークに固有の打抜き時のスライド(13)の加圧力の時間的変化を基準圧力減少率(Pbc) として求めておき、加工中に演算される加圧力の時間的変化を実圧力減少率(Pc)として演算し、この実圧力減少率(Pc)が基準圧力減少率(Pbc) を越えたときに打抜きと判断し、この打抜き発生のとき直ちにスライド(13)の速度を下降から上昇へ切替え、電動サーボモータ(19)の最大制動トルクでスライド(13)を制動することを特徴とするサーボプレスのブレークスルーの抑制制御方法。
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