JP3818788B2

JP3818788B2 - プレス機のスライド制御装置

Info

Publication number: JP3818788B2
Application number: JP01111599A
Authority: JP
Inventors: 義広大年
Original assignee: Yamada Dobby Co Ltd
Current assignee: Yamada Dobby Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP2000079500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス機のスライド制御装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、プレス機において、従前からのクランクプレス、リンクプレス等機械式プレス機とはスライドの駆動機構が全く異り、リニアモータを利用してスライドを往復駆動させるリニアモータプレス機の開発が進められている。
【０００３】
本発明者らは、リニアモータプレス機の試作機を用いて各種試験を行なったところ、スライドの挙動の最適パターンに応じた指令値によりリニアモータを制御するようにした場合、特に打ち抜き加工時に、実挙動パターンにたわみやオーバーシュートが発生し、スライドの下死点位置からのオーバーシュートによって金型が破損等するおそれがあることが判明した。
【０００４】
また、プレス機にサーボモータを組み込みスライドを駆動するサーボモータプレス機が知られているが、このサーボモータプレス機においても上記リニアモータプレス機と同様の問題があることが判明した。
【０００５】
本発明は、上記の問題点にかんがみ、リニアモータプレス機及びサーボモータプレス機のスライド制御に学習制御を取り入れ、スライドの実挙動パターンを最適パターンに収束させることにより金型の破損等を防止するとともに、さらに、学習制御後に加工エラーの発生を検出し歩留の向上、金型の破損防止等を図ることを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプレス機のスライド制御装置は、スライドを往復駆動するためのモータと、前記スライドの位置を検出するための位置検出器と、前記スライドの挙動の最適パターン指令値を予め固定して記憶しておくとともに、スライド駆動開始から前記スライドの実際の挙動が最適パターンに収束するまでの所定期間の間、前記位置検出器からの実位置データと前記最適パターンの固定指令値との誤差を算出し、当該誤差を無くすために、出力すべき指令値を補正し、該補正後の指令値を出力して前記モータを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記所定期間経過後、前記実位置データと前記最適パターンの固定指令値との誤差が加工エラーに基づく許容値を超えたとき、前記モータを停止させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明によるプレス機のスライド制御装置は、スライドを往復駆動するためのモータと、前記スライドの位置を検出するための位置検出器と、前記スライドの挙動の最適パターン指令値を予め固定して記憶しておくとともに、スライド駆動開始から前記スライドの実際の挙動が最適パターンに収束するまでの所定期間の間、前記位置検出器からの実位置データと前記最適パターンの固定指令値との誤差を算出し、当該誤差を無くすために、出力すべき指令値を補正し、該補正後の指令値を出力して前記モータを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記所定期間内に補正後の指令値又は誤差を記憶することを特徴とする。
【０００９】
前記モータはリニアモータ又はサーボモータである。
【００１０】
また、前記記憶した補正後の指令値又は誤差を別のプレス機のスライド制御に利用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１はリニアモータプレス機の斜視図を示し、図２はその縦断面図を、図３はその平面図を示している。
【００１４】
図１〜図３において、１はリニアモータプレス機の本体フレームであり、本体フレーム１内底部に４個のスラスト軸受６が、さらに上部にも４個のスラスト軸受７が設けられ、そこに４本のガイドポスト３が上下動可能に支持される。４本のガイドポスト３は各々本体フレーム１内で上下動フレーム５に固定される。
【００１５】
本体フレーム１の上部にボルスタ２が固定され、本体フレーム１とボルスタ２より上方に突出した４本のガイドポスト３の先端にはスライド４が水平に固定される。本体フレーム１内には、上下動フレーム５とガイドポスト３とスライド４とを昇降駆動するために４台のリニアモータ８〜１１が配設される。通常のプレス機と同様、図示しない下型がボルスタ２上に固定され、上型はスライド４の下面に固定される。
【００１６】
４台のリニアモータ８〜１１は、各々本体フレーム１の内側において上下動フレーム５の側部に縦方向に配置され、各リニアモータ８〜１１のコイルスライド（本実施形態では固定子となる。）８ａ〜１１ａが本体フレーム１側に固定され、各リニアモータ８〜１１の磁石板（本実施形態では移動子となる。）８ｂ〜１１ｂが上下動フレーム５側に固定される。さらに、各リニアモータ８〜１１に対応して、４台のリニアスケール（位置検出器）１２〜１５がスライド４の側部のガイドポスト３の近傍に配設される。リニアスケール１２〜１５の固定子１２ａ〜１５ａはブラケットを介して本体フレーム１上部に取り付けられ、その移動子１２ｂ〜１５ｂはスライド４の側部のガイドポスト３の近傍に取り付けられる。リニアスケール１２〜１５には例えばアブソリュート式のものが使用され、絶対値の位置データが出力される。
【００１７】
このような構造のリニアモータプレス機は、リニアモータ８〜１１の往復動によって、上下動フレーム５、ガイドポスト３、及びスライド４が、制御された速度とストロークで一体となって上下動し、リニアスケール１２〜１５から出力される移動位置のデータに基づき、スライド４の移動が高精度に制御される。
【００１８】
図４はリニアモータプレス機の制御盤（制御回路）２０とそこに接続されるリニアモータ等の接続状態を示している。
【００１９】
制御回路２０は、ＣＰＵ２１を主要部にして構成され、予め固定メモリに記憶されたプログラムデータに基づき、プレス機の運転を制御する。制御回路２０には随時読み出し書き込み可能な一時メモリ２２、ディスプレー２３、各種設定値の入力用或は操作用のスイッチ類２４が設けられる。メモリ２２には、予め登録されたプレス運転パターンプログラムデータ、設定入力されたストローク長、ＳＰＭ値（毎分当りのストローク数）、ダイハイト設定値、プレス設定回数などを記憶するためのメモリ領域が設けられる。設定されたストローク長、ＳＰＭ値、ダイハイト設定値、プレス設定回数などは、設定画面を表示するディスプレー２３に表示される。
【００２０】
上記リニアスケール１２〜１５は、制御回路２０内のインターフェース回路に接続され、各々のリニアスケール１２〜１５の読み、つまりスライド４の位置検出データ（実位置データ）を制御回路２０に送る。４台のリニアモータ８〜１１には各々ドライバ１６〜１９が接続され、各ドライバ１６〜１９は制御回路２０内のインターフェース回路に接続される。運転時、リニアモータ８〜１１には例えば、推力の大きいＡＣサーボモータ（三相同期モータ）方式のものが使用され、ドライバ１６〜１９は、例えばサーボアンプを有し、制御回路２０から出力された指令値に応じてリニアモータ８〜１１を駆動する。
【００２１】
次に、上記制御回路２０において実行される本発明に係る処理を図５に示したフローチャートに基づいて説明する。
【００２２】
制御回路２０は、スライド４を駆動開始すると、リニアスケール１２〜１５から実位置データを取り込む（ステップ１０１）。
【００２３】
次に、予め固定記憶されているスライド４の挙動の最適パターンから次に出力すべき指令値を読み出し、この最適パターンの固定指令値と実位置データとの誤差を算出する（ステップ１０２）。
【００２４】
次に、スライド４の駆動開始から所定期間が経過したか否かを判断する（ステップ１０３）。ここで、所定期間は、当該学習制御の実行によりスライド４の実際の挙動が最適パターンに収束するまでの時間に設定してある。
【００２５】
スライド４の駆動開始直後にはステップ１０３の判定結果が「ＹＥＳ」となり、次に、誤差が無いか否かを判断する（ステップ１０４）。
【００２６】
誤差が有ると判定した場合、誤差を無くすように最適パターンの固定指令値に誤差分を加算して出力すべき指令値を補正し（ステップ１０５）、この補正後の指令値をドライバ１６〜１９に出力する（ステップ１０６）。例えば、図６に実線で示した打ち抜き加工時のスライド４の挙動の最適パターンに対し、スライド４の実挙動パターンが図示破線で示すようにたわみやオーバーシュートを有するものとなる場合、制御回路２０からは、図示一点鎖線で示す補正後のパターンに対応する指令値が出力される。
【００２７】
このような出力すべき指令値の補正は繰り返し行なわれ、その結果としてスライド４の挙動は最適パターンに近づいてゆく。そして、スライド４の挙動が最適パターンと一致するようになると、誤差が無くなるためステップ１０４の判定結果が「ＹＥＳ」に反転し、最適パターンの固定指令値が出力指令値として出力されるようになる（ステップ１０７）。
【００２８】
その後、スライド４の駆動開始から所定期間が経過すると、ステップ１０３の判定結果が「ＹＥＳ」に反転し、誤差が許容値を超えているかどうか判断される（ステップ１０８）。ここで、許容値は、加工エラー例えば、金型破損、カス上り、金型寿命、二度打ちなどの発生により生じる誤差に基づいて設定されている。
【００２９】
そして、誤差が許容値を超えていると判定した場合、実位置データに基づく実挙動パターンと、各エラー毎に予め固定して記憶されている各エラー毎の挙動パターンとを比較し、一致する挙動パターンに該当するエラーの種類をディスプレー２３に表示し（ステップ１０９）、リニアモータ８〜１１を駆動停止する（ステップ１１０）。
【００３０】
また、制御回路２０は、上記所定期間内における学習制御の結果、換言すると、補正後の指令値又は誤差を記憶する。この記憶された補正後の指令値又は誤差は、当該リニアモータプレス機のスライドの挙動の最適パターンと同一の最適パターンによってスライドを挙動させる別のリニアモータプレス機のスライド制御に利用することができる。この場合、特に、後述するように、リニアスケールを具備していないリニアモータプレス機（仮に、通常のリニアモータプレス機という。）のスライド制御に有効なものとなる。
【００３１】
図７は、通常のリニアモータプレス機のスライド制御装置、すなわち、図１図示のリニアスケール付きリニアモータプレス機自体からリニアスケールを取り除いて構成される通常のリニアモータプレス機のスライド制御装置、あるいは、図１図示のリニアスケール付きリニアモータプレス機と同一機種のリニアモータプレス機であってリニアスケールを有していない通常のリニアモータプレス機のスライド制御装置、の処理内容を説明するためのフローチャートを示す。
【００３２】
この通常のリニアモータプレス機のスライド制御装置は、上記リニアスケール付きリニアモータプレス機のスライド制御装置によって得られた学習結果、すなわち、所定期間内における補正後の指令値又は誤差を利用することにより、リニアスケールを設けなくてもスライドの挙動を最適パターンに一致させることができるよう制御するものである。
【００３３】
すなわち、図７に示すように、通常のリニアモータプレス機のスライド制御装置は、上述したリニアスケール付きリニアモータプレス機のスライド制御装置を用いて学習制御した結果である学習データをリニアスケール付きリニアモータプレス機のスライド制御装置のメモリから当該制御装置に取り込み（ステップ２０１）、この学習データの指令値又は誤差を当該制御装置のメモリに書き込む（ステップ２０２）。その後、当該スライドを作動させる際、メモリから指令値又は誤差を読み出し、読み出された指令値、又は、読み出された誤差から算出された指令値を出力する（ステップ２０３）。
【００３４】
図８は、従来からのリンクプレス機に代わるサーボモータプレス機の概略構成図を示す。
【００３５】
図８において、サーボモータ５１は、本体フレーム１に対し、出力軸５１ａの軸線が鉛直面上を点Ｆを揺動中心として僅かではあるが揺動し得るよう配設されている。サーボモータ５１の出力軸５１ａには、カップリング５２を介してボールねじ５３の雄ねじ部５３ａが接続されている。ボールねじ５３の雌ねじ部５３ｂには、本体フレーム１に一端がピン結合された第１レバー５４の他端がピン結合されている。また、雌ねじ部５３ｂには、各ガイドポスト３に固着された連結部材５６に一端がピン結合された第２レバー５５の他端がピン結合されている。
【００３６】
サーボモータ５１の正逆回転運動は、カップリング５２及び雄ねじ部５３ａを介して雌ねじ部５３ｂの直線往復運動に変換される。この雌ねじ部５３ｂの直線往復運動は、雌ねじ部５３ｂに第１レバー５４が接続されており、雌ねじ部５３ｂの運動に伴い第１レバー５４が点Ａを揺動中心として揺動することから、厳密には点Ａを揺動中心とする揺動運動といえる。この雌ねじ部５３ｂの揺動運動により、第２レバー５５の点Ｃは上下往復運動をし、連結部材５６及びガイドポスト３を介してスライド４が昇降する。
【００３７】
また、本体フレーム１とスライド４との間には、スライド４の上下方向の実位置を検出するための、上述したリニアスケール１２〜１５と同様な構成のリニアスケール５７が配設されている。なお、符号２はボルスタ、５８はスラスト軸受を表している。
【００３８】
このサーボモータプレス機においては、サーボモータ５１が正逆交互に回転すると、上述したように、カップリング５２、ボールねじ５３、第２レバー５５、連結部材５６及びガイドポスト３を介してスライド４が上下方向に往復動される。そして、スライド４の実位置がリニアスケール５７によって検出され、この検出信号は、図示しない制御回路に入力される。
【００３９】
図示しない制御回路においては、上述した図４図示の制御回路２０と同様な処理（図５）が実行される。すなわち、制御回路は、▲１▼スライド４の挙動の最適パターン指令値を予め固定して記憶しておくとともに、スライド駆動開始から所定期間の間、位置検出器（リニアスケール５７）からの実位置データと最適パターンの固定指令値との誤差を算出し、当該誤差を無くすために、出力すべき指令値を補正し、該補正後の指令値を出力してサーボモータ５１を制御する、▲２▼所定期間経過後、実位置データと最適パターンの固定指令値との誤差が加工エラーに基づく許容値を超えたとき、サーボモータを停止させる、▲３▼所定期間内に補正後の指令値又は誤差を記憶する。
【００４０】
また、リニアスケールを具備していないサーボモータプレス機（仮に、通常のサーボモータプレス機という。）、すなわち、図８図示のリニアスケール付きサーボモータプレス機自体からリニアスケールを取り除いて構成される通常のサーボモータプレス機のスライド制御装置、あるいは、図８図示のリニアスケール付きサーボモータプレス機と同一機種のサーボモータプレス機であってリニアスケールを有していない通常のサーボモータプレス機のスライド制御装置においては、上述したリニアモータ付きサーボモータプレス機のスライド制御装置によって得られた学習結果、すなわち、所定期間内における補正後の指令値又は誤差を利用することにより、リニアスケールを設けなくてもスライドの挙動を最適パターンに一致させることができる。なお、サーボモータプレス機は、図８に示した従来のリンクプレス機の動力源としてサーボモータを用いたものに限定されるものではなく、他に、クランク式、カム式プレス機等にも適用可能である。
【００４１】
図９は、クランク式のサーボモータプレス機の機械的構造図を示す。
【００４２】
図９において、サーボプレス機は、本体フレーム１を備える。ボルスタ２は本体フレーム１の上部に設けられる。スライド４はボルスタ２の上方に配される。複数のガイドポスト３はスライド４の下面側に延設される。複数のガイドポスト３は本体フレーム１に上下動可能に配設され、スライド４は複数のガイドポスト３と共に上下動可能である。
【００４３】
サーボモータ５１は本体フレーム１の下部側に設けられる。サーボモータ５１の出力軸５１ａは鉛直面上を回転可能とされる。サーボモータ５１は、図示しない制御回路から指令を受け正転及び逆転されるものである。
【００４４】
駆動プーリー６１はサーボモータ５１の出力軸５１ａに固着される。タイミングベルト６２は駆動プーリー６１と従動プーリー６３とに掛けられる。従動プーリー６３はクランクシャフト６４のセンター軸部６４ａに固着される。クランクシャフト６４は、本体フレーム１に配設される図示しない軸受手段によって回転可能に軸支される。クランクシャフト６４は、回転角３６０°以下の範囲で正転及び逆転されるものである。ここで、このクランクシャフト６４の回転角度範囲は、駆動プーリー６１と従動プーリー６３とのプーリー比を予め考慮して設定されたサーボモータ５１の出力軸５１ａの回転角度範囲に応じて決まる。
【００４５】
コネクティングロッド６５の一端部６５ａはクランクピン６４ｂに回転可能に連結される。コネクティングロッド６５は水平方向に配される。コネクティングロッド６５の他端部６５ｂは、水平な連結ピン６６に回転可能に連結される。第１レバー５４の一端部５４ａは連結ピン６６に回転可能に連結される。第１レバー５４の他端部５４ｂは、本体フレーム１に延設されたボルスタ側保持部材６７のボルスタピン６８に回転可能に連結される。第２レバー５５の一端部５５ａは連結ピン６６に回動可能に連結される。第２レバー５５の他端部５５ｂは、複数のガイドポスト３の下端部間に連結されたスライド側保持部材（連結部材）５６のスライドピン６９に回転可能に連結される。
【００４６】
上記のように構成されるサーボプレス機において、サーボモータ５１が正転及び逆転すると、駆動プーリー６１、タイミングベルト６２、従動プーリー６３を介してクランクシャフト６４が、予め定められた回転角３６０°以下の範囲で正転及び逆転し、クランクピン６４ｂがクランクセンター９ｃを中心として正転及び逆転することにより、コネクティングロッド６５が略水平方向かつクランクシャフト６４に対し略垂直方向に往復運動をする。このコネクティングロッド６５の往復運動により、第１レバー５４及び第２レバー５５は、ボルスタピン６８の位置を固定位置としかつ連結ピン６６を枢軸とする屈伸運動をする。また、この第１レバー５４及び第２レバー５５の屈伸運動により、スライドピン６９及びスライド側保持部材１６を介してスライド４及び複数のガイドポスト３が上下運動をする。なお、図中、実線で示した第１レバー５４及び第２レバー５５は、クランクピン６４ｂが図示実線で示した状態にあるとき、換言すると、クランクピン６４ｂが図面において右端位置にあるときの状態に対応しており、この状態のとき、スライド４は上死点位置にある。また、二点鎖線で示した第１レバー５４及び第２レバー５５は、クランクピン６４ｂが図示しない左端位置にあるときの状態に対応しており、この状態のとき、スライド４は調整可能な下死点位置にある。また、符号ｍはクランクシャフト６４の偏心量、ｎはスライド４のストローク長さを表している。
【００４７】
制御回路は、プレス機の各サイクル毎、スライド４が下死点位置にある状態からクランクシャフト６４を正転方向へ回転開始させ、スライド４が上死点位置を通過する時点ではクランクシャフト６４を継続回転させ、スライド４が下死点位置に戻った時点でクランクシャフト６４を停止させると同時にクランクシャフト６４を逆転方向へ回転開始させ、スライド４が上死点位置を通過する時点ではクランクシャフト６４を継続回転させ、スライド４が下死点位置に戻った時点でクランクシャフト６４を停止させると同時にクランクシャフト６４を正転方向へ回転開始させる。
【００４８】
図示しない制御回路は、上記のような制御中、図８に示したサーボプレス機の場合と同様、▲１▼スライド４の挙動の最適パターン指令値を予め固定して記憶しておくとともに、スライド駆動開始から所定期間の間、位置検出器（リニアスケール５７）からの実位置データと最適パターンの固定指令値との誤差を算出し、当該誤差を無くすために、出力すべき指令値を補正し、該補正後の指令値を出力してサーボモータ５１を制御する、▲２▼所定期間経過後、実位置データと最適パターンの固定指令値との誤差が加工エラーに基づく許容値を超えたとき、サーボモータを停止させる、▲３▼所定期間内に補正後の指令値又は誤差を記憶する。
【００４９】
また、リニアスケールを具備していないサーボモータプレス機（仮に、通常のサーボモータプレス機という。）、すなわち、図９図示のリニアスケール付きサーボモータプレス機自体からリニアスケールを取り除いて構成される通常のサーボモータプレス機のスライド制御装置、あるいは、図９図示のリニアスケール付きサーボモータプレス機と同一機種のサーボモータプレス機であってリニアスケールを有していない通常のサーボモータプレス機のスライド制御装置においては、上述したリニアモータ付きサーボモータプレス機のスライド制御装置によって得られた学習結果、すなわち、所定期間内における補正後の指令値又は誤差を利用することにより、リニアスケールを設けなくてもスライドの挙動を最適パターンに一致させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によると、リニアモータプレス機又はサーボモータプレス機のスライド制御に学習制御を取り入れ、スライドの実挙動パターンを最適パターンに収束させることにより金型の破損等を防止することができ、さらに、学習制御後に加工エラーの発生を検出しリニアモータ又はサーボモータを駆動停止させることにより歩留の向上、金型破損の防止等を図ることができる。
【００５１】
また、本発明によると、学習制御の結果を記憶しておくことにより、この制御結果を別の通常のリニアモータプレス機又は通常のサーボモータプレス機のスライド制御に利用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスライド制御装置が適用されるリニアモータプレス機の斜視図である。
【図２】その縦断面図である。
【図３】その平面図である。
【図４】リニアモータプレス機の電気系統のブロック図である。
【図５】制御回路の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】スライドの挙動パターン図である。
【図７】リニアスケールを具備していないリニアモータプレス機のスライド制御装置の処理内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態に係るスライド制御装置が適用されるサーボモータプレス機の概略構成図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係るスライド制御装置が適用されるサーボモータプレス機の概略構成図である。
【符号の説明】
４スライド
８〜１１リニアモータ
１２〜１５リニアスケール（位置検出器）
２０制御盤（制御回路）
５１サーボモータ
５７リニアスケール（位置検出器）

Claims

スライドを往復駆動するためのモータと、前記スライドの位置を検出するための位置検出器と、前記スライドの挙動の最適パターン指令値を予め固定して記憶しておくとともに、スライド駆動開始から前記スライドの実際の挙動が最適パターンに収束するまでの所定期間の間、前記位置検出器からの実位置データと前記最適パターンの固定指令値との誤差を算出し、当該誤差を無くすために、出力すべき指令値を補正し、該補正後の指令値を出力して前記モータを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記所定期間経過後、前記実位置データと前記最適パターンの固定指令値との誤差が加工エラーに基づく許容値を超えたとき、前記モータを停止させることを特徴とするプレス機のスライド制御装置。
スライドを往復駆動するためのモータと、前記スライドの位置を検出するための位置検出器と、前記スライドの挙動の最適パターン指令値を予め固定して記憶しておくとともに、スライド駆動開始から前記スライドの実際の挙動が最適パターンに収束するまでの所定期間の間、前記位置検出器からの実位置データと前記最適パターンの固定指令値との誤差を算出し、当該誤差を無くすために、出力すべき指令値を補正し、該補正後の指令値を出力して前記モータを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記所定期間内に補正後の指令値又は誤差を記憶することを特徴とするプレス機のスライド制御装置。
請求項１又は２において、前記モータはリニアモータであることを特徴とするプレス機のスライド制御装置。
請求項１又は２において、前記モータはサーボモータであることを特徴とするプレス機のスライド制御装置。
請求項２〜４のいずれかの請求項において、前記記憶した補正後の指令値又は誤差を別のプレス機のスライド制御に利用することを特徴とするプレス機のスライド制御装置。