JP3922941B2 - 電動サーボプレス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度なプレス加工を可能にする電動サーボプレスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、中小型プレス加工において、その高精度化、高速化の要求から、電動サーボプレスの開発が促進され、その電動サーボプレスの進歩には目覚しいものがある。通常、プレス機械は上下動自在なスライドを有していて、このスライドに取付けられた上型と、ボルスタ（又はベッド）上に設置された下型の間でプレス加工を行うように構成されているが、電動サーボプレスの場合、その目的とする高精度なプレス加工を行うには、ボルスタ上面からスライド下面までの距離である、いわゆるダイハイトの変位を特に厳密に管理する必要がある。
最近の電動サーボプレスの高精度加工要求はとみに高まっており、中には数ミクロンのスライド位置精度要求までに至っている例も見られる。
【０００３】
このダイハイト量の変位は、その主要な変位として、加工ワークへの加圧荷重によって生じる、プレスのベッド、サイドフレーム、スライド及びスライド駆動系構造物などの弾性変位があげられ、また別の主要な変位として、環境温度変化、あるいは、加工時の駆動モータ発熱又はプレス駆動各部位における摩擦熱などにより発生する、プレスのベッド、サイドフレーム、スライド及びスライド駆動系構造物などの熱変位が上げられる。
【０００４】
ダイハイトを精度良く管理維持することが、精度の高いプレス加工製品を得るための最も重要な事項の一つであるが、従来、ダイハイト量の変位の主要な要因である上記前者のプレス各部位の弾性変位の対応として、プレスに弾性変位が生じても加工精度が影響されないような種々の方法や装置が提案されている。
例えば、実公平３−４１９１６号公報では、両サイドフレームに接近して設けた左右支持フレームに、ラムガイドの前後方向の撓みを検出するセンサを設け、これらセンサが検出した検出値に基づいて上記ラムガイドを前後に調節することにより精度の良いプレス加工が行えるようにした、プレス加工機のラムガイド調整装置が提案されている。
【０００５】
また一方、前述の後者の主要なダイハイト量変位の要因であるプレスの熱変位は、プレス加工中、温度の影響により、プレス各部位が熱膨張することによって発生する。このため、ダイハイト量が温度により影響されないようにする方法や装置も種々提案されている。
例えば、実開平２−１５９９号公報では、プレス機の温度を検出する温度センサを設けて、この温度センサが検出した温度と、予め記憶されたプレス機の温度に対応するスライドの下死点変化量とを比較して、温度センサよりの温度信号に対応した下死点位置補正量を演算し、この演算結果によりスライドの駆動モータを制御するようにした下死点位置補正装置が提案されている。
また、特開平４−１９０９２１号公報では、フレームと上下テーブル、上下金型の温度変化より熱変位を検出し、得られた検出値に基づいて上金型と下金型との金型間距離を予め設定された設定値に補正処理するようにした補正方法が提案されている。
【０００６】
さらに、上記記載の、ワークへの加圧荷重によって生じるプレスの弾性変位と、プレス加工中に温度の影響によりプレス各部位が熱膨張することによって発生するプレスの熱変位とを同時に解決した従来技術として、特開平９−３１４３９５号公報があげられる。この公報の記載技術内容を図５及び図６により説明する。ここに図５は従来技術の実施の形態になるダイハイト補正装置が設けられたＣフレームプレスの側面図であり、また図６は従来技術の実施の形態になるダイハイト補正装置が設けられたストレートサイドプレスの正面図である。
これらの図に示すように、プレス本体１０１の上部に、スライド駆動手段１０２により上下動自在なスライド１０３を設けたプレスにおいて、上記プレス本体１０１の一方の側面に、下端側を上記プレス本体１０１に枢着し、上端側を自由端とした補助フレーム１０５を設け、かつこの補助フレーム１０５の自由端側にスライド位置検出手段１０８と温度検出手段１１０を、またスライド位置検出手段１０８に温度検出手段１１１を設けて、上記スライド１０３の位置と補助フレーム１０５の温度とスライド位置検出手段１０８の温度とをそれぞれ検出し、かつスライド位置検出手段１０８が検出した検出値によりスライド１０３の上下動をＮＣ制御すると共に、一方の温度検出手段１１０が検出した補助フレーム１０５の温度及び他方の温度検出手段１１１が検出したスライド位置検出手段１０８の温度と、予め設定された基準温度との温度差より得られた温度変化量を基に、補助フレーム１０５の伸縮量とスライド位置検出手段１０８のドリフト量とを算出し、得られた値を上記ＮＣ制御の指令値に加減算して指令値を補正するようにしたダイハイト補正装置の技術が開示されている。
【０００７】
そして、この構成によりスライド位置検出手段が検出したスライド位置検出値によりスライドの上下動をＮＣ装置により制御すると共に、スライド位置検出手段を支持する補助フレームの温度と、該スライド位置検出手段の温度とを温度検出手段でそれぞれ検出して、補助フレームの伸縮量及びスライド位置検出手段のドリフト量を算出し、得られた値を前記スライドの上下動を制御するＮＣ装置の指令値に加算することにより指令値を補正するようにしたことから、プレス加工中、気温やプレス本体の温度が変化しても、これによってダイハイトが変動することがないため、精度の高いプレス加工が可能になるとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ダイハイトを精度良く管理維持することが、精度の高いプレス加工製品を得るための最も重要な事項の一つであり、これには、前記プレスの弾性変位と、前記プレスの熱変位とを同時に解決することが必要であり、この従来技術として特開平９−３１４３９５号公報の技術を紹介した。
しかしながら、この技術は、プレス成型時の加圧反力による本体フレームの変位に影響を受けない補助フレームを採用し、かつこの補助フレームにスライド位置検出手段と温度検出手段を、またスライド位置検出手段に温度検出手段を設けて、このスライドの位置と補助フレームの温度及びスライド位置検出手段の温度をそれぞれ検出し、かつスライド位置検出手段が検出した検出値によりスライドの上下動をＮＣ制御すると共に、一方の温度検出手段が検出した補助フレームの温度及び他方の温度検出手段が検出したスライド位置検出手段の温度と、予め設定された基準温度の温度差より得られた温度変化量を基に、補助フレームの伸縮量とスライド位置検出手段のドリフト量を算出し、得られた値を上記ＮＣ制御の指令値に加減算して指令値を補正するようにしてダイハイト補正を行うというものである。
したがって、前記従来技術のダイハイト補正制御は、そのダイハイト補正精度は良いものの、温度変化量によりダイハイト補正を行う装置が非常に複雑であり、この制御装置がコスト高となっている、しかも、このダイハイト補正の際、そのダイハイト補正演算式は機械毎に設定しなければならないが、これには特有のノウハウを要するため熟練を必要とするばかりでなく、その設定に時間がかかる煩わしさがある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に着目してなされ、サーボモータの回転動力を機械的な動力伝達手段を介してスライドの往復運動に変換する電動サーボプレスにおいて、複雑で高価な熱変位補正装置を用いることなく、ダイハイトの変化を容易に抑制できる電動サーボプレスを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の本願発明の目的を達成するために、本発明による電動サーボプレスは、
サーボモータの回転動力を機械的な動力伝達手段を介してスライドの往復運動に変換する電動サーボプレスにおいて、
下端側をプレス本体に枢着し、上端側を自由端とした補助フレームと、
前記スライドと前記補助フレームとの間に設けられ、前記スライドの上下方向の位置を検出するスライド位置センサと、
前記サーボモータの後方に設けられた保護カバーと、
前記サーボモータと、前記スライド、前記スライド位置センサ、及び前記補助フレームとの間に設けられ、前記サーボモータの発熱の直接的な又は対流による伝導を防止する隔壁と、
前記サーボモータの上方近傍に設けられ、前記保護カバーと前記隔壁との間の空間の、サーボモータの発熱による温風を吸引する吸引手段とを備えた
ことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、サーボモータと、スライド、スライド位置センサ、及び補助フレームとの間に設けた隔壁により、電動サーボプレスのダイハイト変位に多大な影響を与えている熱変位の最大要因である前記サーボモータの発熱が、直接又は対流熱でスライド、スライド位置センサ、及び補助フレームに伝わることがないように遮断するので、スライド及び補助フレームの熱変位、又はスライド位置センサの熱による温度ドリフトなどの発生を防止できる。従って、複雑で高価な熱変位補正装置を用いることなく、隔壁で熱を遮断するという極めて簡易な方法で、ダイハイトの変化を容易に抑制できる、優れた効果が得られる。
また、この極めて簡易な構成から、この装置が安価に製作できる。しかも、従来技術のように、機械毎にダイハイト補正の際、そのダイハイト補正演算式を設定しなければならない煩わしさ、及びこのダイハイト補正演算式の設定に時間がかかりプレスの稼働率が低下するなどの恐れがなくなる。またその上、ダイハイト補正演算式設定の際に必要とされた特有のノーハウは不必要であり、ノーハウ習得の熟練も必要としなくなる。
【００１５】
また、本発明によれば、サーボモータの出力軸側（例えば、モータプーリ）の上方近傍に吸引手段を設けたことから、通常サーボモータの軸方向下部に付設する冷却ファンにより押し上げられた、サーボモータからの発熱による温風を、サーボモータの上方から前記吸引手段で吸引することとなり、流体力学上一般的に排気効率が優れているとされている所謂プッシュプル方式による排気の流れがサーボモータの外周部に発生し、サーボモータの冷却が効率良く行われる。そして、前記隔壁の効果と相まって、スライド及び補助フレームの熱変位、及びスライド位置センサの熱によるドリフトなどの悪影響を極力抑制し、複雑で高価な熱変位補正装置を用いることなく、ダイハイトの変化を、高精度なプレス加工が可能なまでに抑制できる効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による電動サーボプレスの一実施形態を図１、図２及び図３を参照して詳細に説明する。ここに、図１は本発明の一実施形態に係る電動サーボプレスの内部を側面から見た図であり、図２は本実施形態に係る熱変位回避装置の作用説明図であり、図３は従来の熱変位の発生の説明図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係るサーボプレスは、両側部に配設したサイドフレーム７と、下部に配設したベッド９及びボルスタ８と、上部に設けたクラウン１０とを具備したストレートサイドのプレス本体１の内部上方位置に、前記ボルスタ８に対向してその上方に、スライド４をスライド駆動手段１１の駆動により上下動自在に設けている。
そして、このスライド駆動手段１１は、スライド４を上下動させ、かつ図示しないワークに加圧力を与えるサーボモータ２と、このサーボモータ２の回転動力を伝達するタイミングベルト１２と、サーボモータ２の回転動力を伝えると共にその回転を減速させるモータプーリ１３ａ及びねじ軸プーリ１３ｂと、回転動を上下動に変換するボールねじ１４及びナット１６と、スライド荷重を支持するスライド支持手段１５とを具備している。
サーボモータ２はプレス本体１の全高を低く押さえるため、その出力軸を上方に向けた姿勢でクラウン１０の後部に配置されている。そして、サーボモータ２のプレス前後方向後方には、サーボモータ２の回転部における安全性の確保、及びプレスの美観を兼ねて、保護カバー１７が設けられている。
【００１８】
また本発明では、従来技術の項でも前述したように、プレス各部の熱変位及び弾性変位の悪影響を回避してプレスの位置決め精度をよくするため、プレス本体１の一方の側面に、下端側を上記プレス本体１に枢着し、かつ上端側を自由端とした補助フレーム６と、スライド４の側面に取付けたセンサ５ａ及び前記補助フレーム６の上端側に設けたリニアセンサ５ｂよりなるスライド位置センサ５とを具備している。
さらに、本発明ではダイハイト変位を極小に管理してスライド４を位置制御するため、サーボモータ２と、スライド４、スライド位置センサ５、補助フレーム６及びサイドフレーム７の内の少なくともいずれかとの間に隔壁３を設けている。尚、本実施形態では、隔壁３はサーボモータ２と、スライド４、スライド位置センサ５、補助フレーム６及びサイドフレーム７の全てとの間を仕切っている。
【００１９】
また、サーボモータ２の出力軸に設けた動力伝達手段（ここではモータプーリ１３ａ）の上方近傍に、サーボモータ２の発熱による温風を吸引するための吸引手段２０（例えば電動ファン、ターボファンなど）を設けている。この構成によると、サーボモータ２の出力軸の上方近傍に吸引手段２０を設けたことから、サーボモータ２の軸方向下部の冷却ファンにより押し上げられた、サーボモータ２からの発熱による温風を、サーボモータ２の上方から前記吸引手段２０で吸引することとなり、流体力学上一般的に排気効率が非常に良いとされている所謂プッシュプル方式による排気の流れがサーボモータ２の外周部（発熱部）に発生し、サーボモータ２の冷却が効率良く行われる。そして、前記隔壁２の設置効果と相まって、スライド４、サイドフレーム７、補助フレーム６などの熱変位、及びスライド位置センサ５の熱による温度ドリフトなどの悪影響を極力抑制しているので、複雑で高価な熱変位補正装置を用いることなく、ダイハイトの変化を、高精度なプレス加工が可能なまでに抑制できる効果が得られる。
【００２０】
次に、上記構成による本発明の作用を図２及び図３により説明する。
高精度な加工を要求されている電動サーボプレスにおいては、その発熱の悪影響はたとえ僅かでも無視できないが、プレスは、ワークへの加圧作業が本来の機能であり、この仕事を全てサーボモータ２の動力で賄っている以上、如何に効率のよいサーボモータ２をもってしても、その発熱は多大であり、そのプレス各部位の熱変位に与える悪影響は計り知れない。
本発明では、図２に示すように、サーボモータ２と、スライド４、スライド位置センサ５、補助フレーム６及びサイドフレーム７の少なくともいずれかとの間に隔壁３を設けているが、従来、電動サーボプレスには、図３に示すように、サーボモータ２と前記プレス各部位との間に隔壁３を設けていなかった。このため、サーボモータ２で発生した熱がサーボモータ２周囲の空気に伝導し、サーボモータ２の軸方向後部に備えた冷却ファンで攪拌され、直接又は対流によってプレス各部に伝導していた。
【００２１】
本発明者らの実施した研究結果によると、従来の、サーボモータ２と前記プレス各部位との間に隔壁３を設けない構成（図３参照）の電動サーボプレスにおいては、プレスの各部位の温度上昇値（温度ライズ）は、２８．１°Ｃの恒温環境の室内において、電動サーボプレスを４時間、無負荷で稼動させた場合、例えば、補助フレーム６においてｔ１＝７．６°Ｃ、スライド４においてｔ２＝２．２°Ｃ、サーボモータ２においてｔ３＝４７．９°Ｃもの値となり、この結果、この場合のダイハイト変化は、＋１０μになっていた。
ところが、本発明の、サーボモータ２と前記プレス各部位との間に隔壁３を設けた構成（図２参照）の電動サーボプレスにおいては、２８．７°Ｃの恒温環境の室内において、電動サーボプレスを４時間、無負荷で稼動させた場合、プレスの各部位の温度上昇値（温度ライズ）は、サーボモータ２においてはｔ３＝５３．０°Ｃと上昇したにもかかわらず、例えば、補助フレーム６においてｔ１＝２．７°Ｃ、スライド４においてｔ２＝１．８°Ｃと激減し、この結果、この場合のダイハイト変化は−３μと非常に良い結果が得られた。
【００２２】
上記本発明の好結果は、図２に示すように、サーボモータ２と、スライド４、スライド位置センサ５、補助フレーム６及びサイドフレーム７などプレス各部との間が隔壁３で遮断され、その上、サーボモータ２で発生した熱がサーボモータ周囲の空気に伝導してできた温風は、この隔壁３と、サイドフレーム７と、保護カバー１７とに囲まれた空間で、サーボモータ２の下部にある冷却ファンにより、上方に整流されて効率良く排出され、従来例のように、直接又は対流熱によってプレス各部に伝熱することがなくなったためと考えられる。
【００２３】
本実施形態によると、次のような作用、効果が得られる。
本発明では、電動サーボプレスにおいて、サーボモータと、スライド、スライド位置センサ、補助フレーム及びサイドフレームの内の少なくともいずれかとの間に隔壁を設けて、電動サーボプレスのダイハイト変位に多大な影響を与えている、熱変位の最大要因である前記サーボモータの発熱が、直接又は対流によってプレス内部の各部位に伝わることのない方法又は装置とした。このため、スライド、サイドフレーム、補助フレームなどの熱変位、及びスライド位置センサの熱による温度ドリフトなどの悪影響が発生しない。従って、複雑で高価な熱変位補正装置を用いることなく、隔壁を用いると言う極めて簡易な方法又は装置により、ダイハイトの変化を容易に抑制できる。
また、上記のように極めて簡易な構成としたため、この装置が安価に製作できる。しかも、従来技術のように、機械毎にダイハイト補正の際、そのダイハイト補正演算式を設定しなければならない煩わしさ、及びこのダイハイト補正演算式の設定に時間がかかりプレスの稼働率が低下するなどの恐れがなくなる。またその上、ダイハイト補正演算式設定の際に必要とされた、特有のノーハウは不必要であり、ノーハウ習得の熟練も必要としなくなる。
【００２４】
また、本発明によると、電動サーボプレスにおいて、サーボモータの出力軸の上方近傍に吸引手段を設けたことから、サーボモータ下部の冷却ファンにより押し上げられたサーボモータからの発熱による温風を、サーボモータの上方から前記吸引手段で吸引することとなり、プッシュプル方式による排気の流れがサーボモータの外周部に発生し、サーボモータの冷却が極めて効率良く行われる。そして、前記隔壁の効果と相まって、スライド、サイドフレーム、補助フレームなどの熱変位、及びスライド位置センサの熱による悪影響などを極力抑制し、複雑で高価な熱変位補正装置を用いることなく、ダイハイトの変化を、高精度なプレス加工が可能なまでに抑制できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る電動サーボプレスの内部の側面図である。
【図２】 本実施形態に係る熱変位回避装置の作用説明図である。
【図３】 従来技術の熱変位の発生の説明図である。
【図４】 従来技術の実施の形態になるダイハイト補正装置が設けられたＣフレームプレスの側面図である。
【図５】 従来技術の実施の形態になるダイハイト補正装置が設けられたストレートサイドプレスの正面図である。
【符号の説明】
・・・ １・・・プレス本体、２・・・サーボモータ、３・・・隔壁、４・・・スライド、５・・・スライド位置センサ、５ａ・・・センサ、５ｂ・・・リニアセンサ、６・・・補助フレーム、７・・・サイドフレーム、８・・・ボルスタ、９・・・ベッド、１０・・・クラウン、１１・・・スライド駆動手段、１２・・・タイミングベルト、１３ａ・・・モータプーリ、１３ｂ・・・ねじ軸プーリ、１４・・・ボールねじ、１５・・・スライド支持手段、１６・・・ナット、１７・・・保護カバー、２０・・・吸引手段、１０１・・・プレス本体、１０２・・・スライド駆動手段、１０３・・・スライド、１０５・・・補助フレーム、１０８・・・スライド位置検出手段、１１０・・・温度検出手段、１１１・・・温度検出手段。

Claims (1)

1. サーボモータ(2)の回転動力を機械的な動力伝達手段を介してスライド(4)の往復運動に変換する電動サーボプレスにおいて、
   下端側をプレス本体に枢着し、上端側を自由端とした補助フレーム (6) と、
   前記スライド (4) と前記補助フレーム (6) との間に設けられ、前記スライド (4) の上下方向の位置を検出するスライド位置センサ (5) と、
   前記サーボモータ (2) の後方に設けられた保護カバー (17) と、
   前記サーボモータ(2)と、前記スライド(4)、前記スライド位置センサ(5)、及び前記補助フレーム(6)との間に設けられ、前記サーボモータ(2)の発熱の直接的な又は対流による伝導を防止する隔壁(3)と、
   前記サーボモータ (2) の上方近傍に設けられ、前記保護カバー (17) と前記隔壁 (3) との間の空間の、サーボモータ (2) の発熱による温風を吸引する吸引手段 (20) とを備えた
   ことを特徴とする電動サーボプレス。

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