JP3929354B2 - サーボプレスのスライド制御装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータでクランク軸やエキセン軸などの偏心軸を回転駆動し、トグルリンク機構を介してスライドを駆動するサーボプレスのスライド制御装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プレス加工製品の高精密化（形状、寸法の精度が高い）、及び生産性向上のためのプレス加工の高速化が要求されて来て久しい。これに答えるプレスとして、例えば、サーボモータで上下方向へボールスクリューを直線駆動し、これにより直接スライドの位置及び速度を精度良く制御してスライドを精密に上下駆動する、いわゆる直動型サーボプレスが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにボールスクリューで直接スライドを上下方向に駆動する構成では、スライドに掛かる負荷がボールスクリューにも掛かってしまうので、ボールスクリューが磨耗し易く、ボールスクリューの耐久性がプレスの性能に大きく影響するという問題がある。
【０００４】
このため、従来からある機械式リンクプレスの良さを生かしつつ、サーボモータ駆動によるスライド精密制御性を取り入れた構造の、トグルリンク機構を有するサーボプレスの実現が強く要望されている。このようなサーボプレスは、例えば、サーボモータでクランク軸やエキセン軸などの偏心軸の回転を駆動し、この偏心軸の偏心位置に連結されたトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するように構成することで可能であり、図６および図７にそれぞれ側面一部断面図、背面一部断面図を示すようなサーボプレスが考えられる。同プレス機械１は、サーボモータ２１でエキセン軸などの偏心軸２８の回転を駆動し、この偏心軸２８の偏心位置に連結されたトグルリンク機構（リンク１３，１２ａ，１２ｂで構成される）を介してスライド３を上下駆動するように構成されている。そして、前記サーボモータ２１を所定の回転速度で定速回転させると、偏心軸２８の偏心長さ、トグルリンク機構の各リンク長さ、偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係等により決定される所定のリンクモーションでスライド３が駆動されることになる。なお、モーションは、スライド位置と時間との関係を表したものである。
【０００５】
図８はこのような場合のリンクモーション例を表し、横軸に偏心軸の回転角度を、縦軸にスライド位置をそれぞれとっている。図８に示すように、偏心軸の一回転はスライドの最大ストローク長さＳmax つまり上死点から下死点までのストローク長さに対応しているから、サーボモータを連続で一方向に回転させると、スライドは最大ストローク長さＳmax で上下動することとなる。ところが、金型形状や加工条件によっては、必要なストローク長さが例えばＳ０で図示するように短くても良い場合があるが、この場合でも最大ストローク長さＳmax でスライドを駆動することは、動力を無駄に使用するだけでなく、プレスの加工ストローク数（１分間当りの加工サイクル数）を大きくできないため生産性を上げることができないという問題が生じる。従って、スライドストローク長さを最大ストローク長さＳmax よりも小さくしてスライドを制御できるようにする必要がある。
【０００６】
一方、リンクモーションプレスとしての良さを生かすために、トグルリンク機構による下死点での加圧能力の高さを利用する加工方法があり、このとき、下死点を基準にしてスライドストローク長さを設定し、下死点を通過させてスライドを制御することが考えられる。この場合の制御方法として、例えば、下死点に対応する偏心軸の角度（図８のθｄ）と、必要ストローク長さＳ０に対応する角度（図８のθ０）との間を往復駆動するようにサーボモータを制御することが考えられる。しかしながら、このような制御方法によると、プレス１サイクル中に下死点及びスライド上限位置Ｕ０の２個所でスライドを停止させなければならないので、サーボモータの加速と減速、及び正転と逆転を頻繁に繰り返すことになり、よってモータ負荷が増大するため過負荷になり易いと共に、スライドストローク数を上げることが困難なため生産性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、スライド下限位置を精度良く位置決めしてスライドを駆動するために、例えば図９に示すように下死点より手前の所定位置を下限位置Ｄａとして制御することも考えられるが、この場合にも同様に、設定ストロークＳａに対応した上限位置Ｕａ及び下限位置Ｄａの２個所で停止させなければならないので、上記と同じ問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたもので、任意のスライドストローク長さで、しかもプレスストローク数を上げることができるサーボプレスのスライド制御装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、スライドの駆動用のサーボモータと、該サーボモータで回転駆動される偏心軸と、偏心軸の偏心位置とスライドとの間に設けられたトグルリンク機構と、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度をはさんで、前記偏心軸を正逆回転駆動するとき、少なくとも加工行程においてはサーボモータの速度を制御して、正逆ほぼ同一のモーションでスライドを制御する制御器とを備えたことを特徴とするサーボプレスのスライド制御装置である。
【００１０】
また第３発明は、装置発明である第１発明に対応する方法発明であり、サーボモータで偏心軸を回転駆動し、トグルリンク機構を介してスライドを駆動するサーボプレスのスライド制御方法において、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度をはさんで、前記偏心軸を正逆回転駆動するとき、少なくとも加工行程においてはサーボモータの速度を制御して、正逆ほぼ同一のモーションでスライドを制御する方法としている。
【００１１】
第１または第３発明によれば、下死点通過往復制御モードのとき、または上死点通過往復制御モードのときは、それぞれ、下死点または上死点に対応する偏心軸の位置（回転角度）をはさんだ、正転側と逆転側との所定ストローク長さに応じた上限位置または下限位置に対応した位置の間で往復させて回転駆動することにより、スライドが上限位置から下死点を通過して上限位置まで、または下限位置から上死点を通過して下限位置まで連続して移動する。従って、プレス１サイクル中に、スライドが上限位置または下限位置でのみ停止するので、サーボモータの加速、減速、正転および逆転を繰り返す頻度が低減し、サーボモータの過負荷を防止できる。また、１サイクル所要時間を短縮できるので、加工ストローク数を上げて生産性を向上できる。
【００１２】
さらに、このとき、偏心軸の正転時と逆転時とで少なくとも加工行程のモーションを略等しくするようにサーボモータの速度を制御するので、正転と逆転を繰り返すことによるモーションの変動を無くして、常に安定したリンクモーションでスライドを駆動することができる。この結果、加工製品の品質を高精度に維持できる。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、少なくともスライドのストローク長さを含むモーションデータを設定するモーション設定手段を備え、前記制御器は、スライドの最大ストロークよりも小さいストロークが設定されたら、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度から正転側及び逆転側の、このストロークに対応するそれぞれの角度の間を正逆回転するように、モーションを演算する構成としている。
【００１４】
また第４発明は、第３発明において、スライドの最大ストロークよりも小さいストロークが設定されたら、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度から正転側及び逆転側の、このストロークに対応するそれぞれの角度の間を正逆回転駆動する方法としている。
【００１５】
第２または第４発明によれば、ストローク長さを加工条件、運転条件等に合わせて最大ストローク長さよりも小さく設定可能となり、この設定ストローク長さに対応した偏心軸の回転角度の間を往復駆動するので、ストローク長さの変更に柔軟に対応でき、またこれにより生産性を向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図６及び図７は、それぞれ本発明が適用されるサーボプレスの側面一部断面図及び背面一部断面図である。
図６及び図７において、プレス機械１はサーボプレスであり、サーボモータ２１によりスライド３を駆動している。プレス機械１の本体フレーム２の略中央部にはスライド３が上下動自在に支承されており、スライド３に対向する下部には、ベッド４上に取付けられたボルスタ５が配設されている。スライド３の上部に形成された穴内には、ダイハイト調整用のねじ軸７の本体部が抜け止めされた状態で回動自在に挿入されている。ねじ軸７のねじ部７ａは上方に向けてスライド３から露出し、ねじ軸７の上方に設けたプランジャ１１の下部の雌ねじ部に螺合している。
【００１８】
ねじ軸７の本体部外周にはウォームギヤ８のウォームホイール８ａが装着されており、このウォームホイール８ａに螺合したウォームギヤ８のウォーム８ｂはスライド３の背面部に取付けたインダクションモータ９の出力軸にギヤ９ａを介して連結されている。インダクションモータ９は、軸方向長さを短くしてフラット形状に、コンパクトに構成されている。
【００１９】
前記プランジャ１１の上部は、第１リンク１２ａの一端部とピン１１ａにより回動自在に連結されており、この第１リンク１２ａの他端部と、本体フレーム２に一端部が回動自在に連結されている第２リンク１２ｂの他端部との間には、三軸リンク１３の一側に設けた２つの連結孔がピン１４ａ，１４ｂにより回動自在に連結されている。三軸リンク１３の他側の連結孔は、詳細を後述するスライド駆動部２０の偏心軸２８に回動自在に連結されている。第１リンク１２ａ、第２リンク１２ｂおよび三軸リンク１３により、トグルリンク機構を構成している。
【００２０】
本体フレーム２の側面部にはスライド駆動用のサーボモータ２１が軸心をプレス左右方向に向けて取付けられており、該サーボモータ２１の出力軸に取付けた第１プーリ２２ａと、サーボモータ２１の上方に軸心をプレス左右方向に向けて回動自在に設けている中間シャフト２４に取付けた第２プーリ２２ｂとの間にはベルト２３（通常はタイミングベルトで構成される）が巻装されている。また、中間シャフト２４の上方の本体フレーム２には駆動軸２７が回動自在に支承されており、駆動軸２７の一端側に取付けたギヤ２６は中間シャフト２４に取付けたギヤ２５と噛合している。そして、駆動軸２７の軸方向中間部には偏心軸２８が形成されており、この偏心軸２８の外周部に前記三軸リンク１３の他側が回動自在に連結されている。
【００２１】
また、スライド３内には前記ねじ軸７の下端面部との間に密閉された油室６が形成されており、この油室６はスライド３内に形成されている油路６ａを経由して切換弁１６に接続されている。切換弁１６は、油室６内への操作油の給排を切り換えるものである。プレス加工時には、油室６内に給油して、加圧時の押圧力を油室６内の油を介してスライド３に伝達するようにしている。スライド３に過負荷が加わり、油室６内の油圧が所定の値を越えると油が図示しないリリーフ弁からタンクへ戻され、スライド３が所定量クッションし、スライド３および金型が破損しないようになっている。
【００２２】
また、スライド３の背面部には、上下２箇所から本体フレーム２の側面部に向けて突出した１対のブラケット３１，３１が取付けてあり、上下１対のブラケット３１，３１間に位置検出ロッド３２が取付けられている。位置検出用のスケール部が設けられている位置検出ロッド３２には、リニアスケール等の位置センサ３３の本体部が上下動自在に嵌挿している。位置センサ３３は、本体フレーム２の側面部に設けられている補助フレーム３４に固定されている。この補助フレーム３４は上下方向に縦長に形成されており、下部がボルト３５により本体フレーム２の側面部に取付けられ、上部が図示しない上下方向長孔内に挿入されたボルト３６により上下方向摺動自在に支持され、側部が前後１対の支持部材３７，３７により当接、支持されている。
【００２３】
補助フレーム３４は、上下いずれか一側（本例では下側）のみを本体フレーム２に固定し、他側を上下動自在にして支持する構造としているため、本体フレーム２の温度変化による伸縮の影響を受けないようになっている。これにより、前記位置センサ３３は、本体フレーム２の温度変化による伸縮の影響を受けずに、スライド位置及びダイハイトを正確に検出可能としている。
【００２４】
図１は本発明に係る制御装置のハード構成ブロック図であり、図１により制御構成を説明する。
本制御装置は制御器１０、モーション設定手段１７、メモリ１０ａ、位置センサ３３、サーボアンプ４５およびスライド駆動用のサーボモータ２１を備えている。
モーション設定手段１７はスライドモーションを設定可能となっており、スライドストローク長さ及びスライドストローク数（SPM） を設定するためのテンキー等のスイッチ、または予め設定されたスライドモーションデータを記憶したＩＣカード等の外部記憶媒体からのデータ入力装置を有している。なお、無線や通信回線を介してデータを送受信する通信装置により構成してもよい。
【００２５】
メモリ１０ａは上記設定されたスライドモーションデータ（ストローク長さ及びストローク数等）を記憶すると共に、スライド制御のためのモータ回転角度とスライド位置との関係データを記憶している。このモータ回転角度とスライド位置との関係データは、前記トグルリンク機構の各リンク１２ａ，１２ｂ，１３の長さ、偏心軸２８の偏心長さ、および偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係などの機械的寸法によって決まる関数式で求まるものであり、この関数式自体を記憶してもよいし、または関数式をテーブルデータとして記憶してもよい。
【００２６】
前記位置センサ３３は、検出したスライド位置を制御器１０に出力している。制御器１０はコンピュータ装置やＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ、所謂プログラマブルシーケンサである）等の高速演算装置から構成されている。制御器１０は、前記メモリ１０ａに記憶したモータ回転角度とスライド位置との関係データを参照して、前記モーション設定手段１７により設定されたスライドストローク長さ及びスライドストローク数のデータに基づいて、スライドが前記設定されたモーションに沿って移動するように、詳細は後述する演算処理を行い、サーボモータ２１の速度指令を求めてサーボアンプ４５に出力する。
【００２７】
サーボアンプ４５には、図示しないサーボモータ回転角度センサからのモータ回転角度がフィードバックされている。サーボアンプ４５は、制御器１０からの速度指令とこのモータ回転角度から求まる速度フィードバック信号との偏差値を演算し、求めた偏差値に基づき、該偏差値を小さくするようにサーボモータ２１を制御する。これにより、スライドの位置および速度が精度良く制御される。
【００２８】
次に、図２に示す制御機能ブロック図に基づき、図３〜図５にそれぞれ示すスライド制御方法の説明図を参照して、制御装置の各制御機能を説明する。ここで、図３は前記偏心軸２８の回転とスライド位置との関係を概念的に表し、図４は下死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図であり、また図５は上死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図である。
【００２９】
まず、本発明における制御方法の基本概念を説明する。本発明に係るスライド制御方法の第１実施例では、スライド下死点に対応する位置をはさんで偏心軸２８を正逆回転で往復駆動する場合を説明し、第２実施例では、スライド上死点に対応する位置をはさんで偏心軸２８を正逆回転で往復駆動する場合を説明する。図３に示すように、リンクモーションの下死点に対応する偏心軸２８の回転角度をθｄ（通常、１８０度より大きい）と呼び、上死点に対応する偏心軸２８の回転角度をθｕ（通常、３６０度より小さい）と呼ぶ。第１実施例では、この角度θｄからマイナス方向（以下、逆転方向と言う）に所定角度θ１離れた回転角度とプラス方向（以下、正転方向と言う）に所定角度θ２離れた回転角度との間で偏心軸２８を往復駆動することにより、スライドを下死点をはさんで一方の上限位置Ｕ１と他方の上限位置Ｕ２との間で連続で往復駆動するようにしている。ここで、逆転方向に所定角度θ１離れた角度に対応する上限位置Ｕ１と、正転方向に所定角度θ２離れた角度に対応する上限位置Ｕ２とは同一位置であるものとし、これらの上限位置Ｕ１，Ｕ２と下死点との距離が設定ストローク長さＳ１に対応する。
【００３０】
第２実施例では、上死点に対応する偏心軸２８の回転角度θｕから逆転方向に所定角度θ３離れた回転角度と正転方向に所定角度θ４離れた回転角度との間で偏心軸２８を往復駆動することにより、スライドを上死点をはさんで一方の下限位置Ｄ１と他方の下限位置Ｄ２との間で連続で往復駆動するようにしている。ここで、逆転方向に所定角度θ３離れた角度に対応する下限位置Ｄ１と、正転方向に所定角度θ４離れた角度に対応する下限位置Ｄ２とは同一位置であるものとし、これらの下限位置Ｄ１，Ｄ２と上死点との距離が設定ストローク長さＳ２に対応する。
【００３１】
ところが、前述のように偏心軸２８の偏心長さ、トグルリンク機構の各リンク長さ、偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係等によって決まるリンクモーションは、図３にも示すように下死点または上死点を挟んで正転側と逆転側とで回転角度θとスライド位置との関係が非対称で、異なっている。すなわち、下死点から逆転側では一定速度で変化する回転角度θに対してスライド位置が緩やかに変化し、反対に正転側では急激に変化するモーションである。また、上死点から正転側ではスライド位置が緩やかに変化し、反対に逆転側では急激に変化するモーションである。しかしながら、加工行程（ワークに当接する位置近傍）でのスライド速度は製品品質を左右する非常に重要な成形条件であるため、正逆回転駆動する場合でも加工行程のスライド速度を等しくする必要がある。
【００３２】
そこで、第１実施例では、ストロークＳ１の上限位置Ｕ１または上限位置Ｕ２から下死点に向かうスライド下降行程の、少なくとも加工行程のときに、常に、上記の緩やかなリンクモーションと略等しくなるように、サーボモータ２１で偏心軸２８の回転速度を制御して、スライドの位置および速度を精密に制御するようにしている。
第２実施例では、上死点からストロークＳ２の下限位置Ｄ１または下限位置Ｄ２に向かうスライド下降行程の、少なくとも加工行程のときに、それぞれ所定のリンクモーションと略等しくなるように、サーボモータ２１で偏心軸２８を制御して、スライドの位置および速度を精密に制御するようにしている。
【００３３】
これを達成するために、図２に示す各機能部を有している。
モーション設定部４３は、前記モーション設定手段１７により設定されたスライド駆動モード、スライドストローク長さＳ１およびストローク数Ｎ（SPM） 等のモーションデータに基づき、制御実行時間ｔとスライド位置Ｐとの関係を表すモーションを決定する。
【００３４】
より具体的には、スライド駆動モードが、第１実施例のパターンでスライドを駆動する下死点通過往復制御モードのときには、下死点を挟んだ前記一方の上限位置Ｕ１またはＵ２から下死点を経由して前記他方の上限位置Ｕ２またはＵ１までの間でのモーションを決定する。すなわち、図４左側に示すように、サーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に駆動して、スライドを上限位置Ｕ１から下死点を経由して上限位置Ｕ２までの間で往復制御するときには、一定速度で正転させる（または、少なくとも上昇行程では最大モータ速度とする）場合のモーションを決定する。これにより、スライドは、前述のように上限位置Ｕ１から下死点までの間は緩やかなリンクモーションで下降し、下死点から上限位置Ｕ２までの間は急激な上昇モーションで上昇する。このときの１サイクル所要時間Ｔｃは、前記設定されたストローク数Ｎによって決まる時間とする。また、図４右側に示すように、偏心軸２８を逆転方向に駆動して、スライドを上限位置Ｕ２から下死点を経由して上限位置Ｕ１までの間で往復制御するときには、上限位置Ｕ２から下死点までの間に、上記の正転方向駆動時の上限位置Ｕ１から下死点までと同じ緩やかなリンクモーションでスライドを下降させるために、これと略等しいリンクモーションを決定する。なお、ここで、少なくとも両者の加工行程Ａｗのモーションのみを等しくしてもよい。そして、下死点から上限位置Ｕ１までの間は、逆転方向に一定速度（通常は最大速度）で回転駆動するモーションを決定する。これにより、逆転時の加工モーションを正転時と略等しくすることができる。
【００３５】
またスライド駆動モードが、第２実施例のパターンでスライドを駆動する上死点通過往復制御モードのときには、上死点を挟んだ前記一方の下限位置Ｄ１またはＤ２から上死点を経由して前記他方の上限位置Ｄ２またはＤ１までの間でのモーションを決定する。すなわち、図５左側に示すように、まずサーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に駆動して、スライドを上死点から下限位置Ｄ２までの間で制御するときには、一定速度で正転させる場合のモーションを決定する。これにより、スライドは、上死点から下限位置Ｄ２までの間は緩やかなリンクモーションで下降する。
【００３６】
次に、サーボモータ２１により偏心軸２８を逆転方向に駆動して、スライドを下限位置Ｄ２から上死点を経由して下限位置Ｄ１までの間で制御する。このとき、下限位置Ｄ２から上死点までは一定速度（通常は最大速度）で逆転させる場合のモーションを決定する。また、上死点から下限位置Ｄ１まではサーボモータ２１の速度を制御するようにして、上記の正転方向駆動時の上死点から下限位置Ｄ２までと略同一の緩やかなリンクモーションを決定する。なお、ここで、少なくとも両者の加工行程Ａｗのみのモーションを略同一としてもよい。これにより、スライドは前記上死点から下限位置Ｄ２までと略対称なモーションで上昇した後、略同一のモーションで下降する。
【００３７】
次に、図５右側に示すように、偏心軸２８を正転方向に駆動して、スライドを下限位置Ｄ１から上死点を経由して下限位置Ｄ２までの間で往復制御するときには、下限位置Ｄ１から上死点までは、一定速度（通常は最大速度）で正転させる場合のモーションを決定し、上死点から下限位置Ｄ２までは前述したように一定速度で正転させる場合のモーションを決定する。
以下、上記のモーションを繰り返し往復制御を行う。
【００３８】
モータ／スライド関係データ記憶部４４は、前述のサーボモータ２１の回転角度とスライド位置との関係を表したデータを前記メモリ１０ａ内に記憶している。なお、このサーボモータ２１の回転角度とスライド位置との関係を、例えば図８で示すものと同様に、偏心軸２８の回転角度θ（０度〜３６０度）とスライド位置との関係で表すと、スライドのリンクモーションが分かり易くなる。そして、このリンクモーションの関数式は前記トグルリンク機構の各リンク長さ、偏心軸２８の偏心長さ、偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンク機構との関係、および偏心軸２８の回転角度θの三角関数により求まるので、これらの関数式を上記関係データとして記憶してもよいし、または関数テーブルデータとして記憶してもよい。
【００３９】
スライド位置指令演算部４１は、モーション設定部４３で決定したモータ正転時および逆転時のそれぞれのスライドモーションに沿ってスライドが移動するように、所定のサーボ演算周期時間毎のスライド位置の目標値を前記モーションに基づき演算により求める。そして、求めたスライド位置目標値を指令演算部４２に出力する。
【００４０】
指令演算部４２は、前記スライド位置指令演算部４１からのスライド位置目標値と、位置センサ３３により検出したスライド位置との偏差値を小さくするように、該求めた偏差値に基づきモータ速度指令を演算し、サーボアンプ４５に出力する。なお、このモータ速度指令の演算時に用いる位置偏差ゲインは、前記モータ／スライド関係データ記憶部４４のスライド位置とモータ回転角度との関係データを参照して、スライド位置に応じて補正する。
なお、偏心軸２８の回転角度を検出して、上記スライド位置のフィードバックの代わりにこの偏心軸２８の回転角度を位置フィードバックに用いてもよい。
【００４１】
次に、以上の構成による作動を、図３〜図５を参照して説明する。
最大ストローク長さＳmax よりも小さいスライドストローク長さＳ１、およびそのときの制御モード（第１実施例に相当する下死点通過往復制御モードと、第２実施例に相当する上死点通過往復制御モード）が設定されると、その制御モードに応じて、モーションが決定される。下死点通過往復制御モードが設定されると、図３に示すようにスライド下死点に対応する偏心軸２８の回転角度θｄを挟んで逆転方向と正転方向とにそれぞれ所定角度θ１，θ２だけ離れ、かつ上記設定ストローク長さＳ１に対応した上限位置Ｕ１，Ｕ２がそれぞれ求められる。次に、図４に示すように、この一方の上限位置Ｕ１から下死点を通過して他方の上限位置Ｕ２に達する、偏心軸正転でのスライドモーションと、他方の上限位置Ｕ２から下死点を通過して一方の上限位置Ｕ１に達する、偏心軸逆転でのスライドモーションとが決定される。このとき、少なくとも上記偏心軸逆転での加工行程Ａｗのモーションは、偏心軸正転での加工行程Ａｗのリンクモーションと略等しく設定される。
【００４２】
そして、予め決められたスライド位置と偏心軸回転角度との関係、すなわちスライド位置とモータ回転角度との機械的な関係を表すデータを参照して、上記決定されたスライドモーションに沿ってスライドが下死点をはさんで往復駆動されるように、サーボモータ２１の位置および速度を制御する。この結果、スライドは、ストローク長さが互いに等しい２つの上限位置Ｕ１，Ｕ２の間を下死点を経由して連続で往復移動することになり、従って、プレス１サイクル運転中にサーボモータ２１は上限位置Ｕ１またはＵ２でのみ停止するだけでよい。
【００４３】
また、上死点通過往復制御モードが設定されると、図３に示すようにスライド上死点に対応する偏心軸２８の回転角度θｕを挟んで、この角度θｕから逆転方向と正転方向とにそれぞれ所定角度θ３，θ４だけ離れ、かつ設定ストローク長さＳ２に対応した下限位置Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ求められる。次に、図５に示すように、この一方の下限位置Ｄ１から上死点を通過して他方の下限位置Ｄ２に達する、偏心軸正転でのスライドモーションと、他方の下限位置Ｄ２から上死点を通過して一方の下限位置Ｄ１に達する、偏心軸逆転でのスライドモーションとが決定される。このとき、少なくとも上記偏心軸逆転での加工行程Ａｗのモーションは、偏心軸正転での加工行程Ａｗのリンクモーションと略等しく設定される。
【００４４】
そして、前記同様に、予め決められたスライド位置とモータ回転角度との機械的な関係を表すデータを参照して、上記決定されたスライドモーションに沿ってスライドが上死点をはさんで往復駆動されるように、サーボモータ２１の位置および速度を制御する。この結果、スライドは、ストローク長さが互いに等しい２つの下限位置Ｄ１，Ｄ２の間を上死点を経由して連続で往復移動することになり、従って、プレス１サイクル運転中にサーボモータ２１は下限位置Ｄ１またはＤ２でのみ停止するだけでよい。
【００４５】
また、上死点通過往復制御モードの場合の利点の一つは、熱変形等に伴うダイハイト変化に対し、スライド駆動用のサーボモータ２１でダイハイト調整ができることにある。したがって該モードの場合、前記下限位置Ｄ１，Ｄ２は、ダイハイト調整で下限位置決めした後の該下限位置も含まれることになる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、正転時と逆転時の下降モーションまたはその内の少なくとも加工行程モーションが、定速回転での正転時にトグルリンク機構等の機械的な関係から決まるリンクモーションと略等しくなるように、サーボモータの位置および速度を制御する例を示したが、これに限定されず、例えば加工条件、運転条件等に適合して設定した任意のモーションになるように制御してもよい。
【００４７】
本発明により、以下の効果が得られる。
下死点通過往復制御モードのとき、下死点に対応する偏心軸の回転角度を挟んだ正転側および逆転側の各スライド上限位置に対応した２つの回転角度の間で、偏心軸を往復駆動するようにサーボモータを制御するので、上限位置から上限位置までの１サイクル運転中にサーボモータを前記２つの上限位置でのみ停止するだけでよい。このため、下死点と１つの上限位置とに対応したそれぞれの回転角度の間で反転駆動する方法よりも、サーボモータの起動、停止の頻度、および正転、逆転の繰り返し回数を低減できる。これにより、サーボモータの負荷率を低減して発熱を減少できるため、サーボモータの過負荷を防止できるとともに、１サイクルの所要時間を短縮して生産性を向上できる。
【００４８】
上死点通過往復制御モードのとき、上死点に対応する偏心軸の回転角度を挟んだ正転側および逆転側の各スライド下限位置に対応した２つの回転角度の間で、偏心軸を往復駆動するようにサーボモータを制御するので、下限位置から下限位置まで（等価的には、上死点から下限位置位置決めした後、上死点まで）の１サイクル運転中にサーボモータを前記２つの下限位置でのみ停止するだけでよい。このため、上記同様に、例えば１つの下限位置と上限位置（又は上死点）とに対応したそれぞれの回転角度の間で反転駆動する方法よりも、サーボモータの起動、停止の頻度、および正転、逆転の繰り返し回数を低減できるので、サーボモータの負荷率を低減して発熱を減少できるとともに、１サイクルの所要時間を短縮して生産性を向上できる。
【００４９】
また、このとき、トグルリンク機構に関わる本来のリンクモーションは下死点または上死点を挟んでサーボモータの正転側と逆転側とで対称形になっていないが、少なくとも加工モーションではサーボモータ（偏心軸）の逆転時のモーションが正転時のリンクモーションと略等しくなるように、スライドの位置および速度を精度良く制御するので、サーボモータの往復駆動によるモーションの変動は無く、安定した高い加工精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御構成ブロック図である。
【図２】本発明に係る制御機能ブロック図である。
【図３】偏心軸の回転とスライド位置との関係を表す概念図である。
【図４】下死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図である。
【図５】上死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図である。
【図６】本発明が適用されるサーボプレスの側面一部断面図である。
【図７】本発明が適用されるサーボプレスの背面一部断面図である。
【図８】リンクモーション例と短いストロークのスライド駆動例である。
【図９】他の短いストロークのスライド駆動例である。
【符号の説明】
１…プレス機械、３…スライド、４…ベッド、５…ボルスタ、６…油室、７…ねじ軸、９…インダクションモータ、１０…制御器、１０ａ…メモリ、１１…プランジャ、１２ａ…第１リンク、１２ｂ…第２リンク、１３…三角リンク、１６…切換弁、１７…モーション設定手段、２０…スライド駆動部、２１…サーボモータ、２２ａ…第１プーリ、２２ｂ…第２プーリ、２３…ベルト、２７…駆動軸、２８…偏心軸、３３…位置センサ、３４…補助フレーム、４１…スライド位置指令演算部、４２…指令演算部、４３…モーション設定部、４４…モータ／スライド関係データ記憶部、４５…サーボアンプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータでクランク軸やエキセン軸などの偏心軸を回転駆動し、トグルリンク機構を介してスライドを駆動するサーボプレスのスライド制御装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プレス加工製品の高精密化（形状、寸法の精度が高い）、及び生産性向上のためのプレス加工の高速化が要求されて来て久しい。これに答えるプレスとして、例えば、サーボモータで上下方向へボールスクリューを直線駆動し、これにより直接スライドの位置及び速度を精度良く制御してスライドを精密に上下駆動する、いわゆる直動型サーボプレスが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにボールスクリューで直接スライドを上下方向に駆動する構成では、スライドに掛かる負荷がボールスクリューにも掛かってしまうので、ボールスクリューが磨耗し易く、ボールスクリューの耐久性がプレスの性能に大きく影響するという問題がある。
【０００４】
このため、従来からある機械式リンクプレスの良さを生かしつつ、サーボモータ駆動によるスライド精密制御性を取り入れた構造の、トグルリンク機構を有するサーボプレスの実現が強く要望されている。このようなサーボプレスは、例えば、サーボモータでクランク軸やエキセン軸などの偏心軸の回転を駆動し、この偏心軸の偏心位置に連結されたトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するように構成することで可能であり、図６および図７にそれぞれ側面一部断面図、背面一部断面図を示すようなサーボプレスが考えられる。同プレス機械１は、サーボモータ２１でエキセン軸などの偏心軸２８の回転を駆動し、この偏心軸２８の偏心位置に連結されたトグルリンク機構（リンク１３，１２ａ，１２ｂで構成される）を介してスライド３を上下駆動するように構成されている。そして、前記サーボモータ２１を所定の回転速度で定速回転させると、偏心軸２８の偏心長さ、トグルリンク機構の各リンク長さ、偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係等により決定される所定のリンクモーションでスライド３が駆動されることになる。なお、モーションは、スライド位置と時間との関係を表したものである。
【０００５】
図８はこのような場合のリンクモーション例を表し、横軸に偏心軸の回転角度を、縦軸にスライド位置をそれぞれとっている。図８に示すように、偏心軸の一回転はスライドの最大ストローク長さＳmax つまり上死点から下死点までのストローク長さに対応しているから、サーボモータを連続で一方向に回転させると、スライドは最大ストローク長さＳmax で上下動することとなる。ところが、金型形状や加工条件によっては、必要なストローク長さが例えばＳ０で図示するように短くても良い場合があるが、この場合でも最大ストローク長さＳmax でスライドを駆動することは、動力を無駄に使用するだけでなく、プレスの加工ストローク数（１分間当りの加工サイクル数）を大きくできないため生産性を上げることができないという問題が生じる。従って、スライドストローク長さを最大ストローク長さＳmax よりも小さくしてスライドを制御できるようにする必要がある。
【０００６】
一方、リンクモーションプレスとしての良さを生かすために、トグルリンク機構による下死点での加圧能力の高さを利用する加工方法があり、このとき、下死点を基準にしてスライドストローク長さを設定し、下死点を通過させてスライドを制御することが考えられる。この場合の制御方法として、例えば、下死点に対応する偏心軸の角度（図８のθｄ）と、必要ストローク長さＳ０に対応する角度（図８のθ０）との間を往復駆動するようにサーボモータを制御することが考えられる。しかしながら、このような制御方法によると、プレス１サイクル中に下死点及びスライド上限位置Ｕ０の２個所でスライドを停止させなければならないので、サーボモータの加速と減速、及び正転と逆転を頻繁に繰り返すことになり、よってモータ負荷が増大するため過負荷になり易いと共に、スライドストローク数を上げることが困難なため生産性が低下するという問題がある。
【０００７】
また、スライド下限位置を精度良く位置決めしてスライドを駆動するために、例えば図９に示すように下死点より手前の所定位置を下限位置Ｄａとして制御することも考えられるが、この場合にも同様に、設定ストロークＳａに対応した上限位置Ｕａ及び下限位置Ｄａの２個所で停止させなければならないので、上記と同じ問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたもので、任意のスライドストローク長さで、しかもプレスストローク数を上げることができるサーボプレスのスライド制御装置およびその制御方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するため、第１発明は、スライドの駆動用のサーボモータと、該サーボモータで回転駆動される偏心軸と、偏心軸の偏心位置とスライドとの間に設けられたトグルリンク機構と、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度をはさんで、前記偏心軸を正逆回転駆動するとき、少なくとも加工行程においてはサーボモータの速度を制御して、正逆ほぼ同一のモーションでスライドを制御する制御器とを備えたことを特徴とするサーボプレスのスライド制御装置である。
【００１０】
また第３発明は、装置発明である第１発明に対応する方法発明であり、サーボモータで偏心軸を回転駆動し、トグルリンク機構を介してスライドを駆動するサーボプレスのスライド制御方法において、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度をはさんで、前記偏心軸を正逆回転駆動するとき、少なくとも加工行程においてはサーボモータの速度を制御して、正逆ほぼ同一のモーションでスライドを制御する方法としている。
【００１１】
第１または第３発明によれば、下死点通過往復制御モードのとき、または上死点通過往復制御モードのときは、それぞれ、下死点または上死点に対応する偏心軸の位置（回転角度）をはさんだ、正転側と逆転側との所定ストローク長さに応じた上限位置または下限位置に対応した位置の間で往復させて回転駆動することにより、スライドが上限位置から下死点を通過して上限位置まで、または下限位置から上死点を通過して下限位置まで連続して移動する。従って、プレス１サイクル中に、スライドが上限位置または下限位置でのみ停止するので、サーボモータの加速、減速、正転および逆転を繰り返す頻度が低減し、サーボモータの過負荷を防止できる。また、１サイクル所要時間を短縮できるので、加工ストローク数を上げて生産性を向上できる。
【００１２】
さらに、このとき、偏心軸の正転時と逆転時とで少なくとも加工行程のモーションを略等しくするようにサーボモータの速度を制御するので、正転と逆転を繰り返すことによるモーションの変動を無くして、常に安定したリンクモーションでスライドを駆動することができる。この結果、加工製品の品質を高精度に維持できる。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、少なくともスライドのストローク長さを含むモーションデータを設定するモーション設定手段を備え、前記制御器は、スライドの最大ストロークよりも小さいストロークが設定されたら、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度から正転側及び逆転側の、このストロークに対応するそれぞれの角度の間を正逆回転するように、モーションを演算する構成としている。
【００１４】
また第４発明は、第３発明において、スライドの最大ストロークよりも小さいストロークが設定されたら、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸の回転角度から正転側及び逆転側の、このストロークに対応するそれぞれの角度の間を正逆回転駆動する方法としている。
【００１５】
第２または第４発明によれば、ストローク長さを加工条件、運転条件等に合わせて最大ストローク長さよりも小さく設定可能となり、この設定ストローク長さに対応した偏心軸の回転角度の間を往復駆動するので、ストローク長さの変更に柔軟に対応でき、またこれにより生産性を向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図６及び図７は、それぞれ本発明が適用されるサーボプレスの側面一部断面図及び背面一部断面図である。
図６及び図７において、プレス機械１はサーボプレスであり、サーボモータ２１によりスライド３を駆動している。プレス機械１の本体フレーム２の略中央部にはスライド３が上下動自在に支承されており、スライド３に対向する下部には、ベッド４上に取付けられたボルスタ５が配設されている。スライド３の上部に形成された穴内には、ダイハイト調整用のねじ軸７の本体部が抜け止めされた状態で回動自在に挿入されている。ねじ軸７のねじ部７ａは上方に向けてスライド３から露出し、ねじ軸７の上方に設けたプランジャ１１の下部の雌ねじ部に螺合している。
【００１８】
ねじ軸７の本体部外周にはウォームギヤ８のウォームホイール８ａが装着されており、このウォームホイール８ａに螺合したウォームギヤ８のウォーム８ｂはスライド３の背面部に取付けたインダクションモータ９の出力軸にギヤ９ａを介して連結されている。インダクションモータ９は、軸方向長さを短くしてフラット形状に、コンパクトに構成されている。
【００１９】
前記プランジャ１１の上部は、第１リンク１２ａの一端部とピン１１ａにより回動自在に連結されており、この第１リンク１２ａの他端部と、本体フレーム２に一端部が回動自在に連結されている第２リンク１２ｂの他端部との間には、三軸リンク１３の一側に設けた２つの連結孔がピン１４ａ，１４ｂにより回動自在に連結されている。三軸リンク１３の他側の連結孔は、詳細を後述するスライド駆動部２０の偏心軸２８に回動自在に連結されている。第１リンク１２ａ、第２リンク１２ｂおよび三軸リンク１３により、トグルリンク機構を構成している。
【００２０】
本体フレーム２の側面部にはスライド駆動用のサーボモータ２１が軸心をプレス左右方向に向けて取付けられており、該サーボモータ２１の出力軸に取付けた第１プーリ２２ａと、サーボモータ２１の上方に軸心をプレス左右方向に向けて回動自在に設けている中間シャフト２４に取付けた第２プーリ２２ｂとの間にはベルト２３（通常はタイミングベルトで構成される）が巻装されている。また、中間シャフト２４の上方の本体フレーム２には駆動軸２７が回動自在に支承されており、駆動軸２７の一端側に取付けたギヤ２６は中間シャフト２４に取付けたギヤ２５と噛合している。そして、駆動軸２７の軸方向中間部には偏心軸２８が形成されており、この偏心軸２８の外周部に前記三軸リンク１３の他側が回動自在に連結されている。
【００２１】
また、スライド３内には前記ねじ軸７の下端面部との間に密閉された油室６が形成されており、この油室６はスライド３内に形成されている油路６ａを経由して切換弁１６に接続されている。切換弁１６は、油室６内への操作油の給排を切り換えるものである。プレス加工時には、油室６内に給油して、加圧時の押圧力を油室６内の油を介してスライド３に伝達するようにしている。スライド３に過負荷が加わり、油室６内の油圧が所定の値を越えると油が図示しないリリーフ弁からタンクへ戻され、スライド３が所定量クッションし、スライド３および金型が破損しないようになっている。
【００２２】
また、スライド３の背面部には、上下２箇所から本体フレーム２の側面部に向けて突出した１対のブラケット３１，３１が取付けてあり、上下１対のブラケット３１，３１間に位置検出ロッド３２が取付けられている。位置検出用のスケール部が設けられている位置検出ロッド３２には、リニアスケール等の位置センサ３３の本体部が上下動自在に嵌挿している。位置センサ３３は、本体フレーム２の側面部に設けられている補助フレーム３４に固定されている。この補助フレーム３４は上下方向に縦長に形成されており、下部がボルト３５により本体フレーム２の側面部に取付けられ、上部が図示しない上下方向長孔内に挿入されたボルト３６により上下方向摺動自在に支持され、側部が前後１対の支持部材３７，３７により当接、支持されている。
【００２３】
補助フレーム３４は、上下いずれか一側（本例では下側）のみを本体フレーム２に固定し、他側を上下動自在にして支持する構造としているため、本体フレーム２の温度変化による伸縮の影響を受けないようになっている。これにより、前記位置センサ３３は、本体フレーム２の温度変化による伸縮の影響を受けずに、スライド位置及びダイハイトを正確に検出可能としている。
【００２４】
図１は本発明に係る制御装置のハード構成ブロック図であり、図１により制御構成を説明する。
本制御装置は制御器１０、モーション設定手段１７、メモリ１０ａ、位置センサ３３、サーボアンプ４５およびスライド駆動用のサーボモータ２１を備えている。
モーション設定手段１７はスライドモーションを設定可能となっており、スライドストローク長さ及びスライドストローク数（SPM） を設定するためのテンキー等のスイッチ、または予め設定されたスライドモーションデータを記憶したＩＣカード等の外部記憶媒体からのデータ入力装置を有している。なお、無線や通信回線を介してデータを送受信する通信装置により構成してもよい。
【００２５】
メモリ１０ａは上記設定されたスライドモーションデータ（ストローク長さ及びストローク数等）を記憶すると共に、スライド制御のためのモータ回転角度とスライド位置との関係データを記憶している。このモータ回転角度とスライド位置との関係データは、前記トグルリンク機構の各リンク１２ａ，１２ｂ，１３の長さ、偏心軸２８の偏心長さ、および偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係などの機械的寸法によって決まる関数式で求まるものであり、この関数式自体を記憶してもよいし、または関数式をテーブルデータとして記憶してもよい。
【００２６】
前記位置センサ３３は、検出したスライド位置を制御器１０に出力している。制御器１０はコンピュータ装置やＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ、所謂プログラマブルシーケンサである）等の高速演算装置から構成されている。制御器１０は、前記メモリ１０ａに記憶したモータ回転角度とスライド位置との関係データを参照して、前記モーション設定手段１７により設定されたスライドストローク長さ及びスライドストローク数のデータに基づいて、スライドが前記設定されたモーションに沿って移動するように、詳細は後述する演算処理を行い、サーボモータ２１の速度指令を求めてサーボアンプ４５に出力する。
【００２７】
サーボアンプ４５には、図示しないサーボモータ回転角度センサからのモータ回転角度がフィードバックされている。サーボアンプ４５は、制御器１０からの速度指令とこのモータ回転角度から求まる速度フィードバック信号との偏差値を演算し、求めた偏差値に基づき、該偏差値を小さくするようにサーボモータ２１を制御する。これにより、スライドの位置および速度が精度良く制御される。
【００２８】
次に、図２に示す制御機能ブロック図に基づき、図３〜図５にそれぞれ示すスライド制御方法の説明図を参照して、制御装置の各制御機能を説明する。ここで、図３は前記偏心軸２８の回転とスライド位置との関係を概念的に表し、図４は下死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図であり、また図５は上死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図である。
【００２９】
まず、本発明における制御方法の基本概念を説明する。本発明に係るスライド制御方法の第１実施例では、スライド下死点に対応する位置をはさんで偏心軸２８を正逆回転で往復駆動する場合を説明し、第２実施例では、スライド上死点に対応する位置をはさんで偏心軸２８を正逆回転で往復駆動する場合を説明する。図３に示すように、リンクモーションの下死点に対応する偏心軸２８の回転角度をθｄ（通常、１８０度より大きい）と呼び、上死点に対応する偏心軸２８の回転角度をθｕ（通常、３６０度より小さい）と呼ぶ。第１実施例では、この角度θｄからマイナス方向（以下、逆転方向と言う）に所定角度θ１離れた回転角度とプラス方向（以下、正転方向と言う）に所定角度θ２離れた回転角度との間で偏心軸２８を往復駆動することにより、スライドを下死点をはさんで一方の上限位置Ｕ１と他方の上限位置Ｕ２との間で連続で往復駆動するようにしている。ここで、逆転方向に所定角度θ１離れた角度に対応する上限位置Ｕ１と、正転方向に所定角度θ２離れた角度に対応する上限位置Ｕ２とは同一位置であるものとし、これらの上限位置Ｕ１，Ｕ２と下死点との距離が設定ストローク長さＳ１に対応する。
【００３０】
第２実施例では、上死点に対応する偏心軸２８の回転角度θｕから逆転方向に所定角度θ３離れた回転角度と正転方向に所定角度θ４離れた回転角度との間で偏心軸２８を往復駆動することにより、スライドを上死点をはさんで一方の下限位置Ｄ１と他方の下限位置Ｄ２との間で連続で往復駆動するようにしている。ここで、逆転方向に所定角度θ３離れた角度に対応する下限位置Ｄ１と、正転方向に所定角度θ４離れた角度に対応する下限位置Ｄ２とは同一位置であるものとし、これらの下限位置Ｄ１，Ｄ２と上死点との距離が設定ストローク長さＳ２に対応する。
【００３１】
ところが、前述のように偏心軸２８の偏心長さ、トグルリンク機構の各リンク長さ、偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係等によって決まるリンクモーションは、図３にも示すように下死点または上死点を挟んで正転側と逆転側とで回転角度θとスライド位置との関係が非対称で、異なっている。すなわち、下死点から逆転側では一定速度で変化する回転角度θに対してスライド位置が緩やかに変化し、反対に正転側では急激に変化するモーションである。また、上死点から正転側ではスライド位置が緩やかに変化し、反対に逆転側では急激に変化するモーションである。しかしながら、加工行程（ワークに当接する位置近傍）でのスライド速度は製品品質を左右する非常に重要な成形条件であるため、正逆回転駆動する場合でも加工行程のスライド速度を等しくする必要がある。
【００３２】
そこで、第１実施例では、ストロークＳ１の上限位置Ｕ１または上限位置Ｕ２から下死点に向かうスライド下降行程の、少なくとも加工行程のときに、常に、上記の緩やかなリンクモーションと略等しくなるように、サーボモータ２１で偏心軸２８の回転速度を制御して、スライドの位置および速度を精密に制御するようにしている。
第２実施例では、上死点からストロークＳ２の下限位置Ｄ１または下限位置Ｄ２に向かうスライド下降行程の、少なくとも加工行程のときに、それぞれ所定のリンクモーションと略等しくなるように、サーボモータ２１で偏心軸２８を制御して、スライドの位置および速度を精密に制御するようにしている。
【００３３】
これを達成するために、図２に示す各機能部を有している。
モーション設定部４３は、前記モーション設定手段１７により設定されたスライド駆動モード、スライドストローク長さＳ１およびストローク数Ｎ（SPM） 等のモーションデータに基づき、制御実行時間ｔとスライド位置Ｐとの関係を表すモーションを決定する。
【００３４】
より具体的には、スライド駆動モードが、第１実施例のパターンでスライドを駆動する下死点通過往復制御モードのときには、下死点を挟んだ前記一方の上限位置Ｕ１またはＵ２から下死点を経由して前記他方の上限位置Ｕ２またはＵ１までの間でのモーションを決定する。すなわち、図４左側に示すように、サーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に駆動して、スライドを上限位置Ｕ１から下死点を経由して上限位置Ｕ２までの間で往復制御するときには、一定速度で正転させる（または、少なくとも上昇行程では最大モータ速度とする）場合のモーションを決定する。これにより、スライドは、前述のように上限位置Ｕ１から下死点までの間は緩やかなリンクモーションで下降し、下死点から上限位置Ｕ２までの間は急激な上昇モーションで上昇する。このときの１サイクル所要時間Ｔｃは、前記設定されたストローク数Ｎによって決まる時間とする。また、図４右側に示すように、偏心軸２８を逆転方向に駆動して、スライドを上限位置Ｕ２から下死点を経由して上限位置Ｕ１までの間で往復制御するときには、上限位置Ｕ２から下死点までの間に、上記の正転方向駆動時の上限位置Ｕ１から下死点までと同じ緩やかなリンクモーションでスライドを下降させるために、これと略等しいリンクモーションを決定する。なお、ここで、少なくとも両者の加工行程Ａｗのモーションのみを等しくしてもよい。そして、下死点から上限位置Ｕ１までの間は、逆転方向に一定速度（通常は最大速度）で回転駆動するモーションを決定する。これにより、逆転時の加工モーションを正転時と略等しくすることができる。
【００３５】
またスライド駆動モードが、第２実施例のパターンでスライドを駆動する上死点通過往復制御モードのときには、上死点を挟んだ前記一方の下限位置Ｄ１またはＤ２から上死点を経由して前記他方の上限位置Ｄ２またはＤ１までの間でのモーションを決定する。すなわち、図５左側に示すように、まずサーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に駆動して、スライドを上死点から下限位置Ｄ２までの間で制御するときには、一定速度で正転させる場合のモーションを決定する。これにより、スライドは、上死点から下限位置Ｄ２までの間は緩やかなリンクモーションで下降する。
【００３６】
次に、サーボモータ２１により偏心軸２８を逆転方向に駆動して、スライドを下限位置Ｄ２から上死点を経由して下限位置Ｄ１までの間で制御する。このとき、下限位置Ｄ２から上死点までは一定速度（通常は最大速度）で逆転させる場合のモーションを決定する。また、上死点から下限位置Ｄ１まではサーボモータ２１の速度を制御するようにして、上記の正転方向駆動時の上死点から下限位置Ｄ２までと略同一の緩やかなリンクモーションを決定する。なお、ここで、少なくとも両者の加工行程Ａｗのみのモーションを略同一としてもよい。これにより、スライドは前記上死点から下限位置Ｄ２までと略対称なモーションで上昇した後、略同一のモーションで下降する。
【００３７】
次に、図５右側に示すように、偏心軸２８を正転方向に駆動して、スライドを下限位置Ｄ１から上死点を経由して下限位置Ｄ２までの間で往復制御するときには、下限位置Ｄ１から上死点までは、一定速度（通常は最大速度）で正転させる場合のモーションを決定し、上死点から下限位置Ｄ２までは前述したように一定速度で正転させる場合のモーションを決定する。
以下、上記のモーションを繰り返し往復制御を行う。
【００３８】
モータ／スライド関係データ記憶部４４は、前述のサーボモータ２１の回転角度とスライド位置との関係を表したデータを前記メモリ１０ａ内に記憶している。なお、このサーボモータ２１の回転角度とスライド位置との関係を、例えば図８で示すものと同様に、偏心軸２８の回転角度θ（０度〜３６０度）とスライド位置との関係で表すと、スライドのリンクモーションが分かり易くなる。そして、このリンクモーションの関数式は前記トグルリンク機構の各リンク長さ、偏心軸２８の偏心長さ、偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンク機構との関係、および偏心軸２８の回転角度θの三角関数により求まるので、これらの関数式を上記関係データとして記憶してもよいし、または関数テーブルデータとして記憶してもよい。
【００３９】
スライド位置指令演算部４１は、モーション設定部４３で決定したモータ正転時および逆転時のそれぞれのスライドモーションに沿ってスライドが移動するように、所定のサーボ演算周期時間毎のスライド位置の目標値を前記モーションに基づき演算により求める。そして、求めたスライド位置目標値を指令演算部４２に出力する。
【００４０】
指令演算部４２は、前記スライド位置指令演算部４１からのスライド位置目標値と、位置センサ３３により検出したスライド位置との偏差値を小さくするように、該求めた偏差値に基づきモータ速度指令を演算し、サーボアンプ４５に出力する。なお、このモータ速度指令の演算時に用いる位置偏差ゲインは、前記モータ／スライド関係データ記憶部４４のスライド位置とモータ回転角度との関係データを参照して、スライド位置に応じて補正する。
なお、偏心軸２８の回転角度を検出して、上記スライド位置のフィードバックの代わりにこの偏心軸２８の回転角度を位置フィードバックに用いてもよい。
【００４１】
次に、以上の構成による作動を、図３〜図５を参照して説明する。
最大ストローク長さＳmax よりも小さいスライドストローク長さＳ１、およびそのときの制御モード（第１実施例に相当する下死点通過往復制御モードと、第２実施例に相当する上死点通過往復制御モード）が設定されると、その制御モードに応じて、モーションが決定される。下死点通過往復制御モードが設定されると、図３に示すようにスライド下死点に対応する偏心軸２８の回転角度θｄを挟んで逆転方向と正転方向とにそれぞれ所定角度θ１，θ２だけ離れ、かつ上記設定ストローク長さＳ１に対応した上限位置Ｕ１，Ｕ２がそれぞれ求められる。次に、図４に示すように、この一方の上限位置Ｕ１から下死点を通過して他方の上限位置Ｕ２に達する、偏心軸正転でのスライドモーションと、他方の上限位置Ｕ２から下死点を通過して一方の上限位置Ｕ１に達する、偏心軸逆転でのスライドモーションとが決定される。このとき、少なくとも上記偏心軸逆転での加工行程Ａｗのモーションは、偏心軸正転での加工行程Ａｗのリンクモーションと略等しく設定される。
【００４２】
そして、予め決められたスライド位置と偏心軸回転角度との関係、すなわちスライド位置とモータ回転角度との機械的な関係を表すデータを参照して、上記決定されたスライドモーションに沿ってスライドが下死点をはさんで往復駆動されるように、サーボモータ２１の位置および速度を制御する。この結果、スライドは、ストローク長さが互いに等しい２つの上限位置Ｕ１，Ｕ２の間を下死点を経由して連続で往復移動することになり、従って、プレス１サイクル運転中にサーボモータ２１は上限位置Ｕ１またはＵ２でのみ停止するだけでよい。
【００４３】
また、上死点通過往復制御モードが設定されると、図３に示すようにスライド上死点に対応する偏心軸２８の回転角度θｕを挟んで、この角度θｕから逆転方向と正転方向とにそれぞれ所定角度θ３，θ４だけ離れ、かつ設定ストローク長さＳ２に対応した下限位置Ｄ１，Ｄ２がそれぞれ求められる。次に、図５に示すように、この一方の下限位置Ｄ１から上死点を通過して他方の下限位置Ｄ２に達する、偏心軸正転でのスライドモーションと、他方の下限位置Ｄ２から上死点を通過して一方の下限位置Ｄ１に達する、偏心軸逆転でのスライドモーションとが決定される。このとき、少なくとも上記偏心軸逆転での加工行程Ａｗのモーションは、偏心軸正転での加工行程Ａｗのリンクモーションと略等しく設定される。
【００４４】
そして、前記同様に、予め決められたスライド位置とモータ回転角度との機械的な関係を表すデータを参照して、上記決定されたスライドモーションに沿ってスライドが上死点をはさんで往復駆動されるように、サーボモータ２１の位置および速度を制御する。この結果、スライドは、ストローク長さが互いに等しい２つの下限位置Ｄ１，Ｄ２の間を上死点を経由して連続で往復移動することになり、従って、プレス１サイクル運転中にサーボモータ２１は下限位置Ｄ１またはＤ２でのみ停止するだけでよい。
【００４５】
また、上死点通過往復制御モードの場合の利点の一つは、熱変形等に伴うダイハイト変化に対し、スライド駆動用のサーボモータ２１でダイハイト調整ができることにある。したがって該モードの場合、前記下限位置Ｄ１，Ｄ２は、ダイハイト調整で下限位置決めした後の該下限位置も含まれることになる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、正転時と逆転時の下降モーションまたはその内の少なくとも加工行程モーションが、定速回転での正転時にトグルリンク機構等の機械的な関係から決まるリンクモーションと略等しくなるように、サーボモータの位置および速度を制御する例を示したが、これに限定されず、例えば加工条件、運転条件等に適合して設定した任意のモーションになるように制御してもよい。
【００４７】
本発明により、以下の効果が得られる。
下死点通過往復制御モードのとき、下死点に対応する偏心軸の回転角度を挟んだ正転側および逆転側の各スライド上限位置に対応した２つの回転角度の間で、偏心軸を往復駆動するようにサーボモータを制御するので、上限位置から上限位置までの１サイクル運転中にサーボモータを前記２つの上限位置でのみ停止するだけでよい。このため、下死点と１つの上限位置とに対応したそれぞれの回転角度の間で反転駆動する方法よりも、サーボモータの起動、停止の頻度、および正転、逆転の繰り返し回数を低減できる。これにより、サーボモータの負荷率を低減して発熱を減少できるため、サーボモータの過負荷を防止できるとともに、１サイクルの所要時間を短縮して生産性を向上できる。
【００４８】
上死点通過往復制御モードのとき、上死点に対応する偏心軸の回転角度を挟んだ正転側および逆転側の各スライド下限位置に対応した２つの回転角度の間で、偏心軸を往復駆動するようにサーボモータを制御するので、下限位置から下限位置まで（等価的には、上死点から下限位置位置決めした後、上死点まで）の１サイクル運転中にサーボモータを前記２つの下限位置でのみ停止するだけでよい。このため、上記同様に、例えば１つの下限位置と上限位置（又は上死点）とに対応したそれぞれの回転角度の間で反転駆動する方法よりも、サーボモータの起動、停止の頻度、および正転、逆転の繰り返し回数を低減できるので、サーボモータの負荷率を低減して発熱を減少できるとともに、１サイクルの所要時間を短縮して生産性を向上できる。
【００４９】
また、このとき、トグルリンク機構に関わる本来のリンクモーションは下死点または上死点を挟んでサーボモータの正転側と逆転側とで対称形になっていないが、少なくとも加工モーションではサーボモータ（偏心軸）の逆転時のモーションが正転時のリンクモーションと略等しくなるように、スライドの位置および速度を精度良く制御するので、サーボモータの往復駆動によるモーションの変動は無く、安定した高い加工精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御構成ブロック図である。
【図２】本発明に係る制御機能ブロック図である。
【図３】偏心軸の回転とスライド位置との関係を表す概念図である。
【図４】下死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図である。
【図５】上死点をはさんだ往復駆動時のモーション説明図である。
【図６】本発明が適用されるサーボプレスの側面一部断面図である。
【図７】本発明が適用されるサーボプレスの背面一部断面図である。
【図８】リンクモーション例と短いストロークのスライド駆動例である。
【図９】他の短いストロークのスライド駆動例である。
【符号の説明】
１…プレス機械、３…スライド、４…ベッド、５…ボルスタ、６…油室、７…ねじ軸、９…インダクションモータ、１０…制御器、１０ａ…メモリ、１１…プランジャ、１２ａ…第１リンク、１２ｂ…第２リンク、１３…三角リンク、１６…切換弁、１７…モーション設定手段、２０…スライド駆動部、２１…サーボモータ、２２ａ…第１プーリ、２２ｂ…第２プーリ、２３…ベルト、２７…駆動軸、２８…偏心軸、３３…位置センサ、３４…補助フレーム、４１…スライド位置指令演算部、４２…指令演算部、４３…モーション設定部、４４…モータ／スライド関係データ記憶部、４５…サーボアンプ。
Claims (4)
- スライド(3)の駆動用のサーボモータ(21)と、
該サーボモータ(21)で回転駆動される偏心軸(28)と、
偏心軸(28)の偏心位置とスライド(3)との間に設けられたトグルリンク機構と、
スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸(28)の回転角度をはさんで、前記偏心軸(28)を正逆回転駆動するとき、少なくとも加工行程においてはサーボモータ(21)の速度を制御して、正逆ほぼ同一のモーションでスライド(3)を制御する制御器(10)とを備えた
ことを特徴とするサーボプレスのスライド制御装置。 - 請求項１記載のサーボプレスのスライド制御装置において、
少なくともスライド(3)のストローク長さを含むモーションデータを設定するモーション設定手段(17)を備え、
前記制御器(10)は、スライド(3)の最大ストロークよりも小さいストローク長さが設定されたら、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸(28)の回転角度から正転側及び逆転側の、このストローク長さに対応するそれぞれの角度の間を正逆回転するように、モーションを演算する
ことを特徴とするサーボプレスのスライド制御装置。 - サーボモータ(21)で偏心軸(28)を回転駆動し、トグルリンク機構を介してスライド(3)を駆動するサーボプレスのスライド制御方法において、
スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸(28)の回転角度をはさんで、前記偏心軸(28)を正逆回転駆動するとき、少なくとも加工行程においてはサーボモータ(21)の速度を制御して、正逆ほぼ同一のモーションでスライド(3)を制御する
ことを特徴とするサーボプレスのスライド制御方法。 - 請求項３記載のサーボプレスのスライド制御方法において、
スライド(3)の最大ストロークよりも小さいストロークが設定されたら、スライド下死点又は上死点に対応する前記偏心軸(28)の回転角度から正転側及び逆転側の、このストロークに対応するそれぞれの角度の間を正逆回転駆動する
ことを特徴とするサーボプレスのスライド制御方法。
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