JP3929362B2 - サーボプレス、およびそれを用いた加工方法とその制御方法 - Google Patents
サーボプレス、およびそれを用いた加工方法とその制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボプレス、およびそれを用いた加工方法と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】
ところで、上記の直動型サーボプレスにおいては、サーボモータで大きな加圧力を発生させるために、第１にボールスクリューの減速比を大きくすること、また、第２に大きなトルクが出せる、大きなパワーを有するサーボモータを使用することにより、これを達成できる。しかしながら、上記のようにボールスクリューの減速比を大きくすると、同じモータ回転数であっても全体的にスライド速度を遅くすることになり、スライドモーション中の高速化したい行程（例えば下降開始から加工領域手前まで、および加工完了後の上昇開始から上限位置までの各行程）でのスライド速度を充分に高速化することは困難であり、生産性を上げることができない。また、これを解決するために、上記のように大きなパワーを有するサーボモータを使用すると、サーボモータやサーボアンプ等の部品コストが高くなると共に、モータの大型化、大重量化によって装置全体が大型化し、また組立時や保守時の作業性が低下するという問題が生じる。
【０００４】
プレス機械等の生産設備機械には、言うまでも無く、生産性向上のための生産速度アップと共に、安い価格、必要設置スペースの最小化、保守時の作業性、補給部品の入手性と低コスト化、等が常に要求されており、したがって、これらの要求を満足できるサーボプレスを望む声が非常に大きくなっている。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に着目してなされ、生産性向上が図れると共に、装置の低価格化および小型化ができ、さらに保守時の作業性向上、および補給部品の入手性向上と低コスト化が図れるサーボプレス、およびそれを用いた加工方法とその制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、第３、または第５発明はそれぞれ、サーボモータでクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するサーボプレスにおいて、偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライドを１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライドの上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライドの下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライドを下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンと、スライドの上死点に対応する前記偏心回転部の上死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの下限位置とし、この内の一方の下限位置から前記上死回転角度を通過して他方の下限位置まで一方向に回転駆動し、スライドを上死点をはさんで反転往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「反転往復」パターンとを予め有し、実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータを制御し、スライドの位置および速度を制御するようにしたサーボプレス、サーボプレスの加工方法、またはサーボプレスの制御方法としている。
【０００７】
また、第２、第４、または第６発明はそれぞれ、サーボモータでクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するサーボプレスにおいて、偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライドを１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライドの上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライドの下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライドを下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータを制御し、スライドの位置および速度を制御するようにしたサーボプレス、サーボプレスの加工方法、またはサーボプレスの制御方法としている。
【０００８】
また、第７、第８、または第９発明はそれぞれ、サーボモータで直動部を略水平方向に駆動し、この直動によりトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するサーボプレスにおいて、スライドの下死点に対応するトグルリンク機構の下死リンク位置からサーボモータの一方向回転側にそれぞれ所定距離移動した、所定のスライド下限位置、上限位置にそれぞれ対応する２つのリンク位置間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、トグルリンク機構の前記下死リンク位置からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定距離移動した２つのリンク位置を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死リンク位置を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライドを下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータを制御し、スライドの位置および速度を制御するようにしたサーボプレス、サーボプレスの加工方法、またはサーボプレスの制御方法としている。
【００１０】
第１〜第６発明によれば、サーボモータでクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転駆動部を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライドを駆動し、また第７〜第１２発明によれば、サーボモータで水平直動部を直動し、トグルリンク機構を介してスライドを駆動するので、それぞれ加工行程では小さなトルクで大きな加圧力を得ることができ、しかも、通常スライド速度が高速を要求される、加工行程手前の高速下降行程でのスライド速度が速くなるようなモーションを容易に構成できる。これにより、小さなパワーのサーボモータを使用して高速化できるので、生産性向上、低コスト化、装置の小型化を図ることができる。また、小型のサーボモータを使うので、保守時の作業性向上や補給部品のコスト低減、入手性向上等が図れる。
【００１１】
さらに、サーボモータの制御パターンを変えると、各種のスライド動作パターンが実現され、加工条件に適合させることができる。例えば、サーボモータの「回転」パターンは、ストローク長が長い成形加工に有利であり、「往復」パターンは、短いストローク長さで連続加工する薄板の打ち抜き加工に有利である。また、「反転」パターンは、短いストローク長さで、下限位置の位置決め精度を重要視する薄板のコイニング加工に有利であり、「反転往復」パターンは、上記の「反転」パターンでのストローク長さが所定値以上長くなった場合で、下限位置の位置決め精度が要求される精密成形加工に適合している。
【００１２】
従って、第１〜第９発明によると、このような複数のモータ制御パターンを予め記憶しておき、実加工時に、加工条件に合わせてその内のいずれか一つを選択的に切換えて実行することにより、品質の良いワークを加工できると共に、加工条件に応じて効率的にスライドを駆動できるので、サイクルタイムを短縮して生産性を向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図１４を参照して、第１実施形態を説明する。まず、図１および図２により、第１実施形態に係る発明が適用されるサーボプレス例としてのトグルリンク機構を有するサーボプレスを説明する。図１及び図２は、それぞれ該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。
サーボプレス１は、サーボモータ２１によりスライド３を駆動している。サーボプレス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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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の軸心方向略中央部には偏心軸２８が形成されており、この偏心軸２８の外周部の偏心位置に前記三軸リンク１３の他側が回動自在に連結されている。
【００１８】
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。切換弁１６を通して油室６内に給油された操作油は、プレス加工時には、油室６内に閉塞され、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。
【００１９】
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前記位置検出ロッド３２は、リニアスケール等の位置センサ３３の本体部に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。
【００２０】
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。
【００２１】
図３は第１実施形態に係る制御装置のハード構成ブロック図であり、図３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。
【００２２】
モーション設定手段１７はスライドモーションを設定するための各種データを入力するものであり、モーションデータを入力するためのスイッチ及び／又はテンキーと、これらの入力データや設定完了し登録された設定データ等を表示する表示器とを有している。以下の実施形態では、透明タッチスイッチパネルを液晶表示器やプラズマ表示器等のグラフィック表示器の前面に装着した、いわゆるタッチパネル付きのプログラマブル表示器と、テンキーとを用いて構成している。なお、このモーション設定手段１７は、予め設定された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、または、無線や通信回線を介してデータを送受信する通信装置を備えていてもよい。
【００２３】
本モーション設定手段１７では、成形条件に合った加工パターン、即ちスライド制御パターンを回転、反転、往復(下死点通過往復)、および反転往復（上死点通過往復）の４種類の中から選択し、設定可能となっている。以下、各加工パターン別に説明する。
【００２４】
図５および図６により、第１の「回転」パターンの設定について説明する。図５は「回転」パターンのモーション設定画面例であり、図６は「回転」パターンの動作説明図である。なお、図６の左側の円は、スライドの回転駆動部である前記偏心軸２８の仮想的な回転運動を表し、上死点に対応する偏心軸２８の仮想回転角度を０度、また下死点に対応する仮想回転角度を１８０度とそれぞれ表す。また、図６の右側のタイムチャートはこの回転運動に伴うスライド位置の変化を表しており、横軸に時間、縦軸にスライド位置（高さ）を表している。
【００２５】
図５に示すように、モーションデータは個々の金型に応じて設定されるため、該金型に対応した型番号５０を付与するようにしている。方式設定部６０では、回転、反転、往復、反転往復の４種の制御パターンの内、いずれか一つが選択可能となっており、本例においては上記４種のパターン名が表示されたそれぞれの透明タッチスイッチをオペレータがタッチすると、当該スイッチに対応したパターン名が反転表示され（図５では、「回転」が反転表示されている）、そのパターンが選択される。「回転」パターンが選択されると、基準速度５４の設定部が画面表示される。この基準速度５４は、当該モーションでのサーボモータ２１の許容最大速度を表しており、本例では予め決められたサーボモータ最大速度に対する％割合（但し、ｍａｘ１００％）で設定するようにしている。これにより、サーボモータ最大速度以上の速度に設定されることが防止される。
【００２６】
図６に示すように、「回転」パターンでは、サーボモータ２１を正転方向に所定の一定速度（前記基準速度５４の設定値による、通常はサーボモータ最大速度）で連続的に回転させる。これにより、スライドのモーションカーブは、偏心軸２８の偏心長さ、トグルリンク機構の各リンク長さ、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等の機械的な寸法によって決まるリンクモーションとなり、上死点から下死点までの下降行程では滑らかに、この後上昇行程では急激にスライドが移動する。このとき、スライドストローク長さは上記機械的な寸法から決まる最大ストローク長さＳmax である。
【００２７】
次に、図７および図８により、第２の「反転」パターンの設定について説明する。図７は「反転」パターンのモーション設定画面例であり、図８は「反転」パターンの動作説明図である。なお、各図の構成の符号は前出の図の同一構成と同じにして以下での説明を省く。また、図８の左側円と右側タイムチャートの意味は図６と同じである。
【００２８】
図８に示すように、「反転」パターンでは、上死点と下死点の間に設定した上限位置Ｐ０に対応する偏心軸２８の回転角度θ０から、下死点手前に予め設定された所定の下限位置Ｐ２に対応する偏心軸２８の回転角度θ２まで、サーボモータ２１の正転方向速度を制御した後、下限位置Ｐ２で正確に位置決め停止し、次にサーボモータ２１を反転して、上限位置Ｐ０まで上昇させて停止する。これを繰り返すことにより、短いストローク長さＳ１でスライドは昇降を繰り返し、その下限位置Ｐ２が精度良く位置決めされる。
【００２９】
図７において、「反転」パターンの設定画面では、様々な金型に柔軟に対応するために、任意のモーションが設定できるように、段数５１、待機位置５３、基準速度５４、待機時間５５、そして各段毎の目標位置５７、移動速度５８および停止時間５９がそれぞれ設定可能となっている。段数５１には、下降工程での速度制御区間の段数５１ａと、上昇行程での速度制御区間の段数５１ｂとがあり、それぞれ、段数が１に設定された場合には所定の定速度制御によるリンクモーションに設定されるようになっている。図８の例では、下降行程を２段、上昇行程を１段と設定しており、即ち下降行程では２段の速度制御区間を有し、上昇行程では所定の定速度制御によるモータ反転でのリンクモーションに設定している。待機位置５３は、上昇行程の最後のスライド位置すなわち上限位置である。図８に示す例では、待機位置Ｐ０である。また、待機時間５５はその待機位置５３にスライドが停止（次サイクル開始まで待機）する場合の待機中の時間であり、図８の例では待機時間＝０である。
【００３０】
また、各段毎の目標位置５７は、各段の最後スライド位置（これは、後段の開始位置に相当する）である。図８に示す例では、下降１段目が目標位置Ｐ１、下降２段目が目標位置Ｐ２（下限位置）、および上昇行程(図示の３段目)が目標位置Ｐ０（上限位置）である。そして、各段毎の移動速度５８および停止時間５９は、それぞれ、各区間のスライド移動速度、および最終目標位置Ｐｎにおける移動停止時間であり、図８に示す例で言うと、２段目の移動速度５８はＰ１からＰ２までのモーション傾き（＝（Ｐ１−Ｐ２）／Ｔａ）に相当し、その停止時間５９は零である。また、上昇行程は、本例では下限位置Ｐ２から上限位置Ｐ０まで最大速（１００％）で上昇するように設定されている。なお、各段の移動速度５８は、前記設定した当該モーションの基準速度５４でのスライド最大速度に対する％割合で設定するようにしている。また、上記の設定が完了したら、設定データに基づいてサイクルタイムが自動的に演算され、その演算結果がサイクルタイム表示部６８に表示される。
【００３１】
次に図９および図１０により、第３の「往復」パターンについて説明する。図９は「往復」パターンのモーション設定画面例であり、また図１０は「往復」パターンの動作説明図で、図の意味は前記同様である。
【００３２】
図１０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（仮想回転角度１８０度に相当する）と呼び、上死点に対応する偏心軸２８の回転角度をθｕ（仮想回転角度３６０度に相当する）と呼ぶ。「往復」パターンでは、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α１離れた回転角度θ１とプラス方向（以下、正転方向と言う）に所定角度α２離れた回転角度θ２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、回転角度θ１に対応する上限位置Ｕ１と、回転角度θ２に対応する上限位置Ｕ２とは同一位置(高さ)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。
【００３３】
図９に示すように、「往復」パターンが選択されると、待機位置５３、待機時間５５、基準速度５４のそれぞれの設定部が表示される。ここで、待機位置５３は図１０に示す上限位置Ｕ１，Ｕ２を表す。また、一方の上限位置Ｕ１から他方の上限位置Ｕ２までの正転時にはモータを所定の一定回転数で制御するものとし、上記基準速度５４はこの時のモータ回転数を表す。これにより、本例では前述したような機械的に決まるリンクモーションに設定される。なお、他方の上限位置Ｕ２から一方の上限位置Ｕ１までの逆転時のモーションは、詳細は後述するように、この正転時のモーションに基づいて自動的に決定される。
【００３４】
次に図１１および図１２により、第４の「反転往復」パターンについて説明する。図１１は「反転往復」パターンのモーション設定画面例であり、また図１２は「反転往復」パターンの動作説明図で、図の意味は前記同様である。
【００３５】
図１２に示すように、「反転往復」パターンでは、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α３離れた回転角度θ３と正転方向に所定角度α４離れた回転角度θ４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α３離れた回転角度θ３に対応する下限位置Ｄ１と、正転方向に所定角度α４離れた角度θ４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。
【００３６】
図１１に示すように、「反転往復」パターンが選択されると、基準速度５４、目標位置５７、停止時間５９のそれぞれの設定部が表示される。ここで、目標位置５７は図１２に示す下限位置Ｄ１，Ｄ２を表し、また停止時間５９はその下限位置Ｄ１，Ｄ２での停止時間を表し、図１２の例では停止時間５９＝０に設定されている。また、図１２に示すように、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までの正転時には、モータを所定の一定回転数で制御するものとし、上記基準速度５４はこの時のモータ回転数を表す。これにより、本例では前述したような機械的に決まるリンクモーションに設定される。なお、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までの逆転時には、詳細は後述するように、上記の正転時のモーションに基づいて自動的に決定される。
以上、モーション設定手段１７について説明した。
【００３７】
前出の図３において、メモリ１０ａは上記設定されたモーションデータをその型番号５０に対応させて記憶すると共に、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。
【００３８】
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。この制御器１０は、詳細は後述する処理手順に従って、前記モーション設定手段１７により設定された前記制御パターンとそれに対応したモーションデータとに基づいて、スライド制御のためのモーションカーブを決定し、実稼動時に、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、スライドが前記決定されたモーションカーブに沿って移動するように後述する所定の演算処理を行い、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。
【００３９】
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信号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からの前記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、この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。
【００４０】
次に、図４に示す制御機能ブロック図に基づき、図６，８，１０，１２にそれぞれ示すスライド動作説明図を参照して、制御装置の各制御機能を説明する。
【００４１】
モーション設定部４３は、前記モーション設定手段１７により選択、設定された制御パターンと、この制御パターンに対応するモーションデータとに基づき、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。このとき、以下のような理由によって、制御パターン毎に異なる手順でモーションを決定している。
【００４２】
第１の「回転」パターンにおいては、図６に示すようにサーボモータ２１を所定方向（図示では正転方向）に定速度で連続回転させている。また、第２の「反転」パターンでは、図８に示すように、下降行程の上限位置Ｐ０から下限位置Ｐ２まではサーボモータ２１を所定の速度で正転方向に回転させている。このため、上記２つのパターンでは、その下降行程のモーションカーブが常に同じであり、よってそのスライド速度が安定に制御されており、従って図示の加工行程Ａｗ（ワークに当接する位置近傍）での成形条件は安定している。
【００４３】
一方、第３の「往復」パターンおよび第４の「反転往復」パターンにおいては、図１０および図１２にそれぞれ示すように、スライド下降行程でサーボモータ２１を正転させる時と逆転させる時の２つの場合がある。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、前記図６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偏心軸２８の回転角度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、上死点まではサーボモータ２１を一定速度で回転させた時、スライド位置が緩やかに変化し、反対に正転側で、上死点ま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、図示の加工行程Ａｗ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、「往復」パターンおよび「反転往復」パターンで正逆回転駆動する場合でも少なくとも加工行程Ａｗのスライド速度を等しくする必要がある。
【００４４】
そこで、「往復」パターンでは、図１０に示すようにストローク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Ａｗ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。
「反転往復」パターンでは、図１２に示すように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Ａｗ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。
【００４５】
以下に、より具体的なモーション決定方法について、順に説明する。
「回転」パターンのときには、図５に示す画面で設定された前記基準速度５４に相当するモータ回転速度でサーボモータ２１を定速度正転させた時のモーションカーブを、前記モーションとして決定する。
「反転」パターンのときには、下降行程では、図７に示す画面で設定された前記待機位置５３と、下降行程各段の（図７の例では２段目までの）目標位置５７および移動速度５８とに基づき、上限位置Ｐ０から下限位置Ｐ２までのモータ正転時のモーションカーブが、前記モーションとして決定される。また上昇行程では、前記設定された上昇行程各段の（図７の例では３段目の）目標位置５７と移動速度５８と待機時間５５とに基づき、下限位置Ｐ２から上限位置Ｐ０までのモータ逆転時のモーションカーブが、前記モーションとして決定される。
【００４６】
「往復」パターンのときには、図１０のタイムチャートの左側に示すように、サーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に回転させて、スライドを一方の上限位置Ｕ１から下死点を経由して他方の上限位置Ｕ２までの間で往復制御するときには、図９に示す画面で設定された前記待機位置５３を上限位置Ｕ１，Ｕ２とし、前記基準速度５４に相当する一定速度で正転させ（または、少なくとも上昇行程では最大モータ速度としてもよい）、他方の上限位置Ｕ２で前記待機時間５５だけ停止させるときのモーションカーブが、前記モーションとして決定される。これにより、スライドは、前述のように一方の上限位置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、下死点から他方の上限位置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、前記演算により求められたサイクルタイム６８と略等しくなる。また、図１０のタイムチャートの右側に示すように、偏心軸２８を逆転方向に回転させて、スライドを他方の上限位置Ｕ２から下死点を経由して一方の上限位置Ｕ１までの間で往復制御するときには、まず他方の上限位置Ｕ２から下死点までの間に、上記の正転方向駆動時の一方の上限位置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が決定される。なお、少なくとも両者の加工行程Ａｗのモーション（以後、加工モーションと言う）のみを略等しくするようにしてもよい。そして次に、下死点から一方の上限位置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カーブが決定される。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。
【００４７】
また「反転往復」パターンのときには、図１２のタイムチャートの左側に示すように、まずサーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に回転させて、スライドを上死点から一方の下限位置Ｄ２までの間で制御するときに、図１１に示す画面で設定した前記目標位置５７を下限位置Ｄ２とし、前記基準速度５４に相当する一定速度で正転させて一方の下限位置Ｄ２で位置決め停止して前記停止時間５９だけ停止するときのモーションカーブが、前記モーションとして決定される。これにより、スライドは、上死点から一方の下限位置Ｄ２までの間は緩やかなリンクモーションで下降する。
【００４８】
次に、サーボモータ２１により偏心軸２８を逆転方向に回転させて、スライドを一方の下限位置Ｄ２から上死点を経由して他方の下限位置Ｄ１までの間で制御するが、このとき、一方の下限位置Ｄ２から上死点までは、一定速度（通常は最大速度）で逆転させるときのモーションカーブが前記モーションとして決定される。この後、上死点から他方の下限位置Ｄ１までは、サーボモータ２１の逆転方向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一方の下限位置Ｄ２までと略同一の緩やかなリンクモーションカーブが決定される。これにより、サーボモータ２１の逆転時でも、スライドは上死点から一方の下限位置Ｄ２までと略同一のモーションで下降する。なお、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。この場合、サーボモータ２１の逆転時でも、加工行程Ａｗにおいて略同一のモーションで下降する。
【００４９】
次に、図１２のタイムチャート右側に示すように、偏心軸２８を正転方向に回転させて、スライドを他方の下限位置Ｄ１から上死点を経由して一方の下限位置Ｄ２までの間で往復制御するときには、他方の下限位置Ｄ１から上死点までは、一定速度（通常は最大速度）で正転させるときのモーションカーブが決定され、この後上死点から一方の下限位置Ｄ２までは前述と同様に前記設定された一定速度で正転させるときのモーションカーブが決定される。以降、上記のモーションを繰り返す。
以上で、モーション設定部４３の説明を終える。
【００５０】
次に、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、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。
【００５１】
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、制御パターンに応じたモータ正転時および逆転時のそれぞれの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。
【００５２】
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。
【００５３】
ところで、前記した４つの制御パターンは、加工条件に応じて選択されるものである。図１３は、それぞれの制御パターンが適用される加工条件を表している。
図１３で分かるように、「往復」と「反転」のパターンは、加工後の逃げ量などの所要ストローク長さが短くてもよい場合に、「回転」と「反転往復」のパターンに比して有利である。また、「反転」パターンは下限位置での位置決め精度が要求される場合に「往復」と「回転」のパターンに比してその効果が大きい。しかし、サイクルタイムの面では短いストローク長さ同士でも「往復」パターンの方が、「反転」パターンに比して下死点付近での加減速および停止の無い分有利であり、さらに加減速および停止の頻度が少ない分、モータの負荷がより軽減されて発熱が少なく、モータ寿命を長期化できる。
【００５４】
また、「回転」と「反転往復」のパターンは所要ストローク長さが長い場合に有利で、さらに「反転往復」パターンは下限位置での位置決め精度が要求される場合に「往復」と「回転」のパターンに対してその効果が大きいが、逆にサイクルタイムの面では長いストローク長さ同士でも「回転」パターンの方が「反転往復」パターンよりも下死点付近での加減速および停止の無い分有利である。なお、「反転」パターンでストローク長さが所定値以上に長くなったときには、「反転往復」パターンの方が「反転」パターンに比して上死点付近での加減速および停止の無い分サイクルタイムが速くなると共に、加減速および停止の頻度が少ない分モータの負荷がより軽減されて発熱が少なく、モータ寿命を長期化できる。
【００５５】
これらのことから、「往復」パターンは、例えば薄板の連続打抜き加工などに適合し、「回転」パターンは、例えば所定値以上のストローク長さが必要な成形加工などに適合し、「反転」パターンは、例えば薄板のコイニング加工、精密成形加工などに適合し、また「反転往復」パターンは例えば所定値以上のストローク長さが必要な精密成形加工、深絞り加工などに適合していると言える。
【００５６】
図１４は、本発明に係る加工作業のフローチャートを表しており、図１４により加工手順を説明する。
まずステップＳ１で、作業者はモーション設定手段１７により、ワークの加工条件に合わせて制御パターンを選択し、設定する。次に、ステップＳ２で、作業者は前記選択した制御パターンに応じて、ワーク加工条件を満たすモーションデータを設定する。この後、ステップＳ３で、制御器１０は、実稼動開始前に、上記選択された制御パターンにこの設定されたモーションデータを当てはめて、該制御パターンに合ったモーションカーブを決定する（モーション設定部４３）。そして、ステップＳ４で、起動信号が入力されたか（つまり起動されたか）をチェックし、起動されるまでステップＳ４を繰り返して待つ(スライド位置指令演算部４１)。なお、上記起動信号は、図示しないプレス操作盤に設けた起動釦スイッチによるものでも、または図示しない上位のプレスライン管理コントローラからの起動信号等であってもよい。ステップＳ４で起動されたら、次にステップＳ５で、前記モーションカーブに沿ってスライドが移動するようにスライドの位置および速度を制御する（スライド位置指令演算部４１、指令演算部４２）。この後、ステップＳ６でプレス操作盤またはプレスライン管理コントローラ等から停止信号が入力されたかをチェックし、停止信号が入力されるまでステップＳ５から処理を繰り返し、停止信号が入力されたら、ステップＳ７で、待機位置に設定された上限位置または上死点でスライドを停止させ、プレス運転を停止する。
【００５７】
以上の構成の第１実施形態による効果を説明する。
サーボモータ２１で偏心軸２８を回転し、この偏心軸２８の回転によりトグルリンク機構を進退駆動して、スライド３を上下駆動しているため、トグルリンク機構の力増幅作用を利用して小さなモータトルクで大きなスライド加圧力を出せる。しかも、トグルリンク機構でのモーションによると、通常高速下降が必要とされる、加工行程より手前の高速下降行程でのスライド速度を容易に高速化できる。これにより、小さいパワーを有する小型のサーボモータを使用できるので、サーボプレスの小型化、低コスト化、及びその生産性向上ができる。さらに、組立時や保守時の作業性向上や、補給部品の低コスト化および入手性向上を図ることができる。
【００５８】
また、サーボモータ２１の制御パターンとして、「回転」パターンと、「往復」パターンと、「反転」パターンと、「反転往復」パターンとの複数のパターンを予め記憶しておき、モーション設定時に、これらの複数の制御パターンの内いずれか一つを選択可能とし、この選択されたパターンに応じてモーションデータを設定すると、実制御時には、上記選択された制御パターンおよびそれに応じたモーションデータに基づき、制御のためのモーションが決定され、そしてこのモーションに沿ってサーボモータ２１の位置および速度を制御するようにしている。このとき、サーボモータ２１の正転時と逆転時とで、下降行程、特に加工行程のモーション（スライド位置と速度）を略等しくするように、上記の制御用のモーションが決定されるので、上記各種制御パターン毎にサーボモータ２１の回転方向が異なっていても、少なくとも加工条件がばらつくことがなく安定する。従って、製品品質を高いレベルに安定化することができる。
【００５９】
また、ワークの加工条件に合わせて前記複数の制御パターンの内のいずれか一つを選択し、そのモーションを設定可能としているので、加工条件に適合した制御パターンでサーボモータ２１を制御し、適合したモーションでスライドを駆動することができる。例えば、薄板の連続打ち抜き加工、通常の成形加工、薄板のコイニング加工、高精密成形加工等の加工条件に合った制御パターンを選択できる。この結果、サイクルタイムの短縮による生産性の向上や、高精度で高品質のワーク加工ができる。
【００６０】
次に、図１５〜図１９により、第２実施形態を説明する。本実施形態は、サーボモータで回転駆動するクランク機構によりスライドが駆動されるサーボプレスへの適用例を示している。
図１５は、第２実施形態に係るサーボプレスおよび制御装置の概略構成図である。第１実施形態と同じ構成には同一符号を付し、ここでの説明を省く。
図１５において、サーボモータ２１は、その出力軸に取着された減速用の歯車７１ａ、及びこれに噛合する所定の減速機７１ｂを介してクランク軸７２に回転動力を伝達している。このクランク軸７２には、コンロッド７３を介してスライド３が昇降自在に連結されている。スライド３には、図示しないダイハイト調整装置が設けられている。スライド３の下面と、その下方の図示しない本体フレームに設けたベッド上に取付けられたボルスタ５の上面とにそれぞれ上下金型が装着され、スライド３の昇降動作により加工が行われるようになっている。また、スライド３の背面部には、第１実施形態と同様に位置検出ロッド３２が取り付けられており、該位置検出ロッド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。そして、この位置センサ３３は、図示しない本体フレーム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。
【００６１】
また、モーション設定手段１７により設定されたモーションデータ、および位置センサ３３の検出信号は、それぞれ制御器１０に入力されている。該制御器１０は、後述するような演算処理により、各制御パターンに応じて、前記設定されたモーションデータに基づきモーションカーブを決定し、このモーションカーブに沿ってスライド３が移動するように、サーボアンプ４５を介してサーボモータ２１の位置および速度を制御する。
また、メモリ１０ａには、サーボモータ２１の回転角度とクランク軸７２の回転角度とスライド位置との関係を表す関係データや、前記設定されたモーションデータ等が記憶されている。
【００６２】
次に、本実施形態に係る各制御パターンの説明を行う。なお、モーション設定手段１７によるデータ設定画面およびそのモーションデータは、前記図５，７，９，１１と同様とする。
まず、図１６に示す動作説明図により、「回転」パターンの動作を説明する。図１６の左側の円は、前記クランク軸の回転運動を表し、回転角度０度が上死点を、回転角度１８０度が下死点をそれぞれ表している。また、図１６の右側のタイムチャートはこの回転運動に伴うスライド位置の変化を表しており、縦軸にスライド位置（高さ）を表している。
【００６３】
図１６に示すように、「回転」パターンでは、サーボモータ２１を一定方向（図示では正転方向）に、モーション設定手段１７により設定された定速度で回転させたときのモーションが設定される。これにより、クランク軸の偏心量、コンロッド長さ等の機械的な寸法によって決まる所定のクランクモーションが設定される。このとき、スライドストローク長さは上記機械的な寸法から決まる最大ストローク長さＳmax である。なお、ここでは、クランクモーションの下死点（１８０度）をはさんでモータ正転側と逆転側との相違が無く、対称形であるものとするが、本発明はこの形状に限定されない。
【００６４】
次に、図１７に示す動作説明図により、「反転」パターンの動作を説明する。なお、図１７の意味は図１６と同じである。
「反転」パターンでは、上死点と下死点の間に設定した上限位置Ｐ０に対応するクランク軸７２の回転角度θ０から、下死点手前に予め設定された所定の下限位置Ｐ２に対応するクランク軸７２の回転角度θ２まで、サーボモータ２１の正転方向速度を制御した後、下限位置Ｐ２で正確に位置決め停止し、次にサーボモータ２１を反転して、上限位置Ｐ０まで上昇させて停止する。これを繰り返すことにより、上限位置Ｐ０から下限位置Ｐ２までの短いストローク長さＳ１でスライドは昇降を繰り返し、その下限位置Ｐ２が精度良く位置決めされる。なお、図７の設定画面においては、基準速度５４、待機時間５５、各段毎の目標位置５７、移動速度５８および停止時間５９がそれぞれ設定可能となっているが、図１７で示したモーションは、待機時間５５＝０、下降工程の段数５１ａ＝１、上昇行程の段数５１ｂ＝１、下降１段目の目標位置５７＝Ｐ２、待機位置５３＝Ｐ０、停止時間５９＝Ｔｂに設定した例である。よって、本例では、下降工程は下降１段目の移動速度５８により設定された定速度で正転時のクランクモーションとなり、上昇行程は上昇１段目の移動速度５８により設定された定速度で逆転時のクランクモーションとなる。
【００６５】
次に、図１８に示す動作説明図により、「往復」パターンの動作を説明する。なお、図１８の意味は図１６と同じである。
図１８に示すように、下死点に対応するクランク軸７２の回転角度をθｄ（１８０度に相当する）とし、上死点に対応するクランク軸７２の回転角度をθｕ（３６０度に相当する）とする。
「往復」パターンでは、この角度θｄから逆転方向に所定角度α１離れた回転角度θ１と正転方向に所定角度α２離れた回転角度θ２との間でクランク軸７２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、上限位置Ｕ１と上限位置Ｕ２とは同一位置(高さ)であるものとし、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。
【００６６】
図９に示す設定画面では、待機位置５３、待機時間５５、基準速度５４が設定可能となっているが、図１８に示すモーションは、待機位置５３＝上限位置Ｕ１、待機時間５５＝Ｔｃとし、一方の上限位置Ｕ１から他方の上限位置Ｕ２までの正転時と、他方の上限位置Ｕ２から一方の上限位置Ｕ１までの逆転時とに、上記基準速度５４で設定された所定の定回転数でサーボモータ２１を制御する例である。これにより、本例では機械的に決まるクランクモーションに設定される。
【００６７】
次に、図１９に示す動作説明図により、「反転往復」パターンの動作を説明する。なお、図１９の意味は図１６と同じである。
【００６８】
図１９に示すように、「反転往復」パターンでは、上死点に対応するクランク軸７２の回転角度θｕから逆転方向に所定角度α３離れた回転角度θ３と正転方向に所定角度α４離れた回転角度θ４との間でクランク軸７２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。ここで、回転角度θ３に対応する下限位置Ｄ１と、回転角度θ４に対応する下限位置Ｄ２とは同一位置（高さ）であり、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。
【００６９】
ここで、図１９に示すモーションは、図１１に示した設定画面において、目標位置５７＝下限位置Ｄ１とし、停止時間５９＝０とし、また一方の下限位置Ｄ１から上死点を通過して他方の下限位置Ｄ２までの正転時に、基準速度５４に設定した一定回転数でサーボモータ２１を制御したときのクランクモーションとした例である。
【００７０】
図２０は本実施形態に係る機能構成ブロック図であるが、この機能構成は、クランクモーションに対応する処理以外、前記図４に示したものと略同じであるから、同一機能部には同じ符号を付し、以下ではその異なる機能の部分について説明する。
【００７１】
モーション設定部４３Ａは、モーション設定手段１７によって選択、設定された前述の４つの制御パターンの内のいずれか一つのパターンに応じて、前記設定されたモーションデータに基づきモーションカーブを決定する。「回転」パターンのときには、図１６に示すようにモータ一定回転方向に定速度で回転させた場合のクランクモーションが決定され、また「反転」パターンのときには、図１７に示すように下降工程と上昇行程とでモータ回転方向を反対にしたモーションが決定される。「往復」パターンのときには、図１８に示すように一方の上限位置Ｕ１から下死点を通過して他方の上限位置Ｕ２まで正転させた時と、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まで逆転させた時とで、その下降モーションの内、少なくとも加工行程Ａｗのモーションが略等しくなるようにモーションが決定される。そして、「反転往復」パターンのときには、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まで正転させた時と、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まで正転させた時とで、その下降モーションの内、少なくとも加工行程Ａｗのモーションが略等しくなるようにモーションが決定される。
【００７２】
モータ／スライド関係データ記憶部４４Ａは、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に記憶している。なお、この関係データは、クランク軸７２の回転角度θ（０度〜３６０度）とスライド位置との関係で表されている。また、このクランクモーションの関数式はクランク軸機構の偏心量（クランク回転半径）、コンロッド７３の長さ、およびクランク軸７２の回転角度θの三角関数により求まるので、これらの関数式自体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。
【００７３】
そして、スライド位置指令演算部４１は、前記モーション設定部４３Ａで決定した、制御パターンに応じたモータ正転時および逆転時のそれぞれの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。指令演算部４２は、この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、前記位置センサ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４４Ａのスライド位置とモータ回転角度(クランク回転角度)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。
【００７４】
以上の第２実施形態によると、サーボモータ２１でクランク機構を回転し、直接コンロッドを介してスライド３を駆動するので、サーボモータ２１の小さなトルクでスライド３の大きな加圧力を出すことができる。従って、前実施形態と同様に、小型のサーボモータ２１を使用できるので、サーボプレスの小型化、低コスト化、生産性の向上、保守時作業性、補給部品の低コスト化および入手性向上等を図ることができる。
【００７５】
また、ワークの加工条件に合わせてサーボモータ２１の複数の制御パターンの内の一つが選択、設定され、その制御パターンに応じたモーションデータを設定することにより、実稼動時のモーションカーブが自動的に決定され、このカーブに基づいてスライドの位置および速度が制御される。これにより、加工条件に適合したサーボモータ２１の制御ができ、よってスライド駆動ができるので、サイクルタイム高速化による生産性の向上、および製品品質の向上を図ることができる。
【００７６】
なお、本実施形態においては、サーボモータでクランク機構を介してスライドを駆動するサーボプレスの例で示したが、例えばエキセン機構等の偏心回転機構を介してスライドを駆動するものにも適用できることは勿論である。
【００７７】
また、制御パターンのモーション設定において、モータ回転数（移動速度）を定速度に設定した場合のモーション例を挙げて説明した個所もあるが、本発明はこれに限定するものではなく、すなわち、任意のモーションに設定すべく、複数の段数と各段の目標位置、移動速度、停止時間等を設定しても構わない。さらに、この場合、前記目標位置としてスライド位置を高さ方向の位置（この位置は位置センサ３３で検出可能）で設定する例で示しているが、クランク回転角度で設定するようにしてもよい。フレーム等の熱変形によりダイハイトが変化した場合には、高さ方向の位置データのみでは下死点や上死点の近傍の位置決めが困難なこともあるが、上記のようにクランク回転角度で設定し、この回転角度に基づいて下死点や上死点の近傍の位置決め制御を行うことによって、上記問題を容易に解決できる。
【００７８】
次に、図２１〜図２３により、第３実施形態を説明する。まず、図２１に示す概略構成図により、本実施形態に係るサーボプレスおよび制御装置の構成を説明する。なお、これまでと同一の構成には同じ符号を付して説明を省く。
【００７９】
図２１において、サーボプレス８１のスライド３及びプランジャ８６は共に本体フレーム８２に上下動自在に支承されており、スライド３はプランジャ８６の下部にダイハイト調整可能に（すなわち、上下動可能に）連結されている。このプランジャ８６の上部は、第１リンク８５ａ、三軸リンク８４及び第２リンク８５ｂ等を有するトグルリンク機構８３を介して本体フレーム８２に連結されている。すなわち、第１リンク８５ａは本体フレーム８２の上部と三軸リンク８４の一辺の両端部一側との間にピンにより回動自在に連結されており、また、三軸リンク８４の前記一辺の両端部他側とプランジャ８６の上部との間には第２リンク８５ｂがピンにより回動自在に連結されている。
【００８０】
本体フレーム８２に取り付けられたサーボモータ２１の出力軸に第１プーリ９２ａが取り付けてあり、また本体フレーム８２に左右の軸受９９，９９を介して回動自在に支承されているボールスクリュー９１のスクリュー部材９１ａの一端部には第２プーリ９２ｂが取り付けてある。この第１プーリ９２ａと第２プーリ９２ｂとの間には、ベルト９３（通常は、タイミングベルト）が巻装されている。前記左右軸受９９，９９の間のスクリュー部材９１ａのねじ部にはナット部材９１ｂが軸心方向に移動自在に螺合して設けられており、このナット部材９１ｂには駆動部材９８の一端部が固着されている。駆動部材９８の他端部は、トグルリンク機構８３の前記三軸リンク８４にピン９４により回動自在に連結されている。
【００８１】
サーボモータ２１のモータ軸には、モータ回転速度を検出するパルスジェネレータ等からなるモータ回転検出器９６が取り付けてある。そして、このモータ回転検出器９６の検出したモータ回転速度Ｓθはサーボアンプ４５に入力され、サーボアンプ４５は制御器１０からのモータ速度指令ｒｍと前記モータ回転速度Ｓθとのモータ速度偏差値に基づいてモータ動力指令（電流指令）Ｃｍをサーボモータ２１に出力している。
【００８２】
また、本体フレーム８２の側面部に下端部が取り付けられた補助フレーム３４に位置センサ３３が取り付けられ、スライド３に取り付けた位置検出ロッド３２が前記位置センサ３３に上下動自在に嵌挿している。位置センサ３３の位置検出信号は制御器１０に入力されている。
さらに、制御器１０には前記同様のモーション設定手段１７が接続されており、設定されたモーションデータはメモリ１０ａに記憶されている。
【００８３】
上記構成のサーボプレス８１のスライド３は、以下のように作動する。サーボモータ２１を回転させると、プーリ９２ａ，９２ｂ及びベルト９３を介してスクリュー部材９１ａが所定方向に回転し、これによりナット部材９１ｂが軸心方向に進退し、駆動部材９８を介して三軸リンク８４を矢印方向へ押し引き駆動する。駆動部材９８は、三軸リンク８４が、実線で示すスライド下死点に対応する位置８４ｃをはさんで、２点鎖線で示す第１のスライド上限位置に対応する位置８４ａと、点線で示す第２のスライド上限位置に対応する位置８４ｂとの間を移動するように、往復駆動可能となっている。この三軸リンク８４の左右方向移動により、トグルリンク機構８３の第２リンク８５ｂを介してプランジャ８６及びスライド３が昇降する。
【００８４】
上記のように、サーボモータ２１の回転動力をボールスクリュー機構により略水平方向の直動動力に変換し、この直動動力をトグルリンク機構８３を介してスライド３の上下動動力に変換しているため、モータ回転角度（これは前記ナット部材９１ｂの移動量に比例する）とスライド位置との関係は、トグルリンク機構８３の各リンク長さ、駆動部材９８の位置とリンク機構８３との相対位置関係、などの機械的な寸法により決まる。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表すデータは、前記メモリ１０ａに記憶されている。
【００８５】
上記構成のサーボプレス８１においては、「往復」と「反転」の制御パターンが選択可能となっている。次に、この２つのパターンについて説明する。
図２２および図２３は、それぞれ本実施形態に係る「往復」パターンおよび「反転」パターンの動作説明図であり、これらの図中、左側の図はトグルリンク機構８３の動作を表し、右側はこれに伴うスライドモーションを表す。なお、モーション設定手段１７の設定画面は、前記同様とする。
【００８６】
「往復」パターンでは、図２２に示すように、下死点に対応する三軸リンク８４の位置８４ｃから、サーボモータ２１の逆転方向に所定距離Ｌ１離れ、その対応するスライド位置（高さ）がＰ３になるときの位置８４ａと、正転方向に所定距離Ｌ２離れて、その対応するスライド位置（高さ）が同じくＰ３になるときの位置８４ｂとの間で、三軸リンク８４を連続で往復移動するように、サーボモータ２１により駆動部材９８の位置を制御する。このとき、サーボモータ２１を所定の定速度で正転すると、スライドは、前記位置８４ａの場合の上限位置Ｕ１から下死点までは緩やかな所定のリンクモーションで下降し、下死点から前記位置８４ｂの場合の上限位置Ｕ２までは急なリンクモーションで上昇する。反対に、サーボモータ２１を所定の定速度で逆転すると、スライドは、前記位置８４ｂの場合の上限位置Ｕ２から下死点までは急な所定のリンクモーションで下降し、下死点から前記位置８４ａの場合の上限位置Ｕ１までは緩やかなリンクモーションで上昇する。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である。
【００８７】
前述したように、加工精度の安定化のために、モータ正転時と逆転時とで、スライド下降行程のモーション、特に少なくとも加工行程Ａｗのモーションを略等しくする必要がある。
このため、モーション設定手段１７で「往復」パターンが選択、設定された場合には、図９に示す設定画面で設定された待機位置５３を上限位置Ｕ１，Ｕ２とし、サーボモータ２１の正転時のモーションを、前記設定された基準速度５４に相当する所定の定速度でサーボモータ２１を回転させて、前記上限位置Ｕ１から下死点を経由して前記上限位置Ｕ２までスライドが移動するときのモーションに決定する。また、サーボモータ２１の逆転時のモーションは、前記上限位置Ｕ２から下死点までの下降行程の内、少なくとも加工行程Ａｗのモーションが上記正転時の加工行程Ａｗのモーションと略等しくなるように決定し、下死点から前記上限位置Ｕ１までの上昇行程のモーションを、所定の定速度で（通常は最大速度で）サーボモータ２１を逆転したときのリンクモーションと決定する。（モーション設定部４３）
【００８８】
「反転」パターンでは、図２３に示すように、下死点に対応する三軸リンク８４の位置８４ｃよりもサーボモータ２１逆転方向に所定距離Ｌ３だけ離れ、そのスライド位置（高さ）がＰ４に対応する三軸リンク８４の位置８４ｄと、前記位置８４ｃよりも逆転方向に所定距離Ｌ４（＜Ｌ３）離れ、その対応するスライド位置（高さ）がＰ５となる三軸リンク８４の位置８４ｅとの間で、サーボモータ２１を反転駆動する。このとき、スライドの上限位置Ｐ４から下限位置Ｐ５までサーボモータ２１の正転速度を制御して移動し、下限位置Ｐ５で正確に位置決めして停止し、次にサーボモータ２１を反転して、上限位置Ｐ４まで逆転で上昇させる。これを繰り返すことにより、所定のストローク長さＳ１でスライドは昇降し、その下限位置Ｐ５が精度良く位置決めされる。
【００８９】
モーション設定手段１７で「反転」パターンが選択、設定された場合、下降行程および上昇工程のモーションは、前記図７に示す設定画面と同様の画面で設定されたモーションデータに基づき、決定される。（モーション設定部４３）なお、図２３には、下降行程でサーボモータ２１を所定の定速度で正転させたときのリンクモーションが、また上昇行程でサーボモータ２１を所定の定速度で逆転させたときのリンクモーションがそれぞれ示されている。
【００９０】
第３実施形態によると、サーボモータ２１でボールスクリュー９１による水平直動部を駆動し、この水平直動部の直動によりトグルリンク機構８３の進退を駆動して、該トグルリンク機構８３を介してスライド３を上下駆動している。従って、小さなモータトルクで大きなスライド加圧力を出せると共に、高速下降行程でのスライド速度を容易に高速化できる。このため、小型のサーボモータを使用できるので、サーボプレスの小型化、低コスト化、及びその生産性向上が図れると共に、組立時や保守時の作業性向上や、補給部品の低コスト化および入手性向上を図ることができる。
【００９１】
また、「往復」パターンと「反転」パターンとの二つのモータ制御パターンを予め記憶し、ワーク加工条件に合わせて前記二つのモータ制御パターンの内のいずれか一つを選択し、設定可能としており、この選択された制御パターンに応じてモーションデータが設定される。そして、実稼動時には、前記選択された制御パターンと設定されたモーションデータとに基づき制御用のモーションが決定され、この制御用のモーションに沿ってスライド３が駆動されるように、サーボモータ２１の位置および速度が制御される。従って、ワーク加工条件に適合させて、サーボモータ２１の制御、およびスライド駆動ができるので、サーボモータ２１を効率的に駆動してサイクルタイムを高速化し、生産性を向上できると共に、品質の高い加工ができる。
【００９２】
なお、第１または第３実施形態において、制御パターンのモーション設定で、モータ回転数（移動速度）を定速度に設定した場合のモーション例を挙げて説明した個所もあるが、第２実施形態のところで述べた如く本発明はこれに限定するものではなく、すなわち、任意のモーションに設定すべく、複数の段数と各段の目標位置、移動速度、停止時間等を設定しても構わない。この場合、前述と同様に、目標位置、待機位置としてスライド位置を高さ方向の位置で設定する例で示しているが、例えばこのスライド位置（高さ）を仮想的なクランク軸回転角度に等価的に対応付け、この仮想的なクランク回転角度で上記スライド位置を設定するようにしてもよい。この仮想的クランク回転角度で設定し、この回転角度に基づいて、偏心軸２８回転に伴う下死点や上死点の近傍、またはトグルリンク機構８３による下死点の近傍の位置決め制御を行うことによって、フレーム等の熱変形によるダイハイト変化に伴う下死点や上死点近傍の位置決め困難性の問題を容易に解決できる。
【００９３】
以上説明したように本発明は、次のような効果を奏する。
サーボモータでクランク機構、エキセン機構等の偏心回転部を回転し、この回転により直接コンロッドを介してまたはトグルリンク機構の進退を駆動してスライドを上下駆動する構成によって、あるいは、サーボモータで略水平方向の直動部を駆動し、この直動によりトグルリンク機構の進退を駆動してスライドを上下駆動する構成によって、サーボモータのトルクを増幅して大きなスライド加圧力が得られるので、小さなパワーのサーボモータを使用でき、このためサーボプレスの小型化、低コスト化、および生産性向上を図ることができる。
【００９４】
また、スライドストローク長さ、下限位置での位置決め精度、サイクルタイム等の加工条件に適合させて、複数のサーボモータ制御パターンの内のいずれか一つを選択し、これに応じて設定したモーションに基づき、スライドの位置および速度を制御するようにしたため、加工条件に応じてサーボモータを効率的に、しかも負荷を軽減して駆動でき、製品品質を高めることができると共に、サイクルタイムの向上、およびサーボモータ寿命の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る発明の適用機のサーボプレスの側面一部断面図である。
【図２】図１の背面一部断面図である。
【図３】第１実施形態に係る制御装置のハード構成ブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る機能構成ブロック図である。
【図５】「回転」パターンのモーション設定画面例である。
【図６】「回転」パターンの動作説明図である。
【図７】「反転」パターンのモーション設定画面例である。
【図８】「反転」パターンの動作説明図である。
【図９】「往復」パターンのモーション設定画面例である。
【図１０】「往復」パターンの動作説明図である。
【図１１】「反転往復」パターンのモーション設定画面例である。
【図１２】「反転往復」パターンの動作説明図である。
【図１３】各制御パターンの適用加工条件の対応表である。
【図１４】本発明に係る加工作業フローチャートである。
【図１５】第２実施形態に係るサーボプレスの概略構成図である。
【図１６】第２実施形態に係る「回転」パターンの動作説明図である。
【図１７】第２実施形態に係る「反転」パターンの動作説明図である。
【図１８】第２実施形態に係る「往復」パターンの動作説明図である。
【図１９】第２実施形態に係る「反転往復」パターンの動作説明図である。
【図２０】第２実施形態に係る機能構成ブロック図である。
【図２１】第３実施形態に係るサーボプレスの概略構成図である。
【図２２】第３実施形態に係る「往復」パターンの動作説明図である。
【図２３】第３実施形態に係る「反転」パターンの動作説明図である。
【符号の説明】
１…サーボプレス、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…三軸リンク、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、３２…位置検出ロッド、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、４３，４３Ａ…モーション設定部、４４，４４Ａ…モータ／スライド関係データ記憶部、４５…サーボアンプ、５０…型番号、５１，５１ａ，５１ｂ…段数、５３…待機位置、５４…基準速度、５５…待機時間、５７…目標位置、５８…移動速度、５９…停止時間、６０…方式設定部、６８…サイクルタイム表示部、７１ａ…歯車、７１ｂ…減速機、７２…クランク軸、７３…コンロッド、８１…サーボプレス、８２…本体フレーム、８３…トグルリンク機構、８４…三軸リンク、８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ…三軸リンクの位置、８５ａ…第１リンク、８５ｂ…第２リンク、８６…プランジャ、９１…ボールスクリュー、９１ａ…スクリュー部材、９１ｂ…ナット部材、９２ａ…第１プーリ、９２ｂ…第２プーリ、９３…ベルト、９４…ピン、９６…モータ回転検出器、９８…駆動部材、９９…軸受。
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボプレス、およびそれを用いた加工方法と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】
ところで、上記の直動型サーボプレスにおいては、サーボモータで大きな加圧力を発生させるために、第１にボールスクリューの減速比を大きくすること、また、第２に大きなトルクが出せる、大きなパワーを有するサーボモータを使用することにより、これを達成できる。しかしながら、上記のようにボールスクリューの減速比を大きくすると、同じモータ回転数であっても全体的にスライド速度を遅くすることになり、スライドモーション中の高速化したい行程（例えば下降開始から加工領域手前まで、および加工完了後の上昇開始から上限位置までの各行程）でのスライド速度を充分に高速化することは困難であり、生産性を上げることができない。また、これを解決するために、上記のように大きなパワーを有するサーボモータを使用すると、サーボモータやサーボアンプ等の部品コストが高くなると共に、モータの大型化、大重量化によって装置全体が大型化し、また組立時や保守時の作業性が低下するという問題が生じる。
【０００４】
プレス機械等の生産設備機械には、言うまでも無く、生産性向上のための生産速度アップと共に、安い価格、必要設置スペースの最小化、保守時の作業性、補給部品の入手性と低コスト化、等が常に要求されており、したがって、これらの要求を満足できるサーボプレスを望む声が非常に大きくなっている。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に着目してなされ、生産性向上が図れると共に、装置の低価格化および小型化ができ、さらに保守時の作業性向上、および補給部品の入手性向上と低コスト化が図れるサーボプレス、およびそれを用いた加工方法とその制御方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、第３、または第５発明はそれぞれ、サーボモータでクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するサーボプレスにおいて、偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライドを１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライドの上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライドの下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライドを下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンと、スライドの上死点に対応する前記偏心回転部の上死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの下限位置とし、この内の一方の下限位置から前記上死回転角度を通過して他方の下限位置まで一方向に回転駆動し、スライドを上死点をはさんで反転往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「反転往復」パターンとを予め有し、実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータを制御し、スライドの位置および速度を制御するようにしたサーボプレス、サーボプレスの加工方法、またはサーボプレスの制御方法としている。
【０００７】
また、第２、第４、または第６発明はそれぞれ、サーボモータでクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するサーボプレスにおいて、偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライドを１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライドの上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライドの下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライドを下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータを制御し、スライドの位置および速度を制御するようにしたサーボプレス、サーボプレスの加工方法、またはサーボプレスの制御方法としている。
【０００８】
また、第７、第８、または第９発明はそれぞれ、サーボモータで直動部を略水平方向に駆動し、この直動によりトグルリンク機構を介してスライドを上下駆動するサーボプレスにおいて、スライドの下死点に対応するトグルリンク機構の下死リンク位置からサーボモータの一方向回転側にそれぞれ所定距離移動した、所定のスライド下限位置、上限位置にそれぞれ対応する２つのリンク位置間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、トグルリンク機構の前記下死リンク位置からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定距離移動した２つのリンク位置を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死リンク位置を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライドを下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータを制御し、スライドの位置および速度を制御するようにしたサーボプレス、サーボプレスの加工方法、またはサーボプレスの制御方法としている。
【００１０】
第１〜第６発明によれば、サーボモータでクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転駆動部を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライドを駆動し、また第７〜第１２発明によれば、サーボモータで水平直動部を直動し、トグルリンク機構を介してスライドを駆動するので、それぞれ加工行程では小さなトルクで大きな加圧力を得ることができ、しかも、通常スライド速度が高速を要求される、加工行程手前の高速下降行程でのスライド速度が速くなるようなモーションを容易に構成できる。これにより、小さなパワーのサーボモータを使用して高速化できるので、生産性向上、低コスト化、装置の小型化を図ることができる。また、小型のサーボモータを使うので、保守時の作業性向上や補給部品のコスト低減、入手性向上等が図れる。
【００１１】
さらに、サーボモータの制御パターンを変えると、各種のスライド動作パターンが実現され、加工条件に適合させることができる。例えば、サーボモータの「回転」パターンは、ストローク長が長い成形加工に有利であり、「往復」パターンは、短いストローク長さで連続加工する薄板の打ち抜き加工に有利である。また、「反転」パターンは、短いストローク長さで、下限位置の位置決め精度を重要視する薄板のコイニング加工に有利であり、「反転往復」パターンは、上記の「反転」パターンでのストローク長さが所定値以上長くなった場合で、下限位置の位置決め精度が要求される精密成形加工に適合している。
【００１２】
従って、第１〜第９発明によると、このような複数のモータ制御パターンを予め記憶しておき、実加工時に、加工条件に合わせてその内のいずれか一つを選択的に切換えて実行することにより、品質の良いワークを加工できると共に、加工条件に応じて効率的にスライドを駆動できるので、サイクルタイムを短縮して生産性を向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図１４を参照して、第１実施形態を説明する。まず、図１および図２により、第１実施形態に係る発明が適用されるサーボプレス例としてのトグルリンク機構を有するサーボプレスを説明する。図１及び図２は、それぞれ該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。
サーボプレス１は、サーボモータ２１によりスライド３を駆動している。サーボプレス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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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の軸心方向略中央部には偏心軸２８が形成されており、この偏心軸２８の外周部の偏心位置に前記三軸リンク１３の他側が回動自在に連結されている。
【００１８】
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。切換弁１６を通して油室６内に給油された操作油は、プレス加工時には、油室６内に閉塞され、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。
【００１９】
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前記位置検出ロッド３２は、リニアスケール等の位置センサ３３の本体部に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。
【００２０】
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。
【００２１】
図３は第１実施形態に係る制御装置のハード構成ブロック図であり、図３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。
【００２２】
モーション設定手段１７はスライドモーションを設定するための各種データを入力するものであり、モーションデータを入力するためのスイッチ及び／又はテンキーと、これらの入力データや設定完了し登録された設定データ等を表示する表示器とを有している。以下の実施形態では、透明タッチスイッチパネルを液晶表示器やプラズマ表示器等のグラフィック表示器の前面に装着した、いわゆるタッチパネル付きのプログラマブル表示器と、テンキーとを用いて構成している。なお、このモーション設定手段１７は、予め設定された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、または、無線や通信回線を介してデータを送受信する通信装置を備えていてもよい。
【００２３】
本モーション設定手段１７では、成形条件に合った加工パターン、即ちスライド制御パターンを回転、反転、往復(下死点通過往復)、および反転往復（上死点通過往復）の４種類の中から選択し、設定可能となっている。以下、各加工パターン別に説明する。
【００２４】
図５および図６により、第１の「回転」パターンの設定について説明する。図５は「回転」パターンのモーション設定画面例であり、図６は「回転」パターンの動作説明図である。なお、図６の左側の円は、スライドの回転駆動部である前記偏心軸２８の仮想的な回転運動を表し、上死点に対応する偏心軸２８の仮想回転角度を０度、また下死点に対応する仮想回転角度を１８０度とそれぞれ表す。また、図６の右側のタイムチャートはこの回転運動に伴うスライド位置の変化を表しており、横軸に時間、縦軸にスライド位置（高さ）を表している。
【００２５】
図５に示すように、モーションデータは個々の金型に応じて設定されるため、該金型に対応した型番号５０を付与するようにしている。方式設定部６０では、回転、反転、往復、反転往復の４種の制御パターンの内、いずれか一つが選択可能となっており、本例においては上記４種のパターン名が表示されたそれぞれの透明タッチスイッチをオペレータがタッチすると、当該スイッチに対応したパターン名が反転表示され（図５では、「回転」が反転表示されている）、そのパターンが選択される。「回転」パターンが選択されると、基準速度５４の設定部が画面表示される。この基準速度５４は、当該モーションでのサーボモータ２１の許容最大速度を表しており、本例では予め決められたサーボモータ最大速度に対する％割合（但し、ｍａｘ１００％）で設定するようにしている。これにより、サーボモータ最大速度以上の速度に設定されることが防止される。
【００２６】
図６に示すように、「回転」パターンでは、サーボモータ２１を正転方向に所定の一定速度（前記基準速度５４の設定値による、通常はサーボモータ最大速度）で連続的に回転させる。これにより、スライドのモーションカーブは、偏心軸２８の偏心長さ、トグルリンク機構の各リンク長さ、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等の機械的な寸法によって決まるリンクモーションとなり、上死点から下死点までの下降行程では滑らかに、この後上昇行程では急激にスライドが移動する。このとき、スライドストローク長さは上記機械的な寸法から決まる最大ストローク長さＳmax である。
【００２７】
次に、図７および図８により、第２の「反転」パターンの設定について説明する。図７は「反転」パターンのモーション設定画面例であり、図８は「反転」パターンの動作説明図である。なお、各図の構成の符号は前出の図の同一構成と同じにして以下での説明を省く。また、図８の左側円と右側タイムチャートの意味は図６と同じである。
【００２８】
図８に示すように、「反転」パターンでは、上死点と下死点の間に設定した上限位置Ｐ０に対応する偏心軸２８の回転角度θ０から、下死点手前に予め設定された所定の下限位置Ｐ２に対応する偏心軸２８の回転角度θ２まで、サーボモータ２１の正転方向速度を制御した後、下限位置Ｐ２で正確に位置決め停止し、次にサーボモータ２１を反転して、上限位置Ｐ０まで上昇させて停止する。これを繰り返すことにより、短いストローク長さＳ１でスライドは昇降を繰り返し、その下限位置Ｐ２が精度良く位置決めされる。
【００２９】
図７において、「反転」パターンの設定画面では、様々な金型に柔軟に対応するために、任意のモーションが設定できるように、段数５１、待機位置５３、基準速度５４、待機時間５５、そして各段毎の目標位置５７、移動速度５８および停止時間５９がそれぞれ設定可能となっている。段数５１には、下降工程での速度制御区間の段数５１ａと、上昇行程での速度制御区間の段数５１ｂとがあり、それぞれ、段数が１に設定された場合には所定の定速度制御によるリンクモーションに設定されるようになっている。図８の例では、下降行程を２段、上昇行程を１段と設定しており、即ち下降行程では２段の速度制御区間を有し、上昇行程では所定の定速度制御によるモータ反転でのリンクモーションに設定している。待機位置５３は、上昇行程の最後のスライド位置すなわち上限位置である。図８に示す例では、待機位置Ｐ０である。また、待機時間５５はその待機位置５３にスライドが停止（次サイクル開始まで待機）する場合の待機中の時間であり、図８の例では待機時間＝０である。
【００３０】
また、各段毎の目標位置５７は、各段の最後スライド位置（これは、後段の開始位置に相当する）である。図８に示す例では、下降１段目が目標位置Ｐ１、下降２段目が目標位置Ｐ２（下限位置）、および上昇行程(図示の３段目)が目標位置Ｐ０（上限位置）である。そして、各段毎の移動速度５８および停止時間５９は、それぞれ、各区間のスライド移動速度、および最終目標位置Ｐｎにおける移動停止時間であり、図８に示す例で言うと、２段目の移動速度５８はＰ１からＰ２までのモーション傾き（＝（Ｐ１−Ｐ２）／Ｔａ）に相当し、その停止時間５９は零である。また、上昇行程は、本例では下限位置Ｐ２から上限位置Ｐ０まで最大速（１００％）で上昇するように設定されている。なお、各段の移動速度５８は、前記設定した当該モーションの基準速度５４でのスライド最大速度に対する％割合で設定するようにしている。また、上記の設定が完了したら、設定データに基づいてサイクルタイムが自動的に演算され、その演算結果がサイクルタイム表示部６８に表示される。
【００３１】
次に図９および図１０により、第３の「往復」パターンについて説明する。図９は「往復」パターンのモーション設定画面例であり、また図１０は「往復」パターンの動作説明図で、図の意味は前記同様である。
【００３２】
図１０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（仮想回転角度１８０度に相当する）と呼び、上死点に対応する偏心軸２８の回転角度をθｕ（仮想回転角度３６０度に相当する）と呼ぶ。「往復」パターンでは、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α１離れた回転角度θ１とプラス方向（以下、正転方向と言う）に所定角度α２離れた回転角度θ２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、回転角度θ１に対応する上限位置Ｕ１と、回転角度θ２に対応する上限位置Ｕ２とは同一位置(高さ)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。
【００３３】
図９に示すように、「往復」パターンが選択されると、待機位置５３、待機時間５５、基準速度５４のそれぞれの設定部が表示される。ここで、待機位置５３は図１０に示す上限位置Ｕ１，Ｕ２を表す。また、一方の上限位置Ｕ１から他方の上限位置Ｕ２までの正転時にはモータを所定の一定回転数で制御するものとし、上記基準速度５４はこの時のモータ回転数を表す。これにより、本例では前述したような機械的に決まるリンクモーションに設定される。なお、他方の上限位置Ｕ２から一方の上限位置Ｕ１までの逆転時のモーションは、詳細は後述するように、この正転時のモーションに基づいて自動的に決定される。
【００３４】
次に図１１および図１２により、第４の「反転往復」パターンについて説明する。図１１は「反転往復」パターンのモーション設定画面例であり、また図１２は「反転往復」パターンの動作説明図で、図の意味は前記同様である。
【００３５】
図１２に示すように、「反転往復」パターンでは、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α３離れた回転角度θ３と正転方向に所定角度α４離れた回転角度θ４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α３離れた回転角度θ３に対応する下限位置Ｄ１と、正転方向に所定角度α４離れた角度θ４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。
【００３６】
図１１に示すように、「反転往復」パターンが選択されると、基準速度５４、目標位置５７、停止時間５９のそれぞれの設定部が表示される。ここで、目標位置５７は図１２に示す下限位置Ｄ１，Ｄ２を表し、また停止時間５９はその下限位置Ｄ１，Ｄ２での停止時間を表し、図１２の例では停止時間５９＝０に設定されている。また、図１２に示すように、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までの正転時には、モータを所定の一定回転数で制御するものとし、上記基準速度５４はこの時のモータ回転数を表す。これにより、本例では前述したような機械的に決まるリンクモーションに設定される。なお、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までの逆転時には、詳細は後述するように、上記の正転時のモーションに基づいて自動的に決定される。
以上、モーション設定手段１７について説明した。
【００３７】
前出の図３において、メモリ１０ａは上記設定されたモーションデータをその型番号５０に対応させて記憶すると共に、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。
【００３８】
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。この制御器１０は、詳細は後述する処理手順に従って、前記モーション設定手段１７により設定された前記制御パターンとそれに対応したモーションデータとに基づいて、スライド制御のためのモーションカーブを決定し、実稼動時に、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、スライドが前記決定されたモーションカーブに沿って移動するように後述する所定の演算処理を行い、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。
【００３９】
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信号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からの前記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、この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。
【００４０】
次に、図４に示す制御機能ブロック図に基づき、図６，８，１０，１２にそれぞれ示すスライド動作説明図を参照して、制御装置の各制御機能を説明する。
【００４１】
モーション設定部４３は、前記モーション設定手段１７により選択、設定された制御パターンと、この制御パターンに対応するモーションデータとに基づき、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。このとき、以下のような理由によって、制御パターン毎に異なる手順でモーションを決定している。
【００４２】
第１の「回転」パターンにおいては、図６に示すようにサーボモータ２１を所定方向（図示では正転方向）に定速度で連続回転させている。また、第２の「反転」パターンでは、図８に示すように、下降行程の上限位置Ｐ０から下限位置Ｐ２まではサーボモータ２１を所定の速度で正転方向に回転させている。このため、上記２つのパターンでは、その下降行程のモーションカーブが常に同じであり、よってそのスライド速度が安定に制御されており、従って図示の加工行程Ａｗ（ワークに当接する位置近傍）での成形条件は安定している。
【００４３】
一方、第３の「往復」パターンおよび第４の「反転往復」パターンにおいては、図１０および図１２にそれぞれ示すように、スライド下降行程でサーボモータ２１を正転させる時と逆転させる時の２つの場合がある。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、前記図６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偏心軸２８の回転角度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、上死点まではサーボモータ２１を一定速度で回転させた時、スライド位置が緩やかに変化し、反対に正転側で、上死点ま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、図示の加工行程Ａｗ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、「往復」パターンおよび「反転往復」パターンで正逆回転駆動する場合でも少なくとも加工行程Ａｗのスライド速度を等しくする必要がある。
【００４４】
そこで、「往復」パターンでは、図１０に示すようにストローク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Ａｗ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。
「反転往復」パターンでは、図１２に示すように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Ａｗ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。
【００４５】
以下に、より具体的なモーション決定方法について、順に説明する。
「回転」パターンのときには、図５に示す画面で設定された前記基準速度５４に相当するモータ回転速度でサーボモータ２１を定速度正転させた時のモーションカーブを、前記モーションとして決定する。
「反転」パターンのときには、下降行程では、図７に示す画面で設定された前記待機位置５３と、下降行程各段の（図７の例では２段目までの）目標位置５７および移動速度５８とに基づき、上限位置Ｐ０から下限位置Ｐ２までのモータ正転時のモーションカーブが、前記モーションとして決定される。また上昇行程では、前記設定された上昇行程各段の（図７の例では３段目の）目標位置５７と移動速度５８と待機時間５５とに基づき、下限位置Ｐ２から上限位置Ｐ０までのモータ逆転時のモーションカーブが、前記モーションとして決定される。
【００４６】
「往復」パターンのときには、図１０のタイムチャートの左側に示すように、サーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に回転させて、スライドを一方の上限位置Ｕ１から下死点を経由して他方の上限位置Ｕ２までの間で往復制御するときには、図９に示す画面で設定された前記待機位置５３を上限位置Ｕ１，Ｕ２とし、前記基準速度５４に相当する一定速度で正転させ（または、少なくとも上昇行程では最大モータ速度としてもよい）、他方の上限位置Ｕ２で前記待機時間５５だけ停止させるときのモーションカーブが、前記モーションとして決定される。これにより、スライドは、前述のように一方の上限位置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、下死点から他方の上限位置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、前記演算により求められたサイクルタイム６８と略等しくなる。また、図１０のタイムチャートの右側に示すように、偏心軸２８を逆転方向に回転させて、スライドを他方の上限位置Ｕ２から下死点を経由して一方の上限位置Ｕ１までの間で往復制御するときには、まず他方の上限位置Ｕ２から下死点までの間に、上記の正転方向駆動時の一方の上限位置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が決定される。なお、少なくとも両者の加工行程Ａｗのモーション（以後、加工モーションと言う）のみを略等しくするようにしてもよい。そして次に、下死点から一方の上限位置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カーブが決定される。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。
【００４７】
また「反転往復」パターンのときには、図１２のタイムチャートの左側に示すように、まずサーボモータ２１により偏心軸２８を正転方向に回転させて、スライドを上死点から一方の下限位置Ｄ２までの間で制御するときに、図１１に示す画面で設定した前記目標位置５７を下限位置Ｄ２とし、前記基準速度５４に相当する一定速度で正転させて一方の下限位置Ｄ２で位置決め停止して前記停止時間５９だけ停止するときのモーションカーブが、前記モーションとして決定される。これにより、スライドは、上死点から一方の下限位置Ｄ２までの間は緩やかなリンクモーションで下降する。
【００４８】
次に、サーボモータ２１により偏心軸２８を逆転方向に回転させて、スライドを一方の下限位置Ｄ２から上死点を経由して他方の下限位置Ｄ１までの間で制御するが、このとき、一方の下限位置Ｄ２から上死点までは、一定速度（通常は最大速度）で逆転させるときのモーションカーブが前記モーションとして決定される。この後、上死点から他方の下限位置Ｄ１までは、サーボモータ２１の逆転方向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一方の下限位置Ｄ２までと略同一の緩やかなリンクモーションカーブが決定される。これにより、サーボモータ２１の逆転時でも、スライドは上死点から一方の下限位置Ｄ２までと略同一のモーションで下降する。なお、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。この場合、サーボモータ２１の逆転時でも、加工行程Ａｗにおいて略同一のモーションで下降する。
【００４９】
次に、図１２のタイムチャート右側に示すように、偏心軸２８を正転方向に回転させて、スライドを他方の下限位置Ｄ１から上死点を経由して一方の下限位置Ｄ２までの間で往復制御するときには、他方の下限位置Ｄ１から上死点までは、一定速度（通常は最大速度）で正転させるときのモーションカーブが決定され、この後上死点から一方の下限位置Ｄ２までは前述と同様に前記設定された一定速度で正転させるときのモーションカーブが決定される。以降、上記のモーションを繰り返す。
以上で、モーション設定部４３の説明を終える。
【００５０】
次に、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、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。
【００５１】
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、制御パターンに応じたモータ正転時および逆転時のそれぞれの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。
【００５２】
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。
【００５３】
ところで、前記した４つの制御パターンは、加工条件に応じて選択されるものである。図１３は、それぞれの制御パターンが適用される加工条件を表している。
図１３で分かるように、「往復」と「反転」のパターンは、加工後の逃げ量などの所要ストローク長さが短くてもよい場合に、「回転」と「反転往復」のパターンに比して有利である。また、「反転」パターンは下限位置での位置決め精度が要求される場合に「往復」と「回転」のパターンに比してその効果が大きい。しかし、サイクルタイムの面では短いストローク長さ同士でも「往復」パターンの方が、「反転」パターンに比して下死点付近での加減速および停止の無い分有利であり、さらに加減速および停止の頻度が少ない分、モータの負荷がより軽減されて発熱が少なく、モータ寿命を長期化できる。
【００５４】
また、「回転」と「反転往復」のパターンは所要ストローク長さが長い場合に有利で、さらに「反転往復」パターンは下限位置での位置決め精度が要求される場合に「往復」と「回転」のパターンに対してその効果が大きいが、逆にサイクルタイムの面では長いストローク長さ同士でも「回転」パターンの方が「反転往復」パターンよりも下死点付近での加減速および停止の無い分有利である。なお、「反転」パターンでストローク長さが所定値以上に長くなったときには、「反転往復」パターンの方が「反転」パターンに比して上死点付近での加減速および停止の無い分サイクルタイムが速くなると共に、加減速および停止の頻度が少ない分モータの負荷がより軽減されて発熱が少なく、モータ寿命を長期化できる。
【００５５】
これらのことから、「往復」パターンは、例えば薄板の連続打抜き加工などに適合し、「回転」パターンは、例えば所定値以上のストローク長さが必要な成形加工などに適合し、「反転」パターンは、例えば薄板のコイニング加工、精密成形加工などに適合し、また「反転往復」パターンは例えば所定値以上のストローク長さが必要な精密成形加工、深絞り加工などに適合していると言える。
【００５６】
図１４は、本発明に係る加工作業のフローチャートを表しており、図１４により加工手順を説明する。
まずステップＳ１で、作業者はモーション設定手段１７により、ワークの加工条件に合わせて制御パターンを選択し、設定する。次に、ステップＳ２で、作業者は前記選択した制御パターンに応じて、ワーク加工条件を満たすモーションデータを設定する。この後、ステップＳ３で、制御器１０は、実稼動開始前に、上記選択された制御パターンにこの設定されたモーションデータを当てはめて、該制御パターンに合ったモーションカーブを決定する（モーション設定部４３）。そして、ステップＳ４で、起動信号が入力されたか（つまり起動されたか）をチェックし、起動されるまでステップＳ４を繰り返して待つ(スライド位置指令演算部４１)。なお、上記起動信号は、図示しないプレス操作盤に設けた起動釦スイッチによるものでも、または図示しない上位のプレスライン管理コントローラからの起動信号等であってもよい。ステップＳ４で起動されたら、次にステップＳ５で、前記モーションカーブに沿ってスライドが移動するようにスライドの位置および速度を制御する（スライド位置指令演算部４１、指令演算部４２）。この後、ステップＳ６でプレス操作盤またはプレスライン管理コントローラ等から停止信号が入力されたかをチェックし、停止信号が入力されるまでステップＳ５から処理を繰り返し、停止信号が入力されたら、ステップＳ７で、待機位置に設定された上限位置または上死点でスライドを停止させ、プレス運転を停止する。
【００５７】
以上の構成の第１実施形態による効果を説明する。
サーボモータ２１で偏心軸２８を回転し、この偏心軸２８の回転によりトグルリンク機構を進退駆動して、スライド３を上下駆動しているため、トグルリンク機構の力増幅作用を利用して小さなモータトルクで大きなスライド加圧力を出せる。しかも、トグルリンク機構でのモーションによると、通常高速下降が必要とされる、加工行程より手前の高速下降行程でのスライド速度を容易に高速化できる。これにより、小さいパワーを有する小型のサーボモータを使用できるので、サーボプレスの小型化、低コスト化、及びその生産性向上ができる。さらに、組立時や保守時の作業性向上や、補給部品の低コスト化および入手性向上を図ることができる。
【００５８】
また、サーボモータ２１の制御パターンとして、「回転」パターンと、「往復」パターンと、「反転」パターンと、「反転往復」パターンとの複数のパターンを予め記憶しておき、モーション設定時に、これらの複数の制御パターンの内いずれか一つを選択可能とし、この選択されたパターンに応じてモーションデータを設定すると、実制御時には、上記選択された制御パターンおよびそれに応じたモーションデータに基づき、制御のためのモーションが決定され、そしてこのモーションに沿ってサーボモータ２１の位置および速度を制御するようにしている。このとき、サーボモータ２１の正転時と逆転時とで、下降行程、特に加工行程のモーション（スライド位置と速度）を略等しくするように、上記の制御用のモーションが決定されるので、上記各種制御パターン毎にサーボモータ２１の回転方向が異なっていても、少なくとも加工条件がばらつくことがなく安定する。従って、製品品質を高いレベルに安定化することができる。
【００５９】
また、ワークの加工条件に合わせて前記複数の制御パターンの内のいずれか一つを選択し、そのモーションを設定可能としているので、加工条件に適合した制御パターンでサーボモータ２１を制御し、適合したモーションでスライドを駆動することができる。例えば、薄板の連続打ち抜き加工、通常の成形加工、薄板のコイニング加工、高精密成形加工等の加工条件に合った制御パターンを選択できる。この結果、サイクルタイムの短縮による生産性の向上や、高精度で高品質のワーク加工ができる。
【００６０】
次に、図１５〜図１９により、第２実施形態を説明する。本実施形態は、サーボモータで回転駆動するクランク機構によりスライドが駆動されるサーボプレスへの適用例を示している。
図１５は、第２実施形態に係るサーボプレスおよび制御装置の概略構成図である。第１実施形態と同じ構成には同一符号を付し、ここでの説明を省く。
図１５において、サーボモータ２１は、その出力軸に取着された減速用の歯車７１ａ、及びこれに噛合する所定の減速機７１ｂを介してクランク軸７２に回転動力を伝達している。このクランク軸７２には、コンロッド７３を介してスライド３が昇降自在に連結されている。スライド３には、図示しないダイハイト調整装置が設けられている。スライド３の下面と、その下方の図示しない本体フレームに設けたベッド上に取付けられたボルスタ５の上面とにそれぞれ上下金型が装着され、スライド３の昇降動作により加工が行われるようになっている。また、スライド３の背面部には、第１実施形態と同様に位置検出ロッド３２が取り付けられており、該位置検出ロッド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。そして、この位置センサ３３は、図示しない本体フレーム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。
【００６１】
また、モーション設定手段１７により設定されたモーションデータ、および位置センサ３３の検出信号は、それぞれ制御器１０に入力されている。該制御器１０は、後述するような演算処理により、各制御パターンに応じて、前記設定されたモーションデータに基づきモーションカーブを決定し、このモーションカーブに沿ってスライド３が移動するように、サーボアンプ４５を介してサーボモータ２１の位置および速度を制御する。
また、メモリ１０ａには、サーボモータ２１の回転角度とクランク軸７２の回転角度とスライド位置との関係を表す関係データや、前記設定されたモーションデータ等が記憶されている。
【００６２】
次に、本実施形態に係る各制御パターンの説明を行う。なお、モーション設定手段１７によるデータ設定画面およびそのモーションデータは、前記図５，７，９，１１と同様とする。
まず、図１６に示す動作説明図により、「回転」パターンの動作を説明する。図１６の左側の円は、前記クランク軸の回転運動を表し、回転角度０度が上死点を、回転角度１８０度が下死点をそれぞれ表している。また、図１６の右側のタイムチャートはこの回転運動に伴うスライド位置の変化を表しており、縦軸にスライド位置（高さ）を表している。
【００６３】
図１６に示すように、「回転」パターンでは、サーボモータ２１を一定方向（図示では正転方向）に、モーション設定手段１７により設定された定速度で回転させたときのモーションが設定される。これにより、クランク軸の偏心量、コンロッド長さ等の機械的な寸法によって決まる所定のクランクモーションが設定される。このとき、スライドストローク長さは上記機械的な寸法から決まる最大ストローク長さＳmax である。なお、ここでは、クランクモーションの下死点（１８０度）をはさんでモータ正転側と逆転側との相違が無く、対称形であるものとするが、本発明はこの形状に限定されない。
【００６４】
次に、図１７に示す動作説明図により、「反転」パターンの動作を説明する。なお、図１７の意味は図１６と同じである。
「反転」パターンでは、上死点と下死点の間に設定した上限位置Ｐ０に対応するクランク軸７２の回転角度θ０から、下死点手前に予め設定された所定の下限位置Ｐ２に対応するクランク軸７２の回転角度θ２まで、サーボモータ２１の正転方向速度を制御した後、下限位置Ｐ２で正確に位置決め停止し、次にサーボモータ２１を反転して、上限位置Ｐ０まで上昇させて停止する。これを繰り返すことにより、上限位置Ｐ０から下限位置Ｐ２までの短いストローク長さＳ１でスライドは昇降を繰り返し、その下限位置Ｐ２が精度良く位置決めされる。なお、図７の設定画面においては、基準速度５４、待機時間５５、各段毎の目標位置５７、移動速度５８および停止時間５９がそれぞれ設定可能となっているが、図１７で示したモーションは、待機時間５５＝０、下降工程の段数５１ａ＝１、上昇行程の段数５１ｂ＝１、下降１段目の目標位置５７＝Ｐ２、待機位置５３＝Ｐ０、停止時間５９＝Ｔｂに設定した例である。よって、本例では、下降工程は下降１段目の移動速度５８により設定された定速度で正転時のクランクモーションとなり、上昇行程は上昇１段目の移動速度５８により設定された定速度で逆転時のクランクモーションとなる。
【００６５】
次に、図１８に示す動作説明図により、「往復」パターンの動作を説明する。なお、図１８の意味は図１６と同じである。
図１８に示すように、下死点に対応するクランク軸７２の回転角度をθｄ（１８０度に相当する）とし、上死点に対応するクランク軸７２の回転角度をθｕ（３６０度に相当する）とする。
「往復」パターンでは、この角度θｄから逆転方向に所定角度α１離れた回転角度θ１と正転方向に所定角度α２離れた回転角度θ２との間でクランク軸７２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、上限位置Ｕ１と上限位置Ｕ２とは同一位置(高さ)であるものとし、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。
【００６６】
図９に示す設定画面では、待機位置５３、待機時間５５、基準速度５４が設定可能となっているが、図１８に示すモーションは、待機位置５３＝上限位置Ｕ１、待機時間５５＝Ｔｃとし、一方の上限位置Ｕ１から他方の上限位置Ｕ２までの正転時と、他方の上限位置Ｕ２から一方の上限位置Ｕ１までの逆転時とに、上記基準速度５４で設定された所定の定回転数でサーボモータ２１を制御する例である。これにより、本例では機械的に決まるクランクモーションに設定される。
【００６７】
次に、図１９に示す動作説明図により、「反転往復」パターンの動作を説明する。なお、図１９の意味は図１６と同じである。
【００６８】
図１９に示すように、「反転往復」パターンでは、上死点に対応するクランク軸７２の回転角度θｕから逆転方向に所定角度α３離れた回転角度θ３と正転方向に所定角度α４離れた回転角度θ４との間でクランク軸７２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。ここで、回転角度θ３に対応する下限位置Ｄ１と、回転角度θ４に対応する下限位置Ｄ２とは同一位置（高さ）であり、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。
【００６９】
ここで、図１９に示すモーションは、図１１に示した設定画面において、目標位置５７＝下限位置Ｄ１とし、停止時間５９＝０とし、また一方の下限位置Ｄ１から上死点を通過して他方の下限位置Ｄ２までの正転時に、基準速度５４に設定した一定回転数でサーボモータ２１を制御したときのクランクモーションとした例である。
【００７０】
図２０は本実施形態に係る機能構成ブロック図であるが、この機能構成は、クランクモーションに対応する処理以外、前記図４に示したものと略同じであるから、同一機能部には同じ符号を付し、以下ではその異なる機能の部分について説明する。
【００７１】
モーション設定部４３Ａは、モーション設定手段１７によって選択、設定された前述の４つの制御パターンの内のいずれか一つのパターンに応じて、前記設定されたモーションデータに基づきモーションカーブを決定する。「回転」パターンのときには、図１６に示すようにモータ一定回転方向に定速度で回転させた場合のクランクモーションが決定され、また「反転」パターンのときには、図１７に示すように下降工程と上昇行程とでモータ回転方向を反対にしたモーションが決定される。「往復」パターンのときには、図１８に示すように一方の上限位置Ｕ１から下死点を通過して他方の上限位置Ｕ２まで正転させた時と、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まで逆転させた時とで、その下降モーションの内、少なくとも加工行程Ａｗのモーションが略等しくなるようにモーションが決定される。そして、「反転往復」パターンのときには、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まで正転させた時と、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まで正転させた時とで、その下降モーションの内、少なくとも加工行程Ａｗのモーションが略等しくなるようにモーションが決定される。
【００７２】
モータ／スライド関係データ記憶部４４Ａは、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に記憶している。なお、この関係データは、クランク軸７２の回転角度θ（０度〜３６０度）とスライド位置との関係で表されている。また、このクランクモーションの関数式はクランク軸機構の偏心量（クランク回転半径）、コンロッド７３の長さ、およびクランク軸７２の回転角度θの三角関数により求まるので、これらの関数式自体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。
【００７３】
そして、スライド位置指令演算部４１は、前記モーション設定部４３Ａで決定した、制御パターンに応じたモータ正転時および逆転時のそれぞれの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。指令演算部４２は、この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、前記位置センサ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４４Ａのスライド位置とモータ回転角度(クランク回転角度)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。
【００７４】
以上の第２実施形態によると、サーボモータ２１でクランク機構を回転し、直接コンロッドを介してスライド３を駆動するので、サーボモータ２１の小さなトルクでスライド３の大きな加圧力を出すことができる。従って、前実施形態と同様に、小型のサーボモータ２１を使用できるので、サーボプレスの小型化、低コスト化、生産性の向上、保守時作業性、補給部品の低コスト化および入手性向上等を図ることができる。
【００７５】
また、ワークの加工条件に合わせてサーボモータ２１の複数の制御パターンの内の一つが選択、設定され、その制御パターンに応じたモーションデータを設定することにより、実稼動時のモーションカーブが自動的に決定され、このカーブに基づいてスライドの位置および速度が制御される。これにより、加工条件に適合したサーボモータ２１の制御ができ、よってスライド駆動ができるので、サイクルタイム高速化による生産性の向上、および製品品質の向上を図ることができる。
【００７６】
なお、本実施形態においては、サーボモータでクランク機構を介してスライドを駆動するサーボプレスの例で示したが、例えばエキセン機構等の偏心回転機構を介してスライドを駆動するものにも適用できることは勿論である。
【００７７】
また、制御パターンのモーション設定において、モータ回転数（移動速度）を定速度に設定した場合のモーション例を挙げて説明した個所もあるが、本発明はこれに限定するものではなく、すなわち、任意のモーションに設定すべく、複数の段数と各段の目標位置、移動速度、停止時間等を設定しても構わない。さらに、この場合、前記目標位置としてスライド位置を高さ方向の位置（この位置は位置センサ３３で検出可能）で設定する例で示しているが、クランク回転角度で設定するようにしてもよい。フレーム等の熱変形によりダイハイトが変化した場合には、高さ方向の位置データのみでは下死点や上死点の近傍の位置決めが困難なこともあるが、上記のようにクランク回転角度で設定し、この回転角度に基づいて下死点や上死点の近傍の位置決め制御を行うことによって、上記問題を容易に解決できる。
【００７８】
次に、図２１〜図２３により、第３実施形態を説明する。まず、図２１に示す概略構成図により、本実施形態に係るサーボプレスおよび制御装置の構成を説明する。なお、これまでと同一の構成には同じ符号を付して説明を省く。
【００７９】
図２１において、サーボプレス８１のスライド３及びプランジャ８６は共に本体フレーム８２に上下動自在に支承されており、スライド３はプランジャ８６の下部にダイハイト調整可能に（すなわち、上下動可能に）連結されている。このプランジャ８６の上部は、第１リンク８５ａ、三軸リンク８４及び第２リンク８５ｂ等を有するトグルリンク機構８３を介して本体フレーム８２に連結されている。すなわち、第１リンク８５ａは本体フレーム８２の上部と三軸リンク８４の一辺の両端部一側との間にピンにより回動自在に連結されており、また、三軸リンク８４の前記一辺の両端部他側とプランジャ８６の上部との間には第２リンク８５ｂがピンにより回動自在に連結されている。
【００８０】
本体フレーム８２に取り付けられたサーボモータ２１の出力軸に第１プーリ９２ａが取り付けてあり、また本体フレーム８２に左右の軸受９９，９９を介して回動自在に支承されているボールスクリュー９１のスクリュー部材９１ａの一端部には第２プーリ９２ｂが取り付けてある。この第１プーリ９２ａと第２プーリ９２ｂとの間には、ベルト９３（通常は、タイミングベルト）が巻装されている。前記左右軸受９９，９９の間のスクリュー部材９１ａのねじ部にはナット部材９１ｂが軸心方向に移動自在に螺合して設けられており、このナット部材９１ｂには駆動部材９８の一端部が固着されている。駆動部材９８の他端部は、トグルリンク機構８３の前記三軸リンク８４にピン９４により回動自在に連結されている。
【００８１】
サーボモータ２１のモータ軸には、モータ回転速度を検出するパルスジェネレータ等からなるモータ回転検出器９６が取り付けてある。そして、このモータ回転検出器９６の検出したモータ回転速度Ｓθはサーボアンプ４５に入力され、サーボアンプ４５は制御器１０からのモータ速度指令ｒｍと前記モータ回転速度Ｓθとのモータ速度偏差値に基づいてモータ動力指令（電流指令）Ｃｍをサーボモータ２１に出力している。
【００８２】
また、本体フレーム８２の側面部に下端部が取り付けられた補助フレーム３４に位置センサ３３が取り付けられ、スライド３に取り付けた位置検出ロッド３２が前記位置センサ３３に上下動自在に嵌挿している。位置センサ３３の位置検出信号は制御器１０に入力されている。
さらに、制御器１０には前記同様のモーション設定手段１７が接続されており、設定されたモーションデータはメモリ１０ａに記憶されている。
【００８３】
上記構成のサーボプレス８１のスライド３は、以下のように作動する。サーボモータ２１を回転させると、プーリ９２ａ，９２ｂ及びベルト９３を介してスクリュー部材９１ａが所定方向に回転し、これによりナット部材９１ｂが軸心方向に進退し、駆動部材９８を介して三軸リンク８４を矢印方向へ押し引き駆動する。駆動部材９８は、三軸リンク８４が、実線で示すスライド下死点に対応する位置８４ｃをはさんで、２点鎖線で示す第１のスライド上限位置に対応する位置８４ａと、点線で示す第２のスライド上限位置に対応する位置８４ｂとの間を移動するように、往復駆動可能となっている。この三軸リンク８４の左右方向移動により、トグルリンク機構８３の第２リンク８５ｂを介してプランジャ８６及びスライド３が昇降する。
【００８４】
上記のように、サーボモータ２１の回転動力をボールスクリュー機構により略水平方向の直動動力に変換し、この直動動力をトグルリンク機構８３を介してスライド３の上下動動力に変換しているため、モータ回転角度（これは前記ナット部材９１ｂの移動量に比例する）とスライド位置との関係は、トグルリンク機構８３の各リンク長さ、駆動部材９８の位置とリンク機構８３との相対位置関係、などの機械的な寸法により決まる。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表すデータは、前記メモリ１０ａに記憶されている。
【００８５】
上記構成のサーボプレス８１においては、「往復」と「反転」の制御パターンが選択可能となっている。次に、この２つのパターンについて説明する。
図２２および図２３は、それぞれ本実施形態に係る「往復」パターンおよび「反転」パターンの動作説明図であり、これらの図中、左側の図はトグルリンク機構８３の動作を表し、右側はこれに伴うスライドモーションを表す。なお、モーション設定手段１７の設定画面は、前記同様とする。
【００８６】
「往復」パターンでは、図２２に示すように、下死点に対応する三軸リンク８４の位置８４ｃから、サーボモータ２１の逆転方向に所定距離Ｌ１離れ、その対応するスライド位置（高さ）がＰ３になるときの位置８４ａと、正転方向に所定距離Ｌ２離れて、その対応するスライド位置（高さ）が同じくＰ３になるときの位置８４ｂとの間で、三軸リンク８４を連続で往復移動するように、サーボモータ２１により駆動部材９８の位置を制御する。このとき、サーボモータ２１を所定の定速度で正転すると、スライドは、前記位置８４ａの場合の上限位置Ｕ１から下死点までは緩やかな所定のリンクモーションで下降し、下死点から前記位置８４ｂの場合の上限位置Ｕ２までは急なリンクモーションで上昇する。反対に、サーボモータ２１を所定の定速度で逆転すると、スライドは、前記位置８４ｂの場合の上限位置Ｕ２から下死点までは急な所定のリンクモーションで下降し、下死点から前記位置８４ａの場合の上限位置Ｕ１までは緩やかなリンクモーションで上昇する。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である。
【００８７】
前述したように、加工精度の安定化のために、モータ正転時と逆転時とで、スライド下降行程のモーション、特に少なくとも加工行程Ａｗのモーションを略等しくする必要がある。
このため、モーション設定手段１７で「往復」パターンが選択、設定された場合には、図９に示す設定画面で設定された待機位置５３を上限位置Ｕ１，Ｕ２とし、サーボモータ２１の正転時のモーションを、前記設定された基準速度５４に相当する所定の定速度でサーボモータ２１を回転させて、前記上限位置Ｕ１から下死点を経由して前記上限位置Ｕ２までスライドが移動するときのモーションに決定する。また、サーボモータ２１の逆転時のモーションは、前記上限位置Ｕ２から下死点までの下降行程の内、少なくとも加工行程Ａｗのモーションが上記正転時の加工行程Ａｗのモーションと略等しくなるように決定し、下死点から前記上限位置Ｕ１までの上昇行程のモーションを、所定の定速度で（通常は最大速度で）サーボモータ２１を逆転したときのリンクモーションと決定する。（モーション設定部４３）
【００８８】
「反転」パターンでは、図２３に示すように、下死点に対応する三軸リンク８４の位置８４ｃよりもサーボモータ２１逆転方向に所定距離Ｌ３だけ離れ、そのスライド位置（高さ）がＰ４に対応する三軸リンク８４の位置８４ｄと、前記位置８４ｃよりも逆転方向に所定距離Ｌ４（＜Ｌ３）離れ、その対応するスライド位置（高さ）がＰ５となる三軸リンク８４の位置８４ｅとの間で、サーボモータ２１を反転駆動する。このとき、スライドの上限位置Ｐ４から下限位置Ｐ５までサーボモータ２１の正転速度を制御して移動し、下限位置Ｐ５で正確に位置決めして停止し、次にサーボモータ２１を反転して、上限位置Ｐ４まで逆転で上昇させる。これを繰り返すことにより、所定のストローク長さＳ１でスライドは昇降し、その下限位置Ｐ５が精度良く位置決めされる。
【００８９】
モーション設定手段１７で「反転」パターンが選択、設定された場合、下降行程および上昇工程のモーションは、前記図７に示す設定画面と同様の画面で設定されたモーションデータに基づき、決定される。（モーション設定部４３）なお、図２３には、下降行程でサーボモータ２１を所定の定速度で正転させたときのリンクモーションが、また上昇行程でサーボモータ２１を所定の定速度で逆転させたときのリンクモーションがそれぞれ示されている。
【００９０】
第３実施形態によると、サーボモータ２１でボールスクリュー９１による水平直動部を駆動し、この水平直動部の直動によりトグルリンク機構８３の進退を駆動して、該トグルリンク機構８３を介してスライド３を上下駆動している。従って、小さなモータトルクで大きなスライド加圧力を出せると共に、高速下降行程でのスライド速度を容易に高速化できる。このため、小型のサーボモータを使用できるので、サーボプレスの小型化、低コスト化、及びその生産性向上が図れると共に、組立時や保守時の作業性向上や、補給部品の低コスト化および入手性向上を図ることができる。
【００９１】
また、「往復」パターンと「反転」パターンとの二つのモータ制御パターンを予め記憶し、ワーク加工条件に合わせて前記二つのモータ制御パターンの内のいずれか一つを選択し、設定可能としており、この選択された制御パターンに応じてモーションデータが設定される。そして、実稼動時には、前記選択された制御パターンと設定されたモーションデータとに基づき制御用のモーションが決定され、この制御用のモーションに沿ってスライド３が駆動されるように、サーボモータ２１の位置および速度が制御される。従って、ワーク加工条件に適合させて、サーボモータ２１の制御、およびスライド駆動ができるので、サーボモータ２１を効率的に駆動してサイクルタイムを高速化し、生産性を向上できると共に、品質の高い加工ができる。
【００９２】
なお、第１または第３実施形態において、制御パターンのモーション設定で、モータ回転数（移動速度）を定速度に設定した場合のモーション例を挙げて説明した個所もあるが、第２実施形態のところで述べた如く本発明はこれに限定するものではなく、すなわち、任意のモーションに設定すべく、複数の段数と各段の目標位置、移動速度、停止時間等を設定しても構わない。この場合、前述と同様に、目標位置、待機位置としてスライド位置を高さ方向の位置で設定する例で示しているが、例えばこのスライド位置（高さ）を仮想的なクランク軸回転角度に等価的に対応付け、この仮想的なクランク回転角度で上記スライド位置を設定するようにしてもよい。この仮想的クランク回転角度で設定し、この回転角度に基づいて、偏心軸２８回転に伴う下死点や上死点の近傍、またはトグルリンク機構８３による下死点の近傍の位置決め制御を行うことによって、フレーム等の熱変形によるダイハイト変化に伴う下死点や上死点近傍の位置決め困難性の問題を容易に解決できる。
【００９３】
以上説明したように本発明は、次のような効果を奏する。
サーボモータでクランク機構、エキセン機構等の偏心回転部を回転し、この回転により直接コンロッドを介してまたはトグルリンク機構の進退を駆動してスライドを上下駆動する構成によって、あるいは、サーボモータで略水平方向の直動部を駆動し、この直動によりトグルリンク機構の進退を駆動してスライドを上下駆動する構成によって、サーボモータのトルクを増幅して大きなスライド加圧力が得られるので、小さなパワーのサーボモータを使用でき、このためサーボプレスの小型化、低コスト化、および生産性向上を図ることができる。
【００９４】
また、スライドストローク長さ、下限位置での位置決め精度、サイクルタイム等の加工条件に適合させて、複数のサーボモータ制御パターンの内のいずれか一つを選択し、これに応じて設定したモーションに基づき、スライドの位置および速度を制御するようにしたため、加工条件に応じてサーボモータを効率的に、しかも負荷を軽減して駆動でき、製品品質を高めることができると共に、サイクルタイムの向上、およびサーボモータ寿命の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る発明の適用機のサーボプレスの側面一部断面図である。
【図２】図１の背面一部断面図である。
【図３】第１実施形態に係る制御装置のハード構成ブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る機能構成ブロック図である。
【図５】「回転」パターンのモーション設定画面例である。
【図６】「回転」パターンの動作説明図である。
【図７】「反転」パターンのモーション設定画面例である。
【図８】「反転」パターンの動作説明図である。
【図９】「往復」パターンのモーション設定画面例である。
【図１０】「往復」パターンの動作説明図である。
【図１１】「反転往復」パターンのモーション設定画面例である。
【図１２】「反転往復」パターンの動作説明図である。
【図１３】各制御パターンの適用加工条件の対応表である。
【図１４】本発明に係る加工作業フローチャートである。
【図１５】第２実施形態に係るサーボプレスの概略構成図である。
【図１６】第２実施形態に係る「回転」パターンの動作説明図である。
【図１７】第２実施形態に係る「反転」パターンの動作説明図である。
【図１８】第２実施形態に係る「往復」パターンの動作説明図である。
【図１９】第２実施形態に係る「反転往復」パターンの動作説明図である。
【図２０】第２実施形態に係る機能構成ブロック図である。
【図２１】第３実施形態に係るサーボプレスの概略構成図である。
【図２２】第３実施形態に係る「往復」パターンの動作説明図である。
【図２３】第３実施形態に係る「反転」パターンの動作説明図である。
【符号の説明】
１…サーボプレス、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…三軸リンク、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、３２…位置検出ロッド、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、４３，４３Ａ…モーション設定部、４４，４４Ａ…モータ／スライド関係データ記憶部、４５…サーボアンプ、５０…型番号、５１，５１ａ，５１ｂ…段数、５３…待機位置、５４…基準速度、５５…待機時間、５７…目標位置、５８…移動速度、５９…停止時間、６０…方式設定部、６８…サイクルタイム表示部、７１ａ…歯車、７１ｂ…減速機、７２…クランク軸、７３…コンロッド、８１…サーボプレス、８２…本体フレーム、８３…トグルリンク機構、８４…三軸リンク、８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ…三軸リンクの位置、８５ａ…第１リンク、８５ｂ…第２リンク、８６…プランジャ、９１…ボールスクリュー、９１ａ…スクリュー部材、９１ｂ…ナット部材、９２ａ…第１プーリ、９２ｂ…第２プーリ、９３…ベルト、９４…ピン、９６…モータ回転検出器、９８…駆動部材、９９…軸受。
Claims (9)
- サーボモータ（２１）でクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスにおいて、
スライド（３）の位置を検出する位置センサ（３３）と、
偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライド（３）を１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライド（３）の上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライド（３）の下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンと、スライド（３）の上死点に対応する前記偏心回転部の上死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの下限位置とし、この内の一方の下限位置から前記上死回転角度を通過して他方の下限位置まで一方向に回転駆動し、スライド（３）を上死点をはさんで反転往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「反転往復」パターンとを予め記憶し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに応じたモーションに沿って演算したスライド目標位置と前記位置センサ（３３）で検出した位置との偏差値を小さくするようにサーボモータ（２１）を制御して、スライド（３）の位置および速度を制御する制御器（１０）とを備えた
ことを特徴とするサーボプレス。 - サーボモータ（２１）でクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスにおいて、
スライド（３）の位置を検出する位置センサ（３３）と、
偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライド（３）を１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライド（３）の上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライド（３）の下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め記憶し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに応じたモーションに沿って演算したスライド目標位置と前記位置センサ（３３）で検出した位置との偏差値を小さくするようにサーボモータ（２１）を制御して、スライド（３）の位置および速度を制御する制御器（１０）とを備えた
ことを特徴とするサーボプレス。 - サーボモータ（２１）でクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスを用いた加工方法において、
偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライド（３）を１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライド（３）の上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライド（３）の下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンと、スライド（３）の上死点に対応する前記偏心回転部の上死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの下限位置とし、この内の一方の下限位置から前記上死回転角度を通過して他方の下限位置まで一方向に回転駆動し、スライド（３）を上死点をはさんで反転往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「反転往復」パターンとを予め有し、
実加工時には加工条件に合わせてそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータ（２１）を制御し、スライド（３）を駆動してワーク加工を行う
ことを特徴とするサーボプレスを用いた加工方法。 - サーボモータ（２１）でクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスを用いた加工方法において、
偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライド（３）を１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライド（３）の上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライド（３）の下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータ（２１）を制御し、スライド（３）を駆動してワーク加工を行う
ことを特徴とするサーボプレスを用いた加工方法。 - サーボモータ（２１）でクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスの制御方法において、
偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライド（３）を１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライド（３）の上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライド（３）の下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンと、スライド（３）の上死点に対応する前記偏心回転部の上死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの下限位置とし、この内の一方の下限位置から前記上死回転角度を通過して他方の下限位置まで一方向に回転駆動し、スライド（３）を上死点をはさんで反転往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「反転往復」パターンとを予め有し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換え、選択された制御パターンに基づきサーボモータ（２１）を制御し、スライド（３）の位置および速度を制御することを特徴とするサーボプレスの制御方法。 - サーボモータ（２１）でクランク機構またはエキセン機構等の偏心回転機構を回転し、直接コンロッドを介して、またはトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスの制御方法において、
偏心回転機構の偏心回転部を一方向に１回転してスライド（３）を１サイクル駆動する「回転」パターンと、スライド（３）の上死点および下死点にそれぞれ対応する前記偏心回転部の回転角度の間に設定した所定の下限位置、上限位置に対応する２つの回転角度間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、スライド（３）の下死点に対応する前記偏心回転部の下死回転角度からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定角度離れた２つの回転角度を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死回転角度を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータ（２１）を制御し、スライド（３）の位置および速度を制御する
ことを特徴とするサーボプレスの制御方法。 - サーボモータ（２１）で直動部を略水平方向に駆動し、この直動によりトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスにおいて、
スライド（３）の位置を検出する位置センサ（３３）と、
スライド（３）の下死点に対応するトグルリンク機構の下死点リンク位置からサーボモータ（２１）の一方向回転側にそれぞれ所定距離移動した、所定のスライド下限位置、上限位置にそれぞれ対応する２つのリンク位置間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、トグルリンク機構の前記下死点リンク位置からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定距離移動した２つのリンク位置を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死リンク位置を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め記憶し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに応じたモーションに沿って演算したスライド目標位置と前記位置センサ（３３）で検出した位置との偏差値を小さくするようにサーボモータ（２１）を制御して、スライド（３）の位置および速度を制御する制御器（１０）とを備えた
ことを特徴とするサーボプレス。 - サーボモータ（２１）で直動部を略水平方向に駆動し、この直動によりトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスを用いた加工方法において、
スライド（３）の下死点に対応するトグルリンク機構の下死点リンク位置からサーボモータ（２１）の一方向回転側にそれぞれ所定距離移動した、所定のスライド下限位置、上限位置にそれぞれ対応する２つのリンク位置間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、トグルリンク機構の前記下死点リンク位置からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定距離移動した２つのリンク位置を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死リンク位置を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、
実加工時には加工条件に合わせてそれらのいずれか一つに選択的に切換えて実行し、選択された制御パターンに基づきサーボモータ（２１）を制御し、スライド（３）を駆動してワーク加工を行う
ことを特徴とするサーボプレスを用いた加工方法。 - サーボモータ（２１）で直動部を略水平方向に駆動し、この直動によりトグルリンク機構を介してスライド（３）を上下駆動するサーボプレスの制御方法において、
スライド（３）の下死点に対応するトグルリンク機構の下死点リンク位置からサーボモータ（２１）の一方向回転側にそれぞれ所定距離移動した、所定のスライド下限位置、上限位置にそれぞれ対応する２つのリンク位置間で、下降行程と上昇行程とで反転駆動する「反転」パターンと、トグルリンク機構の前記下死点リンク位置からそれぞれ正転方向および逆転方向に所定距離移動した２つのリンク位置を２つの上限位置とし、この内の一方の上限位置から前記下死リンク位置を通過して他方の上限位置まで一方向に回転駆動して、スライド（３）を下死点をはさんで往復駆動するとともにサーボモータの正転時と逆転時で少なくとも加工行程のモーションが略同一になるよう自動的に設定される「往復」パターンとを予め有し、
実加工時にはそれらのいずれか一つに選択的に切換え、選択された制御パターンに基づきサーボモータ（２１）を制御し、スライド（３）の位置および速度を制御することを特徴とするサーボプレスの制御方法。
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