JP3969655B2

JP3969655B2 - 成形機及びその制御方法

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Publication number: JP3969655B2
Application number: JP2003093242A
Authority: JP
Inventors: 寛杉山; 幸司加古; 季佳夏目; 雄一駒沢; 詔司谷口
Original assignee: Asahi Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Asahi Seiki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004298907A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータによって成形工具を駆動する成形機及びその制御方法に関し、特に、加工領域の周りに複数の成形工具を配置したフォーミングマシンとしての成形機及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の成形機として、加工領域の周りに放射状に複数のリニア型のサーボモータを配置し、各サーボモータの出力部に取り付けた成形工具を加工領域に進退させて被成形材料から成形品を成形するフォーミングマシンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０２８９９号公報（段落［００２１］〜［００２９］、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被成形材料から成形品を製造する１周期（１サイクル）の間には、サーボモータの位置ループゲインを比較的高くしてサーボ剛性を上げた方が良い場合と、位置ループゲインを下げて発振を抑えた方が良い場合とがある。しかしながら、従来の成形機では、通常、１周期全体を通して、最適と考えられる位置ループゲインに固定していたので、サーボモータの能力を十分に活かしきれなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、サーボモータの能力を十分に活かして、効率よく被成形材料から成形品を成形することが可能な成形機及びその制御方法の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１の発明に係る成形機の制御方法は、成形工具をサーボモータにより所定の周期で所定の位置に移動して、被成形材料を成形する成形機の制御方法であって、成形工具の動作に対応させて２種類以上の位置ループゲインを予め設けておき、周期中の位相に応じて、２種類以上の位置ループゲインの何れかに切り替えて成形工具の位置をフィードバック制御すると共に、被成形材料を成形工具により加圧して曲げ変形させた後で、その被成形材料のスプリングバックにより成形工具が押し戻されるサーボ剛性になるまで位置ループゲインを下げてから、被成形材料が成形工具により再加圧されるサーボ剛性になるまで位置ループゲインを上げるところに特徴を有する。
【０００８】
請求項２の発明に係る成形機は、被成形材料が送給される成形領域と、成形領域に突き合わせて配置された成形工具と、成形工具を被成形材料に対して進退させるサーボモータと、１周期中の複数の位相に対応させて複数の指令位置及び複数の位置ループゲインを予め記憶したメモリと、位相の進行に伴って指令位置及び位置ループゲインを順次読み込み、指令位置と現在位置との偏差に位置ループゲインを乗じた結果を利用して求めた駆動電流にてサーボモータを駆動して、成形工具を指令位置に位置決めするようにフィードバック制御を行うサーボ制御部とを備えた成形機において、被成形材料を成形工具の加圧により曲げ変形させる動作の制御用に、メモリに同じ指令位置を複数の位相分、連続して記憶しかつ、それら同じ指令位置が連続している間に、位置ループゲインを比較的大きな値から小さな値、再度、大きな値へと異ならせて記憶することで、被成形材料を曲げ変形させた後、指令位置を一定位置に保持している間に、被成形材料のスプリングバックにより成形工具が押し戻されるサーボ剛性に下げてからそのサーボ剛性を上げて被成形材料を再加圧するように構成したところに特徴を有する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の成形機において、被成形材料が通される材料挿通孔を有した基板を備え、その基板における材料挿通孔の開口近傍を加工領域とし、その加工領域に対峙させて複数の成形工具を配置したフォーミングマシンであるところに特徴を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の成形機としてのフォーミングマシンに関する一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態のフォーミングマシン１０は、ベース部１１から鉛直に起立した基板１２を備え、その基板１２の中心部分には、材料挿通孔１３が貫通形成されている。また、基板１２の裏側（図示せず）には、被成形材料を送給するための送給装置３９（図２参照）が設けられ、この送給装置３９には、駆動源として送給用サーボモータ３６（図２参照）が備えられている。そして、この送給装置３９により、被成形材料が材料挿通孔１３を通して基板１２の裏側から表側に所定周期で送給される。
【００１６】
基板１２の表側における材料挿通孔１３の開口近傍は、本発明に係る成形領域Ｒをなし、この成形領域Ｒを中心にして複数の成形ユニット３０が放射状に配置されている。より具体的には、複数の成形ユニット３０は、成形領域Ｒを中心にして時計の１２時、２時、４時、５時、６時、７時、８時、１０時の位置に配置されている。
【００１７】
各成形ユニット３０には、レール状のガイド３１が備えられ、各ガイド３１によって工具台３２が成形領域Ｒに進退可能に案内され、それら各工具台３２には、成形工具３３が成形領域Ｒに対峙するように固定されている。これら成形工具３３は、基板１２に接離する方向において２層構造になっている。詳細には、図１において２時、１２時、１０時の位置に配置された成形ユニット３０の工具台３２には、基板１２に近い側に配置された第１層（予備成形層）の成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３（図６〜８参照）と基板１２から遠い側に配置された第２層（本成形層）の成形工具３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ３（図９，１０参照）とが共に固定されている。また、８時、６時、４時の位置に配置された成形ユニット３０の工具台３２には、基板１２から遠い側に配置された第２層の成形工具３３Ａ４，３３Ａ６，３３Ａ８（図９，１０参照）のみが固定されている。さらに、７時、５時の位置に配置された成形ユニット３０の工具台３２には、基板１２にスライド係合した第１層の成形工具３３Ｂ５，３３Ｂ７（図６〜８参照）が摺動連結されている。
【００１８】
そして、図８に示すように、前記した第１層の成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３，３３Ｂ５，３３Ｂ７は、互いに突き合わせた部分の形状が、縦長の長円形になるように構成されている。また、図１０に示すように、第２層の成形工具３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ３，３３Ａ４，３３Ａ６，３３Ａ８は、互いに突き合わせた部分の形状が、円形になるように構成されている。
【００１９】
各成形ユニット３０のうち成形領域Ｒから離れた側の後端部には成形用サーボモータ３４が備えられている。成形用サーボモータ３４と工具台３２との間には、成形用サーボモータ３４のローターによる回転出力を工具台３２の直動動作に変換するリンク機構３８（図２参照）が設けられている。また、成形用サーボモータ３４には、ローターの回転位置を検出するための位置センサー３５（例えば、アブソリュートエンコーダー）が備えられ、位置センサー３５の検出信号がフォーミングマシン１０の制御装置２０（図２参照）に取り込まれている。
【００２０】
図２に示すように、制御装置２０には、各成形用サーボモータ３４に対応した複数の成形用サーボアンプ２１と、送給用サーボモータ３６に対応した送給用サーボアンプ２２とが設けられている。そして、メインＣＰＵ２４が、メインメモリ２５に記憶されたデータに基づいて、各サーボアンプ２１，２２に制御信号を出力している。
【００２１】
メインメモリ２５には、位置データＰ０（ｉ），Ｐ１（ｉ），Ｐ２（ｉ），・・・（ｉ＝１，２，・・・，３６０）と、ゲインデータＧ１（ｉ），Ｇ２（ｉ），・・・（ｉ＝１，２，・・・，３６０）とが記憶されている。ここで、位置データＰ０（ｉ）は、送給用サーボモータ３６を駆動するためのものである。また、位置データＰ１（ｉ）及びゲインデータＧ１（ｉ）は、２時の位置の成形用サーボモータ３４を駆動するためのものであり、位置データＰ２（ｉ）及びゲインデータＧ２（ｉ）は、１２時の位置の成形用サーボモータ３４を駆動するためのものであり、以下同様である。なお、Ｐ１（ｉ），Ｐ２（ｉ），・・・を総称して、以下、適宜「位置データＰｎ（ｉ）」といい、Ｇ１（ｉ），Ｇ２（ｉ），・・・を総称して以下適宜「ゲインデータＧｎ（ｉ）」という。
【００２２】
メインＣＰＵ２４は、図３に示したメインプログラムを所定の周期でランして、メインメモリ２５からデータを読み込み、それらデータを各サーボアンプ２１，２２に備えたＣＰＵ２１Ａ，２２Ａに指令値として出力する。具体的には以下のようである。メインプログラムがランされると、メインＣＰＵ２４は、カウンタｉが、上限値（例えば、３６０）以上になったか否かをチェックする（Ｓ１）。本実施形態では、このカウンタｉの値が、本発明に係る「周期中の位相」に相当し、カウンタｉが「０」から「３６０」になる迄の間が、本発明に係る「所定の周期」に相当する。以下、カウンタｉが「０」から「３６０」になる迄の間の周期を、他の周期と区別するために「成形周期」という。
【００２３】
上記したカウンタｉが上限値以上であった場合には（Ｓ１でＹＥＳ）、カウンタｉを「０」にリセットする（Ｓ２）。一方、カウンタｉが上限値より小さかった場合には（Ｓ１でＮＯ）、メインＣＰＵ２４に接続されたメインメモリ２５から、位置データＰ０（ｉ），Ｐｎ（ｉ）及びゲインデータＧｎ（ｉ）を読み込む（Ｓ３）。
【００２４】
次いで、位置データＰ０（ｉ）を送給用サーボアンプ２２に出力すると共に、位置データＰｎ（ｉ）及びゲインデータＧｎ（ｉ）を成形用サーボアンプ２１に出力する（Ｓ４）。そして、カウンタｉを１つインクリメントして（Ｓ５）、このメインプログラムから抜ける。
【００２５】
さて、成形用サーボモータ３４のサーボ系は、図４に示すように、位置センサー３５で求めたローターの現在位置θｓをフィードバックして位置制御を行っている。具体的には、現在位置θｓと指令位置θｍとの偏差Δθ（＝θｍ−θｓ）に位置ループゲインＧを乗じた値（＝Ｇ・Δθ）に、その他の現在位置θｓから求めた速度要素に係る値を加えて指令電流Ｉｍを求め、その指令電流Ｉｍに応じた駆動電流を成形用サーボアンプ２１のモータドライブ回路から成形用サーボモータ３４に流してローターを駆動する。
【００２６】
ここで、成形用サーボアンプ２１のＣＰＵ２１Ａは、メインＣＰＵ２４から受けた位置データＰｎ（ｉ）に基づいて指令位置θｍの信号を生成する。これにより、成形工具３３が成形周期の位相に応じた所定の位置に位置決めされる。なお、本実施形態では、成形用サーボアンプ２１のＣＰＵ２１ＡとメインＣＰＵ２４とから本発明に係る「サーボ制御部」が構成されている。
【００２７】
各成形用サーボモータ３４のサーボ系では、メインＣＰＵ２４から出力されたゲインデータＧｎ（ｉ）によって位置ループゲインＧが変更可能となっている。具体的には、ＣＰＵ２１Ａは、メインＣＰＵ２４から受けたゲインデータＧｎ（ｉ）が前回のゲインデータＧｎ（ｉ）と異なるときに、位置ループゲインＧを変更する。これにより、位置ループゲインＧが成形周期の位相に対応した値に切り替えられて、前記偏差Δθ（＝θｍ−θｓ）に基づいて演算される指令電流Ｉｍの値が変更される。
【００２８】
送給用サーボモータ３６のサーボ系は、前記した成形用サーボモータ３４のサーボ系のうち位置ループゲインＧが成形周期の位相変化に関わらず一定の値になっている点を除いて同一の構成になっている。
【００２９】
次に、本実施形態のフォーミングマシン１０を用いて図５（Ａ）に示した平板状の被成形材料５０から、図５（Ｄ）に示した円筒状の成形品５１を成形する場合について説明する。
【００３０】
フォーミングマシン１０を起動すると、メインＣＰＵ２４からの各サーボアンプ２１，２２に出力された位置データＰ０（ｉ），Ｐｎ（ｉ）及びゲインデータＧｎ（ｉ）に基づいて、各サーボモータ３４，３６により成形工具３３が以下のように動作する。即ち、図６に示すように、被成形材料５０が送給用サーボモータ３６によって成形領域Ｒに送給され、第１層（予備成形層）の成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３，３３Ｂ５，３３Ｂ７が被成形材料５０に対峙した状態になる。そして、図７に示すように、成形工具３３Ｂ５，３３Ｂ７が前進して芯金（図示しない）との間に被成形材料５０を挟み、被成形材料５０をＵ字状に屈曲変形させる。このとき、成形工具３３Ｂ５，３３Ｂ７に係る成形用サーボアンプ２１に付与されるゲインデータＧｎ（ｉ）は、例えば比較的高い値にされてサーボ剛性が上げられ、成形工具３３Ｂ５，３３Ｂ７以外の第１層の成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３に係る成形用サーボアンプ２１に付与されるゲインデータＧｎ（ｉ）は、比較的低い値にされて発振が抑えられる。
【００３１】
次いで、図８に示すように、２時、１２時、１０時の成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３が前進して、被成形材料５０をＵ字形から長円形に変形させる。このとき、成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３に係る成形用サーボアンプ２１に付与されるゲインデータＧｎ（ｉ）が比較的高い値に切り替えられ、サーボ剛性が上げられる。
【００３２】
次いで、図６に示すように、第１層の成形工具３３Ｂ１，３３Ｂ２，３３Ｂ３，３３Ｂ５，３３Ｂ７が全て後退し、送給用サーボモータ３６により被成形材料５０（長円形筒）が、第１層（予備成形層）から第２層（本成形層）に送給され、第２層の成形工具３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ３，３３Ａ４，３３Ａ６，３３Ａ８が被成形材料５０に対峙した状態になる。
【００３３】
次いで、第２層の８時、６時、４時の成形工具３３Ａ４，３３Ａ６，３３Ａ８が前進して、次いで、第２層の２時、１２時、１０時の成形工具３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ３が前進する。ここで、第２層の成形工具３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ，３３Ａ４，３３Ａ６，３３Ａ８に係る成形用サーボアンプ２１に付与されるゲインデータＧｎ（ｉ）は、全て同じ高い値に統一される。そして、各成形用サーボアンプ２１に付与される位置データＰｎ（ｉ）が同一位置の値に保持されたまま、ゲインデータＧｎ（ｉ）のみが比較的低い値に変更される。これにより、２時、１２時、１０時、８時、６時、４時の成形工具３３に係るサーボ剛性が低くなり、被成形材料５０のスプリングバックにより、各成形工具３３が押されて後退する。その後、各成形用サーボアンプ２１に付与する位置データＰｎ（ｉ）を同一位置の値に保持したまま、ゲインデータＧｎ（ｉ）を比較的高い値に変更する。これにより、２時、１２時、１０時、８時、６時、４時の成形工具３３に係るサーボ剛性が再度高くなり、被成形材料５０が再加圧されて、スプリングバックが除去される。
【００３４】
以上により、被成形材料５０から円筒の成形品５１（図５参照）が完成する。なお、第２層（本成形層）における被成形材料５０の成形時には、第１層では次の被成形材料５０が成形されており、従って、第２層から被成形材料５０が排出されると共に、次の被成形材料５０が第１層から送給される。
【００３５】
上記したように本実施形態のフォーミングマシン１０によれば、成形周期中の位相に対応して位置ループゲインを切り替えて成形工具３３を所定の位置に位置決めするので、被成形材料５０に順次加工が施される過程で、必要に応じてサーボ剛性を変更して、発振の発生を抑えることが可能になる。しかも、被成形材料５０のスプリングバックを解放するために、位置ループゲインを変更してサーボ剛性を下げることで対処したので、成形工具３３を移動してスプリングバックを解放した場合に比べて、動作がスムーズになる。
【００３９】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００４０】
（１）前記第１実施形態では、フォーミングマシンに本発明を適用したものを例示したが、フォーミングマシン以外の成形機に本発明を適用してもよい。従って、バネ成形機等に本発明を適用してもよい。
【００４１】
（２）前記第１実施形態では、通常の回転式のサーボモータを備えたフォーミングマシン１０に本発明を適用したものを例示したが、リニア式のサーボモータを備えた成形機に本発明を適用してもよい。
【００４２】
【発明の作用及び効果】
請求項１の発明によれば、周期中の位相に対応して位置ループゲインを切り替えて成形工具を所定の位置に位置決めするので、被成形材料に順次加工が施される過程で、必要に応じてサーボ剛性を変更して、発振の発生を抑えることが可能になる。また、被成形材料のスプリングバックを解放するために、位置ループゲインを変更してサーボ剛性を下げることで対処したので、成形工具をサーボモータの駆動により移動して対処した場合に比べて、動作がスムーズになる。
【００４３】
また、請求項２の発明によれば、被成形材料のスプリングバックを解放するために、位置ループゲインを変更してサーボ剛性を下げることで対処したので、成形工具をサーボモータの駆動により移動して対処した場合に比べて、動作がスムーズになる。
【００４５】
なお、上記した請求項２の発明は、被成形材料が通される材料挿通孔を有した基板を備え、その基板における材料挿通孔の開口近傍を加工領域とし、その加工領域に対峙させて複数の成形工具を配置したフォーミングマシンに適用することができる（請求項３の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフォーミングマシン成形機の正面図
【図２】フォーミングマシンの電気的な構成を示したブロック図
【図３】メインプログラムのフローチャート
【図４】サーボ系の構成を示したブロック線図
【図５】被成形材料が成形品になるまでの変化を示した斜視図
【図６】フォーミングマシンに備えた成形工具の正面図
【図７】フォーミングマシンに備えた成形工具の正面図
【図８】フォーミングマシンに備えた成形工具の正面図
【図９】フォーミングマシンに備えた成形工具の正面図
【図１０】フォーミングマシンに備えた成形工具の正面図

Claims

成形工具をサーボモータにより所定の周期で所定の位置に移動して、被成形材料を成形する成形機の制御方法であって、
前記成形工具の動作に対応させて２種類以上の位置ループゲインを予め設けておき、前記周期中の位相に応じて、前記２種類以上の前記位置ループゲインの何れかに切り替えて前記成形工具の位置をフィードバック制御すると共に、
前記被成形材料を前記成形工具により加圧して曲げ変形させた後で、その被成形材料のスプリングバックにより前記成形工具が押し戻されるサーボ剛性になるまで前記位置ループゲインを下げてから、前記被成形材料が前記成形工具により再加圧されるサーボ剛性になるまで前記位置ループゲインを上げることを特徴とする成形機の制御方法。
被成形材料が送給される成形領域と、
前記成形領域に突き合わせて配置された成形工具と、
前記成形工具を前記被成形材料に対して進退させるサーボモータと、
１周期中の複数の位相に対応させて複数の指令位置及び複数の位置ループゲインを予め記憶したメモリと、
前記位相の進行に伴って前記指令位置及び前記位置ループゲインを順次読み込み、前記指令位置と現在位置との偏差に前記位置ループゲインを乗じた結果を利用して求めた駆動電流にて前記サーボモータを駆動して、前記成形工具を前記指令位置に位置決めするようにフィードバック制御を行うサーボ制御部とを備えた成形機において、
前記被成形材料を前記成形工具の加圧により曲げ変形させる動作の制御用に、前記メモリに同じ前記指令位置を複数の位相分、連続して記憶しかつ、それら同じ前記指令位置が連続している間に、前記位置ループゲインを比較的大きな値から小さな値、再度、大きな値へと異ならせて記憶することで、前記被成形材料を曲げ変形させた後、前記指令位置を一定位置に保持している間に、前記被成形材料のスプリングバックにより前記成形工具が押し戻されるサーボ剛性に下げてからそのサーボ剛性を上げて前記被成形材料を再加圧するように構成したことを特徴とする成形機。
前記被成形材料が通される材料挿通孔を有した基板を備え、その基板における前記材料挿通孔の開口近傍を前記加工領域とし、その加工領域に対峙させて複数の前記成形工具を配置したフォーミングマシンであることを特徴とする請求項２に記載の成形機。