JP4058872B2

JP4058872B2 - パンチプレス

Info

Publication number: JP4058872B2
Application number: JP2000006076A
Authority: JP
Inventors: 篤中川
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: JP2001198632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パンチ加工部に対して板材を移動させて、板材に孔開け加工や成形加工を行うパンチプレスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パンチプレスを制御するＮＣ装置では、通常、板材が所定の加工位置に停止するのを待ってパンチ動作をさせるものであるが、サイクルタイムを短縮するため（加工効率を上げるため）に、板材停止前にパンチ動作の下降を開始することが行われている。これを進歩させたものとして、板材停止と同時に、パンチ工具が板材に当たるようにする同期制御も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の同期制御は、サイクルタイムの短縮の面では優れているが、ラム軸の駆動に消費されるエネルギについては考慮されておらず、エネルギ消費量が多いものとなっている。
【０００４】
この発明の目的は、加工のサイクルタイムが短縮でき、かつエネルギ消費が節減できるパンチプレスを提供することである。
この発明の他の目的は、加減速時定数の演算処理が容易で、また板厚が種々変わった場合に最適なサイクルタイムの短縮が図れるものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、加減速の調整が容易で、より一層のサイクルタイムの短縮、エネルギ消費の節減が図れるものとすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図１と共に説明する。このパンチプレスは、板材（Ｗ）を移動させる板材移動手段（３）と、パンチ工具（６）を上昇待機位置（Ｈ）から下降させ前記上昇待機位置（Ｈ）まで上昇させるラム（８）の駆動装置（９）と、可変の加減速時定数（τ１，τ２）に従って前記ラム駆動装置（９）を制御するラム軸制御手段（３３）と、前記板材移動手段（３）による板材移動が停止する時にパンチ工具（６）が板材接触寸前高さ（ｈ１）となるようにラム（８）の下降動作を行わせる同期制御手段（３７）とを備える。この同期制御手段（３７）は、前記板材移動手段（３）で行う次の板材移動の距離（Ｓ１〜Ｓ３）に応じてその板材移動時間（Ｔ１〜Ｔ３）内で加減速し、パンチ工具（６）が前記板材接触寸前高さ（ｈ１）まで下降したときには、パンチ工具（６）の繰り返し加減速される速度のうちの最高速度である所定のパンチ速度（Ｖ₀）に到達するように、加減速時定数（τ１，τ２）を設定するものとする。また、この同期制御手段（３７）は、基準として設定される加減速時定数で昇降させたと仮定した場合における、前記上昇待機位置（Ｈ）で速度零の状態から下降して前記板材接触寸前高さ（ｈ１）で前記所定のパンチ速度（Ｖ ₀ ）に到達するのに要する所要時間である到達所要時間（Ｔ ₀ ）に対し、次の板材移動における板材移動時間（Ｔ１〜Ｔ３）が前記到達所要時間（Ｔ ₀ ）の２倍以上であるときは、上昇待機位置（Ｈ）で速度を零とし、かつ次の板材移動における板材移動時間（Ｔ１〜Ｔ３）が前記到達所要時間（Ｔ ₀ ）の２倍よりも短いときは、前記可変の加減速時定数を前記基準の加減速時定数よりも大きな値（τ２）として、上昇待機位置（Ｈ）で速度を零しないものである。
この構成によると、同期制御手段（３７）の制御に従い、板材移動手段（３）による板材移動が停止する時にパンチ工具（６）が板材接触寸前高さ（ｈ１）となるようにラム（８）の下降動作を行わせる。そのため、パンチ工具（６）が上昇待機位置（Ｈ）から板材上面に近づくまでの動作時間が板材移動時間（Ｔ１〜Ｔ３）と別に費やされることがなくなり、それだけパンチ加工のサイクルタイム（ＳＴ）が短縮される。
また、同期制御手段（３７）は、次の板材移動の距離（Ｓ１〜Ｓ３）に応じ、板材移動距離（Ｓ３）が短いときは、パンチ加工後にパンチ工具（６）が板材接触寸前高さ（ｈ１）まで抜けた後、上昇待機位置（Ｈ）まで、大きな加減速時定数（τ２）でゆるやかに減速しながら上昇させ、上昇待機位置（Ｈ）でラム速度を零とせずにある程度の速度（Ｖ _H）で通過させて、下降時にゆるやかに加速することで、次のパンチ加工時にパンチ工具（６）が板材接触寸前高さ（ｈ１）で所定のパンチ速度（Ｖ₀）となるように加速する。このように加減速時定数（τ２）を板材移動距離（Ｓ３）に応じて大きな値とし、緩やかに加減速することで、ラム（８）の加減速に要する必要エネルギが節減される。板材移動距離（Ｓ１，Ｓ２）がある程度長いときは、パンチ加工後に上昇待機位置（Ｈ）まで戻ったときに、ラム速度を零とする。
【０００６】
この発明において、前記同期制御手段（３７）は、具体的には前記次の板材移動における板材移動時間（Ｔ１〜Ｔ３）が前記到達所要時間Ｔ ₀ の２倍よりも短く、かつ到達所要時間Ｔ ₀ よりも長いときは、前記上昇待機位置におけるパンチ工具（６）の速度Ｖ _H を、次式で定められる値とする。
（１／２）×（Ｖ ₀ ＋Ｖ _H ）×Ｔ _v ＝ｈ
ただし、
Ｖ ₀ ：前記所定のパンチ速度、
ｈ：上昇待機位置と板材接触寸前高さ間の距離、
Ｔ _v ：次の不等式（（１／２）×Ｔ ₀ ＜Ｔ _v ＜Ｔ ₀ ）を満足する時間。
【０００７】
この発明において、前記ラム駆動装置（９）は、サーボモータ（１９）を駆動源とするものであっても良い。
サーボモータ（１９）によると、任意の速度パターンに応じた加減速が行えるため、加減速の調整が容易で、より一層のサイクルタイムの短縮、エネルギ消費の節減が図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１に示すように、このパンチプレスは機械部分であるパンチプレス本体１と、このパンチプレス本体１を制御する制御装置２とで構成される。
パンチプレス本体１は、図２および図３に示すように、板材Ｗを移動させる板材移動手段３と、パンチ加工を行う加工手段４とをフレーム５に設置したものであり、加工手段４は、パンチ工具６を昇降させるラム８の駆動装置９と、パンチ工具６およびダイ工具（図示せず）をそれぞれ保持する工具保持手段１０，１１とで構成される。工具保持手段１０，１１は、互いに同軸心上に設置されたタレットからなる。
【０００９】
板材移動手段３は、板材Ｗをワークホルダ１２で保持してテーブル１３上で前後方向（Ｙ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）に移動させる手段である。テーブル１３は、固定テーブル１３ａと可動テーブル１３ｂとからなり、可動テーブル１３ｂは、キャリッジ１４と共にフレーム５のレール１５上を前後移動する。キャリッジ１４にはクロススライド１６が左右移動自在に設置され、クロススライド１６に複数のワークホルダ１２が取付けられている。キャリッジ１４およびびクロススライド１６は、各軸のサーボモータ１７，１８により、ボールねじ等の運動変換機構を介して駆動される。
【００１０】
ラム駆動装置９は、サーボモータ１９を駆動源とするものであり、サーボモータ１９は、偏心カム機構等からなる回転・直線運動変換機構２０を介して、ラム８の昇降運動に変換する。ラム８は、所定のラム位置Ｐでフレーム５に昇降自在に設置され、パンチ位置Ｐに割り出された工具保持手段１０のパンチ工具６を昇降させる。
【００１１】
図１において、制御装置２は、数値制御装置（ＮＣ装置）およびプログラマブルコントローラで構成されるものであり、加工プログラム３１を解読して実行するプログラム制御式のものである。
制御装置２は、板材移動手段３を制御する板材移動制御手段３２と、ラム駆動装置９を制御するラム軸制御手段３３と、パンチプレス本体１の各種のシーケンス制御を行うシーケンス制御手段３４と、加工プログラム３１を解読して前記各制御手段３２〜３４に加工プログラム３１の指令を与える解読手段３５とを備える。
【００１２】
板材移動制御手段３２は、板材移動手段３のＸ軸およびＹ軸のサーボモータ１７，１８に指令を与える手段であり、サーボ機構を備える。
ラム軸制御手段３３は、ラム駆動装置９のサーボモータ１９に指令を与える手段であり、設定された加減速時定数に従って速度制御可能とされている。ラム軸制御手段３３の加減速時定数の設定部は、加減速時定数を任意に変更可能とされている。
【００１３】
加工プログラム３１は、プログラムメモリ３６に記憶され、または外部から解読手段３５に読み込まれる。加工プログラム３１は、ＮＣコード等で記述されていて、板材移動手段３にＸ軸方向およびＹ軸方向の移動を行わせるＸ軸移動指令およびＹ軸移動指令と、ラム駆動装置９に昇降動作の指令を与えるパンチ指令と、パンチプレス本体１の各部のシーケンス動作を制御するためのシーケンス指令（図示せず）等が記述されている。また、加工プログラム３１は、その属性情報の記憶部に、板厚の情報が記述されている。
【００１４】
この実施形態では、上記の基本構成の制御装置において、次の同期制御手段３７、先読み手段３８、次移動距離記憶手段３９、および板厚記憶手段４０が設けられている。
【００１５】
同期制御手段３７は、板材移動手段３による板材移動が停止する時にパンチ工具６が板材接触寸前高さｈ１となるようにラム８の下降動作を行わせる制御手段であり、加減速時定数演算部３７ａを有している。
加減速時定数演算部３７ａは、板材移動手段３で行う次の板材移動の距離に応じてその板材移動時間内で加減速し、パンチ工具６が板材接触寸前高さｈ１まで下降したときには所定のパンチ速度Ｖ₀に到達するように、ラム軸制御手段３３の加減速時定数を設定するものとする。前記所定のパンチ速度Ｖ ₀ は、パンチ工具の繰り返し加減速される速度のうちの最高速度である。また、加減速時定数演算部３７ａは、非パンチ時の加減速が可能な範囲で緩くなるように、加減速時定数を設定するものとしてある。また、加減速時定数演算部３７ａは、次移動距離記憶手段３９に記憶された移動距離と、板厚記憶手段４０に記憶された板厚値とを演算要素に含めて加減速時定数を設定するものとされている。板厚値は、板材接触寸前高さｈ１の判定に用いられる。なお、加減速時定数演算部３７ａは、板厚記憶手段４０に記憶された板厚値の代りに、想定最大板厚値として設定される一定値で加減速時定数を演算するものとしても良い。
【００１６】
先読み手段３８は、加工プログラム３１の指令を、解読手段３５よりも先に読む手段であり、解読手段３５で読まれた各軸の移動指令の次の各軸の移動指令を読み取って移動距離を認識するものとしてある。この移動距離は、Ｘ軸およびＹ軸のうち、遅く移動が完了する方の移動距離であり、Ｘ軸およびＹ軸の移動速度が同じの場合は、長い方の移動距離である。なお、板材移動制御手段３２は、Ｘ軸およびＹ軸の移動を同時に開始させるように制御するものとされている。
次移動距離記憶手段３９は、板材移動手段３で行う次の板材移動の距離を記憶する手段であり、先読み手段３８で認識された移動距離が記憶される。
板厚記憶手段４０は、加工プログラム３１で加工する板材Ｗの板厚を記憶する手段であり、加工プログラム３１に記述された板厚のデータ、またはこの制御装置２の上位制御装置（図示せず）等から得た板厚データが設定される。
【００１７】
上記構成による板材移動とラム軸駆動の同期制御を、図４と共に説明する。図４（Ａ）〜（Ｃ）において、横軸はいずれも経過時間を示す。図４（Ａ）は板材移動手段３による板材移動速度の変化を、同図（Ｂ）はラム駆動装置９のラム昇降の速度（絶対値）を、同図（Ｃ）はラム８のストローク位置を各々示す。図４（Ａ）の各速度曲線ａ１〜ａ３で囲まれた面積は、板材移動距離Ｓ１〜Ｓ３となる。
いま、板材移動距離Ｓ１，Ｓ２が所定距離よりも長い場合の板材移動と、パンチ動作とを２回繰り返し、続けて板材移動距離（Ｓ３）が所定距離よりも短い場合の板材移動を行うとする。板材移動距離Ｓ１，Ｓ２は同じ距離である。
【００１８】
図４（Ａ）に示すように、板材移動（曲線ａ１）を行なうときに、同図（Ｂ），（Ｃ）のようにラム８が下降を開始して加速（加減速時定数はτ１）し、板材移動が停止したとき（時刻ｔ１）に、ラム８はパンチ工具６が板材Ｗに接触する高さｈ０の寸前高さｈ１まで到達している。このとき、ラム８の速度は、所定のパンチ速度Ｖ₀に達している。この後、ラム８がさらに下降して板材Ｗに打ち抜き等のパンチ加工を行い、上昇に転じて板材Ｗから上記寸前高さｈ１まで抜け出すと（ｔ２）、ラム８は減速（加減速時定数はτ１）しながら上死点等の所定の上昇待機位置（Ｈ）まで上昇し、次の板材移動（曲線ａ２）が開始される。
【００１９】
この板材移動（曲線ａ２）を行う間に、ラム８は上昇待機位置（Ｈ）から再度下降を開始して加速（加減速時定数はτ１）し、板材移動（曲線ａ２）が完了したとき（ｔ３）は、ラム８は接触寸前高さｈ１まで下降し、かつパンチ速度Ｖ₀に達する。このパンチ速度Ｖ₀でパンチ加工が行われる。
【００２０】
このように、ラム８は、板材移動が停止する時に、パンチ工具６が板材Ｗに接して打ち抜きを行うように同期制御されるため、待ち時間を生じることなく打ち抜きが行われ、サイクルタイムＴＳが短縮される。このサイクルタイムＴＳは、パンチ工具６が板材Ｗと干渉する実加工時間Ｔａと、板材移動時間Ｔ２の和となる。また、ラム８は、板材移動時間Ｔ１，Ｔ２中に加速され、パンチ工具６が板材Ｗに接するときは、所定のパンチ速度Ｖ₀に達しているため、パンチ速度に依存するパンチ品質が十分に得られる。
【００２１】
次の板材移動（ａ３）を行うときは、移動距離Ｓ３が所定距離よりも短いため、ラム８が上昇待機位置Ｈに戻ったときのラム速度を零とせず、ある程度の速度Ｖ _Hまで低下させただけで、下降時に再度加速させる。このように上昇待機位置Ｈの速度Ｖ _Hとパンチ速度Ｖ₀との差は小さくなるため、加減速時定数τ２は大きな値とし、ゆっくりと加減速させる。このように制御するため、短い板材移動時間Ｔ３内で、大きな加減速時定数τ２により、ラム８を緩やかにパンチ速度Ｖ₀まで加速することができて、ラム昇降の加減速に要する必要エネルギが節減される。
上記のような次の板材移動距離に応じた加減速時定数τ１，τ２の演算が、加減速時定数演算部３７ａで行われ、ラム軸制御手段３３に設定される。
【００２２】
このような同期制御を行うことにより、サイクルタイムの短縮を図りながら、エネルギ消費を節減することができる。
【００２３】
同期制御手段３７は、次の板材移動距離が短くて、その板材移動時間が所定時間よりも短い場合は、モータ１９が所定の一定回転速度となるようにラム軸制御手段３３に指令を与える。また、同期制御手段３７は、ニブリング（追い切り加工）の場合は、モータ３７を最大回転速度の一定回転速度となるように、ラム軸制御手段３３に指令を与える。
【００２４】
上昇待機位置（Ｈ）または上死点でラム速度を零とするか否かの決定、および上昇待機位置（Ｈ）または上死点を通過するときの速度の決定は、同期制御手段３７で行われるが、この決定処理は具体的には例えば次のように行われる。
図５（Ａ）は、パンチ工具６が上昇待機位置Ｈ（または上死点）で速度が零となるまで減速する場合を示す。上昇待機位置Ｈ（または上死点）で速度零の状態から板材接触寸前高さｈ１で所定のパンチ速度Ｖ₀に到達するのに要する所要時間がＴ₀であり、加減速時定数に相当する。
同図の例では、
（１／２）×Ｖ₀×Ｔ₀＝ｈ
となる。上式において、ｈは、上昇待機位置Ｈと板材接触寸前高さｈ１間の距離であり、Ｖ₀は板材接触寸前高さｈ１まで下降したときの所定のパンチ速度である。通常の場合、つまり板材移動距離に応じた板材移動時間が長く、到達所要時間Ｔ₀×２以上である場合は、このように速度零となるように定められる。
同図（Ｂ）は、速度一定回転の場合を示す。次の板材移動時間が到達所要時間Ｔ₀よりも短い場合は、速度が一定でかつ前記所定のパンチ速度Ｖ₀となるように定める。なお、到達所要時間Ｔ₀は、機械能力等に応じて適宜設定される加減速時定数に対応する時間である。
同図（Ｃ）は上昇待機位置Ｈで速度零とならないように減速する場合の例である。２×Ｔ₀よりも次の板材移動時間が短く、かつＴ₀よりも長い場合は、この例のように、上昇待機位置Ｈで速度零ではなく、通過速度Ｖ_Hとなるように定める。この場合に、
（１／２）×（Ｖ₀＋Ｖ_H）×Ｔ_v＝ｈ
となるように、通過速度Ｖ_Hを定める。
時間Ｔ_vは、
（１／２）×Ｔ₀＜Ｔ_v＜Ｔ₀となる。
このように、ラム速度を零としないため、加減速が緩やかになり、省エネルギが可能となる。
【００２５】
なお、前記実施形態は、ラム軸駆動手段９の駆動源がサーボモータ１９である場合につき説明したが、この発明は、ラム軸駆動手段９が可変の加減速時定数で駆動可能なものであれば良く、例えばラム軸駆動手段９は油圧式のものであって、油圧サーボバルブ等によって速度制御されるものであっても良い。
【００２６】
【発明の効果】
この発明のパンチプレスは、板材移動手段による板材移動が停止する時にパンチ工具が板材接触寸前高さとなるようにラムの下降動作を行わせる同期制御手段を備え、この同期制御手段は、板材移動手段で行う次の板材移動の距離に応じてその板材移動時間内で加減速し、パンチ工具が前記板材接触寸前高さまで下降したときには所定のパンチ速度に到達するように、ラム軸制御手段の加減速時定数を設定するものとし、またこの同期制御手段は、前記上昇待機位置で速度零の状態から下降して前記板材接触寸前高さで前記所定のパンチ速度に到達するのに要する所要時間である到達所要時間に対し、次の板材移動における板材移動時間が前記到達所要時間の２倍以上であるときは、上昇待機位置で速度を零とし、かつ次の板材移動における板材移動時間が前記到達所要時間の２倍よりも短いときは、前記可変の加減速時定数を前記基準の加減速時定数よりも大きな値として、上昇待機位置で速度を零としないものとしたため、加工のサイクルタイムが短縮でき、しかもエネルギ消費が節減できる。
ラム駆動装置がサーボモータを駆動源とするものである場合は、加減速の調整が容易で、より一層のサイクルタイムの短縮、エネルギ消費の節減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるパンチプレスの制御系の概念構成を示すブロック図、（Ｂ）はその各部の動作のタイムチャートである。
【図２】同パンチプレスの正面図と制御装置のブロック図とを組み合わせた説明図である。
【図３】同パンチプレスの平面図である。
【図４】同パンチプレスの板材速度、ラム速度、およびラム位置を示すタイムチャートである。
【図５】同パンチプレスのラム軸の時定数演算の概念を示す説明図である。
【符号の説明】
１…パンチプレス本体
２…制御装置
３…板材移動手段
４…加工手段
６…パンチ工具
８…ラム
９…ラム駆動手段
１９…ラム軸のサーボモータ
２０…回転・直線運動変換手段
３１…加工プログラム
３２…板材移動制御手段
３３…ラム軸制御手段
３７…同期制御手段
３７ａ…加減速時定数演算部
３８…先読み手段
３９…次移動距離記憶手段
４０…板厚記憶手段
ｈ１…板材接触寸前高さ
Ｐ…パンチ位置
Ｓ１〜Ｓ３…板材移動距離
Ｔ１〜Ｔ３…板材移動時間
τ１，τ２…加減速時定数
Ｖ₀…所定のパンチ速度

Claims

板材を移動させる板材移動手段と、パンチ工具を上昇待機位置から下降させ前記上昇待機位置まで上昇させるラムの駆動装置と、可変の加減速時定数に従って前記ラム駆動装置を制御するラム軸制御手段と、前記板材移動手段による板材移動が停止する時にパンチ工具が板材接触寸前高さとなるようにラムの下降動作を行わせる同期制御手段とを備え、この同期制御手段は、前記板材移動手段で行う次の板材移動の距離に応じてその板材移動時間内で加減速し、パンチ工具が前記板材接触寸前高さまで下降したときには、パンチ工具の繰り返し加減速される速度のうちの最高速度である所定のパンチ速度に到達するように、前記ラム軸制御手段の前記可変の加減速時定数を設定するものとし、かつ前記同期制御手段は、基準として設定される加減速時定数で昇降させたと仮定した場合における、前記上昇待機位置で速度零の状態から下降して前記板材接触寸前高さで前記所定のパンチ速度に到達するのに要する所要時間である到達所要時間に対し、次の板材移動における板材移動時間が前記到達所要時間の２倍以上であるときは、上昇待機位置で速度を零とし、かつ次の板材移動における板材移動時間が前記到達所要時間の２倍よりも短いときは、前記可変の加減速時定数を前記基準の加減速時定数よりも大きな値として、上昇待機位置で速度を零としないものとしたパンチプレス。
前記同期制御手段は、前記次の板材移動における板材移動時間が前記到達所要時間Ｔ ₀ の２倍よりも短く、かつ到達所要時間Ｔ ₀ よりも長いときは、前記上昇待機位置におけるパンチ工具の速度Ｖ _H を、次式、
（１／２）×（Ｖ ₀ ＋Ｖ _H ）×Ｔ _v ＝ｈ
ただし、
Ｖ ₀ ：前記所定のパンチ速度、
ｈ：上昇待機位置と板材接触寸前高さ間の距離、
Ｔ _v ：次の不等式（（１／２）×Ｔ ₀ ＜Ｔ _v ＜Ｔ ₀ ）を満足する時間、
で定められる値とする、
請求項１記載のパンチプレス。
前記ラム駆動装置は、サーボモータを駆動源とするものである請求項１または請求項２記載のパンチプレス。