JP4246470B2 - プレス成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の駆動源（例えば、サーボモータ）によってスライド板（加圧板）を駆動して、加圧成形するプレス機を用いてスライド板を水平に保ちながら行うプレス成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワークを加圧成形するのに用いられるプレス機は、固定板とスライド板とを対向させて配置し、それらの間で固定板上に固定金型を、固定板と対向するスライド板に可動金型を設け、スライド板を固定板に対して動かして、可動金型を固定金型に対して開閉させる構造をしている。小さなプレス機では１個の駆動源がスライド板中央に取り付けられている。スライド板が大きいときには、１個の駆動源をスライド板中央に取り付けただけでは、スライド板を一様に加圧できない。そのためにスライド板に均一な力を加えることができるように複数個の駆動源を用い、加圧面を作るように駆動源それぞれがスライド板上に配置された係合個所それぞれを押し圧するようになっている。複数の駆動源として、４個、６個の例がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スライド板を固定板に対して降下させて、可動金型を固定金型に対して閉じて加圧を加えていくと、被成形板を介して可動金型に作用する荷重の大きさが変化するとともに、その作用する位置も変わってくる。そのためにスライド板に作用する荷重の不均衡が生じる。荷重がスライド板に作用する位置からそれぞれの駆動源までの距離も変わってくる。そこで各駆動源に作用する荷重モーメントの不均衡が生じる。
【０００４】
駆動源としてサーボモータを用いると、駆動源に作用する荷重によってサーボモータの回転が遅れる。そこで大きな荷重が作用した駆動源は、小さな荷重が作用した駆動源よりも進みが遅くなるので、スライド板が固定板に対して傾く。スライド板の傾きは金型の傾きを生じるので、金型に損傷を生じさせることが多い。傾きが小さい場合には、金型の損傷を生じないが、それでもワークの成形精度を低下させることがある。
【０００５】
そこで、成形の進行とともに、スライド板の傾きを検出、測定して、スライド板の傾きをなくすように各駆動源へ供給する駆動信号を変化させて調節を行い、スライド板の傾きを修正することが行われている。かかるフィードバック制御をしながら成形すれば、成形の間に生じるスライド板の傾きを防ぐことができる。
【０００６】
しかし、フィードバック制御をしてスライド板の傾きを無くしながら成形すると、一回の成形当たりの時間が長く掛かる。ワークをプレス成形するときには、同じ種類のワークを繰り返し成形して、数多くのワークを成形することが普通に行われている。成形サイクル一回当たりの時間が長いと、多数のワークを製造するには極めて長い時間が掛かるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明では、スライド板の水平を維持しながら量産に適した速い成形速度で加圧成形ができる成形方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成形途中におけるスライド板の遅れがスライド板に掛かるワークからの荷重の関数であることを発見し、それに基づいてなされたものである。
【０００９】
本発明のプレス成形方法は、固定板と、前記固定板と対向して配置されているとともに、前記固定板に対して動くことができるスライド板と、スライド板を駆動するためのサーボモータを用いた複数の駆動源とを有し、加圧面を作るようにスライド板上に配置した複数の係合個所それぞれを各駆動源が加圧するプレス機を用いて、
スライド板を降下変位させてワークを加圧成形する間の各変位における各駆動源に掛かる荷重を求め、
各変位における荷重と、その変位における前記複数の駆動源のうち１個の駆動源（「基準駆動源」という）の本番成形における目標速度とを用いて、基準駆動源に対する各駆動源の遅れをなくすのに必要な各駆動源の速度（「補償速度」という）を、速度と荷重とで指示変位からの遅れを表す関数に基づいて求め、
前記補償速度に基づいて各駆動源を動かしてワークを試行成形し、
その試行成形の間に各駆動源の遅れを測定し、
基準駆動源に対する他の駆動源の遅れが所定の値以下となるまで前記補償速度を修正して試行成形をすることを繰り返し、
基準駆動源に対する他の駆動源の遅れが所定の値以下となれば、上で定めた各駆動源の速度で本番のプレス成形を行うことを特徴とする。
【００１０】
上記において、前記基準駆動源は、複数の駆動源のうちその変位において最小の荷重が掛かる駆動源であることが好ましい。
【００１１】
また上記プレス成形方法において、ある駆動源（ｎ）についての前記補償速度（Ｖｎ）をＶｆ＋ΔＶｎ（ここで、Ｖｆ：基準駆動源の目標速度、ΔＶｎ：速度と荷重とで遅れを表す関数に基づいて求めた補償速度の、基準駆動源の目標速度Ｖｆからの増分）と表したときに、計算で求めた増分の５０〜９０％を用いて各駆動源を動かして試行成形をすることが好ましい。
【００１２】
前記本発明のプレス成形方法で、各駆動源へ作用する荷重を求めには、試行成形をしてその間に測定し、あるいはシミュレーションによって求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず図１，２を参照して本発明に用いることのできるプレス機の一例を説明する。図１はプレス機の正面図で、図２はそのプレス機の平面図である。図２において上部支持板を一部取り除いて示している。プレス機は下部支持台１０が床面上に固定されていて、下部支持台に立てられた支柱２０によって上部支持板３０が保持されている。下部支持台１０と上部支持板３０の間に支柱２０に沿って往復動することができるスライド板４０が設けられており、スライド板と下部支持台との間に成形空間がある。この成形空間では、下部支持台上にプレス用の固定金型（下型）８１、スライド板の下面に固定金型に対応する可動金型（上型）８２が取り付けられており、これら両金型の間に例えば被成形板を入れて成形するようになっている。
【００１４】
上部支持板３０には駆動源６０ａ，６０ｂ、６０ｃ、６０ｄとしてサーボモータと減速機構を組み合わせたものが４個取り付けられている。各駆動源から下方向に延びている駆動軸６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは上部支持板３０に開けられた通孔を通ってスライド板４０の上面で各係合部６２ａ，６２ｂ、６２ｃ、６２ｄと係合している。駆動軸のところに例えばボールねじが付けられていて、回転を上下動に変換するようになっており、サーボモータの回転によってスライド板を上下動する。各駆動源と駆動軸と係合部とで駆動機構を構成している。
【００１５】
複数の駆動源６０ａ，６０ｂ、６０ｃ、６０ｄによるスライド板への押し圧力が、スライド面上に加圧面を形成して、スライド板上に均等に分布するようにこれら駆動源が配置されていることが好ましい。また、これらの駆動源は互いに同じ大きさの押し圧力を生じる、すなわち出力が同じであることが好ましい。
【００１６】
各係合部６２ａ，６２ｂ、６２ｃ、６２ｄは図２の平面図から明らかなように成形空間の成形領域に設けられている。そして各係合部６２ａ，６２ｂ、６２ｃ、６２ｄの近くには各変位測定器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが設けられている。変位測定器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄとして磁気目盛の付けられた磁気スケール５１と、その磁気スケールに対して小さな間隙を持って対向して設けられた磁気ヘッドなどの磁気センサー５２とを有するものを用いることができる。固定した磁気スケール５１に対して、磁気センサー５２を相対移動させることで、その絶対位置及び変位速度などを測定することができる。このような変位測定器はリニア磁気エンコーダとして当業者によく知られたものなのでこれ以上の説明は省略する。変位測定器として、光あるいは音波によって位置を測定するものを用いることもできる。変位測定器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの磁気スケール５１は基準プレート７０に取り付けられていて、変位測定器の磁気センサー５２は各係合部６２ａ，６２ｂ、６２ｃ、６２ｄに取り付けられた支柱５３で支持されている。ここで基準プレート７０はスライド板４０の位置に関係なく同じ位置に保持されている。そのために、スライド板４０が駆動源６０ａ，６０ｂ、６０ｃ、６０ｄによって駆動させられたときに、変位測定器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄによって各係合部の変位を測定することができる。
【００１７】
基準プレート７０は図１では上部支持板３０の下に間隙をおいて設けられ、支柱２０間に渡されて固定されているとともに、各駆動軸６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄが通されている部分には十分余裕のある径をした通孔７１を有していて、駆動軸及びスライド板の変形によって基準プレートに影響を与えないようになっている。
【００１８】
各係合部６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄには荷重測定器５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄがスライド板４０との間に設けられており、スライド板に掛かった荷重を各係合部のところで測定できるようになっている。
【００１９】
プレス機の制御系統図を図３に示している。成形する前に、あらかじめ入力手段９１から制御手段９２に例えば成形する品名や、各駆動源の速度などを必要に応じて入力する。制御手段９２はＣＰＵを有しており、制御手段９２からインターフェース９４を介して駆動信号が駆動源６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄに送られて、各駆動源を駆動して成形する。変位測定器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄからスライド板の変位信号が制御手段９２に送られる。そして、各荷重測定器５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄで測定したスライド板に掛かった荷重が制御手段９２に送られる。
【００２０】
図４に本発明の一実施例によるプレス成形方法をフローチャートで示している。フローチャートのステップ１ではワークの試行成形を行い、その間にスライド板４０に取り付けられている各駆動源６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄに掛かる荷重を測定してスライド板の各変位における駆動源に掛かる荷重を求めている。
【００２１】
すなわち、各駆動源６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄに駆動信号を供給してサーボモータを回転させて、スライド板４０を降下させる。金型が、被成形板に接触し始めるとスライド板に掛かる荷重が変わってくる。そのためにスライド板４０が傾こうとする。スライド板の降下する変位を駆動源の近くに取り付けられている変位測定器５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄで測定していると、各駆動源の進行状況が分かるので、進行の遅れている駆動源の進みを速くする。スライド板の各駆動源が取り付けられている場所での進みを同じにしてスライド板を水平にする。そのようにしながらスライド板全体を降下させる。これを繰り返して成形の終了までスライド板を降下させて、成形が終了したらスライド板を元の位置まで引き上げて、試行成形の１サイクルを終了する。
【００２２】
その成形の進行途中で適当な間隔毎、適当な変位毎、あるいは傾きがある値以上になった時毎、荷重差がある値以上になったとき毎に、スライド板の変位と各駆動源に掛かる荷重を荷重測定器５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄで測定し、そのときの変位と各駆動源に掛かる荷重とを記憶装置９３に格納し、変位と荷重との関連テーブルを記憶装置内に作成する。スライド板が降下していって変位l₀で可動金型が被成形板に接触し、変位l₁まで降下したときに、それぞれの駆動源６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄに掛かる荷重をP_a1、P_b1、P_c1、P_d1とする。更にスライド板が降下していってスライド板の変位l_mのときのそれぞれの荷重をP_am、P_bm、P_cm、P_dmとする。これらの変位と駆動源に掛かる荷重との関連テーブルは表１に示すものとなる。
【００２３】
【表１】

【００２４】
各駆動源に掛かる荷重は、例えば変位l₁においてはP_a1が最大でP_d1が最小、変位l₂においてはP_b2が最大でP_d2が最小というように、変位とともに荷重の大きさと、荷重の掛かる位置が変わってくる。変位l_mではP_am＜P_dm＜P_bm＜P_cmであったとする。
【００２５】
ここでは試行成形をして、各駆動源に掛かる荷重を測定した。ワークを試行成形せずに、シミュレーションで各変位における荷重を求めることもできる。
【００２６】
変位l_mにおける各駆動源に掛かる荷重P_am、P_bm、P_cm、P_dmによって、スライド板上の駆動源６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは図５に示すように、駆動源６０ｃの進みが最も遅れてその遅れはδc、駆動源６０ａの遅れが最も小で遅れはδaである。図５では縦軸は指示変位、横軸はそれぞれの駆動源の付近におけるスライド板の実変位の指示変位からの遅れδを示す。指示変位l_m-1においては駆動源間の相対遅れが無く、l_mで相対遅れが最大となり、l_m+1では相対遅れが無くなっている。変位l_mにおいては駆動源に掛かる荷重のうち駆動源６０ａの荷重が最も小さく、変位の遅れも最小なので、この駆動源を基準駆動源とする。
【００２７】
l_m-1からl_{m ＋ 1} までの変位における駆動源それぞれの最大遅れδ_a，δ_b，δ_c，δ_dのうちδ_aが最小なのでδminとおく。またl_m-1からl_{m ＋ 1}の間における荷重が最も小であった駆動源６０ａ（基準駆動源）の目標速度をＶｆとする。目標速度は、本番成形におけるその駆動源の速度である。ステップ２では各駆動源６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄに掛かる荷重P_am、P_bm、P_cm、P_dmと駆動源６０ａの目標速度Ｖｆを用いて、各駆動源の遅れを駆動源６０ａの遅れδminと同じとすることができる各駆動源nの速度Ｖn(n:a,b,c)を求める。
【００２８】
一般に荷重Ｐの作用する部分の指示変位からの遅れδはその速度Ｖと荷重Ｐとの関数で表されるので、δ＝ｆ（Ｖ、Ｐ）である。駆動源６０ａが速度Ｖfで駆動させられた際に、駆動源ｎの遅れδ_nが駆動源６０ａの遅れδminと同じになる駆動源の速度Ｖ_nは次により求められる。
【００２９】
すなわち、δ_n−δmin＝0から、ｆ（Ｖ_n、Ｐ_nm）＝ｆ（Ｖf、Ｐ_am）なのでＶ_n（n＝b、c，d）を求めることができる。
【００３０】
このようにして求めた各駆動源の速度を用いてステップ３でワークの試行成形を行う。しかし、各駆動源nの速度Ｖ_nをＶf（基準駆動源の目標速度）＋ΔＶ_nとして、この増分ΔＶ_nを上の計算で求めた値の５０〜９０％とすることが好ましい。これはl_m-1からl_m+1の間に一様な遅れがあったとして、上の計算で求めた速度Ｖ_nをl_m-1からl_m+1の間に適用しているので、計算で求めた速度Ｖ_nを少し低くしているのである。更にまた、ここで速度の増分を計算で求めているので、それをそのままプレス機に適用するには危険があるので、少し小さな値を用いるのがよい。上の説明で基準駆動源として最も荷重の小さな駆動源を用いているが、他の駆動源を基準とすることもできる。他の駆動源を基準とすると、増分ΔＶ_nが負になることがあるのでそれを注意すればよい。
【００３１】
ステップ３の試行成形の間に各駆動源の遅れを測定し、ステップ４で各駆動源nの遅れの最大値δ_nを求めそのうち最小の値をδminとする。ステップ５で各駆動源nの最大遅れδ_nと最大遅れδ_nのうち最小の値δminとを比較してその差が所定の値αよりも大きい場合には、前で用いた補償増分ΔＶ _n をステップ６で修正し、ステップ３，４，５を繰り返す。ここでδ_nとδminとの差を比較する値αとしては金型が壊れない程度の傾き（例えば１００μｍ以下）であることは当然必要であるが製品精度を上げるためには１０μｍ以下、具体的には３μｍ程度を判断基準とすることが好ましい。
【００３２】
ステップ５で各駆動源ｎの最大遅れδ_nと最大遅れのうち最小の遅れ値δminとを比較して、その差が所定の値αよりも小さいか同じの場合は、ステップ７に行って前サイクルで用いた各駆動源の速度を用いてワークの本番成形を行えばよい。
【００３３】
【発明の効果】
フィードバック制御によってスライド板の水平を保ちながらワークをプレス成形するとプレス成形の１サイクルに時間が掛かる。しかし本発明のようにスライド板の水平を保つことができるように各駆動源の速度を決めて、本番成形をすると、本番成形に適した早い降下速度を用いることができるので、成形の間スライド板を水平に維持しながら短時間での成形ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いることができるプレス機の正面図である。
【図２】図１のプレス機を上部固定板の一部を切り欠いて示す平面図である。
【図３】本発明に用いることができるプレス機の制御系統図である。
【図４】本発明の一実施例のプレス成形方法を示すフローチャートである。
【図５】変位と遅れの関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 下部支持台
２０ 支柱
３０ 上部支持台
４０ スライド板
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 変位測定器
５１ 磁気スケール
５２ 磁気センサー
５３ 支柱
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ 荷重測定器
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 駆動源
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ 駆動軸
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 係合部
７０ 基準プレート
７１ 通孔
８１ 固定金型
８２ 可動金型
９１ 入力手段
９２ 制御手段
９３ 記憶装置
９４ インターフェース

Claims (3)

1. 固定板と、前記固定板と対向して配置されているとともに、前記固定板に対して動くことができるスライド板と、スライド板を駆動するためのサーボモータを用いた複数の駆動源とを有し、加圧面を作るようにスライド板上に配置した複数の係合個所それぞれを各駆動源が加圧するプレス機を用いて、スライド板を降下変位させてワークを加圧成形する間の各変位における各駆動源に掛かる荷重を求め、
   各変位における荷重と、その変位における前記複数の駆動源のうち１個の駆動源（「基準駆動源」という）の本番成形における目標速度とを用いて、基準駆動源に対する各駆動源の遅れをなくすのに必要な各駆動源の速度（「補償速度」という）を、速度と荷重とで指示変位からの遅れを表す関数に基づいて求め、
   前記補償速度に基づいて各駆動源を動かしてワークを試行成形し、
   その試行成形の間に各駆動源の遅れを測定し、
   基準駆動源に対する他の駆動源の遅れが所定の値以下となるまで前記補償速度を修正して試行成形をすることを繰り返し、
   基準駆動源に対する他の駆動源の遅れが所定の値以下となれば、上で定めた各駆動源の速度で本番のプレス成形を行うことを特徴とするプレス成形方法。
2. 前記基準駆動源は、複数の駆動源のうちその変位において最小の荷重が掛かる駆動源であることを特徴とする請求項１記載のプレス成形方法。
3. ある駆動源（ｎ）についての前記補償速度（Ｖｎ）をＶｆ＋ΔＶｎ（ここで、Ｖｆ：基準駆動源の目標速度、ΔＶｎ：速度と荷重とで遅れを表す関数に基づいて求めた補償速度の、基準駆動源の目標速度Ｖｆからの増分）と表したときに、計算で求めた増分の５０〜９０％を用いて各駆動源を動かして試行成形をすることを特徴とする請求項１あるいは２記載のプレス成形方法。

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