JP4355520B2 - パンチプレスのサーボドライブシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばタレットパンチプレスに適用されるパンチプレスのサーボドライブシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パンチプレスには、ラムの駆動源としてサーボモータを用いる電動式のものがある。このようなパンチプレスによる打ち抜き加工では、加工中にきわめて大きい騒音が発生するので、この種の騒音をできるだけ減らすことが望まれている。
【０００３】
このような打ち抜き加工における騒音の発生原理は複雑で、ワークの材質、板厚その他各種の条件によってさまざまであるが、ラムの駆動による打ち抜き速度が速いときは騒音は大きく、打ち抜き速度が遅くなるほど騒音は小さくなり、また、打ち抜き速度が一定であれば、負荷が軽いときは騒音は小さく、負荷が重いほど騒音は大きくなることが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６２５９１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−６２５９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動式のパンチプレスは、例えばトグルやフライホイールなどの機構を利用することで加工に必要なトルクを発生しているため、この機構によるイナーシャがラムの往復動を遅らせる原因となり、また、それに加えて、サーボモータの主軸とラムを上下動させる作動軸とは、ギヤなどの動力伝達機構を介してドライブされるため、この動力伝達機構によるロスや遅れも生じることが避けられない。そのため、サーボモータの速度を制御してもラムの駆動速度を追従させることが困難で、ラムを速度制御することに適していない。
【０００７】
これにより従来は、負荷の軽重にかかわらず、打ち抜き速度はほぼ一定に設定されるため、騒音を減らそうとして打ち抜き速度を低めに設定すれば、作業効率が大幅に低下してしまい、一方、作業効率の要請から打ち抜き速度を高めに設定すれば、大きな騒音が発生してしまい、結局、低騒音化と作業効率とを両立させることができないという問題があった。
【０００８】
そこで、例えばトグルやフライホイールなどの機構を利用せず、また、ギヤなどの動力伝達機構も介さずに、ラムを上下動させる作動軸をサーボモータで直接駆動することを想定してみる。すると、このようなサーボモータによる直接駆動によれば、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減できる可能性があり、それにより、低騒音化と作業効率との両立が図れる可能性がある。
【０００９】
ところで、加工に必要なトルクを発生するのに、トグルやフライホイールなどの機構を利用する場合と利用しない（サーボモータによる直接駆動の）場合とを比較すると、パンチプレスによる打ち抜き加工では、ラムを上下動させる加速時の運動エネルギーに加えて、打ち抜き加工時の大きな抜きエネルギーも必要であるため、直接駆動の場合の方が大きい定格のサーボモータが必要となる。
【００１０】
そのため、用いるサーボモータがある程度大型化しコストもアップすることは避けられないとしても、サーボモータの制御回路用に、加速期間におけるピーク電流および打ち抜き加工中におけるピーク電流を考慮して余裕のある回路設計が必要になるため、サーボモータに関連する装置の大型化およびコストアップを招くとともに、減速期間に発生する回生電流は、回生抵抗等により放熱消費させることになるから、無駄なエネルギー損失を招くことが危惧される。
【００１１】
この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することで、低騒音化と作業効率との両立を図ることができるとともに、サーボモータ関連装置の小型化およびコストダウンを図って、無駄なエネルギー損失を回避することのできるパンチプレスのサーボドライブシステムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、ラムの動力源として２つのサーボモータを用いるパンチプレスにおいて、前記各サーボモータとして、モータの速度−トルク特性に基づくトルクを使うことで必要なラム圧力を発生可能なサーボモータを用いて、ラムを上下動させる作動軸を直接駆動するように構成するものであり、当該作動軸は一方のサーボモータと他方のサーボモータとの間に配置され各サーボモータの主軸として構成され、前記各サーボモータの各制御回路に、当該サーボモータの減速期間に当該サーボモータにより発生する回生電力を蓄える一方、当該サーボモータの加速期間およびラム圧力発生期間に、蓄えられた蓄電電力を当該サーボモータに供給する蓄電部を付設するものであり、 前記蓄電部は前記制御回路に接続した蓄電回路に設けられ、前記蓄電回路は、前記蓄電部を前記サーボモータの駆動電圧よりも高い蓄電電圧に充電する充電回路を備え、当該蓄電回路は、電源投入によりまたは前記サーボモータの加速期間に至る前に、前記充電回路により前記蓄電部を前記蓄電電圧まで充電させる充電制御機能部を備え、前記蓄電回路は、前記サーボモータの加速期間およびラム圧力発生期間にのみ前記蓄電電力を当該サーボモータに供給する供給制御機能部を備え、前記蓄電回路は、一方のサーボモータのサーボアンプ、他方のサーボモータのサーボアンプの両者に共通である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、蓄電にはコンデンサを用いるパンチプレスのサーボドライブシステムである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、この発明によるパンチプレスのサーボドライブシステムの一実施の形態を示す要部の縦断面図、図２はその右側面図である。
【００１７】
タレットパンチプレス１０は、平行に立設したフレーム１１ａ、１１ｂに設けた軸受部１２ａ、１２ｂにエキセンシャフト２０が軸支されている。フレーム１１ａ、１１ｂ間のほぼ中央に位置するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅには、コンロッド２１を介してラム２２が取り付けられ、エキセンシャフト２０が回転または回動することで、コンロッド２１を介してラム２２がラムガイド２３に沿って上下動し、ラム２２の下端に取り付けられるストライカ２４もラム２２と一体に上下動する。そして、ラム２２が下降するとき、ストライカ２４が、タレット２５に装着してあるパンチ金型２６を押圧してワークを打ち抜くようになっている。
【００１８】
また、エキセンシャフト２０の両端延長部２０ａ、２０ｂはフレーム１１ａ、１１ｂから外方へ延び、この延長部２０ａ、２０ｂをモータ主軸３１ａ、３１ｂとするサーボモータ３０ａ、３０ｂが、フレーム１１ａ、１１ｂの外側にそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
サーボモータ３０ａは、エキセンシャフト２０の延長部２０ａをモータ主軸３１ａとして構成される。すなわち、エキセンシャフト２０の延長部２０ａの周囲に、外周に偶数個（４個）の磁極用マグネット（永久磁石）３２ａを円周方向に沿って所定間隔（９０°間隔）で備えたスリーブ３３ａを嵌装してブッシュ３４ａで固定することで、ロータ（回転子）３５ａを構成する。そしてこのロータ３５ａの中心軸をなすエキセンシャフト２０の延長部２０ａは、モータ主軸３１ａそのものである。そのため、サーボモータ３０ａは、延長部２０ａしたがってエキセンシャフト２０を、実質的にロータ３５ａとして用いるものである。
【００２０】
また、サーボモータ３０ａは、三相電機子巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを巻いた外筒３６ａをロータ３５ａに外装してフレーム１１ａに固定し、これによりステータ（固定子）３７ａを構成する。
【００２１】
一方、サーボモータ３０ｂも、サーボモータ３０ａと同様に、エキセンシャフト２０の延長部２０ｂをモータ主軸３１ｂとして構成される。すなわち、エキセンシャフト２０の延長部２０ｂの周囲に、外周に偶数個（４個）の磁極用マグネット（永久磁石）３２ｂを円周方向に沿って所定間隔（９０°間隔）で備えたスリーブ３３ｂを嵌装してブッシュ３４ｂで固定することで、ロータ（回転子）３５ｂを構成する。そしてこのロータ３５ｂの中心軸をなすエキセンシャフト２０の延長部２０ｂは、モータ主軸３１ｂそのものである。そのため、サーボモータ３０ｂは、延長部２０ｂしたがってエキセンシャフト２０を、実質的にロータ３５ｂとして用いるものである。
【００２２】
また、サーボモータ３０ｂは、三相電機子巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂを巻いた外筒３６ｂをロータ３５ｂに外装してフレーム１１ｂに固定し、これによりステータ（固定子）３７ｂを構成する。
【００２３】
このように、サーボモータ３０ａとサーボモータ３０ｂとは、同様のものであるが、ただし、互いにミラーイメージで対称に構成されたものであり、このミラーイメージで対称である点を除けば、互いに全く同一のものであって、互いのロータ３５ａ、ロータ３５ｂが一体に構成されるから、ロータ３５ａ、３５ｂの回転角度を検出するロータリエンコーダ３８は一方（例えばサーボモータ３０ｂ）にのみ設けて共用され、また、互いに同一の速度−トルク特性を有し、この速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで、必要なラム圧力を発生する性能を有するものである。
【００２４】
すなわち、サーボモータ３０ａのロータ３５ａの磁極位置（磁極用マグネット３２ａの円周方向位置）と、サーボモータ３０ｂのロータ３５ｂの磁極位置（磁極用マグネット３２ｂの円周方向位置）とは、互いにミラーイメージで対称に位置決めして取り付けられ、また、サーボモータ３０ａの三相電機子巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａの円周方向位置と、サーボモータ３０ｂの三相電機子巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの円周方向位置とは、互いにミラーイメージで対称に位置決めして取り付けられている。
【００２５】
そのため、図３に示すように、サーボモータ３０ａの制御回路であるサーボアンプ４０ａのパワードライバ４３ａと、サーボモータ３０ｂの制御回路であるサーボアンプ４０ｂのパワードライバ４３ｂとを、同一ゲート信号でドライブすれば、サーボモータ３０ａおよびサーボモータ３０ｂには、同位相、同一電流値の三相交流電流しか流れないから、サーボモータ３０ａのトルクベクトルとサーボモータ３０ｂのトルクベクトルとが同位相、同一となり、そのため、サーボモータ３０ａおよびサーボモータ３０ｂの合成トルクは、正確に、両サーボモータ３０ａ、３０ｂのトルクの和となる。この関係は、サーボモータ３０ａとサーボモータ３０ｂとが、図１，図３に示すように別体に構成されていようが、後述する図１５，図１７に示すように三相並列回路として一体に構成されていようが、全く同様である。
【００２６】
サーボアンプ４０ａは、図３に示すように、三相の商用交流電源をＡ−Ｄ変換するコンバータ４１ａと、平滑コンデンサ４２ａと、パワードライバ４３ａとで構成され、パワードライバ４３ａの６個のパワートランジスタＱがコントローラ４４からのゲート信号でドライブされることで、パワードライバ４３ａの三相交流出力によってサーボモータ３０ａを駆動するものである。パワードライバ４３ａの各パワートランジスタＱには、サーボモータ３０ａの回生電流を流すためのダイオードＤが接続してある。また、サーボアンプ４０ｂも、サーボアンプ４０ａと全く同様に構成されている。
【００２７】
サーボアンプ４０ａおよびサーボアンプ４０ｂには両者に共通の蓄電回路５０が接続され、この蓄電回路５０に、容量の大きい蓄電用のコンデンサＣを用いた蓄電部５１が設けてある。
【００２８】
蓄電回路５０は、三相の商用交流電源を昇圧するトランス５２と、トランス５２の二次側をＡ−Ｄ変換するコンバータ５３とで構成される充電回路を備えている。また、蓄電回路５０は、コンバータ５３の直流出力をコンデンサＣに接続する制御トランジスタＱｉと、コンデンサＣの端子電圧を検出する図示しない電圧検出部と、この電圧検出部およびコントローラ４４の制御を受けて制御トランジスタＱｉを制御する充電制御回路５４とで構成される充電制御機能部を備えている。さらに、蓄電回路５０は、サーボアンプ４０ａの給電ラインＬａおよびサーボアンプ４０ｂの給電ラインＬｂをコンデンサＣに接続する制御トランジスタＱｓと、前記電圧検出部およびコントローラ４４の制御を受けて制御トランジスタＱｓを制御する供給制御回路５５とで構成される供給制御機能部を備えている。そして、制御トランジスタＱｓには、サーボモータ３０ａの回生電流を流すためのダイオードＤｒが接続してある。
【００２９】
このようなサーボアンプ４０ａ、４０ｂの制御により、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅが、ラム２２がパンチング加工に要する所定の下降端位置にあるのに相当するＬ位置（図４参照）と、この位置から戻されてラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６上面から離れる上昇端位置にあるのに相当するＨ位置（図４参照）との間を上下動するように、エキセンシャフト２０をＬ、Ｈ両位置間に相当する角度範囲θだけ往復して回動させることで、ワークにパンチング加工を行なうようになっている。
【００３０】
図４（ａ）に示すように、ラム２２の下降端位置に相当するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅのＬ位置は、エキセンシャフト２０の偏心量Ｅ（エキセンシャフト２０の軸線と偏心軸部２０ｅの軸線との距離）によって決まるラム２２の全上下動可能ストロークの下死点Ｂよりやや手前上方に設定され、また、ラム２２の上昇端位置に相当するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅのＨ位置は、ラム２２の全上下動可能ストロークの中間高さＭよりやや下方に設定される。すなわち、エキセンシャフト２０の前記往復回動角度範囲θは、使用するパンチ金型２６のストロークにもよるが、約４０°〜６０°程度に設定される。
【００３１】
また、図４（ｂ）に示すように、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、金型交換時、タレット回転時などには、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅ（すなわちラム２２）を上死点Ｔに位置決めする。そして、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、加工開始にともない、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅを、この上死点Ｔからラム２２の下降端位置に相当するＬ位置まで回動させることでラム２２を下降させて１回目のパンチング加工を行なった後、ラム２２の上昇端位置に相当するＨ位置まで戻してその位置でラム２２を待機させ、２回目以降のパンチング加工では、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅを、Ｈ位置とＬ位置との間の前記往復回動角度範囲θを往復して回動させる。
【００３２】
さらに、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅの全周回転範囲のうち、つねに図４（ｂ）に示すように片側半周分だけを使用すると、潤滑油の行き渡り方をはじめ各部が均等に使用されないことによる不都合が生じる可能性がある。このような不都合を回避するため、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、必要に応じて、図４（ｃ）に示すように反対側の半周分も使用するように構成される。このような、図４（ｂ）に示す側と図４（ｃ）に示す側との切り換えは、例えば、金型交換の都度またはタレット回転のたびに、あるいは、あらかじめ決められたパンチング回数ごとなどに応じて、自動的に行われることが好ましい。
【００３３】
次に、上記の実施の形態の作用について、図５〜図１３に示す説明図を用いて説明する。
【００３４】
図５は、サーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性の例▲１▼、▲２▼を示し、この図は、ラム２２にかかる負荷の大きさによって、その負荷の大きさに必要なラム２２の駆動トルクを発生するうえで、サーボモータ３０ａ、３０ｂが運転可能な速度の上限を示したものである。
【００３５】
図５からわかるように、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、ラム２２にかかる負荷が軽いときは必要なトルクが小さいため、ラム２２の駆動速度が低下しなくてパンチングの打ち抜き速度は速く、一方、ラム２２にかかる負荷が重いほど必要なトルクが大きくなるため、ラム２２の駆動速度が低下してパンチングの打ち抜き速度は遅くなる。もともと、打ち抜き加工における騒音の発生は、ワークの材質、板厚その他各種の条件によってさまざまであるが、ラムの駆動による打ち抜き速度が速いときは騒音は大きく、打ち抜き速度が遅くなるほど騒音は小さくなり、また、打ち抜き速度が一定であれば、負荷が軽いときは騒音は小さく、負荷が重いほど騒音は大きくなることが知られている。このことから、図５に示すサーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性のように、負荷が重いほどラム速度が低下することは、そのまま低騒音化につながるのである。しかも、このようなラム速度の低下は、作業効率を妨げるものではないことが、以下に示す各種ワークについての打ち抜き加工の実測データおよびそれに基づく特徴抽出波形データから明らかである。
【００３６】
図６はノーワークのときの打ち抜き加工の実測データ、図７はそれに基づく特徴抽出波形データを示す。
【００３７】
図６，７に示すように、ワークのないときは、ラム２２の１サイクルの前半において、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値を保ち、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から下降端位置（Ｌ位置相当）まで実質的に均一に下降する。つぎに、ラム２２の１サイクルの後半において、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも逆転方向に立ち上がって一定値を保ち、これによりラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。
【００３８】
図８は薄板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図９はそれに基づく特徴抽出波形データを示す。
【００３９】
図８，９に示すように、薄板のワークを小径のパンチで打ち抜くときは、ラム２２の１サイクルの前半における挙動が図６，７の場合と異なる。すなわち、初期動作は図６，７の場合と同様、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値になり、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から実質的に均一に下降し始める。ところが、ラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６を押し込んでその先端がワーク上面に当たることでワークから負荷を受けると、トルクカーブが急激に上昇するとともに速度カーブが減少し、これにともなってラム位置カーブの下降が緩やかに（遅く）なる。そして、パンチ金型２６の先端がワーク下面手前まで下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに、速度カーブが速度減少分を取り戻すべく前記一定値を超えて加速し、これにともなってラム位置カーブも下降速度を加速する。その後ラム２２の１サイクルの後半では、図６，７の場合と同様に、ラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。
【００４０】
図１０は同じ薄板のワークを大径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図１１はそれに基づく特徴抽出波形データを示す。
【００４１】
図１０，１１に示すように、薄板のワークを大径のパンチで打ち抜くときは、ラム２２の１サイクルの前半における挙動が図８，９の場合と異なる。すなわち、初期動作は図８，９の場合と同様、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値になり、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から実質的に均一に下降し始める。ところが、ラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６を押し込んでワークから負荷を受けると、図８，９の場合に比べてパンチの直径が大きいためワークから受ける負荷が大きく、そのため、トルクカーブが図８，９の場合より大きく上昇するとともに速度カーブが図８，９の場合より大きく減少し、これにともなってラム位置カーブの下降が図８，９の場合よりずっと緩やかに（遅く）なる。そして、パンチ金型２６の先端がワーク下面手前まで下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに、速度カーブが速度減少分を取り戻すべく図８，９の場合より大きく加速し、これにともなってラム位置カーブも下降速度を図８，９の場合より大きく加速する。その後ラム２２の１サイクルの後半では、図８，９の場合と同様に、ラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。
【００４２】
図１２は厚板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図１３はそれに基づく特徴抽出波形データを示す。
【００４３】
図１２，１３に示すように、厚板のワークを小径のパンチで打ち抜くときも、図８，９の場合に比べてワークの板厚が厚いためワークから受ける負荷が大きく、そのためラム２２の１サイクルの前半における挙動が図８，９の場合と異なるが、図１０，１１の場合と比べれば大差はない。
【００４４】
このように、ラム２２にかかる負荷の大きさによって、速度カーブが減少してラム位置カーブの下降が緩やかに（遅く）なれば、その速度減少分を取り戻すべく速度カーブが一定値を超えて加速し、ラム位置カーブも下降速度を加速することで、負荷によるラム速度の低下は、ラム２２の１サイクル中における加減速として吸収・解消されてしまい、そのため、ラム２２の１サイクルを通じて要する時間には実質的な変化がなく、作業効率の妨げとはならない。
【００４５】
ここで、図１４に示す説明図を用いて、図３に示す蓄電回路５０の作用について説明する。
【００４６】
まず、電源が投入されると、コントローラ４４からの充電指令信号を受けて充電制御機能部の充電制御回路５４が制御トランジスタＱｉをオンすることで（図１４（ｅ）参照）、充電回路のトランス５２およびコンバータ５３で昇圧・整流された直流電流がコンデンサＣに流入して、蓄電部５１すなわちコンデンサＣを充電させる（図１４（ｄ）参照）。そして、コンデンサＣの電圧が、サーボアンプ４０ａ、４０ｂによって決定されるサーボモータ３０ａ、３０ｂの駆動電圧よりも高く設定された所定の蓄電電圧Ｅｓに達したら、制御トランジスタＱｉがオフする（図１４（ｄ）（ｅ）参照）。
【００４７】
つぎに、加工開始指令が発生すると、コントローラ４４からのゲート信号でサーボアンプ４０ａ、４０ｂのパワードライバ４３ａ、４３ｂがドライブされることで、サーボアンプ４０ａ、４０ｂによって決定される駆動電圧に基づく駆動電力Ｐｄがサーボモータ３０ａ、３０ｂに供給されて、サーボモータ３０ａ、３０ｂが駆動を始めて加速を開始する。
【００４８】
これと同時に、この加速期間の開始にともないサーボモータ３０ａ、３０ｂの電流が急激に増加して、あらかじめ決められたしきい値ｌ＋を上回る電流が流れるから（図１４（ｃ）参照）、コントローラ４４からの供給指令信号を受けて供給制御機能部の供給制御回路５５が制御トランジスタＱｓをオンすることで（図１４（ｆ）参照）、コンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂに電流が流れる（図１４（ｄ）参照）。すなわち、サーボモータ３０ａ、３０ｂには、電源側（コンバータ４１ａ、４１ｂ側）から供給される駆動電力Ｐｄに加えて、コンデンサＣから蓄電電力Ｐｓが供給される。
【００４９】
このように、サーボモータ３０ａ、３０ｂの加速期間中、駆動電力Ｐｄに加えてコンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂに蓄電電力Ｐｓを供給することで、サーボモータ３０ａ、３０ｂが加速運動エネルギーのために必要とするピーク電流のかなりの部分がコンデンサＣからの蓄電電力Ｐｓによって賄われ、これにより、電源側から供給される駆動電力Ｐｄに対して平準化が図られる。
【００５０】
そして、加速期間が終わると、サーボモータ３０ａ、３０ｂの電流が減少して、前記しきい値ｌ＋を下回るレベルのほぼ平坦な電流になるから（図１４（ｃ）参照）、供給制御機能部の供給制御回路５５が制御トランジスタＱｓをオフすることで（図１４（ｆ）参照）、コンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂへの電力供給が停止する（図１４（ｄ）参照）。
【００５１】
つぎに、ラムがワークから負荷を受けるラム圧力発生期間になると、このラム圧力発生期間の開始にともないサーボモータ３０ａ、３０ｂの電流が増加して、前記しきい値ｌ＋を上回る電流が流れるから（図１４（ｃ）参照）、供給制御機能部の供給制御回路５５が制御トランジスタＱｓをオンすることで（図１４（ｆ）参照）、駆動電力Ｐｄに加えてコンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂに蓄電電力Ｐｓを供給する（図１４（ｄ）参照）。また、ラム圧力発生期間の終了にともないサーボモータ３０ａ、３０ｂの電流が減少して、前記しきい値ｌ＋を下回るレベルの電流になるから（図１４（ｃ）参照）、供給制御機能部の供給制御回路５５が制御トランジスタＱｓをオフすることで（図１４（ｆ）参照）、コンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂへの電力供給が停止する（図１４（ｄ）参照）。これにより、ラム圧力発生期間中は、打ち抜き加工時の大きな抜きエネルギーのためのピーク電流のかなりの部分がコンデンサＣからの蓄電電力Ｐｓによって賄われるため、電源側から供給される駆動電力Ｐｄに対して平準化が図られる。
【００５２】
このようにして、サーボモータ３０ａ、３０ｂの加速期間中およびラム圧力発生期間中に、コンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂに蓄電電力Ｐｓを供給することで、電源側から供給される駆動電力Ｐｄに対して平準化が図られる。これにより、サーボアンプ４０ａ、４０ｂに、サーボモータ３０ａ、３０ｂのピーク電流を考慮した回路設計が不要になり、そのためサーボモータ３０ａ、３０ｂに関連する装置の小型化およびコストダウンを図れるとともに、電源側にサーボモータ３０ａ、３０ｂのピーク電流が発生しないため、工場内の設備電力容量を低減できることとなる。
【００５３】
つぎに、打ち抜き動作が終了すると、コントローラ４４からパワードライバ４３ａ、４３ｂへのゲート信号が解除されるため、サーボモータ３０ａ、３０ｂは減速を開始して回生電力Ｐｒが発生する（図３参照）。減速期間中に発生した回生電力Ｐｒに基づく回生電流は、パワードライバ４３ａ、４３ｂの各ダイオードＤおよびダイオードＤｒを通してコンデンサＣに流れ、コンデンサＣに対する蓄電が行われる（図１４（ｇ）（ｄ）参照）。
【００５４】
この減速期間に続いてサーボモータ３０ａ、３０ｂは、反対方向に加速し、等速期間を経て減速して停止する。この反対方向の加速期間中は上記と同様にして、サーボモータ３０ａ、３０ｂの電流が急激に増加して、反対方向にあらかじめ決められたしきい値ｌ−を上回る電流が流れるから（図１４（ｃ）参照）、供給制御機能部の供給制御回路５５が制御トランジスタＱｓをオンすることで（図１４（ｆ）参照）、コンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂに電流が流れる（図１４（ｄ）参照）。これにより、電源側から供給される駆動電力Ｐｄに対して平準化が図られる。また、この反対方向の加速期間が終わって等速期間に入ると、サーボモータ３０ａ、３０ｂの電流が減少して、前記しきい値ｌ−を下回るレベルのほぼ平坦な電流になるから（図１４（ｃ）参照）、供給制御機能部の供給制御回路５５が制御トランジスタＱｓをオフすることで（図１４（ｆ）参照）、コンデンサＣから給電ラインＬａ、Ｌｂへの電力供給が停止する（図１４（ｄ）参照）。そして、減速期間中にサーボモータ３０ａ、３０ｂにより発生する回生電流は、回生電力ＰｒとしてコンデンサＣに蓄えられる（図１４（ｇ）（ｄ）参照）。
【００５５】
このようにして、サーボモータ３０ａ、３０ｂの減速期間中に、サーボモータ３０ａ、３０ｂで発生する回生電流が回生電力ＰｒとしてコンデンサＣに蓄えられることで、無駄なエネルギー損失が回避されることとなる。
【００５６】
そして、つぎの加工開始指令に先立ち、充電制御機能部の充電制御回路５４がコントローラ４４からの充電指令信号を受けて制御トランジスタＱｉをオンすることで（図１４（ｅ）参照）、コンデンサＣを充電させ（図１４（ｄ）参照）、コンデンサＣの電圧が所定の蓄電電圧Ｅｓに達したら、制御トランジスタＱｉをオフする（図１４（ｄ）（ｅ）参照）。
【００５７】
図１５は、この発明によるパンチプレスのサーボドライブシステムの他の実施の形態を示す要部の縦断面図、図１６はその右側面図である。
【００５８】
このタレットパンチプレス１１０は、一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂに代えて、図１７に示すように、サーボモータ３０ａ、３０ｂを三相並列回路として一体に構成した１台のサーボモータ１３０を使用したものであり、サーボモータ３０ａ、３０ｂと同様の速度−トルク特性を有するものである。そのため、サーボモータ１３０は、サーボモータ３０ａまたは３０ｂの一方と比べると大型であり、それに応じて、エキセンシャフト１２０は一端にのみ、延長部２０ａに比べて長く延びた延長部１２０ａが形成され、この延長部１２０ａをモータ主軸１３１とするサーボモータ１３０が、フレーム１１１ａの外側に取り付けられている。
【００５９】
このパンチプレスのサーボドライブシステム１０１のその他の構成は、図１〜図３に示すパンチプレスのサーボドライブシステム１と同様のものであるので、同様の部分に図１〜図３で使用した符号に１００を加えた符号をつけて示すことで、パンチプレスのサーボドライブシステム１０１の各部の構成についての詳細な説明は省略する。また、このパンチプレスのサーボドライブシステム１０１の作用も、サーボアンプ１４０ａ、１４０ｂおよび蓄電回路１５０の作用を含めて、パンチプレスのサーボドライブシステム１と同様である。
【００６０】
このような、サーボモータ１３０が１台のみ（シングルドライブ）のタレットパンチプレス１１０と、一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂを備えたツインドライブのタレットパンチプレス１０とを比較すると、つぎのような違いがある。すなわち、シングルドライブのタレットパンチプレス１１０の場合は、サーボモータ１３０の重量による応力をフレーム１１１ｂのみで受けるため、フレーム１１１ａ、１１１ｂに歪みが生じる。また、サーボモータ１３０の発熱により、熱の不均一による歪みも生じる。また、軸受部１１２ａ、１１２ｂの応力も互いに異なる。したがって、これらに対する対策を講じる必要がある。これに対し、ツインドライブのタレットパンチプレス１０の場合は、応力歪みがなくなり、熱も分散・平均化されるという利点がある。
【００６１】
なお、上記の実施の形態では、エキセンシャフト２０の両端延長部２０ａ、２０ｂ自体を、サーボモータ３０ａ、３０ｂの主軸３１ａ、３１ｂとして構成したが、これに限定するものでなく、必要であれば、例えば、エキセンシャフト２０と主軸３１ａ、３１ｂとを別部材として構成し、ボルト止めその他適宜の手段によりエキセンシャフト２０の両端部に主軸３１ａ、３１ｂをそれぞれ固着することで、両者を一体に構成することが可能であり、また、エキセンシャフト１２０とサーボモータ１３０の主軸１３１との関係も同様である。
【００６２】
【発明の効果】
この発明は以上のように、ラムの動力源としてサーボモータを用いるパンチプレスにおいて、そのサーボモータとして、モータの速度−トルク特性に基づくトルクを使うことで必要なラム圧力を発生可能なサーボモータを用いて、ラムを上下動させる作動軸を直接駆動するように構成し、このサーボモータの制御回路に、サーボモータの減速期間にサーボモータにより発生する回生電力を蓄える一方、サーボモータの加速期間およびラム圧力発生期間に、蓄えられた蓄電電力をサーボモータに供給する蓄電部を付設した構成としたので、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することで、低騒音化と作業効率との両立を図ることができるとともに、サーボモータ関連装置の小型化およびコストダウンを図って、無駄なエネルギー損失を回避することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるパンチプレスのサーボドライブシステムの一実施の形態を示す要部の縦断面図である。
【図２】図１に示す要部の右側面図である。
【図３】図１のサーボモータとそれを駆動するサーボアンプの構成例を示す結線図である。
【図４】エキセンシャフトの偏心軸部（ラム）の作動領域を示す説明図である。
【図５】サーボモータの速度−トルク特性の例を示す図である。
【図６】ノーワークのときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図７】図６の実測データに基づく特徴抽出波形データを示す図である。
【図８】薄板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図９】図８の実測データに基づく特徴抽出波形データを示す図である。
【図１０】薄板のワークを大径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図１１】図１０の実測データに基づく特徴抽出波形データを示す図である。
【図１２】厚板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図１３】図１２の実測データに基づく特徴抽出波形データを示す図である。
【図１４】蓄電部およびこれを備えた蓄電回路の作用についての説明図である。
【図１５】この発明によるパンチプレスのサーボドライブシステムの他の実施の形態を示す要部の縦断面図である。
【図１６】図１５に示す要部の右側面図である。
【図１７】図１５のサーボモータとそれを駆動するサーボアンプの構成例を示す結線図である。
【符号の説明】
１、１０１ パンチプレスのサーボドライブシステム
１０、１１０ タレットパンチプレス
１１ａ、１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ フレーム
１２ａ、１２ｂ、１１２ａ、１１２ｂ 軸受部
２０、１２０ エキセンシャフト
２０ａ、２０ｂ、１２０ａ 延長部
２０ｅ、１２０ｅ 偏心軸部
２１、１２１ コンロッド
２２、１２２ ラム
２３、１２３ ラムガイド
２４、１２４ ストライカ
２５、１２５ タレット
２６、１２６ パンチ金型
３０ａ、３０ｂ、１３０ サーボモータ
３１ａ、３１ｂ、１３１ モータ主軸
３２ａ、３２ｂ、１３２ 磁極用マグネット（永久磁石）
３３ａ、３３ｂ、１３３ スリーブ
３４ａ、３４ｂ、１３４ ブッシュ
３５ａ、３５ｂ、１３５ ロータ（回転子）
３６ａ、３６ｂ、１３６ 外筒
３７ａ、３７ｂ、１３７ ステータ（固定子）
３８、１３８ ロータリエンコーダ
４０ａ、４０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ サーボアンプ
４１ａ、４１ｂ、１４１ａ、１４１ｂ コンバータ
４２ａ、４２ｂ、１４２ａ、１４２ｂ 平滑コンデンサ
４３ａ、４３ｂ、１４３ａ、１４３ｂ パワードライバ
４４、１４４ コントローラ
５０ａ、５０ｂ、１５０ 蓄電回路
５１ａ、５１ｂ、１５１ 蓄電部
５２ａ、５２ｂ、１５２ トランス
５３ａ、５３ｂ、１５３ コンバータ
５４ａ、５４ｂ、１５４ 充電制御回路
５５ａ、５５ｂ、１５５ 供給制御回路

Claims (2)

1. ラムの動力源として２つのサーボモータを用いるパンチプレスにおいて、
   前記各サーボモータとして、モータの速度−トルク特性に基づくトルクを使うことで必要なラム圧力を発生可能なサーボモータを用いて、ラムを上下動させる作動軸を直接駆動するように構成するものであり、当該作動軸は一方のサーボモータと他方のサーボモータとの間に配置され各サーボモータの主軸として構成され、
   前記各サーボモータの各制御回路に、当該サーボモータの減速期間に当該サーボモータにより発生する回生電力を蓄える一方、当該サーボモータの加速期間およびラム圧力発生期間に、蓄えられた蓄電電力を当該サーボモータに供給する蓄電部を付設するものであり、 前記蓄電部は前記制御回路に接続した蓄電回路に設けられ、前記蓄電回路は、前記蓄電部を前記サーボモータの駆動電圧よりも高い蓄電電圧に充電する充電回路を備え、当該蓄電回路は、電源投入によりまたは前記サーボモータの加速期間に至る前に、前記充電回路により前記蓄電部を前記蓄電電圧まで充電させる充電制御機能部を備え、
   前記蓄電回路は、前記サーボモータの加速期間およびラム圧力発生期間にのみ前記蓄電電力を当該サーボモータに供給する供給制御機能部を備え、
   前記蓄電回路は、一方のサーボモータのサーボアンプ、他方のサーボモータのサーボアンプの両者に共通であることを特徴とするパンチプレスのサーボドライブシステム。
2. 蓄電にはコンデンサを用いることを特徴とする請求項１記載のパンチプレスのサーボドライブシステム。

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