JP4443709B2 - Press method and press apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望によりせん断加工から、曲げ加工、絞り加工、各種成形加工、圧縮加工、及び結合加工を行い得るプレス機械、そして大型大容量機よりは小型高速プレス機械、例えばダイイング形のプレス機械等として構成して好適なもので、ベッドのボルスタに固定された下型に対して往復移動するスライドに上型が固定され、前記スライドの往復移動がリニアモータによって駆動される形式のプレス機械によるプレス加工方法とその機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、比較的必要とされる荷重が小さく、かつ高精度な位置決めが要求される精密小物部品を高速で成形加工するために、高速で安定した位置決めが高精度で行えるリニアモータをスライドの昇降機構の駆動源として採用したプレス装置が用いられるようになっている。スライドの昇降機構の駆動源としてリニアモータを採用した場合、リニアモータが有する正確な位置決めや加減速時間の短い効率的な動力伝達できるという特性により、精密小物部品の高速成形が可能になる。
【0003】
一方、リニアモータを使用した場合、スライダーを含む可動部分をリニアモータの発生する推力で昇降駆動させ、また、リニアモータの推力で加工物への加圧力制御を行って高い位置決め精度を維持するようにしている。したがって、制御可能な状態で加圧力を増大するにはリニアモータの発生できる定格推力を大きくする必要がある。しかし、リニアモータの定格推力を大きくするとそれに略比例してリニアモータが大型化することになる。このため、可動部分を軽量化したり、可動部分の重量が実質上零となるよう可動部分の重量をバランス装置で昇降自在に支持して、リニアモータにかかる負荷を減少させる試みが提案されている。
【0004】
例えば、特開平11−239897号公報には、磁石板及びスライダで構成されたリニアモータと、このリニアモータの推力で昇降するヘッドと、このヘッドに取り付けられる金型と、このヘッドの重量をばねの付勢力によって平衡にするカウンタバランサとを備えるプレス装置が開示されている。このプレス装置は、金型を加圧する加圧力をリニアモータの推力によって発生させており、ヘッドなどの可動部分をばねで支えて、このヘッドの重量のバランスをとっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、リニアモータの推力を利用するプレス装置では、スライダが下降するときには、金型に対して上向きの負荷を受け、スライダが上昇するときには、金型に対して下向きの負荷を受けており、スライダの移動方向に対して負荷の方向が一定している。また、リニアモータは、スライダの位置にかかわらず、上下いずれの方向であっても均一な推力を発生して直接負荷を駆動するために、加速度と精度特性とが優れている。しかし、リニアモータは、磁気吸引力によって全ての推力を発生させるために、リニアモータの制御性を損なうことなく加圧力を大きくしようとするとリニアモータが大型化し装置が高価なものとなり、製品としての経済的な競争力が失われる。さらに、推力に比例して電力消費も増加する。従って本発明は、リニアモータを大型化せずにリニアモータの制御性の良さを損なうことなく、リニアモータの推力を増強することができるプレス装置及びプレス方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前述の本発明の目的は、(1)機台上のボルスタに固定された下型に対して往復移動するスライドに上型を固定して、前記スライドを往復移動させて加工物をプレス加工するプレス方法において、前記スライドをリニアモータの推力により前記スライドの位置を検出しながら加圧方向に移動させ、前記スライドが予め設定された第1の位置に達した時、前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダに加圧方向の推力が発生するよう所要の圧力のエアーを供給するとともに該推力に対抗する推力をリニアモータに発生させながら更に加圧方向に前記スライドを移動させ、前記スライドが予め設定された第2の位置に達した時にリニアモータの推力を加圧方向の推力として加工物を加圧しながら前記スライドを下死点まで移動させることからなるプレス方法とすることにより、より良く達成される。
【0007】
前述の本発明の目的は、(2)機台上のボルスタに固定された下型に対して往復移動するスライドに上型を固定して、前記スライドを往復移動させて加工物をプレス加工するプレス方法において、前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダのピストンにより仕切られたシリンダの下室のエアーを排気状態として、前記スライドに連結固定されガイド部材によって案内される複数のガイドポストをリニアモータの推力により、前記スライドの位置を検出しながら加圧方向に移動させる工程と、前記スライドが予め設定された第1の位置に達した時、前記エアーシリンダのピストンにより仕切られたシリンダの上室に所要の圧力のエアーを供給して加圧方向の推力を発生させるとともに、前記エアーシリンダ推力に対抗する推力をリニアモータに発生させながら更に加圧方向に前記スライドを移動させる工程と、前記スライドが予め設定された第2のプレス位置に達した時にリニアモータの推力を加圧方向の推力として加工物を加圧する工程と、前記スライドが下死点に達する寸前に前記シリンダの上室へのエアー供給を排気状態に切換えるとともに前記シリンダの下室へ所要の圧力のエアーを供給しながらリニアモータの推力によりスライドを上死点まで移動させる工程とからなるプレス方法とすることにより、より良く達成される。
【0008】
また、前述本発明の目的は、(3)加圧方向に発生させるエアーシリンダの推力が、リニアモータの出力できる推力以下の推力とした前記(1)または(2)に記載のプレス方法とすることにより達成される。
【0009】
また、前述の本発明の目的は、(4)機台上のボルスタに固定された下型に対して往復移動するスライドに上型を固定して、前記スライドを往復移動させて加工物を成形加工するプレス装置において、前記スライドに連結固定され、ガイド部材によって案内される複数のガイドポストを往復直線移動させるリニアモータと、前記往復移動するスライドの位置を検出する位置検出装置と、所定の位置指令と前記位置検出装置からの検出位置との偏差に基づいて前記リニアモータを駆動する駆動制御装置と、前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダと、前記エアーシリンダ内のピストンにより仕切られたシリンダの上室と下室のそれぞれに接続されたエアー給排気管と、前記エアー給排気管とエアー源との間に設けられ、所定の指令に基づいてエアーの供給と排出を切換える切換制御装置と、前記駆動制御装置に前記所定の位置指令を出力して前記リニアモータの駆動制御を行うとともに、前記スライドの往復移動に同期してプレス時の加圧力を増強させるよう、前記切換制御装置に前記所定の指令を出力して前記エアーの供給と排出の切換え制御を行う制御装置とを有する前記(1)、(2)、または(3)に記載のプレス方法の実施に使用するプレス装置とすることにより、より良く達成される。
【0010】
また、前述本発明の目的は、(5)機台上のボルスタに固定された下型に対して往復移動するスライドに上型を固定して、前記スライドを往復移動させて加工物を成形加工するプレス装置において、前記スライドに連結固定され、ガイド部材によって案内される複数のガイドポストを往復直線移動させるリニアモータと、前記往復移動するスライドの位置を検出する位置検出装置と、所定の位置指令と前記位置検出装置からの検出位置との偏差に基づいて前記リニアモータを駆動する駆動制御装置と、前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダと、前記エアーシリンダ内のピストンにより仕切られたシリンダの上室と下室のそれぞれに接続されたエアー給排気管と、前記エアー給排気管とエアー源との間に設けられ、所定の指令に基づいて前記エアーシリンダの上室と下室のエアーの給排気を切換える三方電磁弁と、エアー源からの供給圧を所要の設定圧に設定するために前記三方電磁弁に接続されたエアー圧設定装置と、前記駆動制御装置に前記所定の位置指令を出力して前記リニアモータの駆動制御を行うとともに、前記三方電磁弁に前記所定の指令を出力して、前記スライドの加圧方向の移動時に、プレスの加圧力を増強させるよう前記三方電磁弁を切換てリニアモータに補助推力を付与する制御を行う制御装置とを有する前記(1)、(2)、または(3)に記載のプレス方法の実施に使用するプレス装置とすることにより、より良く達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図1及び図2は、本発明の実施形態に係るプレス装置を、フレキシブル基板、例えばBGAフィルムを高速、高精度に打ち抜くためのスタンピングプレス機械に適用した場合の実施形態の構成説明図で、図1は、本発明の実施形態に係るプレス装置の縦断面図である。図2は、図1のA−A’線で切断した状態を示す横断面図である。
【0012】
1は中空箱枠状の機台で、上端と下端の四角枠板1A、1Bには、上端部がスライド2に取付け固定された4本のガイドポスト3が夫々貫挿する、好ましくは、リニアモーションボールベアリングのようなガイド部材4が設けられ、前記上端枠板1Aの上面には、スライド2に取付けられる図示しない上型に対して下型が取付けられるボルスタ5が設けられている。そして、推力が6KN(≒612kgf)のリニアモータ6、7を8個、図示の場合各ガイドポスト3の左右両側面に各2個、夫々上下方向に堆力を作用させ得るように並設されている。即ち、図示の場合6A、7Aは機台1の相対向する左右の内壁面に内側を向いて取付けられた励磁コイル又はヨーク鉄芯と巻回励磁コイルからなる固定子、6B、7Bは前記固定子6A、7Aと微小間隙を隔てて相対向するようにガイドポスト3に連結される磁石板で、永久磁石片が所定個数上下移動方向に接着列設されている。
【0013】
図1及び図2に於いて、各ガイドポスト3は下端部に於いて廻り止め板9に固定され一体となるが、各ガイドポスト3には互に独立して各2個のリニアモータ6、7が設けられる。前記リニアモータは、縦長の軟磁性板に永久磁石片を移動方向に所定個数取付けた磁石板6B、6B、7B、7Bを永久磁石片が接着等取り付けてある側の面を互いに背向させ、ガイドポスト3、3を挟着した状態で結合板6D、6D、7D、7Dにより結合し、この磁石板6B、7Bを、溶接、又は図示の場合テーパピン6E、7Eによりガイドポスト3に固定し取付け、磁石板6B、7B、ガイドポスト3、3、及びスライド2が一体となってリニアモータの可動子となる。そしてもう一方の固定子は、硅素鋼鈑を積層したヨーク鉄芯とこれに励磁コイルを所望に巻回した電磁石6A、6A、7A、7Aであって、固定子取付板6C、6C、7C、7Cに取付けられると共に油冷却の冷却パイプ等が内装配管してあり、ヨーク鉄芯の界磁面を、磁石板6B、6B、7B、7Bの、永久磁石片の面に例えば、0.6〜0.8mm前後程度の微小間隙を隔てて相対向するように、前記取付板6C、7Cにより機台1に形成した取付窓等に取付け調整される。即ち、各ガイドポスト3は、上下の機台1に連結固定された中空柱状の固定子取付け枠体1C、1D中に挿通した状態に配設され、該取付け枠体1C、1Dの相対向する両側面に形成された取付け窓1Eに、前記電磁石から成る固定子6A、7Aが嵌め込まれ、位置調整をしてしっかりと固定される。
【0014】
上記のように、一対のリニアモータ6、7の磁石板可動子6B、7Bを、各ガイドポスト3の両側に背向させて直接貼り付ける等の取付け構成として、各ガイドポスト3を直接付設のリニアモータで直接駆動するようにしたから、移動部分を軽量に造ることができ、大推力で大容量のリニアモータを使用する必要がなく、より軽量化が図られ、応答性が良く、高速度で移動させることができるようになる。
【0015】
10はエアバランサで、シリンダ10Aの頂部をボルスタ5下部の機台1に固定し、ピストン10Bに連結されたピストンロツド10Cの先端を前記廻り止め板9中心に連結固定し、図示の場合シリンダ10Aの下部室10Eにエアレギュレータ等を介して所定圧力の空気を導入することにより、前述スライド2、4本のガイドポスト3、各ガイドポスト3に各2個設けたリニアモータの磁石板6B、7B、及び前記廻り止め板9から成るリニアモータ6、7の可動子(以下これらを可動部分という)を機台1に対して、リニアモータ6、7の励磁電流が零の状態となるように保持させる。そして、スライド2の下降及び上昇の加速中は重力の加速度の影響を受けるが、上死点と下死点における速度が零の停止時には励磁電流が零となり、成形開始時から下死点時の間はプレス加工に必要な力を発生させる励磁電流とし、またスライドストロークの下降及び上昇領域におけるほぼ等速の移動時には、その速度を維持する力を発生させる励磁をすれば良い。このようにリニアモータの推力による加圧力で成形を行う場合には、エアバランサ10が可動部分の重量を支持するバランス装置として働き、その分リニアモータへの励磁電流を減少させることができ、コイルの発熱も抑制することができる。
【0016】
11は、リニアスケール11Aとセンサ11Bとから成るリニアエンコーダで、図示の場合、スケール11Aが固定部の機台1に、センサ11Bがスライド2に取付けられ、スライド2のスライドストローク上の位置を読み取り検出するもので、図示しないパソコン等を利用したプレス加工用の数値制御装置等の制御装置からのスライドモーション指令に応ずるスライド2の全運動経路に於いて、その位置を検出することができ、制御装置からの指令のスライドモーションの運動パターンと、スライド2の実際の運動パターンとの下死点位置を含む同一座標位置に於ける偏差を検出演算し、その偏差が所定値より大きいか大きくなろうとする場合、または所定値より大きい状態の発生頻度等に応じて補正をすることができ、そして、この補正は常時、かつ運動パターンの所望の一部、または全部において可能となるから、プレス加工の精度を保つことができる。
【0017】
図3は、前記リニアモータ6、7と、エアバランサ10の駆動制御の態様を説明するためのブロックダイアグラム図で、前者の位置、速度、及び推力制御の方法から説明する。12は、NC装置等の制御装置で、図示しないフイードフォワード制御ユニット等が並設されていて、位置制御ユニットと速度制御ユニットを有する位置速度制御部13にスライドモーション位置指令を出力し、位置指令とリニアエンコーダ11からのフィードバック検出位置信号の偏差をとり、該位置偏差に基づいて位置制御ユニットで所定のゲインに応じて演算し、速度指令を出力する。そして、該速度指令に応じて設けられるフィードフォワード制御ユニット位置指令の適宜先読み信号の微分信号が加算され、次いで、リニアエンコーダ11からのフィードバック検出位置信号から生成した速度信号の偏差を取り、該速度偏差に基づいて速度制御ユニットで所定のゲインに応じて演算し、電流指令を出力する。そして、該電流指令に必要に応じて設けられる前記フィードフォワード制御ユニットの位置指令の適宜先読み信号の2回微分信号が加算され、次いで、電流制御部14からリニアモータ6、7に出力した推力発生の励磁電流14Aを検出フィードバックした電流信号の偏差を取り、該電流偏差に基づいて電流制御部14で所定のゲインに応じて演算し、サーボアンプより、前記所定の推力に応じた電流をリニアモータ6、7に出力させ、励磁コイル6A、7Aを励磁する。
【0018】
そして、以上の制御装置12からの位置指令の出力及びリニアエンコーダ11からのフィードバック検出位置信号との演算開始から、電流制御部14から所定に制御された励磁電流が出力して、リニアモータ6、7が所定に作動する迄の一連の制御ループを長くても10msec程度以内、好ましくは約2msec程度の短いサンプリングタイムで、上死点のスタート開始から、下降領域を経て被加工体と接触し始める加工開始点、下死点位置、そして被加工体から開離し、上昇領域を経て上死点位置に戻るまでの間、次々と高速で繰り返して取り込み、そして必要に応じ一時的に記憶し、さらには蓄積して、リニアモータ6、7を高速で制御してスライド2を駆動することにより、該スライド2を、後述エアバランサ10の作動と相俟って、例えば、約1G乃至2Gの加速度で加速して、少なくとも数10m/min程度、またはそれ以上の高速度で移動させてプレス加工が行えるようになる。
【0019】
リニアモータ6,7の推力により駆動される可動部分は、前述の如くエアーバランサ10により支持されており、エアーバランサ10は所要の空気圧を切換え供給する切換制御装置と給排気管で接続されている。この切換制御装置はエアーレギュレータ15B、16B、三方電磁弁15A、16Aで構成されており、後述するように、エアー源17から供給される空気を制御装置12からの指令により切換え制御する。
【0020】
図4は、本発明の実施形態に係るプレス装置に用いられる、推力アシスト回路およびエアバランサ回路からなる空気圧の切換制御装置の回路図である。15は、リニアモータ6、7の推力をアシストする推力アシスト回路で、エアバランサ10の動作を切り換える三方電磁弁15A、シリンダ10Aの上室10Dに供給するエアの圧力を所定圧力に調節するエアレギュレータ15Bおよび、上室10Dにエアを給排気するためのエア給排気管15Cから成る。16は、エアバランサ10を動作させるためのエアバランサ回路で、エアバランサ10の動作を切り換える三方電磁弁16A、シリンダ10Aの下室10Eに供給する空気の圧力を所定圧力に調節するエアレギュレータ16Bおよび、下室10Eにエアを給排気するためのエア給排気管16Cから成る。三方電磁弁15A、16Aは制御装置12からの指令に基づいて切換動作する。エアレギュレータ15Bには、リニアモータ6,7が出力できる定格推力以下の力をエアーバランサ10が発生するように供給空気圧が設定され、エアレギュレータ16Bにはリニアモータ6,7の励磁電流が可動部分の停止状態で実質上零になる供給空気圧が設定される。17は、シリンダ10Aの上室10Dおよび下室10Eにエアを供給するエア源である。通常時、推力アシスト回路15は、大気開放になっていて、エアバランサ回路10はエアレギュレータ15Bの設定圧により圧力が掛けられている。推力アシスト状態になると、三方電磁弁15A、16Aが通電状態となり、推力アシスト回路15が加圧状態になり、エアバランサ回路16が大気開放状態になる。尚、三方電磁弁15A、16Aの通電切換えは、プレスの位置(0〜360°)に同期して、任意の角度で作動および調整可能であり、プレス装置の制御装置12の入力装置から設定入力される。
【0021】
次に、本発明の実施形態に係るプレス装置の動作を説明する。図5は、本発明の実施形態に係るプレス装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図5(A)はスライド位置を示し、図5(B)は空圧制御を示し、図5(C)はリニアモータの推力を示す。図5の(A),(B),(C)の横軸は時間軸を示し、縦軸は距離、圧力、推力値(N)を示している。本実施例では、プレスの1サイクルを0.2sec.とした場合の動作として説明する。
【0022】
(時刻T1 まで)図5に示す時刻T1 までは、スライド2等のリニアモータ6、7の可動子部分を、その重量に釣合う反力をエアバランサ10が加えて保持し、上死点位置で上記可動子部分が昇降移動せず停止状態にある。このとき、図4に示す三方電磁弁15Aは、ポートBとポートR2 とが接続しており、シリンダ10Aの上室10Dを大気開放している。一方、三方電磁弁16Aは、ポートAとポートPとが接続しており、リニアモータ6、7の固定子励磁コイル電流が実質零となるようにエアレギュレータ16Bはエアバランサ10の下室10Eへの供給空気圧力を所定の値に調整設定する。その結果、スライド2等の可動子部分が往復移動自在な状態でエアバランサ10によって支承され上死点位置で停止する。なお、本実施例では0.2MPaに設定した状態を示している。
【0023】
(時刻T1 から時刻T2 まで)図5に示す時刻T1 から時刻T2 期間では、スライド2等の可動子部分がリニアモータ6、7の推力による約0.5Gの加速度に重力加速度1Gが加算された加速度で、時間の経過とともに予め設定された第1の所定の位置まで降下する。このとき、時刻T1 で図4に示す三方電磁弁16Aが切り換わりポートAとポートR1 とが接続するために、シリンダ10Aの下室10Eが大気開放されて下室10E内のエアが排気される。
【0024】
(時刻T2 から時刻T3 まで)予め設定された第1スライド2の位置、即ち時刻T2 で、図4に示す三方電磁弁15Aが切り換わってポートBとポートPとが接続し、エアレギュレータ15Bに設定された空気圧(図示の場合0.5MPa)がエアバランサ10の上室10Dへ供給され、エアバランサ10は可動部分に下降させる力を発生する。この時、リニアモータ6、7は、図5(C)に示すように、エアバランサ10が発生する下降力に対抗する上昇の推力を発生して、図5(A)に示す下降パターンを維持しながら、スライド2等の可動子部分を予め設定された第2の位置であるプレス位置まで下降させる(時刻T3 )。この時刻T2 から時刻T3までの間に供給される空気圧力は、エアシリンダ10Aの発生する補助推力がリニアモータの定格推力以下になるように設定されているので、可動部分を正確に移動及び位置決めすることができる。
【0025】
(時刻T3 から時刻T4 まで)図5(C)に示す時刻T3 に達した時点で、エアシリンダ10Aの下降方向の推力に対抗して発生させていたリニアモータ6、7の上昇推力を下降方向に切換え加圧方向の推力とする。この制御により、リニアモータ6、7が発生する下降方向推力にエアシリンダ10Aのが発生する下降方向の推力が加算され、約2倍に増強された加圧方向の加圧力で加工物を加圧しながらスライド2等の可動子部分が下死点位置(時刻T4 )まで下降する。また、この下死点に達する時刻T4より約10〜30msec前の時点で、三方電磁弁15AをポートBとポートR2 に切換え、シリンダ10Aの上室10Dの空気圧の大気開放を開始する。この排気時点は、給排気管の径により制約されるので、断面積の大きいものを使用することが好ましい。
【0026】
(時刻T4 から時刻T5 まで)図5に示す時刻T4 から時刻T5 までは、リニアモータ6、7が上昇の推力を発生し、スライド2等の可動子部分が上死点位置まで上昇する。このとき、既に図4に示す三方電磁弁15Aが切り換わりポートBとポートR2 とが接続されているため、シリンダ10Aの上室10D内の空気が排気し始めており、また、三方電磁弁16Aが時刻T4 で 切り換わりポートAとポートPとが接続し、リニアモータ6、7の固定子励磁コイル電流が実質零となるようにエアレギュレータ16Bからエアバランサ10の下室10Eへ空気が供給される。この空気圧により発生するエアバランサ10の上昇推力により可動部分の重量が実質上零となり、スライド2等の可動子部分を約1.5Gの加速度で上死点まで高速で移動させることができる。
【0027】
以上は、本発明を図示した実施例を基に説明を加えたが、本発明の精神を逸脱しない範囲で各部に変更を加えて実施が可能なものである。例えば、本発明によれば、各ガイドポスト毎にリニアモータで駆動されるように構成されているが、各ガイドポストにおける2個一対のリニアモータの強力な磁気吸引力は相殺されて平衡していて、他へ影響を与えないので、各ガイドポストにおける一対のリニアモータの配置の方向を図示(図2)の場合の全部左右方向に対して、全部が中心に向う放射方向とか、機台の外周に沿って順次に90°向きを変えた配置としたり、また4組全てを各所望のばらばらの方向に向けて配置することができるだけでなく、電磁石固定子6A、7Aは、固定の機台側に取り付けられるものであるから、図示実施例の中空柱状の取付枠体1C、1Dに替えて、例えば、図2の左端の上下の固定子を取り付ける2つの窓を形成した大きな取付板を機台の上下または前後の壁面に固定して設ける態様で取り付け、他の固定子も2個ずつ同様の態様で取り付けるようにしてもよく、更に左端上下の固定子を取り付けた取付板と右端上下の固定子を取り付けた取付板とを、図2の上下の壁面に沿った連結板によって結合し、また、更に内側の4個の固定子についても同様な結合構成を付与することができるもので、そして、例えば、エアバランサ10についても、図2の中央上下端に2個、または更に中央の左右端に2個の計4個を設ける構成としたり、また更にシリンダ側を可動子側に固定する構成としてもよい。
【0028】
以上詳述したように、本発明によれば、リニアモータの制御可能範囲内でエアシリンダの空圧により加圧力を増強するので、リニアモータが有する制御性を損なうことなく、最大約2倍迄の加圧力を得ることができる。また、スライドの往復移動に同期してエアシリンダの加圧方向を切り換えることにより、スライドの駆動源であるリニアモータにかかる負荷を軽減し高速移動が可能となる。さらに、推力アシストの範囲をリニアモータの制御範囲(定格推力範囲)に設定し、アシストを含めた総推力をリニアモータで制御するので、リニアモータを大型化することなく、コストをあまり上げずに推力を約2倍にすることができる。尚、本発明により、推力をリニアモータのみで得るプレス機械に比べて約1/3の価格アップで推力増強を行え、設置スペースも約2/3に収めることができる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るプレス装置の縦断面図である。
【図2】図1のA−A’線で切断した状態を示す横断面図である。
【図3】本発明におけるリニアモータとエアバランサの駆動制御装置の一実施形態を説明するための概略のブロックダイアグラム図である。
【図4】本発明の実施形態に係るプレス装置の推力アシスト回路およびエアバランサ回路の回路図である。
【図5】本発明の実施形態に係るプレス装置の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図5(A)はスライド位置を示し、図5(B)は空圧制御を示し、図5(C)は、リニアモータの推力を示す。
【符号の説明】
1,機台
1A,1B,上下端枠板
1C,1D,取付枠体
1E,取付窓
2,スライド
3,ガイドポスト
4,ガイド部材
5,ボルスタ
6,7,リニアモータ
6A,7A,ヨーク及び励磁コイル(固定子)
6B,7B,磁石板(可動子)
6C,7C,固定子取付板
6E,7E,テーパピン
9,廻り止め板
10,エアバランサ
10A,シリンダ
10B,ピストン
10C,ピストンロツド
11,リニアエンコーダ(位置検出装置)
11A,リニアスケール
11B,センサ
12,制御装置
13,位置速度制御部
14,電流制御部
15,推力アシスト回路
16,エアバランサ回路
15A,16A,三方電磁弁
15B,16B,レギュレータ
17,エア源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a press machine that can perform shearing, bending, drawing, various forming processes, compression, and bonding, as desired, and a small high-speed press machine such as a dieing type press machine rather than a large-scale large-capacity machine. A press machine in which the upper die is fixed to a slide that reciprocates with respect to the lower die fixed to the bed bolster, and the slide reciprocating movement is driven by a linear motor. Press working method and its machine About.
[0002]
[Prior art]
In recent years, high-speed and stable positioning has been adopted to form high-precision small parts that require relatively small loads and require high-precision positioning. Lines with high precision A press apparatus that employs a linear motor as a drive source for the slide lifting mechanism is used. When a linear motor is employed as a drive source for the slide lifting mechanism, the precision positioning of the linear motor and efficient power transmission with a short acceleration / deceleration time enable high-speed molding of precision small parts.
[0003]
On the other hand, when a linear motor is used, the movable part including the slider is driven up and down by the thrust generated by the linear motor, and the high pressure is applied to the workpiece by the thrust of the linear motor to maintain high positioning accuracy. I have to. Therefore, in order to increase the applied pressure in a controllable state, it is necessary to increase the rated thrust that can be generated by the linear motor. However, when the rated thrust of the linear motor is increased, the linear motor becomes larger in proportion to it. For this reason, attempts have been made to reduce the load on the linear motor by reducing the weight of the movable part or by supporting the weight of the movable part by a balance device so that the weight of the movable part can be substantially zero. .
[0004]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-239897 discloses a linear motor composed of a magnet plate and a slider, a head that moves up and down by the thrust of the linear motor, a mold attached to the head, and the weight of the head as a spring. A press device is disclosed that includes a counter balancer that is balanced by the urging force. In this press apparatus, a pressurizing force for pressurizing a mold is generated by a thrust of a linear motor, and a movable part such as a head is supported by a spring to balance the weight of the head.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, in a press device that uses the thrust of a linear motor, when the slider is lowered, it receives an upward load on the mold, and when the slider is raised, it receives a downward load on the mold. The direction of the load is constant with respect to the moving direction. Further, since the linear motor generates a uniform thrust and drives the load directly regardless of the position of the slider, it has excellent acceleration and accuracy characteristics. However, since the linear motor generates all thrust by the magnetic attractive force, if the applied pressure is increased without impairing the controllability of the linear motor, the linear motor becomes larger and the device becomes expensive. Economic competitiveness is lost. Furthermore, power consumption increases in proportion to thrust. Accordingly, an object of the present invention is to provide a press apparatus and a press method that can increase the thrust of the linear motor without increasing the size of the linear motor and without impairing the controllability of the linear motor.
[ 0006 ]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention described above is ( 1 ) In a pressing method in which an upper die is fixed to a slide that reciprocates with respect to a lower die fixed to a bolster on a machine base, and the workpiece is pressed by reciprocating the slide, the slide is moved to a linear motor While the position of the slide is detected by thrust, it is moved in the pressurizing direction, and when the slide reaches the preset first position, the pressurizing direction is applied to an air cylinder that supports the slide in a freely reciprocating state. The slide is moved in the pressurizing direction while supplying air of a required pressure so that the thrust is generated and the linear motor generates a thrust against the thrust, and the slide is set at a second position set in advance. Press method in which the slide is moved to the bottom dead center while pressurizing the workpiece with the thrust of the linear motor as the thrust in the pressurizing direction. By it is better achieved.
[ 0007 ]
The object of the present invention is as follows. (2) In a pressing method in which an upper die is fixed to a slide that reciprocates relative to a lower die fixed to a bolster on a machine base, and the workpiece is pressed by reciprocating the slide, the slide can be freely reciprocated. With the air in the lower chamber of the cylinder partitioned by the piston of the air cylinder supported in the exhausted state being exhausted, a plurality of guide posts connected and fixed to the slide and guided by the guide member are moved by the linear motor thrust to the position of the slide. The process of moving in the pressurizing direction while detecting the pressure, and when the slide reaches the preset first position, the air of the required pressure is supplied to the upper chamber of the cylinder partitioned by the piston of the air cylinder To generate thrust in the pressurizing direction, and do not generate thrust in the linear motor that opposes the air cylinder thrust. Further moving the slide in the pressurizing direction, pressurizing the workpiece with the thrust of the linear motor as the thrust in the pressurizing direction when the slide reaches a preset second press position, Just before the slide reaches the bottom dead center, the air supply to the upper chamber of the cylinder is switched to the exhaust state, and the air is supplied to the lower chamber of the cylinder with the required pressure while the slide is moved to the top dead center by the thrust of the linear motor. This is better achieved by a pressing method comprising a moving step.
[ 0008 ]
The object of the present invention is as follows: 3 ) The thrust of the air cylinder generated in the pressurizing direction is less than the thrust that the linear motor can output. (1) or (2) This is achieved by adopting a less method.
[0009]
The above-mentioned objects of the present invention are as follows: (4) An upper die is fixed to a slide that reciprocates with respect to a lower die fixed to a bolster on a machine base, and a workpiece is formed by reciprocating the slide. In the press device to be processed, a linear motor that reciprocally moves a plurality of guide posts that are connected and fixed to the slide and guided by a guide member, and a position detection device that detects the position of the reciprocating slide; Deviation between a predetermined position command and a detected position from the position detecting device Connected to each of the upper chamber and lower chamber of the cylinder partitioned by the piston in the air cylinder, the drive control device for driving the linear motor based on the above, the air cylinder for supporting the slide in a reciprocating manner Provided between the air supply / exhaust pipe and the air source, Switching control device that switches between supply and discharge of air based on a predetermined command When, The predetermined position command is output to the drive control device to control the drive of the linear motor, and the switch control device is configured to increase the pressurizing force in press in synchronization with the reciprocating movement of the slide. Control device for controlling the switching between supply and discharge of the air This is better achieved by using a press apparatus used for carrying out the pressing method according to (1), (2) or (3).
[0010]
Also, the object of the present invention is as follows: (5) The upper die is fixed to a slide that reciprocates with respect to the lower die fixed to the bolster on the machine base, and the workpiece is molded by reciprocating the slide. A linear motor that reciprocally moves a plurality of guide posts that are connected and fixed to the slide and guided by a guide member, and a position detection device that detects a position of the reciprocating slide. Deviation between a predetermined position command and a detected position from the position detecting device Connected to each of the upper chamber and lower chamber of the cylinder partitioned by the piston in the air cylinder, the drive control device for driving the linear motor based on the above, the air cylinder for supporting the slide in a reciprocating manner Provided between the air supply / exhaust pipe and the air source, Based on the prescribed directive A three-way solenoid valve that switches between supply and exhaust of air in the upper and lower chambers of the air cylinder, and the three-way valve to set the supply pressure from the air source to the required set pressure. electromagnetic An air pressure setting device connected to the valve; While outputting the predetermined position command to the drive control device and performing drive control of the linear motor, outputting the predetermined command to the three-way solenoid valve, (1), (2), having a control device that performs control to switch the three-way solenoid valve to increase the pressurizing force of the slide and to apply auxiliary thrust to the linear motor when the slide moves in the pressurizing direction. Or it can achieve better by setting it as the press apparatus used for implementation of the press method as described in (3).
[ 0011 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 are configuration explanatory views of an embodiment when the press device according to the embodiment of the present invention is applied to a stamping press machine for punching a flexible substrate, for example, a BGA film with high speed and high accuracy. 1 is a longitudinal sectional view of a press device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state cut along line AA ′ in FIG.
[ 0012 ]
[0013]
In FIG. 1 and FIG. 2, each
[0014]
As described above, each
[0015]
[0016]
[0017]
FIG. 3 is a block diagram for explaining an aspect of drive control of the
[0018]
Then, from the start of calculation of the position command from the
[0019]
The movable part driven by the thrust of the
[0020]
FIG. 4 is a circuit diagram of an air pressure switching control device including a thrust assist circuit and an air balancer circuit used in the press device according to the embodiment of the present invention. A thrust assist
[0021]
Next, operation | movement of the press apparatus which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the press device according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 (A) shows the slide position, FIG. 5 (B) shows the air pressure control, and FIG. (C) shows the thrust of the linear motor. 5A, 5B, and 5C, the horizontal axis represents the time axis, and the vertical axis represents the distance, pressure, and thrust value (N). In this example, one press cycle is 0.2 sec. The operation will be described as follows.
[0022]
(Time T 1 Until time T shown in FIG. 1 Until, the
[0023]
(Time T 1 To time T 2 Until time T shown in FIG. 1 To time T 2 In the period, the movable part such as the
[0024]
(Time T 2 To time T Three Until the preset position of the
[0025]
(Time T Three To time T Four Until time T shown in FIG. Three At this point, the ascending thrust of the
[0026]
(Time T Four To time T Five Until time T shown in FIG. Four To time T Five Until,
[0027]
Although the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention can be implemented by changing each part without departing from the spirit of the present invention. For example, according to the present invention, each guide post is configured to be driven by a linear motor, but the strong magnetic attraction forces of two pairs of linear motors at each guide post are offset and balanced. In other words, the direction of the arrangement of the pair of linear motors in each guide post is the same as that shown in FIG. 2 (FIG. 2). Not only can the orientation be changed 90 ° sequentially along the outer periphery, or all four sets can be placed in the desired disjoint directions, but the electromagnet stators 6A and 7A are fixed bases. For example, instead of the hollow columnar mounting frames 1C and 1D of the illustrated embodiment, a large mounting plate formed with two windows for mounting the upper and lower stators at the left end of FIG. Up and down the table Alternatively, it may be mounted in a manner fixed to the front and rear wall surfaces, and two other stators may be mounted in the same manner, and the mounting plate with the left and right upper and lower stators attached and the right and lower upper and lower stators Are attached by connecting plates along the upper and lower wall surfaces of FIG. 2, and a similar coupling configuration can be given to the four inner stators, and For example, the
[0028]
As described in detail above, according to the present invention, the pressurizing force is increased by the pneumatic pressure of the air cylinder within the controllable range of the linear motor, so that the controllability of the linear motor is up to about twice as much without impairing the controllability. Can be obtained. Further, by switching the pressurizing direction of the air cylinder in synchronization with the reciprocating movement of the slide, it is possible to reduce the load applied to the linear motor that is the slide drive source and to move at high speed. Furthermore, the thrust assist range is set to the linear motor control range (rated thrust range), and the total thrust including assist is controlled by the linear motor, so the linear motor is not enlarged and the cost is not increased significantly. Thrust can be doubled. In addition, according to the present invention, the thrust can be increased at a price increase of about 1/3 compared with a press machine that obtains thrust only with a linear motor, and the installation space can be reduced to about 2/3.
[ 0029 ]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a press device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a state cut along line AA ′ of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a schematic block diagram for explaining an embodiment of a drive control apparatus for a linear motor and an air balancer according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a thrust assist circuit and an air balancer circuit of the press device according to the embodiment of the present invention.
5 is a timing chart for explaining the operation of the press device according to the embodiment of the present invention, FIG. 5 (A) shows a slide position, FIG. 5 (B) shows air pressure control, and FIG. (C) shows the thrust of the linear motor.
[Explanation of symbols]
1, machine stand
1A, 1B, upper and lower end frame plates
1C, 1D, mounting frame
1E, mounting window
2, slide
3, guide post
4, guide member
5, Bolster
6,7, linear motor
6A, 7A, yoke and exciting coil (stator)
6B, 7B, magnet plate (mover)
6C, 7C, stator mounting plate
6E, 7E, taper pin
9. Stop plate
10. Air balancer
10A, cylinder
10B, piston
10C, piston rod
11. Linear encoder (position detection device)
11A, linear scale
11B, sensor
12. Control device
13. Position speed controller
14. Current control unit
15. Thrust assist circuit
16. Air balancer circuit
15A, 16A, three-way solenoid valve
15B, 16B, regulator
17. Air source
Claims (5)
前記スライドをリニアモータの推力により前記スライドの位置を検出しながら加圧方向に移動させ、前記スライドが予め設定された第1の位置に達した時、前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダに加圧方向の推力が発生するよう所要の圧力のエアーを供給するとともに該推力に対抗する推力をリニアモータに発生させながら更に加圧方向に前記スライドを移動させ、
前記スライドが予め設定された第2の位置に達した時にリニアモータの推力を加圧方向の推力として加工物を加圧しながら前記スライドを下死点まで移動させるプレス方法。In a pressing method in which an upper die is fixed to a slide that reciprocates relative to a lower die fixed to a bolster on a machine base, and the workpiece is pressed by reciprocating the slide.
The slide is moved in the pressurizing direction while detecting the position of the slide by the thrust of a linear motor, and when the slide reaches a preset first position, the slide is supported in a freely reciprocating state. While supplying air of a required pressure so that thrust in the pressurizing direction is generated in the air cylinder, the slide is further moved in the pressurizing direction while generating a thrust against the thrust in the linear motor,
A pressing method in which when the slide reaches a preset second position, the slide is moved to the bottom dead center while pressurizing the workpiece with the thrust of the linear motor as the thrust in the pressurizing direction.
前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダのピストンにより仕切られたシリンダの下室のエアーを排気状態として、前記スライドに連結固定されガイド部材によって案内される複数のガイドポストをリニアモータの推力により、前記スライドの位置を検出しながら加圧方向に移動させる工程と、
前記スライドが予め設定された第1の位置に達した時、前記エアーシリンダのピストンにより仕切られたシリンダの上室に所要の圧力のエアーを供給して加圧方向の推力を発生させるとともに、前記エアーシリンダ推力に対抗する推力をリニアモータに発生させながら更に加圧方向に前記スライドを移動させる工程と、
前記スライドが予め設定された第2のプレス位置に達した時にリニアモータの推力を加圧方向の推力として加工物を加圧する工程と、
前記スライドが下死点に達する寸前に前記シリンダの上室へのエアー供給を排気状態に切換えるとともに前記シリンダの下室へ所要の圧力のエアーを供給しながらリニアモータの推力によりスライドを上死点まで移動させる工程とからなるプレス方法。In a pressing method in which an upper die is fixed to a slide that reciprocates relative to a lower die fixed to a bolster on a machine base, and the workpiece is pressed by reciprocating the slide.
A plurality of guide posts connected and fixed to the slide and guided by a guide member are arranged in the linear motor, with the air in the lower chamber of the cylinder partitioned by the piston of the air cylinder that supports the slide reciprocally movable in an exhausted state. Moving in the pressurizing direction while detecting the position of the slide by thrust; and
When the slide reaches a preset first position, air of a required pressure is supplied to the upper chamber of the cylinder partitioned by the piston of the air cylinder to generate a thrust in the pressurizing direction, and A step of further moving the slide in the pressurizing direction while generating a thrust against the air cylinder thrust in the linear motor;
Pressurizing the workpiece with the thrust of the linear motor as the thrust in the pressurizing direction when the slide reaches a preset second press position;
Just before the slide reaches the bottom dead center, the air supply to the upper chamber of the cylinder is switched to the exhaust state and the air is supplied at the required pressure to the lower chamber of the cylinder while the slide is moved to the top dead center by the thrust of the linear motor. A pressing method comprising a step of moving to a position.
前記スライドに連結固定され、ガイド部材によって案内される複数のガイドポストを往復直線移動させるリニアモータと、
前記往復移動するスライドの位置を検出する位置検出装置と、
所定の位置指令と前記位置検出装置からの検出位置との偏差に基づいて前記リニアモータを駆動する駆動制御装置と、
前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダと、
前記エアーシリンダ内のピストンにより仕切られたシリンダの上室と下室のそれぞれに接続されたエアー給排気管と、
前記エアー給排気管とエアー源との間に設けられ、所定の指令に基づいてエアーの供給と排出を切換える切換制御装置と、
前記駆動制御装置に前記所定の位置指令を出力して前記リニアモータの駆動制御を行うとともに、前記スライドの往復移動に同期してプレス時の加圧力を増強させるよう、前記切換制御装置に前記所定の指令を出力して前記エアーの供給と排出の切換え制御を行う制御装置とを有することを特徴とする請求項1、2、または3に記載のプレス方法の実施に使用するプレス装置。In the press device for fixing the upper die to the slide reciprocating relative to the lower die fixed to the bolster on the machine base, and molding the workpiece by reciprocating the slide,
A linear motor that is connected and fixed to the slide and reciprocally moves a plurality of guide posts guided by a guide member;
A position detection device for detecting the position of the reciprocating slide;
A drive control device for driving the linear motor based on a deviation between a predetermined position command and a detection position from the position detection device ;
An air cylinder for supporting the slide in a freely reciprocating manner;
An air supply / exhaust pipe connected to each of an upper chamber and a lower chamber of a cylinder partitioned by a piston in the air cylinder;
A switching control device that is provided between the air supply / exhaust pipe and the air source, and switches between supply and discharge of air based on a predetermined command ;
The predetermined position command is output to the drive control device to control the drive of the linear motor, and the switch control device is configured to increase the pressurizing force in press in synchronization with the reciprocating movement of the slide. The press apparatus used for implementation of the press method of Claim 1, 2 or 3 characterized by having the control apparatus which outputs the instruction | command of this and performs switching control of the supply and discharge | emission of the said air .
前記スライドに連結固定され、ガイド部材によって案内される複数のガイドポストを往復直線移動させるリニアモータと、
前記往復移動するスライドの位置を検出する位置検出装置と、
所定の位置指令と前記位置検出装置からの検出位置との偏差に基づいて前記リニアモータを駆動する駆動制御装置と、
前記スライドを往復移動自在な状態で支承するエアーシリンダと、
前記エアーシリンダ内のピストンにより仕切られたシリンダの上室と下室のそれぞれに接続されたエアー給排気管と、
前記エアー給排気管とエアー源との間に設けられ、所定の指令に基づいて前記エアーシリンダの上室と下室のエアーの給排気を切換える三方電磁弁と、
エアー源からの供給圧を所要の設定圧に設定するために前記三方電磁弁に接続されたエアー圧設定装置と、
前記駆動制御装置に前記所定の位置指令を出力して前記リニアモータの駆動制御を行うとともに、前記三方電磁弁に前記所定の指令を出力して、前記スライドの加圧方向の移動時に、プレスの加圧力を増強させるよう前記三方電磁弁を切換てリニアモータに補助推力を付与する制御を行う制御装置とを有することを特徴とする請求項1、2、または3に記載のプレス方法の実施に使用するプレス装置。In the press device for fixing the upper die to the slide reciprocating relative to the lower die fixed to the bolster on the machine base, and molding the workpiece by reciprocating the slide,
A linear motor that is connected and fixed to the slide and reciprocally moves a plurality of guide posts guided by a guide member;
A position detection device for detecting the position of the reciprocating slide;
A drive control device for driving the linear motor based on a deviation between a predetermined position command and a detection position from the position detection device ;
An air cylinder for supporting the slide in a freely reciprocating manner;
An air supply / exhaust pipe connected to each of an upper chamber and a lower chamber of a cylinder partitioned by a piston in the air cylinder;
A three-way solenoid valve that is provided between the air supply / exhaust pipe and an air source, and switches air supply / exhaust between the upper chamber and the lower chamber of the air cylinder based on a predetermined command ;
An air pressure setting device connected to the three-way solenoid valve to set the supply pressure from the air source to a required setting pressure;
The predetermined position command is output to the drive control device to control the driving of the linear motor, and the predetermined command is output to the three-way solenoid valve so that when the slide moves in the pressurizing direction, 4. The press method according to claim 1, further comprising: a control device that performs control for switching the three-way solenoid valve so as to increase the pressurizing force to apply auxiliary thrust to the linear motor. 5. Press device to use.
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