JP4448262B2 - プレス機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属板などの成形に用いるプレス機、特に可動金型を取り付けている加圧面の水平を保つことができるようにしたプレス機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
打ち抜きプレス、絞り成形、型鍛造、射出成形などにプレス機が用いられる。プレス機では一方の金型を固定として、他方の金型を可動としたものが一般であり、縦型プレス機においては、下部支持台と、下部支持台で支持された複数の支柱と、支柱によって保持されている上部固定プレートと、下部支持台と上部固定プレートとの間で支柱にガイドされてそれに沿って往復動することができ下部支持台との間に成形空間を持つ加圧プレートとを持っている。成形空間で、下部支持台上に固定金型が、また加圧プレートの下面にある加圧面には可動金型が設けられていて、固定金型と可動金型との間でワークが成形される。加圧プレートは通常水平になっていて、駆動機構によって上下に動かされる。加圧面は水平に維持されながら動かされるが、成形時に加圧面が傾くのを防ぐために支柱を太く剛性のあるように作られて、加圧プレートを支柱に沿って摺動させるガイド機構も剛性のある構造となっている。
【０００３】
駆動機構は上部固定プレートに取り付けられていて、そこから駆動軸が出ていてその先端が加圧プレートと係合するようになっている。駆動機構の駆動源としてはモータや油圧シリンダーが用いられている。モータの場合、モータの回転がクランク軸やカムによって上下動に変換されたり、軸の回転をボールねじによって上下動に変換されたりしている。上下位置を精密に調整する必要がある場合はサーボモータなどが用いられる。
【０００４】
プレス成形で作られるワークは三次元形状をしているために、成形時加圧プレートに掛かる力の大きさが成形の進行とともに変化するだけでなく、力の掛かる位置が成形とともに動くことがわかった。
【０００５】
例えば、自動車用のオイルパンを絞り成形する場合の加圧プレートに掛かる反力の様子を模式的に図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示している。これらの図で加圧プレートの加圧面をｘｙ座標として示している。例えば成形が開始されると、まず上型がオイルパンのドレイン部に達して、ドレイン部を成形するのでその部分で発生した力がｘｙ座標の第４象限に掛かる。成形が進んでいくとオイル皿部を成形するようになるので、座標の第２象限と第３象限からの大きな力ｗ2 とｗ3 を受ける。そのときには当初からあったｗ1 の力は小さくなり、第１象限の大きな力ｗ4 も加わるので、これらの合成力としてＷが第４象限に掛かることになる。更に成形が進んでいくとｗ2 〜ｗ4 の力は小さくなりｗ5 の力が加わって、合成力はほぼｘ軸上にあってｙ軸よりも右に働く。
【０００６】
ここで説明した力及び合成力の掛かり方、大きさ、その変化はワークの形状や金型の進む速さによって変わってくるが、加圧面に働く合成力の位置とその大きさはプレスの進行とともに変わってくるということは一般にいえることである。この説明でも明らかなように合成力の掛かる位置は直線方向に動くだけではなく、三次元形状をしたワークを成形する際には二軸方向にすなわち平面上を動く。なお、二次元形状をしたワークを成形する際には合成力の掛かる位置が直線方向に移動する。このように三次元形状をしていても二次元形状をしていても、合成力の働く位置が移動する。
【０００７】
加圧プレートに働く合成力が加圧プレートの中央位置から縦方向に掛かると加圧プレートに回転モーメントを加えないが、合成力の働く位置が上に述べたように変わってくるので、加圧プレートに回転モーメントを与える。従って、プレス機では加圧プレートに常に偏荷重が加わるので、その偏荷重による回転モーメントに耐えて、加圧プレートを正確にガイドするだけの剛性が支柱に必要である。また、支柱と加圧プレートとのガイド機構を高精度にする必要があった。例えば本願出願人が先に提出したところの本願発明の前提となった発明（特願２００１−７３４１９号）においては、合成力の掛かる位置が変化しても加圧プレートを水平に保ちつつ支柱に沿って駆動させるようにしている。加圧プレートを水平に維持することで回転モーメントを小さくして、支柱に加わる曲げ力を小さくしているが、それでもある程度の大きさの曲げ力が作用するので、反力による伸びに耐えるとともに回転モーメントにも耐えなければならない。支柱を太くして剛性を持たせるとともに支柱とガイド機構を高精度に加工する必要があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的とするところは、成形時に加圧面に生じる反力の場所とその大きさに応じて、加圧力を調節することができて、大きな回転モーメントが加圧面に生じないようにしているので、加圧プレートを支柱で支える必要のない構造としたプレス機を提供するものである。
【０００９】
また、本発明の他の目的とするところは、細い支柱を用いることができるとともに、小さな駆動源を用いることのできるプレス機を提供するものである。
【００１０】
更に、本発明の別な目的は成形ワークが加圧プレートに比べて小さい場合には一部分の加圧プレートのみを駆動させることのできるプレス機を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のプレス機は、
下部支持台と、
下部支持台で支持された複数の支柱によって保持されている上部固定プレートと、
上部固定プレートに保持されて、縦横の平面状に並べられている複数の加圧ユニットと、
成形時の変形と独立して設けられている基準プレートと、
前記複数の加圧ユニットが取り付けられて加圧ユニット個々の動きを全体としての動きとするプレス機の加圧面を構成している連結プレートを有し、
前記複数の加圧ユニットの各加圧ユニットは、
下部支持台と上部固定プレートとの間を上下動することのできる各加圧プレートユニットと、
上部固定プレートに保持されていて加圧プレートユニットそれぞれを係合部を介してモータ駆動する駆動源と、
基準プレートに対する加圧プレートユニット毎の変位を測定するために加圧ユニット毎に対応して設けられた変位測定手段と、
加圧ユニットそれぞれに対応して上部固定プレートに設けられたガイドと、ガイドに沿って摺動して、加圧プレートユニットの傾きを防ぐために加圧プレートユニットそれぞれに設けられたガイドピンとから構成されたガイド機構を加圧ユニット毎に持っており、
各加圧ユニットの駆動源を個々に駆動するための制御手段が設けられて、制御手段は各加圧ユニットに対応して設けられている各変位測定手段の変位測定値と、各駆動源の出力に基づいて、すべての加圧プレートユニットの変位測定値を実質的に同じにするように各駆動源を制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明を実施例について詳しく説明する。図１は本発明の実施例によるプレス機の正面図で図２の１−１矢視における断面をも併せて示している。その平面図を示すものが図２で、３−３断面を示すものが図３である。図４は本発明のプレス機の制御系統を示すブロック図である。
【００１６】
まず図１〜３を参照して本発明の実施例によるプレス機を説明する。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複数本の支柱２０によって上部固定プレート３０が保持されている。下部支持台１０と上部固定プレート３０の間に往復動することができる複数の加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉが設けられており、加圧プレートユニットと下部支持台との間が成形空間８５となっている。この成形空間８５では、下部支持台上にプレス用の固定金型（下型）８１が、加圧プレートユニットの下側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。
【００１７】
ここで上部固定プレートに複数（ここでは９個）の加圧ユニット５０ａ〜５０ｉが取り付けられている。各加圧ユニットはサーボモータなどからなる駆動源５１ａ〜５１ｉをその上部に有しており、駆動源の駆動軸の回転を必要により減速するための減速機５２を介して、回転運動を上下運動に変換するためのねじ機構５３につながれている。ねじ機構としては例えばボールねじが用いられている。ねじ機構の軸は係合部５４を介して加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉを上下動させるようになっている。係合部５４は例えばボールジョイントとなっている。各加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉには、その変位を測定するための変位測定手段６０ａ〜６０ｉ及び加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉの個々の傾きを防ぐためにガイド機構７０ａ〜７０ｉが設けられている。この図では各加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉの４隅にそれぞれガイドピン７１ａ〜７１ｉが設けられていて、各加圧プレートユニットには４本のガイドピンを持っている。ガイドピンの傾きを防ぐためのガイド７２が上部固定プレート３０の開口に設けられており、加圧プレートユニットが上下動するとガイドピンはガイドに沿って摺動して、加圧プレートユニットが傾かないように支持されている。ガイドピン７１ａ〜７１ｉとガイド７２によってガイド機構７０ａ〜７０ｉが構成されている。
【００１８】
変位測定手段６０ａ〜６０ｉとしては磁気目盛の付けられた磁気スケール６１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６２からできたものを用いることができる。磁気センサは各加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉに立てられた小さな支柱で加圧プレートユニットに保持されているので、加圧プレートユニットが上下動するとそれとともに上下動させられる。固定した磁気スケール６１に対して、磁気センサ６２を摺動させることで、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手段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。
【００１９】
図１において、変位測定手段の各磁気スケール６１は、プレス機の支柱２０間に渡されている基準プレート４０に取り付けられている。上部固定プレート３０に磁気スケールを取り付けておくこともできるが、基準プレートに取り付けている方が好ましいものである。上部固定プレート３０には複数の加圧ユニットが取り付けられているので、ワークを成形するときに加圧ユニットに上向きの力が働く、そのために上部固定プレート３０が上向きに撓ることがある。磁気スケールが上部固定プレートに取り付けられていると、このように上部固定プレートが撓ったときに磁気スケールの基準点が変わってくる。基準プレート４０はその周辺を支柱で保持されていて、磁気スケールが付いているだけで、加圧ユニットのねじ機構やガイドピンは基準プレートに開けられた大きな通孔中を基準プレートと接触しないで通っている。この実施例では成形時に変形を受けない基準プレート４０に磁気スケールを取り付けているので大きな荷重が掛かってもそれとは関係なく変位測定ができる。
【００２０】
９個の加圧ユニット５０ａ〜５０ｉそれぞれの下部に設けられた加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉによって加圧プレートを構成している。各加圧プレートユニットは他の加圧プレートユニットから独立して上下動することができる。加圧プレートユニットの下部には連結プレート８０があり、各加圧プレートユニットは連結プレート８０の上面に取り付けられていて、加圧プレートユニットの個々の動きを全体としての上下動とするようになっている。連結プレートと下部支持台の間にダイセットが取り付けられていて、ダイセットの間に金型が取り付けられている。
【００２１】
ここで加圧プレートユニットの動きを説明する。各加圧ユニット５０ａ〜５０ｉの各加圧プレートユニット５５ａ〜５５ｉは図３のように縦横にそれぞれ３個ずつの合計９個が平面状に並べられているとする。その中央にｘ軸とｙ軸を想定して成形を開始したときに、図５を参照しながらすでに説明したような不均等な反力が連結プレートを介して加圧プレートユニットに掛かったとする。成形が開始されたときには図５（Ａ）のように第４象限の力が上向きに掛かるので、加圧プレートユニット５５ｃが主に力を受ける。他の加圧プレートユニット５５ａ、５５ｂ、５５ｄ〜５５ｉは力を受けないので、加圧プレートユニット５５ｃよりも前に進もうとする。加圧プレートユニットのこのような不均等な動きは、変位測定手段及び各駆動源によって検出されて、後で説明するように各駆動源への駆動信号を調整してすべての加圧プレートユニットの変位を同じになるようにする。
【００２２】
成形が進んでいって図５（Ｂ）のような反力が掛かるようになったときには、加圧プレートユニット５５ａ、５５ｇも遅れてくる。そこで、駆動信号を調整してすべての加圧プレートユニットの変位を同じにする。
【００２３】
更に成形が進んでいって図５（Ｃ）のような反力が掛かるようになったときには、加圧プレートユニット５５ｆ、５５ｈも遅れてくる。そこで駆動信号を調整してすべての加圧プレートユニットの変位を同じようにする。
【００２４】
プレス機の制御系統図を図４に示している。加圧ユニット毎に駆動源と変位測定手段が設けられているので、図４においてもそれぞれの駆動源と変位測定手段を示している。成形する際に、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、成形形状、成形圧力、成形速度などを必要に応じて入力する。これらの情報はメモリー９３に記憶される。制御手段９２はインターフェース９４を介して駆動源５１ａ〜５１ｉを駆動して成形する。成形の進行とともに、各駆動源５１ａ〜５１ｉから電流、速度信号、トルクなどがインターフェース９４を通して制御手段９２に送られるとともに、変位測定手段６０ａ〜６０ｉから各加圧プレートユニットの変位測定値が制御手段９２に送られる。成形の進行とともに、前に説明したように加圧面に働く力が変化するので、その変化に伴って駆動源５１ａ〜５１ｉの抵抗が変わってくる。そのうちのあるものは早くなり、またあるものは遅れるようになる。その進みと遅れを変位測定手段６０ａ〜６０ｉで測定するとともに、各駆動源５１ａ〜５１ｉからのトルク（あるいは電流）信号によって成形抵抗を測定して、それらを制御手段９２へ送って、変位測定手段６０ａ〜６０ｉの変位が同じになるように駆動源５１ａ〜５１ｉへの駆動信号を変化させる。
【００２５】
このように加圧プレートをプレス機の支柱で支えていなくても、加圧面を水平に維持しながら成形できるので、大きな回転モーメントが生じないで、均一な成形ができる。各加圧プレートユニットの小さな領域内での圧力分布の不均等が生じることがあるが、加圧プレートユニットの面積を小さくしておくと、不均一な圧力分布による回転モーメントも小さくなるので、各加圧プレートユニットに設けられているガイドピンとガイドとによるガイド機構によって十分に回転モーメントに耐えることができる。
【００２６】
本発明のプレス機を用いて、小さなワークを成形する場合、例えば中央にある１個の加圧ユニットだけを働かせて、周囲の加圧ユニットを停止させて稼働させることができる。また、左側にある３個の加圧ユニットで予備成形を行い、中央の３個の加圧ユニットで２次成形を行い、右側の３個の加圧ユニットで仕上げ成形をすることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のプレス機は加圧プレートを複数に分割して加圧プレートユニットとし、その各加圧プレートユニットを独立して稼働させるように加圧ユニットが設けられているので、全体として均一な成形が可能である。そのために支柱に回転モーメントが働かないので、加工による反力に耐えるだけのものとすればよく、従来必要としていたような支柱を高精度に仕上げる必要がなくなった。また駆動源は各加圧ユニットを働かすだけの出力があればよいので小型の駆動源を用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるプレス機の正面図である。
【図２】図１のプレス機の平面図を示す。
【図３】図１のプレス機を３−３面で切断した断面図を示す。
【図４】本発明のプレス機における制御系統図である。
【図５】プレス機の加圧板に作用する反力の例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 下部支持台
２０ 支柱
３０ 上部固定プレート
４０ 基準プレート
５０ａ〜５０ｉ 加圧ユニット
５１ａ〜５１ｉ 駆動源
５２ 減速機
５３ ねじ機構
５４ 係合部
５５ａ〜５５ｉ 加圧プレートユニット
６０ａ〜６０ｉ 変位測定手段
６１ 磁気スケール
６２ 磁気センサ
７０ａ〜７０ｉ ガイド機構
７１ａ〜７１ｉ ガイドピン
７２ ガイド
８０ 連結プレート
８１ 固定金型
８２ 可動金型
８５ 成形空間
９１ 入力手段
９２ 制御手段
９３ メモリー
９４ インターフェース

Claims (1)

1. 下部支持台と、
   下部支持台で支持された複数の支柱によって保持されている上部固定プレートと、
   上部固定プレートに保持されて、縦横の平面状に並べられている複数の加圧ユニットと、
   成形時の変形と独立して設けられている基準プレートと、
   前記複数の加圧ユニットが取り付けられて加圧ユニット個々の動きを全体としての動きとするプレス機の加圧面を構成している連結プレートを有し、
   前記複数の加圧ユニットの各加圧ユニットは、
   下部支持台と上部固定プレートとの間を上下動することのできる各加圧プレートユニットと、
   上部固定プレートに保持されていて加圧プレートユニットそれぞれを係合部を介してモータ駆動する駆動源と、
   基準プレートに対する加圧プレートユニット毎の変位を測定するために加圧ユニット毎に対応して設けられた変位測定手段と、
   加圧ユニットそれぞれに対応して上部固定プレートに設けられたガイドと、ガイドに沿って摺動して、加圧プレートユニットの傾きを防ぐために加圧プレートユニットそれぞれに設けられたガイドピンとから構成されたガイド機構を加圧ユニット毎に持っており、
   各加圧ユニットの駆動源を個々に駆動するための制御手段が設けられて、制御手段は各加圧ユニットに対応して設けられている各変位測定手段の変位測定値と、各駆動源の出力に基づいて、すべての加圧プレートユニットの変位測定値を実質的に同じにするように各駆動源を制御する
   ことを特徴とするプレス機。

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