JP4873322B2 - プレス方法および該方法を用いるプレス装置 - Google Patents

Description

本発明はプレス方法および該方法を用いるプレス装置に関する。さらに詳しくは、ワークの圧入工程、たとえば埋め栓圧入工程における高い圧入加工精度を得ることができるプレス方法および該方法を用いるプレス装置に関する。

従来より、電動機を用いたプレス装置（電動プレス）におけるプレス方法としては、あらかじめ加圧力や加圧完了位置を設定してワークを精密かつ正確に加工する方法（特許文献１参照）や、加圧力の変化率の変曲点（時間、あるいは移動距離に対して荷重が急激に増加する点）を検出するまで加圧することにより、加工精度の向上を図る方法がある（特許文献２参照）。また、この特許文献２では、ストロークに対する加圧力の変化率を常時計算して、あらかじめ設定されたしきい値を超えた点を変曲点として加圧力を停止するように制御している。
しかし、図２〜図３のような埋め栓圧入工程のように、型５１により球体５２の母材５３への圧入と母材５３を塑性変形させ、孔５４をふさぐカシメを同時に行う場合、つぎに示す理由のため、特許文献１記載の方法では加工精度を向上させるには不充分である。
（１）加圧力を設定した場合は、球体５２が想定寸法より若干大きい、または孔５４が想定寸法より小さいと圧入力が大きくなり、カシメが充分に行われないおそれがある。
（２）加工完了位置を設定した場合は、母材５３の寸法の大小により、カシメが不足して、球体５２が孔から外れてしまったり、カシメが過剰となって、母材５３が破損してしまうおそれがある。
また、図３（ｃ）から加圧完了点である図３（ｄ）までの加工工程では、球体５２が徐々に押し込まれながら母材５３が徐々に変形されていくので、荷重の上昇を判定しにくく、誤って荷重変化を変曲点（あらかじめ設定されたしきい値を超えた点）として検出し加圧力を停止すると、安定した加工精度が得られない。さらに、特許文献２で記載されるような荷重（加圧力）が急激に上がる変曲点として検出できないため、該変曲点を検出してプレス動作を完了する加工方法では、高い加工精度を得ることは難しい。

特開平６−１５４９５号公報 特開２００１−１６２３９６号公報

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、プレス工程におけるワークの圧入加工を高精度に行うことができるプレス方法および該方法を用いるプレス装置を提供することを目的とする。

本発明のプレス方法は、第１ワークを第２ワークに圧入するプレス方法であって、圧入時の荷重を検出する工程と、該圧入時の荷重の変曲点を検出する工程と、該変曲点から所定の設定値まで加圧する工程とを含むことを特徴としている。
また、前記所定の設定値が設定加圧力または設定距離であるのが好ましい。
また、前記変曲点が、荷重の変化率の変化率が負の数から正の数に変動する点であるのが好ましい。

さらに、本発明のプレス装置は、前記プレス方法を用いるプレス装置であって、前記第１ワークを第２ワークに圧入する直動手段と、該第１ワークの位置を検出する位置検出手段と、該第１ワークを第２ワークに圧入する圧入時の荷重を計測するロードセルと、前記直動手段の動作を制御する制御手段と備えており、該制御手段が、少なくとも圧入工程の位置情報および荷重情報ならびに動作条件として設定された所定の設定値を記憶するメモリと、圧入時の荷重の変曲点の演算および検出する中央処理装置とを備えてなることを特徴としている。
前記中央処理装置が、荷重の２階微分曲線の演算回路、圧入時の荷重の変曲点の演算回路および負の数から正の数への変動を判定する判定回路を具備するのが好ましい。

本発明によれば、圧入工程とカシメ工程を同時に行うようなプレス工程やホットプレス工程などに対して、変曲点から所定の設定値まで加圧することにより、圧入工程において荷重（加圧力）にばらつきがあったとしても、そのばらつきの影響を受けずにカシメ工程を実施できるため、高い加工精度を得ることができる。
また、ワークの寸法のばらつきが存在しても正確に加工することができる。
さらに、変曲点として荷重の変化率の変化率（荷重の２階微分曲線）が負の数から正の数に変動する点を用いることにより、ワーク毎に変化するしきい値をあらかじめ設定したり、段取り替えのたびにしきい値を変更して設定する必要がないので、効率よく確実に変曲点を検出して加工精度を維持することができる。

本発明は、埋め栓圧入工程や、シャフトへの軸受圧入工程、トランスミッション（変速機）のギア圧入工程などに適用することができる。
また、本発明のプレス装置は、第１ワークを第２ワークに圧入するプレス装置であって、エアまたは油を駆動源とするシリンダを使用したプレス装置または駆動源としてサーボモータを使用し、該サーボモータの回転をボールねじの直線運動にする直動方式のプレス装置などに適用することができる。第１ワークとしては、たとえば筒状部品の軸受、金属リングなどであり、第２ワークとしては該軸受と組み付けるシャフト、該金属リングと組付ける筒状碍子などである。
以下、添付図面に基づいて本発明のプレス方法および該方法を用いるプレス装置について説明する。図１に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわるプレス装置は、基台１の上方に配置される直動手段Ａと、荷重検出手段Ｂと、位置検出手段Ｃと、該直動手段Ａ、荷重検出手段Ｂおよび位置検出手段Ｃに電気的に接続され該直動手段Ａの動作を制御する制御手段Ｄとから構成されている。なお、実施の形態にかかわるプレス装置は、竪型配置にされているが、横型配置にすることができる。すなわちプレス装置は、第１ワークＷ１を第２ワークＷ２に圧入させる方向が垂直方向になるように構成されているが、水平方向になるように構成することができる。

前記基台１に戴置される定盤２の平面四隅上には、ガイドロッド３が立設されている。また、該ガイドロッド３の上端には上部フレーム４が設けられ該上部フレーム４に前記直動手段Ａが連結されている。そして、該上部フレーム４と前記定盤２とのあいだにはホルダ５を備えた可動フレーム６が配設されている。このホルダ５には前記ガイドロッド３が上下方向に摺動可能に貫通されている。また、前記可動フレーム６は、上部フレーム４の中央上部に設けられる前記直動手段Ａにより昇降する。
前記可動フレーム６の下部には、前記荷重検出手段Ｂとしてのロードセル７が連結されているとともに、このロードセル７の先端には第１ワークＷ１を保持するヘッド８が連結されている。また、前記定盤２の上には第２ワークＷ２が第１ワ−クＷ１の下方に載置される。なお、前記ロードセル７は、圧入工程での加圧力を計測する、カシメ工程での加圧力を計測する、および変曲点の検出のための荷重情報を取得するために、荷重指示計（図示せず）を介して制御手段Ｄに接続することができる。

前記直動手段Ａは、本実施の形態では、前記位置検出手段Ｂとしてのエンコーダ９を付属させたサーボモータ１０と電動シリンダ１１とから構成されている。また、この電動シリンダ１１は、サーボモータ１０の回転をボールねじ（図示せず）の直線運動に変換する連結機構を備えており、該ボールねじを介して前記可動フレーム６を昇降させる構成にされている。なお、第１ワークＷ１の位置は前記エンコーダ９で検出するようにされているが、本発明では、該エンコーダ９に代えて第１ワークＷ１の近傍に設けられるリニアゲージ１２を用いて、第１ワークＷ１の位置を検出することもできる。

前記制御手段Ｄは、直動手段Ａの動作を制御することができれば、本発明においては、とくに限定されるものではないが、本実施の形態では、サーボドライバ２１にパルスや電圧の出力、エンコーダ９の位置情報をサーボドライバ２１を介して位置フィードバックの入力、およびロードセル７の荷重情報をＡ／Ｄ変換器２２を介して荷重フィードバックの入力を行う入出力部２３と、圧入工程の動作パターンである位置情報および荷重情報を記憶するメモリ２４と、該メモリ２４からフィードバックされた位置情報および荷重情報を動作パターン内の数値と比較、演算する中央処理装置（ＣＰＵ）２５などを具備するコントローラ２６にされている。
また、このＣＰＵ２５は、荷重の２階微分曲線の演算回路、圧入時の荷重の変曲点の演算回路、負の数から正の数への変動を判定する判定回路も含んでおり、荷重の変曲点の演算および検出も行っている。

図１に示されるように、ヘッドの位置データは、サーボモータ１０に取り付いたエンコーダ９よりサーボドライバ２１を介して取得する。加圧荷重データは、ロードセル７より取得する。取得された各種工程データは、コントローラ２６の入出力部２３に入力される。
そして、一般的な位置や速度条件に加えて、変曲点からの追加設定加圧力も含む動作条件は、パーソナルコンピュータ３１またはティーチングボックスよりコントローラ２６に入力、メモリ２４に記憶される。設定された動作条件とロードセル７により検出された荷重から、ＣＰＵ２５により動作速度を決定する。その決定された速度で動かすための指令をサーボドライバ２１に与える。その時、装置に取り付けられたエンコーダ９から、現在の速度、位置をフィードバックして指令どおりの動作を実現する。

また、本実施の形態では、動作中、常時位置データおよび荷重データを記憶しており、それらのデータの演算を行い、荷重の２階微分曲線（荷重の変化率の変化率）が負の数から正の数に変動する点を変曲点として検出している。そして、変曲点を検出した後、あらかじめ動作条件として設定された所定の設定値である設定加圧力を変曲点から加圧する。また、本発明においては、この設定加圧力に代えて設定距離を変曲点から加圧することもできる。
なお、前記設定加圧力および設定距離は、カシメに必要な加圧力および加圧距離であるため、あらかじめ加工目標値や実際に使用される時の外部から受けることが予想される力などにより求めることができ、たとえば圧入条件として鉄製の球体をアルミニウムの母材に圧入およびアルミ母材のカシメである場合、設定加圧力は、３〜１０ｋＮであり、設定距離は、０．１〜５ｍｍとすることができる。

なお、本実施の形態では、変曲点として、荷重の２階微分曲線（荷重変化率の変化率）が負の数から正の数に変動する点が用いられているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、変曲点としては、単位時間当たりの荷重増加量があらかじめ設定したしきい値を超えた点、またはある単位距離あたりの荷重増加量があらかじめ設定したしきい値を超えた点を用いることができる。
ただ、変曲点として、あらかじめ設定されたしきい値を超えた点を用いるよりも、荷重の２階微分曲線（荷重変化率の変化率）が負の数から正の数に変動する点を用いるのが、確実に変曲点を検出できるため、該変曲点から所定の圧入設定値または設定距離まで加圧することにより加工精度を向上させることができる。

本発明の一実施の形態にかかわるプレス装置の概略構成を示す図である。 埋め栓圧入工程における型、球体および母材の斜視図である。 埋め栓圧入工程を説明する図である。

符号の説明

Ａ 直動手段
Ｂ 荷重検出手段
Ｃ 位置検出手段
Ｄ 制御手段
Ｗ１ 第１ワーク
Ｗ２ 第２ワーク
１ 基台
２ 定盤
３ ガイドロッド
４ 上部フレーム
５ ホルダ
６ 可動フレーム
７ ロードセル
８ ヘッド
９ エンコーダ
１０ サーボモータ
１１ 電動シリンダ
１２ リニアゲージ
２１ サーボドライバ
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ 入出力部
２４ メモリ
２５ ＣＰＵ
２６ コントローラ
３１ パーソナルコンピュータ

Claims (6)

1. 第１ワークを第２ワークに圧入するプレス方法であって、
   前記第１ワークの位置を検出する工程と、
   前記第１ワークを第２ワークに圧入する圧入時の荷重を計測する工程と、
   該圧入時の荷重の変曲点を検出する工程と、
   該変曲点から所定の設定値まで加圧する工程
   とを含むプレス方法。
2. 前記所定の設定値が設定加圧力または設定距離である請求項1記載のプレス方法。
3. 前記変曲点が、荷重の変化率の変化率が負の数から正の数に変動する点である請求項２記載のプレス方法。
4. 請求項１記載のプレス方法を用いるプレス装置であって、
   前記第１ワークを第２ワークに圧入する直動手段と、
   該第１ワークの位置を検出する位置検出手段と、
   該第１ワークを第２ワークに圧入する圧入時の荷重を計測するロードセルと、
   前記直動手段の動作を制御する制御手段と備えており、
   該制御手段が、少なくとも
   圧入工程の位置情報および荷重情報ならびに動作条件として設定された所定の設定値を記憶するメモリと、
   圧入時の荷重の変曲点の演算および検出する中央処理装置
   とを備えてなるプレス装置。
5. 前記所定の設定値が設定加圧力または設定距離である請求項４記載のプレス装置。
6. 前記中央処理装置が、荷重の２階微分曲線の演算回路、圧入時の荷重の変曲点の演算回路および負の数から正の数への変動を判定する判定回路を具備する請求項５記載のプレス装置。