JP5280158B2 - プレスおよびプレスの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレスおよびプレスの制御方法に関する。さらに詳しくは、スライドが下死点近傍に位置するときに発生する騒音や振動を抑制するプレスおよびプレスの制御方法に関する。

鍛造プレスの稼働中は騒音や振動が発生することから、この騒音、振動を抑制することが求められている。かかる騒音や振動は主として、成形時、つまりスライドが下死点近傍に位置しているときに発生する。

特許文献１には、ワークの成形加工域での成形速度を遅くする技術が開示されており、成形速度を遅することによって成形音が下がるという効果が得られる旨の記載がある。

しかるに、上記方法によって成形音をある程度は低減できる可能性はあるものの、鍛造プレスの稼働中に発生する騒音や振動はまだまだ大きく、より一層の騒音や振動の低減が求められている。

特開２００８−２００７３８号

本発明は上記事情に鑑み、プレス稼動中に発生する騒音を低減することができるプレスおよびプレスの制御方法を提供することを目的とする。

第１発明のプレスの制御方法は、サーボモータによってエキセン軸が駆動されるプレスにおいて、下死点近傍に位置するときにおけるスライドの移動速度を、フライホイールによって駆動される従来プレスにおける下死点近傍のスライドの移動速度に比べて遅くするプレスの制御方法であって、下死点近傍における前記スライドの移動速度が遅い低速度期間において、前記スライドが上昇する低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度を、従来プレスにおける下死点後のスライドの上昇速度よりも遅くし、前記低速度期間において、前記低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度を、前記スライドが下降する低速度下降期間における前記スライドの下降速度よりも遅くすることを特徴とする。
第２発明のプレスの制御方法は、第１発明において、前記低速度上昇期間を、プレスの伸び量が、前記スライドが下死点に位置している状態におけるプレスの伸び量の５０％以下となるまで継続させることを特徴とする。
第３発明のプレスの制御方法は、第１または第２発明において、前記低速度上昇期間において、前記スライドに加わる上向きの加速度が１Ｇ以内となるように、前記スライドを上昇させることを特徴とする。
（装置）
第４発明のプレスは、サーボモータによってエキセン軸が駆動されるプレスであって、前記サーボモータの作動を制御する制御部は、下死点近傍に位置するときにおけるスライドの移動速度が、フライホイールによって駆動される従来プレスにおける下死点近傍のスライドの移動速度に比べて遅くなるように前記サーボモータの作動を制御するものであり、下死点近傍における前記スライドの移動速度が遅い低速度期間において、前記スライドが上昇する低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度が、従来プレスにおける下死点後のスライドの上昇速度よりも遅くなり、下死点近傍における前記スライドの移動速度が遅い低速度期間において、前記スライドが上昇する低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度が、前記スライドが下降する低速度下降期間における前記スライドの下降速度よりも遅くなるように制御することを特徴とする。
第５発明のプレスは、第４発明において、前記制御部は、前記低速度上昇期間を、プレスの伸び量が、前記スライドが下死点に位置している状態におけるプレスの伸び量の５０％以下となるまで継続させることを特徴とする。
第６発明のプレスは、第４または第５発明において、前記制御部は、前記低速度上昇期間において、前記スライドに加わる上向きの加速度が１Ｇ以内となるように、前記スライドを上昇させることを特徴とする。
第７発明のプレスは、第４、第５または第６発明において、前記温間または熱間鍛造プレスであることを特徴とする。
第８発明のプレスは、第４、第５、第６または第７発明において、従動部重量全てを吊り上げるバランサーを備えていることを特徴とする。

（制御方法）
第１発明によれば、スライドの下降時にタイロッドやエキセン軸等に蓄積されたエネルギをゆっくりと解放させることができるから、エネルギ解放時に発生する騒音や振動を小さくすることができる。スライドの下降時にタイロッド等に蓄積されたエネルギを、スライドの下降時よりも長時間かけて解放させることができるから、エネルギ解放時に発生する騒音や振動をより小さくすることができる。
第２発明によれば、低速度下降期間においてタイロッドに蓄積されていたエネルギの大部分を低速度上昇期間で開放できるので、低速度上昇期間経過後、速い速度でスライドを上昇させても、その際に発生する騒音や振動を小さくすることができる。よって、騒音や振動の発生を抑えつつ、作業効率の低下も抑制することができる。
第３発明によれば、エキセン軸は下死点後もコンロッド等によって支えられた状態で下方に移動するから、エキセン軸がブシュと接触したときの衝突速度が小さくなるので、騒音や振動の発生を防ぐことができる。
（装置）
第４発明によれば、スライドの下降時にタイロッドやエキセン軸等に蓄積されたエネルギをゆっくりと解放させることができるから、エネルギ解放時に発生する騒音や振動を小さくすることができる。スライドの下降時にタイロッド等に蓄積されたエネルギを、スライドの下降時よりも長時間かけて解放させることができるから、エネルギ解放時に発生する騒音や振動をより小さくすることができる。
第５発明によれば、低速度下降期間においてタイロッドに蓄積されていたエネルギの大部分を低速度上昇期間で開放できるので、低速度上昇期間経過後、速い速度でスライドを上昇させても、その際に発生する騒音や振動を小さくすることができる。よって、騒音や振動の発生を抑えつつ、作業効率の低下も抑制することができる。
第６発明によれば、エキセン軸は下死点後もコンロッド等によって支えられた状態で下方に移動するから、エキセン軸がブシュと接触したときの衝突速度が小さくなるので、騒音や振動の発生を防ぐことができる。
第７発明によれば、冷間鍛造に比べて成形速度が速くても、成形時に発生する騒音や振動を抑えることができる。
第８発明によれば、バランサーによって、エキセン軸が下方に移動するときに、従動部材同士が衝突することを防ぐことができるから、従動部材同士の衝突に起因する騒音や振動の発生も防ぐことができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明のプレスは、スライドが下死点近傍に位置しているときにおける騒音の発生を抑制するように構成されたものである。

まず、本発明のプレスの概略を説明する。
図２は本発明のプレスの概略説明図である。図４は本発明のプレス上部の概略側面図である。図２および図４において、符号Ｆはプレスフレーム、符号Ｃはクラウン、符号Ｂはベッドを示しており、このプレスフレームＦ、クラウンＣ、ベッドＢは、複数本のタイロッドＴによって締結されている。具体的には、各タイロッドＴが、プレスフレームＦ、クラウンＣ、ベッドＢを貫通しており、各タイロッドＴの両端に形成されたネジ部に螺合された一対のナットによって、プレスフレームＦ、クラウンＣ、ベッドＢを上下から挟んで締結しているのである。

図２に示すように、前記クラウンＣには、エキセン軸Ｅが回転自在に取り付けられており、その一対のジャーナル部Ｅｂ，ＥｂがブシュＳＬ（図３参照）を介してクラウンＣに支持されている。
エキセン軸Ｅは、その一対のジャーナル部Ｅｂ，Ｅｂ間に偏心部Ｅａを備えており、この偏心部Ｅａには、コンロッドＲの基端が回転自在に連結されている。コンロッドＲの先端には、リストピンを介してスライドＳが回転可能に取り付けられており、このスライドＳは、その側面が前記プレスフレームＦの内面に案内されて上下方向に摺動できるようになっている。そして、スライドＳの下面には、金型Ｄの上型Ｄａが取り付けられている。
なお、スライドＳの下方には、ベッドＢの上面に設けられたダイホルダＨＤに支持された金型Ｄの下型Ｄｂが設けられている。

また、前記エキセン軸Ｅの一対のジャーナル部Ｅｂ，Ｅｂには、ブレーキＢＫおよびメインギヤＧがそれぞれ取り付けられており、メインギヤＧには、サーボモータＭの主軸に取り付けられたピニオンギヤＰＮが噛合している（図４）。
なお、サーボモータＭは、制御部ＣＢによって、その作動、つまり、回転開始停止のタイミングやその回転数が制御されている。

以上のごとき構成であるから、サーボモータＭを作動させれば、ピニオンギヤＰＮとメインギヤＧを介してエキセン軸Ｅが回転され、このエキセン軸Ｅの回転に伴いコンロッドＲによってスライドＳが上下動される。すると、スライドＳが下降したときに、金型Ｄの上型Ｄａ、下型Ｄｂの間に鍛造品を挟んで加圧することができるので、金型Ｄにより鍛造品を成形することができるのである。

また、フライホイールによってエキセン軸が駆動される従来プレスでは、エキセン軸Ｅは一定速度で回転するので、スライドＳはストローク・タイミング図上において、サインカーブを描くようにしか移動できなかった(図１（Ａ）参照)。しかし、上記のごとくエキセン軸ＥをサーボモータＭによって駆動した場合には、サーボモータＭの回転数をスライドＳの位置に応じて制御することができるので、エキセン軸Ｅの回転速度も自由に変化させることができる。よって、スライドＳのストローク・タイミング図上における移動軌跡、つまり、スライドＳの移動速度を自由に調整することができる。

さらに、サーボモータＭの作動を制御すれば、エキセン軸Ｅの回転開始や停止を制御できるから、エキセン軸ＥとサーボモータＭとの間にはクラッチを設けなくてもよくなる。すると、サーボモータＭの加速、減速レートを制御して起動時や停止時における騒音を、非常に小さくすることができる。

そして、成形域（つまり、スライドＳが下死点近傍に位置している期間）での成形速度を調整すれば、冷間鍛造に比べて成形速度が速く成形時に騒音や振動が発生しやすい温間鍛造や温間鍛造でも、成形時に発生する騒音や振動は抑えることができる。もちろん、成形域での成形速度を調整することによって、難加工性の成形（たとえば、冷間鍛造）も可能である。
しかも、成形域外では、サーボモータＭの回転数を最大にして、スライドＳが上死点に戻る期間を短くすれば、鍛造終了後次回の鍛造までの時間、つまり１サイクルのサイクルタイムを短くすることができるから、生産性の低下を防ぐことができる。

ところで、成形終了後、サーボモータＭの回転数を上げるタイミングを早くして、スライドＳの上昇速度を速くすれば、サイクルタイムは短くできる。しかし、本願プレスでは、成形終了後、一定期間はスライドＳのストロークがサインカーブに沿って変化する従来のプレスのスライドＳの上昇速度よりも遅い速度でスライドＳを作動させるようにしている。このため、スライドＳが下死点（ＢＤＣ）近傍に位置している期間、より詳しくは下死点後に発生する騒音を、さらに低減させることが可能となった。
かかる下死点ＢＤＣ後に発生する騒音は、成形時にプレスフレームＦやエキセン軸Ｅに蓄えられる弾性エネルギが急激に開放されることに起因して発生するのであるが、このときに騒音が発生するメカニズムを以下に簡単に説明する。

(１)プレスの伸びに起因する騒音
図３（Ａ）に示すように、スライドＳが鍛造品と接触するまでは、ブシュＳＬとエキセン軸Ｅのジャーナル部Ｅｂとの間には、ジャーナル部Ｅｂの上方にすき間ｇｂが存在している。
スライドＳの下降によって鍛造品の成形を開始すると、鍛造品を加圧した加圧力の反力（以下、成形反力という）が、スライドＳ、コンロッドＲを介してエキセン軸Ｅを上方に押し上げる力となる。すると、ジャーナル部Ｅｂの上方にすき間ｇｂがなくなった後、この力によってクラウンＣが上方に押し上げられ、タイロッドＴが伸びて、プレスが伸びる。そして、エキセン軸Ｅのジャーナル部Ｅｂの下方には、ブシュＳＬとの間にすき間ｇａが生じる（図３（Ｂ））。
一方、下死点を過ぎると、鍛造品の加圧が終了し、上記成形反力も瞬間的になくなる。すると、ジャーナル部１ｂの下方にあったすき間ｇｂが、瞬間的にジャーナル部１ｂの上方のすき間ｇｂに移行する現象が生じる（図３（Ｃ））。つまり、瞬間的にエキセン軸Ｅは下方に移動し、ジャーナル部１ｂも瞬間的に下方に移動して、ジャーナル部１ｂがブシュＳＬと衝突するので、騒音が発生するのである。

(２)エキセン軸Ｅに起因する騒音
図４(Ａ)に示すように、サーボモータＭが発生する回転トルクは、ピニオンギヤＰＮとメインギヤＧとが噛合うことにより、ピニオンギヤＰＮとメインギヤＧとを介して、メインギヤＧが固定されているエキセン軸Ｅに伝達されている。
図５(Ａ)に示すように、成形時には、ピニオンギヤＰＮとメインギヤＧはピ二オンギヤＰＮの正転側の面ＣａでメインギヤＧにトルクが伝達されている。この状態では、エキセン軸Ｅの回転に対して前記成形反力が抵抗となるので、エキセン軸Ｅは捻られる。具体的には、メインギヤＧ側に位置する部分が偏心部Ｅａよりも回転方向に対して先行するように捻られるので、エキセン軸Ｅには捻りの弾性エネルギが蓄えられる。
そして、下死点を過ぎると、偏心部Ｅａに加わっていた成形反力が瞬間的になくなるので、エキセン軸Ｅに蓄えられていた弾性エネルギが開放され偏心部Ｅａがジャーナル部１ｂに追いつくように回転する。すると、エキセン軸Ｅの回転速度、つまりメインギヤＧの回転速度が急激に速くなり、ピニオンギヤＰＮの回転速度よりも速くなる。このため、メインギヤＧの歯がピニオンギヤＰＮの正転側と逆の面Ｃｂに衝突し騒音が発生するのである（図５(Ｂ)）。

しかし、本願プレスでは、図１（Ａ）に示すように、スライドＳの移動速度を低下させて鍛造品を成形する下死点ＢＤＣ前の期間（低速度下降期間）に加えて、成形終了後（下死点ＢＤＣ通過後）の一定期間も、スライドＳのストロークがサインカーブを描くように移動する従来プレスよりも、スライドＳの移動速度を遅くしている（以下、この期間を低速度上昇期間という）。
すると、成形終了後にプレスフレームＦやエキセン軸Ｅ等に蓄積されていたエネルギをゆっくりと開放させることができるので、上述したような騒音の発生を抑えることができる。

とくに、低速度上昇期間におけるスライドＳの上昇速度を、低速度下降期間におけるスライドＳの下降速度よりも遅くすると、スライドＳの下降時にプレスフレームＦやエキセン軸Ｅ等に蓄積されたエネルギを、そのエネルギが蓄積された時間以上の時間をかけてゆっくりと解放させることができる。具体的には、下死点ＢＤＣ経過後におけるエキセン軸Ｅが下方に移動する速度を遅くすることができるので、エキセン軸Ｅのジャーナル部ＥｂとブシュＳＬとが衝突しても、そのときに発生する騒音や振動をより小さくすることができる。

また、低速度上昇期間はプレスの伸びがなくなるまで継続してもよいが、プレスの伸び量が、最大伸び量（下死点における伸び量）の５０％以下となる時期までとしてもよい。
図１（Ｂ）に示すように、最大の加圧力（負荷）Ｆ_０を発生している下死点ＢＤＣにおけるプレスの伸び量δ_０とする。プレスの伸び量が半分（1/2δ_０）となると、プレスに蓄積されている弾性エネルギＥＧ２は、最大伸び量がδ_０となる下死点ＢＤＣにおいて蓄積されているエネルギの約1/4となる。つまり、成形時に蓄積された全エネルギの3/4に相当するエネルギＥＧ１が減少しているので、このタイミングでスライドＳの上昇速度を増加させても、開放されるエネルギ自体が少ないので、瞬間的にジャーナル部１ｂの移動が生じても、ジャーナル部１ｂとブシュＳＬの衝突に起因する騒音も小さくなる。
よって、低速度期間を、プレスの伸びが、最大の伸び量（δ_０の状態）に対して５０％以下となる時期まで継続させれば、下死点ＢＤＣ後に発生する騒音を低減できる。そして、それ以降（低速度期間の経過後）はできるだけ高速でスライドＳを上昇させることにより、生産性の低下も防ぐことができる。

さらに、低速度上昇期間において、スライドＳに加わる上向きの加速度が１Ｇ以内となるように、スライドＳを上昇させれば、プレスの伸びによって上昇していたスライドＳが急速に下方に移動することを防ぐことができる。具体的には、エキセン軸Ｅを上方に押し上げていたコンロッドＲ等の上昇加速度が、エキセン軸Ｅに加わる重力よりも小さいので、エキセン軸Ｅは下死点ＢＤＣ後もコンロッドＲ等によって支えられた状態で下方に移動する。すると、エキセン軸ＥがブシュＳＬと接触したときの衝突速度が小さくなるので、騒音や振動の発生を防ぐことができる。

なお、エキセン軸ＥやスライドＳ、その他の従動部材からなる従動部を吊り上げるバランサーをプレスに設けておけば、バランサーによって、従動部を構成する従動部材間の隙間をなくしておくことができる。すると、エキセン軸Ｅが下方に移動するときに、従動部材同士が衝突することを防ぐことができるから、従動部材同士の衝突に起因する騒音や振動の発生も防ぐことができる。

本発明のプレスは、熱間や温間鍛造、冷間鍛造を行うプレスの制御に適している。

（Ａ）は本発明のプレスにおけるスライドＳのストロークとタイミングを示した図であり、（Ｂ）はプレス負荷とプレスの伸び量との関係を示した図である。 本発明のプレスの概略説明図である。 従来のプレスにおけるセキセン軸Ｅのジャーナル部とプレスフレームＦの軸受部との関係を示した拡大図であり、（Ａ）は成形加重が加わっていない状態の説明図であり、（Ｂ）は成形加重が加わっている状態の説明図であり、（Ｃ）は下死点経過後成形加重がなくなった状態の説明図である。 本発明のプレス上部の概略側面図である。 従来のプレスにおけるメインギヤＧとピニオンギヤＰＮとの噛合せ部の拡大図であり、（Ｂ）は成形加重が加わっている状態の説明図であり、（Ｃ）は下死点経過後成形加重がなくなった状態の説明図である。

Ｅ エキセン軸
Ｍ サーボモータ
Ｓ スライド
ＣＢ 制御部

Claims (8)

1. サーボモータによってエキセン軸が駆動されるプレスにおいて、下死点近傍に位置するときにおけるスライドの移動速度を、フライホイールによって駆動される従来プレスにおける下死点近傍のスライドの移動速度に比べて遅くするプレスの制御方法であって、
   下死点近傍における前記スライドの移動速度が遅い低速度期間において、前記スライドが上昇する低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度を、従来プレスにおける下死点後のスライドの上昇速度よりも遅くし、前記低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度を、前記スライドが下降する低速度下降期間における前記スライドの下降速度よりも遅くする
   ことを特徴とするプレスの制御方法。
2. 前記低速度上昇期間を、
   プレスの伸び量が、前記スライドが下死点に位置している状態におけるプレスの伸び量の５０％以下となるまで継続させる
   ことを特徴とする請求項１記載のプレスの制御方法。
3. 前記低速度上昇期間において、前記スライドに加わる上向きの加速度が１Ｇ以内となるように、前記スライドを上昇させる
   ことを特徴とする請求項１または２記載のプレスの制御方法。
4. サーボモータによってエキセン軸が駆動されるプレスであって、
   前記サーボモータの作動を制御する制御部は、
   下死点近傍に位置するときにおけるスライドの移動速度が、フライホイールによって駆動される従来プレスにおける下死点近傍のスライドの移動速度に比べて遅くなるように前記サーボモータの作動を制御するものであり、
   下死点近傍における前記スライドの移動速度が遅い低速度期間において、前記スライドが上昇する低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度が、従来プレスにおける下死点後のスライドの上昇速度よりも遅くなり、前記低速度上昇期間における前記スライドの上昇速度が、前記スライドが下降する低速度下降期間における前記スライドの下降速度よりも遅くなるように制御する
   ことを特徴とするプレス。
5. 前記制御部は、
   前記低速度上昇期間を、プレスの伸び量が、前記スライドが下死点に位置している状態におけるプレスの伸び量の５０％以下となるまで継続させる
   ことを特徴とする請求項４記載のプレス。
6. 前記制御部は、
   前記低速度上昇期間において、前記スライドに加わる上向きの加速度が１Ｇ以内となるように、前記スライドを上昇させる
   ことを特徴とする請求項４または５記載のプレス。
7. 温間または熱間鍛造プレスである
   ことを特徴とする請求項４、５または６記載のプレス。
8. 従動部を吊り上げるバランサーを備えている
   ことを特徴とする請求項４、５、６または７記載のプレス。

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