JP5428342B2 - プレス機械 - Google Patents

Description

この発明は、フレームに作用する負荷を検知できるパンチプレス等のプレス機械に関する。

パンチプレスでパンチ加工を行う際には、パンチプレスのフレームに負荷がかかる。フレームの許容限界を超える過負荷が作用すると、フレームを含む機械各部が損傷を受ける。パンチ加工が打抜き加工である場合は、ワークの板厚と打抜き箇所の大きさから打抜きに要する負荷を試算することが可能であるが、成形加工である場合は、成形に要する負荷を試算することが難しく、過負荷になるおそれがある。

過負荷による機械異常の予防対策として、特許文献１に、プレス駆動装置の駆動源とパンチ工具との間の駆動伝動系に歪みゲージ等の負荷検出手段を設け、この負荷検出手段の検出値が所定の設定値を超えた場合に異常信号を出力させる提案がされている。

特開平８−１９９００号公報

しかし、駆動伝動系に負荷検出手段を設けるのは、実際にフレームに作用する負荷を測定するのではないため、フレームに作用する負荷を正確に検出できない可能性がある。また、プレス時に負荷検出手段の位置が変動するため、負荷検出手段の出力を取り出すための配線を設置し難いという問題がある。

この発明の目的は、フレームに作用する負荷を正確に検知することができ、その検知システムの設置が容易なプレス機械を提供することである。
この発明の他の目的は、負荷検知システムを簡易なものとすることである。
この発明のさらに他の目的は、フレームに過負荷がかかった場合に異常を予知できるようにすることである。

この発明のプレス機械は、上水平フレーム部、下水平フレーム部、およびこれら上下の水平フレーム部を繋ぐ縦フレーム部でなるフレームと、前記上水平フレーム部に搭載されたプレスドライブ機構と、前記上水平フレーム部と縦フレーム部に、上下方向に対して斜めに掛け渡して両端部が固定された細長状部材と、この細長状部材の前記上水平フレーム部および縦フレーム部に固定された両端部の間である中間部の歪み量を検出する歪み量検出体とを備える。

プレスドライブ機構がプレス動作をすると、上水平フレーム部に上下方向の負荷がかかり、上水平フレーム部が縦フレーム部との連結部を支点にして上下に撓む。それにより、上水平フレーム部と縦フレーム部に掛け渡して設置された細長状部材が伸縮する。この細長状部材の伸縮量は、フレームに作用する負荷の大きさによって変わる。よって、細長状部材の歪み量を歪み量検出体で検出することで、フレームに作用する負荷の大きさが分かる。このように実際にフレームに作用する負荷を測定するため、駆動伝達系等の負荷から検出する場合に比べて、フレームに作用する負荷を精度良く検出することができる。

細長状部材および歪み量検出体は、動かないフレームに設置されるため、負荷検知システムの設置が容易である。また、細長状部材が設置させる上水平フレーム部と縦フレーム部との連結部は、プレスドライブ機構から水平方向に離れた位置にあり、かつワークが載るテーブルよりも上方に位置しているため、プレスドライブ機構のプレス動作およびワーク送りの邪魔になることなく、細長状部材を設置できる。上水平フレーム部と縦フレーム部との連結部は、プレス動作およびワーク送りを阻害しない箇所のうちでは、プレス荷重が作用したときに互いの変形が生じやすい箇所である。そのため、上水平フレーム部と縦フレーム部間に細長状部材を掛け渡して設置することにより、フレームに作用する負荷を感度良く、また精度良く検出することができる。

この発明において、前記細長状部材は、前記中間部に前記両端部よりも断面積が小さい狭まり部を有する歪み発生部材であっても良い。前記細長状部材を、前記形状の歪み発生部材とした場合、その狭まり部に歪みが大きく現れる。そのため、狭まり部の歪み量を歪み量検出体で検出することにより、フレームに作用する負荷をより一層精度良く検出できる。

この発明において、前記フレームの上水平フレーム部および縦フレーム部は側方を向く平面部分を有する場合、前記細長状部材は、プレート状の部材とし、両端部を前記上水平フレーム部および縦フレーム部の平面部分にそれぞれ面接触させて固定するのがよい。 細長状部材がプレート状の部材であれば、細長状部材の製作がし易く、上水平フレーム部および縦フレーム部の平面部分に容易に固定することができる。

この発明において、前記歪み量検出体の検出値を所定の設定値と比較して、検出値が設定値を超えた場合に異常信号を出力する異常判定手段を設けるのがよい。
異常判定手段を設ければ、過負荷がかかった場合に異常を予知することができ、機械各部に損傷を与えることを未然に防げる。

この発明のプレス機械は、上水平フレーム部、下水平フレーム部、およびこれら上下の水平フレーム部を繋ぐ縦フレーム部でなるフレームと、前記上水平フレーム部に搭載されたプレスドライブ機構と、前記上水平フレーム部と縦フレーム部に、上下方向に対して斜めに掛け渡して両端部が固定された細長状部材と、この細長状部材の前記上水平フレーム部および縦フレーム部に固定された両端部の間である中間部の歪み量を検出する歪み量検出体とを備えるため、フレームに作用する負荷を正確に検知することができ、その検知システムの設置が容易である。

前記細長状部材が、前記中間部に前記両端部よりも断面積が小さい狭まり部を有する歪み発生部材である場合は、フレームに作用する負荷をより一層正確に検知することができる。

前記フレームの上水平フレーム部および縦フレーム部は側方を向く平面部分を有し、前記細長状部材は、プレート状の部材であって、両端部を前記上水平フレーム部および縦フレーム部の平面部分にそれぞれ面接触させて固定される場合は、フレームに作用する負荷を検知するための機構を簡易なものにできる。

前記歪み量検出体の検出値を所定の設定値と比較して、検出値が設定値を超えた場合に異常信号を出力する異常判定手段を設けた場合は、フレームに過負荷がかかった場合に異常を予知することができる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかるプレス機械の側面図、（Ｂ）はそのＩＢ部拡大図に負荷検知システムのブロック図を併せて示した図である。 同プレス機械の平面図である。 同プレス機械のフレームの斜視図である。 （Ａ）は同負荷検知システムの歪み量検出ユニットの正面図、（Ｂ）はその底面図である。 校正検出値の波形の例を示すグラフである。 （Ａ）は異なる歪み量検出ユニットの正面図、（Ｂ）はその底面図である。 （Ａ）はさらに異なる歪み量検出ユニットの正面図、（Ｂ）はその底面図である。 この発明の他の実施形態にかかるプレス機械の側面を示す一部と負荷検知システムのブロック図を併せて示した図である。

この発明の第１の実施形態を図面と共に説明する。この実施形態のプレス機械はパンチプレスであり、図１（Ａ）は全体側面図、図２は全体平面図、図３はフレームの斜視図である。このパンチプレスは、側面視Ｃ形のフレーム１を備える。詳しくは、フレーム１は、床に沿って水平方向に延びる下水平フレーム部１ａと、この下水平フレーム部１ａの上方にあり、下水平フレーム部１ａと同方向に延びる上水平フレーム部１ｂと、これら下水平フレーム部１ａおよび上水平フレーム部１ｂの一端同士を上下に連結する縦フレーム部１ｃとでなる。上水平フレーム部１ｂは片持ち状で、この上水平フレーム部１ｂの下方は、後記タレット２，３が配置される空間になっている。上水平フレーム部１ｂの基部側の下部は、縦フレーム部１ｃ側へいくほど下端が低い傾斜部１ｂａになっている。また、下水平フレーム部１ａの基部側の上部は、縦フレーム部１ｃ側へいくほど上端が高い傾斜部１ａａになっている。上水平フレーム部１ｂおよび縦フレーム部１ｃは断面長方形で、左右両側面は平面である。

フレーム１における上水平フレーム部１ｂおよび下水平フレーム部１ａに、上側および下側の工具支持体である上下のタレット２，３が、互いに同心の垂直軸回りに回転自在に支持されている。これらタレット２，３には、それぞれ複数のパンチ工具４およびダイ工具５が円周方向に並べて設置されている。上下のタレット２，３は、図示しないモータにより、互いに同期回転させて、加工位置Ｐに割り出される。

パンチ工具４は、加工位置Ｐに割り出された状態で、ラム７により昇降駆動される。ラム７は、上水平フレーム部１ｂに搭載されたプレスドライブ機構８により昇降駆動される。プレスドライブ機構８は、例えばサーボモータ９とその回転を直線運動に変換する運動変換機構１０とからなる。

板材Ｗは、加工箇所がパンチ位置Ｐにくるように、板材送り手段１３によりテーブル１４上を前後左右に送られる。板材送り手段１３は、前後（Ｙ方向）移動するキャリッジ１５に、左右（Ｘ方向）移動するクロススライド１６を設置し、板材Ｗの端部を把持するワークホルダ１７をクロススライド１６に取付けたものとしてある。キャリッジ１５を前後方向に移動させる前後移動機構１８、およびクロススライド１６を左右方向に移動させる左右移動機構１９は、例えばサーボモータ１８ａ，１９ａとその回転を直線動作に変換するボールねじ等の変換機構１８ｂ，１９ｂ等からなる。

図１（Ｂ）に示すように、このパンチプレスには、フレーム１に作用する負荷を検知する負荷検知システム２１が設けられている。負荷検知システム２１は、図４に示す歪み量検出ユニット２２を備える。歪み量検出ユニット２２は、上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃに掛け渡して上下方向に対して斜めに設置された細長状部材である歪み発生部材２３と、この歪み発生部材２３の歪み量を検出する歪みゲージ等の歪み量検出体２４とでなる。

歪み発生部材２３は、鋼板等の金属製でプレート状の部材であり、中間部２３ａに、両側の端部２３ｂ，２３ｃよりも幅が狭い狭まり部２３ａａを有している。狭まり部２３ａａは、図示の例では一定幅の矩形状とされ、幅が狭いことで、両端部２３ｂ，２３ｃよりも断面形状が小さくなっている。中間部２３ａは、端部２３ｂ，２３ｃから次第に幅が狭まる両側の断面変化部２３ａｂと上記狭まり部２３ａａとでなる。歪み発生部材２３は、その両端部２３ｂ，２３ｃを上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃの側面にそれぞれ面接触させて、ボルト２５等により固定してある。詳しくは、歪み発生部材２３は、上水平フレーム部１ｂの前記傾斜部１ｂａと縦フレーム部１ｃの上下中央の前端付近とに掛け渡されている。つまり、上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃの連結部付近に位置する。

歪み量検出体２４は、歪み発生部材２３の中間部２３ａに接着剤等を用いて貼り付けられている。この実施形態では、歪み発生部材２３の両面に歪み量検出体２４が貼り付けられている。よって、この実施形態では、計２個の歪み量検出体２４を有する。

フレーム１に負荷が加わると、歪み発生部材２３に歪みが発生する。この歪みを歪み量検出体２４とブリッジ回路２６と動歪アンプ２７とにより電気信号に変換する。電気信号は、電流、電圧のいずれであってもよい。この電気信号は、既知の打抜き加工に基づき校正が行われる。図５に、打抜き加工の電気信号、すなわち打抜き力の波形を示す。打抜き加工の電気信号は、制御盤２８のＮＣ装置２９および異常判定手段３０に送信される。

ＮＣ装置２９は、機械全体の制御を行う。異常判定手段３０は、打抜き力である検出値を異常判定レベルとしての設定値と比較して、前記検出値が設定値を超えた場合に異常信号を出力する。例えば図５において、Ａの場合は最大検出値が設定値以下であるため異常信号を出力せず、Ｂの場合は最大検出値が設定値を超えているため異常信号を出力する。異常信号が出力された場合、ランプ、ブザー等で警報するか、あるいはＮＣ装置２９へ緊急停止指令を出力する。

上記構成の動作を説明する。プレスドライブ機構８がプレス動作をすると、上水平フレーム部１ｂに上下方向の負荷がかかり、上水平フレーム部１ｂが縦フレーム部１ｃとの連結部を支点にして上下に撓む。それにより、上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃに掛け渡して設置された歪み発生部材２３が伸縮する。この歪み発生部材２３の伸縮量は、フレーム１に作用する負荷の大きさによって変わる。よって、歪み発生部材２３の歪み量を歪み量検出体２４で検出することで、フレーム１に作用する負荷の大きさが分かる。歪み発生部材２３の中間部２３ａの幅を狭くして断面積を小さくした狭まり部２３ａａを設けることで、この狭まり部２３ａａに歪みが大きく現れる。その狭まり部２３ａａの歪み量を歪み量検出体２４で検出するため、歪み量の検出精度が高く、正確な負荷を求めることができる。

異常判定手段３０により、求められた負荷が設定値を超えていると判定された場合は、異常信号が出力されて、警報を出すか、あるいはＮＣ装置２９へ緊急停止指令を出力される。それにより、パンチプレスの運転を停止させて機械の損傷を未然に防ぐことができる。また、求められた負荷データは、その時の加工条件と併せてＮＣ装置２９に保存して、データベースとして蓄積される。このデータベースを利用して、加工ノウハウの向上を図れる。

歪み発生部材２３は、プレート状の部材であるため、製作がし易やすい。また、両端部２３ｂ，２３ｃを上水平フレーム部１ｂおよび縦フレーム部１ｃの平面部分である側面にそれぞれ面接触させることで、両フレーム部１ｂ，１ｃに容易に固定することができる。歪み発生部材２３が設置させる上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃとの連結部は、プレスドライブ機構８から水平方向に離れた位置にあり、かつテーブル１４よりも上方に位置しているため、プレスドライブ機構８のプレス動作およびワーク送りの邪魔になることなく、歪み発生部材２３を設置できる。上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃとの連結部は、プレス動作およびワーク送りを阻害しない箇所のうちでは、プレス荷重が作用したときに互いの変形が最も生じやすい箇所である。そのため、上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃ間に歪み発生部材２３を掛け渡して設置することにより、フレーム１に作用する負荷を感度良く、また精度良く検出することができる。

図４の歪み量検出ユニット２２は、歪み発生部材２３の中間部２３ａの幅を狭くしているが、図６に示す歪み量検出ユニット２２のように、歪み発生部材２３を幅は一定で中間部２３ａに厚みが薄い狭まり部２３ａａを有する形状とし、この厚みの薄い狭まり部２３ａａに歪み量検出体２４を貼り付けてもよい。狭まり部２３ａａは、図示の例では一定厚の矩形状とされ、厚さが薄いことで、両端部２３ｂ，２３ｃよりも断面形状が小さくなっている。中間部２３ａは、端部２３ｂ，２３ｃから次第に幅が狭まる両側の断面変化部２３ａｂと上記狭まり部２３ａａとでなる。この場合も、中間部２３ａは他の箇所に比べて断面積が小さいため、歪み量検出体２４により歪み発生部材２３の歪みを精度良く検出できる。

また、図４および図６の歪み量検出ユニット２２は、歪み発生部材２３の両面の歪み量検出体２４がいずれも歪み発生部材２３の長手方向の伸縮を検出するが、図７に示すように、両面の歪み量検出体２４Ａ，２４Ｂを交差させて貼り付け、一方の歪み量検出体２４Ａは歪み発生部材２３の長手方向の伸縮を検出し、もう一方の歪み量検出体２４Ｂは歪み発生部材２３の幅方向の伸縮を検出するようにしてもよい。

他の実施形態（図示せず）として、歪み発生部材２３をフレーム１の左右に装着し、各歪み量検出体２４をブリッジ回路２６に結線して電気信号を得ることもできる。この場合、フレーム１の左右の微小な負荷の差を平均化するため、より一層精度を高められる利点がある。

なお、上記実施形態では、歪み発生部材２３として、中間部に両端部よりも断面積が小さい狭まり部２３ａａを有する細長状部材を用いたが、狭まり部２３ａａは必ずしも設けてなくても良い。例えば、上記歪み発生部材２３の代わりに、図８に示す単なる矩形のプレート状の細長状部材２３Ａを設けても良い。細長状部材２３Ａは、図１の例と同様に、その中間部２３Ａａに歪み量検出体２４が貼り付けられ、両端部２３Ａｂ，２３Ａｃが、上水平フレーム部１ｂと縦フレーム部１ｃの側面にそれぞれ面接触させて、ボルト２５等により固定される。この形状の細長状部材２３Ａを用いた場合、図１の例の狭まり部２３ａａによる歪み拡大作用は得られないが、この場合もフレーム１の歪み量を良好に検出することができる。図８の実施形態におけるその他の構成，効果は、図１に示す第１の実施形態と同様である。

また、上記各実施形態は、いずれもプレス機械がパンチプレスであるが、この発明は、パンチプレス以外のプレス機械、例えば一般的に成形機械等にも適用できる。

１…フレーム
１ａ…下水平フレーム部
１ｂ…上水平フレーム部
１ｃ…縦フレーム部
８…プレスドライブ機構
２１…負荷検知システム
２２…歪み量検出ユニット
２３…歪み発生部材（細長状部材）
２３ａ…中間部
２３ａａ…狭まり部
２３ｂ，２３ｃ…端部
２３Ａ…細長状部材
２４，２４Ａ，２４Ｂ…歪み量検出体
２９…ＮＣ装置
３０…異常判定手段

Claims (4)

1. 上水平フレーム部、下水平フレーム部、およびこれら上下の水平フレーム部を繋ぐ縦フレーム部でなるフレームと、前記上水平フレーム部に搭載されたプレスドライブ機構と、前記上水平フレーム部と縦フレーム部に、上下方向に対して斜めに掛け渡して両端部が固定された細長状部材と、この細長状部材の前記上水平フレーム部および縦フレーム部に固定された両端部の間である中間部の歪み量を検出する歪み量検出体とを備えたプレス機械。
2. 前記細長状部材が、前記中間部に前記両端部よりも断面積が小さい狭まり部を有する歪み発生部材である請求項１記載のプレス機械。
3. 前記フレームの上水平フレーム部および縦フレーム部は側方を向く平面部分を有し、前記細長状部材は、プレート状の部材であって、両端部を前記上水平フレーム部および縦フレーム部の平面部分にそれぞれ面接触させて固定される請求項１または請求項２記載のプレス機械。
4. 前記歪み量検出体の検出値を所定の設定値と比較して、検出値が設定値を超えた場合に異常信号を出力する異常判定手段を設けた請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプレス機械。

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