JP5436107B2 - 打抜き機械のための工具を自動的にセンタリングするための装置、該装置を備える打抜き機械及び該装置を備える打抜き機械の工具受容部を自動的にセンタリングする方法 - Google Patents

Description

本発明は、打抜き機械のための工具を自動的にセンタリングするための装置及び該装置を備える打抜き機械に関する。さらに本発明は、該装置を備える打抜き機械の工具受容部を自動的にセンタリングする方法に関する。

本発明は、打抜き機械の上下の工具受容部を互いに自動的にセンタリングする装置及び方法に係る。打抜き機械の上下の工具受容部は、一般に、メーカーの工場における最終組立の枠内で互いに調整される。その際、上側の工具受容部、具体的には打抜きヘッドの中心軸線と、下側の工具受容部４、具体的にはダイの受容部の中心軸線とは、一致させられる。このことは手動でダイヤルゲージにより行われる。両工具受容部の一方、一般には下側の工具受容部は、ハンマーで軽く叩打することによって、Ｘ方向の偏倚、すなわちＣ型フレームに対して横方向の水平の偏倚と、Ｙ方向の偏倚、すなわちＣ型フレームの方向の水平の偏倚とが、＜０．０１ｍｍの所定の公差範囲に収まるように調節される。

工具受容部の調整は、機械が暖まっているときに実施される。機械が運転中にないとき、つまり、機械が冷えているときの機械の個々のコンポーネントがそれぞれの運転温度にないとき、コンポーネントの温度は実質的に室温に等しい。上下の工具受容部の軸線の偏倚は、一般に機械が冷えているときと暖まっているときとの間で０．０３ｍｍまでである。

この理由から、一般に０．０５ｍｍのクリアランスを有する工具、具体的にはパンチ及びダイが使用される。このことは、少なくとも０．５ｍｍの金属薄板の打抜きを許可する。このことは、発生する温度条件でパンチがダイに衝突することを阻止する。

運転中、個々のコンポーネントはその運転温度を取る。このことは、熱膨張に至る。これにより、上下の工具受容部の中心軸線の位置は互いに変化する。

金属薄板の打抜き時の平均的な品質の生産結果のためには、クリアランスは金属薄板厚さの約１０％である。

精度に対するより大きな要求時又はより小さなクリアランスを有する打抜き工具の使用時、打抜き機械は運転条件で新しく調整される。この要求は、例えばゴムの打抜きであったり、より僅かな打抜きばりであったりする。より僅かなクリアランスを有する工具の使用時、金属薄板厚さを超えるより大きな切断面が生じる。このことは、特にねじ山の製作時に有利となる。しかし、この高まった要求は、部分的に、より短い時間、場合によってはそれどころか数時間後の機械の後調整を前提とする。

さらに、０．５ｍｍを下回る厚さを有する金属シートも打ち抜きたいという要求が増しており、このことは、やはり減じられたクリアランス、ひいては工具軸線の調整のより大きな精度を必要とする。金属薄板厚さが０．２ｍｍであるとき、工具の相応の心合わせ公差を伴う０．０２ｍｍのクリアランスが必要である。

さらに、工具の寿命は、工具の正確なセンタリングによる均等な負荷時に延長される。

本発明の課題は、打抜き機械の上側の工具受容部を下側の工具受容部に対して自動的にセンタリングする装置及び方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る打抜き機械のための工具を自動的にセンタリングするための装置では、上側の工具受容部と下側の工具受容部との間の、Ｘ方向及びＹ方向のずれを検出するための検出手段と、制御装置と、少なくとも１つのアクチュエータとを備えるようにした。

本発明の有利な形態は、従属請求項に係る発明である。

好ましくは、検出手段が打抜き機械の下側又は上側の工具受容部に配置されている。

好ましくは、検出手段が少なくとも１つのセンサ素子を備える。

好ましくは、検出手段がカメラシステムを備える。

好ましくは、検出手段が、Ｚ方向の寸法を測定するための工具内に組み付けられている。

好ましくは、アクチュエータが、下側又は上側の工具受容部をＸ方向及び／又はＹ方向で調節するために設けられており、制御装置により制御される。

好ましくは、可動の工具受容部を自動的に固定するための装置が設けられている。

好ましくは、加工品質を検査するための手段が設けられている。

上記課題を解決するために、本発明に係る打抜き機械では、前記装置を備えるようにした。

本発明の有利な形態は、従属請求項に係る発明である。

好ましくは、前記制御装置が機械制御装置内に統合されている。

上記課題を解決するために、本発明に係る前記装置を備える打抜き機械の工具受容部を自動的にセンタリングする方法では、以下のステップ、すなわち、Ｘ方向のずれを検出し、Ｙ方向のずれを検出し、修正値を求め、修正運動の必要量及び方向をＸ方向及びＹ方向のためのアクチュエータに出力し、Ｘ方向及びＹ方向のずれをコントロールし、限界値の超過時に当該方法を反復するというステップを有するようにした。

本発明の有利な形態は、従属請求項に係る発明である。

好ましくは、上側の工具受容部と下側の工具受容部との間のＸ方向及びＹ方向のずれを以下のステップにより検出し、かつ伝送する：検出手段の測定子の、検出手段に対向して位置する工具受容部内に設けられたインサートの内面との接触によるＸ方向又はＹ方向の変位を検出して伝送し、工具受容部を検出手段と共に１８０゜回転させ、検出手段の測定子の、検出手段に対向して位置する工具受容部内に設けられたインサートの内面との接触による逆向きのＸ方向又はＹ方向の変位を検出して伝送する。

好ましくは、自動的なセンタリングを所定の時間間隔を置いて実施する。

好ましくは、自動的なセンタリングを、加工品質を検査するための手段からの信号によりトリガする。

本発明に係る装置は、検出手段、制御部及びアクチュエータを備えることによって、下側の工具受容部に対する上側の工具受容部のセンタリングを自動的に実施する可能性を提供する。

本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。

本発明に係る装置の一実施の形態を備える打抜き機械の斜視図である。 打抜き工具であるパンチ及びダイを、発生するクリアランスと共に示す図である。 本発明に係る装置の一実施の形態の原理図である。 図３に示した本発明に係る装置の実施の形態の平面図である。

図１は、打抜き機械（Ｓｔａｎｚｍａｓｃｈｉｎｅ）１の斜視図である。打抜き機械１の主要な構成部分は、Ｃ型フレーム２である。Ｃ型フレーム２は、鋼からなる高ねじり剛性の溶接構造からなる。

Ｃ型フレーム２の後端には、ラム６を駆動する液圧ユニット３が設けられている。

Ｃ型フレーム２の下側の内面には、打抜き工具１４の後述するダイ５を受容するための下側の工具受容部４が設けられている。ダイ５は、第１の回転駆動装置１８を介して３６０゜回転可能であり、かつあらゆる任意の角度位置で固定可能である。

Ｃ型フレーム２の上側の内面には、ラム６に、打抜きヘッド７が設けられている。打抜きヘッド７は、打抜き工具１４の、図２に示したパンチ８を受容する。打抜きヘッド７は、ダイ５と合致して、やはり３６０゜回転可能であり、かつあらゆる任意の角度位置で固定可能である。このために第２の回転駆動装置２５が設けられている。

回転駆動装置１８，２５は、図３に示した機械制御装置２１によって制御される。機械制御装置２１は、別体のエンクロージャ内に設けられている。さらに、ラム制御部９並びに金属薄板１０を動かすすべてのリニア駆動装置及び特殊機能のためのアクチュエータも、機械制御装置２１によって制御される。制御装置２１は、入出力手段としてキーボード及びモニタを備える。制御機能は、マイクロコントローラにより実行される。加工プログラム及び運転パラメータは、制御装置２１の記憶領域に記憶されている。

機械制御装置２１は、本実施の形態では、追加となる大きな手間なしに、図３に示した、上下の工具受容部を自動的にセンタリングするための装置１９の制御も実施する。択一的な実施の形態では、当該装置１９の制御装置が、別個の構成群として構成されていてもよく、これにより、既存の打抜き機械にも後付け可能である。

Ｃ型フレーム２の下側の内面にはやはり、機械テーブル１１と、リニアマガジン（Ｌｉｎｅａｒｍａｇａｚｉｎ）１５を備えるクロスレール１２とが配置されている。クロスレール１２には、金属薄板１０を締め付けるクランプ１３が配置されている。クランプ１３は、クロスレール１２の適当な箇所に固定可能である。クランプ１３は、金属薄板１０を確実に把持しながらも、加工したい面で把持してしまうことがないようにずらされることができる。リニアマガジン１５には、打抜き工具１４のための受容部が存在する。

打抜きのために、機械テーブル１１はＹ方向で、金属薄板１０がクランプ１３により固定されているクロスレール１２と共に、規定された位置へと走行し、かつクロスレール１２はＸ方向で、規定された位置へと走行し、その際、金属薄板１０は機械テーブル１０上を滑動する。その後、ラム６によって打抜き行程（ストローク）が実施される。引き続いて、同じ原理で次の打抜き位置が達成される。

打抜き工具１４は自動的に、機械制御装置２１により制御されて交換される。このためにクロスレール１２は、図示しないリニア駆動装置により駆動されて所定の位置へとＸ方向で走行する。その結果、装着したい工具のＸ位置は、下側の工具受容部４のＸ位置に一致する。その後、クロスレール１２は、機械テーブル１１と共に、別のリニア駆動装置により駆動されて所定の位置へとＹ方向で走行する。この位置で、ダイ５及びパンチ８の中心軸線Ａ_１は、下側の工具受容部４及びラム６の中心軸線Ａ_２と一致する。その結果、ダイ５は、下側の工具受容部４に受容され、かつパンチ８は、ラム６に受容され得る。ラム６及び下側の工具受容部４内に工具が存在する場合、この工具は予め、リニアマガジン内の空いたスペースに排出される。

このようにして、図３に示した検出手段１６もパンチ８に、インサート１７も下側の工具受容部４に自動的に高速で交換装着可能である。択一的には、これらの部品は、ケーブルによるデータ伝送時にこれを損傷させないため、手で対応する工具受容部４，６に取り付けられてもよい。

図２は、打抜き工具１４、具体的にはパンチ８及びダイ５を、発生するクリアランスと共に示している。パンチ８は、本実施の形態では円柱状の形状を備え、ダイ５は、パンチ８とダイ５のかじり（Ｆｒｅｓｓｅｎ）を回避するために、軽微な円錐形の孔を備える。クリアランスｕは、それぞれの断面図におけるパンチ８の外寸とダイ５の内寸との差である。高品質の打抜き結果のためには、クリアランスは可及的に小さく（金属薄板厚さの＜１０％）、かつ均等である必要がある。これにより、生じるかえりは均等かつ僅かになる。

図３は、本発明に係る工具受容部を自動的にセンタリングするための装置１９の一実施の形態の原理図である。

下側の工具受容部４には、インサート１７が受容されている。インサート１７は、打抜き工具１４のダイ５と同じ外側輪郭を有する。これにより、インサート１７は、形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式に遊びなしに下側の工具受容部４内で正確にセンタリングされている。内側にインサート１７は円筒状の孔を有しており、この孔もやはり正確にセンタリングされている。

さらに装置１９は、検出手段１６を有する。検出手段１６はその上側に、パンチ８の受容ピンと同一の、図示しない受容ピンを有する。この受容ピンによって、パンチ８は、形状結合式に遊びなしに上側の工具受容部、具体的にはラム６に受容される。その結果、パンチ８は正確にラム６に対してセンタリングされている。

下側からセンサ素子、例えば測定機械から公知の、その前端にルビー球を備えるアームを有する測定子（Ｔａｓｔｅｒ）２０が、検出手段１６から突出している。測定子２０は、ばねにより予め付勢されているので、静止状態においてその最も外側の位置にある。ラム６が検出手段１６と共に下降すると、測定子２０は、内方に押圧されるので、その外側の周面でインサート１７の内面に当接する。インサート１７との検出手段１６の調整に際して留意することは、測定子２０の球の中心がインサート１７の開口内にあって、球が孔内に進入可能であり、しかも球の周囲が確実にインサート１７の内面に当接するようになっていることである。別の実施の形態では、別の作用原理、例えば光学センサ、磁気センサ又は容量型センサが使用されてもよい。

検出手段１６の内部には、少なくとも０．００１ｍｍの精度を有する公知の評価ユニットが設けられている。検出手段１６は、機械制御装置２１に伝送区間２２、本実施の形態では無線区間を介して接続されている。この無線区間を介して、測定子２０の変位を評価ユニットによって変換した信号が伝送される。

無線区間として形成された伝送区間２２は、ケーブル配線を必要とせず、検出装置１９の自動交換のために適している。択一的な実施の形態では、伝送区間２２がケーブル配線により形成されてもよい。ケーブル配線は、少なくとも部分的な手による工程時の、安価で省スペースな可能性と言えるが、自動交換を困難にする。

下側の工具受容部４は、図示しないリニア軸受により、Ｘ軸及びＹ軸に対して平行に可動に支承されている。それぞれ１つのリニア駆動装置により、下側の工具受容部４は、Ｘ軸又はＹ軸に対して平行に動かされる。リニア駆動装置は、機械制御装置２１により制御される。リニア駆動装置は、本実施の形態では、電気的なステップモータ及びスピンドル伝動装置から形成される。電気的なステップモータ及びスピンドル伝動装置は、相応の精度が達成され得るように調整されている。

択一的な実施の形態では、モータの回転運動から直線運動への変換が楔又は偏心体により実施可能である。

下側の工具受容部４の固定のために、図示しない固定手段が設けられている。この固定手段は、下側の工具受容部４の移動を阻止する。

運転中、図４に示すように、検出手段１６は、ラム６の第２の回転駆動装置２５により正確に、Ｘ軸に対して平行な方向へ回転される。すなわち、測定子２０は、Ｘ軸に対して平行な一方向を向いている（位置Ａ）。検出手段１６は、測定子２０の変位を検出する。この変位は、対応する信号に変換されて、機械制御装置２１に伝送区間２２を介して伝送される。引き続いて、検出手段１６は再び、ラム６の第２の回転駆動装置２５及びラム６により第１の方向へ１８０°回転させられる。その結果、検出手段１６の測定子２０は、Ｘ軸に対して平行な他方向を向いており（位置Ｂ）、測定子２０の変位が検出されて、対応する信号に変換され、伝送区間２２を介して機械制御装置２１に伝送される。その後、検出手段１６は正確に９０゜、第２の、逆転方向へ回転されるので、検出手段１６の測定子２０は、Ｙ軸に対して平行になり（位置Ｃ）、測定子２０のずれが検出されて、対応する信号に変換され、機械制御装置２１に伝送される。その後、検出手段１６は再び１８０°第１の方向へ回転されるので、測定子２０は、Ｙ軸に対して平行な他方向を向いており（位置Ｄ）、測定子２０のずれが検出されて、対応する信号に変換され、機械制御装置２１に伝送される。

機械制御装置２１において、検出手段１６の伝送された信号から、検出手段１６がＸ方向及びＹ方向でインサート１７に対してどの位置を占めているか、つまり、検出手段１６がインサート１７に対してどの程度のずれを有しているかが求められる。このことは、検出手段１６の軸線、ひいては上側の工具受容部、具体的にはラム６の軸線の、インサート１７、つまり下側の工具受容部４の軸線に対するずれを表している。最適に調節されている場合、１つの軸における互いに逆向きの両方向での測定子２０の変位は、同一である。

これらの求められた値から、機械制御装置２１によって修正値が求められ、リニア駆動装置のための信号に変換される。これらの信号は、信号線路２４を介してアクチュエータ、具体的にはリニア駆動装置に伝送され、機械制御装置２１による固定手段の解除後、リニア駆動装置がアクティブ化される。調整後、固定手段は機械制御装置２１により再び固定される。

調整後、同じ方法により、残されたずれがどの程度の大きさであるかが検査され、所定の限界値を超過している場合には、センタリングが繰り返される。

択一的な実施の形態では、個々の特徴が変更されてもよい。

ラム６内に検出手段１６を配置する代わりに、検出手段１６が、下側の工具受容部４に受容されてもよく、インサート１７は、ラム６に受容されるように構成される。検出手段１６及びインサート１７を直接工具受容部４，６に配置することにより、ずれは直接検出される。

１つの測定子２０を備える検出装置１６の代わりに、検出装置１６が複数の、例えば２つ又は４つの測定子２０を有していてもよい。これにより、測定子２０の複数の変位の検出が同時に実施可能であるので、センタリング工程が短縮される。測定子２０の変位を介した軸線のずれの検出は、正確かつ簡単な方法である。

検出装置１６は、択一的な実施の形態では、鉛直軸に対して平行なＺ方向での寸法を検出するための工具に設けられている。検出装置１６の相手側は、相応に工具の他方の部分に設けられている。

別の実施の形態では、測定子２０を備える検出手段１６の代わりに、カメラシステムが設けられている。このカメラシステムは、Ｃ型フレーム２の上側の内面に配置されており、下側の工具受容部４に向けて方向付けられている。画像評価法を介して、下側の工具受容部４の、最適な位置に対する目下の位置が求められ、下側の工具受容部４の位置が修正される。この場合、工具の中心軸線に関して点対称な工具が下側の工具受容部４内に残されてもよい。

下側の工具受容部４の位置の修正の代わりに、択一的にはラム６の位置の修正も可能である。

オプションとして、自動的にセンタリングするための装置１９に、加工品質を検査するための手段が設けられている。装置１９は、カメラシステムを有している。これにより、打ち抜かれた金属薄板内の極めて薄いウェブ（＜０．２ｍｍ）の存在が検査される。この薄いウェブがなければ、調整工程がトリガされる。薄いウェブの代わりに、別の製品特徴が精度のためのインジケータとして使用されてもよい。

択一的には、調整工程が、予め決められた時間の経過後に、又は手動でトリガされてもよい。

１ 打抜き機械
２ Ｃ型フレーム
３ 液圧ユニット
４ 下側の工具受容部
５ ダイ
６ ラム
７ 打抜きヘッド
８ パンチ
９ ラム制御部
１０ 金属薄板
１１ 機械テーブル
１２ クロスレール
１３ クランプ
１４ 打抜き工具
１５ リニアマガジン
１６ 検出手段
１７ インサート
１８ 第１の回転駆動装置
１９ 上下の工具受容部を自動的にセンタリングするための装置
２０ 測定子
２１ 機械制御装置
２２ 伝送区間
２３ アクチュエータ
２４ 信号線路
２５ 第２の回転駆動装置

Claims (13)

1. 打抜き機械（１）のための工具を自動的にセンタリングするための装置（１９）において、上側の工具受容部（６）と下側の工具受容部（４）との間の、Ｘ方向及びＹ方向のずれを検出するための検出手段（１６）と、制御装置（２１）と、少なくとも１つのアクチュエータ（２３）とを備えており、
   前記検出手段（１６）は、打抜き機械（１）の下側又は上側の工具受容部（４，６）に配置されており、
   前記検出手段（１６）は、少なくとも１つのセンサ素子（２０）を有しており、
   前記検出手段（１６）は、Ｚ方向の寸法を測定するための工具内に組み付けられていることを特徴とする、打抜き機械のための工具を自動的にセンタリングするための装置。
2. 検出手段（１６）がカメラシステムを備える、請求項１記載の装置。
3. アクチュエータ（２３）が、下側又は上側の工具受容部（４，６）をＸ方向及び／又はＹ方向で調節するために設けられており、制御装置（２１）により制御される、請求項１又は２記載の装置。
4. 可動の工具受容部（４，６）を自動的に固定するための装置が設けられている、請求項３記載の装置。
5. 加工品質を検査するための手段が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の装置（１９）を備える打抜き機械。
7. 前記制御装置が機械制御装置（２１）内に統合されている、請求項６記載の打抜き機械。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の装置（１９）を備える打抜き機械（１）の工具受容部（４，６）を自動的にセンタリングする方法において、以下のステップ、すなわち、
   Ｘ方向のずれを検出し、
   Ｙ方向のずれを検出し、
   修正値を求め、
   修正運動の必要量及び方向をＸ方向及びＹ方向のためのアクチュエータ（２３）に出力し、
   Ｘ方向及びＹ方向のずれをコントロールし、限界値の超過時に当該方法を反復する、
   というステップを有することを特徴とする、打抜き機械の工具受容部を自動的にセンタリングする方法。
9. 上側の工具受容部（６）と下側の工具受容部（４）との間のＸ方向及びＹ方向のずれを以下のステップにより検出し、かつ伝送する：
   検出手段（１６）の測定子（２０）の、検出手段（１６）に対向して位置する工具受容部（４，６）内に設けられたインサート（１７）の内面との接触によるＸ方向又はＹ方向の変位を検出して伝送し、
   工具受容部（４，６）を検出手段（１６）と共に１８０゜回転させ、
   検出手段（１６）の測定子（２０）の、検出手段（１６）に対向して位置する工具受容部（４，６）内に設けられたインサート（１７）の内面との接触による逆向きのＸ方向又はＹ方向の変位を検出して伝送する、
   請求項８記載の方法。
10. 自動的なセンタリングを所定の時間間隔を置いて実施する、請求項８又は９記載の方法。
11. 自動的なセンタリングを、加工品質を検査するための手段からの信号によりトリガする、請求項８又は９記載の方法。
12. 前記検出手段（１６）は、自動的に前記下側の工具受容部（４）又は前記上側の工具受容部（６）に交換装着可能であるように形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
13. 前記検出手段（１６）は、無線区間を介して前記機械制御装置（２１）に接続されている、請求項７記載の打抜き機械。

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