JP5702079B2 - 被加工物を精密打抜き、変形、および／または型押し加工するための機械プレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を精密打抜き、変形、および／または型押し加工するための機械プレス装置であって、ヘッド部片およびＯ形フレームから組み立てられた機械フレームと、ヘッド部片に懸垂固定され、Ｏ形フレーム内に延在する精密打抜きまたは変形ヘッドであって、上金型部品が固定される精密打抜きまたは変形ヘッドと、Ｏ形フレーム内で垂直に上下動軸上を案内されるタペット（Ｓｔｏｅｓｓｅｌ）であって、下金型部品を固定するためのテーブル・プレートを設けられたタペットと、タペットの下方に配置されたトグルレバー駆動機構（Ｋｎｉｅｈｅｂｅｌａｎｔｒｉｅｂ）とを備える機械プレス装置に関する。

特許文献１から、台の上方に配置された修正型のトグルレバー伝動機構を有するプレス装置系列が公知であり、このプレス装置系列は、電動機によって、フライホイールを挟んで偏心シャフトを用いて駆動され、偏心シャフトは、回転自在に支持され、一緒に回転する偏心カムを設けられる。偏心カムには、連接棒が、対応する連接棒軸受によって支持される。連接棒は、偏心カムから離れた側の端部にヘッドを有し、ヘッドには、互いに離隔された２つの軸受位置が形成される。これらの軸受位置は、連接棒軸受の中心点と共に三角形を画定する。第１の接合板が、軸受ボルトによって、固定軸受を形成する機械フレームのヘッド部片と接続される。接合板の他端は、さらなる軸受ボルトによって、連接棒に揺動可能に固定される。第２の接合板は、一端でタペットと接続され、他端で連接棒と接続される。この公知の修正型のトグルレバーの固定軸受は、プレス装置タペットの上方に位置し、この固定点に割り当てられた関節点が、この固定点を支点として揺動する。プレス装置タペットに割り当てられた上側関節点が曲線軌跡を描く。そのような修正型のトグルレバー駆動機構ではタペット運動が遅くなり、下死点で、材料が塑性流動するのに十分な時間留まる。しかし、一方で、連接棒に属する接合板用の固定軸受とタペットとが互いにずれた、異なる軸上に位置し、他方で、偏心シャフト用の固定軸受がタペットの近くに配置されることが欠点である。これにより、上死点で、接合板がほぼ伸展した姿勢を達成することができなくなり、その結果、剛性に関して、およびそれに伴ってタペットへの動力伝達に関して、水平に作用する力成分が常に伴い、それにより、タペットの摩耗が必然的に増すことになり、またタペットへの力の導入を高めなければならなくなる。これらはすべて、機械フレームに関しては、機械フレームをより頑丈に作製しなければならないという不利な結果をもたらし、また電動機による駆動出力については、電動機がより高いトルクを発生しなければならないという不利な結果をもたらす。

独国特許出願公開１９９ ３５ ６５６ Ａ１号明細書

上記の従来技術を鑑みて、本発明の課題は、広い公称の力範囲内でフライホイールを用いずに稼動し、上死点でのトグルレバーの剛性を大幅に改良し、機械フレームの頑丈さ（Ｍａｓｓｉｖｉｔａｅｔ）を低めてもよくし、フライホイールがないにもかかわらずかなり小さい駆動出力で足りるようにする機械プレス装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する冒頭に記載した種類のプレス装置によって解決される。

本発明によるプレス装置の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明による解決策は、タペットが上死点にあるときに固定軸受と連接棒およびタペットと連接棒を接続する関節アームがほぼ伸展した姿勢を達成することができるようにするには、タペットの上下動軸を、三角形状の連接棒に関する固定軸受の軸上に配置しなければならないという知見に基づく。関節アームが伸展した姿勢になると、タペットに作用する水平力成分が非常に小さい値を取り、したがって、有意な損失およびタペットの摩耗を伴わずに、偏心カムおよび電動機からタペットへのさらに最適な動力伝達が実現される。これは、フライホイールを有さないトグルレバー駆動機構がタペットの下方に配置され、ほぼ二等辺に形成された作業三角形を有するトグルレバー駆動機構の連接棒が、２つの上下に配置された関節点を有し、関節点のうち、下側関節点が、板状に形成された下側関節アームを介して、脚部側でＯ形フレームに配置された固定軸受を支点として揺動し、タペットに割り当てられた上側関節点が、板状に形成された上側関節アームによって、上死点で上下動軸に対してほぼ伸展した姿勢を取り、下側関節アームの固定軸受が、タペットの上下動軸上に位置し、軸を同軸にして固定軸受内に支持された２つの偏心シャフトが連接棒に割り当てられ、偏心シャフトの逆を向いたシャフト端部が、同時並列動作のために三相同期電動機と接続され、電動機が、電動機と接続された計算機によって、互いに同じ変位−時間特性曲線になるように調整可能であることによって達成される。

偏心シャフトおよび下側関節アームに関する固定軸受が、脚部側でＯ形フレームに配置されることが特に重要である。この措置は、本発明による駆動機構の概念と関連付けて、固定軸受が機械フレームの脚部に位置し、したがってプレス装置構造全体の重心に非常に近いという非常に大きな利点を有する。これにより、機械フレームの質量をさらに減少させることができる。

本発明のさらなる実施形態によれば、Ｏ形フレームとして構成された機械フレームの基部が、脚部側に、平行に並べて配置されたリュックサック状の収容部を有し、これらの収容部は、偏心シャフトの固定軸受を形成するため、および三相同期電動機と水平方向で連結するためのものである。

本発明のさらなる好ましい一実施形態では、偏心シャフトの互いに向かい合う端部が、互いに機械的に固く接続される。これは、有利には、両方のシャフト端部を一緒に回転するように接続する結合部片によって行うことができる。

このとき、三相同期電動機は、それらの駆動シャフトを同軸にして互いに水平に向きを定められ、各１つの伝動機構を介して、それぞれ偏心シャフトの一端と機械的に連動接続される。この場合、三相同期電動機は、単体として計算機によって制御され、それにより、電動機の所要の電気的な値を、両方の電動機の変位−時間特性曲線が同一になるように調整することができる。

本発明のさらなる一実施形態では、偏心シャフトの互いに向かい合う端部が、互いに接続されず、すなわち開いた構成になっている。このとき、三相同期電動機は、互いに独立して、それらの駆動出力を伝動機構を用いずに偏心シャフトに伝達する。各三相同期電動機が個別に計算機によって制御され、互いに同一の変位−時間特性曲線になるように調整される。しかし、偏心の金型荷重がかかった際に起こり得るタペットの傾きを補償するために、異なる変位−時間特性曲線を選択することもできる。

小さい電動機回転数で高いトルクを発生する三相同期電動機、例えばトルクモータを使用することが適当であることが分かっている。

さらに、伝動機構が遊星歯車として構成されることが有利である。これは、非常に小型であり、慣性が小さいことを保証する。

本発明のさらに有利な実施形態では、ヘッド部片が、ねじ接続によって、ねじれのない状態でＯ形フレームに保持される。ヘッド部片およびＯ形フレームは、薄い壁の非常に硬い球状黒鉛鋳鉄からなることが適当である。

本発明のさらなる利点および詳細は、添付図面に関連付けた以下の説明から明らかになる。

以下、本発明を、１つの例示的実施形態でより詳細に説明する。

従来技術によるトグルレバープレス装置の部分図である。 従来技術による運動学的挙動の概略図である。 上死点および下死点での本発明による運動学的挙動の概略図である。 上死点および下死点での本発明による運動学的挙動の概略図である。 タペットおよび偏心シャフトが配設された、ヘッド部片を取り付けられていない状態でのＯ形フレームからなる機械フレームの斜視図である。 図４の線Ａ−Ａに沿って取られた断面図である。 偏心シャフトおよび伝動機構によって接続された三相同期電動機を有する機械フレームの部分斜視図である。 図６の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 Ｏ形フレームおよびヘッド部片からなる機械フレームの斜視図である。

図１に、従来技術によるトグルレバープレス装置１を示し、これを出発点とする。機械フレーム２に、タペット３が垂直方向に移動可能に支持されている。タペット３の下に台４（図２参照）が配置され、台４は、機械フレーム２に支持されている。台４は、下金型を受け取るように成されており、タペット３は、上金型を受け取るように構成される。

タペット３は、タペット駆動機構によって作動され、タペット駆動機構には、修正型のトグルレバー伝動機構５が属し、トグルレバー伝動機構５は、偏心シャフト６によって駆動される。偏心シャフト６は、伝動手段、例えば歯車と、電動機とによって駆動される。電動機と歯車の間に、付属伝動機構、例えば遊星歯車を配置することができる。

公知のトグルレバー伝動機構５の運動学的挙動が図１および２から分かる。軸受位置Ｌ１に回転自在に支持された偏心シャフト６に、偏心カム７が設置される。偏心カム７には、連接棒８が、対応する連接棒軸受９によって支持される。連接棒８は、偏心カム７から離れた側の端部にヘッド１０を有し、ヘッド１０には、互いに離隔された２つの軸受位置１１および１２が形成される。これらの軸受位置は、連接棒軸受９の中心点と共に三角形を画定する。これは、特に図２から分かる。対応する距離が、距離Ｅ５、Ｅ６、およびＥ８として示されている。偏心カム７の偏心率は、大きさＥ４である。偏心シャフト６は、回転軸Ｄを中心として回転自在であり、回転軸Ｄは、機械フレーム２に固定されている。したがって、符号Ｌ１は、偏心シャフト６用の固定軸受を示す。

連接棒８は、接合板または関節アーム１３および１４を介して機械フレーム２およびタペット３と接続される。接合板１３は、連接棒８の接続領域１６にある軸受ボルト１５によって揺動可能であり、他端では、軸受ボルト１７によって機械フレーム２に固定して支持される。この軸受ボルト１７は、接合板１３用の固定軸受Ｌ２を形成し、したがって、この固定軸受Ｌ２は、タペット３および台４の上方に配置される。接合板１３は、図２では符号Ｅ７で示される。接合板１４の一端は、連接棒８の接続領域１９にある軸受ボルト１８を支点として揺動可能であり、接合板１４の他端は、タペット３にある軸受ボルト２０を支点として揺動可能である。

接合板１３を機械フレーム２に固定させる固定軸受Ｌ２、すなわち固定点は、タペット３の垂直上下動軸ＨＵ上にない。これにより、接合板１３および１４は、上死点ＯＴで完全に伸展した姿勢を達成せず、したがって、それに対応する水平力成分がタペット３に作用し、これは、タペットの耐用年数およびその案内に関して欠点となり、また精密打抜きまたは変形工程に利用できる公称押圧力を低減する一因となり、したがって、より高いトルクを発生する駆動アセンブリがさらに必要となる。また、これは、機械フレームの頑丈さにも悪影響があり、追加の水平力を受け止めるために、機械フレームをより重くしてより安定に構成しなければならない。

図３ａおよび３ｂに、本発明によるプレス装置における、タペットが下死点および上死点にあるときのトグルレバーの運動学的挙動を概略的に示す。符号は、さらなる説明に出てきて適当である限り、同じものを用いる。２つの三相同期電動機（図６および７参照）によって駆動される、偏心カム７を有する偏心シャフト６が、タペット３よりも明らかに下に配置される。タペット３は、テーブル・プレート２１を担持し、そこに下金型部品（図示せず）が固定され、それによりテーブル・プレート２１は、この金型部品と共に同様に上下動する。連接棒８は、図３ａおよび図３ｂに概略的に示されるように、二等辺の作用三角形ＤＥを成し、その底辺Ｇが、連接棒８のヘッド１０を示し、上下に位置する２つの関節点２２および２３を有する。連接棒８の上側関節点２２には、板状の関節アーム２４の一端が揺動可能に連係され、関節アーム２４の他端は、タペット３の関節点２５に揺動可能に支持される。タペット３の垂直上下動軸ＨＵの軸上に、脚部側で機械フレーム２に固定軸受ＦＬ１が位置し、そこに、板状に形成された下側関節アーム２６の一端が固定して支持される。したがって、関節アーム２６は、固定軸受ＦＬ１を支点として揺動可能である。関節アーム２６の他端は、連接棒８の下側関節点２３に揺動可能に連係される。連接棒８の作用三角形ＤＥの頂点に関節点２８があり、そこに偏心カム７が係合し、偏心カム７は、機械フレーム２に固定して保持された固定軸受ＦＬ２を支点として回転自在である。この固定軸受ＦＬ２は、下側関節点２３とほぼ同じ高さに位置し、それにより、下側関節アーム２６の固定軸受ＦＬ１と偏心シャフト６の固定軸受ＦＬ２は、脚部側で機械フレーム２の中に、または機械フレーム２に取り付けて配置することができ、したがってプレス装置構造全体の重心の近くに位置する。図３ａでは、タペット３が下死点ＵＴにある。固定軸受ＦＬ１に支持された下側関節アーム２６は揺動運動を行い、これは揺動軌跡Ｓ１によって示唆される。それに対し、上側関節アーム２４は曲線軌跡Ｓ２で移動した。それに対応して、関節アーム２４および２６の関節点２２および２３がさらに運動した。図３ｂは、上死点ＯＴにあるタペット３を示す。関節アーム２４、２６と連接棒８の底辺Ｇとがほぼ伸展した姿勢を取り、これは、関節アーム２４および２６の偏位が、タペット３の上下動軸ＨＵに対してわずか約４°であることを特徴とする。これにより、タペット３への動力伝達の際に水平力成分を大幅に減少させることを達成でき、したがって、駆動機構からタペットへの動力伝達を、ほぼ損失を伴わずに行うことができ、同時にまた、タペットガイドでのタペット３の摩耗が低減される。

図４に、タペット３が取り付けられた機械フレーム２のＯ形フレーム２９が斜視図で示されている。Ｏ形フレーム２９は、非常に硬い球状黒鉛鋳鉄からなる。Ｏ形フレーム２９の脚部側の背面に、側部開口３１（図８参照）を設けられた２つのリュックサック状の収容部３０がそれぞれ形成される。各収容部３０内に偏心シャフト６が支持され、偏心シャフト６の軸Ｄは、互いに同軸に向きを定められる。両方の偏心シャフト６の互いに向かい合うシャフト端部３２は、一緒に回転するように、結合部片３３によって互いに接続される（図６参照）。各偏心シャフト６は、それぞれ、収容部３０内に配設された板状の連接棒８を貫通し、連接棒８は、連接棒軸受によって偏心シャフト６に支持される。Ｏ形フレーム２９にある収容部３０は、偏心シャフト６用の固定軸受ＦＬ２を形成し、以下で説明する三相同期電動機３４および３５（図６参照）を支承する。

図４の線Ａ−Ａに沿った断面を示す図５から、タペット３が上死点にあるときの、図３に概略的に示した板状の関節アーム２４および２６の伸展姿勢が明らかである。

図６に、結合部片３３によって互いに接続された、互いに向かい合う偏心シャフト６のシャフト端部３２の部分斜視図を示す。互いに逆を向いた偏心シャフト６の端部３６は、それぞれ、遊星歯車３７を介して三相同期電動機３４または３５と接続される。本発明によるトグルレバー駆動機構の特別な運動学的挙動により、三相同期電動機３４または３５として、小さい電動機回転数で高いトルクを発生する小さい電動機を、フライホイールを用いずに使用することができる。したがって、トルクモータが特に適していることが分かっている。並列動作する三相同期電動機３４および３５は、それぞれ、プレス装置に属する計算機３８と接続され、計算機３８は、機械データを処理し、両方の電動機に同一の変位−時間特性曲線を設定する（図７参照）。これは、以下のような流れで行われる。精密打抜きまたは変形工程の機械データおよびプロセスデータに基づいて決められる目標値が、仮想先導軸によって算出される。仮想軸は、現実には存在しない駆動機構であり、その回転数および軸受諸元が計算機によって算出され、制御量として、プロセスパラメータに合わせて電動機に設定される。両方のトルクモータが、仮想先導軸に対する従属軸として動作する。

図８に、機械フレーム２を斜視図で示す。機械フレーム２は、Ｏ形フレーム２９およびヘッド部片３９から組み立てられている。ヘッド部片３９は、Ｏ形フレーム２９の上に載置され、非常に固いねじ接続２７によって、ねじれのない状態でＯ形フレーム２９の上部に固定される。このために、Ｏ形フレーム２９の上部には、雌ねじが切られている４つの穴が設けられ、そこに、雄ねじが切られているボルトがねじ込まれる。ヘッド部片３９は、ボルトにねじ留めされるナットによって固定される。ヘッド部片３９は、上金型部品を備える精密打抜きまたは変形ヘッド（図示せず）をそこに取り付けることができるように構成され、精密打抜きまたは変形ヘッドは、Ｏ形フレーム２９の上側開口を通して懸垂構成で高さを位置決めすることができる。

１ トグルレバープレス装置
２ 機械フレーム
３ タペット
４ 固定台
５ トグルレバー関節
６ 偏心シャフト
７ 偏心カム
８ 連接棒
９ 連接棒軸受
１０ 連接棒軸受９のヘッド
１１、１２ 軸受位置
１３ 上側接合板
１４ 下側接合板
１５ 軸受ボルト
１６ 連接棒軸受９の接続領域
１７ 上側接合板１３の支持ボルト
１８ 上側接合板１３の支持ボルト
１９ 連接棒軸受９の接続領域
２０ 下側接合板１４の支持ボルト
２１ 上下動テーブル・プレート
２２ 連接棒８での上側関節点
２３ 連接棒８での下側関節点
２４ 板状の関節アーム
２５ タペット３の関節点
２６ 板状の関節アーム
２７ ねじ接続
２８ 偏心シャフトに向いた連接棒８の端部での関節点
２９ 機械フレーム２のＯ形フレーム
３０ Ｏ型フレームの脚部にあるリュックサック形の収容部
３１ 収容部３０の側部開口
３２ 偏心シャフト６の互いに向かい合うシャフト端部
３３ 結合部片
３４、３５ 三相同期電動機
３６ 偏心シャフト６の逆を向いたシャフト端部
３７ 遊星歯車
３８ 計算機
３９ ヘッド部片
Ｄ 偏心シャフト６の回転軸
ＤＥ 二等辺の作用三角形
Ｅ４ 偏心シャフト６の偏心率
Ｅ１〜Ｅ３、Ｅ５〜Ｅ７ 軸受の距離
ＨＵ タペット３の上下動軸
ＦＬ１ 偏心シャフト用の固定軸受
ＦＬ２ 下側関節アーム用の固定軸受
Ｌ１ 偏心シャフト６の軸受位置
Ｌ２ 接合板１３用の固定軸受
ＯＴ 上死点
Ｓ１ 揺動軌跡
Ｓ２ 曲線軌跡
ＵＴ 下死点

Claims (10)

1. 被加工物を精密打抜き加工するための機械プレス装置であって、ヘッド部片（３９）およびＯ形フレーム（２９）から組み立てられた機械フレーム（２）と、前記Ｏ形フレーム（２９）内で垂直に上下動軸（ＨＵ）上を案内されるタペット（３）と、トグルレバー駆動機構とを備えており、ほぼ等辺に形成された作用三角形を有する前記トグルレバー駆動機構の連接棒（８）が、２つの上下に配置された関節点（２２；２３）を有し、前記関節点（２２；２３）のうち、下側関節点（２３）が、板状に形成された下側関節アーム（２６）を介して、固定軸受（ＦＬ１）を支点として揺動し、前記タペット（３）に割り当てられた上側関節点（２５）が、板状に形成された上側関節アーム（２４）によって、上死点（ＯＴ）で上下動軸（ＨＵ）に対して伸展姿勢を取り、前記固定軸受（ＦＬ１）がタペット（３）の上下動軸（ＨＵ）上に位置し、軸を同軸にして固定軸受（ＦＬ２）内に支持された２つの偏心シャフト（６）が前記連接棒（８）に割り当てられ、前記偏心シャフト（６）の逆を向いたシャフト端部（３６）が、同時並列動作のために、それぞれ１つの遊星歯車（３７）を介して、フライホイールを有さない三相同期電動機（３４；３５）と接続され、前記電動機が、前記電動機（３４；３５）と接続された計算機（３８）によって、互いに同じ変位と時間に関する特性値になるように調整可能であり、前記トグルレバー駆動機構が、タペット（３）の下方に配置されており、
   前記タペット（３）が下金型部品を固定するためのテーブルプレートを備えている機械プレス装置において、
   前記固定軸受（ＦＬ１，ＦＬ２）が脚部側でＯ形フレーム（２９）に配置されていること、
   プレス機械のヘッド部片（３９）に、Ｏ形フレーム（２９）内に延在する精密打抜きヘッド（４）が、そこに固定された上金型部品（４１）と一緒に懸垂固定されていること、および
   前記偏心シャフト（６）の互いに向かい合う端部（３２）が、機械的に固定接続されることを特徴とする機械プレス装置。
2. 前記固定軸受（ＦＬ２）が、前記偏心シャフト（６）を支持するための、および前記三相同期電動機（３４；３５）を支承するための収容部（３０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の機械プレス装置。
3. 前記シャフト端部（３２）の前記機械的な固定接続が、結合部片（３７）により行われることを特徴とする請求項１に記載の機械プレス装置。
4. 前記三相同期電動機（３４；３５）が、単体として前記計算機（３８）によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の機械プレス装置。
5. 前記三相同期電動機（３４；３５）が、互いに独立して前記計算機（３８）によって制御されることを特徴とする請求項１または３に記載の機械プレス装置。
6. 前記三相同期電動機（３４；３５）が、小さい電動機回転数で高いトルクを発生するトルクモータであることを特徴とする請求項１、４、５のいずれか一項に記載の機械プレス装置。
7. 前記三相同期電動機（３４；３５）が、それぞれ１つの伝動機構（３７）を介して、前記偏心シャフト（６）のそれぞれ１つの端部と接続される請求項１、４〜６のいずれか一項に記載の機械プレス装置。
8. 前記伝動機構（３７）が、遊星歯車であることを特徴とする請求項７に記載の機械プレス装置。
9. 前記ヘッド部片（３９）が、ねじ接続（２７）によって、ねじれのない状態でＯ形フレーム（２９）に保持されることを特徴とする請求項１に記載の機械プレス装置。
10. 前記Ｏ形フレーム（２９）および前記ヘッド部片（３９）が、球状黒鉛鋳鉄からなることを特徴とする請求項１に記載の機械プレス装置。

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