JP6067397B2

JP6067397B2 - 多軸サーボプレス装置及び多軸サーボプレス装置の制御方法

Info

Publication number: JP6067397B2
Application number: JP2013018281A
Authority: JP
Inventors: 茂樹真井; 誠一大野; 俊行都築
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-02-01
Also published as: JP2014147956A

Description

本発明は、多軸サーボプレス装置及び多軸サーボプレス装置の制御方法に関する。

複数のサーボモータにより複数の軸をそれぞれ駆動し、軸に加圧プレートと受圧プレートとを介して装着したプレス金型を動かして、ワークをプレス加工することのできる多軸サーボプレス装置がある。このような多軸サーボプレス装置では、軸の位置情報に基づいて、軸の駆動を制御することが多い。

例えば、特許文献１では、位置指令信号及び位置フィードバック信号に基づいて制御される基準駆動軸と、これらの信号、及び、この基準駆動軸の位置信号に基づいて制御される追従駆動軸とを含む多軸サーボプレス装置が開示されている。かかる多軸サーボプレス装置では、基準駆動軸の位置に追従駆動軸の位置を追従させて、加圧プレートと受圧プレートとの平行度を維持し得て、高精度なプレス加工品を得ることができる。

特開２０００−００５９００号公報

ところで、トルク情報に基づく制御、すなわちトルク制御による駆動軸を含む多軸サーボプレス装置が求められている。このような多軸サーボプレス装置では、装置の有する設備能力を最大限に発揮できて、サイクルタイムの短縮や省エネルギー化を容易に達成し得る。しかしながら、加圧プレートと受圧プレートとの平行度を維持することが困難であった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、加圧プレートと受圧プレートとの平行度を維持しつつ、駆動軸の駆動をトルク制御する多軸サーボプレス装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる多軸サーボプレス装置は、
マスタ軸と、
スレーブ軸と、
前記マスタ軸の位置を検出する位置検出部と
前記マスタ軸及び前記スレーブ軸の駆動をそれぞれ制御する制御手段と、を備える多軸サーボプレス装置であって、
前記制御手段は、
前記マスタ軸の駆動をトルク情報に基づいて制御するとともに、
前記スレーブ軸の駆動を前記マスタ軸の位置フィードバック情報に基づいて制御することを特徴とする。

このような構成によれば、マスタ軸をトルク情報に基づいて制御するので、駆動軸をトルク制御することができる。また、スレーブ軸をマスタ軸の位置フィードバック情報に基づいて前記マスタ軸に追従させるように位置を制御するので加圧プレートと受圧プレートとの平行度を維持することができる。すなわち、加圧プレートと受圧プレートとの平行度を維持しつつ、駆動軸をトルク制御する多軸サーボプレス装置を得ることができる。

また、本発明にかかる多軸サーボプレス装置の制御方法は、
マスタ軸と、
スレーブ軸と、
前記マスタ軸の位置を検出する位置検出部と、
前記マスタ軸及び前記スレーブ軸をそれぞれ制御する制御手段と、を備える多軸サーボプレス装置の制御方法であって、
前記マスタ軸の駆動をトルク情報に基づいて制御するとともに、
前記スレーブ軸の駆動を前記マスタ軸の位置フィードバック情報に基づいて制御することを特徴とする。

本発明により、加圧プレートと受圧プレートとの平行度を維持しつつ、駆動軸をトルク制御することのできる多軸サーボプレス装置を提供することができる。

多軸サーボプレス装置の斜視図である。多軸サーボプレス装置の構成図である。多軸サーボプレス装置の制御方法を示すフローチャートである。加圧プレートのモーションダイヤグラムである。

（実施形態）
図１を参照して本発明の実施形態にかかる多軸サーボプレス装置について説明する。図１は多軸サーボプレス装置の斜視図を示す。図２は多軸サーボプレス装置の制御構成を示す。

図１に示すように、多軸サーボプレス装置１は、４つのサーボモータ２と、サーボモータ２にそれぞれ接続されるボールネジ３と、ボールネジ３にそれぞれ螺合して回転自在に支持されるナット４と、４つのナット４に装着される一体の加圧プレート５と、加圧プレート５に対向する受圧プレート６とを含む。詳細には、加圧プレート５は、受圧プレート６に対向しつつ、ボールネジ３の長手方向に沿って移動することができる。さらに、パンチ型及びダイ型を含む金型７がそれぞれ、加圧プレート５及び受圧プレート６の対向する面に、成形面を互いに対向するように固定される。多軸サーボプレス装置１は、ワークを金型７を用いてプレス加工を行い、プレス加工品を得ることができる。なお、図１は、後述する操作盤１１やＮＣ装置１２などの制御構成にかかる部分の図示を省略している。

サーボモータ２は、電流信号を受けて回転力を出力し、ボールネジ３を駆動させる。４つのサーボモータ２はそれぞれ、サーボモータ２１、２２、２３、２４と符号する。ボールネジ３は、マスタ軸３１と、第１スレーブ軸３２と、第２スレーブ軸３３と、第３スレーブ軸３４とを、駆動軸として含む。サーボモータ２１、２２、２３及び２４はそれぞれ、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４に接続される。なお、サーボモータ２１、２２、２３及び２４はそれぞれ、後述するようにマスタ軸制御系１３１、第１スレーブ軸制御系１３２、第２スレーブ軸制御系１３３、第３スレーブ軸制御系１３４に組み込まれる。

次に、図２に示すように、多軸サーボプレス装置１の制御構成について説明する。多軸サーボプレス装置１の制御構成として、操作盤１１と、ＮＣ装置１２と、マスタ軸制御系１３１と、第１スレーブ軸制御系１３２と、第２スレーブ軸制御系１３３と、第３スレーブ軸制御系１３４とを含む。マスタ軸制御系１３１、第１スレーブ軸制御系１３２、第２スレーブ軸制御系１３３、第３スレーブ軸制御系１３４はそれぞれ、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４の駆動を制御する制御系である。

操作盤１１は、操作者から、少なくともトルク情報を含むプレス加工条件についての加工条件情報についての入力を受け付け、加工条件情報についての信号を生成する。操作盤１１は、必要に応じて、演算部を含み、操作者から受け付けた入力に基づいて、プレス加工に必要な加工条件について演算を行い、この演算結果を含む加工条件情報についての信号を生成する。

ＮＣ装置１２は、加工指令部１２１と演算部１２２とを含む。加工指令部１２１は、操作盤１１からの加工条件についての信号を受け付けて、マスタ軸３１の位置やトルク値など駆動について指令する指令信号を生成する。なお、加工指令部１２１は、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４の各軸を独立して制御する場合のために、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４の位置などの駆動について指令する指令信号を生成してもよい。

マスタ軸制御系１３１は、サーボアンプ２１１と、サーボモータ２１と、エンコーダ２１２と、位置検出部２１３と、荷重検出部２１４とを含む。サーボアンプ２１１は、ＮＣ装置１２から、マスタ軸３１の位置についての信号を受ける。また、サーボアンプ２１１は、エンコーダ２１２から、サーボモータ２１の回転角度などの駆動についての信号を受ける。また、サーボアンプ２１１は、位置検出部２１３から、マスタ軸３１の現在位置についての位置信号を受ける。また、サーボアンプ２１１は、荷重検出部２１４から、マスタ軸３１の回転運動についての荷重を検出し、荷重信号を受ける。サーボアンプ２１１は、これらの信号に基づいて、マスタ軸３１を所定の位置に移動させるための電流信号を生成する。サーボモータ２１は、この電流信号に基づいてマスタ軸３１（図１参照）を駆動する。

また、ＮＣ装置１２の演算部１２２は、位置検出部２１３からマスタ軸３１の現在位置についての信号と、後述する位置検出部２２３、２３３及び２４３から、それぞれ第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３及び第３スレーブ軸３４の位置についての信号と、を受け付ける。さらに、演算部１２２は、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３及び第３スレーブ軸３４をマスタ軸３１にそれぞれ追従させるための情報についての信号を生成する。この情報は、例えば、マスタ軸３１に対する第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４の位置の差をそれぞれ減じるように、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３及び第３スレーブ軸３４の回転方向、回転速度、トルクなどの駆動をそれぞれ制御するための情報である。

第１スレーブ軸制御系１３２は、サーボアンプ２２１と、サーボモータ２２と、エンコーダ２２２と、位置検出部２２３とを含む。サーボアンプ２２１は、ＮＣ装置１２の演算部１２２から、第１スレーブ軸３２をマスタ軸３１に追従させるための情報についての信号を受ける。また、サーボアンプ２２１は、エンコーダ２２２から、サーボモータ２２の回転角度などの駆動についての信号を受ける。また、サーボアンプ２２１は、位置検出部２２３から、マスタ軸３１の現在の位置情報である位置フィードバック情報についての位置フィードバック信号を受ける。なお、サーボアンプ２２１は、第１スレーブ軸３２を独立して制御する場合のために、第１スレーブ軸３２の位置などの駆動について指令する指令信号を受け付けてもよい。サーボアンプ２２１は、これらの信号に基づいて、第１スレーブ軸３２を所定の位置に移動させるための電流信号を生成する。サーボモータ２２は、この電流信号を基づいて第１スレーブ軸３２（図１参照）を駆動する。

第２スレーブ軸制御系１３３、第３スレーブ軸制御系１３４は、いずれも第１スレーブ軸制御系１３２と全く同じ制御構成を有しており、説明を省略する。第２スレーブ軸制御系１３３、第３スレーブ軸制御系１３４はいずれも、第１スレーブ軸制御系１３２と共通する箇所には、相当する符号を付する。

なお、本実施形態では、多軸サーボプレス装置１のマスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４の位置や駆動する軸の本数は、予め決定されているが、必要に応じて、位置や本数を変更しても構わない。また、例えば、トルクを一定にかけたいワークの所定箇所に近い軸を、マスタ軸としてもよい。また、必要に応じて、ボールネジ３を減速機を介してサーボモータ２に接続してもよい。

（制御方法）
次に、図３及び図４を用いて、上記した実施形態にかかる多軸サーボプレス装置の制御方法について説明する。図３は、多軸サーボプレス装置の制御方法を示すフローチャートを示す。図４は、加圧プレートのモーションダイヤグラムを示す。

まず、図３及び図４に示すように、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４をそれぞれ独立して制御するように設定する（各軸独立制御ステップＳ１０）。加圧プレート５を戻端Ｐｓからトルク制御開始位置Ｐｃまで所定の速度で前進させる（加圧プレート前進ステップＳ１１、トルク位置制御開始位置到達の確認ステップＳ１２）。なお、戻端Ｐｓ、トルク制御開始位置Ｐｃ、所定の速度などは、上記したプレス加工に必要な加工条件についての情報から得ることができる。また、トルク制御開始位置Ｐｃは、ワークの成形を開始する位置又はその直前となる位置であると好ましい。

次に、加圧プレート５をトルク制御開始位置Ｐｃまで移動させると（トルク位置制御開始位置到達の確認ステップＳ１２：ＹＥＳ）、マスタ軸３１についてのトルク制御を開始するとともに、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４とを、マスタ軸３１についての現在の位置情報に基づいて位置制御を開始する（トルク位置制御開始ステップＳ２０）。例えば、マスタ軸３１のトルク値Ｔ１をトルク設定値Ｔｒ１に到達するまでに上げて、到達した後、トルク設定値Ｔｒ１のまま維持するように、マスタ軸３１についてトルク制御を行う。

マスタ軸３１のトルク値Ｔ１をトルク設定値Ｔｒ１となるようにサーボアンプ２１１に指令信号を出力する（マスタ軸のトルク指令ステップＳ２１）。位置検出部２１３がマスタ軸３１の現在の位置を検出する（マスタ軸位置の検出ステップＳ２２）。演算部１２２が、マスタ軸３１の現在の位置情報に基づいて、マスタ軸３１の現在位置に追従するように、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、及び、第３スレーブ軸３４の位置をそれぞれ演算する（スレーブ軸位置の演算ステップＳ２３）。演算部１２２が、位置指令信号をサーボアンプ２２１、２３１、２４１にそれぞれ指令信号を出力する（スレーブ軸の位置指令ステップＳ２４）。加圧プレート５を加工端Ｐｆまで到達するまで、上記したＳ２１〜Ｓ２４を繰り返し行う（加工端到達の確認ステップＳ２５）。なお、トルク制御開始位置Ｐｃは、上記したプレス加工に必要な加工条件についての情報から得ることができる。

ここで、図４に示すように、Ｓ２０〜２５において、マスタ軸３１のトルク値Ｔ１は、あらかじめ設定されたトルク設定値Ｔｒ１まで到達し、そのまま維持する。また、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４のトルク値Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、トルク設定値Ｔｒ１と同じ又はそれに近い値まで上昇し、殆ど一定のまま推移する。マスタ軸３１は、トルク制御されている。一方、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４のトルク値Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、マスタ軸３１のトルク値Ｔ１と比較して、小さくなることがあるものの、トルク値Ｔ１に追従するように変動している。つまり、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４は、いずれもマスタ軸３１のトルク制御に追従して、結果としてトルク制御されていると考えられる。つまり、多軸サーボプレス装置１は、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３及び第３スレーブ軸３４の各駆動軸をトルク制御し得て、設備能力を最大限に発揮することができる。

また、図４に示すように、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４の位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４は、マスタ軸３１の位置Ｐ１に対して、距離を生じることがほとんど無い。すなわち、多軸サーボプレス装置１は、Ｓ２０〜２５において、受圧プレート６と加圧プレート５との平行度を維持している。

次に、加圧プレート５が加工端Ｐｆに到達すると（加工端到達の確認ステップＳ２５：ＹＥＳ）、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４をそれぞれ独立して制御するように再び設定する（各軸独立制御ステップＳ３０）。まず、トルク値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４を減じるように制御し、マスタ軸３１のトルク値Ｔ１が所定の値よりも低いことを確認する（トルク値の確認ステップＳ３１）。最後に、トルク値が所定の値より低いことを確認すると（トルク値の確認ステップＳ３１：ＹＥＳ）、戻端Ｐｓまで到達するまで加圧プレート５を所定の速度で後退させる（加圧プレート後退ステップＳ３２、戻端到達の確認ステップＳ３３）。

以上、本実施形態によれば、マスタ軸３１をトルク制御でき、さらに、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４をトルク制御し得る。すなわち、設備能力の発揮し得る最大トルク値でプレス加工をして、加工工程のサイクルタイムを短縮し得るとともに、加工工程に必要なエネルギーを省き得る。また、マスタ軸３１の現在の位置情報に基づいて、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４を制御して、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４をマスタ軸３１に追従させることができる。これにより、加圧プレート５と受圧プレート６との平行度を維持できる。

なお、必要に応じて、トルク制限値を設定して、マスタ軸３１、第１スレーブ軸３２、第２スレーブ軸３３、第３スレーブ軸３４のトルク値がこのトルク制限値を超えないように制御してもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。例えば、マスタ軸を複数設けた多軸サーボプレス装置が考えられる。

１１操作盤、１２装置、２１、２２、２３、２４サーボモータ、
３１マスタ軸、３２第１スレーブ軸、３３第２スレーブ軸、
３４第３スレーブ軸、１２１加工指令部、１２２演算部、
１３１マスタ軸制御系、１３２第１スレーブ軸制御系、
１３３第２スレーブ軸制御系、１３４第３スレーブ軸制御系、
２１１、２２１、２３１、２４１サーボアンプ、
２１２、２２２、２３２、２４２エンコーダ、
２１３、２２３、２３３、２４３位置検出部、２１４荷重検出部

Claims

マスタ軸と、
スレーブ軸と、
前記マスタ軸の位置を検出する位置検出部と、
前記マスタ軸及び前記スレーブ軸の駆動をそれぞれ制御する制御手段と、
前記マスタ軸及び前記スレーブ軸の駆動によって移動する加圧プレートと、
前記加圧プレートと対向する受圧プレートと、
前記加圧プレート及び前記受圧プレートの対向する面に固定される１つの金型と、
を備える多軸サーボプレス装置であって、
前記制御手段は、
前記マスタ軸の駆動をトルク情報に基づいて制御するとともに、
前記スレーブ軸の駆動を前記マスタ軸の位置フィードバック情報に基づいて制御することを特徴とする多軸サーボプレス装置。
マスタ軸と、
スレーブ軸と、
前記マスタ軸の位置を検出する位置検出部と、
前記マスタ軸及び前記スレーブ軸をそれぞれ制御する制御手段と、
前記マスタ軸及び前記スレーブ軸の駆動によって移動する１つの加圧プレートと、
加圧プレートと対向する１つの受圧プレートと、
前記加圧プレート及び前記受圧プレートの対向する面に固定される１つの金型と、を備える多軸サーボプレス装置の制御方法であって、
前記マスタ軸の駆動をトルク情報に基づいて制御するとともに、
前記スレーブ軸の駆動を前記マスタ軸の位置フィードバック情報に基づいて制御することを特徴とする多軸サーボプレス装置の制御方法。