JP6195764B2 - プレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス装置に関する。

従来、電動サーボモータで駆動されるプレス装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のプレス装置は、ベッドと、ベッドに対して上下動可能なスライドとを備えている。ベッドには下金型が取り付けられ、スライドには上金型が取り付けられる。このプレス装置は、上金型と下金型との間に被加工物を挟み、電動サーボモータでスライドをベッドに対して下降させることにより被加工物を押圧してプレス加工を行う。

このようなプレス装置は、スライドの下死点近傍において、操作ミスや金型の寸法の不適合により、上金型と下金型とが係合したり、上金型と下金型との間に被加工物が噛み込んだ状態となったりすることによりスライドを昇降させることができなくなるスティック状態に陥る場合がある。特許文献１に記載のプレス装置では、プレス加工時におけるスライドの下降時には、電動サーボモータの負荷トルクを第１の制限値以下に制限する。そして、スティック状態となった場合には、上述の第１の制限値よりも大きな第２のトルク制限値によるトルク制限をかけた状態で電動サーボモータを逆回転させることにより、プレス装置はスティック状態からの離脱を行う。

特開２００４−１７４５６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプレス装置では、スティック状態からの離脱時において、電動サーボモータに第２のトルク制限値によるトルク制限をかけ、このトルク制限の範囲で電動サーボモータを連続的に駆動する。このため、電動サーボモータをその最大許容出力近くのトルクで駆動することは難しい。したがって、トルクが不十分となって、プレス装置がスティック状態から離脱できない場合があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、スティック状態から好適に離脱することのできるプレス装置を提供することを目的とする。

本発明に係るプレス装置は、昇降可能に設けられたスライドと、回転運動によりスライドを昇降させる偏心軸と、偏心軸を回転駆動するサーボモータと、サーボモータの動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、スティック状態が発生した場合に、サーボモータの定格トルクを超えるインパルス状のトルクをサーボモータに出力させる。

本発明に係るプレス装置によれば、スティック状態が発生した場合に、サーボモータの定格トルクを超えるインパルス状のトルクをサーボモータに出力させる。これにより、急峻な立ち上がり特性を有する力がスライドに加えられ、スライドの昇降不能な状態が解消される。したがって、スティック状態から好適に離脱することが可能となる。

制御部は、サーボモータにインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、サーボモータのトルクをゼロとするように制御してもよい。この場合、サーボモータが常時トルクを出力することがなくなるため、サーボモータの発熱が緩和される。

制御部は、サーボモータにインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、バックラッシュ補償が可能なトルクを出力させるようにサーボモータのトルクを制御してもよい。この場合、インパルス状のトルクを出力させる前及び後において、サーボモータはトルクを発生し、バックラッシュ補償を行う。したがって、サーボモータやサーボモータと連結された減速機に設けられたギアの歯同士の衝突（衝撃）によるギアの疲労を抑制することができる。

制御部は、インパルス状のトルクを断続的に複数回出力させるようにサーボモータのトルクを制御してもよい。この場合、インパルス状のトルクを１回出力させただけではスティック状態からの離脱ができない場合であっても、インパルス状のトルクを複数回出力させることにより、より好適にスティック状態からの離脱を行うことができる。

本発明によれば、スティック状態から好適に離脱することができる。

本発明の実施形態に係るプレス装置の正面視断面図である。 図１のII−II線矢視図である。 プレス装置の制御に係る機能ブロックを示す図である。 サーボモータのインパルス状のトルクの時間変化の一例を示すグラフである。 サーボモータのトルクの時間変化の一例を示すグラフである。 サーボモータのトルクの時間変化の別の一例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるプレス装置の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るプレス装置の正面視断面図である。図２は、図１のII‐II線矢視図である。なお、以下の説明において、水平面内の一の方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸に垂直な方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする。

図１及び図２に示すように、プレス装置１は、フレーム２と、ベッド３と、を備える。フレーム２及びベッド３は、鉛直方向に延びる４本のタイロッド４により結合されている。

フレーム２には、偏心軸としてのエキセン軸５が取り付けられている。なお、偏心軸としてクランク軸を用いてもよい。エキセン軸５は、水平方向（Ｘ軸方向）に延在する。エキセン軸５の軸方向中心部には、偏心部５ａが設けられている。エキセン軸５において、偏心部５ａの両端には、一対の同軸部５ｂ，５ｂが設けられている。一対の同軸部５ｂ，５ｂは、フレーム２に回転自在に支持されている。偏心部５ａ及び同軸部５ｂは、ともに、円柱形状を有する。偏心部５ａの径は、同軸部５ｂの径よりも大きくされている。エキセン軸５の軸線方向から見た場合に、偏心部５ａの中心軸は、同軸部５ｂの中心軸に対して、ずれている。エキセン軸５には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構（不図示）が連結されている。エキセン軸５は、この駆動機構により、回転駆動される。

エキセン軸５の偏心部５ａには、スライド７が取り付けられている。スライド７は、ベッド３に対向して配置されている。スライド７には、摺動室７ｈが設けられている。摺動室７ｈは、エキセン軸５の軸方向（Ｘ軸方向）と直交する水平方向（Ｙ軸方向）に、スライド７を貫通する。スライド７は、スライドガイドにより、上下方向（Ｚ軸方向）への移動が案内される。

スライド７の摺動室７ｈには、ヨーク６が嵌められている。ヨーク６は、摺動室７ｈにおいて、Ｙ軸方向に摺動自在とされている。ヨーク６には、エキセン軸５の偏心部５ａが嵌められ、エキセン軸５の軸方向回りに回転自在とされている。なお、以下の説明において、エキセン軸５、エキセン軸５に連結されたサーボモータ等の駆動機構、エキセン軸５と駆動機構との間に設けられた減速機、及びヨーク６を含めた部分をスライド駆動部と称する。

このような構成により、駆動機構を作動させると、エキセン軸５が回転する。エキセン軸５の回転に伴って、ヨーク６がＹ軸方向の動きとＺ軸方向の動きとを組み合わせた動作を行う。このヨーク６の動作に伴い、スライド７が、スライドガイドに案内されて上下方向に移動する。このようにして、スライド７は、ベッド３に対して可動とされ、昇降可能に設けられている。

スライド７の下部には、ダイクッション８と、ダイクッション８を制御する油圧シリンダ９が設けられている。油圧シリンダ９は、枠体１０と、ピストン１２とを備える。枠体１０の内部には、油室１１が設けられる。ピストン１２は、油室１１の内側に、上下方向に移動可能な状態で収容されている。油室１１は、ピストン１２により、上側油室１１ａと下側油室１１ｂとに区切られている。

プレス装置１は、さらに、サーボバルブ１３ａ，１３ｂを備える。サーボバルブ１３ａは、配管１４ａを介して上側油室１１ａに連結されている。サーボバルブ１３ａは、上側油室１１ａ内の油の量を調整する。サーボバルブ１３ｂは、配管１４ｂを介して下側油室１１ｂに連結され、下側油室１１ｂ内の油の量を調整する。

ピストン１２には、鉛直方向下向きに延びるシリンダロッド１５が取り付けられている。シリンダロッド１５の、ピストン１２と反対側の端部には、上金型１６（第２の金型）が取り付けられている。すなわち、上金型１６は、ピストン１２の動作により、スライド７に対して鉛直方向に可動な状態で、スライド７に設けられている。

ベッド３の上部には、下金型１７が設けられている。プレス装置１は、スライド７をベッド３に対して降下させて、上金型１６と下金型１７でワークＷ（被成形品）を挟み込み、さらに上金型１６に対しピストン１２で鉛直方向の荷重を調整することで、ワークＷにかかる荷重を調整して、ワークＷに対して所望の成形加工を行う。

次に、図３を参照して、プレス装置１の制御に係る機能ブロックについて説明する。プレス装置１は、上述したように昇降可能に設けられたスライド７と、回転運動によりスライド７を昇降させるエキセン軸５と、エキセン軸５を回転駆動するサーボモータ２１と、サーボモータ２１の動作を制御する制御部２２と、スライド７がスティック状態となっているか否かを検出するスティック状態検出部２３と、を備えている。

ここで、スティック状態とは、スライド７が下死点近傍にある場合において、サーボモータ２１が通常のトルクを出力してもスライド７を昇降させることができなくなる状態をいう。このようなスティック状態は、例えば操作者による操作ミスや金型の寸法の不適合により、上金型１６と下金型１７とが係合したり、上金型１６と下金型１７との間にワークが噛み込んだ状態となったりすることにより発生し得る。

制御部２２は、サーボモータ２１に対して、位置、速度、又はトルク等の指令を出力する。サーボモータ２１は、制御部からの位置、速度、又はトルク等の指令に基づいた位置、速度、又はトルク等で回転する。通常の運転時においては、制御部２２は、サーボモータ２１の出力トルクが定格トルクの範囲内となるように、サーボモータ２１の回転動作を制御する。

スティック状態検出部２３は、例えば、スライド７の変位とサーボモータ２１のトルクとを検出し、サーボモータ２１が一定以上のトルクを出力していながらもスライド７の変位が変化しない場合等に、スティック状態が発生したと判定する。なお、プレス装置１にスティック状態検出部２３を設ける代わりに、プレス装置１の操作者が、スティック状態が発生したことを例えば目視で発見するようにしてもよい。

スライド７がスティック状態となった場合に、制御部２２は、サーボモータ２１にインパルス状のトルクを発生させる。このインパルス状のトルクは、そのピーク値がサーボモータ２１の定格トルクを超えるものである。サーボモータ２１の定格トルクは、具体的には、サーボモータ２１の連続運転時における連続定格トルクである。

インパルス状のトルクの時間変化の一例を図４に示す。図４の横軸は時間を示す。図４の縦軸はサーボモータのトルクを示す。まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、サーボモータ２１のトルクは、０からピーク値Ｎｉまで増加する。このピーク値Ｎｉは、連続定格トルクＮｃを超える値である。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの立ち上がり時間ｔｒは、サーボモータ２１及び制御部２２の電気回路特性にも依存するが、例えば１００マイクロ秒〜１ミリ秒程度であることが好ましい。

次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、サーボモータ２１のトルクは、ピーク値Ｎｉのまま一定値で推移する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までのインパルス幅ｔｈは、例えば０〜１秒程度である。

最後に、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に、サーボモータ２１のトルクは、ピーク値Ｎｉから０まで減少する。以上のように、サーボモータ２１のトルクが極めて短時間で急峻に立ち上がり、その後継続的にトルクが維持されることなく、短時間でトルクが戻るようなトルクを、本実施形態では「インパルス状のトルク」に該当する。このようなサーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させるように制御することにより、一瞬ではあるものの、サーボモータ２１をその最大許容出力近くのトルクで駆動させることが可能となる。例えば、ピーク値Ｎｉとして、連続定格トルクＮｃの３００％を超える出力を得ることもできる。

なお、インパルス状のトルクにおいては、特に時刻ｔ１からｔ２までの間にトルクが急峻に立ち上がることが、スティック状態からの離脱のためには特に効果的である。したがって、例えば、時刻ｔ２以後に、図４の一点鎖線の曲線で示すように、トルクがピーク値Ｎｉから指数関数的に減少するように変化してもよい。

制御部２２は、上述したようなインパルス状のトルクを１回だけサーボモータ２１に出力させてもよいし、断続的に複数回出力させてもよい。図５は、サーボモータ２１にインパルス状のトルクを複数回出力させる場合の、サーボモータ２１のトルクの時間変化の一例を示す図である。

図５（Ａ）は、一定の間隔でサーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させた場合の、サーボモータ２１のトルクの時間変化を示す。図５（Ｂ）は、インパルス状のトルクを１回発生させた後、スティック状態検出部２３が、まだスティック状態が継続していることを検出した場合に、再度インパルス状のトルクを発生させることとした場合の、サーボモータ２１のトルクの時間変化を示す。図５（Ｂ）では、３回のインパルス状のトルクを発生させた場合を示している。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）のいずれの場合にも、制御部２２は、サーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、サーボモータ２１のトルクをゼロとするように制御している。また、インパルス状のトルクのピーク値Ｎｉは、連続定格トルクＮｃを上回っている。

図６は、サーボモータ２１にインパルス状のトルクを複数回出力させた場合の、サーボモータ２１のトルクの時間変化の別の一例を示す図である。図６（Ａ）は、図５（Ａ）と略同様の波形であるが、サーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、０でないトルクＮｂを出力させる点で異なっている。トルクＮｂは、バックラッシュ補償可能なトルクである。すなわち、サーボモータにトルクＮｂを出力させておくことにより、サーボモータや不図示の減速機に設けられたギアを、当該ギアと組み合わされるギアの歯に押し当てておき、ギアの歯同士の衝突（衝撃）によるギアの疲労を抑制する。なお、図６（Ａ）では、トルクＮｂがインパルス状のトルクと同方向の場合を示しているが、トルクＮｂは、インパルス状のトルクと逆の方向であってもよい。

図６（Ｂ）は、図５（Ｂ）と略同様の波形であるが、サーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、バックラッシュ補償可能なトルクＮｂを出力させる点で異なっている。なお、トルクを出力する回転方向は特に限定されず、正方向の回転に係るトルクを出力してもよく、負方向の回転に係るトルクを出力してもよい。

図６（Ｃ）は、図５（Ａ）において、インパルス状のトルクを出力するタイミングで、インパルス状のトルクの代わりにインパルス状のトルクと逆の方向でピーク値が−Ｎａのトルクを出力させた例を示している。

以上説明したように、本発明に係るプレス装置１によれば、スティック状態が発生した場合に、サーボモータ２１の定格トルクを超えるインパルス状のトルクをサーボモータ２１に出力させる。これにより、急峻な立ち上がり特性を有する力がスライド駆動部に加えられ、スライドの昇降不能な状態が解消される。したがって、例えば金型を破壊したりする等の方法によらずとも、スティック状態から好適に離脱することが可能となる。

また、制御部２２がサーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、サーボモータ２１のトルクをゼロとするように制御した場合には、サーボモータ２１が常時トルクを出力することがなくなるため、サーボモータ２１の発熱が緩和される。

さらに、制御部がサーボモータ２１にインパルス状のトルクを出力させる前及び後において、バックラッシュ補償が可能なトルクを出力させるようにサーボモータ２１のトルクを制御した場合には、インパルス状のトルクを出力させる前及び後において、サーボモータ２１はトルクを発生し、バックラッシュ補償を行う。したがって、サーボモータ２１やサーボモータ２１と連結された減速機に設けられたギアの歯同士の衝突（衝撃）によるギアの疲労を抑制することができる。

また、制御部２２が、インパルス状のトルクを断続的に複数回出力させるようにサーボモータ２１のトルクを制御した場合には、インパルス状のトルクを１回出力させただけではスティック状態からの離脱ができない場合であっても、インパルス状のトルクを複数回出力させることにより、より好適にスティック状態からの離脱を行うことができる。

１…プレス装置、５…エキセン軸（偏心軸）、７…スライド、２１…サーボモータ、２２…制御部。

Claims (3)

1. 昇降可能に設けられたスライドと、
   回転運動により前記スライドを昇降させる偏心軸と、
   前記偏心軸を回転駆動するサーボモータと、
   前記サーボモータの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、スティック状態が発生した場合に、前記サーボモータの定格トルクを超えるインパルス状のトルクを前記サーボモータに出力させ、
   前記制御部は、前記サーボモータに前記インパルス状のトルクを出力させる前及び後において、前記サーボモータのトルクをゼロとするように制御する、プレス装置。
2. 前記制御部は、前記インパルス状のトルクを断続的に複数回出力させるように前記サーボモータのトルクを制御する、請求項１に記載のプレス装置。
3. 昇降可能に設けられたスライドと、
   回転運動により前記スライドを昇降させる偏心軸と、
   前記偏心軸を回転駆動するサーボモータと、
   前記サーボモータの動作を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、スティック状態が発生した場合に、前記サーボモータの定格トルクを超えるインパルス状のトルクを前記サーボモータに出力させ、
   前記制御部は、前記サーボモータに前記インパルス状のトルクを出力させる前及び後において、バックラッシュ補償が可能なトルクを出力させるように前記サーボモータのトルクを制御する、プレス装置。

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