JP6312622B2 - クランクプレスおよびプレス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸を回転させてワークの加工を行うクランクプレスと、そのクランクプレスを用いたプレス加工方法に関する。

クランクプレスは、例えば本発明の実施形態である図１に示すように、プレス本体１に両端部を回転自在に支持されたクランク軸３と、モータ１２で回転駆動されるフライホイール１１と、クランク軸３とフライホイール１１の接続と切断を切り換えるクラッチ１４と、クランク軸３の制動を行うブレーキ１５とを備え、ブレーキ１５を切った状態で、クラッチ１４でクランク軸３とフライホイール１１を接続してクランク軸３を回転させることにより、クランク軸３にコンロッド（コネクティングロッド）９で連結されたスライド８を往復動させて、スライド８とその下方のボルスタ１０にそれぞれ取り付けられた上下の金型（図示省略）でワーク（被成形材料）の加工（成型）を行うものが多い。

ところで、上記のようなクランクプレスでは、鍛造等のプレス加工時のスライド８の速度（加工速度）が遅い方が成型品にしわや亀裂が発生しにくく、成型の精度が高まるという知見がある。このため、例えば特許文献１、２では、成型精度の向上を図るため、プレス加工中にスライド８を自然に減速させることが提案されている。

具体的には、図３に示すように、クラッチ１４を切ってフライホイール１１と切断したクランク軸３をブレーキ１５で停止させることにより、スライド８を待機位置で保持し、モータ１２によってフライホイール１１を所定の回転数（図３では６０ｒｐｍ）で回転させている状態（ステップＢ_１）から、クラッチ１４を入れてフライホイール１１とクランク軸３を接続すると同時にブレーキ１５を切ることにより、クランク軸３を回転させてスライド８を待機位置から下降させ（ステップＢ_２）、スライド８が加工開始位置まで下降すると、モータ１２の電源を切ってモータ１２を空転状態とする。すると、ワークの加工が進むにつれてフライホイール１１の回転エネルギーが消費され、フライホイール１１にはモータ１２からのエネルギーの補充がないため、フライホイール１１の回転数が減少し（図３では４０ｒｐｍまで）、スライド８の速度が低下する（ステップＢ_３）ので、成型精度の向上を図ることができる。

そして、特許文献１、２では、上記のようにスライド８を減速させながらワークの加工を行うことに伴い、加工終了後は、モータ１２を空転させたままで、フライホイール１１に残存する回転エネルギーを利用してスライド８を待機位置まで上昇させ（ステップＢ_４）、スライド８が待機位置に戻ると、ブレーキ１５でクランク軸３を停止させてスライド８を待機位置に保持すると同時に、クラッチ１４を切ってフライホイール１１とクランク軸３との接続を切断し、モータ１２の電源を入れてモータ１２を駆動することにより、フライホイール１１を所定の回転数まで増速する（ステップＢ_５）ようにしている。

特開２０１３−２７９１０号公報 特開２０１３−２７９１１号公報

上記特許文献１、２に記載されているように、加工開始時にモータの電源を切って加工中にスライドを自然に減速させると、１つの工程が終了するごとに、モータの電源を入れなおしてフライホイールを増速するステップ（図３のステップＢ_５）が必要となる。そして、このフライホイールの増速ステップに時間がかかることが、特に１つのワークに対して複数工程の加工を行う場合に、クランクプレスの作業効率を大きく低下させるおそれがある。

そこで、本発明は、モータを空転させながらワークの加工を行うクランクプレスの作業効率を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のクランクプレスは、プレス本体に両端部を回転自在に支持されたクランク軸と、モータで回転駆動されるフライホイールと、前記クランク軸とフライホイールの接続と切断を切り換えるクラッチとを備え、前記クラッチによって接続されたフライホイールとクランク軸が回転している状態で、前記モータの電源を切ってモータを空転させながら、前記クランク軸の回転によってワークの加工を行うクランクプレスにおいて、前記モータの空転中に前記ワークに対する複数工程の加工を連続して行えるようにした。

上記の構成によれば、ワークに対して連続して行われる２つの工程において、先行工程の加工によって減速したフライホイールに残存する回転エネルギーよりも後続工程の加工に要するエネルギーが小さい場合は、先行工程の加工が終了した後も、モータを空転させたまま、フライホイールに残存する回転エネルギーを利用して後続工程の加工を行うようにして、先行工程の加工終了後にフライホイールを増速する期間をなくすことができるので、作業効率の向上が図れる。

ここで、前記モータとしてはサーボモータを用いることが望ましい。汎用モータに比べて応答性に優れるサーボモータを、フライホイールを回転駆動するモータに用いれば、先行工程の加工開始に正確に同期させてモータを駆動状態から空転状態に移行させることができるので、加工速度のバラツキが抑えられ、成型精度の向上を図りやすくなる。

また、本発明のプレス加工方法は、プレス本体に両端部を回転自在に支持されたクランク軸と、モータで回転駆動されるフライホイールと、前記クランク軸とフライホイールの接続と切断を切り換えるクラッチとを備えたクランクプレスを用い、前記クラッチによって接続されたフライホイールとクランク軸が回転している状態で、前記モータの電源を切ってモータを空転させながら、前記クランク軸の回転によってワークの加工を行うプレス加工方法において、前記ワークに対して複数工程の加工を連続して行う場合に、前記複数工程のうちで連続する所定の２工程については、そのうちの先行工程の加工を行った後、前記モータを空転させたまま後続工程の加工も行うようにしたものである。

本発明は、上述したように、モータを空転させながらワークの加工を行うクランクプレスにおいて、ワークに対して複数工程の加工を連続して行う場合に、連続する所定の２つの工程については、先行工程の加工を行った後、モータを空転させたまま後続工程の加工も行って、先行工程の加工終了後にモータを駆動してフライホイールを増速する期間をなくせるようにしたので、クランクプレスの作業効率の向上を図ることができる。

実施形態のクランクプレスの構成概略図 実施形態のプレス加工方法におけるクランクプレスの動作サイクルを示すグラフ 従来のプレス加工方法におけるクランクプレスの動作サイクルを示すグラフ

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示す実施形態のクランクプレスは、前述のように、プレス本体１に両端部を回転自在に支持されたクランク軸３と、モータ１２で回転駆動されるフライホイール１１と、クランク軸３とフライホイール１１の接続と切断を切り換えるクラッチ１４と、クランク軸３の制動を行うブレーキ１５とを備え、クラッチ１４によって接続されたフライホイール１１とクランク軸３が回転している状態で、モータ１２の電源を切ってモータ１２を空転させながら、クランク軸３の回転によってワークの加工を行うものである。

前記プレス本体１は、上部フレーム４と下部フレーム５とが、クランク軸３の両端部を支持する両側のサイドフレーム２を挟んだ状態で、タイロッド６とナット７によって連結されている。また、前記クランク軸３の長手方向中央部にはスライド８がコンロッド９で連結され、下部フレーム５の上面にはボルスタ１０が固定されている。そして、クランク軸３の回転に伴って、スライド８が上下に一定のストロークで往復動し、スライド８とボルスタ１０にそれぞれ取り付けられた上下の金型（図示省略）でワークの加工を行うようになっている。

前記モータ１２は、サーボモータが用いられており、ベルト１３を介してフライホイール１１を回転駆動するようになっている。なお、モータ１２には汎用モータを用いることもできるが、この実施形態のように応答性に優れるサーボモータを用いたほうが、駆動状態から空転状態への移行を正確なタイミング行うことができ、加工時のスライド８の速度（加工速度）のバラツキを抑えて成型精度の向上を図りやすいので好ましい。

前記クラッチ１４は、エア圧供給装置２０からエア圧が付与されるピストン式のシリンダ１４ａと、クランク軸３の一端に取り付けられる摩擦プレート１４ｂとからなり、エア圧供給装置２０が所定値以上のエア圧を付与すると（クラッチ１４を入れると）、シリンダ１４ａでフライホイール１１を摩擦プレート１４ｂに押し付けることにより、クランク軸３とフライホイール１１とを接続して、フライホイール１１の回転トルクをクランク軸３に伝達するものである。そして、エア圧供給装置２０が付与するエア圧を所定値より小さくすると（クラッチ１４を切ると）、フライホイール１１が摩擦プレート１４ｂから離れ、フライホイール１１とクランク軸３との接続が切断されるようになっている。

次に、図２に基づいて、このクランクプレスで１つのワークに対して３工程（第１〜第３工程）の加工を連続して行う場合の動作について説明する。

このクランクプレスでの第１工程開始前から第１工程終了までの動作（ステップＡ_１〜Ａ_４）は、前述の従来のクランクプレスの動作（図３のステップＢ_１〜Ｂ_４）と同じである。すなわち、第１工程開始前には、クラッチ１４を切ってフライホイール１１と切断したクランク軸３をブレーキ１５で停止させることにより、スライド８を待機位置で保持し、モータ１２によってフライホイール１１を所定の回転数（図２では６０ｒｐｍ）で回転させておく（ステップＡ_１）。

そして、ステップＡ_１の状態から、クラッチ１４を入れてフライホイール１１とクランク軸３を接続すると同時にブレーキ１５を切ることにより、クランク軸３を回転させてスライド８を待機位置から下降させ（ステップＡ_２）、スライド８が加工開始位置まで下降すると、モータ１２の電源を切ってモータ１２を空転状態とする。すると、ワークの加工が進むにつれてフライホイール１１の回転エネルギーが消費され、フライホイール１１にはモータ１２からのエネルギーの補充がないため、フライホイール１１の回転数が減少し（図２では５５ｒｐｍまで）、スライド８の速度が低下する（ステップＡ_３）。ステップＡ_３の加工が終了した後は、モータ１２を空転させたままで、フライホイール１１に残存する回転エネルギーを利用してスライド８を待機位置まで上昇させる（ステップＡ_４）。

上記のようにして第１工程が行われ、スライド８が待機位置に戻ると、そのまますぐに第２工程に入る。すなわち、モータ１２を空転させたまま、フライホイール１１に残存する回転エネルギーによりクランク軸３を回転させてスライド８を待機位置から下降させ（ステップＡ_２’）、第２工程の加工を行う（ステップＡ_３）。加工終了後には、フライホイール１１はさらに減速しているが（図２では５０ｒｐｍ）、そのフライホイール１１に残存する回転エネルギーを利用してスライド８を待機位置まで上昇させる動作（ステップＡ_４）は、第１工程と同じである。そして、第２工程終了後は、第２工程と同じくモータ１２を空転させたまま、第３工程のステップＡ_２’〜Ａ_４を行う。

このようにして１つのワークに対する３つの工程が終了すると、次のワークの第１工程に備えて、第３工程の加工でさらに減速した（図２では４０ｒｐｍ）フライホイール１１を所定の回転数に戻るまで増速する（ステップＡ_５）。このステップＡ_５の動作は、前述の従来のクランクプレスの動作（ステップＢ_５）と同じである。すなわち、第３工程が終了して、スライド８が待機位置に戻ると、ブレーキ１５でクランク軸３を停止させてスライド８を待機位置に保持すると同時に、クラッチ１４を切ってフライホイール１１とクランク軸３との接続を切断し、モータ１２の電源を入れてモータ１２を駆動することにより、フライホイール１１の増速を行う。

この実施形態では、上述したように、１つのワークに対して３つの工程の加工を連続して行う場合に、第１工程の加工を行った後、モータ１２を空転させたまま、第２工程、第３工程の加工を行うようにしている。したがって、従来のように各工程間でモータ１２を駆動してフライホイール１１を所定の回転数に戻るまで増速するのに比べて、そのフライホイール１１の増速期間（図３のステップＢ_５の部分）をなくせる分だけ、クランクプレスの作業効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上述したように１つのワークに対して３工程の加工を連続して行う場合だけでなく、連続して行う工程が２工程の場合や、４工程以上の場合にももちろん適用できる。また、連続して３工程以上行う場合は、少なくとも１つの工程間でフライホイールの増速期間をなくすようにすればよい。そして、どの工程間でフライホイールの増速期間をなくすかは、予め、第１工程開始時のフライホイールの回転エネルギーと各工程の加工に要するエネルギーの予測値に基づいて決めておくことができる。あるいは、工程設計の際に、第２工程以降の所定の工程において、加工に要するエネルギーがその直前の工程終了後のフライホイールに残存する回転エネルギーよりも小さくなるようにしてもよい。

１ プレス本体
３ クランク軸
８ スライド
９ コンロッド
１０ ボルスタ
１１ フライホイール
１２ モータ
１４ クラッチ
１５ ブレーキ
２０ エア圧供給装置

Claims (4)

1. プレス本体に両端部を回転自在に支持されたクランク軸と、前記クランク軸に連結され、クランク軸の回転に伴って往復動するスライドと、モータで回転駆動されるフライホイールと、前記クランク軸とフライホイールの接続と切断を切り換えるクラッチとを備え、前記クラッチによって接続されたフライホイールとクランク軸が回転している状態で、前記モータの電源を切ってモータを空転させながら、前記クランク軸の回転によってワークの加工を行うクランクプレスにおいて、
   前記モータの空転中に、前記ワークに対する複数工程の加工を、前記クランク軸およびスライドを停止させることなく連続して行えるようにしたことを特徴とするクランクプレス。
2. 前記モータとしてサーボモータを用いたことを特徴とする請求項１に記載のクランクプレス。
3. プレス本体に両端部を回転自在に支持されたクランク軸と、前記クランク軸に連結され、クランク軸の回転に伴って往復動するスライドと、モータで回転駆動されるフライホイールと、前記クランク軸とフライホイールの接続と切断を切り換えるクラッチとを備えたクランクプレスを用い、前記クラッチによって接続されたフライホイールとクランク軸が回転している状態で、前記モータの電源を切ってモータを空転させながら、前記クランク軸の回転によってワークの加工を行うプレス加工方法において、
   前記ワークに対して複数工程の加工を連続して行う場合に、前記複数工程のうちで連続する所定の２工程については、そのうちの先行工程の加工を行った後、前記モータを空転させたまま、前記クランク軸およびスライドを停止させることなく後続工程の加工も行うようにしたことを特徴とするプレス加工方法。
4. 前記複数工程の工程設計の際に、前記複数工程のうちの第２工程以降の所定の工程において、加工に要するエネルギーがその直前の工程終了後のフライホイールに残存する回転エネルギーよりも小さくなるようにしておくことを特徴とする請求項３に記載のプレス加工方法。

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