JP6419881B2 - クランクプレスの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対して複数工程の加工を連続して行うクランクプレスの制御方法に関する。

一般的なクランクプレスでは、例えば図１に示すように、プレス本体１に回転自在に支持されたクランク軸２と、クランク軸２の一端にクラッチ３で連結されたフライホイール４と、フライホイール４を回転駆動するモータ５と、クランク軸２の他端に取り付けられてクランク軸２の制動を行うブレーキ６とを備え、クラッチ３を入れてブレーキ６を切った状態で、モータ５でフライホイール４とクランク軸２を回転させることにより、クランク軸２にコネクティングロッド７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９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、プレス加工中にスライドを自然に減速させて、成型精度の向上を図ることが提案されている。

例えば、特許文献１で提案されているクランクプレスの制御方法では、その加工工程の最初のステップとして、クラッチが切られるとともに、ブレーキがクランク軸を停止させてスライドが待機位置で保持されている状態で、モータでフライホイールを所定速度で回転させておき、次のステップで、クラッチを入れると同時にブレーキを切ることにより、クランク軸を回転させてスライドを下降させ、スライドが加工開始位置に達すると、モータの電源を切ってモータを空転させている。すなわち、ワークの加工が進むにつれて、フライホイールの回転エネルギーが消費されてフライホイールの速度が低下し、スライドが減速するようにしている。

そして、加工終了後に、スライドがフライホイールに残存する回転エネルギーによって待機位置に戻ると、次のワークの加工の準備として、ブレーキでクランク軸を停止させると同時にクラッチを切り、モータの電源を入れてフライホイールを所定速度まで増速するようにしている。

ところが、このようにワークの加工開始時にモータの電源を切り、加工終了後にモータの電源を入れなおす方法では、１つのワークに対して複数工程の加工を行うクランクプレスの場合、各工程間でクランク軸を停止させてフライホイールを所定速度まで増速するのに時間がかかることが作業効率の低下につながる。

これに対して、特許文献２では、１つのワークに対して複数工程の加工を行う場合に、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うことにより、先行工程の加工終了後にクランク軸を停止させてフライホイールを増速する期間をなくすことが提案されている。

図３は、上記特許文献２のクランクプレスの制御方法により、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例を示す。この例でも、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、前述の特許文献１の場合と同じである。すなわち、第１工程開始前には、クラッチを切ってクランク軸をブレーキで停止させることによりスライドを待機位置で保持し、モータでフライホイールを所定速度（図３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、クラッチを入れると同時にブレーキを切ることにより、クランク軸を回転させてスライドを下降させ（ステップＡ_２）、スライドが加工開始位置まで下降すると、モータの電源を切ってモータを空転させる。すると、ワークの加工が進むにつれて、フライホイールの速度が低下し（図３では５５ｒｐｍまで）、スライドが減速する（ステップＡ_３）。ステップＡ_３の加工が終了した後は、フライホイールに残存する回転エネルギーによりスライドを待機位置まで上昇させる（ステップＡ_４）。

第１工程が終了してスライド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、モータを空転させたまま、クランク軸を回転させてスライドを下降させ（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、フライホイールの速度はさらに低下しているが（図３では５０ｒｐｍ）、スライド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を空転させたまま、第３工程のステップＡ_２’〜Ａ_４を行う。

第３工程が終了してスライドが待機位置に戻ると、次のワークの第１工程に備えて、ブレーキでクランク軸を停止させると同時にクラッチを切り、モータの電源を入れて、第３工程の加工でさらに減速した（図３では４０ｒｐｍ）フライホイールを所定速度まで増速する（ステップＡ_５）。

この制御方法によれば、特許文献１のように各工程間でフライホイールを所定速度まで増速するのに比べて、そのフライホイールの増速期間をなくせる分だけ、作業効率を向上させることができる。

特開２０１３−０２７９１０号公報 特開２０１６−１７９４９３号公報

上記特許文献２で提案されているクランクプレスの制御方法では、１つのワークに対して複数工程の加工を連続して行う場合に、各工程が終了するごとにクランク軸を停止させてフライホイールを増速する方法よりも作業効率は上がるが、後工程になるほど加工速度が遅くなる。ここで、後工程の加工速度がその加工に適した速度範囲内であれば、前述のように速度が遅い方が成型の精度が高まるという知見もあるが、加工に適した速度はその加工の形態によって異なるので、後工程の加工速度が適正速度範囲よりも遅くなると、かえって成型精度が低下し、欠肉等の不良が生じやすくなるおそれがある。

そこで、本発明は、ワークに対して複数工程の加工を連続して行うクランクプレスにおいて、作業効率を確保しつつ成型精度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、本発明は、プレス本体に回転自在に支持されたクランク軸と、前記クランク軸の端部にクラッチで連結されたフライホイールと、前記フライホイールを回転駆動するモータとを備え、ワークに対して複数工程の加工を連続して行うクランクプレスの制御方法において、前記ワークに対して前記複数工程の各工程の加工を行う前に、前記フライホイールの回転速度が各工程に対してそれぞれ予め設定された目標速度となるように、前記モータの回転速度制御を行う構成を採用した。

上記の構成によれば、ワークに対して連続して行われる複数の工程の各工程に対して、予めその工程の加工形態によって決まる適正加工速度に対応するフライホイールの目標速度を設定しておき、連続する２つの工程のうちの先行工程の加工終了から後続工程の加工開始までの間に、モータでフライホイールの回転速度を後続工程の目標速度とすることにより、１つのワークに対して行われる全工程に要する時間を抑えるとともに、各工程の加工を適正加工速度で行うことができる。

ここで、前記モータとしては、汎用モータよりも応答性に優れるサーボモータを用いることが好ましい。

本発明は、上述したように、ワークに対して複数工程の加工を連続して行うクランクプレスにおいて、各工程の加工を行う前に、クランク軸に取り付けられたフライホイールの回転速度が各工程に対してそれぞれ予め設定された目標速度となるように、フライホイールを回転駆動するモータの回転速度制御を行うようにしたので、１つのワークに対して行われる全工程に要する時間を抑えて作業効率を確保しつつ、各工程の加工を適正加工速度で行って成型精度を向上させることができる。

一般的なクランクプレスの構成概略図 実施形態の制御方法によるクランクプレスの動作サイクルを示すグラフ 従来の制御方法によ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。実施形態の制御方法を適用したクランクプレスは、前述の図１に示した一般的なものである。すなわち、このクランクプレスは、前述のように、プレス本体１に回転自在に支持されたクランク軸２と、クランク軸２の一端にクラッチ３で連結されたフライホイール４と、フライホイール４を回転駆動するモータ５と、クランク軸２の他端に取り付けられてクランク軸２の制動を行うブレーキ６とを備え、クラッチ３を入れてブレーキ６を切った状態で、モータ５でフライホイール４とクランク軸２を回転させることにより、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１０と下部フレーム１１とが、クランク軸２の両端部を支持する両側のサイドフレーム１２を挟んだ状態で、タイロッド１３とナット１４によって連結されている。また、前記クランク軸２の長手方向中央部にはスライド８がコネクティングロッド７で連結され、下部フレーム１１の上面にはボルスタ９が固定されている。そして、クランク軸２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９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。

前記クラッチ３は、エア圧供給装置１５からシリンダ１６に所定値以上のエア圧を付与すると（クラッチ３を入れると）、シリンダ１６がフライホイール４をクランク軸２の一端に取り付けられた摩擦プレート１７に押し付けることにより、フライホイール４とクランク軸２とを接続し、エア圧供給装置１５が付与するエア圧を所定値より小さくすると（クラッチ３を切ると）、フライホイール４が摩擦プレート１７から離れてクランク軸２との接続が切断されるようになっている。

また、前記モータ５は、サーボモータが用いられており、ベルト１８を介してフライホイール４を回転駆動するようになっている。なお、モータには可変速の汎用モータを用いることもできるが、サーボモータの方が汎用モータよりも応答性に優れるので好ましい。

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の制御方法では、予め第１〜第３の各工程に対して、その工程の加工形態によって決まる適正加工速度に対応するフライホイール４の目標速度を設定しておく。ここでは、フライホイール４の目標速度が、第１工程は５５ｒｐｍ、第２工程は５０ｒｐｍで、第３工程は第１、第２工程よりも高い６０ｒｐｍと設定されたものとする。

実際のプレス作業を行う際には、まず、第１工程開始前に、従来と同じく、クラッチ３を切ってクランク軸２をブレーキ６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５でフライホイール４を第１工程の目標速度（５５ｒｐｍ）で回転させておく（ステップＳ_１）。

そして、第１工程では、ステップＳ_１の状態から、クラッチ３を入れると同時にブレーキ６を切ることにより、クランク軸２を回転させてスライド８を待機位置から下降させて（ステップＳ_２）、フライホイール４の回転速度を目標速度に保持しながらワークの加工を行う（ステップＳ_３）。加工終了後は、モータ５を制御してフライホイール４を第２工程の目標速度（５０ｒｐｍ）に変更しながら、スライド８を待機位置まで上昇させる（ステップＳ_４）。

上記のように第１工程の加工が行われてスライド８が待機位置に戻り、第２工程に入ると、まず、クラッチ３を切ってブレーキ６でクランク軸２を停止させ、スライド８を待機位置で保持した状態で加工の準備を行う（ステップＳ_１）。そして、準備が整いしだい、クラッチ３を入れると同時にブレーキ６を切ることにより再びクランク軸２を回転させ、スライド８を下降させてワークの加工を行う（ステップＳ_２、Ｓ_３）。加工終了後には、再びモータ５を制御してフライホイール４の回転速度を第３工程の目標速度（６０ｒｐｍ）に変更しながら、スライド８を待機位置まで上昇させる（ステップＳ_４）。そして、第３工程では、第２工程と同様に、一旦クランク軸２を停止させ、スライド８を待機位置で保持して加工の準備を行った（ステップＳ_１）後、再びクランク軸２を回転させ、スライド８を下降させてワークの加工を行い（ステップＳ_２、Ｓ_３）、次のワークの第１工程に備えて、フライホイール４の回転速度を第１工程の目標速度に戻しながら、スライド８を待機位置まで上昇させる（ステップＳ_４）。

このようにして１つのワークに対する３つの工程が終了して、スライド８が待機位置に戻ると、ブレーキ６でクランク軸２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３を切って次のワークがボルスタ９上にセットされるまで待機する（ステップＳ_１）。

このクランクプレスの制御方法では、上述したように、予め第１〜第３の各工程についてその加工形態によって決まる適正加工速度に対応するフライホイール４の目標速度を設定しておき、第１工程の加工終了から第２工程の加工開始までの間、および第２工程の加工終了から第３工程の加工開始までの間に、モータ５の回転速度制御によりフライホイール４の回転速度を後続する方の工程の目標速度としているので、１つのワークの全工程に要する時間を抑えるとともに、各工程の加工を適正加工速度で行って成型精度の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、第１工程の開始時から第３工程の終了時までモータ５を駆動状態としたが、工程によってワークの加工中に加工速度を低下させた方が成型精度の向上が図れると考えられる場合には、前述の先行技術のようにスライド８が加工開始位置に達した時点でモータ５の電源を切って空転状態とし、加工終了後にモータ５の電源を入れなおして駆動状態に戻すようにしてもよい。

また、本発明は、実施形態のように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。

１ プレス本体
２ クランク軸
３ クラッチ
４ フライホイール
５ モータ
６ ブレーキ
７ コネクティングロッド
８ スライド
９ ボルスタ

Claims (2)

1. プレス本体に回転自在に支持されたクランク軸と、前記クランク軸の端部にクラッチで連結されたフライホイールと、前記フライホイールを回転駆動するモータとを備え、ワークに対して複数工程の成型加工を連続して行うクランクプレスの制御方法において、
   前記ワークに対して前記複数工程の各工程の成型加工を行う前に、前記フライホイールの回転速度が各工程に対してそれぞれ予め設定された目標速度となるように、前記モータの回転速度制御を行うことを特徴とするクランクプレスの制御方法。
2. 前記モータとしてサーボモータを用いることを特徴とする請求項１に記載のクランクプレスの制御方法。

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