JP6888864B1 - サーボプレス - Google Patents

Abstract

【課題】過負荷異常によるオーバーロードを回避して、オーバーロードによる中断のない継続的なインチング操作が可能なサーボプレスを提供する。【解決手段】サーボモーター６でラム２が駆動されるサーボプレス１であって、１回の操作で一定ストローク量であるインチング量だけラム２を前進させてワーク１３を加圧するインチング操作が可能であり、１回のインチング操作でラム２がインチング量だけ前進した後、ラム２に、ラム２が受ける荷重が微小な荷重又は無荷重に下がるまでラム２を後退させる動きが加わり、インチング操作を行う毎に、ラム２のピークストロークを保持しておき、次回のインチング操作の位置目標は、前回のインチング操作におけるピークストロークに、予め設定したインチング量を加えたものとする。【選択図】図１

Description

本発明は、サーボモーターでラムが駆動されるサーボプレスであって、１回の操作で一定ストローク量だけラムを前進させてワークを加圧するインチング操作が可能なサーボプレスに関する。

従来より、プレス機として、往復移動するラムをサーボモーターで駆動するサーボプレスが知られている。サーボプレスにより、例えば金属部品のプレス成形、部品の圧入、部品の組付けを行うことができる。サーボプレスは、加工時の荷重、ラムの速度、加工位置等の特性を数値で設定することができ、これらの特性はロードセルやエンコーダで検出することができる。このため、制御プログラムを用いて検出値に応じた制御が可能になるので、複雑な制御が可能になる。

サーボプレスを用いた圧入、成形の際に、徐々に加圧するインチングという制御を用いる場合がある。インチング操作で圧入によるワークの試作を行なう場合は、例えば、０．１ｍｍずつ圧入を行い、荷重、位置を確認しながらワークの試作を完了させる。この場合、インチング操作を行う度に荷重値が上昇していく。サーボプレスでは最大推力を維持できる時間は限られ、例えば１０秒を超えると、過負荷によりサーボモーターやサーボアンプの保護のために出力が遮断されるオーバーロード状態となる。

オーバーロード状態となると、モーターが再起動可能な状態になるまで、待機しなければならない。このことに加え、インチング操作では、１回の操作のラムの前進量は僅かであるため、インチング操作によりワークの試作を行う場合は、多大な時間を要する場合が通常であった。

サーボプレスの過負荷異常の発生防止に関し、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の過負荷保護方法においては、加圧状態でスライドの停止中に、スライド駆動用のサーボモーターの負荷電流値が所定値を越えたとき等に、スライドを所定距離上昇させるようにしている。このことにより、サーボモーター温度が、過負荷異常に相当する最大許容温度に達する前にモーター負荷電流が低減され、モーター過負荷異常の発生を未然に防止できるようにしている。

特開２００４−１７１２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサーボプレスにおいては、スライドの所定距離の上昇を行った後、再度モーター負荷電流を検出し、このときの検出したモーター負荷電流が所定値以下等になるまで、スライドの所定距離上昇が繰り返し行われる。この構成では、過負荷異常は防止できても、そのまま加圧を再開させることはできなかった。すなわち、特許文献１に記載の過負荷保護方法は、過負荷異常の発生を防止するに留まり、ワークの試作に多大な時間を要するという問題を解決するものではなかった。

本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、過負荷異常によるオーバーロードを回避して、オーバーロードによる中断のない継続的なインチング操作が可能なサーボプレスを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のサーボプレスは、サーボモーターでラムが駆動されるサーボプレスであって、複数回に分けて前記ラムを前進させてワークを加圧するインチング操作が可能であり、１回目の前記インチング操作により、予め設定した接触検知荷重が検知されるまで前記ラムが前進して停止し、２回目以降の前記インチング操作においては、１回の前記インチング操作で前記ラムが前進した後、前記ラムに、前記ラムが受ける荷重が微小な荷重又は無荷重に下がるまで前記ラムを後退させる動きが加わり、前記ラムの位置を前進の原点位置からの変位量とし、１回の前記インチング操作による前記ラムの最大の位置をピークストロークとすると、前記インチング操作を行う毎に、前記ラムの前記ピークストロークを保持しておき、２回目以降の前記インチング操作の前記ラムの位置目標は、前回の前記インチング操作における前記ピークストロークに、予め設定したインチング量を加えたものとすることを特徴とする。

前記本発明のサーボプレスによれば、１回のインチング操作が行われる毎に、ラムが受ける荷重が微小な荷重又は無荷重に下がるまでラムを後退させる動きが加わるので、サーボプレスがオーバーロード状態になることを防止することができる。このことにより、オーバーロードによる中断のない継続的なインチング操作が可能になり、ワークの試作の時間短縮を図ることができる。また、毎回のインチング操作毎に、ラムはほぼ無負荷状態又は無負荷状態になりオーバーロードの懸念がないため、適宜中座しながらインチング作業を行うことも可能となる。

前記本発明のサーボプレスにおいては、２回目以降の前記インチング操作においては、１回の前記インチング操作で前記ラムが前進した後、前記ラムを前記ワークから完全に離れる位置まで後退させる動きが加わることが好ましい。この構成によれば、１回のインチング操作後にワークを取り出して寸法測定が可能であり、加工の程度を確認することができる。この場合、ワークを元の位置に戻して、インチング操作を継続することも可能である。

本発明の効果は前記の通りであり、１回のインチング操作が行われる毎に、ラムが受ける荷重が微小な荷重又は無荷重に下がるまでラムを後退させる動きが加わるので、サーボプレスがオーバーロード状態になることを防止することができる。このことにより、オーバーロードによる中断のない継続的なインチング操作が可能になり、ワークの試作の時間短縮を図ることができる。また、毎回のインチング操作毎に、ラムはほぼ無負荷状態又は無負荷状態になりオーバーロードの懸念がないため、適宜中座しながらインチング作業を行うことも可能となる。

本発明の一実施形態に係るサーボプレスの全体構成図。 本発明の一実施形態に係るサーボプレスコントローラの構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るプログラム保存部に保存されているプログラムの一覧を示した図。 本発明の一実施形態に係る操作端末の構成を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係るインチング操作のプロセスを示すフローチャート。 本発明の一実施形態において、２回目以降のインチング操作の詳細を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るサーボプレス１の全体構成図を示している。サーボプレス１は、支持体２０に取り付けられたサーボプレス本体１０に加え、モーター駆動部５０、サーボプレスコントローラ４０及び操作端末６０を備えている。

サーボプレス本体１０は、支持体２０の支持台２１に固定されている。支持体２０は、下側の基台２２と上側の支持台２１との間に支柱２３を介在させた構造体である。サーボプレス本体１０は、シリンダケース５の内部にラム２及びボールねじ３が内蔵されている。ボールねじ３の回転により、ナット４がボールねじ３の軸方向にスライドし、これと一体にラム２がガイド（図示せず）に沿ってスライドする（矢印ａ及びｂ）。ボールねじ３は、サーボモーター６の回転がタイミングベルト７を介して減速機８に伝達されることにより回転駆動される。

ラム２を下降させることにより（矢印ａ）、ラム２で対象物を加圧することができる。このことにより、サーボプレス本体１０を用いれば、圧入、成形、カシメ、検査、溶接・接合、組付け、切断等の作業を行うことができる。図１では、ラム２の先端にプラグ１２が取り付けられており、ラム２を下降させることにより、プラグ１２をワーク１３である成型品の凹部に圧入することができる。

図１において、操作端末６０はサーボプレスコントローラ４０に種々の命令を指令する。サーボプレスコントローラ４０は、操作端末６０からの指令、ロードセル９による検出荷重情報及びエンコーダ１１からのエンコーダパルスに基づいて、モーター駆動部５０に指令する。このことにより、モーター電流が制御されてサーボプレス１０が駆動制御される。エンコーダパルスはモーター駆動部５０にも入力され、フィードバック制御によりモーター電流は適宜補正される。

サーボプレス１は、インチング操作が可能であり、インチング操作とは１回の操作で一定ストローク量であるインチング量だけラム２を前進させてワーク１３を加圧する操作のことである。本実施形態においては、ラム２の前進とは、ワーク１３に荷重を印加する方向の移動のことであり、前進の逆方向の移動を後退という。

１回のインチング量は、例えば０．１ｍｍであり、この場合インチング操作毎に、０．１ｍｍずつ圧入を行い、荷重、位置を確認しながらワーク１３の試作を完成させることができる。ワーク１３を加圧するときのラム２のストロークや荷重が分からない場合に、これらの加工情報をインチング操作によりワーク１３を試作することにより得ることができる。

本実施形態において荷重とは、ラム２に外部から加わる荷重のことである。本実施形態において、単に位置、速度というときは、ラム２の位置、ラム２の速度のことである。ラム２の位置とは直線的に往復移動するラム２の位置のことであり、例えばラム２の前進の初期位置（原点位置）からの変位量であり、本実施形態ではこの定義を用いる。

以下、図２を参照しながらサーボプレスコントローラ４０について、具体的に説明する。図２はサーボプレスコントローラ４０の構成を示すブロック図である。通信コマンド解釈部４１において、操作端末６０（図１参照）との間で交わされる通信コマンドを解釈し、サーボプレスコントローラ４０の各部に対して指令及びデータの入出力を行う。

位置・速度変換部４２は、エンコーダ１１（図１参照）からのエンコーダパルスをラム２の位置・速度に変換する部分である。ラム２の位置は、エンコーダパルスの累積により算出する。ラム２の速度は、エンコーダパルスの一定周期の計数によりを算出するが、エンコーダパルス間の周期を他の一定クロックにより計数することにより算出してもよい。前者は高速動作中、後者は低速動作中に適している。

プログラム実行部４３は、通信コマンド解釈部４１から発せられるプログラム実行指令によりプログラムを実行する。プログラムは、モーター駆動指令、分岐命令及び保存命令を含む複数のステップで構成されている。分岐命令は、位置・速度変換部４２からの位置・速度情報及びロードセル９からの荷重情報を条件に応じて他のステップに分岐させる命令である。保存命令は、位置・速度及び荷重情報を実行結果として保存する命令である。

プログラム実行結果保存部４４には、プログラム実行部４３より出力されるプログラム実行結果が保存される。このプログラム実行結果は、通信コマンド解釈部４１から発せられるプログラム実行結果取得指令により、通信コマンド解釈部４１に出力される。プログラム実行結果とは、ピーク荷重、ピークストローク等である。ピーク荷重とは、所定のサーボプレス動作における最大の荷重値のことである、ピークストロークとは、所定のサーボプレス動作における最大の位置のことである。

プログラム保存部４５には、通信コマンド解釈部４１から発せられるプログラム保存指令により、図１の操作端末６０から出力されるプログラムが保存され、複数のプログラムが均等な領域にプログラム番号を付与されて保存される（図３参照）。プログラム選択部４６は、通信コマンド解釈部４１より発せられたプログラム選択指令により、指定されたプログラムをプログラム保存部４５からプログラム実行部４３へコピーする。

図３は、プログラム保存部４５に保存されているプログラムの一覧を示した図である。プログラム保存部４５には、接触位置検出プログラム８０、位置決めプログラム８１、ラム後退プログラム８２及び初期位置に戻すプログラム８３が保存されている。これらのプログラムの実行により、インチング操作が実行される。

接触位置検出プログラム８０は、ワーク１３とラム２の接触位置を検出するプログラムである。接触位置検出プログラム８０を実行させると、極低速でラム２が前進し、ワーク１３とラム２との接触を検知したら即座に停止する。ワーク１３とラム２との接触は予め設定した接触検知荷重により判断する。接触位置の情報はプログラムを作成する上で重要な情報であるため、プログラム実行結果保存部４４に保存される。

接触検知荷重とは、ラム２とワーク１３との接触を認知する荷重値のことである。接触検知荷重が小さ過ぎると誤検出の恐れがあり、大き過ぎると接触位置を正確に取得できないため、これらを考慮した適切な接触検知荷重を予め設定しておく。

接触位置とは、より具体的には、ラム２又はラム２に取り付けた部品、治具等がワーク１３に接触する位置のことである。本実施形態において、ラム２がワーク１３に接触するというときは、ラム２に取り付けた部品、治具等のワーク１３への接触も含んでいる。

位置決めプログラム８１は、指定された位置にラム２の位置決めを行うプログラムである。位置決めプログラム８１を実行させると、ラム２は指定された位置まで前進して位置決めされ停止する。位置決め時のピーク荷重及びピークストロークは、プログラム実行結果保存部４４に保存される。保存されたピークストロークに、予め設定したインチング量を加算し、位置決めプログラム８１の次の実行時の新たな位置目標とする。

ラム後退プログラム８２は、ワーク１３に加圧した状態から起動され、予め設定した荷重値までラム２を後退させるプログラムである。ラム後退プログラム８２は、位置決めプログラム８１が実行された後に実行され、サーボプレス本体１０の負荷を軽減するために、微小な荷重値となるまでラム２を後退させて停止させる。詳細は後に説明するが、この後退によりサーボプレス本体１０がオーバーロードとなることを防止するようにしている。オーバーロードとは、過負荷によりサーボモーター６（図１参照）やサーボアンプの保護のために出力を遮断する状態のことをいう。

初期位置に戻すプログラム８３は、ラム２を初期位置に戻すプログラムである。初期位置に戻すプログラム８３は、操作者の操作により実行され、操作者がインチング終了操作を行うと、ラム２が初期位置に戻り、インチング操作の初期化が行われる。

図４は操作端末６０の構成を示すブロック図である。操作端末６０はコンピュータであり、専用機でもよく、パーソナルコンピュータ等の汎用機であってもよい。操作端末６０は、通信制御部６１を介して、図２のサーボプレスコントローラ４０との間で種々のコマンドのやり取りを行う。プログラム編集部６７には、インチング量設定部７１や軽減荷重設定部６８へ入力された情報や、サーボプレスコントローラ４０から受け取った情報が入力され、プログラムを編集する。操作端末６０のその他の各部の機能については、以下のとおり、インチング操作のプロセスとあわせて適宜説明する。

図５は、インチング操作のプロセスを示すフローチャートである。以下、インチング操作によるワーク１３の試作について、同フローチャートと図２及び図４のブロック図を参照しながら説明する。図４において、インチング操作は、インチング開始スイッチ６５をＯＮにすることにより開始する。インチング開始信号は、プログラム実行司令部６２、通信制御部６１を経て、図２に示した通信コマンド解釈部４１に入力される。このとき、通信コマンド解釈部４１は、インチング開始操作がされたと判断する（図５のステップ１００）。続いて、通信コマンド解釈部４１は、初期化状態か否かを判断する（図５のステップ１０１）。初期化状態は、ラム２が初期位置に戻っている状態であり、ワーク１３が加圧されていない状態である。

通信コマンド解釈部４１は、ラム２の位置が初期化状態であると判断すると、図２において、プログラム実行部４３に対してプログラム実行指令を発する。このときのプログラム実行部４３が実行するプログラムは、図３に示した接触位置検出プログラム８０である。接触位置検出プログラム８０が実行されると、ラム２の前進（下降）が開始する（図５のステップ１０２）。この後、予め設定した接触検知荷重が検知されるとラム２の前進を停止する（図５のステップ１０３〜１０４）。

ラム２の前進停止により、初回のインチング操作が完了する。初回のインチング操作によるラム２のピークストローク及びピーク荷重は、図２に示したサーボプレスコントローラ４０内において、プログラム実行部４３、プログラム実行結果保存部４４、通信コマンド解釈部４１を経て図４に示した操作端末６０に伝送され、図４において通信制御部６１を経て、プログラム実行結果受信部６４に保存される。ピークストロークはピークストローク表示部７０で表示され、ピーク荷重はピーク荷重表示部７２で表示される。

ラム２の前進停止状態において、再度図４に示したインチング開始スイッチ６５がＯＮになると、図５のステップ１００からステップ１０１へ移行する。このとき、初回のインチング操作により、ラム２は初期化状態ではなくなっているので、２回目以降のインチング操作ステップ（図５のステップ１０５）へ移行する。図６は、２回目以降のインチング操作の詳細を示すフローチャートである。

図６において、２回目以降のインチング操作が開始すると、新たな位置目標を設定する（図６のステップ１１０）。新たな位置目標は、図４のインチング目標位置算出部６９により算出される。インチング目標位置算出部６９は、前回のインチング操作におけるピークストロークに、図４のインチング量設定部７１に操作者により入力されたインチング量（例えば０．１ｍｍ）を加算した値を、新たな位置目標に設定する。

新たな位置目標が設定されると、図３に示した位置決めプログラム８１が図４に示したプログラム編集部６７により編集される。プログラム編集部６７は、位置決めプログラム８１における位置目標を新たな位置目標に更新する。新たな位置決めプログラム８１は、プログラム送受信部６３、通信制御部６１、図２の通信コマンド解釈部４１を経てプログラム保存部４５に保存される。

その後、図２のプログラム実行部４３に、プログラム実行指令が発せられ、位置決めプログラム８１が実行され、ラム２は新たな位置目標に向けて前進する。ラム２が新たな位置目標まで前進すると、位置決めが終了する（図６のステップ１１２）。

位置決めが終了すると、図２のプログラム選択部４６は、図３のラム後退プログラム８２を選択し、プログラム実行部４３は、ラム後退プログラム８２を実行する。ラム後退プログラム８２の実行により、ラム２は後退した後停止する（図６のステップ１１３）。ラム２の後退は、ラム２の荷重が予め設定された軽減荷重になるまで継続する。軽減荷重は、微小な荷重値である。

すなわち、本実施形態に係るインチングは、１回のインチング操作が行われる毎に、ラム２がほぼ無負荷になるまで後退し停止する。この停止状態を長時間保持しても、ラム２はほぼ無負荷であるので、サーボプレス本体１０がオーバーロード状態になることを防止することができる。このことにより、オーバーロードによる中断のない継続的なインチング操作が可能になり、ワークの試作の時間短縮を図ることができる。また、毎回のインチング操作毎に、ラム２はほぼ無負荷状態になりオーバーロードの懸念がないため、適宜中座しながらインチング作業を行うことも可能となる。

ラム２が停止した後は、図５のステップ１００に戻り、インチング操作が開始されたか否かの待機状態になる。この間、操作者が図４のインチング開始スイッチ６５をＯＮにすることにより、ステップ１０１を経てステップ１０５へ移行し、３回目のインチング操作が開始する。

２回目のインチング操作が完了した時点で、２回目のインチング操作の完了時におけるピークストローク及びピーク荷重は、図４に示したプログラム実行結果受信部６４に保存され保持されている。このため、図６のステップ１１０で設定される新たな位置目標は、２回目のインチングにおけるピークストロークに、当初から設定されているインチング量（例えば０．１ｍｍ）を加算した値となる。

以後、２回目のインチング操作と同様のプロセスを経て、３回目のインチング操作が終了し、続いて、４回目以降のインチング操作が繰り返される。インチング操作を終了するときは、図４において、インチング終了スイッチ６５をＯＮにする。インチング終了信号は、プログラム実行司令部６２、通信制御部６１を経て、図２に示した通信コマンド解釈部４１に入力される。このとき、通信コマンド解釈部４１は、インチング終了操作がされたと判断する（図５のステップ１０６）。

続いて、図２において、通信コマンド解釈部４１は、プログラム実行部４３に図３に示した初期位置に戻すプログラム８３を実行するよう指令を発し、プログラム実行部４３は、初期位置に戻すプログラム８３を実行する。このことにより、ラム２が初期位置に戻り、インチング操作が初期化され（図５のステップ１０７）、インチング操作が終了する。

前記実施形態のようにワーク１３の試作を行なう例では、インチング操作を終了するときは、プラグ１２の圧入量が目的の加工深度に達した場合である。この場合、最後に実行されたインチング操作で得られたピークストローク、ピーク荷重が目的とするワーク１３の最終的な加工情報となる。

前記実施形態においては、ラム２の後退は、ラム２の荷重が予め設定された微小な荷重値になるまで継続する例で説明した。この場合は、ワーク１３に微小な荷重が加わっているため、ワーク１３を加工位置から取り出すことはできないが、ワーク１３の設置位置は維持される。このため、ワーク１３の設置位置が重要である場合は前記実施形態のように、ラム２の後退はワーク１３に荷重が加わっている状態の範囲で行なうのがよい。

これに対して、ワーク１３の設置位置が重要でない場合や重要度が低い場合は、ラム２をワーク１３から完全に離れる位置まで後退させ、ラム２の荷重が無荷重になるようにしてもよい。このようにすれば、１回のインチング操作後にワーク１３を取り出して寸法測定が可能であり、加工の程度を確認することができる。この場合、ワーク１３を元の位置に戻して、インチング操作を継続することも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、前記実施形態は一例であり、適宜変更したものでもよい。例えば、前記実施形態では、図２のサーボプレスコントローラ４０と図４の操作端末６０は、それぞれ独立した構成としているが、操作端末６０にサーボプレスコントローラ４０の構成の全部又は一部を含ませてもよい。

１ サーボプレス
２ ラム
６ サーボモーター
１０ サーボプレス本体
１３ ワーク
４０ サーボプレスコントローラ
４５ プログラム保存部
５０ モーター駆動部
４３ プログラム実行部
６０ 操作端末
６８ 軽減荷重設定部
７１ インチング量設定部

Claims (2)

1. サーボモーターでラムが駆動されるサーボプレスであって、
   複数回に分けて前記ラムを前進させてワークを加圧するインチング操作が可能であり、
   １回目の前記インチング操作により、予め設定した接触検知荷重が検知されるまで前記ラムが前進して停止し、
   ２回目以降の前記インチング操作においては、１回の前記インチング操作で前記ラムが前進した後、前記ラムに、前記ラムが受ける荷重が微小な荷重又は無荷重に下がるまで前記ラムを後退させる動きが加わり、
   前記ラムの位置を前進の原点位置からの変位量とし、
   １回の前記インチング操作による前記ラムの最大の位置をピークストロークとすると、
   前記インチング操作を行う毎に、前記ラムの前記ピークストロークを保持しておき、
   ２回目以降の前記インチング操作の前記ラムの位置目標は、前回の前記インチング操作における前記ピークストロークに、予め設定したインチング量を加えたものとすることを特徴とするサーボプレス。
2. ２回目以降の前記インチング操作においては、１回の前記インチング操作で前記ラムが前進した後、前記ラムを前記ワークから完全に離れる位置まで後退させる動きが加わる請求項１に記載のサーボプレス。

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