JP7438761B2 - プレス装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス装置に関する。

従来のプレス装置は、金型の上型を上下動させるスライドと、金型の下型に対して被成形物の搬送を行う搬送装置としてのトランスファー装置とを備え、トランスファー装置がスライドに干渉しないように、スライドの上下動とトランスファー装置の搬送動作とを同期を図って加工動作を行っている。

図８は、スライドの上下ストロークのタイミング線図Ｌ１、トランスファー装置のクランプ－アンクランプ動作（被成形物の保持動作）のタイミング線図Ｌ２、トランスファー装置のリフト－ダウン動作（被成形物の上下動動作）のタイミング線図Ｌ３、トランスファー装置のアドバンス－リターン動作（被成形物の送り動作）のタイミング線図Ｌ４を示している。これらのタイミング線図では、横軸を時間軸としており、具体的には、トランスファー装置の一回の搬送動作の所要時間を360分割した時間を単位時間とし、仮想的にその単位を［度］で記載している。なお、スライドに昇降動作を付与する駆動軸の回転角度とは異なる。

トランスファー装置は、下降中のスライドが下死点Ｄに到達する前に被成形物をクランプする爪部材のクランプ状態が解除され（図８中のエリアａ）、上昇中のスライドが上死点Ｕに向かう途中の十分な高さを通過してから爪部材のクランプ動作が行われるように（図８中のエリアｂ）搬送動作にスライドが同期して、スライドとトランスファー装置の爪部材との干渉を回避している。

ところで、スライドは、その駆動装置の環境温度や加工精度、部材の摩耗や劣化等の各種の原因により、上死点Ｕに正確に停止させることが難しく、上死点Ｕを通過して止まるオーバーランや上死点Ｕの手前で停止してしまうアンダーランが生じる場合がある。
例えば、図９に示すように、スライドにオーバーランを生じた場合には、本来は上死点Ｕから下降を開始すべきタイミングで上死点Ｕを通過した位置Ｕ１からスライドが駆動を開始するので、下死点Ｄへの到達するタイミングが予定よりも早くなり、スライドがクランプを解除する途中の爪部材と干渉を生じるおそれがあった（図９中のエリアｃ）。

また、図１０に示すように、スライドにアンダーランを生じた場合には、本来は上死点から下降を開始すべきタイミングで上死点Ｕの手前の位置Ｕ２からスライドが駆動を開始するので、下死点Ｄの通過後に再び上昇する場合に、スライドが十分な高さまで上昇する前に爪部材がクランプ動作を開始して、スライドがクランプを行う爪部材と干渉を生じるおそれがあった（図９中のエリアｄ）。

このようなスライドの停止位置のズレによる影響を抑制するために、従来のプレス装置では、スライド停止時の停止位置を検出し、停止位置のズレに応じて、搬送装置の周期的な搬送動作を停止し、スライドの停止位置に同期するように搬送装置の動作を修正してからプレス動作を再開する制御が行われていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－２２４８５５号公報

しかしながら、上記従来のプレス装置は、搬送装置の周期的な搬送動作を中断し、補正するために周期的な動作から逸脱させる必要があるため、安定した周期でプレス加工を行うことが妨げられ、稼働効率の低下を招くおそれがあった。

本発明は、適正な稼働効率を維持してプレス加工を行うことが可能な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、
所定のプレス方向に往復動作を行うスライドと、
前記スライドの位置を検出する位置検出部と、
被成形物の搬送動作を行う搬送部と、
前記スライドの往復動作と前記搬送部の搬送動作の制御を行う制御部とを備え、
前記制御部は、
一定の周期を維持して前記搬送部の搬送動作を行うと共に、前記スライドが規定の目標停止位置で一時的に停止した状態から往復動作を開始させる制御を行い、
前記位置検出部の検出による、一時的に停止した前記スライドの前記目標停止位置に対するズレ量に基づいて、前記往復動作を開始するタイミングを補正するように前記スライドの往復動作を制御すると共に、
前記制御として、前記搬送部の搬送動作の一定の周期中の規定のタイミングで、一時的に停止した状態の前記スライドが往復動作を開始する同期制御を行い、
前記制御部は、
前記位置検出部により、前記スライドが前記目標停止位置を通過して停止するオーバーランを検出した場合には前記規定のタイミングよりも遅く前記スライドの往復動作を開始し、
前記位置検出部により、前記スライドが前記目標停止位置の手前で停止するアンダーランを検出した場合には前記規定のタイミングよりも早く前記スライドの往復動作を開始するように前記往復動作を開始するタイミングを補正するように構成される。

本発明によれば、適正な効率を維持してプレス加工を行うことが可能となる。

本実施形態に係るプレス装置の装置本体を示す図である。 トランスファー装置の平面図である。 トランスファー装置の動作説明図である。 プレス装置の概略の制御構成を示すブロック図である。 制御部が行う装置本体によるプレス成形の動作制御のフローチャートである。 スライドの上下ストロークとトランスファー装置の各搬送動作のタイミング線図であって、スライドのオーバーランに対する補正を行う場合を示す。 スライドの上下ストロークとトランスファー装置の各搬送動作のタイミング線図であって、スライドのアンダーランに対する補正を行う場合を示す。 スライドの上下ストロークとトランスファー装置の各搬送動作のタイミング線図であって、スライドが適正に動作している場合を示す。 スライドの上下ストロークとトランスファー装置の各搬送動作のタイミング線図であって、スライドにオーバーランが生じた場合を示す。 スライドの上下ストロークとトランスファー装置の各搬送動作のタイミング線図であって、スライドにアンダーランが生じた場合を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［プレス装置の構成］
図１は本実施形態に係るプレス装置１の装置本体１００を示す図である。
この図に示すように、本実施形態に係るプレス装置１は、鍛造成形を行う鍛造プレス装置であり、装置本体１００を備える。装置本体１００は、ベッド２３、複数のアップライト２２、クラウン２１、ボルスタ２４、スライド１８、駆動部１０、位置検出部としての移動量計測器３５を備える。

ベッド２３、複数のアップライト２２及びクラウン２１は、プレス装置１のフレーム部を構成する。これらベッド２３、複数のアップライト２２及びクラウン２１は、その内部にタイロッド２５ａが挿入され、タイロッドナット２５ｂにより締め付けられることで、互いに締結される。

ボルスタ２４は、ベッド２３上に固定され、その上部には複数の下金型３２が固定される。
スライド１８は、アップライト２２に設けられたガイド１９により、上下方向に進退可能に支持される。スライド１８の下部には下金型３２と同数の上金型３１が固定される。複数の上金型３１と複数の下金型３２とは、互いに対応して組をなすととともに、それぞれ装置の左右方向に沿って配列されており、それぞれ組をなすものと上下に対向している。スライド１８が下降することで、一対をなす上金型３１及び下金型３２が近接し、これらの間で被成形物Ｗが鍛造成形される。なお、スライド１８が進退する方向は特に制限されないが、本実施形態では、上下方向に進退するものとして説明する。
上金型３１と下金型３２の近傍には搬送部としてのトランスファー装置４０が設けられている。このトランスファー装置４０は、上金型３１と下金型３２とが離間したときに、一列に配列された複数組の上金型３１と下金型３２に対して、被成形物Ｗを順次搬送する。

駆動部１０は、スライド１８を進退させるための構成であり、モータ１１、フライホイール１２、クラッチブレーキ１３、伝動軸１４、減速機１５、エキセン軸１６及びコネクティングロッド（コンロッド）１７を備えて構成される。
モータ１１は、ベルト１１ａを介してフライホイール１２に連結され、その動力によりフライホイール１２を回転させる。このモータ１１は、回転速度を制御することは可能だが、いわゆるサーボモータのように軸角度を任意の位置で制止させる位置決め機能等は有していない。
クラッチブレーキ１３は、フライホイール１２と伝動軸１４との連結及び連結解除の切り替えと、伝動軸１４の制動とを行う。クラッチブレーキ１３によりフライホイール１２と伝動軸１４が連結されると、フライホイール１２の回転運動が伝動軸１４、減速機１５、エキセン軸１６の順に伝達された後に、コンロッド１７を介してスライド１８の直進運動に変換されて、スライド１８が上下方向に進退する。なお、伝動軸１４とエキセン軸１６は、スライド１８の駆動軸に相当する。

移動量計測器３５は、スライド１８の上下方向への進退移動の軌跡中のいずれに位置するか（以下、「スライド位置」という。）を検出するためのものである。移動量計測器３５は、例えば、エキセン軸１６の回転角度を検出するエンコーダ等の検出器により構成される。また、伝動軸１４の回転角度を検出しても良い。
また、例えば、フレーム部に設けられて、スライド１８の移動量を計測する構成としても良い。その場合、移動量計測器３５としては、スライド１８側に設けられたラックと、アップライト２２又はガイド１９側に設けられたピニオンと、当該ピニオンの回転量を検出するエンコーダ等の検出器とから構成しても良いし、スライド１８の上下方向の位置変位を検出するリニアセンサ、スライド１８の上下方向の位置を光学的な測距によって検出するレーザ検出器等、直線方向の位置検出が可能ないずれの検出器から構成しても良い。

図２はトランスファー装置４０の平面図、図３は動作説明図である。
図２に示すように、トランスファー装置４０は、２本の平行に配置した送り桿４１，４１を備え、各送り桿４１，４１には複数のつかみ爪４２が設けられている。
各送り桿４１，４１は、一列に配置された複数の下金型３２の両側でその並び方向に平行に配置されている。
各送り桿４１，４１からは、各つかみ爪４２が互いに向かい合うように延出されている。また、各つかみ爪４２の並び方向の間隔は複数の下金型３２の間隔に一致している。また、各送り桿４１，４１は、つかみ爪４２を下金型３２よりも一つ多く備えている（例えば、下金型３２は三つ、つかみ爪４２は四つ）。

トランスファー装置４０は、図３に示すように、２本の送り桿４１，４１を、(1)クランプ→(2)リフト→(3)アドバンス→(4)ダウン→(5)アンクランプ→(6)リターンの順で動作させる搬送動作を実行する。トランスファー装置４０は、スライド１８の上下方向の進退動作を同期させて、被成形物Ｗをボルスタ２４上の三つの下金型３２に順送りする。なお、符号Ｈは、(1)クランプ動作の出発点であり(6)リターン動作の到着点となる待機位置（ホームポジション）である。

図４はプレス装置１の概略の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、プレス装置１は、装置本体１００の動作を制御する制御装置５０を備える。
制御装置５０は、入力部５１、表示部５４、記憶部５２、制御部５３を備える。
入力部５１は、キーボードやマウス等のプレス装置１の使用者による入力インターフェイスである。この入力部５１から、装置本体１００の動作制御に関する設定等を行うことができる。
表示部５４は、ディスプレイを備えており、当該ディスプレイに各種情報を表示する。
記憶部５２は、装置本体１００の動作制御を行うための制御プログラム５５や設定データを記憶するとともに、作業領域としても機能するメモリである。制御プログラム５５による装置本体１００の制御については後述する。

制御部５３は、プレス装置１の各部を中央制御する。具体的には、制御部５３は、モータ１１によるスライド１８の上下方向の進退動作とトランスファー装置４０による被成形物Ｗの搬送動作とを同期させてプレス成形を行うように装置本体１００を制御する。

［プレス成形の動作制御］
制御装置５０の制御部５３が行う装置本体１００によるプレス成形の動作制御について図５に示すフローチャートと図６及び図７に示す装置本体１００の動作線図に基づいて説明する。
図６及び図７は、スライド１８の上下ストロークのタイミング線図Ｌ１、トランスファー装置４０のクランプ－アンクランプ動作のタイミング線図Ｌ２、トランスファー装置４０のリフト－ダウン動作のタイミング線図Ｌ３、トランスファー装置４０のアドバンス－リターン動作のタイミング線図Ｌ４を示している。また、符号Ｌ１１は、スライド１８が理想的なタイミングで停止し、理想的なタイミングで上下動を開始する場合の上下ストロークのタイミング線図を示している。
これらのタイミング線図は、横軸を時間軸としており、トランスファー装置４０の一回の搬送動作の所要時間を360分割した時間を単位時間とし、仮想的にその単位を［度］で記載している。

プレス成形の動作制御の前提として、制御装置５０の記憶部５２には、設定データとして、トランスファー装置４０の(1)クランプ、(2)リフト、(3)アドバンス、(4)ダウン、(5)アンクランプ、(6)リターンの動作を順番に実行する搬送動作の一周期の時間が予め入力部５１により設定されている。
そして、記憶部５２には、搬送動作の一周期を時間軸として、上述した(1)クランプ、(2)リフト、(3)アドバンス、(4)ダウン、(5)アンクランプ、(6)リターンのそれぞれの開始と終了のタイミングも設定されており、制御部５３は、これらの設定されたタイミングにより、一定の周期で連続的な繰り返しで搬送動作を行うようにトランスファー装置４０を制御する。

また、記憶部５２には、搬送動作の一周期中における、スライド１８の上下動における下降開始のタイミング（下降タイミングｔ２とする）と、上死点で停止させるタイミング（停止タイミングｔ１とする）とが設定されている。また、スライド１８を上下動させる際のモータ１１の回転速度が設定されている。このため、制御部５３は、トランスファー装置４０の搬送動作の制御に並行して、設定された回転速度でモータ１１を駆動させつつ、設定された下降タイミングｔ２でスライド１８の下降が開始されるようにクラッチブレーキ１３を制御する。
これにより、決められた一定の周期を維持して搬送動作を連続的に行うトランスファー装置４０に同期して、スライド１８が適正なタイミングで上下動及び停止を行う。

上述の同期制御に従ってプレス成形の動作制御が行われることを前提として、制御部５３は、図６のフローチャートに示すように、予め定められた停止タイミングｔ１でスライド１８が上死点で停止するようにクラッチブレーキ１３に停止指令を出力後、所定時間の経過を待ってから、スライド１８の停止位置を確認する（ステップＳ１）。
即ち、停止指令出力直後にはスライド１８が停止していない可能性があるので、停止までのタイムラグを考慮して、微小な所定時間の経過を待ってから、スライド１８の停止位置の検出を実行する。
この場合、移動量計測器３５であるエンコーダによりエキセン軸１６の軸角度を検出し、この検出軸角度から、制御部５３は、スライド１８が上死点位置で停止したか、或いは、どの程度のオーバーラン又はアンダーランを生じたかを算出する。

また、制御部５３は、スライド１８の上下動動作に並行して、規定のタイミングでトランスファー装置４０の各動作を順番に実行させて規定の周期を維持して搬送動作を行わせる（ステップＳ３）。

制御部５３は、スライド１８の停止位置を移動量計測器３５から取得すると、その後、スライド１８の下降タイミングｔ２に対する補正時間を算出する（ステップＳ５）。
即ち、制御部５３は、移動量計測器３５から、スライド１８が上死点（目標停止位置）となるエキセン軸１６の軸角度（0度）に対する停止位置のズレ量（ズレ角度）をプレス停止位置偏差量（目標停止位置に対するズレ量）ｈとして算出する（図６及び図７参照、単位は[度]（なお、ここでいう[度]は軸角度であって、図６～図８のタイミング線図の横軸のトランスファー装置４０の一回の搬送動作の所要時間を360分割した時間を単位時間とする単位の[度]とは異なる））。
補正時間は、スライド１８の目標停止位置に対するズレ量によって生じる時間的誤差と等しい。従って、制御部５３は、補正時間を次式により算出する。
補正時間[sec]
＝(スライド上下ストローク時間[sec])×|(プレス停止位置偏差量ｈ[度]÷360)|

「スライド上下ストローク時間[sec]」は、スライド１８の上下動の１ストロークに要する時間、即ち、エキセン軸１６が一回転を行う時間であり、モータ１１の回転速度と減速機１５の減速比とから求めることができる。

さらに、制御部５３は、上記補正時間を、トランスファー装置４０の一回の搬送動作の所要時間を360分割した単位時間に換算した補正量ｉ［度］を算出する（ステップＳ７：図６及び図７参照）。
制御部５３は、補正量を次式により算出する。
補正量ｉ[度]＝補正時間[sec]÷{(１サイクルT/F速度[sec])÷360)}

「１サイクルT/F速度[sec]」は、トランスファー装置４０の搬送動作の一周期であり、記憶部５２内の設定値から取得することができる。

補正量ｉが算出されると、制御部５３は、スライド下降指令をクラッチブレーキ１３に出力する（ステップＳ９）。
スライド下降指令の出力タイミングは、前述した補正量ｉに基づいて補正される。
即ち、スライド１８が、停止タイミングｔ１において上死点で停止していれば、スライド下降指令は、予め定められた適正な下降タイミングｔ２で出力される。

これに対して、スライド１８にオーバーランが発生している場合には、下降タイミングｔ２＋補正量ｉとなるタイミングｔ３でスライド下降指令を出力する。
即ち、図６に示すように、スライド１８は、オーバーランによって上死点よりも既に下降を生じている位置にいるので、スライド１８が上死点から下降を開始すべきタイミングｔ２よりも補正量ｉだけ遅らせてスライド１８の下降を開始させる。

また、スライド１８にアンダーランが発生している場合には、下降タイミングｔ２－補正量ｉとなるタイミングｔ３でスライド下降指令を出力する。
即ち、図７に示すように、スライド１８は、アンダーランによって上死点よりも手前の位置にいるので、スライド１８が上死点から下降を開始すべきタイミングｔ２よりも補正量ｉだけ早めてスライド１８の下降を開始させる。

クラッチブレーキ１３は、上記スライド下降指令を受けて、補正されたタイミングでスライド１８の下降動作を開始させる（ステップＳ１１）。
そして、制御部５３は、停止タイミングｔ１でスライド停止指令をクラッチブレーキ１３に出力して、スライド１８を上死点で停止させる（ステップＳ１３）。
これ以降は、ステップＳ１～Ｓ１３の処理を繰り返すことで、連続したプレス成形を実行する。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、プレス装置１の制御装置５０の制御部５３は移動量計測器３５の検出による、一時的に停止したスライド１８の目標停止位置である上死点に対するズレ量に基づいて、往復動作を開始するタイミングを補正量ｉにて補正するようにスライド１８の往復動作を制御している。
このため、トランスファー装置４０による搬送動作を一定の周期を維持して実行することができ、全体的なプレス加工動作の中断を回避することができ、プレス加工を安定した周期で実行することが可能となる。また、これにより、スライド１８の停止位置にズレが生じた場合であっても、適正な稼働効率を維持してプレス加工を行うことが可能となる。

また、制御部５３は、同期制御として、トランスファー装置４０の搬送動作の一定の周期中の規定の下降タイミングｔ２で一時的に停止した状態のスライド１８が往復動作を開始する制御を行っている。
そして、制御部５３は、移動量計測器３５によりオーバーランを検出した場合には規定の下降タイミングｔ２よりも遅くスライド１８の往復動作を開始し、アンダーランを検出した場合には規定の下降タイミングｔ２よりも早くスライド１８の往復動作を開始するように下降タイミングｔ２を補正している。
これにより、トランスファー装置４０の搬送周期を一定に維持しながら、トランスファー装置４０とスライド１８との干渉を効果的に低減することが可能となる。

また、制御部５３は、移動量計測器３５の検出による、一時的に停止したスライド１８の上死点に対するズレ量であるプレス停止位置偏差量ｈから時間的なズレ量である補正量ｉを算出し、算出した補正量ｉに従って往復動作を開始する下降タイミングｔ２から補正するようにスライド１８の往復動作を制御している。
これにより、比較的容易な制御によってトランスファー装置４０とスライド１８との同期を図り、これらの干渉を効果的に低減することが可能となる。

また、移動量計測器３５を、エキセン軸１６の軸角度を検出するエンコーダとした場合には、スライド１８の停止位置を精度良く検出できると共に、オーバーランとアンダーランのいずれが生じているかを容易に判別することができ、スライド１８の往復動作を開始するタイミングをより精度良く安定的に補正することが可能となる。

また、制御部５３は、スライド１８の上死点を目標停止位置としてスライド１８の往復動作を制御しているので、スライド１８の往復運動方向の片側端部で停止する構成となり、スライド１８を比較的容易により正確な停止位置に停止させることができ、補正を行う頻度や補正量を低減することが可能となる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、スライド１８が上下方向に往復する構成を例示したが、スライド１８が上下方向に往復するプレス装置に限定されない。
また、搬送部としてトランスファー装置４０を例示したが、周期的な搬送動作を行うことが可能なあらゆる機構を搬送部とすることができる。例えば、ロボットアームにより被成形物を搬送しても良い。

また、図５のフローチャートでは、トランスファー装置４０の毎回の搬送動作において、補正を行う制御を例示したが、例えば、検出されたスライド１８の停止位置の目標停止位置に対する誤差量が予め定めた数値範囲内である場合には、補正時間、補正量の演算及びスライド１８の下降タイミングの補正を行わないように制御しても良い。

また、図５のフローチャートでは、移動量計測器３５の検出から制御部５３が補正量の算出を行っているが、他の手法で導出しても良い。例えば、移動量計測器３５の検出値と補正量との対応を示すテーブルデータを記憶部５２に用意しておき、制御部５３は、テーブルデータを参照して補正量を導出しても良い。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ プレス装置
１０ 駆動部
１１ モータ
１２ フライホイール
１３ クラッチブレーキ
１４ 伝動軸（駆動軸）
１６ エキセン軸（駆動軸）
１８ スライド
３１ 上金型
３２ 下金型
３５ 移動量計測器（位置検出部）
４０ トランスファー装置（搬送部）
５０ 制御装置
５１ 入力部
５２ 記憶部
５３ 制御部
５４ 表示部
５５ 制御プログラム
１００ 装置本体
Ｗ 被成形物
ｈ プレス停止位置偏差量
ｉ 補正量
ｔ１ 停止タイミング
ｔ２ 下降タイミング

Claims (4)

1. 所定のプレス方向に往復動作を行うスライドと、
   前記スライドの位置を検出する位置検出部と、
   被成形物の搬送動作を行う搬送部と、
   前記スライドの往復動作と前記搬送部の搬送動作の制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、
   一定の周期を維持して前記搬送部の搬送動作を行うと共に、前記スライドが規定の目標停止位置で一時的に停止した状態から往復動作を開始させる制御を行い、
   前記位置検出部の検出による、一時的に停止した前記スライドの前記目標停止位置に対するズレ量に基づいて、前記往復動作を開始するタイミングを補正するように前記スライドの往復動作を制御すると共に、
   前記制御として、前記搬送部の搬送動作の一定の周期中の規定のタイミングで、一時的に停止した状態の前記スライドが往復動作を開始する同期制御を行い、
   前記制御部は、
   前記位置検出部により、前記スライドが前記目標停止位置を通過して停止するオーバーランを検出した場合には前記規定のタイミングよりも遅く前記スライドの往復動作を開始し、
   前記位置検出部により、前記スライドが前記目標停止位置の手前で停止するアンダーランを検出した場合には前記規定のタイミングよりも早く前記スライドの往復動作を開始するように前記往復動作を開始するタイミングを補正するプレス装置。
2. 前記制御部は、
   前記位置検出部の検出による、一時的に停止した前記スライドの前記目標停止位置に対するズレ量から時間的なズレ量を導出し、
   導出した前記時間的なズレ量に従って前記往復動作を開始するタイミングを補正するように前記スライドの往復動作を制御する請求項１に記載のプレス装置。
3. 前記スライドは、駆動源であるモータによって回転駆動が行われる駆動軸の一回転で一回の往復動作を行い、
   前記位置検出部は、前記駆動軸の軸角度を検出する請求項１又は請求項２に記載のプレス装置。
4. 被成形物のプレス加工を行う一対の金型を最も離隔させる位置を前記スライドの上死点、前記一対の金型が圧接する位置を前記スライドの下死点とする場合に、
   前記制御部は、前記スライドの上死点を前記目標停止位置として前記スライドの往復動作を制御する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレス装置。

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