JPH08103900A

JPH08103900A - パンチプレスのトルク制御装置

Info

Publication number: JPH08103900A
Application number: JP26623294A
Authority: JP
Inventors: Takami Miyamoto; 隆美宮本; Yasuhiro Kojima; 泰広小島
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1994-10-04
Publication date: 1996-04-23
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JP2897657B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ドグル式のパンチ駆動装置を装備したパンチ
プレス等に応用され、装置を破損するような過大なトル
クが加わらないように制御する。【構成】パンチ駆動装置９が、屈曲レバー１０の屈曲
動作でパンチ工具５を昇降させるトグル式に構成された
パンチプレス等に応用される。制限トルク設定手段２
６，工具位置検出手段２３，およびトルク制限手段３０
と、サーボコントローラ２９のトルク制御部３１とでト
ルク制御装置を構成する。工具位置検出手段２３はパン
チ工具５の昇降位置を検出する。制限トルク設定手段２
６には、各工具昇降位置に対応するパンチ駆動装置９の
モータ１４のトルク制限値が設定される。トルク制限手
段３０は、工具昇降位置に応じてトルク制御部３１の制
限トルク値を、制限トルク設定手段２６の対応する値に
変更する。屈曲レバー１０のトグル角θが微小角となる
工具位置におけるトルク制限値は他の工具位置のトルク
制限値に比べて小さく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トグル機構等を用い
た機械式パンチプレスにおいて、駆動用モータの過大な
出力で機械が破損するのを防止するトルク制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】機械
式パンチプレスでは、パンチ駆動機構として一般にクラ
ンク式のものが用いられている。しかし、クランク式の
ものでは、クランク軸の１回転でパンチ工具の昇降が１
回しか行われないため、パンチ速度の高速化が難しい。
そのため、本出願人は、高速パンチが可能なパンチ駆動
装置として、図５に示すトグル式のものを提案した（特
願平６−１５６８０６号）。これは、中間部５７で屈曲
自在な屈曲レバー５１の上端を支点５５で支持し、下端
をパンチ工具５３の連結される垂直移動端５６としたト
グル機構５１と、屈曲レバー５１の中間部５７に連結さ
れた進退部材５２とで構成される。進退部材５２はレバ
ー等で構成され、回転・直進の運動変換機構（図示せ
ず）を介してサーボモータで進退駆動される。

【０００３】ところが、このようなトグル機構５０で
は、屈曲レバー５１の下レバー５１ａと垂直軸５４との
成す角度（トグル角）θが微小角の場合、モータトルク
が一定であるとすると、理論上、屈曲レバー５１に無限
大の荷重が加わることになる。トグル角θが微小角とな
るのは、屈曲レバー５１に連結されたパンチ工具５３が
下死点付近に位置するときであるが、板厚が薄いワーク
の場合は、下死点付近でパンチ工具がワーク表面に接触
することになる。そのため、薄い板厚で大径孔のパンチ
をした場合、屈曲レバー５１に過大な荷重が作用し、ト
グル機構５０等の機構部分が破損する恐れがある。ま
た、例えばワークを打ち抜き、次いで引き抜くときにト
グル角θは微小角度となっているが、このときにパンチ
工具５３とタレット孔が引っ掛かって引き抜けなくなる
と、モータはトルクを大きくして引き抜こうとする。こ
のとき、パンチ工具５３が引き抜かれない限り、モータ
は最大出力までトルクを大きくしようとするため、トグ
ル機構５０に過大な力が加わり、破損を招く恐れがあ
る。特に、ピンによる結合部分となる上端の支点５５
や、中間部５７、垂直移動端５６等の破損の可能性が高
くなる。

【０００４】この発明の目的は、装置を破損するような
過大なトルクが加わらないように制御できるパンチプレ
スのトルク制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の構成を実施例
に対応する図１と共に説明する。このパンチプレスのト
ルク制御装置（２４）は、モータ（１４）で駆動される
パンチ駆動装置（９）を有するパンチプレスにおいて、
制限トルク設定手段（２６）と、工具位置検出手段（２
３）と、トルク制限手段（３０）とを設けたものであ
る。制限トルク設定手段（２６）は、パンチ駆動装置
（９）のモータ（１４）におけるパンチ工具（５）の各
昇降位置に対応するトルク制限値を設定したものであ
る。工具位置検出手段（２３）はパンチ工具（５）の昇
降位置を検出する手段であり、モータの回転角度等から
間接的に昇降位置を検出するものであっても良い。トル
ク制限手段（３０）は、各工具昇降位置におけるトルク
値が前記トルク制限値以内となるようにモータ（１４）
の出力トルク値を制限する手段である。

【０００６】請求項２記載のトルク制御装置（２４）
は、パンチ駆動装置（９）がトグル機構（１２）を有す
るものである場合に適用される。トグル機構（１２）
は、中間部（１５）で屈曲自在な屈曲レバー（１０）の
上端を支点（１７）とし、下端をパンチ工具（５）の連
結される垂直移動端（３４）としたものであり、中間部
（１５）が進退部材（１１）の進退で正逆に屈曲させら
れる。進退部材（１１）はモータ（１４）の駆動で進退
させる。制限トルク設定手段（２６）は、前記屈曲レバ
ー（１０）のトグル角（θ）が微小角となる工具昇降位
置におけるトルク制限値を他の工具昇降位置のトルク制
限値に比べて小さく設定する。請求項３記載のトルク制
御装置（２４）は、前記制限トルク設定手段（２６）に
設定したトルク制限値を、正負対称のトルク値としたも
のである。

【０００７】

【作用】このトルク制御装置（２４）によると、工具位
置検出手段（２３）で検出されるパンチ工具（５）の各
昇降位置において、パンチ駆動装置（９）のモータ（１
４）の出力トルク値が、制限トルク設定手段（２６）で
設定されたトルク制限値以内となるようにトルク制限手
段（３０）によって制限される。そのため、工具昇降位
置によって種々変化する必要トルク値に応じて、必要以
上のトルク指令を出さない制御が行え、パンチ駆動装置
（９）が過大なトルクのために破損するのを防止でき
る。例えばパンチ引き抜き時に、無理にパンチ工具を引
き抜こうとして機械の損傷を招くことが防止される。

【０００８】請求項２の構成の場合は、屈曲レバー（１
０）のトグル角（θ）が微小角となる工具昇降位置にお
けるトルク制限値が他の工具昇降位置のトルク制限値に
比べて小さく設定されているので、特にトグル機構（１
２）に過大な力が作用して損傷を招き易い微小なトグル
角（θ）の状態においても、トグル機構（１２）の破損
を良好に防止できる。請求項３記載のトルク制御装置の
場合には、トルク制限値が正負対称のトルク値としてあ
るので、モータ（１４）を逆転させて打ち抜きを行う場
合にも、正転時と同様に、前記のトルク制御による破損
防止が行える。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例を図１ないし図４に基づ
いて説明する。図２は、このトルク制御装置を装備する
パンチプレスの破断側面図である。パンチプレス１は、
Ｃ形のフレーム２における上フレーム部２ａおよび下フ
レーム部２ｂに、上タレット３および下タレット４が互
いに同軸に設置され、これら上下のタレット３，４に複
数のパンチ工具５およびダイ工具６が円周方向に並べて
設置されている。各パンチ工具５は、ラム位置に割り出
されたときに、ラム７に連結されて昇降駆動される。ラ
ム７は、ガイド部材８を介して上フレーム部２ａに昇降
自在に支持され、トグル式のパンチ駆動装置９で昇降駆
動される。

【００１０】パンチ駆動装置９は、屈曲動作でラム７を
昇降させる屈曲レバー１０を、水平方向に進退自在な進
退部材１１で屈曲駆動するトグル機構１２を有するもの
であり、進退部材１１はサーボモータ１４を駆動源とす
るクランク式の進退駆動装置１３で駆動される。屈曲レ
バー１０は、短い上レバー１０ａと長い下レバー１０ｂ
とをピン１５で屈曲自在に連結したものであり、ピン１
５による結合部が水平移動端となる。下レバー１０ｂは
下端が垂直移動端３４となり、ラム７の上端に回動自在
にピン結合されている。上レバー１０ａは、上端が支点
部材１６に支点１７で回動自在にピン結合されている。

【００１１】進退部材１１は、進退部材本体１１ａの先
端側に進退伝達レバー１１ｂを上下回動自在に連結した
ものであり、進退伝達レバー１１ｂの先端が屈曲レバー
１０の屈曲部のピン１５に上下回動自在に連結されてい
る。前記進退伝達レバー１１ｂの上下揺動で、屈曲レバ
ー１０の屈曲動作に伴う屈曲部の上下変位が吸収され
る。進退部材本体１１ａは、上フレーム部２ａに設けら
れた２本の平行なガイドレール１８，１８（図３）に、
ガイド部材１１ｃを介して進退自在に支持されている。
進退駆動装置１３は、サーボモータ１４の出力軸１４ａ
に円板状のクランク１９を設け、このクランク１９の偏
心位置に連接棒２０の一端を回動自在に連結したもので
あり、連接棒２０の他端は進退部材本体１１ａの基端に
回動自在に連結してある。サーボモータ１４には、パル
スジェネレータ３５とは別に、ギヤ２１，２２を介して
出力軸１４ａの回転位置を検出する位置検出器２３が付
設してある。位置検出器２３は、パンチ工具５の工具位
置検出手段、すなわちラム７の昇降位置の検出手段とな
るものであり、アブソリュート式またはインクリメンタ
ル式のロータリエンコーダからなる。位置検出器２３
は、ラム７のストローク位置を直接に検出するものであ
っても良い。サーボモータ１４は正逆に駆動可能なもの
とし、サーボモータ１４の例えば１８０度の正逆回転で
トグル機構１２を同じ方向にのみ屈曲させて使用可能と
してある。

【００１２】図１はトルク制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。ＮＣ装置２５は、パンチプレス１の全体を
制御するコンピュータ式の制御装置であり、数値制御機
能部とプログラマブルコントローラ機能部とを備える。
ＮＣ装置２５の一部でこのトルク制御装置２４が構成さ
れる。ＮＣ装置２５は、その演算制御部およびメモリ装
置等で、プログラム解読・背景部処理手段２７と、ラム
軸のサーボコントローラ２９と、他の各軸のサーボコン
トローラ（図示せず）とを構成している。プログラム解
読・背景部処理手段２７は、加工プログラム２８を解読
して各軸のサーボコントローラ２９等に軸送り量の指令
を与えると共に、プログラマブルコントローラ機能部に
加工プログラム２８のシーケンス指令を与える手段であ
る。

【００１３】ラム軸のサーボコントローラ２９は、前記
軸送り量の指令に応答して、サーボモータ１４の駆動用
のサーボアンプ３２に駆動指令を電流値で出力する手段
であり、位置制御、速度制御、およびトルク制御を行う
機能を備えている。位置制御は位置検出器２３の検出信
号により、また速度制御はパルスジェネレータ３５から
変換器３７を介して生成された帰還信号により各々フィ
ードバック制御を行うものとしてある。サーボコントロ
ーラ２９は、例えばソフトウェアサーボで構成される。
サーボコントローラ２９に設けたトルク制御部４０は、
トルク指令値が制限トルク値を超えないように制御する
手段、いわばトルクリミッタとして機能する手段であ
り、制限トルク値は、工具昇降位置に応じてトルク制限
手段３０および制限トルク設定手段２６によって変化さ
せられる。すなわち、制限トルク設定手段２６は、各工
具昇降位置に対応するモータ１４のトルク制限値±τ
_maxを連続的に設定した手段であり、トルク制限手段３
０は位置検出器２３から得られる工具昇降位置に応じ
て、制限トルク設定手段２６の設定値により、トルク制
御部４０の制限トルク値を変更する手段である。

【００１４】制限トルク設定手段２６の工具昇降位置に
応じた設定内容を説明する。サーボモータ１４の回転駆
動に伴う進退部材１１の水平移動によって、パンチ工具
５は図４（Ａ）のように昇降変位して、ワークＷを打ち
抜き加工する。このとき、正常な動作の場合にはパンチ
工具５には昇降の全工程にわたり図４（Ｂ）に斜線で示
すようにほぼ均一の摩擦トルクτ₁が加わり、下降動作
時の初めの部分と上昇動作時の終わりの部分とには図４
（Ｃ）に斜線で示すように加速トルクτ₂が加わる。ま
た、ワークＷを打ち抜く瞬間には図４（Ｄ）に斜線で示
すように打抜きトルクτ₃が加わる。そのため、全昇降
工程においてトグル機構１２の屈曲レバー１０に加わる
全トルクτ_allは図４（Ｅ）に斜線で示すようになる。
この全トルクτ_allが、標準動作時のサーボモータ１４
の必要トルクである。

【００１５】そこで、前記トルク制限値±τ_maxは、標
準動作時の全トルクτ_allに対して、各工具昇降位置に
おいてその工具昇降位置における全トルクτ_allを所定
の許容値だけ上回る値に設定される。制御の簡単のた
め、トルク制限値±τ_maxの変化曲線は、全トルクτ
_allの変化曲線に比べて滑らかに設定してある。上記の
ように設定することで、トルク制限値±τ_maxは工具昇
降位置の下死点付近で他の位置よりも小さくなるように
設定される。工具昇降位置はトグル角θに対応してお
り、トルク制限値±τ_maxは、トグル角θが微小角とな
る工具昇降位置である下死点付近の値が、他の工具昇降
位置での値に比べて小さくなる。トグル角θは、下レバ
ー１０ｂと垂直軸Ｖとの成す角度である。また、このト
ルク制限値±τ_maxは、正負対称のトルク値としてあ
る。

【００１６】ＮＣ装置２５に設けたリターンモード選択
手段３３は、サーボモータ１４を一方向にのみ回転させ
てパンチ駆動を行う通常モードと、サーボモータ１４を
所定回動範囲で正逆回転させてパンチ駆動を行うリター
ンモードとを選択設定する手段である。

【００１７】上記構成の動作を説明する。リターンモー
ド選択手段３３によって通常モードが選択される場合、
進退駆動装置１３のサーボモータ１４は一方向にのみ回
転する。進退駆動装置１３のクランク１９が１回転する
と、進退部材１１が１往復の進退動作をする。この１往
復動作のうち、進退部材１１が図１の左端位置Ａから進
退ストロークＳの中央位置Ｂに達する間は、屈曲レバー
１０はその屈曲部が左寄りに屈曲した状態から伸長状態
へと変化し、これに伴ってパンチ工具５が上死点から下
死点まで下降する。進退部材１１がストロークＳの中央
位置Ｂから右端位置Ｃに達する間は、屈曲レバー１０は
その屈曲部が伸長状態から右寄りに屈曲した状態へと変
化し、これに伴ってパンチ工具５が下死点から上死点ま
で上昇する。進退部材１１が右端位置Ｃから左端位置Ａ
へ戻るときにも、前記と同様にパンチ工具５が昇降す
る。このようにして、進退部材２０が１往復の進退動作
をする間に、パンチ工具５は２回昇降動作を繰り返し、
パンチ工具５によるパンチ動作が２回行われる。

【００１８】上記パンチ動作において、例えばワークを
打ち抜いた後、引き抜くとき、パンチ工具５がタレット
孔に引っ掛かり、引き抜けなくなると、サーボモータ１
４は出力トルクを大きくして引き抜こうとする。この状
態で、引き抜けない限り、サボモータ１４の出力トルク
が次第に増大する。しかし、その出力トルクは、サーボ
コントローラ２９におけるトルク制御部３１において、
サーボモータ１４へのトルク指令値が制限トルク値内に
制限され、この制限トルク値は、トルク制限手段３０に
よって、このときの工具昇降位置に対応する制限トルク
設定手段２６のトルク制限値±τ_maxにリアルタイムに
変更させられる。そのため、パンチ工具５はタレット孔
から引き抜き不能となるが、サーボモータ１４の出力ト
ルクが増大し続けるのを回避できる。これにより、トグ
ル機構１２が破損するのを防止できる。パンチ工具５の
タレット孔からの引き抜きは作業者の作業によって行う
ことになる。なお、サーボモータ１４の出力トルクを制
限トルク値±τ_max以内に制限する制御動作が働きだす
と、警報を出して作業者に打ち抜き不能の状態を解除す
る処理を促すようにしてもよい。

【００１９】一方、リターンモード選択手段３３によっ
てリターンモードが選択された場合は、サーボモータ１
４の１８０度以下の正逆回転により、例えば屈曲レバー
１０のピン１５の位置が図１においてＢ→Ｃ→Ｂ→Ｃの
ように往復する動作が繰り返されて、その一往復でパン
チ工具５は１回の昇降動作をする。このとき、サーボモ
ータ１４は正転駆動と逆転駆動を交互に繰り返すことに
なるので、サーボモータ１４の出力トルクも正負に交互
に切り換わる。これに対して、制限トルク設定手段２６
に正負のトルク制限値±τ_maxが設定されていて、トル
ク制御部３１にもその正負のトルク制限値±τ_maxが設
定されるので、正回転時と逆回転時とで同様のトルク制
御が行われる。

【００２０】また、制限トルク設定手段２６で設定され
るトルク制限値±τ_maxは、トグル角θが微小角となる
工具昇降位置では他の工具昇降位置の値よりも小さく設
定されているので、サーボモータ１４の出力トルクが小
さくてもトグル機構１２に大きい力が加わる微小なトグ
ル角θの工具昇降位置で打ち抜き不能になっても、トグ
ル機構１２が破損しない程度のトルク値にサーボモータ
１４の出力トルクを制限することができる。

【００２１】なお、上記実施例では、トグル機構１２を
有するパンチ駆動装置９を装備したパンチプレス１のト
ルク制御の場合について説明したが、この発明はその他
の形式のパンチ駆動装置を装備したパンチプレスにも適
用できる。

【００２２】

【発明の効果】この発明のパンチプレスのトルク制御装
置は、パンチ駆動装置の駆動用モータの各工具昇降位置
に対応するトルク制限値を設定した制限トルク設定手段
と、パンチ工具の昇降位置を検出する工具位置検出手段
と、前記モータの各工具昇降位置におけるトルク値が前
記トルク制限値以内となるように前記モータの出力トル
ク値を制限するトルク制限手段とを設けたのでパンチ駆
動装置が過大なトルクのために破損するのを防止でき
る。請求項２の発明のトルク制御装置は、前記パンチ駆
動装置が、中間部で屈曲自在な屈曲レバーをモータの駆
動で正逆に屈曲させて屈曲動作に伴いパンチ工具を昇降
させるトグル機構を有するものであり、前記制限トルク
設定手段は、前記屈曲レバーのトグル角が微小角となる
工具昇降位置におけるトルク制限値を他の工具昇降位置
のトルク制限値に比べて小さく設定したので、トグル機
構に過大な力が作用し易い微小なトグル角となる工具昇
降位置においても過大なトルクによるトグル機構の破損
を良好に防止できる。請求項３記載のトルク制御装置
は、制限トルク設定手段に設定するトルク制限値を、正
負対称のトルク値としたので、モータの正逆駆動で屈曲
レバーを屈曲動作させてパンチ工具を昇降させる場合に
も、トグル機構に過大な力が掛かってトグル機構を破損
するのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のトルク制御装置の概念構成図であ
る。

【図２】同トルク制御装置を装備したパンチプレスの部
分破断側面図である。

【図３】同パンチプレスの平面図である。

【図４】同パンチプレスのパンチ工具昇降動作と、その
動作時のモータトルクと、トルク制限値との関係を示す
説明図である。

【図５】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

５…パンチ工具、９…パンチ駆動装置、１０…屈曲レバ
ー、１２…トグル機構、１４…サーボモータ、２３…検
出器（工具位置検出手段）、２４…トルク制御装置、２
６…制限トルク設定手段、２９…サーボコントローラ、
３０…トルク制御手段、３１…トルク制御部、θ…トグ
ル角、±τ_max…トルク制限値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パンチ工具を昇降させるパンチ駆動装置
の駆動用モータの各工具昇降位置に対応するトルク制限
値を設定した制限トルク設定手段と、前記パンチ工具の
昇降位置を検出する工具位置検出手段と、前記モータの
各工具昇降位置におけるトルク値が前記トルク制限値以
内となるように前記モータの出力トルク値を制限するト
ルク制限手段とを設けたパンチプレスのトルク制御装
置。
【請求項２】前記パンチ駆動装置が、中間部で屈曲自
在な屈曲レバーの上端を支点とし、下端をパンチ工具の
連結される垂直移動端としたトグル機構と、前記屈曲レ
バーの屈曲自在な中間部をモータの駆動で正逆に屈曲さ
せる進退部材とを有するものであり、前記制限トルク設
定手段は、前記屈曲レバーのトグル角が微小角となる工
具昇降位置におけるトルク制限値を他の工具昇降位置の
トルク制限値に比べて小さく設定した請求項１記載のパ
ンチプレスのトルク制御装置。
【請求項３】前記制限トルク設定手段に設定したトル
ク制限値を、正負対称のトルク値とした請求項１または
請求項２記載のパンチプレスのトルク制御装置。