JPWO2004037528A1

JPWO2004037528A1 - プレス機械

Info

Publication number: JPWO2004037528A1
Application number: JP2004546374A
Authority: JP
Inventors: 金光　俊明; 俊明金光; 一幸小田; 桂一郎山村
Original assignee: Kanemitsu Corp
Current assignee: Kanemitsu Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2006-02-23
Also published as: DE10297808T5; WO2004037528A1; US20060011039A1; US7353686B2; CN1700981A; CN100566986C

Abstract

本発明は、サーボモータ（６）とボールねじ（９）とローラーガイド（１１）とを備えたプレス機械である。これによって、機械全体の小型軽量化、低騒音低振動化、消費電力の低減化、及び加工精度の向上化を図ろうとするものである。

Description

本発明は、例えば機械部品を所定形状に押出し成形、押抜
き、絞りなどのように塑性加工したり、あるいは、金属板材を切断したりする場合に用いられるプレス機械に関する。

この種のプレス機械として、従来から知られているものの一つに、例えば特開２００２−２２４８８９号公報等に開示されているように、基台にスライド昇降自在に支持されてワークを押圧する押圧部材をモータに回転連動されたフライホイールにクランク軸を介して連結して、モータの回転駆動力により、フライホイール及びクランク軸を介して押圧部材を駆動昇降させるように構成したものがある。
また、他の一つに、例えば特開平８−１７４０９７号公報等に開示されているように、基台にスライド昇降自在に支持されてワークを打抜き加工するパンチを備えた上部タレット（押圧部材に相当する）を油圧シリンダにより駆動昇降させるとともに、油圧シリンダへの圧油を供給する斜板式可変容量油圧ポンプの駆動軸にフライホイールを取付け、このフライホイールをモータによりベルト駆動させるように構成したものもある。
さらに、上記の油圧シリンダに代えて空圧シリンダを使用したものも従来より知られている。
これら従来のプレス機械では、フライホイールの持つ慣性イナーシャを利用してモータの回転速度の変動を平均化するとともに、回転エネルギーを蓄積させて、所定のプレス加工を確実に行える反面、質量の大きいフライホイールを回転駆動させるモータが発する騒音及び振動が非常に大きく、これが作業環境の悪化原因の一つとなっている。
また、フライホイールを備えた従来のプレス機械は、フライホイールの存在自体が機械の小型化、軽量化の限界要素となるだけでなく、プレス加工時以外の時も常時フライホイールの回転が持続されるので、消費電力の無駄が多い。これらの点は、最大加圧力の大きい大型プレス機械であればあるほどより顕著な問題である。
加えて、プレス機械においては、加工精度の向上のために動作速度、押圧部材の位置や昇降ストロークなど加工製品に合わせてフレキシブルな動作制御が行え、かつ、常に最適な加工条件の設定が行えることが望まれるが、上記した従来のフライホイール付きプレス機械では、そのような高精度加工のための制御性の実現が困難であった。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、低騒音、低振動かつ小型軽量であるとともに、消費電力も少なくて稼働費の低減が図れ、しかも、動作制御及び加工条件のデータ化を可能にしてプレス加工精度の著しい向上を実現することができるプレス機械を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、請求の範囲第１項に記載された本発明に係るプレス機械は、基台に支持されたモータと、このモータの回転駆動により昇降する昇降機構と、この昇降機構の下端部に固定連結されてワークを押圧する押圧部材とを備えているプレス機械であって、
前記モータが、制御機構により回転制御可能なサーボモータから構成されているとともに、
前記昇降機構が、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたボールねじナットと、これらボールねじ軸及びボールねじナットに形成された転動溝内に転がり運動可能に介入するボール群とを備えたボールねじから構成されており、
前記昇降機構のボールねじ軸とボールねじナットのうち、いずれか一方がサーボモータに回転連動された駆動軸側に連結され、他方が前記押圧部材側に固定連結されていることを特徴とするものである。
上記のごとき構成要件を備えた請求の範囲第１項に記載された本発明によれば、押圧部材の駆動機構が回転制御可能なサーボモータとボールねじとの組合わせから構成されたものであって、フライホイールは一切使用していないので、プレス機全体の小型化、軽量化が図れるとともに、フライホイールの回転駆動に伴うモータ騒音及び振動の発生がなく作業環境を大幅に改善することができる。また、加工待機時や休止時における無駄な電力消費がなくなり、消費電力の節減によりランニングコストの大幅な低減が図れる。
その上、摩擦が小さくて機械効率のよいボールねじと自動追従性能を有するサーボモータとの組合わせによって、全ストロークに亘ってフルパワード出力として必要加圧力が大小広い範囲のプレス加工に適用できるだけでなく、押圧部材の動作速度や位置や昇降ストロークなどを加工製品に合わせてフレキシブルかつ高精度に制御することが可能で、所定のプレス加工精度の著しい向上を実現することができるという効果を奏する。
特に、請求の範囲第２項に記載のように、前記サーボモータに付随の制御機構を、プレス加工条件のデータを数値化して設定入力可能なＮＣ制御部から構成することにより、段取り換え作業の容易化、高精度化が図れてプレス加工精度の向上と共に、生産性の著しい向上も達成することができる。
上記構成の本発明に係るプレス機械における押圧部材の昇降案内手段として、請求の範囲第３項に記載された実施態様のように、基台側に固定されたレールと、押圧部材側に固定された昇降ブロックと、外周面が前記レール及び前記昇降ブロックに転がり接触するローラーとからなるローラーガイドを複数個使用することが好ましい。
この請求の範囲第３項に記載された本発明の実施態様によれば、基台に押圧部材の周辺部を取り囲むような大きい面積を持つ壁構造の支持ガイドを構成する場合に比べて、プレス機全体の小型化を図りつつ、押圧部材のプレス負荷進入時におけるスキューを防止できるとともに、小さい転がり抵抗で精密な昇降運動を確保でき、プレス加工精度の一層の向上を図ることができる。
また、本発明のプレス機械において、サーボモータ及びボールねじを、押圧部材の単体に対して単一個設けるだけであってもよいが、請求の範囲第４項に記載のように、押圧部材単体に対して複数個のサーボモータ及びボールねじを設けてもよい。
この請求の範囲第４項に記載された本発明の実施態様によれば、複数個のサーボモータの回転駆動力を押圧部材単体に集中的に伝達させて、例えば１００トン以上の大きな加圧出力をもつ大型のプレス機械を実現でき、しかも、このような大型プレス機械に対しても、サーボモータとボールねじとの組合わせによって低騒音化、低振動化、省エネルギー化並びにプレス加工の高精度化を達成することができる。
殊に、押圧部材単体に対して複数個のサーボモータ及びボールねじを使用してなる大型のプレス機械において、請求の範囲第５項に記載のように、押圧部材単体の周辺部に複数個のローラーガイドを設置することが好ましい。
この請求の範囲第５項に記載された本発明の実施態様によれば、請求の範囲第２項に記載された本発明の実施態様と同様に、複数個のボールねじを介して押圧部材単体が大きなプレス負荷を受けた時でもスキューを防止できるとともに、小さい転がり抵抗で常に安定した滑らかな昇降運動を確保できて、大きな加圧出力でありながらも高いプレス加工精度を維持することができる。
また、本発明のプレス機械における押圧部材の昇降案内手段として、請求の範囲第６項に記載された実施態様のように、基台側に立設された柱状部材と、押圧部材側に固定されて柱状部材に嵌合保持された摺動体とからなる摺動ガイド機構を使用してもよく、この場合、請求の範囲第７項に記載のように、摺動ガイド機構を、押圧部材単体の周辺部に複数個設置することが好ましい。
この請求の範囲第６項及び請求の範囲第７項に記載された本発明の実施態様による場合でも、基台に押圧部材の周辺部を取り囲むような大きい面積を持つ壁構造の支持ガイドを構成する場合に比べて、プレス機全体の小型化、軽量化を図りつつ、プレス加工精度を十分高く確保することができる。
さらに、本発明のプレス機械において、サーボモータと駆動軸との回転連動手段としては、請求の範囲第８項に記載のように、タイミングベルト及びタイミングプーリ、あるいは、請求の範囲第９項に記載のように、ギア列のいずれを使用してもよい。大型のプレス機械の場合は、ギア列による回転連動手段が望ましく、小型〜中型のプレス機械の場合は、タイミングベルト及びタイミングプーリを使用することにより、騒音の発生を非常に少なくして作業環境の改善に一層優れた効果が得られる。

Ｆｉｇ．１は請求の範囲第１項〜第５項及び第９項に記載の本発明の実施態様が適用されたプレス機械全体の正面図である。
Ｆｉｇ．２はＦｉｇ．１の側面図である。
Ｆｉｇ．３はＦｉｇ．１のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。
Ｆｉｇ．４は押圧部材の昇降案内手段となるローラーガイドのローラ部分の拡大側面図である。
Ｆｉｇ．５は同ローラーガイドの要部の拡大横断面図である。
Ｆｉｇ．６は駆動部の構成を示す概略平面図である。
Ｆｉｇ．７はボールねじの詳細構造を示す一部破断斜視図である。
Ｆｉｇ．８は請求の範囲第１項、第６項及び第８項に記載の本発明の実施態様が適用されたプレス機械全体の正面図である。
Ｆｉｇ．９はＦｉｇ．８の側面図である。
Ｆｉｇ．１０はＦｉｇ．８の全体平面図である。
Ｆｉｇ．１１はＦｉｇ．８のＹ−Ｙ線に沿った横断面図である。

以下、請求の範囲第１項〜第５項及び第９項に記載の本発明に係るプレス機械の一実施の態様を図面に基づいて説明する。
Ｆｉｇ．１に示すように、接地架台３にはその上に下型１を交換可能に取付けとともに下部に下型１から成型品であるワークを離すためのノックアウトピンを備えた油圧シリンダ２を装備させ、この接地架台３の左右両側には上方へ向けて固定延出させた板状基台４，４を設け、この板状基台４，４の上端部間にはギアケース５を架橋状態に固定連結し、この板状基台４，４のギアケース５の前後位置にそれぞれサーボモータ６，６をその出力軸６ａ，６ａを下向きに突出させて固定支持させているものである。
一方、左右の板状基台４，４間には、その下端部にワークを押圧加工するための上型７を交換可能に取付ける押圧部材８が複数個の昇降機構となるボールねじ９，９を介して設けられている。
押圧部材８は、金属製で、Ｆｉｇ．３に明示するように、空隙部８ａを有する中空矩形状の構造に鋳造されており、ボールねじ９，９及び上型７から成型品であるワークを離すためのノックアウトピンを備えた上部油圧シリンダ１０を収納取付するための収納空間が形成されている。この押圧部材８と左右の板状基台４，４との間には、押圧部材８の昇降案内手段となるローラーガイド１１，１１が左右各二列で合計四列設けられている。
上記各ローラーガイド１１は、Ｆｉｇ．３〜Ｆｉｇ．５に例示するように、基台４側に取付固定されたレール１２と、押圧部材８側に取付固定された昇降ブロック１３と、昇降ブロック１３側に取付固定された低摩擦で良摺動性の樹脂製または金属製のリテーナ１４と、このリテーナ１４に回転自在に保持された複数個のローラー１５…とを備えてなり、ローラー１５…の外周面がレール１２及び昇降ブロック１３に転がり接触することで押圧部材８の昇降運動を低摩擦で滑らかにしかも精密に案内するように構成されている。
上記左右の板状基台４，４の上端部間に固定された固定ブロック１６には、Ｆｉｇ．１及びＦｉｇ．６に示すように、前記サーボモータ６，６の下向き出力軸６ａ，６ａにギアケース５内に配置した減速ギア列１７，１７を介して回転連動された縦向駆動軸１８，１８が軸受群１９，１９を介して回転のみ自在に支承されており、これら縦向駆動軸１８，１８と上記押圧部材８との間に前記ボールねじ９，９が介設されている。
各ボールねじ９は、Ｆｉｇ．７に明示するように、縦向駆動軸１８の下端部に一体回転可能に固定連結されたボールねじ軸２０と、このボールねじ軸２０に螺合されかつ下端部が押圧部材８に固定されたボールねじナット２１と、これらボールねじ軸２０及びボールねじナット２１に形成されたスクリュウ形のボールの転動溝２２と、これら転動溝２２内に転がり運動可能に介入された多数個のボール群２５と、ボールねじナット２１の内部に埋め込まれデフレクタ２３の内周側に形成した溝２４によってボール２５を一巻き分だけ隣りの転動溝２２に移行させてボールを循環させるデフレクタ２３より構成されている。
上記左右の基台４，４の前部側方位置には、押圧部材８の昇降ストローク、昇降動作速度等のプレス加工条件のデータを数値化して設定入力可能な操作部２６が設けられているとともに、左右の基台４，４の上方背面部には、前記操作部２６に設定入力されたプレス加工条件データに基づいてサーボモータ６，６の回転を制御するＮＣ制御装置用強電盤２７が設けられている。また、接地架台３の背部には前記ノックアウト用油圧シリンダ２，１０への油圧の供給を制御する油圧ユニット２８が固定設置されている。
次に、上記のように構成されたプレス機械によるプレス動作について簡単に説明する。
まず、操作部２６に、押圧部材８の昇降ストローク、昇降動作速度等のプレス加工条件のデータを数値化して設定入力する。この状態で、サーボモータ６，６の駆動を開始すると、このサーボモータ６，６はＮＣ制御装置強電盤２７により設定入力データに基づいた速度及び回転量に回転制御され、その回転が減速ギア列１７，１７を介して縦向駆動軸１８，１８に伝達されて該縦向駆動軸１８，１８がサーボモータ６，６に同期して回転制御される。
この縦向駆動軸１８，１８の回転に伴い、ボールねじ９，９のボールねじ軸２０，２０が一体回転し、これに螺合しているボールねじナット２１，２１が両者間の転動溝２２内に介入されたボール群２５の転がり循環運動により摩擦の小さい状態で昇降し、このボールねじナット２１，２１の昇降につれて押圧部材８及び上型７が設定ストロークで一体的に駆動昇降されて下型１上にセットされているワークを押圧し所定のプレス加工が行われる。
このように、押圧部材８の駆動機構がＮＣ制御装置強電盤２７を通じて回転制御可能なサーボモータ６，６とボールねじ９，９との組合わせから構成されたものであって、フライホイールは一切使用していないので、プレス機全体の小型化、軽量化が図れるとともに、サーボモータ６，６にはフライホイールを回転駆動させるときのような大きな負荷がかからないために、モータ騒音及び振動はほとんど発生せず作業環境の大幅な改善が図れる。また、プレス加工の待機時や休止時には無駄な電力消費がないため、消費電力の節減によるランニングコストの大幅な低減も図れる。
その上、摩擦が小さくて機械効率のよいボールねじ９，９と自動追従性能を有するサーボモータ６，６とを組合わせることで、全昇降ストロークに亘ってフルパワードの出力が可能で必要加圧力が大小異なる広い範囲のプレス加工に適用できるだけでなく、押圧部材８の昇降動作速度や位置あるいは昇降ストロークなどを加工製品に合わせてフレキシブルかつ高精度に制御しやすく、所定のプレス加工精度の著しい向上を実現することができる。
特に、上記した実施の態様のように、二個のサーボモータ６，６の回転駆動力を押圧部材８単体に集中的に伝達させる構成とすることにより、例えば１００トン〜２００トン程度の大きな加圧出力をもつ大型のプレス機械を実現することができる。また、押圧部材８に対する昇降案内手段として、四個のローラーガイド１１を使用することにより、押圧部材８の周辺部を取り囲むような大きい面積を持つ壁構造の支持ガイドを使用する場合に比べて、プレス機全体の小型化を図りつつ、押圧部材８のプレス負荷進入時におけるスキューを防止できるとともに、小さい転がり抵抗で常に安定した滑らかな昇降運動を確保してプレス加工精度の一層の向上を図ることができる。
つぎに、請求の範囲第１項、第６項及び第８項に記載の本発明に係るプレス機械の他の実施の態様を図面に基づいて説明する。
この実施の態様では、Ｆｉｇ．８〜Ｆｉｇ．１１に示すように、押圧部材８の昇降案内手段として、接地架台３と単一の縦向駆動軸１８を回転可能に支承する上部基台ブロック２９との間に立設された断面円形の三本の柱状部材３０…と、押圧部材８側に固定されて各柱状部材３０…に嵌合保持された三つの摺動体３１…とからなる摺動ガイド機構３２を用いるとともに、押圧部材８の昇降機構として、縦向駆動軸１８の下端部に一体回転可能に固定したボールねじナット２１と、その下端部が押圧部材８の上面ボス部８ａに固定されてボールねじナット２１に螺合されたボールねじ軸２０と、多数個のボール群２５とを備えた単一のボールねじ９を用い、かつ、上部基台ブロック２９の後部に固定支持されたサーボモータ６と前記縦向駆動軸１８との回転連動手段として、サーボモータ６の出力軸６ａ及び縦向駆動軸１８に固定のタイミングプーリ３３，３４とこれらプーリ３３，３４間に掛け渡したタイミングベルト３５とを用い、さらに、ノックアウト用上、下部の油圧シリンダを使用していないものであり、その他の構成は上記した実施の態様と同一であるため、該当する部分に同一の符号を付して、それらの説明を省略する。
このＦｉｇ．８〜Ｆｉｇ．１１に示すプレス機械においても、押圧部材８の駆動機構がＮＣ制御装置用強電盤２７を通じて回転制御可能な自動追従性能を有するサーボモータ６と摩擦が小さくて機械効率のよいボールねじ９との組合わせから構成されたものであるために、フライホイールを使用するものに比べてプレス機全体の小型化、軽量化、モータ騒音及び振動の低減による作業環境の大幅な改善、消費電力の節減によるランニングコストの大幅な低減が図れる上に、全昇降ストロークに亘ってフルパワードの出力が可能で必要加圧力が大小異なる広い範囲のプレス加工に適用できる。さらに、押圧部材８の昇降動作速度や位置あるいは昇降ストロークなどを加工製品に合わせてフレキシブルかつ高精度に制御しやすく、所定のプレス加工精度の著しい向上を実現することができる。
また、押圧部材８に対する昇降案内手段として、柱状部材３０と、この柱状部材３０に嵌合保持された摺動体３１とからなる摺動ガイド機構３２を使用することにより、押圧部材８の周辺部を取り囲むような大きい面積を持つ壁構造の支持ガイドを使用する場合に比べて、プレス機全体の小型化を図りつつ、押圧部材８のプレス負荷進入時におけるスキュー防止並びに小さい転がり抵抗での常に安定した滑らかな昇降運動の確保によってプレス加工精度の一層の向上を図ることができる。

以上のように、本発明は、ワークを押圧する押圧部材を、回転制御可能なサーボモータと摩擦が小さく機械効率のよいボールねじとを介して昇降駆動可能に構成したものであり、これによって、小型軽量化及び低騒音低振動化が図れるとともに、消費電力を少なくてランニングコストの低減が図れ、しかも、動作制御及び加工条件のデータ化を可能にしてプレス加工精度の著しい向上を実現することができるようにした技術である。

Claims

基台側に支持されたモータと、このモータの回転駆動により昇降する昇降機構と、この昇降機構の下端部に固定連結されてワークを押圧する押圧部材とを備えているプレス機械であって、
前記モータが、制御機構により回転制御可能なサーボモータから構成されているとともに、
前記昇降機構が、ボールねじ軸と、このボールねじ軸に螺合されたボールねじナットと、これらボールねじ軸及びボールねじナットに形成された転動溝内に転がり運動可能に介入するボール群とを備えたボールねじから構成されており、
前記昇降機構のボールねじ軸とボールねじナットのうち、いずれか一方がサーボモータに回転連動された駆動軸側に連結され、他方が前記押圧部材側に固定連結されていることを特徴とするプレス機械。
前記制御機構が、プレス加工条件のデータを数値化して設定入力可能なＮＣ制御装置から構成されている請求の範囲第１項に記載のプレス機械。
前記押圧部材の昇降案内手段として、基台側に固定されたレールと、押圧部材側に固定された昇降ブロックと、外周面が前記レール及び前記昇降ブロックに転がり接触するローラーとからなるローラーガイドが複数個設けられている請求の範囲第１項に記載のプレス機械。
前記サーボモータ及びボールねじが、押圧部材の単体に対して複数個設けられている請求の範囲第１項に記載のプレス機械。
前記押圧部材の単体に対して複数個のサーボモータ及びボールねじが設けられていることに加えて、押圧部材単体の周辺部には、複数個のローラーガイドが設置されている請求の範囲第４項に記載のプレス機械。
前記押圧部材の昇降案内手段として、基台側に立設された柱状部材と、押圧部材側に固定されて柱状部材に嵌合保持された摺動体とからなる摺動ガイド機構が設けられている請求の範囲第１項に記載のプレス機械。
前記摺動ガイド機構が、押圧部材単体の周辺部に複数個設置されている請求の範囲第６項に記載のプレス機械。
前記サーボモータと駆動軸とが、タイミングベルト及びタイミングプーリを介して回転連動されている請求の範囲第１項に記載のプレス機械。
前記複数個のサーボモータとそれらに対応する駆動軸とは、ギア列を介して回転連動されている請求の範囲第４項に記載のプレス機械。