WO2007116673A1 - プレス機械、プレス機械の制御装置及び制御方法 - Google Patents

プレス機械、プレス機械の制御装置及び制御方法 Download PDF

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WO2007116673A1
WO2007116673A1 PCT/JP2007/056171 JP2007056171W WO2007116673A1 WO 2007116673 A1 WO2007116673 A1 WO 2007116673A1 JP 2007056171 W JP2007056171 W JP 2007056171W WO 2007116673 A1 WO2007116673 A1 WO 2007116673A1
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WO
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motor
rotation angle
value
press machine
torque
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Application number
PCT/JP2007/056171
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dai Onishi
Kazumichi Okajima
Original Assignee
Ihi Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B1/00—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen
    • B30B1/26—Presses, using a press ram, characterised by the features of the drive therefor, pressure being transmitted directly, or through simple thrust or tension members only, to the press ram or platen by cams, eccentrics, or cranks
    • B30B1/266—Drive systems for the cam, eccentric or crank axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
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    • B30B15/14—Control arrangements for mechanically-driven presses
    • B30B15/148—Electrical control arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a press machine having a mechanism that converts rotational motion into reciprocating motion.
  • Press machines include a hydraulic press that drives a slide by hydraulic pressure and a mechanical press that drives a slide by a mechanical mechanism.
  • Mechanical presses include crank presses that rotate the crankshaft with a motor.
  • the crank press moves the slide up and down by the rotation of the crankshaft.
  • the mechanical press uses a mechanical press that uses a flywheel in which rotational energy is stored, and a machine that uses a servo motor that can freely adjust forward rotation, reverse rotation, and speed change without using a flyhole.
  • a press uses a mechanical press that uses a flywheel in which rotational energy is stored, and a machine that uses a servo motor that can freely adjust forward rotation, reverse rotation, and speed change without using a flyhole.
  • a press machine using a flywheel transmits the rotational driving force of a motor 41 to a flywheel 47 via a pulley 43 and a transmission belt 45, for example, as shown in FIG. clutch
  • the main gear 51 is fixed to one end of the crankshaft 53, and the crankshaft 53 is
  • One end of a connecting member 55 is connected to the eccentric part of the crankshaft 53, and a slide 57 is connected to the other end of the connecting member 55. Thereby, the rotational motion of the crankshaft 53 is converted into the reciprocating linear motion of the slide 57, and the slide 57 is moved up and down.
  • an electric energy storage capacitor is connected to an AC power supply facility, and accumulated in the capacitor in the rotation angle region of the crankshaft that presses the workpiece. Electric energy is supplied to the servo motor.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-344946 “Press Machine”
  • an object of the present invention is to provide a press machine, a control apparatus for the press machine, and a control method that can reduce the size of the motor and the drive circuit of the motor and reduce power consumption.
  • crankshaft When the crankshaft is rotated at a constant command speed by the motor, the motor is driven according to the rotation angle of the crankshaft by various mechanical elements coupled to the crankshaft even when the workpiece is not actually pressed. The actual torque of fluctuates.
  • the present invention uses such fluctuations in actual motor torque to efficiently provide rotation energy to the rotating system.
  • a motor and a motor are driven by the motor.
  • a rotation mechanism having a rotating body that is driven to rotate, and a conversion mechanism that converts the rotation movement into a reciprocating movement; and a slide that is connected to the conversion mechanism and moves back and forth, and the motor is rotated at a constant command speed.
  • a control device for a press machine in which actual motor torque varies according to the rotation angle of the rotating body, an angle detection device for detecting the rotation angle of the rotating body, and a value of the rotation angle to which the angle detection device force is also input.
  • a torque determination device that determines a required motor torque according to the characteristics of the press machine, and a motor rotation command at a rotation angle of the rotating body where the required motor torque is smaller than a predetermined motor torque reference value.
  • a control device for a press machine comprising: a speed adjusting device for increasing the speed from the predetermined command speed.
  • the necessary motor torque is determined according to the characteristics of the press machine, and the necessary motor torque is smaller than a predetermined motor torque reference value.
  • the rotation speed of the motor is increased more than the constant command speed, so that rotational energy can be efficiently given to the rotating system.
  • the maximum motor torque value can be effectively reduced.
  • the maximum motor torque value can be reduced, the electric capacity of the motor and the motor drive unit can be reduced, and the motor and the motor drive unit can be reduced in size.
  • a motor in order to achieve the above object, a motor, a conversion mechanism that has a rotating body that is rotationally driven by the motor, converts the rotational motion into a reciprocating motion, and the conversion mechanism.
  • a control device for a press machine wherein the actual torque of the motor fluctuates in accordance with a rotation angle of the rotating body when the motor is rotated at a constant command speed.
  • An angle detection device that detects the rotation angle of the machine, a torque determination device that determines a required motor torque in accordance with the characteristics of the press machine based on the value of the rotation angle to which the angle detection device force is also input, and the required motor torque
  • a speed adjusting device that reduces the rotation command speed of the motor below the constant command speed at a rotation angle of the rotating body that is greater than a predetermined motor torque reference value.
  • Control apparatus of a press machinery is provided to symptoms.
  • the necessary motor torque is determined according to the characteristics of the press machine, and the required motor torque becomes larger than the predetermined motor torque reference value.
  • the rotation speed of the motor is reduced below the fixed command speed, so that it is possible to prevent the efficiency of applying the rotation energy to the rotating system from being deteriorated.
  • a motor a conversion mechanism that has a rotating body that is rotationally driven by the motor, and converts the rotational motion into a reciprocating motion, and a slide that is connected to the converting mechanism and reciprocates.
  • a control device for a press machine in which the actual torque of the motor varies according to the rotation angle of the rotating body when the motor is rotated at a constant command speed, the angle detection detecting the rotation angle of the rotating body
  • a torque determination device that determines a required motor torque according to the characteristics of the press machine based on a rotation angle value input from the device, the angle detection device, and the required motor torque from a predetermined motor torque reference value
  • the rotation command speed of the motor is increased more than the constant command speed, and the required motor torque is set to a predetermined motor torque reference value.
  • the rotation angle before Symbol rotating body also increases Ri
  • the control apparatus of a press machine is provided, characterized in that it comprises a speed adjustment device to reduce than the predetermined command speed rotational instruction
  • the necessary motor torque is determined according to the characteristics of the press machine, and the necessary motor torque is smaller than a predetermined motor torque reference value.
  • the rotation speed of the motor is increased more than the constant command speed, so that rotational energy can be efficiently given to the rotating system.
  • the maximum motor torque value can be effectively reduced.
  • the motor rotation speed is reduced below a fixed command speed, so the efficiency of applying rotational energy to the rotating system is poor. It can suppress hesitation.
  • the speed adjustment device is configured so that the difference between the required motor torque and the motor torque reference value is multiplied by a constant gain and the magnitude of the motor.
  • the rotation command speed is increased or decreased from the constant command speed.
  • the motor rotation command speed is increased or decreased by an amount proportional to the torque fluctuation amount.
  • Rotational energy can be given to the rotating system more efficiently.
  • the amount by which the speed adjusting device increases the rotation command speed of the motor and the amount by which the rotation command speed of the motor is decreased are equal in time integration value over a predetermined time.
  • the amount of increase in rotation command speed and the amount of decrease are equal in time integration value over a predetermined time, so that the press operation time over a predetermined time is rotated at a constant command speed. In this case, it can be combined with the press operation time over a predetermined time, so that the press production speed does not need to be reduced.
  • a motor a conversion mechanism that has a rotating body that is rotationally driven by the motor, and converts the rotational motion into a reciprocating motion, and a slide that is connected to the converting mechanism and reciprocates.
  • a control method of a press machine in which the actual torque of the motor varies according to the rotation angle of the rotating body when the motor is rotated at a constant command speed, the step of detecting the rotation angle of the rotating body, Determining a required motor torque according to the characteristics of the press machine based on the detected rotation angle value, and rotating the rotating body so that the required motor torque is smaller than a predetermined motor torque reference value.
  • the angle includes the step of increasing the rotation command speed of the motor beyond the constant command speed, and in the step of determining the necessary motor torque, the motor motor by the reciprocating motion of the slide is used. And click variables, the Te based! /, To the motor torque fluctuation component due to rotational motion of the rotating body, the necessary motor torque is determined, a control method of a press machine, wherein there is provided that.
  • the required motor torque is determined according to the characteristics of the press machine, and the required motor torque becomes smaller than a predetermined motor torque reference value.
  • the rotational speed of the motor is increased from a constant command speed, so that rotational energy can be efficiently applied to the rotating system. This allows maximum mode The torque value can be effectively reduced.
  • the maximum motor torque value can be reduced, the electric capacity of the motor and the motor drive unit can be reduced, and the motor and the motor drive unit can be reduced in size.
  • the reciprocating motion of the slide and the rotation of the rotating body are determined by determining the necessary motor torque based on the motor torque varying element due to the reciprocating motion of the slide and the motor torque varying element due to the rotating motion of the rotating body.
  • the motor rotation speed can be controlled in consideration of the motor torque fluctuation factor due to movement.
  • a motor a conversion mechanism that has a rotating body that is rotationally driven by the motor, and converts the rotational motion into a reciprocating motion, and a slide that is connected to the converting mechanism and reciprocates.
  • a control method for a press machine in which the actual torque of the motor varies according to the rotation angle of the rotating body when the motor is rotated at a constant command speed.
  • a control method of a press machine characterized by having the steps of increasing than the predetermined command speed rotation command speed of the motor is provided.
  • the required motor torque value according to the characteristics of the press machine and the value of the rotation angle of the crankshaft, which are obtained from the current supplied to the motor by performing a trial run
  • the required motor torque corresponding to the rotation angle of the crankshaft is determined based on this relationship, and the rotation angle of the rotating body becomes smaller than the predetermined motor torque reference value.
  • the rotational speed of the motor is increased from a constant command speed, so that rotational energy can be efficiently applied to the rotating system. As a result, the maximum motor torque value can be effectively reduced.
  • the maximum motor torque value can be reduced, the electrical capacity of the motor and the motor drive section is reduced. The amount can be reduced, and the motor and the motor drive unit can be reduced in size.
  • the required motor torque can be determined simply by applying the detected rotation angle to the relationship obtained by the trial operation.
  • the motor and the motor drive circuit can be reduced in size, and the power consumption can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional press machine using a flywheel.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a press machine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing crankshaft rotation angle, command speed value, and required motor torque fluctuation with respect to time when the motor is rotated at a constant speed.
  • FIG. 4 is a diagram showing a flow of processing of the arithmetic unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing fluctuations in necessary motor torque over one cycle of crankshaft rotation.
  • FIG. 6 is a graph showing the rotation angle of the crankshaft and the adjusted command speed value and torque fluctuation when the speed is adjusted.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a press machine according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a flow of processing of a calculation unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a press machine according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the press machine 10 of the present invention.
  • the press machine 10 includes a motor 1, a pulley 3 and a transmission belt 5 that are rotated by the rotational driving force of the motor 1, and a driving force of the motor 1 is transmitted via the pulley 3 and the transmission belt 5.
  • the rotating flywheel 6 and the crankshaft 7 to which the rotational driving force is transmitted from the flywheel 6, and the ON state The clutch 9 that connects the flywheel 6 and the crankshaft 7 and separates the crankshaft 7 from the flywheel 6 in the OFF state, the slide 11 that moves up and down by the rotation of the crankshaft 7, and one end that is the eccentric part of the crankshaft 7 And a connecting member 12 connected to the other end force slide 11 to raise and lower the slide 11.
  • An upper die for pressing is fixed to the lower surface of the slide 11, and when the slide 11 is lowered, the object is supported between the upper die and the lower die provided below the slide 11. Press.
  • the press machine 10 incorporates a control device 15 for controlling the rotational speed of the motor 1.
  • the control device 15 includes, for example, a speed command unit 17 that outputs a rotation command speed value of the motor 1 (hereinafter referred to as a command speed value) according to a press condition of the workpiece input from the outside, and a speed command unit 17 And a motor drive unit 21 (for example, a drive circuit) that receives a command speed value from the command adjustment unit 19 and supplies a current corresponding to the command speed value to the motor 1.
  • the command speed value from the speed command unit 17 is input to the command adjustment unit 19 via the limiter.
  • the motor drive unit 21 supplies current to the motor 1 based on the input command speed value.
  • the motor drive unit 21 receives the detection value from the angular speed sensor 23 such as a tachometer that detects the rotation speed of the motor 1, determines the force that the detected rotation speed of the motor 1 is the command speed value, and the speed is If not, adjust the current to motor 1. As a result, the detected rotational speed of the motor 1 is controlled to be a constant command speed value.
  • the angular speed sensor 23 such as a tachometer that detects the rotation speed of the motor 1
  • FIG. 3 is a graph showing the required torque fluctuation of the motor 1 when the press machine 10 is operated with the motor 1 rotated at a constant command speed (ie, constant speed) as described above.
  • the required motor torque refers to the torque of the motor 1 determined by the characteristics of the press machine, the workpiece to be pressed, the desired constant rotational speed of the crankshaft 7, and the like.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the rotation angle of the crankshaft 7. Since the rotation angle of the crankshaft 7 is displaced from 0 to 360 degrees every press cycle, the same waveform is repeated every press cycle in FIG. 3 (A).
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the commanded speed value output by the speed command unit 17.
  • the command speed value is constant.
  • FIG. 3C shows the required torque fluctuation of the motor 1 when the press machine 10 is operated with the motor 1 rotated at a constant command speed.
  • the motor 1 is required according to the time due to various mechanical elements coupled to the crankshaft 7. Torque fluctuates. That is, the actual motor torque of the press machine varies according to the rotation angle of the crankshaft 7.
  • the press machine 10 further includes an angle sensor 25 such as a rotary encoder that detects the rotation angle of the main gear 29 coupled to one end of the crankshaft 7. Prepare.
  • an angle sensor 25 such as a rotary encoder that detects the rotation angle of the main gear 29 coupled to one end of the crankshaft 7.
  • the motor torque reference value is, for example, the average value over one cycle of the fluctuating required motor torque indicated by the solid line in FIG. 3 (C) or the average value over a predetermined time of the required motor torque.
  • the present invention is not limited to this, and is larger than the minimum required motor torque indicated by the solid line in FIG. 3 (C) and smaller than the maximum required motor torque indicated by the solid line in FIG. 3 (C). It is a constant value.
  • the control device 15 performs the rotation command speed of the motor 1 at the rotation angle of the crankshaft 7 at which the required motor torque is larger than the motor torque reference value. Is made lower than the constant command speed. This allows maximum motor torque The cut value can be further reduced.
  • the control device 15 of the press machine 10 includes a calculation unit 26 that outputs a speed adjustment value of the motor 1 according to an output value from the angle sensor 25, and a calculation unit. And a command adjusting unit 19 that increases or decreases the command speed value input from the speed command unit 17 by an amount corresponding to the speed adjustment value input from 26.
  • the command adjustment unit 19 outputs the command speed value adjusted in this way to the motor drive unit 21.
  • the speed adjustment value of the calculation unit 26 is input to the command adjustment unit 19 via the limiter.
  • the angle sensor 25 detects the rotation angle of the crankshaft 7 by detecting the rotation angle of the main gear 29 coupled to the crankshaft 7 and outputs the detected value continuously.
  • the calculation unit 26 functions as a speed adjustment function that calculates a speed adjustment value for increasing or decreasing the rotation command speed of the motor 1 in accordance with the input rotation angle value of the crankshaft 7.
  • FIG. 4 is a diagram showing the flow of the input force to this function up to its output.
  • This torque fluctuation element calculation is performed for each of the following elements (1) to (6).
  • slide acceleration Changes according to the rotation angle of the crankshaft, so the inertia of the slide also changes according to the rotation angle of the crankshaft.
  • the force that the die cushion acts on the slide is calculated from the set cushion force only while the die cushion is operating during pressing. In this case as well, the force applied to the slide by the die cushion changes according to the rotation angle of the crankshaft.
  • the press is modeled as a panel, and only when this panel is contracted (that is, only when the upper mold and the lower mold are in contact), the generated press force is calculated as the product of the panel constant and the amount of contraction. I will. Also in this case, the press pressure changes according to the rotation angle of the crankshaft.
  • a counter resistor that biases the slide 11 upward or downward is applied to the press machine 10. May be provided.
  • the counter balancer is constituted by a pneumatic cylinder or the like, and the magnitude of the force that the counter balancer acts on the slide 11 varies depending on the position of the slide 11, that is, the rotation angle of the crankshaft 7.
  • each force acting on the slide 11 is obtained in advance as a function of the rotation angle of the crankshaft.
  • the fluctuation factor of the required motor torque due to the rotational movement of the crankshaft is calculated (indicated by S2 in Fig. 4). This calculation is generated by converting the rotary motion into the reciprocating motion of the slide.
  • the required motor torque factor is determined as a function of the crankshaft rotation angle.
  • the necessary motor torque fluctuation factor generated by the eccentricity of the crankshaft is obtained as a function of the rotation angle of the crankshaft.
  • This required motor torque fluctuation element is also obtained in advance as a function of the rotation angle of the crankshaft, and the value of the required motor torque element is calculated according to the rotation angle input by this function.
  • Fig. 5 (A) shows an example of this required motor torque.
  • the horizontal axis indicates the rotation angle of the crankshaft, and the vertical axis indicates the torque fluctuation ratio without having a unit.
  • the difference between the required motor torque, which is the sum of the required motor torque element due to the reciprocating motion of the slide 11 and the required motor torque fluctuation element due to the rotational movement of the crankshaft, and the motor torque reference value is calculated as the torque fluctuation Calculate as a value.
  • FIG. 5 (B) shows the torque fluctuation value thus extracted.
  • the horizontal axis represents the rotation angle of the crankshaft
  • the vertical axis represents the torque fluctuation ratio without having a unit.
  • the value obtained by integrating the required motor torque expressed by the function shown in FIG. 5A with the rotation angle over one cycle (0 to 360 degrees) of the rotation angle of the crankshaft 7 is zero.
  • the position of the horizontal axis (that is, the motor torque reference value) is determined as shown in Fig. 5 (B). Therefore, in this case, the position of the horizontal axis is determined so that the average value of the necessary motor torque over one rotation of the crankshaft 7 becomes zero.
  • the torque fluctuation value which is the difference between the required motor torque and the motor torque reference value, is multiplied by a constant gain (magnification), and this is output as a speed adjustment value.
  • the necessary motor torque corresponding to the characteristics of the press machine 10 is calculated. Then, the speed adjustment value is calculated according to the necessary motor torque.
  • the rotation command speed of the motor 1 is changed to the constant command speed at the rotation angle of the crankshaft 7 where the required motor torque becomes smaller than the motor torque reference value.
  • the speed adjustment value is calculated so as to increase it.
  • the rotation command speed of the motor 1 is greater than the constant command speed at the rotation angle of the crankshaft 7 where the required motor torque is greater than the motor torque reference value. Also, the speed adjustment value is calculated so as to decrease.
  • the speed adjustment function described above can be configured by an electronic circuit incorporated in the calculation unit 26, for example.
  • the calculation unit 26 functioning as a speed adjustment function applies the rotation angle to the speed adjustment function and responds to the rotation angle. Calculate the speed adjustment value.
  • the speed adjustment value calculated by the calculation unit 26 is output to the command adjustment unit 19.
  • the command adjustment unit 19 outputs a command speed value that is increased or decreased by adding the speed adjustment value from the calculation unit 26 to the constant command speed value from the speed command unit 17.
  • This command speed value is input to the motor drive unit 21, and the motor drive unit 21 adjusts the current supplied to the motor 1 so that the rotation speed of the motor 1 becomes the input command speed value.
  • This This adjustment can be performed using the speed sensor 23 as described above.
  • FIG. 6 (B) shows the change over time of the command speed value adjusted in this way.
  • FIG. 6C shows the motor torque fluctuation in this case.
  • the broken line in Fig. 6 (B) shows the constant command speed value in Fig. 3 (B) for comparison, and the broken line in Fig. 6 (C) shows the necessary motor in Fig. 3 (C) for comparison. Torque fluctuation is shown.
  • FIG. 6 (A) shows the time change of the rotation angle of the crankshaft 7 corresponding to FIG. 3 (A).
  • the rotational energy can be efficiently applied to the rotating system, and as shown in Fig. 6 (C), the maximum motor torque value can be reduced, and the motor torque can be reduced. Fluctuation can be reduced.
  • the maximum motor torque value can be reduced, the electric capacities of the motor and the motor drive unit can be reduced, and the motor and the motor drive unit can be reduced in size.
  • the amount by which the rotation command speed of the motor is increased from the constant command speed and the amount by which the rotation command speed of the motor is decreased from the constant command speed by the speed adjustment function are the crankshaft 7
  • the time integral over one period (0 to 360 degrees) of the rotation angle is equal. Therefore, the amount of increase in rotation command speed is the same as the amount of decrease in time integration value over one rotation angle period, so the press operation time over one rotation angle period is the same as rotating the motor at a constant command speed. In this case, it is possible to match the press operation time over one cycle of the rotation angle, and it is not necessary to reduce the press production speed.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a press machine 10 ′ according to the second embodiment of the present invention.
  • the press machine 10 ′ of the second embodiment is configured such that the value of the command torque is input from the motor drive unit 21 to the calculation unit 26, and the configuration of the calculation unit 26 is different from that of the first embodiment. .
  • the other configuration of the press machine 10 ′ of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the motor drive unit 21 receives the command speed value directly from the speed command unit 17 or via the command adjustment unit 19, and supplies a current having a value corresponding to the command speed value to the motor 1.
  • the value of the actual speed of the motor 1 is input from the speed sensor 23 to the motor drive unit 21, and in response to this, the actual speed of the motor 1 is set to the commanded speed value.
  • the current value is feedback controlled.
  • FIG. 8 shows a configuration of the calculation unit 26 according to the second embodiment.
  • a constant command speed value is input to the motor drive unit 21 from the speed command unit 17 without going through the command adjustment unit 19, and the press machine 10 ′ is tested.
  • the object is actually pressed.
  • the test run should be carried out for one or several cycles at the beginning of the press production operation.
  • a command torque value is input from the motor drive unit 21 to the calculation unit 26, and a rotation angle of the crankshaft 7 is input from the angle sensor 25.
  • the command torque value input from the motor drive unit 21 to the calculation unit 26 is a necessary motor torque value according to the current value supplied to the motor 1 by the motor drive unit 21, and is a value proportional to this current value. Therefore, the value of the current supplied to the motor 1 is calculated.
  • the relationship between the rotation angle of the crankshaft 7 and the command torque value is obtained and created as a table.
  • the command torque value for each rotation angle of the crankshaft 7 can be obtained by referring to the created table.
  • the relationship between the rotation angle of the crankshaft 7 and the command torque value can be obtained over an arbitrary cycle and created as a table, or the data on the above relationship obtained over several cycles can be obtained for each angle. On average, create data for one cycle, and create this as a table. [0061] Creation of a table in the case of an operation method in which the press is continuously operated without stopping at the top dead center will be described.
  • the press may be trial run until the command torque value stabilizes, and after the command torque value stabilizes, data for one cycle may be obtained to create a table.
  • the data in this table which represents the above relationship at the time of stability, can be applied repeatedly during each period from the start-up for actual operation.
  • the table is created by the trial operation of the press machine 10 ', the table is stored in the calculation unit 26, and the actual operation of the press machine 10' is performed as follows.
  • the calculation unit 26 During operation, if the rotation angle of the crankshaft 7 is input from the angle sensor 25 to the calculation unit 26, the calculation unit 26 must apply the input rotation angle to the table to correspond to the input rotation angle. Calculate the motor torque value.
  • the calculation unit 26 calculates the difference between the required motor torque and the motor torque reference value, and then multiplies the difference by a certain gain, and performs this multiplication.
  • the adjusted value is output as a speed adjustment value. Since the subsequent operation is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. In the actual operation of the press machine 10 ′, the command torque value does not have to be input from the motor drive unit 21 to the calculation unit 26.
  • the required motor torque can be determined simply by applying the detected rotation angle to the table obtained by the trial operation, and the motor rotation can be achieved with a simple configuration and processing.
  • the command speed can be adjusted.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a press machine 10 ′ ′ according to the third embodiment of the present invention.
  • an integrator 33 is used instead of the angle sensor 25 of FIG. 2 described in the first embodiment or the second embodiment.
  • the other configuration is the same as the press machine 10 of the first embodiment, and FIG. 9 shows the configuration corresponding to the first embodiment, but the configuration corresponding to the second embodiment is used. Is configured such that a command torque is input from the motor drive unit 21 to the calculation unit 26 during a trial run.
  • the adjusted command speed value from the command adjusting unit 19 is input to the integrator 33, and the integrator 33 integrates the input command speed value with time.
  • the current value of the rotation angle of the motor 1 obtained by the integrator 33 in this way is input to the calculation unit 26.
  • the calculation unit 26 outputs a speed adjustment value based on the rotation angle value input from the integrator 33.
  • Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.
  • the motor 1 can be integrated by integrating the command speed value with the integrator 33 over time without providing the angle sensor 25 for detecting the rotation angle of the main gear 29 as in the first embodiment. Can be detected.
  • the angle sensor 25 can be omitted, the configuration is simplified.
  • the calculation unit 26 outputs the speed adjustment value to be added to the command speed value from the speed command unit 17, but in the fourth embodiment, the calculation unit 26 The adjustment gain value (magnification) multiplied by the command speed value from the speed command section 19 is output.
  • the command adjusting unit 19 outputs a command speed value adjusted by multiplying the command speed value input from the speed command unit 17 by the adjustment gain input from the calculation unit 26.
  • the adjustment gain calculated by the calculation unit 26 is multiplied by the command speed value from the speed command unit 17, the same adjustment as in the first embodiment or the second embodiment shown in FIG.
  • the specified command speed value can be obtained.
  • the adjustment gain calculated by the calculation unit 26 changes depending on the value of the rotation angle input to the calculation unit 26.
  • the required motor torque value shown in FIG. The larger the torque value, the smaller the value, and the larger the required motor torque value shown in Fig. 3 (C) at the input rotation angle is, the smaller the value is.
  • the angle sensor 25 is configured by the angle sensor 25 that detects the rotational speed of the main gear 29 and the integrator 33 that integrates the command speed value input to the motor drive unit 21 with time. You can also.
  • the angle detection device may be constituted by an angular velocity detection device or a device that detects the position or velocity of the slide 11.
  • the portion for calculating the necessary motor torque based on the input rotation angle of the crankshaft 7 constitutes a torque determination device.
  • the part that calculates the adjusted command speed value based on the calculated required motor torque constitutes the speed adjustment device.
  • the torque determination device is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and this function is sufficient if it determines the necessary motor torque according to the characteristics of the press machine based on the input rotation angle value. It only has to be configured by appropriate means such as an electronic circuit so that it can be realized.
  • the speed adjusting device is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and at the rotation angle of the rotating body (for example, the crankshaft 7) in which the necessary motor torque is smaller than a predetermined motor torque reference value, At the rotation angle of the rotating body where the rotation command speed is increased above the constant command speed or the required motor torque is greater than the predetermined motor torque reference value, the motor rotation command speed is set higher than the constant command speed. If it can be reduced, it should be configured with appropriate means such as an electronic circuit so that the function can be realized.
  • the motor rotation command speed is increased from the constant command speed, and the motor rotation command speed is decreased from the constant command speed.
  • the amount of rotation is one cycle of the rotation angle of the crankshaft 7 (0 to 360 degrees) ) So that the integrated values over time are equal.
  • the command speed value may be adjusted so that these time integrals over an appropriate predetermined time (for example, 1 minute) are equal depending on various conditions and situations.
  • crankshaft 7 described above is a rotating body, and the crankshaft 7 and the connecting member 12 connected thereto constitute a conversion mechanism that converts the rotational motion of the motor 1 into the reciprocating motion of the slide 11.
  • the present invention is a press that is operated by a servo motor without using the flywheel. It can also be applied to machines.

Abstract

　モータと、モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、モータを一定指令速度で回転させた場合に回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、回転体の回転角を検知する角度検知装置と、角度検知装置から入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる回転体の回転角では、モータの回転指令速度を一定指令速度よりも増加させる速度調節装置と、を備える。

Description

プレス機械、プレス機械の制御装置及び制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、回転運動を往復運動に変換する機構を有するプレス機械に関する。
背景技術
[0002] プレス機械には、スライドを液圧によって駆動する液圧プレスと、スライドを機械式機 構によって駆動する機械プレスとがある。
機械プレスには、クランク軸をモータにより回転駆動するクランクプレスがあり、クラン クプレスでは、クランク軸の回転によりスライドを昇降させる。
スライドの下降時に、スライドの下面に固定された上金型と、スライドの下方に配置 された下金型との間に被力卩ェ物を挟み込んでプレスを行う。
[0003] また、機械プレスには、回転エネルギが蓄積されるフライホイールを用いる機械プレ スと、フライホールを用いずに、正転、逆転及び速度変化を自由に調節できるサーボ モータを用いた機械プレスとがある。
[0004] フライホイールを用いたプレス機械は、例えば、図 1に示すように、モータ 41の回転 駆動力をプーリ 43及び伝達ベルト 45を介してフライホイール 47に伝達する。クラッチ
49は、 ON状態でフライホイール 47をメインギヤ 51に連結し、 OFF状態でフライホイ ール 47をメインギヤ 51から分離する。
メインギヤ 51はクランク軸 53の一端部に固定されており、クランク軸 53はメインギヤ
51と共に回転駆動される。
クランク軸 53の偏心部には連結部材 55の一端部が連結され、連結部材 55の他端 部にはスライド 57が連結される。これにより、クランク軸 53の回転運動がスライド 57の 往復直線運動に変換され、スライド 57が昇降される。
[0005] この構成では、フライホイール 47に蓄積される回転エネルギは、被加工物をプレス するクランク軸 53の回転角領域で放出され、その他の回転角領域で再びフライホイ ール 47に蓄積される。
[0006] フライホイールを用いたプレス機械の場合には、フライホイール、クラッチを用いるた めその分だけ装置が大型化するが、サーボモータを用いたプレス機械の場合には、 フライホイールやクラッチを省略できる利点がある。
[0007] し力し、サーボモータを用いたプレス機械の場合には、フライホイールに回転エネ ルギを蓄積することができないので、サーボモータとモータ駆動用の電源設備を大容 量にしなければならない。
[0008] この点を考慮して下記特許文献 1では、電気工ネルギ蓄積用のコンデンサを交流 電源設備に接続し、被加工物をプレスするクランク軸の回転角領域において、コンデ ンサに蓄積された電気工ネルギをサーボモータに供給している。
これにより、交流電源設備を小型化し、プレス時に必要なエネルギを確保している。 特許文献 1：特開 2004— 344946号公報 「プレス機械」
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] しかし、特許文献 1の場合には、交流電源設備を小型化できても、加工物をプレス するクランク軸の回転角領域において大電流をサーボモータに供給するので、サー ボモータを直接駆動する駆動回路は、その分、大型化してしまう。
一方、フライホイールを用いたプレス機械においてもモータ及びモータの駆動回路 をさらに小型化することが望まれる。
また、プレス機械において消費電力を低減することも望まれる。
[0010] そこで、本発明の目的は、モータ及びモータの駆動回路を小型化でき、かつ、消費 電力を低減できるプレス機械、プレス機械の制御装置及び制御方法を提供すること にある。
課題を解決するための手段
[0011] モータによりクランク軸を一定指令速度で回転させると、実際に被加工物をプレスし ない状態でも、クランク軸に結合されている様々な機械的要素により、クランク軸の回 転角に従ってモータの実績トルクが変動する。
本発明は、このようなモータ実績トルクの変動を利用して、回転系に効率よく回転ェ ネルギを与えるものである。
[0012] すなわち、本発明によると、上記目的を達成するため、モータと、該モータにより回 転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換 機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回 転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機 械の制御装置であって、前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、該角度 検知装置力も入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モー タトルクを決定するトルク決定装置と、前記必要モータトルクが予め定められたモータ トルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前 記一定指令速度よりも増カロさせる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス 機械の制御装置が提供される。
[0013] このように、本発明のプレス機械の制御装置では、プレス機械の特性に応じた必要 モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よ りも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増 カロさせるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最 大モータトルク値を効果的に低減することができる。
従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容 量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減 することちでさる。
[0014] また、本発明によると、上記目的を達成するため、モータと、該モータにより回転駆 動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構 に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転さ せた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の 制御装置であって、前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、該角度検知 装置力も入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータト ルクを決定するトルク決定装置と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトル ク基準値よりも大きくなる前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記 一定指令速度よりも減少させる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機 械の制御装置が提供される。 [0015] このように、上記プレス機械の制御装置では、プレス機械の特性に応じた必要モー タトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大 きくなる回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも減少させるの で、回転系に回転エネルギを与える効率が悪ィ匕するのを抑制できる。
従って、消費電力を低減でき、最大モータトルク値も抑制できるので、モータ及びモ ータ駆動部の電気容量を小さくできる。
[0016] また、本発明によると、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの 回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動す るスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の 回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、前記 回転体の回転角を検知する角度検知装置と、該角度検知装置から入力される回転 角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するトルク決定 装置と、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる 前記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加 させ、前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前 記回転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少さ せる速度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置が提供される
[0017] このように、本発明のプレス機械の制御装置では、プレス機械の特性に応じた必要 モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よ りも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増 カロさせるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最 大モータトルク値を効果的に低減することができる。
また、必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる回転 体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも減少させるので、回転系 に回転エネルギを与える効率が悪ィ匕するのを抑制できる。
従って、最大モータトルク値を低減できるとともに、消費電力を低減できるので、モ ータ及びモータ駆動部の電気容量を小さくできる。 [0018] また、本発明の好ましい実施形態によると、前記速度調節装置は、前記必要モータ トルクと、前記モータトルク基準値との差に、一定のゲインを乗じた値の大きさだけ、 モータの回転指令速度を前記一定指令速度から増減させる。
[0019] このように、トルク変動量に比例する量だけモータの回転指令速度を増減するので
、より効率的に回転エネルギを回転系に与えることができる。
[0020] 本発明の好ましい実施形態によると、前記速度調節装置がモータの回転指令速度 を増加させる量と、モータの回転指令速度を減少させる量とは、所定時間にわたる時 間積分値が等しい。
[0021] このように、回転指令速度を増加させる量と、減少させる量とは、所定時間にわたる 時間積分値が等しいので、所定時間にわたるプレス動作時間を、一定指令速度でモ ータを回転させた場合の所定時間にわたるプレス動作時間と合わせることができ、プ レス生産速度を低下させずに済む。
[0022] 本発明によると、上述した制御装置を有するプレス機械が提供される。
[0023] また、本発明によると、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの 回転運動を往復運動に変換する変換機構と、前記変換機構に連結されて往復運動 するスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体 の回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、前 記回転体の回転角を検知する段階と、該検知した回転角の値に基づき、プレス機械 の特性に応じた必要モータトルクを決定する段階と、前記必要モータトルクが予め定 められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回 転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段階と、を有し、必要モータトルク を決定する前記段階では、スライドの往復運動によるモータトルク変動要素と、前記 回転体の回転運動によるモータトルク変動要素とに基づ!/、て、前記必要モータトルク は決定される、ことを特徴とするプレス機械の制御方法が提供される。
[0024] 上記本発明のプレス機械の制御方法では、プレス機械の特性に応じた必要モータ トルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さ くなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速度よりも増加させ るので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これにより、最大モー タトルク値を効果的に低減することができる。
従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容 量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減 することちでさる。
さらに、スライドの往復運動によるモータトルク変動要素と、回転体の回転運動によ るモータトルク変動要素とに基づいて、前記必要モータトルクを決定することで、スラ イドの往復運動と回転体の回転運動によるモータトルク変動要素を考慮したモータ回 転速度の制御を行うことができる。
[0025] さらに、本発明によると、モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの 回転運動を往復運動に変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動す るスライドと、を備え、前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の 回転角に従ってモータ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、プレス 機械の試運転を行うことにより、モータへ供給する電流から求められる、プレス機械の 特性に応じた必要モータトルク値と、クランク軸の回転角の値との関係を作成する段 階と、前記回転体の回転角を検知する段階と、該検知した回転角の値と前記関係に 基づき、該回転角の値に対応する必要モータトルクを決定する段階と、前記必要モ 一タトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角 では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段階と、を有する ことを特徴とするプレス機械の制御方法が提供される。
[0026] 上記本発明のプレス機械の制御方法では、試運転を行うことにより、モータへ供給 する電流から得られる、プレス機械の特性に応じた必要モータトルク値と、クランク軸 の回転角の値との関係を作成し、この関係に基づいて、クランク軸の回転角に対応 する必要モータトルクを決定し、この必要モータトルクが予め定められたモータトルク 基準値よりも小さくなる前記回転体の回転角では、モータの回転速度を一定指令速 度よりも増加させるので、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができる。これ により、最大モータトルク値を効果的に低減することができる。
従って、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気容 量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減 することちでさる。
さらに、試運転により得られた関係に、検知された回転角を当てはめるだけで、必 要モータトルクを決定することができる。
発明の効果
[0027] 上述した本発明によると、モータ及びモータの駆動回路を小型化でき、かつ、消費 電力を低減できる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]は、フライホイールを用いた従来のプレス機械の構成を示す図である。
[図 2]は、本発明の第 1実施形態によるプレス機械の構成を示す図である。
[図 3]は、モータを定速回転させた場合の、時間に対するクランク軸の回転角、指令 速度値及び必要モータトルク変動を示す図である。
[図 4]は、本発明の第 1実施形態による演算部の処理の流れを示す図である。
[図 5]は、クランク軸回転の 1周期にわたる必要モータトルク変動を示す図である。
[図 6]は、クランク軸の回転角と、速度調節をした場合の、調節した指令速度値及びト ルク変動を示す図である。
[図 7]は、本発明の第 2実施形態によるプレス機械の構成を示す図である。
[図 8]は、本発明の第 2実施形態による演算部の処理の流れを示す図である。
[図 9]は、本発明の第 3実施形態によるプレス機械の構成を示す図である。
好ましい実施例の説明
[0029] 本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通 する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
[0030] [第 1実施形態]
図 2は、本発明のプレス機械 10の構成を示す図である。図 2に示すように、プレス 機械 10は、モータ 1と、モータ 1の回転駆動力により回転するプーリ 3及び伝達ベルト 5と、モータ 1の駆動力がプーリ 3及び伝達ベルト 5を介して伝達され回転するフライホ ィール 6と、フライホイール 6から回転駆動力が伝達されるクランク軸 7と、 ON状態で フライホイール 6とクランク軸 7を連結し OFF状態でクランク軸 7をフライホイール 6から 分離するクラッチ 9と、クランク軸 7の回転により昇降するスライド 11と、一端部がクラン ク軸 7の偏心部に連結され他端部力スライド 11に連結されてスライド 11を昇降させる 連結部材 12と、を備える。
スライド 11の下面にはプレス用の上金型が固定されており、スライド 11が下降する と、上金型とスライド 11の下方に設けられている下金型との間で被力卩ェ物をプレスす る。
[0031] また、プレス機械 10には、モータ 1の回転速度を制御する制御装置 15が組み込ま れている。制御装置 15は、例えば、外部から入力された被加工物のプレス条件など に応じてモータ 1の回転指令速度値 (以下、指令速度値という）を出力する速度指令 部 17と、速度指令部 17からの指令速度値を指令調節部 19を介して受け、これに応 じた電流をモータ 1に供給するモータ駆動部 21 (例えば、駆動回路）と、を有する。な お、図 2の例では、速度指令部 17からの指令速度値はリミッタを介して指令調節部 1 9へ入力される。
[0032] まず、速度指令部 17から一定の指令速度値が指令調節部 19を介さずにモータ駆 動部 21に入力される場合について説明する。
この場合、モータ駆動部 21は入力される指令速度値に基づいてモータ 1へ電流を 供給する。
さらに、モータ駆動部 21は、モータ 1の回転速度を検出するタコジェネレータなどの 角速度センサ 23からの検出値を受け、モータ 1の検出回転速度が指令速度値となつ ている力判断し、速度が異なっていれば、モータ 1への電流を調節する。これにより、 モータ 1の検出回転速度が一定指令速度値になるように制御される。
[0033] 図 3は、上述のように、モータ 1を一定指令速度 (即ち、定速度)で回転させてプレス 機械 10を運転した場合におけるモータ 1の必要トルク変動を示すグラフである。なお 、本明細書と特許請求の範囲において、必要モータトルクとは、プレス機械の特性、 プレスの被加工物及びクランク軸 7の所望の一定回転速度などによって定まるモータ 1のトルクを言う。
図 3 (A)において、横軸は時間を示し、縦軸はクランク軸 7の回転角を示している。 クランク軸 7の回転角は、プレスの 1周期ごとに 0〜360度まで変位するので、図 3 (A )では、プレスの 1周期ごとに同じ波形が繰り返される。
図 3 (B)において、横軸は時間を示し、縦軸は速度指令部 17が出力する指令速度 値を示している。この場合、指令速度値は一定である。
図 3 (C)は、モータ 1を一定指令速度で回転させてプレス機械 10を運転した場合に 、モータ 1の必要トルク変動を示している。この図に示すように、モータ 1によりクランク 軸 7を図 3 (B)の一定指令速度で回転させると、クランク軸 7に結合されて 、る様々な 機械的要素によって、時間に従ってモータ 1の必要トルクが変動する。即ち、プレス 機械のモータ実績トルクは、クランク軸 7の回転角に従って変動する。
[0034] 第 1実施形態によるプレス機械 10は、図 2に示すように、クランク軸 7の一端部に結 合されているメインギヤ 29の回転角を検出するロータリーエンコーダなどの角度セン サ 25をさらに備える。
制御装置 15は、図 3 (B)に示すように一定指令速度でモータ 1を回転させた場合に モータの必要トルク力 図 3 (C)に示すモータトルク基準値よりも小さくなるクランク軸 7の回転角では、モータ 1の回転指令速度を図 3 (B)の一定指令速度よりも増加させ る制御を行う。これにより、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、 最大モータトルク値を効果的に下げることができる。従って、最大モータトルク値を低 減できるので、モータ 1及びモータ駆動部 21の電気容量を小さくすることができ、モ ータ 1及びモータ駆動部 21を小型化できる。また、回転系に回転エネルギを効率よく 与えることができるので、消費電力を低減することもできる。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、モータトルク基準値は、例えば、図 3 ( C)の実線で示す変動する必要モータトルクの一周期にわたる平均値又は必要モー タトルクの所定時間にわたる平均値であってもよいが、これに限定されず、図 3 (C)の 実線で示す必要モータトルクの最小値よりも大きぐ図 3 (C)の実線で示す必要モー タトルクの最大値よりも小さ 、一定値である。
[0035] また、制御装置 15は、上記一定指令速度でモータ 1を回転させた場合に必要モー タトルクが上記モータトルク基準値よりも大きくなるクランク軸 7の回転角では、モータ 1の回転指令速度を上記一定指令速度よりも減少させる。これにより、最大モータトル ク値をさらに低減することができる。
[0036] 以下において、このような制御を行うプレス機械 10を詳細に説明する。
[0037] 図 2に示すように、第 1実施形態によるプレス機械 10の制御装置 15は、角度センサ 25からの出力値に応じてモータ 1の速度調節値を出力する演算部 26と、演算部 26 からの入力された速度調節値の分だけ、速度指令部 17から入力された指令速度値 を増減させる指令調節部 19と、をさらに備える。指令調節部 19は、このように増減調 節された指令速度値をモータ駆動部 21に出力する。なお、図 2の例では、演算部 26 力もの速度調節値はリミッターを介して指令調節部 19へ入力される。
[0038] 角度センサ 25は、クランク軸 7に結合されたメインギヤ 29の回転角を検出すること で、クランク軸 7の回転角を検出して、連続的に検出値を出力する。
[0039] 演算部 26は、入力されるクランク軸 7の回転角の値に応じてモータ 1の回転指令速 度を増減するための速度調節値を算出する速度調節関数として機能する。
[0040] 図 4は、この関数への入力力もその出力までの流れを示す図である。
演算部 26、即ち、速度調節関数へ角度センサ 25から回転角の値が入力されると、 まず、この入力に基づいて、スライドの往復運動による必要モータトルクの変動要素と 、クランク軸の回転運動による必要モータトルクの変動要素の計算が行われる。
[0041] 1.スライドの往復運動による必要モータトルク変動要素の計算
スライドの往復運動による必要モータトルク変動要素の計算（図 4の S1で示す)のた めに、回転角の値が入力されると、この回転角をスライド 11の位置に変換する。 そして、このスライド位置の情報に基づいて、スライドの往復運動による必要モータ トルク変動要素が計算される。
このトルク変動要素計算は、次の各要素（1)〜（6)について行われる。
[0042] (1)スライド摩擦
スライドの動摩擦係数とスライドの速度との積として求める。この場合、スライドの速 度はクランク軸の回転角に従って変化するので、スライドの摩擦力もクランク軸の回転 角に従って変化する。
(2)スライドの慣性
スライドの重量と、スライドの加速度の積として求める。この場合、スライドの加速度 はクランク軸の回転角に従って変化するので、スライドの慣性もクランク軸の回転角に 従って変化する。
(3)クッション
ダイクッションがプレス時に動作している間のみ、設定されたクッション力から、ダイ クッションがスライドに作用する力を求める。この場合も、ダイクッションがスライドに作 用する力は、クランク軸の回転角に従って変化する。
(4)プレス加圧力
プレスをパネとしてモデルィ匕し、このパネが縮んでいる間のみ（即ち、上金型と下金 型が接触している間のみ）、発生するプレス加圧力をパネ定数と縮み量の積として求 める。この場合も、プレス加圧力は、クランク軸の回転角に従って変化する。
(5)カウンタバランサ
スライド 11の自重やスライド 11に連結されて 1、る機械要素の自重からスライド 11に 作用する力との釣り合いをとるため、スライド 11を上方又は下方に付勢するカウンタ ノ ランサがプレス機械 10に設けられる場合がある。
このカウンタバランサは空圧シリンダなどにより構成され、カウンタバランサがスライド 11に作用させる力の大きさは、スライド 11の位置、即ち、クランク軸 7の回転角によつ て変動する。
(6)その他の要素
上記以外に、往復運動するスライド 11に力を及ぼすその他の要素がある場合には 、これについても考慮する。
[0043] 上記（1)〜（6)につ 、て、スライド 11に作用する各力をクランク軸の回転角の関数 として予め求めておく。
[0044] 上記（1)〜（6)について、入力された回転角に応じてスライド 11に作用する直線的 な力を求めたら、図 4に示すように、これらの直線的な力を加算する。続いて、加算さ れた直線的な力をモータの必要トルク要素に変換する。
[0045] 2.クランク軸の回転運動による必要モータトルクの変動要素の計算
一方、クランク軸の回転運動による必要モータトルクの変動要素の計算（図 4の S2 で示す)も行う。この計算は、回転運動をスライドの往復運動に変換することにより発 生する必要モータトルク要素をクランク軸の回転角の関数として求める。本実施形態 の場合には、クランク軸の偏心により発生する必要モータトルク変動要素を、クランク 軸の回転角の関数として求める。
この必要モータトルク変動要素も、クランク軸の回転角の関数として予め求めておき 、この関数により入力された回転角に応じて必要モータトルク要素の値が算出される
[0046] このように、入力された回転角に応じて、スライド 11の往復運動による必要モータト ルク要素と、クランク軸の回転運動による必要モータトルク変動要素とが算出されたら 、図 4に示すように、これらを加算して必要モータトルクを算出する。
図 5 (A)は、この必要モータトルクの例を示している。なお、この図において、横軸 はクランク軸の回転角を示し、縦軸は単位を持たせずにトルク変動割合を示している
[0047] 続いて、スライド 11の往復運動による必要モータトルク要素と、クランク軸の回転運 動による必要モータトルク変動要素との総和である必要モータトルクと、モータトルク 基準値との差をトルク変動値として算出する。
図 5 (B)は、このようにして取り出したトルク変動値を表している。なお、この図にお いて、横軸はクランク軸の回転角を示し、縦軸は単位を持たせずにトルク変動割合を 示している。
[0048] 好ましくは、図 5 (A)に示す関数で表された必要モータトルクをクランク軸 7の回転 角の 1周期（0〜360度）にわたつて回転角で積分した値がゼロとなるように、横軸の 位置（即ち、モータトルク基準値）が図 5 (B)のように定められている。従って、この場 合には、クランク軸 7の回転 1周期にわたる必要モータトルクの平均値がゼロになるよ うに、横軸の位置を定める。
[0049] 次に、必要モータトルクとモータトルク基準値との差であるトルク変動値に、一定の ゲイン (倍率)を乗算し、これを速度調節値として出力する。
[0050] 図 4に示すように、上述の手順に従って、演算部 26にクランク軸 7の回転角が入力 されると、演算部 26から速度調節値が出力される。
[0051] 上述のように、本発明では、プレス機械 10の特性に応じた必要モータトルクを算出 し、この必要モータトルクに応じて速度調節値が算出される。
本実施形態では、上記一定指令速度でモータ 1を回転させた場合に必要モータト ルクが上記モータトルク基準値よりも小さくなるクランク軸 7の回転角では、モータ 1の 回転指令速度を上記一定指令速度よりも増加させるように、速度調節値が算出され る。
また、上記一定指令速度でモータ 1を回転させた場合に必要モータトルクが上記モ 一タトルク基準値よりも大きくなるクランク軸 7の回転角では、モータ 1の回転指令速 度を上記一定指令速度よりも減少させるように速度調節値が算出される。
[0052] 図 4の例では、クランク軸 7の回転角が入力されると、図 5 (B)に示す、入力された回 転角でのトルク変動値に一定のゲインを乗じた値の大きさとなる速度調節値が出力さ れるように演算部 26の速度調節関数を作成する。なお、上記一定指令速度でモータ 1を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも小さくなる回 転角に対する速度調節関数の出力値は正である。一方、上記一定指令速度でモー タ 1を回転させた場合に必要モータトルクが上記モータトルク基準値よりも大きくなる 回転角に対する速度調節関数の出力値は負である。また、ゲインを一定の正値にす ることで、図 3 (C)又は図 5に示す必要モータトルクがモータトルク基準値よりも小さい ほど、又は、大きいほど、その回転角での速度調節関数の出力値の絶対値は大きく なる。
上述の速度調節関数は、例えば、演算部 26に組み込まれる電子回路によって構 成することができる。
[0053] 速度調節関数として機能する演算部 26は、角度センサ 25が検出したクランク軸 7 の回転角が入力されると、この回転角を速度調節関数に適用して、この回転角に対 応する速度調節値を算出する。演算部 26により算出された速度調節値は、指令調 節部 19に出力される。
[0054] 指令調節部 19は、速度指令部 17からの一定の指令速度値に、演算部 26からの速 度調節値を加算して増減調節した指令速度値を出力する。
この指令速度値はモータ駆動部 21に入力され、モータ駆動部 21は、モータ 1の回 転速度が入力された指令速度値になるようにモータ 1へ供給する電流を調節する。こ の調節は、上述したように速度センサ 23を用いて行うことができる。
[0055] 上述の制御により、図 3 (C)において必要モータトルクが小さいクランク軸 7の回転 角では、モータ 1の回転指令速度が増加させられ、図 3 (C)において必要モータトル クが大きいクランク軸 7の回転角では、モータ 1の回転指令速度が減少させられる。 図 6 (B)は、このように調節された指令速度値の時間変化を示している。また、図 6 ( C)は、この場合のモータトルク変動を示している。図 6 (B)の破線は、比較のため、図 3 (B)の一定の指令速度値を示しており、図 6 (C)の破線は、比較のため、図 3 (C)の 必要モータトルク変動を示している。なお、図 6 (A)は、図 3 (A)に対応するクランク軸 7の回転角の時間変化を示している。
図 6 (B)のように速度調節することにより、回転エネルギを回転系に効率よく与える ことができ、図 6 (C)に示すように、最大モータトルク値を下げることができ、モータトル クの変動ち低減することがでさる。
このように、最大モータトルク値を低減できるので、モータ及びモータ駆動部の電気 容量を小さくでき、モータ及びモータ駆動部を小型化できる。
また、回転系に回転エネルギを効率よく与えることができるので、消費電力を低減 することちでさる。
[0056] また、好ましくは、上記速度調節関数によって、モータの回転指令速度を上記一定 指令速度から増加させる量と、モータの回転指令速度を上記一定指令速度から減少 させる量とは、クランク軸 7の回転角の 1周期（0〜360度）にわたる時間積分値が等し い。従って、回転指令速度を増加させる量と、減少させる量とは、回転角の 1周期に わたる時間積分値が等しいので、回転角の 1周期にわたるプレス動作時間を、一定 指令速度でモータを回転させた場合の回転角の 1周期にわたるプレス動作時間と合 わせることができ、プレス生産速度を低下させずに済む。
[0057] [第 2実施形態]
図 7は、本発明の第 2実施形態によるプレス機械 10'の構成図である。第 2実施形 態のプレス機械 10'では、モータ駆動部 21から演算部 26へ指令トルクの値が入力さ れるように構成されており、演算部 26の構成が第 1実施形態の場合と異なる。第 2実 施形態のプレス機械 10'の他の構成は、第 1実施形態の場合と同じである。 [0058] 上述と同様に、モータ駆動部 21は、速度指令部 17から直接又は指令調節部 19を 介して指令速度値を受け、これに応じた値の電流をモータ 1へ供給する。この時、速 度センサ 23からモータ駆動部 21へモータ 1の実際の速度の値が入力され、これに応 じて、モータ 1の実際の速度が指令速度値となるように、モータ 1への電流値がフィー ドバック制御される。
[0059] 図 8は、第 2実施形態による演算部 26の構成を示している。
第 2実施形態によると、速度指令部 17から指令調節部 19を介さずに、一定の指令 速度値をモータ駆動部 21へ入力して、プレス機械 10'の試運転を行う。この試運転 では、実際に被力卩ェ物をプレスする。試運転は、プレス生産運転の始めの 1周期又 は数周期にわたつて実施してょ 、。
この試運転の時に、演算部 26へ、モータ駆動部 21からは指令トルク値が入力され 、角度センサ 25からはクランク軸 7の回転角が入力される。
モータ駆動部 21から演算部 26へ入力される指令トルク値は、モータ駆動部 21が、 モータ 1へ供給する電流の値に応じた必要モータトルクの値であり、この電流の値に 比例する値であってよぐモータ 1へ供給される電流の値力 算出される。
プレス機械 10'の試運転により、クランク軸 7の回転角と指令トルク値との関係を得 てこれをテーブルとして作成しておく。これにより、作成されたテーブルを参照するこ とで、クランク軸 7の各回転角に対する指令トルク値を得ることができる。
[0060] プレスを毎回上死点で停止させて運転を行う操業方法の場合のテーブル作成につ いて説明する。
この操業方法では、スライド 11が上死点で停止している状態力 運転を開始し再び 上死点に戻って停止するまでを 1周期とし、この動作を繰り返す。この場合、 1周期ご とにクラッチ 9を入 Z切するので、各周期ごとのクラッチ 9の影響が同じであり、周期ご との指令トルク値が等しい。
従って、任意の 1周期にわたってクランク軸 7の回転角と指令トルク値との関係を得 て、これをテーブルとして作成してもよいし、数周期にわたって得られた上記関係に 関するデータを各角度ごとに平均して 1周期分のデータとし、これをテーブルとして作 成してちょい。 [0061] プレスを上死点で停止させずに連続して運転を行う操業方法の場合のテーブル作 成について説明する。
この操業方法では、運転開始後は、上死点でスライド 11を停止させずに連続して 運転を行い、 1周期ごとにスライド 11を上死点で停止させることはしない。この場合、 運転開始時に、クラッチ 9をつないだ後は、クラッチ 9を切らないため、最初の 1周期と それ以降の周期とで指令トルク値が異なる。
従って、指令トルク値が安定するまでの数周期（例えば、 n周期分)のデータを試運 転により得て、これら数周期にわたる指令トルク変動を表わす上記テーブルを作成し ておく。このテーブルの各周期のデータは、実際の運転時における対応する周期に 適用される。そして、このテーブルの最後の周期 (n周期目）のデータは、実際の運転 時において n周期目以降の周期に反復して適用される。
また、代わりに、指令トルク値が安定するまでプレスを試運転し、指令トルク値が安 定した後に、 1周期分のデータを得てテーブルを作成してもよい。安定時における上 記関係を表わすこのテーブルのデータは、実際の運転にぉ 、て始動時からの各周 期に反復して適用されてよ ヽ。
[0062] 上述のように、プレス機械 10'の試運転によりテーブルを作成したら、これを演算部 26に記憶しておき、プレス機械 10'の実際の運転を次のようにして行う。
運転時に、演算部 26に角度センサ 25からクランク軸 7の回転角が入力されると、演 算部 26は、入力された回転角をテーブルに適用して、入力された回転角に対応する 必要モータトルク値を算出する。
続いて、第 1実施形態の場合と同様に、演算部 26は、この必要モータトルクと、モ 一タトルク基準値との差を算出し、その後、この差に一定のゲインを乗算し、この乗算 された値を速度調節値として出力する。その後の動作は、第 1実施形態と同じなので 、説明を省略する。なお、プレス機械 10'の実際の運転時には、モータ駆動部 21か ら演算部 26へ指令トルク値は入力されなくてよい。
[0063] 第 2実施形態では、試運転により得られた上記テーブルに、検知された回転角を当 てはめるだけで、必要モータトルクを決定することができ、簡単な構成及び処理で、 モータの回転指令速度を調節することができる。 [0064] [第 3実施形態]
図 9は、本発明の第 3実施形態によるプレス機械 10' 'の構成図である。第 3実施形 態では、第 1実施形態又は第 2実施形態で説明した図 2の角度センサ 25の代わりに 積分器 33を用いたものである。その他の構成は、第 1実施形態のプレス機械 10と同 じであり、図 9には第 1実施形態に対応する構成が記載されているが、第 2実施形態 に対応する構成とする場合には、試運転時にモータ駆動部 21から演算部 26へ指令 トルクが入力されるように構成される。
[0065] 図 9に示すように、積分器 33には指令調節部 19からの調節された指令速度値が入 力され、積分器 33は入力されてくる指令速度値を時間で積分する。
モータ駆動開始時力 指令速度値を時間で積分していくと、現時点のモータ 1の回 転角を得ることができる。
[0066] このように積分器 33で得られた現時点のモータ 1の回転角の値は、演算部 26に入 力される。演算部 26は、第 1実施形態と同様に、積分器 33から入力されてくる回転 角の値に基づいて、速度調節値を出力する。その他の構成及び動作は第 1実施形 態の場合と同様である。
[0067] 第 3実施形態によると、第 1実施形態のようにメインギヤ 29の回転角を検出する角 度センサ 25を設けなくとも、積分器 33で指令速度値を時間積分することで、モータ 1 の回転角を検知することができる。
従って、角度センサ 25を省略できるので、構成が簡単になる。
[0068] [第 4実施形態]
第 1実施形態又は第 2実施形態では、演算部 26は、速度指令部 17からの指令速 度値に加算される速度調節値を出力していたが、第 4実施形態では、演算部 26は、 速度指令部 19からの指令速度値に乗算される調節ゲイン値 (倍率)を出力する。
[0069] 指令調節部 19は、速度指令部 17から入力された指令速度値に、演算部 26から入 力された調節ゲインを乗じて調節された指令速度値を出力する。
[0070] 演算部 26が算出する調節ゲインは、これを速度指令部 17からの指令速度値に乗 算すると、図 6 (B)に示す第 1実施形態又は第 2実施形態の場合と同じ調節された指 令速度値が得られるように定めることができる。 すなわち、演算部 26が算出する調節ゲインは、演算部 26に入力される回転角に値 によって変化するものであり、入力回転角での図 3 (C)に示す必要モータトルクの値 1S 基準モータトルク値よりも大きいほど、小さい値をとり、入力回転角度での図 3 (C) に示す必要モータトルクの値が基準モータトルク値よりも小さ 、ほど、大き 、値をとる
[0071] [その他の実施形態]
上述のメインギヤ 29の回転速度を検出する角度センサ 25や、モータ駆動部 21へ 入力される指令速度値を時間積分する積分器 33により角度検知装置が構成される 力 他の適切な手段により構成することもできる。例えば、角度検知装置を、角速度 検出装置やスライド 11の位置又は速度を検出する装置により構成してもよ 、。
[0072] 第 1実施形態や第 2実施形態の演算部 26において、入力されたクランク軸 7の回転 角に基づいて必要モータトルクを算出する部分は、トルク決定装置を構成する。また 、第 1実施形態や第 2実施形態の演算部 26と指令調節部 19において、算出された 必要モータトルクに基づいて、調節された指令速度値を算出する部分は、速度調節 装置を構成する。
しかし、トルク決定装置は、上述の実施形態の構成に限定されず、入力される回転 角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決定するものであれ ばよぐこの機能を実現できるように電子回路などの適切な手段で構成されていれば よい。
また、速度調節装置は、上述の実施形態の構成に限定されず、必要モータトルクが 予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる回転体 (例えば、クランク軸 7)の 回転角では、モータの回転指令速度を一定指令速度よりも増加させるか、又は、必 要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる回転体の回転角 では、モータの回転指令速度を一定指令速度よりも減少させるものであればよぐこ の機能を実現できるように電子回路などの適切な手段で構成されて 、ればよ 、。
[0073] また、上述では、クランク軸回転の 1周期当たりの動作時間を合わせるため、モータ の回転指令速度を上記一定指令速度から増加させる量と、モータの回転指令速度を 上記一定指令速度から減少させる量とは、クランク軸 7の回転角の 1周期（0〜360度 )にわたる時間積分値が等しくなるようにした。しかし、種々の条件、状況に応じて、適 切な所定時間 (例えば、 1分間）にわたるこれらの時間積分が等しくなるように指令速 度値を調節してもよい。
[0074] 上述のクランク軸 7は、回転体であり、クランク軸 7と、これに連結された連結部材 12 などは、モータ 1の回転運動をスライド 11の往復運動に変換する変換機構を構成す るが、モータ 1により回転駆動されるカムや他の適切な部材などにより変 «構を構 成してちょい。
[0075] また、上述の実施形態ではフライホイールを用いたプレス機械 10、 10'、 10'，につ いて説明したが、本発明は、フライホイールを用いずにサーボモータにより運転を行 うプレス機械にも適用できる。
[0076] このように、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しな V、範囲で種々変更をカ卩ぇ得ることは勿論である。

Claims

請求の範囲
[1] モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に 変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前 記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ 実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、
前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、
該角度検知装置力 入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた 必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、
前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回 転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる速 度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置。
[2] モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に 変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前 記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ 実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、
前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、
該角度検知装置力 入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた 必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、
前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前記回 転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少させる速 度調節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置。
[3] モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に 変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前 記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ 実績トルクが変動するプレス機械の制御装置であって、
前記回転体の回転角を検知する角度検知装置と、
該角度検知装置力 入力される回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた 必要モータトルクを決定するトルク決定装置と、 前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回 転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させ、前 記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも大きくなる前記回転体 の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも減少させる速度調 節装置と、を備えることを特徴とするプレス機械の制御装置。
[4] 前記速度調節装置は、前記必要モータトルクと、前記モータトルク基準値との差に 、一定のゲインを乗じた値の大きさだけ、モータの回転指令速度を前記一定指令速 度力も増減させる、ことを特徴とする請求項 1、 2又は 3に記載のプレス機械の制御装 置。
[5] 前記速度調節装置がモータの回転指令速度を増加させる量と、モータの回転指令 速度を減少させる量とは、所定時間にわたる時間積分値が等しい、ことを特徴とする 請求項 3に記載のプレス機械の制御装置。
[6] 請求項 1乃至 5のいずれかに記載の制御装置を有するプレス機械。
[7] モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に 変換する変換機構と、前記変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、 前記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモー タ実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、
前記回転体の回転角を検知する段階と、
該検知した回転角の値に基づき、プレス機械の特性に応じた必要モータトルクを決 定する段階と、
前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回 転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段 階と、を有し、
必要モータトルクを決定する前記段階では、スライドの往復運動によるモータトルク 変動要素と、前記回転体の回転運動によるモータトルク変動要素とに基づいて、前 記必要モータトルクは決定される、ことを特徴とするプレス機械の制御方法。
[8] モータと、該モータにより回転駆動される回転体を有しこの回転運動を往復運動に 変換する変換機構と、該変換機構に連結されて往復運動するスライドと、を備え、前 記モータを一定指令速度で回転させた場合に前記回転体の回転角に従ってモータ 実績トルクが変動するプレス機械の制御方法であって、
プレス機械の試運転を行うことにより、モータへ供給する電流から求められる、プレ ス機械の特性に応じた必要モータトルク値と、クランク軸の回転角の値との関係を作 成する段階と、
前記回転体の回転角を検知する段階と、
該検知した回転角の値と前記関係に基づき、該回転角の値に対応する必要モータ トルクを決定する段階と、
前記必要モータトルクが予め定められたモータトルク基準値よりも小さくなる前記回 転体の回転角では、モータの回転指令速度を前記一定指令速度よりも増加させる段 階と、を有することを特徴とするプレス機械の制御方法。
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