WO1993010966A1 - Method of automatically controlling pressing force of press machine and device therefor - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

プレス機械の加圧力自動制御方法とその装置

技術分野

本発明は、 プレス機械において、 加工中型工具が被加工物へ加圧するときの加 圧力を一定に保っための加圧力自動制御方法とその装置に関する。 更に詳しくは- プレス加工中に型工具が被加工物に加圧するときの圧力が予め設定された最適な 加工圧になるように設定できるプレス機械の加圧力自動制御方法とその装置に関 する。

背景技術

プレス加工は、 往復圧縮運動を主とするプレスなどの加工機械および型工具を 用いて、 金属その他の材料もしくは全域に塑性変形を与え、 成形、 接合、 分離お よび矯正などを行う加工法として知られている。 このプレス加工は、 被加工物に 塑性変形を与えるとき、 加工進行に伴いまた気温環境の変化等によって、 加工圧 力が変化する。 取り分け、 この加工は、 精密打抜き、 精密切断加工等の精密塑性 変形加工のとき、 たちまち製品むらを生じて安定した加工は困難となる欠点があ つた。

この現象を詳しく説明すると、 機械プレスの場合、 すべて同じ膨脹率の金属で 装置を製作したとしても、 機械の摩擦の多い機体部分は発熱し、 熱せられ、 この 部分のみが温度が高くなる。 このため、 この加温された部分のみが膨脹する。 こ の結果、 プレスを構成する各要素に変形が生じる。 例えば、 クランクプレス機械 の場合、 機体が伸びるとプレスの力の最も強くなる下死点の位置が上り、 加圧力 低下を招く。 また、 中心にあるラムのみが加熱されると、 ラムが伸びて逆に、 下 死点の位置が下がり加圧力が上昇する。

油圧プレスの場合も機械プレスと同様な現象が生じる。 すなわち加工開始後、 時間経過と共に、 油圧に使用される油の温度が上昇して、 適温になるまで加圧力 が上昇する。 しかし、 適温を過ぎると油の粘度が落ちて加圧力が低下する。

以上のように、 加圧力の変化がプレス加工製品にむらを生じさせるため、 精密 加工をするためにはたえず加圧力の調整が必要である。 し力、し、 プレス加工にあ たって、 加工初めに最適加圧力に設定していても、 加工を長時間継続すると温度 が上昇し、 加圧する位置、 すなわち下死点の位置が変化して加圧力に変化が生じ O

発明の開示

この発明は、 以上のような技術背景で発明されたものであり、 次の目的を達成 9 る o

この発明の目的は、 プレス機械において、 型工具が被加工物を加圧するときに 加圧力が常に一定になるように加圧力を制御するためのプレス機械の加圧力自動 制御方法とその装置を提供することにある。

この発明の他の目的は、 プレス加工中の加工圧力の変動を察知し、 これを捕正 するためのプレス機械の加圧力自動制御方法とその装置を提供することにある。

この発明の更に他の目的は、 プレス加工の不良品の発生を未然に防ぐためのプ レス機械の加圧力自動制御方法とその装置に提供することにある。

この発明の更に他の目的は、 プレス金型の破損を未然に防止するためのプレス 機械の加圧力自動制御方法とその装置を提供することにある。

本発明の効果は、 一定の圧力でプレス加工ができるので、 金型の形状厚み等に 関係なく一定圧で加工作業ができるので、 余分のエネルギーを使用することはな い o

本発明の他の効果は、 温度環境等の変化があっても加圧力を一定に保つので、 安定したプレス加工ができる。

前記課題を解決するためのに次のようなプレス機械の加圧力自動制御方法及び その自動制御装置を採用する。

プレス機械の加圧力自動制御方法は、

プレス機械及び型工具を用いて被加工物の一部もしくは全域に塑性変形を与え るプレス加工のサイクルにおいて、

前記プレス加工中に前記型工具が前記被加工物を加圧するときの加圧力の大き さを検出し、

前記加圧力と予め設定された最適な設定加圧力とを比較し、

前記加圧力と前記設定加圧力との間に差があれば前記加圧力を前記設定圧力に 近付けように補正する方法である。

前記加圧力が予め設定された値を越えたときに前記プレス加工サイクルを停止 させるとプレス金型の破損防止の点から効果的である。

プレス機械の加圧力自動制御装置は、

フレームと、

前記フレームに移動自在に設けられ、 型工具が設けられたラムと、

回転運動を直線運動に変換し前記ラムを直線方向に駆動するためのラム駆動機 構と、

前記ラム駆動機構を回転駆動するためのサ一ボモータと、

前記ラムに型工具を取り付けて被加工物の一部もしくは全域に塑性変形を与え るプレス機械において、

前記ラムに設けられ、 前記被加工物と前記ラムとの間の長さを調節するための 長さ調節手段と、

前記プレス機械に設けられ、 プレス加工中に前記型工具が前記被加工物を加圧 するときの加圧力の大きさを検出するための加圧力検出センサ一と、

前記プレス加工中に前記型工具が前記被加工物を加圧するときの加圧力の大き さを前記加圧力検出センサ一で検出し、 前記加圧力と予め設定された設定加圧力 とを比較し、 かつ前記加圧力と前記設定加圧力との間に差があれば前記長さ調節 手段を補正して前記設定圧力に近付けるための制御装置とからなる。

前記長さ調節手段が前記ラムと工具との間をネジにより連結するネジ連結機構 と、

前記ネジ連結機構を駆動し前記長さを調節するためのネジ駆動サ一ボモータと から構成するとより効果的である。

前記加圧力検出センサーは、 前記フレームに設けると更に良い。

図面の簡単な説明

図 1は、 プレス機械の断面図である。

図 2は、 第 1図の左側面図である。

図 3は、 第 1図の A— A線で切断した断面図である。

図 4は、 制御装置の機能ブロック図である。 図 5は、 制御装置に表示されるモ一ド番号と設定内容を示す図である。

図 6は、 制御装置の加工中の動作の概要を示すフローチヤ一トである。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施例を図面にしたがって説明する。 図 1は、 プレス機械 1の 断面図である。 フレーム 2は略箱型の形状をしたものである。 フレーム 2は、 本 実施例のものは鐯物で作られたものである。 フレーム 2内には、 クランク機構 3 が内蔵されている。 クランク機構 3は、 2か所でフレーム 2に支持された軸受 4 , 5でクランク軸 6 , 7が支持されている。

クランク軸 6の延長した軸 9には、 ウォームホイール 8がキーで固定されてお り、 更にこの軸 9には軸受 1 0でフレーム 2に回転自在に支持されている。 軸 9 の一端には、 クランク機構 3の回転速度を検出するための円板 1 1が固定されて いる。 円板 1 1の外周には、 切欠き 1 2 a， 1 2 bが形成されている。 切欠き 1 2 a , 1 2 bは、 クランク機構 3の上死点、 下死点位置を検出するためのもので あり、 この位置に対応して形成されている。 切欠き 1 2 a， 1 2 bの位置は、 4 個のフォ トセンサ 1 3 a， 1 3 a , 1 3 b , 1 3 bで上死点、 下死点が検出され o

クランク軸 6からクランク腕を介して偏心した位置にクランクピン 1 5が一体 に設けられている。 クランクピン 1 5は、 この一端で 2分割できる構造である。 クランクピン 1 5の一端に連結ピン 1 6が一体に設けられ、 この連結ピン 1 6力く クランク軸 7に設けた連結穴 1 7に挿入されている。 クランクピン 1 5の中心線 は、 クランク釉 6， 7の中心線から偏心している。 したがって、 この偏心量の約 2倍がラム 6 0の往復運動量となる。

—方、 ウォームホイール 8は、 ウォーム 2 0にかみ合っている。 ウォーム 2 0 を保持している軸には更にタイミ ングプ一リ 2 1が設けられている。 タイミング プーリ 2 1には、 タイミングベルト 2 2が架け渡されている。 タイミングベルト 2 2は、 他方のタイミ ングプ一リ 2 3に嚙み合っている。 夕イミングプーリ 2 3 は、 A Cサーポモータ 2 4の出力軸 2 5に連結されている。 結局、 クランク機構 3は、 A Cサーボモータ 2 4により、 出力軸 2 5、 タイミングプーリ 2 3、 タイ ミ ングベルト 2 2、 夕イ ミ ングプーリ 2 1、 ウォーム 2 0， ウォームホイール 8 を介して回転駆動される。

クランクピン 1 5には、 クランクピン軸受 3 0を介して連結棒 3 1の一端が回 転自在に支持されている。 他方、 連結棒 3 1の他端には、 ラムピン 3 2がラムピ ン軸受 3 3を介して回転自在に設けられている。 ラムピン 3 2は、 上部ラム 3 4 に固定されている。 上部ラム 3 4には、 ネジ棒 3 5の上端が回転自在に支持され ている。 ネジ棒 3 5の上部には、 小径部 3 6、 フラ ンジ 3 7がー体に形成されて いる。 小径部 3 6とフランジ 3 7は、 半割状で 2分割された 2個の支持部材 3 8 a , 3 8 bで回転自在に保持されている。

支持部材 3 8 a , 3 8 bは、 ボルト 3 9で上部ラム 3 4に固定されている。 上 部ラム 3 4は、 リニアベアリ ング （図示せず） で上下方向に移動自在に、 フ レー ム 2に形成されたラム空間 4 0内で支持されている。 ネジ棒 3 5の下端には、 ォ ネジ 4 1が形成されている。 ネジ棒 3 5の外周には、 2本のキ一 4 2がビスで固 定されている。 キー 4 2とネジ駆動筒 4 3とは軸線方向にのみ摺動自在に設けら れている。 結局ネジ棒 3 5とネジ駆動筒 4 3は、 軸線方向にのみ摺動自在に結合 されている。

ネジ駆動筒 4 3の外周には、 キー 4 4が固定されている。 更にウォームホイ一 ル 4 5が固定されている。 したがって、 ウォームホイール 4 5の回転は、 キ一4 4を介してネジ駆動筒 4 3に伝動される。 ウォームホイール 4 5の両側面には、 2個のスラスト軸受 4 6， 4 6でフレーム 2に回転自在に支持されている。 更に、 ネジ駆動筒 4 3は、 ラジアル軸受 4 7によりフ レーム 2に回転自在に支持されて いる。

ウォームホイール 4 5には、 ウォーム 5 0が嚙み合っている。 このウォーム 5 0の軸 5 1にはタイミ ングプ一リ 5 2が連結固定されている。 タイ ミ ングプ一リ 5 2には、 タイミ ングベルト 5 3が架け渡されている。 更に、 夕イ ミ ングベルト 5 3にはタイミ ングプーリ 5 4に嚙み合っている。 タイ ミ ングプーリ 5 4は、 A Cサーボモー夕 5 5の出力軸 5 6の一端に連結固定されている。 結局、 A Cサー ボモータ 5 5は、 出力軸 5 6， 夕イ ミ ングプ一リ 5 4、 夕イ ミ ングベルト 5 3、 タイミ ングプーリ 5 2、 軸 5 1、 ウォーム 5 0、 ウォームホイール 4 5、 ネジ駆 動筒 4 3を介してネジ棒 3 5を回転駆動する。 ネジ棒 3 5は、 下部ラム 6 0の上端のメネジ 6 1にねじ込まれている。 下部ラ ム 6 0は、 円筒状のガイ ドブッシュ 6 3にすベりキー 6 2により上下摺動自在に 支持されている。 ガイ ドブッシュ 6 3と下部ラム 6 0と間には、 ボールガイ ド 6 4が介在されている。 更に、 ガイ ドブッシュ 6 3は外筒 6 5に揷入されている。 外筒 6 5とガイ ドブッシュ 6 3とは、 相互に回転しないように、 固定キー 6 6 で固定されている。 外筒 6 5は、 更にフレーム 2にボルトで固定されている。 外 筒 6 6の下端には、 蓋 6 7がボル卜で固定されている。 フレーム 2内には、 オイ ルが充填されているので、 蓋 6 7にはオイルシール 6 8が設けられ、 下部ラム 6 0との間をシールしオイルの漏れを防いでいる。

制御装置 7 0

図 4は、 プレス機械の制御装置の概要を示す機能ブロック図である。 制御装置 7ひは、 プレス機械の運転を制御するためのものである。 マイクロコンピュータ 7 1は、 ワンチップマイクロコンピュータと呼ばれている周知のものである。 マ イク口コンピュータ 7 1は、 バス 7 2を介して初期スィツチ 7 3が接続されてい る。 初期スィッチ 7 3は、 制御装置 7 0に初期条件を設定するときのものである。 スタートスィッチ 7 4は、 加工時にプレス機械の運転をスタートさせるときの スィッチである。 データメモリ 7 5は、 プレス加工時の加工圧力である圧力の上 限、 下限の設定値等各種データを記憶するためのメモリである。 この上限、 下限 の幅内でプレス機械は稼働される。 データメモリ 7 5には、 更に基礎時間、 基本 回数等が設定できる。

制御パネル 7 8は、 L E D表示器、 入力スィッチからなるものである。 2桁の L E D表示器 7 9は、 モード番号を表示する。 モード選択スィッチ 8 0は、 制御 装置の動作モードを選択するためのディ ジタルスイッチである。 4桁の L E D表 示器 8 1は、 データを表示するためのものである。 数値設定スィツチ 8 2は、 L E D表示器 8 1に設定する数値を入力ためのディジ夕ルスィツチである。

L E D表示器 7 9， 8 1には、 表示データが変更されたときのみマイクロコン ピュータ 7 1がデータの転送を行うため、 転送された表示データを保持するラッ チ回路 7 6があり、 このデータは、 駆動回路 7 7を介して表示される。 モータコ ' ントローラ 8 3は、 A Cサ一ボモータ 2 4， A Cサ一ボモータ 5 5を制御するた めの主にリ レー回路からなるコントローラであり、 正転、 逆転、 停止等を指令す o

一方、 フレーム 2の最上部には、 半導体ストレインゲージ 8 4が貼り付けられ ている。 半導体ストレインゲージ 8 4は、 半導体に歪が加わるとその抵抗値が変 化するものである。 フレーム 2の変形を検知して、 被加工物に加わる圧力を検知 するためのものである。 半導体ストレインゲージ 8 4の出力は、 増幅器 8 5を介 してマイクロコンピュータ 7 1によりそのデータは D Z A変換器 8 6を介して常 に監視されている。 メータ 8 7は、 金型 9 0に下部ラム 6 0から加える加工圧力 をアナログ表示するためのものである。

初期値の設定

プレス運転開始の前に予め次の内容を制御装置のデ一タメモリ 7 5にセッ トし て置く。 すなわち、 基礎時間、 基本回数、 圧力の上限、 圧力の下限、 プレス圧力 の設定、 オーバ一圧力の設定である。 これらの設定は、 モ一ド選択スィツチ 8 0 でモードを選択した後、 ディ ジタルスィツチ 8 1で必要なデータを入力する。 図 5は、 モー ド番号と内容の関係を示す表である。

モード 0 1は、 基礎時間を示す。 基礎時間とは、 短い時間に金型が破損、 異常 摩耗するときの設定時間である。 モー ド 0 2は基本回数を示す。 基本回数とは、 少ぃ回数で金型が異常摩耗、 破損するときの設定加工回数である。 金型のポンチ 及びダイスは、 被加工物が加工中にこれらの表面上ですべるので摩耗する。 つま り、 毎回の加工ごとに工具刃先部は表面で微少量ずつ摩耗していく。

この摩耗が正常に進行しているときは、 プレス圧力に急激な変化が生じないの で問題はない。 正常摩耗のときは除々に加圧力は増加することが知られている。 しかし、 何らかの原因で金型が異常摩耗、 破損した場合は、 短時間又は少ない加 ェ回数中にプレス加工圧に大きな変化が生じる。 言い換えると、 プレス加工圧の 時間又は加工回数に対する微分値が大きくなるのである。 基礎時間及び基本時間 は、 前記知見に基づき実験又は経験から得られた値をあらかじめ設定するもので あ 0

プレスの加圧力は、 正常な動作中でも前後のサイクルで多少のバラツキがある。 モ一ド 0 3は、 圧力の上限値を示す。 圧力の上下値は、 基礎時間及び基本時間中 に許容される圧力の上限値である。 モード 0 4は、 圧力の下限値を示す。 圧力の 下限値は、 基礎時間及び基本時間中に許容される圧力の下限値である。 圧力の上 下値及び圧力の下限値は、 同様に前記知見に基づき実験又は経験から得られた値 を設定するものである。

モード 0 5を選択すると圧力表示モードになる。 圧力表示モードは、 実際に加 圧された圧力を表示するものである。 モード 0 6は、 プレス圧力設定モードにな る。 プレス圧力設定モードは、 加工中の圧力を設定するものである。 正常加工中 でも、 プレスの加工圧力に変動幅が大きい場合は、 ある程度の幅を設定しても良 い。

モード 0 7は、 オーバ一圧力設定モードを示す。 オーバー圧力設定モードは、 プレス加圧力がこの値を越えると停止させるときの限界値である。 前記した圧力 の上限値及び圧力の下限値は、 短時間及び少ない回数内での変化量を設定するも のであつたが、 このオーバー圧力設定は変化量でなくプレス加圧力の絶対値であ る。 この圧力をオーバーすると、 直ちにプレスは停止される。

作動

図 6は、 制御装置の動作の概要を示すフローチャートである。 この動作の前に 次の初期化を行う。 初期スィツチ 7 3を押すと、 A Cサーポモータ 2 4が起動さ れて、 クランク機構 3が駆動される。 クランク機構 3の駆動により、 下部ラム 6 0が下降を開始する。 フォ トセンサ 1 3 a , 1 3 aの検知でクランク機構 3は、 下死点で下部ラム 6 0を停止させられる。 次に、 A Cサーボモータ 5 5が駆動開 始されて、 ネジ棒 3 5が駆動される。

ネジ棒 3 5の駆動により下部ラム 6 0が下降される。 下部ラム 6 0の下降によ り、 金型 9 0のストッパ一 9 1 aとス トッパー 9 1 bとは衝突する。 この衝突を 半導体ストレィンゲージ 8 4が検出して、 A Cサ一ボモータ 5 5を停止させる。 この位置が金型 9 0が加工を開始するときの原点である。 再び A Cサーボモータ 2 4を起動させて、 クランク機構 3を起動し下部ラム 6 0を上昇させて上死点で 停止させる。 ：の後、 A Cサーボモータ 5 5を駆動させて予め設計上決められた 数値だけ、 下部ラム 6 0を下降させて初期設定は終了する。

次にスタートスイッチ 7 4を押すと、 加工サイクルがスタートされる。 金型 9 0に被加工物が載置されたこと制御装置 7 0が確認すると、 マイクロコンピュー 夕 7 1は、 モータコントローラ 8 3に A Cサーボモータ 2 4の起動指令を発する ( A Cサーボホモ一夕 2 4の起動により、 クランク機構 3が駆動され下部ラム 6 0 が下降する。

この間の A Cサーボモータ 2 4の速度制御方法については、 本発明者が提案し た公知の方法で行う （特公平 3— 3 3 4 3 9号参照） 。 この加工中の 1サイクル 中で、 加エステツプすなわち被加工物を加工するステツプになるとマイクロコン ピュー夕 7 1は、 半導体ストレインゲージ 8 4からプレスの加工圧力を読み取り- 前サイクルの圧力と比して検出された加工圧力の変化が前記した圧力の上限又は 下限内の数値で変動したか否かを比較する。

この変動圧が設定された圧力の上限又は圧力の下限を越えると、 直ちにマイク 口コンピュータ 7 1は、 基礎時間内及び基本回数内での変動か否かを判断する。 基礎時間又は基本回数内あれば、 直ちに A Cサーボモータ 2 4に指令して緊急停 止させる。 さらに、 設定されたオーバー圧力の大きさ （すなわち絶対値） である か否かを判断する。 設定された圧力内であれば、 前記加工サイクルを繰り返す。 設定された圧力を越えていれば、 設定されたオーバー圧力を越えていれば、 直ち にモータコントローラ 8 3に指令して A Cサ一ボモ一夕 2 4を停止させる。

検出された加圧力が設定されたオーバー圧力を越えてなく、 かつ補正が必要な いときは、 A Cサ一ボモータ 5 5を駆動させて下部ラム 6 0を上下させて加圧力 を調節する。 このときの下部ラム 6 0の上下動の量は、 設定された圧力と検出さ れた圧力の差の大きさに応じて予め設定された回転数回して行う。

その他の実施例

前記実施例は、 クランク機構を有するプレス機械であつたが、 前記内容から理 解されるようにカムプレス、 スクリユープレス、 リ ンクプレス、 ラックプレス、 ナックルプレスなど他の機械式プレスにも適用できる。 更に、 油圧プレスなどに も適用できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . プレス機械及び型工具を用いて被加工物の一部もしくは全域に塑性変形を 与えるプレス加工のサイクルにおいて、

前記プレス加工中に前記型工具が前記被加工物を加圧するときの加圧力の大き さを検岀し、

前記加圧力と予め設定された最適な設定加圧力とを比較し、

前記加圧力と前記設定加圧力との間に差があれば前記加圧力を前記設定圧力に 近付けように前記差分捕正する

ことを特徵とするプレス機械の加圧力自動制御方法。

2. 請求項 1において、

前記加圧力が予め設定された値を越えたときに前記プレス加工サイクルを停止 させる

ことを特徵とするプレス機械の加圧力自動制御方法。

3 . フレームと、

前記フレームに移動自在に設けられ、 型工具が設けられたラムと、

回転運動を直線運動に変換し前記ラムを直線方向に駆動するためのラム駆動機 構と、

前記ラム駆動機構を回転駆動するためのサーボモータと、

前記ラムに型工具を取り付けて被加工物の一部もしくは全域に塑性変形を与え るプレス機械において、

前記ラムに設けられ、 前記被加工物と前記ラムとの間の長さを調節するための 長さ調節手段と、

前記プレス機械に設けられ、 プレス加工中に前記型工具が前記被加工物を加圧 するときの加圧力の大きさを検出するための加圧力検出センサ一と、

前記プレス加工中に前記型工具が前記被加工物を加圧するときの加圧力の大き さを前記加圧力検出センサーで検出し、 前記加圧力と予め設定された設定加圧力 とを比較し、 かつ前記加圧力と前記設定加圧力との間に差があれば前記長さ調節 手段を捕正して前記設定圧力に近付けるための制御装置と

を有することを特徵とするプレス機械の加圧力自動制御装置。

4 . 請求項 3において、

前記長さ調節手段が前記ラムと工具との間をネジにより連結するネジ連結機構 と、

前記ネジ連結機構を駆動し前記長さを調節するためのネジ駆動サ一ボモータと からなる

ことを特徴とするプレス機械の加圧力自動制御装置。

5 . 請求項 4において、

前記加圧力検出センサ一を前記フレームに設けた

ことを特徴とするプレス機械の加圧力自動制御装置。