JP2014237157A - プレス機器 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス機器において、高負荷加工時でも加工速度を維持したまま連続運転を行うことを可能とすることを目的とする。【解決手段】スライド１１を駆動するサーボモータ１９と、サーボモータ１９の温度を検知する温度センサ２６と、サーボモータ１９の回転角度を検知するロータリーエンコーダ２５と、温度センサ２６が検知した温度とロータリーエンコーダ２５が検知した回転角度に基づいてサーボモータ１９を制御する制御手段１００と、を有するサーボプレス機１であって、制御手段は、ロータリーエンコーダ２５が検知した回転角度に基づいてスライド１１が非加工領域に在ると判断し、かつ温度センサ２６が検知した温度が所定の閾値より高いと判断した場合には、サーボモータ１９を一定の比で減速して駆動するよう制御することを特徴とするプレス機器。【選択図】図３

Description

本発明は、電動サーボモータによりスライドを直線的に上下に駆動するプレス機器に関する。

電動サーボモータによりスライドを直線的に上下に駆動するプレス機器であるサーボプレスは、現在幅広い分野で使用されている。

サーボプレスを高負荷・高速回転で連続運転すると、モータサーマルや電子サーマルが働いて緊急停止する場合がある。そのため、作業者はサーマルが働くような高負荷加工を行う場合は、モーションの設定速度を下げたり、オーバーライドで速度を落としたりすることで、負荷率を下げ連続運転が止まらないよう留意している。

しかし、モーションの設定を変えるためには、一度機械を停止させなければならず、また、速度をどの程度まで落とせば連続稼働できるのかの判断が難しいため、速度を落としすぎて生産効率が落ちてしまう場合がある。オーバーライドで速度を落とす方法は、リアルタイムで速度を変化させることができるので、段階的な速度変動が可能であるが、非加工領域の速度だけでなく加工領域の速度も低下させてしまうため、成形性に影響がでる場合があり、製品精度が安定しない。なお、オーバーライドとは一定の比率でモータ速度を落とす制御をいうものとする。

例えば、特許文献１にはスライド駆動用の電動サーボモータの過負荷異常によるプレス停止をなくしてプレス稼働率を向上させる直動型プレスのスライド駆動モータの制御方法及びその制御装置に関する技術が開示されている。以下に、特許文献１記載のスライド駆動モータの制御方法について述べる。

図７は、特許文献１の直動型プレスの側面側の断面図を示している。図７において、プレス機械５１の前方下部にはボルスタ５２が配設され、ボルスタ５２に対向する位置にはスライド５３が上下方向に直動自在に配設されている。スライド５３の下端面には上型５７ａが取り付けられ、ボルスタ５２の上面には下型５７ｂが取り付けられている。スライド５３の後端部とプレス機械５１の側面フレームとの間には、スライド５３のボルスタ５２からの高さ方向位置を検出するスライド位置検出器５８が設置されている。

また、スライド５３の上部にはボールスクリュー５４が連結されており、ボールスクリュー５４の被駆動側端部にスライド５３が設置されている。ボールスクリュー５４のスクリュー側は、プレス機械５１の上部に水平に設けられた上部フレーム８５にアウタリングが取り付けられたベアリング８１によって回動自在に支承されており、スクリューの上端部は第１プーリー８２、タイミングベルト８３及び第２プーリー８４を介して電動サーボモータ５５の出力軸に連結されている。電動サーボモータ５５の出力軸と反対側には位置センサ５６が取り付けられており、この位置センサ５６により電動サーボモータ５５の回転角度が検出されている。また、電動サーボモータ５５には温度検出器６４が設置されている。

図８はスライド５３のモーションカーブの一例を示している。同図のモーションカーブにおいて、まず、スライド５３は上限位置Ｕ（図示で点Ａ）から加工開始位置Ｂまで所定の高速下降速度で下降し、次に、下限位置Ｌ（図示で点Ｃ）まで所定の低速下降速度で前記金型（上型７ａ、下型７ｂ）に設置されたワーク１０を加圧しながら下降する。そして、下限位置Ｌで所定時間（図示で点Ｄまで）位置及び加圧力を保持した後、下限位置Ｌから所定の位置（図示で点Ｅ）まで所定の低速上昇速度で上昇し、更に上限位置Ｕ（図示で点Ｆ）まで所定の高速上昇速度で上昇し、上限位置Ｕで所定時間（時間０も含む）だけ停止して一行程を終了する。なお、本発明に係る時限連続運転時には、上限位置Ｕで所定時間ｔ０だけ停止して１サイクルを終了し、この後この１サイクル運転を繰り返す。

上記特許文献１のスライド駆動モータの制御方法では、スライドモーションに基づいてスライド駆動している場合に、電動サーボモータの温度を検出し、この検出温度と予め設定された目標温度とに基づいてスライドの上限停止時間を制御している。即ち、例えば、電動サーボモータの過負荷異常温度よりも所定値だけ低い目標温度を設定し、検出温度がこの目標温度より低いときには、予め設定したスライドモーションの上限停止時間でスライドを制御し、検出温度がこの目標温度を超えたときには、予め設定した上限停止時間よりも所定時間延長してスライドを制御して、プレスを時限連続運転するようにしている。従って、時限連続運転中に電動サーボモータの温度が上昇しても、上限停止時間を制御することにより、電動サーボモータの温度を制御可能となる。

特開２００１−１５０２００号公報

しかし、特許文献１のスライド駆動モータの制御方法では、スライドが一定時間停止するのでプレス機械の再動作状態であるか否かの判断が困難である。このことは、プレス機械の安全管理上も好ましくない。また、停止している状態があるため、加工時間が長くなり生産効率が低下してしまうという課題があった。また、停止から起動の状態を一工程毎に繰り返すため必ずしもエネルギー効率が良いとは言えなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、プレス機器において、高負荷加工時でも加工速度を維持したまま連続運転を行うことを可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため以下の構成を有する。

（１）スライドを駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の温度を検知する温度検知手段と、
前記駆動手段の回転角度を検知する回転角度検知手段と、
前記温度検知手段が検知した温度と前記回転角度検知手段が検知した回転角度に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を有するプレス機器であって、
前記制御手段は、前記回転角度検知手段が検知した前記回転角度に基づいて前記スライドが非加工領域に在ると判断し、かつ前記温度検知手段が検知した温度が所定の閾値より高いと判断した場合には、前記駆動手段を一定の比で減速して駆動するよう制御することを特徴とするプレス機器。

（２）前記駆動手段は、前記スライドが加工領域に在る状態と非加工領域に在る状態を交互に連続的に繰り返すように、前記スライドを駆動することを特徴とする前記（１）記載のプレス機器。

（３）前記回転角度検知手段が、ロータリーエンコーダであることを前記（１）または（２）に記載のプレス機器。

（４）操作者に所定の情報を表示するための表示手段を更に有し、
前記制御手段が前記駆動手段を一定の比で減速して駆動するよう制御している場合には、前記表示手段にその旨が表示されることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のプレス機器。

（５）前記制御手段が前記駆動手段を一定の比で減速して駆動するよう制御している状態を、操作者が解除する解除手段を有することを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載のプレス機器。

本発明によれば、プレス機器において、高負荷加工時でも加工速度を維持したまま連続運転を行うことを可能となる。

実施例のサーボプレスの構成を示す図 実施例のサーボモータの制御部の構成を示すブロック図 実施例のサーボモータの速度設定を行うためのフローチャート 実施例のモーションパターン及びスライド動作を示す図 実施例のサーマル警告表示を示す図 実施例の自動オーバーライド制御の効果を示す図 従来の直動型プレスの構成を示す図 従来の直動型プレスのモーションカーブを示す図

本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ以下に説明する。

［サーボプレス機の構造］
図１（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係わるプレス機器であるサーボプレス機１は、パンチ金型３とダイ金型５との協働によりワークＷに対してプレス加工を行うものであって、本体フレーム７をベースとしている。

本体フレーム７の下部には、ボルスタ９が設けられており、このボルスタ９の上側には、前述のダイ金型５が着脱可能に設けられている。また、本体フレーム７におけるボルスタ９の上方には、スライド１１が昇降可能（上下方向へ移動可能）に設けられており、このスライド１１の下側には、前述のパンチ金型３が着脱可能に設置されている。

本体フレーム７におけるスライド１１の上方には、前後方向へ延びたクランク軸１３が回転可能に設けられており、このクランク軸１３は、上下に偏心した偏心部１３ｅを有している。また、クランク軸１３の偏心部１３ｅには、上部コンロッド１５の上端部が回転自在に連結されており、この上部コンロッド１５の下端側には、下部コンロッド１７の上端側が螺合によって一体的に連結されてあって、この下部コンロッド１７の下端部は、スライド１１の一部に揺動自在に連結されている。

本体フレーム７におけるスライド１１の後方には、クランク軸１３を回転させてスライド１１を昇降させるサーボモータ１９が設けられており、このサーボモータ１９の出力軸１９ｓには、駆動ギア２１が一体的に連結されており、クランク軸１３の後端部には、この駆動ギア２１に噛み合った従動ギア２３が一体的に連結されている。また、サーボモータ１９には、サーボモータ１９の出力軸１９ｓの回転角度を検出するロータリーエンコーダ２５が設けられている。

従って、サーボモータ１９の駆動によりクランク軸１３を駆動ギア２１及び従動ギア２３を介して回転させて、スライド１１を昇降（上下方向へ移動）させることにより、パンチ金型３とダイ金型５の協働によりワークＷを加工することができる。

［自動オーバーライド制御］
図１（ｂ）は、クランク軸１３の回転角度とスライド１１の位置との対応関係を示した図である。スライド１１は、始動位置から下降を開始し、加工開始位置と加工終了位置を経由して始動位置に戻る。始動位置から加工開始位置までがスライド１１が高速下降している状態であり、加工開始位置から加工終了位置までがスライド１１が低速下降、加圧保持、低速上昇している状態である。また、加工終了位置から始動開始位置までがスライド１１が高速上昇している状態である。

すなわち、非加工領域ではスライドが上下に高速運動していることになる。自動オーバーライド制御とはこの非加工領域でのスライドの運動速度を通常の速度より低い速度にする制御をいう。一方、加工開始位置から加工終了位置までのスライドの運動速度は従来通りである。なお、自動オーバーライド制御を含む加工を行った場合には、加工領域での時間に変化はないが、非加工領域の時間は長くなる。ただ、クランクの回転が停止することはない。

［サーボモータ制御部の構成］
図２は、サーボモータ制御部の構成を示すブロック図である。サーボモータ１９は、サーボアンプ２００を介してモーションコントローラ１００により制御される。モーションコントローラ１００は、モーションの計算、オーバーライド制御、速度指令の出力を行う。図中の入力装置３００と記憶装置４００は、モーションプログラムの設定と管理を行う。このモーションプログラムによって、スライド１１のモーションの種類，スライド１１の始動位置，非加工領域速度，加工開始位置，加工終了位置等が制御される。

また、サーボモータ１９は温度センサ２６によってその温度が検知されＩ／Ｏボード１１０を介してモーションコントローラ１００に入力される。一方、サーボモータ１９の回転角度はロータリーエンコーダ２５によって検知され同じくＩ／Ｏボード１１０を介してモーションコントローラ１００に入力される。

［サーボモータの速度設定のフローチャート］
図３は、サーボプレス機１のサーボモータ１９の速度設定を行うためのフローチャートである。以下に順を追って説明する。

モーションコントローラ１００は、ステップ（以下、Ｓとする）１０１で非加工領域であるか否かを判断する。この判断は、ロータリーエンコーダ２５により検知されたサーボモータ１９の回転角度に基づいて判断される。モーションコントローラ１００は、Ｓ１０１で非加工領域であると判断した場合には、Ｓ１０２で温度センサ２６で検知されたモータ温度Ｔが自動オーバーライド開始温度Ｔｓより高いか否かを判断する。モーションコントローラ１００は、Ｓ１０２でモータ温度Ｔが自動オーバーライド開始温度Ｔｓより高いと判断した場合にはオーバーライドＯＲをＸ％に設定する。なお、モーションコントローラ１００は、Ｓ１０１で非加工領域でない加工領域であると判断した場合及びＳ１０２でモータ温度Ｔが自動オーバーライド開始温度Ｔｓより高くないと判断した場合には、Ｓ１０４でオーバーライドＯＲを１００％に設定する。

次に、モーションコントローラ１００は、Ｓ１０５でモータ速度Ｖを以下の式に基づいて設定する。
Ｖ＝Ｖｓ×ＯＲ

ここで、Ｖｓはサーボモータ１９の設定速度である。このＳ１０５の設定により、モータ温度Ｔが自動オーバーライド開始温度Ｔｓより高く非加工領域である場合には、非加工領域のみモータ速度が設定速度ＶｓのＸ％に設定される。一方、モータ温度Ｔが自動オーバーライド開始温度Ｔｓより高くない場合や加工領域である場合には自動オーバーライド制御は行われない（ＯＲは１００％）。

そして、モーションコントローラ１００はＳ１０６で加工終了か否かを判断する。加工終了と判断した場合には、モータ速度の設定制御を終了する。また、加工終了でないと判断した場合には、Ｓ１０１に戻り、モータ速度の設定制御を継続する。

なお、自動オーバーライド開始温度Ｔｓと自動オーバーライド制御中の非加工領域動作速度のＸ％はメーカー及び作業者によって設定可能とされる。

［実際の動作例］
サーマル作動温度が１００℃のプレス機器において、非加工領域の速度が６０ｍｉｎ^−１、加工領域の速度が３０ｍｉｎ^−１のモーションで連続加工を行った場合、自動オーバーライド開始温度Ｔｓが８０℃、自動減速オーバーライドＸ％が７０％に設定されていたとする。

この場合、モータ温度が８０℃を超えるまでは、通常運転（非加工領域速度：６０ｍｉｎ^−１、加工領域速度：３０ｍｉｎ^−１）で動作し（図４（ａ））、モータ温度が８０℃を超え場合は、運転画面に「サーマル警告ダイアログ」を表示し（図５）、自動減速オーバーライド制御を実施する。自動オーバーライド制御中は非加工領域速度：４２ｍｉｎ^−１（６０ｍｉｎ^−１×７０％）、加工領域速度：３０ｍｉｎ^−１となる（図４（ｂ））。なお、上述した通常運転制御と自動オーバーライド制御における設定速度の時間変化を図４（ｃ）に示す。この図から、自動オーバーライド制御では、非加工領域でのみ減速制御が実施されていることが判る。

更に、残り生産数が少なく、通常運転で生産を継続してもサーマルが作動する前に生産が完了するような場合も考えられるため、自動オーバーライド制御の解除ボタン（図５）を表示部に表示し、作業者がこのボタンを押した場合には、モータ温度が８０℃を超えていても通常運転に戻れるようにする。また、モータの温度上昇の度合いからサーマルが作動するまでの時間を正確に予測できれば、自動オーバーライド制御を実施するべきかどうかをプレス機器側で自動的に判断させることも可能である。すなわち、生産終了予定時間を次式で計算する。
生産終了予定時間＝（生産予定数‐生産数）／サイクルタイム
そして、サーマル予測時間が生産終了予定時間以下の場合には、自動オーバーライド制御を実施する。一方、サーマル予測時間が生産終了時間を超える場合には、自動オーバーライド制御を実施しない。

図６は、自動オーバーライド制御を適用した場合と適用しない場合のサーボモータ１９の温度の変化を示した図である。自動オーバーライド制御を適用しない場合にはサーボモータ１９の上限温度でサーマルが作動し、自動オーバーライド制御を適用した場合にはサーボモータ１９の温度は目標温度に漸近していく。なお、図６には自動オーバーライド制御時のオーバーライド（％）も同時に示されている。

本実施例によれば、プレス機器において、高負荷加工時でも加工速度を維持したまま連続運転を行うことが可能となる。

１ サーボプレス機
１１ スライド
１３ クランク軸
１９ サーボモータ（駆動手段）
２５ ロータリーエンコーダ（回転角度検知手段）
２６ 温度センサ（温度検知手段）
１００ モーションコントローラ（制御手段）
２００ サーボアンプ

Claims (5)

1. スライドを駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段の温度を検知する温度検知手段と、
   前記駆動手段の回転角度を検知する回転角度検知手段と、
   前記温度検知手段が検知した温度と前記回転角度検知手段が検知した回転角度に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、を有するプレス機器であって、
   前記制御手段は、前記回転角度検知手段が検知した前記回転角度に基づいて前記スライドが非加工領域に在ると判断し、かつ前記温度検知手段が検知した温度が所定の閾値より高いと判断した場合には、前記駆動手段を一定の比で減速して駆動するよう制御することを特徴とするプレス機器。
2. 前記駆動手段は、前記スライドが加工領域に在る状態と非加工領域に在る状態を交互に連続的に繰り返すように、前記スライドを駆動することを特徴とする請求項１記載のプレス機器。
3. 前記回転角度検知手段が、ロータリーエンコーダであることを請求項１または２に記載のプレス機器。
4. 操作者に所定の情報を表示するための表示手段を更に有し、
   前記制御手段が前記駆動手段を一定の比で減速して駆動するよう制御している場合には、前記表示手段にその旨が表示されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプレス機器。
5. 前記制御手段が前記駆動手段を一定の比で減速して駆動するよう制御している状態を、操作者が解除する解除手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプレス機器。

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