JPH01104500A - プレスの成形条件自動補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はセラミックス粉末、金属粉末、その他各種粉末
を適宜形状に圧縮成形する粉末成形用ＮＧメカニカルプ
レスの制御に係り、特に成形サイクル毎での粉体の充填
重量のバラツキにより生じる成形圧力の変動を防止し、
一定密度の成形体が成形できる成形条件自動補正装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

パンチ位置をＮＣ＠御装置でコントロールし、成形する
ＮＣメカニカルのプレスでは成形体の厚さのバラツキは
±ｌＯμｍ以下に押えることができるが、粉体の粒径分
布等の性状の変化による充填量のバラツキにて成形圧力
が±１０％程度変化し、それに伴なう成形体密度の変化
も大きく、焼成時の収縮率が変わり、焼成体の寸法誤差
が生じる。

従来のプレスでは所定の成形圧力範囲外の成形頻度が多
くなると、成形を一時中断し、作業者がカンと経験によ
り、充填深さ等をキーインし、試打ち調整を行なってい
た０本運転に入っても、成形圧力が範囲外となるものの
度合を監視しなければならないため、完全な無人運転が
できなかった。

パンチ位置や成形圧力を制御した公知例（特開昭５９−
１３００２　、特開昭６０−５４２９９　、特開昭５９
−１８３９９８等）があるが、成形圧力をフィードバッ
クし、充填深さを再設定し、パンチの作動が独立に行な
えるメカニカルプレスはない。

時開５９−１８３９９８粉末成形プレスの制御装置の目
的は、成形時に発生するクラック防止と復帰時の振動防
止などであって、その旨とするところは次のとおりであ
る。

粉末成形プレスで押型作用するときに、作用する応力値
または応力値の差を検出する手段を有し、基準値と応力
値とを比較する手段と、基準値に対して検出された応力
値・応力値の差が所定の値を越えたときに押型作用を制
御するのである。

また、押型の位置変化量または変化量の差を検出する手
段を有し、前記のように比較演算制御する。そして、応
力値・応力値差、位置の変化量・変化量の差を検知し、
基準値と検出値との差が所定の値を越えたときに押型の
駆動作用を制御するようにしている。

即ち、成形作用を成すときに押型に発生する応力若しく
は、押型が移動する寸法を検知して押型を制御すること
を成そうとしているのである。

時開６０−５４２９９粉末材料のプレス方法および装置
は、位置とプレス力を予じめ基準値としておいて実際に
プレスしときの位置とプレス力を検知し、実際の値と基
準値との個差の大きさに応じ細部材、即ち成形体の合否
判定をして許容または排除することにある。

即ち、この開示内容は粉末材料を成形した後の検査手段
をこのプレス作用する手段の中に付与したものであって
、検出信号によって種々の構成物が作用するという、い
わゆる検査選別装置に相当するのである。

唯、プレス工程後の検査工程をこのプレス装置の中に組
み入れて、成形作業時間の短縮ということからは効果が
あろう。

時開５９−１３００２粉末成形機における成形体の厚さ
自動補正装置は、差動トランス又はポテンシオメータ等
よりなる検出器によりダイスを上下動させてキャビティ
ーの充填深さＨを制御回路からの出力によって変化させ
るのである。

所定の厚みＩｓに対しての誤差が所定の範囲内であれば
成形をそのまま続けるし、厚い場合はダイスを下降し、
薄い場合はダイスを上昇して凹部であるキャビティーへ
の原料粉充填量を変えるのである。この充填量によって
成形体の厚さが決まるという原理からのものであるもの
の、圧力の増減上パンチ自体の変位・下バンチ自体の変
位・またダイスの口径変化などは考慮されていない。

単に下パンチの成形体接触面とダイス上面間の寸法差を
可変とすることであって、基準面間を昇降するときにそ
の寸法を逸脱したときにこの基準面間寸法を変える操作
手段である。

以上に従来例として開示した最近の方法・物は■　パン
チ応力値・応力値差を検知して制御する。

■　パンチの位置・位置差を検知して制御する。

また■との複合制御もある。

■　パンチでのプレス力を検知し、予じめ設定した基準
値と実際のプレス力との差によって成形品を許容または
排除する検査選別する。

■　成形された後の厚さを検出して、キャビティーへの
供給量を変えるために、ダイスを上下動させる。　　　
゛ という技術にまとめることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の粉末成形用のプレスでは、次に示す問題点がある
。

粉体の粒径分布等の性状変化による成形圧力の変動が生
じた場合、成形を一時中断し、充填深さの再設定が必要
であり、その設定は作業者のカンと経験によるものであ
るため、熟練の度合により調整時間は大きく異なり、生
産性低下の原因となっている。

本発明の目的は充填深さ等のデータの再設定を自動的か
つ合理的に行なうため、成形中の成形荷重を次の成形サ
イクルにフィードバックし、粉体の性状に適した充填深
さ等の成形条件を算出設定する成形圧力自動補正装置を
提供することにある。

（問題点を解決するための手段〕 前記１問題点を解決するため、本発明は次に示す゛構成
とする。即ち、サーボモータあるいはパルスモータ等の
電動機、減速機及びリンク機構を有する上パンチ駆動機
構と、サーボモータあるいはパルスモータ等の電動機、
減速機、リンク機構及び下第１パンチと実質上同一方向
同一距離だけ動く下第１パンチ駆動部材を有する下第１
パンチ駆動機構と、サーボモータあるいはパルスモータ
等の電動機、減速機及び精密ガイドを有する下第２パン
チ駆動機構と、各パンチの駆動側部材に設置したロード
セル、及びロードセルアンプからなる成形圧力検出手段
と、各パンチの駆動側部材に連結したリニアエンコーダ
及び増幅変換器からなるパンチ位置検出制御手段そして
各パンチの作動条件の格納、運転データとＮＣプログラ
ムの作成、成形圧力検出手段からのデータの受信と成形
荷重の良否の判定、次の成形サイクルの充填深さの算出
、運転データのＮＣへの送信そしてプレスの作動状況の
監視を行なうコンピュータとＮＣ制御装置及びシーケン
サからなる制御システムからなる構成とするのである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の実施例によるプレスの正面図で、第２
図は第１図の断面Ａ−Ａ図である。第３図は本発明の制
御システム構成図である。第４図は制御フローチャート
である。第５図は実施に用いた粉体の密度と成形圧力特
性図、第６図は充てん深さと成形圧力の関係を示した図
で、第７図は各パンチ動作チャート図である。

第１図および第２図において、上パンチ４１は上パンチ
ホルダ４０の下端に固定され、上パンチホルダ４０の上
端はロードセル３９のマウントベースが積載しており、
直線軸受４３にて保持されている。また、上パンチホル
ダ４０の下方は連結部品５４を介して、フレーム１６に
取り付けたリニアエンコーダ４４と連結する。ロードセ
ル３９はロードセルボックス３８内に設置する。ロード
セルボックス３８は、側板に取付けた直線案内４２を介
してブラケット４９に連結する。減速機３４はフレーム
５０に固定し、入力軸側にはモータ３３が、出力軸側に
は軸３５が連結され、軸３５はリンク３６が連結されて
いる。リンク３６はピン４７を介してリンク３７と、リ
ンク３７はピン４８を介してロードセルボックス３８に
連結されている。

下第１バンチ１３と下第２パンチ２８は金型ベース５１
をはさんで上パンチ４１と相対する配置である。

下第１パンチ１３は下第１パンチホルダ１２上に固定さ
れ、下第１パンチホルダ１２はタイブレート１１上に固
定されている。下第１パンチホルダ１２の上端は連結部
品５２を介して、フレーム１６に取付けられているリニ
アエンコーダ３２と連結されている。タイプレートｌｌ
の両端は２本のロッド′１０とそれぞれ連結されている
。ロッド１０は直線案内１４を介してロードセルボック
スフレーム７の両端に上下動自在に装着され、かつロー
ドセル９上に、積載されている。減速機２はフレーム１
５上に固定されており、入力軸側にはモータｌが、出力
軸側には軸３が連結され、軸３にはリンク４が連結され
ている。リンク４はピン５を介してリンク６と、リンク
６はピン４６を介してロードセルボックスフレーム７に
連結されている。

ロードセルボックス７の後部には減速機１８が設置され
ている。減速機１８の入力軸側にはモータ１７が、出力
軸側にはプーリ１９が連結されている。ブーＩＪ　１９
はベルト２０を介してプーリ２１と連結されている。ボ
ールネジ２３はベアリング２２にてロードセルポックフ
レーム７に回転自在に取り付けられ、下端にはプーリ２
１が固定され、上端はナツト２４が上下方向可動に取り
付けられている。ナツト２４はロードセル２６を保持し
ているロードセルボックス２５の下端に固定されている
。ロードセルボックス２５は直線案内２９を介して上下
動のみできるようロードセルボックスフレーム７に連結
されている。下第２パンチ２８は下第２パンチホルダ２
７上に固定され、下端はロードセル２６上に積載されて
いる。下第２パンチホルダ２７はタイプレート１１と下
第１パンチホルダ１２を貫通しており、タイプレート１
１に固定された直線軸受３０にて上下方向可動に案内さ
れる。また、下第２パンチホルダ２７の上端は連結部品
５３を介して、ロードセルボックスフレーム７に取り付
けられているリニアエンコーダ３１と連結されている。

ダイス４５は金型ベース５１に着脱自在に取り付けられ
ている。金型ベース５１上には摺動部がテフロン製のフ
ィーダ５５が置かれ、フィーダ５５と連結したエアシリ
ンダ５６が固定されている。

第３図において、制御システムはＮＣ６１、シーケンサ
−６２、コンピュータ６３、サーボモータ７２、リニア
エンコーダ６５、ロードセル６７等から構成されている
。

次に上記構成の動作を説明する。

各パンチ及びフィーダの作動制御は第３図に示すＮＣ６
１とシーケンサ６２にて行なわれる。コンピュータ６３
より移動距離や移動速度等の各パンチの作動条件及びフ
ィーダの作動タイミングと作業時間がＮＣ６１に伝送さ
れ、自動運転開始の信号が入力されると同時にモータの
回転やシーケンサ６２を介してのエアシリンダ５６の作
動とコンピュータ６３への作業状況の連絡を行なう。

始業点検にて機械系に不具合が無いことと給粉装置のホ
ッパ（図示せず）に粉体が入っていることを確認の後、
制御系の電源を入れる。ＮＣ６１の手動モードにて各パ
ンチの原点位置の設定を行なう、原点位置とはＮＣ６１
の各軸の座標値をＯとする位置であり、ダイス上面とパ
ンチ面を一致させ、その位置を各パンチの原点と設定す
る０次にＮＣ６１の運転モードを自動（ＤＮＣ）モード
に切り替える。コンピュータ６３に成形体基と成形個数
を入力するとコンピュータ６３のメモリより、成形条件
を読み出し、ＣＲＴ６４に成形条件等が表示され、確認
後、運転実行の入力をコンピュータ６３を用いて行なう
。運転実行の入力後、コンピュータ６３は５サイクル分
の運転データをＲ３−２３２Ｇを通じて、ＮＣ６１に送
り、ＮＣ６１は受は取つた運転データの運転順序に基づ
きサーボドライブ回路７１やシーケンサ６２に指令を出
す。まず、各パンチは給粉開始位置に移動する。給粉開
始位置とは上パンチ４１はフィーダ５５が通過できる位
置で、下第１パンチ１３と下第２パンチ２８はダイス上
面とパンチ面が一致する位置である。各パンチが給粉開
始位置に到着するとＮＣ６１はシーケンサ６２に給粉開
始指令を出し、シーケンサ６２はエアシリンダ５６の前
進用電磁弁（図示せず）を開け、フィーダ５５を前進さ
せる。フィーダが前進を開始すると下第１パンチ１３と
下第２パンチ２８は充填深さの位置まで下降を行なう。

フィーダ５５が前進限に達すると前進限りミツトスイッ
チ（図示せず）が作動する。前進限りミツトスイッチの
信号がシーケンサ６２に送られると、シーケンサ６２は
エアシリンダ５６の前進用電磁弁を閉じ、後退用電磁弁
（図示せず）を開け、フィーダ５５を後退させる。フィ
ーダ５５が中間点に達すると中間点リミットスイッチ（
図示せず）が作動する。中間点リミットスイッチの信号
がシーケンサ６２に送られるとシーケンサ６２はエアシ
リンダ５６の後退用電磁弁を閉じ、前進用電磁弁を開け
、フィーダ５５を後退させる。フィーダは前進限と中間
点の間をＮＣ６１の給粉停止指令が出るまで、往復作動
する。

所定の給粉時間が過ぎると、ＮＣ６１はシーケンサ６２
に給粉停止指令を出す。シーケンサ６２はフィーダ５５
がどの位置にあってもエアシリンダ５６の前進用電磁弁
を閉じ、後退用電磁弁を開け、フィーダ５５を後退させ
る。フィーダが待期位置に達すると待期位置リミットス
イッチ（図示せず）が作動し、その信号がシーケンサ６
２に送られ、シーケンサ６２はパンチの作動可能信号を
ＮＣ６１に送る。コンピュータ６３にも作動可能信号が
送られ、コンピュータ６３は各パンチの成形荷重のサン
プリングを開始する。ＮＣ６１は成形条件の運転データ
に基づき、サーボドライブ回路７１に指令を送り、モー
タ６９を回転させる。モータ６９の回転量はパンチホル
ダと連結されたリニアエンコーダ６５からフィードバッ
クされるパルスと照合されながらコントロールされる。

各パンチは運転データに基づくダイス内での上下作動に
て成形を行ない、成形体をダイス上面に押し出す。

これで１サイクルの成形が終了する。図４の制御フロー
チアートが示すようにこの時点でコンピュータ６３は成
形荷重のサンプリングを停止し、最高成形荷重あるいは
最高成形圧力と所定の成形荷重あるいは成形圧力を比較
し、所定の成形荷重あるいは成形圧力の範囲外であれば
、不良品として成形体取出し装置（図示せず）にて排除
させる。

成形荷重あるいは成形圧力の比較は下第１パンチ側と下
第２パンチ側それぞれについて行なうが、上パンチ側に
て一括して行なっても不良品判定の精度は大差ない。Ｎ
Ｃ６１はこの１サイクルの成形が終了するとフィーダ５
５を前進させ、フィーダ５５の先端で成形体を金型ベー
ス５１上へ移動させると同時に、前述と同じ要領で給粉
、そして成形を行ない、コンピュータ６３で成形荷重あ
るいは成形圧力の合否判定をし、５サイクル分の成形体
の製造を行なう。５サイクルの成形が終了するととュー
タ６３は５サイクル分の成形荷重あるいは成形圧力に基
づき、充填深さの再設定を行なう。

再設定方法は新規品で第６図に示す成形圧力と充填深さ
の関係がコンピュータ６３のメモリに格納されていない
場合と以前より生産されており、成形圧力と充填深さの
関係がコンピュータ６３に格納されている既存品の場合
とがある。新規品の場合は第５図に示す成形体の密度と
成形圧力の関係より算出する。成形体の密度と成形圧力
は２次曲線で表現でき、成形体の密度は充填深さと成形
体の厚さの比に充填時の粉体の見掛は密度を乗じたもの
であることより、式（２）より算出する。式（１）は成
形体の密度と成形圧力の特性関係式であり、Ｐは成形圧
力、ｄは成形体の密度、Ｐｏは目標成形圧力、Ｐ、は５
サイクル成形した時の成形圧力の平均であり、！、はそ
の時の充填深さ、！！は再設定する充填深さである。Ａ
、Ｂ、Ｃは２次曲線の係数である。

式（１）　　Ｐ−ＡＸｄ”　＋ＢＸｄ＋にの補正は下第
１パンチ側と下第２パンチ側共に行ない、充填深さとそ
の充填深さでの成形圧力をコンピュータ６３のメモリに
格納する。この再設定を５回行なった後、最小２乗法に
て、下第１パンチ側、下第２パンチ側それぞれについて
充填深さと成形圧力の関係式を算出し、関係式の係数を
コンピュータ６３のメモリに格納する。その後は充填深
さと成形圧力の関係より再設定を行なう。

既存品の場合はコンピュタ６３のメモリに格納されてい
る充填深さと成形圧力の関係式を５サイクル分の成形圧
力の平均値と充填深さを満足するように平行移動する。

平行移動した関係式にて目標　゛成形圧力より充填深さ
を算出する。あるいは粉体の性状により（式２）と類似
の式にて算出も可能である。この算出は下第１パンチ側
及び下第２パンチ側それぞれについて行なう。算出され
た充填深さとその充填深さでの成形圧力はコンピュータ
６３のメモリに格納され、５００回の成形後、最１１１
２乗法にて、新たに充填深さと成形圧力の関係式を算出
する。

コンピュータ６３での充填深さの算出終了後、コンピュ
ータ６３は再設定する充填深さに基づき５サイクル分の
運転データを作成し、ＲＳ　−２３２Ｃを通じて、ＮＣ
６１に送り、ＮＣ６１は新たに受信した運転データに基
づき、粉体の成形を行なう。

入力された個数の成形が終了するコンピュータ６３は次
の命令（成形の継続あるいはプログラムの作動停止）待
ちとなり、そのことをＣＲＴ６４に表示する。実施例で
は５サイクルの成形後、充填深さの再設定を行ない、５
００回の成形毎に充填深さと成形圧力の関係式の算出を
行なったが、粉末の製造状況あるいは粉径分布の変動状
況により、その頻度を変更してもよい。実施例では下パ
ンチ側のそれぞれのパンチの成形圧力に基づき充填深さ
の再設定を行なったが、上パンチの成形圧力にて各パン
チ側の圧縮比に比例させ、再設定を行なうことも可能で
あり、補正の精度は大差ない。

次に成形条件の初期設定について説明する。設定の基本
は成形体の厚さが目標値通りとなる上パンチと下パンチ
の間隔の設定と下第１パンチ側の成形荷重と下第２パン
チ側の成形荷重の和が上パンチ側の成形荷重とほぼ等し
くなるような各パンチの移動量と移動パターンの設定で
ある。下第１パンチ側と下第２パンチ側の成形圧力は成
形体の形状や焼成時の収縮状況により若干の差異をつけ
る必要が生じることがあり、充填深さについても圧縮中
の粉体の移動により差異のある圧縮比から設定する必要
が生じることがある。第７図は凹形で矩形の成形体を成
形した時の各パンチの動作チャート図である。この成形
体では各パンチの加える成形圧力をほぼ等しくすること
で焼成後の変形防止や寸法精度向上が可能であった。第
７図の動作チャートでは下第１パンチ側が２．２１、下
第２パンチ側２．６７の圧縮比の時、クラックの発生が
な（、各パンチの成形圧力を等しくすることができた。

初期設定は経験に依る所が多いが、概略の充填深さは第
５図に示す成形体の密度と成形圧力の関係より算出し、
数種類の成形パターンでの試打ちを行ない、ＣＲＴ６４
に表示される各パンチの成形荷重の推移を見ることで容
易に成形パターン設定が可能である。充填深さや成形終
了位置の微調整も数回の試打ちで決定できる。

以上のように成形圧力のフィ〒ドパツクによる充填深さ
の補正処理を行なっているため、所望の寸法、密度の成
形体が調整を行なうことな（連続的に得られる。また、
例えば、成形中空気中の湿度等の変化で粉体の性状が変
わった場合でも自動補正により迅速に対応、処理できる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明により次に示す効果が得ら
れる。

ａ、各パンチの位置をパンチホ、ルダと連結したリニア
エンコーダにて監視制御を行なうため、成形体の厚さの
バラツキは成形圧力の違いによるスプリングバック量の
違いのみとなり、±１０μｍ以下の精度での成形ができ
る。

ｂ、下第２パンチの駆動部が下第１パンチのロードセル
ボックスフレーム上に取り付けられているため、下第１
パンチと下第２パンチの完全な平行移動ができ、成形体
押し出し時での下第１パンチと下第２パンチの同期不良
による割れ発生はない。

Ｃ３各パンチを独立に駆動制御できるため、粉体の性状
や成形体の形状に適した成形パターンを設定できる。

ｄ、各パンチの位置や移動量の設定はすべてコンピュー
タのキーボードにて行なうため、正確で再現性があり、
作業者の熟練度合いに関係なく、短時間でできるため、
生産性が向上する。

ｅ、成形圧力を充填深さ等の成形条件にフィードバック
するため、粉体の粒径分布が変動した場合、所定の成形
圧力になるよう自動調整でき、無人での成形運転ができ
、成形体の成形密度の変動を小さくでき、品質向上を計
ることができる。

ｆ、メカニカルプレスのような機械的調整機構が無く、
シンプルな構造であるため、保守点検が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるＮＣメカニカルプレスの
正面図であり、第２図は第１図の断面図であり、第３図
は制御システム構成図である。第４図は本発明のフロー
チャートを示す図であり、第５図は実施に用いた粉体の
密度と成形圧力の特性関係であり、第６図１よ充填深さ
と成形圧力の関係を示した図であり、第７図は各パンチ
の動作チャート図である。 １・・・モータ、２・・・減速機、３，５・・・軸、４
，６・・・リンク、７・・・ロードセルボックスフレー
ム、８・・・直線案内、９・・・ロードセル、１０・・
・ロッド、１１・・・タイプレート、１２・・・下第１
パンチホルダ、１３・・・下第１パンチ、１４・・・直
線軸受、１５．１６・・・フレーム、１７・・・モータ
、１８・・・減速機、１９゜２１・・・プーリ、２０・
・・ベルト、２２・・・ベアリング、２３・・・ボール
ネジ、２４・・・ナツト、２５・・・ロードセルボック
ス、２６・・・ロードセル、２７・・・下第１パンチホ
ルダ、２８・・・下第１パンチ、２９・・・直線案内、
３０・・・直線軸受、３１・・・リニアエンコーダ、３
２・・・リニアエンコーダ、３３・・・モータ、３４・
・・減速機、３５・・・軸、３６．３７・・・リンク、
３日・・・ロードセルボックス、３９・・・ロードセル
、４０・・・上パンチホルダ、４１・・・上パンチ、４
２・・・直線案内、４３・・・直線軸受、４４・・・リ
ニアエンコーダ、４５・・・ダイス、４７．４８・・・
ビン、４９・・・ブラケット、５０・・・フレーム、５
１・・・金型ベース、５２゜５３．５４・・・連結治具
、５５・・・フィーダ、５６・・・エアシリンダ、６０
・・・ＣＲＴ　、　６１・・・ＮＣ，６２・・・シーケ
ンサ、６３・・・コンピュータ、６４・・・ＣＲＴ　。 ６５・・・リニアエンコーダ、６６・・・増幅変換器、
６７・・・ロードセル、６８・・・ロードセルアンプ、
６９・・・モータ、７０・・・タコジェネレータ、７１
・・・サーボドライブ回路、７２・・・パンチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＮＣ制御のメカニカルプレスにおいて、上パンチ駆動機
   構と下第１パンチ駆動機構と下第２パンチ駆動機構とを
   有し、各パンチ駆動機構には、圧力検出手段とパンチ位
   置検出手段を備え、前記圧力検出手段及びパンチ位置検
   出手段からの信号を受信し、次の成形サイクルの条件を
   算出し、各パンチに動作信号を出す制御装置とよりなる
   プレスの成形条件自動補正装置。