(57)【要約】【課題】鍛造プレス機において、簡単な構造でプレス時に必要なプレス速度を保ちながらワークの搬送時間をかせぐ。【解決手段】鍛造プレス機のプレス位置近傍においてプレス速度が第１速度Ｖ１となるようにスライドを下降させ、プレス位置近傍から上死点Ｈ１側まで第１速度Ｖ１から第１速度Ｖ１よりも遅い第２速度Ｖ２となるように減速し、第２速度Ｖ２となった後、第２速度Ｖ２のまま上死点Ｈ１を通過し、上死点Ｈ１側からプレス位置近傍へ移動する間に第２速度Ｖ２から第１速度Ｖ１へ加速するようにサーボモータを回転させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータによって駆動されるクランク軸、該クランク軸の回転により昇降移動するスライド及び上記サーボモータの回転を制御する制御装置を有する鍛造プレス機において、
上記制御装置は、上記クランク軸の回転数から求まるプレス速度を、
プレス位置近傍において鍛造に必要な第１速度に保ち、
上記スライドの上死点側では上記第１速度よりも遅い第２速度とし、
上記上死点側から上記プレス位置近傍へ移動する間は上記第２速度から上記第１速度へ加速し、
上記プレス位置近傍から上記上死点側へ移動する間は上記第１速度から上記第２速度へ減速するように、上記サーボモータの回転速度を制御するように構成されている
ことを特徴とする鍛造プレス機。
【請求項２】
請求項１に記載の鍛造プレス機において、
上記サーボモータは、フライホイール及びクラッチを介さずに上記クランク軸を回転させるように構成され、
上記制御装置は、作動中に上記クランク軸を常に回転させるように構成されている
ことを特徴とする鍛造プレス機。
【請求項３】
サーボモータによって駆動されるクランク軸、該クランク軸の回転により昇降移動するスライド及び上記サーボモータの回転を制御する制御装置を有する鍛造プレス機を制御する方法において、
プレス位置近傍において上記クランク軸の回転数から求まるプレス速度が第１速度となるようにスライドを下降させ、
プレス位置近傍から上死点側まで上記第１速度から該第１速度よりも遅い第２速度となるように減速し、
上記第２速度となった後、該第２速度のまま上死点を通過し、
上記上死点側から上記プレス位置近傍へ移動する間に上記第２速度から上記第１速度へ加速するようにサーボモータを回転させる
ことを特徴とする鍛造プレス機の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の鍛造プレス機の制御方法において、
上記鍛造プレス機の作動中には、上記サーボモータを常に回転させて上記クランク軸を回転させる
ことを特徴とする鍛造プレス機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スライドの昇降運動を利用して鍛造を行う鍛造プレス機及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金型が取り付けられるスライドと、回転することによりスライドを昇降させるクランク軸と、このクランク軸にクラッチを介して連結されたフライホイールと、フライホイールを駆動するメインモータとを備えた鍛造プレス機は知られている。この種の鍛造プレス機では、ボルスタに載置した下型と、スライドの下面に取り付けた上型との間にワークを挟み込んで鍛造を行うが、スライドが昇降運動している１サイクルの間に下型と上型との間のワークを取り出して次のワークを定位置に搬送する必要がある。
【０００３】
特に熱間鍛造では、１分間当たりにスライドが１サイクルの昇降運動を行う回数、言い換えればクランク軸の回転数で表されるプレス速度が速いので、プレス速度を早く保ちながら搬送時間をかせぐために、スライドの上死点近傍ではクランク軸を停止してスライドの下降動作を一時停止しなければならない。
【０００４】
例えば特許文献１では、クランク軸に連結されたサーボモータと、クランク軸に連結された発電機と、この発電機が発電した電気を蓄電し、サーボモータに電力を供給する蓄電手段とを設け、慣性エネルギーを電気エネルギーに変換して停止時等のエネルギー損失を少なくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−７１１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような鍛造プレス機では、エネルギー損失を低減できても、スライドを一時停止するために、フライホイール回転力をクランク軸に伝えるためのクラッチやクランク軸を停止するブレーキが必須となる。
【０００７】
一方、ワークを移動させるための時間をかせぐためにスライドを常に低速で回転させるという方法が考えられる。しかし、この方法では、プレス速度も落ちて鍛造エネルギーが下がってしまう。特に熱間鍛造では、プレス速度が下がることは望ましくない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構造でプレス時に必要なプレス速度を保ちながらワークの搬送時間をかせぐことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、この発明では、サーボモータによりプレス速度（クランク軸の回転数）を最適に制御するようにした。
【００１０】
具体的には、本発明では、サーボモータによって駆動されるクランク軸、該クランク軸の回転により昇降移動するスライド及び上記サーボモータの回転を制御する制御装置を有する鍛造プレス機を対象とし、
上記制御装置は、上記クランク軸の回転数から求まるプレス速度を、
プレス位置近傍において鍛造に必要な第１速度に保ち、
上記スライドの上死点側では上記第１速度よりも遅い第２速度とし、
上記上死点側から上記プレス位置近傍へ移動する間は上記第２速度から上記第１速度へ加速し、
上記プレス位置近傍から上記上死点側へ移動する間は上記第１速度から上記第２速度へ減速するように、上記サーボモータの回転速度を制御するように構成されている。
【００１１】
また、本発明では、サーボモータによって駆動されるクランク軸、該クランク軸の回転により昇降移動するスライド及び上記サーボモータの回転を制御する制御装置を有する鍛造プレス機を制御する方法を前提とし、
上記方法では、
プレス位置近傍において上記クランク軸の回転数から求まるプレス速度が第１速度となるようにスライドを下降させ、
プレス位置近傍から上死点側まで上記第１速度から該第１速度よりも遅い第２速度となるように減速し、
上記第２速度となった後、該第２速度のまま上死点を通過し、
上記上死点側から上記プレス位置近傍へ移動する間に上記第２速度から上記第１速度へ加速するようにサーボモータを回転させる構成とする。
【００１２】
これらの構成によると、プレス位置近傍では、プレス速度（クランク軸の回転数）が鍛造に必要な第１速度に保たれているので、比較的早いプレス速度を要する熱間鍛造においても鍛造製品の仕上がりがよくなり、上死点側では、プレス速度が第１速度よりも低速の第２速度に保たれるので、ワークの搬送時間をかせぐことができる。そして、プレス位置近傍と上死点側との間は、適切な加速度で加速又は減速することにより、スライドを停止させることなくプレス作業を継続させることができる。このため、従来のように上死点での一時停止による無駄なエネルギー損失がないと共に、フライホイール及びクラッチをなくしてサーボモータのみでのスライドの昇降運動をさせることも可能となる。
【００１３】
さらに、上記サーボモータは、フライホイール及びクラッチを介さずに上記クランク軸を回転させるように構成され、
上記制御装置は、作動中に上記クランク軸を常に回転させるように構成してもよい。
【００１４】
また、上記鍛造プレス機の作動中には、上記サーボモータを常に回転させて上記クランク軸を回転させる構成としてもよい。
【００１５】
これらの構成によると、フライホイール及びクラッチを設けないようにすれば、装置が簡略化され、製造コスト及び維持コストが低減される。また、クランク軸を常に回転させることで、エネルギーの無駄を確実に低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、サーボモータでプレス速度（クランク軸の回転数）を適切に調整するようにしたことにより、簡単な構造でプレス時に必要なプレス速度を保ちながらワークの搬送時間をかせぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、スライドの位置及びフィンガの位置を示すグラフであり、（ｂ）は、プレス速度を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態に係る鍛造プレス機の概略を示す正面図である。
【図３】本トランスファー装置のフィンガの軌跡を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図２は本発明の実施形態の鍛造プレス機１０の主要な部分を示し、この鍛造プレス機１０は、下端が地面に固定されるフレーム本体１１を備えている。フレーム本体１１の上部には、サーボモータ１２が設けられており、このサーボモータ１２が減速機１３を介してクランク軸１４に直結されている。フレーム本体１１には、従来のようにフライホイール及びクラッチは設けられておらず、サーボモータ１２は、フライホイール及びクラッチを介さずに減速機１３のみを介してクランク軸１４を回転させるように構成されている。クランク軸１４の他端には、ブレーキ１５が設けられているが、ブレーキ１５は、必ずしも設けなくてもよい。
【００２０】
そして、クランク軸１４の下方には、コンロッド１６及びリストピン１６ａを介してスライド１７が連結されている。スライド１７は、フレーム本体１１内に上下に昇降運動可能に吊り下げられている。スライド１７は、クランク軸１４に連動して上死点Ｈ１側の低速領域と下死点Ｈ２側のプレス位置近傍との間で往復昇降運動可能に構成され、その下面に鍛造プレス成形のための金型の上型１８を取付可能となっている。スライド１７は、クランク軸１４が１回転する間に昇降運動の１サイクルを行う。上型１８は、鍛造品に合わせて取替可能となっている。ここで、低速領域は、スライド１７の昇降移動範囲の上死点Ｈ１側の比較的広い範囲にあり、プレス位置は、下死点Ｈ２付近の比較的狭い範囲にある。スライド１７は、コンロッド１６以外の構成でクランク軸１４に上下運動可能に連結されていてもよい。スライド１７の下方には、上面に下型１９を取付可能なボルスタプレート２０が対向して配置されている。この下型１９も鍛造品に合わせて取替可能となっている。
【００２１】
鍛造プレス機１０は、制御装置３０を備え、この制御装置３０が鍛造プレス機１０全体の制御を行っている。詳しくは後述するが、制御装置３０により、プレス速度（クランク軸１４の回転数）を、プレス位置近傍において鍛造に必要な第１速度Ｖ１に保ち、スライド１７の上死点Ｈ１（低速領域）側では第１速度Ｖ１よりも遅い第２速度Ｖ２とし、低速領域からプレス位置近傍へ移動する間は第２速度Ｖ２から第１速度Ｖ１へ加速し、プレス位置近傍から低速領域側へ移動する間は第１速度Ｖ１から第２速度Ｖ２へ減速するように、サーボモータ１２の回転速度を制御すると共に、作動中はクランク軸１４を常に回転させる、言い換えればプレス速度を０にしないように構成されている。
【００２２】
そして、ボルスタプレート２０のあるフレーム本体１１の下部には、トランスファー装置２１が設けられている。図２に示すように、このトランスファー装置２１は、駆動部２１ａと、一対の棒状のビーム２１ｂと、各ビーム２１ｂに設けたフィンガ２１ｃとを備え、制御装置３０により、スライド１７及びサーボモータ１２に合わせて駆動されるようになっている。具体的には、一対のビーム２１ｂを開閉し、図３に各フィンガ２１ｂの軌跡を示すように、前進、後進、上昇及び下降させることで、対向するフィンガ２１ｃによって鍛造されるワークＷを掴む、前進する、ワークＷを離す及び後退するという４つの作業を繰り返すようになっている。これにより、ワークＷの自動搬送が行われる。
【００２３】
次いで、本実施形態に係る鍛造プレス機１０を制御する方法の一例について説明する。
【００２４】
まず、上型１８をスライド１７下面に、下型１９をボルスタプレート２０の上面に取り付ける。上型１８及び下型１９は、例えば４つのエリアに分割され、クランク軸１４が１回転してスライド１７でプレスされる毎に１つずつ進んでワークＷの形状が整えられるようになっている。
【００２５】
次いで、加熱された所定の大きさの金属材料等よりなるワークＷをトランスファー装置２１に供給可能なように準備する。
【００２６】
次いで、図１に示すように、制御装置３０により、サーボモータ１２を回転させる。この低速ステップでは、サーボモータ１２によってクランク軸１４を駆動し、このクランク軸１４の回転によりスライド１７を第２速度Ｖ２（本実施形態では、２０ｓｐｍ）でゆっくりと下降させる。スライド１７は、上死点Ｈ１（本実施形態では約３２０ｍｍ）から第２速度Ｖ２で高さ２００ｍｍの辺りまで下降する。この低速ステップの時間的長さは、ワークＷの搬送時間に合わせて設定すればよい。このとき、トランスファー装置２１は、前の作業で掴んでおいた１つめのワークＷの前進中である。ここで、ｓｐｍは、Shots Per Minuteの頭文字をとった略語で、１分間にプレス加工できる数量を示し、本実施形態では、クランク軸が１回転すると、スライド１７が１回昇降運動を行うので、１分間のクランク軸１４の回転数と等しい。
【００２７】
次いで、開始から約０．５秒が経過した後、加速ステップに移行し、制御装置３０は、高さ２００ｍｍ程度からプレス位置近傍の高さ１００ｍｍ程度へ下降する間に第１速度Ｖ１（７０ｓｐｍ）へ加速するようにサーボモータ１２を回転させる。トランスファー装置２１は、一対の棒状ビーム２１ｂの下降作業を終えた点Ａ１でフィンガ２１ｃを開き始めてワークＷを離して下型１９の１つめの凹部へ載置する。スライド１７の下降速度は、２０ｓｐｍから７０ｓｐｍへ一気に加速される。
【００２８】
次いで、０．７０秒程度の点Ａ２で成形ステップに移行し、トランスファー装置２１は、開き作業を終えて後退する。スライド１７は、高速の第１速度Ｖ１で一定速度で下降しながらプレス位置近傍において、下型１９上にあるワークＷを上型１８でプレスしながら下死点Ｈ２に至る。このとき、要求されるプレス速度である第１速度Ｖ１で鍛造が行われる。
【００２９】
次いで、下死点Ｈ２を越えて１．０秒の手前の点Ａ３で成形ステップが終了し、減速ステップに移行する。トランスファー装置２１は、一対の棒状ビーム２１ｂを閉じ始めてフィンガ２１ｃによって最初のプレスが行われたワークＷと、次の新しいワークＷを掴みに行く。制御装置３０は、サーボモータ１２の回転速度を調整し、スライド１７がプレス位置近傍の高さ３０ｍｍ程度から上死点Ｈ１側まで移動する間に一気に第１速度Ｖ１から第２速度Ｖ２に減速する。この減速ステップ中の点Ａ４においてトランスファー装置２１のフィンガ２１ｃがワークＷを掴み終える。
【００３０】
次いで、スライド１７が高さ２００ｍｍの辺りで再び低速ステップに移行し、第２速度Ｖ２のままゆっくりとスライド１７を上昇させ、上死点Ｈ１を通過する。この間、トランスファー装置２１は、十分に時間をかけて掴んだワークＷを上昇させて前進させることができる。
【００３１】
そして、上死点Ｈ１を越えると再びスライド１７が下降し、０．５秒程度経過した後、再び加速ステップに入ってスライド１７の速度を第２速度Ｖ２から第１速度Ｖ１へ加速するようにサーボモータ１２を回転させる。トランスファー装置２１は、加速ステップの手前で下降作業を終えて点Ａ１でフィンガ２１ｃを開き始め、１つめのワークＷを下型１９の２つめの凹部に載置し、２つめのワークＷを下型１９の１つめの凹部に載置する。
【００３２】
次いで、再び点Ａ２で成形ステップに入って２度めの成形が行われる。このようにして、本実施形態では、ワークＷ１つ当たり、４回の成形ステップが行われて形状が整えられる。
【００３３】
この鍛造プレス機１０の作動中には、サーボモータ１２は、常に回転し、クランク軸１４を回転駆動する。
【００３４】
このように、本実施形態では、プレス位置近傍において、スライド１７が鍛造に必要な第１速度Ｖ１に保たれているので、鍛造製品の仕上がりがよくなり、プレスを行わない上死点Ｈ１側（低速領域側）では、第１速度Ｖ１よりも低速の第２速度Ｖ２に保たれるので、トランスファー装置２１によるワークＷの搬送時間を十分にかせぐことができる。そして、プレス位置近傍と低速領域との間は、適切な加速度で加速又は減速することにより、クランク軸１４を常に回転させてスライド１７を停止させることなくプレス作業を継続させることができる。このため、上死点Ｈ１での一時停止による無駄なエネルギー損失がなく、また、フライホイール及びクラッチをなくしてサーボモータ１２のみでのスライド１７の昇降運動をさせることも可能となる。この場合、装置が簡略化され、製造コスト及び維持コストが低減される。
【００３５】
したがって、本実施形態に係る鍛造プレス機１０によると、サーボモータ１２でクランク軸１４の回転速度を適切に調整するようにしたことにより、簡単な構造でプレス時に必要なプレス速度を保ちながらワークＷの搬送時間をかせぐことができる。
【００３６】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００３７】
すなわち、上記実施形態では、上型１８及び下型１９は、４つの領域に分割され、１つのワークＷ当たり４回の成形ステップを経るようにしているが、この回数は限定されず、１回、２回又は５回以上でもよい。
【００３８】
図１で示した例はあくまで一例であり、１サイクルの時間、スライド１７の高さ、フィンガ２１ｃの高さなどワークＷに合わせて設定すればよい。
【００３９】
上記実施形態では、低速領域は、一定速度としているが、緩やかな加速又は減速を伴っていてもよい。要は、クランク軸１４を停止させずに、トランスファー装置２１でワークＷを搬送する時間をかせげればよい。
【００４０】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、本発明は、サーボモータによって駆動されるクランク軸を有する鍛造プレス機について有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１０      鍛造プレス機
１１      フレーム本体
１２      サーボモータ
１３      減速機
１４      クランク軸
１５      ブレーキ
１６      コンロッド
１６ａ    リストピン
１７      スライド
１８      上型
１９      下型
２０      ボルスタプレート
２１      トランスファー装置
２１ａ    駆動部
２１ｂ    ビーム
２１ｃ    フィンガ
３０      制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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