(57)【要約】【課題】  作業効率を維持するとともに適切に動作する工具プレス装置及びプレス方法を提供する。【解決手段】  プレス装置１においてパンチ工具３４が被加工物１３を加工する前または加工終了後である場合には、位置や速度等の工具状態を基準とした工具状態モード制御が行われる（ＳＴ３、ＳＴ４）。一方、加工中は、工具状態に加えて荷重を基準とした荷重モードで制御が行われる（ＳＴ３、ＳＴ６）。荷重モードでの制御においては、荷重Ｔが第１閾値βより大きい場合には、パンチ工具３４等に異常があるとして警報を発生するよう制御が行われる（ＳＴ７、ＳＴ８）。さらに、加工中に検出された荷重の最大値Ｔｍａｘが予め設定された第２閾値γより小さい場合には、空打ちなどの加工不良があるとして運転が停止される（ＳＴ９、ＳＴ１０）。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する工具と、
前記工具にかかる荷重を検出する荷重検出手段と、
前記工具の位置及び速度のうち少なくとも一つを含む工具状態を検出する状態検出手段と、
前記工具の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記加工の前後においては前記工具状態に基づいて前記工具の動作を制御し、
前記加工中は前記工具状態に加え前記荷重に基づいて前記工具の動作を制御することを特徴とするプレス装置。
【請求項２】
前記工具を動作させる駆動モータを更に備え、
前記荷重検出手段は、前記駆動モータのトルク値を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のプレス装置。
【請求項３】
前記制御手段に制御されて警報を発する警報手段を更に備え、
前記制御手段は、前記加工中において検出された前記荷重の値が第１閾値より大きい場合に、警報を発するように前記警報手段を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレス装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記加工中において検出された荷重の最大値が第２閾値より小さい場合には、前記工具の動作を停止させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかにに記載のプレス装置。
【請求項５】
工具を動作させることで被加工物に加工を施すプレス方法であって、
前記加工の前は前記工具の位置及び速度のうち少なくとも一つを含む工具状態に基づいて前記工具の動作を制御し、
前記加工中は、前記工具状態に加え前記工具にかかる荷重に基づいて前記工具の動作を制御し、
前記加工の後は、前記工具状態に基づいて前記工具の動作を制御する
ことを特徴とするプレス方法。
【請求項６】
駆動モータにより前記工具を動作させるプレス方法であって、
前記工具にかかる荷重は、前記駆動モータのトルク値で検知する
ことを特徴とする請求項５に記載のプレス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを駆動源とするプレス装置及びプレス方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属板などの被加工物に穴を穿設するパンチプレス等のプレス装置及びプレス方法として、油圧により一定速度で工具を直線運動させるものが知られている。また、作業効率を向上するために、サーボモータを駆動源として用いることで工具の運動速度を可変としたものが提供されている（例えば特許文献１参照）。この種のプレス装置は、工具を駆動するラムと、このラムを駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御する制御手段とを備えている。通常、サーボモータの制御は、工具の位置や速度に基づいて行われている。
【特許文献１】特開２００２−１１３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようなプレス装置及びプレス方法においては以下の問題があった。すなわち、加工中においても工具の位置や速度等の状態に基づいてモータの駆動電流が制御されるため、例えば工具の摩耗等により加工条件が変わっても、磨耗前の一定の条件で（例えば磨耗前と同じ速度）で繰り返し加工されると、穿設された穴形状の品質が低下し、穴の縁部にバリが発生したり、穴の穿設が十分に行なわれない場合がある。よって、後工程でバリ取り加工や、手直し加工が必要とされる場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、穴加工品質及び作業効率を維持するとともに適切に動作する工具プレス装置及びプレス方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一例にかかるプレス装置は、被加工物を加工する工具と、前記工具にかかる荷重を検出する荷重検出手段と、前記工具の位置及び速度のうち少なくとも一つを含む工具状態を検出する状態検出手段と、前記工具の動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記加工の前後においては前記工具状態に基づいて前記工具の動作を制御し、前記加工中は前記工具状態に加え前記荷重に基づいて前記工具の動作を制御することを特徴とする。
【０００６】
他の一例にかかるプレス装置は、上記に加え、前記工具を動作させる駆動モータを更に備え、前記荷重検出手段は、前記駆動モータのトルク値を検出することを特徴とする。
【０００７】
他の一例にかかるプレス装置は、上記に加え、前記制御手段に制御されて警報を発する警報手段を更に備え、前記制御手段は、前記加工中において検出された前記荷重の値が第１閾値より大きい場合に、警報を発するように前記警報手段を制御することを特徴とする。
【０００８】
他の一例にかかるプレス装置は、上記に加え、前記制御手段は、前記加工中において検出された荷重の最大値が第２閾値より小さい場合には、前記工具の動作を停止させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一例にかかるプレス方法は、工具を動作させることで被加工物に加工を施すプレス方法であって、前記加工の前は  前記工具の位置及び速度のうち少なくとも一つを含む工具状態に基づいて前記工具の動作を制御し、前記加工中は、前記工具状態に加え前記工具にかかる荷重に基づいて前記工具の動作を制御し、前記加工の後は、前記工具状態に基づいて前記工具の動作を制御することを特徴とする。
【００１０】
他の一例にかかるプレス方法は、上記に加え、駆動モータにより前記工具を動作させるプレス方法であって、前記工具にかかる荷重は、前記駆動モータのトルク値で検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載のプレス装置によれば、加工中は工具状態に加え荷重を基準とし、加工前後では工具状態を基準とすることにより、工具にかかる荷重に対応して適切に工具を動作することが可能となる。よってプレス工程における作業効率を向上し、かつ、工具の摩耗等によりスムーズに加工が行われない場合にも対応することができ穴加工品質を維持すことができる。
【００１２】
請求項２に記載のプレス装置によれば、別に荷重検出センサを設ける必要がなく、プレス装置の構造を簡素化することができる。
【００１３】
請求項３に記載のプレス装置によれば、プレスライン中において工具の摩耗等による異常を検出することができる。
【００１４】
請求項４に記載のプレス装置によればプレスライン中において空打ち等の加工不良を検出し、加工精度を高めることができる。
【００１５】
請求項５に記載のプレス方法によれば、加工中は工具状態に加え荷重を基準とし、加工前後では工具状態を基準とすることにより、工具にかかる荷重に対応して適切に工具を動作することが可能となる。よってプレス工程における作業効率を向上し、かつ、工具の摩耗等によりスムーズに加工が行われない場合にも対応することができ穴加工品質を維持すことができる。
【００１６】
請求項６に記載のプレス方法によれば、別に荷重検出センサを設ける必要がなく、プレス装置の構造を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の第１実施形態について、図１〜５を参照して説明する。図１はプレス装置１の構成を模式的に示すブロック図である。  
プレス装置１は穴あけ加工に用いられるパンチプレス装置であり、フレーム１０を備えている。フレーム１０の下方には、金属板などの被加工物１３を支持するための支持部１１が設けられている。支持部１１には、穴を有するダイ１２が設けられている。このダイ１２の上面において被加工物１３が支持されている。
【００１８】
フレーム１０の上部には、プレス装置１の動力源としてのサーボモータ２０と、このサーボモータ２０の回転に伴い直線運動することにより被加工物１３を加工する工具の一例としての工具部３０とが設けられている。  
サーボモータ２０は制御手段の一例としての制御装置４０に制御されて所定の速度で所定の方向に回転する機能を有する。サーボモータ２０には、状態検出手段の一例としての速度検出部２１が設けられている。この速度検出部２１は、エンコーダ等から構成され、サーボモータ２０の回転速度を検出するとともに、回転速度情報を信号に変換し、制御部４４に送信する機能を有する。
【００１９】
工具部３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１内においてサーボモータ２０の出力軸に結合されたボールねじ３２と、このボールねじ３２に螺合されたスライド部３３と、スライド部３３の下端に取り付けられたパンチ工具３４とを備えている。ボールねじ３２及びスライド部３３は、回転運動を直線運動に変換する運動変換手段として機能する。サーボモータ２０の回転に伴い、ボールねじ３２およびスライド部３３を介して、パンチ工具３４が支持部１１に対して上下方向に移動する。この下降移動により被加工物１３を垂直方向に押圧することで穴が穿設される。なお、被加工物１３とパンチ工具３４との間には押さえゴム１４が設けられている。この押さえゴム１４により加工時における被加工物１３の穴周辺の歪みや捲れが防止される。
【００２０】
サーボモータ２０には、荷重検出手段の一例としての荷重検出部３６が設けられている。荷重検出部３６は、パンチ工具３４を介して入力される荷重によりサーボモータ２０に負荷されるトルク値Ｔの値を検出し、この荷重情報（トルク値情報）を信号に変換して制御部４４に送信する機能を有する。
【００２１】
また、ハウジング３１には、例えばセンサ等から構成された状態検出手段の一例としての位置検出部３５が設けられている。位置検出部３５は、スライド部３３やパンチ工具３４の位置を検知し、この位置情報を信号に変換して制御部４４に送信する機能を有する。
【００２２】
さらに、プレス装置１は、警報手段としての警報装置４６を備えている。警報装置４６は、図示しない表示部やスピーカを備え、制御部４４に制御されて警告メッセージを表示しあるいは警報音を鳴らす機能を有する。
【００２３】
次に、制御装置４０の構成について説明する。制御装置４０は、記憶部４１、演算部４２、判定部４３、制御部４４及び駆動部４５を備えている。
【００２４】
記憶部４１は、各検出部２１、３５、３６からの信号や制御に必要なプログラム及び各設定値α〜δ等の情報を格納する機能を有する。判定部４３は、各検出部２１、３５、３６からの信号に基づいて制御モードを決定する機能を有する。演算部４２は、各検出部２１、３５、３６からの信号に基づいて、所定のプログラムで演算処理を行い、サーボモータ２０の回転数、回転方向または回転角度等を算出する機能を有する。制御部４４は、演算部４２により算出された所定の回転数、回転方向、回転角度でサーボモータ２０を駆動するための制御信号を生成するとともにこの制御信号を駆動部４５に送信する機能を有する。駆動部４５は、制御部４４からの制御信号に基づき所定の回転方向及び所定の出力でサーボモータ２０を駆動する機能を有する。
【００２５】
この制御装置４０における制御手順について、図２のフローチャートに従って説明する。  
最初に、ユーザの入力手段（不図示）操作等により加工開始信号を受信すると（ＳＴ１）、各検出部２１、３５、３６において、パンチ工具３４の位置、回転速度等の工具状態及びパンチ工具３４が受ける荷重によりサーボモータ２０に負荷されるトルク値Ｔについての情報が検出され、これらの情報に対応する信号が制御部４４に入力される（ＳＴ２）。
【００２６】
ついで、これらの検知情報に対応する信号に基づき、判定部４３において工具がどの工程にあるか、すなわちパンチ工具３４が被加工物１３を加工している加工中であるか加工前後であるかが判定される（ＳＴ３）。ここでは、例えば、位置検出部３５により検出されたパンチ工具３４の先端の位置が予め設定された加工範囲Ａ（図３に示す）内である場合は加工中であると判定される。一方加工範囲Ａ外である場合に加工前または加工後であると判定される。この他、荷重検出部３６により検出されたトルク値Ｔの値に基づいて判定しても良い。すなわち、例えばトルク値Ｔが予め設定された閾値値α以下であった場合にはパンチ工具３４が被加工物１３に接触していないとして加工前または加工後と判定される。一方、トルク値Ｔが設定値αよりも大きい場合にはパンチ工具３４が被加工物１３に接触しているとして加工中と判定される。
【００２７】
上記ＳＴ３において加工前または加工後と判定された場合には、工具状態を基準とした工具状態モード制御が行われる（ＳＴ４）。ここでは、一定周期で検出されるパンチ工具３４の位置及び回転速度が予め設定された目標位置及び目標速度になるようにフィードバック制御が行われる。すなわち、例えば図３のグラフにおけるＬ１に示すようにＩ＝ＫΔＳＰｏ（Ｉ＝電流、ΔＳＰｏ＝目標位置と検出位置との差）となるようにサーボモータ２０を駆動する電流が制御される。ここで、Ｋは被加工物１３の厚さ、材質及びパンチ工具３４の径等により設定される。図３ではＫ＝１の場合を例示している。
【００２８】
ついで、ユーザの入力手段（不図示）操作等による終了指示の有無が判定される（ＳＴ５）。ここで、終了指示がない場合には再びＳＴ１に戻る。一方、終了指示が入力された場合にはパンチ工具３４が初期位置に戻って停止するようにサーボモータ２０の回転が制御される。
【００２９】
一方、上記ＳＴ３において加工中と判定された場合には、工具状態に加えてサーボモータに負荷されるトルク荷重を基準とした荷重モードで制御が行われる（ＳＴ６）。ここでは、まず、例えば図３のグラフにおけるＬ２に示すように、工具状態モードよりＫが小さく設定された式Ｉ＝ＫΔＳＰｏ（Ｉ＝電流、ΔＳＰｏ＝目標位置と検出位置との差）に基づいて駆動電流が制御される。すなわち、例えば図３に示すように、工具状態モードではＫ＝１である場合に荷重モード制御ではＫ＝０．５程度と設定される。
【００３０】
また、荷重モードでの制御においては、加工中に検出されたトルク値Ｔが予め設定された第１閾値βより大きいか否かが判定される（ＳＴ７）。ここでトルク値Ｔが第１閾値βより大きい場合には、パンチ工具３４等に異常があるとして警報を発生するよう警報部４６を制御する（ＳＴ８）。こうして、警報部４６により警告メッセージが表示されあるいは警報音が鳴る。なお、このとき、プレス工程はそのまま続行される。一方、ＳＴ７においてトルク値Ｔが第１閾値β以下である場合にはＳＴ９に進む。つまり、トルク値Ｔが第１閾値βより大きいと判定されたときは、パンチ工具３４が受ける荷重が適正値より大きいと判断され、穴加工に何らかの異常があり、例えば穿設した穴の縁部にバリが形成されたり、被加工物の穴周辺が変形したりなど、穴加工の品質低下が予想される。
【００３１】
さらに、荷重モードにおいては、加工中に検出されたトルク値の最大値Ｔｍａｘが予め設定された第２閾値γより小さいか否かが判定される（ＳＴ９）。ここでトルク値の最大値Ｔｍａｘが第２閾値γより小さい場合には、異常があるとして運転が停止される（ＳＴ１０）。一方、ＳＴ９において検出トルク値の最大値Ｔｍａｘが第２閾値γ以上である場合には通常であるとしてプレス工程が続行される。ここで、第２閾値γの値は、最低限被加工物１３に穴あけ加工をする際に必要とされるトルクの値等から決定される。すなわち、穴あけ加工中のサーボモータのトルク値の最大値Ｔｍａｘがγ以下であった場合には正確に穴あけ加工がされていない可能性があるとして異常が検出されることで空打ち等の加工不良が検出される。
【００３２】
その後、ユーザの入力操作などにより終了指示がある場合には初期位置に戻って停止し、終了指示がない場合には再びＳＴ１に戻る（ＳＴ１１）。
【００３３】
本実施形態におけるプレス装置１の動作について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４において（ａ）は加工前、（ｂ）は加工中、（ｃ）は加工後の状態を示している。
【００３４】
まず、図４（ａ）に示すようにパンチ工具３４が被加工物１３から離れて上方に位置する加工前の状態においては、工具状態モード制御によりサーボモータ２０が所定速度で駆動され回転する。この回転運動に伴ってサーボモータ２０の出力軸に連結されたボールねじ３２が回転する。ボールねじ３２の回転に伴い羅合されたスライド部３３が支持部１１に対して下方に移動する。これに伴い、スライド部３３の先端に設けられたパンチ工具３４が押さえゴム１４を圧縮しつつ下方に移動する。ここで、図５のａ部分に示されるように、押さえゴム１４の圧縮に伴い荷重値Ｔが僅かに増加する。
【００３５】
パンチ工具３４の下降が進行し、パンチ工具３４が被加工物１３に接触する直前あるいは接触した直後においては、制御モード（制御の基準）が変更され荷重モード制御が行われる。図４（ｂ）に示される加工中においては、位置、速度及びサーボモータ２０のトルク値に基づいて決定された所定速度でサーボモータ２０が回転する。この回転運動に伴い上記同様にパンチ工具３４が下降する。この下降に伴いパンチ工具３４の先端が支持部１１材に載置された被加工物１３に押し付けられることにより穴が形成される。このとき、図５のｂ部分に示されるように、被加工物１３の加工にともないサーボモータ２０のトルク値Ｔが急激に増大する。
【００３６】
図４（ｃ）に示すように、穴あけ加工が終了し、パンチ工具３４の先端が被加工物１３を貫通して加工領域Ａの外部に位置すると、再び制御モードが変更され工具状態モード制御が行われる。このとき、図５のｃ部分に示すように、サーボモータ２０のトルク値Ｔが急激に減少する。ここでは、工具状態モード制御により上記加工前と逆方向にサーボモータ２０が所定速度で回転することにより、パンチ工具３４を備えたスライド部３３が上方へ移動する。
【００３７】
以上により被加工物１３の穴あけ加工が完了する。また、図示しない位置合わせ機構により被加工物１３の位置合わせがされるとともに所定の上記一連の動作が繰り返されることで複数の穴が形成される。
【００３８】
本実施形態にかかるプレス装置１は以下に掲げる効果を奏する。  
上記プレス装置１によれば、作業効率を確保しつつサーボモータ２０のトルク値Ｔに対応してパンチ工具３４を適切に動作させることができる。すなわち、工具の位置や速度のみに基づいてサーボモータ２０を制御するプレス装置１では、工具の摩耗などにより加工がスムーズに行われない場合に、駆動電流が必要以上に高く設定されていたのに対し、本プレス装置１ではトルク値Ｔに応じて駆動出力を適切に調節することができる。これに加え、加工の前及び後においては位置及び速度に基づいて制御するため、作業効率を確保することができる。
【００３９】
また、上記のように駆動電流が必要以上にかかる場合には、穴あけ加工終了直後、工具が被加工物１３を貫通した際に工具の動作が不安定となる場合があったが、本実施形態のプレス装置１によれば穴あけ加工直後も適当な駆動出力を得られるため、工具の動作が安定する。したがって、高い加工精度を確保することができる。
【００４０】
さらに、これまでは工具の摩耗による加工不良などはプレス工程の後で検査していたが、本実施形態のプレス装置１によれば加工中の荷重値Ｔが第１閾値β以上である場合に警報を発することにより、プレス工程中で品質検査をすることができる。したがって、高い加工精度を確保しつつ作業効率を向上させることができる。
【００４１】
また、加工中における検出荷重の最大値Ｔｍａｘが一定値γ以下である場合に停止することとしたため、プレス工程中で位置ずれや空打ちなどの加工不良を検出することができる。
【００４２】
なお、上記第１実施形態においては、位置検出部３５及び速度検出部２１を備え、回転速度及びパンチ工具３４の位置を検出する場合を例示したが、どちらか一方のみであっても本発明を適用可能である。
【００４３】
また、上記第１実施形態では加工中にのみサーボモータ２０のトルク値Ｔが一定値βを超える場合の警報を行っていたが、加工前後においてサーボモータ２０のトルク値Ｔが予め設定された第３閾値δ（図３に示す）を超える場合にも警報するように制御してもよい。この場合は、加工前後においてプレス装置１に何らかの異常があったと判断される。
【００４４】
この他、本発明を実施するにあたり、各構成要素の具体的な形状など、本発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態にかかるプレス装置を示すブロック図。
【図２】同プレス装置の制御手順を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態にかかるプレス工程における位置差と駆動電流値との関係を示すグラフ。
【図４】同プレス工程におけるプレス装置の動作を示す正面図。
【図５】同プレス工程における荷重の変動を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１…プレス装置、１３…被加工物、２０…サーボモータ、２１…速度検出部
３０…工具部、３４…パンチ工具、３５…位置検出部、３６…荷重検出部
４０…制御装置、４１…記憶部、４２…演算部、４３…判定部、４４…制御部、４５…駆動部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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