(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動サーボモータ(19)により上下方向に直線駆動されてワークを打抜き加工するスライド(13)と、このスライド(13)の位置を検出するスライド位置検出手段(16)と、予め設定されたスライド(13)の速度及びこの速度への速度切替え位置等の加工条件を記憶する加工条件記憶手段(26)と、この加工条件記憶手段(26)に記憶された前記加工条件、及びスライド位置検出手段(16)により検出された位置に基づいて、電動サーボモータ(19)の速度指令値を演算するサーボモータ指令演算手段(27)とを備え、この速度指令値に基づいて電動サーボモータ(19)を制御し、前記設定された加工条件に基づいてスライド(13)を上限位置と下限位置との間を上下駆動する下限位置制御装置において、
前記スライド(13)の加圧力を検出し、加圧力信号を出力する加圧力検出手段(19a) と、
この加圧力信号に基づいてスライド(13)の加圧力を演算する加圧力演算手段(21)と、
この加圧力演算手段(21)によって演算された加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする実圧力減少率(Pc)として演算する圧力減少率演算手段(22)と、
予め、ワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする基準圧力減少率(Pbc) として記憶しておき、初回目の加工時に、この記憶された基準圧力減少率(Pbc) と加工中に圧力減少率演算手段(22)によって演算された実圧力減少率(Pc)とを比較し、実圧力減少率(Pc)が基準圧力減少率(Pbc) 以上のとき打抜きと判断して、スライド位置検出手段(16)により検出された位置を打抜き位置として読込み、前記サーボモータ指令演算手段(27)により演算された速度指令値を打抜き速度として読込む打抜き判定手段(23)と、
この打抜き判定手段(23)により読込まれた打抜き位置及び打抜き速度をフィードバックする位置・速度フィードバック手段(24)と、
このフィードバックされた打抜き位置及び打抜き速度に基づいて、打抜き速度より低速の打抜き位置近傍の位置決め速度、及び打抜き位置より所定距離手前でこの低速に切替えられる位置決め速度切替え位置を次回以降の加工条件として新たに設定し、この新たに設定した加工条件を前記加工条件記憶手段(26)に出力して記憶させるスライド位置・速度設定手段(25)とを備えたことを特徴とするサーボプレスの下限位置制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のサーボプレスの下限位置制御装置において、
前記スライド位置・速度設定手段(25)は、毎回の加工の都度、前記打抜き判定手段(23)により読込まれた打抜き位置に基づいて、次回の加工時の前記位置決め速度切替え位置を新たに設定することを特徴とするサーボプレスの下限位置制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のサーボプレスの下限位置制御装置において、
前記スライド位置・速度設定手段(25)は、所定の加工回数毎に、前記打抜き判定手段(23)により読込まれた打抜き位置に基づいて、次回から所定回数までの加工時の前記位置決め速度切替え位置を新たに設定することを特徴とするサーボプレスの下限位置制御装置。
【請求項４】
前記設定された加工条件や加工中の加工条件を表示する設定表示手段(28)を付設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のサーボプレスの下限位置制御装置。
【請求項５】
前記加圧力検出手段(19a) が、電動サーボモータ(19)の駆動電流値を検出する電流検出センサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のサーボプレスの下限位置制御装置。
【請求項６】
スライド(13)を電動サーボモータ(19)により上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動し、スライド(13)の速度及びこの速度の切替え位置等の加工条件に基づいてワークの打抜き加工を行なうサーボプレスの下限位置制御方法において、
予めワークに固有の打抜き時におけるスライド(13)の加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする基準圧力減少率(Pbc) として記憶しておき、初回の加工時に、打抜き加工中に加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする実圧力減少率(Pc)として演算し、この実圧力減少率(Pc)と前記記憶した基準圧力減少率(Pbc) とを比較することによって、実圧力減少率(Pc)が基準圧力減少率(Pbc) 以上のとき打抜きと判断して、打抜き時のスライド(13)の打抜き位置及び打抜き速度に基づいて、この打抜き速度より低速の打抜き位置近傍の位置決め速度、及び打抜き位置より所定距離手前にこの低速に切替える位置決め速度切替え位置を新たな加工条件として設定し、次回以降の加工時には、この加工条件でスライド(13)を制御して打抜きを行なうことを特徴とするサーボプレスの下限位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スライドが電動サーボモータにより直動駆動されるサーボプレスの加工中の振動や騒音を抑制可能とするサーボプレスの下限位置制御装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス加工は塑性変形や剪断によりワークを所定の寸法や形状に形成する手段であり、スライドに取付けられた工具がワークを打撃する時や打抜く時には騒音や振動が発生する。この騒音や振動は劣悪な作業環境をもたらし、作業者に精神的あるいは肉体的な危害を加えるのみならず労働災害の要因となっている。また、騒音に関しては労働安全衛生法によって規制がなされている。こうしたことから、プレス加工時に発生する騒音や振動を減少させる方法が色々と提案されている。
例えば、特開平３−３３４３９号公報では、サーボモータによりスライドを直線駆動して被加工物（本発明ではワークと表す）を加工するサーボプレスにおいて、図７に示すようなモーションカーブによって騒音を減少させる技術が開示されている。この技術によると、予め設定されたスライド速度や速度切替え位置等の加工条件に基づいて、スライドに取付けられた工具が上限位置Ｕから被加工物に接近する接近工程において高速の所定の接近速度で移動し、加工工程に移行する加工開始位置Ｓからは前記接近速度よりも低速の所定の加工速度に切替えられて被加工物を加工するように、スライドモーションを制御している。このような制御により、工具が被加工物を高速の接近速度で打撃する前にスライドを低速の加工速度に切替えることによって、打撃時に発生する打撃音（騒音）を抑制するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、打抜き加工においては打抜きの瞬間にワークが破断されると共に、スライドの加圧力が急に開放されてスライドが下方に突っ込む、いわゆるブレークスルーが生じる。このとき、このワークの破断によって、上述したような打撃音よりも大きな騒音が発生することが多い。また、ブレークスルー時にはスライドを支持しているフレ−ムの撓みの瞬間的な開放によりプレス機械全体に大きな振動が発生したり、スライドが金型を打撃したりする場合がある。
この結果、騒音や振動により作業環境が悪化したり、騒音の法規制により作業時間帯が制限されたり、あるいはスライドの大きな突っ込み量により金型やプレス機械が破損したり、寿命低下を来すという問題がある。
【０００４】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされ、打抜き加工時に発生する騒音や振動を抑制したり、あるいは金型やプレス機械の破損防止や寿命向上を図るサーボプレスの下限位置制御装置及びその制御方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電動サーボモータ１９により上下方向に直線駆動されてワークを打抜き加工するスライド１３と、このスライド１３の位置を検出するスライド位置検出手段１６と、予め設定されたスライド１３の速度及びこの速度への速度切替え位置等の加工条件を記憶する加工条件記憶手段２６と、この加工条件記憶手段２６に記憶された前記加工条件、及びスライド位置検出手段１６により検出された位置に基づいて、電動サーボモータ１９の速度指令値を演算するサーボモータ指令演算手段２７とを備え、この速度指令値に基づいて電動サーボモータ１９を制御し、前記設定された加工条件に基づいてスライド１３を上限位置と下限位置との間を上下駆動する下限位置制御装置において、
前記スライド１３の加圧力を検出し、加圧力信号を出力する加圧力検出手段１９ａと、
この加圧力信号に基づいてスライド１３の加圧力を演算する加圧力演算手段２１と、
この加圧力演算手段２１によって演算された加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする実圧力減少率Ｐｃとして演算する圧力減少率演算手段２２と、
予め、ワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする基準圧力減少率Ｐｂｃとして記憶しておき、初回目の加工時に、この記憶された基準圧力減少率Ｐｂｃと加工中に圧力減少率演算手段２２によって演算された実圧力減少率Ｐｃとを比較し、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃ以上のとき打抜きと判断して、スライド位置検出手段１６により検出された位置を打抜き位置として読込み、前記サーボモータ指令演算手段２７により演算された速度指令値を打抜き速度として読込む打抜き判定手段２３と、
この打抜き判定手段２３により読込まれた打抜き位置及び打抜き速度をフィードバックする位置・速度フィードバック手段２４と、
このフィードバックされた打抜き位置及び打抜き速度に基づいて、打抜き速度より低速の打抜き位置近傍の位置決め速度、及び打抜き位置より所定距離手前でこの低速に切替えられる位置決め速度切替え位置を次回以降の加工条件として新たに設定し、この新たに設定した加工条件を前記加工条件記憶手段２６に出力して記憶させるスライド位置・速度設定手段２５とを備えた構成としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によると、ワークの初回目の打抜き加工において、スライド１３は、所定の打抜き速度でワークに当接した後、ワークを加圧しながら低速で下降する。この低速下降時に、スライド１３の加圧力によってワークの打抜きが行なわれる。ワーク加工中には、加圧力検出手段１９ａから検出された加圧力信号に基づいて、加圧力演算手段２１により加圧力が演算され、この加圧力の時間的変化が、加圧力の減少する方向を正とする実圧力減少率Ｐｃとして圧力減少率演算手段２２により演算されている。また、圧力減少率演算手段２２には、予めワークに固有の打抜き時の加圧力の時間的変化が加圧力の減少する方向を正とする基準圧力減少率Ｐｂｃとして記憶されており、加工中の実圧力減少率Ｐｃがこの基準圧力減少率Ｐｂｃ以上になった時に、打抜き判定手段２３によりワークの打抜き発生と判断される。打抜き判定手段２３は、打抜き発生と判断した時のスライド１３の打抜き位置と打抜き速度とを読込み、位置・速度フィードバック手段２４を介してスライド位置・速度設定手段２５に伝達する。このスライド位置・速度設定手段２５は、この伝達された打抜き位置と打抜き速度に基づいて、打抜き速度より低速の打抜き位置近傍の位置決め速度と、打抜き位置より所定距離手前でこの低速に切替える位置決め速度切替え位置とを新たな加工条件として設定する。そして、新たに設定された加工条件は加工条件記憶手段２６に記憶され、次回以降の加工は、この新たに設定された条件と、初回目の加工時に予め設定された初期条件とからなる新たな加工条件に基づいて行なわれる。したがって、スライド１３は、打抜き位置よりも手前の位置で、打抜き速度よりもさらに低速に切替えられて打抜きを行なうので、ワークに蓄えられる加圧エネルギーは少なくなり破断時の騒音レベルは低くなると共に、同様な理由によりプレスの撓み量が小さくなるのでブレークスルー時のスライド１３の突っ込み量もこの撓み量に比例して小さくなる。この結果、打抜き時の騒音や振動が抑制されるので、作業環境が改善され作業性の向上を図ることができる。また、騒音規制をクリアすることによって稼働時間の拡大が可能となるので生産能力の向上が図れる。さらに、ブレークスルーによる金型やプレス機械の破損を防止したり、寿命を向上することができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のサーボプレスの下限位置制御装置において、
前記スライド位置・速度設定手段２５は、毎回の加工の都度、前記打抜き判定手段２３により読込まれた打抜き位置に基づいて、次回の加工時の前記位置決め速度切替え位置を新たに設定する構成としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、ワーク打抜きの都度検出される打抜き位置に基づいて、位置決め速度切替え位置が新たに設定される。そして、次回の打抜き加工時には、スライド１３は、この新たに設定された位置決め速度切替え位置で低速に切替えられた後に打抜きを行なう。したがって、ワークの厚さのばらつきが比較的大きい場合にも、この厚さの変化に追従して打抜き位置を検出できるので、請求項１に記載の発明の効果に加え、位置決め速度切替え位置をこのばらつきを考慮することなく打抜き位置近くに設定でき、低速の位置決め速度でのスライド１３の下降距離が短くなるので加工サイクルタイムを短縮できる。よって、生産性の向上を図ることができる。また、位置決め速度切替え位置から打抜き位置までの距離が精度良く維持されるので、騒音や振動のばらつきを小さくできると共に、所定のレベル内に抑制することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載のサーボプレスの下限位置制御装置において、
前記スライド位置・速度設定手段２５は、所定の加工回数毎に、前記打抜き判定手段２３により読込まれた打抜き位置に基づいて、次回から所定回数までの加工時の前記位置決め速度切替え位置を新たに設定する構成としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、ワーク打抜きの所定回数毎に検出された打抜き位置に基づいて、位置決め速度切替え位置が新たに設定される。そして、次回から所定回数までの打抜き加工時には、スライド１３は、この新たに設定された位置決め速度切替え位置で低速に切替えられた後に打抜きを行なう。したがって、ワークの厚さのばらつきが比較的小さい場合には少ない頻度でこの厚さの変化に追従して打抜き位置を検出でき、位置決め速度切替え位置をこのばらつきを殆ど考慮することなく打抜き位置近くに設定できるので、低速の位置決め速度でのスライド１３の下降距離が短くなり加工サイクルタイムを短縮できる。よって、生産性の向上を図ることができる。また、位置決め速度切替え位置から打抜き位置までの距離が精度良く維持されるので、騒音や振動のばらつきを小さくできると共に、所定のレベル内に抑制することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、前記設定された加工条件や加工中の加工条件を表示する設定表示手段２８を付設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のサーボプレスの下限位置制御装置の構成としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、設定表示手段２８の表示により、新たに設定された加工条件が常に把握できると共に、加工中の加工条件の刻々の変化を監視することができる。したがって、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明の効果に加え、加工するワークを変更する時の段取作業において、前記設定されている加工条件をこの設定表示手段２８に表示し確認して再利用したり、あるいは、新たに設定された加工条件を表示して適正な条件か否かを判断することができるので、段取作業を容易に行なうことができる。また、加工中の加工条件の監視が常に可能となるので、異常の発生に対して早期に処置することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、前記加圧力検出手段１９ａが、電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出する電流検出センサである請求項１〜４のいずれか一つに記載のサーボプレスの下限位置制御装置の構成としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明によると、スライド１３を駆動している電動サーボモータ１９の駆動電流値を電流検出センサにより検出しており、この駆動電流値より算出されるモータ出力トルクから加減速トルクや定速トルクを差し引いて実作業トルクとしてスライド１３の加圧力を求めることができる。よって、加圧力を簡単な構成の電流検出センサにより精度よく求めることができると共に、電動サーボモータ１９を簡単なシステム構成により容易に制御することができる。したがって、請求項１〜４のいずれか一つに記載の発明の効果に加え、この加圧力に基づいて打抜き位置を高精度に検出でき、よって、位置決め速度切替え位置がこの高精度の打抜き位置に基づいて設定マージン（余裕距離）を大きくせずに設定できるので、低速の位置決め速度でのスライド１３の下降距離が短くなり作業時間の短縮を図ることができる。また、単純構成の制御装置を安価に製作することができる。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、スライド１３を電動サーボモータ１９により上限位置と下限位置との間を上下方向に直線駆動し、スライド１３の速度及びこの速度の切替え位置等の加工条件に基づいてワークの打抜き加工を行なうサーボプレスの下限位置制御方法において、
予めワークに固有の打抜き時におけるスライド１３の加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする基準圧力減少率Ｐｂｃとして記憶しておき、初回の加工時に、打抜き加工中に加圧力の時間的変化を加圧力が減少する方向を正とする実圧力減少率Ｐｃとして演算し、この実圧力減少率Ｐｃと前記記憶した基準圧力減少率Ｐｂｃとを比較することによって、実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃ以上のとき打抜きと判断して、打抜き時のスライド１３の打抜き位置及び打抜き速度に基づいて、この打抜き速度より低速の打抜き位置近傍の位置決め速度、及び打抜き位置より所定距離手前にこの低速に切替える位置決め速度切替え位置を新たな加工条件として設定し、次回以降の加工時には、この加工条件でスライド１３を制御して打抜きを行なう方法としている。
【００１６】
請求項６に記載の発明によると、予めワークに固有の打抜き時の基準圧力減少率Ｐｂｃを記憶しておき、初回の加工時に、打抜き加工中に演算されている実圧力減少率Ｐｃが前記記憶された基準圧力減少率Ｐｂｃ以上になった時にワークの打抜きを判断すると共に、この打抜き判断時のスライド１３の打抜き位置及び打抜き速度を読込む。なお、この基準圧力減少率Ｐｂｃと実圧力減少率Ｐｃとは、それぞれ加圧力が減少する方向を正としている。この打抜き位置と打抜き速度とに基づいて、打抜き速度より低速の位置決め速度と、打抜き位置より所定距離手前でこの低速に切替える位置決め速度切替え位置とを新たな条件として設定する。そして、次回以降の加工時には、この新たに設定された条件に基づいて打抜きが行なわれる。したがって、スライド１３は、打抜き位置よりも手前の位置で、打抜き速度よりもさらに低速に切替えられて打抜きを行なうので、ワークに蓄えられる加圧エネルギーは少なくなり破断時の騒音レベルは低くなると共に、同様な理由によりプレスの撓み量が小さくなるのでブレークスルー時のスライド１３の突っ込み量もこの撓み量に比例して小さくなる。この結果、打抜き時の騒音や振動が抑制されるので、作業環境が改善され作業性の向上を図ることができる。また、騒音規制をクリアすることによって稼働時間の拡大が可能となるので生産能力の向上が図れる。さらに、ブレークスルーによる金型やプレス機械の破損を防止したり、寿命を向上することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面を参照して詳述する。
図１は、本発明に係わるサーボプレスの要部側面図を示している。
サーボプレス１には側面視して略Ｃ字形状のフレーム１０が設けられており、フレーム１０の下部にはベッド１１が取付けられている。このベッド１１の上部にはボルスタ１２が略水平に配設されており、ボルスタ１２の上面には下型（図示せず）が取着されている。
前記フレーム１０の前記Ｃ字形状の開口部近傍には、この開口部と類似な形状をした補助フレーム１４が装着されている。この補助フレーム１４は、上下方向に変位自在となるように、その下側がピン１５によりフレーム１０の側面に取付けられている。
【００１８】
また、フレーム１０の上部には、このサーボプレス１の動力源である電動サーボモータ１９、及び動力変換装置１７が装着されている。この動力変換装置１７は、ボールスクリューなどにより電動サーボモータ１９の回転力を往復運動に変換している。電動サーボモータ１９には、例えばパルスジェネレータなどのような、回転速度を検出する速度検出手段１９ｂが設けられている。この電動サーボモータ１９と前記動力変換装置１７とは、例えばベルトのような回転伝達部材１８によって回転自在に連結されている。
なお、この回転伝達部材１８はチェーンや歯車でもよいし、また回転伝達部材１８を使用せずに電動サーボモータ１９と動力変換装置１７とのそれぞれの軸を直接結合してもよい。また、電動サーボモータ１９は交流モータ、直流モータのいずれでもよい。動力変換装置１７についても、ウォームギヤとウォームホイール、あるいはピニオンギヤとラックとにより回転運動を往復運動に変換してもよく、ここではその手段について限定するものではない。
【００１９】
前記動力変換装置１７の下端には、ボルスタ１２に対向する位置で上下動自在なスライド１３が装着されており、スライド１３には上型（図示せず）が取付けられている。
前記スライド１３の後部側と前記補助フレーム１４の上端側の間には、リニアセンサなどから構成されるスライド位置検出手段１６が設けられている。このスライド位置検出手段１６は、軸方向がスライド１３の上下動方向と平行になるようにスライド１３の後部に取付けられたセンサロッド１６ａと、このセンサロッド１６ａが挿入され、かつ、補助フレーム１４に取付けられた検出ヘッド１６ｂとから構成されている。スライド１３の上下動に伴って、このセンサロッド１６ａが、固定されている検出ヘッド１６ｂに対して上下動することによって、検出ヘッド１６ｂの内部に組込まれたセンサにより、スライド１３の位置がボルスタ１２の上面からの高さとして検出される。
【００２０】
打抜き加工は前記スライド１３を所定の加工条件に従って作動するように制御して行なわれ、この加工条件は製品品質、作業能率及び振動や騒音などの周辺の環境条件等に大きな影響を及ぼす。このため加工条件の設定は、打抜き加工において非常に重要な作業となっている。
【００２１】
図２は、本発明に係わるサーボプレスの下限位置制御装置のハード構成及び制御の概要を示すブロック図である。
打抜き加工に当たって、作業者は、予め打抜き条件としてスライド１３の打抜き速度、この速度の切替え位置、上限位置、下限位置及び加圧能力などの初期値を設定・指示手段９により設定し、後述のサーボ制御装置２０に入力する。また、設定・指示手段９は、例えばキーボードやタッチパネルあるいは設定スイッチ等からなり、この設定・指示手段９により前述のように設定データを入力したり、また自動運転、手動運転、あるいは打抜き条件設定などの作動モードの選択や、運転開始や停止などの作動を指示したりする。
【００２２】
前記設定・指示手段９から入力された設定データはサーボ制御装置２０に入力されて記憶され、予め組込まれた処理手順に従ってスライド１３の作動の制御、すなわちモーション制御を行なう。このサーボ制御装置２０は、汎用的なコンピュータなどから構成されており、打抜き条件データの入力、記憶、演算処理、出力及び表示などの機能を有している。
このサーボ制御装置２０は、打抜き加工時にワークの打抜きを判断し、この打抜き時のスライド１３の位置（以後、打抜き位置と呼ぶ）と打抜き速度とに基づいて、この打抜き速度よりも低速のスライド下限位置の位置決め速度を設定すると共に、この位置決め速度へ切替える位置（以後、位置決め速度切替え位置と呼ぶ）を打抜き位置の所定距離手前に新たに設定する。そして、サーボ制御装置２０は、この設定された新たな打抜き条件とスライド位置検出手段１６からの位置とに基づいて、電動サーボモータ１９を制御する速度指令値をサーボモータ指令出力手段２９に出力する。
サーボモータ指令出力手段２９は、この速度指令値に基づいて電動サーボモータ１９の駆動電流値を制御し、スライド１３が所定のモーションカーブに沿って駆動されるように制御している。また、サーボモータ指令出力手段２９には、例えばシャント抵抗等により電動サーボモータ１９の駆動電流値を検出する電流検出センサからなる加圧力検出手段１９ａが付設されており、この検出された駆動電流値はサーボ制御装置２０に入力されている。
【００２３】
図３は、本発明に係わる打抜き加工におけるモーションカーブ及び加圧力カーブの一例を示しており、打抜きの判定方法に関して同図に基づいて説明する。
図３（Ａ）は、モーションカーブを表し、縦軸にスライド位置Ｚを、横軸にスライド１３の下降開始からの経過時間ｔを表す座標からなっている。また、図３（Ｂ）は、スライド１３の加圧力カーブを示しており、縦軸にスライド１３の加圧力Ｐを、横軸にはモーションカーブと同様にスライド１３の下降開始からの経過時間ｔを表している。そして、前記スライド位置Ｚと加圧力Ｐとは、同一の経過時間ｔにおいてそれぞれ対応関係にある。
スライド１３は、上限位置Ｚａより高速下降し、ワークより所定距離手前の速度切替え位置Ｚｃに達すると、低速の打抜き速度に切替えられて更に下降する。このとき、加圧力Ｐが経過時間ｔと共に上昇し最大加圧力Ｐｍに達すると、ワークは塑性変形を開始する。そして、スライド１３が更にワークを加圧すると、ワークは塑性変形に追従できずに破断され加圧力Ｐは急減する。この結果、ワークの打抜きが行なわれる。
【００２４】
ここで、この打抜きが行なわれた点を打抜き点Ｂｐ、この打抜き点Ｂｐにおける加圧力を打抜き加圧力Ｐｂ、また、このときの加圧力Ｐの時間的変化を加圧力Ｐが減少する方向を正の値とする基準圧力減少率Ｐｂｃと定義する。この基準圧力減少率Ｐｂｃは、ワーク固有の値として経験値などにより求められる。すなわち、打抜き加圧力Ｐｂは複数の試し加工等により求められ、基準圧力減少率Ｐｂｃは、この求められた打抜き加圧力Ｐｂのばらつきを考慮して、打抜き発生の判断が可能となる所定の大きさの基準値に設定される。
一方、加工中に求められる加圧力Ｐの時間的変化を加圧力Ｐが減少する方向を正の値とする実圧力減少率Ｐｃと定義すると、この実圧力減少率Ｐｃは、数式「Ｐｃ＝ΔＰ／Δｔ」により演算される。そして、この加工中の実圧力減少率Ｐｃが予め設定されている前記基準圧力減少率Ｐｂｃ以上になった時に、すなわち、基準圧力減少率Ｐｂｃ以上で加圧力Ｐが減少した時に、このワークの打抜きが行なわれたと判断する。
【００２５】
図４は、本発明に係わるサーボプレスの下限位置制御装置及びその制御方法の機能ブロック図を示している。
加圧力演算手段２１は、加圧力検出手段１９ａである電流検出センサにより検出された駆動電流値に基づいて、電動サーボモータ１９の出力トルクを演算する。そして、この加圧力演算手段２１は、演算された出力トルクを変換してスライド１３の加圧力を求める。このように、電動サーボモータ１９の駆動電流値に基づいて加圧力を求めるには、例えば、以下のような方法で行なう。
予め、加速又は減速トルクを算出するための負荷イナーシャ定数、定速維持するトルクを算出するための速度抵抗トルク比例定数、摩擦トルク定数、及び駆動電流と出力トルクとの関係を表すトルク定数等の各定数データを記憶しておく。そして、加速時又は減速時には、必要な加速度値又は減速度値と上記各定数データに基づいて必要な駆動電流値を求め、電流検出センサで検出した駆動電流値から前記求めた必要な駆動電流値を差引いて、加減速時の実作業トルクを算出する。
【００２６】
定速時も同様にして、このとき維持すべき速度値と上記各定数データに基づいて必要な駆動電流値を求め、検出した駆動電流値から前記求めた必要な駆動電流値を差引いて、定速時の実作業トルクを算出する。そして、このようにして求められた電動サーボモータ１９の実作業トルクと、スライド１３の加圧力との関係を予め求めて加圧力演算手段２１に記憶しておく。この加圧力演算手段２１は、打抜き時に検出された駆動電流値に基づいて実作業トルクを求め、この実作業トルクに基づいてスライド１３の加圧力を演算する。
このように加圧力検出手段１９ａとして電流検出センサを使用することにより、スライド１３の加圧力を簡単な構成の電流検出手段により精度よく求めることができ、かつ電動サーボモータ１９の制御を単純なシステム構成により容易にできる。したがって、この加圧力に基づいて、打抜き位置を高精度に検出でき、よって、位置決め速度切替え位置がこの高精度の打抜き位置に基づいて設定マージン（余裕距離）を大きくせずに設定できるので、低速の位置決め速度でのスライド１３の下降距離が短くなり作業時間の短縮を図ることができる。また、単純構成の制御装置を安価に製作することができる。
なお、加圧力検出手段１９ａは電流検出センサに限定するものではなく、例えば動力変換装置１７の近傍に取付けられた歪ゲージなどによりフレーム１０の歪を検出し、この歪に基づいてスライド１３の加圧力を算出してもよい。
【００２７】
圧力減少率演算手段２２は、前記加圧力演算手段２１により演算された加圧力の時間的変化を実圧力減少率Ｐｃとして演算し打抜き判定手段２３に出力する。
この打抜き判定手段２３は、この実圧力減少率Ｐｃに基づいて、打抜き加工時のワークの打抜きを判断する。すなわち、この打抜き判定手段２３は、ワーク毎に固有の打抜き時の基準圧力減少率Ｐｂｃを予め求めて記憶しておき、加工中に前記実圧力減少率Ｐｃが基準圧力減少率Ｐｂｃ以上になると打抜きが行なわれたと判断する。
また、打抜き判定手段２３は、この打抜き発生時に検出された打抜き位置、及び後述するサーボモータ指令演算手段２７から出力された打抜き速度を読込んで、位置・速度フィードバック手段２４に出力する。同時に、打抜き判定手段２３は、前記打抜きと判断した時に打抜き発生の情報をサーボモータ指令演算手段２７に伝達する。
【００２８】
位置・速度フィードバック手段２４は、前記打抜き位置及び打抜き速度を入力してスライド位置・速度設定手段２５にフィードバックする。
このスライド位置・速度設定手段２５は、前記打抜き位置と打抜き速度とに基づいて、この打抜き速度よりも低速の位置決め速度を新たに設定すると共に、この位置決め速度に切替える位置として打抜き位置より上方で、かつ所定距離手前に位置決め速度切替え位置を新たに設定する。この位置決め速度と位置決め速度切替え位置は、スライド位置・速度設定手段２５に組込まれたアルゴリズムにより演算される。
加工条件記憶手段２６は、予め設定・指示手段９により初期設定された加工条件データを記憶しておく。さらに、前記スライド位置・速度設定手段２５によって新たに設定された位置決め速度及び位置決め速度切替え位置を新たな加工条件として、初期設定されている上記加工条件に追加して記憶する。
【００２９】
サーボモータ指令演算手段２７は、前記加工条件記憶手段２６に記憶されている加工条件、スライド位置検出手段１６により検出された打抜き位置、及び前記打抜き判定手段２３から伝達された打抜き発生の情報に基づいて、スライド１３が所定のモーションカーブに沿って駆動されるように電動サーボモータ１９の速度指令値をサーボモータ指令出力手段２９に出力する。このモーションカーブは、打抜き判定手段２３からの打抜き発生の情報が入力されると、スライド１３が直ちに上昇して上限位置まで復帰するように設定されている。
このサーボモータ指令出力手段２９は、例えばサーボアンプなど汎用的に用いられている装置により構成されている。そして、サーボモータ指令出力手段２９は、入力された速度指令値に基づいて、スライド１３が所定の位置において所定の速度になるように、この速度指令値と速度検出手段１９ｂからの速度フィードバック信号との偏差が小さくなるように電動サーボモータ１９を制御する。
【００３０】
設定表示手段２８は、例えば液晶表示画面やＣＲＴ、又は数値を表示するＬＥＤ等により構成されている。そして、この設定表示手段２８は、前記スライド位置・速度設定手段２５により新たに設定された加工条件やサーボモータ指令演算手段２７により出力された加工中の加工条件を表示したり、前記打抜き条件記憶手段２６に既に設定され記憶されている加工条件を作業者の指示に基づいて表示したりする。
この結果、加工するワークを変更する時の段取作業において、作業者は、既に設定され記憶されている加工条件をこの設定表示手段２８に表示し確認して再利用したり、あるいは、新たに設定された加工条件を表示して適正な条件か否かを判断することができるので、段取作業を容易に行なうことができる。また、加工中の加工条件の監視が常に可能となるので、異常が発生した場合でも作業者は直ちにこの異常を把握して早期に処置することができる。
【００３１】
図５は、本発明に係わるサーボプレスのモーションカーブを、スライド１３の速度−位置線図で示している。本図において、実線で示した線図は、新たな加工条件に基づいて下限位置制御を行なう２回目以降の加工時のモーションカーブを表しており、この新たな加工条件を設定する前の初回目の加工時の線図は、この２回目以降の線図と二点鎖線で示した部分のみ異なっている。
まず、実線で示したモーションカーブについて説明する。この速度−位置線図は、縦軸にスライド１３の速度Ｖを、横軸にスライド位置Ｚを表しており、この縦軸の目盛り０の線の上側には下降工程の速度制御パターンを、下側には上昇工程の速度制御パターンを示している。
加工が開始されると、スライド１３は上限位置Ｚ００から加速しながら下降し、位置Ｚ０２で所定の高速下降速度Ｖ００に達する。スライド１３は高速下降速度Ｖ００を維持しながら位置Ｚ０４まで下降し、この位置Ｚ０４からは減速しながらワーク上面の上方で、かつ設定下限位置Ｚ３０より所定距離手前の打抜き開始位置Ｚ１０に到達する。
【００３２】
この打抜き開始位置Ｚ１０において、スライド１３は、低速の打抜き速度Ｖ１０まで減速されて打抜きを開始する。スライド１３が、打抜き速度Ｖ１０を維持しながら位置Ｚ１２まで下降し、この位置Ｚ１２から減速しながら位置決め速度切替え位置Ｚ２０に到達すると、スライド１３の速度は位置決め速度Ｖ２０まで更に低速となる。
そして、スライド１３が位置決め速度Ｖ２０で下降する位置決め下降中に打抜き位置Ｚ２５においてワークの打抜きが行なわれる。この打抜きが行なわれると、スライド１３は直ちに上昇を開始する。そして、打抜き位置Ｚ２５から打抜き開始位置Ｚ１０の近傍まで低速上昇速度Ｖ３０で上昇し、さらに高速上昇速度Ｖ４０で上限位置Ｚ００に復帰して加工サイクルを終了する。
【００３３】
このような２回目以降のモーションカーブは、初回目の加工において以下のようにして設定される。初回目のモーションカーブは、スライド１３が打抜き開始位置Ｚ１０から打抜き速度Ｖ１０で設定下限位置Ｚ３０に向かって下降するように設定されており、この設定下限位置Ｚ３０は予測される打抜き位置より下方位置に設定されている。よって、初回目の加工では、スライド１３が設定下限位置Ｚ３０に到達する前に打抜きが行なわれる。この打抜きが行なわれると、前記打抜き速度Ｖ１０よりも低速の位置決め速度Ｖ２０と、打抜き発生時のスライド位置から求められた打抜き位置Ｚ２５よりも所定距離手前でこの低速に切替えられる位置決め速度切替え位置Ｚ２０とが新たに設定され、２回目以降のモーションカーブが得られる。
【００３４】
図６は、本発明に係わるサーボプレスの下限位置制御方法をフローチャートにより示す。
打抜き加工を開始する前に、まずステップＳ１で、加工の初期条件を設定する。この初期条件は、スライド１３の速度条件として高速下降速度Ｖ００、打抜き速度Ｖ１０、低速上昇速度Ｖ３０及び高速上昇速度Ｖ４０が、また、スライド４の位置条件として上限位置Ｚ００、打抜き開始位置Ｚ１０及び設定下限位置Ｚ３０が設定される。これらの加工条件は過去の類似ワークの経験データ等により設定されるが、設定下限位置Ｚ３０は、スライド１３がこの設定下限位置Ｚ３０に到達する前にワークの打抜きが必ず行なわれるように設定されている。これらの初期条件の設定データは設定・指示手段９より入力されて制御装置２０の加工条件記憶手段２６に記憶され、また、基準圧力減少率Ｐｂｃは打抜き判定手段２３に記憶される。
【００３５】
次のステップＳ２で、初回目の加工を開始し、スライド１３は上限位置Ｚ００から高速下降速度Ｖ００で下降し、打抜き開始位置Ｚ１０に到達する。ステップＳ３では、スライド１３は、打抜き開始位置Ｚ１０から打抜き速度Ｖ１０で、ワークを加圧しながら低速下降する。
そして、ステップＳ４で、この打抜き速度Ｖ１０で下降中に打抜き判定手段２３が打抜きを判断した場合には、次のステップＳ５が実行され、打抜きを判断しなかった場合にはステップＳ８が実行される。この打抜きは、加工中に演算されている実圧力減少率Ｐｃが、予め記憶されている基準圧力減少率Ｐｂｃ以上になった時に、打抜き判定手段２３により判断される。スライド１３の下限位置は前記初期条件のような設定下限位置Ｚ３０に設定されているので、加工の初回目にはステップＳ４において必ず打抜きが検出される。
【００３６】
ステップＳ５において、打抜き判定手段２３は、打抜き発生時のスライド１３の打抜き位置Ｚ２５と打抜き速度Ｖ１０とを読込んで、位置・速度フィードバック手段２４を介してスライド位置・速度設定手段２５に伝達する。スライド位置・速度設定手段２５は、この伝達された打抜き位置Ｚ２５と打抜き速度Ｖ１０とに基づいて、打抜き速度Ｖ１０より低速の位置決め速度Ｖ２０と、打抜き位置Ｚ２５より所定距離手前でこの低速に切替える位置決め速度切替え位置Ｚ２０とを新たな加工条件として設定する。この新たに設定された加工条件は、初期条件に追加されて加工条件記憶手段２６に記憶されると共に、初期条件と併せて設定表示手段２８に表示される。そして、次回の打抜き加工は、記憶されている初期設定条件と、この新たに追加された条件とに基づいて行なわれるようになっている。
【００３７】
この位置決め速度Ｖ２０は、例えば打抜き速度Ｖ１０の所定割合の低速に設定する演算式や打抜き速度Ｖ１０及びワークの厚さを変数として速度を設定するような関数式などのアルゴリズムにより設定される。
また、位置決め速度切替え位置Ｚ２０についても、位置決め速度Ｖ２０の設定と同じ様なアルゴリズムによって設定されるようになっている。この位置決め速度切替え位置Ｚ２０は、例えば、スライド１３が加工時に当接するワークの上面位置と打抜き位置Ｚ２５との距離を加圧距離として算出し、打抜き位置Ｚ２５よりこの加圧距離の所定割合だけ手前に設定されたり、あるいは打抜き位置Ｚ２５よりワークの厚さの所定割合だけ手前に設定される。
【００３８】
つぎのステップＳ６は、ステップＳ５と同時に実行が開始される。打抜きが判断されると、この判断に基づいてスライド１３は直ちに上昇し上限位置Ｚ００に復帰する。
そして、ステップＳ７で、加工が繰返されるならばステップＳ２からの処理が再び実行され、繰返されなければ処理は終了となる。
ステップＳ８においては、初回目の加工時に、打抜き速度Ｖ１０より低速の位置決め速度Ｖ２０と打抜き位置Ｚ２５より所定距離だけ手前でこの低速に切替えられる位置決め速度切替え位置Ｚ２０とが新たな条件として既に設定されているので、スライド１３はこの条件に従って位置決め下降を行なう。このようにして、２回目以降の加工時には、このステップＳ８以降のステップが実行される。
この位置決め下降が行なわれている時にステップＳ９が実行され、前記ステップＳ４と同様にして、ワークの打抜きが判断される。この打抜きが検出された場合は前記ステップＳ６以降の処理が実行され、打抜きが検出されない場合には前記ステップＳ８の位置決め下降が実行され、この位置決め下降は打抜きが検出されるまで継続される。
【００３９】
このようにして、初回目の打抜き加工時に、打抜き速度Ｖ１０より低速の位置決め速度Ｖ２０と、位置決め速度切替え位置Ｚ２０とが新たに設定される。そして、２回目以降の加工時には、この新たに設定された加工条件と初期条件とに基づいて打抜きが行なわれる。
したがって、スライド１３は、打抜き位置よりも手前の位置決め速度切替え位置で、打抜き速度よりもさらに低速の位置決め速度に切替えられて打抜きを行なうので、ワークに蓄えられる加圧エネルギーは少なくなり、よって破断時に発生する騒音レベルは低くなる。また、プレス機械のフレ−ムに蓄えられる加圧エネルギーも同様に少なくなりプレスの撓み量が小さくなるので、ブレークスルー時のスライド１３の突っ込み量もこの撓み量に比例して小さくなる。この結果、打抜き時の騒音や振動を抑制することができるので、作業環境が改善され作業性の向上が図れる。また、騒音規制をクリアすることによって稼働時間の拡大が可能となるので生産能力の向上を図れる。さらに、ブレークスルー時のスライド１３の突っ込みによる金型やプレス機械の破損を防止したり、寿命を向上することができる。
【００４０】
また、打抜き後には直ちにスライド１３を上昇させている。よって、打抜き検出後、電動サーボモータ１９に最大制動トルク（逆転トルク）をかけるので、スライド１３の惰走距離が短くなり、下限位置を精度良く打抜き位置に近づけることができる。よって、ブレークスルー時のスライド１３の突っ込み量が小さくなるので、金型やプレス機械の破損防止や寿命向上を図ることができる。また、打抜き後直ちにモータを逆転することによって、プレス機械のバックラシュによる遊びが短時間で解消され振動が早く減衰するので、作業環境が改善され作業性が向上すると共に、プレス機械の寿命を向上することができる。
【００４１】
なお、前述の実施形態においては、初回の加工時に、位置決め速度及び位置決め速度切替え位置を新たな加工条件として設定し、２回目以降の加工時には、この条件で加工するようにしているが、次のように加工条件を設定してもよい。
すなわち、毎回の加工の都度打抜き位置を検出し、この検出した位置に基づいて、打抜き位置より所定距離手前の位置に位置決め速度切替え位置を新たに設定する。そして、次回の加工時には、この新たな位置決め速度切替え位置に基づいて打抜きを行なう。これにより、ワークの厚さのばらつきが比較的大きい場合にも、この厚さの変化に追従して打抜き位置を検出できるので、位置決め速度切替え位置をこのばらつきを考慮することなく打抜き位置に近く設定でき、低速の位置決め速度でのスライド１３の下降距離が短くなるので加工サイクルタイムを短縮できる。よって、生産性の向上を図ることができる。また、位置決め速度切替え位置から打抜き位置までの距離が精度良く維持されるので、騒音や振動のばらつきを小さくできると共に、騒音及び振動を所定のレベル内に抑制することができる。
【００４２】
また、打抜きの所定回数毎に打抜き位置を検出し、この検出された打抜き位置より所定距離手前の位置に位置決め速度切替え位置を新たに設定し、次回以降の新たな条件が設定される時までの加工において、この新たな位置決め速度切替え位置に基づいて打抜きを行なうようにしてもよい。これにより、ワークの厚さのばらつきが比較的小さい場合には少ない頻度でこの厚さの変化に追従して打抜き位置を検出できる。したがって、位置決め速度切替え位置をこのばらつきを殆ど考慮することなく打抜き位置に近く設定できるので、低速の位置決め速度でのスライド１３の下降距離が短くなり加工サイクルタイムを短縮できる。よって、生産性の向上を図ることができる。また、位置決め速度切替え位置から打抜き位置までの距離が精度良く維持されるので、騒音や振動のばらつきが小さくなると共に、騒音や振動を所定のレベル内に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるサーボプレスの要部側面図である。
【図２】同サーボプレスの下限位置制御装置のハード構成及び制御の概要を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わるスライドのモ−ションカーブと加圧力カーブの一例である。
【図４】本発明に係わるスライドの下限位置制御装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明に係わるスライドの下限位置制御のモ−ションカーブである。
【図６】本発明に係わるスライドの下限位置制御方法を示すフローチャートである。
【図７】従来技術に係わるスライドのモ−ションカーブの例である。
【符号の説明】
１…サーボプレス、９…設定・指示手段、１０…フレーム、１１…ベッド、１２…ボルスタ、１３…スライド、１４…補助フレーム、１５…ピン、１６…スライド位置検出手段、１６ａ…センサロッド、１６ｂ…検出ヘッド、１７…動力変換装置、１８…回転伝達部材、１９…電動サーボモータ、１９ａ…加圧力検出手段、１９ｂ…速度検出手段、２０…サーボ制御装置、２１…加圧力演算手段、２２…圧力減少率演算手段、２３…打抜き判定手段、２４…位置・速度フィードバック手段、２５…スライド位置・速度設定手段、２６…加工条件記憶手段、２７…サーボモータ指令演算手段、２８…設定表示手段、２９…サーボモータ指令出力手段。
【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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【図６】
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【図７】
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