(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下動するスライド(15)と、スライド(15)を上下駆動するサーボモータ(11)と、スライド(15)の位置及び速度をそれぞれ検出するスライド位置検出手段(17)及び速度検出手段(11a) と、スライド(15)の位置及び速度条件を設定する設定・表示手段(18)と、前記設定条件に基づいてサーボモータ(11)の速度指令値を出力する手段と、この速度指令値を受けてサーボモータ(11)を制御するサーボモータ指令出力手段(29)とを備え、この所定の位置及び速度データに基づいてスライド(15)のモ−ション制御を行なって被加工物の加工を行なうサーボプレスのモーション制御装置において、
打抜き加工時に、金型(2) が被加工物の加圧を始めるときのスライド(15)の加圧開始位置を特定するための信号を検出する位置特定信号検出器(23)と、
この位置特定信号検出器(23)により検出された信号の変化率又はレベルの大きさに基づいて前記加圧開始位置を検出し、このときに位置データを前記スライド位置検出手段(17)から入力する特定位置判定手段(25)と、
この特定位置判定手段(25)に入力された前記加圧開始位置データに基づいて、この位置より所定距離上方に、スライド(15)の下降速度が最高速度から加工速度に切替わる加工開始位置を設定する位置設定手段(27)と、
この位置設定手段(27)によって新たに設定された加工開始位置データ及び前記設定・表示手段(18)により入力された位置及び速度条件をスライド制御データとして記憶するモーション記憶手段(24)と、
前記モーション記憶手段(24)からスライド制御データを入力し、次回の打抜き加工時に、スライド(15)の位置及び速度が、新たな加工開始位置を加味されたモーションとなるように、サーボモータ(11)の速度指令値を演算して前記サーボモータ指令出力手段(29)に出力するサーボモータ制御演算手段(28)とを備えたことを特徴とするサーボプレスのモーション制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のサーボプレスのモーション制御装置において、
さらに、前記特定位置判定手段(25)は、前記位置特定信号検出器(23)により検出された信号の時間的な変化率又はレベルの大きさに基づいて、スライド(15)の型タッチ位置を検出し、このときの位置データを前記スライド位置検出手段(17)から入力し、
前記位置設定手段(27)は、この型タッチ位置データに基づいてこの位置より所定距離上方の位置を新たな上限位置として設定し、
前記モーション記憶手段(24)は、新たに設定された加工開始位置データを記憶し、
前記サーボモータ制御演算手段(28)は、次回の打抜き加工時に、スライド(15)の位置及び速度が、新たな上限位置も加味されたモーションとなるように、サーボモータ(11)の速度指令値を演算して前記サーボモータ指令出力手段(29)に出力することを特徴とするサーボプレスのモーション制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のサーボプレスのモーション制御装置において、
さらに、前記特定位置判定手段(25)は、前記位置特定信号検出器(23)により検出された信号の時間的な変化率又はレベルの大きさに基づいて、スライド(15)の打抜きを検出すると共に、
前記サーボモータ制御演算手段(28)は、この打抜き後直ちにサーボモータ(11)を逆回転させる指令をサーボモータ指令出力手段(29)に出力して、スライド(15)を前記打抜き位置から上昇させることを特徴とするサーボプレスのモーション制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のサーボプレスのモーション制御装置において、
前記位置特定信号検出器(23)が、前記サーボモータ(11)の負荷電流に基づいて出力トルクを検出するトルク検出手段、前記スライド(15)の振動を検出する加速度センサ、あるいは、スライド(15)と金型(2) 間又は金型(2) と被加工物間の接触時の音圧を検出する音圧センサのいずれかであることを特徴とするサーボプレスのモーション制御装置。
【請求項５】
サーボモータ(11)により駆動されるスライド(15)の位置及び速度が予め設定された、上限位置から高速下降し、加工開始位置で加工速度に減速し、下限位置から上昇に転ずるスライドのモーションに基づいて制御して被加工物の打抜き加工を行なうサーボプレスのモーション制御方法において、
前記サーボモータ(11)の実作業トルク、前記スライド(15)の振動加速度、あるいは、スライド(15)と金型(2) 間、金型(2) と被加工物間の接触時又は打抜き時の音圧レベルのいずれかの大きさ又は時間的な変化率に基づいて、少なくとも、スライド(15)の加圧開始位置及び打抜き位置を検出し、
二回目以降の打抜き加工時には、この検出した加圧開始位置の所定距離上方の位置を新たな加工開始位置とし、この新たな加工開始位置まで高速で下降した後に加工速度に減速するモーションに自動的に修正し、打抜き位置が検出された後直ちにスライド(15)を上昇させることを特徴とするサーボプレスのモーション制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のサーボプレスのモーション制御方法において、
さらに、スライド(15)の型タッチ位置を検出し、
二回目以降の打抜き加工時には、この検出した型タッチ位置の所定距離上方の位置を新たな上限位置とするスライドのモーションに自動的に修正することを特徴とするサーボプレスのモーション制御方法。
【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において、サイクルタイムの短縮を可能とするモーション制御装置とその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス製品に代表されるように近年のハイテク化は目ざましく、それに伴ってその構成部品に対して高精度の品質が要求されている。プレス加工においても、このような要求に対応するためには様々な技術的な改善がなされており、例えば従来の油圧プレスではできないような高精度の加工が、サーボモータによって駆動されるサーボプレスによって行なわれている。
例えば、特開平２−２２４８９８号公報では、サーボモータにより駆動されるスライドが設定された制御パターンでストローク制御されるプレス機械に係わる技術が開示されている。図８に示すように、このプレス機械はフレーム１０に上下動するスライド１５を備えている。スライド１５はボールねじ１４（本発明においては、動力変換装置と表示），減速機１２（同、回転伝達部材）を介してサーボモータ１１と接続され、このサーボモータ１１によって駆動される。前記サーボモータ１１はサーボアンプ２９（同、サーボモータ指令出力手段）を介してコントローラ２０（同、サーボ制御装置）に接続されている。サーボモータ１１により駆動されるスライド１５は、前記コントローラに入力された制御パターン又は入力された加工条件に基づいて自動設定された制御パターンに基づいてモーション制御される。この制御パターンの一例として、図９に示すようなパンチ加工の例が挙げられている。この制御において、スライド１５は上昇端Ｚ１（本発明においては、上限位置と表示）から下降端Ｚ２（同、下限位置）まで駆動されてパンチ加工が行なわれるが、この上昇端Ｚ１と下降端Ｚ２との間に中間点Ｚ３を定め、この中間点Ｚ３より下降端Ｚ２までは別の速度を設定することによって、より精密な加工を行なうとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加工精度を向上し製品品質の向上を図ることは生産技術の進歩として非常に重要なことであるが、また一方、加工時間の短縮を図り生産性を向上することも生産技術の面から非常に重要なことといえる。前記従来技術においては、加工精度の向上のためのスライドの制御パターンが示されているが、加工時間の短縮という観点からみると、この制御パターンを決めるパラメータであるスライドの速度とこの速度切替え位置あるいは加圧時間等の条件を、スライドがより短い軌跡の行程で、かつ、より速い速度で加工を行なうように設定する必要がある。
【０００４】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされ、加工のサイクルタイムを短縮するためのサーボプレスのモーション制御装置と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、上下動するスライド１５と、スライド１５を上下駆動するサーボモータ１１と、スライド１５の位置及び速度をそれぞれ検出するスライド位置検出手段１７及び速度検出手段１１ａと、スライド１５の位置及び速度条件を設定する設定・表示手段１８と、前記設定条件に基づいてサーボモータ１１の速度指令値を出力する手段と、この速度指令値を受けてサーボモータ１１を制御するサーボモータ指令出力手段２９とを備え、この所定の位置及び速度データに基づいてスライド１５のモ−ション制御を行ない被加工物の加工を行なうサーボプレスのモーション制御装置において、打抜き加工時に、金型２が被加工物の加圧を始めるときのスライド１５の加圧開始位置を特定するための信号を検出する位置特定信号検出器２３と、この位置特定信号検出器２３により検出された信号の変化率又はレベルの大きさに基づいて前記加圧開始位置を検出し、このときに位置データを前記スライド位置検出手段１７から入力する特定位置判定手段２５と、この特定位置判定手段２５に入力された前記加圧開始位置データに基づいて、この位置より所定距離上方に、スライド１５の下降速度が最高速度から加工速度に切替わる加工開始位置を設定する位置設定手段２７と、この位置設定手段２７によって新たに設定された加工開始位置データ及び前記設定・表示手段１８により入力された位置及び速度条件をスライド制御データとして記憶するモーション記憶手段２４と、前記モーション記憶手段２４からスライド制御データを入力し、次回の打抜き加工時に、スライド１５の位置及び速度が、新たな加工開始位置を加味されたモーションとなるように、サーボモータ１１の速度指令値を演算して前記サーボモータ指令出力手段２９に出力するサーボモータ制御演算手段２８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、金型が被加工物の加工を始めるときのスライドの加圧開始位置は、位置を特定する信号（例えば、出力トルク、振動加速度等）によって検出することができる。そして、この加圧開始位置より所定距離上方に新たな加工開始位置を設定し、上限位置からこの新たに設定した加工開始位置まで、スライドを最高速度で下降し、またスライドの位置及び速度が新たな加工開始位置を加味されたモーションとなるように制御されて打抜き加工を行なうようにするので、加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。
【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モーション制御装置において、さらに、前記特定位置判定手段２５は、前記位置特定信号検出器２３により検出された信号の時間的な変化率又はレベルの大きさに基づいて、スライド１５の型タッチ位置を検出し、このときの位置データを前記スライド位置検出手段１７から入力すると共に、前記位置設定手段２７は、この型タッチ位置データに基づいてこの位置より所定距離上方の位置を新たな上限位置として設定し、前記モーション記憶手段２４は、新たに設定された加工開始位置データを記憶し、前記サーボモータ制御演算手段２８は、次回の打抜き加工時に、スライド１５の位置及び速度が、新たな上限位置も加味されたモーションとなるように、サーボモータ１１の速度指令値を演算して前記サーボモータ指令出力手段２９に出力する構成としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、スライドが金型に接触する型タッチ位置は、この位置を特定する信号（例えば、出力トルク、振動加速度等）によって検出することができる。そして、この検出された型タッチ位置より所定距離上方に新たな上限位置を設定し、また前記設定された新たな加工開始位置まで、スライドを最高速度で下降して打抜き加工を行なうようにするので、スライドは工程が短縮されると共に、従来よりも加圧開始位置に近い位置まで高速で下降することができる。この結果、加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。
【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モーション制御装置において、さらに、前記特定位置判定手段２５は、前記位置特定信号検出器２３により検出された信号の時間的な変化率又はレベルの大きさに基づいて、スライド１５の打抜きを検出すると共に、前記サーボモータ制御演算手段２８は、この打抜き後直ちにサーボモータ１１を逆回転させる指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力して、スライド１５を前記打抜き位置から上昇させる構成としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、スライドが打抜きを完了する打抜き位置は、この位置を特定する信号（例えば、出力トルク、振動加速度等）によって検出することができる。そして、この打抜きが検出されるとスライドを直ちに上昇させるので、スライドはこの打抜き後に下限位置まで到達する工程が短縮される。この結果、加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載のサーボプレスのモーション制御装置において、前記位置特定信号検出器２３が、前記サーボモータ１１の負荷電流に基づいて出力トルクを検出するトルク検出手段、前記スライド１５の振動を検出する加速度センサ、あるいは、スライド１５と金型２間又は金型２と被加工物間の接触時の音圧を検出する音圧センサのいずれかである構成としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明によると、少なくとも、前記型タッチ位置、加圧開始位置又は打抜き位置のいずれかは、前記特定信号検出器により、サーボモータの実作業トルクの変化率、スライドの振動加速度レベル又はスライドと金型間又は金型と被加工物間の接触時の音圧レベルの大きさによって検出できる。そして、検出されたこの型タッチ位置の所定距離上方をスライドの上限位置として、加圧開始位置より所定距離上方の位置を加工開始位置として、又は打抜きを検出すると直ちにスライドを上昇工程させて加工を行なうようにする。この結果、スライドは上限位置から型タッチ位置までの工程が短縮され、型タッチから加圧開始までの区間で高速下降の領域が拡大され又は打抜き位置から下限位置までの工程が省かれるので加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、サーボモータ１１により駆動されるスライド１５の位置及び速度が予め設定された、上限位置から高速下降し、加工開始位置で加工速度に減速し、下限位置から上昇に転ずるスライドのモーションに基づいて制御し被加工物の打抜き加工を行なうサーボプレスのモーション制御方法において、前記サーボモータ１１の実作業トルク、前記スライド１５の振動加速度、あるいは、スライド１５と金型２間、金型２と被加工物間の接触時又は打抜き時の音圧レベルのいずれかの大きさ又は時間的な変化率に基づいて、少なくとも、スライド１５の加圧開始位置及び打抜き位置を検出し、二回目以降の打抜き加工時には、この検出した加圧開始位置の所定距離上方の位置を新たな加工開始位置とし、この新たな加工開始位置まで高速で下降した後に加工速度に減速するモーションに自動的に修正し、打抜き位置が検出された後直ちにスライド１５を上昇させるサーボプレスのモーション制御方法としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明によると、少なくとも、金型が被加工物の加工を始める加圧開始位置及び打抜き位置は、それぞれの位置を特定する信号（例えば、出力トルク、振動加速度等）によって検出することができる。そして、この検出された加圧開始位置の所定距離上方の新たに設定された加工開始位置まで、スライドを高速で下降して打抜き加工を行ない、打抜き後は直ちにスライドを上昇させるようにするので、加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のサーボプレスのモーション制御方法において、さらに、スライド１５の型タッチ位置を検出し、二回目以降の打抜き加工時には、この検出した型タッチ位置の所定距離上方の位置を新たな上限位置とするスライドのモーションに自動的に修正する構成としている。
【００２０】
請求項６に記載の発明によると、スライド１５の型タッチ位置が検出され、この検出された型タッチ位置の所定距離上方の位置が新たな上限位置とされ、この上限位置から加圧開始位置の所定距離上方の新たに設定された加工開始位置まで、スライドを高速で下降して打抜き加工を行ない、打抜き後は直ちにスライドを上昇させるようにするので、加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。
【００２１】
【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は金型を取付けたサーボプレスの要部側面図を示している。
プレス１にはフレ−ム１０が装備してあり、フレ−ム１０の下部にはボルスタ１６が水平に配設され、ボルスタ１６の上面には金型２が取着されている。また、フレ−ム１０の上部には、このプレス１の動力源であるサーボモータ１１、及びこのサーボモータ１１の回転力を往復運動に変換する動力変換装置１４が装着されている。このサーボモータ１１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１１ａが設けられており、サーボモータ１１の回転速度は、後述のサ−ボ制御装置２０により電流が制御されることによって制御される。そして、このサーボモータ１１の回転力は例えばベルトのような回転伝達部材１２によって動力変換装置１４に伝達される。なお、前記サーボモータ１１は交流モータ、直流モータのいずれでもよい。
【００２２】
この回転伝達部材１２はチェーンや歯車でもよいし、またサーボモータ１１の出力軸に直接結合してもよく、伝達手段を特定するものではない。また、動力変換装置１４についても本発明ではボールスクリューとしているが、ねじ機構やウォームギヤとウォームホイールとの組合せ、あるいはピニオンギヤとラックとの組合せ等による種々の方法があり、ここではその方法については特定するものではない。
前記動力変換装置１４の下端にはボルスタ１６に対向する位置で上下動するスライド１５が装着されており、このスライド１５が上限位置から下限位置まで下降することによって金型２を加圧して被加工物を加工する。そして、スライド１５は下限位置に到達して被加工物の加工を終えると上限位置まで上昇する。
【００２３】
スライド１５及びボルスタ１６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１７の構成部材がそれぞれ所定の位置に取付けられている。すなわち、このスライド位置検出手段１７は、軸方向がスライド１５の上下方向と平行になるようにボルスタ１６の後部に取付けられたリニアスケール１７ａと、このリニアスケール１７ａと対向した位置にあるようにスライド１５の後部に取付けられた検出ヘッド１７ｂとからなっている。スライド１５の上下動に伴って、検出ヘッド１７ｂが、固定さているリニアスケール１７ａに対して上下動することによって、検出ヘッド１７ｂの内部に組込まれたセンサから、スライド１５の位置がボルスタ１６の上面からの高さとして検出される。
プレス加工は前記スライド１５を所定の作動条件に制御して加工を行なうが、そのスライド１５の作動制御すなわちモーション制御は品質、作業能率及び騒音、振動など作業環境に大きな影響を及ぼす。このためスライド１５の制御条件設定は、プレス加工において非常に重要な作業となっている。
【００２４】
図２は本発明に係わるプレス機械のハード構成及び制御の概要を示す機能ブロック図を示す。
プレス加工に当たっては、予め制御条件であるスライド１５の作動速度、この速度の切替位置、下限位置及び加圧時間などのデータを設定し、設定・表示手段１８から後述のサーボ制御装置２０に入力する。そしてデータはこの設定・表示手段１８に表示される。設定・表示手段１８は、例えば設定スイッチのような設定値入力部と、入力データを液晶表示画面やＣＲＴなどの手段によって表示する設定値表示部とから構成される。また、設定・表示手段１８には、運転や条件設定などの作動モードの選択や、自動運転あるいは手動運転などの操作指示を行なうスイッチなどが設けられている。
【００２５】
そして、前記設定・表示手段１８から入力された制御データはサーボ制御装置２０に取込まれて記憶され、予め組込まれた処理手順に従ってスライド１５のモ−ション制御を行なう。このサーボ制御装置２０はデータの記憶、演算処理、データの表示及びデータ入出力などの機能を有する一般的なコンピュータなどからなる構成となっており、この発明に係わるモーション制御装置の中心的な役割を担っている。そして、このサーボ制御装置２０はサーボモータ１１の速度検出手段１１ａやスライド位置検出手段１７により検出したスライド１５の速度及び位置データに基づいて、前記設定条件でプレス１が運転されるようにサーボモータ１１の速度又はトルク指令を演算して出力する。この制御指令によりサーボモータ指令出力手段２９を介してサーボモータ１１が制御されることによって、スライド１５は当初設定された所定の作動を行ない、金型２を加圧して被加工物を所定の条件で加工する。
【００２６】
図３は本発明のモーション制御に係わる前記図２のサーボ制御装置２０の詳細を示す機能ブロックである。
位置特定信号検出器２３は、型タッチ位置や加圧開始位置等のスライド速度切替え位置を特定するためのものであり、例えばサーボモータ１１を制御しているサーボモータ指令出力手段２９の電流から出力トルクを検出するトルク検出器で構成されており、スライド１５のモーション変化をサーボモータ１１のトルクの変化として検出する。そして、このときのトルク変化の検出信号を特定位置判定手段２５に入力する。なお、前記位置特定信号検出器２３は、スライド１５の振動を検出する加速度センサ、あるいは、スライド１５と金型２の接触又は金型２と被加工物の接触時の音圧を検出する音圧センサなどでもよい。
【００２７】
特定位置判定手段２５は、前記位置特定信号検出器２３により出力モータ電流から検出した出力トルクに基づいて、この出力トルクからスライド１５の加速、減速、等速維持に必要なトルクを除いて実作業トルクを求める。なお、モータ電流値より実作業トルクを演算するには、例えば、以下のような方法により可能となる。
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、及びモータ出力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の各定数データに基づいて必要なモータ出力電流値を求め、電流センサで検出したモータ電流値から前記求めた必要なモータ出力電流値を差引いて、加減速時の実作業トルクを算出する。同様にして、定速時の時も、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モータ出力電流値を求め、実際のモータ出力電流値から前記求めた必要なモータ出力電流値を差引いて、定速時の実作業トルクを算出できる。
【００２８】
そして、前記特定位置判定手段２５は、前記実作業トルクの大きさ又は変化率に基づいて、スライド１５のモーション変化を判断する。このモーション変化をサーボモータ１１の実作業トルクにより検出する場合には、例えば、スライド１５が被加工物を打抜くと、このスライド１５の加圧力は急激に減少するので、この加圧力の減少はサーボモータ１１の実作業トルクの急減として検出される。この特定位置判定手段２５は、予めこの被加工物に対する打抜き時の実作業トルク減少率（以後、トルク減少率と表わす）を記憶しておき、加工時に前記位置特定信号検出器２３によって検出された出力トルクから求めたトルク減少率がこの記憶したトルク減少率より大きく減少したときに打抜きと判定する。そして、特定位置判定手段２５は打抜きと判断した時のスライド１５の位置をスライド位置検出手段１７から取込んで、位置設定手段２７に伝達する。この打抜きと同じようなスライドモーションの変化は、スライド１５と金型２のタッチ時、金型２と被加工物とのタッチ時又は被加工物の打抜き時などに検出される。
【００２９】
この位置設定手段２７は、前記特定された位置に基づいて、速度切替え位置を新たに設定する。すなわち、特定された型タッチ位置又は加圧開始位置より所定距離上方の位置を、新たな速度切替え位置（例えば、高速下降速度から低速下降速度へ、低速下降速度から加工速度への切替え位置）として設定する。そして、この新たに設定された位置データは前記モーション記憶手段２４にフィードバックされ記憶される。また、速度指令演算手段２６は、モーション記憶手段２４に記憶されている位置及び速度データに基づいて、スライド１５が上限位置から下降開始後に最高速度に達するまでは最大トルクで加速され、最高速度に達した後、下限位置上方の所定の位置からは最大トルクで減速されるように加減速の指令を出す。さらに、この速度指令演算手段２６は、スライド１５が下限位置から上昇開始後に最高速度に達するまでは最大トルクで加速され、最高速度に達した後、上限位置下方の所定の位置からは最大トルクで減速されるように加減速の指令を出す。
【００３０】
そして、サーボモータ制御演算手段２８は、加工中に検出されるスライド１５の位置及び速度が前記モ−ション記憶手段２４に記憶されたモ−ション設定データとなるように、サーボモータ１１の速度指令値を演算して出力すると共に、前記速度指令演算手段２６からの加速指令又は減速指令を受けて、サーボモータ１１の最大加速指令又は最大減速指令をサーボモータ指令出力手段２９に出力する。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からなり、入力した速度指令値と速度検出手段１１ａにより検出された速度フィードバック信号との偏差が小さくなるようにモータ駆動電流を制御することによって、スライド１５を所定のモ−ションに制御する。また、前記サーボモータ指令出力手段２９は、最大加速指令又は最大減速指令が入力されたときは、最大モータ電流を流して加速又は減速するように電流を制御する。
表示手段３０は液晶ディスプレーやＣＲＴ表示装置などからなり、スライド１５のモ−ション設定時の入力や演算データ、モ−ション記憶手段２４に設定された制御条件あるいは運転中の制御データなどを表示することにより、作業者は容易に制御条件の設定や運転監視を行なうことができる。
【００３１】
図４から図７によって、スライド１５のモ−ション制御の方法について、第一及び第二の実施形態を説明する。
第一の実施形態は被加工物の剪断を伴う打抜き加工の例であり、第二の実施形態は被加工物に刻印をほどこすなどのコイニング加工の例である。
【００３２】
まず、図４及び図５により第一の実施形態である打抜き加工の場合について説明する。
図４は本発明に係わるモ−ション制御の制御カーブの例である。制御パラメータであるスライドの位置とスライドの速度及びサーボモータの出力トルクを縦軸に、横軸にスライド作動開始後の経過時間を示している。
スライド１５は、金型に接触する型タッチ位置Ｚ１０より所定距離上方の上限位置Ｚ００から、加圧開始位置Ｚ３０より所定距離上方の加工開始位置Ｚ２０まで、最高速度Ｖ００で下降する。このときの上限位置Ｚ００は、前記型タッチ位置に基づいて自動設定されており、手作業のために安全距離を考慮して初期設定された上限位置Ｚ９９よりも型タッチ位置Ｚ１０に近い位置に設定される。この結果、スライド１５の下降時間は短縮される。
そしてスライド１５は、さらに前記加工開始位置Ｚ２０から所定の加工速度Ｖ１０で下降して打抜きを行なう。このときに打抜き位置Ｚ４０が検出される。前記加工開始位置Ｚ２０は、前記型タッチの場合と同様に、前記加圧開始位置Ｚ３０より所定距離上方に自動設定されており、安全距離を考慮して初期設定された加工開始位置Ｚ２９よりも加圧開始位置Ｚ３０に近い位置に設定される。この結果、前記加工開始位置Ｚ２０と初期設定時の加工開始位置Ｚ２９との差の距離分だけスライド１５の高速下降領域が拡大し、下降時間は短縮される。
【００３３】
前記打抜きが検出されると、スライド１５はこの打抜き位置Ｚ４０から直ちに上限位置Ｚ００まで、最高速度Ｖ００で上昇して加工サイクルを完了する。この打抜きは、被加工物に対して予め求められている打抜き時のトルク減少率の判定基準値と、検出されたサーボモータのトルク減少率とを比較して、この検出された減少率が前記判定基準値より大きく減少したときに特定される。
打抜き後、従来の方法では、スライド１５は制御条件として設定された下限位置まで到達して上昇する。しかし、本発明に係わる制御方法ではスライド１５は打抜き後直ちに上昇するので、下限位置に到達するまでの工程が省かれ、この距離分の加工時間が短縮される。また、前記のように上限位置Ｚ００は初期設定時の上限位置Ｚ９９よりも下方となっており、スライド１５の上昇時間についても短縮される。
このように高速下降、加圧下降及び高速上昇の各工程における速度切替え位置が自動設定されて、スライド１５の工程が短縮又は削減されあるいは高速工程が拡大されることによって、加工サイクルタイムは従来のｔ９９からｔ００に短縮される。
【００３４】
つぎに、図５に示したモ−ション制御の制御条件設定のフローチャートによって、また、図４を参照しながらモ−ション制御の方法について説明する。
まず図５に示すように、最初のステップＳ１において初期条件の設定を行なう。この条件データとしては、スライド１５の位置データとして上限位置Ｚ９９、加工開始位置Ｚ２９、及び下限位置Ｚ５０を、スライド１５の速度データとして最高速度Ｖ００及び加工速度Ｖ１０を、また、打抜き時のサーボモータ１１のトルク減少率（ΔＴｂ／Δｔと表す）を設定する。
前記データのうち、スライド１５の上限位置Ｚ９９は金型に接触しない上方の安全な位置に、また加工開始位置Ｚ２９は型タッチ位置Ｚ１０より下方で、かつ、加圧開始位置Ｚ３０の上方位置に設定し、下限位置Ｚ５０は確実に打抜きが行なわれる位置とする。また、加工速度Ｖ１０は経験などから被加工物に適切な値に設定しておく。さらに、被加工物の打抜き時のトルク減少率ΔＴｂ／Δｔは予めテストで求めたり、既に求めてあるスライド１５の加圧力データをサーボモータ１１の実作業トルク値に変換したりして求める。そして、これらの設定データは設定・表示手段１８から入力し、サーボ制御装置２０のモ−ション記憶手段２４に記憶される。
【００３５】
次のステップＳ２においてプレス１の運転を開始し、スライド１５は、初期の上限位置Ｚ９９から加工開始位置Ｚ２９まで、最高速度Ｖ００で下降する。この下降工程のステップＳ２１において、スライド１５が金型上面に接触する型タッチ位置Ｚ１０を検出する。この型タッチ位置Ｚ１０において、スライド１５は瞬間的に金型を打撃し、スライド１５の加圧力は急に増加する。この型タッチによってスライド１５を駆動しているサーボモータ１１の実作業トルクも急増する。このとき、位置特定信号検出器２３はトルク変化を検出し、このときのトルク値を特定位置判定手段２５に伝達する。特定位置判定手段２５は、このトルク値からトルク変化率を演算してこの変化率の大きさから型タッチを判定し、このときのスライド１５の型タッチ位置Ｚ１０をスライド位置検出手段１７から取込んで位置設定手段２７に伝達する。
【００３６】
そしてステップＳ２２では、図４に示すように、位置設定手段２７は、自己内部に組込まれたアルゴリズムによって、前記型タッチ位置Ｚ１０の所定の微小距離上方にスライド１５の新たな上限位置Ｚ００を設定する。この上限位置Ｚ００は、例えば被加工物の厚さや平面度などの最大誤差αを考慮して算出式「Ｚ００＝Ｚ１０＋α」で求めたり、あるいは、被加工物の厚さに比例した所定割合の寸法分だけ上方の位置を演算して設定する。ここで、前記位置の座標は上方に向かってプラス、下方に向かってマイナスとし、以後同様とする。よって、前記上限位置Ｚ００は型タッチ位置Ｚ１０よりαだけ上方の位置となる。つぎのステップＳ２３では、前記位置設定手段２７で求められた上限位置Ｚ００は、サーボ制御装置２０のモ−ション記憶手段２４に入力され、初期設定値として記憶されている上限位置Ｚ９９に置替えられる。
【００３７】
ステップＳ３の加圧下降工程においては、スライド１５は加工開始位置Ｚ２０から下限位置Ｚ５０に向かって、加工速度Ｖ１０で下降する。このときステップＳ３１では、加圧下降時にスライド１５が被加工物の加圧を始める加圧開始位置Ｚ３０が検出され、続いてステップＳ３２とステップＳ３３が実行される。
すなわちステップＳ３１において、スライド１５が被加工物の加圧を開始するときに、前記型タッチの場合と同様にして、位置特定信号検出器２３はスライド１５の加圧開始を検出し、この検出信号によって特定位置判定手段２５は加圧開始位置Ｚ３０を取込む。そしてステップＳ３２では、位置設定手段２７は、自己内部に組込まれたアルゴリズムによって、この加圧開始位置Ｚ３０より所定の微小距離上方に加工開始位置Ｚ２０を設定する。
【００３８】
この加工開始位置Ｚ２０は、前記型タッチ開始位置Ｚ１０を求める方法と同様に、例えば被加工物の厚さや平面度などの最大誤差βを考慮して、算式「Ｚ２０＝Ｚ３０＋β」で求められる。また、この加工開始位置Ｚ２０は、被加工物の厚さに比例した所定割合の距離分だけ上方の位置としてもよい。つぎのステップＳ３３では、前記設定された加工開始位置Ｚ２０は、サーボ制御装置２０のモ−ション記憶手段２４に入力され、初期設定値として記憶されている加工開始位置Ｚ２９に置替えられる。
【００３９】
次のステップＳ４では、スライド１５は下限位置Ｚ５０の近くに達すると、被加工物の打抜きを行なう。このとき特定位置判定手段２５は、位置特定信号検出器２３により検出されたトルク減少率と、予め設定されているトルク減少率の基準値とを比較して、この検出されたトルク減少率が前記基準値より大きく減少したときに打抜きと判断する。そしてステップＳ５において、前記打抜きが完了するとサーボモータ制御演算手段２８によってサーボモータ１１の逆転指令が出され、スライド１５は直ちにこの打抜き位置Ｚ４０から上限位置Ｚ００まで最高速度Ｖ００で上昇して、打抜き加工のサイクルを完了する。
二回目以降の打抜き加工は、このようにして初回に更新した位置制御データによって行なわれる。また、前記条件設定は別の方法で、例えば加工ショット毎に条件を設定し次の加工時にフィードバックしてもよいし、所定の回数間隔のショット毎に条件を設定してもよい。
【００４０】
つぎに、図６及び図７により第二の実施形態であるコイニング加工の場合について説明する。ハード構成及び機能ブロック図は打抜きの場合と同じである。
図６は本発明に係わるモ−ション制御の制御カーブの例である。本図において前記打抜き加工の場合の図４と同一の符号は同一の構成や意味を表しており、以下での説明を省略する。ここで、制御パラメータであるスライドの位置とスライドの速度及びサーボモータの出力トルクを縦軸に、横軸にスライド作動開始後の経過時間を示している。
【００４１】
スライド１５は、金型に接触する型タッチ位置Ｚ１５より所定の微小距離上方の上限位置Ｚ００から下限位置Ｚ５０まで最高速度Ｖ００で下降する。このとき、最高速度Ｖ００に達するまでは、速度指令演算手段によりスライド１５を最大トルクで加速する指令が出力され、この指令を受けてサーボモータ制御演算手段はサーボモータを最大加速する指令をサーボモータ指令出力手段に出力する。そして、サーボモータ指令出力手段によりサーボモータの電流値を最大加速電流とする指令が出され、スライド１５は最大の加速度で下降する。スライド１５は最高速度Ｖ００に達すると、この速度を維持して下降する。
【００４２】
そして、下限位置Ｚ５０より上方の所定の位置において、速度指令演算手段からスライド１５を最大トルクで減速する指令が出され、スライド１５は最大の減速度で下降ながら、下限位置Ｚ５０に到達する。この最大減速指令が出されるスライド１５の位置は、前記速度指令演算手段により最大トルクで減速されるときに必要となる減速距離を演算することによって求められる。そして、前記加速時の場合と同様にスライド１５は制御される。
この下降工程において、スライド１５は前記打抜きの場合と同様に、上限位置Ｚ００は型タッチ位置より所定距離上方に自動設定され、安全距離を考慮して初期設定された上限位置Ｚ９９よりも型タッチ位置Ｚ１０に近い位置に再設定される。この結果、スライド１５の下降距離が短縮されると共に、加速及び減速の高速化により下降時間が短縮されるので、加工サイクルタイムが短縮される。
【００４３】
スライド１５は下限位置Ｚ５０に到達すると、加圧力を所定時間ｔ５０保持する。スライド１５は、この加圧保持を終えると、前記高速下降時の場合と同様に最大限加速されながら上昇する。そして、スライド１５は最高速度Ｖ００に達するとこの速度を維持して上昇し、スライド１５は上限位置Ｚ００より下方の所定の位置において、前記高速下降時の場合と同様に、最大トルクで減速されながら上限位置Ｚ００に到達する。この上昇工程におけるスライド１５の制御は、高速下降時の場合と同様な手順及び方法で行なわれる。このようして、コイニングの加工サイクルは完了する。
このようにスライド１５の加工サイクルの距離を短縮すると共に、最高速度Ｖ００の領域を拡大することによって、加工サイクルタイムは初期条件のもとでの時間ｔ１９から新たな条件のもとでの時間ｔ１０に短縮される。また、従来のモーションカ−ブに基づく加工サイクルタイムと比較すると、スライド１５は加圧時に低速に切替えられないので、加工サイクルタイムは従来のｔ２９からｔ１０にさらに短縮される。
【００４４】
つぎに、図７に示したモ−ション制御の制御条件設定のフローチャートを参照して、モ−ション制御の方法について説明する。各々の図において前記打抜き加工の場合の図と同一の符号は、同一の構成や意味を表しておりここでは説明を省略する。
まず、最初のステップＳ１０において初期条件の設定を行なう。この条件データとしては、スライド１５の位置データとして上限位置Ｚ９９及び下限位置Ｚ５０を、スライド１５の速度データとして最高速度Ｖ００を、また、下限位置Ｚ５０における加圧力保持時間ｔ０を設定する。
【００４５】
そして加工サイクルを開始し、ステップＳ１１では、速度指令演算手段２６によりスライド１５の最大加速の指令が出力され、スライド１５はサーボモータ１１の最大トルクによって加速されながら下降する。つぎのステップＳ１２で、スライド１５は最高速度Ｖ００に到達すると、速度を維持しながらさらに下降する。スライド１５が最高速度Ｖ００で下降中に、つぎのステップＳ２が実行される。このステップＳ２及びこれに続くステップＳ２１からＳ２３までは前記打抜きの場合と同様である。すなわち、型タッチ位置Ｚ１０が検出されて、この位置Ｚ１０より所定の微小距離上方にスライド１５の新たな上限位置Ｚ００が設定され、この上限位置Ｚ００はモーション記憶手段２４に初期設定値として記憶されている上限位置Ｚ９９と置替えられる。
【００４６】
そしてステップＳ１３において、スライド１５は下限位置Ｚ５０より所定距離上方の減速開始位置に達すると、速度指令演算手段２６により最大減速の指令が出力される。この指令に基づいて、スライド１５は、サーボモータ１１の最大トルクによって減速されながら下降する。そしてスライド１５は下限位置Ｚ５０に到達すると、ステップＳ１４で、被加工物を所定時間ｔ５０加圧して、つぎの上昇工程に入る。
ステップＳ１５では、スライド１５は前記加速下降の場合と同様に加速されながら上昇する。つぎのステップＳ１６において、スライド１５は最高速度Ｖ００に達すると、さらにステップＳ１７において、この速度Ｖ００を維持しながら上昇を続ける。そしてステップＳ１７で、スライド１５が速度指令演算手段２６により上限位置Ｚ００より所定距離下方の減速開始位置に達すると、減速下降の場合と同様に減速指令が出力され、スライド１５は最大トルクで減速されながら上限位置Ｚ００に到達する。
二回目以降のコイニング加工は、このようにして初回に更新した上限位置データによって行なわれる。また、前記条件設定は別の方法で、例えば加工ショット毎に条件を設定し次の加工時にフィードバックしてもよいし、所定の回数間隔のショット毎に条件を設定してもよい。
【００４７】
以上説明したようなスライド１５のモ−ション制御を行なうことにより、型タッチ位置の上方の近傍に上限位置を再設定し、又は、加圧開始位置の上方の近傍に加工開始位置を再設定し、この新たな設定された上限位置と加工開始位置とを最高速度で下降するようにしている。また、打抜き発生後直ちにスライドを上昇させるようにしている。さらに、スライドが最高速度に達するまでは最大加速するように、また、最大加速から停止するまでは最大減速するようにしている。前記スライドを最大加速あるいは最大減速する制御方法について、本発明の事例ではコイニング加工の場合としているが、打抜き加工時の高速速度の制御においても行なうことができる。したがって、打抜き加工及びコイニング加工において加工サイクルタイムが短縮され、生産性の向上を図ることができる。なお、このような制御は打抜き加工及びコイニング加工のみならず、切断、曲げ又は絞りなど種々のプレス加工に対して適用できる。
また、スライド１５の最高速度Ｖ００は必要とされる加工条件によっては、使用するサーボプレスの最高速度に特定するものではなく、場合によって適宜速度値を変えてもよい。また、前記事例においては、スライド１５の特定位置はサーボモータ１１のトルク変化により検出したが、加速度センサによる加速度レベル、音圧センサによる音圧レベルあるいは振動センサによる振幅レベルなどによって検出してもよい。
【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を示す。
【図２】本発明に係わるプレス機械のハード構成及び制御の概要を示す機能ブロック図を示す。
【図３】本発明に係わるサーボ制御装置の機能ブロック図を示す。
【図４】本発明に係わるモ−ション制御の制御カーブを示す。
【図５】本発明に係わるモ−ション制御の制御条件設定のフローチャートを示す。
【図６】本発明に係わるモ−ション制御の制御カーブを示す。
【図７】本発明に係わるモ−ション制御の制御方法のフローチャートを示す。
【図８】プレス機械の概要図を示す。
【図９】プレスのスライドモーションの例を示す。
【符号の説明】
１  プレス
２  金型
１０  フレーム
１１  サーボモータ
１１ａ  速度検出手段
１２  回転伝達部材
１４  動力変換装置
１５  スライド
１６  ボルスタ
１７  スライド位置検出手段
１７ａ  リニアスケール
１７ｂ  検出ヘッド
１８  設定・表示手段
２０  サーボ制御装置
２３  位置特定信号検出器
２４  モーション記憶手段
２５  特定位置判定手段
２６  速度指令演算手段
２７  位置設定手段
２８  サーボモータ制御演算手段
２９  サーボモータ指令出力手段
３０  表示手段
【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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【図８】
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【図９】
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