JP2004174591A

JP2004174591A - Machine protective method for motor-driven servo press

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Publication number: JP2004174591A
Application number: JP2002346715A
Authority: JP
Inventors: Yukio Hata; 幸男畑; Hitoshi Sakurai; 均桜井
Original assignee: Komatsu Ltd; Komatsu Industries Corp
Current assignee: Komatsu Ltd; Komatsu Industries Corp
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP3992600B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical protective method for a motor-driven servo press, a method for suppressing capability load near the bottom dead point at or below a prescribed value in a motor-driven servo press in which a slide is driven through a rotary mechanism by an eccentric shaft or through rotary driving and a link mechanism. <P>SOLUTION: In the mechanical protective method for a motor-driven servo press in which a slide 3 is driven using an electric servo motor 21 through a rotary mechanism by a crankshaft or an eccentric shaft or through rotary driving and a link mechanism, the output torque of the electric servo motor is controlled so that a slide pressurizing force is at or below a prescribed value near the bottom dead point of the slide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動サーボモータで、クランク軸やエキセン軸などの偏心軸による回転機構、または回転駆動とリンク機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスの機械保護方法に関し、特に下死点近傍でのプレス機械の保護に適した電動サーボプレスの機械保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータによりクランク軸やエキセン軸などの偏心軸による回転機構、または回転駆動とリンク機構を介して上下動自在に駆動するスライドを有したプレス機械が多く用いられており、これらのプレス機械ではスライドに取付けられた上金型と、ボルスタ（またはベッド）上に設置された下金型の間でプレス加工を行うように構成されている。
【０００３】
このようなプレスにおいては、図５に示すように、スライドストロークの下死点近傍では、モータ自体の出力トルクが一定であったとしても、前記回転機構やリンク機構等を介して伝達されるスライド加圧力は非常に大きくなり、下死点では理論的に無限大の加圧力が発生することにもなる。このため、従来の機械式プレスでは、過負荷回避による金型や機械の保護のために、油圧式のオーバロードプロテクタや、荷重検出センサで検出した荷重が所定の許容値を超えたら、スライドを急停止させるようにしたプレスが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
中小型プレス加工において、その高精度化、高速化の要求から、最近では、電動サーボモータで、クランク軸やエキセン軸などの偏心軸による回転機構、または回転駆動とリンク機構を介してスライドを駆動され、スライドモーションの全体は高速、高荷重を得意とするメカニカルな構成で、かつその加工ストローク域は電動サーボモータによりある程度スライドモーションに変化を持たせ得る、各利点を併せ持つ電動サーボプレスが開発されてきている。
【０００５】
しかしながら、上記の電動サーボモータにおいても、サーボモータの出力トルクを所定値に制限したとしても、前述の理由から、下死点近傍では理論上無限大の加圧力が発生することもある。通常、プレス装置のスライド加圧力の定格値は、該プレス装置に求められる所定の最大荷重が規定されており、よってダイハイト設定ミス、ワーク違い、ダブルブランク、金型違い等に起因して能力以上の過大な加圧力が発生した場合には、機械自体および金型の破損、損傷に至ることがある。従って、これらのサーボプレスにおいては、過大な加圧力によって機械や金型を破損しないように、下死点近傍で規定加圧力以下に制限する必要がある。
【０００６】
しかしながら、過負荷保護装置として前述の油圧式のオーバロードプロテクタを採用した場合、スライドに駆動装置からの駆動荷重を伝達する部分（例えばプランジャ）の下部とスライドとの間に操作油室、操作油の給排を切り換える切換弁、および操作油をフレームからスライドに導く可撓ホースなどを設置する必要があり、スライドはその構造が複雑となり大型化せざるを得なくなる。また、このスライドが大型化することからプレス本体も大きくせざるを得ず、オーバロードプロテクタ、およびその設置費用と相俟って、プレス全体がコスト高となる。
【０００７】
また、スライド部分に操作油を使用することになるので、油もれが発生した場合、油汚れがプレスはもちろん加工物にまで及び、そのメンテナンスが必要となるのみならず、このオーバロードプロテクタは、本体フレームに囲まれて接近性の悪いスライドに設けられることとなり、そのメンテナンスは非常に困難と言える。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に着目してなされ、偏心軸による回転機構、または回転駆動とリンク機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスでの、下死点近傍の能力荷重を所定値以下に抑制する電動サーボプレスの機械保護方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
本発明の目的を達成するために、第１発明は、電動サーボモータで、クランク軸やエキセン軸などの偏心軸による回転機構、または回転駆動とリンク機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスの機械保護方法において、スライドの下死点近傍で、スライド加圧力が所定値を超えないように、前記電動サーボモータの出力トルクを制御する方法としている。
【００１０】
第１発明によると、下死点近傍の加工ストローク域で、スライド位置に応じて、すなわち偏心軸回転角度に応じてモータ出力トルクの制限値を制御して、スライド加圧力が所定値（例えば、該プレス装置に求められている定格スライド加圧力）を超えないようにするので、過大な加圧力が発生することはなく、ダイハイト設定ミス、ワーク違い、ダブルブランク、金型違い等に起因する機械自体および金型の破損、損傷の発生を確実に防止できる。また、従来のオーバロードプロテクタのような特別な装置をスライドに設ける必要が無いので、複雑で大掛かりな機械構造とはならず、簡単な構成で小型化が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図１〜図４を参照して詳細に説明する。
【００１２】
先ず、図１、図２により、本発明が適用される電動サーボプレスの例として、電動サーボモータで回転機構とトグルリンク機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスの機械構成について説明する。図１、図２は、それぞれ本発明に係る電動サーボプレスの側面一部断面図および背面一部断面図である。
【００１３】
プレス機械１は電動サーボプレスであり、プレス機械１の本体フレーム２の略中央部には、電動サーボモータ２１により駆動されるスライド３が上下動自在に支承されており、このスライド３に対向する下部には、ベッド４上に取付けられたボルスタ５が配設されている。またスライド３の上部に形成された穴内には、ダイハイト調節用のねじ軸７の本体部が抜け止めされた状態で回動自在に挿入されている。ねじ軸７のねじ部７ａは上方に向けてスライド３から露出し、ねじ軸７の上方に設けたプランジャ１１の下部の雌ねじ部に螺合している。
ねじ軸７の本体部外周にはウォームギヤ８のウォームホイール８ａが装着されており、このウォームホイール８ａに噛合したウォームギヤ８のウォーム８ｂはスライド３の背面部に取付けたインダクションモータ９の出力軸にギヤ９ａを介して連結されている。インダクションモータ９は、軸方向長さを短くしてフラット形状に、コンパクトに設けられている。
そして、これらインダクションモータ９、ギヤ９ａ、ウォームギヤ８、ねじ軸７およびプランジャ１１によりダイハイト調節装置が構成されている。
【００１４】
前記プランジャ１１の上部は、第１リンク１２ａの一端部とピン１１ａにより回動自在に連結されており、この第１リンク１２ａの他端部と、本体フレーム２に一端部が回動自在に連結されている第２リンク１２ｂの他端部との間には、三軸リンク１３の一側に設けた２つの連結孔がピン１４ａ，１４ｂにより回動自在に連結されている。三軸リンク１３の他側の連結孔は、スライド駆動部２０の偏心軸２８に回動自在に連結されている。これら第１リンク１２ａ、第２リンク１２ｂおよび三軸リンク１３により、トグルリンク機構を構成している。
【００１５】
本体フレーム２の側面部にはスライド駆動用の電動サーボモータ２１が軸心をプレス左右方向に向けて取付けられており、該電動サーボモータ２１の出力軸に取付けた第１プーリ２２ａと、電動サーボモータ２１の上方に軸心をプレス左右方向に向けて回動自在に設けている中間シャフト２４に取付けた第２プーリ２２ｂとの間にはベルト２３（通常はタイミングベルトで構成される）が巻装されている。また、中間シャフト２４の上方の本体フレーム２には駆動軸２７が回動自在に支承されており、駆動軸２７の一端側に取付けたギヤ２６は中間シャフト２４に取付けたギヤ２５と噛合している。そして、駆動軸２７の軸方向中間部には偏心軸２８が形成されており、この偏心軸２８の外周部に前記三軸リンク１３の他側が回動自在に連結されている。また、電動サーボモータ２１の出力軸には、偏心軸２８の回転角度を検出する偏心軸回転角度センサ２９が取り付けられている。
【００１６】
また、スライド３の背面部には、上下２箇所から本体フレーム２の側面部に向けて突出した１対のブラケット３１，３１が取付けてあり、上下１対のブラケット３１，３１間に位置検出ロッド３２が取付けられている。この位置検出ロッド３２には、位置検出用のスケール部が設けられており、リニアスケール等のスライド位置センサ３３の本体部が上下動自在に嵌挿している。このスライド位置センサ３３は、本体フレーム２の側面部に設けられている補助フレーム３４にその脚部を固定されている。また、この補助フレーム３４は上下方向に縦長に形成されており、下部がボルト３５によりベッド近傍の本体フレーム２側面部に取付けられ、上部が図示しない上下方向長孔内に挿入されたボルト３６により上下方向摺動自在に支持され、側部が前後１対の支持部材３７，３７により当接、支持されている。
【００１７】
補助フレーム３４は、上下いずれか一側（本例では下側）のみを本体フレーム２に固定し、他側を上下動自在にして支持する構造としているため、本体フレーム２の温度変化による伸縮の影響を受けないようになっている。これにより、前記スライド位置センサ３３は、本体フレーム２の温度変化による伸縮の影響を受けずに、スライド位置及びダイハイトを正確に検出可能としている。
【００１８】
次に、本発明に係る制御装置について説明する。
図３は本発明に係る制御装置のハード構成ブロック図であり、図３により本制御装置の構成およびその作用を説明する。
本制御装置は、制御器１０、メモリ１０ａ、モーション設定手段１７、偏心軸回転角度センサ２９、スライド位置センサ３３、サーボアンプ４５および電動サーボモータ２１を備えている。
【００１９】
モーション設定手段１７は、ワークの加工条件に応じてスライドモーションを設定するものであり、スライドモーションを規定するデータを設定するためのテンキー等のスイッチ、または予め設定されたこれらの数値を記憶したＩＣカード等の外部記憶媒体からのデータ入力装置を有している。
【００２０】
メモリ１０ａには、前記モーション設定手段１７で設定されたモーションデータを記憶しており、また、スライドモーション制御のための、電動サーボモータ２１の回転角度（以下、モータ回転角度と言う）とスライド位置との関係データを記憶する（モータ回転角度／スライド位置関係データ記憶部）と共に、偏心軸２８の各回転角度に対するモータ出力トルクとスライド発生加圧力との関係データを記憶している（モータトルク／発生加圧力関係データ記憶部）。上記のモータ回転角度とスライド位置との関係データは、前記トグルリンク機構の各リンク１２ａ，１２ｂ，１３の長さ、偏心軸２８の偏心長さ、および偏心軸２８の回転中心位置とトグルリンクとの関係などの機械的寸法によって決まる関数式で求まるものであり、この関数式自体を記憶しておいてもよいし、または関数式をテーブルデータとして記憶しておいてもよい。また、前記の各偏心軸回転角度に対するモータ出力トルクとスライド加圧力との関係データは、機械的な寸法から決まる変換式により求めることができ、この変換式自体を記憶しておいてもよいし、または関数式をテーブルデータとして記憶しておいてもよい。
【００２１】
前記スライド位置センサ３３および偏心軸回転角度センサ２９は、それぞれ検出したスライド位置および偏心軸回転角度を制御器１０に出力している。
【００２２】
制御器１０はコンピュータ装置やＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ、所謂プログラマブルシーケンサである）等の高速演算装置から構成されている。この制御器１０は、スライドがモーション設定手段１７により設定された所定のモーションに従って移動するように、所定のサーボ演算周期毎に、スライドの目標位置指令を演算し（スライド位置指令演算部）、前記メモリ１０ａに記憶したモータ回転角度とスライド位置との関係データを参照して、前記スライドの目標位置指令とスライド位置センサ３３の検出位置信号とに基づいてサーボモータ２１速度指令を演算してサーボアンプ４５に出力する（速度指令演算部）と共に、このモーション制御の際に、所定のスライド加圧力になるように、メモリ１０ａに記憶したモータトルク／発生加圧力関係データに基づいて、偏心軸回転角度センサ２９により検出した偏心軸回転角度θに応じてモータトルク制限値を求めて、サーボアンプ４５にこの求めたトルク制限値を設定する（モータトルク指令演算部）。
【００２３】
サーボアンプ４５は、制御器１０からの前記トルク制限値指令に基づき、モータ負荷電流がこのトルク制限値を越えないようにモータ負荷電流を制御する。また、サーボアンプ４５には、図示しないモータ回転角度センサからのモータ回転角度がフィードバックされており、前記制御器１０からの速度指令と前記モータ回転角度から求まる速度フィードバック信号との偏差値を演算し、求めた偏差値に基づき、該偏差値を小さくするように電動サーボモータ２１を制御する。これにより、スライドの位置および速度が精度良く制御される。
【００２４】
次に、図４により、本発明に係るサーボプレスの機械保護方法を実行するための、制御器１０の具体的な制御処理方法を説明する。図４はその機械保護方法の説明図で、その図４（ａ）はスライドモーションの一例を、図４（ｂ）はそのときのモータトルクの変化を、図４（ｃ）はそのときのスライドの発生加圧力をそれぞれ表している。ここで、図４において、横軸は偏心軸回転角度θを示し、（ａ）の縦軸はスライド位置（スライドストローク）を、（ｂ）の縦軸は電動サーボモータ２１の出力トルクをそのモータ定格トルクに対する負荷率％で、そして（ｃ）の縦軸はスライドの発生加圧力をそれぞれ示している。
なお、スライドモーションは、サーボモータの回転数を一定に保ったままでも、リンク機構を介することにより下死点の近傍でスライドの下降速度を落とすことが可能であるが、サーボモータの回転数を増減させることにより、図４（ａ）のようにメリハリのあるスライドモーションを実現させることが可能である。図４（ｂ）において、下降行程前半にモータトルクの波形が波打っているのは、サーボモータの回転数の増減によるものである。
また、上死点停止をさせずに、スライドを連続運転させてもよい。
【００２５】
図４（ｃ）に示すように、下死点の近傍以外の領域では、制御器１０はモータトルク制限値ＴＬとして一定値Ｔａ（例えば、定格トルクの２００％）をサーボアンプに設定する。従って、この領域のスライド最大発生加圧力は、前記モータトルクと加圧力との関係式に従って、上記所定のモータトルク制限値Ｔａを偏心軸回転角度θに応じてスライド発生加圧力に変換したカーブで推移し、この結果下死点に近づくにつれて徐々に増加する。
【００２６】
次に、スライド発生加圧力が制限値Ｆ（例えば定格値Ｆ０）に達した領域では、制御器１０は、スライドの発生加圧力が制限値Ｆに略一定になるように制御するために、前記モータトルク／発生加圧力関係データに基づいて、偏心軸回転角度センサ２９により検出した偏心軸回転角度θに応じて該加圧力制限値Ｆをモータ出力トルクに換算し、この換算した値をトルク制限値としてサーボアンプ４５に設定する。
【００２７】
次に、上記構成による本実施形態の作用を、図４を参照して説明する。
スライドモーションが、図４（ａ）に示すように、下死点近傍で、かつ下死点手前の下限位置Ｄ１（下死点も含む）を最下点目標位置として設定されているものとする。スライド３が該モーションに沿って下降したとき、スライドの発生加圧力が制限値Ｆ以下ならば、図４（ｂ）に示すように、モータトルク制限値ＴＬは所定のトルク値Ｔａ（定格トルクに対するα％で表す。図示では２００％）に設定されている。従って、成形加工時に必要な加工トルクおよび、サーボモータを加減速した場合に必要な加減速トルクはこのモータトルク制限値Ｔａ以内で変化する。ワーク加工行程に入ると、加工トルクのためにモータトルクが増大して上記モータトルク制限値Ｔａに達し、該トルク制限値のまま加工が進行する。このとき、スライドの発生加圧力は、スライドが下限位置Ｄ１に近づくにつれて、能力荷重線図に沿って徐々に増加し、ついには発生加圧力の制限値Ｆに達する。
【００２８】
発生加圧力の制限値Ｆに達すると、モータトルク制限値ＴＬを、図４（ｂ）のカーブＣで示すように、下限位置Ｄ１に近づくにつれて次第に小さく制御し、これにより発生加圧力は図４（ｃ）に示す制限値Ｆに略一定になるように制御される。
【００２９】
上述したように、本実施形態によると、電動サーボモータ２１で偏心軸２８の回転駆動とトグルリンク機構を介してスライド３を駆動する電動サーボプレスにおいて、下死点近傍でのスライドの発生加圧力が所定の値を超えないように、偏心軸２８の回転角度に対するモータ出力トルクとスライド加圧力との関係データに基づいて、電動サーボモータ２１の出力トルクを制限するので、従来技術で述べたようにスライドの発生加圧力が下死点近傍で過大になることはない。従って、ダイハイト設定ミス、ワーク違い、ダブルブランク、金型違い等があっても、プレス機械自体および金型に過大荷重がかかることがなく、これらの破損、損傷の発生を確実に防止できる。
【００３０】
また、従来のオーバロードプロテクタのような特別な装置をスライドに設ける必要が無いので、従来必要とした、スライドに駆動装置からの駆動荷重を伝達する部分（例えばプランジャ）の下部とスライドとの間に、操作油室、操作油の給排を切り換える切換弁、および、操作油を本体フレームからスライド側に導く可撓ホースなどが不要となり、スライドはその構造が簡単になり小型化できる。また、スライドの小型化によって、当然ながらプレス本体も小さくでき、オーバロードプロテクタの削減と相俟って、プレス全体のコストを大幅に低減できる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、電動サーボモータで回転駆動とリンク機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスの例で説明したが、本発明はこの構造に限定されるものではなく、例えばクランク軸やエキセン軸などの偏心回転機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスにも適用できることは言うまでもない。
また、下死点近傍のスライドの発生加圧力を略一定値に制御する例で示したが、これに限定されない。要は所定値以下に抑制すればよく、その抑制時の能力荷重カーブは曲線または傾斜した直線であっても構わない。
【００３２】
なお、例えば偏心回転機構を介してスライドを駆動する電動サーボプレスのように、理論的には下死点においてスライドに無限大の加圧力が発生する場合、発生加圧力を一定値Ｆに保つためには、モータトルクを限りなく０に近づける必要がある。しかし、現実的にはプレスのフレームのたわみおよび駆動系部品の変形等によって無限大の加圧力の発生は生じない。むしろ、フレームのたわみ等によって、期待する加圧力が発生しないという問題も生じる。そこで、モータトルクには、これらのことを考慮した最適な下限値Ｔｄを設けている。
【００３３】
上記したように、本発明によると、下死点近傍でのスライドの発生加圧力が制限値を越えないように、偏心軸回転角度に応じてモータトルク制限値を制御している。すなわちモータトルク値を制限するので、過大な加圧力が発生することはなく、所定値以下に抑制することができる。従って、この抑制する所定値を当該プレス装置の機械自体および金型の理想的な保護が行える程度の大きさに設定することにより、ダイハイト設定ミス、ワーク違い、ダブルブランク、金型違い等に起因する機械自体および金型の破損、損傷の発生を確実に防止できる。また、従来のオーバロードプロテクタのような特別な装置をスライドに設ける必要が無いので、複雑で大掛かりな機械構造とはならず、簡単な構成で小型化ができる。
【００３４】
またさらに、スライド部分にはオーバロードプロテクタ用の操作油を導く必要がないので、その油もれの心配はなく、プレスはもちろん加工物の汚れ、対策およびそのメンテナンスは不必要となる。しかも、このオーバロードプロテクタは、本体フレームに囲まれ接近性の悪いスライドに設けられており、そのメンテナンスは非常に困難であったが、この面倒もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される電動サーボプレスの側面一部断面図である。
【図２】本発明が適用される電動サーボプレスの背面一部断面図である。
【図３】本発明に係る制御装置のハード構成ブロック図である。
【図４】本発明に係る機械保護方法の説明図である。
【図５】従来技術の回転機構やリンク機構を有するプレスの能力荷重カーブである。
【符号の説明】
１…プレス機械、２…本体フレーム、３…スライド、４…ベッド、５…ボルスタ、７…ねじ軸、７ａ…ねじ部、８…ウォームギヤ、８ａ…ウォームホイール、８ｂ…ウォーム、９…インダクションモータ、９ａ…ギヤ、１０…制御器、１０ａ…メモリ、１１…プランジャ、１１ａ…ピン、１２ａ…第１リンク、１２ｂ…第２リンク、１３…三角リンク、１４ａ，１４ｂ…ピン、１７…モーション設定手段、２０…スライド駆動部、２１…電動サーボモータ、２２ａ…第１プーリ、２２ｂ…第２プーリ、２３…ベルト、２４…中間シャフト、２５…ギヤ、２６…ギヤ、２７…駆動軸、２８…偏心軸、２９…偏心軸回転角度センサ、３１…ブラケット、３２…位置検出ロッド、３３…スライド位置センサ、３４…補助フレーム、３５…ボルト、３７…当接部材、４５…サーボアンプ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanical protection method for an electric servomotor, a rotary mechanism using an eccentric shaft such as a crankshaft or an eccentric shaft, or a mechanical protection method for an electric servopress that drives a slide via a rotary drive and a link mechanism, particularly near the bottom dead center. The present invention relates to a mechanical protection method for an electric servo press suitable for protecting a press machine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, press machines having a rotary mechanism using an eccentric shaft such as a crankshaft or an eccentric shaft by a motor, or a slide having a slide that can be driven up and down via a rotary drive and a link mechanism are often used. The press working is performed between an upper mold attached to a slide and a lower mold installed on a bolster (or bed).
[0003]
In such a press, as shown in FIG. 5, even when the output torque of the motor itself is constant near the bottom dead center of the slide stroke, the slide transmitted through the rotation mechanism, the link mechanism, and the like is used. The applied pressure becomes very large, and a theoretically infinite applied pressure occurs at the bottom dead center. For this reason, in conventional mechanical presses, in order to protect dies and machines by avoiding overload, if the load detected by a hydraulic overload protector or load detection sensor exceeds a predetermined allowable value, slide There is known a press in which a sudden stop is performed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Due to the demand for higher precision and higher speed in small and medium-sized press working, recently, electric servo motors have been used to drive slides via eccentric shafts such as crankshafts and eccentric shafts, or via rotary drive and link mechanisms. An electric servo press has been developed, which has a mechanical structure that excels in high-speed, high-load slide motion, and whose machining stroke range can be varied to some extent by an electric servo motor. Is coming.
[0005]
However, in the above-described electric servomotor, even if the output torque of the servomotor is limited to a predetermined value, theoretically infinite pressure may be generated near the bottom dead center for the above-described reason. Normally, the rated value of the slide pressing force of the press device is defined as a predetermined maximum load required for the press device, and therefore, the capability is higher than the capacity due to a die height setting error, a work difference, a double blank, a mold difference, etc. If an excessive pressure is generated, the machine itself and the mold may be damaged or damaged. Therefore, in these servo presses, it is necessary to limit the pressure to less than a specified pressure in the vicinity of the bottom dead center so as not to damage the machine and the mold by an excessive pressure.
[0006]
However, when the above-described hydraulic overload protector is employed as the overload protection device, the operation oil chamber and the operation oil are disposed between the slide and the lower portion of a portion (for example, a plunger) for transmitting the drive load from the drive device to the slide. It is necessary to install a switching valve for switching the supply and discharge of the oil, a flexible hose for guiding the operation oil from the frame to the slide, and the like, and the structure of the slide is complicated and has to be increased in size. In addition, since the size of the slide increases, the press body must be large, and the cost of the entire press increases in combination with the cost of installing the overload protector and the overload protector.
[0007]
Also, since operation oil will be used for the slide part, if oil leakage occurs, oil stains will spread not only to the press but also to the workpiece and maintenance will be required, and this overload protector It is mounted on a slide with poor accessibility surrounded by the body frame, and it can be said that its maintenance is very difficult.
[0008]
The present invention has been made by paying attention to the above problems, and the capability load in the vicinity of the bottom dead center of a rotary mechanism using an eccentric shaft, or an electric servo press that drives a slide via a rotary drive and a link mechanism, is equal to or less than a predetermined value. An object of the present invention is to provide a mechanical protection method for an electric servo press, which suppresses the electric shock.
[0009]
Means for Solving the Problems, Functions and Effects
In order to achieve the object of the present invention, a first invention is an electric servomotor, which is a rotary mechanism using an eccentric shaft such as a crankshaft or an eccentric shaft, or an electric servopress that drives a slide through a rotary drive and a link mechanism. In the mechanical protection method, the output torque of the electric servomotor is controlled so that the slide pressure does not exceed a predetermined value near the bottom dead center of the slide.
[0010]
According to the first invention, in the machining stroke area near the bottom dead center, the limit value of the motor output torque is controlled in accordance with the slide position, that is, in accordance with the eccentric shaft rotation angle, so that the slide pressing force becomes a predetermined value (for example, (Pressing force required for the press device), so that excessive pressing force does not occur, and the machine caused by die height setting mistake, work difference, double blank, mold difference, etc. Breakage and damage of the mold itself and the mold can be reliably prevented. In addition, since it is not necessary to provide a special device such as a conventional overload protector on the slide, a complicated and large-scale mechanical structure is not obtained, and miniaturization can be achieved with a simple configuration.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0012]
First, referring to FIG. 1 and FIG. 2, a mechanical configuration of an electric servo press that drives a slide via a rotation mechanism and a toggle link mechanism by an electric servo motor will be described as an example of an electric servo press to which the present invention is applied. FIGS. 1 and 2 are a partial cross-sectional side view and a partial cross-sectional view, respectively, of an electric servo press according to the present invention.
[0013]
The press machine 1 is an electric servo press, and a slide 3 driven by an electric servomotor 21 is supported at a substantially central portion of a main body frame 2 of the press machine 1 so as to be vertically movable. At the lower part, a bolster 5 mounted on the bed 4 is provided. A screw shaft 7 for adjusting the die height is rotatably inserted into a hole formed in an upper portion of the slide 3 in a state where the main body is prevented from coming off. The screw portion 7a of the screw shaft 7 is exposed upward from the slide 3, and is screwed into a female screw portion provided below the plunger 11 provided above the screw shaft 7.
A worm wheel 8a of a worm gear 8 is mounted on the outer periphery of the main body of the screw shaft 7, and the worm 8b of the worm gear 8 meshed with the worm wheel 8a is geared to an output shaft of an induction motor 9 mounted on the rear surface of the slide 3. 9a. The induction motor 9 is compactly provided in a flat shape with a reduced axial length.
The induction motor 9, the gear 9a, the worm gear 8, the screw shaft 7, and the plunger 11 constitute a die height adjusting device.
[0014]
The upper part of the plunger 11 is rotatably connected to one end of a first link 12a by a pin 11a, and one end is rotatably connected to the other end of the first link 12a and the main body frame 2. Two connecting holes provided on one side of the triaxial link 13 are rotatably connected to the other end of the second link 12b by pins 14a and 14b. The connection hole on the other side of the triaxial link 13 is rotatably connected to the eccentric shaft 28 of the slide drive unit 20. The first link 12a, the second link 12b and the triaxial link 13 constitute a toggle link mechanism.
[0015]
An electric servomotor 21 for sliding drive is mounted on the side surface of the main body frame 2 with its axis oriented in the left-right direction of the press, and a first pulley 22a mounted on the output shaft of the electric servomotor 21 and an electric servomotor. A belt 23 (usually composed of a timing belt) is wound between the motor 21 and a second pulley 22b attached to an intermediate shaft 24 whose axis is rotatably provided in the press right and left direction. Is equipped. A drive shaft 27 is rotatably supported on the main body frame 2 above the intermediate shaft 24, and a gear 26 attached to one end of the drive shaft 27 meshes with a gear 25 attached to the intermediate shaft 24. I have. An eccentric shaft 28 is formed at an axially intermediate portion of the drive shaft 27, and the other side of the triaxial link 13 is rotatably connected to an outer peripheral portion of the eccentric shaft 28. An eccentric shaft rotation angle sensor 29 for detecting the rotation angle of the eccentric shaft 28 is attached to the output shaft of the electric servomotor 21.
[0016]
A pair of brackets 31, 31 protruding from two upper and lower portions toward the side surface of the body frame 2 are attached to the rear surface of the slide 3, and a position detecting rod is provided between the upper and lower brackets 31, 31. 32 are attached. The position detection rod 32 is provided with a scale part for position detection, and a main body of a slide position sensor 33 such as a linear scale is fitted therein so as to be vertically movable. The legs of the slide position sensor 33 are fixed to an auxiliary frame 34 provided on the side surface of the main body frame 2. The auxiliary frame 34 is vertically elongated in the vertical direction. The lower part is attached to the side surface of the main body frame 2 near the bed by a bolt 35, and the upper part is formed by a bolt 36 inserted into a vertically long hole (not shown). It is slidably supported in the vertical direction, and the side portions are abutted and supported by a pair of front and rear support members 37, 37.
[0017]
The auxiliary frame 34 has a structure in which only one of the upper and lower sides (in this example, the lower side) is fixed to the main body frame 2 and the other side is supported so as to be vertically movable. It is not affected. Thus, the slide position sensor 33 can accurately detect the slide position and the die height without being affected by expansion and contraction due to a temperature change of the main body frame 2.
[0018]
Next, the control device according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a block diagram of the hardware configuration of the control device according to the present invention. The configuration and operation of the control device will be described with reference to FIG.
This control device includes a controller 10, a memory 10a, a motion setting unit 17, an eccentric shaft rotation angle sensor 29, a slide position sensor 33, a servo amplifier 45, and an electric servomotor 21.
[0019]
The motion setting means 17 is for setting a slide motion in accordance with the processing conditions of the workpiece, and is a switch such as a ten-key for setting data for defining the slide motion, or an IC storing these preset numerical values. It has a data input device from an external storage medium such as a card.
[0020]
The memory 10a stores motion data set by the motion setting means 17, and further includes a rotation angle (hereinafter, referred to as a motor rotation angle) and a slide position of the electric servomotor 21 for slide motion control. (Motor rotation angle / slide position relation data storage unit) and the relation data between the motor output torque and the slide generation pressing force for each rotation angle of the eccentric shaft 28 (motor torque / slide position). Generated pressure-related data storage unit). The relation data between the motor rotation angle and the slide position includes the lengths of the links 12a, 12b, and 13 of the toggle link mechanism, the eccentric length of the eccentric shaft 28, the rotation center position of the eccentric shaft 28, and the toggle link. Is determined by a function formula determined by the mechanical dimensions such as the relationship, and the function formula itself may be stored, or the function formula may be stored as table data. Further, the relational data between the motor output torque and the slide pressure with respect to each eccentric shaft rotation angle can be obtained by a conversion formula determined by mechanical dimensions, and the conversion formula itself may be stored. Alternatively, the function formula may be stored as table data.
[0021]
The slide position sensor 33 and the eccentric shaft rotation angle sensor 29 output the detected slide position and the eccentric shaft rotation angle to the controller 10, respectively.
[0022]
The controller 10 is composed of a high-speed operation device such as a computer device or a PLC (programmable logic controller, a so-called programmable sequencer). The controller 10 calculates a target position command of the slide for each predetermined servo calculation cycle so that the slide moves in accordance with a predetermined motion set by the motion setting means 17 (slide position command calculation unit). Referring to the relation data between the motor rotation angle and the slide position stored in the memory 10a, the servo motor 21 speed command is calculated based on the slide target position command and the detected position signal of the slide position sensor 33, and the servo amplifier is operated. 45 (speed command calculating unit), and at the time of this motion control, an eccentric shaft rotation angle based on the motor torque / generated pressing force relation data stored in the memory 10a so that a predetermined sliding pressing force is obtained. A motor torque limit value is obtained according to the eccentric shaft rotation angle θ detected by the sensor 29, and the servo amplifier 45 Setting this calculated torque limit value (motor torque command computation unit).
[0023]
The servo amplifier 45 controls the motor load current based on the torque limit value command from the controller 10 so that the motor load current does not exceed the torque limit value. Further, a motor rotation angle from a motor rotation angle sensor (not shown) is fed back to the servo amplifier 45, and a deviation value between a speed command from the controller 10 and a speed feedback signal obtained from the motor rotation angle is calculated. Based on the obtained deviation value, the electric servomotor 21 is controlled so as to reduce the deviation value. As a result, the position and speed of the slide are accurately controlled.
[0024]
Next, a specific control processing method of the controller 10 for executing the servo press mechanical protection method according to the present invention will be described with reference to FIG. 4A and 4B are explanatory diagrams of the machine protection method. FIG. 4A shows an example of a slide motion, FIG. 4B shows a change in motor torque at that time, and FIG. 4C shows a slide motion at that time. Represents the generated pressure. Here, in FIG. 4, the horizontal axis indicates the eccentric shaft rotation angle θ, the vertical axis in (a) indicates the slide position (slide stroke), and the vertical axis in (b) indicates the output torque of the electric servomotor 21. The load factor% with respect to the rated torque, and the vertical axis of (c) indicates the generated pressing force of the slide.
In the slide motion, it is possible to reduce the slide descent speed near the bottom dead center through the link mechanism even if the rotation speed of the servo motor is kept constant. By increasing or decreasing, it is possible to realize a sharp slide motion as shown in FIG. In FIG. 4B, the waveform of the motor torque undulates in the first half of the descending stroke due to an increase or decrease in the rotation speed of the servomotor.
Further, the slide may be continuously operated without stopping at the top dead center.
[0025]
As shown in FIG. 4C, in a region other than the vicinity of the bottom dead center, the controller 10 sets a constant value Ta (for example, 200% of the rated torque) to the servo amplifier as the motor torque limit value TL. Therefore, the maximum slide pressure generated in this region is a curve obtained by converting the predetermined motor torque limit value Ta into the slide generated pressure in accordance with the eccentric shaft rotation angle θ according to the relational expression between the motor torque and the pressure. And gradually increases as it approaches the bottom dead center.
[0026]
Next, in a region where the slide generation pressure reaches the limit value F (for example, the rated value F0), the controller 10 controls the slide generation pressure so as to be substantially constant at the limit value F. Based on the motor torque / generated pressure relation data, the pressure limit value F is converted into a motor output torque in accordance with the eccentric shaft rotation angle θ detected by the eccentric shaft rotation angle sensor 29, and this converted value is used as the torque limit. The value is set in the servo amplifier 45 as a value.
[0027]
Next, the operation of the present embodiment having the above configuration will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4A, it is assumed that the lower limit position D1 (including the bottom dead center) near the bottom dead center and before the bottom dead center is set as the lowest point target position of the slide motion. . As shown in FIG. 4B, when the slide 3 descends along the motion and the generated pressing force of the slide is equal to or less than the limit value F, as shown in FIG. 4B, the motor torque limit value TL becomes a predetermined torque value Ta (with respect to the rated torque). α%, 200% in the figure). Therefore, the processing torque required during the forming process and the acceleration / deceleration torque required when the servomotor is accelerated / decelerated change within the motor torque limit value Ta. When the workpiece machining process starts, the motor torque increases due to the machining torque and reaches the motor torque limit value Ta, and machining proceeds with the torque limit value. At this time, the applied pressure of the slide gradually increases along the capacity load diagram as the slide approaches the lower limit position D1, and finally reaches the limit value F of the applied pressure.
[0028]
When the generated pressure reaches the limit value F, the motor torque limit value TL is controlled to gradually decrease as approaching the lower limit position D1, as shown by the curve C in FIG. Control is performed so as to be substantially constant at the limit value F shown in (c).
[0029]
As described above, according to the present embodiment, in the electric servo press in which the electric servomotor 21 drives the eccentric shaft 28 to rotate and drives the slide 3 through the toggle link mechanism, the slide pressing force near the bottom dead center is generated. The output torque of the electric servomotor 21 is limited on the basis of the relational data between the motor output torque and the slide pressing force with respect to the rotation angle of the eccentric shaft 28 so that does not exceed a predetermined value. In addition, the applied pressure of the slide does not become excessive near the bottom dead center. Therefore, even if there is a die height setting error, a work difference, a double blank, a mold difference, or the like, an excessive load is not applied to the press machine itself and the mold, and the breakage and damage thereof can be reliably prevented.
[0030]
In addition, since it is not necessary to provide a special device such as a conventional overload protector on the slide, a portion between the slide and the lower portion of a portion (for example, a plunger) for transmitting a driving load from a driving device to the slide, which is conventionally required, is provided. In addition, the operation oil chamber, a switching valve for switching the supply and discharge of the operation oil, and a flexible hose for guiding the operation oil from the main body frame to the slide side are not required, so that the slide has a simple structure and can be downsized. In addition, the press body can naturally be made smaller by downsizing the slide, and together with the reduction of the overload protector, the cost of the entire press can be greatly reduced.
[0031]
Note that, in the above embodiment, the example of the electric servo press in which the slide is driven via the rotary drive and the link mechanism by the electric servo motor has been described. However, the present invention is not limited to this structure. It goes without saying that the present invention can also be applied to an electric servo press that drives a slide via an eccentric rotation mechanism such as an eccentric shaft.
Further, the example has been described in which the generated pressing force of the slide near the bottom dead center is controlled to a substantially constant value, but the present invention is not limited to this. The point is that the capacity load curve at the time of the suppression may be a curved line or an inclined straight line.
[0032]
In addition, when an infinite pressing force is theoretically generated on the slide at the bottom dead center, such as an electric servo press that drives the slide via an eccentric rotation mechanism, the generated pressing force is maintained at a constant value F. It is necessary to make the motor torque as close to 0 as possible. However, in reality, an infinite pressing force does not occur due to bending of the press frame and deformation of the drive system components. Rather, there is also a problem that an expected pressing force is not generated due to the bending of the frame or the like. Therefore, the motor torque is provided with an optimum lower limit value Td in consideration of these points.
[0033]
As described above, according to the present invention, the motor torque limit value is controlled in accordance with the eccentric shaft rotation angle so that the generated pressing force of the slide near the bottom dead center does not exceed the limit value. That is, since the motor torque value is limited, an excessive pressurizing force does not occur, and it can be suppressed to a predetermined value or less. Therefore, by setting the predetermined value to be suppressed to a value that can provide ideal protection for the press machine itself and the die, the die height setting error, work difference, double blank, die difference, etc. Of the machine itself and the mold can be reliably prevented. Further, since it is not necessary to provide a special device such as a conventional overload protector on the slide, a complicated and large-scale mechanical structure is not obtained, and the size can be reduced with a simple configuration.
[0034]
Still further, since it is not necessary to guide the operation oil for the overload protector to the slide portion, there is no fear of oil leakage, so that not only the press but also the work, as well as the countermeasures and the maintenance thereof are unnecessary. In addition, the overload protector is provided on a slide that is surrounded by the main body frame and has poor accessibility, and its maintenance is extremely difficult.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of an electric servo press to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the back of the electric servo press to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a block diagram of a hardware configuration of a control device according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a machine protection method according to the present invention.
FIG. 5 is a capacity load curve of a press having a rotation mechanism and a link mechanism according to the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Press machine, 2 ... Body frame, 3 ... Slide, 4 ... Bed, 5 ... Bolster, 7 ... Screw shaft, 7a ... Screw part, 8 ... Worm gear, 8a ... Worm wheel, 8b ... Worm, 9 ... Induction motor, 9a: gear, 10: controller, 10a: memory, 11: plunger, 11a: pin, 12a: first link, 12b: second link, 13: triangular link, 14a, 14b: pin, 17: motion setting means, Reference Signs List 20 slide drive unit, 21 electric servomotor, 22a first pulley, 22b second pulley, 23 belt, 24 intermediate shaft, 25 gear, 26 gear, 27 drive shaft, 28 eccentric shaft , 29: eccentric shaft rotation angle sensor, 31: bracket, 32: position detecting rod, 33: slide position sensor, 34: auxiliary frame, 35: bolt, 3 ... contact member, 45 ... servo amplifier.

Claims

電動サーボモータ（２１）で、クランク軸やエキセン軸などの偏心軸による回転機構、または回転駆動とリンク機構を介してスライド（３）を駆動する電動サーボプレスの機械保護方法において、
スライド（３）の下死点近傍で、スライド加圧力が所定値を超えないように、前記電動サーボモータ（２１）の出力トルクを制御する
ことを特徴とする電動サーボプレスの機械保護方法。In a mechanical protection method for an electric servo press in which an electric servomotor (21) drives a slide (3) via a rotary mechanism using an eccentric shaft such as a crankshaft or an eccentric shaft, or a rotary drive and a link mechanism,
A mechanical protection method for an electric servo press, characterized by controlling an output torque of said electric servo motor (21) such that a slide pressure does not exceed a predetermined value near a bottom dead center of the slide (3).