JP2008173689A - 電動プレス加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレス加工の一サイクルを短縮化する。
【解決手段】 支柱３を摺動するスライダ５、ＡＣサーボモータ９によって駆動されるボールねじ軸１１を介し、スライダ５を上下動させる回転部を備えた連結機構３０、クラウン２とボールねじ軸１１とを固定するため、歯車片とボールねじ軸１１に固定の歯車との噛み合わせとその離脱とを行わせるロック機構１６、連結機構３０の回転部の正逆回転と当該回転部の正逆回転を介しスライダ５を上下動させ、さらにスライダ５と連結機構３０の回転部との固定が可能なＡＣサーボモータ２８、ベッドに設置された下型、スライダ５の下面に設置された上型の位置を検出するパルススケール２１、及びパルススケール２１の位置検出信号を基に、非プレス期間は上型７を急速に降下・上昇させ、プレス期間ではロック機構１６のロック動作の下で上型を減速降下させて被加工物をプレスする制御を行わせる制御装置３１を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動プレス加工機、特に往復運動をするスライダの下端に取り付けられた上型とベッドに取り付けられた下型とで、モータを駆動源にしてプレス加工する電動プレス加工機において、上限待機位置にある上型が降下し下型に載置された被加工物と接触するまでの間あるいは接触する直前までの間、及び上型が下限位置から上昇し上限待機位置に戻るまでの間の各時間を高速で上型を移動させ、プレスの一工程（サイクル）を短縮化するようにした電動プレス加工機に関するものである。

従来、モータを駆動源にしてプレス加工する電動プレス加工機は、被加工物をプレス加工する上型の速度に合わせ、被加工物をプレス加工しない工程においても上型が被加工物をプレス加工する際の一定速度で往復運動させていた。またこの点を解決しようとする特許出願も行われている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）が、具体化に当たっては、なお解決すべき問題があった。
特開２００１−６２５９７号公報 特開２００１−７１１９４号公報 特許第３０５１８４１号

従来のように被加工物をプレス加工しない工程も、被加工物をプレス加工する際の上型の速度に合わせ、プレスの一工程を行っているため、プレスの一工程に時間が掛かる欠点があり、この点を解決するに当って、サーボモータを用いる電動プレス加工機においてはねじ軸をロックするなどの必要があることが分かった。

本発明は、上記の欠点を解決することを目的としており、被加工物をプレス加工しない工程の非プレス期間では上型を高速移動させるようにして、プレス加工の一工程に要する時間を短縮化することができる電動プレス加工機を提供することを目的としている。

そのため本発明の電動プレス加工機は、ベッドとクラウンと複数の支柱とで形成された枠体と、下端面に上型が取り付けられると共に支柱を自在に摺動するスライダと、クラウンに設けられた第１のモータによって正回転・逆回転駆動されるねじ軸を介し、スライダを上下動させる回転部を備えた連結機構と、クラウンとロック用の歯車が固着されてなるねじ軸とを固定するロック機構と、スライダに設けられ、連結機構の回転部を正回転・逆回転させると共に、連結機構の回転部の正回転・逆回転を介しスライダを上下動させ、さらにスライダと連結機構の回転部との固定が可能な第２のモータと、上型に対応する位置にベッドに対応して設置された下型と、上型と下型に載置された被加工物との接触位置を検出すると共に、上型の上限待機位置及び下限降下位置を検出する位置検出器と、位置検出器が検出する位置信号を基に、上型が下型に載置された被加工物と接触する直前の時点までは、少なくとも第１のモータによるねじ軸の回転を介して上型を急速に降下させ、第１のモータの停止後直ちにロック機構を介してクラウンとねじ軸とを固定させ、上型が被加工物と接触した時点あるいは接触する直前の時点から上型が予め定められた下限降下位置まで降下する時点までは、上型の降下を、クラウンとねじ軸との固定の下で連結機構の回転によるスライダを介して減速し、クラウンとねじ軸との固定の下で第２のモータのトルク付加モードで上型が下型に載置された被加工物を押圧する制御を行わせ、上型が下限降下位置に到達後は、スライダとねじ軸との固定開放の下でスライダを介して上型を急速に上昇させる制御装置とを備えると共に、上記ロック機構は、ロック用の歯車との噛み合う少なくとも２個の歯を有する歯車片と、歯車片側に歯車片とロック用の歯車との噛み合せとその離脱とを行わせる機構を備えた噛み合わせ着脱駆動装置を備えたことを特徴としている。

被加工物をプレス加工しない非プレス期間では上型が高速降下・上昇の高速移動をするので、プレス加工の一工程（サイクル）に要する時間を短縮化することができると共に、ロック機構によりプレス加工の精度、効率を向上させることができる。なお、ロック機構を働かせるに当っては、歯車片と歯車との結合に当って、ねじ軸が非所望に回動されることが少ないように（又は微小の制御にとどまるように）配慮される。

図１、図２は本発明に係る電動プレス加工機の一実施例概略説明図の一部をそれぞれ示しており、図１の図の右端と図２の図の左端とが連結されて本発明に係る電動プレス加工機の全体図が示されるようになっている。

図１、図２において、ベッド１とクラウン２と複数の支柱３とで形成された枠体４の内部には、スライダ５が設けられ、スライダ５の四隅に、支柱３と係合し支柱３の軸方向にスライダ５が自在に摺動する摺動穴がそれぞれ設けられている。

クラウン２の上面には、例えば２つ又は４つなど複数個の取り付け台６が設けられており、各取り付け台６には、減速機８を介して（当該減速機８は省略してもよい）エンコーダを内蔵したＡＣサーボモータ（第１のモータ）９が取り付けられている。

以下に説明する上記複数個の取り付け台６に取り付けられた各ＡＣサーボモータ９に関連する構成・構成部品は全く同じものであるので、その１つについて説明することにする。

クラウン２の上面に取り付けられた取り付け台６を貫通したＡＣサーボモータ９の出力軸１０は、ボールねじ軸１１の先端部にカップリング１２を介して連結されている。クラウン２に設けられた孔１３には、ベアリングホルダ１４を介してボールねじ軸１１に嵌め込まれたベアリング１５が取り付けられ、ＡＣサーボモータ９によって駆動されるボールねじ軸１１が回転自在にクラウン２に取り付けられている。

クラウン２にはロック機構１６が設けられている。このロック機構１６については後の図３で詳しく説明するが、当該ロック機構１６が働くと、ボールねじ軸１１がクラウン２に固定され、ボールねじ軸１１とクラウン２とが一体化し、ボールねじ軸１１が回転することができないようになっている。

スライダ５の上面には内部が中空１７の支持体１８が固着されている。この支持体１８の中空１７には、スライダ５に設けられた孔１９と共に中央にボールねじ軸１１を自在に回転させるに足る孔２３を有し、上下２つのスラスト荷重用のベアリング２４、２５でボールねじ軸１１を中心軸として回転自在に設けられたウォームホイール２６と、ウォームホイール２６に噛み合うウォーム２７が固定されたエンコーダ内蔵のＡＣサーボモータ（第２のモータ）２８とが設けられている。ウォームホイール２６の上部には、ボールねじ軸１１と螺合する、内部にボールとナット部材を備えたボールねじ機構２９が支持体１８の天井部に対し回転自在に突出する形態で固定されている。

ＡＣサーボモータ２８が停止していると、ＡＣサーボモータ２８の出力軸に固定されたウォーム２７とウォームホイール２６との噛み合いで、当該ウォームホイール２６の上部に固定されたボールねじ機構２９は、スライダ５と一体化するので、ＡＣサーボモータ９の正回転・逆回転によりボールねじ軸１１が駆動され、ボールねじ軸１１に螺合されているボールねじ機構２９、ウォームホイール２６、２つのベアリング２４、２５、支持体１８などで構成される連結機構３０を介してスライダ５が上昇或いは降下し、ＡＣサーボモータ９の回転制御でスライダ５を往復運動させることができる。

また、ロック機構１６が作動し、ボールねじ軸１１がクラウン２と一体化した状態の下で、ＡＣサーボモータ２８が正回転・逆回転すると、ウォームホイール２６とボールねじ機構２９とで構成される回転部が、静止状態にあるボールねじ軸１１を介して回転し、スライダ５を上昇或いは降下させる。すなわちＡＣサーボモータ２８の回転制御でスライダ５を往復運動させることができる。

なお、スライダ５の下端面には上型７が取り付けられ、またベッド１にはこの上型７に対応する位置に下型２０が設けられている。そしてベッド１とクラウン２との間に、スライダ５の位置を検出するパルススケール２１が４つの支柱３に沿ってそれぞれ取り付けられ、上型７と下型２０に載置された被加工物２２との接触位置を検出すると共に、上型７の上限待機位置及び下限降下位置を検出するようになっている。

ＡＣサーボモータ９の停止後、ロック機構１６をロックしてボールねじ軸１１をクラウン２に固定させるのは、上型７が下型２０に載置された被加工物２２をプレスする際に生じる反力で、スライダ５を上向きに移動させようとする働きによりボールねじ軸１１を回転をさせようとするが、上記説明のボールねじ軸１１とクラウン２との一体化により、ボールねじ軸１１はその回転が阻止されるので、スライダ５は上向きに移動することはなく、スライダ５の上向きへの移動を阻止させるためである。つまり上型７は被加工物２２に所定のプレス荷重を付与することができる。

各ＡＣサーボモータ９及び２８の各回転を制御し、そしてボールねじ軸１１をクラウン２に固定させ或いはその解除をさせるロック機構１６を制御する制御装置３１は、予め各種の設定値が入力されるようになっている他、スライダ５の位置検出をするための、すなわち上型７の位置検出をするためのパルススケール２１が検出する位置信号を基に、上限待機位置にある上型７が、下型２０に載置された被加工物２２と接触する直前の時点までは、ＡＣサーボモータ９によるボールねじ軸１１の回転及びＡＣサーボモータ２８による連結機構３０の上記回転部の回転を介して上型７を急速に降下させ、ＡＣサーボモータ９の停止後、直ちにロック機構１６をロックさせてクラウン２とボールねじ軸１１とを固定させ、上型７が被加工物２２と接触した時点あるいは接触する直前の時点から上型７が予め定められた下限降下位置（図２の上型７の想像線位置（７））まで降下する時点までは、上型７の降下を、クラウン２とボールねじ軸１１との固定の下で連結機構３０の回転部の回転によるスライダ５を介して上記の急速降下速度に対して減速し、クラウン２とボールねじ軸１１との固定の下でＡＣサーボモータ２８のトルク付加モードで上型７が下型２０に載置された被加工物２２を押圧し、被加工物２２を所定の形状にプレス加工を行う制御を行わせ、上型７が下限降下位置に到達後は、ロック機構１６のロックを解除し、クラウン２とボールねじ軸１１との固定開放の下でＡＣサーボモータ９と２８とによるスライダ５を介して上型７を元の上限待機位置まで急速に上昇させる制御を行わせるようになっている。

図３は図１に用いられているロック機構の一実施例構成図を示している。

図３に示されたロック機構１６は、ボールねじ軸１１に固着される歯車３９とクラウン２に固定のソレノイド４０のプランジャに取り付けられた歯車片４１とによって構成される。

ソレノイド４０のコイルに通電すると、ソレノイド４０のプランジャに取り付けられた歯車片４１が飛び出して歯車３９と噛み合う。ソレノイド４０はクラウン２に取り付けられているので、ボールねじ軸１１がソレノイド４０を介してクラウン２と一体化される。

ソレノイド４０のプランジャに取り付けられた歯車片４１は、ソレノイド４０への通電を切ることによりその内部に設けられたバネの弾性力で、飛び出した歯車片４１が後退してボールねじ軸１１に固着された歯車３９との噛み合いが外れ、ボールねじ軸１１とクラウン２との一体化が開放される。

なお、ソレノイド４０に替え空気圧シリンダを用いて歯車片４１を駆動するようにしてもよく、また下型２０に載置された被加工物２２と上型７との接触位置を検出すると共に、上型７の上限待機位置及び下限降下位置を検出する位置検出器として、パルススケール２１が示されているが、位置検出ができ制御装置３１へその検出信号を送出できるものであれば、他の電子式或いは機械式いずれの位置検出器でも使用することができる。

そして、ロック機構１６をロックさせてクラウン２とボールねじ軸１１とを固定させた下で、ＡＣサーボモータ２８の回転でウォームホイール２６を極僅か回転させ、ボールねじ機構２９をボールねじ軸方向に微小距離移動させることにより、ボールねじ軸１１とボールねじ機構２９との噛み合わせ位置関係を変えることができ、ボールねじ機構２９を構成するボールとボール溝との線接触又は点接触で係合することから生じるボールやボール溝の局部的な磨耗を回避することができる。

このように構成された本発明に係る電動プレス加工機の動作を、図４の一実施例サイクル線図を用いて説明する。

図４の縦軸は上から順に上型７、ＡＣサーボモータ９、ロック機構１６、ＡＣサーボモータ２８の各動作、横軸は時間をそれぞれ表しており、一番上の実線は上型７の軌跡を示している。なおＡＣサーボモータ９やＡＣサーボモータ２８に対応する図の部分で、「正回転」として示している部分の基準線からの高さと、「逆回転」として示されている部分の基準線からの高さは同じである。

時間軸のＴ０は、ＡＣサーボモータ９、ロック機構１６、ＡＣサーボモータ２８がそれぞれオフ状態、上型７が上限待機位置にある状態のサイクル開始時点を表している。

時間Ｔ１〜Ｔ２は、ＡＣサーボモータ９と２８とが正回転の通電がなされスライダ５が降下を開始し、ＡＣサーボモータ９と２８との両者による上型７の下降期間（高速アプローチ期間）を表している。

この時間軸のＴ２においては、上型７が下型２０に載置された平板の被加工物２２の表面と接触する時点を表すと共にＡＣサーボモータ９の回転停止、その直後のロック機構１６の作動でボールねじ軸１１とクラウン２との一体化及びＡＣサーボモータ２８の正回転の通電が引続きなされ、少なくともこの時点でトルク付加モードとなっている状態の下で、ＡＣサーボモータ２８だけによるスライダ５の降下を開始する時点を表す。

すなわち時間Ｔ１〜Ｔ２は、上型７の上限待機位置から下型２０に載置された被加工物２２に接触するまでの非プレス期間で、ＡＣサーボモータ９と２８との急速なボールねじ軸１１の回転と連結機構３０の回転部の急速な回転とにより上型７を急速に降下させている。

そして時間Ｔ２〜Ｔ３は、ＡＣサーボモータ９のトルク付加モードでスライダ５を介して上型７が下型２０に載置された被加工物２２をプレス加工するプレス期間（加圧ストローク期間）を表している。

この時間軸のＴ３においては、上型７の予め定められた下限降下位置到達時点を表すと共に、その直後ロック機構１６の解除でボールねじ軸１１とクラウン２との一体化の開放及びＡＣサーボモータ９と２８との逆回転の通電がなされることを表す。

また時間Ｔ３〜Ｔ４は、ボールねじ軸１１とクラウン２との一体化の開放の下で、ＡＣサーボモータ９と２８との両者の逆回転によりスライダ５が上昇し、上型７が下限降下位置から急速に上昇して上限待機位置に復帰する上昇期間（高速リターン期間）を表わしている。

この時間軸のＴ４においては、ＡＣサーボモータ９の逆回転が停止し、スライダ５が下降開始時点の元の位置に復帰し、上型７の上限待機位置到達時点を表す。なおＡＣサーボモータ２８は時間軸のＴ４に至る以前にその逆回転が停止し、ボールねじ機構２９とボールねじ軸１１との元の位置関係、すなわち上型７が上限待機位置にある状態のサイクル開始時点での位置に復帰し終っている。

時間軸のＴ５は一サイクル完了時点をそれぞれ表している。このようにして時間Ｔ１〜Ｔ２と時間Ｔ３〜Ｔ４との非プレス期間においては、上型７を急速に降下・上昇させることにより、プレス加工の一工程（サイクル）に要する時間を短縮化させている。

なお、上記説明ではＡＣサーボモータ９の正回転を時間軸のＴ１で開始するようにしているが、時間軸のＴ２直前で開始するようにしてもよい。

図５は本発明に係る電動プレス加工機の上型の移動機構部の他の実施例説明図である。

図５において、図１と同じものは同一の符号が付され、基本的に図１と同じ構成になっており、図１のものと異なるところは、差動機構付ボールねじ機構３２が用いられている点である。

すなわち差動機構付ボールねじ機構３２は、ボールねじ機構３３とボール軸受位置調整手段３４とに分離されて、当該ボール軸受位置調整手段３４がスライダ５とベース盤３５との間に設けられており、そしてボールねじ機構３３のナット部材３６の内部構造も異なっている。

ボールねじ機構３３のナット部材３６の内部構造において、図５図示の如く、ボールねじ軸１１のボール溝に配置されたボールは、ボールねじ軸１１の回転によってその下方のボール溝から上方のボール溝に循環されるようになっており、このボールの循環により当該ボールの局部的な集中的磨耗に対する回避が行われる。

また、ボール軸受位置調整手段３４がスライダ５とベース盤３５との間に設けられているので、ねじ部３７を回すことにより、差動部材３８が図面左右方向に移動する。従って支持体１８を取り付けているベース盤３５を介しボールねじ機構３３のナット部材３６が垂直方向に微小距離移動する。これによりプレス加工の荷重時にボールねじ機構３３のナット部材３６におけるボール溝は、ボールねじ軸１１のボール溝に配置されたボールとの当接する位置が変化し、すなわちプレス加工の荷重時におけるボールねじ機構３３のナット部材３６におけるボール溝がボールに当接する位置が変わり、毎回毎回同一位置にボールが当接する図１のものに比べ、ボールねじ機構３３のナット部材３６の耐久性が確保される。

本発明に係る電動プレス加工機の一実施例概略説明図の一部分図である。 本発明に係る電動プレス加工機の一実施例概略説明図の一部分図であり、図１の図の右端と図２の図の左端とが連結されて本発明に係る電動プレス加工機の全体図が示されるようになっている。 図１に用いられているロック機構の一実施例構成図である。 本発明に係る電動プレス加工機の自動運転における一実施例サイクル線図である。 本発明に係る電動プレス加工機の上型の移動機構部の他の実施例説明図である。

符号の説明

１ ベッド
２ クラウン
３ 支柱
４ 枠体
５ スライダ
６ 取り付け台
７ 上型
８ 減速機
９ ＡＣサーボモータ（第１のモータ）
１０ 出力軸
１１ ボールねじ軸
１２ カップリング
１３ 孔
１４ ベアリングホルダ
１５ ベアリング
１６ ロック機構
１７ 中空
１８ 支持体
１９ 孔
２０ 下型
２１ パルススケール
２２ 被加工物
２３ 孔
２４，２５ ベアリング
２６ ウォームホイール
２７ ウォーム
２８ ＡＣサーボモータ（第２のモータ）
２９ ボールねじ機構
３０ 連結機構
３１ 制御装置
３２ 差動機構付ボールねじ機構
３３ ボールねじ機構
３４ ボール軸受位置調整手段
３５ ベース盤
３６ ナット部材
３７ ねじ部
３８ 差動部材
３９ 歯車
４０ ソレノイド
４１ 歯車片

Claims (1)

1. ベッドとクラウンと複数の支柱とで形成された枠体と、
   下端面に上型が取り付けられると共に支柱を自在に摺動するスライダと、
   クラウンに設けられた第１のモータによって正回転・逆回転駆動されるねじ軸を介し、スライダを上下動させる回転部を備えた連結機構と、
   クラウンとロック用の歯車が固着されてなるねじ軸とを固定するロック機構と、
   スライダに設けられ、連結機構の回転部を正回転・逆回転させると共に、連結機構の回転部の正回転・逆回転を介しスライダを上下動させ、さらにスライダと連結機構の回転部との固定が可能な第２のモータと、
   上型に対応する位置にベッドに対応して設置された下型と、
   上型と下型に載置された被加工物との接触位置を検出すると共に、上型の上限待機位置及び下限降下位置を検出する位置検出器と、
   位置検出器が検出する位置信号を基に、上型が下型に載置された被加工物と接触する直前の時点までは、少なくとも第１のモータによるねじ軸の回転を介して上型を急速に降下させ、第１のモータの停止後直ちにロック機構を介してクラウンとねじ軸とを固定させ、上型が被加工物と接触した時点あるいは接触する直前の時点から上型が予め定められた下限降下位置まで降下する時点までは、上型の降下を、クラウンとねじ軸との固定の下で連結機構の回転によるスライダを介して減速し、クラウンとねじ軸との固定の下で第２のモータのトルク付加モードで上型が下型に載置された被加工物を押圧する制御を行わせ、上型が下限降下位置に到達後は、スライダとねじ軸との固定開放の下でスライダを介して上型を急速に上昇させる制御装置とを備えると共に、
   上記ロック機構は、上記ロック用の歯車との噛み合う少なくとも２個の歯を有する歯車片と、歯車片側に歯車片とロック用の歯車との噛み合せとその離脱とを行わせる機構を備えた噛み合わせ着脱駆動装置
   を備えたことを特徴とする電動プレス加工機。

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