JP2833504B2 - 鍛造プレストランスファー装置の位置制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鍛造プレスのトランスフ
ァー装置の機能向上に係る。

【０００２】

【従来の技術】鍛造プレスは従来の単一成形工程の方式
から、大量生産による生産性の飛躍的な向上を目指して
複数の金型をダイホルダー内に並列し、同時に複数の成
形を進行する方式が主体となりつつあり、複数の金型内
へ成形素材を順次供給するトランスファー装置が開発さ
れ実用化されている。トランスファー装置は、必要なタ
イミングで金型内の素材を取り出して次の金型内へ搬入
する作用が基本的な条件であるから、鍛造プレスの両側
にビーム駆動装置を設け、この両者を上下金型間で水平
に結んで架設された２本のビームへ、昇降運動（リフト
運動）、前進後退運動（フィード運動）、開閉運動（ク
ランプ運動）の三方向の運動を組合せて両ビーム間の内
向きに取付けたフィンガー間で素材（ワーク）を掴んで
必要な位置まで移動し、開放するという機能を具えてい
る。

【０００３】トランスファー装置のビームの駆動は前記
フィンガーの三方向の作動を順序正しく繰り返し、鍛造
プレスのラムの作動と同期しなければならないが、鍛造
プレスによる製造工程が多種類に及ぶから成形作業の内
容もすべて変動し、その変動に追随できる位置の制御が
益々精密に要求されることとなる。最新の従来技術によ
るトランスファー装置の制御方法としては、サーボモー
タを使用してＣＰＵの制御下に作動するという方式が採
られている。

【０００４】図２は、この発明の出願人により先に提案
した特開平５−９２２２８号公報から引用したトランス
ファ装置の斜視図である。図２で、鍛造プレス（図示せ
ず）の本体に固定した外フレーム６Ａ内に上下摺動自在
に内フレーム６Ｂが嵌入し、該フレーム６Ｂはリフト用
のサーボモータ５Ａの駆動によってボールねじを介して
昇降する。クランプフレーム７は、この内フレーム６Ｂ
の中でフィード用のサーボモータ５Ｂの駆動によって前
進後退すると共に、自らが装着したクランプ用のサーボ
モータ５Ｃの駆動によって底端に吊支するビーム２を左
右に進退する。すなわち３種のサーボモータの駆動によ
って、それぞれが連結するボールねじを介してビーム２
が三次元的な作動を繰り返す構成となっている。

【０００５】図３は一例として取上げたトランスファー
装置の制御回路図である。入力装置１は、鍛造プレスで
予定している動作パターンをプログラミングしたフロッ
ピーデスクの差込み口１１を有し、各動作パターンの初
期条件が入力される。この入力はＣＰＵ３へ入りＲＡＭ
の各領域に蓄えられると共に、演算処理されて表示装置
ＣＲＴ２１へも部材の位置の軌跡を示す動作曲線として
表示される。各動作を駆動するサーボモータ５は、ＣＰ
Ｕ３の出力信号を受けたパルス発生機４から発生するパ
ルス信号が駆動回路を介してサーボ制御装置（サーボア
ンプ）４１へ出力され、その指令通りに回転する。

【０００６】サーボモータ５の実際の回転数は、パルス
発生のエンコーダを使用したパルス検出器（ＰＧ）４２
からフィードバックパルスとして送り返され、サーボ制
御装置４１へ入力される。ここで入力パルスとフィード
バックパルスを比較して乖離量を演算し再びパルス信号
として作動の指令が出力される。クランプ装置のように
同じ制御が必要な２個のサーボモータ５Ａ、５Ｃの場合
には、２個のサーボ制御装置の間に同期比較器４３を介
装して信号の不一致を検知し、不一致の場合にはＣＰＵ
を介してシーケンサ３１に異常をフィードバックして警
告する。

【０００７】図４は鍛造プレスのラムが上死点に位置す
るクランク軸の回転角度を０度とし、下死点に位置する
クランク軸の回転角度を１８０度とし、この間の移動に
対応したトランスファー装置のビームの三次元的な位置
の移動を角度で示したもので、動作角度−ストローク線
図と呼ばれている。この図は入力装置へプログラミング
を書込んだフロッピーデスクを差込むことによってＣＰ
Ｕで画像処理をしてＣＲＴに表示されるものであり、鍛
造プレス（ラム）のストローク曲線Ｐ、フィード曲線
Ｆ、リフト曲線Ｌ、クランプ曲線Ｃが表示されて、相互
の位置関係が認識できるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図示したように、トラ
ンスファー装置のビームの作動をＣＰＵと結んだパルス
発生機とパルス制御装置によって制御することにより、
鍛造プレスに多数の動作パターンを設定し、製品毎に最
も効率的な生産性をもたらす動作パターンを選択する合
理化が実現する。すなわち、図４のクランプ曲線Ｃが鍛
造プレスのストローク曲線Ｐに最も接近しても、それが
交叉しない限り干渉（衝突）は起こらない筈であるか
ら、極限まで接近させたプログラムを設定することによ
って、他の条件が許すならば鍛造プレスのサイクルをさ
らに縮めて高速運転を求めても、トランスファー装置も
その速度に追随して干渉の起こない挙動を描くから、生
産性の向上を一層高めることに結び付くと考え勝ちであ
るが、実際にはここで大きな問題に直面する。

【０００９】鍛造プレスの作動速度をさらに高めサイク
ルを短縮することは生産性の向上に直結する筈である
が、実際には素材を成形するために加える金属材料の塑
性変形には限界があり、材質個有の成形性の限界以上に
高速成形すれば、製品の割れ不良となって現われる。ま
た、素材を掴み、移動し、離すという作動についてもそ
の速度には機械的な一定の限界がある。生産性を高める
他の手段としては、鍛造プレスの動作とトランスファー
装置の動作間の時間差を干渉を生じない限度で最小に設
定すること、すなわち、ロスタイムを極限まで節減する
ことが考えられる。ところがサーボモータには一般に溜
まりパルスと呼ばれる現象があるので、これに対応する
僅かな時間遅れが存在し、指令値と動作値間に若干の差
が現われることは避けられず、サーボモータの能力が限
度に近づくにつれてこの差が増幅する。

【００１０】図４において、実線で描くクランプ曲線Ｃ
は設定値による軌跡で、入力された当該動作パターンに
おいて演算され表示されたクランプの指令値による軌跡
を示しているが、実際には溜まりパルスの存在のために
生じる時間遅れのために、点線で描く動作値の軌跡とな
って現れる。横軸は時間の経過を鍛造プレスのクランク
軸の回転角度で置換して表示したものであるから、クラ
ンプの位置とラムの位置が最短に接近する角度（図の例
では約１１０°付近または約２５０°付近）における距
離がＳであると表示されていても、実際は約１１０°付
近での距離はｓにしか過ぎず、この距離の如何によって
は、円滑に躱し切る筈のフィンガー先端が、現実にはラ
ム先端（金型）と衝突する危険性が多分に秘められてい
る。

【００１１】このような時間遅れｔは、サーボモータと
作動速度、作動距離などの個別の条件が異なるので一律
には決められないし、個別の鍛造プレスがそれぞれ具え
た特性によっても変動するから、単純な計算だけの制御
によって衝突を解消することはきわめて困難であり、結
局、生産性の向上を断念して遅れ時間ｔを過大に見積
り、相当な余裕をみて干渉の防止を図る他はないという
結論に落着きやすい。

【００１２】時間遅れｔを少なくするためには、サーボ
モータ能力を過大に設定する方法があるが、サーボモー
タの能力を大きくすると経済的な負担が格段に増大する
ので、一般的には必要とする能力を少しだけ上回った機
種を選択して小型化と軽量化が図られている。また、サ
ーボモータにおいて指令値と動作値との乖離を縮め時間
遅れｔを短縮するには、サーボゲインを高めることで可
能である。たとえば、図５はサーボモータへサーボアン
プから作動の指令が出力して、実際の動作となって現れ
るまでの時間的な関係を表示した概念図であり、入力さ
れたプログラムの信号に従って部材が起動し徐々に増速
し所定の速度に達し、さらに徐々に減速して所定のパル
ス位置で停止し、続いて一定時間の経過した後起動する
状態を、移動距離と時間との関係で図示したものであ
る。図の実線（Ａ）はサーボアンプから入力される指令
値の軌跡であり、点線（Ｂ）はサーボゲインが適正であ
るときの動作値の軌跡であり、図４と同様に時間ｔだけ
の時間遅れが発生する。この時間遅れｔを解消するため
にサーボゲインを最高まで高めると、ジグザグ線（Ｃ）
のように実線（Ａ）とほぼ重なり時間遅れｔは殆ど解消
されるが、このような状態はサーボモータが過度に応答
したことに他ならず、微細な回転振動を伴い制御の重大
な障害となる上、装置の故障を誘発する原因となる。

【００１３】特開平４−３３７３１号公報では、同期遅
れの生じた場合は、サーボゲインを高めるワークフィー
ダ制御方法を提案しているが、この従来技術は、フィー
ダの速度指令値または供給電流値の何れもが許容の最大
値を超えるときは、制御信号を修正して偏差を発生して
いるサーボ系の位置ループゲインが大となるように改善
する機能を与えたものである。しかし、この従来技術の
対象は非定常時に生じる時間遅れの解決手段に限られ、
定常運転で常にサーボゲインを最大限まで高めることは
前記のような別の問題を生み出すので、このような手段
が定常時における時間遅れの問題解決にはならず、ロス
タイムを縮小できないという問題は残ったままである。

【００１４】また、特開平２−１０８４９９号公報では
鍛造プレスの作業角度を検出し、該角度に対するフィー
ダの目標運動速度を演算し、この目標運動速度に一致す
るようにサーボモータを駆動するサーボアンプ（サーボ
制御装置）から指令を出すに当り、サーボアンプの遅れ
時間を加味してフィーダの目標運動速度を算出すること
を要旨としている。この従来技術では図６（Ａ）で示す
ように鍛造プレスの作業角度を基準としたフィーダの終
束角度ｘが大きくなるという点を問題として採り上げ、
その解決のために目標となるフィーダの運動速度の曲線
を遅れ時間を加味して先行指令し、同図（Ｂ）のように
最終に位置する終束角度の位置が所定の位置と一致する
ように設定している。しかし、最終的に終束する作動位
置が設定位置と一致しても途中の経過が一致するわけで
はないので、生産性を高めるためにラムの作動軌跡に対
応するフィーダの作動の位置関係を、ギリギリまで縮減
するということに対しては、むしろ不安定な要素となる
懸念あり、問題は以前として残ったままである。

【００１５】本発明は前記の問題を解決するために、ト
ランスファー装置の作動中の経路、特にラムとの最接近
時の位置関係を直接制御し、干渉の限界までロスタイム
を縮小し、鍛造プレスの生産性を極限まで向上するトラ
ンスファー装置の制御方法の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鍛造プレス
のトランスファー装置の位置制御方法は、初期条件を書
き込む入力装置１と、該初期条件を読み出してビーム２
の変位量を演算し対応するパルス発生信号を出力するＣ
ＰＵ３と、パルス発生機４を具え、ビーム２の三次元的
作動を駆動する各サーボモータ５を鍛造プレスの作動と
同期させる鍛造プレストランスファー装置の制御方法で
あって、予め、トランスファー装置を作動させ、昇降運
動、前進後退運動、開閉運動の３方向の指令位置と実際
の動作位置とのずれを確認し、開閉運動によるクランプ
曲線と鍛造プレスのストローク曲線が最も接近する位置
における動作パターン個有の遅れ時間ｔをＣＰＵ３に記
憶させ、実操業に際して入力した初期条件に対応する該
遅れ時間ｔを進角補正する演算を加えて、干渉の限界ま
でロスタイムを縮小した位置制御することによって前記
の課題を解決した。

【００１７】

【作用】予めＣＰＵ３には鍛造プレスの個有の動作曲線
に対応するトランスファー装置の各動作曲線の時間遅れ
が記憶されているから、入力装置へ入力された動作パタ
ーンのうちでも特にクランプ曲線と鍛造プレスのストロ
ーク曲線の最も接近する位置における個有の時間遅れを
進角補正して相殺する演算を行ない、設定値の位置と動
作値の位置とを整合するようにサーボモータの回転を誘
導する。このことにより、鍛造プレスの作動に対応した
トランスファー装置のビームの作動は干渉を生じない限
度で最小のロスタイムとなる位置関係に設定されていて
も、常に安全な位置関係を維持しつつ目的の運動を繰り
返すから、事故回避や安全性を担保しながらもプレス固
有の生産性を最大限まで発揮する作用を併せ行なう。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図１の動作角度−ストロー
ク線図に基づいて説明する。図１においてトランスファ
ー装置のビーム（フィンガー）がラムの昇降作動と最も
干渉しやすいのはクランプ作動であるから、その点に着
目する。Ｐ曲線（ラム作動の軌跡）が上死点（クランク
軸角度０°）からほぼ正弦曲線を描いて下死点（クラン
ク軸角度１８０°）に下降して成形作業を行なうとき、
Ｃ曲線（クランプ作動の軌跡）は９０°付近からワーク
の掴みを解除し始めて１４０°付近ではワークを離し待
機している。成形作業が終了した２２０°付近ではワー
クを掴み始め２７０°では完全にワークを掴んでいる。
Ｐ曲線とＣ曲線とが最も接近するのは、クランプ先端が
ワークを離そうとする瞬間（クランク軸角度で約１１０
°）とワークを掴もうとする瞬間（クランク軸角度で約
２５０°）である。まず、予め、ビームに変位計を取付
けておき、トランスファー装置を駆動させ、フィード、
リフト、クランプの３方向における指令位置と動作位置
を計測しておくことにより遅れ時間ｔを検出しておく。

【００１９】図１のクランク軸角度で約１１０°附近
で、鍛造プレスのラム曲線とクランプ曲線が最も接近す
る。すなわち、ラム先端（金型）とフィンガーが最も接
近することになる。ラム先端（金型）とフィンガーが衝
突しないように、ラム曲線とクランプ曲線の間隔とし
て、必要最小限の値Ｓを設定し、ラム曲線より、このＳ
だけ離れた位置を通る曲線が、クランプ曲線の設定値で
あり動作値であればよい。従来例の場合には、指令値
（設定値）と動作値の間には遅れ時間ｔが発生するの
で、鍛造プレスのラム曲線とクランプ曲線が干渉する恐
れがあったが、今回の発明ではＣＰＵで遅れ時間ｔを進
角補正する演算を行ない、進角補正された指令値がサー
ボモータへ出力されるので、設定値と動作値がほぼ同じ
になり必要最小限の距離Ｓが確保される。当然、もう片
方の鍛造プレスのラム曲線とクランプ曲線の最接近地点
（クランク軸角度で約２５０°附近）においても干渉が
生じないように位置関係を調整した指令値が出される。
さらに、クランクのみ進角補正すると、フィードとリフ
トとのタイミングが異なってしまうので、フィード曲線
とリフト曲線もクランク曲線とタイミングがずれないよ
うに進角補正されることは言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】前記のように本発明では、予め、フィー
ド、リフト、クランプの３方向の指令位置と動作位置を
計測しておくことにより遅れ時間ｔを検出しておき、そ
の時間遅れをＣＰＵに記録させておき、クランプ曲線の
設定値と動作値がほぼ同じになるように進角補正が行な
われ、フィード曲線とリフト曲線もクランプ曲線とタイ
ミングがずれないように進角補正が行なわれる。つま
り、本発明は、始点と終点の位置制御だけではなく、そ
の途中の軌跡、特に最接近するラム曲線とクランプ曲線
の位置関係に着目した輪郭制御を行なうものである。こ
のために、従来の様に鍛造プレスのラム曲線とクランプ
曲線が干渉しないように相当な余裕時間を考慮する必要
がなくなり、工程のサイクルを短縮することができる。
つまり、部材同志の干渉を確実に防止できるとともに、
より一層の生産性向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動作角度−ストローク線図であ
る。

【図２】本発明の実施に使用するトランスファー装置の
斜視図である。

【図３】同装置の制御回路図である。

【図４】従来の動作角度−ストローク線図である。

【図５】従来技術の課題の一つを示す移動時間−移動距
離関係図である。

【図６】従来技術の一例を示す運動速度−時間関係図で
ある。

【符号の説明】

１ 入力装置 ２ ビーム ３ ＣＰＵ ４ パルス発生機 ５ サーボモータ ６ フレーム ７ クランプフレーム 11 フロッピー差込み口 12 キーボード 21 ＣＲＴ 31 シーケンサ 41 サーボ制御装置 42 パルス検出器 43 同期比較器 Ｐ 鍛造プレス（ラム）の動作曲線 Ｆ フィードの動作曲線 Ｌ リフトの動作曲線 Ｃ クランプの動作曲線

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 初期条件を書き込む入力装置１と、該初
   期条件を読み出してビーム２の変位量を演算し対応する
   パルス発生信号を出力するＣＰＵ３と、パルス発生機４
   を具え、ビーム２の三次元的作動を駆動する各サーボモ
   ータ５を鍛造プレスの作動と同期させる鍛造プレストラ
   ンスファー装置の制御方法において、予め、トランスフ
   ァー装置を作動させ、昇降運動、前進後退運動、開閉運
   動の３方向の指令位置と実際の動作位置とのずれを確認
   し、開閉運動によるクランプ曲線と鍛造プレスのストロ
   ーク曲線が最も接近する位置における動作パターン個有
   の遅れ時間ｔをＣＰＵ３に記憶させ、実操業に際して入
   力した初期条件に対応する該遅れ時間ｔを進角補正する
   演算を加えて、干渉の限界までロスタイムを縮小した位
   置制御することを特徴とする鍛造プレストランスファー
   装置の位置制御方法。