JP3313144B2 - サーボモータ駆動方式プレス機械の駆動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータ駆動方式
プレス機械の駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のサーボモータ駆動方式プレス機械
を図２に示す。同図において、５はボールねじ等から形
成されたねじ軸で、上型２を取付けたスライド１をＹ方
向に往復移動する。このねじ軸５は、サーボモータ７で
回転駆動される。なお、３はボルスタ４に取付けられた
下型、６はギヤ等を含む運動変換機構、８はサーボモー
タ７の回転角度つまり位置信号θｆを検出するもので、
例えばパルスジェネレータから形成されている。

【０００３】かかるプレス機械の場合、サーボモータ７
で発生させなければならないトルクは、図３（Ｂ）に示
すように、プレス機械を駆動するために必要とする機械
駆動トルク成分とプレス成形に要する成形トルク成分と
の合成トルクとなる。すなわち、プレス機械のスライド
１，ねじ軸５等の重量，各種ガイドとの摩擦抵抗等の機
械諸元は決まっているので、機械駆動トルク成分は一時
的変動を除きサーボモータ７の回転速度が同（Ａ）に示
すように一定の間（時刻ｔ２〜ｔ５）は一定となり、時
刻ｔ１〜ｔ２間の加速時には増大し、かつ時刻ｔ５〜ｔ
６間の減速時には減少する。ここに、時刻ｔ３〜ｔ４の
間は、両金型２，３によってプレス成形するので、機械
駆動トルク成分に成形トルク成分が重畳されるわけであ
る。なお、以上のようなプレス機械としては、例えば、
特開平２−２２４８９８号、同２６２８８４号公報が挙
げられる。

【０００４】かくして、このようなサーボモータ駆動方
式プレス機械の駆動制御装置は、機械駆動トルク成分に
対して成形トルク成分が非常に大きいことから、図４に
示す如く、制御回路１０に位置指令信号θに基づく第１
目標トルク信号Ｔ１と成形トルク信号Ｔｐｔに基づく第
２目標トルク信号Ｔ２とを図３に示す適時に切替えて入
力し、サーボモータ７を回転制御しつつねじ軸５を回転
駆動してスライド１を往復移動するものと構成されてい
る。

【０００５】図４において、制御回路１０は、種々に形
成されるが図４の場合には、信号発生器１１，１３、ト
ルク制御部１２，インバータ１４，電流−トルク変換部
１５とからなり、この例では電流信号Ｉとトルク信号Ｔ
ｆとをそれぞれにフィードバックするマイナーループが
形成され、サーボモータ７を回転制御する。この制御回
路１０には、切替器１６を介して位置指令系と成形トル
ク指令系とが切替接続される。

【０００６】まず、位置指令系は、位置指令信号発生器
２０と、位置指令信号θと位置検出手段たるパルスジェ
ネレータ８で検出されたサーボモータ７の位置（角度）
信号θｆとを比較して速度信号Ｖを生成する比較器２１
と、この速度信号Ｖと位置信号θｆを微分回路２３を介
して生成した速度フィードバック信号Ｖｆとを比較して
第１目標トルク信号Ｔ１を生成する比較器２２とからな
る。

【０００７】一方、成形トルク指令系は、成形トルク指
令信号発生器３０と、成形トルク指令信号Ｔｐｔとトル
クフィードバック信号Ｔｐｆとを入力としかつ比較して
第２目標トルク信号Ｔ２を生成する比較器３１とからな
る。したがって、図３の時刻ｔ３〜ｔ４間の成形時に
は、切替器１６を図４で点線で示すように自動切替し
て、成形トルク指令系つまり第２目標トルク信号Ｔ２を
制御回路１０に入力するものとされている。

【０００８】ところで、機械駆動トルク成分は、加速時
と減速時に変化し、かつモータ速度が一定の間（時刻ｔ
２〜ｔ３およびｔ４〜ｔ５）も小さく変動するが、位置
指令信号発生器２０からの位置指令信号θとパルスジェ
ネレータ８からの位置信号θｆをフィードバック信号と
して用いればスムースに制御できる。

【０００９】しかし、時刻ｔ３〜ｔ４間の成形時には、
サーボモータ７で発生するトルクは、大きな成形トルク
成分と変動する機械駆動トルク成分であるから、位置信
号θｆのみをフィードバック信号としていたのでは、ス
ムースな制御ができない。

【００１０】そこで、比較器３１において成形トルク指
令信号Ｔｐｔと比較するフィードバック信号を、トルク
フィードバック信号Ｔｐｆとするように工夫されてい
る。このトルクフィードバック信号Ｔｐｆは、例えばプ
レスフレーム，コラムに取付けた歪ゲージや油圧室に取
付けた油圧検出器等からなるトルク要因検出部４０と、
この検出器４０からの出力信号Ｐをトルクフィードバッ
ク信号Ｔｐｆに変換する信号変換回路４１とからなるト
ルクフィードバック信号発生器を設けているのが、一般
的である。

【００１１】すなわち、実際の成形トルクそのものを検
出してフィードバックするこの考え方は、成形トルク成
分（Ｔｐｆ）を検出して成形トルク指令信号Ｔｐｆと比
較すれば、機械駆動トルク成分の変動を飲込んだ第２目
標トルク信号Ｔ２を生成できるとするものである。なぜ
ならば、合成トルクのうち機械駆動トルク成分が変動す
れば成形トルク成分がその変動分だけ変化するという技
術的根拠に基づく。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この考え方は正しく、
機械駆動トルク成分と所定の成形トルク成分とを確保し
つつプレス成形できる。しかし、トルク要因検出部４０
は、プレスフレーム等に取付けなければならないので工
事が難しくコスト的負担も大きい。しかも、成形トルク
成分を間接的に検出することから応答性が低く時間遅れ
が大きいという問題がある。ここに高速化とコスト低減
が一段と強く求められるに至り上記問題の解決が重要課
題となって来た。

【００１３】本発明の目的は、プレス機械全体の高速
化，コスト低減を図れ、かつ取扱容易で適用性の広いサ
ーボモータ駆動方式プレス機械の駆動制御装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、プレス機械の
構造が決まっていれば、このプレス機械を駆動するため
に必要とする機械駆動トルクはサーボモータの加速度に
よってその値が変化することに着目し、成形トルク指令
信号は論理的または実務的な成形トルクに係るものと
し、加速度によって変化する機械駆動トルクについては
予め記憶させた機械諸元と現在の加速度とから推定算出
し、この機械駆動トルクの変動を補正した第２目標トル
ク信号を生成し、成形時にはこれを制御回路に入力する
ように構成し、前記目的を達成するものである。

【００１５】すなわち、本発明に係るサーボモータ駆動
方式プレス機械の駆動制御装置は、トルク制御部を含む
制御回路に位置指令信号に基づく第１目標トルク信号と
成形トルク指令信号に基づく第２目標トルク信号とを適
時に切替えて入力し、サーボモータを回転制御しつつね
じ軸を回転駆動してスライドを往復移動させるように形
成されたサーボモータ駆動方式プレス機械の駆動制御装
置において、機械諸元を記憶する諸元記憶手段と、前記
サーボモータの回転中の加速度を検出する加速度検出手
段と、記憶された機械諸元と検出された加速度とから当
該時におけるプレス機械を駆動するに必要とする機械駆
動トルク値を算出しかつ当該機械駆動トルク値信号を出
力する機械駆動トルク値算出手段と、成形トルク指令信
号と機械駆動トルク値信号とを加算して前記第２目標ト
ルク信号を求める加算器と、を設けたことを特徴とす
る。

【００１６】

【作用】上記構成による本発明では、成形時に制御回路
へ入力される第２目標トルク信号は、成形トルク指令信
号と現在の機械駆動トルク信号とを加算して求められ
る。すなわち、加速度検出手段がサーボモータの加速度
を検出する。すると、機械駆動トルク値算出手段が、そ
の加速度と予め記憶された機械諸元とから当該時におけ
る機械駆動トルク値を算出する。引続き、加算器は成形
トルク指令信号と算出された現在の機械駆動トルク値信
号とを加算して、第２目標トルク信号を生成出力する。
つまり、加速度によって変化する機械駆動トルクの変動
を即刻的に補正できる。よって、取扱困難で高価なトル
ク要因検出部を一掃しても、サーボモータに現在の機械
駆動トルクと成形トルクとの合成トルクを正確かつ円滑
に発生させることができ、かつ高応答のもとに安定した
プレス成形ができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１を参照して説明
する。本サーボモータ駆動方式プレス機械の駆動制御装
置は、図１に示す如く、プレス機械（１，５，７，…）
と制御回路１０と位置指令系（２０，２１，２２，２
３）と切替器１６とは従来例（図４）の場合と同じとさ
れているが、諸元記憶手段５１と加速度検出手段（８，
５３）と機械駆動トルク値算出手段５２と加算器３２と
を設け、プレス機械自体から実際の成形トルクを検出す
る従来トルク要因検出部〔４０〕等を一掃しつつ加速度
（α）によって変化する現在機械駆動トルク（Ｔｍ）の
変動を補正しかつ高応答で正確なプレス成形をできるよ
うに構成されている。

【００１８】なお、構成要素のうち従来例（図４）と共
通するものについては、その説明を簡略または省略す
る。

【００１９】図１において、加速度検出手段は、サーボ
モータ７に連結されたパルスジェネレータ８と２階微分
回路５３とから形成されている。また、成形トルク指令
信号発生器３０は、プレス成形に必要とする成形トルク
成分についての成形トルク信号Ｔｐｏを発生する。因み
に、従来の成形トルク信号Ｔｐｔは、機械駆動トルク成
分を飲込んだ合成トルクとして設定されているものと理
解される。

【００２０】ここに、諸元記憶手段５１は、プレス機械
の構成（１，２，５，６，７，…）の重量，イナーシ
ャ，摩擦係数等の機械諸元Ｄを記憶するものである。つ
まり、プレス機械を駆動させるために必要とするトルク
の大きさを左右する要因を記憶するものである。また、
機械諸元Ｄは、ねじ軸５の回転速度やスライド１の移動
速度を代表するサーボモータ７の加速度αによってその
値が変わる。

【００２１】したがって、機械諸元Ｄは、加速度α別に
よるプレス機械全体の起動トルク，定常トルク，制動ト
ルク，摩擦トルクとして記憶させておいてもよい。ま
た、その記憶態様は加速度αと機械諸元Ｄの大きさとを
マトリックステーブルとして記憶させても、あるいは加
速度αを変数として総トルクつまり機械駆動トルク（Ｔ
ｍ）を求める函数ｆ〔例えばＴｍ＝ｆ（α・Ｄ）〕とし
て記憶させておいてもよい。

【００２２】次に、機械駆動トルク値算出手段５２は、
加速度検出手段（８，５３）から入力された当該時にお
ける実際の加速度αと、記憶された機械諸元Ｄとから、
当該時（現圧）の機械駆動トルクＴｍを算出する手段で
ある。したがって、この機械駆動トルク値算出手段５２
と諸元記憶手段５１とは一体的に形成することができ
る。要は、加速度αを入力として機械駆動トルクＴｍを
算出できればよいからである。その意味において実際装
置の構築上は、一体化手段（５１，５２）にさらに加速
度演算機能（５３）をも付加すれば、位置信号θｆを入
力すればよいことになること明白である。

【００２３】次に、この実施例の作用を説明する。ま
ず、切替器１６を、図１で実線で示すように切替えて、
位置指定系を制御回路１０に接続する。

【００２４】すると、位置指令信号発生器２０から位置
指令信号θが発生され、かつ比較器２２には微分回路２
３から速度フィードバック信号Ｖｆが入力される。した
がって、第１目標トルク信号Ｔ１が制御回路１０へ入力
されるから、サーボモータ７は図３に示す時刻ｔ１〜ｔ
２の間は起動時の機械駆動トルク成分をまかなうトルク
を発生しつつ加速され、時刻ｔ２〜ｔ３の間は一定速度
で回転され一定の機械駆動トルク成分相当のトルクを発
生する。なお、時刻ｔ４〜ｔ５の場合も同様である。ま
た、時刻ｔ５〜ｔ６の間は減速である。

【００２５】ここに、時刻ｔ３になると、切替器１６が
図１で点線で示すように成形トルク指令系を制御回路１
０に切替接続する。第２目標トルク信号Ｔ２が入力され
る。つまり、加算器３２には、成形トルク指令信号発生
器３０からプレス成形に必要な成形トルク成分相当のト
ルクを発生させるための成形トルク信号Ｔｐｏと、機械
駆動トルク値算出手段５２で現在の加速度αと機械諸元
Ｄとを用いて算出された械駆動トルク値信号Ｔｍとが入
力され、第２目標トルク信号Ｔ２が加算生成される。

【００２６】換言すれば、成形トルク（Ｔｐｏ）に現在
の機械駆動トルク（Ｔｍ）を加算して実際に要するトル
ク（Ｔ２）を発生させる。この意味において、諸元記憶
手段５１と機械駆動トルク値算出手段５２と加速度検出
手段（８，５３）とは、成形中に変動する機械駆動トル
ク（Ｔｍ）成分を補正する自動補正制御手段５０を形成
すると理解される。

【００２７】したがって、サーボモータ７は、成形時に
もその機械駆動トルクＴｍと成形トルクＴｐｏとを発生
しつつ図３に見られるように一定の速度で回転され、ス
ライド１を安定して移動できる。

【００２８】しかして、この実施例によれば、諸元記憶
手段５１と加速度検出手段（８，５３）と機械駆動トル
ク値算出手段５２と加算器３２とを設け、成形トルク指
令信号発生器３０からの成形トルク指令信号Ｔｐｏに現
在の機械駆動トルク信号Ｔｍを加算して機械駆動トルク
成分を補正した第２目標トルク信号Ｔ２を生成し、プレ
ス成形時にはこの第２目標トルク信号Ｔ２を制御回路１
０に切替入力する構成とされているので、従来例のよう
に実際のプレストルクを検出するトルク要因検出部（４
０）等を一掃しつつプレス機械全体の高速化とコスト低
減を図れ、かつ取扱容易で適用性の広いサーボモータ駆
動方式プレス機械の駆動制御装置を確立できる。

【００２９】また、成形トルク指令信号発生器３０から
は、プレス成形に必要とする成形トルク指令信号Ｔｐｏ
を発生させればよいので、正確な信号（Ｔｐｏ）をセッ
トできこの点からもコスト低減が図れ一段と取扱が簡単
である。

【００３０】また、諸元記憶手段５１に当該プレス機械
の各諸元を記憶させるだけでよいから、適用性が広い。

【００３１】さらに、加速度検出手段（８，５３）は、
既設の位置検出手段８からの位置信号θｆを２階微分し
て検出するものとされているので、設備的負担が小さ
い。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、諸元記憶手段と加速度
検出手段と機械駆動トルク値算出手段と加算器とを設
け、成形トルク指令信号発生器からの成形トルク指令信
号に現在の機械駆動トルク信号を加算して機械駆動トル
ク成分を補正した第２目標トルク信号を生成し、プレス
成形時にはこの第２目標トルク信号を制御回路に切替入
力する構成とされているので、従来例のように実際のプ
レストルクを検出するトルク要因検出部等を一掃しつつ
プレス機械全体の高速化とコスト低減を図れ、かつ取扱
容易で適用性の広いサーボモータ駆動方式プレス機械の
駆動制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】本発明および従来例のプレス機械構造を説明す
るための図である。

【図３】本発明および従来例のモータ速度とモータトル
クとの関係を説明するための図である。

【図４】従来例を説明するための回路図である。

【符号の説明】

１ スライド ２ 上型 ４ ボルスタ ５ ねじ軸 ７ サーボモータ ８ パルスジェネレータ（加速度検出手段） １０ 制御回路 １２ トルク制御部 １４ インバータ １５ 電流−トルク変換部 １６ 切替器 ２０ 位置指令信号発生器 ２１，２２ 比較器 ２３ 微分回路 ３０ 成形トルク指令信号発生器 ３１ 比較器 ３２ 加算器 ４０ トルク要因検出部 ４１ 信号変換回路 ５０ 自動補正制御手段 ５１ 諸元記憶手段 ５２ 機械駆動トルク値算出手段 ５３ ２階微分回路（加速度検出手段） Ｄ 機械諸元 Ｔ１ 第１目標トルク信号 Ｔ２ 第２目標トルク信号 Ｔｍ 機械駆動トルク値信号 Ｔｐｏ 成形トルク指令信号

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B30B 15/14 B30B 1/18 B30B 15/26 H02P 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク制御部（１２）を含む制御回路
   （１０）に位置指令信号に基づく第１目標トルク信号
   （Ｔ１）と成形トルク指令信号に基づく第２目標トルク
   信号（Ｔ２）とを適時に切替えて入力し、サーボモータ
   （７）を回転制御しつつねじ軸（５）を回転駆動してス
   ライド（１）を往復移動させるように形成されたサーボ
   モータ駆動方式プレス機械の駆動制御装置において、 機械諸元（Ｄ）を記憶する諸元記憶手段（５１）と、 前記サーボモータ（７）の回転中の加速度（α）を検出
   する加速度検出手段（８，５３）と、 記憶された機械諸元（Ｄ）と検出された加速度（α）と
   から当該時におけるプレス機械を駆動するに必要とする
   機械駆動トルク値を算出しかつ当該機械駆動トルク値信
   号（Ｔｍ）を出力する機械駆動トルク値算出手段（５
   ２）と、 成形トルク指令信号（Ｔｐｏ）と機械駆動トルク値信号
   （Ｔｍ）とを加算して前記第２目標トルク信号（Ｔ２）
   を求める加算器（３２）と、 を設けたことを特徴とするサーボモータ駆動方式プレス
   機械の駆動制御装置。