JP4323025B2

JP4323025B2 - プレスにおける駆動装置

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Publication number: JP4323025B2
Application number: JP27665199A
Authority: JP
Inventors: 網野　　廣之; 言呂
Original assignee: Amino Corp
Current assignee: Amino Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001096397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属及び非金属材の塑性加工用プレス装置に好適な駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属及び非金属材を塑性加工する場合の手段として一般的にプレス装置が汎用されている。こうしたプレスの駆動装置としては、図１に示すようなクランク式駆動装置と、図２に示すような油圧駆動装置が主として使用されている。
前者の駆動装置の基本駆動原理はフライホイールを利用し、プレスの上昇、下降工程でエネルギーを蓄積し、プレスの加工工程でフライホイールの回転数を減速することにより蓄積したエネルギーを出力し、製品を加工するものである。
後者の油圧駆動装置は、モータを駆動し、その駆動エネルギーを油圧ポンプ、リリーフ弁などの油圧機器（油圧回路）を介して油圧シリンダに伝達し、油圧シリンダによりプレスを駆動するものである。
【０００３】
クランク式駆動装置は、後者の油圧装置に比べて、加工速度とストローク数が高く、消耗エネルギーも少なくできる特徴があるが、慣性エネルギーを利用してプレスを駆動するため、プレスの加工力、加工速度及びストローク位置などを任意に設定ができないという問題がある。
これに対して油圧駆動装置は、プレスの加工速度とストロークを任意的に設定でき、プレスの出力も任意的に設定できる利点があるが、ポンプからの圧油をリリーフ弁により制御してプレスの出力を制御し、また絞り弁により速度を制御するため、駆動エネルギーが多量に消耗されるのみならず、消耗する駆動エネルギーが熱になり、油圧システムの安定性が低下したり、冷却装置を追設する必要が生じ、大型化するなどの問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような従来の問題点を除去するために研究して創案されたもので、その目的とするところは、加工速度とストローク数が高く、消耗エネルギーも少なく、また加工速度、ストロークおよびプレスの出力を任意に設定することができ、ハイドロ方式プレスなどに好適な駆動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、スライドに下部が固定され上端から軸線方向に有底の加圧室を形成した第１のシリンダと、この第１のシリンダの頂部および外周との間に可変容積の加圧室を画成し得るように第１のシリンダに外冠された第２のシリンダと、前記第２のシリンダから加圧室内に挿入されるピストンを同軸に有するねじ軸と、第２のシリンダの上部に配され、前記ねじ軸と螺合するナットを含む駆動機構と、前記ナットを正逆回転駆動するためのアクチュエータと、前記可変容積の加圧室と有底加圧室とを結び加圧行程時に加圧室から加圧室へ圧油を導くための油圧回路と、前記可変容積の加圧室の容積拡大時にここに油を補給するための前記加圧室に接続したプロフィル弁と、これに接続した低圧アキュムレータと、プロフィル弁の開閉操作器とを備えた満油弁機構を具備していることを基本的特徴としている。

【０００６】
前記アクチュエータとしては、数値制御型のものたとえばＡＣサーボモータが好適な例としてあげられる。
油圧回路は、第１の油圧通路が第１のシリンダの加圧室から第２のシリンダの加圧室への油の流れのみを許容するチェック弁を備え、第２の油圧通路が第２のシリンダの加圧室から第１のシリンダの加圧室への油の流れのみを許容するチェック弁を備えていることが好適である。
またこれに代えて、油圧回路は加圧室と加圧室を結ぶ単一の油圧通路を有し、該油圧通路に開閉操作器により作動される制御弁を備えている形式のものでもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施態様を添付図面に基いて説明する。
図３ないし図６は本発明によるプレスにおける駆動装置の第１実施例を示している。
１はベッド、２はベッド１に対峙するスライドであり、ベッド２に取り付けた図示しない下型に対する上型を取り付けるようになっている。
３は前記スライド２の上部に固定具１８によって結合された第１のシリンダであり、柱状をなし軸線上には頂面から所要の深さの筒状をなした加圧室３０が設けられており、頂部に近い外側部には抜け止め用のつば部３１が形成されている。
【０００８】
４は第２のシリンダであり、前記第１のシリンダ３の頂部と外周との間に容積可変の加圧室４０を形成しうるように凹入部４００を有しており、該凹入部４００をもって第１のシリンダ３に外嵌している。この第２のシリンダ４はプレスのクラウン部分など上部フレームＦにしっかりと固定されている。第２のシリンダ４の凹入部４００の開口部分には前記第１のシリンダ３のつば部３１と当接可能な筒状シールブロック４１が嵌着固定されている。
【０００９】
５は前記第２のシリンダ４の頂部に据付け固定された支持体であり、該支持体５には軸受６を介して回転可能にナット７が保持されている。該ナット７はウオームなどを用いた変速手段８を介して外部の数値制御型のアクチュエータ９の出力側と接続されている。この数値制御型のアクチュエータ９としてはＡＣサーボモータが好適である。
【００１０】
１０は前記第２のシリンダ４の底壁を貫いて前記第１のシリンダ３の加圧室３０に挿入されたピストンであり、該ピストン１０にはこれと一体または一体的にねじ軸１１を有しており、該ねじ軸１１は前記ナット７と螺合している。ねじ軸１１としてはたとえばボールねじが好適である。
【００１１】
１２は第１の油圧通路であり、一端が前記加圧室３０に通じ、他端が前記加圧室４０に通じており、中間には加圧室３０から加圧室４０への導通を許容するチェック弁１２０が接続されている。１３は第２の油圧通路であり、一端が前記加圧室４０に通じ、他端が前記加圧室３０に通じており、中間には加圧室４０から加圧室３０への導通を許容するチェック弁１３０が接続されている。前記第１の油圧通路１２と第２の油圧通路１３はこの例では一部が共通油路となっており、その共通油路部位に圧力センサ１４が接続されている。該圧力センサ１４の出力側は前記アクチュエータ９に対するコントローラ（ＣＰＵ）１９に接続されている。
前記第１の油圧通路１２と第２の油圧通路１３はこの例では内部通路として構成されているが、もちろん外部通路となっていてもよい。
【００１２】
１５は満油弁機構であり、前記加圧室４０に接続したプロフィル弁１５０と、これに接続した低圧アキュムレータ１５１と、プロフィル弁１５０の開閉操作器１５２とを備えている。開閉操作器１５２は、たとえば流体圧シリンダ駆動タイプ、モータ駆動タイプなど任意である。
１６はスライド２の近傍に配置された位置センサであり、たとえば磁気センサなどから構成されており、出力側は前記コントローラ（ＣＰＵ）１９に接続されている。
１７は前記スライド２を常時上昇側に付勢し、スライド２が下降した後これを上昇させるためのシリンダであり、たとえばガス圧シリンダが用いられる。該シリンダはチューブがベッド側に固定されるかあるいは前記スライド２に吊持され、ベッド側にチューブと当接する剛体が設けられる。
【００１３】
図７は本発明の第２実施例を示している。
この第２実施例においては、油圧回路としては加圧室４０と加圧室３０を結ぶ単一の油圧通路１３’が用いられている。そしてこの油圧通路１３’には、制御弁１３０’たとえばパイロットチェック弁が介在されている。この制御弁１３０’には開閉操作器１３１が付設されている。開閉操作器１３１はたとえば流体圧シリンダ駆動タイプ、モータ駆動タイプなど任意である。
前記油圧通路１３’には圧力センサ１４が接続されており、該圧力センサ１４の出力側は前記アクチュエータ９に対するコントローラ（ＣＰＵ）１９に接続されている。また、前記開閉操作器１３１は前記コントローラ（ＣＰＵ）１９が接続されていて、この信号により作動が制御されるようになっている。
その他の構成は第１実施例と同じであるから同じ部分に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００１４】
次に実施例のプレスにおける駆動装置の作用を説明する。
図３は上昇限位置の状態を示しており、スライド２は上昇シリンダ１７によって押し上げられおり、ねじ軸１１とピストン１０は上限位置に停止しており、加圧室３０の容積は大きく、加圧室４０の容積は小さくなっていて、それらに油が満たされている。
この状態からプレス加工を開始するには、コントローラ１９からアクチュエータ９に信号を送って正回転させる。こうすれば、該回転トルクは変速機構８によりナット７を回転させるので、ナット７と螺合しているねじ軸１１は回転することなく軸線方向に移動（下降）する。それによりねじ軸１１と一体化しているピストン１０が加圧室３０の油を介してシリンダ３を押し下げ、スライド２を下降させる。
【００１５】
このプレス下降時ではスライドの駆動力は小さいから、加圧室３０内の油の圧力はチェック弁１２０を閉じ方向に付勢するスプリング力よりも低く、したがってチェック弁１２０は閉弁状態に保たれる。また、第１の油圧通路１３のチェック弁１３０はスプリングに加わる油圧により閉弁状態に維持されるので、第１の油圧通路１２と加圧室４０とは連通しない。このため、加圧室４０から加圧室３０には圧油は移動せず、第１のシリンダ３の加圧室３０は密封状態となり、ピストン１０を介して第１のシリンダ３とスライド２は下降する。すなわち、ねじ軸１１の下降速度に対応してスライド２は高速下降する。
このスライド２の下降により上昇シリンダ１７のピストンが進出するため反力が抑えられ、上昇シリンダ１７には上昇エネルギーが蓄積される。
この下降行程が図４であり、第１のシリンダ３は加圧室４０の底４０１から距離Ｌ１だけ下降している。この第１のシリンダ３の下降により加圧室４０の容積が増加するが、満油弁機構１５のプロフィル弁１５０が開弁し、低圧アキュムレータ１５１の油が加圧室４０に自動的に供給されるためサージが防止され、加圧室４０には油が満たされる。
【００１６】
こうして下降行程終了位置に達するとスライド２の金型とベッド側の金型とが嵌合してプレス反力が増加する。このため、加圧室３０内の油の圧力がチェック弁１２０のバネ力に勝るように高くなり、チェック弁１２０が開弁する。その結果、加圧室３０と加圧室４０とが第２の油圧通路１２を介して導通し、圧油はチェック弁１３０を自動的に閉じる。それにより加圧室３０の圧力は、第１の油圧通路１２を介して加圧室４０に伝達される。
同時に、満油弁機構１５の開閉装置１５２によりプロフィル弁１５０が閉じられ、低圧アキュムレータ１５１と加圧室４０とが遮断され、後者から前者への逆流が防止される。このため、加圧室４０内の油圧が高くなり、加圧室３０と加圧室４０との面積差によりスライド２は遅速下降し、図５のように第１のシリンダ３の上面３００に金型による加工力が作用するので、低速で強い力が発生し、所定のプレス加工が行われる。
【００１７】
こうしたプレス加圧は位置センサ１６又は／及び圧力センサ１４からフィードバック信号がコントローラ１９に送られることによって検出され、所定の圧力または所定の位置に達して加工が完了したと判定されたときにコントローラ１９からアクチュエータ９に信号が送られる。
これによりアクチュエータ９は逆回転を開始し、ねじ軸１１とピストン１０は急速に後退する。これにより加圧室３０の容積が増すため低圧化し、このときに上昇シリンダ１７に蓄積されているエネルギーが開放され、反力がスライド２に作用するため、図６のようにスライド２と第１のシリンダは高速上昇し始める。この時、加圧室４０の圧油は第２の油圧通路１３とチェック弁１３０を介して加圧室３０に戻され、同時に満油弁機構１５の開閉装置１５２により、プロフィル弁１５０が開かれるため、加圧室４０の油が低圧アキュムレータ１５１に圧入される。
【００１８】
かくしてスライド１が上昇して設定の上死点の位置に達すると、位置センサ１６からの信号がコントローラ１９にフィードバックされるので、アクチュエータ９の駆動が停止され、図３のように上死点位置に停止する。
以下、上述した作動が繰り返されることにより、連続プレス加工が行われる。
【００１９】
第２実施例においては、下降行程においては制御弁１３０’は閉じられているため、前記第１実施例と同じように加圧室４０と加圧室３０は遮断されている。
そして、所望に設定した位置又は圧力までスライド２が下降すると、位置センサ１６又は／及び圧力センサ１４からコントローラ１９に信号が送られることによってコントローラ１９から開閉操作器１３１に駆動信号が発せられ、これにより制御弁１３０’の開き側が加圧され、開弁する。これにより加圧室３０の圧油は加圧室４０に供給され、高速下降から加圧のための遅速下降に切替えられる。
【００２０】
そして、所定の圧力または所定の位置に達して加工が完了したと判定されたときにコントローラ１９からアクチュエータ９に信号が送られる。
これによりアクチュエータ９は逆回転を開始し、ねじ軸１１とピストン１０は急速に後退する。これにより加圧室３０の容積が増すため低圧化し、このときに上昇シリンダ１７に蓄積されているエネルギーが開放され、反力がスライド２に作用するため、図６のようにスライド２と第１のシリンダは高速上昇し始める。
この時、加圧室４０の圧油は油圧通路１３’と制御弁１３０’を介して加圧室３０に戻され、同時に満油弁機構１５の開閉装置１５２により、プロフィル弁１５０が開かれるため、加圧室４０の油が低圧アキュムレータ１５１に圧入される。この第２実施例は金型の接触する任意の時期にスライド２の速度を低下させて下降させることができるので、ソフトタッチのプレス加工を行なえる利点がある。
【００２１】
本発明においては、下降行程ではねじ軸１１の下降速度により第１のシリンダ３の内部の加圧室３０の圧油を密封させてスライド２をねじ軸１１と同期速度で高速下降を行なわせる。そして、加圧行程では、ねじ軸１１の駆動が継続していても、加圧の反力により加圧室３０の油圧が高くなり、油圧回路によりを介して加圧室３０と加圧室４０とが連通し、加圧室３０と加圧室４０の面積差により大きな加圧力が発生し、スライド２を低速加圧する。そして、加工が完了するとねじ軸１１を後退して加圧室４０の圧油を加圧室３０に送り、かつ上昇シリンダ１７を作動させて高速上昇させる。
したがって、プレス加工に必要な速度と力の変化を円滑に実現することができ、しかも、従来の油圧式の駆動装置のようなリリーフ弁による圧力コントロール方式でなく、それぞれの行程において必要なエネルギーしか使用しておらず、高速時には小さいシリンダ径、加圧時には大きいシリンダ径で作動させ、エネルギーを有効利用している。このため、加工速度とストローク数が高く、消耗エネルギーも少なくすることができる。
【００２２】
また、プレスの加工力、加工速度およびストローク位置は、油圧式であることとアクチュエータ９が数値制御式のものであることにより精度よく実現することができる。すなわち、プレスの高精度、高速及び省エネの駆動ができるのみならず、絞り加工、抜き加工及び冷鍛加工などについては、各加工の特徴に合わせて最適な制御が可能するため、高性能なプレスとすることができる。
さらに、従来の油圧式駆動装置では、リリーフ弁を使用して一定圧力に達するとタンクに圧油を戻す形式とし、絞り弁により速度を制御していたため、熱の発生大きかったが、本発明では２つの加圧室３０，４０を油圧回路で連通・遮断するクローズド回路としており、下降、加圧、上昇の速度制御は使用する受圧面積の変更で実現している。そして加圧速度など微妙な設定は加工条件に応じてＣＮＣ制御のアクチュエータ９によって行なえる。このため、エネルギー効率がよく、熱の発生がなく油温の変化が少ないため、スライド２の作動に影響がない。したがって、システムが安定し、油温を適切なものにするためのオイルクーラなども必要なくなるので、油圧回路や機器も簡易、コンパクト化することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、スライド２に下部が固定され上端から軸線方向に有底の加圧室３０を形成した第１のシリンダ３と、この第１のシリンダ３の頂部および外周との間に可変容積の加圧室４０を画成し得るように第１のシリンダ３に外冠された第２のシリンダ４と、前記第２のシリンダ４から加圧室３０内に挿入されるピストン１０を同軸に有するねじ軸１１と、第２のシリンダ４の上部に配され、前記ねじ軸１１と螺合するナット７を含む駆動機構と、前記ナット７を正逆回転駆動するためのアクチュエータ９と、加圧行程時に加圧室３０から加圧室４０へ圧油を導くための油圧回路と、前記可変容積の加圧室４０の容積拡大時にここに油を補給するための前記加圧室４０に接続したプロフィル弁１５０と、これに接続した低圧アキュムレータ１５１と、プロフィル弁１５０の開閉操作器１５２とを備えた満油弁機構１５を具備しているので、加圧速度とストローク数が高く、エネルギーの消耗を削減することができ、しかも加工力、加工速度およびストローク位置の設定も自在であり、冷却装置なども省略できるためコンパクトな構造とすることができるなどのすぐれた効果が得られる。
請求項２によればアクチュエータ９としてＡＣサーボモータを使用しているため、高精度にして高速・低速の制御を行なえるというすぐれた効果が得られる。
請求項３によれば、外部に油圧タンクを要さず、第１のシリンダ３と第２のシリンダ４の加圧室３０，４０の圧油を下降・上昇行程にあわせて円滑に移動させて力として効率よく利用することができるというすぐれた効果が得られる。
請求項４によれば、簡易な油圧回路により任意の時期に下降から加圧に切り替えてソフトタッチを行なえるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のクランク式駆動装置を示す説明図である。
【図２】従来の油圧式駆動装置を示す説明図である。
【図３】本発明によるプレスにおける駆動装置の第１実施例を上昇限状態で示す断面図である。
【図４】本発明装置の下降行程を示す断面図である。
【図５】本発明装置の加圧行程を示す断面図である。
【図６】本発明装置の上昇行程を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
２スライド
３第１のシリンダ
４第２のシリンダ
７ナット
９アクチュエータ
１０ピストン
１１ねじ軸
１２第１の油圧通路
１３第２の油圧通路
１３’ 油圧回通路
１７上昇シリンダ
３０加圧室
４０加圧室
１２０，１３０チェック弁
１３０’ 制御弁
１３１開閉操作器

Claims

スライド２に下部が固定され上端から軸線方向に有底の加圧室３０を形成した第１のシリンダ３と、この第１のシリンダ３の頂部および外周との間に可変容積の加圧室４０を画成し得るように第１のシリンダ３に外冠された第２のシリンダ４と、前記第２のシリンダ４から加圧室３０内に挿入されるピストン１０を同軸に有するねじ軸１１と、第２のシリンダ４の上部に配され、前記ねじ軸１１と螺合するナット７を含む駆動機構と、前記ナット７を正逆回転駆動するためのアクチュエータ９と、前記可変容積の加圧室４０と加圧室３０とを結び加圧行程時に加圧室３０から加圧室４０へ圧油を導くための油圧回路と、前記可変容積の加圧室４０の容積拡大時にここに油を補給するための前記加圧室４０に接続したプロフィル弁１５０と、これに接続した低圧アキュムレータ１５１と、プロフィル弁１５０の開閉操作器１５２とを備えた満油弁機構１５を具備していることを特徴とするプレスにおける駆動装置。
アクチュエータ９がＡＣサーボモータである請求項１に記載のプレスにおける駆動装置。
油圧回路が第１の油圧通路１２と第２の油圧通路１３とを有し、第１の油圧通路１２が加圧室３０から加圧室４０への油の流れのみを許容するチェック弁１２０を備え、第２の油圧通路１３が加圧室４０から加圧室３０への油の流れのみを許容するチェック弁１３０を備えている請求項１に記載のプレスにおける駆動装置。
油圧回路が加圧室３０と加圧室４０を結ぶ単一の油圧通路１３´を有し、該油圧通路１３´に開閉操作器１３１により作動される制御弁１３０´を備えている請求項１に記載のプレスにおける駆動装置。