JP5136847B2 - サーボプレス設備とその制御方法 - Google Patents
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Description
しかし、搬送装置の動作を従来のように主駆動軸に同期させると、主駆動軸の回転速度を変化させるとそれにしたがって搬送装置の動作も変化するため、搬送装置の動作が滑らかにならず、把持しているワークを落としたり、搬送装置のモータトルクが瞬間的に過大となり保護装置が作動してしまうおそれがある。
(2)また、主駆動軸が工程の中途で一時的に逆転する場合には、主駆動軸の角度と搬送装置の位置が1対1に対応しないため、同期が取れなくなる。
(3)また、プレス加工する金型がワークに接触する瞬間や、切り落とし加工でワークが切り落とされる瞬間など、負荷が急変するタイミングで主駆動軸の回転にふらつきが生じるが、上述した従来の制御方法では、ふらついたクランク軸の回転に同期して搬送装置が動作しようとするため、搬送装置の動作もふらついて、把持しているワークを落としてしまったり、搬送装置のモータトルクが瞬間的に異常に大きくなり保護装置が作動してしまうという問題がある。
(4)プレス機械の生産性を向上させるためには、金型と搬送装置を衝突しないぎりぎりの範囲まで近づけて動作させることにより、プレス機械の成形動作と搬送装置の搬送動作ができるだけ間断なく行われることが望ましい。そのためには、金型と搬送装置の干渉をチェックしつつプレス機械のモーションカーブと搬送装置のモーションカーブを最適化する必要があるが、従来技術では搬送装置のモーションがプレス機械のモーションに依存するため、プレス機械のモーションと搬送装置のモーションを独立に変更することができず、モーションカーブの最適化が難しい。
(5)スクリュープレスのように、主駆動軸を有しない構成のサーボプレスも可能であるが、主駆動軸を有しないため、主駆動軸の回転をマスターとしてそれに同期させて搬送装置を動作させることができない、もしくは、プレスの動作と搬送装置の動作の連動を間欠的にしか行えない。
該制御装置は、前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間的に変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生器と、
プレス成形中とワーク搬入/搬出中とで異なる比率でマスター信号値の変化レートと変形マスター信号値の変化レートが対応するように、マスター信号を変換して変形マスター信号を生成するマスター信号変換器と、
前記変形マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御装置と、
前記変形マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御装置とを有する、ことを特徴とするサーボプレス設備が提供される。
前記搬送制御装置は、変形マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを備えており、変形マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する。
また、前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれ変形マスター信号値の変化に同期して変化する。
前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間的に変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生ステップと、
プレス成形中とワーク搬入/搬出中とで異なる比率でマスター信号値の変化レートと変形マスター信号値の変化レートが対応するように、マスター信号を変換して変形マスター信号を生成するマスター信号変換ステップと、
前記変形マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御ステップと、
前記変形マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御ステップとを有する、ことを特徴とするサーボプレス設備の制御方法が提供される。
前記搬送制御ステップは、変形マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを記憶しており、変形マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する。
また、前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれ変形マスター信号値の変化に同期して変化する。
同様に、搬送装置のモーションを変えるときは搬送装置の作動位置を対応づけるモーションカーブを変えればよく、これによりサーボプレス装置のモーションカーブは影響されない。
従って、サーボプレス装置と搬送装置の両方をそれぞれ独立に調整・最適化できる。また、逆転を含むようなモーションカーブの設定も可能である。
スクリュープレスのように、主駆動軸を有しない構成のサーボプレスの場合でも、プレスの動作と搬送装置の動作を、時々刻々連動させることが可能である。
搬入側搬送装置・搬出側搬送装置の構成は以上の説明に限られるものではなく、搬入側搬送装置20と搬出側搬送装置30のどちらか一方のみしかない構成(搬出もしくは搬入動作は手動による)、搬入側搬送装置20と搬出側搬送装置30の両方の機能を一台で有する搬入搬出装置であってもよい。また、搬入側搬送装置20、搬出側搬送装置30の形式は任意であり、送り(フィード)と昇降(リフト)を別々の機構で行う装置であっても、ロボットアーム等で両方を同機構で行う装置であってもよい。クランプなど、フィードとリフト以外の動きの自由度を有する搬入搬出装置であってもよい。
ここで「希望運転状態に応じて」という意味は、「このように運転したい(正転したい・逆転したい・速くうごかしたい・ゆっくり動かしたい)という意図に応じて」という意味である。
希望運転状態に応じて切り替えるのは、マスター信号の時間変化パターンであり、マスター信号から変形マスター信号への変換の入出力関係およびモーションカーブは希望運転状態にはよらない。
すなわち本願発明では変形マスター信号とサーボプレス、あるいは変形マスター信号と搬送装置との同期関係をそのモーションカーブにて定義しており、「希望運転状態」と呼ぶ状態に応じてマスター信号の時間変化パターンを切り替え、マスター信号の時間変化パターンを変換して変形マスター信号を得る。
マスター信号発生器42はマスター信号1aを出力し、マスター信号変換器43はマスター信号1aを変形マスター信号1に変換する。
プレス成形に適した所望のスライド速度に相当する基準レートをr0、搬送装置とワーク搬入/搬出中のスライドに適した所望の速度が前記基準レートr0のA倍(Aは任意の正数)の変形レートRである場合に、マスター信号変換器43における変換が、もしマスター信号1aとしてプレスの一周期毎に基準レートr0で直線的に増加するような基準マスター信号が入力された場合に、変形マスター信号1としてプレス成形中には基準レートr0で変化し、ワークの搬入・搬出中には変形レートRで変化する変形マスター信号1が出力されるような入出力関係をもって行われる。
図2(A)は、マスター信号1aとして可能な一つのパターン(以下、基準マスター信号と呼ぶ)を、横軸を時間として示す。
基準マスター信号は、一周期にわたって一定レートr0(レートとは単位時間あたりの値の変化量)であり、かつ、同一パターンを変形マスター信号として使用すれば、プレス成形中(下死点付近でワークが上金型と下金型にはさまれて成形される時間)においてスライドが適切な速度で動作するようなマスター信号の1パターンである。
マスター信号変換器43におけるマスター信号1aから変形マスター信号1への変換は以下のように行われる。
ワークをプレス成形していない区間(ワークの搬入・搬出中)では、マスター信号が変化レートRMで変化するならば、変形マスター信号は変化レートRM×Aで変化する。
ワークをプレス成形中には、マスター信号が変化レートRMで変化するならば、変形マスター信号は同じ変化レートRMで変化する。
ワークをプレス成形していない区間(ワークの搬入・搬出中)では基準マスター信号のA倍の変化レートR(=r0×A)で変化する。
ワークをプレス成形中には、基準マスター信号と同じ変化レートr0で変化する。
つまり、マスター信号のパターンとして基準マスター信号を用いる場合、搬送装置の速度・ワーク搬入/搬出中のスライド速度が、基準マスター信号で動作させた場合のA倍(Aが1であれば基準速度と同じ速度)となるような、変形マスター信号が生成される。
図2(C)は、Aが1より小さい場合である。この場合には、変形マスター信号1の一周期は、マスター信号1aの一周期よりも、(図でΔt)長くなる。
以下、説明のため、マスター信号、変形マスター信号の一周期を角度で表現して、0〜360°の値をとるものとする(周期を角度以外の単位、たとえば周期数で表現してもよい。その場合、値は0〜1の範囲となる。)
マスター信号1aは周期的な信号であるが、周期信号/直線変化信号変換器51により、直線状に変化する値に変換する。具体的には、マスター信号1aが正方向に値が1周期変化するごとに1回、負方向に値が1周期変化するごとに−1回と数えてマスター信号1aの周期をカウントし、カウント数に360°を乗じてマスター信号1aに加算すればよい。
周期信号/直線変化信号変換器51の出力をマスター信号/変形マスター信号変換器52により、直線状に変化する変形マスター信号に変換する。変換の具体的方法は後述する。
マスター信号/変形マスター信号変換器52の出力を直線変化信号/周期信号変換器53により、周期的に変化する変形マスター信号に変換する。具体的には、360°で割った余りを計算し、出力する。
記号は、プレス成形区間始点をF1、終点をF2、直線状に変化するマスター信号をM、直線状に変化する変形マスター信号をM’とすると、
M’=M×A・・・0 ≦ M ≦ F1/Aの場合、
M’=M+F1−F1/A・・・F1/A ≦ M ≦ F1/A−F1+F2の場合、
M’=F2+(M+F1−F1/A−F2)×A・・・F1/A−F1+F2 ≦ M ≦ F1/A−F1+F2+(360°−F2)/Aの場合、
とする。
これを、直線状に変化するマスター信号に関してはF1/A−F1+F2+(360°−F2)/Aを周期として、直線状に変化する変形マスター信号に関しては360°を周期として繰り返す。
直線状に変化するマスター信号と直線状に変化する変形マスター信号との対応をグラフにして示すと、図4・図5に示すようになる。図4は基準マスター信号に対して変形マスター信号が図2(B)に示すように変化する場合であり、Aは1より大きい。図5は基準マスター信号に対して変形マスター信号が図2(C)に示すように変化する場合であり、Aは1より小さい。
以上に説明したマスター信号変換器43の構成・動作は、マスター信号1aが特定の変化パターンを有していることを前提にしていないので、任意の変化パターンを有するマスター信号1aを変形マスター信号1に変換することができる。すなわち、説明を単純にするために図2においては一定の基準変化レートr0で変化するマスター信号1aを仮定したが、たとえば後述の図8に示すような各種の変化パターンを有するマスター信号1aが与えられた場合にも変形マスター信号1への変換が行われる。
図2(B)および図2(C)におけるΔφとΔt、図4および図5におけるΔφは、本発明の動作には関係なく、原理を示す説明のために付した記号であるが、Aおよびr0 の値が与えられれば、その値は以下のように計算できる。
Δφは変形マスター信号が360°(1周期)変化するために必要なマスター信号の変化量が360°よりどれくらい少ないかを示し、Δφ=(1−1/A)×(360°+F1−F2)で与えられる。ここで、図2(B)におけるΔφと図4におけるΔφは同じ値であり、Aが1より大きいためΔφは正の値となる。図2(C)におけるΔφと図5におけるΔφは同じ値であり、Aが1より小さいためΔφは負の値となる。Δtは基準マスター信号の1周期に要する時間に対し変形マスター信号が1周期に要する時間がどれくらい少ないかを示し、Δφを用いて、Δt=Δφ/r0と表される。
本発明の制御方法は、上述したサーボプレス装置10と搬送装置20,30とを備えたサーボプレス設備の制御方法である。
マスター信号発生ステップS11ではマスター信号1aを出力し、マスター信号変換ステップS12ではマスター信号1aを変形マスター信号1に変換する。
マスター信号変換ステップS12では、プレス成形中とワーク搬入/搬出中とで異なる比率でマスター信号値の変化レートと変形マスター信号値の変化レートが対応するように、マスター信号を変換して変形マスター信号を生成する。
すなわち、プレス成形に適した所望のスライド速度に相当する基準レートをr0、搬送装置とワーク搬入/搬出中のスライドに適した所望の速度が前記基準レートr0のA倍(Aは任意の正数)の変形レートRである場合に、マスター信号変換ステップS12における変換が、もしマスター信号1aとしてプレスの一周期毎に基準レートr0で直線的に増加するような基準マスター信号が入力された場合に、変形マスター信号1としてプレス成形中には基準レートr0で変化し、ワークの搬入・搬出中には変形レートRで変化する変形マスター信号1が出力されるような入出力関係をもって行われる。
この図において、(A)は周期T内の経過時間tと変形マスター信号との関係、(B)は変形マスター信号とスライド位置との関係、(C)(D)は変形マスター信号と搬入側搬送装置20のフィード位置及びリフト位置との関係、(E)(F)は変形マスター信号と搬出側搬送装置30のフィード位置及びリフト位置との関係を示している。
変形マスター信号1は、周期T毎にリセットされ、連続的に繰り返される。
従って、仮に周期T内の経過時間tと変形マスター信号1との関係を変更すれば(例えば、直線から任意の曲線への変更)、同じ時間tに対する変形マスター信号1の値M’が変化するため、これに対応してスライド位置も変化する。
同様に、図7における(E)(F)は搬出側搬送装置30のフィード位置のモーションカーブとリフト位置のモーションカーブであり、変形マスター信号値M’の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御するようになっている。
搬送装置20,30も、仮に周期T内の経過時間tと変形マスター信号1との関係を変更すれば(例えば、直線から曲線への変更)、同じ時間tに対する変形マスター信号1の値M’が変化するため、これに対応して作動位置も変化する。
サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態を変えたいときは、図8に示すように、時間に対してマスター信号を変化させることにより実現できる。たとえば、サイクルタイムを変化させたい場合は、(A)に示すように、マスター信号の一周期の時間を周期ごとに変化させたり、(B)に示すように、時間に対するマスター信号の変化率を連続的に変化させる。
また、任意の場所で停止させたい場合には(C)に示すようにマスター信号の値を一定とすればよく、サーボプレス装置と搬送装置を正転から一度停止してさらに逆転させたい場合には、(D)に示すように時間に対するマスター信号の変化方向を逆転させればよい。
図9において、上述したサーボプレス装置10は、プレス機械100に相当する。プレス機械100は以下のように構成される。
メインモータ101の回転がスライド駆動機構102で直線動に変換され、スライド103を上下動させる。スライド103には上金型104が取り付けられており、スライド103と共に上下動する。
メインモータ制御器122は、エンコーダ121が検出したメインモータ101の回転角をスライド駆動機構102の寸法に基づいて得られるスライド103の現在位置と、スライド位置指令生成器141から与えられるスライド位置指令値とに基づいて、メインモータ101に対するトルク指令値を生成する。
メインモータアンプ123は、メインモータ101がトルク指令値に従ってトルクを発生するように、メインモータ101へ供給される電流・電圧・電力を変化させる。
リフト方向(図中の上下方向)に対しても、同様の構成と作用を有する搬入側搬送装置リフトエンコーダ224、搬入側搬送装置リフトモータ制御器225、搬入側搬送装置リフトモータアンプ226が設けられている。
フィード機構やリフト機構としては、モータの回転をボールスクリューで直線動に変える方法や、モータの回転をギアで減速し、ピニオンラック方式により直線動に変える方法などがある。
図10ではマスター信号が一定レートで変化する例、すなわちサーボプレスと搬送装置がサイクルタイム一定で正転する例を示したが、図3に構成を示すマスター信号変換器は、マスター信号のレートが変化したり逆転した場合でも、マスター信号から変形マスター信号への変換を行うことができるので、図8に示すようにマスター信号のレートを途中で変化させたりレートをゼロにすることにより、変形マスター信号のレートも変化し、サーボプレスと搬送装置のサイクルタイムを変えたり、途中で停止させたり、逆転させたりすることができる。
同様に、搬送装置20,30のモーションを変えるときは搬送装置の作動位置を対応づけるモーションカーブを変えればよく、これによりサーボプレス装置10のモーションカーブは影響されない。
従って、サーボプレス装置と搬送装置の両方をそれぞれ独立に調整・最適化できる。また、逆転を含むようなモーションカーブの設定も可能である。
スクリュープレスのように、主駆動軸を有しない構成のサーボプレスの場合でも、プレスの動作と搬送装置の動作を、時々刻々連動させることが可能となる。
10 サーボプレス装置、
11 サーボモータ、13 動力伝達機構、14 スライド
20 搬入側搬送装置、30 搬出側搬送装置、
40 制御装置、41 変形マスター信号発生器、
42 マスター信号発生器、
43 マスター信号変換器、
44 サーボプレス制御装置、46 搬送制御装置、
46A 搬入側搬送制御装置、46B 搬出側搬送制御装置
51 周期信号/直線変化信号変換器、
52 マスター信号/変形マスター信号変換器、
53 直線変化信号/周期信号変換器
Claims (10)
- サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置と、該サーボプレス装置にワークを搬入及び/又は搬出する搬送装置と、前記サーボプレス装置と搬送装置を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間的に変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生器と、
プレス成形中とワーク搬入/搬出中とで異なる比率でマスター信号値の変化レートと変形マスター信号値の変化レートが対応するように、マスター信号を変換して変形マスター信号を生成するマスター信号変換器と、
前記変形マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御装置と、
前記変形マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御装置とを有する、ことを特徴とするサーボプレス設備。 - プレス成形に適した所望のスライド速度に相当する基準レートをr0、搬送装置とワーク搬入/搬出中のスライドに適した所望の速度が前記基準レートr0のA倍(Aは任意の正数)の変形レートRである場合に、前記マスター信号変換器における変換が、もしマスター信号としてプレスの一周期毎に基準レートr0で直線的に増加するような基準マスター信号が入力された場合に、変形マスター信号としてプレス成形中には前記基準レートr0で変化し、ワークの搬入・搬出中には変形レートRで変化する変形マスター信号が出力されるような入出力関係をもって行われる、ことを特徴とする請求項1に記載のサーボプレス設備。
- 前記サーボプレス制御装置は、変形マスター信号値に対応するスライド位置を与えるモーションカーブを備えており、変形マスター信号値の変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御し、
前記搬送制御装置は、変形マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを備えており、変形マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する、ことを特徴とする請求項1に記載のサーボプレス設備。 - 前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置の独立した動作軸ごとに、その軸の位置を与える独立したモーションカーブからなり、それぞれ変形マスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項3に記載のサーボプレス設備。
- 前記搬送制御装置のモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれ変形マスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項3に記載のサーボプレス設備。
- サーボモータでスライドを駆動するサーボプレス装置と、該サーボプレス装置にワークを搬入及び/又は搬出する搬送装置とを備えたサーボプレス設備の制御方法であって、
前記サーボプレス装置と搬送装置の希望運転状態に応じて、時間的に変化するマスター信号を発生させるマスター信号発生ステップと、
プレス成形中とワーク搬入/搬出中とで異なる比率でマスター信号値の変化レートと変形マスター信号値の変化レートが対応するように、マスター信号を変換して変形マスター信号を生成するマスター信号変換ステップと、
前記変形マスター信号値の変化に同期してサーボプレス装置のスライド位置の指令値を一義的に出力するサーボプレス制御ステップと、
前記変形マスター信号値の変化に同期して搬送装置の作動位置の指令値を一義的に出力する搬送制御ステップとを有する、ことを特徴とするサーボプレス設備の制御方法。 - プレス成形に適した所望のスライド速度に相当する基準レートをr0、搬送装置とワーク搬入/搬出中のスライドに適した所望の速度が前記基準レートr0のA倍(Aは任意の正数)の変形レートRである場合に、前記マスター信号変換ステップにおける変換が、もしマスター信号としてプレスの一周期毎に基準レートr0で直線的に増加するような基準マスター信号が入力された場合に、変形マスター信号としてプレス成形中には前記基準レートr0で変化し、ワークの搬入・搬出中には変形レートRで変化する変形マスター信号が出力されるような入出力関係をもって行われる、ことを特徴とする請求項6に記載のサーボプレス設備の制御方法。
- 前記サーボプレス制御ステップは、変形マスター信号値に対応するスライド位置を与えるモーションカーブを記憶しており、変形マスター信号値の変化に同期してそれに対応する位置指令値にスライドを動かすように制御し、
前記搬送制御ステップは、変形マスター信号値に対応する搬送装置の作動位置を与えるモーションカーブを記憶しており、変形マスター信号値の変化に同期してそれに対応する作動位置に搬送装置を動かすように制御する、ことを特徴とする請求項6に記載のサーボプレス設備の制御方法。 - 前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置の独立した動作軸ごとに、その軸の位置を与える独立したモーションカーブからなり、それぞれ変形マスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項8に記載のサーボプレス設備の制御方法。
- 前記搬送制御ステップのモーションカーブは、搬送装置のフィード位置を与えるフィードモーションカーブと、搬送装置のリフト位置を与えるリフトモーションカーブとからなり、それぞれ変形マスター信号値の変化に同期して変化する、ことを特徴とする請求項8に記載のサーボプレス設備の制御方法。
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