JP6035755B2 - プレス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、プレス加工方法に関するものである。

近年、産業機械として用いられるプレス加工装置では、サーボモーターによって被駆動体の送り軸が駆動され、その位置や速度がフィードバック制御されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３０５００号公報

しかしながら、上記従来技術においては、プレス加工時に発生する振動がワークの位置決めを行う位置決めステージに伝達すると、位置決めステージにおけるサーボ制御が振動に反応してしまい、所定の位置からずれて位置決めがされる。その結果、プレス加工時にワークの位置ズレが生じ、加工精度を低下させてしまうといった問題があった。
また、プレス加工時に発生する振動の影響で金型の加工用パンチがワークに接触することで位置決めステージの位置ズレが生じると、加工用パンチの破損やワークの加工形状の変形といった不具合が発生する虞もある。これに対し、金型のバネ圧を位置決めステージの動作を規制できる程度まで高く設定することも考えられるが、このようにバネ圧の荷重を高くするとより振動が増大しまうといった問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、プレス加工時の振動に起因する位置決めステージの位置ズレを抑制することで高精度な加工を行うことができるプレス加工方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一対の金型によるワークのプレス加工方法は、前記ワークが載置された位置決めステージをサーボ制御により所定の位置に搬送する搬送工程と、前記位置決めステージによって前記一対の金型内に保持される前記ワークに対してプレス加工を行う加工工程と、を有し、前記一対の金型のうち一方の金型は、前記一対の金型内に保持される前記ワークに対して接離するように構成され、前記位置決めステージは、前記加工工程において、前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御を行うことを特徴とする。

本発明のプレス加工方法においては、位置決めステージは、一対の金型のうち、ワークに対して接離するように構成された一方の金型をワークに接触させるタイミングに応じて、例えば、ワークのプレス加工時に生じた振動にサーボ制御が反応しないようにできるので、ワークのプレス加工時の振動に起因するワークの位置ずれが抑制されて、信頼性の高いプレス加工を行うことができる。

また、上記プレス加工方法においては、前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、オン状態からオフ状態に切り替えることが好ましい。
この構成によれば、ワークに対して接離するように構成された一方の金型をワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、オン状態からオフ状態に切り替えることで、振動にサーボ制御が反応しなくなるので、プレス加工時に生じた振動がサーボ駆動部に伝達することを確実に防止することができる。
また、上記プレス加工方法においては、前記オフ状態に切り替えたサーボ制御は、前記一方の金型が前記ワークから離間したタイミング、又は、前記一方の金型が前記ワークから離間し始めるタイミングで、前記オフ状態から前記オン状態に切り替えることが好ましい。

また、上記プレス加工方法においては、前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、ＰＩＤ制御のゲインを前記搬送工程より小さくすることが好ましい。
この構成によれば、ワークに対して接離するように構成された一方の金型をワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、ＰＩＤ制御のゲインを搬送工程より小さくすることで、上述したようにプレス加工時に生じた振動がサーボ制御に影響を与えることを確実に防止することができる。

また、上記プレス加工方法においては、前記ＰＩＤ制御の前記ゲインを前記搬送工程より小さくしたサーボ制御は、前記一方の金型が前記ワークから離間したタイミングで、前記ＰＩＤ制御の前記ゲインを前記一方の金型が前記ワークに接触するタイミングより大きくすることが好ましい。

また、上記プレス加工方法においては、前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、前記位置決めステージを駆動させる駆動部を構成するサーボモーターのトルクの調整であることが好ましい。
この構成によれば、ワークに対して接離するように構成された一方の金型をワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御がサーボモーターのトルクを調整するので、上述したようにプレス加工時に生じた振動がサーボ制御に影響を与えることを確実に防止することができる。

プレス加工装置の全体の概略構成を示す図である。 本願発明を適用しない場合におけるプレス装置の動作とワークの保持位置の誤差との関係を示すグラフである。 本願発明を適用した場合におけるプレス装置の動作とワークの保持位置の誤差との関係を示すグラフである。

以下、本発明のプレス加工方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
以下、本発明のプレス加工方法に係る一実施形態として、本プレス加工方法を採用したプレス加工装置を例示する。このプレス加工装置は、複数のノズル開口が形成されたインクジェットヘッドのノズルプレートを加工するためのものである。

図１は、プレス加工装置（以下、加工装置と称す）の全体の概略構成を示す図である。図１に示されるように、加工装置１００は、ベース部１０１と、該ベース部１０１上に設置され、ワークＷに対してプレスを行うプレス装置１０と、前記ベース部１０１上に設置され、プレス装置１０に対してワークＷを搬送し、且つ、当該ワークＷを所定の位置に保持する位置決めステージ（以下、ステージと称す）２０と、プレス装置１０及びステージ２０の駆動を制御する制御部３０と、を有している。なお、図１においては、プレス装置１０のプレス軸における昇降方向がＺ方向で規定され、Ｚ方向に直交し、プレス装置１０に対するワークＷの搬送方向がＹ方向で規定され、Ｚ方向及びＹ方向に直交し、紙面貫通方向がＸ方向で規定される。

プレス装置１０は、土台部１と、土台部１上に設置された金型２と、金型２内に保持されるワークＷに対してプレス加工を行うプレス部３と、を主体に構成されている。金型２は上側金型２ａ及び下側金型２ｂから構成されている。ワークＷは上側金型２ａ及び下側金型２ｂ間に挟まれた状態でプレス部３が−Ｚ方向に沿って下降することで所望の形状にプレス加工されるようになっている。

ステージ２０は、ステージ定盤２１と、ステージ定盤２１をＸＹ平面内において移動させる駆動部（サーボ駆動部）２２と、ステージ定盤２１の側面部に設けられてワークＷを把持する把持部２３と、を有している。駆動部２２及び把持部２３は、上記制御部３０に電気的に接続されており、その駆動が制御されている。

ステージ２０の駆動部２２は、ステージ定盤２１に設けられた不図示の送り軸を駆動するサーボモーター２２ａと、ステージ定盤２１の位置情報を示すエンコーダー部２２ｂと、を有している。エンコーダー部２２ｂによる位置情報は制御部３０へと送信され、制御部３０は該位置情報に基づいてサーボモーター２２ａの駆動を制御する。具体的に、制御部３０は、エンコーダー部２２ｂによる位置情報をフィードバックすることでサーボモーター２２ａの駆動を制御する。制御部３０は、ＰＩＤ制御によってサーボモーター２２ａの駆動を管理している。
これにより、駆動部２２はステージ定盤２１の位置制御が可能とし、ステージ２０は把持部２３に把持したワークＷを金型２に対する所定の位置に搬送することができるようになっている。

ワークＷを金型２に搬送した後、ステージ２０はサーボモーター２２ａをロック（サーボロック）し、ワークＷの位置を固定した状態でプレス装置１０（プレス部３）によるプレス加工が行われる。

ところで、ワークＷのプレス時に生じた振動は、該ワークＷを所定位置に保持するステージ２０に伝達され、該振動によってステージ定盤２１の位置が動いてしまう。ここで、制御部３０は、エンコーダー部２２ｂによる位置情報に基づき、ステージ定盤２１を駆動させる駆動部２２を構成するサーボモーター２２ａの駆動を制御（サーボ制御）している。ステージ定盤２１の位置が動くと、制御部３０はエンコーダー部２２ｂから振動に起因した信号をフィードバック制御することでサーボモーター２２ａを駆動させる。

ここで、プレス装置１０による動作とワークＷの保持位置との関係について図面を参照しながら説明する。
図２は本実施形態に係るプレス加工方法を適用しない場合におけるプレス装置１０の動作と設計値に対するワークＷの保持位置の誤差（単位；μｍ）との関係を示すグラフである。図２において、プレス部３のストロークの変化が実線で表されており、ワークＷの設計値に対する誤差が破線で表されている。なお、図２中の右側縦軸は、プレス部３のＺ方向のストローク（μｍ）を示し、左側縦軸はＹ方向における誤差を示し、横軸は時間軸を示している。

図２中の期間Ｔ１は、プレス部３が−Ｚ方向への下降を開始することでワークＷに金型２が接触する期間を示している。期間Ｔ１においては、発生した振動によってワークＷの保持位置が変化した後、ステージ２０はワークＷが所定位置からずれた位置に保持してしまい、プレス部３がプレス加工を行うことが確認できる。

また、図２中の期間Ｔ２は、プレス部３がプレス加工を終えて＋Ｚ方向への上昇を開始することで金型２がワークＷから離間する期間を示している。期間Ｔ２においては、金型２がワークＷから離間する際に生じた振動によって、ステージ２０によるワークＷの保持位置がずれることが確認できる。

このように、制御部３０が駆動部２２をサーボ制御する構成において本願発明を適用しない場合、ステージ２０がプレス加工時にワークＷを本来位置決めした位置よりもずれた位置で位置決めをしてしまい、結果的に、プレス加工時にワークＷの位置ズレが生じ、加工精度の低下を招くといった問題が生じるおそれがあった。

これに対し、本実施形態に係る加工装置１００では、上述の問題を解消するために、プレス装置１０のワークＷに対する動作のタイミングに応じて、ステージ２０の駆動部２２を調整するようにしている。これにより、プレス加工時に生じた振動による駆動部２２への影響を小さくすることができる。ここで、駆動部２２の調整は、例えば、制御部３０が駆動部２２（サーボモーター２２ａ）をオン、オフすること、制御部３０によるサーボモーター２２ａのＰＩＤ制御のゲインを調整すること、或いはサーボモーター２２ａのトルクを調整することで行われる。

具体的に、制御部３０は、プレス装置１０のワークＷに対する動作のタイミングとして、プレス部３の下降動作により金型２がワークＷをプレスすることで振動が生じるタイミングに合わせて、駆動部２２をオフ状態とする。そして、制御部３０は、プレス加工後にプレス部３が完全に上昇し終わった後に、駆動部２２を再びオン状態に切り替えることで、プレス加工後のワークＷを不図示のワーク搬出領域まで良好に搬送することができる。

制御部３０は、振動に起因して生じるエンコーダー部２２ｂの検出信号がサーボモーター２２ａにフィードバックされない状態とすることができる。これによれば、プレス加工時に生じた振動にサーボモーター２２ａのサーボ制御が反応することが無いので、プレス加工時の振動によってワークＷの位置ずれが抑制されて、信頼性の高いプレス加工を行うことができる。

ここで、本願発明を適用した場合におけるプレス装置１０による動作とワークＷの保持位置との関係について図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係るプレス加工方法を適用した場合の図２に対応する図である。

図３中の期間Ｔ１は、プレス部３が−Ｚ方向への下降を開始することでワークＷに金型２が接触する期間を示している。本実施形態に係る加工装置１００は、期間Ｔ１において、プレス部３がワークＷに下降を開始するタイミングに合わせて、駆動部２２がオフ状態とされて振動にサーボ制御が反応しなくなるので、プレス加工期間中においてもワークＷの位置ズレが生じていないことが確認できる。

一方、図３中の期間Ｔ２は、プレス部３がプレス加工を終えて＋Ｚ方向への上昇を開始することで金型２がワークＷから離間する期間を示している。期間Ｔ２においては、金型２がワークＷから離間する際に生じた振動によって、ステージ２０によるワークＷの保持位置がずれることが確認できる、プレス加工後にワークＷの保持位置がずれた場合であっても加工精度の低下を招くことは無いことから実用上問題とない。

以上述べたように本実施形態に係る加工装置１００によれば、プレス装置１０におけるワークＷに対する動作のタイミングに応じて、プレス加工時に生じた振動に反応しないように駆動部２２のオン，オフをさせるので、プレス加工時の振動に起因するワークＷの位置ずれが抑制されて、信頼性の高いプレス加工を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、制御部３０がプレス加工後にプレス部３が完全に上昇し終わった後に、駆動部２２を再びオン状態に切り替える場合を例に挙げたが、プレス部３（金型２）が上昇を開始するタイミング、すなわち金型２とワークＷとが離間し始めるタイミングで駆動部２２をオン状態に切り替える構成としてもよい。

また、上記実施形態では、駆動部２２を調整する構成として、制御部３０が駆動部２２をオン、オフする場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、制御部３０は、プレス部３の下降動作により金型２がワークＷをプレスすることで振動が生じるタイミングに合わせて、サーボモーター２２ａのＰＩＤ制御のゲインを小さくするように調整してもよい。制御部３０は、プレス加工後にプレス部３が完全に上昇し終わった後に、サーボモーター２２ａのＰＩＤ制御のゲインを大きくすることで、プレス加工後のワークＷを不図示のワーク搬出領域まで良好に搬送することができる。

この構成によれば、制御部３０は振動に起因して生じるエンコーダー部２２ｂの検出信号がサーボモーター２２ａにフィードバックされた場合であっても、ＰＩＤ制御のゲインが小さくなっているので、振動に対するサーボ制御の反応を抑えることができる。これによれば、プレス加工時の振動によってワークＷの位置ずれが抑制されて、信頼性の高いプレス加工を行うことができる。

また、制御部３０は、プレス部３の下降動作により金型２がワークＷをプレスすることで振動が生じるタイミングに合わせて、サーボモーター２２ａのトルクを小さくするように調整してもよい。制御部３０は、プレス加工後にプレス部３が完全に上昇し終わった後に、サーボモーター２２ａのＰＩＤ制御のゲインを大きくすることで、プレス加工後のワークＷを不図示のワーク搬出領域まで良好に搬送することができる。

この構成によれば、制御部３０は振動に起因して生じるエンコーダー部２２ｂの検出信号がサーボモーター２２ａにフィードバックされた場合であっても、サーボモーター２２ａのトルクが小さくなっているので、振動にサーボ制御が反応してサーボモーター２２ａを駆動させたとしてもトルクが小さくなっているので、駆動部２２がワークＷの位置を移動させることが無い。すなわち、振動に対するサーボモーター２２ａの反応が抑えられるので、プレス加工時の振動によってワークＷの位置ずれが抑制されて、信頼性の高いプレス加工を行うことができる。

３ プレス部、１０ プレス装置、２０ ステージ（位置決めステージ）、２２ 駆動部（サーボ駆動部）、２２ａ サーボモーター（サーボ駆動部）、１００ 加工装置

Claims (6)

1. 一対の金型によるワークのプレス加工方法であって、
   前記ワークが載置された位置決めステージをサーボ制御により所定の位置に搬送する搬送工程と、
   前記位置決めステージによって前記一対の金型内に保持される前記ワークに対してプレス加工を行う加工工程と、を有し、
   前記一対の金型のうち一方の金型は、前記一対の金型内に保持される前記ワークに対して接離するように構成され、
   前記位置決めステージは、前記加工工程において、前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御を行うことを特徴とするプレス加工方法。
2. 前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、オン状態からオフ状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工方法。
3. 前記オフ状態に切り替えたサーボ制御は、前記一方の金型が前記ワークから離間したタイミング、又は、前記一方の金型が前記ワークから離間し始めるタイミングで、前記オフ状態から前記オン状態に切り替えることを特徴とする請求項２に記載のプレス加工方法。
4. 前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、ＰＩＤ制御のゲインを前記搬送工程より小さくすることを特徴とする請求項１に記載のプレス加工方法。
5. 前記ＰＩＤ制御の前記ゲインを前記搬送工程より小さくしたサーボ制御は、前記一方の金型が前記ワークから離間したタイミングで、前記ＰＩＤ制御の前記ゲインを前記一方の金型が前記ワークに接触するタイミングより大きくすることを特徴とする請求項４に記載のプレス加工方法。
6. 前記一方の金型を前記ワークに接触させるタイミングに応じたサーボ制御は、前記位置決めステージを駆動させる駆動部を構成するサーボモーターのトルクの調整であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプレス加工方法。

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