JP2002103090A - プレス装置用アクチュエータおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷重ロスを少なくして金型への負担を軽減す
るとともに、１サイクルの中で要するアクチュエータの
移動時間を短縮して稼働効率の向上を図る。 【解決手段】 サーボモータ１３で作動するボールねじ
機構１７によって加圧ラム４を直接往復動させる構成と
し、加圧工程の前後の移動速度を高速とする。加圧ラム
４の下死点を、型当たりによって停止する実際の下死点
を超えた位置に設定し、加圧ラム４が実際の下死点に達
した後、設定下死点まで加圧ラム４が下降しようとする
ことによりサーボモータ１３の電流値が増大し、加圧ト
ルクを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば薄板加工用
のプレス装置等に適用され、同装置の加圧ラムを昇降さ
せ、かつ、加圧ラムを介して金型を加圧するアクチュエ
ータおよびその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄板のプレス加工に用いるプレス装置と
して、昇降自在とされたアクチュエータの先端に加圧ラ
ムを介して上型を取り付け、この上型と固定側の下型と
の間に挟んだワークを、アクチュエータを下降させるこ
とによって加圧ラムでプレスする形式のものがある。こ
のようなプレス装置に備えられるアクチュエータは、駆
動源を油圧式とするものが多く、例えば、マグネスケー
ルでストローク制御が行われている。また、サーボモー
タを駆動源とするものもあり、例えば、サーボモータと
カムを組み合わせ、カムの形状とサーボモータの位相制
御で加圧の出力や位置を制御する形式のものが知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のアクチュエータ
では、加圧荷重を高い精度で細かく設定することが困難
であり、実際には、加工が確実になされるように金型に
相当余分な荷重をかけているのが現状である。このた
め、金型の負担が大きく、使用寿命が短かった。また、
上下の金型の間に対するワークの出し入れを行うスペー
スを確保する上で、アクチュエータのストロークは長く
設定される場合が多い。このため、１サイクル中の加圧
以外に要する作動時間が長く、稼動効率が良好とは言え
なかった。

【０００４】したがって本発明は、荷重ロスが少なく金
型への負担が軽減されることにより金型の使用寿命を延
ばすことができるとともに、１サイクルの中で要する作
動時間が短縮されて稼働効率の向上が図られるプレス装
置用アクチュエータおよびその制御方法を提供すること
を目的としている

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のプレス装置用ア
クチュエータは、ボールねじにボールねじナットが螺合
されてなるボールねじ機構と、ボールねじを回転駆動
し、その回転数が任意に設定可能なモータと、ボールね
じナットと一体に結合されることにより、ボールねじナ
ットとともに往復動自在とされ、その先端に加圧ラムが
取り付けられるアクチュエータ本体と、このアクチュエ
ータ本体の往復動をガイドするガイドと、モータに電気
を供給する電源と、モータの電流値およびアクチュエー
タ本体の位置を制御する制御手段とを備えることを特徴
としている。

【０００６】上記構成のアクチュエータによれば、モー
タの回転数によってアクチュエータ本体の往復動の速度
を任意に調整できる。よって、開始／終了位置である待
機位置から金型が型当たりする下死点直前までの往復動
を高速とすることができ、１サイクル中の加圧以外に要
する作動時間を短くすることができる。その結果、稼働
効率の向上が図られる。また、アクチュエータ本体のス
トロークエンドである設定下死点を、金型が型当たりす
る実際の下死点を越えた位置に設定すると、型当たり後
にアクチュエータ本体は設定下死点まで往動しようとす
ることからモータの電流値が増大し、加圧トルクが発生
する。設定下死点および保持時間を適宜に設定すること
により、最低限の荷重で加圧することができる。その結
果、荷重ロスが少なく金型への負担が軽減され、金型の
使用寿命を延ばすことができる。

【０００７】上記本発明のアクチュエータは、次の各構
成を好ましい形態としている。まず、モータとしてサー
ボモータを適用する。サーボモータは、回転数や回転角
度を的確に制御することができるので、アクチュエータ
の位置や速度を、容易かつ高精度に制御することができ
る。

【０００８】次に、アクチュエータ本体の往復動をガイ
ドするガイドを、アクチュエータ本体の周囲に同軸的に
配される筒状体で構成し、さらに、その横断面の外周縁
が投影される範囲内に加圧ラムを配置する。この形態に
よれば、加圧時に生じる反力の発生位置が加圧ラムに対
して偏心していても、その反力はガイドの外周縁内に指
向することになり、その偏心荷重はガイドで受けられ
る。したがって、アクチュエータ本体やボールねじ、あ
るいは荷重を受ける他の部品への偏った負荷や、これに
伴う変形が抑えられ、装置の寿命が長くなる。

【０００９】次に、モータとボールねじとの間に、加圧
ラムから受ける反力の全てをボールねじから受け、か
つ、モータへの反力の伝達を遮断する反力受け部材を介
在させる。同部材としては、例えばモータ以外の支持部
材に支持されたスラストベアリング等が挙げられる。こ
の形態によれば、加圧時に発生する反力はモータに伝達
しないので、モータの動作に支障が生じたりモータの駆
動軸等が損傷したりするおそれがない。

【００１０】次に、本発明のプレス装置用アクチュエー
タの制御方法は、前記アクチュエータ本体のストローク
エンドである設定下死点を、金型が型当たりする実際の
下死点を越えた位置に設定し、実際の下死点に至ってか
ら、前記モータが設定下死点に応じた電流値になるまで
回転しようとして発生する加圧トルクの保持時間を設定
し、さらに、実際の下死点の直前に、減速位置および加
速位置を設定し、アクチュエータ本体を、開始／終了位
置である待機位置から減速位置まで高速で往動させた
後、実際の下死点まで低速で往動させ、この下死点か
ら、設定下死点までさらに往動するようにモータを駆動
して一定の加圧トルクを発生させ、保持時間が経過した
ら、モータを逆回転させて加速位置まで低速で復動さ
せ、この後、待機位置まで高速で復動させることを特徴
としている。

【００１１】上記制御方法によれば、上述した効果、す
なわち、荷重ロスが少なく金型への負担が軽減されるこ
とにより金型の使用寿命を延ばすことができるととも
に、１サイクルの中で要する作動時間が短縮されて稼働
効率の向上が図られる効果を得る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係るアクチ
ュエータが装備された薄板加工用プレス装置の概略を示
している。図中符合１はプレス装置本体、２はボルスタ
ー、３はタイロッドであり、プレス装置本体１上に、ア
クチュエータ１０がセットされている。アクチュエータ
１０は、プレス装置本体１を貫通して昇降するアクチュ
エータ本体１１を備え、アクチュエータ本体１１の下端
には円盤状の加圧ラム４が取り付けられる。この加圧ラ
ム４には上型５が固定され、ボルスター２には、上型５
と対をなして金型を構成する下型６がセットされる。

【００１３】図示せぬワークは上下の金型５，６の間に
挟まれ、アクチュエータ本体１１によって下降する加圧
ラム４の加圧を受けて加工される。アクチュエータ１０
は、エンコーダ１２を備えたサーボモータ１３を駆動源
としており、エンコーダ１２およびサーボモータ１３に
は、コントローラを内蔵するサーボアンプ（電源、制御
手段）１４が接続され、さらにサーボアンプ１４には上
位指令装置としてのシーケンサ１５が接続されている。

【００１４】図２を参照して、アクチュエータ１０を詳
述する。図２の符合１６は、プレス装置本体１上に固定
された円筒状のガイドであり、このガイド１６に、円筒
状の前記アクチュエータ本体１１が昇降自在に挿入され
ている。ガイド１６の内周面とアクチュエータ本体１１
の外周面とには、軸方向に延びて互いに摺動自在に嵌合
する角形スプラインが形成されており、これによってア
クチュエータ本体１１はガイド１６に対して軸回りに回
転不能、かつ軸方向に昇降自在となっている。

【００１５】アクチュエータ本体１１は、その上端部が
ボールねじ機構１７に連結されている。このボールねじ
機構１７は、ボールねじ１８と、このボールねじ１８に
図示せぬボールを介して螺合するボールねじナット１９
とから構成され、ボールねじナット１９がアクチュエー
タ本体１１の上端部に嵌合されて一体的に固定されてい
る。ボールねじ１８は、その上端部がスラストベアリン
グ（反力受け部材）２０を介してハウジング２１に回転
自在に支持されている。このハウジング２１は、ガイド
１６に立設された複数のタイロッド２２に支持されてい
る。ボールねじ１８の上端部はハウジング２１を貫通
し、上端に設けられたカップリング２３が、サーボモー
タ１３の駆動軸１３ａに設けられたカップリング２４に
連結されている。

【００１６】上記ボールねじ機構１７によれば、サーボ
モータ１３によってボールねじ１８が回転することによ
り、ボールねじナット１９を介してアクチュエータ本体
１１がガイド１６に沿って昇降する。アクチュエータ本
体１１、ガイド１６および加圧ラム４は同軸的に配置さ
れており、ガイド１６の外径は加圧ラム４のそれよりも
大径である。換言すると、ガイド１６の横断面の外周縁
が投影される範囲内（図２の線Ｒ内）に加圧ラム４が配
置されている。

【００１７】加圧ラム４は、アクチュエータ本体１１の
下端にオーバーロードプロテクタ２５を介して取り付け
られている。このオーバーロードプロテクタ２５は、皿
ばねと、この皿ばねに本装置に設定された最大荷重を与
圧して皿ばねを弾性変形させるとともに、皿ばねを挟ん
だ状態で加圧ラム４をアクチュエータ本体１１に固定す
る固定部材（いずれも図示略）と、最大荷重を超える反
力（荷重）が負荷されて皿ばねが撓んだことを感知する
撓みセンサ２６とを備え、撓みセンサが皿ばねの撓みを
感知すると、感知信号がサーボアンプ１４に供給され、
サーボモータ１３が停止するようになっている。加圧時
に発生する反力は、加圧ラム４からオーバーロードプロ
テクタ２５、アクチュエータ本体１１、ボールねじナッ
ト１９、ボールねじ１８の順に伝わり、スラストベアリ
ング２０を経てタイロッド２２に支持されているハウジ
ング２１に伝わり、サーボモータ１３には伝達しないよ
うになっている。

【００１８】また、１つのタイロッド２２には、ボール
ねじナット１９の位置を検知してアクチュエータ本体１
１の下降側および上昇側のオーバーランを防止する上下
一対のオーバーランセンサ２７が設けられている。この
オーバーランセンサ２７によりアクチュエータ本体１１
のオーバーランが検知されると、その検知信号はサーボ
アンプ１４に供給され、サーボモータ１３が停止するよ
うになっている。

【００１９】次に、上記アクチュエータ１０の好適な制
御方法およびそれに基づく作用を説明する。この制御
は、ワークを塑性加工させる場合である。サーボモータ
１３の回転数および回転速度を制御するサーボアンプ１
４に、１サイクル（下降−加圧−上昇）に要する次のパ
ラメータを設定する。 アクチュエータ本体１１のストロークエンドである下
死点。この下死点を、上型５が下型６に型当たりする実
際の下死点よりも僅かに下方に設定する。 アクチュエータ本体１１が実際の下死点に至ってから
サーボモータ１３の電流値が増大して加圧トルクを与え
る保持時間。 アクチュエータ本体１１の実際の下死点の直前位置で
ある減速位置と加速位置。 アクチュエータ本体１１の昇降速度

【００２０】図３は、本制御によるアクチュエータ本体
１１および加圧ラム４の位置と時間との関係を示してい
る。まず、シーケンサ１５からの上位指令により開始信
号がサーボアンプ１４に入力されると、サーボモータ１
３が回転してアクチュエータ本体１１が加圧ラム４を開
始／終了位置である待機位置から高速で下降させる。減
速位置まで下降すると低速に変速してさらに下降し、上
型５が下型６に当たって加圧ラム４は停止する。サーボ
モータ１３は、設定下死点まで加圧ラム４が下降するよ
うに回転しようとするが、型当たりして下降は不可能な
ので、電流値が増大して加圧トルクが発生する。これに
より、上下の金型に挟まれたワークが加工される。

【００２１】このときのサーボモータ１３の電流値は、
アクチュエータ本体１１の設定下死点に応じて制限され
るものであり、その電流値になるまでサーボモータ１３
は回転しようとすることから一定の加圧トルクが発生す
る。加圧トルクは、制限される電流値すなわち設定下死
点によって適宜に変更可能である。設定した保持時間が
経過したら、サーボモータ１３を逆回転させて加圧ラム
４を加圧トルクが解除される加速位置まで低速で上昇さ
せ、この後、待機位置まで高速で上昇させる。なお、加
圧時以外のアクチュエータ本体１１の昇降時には、サー
ボモータ１３の全トルクを出力させることができる。

【００２２】上記制御方法によれば、待機位置から金型
が型当たりする下死点直前までの往復動が高速なので、
１サイクル中の加圧以外に要する作動時間を短くするこ
とができる。その結果、稼働効率の向上が図られる。ま
た、アクチュエータ本体１１の設定下死点および保持時
間を適宜に設定することにより、最低限の荷重で加圧す
ることができる。その結果、荷重ロスが少なく金型への
負担が軽減され、金型の使用寿命を延ばすことができ
る。さらに、型当たりする際、加圧ラム４は低速で下降
しているので、上下の金型５，６どうしの打撃音が抑え
られ、かつ、これら金型５，６の損傷が防止される。

【００２３】次に、上記アクチュエータ１０の構成上の
作用効果を述べる。まず、アクチュエータ本体１１を昇
降させる駆動源として、回転数や回転角度を的確に制御
することができるサーボモータ１３を使用しているの
で、アクチュエータ本体１１の位置や速度を、容易かつ
高精度に制御することができる。したがって、適切な速
度でワークの加工を行うことができる。

【００２４】また、ガイド１６の横断面の外周縁が投影
される範囲内に加圧ラム４が配置されているので、加圧
時に生じる反力の発生位置が加圧ラム４に対して偏心し
ていても、その反力はガイド１６の外周縁内に指向する
ことになり、その偏心荷重はガイド１６で受けられる。
したがって、アクチュエータ本体１１やボールねじ１
８、あるいは荷重を受ける他の部品への偏った負荷や、
これに伴う変形が抑えられ、装置の寿命が長くなる。さ
らに、加圧時に発生する反力は、スラストベアリング２
０で遮断されてサーボモータ１３には伝達しないので、
サーボモータ１３の動作に支障が生じたり駆動軸１３ａ
等が損傷したりするおそれがない。

【００２５】上記制御は、加圧トルクを要する塑性加工
の場合に好適な例であり、本実施形態のアクチュエータ
１０では、例えば薄板の切断加工にも応用できる。その
場合には、電流値の設定すなわち電流制御は行う必要は
なく、切断レベルのやや下方に下死点を設定し、実際に
その設定下死点まで加圧ラム４を下降させる位置制御
と、速度制御が行われる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータで作動するボールねじ機構によって加圧ラムを直
接往復動させる構成とし、アクチュエータ本体の設定下
死点に応じたモータ電流値によって加圧トルクを適宜に
制御するようにしたので、荷重ロスが少なく金型への負
担が軽減されることにより金型の使用寿命を延ばすこと
ができるとともに、１サイクルの中で要するアクチュエ
ータの移動時間を短縮して稼働効率の向上が図られると
いった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るアクチュエータが
適用されたプレス装置の概略図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係るアクチュエータの
一部断面側面図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る制御方法によって
作動するアクチュエータの位置と時間との関係を示す線
図である。

【符号の説明】

４…加圧ラム １０…アクチュエータ １１…アクチュエータ本体 １３…サーボモータ（モータ） １４…サーボアンプ（電源、制御手段） １６…ガイド １７…ボールねじ機構 １８…ボールねじ １９…ボールねじナット ２０…スラストベアリング（反力受け部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E088 AB04 BA01 BA10 EA05 EA06 4E089 EA01 EB01 EB02 ED02 FC01 FC03 4E090 AA01 AB01 BA02 CC04 HA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス装置の加圧ラムを往復動させるア
   クチュエータであって、 ボールねじにボールねじナットが螺合されてなるボール
   ねじ機構と、 前記ボールねじを回転駆動し、その回転数が任意に設定
   可能なモータと、 前記ボールねじナットと一体に結合されることにより、
   ボールねじナットとともに往復動自在とされ、その先端
   に前記加圧ラムが取り付けられるアクチュエータ本体
   と、 このアクチュエータ本体の往復動をガイドするガイド
   と、 前記モータに電気を供給する電源と、 前記モータの電流値および前記アクチュエータ本体の位
   置を制御する制御手段とを備えることを特徴とするプレ
   ス装置用アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記モータはサーボモータであることを
   特徴とする請求項１に記載のプレス装置用アクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】 前記ガイドは、前記アクチュエータ本体
   の周囲に同軸的に配される筒状体であって、その横断面
   の外周縁が投影される範囲内に前記加圧ラムが配置され
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載のプレ
   ス装置用アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記モータと前記ボールねじとの間に、
   前記加圧ラムから受ける反力の全てを前記ボールねじか
   ら受け、かつ、前記モータへの反力の伝達を遮断する反
   力受け部材が介在されていることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれかに記載のプレス装置用アクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のプレス装置用アクチュ
   エータの制御方法であって、 前記アクチュエータ本体のストロークエンドである設定
   下死点を、金型が型当たりする実際の下死点を越えた位
   置に設定し、 実際の下死点に至ってから、前記モータが前記設定下死
   点に応じた電流値になるまで回転しようとして発生する
   加圧トルクの保持時間を設定し、 さらに、実際の下死点の直前に、減速位置および加速位
   置を設定し、 アクチュエータ本体を、開始／終了位置である待機位置
   から前記減速位置まで高速で往動させた後、実際の下死
   点まで低速で往動させ、この下死点から、前記設定下死
   点までさらに往動するようにモータを駆動して一定の加
   圧トルクを発生させ、前記保持時間が経過したら、モー
   タを逆回転させて前記加速位置まで低速で復動させ、こ
   の後、待機位置まで高速で復動させることを特徴とする
   プレス装置用アクチュエータの制御方法。