JP2004090031A

JP2004090031A - 加工装置用の駆動装置及びその駆動装置を利用した加工装置

Info

Publication number: JP2004090031A
Application number: JP2002254535A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsuchida; 土田　隆; Yoshikazu Muramatsu; 村松　義和; Takeshi Kakimoto; 柿本　武士; Shunsuke Yamada; 山田　俊輔
Original assignee: UHT Corp
Current assignee: UHT Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25
Also published as: CN1486816A; CN100348365C

Abstract

【課題】リニアアクチュエータを駆動源にして加工部を上下させて所要の加工を行うその駆動装置及びその駆動装置を利用した加工装置において、加工部が上下する駆動時に発生する振動をより小さく抑制する。
【解決手段】固定部１に対して可動部２が直線的に移動するリニアアクチュエータ（リニアモータ）を上下方向に２体縦設してユニット化すると共に加工部４に連絡される一方の可動部２に対して他方の可動部２の移動を上下方向における逆方向に制御して、前記加工部４に連絡される一方の可動部２の重力、鉛直方向の加速度を含む力を、他方の可動部２の重力、鉛直方向の加速度を含む力で相殺する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置用の駆動装置及びその駆動装置を利用した加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、加工装置用の駆動装置としては、エアーシリンダ、サーボモータ、リニアモータ、カム等、様々なものが存在する。
例えばエアーシリンダは、等速加工（例えば切断、穿孔、圧延等）に適し、コスト的に有利である。
また、サーボモータは、下降限での制御が行え、高負荷な加工（切断、穿孔、圧延等）も可能である。そして、リニアモータは、加工力は弱いが、高速加工に最適で穿孔ホール内面や切断面が美麗である、また下降限の調整及び加工スピードの調整も高精度に行える。
更には、カム駆動は、高速・等速での繰り返し運動に適し、サーボモータを駆動源にする場合よりも低負荷ではあるもののコスト的に有利である。等の特徴を有している。
ところで、高速加工を目的にすると、リニアモータ（後述ではリニアアクチュエータと称す）が最適である。
【０００３】
しかしながら、特に加工位置（下限位置）では他の駆動装置と同様に衝撃で振動するし、その減衰時間の長引きによって所定上昇スピードまでへの立ち上がり遅くなる。
そのため、加工位置での振動を小さくし、しかも振動の減衰時間をより短くして、生産性をより向上させ、しかも穿孔ホールや切断面等の加工面をより美麗にするには未だ問題点を残しているのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたもので、その課題はリニアアクチュエータ（リニアモータ）を駆動源にして加工部を上下させて所要の加工を行うその駆動装置及びその駆動装置を利用した加工装置において、加工部が上下する駆動時に発生する振動をより小さく抑制することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために講じた技術的手段は、固定部に対して可動部が直線的に移動するリニアアクチュエータを上下方向に２体縦設してユニット化すると共に加工部に連絡される一方の可動部に対して他方の可動部の移動を上下方向における逆方向に制御して、前記加工部に連絡される一方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力を、他方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力で相殺することを特徴とする加工装置用の駆動装置である（請求項１）。
前記リニアアクチュエータは、リニアモータ（ボイスコイルモータを包含する）である。
【０００６】
前記手段によれば、加工部に連絡される一方の可動部は、上下往復動する上昇限位置直前、下降限位置直前に固定部への入力を制御して減速し、上昇限、下降限に達した直後には所定スピードまで同可動部を加速する。
その減速、加速時に可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力によって発生する反力は可動部のみならず固定部を含むユニット全体に衝撃を与え、振動する。しかし、他方の可動部がその可動部の移動方向に対して逆方向に減速、加速を伴って移動するので、加工部に連絡される一方の可動部によって発生する反力と大きさを同じくする方向が逆な反力を他方の可動部が発生させ、他方の可動部によって発生する反力は、一方の可動部から発生する反力を相殺し、加工部に連絡される一方の可動部の上下往復動によって発生する振動を防止することができる。
ことに、減速領域から上昇限、下降限に達する反力が相殺されないと、加工時である同上昇限もしくは下降限に大きく振動してから所定の時間をかけてその振動が減衰するため、先端に設けられている加工具での加工精度や切れ味等を悪くする。
前記のように、一方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力によって発生する反力を、他方の可動部の逆移動によって発生する反力と相殺するから、加工時である上昇限もしくは下降限で加工部に連絡する可動部の停止をシャープにすると共に、減速領域を減少させ、しかも所定スピードまでの加速時期を速めることができる。
【０００７】
前記駆動装置を備え、前記加工部に加工具としてパンチまたは切断刃もしくは圧延体を有する加工装置も有効なものである。
【０００８】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図５は、本実施の形態駆動装置を有するパンチング装置の第１の実施の形態を、また、図６は同第２の実施の形態を各々示し、図７〜図１０は、駆動装置の主構成であるリニアアクチュエータ（リニアモータ）の他例数例の概略を示している。
第１の実施の形態を説明する。
【０００９】
駆動装置Ａは、図１、図２に示すように、固定部１に対して可動部２が直線的に移動するリニアモータＭを上下方向に２体縦設してユニット化されている。
この実施の形態で使用されるリニアモータＭは、交互に極性が異なる永久磁石を隣合わせに並べて配置した界磁石ヨークからなる可動子１２を、その永久磁石に対して磁気的空隙を介して対向するコイル群を有する電機子を備えた固定部１に対して移動可能にした構成である。
前記電機子は、例えば３相交流電圧を印加すると、移動方向である上下方向に移動用の磁極を形成するようになっている。
尚、界磁石ヨーク側を固定部とし、電機子側を可動子とすることも可能である。
【００１０】
この駆動装置Ａは、前後を開放した正面視枠状のケーシング３の上下板部１３、１３に亘って前記固定部１を互いに平行に複数体縦架し、その固定部１を、磁気的空隙を介して上下２体の可動子１２、１２に挿通させて同可動子１２、１２を上下にガイド可能に配置し、該ケーシング３の左右側板２３、２３に設けたガイドレールＧＬで可動子１２各々を鉛直方向に案内するようにしてある。
【００１１】
そして、一方の可動子である下位の可動子１２は、ケーシング３の下板部１３を貫通する連結アーム２２を介して加工部４を連絡して可動部２を構成しており、他方の可動子である上位の可動子１２は、ケーシング３の上板部１３を貫通する連絡アーム２２を介して前記加工部４と質量的にバランスするバランサ５を取付けて可動部２を構成している。
このバランサ５は、加工部４の質量に合わせて交換可能になっていても良いものである。
【００１２】
前記加工部４は、下位の連結アーム２２先端の取付板１４と、その取付板１４に着脱可能に取着される加工金型２４とからなっており、該加工金型２４は加工具としてパンチＰを支承している。
【００１３】
前記駆動装置Ａは、駆動時には加工部４に連絡される一方の可動部２に対して他方の可動部２の移動を逆方向に制御して、前記加工部４に連絡される一方の可動部２の重力、鉛直方向の加速度を含む力を、他方の可動部２の重力、鉛直方向の加速度を含む力で相殺するように制御されている。
そのために、例えば３相交流の場合には、双方の固定部１の電機子への巻線は同じで、他方の結線を入れ替えた構成にして、例えば３相交流の場合、他方の電機子の巻線の３相の内、２相を入れ替えた構成にしている。
【００１４】
また、上下の可動子１２は、各々枠状のケーシング３に一端側が支持された引っ張りバネ６で、非駆動時にケーシング３の下板部１３上に落下しないように吊持されている。
そして、この駆動装置Ａは、図３に示すようにユニット自体を機体Ｂ上に設置すると共に、その加工金型２４を、ダイス１７を有する固定金型７上方に配設されているストリッパプレート８のパンチ挿通孔１８にパンチＰを対応させた状態でそのストリッパプレート８上に配置して、パンチング装置として使用に供される。
【００１５】
図４は、制御系のブロック図を示しており、コントローラＣから各々のドライバ回路Ｄにパルス（正転パルスまたは逆転パルス）を出力し、そのパルス列に応じてドライバ回路Ｄで増幅してパルス列に則る周波数の駆動電流を各々の電機子に通電して各々の可動部２、２を逆方向に移動させ、リニアスケール９で各々の可動部２、２の目標下限静止位置、目標上限静止位置を確認すると、再びドライバ回路Ｄにパルス（逆転パルスまたは正転パルス）を出力して、各々の可動部２、２を前記とは逆方向に移動するように制御する。
【００１６】
一方の可動部２と他方の可動部２との間には、例えば水平方向に制御動されるもののように速度を一致させるのと相違して、可動部の重力が加速の抵抗になる可動部２、２の上昇時と、同下降時とは条件を異にする。それを踏まえて制御する必要がある。
図５において、ｇは重力、他方の可動部２Ｂの質量ｍ１、一方の可動部２Ａの質量ｍ２とする。
質量ｍ１である可動部２Ｂが上方に移動する際に必要な力Ｆ１はその時の加速度をａ１とすると、
Ｆ１＝ｍ１（ａ１＋ｇ）　　　　　　　…▲１▼
となる。これが反力としてユニットに影響を与える。そのため、その反力を相殺するためには力Ｆ１を打ち消すような質量ｍ２である一方の可動部２Ａが必要である。そしてその力をＦ２とすると
Ｆ１＝Ｆ２　　　　　　　　　　　　　…▲２▼
の関係が成り立つ。ここでＦ２は、
Ｆ２＝ｍ２（ａ２−ｇ）　　　　　　　　…▲３▼
と表すことができ、▲２▼式の条件により
ｍ１（ａ１＋ｇ）＝ｍ２（ａ２−ｇ）　…▲４▼
となる。
ｍ１＝ｍ２＝ｍと仮定し▲４▼式を変形させて得られる可動部２Ａの加速度ａ２は、
ａ２＝ａ１＋２ｇ　　　　　　　　　　…▲５▼
となる。
また、質量ｍ１である可動部２Ｂが下方に移動する際に必要な力Ｆ１はその時の加速度をａ１とすると、
Ｆ１＝ｍ１（ａ１−ｇ）　　　　　　　…▲６▼
その反力を相殺するためには力Ｆ１を打ち消すような質量ｍ２である一方の可動部２Ａが必要である。そしてその力をＦ２とすると
Ｆ２＝ｍ２（ａ２＋ｇ）　　　　　　　　…▲７▼
と表すことができ、同様に前記▲２▼式の条件により
ｍ１（ａ１−ｇ）＝ｍ２（ａ２＋ｇ）　…▲８▼
となる。
そしてｍ１＝ｍ２＝ｍと仮定すると▲８▼式を変形させて得られる可動部２Ａの加速度ａ２は、
ａ２＝ａ１−２ｇ　　　　　　　　　　…▲９▼
となる。
よって、ａ１が設定されると可動部２Ａの上下動時の加速度ａ２を▲５▼▲９▼式を満たすようにコントロールすることでユニットの振動を相殺することができる。
前記数式は前記バランサ５と加工部４との質量が同一の場合を想定している。尚、前記引っ張りバネ６の張力は大きなものではないため、前記数式では無視してある。
【００１７】
この所定の数式▲５▼▲９▼に基づいて加工部４に連絡される一方の可動部２の重力、鉛直方向の加速度を含む力を、他方の可動部２の重力、鉛直方向の加速度を含む力で相殺するように各々の可動部を逆方向に制御する。
【００１８】
詳細には、駆動装置Ａを稼動させると各々の可動部２、２は逆方向（往方向）に加速する加速領域、定速領域を経て減速領域に達し、一方の可動部２に連絡されている加工部４のパンチＰでワークＷに所定のホール穿孔を行う。そして、その一方の可動部２の下降限での振動が減衰してリニアスケール（位置決めセンサ）９でその目標下限位置が安定検出されるまで待機した後、各々可動部２、２を逆方向（復方向）に加速する。そして加速領域、定速領域、減速領域を経て、その一方の可動部２の上昇限での振動が減衰してリニアスケール（位置決めセンサ）９で目標上限位置が安定検出されるまで待機した後、再び各々の可動部２、２を逆方向（往方向）に反転させる。
これを繰り返して、パンチング動作を継続する。
【００１９】
図６は、正面視横向きコの字状を呈し、中央の空間部分をワークの搬入スペースとした周知のパンチングユニットに前記する駆動装置を単動パンチの打動源とした実施の形態を示している。
符号Ａが、その駆動装置であり、パンチングユニットＵの上半部上に後方に向けてスライド可能に設置されている。
この駆動装置Ａは、前方と左右両側方を開放したケーシング３の中央部に中間板部３３を設け、そのケーシング３の上下板部１３、１３に亘り前記実施の形態と同様に数体の固定部１を互いに平行に縦架し、その固定部１に上下に２体の可動部２、２をガイド可能に配置すると共に、下方の可動部２からロッド３２を垂設し、そのロッド３２にパンチ支持体ｐ１を係脱可能に設けた構成になっている。
この実施の形態でも、前記する実施の形態と同様に可動子１２、１２各々を、ケーシング３に一端側が支持された引っ張りバネ（図示せず）で、非駆動時にケーシング３の下板部上に落下しないように吊持している。また符号ＧＬはガイドレールである。尚、パンチ支持体ｐ１が極めて軽量であるため、バランサを敢えて設けた構成にはされていない。
【００２０】
図７〜図１０各々は、駆動装置の主構成となるリニアモータの他例を示すものであり、符号２は可動部（図面では太線で囲繞して、固定部と区別してある）、１は固定部、また、ＧＬは可動部２のガイドレールである。
【００２１】
また、前記する実施の形態ではパンチングマシンについて述べているが、切断装置、プレス機（圧延）、その他の加工装置の駆動装置及びその駆動装置を利用した加工装置をも本発明は包含するものである。
尚、本発明の実施の形態ではないが、前記上下２体の可動子を各々下位の可動子と上位の可動子とを接触させた状態で同方向に制御して、加工力を倍加させるようにしても任意なものである。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は以上のように固定部に対して可動部が直線的に移動するリニアアクチュエータを上下方向に２体縦設してユニット化すると共に加工部に連絡される一方の可動部に対して他方の可動部の移動を上下方向における逆方向に制御して、前記加工部に連絡される一方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力を、他方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力で相殺するようにしているから、加工部に連絡する一方の可動部の上下往復動によって発生する振動を抑制して、加工精度や切れ味等を良くすることができる。
しかも、上昇限、下降限での可動部の停止がシャープで、減速領域を減少させ、所定スピードまでの加速時期をも速めるので、高速加工に際して追随性が抜群に良く、生産性を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態駆動装置の正面図。
【図２】図１の（２）−（２）線断面図。
【図３】同駆動装置を利用した加工装置（パンチング装置）の正面図で、一部切欠して示す。
【図４】制御部（コントローラ）、ドライバ回路、リニアモータの関係を示すブロック図。
【図５】可動部の質量、重力、加速度の関係を示す説明図。
【図６】駆動装置を利用した加工装置（パンチング装置）の他の実施の形態の正面図で、一部切欠して示す。
【図７】リニアアクチュエータ（リニアモータ）の他例の縦断平面図。
【図８】他の例の縦断平面図。
【図９】同他の例の縦断平面図。
【図１０】同他の例の縦断平面図。
【符号の説明】
Ｍ：リニアアクチュエータ（リニアモータ）　　　１：固定部
２：可動部　　　　　　　　　　　　　　　　　　４：加工部
Ａ：駆動装置　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｐ：加工具（パンチ）

Claims

固定部に対して可動部が直線的に移動するリニアアクチュエータを上下方向に２体縦設してユニット化すると共に加工部に連絡される一方の可動部に対して他方の可動部の移動を上下方向における逆方向に制御して、前記加工部に連絡される一方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力を、他方の可動部の重力、鉛直方向の加速度を含む力で相殺することを特徴とする加工装置用の駆動装置。
前記リニアアクチュエータが、リニアモータである請求項１記載の加工装置用の駆動装置。
前記請求項１または２記載の駆動装置を備え、前記加工部に加工具としてパンチまたは切断刃もしくは圧延体を有することを特徴とする加工装置。