JP3790231B2

JP3790231B2 - Servo drive system for press machine

Info

Publication number: JP3790231B2
Application number: JP2003145374A
Authority: JP
Inventors: 欽志郎内藤; 篤藏関山; 俊昭大竹; 晴彦栗山
Original assignee: Amada Co Ltd; NS Engineering Inc
Current assignee: Amada Co Ltd; NS Engineering Inc
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP2004074273A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばタレットパンチプレスに適用されるプレス機械のサーボドライブシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、パンチプレスには、ラムの駆動源としてサーボモータを用いる電動式のものがある。このようなパンチプレスなどのプレス機械の打ち抜き加工では、加工中にきわめて大きい騒音が発生するので、この種の騒音をできるだけ減らすことが望まれている。
【０００３】
このような打ち抜き加工における騒音の発生原理は複雑で、ワークの材質、板厚その他各種の条件によってさまざまであるが、ラムの駆動による打ち抜き速度が速いときは騒音は大きく、打ち抜き速度が遅くなるほど騒音は小さくなり、また、打ち抜き速度が一定であれば、負荷が軽いときは騒音は小さく、負荷が重いほど騒音は大きくなることが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−６２５９１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−６２５９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動式のパンチプレスは、例えばトグルやフライホイールなどの機構を利用することで加工に必要なトルクを発生しているため、この機構によるイナーシャがラムの往復動を遅らせる原因となり、また、それに加えて、サーボモータの主軸とラムを上下動させる作動軸とは、ギヤなどの動力伝達機構を介してドライブされるため、この動力伝達機構によるロスや遅れも生じることが避けられない。そのため、サーボモータの速度を制御してもラムの駆動速度を追従させることが困難で、ラムを速度制御することに適していない。
【０００７】
これにより従来は、負荷の軽重にかかわらず、打ち抜き速度はほぼ一定に設定されるため、騒音を減らそうとして打ち抜き速度を低めに設定すれば、作業効率が大幅に低下してしまい、一方、作業効率の要請から打ち抜き速度を高めに設定すれば、大きな騒音が発生してしまい、結局、低騒音化と作業効率とを両立させることができないという問題があった。
【０００８】
また、従来のシステムは、あらかじめ定められた打ち抜きパターンを、板厚、材質などにより、油圧プレスシステムにおいて切り換えることにより、騒音低下と打ち抜き速度の両立を図っていた。そのため、高速処理のハード、ソフトなど複雑な制御システムを必要としていた。
【０００９】
この発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することで、低騒音化と作業効率との両立を図ることのできるプレス機械のサーボドライブシステムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、ラムを上下動させる作動軸を少なくともその一端に設置したサーボモータにより直接駆動して、板状のワークをパンチ金型で打ち抜くプレス機械において、前記サーボモータの速度−トルク特性を、ワークの種類に応じて、軽い負荷から重い負荷まで最適な打ち抜きパターンが生成される速度−トルク特性に設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の請求項２に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、ラムを上下動させる作動軸を少なくともその一端に設置したサーボモータにより直接駆動して、板状のワークをパンチ金型で打ち抜くプレス機械において、前記サーボモータの速度−トルク特性を、ラムの１サイクルの前半初期には、速度カーブおよびトルクカーブがいずれも正転方向に立ち上がって一定値になることでラム位置カーブは上昇端位置から実質的に均一に下降し始め、ラム下端のストライカがパンチ金型を押し込んでワークから負荷を受けると、その負荷に応じてトルクカーブが急激に上昇するとともに速度カーブが減少することでラム位置カーブの下降は緩やかになり、パンチ金型が下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに速度カーブが速度減少分を取り戻すべく前記一定値を超えて加速することでラム位置カーブは下降速度を加速し、ラムの１サイクルの後半には、ラム位置カーブは下降端位置から上昇端位置まで実質的に均一に上昇するサイクルを繰り返す速度−トルク特性に設定したことを特徴とするものである。
この発明の請求項３に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項２記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記サーボモータの速度−トルク特性は、前記ラム位置カーブの下降中における負荷によるラム速度の低下が、ラムの１サイクル中における加減速として吸収・解消される速度−トルク特性であることを特徴とするものである。
この発明の請求項４に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項１〜３のいずれか１項記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記サーボモータは、前記作動軸の両端に互いに対向して設置され、かつ、互いに同一の速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで前記設定した速度−トルク特性を得る一対のサーボモータであることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の請求項５に係るプレス機械のサーボドライブシステムは、請求項１〜４のいずれか１項記載のプレス機械のサーボドライブシステムにおいて、前記作動軸はエキセンシャフトで構成されて、当該エキセンシャフトの偏心軸部にラムが取り付けられ、また、前記エキセンシャフトの延長部が前記サーボモータのロータとして構成されて、当該サーボモータのステータは前記エキセンシャフトの支持フレームに固定されることを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、この発明によるプレス機械のサーボドライブシステムの一実施の形態を示す要部の縦断面図、図２はその右側面図であり、このプレス機械のサーボドライブシステム１は、タレットパンチプレス１０に適用したものである。
【００１４】
タレットパンチプレス１０は、平行に立設したフレーム１１ａ、１１ｂに設けた軸受部１２ａ、１２ｂにエキセンシャフト２０が軸支されている。フレーム１１ａ、１１ｂ間のほぼ中央に位置するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅには、コンロッド２１を介してラム２２が取り付けられ、エキセンシャフト２０が回転または回動することで、コンロッド２１を介してラム２２がラムガイド２３に沿って上下動し、ラム２２の下端に取り付けられるストライカ２４もラム２２と一体に上下動する。そして、ラム２２が下降するとき、ストライカ２４が、タレット２５に装着してあるパンチ金型２６を押圧してワークを打ち抜くようになっている。
【００１５】
また、エキセンシャフト２０の両端延長部２０ａ、２０ｂはフレーム１１ａ、１１ｂから外方へ延び、この延長部２０ａ、２０ｂをモータ主軸３１ａ、３１ｂとするサーボモータ３０ａ、３０ｂが、フレーム１１ａ、１１ｂの外側にそれぞれ取り付けられている。
【００１６】
サーボモータ３０ａは、エキセンシャフト２０の延長部２０ａをモータ主軸３１ａとして構成される。すなわち、エキセンシャフト２０の延長部２０ａの周囲に、外周に偶数個（４個）の磁極用マグネット（永久磁石）３２ａを円周方向に沿って所定間隔（９０°間隔）で備えたスリーブ３３ａを嵌装してブッシュ３４ａで固定することで、ロータ（回転子）３５ａを構成する。そしてこのロータ３５ａの中心軸をなすエキセンシャフト２０の延長部２０ａは、モータ主軸３１ａそのものである。そのため、サーボモータ３０ａは、延長部２０ａしたがってエキセンシャフト２０を、実質的にロータ３５ａとして用いるものである。
【００１７】
また、サーボモータ３０ａは、三相電機子巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａを巻いた外筒３６ａをロータ３５ａに外装してフレーム１１ａに固定し、これによりステータ（固定子）３７ａを構成する。
【００１８】
一方、サーボモータ３０ｂも、サーボモータ３０ａと同様に、エキセンシャフト２０の延長部２０ｂをモータ主軸３１ｂとして構成される。すなわち、エキセンシャフト２０の延長部２０ｂの周囲に、外周に偶数個（４個）の磁極用マグネット（永久磁石）３２ｂを円周方向に沿って所定間隔（９０°間隔）で備えたスリーブ３３ｂを嵌装してブッシュ３４ｂで固定することで、ロータ（回転子）３５ｂを構成する。そしてこのロータ３５ｂの中心軸をなすエキセンシャフト２０の延長部２０ｂは、モータ主軸３１ｂそのものである。そのため、サーボモータ３０ｂは、延長部２０ｂしたがってエキセンシャフト２０を、実質的にロータ３５ｂとして用いるものである。
【００１９】
また、サーボモータ３０ｂは、三相電機子巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂを巻いた外筒３６ｂをロータ３５ｂに外装してフレーム１１ｂに固定し、これによりステータ（固定子）３７ｂを構成する。
【００２０】
このように、サーボモータ３０ａとサーボモータ３０ｂとは、同様のものであるが、ただし、互いにミラーイメージで対称に構成されたものであり、このミラーイメージで対称である点を除けば、互いに全く同一のものであって、互いのロータ３５ａ、ロータ３５ｂが一体に構成されるから、ロータ３５ａ、３５ｂの回転角度を検出するロータリエンコーダ３８は一方（例えばサーボモータ３０ｂ）にのみ設けて共用され、また、互いに同一の速度−トルク特性を有し、この速度−トルク特性に基づくトルクを合成して使うことで、必要なラム圧力を発生する性能を有するものである。
【００２１】
すなわち、サーボモータ３０ａのロータ３５ａの磁極位置（磁極用マグネット３２ａの円周方向位置）と、サーボモータ３０ｂのロータ３５ｂの磁極位置（磁極用マグネット３２ｂの円周方向位置）とは、互いにミラーイメージで対称に位置決めして取り付けられ、また、サーボモータ３０ａの三相電機子巻線Ｕａ、Ｖａ、Ｗａの円周方向位置と、サーボモータ３０ｂの三相電機子巻線Ｕｂ、Ｖｂ、Ｗｂの円周方向位置とは、互いにミラーイメージで対称に位置決めして取り付けられている。
【００２２】
そのため、図３に示すように、サーボモータ３０ａの制御回路であるサーボアンプ４０ａのパワードライバ４２ａと、サーボモータ３０ｂの制御回路であるサーボアンプ４０ｂのパワードライバ４２ｂとを、同一ゲート信号でドライブすれば、サーボモータ３０ａおよびサーボモータ３０ｂには、同位相、同一電流値の三相交流電流しか流れないから、サーボモータ３０ａのトルクベクトルとサーボモータ３０ｂのトルクベクトルとが同位相、同一となり、そのため、サーボモータ３０ａおよびサーボモータ３０ｂの合成トルクは、正確に、両サーボモータ３０ａ、３０ｂのトルクの和となる。この関係は、サーボモータ３０ａとサーボモータ３０ｂとが、図１，図３に示すように別体に構成されていようが、後述する図１４，図１６に示すように三相並列回路として一体に構成されていようが、全く同様である。
【００２３】
サーボアンプ４０ａは、図３に示すように、三相の商用交流電源をＡ−Ｄ変換するコンバータ４１ａと、パワードライバ４２ａと、パワードライバ４２ａの前段に設けられ、高周波電流成分をカットすることでピーク電流を抑制するリアクトル４３ａと、容量の大きい蓄電用のコンデンサ４４ａとで構成され、パワードライバ４２ａの６個のパワートランジスタＱがゲート信号でドライブされることで、パワードライバ４２ａの三相交流出力によってサーボモータ３０ａを駆動するものである。パワードライバ４２ａの各パワートランジスタＱには、サーボモータ３０ａの減速期間中に発生する回生電流を流すためのダイオードＤが接続してあり、回生電流はコンデンサ４４ａに流れ込んで回生電力として蓄えられる。コンデンサ４４ａは、この回生電力を用いて、リアクトル４３ａによるピーク電流の抑制により不足する電力エネルギー、すなわち、高速動作用の電力エネルギーおよび／または打ち抜き用の電力エネルギーを供給するものである。また、サーボアンプ４０ｂも、サーボアンプ４０ａと全く同様に構成されている。
【００２４】
このようなサーボアンプ４０ａ、４０ｂの制御により、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅが、ラム２２がパンチング加工に要する所定の下降端位置にあるのに相当するＬ位置（図４参照）と、この位置から戻されてラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６上面から離れる上昇端位置にあるのに相当するＨ位置（図４参照）との間を上下動するように、エキセンシャフト２０をＬ、Ｈ両位置間に相当する角度範囲θだけ往復して回動させることで、ワークにパンチング加工を行なうようになっている。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、ラム２２の下降端位置に相当するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅのＬ位置は、エキセンシャフト２０の偏心量Ｅ（エキセンシャフト２０の軸線と偏心軸部２０ｅの軸線との距離）によって決まるラム２２の全上下動可能ストロークの下死点Ｂよりやや手前上方に設定され、また、ラム２２の上昇端位置に相当するエキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅのＨ位置は、ラム２２の全上下動可能ストロークの中間高さＭよりやや下方に設定される。すなわち、エキセンシャフト２０の前記往復回動角度範囲θは、使用するパンチ金型２６のストロークにもよるが、約４０°〜６０°程度に設定される。
【００２６】
また、図４（ｂ）に示すように、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、金型交換時、タレット回転時などには、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅ（すなわちラム２２）を上死点Ｔに位置決めする。そして、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、加工開始にともない、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅを、この上死点Ｔからラム２２の下降端位置に相当するＬ位置まで回動させることでラム２２を下降させて１回目のパンチング加工を行なった後、ラム２２の上昇端位置に相当するＨ位置まで戻してその位置でラム２２を待機させ、２回目以降のパンチング加工では、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅを、Ｈ位置とＬ位置との間の前記往復回動角度範囲θを往復して回動させる。
【００２７】
さらに、エキセンシャフト２０の偏心軸部２０ｅの全周回転範囲のうち、つねに図４（ｂ）に示すように片側半周分だけを使用すると、潤滑油の行き渡り方をはじめ各部が均等に使用されないことによる不都合が生じる可能性がある。このような不都合を回避するため、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、必要に応じて、図４（ｃ）に示すように反対側の半周分も使用するように構成される。このような、図４（ｂ）に示す側と図４（ｃ）に示す側との切り換えは、例えば、金型交換の都度またはタレット回転のたびに、あるいは、あらかじめ決められたパンチング回数ごとなどに応じて、自動的に行われることが好ましい。
【００２８】
次に、上記の実施の形態の作用について、図５〜図１３に示す説明図を用いて説明する。
【００２９】
図５は、サーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性の例▲１▼、▲２▼を示し、この図は、ラム２２にかかる負荷の大きさによって、その負荷の大きさに必要なラム２２の駆動トルクを発生するうえで、サーボモータ３０ａ、３０ｂが運転可能な速度の上限を示したものである。
【００３０】
図５からわかるように、サーボモータ３０ａ、３０ｂは、ラム２２にかかる負荷が軽いときは必要なトルクが小さいため、ラム２２の駆動速度が低下しなくてパンチングの打ち抜き速度は速く、一方、ラム２２にかかる負荷が重いほど必要なトルクが大きくなるため、ラム２２の駆動速度が低下してパンチングの打ち抜き速度は遅くなる。もともと、打ち抜き加工における騒音の発生は、ワークの材質、板厚その他各種の条件によってさまざまであるが、ラムの駆動による打ち抜き速度が速いときは騒音は大きく、打ち抜き速度が遅くなるほど騒音は小さくなり、また、打ち抜き速度が一定であれば、負荷が軽いときは騒音は小さく、負荷が重いほど騒音は大きくなることが知られている。このことから、図５に示すサーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性のように、負荷が重いほどラム速度が低下することは、そのまま低騒音化につながるのである。しかも、このようなラム速度の低下は、作業効率を妨げるものではないことが、以下に示す各種ワークについての打ち抜き加工の実測データおよびそれに基づく特徴抽出波形データから明らかである。
【００３１】
図６はノーワークのときの打ち抜き加工の実測データ、図７（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。
【００３２】
図６，７に示すように、ワークのないときは、ラム２２の１サイクルの前半において、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値を保ち、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から下降端位置（Ｌ位置相当）まで実質的に均一に下降する。つぎに、ラム２２の１サイクルの後半において、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも逆転方向に立ち上がって一定値を保ち、これによりラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。
【００３３】
図８は薄板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図９（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。
【００３４】
図８，９に示すように、薄板のワークを小径のパンチで打ち抜くときは、ラム２２の１サイクルの前半における挙動が図６，７の場合と異なる。すなわち、初期動作は図６，７の場合と同様、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値になり、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から実質的に均一に下降し始める。ところが、ラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６を押し込んでその先端がワーク上面に当たることでワークから負荷を受けると、トルクカーブが急激に上昇するとともに速度カーブが減少し、これにともなってラム位置カーブの下降が緩やかに（遅く）なる。そして、パンチ金型２６の先端がワーク下面手前まで下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに、速度カーブが速度減少分を取り戻すべく前記一定値を超えて加速し、これにともなってラム位置カーブも下降速度を加速する。その後ラム２２の１サイクルの後半では、図６，７の場合と同様に、ラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。
【００３５】
図１０は同じ薄板のワークを大径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図１１（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。
【００３６】
図１０，１１に示すように、薄板のワークを大径のパンチで打ち抜くときは、ラム２２の１サイクルの前半における挙動が図８，９の場合と異なる。すなわち、初期動作は図８，９の場合と同様、速度カーブおよびトルクカーブはいずれも正転方向に立ち上がって一定値になり、これによりラム位置カーブは上昇端位置（Ｈ位置相当）から実質的に均一に下降し始める。ところが、ラム２２下端のストライカ２４がパンチ金型２６を押し込んでワークから負荷を受けると、図８，９の場合に比べてパンチの直径が大きいためワークから受ける負荷が大きく、そのため、トルクカーブが図８，９の場合より大きく上昇するとともに速度カーブが図８，９の場合より大きく減少し、これにともなってラム位置カーブの下降が図８，９の場合よりずっと緩やかに（遅く）なる。そして、パンチ金型２６の先端がワーク下面手前まで下降してワークから受ける負荷が急減すると、トルクカーブが急激に下降するとともに、速度カーブが速度減少分を取り戻すべく図８，９の場合より大きく加速し、これにともなってラム位置カーブも下降速度を図８，９の場合より大きく加速する。その後ラム２２の１サイクルの後半では、図８，９の場合と同様に、ラム位置カーブは下降端位置（Ｌ位置相当）から上昇端位置（Ｈ位置相当）まで実質的に均一に上昇する。
【００３７】
図１２は厚板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データ、図１３（ａ）はそれに基づく特徴抽出波形データ、（ｂ）はその打ち抜きトルク−速度特性を示す。
【００３８】
図１２，１３に示すように、厚板のワークを小径のパンチで打ち抜くときも、図８，９の場合に比べてワークの板厚が厚いためワークから受ける負荷が大きく、そのためラム２２の１サイクルの前半における挙動が図８，９の場合と異なるが、図１０，１１の場合と比べれば大差はない。
【００３９】
このように、ラム２２にかかる負荷の大きさによって、速度カーブが減少してラム位置カーブの下降が緩やかに（遅く）なれば、その速度減少分を取り戻すべく速度カーブが一定値を超えて加速し、ラム位置カーブも下降速度を加速することで、負荷によるラム速度の低下は、ラム２２の１サイクル中における加減速として吸収・解消されてしまい、そのため、ラム２２の１サイクルを通じて要する時間には実質的な変化がなく、作業効率の妨げとはならない。
【００４０】
このようなモータの速度−トルク特性は、つぎのように説明できる。モータは、供給される電気エネルギーを負荷に作用するエネルギーに変換するものであり、サーボモータ３０ａ、３０ｂの場合、供給される電気エネルギーは、サーボアンプ４０ａ、４０ｂによって容量が決定され、また電源電圧の制限も受け、電源電圧以上の電圧を印加することもできない。
【００４１】
一方、負荷に作用するエネルギーすなわちモータトルクは、サーボモータ３０ａ、３０ｂの場合、ラム２２を下降させる適宜加速度の正転と、ラム２２を上昇させる適宜加速度の逆転とを繰り返すサイクルのラム下降動作中に、パンチングの打ち抜き動作を実行するものであるから、ラム２２の運動エネルギー発生用のトルクと、打ち抜き加圧力発生用のトルクとに分けられる。
【００４２】
このような場合、加速度がかなり低ければ（ラム２２の上下動が遅ければ）、運動エネルギー発生用のトルク分が少なくて済むため、モータトルクのほとんどすべてを加圧力発生用のトルクとして利用できる。そのため、ワークの板厚、材質などの条件によって大きな加圧力を要求されても、その加圧力を充分に発生することができ、運動エネルギー発生用のトルクが不足してラム２２の速度に影響を及ぼすことはない。
【００４３】
これに対し、実際には作業効率などから、ある程度高い加速度（ラム２２の上下動が速い）が要請されるため、モータトルクのうち加圧力発生用のトルクとして利用できる分が限られる。そのため、ワークの板厚、材質などの条件によって大きな加圧力を要求されると、その加圧力を発生するのにモータトルクの大部分が使われ、運動エネルギー発生用のトルクが不足し、ラム２２の速度を維持することができなくてラム２２の下降速度が減速してしまう。
【００４４】
ところが、このラム２２の下降速度の減速こそが、パンチングの打ち抜き動作にともなう騒音、振動の低騒音化、低振動化にきわめて有用な特性である。すなわち、ワークの板厚、材質などの条件によって、要求される加圧力（加圧トン数）が比較的小さいときは、ラム２２の下降速度の速度低下が少ないから、軽い負荷の打ち抜き動作は比較的速くなり、また、要求される加圧力（加圧トン数）が比較的大きいときは、ラム２２の下降速度の速度低下が多いから、重い負荷の打ち抜き動作は比較的遅くなり、しかも、このような打ち抜き速度の変動は、要求される加圧力（加圧トン数）に応じて自動的に決定されるから、打ち抜きトン数による打ち抜きパターン（ラム２２の下降パターン）の指令が不要である。つまり、ラム２２の下降速度を維持できなくなることによって、最適な打ち抜きパターン（ラム２２の下降パターン）が自動的に生成されることになる。
【００４５】
逆にいえば、サーボアンプ４０ａ、４０ｂによって供給される電気エネルギーの容量が決定されるサーボモータ３０ａ、３０ｂのモータトルクが、タレットパンチプレス１０で取り扱うワークの種類に応じて、軽い負荷から重い負荷まで最適な打ち抜きパターン（ラム２２の下降パターン）が生成されるモータトルクとなるように、使用するサーボモータ３０ａ、３０ｂの速度−トルク特性を設定することで、パンチングの打ち抜き動作にともなう騒音、振動の低騒音化、低振動化が実現できる。
【００４６】
そして、トグルやフライホイールなどの機構を利用しないモータ−ラム作動軸直結型の電動式パンチプレスにおいて、図５〜図１３に示すような説明に基づくパンチングの打ち抜き動作にともなう騒音、振動の低騒音化、低振動化が実現されるものは、結局、この発明によるサーボドライブシステム１のサーボモータ３０ａ、３０ｂと同様の速度−トルク特性を備えているといえる。
【００４７】
ここで、サーボアンプ４０ａ、４０ｂのリアクトル４３ａ、４３ｂおよびコンデンサ４４ａ、４４ｂの作用について説明する。
【００４８】
リアクトル４３ａ、４３ｂの値をＬとすると、インピーダンスＺはＺ＝２πｆＬであるから、周波数の高い成分に対しては大きな抵抗となる。そのためリアクトル４３ａ、４３ｂは、高周波電流成分をカットすることでピーク電流を抑制することができるものであり、これによりサーボアンプ４０ａ、４０ｂのピーク電力が抑制されるため、Ｌ値がかなり大きなリアクトル４３ａ、４３ｂを用いることで、例えばトグルやフライホイールなどの機構を利用する場合に比べて、電力会社との契約電力を実質的に変更する必要のないピーク電力に調整することができる。
【００４９】
ところが、パンチプレスによる打ち抜き加工では、ラム２２を上下動させるエキセンシャフト２０を高速動作させるには大きな運動エネルギーが必要で、しかもその頻度も高いから、リアクトル４３ａ、４３ｂのＬ値がかなり大きくなると、サーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへの高速動作用の電力エネルギー供給が間に合わない虞がある。また、パンチプレスによる打ち抜き加工では、打ち抜き加工時に大きな抜きエネルギーが必要であるから、リアクトル４３ａ、４３ｂのＬ値がかなり大きくなると、サーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへの打ち抜き動作用の電力エネルギー供給が不足する虞がある。
【００５０】
そこで、このようなサーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへの高速動作用の電力エネルギー供給、および／または、打ち抜き動作用の電力エネルギー供給を補うために、コンデンサ４４ａ、４４ｂを設けてあり、容量がかなり大きなコンデンサ４４ａ、４４ｂを用いることで、高速動作用に必要な電力エネルギーおよび／または打ち抜き動作用に必要な電力エネルギーを、サーボアンプ４０ａ、４０ｂからサーボモータ３０ａ、３０ｂへ充分に供給することができる。
【００５１】
したがって、Ｌ値がかなり大きなリアクトル４３ａ、４３ｂを用いるとともに、容量がかなり大きなコンデンサ４４ａ、４４ｂを用いることで、ピーク電力を所望に応じて低減することができるとともに、タレットパンチプレス１０の本来の性能に応じた高速パンチング加工を実行することができる。
【００５２】
図１４は、この発明によるプレス機械のサーボドライブシステムの他の実施の形態を示す要部の縦断面図、図１５はその右側面図であり、このプレス機械のサーボドライブシステム１０１は、タレットパンチプレス１１０に適用したものである。
【００５３】
このタレットパンチプレス１１０は、一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂに代えて、図１６に示すように、サーボモータ３０ａ、３０ｂを三相並列回路として一体に構成した１台のサーボモータ１３０を使用したものであり、サーボモータ３０ａ、３０ｂと同様の速度−トルク特性を有するものである。そのため、サーボモータ１３０は、サーボモータ３０ａまたは３０ｂの一方と比べると大型であり、それに応じて、エキセンシャフト１２０は一端にのみ、延長部２０ａに比べて長く延びた延長部１２０ａが形成され、この延長部１２０ａをモータ主軸１３１とするサーボモータ１３０が、フレーム１１１ａの外側に取り付けられている。プレス機械のサーボドライブシステム１０１のその他の構成は、図１、図２に示すプレス機械のサーボドライブシステム１と同様のものであるので、同様の部分に図１、図２で使用した符号に１００を加えた符号をつけて示すことで、プレス機械のサーボドライブシステム１０１の各部の構成についての詳細な説明は省略する。また、プレス機械のサーボドライブシステム１０１の作用も、プレス機械のサーボドライブシステム１と同様である。
【００５４】
このような、サーボモータ１３０が１台のみ（シングルドライブ）のタレットパンチプレス１１０と、一対のサーボモータ３０ａ、３０ｂを備えたツインドライブのタレットパンチプレス１０とを比較すると、つぎのような違いがある。すなわち、シングルドライブのタレットパンチプレス１１０の場合は、サーボモータ１３０の重量による応力をフレーム１１１ｂのみで受けるため、フレーム１１１ａ、１１１ｂに歪みが生じる。また、サーボモータ１３０の発熱により、熱の不均一による歪みも生じる。また、軸受部１１２ａ、１１２ｂの応力も互いに異なる。したがって、これらに対する対策を講じる必要がある。これに対し、ツインドライブのタレットパンチプレス１０の場合は、応力歪みがなくなり、熱も分散・平均化されるという利点がある。
【００５５】
なお、上記の実施の形態では、エキセンシャフト２０の両端延長部２０ａ、２０ｂ自体を、サーボモータ３０ａ、３０ｂの主軸３１ａ、３１ｂとして構成したが、これに限定するものでなく、必要であれば、例えば、エキセンシャフト２０と主軸３１ａ、３１ｂとを別部材として構成し、ボルト止めその他適宜の手段によりエキセンシャフト２０の両端部に主軸３１ａ、３１ｂをそれぞれ固着することで、両者を一体に構成することが可能であり、また、エキセンシャフト１２０とサーボモータ１３０の主軸１３１との関係も同様である。
【００５６】
また、上記の実施の形態では、サーボドライブシステム１、１０１をタレットパンチプレス１０、１１０に適用したが、これに限定するものでなく、パンチプレス以外の各種のプレス機械に適用することが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
この発明は以上のように、ラムを上下動させる作動軸を少なくともその一端に設置したサーボモータにより直接駆動して、板状のワークをパンチ金型で打ち抜くプレス機械において、前記サーボモータの速度−トルク特性を、ワークの種類に応じて、軽い負荷から重い負荷まで最適な打ち抜きパターンが生成される速度−トルク特性に設定したので、打ち抜き速度を負荷に応じて自動的に加減することができ、それにより、低騒音化と作業効率との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるプレス機械のサーボドライブシステムの一実施の形態を示す要部の縦断面図である。
【図２】図１に示す要部の右側面図である。
【図３】図１のサーボモータとそれを駆動するサーボアンプの構成例を示す結線図である。
【図４】エキセンシャフトの偏心軸部（ラム）の作動領域を示す説明図である。
【図５】サーボモータの速度−トルク特性の例を示す図である。
【図６】ノーワークのときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図７】図６の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。
【図８】薄板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図９】図８の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。
【図１０】薄板のワークを大径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図１１】図１０の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。
【図１２】厚板のワークを小径のパンチで打ち抜いたときの打ち抜き加工の実測データを示す図である。
【図１３】図１２の実測データに基づく特徴抽出波形データ（ａ）および打ち抜きトルク−速度特性（ｂ）を示す図である。
【図１４】この発明によるプレス機械のサーボドライブシステムの他の実施の形態を示す要部の縦断面図である。
【図１５】図１４に示す要部の右側面図である。
【図１６】図１４のサーボモータとそれを駆動するサーボアンプの構成例を示す結線図である。
【符号の説明】
１、１０１プレス機械のサーボドライブシステム
１０、１１０タレットパンチプレス
１１ａ、１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂフレーム
１２ａ、１２ｂ、１１２ａ、１１２ｂ軸受部
２０、１２０エキセンシャフト
２０ａ、２０ｂ、１２０ａ延長部
２０ｅ、１２０ｅ偏心軸部
２１、１２１コンロッド
２２、１２２ラム
２３、１２３ラムガイド
２４、１２４ストライカ
２５、１２５タレット
２６、１２６パンチ金型
３０ａ、３０ｂ、１３０サーボモータ
３１ａ、３１ｂ、１３１モータ主軸
３２ａ、３２ｂ、１３２磁極用マグネット（永久磁石）
３３ａ、３３ｂ、１３３スリーブ
３４ａ、３４ｂ、１３４ブッシュ
３５ａ、３５ｂ、１３５ロータ（回転子）
３６ａ、３６ｂ、１３６外筒
３７ａ、３７ｂ、１３７ステータ（固定子）
３８、１３８ロータリエンコーダ
４０ａ、４０ｂ、１４０ａ、１４０ｂサーボアンプ
４１ａ、４１ｂ、１４１ａ、１４１ｂコンバータ
４２ａ、４２ｂ、１４２ａ、１４２ｂパワードライバ
４３ａ、４３ｂ、１４３ａ、１４３ｂリアクトル
４４ａ、４４ｂ、１４４ａ、１４４ｂコンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo drive system of a press machine applied to, for example, a turret punch press.
[0002]
[Prior art]
Generally, some punch presses are electrically operated using a servo motor as a drive source for the ram. In punching processing of a press machine such as such a punch press, extremely loud noise is generated during processing, and it is desired to reduce this kind of noise as much as possible.
[0003]
The principle of noise generation in such punching is complex and varies depending on the workpiece material, plate thickness, and other conditions. However, when the punching speed by driving the ram is fast, the noise is louder, and the noise becomes slower as the punching speed becomes slower. It is known that if the punching speed is constant, the noise is small when the load is light, and the noise increases as the load is heavy.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-62591
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-62596
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional electric punch press generates a torque necessary for processing by using a mechanism such as a toggle or a flywheel, for example, and this causes inertia to delay the reciprocating motion of the ram, In addition, since the servo motor main shaft and the operating shaft for moving the ram up and down are driven through a power transmission mechanism such as a gear, it is inevitable that losses and delays are caused by this power transmission mechanism. . Therefore, even if the speed of the servo motor is controlled, it is difficult to follow the driving speed of the ram, which is not suitable for speed control of the ram.
[0007]
Conventionally, the punching speed is set to be almost constant regardless of the load, so if the punching speed is set low to reduce noise, the work efficiency will be greatly reduced. If the punching speed is set to a high value in response to a request for efficiency, a large noise is generated, and there is a problem that it is impossible to achieve both low noise and work efficiency.
[0008]
Further, the conventional system switches between a predetermined punching pattern according to the plate thickness, material, and the like in the hydraulic press system, thereby achieving both noise reduction and punching speed. Therefore, a complex control system such as high-speed processing hardware and software is required.
[0009]
This inventions has been made to solve the above problem, by automatically adjustment in accordance with punching speed to the load, a press machine which can achieve both low noise and efficiency it shall be the object of providing a servo drive system.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A servo drive system for a press machine according to claim 1 of the present invention is a press machine that directly drives a working shaft for moving a ram up and down by a servo motor installed at least at one end thereof and punches a plate-like workpiece with a punch die. The speed-torque characteristic of the servo motor is set to a speed-torque characteristic that generates an optimum punching pattern from a light load to a heavy load according to the type of workpiece.
[0011]
A servo drive system for a press machine according to a second aspect of the present invention is a press machine that directly drives a working shaft for moving a ram up and down by a servo motor installed at least at one end thereof and punches a plate-like workpiece with a punch die. In the first half of one cycle of the ram, the speed curve and the torque curve both rise in the forward rotation direction and become a constant value, so that the ram position curve is changed from the rising end position. When the striker at the lower end of the ram pushes in the punching die and receives a load from the workpiece, the torque curve rises suddenly and the speed curve decreases according to the load. When the punching die descends and the load received from the workpiece decreases rapidly, the torque curve decreases rapidly. The ram position curve accelerates the descending speed by accelerating the speed curve over the fixed value to recover the speed decrease, and in the latter half of one cycle of the ram, the ram position curve is changed from the descending end position to the rising end position. The speed-torque characteristic is set to repeat a cycle that rises substantially uniformly to a position.
Press machine servo drive system according to claim 3 of the present invention, in 請 Motomeko 2 wherein the press machine servo drive system, the speed of the servo motor - torque characteristic is due to the load during lowering of the ram position curve reduction in ram speed, the speed is absorbed and eliminated as acceleration and deceleration in one cycle of the ram - is characterized in that the torque characteristics.
A servo drive system for a press machine according to a fourth aspect of the present invention is the servo drive system for a press machine according to any one of the first to third aspects, wherein the servo motors are opposed to both ends of the operating shaft. installed Te, and the same speed with one another - is characterized in that a pair of servo motors to obtain the torque characteristics - speed and the setting by using by combining the torque based on the torque characteristics.
[0012]
Press machine servo drive system according to a fifth aspect of the invention, according to claim 1-4 press machine servo drive system according to any one of the previous SL actuating shaft consists of eccentric shaft, the eccentric A ram is attached to an eccentric shaft portion of the shaft, an extension portion of the eccentric shaft is configured as a rotor of the servo motor, and a stator of the servo motor is fixed to a support frame of the eccentric shaft. To do .
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing an embodiment of a servo drive system of a press machine according to the present invention, FIG. 2 is a right side view thereof, and the servo drive system 1 of the press machine is a turret punch press. 10 is applied.
[0014]
In the turret punch press 10, an eccentric shaft 20 is pivotally supported by bearing portions 12a and 12b provided on frames 11a and 11b which are erected in parallel. A ram 22 is attached to the eccentric shaft portion 20e of the eccentric shaft 20 located substantially at the center between the frames 11a and 11b via a connecting rod 21, and the eccentric shaft 20 is rotated or rotated so that The ram 22 moves up and down along the ram guide 23 and the striker 24 attached to the lower end of the ram 22 also moves up and down integrally with the ram 22. When the ram 22 descends, the striker 24 presses the punch die 26 attached to the turret 25 and punches the workpiece.
[0015]
Further, both end extensions 20a and 20b of the eccentric shaft 20 extend outward from the frames 11a and 11b. Servo motors 30a and 30b having the extensions 20a and 20b as motor main shafts 31a and 31b are disposed outside the frames 11a and 11b. Are attached to each.
[0016]
The servomotor 30a is configured with an extension 20a of the eccentric shaft 20 as a motor main shaft 31a. That is, a sleeve 33a provided with an even number (four pieces) of magnetic pole magnets (permanent magnets) 32a on the outer periphery at predetermined intervals (90 ° intervals) around the extension portion 20a of the eccentric shaft 20. The rotor (rotor) 35a is configured by being fitted and fixed by the bush 34a. The extension portion 20a of the eccentric shaft 20 that forms the central axis of the rotor 35a is the motor main shaft 31a itself. Therefore, the servo motor 30a uses the extension portion 20a, that is, the eccentric shaft 20 substantially as the rotor 35a.
[0017]
In the servo motor 30a, an outer cylinder 36a wound with three-phase armature windings Ua, Va, Wa is externally mounted on a rotor 35a and fixed to the frame 11a, thereby constituting a stator (stator) 37a.
[0018]
On the other hand, the servo motor 30b is also configured with the extended portion 20b of the eccentric shaft 20 as the motor main shaft 31b, like the servo motor 30a. That is, a sleeve 33b provided with an even number (four pieces) of magnetic pole magnets (permanent magnets) 32b on the outer periphery at predetermined intervals (90 ° intervals) around the extended portion 20b of the eccentric shaft 20. The rotor (rotor) 35b is configured by being fitted and fixed by the bush 34b. The extension 20b of the eccentric shaft 20 that forms the central axis of the rotor 35b is the motor main shaft 31b itself. Therefore, the servomotor 30b uses the extension part 20b, and hence the eccentric shaft 20, substantially as the rotor 35b.
[0019]
In the servo motor 30b, an outer cylinder 36b wound with three-phase armature windings Ub, Vb, and Wb is externally mounted on the rotor 35b and fixed to the frame 11b, thereby forming a stator (stator) 37b.
[0020]
As described above, the servo motor 30a and the servo motor 30b are similar to each other, except that they are configured symmetrically with each other in a mirror image, and are completely different from each other except that the mirror image is symmetrical. Since the rotors 35a and 35b are the same as each other, the rotary encoder 38 that detects the rotation angle of the rotors 35a and 35b is provided only on one side (for example, the servo motor 30b) and shared. Further, they have the same speed-torque characteristics, and have the ability to generate the required ram pressure by combining and using torque based on the speed-torque characteristics.
[0021]
That is, the magnetic pole position of the rotor 35a of the servo motor 30a (the circumferential position of the magnetic pole magnet 32a) and the magnetic pole position of the rotor 35b of the servo motor 30b (the circumferential position of the magnetic pole magnet 32b) are mirror images of each other. In addition, the circumferential position of the three-phase armature windings Ua, Va, Wa of the servo motor 30a and the circle of the three-phase armature windings Ub, Vb, Wb of the servo motor 30b are attached. The circumferential position is attached by being positioned symmetrically with respect to each other in the mirror image.
[0022]
Therefore, as shown in FIG. 3, the power driver 42a of the servo amplifier 40a that is the control circuit of the servo motor 30a and the power driver 42b of the servo amplifier 40b that is the control circuit of the servo motor 30b are driven by the same gate signal. For example, since only the three-phase AC current having the same phase and the same current value flows in the servo motor 30a and the servo motor 30b, the torque vector of the servo motor 30a and the torque vector of the servo motor 30b become the same phase and the same. The combined torque of the servo motor 30a and the servo motor 30b is exactly the sum of the torques of both the servo motors 30a and 30b. This relationship is such that the servomotor 30a and the servomotor 30b are configured separately as shown in FIGS. 1 and 3, but are integrated as a three-phase parallel circuit as shown in FIGS. Whether configured, it is exactly the same.
[0023]
As shown in FIG. 3, the servo amplifier 40a is provided in a converter 41a that performs A / D conversion of a three-phase commercial AC power supply, a power driver 42a, and a front stage of the power driver 42a, and cuts a high-frequency current component. The three-phase AC output of the power driver 42a is configured by the reactor 43a for suppressing the peak current and the capacitor 44a for storing electricity having a large capacity, and the six power transistors Q of the power driver 42a are driven by the gate signal. To drive the servo motor 30a. Each power transistor Q of the power driver 42a is connected to a diode D for flowing a regenerative current generated during the deceleration period of the servo motor 30a. The regenerative current flows into the capacitor 44a and is stored as regenerative power. The capacitor 44a uses this regenerative power to supply power energy that is insufficient due to suppression of the peak current by the reactor 43a, that is, power energy for high-speed operation and / or power energy for punching. The servo amplifier 40b is configured in exactly the same way as the servo amplifier 40a.
[0024]
Under such control of the servo amplifiers 40a and 40b, the servo motors 30a and 30b have the eccentric shaft portion 20e of the eccentric shaft 20 at the L position (corresponding to the ram 22 being at a predetermined lower end position required for punching. 4), and the striker 24 at the lower end of the ram 22 returned from this position is moved up and down between the H position (see FIG. 4) corresponding to the rising end position away from the upper surface of the punch die 26. In addition, the eccentric shaft 20 is reciprocated and rotated by an angle range θ corresponding to both the L and H positions, thereby punching the workpiece.
[0025]
As shown in FIG. 4A, the L position of the eccentric shaft portion 20e of the eccentric shaft 20 corresponding to the lower end position of the ram 22 is the eccentric amount E of the eccentric shaft 20 (the axial line of the eccentric shaft 20 and the eccentric shaft portion 20e). Of the eccentric shaft portion 20e of the eccentric shaft 20e, which is set slightly above and below the bottom dead center B of the stroke in which the ram 22 can move up and down, which is determined by the distance to the axis of the ram 22, and corresponds to the rising end position of the ram 22 The position is set slightly below the intermediate height M of the ram 22's full vertical movement possible stroke. That is, the reciprocating rotation angle range θ of the eccentric shaft 20 is set to about 40 ° to 60 °, although it depends on the stroke of the punch die 26 to be used.
[0026]
As shown in FIG. 4B, the servo motors 30a and 30b are arranged such that the eccentric shaft portion 20e (that is, the ram 22) of the eccentric shaft 20 is set to the top dead center T when the mold is changed or the turret is rotated. Position. The servo motors 30a and 30b rotate the eccentric shaft portion 20e of the eccentric shaft 20 from the top dead center T to the L position corresponding to the descending end position of the ram 22 with the start of machining. After lowering and performing the first punching process, the ram 22 is returned to the H position corresponding to the rising end position of the ram 22 and the ram 22 is waited at that position, and in the second and subsequent punching processes, the eccentric shaft 20 is eccentric shaft. The portion 20e is rotated by reciprocating the reciprocating rotation angle range θ between the H position and the L position.
[0027]
Furthermore, if only one half of the entire rotation range of the eccentric shaft 20e of the eccentric shaft 20 is always used as shown in FIG. 4 (b), the parts such as how to spread the lubricating oil are not used evenly. May cause inconvenience. In order to avoid such an inconvenience, the servo motors 30a and 30b are configured to use the other half of the circumference as shown in FIG. Such switching between the side shown in FIG. 4 (b) and the side shown in FIG. 4 (c) is performed, for example, every time the mold is changed, every time the turret is rotated, or every time a predetermined number of punching is performed. It is preferable to be automatically performed according to the above.
[0028]
Next, the effect | action of said embodiment is demonstrated using the explanatory view shown in FIGS.
[0029]
FIG. 5 shows examples (1) and (2) of the speed-torque characteristics of the servo motors 30a and 30b. This figure shows the ram 22 required for the load depending on the load applied to the ram 22. The upper limit of the speed at which the servo motors 30a and 30b can be operated in generating the drive torque is shown.
[0030]
As can be seen from FIG. 5, the servomotors 30a and 30b require a small torque when the load applied to the ram 22 is light, so that the driving speed of the ram 22 does not decrease and the punching punching speed is high. Since the required torque increases as the load applied to 22 increases, the driving speed of the ram 22 decreases and the punching punching speed decreases. Originally, noise generation in punching varies depending on the workpiece material, plate thickness, and various other conditions, but when the punching speed by driving the ram is high, the noise is large, and as the punching speed decreases, the noise decreases. Further, it is known that if the punching speed is constant, the noise is small when the load is light, and the noise increases as the load is heavy. Therefore, as the load is heavier, the lower the ram speed as in the speed-torque characteristics of the servomotors 30a and 30b shown in FIG. Moreover, it is clear from the actual measurement data of the punching process and the feature extraction waveform data based thereon that various workpieces are shown below that such a decrease in the ram speed does not hinder the work efficiency.
[0031]
FIG. 6 shows measured data of punching when no work is performed, FIG. 7A shows feature extraction waveform data based thereon, and FIG. 6B shows the punching torque-speed characteristics.
[0032]
As shown in FIGS. 6 and 7, when there is no workpiece, in the first half of one cycle of the ram 22, both the speed curve and the torque curve rise in the forward rotation direction and maintain a constant value, thereby raising the ram position curve. It descends substantially uniformly from the end position (equivalent to the H position) to the descending end position (equivalent to the L position). Next, in the latter half of one cycle of the ram 22, both the speed curve and the torque curve rise in the reverse direction and maintain a constant value, whereby the ram position curve changes from the descending end position (corresponding to the L position) to the ascending end position (H Ascending substantially evenly).
[0033]
FIG. 8 shows measured data of punching when a thin workpiece is punched with a small diameter punch, FIG. 9A shows feature extraction waveform data based on the punching, and FIG. 8B shows punching torque-speed characteristics.
[0034]
As shown in FIGS. 8 and 9, when a thin workpiece is punched with a small-diameter punch, the behavior of the ram 22 in the first half of one cycle is different from that in FIGS. That is, the initial operation is the same as in the case of FIGS. 6 and 7, the speed curve and torque curve both rise in the forward rotation direction and become constant values, so that the ram position curve is substantially from the rising end position (corresponding to the H position). Begins to descend evenly. However, when the striker 24 at the lower end of the ram 22 pushes the punch die 26 and the tip of the striker 24 comes into contact with the upper surface of the work, when a load is applied from the work, the torque curve rises rapidly and the speed curve decreases. The position curve descends slowly (slowly). Then, when the tip of the punch die 26 is lowered to just before the lower surface of the work and the load received from the work is suddenly reduced, the torque curve is lowered rapidly, and the speed curve is accelerated beyond the predetermined value to recover the speed reduction. Along with this, the ram position curve also accelerates the descending speed. Thereafter, in the latter half of one cycle of the ram 22, the ram position curve rises substantially uniformly from the descending end position (corresponding to the L position) to the ascending end position (corresponding to the H position), as in FIGS.
[0035]
FIG. 10 shows measured data of punching when the same thin workpiece is punched with a large-diameter punch, FIG. 11A shows feature extraction waveform data based on the punching, and FIG. 10B shows punching torque-speed characteristics.
[0036]
As shown in FIGS. 10 and 11, when a thin workpiece is punched with a large-diameter punch, the behavior of the ram 22 in the first half of one cycle is different from that in FIGS. That is, in the initial operation, as in the case of FIGS. 8 and 9, the speed curve and the torque curve both rise in the forward direction and become constant values, whereby the ram position curve is substantially increased from the rising end position (corresponding to the H position). Begins to descend evenly. However, when the striker 24 at the lower end of the ram 22 pushes the punch die 26 and receives a load from the workpiece, the load received from the workpiece is large because the diameter of the punch is larger than in the case of FIGS. 8 and 9 and the speed curve decreases more greatly than those in FIGS. 8 and 9, and accordingly, the ram position curve descends more slowly (slower) than in FIGS. 8 and 9. When the tip of the punch die 26 is lowered to just before the work bottom surface and the load received from the work is suddenly reduced, the torque curve is suddenly lowered and the speed curve is made larger than in the case of FIGS. Accompanying this, the ram position curve also accelerates the descending speed more greatly than in the case of FIGS. Thereafter, in the latter half of one cycle of the ram 22, the ram position curve rises substantially uniformly from the descending end position (corresponding to the L position) to the ascending end position (corresponding to the H position), as in FIGS.
[0037]
FIG. 12 shows measured data of punching when a thick workpiece is punched with a small diameter punch, FIG. 13A shows feature extraction waveform data based on the punching processing, and FIG. 12B shows punching torque-speed characteristics.
[0038]
As shown in FIGS. 12 and 13, even when a thick plate workpiece is punched with a small diameter punch, the workpiece plate is thicker than in the case of FIGS. Although the behavior in the first half of the cycle is different from the cases of FIGS. 8 and 9, there is not much difference compared to the cases of FIGS.
[0039]
In this way, if the speed curve decreases and the ram position curve descends slowly (slow) depending on the load applied to the ram 22, the speed curve exceeds a certain value and accelerates to recover the speed decrease. The ram position curve also accelerates the descending speed, so that the decrease in the ram speed due to the load is absorbed and eliminated as acceleration / deceleration in one cycle of the ram 22, and therefore, in the time required for one cycle of the ram 22. There is no substantial change and does not hinder work efficiency.
[0040]
Such a motor speed-torque characteristic can be explained as follows. The motor converts supplied electric energy into energy acting on a load. In the case of the servo motors 30a and 30b, the capacity of the supplied electric energy is determined by the servo amplifiers 40a and 40b. Therefore, it is impossible to apply a voltage higher than the power supply voltage.
[0041]
On the other hand, in the case of the servo motors 30a and 30b, the energy acting on the load, that is, the motor torque, during the ram lowering operation in a cycle in which the forward rotation of the appropriate acceleration that lowers the ram 22 and the reverse rotation of the appropriate acceleration that raises the ram 22 are repeated. In addition, since the punching punching operation is executed, it is divided into a torque for generating kinetic energy of the ram 22 and a torque for generating punching pressure.
[0042]
In such a case, if the acceleration is very low (the vertical movement of the ram 22 is slow), the amount of torque for generating kinetic energy can be reduced, and therefore almost all of the motor torque can be used as torque for generating pressure. Therefore, even if a large pressing force is required depending on conditions such as the workpiece thickness and material, the pressing force can be generated sufficiently, and the torque for generating kinetic energy is insufficient to affect the speed of the ram 22. There is no effect.
[0043]
On the other hand, in practice, a certain degree of acceleration (the vertical movement of the ram 22 is fast) is required from the viewpoint of work efficiency, etc., so that the amount of motor torque that can be used as the torque for generating the applied pressure is limited. Therefore, when a large pressing force is required depending on conditions such as the workpiece thickness and material, most of the motor torque is used to generate the pressing force, the torque for generating kinetic energy is insufficient, and the ram 22 Thus, the lowering speed of the ram 22 is reduced.
[0044]
However, the deceleration of the lowering speed of the ram 22 is a very useful characteristic for reducing the noise, vibration noise and vibration associated with the punching operation. That is, when the required applied pressure (pressurized tonnage) is relatively small depending on the conditions such as the workpiece thickness and material, the lowering speed of the lowering speed of the ram 22 is small. When the required applied pressure (pressurized tonnage) is relatively large, the speed of lowering the ram 22 is decreased so that the heavy load punching operation becomes relatively slow. Such a variation in the punching speed is automatically determined according to the required applied pressure (pressurized tonnage), so that it is not necessary to issue a punching pattern (ram 22 descending pattern) command based on the punching tonnage. That is, when the lowering speed of the ram 22 cannot be maintained, an optimum punching pattern (ram 22 lowering pattern) is automatically generated.
[0045]
In other words, the motor torque of the servo motors 30a and 30b for which the electric energy capacity supplied by the servo amplifiers 40a and 40b is determined depends on the type of work handled by the turret punch press 10. By setting the speed-torque characteristics of the servo motors 30a, 30b to be used so that the optimum torque pattern (downward pattern of the ram 22) is generated, the noise and vibration associated with the punching punching operation are set. Can reduce noise and vibration.
[0046]
In a motor-ram operating shaft direct-coupled electric punch press that does not use a mechanism such as a toggle or a flywheel, noise accompanying punching operation based on the explanation shown in FIGS. 5 to 13 and low noise of vibration In the end, it can be said that what achieves a reduction in vibration and a low vibration has the same speed-torque characteristics as the servomotors 30a, 30b of the servo drive system 1 according to the present invention.
[0047]
Here, the operation of the reactors 43a and 43b and the capacitors 44a and 44b of the servo amplifiers 40a and 40b will be described.
[0048]
When the values of the reactors 43a and 43b are L, the impedance Z is Z = 2πfL, so that it has a large resistance against a high frequency component. Therefore, the reactors 43a and 43b can suppress the peak current by cutting the high-frequency current component. As a result, the peak power of the servo amplifiers 40a and 40b is suppressed, and thus the reactor 43a having a considerably large L value. , 43b can be used to adjust the contract power with the power company to a peak power that does not need to be substantially changed as compared with a case where a mechanism such as a toggle or a flywheel is used.
[0049]
However, in punching by a punch press, large kinetic energy is required to operate the eccentric shaft 20 that moves the ram 22 up and down at high speed, and the frequency is high, so when the L value of the reactors 43a and 43b becomes considerably large, There is a possibility that the power energy supply for high speed operation from the servo amplifiers 40a and 40b to the servo motors 30a and 30b may not be in time. In punching with a punch press, a large punching energy is required at the time of punching. Therefore, when the L value of the reactors 43a and 43b becomes considerably large, the punching operation from the servo amplifiers 40a and 40b to the servomotors 30a and 30b is performed. There is a risk that power supply will be insufficient.
[0050]
Therefore, capacitors 44a and 44b are provided in order to supply power energy for high-speed operation and / or power energy supply for punching operation from the servo amplifiers 40a and 40b to the servo motors 30a and 30b. By using the capacitors 44a and 44b having a considerably large capacity, the power energy necessary for high speed operation and / or the power energy necessary for punching operation is sufficiently supplied from the servo amplifiers 40a and 40b to the servo motors 30a and 30b. can do.
[0051]
Therefore, by using the reactors 43a and 43b having a considerably large L value and using the capacitors 44a and 44b having a considerably large capacity, the peak power can be reduced as desired and the original performance of the turret punch press 10 can be reduced. It is possible to execute high-speed punching processing according to the above.
[0052]
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of a main part showing another embodiment of the servo drive system of the press machine according to the present invention, FIG. 15 is a right side view thereof, and the servo drive system 101 of this press machine is a turret punch. This is applied to the press 110.
[0053]
This turret punch press 110 uses a single servo motor 130 in which the servo motors 30a and 30b are integrally configured as a three-phase parallel circuit, as shown in FIG. 16, instead of the pair of servo motors 30a and 30b. And has the same speed-torque characteristics as the servomotors 30a and 30b. Therefore, the servo motor 130 is larger than one of the servo motors 30a or 30b, and accordingly, the eccentric shaft 120 is formed with an extension 120a that extends longer than the extension 20a only at one end. A servo motor 130 having the extension 120a as the motor main shaft 131 is attached to the outside of the frame 111a. Since the other configuration of the servo drive system 101 of the press machine is the same as that of the servo drive system 1 of the press machine shown in FIGS. 1 and 2, reference numerals used in FIGS. Detailed description of the configuration of each part of the servo drive system 101 of the press machine is omitted. The operation of the servo drive system 101 of the press machine is the same as that of the servo drive system 1 of the press machine.
[0054]
When such a turret punch press 110 having only one servo motor 130 (single drive) is compared with a twin drive turret punch press 10 having a pair of servo motors 30a and 30b, the following differences are found. is there. That is, in the case of the single-drive turret punch press 110, since the stress due to the weight of the servo motor 130 is received only by the frame 111b, the frames 111a and 111b are distorted. Further, the heat generated by the servo motor 130 causes distortion due to heat non-uniformity. Further, the stresses of the bearing portions 112a and 112b are also different from each other. Therefore, it is necessary to take measures against these. On the other hand, in the case of the twin drive turret punch press 10, there is an advantage that stress distortion is eliminated and heat is also dispersed and averaged.
[0055]
In the above embodiment, the extension portions 20a and 20b themselves of the eccentric shaft 20 are configured as the main shafts 31a and 31b of the servomotors 30a and 30b. However, the present invention is not limited to this. For example, the eccentric shaft 20 and the main shafts 31a and 31b are configured as separate members, and the main shafts 31a and 31b are respectively fixed to both ends of the eccentric shaft 20 by bolting or other appropriate means, so that they are integrally configured. The relationship between the eccentric shaft 120 and the main shaft 131 of the servo motor 130 is also the same.
[0056]
In the above embodiment, the servo drive systems 1 and 101 are applied to the turret punch presses 10 and 110. However, the present invention is not limited to this and can be applied to various press machines other than the punch press. is there.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, in the press machine in which the operating shaft for moving the ram up and down is directly driven by the servo motor installed at least at one end thereof, and the plate-like workpiece is punched with a punch die, the speed of the servo motor is − The torque characteristic is set to the speed-torque characteristic that generates the optimal punching pattern from light load to heavy load according to the type of workpiece, so the punching speed can be automatically adjusted according to the load, Thereby, both noise reduction and work efficiency can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an essential part showing an embodiment of a servo drive system of a press machine according to the present invention.
FIG. 2 is a right side view of the main part shown in FIG.
3 is a connection diagram illustrating a configuration example of the servo motor of FIG. 1 and a servo amplifier that drives the servo motor. FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing an operation region of an eccentric shaft portion (ram) of the eccentric shaft.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of speed-torque characteristics of a servo motor.
FIG. 6 is a diagram showing measured data of punching when no workpiece is used.
7 is a diagram showing feature extraction waveform data (a) and punching torque-speed characteristics (b) based on the actual measurement data of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing measured data of punching when a thin workpiece is punched with a small-diameter punch.
FIG. 9 is a diagram showing feature extraction waveform data (a) and punching torque-speed characteristics (b) based on the actual measurement data of FIG. 8;
FIG. 10 is a diagram showing measured data of punching when a thin workpiece is punched with a large-diameter punch.
FIG. 11 is a diagram showing feature extraction waveform data (a) and punching torque-speed characteristics (b) based on the actual measurement data of FIG.
FIG. 12 is a diagram showing actual measurement data of punching when a thick workpiece is punched with a small-diameter punch.
13 is a diagram showing feature extraction waveform data (a) and punching torque-speed characteristics (b) based on the actual measurement data of FIG. 12;
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of an essential part showing another embodiment of a servo drive system for a press machine according to the present invention.
15 is a right side view of the main part shown in FIG.
16 is a connection diagram illustrating a configuration example of the servo motor of FIG. 14 and a servo amplifier that drives the servo motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Servo drive system 10 of press machine 10,110 Turret punch press 11a, 11b, 111a, 111b Frame 12a, 12b, 112a, 112b Bearing part 20, 120 Excent shaft 20a, 20b, 120a Extension part 20e, 120e Eccentric shaft part 21, 121 Connecting rod 22, 122 Ram 23, 123 Ram guide 24, 124 Striker 25, 125 Turret 26, 126 Punch dies 30a, 30b, 130 Servo motors 31a, 31b, 131 Motor spindles 32a, 32b, 132 Magnetic pole magnets ( permanent magnet)
33a, 33b, 133 Sleeve 34a, 34b, 134 Bush 35a, 35b, 135 Rotor (rotor)
36a, 36b, 136 Outer cylinders 37a, 37b, 137 Stator (stator)
38, 138 Rotary encoders 40a, 40b, 140a, 140b Servo amplifiers 41a, 41b, 141a, 141b Converters 42a, 42b, 142a, 142b Power drivers 43a, 43b, 143a, 143b Reactors 44a, 44b, 144a, 144b Capacitors

Claims

In a press machine that directly drives a working shaft that moves the ram up and down by a servo motor installed at least at one end thereof, and punches a plate-shaped workpiece with a punch die,
A servo drive system for a press machine, wherein the speed-torque characteristic of the servo motor is set to a speed-torque characteristic that generates an optimum punching pattern from a light load to a heavy load according to the type of workpiece.

In a press machine that directly drives a working shaft that moves the ram up and down by a servo motor installed at least at one end thereof, and punches a plate-shaped workpiece with a punch die,
The speed-torque characteristics of the servo motor
In the first half of the first ram cycle, the speed curve and torque curve both rise in the forward direction and reach a constant value, so that the ram position curve starts to descend substantially uniformly from the rising end position.
When the striker at the lower end of the ram pushes the punch die and receives a load from the workpiece, the torque curve rises rapidly according to the load and the speed curve decreases, so the ram position curve descends gently.
When the punch die is lowered and the load received from the workpiece is suddenly reduced, the torque curve suddenly descends and the speed curve accelerates above the fixed value to recover the speed reduction, so the ram position curve accelerates the descending speed. And
A servo drive system for a press machine, characterized in that in the second half of one cycle of the ram, the ram position curve is set to a speed-torque characteristic that repeats a cycle in which the ram position rises substantially uniformly from the descending end position to the ascending end position.

Speed of the servo motor - torque characteristic, the reduction in ram speed caused by the load during the descent of the ram position curve, the speed is absorbed and eliminated as acceleration and deceleration in one cycle of the ram - and characterized in that the torque characteristic press machine of the servo drive system of 請 Motomeko 2, wherein you.

The servo motor is disposed to face each other at both ends of the operating shaft, and the same speed with each other - a pair of servo motors to obtain the torque characteristics - the set speed that by using by combining the torque based on the torque characteristic The servo drive system for a press machine according to claim 1, wherein the servo drive system is a press machine.

The operating shaft is composed of an eccentric shaft, a ram is attached to the eccentric shaft portion of the eccentric shaft, and an extension portion of the eccentric shaft is configured as a rotor of the servo motor. The servo drive system for a press machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the servo drive system is fixed to a support frame of the eccentric shaft.