JP3939006B2

JP3939006B2 - リニアモータプレス機の制御装置

Info

Publication number: JP3939006B2
Application number: JP06586098A
Authority: JP
Inventors: 義広大年
Original assignee: Yamada Dobby Co Ltd
Current assignee: Yamada Dobby Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11254192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータによりスライドを往復移動させてプレス加工を行なうリニアモータプレス機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレス加工には、剪断加工、絞り加工、曲げ加工、圧縮加工など各種の加工があるが、そのようなプレス加工の種類に応じて、或はワークの材質や形状などに応じて、スライドつまりプレス型の各移動位置におけるスライド速度などを変えることが望ましい。
【０００３】
このため、従来では、下死点付近のスライド速度を低下させて圧印加工を可能としたナックルプレス、ハンドル操作によりストローク長や打撃力の強さを可変としたフリクションプレス、或は、非加工時のスライド速度を速く、加工時のスライド速度を遅くしたリンクプレスなどが製造され、使用されている。
【０００４】
しかし、このような各種のプレス機は、各々所定のプレス加工を行なうために製作された専用機としてのものが殆どであるため、１台のプレス機で各種のプレス行程曲線を簡単な設定変更の操作で実現できるプレス機が要望されている。そこで、近年、スライドの各移動位置におけるスライド速度などを、任意に且つ簡単に変更することができるプレス機として、リニアモータによりスライドを往復移動させる構造のプレス機が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このリニアモータ駆動式のプレス機は、所望の推力を得るために、複数のリニアモータがスライドの移動方向に沿って配設され、型を取り付けて往復移動するスライドは、通常、複数のガイドポストなどにより摺動可能にガイドされる。このため、単純に複数のリニアモータを駆動制御してスライドを往復移動させてプレス加工を行なった場合、プレス型と被加工物間に生じる不均一な摩擦などにより、スライドに偏心荷重がかかると、スライドに傾きが生じ易く、良好なプレス加工ができなくなる問題が予想された。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、複数のリニアモータで駆動するプレス機であっても、偏心荷重によるスライドの傾きを生じさせず、良好なプレス加工を行なうことができるリニアモータプレス機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のリニアモータプレス機の制御装置は、本体フレームに対しスライドが往復移動可能に配設され、スライドを往復駆動するために複数のリニアモータがスライドの移動方向に向けて装着されたリニアモータプレス機の制御装置において、本体フレーム内に移動フレームが複数のガイドポストと共に往復移動可能に配設され、ガイドポスト上にスライドが固定され、スライドのガイドポストの固定位置付近に且つ各リニアモータに対応して複数のリニアスケールが、スライドの移動位置を検出してその位置検出信号を出力するように本体フレームとの間に装着され、本体フレームと移動フレーム間の各ガイドポストの近傍に複数の各リニアモータが配置され、スライドが移動する際の行程曲線図に基づき単位時間毎に作成された位置データと速度データを順に記憶するパターンデータ記憶手段と、運転時、パターンデータ記憶手段から位置データと速度データを順に読み出し、位置データの示す位置を目標位置として該速度データの示す速度でリニアモータを駆動制御する制御手段と、予め決められた１台のリニアスケールからの位置検出データと他のリニアスケールからの位置検出データとの差を算出し、差に基づいて他のリニアスケールに対応したリニアモータ用の位置データと速度データの差を少なくするように補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用・効果】
このような構成のプレス機では、まず、縦軸にスライドの変位量（位置）をとり横軸に時間をとった行程曲線図上に、実施しようとするプレス加工のスライドの行程曲線（パターン）を書き入れる。
【０００９】
次に、この行程曲線図から、単位時間毎の位置データと、そこまでの時間と変位量から求めた速度データを順にとり出し、行番号と共に、それらの位置データと速度データを、位置指令値と速度指令値として順にパターンデータ記憶手段に記憶させる。
【００１０】
運転時には、そのパターンデータの中から、順に各時間ポイント毎の位置データと速度データを読み出し、速度指令値をリニアモータのドライバに出力し、ドライバは、その速度指令値に応じてリニアモータを駆動制御する。これによって、プレス機のスライドは制御された速度で指令位置を目標値として、つまり予め指定されたプログラムパターン通りに移動し、スライドに固定された上型が本体フレーム上の下型に合わせられ、プレス加工が行なわれる。
【００１１】
また、このとき、補正手段は、予め決められた１台のリニアスケールからの位置検出データと他のリニアスケールからの位置検出データとの差を算出し、その差が少なくなるように、他のリニアスケールに対応したリニアモータ用の位置データと速度データを補正する。そして、制御手段は補正した速度データの速度指令値を出力し、補正した位置指令値を目標位置として他のリニアモータを駆動制御する。
【００１２】
このように、各リニアモータは、予め決められた１台の各モータに対応したリニアスケールからの位置検出値が同じになるように駆動制御されるため、プレス型と被加工物間に生じる不均一な摩擦などにより、プレス加工時にスライドに偏心荷重がかかった場合でも、スライドが傾くことは防止され、良好なプレス加工を行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はプレス機の斜視図を示し、図２はその縦断面図を、図３はその平面図を示している。１はプレス機の本体フレームであり、本体フレーム１内底部に４個のスラスト軸受６が、さらに上部にも４個のスラスト軸受７が設けられ、そこに４本のガイドポスト３が上下動可能に支持される。４本のガイドポスト３は各々本体フレーム１内で上下動フレーム５に固定される。
【００１４】
本体フレーム１の上部にボルスタ２が固定され、本体フレーム１とボルスタ２より上方に突出した４本のガイドポスト３の先端に、スライド４が水平に固定される。本体フレーム１内には、上下動フレーム５、ガイドポスト３、及びスライド４を昇降駆動するために４台のリニアモータ８〜１１が配設される。通常のプレス機と同様、図示しない下型がボルスタ２上に固定され、上型はスライド４の下面に固定される。
【００１５】
４台のリニアモータ８〜１１は、各々本体フレーム１の内側で上下動フレーム５の側部に縦方向に配置され、各リニアモータ８〜１１のコイルスライダ（固定子）８ａ〜１１ａが本体フレーム１側に固定され、各リニアモータ８〜１１の磁石板（移動子）８ｂ〜１１ｂが上下動フレーム５側に固定される。
【００１６】
さらに、各リニアモータ８〜１１に対応して、４台のリニアスケール１２〜１５が、スライド４の側部のガイドポスト３の近傍に配設される。リニアスケール１２〜１５の固定子１２ａ〜１５ａは、ブラケットを介して本体フレーム１上部に取り付けられ、その移動子１２ｂ〜１５ｂは、スライド４の側部のガイドポスト３の近傍に取り付けられる。スライド４の位置を検出する位置検出器としてのリニアスケール１２〜１５には、例えばアブソリュート式のものが使用され、絶対位置の位置データが出力される。
【００１７】
このような構造のプレス機は、リニアモータ８〜１１の往復駆動によって、上下動フレーム５、ガイドポスト３、及びスライド４が、制御された位置データと速度データに基づいて上下駆動され、リニアスケール１２〜１５から出力される現在位置のデータがフィードバックされ高精度の制御に利用される。
【００１８】
図４はプレス機の制御部２０とそこに接続されるリニアモータ等の接続状態を示している。制御部２０は、ＣＰＵ２１を主要部にして構成され、予め固定メモリに記憶されたプログラムデータに基づき、プレス機の運転全体を制御する。制御部２０には、随時読み出し書き込み可能な一時メモリ２２、ディスプレー２３、各種設定値の入力用或は操作用のスイッチ類２４が設けられる。メモリ２２には、予め書き込まれたプレス運転プログラムのパターンデータが記憶される。また、メモリ２２には、設定入力されたストローク長、ＳＰＭ値（毎分当りのストローク数）、ダイハイト設定値、プレス設定回数などを記憶するためのメモリ領域が設けられる。設定されたストローク長、ＳＰＭ値（毎分当りのストローク数）、ダイハイト設定値、プレス設定回数などは、設定画面を表示するディスプレー２３に表示される。
【００１９】
上記リニアスケール１２〜１５は、制御部２０内のインターフェース回路に接続され、各々のリニアスケール１２〜１５の読み、つまりスライド４の位置検出データを制御部２０に送る。４台のリニアモータ８〜１１には各々ドライバ１６〜１９が接続され、各ドライバ１６〜１９は制御部２０内のインターフェース回路に接続される。リニアモータ８〜１１としては、例えば、推力の大きいＡＣサーボモータ（同期モータ）方式のものが使用され、そのドライバ１６〜１９は、例えばコンバータとＰＷＭ制御用のインバータを有し、制御部２０から出力された指令値に応じて、モータに供給する電流値を制御してリニアモータ８〜１１を駆動する。
【００２０】
上記制御手段及び補正手段となる制御部２０は、メモリ２２から順に読み出した位置データと速度データに基づき、位置指令値と速度指令値を各リニアモータのドライバ１６〜１９に出力するが、例えば、リニアモータ８を特定モータとし、それに対応したリニアスケール１２からの位置検出値Ｓ₁ と他のリニアモータ９〜１１に対応したリニアスケール１３〜１５からの位置検出値Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、Ｓ₄ との間に差が生じた場合、その差に基づき、他のリニアモータ９〜１１用の位置指令値と速度指令値を、所定の演算式を用いて補正し、その差を少なくするように制御を行なう。
【００２１】
次に、上記構成のリニアモータプレス機の動作を説明すると、まず、プレス機の運転に先立ち、プレス運転プログラムのパターンデータが予めメモリ２２に書き込まれる。
【００２２】
このパターンデータは、図５に示すような行程線図から作成され、行程線図は横軸に時間、縦軸にスライド４の変位量（位置）をとって任意の形状に作成される。図５の行程曲線図は、ＳＰＭ値（毎分当りのストローク数）が１００、つまり１ストロークの時間が６００ミリ秒、ストローク長が３０ｍｍの場合の各種のパターンを示しているが、ストローク時間、ストローク長は任意に決めることができる。
【００２３】
この行程曲線図から、単位時間毎（例えば１ストロークを６０分割した場合は１０ミリ秒毎）の位置データと、そこまでの時間と変位量から求めた速度データをとり出し、各行番号毎に、それらの位置データと速度データを、位置指令値と速度指令値として作成し、プログラムパターンデータを完成させ、このようなパターンデータ、つまり単位時間毎の位置指令値と速度指令値のデータは、メモリ２２に記憶される。
【００２４】
次に、プレス機の制御部２０上で、実際に行なうプレス加工運転の設定を図６のフローチャートに示すように行なう。すなわち、まず、オペレータは、ディスプレー２３に設定画面を表示させ（ステップ１００）、スイッチ類２４を操作して、ストロークのパターン番号、ストローク長、ＳＰＭ値、ダイハイト等を設定入力する（ステップ１１０）。すると、制御部２０のＣＰＵ２１は、指定されたパターン番号をのプログラムパターンデータをメモリ２２から読み出し、そのデータが例えばＳＰＭ値１００（上記のように毎分当りのストローク数が１００、１０ミリ秒毎の位置データと速度データ）で作成されている場合、設定されたＳＰＭ値が例えば８０の場合、各速度データに係数０．８を乗算して、速度データを書き換え（ステップ１２０）、設定を完了する。
【００２５】
そして、ディスプレー２３の画面を運転画面に切り替え、運転スイッチをオンすると、プレス機は運転に入り、図７に示すように、ＣＰＵ２０は、メモリ２２内のプログラムパターンデータの中から、順に各時間ポイント毎の位置データと速度データを読み出し（ステップ２００）、速度指令値を各リニアモータのドライバ１６〜１９に出力する（ステップ２１０）。ドライバ１６〜１９は、その速度指令値に応じて例えばＰＷＭにより制御された電流を各リニアモータ８〜１１に出力し、それにより、リニアモータ８〜１１の磁石板（移動子）８ｂ〜１１ｂが駆動され、上下動フレーム５、ガイドポスト３、及びスライド４が指令速度で上記位置データの位置指令値を目標値として下降するように制御される。
【００２６】
その移動距離（移動位置）は各リニアスケール１２〜１５によって検出され、それらの位置検出信号が制御部２０に送られ、ＣＰＵ２１は、それらの位置検出値Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、Ｓ₄ を取り込む（ステップ２２０）。
【００２７】
次に、ステップ２３０で、ＣＰＵ２１は、予め決められたリニアモータ８に対応したリニアスケール１２の位置検出値Ｓ₁ と他のリニアスケール１３〜１５の位置検出値Ｓ₂ 、Ｓ₃ 、Ｓ₄ とを比較し、その間に差があれば、ステップ２３５に進み、その差をＳ₁ −Ｓ₂ ＝Ｄ₂ 、Ｓ₁ −Ｓ₃ ＝Ｄ₃ 、Ｓ₁ −Ｓ₄ ＝Ｄ₄ のように差を算出し、補正値Ｄ₂ 、Ｄ₃ 、Ｄ₄ とする。
【００２８】
次に、ステップ２４０で、次の位置データと速度データをメモリ２２のパターンデータから読み出し、次のステップ２５０で、特定モータであるリニアモータ８以外のリニアモータ９〜１１の指令値を補正する。すなわち、他のリニアモータ９〜１１用の速度指令値Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄と位置指令値Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄については、ステップ２３５で算出した補正値Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₄により、Ｋ₂＋Ｆ・Ｄ₂＝Ｋ₂、Ｋ₃＋Ｆ・Ｄ₃＝Ｋ₃、Ｋ₄＋Ｆ・Ｄ₄＝Ｋ₄のように演算式を用いて補正する。ここで、Ｆは係数である。また、位置指令値Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄については、Ｒ₂＋Ｄ₂＝Ｒ₂、Ｒ₃＋Ｄ₃＝Ｒ₃、Ｒ₄＋Ｄ₄＝Ｒ₄の演算式を用いて補正する。
【００２９】
そして、再びステップ２１０に戻り、補正した速度指令値Ｋ₂、Ｋ₃、Ｋ₄を各リニアモータのドライバ１７〜１９に出力し、各リニアモータ９〜１１に対応したリニアスケール１３〜１５の位置検出信号が位置指令値Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄となるように各リニアモータ９〜１１が制御駆動される。予め決められたリニアモータ８については補正しない速度指令値がそのドライバ１６に出力され、駆動制御される。また、上記ステップ２３０で、他のモータに対応したリニアスケール１３〜１５の位置検出値Ｓ₂、Ｓ₃、Ｓ₄が特定モータのリニアスケール１２の位置検出値Ｓ₁と同じと判定した場合、補正を行なわずに再びステップ２００に戻り、次の速度データ、位置データを読み出し、上記と同様に各リニアモータ８〜１１を駆動制御する。
【００３０】
このように、各リニアモータ８〜１１が駆動制御されることにより、プレス機のスライド４と上型は、予め指定されたプログラムパターン通りに移動（上下動）し、プレス加工が行なわれる。また、このとき、各リニアモータ８〜１１は、各モータに対応したリニアスケール１２〜１５からの位置検出値が同じになるように駆動制御されるため、プレス加工時にスライド４に偏心荷重がかかった場合でも、スライド４が傾くことは防止され、良好なプレス加工を行なうことができる。
【００３１】
なお、上記実施例では、４台のリニアモータを使用したが、２台以上複数のリニアモータであれば実施可能である。また、位置検出器としてのリニアスケールは他のエンコーダ等を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すプレス機の斜視図である。
【図２】同プレス機の縦断面図である。
【図３】同プレス機の平面図である。
【図４】リニアモータ、リニアスケールを含む制御部のブロック図である。
【図５】プレス加工のプログラムパターンの行程曲線図である。
【図６】設定動作を示すフローチャートである。
【図７】運転制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１−本体フレーム
４−スライド
８〜１１−リニアモータ
１２〜１５−リニアスケール
２０−制御部
２１−ＣＰＵ
２２−メモリ

Claims

本体フレームに対しスライドが往復移動可能に配設され、該スライドを往復駆動するために複数のリニアモータが該スライドの移動方向に向けて装着されたリニアモータプレス機の制御装置において、
前記本体フレーム内に移動フレームが複数のガイドポストと共に往復移動可能に配設され、該ガイドポスト上に前記スライドが固定され、該スライドの該ガイドポストの固定位置付近に且つ該各リニアモータに対応して複数のリニアスケールが、該スライドの移動位置を検出してその位置検出信号を出力するように該本体フレームとの間に装着され、該本体フレームと該移動フレーム間の該各ガイドポストの近傍に前記複数の各リニアモータが配置され、
該スライドが移動する際の行程曲線図に基づき単位時間毎に作成された位置データと速度データを順に記憶するパターンデータ記憶手段と、
運転時、該パターンデータ記憶手段から位置データと速度データを順に読み出し、該位置データの示す位置を目標位置として該速度データの示す速度で前記リニアモータを駆動制御する制御手段と、
予め決められた１台の前記リニアスケールからの位置検出データと他のリニアスケールからの位置検出データとの差を算出し、該差に基づいて該他のリニアスケールに対応したリニアモータ用の前記位置データと速度データの該差を少なくするように補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とするリニアモータプレス機の制御装置。