JP5115158B2 - プレス機械 - Google Patents

Description

この発明は、プレスブレーキ、パンチプレス等の板材に対してプレス加工を行うプレス機械に関する。

一般的なプレスブレーキは、固定側のプレス型としてのダイと、可動側のプレス型としてのパンチが上下に設けられ、両プレス型の間に加工する板材を配置し、板材を介してパンチをダイに押し当てることにより、板材をＶ字状に曲げる。パンチを昇降駆動させるプレス駆動手段には、例えばボールねじ機構が用いられる（例えば特許文献１）。
実開昭６３−１９９１９号公報 特許３４０５９３０号公報 特許２７６４３５０号公報

上記プレスブレーキでは、板材の最終曲げ段階、すなわちパンチが昇降ストロークの下死点に位置する時に、プレス駆動手段に最大の曲げ負荷がかかる。プレス駆動手段がボールねじ機構を用いたものである場合には、上記曲げ負荷により、ボールねじ機構におけるねじ軸のねじ溝内面にボールを介して荷重がかかる。実際の加工現場では、同じかまたは同程度の板厚の板材に対して同じか同程度の曲げ角度で曲げ加工を続けることが多い。そのため、最大曲げ負荷時には、何時もねじ軸のねじ溝内面のほぼ同じ箇所にボールが接し、その箇所で摩耗等による消耗が部分的に進行することとなり、ボールねじ機構の寿命を短くしていた。

この発明の目的は、可動側プレス型の昇降用として使用されるボールねじ機構の寿命を延ばすことができ、そのための機構が簡素な構成であるプレス機械を提供することである。
この発明の他の目的は、前記ボールねじ機構の寿命を効率良く延ばすことである。
この発明のさらに他の目的は、この発明を適用することが特に有効なプレス機械を提示することである。

この発明のプレス機械は、加工時に位置固定状態とされる固定側のプレス型と、可動側のプレス型と、前記固定側のプレス型に対して前記可動側のプレス型を昇降させるプレス駆動手段と、前記固定側のプレス型を設置したフレームに対して前記固定側のプレス型の高さ位置を変更する高さ位置変更手段と、この高さ位置変更手段を制御する高さ位置制御手段とを備え、前記プレス駆動手段は、上下方向に沿うねじ軸に複数のボールを介してナットが螺合するボールねじ機構を有し、前記ねじ軸およびナットのうちいずれか一方の部材を回転させる回転駆動源を設け、もう一方の部材と前記可動側のプレス型とを一体に動作するように連結したものであり、前記高さ位置制御手段は、前記可動側のプレス型が被加工物に接してプレス荷重が作用するときの、前記ねじ軸のねじ溝の内面における前記各ボールが接する位置が変化するように、前記固定側のプレス型の高さ位置を前記高さ位置変更手段により定期的に変更させる制御を行うものである。

この構成によれば、定期的に、高さ位置制御手段により高さ位置変更手段を制御して、可動側のプレス型が被加工物に接してプレス荷重が作用するときの、ねじ軸のねじ溝内面における各ボールが接する位置が変化するように、固定側のプレス型の高さ位置を変更させる。ねじ軸のねじ溝内面における各ボールが接する位置を変化させることにより、ねじ軸のねじ溝内面の同じ箇所に荷重が集中的にかかることが避けられる。それにより、ねじ軸の摩耗等による消耗が局所的に進行することを防がれて、ボールねじ機構の寿命を延ばすことができる。固定側のプレス型の高さ位置を変更させるタイミングは、例えば加工回数が所定回数に達したとき、あるいは加工時間が所定時間となったときとすればよい。上記所定回数および所定時間は任意に変更可能である。
高さ位置変更手段は、プレス加工時に昇降しない固定側のプレス型を設置したフレームの高さ位置を変更する構成であるため、プレス加工時に昇降する可動側のプレス型を設置したフレームの高さ位置を変更する場合に比べ、高さ位置変更手段を構造的にも制御的にも簡素な構成とすることができる。

この発明において、前記高さ位置制御手段は、前記高さ位置変更手段により前記固定側のプレス型の高さ位置を変化させる範囲が、前記ねじ軸とナット間に介在したボールの配列ピッチの、ねじ軸軸方向の長さ以下の範囲であるのがよい。
一般的に、板材の目標曲げ角度は、プレス型の形状と板材の厚みによって決まる。このため、同一条件で曲げ加工を行った場合、可動型のプレス型の駆動量は一定であり、最大曲げ負荷時に何時もねじ軸のねじ溝内面の同じ箇所にボールが接し、ねじ軸の消耗が局所的に進行する。これを防ぐには、固定側のプレス型の高さ位置を変化させると共に、それに応じて可動側のプレス型の駆動量を変更して、ねじ溝内面におけるボールの当たる位置をねじ溝方向に分散させればよい。ボールの当たる位置をボールの配列ピッチの範囲内で分散させればよいので、固定側のプレス型の高さ位置変化量は、最大でボールの配列ピッチのねじ軸軸方向の長さだけあれば十分である。固定側のプレス型の高さ位置変化量を必要最小距離であるボールの配列ピッチのねじ軸軸方向の長さ以下の範囲内に限定すれば、より一層高さ位置変更手段を小型で簡素なものとすることができる。ねじ溝に対してボールが接する位置を複数回変化させた場合に、当該位置がボールの配列ピッチの範囲内で平均化されるように制御すれば、ねじ軸のねじ溝内面の消耗が均等に進行するため、ボールねじ機構の寿命を最大に延ばすことができる。

この発明は、例えば以下のプレス機械に適用するのが特に有効である。すなわち、そのプレス機械は、被加工物である板材の下側に配置された前記固定側のプレス型としてのダイと、前記板材の上側に配置された前記可動側のプレス型としてのパンチとを有し、これらダイおよびパンチの協働により前記板材をＶ字状に曲げるプレスブレーキであり、前記プレス駆動手段は、前記ボールねじ機構を並列に複数設けたものである。
プレスブレーキは、板材の最終曲げ段階でプレス駆動手段に曲げ負荷が集中してかかるため、プレス駆動手段にボールねじ機構が採用されている場合に、ボールねじ機構におけるねじ軸のねじ溝内面の同じ箇所に曲げ負荷がかかりやすい。このため、高さ位置変更手段により固定側のプレス型の高さ位置を変更することによる効果が大きく現れる。
曲げ負荷によるねじ軸の消耗に対して、そのねじ軸を新しいものと交換するという方法もある。しかし、ねじ軸を交換する方法は、機械全体の調整を伴うため作業が容易ではなく、しかもその間、機械の稼働を停止させなくてはならないとう問題がある。特に、ボールねじ機構が並列に複数設けられている場合は、調整がより困難である。したがって、ボールねじ機構が並列に複数設けられているプレスブレーキにこの発明を適用すると、効果が顕著に現れる。

この発明のプレス機械は、加工時に位置固定状態とされる固定側のプレス型と、可動側のプレス型と、前記固定側のプレス型に対して前記可動側のプレス型を昇降させるプレス駆動手段と、前記固定側のプレス型を設置したフレームに対して前記固定側のプレス型の高さ位置を変更する高さ位置変更手段と、この高さ位置変更手段を制御する高さ位置制御手段とを備え、前記プレス駆動手段は、上下方向に沿うねじ軸に複数のボールを介してナットが螺合するボールねじ機構を有し、前記ねじ軸およびナットのうちいずれか一方の部材を回転させる回転駆動源を設け、もう一方の部材と前記可動側のプレス型とを一体に動作するように連結したものであり、前記高さ位置制御手段は、前記可動側のプレス型が被加工物に接してプレス荷重が作用するときの、前記ねじ軸のねじ溝の内面における前記各ボールが接する位置が変化するように、前記固定側のプレス型の高さ位置を前記高さ位置変更手段により定期的に変更させる制御を行うため、可動側プレス型の昇降用として使用されるボールねじ機構の寿命を延ばすことができ、そのための機構が簡素な構成になる。

前記高さ位置制御手段は、前記高さ位置変更手段により前記固定側のプレス型の高さ位置を変化させる範囲が、前記ねじ軸とナット間に介在したボールの配列ピッチの、ねじ軸軸方向の長さ以下の範囲である場合は、ボールねじ機構の寿命を効率良く延ばすことができる。

プレス機械が、被加工物である板材の下側に配置された前記固定側のプレス型としてのダイと、前記板材の上側に配置された前記可動側のプレス型としてのパンチとを有し、これらダイおよびパンチの協働により前記板材をＶ字状に曲げるプレスブレーキであり、前記プレス駆動手段は、前記ボールねじ機構を並列に複数設けたものであるある場合は、この発明を適用することの効果が顕著に現れる。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１は、この実施形態のプレス機械の概略構成を示す正面図、図２はその側面図である。このプレス機械はプレスブレーキであって、ベッド１上に固定側のプレス型となる直線状のダイ２が取付けられ、ラム３の下端に可動側のプレス型となるパンチ４が取付けられている。ラム３は、左右両側部でガイド５によりベッド１に昇降自在に設置され、プレス駆動手段６により昇降駆動される。

ダイ２およびパンチ４は、各々型幅方向に複数の分割型２Ａ，４Ａに分割されていて、分割型２Ａ，４Ａの配列個数の選択により、型幅変更が可能とされている。この型幅変更は、分割型２Ａ，４Ａを、加工に使用する使用位置（図示された位置）と退避位置との間に、分割型選択機構（図示せず）で移動させることにより行われる。

ベッド１にはダイ２の前後に板材支持台７およびゲージ８が設置されている。被加工部である折り曲げるべき板材Ｗは、板材支持台７に載せられてゲージ８に当たるまで、ダイ２の上に挿入され、ラム３によるパンチ４の下降により、ダイ２とパンチ４とで挟まれて、板材ＷがＶ字状に折り曲げられる。

前記プレス駆動手段６は、前記左右のガイド５に並設された左右一対のボールねじ機構１０を有する。図３および図４に示すように、ボールねじ機構１０は、上下方向に沿うねじ軸１１と、このねじ軸１１にボール１２を介して螺合するナット１３とでなる。ナット１３には、ねじ軸１１とナット１３との間のボール１２を循環させるエンドキャップや、リターンチューブ、コマ部材等の循環手段（図示せず）が設けられている。各ボールねじ機構１０のねじ軸１１は、共通の回転駆動源１４により正逆両方向に選択的に回転させられる。回転駆動源１４は、例えばサーボモータ１４である。回転駆動源１４の回転は、その出力軸１４ａからチェーン伝動装置１５により回転伝達軸１６に伝達され、さらに回転伝達軸１６からベベルギヤ１７，１８を介してねじ軸１１へ伝達される。ナット１３は、ラム３に固定され、前記パンチ４と一体に動作する。図６に示すように、ダイ２は上面にＶ溝２ａを有し、パンチ４は下端が前記Ｖ溝２ａに対応する形状とされている。

ベッド１には、ダイ２の高さ位置を変更する高さ位置変更手段２１が設けられている。高さ位置変更手段２１は、プレスブレーキの概略構成を示す図５および図６に示すように、ベッド１に対して水平方向にスライド自在で、上面が所定角度の傾斜面２２ａに形成された複数の下側くさび２２を有するスライド体２３と、ダイ２の各分割型２Ａを支持して昇降自在で、下面に前記下側くさび２２の傾斜面２２ａと同じ角度の傾斜面２４ａに形成された複数の上側くさび２４を有する昇降体２５とを備える。スライド体２３は、スライド駆動源２６により、ベッド１に対して水平方向にスライドさせられる。スライド駆動源２６は例えばサーボモータであり、スライド駆動源２６の回転が、ラック・ピニオン機構等の回転・直線変換機構（図示せず）により直線運動に変換される。なお、図５では、下側くさび２２および上側くさび２４の傾斜面２２ａ，２４ａの傾斜を誇張して描いてあり、実際の傾斜面２２ａ，２４ａの傾斜は図よりもずっと小さい。

このプレス機械を制御するプレスブレーキ制御装置について、図７と共に説明する。プレスブレーキ制御装置３０は、プレス加工を制御するプレス加工制御手段３１と、ダイ２の高さ位置を制御するダイ高さ位置制御手段３２とでなる。プレス加工制御手段３１は、コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコントローラからなり、プレス加工プログラム３１ａと、このプレス加工プログラム３１ａを実行する演算制御部３１ｂと、ダイ２の高さ位置変更に対応して前記プレス加工プログラム３１ａの命令を補正するプログラム補正部３１ｃとを備える。プログラム補正部３１ｃは、演算制御部３１ｂの一部として設けられるか、または演算制御部３１ｂとは別に設けられる。また、ダイ高さ位置制御手段３２は、プログラマブルコントローラからなり、ダイ高さ位置制御プログラム３２ａと、このダイ高さ位置制御プログラム３２ａを実行する演算制御部３２ｂとを備える。演算制御部３１ｂ，３２ｂは、中央処理装置およびメモリ等に、プログラマブルコントローラを含めたものを示す。ダイ高さ位置制御手段３２の演算制御部３２ｂは、プレス加工制御手段３１の演算制御部３１ｂのプログラマブルコントローラ等で、一部または全体が兼用されるものであってもよい。

プレス加工制御手段３１の演算制御部３１ｂは、左右一対のボールねじ機構１０を作動させる回転駆動源１４に出力する。プレス加工制御手段３１の演算制御部３１ｂが出力する毎に、プレス加工制御手段３１からダイ高さ位置制御手段３２へプレス加工の回数を示す信号が出される。この信号をダイ高さ位置制御手段３２がカウントし、カウント数が所定数に達すると、ダイ高さ位置制御手段３２の演算制御部３２ｂが、高さ位置変更手段２１を作動させるスライド駆動源２６に出力する。

上記スライド駆動源２６への出力は、ダイ２の高さ位置変更量をＨｘ、ボールねじ機構１０におけるボール１２の配列ピッチＢｐ（図４）のねじ軸軸方向長さをＢＬ（図４）とした場合に、０≦±Ｈｘ≦ＢＬの関係が成り立つ大きさとされる。すなわち、ボール１２の配列ピッチＢｐのねじ軸軸方向長さＢＬよりも小さい範囲内でダイ２の高さ位置を変更させる。これにより、最大曲げ負荷時にねじ軸１１のねじ溝１１ａの内面にボール１２が接する位置が変化する。また、このボール１２が接する位置を複数回変位させた場合に、当該位置がボール１２の配列ピッチＢｐの範囲内で平均化されるように、ダイ高さ位置制御部３２で制御される。
上記ダイ２の高さ位置変更に対応して、プログラム補正部３１ｃにより、パンチ４が昇降ストロークの下死点に位置する時のパンチ４とダイ２間の距離が、ダイ２の高さ位置の変更前と変更後とで同じになるように、加工プログラム３１ａのパンチ昇降命令が実行時に補正される。具体的には、パンチ４の駆動量Ｖｈ１を変更する。

上記のように、ダイ２の高さ位置およびパンチ４の駆動量Ｖｈ１を変更する理由を説明する。一般的に、板材Ｗの目標曲げ角度θＡは、ダイ２の溝幅Ｖと板材Ｗの厚みｔによって決まる。このため、同一条件で曲げ加工を行った場合、パンチ４の駆動量Ｖｈ１は一定であり、最大曲げ負荷時に何時もねじ軸１１のねじ溝１１a内面の同じ箇所にボール１２が接し、ねじ軸１１の消耗が局所的に進行する。これを防ぐには、ねじ溝１１a内面におけるボール１２が接する位置をねじ溝１１a方向に分散させればよい。ダイ２の高さ位置およびパンチ４の駆動量Ｖｈ１を変更することにより、最大曲げ負荷時、すなわちパンチ４が板材Ｗに接してプレス荷重が作用するときの、ねじ軸１１のねじ溝１１ａ内面における各ボール１２が接する位置が変化する。そのため、ねじ溝１１ａの同じ箇所に曲げ荷重が集中的にかかることが避けられる。ねじ軸１１の消耗が局所的に進行することを防がれるので、ボールねじ機構１０の寿命を延ばすことができる。

ボール１２の配列ピッチＢｐの範囲内で上記ボール１２の当たる位置を分散させればよいので、ダイ２の高さ位置変化量は、最大でボール１２の配列ピッチＢｐのねじ軸軸方向の長さＢＬだけあれば十分である。ダイ２の高さ位置変化量を必要最小距離であるボール１２の配列ピッチＢｐのねじ軸軸方向の長さＢＬ以下の範囲内に限定すれば、高さ位置変更手段２１を小型で簡素なものとすることができる。パンチ４が板材Ｗに接してプレス荷重が作用するときの、ねじ軸１１のねじ溝１１ａの内面における各ボール１２が接する位置を複数回変化させた場合に、当該位置がボール１２の配列ピッチＢｐの範囲内で平均化されるように制御すれば、ねじ軸１１のねじ溝１１ａ内面の消耗が均等に進行するため、ボールねじ機構１０の寿命を最大に延ばすことができる。

この実施形態では、加工回数が所定数に達した場合にダイ２の高さ位置を変更するようにしているが、ねじ軸１１の消耗に影響を与える他の条件を満たすようになった場合、例えば加工時間が所定の時間を超えた場合にダイ２の高さ位置を変更するようにしてもよい。
また、ボールねじ機構１０は、ナット１３が固定でねじ軸１１を回転させる構成とされているが、逆にねじ軸１１が固定でナット１３を回転させる構成としてもよい。

この実施形態のプレス機械はプレスブレーキであり、板材Ｗの最終曲げ段階でプレス駆動手段６に曲げ負荷が集中してかかり、ボールねじ機構１０のねじ軸１１の同じ箇所に曲げ負荷がかかりやすい。このため、高さ位置変更手段２１により固定側のプレス型であるダイ２の高さ位置を変更することによる効果が大きく現れる。
また、プレス駆動手段６は、ボールねじ機構１０を並列に複数設けたものであるため、この発明を適用することによる効果が顕著に現れる。すなわち、曲げ負荷によるねじ軸１１の消耗に対して、そのねじ軸１１を新しいものと交換する場合には、機械全体の調整を伴うため作業が容易ではなく、しかもその間、機械の稼働を停止させなくてはならないとう問題がある。特に、ボールねじ機構１０が並列に複数設けられている場合は、調整がより困難である。しかし、この発明によるプレスブレーキは、ボールねじ機構１０の寿命が大幅に延ばせるので、ボールねじ機構１０の交換やそれに伴う機械全体の調整を減らすことができる。
なお、この発明は、パンチプレス等の他のプレス機械にも適用できる。

この発明の実施形態にかかるプレス機械の正面図である。 同プレス機械の側面図である。 同プレス機械のボールねじ機構の一部を示す断面図である。 図３の部分拡大図である。 同プレス機械の概略構成を示す正面図である。 同プレス機械の概略構成を示す側面図である。 同プレス機械の制御系のブロック図である。

符号の説明

２…ダイ（可動側のプレス型）
４…パンチ（固定側のプレス型）
６…プレス駆動手段
１０…ボールねじ機構
１１…ねじ軸
１１ａ…ねじ溝
１２…ボール
１３…ナット
１４…回転駆動源
２１…高さ位置変更手段
２６…スライド駆動源
３２…ダイ高さ位置制御手段
ＢＬ…ボールの配列ピッチのねじ軸軸方向の長さ
Ｗ…板材（被加工物）

Claims (3)

1. 加工時に位置固定状態とされる固定側のプレス型と、可動側のプレス型と、前記固定側のプレス型に対して前記可動側のプレス型を昇降させるプレス駆動手段と、前記固定側のプレス型を設置したフレームに対して前記固定側のプレス型の高さ位置を変更する高さ位置変更手段と、この高さ位置変更手段を制御する高さ位置制御手段とを備え、
   前記プレス駆動手段は、上下方向に沿うねじ軸に複数のボールを介してナットが螺合するボールねじ機構を有し、前記ねじ軸およびナットのうちいずれか一方の部材を回転させる回転駆動源を設け、もう一方の部材と前記可動側のプレス型とを一体に動作するように連結したものであり、
   前記高さ位置制御手段は、前記可動側のプレス型が被加工物に接してプレス荷重が作用するときの、前記ねじ軸のねじ溝の内面における前記各ボールが接する位置が変化するように、前記固定側のプレス型の高さ位置を前記高さ位置変更手段により定期的に変更させる制御を行うものであるプレス機械。
2. 前記高さ位置制御手段は、前記高さ位置変更手段により前記固定側のプレス型の高さ位置を変化させる範囲が、前記ねじ軸とナット間に介在したボールの配列ピッチの、ねじ軸軸方向の長さ以下の範囲である請求項１記載のプレス機械。
3. 被加工物である板材の下側に配置された前記固定側のプレス型としてのダイと、前記板材の上側に配置された前記可動側のプレス型としてのパンチとを有し、これらダイおよびパンチの協働により前記板材をＶ字状に曲げるプレスブレーキであり、前記プレス駆動手段は、前記ボールねじ機構を並列に複数設けたものである請求項１または請求項２記載のプレス機械。

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