專利名稱：沖壓機械中的伺服驅動系統(tǒng)和連續(xù)加工系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如在轉塔沖壓機中使用的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，詳細說，涉及在轉塔沖壓機中使用的沖壓機械的連續(xù)加工系統(tǒng)。
背景技術：
歷來，一般在沖壓機中，作為沖頭的驅動源有使用伺服電動機的電動式驅動源。在這樣的沖壓機等的沖壓機械的沖壓加工中，因為在加工中發(fā)生極大的噪聲，因此希望盡可能減少這種噪聲。這樣的沖壓加工中噪聲的發(fā)生原理十分復雜，因工件的材質、板厚其他各種條件而不同，但是由于沖頭的沖壓速度快時噪聲大、沖壓速度慢時噪聲小，另外，如果沖壓速度一定的話，負荷輕時噪聲小，負荷重時噪聲大，這些已經公知。上述的現(xiàn)有技術，在日本國公開專利公報的特開2001-62591號以及特開 2001-62596號公報中公開。但是，現(xiàn)有的電動式沖壓機，因為例如使用連桿和飛輪等機構發(fā)生加工所需要的轉矩，因此由于該機械的慣性成為使沖頭的往復運動減慢的原因，另外，在這之外，伺服電動機的主軸和使沖頭上下運動的動作軸，通過齒輪等動力傳遞機構驅動，不可避免會發(fā)生由于該動力傳遞機構引起的損失或者延遲。因此，即使控制伺服電動機的速度來追隨沖頭的驅動速度也十分困難，不適合對于沖頭的速度控制。由此，在現(xiàn)有技術中，因為不管負荷的輕重把沖壓速度設定為幾乎一定，所以如果為降低噪聲而把沖壓速度設定低的話，則會大幅度降低工作效率。另一方面，從工作效率的要求把沖壓速度設定的高的話，則會發(fā)生大的噪聲。結果，存在低噪聲化和工作效率不能并存的問題。另外，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，根據板厚、材質在油壓沖壓系統(tǒng)中切換預定的沖壓模式， 由此來圖謀降低噪聲和維持沖壓速度的并存。為此需要高速處理的硬、軟等復雜的控制系統(tǒng)。另一方面，一般，在沖壓機中，作為沖頭驅動源有使用油壓的油壓式驅動源和使用伺服電動機的驅動源。另外，在沖壓機中，有例如步沖等利用同一沖壓模具連續(xù)沖壓工件進行加工的，在這樣的連續(xù)沖壓加工中，圖謀沖頭的高速化。但是，現(xiàn)有的油壓式沖壓機，因為是使用油壓、使用切換閥使沖頭往復運動，因此比之電氣控制來說響應性差，不可避免對于控制指令產生延遲，因此，不適合沖頭的高速化。
進而，因為在上述的現(xiàn)有技術中不管負荷的輕重，沖壓速度設定為幾乎一定，所以如果為降低噪聲而把沖壓速度低設定的話，則會大幅降低工作效率；另一方面，從工作效率的要求把沖壓速度設定的高的話，則會發(fā)生大的噪聲，結果，存在低噪聲化和工作效率不能并存的問題。因此，試設想不利用例如連桿和飛輪等的機構、另外也不通過齒輪等動力傳遞機構，使用伺服電動機直接驅動使沖頭上下動作的動作軸。于是通過使用這樣的伺服電動機的直接驅動，可以根據負荷自動加減沖壓速度，由此，可以謀求低噪聲和工作效率的并存。但是，為發(fā)生加工所需要的轉矩，比較使用連桿和飛輪等機構的場合和不使用 (通過伺服電動機直接驅動)的場合，在使用沖壓機的沖壓加工中，因為除增加使沖頭上下運動的高速動作用的運動能量外還需要沖壓加工時的大的沖壓能量，因此在直接驅動的場合需要大的額定容量的伺服電動機。于是，對于通過這樣的伺服電動機直接驅動使沖頭上下動作的動作軸，需要供給伺服電動機高速動作用的電能以及沖壓用的電能，因此不可避免使伺服電動機用的控制電路的峰值功率變得很高。
發(fā)明內容
本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，其第一目的是提供一種沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能消除上述現(xiàn)有技術具有的問題，不使用連桿和飛輪等機構和齒輪等動力傳遞機構，通過根據負荷自動加減沖壓速度實現(xiàn)低噪聲化，而且，可以防止只在相當于動作軸一側的機械各部分發(fā)生變形，實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。本發(fā)明的第二目的是提供一種沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能消除上述現(xiàn)有技術具有的問題，通過根據負荷自動加減沖壓速度，謀求低噪聲化和工作效率的并存。本發(fā)明的第三目的是提供一種沖壓機械的連續(xù)加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能消除上述現(xiàn)有技術具有的問題，作為沖頭的驅動源使用伺服電動機，而且，通過不使用連桿和飛輪等機構和齒輪等動力傳遞機構，在原理上無驅動力傳遞的延遲，也不發(fā)生控制延遲，由此可以謀求響應性好而實現(xiàn)高速化。本發(fā)明的第四目的是提供一種沖壓機的伺服驅動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能消除上述現(xiàn)有技術具有的問題，通過根據負荷自動加減沖壓速度，在能夠謀求低噪聲化和工作效率的并存的同時，降低伺服電動機用的控制電路的峰值功率。為實現(xiàn)上述第一目的，根據本申請發(fā)明的第一方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)包括沖頭；使所述沖頭上下運動的動作軸；以及一對伺服電動機，它們作為所述沖頭的動力源的伺服電動機，通過合成使用基于相互同一速度轉矩特性的轉矩可以發(fā)生需要的沖頭壓力，在上述的結構中，使上述一對雙伺服電動機相互以鏡像對稱構成；使上述一對雙伺服電動機在所述動作軸的兩端相互相對設置；通過使上述一對伺服電動機作為一體動作，上述一對伺服電動機直接驅動所述動作軸，使所述沖頭上下運動。根據本申請發(fā)明的第二方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在所述第一方面的伺服驅動系統(tǒng)中，通過用同一門信號驅動所述一對伺服電動機的一方的伺服電動機用的伺服放大器的電源部和另一方的伺服電動機用的伺服放大器的電源部使所述兩伺服電動機作為
一體動作。
根據本申請發(fā)明的第三方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在所述第一方面或第二方面的伺服驅動系統(tǒng)中，所述一對伺服電動機使用基于電動機的速度轉矩特性的轉矩；因為不利用機構的慣性發(fā)生需要的沖頭壓力，因此在沖頭的下降動作中受到來自工件的負荷的話，根據該負荷兩伺服電動機的速度減小。由此，使所述沖頭的下降速度減小。根據本申請發(fā)明的第四方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在所述第一方面到第三方面中的任何一個方面的伺服驅動系統(tǒng)中，使所述沖頭上下運動的所述動作軸由偏心軸構成；以及所述伺服電動機以所述偏心軸作為電動機主軸構成。根據本申請發(fā)明的第五方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在所述第一方面到第四方面中的任何一個方面的伺服驅動系統(tǒng)中，所述一對伺服電動機的各轉子，在所述偏心軸的左右各端延長部的周圍，分別在外周上嵌裝沿圓周方向以規(guī)定間隔裝備偶數(shù)個用作磁極的磁鐵的套筒；所述左右兩套筒的磁極位置(磁極用磁鐵的圓周方向位置)以相互鏡像對稱定位，分別用襯套固定；所述一對伺服電動機的各定子，在所述各轉子上分別外裝卷繞三相電樞線圈的外筒；在左右兩外筒的三相電樞線圈的圓周方向位置以成為相互鏡像對稱那樣定位，在所述偏心軸的左右的支持架上分別固定。根據上述第一到第五方面的伺服驅動系統(tǒng)，因為使用可以發(fā)生必要的沖頭壓力的一對伺服電動機直接驅動所述動作軸那樣構成，不使用連桿和飛輪等機構和齒輪等動力傳遞機構，所以可以根據負荷自動加減沖壓速度。進而可以實現(xiàn)低噪聲化，而且可以防止只在相當于動作軸一側的機械各部分發(fā)生變形，實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。為實現(xiàn)上述第二目的，根據本申請發(fā)明的第六方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)， 在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機械中，作為所述伺服電動機，采用使用基于電動機的速度轉矩特性的轉矩；不利用機構的慣性可以發(fā)生需要的沖頭壓力；在沖頭的下降動作中受到來自工件的負荷時，通過根據該負荷減小電動機的速度降低沖頭的下降速度的伺服電動機。通過所述伺服電動機直接驅動使沖頭上下動作的動作軸那樣構成。根據本申請發(fā)明的第七方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機械中，作為所述伺服電動機，采用在使沖頭上下動作的動作軸的兩端相互相對配置的，而且合成使用基于相互同一速度轉矩特性的轉矩；不利用機構的慣性可以發(fā)生需要的沖頭壓力，在沖頭的下降動作中受到來自工件的負荷時，通過根據該負荷減小電動機的速度降低沖頭的下降速度的一對伺服電動機。通過使所述一對伺服電動機作為一體動作，直接驅動所述動作軸那樣構成。根據本申請發(fā)明的第八方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在所述第六方面或者第七方面的伺服驅動系統(tǒng)中，用偏心軸構成使沖頭上下運動的所述動作軸，所述伺服電動機以所述偏心軸作為主軸構成。根據上述第六到第八方面的伺服驅動系統(tǒng)，因為在沖頭的下降動作中受到來自工件的負荷時，采用使沖頭的下降速度降低的伺服電動機來直接驅動使沖頭上下動作的動作軸那樣構成，所以可以根據負荷自動加減沖壓速度。由此，可以實現(xiàn)低噪聲化和工作效率的并存。為實現(xiàn)上述第三目的，根據本申請發(fā)明的第九方面的沖壓機械的連續(xù)加工系統(tǒng)， 在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機械中，作為所述伺服電動機，使用通過使用基于電動機的速度轉矩特性的轉矩可以發(fā)生需要的沖頭壓力的伺服電動機、直接驅動使沖頭上下動作的動作軸那樣構成，沖頭在沖壓加工所需要的規(guī)定的下降端位置和從該位置返回的沖頭的下端部離開工件上面的位置之間上下運動那樣，通過所述伺服電動機，使所述動作軸只在相當于沖頭的該兩位置之間的角度范圍內連續(xù)往復運動，由此對工件進行連續(xù)的沖壓加工這樣構成。根據本申請發(fā)明的第十方面的沖壓機械的連續(xù)加工系統(tǒng)，在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機械中，作為所述伺服電動機，使用在使沖頭上下動作的動作軸的兩端相互相對設置的而且通過合成使用基于相互同一速度轉矩特性的轉矩可以發(fā)生需要的沖頭壓力的一對伺服電動機，直接驅動使沖頭上下動作的動作軸那樣構成，沖頭在沖壓加工所需要的規(guī)定的下降端位置和從該位置返回的沖頭的下端部離開工件上面的位置之間上下運動那樣，通過所述一對伺服電動機，使所述動作軸只在相當于沖頭的該兩位置之間的角度范圍內連續(xù)往復運動，由此對工件進行連續(xù)的沖壓加工這樣構成。根據本申請發(fā)明的第十一方面的沖壓機械的連續(xù)加工系統(tǒng)，在所述第九方面或者第十方面的連續(xù)加工系統(tǒng)中，所述伺服電動機是使用基于電動機的速度轉矩特性的轉矩、 不利用機構的慣性可以發(fā)生需要的沖頭壓力的伺服電動機。根據本申請發(fā)明的第十二方面的沖壓機械的連續(xù)加工系統(tǒng)，在所述第九方面或者第十方面的連續(xù)加工系統(tǒng)中，用偏心軸構成使沖頭上下運動的所述動作軸，所述伺服電動機以所述偏心軸作為主軸構成。根據上述第九到第十二方面的的連續(xù)加工系統(tǒng)，因為通過使用伺服電動機使動作軸只在相當于沖頭的所述兩位置間的角度范圍連續(xù)往復運動、對工件進行連續(xù)加工那樣構成，所以可以不使用連桿和飛輪等機構和齒輪等動力傳遞機構，通過伺服電動機直接驅動使沖頭上下運動的動作軸。因此，可以實現(xiàn)在原理上無驅動力的傳遞延遲、不發(fā)生控制延遲、因此響應性好的高速化。為實現(xiàn)上述第四目的，根據本申請發(fā)明的第十三方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機中，作為所述伺服電動機，使用通過使用基于電動機的速度轉矩特性的轉矩可以發(fā)生需要的沖頭壓力的伺服電動機、直接驅動使沖頭上下動作的動作軸那樣構成。在所述伺服電動機的控制用功率驅動器的前段，設置通過截止高頻電流成分而抑制峰值電流的電抗器、和供給由于抑制其峰值電流而不足的電能的電容器。根據本申請發(fā)明的第十四方面的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在所述第十三方面的伺服驅動系統(tǒng)中，所述電容器是供給由于抑制所述峰值電流而不足的高速動作用的電能和 /或沖壓用的電能的沖壓機的伺服驅動系統(tǒng)。根據上述第十三和十四方面的伺服驅動系統(tǒng)，通過在伺服電動機的控制用功率驅動器的前段設置通過截止高頻電流成分而抑制電流的電抗器、和供給由于抑制其峰值電流而不足的電能的電容器的結構，可以根據負荷自動加減沖壓速度，進一步可以實現(xiàn)低噪聲化和工作效率并存。因此，可以降低伺服電動機用控制電路的功率。
圖1是表示根據本發(fā)明的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))的一個實施例的要部的縱斷面圖。
圖2是表示圖1所示要部的右側面圖。
圖3是表示圖1的伺服電動機和驅動它的伺服放大器的結構例的接線圖。
圖4A、圖4B、圖4C是表示偏心軸的偏心軸部(沖頭)的動作區(qū)域的說明圖。
圖5是表示伺服電動機的速度轉矩特性的例子的圖。
圖6是表示無工件時的沖壓加工的實測數(shù)據的圖。
圖7A是表示基于圖6的實測數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據的圖。
圖7B是表示基于圖6的實測數(shù)據的沖壓轉矩速度特性的圖。
圖8是表示以小直徑沖孔沖壓薄板工件時的沖壓加工的實測數(shù)據的圖。
圖9A是表示基于圖8的實測數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據的圖。
圖9B是表示基于圖8的實測數(shù)據的沖壓轉矩速度特性的圖。
圖10是表示以大直徑沖孔沖壓薄板工件時的沖壓加工的實測養(yǎng)女據的圖。
圖IlA是表示基于圖10的實測數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據的圖。
圖IlB是表示基于圖10的實測數(shù)據的沖壓轉矩速度特性的圖。
圖12是表示以小直徑沖孔沖壓厚板工件時的沖壓加工的實測養(yǎng)女據的圖。
圖13A是表示基于圖12的實測數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據的圖。
圖13B是表示基于圖12的實測數(shù)據的沖壓轉矩速度特性的圖。
圖14是表示根據本發(fā)明的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))的另一個實施例的要部的縱斷面圖。
圖15是表示圖14所示要部的右側面圖。
圖16是表示圖14的伺服電動機和驅動它的伺服放大器的結構例的接線圖。
具體實施例方式下面參照
本發(fā)明的實施例。圖1是表示根據本發(fā)明的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))的一個實施例的要部的縱斷面圖，圖2是其右側面圖，該沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))1 是在轉塔沖壓機10中使用的。轉塔沖壓機10，在平行豎立設置的支架IlaUlb上設置的軸承部12a、12b上軸支撐偏心軸20。在位于支架IlaUlb之間大致中央的偏心軸20的偏心軸部20e上，通過連桿21安裝沖頭22，通過偏心軸20的旋轉或者轉動，通過連桿21使沖頭22沿沖頭導管23 上下運動，在沖頭22下端安裝的撞針M也和沖頭22 —體上下運動。于是，在沖頭22下降時，撞針M按壓在轉塔25上安裝的沖壓模具沈，沖壓工件。另外，偏心軸20的兩端延長部20a、20b從支架IlaUlb向外方延伸，以該延長部 20a、20b作為電動機主軸31a、31b的伺服電動機30a、30b分別安裝在支架1 la、1 Ib的外側。伺服電動機30a以偏心軸20的延長部20a為電動機主軸31a構成。S卩，通過在偏心軸20的延長部20a的周圍，在外周上嵌裝沿圓周方向以規(guī)定間隔(90°間隔)裝備偶數(shù)個0個)用作磁極的磁鐵(永磁鐵)3 的套筒33a，用襯套34a固定，構成轉子35a。于是，成為該轉子35a的中心軸的偏心軸20的延長部20a是電動機主軸31a自身。因此，伺服電動機30a沿延長部20a實質上使用偏心軸20作為轉子35a。
另外，伺服電動機30a，在轉子3 上外裝卷繞三相電樞線圈Ua、Va, Wa的外筒 36a，在支架Ila上固定，由此構成定子(固定子)37a。另一方面，伺服電動機30b，和伺服電動機30a同樣，以偏心軸20的延長部20b為電動機主軸31b構成。S卩，通過在偏心軸20的延長部20b的周圍，在外周上嵌裝沿圓周方向以規(guī)定間隔(90°間隔)裝備偶數(shù)個G個)用作磁極的磁鐵(永磁鐵)32b的套筒33b， 用襯套34b固定，構成轉子35b。于是，成為該轉子35b的中心軸的偏心軸20的延長部20b 是電動機主軸31b自身。因此，伺服電動機30b沿延長部20b實質上使用偏心軸20作為轉子 35b。另外，伺服電動機30b，在轉子3 上外裝卷繞三相電樞線圈Wk Vb, Wb的外筒 36b，在支架lib上固定，由此構成定子(固定子)37b。這樣，伺服電動機30a和伺服電動機30b是同樣的電動機，但是互相鏡像對稱構成，除鏡像對稱這一點外，互相完全相同，因為互相的轉子35a、轉子3 —體構成，因此檢測轉子35a、轉子3 轉動角度的轉動編碼器38只設置在一方共用，另外，具有互相相同的速度轉矩特性，通過合成使用基于該速度轉矩特性的轉矩，具有發(fā)生需要的沖頭壓力的性能。S卩，伺服電動機30a的轉子35a的磁極位置(磁極用磁鐵32a的圓周方向位置) 和伺服電動機30b的轉子35b的磁極位置(磁極用磁鐵32b的圓周方向位置)互相鏡像對稱定位安裝，另外，伺服電動機30a的三相電樞線圈fe、Va、Wa的圓周方向位置和伺服電動機30b的三相電樞線圈Wk Vb、ffb的圓周方向位置互相鏡像對稱定位安裝。因此，如圖3所示，作為伺服電動機30a的控制電路的伺服放大器40a的功率驅動器4 和作為伺服電動機30b的控制電路的伺服放大器40b的功率驅動器42b用同一門信號驅動的話，在伺服電動機30a和伺服電動機30b上只流過同相位、同一電流值的三相交流電流，因此伺服電動機30a的轉矩矢量和伺服電動機30b的轉矩矢量同相位、相同，因此，伺服電動機30a和伺服電動機30b的合成轉矩正確地成為兩伺服電動機30a、30b的轉矩和。 這一關系，伺服電動機30a和伺服電動機30b如圖1、圖3所示分體構成，但是如后述圖14、 圖16那樣作為三相并聯(lián)電路一體構成，也完全相同。伺服放大器40a，如圖3所示，由對三相商用交流電源進行A-D變換的變換器41a 和功率驅動器4 和在功率驅動器4 的前段設置的通過截止高頻電流成分抑制峰值電流的電抗器43a及容量大的蓄電用的電容器4 構成，通過用門信號驅動功率驅動器4 的6 個功率晶體管Q，使用功率驅動器4 的三相交流輸出驅動伺服電動機30a。在功率驅動器 42a的各功率晶體管Q上連接用于流過在伺服電動機30a的減速期間中發(fā)生的再生電流的二極管D，再生電流流入電容器4 作為再生功率積蓄。電容器4 使用該再生功率，供給由于電抗器43a對峰值電流的抑制的不足電能即高速動作用的電能和/或沖壓用的電能。 另外，伺服放大器40b也和伺服放大器40a完全同樣構成。通過這樣的伺服放大器40a、40b的控制，伺服電動機30a、30b，通過使偏心軸20的偏心軸部20e在相當于沖頭22位于沖壓加工中所需要的規(guī)定的下降端位置的L位置(參照圖4A到圖4C)和相當于從該位置返回、位于沖頭22下端的撞針M離開沖壓模具沈上面的上升端位置的H位置(參照圖4A到圖4C)之間上下運動那樣，使偏心軸20只在相當于L、H兩位置間的角度范圍θ往復運動，進行工件的加工。
如圖4A所示，相當于沖頭22的下降端位置的偏心軸20的偏心軸部20e的L位置， 設定在由偏心軸20的偏心量E(偏心軸20的軸線和偏心軸部20e的軸線的距離)決定的可以在全上下運動的行程的下死點B稍微跟前上方，另外，相當于沖頭22的上升端位置的偏心軸20的偏心軸部20e的H位置設定在比沖頭22的可以全上下運動的行程的中間高度 M稍微下方。即，偏心軸20的上述往復轉動角度范圍θ也通過使用的沖壓模具沈的行程設定為約40° 60°左右。另外，如圖4Β所示，伺服電動機30a、30b，在更換模具時，在轉塔轉動等時，偏心軸 20的偏心軸部20e(即沖頭2 被定位在上死點T。然后伺服電動機30a、30b伴隨加工開始，通過使偏心軸20的偏心軸部20e在從該上死點T到相當于沖頭22的下降端位置的L 位置運動使沖頭22下降、進行第一次沖壓加工后，返回到相當于沖頭22的上升端位置的H 位置，在該位置使沖頭22等待，在第二次以后的沖壓加工中，使偏心軸20的偏心軸部20e 在H位置和L位置間的上述往復運動角度范圍θ內往復運動。再有，在偏心軸20的偏心軸部20e的全圓周轉動范圍中，如已經在圖4B所示只使用一側半圓周數(shù)量的話，存在由于在開始時不能均勻地使用潤滑油普遍潤滑而產生不適合的可能。為避免這樣的不適合，使伺服電動機30a、30b根據需要如圖4C也使用相對側的半圓周那樣構成。最好例如在更換模具的場合或者每次轉塔轉動時，或者對應每預先決定的沖壓次數(shù)等，自動地進行這樣的圖4B所示側和圖4C所示側的切換。此外，本實施例的轉塔沖壓機10，如上所述，因為一對伺服電動機30a、30b分別安裝在支架IlaUlb的外側，因此不會只在相當于偏心軸20的一側的機械各部產生變形。即， 例如把伺服電動機30a、30b作為三相并聯(lián)電路一體構成的1臺伺服電動機(30)也可以只安裝在一側的支架Ila或lib的外側，但是在這一場合，因為由于伺服電動機(30)的重量引起的應力只由一側的支架Ila或lib承受，因此在兩支架IlaUlb上會產生變形，另夕卜， 會產生由于伺服電動機(30)的發(fā)熱引起的熱的不均勻產生的變形，再有，因為軸承部12a、 12b的應力也互相不同，因此需要謀求應對這些的對策。但是，在該轉塔沖壓機10的場合， 具有無這樣的應力變形、熱也被分散、平均化的優(yōu)點，因此可以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。如上所述，伺服電動機30a、30b直接驅動偏心軸20，在相當于沖頭22的下降端位置的L位置和相當于上升端位置的H位置之間的往復運動角度范圍θ連續(xù)往復運動、對工件進行連續(xù)加工外，對于沖頭22的高速化也極為有效。下面，使用圖5到圖1 所示說明圖說明上述實施例的作用。圖5表示伺服電動機30a、30b的速度轉矩特性的例①、②，該圖表示根據沖頭22 承受的負荷大小，在發(fā)生該負荷的大小所需要的沖頭22的驅動轉矩之外，還表示伺服電動機30a、30b可以運轉的速度上限。如從圖5所知，伺服電動機30a、30b，因為在沖頭22承受的負荷輕時需要的轉矩小，所以不降低沖頭22的驅動速度加速沖壓速度，另一方面，因為在沖頭22承受的負荷重時需要的轉矩變大，所以降低沖頭22的驅動速度減慢沖壓速度。原來，在沖壓加工中的噪聲的發(fā)生，根據工件的材質、板厚及其他各種條件有各種各樣，但公知的是沖頭的驅動沖壓速度快時噪聲大，沖壓速度越慢噪聲越小，另外，沖壓速度一定的話，負荷輕時噪聲小，負荷越重噪聲越大。因此，如圖5所示的伺服電動機30a、30b的速度轉矩特性，隨著負荷加重降低沖頭速度，噪音也就隨著降下來。而且，這樣的沖頭速度的降低，不妨礙工作效率，這從以下所示對于各種工件的沖壓加工的實測數(shù)據以及基于這些數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據可以明白。圖6表示無工件時的沖壓加工的實測數(shù)據，圖7A表示基于該實測數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據，圖7B表示其沖壓轉矩速度特性。如圖6、圖7A、圖7B所示，在沒有工件的時候，在沖頭22的1周期的前半周期中，速度曲線和轉矩曲線兩者都在正轉方向上上升，保持一定值，由此，沖頭位置曲線從上升端位置(相當于H位置)到下降端位置(相當于L位置)實質上均勻下降。接著，在沖頭22的 1周期的后半周期中，速度曲線和轉矩曲線兩者都在反轉方向上上升，保持一定值，由此，沖頭位置曲線從下降端位置(相當于L位置)到上升端位置(相當于H位置)實質上均勻上升。圖8表示以小直徑沖孔沖壓薄板工件時的沖壓加工的實測數(shù)據，圖9A是表示基于該數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據，圖9B表示其沖壓轉矩速度特性。如圖8到圖9B所示，在用小直徑沖孔沖壓薄板工件時，在沖頭22的1周期的前半周期中的舉動和圖6到圖7B的場合不同。即，初始動作和圖6到圖7B的場合相同，速度曲線和轉矩曲線兩者都在正轉方向上上升，成為一定值，由此，沖頭位置曲線從上升端位置 (相當于H位置)開始實質上均勻下降。但是，沖頭22下端的撞針M壓入沖壓模具沈、通過其尖端抵觸工件的上面受到來自工件的負荷時，轉矩曲線急劇上升，同時速度曲線減小， 伴隨這一點沖頭位置曲線的下降變緩(慢)。然后，沖壓模具沈的尖端下降到工件下面跟前受到來自工件的負荷急減的話，則轉矩曲線急劇下降，同時速度曲線超過應該返回速度減少數(shù)量的上述一定值而加速，伴隨這一點，沖頭位置曲線也加速下降速度。其后，在沖頭 22的1周期的后半周期中，和圖6到圖7B的場合同樣，沖頭位置曲線從下降端位置(相當于L位置)到上升端位置(相當于H位置)實質上均勻上升。圖10表示以大直徑沖孔沖壓相同薄板工件時的沖壓加工的實測數(shù)據，圖IlA表示基于該數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據，圖IlB表示其沖壓轉矩速度特性。如圖10到圖IlB所示，在用大直徑沖孔沖壓薄板工件時，在沖頭22的1周期的前半周期中的舉動和圖8到圖9B的場合不同。即，初始動作和圖8到圖9B的場合相同，速度曲線和轉矩曲線兩者都在正轉方向上上升，成為一定值，由此，沖頭位置曲線從上升端(相當于H位置)開始實質上均勻下降。但是，沖頭22下端的撞針M壓入沖壓模具沈、受到來自工件的負荷時，比圖8到圖9B的場合，因為沖孔的直徑大，所以從工件受的負荷大，因此， 轉矩曲線比圖8到圖9B的場合作大地上升，同時速度曲線比圖8到圖9B的場合作大地減小，伴隨這一點，沖頭位置曲線的下降比圖8到圖9B的場合緩(慢)得多。然后，沖壓模具 26的尖端下降到工件下面跟前，從工件受到的負荷急減的話，轉矩曲線急劇下降，同時速度曲線比應該返回速度減小數(shù)量的圖8到圖9B的場合作大地加速，伴隨這一點，沖頭位置曲線也比圖8到圖9B的場合作大地加速下降速度。其后，在沖頭22的1周期的后半周期中， 和圖8到圖9B的場合同樣，沖頭位置曲線從下降端位置(相當于L位置)到上升端位置 (相當于H位置)實質上均勻上升。圖12表示以小直徑沖孔沖壓厚板工件時的沖壓加工的實測數(shù)據，圖13A表示基于該數(shù)據的特征抽出波形數(shù)據，圖13B表示其沖壓轉矩速度特性。如圖12到圖1 所示，在用小直徑沖孔沖壓厚板工件時，比圖8到圖9B的場合，因為工件的板厚度厚，所以受到工件的負荷大，因此在沖頭22的1周期的前半周期中的舉動和圖8到圖9B的場合不同，但是和圖10到圖IlB的場合相比的話，無多大差別。這樣，根據沖頭22承受的負荷的大小，速度曲線減小，沖頭位置曲線的下降變緩(慢)的話，因為超過一定值就加速應該返回其速度減小數(shù)量的速度曲線，沖頭位置曲線也加速下降速度，所以由負荷引起的沖頭速度的降低作為在沖頭22的1周期中的加減速被吸收、消除，因此，通過沖頭22的1周期需要的時間實質上沒有變化，不會妨礙沖頭22的高速化。這樣的電動機的速度轉矩特性，可以如下說明。電動機是把供給的電能變換為作用在負荷上的能量的裝置，在伺服電動機30a、30b的場合，供給的電能通過伺服放大器40a、40b被決定容量，另外也受電源電壓的限制，不能施加電源電壓以上的電壓。另一方面，作用在負荷上的能，即電動機轉矩，在伺服電動機30a、30b的場合，因為在使沖頭22下降的適宜加速度的正轉和使沖頭22上升的適宜加速度的反轉的重復周期的沖頭下降動作中，是執(zhí)行沖壓的沖壓動作，可分為發(fā)生沖頭22的動能用的轉矩和發(fā)生沖壓加壓力用的轉矩。在這樣的場合，加速度十分低的話(沖頭22的上下運動慢的話)，因為發(fā)生動能用的轉矩小，所以可以利用電動機轉矩的幾乎全部作為加壓力發(fā)生用的轉矩。因此，即使由于工件的板厚、材質等的條件要求大的加壓力，也可以充分發(fā)生該加壓力，不會出現(xiàn)發(fā)生動能用的轉矩不足，對沖頭22的速度施加影響。對此，因為在實際中從工作效率等出發(fā)要求某種程度高的加速度(沖頭22的上下運動快)，因此限制了電動機轉矩中可以作為加壓力發(fā)生用的轉矩。因此，在由于工件的板厚、材質等的條件要求大的加壓力時，為發(fā)生該加壓力而使用電動機轉矩的大部分，發(fā)生動能用的轉矩不足，不能維持沖頭22的下降速度，沖頭22的下降速度就減速。但是，正是這種沖頭22的下降速度減速才是對伴隨沖壓加工的沖壓動作的噪聲、震動的低噪聲化、低震動化極為有用的特性。即，由于工件的板厚、材質等的條件要求的加壓力(加壓噸數(shù))比較小時，因為沖頭22的下降速度的速度降低小，所以輕負荷的沖壓動作比較快，另外在要求的加壓力(加壓噸數(shù))比較大時，因為沖頭22的下降速度的速度降低大，所以重負荷的沖壓動作比較慢，而且，這樣的沖壓速度的變動，因為根據所要求的加壓力(加壓噸數(shù))自動決定，所以不需要根據沖壓噸數(shù)的沖壓模式(沖頭22的下降模式)的指令。即，通過不維持沖頭22的下降速度，可以自動生成最適合的沖壓模式(沖頭22的下降模式)。反過來說，決定由伺服放大器40a、40b供給的電能的容量的伺服電動機30a、30b的電動機轉矩，對應在轉塔沖壓機10中要處理的工件的種類，通過設定使用的伺服電動機30a、30b的速度轉矩特性，使成為生成從輕負荷到重負荷最合適的沖壓模式(沖頭22的下降模式)的電動機轉矩，可以實現(xiàn)伴隨沖壓加工的沖壓動作的噪聲、震動的低噪聲化、低震動化。這樣，在不利用連桿和飛輪等的機構的電動機-沖頭動作軸直接連接型的電動式沖壓機中，根據圖5到圖1 所示的說明，可以實現(xiàn)伴隨沖壓加工的沖壓動作的噪聲、震動的低噪聲化、低震動化，其結果，可以說具有和根據本發(fā)明的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))1的伺服電動機30a、30b的同樣的速度轉矩特性。
這里說明伺服放大器40a、40b的電抗器43a、43b以及電容器44a、44b的作用。設電抗器43a、43b的值為L的話，則因為阻抗Z為Z = 2 π fL，所以對于頻率高的成分成為大的阻抗。因此，電抗器43a、4!3b通過截止高頻電流成分可以抑制峰值電流，因為由此可以抑制伺服放大器40a、40b的峰值功率，所以通過使用L值十分大的電抗器43a、43b，比之利用連桿和飛輪等機構的場合，可以把和電力公司的合同功率調整為實質上不需要改變的峰值功率。但是，在使用沖壓機進行沖壓加工中，為使使沖頭22上下運動的偏心軸20高速動作需要大的動能，而且其頻率也高，電抗器43a、43b的L值十分大的話，有從伺服放大器40a、40b向伺服電動機30a、30b供給高速動作用的電能不夠的擔心。另外，在使用沖壓機進行沖壓加工中，因為在沖壓加工時需要大的沖壓能量，所以如果電抗器43a、4!3b的L值十分大的話，有從伺服放大器40a、40b向伺服電動機30a、30b供給沖壓動作用的電能不夠的擔心。因此，為補給從伺服放大器40a、40b向伺服電動機30a、30b供給這樣的高速動作用的電能、和/或沖壓動作用的電能，設置電容器44a、44b，通過使用容量十分大的電容器44a、44b，可以從伺服放大器40a、40b向伺服電動機30a、30b充分供給高速動作用所需要的電能、和/或沖壓動作用所需要的電能。因此，通過使用L值十分大的電抗器43a、43b同時使用容量十分大的電容器44a、44b，在可以根據需要降低峰值功率的同時，可以執(zhí)行對應轉塔沖壓機10的本來的性能的高速沖壓加工。此外，在上述實施例中，以使兩伺服電動機30a、30b作為一體動作為前提進行了說明，但是不限于此，例如，在負荷非常輕、只用一側的伺服電動機30a或者30b的轉矩就可以充分加工的場合，可以只給其中任一方的伺服電動機30a或者30b通電使之動作。這樣作的話，比之對于這樣的非常輕的負荷使兩伺服電動機30a、30b作為一體動作的場合，可能有助于使沖頭22的下降速度變緩，變成低噪聲化，另外可望得到節(jié)省電力的效果。但是，最好謀求冷卻等必要的發(fā)熱對策。圖14是表示根據本發(fā)明的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))的另一個實施例的要部的縱斷面圖，圖15是其右側面圖，該沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))101是在轉塔沖壓機110中使用的。該轉塔沖壓機110，代替一對伺服電動機30a、30b，如圖16所示，使用以伺服電動機30a、30b作為三相并聯(lián)電路一體構成的1臺伺服電動機130，具有和伺服電動機30a、30b同樣的速度轉矩特性。因此，伺服電動機130比伺服電動機30a或者30b—方為大型，與此對應，偏心軸120只在一端形成比延長部20a更加延長的延長部120a，以該延長部120a作為電動機主軸131的伺服電動機130安裝在支架Illa的外側。沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))101的其他結構因為和圖1、圖2所示的沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))1相同，所以通過在同樣的部分上附以在圖1、圖2中使用的符號上加上100的符號表示，而省略對于沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))101的各部分的詳細說明。另外，沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))101的作用也和沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))1相同。這樣，只有1臺伺服電動機130 (單驅動)的轉塔沖壓機110和具有一對伺服電動機30a、30b的雙驅動的轉塔沖壓機10比較的話，具有下面的不同。即，在單驅動的轉塔沖壓機110的場合，因為只由支架Illb承受由伺服電動機130引起的應力，因此在支架111a、Illb上產生變形。另外，由于伺服電動機130的發(fā)熱，也產生由熱的不均勻引起的變形。另外，軸承部112a、112b的應力也互相不同。因此，需要謀求對于這些的對策。對此，在雙驅動的轉塔沖壓機10的場合，具有沒有應力變形、熱也分散、平均化這樣的優(yōu)點。此外，在上述實施例中，以偏心軸20的兩端延長部20a、20b自身作為伺服電動機30a、30b的主軸31a、31b構成，但是不限于此，如果需要的話，例如也可以使偏心軸20和主軸31a、31b作為不同的部件構成，通過螺栓固定等其他適宜的手段把主軸31a、31b分別固定在偏心軸20的兩端部，由此可以使兩者一體構成，另外，偏心軸120和伺服電動機130的主軸131的關系也一樣。另外，在上述實施例中，伺服驅動系統(tǒng)(連續(xù)加工系統(tǒng))1、101在轉塔沖壓機10、110中使用，但是不限于此，也可以在轉塔沖壓機以外的各種沖壓機械中使用。此外，日本國專利申請第2002-177143號(2002年6月18日申請)、日本國專利申請第2002-177150號(2002年6月18日申請)、日本國專利申請第2002-177149號(2002年6月18日申請)、日本國專利申請第2003-145372號(2003年5月22日申請)、日本國專利申請第2003-145374號(2003年5月22日申請)、日本國專利申請第2003-145377號(2003年5月22日申請)以及日本國專利申請第2002-177145號(2002年6月18日申請)的全部內容，作為參考結合在本申請說明書中。本發(fā)明不限于上述發(fā)明實施例的說明，通過進行適當?shù)淖兏?，可以以其他各種形態(tài)實施。
權利要求
1.一種沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機械中，其特征在于作為所述伺服電動機，使用基于電動機的速度轉矩特性的轉矩；不利用機構的慣性可以發(fā)生需要的沖頭壓力；在沖頭的下降動作中受到來自工件的負荷的話、通過根據該負荷減小電動機的速度降低沖頭的下降速度的伺服電動機；以及通過所述伺服電動機直接驅動使沖頭上下運動的動作軸。
2.根據權利要求1所述的伺服驅動系統(tǒng)，其特征在于使所述沖頭上下運動的所述動作軸用偏心軸構成；以及所述伺服電動機以所述偏心軸作為電動機主軸構成。
3.—種沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，在使用伺服電動機作為沖頭的動力源的沖壓機械中，其特征在于作為所述伺服電動機，使用在使所述沖頭上下運動的動作軸的兩端互相相對設置、而且合成使用基于相互同一速度轉矩特性的轉矩；不利用機構的慣性可以發(fā)生需要的沖頭壓力；在沖頭的下降動作中受到來自工件的負荷的話、通過根據該負荷減小電動機的速度降低沖頭的下降速度的一對伺服電動機；以及通過使所述一對伺服電動機作為一體直接驅動所述動作軸。
4.根據權利要求3所述的伺服驅動系統(tǒng)，其特征在于使所述沖頭上下運動的所述動作軸用偏心軸構成；以及所述伺服電動機以所述偏心軸作為電動機主軸構成。
全文摘要
一種沖壓機械的伺服驅動系統(tǒng)，作為沖頭(22)的動力源，把通過合成使用基于相互同一速度轉矩特性的轉矩可以發(fā)生所需要的沖頭壓力的一對伺服電動機(30a、30b)相互相對設置在使沖頭(22)上下運動的動作軸(20)的兩端，互相鏡像對稱構成，通過使該一對伺服電動機(30a、30b)作為一體動作直接驅動動作軸(20)。
文檔編號B21D28/36GK102555272SQ20121001553
公開日2012年7月11日 申請日期2003年6月17日 優(yōu)先權日2002年6月18日
發(fā)明者關山篤藏, 內藤欽志郎, 大竹俊昭, 栗山晴彥 申請人:株式會社阿瑪達