专利名称：冲压机械中的伺服驱动系统和连续加工系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如在转塔冲压机中使用的冲压机械的伺服驱动系统，详细说，涉及在转塔冲压机中使用的冲压机械的连续加工系统。
背景技术：
历来，一般在冲压机中，作为冲头的驱动源有使用伺服电动机的电动式驱动源。在这样的冲压机等的冲压机械的冲压加工中，因为在加工中发生极大的噪声，因此希望尽可能减少这种噪声。
这样的冲压加工中噪声的发生原理十分复杂，因工件的材质、板厚其他各种条件而不同，但是由于冲头的冲压速度快时噪声大、冲压速度慢时噪声小，另外，如果冲压速度一定的话，负荷轻时噪声小，负荷重时噪声大，这些已经公知。
上述的现有技术，在日本国公开专利公报的特开2001-62591号以及特开2001-62596号公报中公开。
但是，现有的电动式冲压机，因为例如使用连杆和飞轮等机构发生加工所需要的转矩，因此由于该机械的惯性成为使冲头的往复运动减慢的原因，另外，在这之外，伺服电动机的主轴和使冲头上下运动的动作轴，通过齿轮等动力传递机构驱动，不可避免会发生由于该动力传递机构引起的损失或者延迟。因此，即使控制伺服电动机的速度来追随冲头的驱动速度也十分困难，不适合对于冲头的速度控制。
由此，在现有技术中，因为不管负荷的轻重把冲压速度设定为几乎一定，所以如果为降低噪声而把冲压速度设定低的话，则会大幅度降低工作效率。另一方面，从工作效率的要求把冲压速度设定的高的话，则会发生大的噪声。结果，存在低噪声化和工作效率不能并存的问题。
另外，在现有的系统中，根据板厚、材质在油压冲压系统中切换预定的冲压模式，由此来图谋降低噪声和维持冲压速度的并存。为此需要高速处理的硬、软等复杂的控制系统。
另一方面，一般，在冲压机中，作为冲头驱动源有使用油压的油压式驱动源和使用伺服电动机的驱动源。另外，在冲压机中，有例如步冲等利用同一冲压模具连续冲压工件进行加工的，在这样的连续冲压加工中，图谋冲头的高速化。
但是，现有的油压式冲压机，因为是使用油压、使用切换阀使冲头往复运动，因此比之电气控制来说响应性差，不可避免对于控制指令产生延迟，因此，不适合冲头的高速化。
进而，因为在上述的现有技术中不管负荷的轻重，冲压速度设定为几乎一定，所以如果为降低噪声而把冲压速度低设定的话，则会大幅降低工作效率；另一方面，从工作效率的要求把冲压速度设定的高的话，则会发生大的噪声，结果，存在低噪声化和工作效率不能并存的问题。
因此，试设想不利用例如连杆和飞轮等的机构、另外也不通过齿轮等动力传递机构，使用伺服电动机直接驱动使冲头上下动作的动作轴。于是通过使用这样的伺服电动机的直接驱动，可以根据负荷自动加减冲压速度，由此，可以谋求低噪声和工作效率的并存。
但是，为发生加工所需要的转矩，比较使用连杆和飞轮等机构的场合和不使用(通过伺服电动机直接驱动)的场合，在使用冲压机的冲压加工中，因为除增加使冲头上下运动的高速动作用的运动能量外还需要冲压加工时的大的冲压能量，因此在直接驱动的场合需要大的额定容量的伺服电动机。
于是，对于通过这样的伺服电动机直接驱动使冲头上下动作的动作轴，需要供给伺服电动机高速动作用的电能以及冲压用的电能，因此不可避免使伺服电动机用的控制电路的峰值功率变得很高。
发明内容
本发明是为解决上述问题而提出的，其第一目的是提供一种冲压机械的伺服驱动系统，所述系统能消除上述现有技术具有的问题，不使用连杆和飞轮等机构和齿轮等动力传递机构，通过根据负荷自动加减冲压速度实现低噪声化，而且，可以防止只在相当于动作轴一侧的机械各部分发生变形，实现稳定的运行。
本发明的第二目的是提供一种冲压机械的伺服驱动系统，所述系统能消除上述现有技术具有的问题，通过根据负荷自动加减冲压速度，谋求低噪声化和工作效率的并存。
本发明的第三目的是提供一种冲压机械的连续加工系统，所述系统能消除上述现有技术具有的问题，作为冲头的驱动源使用伺服电动机，而且，通过不使用连杆和飞轮等机构和齿轮等动力传递机构，在原理上无驱动力传递的延迟，也不发生控制延迟，由此可以谋求响应性好而实现高速化。
本发明的第四目的是提供一种冲压机的伺服驱动系统，所述系统能消除上述现有技术具有的问题，通过根据负荷自动加减冲压速度，在能够谋求低噪声化和工作效率的并存的同时，降低伺服电动机用的控制电路的峰值功率。
为实现上述第一目的，根据本申请发明的第一方面的冲压机械的伺服驱动系统包括冲头；使所述冲头上下运动的动作轴；以及一对伺服电动机，它们作为所述冲头的动力源的伺服电动机，通过合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力，在上述的结构中，使上述一对双伺服电动机相互以镜像对称构成；使上述一对双伺服电动机在所述动作轴的两端相互相对设置；通过使上述一对伺服电动机作为一体动作，上述一对伺服电动机直接驱动所述动作轴，使所述冲头上下运动。
根据本申请发明的第二方面的冲压机械的伺服驱动系统，在所述第一方面的伺服驱动系统中，通过用同一门信号驱动所述一对伺服电动机的一方的伺服电动机用的伺服放大器的电源部和另一方的伺服电动机用的伺服放大器的电源部使所述两伺服电动机作为一体动作。
根据本申请发明的第三方面的冲压机械的伺服驱动系统，在所述第一方面或第二方面的伺服驱动系统中，所述一对伺服电动机使用基于电动机的速度转矩特性的转矩；因为不利用机构的惯性发生需要的冲头压力，因此在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷的话，根据该负荷两伺服电动机的速度减小。由此，使所述冲头的下降速度减小。
根据本申请发明的第四方面的冲压机械的伺服驱动系统，在所述第一方面到第三方面中的任何一个方面的伺服驱动系统中，使所述冲头上下运动的所述动作轴由偏心轴构成；以及所述伺服电动机以所述偏心轴作为电动机主轴构成。
根据本申请发明的第五方面的冲压机械的伺服驱动系统，在所述第一方面到第四方面中的任何一个方面的伺服驱动系统中，所述一对伺服电动机的各转子，在所述偏心轴的左右各端延长部的周围，分别在外周上嵌装沿圆周方向以规定间隔装备偶数个用作磁极的磁铁的套筒；所述左右两套筒的磁极位置(磁极用磁铁的圆周方向位置)以相互镜像对称定位，分别用衬套固定；所述一对伺服电动机的各定子，在所述各转子上分别外装卷绕三相电枢线圈的外筒；在左右两外筒的三相电枢线圈的圆周方向位置以成为相互镜像对称那样定位，在所述偏心轴的左右的支持架上分别固定。
根据上述第一到第五方面的伺服驱动系统，因为使用可以发生必要的冲头压力的一对伺服电动机直接驱动所述动作轴那样构成，不使用连杆和飞轮等机构和齿轮等动力传递机构，所以可以根据负荷自动加减冲压速度。
进而可以实现低噪声化，而且可以防止只在相当于动作轴一侧的机械各部分发生变形，实现稳定的运行。
为实现上述第二目的，根据本申请发明的第六方面的冲压机械的伺服驱动系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，作为所述伺服电动机，采用使用基于电动机的速度转矩特性的转矩；不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力；在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷时，通过根据该负荷减小电动机的速度降低冲头的下降速度的伺服电动机。通过所述伺服电动机直接驱动使冲头上下动作的动作轴那样构成。
根据本申请发明的第七方面的冲压机械的伺服驱动系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，作为所述伺服电动机，采用在使冲头上下动作的动作轴的两端相互相对配置的，而且合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩；不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力，在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷时，通过根据该负荷减小电动机的速度降低冲头的下降速度的一对伺服电动机。通过使所述一对伺服电动机作为一体动作，直接驱动所述动作轴那样构成。
根据本申请发明的第八方面的冲压机械的伺服驱动系统，在所述第六方面或者第七方面的伺服驱动系统中，用偏心轴构成使冲头上下运动的所述动作轴，所述伺服电动机以所述偏心轴作为主轴构成。
根据上述第六到第八方面的伺服驱动系统，因为在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷时，采用使冲头的下降速度降低的伺服电动机来直接驱动使冲头上下动作的动作轴那样构成，所以可以根据负荷自动加减冲压速度。由此，可以实现低噪声化和工作效率的并存。
为实现上述第三目的，根据本申请发明的第九方面的冲压机械的连续加工系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，作为所述伺服电动机，使用通过使用基于电动机的速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力的伺服电动机、直接驱动使冲头上下动作的动作轴那样构成，冲头在冲压加工所需要的规定的下降端位置和从该位置返回的冲头的下端部离开工件上面的位置之间上下运动那样，通过所述伺服电动机，使所述动作轴只在相当于冲头的该两位置之间的角度范围内连续往复运动，由此对工件进行连续的冲压加工这样构成。
根据本申请发明的第十方面的冲压机械的连续加工系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，作为所述伺服电动机，使用在使冲头上下动作的动作轴的两端相互相对设置的而且通过合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力的一对伺服电动机，直接驱动使冲头上下动作的动作轴那样构成，冲头在冲压加工所需要的规定的下降端位置和从该位置返回的冲头的下端部离开工件上面的位置之间上下运动那样，通过所述一对伺服电动机，使所述动作轴只在相当于冲头的该两位置之间的角度范围内连续往复运动，由此对工件进行连续的冲压加工这样构成。
根据本申请发明的第十一方面的冲压机械的连续加工系统，在所述第九方面或者第十方面的连续加工系统中，所述伺服电动机是使用基于电动机的速度转矩特性的转矩、不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力的伺服电动机。
根据本申请发明的第十二方面的冲压机械的连续加工系统，在所述第九方面或者第十方面的连续加工系统中，用偏心轴构成使冲头上下运动的所述动作轴，所述伺服电动机以所述偏心轴作为主轴构成。
根据上述第九到第十二方面的的连续加工系统，因为通过使用伺服电动机使动作轴只在相当于冲头的所述两位置间的角度范围连续往复运动、对工件进行连续加工那样构成，所以可以不使用连杆和飞轮等机构和齿轮等动力传递机构，通过伺服电动机直接驱动使冲头上下运动的动作轴。因此，可以实现在原理上无驱动力的传递延迟、不发生控制延迟、因此响应性好的高速化。
为实现上述第四目的，根据本申请发明的第十三方面的冲压机械的伺服驱动系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机中，作为所述伺服电动机，使用通过使用基于电动机的速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力的伺服电动机、直接驱动使冲头上下动作的动作轴那样构成。在所述伺服电动机的控制用功率驱动器的前段，设置通过截止高频电流成分而抑制峰值电流的电抗器、和供给由于抑制其峰值电流而不足的电能的电容器。
根据本申请发明的第十四方面的冲压机械的伺服驱动系统，在所述第十三方面的伺服驱动系统中，所述电容器是供给由于抑制所述峰值电流而不足的高速动作用的电能和/或冲压用的电能的冲压机的伺服驱动系统。
根据上述第十三和十四方面的伺服驱动系统，通过在伺服电动机的控制用功率驱动器的前段设置通过截止高频电流成分而抑制电流的电抗器、和供给由于抑制其峰值电流而不足的电能的电容器的结构，可以根据负荷自动加减冲压速度，进一步可以实现低噪声化和工作效率并存。因此，可以降低伺服电动机用控制电路的功率。
图1是表示根据本发明的冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)的一个实施例的要部的纵断面图。
图2是表示图1所示要部的右侧面图。
图3是表示图1的伺服电动机和驱动它的伺服放大器的结构例的接线图。
图4A、图4B、图4C是表示偏心轴的偏心轴部(冲头)的动作区域的说明图。
图5是表示伺服电动机的速度转矩特性的例子的图。
图6是表示无工件时的冲压加工的实测数据的图。
图7A是表示基于图6的实测数据的特征抽出波形数据的图。
图7B是表示基于图6的实测数据的冲压转矩速度特性的图。
图8是表示以小直径冲孔冲压薄板工件时的冲压加工的实测数据的图。
图9A是表示基于图8的实测数据的特征抽出波形数据的图。
图9B是表示基于图8的实测数据的冲压转矩速度特性的图。
图10是表示以大直径冲孔冲压薄板工件时的冲压加工的实测数据的图。
图11A是表示基于图10的实测数据的特征抽出波形数据的图。
图11B是表示基于图10的实测数据的冲压转矩速度特性的图。
图12是表示以小直径冲孔冲压厚板工件时的冲压加工的实测数据的图。
图13A是表示基于图12的实测数据的特征抽出波形数据的图。
图13B是表示基于图12的实测数据的冲压转矩速度特性的图。
图14是表示根据本发明的冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)的另一个实施例的要部的纵断面图。
图15是表示图14所示要部的右侧面图。
图16是表示图14的伺服电动机和驱动它的伺服放大器的结构例的接线图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的实施例。
图1是表示根据本发明的冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)的一个实施例的要部的纵断面图，图2是其右侧面图，该冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)1是在转塔冲压机10中使用的。
转塔冲压机10，在平行竖立设置的支架11a、11b上设置的轴承部12a、12b上轴支撑偏心轴20。在位于支架11a、11b之间大致中央的偏心轴20的偏心轴部20e上，通过连杆21安装冲头22，通过偏心轴20的旋转或者转动，通过连杆21使冲头22沿冲头导管23上下运动，在冲头22下端安装的撞针24也和冲头22一体上下运动。于是，在冲头22下降时，撞针24按压在转塔25上安装的冲压模具26，冲压工件。
另外，偏心轴20的两端延长部20a、20b从支架11a、11b向外方延伸，以该延长部20a、20b作为电动机主轴31a、31b的伺服电动机30a、30b分别安装在支架11a、11b的外侧。
伺服电动机30a以偏心轴20的延长部20a为电动机主轴31a构成。即，通过在偏心轴20的延长部20a的周围，在外周上嵌装沿圆周方向以规定间隔(90°间隔)装备偶数个(4个)用作磁极的磁铁(永磁铁)32a的套筒33a，用衬套34a固定，构成转子35a。于是，成为该转子35a的中心轴的偏心轴20的延长部20a是电动机主轴31a自身。因此，伺服电动机30a沿延长部20a实质上使用偏心轴20作为转子35a。
另外，伺服电动机30a，在转子35a上外装卷绕三相电枢线圈Ua、Va、Wa的外筒36a，在支架11a上固定，由此构成定子(固定子)37a。
另一方面，伺服电动机30b，和伺服电动机30a同样，以偏心轴20的延长部20b为电动机主轴31b构成。即，通过在偏心轴20的延长部20b的周围，在外周上嵌装沿圆周方向以规定间隔(90°间隔)装备偶数个(4个)用作磁极的磁铁(永磁铁)32b的套筒33b，用衬套34b固定，构成转子35b。于是，成为该转子35b的中心轴的偏心轴20的延长部20b是电动机主轴31b自身。因此，伺服电动机30b沿延长部20b实质上使用偏心轴20作为转子35b。
另外，伺服电动机30b，在转子35b上外装卷绕三相电枢线圈Ub、Vb、Wb的外筒36b，在支架11b上固定，由此构成定子(固定子)37b。
这样，伺服电动机30a和伺服电动机30b是同样的电动机，但是互相镜像对称构成，除镜像对称这一点外，互相完全相同，因为互相的转子35a、转子35b一体构成，因此检测转子35a、转子35b转动角度的转动编码器38只设置在一方共用，另外，具有互相相同的速度转矩特性，通过合成使用基于该速度转矩特性的转矩，具有发生需要的冲头压力的性能。
即，伺服电动机30a的转子35a的磁极位置(磁极用磁铁32a的圆周方向位置)和伺服电动机30b的转子35b的磁极位置(磁极用磁铁32b的圆周方向位置)互相镜像对称定位安装，另外，伺服电动机30a的三相电枢线圈Ua、Va、Wa的圆周方向位置和伺服电动机30b的三相电枢线圈Ub、Vb、Wb的圆周方向位置互相镜像对称定位安装。
因此，如图3所示，作为伺服电动机30a的控制电路的伺服放大器40a的功率驱动器42a和作为伺服电动机30b的控制电路的伺服放大器40b的功率驱动器42b用同一门信号驱动的话，在伺服电动机30a和伺服电动机30b上只流过同相位、同一电流值的三相交流电流，因此伺服电动机30a的转矩矢量和伺服电动机30b的转矩矢量同相位、相同，因此，伺服电动机30a和伺服电动机30b的合成转矩正确地成为两伺服电动机30a、30b的转矩和。这一关系，伺服电动机30a和伺服电动机30b如图1、图3所示分体构成，但是如后述图14、图16那样作为三相并联电路一体构成，也完全相同。
伺服放大器40a，如图3所示，由对三相商用交流电源进行A-D变换的变换器41a和功率驱动器42a和在功率驱动器42a的前段设置的通过截止高频电流成分抑制峰值电流的电抗器43a及容量大的蓄电用的电容器44a构成，通过用门信号驱动功率驱动器42a的6个功率晶体管Q，使用功率驱动器42a的三相交流输出驱动伺服电动机30a。在功率驱动器42a的各功率晶体管Q上连接用于流过在伺服电动机30a的减速期间中发生的再生电流的二极管D，再生电流流入电容器44a作为再生功率积蓄。电容器44a使用该再生功率，供给由于电抗器43a对峰值电流的抑制的不足电能即高速动作用的电能和/或冲压用的电能。另外，伺服放大器40b也和伺服放大器40a完全同样构成。
通过这样的伺服放大器40a、40b的控制，伺服电动机30a、30b，通过使偏心轴20的偏心轴部20e在相当于冲头22位于冲压加工中所需要的规定的下降端位置的L位置(参照图4A到图4C)和相当于从该位置返回、位于冲头22下端的撞针24离开冲压模具26上面的上升端位置的H位置(参照图4A到图4C)之间上下运动那样，使偏心轴20只在相当于L、H两位置间的角度范围θ往复运动，进行工件的加工。
如图4A所示，相当于冲头22的下降端位置的偏心轴20的偏心轴部20e的L位置，设定在由偏心轴20的偏心量E(偏心轴20的轴线和偏心轴部20e的轴线的距离)决定的可以在全上下运动的行程的下死点B稍微跟前上方，另外，相当于冲头22的上升端位置的偏心轴20的偏心轴部20e的H位置设定在比冲头22的可以全上下运动的行程的中间高度M稍微下方。即，偏心轴20的上述往复转动角度范围θ也通过使用的冲压模具26的行程设定为约40°～60°左右。
另外，如图4B所示，伺服电动机30a、30b，在更换模具时，在转塔转动等时，偏心轴20的偏心轴部20e(即冲头22)被定位在上死点T。然后伺服电动机30a、30b伴随加工开始，通过使偏心轴20的偏心轴部20e在从该上死点T到相当于冲头22的下降端位置的L位置运动使冲头22下降、进行第一次冲压加工后，返回到相当于冲头22的上升端位置的H位置，在该位置使冲头22等待，在第二次以后的冲压加工中，使偏心轴20的偏心轴部20e在H位置和L位置间的上述往复运动角度范围θ内往复运动。
再有，在偏心轴20的偏心轴部20e的全圆周转动范围中，如已经在图4B所示只使用一侧半圆周数量的话，存在由于在开始时不能均匀地使用润滑油普遍润滑而产生不适合的可能。为避免这样的不适合，使伺服电动机30a、30b根据需要如图4C也使用相对侧的半圆周那样构成。最好例如在更换模具的场合或者每次转塔转动时，或者对应每预先决定的冲压次数等，自动地进行这样的图4B所示侧和图4C所示侧的切换。
此外，本实施例的转塔冲压机10，如上所述，因为一对伺服电动机30a、30b分别安装在支架11a、11b的外侧，因此不会只在相当于偏心轴20的一侧的机械各部产生变形。即，例如把伺服电动机30a、30b作为三相并联电路一体构成的1台伺服电动机(30)也可以只安装在一侧的支架11a或11b的外侧，但是在这一场合，因为由于伺服电动机(30)的重量引起的应力只由一侧的支架11a或11b承受，因此在两支架11a、11b上会产生变形，另外，会产生由于伺服电动机(30)的发热引起的热的不均匀产生的变形，再有，因为轴承部12a、12b的应力也互相不同，因此需要谋求应对这些的对策。但是，在该转塔冲压机10的场合，具有无这样的应力变形、热也被分散、平均化的优点，因此可以实现稳定的运行。
如上所述，伺服电动机30a、30b直接驱动偏心轴20，在相当于冲头22的下降端位置的L位置和相当于上升端位置的H位置之间的往复运动角度范围θ连续往复运动、对工件进行连续加工外，对于冲头22的高速化也极为有效。
下面，使用图5到图13B所示说明图说明上述实施例的作用。
图5表示伺服电动机30a、30b的速度转矩特性的例①、②，该图表示根据冲头22承受的负荷大小，在发生该负荷的大小所需要的冲头22的驱动转矩之外，还表示伺服电动机30a、30b可以运转的速度上限。
如从图5所知，伺服电动机30a、30b，因为在冲头22承受的负荷轻时需要的转矩小，所以不降低冲头22的驱动速度加速冲压速度，另一方面，因为在冲头22承受的负荷重时需要的转矩变大，所以降低冲头22的驱动速度减慢冲压速度。原来，在冲压加工中的噪声的发生，根据工件的材质、板厚及其他各种条件有各种各样，但公知的是冲头的驱动冲压速度快时噪声大，冲压速度越慢噪声越小，另外，冲压速度一定的话，负荷轻时噪声小，负荷越重噪声越大。因此，如图5所示的伺服电动机30a、30b的速度转矩特性，随着负荷加重降低冲头速度，噪音也就随着降下来。而且，这样的冲头速度的降低，不妨碍工作效率，这从以下所示对于各种工件的冲压加工的实测数据以及基于这些数据的特征抽出波形数据可以明白。
图6表示无工件时的冲压加工的实测数据，图7A表示基于该实测数据的特征抽出波形数据，图7B表示其冲压转矩速度特性。
如图6、图7A、图7B所示，在没有工件的时候，在冲头22的1周期的前半周期中，速度曲线和转矩曲线两者都在正转方向上上升，保持一定值，由此，冲头位置曲线从上升端位置(相当于H位置)到下降端位置(相当于L位置)实质上均匀下降。接着，在冲头22的1周期的后半周期中，速度曲线和转矩曲线两者都在反转方向上上升，保持一定值，由此，冲头位置曲线从下降端位置(相当于L位置)到上升端位置(相当于H位置)实质上均匀上升。
图8表示以小直径冲孔冲压薄板工件时的冲压加工的实测数据，图9A是表示基于该数据的特征抽出波形数据，图9B表示其冲压转矩速度特性。
如图8到图9B所示，在用小直径冲孔冲压薄板工件时，在冲头22的1周期的前半周期中的举动和图6到图7B的场合不同。即，初始动作和图6到图7B的场合相同，速度曲线和转矩曲线两者都在正转方向上上升，成为一定值，由此，冲头位置曲线从上升端位置(相当于H位置)开始实质上均匀下降。但是，冲头22下端的撞针24压入冲压模具26、通过其尖端抵触工件的上面受到来自工件的负荷时，转矩曲线急剧上升，同时速度曲线减小，伴随这一点冲头位置曲线的下降变缓(慢)。然后，冲压模具26的尖端下降到工件下面跟前受到来自工件的负荷急减的话，则转矩曲线急剧下降，同时速度曲线超过应该返回速度减少数量的上述一定值而加速，伴随这一点，冲头位置曲线也加速下降速度。其后，在冲头22的1周期的后半周期中，和图6到图7B的场合同样，冲头位置曲线从下降端位置(相当于L位置)到上升端位置(相当于H位置)实质上均匀上升。
图10表示以大直径冲孔冲压相同薄板工件时的冲压加工的实测数据，图11A表示基于该数据的特征抽出波形数据，图11B表示其冲压转矩速度特性。
如图10到图11B所示，在用大直径冲孔冲压薄板工件时，在冲头22的1周期的前半周期中的举动和图8到图9B的场合不同。即，初始动作和图8到图9B的场合相同，速度曲线和转矩曲线两者都在正转方向上上升，成为一定值，由此，冲头位置曲线从上升端(相当于H位置)开始实质上均匀下降。但是，冲头22下端的撞针24压入冲压模具26、受到来自工件的负荷时，比图8到图9B的场合，因为冲孔的直径大，所以从工件受的负荷大，因此，转矩曲线比图8到图9B的场合作大地上升，同时速度曲线比图8到图9B的场合作大地减小，伴随这一点，冲头位置曲线的下降比图8到图9B的场合缓(慢)得多。然后，冲压模具26的尖端下降到工件下面跟前，从工件受到的负荷急减的话，转矩曲线急剧下降，同时速度曲线比应该返回速度减小数量的图8到图9B的场合作大地加速，伴随这一点，冲头位置曲线也比图8到图9B的场合作大地加速下降速度。其后，在冲头22的1周期的后半周期中，和图8到图9B的场合同样，冲头位置曲线从下降端位置(相当于L位置)到上升端位置(相当于H位置)实质上均匀上升。
图12表示以小直径冲孔冲压厚板工件时的冲压加工的实测数据，图13A表示基于该数据的特征抽出波形数据，图13B表示其冲压转矩速度特性。
如图12到图13B所示，在用小直径冲孔冲压厚板工件时，比图8到图9B的场合，因为工件的板厚度厚，所以受到工件的负荷大，因此在冲头22的1周期的前半周期中的举动和图8到图9B的场合不同，但是和图10到图11B的场合相比的话，无多大差别。
这样，根据冲头22承受的负荷的大小，速度曲线减小，冲头位置曲线的下降变缓(慢)的话，因为超过一定值就加速应该返回其速度减小数量的速度曲线，冲头位置曲线也加速下降速度，所以由负荷引起的冲头速度的降低作为在冲头22的1周期中的加减速被吸收、消除，因此，通过冲头22的1周期需要的时间实质上没有变化，不会妨碍冲头22的高速化。
这样的电动机的速度转矩特性，可以如下说明。电动机是把供给的电能变换为作用在负荷上的能量的装置，在伺服电动机30a、30b的场合，供给的电能通过伺服放大器40a、40b被决定容量，另外也受电源电压的限制，不能施加电源电压以上的电压。
另一方面，作用在负荷上的能，即电动机转矩，在伺服电动机30a、30b的场合，因为在使冲头22下降的适宜加速度的正转和使冲头22上升的适宜加速度的反转的重复周期的冲头下降动作中，是执行冲压的冲压动作，可分为发生冲头22的动能用的转矩和发生冲压加压力用的转矩。
在这样的场合，加速度十分低的话(冲头22的上下运动慢的话)，因为发生动能用的转矩小，所以可以利用电动机转矩的几乎全部作为加压力发生用的转矩。因此，即使由于工件的板厚、材质等的条件要求大的加压力，也可以充分发生该加压力，不会出现发生动能用的转矩不足，对冲头22的速度施加影响。
对此，因为在实际中从工作效率等出发要求某种程度高的加速度(冲头22的上下运动快)，因此限制了电动机转矩中可以作为加压力发生用的转矩。因此，在由于工件的板厚、材质等的条件要求大的加压力时，为发生该加压力而使用电动机转矩的大部分，发生动能用的转矩不足，不能维持冲头22的下降速度，冲头22的下降速度就减速。
但是，正是这种冲头22的下降速度减速才是对伴随冲压加工的冲压动作的噪声、震动的低噪声化、低震动化极为有用的特性。即，由于工件的板厚、材质等的条件要求的加压力(加压吨数)比较小时，因为冲头22的下降速度的速度降低小，所以轻负荷的冲压动作比较快，另外在要求的加压力(加压吨数)比较大时，因为冲头22的下降速度的速度降低大，所以重负荷的冲压动作比较慢，而且，这样的冲压速度的变动，因为根据所要求的加压力(加压吨数)自动决定，所以不需要根据冲压吨数的冲压模式(冲头22的下降模式)的指令。即，通过不维持冲头22的下降速度，可以自动生成最适合的冲压模式(冲头22的下降模式)。
反过来说，决定由伺服放大器40a、40b供给的电能的容量的伺服电动机30a、30b的电动机转矩，对应在转塔冲压机10中要处理的工件的种类，通过设定使用的伺服电动机30a、30b的速度转矩特性，使成为生成从轻负荷到重负荷最合适的冲压模式(冲头22的下降模式)的电动机转矩，可以实现伴随冲压加工的冲压动作的噪声、震动的低噪声化、低震动化。
这样，在不利用连杆和飞轮等的机构的电动机—冲头动作轴直接连接型的电动式冲压机中，根据图5到图13B所示的说明，可以实现伴随冲压加工的冲压动作的噪声、震动的低噪声化、低震动化，其结果，可以说具有和根据本发明的伺服驱动系统(连续加工系统)1的伺服电动机30a、30b的同样的速度转矩特性。
这里说明伺服放大器40a、40b的电抗器43a、43b以及电容器44a、44b的作用。
设电抗器43a、43b的值为L的话，则因为阻抗Z为Z＝2πfL，所以对于频率高的成分成为大的阻抗。因此，电抗器43a、43b通过截止高频电流成分可以抑制峰值电流，因为由此可以抑制伺服放大器40a、40b的峰值功率，所以通过使用L值十分大的电抗器43a、43b，比之利用连杆和飞轮等机构的场合，可以把和电力公司的合同功率调整为实质上不需要改变的峰值功率。
但是，在使用冲压机进行冲压加工中，为使使冲头22上下运动的偏心轴20高速动作需要大的动能，而且其频率也高，电抗器43a、43b的L值十分大的话，有从伺服放大器40a、40b向伺服电动机30a、30b供给高速动作用的电能不够的担心。另外，在使用冲压机进行冲压加工中，因为在冲压加工时需要大的冲压能量，所以如果电抗器43a、43b的L值十分大的话，有从伺服放大器40a、40b向伺服电动机30a、30b供给冲压动作用的电能不够的担心。
因此，为补给从伺服放大器40a、40b向伺服电动机30a、30b供给这样的高速动作用的电能、和/或冲压动作用的电能，设置电容器44a、44b，通过使用容量十分大的电容器44a、44b，可以从伺服放大器40a、40b向伺服电动机30a、30b充分供给高速动作用所需要的电能、和/或冲压动作用所需要的电能。
因此，通过使用L值十分大的电抗器43a、43b同时使用容量十分大的电容器44a、44b，在可以根据需要降低峰值功率的同时，可以执行对应转塔冲压机10的本来的性能的高速冲压加工。
此外，在上述实施例中，以使两伺服电动机30a、30b作为一体动作为前提进行了说明，但是不限于此，例如，在负荷非常轻、只用一侧的伺服电动机30a或者30b的转矩就可以充分加工的场合，可以只给其中任一方的伺服电动机30a或者30b通电使之动作。这样作的话，比之对于这样的非常轻的负荷使两伺服电动机30a、30b作为一体动作的场合，可能有助于使冲头22的下降速度变缓，变成低噪声化，另外可望得到节省电力的效果。但是，最好谋求冷却等必要的发热对策。
图14是表示根据本发明的冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)的另一个实施例的要部的纵断面图，图15是其右侧面图，该冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)101是在转塔冲压机110中使用的。
该转塔冲压机110，代替一对伺服电动机30a、30b，如图16所示，使用以伺服电动机30a、30b作为三相并联电路一体构成的1台伺服电动机130，具有和伺服电动机30a、30b同样的速度转矩特性。因此，伺服电动机130比伺服电动机30a或者30b一方为大型，与此对应，偏心轴120只在一端形成比延长部20a更加延长的延长部120a，以该延长部120a作为电动机主轴131的伺服电动机130安装在支架111a的外侧。冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)101的其他结构因为和图1、图2所示的冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)1相同，所以通过在同样的部分上附以在图1、图2中使用的符号上加上100的符号表示，而省略对于冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)101的各部分的详细说明。另外，冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)101的作用也和冲压机械的伺服驱动系统(连续加工系统)1相同。
这样，只有1台伺服电动机130(单驱动)的转塔冲压机110和具有一对伺服电动机30a、30b的双驱动的转塔冲压机10比较的话，具有下面的不同。即，在单驱动的转塔冲压机110的场合，因为只由支架111b承受由伺服电动机130引起的应力，因此在支架111a、111b上产生变形。另外，由于伺服电动机130的发热，也产生由热的不均匀引起的变形。另外，轴承部112a、112b的应力也互相不同。因此，需要谋求对于这些的对策。对此，在双驱动的转塔冲压机10的场合，具有没有应力变形、热也分散、平均化这样的优点。
此外，在上述实施例中，以偏心轴20的两端延长部20a、20b自身作为伺服电动机30a、30b的主轴31a、31b构成，但是不限于此，如果需要的话，例如也可以使偏心轴20和主轴31a、31b作为不同的部件构成，通过螺栓固定等其他适宜的手段把主轴31a、31b分别固定在偏心轴20的两端部，由此可以使两者一体构成，另外，偏心轴120和伺服电动机130的主轴131的关系也一样。
另外，在上述实施例中，伺服驱动系统(连续加工系统)1、101在转塔冲压机10、110中使用，但是不限于此，也可以在转塔冲压机以外的各种冲压机械中使用。
此外，日本国专利申请第2002-177143号(2002年6月18日申请)、日本国专利申请第2002-177150号(2002年6月18日申请)、日本国专利申请第2002-177149号(2002年6月18日申请)、日本国专利申请第2003-145372号(2003年5月22日申请)、日本国专利申请第2003-145374号(2003年5月22日申请)、日本国专利申请第2003-145377号(2003年5月22日申请)以及日本国专利申请第2002-177145号(2002年6月18日申请)的全部内容，作为参考结合在本申请说明书中。
本发明不限于上述发明实施例的说明，通过进行适当的变更，可以以其他各种形态实施。
权利要求
1.一种冲压机械的伺服驱动系统，包括冲头；使所述冲头上下运动的动作轴；以及作为所述冲头的动力源的伺服电动机是通过合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩可以发生所需要的冲头压力的一对伺服电动机；其特征在于使上述一对的两伺服电动机互相镜像对称构成；使上述一对的两伺服电动机在所述动作轴的两端相互相对设置；以及通过使所述一对伺服电动机作为一体动作，所述一对伺服电动机直接驱动所述动作轴，使所述冲头上下运动。
2.根据权利要求1所述的伺服驱动系统，其特征在于通过用同一门信号驱动所述一对伺服电动机的一方的伺服电动机用的伺服放大器的电源部和另一方的伺服电动机用的伺服放大器的电源部，使所述两伺服电动机作为一体动作。
3.根据权利要求1所述的伺服驱动系统，其特征在于所述一对伺服电动机使用基于电动机的速度转矩特性的转矩；以及因为不利用机构的惯性发生需要的冲头压力，因此在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷的话，根据该负荷两伺服电动机的速度减小；由此，使所述冲头的下降速度降低。
4.根据权利要求1所述的伺服驱动系统，其特征在于使所述冲头上下运动的所述动作轴用偏心轴构成；以及所述伺服电动机以所述偏心轴作为电动机主轴构成。
5.根据权利要求4所述的伺服驱动系统，其特征在于所述一对伺服电动机的各转子，在所述偏心轴的左右各端延长部的周围，分别在外周上嵌装沿圆周方向以规定间隔装备偶数个用作磁极的磁铁的套筒；所述左右两套筒的磁极位置以成为相互镜像对称那样定位，分别用衬套固定；所述一对伺服电动机的各定子，在所述各转子上分别外装卷绕三相电枢线圈的外筒；以及在左右两外筒的三相电枢线圈的圆周方向位置以成为相互镜像对称那样定位，在所述偏心轴的左右的支持支架上分别固定。
6.根据权利要求4所述的伺服驱动系统，其特征在于所述一对伺服电动机的各转子，在所述偏心轴的左右各端延长部的周围，分别在外周上嵌装沿圆周方向以规定间隔装备偶数个用作磁极的磁铁的套筒；所述左右两套筒的磁极用磁铁的圆周方向位置以成为相互镜像对称那样定位，分别用衬套固定；所述一对伺服电动机的各定子，在所述各转子上分别外装卷绕三相电枢线圈的外筒；以及在左右两外筒的三相电枢线圈的圆周方向位置以成为相互镜像对称那样定位，在所述偏心轴的左右的支持支架上分别固定。
7.一种冲压机械的伺服驱动系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，其特征在于作为所述伺服电动机，使用基于电动机的速度转矩特性的转矩；不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力；在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷的话、通过根据该负荷减小电动机的速度降低冲头的下降速度的伺服电动机；以及通过所述伺服电动机直接驱动使冲头上下运动的动作轴。
8.根据权利要求7所述的伺服驱动系统，其特征在于使所述冲头上下运动的所述动作轴用偏心轴构成；以及所述伺服电动机以所述偏心轴作为电动机主轴构成。
9.一种冲压机械的伺服驱动系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，其特征在于作为所述伺服电动机，使用在使所述冲头上下运动的动作轴的两端互相相对设置、而且合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩；不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力；在冲头的下降动作中受到来自工件的负荷的话、通过根据该负荷减小电动机的速度降低冲头的下降速度的一对伺服电动机；以及通过使所述一对伺服电动机作为一体直接驱动所述动作轴。
10.根据权利要求9所述的伺服驱动系统，其特征在于使所述冲头上下运动的所述动作轴用偏心轴构成；以及所述伺服电动机以所述偏心轴作为电动机主轴构成。
11.一种冲压机械的连续加工系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，其特征在于使用通过使用基于电动机的速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力的伺服电动机、直接驱动使冲头上下动作的动作轴；以及通过所述伺服电动机使冲头在冲压加工中所需要的规定的下降端位置和从该位置返回、冲头的下端部离开工件上面的位置之间上下运动那样，使所述动作轴只在相当于冲头的该两位置之间的角度范围内连续往复运动，由此对工件进行连续的冲压加工。
12.根据权利要求11所述的连续加工系统，其特征在于所述伺服电动机是使用基于电动机的速度转矩特性的转矩的、以及不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力的伺服电动机。
13.根据权利要求11所述的连续加工系统，其特征在于使所述冲头上下运动的所述动作轴用偏心轴构成；以及所述伺服电动机以所述偏心轴作为电动机主轴构成。
14.一种冲压机械的连续加工系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机械中，其特征在于作为所述伺服电动机，使用在使冲头上下动作的动作轴的两端互相相对设置的、而且通过合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力的一对伺服电动机，以及冲头在冲压加工所需要的规定的下降端位置和从该位置返回、冲头的下端部离开工件上面的位置之间上下运动那样，通过所述一对伺服电动机，使所述动作轴只在相当于冲头的该两位置之间的角度范围内连续往复运动，由此对工件进行连续的冲压加工。
15.根据权利要求14所述的连续加工系统，其特征在于所述伺服电动机是使用基于电动机的速度转矩特性的转矩的、以及不利用机构的惯性可以发生需要的冲头压力的伺服电动机。
16.根据权利要求14所述的连续加工系统，其特征在于使所述冲头上下运动的所述动作轴用偏心轴构成；以及所述伺服电动机以所述偏心轴作为电动机主轴构成。
17.一种伺服驱动系统，在使用伺服电动机作为冲头的动力源的冲压机中，其特征在于作为所述伺服电动机，使用通过使用基于电动机的速度转矩特性的转矩可以发生需要的冲头压力的伺服电动机、直接驱动使冲头上下动作的动作轴；在所述伺服电动机的控制用功率驱动器的前段，设置通过截止高频电流成分而抑制峰值电流的电抗器、和供给由于抑制该峰值电流而不足的电能的电容器。
18.根据权利要求17所述的伺服驱动系统，其特征在于所述电容器是供给由于抑制所述峰值电流而不足的高速动作用的电能和/或冲压用的电能的冲压机的伺服驱动系统。
全文摘要
一种冲压机械的伺服驱动系统，作为冲头22的动力源，把通过合成使用基于相互同一速度转矩特性的转矩可以发生所需要的冲头压力的一对伺服电动机30a、30b相互相对设置在使冲头22上下运动的动作轴20的两端，互相镜像对称构成，通过使该一对伺服电动机30a、30b作为一体动作直接驱动动作轴20。
文档编号B30B1/26GK1662362SQ03813989
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月17日 优先权日2002年6月18日
发明者内藤钦志郎, 关山笃藏, 大竹俊昭, 栗山晴彦 申请人:株式会社阿玛达, 株式会社Ns工程