专利名称：搭载直线电动机的冲压设备及冲压加工方法
技术领域：
本发明涉及将直线电动机作为驱动源的冲床等的冲压设备。
技术背景在冲床等冲压设备中，对于使冲头进退的冲压驱动源， 一般为使 用旋转型的电动机并通过曲柄机构等转换为直线运动的驱动源、或使 用液压缸的驱动源。作为电动机，提出使用伺服电动机并使冲程途中 的冲头速度为可变的电动机。但是，由于使用旋转型电动机的驱动源 需要转换为直线运动的机构，因此构成变得复杂。并且，由于将旋转 运动转换为直线运动，因此存在空转等，并且控制性也变差。使用液 压缸的驱动源，需要液压单元等液压供给系统，构成变得复杂。此外，也尝试将直线电动机用于冲压驱动源。当将直线电动机用 于冲头的驱动时，与使用旋转型电动机的构成不同，不需要将旋转转 换为直线运动的机构，可得到部件数量少且简洁的构成。并且，已有在冲床中进行成形加工。在冲床中一般可进行沖孔和 成形为周知的技术，并存在如下的冲床，将成为下型的冲模作为凹模、 将冲头作为凸模，成形从板材工件的下表面突出的部位。该被成形加 工后的部位从板材工件的下表面突出，因此会对工作台上的工件进给 带来障碍。另一方面，如下的冲床也在被实用化该机床相反地，将 成为下型的冲模作为凸模、将冲头作为凹模，使成形加工后的部位为 向工件上表面侧突出。在这种将冲模作为凸模的冲床中，当冲模比常 时装模高度突出时，在工件进给时工件下表面会被冲模损伤，因此有 提案如下使这种凸模的成形用的冲模，常时在装模高度的下方待机， 而使用时向上方突出(例如，专利文献1)。冲模的升降驱动通过在 水平方向上进退的气缸装置和将其水平动作转换为上下动作的凸轮 或者联杆机构等而进行。
专利文献1:日本特开平11-156459号公报已有的使用了直线电动机的冲压设备，为冲头用于驱动，而冲模 使用固定的构成。在作为将如上所述的成形加工用或者冲孔加工用的 冲模、可升降地设置在这种冲压设备上的构成来实现多功能化的情况 下，在使用气缸装置作为冲模的升降机构时，升降冲程为固定。因此， 不能够进行各种突出高度不同的成形加工。如果使用伺服电动机和滚 珠丝杠作为冲模升降机构，则也可进行突出高度不同的成形加工，但 是与冲头驱动用的构成同样，构成变得复杂。发明内容本发明的目的为提供一种搭载直线电动机的冲压设备，可驱动冲 模和冲头的双方而使加工多样化，并且构成简单、而且可进行高精度 的加工。本发明的其他的目的为，回避制造上的困难性并可得到大的 输出。本发明的另一其他的目的为，可用正下方的直线电动机驱动冲 模，并且可使在冲孔加工时等产生的屑容易排出。本发明的又一其他 的目的为，在工件的加工中驱动冲模和冲头的双方从而可使加工多样 化。本发明的搭载直线电动机的冲压设备，是通过位于冲压驱动轴芯的冲头和冲模来对工件实施冲压加工的冲压设备，具备具有上部机身和下部机身的冲压机机身；设置于上部机身、升降驱动上述冲头的 冲头用直线电动机；以及设置于下部机身、升降驱动冲模的冲模用直 线电动机。根据该构成，由于通过直线电动机升降驱动冲头，因此与 使用旋转型电动机的构成不同，不需要将旋转变换为直线运动的机 构，可得到部件数量少且简洁的构造。并且，由于对于冲模也是通过 直线电动机进行升降驱动，因此与通过水平的气缸装置和凸轮、联杆 机构等来进行升降驱动的构成相比，其构成简单、控制性也优良，并 可高精度地进行冲模的升降冲程的控制。如此，由于可驱动冲头和冲 模的双方而使加工多样化，并且对冲头和冲模的驱动的任一个都使用 直线电动机，因此可成为简单的构成，并可进行高精度的加工。在本发明中，上述冲头用直线电动机和冲模用直线电动机的任意
一个或者双方，也可以为单位直线电动机集合体，该单位直线电动机 集合体是将输出轴与冲压驱动轴芯平行的多个单位直线电动机设置 在以冲压驱动轴芯为中心的周围的单位直线电动机集合体。在冲压加 工中，有时要求较大推力。直线电动机一般使用磁力强的永磁体，但 是对于通过1个直线电动机得到大的推力，还存在磁体的大小的制造 极限和供给电压的制约等，制造困难。但是，当成为如上所述的多个 单位直线电动机的集合体时，可将各个单位直线电动机的输出作为多 个基本量的输出而利用，从而可得到大的输出。在本发明中，也可以在与上述冲模用直线电动机的冲压驱动轴芯 一致的部位上，设置排出由冲压加工产生的屑的孔。上述冲压驱动轴芯，成为压头(ram)轴的中心、即冲头和冲模的中心。冲模侧直线 电动机由于设置在冲模的下侧，因此在成形加工时不成为问题，但是 在冲孔加工中有时成为屑的排出的障碍。因此，通过在与冲模用直线 电动机的冲压驱动轴芯一致的部位上设置屑排出用的孔，可将直线电 动机用于冲模的驱动，并且可顺畅地进行屑的排出。特别地，在冲模用直线电动机为单位直线电动机集合体的情况 下，优选在与冲压驱动轴芯一致的部位上设置排出由冲压加工产生的 屑的孔，该单位直线电动机集合体是将输出轴与冲压驱动轴芯平行的 多个单位直线电动机设置在以冲压驱动轴芯为中心的周围的单位直 线电动机集合体。当冲模用直线电动机为如上所述的单位直线电动机 集合体时，将屑排出用的孔设置在冲压驱动轴芯中心的构成是简单易 行的。在本发明的搭载直线电动机的冲压设备中，也可以具有控制单 元，对于工件，升降驱动冲头和冲模的双方以进行冲压加工。在使冲 头和沖模的双方同时驱动、或者在1处的加工中使冲头和冲模的双方 依次动作地进行加工的情况下，可进行工件的多样的加工。在这种升 降驱动冲头和冲模的双方地进行冲压加工的情况下，可有效地利用直 线电动机的优良的控制性，在分别使用直线电动机作为这些冲头和冲 模的驱动源的本发明中，可更有效地发挥其提高精度的效果。本发明的冲压加工方法为，使用本发明的上述任一构成的搭载直 线电动机的冲压设备，升降驱动冲头和冲模的双方地对工件进行冲压 加工。根据该方法，在如上所述分别使用直线电动机作为冲头和冲模 的驱动源的本发明的搭载直线电动机的冲压设备中，可更有效地发挥 其提高精度的效果，并可高精度地进行多样的冲头加工。这里所说的 冲头加工，指的是冲孔加工和成形加工。 有益效果本发明的搭载直线电动机的冲压设备，是通过位于冲压驱动轴芯 上的冲头和冲模来对工件实施冲压加工的冲压设备，具备具有上部 机身和下部机身的冲压机机身；设置于上部机身、升降驱动上述冲头 的冲头用直线电动机；以及设置于下部机身、升降驱动冲模的冲模用 直线电动机，因此可驱动冲头和冲模的双方而使加工多样化，并且可 成为简单的构成，而且可进行高精度的加工。在上述冲头用直线电动机和冲模用直线电动机的任意一方或者 双方为单位直线电动机集合体的情况下，可回避直线电动机的制造上 的困难性并可得到大的输出，该单位直线电动机集合体是将输出轴与 冲压驱动轴芯平行的多个单位直线电动机设置在以冲压驱动轴芯为 中心的周围的单位直线电动机集合体。当在与上述冲模用直线电动机的冲压驱动轴芯一致的部位上设 置有排出由冲压加工产生的屑的孔的情况下，可驱动冲模，并且可容 易地进行冲孔加工时等产生的屑的排出。在冲模用直线电动机为单位直线电动机集合体，并且在与沖压驱 动轴芯一致的部位上设置有排出由冲压加工产生的屑的孔的情况下， 可回避直线电动机的制造上的困难性并可得到大的输出，并且可容易 地进行冲孔加工时等产生的屑的排出，该单位直线电动机集合体是将 输出轴与冲压驱动轴芯平行的多个单位直线电动机设置在以冲压驱 动轴芯为中心的周围的单位直线电动机集合体。在具有升降驱动冲头和冲模的双方地对工件进行冲压加工的控 制单元的情况下，可在工件的加工中驱动冲头和冲模的双方而使加工 多样化，并且可高精度地进行该加工。本发明的冲压加工方法为，使用本发明的搭载直线电动机的冲压
设备升降驱动冲头和冲模的双方地对工件进行冲压加工，因此，可在工件的加工中驱动冲头和冲模的双方而使加工多样化，并且可高精度 地进行该加工。
图1是本发明的一个实施方式的搭载直线电动机的冲压设备的 截断侧视图。图2是同一冲压设备的冲头用直线电动机的纵向截面图。 图3是图2的III-III线截面图。图4是同一冲压设备的冲模用直线电动机的纵向截面图。 图5是同一冲压设备的动作说明图。图6是同一冲压设备的冲头用直线电动机的变形例的纵向截面图。
具体实施方式
使用图l至图5说明本发明的一个实施方式。该冲压设备为通过 冲头61和冲模62对金属薄板等板材工件W实施冲压加工的冲床， 具备冲压机机身41;设置于该冲压机机身41的上部机身41b、升 降驱动冲头61的冲头用直线电动机1;设置于下部机身41c、升降驱 动冲模62的冲模用直线电动机1A。冲压机机身41为，将上部机身41b和下部机身41c连接到柱部 41a上，前面开放、侧面形状形成为C字形。在上下的机身41b、 41c 之间，设置有上下一对的工具支持体42、 43、和工件进给机构44， 在上部机身41b上设置有将冲头用直线电动机1作为驱动源的冲压机 构45。另外，冲压机机身41也可被称为，将相同程度的长度的上下 机身部在前端和后端通过柱部连接而成的门型、环形以及口字形的机 身。工具支持体42、 43由同心设置的上下的转台构成，在上下的工 具支持体42、 43上在圆周方向的多处分别搭载冲头61和冲模模具 62。该冲头61、冲模62通过工具支持体42、 43的旋转，被分度到 规定的冲头位置P。在图1中，工件进给机构44为，通过工件夹具47来保持板材工 件W的缘部，并使工件W在工作台48上向前后左右移动。冲压机构45为，使被分度到工具支持体42的冲头位置P的冲头 模具61升降的压头49，由压头导向器50自由升降地支持，并通过 直线电动机1的输出轴12使压头49升降驱动。如图2、图3所示，冲头用直线电动机l使用将分别由圆筒型直 线电动机构成的多个单位直线电动机2并列设置在电动机外壳25内 的电动机。作为并列设置的方式，在该例中将同一规格的圆筒型直线 电动机2，在以输出轴中心O为中心、即以冲压驱动轴芯为中心的假 想圆上，在圆周方向上排列地设置。各单位直线电动机2包括由N极和S极交替排列的永磁体构 成的轴部件3、和在其内部该轴部件3相对地在轴向自由移动的线圈 单元4。线圈单元4是将包围轴部件3周围的多个线圈5在圆筒状的 线圈外壳7内在轴向排列而构成。线圈单元4成为定子，轴部件3成 为单位直线电动机2的移动体即输出轴。轴部件3由一根圆棒状的部 件构成，但是也可以是将多个永磁体轴向排列而成的部件。电动机外壳25为，将内筒26和外筒27同心地配置，并通过端 板28、 29连接该内筒26和外筒27的两端。各单位直线电动机2为， 在内筒26和外筒27之间的环状空间内，排列地配置在上述圆周方向 上。两侧的端板28、 29分别具有插通各单位直线电动机2的轴部件 3的多个轴部件插通孔28a、 29a，并且一个端板28在中央设置有导 向轴插通孔2Sb。各单位直线电动机2的轴部件3，两端通过板状的连结部件10、 11相互连结，并由该多个轴部件3和连结部件10、 11构成移动体30。 在该移动体30的一个连结部件11上，形成有位于单位直线电动机2 的排列中心O的输出轴12。在电动机外壳25和移动体30之间设置有对多个单位直线电动机 2的轴部件3的移动进行导向的导向机构32。导向机构32包括电 动机外壳25的内筒26;衬套15，作为在该内筒26内以嵌合状态固
定的导向部；以及导向轴13，设置在一端侧的连结部件IO的中心， 并作为在衬套15内在轴向自由移动地嵌合的被导向部。衬套15构成 滑动轴承。另外，也可代替设置衬套15而隔有直动转动轴承。在导 向机构32上设置有止转单元16,阻止对于电动机外壳25的、与移 动体30的相对的旋转。止转单元16包括在导向轴13上沿轴向设 置的键槽17、和固定在电动机外壳25的内筒26上并与键槽17自由 滑动地卡合的键部18。图4表示冲模用直线电动机1A。冲模用直线电动机1A在中央 设置有屑排出孔70，代替图2、图3的冲头用直线电动机1的导向机 构32，在各个单位直线电动机2上设置有衬套15A。屑排出孔70由 电动机外壳25的内筒26的内部空间构成。使屑排出孔70的中心为 与冲头位置P的中心即冲压驱动轴芯一致的位置。在冲模用直线电动 机1A的输出侧的连结部件11上，向上方突出地设置有内部成为屑排 出孔的空心轴构成的输出轴71。冲模用直线电动机1A的其他构成， 与在图2、图3中说明的冲头用直线电动机1相同，省略重复的说明。对于在图1的上下的工具支持体42、 43上设置的冲头61和冲模 62，有图5 (A)所示的冲孔加工用的冲头61,和冲模62,、和该图(B)、 (C)所示的成形加工用的冲头612和冲模622。冲孔加工用的冲头 61 、通过冲模夹具63固定设置在下侧的工具支持体43上。成形加工用冲头612形成为下表面具有凹模部65的凹模，成形 加工用冲模622形成为在上侧具有凸模部66的凸模。成形加工用冲 模622被设置为，可对于设置在下侧的工具支持体43上的冲模夹具 63进行升降，在下降状态下位于冲模高度DH的下方。成形加工用 冲模622通过冲模侧直线电动机1A的输出轴12A，被推到冲模高度 DH的上方。成形加工用冲模622为，在下表面设置有输出轴卡合突部67，上 升时，冲模用直线电动机1A的输出轴12A的上端抵接该输出轴卡合 突部67的下表面。另外，成形加工用冲模622由复位弹簧(未图示) 向下方施力。在由转台构成的下侧的工具支持体43的各冲模62的设 置位置上，设置有使冲模侧直线电动机1A的输出轴12A可升降地进入的空心孔69A。承受工具支持体43的垫板68由一对垫板构成部件 构成，两垫板构成部件之间成为冲模侧直线电动机1A的输出轴12A 可升降地进入的中空空间69B。在图1中，控制该冲压设备的控制装置81由计算机式数控装置 构成，通过运算控制部83来解读并执行加工程序82，并向各直线电 动机l、 1A和工件进给机构44的各轴的伺服电动机、以及工具支持 体42、 43的分度旋转用的驱动源(未图示)发送指令。在该控制装 置81中设置有控制单元84，通过直线电动机1、 1A来升降驱动冲头 61和冲模62的双方，来进行冲压加工。该控制单元84由加工程序 82所记载的指令和上述运算控制部83构成。对上述构成的冲压设备的动作进行说明。如图5 (A)所示，冲 模用直线电动机1A常时处于下降状态，输出轴12A的上端位于下侧 的工具支持体43的下表面的下方。因此，可使由转台构成的工具支 持体43不与输出轴12A干涉地旋转。并且，如图5 (B)所示，成形 加工用冲模622上端位于冲模高度DH的下方。在该状态下，可进行 由上下的工具支持体42、 43的旋转进行的任意的冲头61、冲模62 向冲头位置P的分度。因此，可回避成形加工用冲模622与工件W的 下表面滑接而受损伤的情况。通常的冲孔加工等的冲头加工通过如下方式进行，即在这种冲模 用直线电动机1A下降的状态下，由冲头用直线电动机1对上侧的工 具支持体42的冲头61进行下降驱动。由冲孔产生的屑，通过设置在 冲模用直线电动机1A的中心的屑排出孔70向设备下方落下。在进行成形加工时，使上下的工具支持体42、 43旋转，并如图 5 (B)所示那样，将成形加工用冲模622分度到冲头中心P。由此， 成形用的冲模622位于冲模用直线电动机1A的输出轴12A的正上方。 在该状态下，如图5 (C)所示，使冲模用直线电动机1A进行上升驱 动，并通过其输出轴12A使成形用的冲模622上升到规定高度。并且， 通过冲头用直线电动机1使成形用的冲头612下降，并由沖头612和 冲模622夹入工件W。由此，对工件W冲压成形为成形加工部Wa。当成形结束时，使冲头用直线电动机l上升，且使冲模用直线电
动机1A下降。如此，由于通过冲头加工而形成的成形加工部Wa向 工件W的上方突出，因此在通过工件进给机构44在工作台48上进 给工件W时，不成为障碍。根据该构成的冲压设备，由于使用直线电动机1作为冲压驱动 源，因此与使用旋转型的电动机的设备相比，不需要将旋转转换为压 头49的直线运动的机构，冲压机构45的部件数量减少、构成简洁。 并且，与使用液压缸作为冲压驱动源的设备相比，不需要液压单元， 构成变得简单。并且，直线电动机1位置精度优良，可进行加工品质、 精度高的加工。并且，对于成形用的冲模622也通过直线电动机1A进行升降驱 动，因此与以往通过水平的气缸装置和凸轮、连杆机构等进行升降驱 动的设备相比，构成简单、控制性也优良，也可高精度地进行冲模 622的升降冲程的控制。如此，可驱动冲头61和冲模62的双方从而 使加工多样化，并且，由于在冲头61和冲模62的驱动中的任一个均 使用直线电动机l、 1A，因此可成为简单的构成，并且可进行高精度 的加工。冲头用直线电动机1和冲模用直线电动机1A均是，在以冲压驱 动轴芯为中心的周围设置多个输出轴与冲压驱动轴芯平行的单位直 线电动机2的单位直线电动机集合体，因此可得到大的输出。在冲头 加工中，有时要求大的推力，但是由于直线电动机使用磁力强的永磁 体，因此，对于通过l个直线电动机得到大的推力，存在磁体的大小 的制造极限和供给电压的制约等，制造困难。但是，在本实施方式中， 由于如上所述使其为由多个单位直线电动机2的集合体构成的直线 电动机l、 1A，因此，可将各个单位直线电动机2的输出作为多个基 本量的输出而利用，可得到大的输出。并且，在冲模用直线电动机1A上，在与冲压驱动轴芯一致的部 位上，设置排出由冲压加工产生的屑的屑排出孔70，因此，可顺畅 地进行屑的排出，因此，可将冲模用直线电动机1A设置在冲孔用的 冲模61,的下方，并且可避免冲模用直线电动机1A成为屑排出的障 碍。由于冲模用直线电动机1A为设置有多个单位直线电动机2的集屑排出孔成为设置在冲压驱动轴芯中心 的构成。并且，该搭载直线电动机的冲压设备，根据图1的控制单元84 的控制，如参照图5 (C)说明的那样，升降驱动冲头61和冲模62 的双方地进行冲压加工，因此，使冲头61和冲模62的双方同时驱动， 或者在1处的成形部Wa的加工中使冲头61和冲模62的双方依次动 作地进行加工，所以可进行工件W的多样的加工。在如此升降驱动 冲头61和冲模62的双方地进行冲压加工的情况下，可有效地利用各 直线电动机1、 1A的优良的控制性，并有效发挥通过分别使用直线 电动机作为这些冲头61和冲模62的驱动源而带来的提高精度的效 果。另外，在上述实施方式中，使冲头用和冲模用的直线电动机l、 1A都由多个单位直线电动机2的集合体构成，但是也可以使用如增 大1个单位直线电动机2那样的单独型的直线电动机。该情况下，冲 模侧的直线电动机1A，例如如图6所示，优选为在轴部件3的中心 贯通有屑排出孔70。
权利要求
1.一种搭载直线电动机的冲压设备，通过位于冲压驱动轴芯的冲头和冲模来对工件实施冲压加工，其特征在于，具备具有上部机身和下部机身的冲压机机身；设置于上部机身、升降驱动上述冲头的冲头用直线电动机；以及设置于下部机身、升降驱动冲模的冲模用直线电动机。
2. 如权利要求1所述的搭载直线电动机的冲压设备，其特征在于，上述冲头用直线电动机和冲模用直线电动机的任意一个或者双 方为单位直线电动机集合体，该单位直线电动机集合体是将输出轴与 上述冲压驱动轴芯平行的多个单位直线电动机设置在以上述冲压驱 动轴芯为中心的周围的单位直线电动机集合体。
3. 如权利要求1所述的搭载直线电动机的冲压设备，其特征在于，在与上述冲模用直线电动机的冲压驱动轴芯一致的部位上，设置 排出由冲压加工产生的屑的孔。
4. 如权利要求1所述的搭载直线电动机的冲压设备，其特征在于，上述冲模用直线电动机为单位直线电动机集合体，并且在与冲压 驱动轴芯一致的部位上设置排出由冲压加工产生的屑的孔，该单位直 线电动机集合体是将输出轴与冲压驱动轴芯平行的多个单位直线电 动机设置在以冲压驱动轴芯为中心的周围的单位直线电动机集合体。
5. 如权利要求1所述的搭载直线电动机的冲压设备，其特征在于，具有控制单元，对于工件，升降驱动冲头和冲模的双方以进行冲 压加工。
6. —种冲压加工方法，使用搭载直线电动机的冲压设备对工件 进行冲压加工，其特征在于，上述冲压设备具备具有上部机身和下部机身的冲压机机身；设置于上部机身、升降驱动上述冲头的冲头用直线电动机；以及 设置于下部机身、升降驱动冲模的冲模用直线电动机， 上述方法为，执行由上述冲头用直线电动机进行的冲头的下降和由上述冲模 用直线电动机进行的冲模的上升这两者，来进行冲压加工。
全文摘要
提供一种搭载直线电动机的冲压设备，可驱动冲头和冲模的双方而使加工多样化，并且可得到简单的构成，并可进行高精度的加工。适用于通过冲头(61)和冲模(62)来对工件(W)实施冲压加工的冲压设备。在冲压机机身(41)的上部机身(41b)上设置升降驱动冲头(61)的冲头用直线电动机(1)，在冲压机机身(41)的下部机身(41c)上设置升降驱动冲模(62)的冲模用直线电动机(1A)。
文档编号B30B15/00GK101130282SQ20071014171
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月21日 优先权日2006年8月21日
发明者坂本博一 申请人:村田机械株式会社