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サーボプレス

サーボモータ+ボールネジを使用して簡単なサーボプレス機製作を社内設備用として検討しています。下死点の位置精度必要とする為、上下スライド部分にリニアスケールを付け、位置を見ながらの閉ループで制御させようと考えています。 この場合、サーボ側では位置制御ということになると思われるのですが、 単純に位置制御を行うと下死点付近では減速に向かう為、トルクが落ちる傾向に なると推測されます。 プレスの場合、下死点で非常に強い力が欲しくなりますので、トルクを落とさずに動かしたいのですが、そうなるとトルク制御となり、逆に位置の精度が保証されなくなりそうです。 要求する精度は10μ程です。 下死点で求めるプレス能力を考慮すると、かなり容量の大きいモータを選定しなければならなくなりそうですし、また、タイミングベルトを介するのですが、プーリ比で対応すると逆にスピードが落ちてしまいます。 トルクと位置、これらを両立させることは不可能なのでしょうか。 不可能であれば何か良い方法はありますでしょうか。 市販されているサーボプレスはどのようになっているのでしょうか。 制御担当ではありませんので、あまり詳しいことは分かりませんが、 何卒ご教示願います。

noname#230358

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  • 回答No.3
noname#230359

回答(2)です >実は以前にも同様の設備を製作したことがありまして、やはり設定ポイントでのトルク不足が発生しました。 前回の設備がどのような制御回路だったのか? また、その場合トルク不足でどうなったのか? ><位置制御において回転数とトルクは無関係> 位置制御においてトルク不足になったらサーボアンプはトルク過大異常ではなくて 偏差オーバー異常となります 偏差オーバーとは? 目標位置が例えば100mmであったとして 90mmの位置まで進んで来て来て 実ワークをプレス開始してトルクが100%になると それ以上前進できなくなってしまいます サーボアンプはそれでも前進させようとしてトルクを勝手に上げていきます トルクが上がり200%トルクで95mmとかに進みます 最大トルク300%まで上げても98mmくらいしか進まないと 目標位置に到達できないので偏差オーバー異常となります 偏差位置=目標位置-現在位置 この時、偏差異常検出範囲がもし3mm以上に設定されていると 異常にならなくてトルク不足のまま正常終了する可能性はあります >要求する精度は10μ程です。 コレがネックかも知れません 要するに許容偏差位置が10μ以上に設定されていたか、10μ未満に出来なかったのか 10μ以下に設定すると例えばワークと金型が接触した瞬間には20μ以上になって その時点で異常となってしまうとか サーボモータには「位置ゲイン」と言うパラメータがあります ゲインを上げると偏差を減らすことが出来ます、しかしハンチング(振動)し易くなります 偏差を少なくしようと無闇にはゲインを上げれません それにはモータサイズを上げるしか方法は有りません(ギア比を上げると速度が遅くなる) 仮に ボールネジ直結で ネジピッチ10mm サーボエンコーダ1回転16384PLS エンコーダ1pls当たり0.6μ この分解能で 誤差10μとすると 10/0.6=16.6PLS ゲインを上げればこれだけの偏差でもそれなりのトルクを発生させることは不可能ではないが やはりそれなりのトルクを発生させるには100PLS程度の偏差は必要かな? 16PLSでもそれなりの時定数で積分がかかるはずなので(一般的にサーボはPID制御されてる) 時間はかかるがそのうちにトルクが上がってきて偏差ゼロに近づけようとする 応答が遅いのでこの理屈をプレスに適用するには非現実的かも?

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質問者からのお礼

度々詳細な解説に感謝します。 前回製作時の制御回路は調べてみないと分かりませんが、トルク不足でオーバーロード停止の状態になっていたと思います。 lumiheartさん指摘のように停止精度についても確かに気になってはいました。 ただ、偏差位置や許容偏差の異常に関しても、下死点までもっていける力(トルク)があればと、なんとなく思いますがそういう簡単な問題ではないのでしょうか。その時に100%トルクが出ていないことは間違いありません。 ゲインについては、確かにハンチングの問題があり、修正した記憶があります。 今回の内容についてlumiheartさんの御回答をもとに、メーカーに問い合わせをしたところ下記のような回答でした。 ・位置制御においては、指定した位置まで動作させることを制御しており、設定位置に近づくとトルクが下がるようになっている。 ・トルクを上げた状態で動作させるのであれば、トルク制御になる。  その場合、位置の精度は保証できず、リニアスケールでのフィードバックは利かなくなる。  下死点位置でのトルクが足りないのであれば、ロードセル等で読ませた値をフィードバックさせるしかない。 要するに制御しているコントローラ自体の機能がそうなっているということなのでしょうか。 これってどのメーカーでも同じなのでしょうか。 いまいち納得できないのですが。  

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  • 回答No.2
noname#230359

制御屋です 所謂クランクプレス、リンク機構をサーボに置き換えた物 http://www.nc-net.or.jp/kouza/introm/nkq2.html http://www.komatsusanki.co.jp/tanatsu/H1F.html ボールネジ直動型 http://www.isel.co.jp/servo/servo.htm http://www.daiichi-dentsu.co.jp/sb/index2.html#sy http://mect.sinto.co.jp/press/servopress_index.htm サーボモータの動作原理 http://www.nagoya.melco.co.jp/fair/fa_basic/05/51.htm 失礼ながらサーボモータの動作原理をあまりご存知ないようですので サーボモータを位置制御すると出力トルクは汎用モータと違って回転数とは直接の関連は無い 3000rpmでもゼロrpmでも100%出力します このプレスの場合に当てはめますと ワークに当たる直前トルクが3000rpm30%トルクであったとして ワークに金型が接触した瞬間に1000rpm80%とかになり 金型が閉じきる(下死点)直前で10rpm100% 閉じ切ってゼロrpm200%とかになります (あくまで数値は適当な仮定ですので悪しからず) また、一般的にサーボモータには300%トルクというのがあります 連続定格100%とは例えばローラ駆動とかで連続で長時間運転出来るトルクです 300%トルクとは短時間定格(概ね30分以下) 短時間なら過熱するまでそのトルクを出しても良いと言うことです 但しこれが余力になりますのであまりギリギリに計算すると使い物にならなくなります ここにサーボモータ選定ソフトがありますがプレス等の衝撃トルクが繰り返される場合は 必ずしも適用されない場合もありますので注意が必要です 出来ればメーカに選定を依頼されたほうがよろしいかと http://wwwf3.mitsubishielectric.co.jp/faland/index.html http://www.e-mechatronics.com/mc/index.html http://www.fujielectric.co.jp/fcs/jpn/f/f_pro_q.html また、リニアスケールを使用する場合はフルクローズド制御と呼ばれて サーボアンプはそれ専用になります(一般型サーボではその機能が無い)

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質問者からのお礼

御回答ありがとうございます。 大変参考になります。 実は以前にも同様の設備を製作したことがありまして、やはり設定ポイントでのトルク不足が発生しました。メーカーにも問い合わせたのですが、使い方としての実績がないとの理由で結局あきらめてしまった経緯があります。 その時に測定したのですが、下死点まで行く途中では十分に力量がありましたからモータの容量的には問題無かったはずですが。 今回、再度製作するにあたり、不可能であれば市販のものも検討していますが、 できれば内製を考えております。 制御に関しては詳細な条件もあると思いますが、基本的にはlumiheartさんの説明にあります<位置制御において回転数とトルクは無関係>ということであれば、 装置動作としては可能ということですね。 逆に前回製作時になにが問題だったのかが非常に気になります。

  • 回答No.1
noname#230359

簡単なサーボプレスでしたら、サーボモータと双方向ポンプを利用し、油圧駆動で作動する「あつかんサーボ」シリンダをご検討ください。下記のURLから「電動機器」→「PQCS2シリーズ」で詳細資料が入手できます。

参考URL:
http://www.taiyo.ltd.co.jp

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質問者からのお礼

ご紹介ありがとうございます。 参考にしてみます。

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