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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023177130
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】プレス加工装置
(51)【国際特許分類】
B30B 15/28 20060101AFI20231206BHJP
B21D 28/00 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
B30B15/28 N
B30B15/28 Q
B21D28/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022089871
(22)【出願日】2022-06-01
(71)【出願人】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100135703
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 英隆
(74)【代理人】
【識別番号】100221556
【弁理士】
【氏名又は名称】金田 隆章
(72)【発明者】
【氏名】濱田 秀明
(72)【発明者】
【氏名】野尻 尚紀
【テーマコード（参考）】
4E048
4E089
【Ｆターム（参考）】
4E048AD01
4E089EA10
4E089EB01
4E089EB03
4E089EC10
4E089FB05
4E089FC05
4E089GA02
4E089GB05
4E089GC04
(57)【要約】
【課題】パンチの摩耗量の算出精度を向上させることのできるプレス加工装置を提供する。
【解決手段】プレス加工装置は、ワークに対して打抜き加工を行う。プレス加工装置は、プレス方向に移動し、ワークに面するプレス面とプレス面に接続する側面とを有するパンチと、パンチが挿入される中空部が形成され、ワークを載置するダイと、パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、パンチ、ダイ、およびセンサユニットを制御する制御部と、を備える。制御部は、センサユニットにより検出された荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成する。制御部は、第１荷重波形のうち、パンチが下死点から上昇している期間に対応する部分に基づいて、パンチの側面の摩耗量を算出する。
【選択図】図１
【解決手段】プレス加工装置は、ワークに対して打抜き加工を行う。プレス加工装置は、プレス方向に移動し、ワークに面するプレス面とプレス面に接続する側面とを有するパンチと、パンチが挿入される中空部が形成され、ワークを載置するダイと、パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、パンチ、ダイ、およびセンサユニットを制御する制御部と、を備える。制御部は、センサユニットにより検出された荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成する。制御部は、第１荷重波形のうち、パンチが下死点から上昇している期間に対応する部分に基づいて、パンチの側面の摩耗量を算出する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークに対して打抜き加工を行うプレス加工装置であって、
プレス方向に移動し、前記ワークに面するプレス面と前記プレス面に接続する側面とを有するパンチと、
前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記ワークを載置するダイと、
前記パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、
前記パンチと、前記ダイと、前記センサユニットとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の前記荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成し、
前記第１荷重波形のうち、前記パンチが下死点から上昇している期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
プレス加工装置。
プレス方向に移動し、前記ワークに面するプレス面と前記プレス面に接続する側面とを有するパンチと、
前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記ワークを載置するダイと、
前記パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、
前記パンチと、前記ダイと、前記センサユニットとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の前記荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成し、
前記第１荷重波形のうち、前記パンチが下死点から上昇している期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
プレス加工装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記センサユニットにより検出された前記パンチにかかる圧縮荷重に基づいて、前記打抜き加工後の前記第１荷重波形を生成する、
請求項１に記載のプレス加工装置。
請求項１に記載のプレス加工装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第１荷重波形において前記荷重が最初に検出された時刻から前記荷重がゼロに到達する時刻までの時間区間における波形に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
請求項１に記載のプレス加工装置。
請求項１に記載のプレス加工装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記パンチが上昇を開始する時刻から前記パンチが前記ワークの孔部を抜ける時刻までの時間区間における第１荷重波形に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
請求項１に記載のプレス加工装置。
請求項１に記載のプレス加工装置。
【請求項5】
前記パンチの位置を検出するギャップセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ギャップセンサの検出結果に基づいて、前記パンチが前記下死点にあること、および前記パンチが前記ワークの孔部を抜けることを検出する、
請求項４に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記ギャップセンサの検出結果に基づいて、前記パンチが前記下死点にあること、および前記パンチが前記ワークの孔部を抜けることを検出する、
請求項４に記載のプレス加工装置。
【請求項6】
前記パンチの前記側面の摩耗量は第３摩耗量であり、
前記制御部は、さらに、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、前記打抜き加工の開始から終了までの前記荷重と時間との関係を示す第２荷重波形を生成し、
前記打抜き加工の開始時刻から、前記荷重が最大値に達した後にゼロに達する時刻までの第１期間における前記第２荷重波形に基づいて、前記パンチの前記プレス面の第１摩耗量を算出し、
前記第２荷重波形のうち、前記第１期間の終了時から前記打抜き加工の終了時までの第２期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の第２摩耗量を算出する、
請求項１に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、さらに、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、前記打抜き加工の開始から終了までの前記荷重と時間との関係を示す第２荷重波形を生成し、
前記打抜き加工の開始時刻から、前記荷重が最大値に達した後にゼロに達する時刻までの第１期間における前記第２荷重波形に基づいて、前記パンチの前記プレス面の第１摩耗量を算出し、
前記第２荷重波形のうち、前記第１期間の終了時から前記打抜き加工の終了時までの第２期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の第２摩耗量を算出する、
請求項１に記載のプレス加工装置。
【請求項7】
前記制御部は、前記第２荷重波形に基づいて前記第１期間の前記パンチにかかる力積を算出し、算出した前記力積に基づいて前記第１摩耗量を算出する、
請求項６に記載のプレス加工装置。
請求項６に記載のプレス加工装置。
【請求項8】
前記第２荷重波形は、前記第２期間において、前記荷重が時間的に変化する振動波形部と、前記荷重が前記振動波形部よりも小さく時間的に変化する安定波形部と、を有し、
前記制御部は、前記安定波形部における最大荷重に基づいて、前記第２摩耗量を算出する、
請求項６に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記安定波形部における最大荷重に基づいて、前記第２摩耗量を算出する、
請求項６に記載のプレス加工装置。
【請求項9】
前記制御部は、前記第１摩耗量が所定の第１閾値よりも大きい場合に、前記パンチの前記プレス面を研磨することが必要であると判定する、請求項６に記載のプレス加工装置。
【請求項10】
前記制御部は、前記第２摩耗量および／または前記第３摩耗量が所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記パンチの前記側面を研磨することが必要であると判定する、請求項９に記載のプレス加工装置。
【請求項11】
前記第１閾値は、前記第２閾値よりも大きい、
請求項１０に記載のプレス加工装置。
請求項１０に記載のプレス加工装置。
【請求項12】
前記センサユニットは、前記荷重を検出する複数のセンサを含む、
請求項１に記載のプレス加工装置。
請求項１に記載のプレス加工装置。
【請求項13】
さらに、前記パンチの位置を検出するギャップセンサを備える、
請求項１に記載のプレス加工装置。
請求項１に記載のプレス加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、プレス加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
板状のワークを打抜くプレス加工において、ワークを打抜く際の加工抵抗を計測する装置が知られている。
【0003】
特許文献１に記載の打抜特性測定装置では、打抜き時のフレームの変形の時間的変化を電気信号に変換することで、打抜き時の打抜き力を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭６２－４０９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載の打抜特性測定装置では、工具の摩耗量の算出精度の向上の点で、改善の余地がある。
【0006】
本開示は、パンチの摩耗量の算出精度を向上させることのできるプレス加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様にかかるプレス加工装置は、
ワークに対して打抜き加工を行うプレス加工装置であって、
プレス方向に移動し、前記ワークに面するプレス面と前記プレス面に接続する側面とを有するパンチと、
前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記ワークを載置するダイと、
前記パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、
前記パンチと、前記ダイと、前記センサユニットとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の前記荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成し、
前記第１荷重波形のうち、前記パンチが下死点からの上昇している期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する。
ワークに対して打抜き加工を行うプレス加工装置であって、
プレス方向に移動し、前記ワークに面するプレス面と前記プレス面に接続する側面とを有するパンチと、
前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記ワークを載置するダイと、
前記パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、
前記パンチと、前記ダイと、前記センサユニットとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の前記荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成し、
前記第１荷重波形のうち、前記パンチが下死点からの上昇している期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する。
【発明の効果】
【0008】
本開示に係るプレス加工装置によると、パンチの摩耗量の算出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本開示の実施の形態１にかかるプレス加工装置を示す模式図
【図4】プレス加工装置において、パンチの研磨の要否を判定する処理を説明するフローチャート
【図5A】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図5B】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図5C】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図5D】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図5E】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図5F】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図5G】プレス加工装置でワークを打抜き加工する工程を示す概略図
【図6】打抜き加工においてセンサにより検出された荷重に基づいて生成された荷重波形と、パンチの下死点からの位置とを示すグラフ
【図8】パンチの力積とパンチのプレス面の第１摩耗量との関係の一例を示すグラフ
【図9】第２期間における安定波形部の最大荷重とパンチ１の側面の第２摩耗量との関係の一例を示すグラフ
【図10】第３期間における最大荷重とパンチ１の側面の第３摩耗量との関係の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【0010】
（本発明に至った経緯）
板状のワークに打抜き加工を施すプレス加工は、一般的に、ダイに積載したワークをストリッパにより押さえ、パンチによりダイ中にワークの一部を押し込んで打抜くことで、所定の形状を得ることのできる技術である。打抜きによるプレス加工は、一般的に、家電製品、精密機械、または自動車部品など、多岐にわたる分野で用いられている。
板状のワークに打抜き加工を施すプレス加工は、一般的に、ダイに積載したワークをストリッパにより押さえ、パンチによりダイ中にワークの一部を押し込んで打抜くことで、所定の形状を得ることのできる技術である。打抜きによるプレス加工は、一般的に、家電製品、精密機械、または自動車部品など、多岐にわたる分野で用いられている。
【0011】
打抜きによるプレス加工において、特許文献１に記載の打抜特性測定装置のように、打抜き時のフレーム変形の時間的変化を電気信号に変換することで、打抜き時の打抜き力を測定する打抜特性測定装置が知られている。
【0012】
特許文献１に記載の打抜特性測定装置では、打抜き時のフレーム変形を電気信号に変換して、打抜き時の打抜き力を測定する。打抜き力とは、金型で積層板を打抜く際の抵抗力である。金型が摩耗してきた場合打抜き力が大きくなるため、金型の摩耗状態を算出して工具の再研磨要否を判定するために打抜き力を使用することが検討されている。
【0013】
しかし、特許文献１に記載の打抜特性測定装置では、金型の加工位置よりも離れた位置のフレームの変形を検出しているため、金型の摩耗状態を高精度に算出することができないという課題がある。
【0014】
本発明者（ら）は、精度よくパンチの摩耗量を算出することのできるプレス加工装置について検討し、以下の発明に至った。以下、本開示の態様を例示する。
【0015】
＜態様１＞
ワークに対して打抜き加工を行うプレス加工装置であって、
プレス方向に移動し、前記ワークに面するプレス面と前記プレス面に接続する側面とを有するパンチと、
前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記ワークを載置するダイと、
前記パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、
前記パンチと、前記ダイと、前記センサユニットとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の前記荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成し、
前記第１荷重波形のうち、前記パンチが下死点から上昇している期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
プレス加工装置。
ワークに対して打抜き加工を行うプレス加工装置であって、
プレス方向に移動し、前記ワークに面するプレス面と前記プレス面に接続する側面とを有するパンチと、
前記パンチが挿入される中空部が形成され、前記ワークを載置するダイと、
前記パンチにかかる荷重を検出するセンサユニットと、
前記パンチと、前記ダイと、前記センサユニットとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、打抜き加工後の前記荷重と時間との関係を示す第１荷重波形を生成し、
前記第１荷重波形のうち、前記パンチが下死点から上昇している期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
プレス加工装置。
【0016】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の摩耗量を従来より精度よく算出することができる。
【0017】
＜態様２＞
前記制御部は、前記センサユニットにより検出された前記パンチにかかる圧縮荷重に基づいて、前記打抜き加工後の前記第１荷重波形を生成する、
態様１に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記センサユニットにより検出された前記パンチにかかる圧縮荷重に基づいて、前記打抜き加工後の前記第１荷重波形を生成する、
態様１に記載のプレス加工装置。
【0018】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0019】
＜態様３＞
前記制御部は、前記第１荷重波形において前記荷重が最初に検出された時刻から前記荷重がゼロに到達する時刻までの時間区間における波形に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
態様１又は態様２に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記第１荷重波形において前記荷重が最初に検出された時刻から前記荷重がゼロに到達する時刻までの時間区間における波形に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
態様１又は態様２に記載のプレス加工装置。
【0020】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0021】
＜態様４＞
前記制御部は、前記パンチが上昇を開始する時刻から前記パンチが前記ワークの孔部を抜ける時刻までの時間区間における第１荷重波形に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
態様１～３のいずれかに記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記パンチが上昇を開始する時刻から前記パンチが前記ワークの孔部を抜ける時刻までの時間区間における第１荷重波形に基づいて、前記パンチの前記側面の摩耗量を算出する、
態様１～３のいずれかに記載のプレス加工装置。
【0022】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0023】
＜態様５＞
前記パンチの位置を検出するギャップセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ギャップセンサの検出結果に基づいて、前記パンチが前記下死点にあること、および前記パンチが前記ワークの孔部を抜けることを検出する、
態様４に記載のプレス加工装置。
前記パンチの位置を検出するギャップセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ギャップセンサの検出結果に基づいて、前記パンチが前記下死点にあること、および前記パンチが前記ワークの孔部を抜けることを検出する、
態様４に記載のプレス加工装置。
【0024】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0025】
＜態様６＞
前記パンチの前記側面の摩耗量は第３摩耗量であり、
前記制御部は、さらに、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、前記打抜き加工の開始から終了までの前記荷重と時間との関係を示す第２荷重波形を生成し、
前記打抜き加工の開始時刻から、前記荷重が最大値に達した後にゼロに達する時刻までの第１期間における前記第２荷重波形に基づいて、前記パンチの前記プレス面の第１摩耗量を算出し、
前記第２荷重波形のうち、前記第１期間の終了時から前記打抜き加工の終了時までの第２期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の第２摩耗量を算出する、
態様１～５のいずれかに記載のプレス加工装置。
前記パンチの前記側面の摩耗量は第３摩耗量であり、
前記制御部は、さらに、
前記センサユニットにより検出された前記荷重の時間変化に基づいて、前記打抜き加工の開始から終了までの前記荷重と時間との関係を示す第２荷重波形を生成し、
前記打抜き加工の開始時刻から、前記荷重が最大値に達した後にゼロに達する時刻までの第１期間における前記第２荷重波形に基づいて、前記パンチの前記プレス面の第１摩耗量を算出し、
前記第２荷重波形のうち、前記第１期間の終了時から前記打抜き加工の終了時までの第２期間に対応する部分に基づいて、前記パンチの前記側面の第２摩耗量を算出する、
態様１～５のいずれかに記載のプレス加工装置。
【0026】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチのプレス面および側面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0027】
＜態様７＞
前記制御部は、前記第２荷重波形に基づいて前記第１期間の前記パンチにかかる力積を算出し、算出した前記力積に基づいて前記第１摩耗量を算出する、
態様６に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記第２荷重波形に基づいて前記第１期間の前記パンチにかかる力積を算出し、算出した前記力積に基づいて前記第１摩耗量を算出する、
態様６に記載のプレス加工装置。
【0028】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチのプレス面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0029】
＜態様８＞
前記第２荷重波形は、前記第２期間において、前記荷重が時間的に変化する振動波形部と、前記荷重が前記振動波形部よりも小さく時間的に変化する安定波形部と、を有し、
前記制御部は、前記安定波形部における最大荷重に基づいて、前記第２摩耗量を算出する、
態様６又は態様７に記載のプレス加工装置。
前記第２荷重波形は、前記第２期間において、前記荷重が時間的に変化する振動波形部と、前記荷重が前記振動波形部よりも小さく時間的に変化する安定波形部と、を有し、
前記制御部は、前記安定波形部における最大荷重に基づいて、前記第２摩耗量を算出する、
態様６又は態様７に記載のプレス加工装置。
【0030】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の摩耗量をより精度よく算出することができる。
【0031】
＜態様９＞
前記制御部は、前記第１摩耗量が所定の第１閾値よりも大きい場合に、前記パンチの前記プレス面を研磨することが必要であると判定する、態様６～８のいずれかに記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記第１摩耗量が所定の第１閾値よりも大きい場合に、前記パンチの前記プレス面を研磨することが必要であると判定する、態様６～８のいずれかに記載のプレス加工装置。
【0032】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチのプレス面の研磨の要否を精度よく判定することができる。
【0033】
＜態様１０＞
前記制御部は、前記第２摩耗量および／または前記第３摩耗量が所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記パンチの前記側面を研磨することが必要であると判定する、態様９に記載のプレス加工装置。
前記制御部は、前記第２摩耗量および／または前記第３摩耗量が所定の第２閾値よりも大きい場合に、前記パンチの前記側面を研磨することが必要であると判定する、態様９に記載のプレス加工装置。
【0034】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの側面の研磨の要否を精度よく判定することができる。
【0035】
＜態様１１＞
前記第１閾値は、前記第２閾値よりも大きい、
態様１０に記載のプレス加工装置。
前記第１閾値は、前記第２閾値よりも大きい、
態様１０に記載のプレス加工装置。
【0036】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチの研磨の要否を精度よく判定することができる。
【0037】
＜態様１２＞
前記センサユニットは、前記荷重を検出する複数のセンサを含む、
態様１～１１のいずれかに記載のプレス加工装置。
前記センサユニットは、前記荷重を検出する複数のセンサを含む、
態様１～１１のいずれかに記載のプレス加工装置。
【0038】
本態様に係るプレス加工装置によれば、パンチにかかる荷重を詳細に検出することができ、より精度よくパンチの研磨の要否を判定することができる。
【0039】
＜態様１３＞
さらに、前記パンチの位置を検出するギャップセンサを備える、
態様１～１２のいずれかに記載のプレス加工装置。
さらに、前記パンチの位置を検出するギャップセンサを備える、
態様１～１２のいずれかに記載のプレス加工装置。
【0040】
本態様に係るプレス加工装置によれば、ダイに対するパンチの相対位置が適切であるか否かを判定し、パンチにかかる荷重の測定を適切なタイミングで開始することができる。このため、より精度よくパンチの研磨の要否を判定することができる。
【0041】
以下、実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0042】
（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本開示の実施の形態１にかかるプレス加工装置１００を示す模式図である。図２は、図１のプレス加工装置１００のパンチ１が下死点にある状態を示す模式図である。図３は、図１のプレス加工装置１００のセンサユニット６を示す上面図である。なお、図２～図３においては、一部の構成要素の図示を省略している。図１～図３を参照して、本実施の形態にかかるプレス加工装置１００について説明する。
［全体構成］
図１は、本開示の実施の形態１にかかるプレス加工装置１００を示す模式図である。図２は、図１のプレス加工装置１００のパンチ１が下死点にある状態を示す模式図である。図３は、図１のプレス加工装置１００のセンサユニット６を示す上面図である。なお、図２～図３においては、一部の構成要素の図示を省略している。図１～図３を参照して、本実施の形態にかかるプレス加工装置１００について説明する。
【0043】
なお、各図に示すＸ－Ｙ－Ｚ座標系は、実施の形態の理解を容易にするためのものであって、実施の形態を限定することを意図しない。各図において、Ｘ方向はプレス加工装置１００の幅方向であり、Ｙ方向はプレス加工装置１００の奥行方向であり、Ｚ方向はプレス加工装置１００の高さ方向である。
【0044】
プレス加工装置１００は、板状のワーク５に対して打抜き加工を行う装置であり、例えば、高精度に制御することのできるサーボスクリュープレス装置である。本実施の形態では、プレス加工装置１００は、プレス装置本体９と、制御部１８と、を備える。プレス装置本体９は、パンチ１、ダイ２、およびセンサユニット６を含む。
【0045】
プレス装置本体９及び制御部１８は、１つの筐体に収容されていてもよい。例えば、制御部１８は、プレス装置本体９の筐体に収容されてもよい。この場合、プレス加工装置１００が、パンチ１と、ダイ２と、センサユニット６と、制御部１８とを有するといえる。
【0046】
あるいは、プレス装置本体９及び制御部１８は、１つの筐体に収容されず、離れた場所に別個に設けられてもよい。本開示では、このように別個に設けられたプレス装置本体９及び制御部１８からなる態様も「プレス加工装置１００」と呼ぶ。このような態様を「プレス加工システム」と呼んでもよい。
【0047】
図１に示すように、プレス加工装置１００のプレス装置本体９は、スライド７に取り付けられたパンチ１を含む上型と、ボルスタ８に取り付けられたダイ２を含む下型とを有する。プレス装置本体９は、制御部１８からの指令に基づいて、サーボモータ１１に連結されたボールねじ１２を回転させて、スライド７をシャフト１０に沿って所定の速度でプレス方向（Ｚ方向）に上下駆動させる。プレス装置本体９のこのような動作により、ワーク５に打抜き加工を施すことができる。
【0048】
パンチ１は、プレス方向（Ｚ方向）に移動してワーク５を打抜くための工具である。パンチ１は、図２に示すように、ワーク５に面するプレス面１ａと、プレス面１ａに接続する側面１ｂと、を有する。パンチ１は、打抜き時にワーク５をダイ２に押さえつけるストリッパプレート３とともに、スライド７に取り付けられている。スライド７の動きに伴い、パンチ１がワーク５に押し付けられて打抜き加工が施される。本実施の形態では、図３に示すように、パンチ１は円形のプレス面１ａを有する。このため、ワーク５を円形に打抜くことができる。
【0049】
本実施の形態では、パンチ１の切刃部は、直径４．５ｍｍの円形のプレス面１ａを有する円柱状に形成され、ワーク５に丸穴を打抜く。パンチ１は、例えば超硬材料により構成される。超硬材料の一例は、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）のうちの少なくとも１つの炭化物をＦｅ族金属（例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、またはＮｉ）で結合した金属（合金）の総称である。超硬材料としては、例えば、超硬工具協会規格（ＣＩＳ）のＶＭ－４０に相当する合金などを採用することができる。
【0050】
ダイ２には、図２に示すように、打抜き加工時にワーク５が載置される。ダイ２には、パンチ１が挿入される中空部２ａが形成されている。中空部２ａは、ダイ２をＺ方向に貫く貫通孔である。また、ダイ２は、ダイ２を保持するためのダイプレート４とともに、ボルスタ８に取り付けられている。ダイ２は、パンチ１と同様に、例えば超硬材料により構成される。
【0051】
ワーク５は、プレス加工装置１００の加工対象となる板状の材料である。複数のワーク５、またはコイル状のワーク５が、図示省略の搬送部により、プレス装置本体９のプレス動作に合わせてＸ方向またはＹ方向に搬送されて、順次打抜き加工が施される。
【0052】
本実施の形態では、ワーク５は、オーステナイト系ステンレスに分類される鋼種であるＳＵＳ３０１－ＥＨ材により構成される。ＳＵＳ３０１－ＥＨ材は、例えば、自動車部品のゼンマイまたはばね等として使用される材料である。本実施の形態では、ワーク５の厚さは０．０３１ｍｍであり、硬度は５２９ＨＶ、引張強さは１，６７９Ｎ／ｍｍ２である。
【0053】
センサユニット６は、パンチ１にかかる荷重を検出する荷重センサである。本実施の形態では、センサユニット６は、パンチ１のプレス方向（Ｚ方向）にかかる荷重を検出する。より具体的には、センサユニット６は、ワーク５を打抜く際にパンチ１のプレス方向（Ｚ方向）にかかる荷重を検出する。具体的には、ワーク５を打抜く際のパンチ１のプレス方向（Ｚ方向）の正反力Ｐ１（図２参照）を検出する。また、センサユニット６は、ワーク５を打抜いた後、下死点からパンチ１を引抜く際にプレス方向（Ｚ方向）にかかる荷重も検出する。具体的には、下死点からパンチを引抜く際のパンチ１のプレス方向（Ｚ方向）の負反力Ｐ２（図２参照）を検出する。
【0054】
ここで、本実施の形態では、センサユニット６にてパンチ１にかかる荷重を検出するために、パンチ１、センサユニット６、およびセンサユニット６の上側にあるフリーシャンク２０は、図示省略されている締結ボルトなどで一体化されている。したがって、上述した通りワーク５を打抜く際のパンチ１のプレス方向（Ｚ方向）の正反力Ｐ１（図２参照）を検出でき、またワーク５を打抜いた後、下死点からパンチ１を引抜く際にプレス方向（Ｚ方向）にかかる荷重も検出することができる。
【0055】
図３に示すように、本実施の形態では、センサユニット６は、４つのセンサ６ａ～６ｄを含む。センサ６ａ～６ｄの各々は、その位置にかかるプレス方向（Ｚ方向）の荷重を検出することができる。また、本実施の形態では、センサ６ａとセンサ６ｂとがＹ方向に対称に配置され、センサ６ｃとセンサ６ｄとがＸ方向に対称に配置されている。本実施の形態では、センサ６ａ～６ｄが同心円上に配置されている。パンチ１のある部分の摩耗の有無は、当該部分にかかる荷重に影響を与えるため、センサ６ａ～６ｄをこのように配置することにより、パンチ１のどの部分が摩耗しているかをより把握しやすくなる。
【0056】
制御部１８は、パンチ１と、ダイ２と、センサユニット６と、を制御する。本実施の形態では、制御部１８は、プレスコントローラ１４と、センサコントローラ１５と、演算部１６と、判定部１７と、を有する。制御部１８は、例えば、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどのデジタル回路により構成される。
【0057】
プレスコントローラ１４は、サーボモータ１１を駆動させてボールねじ１２を回転させることにより、スライド７を所定の速度でプレス方向（Ｚ方向）に上下駆動させる。
【0058】
センサコントローラ１５は、パンチ１のセンサユニット６、および後述するギャップセンサ１３に電気的に接続され、センサユニット６およびギャップセンサ１３のそれぞれの検出値を演算部１６に出力する。
【0059】
演算部１６は、センサユニット６により検出された荷重に基づいて、パンチ１にかかる荷重と時間との関係を示す荷重波形を生成し、荷重波形に基づいてパンチ１の摩耗量を算出する。打抜き加工を繰り返すと、パンチ１が徐々に摩耗する。演算部１６は、パンチ１のプレス面１ａおよび側面１ｂの摩耗量を算出する。荷重波形の生成および摩耗量の算出の詳細については後述する。
【0060】
判定部１７は、演算部１６により算出されたプレス面１ａおよび側面の１ｂの摩耗量に基づいて、パンチ１の研磨の要否を判定する。パンチ１の摩耗量が増加すると、ワーク５の打抜き寸法の精度が徐々に悪化する。このため、摩耗量が所定の閾値を超えたタイミングで、パンチ１を研磨するとよい。判定部１７は、パンチ１を研磨すると判定すると、プレスコントローラ１４へ打抜き加工を中断するよう信号を出力する。通知を受信したプレスコントローラ１４は、サーボモータ１１を停止させて、打抜き加工を中断する。
【0061】
本実施の形態では、プレス加工装置１００は、パンチ１の位置を検出するギャップセンサ１３を備える。より具体的には、ギャップセンサ１３は、図２に示すように、パンチ１が取り得る最も低い位置にある状態、すなわち下死点にあることを検出することができる。また、ギャップセンサ１３は、パンチ１が下死点からどの程度上昇しているかを検出することもできる。ギャップセンサ１３は、例えば、非接触で測定対象物との微小な距離間隔を測定する変位センサにより構成することができる。
【0062】
ギャップセンサ１３は、例えば、ダイ２、ダイプレート４、およびボルスタ８を含むプレス加工装置１００の下型の任意の位置に取り付けられる。ギャップセンサ１３は、例えば、パンチ１、ストリッパプレート３、およびスライド７を含む上型との接触を検出することにより、パンチ１が下死点にあること、およびパンチ１の下死点からの位置（高さ）を検出する。
【0063】
また、ギャップセンサ１３により、パンチ１にかかる荷重を検出するための開始タイミングを決定することができる。具体的には、打抜きのショットごとに同じタイミングでパンチ１にかかる荷重を検出開始できるよう、ギャップセンサ１３の隙間およびパンチ１の下死点からの位置に基づいて開始タイミングを決定することができる。このように、ギャップセンサ１３を、パンチ１の荷重を検出するためのトリガとして使用することができる。また、例えば、下型の四隅のそれぞれにギャップセンサ１３を配置することにより、上型と下型とが平行に配置されているか否かを検出することができる。なお、ギャップセンサ１３は必須の構成ではなく、プレス加工装置１００がギャップセンサ１３を備えていなくてもよい。
【0064】
【0065】
プレス加工装置１００において、打抜き加工が開始されると、センサユニット６によりパンチ１のプレス方向（Ｚ方向）にかかる荷重が検出される（ステップＳ１）。本実施の形態ではセンサ６ａ～６ｄのそれぞれで荷重が検出される。
【0066】
センサユニット６により検出された荷重は、制御部１８のセンサコントローラ１５を介して演算部１６に出力される。演算部１６により、パンチ１にかかる荷重と時間との関係を示す荷重波形が生成される（ステップＳ２）。
【0067】
図５Ａ～図５Ｇは、プレス加工装置１００でワーク５を打抜き加工する工程を示す概略図である。図６は、打抜き加工においてセンサ６ａ～６ｄにより検出された荷重（左側の縦軸）と、パンチ１の下死点からの位置（右側の縦軸）とを示すグラフである。図６は、センサ６ａ～６ｄのそれぞれにより検出された荷重に基づいて生成された荷重波形を重ねて示している。図５Ａ～図５Ｇ、および図６を参照して、荷重波形について説明する。なお、図６の全ての波形および後述の図７の破線波形は、パンチ１が全くまたはほとんど摩耗していないときの荷重波形を示す。
【0068】
打抜き加工が開始されると、パンチ１が上死点からＺ方向に下降して、パンチ１がワーク５に接触する（図５Ａ）。なお、上死点とは、パンチ１が取り得る最も高い位置を指す。図６のグラフの時刻Ｃ１は、パンチ１がワーク５に接触して、パンチ１にかかる荷重またはセンサユニット６にかかる荷重が、プレス方向（Ｚ方向）の正反力Ｐ１（図２参照）が０より大きくなった時点を示している。
【0069】
パンチ１がワーク５に接触すると、図５Ｂに示すように、パンチ１によりワーク５の打抜きが開始される。このため、時刻Ｃ１からパンチ１に荷重がかかり始め、パンチ１への荷重が急激に増加して、時刻ｍ１で荷重が最大値Ｐ０となる。図６に示す高さＨは、時刻Ｃ１における、下死点を基準とするパンチ１の位置（高さ）を表している。パンチ１が時刻Ｃ１において下死点からＨの位置あるとき、図５Ａのパンチ１はワーク５の上面に接触し、パンチ１に図２で示す正反力Ｐ１がかかり始める。
【0070】
時刻Ｃ１の後、図５Ｃに示すようにパンチ１によりワーク５が切断されると、パンチ１にかかる荷重が０まで下がり、切断完了となる。パンチ１にかかる荷重が０となった時点が図６の時刻Ｃ２（切断完了）である。切断完了時刻Ｃ２は、パンチ１の荷重が最大値Ｐ０に達した後の所定の期間内に、パンチ１にかかる荷重が０まで下がった時点を表す。パンチ１にかかる荷重が０まで下がるのは、パンチ１がワーク５を打抜いてパンチ１への抵抗がなくなるためである。
【0071】
時刻Ｃ２においてパンチ１にかかる荷重が０となると、センサユニット６にかかる荷重、つまりプレス方向（Ｚ方向）の正反力Ｐ１（図２参照）がなくなり、一瞬、パンチ１にかかる荷重、またはセンサユニット６にかかる荷重は、プレス方向（Ｚ方向）の負反力Ｐ２（図２参照）へと変わる。図６のグラフの通り、時刻Ｃ２の直後においてはマイナス荷重がかかり、その後、反動でプラスの荷重へと戻る。その後、パンチ１にかかる荷重は、次第に０に収束する。時刻Ｃ２から荷重が収束するまでの期間が、図６に示した振動波形部に相当する。切断後のワーク５をパンチ１とダイ２との間に押し込んでいく（図５Ｄ参照）ことにより、パンチ１またはセンサユニット６には、プレス方向（Ｚ方向）の正反力Ｐ１（図２参照）がかかることがある。その後、しばらくパンチ１に荷重がかかった後、パンチ１が下死点（位置０）に到達（図５Ｅ参照）し、図６の時刻Ｃ３においてパンチ１にかかる荷重が０となる。
【0072】
図６の時刻Ｃ３から時刻Ｃ４の間の期間、パンチ１は、下死点（位置０）に停止（図５Ｅの状態）している。その後、パンチ１が図６の時刻Ｃ４（下死点）から上死点へ向けてＺ方向に上昇（図５Ｅから図５Ｆ参照）していくと、パンチ１を引き抜くことに起因して、パンチ１またはセンサユニット６にプレス方向（Ｚ方向）の負反力Ｐ２（図２参照）がかかることがある。すなわち、パンチ１に対して圧縮荷重がかかる。その後、しばらくパンチ１に荷重がかかりながらワーク５からパンチ１が抜けきった状態（図５Ｇ参照）が、パンチ１にかかる荷重が０となった時点、つまり図６の時刻Ｃ５における状態に相当する。図６のグラフから、時刻Ｃ５におけるパンチ１の下死点からの位置は、Ｈであることがわかる。
【0073】
パンチ１の摩耗量が少ない場合、例えば、パンチ１が新品である場合、パンチ１を研磨したばかりの場合等には、センサ６ａ～６ｄのそれぞれにより検出された荷重波形は、図６に示すように、ほぼ同じ形状を示す。なお、パンチ１とダイ２とのクリアランスの微妙な違いにより、センサ６ａ～６ｄのそれぞれの荷重波形は、図６に示すように微妙に異なることがある。
【0074】
【0075】
打抜き加工の開始時（時刻Ｃ１）から、荷重が最大値Ｐ０に達した後に０に達する時刻Ｃ２までの期間（図６の第１期間Ｔ０）、すなわちパンチ１がワーク５に接触してワーク５が切断されるまでの期間には、主にパンチ１のプレス面１ａに対して荷重がかかる。パンチ１のプレス面１ａの摩耗量は、第１期間Ｔ０における荷重波形に基づいて算出される。
【0076】
時刻Ｃ２から打抜き加工の終了（時刻Ｃ３）までの期間（第２期間Ｔｓ０）、すなわち、ワーク５が切断されてからパンチ１にかかる荷重が０となるまでの期間には、主にパンチ１の側面１ｂに荷重がかかる。第２期間Ｔｓ０では、切断後のワーク５がパンチ１とダイ２との間に引き込まれることにより、パンチ１の側面１ｂに荷重がかかる。図６に示すように、第２期間Ｔｓ０において、荷重波形は、荷重が時間的に変化する振動波形部と、振動波形部に続き、荷重が振動波形部よりも小さく時間的に変化する安定波形部Ｐｓ０とを有する。パンチ１の側面１ｂの摩耗量は、第２期間Ｔｓ０における荷重波形に基づいて算出される。なお、安定波形部において、振動波形部よりも荷重の変化が小さいとは、安定波形部では所定時間当たりの荷重の変化が振動波形部よりも小さいことを意味する。
【0077】
センサ６ａ～６ｄは、フリーシャンク２０によってパンチ１に一体固定されている。フリーシャンク２０のフランジ受け部と、フリーシャンクホルダ２２のフランジ受け部との間には隙間が形成されている。ワーク５の打抜きが完了すると、センサ６ａ～６ｄにかかる荷重、具体的には、パンチ１のプレス方向（Ｚ方向）の正反力Ｐ１は０となる。フリーシャンク２０のフランジ受け部と、フリーシャンクホルダ２２のフランジ受け部との間には隙間があるため、ワーク５を打抜いた反動で、フリーシャンク２０のフランジ受け部が、フリーシャンクホルダ２２のフランジ受け部と接触したり離れたりする。フリーシャンク２０の上面部も、バックキングプレート２１と接触したり離れたりする。このとき検出された荷重が、図６の振動波形部に現れている。ワーク５を打抜いた反動がおさまった後、ワーク５とパンチ１の側面１ｂとが接触しながら、パンチ１が下死点に達する。このとき検出された荷重が、安定波形部に現れている。
【0078】
時刻Ｃ４（下死点位置０）からパンチ１をワーク５から引き抜いた状態（時刻Ｃ５）までの期間（第３期間Ｔｓｂ０）、すなわち、ワーク５によるパンチ１にかかる荷重が０となるまでの期間には、主にパンチ１の側面１ｂに荷重がかかる。これは、パンチ１がワーク５から引き抜かれることに起因する。
【0079】
さらに、第３期間Ｔｓｂ０においてパンチ１が下死点から上死点へ向けて上昇する際、すなわちワーク５からパンチ１が抜けるまでの間は、フリーシャンク２０のフランジ受け部が、フリーシャンクホルダ２２のフランジ受け部と接触したり離れたりする。この接触の際に、センサ６ａ～６ｄにはパンチ１のプレス方向（Ｚ方向）の負反力Ｐ２がかかる。この荷重が、ワーク５のパンチ１への抵抗として図６のグラフに現れている。したがって、図６に示すように、第３期間Ｔｓｂ０において、荷重波形は、複数の減少波形部を有する。パンチ１の側面１ｂの摩耗量は、第３期間Ｔｓｂ０における荷重波形に基づいて算出される。
【0080】
本実施の形態では、第３期間における荷重波形を「第１荷重波形」といい、打抜き加工の開始から終了までの荷重と時間との関係を示す荷重波形を「第２荷重波形」ということがある。第２荷重波形は、第１期間における荷重波形と、第２期間における荷重波形とを含む。
【0081】
パンチ１にかかる荷重は、打抜き加工を繰り返すことによりパンチ１の摩耗が進行するに連れて大きくなる。図７は、パンチ１の摩耗の進行が荷重波形に及ぼす影響を説明するためのグラフである。図７の実線は、摩耗が進行したパンチ１を使用した場合にセンサ６ａにより検出された荷重を示している。図７にはセンサ６ａにより検出された荷重のみを表している。図７の破線は、摩耗が進行していないパンチ１を使用した場合にセンサ６ａにより検出された荷重を示している。図７の破線で示す荷重波形は、図６に示したセンサ６ａによって検出された荷重波形と同一である。実際には、センサ６ａ～６ｄを含むセンサユニット６により荷重を検出しているが、便宜上、センサ６ａによって検出された荷重のみを示している。
【0082】
図７に示すように、パンチ１の摩耗が進行すると、パンチ１にかかる最大荷重が最大値Ｐ０から最大値Ｐ１に増加する。また、パンチ１の摩耗が進行すると、荷重が０に達する時刻が時刻Ｃ２から時刻Ｃ６にずれる。したがって、パンチ１の摩耗が進行したときの荷重波形の第１期間Ｔ１は、パンチ１が摩耗していないときの荷重波形の第１期間Ｔ０よりも長くなる。
【0083】
また、パンチ１の摩耗が進行したときの荷重波形の第２期間Ｔｓ１は、パンチ１が摩耗していないときの荷重波形の第２期間Ｔｓ０に変化する。すなわち、パンチ１の側面１ｂの摩耗が進行するにつれて、第２期間の長さが短くなる。また、パンチ１の摩耗が進行すると、安定波形部におけるパンチ１の荷重の最大荷重は、Ｐｓ０からＰｓ１に増加する。
【0084】
さらには、図７に示すように、パンチ１の摩耗が進行すると、時刻Ｃ４から時刻Ｃ５までの期間（第３期間Ｔｓｂ０）においてパンチ１にかかる荷重の最大値が、Ｐｓｂ０からＰｓｂ１に増加する。一方、第３期間Ｔｓｂ０の長さは変化しないことがある。
【0085】
ここで、荷重波形に基づくパンチ１の摩耗量の算出について説明する。パンチ１の摩耗量は、パンチ１のプレス面１ａの第１摩耗量と、パンチ１の側面１ｂの摩耗量と、を含み、本実施の形態では、プレス面１ａの第１摩耗量と、側面１ｂの摩耗量とをそれぞれ算出する。側面１ｂの摩耗量は、第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１における荷重波形に基づいて算出される第２摩耗量と、第３期間Ｔｓｂ０における荷重波形に基づいて算出される第３摩耗量とを含む。
【0086】
第１摩耗量は、第１期間Ｔ０、Ｔ１におけるパンチ１の力積に基づいて算出することができる。パンチ１の力積とは、パンチ１にかかる荷重と時間との積であり、第１期間Ｔ０、Ｔ１における荷重波形の面積で表される。
【0087】
ＳＵＳ３０１－ＥＨ材により構成された厚さ０．０３ｍｍのワーク５を、打抜き時の瞬間スピード３ｍｍ／ｓおよびプレスオイルなしの状態で打抜き加工する場合、パンチ１の力積Ｄと、パンチ１のプレス面１ａの第１摩耗量ａとの間に式（１）の関係が成立する。
Ｄ＝４×１０－５×ａ３－０．０００５×ａ２＋０．００３×ａ＋３．６ ・・・（１）
Ｄ＝４×１０－５×ａ３－０．０００５×ａ２＋０．００３×ａ＋３．６ ・・・（１）
【0088】
【0089】
パンチ１の側面１ｂの第２摩耗量は、第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１における安定波形部の最大荷重Ｐｓ０、Ｐｓ１に基づいて算出することができる。
【0090】
ＳＵＳ３０１－ＥＨ材により構成された厚さ０．０３ｍｍのワーク５を、打抜き時の瞬間スピード３ｍｍ／ｓおよびプレスオイルなしの状態で打抜き加工する場合、第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１のパンチ１の最大荷重Ｐｓと、第２摩耗量ｂとの間に式（２）の関係が成立する。
Ｐｓ＝６．６６７×ｂ３－２×１０－１２×ｂ２＋８．３３３３×ｂ＋５ ・・・（２）
Ｐｓ＝６．６６７×ｂ３－２×１０－１２×ｂ２＋８．３３３３×ｂ＋５ ・・・（２）
【0091】
図９は、第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１における安定波形部の最大荷重Ｐｓと第２摩耗量ｂとの関係の一例を示すグラフである。式（２）および図９により、例えば、最大荷重Ｐｓが２９Ｎである場合、第２摩耗量ｂが１．２５μｍであると算出することができる。
【0092】
パンチ１の側面１ｂの第３摩耗量は、第３期間Ｔｓｂ０におけるパンチ１の荷重の最大荷重Ｐｓｂ０、Ｐｓｂ１に基づいて算出推定することができる。
【0093】
ＳＵＳ３０１－ＥＨ材により構成された厚さ０．０３ｍｍのワーク５を、打抜き時の瞬間スピード３ｍｍ／ｓおよびプレスオイルなしの状態で打抜き加工する場合、第３期間Ｔｓｂ０のパンチ１の最大荷重Ｐｓｂと、パンチ１の側面１ｂの第３摩耗量ｃとの間に式（３）の関係が成立する。
Ｐｓｂ＝２０×ｃ３＋２５×ｃ＋１５ ・・・（３）
Ｐｓｂ＝２０×ｃ３＋２５×ｃ＋１５ ・・・（３）
【0094】
図１０は、第３期間Ｔｂｓ０におけるパンチ１の荷重の最大荷重Ｐｓｂとパンチ１の側面１ｂの第３摩耗量ｃとの関係の一例を示すグラフである。式（３）および図１０により、例えば、最大荷重Ｐｓｂが８７Ｎである場合、パンチ１の側面１ｂの第３摩耗量ｃが１．２５μｍであると算出することができる。
【0095】
演算部１６は、上述のように、荷重波形における第１期間Ｔ１のパンチ１の力積に基づいて、プレス面１ａの第１摩耗量ａを算出し、荷重波形における第２期間Ｔｓ１の安定波形部の最大荷重Ｐｓ１に基づいて、側面１ｂの第２摩耗量ｂを算出し、荷重波形における第３期間Ｔｓｂ０のパンチ１の最大荷重Ｐｓｂ１に基づいて、側面１ｂの第３摩耗量ｃを算出する。本実施の形態では、プレス加工装置１００がセンサ６ａ～６ｄを有し、図６に示す４つの荷重波形が生成される。このため、４つの荷重波形のそれぞれに対して、第１摩耗量ａ、第２摩耗量ｂ、および第３摩耗量ｃが算出される。
【0096】
例えば、複数のワーク５を多層に重ねて同時に打抜く多層打抜き加工では、ワーク５がせん断ではなく破断により切断される傾向にあり、パンチ１のプレス面１ａに対する負荷が大きくなる。このため、多層打抜き加工を繰り返していくと、荷重波形の第１期間Ｔ１の力積が顕著に増加する。このような多層打抜き加工では、荷重波形の第１期間Ｔ１の力積の変化により、より精度よく第１摩耗量ａを算出することができる。
【0097】
また、同様に、多層打抜き加工では、パンチ１の側面１ｂに対する負荷も大きい。このため、打抜き加工を繰り返していくと、荷重波形の第２期間Ｔｓ１における安定波形部の最大荷重Ｐｓ１が顕著に増加したり、荷重波形の第３期間Ｔｓｂ０におけるパンチ１の最大荷重Ｐｓｂ１が顕著に増加する。したがって、多層打抜き加工では、荷重波形の第２期間Ｔｓ１における安定波形部の最大荷重Ｐｓ１、あるいは荷重波形の第３期間Ｔｓｂ０におけるパンチ１の最大荷重Ｐｓｂ１の変化により、より精度よく第２摩耗量ｂ、または第３摩耗量ｃを算出することができる。
【0098】
図４に戻って、パンチ１の摩耗量を算出すステップＳ３の次に、判定部１７は、パンチ１の摩耗量が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ４１、Ｓ４２）。判定部１７は、プレス面１ａの第１摩耗量ａおよび側面１ｂの第２摩耗量ｂ、第３摩耗量ｃのそれぞれが、閾値を超えたか否かに基づいて、パンチ１の研磨の要否を判定する（ステップＳ５参照）。
【0099】
具体的には、判定部１７は、第１摩耗量ａが所定の第１閾値よりも大きい場合（ステップＳ４１のＹｅｓ）、または第２摩耗量ｂ、および／もしくは第３摩耗量ｃが所定の第２閾値よりも大きい場合（ステップＳ４２のＹｅｓ）に、パンチ１の研磨が必要であると判定する（ステップＳ５）。ステップＳ４１では、４つの荷重波形それぞれに対する第１摩耗量ａの少なくとも１つが第１閾値よりも大きい場合、判定部１７は、第１摩耗量ａが所定の第１閾値よりも大きいと判定する。また、ステップＳ４２では、４つの荷重波形それぞれに対する第２摩耗量ｂ、または第３摩耗量ｃの少なくとも１つが第２閾値よりも大きい場合、判定部１７は、それぞれの閾値を越えた（ステップＳ４２のＹｅｓ）と判定する。
【0100】
打抜きされた製品に５μｍのバリが発生したときの摩耗量を測定した結果、プレス面１ａの第１摩耗量は２３μｍ、側面１ｂの第２摩耗量と第３摩耗量は１．２５μｍであった。このため、バリの大きさの許容範囲が５μｍであるとすると、許容される第１摩耗量ａの最大値は２３μｍ、許容される第２摩耗量ｂの最大値は１．２５μｍと規定することができる。したがって、一例として、第１閾値を２３μｍ、第２閾値を１．２５μｍに設定することができる。第１閾値および第２閾値はこれに限定されず、許容されるバリの大きさに応じて定められてもよい。また、第１閾値および第２閾値は、ワーク５、パンチ１、およびダイ２の材料、打抜きスピード、プレスオイルの有無などの加工条件等に基づいて定められてもよい。
【0101】
打抜き加工の場合、一般的に、パンチ１の側面１ｂよりもプレス面１ａの摩耗の進行が速い。これは、打抜き時に、側面１ｂよりもプレス面１ａにかかる荷重が大きいためである。図６の荷重波形に示すように、第１期間Ｔ０の最大荷重Ｐ０が、第２期間Ｔｓ０の安定波形部の最大荷重Ｐｓ０、および第３期間Ｔｓｂ０の最大荷重Ｐｓｂ０よりも大きいことからも、プレス面１ａにかかる荷重が側面１ｂにかかる荷重よりも大きいことがわかる。このため、例えば、第１閾値は第２閾値よりも大きい値に設定されてもよい。
【0102】
判定部１７がパンチ１を研磨すると判定すると（ステップＳ５のＹｅｓ）、プレスコントローラ１４により、プレス加工装置１００の駆動が停止され、打抜き加工が中断されて、図４のパンチ１の研磨の要否の判定処理が終了する。判定部１７が、第１摩耗量、第２摩耗量、および第３摩耗量のいずれもがそれぞれの閾値を越えていないと判定する（ステップＳ４２のＮｏ）と、ステップＳ１に戻り打抜き加工が続行される。
【0103】
ステップＳ４１またはステップＳ４２では、センサ６ａ～６ｄによる荷重波形から算出された第１摩耗量ａのいずれか１つが第１閾値を超えると、パンチ１の研磨が必要と判定され、打抜き加工が中断される。同様に、センサ６ａ～６ｄによる荷重波形から算出された第２摩耗量ｂ、または第３摩耗量ｃのいずれか１つが第２閾値を超えると、パンチ１の研磨が必要と判定され、打抜き加工が中断される。
【0104】
［効果］
上述した実施の形態によると、パンチ１の摩耗量を精度よく算出することのできるプレス加工装置を提供することができる。プレス加工装置１００では、センサユニット６によりパンチ１にかかる荷重を検出する。検出された荷重に基づいて、荷重波形が生成される。荷重波形は、主にパンチ１のプレス面１ａに荷重がかかる第１期間Ｔ０、Ｔ１と、主にパンチ１の側面１ｂに荷重がかかる第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１と、さらには主にパンチ１の側面１ｂに荷重がかかる第３期間Ｔｓｂ０とを有する。荷重波形における荷重の最大値と、荷重の最大値に達するまでの時間の変化に基づいて、パンチ１の摩耗量を算出する。より具体的には、第１期間Ｔ０、Ｔ１の波形に基づいて、パンチ１のプレス面１ａの第１摩耗量ａを算出し、第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１の波形に基づいて、パンチ１の側面１ｂの第２摩耗量ｂを算出し、さらには第３期間Ｔｓｂ０の波形に基づいて、パンチ１の側面１ｂの第３摩耗量ｃを算出する。このように、荷重波形からプレス面１ａと側面１ｂとのそれぞれの摩耗量を算出することができるため、パンチ１の摩耗量を精度よく算出することができる。
上述した実施の形態によると、パンチ１の摩耗量を精度よく算出することのできるプレス加工装置を提供することができる。プレス加工装置１００では、センサユニット６によりパンチ１にかかる荷重を検出する。検出された荷重に基づいて、荷重波形が生成される。荷重波形は、主にパンチ１のプレス面１ａに荷重がかかる第１期間Ｔ０、Ｔ１と、主にパンチ１の側面１ｂに荷重がかかる第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１と、さらには主にパンチ１の側面１ｂに荷重がかかる第３期間Ｔｓｂ０とを有する。荷重波形における荷重の最大値と、荷重の最大値に達するまでの時間の変化に基づいて、パンチ１の摩耗量を算出する。より具体的には、第１期間Ｔ０、Ｔ１の波形に基づいて、パンチ１のプレス面１ａの第１摩耗量ａを算出し、第２期間Ｔｓ０、Ｔｓ１の波形に基づいて、パンチ１の側面１ｂの第２摩耗量ｂを算出し、さらには第３期間Ｔｓｂ０の波形に基づいて、パンチ１の側面１ｂの第３摩耗量ｃを算出する。このように、荷重波形からプレス面１ａと側面１ｂとのそれぞれの摩耗量を算出することができるため、パンチ１の摩耗量を精度よく算出することができる。
【0105】
また、パンチ１の第１摩耗量ａおよび第２摩耗量ｂ、あるいは第３摩耗量ｃに基づいてパンチの研磨の要否を判定するため、研磨要否の判定精度を向上させることができる。
【0106】
なお、上述した実施の形態では、ワーク５の材料がＳＵＳ３０１－ＥＨ材である例について説明したが、これに限定されない。ワーク５は、種々の金属材料により構成することができる。
【0107】
また、上述した実施の形態では、パンチ１に４つのセンサ６ａ～６ｄが配置されている例について説明したが、これに限定されない。センサユニット６を構成するセンサの数は１つ以上であればよい。
【0108】
また、上述した実施の形態では、パンチ１が円形のプレス面１ａを有する例について説明したが、これに限定されない。プレス面１ａの形状は、円形に限らず、多角形、楕円形等の任意の形状とすることができる。
【0109】
また、上述した実施の形態では、プレス面１ａの第１摩耗量ａが第１閾値よりも大きい場合に、パンチ１を研磨すると判定する例について説明したが、これに限定されない。図８のグラフに示すように、パンチ１の力積Ｄとプレス面１ａの第１摩耗量ａとの関係から、パンチ１の力積Ｄが所定の閾値よりも大きい場合に、パンチ１を研磨すると判定してもよい。
【0110】
また、上述した実施の形態では、側面１ｂの第２摩耗量ｂが第２閾値よりも大きい場合に、パンチ１を研磨すると判定する例について説明したが、これに限定されない。図９のグラフに示すように、第２期間の安定波形部の最大荷重が所定の閾値よりも大きい場合に、パンチ１を研磨すると判定してもよい。
【0111】
さらには、上述した実施の形態では、側面１ｂの第３摩耗量ｃが第２閾値よりも大きい場合に、パンチ１を研磨すると判定する例について説明したが、これに限定されない。図１０のグラフに示すように、第３期間のパンチ１の最大荷重が所定の閾値よりも大きい場合に、パンチ１を研磨すると判定してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0112】
本開示のプレス加工装置は、家電または医療機器等に使用される任意のワークを打抜く装置として有用である。
【符号の説明】
【0113】
１ パンチ
１ａ プレス面
１ｂ 側面
２ ダイ
２ａ 中空部
３ ストリッパプレート
４ ダイプレート
５ ワーク
６ センサユニット
６ａ～６ｄ センサ
７ スライド
８ ボルスタ
９ プレス装置本体
１０ シャフト
１１ サーボモータ
１３ ギャップセンサ
１４ プレスコントローラ
１５ センサコントローラ
１６ 演算部
１７ 判定部
１８ 制御部
２０ フリーシャンク
２１ バックキングプレート
２２ フリーシャンクホルダ
１００ プレス加工装置
１ａ プレス面
１ｂ 側面
２ ダイ
２ａ 中空部
３ ストリッパプレート
４ ダイプレート
５ ワーク
６ センサユニット
６ａ～６ｄ センサ
７ スライド
８ ボルスタ
９ プレス装置本体
１０ シャフト
１１ サーボモータ
１３ ギャップセンサ
１４ プレスコントローラ
１５ センサコントローラ
１６ 演算部
１７ 判定部
１８ 制御部
２０ フリーシャンク
２１ バックキングプレート
２２ フリーシャンクホルダ
１００ プレス加工装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】