サーボプレス

Question

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。

Answer

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？

Answer

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）

Answer

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。

サーボプレスの条件とは？