サーボプレスはどのようにプレス生産を改善するか：アプリケーションとメリット
効率を高め、エネルギー消費を削減し、安全性を高めるプレス機械を想像してみてください。サーボプレスは、従来の機械部品を先進のサーボモーターに置き換えることで、スタンピング業界に革命をもたらしています。この...
製造業におけるサーボプレス技術の可能性について考えたことはありますか？この記事では、この先進的な機械がいかに業界に革命を起こし、比類のない精度、効率性、多用途性を提供しているかを探ります。私たちの専門的な洞察により、サーボプレスの主な利点と、サーボプレスがお客様の生産工程をどのように変えることができるかを明らかにします。金属成形の未来を発見し、製造業を次のレベルに引き上げる準備をしましょう。
スタンピング業界は、従来の機械式プレスの本質的な限界に対処するサーボ駆動プレスの導入により、革命的な進歩を目の当たりにしました。この技術革新は、高精度のサーボモーターを直接動力源として活用することで、スライダーの動きとプレス全体の動作を比類なく制御します。
サーボプレスには、以下のような多くの利点がある：
これらの特徴により、サーボプレスは第3世代のスタンピング技術であり、業界の進化における現在のベンチマークと位置づけられている。
サーボモーターはプログラマブルであるため、高度なモーションコントロールが可能である：
このレベルの制御により、サーボプレスは以下のような幅広い用途に理想的なものとなっている：
ACサーボモータードライブ技術の統合は、先進的な鍛造設備の研究開発において重要な焦点となっています。この技術は、世界的に急速に高性能プレスの新しい標準となりつつあり、次のようなものを提供しています：
航空宇宙、自動車、高速鉄道、海洋工学、原子力、再生可能エネルギー、防衛などの産業が、ますます複雑で高性能な部品を要求するようになるにつれ、高度なスタンピング装置へのニーズは高まり続けています。固定されたストローク長、制限された圧力制御、柔軟性に欠けるスライダーの動作特性を持つ従来の機械式プレスは、これらの進化する要件を満たすのに苦労しています。
サーボプレスは、以下のような課題に効果的に対処している：
サーボプレスは、サーボモーター技術を利用してプレス作業を正確に制御する先進的なスタンピングマシンです。サーボプレスの核心は、プレス工程全体を通して機械的変位と加速度を正確に制御するフィードバック制御システムを組み込んでいることです。
サーボプレスの主要部品は以下の通り：
サーボシステムにより、印刷機の性能パラメーターをかつてないほど制御することができる：
このレベルの制御は、従来の機械式プレスや油圧式プレスに比べ、いくつかの利点がある：
サーボプレスは、金属成形技術における重要な進歩であり、メーカーはプレス加工においてより高い精度、生産性、工程の最適化を達成することができます。
ACサーボプレスの構造は、メインドライブシステム、アクチュエータ、補助機構の3つの主要コンポーネントで構成されています。主駆動システムは、サーボモーターからアクチュエーターにエネルギーを伝達する役割を担っており、ギア、ベルト、スクリュー、油圧システムなど様々な伝達方式を利用する。
鍛造プロセスを実行するためにスライダの往復運動を駆動するアクチュエータは、通常、クランクスライダ機構またはクランクウェッジ機構のいずれかを採用している。この部品は、サーボモーターの回転運動を鍛造作業に必要な直線力に変換するために重要です。
信頼性を高め、工程能力を拡張するために、ACサーボプレスには補助機構が組み込まれています。このサブシステムには、スライドの重量を相殺するためのバランスシリンダー、緊急停止と保持位置のためのブレーキ、メンテナンスと金型交換のためのジャッキ装置、正確な制御と監視のための位置検出装置などのコンポーネントが含まれます。
サーボプレスの主な駆動方式は、サーボモータの駆動方式により、直接駆動方式と減速機付き駆動方式に分類される。ダイレクトドライブ方式は、低速・高トルクのサーボモータをアクチュエータに直結して駆動する方式である。この方式は、構造が簡単で、伝達効率が高く、低騒音であるなどの利点がある。しかし、ダイレクトドライブシステムはトルク出力が制限されるため、一般的に300トン以下の小トンのサーボプレスに適用が制限される。
一方、市販のサーボプレスの大半は、減速機構と増力機構を組み合わせた主駆動システムを採用している。このアプローチにより、高速で低トルクのサーボモーターを使用して、しばしば1000トンを超えるような大きなトン数のプレス機に動力を供給することができる。この構成では、3つの主要な伝動構造が普及している：
これらの構造は、速度を下げながらモータのトルクを効果的に増幅し、大きな力に対する正確な制御を可能にします。減速機付き高速サーボモーターを利用する能力は、プレスの大容量化を可能にするだけでなく、動的応答とエネルギー効率の改善ももたらします。この設計思想は、サーボ技術の利点と産業用鍛造およびスタンピング作業に必要な力を組み合わせたものであり、サーボプレス開発の現在のトレンドを表しています。
表1 プロジェクト・パラメーターの比較
| プロジェクト | ロボット自動ライン | シングルアームマニピュレーター自動ライン | クロスバー・ダブルアーム・トランスミッション高速ライン | シングルスライダー・マルチステーション生産ライン | |
|---|---|---|---|---|---|
| シングル ライン・オートメーション コスト | 約1200万元 | 約2000万元 | 約3000万元 | 約1500万元 | |
| ライン速度 / SPM | 5~10 | 6~12 | 10~15 | 12~25 | |
| 生産への適用性 | 多品種少量生産 | 多品種、中ロット | 多品種・大量 | 多様性、質量 | |
| 生産の柔軟性 | 高い | 一般的に | 一般的に | ロー | |
| 生産の安定性 | ロー | 一般的に | 高い | ||
| 金型交換時間/分 | 15 | 15 | 5 | 5 | |
| プレスの条件 | 動作モード | シングルタイム | シングルタイム | シングル、連続 | 連続性 |
| プレス間隔／M | 6.5~8 | 6~9 | 4.5~7 | ／ | |
| スライダーストローク | 小さい | もっと見る | 大きい | 大きい | |
| 金型の高さ | 小さい | もっと見る | 大きい | 大きい | |
表1に示すように、クロスバーダブルアーム式トランスミッション高速ラインのビートは10～15ストローク／分（SPM）である。サーボプレスを使用することで、高速ラインのビートを最大18SPMまで上げることができる。
図1に示すように、サーボプレスは特定の状況に応じて異なるカーブを設定する能力を備えている。
図1 サーボプレスはさまざまなカーブを設定できる
図2は、加速時と減速時のパワーフローを示している。
図2 運転中のサーボモータの電流の流れ方向
図3に示すように、低絞り速度はダイスへの衝撃を低減し、ダイス寿命の向上とダイスコストの削減につながる。
図3 描画速度の模式図
設備を小型化することで、工場やインフラなどの設備投資を減らすことができる。図4に示すように、4連式プレスを例にとると、従来の 機械プレス 生産ラインはマルチリンク・プレス1台と偏心プレス3台で構成され、基礎の長さは約25メートル。これに対し、サーボプレス4台で構成される生産ラインでは、基礎の長さは約16メートルで済む。
図4 従来の機械プレスとサーボプレスの比較
について ストローク を生産に必要な最小値に設定することができ、加工内容に適した成形速度を維持することができる。
1) フルストロークモード → 下死点精度は±0.02mm。
2) ハーフストロークモード（振り子モード） → 下死点精度は±0.02mmに達し、SPMを向上。
3) リバース・モード → 下死点精度±001mm。
クローズドループフィードバック制御により、下死点の精度を確保し、製品にバリが発生するのを抑え、不良品の発生を防ぎます。
サーボ独自の自動ダイハイト補正機能：
を使用することにより、スライダーの位置変化を測定し、プリセット値の±0.01mmに補正することができる。 線状格子 各ストロークで目盛りを変え、高い下死点精度を確保している。
リニアグレーティング定規の位置
サーボ下死点自動補正機能により、長時間の生産でも下死点精度±0.01mmを確保し、高い歩留まりを実現している。
低ノイズモードは、スライダーとの接触速度を下げる。 板金従来の機械式プレスに比べ、騒音が大幅に低減されている。
さらに、ダイスの振動は最小限に抑えられ、耐用年数の延長につながる。
ユーザーはこの機能を使って、加工技術に適したカスタマイズされたスライダー移動モードを作成し、製品の精度と安定性を向上させることができる。
これにより、金型寿命と生産性が向上し、静かなブランキングと、以下のような幅広い素材の加工が可能になります。 マグネシウム合金.
サーボプレスは、ブランキング、延伸、エンボス、曲げなどの工程に使用でき、さまざまな材料に対応した性能曲線を提供できます。圧力を維持したままスライダーを一時停止できるため、成形されたワークの品質が向上します。
フライホイールやクラッチなど、従来の機械式プレスのエネルギーを消費する部品が廃止され、駆動部品が減り、機械式トランスミッションの構造が簡素化された。
潤滑油の必要性が減り、ストロークが制御できる。モーター消費量の削減は、運転コストの大幅な削減につながります。
サーボパンチは主に、絞り加工、ブランキング、曲げ加工、冷間鍛造、エンボス加工、金型検査などの生産工程で使用される。
を活用している。 PLC制御デジタル技術とフィードバック制御方式により、サーボパンチは高度な精密制御を提供します。これには、プレススライダーの位置を制御する能力も含まれます。
モニタリングシステムと補正制御により、スライダーの位置を±0.01mmの精度で制御できます。モーションモードはプログラム可能で、スライダーの速度と軌道を制御できます。
これにより、スタンピング速度、騒音、振動が低減され、スタンピング作業環境が改善され、金型の寿命が延びる。
さらに、スライダーの出力力を最大出力力の±1.6%の精度で制御できる。これにより、高強度の スチールおよびアルミニウム合金 自動車業界のプレート。
マグネシウム合金、アルミニウム合金、チタン合金のような成形が難しい素材は、以下の組み合わせによって成形が容易になる。 金型設計 および周辺システムの制御。
トグル式サーボ構造
クランクシャフト・ダイレクトドライブ・サーボ構造
図5は、シュラーのダブルサーボボトムドライブマルチステーションプレスである。
図5 シューラーダブルサーボボトムドライブプレス
ダブルサーボボトムドライブプレスは、左右2つのサーボモーターによって駆動される。これらのモーターは、両側にある4つのガイドコラムを駆動し、スライディングブロックの移動を可能にします。
左右に独立した伝動機構があるため、図6に示すようにテーブルの左右寸法が大きく、大型テーブルや高トンのプレス機に適している。
図6 ダブルサーボマルチステーションプレス
ダブルサーボボトムドライブプレスは、2組のサーボモーターの精密制御により、左右のスライダーの同期移動を実現。
スライダーに偏心荷重がかかった場合、電気制御によってスライダーの平行度を調整できるため、ユーザーの要求に柔軟に対応できる。
一般的なプレスに比べ、ボトムドライブプレスは偏心荷重の強度と精度曲線が優れています。精度の要求を満たしながら、偏心荷重に対する耐性が向上し、偏心荷重をかける面積が広くなっています。
製造業の競争激化に伴い、高精度・高品質な製品を効率よく生産できるサーボプレスの需要が高まっている。この需要は、サーボプレスのユニークな利点が、将来の鍛造機械開発の軌跡と密接に合致していることが原動力となっている。
サーボプレスには、以下のような多くの利点がある：
サーボプレスは、ストロークと成形速度を動的に調整できるため、成形工程をきめ細かく制御できます。この正確な制御により、下死点の精度が非常に高くなり、製品バリの発生が大幅に減少します。さらに、最適化されたモーションプロファイルにより金型振動が減少するため、金型寿命が延び、金型コストを削減し、総合的な設備効率（OEE）を向上させます。
サーボプレスの革新的な設計は、従来の機械式プレスからのパラダイムシフトを象徴しています。フライホイール、クラッチ、ブレーキなどのコンポーネントを排除することで、サーボプレスは機械の運転コストを削減するだけでなく、メンテナンス要件を最小限に抑え、信頼性を向上させます。このように駆動系が簡素化されることで、よりコンパクトな設計が可能になり、スマートな製造環境への統合が容易になります。
インダストリー4.0とスマート・マニュファクチャリングへの取り組みが勢いを増す中、サーボプレスは主要な製造部門でますます重要な役割を果たすようになっています。その適応性と精度は、以下のような産業で特に価値を発揮します：
さらに、サーボ・プレス・システム固有のデータ収集・分析機能は、予知保全やリアルタイムのプロセス最適化のトレンドに合致しており、精密製造分野での魅力をさらに高めている。
まず、サーボプレスに要求される精度を考えてみよう。
精度とは、印刷機が指定された圧力と位置のセットポイントを達成する精度を指します。ドライバの分解能、圧力トランスデューサの感度、サーボモータの精度、システム全体の応答時間など、いくつかの要因に影響されます。
サーボモーターとドライバーの制御技術が成熟し、より統合されるにつれて、サーボプレスの再現性は著しく向上した。これにより、さまざまな産業や工程での応用が広がっている。
高い精度が要求される用途では、プレスの構成に細心の注意を払う必要があります。評価すべき主なコンポーネントは以下の通り：
第二に、サーボプレスの構造設計を考える。
メーカー各社は、さまざまな用途に合わせてさまざまなサーボプレス構造を提供しています。一般的な構成は以下の通り：
プレス構造の選択は、ワークピースのサイズ、必要なアクセス、利用可能な床面積、およびプロセス要件などの要因に基づいて行われるべきである。
サーボプレスは、以下のような幅広い機能を果たすことができる：
各機能は、特定の構造的特徴や能力を必要とする場合があります。例えば、深絞り作業では、単純なスタンピングアプリケーションと比較して、より長いストロークとより高いトン数能力を持つプレスが必要になるかもしれません。
サーボプレスを選択する際には、お客様の特定の製品とプロセス要件を分析することが非常に重要です。以下のような要素を考慮してください：
これらの要素を慎重に評価し、利用可能なサーボプレスオプションに適合させることで、金属成形作業において最適な性能、効率、品質を確保することができます。
スタンピング業界は、サーボプレス技術の登場によって大きな変革の端緒に立っている。この技術革新は、スタンピング企業の競争力を大幅に強化し、スタンピング産業の様々な分野にわたる発展を促進することを約束します。
サーボプレス技術の可能性は計り知れないが、その普及には課題がある。多くのメーカーがサーボプレスのコア技術を不完全に習得しているため、この技術は依然として資本集約的であり、場合によっては経営的に不安定である。この技術格差は、小規模で利益率の低いスタンピング企業、特に現在の景気減速と自動車中心の製造部門における収益性の低下という状況の中で、障壁を生み出している。
しかし、経済状況が改善するにつれて、サーボプレスの需要は急増すると予測されている。業界のリーダーたちは、今後5～10年以内に費用対効果が高く信頼性の高いサーボプレスソリューションを開発すると予想され、これによってスタンピング業界全体の競争力が高まる可能性が高い。プレスドライブにACサーボモーターを統合することはパラダイムシフトを意味し、前例のないレベルの柔軟性、インテリジェンス、運用効率を提供する。この技術的飛躍は、次世代成形装置開発の軌跡と一致している。
サーボプレス市場は急速な進化を遂げようとしている。関連技術が成熟し、輸入製品との競争が激化するにつれ、サーボ技術の市場価格が大幅に引き下げられると予想される。この価格調整と技術の進歩が相まって、より広範な成形機用途でサーボプレスの採用が加速すると予想される。
サーボプレス技術の今後の展望を左右する主な要因には、以下のようなものがある：
技術が成熟し、より身近になるにつれて、サーボプレスは金属成形工程の生産性、精度、多用途性を再定義し、最終的に世界のプレス業界の競争環境を再形成することになる。
MachineMFGの創設者として、私は10年以上のキャリアを金属加工業界に捧げてきました。豊富な経験により、板金加工、機械加工、機械工学、金属用工作機械の分野の専門家になることができました。私は常にこれらのテーマについて考え、読み、執筆し、常にこの分野の最前線にいようと努力しています。私の知識と専門知識をあなたのビジネスの財産にしてください。
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