冲裁装置的制作方法

1.本公开涉及对金属、塑料、复合材料等被加工物进行冲裁的冲裁装置、以及剪切加工装置。


背景技术：

2.使用精密对位了的一对模具对板状的材料进行冲裁的方法是极为通常的方法，且在产业领域中被广泛地使用。然而，该领域中的技术虽然与时俱进，但本质的课题大多没有改变。
3.众所周知，关于由阴阳一对构成的模具的冲头与冲模的最佳间隙，其根据冲裁对象的材料厚度而变化，作为其具体的数值，以材料厚度的7％左右为间隙的值。近年来，存在将厚度为30微米以下的非品态金属、薄膜树脂作为加工对象的情况，在这样薄的材料中，模具的间隙为1～3微米。由于间隙值是在模具组装后实现的值，因此无法超过各要素部件的加工精度、再现性。此外，现状下没有实用的对模具组装后的间隙值的精度确认的方法。特别是，模具组装后的间隙精度由于与模具寿命、加工品质具有较强的相关性，因此非常重要。然而，对于这些模具的高精度的组装技术，委任给熟练技术人员自不必说，但也没有确立定量化的技术。因此，在模具组装后进行冲裁试验而发现了异常的情况下，通常再次拆开模具，对各部分进行切削等并重新进行组装调整。
4.在冲头与冲模产生了对准误差的情况下，冲头与冲模的间隙不一样，同样，加工品质也不一样。虽然根据间隙的不均匀程度而不同，但预计工具寿命也会变短。另外，在对准误差相对较大的情况下，冲头与冲模产生碰撞而立即被损坏。
5.一般而言，模具部件的加工精度的累积值成为轴心的偏移，因此在初次的组装调整中，很少成为没有对准误差的状态。
6.鉴于这样的现状，提出了一种能够容易地进行对准以在模具组装后使冲头与冲模成为同芯的冲裁装置(参见专利文献1)。对专利文献1所记载的使冲头和冲模成为同芯的调整方法进行说明。
7.在专利文献1所记载的公开内容中提及了若产生位置偏移则冲裁载荷大。另一方面，提及了在没有产生位置偏移的情况下载荷小。即，若在产生了冲头与冲模的对准误差的状态下进行冲裁加工，则加工阻力变高。另一方面，若在没有对准误差的状态下进行冲裁加工，则加工阻力变低。专利文献1记载了如下内容：由于加工阻力值的大小如上述那样根据对准误差的有无而变化，因此为了使加工阻力值最小，操作设置于冲模下方的位置调整部而以1微米以下的精度来调整轴心的偏移即可。
8.现有技术文献
9.专利文献
10.专利文献1：日本特开2015-178129号公报


技术实现要素：

11.本公开的一个方案的冲裁装置利用对置的冲头和冲模对平板状的被加工物进行冲裁，其中，所述冲裁装置具备：至少四个传感器，其配置在与冲裁方向正交的同一平面上，并对三个轴向的载荷进行计测；驱动台，其在与所述冲裁方向正交的两个轴向、以及绕所述冲裁方向的旋转方向上驱动被装载的所述冲模及所述传感器；以及控制部。
附图说明
12.图1a是冲裁加工中的冲头与冲模的对准误差的概念图。
13.图1b是冲裁加工中的冲头与冲模的对准误差的概念图。
14.图2a是说明本发明的实施方式1中的平移(x、y)方向的对准误差检测原理的图。
15.图2b是说明本发明的实施方式1中的平移(x、y)方向的对准误差检测原理的图。
16.图3a是说明本实施方式1中的绕z轴的旋转方向的对准误差检测原理的图。
17.图3b是说明本实施方式1中的绕z轴的旋转方向的对准误差检测原理的图。
18.图4是说明本实施方式1中的载荷传感器的配置例的图。
19.图5a是说明本实施方式1中的校正方法的图。
20.图5b是说明本实施方式1中的校正方法的图。
21.图6是说明本实施方式1中的三轴(x、y、γ)驱动台的例子的图。
22.图7是说明在本实施方式1中的三轴驱动台之上配置有载荷传感器的例子的图。
23.图8a是说明本实施方式1中的使冲头和冲模轴心一致的调整例的图。
24.图8b是说明本实施方式1中的使冲头和冲模轴心一致的调整例的图。
25.图9是说明本实施方式1中的冲裁装置的例子的图。
26.图10是说明本实施方式1中的三轴驱动台的控制方法的例子的图。
27.附图标记说明：
[0028]1ꢀꢀꢀ
冲头
[0029]2ꢀꢀꢀ
冲模
[0030]3ꢀꢀꢀ
被加工物
[0031]4ꢀꢀꢀ
加工物
[0032]5ꢀꢀꢀ
载荷传感器
[0033]6ꢀꢀꢀ
三轴驱动台
[0034]
6a
ꢀꢀ
框架
[0035]
6b
ꢀꢀ
可动部
[0036]
6c
ꢀꢀ
压电元件
[0037]
6d
ꢀꢀ
距离传感器
[0038]
11
ꢀꢀ
冲裁装置
[0039]
12
ꢀꢀ
伺服马达
[0040]
13
ꢀꢀ
上板
[0041]
14
ꢀꢀ
可动板
[0042]
15
ꢀꢀ
架台
[0043]
16
ꢀꢀ
杆
[0044]
17
ꢀꢀ
滚珠丝杠
[0045]
18
ꢀꢀ
控制器
[0046]
21
ꢀꢀ
上模
[0047]
22
ꢀꢀ
下模
[0048]
23
ꢀꢀ
推板
[0049]
24
ꢀꢀ
推板弹簧
[0050]
25
ꢀꢀ
基板
[0051]
31
ꢀꢀ
计算机
[0052]
32
ꢀꢀ
间隙传感器
[0053]
33
ꢀꢀ
间隙传感器放大器
[0054]
34
ꢀꢀ
载荷检测装置
[0055]
35
ꢀꢀ
压电元件控制器。
具体实施方式
[0056]
在以往的结构中，在不明确其冲裁时是否产生了对准误差的状态下即使对冲裁载荷进行了测定，也难以判断载荷是大还是小。若不与某个载荷值进行比较，则无法判断冲裁载荷的大小。即，在该以往例中，存在不能从根本上判断有无产生对准误差这样的致命缺陷。而且，即使能够判断出“存在对准误差”，也存在完全不知道在哪个方向上移动何种程度的距离能够消除对准误差这样的问题。因此，即使如以往例那样在模具内内置了高精度的调整构件，也不能通过该调整构件来消除冲头与冲模的偏移。
[0057]
除此之外，在以往例中，由于在冲模的正下方设置有位置调整部，因此存在不能将冲裁而形成的“冲裁废料”向模具外排出这样的问题，并且在这种状态下，作为一般的冲裁装置，不能在批量生产现场中使用。
[0058]
本公开用于解决上述以往的课题，其目的在于提供通过求出冲头与冲模的对准误差的大小和方向而能够短时间地消除对准误差的冲裁装置。
[0059]
本公开的冲裁装置利用对置的冲头和冲模对平板状的被加工物进行冲裁，其中，所述冲裁装置具备：至少四个传感器，其配置在与冲裁方向正交的同一平面上，并对三个轴向的载荷进行计测；驱动台，其在与所述冲裁方向正交的两个轴向、以及绕所述冲裁方向的旋转方向上驱动被装载的所述冲模及所述传感器；以及控制部。
[0060]
如上所述，根据本公开的冲裁装置及方法，通过求出冲头与冲模的对准误差的大小和方向，能够短时间地消除对准误差。具体而言，这样，冲裁装置通过具备四个三个轴向(x轴、y轴、z轴)的载荷测定器，除了三个轴向的平移力之外，还能够运算绕三个轴(α轴、β轴、γ轴)的力矩(mx、mv、mz)。通过根据其结果运算合力矢量，能够通过计算求出产生了冲头与冲模的对准误差的情况下的偏移方向。
[0061]
并且，在本方案的冲裁装置中，搭载有能够在x轴、y轴、γ轴(绕z轴)方向上可动的三轴驱动台。若使用该三轴驱动台，则能够求出产生了上述冲头与冲模的对准误差的情况下的影响系数。即，由于求出偏移量与载荷的关系，因此求出用于消除偏移的移动量。因此，能够基于由搭载的载荷测定器求出的平移力、力矩来调整冲裁装置的冲头与冲模的偏移。由此，能够提供有助于高品质的冲裁加工的冲裁装置。由于在三轴驱动台的中央部设置有
贯通孔，因此能够将冲裁而形成的废料(或产品)以与以往同样的方法排出。
[0062]
在本公开的第二冲裁装置中，所述控制部进行如下步骤：取得步骤，在该取得步骤中，从所述传感器取得在第一冲裁时产生的载荷中的、与所述冲裁方向正交的一个轴向的载荷；存储步骤，在该存储步骤中，存储所述第一冲裁时的所述冲头与所述冲模的相对位置；驱动步骤，在该驱动步骤中，驱动所述驱动台，以使所述冲头与所述冲模的相对位置在所述一个轴向移动规定的距离；以及再取得步骤，在该再取得步骤中，从所述传感器取得在所述驱动步骤之后的第二冲裁时产生的载荷中的、与所述冲裁方向正交的一个轴向的载荷，由此进行所述一个轴向的校正。
[0063]
通过实施本步骤，在一个轴向上产生了对准误差的情况下，根据一个轴向的载荷变化，能够算出为了消除对准误差而应移动的距离。
[0064]
在本公开的第三冲裁装置中，所述控制部基于在所述取得步骤及所述再取得步骤中取得的载荷、以及所述规定的距离来算出所述一个轴向上的每单位距离的载荷变化量。
[0065]
通过进行该一系列的操作，成为求出冲头与冲模偏移了的情况下的影响系数的操作。即，进行在偏移的方向上产生了对准误差的情况下的校正。
[0066]
在本公开的第四冲裁装置中，所述控制部基于从所述传感器取得的、在冲裁时产生的与所述冲裁方向正交的一个轴向的冲裁载荷以及所述载荷变化量来驱动所述驱动台，以使所述冲头与所述冲模的相对位置在所述一个轴向上向减小所述冲裁载荷的方向移动。
[0067]
通过实施本步骤，由于求出冲头与冲模的对准误差的方向和距离，因此通过在该方向上驱动三轴驱动台，能够使冲头和冲模的轴心完全一致。
[0068]
在本公开的第五冲裁装置中，所述控制部进行如下步骤：算出步骤，在该算出步骤中，基于第一冲裁时产生的所述冲裁方向的载荷来算出绕与所述冲裁方向正交的第一轴方向的力矩；存储步骤，在该存储步骤中，存储所述第一冲裁时的所述冲头与所述冲模的相对位置；驱动步骤，在该驱动步骤中，驱动所述驱动台，以使所述冲头与所述冲模的相对位置在与所述冲裁方向及所述第一轴方向正交的第二轴方向移动规定的距离；以及再算出步骤，在该再算出步骤中，基于在所述驱动步骤之后的第二冲裁时产生的所述冲裁方向的载荷来算出绕所述第一轴方向的力矩，由此进行所述第一轴方向的校正。
[0069]
通过实施本步骤，在第一轴方向上产生了对准误差的情况下，根据绕第一轴的力矩变化，能够算出为了消除对准误差而应移动的第一轴方向的距离。
[0070]
在本公开的第六冲裁装置中，所述控制部基于在所述算出步骤及所述再算出步骤中算出的力矩、以及所述规定的距离来算出所述第一轴方向上的每单位距离的力矩变化量。
[0071]
通过进行该一系列的操作，成为求出冲头与冲模偏移了的情况下的影响系数的操作。即，进行在偏移的方向上产生了对准误差的情况下的校正。
[0072]
在本公开的第七冲裁装置中，所述控制部基于从所述传感器取得的、在冲裁时产生的所述冲裁方向的载荷以及所述力矩变化量来驱动所述驱动台，以使所述冲头与所述冲模的相对位置在所述第一轴方向上向减小所述力矩的方向移动。
[0073]
通过实施本步骤，由于求出冲头与冲模的对准误差的方向和距离，因此通过在该方向上驱动三轴驱动台，能够使冲头和冲模的轴心完全一致。
[0074]
在本公开的第八的冲裁装置中，所述控制部进行如下步骤：冲裁算出步骤，在该冲
裁算出步骤中，基于第一冲裁时产生的与所述冲裁方向正交的两个轴向各自的载荷来算出绕所述冲裁方向的力矩；存储步骤，在该存储步骤中，存储所述第一冲裁时的所述冲头与所述冲模的相对位置；驱动步骤，在该驱动步骤中，驱动所述驱动台，以使所述冲头与所述冲模的相对位置绕所述冲裁方向旋转规定的角度；以及冲裁再算出步骤，在该冲裁再算出步骤中，基于在所述驱动步骤之后的第二冲裁时产生的与所述冲裁方向正交的两个轴向各自的载荷来算出绕所述冲裁方向的力矩，由此进行绕所述冲裁方向的校正。
[0075]
通过实施本步骤，在产生了轴心的绕冲裁方向的旋转偏移的情况下，根据绕冲裁方向的力矩变化，能够算出旋转偏移后的冲裁方向的角度。
[0076]
在本公开的第九冲裁装置中，所述控制部基于在所述冲裁算出步骤及所述冲裁再算出步骤中算出的力矩、以及所述规定的角度来算出绕所述冲裁方向的每单位角度的冲裁力矩变化量。
[0077]
通过进行该一系列的操作，成为求出冲头与冲模偏移了的情况下的影响系数的操作。即，进行在偏移的角度上产生了对准误差的情况下的校正。
[0078]
在本公开的第十冲裁装置以及方法中，所述控制部基于冲裁时产生的绕所述冲裁方向的力矩以及所述冲裁力矩变化量来驱动所述驱动台，以使所述冲头与所述冲模的相对位置绕所述冲裁方向且向减小所述力矩的方向旋转。
[0079]
通过实施本步骤，由于求出冲头和冲模的、绕冲裁方向的旋转偏移的角度，因此通过在该方向上驱动三轴驱动台，能够使冲头和冲模的角度偏移完全一致。
[0080]
本发明在要求越来越高精度化的冲裁加工中，通过对由熟练技术人员的经验和庞大的时间达成的高精度的组装技术进行数值管理、控制，从而使模具组装精度接近模具构件的加工精度。其结果是，由于冲裁模具的组装精度飞跃性地提高，因此能够提供高精度的冲裁部件。此外，发现了由于模具寿命的偏差减少，因此模具的维护周期、成本管理变得非常容易这样的附属效果。
[0081]
(实施方式1)
[0082]
以下，使用附图对实施方式1中的冲裁装置进行说明。图1a及图1b是说明在冲裁加工中使用冲头1和冲模2对被加工物3进行冲裁时所产生的对准误差(以下，根据情况，关于x、y轴称为“偏心”误差，关于γ轴称为“旋转”误差)的图。在图1a中示意性地描绘了冲裁加工时的侧面剖视图，在图1b中示意性地描绘了冲裁后的俯视图。冲裁模具由熟练的技术人员组装，但一般在要求冲头1与冲模2的间隙为10微米以下的精度的情况下，即使没有干涉而碰撞的情况，也没有测定间隙均匀的技术。即，成为如图1b所示那样冲头1与冲模2的间隙不一样的状态。更何况，关于近来的、间隙为3微米以下的组装精度的要求，由于接近模具部件的单体加工精度，因此非常困难，即使能够实现也需要很长的时间。
[0083]
若在这样的状态下开始批量生产的冲裁加工，则在冲裁后的加工物4产生超出标准范围的毛刺，而成为不合格的原因。但是，由于毛刺这样的不合格容易被注意到，因此在成为问题的情况下，会进行基于模具的重新组装等的再调整。另一方面，有时产生冲头1、冲模2的模寿命短这样的问题。若模寿命比本来的设计寿命短，则制造成本上升。因此，为了始终维持稳定的制造成本，极力减少与模具的组装伴随的误差变得重要。
[0084]
对于图1b所示的冲头1与冲模2的间隙不均匀的对准误差，可以认为有x平移方向、y平移方向、绕z轴的旋转方向(γ轴)、绕x轴的旋转方向(α轴)、绕y轴的旋转方向(β轴)这五
个自由度的误差。然而，由于冲裁后的冲头1与冲模2的干涉量(压入深度)在实际的冲裁加工中一般为被加工物厚度的2、3倍左右，且α轴(后述的mx的输出)、β轴(my的输出)的误差成为问题的情况在实际应用中很少，因此，以下对x平移(后述的x)、y平移(后述的y)、γ轴旋转(后述的mz)这三个自由度的误差的检测方法、消除方法进行说明。然而，在以下详述的本方案的结构中，当然也能够对α旋转、β旋转的误差同样地进行检测。
[0085]
通常如图1b所示，冲头1与冲模2的对准误差一般同时包含x平移、y平移、γ轴旋转这三个误差，但在此对它们分别地进行说明。
[0086]
在图2a及图2b中示出x、y平移方向的对准误差检测原理。在图2a中示出冲模2相对于冲头1偏心了δx的状态。在此，为了简化问题，示出冲头1与冲模2的中心轴仅在x轴方向上产生偏心而在y轴方向、γ轴旋转方向上没有误差的状态。
[0087]
接下来，在图2b中示出平移误差的检测原理。在该图中的上段的[检测原理a]中，检测进行冲裁时产生的平移方向(在该例中为x轴方向)的载荷即可。若在冲头1与冲模2被偏心地设定的状态下进行冲裁加工，则在冲头1与冲模2之间产生欲使冲模2离开冲头1的平移力(图中为x方向的载荷)，但在右侧和左侧在相反方向上产生平移力。然而，若冲头1与冲模2产生偏心，则偏向的一侧的平移力变大，因此若在冲模2的下方设置载荷传感器(未图示)，则能够检测到平移力。换言之，在冲头1与冲模2未产生偏心的情况下，进行冲裁加工时产生的平移力在右侧和左侧相互平衡。因此，在冲模2下方的平移力为零的情况下，认为未产生偏心。
[0088]
在图2b的下段记载[检测原理b]。在此，利用在冲头1与冲模2之间产生的冲裁载荷。具体而言，若在冲头1与冲模2被偏心地设定的状态下进行冲裁加工，则在冲模2的右侧的切削刃部和左侧的切削刃部产生冲裁载荷。由于冲头1与冲模2产生偏心，所以偏向的一侧的冲裁载荷变大。因此，若在冲模2的下方设置载荷传感器(未图示)，则能够检测到在左侧产生的冲裁载荷和在右侧产生的冲裁载荷。根据该检测出的冲裁载荷，能够算出该图的例子中绕y轴(β轴)的力矩。换言之，在冲头1与冲模2没有偏心的情况下，在冲裁加工时产生的左右的冲裁载荷在右侧和左侧为相同的值。因此，在冲模2下方的力矩为零的情况下，认为未产生偏心。
[0089]
在图3a及图3b中示出γ轴(绕z轴的旋转方向)的误差检测方法。在此，板状的被加工物没有被描绘。图3a是仅产生了γ轴的误差的示意图。在图3b中，由于仅产生γ轴的误差，因此当进行冲裁加工时，相应于冲头1与冲模2的间隙而产生在x-y面内的冲裁载荷，且其结果如图中所示那样呈现为绕z轴(γ轴)的力矩(mz)。因此，若检测出在x-y面内的冲裁载荷，则能够通过计算求出力矩mz。
[0090]
在图4中示出本方案的载荷传感器的配置例。载荷传感器5(a～d)能够计测三个轴向的载荷，并且被设置在包含冲模2的下模22的下方。进行冲裁时而在冲模2产生的载荷经由下模22作用于四个载荷传感器5。关于载荷传感器5的配置，若相对于冲模2的重心对称地配置，则在后面详述的力矩的计算变得容易。在图4的例子中，相对于y轴对称地隔开距离a、并且同样地相对于x轴对称地隔开距离b而配置有四个传感器。当然，只要载荷传感器的数量至少为三个，就能够实现与本方案同样的功能。
[0091]
x轴方向的载荷x如以下的公式1所示，是将四个载荷传感器5的x方向分量合计而得到的值。
[0092]
x＝x1 x2 x3 x4……
(1)
[0093]
y轴方向的载荷y如以下的公式2所示，是将四个载荷传感器5的y方向分量合计而得到的值。
[0094]
y＝y1 y2 y3 y4……
(2)
[0095]
z轴方向的载荷z即为冲裁载荷z。载荷z如以下的公式3所示，为将四个载荷传感器5的z方向分量合计而得到的值。
[0096]
z＝z1 z2 z3 z4……
(3)
[0097]
绕x轴(α轴)的力矩mx如以下的公式4所示，根据四个载荷传感器5的z方向分量和距离来计算。
[0098]mx
＝b(z1 z
2-z
3-z4)
……
(4)
[0099]
绕y轴(β轴)的力矩my如以下的公式5所示，根据四个载荷传感器5的z方向分量和距离来计算。
[0100]mz
＝a(z
1-z
2-z3 z4)
……
(5)
[0101]
绕z轴(γ轴)的力矩mz如以下的公式6所示，根据四个载荷传感器5的x方向分量、y方向分量以及距离来计算。
[0102]mz
＝b(x1 x
2-x
3-x4) a(y
1-y
2-y3 y4)
……
(6)
[0103]
当进行冲裁加工时，来自图4所示的四个载荷传感器的输出经由后述的电荷放大器等载荷检测装置34而基于上述计算式被运算，从而六个自由度方向的载荷及力矩被输出。从图4、图5a及图5b可知，在用完全对称结构的模具进行了冲裁加工的情况下，(式(1))、(式(2))、(式(4))、(式(5))、(式(6))的值为零，且仅产生(式(3))的冲裁载荷。如开头所说明的那样，对于作为(式(4))、(式(5))的输出的力矩mx、my，由于在本实施例中不使用，因此不进行进一步的说明。
[0104]
另一方面，由于现实中的模具几乎都具有冲头1与冲模2的对准误差，因此根据(式(1))的x方向的平移力、(式(2))的y方向的平移力、以及(式(6))来输出力矩mz。首先(式(1))、(式(2))的合矢量方向成为在x-y平面内的偏心方向。然而，在这样的状态下，仅知道偏心方向，其偏心量(距离)不明确。对于作为γ轴旋转误差分量的mz也同样，仅知道产生误差的旋转方向，而不确定定量的角度。
[0105]
接下来，以下对求出偏心量(距离)与水平分力的关系的方法(校正方法)进行说明。在图5a及图5b中示出水平分力方向(在该图中为y轴方向)的校正方法。这里的操作使用以图4说明的载荷传感器、以及后述的三轴驱动台(图6、图8a)。另外，在图5a中，虽然进行冲裁加工，但没有将被加工物作为存在的物体描绘出。以下的校正方法由计算机31(参照图9)执行。
[0106]
计算机31首先作为图5a所示的冲模2的初始位置，以相对于冲头1成为y轴方向的中央的方式进行设置(关于设置于该中央的方法，在图8a及图8b中进行说明)，并实施冲裁加工。将此时检测出的y轴方向的平移力(式(2))设为p0。计算机31存储y轴方向的平移力p0。
[0107]
计算机31接下来使用后述的三轴驱动台来使冲模2移动δy1，并在此实施冲裁加工。将此时检测出的y轴方向的平移力设为p1。
[0108]
同样，计算机31使用三轴驱动台来使冲模2移动到-δy2的位置，并在此实施冲裁
加工。将此时检测出的y轴方向的平移力设为p2。
[0109]
计算机31将之前的三次实验结果汇总于图5b作为校正曲线。在该图中，横轴为距离、纵轴为y轴载荷，并绘制三个位置的点。计算机31通过直线(线形近似)、或者由多项式表现的多项式近似将该三个点连结。计算机31也可以算出校正曲线的斜率、即y轴方向上的每单位距离的载荷变化量。当然，为了期待准确，也可以添加更多实验数据来描绘准确的校正曲线。如此一来，y轴方向的微小距离与y轴方向的平移力的关系变得明确。在图5a及图5b中，以y轴为例进行了说明，但对于x轴也能够同样地进行描绘。
[0110]
并且，对于式(6)的力矩mz也能够同样地描绘校正曲线。若与图5b的例子同样地进行说明，则以横轴为绕z轴的微小的旋转角度且纵轴为力矩mz的方式描绘校正曲线即可。该校正曲线的斜率表示绕z轴的每单位角度的力矩mz的变化量。
[0111]
同样，对于以图2b的[检测原理b]说明的方法也能够同样地进行考虑。若与图5b的例子同样地进行说明，则在实施y轴方向的校正的情况下，以横轴为y方向的微小距离且纵轴为绕x轴的力矩mx的方式描绘校正曲线即可。
[0112]
同样，在实施x轴方向的校正的情况下，若以横轴为x轴方向的微小距离且纵轴为绕y轴的力矩my的方式描绘校正曲线，则能够进行x轴方向的校正。如此一来，x轴方向的微小距离与力矩my的关系变得明确。
[0113]
在图6、图7中示出在本实施例中使用的三轴驱动台的一例。本驱动台的目的是用于冲头和冲模的对准，因此需要x平移、y平移、γ轴旋转这三个轴可动。并且，由于驱动台的可动单位是模具的组装调整水平，因此1微米自不必说，当然还具有0.1微米以下的分辨率。然而，由于是在冲裁加工中使用，因此在可动面的z轴方向(冲裁轴方向)上，虽然也取决于加工对象物，但当然会产生10000n以上的冲击载荷。因此，作为三轴驱动台的结构，不能说只要精密地移动即可。对于即使被施加冲击性的冲裁载荷也会损坏或者即便不损坏也容易弹性变形的结构，不能用于冲裁加工用途。另外，优选在搭载模具的可动面的中央部开设有贯通孔。这是因为，需要将冲裁废料(根据情况有时为产品本身)排出并使其向下方落下的孔。因此，如一般的可动台那样，在为了在可动部的中央内置进给机构(例如，滚珠丝杠)而设置了中空部的结构中，刚性表面、必须有中央部的贯通孔等的要求规格无法满足。图6所示的三轴驱动台是满足上述要求规格的结构，且被认为适于冲裁加工用途，因此以下详细地进行说明。
[0114]
在图6中示出三轴驱动台6的基本结构。在板状的框架6a的内部具有可动部6b，该可动部6b在中央具有贯通孔部。可动部6b如后述那样为能够搭载载荷传感器、下模(包含冲模)的大小。可动部6b为板状，且是在作为冲裁方向的z轴方向上不具有机构部、中空部的结构。
[0115]
在本方案的三轴驱动台6中，中央的可动部6b经由框架6a和弹性铰链而被支承。并且，成为驱动源的压电元件(pzt)6c经由加压用的弹簧而与框架6a和可动部6b接触。由该压电元件驱动的可动部6b在动作时的位移由距离传感器6d测量。
[0116]
如图6所示，在y轴方向上为对置配置的两个压电元件和一个位移传感器的组。在x轴方向上为如图6那样对置配置的四个压电元件与两个位移传感器的组合。γ轴旋转可通过驱动配置于x轴方向的压电元件来赋予旋转动作。同样，对于γ轴的旋转角度，可利用配置于x轴的两个位移传感器来精度良好地检测旋转角度。另外，对于这些一系列的动作，当
然由设置于外部的压电元件控制器35来控制。
[0117]
图7是示出设置在三轴驱动台6之上的四个载荷传感器、和进而在它们之上配置的下模22，并以使冲头1和冲模2的配置清楚的方式而描绘的图。在本方案中，当如上述那样进行冲裁加工时，能够按以下方式动作：由设置于下模下方的四个对三个轴的载荷进行检测的载荷传感器5检测载荷，通过未图示的运算装置算出其结果并使三轴驱动台动作，以成为消除冲头1与冲模2的对准误差的位置。例如，计算机31也可以检测y轴方向的冲裁载荷。计算机31也可以基于y轴方向的校正曲线来算出y轴方向的每单位距离的载荷变化量。计算机31也可以基于检测出的冲裁载荷及载荷变化量，来确定冲裁载荷变得较小的位置。为了消除对准误差，计算机31也可以驱动三轴驱动台6而使冲头1与冲模2的相对位置移动到所确定的位置。计算机31也可以在x轴方向及γ轴方向上执行类似的处理。在γ轴方向的情况下，计算机31也可以确定力矩变得较小的角度。为了消除对准误差，计算机31也可以使冲头1与冲模2的相对角度移动到所确定的角度。
[0118]
图8a及图8b是能够由本方案的冲裁装置的结构实现的、消除冲头1与冲模2的对准误差的例子。该例子是与图2a、图2b、图3a及图3b不同的方法。图8a是对准误差调整方法的示意图，图8b示出进行该对准误差调整时的位移量与载荷的关系。由于通过本方法进行的对准调整操作不实施冲裁加工，因此不需要被加工物。如图8a所示，本调整操作在以下状态下实施，即在冲裁装置内且在三轴驱动台6之上设置有四个载荷传感器5，并且在它们之上安装有下模22、以及未图示的上模21、冲头1。
[0119]
图8a在将冲头下降到插入冲模中的位置(例如冲裁加工时的“下止点”)的状态下实施。从该状态起，当例如在y方向上一点一点地(例如，每0.5微米)动作时，冲头1与冲模2的内壁面两者相互接触。若监测并输出此时的载荷传感器5的值，则能够描绘如图8b所示那样的图。在横轴描绘由三轴驱动台移动的距离，在纵轴描绘移动方向的载荷传感器5的输出值。在冲头1与冲模2之间存在间隙，例如即使使三轴驱动台以0.5微米的步骤动作，也不会立即接触。在冲头1与冲模2不接触的位置处，载荷为零。然而，当它们接触时，载荷上升，因此容易判别在哪个位置处接触了。在图8b的例子中，可知-2至3微米之间的5微米为冲头1与冲模2的间隙。由此可知哪个位置为间隙均等的位置。若在x轴方向上、接着在y轴方向上进行该操作，则作为冲头1与冲模2的对准误差，仅残留绕γ轴的旋转。对于绕γ轴的旋转误差，也能够仅通过使图8b的横轴为旋转角度且纵轴为力矩mz来同样地进行操作。
[0120]
若实施图2a、图2b、图3a及图3b所示的对准误差的检测原理、以及图5a及图5b所示的校正操作，则具有即使在加工中也能够消除对准误差的优点。另一方面，图8a及图8b中的对准误差的消除方法具有不进行冲裁加工就能够在静态下消除对准误差的优点。关于这些方法的组合，由于它们能够在相同的冲裁装置的结构中实施，因此适当选择最佳的方法来实施即可。
[0121]
在图9中示出本实施方式中的冲裁装置。在图9中说明主要结构。
[0122]
在图9中为伺服螺杆式的冲裁装置11。作为本方案中的冲裁装置，不需要为伺服螺杆式，但由于其控制性非常好，因此认为适于实施本方案。伺服螺杆式的冲裁装置11具有设置于上板13部的伺服马达12、与伺服马达12的旋转部结合的滚珠丝杠17、以及在前端的可动板14，且构成为通过伺服马达12正转、反转而使可动板14沿着杆16动作。伺服马达12基于冲裁装置的控制器18的指令而进行旋转动作。
[0123]
在可动板14安装有模具的一半即上模21。上模21的主要结构是内置有冲头1且在前端具有起到材料按压的作用的推板23。推板23利用作为压缩弹簧的推板弹簧24施加规定的初始载荷。
[0124]
在上模21的下方，内置有冲模2的下模22设置在架台15上。架台15是通过四根杆16与上部的上板13连结，紧固于可动板14的上模21与下模22相对上下动作的构造。在对置配置的上模21与下模22之间设置有被加工物3。
[0125]
在下模22的下部设置有四个对三个轴的载荷进行检测的载荷传感器5。并且，载荷传感器紧固于三轴驱动台6的可动部6b。载荷传感器5与设置于外部的载荷检测装置34连接，从而四个载荷传感器5各自的三个轴的载荷值被运算，力矩也被计算。
[0126]
三轴驱动台的框架6a紧固于基板25。在本结构中，三轴驱动台的可动部6b以当压电元件6c移动时而随之在基板25上滑动的方式动作。在基板25与可动部6b之间，由青铜制作基板，以能够实现平滑的动作。如上所述，根据条件不同对可动部施加冲裁载荷为10000n以上的冲击载荷，但正如所见，可动部6b自身为厚板状的金属构件，因此不会产生由于冲裁载荷而成为问题的变形等。另外，作为驱动部的压电元件6c是容易破损的精密部件，但由于配置在不受冲裁加工时的冲裁载荷的影响的位置，因此也不会产生破损。另外，正如图9可见，在冲裁加工时被加工物3被冲裁后而产生的废料从冲模2的内部及下模内部穿过三轴驱动台的可动部6b的中央，进而向下方排出。
[0127]
三轴驱动台的各个压电元件6c、各个距离传感器6d(在此，未图示)与压电元件控制器35连接。
[0128]
接下来，为了高精度地测量可动板14的上下动作，设置有在外部设置的间隙传感器32。该间隙传感器32也与在外部设置的间隙传感器放大器33连接。
[0129]
本方案的实施例所示的控制装置类(18、33、34、35)全部与计算机31连接，在计算机内进行偏心量的运算，并且基于上述运算的结果而对三轴驱动台的移动量进行运算并对各个控制装置进行指令。
[0130]
接下来，关于本方案的对冲裁装置进行的模具设置进行说明。在通常的冲裁模具中，用导向柱将上模与下模连结，上模沿着该导向件上下动作。另一方面，在本方案的冲裁装置中，构成为搭载三轴驱动台6，并且下模相对于上模相对地移动。因此，不仅不需要与通常的模具同样的导向柱，而且阻碍作为冲头1与冲模2的间隙调整功能的移动。替代地，构成为将上模和下模精度良好地搭载于冲裁装置，并利用该冲裁装置的导向柱的精度来确保精度。若初始的精度过差，则有可能开始就产生冲头1与冲模2的碰撞。因此，在搭载上模和下模时，代替上模的冲头而使用具有被称为先导冲头(未图示)的、用于与冲模的粗调的导向功能的冲头，以在冲头1向冲模2插入时不产生碰撞的程度的精度进行组装，然后可靠地进行固定。之后，将先导冲头更换为正式的冲头1。在该状态下，确认冲头1以不与冲模2碰撞的方式插入。具体而言，只要监视载荷传感器5的输出，在冲头1向冲模2插入的位置处也不产生载荷即可。本模具结构在用模具单体进行评价的情况下，不需要导向柱及其结构构件，因此还具有能够实现低成本的模具结构这样的特征。
[0131]
接下来，对本实施例中的冲裁加工动作说明一系列的流程。冲头1与冲模2以不碰撞(干涉)的水平组装。在冲头1与冲模2之间设置有被加工物3。关于被加工物3，在批量生产中具有放卷、卷取等装载装置，但在本方案中不重要，因此省略。
[0132]
在冲裁动作中，基于指定的动作模式(加工程序)，从冲裁装置的控制器18向伺服马达12输送指令，搭载于可动板14的上模21下降。当到达规定的位置时，计测开始信号从间隙传感器32输入载荷检测装置34，从而载荷计开始计测。但是，在该阶段中未产生载荷。当下降进一步进展时，推板23夹持被加工物3，且从此时刻起产生载荷。当下降进一步进展时，推板弹簧24与该位置对准并被压缩而推板载荷增加，同时，冲头1与推板23相对动作，在冲头前端与被加工物3接触的阶段开始冲裁，冲裁载荷也急剧增加。冲头1进一步下降并对被加工物3进行了冲裁后也动作到下止点。之后，进行反转动作，冲头上升并且使得推板23离开被加工物3，当进一步上升时，基于来自间隙传感器32的位置信息来结束载荷计测。该一系列的动作取决于加工条件，但通常在1秒以下完成。
[0133]
接下来，对在上述一系列的过程中取得数据的载荷的处理进行说明。设置的四个载荷传感器5(a)～(d)的数据瞬间输送到载荷检测装置34，进行式(1)～(6)所示的运算，特别是其中构成为，对于x、y，mz、或mx、my、mz，在计算机31内基于图2a、图2b、图3a及图3b所说明的对准误差的检测原理进行运算、判定，并经由压电元件控制器35来驱动三轴驱动台6。但是，在每次冲裁加工中，以最佳的方法来适当确定是执行这样的序列还是总体执行趋势数据等。
[0134]
另外，当然地，由于基于事先以图5b说明的校正数据，即校正数据存储于计算机31部，并且基于该结果而作为数据内置有平移载荷与距离的关系、力矩mx、my与距离的关系、力矩mz与角度的关系，因此能够实现在这样的冲裁载荷的计测后运算冲头与冲模的对准误差并使其动作的一系列的过程。
[0135]
另外，作为精度高的载荷计测数据取得方法，也采用图10所示的方法，因此进行说明。由于三轴驱动台为能够以纳米级别进行动作的规格，因此当在加工之前利用推板载荷夹持被加工物3时，有时不需要进行动作。这样也存在推板面与下模面不完全平行等的加工、组装误差，作为推板载荷，包含z轴方向以外的x、y轴分量。此时，因推板载荷的x、y分量而产生欲使下模22移动的力，因此产生三轴驱动台欲推回而不必要地动作的问题。因此，在上模下降时的任意的位置处，通过将三轴驱动台从闭环控制瞬间切换至开环控制，能够消除不需要的动作。图10示出该三轴驱动台的从闭环控制切换至开环控制，并在冲裁加工后再次返回闭环控制的工序。但是，当然，图10中的从闭环控制切换至开环控制的位置、以及从开环控制变更为闭环控制的位置根据加工对象等而变化，因此不一定限于图10所示的位置。通过采用图10所示那样的设计，能够以较高精度进行再现性高的载荷计测。
[0136]
另外，以图8a及图8b说明的冲头1与冲模2的对准误差的消除方法与上述的方法不同。再次说明图8a及图8b所说明的冲头1与冲模2的对准方法，其中不需要进行冲裁加工。是事先使冲头1与冲模2的轴心对准，然后进行冲裁加工的方法。这是因为，模具中的冲头1和冲模2的安装基本上非常牢固，因此即使在组装后产生了偏移，只要进行调整，即使有冲裁加工的冲击也不会变化。即使在加工中冲头1与冲模2的对准存在偏移的情况下，用图8a及图8b的方法实施初始调整，关于在之后的加工中，也可以同时采用图2a、图2b、图3a及图3b的方法。无论是哪种方法，只要是本方案的装置结构，都可以实现同样的效果。
[0137]
另外，本公开的冲裁装置及方法由于具有消除冲头与冲模的对准误差的功能，因此实现了模具的长寿命化和高品质的冲裁加工。因此，能够适当地变更工具的间隙，因此也能够在切断装置中使用。例如，在切断非常薄的、例如具有几微米厚度的膜的情况下，需要
非常高精度的间隙调整，而本公开能够应用于切断装置等。
[0138]
[工业上的可利用性]
[0139]
本发明的冲裁装置及方法通过运算冲裁加工时的平移力、力矩，从而检测冲头与冲模的对准误差，除此之外，通过具备三轴驱动台，从而具有能够自动消除对准误差的功能，不仅可以作为对金属、塑料、复合材料等被加工物进行冲裁的装置，还可以作为切断装置而广泛应用。