JP3646106B2

JP3646106B2 - 曲げ軌跡制御された板材曲げ加工機

Info

Publication number: JP3646106B2
Application number: JP2002226605A
Authority: JP
Inventors: 智和仲
Original assignee: 協和マシン株式会社
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: WO2003097267A1; JP2004042131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材を下型と押え型の間にクランプしてベンドビームに装着されたブレードにて曲げ加工する際のブレードの曲げ軌跡動作の制御方法、曲げ軌跡の自動補正方法及びこれを用いた板材曲げ加工機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば図９に示すように板材１を下型３と押え型２の間にクランプする動作と協働させて、ベンドビームの先に装着したブレード４にて曲げ加工する板材の曲げ加工機が広く採用されている。
この場合に、ブレード刃先４１が当接して板材の側面を押圧する加工点Ｋがアプローチ位置（ａ０）から曲げ加工完了位置（ｂ０）まで動作する際に、板材に延びが生じることもあって、こすれによる位置ずれが生じる。
従って、一般的には板材表面にビニール等の保護シートを貼り付けて、このこすれ傷等のしごき傷の発生を防止していた。
しかし、それでもこのしごき幅が大きくなると、ビニール保護シートが破れて板材表面に傷が付いたり、塗装仕上げのカラー鋼板等においては、塗膜を傷付けてしまい製品品質の低下の原因の１つになっていた。
【０００３】
また、上記のような板材のしごき曲げ加工においては、板材の曲げ加工後にスプリングバックが発生する。
従来は、このスプリングバック量を補正するために、目的の曲げ角度に対する角度補正値を曲げ加工機に入力設定していたが、その値はオペレーターの経験や勘に頼らざるを得なかった。
また、板材の板厚バラツキや圧延方向の違いによってもスプリングバック量等の曲げ品質に大きな誤差が生じるために、試し曲げを繰り返す必要があり、その分加工不良品となり、作業工数が多くなるだけでなく、材料損失の大きな原因の１つとなっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に内在する技術的課題に鑑みて、曲げ金型のブレード刃先が加工点として押圧する板材の位置が、アプローチ位置から曲げ加工完了位置まで同じ位置になるような、加工点の曲げ動作軌跡の制御方法並びに板材の目的とする曲げ品質に対するスプリングバック量等の各種補正値の自動補正を可能にした板材曲げ加工機の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の技術的要旨は、板材を下型と押え型の間にクランプして、ベンドビームに装着されたブレードにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、板材の曲げ側面に沿った曲げ支点からブレード刃先が当接する加工点までの長さＬと、曲げ角度との関係を予め求めたデータに基づいて、ブレード刃先の曲げ動作軌跡を制御し、アプローチ位置から曲げ加工完了までの間、刃先が当接する板材の位置が同一になるようにした点にある。
【０００６】
この場合に、板材の曲げ側面に沿った曲げ支点から、ブレード刃先が当接する加工点までの長さＬを曲げＲ部長さＬＲと、直線部長さＬＳとに分解し、曲げＲ部長さＬＲの変化を板材の伸び係数ｋを用いて求めたデータに基づいて、ブレード刃先の曲げ動作軌跡を制御するのが好ましい。
このように、板材の曲げ側面に沿った曲げ支点からブレード刃先が当接する加工点までの長さＬを曲げＲ部長さＬＲと直線部長さＬＳに分解すると、直線部長さＬＳの部分は伸びが殆ど生じないので、曲げＲ部長さＬＲの変化のみをデータ化すればよくなり、しかも、曲げ角度と材料の伸び係数ｋとの関係は簡単な計算式で導き出せる。
これは、図１に示すような上方に曲げる正曲げに対しても、図２に示すような下方に曲げる逆曲げに対しても同様である。
【０００７】
上記のようにして、ブレード刃先の曲げ動作軌跡を作成し、制御する場合に図４に示すように、目的とする曲げ位置θ_ｔに対してスプリングバック量Δθを補正すべくθ_ｓの位置まで曲げ軌跡制御する必要がある。
この最終目的品質に対するスプリングバック量Δθ等の各種補正値を自動補正可能にしたのが請求項２記載の発明である。
具体的には、板材を下型と押え型の間にクランプして、ベンドビームに装着されたブレードにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、ワーク（板材）に関するデータ格納手段を備え、このワークデータ格納手段からのデータと、曲げ加工に必要な加工データ入力手段にて入力された加工データに基づいて、ブレード刃先の曲げ動作軌跡を作成する手段を備え、これにて作成された曲げ動作軌跡に基づいてワークの曲げ加工が施され、曲げ加工後のワークに関する品質データ測定手段を備え、この品質データに基づいてワークの合否判断をするとともに、上記ワークデータ格納手段にフィードバックさせることにより、ブレード刃先の曲げ動作軌跡の自動補正を行うものである。
【０００８】
ここで、スプリングバック量Δθは、板材の材質、板厚、曲げ長さ等によっても異なるので、これまでに曲げ加工されたワークのワークデータ格納手段を備えたことにより、次に曲げ加工される板材の材質、曲げ長さ、曲げ幅等の加工データを入力すると、上記ワークデータ格納手段からスプリングバック量等の補正値が出力され、曲げ動作軌跡が作成され、これに基づいて曲げ加工が実施される。
曲げ加工が終了すると、加工点Ｋの軌跡測定により、スプリングバック量が測定され、これにより、ねらいとした補正範囲か否かが判断され、合格範囲内であればその値が上記ワークデータ格納手段にフィードバックされ、補正値データが追加補正されることにより学習機能が働き、曲げ品質の精度が向上する。
なお、曲げ品質が不合格の範囲であれば、直ちに曲げ動作軌跡作成手段に反映される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図６にて、板材１の曲げ加工方法を説明する。
板材１を下型３と押え型２の間にクランプし、ベンドビーム５の先に装着された曲げ金型４のブレード４１にて板材を下のアプローチ位置から上方に押し当てるようにして正曲げする。
また、曲げ金型の下方にもブレード４２を設けることにより、板材を上方から下方に押し当てることにより逆曲げが出来る。
この場合に、ブレード刃先４１は、略水平方向に備えられるベンドビーム５の端部が偏心軸からなるＡ軸の回転と、ベンドビームのアームの途中から下方に連結軸７を介して連結した垂直アーム６の端部に備えられる偏心軸からなるＤ軸の回転により、位置制御されている。
【００１０】
このブレード刃先４１の動きと板材１の曲げ角度の関係をまず、スプリングバックが無と仮定して模式的に示したのが図３である。
板材を正曲げ加工する場合にて説明すると、クランプされた板材の（ａ）の状態にて下側からアプローチの位置にてブレード刃先が加工点Ｋ（ａ）として板材に当接する。
図３に示す４１ａは、ブレードの刃先形状の外接円を示す。
（ｂ）の状態まで押し曲げると、ブレード刃先の当接点（加工点）は、曲げ角度ｄｂの分だけ外接円周上に沿って回転移動するので、こすれるような状態にはならない。
【００１１】
しかし、板材上の加工点Ｋは、曲げ支点Ｒ_０（曲げ変形開始点）から、曲げ部と直線部の境界点Ｒ（曲げ変形終了点）までの間に伸び変形が生じるので、この伸び変形の分だけ加工点軌跡を補正してやらないと板材と刃先の当接点がこすれるようにずれが生じることになる。
【００１２】
そこで、板材と刃先の当接点（加工点）が板材表面に沿って上下にずれないように板材のアプローチ位置に刃先が当接した、その板材の位置が同一のまま曲げ完了まで維持されるための加工点の軌跡を求める計算式を検討した。
図３において、板材が（ａ）の状態から仮に直角に曲げた（ｃ）の状態までの変化を仮定する。
水平方向の座標軸をＸ軸、垂直方向の座標軸をＹ軸とする。
曲げ中心（仮想点）をＯとし、加工点Ｋとし、曲げ支点（開始点）をＲ_０とし、板材の曲げ変形終了点をＲとする。
直角に曲げ完了時の高さをＶＨ、曲げ中心Ｏから加工点ＫまでのＸ軸方向の距離をＯＲとする。
このように定義すると、板材の曲げ側面に沿った曲げ支点（曲げ開始点）から加工点までの長さＬ＝Ｒ_０Ｋ、曲げＲ部長さＬＲ＝Ｒ_０Ｒ、直線部長さＬＳ＝ＲＫとなる。
直角に曲げた際の曲げ変形部と直線部の境界（曲げ変形終了部）をＲ_９０とすると、このＲ_９０の点を仮に伸び変形が無い場合の点として、（ａ）の状態に展開すると理解しやすいように、伸び変形がないと仮定した時
Ｒ_０Ｋ＝ＶＨ−ＯＲ＋Ｒ_０Ｒ_９０＝ＶＨ−ＯＲ＋（２×ＯＲ×π×１／４）となる。
従って、直線部長さＲＫは、図１に示すように、
ＲＫ＝（ＶＨ−ＯＲ）＋（２ＯＲπ×１／４）−［２ＯＲπ×（１８０−θ）／３６０）］となる。
ここで、θは図１に示すように、垂線とＯＲで形成する上部側角度とする。
よって、Ｌ＝Ｒ_０Ｋから直線部長さＬＳ＝ＲＫを引いた曲げＲ部ＬＲは、以下の計算式で導き出せる。
板材の曲げ角度に対する伸び係数をｋとし、点Ｒの座標を（Ｘ_ｔ１，Ｙ_ｔ１）、点Ｏの座標を（Ｘ_ｔ０，Ｙ_ｔ０）、加工点の座標を（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）とする。
このように定義すると図１に示すように、
Ｘ_ｔ１＝−ＯＲ×Ｓｉｎ（θ）＋Ｘ_ｔ０、Ｙ_ｔ１＝ＯＲ×ＣＯＳ（θ）＋Ｙ_ｔ０となるので、ＬＲ＝Ｒ_０Ｒ＝ｆ（ｋ）×ｆ（Ｘ_ｔ１，Ｙ_ｔ１）なる簡単な計算式で求まる。
なお、Ｋ＝ｆ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）とすると、
Ｘ_ｔ＝−ＲＫ×ＣＯＳ（１８０−θ）＋Ｘ_ｔ１、
Ｙ_ｔ＝ＲＫ×Ｓｉｎ（１８０−θ）＋Ｙ_ｔ１となる。
上記、計算式は一例であり、各種曲げ加工形状や、曲げ角度に応じて、伸び長さを予測できる計算式、あるいは係数補正式を用いて応用展開できる。
また、図２に示すように逆曲げに対しても同様に適用できる。
【００１３】
ここで曲げＲ半径ＯＲ及び伸び変形係数ｋは、板材の材質や肉厚によって定まる固有値であり、実験により比較的容易に求めることができる。
【００１４】
これまでスプリングバック量等の補正値を考慮せずに説明してきたが、実際には図４に示すように、スプリングバック量Δθを補正すべく、曲げ角度θ_ｓまでの曲げ動作軌跡を作成し、曲げ加工を実行することにより、目的とする曲げ角度θ_ｔを得ることになる。
このスプリングバック量等の補正値Δθをそれ以前の曲げ加工データに基づいて自動補正するためのフローチャートを図８に示す。
目的とする曲げ角度等の加工データを予め入力し、曲げ加工開始指令を出すと、曲げ加工機に備えられた測定手段にて板厚や曲げ長さが測定される。
これらのデータに基づいてパソコンに備えられたデータ格納ファイルに格納されているそれ以前のワークデータが出力され、曲げ動作軌跡が作成される。
これに基づいて曲げ加工が実施される。
曲げ加工時には、ブレードの加工点Ｋの軌跡が制御されているので、曲げ加工終了後の曲げ角度、スプリングバック量が測定される。
その結果、スプリングバック量との補正値がワークの曲げ品質として合格の範囲であればその値が新たなスプリングバック量等として登録され、ワークデータ格納ファイルにフィードバック入力され、修正される。
これにより、ワークデータ格納ファイルに学習機能が生じ、曲げ精度が向上する。
なお、曲げ角度のズレが目的範囲（合格範囲）外であれば、曲げ動作軌跡にフィードバック修正される。
以上の流れにて曲げ加工及び補正値の自動修正が完了する。
【００１５】
次に、実際に曲げ動作軌跡を求めるには、曲げ角度θを必要に応じて数種類に変化させて、加工点Ｋ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）の座標推移を求めることができる。
板材に当接する加工点の位置が、アプローチ時の位置と絶えず同一になるように求めた加工点Ｋの座標を図５に示すように、Ｋ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）とし、Ａ軸をある角度θａに回転させた位置の座標をＲＡ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ）、Ｄ軸をある角度θｄに回転させた位置の座標をＲＤ（Ｘ_ｄ，Ｙ_ｄ）とすると、先に求めたＫ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）の位置からＲＡ（Ｘ_ａ，Ｙ_ａ）、（Ｘ_ｄ，Ｙ_ｄ）の値は容易に逆算出来る。
【００１６】
図７に、これまで説明してきた曲げ動作軌跡の制御方法を用いた板材曲げ加工機の構成ブロック図を示す。
パソコンＰＣにキーボード等の入力装置にて板材の材質、肉厚等の条件を入力すると、予め、この諸条件の下での加工点Ｋの軌跡を求める計算式がメモリに格納されていて、これにて計算された値がシーケンサーＰＬＣ及び曲げ軌跡制御装置（加工点位置決め補完）に出力される。
この出力された値に基づいて、Ａ軸制御装置及びＤ軸制御装置により、それぞれＡ軸、Ｄ軸の回転角度が決定され、Ａ軸、Ｄ軸のそれぞれのサーボモーターの作動により、機械的曲げ機構に伝達され、曲げ金型（ブレード刃先）の移動経路が制御される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明においては、板材の曲げ側面に沿った曲げ支点（曲げ開始点）からブレード刃先が当たる加工点までの長さを曲げＲ部と直線部に分解して、その座標上の位置を求める計算式を導き出したことにより、板材の曲げ加工時の伸び変形による加工点の補完が容易になる。
また、この補完により取り出した座標点により、Ａ軸、Ｄ軸の角度に変換したサーボモータ位置決め変換を行うことで、板材上の加工点の位置ずれをおさえることが可能になり、しごき傷の発生を防止することができる。
この場合にも、曲げＲ部と直線部に分解したことにより、板材の特性（剛性、伸び）に応じて簡単に係数調整が可能である。
【００１８】
本発明においては、曲げ金型（ブレード刃先）の動作軌跡（動作経路）が予め把握できるようになったので、この曲げ金型と他の金型やワークとの干渉チェックも事前に行える。
また、曲げ動作の開始から曲げ終了までの間において、ポイントを決めて速度を変更することにより、サーボモータのトルク、機械的構造上の負荷状況、限界値等を考慮した最適動作条件が得られる。
【００１９】
さらに、スプリングバック量等の補正値データをパソコンのワークデータ格納ファイルに記憶登録させ、このデータに基づいて加工点の動作軌跡を作成し、実行後にその補正値をチェックすることにより、学習機能が生じ、曲げ精度が向上する。
また、これによりワークの試し曲げ回数を低減出来るため、工数の削減のみならず、スクラップ材の削減になる。
特に、ステンレス等の高価な板材では、少しでも安価な材料へシフトしようとすると板厚のバラツキ等が大きく、従来は安定した加工精度が得られなかったのに対して、本発明においてはその場合でも安定した曲げ加工が可能になり、スクラップ材の低減も含めて製品コストダウンに寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正曲げにおける板材の加工点を求める計算式の構造を示す。
【図２】逆曲げにおける板材の加工点を求める計算式の構造を示す。
【図３】曲げ加工時の加工点の推移を示した模式図である。
【図４】曲げ加工時のスプリングバック量の模式図である。
【図５】曲げ金型の動作軌跡を決定する構成図を示す。
【図６】ベンドビームの位置制御機械構造図を示す。
【図７】板材曲げ加工機における曲げ軌跡制御機構の要部構成例を示す。
【図８】曲げ補正値の自動補正フローチャートを示す。
【図９】板材の曲げ方法の例を示す。
【符号の説明】
１板材（ワーク）
２押え型
３下型
４曲げ金型
４１正曲げブレード刃先
４２逆曲げブレード刃先
５ベンドビーム
６垂直アーム
７連結軸
Ａ偏心Ａ軸
Ｄ偏心Ｄ軸

Claims

板材を下型と押え型の間にクランプして、ベンドビームに装着されたブレードにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、板材の曲げ側面に沿った曲げ支点から、ブレード刃先が当接する加工点までの長さ（Ｌ）を曲げＲ部長さ（ＬＲ）と直線部長さ（ＬＳ）とに分解し、曲げＲ部長さ（ＬＲ）の変化を板材の伸び係数（ｋ）を用いて求めたデータに基づいて、ブレード刃先の曲げ動作軌跡を制御し、アプローチ位置から曲げ加工完了までの間、刃先が当接する板材の位置が同一になるようにした板材曲げ加工機。
板材を下型と押え型の間にクランプして、ベンドビームに装着されたブレードにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、ワーク（板材）に関するデータ格納手段を備え、このワークデータ格納手段からのデータと、曲げ加工に必要な加工データ入力手段にて入力された加工データに基づいて、ブレード刃先の曲げ動作軌跡を作成する手段を備え、これにて作成された曲げ動作軌跡に基づいてワークの曲げ加工が施され、曲げ加工後のワークに関する品質データ測定手段を備え、この品質データに基づいてワークの合否判断をするとともに、上記ワークデータ格納手段にフィードバックさせることにより、ブレード刃先の曲げ動作軌跡の自動補正を行うことを特徴とする請求項１記載の板材曲げ加工機。