JP6104725B2 - 板状ワークの捩り保持装置および捩り保持方法ならびに捩り成形方法 - Google Patents
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Description
本発明は、板状ワークを捩れた状態で保持し、ピーン成形等の加工を行うための、板状ワークの捩り保持装置および捩り保持方法ならびに捩り成形方法に関するものである。
例えば航空機の翼のように、面積が大きくて複雑な曲面を備えた金属板を成形する場合に、近年ではピーン成形、あるいはショットピーニングと呼ばれる成形方法が広く用いられている。この成形方法は、特許文献1,2等に開示されているように、金属の板状ワークを保持し、この板状ワークに向けて、ショットと呼ばれる直径0.5〜4mm程度の鋼球を高速で投射して勢い良く衝突させることにより、板状ワークに塑性歪を発生させて所望の形状に湾曲成形する成形方法である。
このようなピーン成形を行うにあたり、予め板状ワークをその弾性変形範囲内で捩る、あるいは湾曲させて保持しておいてからショットを投射すると、板状ワークに付与された弾性応力(ストレス)が板状ワークの変形を促進させて成形性が格段に高まることが知られており、この工法はストレスピーン成形と呼ばれている。このストレスピーン成形を行うにあたり、特許文献2では、その図8(b)に開示されているように、板状ワークを当て治具に強制的に沿わせて固定具で固定することにより板状ワークを弾性変形させている。
また、当て治具を用いずに、クランプ状の保持装置や、油圧ジャッキを応用した保持装置により板状ワークを捩る、あるいは湾曲させて保持することも行われていた。この場合は、上記の保持装置によってピーン成形後に板状ワークが完成形状と同一、もしくは近似する曲率となるようなストレスを付与するために、スプリングバックを見込んだ所定の曲率を有するテンプレート(R状の型板)を板状ワークの湾曲面に当てて湾曲率を確認しながら所定の曲率に設定していた。
しかしながら、当て治具を用いて板状ワークを弾性変形させる方法では、航空機の主翼のように、長手方向に複雑に変化する曲率に対応させるには巨大な当て治具が必要になり、しかもこの巨大な当て治具を複数の機種や部位に応じていくつも用意しなければならないため、当て治具の製造に費用が掛かる上に、その保管に多大な場所が費やされてしまという問題がある。
一方、当て治具を用いず、クランプ状の保持装置や油圧ジャッキを応用した保持装置により板状ワークを捩れた形状、あるいは湾曲した形状に保持する方法では、保持装置のストロークの調整およびテンプレートによる捩れ形状および湾曲形状の管理等が作業者の技量に左右されやすく、加工された板状ワークの形状の再現性、即ち製品の均一性に問題が生じやすかった。
さらに、近年の航空機の翼においては、スキンと呼ばれる外板と、この外板の内側に設けられるストリンガーと呼ばれるリブ状の補強部材とが一体化されたインテグラル・スキンが多用されており、このようなインテグラル・スキンを前述のストレスピーン成形により捩れ成形あるいは湾曲成形する場合には、捩れおよび湾曲形状を付与するための治具やテンプレート等の型部材をストリンガーに干渉させずに用いることが困難であった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、型部材を用いず、簡素かつ汎用性の高い構成により、板状ワークに自由に捩れ形状および湾曲形状を付与することができ、インテグラル・スキンにも適用することのできる汎用性の高い板状ワークの捩り保持装置および捩り保持方法ならびに捩り成形方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
即ち、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、板状ワークを、その弾性変形範囲内で捩りながら保持するための捩り保持装置であって、前記板状ワークの一方の面に当接可能な少なくとも2つの支持点と、同じく前記前記板状ワークの他方の面に当接可能であり、且つ前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐように配置された少なくとも2つの加圧点と、前記支持点および前記加圧点の少なくとも一点を前記板状ワークの板厚方向に進退させる進退駆動手段と、を具備してなることを特徴とする。
即ち、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、板状ワークを、その弾性変形範囲内で捩りながら保持するための捩り保持装置であって、前記板状ワークの一方の面に当接可能な少なくとも2つの支持点と、同じく前記前記板状ワークの他方の面に当接可能であり、且つ前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐように配置された少なくとも2つの加圧点と、前記支持点および前記加圧点の少なくとも一点を前記板状ワークの板厚方向に進退させる進退駆動手段と、を具備してなることを特徴とする。
上記構成によれば、板状ワークの一方の面に少なくとも2つの支持点を当接させ、同じく板状ワークの他方の面の、前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐ位置に少なくとも2つの加圧点を当接させて、進退駆動手段によって支持点または加圧点の少なくとも一点を板状ワークの板厚方向に押圧することにより、板状ワークが捩れて変形する。その時の変形量(捩れ量)は、支持点と加圧点の数量、および、支持点と加圧点の板状ワークの面方向に沿う相対位置、ならびに、支持点または加圧点の押圧量等により任意に設定することができる。
したがって、従来のように当て治具やテンプレート等の型部材を用意することなく、簡素かつ汎用性の高い構成によって板状ワークを捩ることができる。しかも、支持点と加圧点とが板状ワークに対して点接触するため、航空機の翼のように外板(スキン)とリブ状の補強部材(ストリンガー)とが一体化されたインテグラル・スキンでも、支持点または加圧点を補強部材以外の部位に当接させることにより、簡単に捩ることができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、上記構成において、前記支持点と前記加圧点の少なくとも一点は、前記板状ワークの面方向に独立的に移動可能であることを特徴とする。
上記構成とした場合、例えば支持点と加圧点のいずれかの点の位置を板状ワークの面方向に移動させることにより、板状ワークの捩れ形状や捩れ曲率を自由に設定することができる。
また、支持点や加圧点を共に複数設け、これらを全て板状ワークの面方向に移動可能にした場合には、複雑な複合曲面にも容易に対応することができる。さらに、板状ワークに当接させる支持点および加圧点の数を、板状ワークの大きさに合った数量に調整することができる。
また、支持点や加圧点を共に複数設け、これらを全て板状ワークの面方向に移動可能にした場合には、複雑な複合曲面にも容易に対応することができる。さらに、板状ワークに当接させる支持点および加圧点の数を、板状ワークの大きさに合った数量に調整することができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、上記構成において、前記進退駆動手段は、全ての前記支持点および前記加圧点をそれぞれ独立的に進退させることができるように設けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、複数の支持点および加圧点の、板状ワークに対する進退位置(突き出し量)を異ならせることができ、これによって板状ワークを複雑な捩り形状に保持することができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、上記構成において、前記支持点および前記加圧点は、それぞれ3点以上あり、そのうちの少なくとも1点は、前記板状ワークを捩るために必要な前記2つの支持点および前記2つの加圧点の当接位置以外の場所に当接可能であることを特徴とする。
上記構成によれば、前述のように板状ワークの一方の面および他方の面を2つの支持点および2つの加圧点によって押圧しながら捩ると同時に、別な支持点または加圧点を、板状ワークを捩るのに必要な2つの支持点および2つの加圧点の当接位置以外の場所に押し当てることができる。例えば、別な支持点または加圧点を、板状ワークの中間部等に押し当てることにより、板状ワークを捩りながら曲げたり、板状ワークの中間部が下方に弛むことを防止したりすることができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、上記構成において、前記支持点と前記加圧点との、各々の進退位置を検出する進退位置検出手段と、前記進退位置検出手段からの進退位置データが入力され、所定の進退位置となるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、をさらに有することを特徴とする。
上記構成によれば、支持点と加圧点との間の相対間隔が適正になるように制御することができ、これによって板状ワークに正確な捩れ形状を付与することができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、上記構成において、前記加圧点に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、前記荷重検出手段からの荷重データが入力され、所定の荷重が加わるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、をさらに有することを特徴とする。
例えば、板状ワークを捩りながら保持した状態でピーン加工を施し、板状ワークが捩れた形状を保つように塑性変形させる場合には、上記構成とすることにより、簡素な構成で板状ワークに正確な捩り形状を付与することができる。即ち、捩り変形させる前の板状ワークの高さと、支持点の高さとの相対関係に拘わらず、支持点は板状ワークに当たったら、その高さで止まってその位置を保持する機能があれば、あとは荷重検出手段により加圧点に加わる荷重を検出しながら、加圧点の方だけを板状ワーク側に移動させることにより、板状ワークを捩り変形させることができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持装置は、上記構成において、前記制御手段は、前記板状ワークを捩りながらピーン成形を行う場合において、前記荷重検出手段から入力される荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、前記ピーン成形を停止させる制御を行うことを特徴とする。
上記構成とした場合、捩り保持された板状ワークのピーン加工が進むにつれ、板状ワークが平坦に戻ろうとする反力が減少し、荷重検出手段から制御手段に入力される荷重データが減少していく。したがって、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、板状ワークの捩り加工が完了したと判断でき、ピーン加工を終了することができる。このため、ピーン加工に費やされる時間を必要最小限とし、加工時間の短縮および省力化に貢献することができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩れ保持方法は、板状ワークを、その弾性変形範囲内で捩りながら保持するための捩り保持方法であって、前記板状ワークの一方の面に少なくとも2つの支持点を当接させるとともに、前記板状ワークの他方の面に、前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐように少なくとも2つの加圧点を当接させ、前記支持点と前記加圧点の少なくとも一点を、前記板状ワークの板厚方向に押圧することにより前記板状ワークを捩りながら保持することを特徴とする。
上記方法によれば、板状ワークの一方の面に少なくとも2つの支持点を当接させ、同じく板状ワークの他方の面の、前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐ位置に少なくとも2つの加圧点を当接させて、支持点または加圧点の少なくとも一点を板状ワークの板厚方向に押圧することにより、板状ワークが捩れて変形する。その時の変形量(捩れ量)は、支持点と加圧点の、板状ワークの面方向に沿う相対位置や、支持点または加圧点の押圧量等により任意に設定することができる。
また、本発明に係る板状ワークの捩り成形方法は、上記の板状ワークの捩り保持装置を用いて板状ワークを捩れた状態に保持しながら、該板状ワークの少なくとも一方の面からピーン成形を施すことにより、前記板状ワークを捩り成形することを特徴とする。
上記方法によれば、捩り保持装置によって板状ワークが予めその弾性変形範囲内で捩り保持され、この状態でピーン成形が施されるため、板状ワークに付与された弾性応力(ストレス)により板状ワークの変形が促進され、板状ワークの成形性を格段に高めることができる。
以上のように、本発明に係る板状ワークの捩り保持装置および捩り保持方法ならびに捩り成形方法によれば、型部材を用いず、簡素かつ汎用性の高い構成により、板状ワークに自由に捩れ形状および湾曲形状を付与することができる。特に、航空機の翼に用いられている、外板(スキン)と補強部材(ストリンガー)とが一体化されたインテグラル・スキンを捩れた形状に保持するのに好適である。
以下に、本発明の一実施形態について、図1〜図8を参照しながら説明する。
本実施形態における捩り保持装置1は、平面視(図5参照)で矩形(長方形)に形成されている。説明の便宜上、その一辺(短手方向)に沿う方向をX軸方向と呼び、他辺(長手方向)に沿う方向をY軸方向と呼び、高さ方向をZ軸方向と呼ぶ。
本実施形態における捩り保持装置1は、平面視(図5参照)で矩形(長方形)に形成されている。説明の便宜上、その一辺(短手方向)に沿う方向をX軸方向と呼び、他辺(長手方向)に沿う方向をY軸方向と呼び、高さ方向をZ軸方向と呼ぶ。
捩り保持装置1は、例えば図1に示すような、スキンと呼ばれるアルミニウム合金の外板2と、ストリンガーと呼ばれるリブ状の補強部材3とが一体化された航空機用のインテグラル・スキン4を、ストレスピーン成形によって捩じれた形状や湾曲した形状等に変形させる際に、予めインテグラル・スキン4を、変形していない平坦な状態4aから、その弾性変形範囲内で変形させて保持しておくプリストレス保持装置である。
しかし、インテグラル・スキン4に限らず、普通の平坦な金属板を湾曲保持することもできる。以下の説明では平坦な板状ワークWを湾曲保持するものとして説明する。
しかし、インテグラル・スキン4に限らず、普通の平坦な金属板を湾曲保持することもできる。以下の説明では平坦な板状ワークWを湾曲保持するものとして説明する。
図2は、捩り保持装置1の概念的な基本構成を示している。また、図3から図5は、それぞれ捩り保持装置1の具体例を示す正面図、側面図、平面図である。この捩り保持装置1は、Y軸方向視(図2、図3参照)において、水平に設置された板状ワークWの捩り加工範囲Pにおける一方の面(例えば上面)の対角位置に当接可能な少なくとも2つの支持点25aと、同じく捩り加工範囲Pにおける他方の面(例えば下面)の、支持点25aと対向しない対角位置に当接可能な少なくとも2つの加圧点40aと、を備えている。
図3に示すY軸方向視では、支持点25aと加圧点40aが2つずつ設けられているが、図4に示すX軸方向視では、支持点25aと加圧点40aがY軸方向に複数配列されている。本実施形態では、支持点25aがY軸方向に例えば7点配列され、合計14点の支持点25aが設けられている。また、加圧点40aがY軸方向に例えば2点配列され、合計4点の支持点25aが設けられている。
さらに、図2に示すように、捩り保持装置1は、制御ユニット6(制御手段)と、反力吸収装置7と、湾曲率計測器8を備えている。湾曲率計測器8は板状ワークWの上面等にあてがわれるように設置され、板状ワークWを湾曲させる際に、その湾曲率を実測して検出するものであり、その湾曲率データが表示部8aに表示されるとともに、制御線S1を介して制御ユニット6にも入力される。
捩り保持装置1は、X軸方向に平行に延びる2本の梁状の横フレーム枠材11と、Y軸方向に平行に延びる2本の梁状の縦フレーム枠材12とにより平面視で矩形(長方形)をなすベースフレーム10を有しており、対向する横フレーム枠材11の間に、Y軸方向に延びる2本のロアークロスビーム13が架け渡されている。また、ベースフレーム10の四隅からはそれぞれ支持柱14がZ軸方向に沿って延び、Y軸方向に並ぶ支持柱14の上端同士がY軸方向に延びる2本のアッパークロスビーム15で連結されている。さらに、ロアークロスビーム13の上に、X軸方向に延びる2本の可動ビーム16が載置されている。可動ビーム16は、ロアークロスビーム13の上面に敷設されたガイドレール18とリニアベアリング19によってY軸方向にスムーズに移動できる。なお、ベースフレーム10の四隅下面には移動および固定用のブレーキ付キャスター20が設けられている。
図3に示すように、アッパークロスビーム15は、2本のチャンネル材15aが背中合わせに間隔を空けて配置され、その間に一定の幅を持つスリット15bが形成された構造である。スリット15bには複数(ここでは6基)の支持ユニット23(進退駆動手段)が配列されている。各支持ユニット23は、伸縮シリンダ構造であり、そのシリンダ24の軸線がZ軸方向に指向し、シリンダ24から支持ロッド25が下方に向かって進退する。この支持ロッド25の先端が前述の支持点25aとなる。各支持ユニット23は、アッパークロスビーム15(スリット15b)に沿ってY軸方向に移動でき、板状ワークWの押圧部位に合わせて任意の位置に固定することができる。この支持ユニット23の移動は手動により行ってもよいし、図示しない駆動機構により行ってもよい。
各支持ユニット23のシリンダ24上端には、それぞれサーボモータ27がアクチュエータとして設けられており、このサーボモータ27の動力(回転力)が、ボールねじ機構28(図3参照)を介して支持ロッド25(支持点25a)に伝達され、支持点25aを進退させるようになっている。図2に示すように、サーボモータ27は制御線S2により制御ユニット6に接続され、制御ユニット6によって制御される。
さらに、各支持ユニット23のシリンダ24には、支持点25aのZ軸方向の位置(支持ロッド25の進退位置)を検出するリニアスケール29(進退位置検出手段)が設置されている。このリニアスケール29は制御線S3によって制御ユニット6に接続され、リニアスケール29により検出された支持点25aの進退位置データが制御ユニット6に入力される。
一方、2本の可動ビーム16の上面には、それぞれ2基の加圧ユニット33(進退駆動手段)が設置されている。これら合計4基の加圧ユニット33は、可動ビーム16の上面に敷設されたガイドレール34およびリニアベアリング35によってX軸方向にスムーズに移動できる。加圧ユニット33は、リニアベアリング35に支持された、Y軸方向視で略L字形の可動ベッド36を備えており、この可動ベッド36に、サーボモータ37(アクチュエータ)と、昇降部38と、Z軸方向に延びる軸状の下段加圧ロッド39および上段加圧ロッド40と、ロードセル41(荷重検出手段)とが搭載されて構成されている。ロードセル41は、可動ベッド36の縦壁部に設けられたガイドレール43およびリニアベアリング44によってZ軸方向にスムーズに移動できる。そして、ロードセル41を間に挟んで下段加圧ロッド39と上段加圧ロッド40が同軸状に連結されており、下段加圧ロッド39が昇降部38をZ軸方向に貫通している。
昇降部38は例えばネジジャッキである。サーボモータ37の回転軸はX軸方向に延びて昇降部38の内部に側面から軸通し、その回転が昇降部38内部の図示しないギヤによって向きを90度変向されて、下段加圧ロッド39のZ軸方向への動きに変換される。このため、サーボモータ37が作動すると下段加圧ロッド39とロードセル41と上段加圧ロッド40が一体となってZ軸方向に摺動する。サーボモータ37は制御線S4によって制御ユニット6に接続され(図2参照)、制御ユニット6により制御される。そして、上段加圧ロッド40の先端が前述の加圧点40aとなる。
さらに、図2に示すように、各加圧ユニット33には、加圧点40aのZ軸方向の位置(上段加圧ロッド40の進退位置)を検出するリニアスケール45(進退位置検出手段)が設置されている。このリニアスケール45は制御線S5によって制御ユニット6に接続され、リニアスケール45により検出された加圧点40aの進退位置データが制御ユニット6に入力される。また、ロードセル41は、加圧点40aに加わる荷重を検出するものであり、制御線S6によって制御ユニット6に接続され、ロードセル41により検出された荷重データが制御ユニット6に入力される。
前述のように、支持ユニット23は、アッパークロスビーム15のスリット15bに沿ってY軸方向に移動することができる。また、加圧ユニット33は、可動ビーム16に沿ってX軸方向に移動でき、さらに可動ビーム16がY軸方向に移動できるため、X軸方向とY軸方向の両方に移動することができる。したがって、支持点25aと加圧点40aは、板状ワークWの面方向に独立的に移動することができる。
さらに、全ての支持点25aおよび加圧点40aは、その進退駆動手段である支持ユニット23および加圧ユニット33によって、それぞれ独立的にZ軸方向に進退させることができる。これらの制御は全て制御ユニット6により行われる。
さらに、全ての支持点25aおよび加圧点40aは、その進退駆動手段である支持ユニット23および加圧ユニット33によって、それぞれ独立的にZ軸方向に進退させることができる。これらの制御は全て制御ユニット6により行われる。
また、図2〜図4に示すように、前述の反力吸収装置7は捩り保持装置1のY軸方向に沿う両面に設けられている。Y軸方向に隣合う2本の支持柱14には、それぞれローラ支持ステー48がローラ昇降機構49(図4参照)によりZ軸方向に摺動自在に設けられており、これらのローラ支持ステー48の間に、Y軸方向に延びるワーク支持ローラ50が回転自在に軸支されている。ローラ支持ステー48およびワーク支持ローラ50は、スプリング51により下方から付勢されている。1本のワーク支持ローラ50を支持する両側のローラ昇降機構49は、スプリング51と共に、高さ調整ハンドル52および高さ調整軸53によって両側同時に手動でZ軸方向に昇降させることができる。なお、図3にはローラ昇降機構49が簡略的に記載されている。
これら2本のワーク支持ローラ50により、捩じり変形、あるいは湾曲される前の板状ワークWが下方から支持され、転動体であるワーク支持ローラ50によって板状ワークWを面方向(ここではX軸方向)に送ることができる。スプリング51の付勢強度は、板状ワークWの自重を支持することができ、かつ板状ワークWが捩られたり、湾曲されたりした際において、板状ワークWが撓ることにより加わる反力を吸収できる程度に設定されている。
次に、上記のように構成された捩り保持装置1によって板状ワークWを捩り変形させる場合の加工手順について、図6および図7を参照しながら説明する。
まず、図6(a)に示すように、板状ワークWがワーク支持ローラ50の上に載置される。この時、支持ユニット23の支持ロッド25(支持点25a)と、加圧ユニット33の上段加圧ロッド40(加圧点40a)は板状ワークWに接触していない。このため、板状ワークWの重量がワーク支持ローラ50によって保持される。板状ワークWの高さは、ローラ昇降機構49の高さ調整ハンドル52(図4参照)によってZ軸方向に調整することができる。
まず、図6(a)に示すように、板状ワークWがワーク支持ローラ50の上に載置される。この時、支持ユニット23の支持ロッド25(支持点25a)と、加圧ユニット33の上段加圧ロッド40(加圧点40a)は板状ワークWに接触していない。このため、板状ワークWの重量がワーク支持ローラ50によって保持される。板状ワークWの高さは、ローラ昇降機構49の高さ調整ハンドル52(図4参照)によってZ軸方向に調整することができる。
次に、図6(b)および図7に示すように、例えば2つの支持点25aが、板状ワークWの捩り加工範囲Pにおける上面側の対角位置に当接するまで支持ユニット23の支持ロッド25を降下させる。この動作は、制御ユニット6が支持ユニット23のサーボモータ27を制御することにより行われる。なお、2つの支持ロッド25は、必ずしも同じ高さに降下させるとは限らない。
また、同じく2つの加圧点40aが、板状ワークWの捩り加工範囲Pにおける下面側において、2つの支持点25a同士を結ぶ線L(図7参照)を跨ぐ位置に当接するまで加圧ユニット33の上段加圧ロッド40が上昇する。例えばここでは、2つの加圧点40aが、平面視で2つの支持点25aと共に長方形を形成する位置に当接している。この動作は、制御ユニット6が加圧ユニット33のサーボモータ37を制御することにより行われる。なお、2つの上段加圧ロッド40は、必ずしも同じ高さに上昇させるとは限らない。
さらに、図6(c)に示すように、2つの支持点25aが板状ワークWの対角位置を下方に所定量押圧するように支持ロッド25を降下させるとともに、2つの加圧点40aが板状ワークWの対角位置を上方に所定量押圧するように上段加圧ロッド40を上昇させる。なお、支持点25aは降下させずに、上段加圧ロッド40のみをより高く上昇させるようにしてもよい。これにより板状ワークWは、その捩り加工範囲Pが捩られて変形した状態で保持される。この時の捩り量は、板状ワークWの弾性変形範囲内に設定される。
このように板状ワークWが捩られると、板状ワークWの両端の片側が下方に下がり、ワーク支持ローラ50に反力が加わるが、ワーク支持ローラ50のスプリング51の付勢強度が、この板状ワークWからの反力を吸収できる程度に設定されているため、反力を受けたワーク支持ローラ50が下方に下がる。
そして、このように板状ワークWが捩り保持された状態で、図6(d)に示すように、例えばピーニング装置55によりショット56の投射が行われる。このように予め板状ワークWをその弾性変形範囲内で捩って変形させた状態で保持しておいてからショット56を投射すると、板状ワークWに付与された弾性応力(ストレス)が板状ワークWの変形を促進させるため、板状ワークWの成形性を格段に高めることができる。
制御ユニット6は、例えば下記の2つの方式で捩り保持装置1を制御する。
(1)リニアスケール29,45から支持点25aと加圧点40aの進退位置データを入力され、支持点25aと加圧点40aが所定の進退位置となるようにサーボモータ27とサーボモータ37を駆動させて、板状ワークWを湾曲保持する。
(2)ロードセル41から加圧点40aに加わる荷重データが入力され、所定の荷重が加わるようにサーボモータ37を駆動させて、板状ワークWを湾曲保持する。この制御は(1)の制御と共に行ってもよい。また、ロードセル41を支持点25a側に設けてもよい。
(1)リニアスケール29,45から支持点25aと加圧点40aの進退位置データを入力され、支持点25aと加圧点40aが所定の進退位置となるようにサーボモータ27とサーボモータ37を駆動させて、板状ワークWを湾曲保持する。
(2)ロードセル41から加圧点40aに加わる荷重データが入力され、所定の荷重が加わるようにサーボモータ37を駆動させて、板状ワークWを湾曲保持する。この制御は(1)の制御と共に行ってもよい。また、ロードセル41を支持点25a側に設けてもよい。
(1)の制御とした場合には、支持点25aと加圧点40aとの間の相対間隔が適正になるように制御することができ、これによって板状ワークWに比較的正確な捩れ形状を付与することができる。
(2)の制御を行った場合には、例えば上記のように板状ワークWを捩り保持した状態でピーン加工を施して塑性変形させる場合に、簡素な構成によってピーン加工後の板状ワークWに正確な捩れ形状を付与することができる。
即ち、捩る前の捩り加工範囲Pの4隅の高さと、支持点25aの高さとの相対関係に拘わらず、支持点25aには板状ワークWに当たったらその高さで止まってその位置を保持する機能を付与するだけでよく、あとはロードセル41から加圧点40aに加わる荷重を検出しながら加圧点40aを板状ワークW側に押圧することにより、板状ワークWに正確な捩れ曲率を付与することができる。こうすれば、支持点25aの高さを制御する必要がなくなるため、リニアスケール29を省くとともに、制御ユニット6のグレードを下げ、さらにサーボモータ27を安価なエアモータ等に置換することができ、装置の構成を簡素かつ安価にすることができる。
即ち、捩る前の捩り加工範囲Pの4隅の高さと、支持点25aの高さとの相対関係に拘わらず、支持点25aには板状ワークWに当たったらその高さで止まってその位置を保持する機能を付与するだけでよく、あとはロードセル41から加圧点40aに加わる荷重を検出しながら加圧点40aを板状ワークW側に押圧することにより、板状ワークWに正確な捩れ曲率を付与することができる。こうすれば、支持点25aの高さを制御する必要がなくなるため、リニアスケール29を省くとともに、制御ユニット6のグレードを下げ、さらにサーボモータ27を安価なエアモータ等に置換することができ、装置の構成を簡素かつ安価にすることができる。
なお、板状ワークWを捩らずに湾曲させる場合には、4つの支持点25aを捩り加工範囲Pの上面の4隅に当接させるとともに、2〜4つの加圧点40aを支持点25aよりもX方向に短いスパンで捩り加工範囲Pの下面に当接させ、これを上方に押圧する。この時も、前記(1)および(2)の制御を適用することができる。
この湾曲変形時には、板状ワークWが上方に凸となるように湾曲するため、その湾曲率データを湾曲率計測器8により取得し、この湾曲率データを制御ユニット6に入力して、所定の湾曲率となるようにサーボモータ37を駆動させて、板状ワークWを湾曲するようにしてもよい。また、この制御を(1),(2)の制御と共に行ってもよい。このように、板状ワークWの実際の湾曲率を計測しながら支持点25aと加圧点40aとの相対位置が決定されるため、正確な湾曲率にすることができる。
ところで、前記のように板状ワークWを捩りながらピーニング装置55によりショット56を投射してピーン成形を行う場合においては、制御ユニット6によりピーニング装置55の制御も同時に行うようにし、ピーン加工中にロードセル41から入力される荷重データを監視し、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、ショット56の投射を停止させるように制御してもよい。
上記のように制御した場合、捩り保持された板状ワークWにショット56が投射されてピーン加工が進むにつれ、板状ワークWが平坦に戻ろうとする反力が減少して行き、ロードセル41から制御ユニット6に入力される荷重データが減少していく。したがって、この荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、板状ワークWの捩り加工が完了したと判断でき、ピーン加工を終了することができる。このため、ピーン加工に費やされる時間を必要最小限とし、加工時間の短縮および省力化に貢献することができる。
以上のように、この捩り保持装置1は、板状ワークWの一方の面(例えば上面)に当接可能な少なくとも支持点25aと、同じく板状ワークWの他方の面(例えば下面)に当接可能であり、板状ワークWの平面視で支持点25a結ぶ線Lを跨ぐように配置された少なくとも2つの加圧点40aと、支持点25aを加圧点40a側に進退させる支持ユニット23と、加圧点40aを支持点25a側に進退させる加圧ユニット33とを具備している。
このため、支持点25aと加圧点40aとの間に板状ワークWを介在させ、加圧点40aと支持点25aとの相対間隔を狭めることにより、支持点25aおよび加圧点40aによって板状ワークWを捩り変形させながら保持することができる。
この時の変形量(捩れ量)は、支持点25aと加圧点40aの数量、および、支持点25aと加圧点40aの板状ワークWの面方向(X方向およびY方向)に沿う相対位置、ならびに、支持点25aまたは加圧点40aの押圧量(押圧ストロークおよび/または押圧荷重)等により任意に設定することができる。このため、板状ワークWの形状や大きさ、目標とする捩れ形状等に拘わらず、単一の捩り保持装置1によって板状ワークWに自由な捩れ形状を付与することができる。
この時の変形量(捩れ量)は、支持点25aと加圧点40aの数量、および、支持点25aと加圧点40aの板状ワークWの面方向(X方向およびY方向)に沿う相対位置、ならびに、支持点25aまたは加圧点40aの押圧量(押圧ストロークおよび/または押圧荷重)等により任意に設定することができる。このため、板状ワークWの形状や大きさ、目標とする捩れ形状等に拘わらず、単一の捩り保持装置1によって板状ワークWに自由な捩れ形状を付与することができる。
したがって、従来のように当て治具やテンプレート等の型部材を用意することなく、簡素かつ汎用性の高い構成によって板状ワークWを捩ることができる。しかも、支持点25aと加圧点40aとが板状ワークWに対して点接触するため、図1に示すように、外板2とリブ状の補強部材3とが一体化された航空機のインテグラル・スキン4であっても、支持点25aまたは加圧点40aを補強部材3以外の部位に当接させることによって簡単に捩り変形させることができる。
また、この捩り保持装置1は、板状ワークWの面方向に対し、支持点25aをY軸方向に独立的に移動可能にし、加圧点40aをX軸方向およびY軸方向に独立的に移動可能にした。
このため、例えば支持点25aと加圧点40aのいずれかの点の位置を板状ワークWの面方向に移動させることにより、板状ワークWの捩れ形状や捩れ曲率を自由に設定することができ、複雑な捩れ形状にも容易に対応することができる。
しかも、支持点25aや加圧点40aを共に複数設け、これらを全て板状ワークWの面方向に移動可能にした場合には、複雑な複合曲面にも容易に対応することができる。さらに、板状ワークWに当接させる支持点25aおよび加圧点40aの数を、板状ワークWの大きさに合った数量に調整することができる。
このため、例えば支持点25aと加圧点40aのいずれかの点の位置を板状ワークWの面方向に移動させることにより、板状ワークWの捩れ形状や捩れ曲率を自由に設定することができ、複雑な捩れ形状にも容易に対応することができる。
しかも、支持点25aや加圧点40aを共に複数設け、これらを全て板状ワークWの面方向に移動可能にした場合には、複雑な複合曲面にも容易に対応することができる。さらに、板状ワークWに当接させる支持点25aおよび加圧点40aの数を、板状ワークWの大きさに合った数量に調整することができる。
さらに、この捩り保持装置1は、全ての支持点25aと加圧点40aとを、それぞれ支持ユニット23および加圧ユニット33によってZ軸方向に独立的に進退させることができるため、複数の支持点25aおよび加圧点40aの、板状ワークWに対する進退位置(突き出し量)を異ならせることができる。これにより、板状ワークWを複雑な捩れ形状や複合曲面等に湾曲保持させやすくできる。
また、この捩り保持装置1は、支持点25aおよび加圧点40aが、それぞれ3点以上あり、そのうちの少なくとも1点は、板状ワークWの捩り加工範囲Pにおける対角位置以外の場所に当接可能である。
このため、前述のように板状ワークWの捩り加工範囲Pにおける対角位置を支持点25aおよび加圧点40aによって押圧することにより捩り加工範囲Pを捩ると同時に、例えば図8に示すように、捩り加工範囲Pの中間点に別な加圧点40a(または支持点25a)を押し付けて、板状ワークWを捩りながら曲げたり、板状ワークWの中間部が自重により下方に弛むことを防止したりすることができる。
また、この捩り保持装置1は、支持点25aと加圧点40aとの、各々の進退位置を検出するリニアスケール29,45(進退位置検出手段)と、このリニアスケール29,45からの進退位置データが入力され、所定の進退位置となるように支持ユニット23および加圧ユニット33(進退駆動手段)を駆動させる制御ユニット6(制御手段)を有している。
このため、支持点25aと加圧点40aとの間の相対間隔が適正になるように制御することができ、これによって板状ワークWに比較的正確な捩れ形状を付与することができる。
また、この捩り保持装置1は、加圧点40aに加わる荷重を検出するロードセル41(荷重検出手段)を備えており、このロードセル41からの荷重データが制御ユニット6に入力され、制御ユニット6はロードセル41に所定の荷重が加わるように支持ユニット23および加圧ユニット33を駆動する。
このため、非常に簡素な構成によって、上記のように板状ワークWを捩りながら保持した状態でピーン加工を施し、板状ワークWに正確な捩り形状を付与することができる。即ち、捩り変形させる前の板状ワークWの高さと、支持点25aの高さとの相対関係に拘わらず、支持点25aは板状ワークWに当たったら、その高さで止まってその位置を保持する機能があれば、あとはロードセル41により加圧点40aに加わる荷重を検出しながら、加圧点40aの方だけを板状ワークW側に移動させることにより、板状ワークWを捩り変形させることができる。
また、この捩り保持装置1は、板状ワークWを捩りながらショット56を投射してストレスピーン成形を行う場合において、ロードセル41から制御ユニット6に入力される荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、ショット56の投射を停止させる制御を行うことができる。
このため、ストレスピーン成形時において、ロードセル41からの荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、板状ワークWの捩り加工が完了したと判断でき、ピーン加工を終了することができる。このため、ピーン加工に費やされる時間を必要最小限とし、加工時間の短縮および省力化に貢献することができる。
なお、本発明は上記の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、上記実施形態では板状ワークWの上面に支持点25aが当接し、下面に加圧点40aが当接する構成となっているが、支持点25aと加圧点40aの上下関係は逆でもよい。
また、上記実施形態ではワーク支持部材としてワーク支持ローラ50を用いているが、ローラに限らず、球状やキャスター状のワーク支持部材としてよい。こうすれば、板状ワークWをX軸方向のみに限らずY軸方向や他の方向にも移動させることができる。
さらに、上記実施形態では、板状ワークWを捩りながら、その片面にのみショット56を投射してピーン成形を施す場合について説明したが、板状ワークWの両面から同時にショット56を投射するようにしてもよい。
また、ショット56を投射するピーン成形のみならず、超音波ピーンやレーザーピーンによる成形を行ってもよい。
1 捩り保持装置
4 インテグラル・スキン
6 制御ユニット(制御手段)
7 反力吸収装置
8 湾曲率計測器
23 支持ユニット(進退駆動手段)
25 支持ロッド
25a 支持点
27,37 サーボモータ
28 ボールねじ機構
29,45 リニアスケール(進退位置検出手段)
33 加圧ユニット(進退駆動手段)
40 上段加圧ロッド
40a 加圧点
41 ロードセル(荷重検出手段)
50 ワーク支持ローラ
51 スプリング
L 2つの支持点を結ぶ線
P 捩り加工範囲
W 板状ワーク
4 インテグラル・スキン
6 制御ユニット(制御手段)
7 反力吸収装置
8 湾曲率計測器
23 支持ユニット(進退駆動手段)
25 支持ロッド
25a 支持点
27,37 サーボモータ
28 ボールねじ機構
29,45 リニアスケール(進退位置検出手段)
33 加圧ユニット(進退駆動手段)
40 上段加圧ロッド
40a 加圧点
41 ロードセル(荷重検出手段)
50 ワーク支持ローラ
51 スプリング
L 2つの支持点を結ぶ線
P 捩り加工範囲
W 板状ワーク
Claims (9)
- 板状ワークを、その弾性変形範囲内で捩りながら保持するための捩り保持装置であって、
前記板状ワークの一方の面に当接可能な少なくとも2つの支持点と、
同じく前記前記板状ワークの他方の面に当接可能であり、且つ前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐように配置された少なくとも2つの加圧点と、
前記支持点および前記加圧点の少なくとも一点を前記板状ワークの板厚方向に進退させる進退駆動手段と、
を具備してなることを特徴とする板状ワークの捩り保持装置。 - 前記支持点と前記加圧点の少なくとも一点は、前記板状ワークの面方向に独立的に移動可能であることを特徴とする請求項1に記載の板状ワークの捩り保持装置。
- 前記進退駆動手段は、全ての前記支持点および前記加圧点をそれぞれ独立的に進退させることができるように設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の板状ワークの捩り保持装置。
- 前記支持点および前記加圧点は、それぞれ3点以上あり、そのうちの少なくとも1点は、前記板状ワークを捩るために必要な前記2つの支持点および前記2つの加圧点の当接位置以外の場所に当接可能であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の板状ワークの捩り保持装置。
- 前記支持点と前記加圧点との、各々の進退位置を検出する進退位置検出手段と、
前記進退位置検出手段からの進退位置データが入力され、所定の進退位置となるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の板状ワークの捩り保持装置。 - 前記加圧点に加わる荷重を検出する荷重検出手段と、
前記荷重検出手段からの荷重データが入力され、所定の荷重が加わるように前記進退駆動手段を駆動させる制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の板状ワークの捩り保持装置。 - 前記制御手段は、前記板状ワークを捩りながらピーン成形を行う場合において、前記荷重検出手段から入力される荷重データの減少が停止した時点、または所定の荷重値に達した時点で、前記ピーン成形を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項6に記載の板状ワークの捩り保持装置。
- 板状ワークを、その弾性変形範囲内で捩りながら保持するための捩り保持方法であって、
前記板状ワークの一方の面に少なくとも2つの支持点を当接させるとともに、
前記板状ワークの他方の面に、前記少なくとも2つの支持点を結ぶ線を跨ぐように少なくとも2つの加圧点を当接させ、
前記支持点と前記加圧点の少なくとも一点を、前記板状ワークの板厚方向に押圧することにより前記板状ワークを捩りながら保持することを特徴とする板状ワークの捩り保持方法。 - 請求項1から7に記載の板状ワークの捩り保持装置を用いて板状ワークを捩れた状態に保持しながら、該板状ワークの少なくとも一方の面からピーン成形を施すことにより、前記板状ワークを捩り成形することを特徴とする板状ワークの捩り成形方法。
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