CN106470774B - 辊弯曲加工方法以及加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在由于加工机的状态、被加工件的弯曲特性的变化而导致实际的加工形状与理论解(数值分析解)产生差值的情况下也能够应对的压凹辊位置的导出方法。在将辊构成为金字塔形且通过一边连续地进给被加工件一边改变压凹辊的操作量而将被加工件弯曲的辊弯曲方法中，在每个固定的压凹辊的位置测量被加工件的曲率半径而事先掌握弯曲特性，根据设计形状求出用于使压凹辊接触的操作量和曲率半径，根据事先掌握的弯曲特性求出用于将被加工件弯曲为曲率半径所需的自接触状态起的追加的操作量，将用于接触的操作量与用于弯曲的操作量相加来决定压凹辊的操作量。

Description

辊弯曲加工方法以及加工装置

技术领域

本发明涉及将辊构成为锥形且一边连续搬运金属制的被加工件一边进行弯曲加工的弯曲加工方法以及加工装置。

背景技术

作为对薄板、线材进行弯曲加工的方法，有辊弯曲加工。该辊弯曲加工是通过对将被加工件向由三个以上的辊构成的加工部进给的进给量、和加工部的至少一个以上的辊位置进行控制，从而使弯曲应力作用于被加工件而使之弯曲的加工。该加工方法能够不使用模具地对被加工件赋予任意的曲率，因此与基于冲压的弯曲相比具有低成本这一优点。

然而，在被加工件为金属的情况下，在除去弯曲应力时会产生弹性回复，从而曲率半径发生变化。在设计形状的曲率半径恒定的情况下，能够通过适当调节压凹辊位置而比较容易地进行加工。然而，在曲率半径变化的设计形状的情况下，压凹辊位置的设定变得非常困难。作为利用辊进行弯曲的现有技术，有专利文献1至专利文献3。

在专利文献1中公开了关于钢板等的弯曲加工法的技术。具体而言，使具有设计形状的相似形状的凸轮与进给辊的旋转同步地旋转，并且将与该凸轮成对的从动件的位移量转换为电气量，通过液压伺服机构等对压凹辊的升降量进行控制，由此自动地成形弯曲板、管、筒体。

在专利文献2中公开了关于基于折弯辊的金属材料的弯曲加工方法及其装置的技术。具体而言，公开了事先实验性地进行弯曲加工来收集弹性回复率的平均值数据并存储于存储器，利用该数据求出作为目标的加工半径下的弹性回复率，根据该弹性回复率得出考虑到弹性回复的加工条件的方法。

在专利文献3中公开了关于辊弯曲方法以及装置的技术。具体而言，公开了在夹送型辊弯曲中，根据辊配置与加工形状之间的几何关系计算压凹辊与被加工物接触的压凹辊位置，从基于有限元法等的弹塑性模拟导出用于赋予曲率的压凹量直至差值落入容许范围内的加工方法。

在非专利文献1中公开了关于基于非专利文献2的三根金字塔型辊所进行的不规则形状的弯曲加工的技术。具体而言，在三根金字塔型辊中，对被加工件的进给量和正中央的辊位置进行数值控制，由此自动加工出各种不同的弯曲形状。在导出辊位置时，通过辊冲压弯曲而开始加工，从而根据压凹量与力矩的关系依次计算而求得之后的辊间的线材形状，并决定用于加工为所需形状的辊位置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭45-25171号公报

专利文献2：日本特开平6-190453号公报

专利文献3：日本特开2011-62738号公报

非专利文献

非专利文献1：山川俊夫以外3个，“三根金字塔型辊所进行的不规则形状弯曲加工”，日本塑性加工学会，塑性与加工，Vol.18、No.193、1977年；

非专利文献2：曾田长一郎、小西节子，“基于三根辊弯曲的板的变形”，日本塑性加工学会，塑性与加工，Vol.3、No.18、1962年。

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在专利文献1至专利文献3以及非专利文献1中存在以下说明的课题。专利文献1的加工通过使从动件追随与设计形状相似的凸轮并将其位移量转换为电气量而得到的控制电压对压凹辊的升降量进行控制。然而，在进行金属材料的弯曲加工的情况下，会产生弹性回复，弹性回复量根据加工曲率而变化。并未公开与此相关的应对方法。

专利文献2的方法说明了用于得到曲率恒定的加工物的方法。并未公开用于得到曲率连续地变化的设计形状的方法。

非专利文献1的加工能够通过控制三根金字塔型辊弯曲的辊位置和被加工物的进给量来加工任意的形状。然而，由于根据压凹量与力矩的关系依次导出辊间线材的形状，因此需要将初始的弯曲加工设为辊压凹弯曲。另外，不仅计算非常复杂还基于非专利文献2，因此可加工的曲率范围被限定为20m^-1(曲率半径50mm以上)以下。

专利文献3的方法明确了根据辊配置与加工形状之间的几何关系来计算压凹辊与被加工物接触的压凹辊位置的计算方法。关于用于对被加工物赋予曲率的压凹辊位置的导出，是将被加工物与压凹辊接触的状态设为初始状态，通过有限元法进行反复计算直至加工曲率的偏差落入容许范围内的方法。该方法相当于将非专利文献1的加工方法中的金字塔型替换为夹送型，且将计算方法从依次计算替换为有限元法的方法。

因此，在非专利文献1以及专利文献3中，存在无法应对微小的加工条件的变化这一共同的问题。作为一个微小的加工条件的差值，可以举出构成加工机的部件的组装所需的缝隙。为了进行加工机的分解、组装，缝隙是必不可少的。因此，当再构成加工机时，辊位置微小地不同。即使是微小的差别，也会导致成形的曲率半径较大地变化。

并且，也存在被加工线材引起的成形曲率的变化。即使被加工件的类别为同一型号，在制造批次不同时弯曲特性也不同。另外，为了提高搬运、作业空间的效率，被加工件通常在卷绕于绕线管、滚筒的状态下流通。因此，在加工前需要进行去除卷曲的矫正工序，根据卷绕的绕线管的直径不同导致矫正工序也发生变化。这些因素也给弯曲特性带来变化。

由于上述的微小的加工条件的变化，即使是使压凹辊的位置固定的稳态弯曲，其加工曲率与非专利文献2中记载的理论值也产生偏差。在该情况下，即便通过非专利文献1的方法导出压凹辊的压凹量也不能得到设计形状。利用有限元法等导出压凹辊位置的专利文献3的方法也是一样的。需要进行微调以使得基于有限元法的分析结果与利用加工机的加工结果相同。

因此，本发明的目的在于提供即使存在加工机的状态、被加工件的弯曲特性的变化也能够应对的、能够进行高精度的弯曲加工的辊弯曲加工方法以及加工装置。

用于解决课题的方案

为了实现所述目的，本发明的方法具有以下特征。

(1)一种辊弯曲加工方法，在被加工件的搬运路径的一侧配置支点辊且在所述搬运路径的另一侧配置按压辊以及压凹辊，一边连续地进给被加工件一边控制压凹辊的操作量从而将被加工件弯曲，其中，基于进行规定的稳态弯曲实验而得到的被加工件的弯曲特性数据来计算无负载状态下的参照数据，基于设计形状来计算无负载状态下的设计数据，基于所述参照数据以及所述设计数据来计算所述压凹辊的操作量从而进行弯曲加工处理。

(2)在(1)所述的辊弯曲加工方法的基础上，计算与无负载力矩臂相应的单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩作为所述参照数据，在设计形状的各点计算设计曲率半径、无负载力矩臂以及设计几何操作量作为所述设计数据，在所述设计形状的各点基于所述设计数据的所述无负载力矩臂而取得所述参照数据的所述单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩，通过将用于使所述被加工件弯曲为设计曲率半径的设计所需力矩除以所取得的所述单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩来求出设计曲率操作量，将求出的设计曲率操作量与所述设计几何操作量相加来计算所述压凹辊的所述操作量。

(3)在(1)所述的辊弯曲加工方法的基础上，计算与所述被加工件和防干涉引导件接触的情况以及所述被加工件和防干涉引导件不接触的情况下的所述无负载力矩臂相应的所述单位稳态弯曲曲率操作量作为所述参照数据，选择与所述被加工件和防干涉引导件接触的情况以及所述被加工件和防干涉引导件不接触的情况的任一情况下的所述无负载力矩臂相应的所述单位稳态弯曲曲率操作量来计算所述压凹辊的所述操作量。

(4)在(2)或(3)所述的辊弯曲加工方法的基础上，计算与所述无负载力矩臂不同的修正用无负载力矩臂作为所述参照数据，基于所述修正用无负载力矩臂来修正所述压凹辊的所述操作量。

(5)一种辊弯曲加工装置，其具备：搬运部，其沿着规定的搬运路径连续搬运被加工件；加工部，其在所述搬运路径的一侧配置有支点辊且在所述搬运路径的另一侧配置有按压辊以及压凹辊，将该压凹辊向所述被加工件按压而进行弯曲加工；以及控制部，其一边控制所述搬运部朝向所述压凹辊连续地进给所述被加工件一边控制所述压凹辊的操作量，从而将所述被加工件弯曲，其中，所述控制部具备：预处理部，其基于进行规定的稳态弯曲实验而得到的被加工件的弯曲特性数据来计算无负载状态下的参照数据；设计处理部，其基于设计形状来计算无负载状态下的设计数据；以及计算处理部，其基于所述参照数据以及所述设计数据来计算所述压凹辊的操作量。

发明效果

具有这样的特征的本发明的辊弯曲方法能够得到如下的作用、效果。即使在由于加工机的状态、被加工件的弯曲特性的变化而导致实际的加工形状与理论解产生差值的情况下，也能够进行考虑到弹性回复的影响的高精度的弯曲加工。即使设计形状是曲率连续地变化的形状、具有半径不同的多个弯曲部和直线部的形状，也能够以高精度进行加工。

附图说明

图1是关于本发明的第一实施方式的辊弯曲加工装置的概要结构图。

图2是关于加工部50的概要结构图。

图3是关于设置有防干涉引导件10的加工部50的概要结构图。

图4是在本发明的辊弯曲装置中压凹辊7的操作量为0时的侧视图。

图5是稳态弯曲实验的概要图。

图6是本发明的辊弯曲加工装置的框图。

图7是由稳态弯曲实验得到的操作量与曲率半径的图表。

图8是眼镜用钛合金不规则线材的剖视图。

图9是本发明的以X方向无负载力矩臂为基准而对稳态弯曲实验数据进行转换得到的数据。

图10是关于通常的弯矩的计算的概要图。

图11是本发明的设计数据的取得方法的概要图。

图12是本发明的在设计形状的加工时假定无负载状态的概要图。

图13是示出参照了本发明的参照数据时的各图表的参照点的概要图。

图14是由本发明的方法加工的钛合金的照片。

图15是由本发明的方法加工的绝缘包覆铜线的照片。

图16是求取设计总操作量H(n)的处理流程。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。所说明的实施方式是在实施本发明时优选的具体例，因此在技术上进行了各种限定，但只要在以下的说明中没有明确记载对本发明进行限定的内容，则本发明不受上述实施方式的限定。另外，虽然根据需要而使用表示特定的方向、位置的用语(例如“上”、“下”、“右”以及包含上述用语的其他用语)，但这些用语的使用是为了易于参照附图理解发明，并非通过这些用语的含义来限制本发明的技术范围。需要说明的是，为了对弹性回复完成后与加工中进行区分，曲率半径等在弹性回复后的变量上标注“’”而示出。

(第一实施方式)

图1是关于本发明的第一实施方式的辊弯曲加工装置的概要结构图。辊弯曲加工装置具备供给被加工件1的供给部60、以规定的搬运速度连续搬运被加工件1的搬运部70、以及对被加工件1进行弯曲加工的加工部50。在该例子中，从供给部60的供给辊抽出的被加工件1一边被多个搬运辊夹持一边沿箭头方向搬运，并在加工部50处以规定的曲率进行弯曲加工。以下，将图1的右方向作为X方向、下方向作为Z方向。

图2是关于加工部50的概要结构图。如图2的(a)所示，被加工件1通过搬运部70而沿图中的空心箭头方向连续地向加工部50进给。加工部50具有：以将被加工件1沿规定的搬运路径搬运的方式与被加工件1抵接的按压辊3、在弯曲加工时成为对于被加工件1的最大弯矩的作用点的支点辊5、以及与进给来的被加工构件1接触而对被加工件1赋予弯曲应力的压凹辊7。而且，在被加工件1的搬运路径的一侧配置支点辊5，并且在另一侧配置按压辊3以及压凹辊7。这样的三个辊的配置一般被称为金字塔型辊。

如图2的(b)所示，也可以根据需要配置与支点辊5成对的对置辊9而构成夹送型辊。为了减少与被加工件之间的摩擦，按压辊3、支点辊5、压凹辊7以及对置辊9优选被轴支承为旋转自如。

压凹辊7通过未图示的位置调节装置，如图2的(b)所示例如能够沿如箭头11、箭头12那样与被加工件1交叉的方向移动，以对被加工件1赋予弯矩。或者也可以如箭头13那样进行圆弧移动。箭头13的圆弧的中心为支点辊5的轴心，但也可以在支点辊5的轴心以外。

根据设计形状的不同，如图3所示，为了防止被加工件1与被加工件1自身的干涉、与各种辊的干涉，优选适当设置防干涉引导件10。

在以下说明的弯曲加工中，对在图2的(a)所示的金字塔型的辊配置的情况下，使压凹辊7进行基于箭头11(与被加工件1的搬运方向正交的方向)的直线运动，被加工件1在与搬运方向正交的方向上的剖面是厚度为t、宽度为b的矩形剖面的情况进行说明。将支点辊5、压凹辊7的半径分别设为r₅、r₇。

如图4所示，在将被加工件1以规定的搬运速度连续搬运并以直线状态进给的情况下，将在被加工件1中不产生应力的状态下与压凹辊7接触的位置设为压凹辊7的操作量为0(辊7沿箭头11或箭头12的方向移动的情况下的操作量为移动距离。另外，辊7沿着箭头13移动的情况下的操作量为移动距离或旋转角度。)。

在操作量为0时，压凹辊7的下端位于距支点辊5的上端的上方(-Z方向)，且与支点辊5的上端相距加工件1的厚度t。将被加工件1的中立线2与使按压辊3偏移而距中立线的距离为0.5t而得到的按压辊偏移圆4的接点设为Pt3，同样地，将被加工件1的中立线2与使支点辊5偏移了距离0.5t而得到的支点辊偏移圆6的接点设为Pt5，将被加工件1的中立线2与使压凹辊7偏移了0.5t而得到的压凹辊偏移圆8的接点设为Pt7。在压凹辊7的动作为箭头11的情况下，支点辊5与压凹辊7的中心间X方向距离恒定，将该距离设为G。

图5是关于弯曲加工的说明图。在图5中，示出按压辊3、支点辊5以及压凹辊7的位置关系，并且在下侧示出关于与该位置关系对应地在被加工件1的各位置产生的力矩以及曲率的图表。图5的(a)示出压凹辊7的操作量为0的情况。

在弯曲被加工件1的情况下，如图5的(b)所示，压凹辊7位于比图5的(a)所示的位置靠下方向(+Z方向)的位置。由此，进给来的被加工件1被压凹辊7压凹而受到弯矩。该弯矩不仅由压凹辊7的位置决定，也取决于位于支点辊5以及压凹辊7之间的被加工件1的形状。

在充分地搬运被加工件1直至成形的曲率恒定为止的稳态弯曲中，压凹辊7的位置越沿Z方向移动，弯曲应力越大。从而，被加工件1的曲率变大(曲率半径变小)。

被加工件1的材质除了碳素钢、不锈钢等铁系材料，也可以是铝或铝合金、铜、铜合金、钛、钛合金等非铁系材料。另外，被加工件1的形状可以为板状，也可以是圆、矩形以外的不规则剖面的线材。被加工件1的厚度只要在支点辊5不塑性变形的范围内则不受限制，即使在通过弹性变形而变形了的状态下也能够高精度地使被加工件1弯曲。

如以上说明的那样，加工部50通过对压凹辊7的操作量与被加工件1的基于搬运速度的进给量一起进行控制，能够使施加于被加工件1的弯曲应力发生变化而赋予各种各样的曲率。

图6是关于辊弯曲加工装置的控制框结构图。辊弯曲加工装置100具备控制部40、加工部50、供给部60以及搬运部70。也可以具备保持稳态弯曲数据的数据库20以及保存设计形状数据的数据库30。

控制部40具备：预处理部401，其基于进行规定的稳态弯曲实验而得到的被加工件的弯曲特性数据来计算无负载状态下的参照数据；设计处理部402，其基于设计形状来计算无负载状态下的设计数据；以及计算处理部403，其基于参照数据以及设计数据来计算压凹辊的操作量并进行控制以进行弯曲加工处理。

预处理部401作为加工设计形状的事先准备而进行稳态弯曲实验，从而掌握现有的加工部50与被加工件1的组合的弯曲特性。

在稳态弯曲实验中，从图5的(a)所示的初始状态起，将压凹辊7固定为每次进行规定的操作量h，并进给被加工件1。将Pt5以及Pt7间的加工中的X方向距离设为lx。在刚进给后lx、成形的曲率半径会发生变动，但若持续进给被加工件1，则如图5的(b)所示，从Pt7进给的被加工件1的曲率半径变为恒定。将该状态定义为稳定状态。

在稳定状态下，作用于被加工件1的弯矩在Pt3至Pt5增加，在Pt5处达到最高，在Pt5至Pt7减少，在Pt7处变为0。另一方面，被加工件1的曲率在Pt3以后增加，随着接近Pt5附近而变高，在Pt5处变得最高，在Pt5以后，与作用的弯矩的减少相应地，进行弹性回复而曲率逐渐降低，在Pt7处作用的弯矩成为0从而弹性回复完成，曲率成为1/R’。

在稳态弯曲实验中，将固定为规定的值的操作量h作为稳态弯曲总操作量h，并掌握成形的稳态弯曲曲率半径R’的关系，得到根据R’导出h的近似式。稳态弯曲总操作量h的间距优选尽量小。

作为一例，在图7中示出眼镜边线用的钛合金线材的稳态弯曲实验结果的图表。图7的(a)中的横轴是曲率半径R’(mm)，图7的(b)中的横轴是曲率(1/R’)(mm^-1)。关于描绘点数，在曲率的图表中优选在描绘点的曲率方向上取间隔大致恒定的五个以上的点。另外，近似式优选分为小曲率区和大曲率区这两种以上。

在图7的稳态弯曲实验中使用的钛合金线材的材质与JIS4650的61种相当，剖面形状如图8所示。关于辊等的设定，支承辊5的半径r₅为1.0mm，压凹辊7的半径r₇为8.0mm，支点辊5与压凹辊7的中心间X方向距离G约为10.8mm。

第一次的结果为“初始”，之后，再构建加工部并再次进行了相同的稳态弯曲实验而得到的结果为“拆卸后”。另外，将被加工件1以外作为刚体进行处理的稳态弯曲的FEM分析结果为“FEM分析”。

由于存在容许的安装误差，因此再构建加工部使得稳态弯曲总操作量h与稳态弯曲曲率半径R’的关系发生变化。另外，虽然FEM分析结果定性地呈现出与稳态弯曲实验结果相同的倾向，但产生偏差。认为偏差的原因在于将支点辊5作为刚体进行处理。为了基于FEM分析结果导出加工坐标，需要进行调节以使得FEM分析结果与实际的加工结果一致，因而不实用。

在本发明中，在通过稳态弯曲实验得到的稳态弯曲总操作量h与稳态弯曲曲率半径R’的关系的基础上，根据假设无负载状态、且被加工件1与压凹辊7处于接触状态下而得到的几何关系，制作在加工设计形状时参照的数据。

在图5的(b)所示的稳定状态下，由于压凹辊7的弯矩作用于被加工件1，因此Pt5与Pt7之间的被加工件1未完成弹性回复。随着被加工件1的进给，处于Pt5与Pt7之间的被加工件1在通过Pt7后完成弹性回复，从而曲率成为1/R’。

将压凹辊7的弯矩未作用于被加工件1的状态设为无负载状态。假设从图5的(b)所示的稳定状态起停止被加工件1的进给，使之成为无负载状态的情况。由于在Pt5与Pt7之间作用的弯矩消失，因此Pt5与Pt7之间的被加工件1完成弹性回复，如图5的(c)所示，Pt5与Pt7之间的线材成为曲率半径R’的均匀圆弧。

根据压凹辊7与无负载状态的被加工件1接触时的几何关系，在预处理部制作参照数据。首先对几何关系进行说明。

将无负载状态的Pt5与Pt7之间的距离定义为无负载力矩臂。如图5的(c)所示，使用小写的L将稳态弯曲的无负载力矩臂定义为无负载力矩臂l’。无负载力矩臂l’包括X方向无负载力矩臂lx’、Z方向无负载力矩臂lz’、对角线无负载力矩臂lt’以及沿着线材的实际长度无负载力矩臂ls’这四种。

根据加工设计形状时的参照基准来选择无负载力矩臂，在第一实施方式中，在以X方向无负载力矩臂长度为基准的情况下对几何关系进行说明。

图5的(c)的曲率半径R’的均匀圆弧的中心Pt0在从支点辊5的中心观察时处于Z轴方向。另外，连结Pt0与压凹辊7的中心的线段的长度为R’+0.5t+r₇。并且，支点辊5与压凹辊7的X方向距离为G恒定。根据以上内容，若将连结Pt0与压凹辊7的中心的线段与Z轴之间的角度设为θ，则式(1)成立。

[数学式1]

另外，稳态弯曲的X方向无负载力矩臂lx’为R’×sinθ，由此式(2)的关系成立。

[数学式2]

在G约为10.8mm、被加工件1的厚度t约为1.0mm、压凹辊7的半径r₇约为8.0mm的情况下，若将横轴设为X方向无负载力矩臂lx’(mm)、纵轴设为均匀圆弧R’的曲率半径(mm)而对式(2)进行图表化，则成为图9的(a)。图9的(a)的lx’＝G时，均匀圆弧R’无限大。这是图4所示的均匀圆弧R’无限大(直线)时的情况。

在预处理部制作参照数据。参照数据的制作步骤分为以下三个步骤：

(A)根据稳态弯曲曲率半径R’进行加工时的Pt5处的力矩的计算；(B)稳态弯曲总操作量h中的与曲率赋予相关的稳态弯曲曲率操作量h_M的计算；以及(C)单位稳态弯曲曲率操作量h_M附近的弯矩的计算。

对(A)根据稳态弯曲曲率半径R’进行加工时(通过Pt5时)的弯矩的计算进行说明。

根据被加工件1的材质，选择适当的弯矩M和曲率半径R的公式。弯矩M、弯矩产生中的曲率半径R成为M的函数。例如，被加工件1为完全弹塑性体的矩形剖面的情况下的弯矩M与弯矩产生中的曲率半径R的关系式如式(3)。

[数学式3]

(将纵弹性系数设为E、将剖面二次力矩设为I、将屈服强度设为Y、将弹性极限力矩设为M_E、将弹性极限曲率半径设为ρ_E。)

将式(3)代入一般的弹性回复的式(4)，从而导出弹性回复完成后的曲率半径R’的值。

[数学式4]

根据式(3)以及式(4)，作出将弹性回复完成后的曲率半径R’作为变量反推出线材所受到的弯矩M的函数，从而求出弯矩M。在上述式(3)与式(4)的情况下，成为关于R的三次方程式，在数学上存在三个解，但根据塑性加工的条件，合适的解只有一个。

优选根据材质适当选择二直线硬化规则、n次硬化规则等力矩与曲率的关系式。无论使用哪个关系式，都能够根据弯矩M、加工中的曲率半径R、弹性回复后的曲率半径R’中的任一个信息反推出其余的信息。

关于图9的(a)的横轴X方向无负载力矩臂lx’(mm)、纵轴均匀圆弧R’的曲率半径(mm)的图表，若根据纵轴的均匀圆弧R’的曲率半径(mm)反推出加工时(通过Pt5时)的弯矩，则得到图9的(b)的图表。

接下来，对(B)稳态弯曲总操作量h中的与曲率赋予有关的稳态弯曲曲率操作量h_M的计算进行说明。如图5的(c)所示，将辊7与被加工件1接触的无负载状态下的辊7操作量设为稳态弯曲几何操作量h_C。另外，将图5的(b)所示的稳态弯曲总操作量h与稳态弯曲几何操作量h_C的差值设为稳态弯曲曲率操作量h_M。稳态弯曲几何操作量h_C的计算式为式(5)。能够由式(1)求出θ，因此能够求出与R’对应的稳态弯曲几何操作量h_C的值。

[数学式5]

h_C＝(R′+0.5t+r₇)(1-cosθ) (5)

关于图9的(a)的横轴X方向无负载力矩臂lx’(mm)、纵轴均匀圆弧R’的曲率半径(mm)的图表，若使用由图7的(b)得到的稳态弯曲总操作量h与均匀圆弧的曲率(1/R’)的近似式将纵轴的均匀圆弧R’的曲率半径(mm)变换为稳态弯曲总操作量h，则得到图9的(c)的实线所示的图表。

另外，关于图9的(a)的横轴X方向无负载力矩臂lx’(mm)、纵轴均匀圆弧R’的曲率半径(mm)的图表，若使用式(1)以及式(5)将纵轴的均匀圆弧R’的曲率半径(mm)变换为稳态弯曲几何操作量h_C，则得到由图9的(c)的虚线示出的图表。

通过从稳态弯曲总操作量h减去稳态弯曲几何操作量h_C的差值，得到由图9的(c)的单点划线示出的横轴X方向无负载力矩臂lx’(mm)和纵轴稳态弯曲曲率操作量h_M。由于该稳态弯曲曲率操作量h_M，产生在(A)中求得的由图9的(b)示出的弯矩M。

接下来，对(C)单位稳态弯曲曲率操作量h_M附近的弯矩的计算进行说明。通常，弯矩通过力×作用中的力矩臂长度求得。以图10的情况为例进行具体说明，则使用作用于被加工件1的力F的X方向分力F_X和Z方向分力F_Z、作用中的X方向力矩臂长度L_X、Z方向力矩臂长度L_Z通过F_X×L_Z+F_Z×L_X求得。该求法需要掌握加工中的Pt5与Pt7之间的X方向长度l_X、Z方向长度l_Z、作用的力F的X方向分力F_X、Z方向分力F_Z，但在加工曲率连续地变化的形状的情况下，对各点掌握上述的参数是非常困难的。

于是，将弯矩作为无负载力矩臂与曲率操作量之积进行处理。在以X方向无负载力矩臂长度为基准的情况下，弯矩＝X方向无负载力矩臂lx’×稳态弯曲曲率操作量h_M。

关于图9的(b)的弯矩的图表，能够根据图9的(c)的单点划线示出的稳态弯曲曲率操作量h_M导出单位稳态弯曲曲率操作量h_M附近的弯矩。例如，在线形近似的情况下，通过将图9的(b)的弯矩除以由图9的(c)的单点划线示出的稳态弯曲曲率操作量h_M，能够得到图9的(d)示出的横轴为X方向无负载力矩臂lx’(mm)、纵轴为单位稳态弯曲曲率操作量h_M附近的弯矩k的图表。通过以上得到的、以无负载力矩臂为基准的单位曲率操作量h_M附近的弯矩k成为在预处理部制作的参照数据。

在以X方向无负载力矩臂作为参照基准的情况下进行了说明，但在将参照基准设为实际长度无负载力矩臂ls’的情况下，也可以使用ls’＝R’θ并按照上述的步骤制作数据。在将参照基准设为对角线无负载力矩臂lt’的情况下使用lx’、lz’至lt’、R’的关系式即可。在加工设计形状时，以成为参照基准的无负载力矩臂为基准来参照参照数据。

接下来，参照图11说明计算以X方向无负载力矩臂长度为参照基准的情况下的“设计数据”的设计处理部。加工后的形状即设计形状是未作用有弯矩的无负载状态。预处理同样地掌握无负载状态下的设计形状的几何关系。

如图11所示，以眼镜框的设计形状为例进行说明。首先，对设计形状的中立线2以规定的分割间距制作P(0)至P(N)的N+1个点，掌握各点的设计曲率半径ρ’(n)。对该点而言，分别存在由于加工的进行而成为Pt5的瞬间。为了以高精度进行加工，分割间距越小越好，0.1mm～1mm左右是适当的。

通过自中立线2偏移将支点辊5的半径r₅与被加工件的厚度的一半0.5t相加得到的r₅+0.5t来描绘支点辊5的中心的轨迹T5。关于压凹辊7的中心的轨迹也同样地，通过自中立线偏移将压凹辊7的半径r₇与被加工件的厚度的一半0.5t相加而成的r₇+0.5t来描绘压凹辊7的中心的轨迹T7。在被加工件1为不规则剖面形状的情况下，与之相应地对偏移量进行适当修正。

只要支点辊5按轨迹T5、压凹辊7的中心按轨迹T7移动，则成为无负载状态且与设计形状接触的状态。在此基础上考虑到支点辊5与压凹辊7的X方向中心间距离为G这一约束条件，得到在中立线2上的各点以无负载状态下通过Pt5时被加工件1与辊7接触所需的操作量和接点Pt7。

为了与稳态弯曲相区别而使用大写字母H，将被加工件1与辊7接触所需的操作量设为设计几何操作量H_C，将点n处的设计几何操作量设为H_C(n)、将Pt7设为Pt7(n)。

另外，能够根据各点的无负载状态的Pt7(n)掌握设计形状的无负载力矩臂。为了与稳态弯曲相区别而使用大写字母L定义为无负载力矩臂L’。无负载力矩臂L’包括X方向无负载力矩臂Lx’、Z方向无负载力矩臂Lz’、对角线无负载力矩臂Lt’以及沿着设计形状的实际长度无负载力矩臂Ls’这四种，能够由用作参照基准的无负载力矩臂取得。与操作量同样地，将点n处的无负载力矩臂设为L’(n){(Lx’(n)，Lz’(n)，Lt’(n)，Ls’(n)}。

根据以上内容，在设计形状的中立线上的所有点处取得设计形状上的点n处的设计曲率半径ρ’(n)、设计几何操作量Hc(n)、以及成为参照基准的无负载力矩臂长度L’(n)。

接下来，参照图12以及图13来说明计算处理部，所述计算处理部计算以X方向无负载力矩臂长度为参照基准的情况下的用于加工设计形状的“操作量”。在图12的(a)中示出图11的点n为Pt5时的概要图。在设计处理部中，由于取得了设计几何操作量H_C(n)，因此决定用于在点n赋予曲率的操作量即设计曲率操作量H_M(n)并与设计几何操作量H_C(n)相加，由此求出设计总操作量H(n)。图16示出计算设计总操作量H(n)的处理流程。

参照图9的(d)所示的参照数据，取得X方向无负载力矩臂Lx’(n)上的单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩的数据。将其设为k(n)。

也可以采用不事先制作参照数据，作为单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩k恢复值而在设计形状的各点进行计算。

接下来，求出为了在点n弯曲为设计曲率半径ρ’(n)所需的设计曲率操作量H_M(n)。在预处理部的参照数据的制作中，通过弯矩的计算中使用的公式求出为了在点n弯曲为设计曲率半径ρ’(n)所需的所需力矩，将其作为设计曲率所需力矩M(n)。

通过将设计曲率所需力矩M(n)除以单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩k(n)来求出设计曲率操作量H_M(n)。

通过将利用以上方式求得的设计曲率操作量H_M(n)与设计几何操作量H_C(n)相加来决定设计总操作量H(n)。通过在设计形状的中立线2的所有点进行上述运算，从而得到与被加工件1的进给量对应的压凹辊7的操作量的数据。

控制部40按照该数据来控制加工部50的压凹辊7的操作量、供给部60中的被加工件1的供给量以及搬运部70中的被加工件1的进给量。由此，即便是曲率连续地变化的设计形状，也能够高精度地进行加工。

作为本发明的实用上的优点列举如下。本发明的辊弯曲加工方法能够通过市售的表计算软件而低成本地实施。另外由于不存在反复计算，因此能够在短时间内计算出加工坐标。并且，稳态弯曲实验通过对加工后的均匀圆弧的直径进行基于游标卡尺等的计测这一简单的操作即可实现，因而实用。

另外，如以下说明那样，具有抑制误差的效果。将根据稳态弯曲曲率半径R’(n)的逆运算求得的弯矩设为稳态弯曲所需力矩m(n)。如图13所示，通过参照参照数据而得到的数据k(n)为稳态弯曲所需力矩m(n)/稳态弯曲曲率操作量h_M(n)，因此设计曲率操作量H_M(n)的导出式如式(6)所示那样，为设计曲率所需力矩M(n)除以稳态弯曲所需力矩m(n)。

[数学式6]

由式(6)可知，弹性极限力矩M_E消失，取决于被加工件1的剖面形状的剖面二次力矩I也消失。因此，即使在被加工件1通过矫正机、搬运部等时剖面形状发生了变化的情况下，也能够抑制其影响。

另外，在式(3)的弯矩与曲率半径的关系式的选择不适当的情况下，当使用基于FEM分析、理论分析的方法时呈现出误差，但在本发明的方法中，将设计曲率所需力矩M(n)除以稳态弯曲所需力矩m(n)，因此也具有抑制误差这一效果。

并且，在FEM分析中需要按压辊3、支点辊5、压凹辊7这三个辊的位置关系信息，而根据本发明的方法，具有只需要支点辊5以及压凹辊7这两个辊的位置信息即可这一优点。

(第二实施方式)

对关于本发明的第二实施方式的辊弯曲加工方法进行说明。第二实施方式除了根据有无被加工件1与防干涉引导件10的接触而使用两种稳态弯曲实验数据这一点以外，具备与第一实施方式相同的结构。

根据设计形状的不同，有时需要使用防干涉引导件10来防止被加工件1与被加工件1自身、各种辊发生干涉。在该情况下，一边使被加工件1与防干涉引导件10接触一边进行加工。由于该接触而产生摩擦阻力，即便是相同的操作量，被加工件1所成形的曲率半径也会发生变化。

进行使被加工件1与防干涉引导件10接触的稳态弯曲实验，追加预处理部中的参照数据，在将被加工件1加工为设计形状时，根据有无被加工件1与防干涉引导件10的接触而将参照数据分开使用，能够提高被加工件1的加工精度。

(第三实施方式)

参照图11至图13对本发明的第三实施方式的辊弯曲加工方法进行说明。第三实施方式除了将用作参照基准的无负载力矩臂以外的至少一个以上的无负载力矩臂用作校正变量这一点以外，具备与第一实施方式相同的结构。

对参照基准采用X方向无负载力矩臂Lx’，将Z方向无负载力矩臂Lz’用于修正的情况进行说明。

在图11的点n靠近支点辊5时，若设为无负载状态，则如图12的(c)所示那样，Pt5与Pt7之间的X方向距离为Lx’(n)。将Lx’(n)作为参照基准，因此参照稳态弯曲的X方向无负载力矩臂lx’(n)成为Lx’(n)的数据，但在设计形状的Z方向无负载力矩臂Lz’(n)与稳态弯曲的Z方向无负载力矩臂lz’(n)之间产生偏差δz’(n)。通过将该偏差δz’(n)用作设计形状总操作量H(n)的修正系数，能够提高加工形状的精度。

接下来，通过本发明的方法与比较方法这两种方法进行加工。被加工件以及辊弯曲加工装置与图7所示的稳态弯曲试验中的相同。然后，基于第一实施方式的处理进行了辊弯曲加工。在比较例中，与第一实施方式的预处理部的情况同样地，进行稳态弯曲实验而事先取得稳态弯曲总操作量h与稳态弯曲曲率半径R’的关系，在设计形状的点n的设计曲率半径为ρ’(n)时，将稳态弯曲的曲率半径成为ρ’(n)的稳态弯曲总操作量h作为设计形状总操作量H(n)。

图14是示出二者的加工例的照片。图14的(a)为眼镜的框形状，最大曲率约为235(m^-1)。图14的(b)是将一边为60mm的正方形的角以R5mm倒圆而得到的形状，图14的(c)是将一边为60mm的正方形的角以R7.5mm倒圆而得到的形状。

在如比较例那样进行处理的情况下，曲率连续地变化的图14的(a)的加工形状与设计形状比较接近，但对于具有曲率急剧地变化的部位的图14的(b)、图14的(c)而言偏差变大。另一方面，在上述的第一实施方式中，关于全部的形状均能够得到与设计形状接近的加工形状。

图15是对市售的矩形剖面的铜线(宽度2mm、厚度1mm)进行第一实施方式的处理所得到的加工例的照片。最外侧的角的曲率半径约为11mm，在其内侧以依次错开约1mm的曲率半径进行了加工。根据本发明的方法，不会在线材间产生间隙而能够进行高精度地加工。

附图标记说明

1…被加工件、2…中立线、3…按压辊、5…支点辊、6…支点辊偏移圆、7…压凹辊、8…压凹辊偏移圆、9…对置辊、10…防干涉引导件、11…压凹辊的动作(沿直线运动的情况)、13…压凹辊的动作(呈圆弧状地运动的情况)、20…数据库(稳态弯曲数据用)、30…数据库(设计形状用)、40…控制部、50…加工部、60…供给部、70…搬运部、100…辊弯曲加工装置、401…预处理部、402…设计处理部、403…计算处理部、Pt5…支点辊偏移圆与中立线的接点、Pt7…压凹辊偏移圆与中立线的接点、T5…支点辊5的中心轨道、T7…压凹辊7的中心轨道。

Claims (5)

1.一种辊弯曲加工方法，在被加工件的搬运路径的一侧配置支点辊并且在所述搬运路径的另一侧配置按压辊以及压凹辊，一边连续地进给被加工件一边控制压凹辊的操作量从而将被加工件弯曲，其特征在于，

基于进行规定的稳态弯曲实验而得到的被加工件的弯曲特性数据来计算无负载状态下的参照数据，基于设计形状来计算无负载状态下的设计数据，基于所述参照数据以及所述设计数据来计算所述压凹辊的操作量从而进行弯曲加工处理。

2.根据权利要求1所述的辊弯曲加工方法，其中，

计算与无负载力矩臂相应的单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩作为所述参照数据，

在设计形状的各点计算设计曲率半径、无负载力矩臂以及设计几何操作量作为所述设计数据，

在所述设计形状的各点基于所述设计数据的所述无负载力矩臂而取得所述参照数据的所述单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩，通过将用于使所述被加工件弯曲为设计曲率半径的设计所需力矩除以所取得的所述单位稳态弯曲曲率操作量的弯矩，从而求出设计曲率操作量，将求出的设计曲率操作量与所述设计几何操作量相加来计算所述压凹辊的所述操作量。

3.根据权利要求2所述的辊弯曲加工方法，其中，

计算与所述被加工件和防干涉引导件接触的情况以及所述被加工件和防干涉引导件不接触的情况下的所述无负载力矩臂相应的所述单位稳态弯曲曲率操作量作为所述参照数据，选择与所述被加工件和防干涉引导件接触的情况以及所述被加工件和防干涉引导件不接触的情况的任一情况下的所述无负载力矩臂相应的所述单位稳态弯曲曲率操作量来计算所述压凹辊的所述操作量。

4.根据权利要求2或3所述的辊弯曲加工方法，其中，

计算与所述无负载力矩臂不同的修正用无负载力矩臂作为所述参照数据，基于所述修正用无负载力矩臂来修正所述压凹辊的所述操作量。

5.一种辊弯曲加工装置，其具备：

搬运部，其沿着规定的搬运路径连续搬运被加工件；

加工部，其在所述搬运路径的一侧配置有支点辊且在所述搬运路径的另一侧配置有按压辊以及压凹辊，将该压凹辊向所述被加工件按压而进行弯曲加工；以及

控制部，其一边控制所述搬运部朝向所述压凹辊连续地进给所述被加工件一边控制所述压凹辊的操作量，从而将所述被加工件弯曲，其特征在于，

所述控制部具备：

预处理部，其基于进行规定的稳态弯曲实验而得到的被加工件的弯曲特性数据来计算无负载状态下的参照数据；

设计处理部，其基于设计形状来计算无负载状态下的设计数据；以及

计算处理部，其基于所述参照数据以及所述设计数据来计算所述压凹辊的操作量。