EA022680B1

EA022680B1 - Способ и устройство для изготовления изогнутого элемента

Info

Publication number: EA022680B1
Application number: EA201270164A
Authority: EA
Inventors: Ацуси Томидзава; Наоаки Симада; Синдзиро Куваяма; Сабуро Иноуе; Манабу Окахиса; Юсуке Киносита; Такаси Суяма
Original assignee: Сумитомо Метал Индастриз, Лтд.; Сумитомо Пайп Энд Тьюб Ко., Лтд.
Priority date: 2009-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2016-02-29
Also published as: EP2359949B8; EP2359949A4; US10537927B2; PT2359949E; AU2010271776B2; BR112012000950A8; JP6180597B2; JP2015110251A; MX2012000636A; WO2011007810A1; EP2671653A1; JP5435033B2; CA2767558A1; BR112012000950A2; US20120167651A1; ES2442629T3; EP2359949B1; CN102574183B; CN102574183A; BR112012000950B1

Abstract

Предложено гибочное устройство, которое может решить проблемы предшествующего уровня техники, которое выполняет двумерную или трехмерную гибку длинной металлической заготовки, имеющей замкнутое поперечное сечение. Гибочное устройство имеет (а) первый манипулятор, который представляет собой подающее средство, которое подает полую металлическую заготовку, имеющую замкнутое поперечное сечение в направлении ее длины, (b) второй манипулятор, который поддерживает первое поддерживающее средство, которое расположено в первом положении и поддерживает металлическую заготовку при ее подаче, нагревающее средство, которое расположено во втором положении после первого положения в направлении подачи металлической заготовки и которое нагревает всю или часть периферии подаваемой металлической заготовки, и охлаждающее средство, которое расположено в третьем положении после второго положения в направлении подачи металлической заготовки и которое охлаждает часть подаваемой металлической заготовки, которая была нагрета нагревательным средством, и (с) третий манипулятор, который представляет собой второе поддерживающее средство, которое расположено в четвертом положении после третьего положения в направлении подачи металлической заготовки и которое сообщает изгибающий момент нагретой части металлической заготовки посредством двумерного или трехмерного перемещения при поддержании по меньшей мере одного места подаваемой металлической заготовки для гибки металлической заготовки в требуемую форму.

Description

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления изогнутого элемента. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для изготовления изогнутого элемента посредством выполнения двумерной или трехмерной гибки длинной металлической заготовки, имеющей замкнутое поперечное сечение.

Уровень техники

Элементы жесткости, усилительные элементы и конструкционные элементы, которые используются в автомобилях и различных типах оборудования и которые имеют изогнутую форму (далее называемые изогнутыми элементами), должны иметь высокую прочность, легкий вес и маленький размер. В прошлом изогнутые элементы изготавливались, например, посредством сварки штампованных элементов, пробиванием пластин или ковкой. Степень, до которой изогнутый элемент, получаемый этими способами изготовления, может быть сделан более легким или более маленьким, достигла предела.

В последние годы было активно исследовано изготовление изогнутых элементов посредством так называемой технологии гидроформинга (см., например, непатентный документ 1). На стр. 28 непатентного документа 1 описано, что существуют различные проблемы, связанные с технологией гидроформинга трубы, такие как развитие обрабатываемых материалов или увеличение степени свободы формы, которая может быть сформована, в результате чего необходимо дальнейшее техническое развитие гидроформинга трубы.

Кроме того, было раскрыто много способов для изготовления изогнутого элемента посредством гибки прямой металлической трубы.

Патентный документ 1 раскрывает способ гибки металлической трубы при подвергании ее тепловой обработке. Патентный документ 2 раскрывает способ изготовления криволинейного спирального стержня или секции, имеющей профильное поперечное сечение. Патентный документ 3 раскрывает гибочное устройство, которое использует высокочастотное индукционное нагревание. Патентный документ 4 раскрывает гибочное устройство для металлического элемента.

В патентном документе 5 заявитель раскрыл способ гибки и гибочное устройство для металлической заготовки. Фиг. 19 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий это гибочное устройство 0.

Как показано на фиг. 19, стальная труба 1 поддерживается поддерживающим средством 2 так, чтобы стальная трубка могла перемещаться в своем осевом направлении. Подающее устройство 3 в качестве элемента имеет, например, шариковый винт. Подающее устройство 3 подает стальную трубу 1 от входной стороны к выходной стороне.

Индукционная нагревательная катушка 5 расположена на выходе поддерживающего средства 2. Индукционная нагревательная катушка 5 быстро нагревает часть стальной трубы 1 посредством индукционного нагрева до температурного диапазона, в котором возможно закалочное упрочнение. Водяное охлаждающее устройство 6 расположено на выходе высокочастотной нагревательной катушки 5. Охлаждающее устройство 6 быстро охлаждает стальную трубу 1. В результате температура стальной трубы становится температурой, при которой закалочное упрочнение возможно только между индукционной нагревательной катушкой 5 и водяным охлаждающим устройством 6 (далее часть стальной трубы 1, которая находится при температуре, при которой возможно закалочное упрочнение, будет упоминаться как высокотемпературная область).

Подвижная роликовая волока 4 расположена с возможностью перемещения на выходной стороне водяного охлаждающего устройства 6. Подвижная роликовая волока 4 имеет по меньшей мере один комплект роликовых пар 4а. Роликовые пары 4а могут поддерживать стальную трубу 1 при ее подаче. Подвижная роликовая волока 4 перемещается двумерно или трехмерно. В результате перемещения изгибающий момент сообщается высокотемпературной области стальной трубы 1 так, что стальная труба 1 претерпевает гибку. Таким образом, изогнутый элемент 8 изготавливается с большой производительностью при сохранении достаточной точности гибки.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы: патентный документ 1-ЭР 50-59263 А, патентный документ 2-ЛР 2816000 В, патентный документ 3-1Р 2000-158048 А, патентный документ 4-1Р 3195083 В, патентный документ 5-1Р 2007-83304 А.

Непатентные документы:

Непатентный документ 1 - ЛйокЬа ОуиГьи (1оитиа1 оГ 5ос1с1у оГ АиЮтоЕус Еидтееге οί .Гараи), Уо1.57, Ио.6,2003, рр.23-28.

Раскрытие изобретения Проблемы, решаемые изобретением

В заявке на патент Японии № 2008-276494 заявитель раскрыл улучшенное изготавливающее устройство для выполнения гибки.

- 1 022680

Длинная металлическая заготовка, имеющая замкнутое поперечное сечение, подается в направлении ее длины и поддерживается в первом положении. Металлическая заготовка локально нагревается во втором положении, расположенном после первого положения в направлении подачи металлической заготовки. Часть металлической заготовки, которая была нагрета во втором положении, охлаждается в третьем положении, расположенном после второго положения в направлении подачи. В результате в части металлической заготовки, расположенной между вторым положением и третьим положением, образуется высокотемпературная область.

Положение захватывающего средства изменяется двумерно или трехмерно в рабочем пространстве, включающем в себя пространство, расположенное после третьего положения в направлении подачи. В результате изгибающий момент сообщается высокотемпературной области для выполнения гибки.

Фиг. 20(а-б) представляют собой пояснительные виды, показывающие состояние в различные моменты времени во время изготовления изогнутого элемента 13 посредством данного устройства для изготовления.

Направлением подачи обрабатываемой металлической заготовки 9 является осевое направление металлической заготовки 9 не только в данном устройстве для изготовления, но и в устройствах, раскрытых в патентных документах 1-5, и оно не изменяется во время гибки. Это приводит к тому, что установочное пространство устройства для выполнения гибки становится большим, и устройство для гибки также становится большим. Причина, по которой это происходит, будет подробно описана ниже.

Как показано на фиг. 20(а-б), подающее устройство 10 подает металлическую заготовку 9 в ее осевом направлении. Нагревающее и охлаждающее устройство 11 быстро нагревает и охлаждает металлическую заготовку 9. Захватывающее средство 12 поддерживается промышленным роботом 14, который является, например, сочлененным роботом. Как показано стрелкой с прерывистыми линиями, по мере того, как захватывающее средство 12 перемещается двумерно или трехмерно, изгибающий момент сообщается высокотемпературной области металлической заготовки 9. Таким образом, изогнутый элемент 13 изготавливается.

Поскольку захватывающее средство 12 неизбежно перемещается в широком диапазоне для того, чтобы изготовить изогнутый элемент 13, длина манипулятора промышленного робота 14, который поддерживает захватывающее средство 12 (упоминаемая далее как длина руки), должна быть большой. Поэтому гибочное устройство становится большим по размеру.

Кроме того, захватывающее средство должно перемещаться в большом диапазоне скоростей. Для этого манипулятор промышленного робота 14 перемещается в широком диапазоне скоростей от высокой скорости до низкой скорости. В результате, изменения в скорости перемещения манипулятора промышленного робота 14 становятся большими, и вибрации легко развиваются во время работы манипулятора промышленного робота 14, приводя к уменьшению размерной точности изогнутого элемента 13. Вибрации манипулятора промышленного робота 14 могут быть уменьшены посредством установки рабочей скорости до низкого значения, но это уменьшает производительность устройства для изготовления.

Более того, в этом устройстве для изготовления необходимо обеспечивать большое установочное пространство для устройства подачи металлической заготовки 9.

Первой задачей настоящего изобретения является (а) уменьшение размера и стоимости гибочного устройства посредством уменьшения диапазона перемещения захватывающего устройства в гибочном устройстве, предложенном, например, в заявке на патент Японии № 2008-276494, и (Ь) уменьшение изменений в рабочей скорости руки и вибраций руки во время работы промышленного робота, который поддерживает захватывающее средство, посредством уменьшения скорости перемещения захватывающего средства.

Второй задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для изготовления изогнутого элемента, способного изготавливать изогнутый элемент, имеющий превосходную размерную точность, с большой производительностью и с низкой стоимостью при достижении уменьшения габаритных размеров устройства.

Средство для решения проблемы

Изобретение представляет собой способ изготовления изогнутого элемента, отличающийся выполнением гибки полой металлической заготовки, имеющей замкнутое поперечное сечение, при выполнении следующих условий 1-6:

условие 1 - первый манипулятор захватывает первую часть металлической заголовки, расположенную на стороне ее первого конца;

условие 2 - второй манипулятор поддерживает механизм для образования высокотемпературной области, который нагревает участок металлической заготовки, который расположен между первой частью и второй частью, расположенной на стороне второго конца металлической заготовки, и затем выполняет охлаждение, образуя тем самым высокотемпературную область в части участка;

условие 3 - третий манипулятор захватывает вторую часть металлической заготовки;

условие 4 - первый манипулятор прерывисто перемещается в осевом направлении первой части металлической заготовки и/или перемещается двумерно или трехмерно так, что изгибающий момент может быть сообщен высокотемпературной области;

- 2 022680 условие 5 - третий манипулятор прерывисто перемещается в осевом направлении второй части металлической заготовки и/или перемещается двумерно или трехмерно так, что изгибающий момент может быть сообщен высокотемпературной области;

условие 6 - посредством выполнения условий 4 и 5 изгибающий момент сообщается высокотемпературной области при выполнении относительного перемещения механизма для образования высокотемпературной области по отношению к металлической заготовке в ее осевом направлении.

В настоящем изобретении первый манипулятор предпочтительно работает так, чтобы создавать крутящее перемещение металлической заготовки вокруг ее оси, и/или третий манипулятор предпочтительно работает так, чтобы создавать крутящее перемещение металлической заготовки вокруг своей оси. Настоящее изобретение включает в себя вариант осуществления, в котором полая прямая металлическая заготовка, имеющая замкнутое поперечное сечение, претерпевает кручение вокруг своей оси.

В настоящем изобретении первый манипулятор предпочтительно непрерывно перемещается в осевом направлении первой части металлической заготовки, третий манипулятор предпочтительно не перемещается в осевом направлении второй части металлической заготовки, а механизм для образования высокотемпературной области предпочтительно изменяет свой установочный угол в соответствии с изменениями в направлении смещения первой части. В этом случае установочное положение механизма для образования высокотемпературной области более предпочтительно перемещается в положение, расположенное ближе к первой части.

В настоящем изобретении, при перемещении третьего манипулятора двумерно или трехмерно и/или при перемещении первого манипулятора двумерно или трехмерно, второй манипулятор предпочтительно перемещает механизм для образования высокотемпературной области в осевом направлении металлической заготовки.

В настоящем изобретении механизм для образования высокотемпературной области предпочтительно имеет нагревающее средство для нагревания металлической заготовки и охлаждающее средство для образования высокотемпературной области посредством охлаждения металлической заготовки, которая была нагрета этим нагревающим средством.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы первый манипулятор был расположен в первом положении, нагревающее средство было расположено во втором положении после первого положения в осевом направлении металлической заготовки, охлаждающее средство было расположено в третьем положении после второго положения в осевом направлении металлической заготовки, и третий манипулятор был расположен в четвертом положении после третьего положения в осевом направлении металлической заготовки.

С другой точки зрения настоящее изобретение представляет собой устройство для изготовления изогнутого элемента, содержащее первый манипулятор, второй манипулятор и третий манипулятор, как описано ниже, и выполненное с возможностью изготовления изогнутого элемента посредством выполнения гибки полой металлической заготовки, имеющей замкнутое поперечное сечение так, чтобы удовлетворять следующим условиям 1-3:

первый манипулятор - захватывает первую часть металлической заготовки, расположенную на стороне ее первого конца;

второй манипулятор - поддерживает механизм для образования высокотемпературной области, который нагревает участок металлической заготовки, который расположен между первой частью и второй частью, расположенной на стороне второго конца металлической заготовки, и затем выполняет охлаждение, образуя тем самым высокотемпературную область в части участка;

третий манипулятор - захватывает вторую часть металлической заготовки.

Условие 1 - первый манипулятор прерывисто перемещается в осевом направлении первой части металлической заготовки и/или перемещается двумерно или трехмерно так, что изгибающий момент может быть сообщен высокотемпературной области;

условие 2 - третий манипулятор прерывисто перемещается в осевом направлении второй части металлической заготовки и/или перемещается двумерно или трехмерно так, что изгибающий момент может быть сообщен высокотемпературной области; и условие 3 - при удовлетворении условий 1 и 2 изгибающий момент сообщается высокотемпературной области при выполнении относительного перемещения механизма образования высокотемпературной области по отношению к металлической заготовке в ее осевом направлении.

Настоящее изобретение также предлагает устройство для изготовления изогнутого элемента из металлической заготовки, содержащее подающее средство, которое расположено в первом положении с возможностью перемещения двумерно или трехмерно и которое может подавать металлическую заготовку, имеющую замкнутое поперечное сечение при изменении направления подачи, нагревающее средство, которое расположено во втором положении после первого положения в направлении подачи металлической заготовки, и которое нагревает всю или часть периферии подаваемой металлической заготовки, охлаждающее средство, которое расположено в третьем положении после второго положения в направлении подачи металлической заготовки, и которое охлаждает часть подаваемой металлической заготовки, которая была нагрета нагревающим средством, и гибочное средство, которое расположено в четвер- 3 022680 том положении после третьего положения в направлении подачи металлической заготовки с возможностью перемещения двумерно или трехмерно, и которое вместе с подающим средством сообщает изгибающий момент нагретой части металлической заготовки посредством захватывания по меньшей мере одного места подаваемой металлической заготовки и, тем самым, изгибает металлическую заготовку в требуемую форму, характеризующееся тем, что нагревающее средство и охлаждающее средство имеют такую функцию, что их установочные углы могут быть изменены в соответствии с изменениями в направлении подачи металлической заготовки, выполняемыми подающим средством.

В настоящем изобретении нагревающее средство и охлаждающее средство предпочтительно имеют такую функцию, что их установочные положения могут быть изменены на положения, расположенные ближе к положению подающего средства.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы подающее средство поддерживалось первым манипулятором, нагревающее средство и охлаждающее средство поддерживалось вторым манипулятором, и гибочное средство поддерживалось третьим манипулятором.

В этом случае (А) первый манипулятор предпочтительно является манипулятором вертикально сочлененного первого промышленного робота, второй манипулятор предпочтительно является манипулятором вертикально сочлененного второго промышленного робота, и третий манипулятор предпочтительно является манипулятором вертикально сочлененного третьего промышленного робота, или (В) первый манипулятор и третий манипулятор предпочтительно являются манипуляторами первого промышленного робота с двумя руками, раскрытого, например, в патентном документе 1Р 2008-272883 А, второй манипулятор предпочтительно является манипулятором вертикально сочлененного второго промышленного робота.

В настоящем изобретении (С) третий манипулятор предпочтительно поддерживает металлическую заготовку, которая подвергается изгибанию, для того чтобы подавлять снижение размерной точности металлической заготовки. Четвертый манипулятор предпочтительно является манипулятором вертикально сочлененного четвертого промышленного робота.

В настоящем изобретении вертикально сочлененные промышленные роботы имеют по меньшей мере пять осей.

В настоящем изобретении поддерживающее средство, которое направляет металлическую заготовку к нагревающему средству, предпочтительно предусмотрено на входной стороне нагревающего средства.

В настоящем изобретении направление подачи на входной стороне обрабатываемой металлической заготовки (сторона подачи заготовки) не ограничивается осевым направлением металлической заготовки и может быть изменено. А именно, угол наклона металлической заготовки изменяется, и установочные углы нагревающего средства и охлаждающего средства изменяются в соответствии с изменениями в угле наклона металлической заготовки. В результате диапазон перемещения гибочного средства, которое представляет собой, например, промышленный робот, уменьшается до узкого диапазона.

Поэтому может быть выбран промышленный робот, имеющий более короткую длину руки, в результате чего гибочное устройство может быть выполнено компактным и с низкой стоимостью.

Преимущества изобретения

Согласно изобретению посредством как можно большего уменьшения диапазона перемещения захватывающего средства в изобретении, предложенном в заявке на патент Японии № 2008-276494, можно увеличить компактность гибочного устройства и уменьшить стоимость оборудования при уменьшении установочного пространства устройства в целом, и посредством как можно большего уменьшения скорости перемещения захватывающего средства, изменения в рабочей скорости и вибрации, возникающие во время работы, могут быть уменьшены. В результате согласно изобретению изогнутый элемент 21, имеющий улучшенную размерную точность, может быть изготовлен с большой производительностью при как можно большем ограничении повышения стоимости оборудования.

Соответственно, настоящее изобретение может обеспечивать изготовление несущего элемента, арматурного элемента или элемента конструкции из металла, имеющего изогнутую форму, например, для автомобиля, с улучшенной размерной точностью и низкой стоимостью.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1(а-6) представляют собой пояснительные виды, показывающие состояние во время изготовления изогнутого элемента устройством для изготовления согласно настоящему изобретению в различные моменты времени.

Фиг. 2 представляет собой пояснительный вид, показывающий состояние, в котором подающее средство и гибочное средство поддерживаются двумя манипуляторами промышленного робота с двумя руками и нагревательное и охлаждающее средство поддерживается сочлененным промышленным роботом.

Фиг. 3(а) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий длинный патрон для использования в качестве концевого рабочего органа для случая, в котором первая часть стальной трубы, расположенная на стороне ее первого конца, захвачена первым манипулятором, или для использования в качестве концевого рабочего органа для случая, в котором вторая часть стальной трубы, расположенная

- 4 022680 на стороне ее второго конца, захвачена третьим манипулятором; фиг. 3(Ь) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий короткий патрон для использования в качестве концевого рабочего органа в этой ситуации; фиг. 3(с) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий длинный патрон для использования в качестве концевого рабочего органа в этой ситуации.

Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид, показывающий, что патрон может уменьшать изгибающую нагрузку.

Фиг. 5 (а) представляет собой пояснительный вид, показывающий исключительно патрон такого типа, который располагается на внешней части стальной трубы и захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с наружной поверхностью стальной трубы; фиг. 5(Ь) представляет собой пояснительный вид, показывающий патрон такого типа, который вставляется в стальную трубу и захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы; фиг. 5(с) представляет собой пояснительный вид, показывающий различные типы патронов.

Фиг. 6 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий пример патрона, который может быть использован в первом манипуляторе или в третьем манипуляторе.

Фиг. 7 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий пример патрона, который может быть использован в первом манипуляторе или в третьем манипуляторе.

Фиг. 8(а-с) представляют собой пояснительные виды, схематично показывающие механизмы для увеличения наружных размеров патрона, который вставлен в стальную трубу и захватывает конец стальной трубы посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы.

Фиг. 9(а) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий пример конструкции патрона, подходящего для использования в устройстве для изготовления согласно настоящему изобретению; фиг. 9(Ь) показывает сравнительный пример патрона; фиг. 9(с) показывает пример патрона согласно настоящему изобретению.

Фиг. 10 представляет собой пояснительный вид, показывающий конструкцию патрона в виде втулки, имеющей прорези, который подходит для использования в гибочном устройстве согласно настоящему изобретению.

Фиг. 11(а) представляет собой пояснительный вид, показывающий конструкцию патрона, имеющего гидравлическую втулку, которая подходит для использования в гибочном устройстве согласно настоящему изобретению; фиг. 11(Ь) представляет собой пояснительный вид, показывающий его модификацию.

Фиг. 12 представляет собой пояснительный вид, показывающий механизм для создания положительного давления внутри стальной трубы.

Фиг. 13 представляет собой пояснительный вид, показывающий форму изогнутого элемента, изготовленного в примере 1.

Фиг. 14 представляет собой график, показывающий результаты примера 1.

Фиг. 15 представляет собой график, показывающий результаты примера 1.

Фиг. 16 представляет собой график, показывающий результаты примера 1.

Фиг. 17 представляет собой график, показывающий результаты примера 1.

Фиг. 18(а) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий форму изогнутого элемента, изготовленного в примере 2; фиг. 18(Ь) представляет собой график, показывающий смещение и ускорение в направлении X и ускорение в направлении Υ с первого по третий манипулятор при изготовлении изогнутого элемента, когда перемещается только первый манипулятор в осевом направлении стальной трубы; фиг. 18(с) представляет собой график, показывающий смещение и ускорение в направлениях X и Υ с первого по третий манипулятор при изготовлении изогнутого элемента, когда перемещаются каждый из первого по третий манипуляторов в осевом направлении и в направлении гибки стальной трубы.

Фиг. 19 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий конструкцию гибочного устройства, раскрытого в патентном документе 1.

Фиг. 20(а-й) представляют собой пояснительные виды, показывающие состояние в различные моменты времени во время изготовления изогнутого элемента в соответствии с изобретением, предложенном в заявке на патент Японии № 2008-276494.

Перечень ссылочных позиций:

- гибочное устройство;

- стальная труба;

- поддерживающее средство;

- подающее устройство;

- подвижная роликовая волока;

4а - роликовая пара;

- высокочастотная нагревательная катушка;

- водяное охлаждающее устройство;

- изогнутый элемент;

- металлическая заготовка;

- 5 022680

- подающее устройство;

- нагревательное и охлаждающее устройство;

- захватывающее средство;

- изогнутый элемент;

- промышленный робот;

- устройство для изготовления согласно настоящему изобретению;

- изогнутый элемент;

- подающее средство;

- механизм для образования высокотемпературной области;

- гибочное средство;

- стальная труба;

- промышленный робот с двумя руками;

- первый манипулятор;

- третий манипулятор;

- промышленный робот;

29а - второй манипулятор.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

В последующем описании приводится пример для случая, в котором полый металлический элемент, имеющий замкнутое поперечное сечение согласно настоящему изобретению является стальной трубой. Настоящее изобретение может быть применено таким же образом для иного, чем стальная труба, полого металлического элемента, имеющего замкнутое поперечное сечение.

Фиг. 1(а-б) представляют собой пояснительные виды, показывающие состояние в различные моменты времени во время изготовления изогнутого элемента 21 устройством 20 для изготовления согласно настоящему изобретению. Устройство 20 для изготовления имеет подающее средство 22, механизм 23 для образования высокотемпературной области, который нагревает и охлаждает стальную трубу 25 для образования высокотемпературной области, и гибочное средство 24.

Подающее средство 22.

Подающее средство 22 расположено в первом положении А с возможностью двухмерного или трехмерного перемещения. Подающее средство 22 подает стальную трубу 25, изменяя при этом направление ее подачи. Подающее средство 22 взаимодействует с описанным далее гибочным средством 24 для того, чтобы изгибать стальную трубу 25 в требуемую форму посредством сообщения изгибающего момента высокотемпературной области стальной трубы 25.

Подающее средство 22 поддерживается первым манипулятором 27. В результате достигается уменьшение в пространстве подающего средства 22 и уменьшение в пространстве устройства для подачи материала. Первый манипулятор 27 предпочтительно является вертикально сочлененным манипулятором или манипулятором с двумя руками, как описано, например, в патентном документе 1Р 2008272883А.

Фиг. 2 представляет собой пояснительный вид, показывающий состояние, в котором подающее средство 22 поддерживается первым манипулятором 27 из двух вертикально сочлененных манипуляторов промышленного робота 26 с двумя руками, гибочное средство 24 поддерживается третьим манипулятором 28 робота, и механизм 23 для образования высокотемпературной области поддерживается вторым манипулятором 29а шести осевого вертикально сочлененного промышленного робота 29.

Промышленный робот 26 с двумя руками, показанный на фиг. 2, имеет семи осевой первый манипулятор 27 и семи осевой третий манипулятор 28. Первый манипулятор 27 и третий манипулятор 28 установлены на основании (не показано), которое имеет ось вращения, которое может поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной неподвижной поверхности. В общем промышленный робот 26 имеет степень подвижности, состоящую из 15 осей.

Промышленный робот 26 управляет подающим средством 22 и гибочным средством 24, поддерживаемыми манипуляторами 27 и 28, соответственно, посредством шести степеней подвижности, состоящих из трех осей поступательного перемещения и трех осей вращения. В результате промышленный робот 26 может обрабатывать изогнутый элемент, имеющий сложную трехмерную форму. Каждый из манипуляторов 27 и 28 имеет семь осей и, в дополнение к шести степеням подвижности, описанным выше, манипуляторы 27 и 28 могут быть сложены в компактную форму. В результате промышленный робот 26 может подавать обрабатываемый материал в форме стальной трубы 25 в компактном пространстве.

Вертикально сочлененные манипуляторы имеют от пяти до шести осей. Первая ось позволяет плечу качаться в горизонтальной плоскости. Вторая ось позволяет предплечью качаться вперед и назад. Третья ось позволяет плечу качаться вверх и вниз. Четвертая ось позволяет предплечью вращаться. Пятая ось позволяет запястью качаться вверх и вниз. Шестая ось позволяет запястью вращаться. Если необходимо, в дополнение к первой по шестую осям, манипулятор может иметь седьмую ось, которая позволяет плечу поворачиваться. Перемещение с первой по седьмую осей приводится серводвигателями переменного тока.

Вертикально сочлененные промышленные роботы могут не иметь шесть или семь осей, а могут

- 6 022680 иметь пять осей. А именно, вертикально сочлененные промышленные роботы могут иметь любое количество осей, которые могут выполнять требуемую производственную операцию.

На кончиках запястий промышленных роботов предусмотрены подходящие концевые рабочие органы для захватывания подающего средства 22, для образования высокотемпературной области и гибочного средства 24. Концевые рабочие органы будут описаны ниже.

Таким образом, первый манипулятор 27 захватывает первую часть, расположенную со стороны первого конца стальной трубы 25.

Механизм 23 для образования высокотемпературной области.

Механизм 23 для образования высокотемпературной области расположен во втором положении В, расположенным после первого положения А в направлении подачи стальной трубы 25. Механизм 23 для образования высокотемпературной области имеет нагревательное средство и охлаждающее средство. Нагревательное средство нагревает всю или часть периферии стальной трубы 25. Охлаждающее средство расположено в третьем положении С, расположенном после второго положения В в направлении подачи стальной трубы 25. Охлаждающее средство охлаждает часть стальной трубы 25, которая была нагрета нагревательным средством.

Для того чтобы упростить объяснение, будет описан случай, в котором механизм 23 для образования высокотемпературной области содержит единый элемент. Однако нагревающее средство и охлаждающее средство, конечно, могут представлять собой отдельные устройства.

Нагревающее средство нагревает всю или часть периферии подаваемой стальной трубы 25. В качестве нагревающего средства используется высокочастотное нагревающее устройство, имеющее нагревательную спираль, расположенную вокруг стальной трубы 25 и отделенную от стальной трубы 25. Высокочастотная нагревающая спираль хорошо известна специалистам в данной области техники, поэтому дальнейшее объяснение нагревающего средства будет пропущено.

Охлаждающее средство охлаждает часть стальной трубы 25, которая была нагрета нагревающим средством. В качестве охлаждающего средства используется водное охлаждающее устройство, имеющее охлаждающее водоструйное сопло, расположенное на расстоянии от наружной поверхности стальной трубы 25. Этот тип охлаждающего водоструйного сопла хорошо известен и обычно используется специалистами в данной области техники, поэтому дальнейшее объяснение охлаждающего средства будет пропущено.

Механизм 23 для образования высокотемпературной области поддерживается подходящим механизмом перемещения, посредством которого установочный угол механизма 23 для образования высокотемпературной области может быть изменен в соответствии с изменениями в направлении подачи стальной трубы 25 подающим средством 22. В результате устройство 23 для изготовления может изготавливать изогнутый элемент 21 одновременно с изменением установочного угла механизма 23 для образования высокотемпературной области в соответствии с изменениями в направлении подачи стальной трубы 25, осуществляемыми подающим средством 22.

Кроме того, изогнутый элемент 21 может быть изготовлен при изменении положения механизма 23 для образования высокотемпературной области до положения, расположенного вблизи подающего средства 22. А именно, установочное положение механизма 23 для образования высокотемпературной области может быть изменено на положение, расположенное ближе к подающему средству 22. В результате может быть достигнуто уменьшение пространства, необходимого для устройства 20 для изготовления. Хотя это зависит от формы изделия, перемещение механизм 23 для образования высокотемпературной области в осевом направлении может уменьшить установочное пространство устройства 20 для изготовления приблизительно на половину или на две трети.

Механизм 23 образования высокотемпературной области поддерживается вторым манипулятором 29а, в результате чего установочное пространство устройства 20 для изготовления уменьшается. В частности, второй манипулятор 29а является предпочтительно манипулятором вертикально сочлененного второго промышленного робота, который предпочтительно имеет по меньшей мере пять осей.

Таким образом, второй манипулятор 29а поддерживает механизм 23 для образования высокотемпературной области. Механизм 23 для образования высокотемпературной области нагревает участок, расположенный между первой частью стальной трубы 25, и второй частью, расположенной на стороне второго конца стальной трубы, и затем выполняет охлаждение для образования высокотемпературной области на части этого участка.

Гибочное средство 24.

Гибочное средство 24 расположено в четвертом положении Ό после третьего положения С в направлении подачи стальной трубы 25. Гибочное средство 24 расположено с возможностью перемещения двухмерно или трехмерно. Гибочное средство 24 захватывает подаваемую стальную трубу 25 по меньшей мере в одном месте. Гибочное средство 24 сообщает изгибающий момент высокотемпературной области стальной трубы 25 посредством взаимодействия с подающим средством 22 и изгибает стальную трубу 25 в заданную форму.

Для того чтобы повысить эффективность пространства, гибочное средство 24 предпочтительно содержит третий манипулятор 28. А именно, третий манипулятор 28 предпочтительно является манипуля- 7 022680 тором вертикально сочлененного третьего промышленного робота или другим манипулятором вышеописанного первого промышленного робота с двумя руками.

Третий манипулятор 28 может иметь конструкцию, выполненную с возможностью поддержания стальной трубы 25, которая подвергается гибке, в результате чего снижение в размерной точности стальной трубы 25 уменьшается. В качестве альтернативы, может быть использован четвертый манипулятор, который уменьшает снижение в размерной точности стальной трубы 25 посредством поддерживания стальной трубы, которая подвергается изгибанию. Этот четвертый манипулятор предпочтительно является манипулятором вертикально сочлененного четвертого промышленного робота, который предпочтительно имеет по меньшей мере пять осей.

Таким образом, третий манипулятор 28 захватывает вторую часть, расположенную на стороне второго конца стальной трубки 25.

Далее будет описан концевой рабочий орган.

Фиг. 3(а) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий удлиненный патрон 30, фиг. 3(Ь) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий короткий патрон 31, и фиг. 3(с) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий удлиненный патрон 32. Патроны 30-32 являются концевыми рабочими органами для случая, в котором первая часть, расположенная на стороне первого конца стальной трубы 25, захватывается первым манипулятором 27, или вторая часть, расположенная на стороне второго конца стальной трубы 25, захватывается третьим манипулятором 28.

Каждый патрон 30-32 имеет трубчатый корпус для захватывания первой или второй части стальной трубы 25.

Патрон 30 расположен на наружной стороне стальной трубы 25, и он захватывает конец стальной трубы 25 посредством контактирования с наружной поверхностью 25Ь стальной трубы 25. Патрон 30 имеет такую конструкцию, что его внутренний диаметр может быть увеличен посредством описанного далее подходящего механизма.

Каждый из патронов 31 и 32 может быть вставлен внутрь стальной трубы 25. Патроны 31 и 32 захватывают конец стальной трубы 25 посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы 25. Каждый из патронов 31 и 32 имеет такую конструкцию, что его наружный диаметр может быть увеличен посредством описанного далее подходящего механизма. Эти патроны 30-32 надлежащим образом удерживают конец стальной трубы 25, который подается в осевом направлении, в результате чего гибочное устройство 20 может изгибать стальную трубу 25 с достаточной рабочей точностью.

Каждый из патронов 30-32 имеет механизм герметизации конца трубы, который контактирует с уплотнительной поверхностью, образованной на конце трубы, или механизм герметизации внутренней поверхности, который контактирует с уплотнительной поверхностью, образованной на внутренней поверхности трубы. В результате патроны 30-32 герметизируют стальную трубу посредством непосредственного контактирования с концевой частью или с внутренней поверхностью стальной трубы 25. Поскольку патроны 30-32 предотвращают проникновение воды в стальную трубу 25, температура стальной трубы 25 должным образом увеличивается посредством механизма 23 для образования высокотемпературной области. В результате устройство 20 для изготовления может изгибать стальную трубу 25 с достаточной рабочей точностью.

Патрон 30 содержит удлиненный трубчатый элемент. Вследствие этого патрон 30 может уменьшать изгибающую нагрузку до маленькой величины и может предотвращать столкновение между первым манипулятором 27 или третьим манипулятором 28 и оборудованием, установленным на его периферии, даже когда гибка начинается вблизи от концевой части стальной трубы 25.

Патрон 31 содержит короткий трубчатый элемент. Закалочное упрочнение стальной трубы 25 может быть выполнено от концевых частей стальной трубы 25, так что выход продукта увеличивается.

Патрон 32 содержит удлиненный трубчатый элемент. Поэтому патрон 32 может уменьшать изгибающую нагрузку до маленькой величины, и это может предотвращать столкновение между первым манипулятором 27 или третьим манипулятором 28 и оборудованием, установленным на его периферии, даже когда гибка начинается вблизи от концевой части стальной трубы 25. Патрон 32 также позволяет выполнять закалочное упрочнение стальной трубы 25 от ее концевых частей для того, чтобы выход готового изделия мог быть увеличен.

Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид, показывающий, как патроны 30 и 32 могут уменьшать изгибающую нагрузку до маленькой величины.

Позиция на фиг. 4 обозначает изгибающую нагрузку. Позиция М обозначает момент, необходимый для гибки стальной трубы 25. Позиция 1ι обозначает длину патрона, 1₂ обозначает длину перекрывания патрона. Позиция 1₃ обозначает расстояние от конца стальной трубы до точки начала гибки.

Изгибающая нагрузка определяется как = М/Ь = Μ/(1ι+1₃). Чем длиннее Ь, тем меньше может быть Чтобы увеличить выход готового изделия гибку предпочтительно начинать от положения, расположенного вблизи концевой части стальной трубы 25. А именно, 1ι предпочтительно делать маленьким. Когда существует ограничение по допустимой нагрузке на гибочное устройство, 1₃ может быть уменьшена посредством увеличения 1].

- 8 022680

Например, изгибающий момент, необходимый для гибки с радиусом гибки 200 мм стальной трубы 25, имеющей наружный диаметр 25 мм и толщину стенки 1,0 мм, составляет приблизительно 36 Нм.

Когда допустимая изгибающая нагрузка составляет 500 Н, когда Ь=й (й является наружным диаметром), \ν=1440 Н>500 Н и когда Ь=2й, ν=720 Н>500 Н. В обоих случаях гибка не может быть выполнена. Наоборот, когда Ь=3й, ν=480 Н<500 Н, и когда Ь=4й, V =360 Н<500 Н, и когда Ь=5й, ν=288 Н<500 Н, в каждом случае гибка может быть выполнена.

По вышеупомянутым причинам при описанных выше условиях желательно удовлетворять соотношению Ь>3й.

Фиг. 5(а) представляет собой пояснительный вид, показывающий патрон 33, и фиг. 5(Ь) представляет собой пояснительный вид, показывающий другой патрон 34.

Патрон 33 расположен снаружи стальной трубы 25 и захватывает концевую часть стальной трубы посредством контактирования с наружной поверхностью стальной трубы 25. Патрон 34 вставлен в стальную трубу 25 и захватывает концевую часть стальной трубы 25 посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы 25.

Патрон 34 является более предпочтительным, чем патрон 33, потому что он легко центрирует стальную трубу 25, и он легко может достигать захватывающей силы посредством растяжения в окружном направлении стальной трубы 25.

Фиг. 5(с) представляет собой пояснительный вид различных типов патронов 35-43.

Патроны 35 и 36 расположены снаружи стальной трубы и контактируют с наружной поверхностью стальной трубы 25.

Патроны 37 и 38 вставлены в стальную трубу и контактируют с внутренней поверхностью стальной трубы 25.

Патроны 39 и 40 расположены снаружи стальной трубы 25 и контактируют с наружной поверхностью стальной трубы 25, и они также вставлены в стальную трубу и контактируют с внутренней поверхностью стальной трубы 25.

Каждый из патронов 41-43 является патроном для прямоугольных труб. Для получения адекватной удерживающей силы относительно прямоугольной трубы и для уверенного захватывания прямоугольной трубы патроны 41-43 предпочтительно вставлены внутрь прямоугольной трубы и предпочтительно контактируют как с внутренней поверхностью, так и с внутренними углами стальной трубы.

Каждый из вышеописанных патронов предпочтительно расположен так, чтобы его центральная ось совпадала с центральной осью стальной трубы 25 для того, чтобы получить высокую рабочую точность.

Фиг. 6 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий пример патрона 44, используемого в первом манипуляторе 27 или в третьем манипуляторе 28. Позиция 45 на фиг. 6 обозначает цилиндр.

Фиг. 6 показывает случай, в котором стальная труба 25 подвергается изгибанию при закалочном упрочнении от положения, расположенного вблизи ее переднего конца. В этом случае патрон 44 предпочтительно является удлиненным зажимным патроном, имеющим наружный диаметр, который грубо соответствует наружному диаметру стальной трубы 25.

Фиг. 7 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий пример патрона 46, используемого в первом манипуляторе 27 или в третьем манипуляторе 28.

Фиг. 7 показывает случай, в котором гибка выполняется при выполнении закалочного упрочнения до положения, расположенного вблизи заднего конца стальной трубы 25. Также в этом случае патрон 46 предпочтительно является удлиненным патроном, имеющим наружный диаметр, который грубо соответствует наружному диаметру стальной трубы 25.

Фиг. 8(а-с) являются пояснительными видами, схематично показывающими механизмы для увеличения наружных размеров зажимных патронов 48, 49 и 48-1. Каждый патрон 48, 49 и 48-1 каждый вставлен во внутреннюю часть стальной трубы 25 и захватывает концевую часть стальной трубы 25 посредством контактирования с внутренней поверхностью стальной трубы 25.

Патрон 48 имеет вал 51 и рабочий стержень 52 внутри цилиндрического корпуса 50. Вал 51 может быть выдвинут и втянут посредством не показанного цилиндра или тому подобного. Рабочий стержень 52 расположен на конце вала 51. Четыре захвата 53 патрона расположены на наклонной поверхности рабочего стержня 52 и расположены в осевом направлении корпуса 50. При перемещении вала 51 в осевом направлении корпуса 50 захваты 53 патрона перемещаются в радиальном направлении и, в результате этого, наружные размеры патрона 48 увеличиваются или уменьшаются.

Патрон 49 имеет вал 51 и конический стержень внутри цилиндрического корпуса 50. Вал 51 может быть выдвинут или втянут непоказанным цилиндром или тому подобным. Конический стержень 50 расположен на конце вала 51. Большое количество сегментов 55 или упругих губок 56 расположены на наклонной поверхности конического стержня 54. Когда вал 51 перемещается в осевом направлении корпуса 50, сегменты 55 перемещаются в радиальном направлении и, в результате, наружные размеры патрона 49 увеличиваются или уменьшаются.

В патроне 48-1, который является модификацией патрона 48, рабочий стержень 52 патрона 48 имеет клиновидную форму на своем конце. Клиновидный рабочий стержень 52 увеличивает площадь попереч- 9 022680 ного сечения соединения с валом 51, в результате чего сила рабочего стержня 52 увеличивается.

Захваты 53 патрона предпочтительно имеют канавки в форме ласточкина хвоста, проходящие в осевом направлении корпуса 50 для того, чтобы с уверенностью выполнять разжимание.

Примерами материалов, используемых для захватов 53 патрона и рабочего стержня 52, являются аустенитная сталь или инструментальная сталь. Аустенитная нержавеющая сталь является немагнитной сталью, что делает ее подходящей для использования, так как она с трудом подвергается индуктивному нагреванию. Однако ее стойкость к износу (стойкость к царапанию) и стойкость к задирам до некоторой степени недостаточны. С другой стороны, инструментальная сталь имеет превосходную износостойкость в холодном состоянии. Инструментальная сталь является магнитной сталью и легко подвергается индукционному нагреванию, но проблемы в практическом использовании отсутствуют до тех пор, пока окрестности захватов 53 патрона не подвержены индукционному нагреванию. Корпус 50 предпочтительно выполнен из немагнитного материала, такого как аустенитная нержавеющая сталь.

Фиг. 9(а) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий пример конструкции патрона 57, подходящего для использования в устройстве 20 для изготовления согласно настоящему изобретению, на фиг. 9(Ъ) показан патрон 58 в качестве сравнительного примера, и фиг. 9(с) показывает патрон 57 примера согласно настоящему изобретению.

Как показано на фиг. 9(а) и 9(с), патрон 57 содержит элементы 57а и 57Ъ и изоляционные элементы 59. Элементы 57а и 57Ъ разделены на множество элементов (два в показанном примере) в окружном направлении. Изоляционные элементы 59 расположены между смежными элементами 57а и 57Ъ. Изоляционные элементы 59 выполнены, например, из политетрафторэтилена или тому подобного.

Как показано на фиг. 9(с), при расположении изоляционных элементов 59 между множеством элементов 57а или 57Ъ патрона 57 ток, текущий через элементы 57а или 57Ъ, прерывается в каждом элементе. В результате предотвращается протекание индуцированных токов, вызванных высокочастотной нагревательной катушкой 33, вокруг элементов 57а и 57Ъ, и нагревание патрона 57.

Фиг. 10 представляет собой пояснительный вид, показывающий конструкцию патрона 60 в виде втулки со щелями, который подходят для использования в гибочном устройстве согласно настоящему изобретению.

Патрон 60 имеет вал 51 и рабочий стержень 52 внутри цилиндрического корпуса 50. Вал 51 может быть выдвинут и втянут посредством непоказанного цилиндра или тому подобного. Рабочий стержень 52 расположен на конце вала 51. Втулка 61, имеющая прорези 62 и уплотнительное кольцо 63, расположена на наклонной поверхности рабочего стержня 52 в осевом направлении корпуса 50. Втулка 61, имеющая прорези, упруго деформируется при перемещении вала 51 в осевом направлении корпуса 50, и увеличивается или уменьшается в диаметре. В результате наружные размеры патрона 60 увеличиваются или уменьшаются.

Так как втулка 61 имеет множество прорезей 62, даже когда втулка выполнена из металла, она может упруго деформироваться под воздействием небольшой силы, и ее температура не увеличивается быстро под действием индукционного нагрева.

Втулка 61 может быть адекватно защищена от воздействия индукционного нагревания просто посредством выполнения втулки 61 из немагнитного материала. Прорези 62 предпочтительно предусматриваются при адекватном сохранении прочности втулки 61.

Фиг. 11(а) представляет собой пояснительный вид, показывающий конструкцию патрона 70, имеющего гидравлическую втулку 70, которая подходит для использования в гибочном устройстве согласно настоящему изобретению, и фиг. 11(Ъ) представляет собой пояснительный вид, показывающий его модификации 70-1.

Внутри патрона 70 образован канал 72 для текучей среды 71 высокого давления, которая была произведена посредством непоказанного насоса высокого давления. Втулка 73, которая выполнена из упругого материала, предусмотрена на наружной периферии рабочего конца корпуса патрона 70. Втулка 73 деформируется так, чтобы расширяться при прохождении текучей среды 71 высокого давления через канал 72. Патрон 70 может уменьшать наружный диаметр рабочего конца корпуса так, чтобы он мог быть использован как патрон, имеющий маленький внутренний диаметр. Втулка 73 предпочтительно выполнена из теплостойкого металла.

В патроне 70-1 цилиндр 74 создает текучую среду 71 высокого давления. Когда площадь А! поперечного сечения рабочей части цилиндра 74 больше, чем площадь А₂ поперечного сечения канала 72, давление Р₂ в канале 72 может быть выше, даже когда рабочее давление Р₁ цилиндра 74 низкое.

Фиг. 12 представляет собой пояснительный вид механизма для создания положительного давления внутри стальной трубы 25.

Если уплотнительный элемент у конца стальной трубы 25 выполнен из упругого материала, такого как резина, долговечность уплотнительного элемента иногда является недостаточной. Если уплотнительный элемент выполнен из металла, иногда невозможно предотвратить проникновение воды в стальную трубу 25.

Поэтому патрон 76, расположенный со стороны подачи, используется в качестве механизма для создания положительного давления внутри стальной трубы 25. Патрон 76, расположенный со стороны по- 10 022680 дачи, имеет канал 75 для подачи сжатого воздуха или сжатого инертного газа внутрь рабочего стержня. Сжатый воздух или сжатый инертный газ предпочтительно подается внутрь стальной трубы 25 через канал 75 в патроне 76, расположенном со стороны подачи, и предпочтительно выпускается со стороны, на которой расположена выходная сторона патрона 77. В результате внутри трубы 25 сохраняется положительное давление, и попадание охлаждающей воды из охлаждающего устройства 14 внутрь стальной трубки 25 может быть полностью предотвращено.

Для того чтобы предотвратить окисление внутренней части стальной трубы 25, во внутреннюю часть стальной трубы 25 предпочтительно подается инертный газ, такой как газообразный азот.

Когда вышеописанные патроны захватывают внутреннюю поверхность обрабатываемой заготовки, имеющей многоугольное поперечное сечение, такое как прямоугольное поперечное сечение, или когда они захватывают внутреннюю поверхность обрабатываемой заготовки, имеющей фасонную форму поперечного сечения с углами, если захватывание выполнено так, что патрон контактирует с каждым из углов внутренней периферической поверхности обрабатываемой заготовки, захватывающая сила может быть увеличена, и обрабатываемая заготовка может быть с уверенностью отцентрирована.

Устройство 20 для изготовления образовано так, как описано выше. Далее будет объяснено изготовление изогнутого элемента 21 устройством 20 для изготовления.

Как показано на фиг. 1(а), стальная труба 25 локально быстро нагревается и охлаждается механизмом 23 для образования высокотемпературной области, и захватывается гибочным средством 24 одновременно с подачей стальной трубы 25 посредством подающего средства 22.

В то же время, как показано стрелкой с прерывистыми линиями на фиг. 1(а), положение подающего средства 22 подачи изменяется двумерно или трехмерно, и положение гибочного средства 24 изменяется двумерно или трехмерно. Кроме того, установочный угол механизма 23 для образования высокотемпературной области изменяется в соответствии с изменениями в направлении подачи стальной трубы 25, осуществляемыми подающим средством 22. Таким образом, как показано на фиг. 1(Ь), на стальной трубе 25 выполняется первая операция гибки.

Таким образом, направление подачи на стороне входа стальной трубы (сторона подачи заготовки) может быть свободно изменено без ограничения в осевом направлении. А именно, угол наклона стальной трубы 25 может быть свободно изменен, и установочный угол механизма 23 для образования высокотемпературной области изменяется в соответствии с изменениями в угле наклона стальной трубы. Следовательно, существует возможность ограничения рабочего диапазона гибочного средства 24, которое поддерживается третьим манипулятором.

Далее, как показано на фиг. 1(Ь), установочное положение механизма 23 для образования высокотемпературной области изменяется до положения, расположенного ближе к подающему средству 22 и, как показано на фиг. 1(с) и 1 (ά), положение подающего средства 22 изменяется двумерно или трехмерно, и положение гибочного средства 24 изменяется двумерно или трехмерно. В результате на стальной трубе 25 выполняется вторая операция гибки.

Таким образом, (ί) первый манипулятор 27 прерывисто перемещается в осевом направлении первой части стальной трубы 25 и/или перемещается двумерно или трехмерно в направлении, которое может сообщать изгибающий момент высокотемпературной области, образованной в стальной трубе 25, (ίί) третий манипулятор 28 прерывисто перемещается в осевом направлении второй части стальной трубы 25 и/или перемещается двумерно или трехмерно в направлении, которое может сообщать изгибающий момент высокотемпературной области, и (ίίί) второй манипулятор 29а непрерывно или прерывисто перемещается в осевом направлении высокотемпературной области стальной трубы 25.

В результате установочное положение механизма 23 для образования высокотемпературной области изменяется до положения, расположенного вблизи подающего средства 22, и затем положение подающего средства 22, которое поддерживается первым манипулятором 27, изменяется для выполнения второй операции гибки, в результате чего изгибающий момент может быть сообщен высокотемпературной области одновременно с перемещением высокотемпературной области в осевом направлении стальной трубы 25.

Посредством такого устройства 20 для изготовления гибочное средство 24 может удерживаться промышленным роботом, имеющим третий манипулятор 28 с короткой областью действия. Следовательно, существует возможность увеличения компактности устройства, уменьшения стоимости оборудования и уменьшения вибраций во время изменений в скорости работы и во время перемещения, посредством как можно большего уменьшения скорости работы промышленного робота. В результате с большой продуктивностью и при низкой стоимости может быть изготовлен изогнутый элемент 21, имеющий улучшенную размерную точность.

Когда выполняется гибка посредством устройства 20 для изготовления, посредством гибки стальной трубы 25 вокруг своей оси в первом манипуляторе и/или гибки стальной трубы 25 вокруг своей оси в третьем манипуляторе, стальная труба 25 может вращаться вокруг своей оси, и может быть выполнено относительное гибочное вращение. В результате гибка становится возможной, и получается изделие, имеющее требуемую изогнутую часть.

Посредством одновременного вращения стальной трубы 25 вокруг своей оси в том же направлении

- 11 022680 в первом манипуляторе 27 и в третьем манипуляторе 28 во время гибки, рабочие диапазоны первого манипулятора 27 и третьего манипулятора 28 могут быть уменьшены и, предпочтительно, они могут быть минимизированы.

Когда второй манипулятор 29а перемещается в осевом направлении стальной трубы 25 от первого манипулятора 27 к третьему манипулятору 28, и стальная труба изгибается вокруг своей оси в первом манипуляторе, вторым манипулятором 29а и третьим манипулятором 28 предпочтительно управляют синхронно так, чтобы их направления перемещения и скорости перемещения были одинаковыми для того, чтобы улучшить размерную точность получающегося изогнутого элемента.

Таким образом, посредством уменьшения общего установочного пространства устройства 20 для изготовления и, в особенности, посредством как можно большего уменьшения рабочего диапазона захватывающего средства 24 в изобретении, предложенном в заявке на патент Японии №2008-276494, можно увеличить компактность устройства и уменьшить стоимость оборудования для подавления изменения в скорости работы и вибрации во время операции, и сокращения времени периода производства посредством как можно большего уменьшения скорости работы захватывающего средства 24. В результате изогнутый элемент 21, имеющий улучшенную размерную точность, может быть изготовлен с большой производительностью при как можно большем сокращении повышения стоимости оборудования.

Следовательно, настоящее изобретение может обеспечивать изготовление несущего элемента, арматурного элемента или элемента конструкции из металла, имеющего изогнутую форму, например, для автомобиля, с прекрасной размерной точностью и низкой стоимостью.

Настоящее изобретение будет описано ниже более конкретно со ссылкой на примеры.

Пример 1.

С использованием устройства 20 для изготовления согласно настоящему изобретению, показанного на фиг. 1, и устройства согласно изобретению, предлагаемому в заявке на патент Японии № 2008-276494 (сравнительный пример), деталь, имеющая форму, показанную на фиг. 13, была изготовлена из прямой прямоугольной трубки (наружные размеры: 50x25мм, толщина стенки 1,0 мм) в качестве исходного заготовочного материала. Скорость подачи составляла 80 мм/с, а температура нагрева - не более 930°С.

В примере настоящего изобретения подающее средство 22 поддерживалось сочлененным промышленным роботом, имеющим манипулятор с шестью осями. Гибочное средство 24 поддерживалось сочлененным промышленным роботом, имеющим манипулятор с семью осями. Механизм 23 для образования высокотемпературной области поддерживался сочлененным промышленным роботом, имеющим манипулятор с шестью осями. Только установочный угол механизма 23 для образования высокотемпературной области изменялся в соответствии с изменениями в направлении подачи подающего средства 22.

В устройстве сравнительного примера подающее средство на входной стороне было средством такого типа, в котором шариковая винтовая пара приводилась в действие серводвигателем. Подача осуществлялась только в осевом направлении прямоугольной трубы, и установочное положение механизма для образования высокотемпературной области было неподвижным. Гибочное средство поддерживалось сочлененным промышленным роботом, имеющим манипулятор с семью осями.

Результаты сравнительного примера показаны на графике фиг. 14, результаты настоящего изобретения показаны на графике фиг. 15, скорости в боковом направлении роботов, которые поддерживали гибочное средство (выходная сторона робота) в примере настоящего изобретения и сравнительного примера сравниваются на графике фиг. 16, и траектории роботов сравниваются на графике фиг. 17. На графиках фиг. 14-17 направление подачи прямоугольной трубы показано с помощью оси X, и направление гибки, перпендикулярное направлению подачи, (боковое направление) показано с помощью оси Υ. Из графиков на фиг. 14-17 видно, что:

(a) в соответствии с настоящим изобретением рабочий диапазон робота, который поддерживал гибочное средство, был уменьшен приблизительно в 1/2, и (b) в соответствии с настоящим изобретением изменение в рабочей скорости робота, который поддерживал гибочное средство, было уменьшено приблизительно в 1/2, в результате чего вибрации, которые имеют неблагоприятное воздействие на точность изделия, были существенно уменьшены.

Пример 2.

В этом примере вибрации, которые создаются в стальной трубе во время операции гибки, дополнительно уменьшены по сравнению с примером 1, в результате чего изготавливается изогнутый элемент, имеющий большую размерную точность.

В этом примере, когда осуществляется гибка полой стальной трубы, имеющей замкнутое поперечное сечение, при удовлетворении вышеописанных Условий 1-6 согласно настоящему изобретению для изготовления изогнутого элемента, первый манипулятор не перемещается в осевом направлении, в то время как третий манипулятор перемещается двумерно или трехмерно, и/или третий манипулятор не перемещается в осевом направлении, в то время как первый манипулятор перемещается двумерно или трехмерно.

В результате вибрации, которые развиваются в стальной трубе во время гибки из-за перемещения первого манипулятора в осевом направлении, блокируемые третьим манипулятором, который перемещается двумерно или трехмерно, или вибрации, которые развиваются в стальной трубе из-за перемещения

- 12 022680 третьего манипулятора в осевом направлении, блокируемые первым манипулятором, который перемещается двумерно или трехмерно, существенно уменьшаются.

Фиг. 18(а) представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий форму изогнутого элемента, изготовленного в примере 2, фиг. 18(Ь) представляет собой график, показывающий смещения, ускорение в направлении X и ускорение в направлении Υ с первого по третий манипулятор при изготовлении изогнутого элемента, когда перемещается только первый манипулятор в осевом направлении стальной трубы, и фиг. 18(с) представляет собой график, показывающий смещение, ускорение в направлении X и ускорение в направлении Υ с первого по третий манипулятор при изготовлении изогнутого элемента, когда перемещаются каждый из манипуляторов в осевом направлении и в направлении гибки стальной трубы.

Как показано на фиг. 18(Ь), при изготовлении изогнутого элемента при перемещении только первого манипулятора в осевом направлении стальной трубы, перемещение первого манипулятора в осевом направлении блокируется третьим манипулятором, который перемещается двумерно или трехмерно. Поэтому вибрации развиваются в изгибаемой стальной трубе, ускорения третьего манипулятора, как в направлении X, так и в направлении Υ, становятся чрезвычайно большими, и размерная точность изготавливаемого изогнутого элемента уменьшается.

В отличие от этого, в примере настоящего изобретения, как показано на фиг. 18(с), сначала в состоянии, в котором стальная труба удерживается первым манипулятором и третьим манипулятором, второй манипулятор работает для перемещения нагревающего и охлаждающего средства 23 в осевом направлении стальной трубы (направление X). Затем, во время гибки изгибов 1-4 первый манипулятор и третий манипулятор одновременно перемещаются в направлении гибки (в этом случае направление Υ) и изгибающий момент сообщается стальной трубе. В это время второй манипулятор изменяет положение и направление механизма 23 для образования высокотемпературной области в соответствии с формой стальной трубы.

Таким образом, перемещая механизм 23 для образования высокотемпературной области в осевом направлении стальной трубы без подачи стальной трубы, удерживаемой первым манипулятором и третьим манипулятором в осевом направлении, осуществляется гибка при относительном перемещении механизма 23 для образования высокотемпературной области и стальной трубы в осевом направлении. В результате ускорение самой стальной трубы в направлении X становится, по существу, равным нулю, и изменения в ускорении в направлении X уменьшаются, и вибрации снижаются, когда гибочное усилие сообщается первым манипулятором и/или третьим манипулятором.

По сравнению с примером 1 этот пример исключает блокировку перемещения первого манипулятора в осевом направлении третьим манипулятором, который перемещается двумерно или трехмерно. Следовательно, вибрации стальной трубы во время гибки уменьшаются, ускорения в направлении X и направлении Υ с первого по третий манипуляторов становятся чрезвычайно маленькими, и размерная точность изготовленного изогнутого элемента увеличивается.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для изготовления изогнутого элемента из металлической заготовки, содержащее подающее средство, расположенное в первом положении с возможностью перемещения двумерно или трехмерно и выполненное с возможностью подачи металлической заготовки, имеющей замкнутое поперечное сечение, нагревающее средство, расположенное во втором положении после первого положения в направлении подачи металлической заготовки и выполненное с возможностью нагревания всей или части периферии подаваемой металлической заготовки, охлаждающее средство, расположенное в третьем положении после второго положения в направлении подачи металлической заготовки и выполненное с возможностью охлаждения части подаваемой металлической заготовки, которая была нагрета нагревающим средством, и гибочное средство, расположенное в четвертом положении после третьего положения в направлении подачи металлической заготовки с возможностью перемещения двумерно или трехмерно и выполненное с возможностью сообщения изгибающего момента нагретой части металлической заготовки вместе с подающим средством посредством захвата по меньшей мере одного места подаваемой металлической заготовки, тем самым изгибая металлическую заготовку в требуемую форму, отличающееся тем, что нагревающее средство и охлаждающее средство выполнены с возможностью изменения их установочных углов в соответствии с изменениями в направлении подачи металлической заготовки подающим средством.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревающее средство и охлаждающее средство выполнены с возможностью изменения их установочных положений на положения, расположенные ближе к положению подающего средства.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что подающее средство поддерживается первым манипулятором, нагревающее средство и охлаждающее средство поддерживаются вторым манипулятором, а гибочное средство поддерживается третьим манипулятором.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что первый манипулятор является манипулятором верти- 13 022680 кально сочлененного первого промышленного робота, второй манипулятор является манипулятором вертикально сочлененного второго промышленного робота и третий манипулятор является манипулятором вертикально сочлененного третьего промышленного робота.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что первый манипулятор и третий манипулятор являются манипуляторами первого промышленного робота с двумя руками, а второй манипулятор является манипулятором вертикально сочлененного второго промышленного робота.
6. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что третий манипулятор выполнен с возможностью поддержания металлической заготовки, которая подвергается изгибанию, для того чтобы подавлять снижение размерной точности металлической заготовки.
7. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что четвертый манипулятор выполнен с возможностью поддержания металлической заготовки, которая подвергается изгибанию и, тем самым, подавления снижения размерной точности металлической заготовки.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что четвертый манипулятор является манипулятором вертикально сочлененного четвертого промышленного робота.
9. Устройство по любому из пп.4-8, отличающееся тем, что вертикально сочлененные промышленные роботы имеют по меньшей мере пять осей.
10. Устройство по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что на входной стороне нагревающего средства предусмотрено поддерживающее средство, выполненное с возможностью направления металлической заготовки к нагревающему средству.