JP2014100740A - 加工機におけるパンチの最終デプス検出装置および最終デプス検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの材料特性にばらつきがある場合でも、ワークの材料特性にばらつきに応じてパンチの最終デプスを補正し、正確なベンディング加工を行うことができるようになる。
【解決手段】 ダイとパンチによりワークを挟んでワークの曲げ加工を行う加工機において、ワークの材料特性を、実際値と公称値とに区別し、加工動作中に実際の材料特性を判別して、ワークに合わせた最適の動作目標値を再計算し、その再計算した最適の動作目標値に合わせてパンチを動作させてワークの曲げ加工を行う構成となっている。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ワークを曲げ加工するベンディングマシンにおけるピンチング位置から曲げ加工が終了する位置であるパンチの最終デプス検出装置およびパンチ最終デプス検出方法に関し、特に、ワークの材料特性にばらつきがある場合でも、ワークの材料特性にばらつきに応じてパンチの基準デプスを補正し、正確なベンディング加工を行いうるパンチ最終デプス検出装置およびパンチ最終デプス検出方法に関するものである。

一般に、従来のベンディングマシン等の板状のワーク（材料）を曲げ加工する加工機においては、ワークがダイとパンチとによって挟み込まれるピンチング位置（ワーク上面の位置）を検出し、その検出されたピンチング位置に基づいて、ピンチング位置から曲げ加工が終了する位置であるパンチ最終デプスを計算し、そのパンチ最終デプスまでパンチを押し込んでベンディング加工を行うようになっていた。

なお、パンチのデプスとワークの曲げ角度とは、密接に関係しており、正確な角度のベンディング加工を行うためには、正確なパンチ最終デプスを求めることが重要であった。

特開平６−１３４５２４号公報 特開２０００−１４０９４３号公報 特開平８−２４９５５号公報

しかしながら、加工されるワークには、板厚や材料定数等のワーク変形特性があり、そのワーク変形特性にはばらつきがあるため、求められたデプスで曲げ加工をしても、その曲げ角度がワークによって変化してしまい、精度誤差となってしまう問題点があった。

従来、このように曲げ角度が安定しない場合には、オペレータが、加工後に精度を確認し、誤差が出るたびに、ＮＣ装置にフィードバックして最終デプスの補正を行うようにしており、オペレータに負荷がかかり、作業効率が低下してしまうものであった。

また、従来、ワーク変形特性として、塑性変形領域の材料特性を調べるために、引っ張り試験を行っていた。

ところが、この引張り試験は、規格に合わせての試験片の切り出し、マイクロゲージによる板厚の測定、ひずみゲージの貼り付け、引張り試験機による引張り試験を行わなければならず、多くの手間と高価な装置が必要となるものであった。

また、従来、加工中に材料特性を測定する手法として、せん断加工を使った影響係数による材料特性予測があった。

ところが、せん断加工において検出された個々のブランク材の材料特性を、曲げ加工で使用するには、ブランク材個々に個別管理をする必要があり、管理が煩雑となる問題点があった。

本発明は上述の問題を解決するためのものであり、請求項１に係る発明は、第１および第２の曲げ工具によりワークを挟んで前記ワークの曲げ加工を行う加工機において、
前もって
（１）複数種類のワークに対して材料試験を行い、その応力とひずみの関係を求め、
（２）前記応力とひずみの関係を用いてワークに基づく加工モデルを計算して特定箇所のひずみと加工荷重の関係をもとめ、
（３）さらに、材料に依存しないワークの加工荷重と応力との関係式を算出しておき、
その後に、前記加工荷重と応力との関係式と前記曲げ加工を行うワークにおけるひずみと加工荷重の値に基づいて、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係を材料定数として求めることを特徴とする加工機である。

請求項２に係る発明は、さらに、前記材料定数および加工条件に基づいて、前記ワークの曲げ加工における前記第２の曲げ工具の最終位置を算出し、その第２の曲げ工具の最終位置に基づいて、前記ワークの曲げ加工が行われることを特徴とする請求項１に記載の加工機である。

請求項３に係る発明は、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係を材料定数として求める工程が、前記第２の曲げ工具の基準位置を設定し、曲げ加工動作中における前記特定個所のひずみと加工荷重の測定を行い、その特定個所のひずみと加工荷重の測定値と前記のワークにおける加工荷重と応力との関係の近似式とから、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係からなる材料定数を計算することからなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の加工機である。

請求項４に係る発明は、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係を材料定数として求める工程が、前記第２の曲げ工具の基準位置を設定し、曲げ加工動作中におけるストロークと加工荷重の測定を行い、前記曲げ加工を行うワークの前記特定個所のひずみの値をストロークひずみ換算式により求め、その特定個所のひずみと加工荷重の値と前記ワークにおける加工荷重と応力との関係の近似式とから、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係からなる材料定数を計算することからなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の加工機である。

請求項５に係る発明は、第１および第２の曲げ工具によりワークを挟んで前記ワークの曲げ加工を行う加工機において、
前記ワークの材料特性を、実際値と公称値とに区別し、加工動作中に実際の材料特性を判別して、前記ワークに合わせた最適の動作目標値を再計算し、その再計算した最適の動作目標値に合わせて前記第１の曲げ工具あるいは第２の曲げ工具を動作させて前記ワークの曲げ加工を行うことを特徴とする加工機である。

本発明によれば、ワークの材料特性にばらつきがある場合でも、ワークの材料特性にばらつきに応じてパンチの最終デプスを補正し、正確なベンディング加工を行うことができるようになる。

本発明を実施した加工機（ベンディングマシン）の概略を示す説明図である。 図１に示したダイとパンチ回りの概略図である。 図１に示したベンディングマシン７の制御装置９に関する概略構成を示すブロック図である。 図３に示したパンチ最終デプス検出装置によるパンチ最終デプス検出動作のフローチャートである。 図３に示したパンチ最終デプス検出装置によるパンチ最終デプス検出動作の説明図である。 本発明による加工機（ベンディングマシン）の他の実施形態におけるダイとパンチ回りの概略図である。 図６に示した他の実施形態におけるベンディングマシン７の制御装置９に関する概略構成を示すブロック図である。 図６に示した他の実施形態における動作のフローチャートである。 図６に示した他の実施形態における動作の説明図である。 図６に示した他の実施形態における動作説明のためのグラフ図である。 図６に示した他の実施形態における動作の説明図である。 図６に示した他の実施形態における動作説明のためのグラフ図である。

図１は、本発明を実施した加工機（第１実施形態）の概略を示す全体斜視図であり、図２は、図１に示したダイとパンチ回りの概略図であり、図３は、図１に示したベンディングマシン７の制御装置９の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、この加工機（ベンディングマシン）７は、下部に設けられた第１の曲げ工具としてのダイ７ａに対して、上部に設けられた第２の曲げ工具としてのパンチ７ｂをＤ軸方向Ｄ（図２参照）に沿ってスライド動作させることにより、ダイ７ａとパンチ７ｂとの間に搬入されたワーク（材料）を、ダイ７ａとパンチ７ｂとによって曲げ加工するように構成されている。

そして、図２および図３に示すように、このベンディングマシン７には、パンチ７ｂの上部に設けられてパンチ７ｂに加わった圧力を検出するための圧力センサー１２（図３に示す）と、パンチ７ｂの上部に設けられてパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置を検出するためのＤ軸エンコーダ１６（図３に示す）とが設けられている。

また、ベンディングマシン７は、この加工機全体の制御をつかさどる制御装置９を有しており、その制御装置９には、所定画像の表示を行うと共に、オペレータからの指示を入力する入力表示部１１が設けられている。

そして、制御装置９の制御の基に、入力表示部１１により入力設定された曲げ加工動作に従い、ワークの曲げ加工が行われるが、ここでは、後述するパンチの最終デプス（パンチの最終押し込み位置あるいはパンチの最終位置）検出が行われ、その検出された補正最終デプスにより曲げ加工が行われる。

この制御装置９は、前述した圧力センサー１２あるいはＤ軸エンコーダ１６よりの検知結果に基づいて、補正最終デプス量を検出するパンチ最終デプス検出装置としても機能するようになっている。

図３に示すように、ベンディングマシン７の制御装置９は、ＲＯＭ１３およびＲＡＭ１５がバスを介して接続されたＣＰＵ１７を有しており、ＣＰＵ１７には、さらに、バスを介して、上述した圧力センサー１２、入力部と表示部とを兼ねる上記入力表示部１１、Ｄ軸エンコーダ１６、データベース１９が接続されている。

また、上記ＣＰＵ１７には、バスを介して、パンチ７ｂの装着された上部テーブルを上下に駆動するためのシリンダ２７を駆動するためのドライバ２５も接続されるようになっている。

ここでは、ＣＰＵ１７が、入力表示部１１よりのオペレータからの設定や指示に従い、データベース１９内のパンチやダイのデータおよび製品形状データや被加工部材（ワークＷ）のデータを用いると共に、ＲＯＭ１３よりのコンピュータプログラムに従ってＲＡＭ１５を用いて、後述するようにパンチの最終デプス（パンチの押し込み量）の検出を行うと共に、入力設定された曲げ加工動作を行うようになっている。

次に、図４および図５を参照してパンチ最終デプス検出装置の動作について説明する。

図４は、図３に示したパンチ最終デプス検出装置によるパンチ最終デプス検出動作のフローチャートであり、図５は、図３に示したパンチ最終デプス検出装置によるパンチ最終デプス検出動作の説明図である。

なお、このパンチ最終デプス検出動作は、上述したように、ＣＰＵ１７が、ＲＯＭ１３よりのコンピュータプログラムに従ってＲＡＭ１５を用いて行うようになっている。

ここで、パンチ７ｂの最終デプスＳＴについて説明すると、まず、ピンチング位置とは、ワークＷがダイ７ａとパンチ７ｂとによって挟み込まれる位置のことであり、より詳しく説明すると、ピンチング位置とは、ダイ７ａ上に載置された板厚ｔのワークＷの上面にパンチ７ｂの下端が接触した状態で、金型原点位置とパンチ７ｂの下端との間の距離である。ここで、金型原点位置とは、ダイ７ａとパンチ７ｂとが接触した状態でのパンチ７ｂの下端位置である。

従って、ダイ７ａとパンチ７ｂとが接触した状態でのパンチ７ｂの下端位置をＤ軸エンコーダ１６で前もって検出して金型原点位置を得ておき、ワークＷの上面にパンチ７ｂの下端が接触したとされる位置をＤ軸エンコーダ１６で検出することによってピンチング位置が得られる。

そして、パンチ７ｂの最終デプスＳＴは、ピンチング位置から、パンチ７ｂが下降して曲げ加工が終了する位置となる。

まず、動作モードがパンチ最終デプス検出モードとなると、図４のステップ１０１において、材料（ワーク）の加工シミュレーションを行い、材料の影響係数を求める。

すなわち、所定の金型および所定の板厚のワークが設定され、ｍ種類の応力−ひずみ関係を有するワークで加工シミュレーションが行われ、ｉ個のストローク位置Ｓｉに対する過重Ｆと最大ひずみεが各材料ごとに、以下の式に基づいて算出される。なお、ここで、上記ｉ個のストローク位置Ｓｉに対する過重Ｆと最大ひずみεを、前もって計算しておき、データベース１９に記憶しておき、そのデータベース１９を参照してデータを取得するようにしても良い。

Fmi = f(Si)
{Fmi , Si }

εmi = f(Si)
{εmi , Si }

続いて、各最大ひずみεに対する応力σmiが、上記材料の応力−ひずみ関係より、以下の式に基づいて算出される。

σmi = f(εmi)
{σmi , εmi }

以上のように算出された各ストロークにおける応力と荷重との関係を用いて、材料の影響係数ECiが、以下の式に基づいて算出される。

ここで、上記計算処理は、制御装置９のＣＰＵ１７により、入力表示部１１よりのオペレータからの設定や指示に従い、データベース１９内のパンチやダイのデータおよび製品形状データや被加工部材（ワークＷ）のデータを用いると共に、ＲＯＭ１３よりのコンピュータプログラムに従ってＲＡＭ１５を用いて行うようにしても良いし、制御装置９に他のコンピュータを接続し、そのコンピュータで行って制御装置９へデータ転送するようにしても良い。

次に、ステップ１０３において、ワークの加工情報から、基準デプスを算出して設定する。

すなわち、制御装置９のＣＰＵ１７により、データベース１９からのパンチやダイのデータおよび製品形状データ（曲げ角度、曲げ長さ等）や被加工部材（ワークＷ）のデータ（板厚、材質等）に基づいて、基準デプス（第一目標位置）が算出される。ここで、基準デプス（第一目標位置）とは、図５に示すように、曲げ加工におけるパンチ７ｂの最終下降位置ＰＤであり、上記パンチやダイのデータおよび製品形状データ（曲げ角度、曲げ長さ等）や被加工部材（ワークＷ）のデータ（板厚、材質等）に基づいて一般的な方法で算出される。

次に、ステップ１０５において、加工モードに移り、加工中におけるワークＷの板厚を測定する。

すなわち、一般の板厚測定器によって、加工中のワークＷの板厚が測定され、その測定値が、入力表示部１１を介して入力され、ＲＡＭ１５あるいはデータベース１９等の記憶部に記憶される。

次に、ステップ１０７において、加工中において、圧力センサー１２によりパンチ７ｂにかかる荷重を測定する。

すなわち、圧力センサー１２によって、加工中にパンチ７ｂにかかる荷重が検出され、その検出値が、入力表示部１１を介して入力され、ＲＡＭ１５あるいはデータベース１９等の記憶部に記憶される。

次に、ステップ１０９において、加工中において、Ｄ軸エンコーダ１６によってパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置を検出する。

すなわち、Ｄ軸エンコーダ１６によって、加工中におけるパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置が検出され、その検出値が、入力表示部１１を介して入力され、ＲＡＭ１５あるいはデータベース１９等の記憶部に記憶される。

次に、ステップ１１１において、圧力センサー１２によって検出されたパンチ７ｂにかかる荷重およびＤ軸エンコーダ１６によって検出されたパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置に基づいてワークＷの上面位置を演算する。

すなわち、制御装置９のＣＰＵ１７により、記憶部よりのパンチ７ｂにかかる荷重検出値およびパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置検出値に基づいて、ワークＷの上面位置P0が算出される。ここで、ワークＷの上面位置とは、ダイ７ａ上に載置されたワークＷの上面位置であり、記憶部よりの荷重検出値およびスライド位置検出値に基づいて一般的な方法で算出される。

次に、ステップ１１３において、Ｄ軸エンコーダ１６によってパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置Piをサンプリングしながら、パンチ７ｂがワークＷの上面位置P0から移動した距離である実ストローク量を演算する。

すなわち、制御装置９のＣＰＵ１７により、Ｄ軸エンコーダ１６によって検出されたスライド位置Piがサンプリングされ、検出された材料上面位置P0から、実際にパンチが移動した実ストローク量Siが、以下の式によって演算される。

Si = P0 - Pi - Mi
ここで、Miは、各ストローク位置における機械のたわみ量で、機械形状、曲げ位置、曲げ長さ、荷重から計算される。

次に、ステップ１１５において、実際にパンチが移動した実ストローク量Siごとにおけるパンチ７ｂにかかる荷重Fiを圧力センサー１２によって検出し、その荷重Fiおよびステップ１０１において求めた材料の影響係数ECiから応力σiを求め、その応力σiの変化から材料定数を求める。

すなわち、制御装置９のＣＰＵ１７により、圧力センサー１２によって検出された実ストローク量Siごとにおけるパンチ７ｂにかかる荷重Fiおよび前もって求められた材料の影響係数ECiから、以下の式により応力σiが演算される。

σi = ECi * Fi
そして、制御装置９のＣＰＵ１７により、 ワーク情報の公称材料情報から、i個のストローク位置Sに対する最大ひずみεが以下の式により算出される。この式がストロークひずみ換算式となる。（またはデータベースを参照してデータが取得される）
εi = f(Si)
{εi , Si }
この結果より各ひずみに対する応力データが決まり、以下のような材料特性が得られ、その材料特性から、材料定数が得られる。

{σi , εi }
次に、ステップ１１７において、上記パンチやダイのデータおよび製品形状データ（曲げ角度、曲げ長さ等）や被加工部材（ワークＷ）のデータ（板厚、材質等）および測定されたワークＷの板厚および材料定数に基づいて、パンチの最終デプス（第二目標位置）を演算する。

すなわち、制御装置９のＣＰＵ１７により、上記パンチやダイのデータおよび製品形状データ（曲げ角度、曲げ長さ等）や被加工部材（ワークＷ）のデータ（板厚、材質等）および測定されたワークＷの板厚および材料定数に基づいて、加工力の作用により発生する外部モーメントと、ワーク内部に発生する、材料定数から計算される内部曲げモーメントとのつりあい式から、ダイ内の材料の曲率を求め、材料の曲げ形状を求めた後、パンチの最終デプス（第二目標位置）が計算される。

次に、ステップ１１９において、そのパンチの最終デプス（第二目標位置）の値までパンチが下降され、ワークＷの曲げ加工が行われる。

このように、本実施形態によれば、ワークの材料特性にばらつきがある場合でも、ワークの材料特性にばらつきに応じてパンチの最終デプスを補正し、ワークＷの曲げ加工を行うので、正確なベンディング加工を行うことができるようになる。

この発明は前述の発明の実施の形態に限定されることなく、以下のように適宜な変更を行うことにより、その他の態様で実施し得るものである。

次に、図６〜図１２を参照して、本願発明の他の実施形態について説明する。

図６は、本願発明の他の実施形態におけるダイとパンチ回りの概略図であり、図７は、本願発明の他の実施形態におけるベンディングマシンの制御装置９の概略構成を示すブロック図である。

この加工機（ベンディングマシン）７は、図１に示した第１実施形態と同様に、下部に設けられた第１の曲げ工具としてのダイ７ａに対して、上部に設けられた第２の曲げ工具としてのパンチ７ｂをＤ軸方向Ｄ（図６参照）に沿ってスライド動作させることにより、ダイ７ａとパンチ７ｂとの間に搬入されたワークＷ（材料）を、ダイ７ａとパンチ７ｂとによって曲げ加工するように構成されている。

そして、図６および図７に示すように、このベンディングマシン７には、パンチ７ｂの上部に設けられてワークＷに加わった荷重圧力を検出するための荷重センサー１４（図７に示す）と、パンチ７ｂの上部に設けられてパンチ７ｂのＤ軸上のスライド位置を検出するためのＤ軸エンコーダ１６（図３に示す）とが設けられている。

そして、図６に示すように、ひずみ測定カメラ３１が、ダイ７ａの上部における、パンチ７ｂの先端に対向する位置に設けられ、パンチ７ｂの先端が当接するワークＷの上面に対向するワークＷの特定個所（図９のＸ）のひずみを測定するようになっている。

また、ベンディングマシン７は、この加工機全体の制御をつかさどる制御装置９を有しており、その制御装置９には、所定画像の表示を行うと共に、オペレータからの指示を入力する入力表示部１１が設けられている。

そして、制御装置９の制御の基に、入力表示部１１により入力設定された曲げ加工動作に従い、ワークの曲げ加工が行われるが、ここでは、後述するパンチの最終位置（パンチの最終押し込み位置あるいはパンチの最終デプス）検出が行われ、その検出された補正最終位置により曲げ加工が行われる。

図７に示すように、ベンディングマシン７の制御装置９は、ＲＯＭ１３およびＲＡＭ１５がバスを介して接続されたＣＰＵ１７を有しており、ＣＰＵ１７には、さらに、バスを介して、上述した荷重センサー１４、入力部と表示部とを兼ねる上記入力表示部１１、Ｄ軸エンコーダ１６、データベース１９、ひずみ測定カメラ３１が接続されている。

また、上記ＣＰＵ１７には、バスを介して、パンチ７ｂの装着された上部テーブルを上下に駆動するためのシリンダ２７を駆動するためのドライバ２５も接続されるようになっている。

ここでは、ＣＰＵ１７が、入力表示部１１よりのオペレータからの設定や指示に従い、データベース１９内のパンチやダイのデータおよび製品形状データや被加工部材（ワークＷ）のデータを用いると共に、ＲＯＭ１３よりのコンピュータプログラムに従ってＲＡＭ１５を用いて、後述するようにパンチの最終位置（パンチの最終デプス）の検出を行うと共に、入力設定された曲げ加工動作を行うようになっている。

次に、図８〜図１２を参照してパンチの最終位置検出の動作について説明する。

図８は、本願発明の他の実施形態におけるパンチの最終位置検出の動作のフローチャートであり、本願発明の他の実施形態におけるパンチの最終位置検出の動作の説明図である。

なお、このパンチの最終位置検出の動作は、上述したように、ＣＰＵ１７が、ＲＯＭ１３よりのコンピュータプログラムに従ってＲＡＭ１５を用いて行うようになっている。

本願発明の他の実施形態におけるパンチの最終位置検出の動作の主な特徴は、以下の通りである。

実際に加工する加工材料（ワーク）は、材料特性において、実際値と公称値とは違う値を持っており、これらの違いを公称板厚ｔ、公称材料特性（応力ひずみデータあるいは塑性係数: C、 加工硬化指数: n）と実板厚ｔ’、実材料特性（特定材料の応力ひずみデータあるいは塑性係数: C’、 加工硬化指数: n’）とに区別し、加工動作中に制御装置９で実材料特性を判別して、材料に合わせた最適の動作目標値（パンチの最終位置）を再計算し、その再計算したパンチの最終位置に基づいて加工動作を行うことによって、材料のバラツキによる角度のバラツキを防止できるようにしたものである。

ここでは、特定の金型と公称板厚での加工を想定し、m種類材料（例えば、SPCC、SPHC、SUS304、SUS430、A1100、A5052 etc.）の公称材料特性（応力ひずみデータ値又は、公称塑性係数: C, 公称加工硬化指数: n）、公称板厚ｔ、金型情報より各材料ごとの加工時の荷重と特定箇所のひずみを算出し、これらの情報を使って、応力と加工荷重の関連を表す式（またはデータベース）を作成し、この式（またはデータベース）を使って最終的に、実材料（未知の材料）を加工したときの荷重−ひずみ関係または荷重−ストローク関係から、その加工している材料の応力−ひずみ関係を予測するようにしている。

ここで、パンチ７ｂの最終位置Ｄ_Ｆ（図１１参照）について説明する。まず、ピンチング位置とは、ワークＷがダイ７ａとパンチ７ｂとによって挟み込まれる位置のことであり、より詳しく説明すると、ピンチング位置とは、ダイ７ａ上に載置された板厚ｔのワークＷの上面にパンチ７ｂの下端が接触した状態で、金型原点位置とパンチ７ｂの下端との間の距離である。ここで、金型原点位置とは、ダイ７ａとパンチ７ｂとが接触した状態でのパンチ７ｂの下端位置である。

従って、ダイ７ａとパンチ７ｂとが接触した状態でのパンチ７ｂの下端位置をＤ軸エンコーダ１６で前もって検出して金型原点位置を得ておき、ワークＷの上面にパンチ７ｂの下端が接触したとされる位置をＤ軸エンコーダ１６で検出することによってピンチング位置が得られる。

そして、パンチ７ｂの最終位置Ｄ_Ｆは、ピンチング位置から、パンチ７ｂが下降して曲げ加工が終了する最終位置となる。

図８のステップ２０１において、前工程として、材料（ワーク）の加工シミュレーションを行い、材料の応力と加工荷重の関係の近似式を求める。

この材料の応力と加工荷重の関係の近似式の計算は、材料定数の予測計算を高速化するために、予め、外部の演算装置を使って行われ、このように、事前に応力と加工荷重の関係の近似式を計算して置くことによって、短時間で加工中に材料定数の予測が可能となる。

なお、この材料の応力と加工荷重の関係の近似式の計算は、制御装置９によって行っても良い。

次に、材料の応力と加工荷重の関係の近似式の計算の内容について説明する。

一般的に塑性変形における材料特性Mは、材料の応力σ、ひずみεの関係によって表され、この情報は引っ張り試験によって得られる。

{ ε_i , σ_i } (1)

この応力とひずみデータの近似式を下式とする。

（ここで、塑性係数: C, 加工硬化指数: nは材料特性を表すパラメータとしてMと総称する）

なお、その他にも

の一次式で近似することも可能である。（ここで、a,Yは材料特性を表すパラメータとしてMと総称する）

そして、外部の演算装置を使って、特定の金型情報と公称板厚情報ｔと、材料特性M（塑性係数: C, 加工硬化指数: nまたは、応力ひずみデータ{ σ_i , ε_i }）より、図９に示すように、FEM（有限要素法による加工シミュレーション）を用いて、加工荷重F（単位曲げ長さあたり）から特定箇所Xのひずみε_Xを算出する。(なお、塑性力学計算でも可能である)
ここで、特定箇所Xは、図９に示すように、パンチ７ｂの先端が当接するワークＷの上面に対向するワークＷの特定個所となっている。

ここで、加工モデル：加工荷重Fと、特定箇所Xのひずみε_Xとし、特定箇所Xはひずみの大きいところの方が、検出しやすく、測定精度が高くなる（例えばパンチ直下の最外層）。よって、特定箇所Xは、計算可能で、その後の加工ストローク中に測定又は予測できる点（複数点又は領域含む）であれば、特にその位置を限定しない。

なお、このステップ２０１においては、m種類の材料を選定する。これは最終的に予測する未知の材料として可能性のある範囲のなかから、代表的な材料を選ぶ。数が多ければその後の近似計算のサンプル数が多くなるので予測精度が向上する。

これらの材料の引っ張り試験を行い、ｍ種類の応力σ、ひずみεの関係を測定する。

{ ε_mi , σ_mi } (5)

この応力とひずみデータは、m種類の材料ごとに近似式（累乗近似）を下式とする。

(2)より

（ここで、塑性係数: C_m, 加工硬化指数: n_mはm種類の材料特性を表すパラメータとしてM_mと総称する）

なお、その他にも

の一次式で近似することも可能である。（ここで、a_m,Y_mはm種類の材料特性を表すパラメータとしてM_mと総称する）

そして、m種類の材料を(3)加工モデルで、特定箇所Xの各m種類の材料のひずみε_Xmをm種類の材料ごとに求めると、
(3)より、

となり、ひずみε_Xより、m種類の各材料ごとの加工荷重F_mを求める式に変換し下式となる。

そして、曲げ加工のひずみは、円周方向の単軸ひずみだと仮定すると、特定箇所Xの円周方向のひずみε_Xとその位置での円周方向の応力の関係は下式となる。

ここで、特定箇所Xのひずみε_Xにおける加工ストローク途中のひずみをそれぞれε_Xiとすると、以下のようになり、

(8)より、以下のようになる。

{ε_Xi, F_mi } (10)

（なお、このデータは実験で実際に加工を行い、加工荷重Fと特定箇所のひずみを測定して求めてもよい）

(9)より、

{ε_Xi,σ_Xmi } (11)

(10)(11)より、
ε_Xiのときの応力σ_Xmiと加工荷重F_miの関係が求まる。

{σ_Xmi, F_mi } (12)

i個の各ひずみε_Xiごとに、ｍ種類の材料の応力σ_Xmiと加工荷重F_miの関係に対して近似式を作成すると、i個の近似式が作成できる。これによって、各ひずみε_Xiごとに、材料に依存しない応力と加工荷重の関係式が作成できる。

この近似式を加工前に計算しておけば、以下のステップにおいて加工中に得られる、未知の材料のi個の特定位置のひずみε’_Xiと加工荷重F’_iから、応力−ひずみ関係（材料定数）を求めることができる。

なお、種々の材料の特定位置のひずみε’_Xiと加工荷重F’_iから、応力−ひずみ関係を求めた具体例を、図１０に示す。

この(13)式を求めるまでの計算時間は、FEMの場合、特定の加工モデルでの一つの材料の計算時間（0.1〜1H）×m種類の材料となり、数時間の時間がかかることから、加工中にこれらの計算を行うよりは、事前に計算することが有効となる。

ただし、将来的には計算時間が早くなり、内部演算装置にて加工中に“材料定数予測式の計算”を含めて行う事ができる可能性もある。

次に、図８のステップ２０３において、パンチ７ｂの基準位置（基準デプス）Ｄ_Ｏの設定が行われる。

すなわち、公称板厚、公称材料特性（応力−ひずみデータの平均値又は、公称塑性係数: C, 公称加工硬化指数: n）、パンチ情報、ダイ情報、曲げ角度、曲げ長さ等のワークの加工情報によって、所定位置を算出し、図１１に示すように、その所定位置より一定量手前の位置を基準位置（第一目標位置）Ｄ_Ｏと設定する。なお、この基準位置（第一目標位置）Ｄ_Ｏの設定方法については、特開平８−２４９５５（段落番号００３６、００３７等：ここでは、基準位置はテーブル移動位置となっている）に詳しく記載されているので、説明は省略する。

このステップ２０１、２０３までが前工程となる。

次に、図８のステップ２０５において、基準位置（第一目標位置）を目標値として、１ストロークの加工動作が開始され、ステップ２０７において、この１ストロークの加工動作中における特定箇所のひずみと加工荷重の測定が行われる。

すなわち、ひずみ測定カメラ３１と荷重センサー１４より、以下のように、特定位置のひずみε’_Xiにおける実加工荷重F’_iが測定され、F’_iは単位曲げ長さあたりの荷重に換算される。

以降、’が付いている変数は未知の材料の加工を行った時の実測値を表すものとす
る。

{ ε’_Xi ,F’_i } (14)

次に、ステップ２０９において、材料定数の計算が行われる。

すなわち、まず、加工中にダイ７ａの中にセットしたひずみ測定カメラ３１と荷重センサー１４より、加工中の各ひずみにおける加工荷重が測定され、式(13)(14)より、応力−ひずみ関係（材料定数）が、以下の近似式により計算される。

{σ’_i , ε’_i } (15)

この応力とひずみデータの近似式は、
(16)より、

（ここで、塑性係数: C’, 加工硬化指数: n’は実際に加工している実材料特性を表すパラメータとしてM’と総称する）

なお、その他にも

の一次式で近似することも可能である。（a’,Y’は実材料特性を表すパラメータとしてM’と総称する）
次に、ステップ２１１において、パンチ７ｂの最終位置Ｄ_Ｆの計算が行われる。

すなわち、実板厚又は公称板厚、式(15)(16)で算出した材料定数（応力ひずみデータ値又は、実塑性係数:C’, 実加工硬化指数: n’）、パンチ情報、ダイ情報、曲げ角度、曲げ長さの情報より、図１１に示すように、最終位置決め位置Ｄ_Ｆが算出される。

なお、この最終位置決め位置Ｄ_Ｆの計算方法については、特開２０００−１４０９４３に詳しく記載されているので、説明は省略する。

そして、ステップ２１３において、ステップ２１１において計算されたパンチ７ｂの最終位置へパンチ７ｂが移動され位置決めが行われる。

このステップ２０５〜２１３までが１ストローク加工動作となる。

なお、上記位置決めされたパンチ７ｂの最終位置に基づいて、ワーク（材料）の実加工動作が行われる。

以下に、本願発明の他の実施形態に沿って行われた具体例について図１２のグラフ図を参照して説明する。

図１２のグラフ図は、公称板厚3.2mmの鉄鋼材を目標角度90°で曲げ加工し、その角度を測定した結果である。

未知の鉄鋼材料としてSPCC,SECC,SS400,SPHC,SS400酸洗材、SPHC酸洗材を用意し、また曲げ加工方向を板の圧延方向に対して、垂直と並行の方向で加工したときの曲げ角度を測定した。

図１２において、▲は公称板厚と公称材料（すべて同じ鉄鋼材料とする）で計算される同じ最終デプスで加工したときの角度を表し、■はそれぞれの材料を測定した実板厚と、公称材料（すべて同じ鉄鋼材料とする）で計算される異る最終デプスで加工したときの角度を表し、○はそれぞれの材料を測定した実板厚と、本特許の仕組みに従ってそれぞれの材料の応力−ひずみ関係を予測し、その実材料特性に基づいた最終デプスで加工したときの角度を表し、▲は目標角度90°に対して、95.91〜91.51のバラツキを表し、
■は目標角度90°に対して、93.98〜90.4のバラツキを表し、○は目標角度90°に対して、90.41〜89.7のバラツキを表している。

このグラフから、実板厚と、実材料特性を個別に予測しているためにバラツキ、絶対精度誤差共に小さくなっていることが判り、よって実板厚と、実材料特性を予測して考慮することの効果が示されている。

また、加工している未知の材料の板厚が公称板厚と異なる板厚（実板厚）であった場合、加工前（ステップ２０３とステップ２０５の間）に、板厚測定器によって材料の実板厚ｔ’ を測定する、又は、ノギス、マイクロメータ等で事前に材料の実板厚ｔ’ を測定し、この実板厚を最終位置の演算において、公称板厚の代わりに使用することもでき、これによってさらに予測精度を高めることもできる。また、ピンチング位置と金型原点位置と金型パラメータより算出することも可能である。

７ 加工機（ベンディングマシン）
７ａ ダイ
７ｂ パンチ
９ 制御装置
１１ 入力表示部
１２ 圧力センサー
１３ ＲＯＭ
１５ ＲＡＭ
１６ 軸エンコーダ
１９ データベース
２５ ドライバ
２７ シリンダ
３１ ひずみ測定カメラ

Claims (5)

1. 第１および第２の曲げ工具によりワークを挟んで前記ワークの曲げ加工を行う加工機において、
   前もって
   （１）複数種類のワークに対して材料試験を行い、その応力とひずみの関係を求め、
   （２） 前記応力とひずみの関係を用いてワークに基づく加工モデルを計算して特定箇所のひずみと加工荷重の関係をもとめ、
   （３） さらに、材料に依存しないワークの加工荷重と応力との関係式を算出しておき、
   その後に、前記加工荷重と応力との関係式と前記曲げ加工を行うワークにおけるひずみと加工荷重の値に基づいて、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係を材料定数として求めることを特徴とする加工機。
2. さらに、前記材料定数および加工条件に基づいて、前記ワークの曲げ加工における前記第２の曲げ工具の最終位置を算出し、その第２の曲げ工具の最終位置に基づいて、前記ワークの曲げ加工が行われることを特徴とする請求項１に記載の加工機。
3. 前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係を材料定数として求める工程が、前記第２の曲げ工具の基準位置を設定し、曲げ加工動作中における前記特定個所のひずみと加工荷重の測定を行い、その特定個所のひずみと加工荷重の測定値と前記のワークにおける加工荷重と応力との関係の近似式とから、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係からなる材料定数を計算することからなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の加工機。
4. 前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係を材料定数として求める工程が、前記第２の曲げ工具の基準位置を設定し、曲げ加工動作中におけるストロークと加工荷重の測定を行い、前記曲げ加工を行うワークの前記特定個所のひずみの値をストロークひずみ換算式により求め、その特定個所のひずみと加工荷重の値と前記ワークにおける加工荷重と応力との関係の近似式とから、前記曲げ加工を行うワークの応力とひずみとの関係からなる材料定数を計算することからなることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の加工機。
5. 第１および第２の曲げ工具によりワークを挟んで前記ワークの曲げ加工を行う加工機において、
   前記ワークの材料特性を、実際値と公称値とに区別し、加工動作中に実際の材料特性を判別して、前記ワークに合わせた最適の動作目標値を再計算し、その再計算した最適の動作目標値に合わせて前記第１の曲げ工具あるいは第２の曲げ工具を動作させて前記ワークの曲げ加工を行うことを特徴とする加工機。
   

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