本発明の金属加工装置1は、金属製の板材40の任意の位置で、点当りで該板材40に押圧を加えて、押圧方向への前記押圧力を、又は、第一押圧部2による加工点6の高さを、予め演算した結果に基づく設定により可変させながら任意の曲げ角度を形成しつつ板材40を移動させて、又は、板材40に変形を加える手段側を移動させて、例えば図30(a)~(d)に示すような曲げライン41を設定通りに形成しながら曲げ加工をする装置である。なお、金属加工装置1には専用加工装置やロボットが含まれる。
本発明の金属加工装置1は、図1又は図5に示すように、金属製の板材40を表裏で反対方向になるように押圧をかけて曲げる曲げ加工を行う金属加工装置1であって、前記板材40の曲げライン41の位置となる加工点6に押圧をかける、先端部が略凸形状を形成する第一押圧部2と、又は、先端部が略凸形状を形成する第一押圧部2と前記第一押圧部2に対向して配設した第二押圧中央部3との組み合わせと、曲げ方向に向かって前記第一押圧部2の両サイド側で、前記第一押圧部2が押圧をかける前記板材40の面とは表裏が異なる板材40の面を、前記第一押圧部2の押圧方向と逆方向に押圧をかける2つの第二押圧サイド部4と、前記第一押圧部2の先端部が前記板材40の予め設定した曲げライン41の位置にくるように、言い換えると前記加工点6を予め定めた軌跡で移動させるための、前記板材40に変形を加える手段側の位置を、及び/又は、前記板材40側の位置を変更する位置変更手段8と、前記加工点6における押圧方向への押圧力を可変可能な押圧手段11と、前記板材40を把持する少なくとも1つ以上の把持部7と、制御部9と、を備え、中央部に位置する前記第一押圧部2の先端部の部位と、両サイドに位置する前記2つの第二押圧サイド部4の前記板材40への押圧可能部位との3部位を略V字型の相対位置関係にすることにより前記板材40の曲げ加工を可能とし、曲げ加工時に前記把持部7の前記板材40へ当接する面の姿勢や位置を、前記板材40の前記把持部7周辺の曲げ変形時に変化する面の動きに追従させる把持部追従手段20を設け、及び/又は、曲げ加工前に前記板材40の曲げ方向である跳ね上がり方向と同じ方向に前記板材40を撓ませる予備曲げ手段30を設けている。
前記金属加工装置1は、第一押圧部が移動する場合は、例えば図31(a)~(e)に示すように、ならびに、第一押圧部が移動しない場合は、例えば図32(a)及び(b)に示すように、中央部に位置する前記第一押圧部2の先端部の部位と、両サイドに位置する前記2つの第二押圧サイド部4の前記板材40への押圧可能部位との3部位を略V字型の相対位置関係にすることにより前記板材40の曲げ加工を行う装置である。そして、前記把持部追従手段20と前記予備曲げ手段30を備えている。
3つの部位を結んだ線が形成する相対位置関係を略V字型にするために要する構成要素は、少なくとも前記第一押圧部2の先端部の部位と前記2つの第二押圧サイド部4の部位である。
そして、前記加工点6における押圧形態として、図31(b)、(c)及び(d)に示すように、前記第一押圧部2のみの一方向から押圧をかける形態、図31(a)及び(e)に示すように、前記第一押圧部2と、前記第一押圧部2に対向する位置に配設した第二押圧中央部3とによる双方向から押圧をかける形態、図32(a)に示すように第二押圧中央部3が第一押圧部2に対して一方向から押圧をかける形態、又は、図32(b)に示すように第二押圧サイド部4により板材40を第一押圧部2に押し当てて押圧をかける形態がある。
ここで、第一押圧部2は図1に示すように押圧手段11で移動し、第二押圧中央部3、第二押圧サイド部4及び第二押圧サイド移動部5は図8(c)に示すように加工点高さ可変手段を経由して押圧手段14の作動により移動する。
また、前記第二押圧サイド部4の形態として、図31(a)及び(b)並びに図32(a)及び(b)に示すように、前記第二押圧サイド部4を前記第一押圧部2側に移動させる第二押圧サイド移動部5を設けて前記第一押圧部2の押圧方向とは逆方向に前記第二押圧サイド部4を移動させる形態、又は、図31(c)~(d)に示すように、前記第二押圧サイド部4を移動させない形態がある。さらに、移動させない前記第二押圧サイド部4には、図31(c)に示すように2つの前記前記第二押圧サイド部4が一体となっている形態、又は、図31(d)及び(e)示すように2つの前記第二押圧サイド部4が分離している形態がある。
金属加工装置1には図31(a)~(e)、並びに、図32(a)及び(b)に示すように基本的に7つの形態の曲げ加工に係る金属加工装置の構成がある。以下に、代表例として図31(a)に示すように第一押圧部、第二押圧中央部、第二押圧サイド部及び第二押圧サイド移動部を備える形態について説明する。
前記第一押圧部2は、図6又は図7に示すように、曲げ進行方向に対して略直角方向の軸を中心に回転する、外周縁部が略凸形状を形成する円形状体であり、略凸形状の外周縁部が先端部となって板材40に略点接触で接触し第二押圧中央部3方向に押圧をかける。前記第一押圧部2の前記円形状体としては例えばローラー体又は球体がある。
前記第一押圧部2は、図1又は図5に示すように、例えば電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34の押圧手段11により押圧をかける。また、前記押圧手段11は、前記板材40への押込み高さが変更されるのに従い押圧力を調整可能にしており、前記第一押圧部2による押圧方向への押圧力を可変可能である。また、押圧手段11は枠体80に固定されている。
前記第二押圧中央部3は、図1、図6又は図7に示すように、前記第一押圧部2に対向し前記押圧を受ける、曲げ進行方向に対して略直角方向の軸を中心に回転する円状体である。前記第二押圧中央部3の前記円形状体としては例えばローラー体がある。そして、前記第一押圧部2と前記第二押圧中央部3との双方向の押圧力の合成により押圧方向への押圧力を可変させることもできる。
前記第二押圧サイド部4は、前記第二押圧中央部3の両側に近設され、前記板材40と略平行な軸を中心に回転する円筒状体、例えばローラー体である。前記第二押圧サイド部4は前記第二押圧中央部3側を回転中心として板材40の跳ね上がり方向に回転可能にしている。そして、前記第二押圧サイド部4を、曲げ変形する前記板材40の第二押圧中央部3側に接触させ、例えばシリンダー機構等の第二押圧サイド移動部5によって前記第二押圧サイド部4を回転させて、第一押圧部2と第二押圧中央部3とにより押圧をかける動作に同調させて板材40を上方に押し上げるようにしている。
前記第二押圧サイド移動部5によって前記第二押圧サイド部4を、前記第二押圧中央部3側つまり前記加工点側を回転中心として板材40の跳ね上がり方向に回転させる指示は、成形品の形状、板材40の特性、及び金属加工装置1の各部の特性等の各種パラメータに基づき制御部9の演算処理部9aで演算し、その演算結果を受けた駆動指示部9bからシリンダー機構等を備える前記第二押圧サイド移動部5に送信される。
図6(b)に示すように、前記第一押圧部2と前記第二押圧中央部3とによって板材40を挟み、前記第一押圧部2が前記第二押圧中央部3側に押し込む動作に合わせて、前記制御部9から姿勢を最適にするように作動指示を受けた前記第二押圧サイド移動部5によって前記第二押圧サイド部4が前記板材40を押し上げると板材40は狙い通りの塑性変形による曲げ変形をする。
また、図7(a)又は(b)に示すように、第一押圧部2による押圧力が除荷されたときに、前記第二押圧中央部3は、例えば圧縮ばね(図示なし)あるいは電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34の復帰機構13により押圧力が印加される前の状態に復帰され、並びに、前記第二押圧サイド部4は前記第二サイド移動部5により押圧力が印加される前の状態に復帰される。
前記位置変更手段8は、前記第一押圧部2の先端部が前記板材40の予め設定した曲げライン41の位置にくるように、言い換えると前記加工点6を予め定めた軌跡で移動させるための前記板材40に変形を加える手段側の位置を変更する位置変更手段8b(図示なし)、及び/又は、図1又は図5に示すように、前記板材40側の位置を変更する位置変更手段8aがある。前記板材40に変形を加える手段には、前記第一押圧部2、前記第二押圧中央部3、前記第二押圧サイド部4、前記押圧サイド移動部5、予備曲げ手段40、押圧手段11、押圧手段14、加工点高さ可変手段10等の板材40の加工に関与する手段が含まれる。
前記把持部7は、前記板材40を把持する。そして把持部7は図1に示すように位置変更手段8aにより、例えば図28に示すように、前記板材40の曲げライン41を形成中の加工の点ポイントである加工点6を前記板材40の設定された曲げライン形成方向になるように前記板材40を移動させる。
例えば、前記把持部7は、図1、図5又は図30(d)に示すように、単独形態の把持部7で板材40の曲げ加工開始点近傍、又は曲げ加工終了点近傍を把持する形態Aがあり、図30(b)又は(c)に示すように、板材40の対向する縁辺を併設形態の把持部7で把持する形態Bがある。前記形態Bの場合は、例えば図24に示すように位置変更手段8に設けた前記把持部7が板材把持型予備曲げ手段30aを兼ねることができる。
また、図30(a)に示すように、2つの把持部7を備える把持部追従手段20で同一辺であって曲げライン41からみて両側の板材40を把持する形態Cがある。前記形態Cの場合は、例えば図18(a)及び(b)に示すように同一辺であって曲げラインの両側の辺をそれぞれ把持する形態で使用される。板材40のどの部位をどんな形態の把持部7で把持させるかは板材40の曲げ加工の設計仕様、板材40の材質及び板材40の形状・大きさなどによって曲げ加工製品ごとに個別に設定する。
前記板材40を移動させる手段としては、図1、図5又は図19に示すように、X軸方向Xすなわち左右方向に往復動する左右方向移動手段62と、前記左右方向移動手段62を載設した、Y軸方向Yすなわち前後方向に往復動する前後方向移動手段63と、前記左右方向移動手段62及び前後方向移動手段63を基準に把持部追従手段20a又は20b、及び、把持部7の向きを変える回転手段65を有している。前記回転手段65は左右方向の回転手段65a及び前後方向の回転手段65bを備え、左右方向の回転手段65aのスライダー65a1上に前方に突出させた突出部65a2を設け、その突出部65a2の先端部に滑動用貫通孔付き回転軸部61を垂回転自在に固設し、前記滑動用貫通孔付き回転軸部61に該滑動用貫通孔付き回転軸部61に対して往復動可能な滑動棒部64を取付け、前記滑動棒部64の先端部に設けた回転中心60を介して把持部追従手段20を回転自在に取り付けている。前記把持部追従手段20の前方には把持部7が固定されている。なお、板材40を把持する把持部7の内で板材40を移動させる、少なくとも1つ以上の把持部7は板材40を設定通りに移動させるために把持部追従手段20の内の公転部のみ備える。また、前記左右方向移動手段62、前記前後方向移動手段63及び回転手段65を含む位置変更手段8aの各種アクチュエータは制御部9からの移動指示により作動が制御される。
なお、前記回転手段65は、左右方向の移動をする回転手段65a及び前後方向の移動をする回転手段65bを備えて、前記左右方向移動手段62及び前後方向移動手段63を基準に把持部追従手段20a又は20b、及び、把持部7の向きを変える。
図5、図19(a)及び(b)に示すように、左右方向移動手段62及び前後方向移動手段63のそれぞれの移動により位置変更可能なスライダー部62aの位置と、左右方向の移動をする回転手段65a及び前後方向の移動をする回転手段65bをそれぞれの移動により位置変更可能なスライダー部65a1の位置との相互位置関係を変えることによって、把持部追従手段20a又は20bの向き及び把持部7の向きを自在に変えることができる。これらの相互位置関係の制御は、曲げ加工に係る動作を演算処理部9aで演算し、その演算結果を出力する駆動指示部9bからの指示で前記位置変更手段8aの各アクチュエータの作動が制御される。
前記第一押圧部2及び第二押圧中央部3による押圧をかけるときの加工点高さを可変させる加工点高さ可変手段10は、金属加工装置1内の枠体80に固定され、又は、第一押圧部2及び第二押圧中央部3を移動させる位置変更手段8bの上に固定される。なお、位置変更手段8bは、板材40を移動させる位置変更手段8aを設置したときはなくてもよい。また、第一押圧部2による押圧方向と第二押圧中央部3による押圧方向とは互いに逆方向であるが、第一押圧部2及び第二押圧中央部3の合力による押圧方向は、例えば図8に示すように、矢印12の方向であるが、逆方向でもよい。また、加工点高さ可変手段10を設けず、第二押圧中央部3の移動をせずに加工点高さを固定する形態もある。
前記加工点高さ可変手段10は、図8(c)に示すように押圧手段14の作動によって、斜面を形成した斜面台71の上を斜面滑動部72が昇降することによって、前記斜面滑動部72の上面72aの高さが調整できる。例えば図8(a)に示すように前記斜面滑動部72を下降させたり、図8(b)に示すように前記斜面滑動部72を上昇させることができる。前記上面72aには第二押圧中央部3、第二押圧サイド部4及び第二押圧サイド移動部5が固設されているので、斜面滑動部72が昇降高さを変えることによって、前記板材40に対する、第一押圧部2及び第二押圧中央部3による加工点高さを可変させることができる。なお、押圧手段14により移動する斜面台71で押すことによる、斜面滑動部72の昇降高さの制御は、曲げ加工に係る動作を演算処理部9aで演算し、その演算結果を出力する駆動指示部9bからの指示で実施される。
前記第一押圧部2による押圧方向への押圧力を可変可能な押圧手段11は、図1や図5に示すように、例えば電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34により第一押圧部2を下降させて第二押圧中央部3側に印加させることができ、上昇させて除荷させ、さらに前記印加させる押圧力を可変することができる。前記押圧力の制御は、曲げ加工に係る動作の方向や深さを演算処理部9aで演算し、その演算結果を出力する駆動指示部9bからの指示で電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34による押込み高さ制御が行われる。同様に、押圧手段14により、第二押圧中央部3を上昇させて第一押圧部2に印可させることができる。
前記制御部9は、曲げ加工成形品の形状、板材40の特性、及び金属加工装置1の各部の特性等の各種パラメータに基づき動作の方向、位置、高さ又は力を演算する演算処理部9aと、その演算結果を受けて金属加工装置1の電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34の駆動に係る各アクチュエータに指示を送信する駆動指示部9bを備える。制御部9と駆動に係る各アクチュエータとは配線81で接続されている。
次に、本発明の金属加工装置1の曲げ加工品について説明する。図9(a)に示すように、設定されている曲線状の曲げライン41になるようにかつ進行方向42に従って徐々に曲げ変形させるように、板材40に対する加工点6を進行方向42に向かって移動させるように板材40の移動を制御して、図9(b)に示すように撓み面がある曲げ加工品が製作でき、又は、図10(a)に示すように、設定されている直線状の曲げライン41になるようにかつ進行方向42に従って徐々に曲げ変形させるように、板材40に対する加工点6を進行方向42に向かって移動させるように板材40の移動を制御して、図10(b)に示すように直線状の曲げライン41を有する曲げ加工品が製作できる。このことから、本発明の金属加工装置1は、任意の軌跡の曲線状又は直線状の曲げラインの曲げ加工、曲線状と直線状を組み合わせた曲げラインが1本の曲げ加工、あるいは、曲線状と直線状を組み合わせた曲げラインを複数本配置する曲げ加工ができる。
次に、図28に示すように、加工点6が進行中の状態をみると、加工点6から曲げ加工が完了した領域B1及びB2は所定の曲げ角度により面が撓んでいるが、加工点6から奥側のこれから曲げ加工に入る側の領域Aの面は前記曲げ角度とは異なる曲げ角度の面であり、曲げ角度が小の場合が多い。
よって、予備曲げ手段30が備えられていないときは、図29(a)又は(b)に示すように、第一押圧部2の押圧過程のタイミングに合わせて前記第二押圧サイド部4により板材40を押し上げると、範囲C1及びC2の曲げ角度が小の面を、又は、範囲C3及びC4の曲げ角度が小の面を急に押し上げることから、前記第二押圧サイド部4の周縁部である位置D1又はD2に、図26に示すような肩折れ45や、図27に示すようなすり傷46が発生した。
また、従来の把持部は追従手段がなく、1例として図30(d)に示すように、手前側に1か所取り付けられていた。把持部が把持した板材40の把持部の周縁部の面は、板材40が曲げ加工により3次元で撓むのに対して、従来の把持部の板材へ当接する面の姿勢及び位置は前記板材の3次元変化の動きに追従しないため、前記把持部の周縁部には把持部に挟まれた平面と撓み面との境Sに肩折れが発生するという問題があった。
次に、前記把持部追従手段20について説明する。前記把持部追従手段20としては、1例として図11に示すように球面軸受部26を備えた把持部追従手段20aがあり、他の例として、図12~図19に示すように、球面軸受部26を備えないで、傾斜部24により首振り動作させる把持部追従手段20bがある。本発明の把持部追従手段20はこれらに限定されず、曲げ加工時に前記把持部7の前記板材40へ当接する面の姿勢や位置を、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力で前記板材40の前記把持部7周辺の曲げ変形時に変化する面の動きに追従させることができる構成であればいかなる構成でもよい。
前記把持部追従手段20は、先端側に把持部7を固定した、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により動作可能とする傾斜部24と、前記把持部7及び傾斜部24を板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により前記把持部7の中心軸を中心に自転可能とする自転部と、前記把持部7、傾斜部24及び自転部を前記中心軸とは交差する方向に板材の曲げ加工時の跳ね上がり力によりスライド可能とするスライド部と、前記スライド部の一端側を公転中心として板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により前記スライド部を前記板材40の跳ね上がり方向側のみに回転させて前記把持部7を前記板材40の跳ね上がり方向側のみに公転自在とする公転部との中から少なくとも1つ以上を備える。なお、跳ね上がり力が解消されると初期の状態に戻る復帰機構がそれぞれの追従手段についていてもよい。
前記把持部追従手段20の各構成要素の組み合わせは、把持部7の使用目的で適宜選択でき、例えば前記加工点6を予め定めた軌跡で板材40を移動させるために把持する目的の把持部7の場合は例えば前記公転部のみとする組み合わせ、予備曲げに使用する目的がある把持部7の場合は板材40を曲げることが可能な構成要素の組み合わせにする組み合わせ、又は、板材40を支持する目的がある把持部7の場合はすべての構成要素の組み合わせとする。
前記把持部追従手段20は、前記板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力によって、曲げ加工時の前記板材40の跳ね上がりに把持部7の板材40を挟んだ面の姿勢や位置を跳ね上がる面形状の変化に追従させるものである。
まず、把持部追従手段20aについて説明する。把持部追従手段20aは、図11に示すように、把持部7と、前記把持部7を板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により自在に自転可能とさせる自転部として、及び、前記把持部7を板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により自在に傾斜可能とさせる傾斜部として、該把持部7を先端部に固定した球面軸受部26を備え、スライド部として、該球面軸受部26の取付け側を前記把持部7の中心線方向T1に対して交差する方向に板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力によりスライド可能なスライド軸部21a及びスライドガイド部22を備え、公転部として、前記スライドガイド部22を前記スライドガイド部22の一端側を公転中心23として板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により前記スライドガイド部22を、回転方向を規制する規制手段(図示なし)を設けて前記板材40の跳ね上がり方向側のみに回転させて前記把持部7を前記板材40の跳ね上がり方向側のみに公転自在可能にする、公転中心23と前記スライドガイド部22と規制手段を有する構成をしている。ここで、前記スライド部及び前記公転部は、把持部追従手段20aと把持部追従手段20bとで同じ構成である。よって、前記スライド部は例えば図17(b)の右側把持追従手段20bに示すように矢印N方向のスライドをし、前記公転部は例えば図17(a)の右側把持追従手段20bに示すように板材の跳ね上がり方向にのみ公転する。
前記把持部追従手段20aは、前記板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により、前記把持部7を自転可能で傾斜可能でスライド可能で公転可能にしており、板材40の曲げ加工時に前記把持部7の前記板材40へ当接する面の姿勢や位置を、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力で前記板材40の前記把持部7周辺の曲げ変形時に変化する面の動きに追従させることができる。
次に、把持部追従手段20bについて説明する。把持部追従手段20bは、図12~図17に示すように、板材40を把持する把持部7と、前記スライドガイド部22に対してベアリング軸受等のころがり摩擦で挿入されかつ前記把持部7と連結させた自転軸・スライド軸部21を、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により自転可能とする自転部と、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により2方向に傾斜可能とし、スプリング24aの力で元に戻る構成を有する傾斜部24と、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により把持部7をスライド可能にするスライド部と、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により前記スライド部を公転させる公転部と、公転方向を板材40の跳ね上がり方向のみとする規制手段を備えている。
把持部7が首振り状態で負荷がかかった状態から無負荷になったときに傾斜部24が前記スプリング24aの力で元に戻る動作について図13(a)~(c)において説明する。台座部83は図13(b)に示すようにスプリング24aの前端を当接させ、スプリング押し部82はガイドピン84a、84bと一体構造となっておりスプリング24aの後端を当接させている。そして、前記ガイドピン84a、84bは前記台座部83の貫通孔を挿通可能に組み立てられている。また、ガイドピン84a、84bの後端部は図13(c)に示すようにスプリング押し部82の後端と略同じ位置に取り付けられている。
図12(a)又は図13(a)に示すように把持部7が首振りしていないときは傾斜部24の構成要素である略L字形のスプリング押し部82はスライドガイド挟着部22aに対して傾いていないが、図12(b)又は図13(b)に示すように把持部7が首振りすると、図13(c)に示すようにスライドガイド挟着部22a側に設けられた軸受に嵌入した、前記把持部7を有する傾斜部24の中心線方向T2とは直交する方向の回転中心軸85を中心に傾斜部24が傾き、スプリング押し部82もスライドガイド挟着部22aに対して傾く。すると、図13(c)に示すように、スプリング押し部82の下側がスライドガイド挟着部22aと当接し、スプリング押し部82の上側がスライドガイド挟着部22aと離隔して間隔が大きくなる。
すると、図13(a)に示すように把持部7が首振りしていないときはガイドピン84a、84bの前端と台座部83の前面との間隔Mは狭かったのが、図13(c)に示すように把持部7が首振りすると前記間隔Mが大きくなりガイドピン84a及びガイドピン84bの前端はともに台座部83の前面から大きく突出している。このことはスプリング24aの前端側の当接部位である台座部83とスプリング24aの後端側の当接部位であるスプリング押し部82との間隔が狭くなったことになり、このことはスプリング24aを圧縮させ、前記間隔が狭くなるほどスプリング24aに伸長方向に大きな付勢力を生じさせることを示している。
そのため、把持部7から板材40を外して跳ね上がり力が解放されると、前記スプリング24aの伸長方向の付勢力により把持部7を首振りしていない状態にすばやく戻すことができる。
把持部7が首振りしていないときは、図12(a)、図13(a)に示すように、スプリング24aは伸長方向に付勢力を有する状態を維持し、板材40の曲げ変形力によって把持部7が首振りしたときは、図12(b)、図13(b)に示すように、スプリング24aは圧縮状態になり、板材40の跳ね上がり力が解放されるとスプリング24aの伸長方向への高まった付勢力により元に戻る。
さらに、把持部追従手段20bは、図17(b)に示すように、スライド部として、スライドガイド挟着部22a、スライドガイド部22、及び、前記把持部7の中心線方向T2に対して交差する方向Nに板材40の曲げ変形力によりスライド可能な前記自転軸・スライド軸部21(図17(b)では他部品で隠れている。図12(b)に記載。)を備え、図12(c)に示すようなスライドガイド部22のガイド孔部22bに前記自転軸・スライド軸部21が挿入され、スライドガイド挟着部22aによってスライドガイド部22に沿って前記自転軸・スライド軸部21をスライド可能としている。前記自転軸・スライド軸部21はベアリング軸受け等のころがり軸構造で前記スライドガイド部22とはころがり摩擦で微小な力でもスライドしやすくしている。前記把持部7は前記自転軸・スライド軸部21と連結しているので、前記把持部7は微小な力を受けてスライド可能となる。
さらに、把持部追従手段20bとしての公転部は、前記スライド部を公転させることにより把持部7を公転させる機構であり、図14に示すように、前記スライド部の一端側を公転中心23として、すなわち前記スライド部の構成部分である前記スライドガイド部22の一端側を公転中心23として、前記スライドガイド部22を、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により図17(a)に示すように、回転方向を規制する規制手段(図示なし)を設けて前記板材40の跳ね上がり方向側のみに回転させる。前記公転部は、前記把持部7を前記板材40の跳ね上がり方向側のみに公転自在可能にする公転中心23と前記スライドガイド部22と規制手段を備える。前記スライドガイド部22の一端側の公転中心23はベアリング軸受などのころがり軸受構造であり微小な力でも回転しやすくしている。
前記把持部追従手段20bは、前記板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により、たとえ微小な跳ね上がり力であっても、前記把持部7を自転可能で首振り可能でスライド可能で公転可能にしており、板材40の曲げ加工時に前記把持部7の前記板材40へ当接する面の姿勢や位置を、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力で前記板材40の前記把持部7周辺の曲げ加工時に変化する面の動きに追従させることができる。
前記把持部追従手段20bの、第一の動きの把持部7の自転、第二の動きの把持部7の首振り、第三の動きの把持部7のスライド移動、及び、第四の動きとして把持部7の公転を、板材40の曲げ加工時の前記板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力により可能にしているので、例えば図18(a)、(b)に示すように、前記板材40の曲げ加工時の動きの変化に、把持部7の前記板材7へ当接する面の姿勢や位置を追従させることができる。
前記把持部追従手段20bの配設形態が、図14(a)及び(b)に示すように、前記把持部追従手段20を1つ配設した単独形態、及び/又は、図15~図17に示すように、前記把持部追従手段20を前記把持部7の公転中心23を中心に両側にそれぞれ配設させて、前記板材40の跳ね上がり方向側のみに公転自在を可能に連結させた併設形態がある。
前記把持部追従手段20bの動きは、すべて板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力によって動くようにしており、その動きは、図15(a)に示すように把持部7が元位置の姿勢から、図15(b)の右側把持追従手段20bに示すように把持部7が自転する動き、図16(a)又は(b)の右側把持追従手段20bに示すように把持部7が首振り動作する動き、図17(a)の右側把持追従手段20bに示すように把持部7が公転する動き、図17(b)の右側把持追従手段20bに示すように把持部7がスライドする動きができる。これにより、曲げ加工時に前記把持部7の前記板材40へ当接する面の姿勢や位置を、板材40の曲げ加工時の跳ね上がり力で前記板材40の前記把持部7周辺の曲げ加工時に変化する面の動きに追従させることができる。
次に、予備曲げ手段30について説明する。前記予備曲げ手段30は、前記板材40を把持した把持部7が前記板材40を持ち上げることで前記板材40を曲げ変形によって跳ね上がる方向に撓ませる板材把持型予備曲げ手段30a、前記板材40の両端部の縁辺に、前記板材40の板面とは交差する方向の軸を中心に自転自在の自転円筒体31の外周面を当接させ、前記両端部縁辺に当接させた両側の前記自転円筒体31間の間隔をスライド手段33により縮小させて前記板材40を曲げ変形によって跳ね上がる方向に撓ませる板材両端縁辺当接型予備曲げ手段30b、又は、前記板材40の前記第一押圧部2の先端部により押圧をかけられる位置に対して異なる曲げ方向となる板面のそれぞれの第二押圧サイド部4側の面に、前記板面40と略平行で、曲げ加工の進行方向と交差する軸を中心に自転自在の自転円筒体32の外周面を当接させて、前記加工点となる位置近傍に設けた一端側を回転中心軸として前記自転円筒体32を前記板面を上方に押す方向に回転させて、前記板材40を曲げ変形によって跳ね上がる方向に撓ませる板面当接型予備曲げ手段30cがある。
まず、板材把持型予備曲げ手段30aについて説明する。前記板材把持型予備曲げ手段30aを備えた金属加工装置1は、上下方向や左右方向に移動可能な位置変更手段8aに取り付けられた把持部7が板材40を持ち上げることにより前記板材40を撓ませる。前記金属加工装置1は、例えば1例として図2に示すように位置変更手段8aに把持部7を備えた予備曲げ手段30aを設ける形態があり、他の例として図24で示すように位置変更手段8aに把持部7を備えた予備曲げ手段30aを取付ける形態がある。把持部7で板材40の端部を曲げ変形で跳ね上がり方向に事前に予備曲げを実施する。このときの把持部7の移動の制御は、図2に示すように、成形品の形状、板材40の特性、及び金属加工装置1の各部の特性等の各種パラメータに基づき動作の方向や速度や力を演算する演算処理部9aの演算結果を受けて金属加工装置1のシリンダー機構等の駆動に係る各アクチュエータに指示を送信する駆動指示部9bからの指示によって実行される。
次に、板材両端縁辺当接型予備曲げ手段30bについて説明する。前記板材両端縁辺当接型予備曲げ手段30bの構成部材である左右の自転円筒体31の設置位置は、曲げ加工の進行方向であるY軸方向Yで、第一押圧部2及び第二押圧中央部3による加工点6の位置とほぼ真横の位置から少し未加工側の位置、前記真横の位置、又は、前記真横から少し曲げ加工済み側の位置で、前記自転円筒体31が前記板材40に接することが可能になるように配設する。このときに前記左右の自転円筒体31はそれぞれ前記加工点6を挟んで反対側の位置に配設する。
前記板材両端縁辺当接型予備曲げ手段30bは、図20又は図21に示すように、前記板材40の両端部の縁辺に、前記板材40の板面とは交差する方向の軸31aを中心にベアリング等のころがり軸受により回転自在の自転円筒体31の外周面を当接させる。回転自在としたことによって、板材40が位置変更手段8aにより移動するときに板材40の縁辺に当接させても該縁辺ところがり摩擦で接触しているので、板材40の縁辺にひっかからず変形を生じさせない。
前記板材両端縁辺当接型予備曲げ手段30bは、図20に示すように、前記第一押圧部2及び第二押圧中央部3による押圧位置が板材40のX軸方向Xの中心の位置であっても予備曲げができ、図21に示すように、前記第一押圧部2及び第二押圧中央部3による押圧位置が板材40のX軸方向Xの中心から片側に寄った位置であっても予備曲げができる。
前記自転円筒体31はスライド手段33上に設置されており、前記スライド手段33は、両側の前記自転円筒体31aが前記板材40の両端を挟むと、前記板材40のX軸方向Xの中央位置と前記スライド手段33のX軸方向Xの中央位置とを一致させるように、枠体80に対してX軸方向Xに自動的に移動する。例えば、板材40のX軸方向Xの中心の位置と前記第一押圧部2及び第二押圧中央部3のX軸方向Xの位置が一致している場合は、スライド手段33は移動せず、図20に示すようにスプリング51aと51bは同じ長さである。一方、図21に示すように、板材40のX軸方向Xの中心の位置と前記第一押圧部2及び第二押圧中央部3のX軸方向Xの位置がずれて不一致の場合は、前記板材40のX軸方向Xの中央位置と前記スライド手段33のX軸方向Xの中央位置とを一致させるように、前記スライド手段33が矢印G方向に自動的に移動し、スプリング51aが伸長しスプリング51bが圧縮する。
また、前記両端部縁辺に当接させた両側の前記自転円筒体31a間の間隔をスライド手段33により縮小したり拡大したりする制御や、予備曲げをかける強さ、つまり、板材40を撓ませる量を調整できるようにスライド手段33の閉じる力の制御を制御部9により行う。前記スライド手段33は、一般に知られている平行開閉型電動チャック又は平行開閉型エアチャックの構成をしており、制御部9からのチャック締めという指示により平行開閉型電動チャック又は平行開閉型エアチャックが作動して、両側の前記自転円筒体31を同時に互いに近接する方向に同一距離動かして両側の前記自転円筒体31が間隔を縮小させる方向にスライドし、一方、チャック拡張という指示により平行開閉型電動チャック又は平行開閉型エアチャックが作動して両側の前記自転円筒体31が同時に間隔を拡大させる方向にスライドする。
図21(a)に示すように予備曲げ前の状態から、図21(b)に示すように両側の前記自転円筒体31の間隔を縮小させて前記板材40を曲げ変形によって跳ね上がる方向に撓ませる。その後、第一押圧部2と第二押圧中央部3等によって曲げ加工が進むが、その曲げ加工中においてもスライド手段33により板材40を撓ませるように両側の前記自転円筒体31間の間隔を狭くしていく。これによって、曲げ加工の進みに応じて板材40を移動させていく。言い換えると、板材40を移動させながら予備曲げしていく。
また、前記第一押圧部2の先端部と前記第二押圧中央部3の先端部とが互いに押圧をかける部位である加工点6が、板材40の左右方向の真ん中に限らず、図21に示すように、真ん中以外の部位であっても予備曲げをつけた曲げ加工を行うことができる。
また、前記スライド手段33の移動の制御は、図3に示すように、成形品の形状、板材40の特性、及び金属加工装置1の各部の特性等の各種パラメータに基づき、曲げ加工に係る動作の方向や速度や力を演算する演算処理部9aの演算結果を受けて金属加工装置1のシリンダー機構等の駆動に係る各アクチュエータに指示を送信する駆動指示部9bからの指示によって実行される。
次に、板面当接型予備曲げ手段30cについて説明する。前記板面当接型予備曲げ手段30cの構成部材である左右の自転円筒体32の設置位置は、曲げ加工の進行方向であるY軸方向Yで、第一押圧部2及び第二押圧中央部3による加工点6の位置とほぼ真横の位置、真横より少し前方の位置、又は、真横より少し後方の位置で、前記自転円筒体32が前記板材40に接することが可能になるように配設する。このときに前記左右の自転円筒体32R、32Lはそれぞれ前記加工点6を挟んで反対側の位置に配設する。
板面当接型予備曲げ手段30cの構成は、図23に示すように、板材40の裏面に当接する自転円筒体32R、32Lと、電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34と、補助具35と、スプリング36a、36bを備える。まず、前記自転円筒体32R、32Lはベアリング軸受で自転自在にしたころがり軸受構造をしている。そして、電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34の作動により力点38が昇降し支点37a、37bを支点として自転円筒体32R、32Lが傾斜する。つまり、電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34が下降すると力点38が下降するので、支点37を支点として力点38が下降するので自転円筒体32R及び自転円筒体32Lは上方向に傾斜し板材40を板材40の予備曲げをする。このときに板材40の面に接触する自転円筒体32R、32Lの外周面の範囲は、自転円筒体32R、32Lの少なくとも一部の範囲が接触すればよい。電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34の押し上げる強さを制御することにより、予備曲げをかける強さ、つまり、板材40を撓ませる量を調整できる。
前記予備曲げをすることにより、曲げに要する力を低減できるため、本曲げにおける押圧力を下げることができる。
また、図23(b)に示すように、板面当接型予備曲げ手段30cの自転円筒体32に対して、予期せぬ大きな荷重がかかることを想定して、荷重がかかったときにはスプリング36a、36bが圧縮して前記自転円筒体32を下方に下げるようにしている。これは、予期せぬ大きな荷重がかかったときの破損回避対策である。
また、自転円筒体32と補助具35とスプリング36等を上部に設置し、電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34を垂設させた基台39の外周面を軸受にて取付ブラケット(図示なし)に支持させ、基台39を水平方向に回動可能にしている。これも、予期せぬ大きな荷重がかかったときに前記自転円筒体32を折損し難くする破損回避対策である。
板材40の曲げ加工による曲げライン41に対応した力点38の高さは制御部9の演算処理部9aにより求められた高さに電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34で制御する。そして、図23(b)に示すように、塑性変形した板材40の曲げ変形力によりスプリング36を圧縮させて板材40の裏面に当接させ、曲げ角度が大きい板材40にはスプリング36の伸長方向の付勢力で伸長させて板材40の裏面に当接させる。
前記板面当接型予備曲げ手段30cは、図22又は図23に示すように、前記板材40の前記第一押圧部2の先端部により押圧をかけられる位置に対して曲げ方向で両側となる板面の第二押圧サイド部側4の面それぞれに、前記板面と略平行で、曲げ加工の方向とは交差する方向の軸32aを中心に自転自在の自転円筒体32の外周面を当接させて、図22(a)又は図23(c)に示すような予備曲げ実施前状態から、前記加工点となる位置近傍に設けた一端側を回転中心軸として、電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34を 作動させて前記自転円筒体32を前記板面を押し上げる方向に回転させて、図22(b)、図23(a)に示すように、前記板材40を曲げ変形によって跳ね上がる方向に曲げ変形前に撓ませて予備曲げを行う。
そして、第一押圧部2と第二押圧中央部3等によって曲げ加工が進むが、図22(c)に示すように、その曲げ加工中においても電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34を作動させて板材40を撓ませるように両側の前記自転円筒体32をそれぞれ板材40を押し上げるように制御をする。曲げ加工点6は曲げライン41に沿って移動するため、予備曲げの効果が出る領域に常に曲げ加工点6が含まれるように、予備曲げ手段を順次実施させる。
また、前記自転円筒体33を自転自在としたことによって、板材40が位置変更手段8aにより移動するときに板材40の板面にスベリ摩擦で接触させると板材40の表面にキズが発生するが、ころがりながら接触させるようにしたので、板材40の表面にキズを発生させない。
前記板面当接型予備曲げ手段30cの電動シリンダー、エアシリンダー又は油圧シリンダーのシリンダー類34に対する制御は、図4に示すように、成形品の形状、板材40の特性、及び金属加工装置1の各部の特性等の各種パラメータに基づき動作の方向や速度や力を演算する演算処理部9aの演算結果を受けて金属加工装置1の各アクチュエータに指示を送信する駆動指示部9bからの制御部9の指示によって実行される。
次に、把持部7の把持部追従手段20及び/又は予備曲げ手段30の効果を説明する。前記2つの手段の作動によって、従来においては、例えば図29(a)や(b)に示すような原因によって、曲げ加工後の板材40に発生していた、図26に示すような肩折れ及び図27に示すようなすり傷という品質不良が発生しなくなった。前記把持部追従手段20により肩折れの品質不良の発生を撲滅させ、前記予備曲げ手段30により例えば図29(c)に示すように板材40に第二押圧サイド部4の角部が衝突しなくなるなどにより、肩折れ及びすり傷品質不良の発生を撲滅させることができた。
さらに、有限要素法を用いてシミュレーションし解析した予備曲げの効果を説明する。図25に示すように、第一押圧部2に要する負荷(図25で番号2)が予備曲げしない場合に比較して予備曲げをした方が約半減しており、第二押圧サイド部4のローラーの負荷(図25で番号4)が約2/3にまで低減している。これにより、予備曲げによって、板材40の曲げ加工を曲げラインを形成するように進行させるときの搬送力を低減でき、曲げ加工に要する第一押圧部2の押圧力を低減できるという効果があった。
次に、金属加工方法を説明する。金属製の板材40を表裏で反対方向になるように押圧をかけて曲げる曲げ加工を行う金属加工方法であって、前記板材40の曲げライン41の位置となる加工点6に押圧をかける、先端部が略凸形状を形成する第一押圧部2と、又は、先端部が略凸形状を形成する第一押圧部2と前記第一押圧部2に対向して配設した第二押圧中央部3との組み合わせと、曲げ方向に向かって前記第一押圧部2の両サイド側で、前記第一押圧部2が押圧をかける前記板材40の面とは表裏が異なる板材40の面を、前記第一押圧部2の押圧方向と逆方向に押圧をかける2つの第二押圧サイド部4と、前記第一押圧部2の先端部が前記板材40の予め設定した曲げライン41の位置にくるように、言い換えると前記加工点6を予め定めた軌跡で移動させるための、前記板材40に変形を加える手段側の位置を、及び/又は、前記板材40側の位置を変更する位置変更手段8と、前記加工点6における押圧方向への押圧力を可変可能な押圧手段11と、前記板材40を把持する少なくとも1つ以上の把持部7と、制御部9と、を備え、中央部に位置する前記第一押圧部2の先端部の部位と、両サイドに位置する前記2つの第二押圧サイド部4の前記板材40への押圧可能部位との3部位を略V字型の相対位置関係にすることにより前記板材40の曲げ加工を可能とし、曲げ加工時に前記把持部7の前記板材40へ当接する面の姿勢や位置を、前記板材40の前記把持部7周辺の曲げ変形時に変化する面の動きに追従させ、及び/又は、曲げ加工前に前記板材40の曲げ方向である跳ね上がり方向と同じ方向に前記板材40を撓ませる金属加工方法である。
また、金属加工方法には、前記加工点6における押圧形態として、前記第一押圧部2のみの一方向から押圧をかける形態、又は、前記第一押圧部2と、前記第一押圧部2に対向する位置に配設して配設した第二押圧中央部3とによる双方向から押圧をかける形態があり、前記第二押圧サイド部4の形態として、前記第二押圧サイド部4を前記第一押圧部2側に移動させる第二押圧サイド移動部5を設けて前記第一押圧部2の押圧方向とは逆方向に前記第二押圧サイド部4を移動させる形態、又は、前記第二押圧サイド部4を移動させない形態がある。
また、前記加工点6となる位置の高さを可変可能な加工点高さ可変手段10を設ける形態、又は、前記加工点6となる位置の高さを固定する形態がある。