JP3676139B2 - Control data creation method for push-through bending machine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定型および可動型を相次いで通過する長尺材に、固定型に対する可動型の相対変位を通じて曲げ変形を施すことができる押し通し曲げ加工機に関し、特に、こういった押し通し曲げ加工機の制御に用いられる制御データを生成する制御データ作成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、押し通し曲げ加工機は、固定型と、この固定型の前方に配置されて、固定型に対して相対的に変位する可動型とを備える。例えばアルミニウム製形材が固定型および可動型を相次いで通過する間に、形材の進行方向に直交する平面内で可動型が移動すると、形材に曲げ変形(塑性変形)が引き起こされる。こうした押し通し曲げ加工機では、1平面に沿った可動型の移動を通じて、2次元や3次元を問わず様々な曲がり具合の曲げ加工が形材に対して比較的に簡単に実現されることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般の工作機と同様に、押し通し曲げ加工機の動作は、例えばNC(数値制御)プログラムといった制御プログラムによって制御されることができる。こうした制御プログラムでは、例えば可動型の変位量といった制御データが規定されなければならない。これまでのところ、こうした制御データは熟練した作業者の勘や経験則に基づき作成されてきた。こうした制御データを用いて製品の試作が繰り返され、試作が実施されるたびに制御データは書き換えられた。こうした試作が数十回と繰り返される結果、最終的に、所望どおりに曲げ変形を実現することができる制御データは確立された。
【0004】
例えば特開平9−327727号公報や特開平10−166064号公報には、熟練した作業者の勘や経験則に頼らずに制御データを作成する試みが開示される。これらの試みによれば、最初の試作の段階で大まかに最終形状に似通った試作品が形成されることができる。したがって、最初から作業者の勘や経験則に頼る必要はなく、試作や制御データの書き換えに対する労力や手間は軽減される。
【0005】
これら公報に記載の制御データ作成方法では、可動型の位置を算出するにあたって三次元座標系のx座標軸が用いられる。このx座標軸によって形材の進行方向すなわち軸心は特定される。可動型の移動平面はこのx座標軸に直交する。しかしながら、実際には、曲げ変形が施された形材の軸心方向は1本の直線によって画一的に表現されることはできない。したがって、x座標軸に可動型の移動平面を直交させても、可動型の移動平面は必ずしも正確に押し通し曲げ加工機の機械座標系を反映することはできない。その結果、こうした移動平面上で可動型の位置が特定されても、一般的な実用に耐えられる程度まで加工後の形状精度は高められることはできない。
【0006】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、高い精度で押し通し曲げ加工を実現する制御データを生成可能な押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1発明によれば、全体座標系に従って長尺製品の形状を表現する形状データを取得する工程と、形状データに基づき、押し通し曲げ加工機の固定型を基準に特定される局部座標系を長尺製品の断面ごとに設定する工程と、局部座標系に基づき押し通し曲げ加工機の可動型の位置を算出する工程とを備えることを特徴とする押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法が提供される。
【0008】
こうした制御データ作成方法によれば、長尺製品の断面に設定される局部座標系では、固定型から前方に延びる長尺製品が再現されることができる。この局部座標系上で長尺製品に対して可動型が仮想的に重ね合わせられると、可動型の位置は局部座標系上で特定されることができる。この可動型の位置は、固定型と可動型との間で形成される長尺製品の曲げ変形を反映したものとなる。こうして特定される可動型の位置に基づき可動型の移動量が算出されれば、可動型の理想的な移動量が得られることとなる。得られた移動量に基づき押し通し曲げ加工機の制御データは作成されればよい。こうして作成された制御データが押し通し曲げ加工機に供給されれば、長尺製品の形状を正確に反映した理想的な可動型の移動を実現させることが可能となる。
【0009】
こうした押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法は、形状データに基づき、前記長尺製品の曲がり具合を表現する少なくとも1本のパラメトリック曲線を特定する工程と、パラメトリック曲線上で特定される各制御点ごとにパラメトリック曲線に対する接線ベクトルを算出する工程と、算出された接線ベクトルに基づきパラメトリック曲線の各制御点ごとに前記断面を特定する工程とをさらに備えてもよい。
【0010】
一般に、パラメトリック曲線では、表現しようとする曲線の曲率が大きくなるほど制御点の個数は増加し、反対に、曲線の曲率が小さくなるほど制御点の個数は減少する。したがって、こうしたパラメトリック曲線の特長を生かしつつ長尺製品の各断面を規定すれば、長尺製品の曲率が大きくなればなるほど断面の枚数は増加し、その結果、曲率の大きさに応じてきめ細かく可動型の移動を制御することが可能となる。
【0011】
可動型の位置を算出するにあたって、押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法は、前記局部座標系上で、前記固定型および可動型の間のアプローチ距離を特定する工程と、特定されたアプローチ距離に基づき前記局部座標系上で可動型の移動平面を規定する工程と、前記局部座標系上で移動平面および前記パラメトリック曲線の交差点を特定する工程とをさらに備えてもよい。前述のパラメトリック曲線が用いられると、局部座標系上で可動型の移動平面を特定するだけで、比較的に簡単に可動型の位置は特定されることができる。
【0012】
また、第2発明によれば、長尺製品の形状を特定する全体座標系に、押し通し曲げ加工機の固定型を基準に特定される局部座標系を規定することを特徴とする押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法が提供される。かかる制御データ作成方法によれば、前述の第1発明と同様に、固定型を基準に特定される局部座標系に従って可動型の位置は特定されることができる。この可動型の位置には、固定型と可動型との間で形成される長尺製品の曲げ変形が反映される。したがって、こうして特定される可動型の位置に基づき可動型の移動量が算出されれば、可動型の理想的な移動が実現されることとなる。
【0013】
可動型の位置を算出するにあたって、前記局部座標系は、前記長尺製品の長手方向に規定される送り位置ごとに規定し直されればよい。こうして送り位置ごとに局部座標系が規定し直されれば、長尺製品の長手方向に沿って連続的に可動型の変位を特定することが可能となる。こうして特定された連続的な変位に基づけば可動型の連続的な移動が実現されることができる。
【0014】
さらに、第3発明によれば、コンピュータ支援設計システムから長尺製品の形状データを取得する工程と、取得した形状データに基づき、長尺製品の長手方向に規定される送り位置ごとに押し通し曲げ加工機の可動型の位置を特定する制御データを生成する工程とを備えることを特徴とする押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法が提供される。
【0015】
近年、製品設計の分野ではいわゆるコンピュータ支援設計(CAD)が目覚ましく発展しつつある。しかしながら、これまでのところ、塑性加工の分野では、こうしたCADによって作成された製品データが効率的に用いられていないのが現状である。かかる制御データ作成方法によれば、CADで作成された形状データを利用して簡単かつ効率的に押し通し曲げ加工機の制御データを作成することが可能となる。ここで、形状データは、前記長尺製品の曲がり具合を表現する少なくとも1本の曲線を規定することが望ましい。
【0016】
以上のような押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法は、コンピュータで実行されるソフトウェアプログラムとして構成されてもよい。こうしたソフトウェアプログラムは、例えばFD(フロッピーディスク)やCD(コンパクトディスク)、DVD(デジタルビデオディスク)といった可搬性の記録媒体を通じてコンピュータに取り込まれてもよく、LAN(構内通信網)やWAN(広域通信網)、インターネットといったネットワークを通じてコンピュータに取り込まれてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【0018】
図1は押し通し曲げ加工機の全体構成を概略的に示す。この押し通し曲げ加工機10は、長尺材11の前進移動を案内する前後1対の型すなわち固定型12および可動型13と、固定型12および可動型13に向かって長尺材11を送り込む送り機構14とを備える。こうした押し通し曲げ加工機10では、後述されるように、長尺材11の進行方向に直交する平面内で可動型13が移動すると、長尺材11に曲げ変形(塑性変形)が引き起こされる。
【0019】
送り機構14は、例えば長尺材11の後端に接触する押し金すなわちスライダ15と、送りモータ16の回転力をスライダ15の推進力に変換するねじ軸17とを備える。送りモータ16の働きを通じてねじ軸17が順方向に回転すると、その回転に応じてスライダ15は前進し、ねじ軸17が逆方向に回転すると、スライダ15は後退することができる。スライダ15の前進は長尺材11の前進を引き起こす。スライダ15の前進量すなわち長尺材11の送り量はねじ軸17の回転量すなわち送りモータ16の回転量に応じて決定されることができる。送りモータ16にはいわゆるサーボモータが用いられればよい。
【0020】
こうした押し通し曲げ加工機10では、中実の長尺材や中空の長尺材11が加工されることができる。中空の長尺材11は、例えばアルミニウム製の押し出し材すなわち形材や鉄製のパイプ材に代表されることができる。一般に、長尺材11ではその全長にわたって共通の断面形状が規定される。ただし、断面形状は長尺材11の全長にわたって常に一定である必要は必ずしもない。
【0021】
前述の送り機構14や固定型12はいわゆる振り子部材19に支持される。振り子部材19の円柱形外周面は、図2から明らかなように、半円筒面に沿って配置される軸受け20を通じて支持台21に支持される。こうした振り子部材19の働きによれば、長尺材11は、固定型12とともに固定型12の中心軸22回りで回転することができる。こうした回転は例えば長尺材11に捻れ変形を引き起こす際に役立つ。振り子部材19の回転は、例えばサーボモータで構成される駆動モータ23の働きを通じて実現されればよい。
【0022】
図2に示されるように、固定型12には、長尺材11の外形を象った貫通孔24が形成される。この貫通孔24によって長尺材11の前進移動は案内される。長尺材11の断面形状は、図2に示される貫通孔24から明らかなように、円形や楕円形、三角形その他の多角形といった単純な形状であってもよいばかりでなく、その他の複雑な形状であっても差し支えない。貫通孔24の形状は長尺材11の断面形状に合わせ込まれればよい。
【0023】
図2から明らかなように、中空の長尺材11が加工される場合には、固定型12に囲まれる長尺材11の中空空間には芯金すなわち中子25が差し込まれることが望ましい。周知のように、こうした押し通し曲げ加工機10では、固定型12側貫通孔24の出口付近で最も大きな曲げ応力が長尺材11に作用する。このとき、長尺材11が中空であると、貫通孔24の縁で長尺材11の断面形状が押し潰されることがある。その結果、長尺材11に対する曲げ変形の変形量に大きな誤差が生じたり長尺材11の外周面に不要な窪みが形成されたりしてしまう。長尺材11の内側から中子25が接触すれば、こうした長尺材11の押し潰しはできる限り回避されることができる。
【0024】
図1から明らかなように、中子25には、中子25を前後移動させる制御モータ26が連結される。この制御モータ26の働きによって中子25は長尺材11に対して出し入れされる。しかも、本実施形態では、固定型12の中心軸22回りで中子25を回転させる制御モータ27が中子25に連結される。この制御モータ27は、前述のように振り子部材19の回転に伴って固定型12が中心軸22回りに回転すると、この回転に応じて中子25を中心軸22回りに回転させることができる。制御モータ26、27には例えばサーボモータが用いられればよい。
【0025】
図1および図3を参照し、可動型13には、固定型12と同様に、長尺材11の外形を象った貫通孔28が形成される。この貫通孔28によって長尺材11の前進移動は案内される。この貫通孔28の形状は例えば固定型12側貫通孔24の形状に一致することが望ましい。
【0026】
可動型13は、固定型12の中心軸22の延長線に直交する移動平面内で移動することができる。可動型13の移動は、例えば上下動部材29の上下動と水平動部材30の水平動との組み合わせによって実現される。上下動部材29は、上下方向すなわち垂直方向に変位自在に水平動部材30に案内される。同時に、水平動部材30は、水平方向に変位自在に案内部材31に支持される。上下動部材29の変位は例えば上下動モータ32の働きによって実現されればよく、水平動部材30の変位は例えば水平動モータ33の働きによって実現されればよい。例えば、上下動モータ32や水平動モータ33は、微小な回転角で回転軸の回転量を制御することができるサーボモータその他の駆動源から構成されればよい。
【0027】
しかも、この可動型13は、前述の移動平面でその位置を変えながらその姿勢を変化させることができる。こうした可動型13の姿勢変化は、垂直方向に延びる回転軸34が形成された回転部材35や、水平方向に延びる1対の揺動軸36が形成された揺動部材37の働きを通じて実現される。上下動部材29に形成された支持孔38に回転軸34が受け止められると、回転部材35は垂直軸回りで回転することができる。その一方で、回転部材35に形成される支持孔39に2つの揺動軸36が受け止められると、揺動部材37は水平軸回りで揺動することができる。回転部材35の回転や揺動部材37の揺動は、個々に、例えばサーボモータで構成される駆動モータ(図示せず)の働きによって実現されればよい。ここでは、揺動軸36の揺動中心は中心軸22の延長線上で回転軸34の回転中心に直交することが望ましい。
【0028】
図4は、以上のような押し通し曲げ加工機10が組み込まれた押し通し曲げ加工システム41の全体構成を概略的に示す。この押し通し曲げ加工システム41では、押し通し曲げ加工機10の動作はNCコントローラ42によって制御される。この制御を実現するにあたって、NCコントローラ42は、例えば図5に示されるように押し通し曲げ加工機10に対して三次元機械座標系xyzを設定する。この機械座標系xyzは、例えば固定型12の中心軸22に重なり合うz座標軸と、貫通孔24の出口が臨む1平面上で固定型12の水平方向および垂直方向をそれぞれ規定するx座標軸およびy座標軸とを備える。
【0029】
可動型13の移動平面HVは、機械座標系xyzのxy平面に平行な姿勢に保持されることが望ましい。こうした移動平面HVの設定によれば、可動型13の位置は、機械座標系xyzに従って指定されるx座標値やy座標値によって簡単に特定されることができる。このとき、可動型13のz座標値は、いわゆるアプローチ距離すなわち固定型12および可動型13間の距離に基づき特定されればよい。このアプローチ距離は可動型13の移動に拘わらず一定に保持される。
【0030】
例えば可動型13の移動平面HVと中心軸22の延長線(機械座標系xyzのz座標軸)との交点は可動型13の基準位置に設定されることができる。この基準位置に可動型13が位置決めされると、2つの貫通孔24、28を相次いで通過する形材11には移動平面HVに沿った可動型13の拘束力は加えられない。すなわち、真っ直ぐな形材11は直進し、このとき形材11にはいかなる曲げ変形も引き起こされない。こうして可動型13の基準位置が特定されると、可動型13の姿勢は、例えば機械座標系xyzに従って指定されるy軸(V軸)回り回転角Bやx軸(H軸)回り回転角Aによって特定されることができる。
【0031】
再び図4を参照し、NCコントローラ42には、エンジニアリングワークステーション(EWS)やパーソナルコンピュータ(パソコン)といったコンピュータ装置43で算出されたNC加工プログラムが供給される。このNC加工プログラムには、例えば長尺材11の送り位置ごとに関連付けられた可動型13の位置や姿勢といった制御データが規定される。前述の機械座標系xyzに従って可動型13のx座標値やy座標値が指定されると、NCコントローラ42は、そういったx座標値やy座標値を確立する水平動モータ33や上下動モータ32の回転量を規定する駆動指令値を押し通し曲げ加工機10に向けて出力する。機械座標系xyzに従って可動型13のy軸回り回転角Bやx軸回り回転角Aが指定されると、NCコントローラ42は、これら回転角を確立する回転部材35や揺動部材37の回転を引き起こす駆動モータの駆動指令値を押し通し曲げ加工機10に向けて出力する。
【0032】
コンピュータ装置43には、本発明に係る押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法を実現するNC加工プログラム作成ソフトウェアが組み込まれる。このNC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えば、コンピュータ支援設計(CAD)システムを実現するCADソフトウェアの1モジュール(いわゆるアドオンソフトウェア)として機能することができる。こうしてCADソフトウェアに組み入れられれば、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、制御データ作成方法を実現するにあたって、CADソフトウェアに組み込まれた既存の機能を流用することが可能となる。ただし、NC加工プログラム作成ソフトウェアはCADソフトウェアに組み入れられる必要は必ずしもなく、必要とされる全ての機能をNC加工プログラム作成ソフトウェア単独で備えていてもよい。NC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えばFD(フロッピーディスク)44やCD(コンパクトディスク)45、DVD(デジタルビデオディスク)、その他の可搬性記録媒体からコンピュータ装置43に取り込まれてもよく、無線や有線を問わずネットワークを通じてコンピュータ装置43に取り入れられてもよい。
【0033】
本発明に係る押し通し曲げ加工機用制御データ作成方法を実現するにあたって、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えばLAN(構内通信網)やWAN(広域通信網)、インターネットといったネットワーク46を通じて長尺製品の形状データを取得する。取得した形状データを用いて、NC加工プログラム作成ソフトウェアは前述のようなNC加工プログラムを作成する。
【0034】
形状データは、例えばサーバコンピュータ47に構築される製品データベースから取り込まれればよい。製品データベースには、例えばCAD端末48上で設計された製品のCADデータが格納されればよい。こうしたCADデータは、前述と同様に、例えばFD(フロッピーディスク)やCD(コンパクトディスク)、DVD(デジタルビデオディスク)、その他の可搬性記録媒体から製品データベースに取り込まれてもよく、無線や有線を問わずネットワーク49を通じて製品データベースに取り入れられてもよい。
【0035】
いま、例えば図6に示されるように、均一断面の形材に曲げ変形が施されて形成される長尺製品51が設計された場面を想定する。CADシステム上で設計された長尺製品51はCADデータとして製品データベースに格納される。こうしたCADデータには、単一の全体座標系XYZに従って長尺製品51の形状を表現する形状データが少なくとも含まれる。形状データには例えばワイヤフレームモデルやサーフェスモデル、ソリッドモデルといった表現方法が用いられればよい。形状データは、単一のデータ構造で長尺製品51の断面形状とその断面形状に関連付けられる長尺製品51の曲がり具合とを特定してもよく、そういった断面形状および曲がり具合を個別のデータ構造で特定してもよい。
【0036】
操作者は、まず、コンピュータ装置43上でNC加工プログラム作成ソフトウェアを立ち上げる。NC加工プログラム作成ソフトウェアは、操作者の入力操作に基づき製品データベースから長尺製品51の形状データを取り込む。入力操作には例えばキーボードやマウスが用いられればよい。取り込まれた形状データに基づき、コンピュータ装置43の画面上には長尺製品51の三次元像が再現されることができる。この再現にあたっては、例えばCADソフトウェアの画像処理機能が用いられてもよい。
【0037】
こうして長尺製品51の三次元形状が確認されると、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えば図7に示されるように、長尺製品51の三次元形状を特定する全体座標系XYZに、押し通し曲げ加工機10の固定型12を基準に特定される局部座標系すなわち機械座標系xyzを規定する。こうした機械座標系xyzは長尺製品51の特定の断面52a〜52fごとに設定されればよい。こうした断面の設定方法の詳細は後述される。機械座標系xyzは、固定型12の貫通孔24の形状を基準に各断面52a〜52fに関連付けられる。
【0038】
各断面52a〜52fに対する機械座標系xyzの関連付けにあたって、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、固定型12の貫通孔24と機械座標系xyzとの位置関係を取得する。この取得には例えばGUI(グラフィカルユーザインターフェース)が用いられればよい。すなわち、操作者は、例えば図8に示されるように、コンピュータ装置43の画面上に描き出された長尺製品51の断面形状に対して機械座標系xyzを位置合わせすればよい。このとき、機械座標系xyzのx座標軸やy座標軸の向きは、固定型12に形成される貫通孔24の形状すなわち中心軸22回りの向きに応じて設定される。z座標軸の向きは固定型12の中心軸22に一致する。固定型12の中心軸22は、例えば長尺製品51の断面形状で特定される重心位置Gに一致することが望ましい。
【0039】
機械座標系xyzに基づき長尺製品51の各断面52a〜52fごとに固定型12の位置および姿勢が特定されると、そういった固定型12を基準に可動型13の位置や姿勢は機械座標系xyzに従って読み取られることが可能となる。可動型13の位置を読み取るにあたって、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、機械座標系xyz上で可動型13に関する位置ベクトルを特定する。こうした位置ベクトルは、例えば、機械座標系xyzの原点からz座標軸に沿ってアプローチ距離の大きさで規定される第1ベクトルと、この第1ベクトルの先端から機械座標系xyzのy座標軸に平行に規定される第2ベクトルと、第2ベクトルの先端から機械座標系xyzのx座標軸に平行に規定される第3ベクトルとの組み合わせによって特定されればよい。
【0040】
例えば機械座標系xyz上で可動型13の移動平面HVが特定されると、この移動平面HVに交差する長尺製品51の断面形状に従って可動型13に関する第2ベクトルや第3ベクトルの大きさは特定されることができる。図9に示されるように、長尺製品51の三次元像が機械座標系xyzのyz平面に投影されると、投影された三次元像と移動平面HVとの交差に基づき第2ベクトルの大きさすなわち可動型13のy座標値は特定されることができる。このとき、移動平面HV上で長尺製品51の接線方向53が特定されれば、可動型13のx軸回り回転角Aが導き出されることができる。図10に示されるように、長尺製品51の三次元像が機械座標系xyzのxz平面に投影されると、同様に、投影された三次元像と移動平面HVとの交差に基づき第3ベクトルの大きさすなわち可動型13のx座標値は特定されることができる。同時に、移動平面HV上で長尺製品51の接線方向54が特定されれば、可動型13のy軸回り回転角Bが導き出されることができる。こうして特定されたx座標値に従って水平動モータ33は制御されると同時に、特定されたy座標値に従って上下動モータ32は制御されることとなる。
【0041】
続いてNC加工プログラム作成ソフトウェアは、機械座標系xyzが設定された各断面52a〜52fごとに、長尺製品51の素材となる長尺材11の送り位置を算出する。送り位置は、長尺製品51の長手方向に沿って計測される長尺製品51の先端から各断面52a〜52fまでの距離に基づき算出されればよい。算出された各送り位置には、可動型13のx座標値およびy座標値やy軸回り回転角Bおよびx軸回り回転角Aが関連付けられる。こうして制御データは作成される。制御データにNCプログラムヘッダやNCプログラムフッタの記述が追加されると、例えば図11に示されるようにNC加工プログラムは完成する。
【0042】
完成したNC加工プログラムは最終的にNCコントローラ42に供給される。NCコントローラ42は、NC加工プログラムに従って押し通し曲げ加工機10を作動させる。図11に示されるNC加工プログラムに従えば、長尺材11は一定の送り速度F=6000mm/分で固定型12および可動型13を通り抜ける。例えば送り位置W=−1424.000mmが確立されると、可動型13は、前述の基準位置すなわちxy平面の原点位置から、x座標値X=0.000mmおよびy座標値Y=0.446mmで特定される座標位置に移動する。このとき、可動型13の姿勢は、y軸回り回転角B=0.000度およびx軸回り回転角A=0.159度で特定される。続いて長尺材11が送り位置W=−1504.072mmに到達すると、可動型13は、x座標値X=0.000mmおよびy座標値Y=4.409mmで特定される座標位置に移動する。このとき、可動型13の姿勢は、y軸回り回転角B=0.000度およびx軸回り回転角A=3.157度で規定される姿勢に変化する。こうして各送り位置Wを通過するたびに、可動型13は、x座標値Xやy座標値Yで規定される位置に移動しながら、y軸回り回転角Bやx軸回り回転角Aで規定される姿勢に変化する。隣接する送り位置W同士の間では、x座標値Xおよびy座標値Yやy軸回り回転角Bやx軸回り回転角Aは例えば等速で変化すればよい。ただし、ここでの送り位置Wは、スライダ15の原点位置を基準にz座標軸に沿って規定される。スライダ15の原点位置とは、例えば押し通し曲げ加工にあたってスライダ15が前進し始める位置や加工前の待機位置をいう。
【0043】
以上のように本発明に係る制御データ作成方法によれば、押し通し曲げ加工機10の固定型12を基準に特定される機械座標系xyzすなわち局部座標系に従って可動型13の位置が決定される。しかも、局部座標系は、長尺製品51の長手方向に規定される送り位置が変化するたびに規定し直される。したがって、固定型12と可動型13との間に形成される長尺製品51の曲げ変形が必ず盛り込まれた上で可動型13のx座標値やy座標値は特定される。その結果、可動型13の理想的な移動量が得られる。こうした理想的な移動量は、長尺材11に設計どおりに曲げ変形を加えるにあたって大いに役立つことができる。
【0044】
前述のように機械座標系xyzが関連付けられる断面52a〜52fを決定するにあたって、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えば図12に示されるように、前述の形状データに基づき長尺製品51の曲がり具合を表現する少なくとも1本のパラメトリック曲線55を特定する。こうしたパラメトリック曲線55は、例えばCADソフトウェアで再現される長尺製品51の稜線や重心線(各断面の重心を次々に結ぶ曲線)で直接的に特定されてもよく、そういった稜線や重心線などに基づきNC加工プログラム作成ソフトウェアで新たに作成されてもよい。
【0045】
パラメトリック曲線55は、例えばベジエ曲線やBスプライン曲線、NURBS(非一様有理Bスプライン)曲線といった表現方法で表現されることができる。こうした表現方法では、例えば図13に示されるように、曲線56の曲がり具合は複数の制御点57、58によって規定されることができる。こういった制御点57、58には、表現される曲線56上で座標値を与えるノット57が必ず含まれる。ノット57の配置は、隣接するノット57間を結ぶ直線59と、表現される曲線56との乖離すなわちトレランスTOLに基づき決定される。トレランスTOLが一定に保持される結果、曲率の大きな曲線56部分ではノット57の間隔は狭められ、反対に曲率の小さな曲線56部分ではノット57の間隔は広げられる。しかも、トレランスTOLが大きくなればノット57の間隔は広げられ、トレランスTOLが小さくなればノット57の間隔は狭められる。
【0046】
こうしてパラメトリック曲線55上で各ノット57の座標値が特定されると、図14に示されるように、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、各ノット57ごとにパラメトリック曲線55に対して接線ベクトル60を算出する。その結果、各ノット57では、この接線ベクトル60が直交する切断平面61が特定されることができる。この切断平面61に描き出される長尺製品51の断面形状によって各断面52a〜52fは特定されることができる。こうしてパラメトリック曲線55が利用される結果、長尺製品51の曲率が大きくなればなるほど断面52a〜52fの枚数は増加し、きめ細かく可動型13の移動を制御することが可能となる。しかも、トレランスTOLの大きさを意図的に変更すれば、長尺製品51に要求される寸法精度に応じて断面52a〜52fの枚数は意図的に変更されることが可能となる。
【0047】
こうしたパラメトリック曲線55は、各送り位置Wにおける可動型13の位置すなわち移動量を算出するにあたって利用されることができる。例えば前述のように、パラメトリック曲線55の各ノット57ごとに規定される断面52a〜52fに機械座標系xyzが設定される場面を想定する。このとき、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えば図15に示されるように、機械座標系xyz上で固定型12および可動型13の間のアプローチ距離Lを特定する。このアプローチ距離Lは、固定型12側貫通孔24の出口と、基準位置に位置決めされた可動型13との間で固定型12の中心軸22方向に沿って測定される。こうしたアプローチ距離Lは、例えば操作者の入力操作などを通じて予めNC加工プログラム作成ソフトウェアに取り込まれればよい。
【0048】
特定されたアプローチ距離Lに基づき機械座標系xyz上には可動型13の移動平面HVが規定される。この移動平面HVを規定するにあたって、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、アプローチ距離Lに基づき機械座標系xyz上のz座標値を規定すればよい。その結果、機械座標系xyzのxy平面はz座標軸に沿ってアプローチ距離Lで平行移動させられる。こうして移動平面HVが規定されると、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、移動平面HVとパラメトリック曲線55との交差点63でx座標値やy座標値を算出する。アプローチ距離Lによって予めz座標値が特定されることから、交差点63のx座標値やy座標値は簡単に導き出されることができる。算出されたx座標値やy座標値によって前述のような可動型13の位置は特定されることができる。
【0049】
前述のように機械座標系xyzのz座標軸が固定型12の中心軸22に重なり合う場合には、図15から明らかなように、パラメトリック曲線55は固定型12側貫通孔24の出口で常に固定型12の中心軸22に重なり合うことが望ましい。こうしたパラメトリック曲線55は、長尺製品51の各断面52a〜52fで固定型12の中心位置を通過することとなる。ここでは、このパラメトリック曲線55は「中立軸」と呼ばれることとする。こうした中立軸は例えば以下のように特定されることができる。
【0050】
例えば図16および図17に示されるように、長尺製品51の断面形状65を表現する二次元データと、断面形状65の各頂点に対応する稜線を表現する三次元データとが個別にCADデータに含まれる場面を想定する。ただし、各稜線に断面形状65の各頂点を対応させるにあたって、各頂点に形成される角取りは無視される。すなわち、稜線は、断面形状65の作図過程で利用される角取り以前の頂点によって描き出される。
【0051】
NC加工プログラム作成ソフトウェアは、まず、二次元データで特定される断面形状65の各頂点と、三次元データで特定される稜線との対応関係を取得する。この取得には例えばGUIが用いられればよい。すなわち、操作者は、図17に示されるように、コンピュータ装置43の画面上に描き出された稜線の三次元像に基づき第1および第2ガイド線66a、66bを指定するとともに、同様に図16に示されるように、画面上に描き出された断面形状65に基づき例えば第1および第2ガイド点67a、67bを指定する。ここでは、指定の順番に従って、第1ガイド線66aと第1ガイド点67aとが相互に関連付けられ、第2ガイド線66bと第2ガイド点67bとが相互に関連付けられる。こうした指定には例えばマウス操作が用いられればよい。
【0052】
こうして二次元データと三次元データとが関連付けられると、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、2つのガイド点67a、67bと固定型12の中心位置68との位置関係を取得する。この取得には例えばGUIが用いられればよい。すなわち、操作者は、図16に示されるように、コンピュータ装置43の画面上に描き出される長尺製品51の断面形状65にxy座標系を重ね合わせればよい。このとき、操作者は、固定型12の中心位置68に対してxy座標系の座標原点(0,0)を一致させる。このxy座標系の向きは前述の機械座標系xyzに従って指定されればよい。こうしてxy座標系が設定されると、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、xy座標系に従って第1および第2ガイド点67a、67bのx座標値およびy座標値を算出する。
【0053】
続いてNC加工プログラム作成ソフトウェアは、図18に示されるように、三次元データで規定される2つの稜線すなわち第1および第2ガイド線66a、66bに対して複数の切断平面70a〜70fを規定する。こうした切断平面70a〜70fの設定にあたっては、第1および第2ガイド線66a、66bは各々同数の部分線に等分割されればよい。各切断平面70a〜70fは、部分線の分割点71a〜71fで第1および第2ガイド線66a、66bの接線に直交する。各切断平面70a〜70fでは、第1ガイド線66aと切断平面70a〜70fとが交差する位置で第1ガイド点67aは特定されることができ、第2ガイド線66bと切断平面70a〜70fとが交差する位置で第2ガイド点67bは特定されることができる。
【0054】
こうして各切断平面70a〜70f上で第1および第2ガイド点67a、67bの位置が特定されると、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、前述のように2つのガイド点67a、67bと固定型12の中心位置68との位置関係に基づき、切断平面70a〜70f上で中心位置68を特定する。こうして算出された中心位置68が順番に連結されていくと、前述のパラメトリック曲線55は描き出されることができる。
【0055】
中心位置68を順番に結ぶにあたって、NC加工プログラム作成ソフトウェアは、例えばパラメトリック曲線で表現される第1ガイド線66aを参照すればよい。NC加工プログラム作成ソフトウェアは、まず、各切断平面70a〜70f上で第1ガイド線66aの方向ベクトルを特定する。こうした方向ベクトルは中心位置68に平行移動させられる。その結果、隣接する2枚の切断平面70a〜70f同士の間では始点ベクトルおよび終点ベクトルが特定される。こうして特定された始点ベクトルおよび終点ベクトルの間に第1ガイド線66aと同一次数のパラメトリック曲線は描き出される。パラメトリック曲線は始点ベクトルから終点ベクトルに向かって等変化率で曲率を変化させることができる。こうしたパラメトリック曲線が次々に描き出されていく結果、滑らかで精度の高い中立軸は得られる。その他、こうして得られるパラメトリック曲線の精度を高めるには、分割点71a〜71f同士の間隔すなわち切断平面70a〜70f同士の間隔は狭められることが望ましい。
【0056】
なお、押し通し曲げ加工機10では、前述の曲げ変形に加えて、同時に捻り変形が実現されてもよい。こうした捻り変形は振り子部材19の回転によって実現されればよい。このとき、NCコントローラ42に供給されるNC加工プログラムには、前述のように長尺材11の送り位置ごとに関連付けられた振り子部材19の回転位置といった制御データが含まれればよい。NCコントローラ42は、そういった回転位置を確立する駆動モータ23の回転量を規定する駆動指令値を押し通し曲げ加工機10に向けて出力する。
【0057】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、固定型と可動型との間で形成される長尺製品の曲げ変形を反映しつつ可動型の理想的な移動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 押し通し曲げ加工機の全体構成を概略的に示す側面図である。
【図2】 固定型の拡大正面図である。
【図3】 可動型の拡大正面図である。
【図4】 押し通し曲げ加工システムの全体構成を概略的に示す模式図である。
【図5】 機械座標系の概念を示す固定型の斜視図である。
【図6】 長尺製品の構成を概略的に示す斜視図である。
【図7】 長尺製品の各断面ごとに関連付けられる機械座標系を示す透視図である。
【図8】 断面に対する機械座標系の向きを設定するにあたって用いられるGUI(グラフィカルユーザインターフェース)を概略的に示す図である。
【図9】 yz平面に投影された長尺製品からy座標値を算出する工程を示す概念図である。
【図10】 xz平面に投影された長尺製品からx座標値を算出する工程を示す概念図である。
【図11】 NC加工プログラムの一具体例を示す図である。
【図12】 長尺製品の曲がり具合を表現するパラメトリック曲線を示す概念図である。
【図13】 パラメトリック曲線で特定される制御点を示す概念図である。
【図14】 パラメトリック曲線に基づき特定される長尺製品の断面を示す概念図である。
【図15】 パラメトリック曲線に基づき特定される可動型の位置を示す概念図である。
【図16】 二次元データで表現される長尺製品の断面形状を示す平面図である。
【図17】 三次元データで表現される長尺製品の稜線を示す概念図である。
【図18】 2本のガイド線に基づき特定される中立軸を示す概念図である。
【符号の説明】
10 押し通し曲げ加工機、12 固定型、13 可動型、44 記録媒体としてのフロッピーディスク(FD)、45 記録媒体としてのコンパクトディスク(CD)、51 長尺製品、52a〜52f 長尺製品の断面、55 パラメトリック曲線、57 制御点としてのノット、60 接線ベクトル、63 交差点、HV 可動型の移動平面、L アプローチ距離。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a push-through bending machine capable of bending a long material passing through a fixed mold and a movable mold one after another through relative displacement of the movable mold with respect to the fixed mold, and in particular, such a push-bending machine. The present invention relates to a control data generation method for generating control data used for control of the control.
[0002]
[Prior art]
Generally, the push-through bending machine includes a fixed mold and a movable mold that is disposed in front of the fixed mold and is displaced relative to the fixed mold. For example, when the movable mold moves in a plane perpendicular to the traveling direction of the profile while the aluminum profile passes through the fixed mold and the movable mold one after another, bending deformation (plastic deformation) is caused in the profile. In such a push-bending machine, it is possible to relatively easily realize bending of various shapes regardless of two-dimensional or three-dimensional through a movable movement along one plane. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Similar to a general machine tool, the operation of the push-through bending machine can be controlled by a control program such as an NC (numerical control) program. In such a control program, for example, control data such as a movable displacement amount must be defined. So far, such control data has been created based on the intuition and rules of thumb of skilled workers. The trial production of the product was repeated using such control data, and the control data was rewritten every time the trial production was carried out. As a result of such trial production being repeated several tens of times, finally, control data capable of realizing bending deformation as desired was established.
[0004]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-327727 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-166604 disclose attempts to create control data without relying on the intuition and rule of thumb of a skilled worker. According to these attempts, a prototype roughly resembling the final shape can be formed at the initial prototype stage. Therefore, it is not necessary to rely on the operator's intuition and empirical rules from the beginning, and labor and labor for trial manufacture and rewriting of control data are reduced.
[0005]
In the control data creation methods described in these publications, the x coordinate axis of the three-dimensional coordinate system is used to calculate the movable position. The x-coordinate axis specifies the traveling direction of the profile, that is, the axis. The movable moving plane is orthogonal to the x coordinate axis. However, in practice, the axial direction of the shape subjected to bending deformation cannot be uniformly expressed by one straight line. Therefore, even if the movable movement plane is orthogonal to the x coordinate axis, the movable movement plane cannot be accurately pushed through and reflect the machine coordinate system of the bending machine. As a result, even if the position of the movable mold is specified on such a moving plane, the shape accuracy after processing cannot be increased to the extent that it can withstand general practical use.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a control data creation method for a push-bending machine capable of generating control data that realizes push-bending with high accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first invention, a step of obtaining shape data representing the shape of a long product according to the global coordinate system, and a fixed die of a push-through bending machine based on the shape data For a push-through bending machine, comprising: a step of setting a specified local coordinate system for each cross section of a long product; and a step of calculating a movable die position of the push-bending machine based on the local coordinate system A method for creating control data is provided.
[0008]
According to such a control data creation method, a long product extending forward from the fixed mold can be reproduced in the local coordinate system set in the cross section of the long product. When the movable mold is virtually superimposed on the long product on the local coordinate system, the position of the movable mold can be specified on the local coordinate system. The position of the movable mold reflects the bending deformation of the long product formed between the fixed mold and the movable mold. If the movement amount of the movable type is calculated based on the position of the movable type thus specified, an ideal movement amount of the movable type can be obtained. Control data of the push-through bending machine may be created based on the obtained movement amount. If the control data created in this way is supplied to a push bending machine, it is possible to realize an ideal movable movement that accurately reflects the shape of the long product.
[0009]
Such a push-bending machine control data creation method includes a step of identifying at least one parametric curve representing the bending degree of the long product based on shape data, and each control point specified on the parametric curve. The method may further include a step of calculating a tangent vector for the parametric curve, and a step of specifying the cross section for each control point of the parametric curve based on the calculated tangent vector.
[0010]
In general, in a parametric curve, the number of control points increases as the curvature of the curve to be expressed increases, and conversely, the number of control points decreases as the curvature of the curve decreases. Therefore, if each section of a long product is defined while taking advantage of the features of such a parametric curve, the number of sections increases as the curvature of the long product increases, and as a result, it can be moved finely according to the size of the curvature. The movement of the mold can be controlled.
[0011]
In calculating the position of the movable mold, the control data creation method for the push-through bending machine includes the step of identifying the approach distance between the fixed mold and the movable mold on the local coordinate system and the identified approach distance. The method may further comprise defining a movable movement plane on the local coordinate system and specifying an intersection of the movement plane and the parametric curve on the local coordinate system. When the above-described parametric curve is used, the movable position can be identified relatively easily by simply identifying the movable moving plane on the local coordinate system.
[0012]
According to the second invention, the local coordinate system specified based on the fixed type of the push-through bending machine is defined as the global coordinate system for specifying the shape of the long product. A control data creation method is provided. According to this control data creation method, the position of the movable type can be specified according to the local coordinate system specified with reference to the fixed type, as in the first aspect of the invention. The position of the movable mold reflects the bending deformation of the long product formed between the fixed mold and the movable mold. Therefore, if the movable movement amount is calculated based on the movable position specified in this way, the ideal movable movement can be realized.
[0013]
In calculating the movable position, the local coordinate system may be redefined for each feed position defined in the longitudinal direction of the long product. If the local coordinate system is redefined for each feed position in this way, it becomes possible to specify the movable displacement continuously along the longitudinal direction of the long product. Based on the continuous displacement thus identified, a movable continuous movement can be realized.
[0014]
Further, according to the third invention, the step of acquiring the shape data of the long product from the computer-aided design system, and the push bending process for each feed position defined in the longitudinal direction of the long product based on the acquired shape data And a step of generating control data for specifying the position of the movable type of the machine.
[0015]
In recent years, so-called computer-aided design (CAD) has been remarkably developed in the field of product design. However, so far, in the field of plastic working, product data created by such CAD has not been used efficiently. According to such a control data creation method, it is possible to create control data for a push-bending machine easily and efficiently using shape data created by CAD. Here, it is desirable that the shape data defines at least one curve expressing the bending state of the long product.
[0016]
The above push-bending machine control data creation method may be configured as a software program executed by a computer. Such a software program may be loaded into a computer through a portable recording medium such as an FD (floppy disk), a CD (compact disk), or a DVD (digital video disk), or may be a LAN (private network) or WAN (wide area communication). Network) or the Internet.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a push-through bending machine. The push-through
[0019]
The
[0020]
In such a push-bending
[0021]
The
[0022]
As shown in FIG. 2, the fixed
[0023]
As is clear from FIG. 2, when the hollow long material 11 is processed, it is desirable that the core metal, that is, the
[0024]
As is clear from FIG. 1, a
[0025]
With reference to FIGS. 1 and 3, the
[0026]
The
[0027]
Moreover, the
[0028]
FIG. 4 schematically shows an overall configuration of a push-through
[0029]
It is desirable that the moving plane HV of the
[0030]
For example, the intersection of the moving plane HV of the
[0031]
Referring to FIG. 4 again, the NC processing program calculated by the
[0032]
The
[0033]
In realizing the control data creation method for a push-bending machine according to the present invention, the NC machining program creation software uses the shape of a long product through a
[0034]
The shape data may be fetched from a product database constructed in the
[0035]
Now, for example, as shown in FIG. 6, a scene is assumed in which a
[0036]
The operator first launches NC machining program creation software on the
[0037]
When the three-dimensional shape of the
[0038]
In associating the machine coordinate system xyz with each of the cross sections 52a to 52f, the NC machining program creation software acquires the positional relationship between the through
[0039]
When the position and orientation of the fixed
[0040]
For example, when the movement plane HV of the
[0041]
Subsequently, the NC machining program creation software calculates the feed position of the long material 11 that is the material of the
[0042]
The completed NC machining program is finally supplied to the
[0043]
As described above, according to the control data generation method according to the present invention, the position of the
[0044]
In determining the cross-sections 52a to 52f associated with the machine coordinate system xyz as described above, the NC machining program creation software determines the bending state of the
[0045]
The
[0046]
When the coordinate value of each
[0047]
Such a
[0048]
Based on the identified approach distance L, a moving plane HV of the
[0049]
As described above, when the z coordinate axis of the machine coordinate system xyz overlaps the central axis 22 of the fixed
[0050]
For example, as shown in FIGS. 16 and 17, two-dimensional data representing the
[0051]
First, the NC machining program creation software acquires the correspondence between each vertex of the
[0052]
When the two-dimensional data and the three-dimensional data are associated in this way, the NC machining program creation software acquires the positional relationship between the two guide points 67a and 67b and the
[0053]
Subsequently, as shown in FIG. 18, the NC machining program creation software defines a plurality of cutting planes 70a to 70f with respect to two edge lines defined by the three-dimensional data, that is, the first and
[0054]
When the positions of the first and second guide points 67a and 67b are specified on the respective cutting planes 70a to 70f in this way, the NC machining program creation software determines that the two guide points 67a and 67b and the fixed
[0055]
When connecting the center positions 68 in order, the NC machining program creation software may refer to the first guide line 66a expressed by a parametric curve, for example. First, the NC machining program creation software specifies the direction vector of the first guide line 66a on each of the cutting planes 70a to 70f. These direction vectors are translated to the
[0056]
Note that in the push-through
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize the ideal movement of the movable type while reflecting the bending deformation of the long product formed between the fixed type and the movable type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing an overall configuration of a push-through bending machine.
FIG. 2 is an enlarged front view of a fixed mold.
FIG. 3 is an enlarged front view of a movable type.
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing an overall configuration of a push-through bending processing system.
FIG. 5 is a fixed perspective view showing the concept of a machine coordinate system.
FIG. 6 is a perspective view schematically showing the configuration of a long product.
FIG. 7 is a perspective view showing a machine coordinate system associated with each cross section of the long product.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a GUI (Graphical User Interface) used for setting the orientation of the machine coordinate system with respect to a cross section.
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a process of calculating a y-coordinate value from a long product projected on a yz plane.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a process of calculating an x-coordinate value from a long product projected on an xz plane.
FIG. 11 is a diagram showing a specific example of an NC machining program.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a parametric curve expressing the bending state of a long product.
FIG. 13 is a conceptual diagram showing control points specified by a parametric curve.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing a cross section of a long product specified based on a parametric curve.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing a movable position specified based on a parametric curve.
FIG. 16 is a plan view showing a cross-sectional shape of a long product expressed by two-dimensional data.
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a ridge line of a long product expressed by three-dimensional data.
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a neutral axis specified based on two guide lines.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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