JP3715077B2

JP3715077B2 - 管の曲げ加工装置

Info

Publication number: JP3715077B2
Application number: JP15317997A
Authority: JP
Inventors: 哲也伊藤; 由英近藤; 剛佐竹田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2017-06-11
Also published as: JPH11720A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管の曲げ加工装置に係り、特に、高精度を要求される曲げ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
管の曲げ加工装置は、適用する管の剛性が高い場合には大きな出力を必要とする。例えば、曲げ軸の回転力により管を引張りつつ曲げ型に巻き付ける引き曲げ式の曲げ加工装置は、動力に油圧、アクチュエータには油圧シリンダが使用される。油圧装置においてアクチュエータの動作速度を変えるには、アクチュエータに流入する油の流量を変えればよい。流量を変化させるには、油圧ポンプを定回転数で回転し、油圧ポンプからの吐出量は一定とし、入力する電気信号に比例して弁の開度が変化する電磁比例弁を用いるか、または、吐出量の可変機構を備えたポンプを用いるなどの手段がある。
【０００３】
引き曲げ加工装置による加工工程と、加工に使用される油圧回路、電気回路の例を図２、図３により説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は油圧を動力とする引き曲げ加工装置による加工工程を示す概略図で、管５を引き曲げ加工する装置の構成部品は、１は曲げ型、２は管５を曲げ型１と共に把持する締め付け型、３は管５を曲げ型１に押し付け管５の軸方向に力を加える圧力型、４は管５を把持し管５の軸方向に力を加えるブースタ型、６は曲げ型１を回転させる曲げ型用油圧シリンダ、７は圧力型３を前進、後退させる圧力型用油圧シリンダ、８はブースタ型４を前進、後退させるブースタ型用油圧シリンダ、９は曲げ型１の回転角度を検出する曲げ型用エンコーダ、１０は圧力型３の位置を検出する圧力型用エンコーダ、１１はブースタ型４の位置を検出するブースタ型用エンコーダである。この従来例では、圧力型３の位置を検出する圧力型用エンコーダ１０とブースタ型４の位置を検出するブースタ型用エンコーダ１１はなくてもよい。
【０００４】
図３は図２に示した引き曲げ加工装置の油圧回路、電気回路の概略図で、１２は曲げ型用電磁比例方向流量制御弁、１３は圧力型用方向制御弁、１４はブースタ型用方向制御弁、１５は曲げ型用電磁比例リリーフ弁、１６は圧力型用電磁比例減圧弁、１７はブースタ型用電磁比例減圧弁、１８は油圧ポンプ、１９は油圧ポンプ１８の駆動用モータ、２０は曲げ型用電磁比例方向流量制御弁用アンプ、２１は圧力型用電磁比例減圧弁用アンプ、２２はブースタ型用電磁比例減圧弁用アンプ、２３はＣＰＵ、２４はメモリ、２５はＣＰＵ２３から入力されたデジタル値をアナログ値に変換し、曲げ型用電磁比例方向流量制御弁用アンプ２０、圧力型用電磁比例減圧弁用アンプ２１、ブースタ型用電磁比例減圧弁用アンプ２２に出力するＤ／Ａ変換器、２６はパルスカウンタであって、曲げ型１の回転角度を検出する曲げ型用エンコーダ９、圧力型３の位置を検出する圧力型用エンコーダ１０、ブースタ型４の位置を検出するブースタ型用エンコーダ１１から入力されるパルス信号をカウントする。
【０００５】
引き曲げ加工装置の動作を説明する。まず、メモリ２４に管５に対する曲げ角度、曲げ型１の回転速度、圧力型３の動作圧力、ブースタ型４の動作圧力を設定する。
図２（ａ）は管５をセッティングする前の状態、図２（ｂ）はセッティングした状態を示す図である。曲げ型１に締め付け型２を押し当てて被加工材である管５を把持する。圧力型３により管５を曲げ型１に押し当て、次にブースタ型４で管５を把持する。
【０００６】
図２（ｂ）において、ＣＰＵ２３は、メモリ２４に設定された曲げ型１の回転速度を曲げ型用電磁比例方向流量制御弁１２の開度に、圧力型３の動作圧力を圧力型用電磁比例減圧弁１６の開度に、ブースタ型４の動作圧力をブースタ型用電磁比例減圧弁１７の開度にそれぞれ換算し、このデジタル値をそれぞれＤ／Ａ変換器２５に出力する。Ｄ／Ａ変換器２５はこのデジタル値をそれぞれアナログ値に変換し、それぞれ曲げ型用電磁比例方向流量制御弁用アンプ２０、圧力型用電磁比例減圧弁用アンプ２１、ブースタ型用電磁比例減圧弁用アンプ２２に出力する。各アンプ２０、２１、２２は入力されたアナログ値を、前記各弁を動作させる大きさに増幅して出力する。
【０００７】
これにより、曲げ型１の回転速度の設定植に比例した量だけ曲げ型用電磁比例方向流量制御弁１２が開き、その開度に比例した量の油が曲げ型用シリンダ６に流入し曲げ型用シリンダ６が動作する。同時に圧力型用方向制御弁１３、ブースタ型用方向制御弁１４を開くと、圧力型用油圧シリンダ７とブースタ型用油圧シリンダ８にそれぞれメモリ２４に設定した動作圧力が付加される。
【０００８】
こうして曲げ型１と締め付け型２が一体となって、曲げ型１の中心軸の回りに回転することにより、管５が曲げ型１に巻き付けられて図２（ｃ）に示すように管５が加工される。一般に、真円の管５に曲げ加工を施すと、加工部分の断面形状が楕円形になったり、外周の肉厚が簿くなったりするが、上述のように曲げ型１の回転と同時に、圧力型３とブースタ型４により、管５の軸方向に圧力を付加することにより、管５の曲げ加工部の断面の楕円化、外周の薄肉化の傾向を少なく抑えることができる。付加する圧力の大きさは、管５の変形の仕方、また、管５の径、肉厚、材質などを考慮して決められ、曲げ型１には速度制御、圧力型３とブースタ型４は圧力制御を行なう。
【０００９】
引き曲げ加工の特性により曲げ加工部は伸長するから、管５の全長は曲げ加工前より曲げ加工後のほうが長くなる。ただし、曲げ加工部の長さは曲げ半径の周長とする。
図４は、従来の管引き曲げ加工における加工伸びを示す図である。図４（ａ）は管引き曲げ加工により求める管５の形状を示している。加工半径をＲ、曲げ加工は９０°とし、直管部の長さをＬ₁、Ｌ₃、曲げ加工部の長さＬ₂、展開長（全長）をＬとすると、Ｌ＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋Ｌ₃、Ｌ₂＝π／２・Ｒである。
【００１０】
図４（ｂ）は、管５を引き曲げ加工装置にセッティングした状態を示し、管５の長さは、得ようとする形状の展開長と等しくＬ（＝Ｌ₁＋Ｌ₂＋Ｌ₃）としている。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の状態から管５を９０°曲げ加工した状態を示しているから、図４（ｂ）と図４（ｃ）管５を比較すると、図４（ｂ）の直管部分の長さＬ₁は、図４（ｃ）の直管部分の長さＬ₁になる。図４（ｂ）の直管部分の長さＬ₂は曲げ加工によって伸長し、図４（ｃ）の長さＬ₂の曲げ加工部分と、これに続く直管部分△Ｌの長さとなり、△Ｌが曲げ加工による伸び量である。図４（ｂ）の直管部分の長さＬ₃は、図４（ｃ）の直管部分の長さＬ₃になる。
【００１１】
図４（ａ）に示す求める管の形状と、図４（ｃ）に示す曲げ加工後の管５を比較すると、曲げ加工部の後方の直管部分の長さが、求める管５はＬ₃であるのに対して、曲げ加工後の管５は、曲げ加工部の伸長により、Ｌ₃＋△Ｌになっている。目的とする長さを得るためには、伸びた長さ△Ｌ分だけ管５の後端部を切断して寸法を合わせる。伸長した長さが経験的、または、実験的に求めることができれば、予め、伸長分だけ長さの短い管を曲げ加工し、切断加工せずに目的とする長さに加工することができる。しかし、一般に、同一の管を同一条件で曲げ加工しても伸長する長さは微妙に変化する。曲げ加工が１個所だけならば、曲げ加工した管の寸法誤差は、１個所分だけの伸び量の差になるが、数個所の曲げ加工を施す場合は、複数個所の伸び量の差の合計値となり曲げ加工管の寸法誤差は大きくなる。つまり、伸びによる誤差が管の終端部に蓄積される。
【００１２】
このときは、曲げ加工後に寸法合わせのための切断加工が必要であって、管の曲げ加工による伸びを解決する手段として、管の伸び量を曲げ加工のデータと管の諸元値に基づき計算により求めるものが特開平08-192230号公報に開示されているが、上記したように、同一管を同じように曲げても、伸長により管の長さは微妙に変動し計算通りの数値を求めることは困難である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術における電磁比例弁の開度の変化による流量制御は、応答性が十分でなく、精度のよい流量制御が困難で、アクチュエータによる速度や位置を高精度に制御することができないという問題があった。また、従来の曲げ加工技術によれば、管の曲げによる伸び長さが変動し管の後端部に寸法誤差が発生していた。この誤差を修正するために、曲げ加工後に後端部を切断加工しなければならないという問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
ブースタは、管が曲げられている部分に後方から圧力をかけて管を押し込む動作をするため、ブースタを用いる引き曲げ加工では、曲げ加工時にブースタが移動する距離が伸び量に関係してくる。同一の曲げ条件において伸び量に誤差が発生するときは、ブースタの移動距離も異なり、逆に、ブースタの移動距離が同一ならば伸び量も同一になる。
【００１５】
そこで、ブースタの移動距離を一定に制御することにより、曲げによる伸び量を一定に制御することが可能で、またブースタの移動距離を予め設定し、設定通りに動作させるようにすれば、曲げによる伸び量を曲げ前に予め求めることができる。例えば、図４（ｂ）でブースタ型４が、曲げ加工前から加工を終了するまでに距離Ｌ₂だけ移動すると伸び量は０となる。また、図４（ｃ）では曲げ加工部が△Ｌだけ伸びているので、ブースタ型４はＬ₂−△Ｌ前進したことになる。ブースタの動作は最終的な移動距離のみを制御するのではなく曲げ型の回転動作に同期させる。
【００１６】
上記の方法ではブースタ型の速度及び位置制御を行わなければならない。そのため、主要な駆動部分である曲げ型と、圧力型と、ブースタ型のそれぞれに、油圧シリンダと油圧ポンブと油圧ポンプに対する回転用サーボモータからなる油圧回路を駆動源として設け、サーボモータの回転速度と回転トルクを制御することにより流量と油圧を制御し、曲げ型と、圧力型と、ブースタ型の位置並びに速度の同期制御を実施するようにしたものである。
【００１７】
【作用】
上記のように、ブースタの移動量を設定し、設定値通りに制御して強制的に伸び量を制御することにより、曲げによる管の伸び量が一定になり、誤差をなくすことができる。また、曲げ加工前に伸び量を知ることができるので、伸び量分だけ短い管を準備して曲げ加工すれば、要求通りの寸法の曲げ管を仕上げることができ、曲げ加工後に寸法調整をする必要がなくなる。また、油圧ポンプ回転用にモータをサーボモータを使用し、サーボモータの回転数制御により流量を調整するので、歯車やボールネジを使用した制御手段と同様の制御性を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明を実施の形態に基づいて説明する。曲げ加工装置の構成は、図２に示した従来の装置と同様であるが、油圧回路及び電気回路は従来と相違しており、これを図１に示す。２７は曲げ型用方向制御弁、２８は圧力型用方向制御弁、２９はブースタ型用方向制御弁、３０は曲げ型用油圧ポンプ、３１は圧力型用油圧ポンプ、３２はブースタ型用油圧ポンプ、３３は曲げ型用油圧ポンプ３０の駆動用サーボモータ、３４は圧力型用油圧ポンプ３１の駆動用サーボモータ、３５はブースタ型用油圧ポンプ３２の駆動用サーボモータ、３６は曲げ型用サーボモータ３３用のサーボアンプ、３７は圧力型用サーボモータ３４用のサーボアンプ、３８はブースタ型用サーボモータ３５用のサーボアンプである。
【００１９】
各構成部分の相互関係について説明する。基本的な曲げ動作は従来技術と殆ど変わらない。
まず、メモリ２４に曲げ角度、曲げ型１の回転速度、圧力型３の動作速度、ブースタ型４の動作速度を設定する。装置の動作は、曲げ型１に締め付け型２を押し当てて被加工材である管５を把持する。次に、圧力型３により管５を曲げ型１に押し当てる。次にブースタ型４で管５を把持する。この状態を図２（ｂ）により示す。ここで、曲げ型用方向制御弁２７、圧力型用方向制御弁２８、ブースタ型用方向制御弁２９を開く。ＣＰＵ２３はメモリ２４に設定された曲げ型１の回転送度から、曲げ型用油圧シリンダ６の動作速度、油の流速、曲げ型用油圧ポンプ３０の回転数、曲げ型用サーボモータ３３の回転数、曲げ型用サーボアンプ３６へ速度指令するアナログ値、同デシタル値を順に換算して求める。
【００２０】
圧力型３の動作速度とブースタ型４の動作速度についても、同様にサーボアンプ３７、３８に対して速度指令するデジタル値を求める。これらの速度指令デジタル値をそれぞれＤ／Ａ変換器２５に出力する。Ｄ／Ａ変換器２５は、これらの速度指令デジタル値を、速度指令アナログ値に変換し、それぞれ、曲げ型用サーボアンプ３６、圧力型用サーボアンブ３７、ブースタ型用サーボアンプ３８に出力する。各アンプ３６、３７、３８は、指令された速度で各モータ３３、３４、３５を回転させる。
【００２１】
モータ３３、３４、３５が回転するとポンプ３０、３１、３２が回転し、回転数に比例した油量が吐出され、シリンダ６、７、８が作動する。こうして設定通りの速度で曲げ型１、圧力型３、ブースタ型４が作動する。目標の曲げ角度に到達したのちモータ３３、３４、３５を停止させ全ての弁を閉める。
【００２２】
動作の制御方法を詳しく説明する。ここで、曲げ型用モータ３３と制御対象となる曲げ型１を、歯車やボールネジなどの機械的な伝達機構で連結している場合は、曲げ型用モータ３３の回転と曲げ型１の回転数が比例動作する。本実施の形態の油圧による駆動機構では、ポンプやシリンダなどの油圧回路の効率は、油圧や油温により変化するため、モータの回転数とポンプの吐出量、モータの回転数とシリンダのストローク動作は比例せずに誤差が発生する。しかし油圧ポンプ、弁、配管など油圧系統全体を、できるだけ損失が少なく、効率が高くなるように部品を選定して構成すれば、この誤差を小さくすることは可能になる。
【００２３】
そこで本実施の形態では、油圧回路全体の効率を考慮して、モータの回転数とシリンダのストロークの関係を導き出し、これに基づいて、ＣＰＵ２３がメモリ２４に設定された曲げ速度に応じて、曲げ型用サーボアンプ３６へ速度指令を出し、曲げ型１に装着した曲げ型用工ンコーダ９のフィードバック信号により、ＣＰＵ２３が速度指令を補正していくことにより、曲げ型１の回転の位置と速度を制御する構成とした。圧力型３とブースタ型４の制御も同様に実施するが、これらの制御は曲げ型１に対する動きと同期するように実行する。
【００２４】
曲げ型１、圧力型３、ブースタ型４の同期制御について説明する。まず、曲げ型１は、上述の通りメモリ２４に設定した速度により、設定した曲げ角度まで動作させる。圧力型３、ブースタ型４も同様にメモリ２４に設定した速度に従って動作させる。それぞれの動作は、曲げ型１と圧力型３、ブースタ型４が設定した通りの速度で動作するときの位置関係を保つように、曲げ型１の動作を基準として、圧力型３、ブースタ型４の速度と位置の制御を行なう。また、曲げ型１の速度が設定値から外れたと仮定しても、位置関係は外れないように制御を行なう。
【００２５】
曲げ型１の速度と曲げ角度、圧力型３とブースタ型４の速度を設定し、上記の制御を実施することによって管５の伸び量は一定となる。ここで、管５の伸び量に影響する因子は、ブースタ型４の移動量であるから、ブースタ型４の速度により管５の伸び量を変化させることができる。また、圧力型３、ブースタ型４の動作は、速度を設定するのではなく、移動する位置を設定しても同じ制御を行なうことができる。さらに、圧力型３、ブースタ型４の動作する速度、または、移動する位置の設定は、１つの曲げ加工の間に変化させるようにしてもよい。このようにすれば１つの曲げの任意の角度毎に、ブースタの負荷を変えることができ、曲げ管の断面形状を精密に制御することができる。
【００２６】
本実施の形態では、管５の伸び量を設定して曲げを行なうのではないが、曲げ型１の速度、曲げ角度、ブースタ型４の速度、または、移動する位置を決定すれば、曲げによる伸び量を予め計算により求めることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の実施により、管の曲げ加工装置により曲げ加工された管の長さの精度が向上し、曲げ加工後に管の切断などの修正加工を実施する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来及び本発明の実施例の引き曲げ加工装置の例の概略と、曲げ加工を行っている状態を示した図である。
【図２】従来の引き曲げ加工装置の油圧回路と電気回路の概略図である。
【図３】図３は引き曲げ加工により管が伸びる状態を示した図である。
【図４】本発明の実施例の引き曲げ加工装置の油圧回路と電気回路の概略図である。
【符号の説明】
１…曲げ型２…締め付け型
３…圧力型４…ブースタ型
５…管６…曲げ型用油圧シリンダ
７…圧力型用油圧シリンダ８…ブース型用油圧シリンダ
９…曲げ型用エンコーダ１０…圧力型用エンコーダ
１１…ブースタ用エンコーダ１２…曲げ型用電磁比例方向流量制御弁
１３…圧力型用方向制御弁１４…ブースタ用方向制御弁
１５…曲げ型用電磁比例リリーフ弁１６…圧力型用電磁比例減圧弁
１７…ブースタ用電磁比例減圧弁１８…油圧モータ
１９…モータ２０…曲げ型用アンプ
２１…圧力型用アンプ２２…ブースタ用アンプ
２３…ＣＰＵ２４…メモリ
２５…Ｄ／Ａ変換器２６…パルスカウンタ
２７…曲げ型用方向制御弁２８…圧力型用方向制御弁
２９…ブースタ用方向制御弁３０…圧力型用油圧ポンプ
３１…圧力用油圧ポンプ３２…ブースタ用油圧ポンプ
３３…曲げ型用サーボモータ３４…圧力型用サーボモータ
３５…ブースタ型用サーボモータ３６…曲げ型用サーボアンプ
３７…圧力型用サーボアンプ３８…ブースタ型用サーボアンプ

Claims

管を把持する締め付け型、前記管を所定の半径に曲げ加工する曲げ型、前記管を前記曲げ型に押接し管軸方向に加圧する圧力型、前記管を把持し管軸方向に加圧するブースタ型を有し、前記管を引張りつつ前記曲げ型に巻付けて加工する管の曲げ加工装置において、
前記曲げ型、前記圧力型、前記ブースタ型を駆動する油圧ポンプ並びに油圧シリンダと、
前記油圧ポンプを回転駆動するサーボモータと、
前記曲げ型、前記圧力型、前記ブースタ型に対する指令制御を行なう電気・油圧回路とを有し、
前記電気・油圧回路により前記サーボモータの回転速度と回転トルク制御を行ない、前記油圧ポンプの油圧と流量を制御し、前記曲げ型と、前記圧力型と、前記ブースタ型の位置並びに駆動速度に関する同期制御を行なうことを特徴とする管の曲げ加工装置。
請求項１の管の曲げ加工装置において、ブースタ型の移動する位置を制御することにより、曲げによる管の伸び量を制御することを特徴とする管の曲げ加工装置。