JP4378808B2

JP4378808B2 - 棒材の曲がり矯正方法

Info

Publication number: JP4378808B2
Application number: JP28694199A
Authority: JP
Inventors: 仁志三宮; 豊土田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: JP2001105027A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、棒材の曲がり矯正方法の改良に関する。ここにいう棒材には、ねじ溝を有するねじ軸の如きものも包含される。
【０００２】
【従来の技術】
長尺の棒材の曲がりの矯正は、当該棒材の曲がり部分に、曲がり方向とは反対向きの荷重（矯正荷重）をかけて押し込むことで行われている。その場合に、負荷する矯正荷重の大きさ等の矯正条件は、矯正すべき棒材の軸径，矯正スパン，またねじ軸の場合であればねじ溝の形状等で変化する。
【０００３】
そのため、従来は、棒材の仕様毎の矯正実績で求められた荷重を用いて曲がり矯正を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような矯正方法では、棒材の仕様が異なる毎に異なる矯正条件を作る必要があり、新規型番の棒材を矯正するたびに新たな矯正条件を決めなければならない。また、被矯正棒材の一部分のみ溝があるような場合には、さらに条件が複雑になる。そのため、特に多品種小ロット製品の場合にはその矯正条件設定作業に要する時間が莫大で、矯正作業の自動化が難しいという問題点があり、従来はやむを得ず熟練技能者による手動矯正に頼らなければならなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような従来技術の未解決の課題に着目してなされたもので、熟練技能者の手作業によらずに、少ない矯正回数で高い矯正精度が得られる自動化の容易な棒材の曲がり矯正方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る棒材（ワーク）の曲がり矯正方法は、予め、曲がりを有する棒材（ワーク）の矯正押し込み角とその塑性変形角との関係データから、塑性変形角に対して最も矯正押し込み角が小さいデータのみをサンプリングして得られた押し込み角と塑性変形角との関係を示す近似曲線である矯正基準曲線Ａ₁を求めておくと共に、ワークの矯正実施前に、当該ワークの曲がり部に弾性範囲内の測定荷重ｗを負荷して矯正方向に弾性変形させたときの弾性押し込み角α₀を求めておき、当該ワークの目標塑性変形角（目標矯正角）β₀と前記矯正基準曲線Ａ₁とから所要の矯正押し込み角γ₁を算出して、その矯正押し込み角γ₁まで曲がり部を押し込みワークの曲がりを矯正する工程と、その矯正後に、ワーク曲がり部に前記測定荷重ｗを再度負荷してその押し込み角α₁を求め、前記ワーク矯正前の同一測定荷重ｗによる押し込み角α₀との差（α₁−α₀）から実際の矯正角β₁を得る工程と、その実際の矯正角β₁が目標矯正角β₀に達しないとき、前記矯正基準曲線Ａ ₁ を実際の第１回目の矯正結果の点である（β ₁ ，γ ₁ ）が通るように押し込み角が大きくなる方向へシフトさせた矯正基準曲線Ａ ₂ を求め、この修正矯正基準曲線Ａ₂に基づき新たな矯正押し込み角γ₂を算出して再度の矯正を行う工程を、目標矯正角β₀に達する迄順次繰り返すことを特徴とする。
【０００７】
本発明の棒材の曲がり矯正方法によれば、従来は矯正部分に負荷する荷重を制御して押し込み量を調整しつつ矯正していたのに対して、上述のように棒材矯正部分を曲げる角度を制御する。そのため、矯正する棒材の軸径や矯正スパンの大小、又ねじ軸の場合はねじの形状等の影響を受けにくくなり、棒材の仕様の如何にかかわらず同一の矯正条件で高精度の矯正が可能である。
【０００８】
また、従来は仕様毎に矯正条件を設定するのに時間を要していたが、その必要が無いので、多品種小ロット製品でも矯正の自動化が実現可能となった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、ワークを矯正ヘッドで押し込んだときの角度即ち「矯正押し込み角γ」を示す図、図２は矯正押し込み角γと塑性変形角βとの実測データから矯正基準線Ａを求めるための模式図、図３は矯正基準線Ａに基づいて矯正押し込み角γを算出する方法を説明するグラフ、図４は矯正押し込み角と矯正荷重との関係及び矯正中の塑性変形角の算出方法を示す図である。
【００１０】
この実施の形態では図示されていないが、本発明の棒材の曲がり矯正は曲がり矯正装置を用いて自動的に行うことができる。
その曲がり矯正装置は、ワークの曲がり部に矯正荷重を負荷する矯正シリンダ、負荷される矯正荷重を検出する手段、矯正中にワークの曲げ角度を検出する手段、矯正シリンダの位置を制御する手段、前記矯正荷重検出手段及び曲げ角度検出手段からの信号に基づいて矯正シリンダの制御位置を算出する演算部などを備えている。
【００１１】
矯正すべき曲がり部を有する棒材（ワーク）は、両端を支持して回転させながら長手方向の複数個所において先ず矯正前の曲がりを計測して、曲がり矯正位置、矯正位相、矯正量（角度）を算出する。その後、当該ワークを矯正位置に移動して、算出された矯正量（角度）に基づき高精度の曲がり矯正を行うもので、棒材の直径、ねじ軸の場合はねじ溝の仕様を考慮する必要はない。
【００１２】
その矯正手順の詳細を述べる。
（１）準備段階としての「矯正基準線」の作成：
本発明の棒材の曲がり矯正方法にあっては、予め、曲がり矯正を実験して、その矯正結果すなわち「矯正押し込み角γ」（図１参照）とそれにより塑性変形した角度即ち「塑性変形角β」のデータを得ておく。例えば、図５は、直径１０ｍｍ及び直径１５ｍｍの各ねじ軸について行った実験データを、矯正押し込み角γと塑性変形角βとの関係を表す図にプロットしたものである。これからも、ワークの仕様による差はないことがわかる。こうしたデータは、実験データのみに限られず、実際の曲がり矯正作業においても蓄積し、学習していくことでさらに矯正精度を高めることが可能である。
【００１３】
そして、これらの蓄積データから、塑性変形角βに対して最も矯正押し込み角γが小さいデータのみをサンプリングし、そのサンプリングデータから「押し込み角」──「塑性変形角」の関係を表す近似曲線を得ることにより、図２に示すような「矯正基準式Ａ₁」（以下、矯正曲線ともいう）を求めておく。
（２）矯正前工程：
ワークの矯正実施前に、当該ワークの曲がり部に弾性範囲内の測定荷重ｗを負荷して押し込み、矯正方向に弾性変形させたときの弾性押し込み角α₀を実測する。
【００１４】
また、同曲がり部の曲げ角度を検出手段で測定して目標矯正角β₀を求める。
そして、図３に示すように、前記矯正曲線Ａ₁を用いてこの目標矯正角β₀に対応する矯正押し込み角γ₁（目標矯正角β₀を得るに必要な最小矯正押し込み角である）を算出する。目標矯正角β₀及び最小の矯正押し込み角γ₁に対応する矯正曲線Ａ₁上の点がＰ₀である。
（３）矯正工程：
得られた矯正押し込み角γ₁により矯正を行う。すなわち、ワークの曲がり部に矯正ヘッドを当てて矯正押し込み角γ₁に達するまで押し込んで塑性変形させる。
（４）矯正結果の検証：
この第１回目の矯正後に、その実際の塑性変形量である実矯正角β₁を求める。すなわち、図４に示すように、弾性変形領域内では矯正押し込み角γと矯正荷重Ｗとが比例関係にあるから、矯正開始前の弾性領域内の特定荷重（前記測定荷重）ｗによる弾性押し込み角α₀と、矯正後の同荷重ｗによる測定押し込み角α₁（実測値）との差（α₁−α₀）をとることにより、実際の塑性矯正角β₁＝（α₁−α₀）を求めることが可能である。
（５）第２次矯正のための修正「矯正基準線」の作成：
上記第１回目の矯正後に測定した実矯正角β₁が目標矯正角β₀に満たない場合は、図３に示すように、前記矯正曲線Ａ₁を押し込み方向にシフトさせ、第１回目の矯正結果である点Ｐ₁がのるように修正した矯正曲線Ａ₂を得る。
（６）第２次矯正の前工程：
目標矯正角β₀と新たな矯正曲線Ａ₂とから、式Ａ₂上の点Ｐ₂を求め、この点Ｐ₂に対応する矯正押し込み角γ₂（目標矯正角β₀を得るに必要な第２番目の矯正押し込み角である）を算出する（図３参照）。
（７）第二次矯正工程：
得られた第２の矯正押し込み角γ₂により再度の矯正を行う。すなわち、第１次矯正を施した同一曲がり部に矯正ヘッドを当てて矯正押し込み角γ₂に達するまで押し込む。
（８）第２次矯正結果の検証：
この第２回目の矯正後に、その実際の塑性変形量である実矯正角β₂を上記と同様の手順で求める。すなわち、図４に示すように、最初の矯正開始前の弾性領域内の特定荷重（前記測定荷重）ｗによる押し込み角α₀と、矯正後の同測定荷重ｗによる押し込み角α₂との差（α₂−α₀）をとることにより、実際の塑性矯正角β₂＝（α₂−α₀）を求める。
（９）第３次矯正のための修正「矯正基準線」の作成：
この第２回目の矯正後に測定した実矯正角β₂が目標矯正角β₀に満たない場合は、図３に示すように、前記矯正曲線Ａ₂を押し込み方向にシフトさせ、第２回目の矯正結果である点Ｐ₃がのるように修正した矯正曲線Ａ₃を得て、第３回目の矯正押し込み角（γ₃）を求め、再々度の矯正を行う。
（１０）同様の操作を、目標矯正角β₀に達するまで、繰り返し行う。
【００１５】
（実施例）
直径１０ｍｍのねじ軸をワークとして、本発明の方法で曲がりを矯正した。
ワークの矯正押し込み角とその塑性変形角との関係データとしては図５に示したものを用い、目標矯正角（β₀）は２．９０×１０^-4ｒａｄで曲がり矯正を行ったものである。
【００１６】
その結果を図６に示す。２回の矯正で、目標に極めて近い矯正ができたことがわかる。
【００１７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、予め蓄積した曲げ矯正データを利用してワークを曲げる角度を制御しつつ矯正部の押し込みを行うものとしたため、被矯正棒材の軸径，矯正スパン，ねじ軸の場合はねじ形状等の棒材仕様の如何によらず、同一の矯正条件で高精度の自動矯正が実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】「矯正押し込み角γ」を示す図である。
【図２】矯正押し込み角γと塑性変形角βとの実測データから矯正基準線Ａを求めるための模式図である。
【図３】矯正基準線Ａに基づいて矯正押し込み角γを算出する方法を説明するグラフである。
【図４】矯正押し込み角と矯正荷重との関係及び矯正中の塑性変形角の算出方法を示す図である。
【図５】押し込み角と塑性変形角との関係データを集積したグラフである。
【図６】本発明の方法を用いた棒材曲がり矯正実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ₁ 矯正基準曲線
Ａ₂ 修正矯正基準曲線
β₀ 目標矯正角
β₁ 実際の矯正角
γ₁ 矯正押し込み角
γ₂ 新たな矯正押し込み角

Claims

予め、曲がりを有する棒材（ワーク）の矯正押し込み角とその塑性変形角との関係データから、塑性変形角に対して最も矯正押し込み角が小さいデータのみをサンプリングして得られた押し込み角と塑性変形角との関係を示す近似曲線である矯正基準曲線Ａ₁を求めておくと共に、ワークの矯正実施前に、当該ワークの曲がり部に弾性範囲内の測定荷重ｗを負荷して矯正方向に弾性変形させたときの弾性押し込み角α₀を求めておき、
当該ワークの目標塑性変形角（目標矯正角）β₀と前記矯正基準曲線Ａ₁とから所要の矯正押し込み角γ₁を算出して、その矯正押し込み角γ₁まで曲がり部を押し込みワークの曲がりを矯正する工程と、
その矯正後に、ワーク曲がり部に前記測定荷重ｗを再度負荷してその押し込み角α₁を求め、前記ワーク矯正前の同一測定荷重ｗによる押し込み角α₀との差（α₁−α₀）から実際の矯正角β₁を得る工程と、
その実際の矯正角β₁が目標矯正角β₀に達しないとき、前記矯正基準曲線Ａ ₁ を実際の第１回目の矯正結果の点である（β ₁ ，γ ₁ ）が通るように押し込み角が大きくなる方向へシフトさせた矯正基準曲線Ａ ₂ を求め、この修正矯正基準曲線Ａ₂に基づき新たな矯正押し込み角γ₂を算出して再度の矯正を行う工程を、目標矯正角β₀に達する迄順次繰り返すことを特徴とする棒材の曲がり矯正方法。