JP4693394B2

JP4693394B2 - ワークとダイとの間の摩擦係数算出方法及び折曲げ角度検出方法並びに折曲げ加工機

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Publication number: JP4693394B2
Application number: JP2004329499A
Authority: JP
Inventors: 純一小山; 雄介影山; 一成今井
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2006136926A

Description

本発明は、例えばパンチとダイを備えたプレスブレーキなどのごとき折曲げ加工機によって板状のワークの折曲げ加工を行うときに、上記ワークとダイとの間の摩擦係数を算出する方法及び折曲げ角度検出方法並びに折曲げ加工機に関する。

従来、プレスブレーキ等のごとき折曲げ加工機によって板状のワークの折曲げ加工を行うとき、ワークの折曲げ角度を検出するために、種々の折曲げ角度検出装置が開発され、提案されている。従来の折曲げ角度検出装置は、ダイにおけるＶ溝内へのワークの進入位置を電気的、光学的又は機械的に検出してワークの折曲げ角度を演算する構成や、ダイ上のワークの水平状態からの上方向への跳ね上りによる傾斜角を光学的又は機械的に検出してワークの折曲げ角度を検出することが一般的である。

ところで、近年になって、ダイの中に複数の歪センサを埋設し、上記各歪センサによって検出したダイの歪みを基にしてワークの折曲げ角度を演算により求めることが提案されている（非特許文献１参照）。
「金型内蔵センサーシステムを用いた曲げ加工計測」第５４回塑性加工連合講演会（２００３．１１．６〜８香川町）第２４７〜２４８

前記非特許文献１には、図８の記載に対応して次のごとき記載がある。

金型本体における肩部付近に配置した複数の歪みセンサの各位置Ｓ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ），Ｓ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ），Ｓ₃ （Ｘ₃ ，Ｙ₃ ），Ｓ₄ （Ｘ₄ ，Ｙ₄ ）をＳ_i （Ｘ_i ，Ｙ_i ）とし、曲げられたワークＷが金型本体の肩部に作用する力Ｆの位置をＦ（Ｘ，Ｙ）とし、かつ肩部の半径をＲ、金型本体の上面とワークＷとのなす角度をθとし、さらに、位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）を通る垂直線と上記位置Ｆ（Ｘ，Ｙ）から各歪みセンサの各位置Ｓ₁ 〜Ｓ₄ とを結ぶ線とのなす角度θ₁ 〜θ₄ をθ_i とすると距離による力とひずみ分布の関係方程式は次式で与えられる。

σ＝−（２Ｆ・Ｃｏｓ２θ_i ）／（πｒ）（１）
ここで、ｒは力と要素を離れた距離である。力Ｆの作用点は、肩部の円弧上にあるので、次式で与えられる。

（Ｘ−Ｘ₀）²＋（Ｙ−Ｙ₀）²＝Ｒ₀ ² （２）
接触点と各センサーとの角度関係方程式は、次式で与えられる。

θ₁ ＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ−Ｘ₀）／（Ｙ−Ｙ₀）〕（３）
θ_i ＝ｔａｎ^-1〔（Ｘ−Ｘ_i）／（Ｙ−Ｙ_i）〕（４）
センサーから得たひずみ値（Ｅｘ，Ｅｙ）と出力電圧の関係方程式は次式で与えられる。

Ｖ＝Ｃ・（Ｅｘ−Ｅｙ）（５）
ここに、Ｖは出力電圧、Ｃはゲージ係数である。

以上の方程式を連立して解けば、力Ｆの作用点Ｆ（Ｘ，Ｙ）の情報を知ることができる。ただし、摩擦力の影響を考慮する場合は二つ以上のセンサーが必要となる。

すなわち、上記記載によれば、歪みセンサが２つ以上あれば摩擦力の影響を考慮して前記力Ｆに関する情報をより正確に把握でき、また、ひずみ分布とワークの曲げ角度との関係をより正確に把握できることになる。

そこで、本発明は、複数の歪みセンサを備えたダイの歪みを検出することにより摩擦係数を求め、ワークの折曲げ角度を検出することのできる方法及び折曲げ加工機を提供しようとするものである。

上記に鑑みて、本発明は、パンチとダイとを備えた折曲げ加工機によって板状のワークの折曲げ加工を行うに当り、複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備え、前記ダイに備えた前記センサユニットにおける各歪センサによって折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンを測定し、データベースに予め格納してある複数の摩擦係数の歪パターンの初期パターンと測定した前記歪パターンとを比較してパターン推定式を確定し、この確定したパターン推定式により前記ワークとダイとの間の摩擦係数を求めることを特徴とするものである。

また、本発明は、パンチとダイとを備えた折曲げ加工機によって板状のワークの折曲げ加工を行うに当り、複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備え、前記ダイに備えた前記センサユニットにおける各歪センサによって折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンを測定し、データベースに予め格納してある複数の摩擦係数の歪パターンの初期パターンと測定した前記歪パターンとを比較してパターン推定式を確定し、この確定したパターン推定式に対応した曲げ角度推定式を用いて、前記各歪センサの検出値に基いて前記ワークの折曲げ角度を演算することを特徴とするものである。

また、本発明は、板状のワークの折曲げ加工を行うためのパンチとダイとを備えてなる折曲げ加工機であって、前記ダイはワークの折曲げ加工時に当該ダイの歪みを検出するための複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備えた構成であり、前記折曲げ加工機の制御を行うための制御手段は、ワークの折曲げ時間と前記ダイの歪み量との関係を示す複数の摩擦係数の歪パターンを格納したデータベースと、前記各歪センサによって検出した折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンと前記データベースに格納されている摩擦係数の歪パターンの初期パターンとを比較してパターン推定式を確定する推定式確定手段と、この推定式確定手段によって確定されたパターン推定式により前記ワークとダイとの間の摩擦係数を求める演算手段と、を備えていることを特徴とするものである。

また、本発明は、板状のワークの折曲げ加工を行うためのパンチとダイとを備えてなる折曲げ加工機であって、前記ダイはワークの折曲げ加工時に当該ダイの歪みを検出するための複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備えた構成であり、前記折曲げ加工機の制御を行うための制御手段は、ワークの折曲げ時間と前記ダイの歪み量との関係を示す複数の摩擦係数の歪パターンを格納したデータベースと、前記各歪センサによって検出した折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンと前記データベースに格納されている摩擦係数の歪パターンの初期パターンとを比較してパターン推定式を確定する推定式確定手段と、前記推定式確定手段によって確定されたパターン推定式と前記各歪センサの検出値に基いてワークの折曲げ角度を演算する演算手段と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ワークとダイとの間の摩擦係数を求めることができると共に、ダイの歪みとワークの折曲げ角度との関係を示す式を求めることができる。そして、検出したダイの歪みを上記式に代入することによってワークの折曲げ角度を検出することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る折曲げ加工機としてのプレスブレーキを概念的、概略的に示すものである。折曲げ加工機１は、板状のワークＷの折曲げ加工を行うためのパンチ３及びダイ５を備えている。さらに、前記折曲げ加工機１は前記ダイ５に対してパンチ３を相対的に接近離反するように作動するための駆動手段７が備えられていると共に、前記駆動手段７を制御するためのＮＣ装置などのごと制御手段９が備えられている。

前記ダイ５には、複数の歪センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を適宜間隔に備えたセンサユニット１１が、Ｖ溝５Ｖの傾斜面５Ｆに近接して埋設されている。上記センサユニット１１は、前記非特許文献１に記載されているセンサユニットと同様の構成であるから、上記センサユニット１１についての詳細な説明は省略する。

上記構成において、入力手段１３からワークＷの折曲げ加工に必要な、例えば材質、板厚、Ｖ溝５ＶのＶ幅などの各種データを入力し、制御装置９により前記駆動手段７を制御してダイ５上のワークＷの折曲げ加工を開始すると、前記ダイ５とパンチ３との間においてワークＷが加圧されるので、ダイ５に埋設した前記センサユニット１１によってダイ５の歪みを検出することができるものである。

前記構成において、前記制御装置９の制御の下に前記パンチ３をダイ５に対して一定速度で近接（下降）し、ワークＷの折曲げ加工（シュミレーション）を行うと、パンチ３の先端部がワークＷに当接してからの時間と前記各歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値との関係は図３に示すごとき歪パターンＰ１〜Ｐ４であった。この図３に示される測定結果から明らかなように、ダイ５におけるＶ溝５に近接して配置された歪センサＳ１による歪み量の検出値の変化が大きい（歪みパターンＰ１）ことが理解できる。

また、図３に示されているように、各歪センサＳ１〜Ｓ４により検出した歪パターンは、ワークＷの折曲げ加工を開示してから所定時間Ｔを経過すると、歪センサＳ２〜Ｓ４の歪み方向が切り替ることが分る。上記歪み方向が切り替るのは、ワークＷがダイ５の上面に接触している状態から、ワークＷの折曲げ加工が進行して、ワークＷとダイ５の接触位置が、ダイ５の微小円弧の肩部を経過して、ダイ５のＶ溝５Ｖの傾斜面５Ｆに移行することにより、ダイ５とワークＷとの接触位置が変化すると共に、上記接触位置においてダイ５に対するワークＷの押圧方向が変化するためと推考される。

すなわち、ワークＷの折曲げ加工を行うときの特性として、折曲げ加工初期にダイ５の歪み方向が切り替る部位が存在するものである。

ところで、ダイ５の歪み測定は、各歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値と時間との関係において示したが、前記パンチ３の下降速度を一定にしてワークＷの折曲げ加工を行うことにより、ワークＷにパンチ３が当接してからの経過時間、すなわちパンチ３の下降位置を換算することができる。換言すれば、パンチ３がワークＷに当接してからの下降位置とダイ５の歪み量との関係において示すことも可能である。すなわち、パンチ３の下降位置とダイ５の歪み量との関係を、実験式等により表わすことが可能である。

さらには、パンチ３の下降位置とダイ５の歪み量との関係でもって表わすことができることにより、パンチ３の下降位置をワークＷの折曲げ角度に換算することにより、ダイ５の歪み量はワークＷの折曲げ角度との関係で表わすことができるものである。換言すれば、ダイ５の歪み量を検出することによってワークＷの折曲げ角度を演算することができるものである。したがって、ダイ５の歪み量とワークＷの折曲げ角度との関係を予め把握しておくことにより、ダイ５の歪み量を検出することによってワークＷの折曲げ角度を知ることができることになるものである。

次に、ダイ５とワークＷとの間の摩擦の大小によって、歪パターンが変化するか否かを確認するために、前記ダイ５とワークＷとの間の摩擦係数（μ１〜μ５）のみを異にして同一条件の下でワークＷの折曲げ加工（シュミレーション）を行ったときにおける歪センサＳ２の検出値の変化は図４に示すとおりである。この図４の結果から明らかなように、摩擦係数が小さい（μ１）場合に比較して摩擦係数が大きい（μ５）ほど歪み量すなわち歪センサＳ２の検出値の変化が大きく、かつ歪パターンの切り替りがより明確に表われる。すなわち摩擦係数が異なると、ダイ５の歪パターンが異なるものである。したがって、ワークＷの折曲げ加工時に、ダイ５の歪みパターンが分れば、この歪パターンによりワークＷの摩擦係数を知ることができるものである。ところで、摩擦係数（μ１〜μ５）が種々に異なる場合における各歪センサＳ１〜Ｓ４の検出パターンをも合わせて表示すると、図５に示すようになる。

ところで、前述したように、各歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値をワークＷの折曲げ角度に換算することが可能である。そこで、歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値とワークＷの折曲げ角度とを関係付けるために、時間軸を歪センサＳ１〜Ｓ４の時間軸と同一にして、ワークＷの折曲げ角度との関係を示す単一推定式を作成すると、図６に示す（Ａ）のようになる。この場合、上記単一推定式は折曲げ角度と経過時間との関係を逆比例的に示すものではない。

したがって、ワークＷの折曲げ角度と経過時間との関係がほぼ逆比例的関係を示すように解析を行うと、その解析値は図６に示す（Ｂ）のようになる。そこで、歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値を推定式に代入してワークＷの折曲げ角度を演算する際の誤差を少なくするために、複数のモード領域に区分して各モード領域毎に推定式を作成すると、図７に示すようになる。なお、各モードにおける推定式において、（ｙ）は角度を示し、（Ｘ₁ 〜Ｘ₄ ）は、前記各歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値を示すものである。

上記複数のモード領域としては、時間軸方向においては零時点から前記時点Ｔに相当する時点Ｔ１の領域、時点Ｔ１〜Ｔ２の領域、Ｔ２〜Ｔ３の領域及びＴ３〜最終時点の４つの領域に区分してある。この４つの領域は、折曲げ角度方向においては、１８０°〜約１６５°、約１６５°〜約１４０°、約１４０°〜約９９°、約９９°〜最終角度の４つの領域に相当する。なお、上記複数のモード領域は、一義的に定まるものではなく、ダイ５におけるＶ溝の幅や肩部の半径など、金型の形状、寸法等の条件によって異なるものである。

上記構成により、ワークＷの折曲げ加工時に、歪センサＳ１〜Ｓ４によってダイ５の歪み量を検出し、モード１〜４の各モード毎の推定式に歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値を代入することによりワークＷの折曲げ角度を検知することができるものである。

ところで、前記パンチ３とダイ５によってワークＷの折曲げ加工を行うとき、ワークＷの摩擦係数を知ることは、例えばダイ５のＶ溝５Ｖに対するパンチ３の突込み位置（Ｖ溝５Ｖの底からパンチ３の先端部までの寸法、ｄ値）を改めて正確に演算することや、スプリングバックを演算する上において重要である。

そこで、ワークＷの摩擦係数を求めるために、プレスブレーキ１の制御を行うための前記制御手段９には、図２に示すように、データベース１５が備えられている。このデータベース１５には、各種の摩擦係数のワークＷの折曲げ加工を行ったときの各歪センサＳ１〜Ｓ４の検出値のパターンが格納されている。すなわち、データベース１５には、前述した図５に示した各歪パターンのデータが格納されているものである。さらに、前記データベース１５には、ワークＷの摩擦係数の相違による各歪パターンに対応して各モード１，２，３，４に対応した推定式が格納されている。

前記制御手段９には、さらにパターン比較手段１７が備えられている。このパターン比較手段１７は、前記歪センサＳ１〜Ｓ４のうちの適数の歪センサＳ１〜Ｓ４によって検出したダイ５の初期の歪みパターン（モード１の歪パターン）と前記データベース１５に格納されている種々の摩擦係数における歪パターンの初期パターン（時点Ｔ以前のモード１におけるパターン）とを比較して、同一又は近似の歪パターンを選択する作用をなすものである。すなわち、パターン比較手段１７は、歪パターンを選択することにより、各モード領域における推定式を確定するための推定式確定手段をなすものである。

前記パターン比較手段１７によってデータベース１５に格納してあった歪パターンが選択されると、この選択された歪パターンによって摩擦係数を知ることができるものである。すなわち、前記パターン比較手段１７によって歪パターンが選択されると、制御手段９に備えた摩擦係数算出手段１９によってワークＷの摩擦係数が算出される。

また、前述のごとく、パターン比較手段１７によって折曲げ加工を行っているワークＷに適用する歪パターンが選択され、各モード領域での推定式が確定されるので、この確定された推定式と歪センサＳ１〜Ｓ４によって検出された歪み量との検出値とに基き、制御装置９に備えた角度演算手段２１においてワークＷの折曲げ角度を演算することができる。すなわち、ダイ５の歪み量を検出することにより、ワークＷの折曲げ角度を知ることができるものである。

そして、前記角度演算手段２１によって演算されたワークＷの折曲げ角度と折曲げ角度設定手段２３によって予め設定された設定値とを、制御手段９に備えた比較手段２５によって比較し、この比較結果に基き、制御手段９に備えた駆動軸制御手段２７により前記駆動手段７のフィードバック制御を行うことにより、ワークＷを所望の折曲げ角度に正確に折曲げ加工することができるものである。

前記構成においては、ダイ５に埋設した歪みセンサＳ１〜Ｓ４によってダイ５の歪み量を検出することによってワークＷの折曲げ角度を知ることができるものである。したがって、ダイの近傍や外部に折曲げ角度検出器を設ける必要がなく、ワークの形状、寸法等によってダイの外部からワークの折曲げ角度の検出が困難な場合であっても、容易にワークの折曲げ角度を検出することができるものである。

また、ワークの摩擦係数を考慮した態様でもってダイの歪みを検出してワークの折曲げ角度を検出するので、ダイ５におけるＶ溝５Ｖの開き態様をも考慮してワークの折曲げ角度を検出することとなり、より精度の良い折曲げ角度を検出することができ、ワークの折曲げ加工をより正確に行うことができるものである。

ところで、ダイの歪みを直接的に検出することができるので、ダイの許容歪み量を予め設定し、この許容歪み量と検出した歪み量とを比較することにより、ダイの破損を未然に防止することができるものである。

本発明の実施形態に係る折曲げ加工機を概念的に示した作用説明図である。制御手段の構成を示すブロック線図である。ダイに埋設した歪みセンサの検出態様を示す歪みパターンの説明図である。ワークの摩擦係数が異なる場合の歪パターンの説明図である。ワークの摩擦係数が異なる場合の複数の歪センサの検出による歪パターンを示す説明図である。角度と経過時間との関係を示す単一推定式の説明図である。各モード領域における推定式を示す説明図である。ダイに複数の歪センサを埋設してワークの折曲げ角度を検知する先行技術の説明図である。

符号の説明

１…折曲げ加工機
３…パンチ
５…ダイ
５Ｖ…Ｖ溝
５Ｆ…傾斜面
９…制御手段
１１…センサユニット
１５…データベース
１７…パターン比較手段（推定式確定手段）
１９…摩擦係数算出手段
２１…角度演算手段
２３…折曲げ角度設定手段
２５…比較手段
２７…駆動軸制御手段

Claims

パンチとダイとを備えた折曲げ加工機によって板状のワークの折曲げ加工を行うに当り、複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備え、前記ダイに備えた前記センサユニットにおける各歪センサによって折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンを測定し、データベースに予め格納してある複数の摩擦係数の歪パターンの初期パターンと測定した前記歪パターンとを比較してパターン推定式を確定し、この確定したパターン推定式により前記ワークとダイとの間の摩擦係数を求めることを特徴とする摩擦係数算出方法。
パンチとダイとを備えた折曲げ加工機によって板状のワークの折曲げ加工を行うに当り、複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備え、前記ダイに備えた前記センサユニットにおける各歪センサによって折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンを測定し、データベースに予め格納してある複数の摩擦係数の歪パターンの初期パターンと測定した前記歪パターンとを比較してパターン推定式を確定し、この確定したパターン推定式に対応した曲げ角度推定式を用いて、前記各歪センサの検出値に基いて前記ワークの折曲げ角度を演算することを特徴とする折曲げ角度検出方法。
板状のワークの折曲げ加工を行うためのパンチとダイとを備えてなる折曲げ加工機であって、前記ダイはワークの折曲げ加工時に当該ダイの歪みを検出するための複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備えた構成であり、前記折曲げ加工機の制御を行うための制御手段は、ワークの折曲げ時間と前記ダイの歪み量との関係を示す複数の摩擦係数の歪パターンを格納したデータベースと、前記各歪センサによって検出した折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンと前記データベースに格納されている摩擦係数の歪パターンの初期パターンとを比較してパターン推定式を確定する推定式確定手段と、この推定式確定手段によって確定されたパターン推定式により前記ワークとダイとの間の摩擦係数を求める演算手段と、を備えていることを特徴とする折曲げ加工機。
板状のワークの折曲げ加工を行うためのパンチとダイとを備えてなる折曲げ加工機であって、前記ダイはワークの折曲げ加工時に当該ダイの歪みを検出するための複数の歪センサを直線状に適宜間隔に備えたセンサユニットにおける先端側の歪センサを前記ダイのダイ溝に近接し、かつ当該センサユニットを前記ダイの上面と平行に埋設して、ワークの折曲げ加工初期に前記ダイの歪方向が切り替る部位に一部の歪センサを備えた構成であり、前記折曲げ加工機の制御を行うための制御手段は、ワークの折曲げ時間と前記ダイの歪み量との関係を示す複数の摩擦係数の歪パターンを格納したデータベースと、前記各歪センサによって検出した折曲げ加工初期における前記ダイの歪パターンと前記データベースに格納されている摩擦係数の歪パターンの初期パターンとを比較してパターン推定式を確定する推定式確定手段と、前記推定式確定手段によって確定されたパターン推定式と前記各歪センサの検出値に基いてワークの折曲げ角度を演算する演算手段と、を備えていることを特徴とする折曲げ加工機。