JP4757376B2 - 金属条材の曲げ加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管等の金属条材を連続的に曲げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属条材の曲げ加工方法として、曲げ加工すべき金属条材の軸線方向の小区間を高周波誘導子等の加熱装置で局部的に加熱すると共にその金属条材を前記加熱装置に対して軸線方向に相対的に移動させ、同時に前記金属条材の、前記加熱装置による加熱部よりも進行方向の先端側を旋回可能な曲げアームにクランプさせ、その曲げアームの旋回によって前記金属条材に曲げモーメントを付与して前記加熱部を変形させ、直後に冷却手段で冷却することにより、金属条材を連続的に曲げ加工する方法が知られている。この方法において、通常は、曲げアームの旋回軸線と加熱装置による加熱位置とを一定の位置関係に保った状態として曲げ加工を行っており、金属条材に付与する曲げ加工の曲率半径（以下曲げ半径という）は曲げアームのアーム長（旋回軸線と金属条材との距離）に等しくなっていた。しかしながら、この方法では金属条材の曲げ半径を任意に設定できないという問題があった。
【０００３】
そこで、この問題を解決する方法として、曲げ加工の進行と共に曲げアームの旋回軸線を移動させる曲げ加工方法が提案されている（例えば、特公平３−５６８０４号公報参照）。この方法では曲げアームの旋回軸線の移動軌跡を適切に設定することで、金属条材の曲げ半径を曲げアームのアーム長に制約されない任意の値にすることが可能であり、しかも、金属条材の軸線方向の位置に応じて曲げ半径を変化させることも可能であり、単純な円弧状の曲げ加工ばかりでなく、楕円弧状等の曲げ加工も可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した曲げアームの旋回軸線を移動させる方法は、曲げ加工の進行と共に曲げアームの旋回軸線を所定の軌跡に沿って移動させなければならず、その制御が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、曲げ加工の進行と共に曲げアームの旋回軸線を移動させながら曲げ加工する方法において、曲げアームの旋回軸線の移動軌跡を容易に制御することを可能とする金属条材の曲げ加工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】
本発明は、曲げ加工すべき金属条材の軸線方向の小区間を加熱装置で局部的に加熱すると共にその金属条材を前記加熱装置に対して軸線方向に相対的に移動させ、同時に前記金属条材の、前記加熱装置による加熱部よりも進行方向の先端側を、旋回軸線を中心として旋回可能な曲げアームにクランプさせ、その曲げアームを、前記旋回軸線に直角な面内で移動させながら旋回させ、前記金属条材に曲げモーメントを付与して前記加熱部を曲げ変形させ且つ直後に冷却する金属条材の曲げ加工方法において、金属条材を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態をあらかじめ想定し、その想定状態に関して曲げ加工して湾曲している領域の金属条材の中心軸線上に曲げ開始点Ｐs から適当な間隔で複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe を設定し、曲げ加工を行う際に曲げ変形を生じる位置である曲げ点（ＢＰ）を原点とし、金属条材の加熱装置に対する相対移動方向をＸ軸、前記曲げアームの旋回軸線に直角な面内で前記Ｘ軸に直角方向をＹ軸としたＸ−Ｙ座標上における前記各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe の座標値（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・・（ａn 、ｂn ）・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 、θ2 ・・・θn ・・・θe を求め、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・・（ｘe 、ｙe ）を、次式
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
（但し、Ｌは曲げアームのアーム長）
によって求めておき、曲げ加工中において前記した各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe がそれぞれ曲げ点（ＢＰ）に到達した時点における曲げアームの旋回軸線Ｏの位置を、上記式で求めた座標となるように制御することを特徴とし、この構成により、金属条材を目標とする形状に曲げ加工することができる。
【０００７】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の曲げ加工方法の原理を説明する概略平面図であり、（ａ）は曲げ加工を開始する直前の状態を、（ｂ）は曲げ加工中の状態を示す。図１において、１は金属条材、３はその金属条材１の軸線方向の小区間を加熱すると共に曲げ変形した直後の部分に冷却媒体を吹き付ける冷却手段を備えた、誘導子等の加熱装置、４は金属条材１の先端をクランプして旋回可能且つ移動可能な曲げアームである。ここで、曲げアーム４の旋回軸線Ｏに直角な面内に、曲げ加工を行う際に金属条材１に曲げ変形を生じる位置である曲げ点ＢＰを原点とし、金属条材１の加熱装置３に対する相対移動方向をＸ軸、直角方向をＹ軸としたＸ−Ｙ座標を想定する。
【０００８】
金属条材１の曲げ加工は次のように行われる。すなわち、図１（ａ）に示すように、曲げ加工すべき金属条材１を、曲げ開始点Ｐs が加熱装置の中心位置即ち曲げ点ＢＰに位置するようにセットし、その先端を曲げアーム４でクランプした状態で加熱装置３による加熱を開始し、その加熱装置３で金属条材１の軸線方向の小区間を加熱した状態で金属条材１を加熱装置３に対して軸線方向に連続的に移動させてゆく。これにより、図１（ｂ）に示すように、曲げアーム４が旋回軸線Ｏを中心として旋回して金属条材１に曲げモーメントを作用させ、金属条材１の加熱部を曲げ変形させると共にその直後を加熱装置３に設けている冷却手段で冷却し、金属条材１を連続的に曲げ加工してゆく。そして、この曲げ加工の際に、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ−Ｙ座標上であらかじめ定めている軌跡５０に沿って移動させることで、金属条材１をその移動軌跡５０に応じた所定形状に曲げ加工することができる。
【０００９】
次に、金属条材１を目標とする形状に曲げ加工するための曲げアーム４の旋回軸線Ｏの移動軌跡５０の求め方を説明する。まず、図２に示すように、金属条材１を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態を想定する。ここで、符号１ａで示す曲線部分が金属条材１を目標とする形状に曲げ加工して湾曲している領域（以下、曲げ加工領域という）であり、その両端の点Ｐs 及びＰe が曲げ開始点並びに曲げ終了点である。また、図中、Ｌは曲げアーム４のアーム長（旋回軸線Ｏと金属条材との最短距離）である。なお、図面では曲げ加工領域１ａの形状の例として、非円弧状の形状を示している。
【００１０】
次に、曲げ加工領域１ａの金属条材の中心軸線上に、曲げ開始点Ｐs から適当な間隔で複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe を設定し、それぞれの点における座標（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・（ａn 、ｂn ）・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 ・・・θn ・・・θe を求める。これらの数値は、目標とする曲げ形状に応じて定まるものであるので、予め求めることができる。ここで、複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe の間隔（各点間の中心軸線に沿った長さ）は必ずしも一定とする必要はないが、一定とした方が、曲げアームの旋回軸線の位置制御を容易とすることができるので、好ましい。各点間の間隔は、小さいほど曲げ加工して得られる形状の精度を高めることができるので、所望精度に応じて間隔を設定すればよい。なお、図面では分かりやすくするため、間隔を大きくして示している。
【００１１】
次に、図２に示す形状の曲げ加工領域１ａを得るための曲げ加工途中で且つ点Ｐn を曲げ変形させている（点Ｐn が曲げ点ＢＰ上に位置している）状態を図示すると図３に示すようになる。図３において、金属条材１の曲げ点ＢＰを通りすぎた領域１ａａ（点Ｐn 〜Ｐs 間）が曲げ加工を終了した部分であり、この部分の形状は図２に示す曲げ加工領域１ａの点Ｐn 〜Ｐs 間の形状に等しくなっており、且つ、点Ｐn における接線はＸ軸に一致した状態となっている。また、図３で二点鎖線で示す領域１ａｂ（点Ｐn 〜Ｐe 間）は、今後曲げ加工されることによって形成される形状を示すもので、図２に示す曲げ加工領域１ａの点Ｐn 〜 Ｐe 間の形状に等しくなっている。換言すれば、図３に示す曲げ加工中の状態は、図２に示す曲げ加工領域１ａと同一形状の曲線を、点Ｐn を曲げ点ＢＰに重ね且つＸ軸に接するように配置した場合と同様となる。そこで、図２に示すＸ−Ｙ座標を、曲げ加工領域１ａと同一の関係を保って図３に書き込むと、図３に示すＸ′−Ｙ′座標となる。
【００１２】
図３において、金属条材１の点Ｐn を曲げ加工している時に曲げアーム４の旋回軸線Ｏが占める位置をＯn とし、その位置Ｏn のＸ′−Ｙ′座標上における座標を（ｘn ′、ｙn ′）とすると、
ｘn ′＝ａs −Ｌｓｉｎθs ・・・（１）
ｙn ′＝ｂs ＋Ｌｃｏｓθs ・・・（２）
となる。
【００１３】
ところで、点Ｐn の曲げ変形時の座標はＸ′−Ｙ′座標上では曲げ加工し終わった状態に関してＸ−Ｙ座標上で予め求めている（ａn 、ｂn ）であり、Ｘ−Ｙ座標上では（０、０）である。そしてＸ′軸のＸ軸に対する傾斜角は予め求めているθn であるので、旋回軸線Ｏが曲げ加工中に占める位置Ｏn のＸ−Ｙ座標上における座標を（ｘn 、ｙn ）とすると、その座標（ｘn 、ｙn ）は、 Ｘ′−Ｙ′座標上における座標（ｘn ′、ｙn ′）に対して次の関係にある。
ｘn ＝（ｘn ′−ａn ）ｃｏｓθn ＋（ｙn ′−ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（３）
ｙn ＝（ｙn ′−ｂn ）ｃｏｓθn −（ｘn ′−ａn ）ｓｉｎθn ・・・（４）
【００１４】
この式（３）、（４）に、式（１）、（２）を代入することで、次式を得ることができる。
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
【００１５】
このように、金属条材１を図２に示す曲げ加工領域１ａの形状に曲げ加工する場合、金属条材上の点Ｐn が曲げ点ＢＰに到達した時点における曲げアーム旋回軸線Ｏを上記式（５）、（６）で定まる座標位置Ｏn とすればよい。従って、金属条材の所望の曲げ形状について、あらかじめ曲げ開始点Ｐs 並びにその点Ｐs から適当な間隔で設定した複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe のＸ−Ｙ座標における各座標（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・（ａn 、ｂn ）・・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 ・・・・θn ・・・θe を求め、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・（ｘe 、ｙe ）を次式
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
によって求めておき、曲げ加工中において前記した各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe がそれぞれ曲げ点（ＢＰ）に到達した時点における曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を、上記式で求めた座標となるように制御することで、図２に示す形状に曲げ加工することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の曲げ加工方法の実施の形態を説明する。図４は本発明の第一実施形態の曲げ加工方法に用いる装置を概略的に示す平面図であり、１は曲げ加工中の金属条材、２は金属条材１を軸線方向（Ｘ軸方向）に前進させる条材移動装置であり、金属条材１の後端を保持してＸ軸方向に移動可能なテールストック２ａと、それをＸ軸方向に移動させるねじ軸２ｂと、それを回転駆動するモータ２ｃ等を備えている。３は金属条材１の長手方向の小区間を加熱する誘導子からなる加熱装置であり、加熱され曲げ変形を生じた直後の部分に冷却水等の冷却媒体を吹き付けて冷却する冷却手段を備えている。４は金属条材１の先端をクランプした曲げアーム、５は曲げアーム４を旋回軸線Ｏを中心として旋回可能に保持したＹ軸台車、６はＹ軸台車５をＹ軸方向に移動可能に保持すると共に自身はＸ軸方向に移動可能なＸ軸台車、７はＸ軸台車６をＸ軸方向に移動させるＸ軸台車移動装置であり、Ｘ軸台車６をＸ軸方向に移動させるねじ軸７ａとそれを回転駆動するモータ７ｂ等を備えている。８はＹ軸台車５をＹ軸方向に移動させるＹ軸台車移動装置であり、Ｙ軸台車５をＹ軸方向に移動させるねじ軸８ａとそれを回転駆動するモータ８ｂ等を備えている。これらのＹ軸台車５、Ｘ軸台車６、Ｘ軸台車移動装置７等は、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段を構成しており、また、Ｙ軸台車５、Ｙ軸台車移動装置８等は、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＹ軸方向に移動させるＹ軸移動手段を構成する。
【００１７】
１０は、条材移動装置２、Ｘ軸台車移動装置７、Ｙ軸台車移動装置８等を制御するコントローラ、１１はテールストック２ａの位置（従って、金属条材１の位置）を計測するための位置センサ、１２はＸ軸台車６のＸ軸方向の位置（従って、旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置）を計測するための位置センサ、１３はＹ軸台車５のＹ軸方向の位置（従って、旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置）を計測するための位置センサである。
【００１８】
上記構成の装置による金属条材１の曲げ加工は次のように行われる。あらかじめ、図２に示す金属条材１の所望の曲げ形状について、曲げ開始点Ｐs 並びにその点Ｐs から適当な間隔で設定した複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe のＸ−Ｙ座標における各座標（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・（ａn 、ｂn ）・・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 ・・・・θn ・・・θe を求め、更に、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・（ｘe 、ｙe ）を上記した式（５）、（６）によって求めておく。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示す状態に金属条材１をセットし、その先端を曲げアーム４でクランプする。この時の曲げアーム４の旋回軸線Ｏは曲げ開始点Ｐs に対応した位置Ｏs （図３参照）に位置させておく。この状態で加熱装置３による加熱を開始し、加熱装置３で金属条材１の軸線方向の小区間を加熱した状態で条材移動装置２が金属条材１を連続的に前進させ、それによって曲げアーム４を旋回軸線Ｏを中心として旋回させて金属条材１に曲げモーメントを作用させ、金属条材１の加熱部を曲げ変形させると共にその直後を冷却手段が冷却することで金属条材１を連続的に曲げ加工してゆく。そして、この曲げ加工の際に、Ｘ軸台車移動装置７、Ｙ軸台車移動装置８がＹ軸台車５をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを予め求めておいた位置Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を順次たどるように移動させる。すなわち、コントローラ１０は、金属条材１の加熱装置３に対する移動を監視し、曲げ開始点Ｐs の次の点Ｐ1 が曲げ点ＢＰに達した時点で、曲げアーム４の旋回軸線が点Ｐ1 に対応する位置Ｏ1 （ｘ1 、ｙ1 ）に移動し、次の点Ｐ2 が曲げ点ＢＰに達した時点で、曲げアーム４の旋回軸線が点Ｐ2 に対応する位置Ｏ2 （ｘ2 、ｙ2 ）に移動し、以下、同様に、ｎ番目の点Ｐn が曲げ点ＢＰに達した時点で、曲げアーム４の旋回軸線が点Ｐn に対応する位置Ｏn （ｘn 、ｙn ）に移動するというように、Ｘ軸台車移動装置７、Ｙ軸台車移動装置８を制御して移動台５を移動させながら曲げ加工を行ってゆく。以上の動作を曲げ終了点Ｐe が曲げ点ＢＰに達するまで実施することで、金属条材１を目標とする形状に曲げ加工することができる。
【００２０】
なお、上記した曲げ加工を行うに当たって、図２に示す曲げ加工領域にあらかじめ設定した複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe が順次曲げ点ＢＰに到達したことを検出するには、該金属条材１が加熱装置に対して各点間の距離に対応した長さ（曲げによる圧縮を考慮した長さ）だけ移動したことを検出すればよく、具体的には、位置センサ１１によって金属条材１の進行方向の位置を検出し、そのデータから上記各点が曲げ点ＢＰに到達したことを検出できる。また、金属条材１の移動速度を一定として曲げ加工を行う場合には、金属条材の移動時間を検出し、そのデータから上記各点が曲げ点ＢＰに到達したことを検出してもよい。
【００２１】
上記実施形態は、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸台車移動装置８、Ｙ軸台車移動装置９によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動し、Ｘ軸方向位置及びＹ軸方向位置をそれぞれ制御している。ところで、図４に示す装置で曲げ加工を行う際、条材移動装置２による金属条材１の移動長と、旋回軸線ＯのＸ軸方向位置と、Ｙ軸方向位置との間には、一定の関係があり、移動長と旋回軸線Ｏの一方の座標値（ｘ又はｙ）を定めれば、他の座標値は一義的に定まってくる。換言すれば、曲げ加工中、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方を所定位置に移動させると、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の他方の所定位置にはその旋回軸線Ｏを強制的に移動させなくても金属条材１によって移動させられる。従って、金属条材１の剛性が十分大きく、曲げアーム４を保持している機構（Ｘ軸台車６、Ｙ軸移動台車５）の摩擦抵抗に抗して曲げアーム４の旋回軸線Ｏを移動させることができる場合には、Ｘ軸方向の位置又はＹ軸方向の位置のみを制御することで、旋回軸線Ｏを所定の位置に移動させることができる。
【００２２】
曲げアーム４の旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置のみを制御して曲げ加工を行う実施形態では、図４に示す装置において、Ｙ軸台車５をＸ軸台車６に対してＹ軸方向に移動自在に保持させ、Ｙ軸台車移動装置８は設けない。その他の構成は図４の装置と同様である。そして、曲げ加工中、Ｘ軸台車移動装置７を制御して、旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置を所定の位置〔式（５）で計算して求めた位置〕となるように制御する。これによって、旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置は自動的に所定の位置となり、従って、旋回軸線Ｏはあらかじめ設定した位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を順次たどることとなり、金属条材１を目的とする形状に曲げ加工することができる。
【００２３】
曲げアーム４の旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置のみを制御して曲げ加工を行う実施形態では、図４に示す装置において、Ｘ軸台車６をＸ軸方向に移動自在とすると共にＸ軸台車移動装置７は設けない。その他の構成は図４の装置と同様である。そして、曲げ加工中、Ｙ軸台車移動装置８を制御して、旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置を所定の位置〔式（６）で計算して求めた位置〕となるように制御する。これによって、旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置は自動的に所定の位置となり、従って、旋回軸線Ｏはあらかじめ設定した位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を順次たどることとなり、金属条材１を目的とする形状に曲げ加工することができる。
【００２４】
以上の実施形態では、金属条材１を定位置に配置した加熱装置３に対して移動させて曲げ加工を行う場合を説明したが、本発明はこの構成に限らず、図５に示すように金属条材１を定位置に保持し、その金属条材１に沿って加熱装置３を加熱装置移動装置２０によって移動させる構成としてもよい。この場合には、加熱装置２が金属条材１に対して移動速度Ｖで移動し、その移動に応じて、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて曲げ加工を行うものであり、あらかじめ曲げアーム４の旋回軸線Ｏが順次移動していく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値を求めておき、その位置を順次移動させればよい。ただし、この場合には、加熱装置３の移動に連れて曲げ点ＢＰも速度Ｖで移動し、従って、曲げ点ＢＰを原点とするＸ−Ｙ座標も速度ＶでＸ軸方向に移動することとなるので、Ｘ軸台車移動装置７によるＸ軸台車６の位置制御に当たっては、Ｘ−Ｙ座標の移動に応じて補正すればよい。
【００２５】
以上の実施態様では、曲げアーム４を移動させるためにＸ軸台車６、Ｙ軸台車５を用い、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に別個に移動させる構成としているが、曲げアーム４を移動させる構成はこれに限らず、適度変更可能である。以下、その例を説明する。
【００２６】
図６は、揺動ブーム式の曲げ加工装置を用いた実施形態を示すものである。この実施形態では、曲げアーム４を旋回軸線Ｏを中心に旋回可能に保持した移動台２２を、一定位置に設定した揺動軸線Ｐを中心として揺動可能な揺動ブーム２３に長手方向に移動可能に保持させると共に、その移動台２２を揺動ブームの長手方向に移動させる移動台移動手段２４と揺動ブーム２３を揺動させるブーム揺動手段２５を設けている。この構成により、移動台２２の揺動ブーム２３に対する移動と揺動ブーム２３の揺動との組み合わせによって、移動台２２に保持している曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ−Ｙ座標上に所望位置に移動させることができる。また、旋回軸線Ｏの位置検出のため、揺動ブーム２３の旋回角ψを測定する角度センサ２８、移動台２２の揺動ブーム２３に対する位置を検出する位置センサ２９等も設けている。その他の構成は、図４に示す装置と同様である。
【００２７】
図６に示す曲げ加工装置での曲げ加工を行う場合も、前記した実施形態と同様に、あらかじめ、目標とする曲げ形状を得るために曲げアーム４の旋回軸線Ｏが順次移動していく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値を求めておき、曲げ加工の進行と共に、曲げアーム４の旋回軸線Ｏがその位置を順次移動するように、前記移動台２２を揺動ブーム２３に沿って移動させ、且つ揺動ブーム２３を揺動させる。これにより、所望形状に曲げ加工することができる。更に具体的に説明すると、曲げアーム４の旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、 Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値（ｘ、ｙ）と、移動台２２の揺動ブーム２３に対する位置（基準点からの距離ｄ）並びに揺動ブーム２３の揺動角ψには一定の関係があり、換算できるので、あらかじめ、各位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に対する、移動台２２の位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe 及び揺動ブーム２３の揺動角ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe を求めておき、移動台２２の位置及び揺動ブーム２３の揺動角が順次これらの値となるように制御することで、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００２８】
なお、この場合にも、金属条材１の剛性が大きく、自身に好ましくない変形を生じることなく、揺動ブーム２３或いは移動台２２を移動させることができる場合には、移動台２２の揺動ブーム２３に対する移動と、揺動ブーム２３の揺動の両方を制御する必要はなく、いずれか一方のみ（通常は、移動台２２の移動）を制御すればよい。例えば、揺動ブーム２３は単に揺動軸線Ｐを中心として揺動自在としておき、移動台２２の揺動ブーム２３に対する移動のみを制御し、移動台２２を順次位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe に移動するようにしてもよい。そのようにすることで、揺動ブーム２３は金属条材１によって揺動させられ、揺動角が順次ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe となるように揺動し、これによって、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００２９】
図７は、移動式の揺動アームを用いた曲げ加工装置による実施形態を示すものである。この実施形態では、Ｘ軸に平行に設けられたレール３１に移動台３２が移動可能に保持されると共にその移動台３２を前記レール３１の長手方向に移動させる移動台移動手段３３が設けられている。移動台３２には揺動アーム３５が揺動軸線Ｑを中心として揺動可能に保持されると共にその揺動アーム３５を揺動させる揺動アーム揺動手段３６も設けられている。更に、揺動アーム３５の先端に旋回軸線Ｏを中心として曲げアーム４が旋回自在に保持されている。なお、図中、３８は移動台３２のレール３１に対する位置を検出する位置センサ、４０は揺動アーム３５の揺動角ψを測定する角度センサである。その他の構成は、図１に示す装置と同様である。
【００３０】
図７に示す曲げ加工装置での曲げ加工を行う場合も、前記した実施形態と同様に、あらかじめ、目標とする曲げ形状を得るために曲げアーム４の旋回軸線Ｏが順次移動していく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値を求めておき、曲げ加工の進行と共に、曲げアーム４の旋回軸線Ｏがその位置を順次移動するように、前記移動台３２をレール３１に沿って移動させ、且つ揺動アーム３５を揺動させる。これにより、所望形状に曲げ加工することができる。更に具体的に説明すると、曲げアーム４の旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、 Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値（ｘ、ｙ）と、移動台３２のレール３１に対する位置（基準点からの距離ｄ）並びに揺動アーム３５の揺動角ψには一定の関係があり、換算できるので、あらかじめ、各位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に対する、移動台３２の位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe 及び揺動アーム３５の揺動角ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe を求めておき、移動台３２の位置及び揺動アーム３５の揺動角が順次これらの値となるように制御することで、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００３１】
なお、この場合にも、金属条材１の剛性が大きく、自身に好ましくない変形を生じることなく、揺動アーム３５或いは移動台３２を移動させることができる場合には、移動台３２の揺動アーム３５に対する移動と、揺動アーム３５の揺動の両方を制御する必要はなく、いずれか一方のみ（通常は、移動台３２の移動）を制御すればよい。例えば、揺動アーム３５は単に揺動軸線Ｑを中心として揺動自在としておき、移動台３２の揺動アーム３５に対する移動のみを制御し、移動台３２を順次位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe に移動するようにしてもよい。そのようにすることで、揺動アーム３５は金属条材１によって揺動させられ、揺動角が順次ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe となるように揺動し、これによって、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は曲げアームを旋回させながら移動させて金属条材の曲げ加工を行う方法において、目標とする曲げ形状を得るために曲げアームの旋回軸線Ｏが順次移動してゆく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を、上記した式（５）、（６）によって求め、これを満たすように曲げアームを移動させる構成としたことにより、旋回軸線の移動軌跡を容易に制御することができ、金属条材を所望の曲げ形状に曲げ加工することができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曲げ加工方法の原理を説明するもので、（ａ）は曲げ加工を開始する直前の状態を示す概略平面図、（ｂ）は曲げ加工中の状態を示す概略平面図
【図２】金属条材１を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態を想定して示す概略平面図
【図３】金属条材１を図２に示す形状に曲げ加工する途中の状態を示す概略平面図
【図４】本発明の一つの実施形態を示す概略平面図
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略平面図
【図６】本発明の更に他の実施形態を示す概略平面図
【図７】本発明の更に他の実施形態を示す概略平面図
【符号の説明】
１ 金属条材
２ 条材移動装置
３ 加熱装置
４ 曲げアーム
５ Ｙ軸台車
６ Ｘ軸台車
７ Ｘ軸台車移動装置
８ Ｙ軸台車移動装置
１０ コントローラ
１１、１２、１３ 位置センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管等の金属条材を連続的に曲げ加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属条材の曲げ加工方法として、曲げ加工すべき金属条材の軸線方向の小区間を高周波誘導子等の加熱装置で局部的に加熱すると共にその金属条材を前記加熱装置に対して軸線方向に相対的に移動させ、同時に前記金属条材の、前記加熱装置による加熱部よりも進行方向の先端側を旋回可能な曲げアームにクランプさせ、その曲げアームの旋回によって前記金属条材に曲げモーメントを付与して前記加熱部を変形させ、直後に冷却手段で冷却することにより、金属条材を連続的に曲げ加工する方法が知られている。この方法において、通常は、曲げアームの旋回軸線と加熱装置による加熱位置とを一定の位置関係に保った状態として曲げ加工を行っており、金属条材に付与する曲げ加工の曲率半径（以下曲げ半径という）は曲げアームのアーム長（旋回軸線と金属条材との距離）に等しくなっていた。しかしながら、この方法では金属条材の曲げ半径を任意に設定できないという問題があった。
【０００３】
そこで、この問題を解決する方法として、曲げ加工の進行と共に曲げアームの旋回軸線を移動させる曲げ加工方法が提案されている（例えば、特公平３−５６８０４号公報参照）。この方法では曲げアームの旋回軸線の移動軌跡を適切に設定することで、金属条材の曲げ半径を曲げアームのアーム長に制約されない任意の値にすることが可能であり、しかも、金属条材の軸線方向の位置に応じて曲げ半径を変化させることも可能であり、単純な円弧状の曲げ加工ばかりでなく、楕円弧状等の曲げ加工も可能であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した曲げアームの旋回軸線を移動させる方法は、曲げ加工の進行と共に曲げアームの旋回軸線を所定の軌跡に沿って移動させなければならず、その制御が困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、曲げ加工の進行と共に曲げアームの旋回軸線を移動させながら曲げ加工する方法において、曲げアームの旋回軸線の移動軌跡を容易に制御することを可能とする金属条材の曲げ加工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】
本発明は、曲げ加工すべき金属条材の軸線方向の小区間を加熱装置で局部的に加熱すると共にその金属条材を前記加熱装置に対して軸線方向に相対的に移動させ、同時に前記金属条材の、前記加熱装置による加熱部よりも進行方向の先端側を、旋回軸線を中心として旋回可能な曲げアームにクランプさせ、その曲げアームを、前記旋回軸線に直角な面内で移動させながら旋回させ、前記金属条材に曲げモーメントを付与して前記加熱部を曲げ変形させ且つ直後に冷却する金属条材の曲げ加工方法において、金属条材を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態をあらかじめ想定し、その想定状態に関して曲げ加工して湾曲している領域の金属条材の中心軸線上に曲げ開始点Ｐs から適当な間隔で複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe を設定し、曲げ加工を行う際に曲げ変形を生じる位置である曲げ点（ＢＰ）を原点とし、金属条材の加熱装置に対する相対移動方向をＸ軸、前記曲げアームの旋回軸線に直角な面内で前記Ｘ軸に直角方向をＹ軸としたＸ−Ｙ座標上における前記各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe の座標値（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・・（ａn 、ｂn ）・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 、θ2 ・・・θn ・・・θe を求め、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・・（ｘe 、ｙe ）を、次式
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
（但し、Ｌは曲げアームのアーム長）
によって求めておき、曲げ加工中において前記した各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe がそれぞれ曲げ点（ＢＰ）に到達した時点における曲げアームの旋回軸線Ｏの位置を、上記式で求めた座標となるように制御することを特徴とし、この構成により、金属条材を目標とする形状に曲げ加工することができる。
【０００７】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の曲げ加工方法の原理を説明する概略平面図であり、（ａ）は曲げ加工を開始する直前の状態を、（ｂ）は曲げ加工中の状態を示す。図１において、１は金属条材、３はその金属条材１の軸線方向の小区間を加熱すると共に曲げ変形した直後の部分に冷却媒体を吹き付ける冷却手段を備えた、誘導子等の加熱装置、４は金属条材１の先端をクランプして旋回可能且つ移動可能な曲げアームである。ここで、曲げアーム４の旋回軸線Ｏに直角な面内に、曲げ加工を行う際に金属条材１に曲げ変形を生じる位置である曲げ点ＢＰを原点とし、金属条材１の加熱装置３に対する相対移動方向をＸ軸、直角方向をＹ軸としたＸ−Ｙ座標を想定する。
【０００８】
金属条材１の曲げ加工は次のように行われる。すなわち、図１（ａ）に示すように、曲げ加工すべき金属条材１を、曲げ開始点Ｐs が加熱装置の中心位置即ち曲げ点ＢＰに位置するようにセットし、その先端を曲げアーム４でクランプした状態で加熱装置３による加熱を開始し、その加熱装置３で金属条材１の軸線方向の小区間を加熱した状態で金属条材１を加熱装置３に対して軸線方向に連続的に移動させてゆく。これにより、図１（ｂ）に示すように、曲げアーム４が旋回軸線Ｏを中心として旋回して金属条材１に曲げモーメントを作用させ、金属条材１の加熱部を曲げ変形させると共にその直後を加熱装置３に設けている冷却手段で冷却し、金属条材１を連続的に曲げ加工してゆく。そして、この曲げ加工の際に、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ−Ｙ座標上であらかじめ定めている軌跡５０に沿って移動させることで、金属条材１をその移動軌跡５０に応じた所定形状に曲げ加工することができる。
【０００９】
次に、金属条材１を目標とする形状に曲げ加工するための曲げアーム４の旋回軸線Ｏの移動軌跡５０の求め方を説明する。まず、図２に示すように、金属条材１を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態を想定する。ここで、符号１ａで示す曲線部分が金属条材１を目標とする形状に曲げ加工して湾曲している領域（以下、曲げ加工領域という）であり、その両端の点Ｐs 及びＰe が曲げ開始点並びに曲げ終了点である。また、図中、Ｌは曲げアーム４のアーム長（旋回軸線Ｏと金属条材との最短距離）である。なお、図面では曲げ加工領域１ａの形状の例として、非円弧状の形状を示している。
【００１０】
次に、曲げ加工領域１ａの金属条材の中心軸線上に、曲げ開始点Ｐs から適当な間隔で複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe を設定し、それぞれの点における座標（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・（ａn 、ｂn ）・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 ・・・θn ・・・θe を求める。これらの数値は、目標とする曲げ形状に応じて定まるものであるので、予め求めることができる。ここで、複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe の間隔（各点間の中心軸線に沿った長さ）は必ずしも一定とする必要はないが、一定とした方が、曲げアームの旋回軸線の位置制御を容易とすることができるので、好ましい。各点間の間隔は、小さいほど曲げ加工して得られる形状の精度を高めることができるので、所望精度に応じて間隔を設定すればよい。なお、図面では分かりやすくするため、間隔を大きくして示している。
【００１１】
次に、図２に示す形状の曲げ加工領域１ａを得るための曲げ加工途中で且つ点Ｐn を曲げ変形させている（点Ｐn が曲げ点ＢＰ上に位置している）状態を図示すると図３に示すようになる。図３において、金属条材１の曲げ点ＢＰを通りすぎた領域１ａａ（点Ｐn 〜Ｐs 間）が曲げ加工を終了した部分であり、この部分の形状は図２に示す曲げ加工領域１ａの点Ｐn 〜Ｐs 間の形状に等しくなっており、且つ、点Ｐn における接線はＸ軸に一致した状態となっている。また、図３で二点鎖線で示す領域１ａｂ（点Ｐn 〜Ｐe 間）は、今後曲げ加工されることによって形成される形状を示すもので、図２に示す曲げ加工領域１ａの点Ｐn 〜 Ｐe 間の形状に等しくなっている。換言すれば、図３に示す曲げ加工中の状態は、図２に示す曲げ加工領域１ａと同一形状の曲線を、点Ｐn を曲げ点ＢＰに重ね且つＸ軸に接するように配置した場合と同様となる。そこで、図２に示すＸ−Ｙ座標を、曲げ加工領域１ａと同一の関係を保って図３に書き込むと、図３に示すＸ′−Ｙ′座標となる。
【００１２】
図３において、金属条材１の点Ｐn を曲げ加工している時に曲げアーム４の旋回軸線Ｏが占める位置をＯn とし、その位置Ｏn のＸ′−Ｙ′座標上における座標を（ｘn ′、ｙn ′）とすると、
ｘn ′＝ａs −Ｌｓｉｎθs ・・・（１）
ｙn ′＝ｂs ＋Ｌｃｏｓθs ・・・（２）
となる。
【００１３】
ところで、点Ｐn の曲げ変形時の座標はＸ′−Ｙ′座標上では曲げ加工し終わった状態に関してＸ−Ｙ座標上で予め求めている（ａn 、ｂn ）であり、Ｘ−Ｙ座標上では（０、０）である。そしてＸ′軸のＸ軸に対する傾斜角は予め求めているθn であるので、旋回軸線Ｏが曲げ加工中に占める位置Ｏn のＸ−Ｙ座標上における座標を（ｘn 、ｙn ）とすると、その座標（ｘn 、ｙn ）は、 Ｘ′−Ｙ′座標上における座標（ｘn ′、ｙn ′）に対して次の関係にある。
ｘn ＝（ｘn ′−ａn ）ｃｏｓθn ＋（ｙn ′−ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（３）
ｙn ＝（ｙn ′−ｂn ）ｃｏｓθn −（ｘn ′−ａn ）ｓｉｎθn ・・・（４）
【００１４】
この式（３）、（４）に、式（１）、（２）を代入することで、次式を得ることができる。
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
【００１５】
このように、金属条材１を図２に示す曲げ加工領域１ａの形状に曲げ加工する場合、金属条材上の点Ｐn が曲げ点ＢＰに到達した時点における曲げアーム旋回軸線Ｏを上記式（５）、（６）で定まる座標位置Ｏn とすればよい。従って、金属条材の所望の曲げ形状について、あらかじめ曲げ開始点Ｐs 並びにその点Ｐs から適当な間隔で設定した複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe のＸ−Ｙ座標における各座標（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・（ａn 、ｂn ）・・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 ・・・・θn ・・・θe を求め、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・（ｘe 、ｙe ）を次式
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
によって求めておき、曲げ加工中において前記した各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe がそれぞれ曲げ点（ＢＰ）に到達した時点における曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を、上記式で求めた座標となるように制御することで、図２に示す形状に曲げ加工することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の曲げ加工方法の実施の形態を説明する。図４は本発明の第一実施形態の曲げ加工方法に用いる装置を概略的に示す平面図であり、１は曲げ加工中の金属条材、２は金属条材１を軸線方向（Ｘ軸方向）に前進させる条材移動装置であり、金属条材１の後端を保持してＸ軸方向に移動可能なテールストック２ａと、それをＸ軸方向に移動させるねじ軸２ｂと、それを回転駆動するモータ２ｃ等を備えている。３は金属条材１の長手方向の小区間を加熱する誘導子からなる加熱装置であり、加熱され曲げ変形を生じた直後の部分に冷却水等の冷却媒体を吹き付けて冷却する冷却手段を備えている。４は金属条材１の先端をクランプした曲げアーム、５は曲げアーム４を旋回軸線Ｏを中心として旋回可能に保持したＹ軸台車、６はＹ軸台車５をＹ軸方向に移動可能に保持すると共に自身はＸ軸方向に移動可能なＸ軸台車、７はＸ軸台車６をＸ軸方向に移動させるＸ軸台車移動装置であり、Ｘ軸台車６をＸ軸方向に移動させるねじ軸７ａとそれを回転駆動するモータ７ｂ等を備えている。８はＹ軸台車５をＹ軸方向に移動させるＹ軸台車移動装置であり、Ｙ軸台車５をＹ軸方向に移動させるねじ軸８ａとそれを回転駆動するモータ８ｂ等を備えている。これらのＹ軸台車５、Ｘ軸台車６、Ｘ軸台車移動装置７等は、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段を構成しており、また、Ｙ軸台車５、Ｙ軸台車移動装置８等は、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＹ軸方向に移動させるＹ軸移動手段を構成する。
【００１７】
１０は、条材移動装置２、Ｘ軸台車移動装置７、Ｙ軸台車移動装置８等を制御するコントローラ、１１はテールストック２ａの位置（従って、金属条材１の位置）を計測するための位置センサ、１２はＸ軸台車６のＸ軸方向の位置（従って、旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置）を計測するための位置センサ、１３はＹ軸台車５のＹ軸方向の位置（従って、旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置）を計測するための位置センサである。
【００１８】
上記構成の装置による金属条材１の曲げ加工は次のように行われる。あらかじめ、図２に示す金属条材１の所望の曲げ形状について、曲げ開始点Ｐs 並びにその点Ｐs から適当な間隔で設定した複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe のＸ−Ｙ座標における各座標（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・（ａn 、ｂn ）・・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 ・・・・θn ・・・θe を求め、更に、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・（ｘe 、ｙe ）を上記した式（５）、（６）によって求めておく。
【００１９】
まず、図１（ａ）に示す状態に金属条材１をセットし、その先端を曲げアーム４でクランプする。この時の曲げアーム４の旋回軸線Ｏは曲げ開始点Ｐs に対応した位置Ｏs （図３参照）に位置させておく。この状態で加熱装置３による加熱を開始し、加熱装置３で金属条材１の軸線方向の小区間を加熱した状態で条材移動装置２が金属条材１を連続的に前進させ、それによって曲げアーム４を旋回軸線Ｏを中心として旋回させて金属条材１に曲げモーメントを作用させ、金属条材１の加熱部を曲げ変形させると共にその直後を冷却手段が冷却することで金属条材１を連続的に曲げ加工してゆく。そして、この曲げ加工の際に、Ｘ軸台車移動装置７、Ｙ軸台車移動装置８がＹ軸台車５をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを予め求めておいた位置Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を順次たどるように移動させる。すなわち、コントローラ１０は、金属条材１の加熱装置３に対する移動を監視し、曲げ開始点Ｐs の次の点Ｐ1 が曲げ点ＢＰに達した時点で、曲げアーム４の旋回軸線が点Ｐ1 に対応する位置Ｏ1 （ｘ1 、ｙ1 ）に移動し、次の点Ｐ2 が曲げ点ＢＰに達した時点で、曲げアーム４の旋回軸線が点Ｐ2 に対応する位置Ｏ2 （ｘ2 、ｙ2 ）に移動し、以下、同様に、ｎ番目の点Ｐn が曲げ点ＢＰに達した時点で、曲げアーム４の旋回軸線が点Ｐn に対応する位置Ｏn （ｘn 、ｙn ）に移動するというように、Ｘ軸台車移動装置７、Ｙ軸台車移動装置８を制御して移動台５を移動させながら曲げ加工を行ってゆく。以上の動作を曲げ終了点Ｐe が曲げ点ＢＰに達するまで実施することで、金属条材１を目標とする形状に曲げ加工することができる。
【００２０】
なお、上記した曲げ加工を行うに当たって、図２に示す曲げ加工領域にあらかじめ設定した複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe が順次曲げ点ＢＰに到達したことを検出するには、該金属条材１が加熱装置に対して各点間の距離に対応した長さ（曲げによる圧縮を考慮した長さ）だけ移動したことを検出すればよく、具体的には、位置センサ１１によって金属条材１の進行方向の位置を検出し、そのデータから上記各点が曲げ点ＢＰに到達したことを検出できる。また、金属条材１の移動速度を一定として曲げ加工を行う場合には、金属条材の移動時間を検出し、そのデータから上記各点が曲げ点ＢＰに到達したことを検出してもよい。
【００２１】
上記実施形態は、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸台車移動装置８、Ｙ軸台車移動装置９によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ駆動し、Ｘ軸方向位置及びＹ軸方向位置をそれぞれ制御している。ところで、図４に示す装置で曲げ加工を行う際、条材移動装置２による金属条材１の移動長と、旋回軸線ＯのＸ軸方向位置と、Ｙ軸方向位置との間には、一定の関係があり、移動長と旋回軸線Ｏの一方の座標値（ｘ又はｙ）を定めれば、他の座標値は一義的に定まってくる。換言すれば、曲げ加工中、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方を所定位置に移動させると、Ｘ軸方向又はＹ軸方向の他方の所定位置にはその旋回軸線Ｏを強制的に移動させなくても金属条材１によって移動させられる。従って、金属条材１の剛性が十分大きく、曲げアーム４を保持している機構（Ｘ軸台車６、Ｙ軸移動台車５）の摩擦抵抗に抗して曲げアーム４の旋回軸線Ｏを移動させることができる場合には、Ｘ軸方向の位置又はＹ軸方向の位置のみを制御することで、旋回軸線Ｏを所定の位置に移動させることができる。
【００２２】
曲げアーム４の旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置のみを制御して曲げ加工を行う実施形態では、図４に示す装置において、Ｙ軸台車５をＸ軸台車６に対してＹ軸方向に移動自在に保持させ、Ｙ軸台車移動装置８は設けない。その他の構成は図４の装置と同様である。そして、曲げ加工中、Ｘ軸台車移動装置７を制御して、旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置を所定の位置〔式（５）で計算して求めた位置〕となるように制御する。これによって、旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置は自動的に所定の位置となり、従って、旋回軸線Ｏはあらかじめ設定した位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を順次たどることとなり、金属条材１を目的とする形状に曲げ加工することができる。
【００２３】
曲げアーム４の旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置のみを制御して曲げ加工を行う実施形態では、図４に示す装置において、Ｘ軸台車６をＸ軸方向に移動自在とすると共にＸ軸台車移動装置７は設けない。その他の構成は図４の装置と同様である。そして、曲げ加工中、Ｙ軸台車移動装置８を制御して、旋回軸線ＯのＹ軸方向の位置を所定の位置〔式（６）で計算して求めた位置〕となるように制御する。これによって、旋回軸線ＯのＸ軸方向の位置は自動的に所定の位置となり、従って、旋回軸線Ｏはあらかじめ設定した位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を順次たどることとなり、金属条材１を目的とする形状に曲げ加工することができる。
【００２４】
以上の実施形態では、金属条材１を定位置に配置した加熱装置３に対して移動させて曲げ加工を行う場合を説明したが、本発明はこの構成に限らず、図５に示すように金属条材１を定位置に保持し、その金属条材１に沿って加熱装置３を加熱装置移動装置２０によって移動させる構成としてもよい。この場合には、加熱装置２が金属条材１に対して移動速度Ｖで移動し、その移動に応じて、曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて曲げ加工を行うものであり、あらかじめ曲げアーム４の旋回軸線Ｏが順次移動していく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値を求めておき、その位置を順次移動させればよい。ただし、この場合には、加熱装置３の移動に連れて曲げ点ＢＰも速度Ｖで移動し、従って、曲げ点ＢＰを原点とするＸ−Ｙ座標も速度ＶでＸ軸方向に移動することとなるので、Ｘ軸台車移動装置７によるＸ軸台車６の位置制御に当たっては、Ｘ−Ｙ座標の移動に応じて補正すればよい。
【００２５】
以上の実施態様では、曲げアーム４を移動させるためにＸ軸台車６、Ｙ軸台車５を用い、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に別個に移動させる構成としているが、曲げアーム４を移動させる構成はこれに限らず、適度変更可能である。以下、その例を説明する。
【００２６】
図６は、揺動ブーム式の曲げ加工装置を用いた実施形態を示すものである。この実施形態では、曲げアーム４を旋回軸線Ｏを中心に旋回可能に保持した移動台２２を、一定位置に設定した揺動軸線Ｐを中心として揺動可能な揺動ブーム２３に長手方向に移動可能に保持させると共に、その移動台２２を揺動ブームの長手方向に移動させる移動台移動手段２４と揺動ブーム２３を揺動させるブーム揺動手段２５を設けている。この構成により、移動台２２の揺動ブーム２３に対する移動と揺動ブーム２３の揺動との組み合わせによって、移動台２２に保持している曲げアーム４の旋回軸線ＯをＸ−Ｙ座標上に所望位置に移動させることができる。また、旋回軸線Ｏの位置検出のため、揺動ブーム２３の旋回角ψを測定する角度センサ２８、移動台２２の揺動ブーム２３に対する位置を検出する位置センサ２９等も設けている。その他の構成は、図４に示す装置と同様である。
【００２７】
図６に示す曲げ加工装置での曲げ加工を行う場合も、前記した実施形態と同様に、あらかじめ、目標とする曲げ形状を得るために曲げアーム４の旋回軸線Ｏが順次移動していく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値を求めておき、曲げ加工の進行と共に、曲げアーム４の旋回軸線Ｏがその位置を順次移動するように、前記移動台２２を揺動ブーム２３に沿って移動させ、且つ揺動ブーム２３を揺動させる。これにより、所望形状に曲げ加工することができる。更に具体的に説明すると、曲げアーム４の旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、 Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値（ｘ、ｙ）と、移動台２２の揺動ブーム２３に対する位置（基準点からの距離ｄ）並びに揺動ブーム２３の揺動角ψには一定の関係があり、換算できるので、あらかじめ、各位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に対する、移動台２２の位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe 及び揺動ブーム２３の揺動角ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe を求めておき、移動台２２の位置及び揺動ブーム２３の揺動角が順次これらの値となるように制御することで、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００２８】
なお、この場合にも、金属条材１の剛性が大きく、自身に好ましくない変形を生じることなく、揺動ブーム２３或いは移動台２２を移動させることができる場合には、移動台２２の揺動ブーム２３に対する移動と、揺動ブーム２３の揺動の両方を制御する必要はなく、いずれか一方のみ（通常は、移動台２２の移動）を制御すればよい。例えば、揺動ブーム２３は単に揺動軸線Ｐを中心として揺動自在としておき、移動台２２の揺動ブーム２３に対する移動のみを制御し、移動台２２を順次位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe に移動するようにしてもよい。そのようにすることで、揺動ブーム２３は金属条材１によって揺動させられ、揺動角が順次ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe となるように揺動し、これによって、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００２９】
図７は、移動式の揺動アームを用いた曲げ加工装置による実施形態を示すものである。この実施形態では、Ｘ軸に平行に設けられたレール３１に移動台３２が移動可能に保持されると共にその移動台３２を前記レール３１の長手方向に移動させる移動台移動手段３３が設けられている。移動台３２には揺動アーム３５が揺動軸線Ｑを中心として揺動可能に保持されると共にその揺動アーム３５を揺動させる揺動アーム揺動手段３６も設けられている。更に、揺動アーム３５の先端に旋回軸線Ｏを中心として曲げアーム４が旋回自在に保持されている。なお、図中、３８は移動台３２のレール３１に対する位置を検出する位置センサ、４０は揺動アーム３５の揺動角ψを測定する角度センサである。その他の構成は、図１に示す装置と同様である。
【００３０】
図７に示す曲げ加工装置での曲げ加工を行う場合も、前記した実施形態と同様に、あらかじめ、目標とする曲げ形状を得るために曲げアーム４の旋回軸線Ｏが順次移動していく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値を求めておき、曲げ加工の進行と共に、曲げアーム４の旋回軸線Ｏがその位置を順次移動するように、前記移動台３２をレール３１に沿って移動させ、且つ揺動アーム３５を揺動させる。これにより、所望形状に曲げ加工することができる。更に具体的に説明すると、曲げアーム４の旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、 Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標における座標値（ｘ、ｙ）と、移動台３２のレール３１に対する位置（基準点からの距離ｄ）並びに揺動アーム３５の揺動角ψには一定の関係があり、換算できるので、あらかじめ、各位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に対する、移動台３２の位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe 及び揺動アーム３５の揺動角ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe を求めておき、移動台３２の位置及び揺動アーム３５の揺動角が順次これらの値となるように制御することで、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００３１】
なお、この場合にも、金属条材１の剛性が大きく、自身に好ましくない変形を生じることなく、揺動アーム３５或いは移動台３２を移動させることができる場合には、移動台３２の揺動アーム３５に対する移動と、揺動アーム３５の揺動の両方を制御する必要はなく、いずれか一方のみ（通常は、移動台３２の移動）を制御すればよい。例えば、揺動アーム３５は単に揺動軸線Ｑを中心として揺動自在としておき、移動台３２の揺動アーム３５に対する移動のみを制御し、移動台３２を順次位置ｄs 、ｄ1 ・・・・ｄn ・・・ｄe に移動するようにしてもよい。そのようにすることで、揺動アーム３５は金属条材１によって揺動させられ、揺動角が順次ψs 、ψ1 ・・・・ψn ・・・ψe となるように揺動し、これによって、曲げアーム４の旋回軸線Ｏを順次位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe に移動させ、所望形状の曲げ加工を行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は曲げアームを旋回させながら移動させて金属条材の曲げ加工を行う方法において、目標とする曲げ形状を得るために曲げアームの旋回軸線Ｏが順次移動してゆく位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe を、上記した式（５）、（６）によって求め、これを満たすように曲げアームを移動させる構成としたことにより、旋回軸線の移動軌跡を容易に制御することができ、金属条材を所望の曲げ形状に曲げ加工することができるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の曲げ加工方法の原理を説明するもので、（ａ）は曲げ加工を開始する直前の状態を示す概略平面図、（ｂ）は曲げ加工中の状態を示す概略平面図
【図２】金属条材１を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態を想定して示す概略平面図
【図３】金属条材１を図２に示す形状に曲げ加工する途中の状態を示す概略平面図
【図４】本発明の一つの実施形態を示す概略平面図
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略平面図
【図６】本発明の更に他の実施形態を示す概略平面図
【図７】本発明の更に他の実施形態を示す概略平面図
【符号の説明】
１ 金属条材
２ 条材移動装置
３ 加熱装置
４ 曲げアーム
５ Ｙ軸台車
６ Ｘ軸台車
７ Ｘ軸台車移動装置
８ Ｙ軸台車移動装置
１０ コントローラ
１１、１２、１３ 位置センサ
Claims (2)
- 曲げ加工すべき金属条材の軸線方向の小区間を加熱装置で局部的に加熱すると共にその金属条材を前記加熱装置に対して軸線方向に相対的に移動させ、同時に前記金属条材の、前記加熱装置による加熱部よりも進行方向の先端側を、旋回軸線を中心として旋回可能な曲げアームにクランプさせ、その曲げアームを、前記旋回軸線に直角な面内で移動させながら旋回させ、前記金属条材に曲げモーメントを付与して前記加熱部を曲げ変形させ且つ直後に冷却する金属条材の曲げ加工方法において、金属条材を目標とする形状に曲げ加工し終わった状態をあらかじめ想定し、その想定状態に関して曲げ加工して湾曲している領域の金属条材の中心軸線上に曲げ開始点Ｐs から適当な間隔で複数の点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe を設定し、曲げ加工を行う際に曲げ変形を生じる位置である曲げ点（ＢＰ）を原点とし、金属条材の加熱装置に対する相対移動方向をＸ軸、前記曲げアームの旋回軸線に直角な面内で前記Ｘ軸に直角方向をＹ軸としたＸ−Ｙ座標上における前記各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe の座標値（ａs 、ｂs ）、（ａ1 、ｂ1 ）・・・・（ａn 、ｂn ）・・・（ａe 、ｂe ）並びに各点における接線のＸ軸に対する傾斜角θs 、θ1 、θ2 ・・・θn ・・・θe を求め、前記各点に対応する曲げアームの旋回軸線Ｏの位置Ｏs 、Ｏ1 ・・・・Ｏn ・・・Ｏe のＸ−Ｙ座標上における座標値（ｘs 、ｙs ）、（ｘ1 、ｙ1 ）・・・（ｘn 、ｙn ）・・・・（ｘe 、ｙe ）を、次式
ｘn ＝（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｃｏｓθn
＋（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｓｉｎθn ・・・（５）
ｙn ＝（ｂs ＋Ｌｃｏｓθs −ｂn ）ｃｏｓθn
−（ａs −Ｌｓｉｎθs −ａn ）ｓｉｎθn ・・・（６）
（但し、Ｌは曲げアームのアーム長）
によって求めておき、曲げ加工中において前記した各点Ｐs 、Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe がそれぞれ曲げ点（ＢＰ）に到達した時点における曲げアームの旋回軸線Ｏの位置を、上記式で求めた座標となるように制御することを特徴とする金属条材の曲げ加工方法。 - 前記各点Ｐ1 、Ｐ2 ・・・Ｐn ・・・Ｐe の間隔を一定としていることを特徴とする請求項１記載の金属条材の曲げ加工方法。
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