JP5201382B2 - 被加工物を変形する方法及び成形機 - Google Patents

Description

本発明は、金属円筒又は金属板のような被加工物を、工具、特に１つ以上の成形ローラを用いて変形する方法に関し、被加工物及び／又は工具は互いに相対的に軸の周りを回転し、工具は１つ以上の変形加工曲線を移動し、被加工物の少なくとも部分が変形される。さらに、本発明は被加工物を変形する成形機が制御装置を含む成形機に関する。

そのような方法及び成形機は欧州特許出願第０１２５７２０号で公知である。その公報によれば、成形ローラの運動を制御する制御装置を含む成形機が記載されている。その制御装置は、成形ローラに（被加工物によって）かかる力を測定する検出器に接続され、かつ、成形ローラの位置を確定する検出器に接続され、さらに、関連した力及び／又は位置の値を記憶するためにメモリーが制御装置に接続され、そして制御装置は、メモリーに記憶される力／位置の値に基づいて成形ローラの運動を制御するように構成されている。

別な例がＷＯ０２／０７９７に記載されている。その公報は、少なくとも１つの開放端を有する中空被加工物を変形する方法と成形機に関し、それには、第一の成形工具が被加工物の外側に接触するように配置され、そして、第二の成形工具が、被加工物によって画定される空洞内に、被加工物の内側に接触するように配置されて、被加工物はこれら工具によって変形される。

多くの場合、この種類の方法及び成形機によって得られる中間製品の変形部分の長さは、その中間製品がさらに受ける作業に関連して必要とされ又は所望される長さと異なる。その場合、必要とされる、又は、所望される長さを得るために、例えば、その中間製品の端部（又は、複数端部）を切断して適切な寸法にするような、さらに別な作業を行われなければならない。

欧州特許出願公報第０１２５７２０号 国際出願公報ＷＯ０２／０７９７

本発明の目的は、前文に記載した方法及び成形機を改良するためのものである。

そのため、この方法は、被加工物の端縁部の位置の１つ以上の座標、例えば、前記回転軸に沿った座標、の値を変形加工中に測定し、そして、その測定値に基づいて、変形加工の１つ以上のパラメータが変更される。

変形加工中、被加工物は多かれ少なかれ（端部の方向へ）塑性的に延伸される。延伸の程度は、なかでも、被加工物の厚さ及び硬さに依存する。局部的な厚さ又は硬さの差異は、その延伸に予期できない影響を有するかもしれない。したがって、局部的に更に高い硬さは、延伸の減少をもたらすかもしれない。

変形加工中に端部の位置を測定し、その測定に基づいて、送り速度、すなわち、工具が被加工物に沿って移動する速度、工具及び被加工物が互いに相対的に回転する回転速度、及び／又は、変形加工中に通過される変形加工曲線の位置を調整することによって、被加工物の変形部分の長さを修正することができる。これら３つのパラメータが好ましいが、変形加工曲線の形をその全長に亘り、あるいは、少なくとも局所的に減少した部分が変形部分にできないように調整することもできる。

より低い送り速度及び／又はより高い回転速度を用いて、及び／又は１つ以上の変形加工曲線を回転軸に向かって変位させて、及び／又はその曲線の形を、たとえば、徐々により凹になるように変えて、延伸を増加させることができ、その逆もできる。より高い送り速度、及び／又はより低い回転速度を用いて、及び／又は１つ以上の変形加工曲線を回転軸から離れる方向に変位させて、及び／又はその曲線の形を、たとえば、徐々により凸となるように変えて、延伸を減少することができる。

好ましくは、被加工物の端縁部の位置の１つ以上の座標の値を、少なくとも各パスの終わりで、より好ましくは、全変形加工処理期間で測定される。このようにして、複雑な計算を必要とせずに、変形加工処理を連続して調節することができ、目的の長さを素早く、すなわち、好ましくは、別の変形加工曲線又は他の工程を要せずに達成することができる。

本発明は更に金属円筒又は金属板のような被加工物を変形する成形機に関し、その成形機は、工具、具体的には成形ローラ、その工具を動かす１つ以上の駆動手段、メモリーを含む制御装置とを有し、その制御装置は、変形加工処理中に、少なくとも、変形加工曲線、送り速度及び／又は被加工物と工具を互いに相対的に回転させる回転速度に基づいて、工具を制御するように設定されていて、それらのパラメータはメモリーに保存されている。更に、成形機は被加工物の端縁部の位置の１つ以上の座標の値を測定する少なくとも１つの検出器を備えている。

本発明を、本発明の各種の実施例を示す図面を参照して、これから詳細に説明する。

同じ部品及び同一の又はほぼ同一の作用をする部品は、図において同じ符号で示されている。

図１及び図２は、金属円筒を変形する成形機１の第一実施例の平面略図を示し、成形機１は、回転可能な駆動クランプ２を含み、そのクランプ内に金属被加工物３の一端が既知の方法でしっかりと締め付けられ、クランプによって被加工物３は回転軸４の周りを回転させられる。この図において、被加工物３は円筒形（破線）の原形と、目的とした形状（実線）が示されている。

被加工物３は、ホルダー６に回転可能に装着された成形ローラ５によって変形される。そのために、成形ローラ５は、１つ以上の変形加工曲線を含む特定の運動経路をたどらなければならず、ホルダー６はスライド・グループ７に取り付けられ、スライド・グループ７は、ここにその内容を参照する前掲欧州特許出願第０１２５７２０号に記載のように構成することができる。スライド・グループ７は、その上にホルダー６が装着される上部スライド８を含み、その上部スライドは、第一の方向に往復運動できるように上部基盤上に装着される。その上部基盤は下部スライド９に結合され、その下部スライド９は（この実施例では）第一の方向に対して垂直な第二の方向に往復運動できるように下部基盤上に取り付けられる。上部スライド８及び下部スライド９は、それぞれ空気圧又は水圧シリンダー、サーボモータ等のような駆動手段１０、１１を備えている。

被加工物３の反対側に配置される心押し台１２は、それ自体公知のものであるが、その頭部はクランプ装置２及びスライド・グループ７と同じ機械基盤１４に装着され、軌道１３上を往復運動できる。心押し台１２はマンドレル１５を備え、マンドレルの（仮想）中心軸は、クランプ装置の回転軸４と一致し、マンドレルは、マンドレルの端部から数センチのところに配置された環状止め段部１６を備えている。更に、検出器１９がロッド１７及び空気圧又は水圧シリンダー、サーボモータ等のような駆動手段１８を介して心押し台１２に接続されている（注：検出器１９はその一部分のみが側面図で示されている）。この実施例では、検出器１９はロッド１７の端部にあるＵ形素子２０を含み、その素子の脚部間の間隙は、好ましくは変形される被加工物３の外径より大きい。レーザーダイオード２２及びレーザーセンサー２３をそれら脚部のそれぞれの端部に接続することができる。レーザー２２の作動状態で、レーザービームは、マンドレル１５によって遮断されないように、マンドレル１５の右側あるいは左側に位置付けされる。検出器１９は、駆動手段１８によってクランプ装置２の回転軸４と平行な方向に往復運動することができる。ロッド１７は、更に、心押し台１２に固定して接続された既知の線形位置センサー２４、例えば、線形符号器、に接続される。

クランプ装置２、駆動手段１０、１１、１８、検出器１９及び線形位置センサー２４は、（略図的に示す）制御装置２５に既知の方法で接続される。その制御装置２５に記憶されるのは、なかでも、成形ローラ５によって辿られる変形加工曲線、送り速度、及びクランプ装置２の回転速度である。

この実施例では、円筒形被加工物３は、たとえば、内燃エンジン用の排気装置に使用する触媒コンバータ基体の容器に変形される。成形ローラ５によって辿られる変形加工曲線、クランプ装置２の送り速度及び回転速度は、好ましくは、それらのパラメータは特定の被加工物及び特定の製品に正確に適合させるために、前掲の欧州特許出願ＥＰ０１２５７２０に記載するように、学習段階の期間に取得される。

本発明による方法は、ここに記載し、図示した成形機によって、次のように実施される。

被加工物３と製品との特定の組み合わせに対して決められた値（中でも、変形加工曲線、送り速度、及び回転速度）が制御装置２５に読み込まれる。被加工物３はクランプ装置２によってしっかりと締め付けられる。検出器１９は、レーザービームが被加工物３によって遮断されるまで、被加工物３の方向に移動する。そして、検出器はその遮断位置の直前の位置に戻る。この例では、被加工物３の端縁部の位置は、このようにしてクランプ装置２の回転軸４上の座標の関数として決まり、そして制御装置２５へ入力される。その後、回転する被加工物３は、最初のパスの期間中に、第一変形加工曲線に従って変形される。変形加工工程中に、検出器１９は端縁部に従動し、かつ、その縁部の位置を制御装置２５に伝達し続ける。それから、制御装置２５は、その縁部の位置が記憶している（予期した）位置に対応しているか、又は、その位置より進んでいるか、遅れているかを決める。

実際の位置が記憶した位置の許容値内に含まれる限り、プログラムされた値は干渉されない。

実際の位置が過剰に進み、被加工物の変形部分が長くなりすぎるリスクがあるならば、送り速度が増加され、及び／又は回転速度が減少され、あるいは、１つ以上の変形加工曲線を内側に変位させ、すなわち、回転軸４に向かって変位させ、又は、その形を局部的に減少する部分を作らずに変化させる。それらの大きさの組み合わせを使用することもでき、制御装置は、たとえば、送り速度が最初に変化するようにされ、特定の閾値を超えるならば１つ以上の変形加工曲線を引き続き内側に変位させることもできることも当然考えられる。

変形部分が短すぎるようになるリスクがあるならば、送り速度を減少させる、及び／又は回転速度を増加し、あるいは、１つ以上の変形加工曲線を外側に変位させ、すなわち、回転軸４から離れる方向に変位させる。

端縁部の直径及び完成品の変形部分の長さが特定されるだけでなく、たとえば、変形部分の壁の形状の変化も特定されている場合、たとえば、変形加工曲線を変えることなく、送り速度、回転速度及び成形ローラによって被加工物にかかる力（成形工具上に在る部品に対する）を順次調整することができる。

最後のパスの期間に、被加工物の端をマンドレル上で、かつ、環状止め段部に対抗して変形し、中間製品の内径及び得られた縁端部の長さを正確に決める。

図３ないし図５は検出器１９の変形例を示す。図３において、成形機は一連のレーザーダイオードとそれに対して配置された一連のレーザーセンサーとを設けた検出器を備えている。その場合、被加工物の端縁部の位置は、その縁部によって遮断されるレーザービームの数に基づいて決定することができる。これは、制御ループに従って、検出器１９は被加工物の端縁部を走査するその制御ループを簡単化し、あるいは、その一連のダイオード及びセンサーが十分に長ければ、その制御ループを全部省略することさえもできる（図４）。その場合、検出器を動かすことなく端縁部の位置を辿るのに十分なセンサーがある。

非接触測定を達成するほかに、検出器、たとえば、スプリング２７によって適切な力で端縁部に接触させられる軸受け２６の１つ以上の部分によって（図５）、被加工物の端縁部を走査することもできる。

図６及び図７は、この場合、金属円盤型の板３を変形するのに用いる成形機１の第二の実施例の平面略図である。成形機１は、図１に示す成形機と大部分が対応するが、この事例では、成形機はスピンドル２８を含み、そのスピンドルは回転可能に駆動可能なクランプ装置に締め付けられ、かつ、最終製品の内壁の形状を決定する。板３を、心押し台１２によって、既知の方法でスピンドル２８に締め付けられ、成形ローラ５の複数のパス（その複数のパスの結果は、複数の実線で示す）によって、ランプ反射器、膨張容器などの所望の製品に変形することができる。

検出器１９は、ロッド１７を介して心押し台１２に接続される。この実施例で、検出器１９は、互いに対抗して配置された一連のレーザーダイオード２２及び一連のセンサー２３を含んでいる。複数のレーザービームは、そのビームと回転軸４との間隔が半径方向で増加するように、回転軸４に平行に延在している。センサー２３は、どのビームが被加工物３の端縁部によって遮断されるかを測定する。それで、被加工物３の端縁部の位置は、その縁部によって遮断されるレーザービームの数を基にして決定することができる。

勿論、前述したレーザー及びセンサー以外の他の検出器、たとえば、１つ以上のファイバー電気的センサー、カメラ（たとえば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）、あるいは、他の光学測定装置を使用することもできる。好ましくは、その装置は、検出器を特定の被加工物及び／又は製品に適応できるように調節できる。

本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲請求項に明示する本発明の範囲内で、いろいろと変えることができることは当然に考えられる。したがって、たとえば、前掲した国際出願ＷＯ０２／０６２５００に記載しているように、本発明は静止した被加工物及び回転工具、又は、回転する被加工物及び回転工具を使用することもできる。更に、たとえば、被加工物を偏心的に又は斜めに変形するのに本発明を使用することもできる。

検出器を備えた、本発明による第一の成形機の平面図を示す。 図１の平面図の詳細図を示す。 異なる検出器を備えた、図１の詳細図。 他の異なる検出器を備えた、図１の詳細図。 また他の異なる検出器を備えた、図１の詳細図。 検出器を備えた、本発明による第二の成形機の平面図を示す。 図１の平面図の詳細図を示す。

Claims (8)

1. 金属円筒又は金属板（３）のような被加工物を、工具、特に１つ以上の成形ローラ（５）により、前記被加工物及び／又は前記工具（５）を互いに相対的に軸（４）の周りを回転させ、前記工具（５）は１つ以上の変形加工曲線を通って移動し、前記被加工物（３）の少なくとも部分を変形する方法であって、変形加工工程中に前記被加工物の端縁部の位置の１つ以上の座標の値を測定すること、および
   上記変形加工工程中、通過される１つ以上の変形加工曲線の位置及び／又は形、送り速度及び／又は前記工具（５）と前記被加工物（３）とが互いに相対的に回転する際の回転速度が前記測定に基づいて、１つ以上の変形加工曲線の形の変更が、局部的に減縮した部分を変形された部分に生じさせないように変更されることを特徴とする被加工物を変形する方法。
2. 前記値が非接触な方法で測定される請求項１の方法。
3. 前記被加工物（３）の端縁部の位置の１つ以上の座標の値が少なくとも各パスの終わりに、好ましくは全変形加工工程期間中に測定され、かつ、好ましくは前記変形加工工程の１つ以上のパラメータが、前記測定値に基づいて連続的に調節される請求項１ないし２のいずれか１項の方法。
4. 前記被加工物（３）の少なくとも端縁部が、マンドレル（１５）又はスピンドル（２８）のような成形工具上で変形される請求項１ないし３のいずれか１項の方法。
5. 工具、特に１つ以上の成形ローラ（５）、前記工具（５）を動かす１つ以上の駆動手段（１０，１１）、変形加工期間中、少なくとも変形加工曲線、送り速度及び／又は前記被加工物（３）と前記工具（５）とが互いに相対的に回転する際の回転速度に基づいて前記工具（５）を制御するように設定されかつメモリーを含む制御装置（２５）を有し、これらのパラメータは前記メモリーに記憶されている、金属円筒又は金属板（３）のような被加工物を変形する成形機（１）であって、該成形機（１）が更に、前記被加工物（１）の端縁部の位置の１つ以上の座標の値を測定する少なくとも１つの検出器（１９）を備えること、及び
   前記制御装置は、前記検出器（１９）又は複数の検出器によって得られた測定値に基づいて、前記変形工程期間中に通過される１つ以上の変形加工曲線の位置及び／又は形、送り速度及び／又は前記工具（５）と前記被加工物（３）とが互いに相対的に回転する際の回転速度を、１つ以上の変形加工曲線の形の変更が、局部的に減縮した部分を変形された部分に生じさせないように変更するように設定されることを特徴とする成形機（１）。
6. 前記検出器（１９）が一連のセンサーを含む請求項５の成形機（１）。
7. マンドレル（１５）又はスピンドル（２８）のような成形工具を含み、その工具上で、前記被加工物（３）の少なくとも端縁部を変形することができる請求項５ないし６のいずれか１項の成形機（１）。
8. 前記成形工具（１５；２８）は止め（１６）を備え、その止めにより前記被加工物（３）の少なくとも一部分の長さを決定できる請求項７の成形機（１）。

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