JP5667498B2 - 鋼板の曲げ加工装置、曲げ加工方法、曲げ加工プログラム - Google Patents
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車両本体部は、例えば、下部走行体と、下部走行体に旋回機構を介して旋回可能に装着される上部旋回体とを有する。
作業機は、互いに回動可能に接続されるブーム、アーム、バケットを有しており、上部旋回体に取り付けられる。そして、このような作業車両は、ブーム、アーム、バケットが油圧シリンダ等の駆動装置によって駆動されて揺動することによって、各種作業を行うことができる。
さらに、特許文献2には、作業機の支持部に対してブームの取付部の位置合わせを容易に行うことが可能なブーム載置台装置について開示されている。
すなわち、上記公報に開示されたブームの製造において、上下の金型を含むプレス機械を用いてブームの上下板の曲げ加工を実施した場合には、板厚が不明な状態で曲げ加工すると、上金型を一定のストローク量で制御しても板厚の差によって曲げ角度が異なってしまうため、曲げ加工の精度が確保できない。
本発明の曲げ加工装置では、予め記憶された金型部の移動量に対する鋼板の曲げ角度、板厚の関係を示すテーブルを用いて、実際の曲げ加工時には、金型部の移動量(ストローク量)と曲げ角度とに基づいて、曲げ加工中の鋼板の板厚を推定する。
ここでは、上述したように、曲げ加工の過程において、金型部が所定の移動量に達した際に板厚推定部において推定された板厚の推定データを用いて、金型部の最終的な移動量を決定する。
これにより、曲げ加工の途中で推定された鋼板の板厚の推定データに基づいて、曲げ加工後における鋼板のスプリングバックの影響まで考慮して、金型部の最終的な移動量を決定することで、より精度の高い曲げ加工を実施することができる。
ここでは、鋼板の曲げ加工時に長手方向における両端に追従するように回転しながら支持する支持板に、曲げ角度センサを設けている。
これにより、曲げ加工中に移動する鋼板の両端を支持板によって支持しながら、その支持板の回転量に基づいて曲げ角度を容易に検知することができる。
ここでは、上板、下板および左右の側板によって構成されるボックス構造を有する建設機械のブームの上下板の曲げ加工を行う。
これにより、ブームの曲げ角度に応じて、精度良く上下板の曲げ加工を実施することができる。この結果、従来よりもブームの製造歩留まりを向上させることができる。
ここで、鋼板の曲げ加工においては、金型部の移動量を一定にした場合でも、鋼板の板厚によって曲げ角度が変わるということが分かっている。よって、鋼板の板厚が分かっていない場合には、鋼板の曲げ角度を制御するためには、鋼板の板厚を把握することが特に重要である。
これにより、実際の曲げ加工時において、板厚が異なる鋼板の曲げ加工を実施する場合でも、所定の移動量まで達した際に板厚の推定を行い、この板厚推定の結果に基づいて、金型部の移動量を調整することができる。この結果、曲げ加工を行う前に板厚を測定しなくても、曲げ加工の途中で認識した板厚の推定データに基づいて、より精度の高い曲げ加工を実施することができる。
ここでは、上述したように、曲げ加工の過程において、金型部が所定の移動量に達した際に板厚推定部において推定された板厚の推定データを用いて、金型部の最終的な移動量を決定する。
これにより、曲げ加工の途中で推定された板厚の推定データに基づいて、曲げ加工後における鋼板のスプリングバックの影響まで考慮して、金型部の最終的な移動量を決定することで、より精度の高い曲げ加工を実施することができる。
ここで、鋼板の曲げ加工においては、金型部の移動量を一定にした場合でも、鋼板の板厚によって曲げ角度が変わるということが分かっている。よって、鋼板の板厚が分かっていない場合には、鋼板の曲げ角度を制御するためには、鋼板の板厚を把握することが特に重要である。
これにより、実際の曲げ加工時において、板厚が異なる鋼板の曲げ加工を実施する場合でも、所定の移動量まで達した際に板厚の推定を行い、この板厚推定の結果に基づいて、金型部の移動量を調整することができる。この結果、曲げ加工を行う前に板厚を測定しなくても、曲げ加工の途中で認識した板厚の推定データに基づいて、より精度の高い曲げ加工を実施することができる。
なお、本実施形態では、油圧ショベル等の建設機械に作業機の一部として搭載され、左右の側板と下板および上板とを組み合わせたボックス構造を有するブームの製造工程のうち、特に、ブーム(側板)の屈曲部分の形状に合わせてワーク(上下板用鋼板)Wの曲げ加工を行う工程から仮組み、溶接までの工程について説明する。
ここで、ワークWは、上下板として曲げ加工等の処理が施される鋼板であって、8mm〜16mm程度の板厚を有している。本実施形態では、左右の側板と仮組みされるまでの上板あるいは下板の状態をワークWと呼ぶものとする。
本実施形態に係る曲げ加工装置10は、ブームBのボックス構造を構成する上下板Wa,Wbとなる鋼板(ワークW)に対してブームの屈曲部分の形状に合わせて曲げ加工を行う装置であって、図1に示すように、油圧シリンダ(押圧部)11、上ラム12、パンチ(金型部)13、支持部14a,14b、角度センサ15a,15b、ダイクッション16、支持板17a,17b、ガイドローラ18a,18b、制御部(曲げ中心位置設定部、搬送制御部、板厚推定部、押し込み量設定部)20、搬送部21、光電管(検知センサ)22および記憶部30を備えている。
上ラム12は、油圧シリンダ11とパンチ13との間に設けられており、曲げ加工時には、パンチ13とともに上下方向において往復移動する。
支持部14a,14bは、ワークWを下方から支持する一対の支持台であって、押圧中心位置Xに配置されたダイクッション16を挟み込むように配置されている。
ダイクッション16は、パンチ13によって押圧される押圧中心位置X上に配置されており、ワークWの曲げ中心位置を下方から支持する。また、ダイクッション16は、パンチ13の下降に伴って上下に移動可能となっており、パンチ13との間にワークWを挟みこんだ状態で支持部14a,14bに対して下方へ移動することで、ワークWの曲げ加工を行う。さらに、ダイクッション16は、ワークWと対向する面に、曲げ中心位置Cの位置にマーキングする突起マーカ16aを有している。突起マーカ16aは、ワークWの面に向かって突出する突起状の部材であって、ワークWの幅方向に沿って3つ設けられている。これにより、曲げ加工装置10によって曲げ加工されたワークWにおける曲げ中心の位置にマーク(印)M(図9参照)を付与することができる。このため、後述する仮組み工程において、正確に曲げ中心位置を把握した上で、ワークWを仮組み装置50にセットすることができる。
光電管(検知センサ)22は、搬送部21と支持部14a,14bとの間に配置されており、搬送部21によって搬送されてきたワークWに対して下方から光を照射し、その反射光を検出するか否かによってワークWの端部を検知する。
本実施形態では、制御部20が、記憶部30内に記憶されている各種プログラムを読み込んで、図2に示すように、曲げ中心位置設定部20a、板厚推定部20b、搬送制御部20cおよび押し込み量設定部20dを形成する。
搬送制御部20cは、所定の搬送速度によって、長手方向に沿ってワークWを曲げ加工装置1内へ搬送する際の搬送制御を行う。また、搬送制御部20cは、ワークWの長さを測定する際に必要なワークWの先端部と後端部とを光電管22によって検知できるように、ワークWの搬送を制御する。
具体的には、図5(a)および図5(b)に示すように、図面上の上下板W1の長さと比較して、搬送されてきたワークWの長さの差dがある場合には、図面上の上下板W1の曲げ中心位置Cを基準にして、d/2だけ右寄りに移動した位置に、ワークWの曲げ中心位置を設定する。なお、ワークWの長さが図面上の上下板W1の長さよりも小さい場合でも、同様に曲げ中心位置の設定が可能である。
板厚推定部20bは、予め設定された所定のパンチ移動量と、記憶部30に格納されている曲げ角度と板厚との関係を示す第1テーブルと、に基づいて、現在、曲げ加工中のワークWの板厚を測定する。なお、上記所定のパンチ移動量とは、パンチ13が移動原点にある位置からの移動量を意味している。
押し込み量設定部20dは、板厚推定部20bにおいて推定されたワークWの板厚に基づいて、ワークW板の板厚とパンチ13の押し込み量との関係を示す第2テーブルを参照して、最終的なパンチ13の押し込み量を設定する。つまり、押し込み量設定部20dでは、ワークWの板厚ごとに異なる曲げ加工後に生じるスプリングバックの影響を考慮して、ワークWの板厚に対して最適なパンチ13の押し込み量を設定する。これにより、曲げ加工後におけるワークWの曲げ状態を、所望の形状に近づけることができる。
本実施形態の曲げ加工装置10では、上述した構成を用いて、図3に示すフローチャートに従って、曲げ加工を行う。
まず、ステップS1では、曲げ加工装置10内において、搬送部21によって、ワークWを支持部14a,14bの方へ搬送する。
これにより、ワークWごとに設定された曲げ中心位置C’と曲げ加工装置10の押圧中心位置Xとを合わせた状態で、曲げ加工を実施することができる。この結果、長さにバラつきのあるワークWの曲げ加工を行う際に一方の端部を基準にして曲げ加工を行う場合と比較して、両端に寸法誤差が分散されることになるため、他方の端部に寸法誤差が集中することはない。よって、ブームの製造歩留まりを向上させることができる。
ステップS6では、パンチ13が所定の移動量に達したか否かを判定する。ここで、パンチ13が所定の移動量に達した場合には、一旦、パンチ13の下降を停止して、ステップS7に移行する。
ステップS7では、パンチ13の上記所定の移動量とこのときの角度センサ15a,15bからの出力値に基づいて、記憶部30に格納されている第1テーブルを参照して、ワークWの板厚を推定する。
次に、ステップS23において、制御部20は、記憶部30にアクセスする。
次に、ステップS24において、制御部20は、パンチ13の移動量と曲げ角度とに基づいて、第1テーブルを参照して曲げ加工中のワークWの板厚を推定する。
ステップS9では、図7に示すように、ステップS8において設定された最終的な押し込み量(移動量)に到達するまで、パンチ13を移動させ、最終的な移動量まで達するとステップS10へ移行する。
本実施形態の曲げ加工装置10では、曲げ加工時における曲げ形状は、図8に示すように、ワークWの板厚の大小に応じて変化する曲げ加工後のスプリングバックの程度を考慮して、半径R1の円において曲げ角度θ1になるように設定される。つまり、曲げ形状は、パンチ13のR面、曲げ角度によって決まるが、図8に示すように、ブームの曲げ湾曲線を半径R2の円の一部であって中心角θ2の円弧部分であるとすると、本実施形態では、曲げ加工時における曲げ湾曲線を、半径R1の円の一部であって中心角θ1の円弧部分になるように設定する。そして、R1,R2およびθ1,θ2の関係は、以下の関係式を満たす。
R1×θ1=R2×θ2
以上の工程により、ワークWの曲げ加工が完了する。このとき、曲げ加工後のワークWには、図9に示すように、押圧中心位置(曲げ中心位置)に設けられた突起マーカ16aによって形成されたマークMが3つ形成される。
具体的には、まず、治具51a〜51e上に、曲げ加工されたワークW(下板Wa)をセットする。このとき、下板WaのマークM(曲げ中心位置)の位置が、仮組み装置50における仮組み中心位置Yに合致するように下板Waをセットする。
次に、図10(c)に示すように、仮組み中心位置Yを基準にして、左右の側板S,Sをセットする。このとき、図示しない治具を用いて、左右の側板S,Sが左右両側からクランプされる。
次に、図10(d)に示すように、ブーム両端に設けられる接続部52,53をセットする。なお、この接続部52,53は、鋳物成形品である。
ステップS11では、図10(e)に示すように、仮溶接された左右の側板S,Sと上下板Wa,Wbとを、本溶接によって固定することで、高精度にボックス構造を有するブームを製造することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記実施形態では、ワークWの曲げ角度を検知するセンサとして、支持板17a,17bの回転角度に基づいてワークWの曲げ角度を検知する角度センサ15a,15bを用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、支持板に対して取り付けられた支持板の傾きを検知する角度センサを用いてもよい。
上記実施形態では、油圧ショベル等の建設機械に搭載されるブームの上下板の曲げ加工に対して、本発明の曲げ加工装置を適用した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、建設機械に使用される鋼板に限らず、他の用途に使用される鋼板の曲げ加工に対しても、同様に本発明の適用が可能である。
11 油圧シリンダ(押圧部)
12 上ラム
13 パンチ(金型部)
14a,14b 支持部
15a,15b 角度センサ
16 ダイクッション
16a 突起マーカ(マーキング部)
17a,17b 支持板
18a,18b ガイドローラ
20 制御部
20a 曲げ中心位置設定部
20b 板厚推定部
20c 搬送制御部
20d 押し込み量設定部
21 搬送部
21a 搬送ローラ
22 光電管(検知センサ)
30 記憶部
50 仮組み装置
51 治具
52 接続部
53 接続部
C 曲げ中心位置
d 差
M マーク(印)
S 側板
W ワーク(上下板、鋼板)
Wa 下板
Wb 上板
W1 図面上の上下板
X 押圧中心位置
Y 仮組み中心位置
R1,R2 半径
θ1,θ2 中心角
Claims (7)
- 鋼板の平面に対して垂直な方向へ押圧する押圧部と、
前記押圧部によって前記鋼板に対して当接した状態で前進して前記鋼板の曲げ加工を行う金型部と、
前記金型部に対向配置されており、前記金型部によって曲げ加工が行われる際に前記鋼板を支持する支持部と、
前記鋼板の曲げ角度を検知する角度センサと、
前記金型部の移動量に対する前記鋼板の曲げ角度と板厚との関係を示すテーブルを保存する記憶部と、
前記角度センサにおいて検知された曲げ角度と前記金型部の移動量とに基づいて、前記鋼板の板厚を推定する板厚推定部と、
を備えている鋼板の曲げ加工装置。 - 前記鋼板の曲げ加工中に前記板厚推定部において推定された前記鋼板の板厚に基づいて、前記金型部の最終的な移動量を決定する押し込み量設定部を、
さらに備えている、
請求項1に記載の鋼板の曲げ加工装置。 - 前記角度センサが取り付けられており、前記鋼板の長手方向における両端に追従するように回転しながら前記鋼板を支持する支持板を、
さらに備えている、
請求項1または2に記載の鋼板の曲げ加工装置。 - 前記鋼板は、建設機械のブームを構成する上下板として用いられる、
請求項1から3のいずれか1項に記載の鋼板の曲げ加工装置。 - 鋼板の平面に対して垂直な方向へ押圧する押圧部と、前記押圧部によって前記鋼板に対して当接した状態で前進して前記鋼板の曲げ加工を行う金型部と、前記鋼板の曲げ角度を検知する角度センサと、を備えた鋼板の曲げ加工装置による曲げ加工方法であって、
前記鋼板に対して前記金型部を当接させた状態で所定の移動量まで移動させるステップと、
前記金型部が所定の移動量に達したときの前記鋼板の曲げ角度を、前記角度センサから取得するステップと、
前記角度センサから取得した曲げ角度と前記金型部の前記所定の移動量とに基づいて、前記金型部の移動量に対する前記鋼板の曲げ角度と板厚との関係を示すテーブルを参照して、前記鋼板の板厚を推定する板厚推定ステップと、
を備えている鋼板の曲げ加工方法。 - 前記板厚推定ステップにおいて推定された前記鋼板の板厚に基づいて、前記金型部の最終的な移動量を決定するステップと、
をさらに備えている、
請求項5に記載の鋼板の曲げ加工方法。 - 鋼板の平面に対して垂直な方向へ押圧する押圧部と、前記押圧部によって前記鋼板に対して当接した状態で前進して前記鋼板の曲げ加工を行う金型部と、前記鋼板の曲げ角度を検知する角度センサと、を備えた鋼板の曲げ加工装置による曲げ加工方法をコンピュータに実行させる鋼板の曲げ加工プログラムであって、
前記鋼板に対して前記金型部を当接させた状態で所定の移動量まで移動させるステップと、
前記金型部が所定の移動量に達したときの前記鋼板の曲げ角度を、前記角度センサから取得するステップと、
前記角度センサから取得した曲げ角度と前記金型部の前記所定の移動量とに基づいて、前記金型部の移動量に対する前記鋼板の曲げ角度と板厚との関係を示すテーブルを参照して、前記鋼板の板厚を推定する板厚推定ステップと、
を備えている鋼板の曲げ加工方法をコンピュータに実行させる鋼板の曲げ加工プログラム。
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