JP5779827B1 - ロール曲げ加工方法及び加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工機の状態や被加工材の曲げ特性の変化により実際の加工形状が理論解（数値解析解）と差が生じる場合においても対応可能な、押込みロール位置の導出方法を提供する。【解決手段】 ロールをピラミッド形に構成して、被加工材を連続的に送り出しながら押込みロールの操作量を変えることで、被加工材を曲げるロール曲げ方法において、固定した押込みロールの位置毎に、被加工材の曲率半径を計測して事前に曲げ特性を把握し、設計形状から、押込みロールを接触させるための操作量と曲率半径を求め、被加工材を曲率半径に曲げるために必要な接触状態からの追加の操作量を、事前に把握した曲げ特性から求め、接触させるための操作量と曲げるための操作量を合算することで、押込みロールの操作量を決定する。構成される。【選択図】図５
Description
本発明は、ロールをピラミッド形に構成して、金属製の被加工材を連続搬送しながら曲げ加工を行う曲げ加工方法及び加工装置に関するものである。
薄板や線材を曲げ加工する方法として、ロール曲げ加工がある。これは、被加工材を、3個以上のロールにより構成される加工部に送り出す送り量と、加工部の少なくとも１つ以上のロール位置を制御することで、被加工材に曲げ応力を作用させて曲げる加工である。この加工方法は金型を使うことなく被加工材に任意の曲率を付与することができるため、プレスによる曲げと比較して低コストというメリットがある。
しかし、被加工材が金属の場合、曲げ応力が除去されるとスプリングバックが発生し、曲率半径が変化する。設計形状の曲率半径が一定の場合は、押込みロール位置を適宜調整することで比較的容易に加工することができる。しかし、曲率半径が変化する設計形状の場合は、押込みロール位置の設定が非常に困難となる。
ロールを用いた曲げの従来技術として、特許文献１から特許文献３がある。
しかし、被加工材が金属の場合、曲げ応力が除去されるとスプリングバックが発生し、曲率半径が変化する。設計形状の曲率半径が一定の場合は、押込みロール位置を適宜調整することで比較的容易に加工することができる。しかし、曲率半径が変化する設計形状の場合は、押込みロール位置の設定が非常に困難となる。
ロールを用いた曲げの従来技術として、特許文献１から特許文献３がある。
特許文献１には、鋼板などの曲げ加工法についての技術が開示されている。
具体的には、設計形状と相似形のカムを、送り出しロールの回転に同期して回転させるとともに、当該カムに対偶する従動子の変位量を、電気的量に変換し、油圧サーボ等を介して押込みロールの昇降量を制御することで、湾曲板、管、筒体を自動的に成形するものである。
具体的には、設計形状と相似形のカムを、送り出しロールの回転に同期して回転させるとともに、当該カムに対偶する従動子の変位量を、電気的量に変換し、油圧サーボ等を介して押込みロールの昇降量を制御することで、湾曲板、管、筒体を自動的に成形するものである。
特許文献２には、ベンディングロールによる金属材料の曲げ加工方法とその装置についての技術が開示されている。
具体的には、予め実験的に曲げ加工を行いスプリングバック率の平均値データを収集しメモリーに記憶しておいてそのデータを用いて目的とする加工半径でのスプリングバック率を求め、このスプリングバック率からスプリングバックを考慮した加工条件を見出す方法が開示されている。
具体的には、予め実験的に曲げ加工を行いスプリングバック率の平均値データを収集しメモリーに記憶しておいてそのデータを用いて目的とする加工半径でのスプリングバック率を求め、このスプリングバック率からスプリングバックを考慮した加工条件を見出す方法が開示されている。
特許文献３には、ロール曲げ方法および装置についての技術が開示されている。
具体的には、ピンチ形ロール曲げにおいて、ロール配置と加工形状の幾何学的関係から押込みロールが被加工物に接触する押込みロール位置を算出し、許容範囲の偏差に収まるまで有限要素法等による弾塑性シミュレーションから曲率付与するための押込み量を導出する加工方法が開示されている。
具体的には、ピンチ形ロール曲げにおいて、ロール配置と加工形状の幾何学的関係から押込みロールが被加工物に接触する押込みロール位置を算出し、許容範囲の偏差に収まるまで有限要素法等による弾塑性シミュレーションから曲率付与するための押込み量を導出する加工方法が開示されている。
非特許文献１には、非特許文献２に基づいたピラミッド型3本ロールによる異形形状の曲げ加工についての技術が開示されている。
具体的には、ピラミッド型3本ロールにおいて、被加工材の送り量と真ん中のロール位置を数値制御することで、いろいろと異なる曲げ形状を自動加工するものである。ロール位置の導出にあたっては、ロールプレス曲げにより加工を開始することで、その後のロール間の線材形状を、押込み量とモーメントの関係から逐次計算することで求め、所要形状に加工するためのロール位置を決定している。
具体的には、ピラミッド型3本ロールにおいて、被加工材の送り量と真ん中のロール位置を数値制御することで、いろいろと異なる曲げ形状を自動加工するものである。ロール位置の導出にあたっては、ロールプレス曲げにより加工を開始することで、その後のロール間の線材形状を、押込み量とモーメントの関係から逐次計算することで求め、所要形状に加工するためのロール位置を決定している。
山川俊夫ほか３名著 「ピラミッド型３本ロールによる異形形状曲げ加工」 日本塑性加工学会 塑性と加工 ｖｏｌ．１８ ｎｏ．１９３ １９７７年
曽田長一郎、小西せつ子著「３本ロール曲げにより板の変形」 日本塑性加工学会 塑性と加工 ｖｏｌ．３ ｎｏ．１８ １９６２年
しかし、特許文献１ないし特許文献３および非特許文献１には以下に説明する課題がある。
特許文献１の加工は、設計形状と相似なカムに従動子を習わせ、その変位量を電気的量に変換し得た制御電圧により、押込みロールの昇降量を制御している。しかし、金属材料を曲げ加工を行う場合、スプリングバックが発生し、その量は加工曲率によって変化する。これに関する対処法は開示されていない。
特許文献１の加工は、設計形状と相似なカムに従動子を習わせ、その変位量を電気的量に変換し得た制御電圧により、押込みロールの昇降量を制御している。しかし、金属材料を曲げ加工を行う場合、スプリングバックが発生し、その量は加工曲率によって変化する。これに関する対処法は開示されていない。
特許文献２の方法は、曲率一定の加工物を得るための方法が説明されている。曲率が連続的に変化する設計形状を得るための方法は示されていない。
非特許文献１の加工は、ピラミッド型３本ロール曲げのロール位置と被加工物の送り量を制御することで任意の形状を加工することを可能としている。しかし、押込み量とモーメントの関係からロール間線材の形状を逐次導出するため、初期の曲げ加工をロール押込み曲げにする必要がある。また、計算が非常に複雑なうえ、非特許文献２に基づいているため、加工可能な曲率範囲は２０ｍ-1（曲率半径５０ｍｍ以上）以下に限定される。
特許文献３の方法は、ロール配置と加工形状の幾何学的関係から押込みロールが被加工物に接触する押込みロール位置の算出方法を明らかにしている。被加工物に曲率を付与するための押込みロール位置の導出については、被加工物と押込みロールが接触した状態を初期状態として、有限要素法により加工曲率が許容偏差に収束するまで反復計算を行う方法である。この方法は、非特許文献１を加工方法についてはピラミッド型をピンチ型に、計算方法を逐次計算から有限要素法に置き換えたものに相当する。
そのため、非特許文献１および特許文献３には微小な加工条件の変化に対応できないという共通の問題がある。
一つ目の微小な加工条件の差として、加工機を構成する部品の組立てに必要なクリアランスが挙げられる。加工機を分解・組立てを行うためにはクリアランスが必要不可欠である。そのため加工機を再構成するとロール位置が微小に異なる。微小な差であっても成形される曲率半径が大きく変化する。
さらに、被加工線材に起因する成形曲率の変化も存在する。被加工材の種別が同一型番であっても製造ロットが異なると、曲げ特性は異なってくる。また、被加工材は通常、運搬や作業スペースの効率を高めるために、ボビンやドラム巻き付けられた状態で流通する。そのため加工前に、巻きグセを取り除く矯正工程が必要となるが、巻き付けられたボビンの直径により矯正工程も変化する。これらも曲げ特性に変化をもたらす。
一つ目の微小な加工条件の差として、加工機を構成する部品の組立てに必要なクリアランスが挙げられる。加工機を分解・組立てを行うためにはクリアランスが必要不可欠である。そのため加工機を再構成するとロール位置が微小に異なる。微小な差であっても成形される曲率半径が大きく変化する。
さらに、被加工線材に起因する成形曲率の変化も存在する。被加工材の種別が同一型番であっても製造ロットが異なると、曲げ特性は異なってくる。また、被加工材は通常、運搬や作業スペースの効率を高めるために、ボビンやドラム巻き付けられた状態で流通する。そのため加工前に、巻きグセを取り除く矯正工程が必要となるが、巻き付けられたボビンの直径により矯正工程も変化する。これらも曲げ特性に変化をもたらす。
これら微小な加工条件の変化により、押込みロールの位置を固定した定常曲げであっても、その加工曲率は非特許文献２に記載された理論値と差が発生する。この場合、非特許文献１による方法で押込みロールの押込み量を方法で導出しても設計形状を得ることはできない。有限要素法等を用いて押込みロール位置を導出する特許文献３の方法も同様である。有限要素法による解析結果と加工機での加工結果が同一となるよう微調整をする必要がある。
そこで本発明は、加工機の状態や被加工材の曲げ特性の変化があっても対応可能な、高精度な曲げ加工を行うことができるロール曲げ加工方法および加工装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明による方法は以下のような特徴を有する。
（１）被加工材の搬送経路の一方の側に支点ロールを配置するとともに他方の側に押えロール及び押し込みロールを配置して、被加工材を連続的に送り出しながら押込みロールの操作量を制御して被加工材を曲げるロール曲げ加工方法において、
所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出し、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出し、前記参照データ及び前記設計データに基づいて前記押込みロールの操作量を算出して曲げ加工処理を行うロール曲げ加工方法。
（２）前記参照データとして無負荷モーメントアームに応じた単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントを算出し、
前記設計データとして設計形状の各点ごとに設計曲率半径、無負荷モーメントアームおよび設計幾何学操作量を算出し、
前記設計形状の各点ごとに前記設計データの前記無負荷モーメントアームに基づいて前記参照データの前記単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントを取得し、前記被加工材を設計曲率半径に曲げるための設計所要モーメントを、取得した前記単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントで割ることで、設計曲率操作量を求め、求められた設計曲率操作量と前記設計幾何学操作量と合算して前記押込みロールの前記操作量を算出する（１）に記載のロール曲げ加工方法。
（１）被加工材の搬送経路の一方の側に支点ロールを配置するとともに他方の側に押えロール及び押し込みロールを配置して、被加工材を連続的に送り出しながら押込みロールの操作量を制御して被加工材を曲げるロール曲げ加工方法において、
所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出し、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出し、前記参照データ及び前記設計データに基づいて前記押込みロールの操作量を算出して曲げ加工処理を行うロール曲げ加工方法。
（２）前記参照データとして無負荷モーメントアームに応じた単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントを算出し、
前記設計データとして設計形状の各点ごとに設計曲率半径、無負荷モーメントアームおよび設計幾何学操作量を算出し、
前記設計形状の各点ごとに前記設計データの前記無負荷モーメントアームに基づいて前記参照データの前記単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントを取得し、前記被加工材を設計曲率半径に曲げるための設計所要モーメントを、取得した前記単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントで割ることで、設計曲率操作量を求め、求められた設計曲率操作量と前記設計幾何学操作量と合算して前記押込みロールの前記操作量を算出する（１）に記載のロール曲げ加工方法。
（３）前記参照データとして前記被加工材と干渉防止ガイドとが接触する場合及び接触しない場合における前記無負荷モーメントアームに応じた前記単位定常曲げ曲率操作量を算出し、前記被加工材と干渉防止ガイドとが接触する場合及び接触しない場合のいずれかの場合の前記無負荷モーメントアームに応じた前記単位定常曲げ曲率操作量を選択して前記押込みロールの前記操作量を算出する（２）に記載のロール曲げ加工方法。
（４）前記参照データとして前記無負荷モーメントアームとは別に補正用無負荷モーメントアームを算出し、前記補正用無負荷モーメントアームに基づいて前記押込みロールの前記操作量を補正する（２）又は（３）に記載のロール曲げ加工方法。
（４）前記参照データとして前記無負荷モーメントアームとは別に補正用無負荷モーメントアームを算出し、前記補正用無負荷モーメントアームに基づいて前記押込みロールの前記操作量を補正する（２）又は（３）に記載のロール曲げ加工方法。
（５）被加工材を所定の搬送経路に沿って連続搬送する搬送部と、前記搬送経路の一方の側に支点ロールを配置するとともに他方の側に押えロール及び押し込みロールを配置して当該押込みロールを前記被加工材に押し当てて曲げ加工を行う加工部と、前記搬送部を制御して前記被加工材を前記押込みロールに向かって連続的に送り出しながら前記押込みロールの操作量を制御して前記被加工材を曲げる制御部とを備えているロール曲げ加工装置において、前記制御部は、所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出する事前処理部と、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出する設計処理部と、前記参照データ及び前記設計データに基づいて前記押込みロールの操作量を算出する算出処理部とを備えているロール曲げ加工装置。
このような特徴を有する本発明のロール曲げ方法は、以下のような作用、効果が得られる。
加工機の状態や被加工材の曲げ特性の変化により、実際の加工形状が理論解と差が生じた場合においても、スプリングバックの影響を考慮した高精度の曲げ加工を行うことが可能となる。設計形状は、曲率が連続的に変化する形状や、半径の異なる複数の曲げ部と直線部とを有する形状でも、高精度で加工することができる。
加工機の状態や被加工材の曲げ特性の変化により、実際の加工形状が理論解と差が生じた場合においても、スプリングバックの影響を考慮した高精度の曲げ加工を行うことが可能となる。設計形状は、曲率が連続的に変化する形状や、半径の異なる複数の曲げ部と直線部とを有する形状でも、高精度で加工することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。また、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。
なお、スプリングバック完了後と加工中とを区別するため、曲率半径等はスプリングバック後の変数に「’」を付けて表す。
なお、スプリングバック完了後と加工中とを区別するため、曲率半径等はスプリングバック後の変数に「’」を付けて表す。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態のロール曲げ加工装置に関する概略構成図である。ロール曲げ加工装置は、被加工材１を供給する供給部６０、被加工材１を所定の搬送速度で連続搬送する搬送部７０及び被加工材１を曲げ加工する加工部５０を備えている。この例では、供給部６０の供給ロールから繰り出された被加工材１は、複数の搬送ロールに挟持されながら矢印方向に搬送されて、加工部５０において所定の曲率で曲げ加工される。以降、図１の右方向をX方向、下方向をZ方向とする。
図２は、加工部５０に関する概略構成図である。図２（ａ）に示すように、被加工材１は、搬送部７０により図中の白抜き矢印方向に連続して加工部５０に送出される。加工部５０は、被加工材１を所定の搬送経路に沿って搬送するように被加工材１に当接する押さえロール３、曲げ加工する際に被加工材1に対する最大曲げモーメントの作用点となる支点ロール５、および送出された被加工部材１と接触して被加工材１に曲げ応力を付与する押込みロール７を有する。そして、被加工材１の搬送経路の一方の側に支点ロール５を配置するとともに他方の側に押えロール３及び押し込みロール７を配置している。こうした３つのロールの配置は、一般にピラミッド型ロールと呼ばれている。
図１は、本発明に係る第１実施形態のロール曲げ加工装置に関する概略構成図である。ロール曲げ加工装置は、被加工材１を供給する供給部６０、被加工材１を所定の搬送速度で連続搬送する搬送部７０及び被加工材１を曲げ加工する加工部５０を備えている。この例では、供給部６０の供給ロールから繰り出された被加工材１は、複数の搬送ロールに挟持されながら矢印方向に搬送されて、加工部５０において所定の曲率で曲げ加工される。以降、図１の右方向をX方向、下方向をZ方向とする。
図２は、加工部５０に関する概略構成図である。図２（ａ）に示すように、被加工材１は、搬送部７０により図中の白抜き矢印方向に連続して加工部５０に送出される。加工部５０は、被加工材１を所定の搬送経路に沿って搬送するように被加工材１に当接する押さえロール３、曲げ加工する際に被加工材1に対する最大曲げモーメントの作用点となる支点ロール５、および送出された被加工部材１と接触して被加工材１に曲げ応力を付与する押込みロール７を有する。そして、被加工材１の搬送経路の一方の側に支点ロール５を配置するとともに他方の側に押えロール３及び押し込みロール７を配置している。こうした３つのロールの配置は、一般にピラミッド型ロールと呼ばれている。
図２（ｂ）に示すように、必要に応じて支点ロール５とペアとなる対向ロール９を配置してピンチ型ロールを構成してもよい。押さえロール３、支点ロール５、押込みロール７および対向ロール９は、被加工材との摩擦を低減するために、回転自在に軸支されていることが望ましい。
押込みロール７は、被加工材１に曲げモーメントを付与するように、図示しない位置調整装置により、図２（ｂ）に示すように、例えば矢印１１や矢印１２のように被加工材１と交差する方向に移動することができる。あるいは、矢印１３のように、円弧移動させてもよい。矢印１３の円弧の中心は支点ロール５の軸心となっているが支点ロール５の軸心以外としてもよい。
設計形状によっては図３に示すように、被加工材１が被加工材１自身との干渉や各種ロールとの干渉を防ぐため、適宜干渉防止ガイド１０を設置することが望ましい。
押込みロール７は、被加工材１に曲げモーメントを付与するように、図示しない位置調整装置により、図２（ｂ）に示すように、例えば矢印１１や矢印１２のように被加工材１と交差する方向に移動することができる。あるいは、矢印１３のように、円弧移動させてもよい。矢印１３の円弧の中心は支点ロール５の軸心となっているが支点ロール５の軸心以外としてもよい。
設計形状によっては図３に示すように、被加工材１が被加工材１自身との干渉や各種ロールとの干渉を防ぐため、適宜干渉防止ガイド１０を設置することが望ましい。
以下に説明する曲げ加工は、図2（ａ）に示すピラミッド型のロール配置で、押し込みロール７を矢印１１（被加工材１の搬送方向と直交する方向）による直線運動で行うものとし、被加工材１の搬送方向に直交する方向の断面は厚みｔ、幅ｂの矩形断面の場合について説明する。支点ロール５、押込みロール７の半径をそれぞれｒ5、ｒ７とする。
図４に示すように、被加工材１を所定の搬送速度で連続搬送して直線状態で送り出した場合に、被加工材１に応力が生じない状態で押込みロール７と接する位置を押込みロール７の操作量０とする（ロール７が矢印１１または矢印１２の方向に移動する場合の操作量は移動距離である。また、ロール７が矢印１３により移動する場合の操作量は移動距離あるいは回転角度である。）。
操作量０では、押込みロール７の下端は、支点ロール５の上端に対して被加工材１の厚みｔだけ上（−Ｚ方向）に位置している。被加工材１の中立線２と、押えロール３を中立線までの距離０．５ｔだけオフセットした押えロールオフセット円４との接点をＰｔ３、同様に、支点ロール５を距離０．５ｔだけオフセットした支点ロールオフセット円６との接点をPt５、押込みロール７を０．５ｔオフセットした押込みロールオフセット円８との接点をPt７とする。押込みロール７の動きが矢印１１である場合、支点ロール５と押込みロール７との中心間X方向距離は一定であり、この距離をGとする。
図４に示すように、被加工材１を所定の搬送速度で連続搬送して直線状態で送り出した場合に、被加工材１に応力が生じない状態で押込みロール７と接する位置を押込みロール７の操作量０とする（ロール７が矢印１１または矢印１２の方向に移動する場合の操作量は移動距離である。また、ロール７が矢印１３により移動する場合の操作量は移動距離あるいは回転角度である。）。
操作量０では、押込みロール７の下端は、支点ロール５の上端に対して被加工材１の厚みｔだけ上（−Ｚ方向）に位置している。被加工材１の中立線２と、押えロール３を中立線までの距離０．５ｔだけオフセットした押えロールオフセット円４との接点をＰｔ３、同様に、支点ロール５を距離０．５ｔだけオフセットした支点ロールオフセット円６との接点をPt５、押込みロール７を０．５ｔオフセットした押込みロールオフセット円８との接点をPt７とする。押込みロール７の動きが矢印１１である場合、支点ロール５と押込みロール７との中心間X方向距離は一定であり、この距離をGとする。
図５は、曲げ加工に関する説明図である。図５では、押えロール３、支点ロール５及び押し込みロール７の位置関係を示すとともに、その位置関係に対応して被加工材１の各位置に生じるモーメント及び曲率に関するグラフを下側に示している。図５（ａ）は、押込みロール７の操作量が０の場合を示している。
被加工材１を曲げる場合、図５（ｂ）に示すように、押込みロール７は図５（ａ）に示す位置よりも下方向（＋Ｚ方向）に位置させる。これにより、送り出された被加工材１は、押込みロール７に押し込まれて曲げモーメントを受ける。この曲げモーメントは、押込みロール７の位置のみでは決まらず、支点ロール５および押込みロール７間にある被加工材１の形状にも依存する。
成形される曲率が一定となるまで十分に被加工材１を搬送する定常曲げにおいては、押込みロール７の位置がＺ方向に移動するほど、曲げ応力は大きくなる。したがって、被加工材１の曲率は大きくなる（曲率半径は小さくなる）。
被加工材１を曲げる場合、図５（ｂ）に示すように、押込みロール７は図５（ａ）に示す位置よりも下方向（＋Ｚ方向）に位置させる。これにより、送り出された被加工材１は、押込みロール７に押し込まれて曲げモーメントを受ける。この曲げモーメントは、押込みロール７の位置のみでは決まらず、支点ロール５および押込みロール７間にある被加工材１の形状にも依存する。
成形される曲率が一定となるまで十分に被加工材１を搬送する定常曲げにおいては、押込みロール７の位置がＺ方向に移動するほど、曲げ応力は大きくなる。したがって、被加工材１の曲率は大きくなる（曲率半径は小さくなる）。
被加工材１の材質は、炭素鋼、ステンレス鋼などの鉄系材料のほか、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金などの非鉄系材料でもよい。また被加工材１の形状は板状でも丸や矩形のほか異形断面の線材でもよい。被加工材１の厚さは、支点ロール５が塑性変形しない範囲であれば制限はなく、弾性変形により変形した状態であっても高精度に被加工材１を曲げることができる。
以上、説明したように加工部５０は、押込みロール７の操作量を被加工材１の搬送速度に基づく送り出し量とともに制御することで、被加工材１に加える曲げ応力を変化させて様々な曲率を付与することができる。
以上、説明したように加工部５０は、押込みロール７の操作量を被加工材１の搬送速度に基づく送り出し量とともに制御することで、被加工材１に加える曲げ応力を変化させて様々な曲率を付与することができる。
図６は、ロール曲げ加工装置に関する制御ブロック構成図である。ロール曲げ加工装置１００は、制御部４０と、加工部５０と、供給部６０と、搬送部７０とを備えている。定常曲げデータを保持するデータベース２０及び設計形状データを保存するデータベース３０を備えてもよい。
制御部４０は所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出する事前処理部４０１、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出する設計処理部４０２、及び、参照データ及び設計データに基づいて押込みローラの操作量を算出して曲げ加工処理を行うよう制御する算出処理部４０３を備えている。
制御部４０は所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出する事前処理部４０１、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出する設計処理部４０２、及び、参照データ及び設計データに基づいて押込みローラの操作量を算出して曲げ加工処理を行うよう制御する算出処理部４０３を備えている。
事前処理部４０１は、設計形状を加工する事前準備として、定常曲げ実験を行い、現状の加工部５０と被加工材１との組み合わせにおける曲げ特性を把握する。
定常曲げ実験は、図５（ａ）に示す初期状態から、押込みロール７を所定の操作量ｈ毎に固定し、被加工材１を送り出す。Ｐｔ５およびＰｔ７間の加工中のＸ方向距離をｌｘとする。送り出し直後はｌｘや成形される曲率半径は変動するが、被加工材１を送り続けると図５（ｂ）に示すように、Pt７から送り出される被加工材１の曲率半径は一定となる。この状態を定常状態と定義する。
定常曲げ実験は、図５（ａ）に示す初期状態から、押込みロール７を所定の操作量ｈ毎に固定し、被加工材１を送り出す。Ｐｔ５およびＰｔ７間の加工中のＸ方向距離をｌｘとする。送り出し直後はｌｘや成形される曲率半径は変動するが、被加工材１を送り続けると図５（ｂ）に示すように、Pt７から送り出される被加工材１の曲率半径は一定となる。この状態を定常状態と定義する。
定常状態においては、被加工材１に作用する曲げモーメントはＰｔ３以降Ｐｔ５まで増加し、Ｐｔ５で最も高くなり、Ｐｔ５以降Ｐｔ７まで減少してＰｔ７で０となる。一方、被加工材１の曲率は、Ｐｔ３以降増加し、Ｐｔ５近辺になるにつれて高くなり、Ｐｔ５で最も高くなり、Ｐｔ５以降は作用する曲げモーメントの減少に応じてスプリングバックが進行して曲率は低下していき、Ｐｔ７で作用する曲げモーメントが０となりスプリングバックが完了して曲率は１／Ｒ’となる。
定常曲げ実験では、所定の値に固定された操作量ｈを定常曲げ全操作量ｈとし、成形される定常曲げ曲率半径Ｒ’の関係を把握し、R’からｈを導出する近似式を得る。定常曲げ全操作量ｈのピッチは、なるべく細かいことが望ましい。
一例として図７に、眼鏡リム線用のチタン合金線材の定常曲げ実験結果のグラフを示す。図７（ａ）は横軸が曲率半径Ｒ’（ｍｍ）、図７（ｂ）は横軸が曲率（1/Ｒ’）（ｍｍ-1）である。プロット点数は、曲率のグラフにおいてプロット点の曲率方向におおむね一定の間隔となるように５個以上の点をとることが望ましい。また、近似式は小曲率域と大曲率域の２種類以上に分けることが望ましい。
一例として図７に、眼鏡リム線用のチタン合金線材の定常曲げ実験結果のグラフを示す。図７（ａ）は横軸が曲率半径Ｒ’（ｍｍ）、図７（ｂ）は横軸が曲率（1/Ｒ’）（ｍｍ-1）である。プロット点数は、曲率のグラフにおいてプロット点の曲率方向におおむね一定の間隔となるように５個以上の点をとることが望ましい。また、近似式は小曲率域と大曲率域の２種類以上に分けることが望ましい。
図７の定常曲げ実験に用いたチタン合金線材の材質はＪＩＳ４６５０の６１種相当で、断面形状は図８に示すとおりである。ロール等の設定は、支持ロール５の半径ｒ５が１．０ｍｍ、押込みロール７の半径ｒ７が８．０ｍｍ、支点ロール５と押込みロール７の中心間Ｘ方向距離Ｇが約１０．８ｍｍである。
１回目の結果が「初期」、その後、加工部を再構築して再度おなじ定常曲げ実験を行った結果が「脱着後」である。また、被加工材１以外を剛体として扱った定常曲げのＦＥＭ解析結果が「ＦＥＭ解析」である。
許容される取り付け誤差があるため、加工部を再構築することで定常曲げ全操作量ｈと定常曲げ曲率半径Ｒ’の関係が変化する。また、ＦＥＭ解析結果は定性的には定常曲げ実験結果と同じ傾向を示すものの、ズレが生じている。ズレの原因は、支点ロール５を剛体として扱っていることが原因と考えられる。ＦＥＭ解析結果をもとに加工座標を導出するためには、ＦＥＭ解析結果が実際の加工結果と一致するように調整しなければならず実用的でない。
１回目の結果が「初期」、その後、加工部を再構築して再度おなじ定常曲げ実験を行った結果が「脱着後」である。また、被加工材１以外を剛体として扱った定常曲げのＦＥＭ解析結果が「ＦＥＭ解析」である。
許容される取り付け誤差があるため、加工部を再構築することで定常曲げ全操作量ｈと定常曲げ曲率半径Ｒ’の関係が変化する。また、ＦＥＭ解析結果は定性的には定常曲げ実験結果と同じ傾向を示すものの、ズレが生じている。ズレの原因は、支点ロール５を剛体として扱っていることが原因と考えられる。ＦＥＭ解析結果をもとに加工座標を導出するためには、ＦＥＭ解析結果が実際の加工結果と一致するように調整しなければならず実用的でない。
本発明においては、定常曲げ実験で得られた定常曲げ全操作量ｈと定常曲げ曲率半径Ｒ’の関係に加えて、無負荷状態、かつ、被加工材１と押込みロール７とが接触状態であることを想定した幾何学的関係から、設計形状を加工する際に参照するデータを作成する。
図５（ｂ）に示す定常状態においては、被加工材１に押込みロール７による曲げモーメントが作用しているため、Ｐｔ５Ｐｔ７間の被加工材１はスプリングバックが完了していない。被加工材１が送り出されるに従い、Ｐｔ５Ｐｔ７間にあった被加工材１がＰｔ７を通過するとスプリングバックが完了して曲率は１／Ｒ’となる。
被加工材１に押込みロール７による曲げモーメントが作用しない状態を無負荷状態とする。図５（ｂ）に示す定常状態から被加工材１の送りを停止して、無負荷状態にした場合を想定する。Ｐｔ５Ｐｔ７間に作用する曲げモーメントがなくなるためＰｔ５Ｐｔ７間の被加工材１はスプリングバックが完了して、図５（ｃ）に示すようにＰｔ５Ｐｔ７間の線材は曲率半径Ｒ’の一様円弧となる。
図５（ｂ）に示す定常状態においては、被加工材１に押込みロール７による曲げモーメントが作用しているため、Ｐｔ５Ｐｔ７間の被加工材１はスプリングバックが完了していない。被加工材１が送り出されるに従い、Ｐｔ５Ｐｔ７間にあった被加工材１がＰｔ７を通過するとスプリングバックが完了して曲率は１／Ｒ’となる。
被加工材１に押込みロール７による曲げモーメントが作用しない状態を無負荷状態とする。図５（ｂ）に示す定常状態から被加工材１の送りを停止して、無負荷状態にした場合を想定する。Ｐｔ５Ｐｔ７間に作用する曲げモーメントがなくなるためＰｔ５Ｐｔ７間の被加工材１はスプリングバックが完了して、図５（ｃ）に示すようにＰｔ５Ｐｔ７間の線材は曲率半径Ｒ’の一様円弧となる。
無負荷状態の被加工材１に押込みロール７が接するときの幾何学的関係から、事前処理部において参照データを作成する。最初に幾何学的関係について説明する。
無負荷状態のＰｔ５Ｐｔ７間距離を無負荷モーメントアームと定義する。図５（ｃ）に示すように、定常曲げにおける無負荷モーメントアームは小文字のＬを用いて無負荷モーメントアームｌ’と定義する。無負荷モーメントアームｌ’には、Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’、Ｚ方向無負荷モーメントアームｌｚ’、対角線無負荷モーメントアームｌｔ’および線材に沿った実長さ無負荷モーメントアームｌｓ’の４種類ある。
設計形状を加工するときの参照基準に応じて無負荷モーメントアームを選択することになるが、第１実施形態ではＸ方向無負荷モーメントアーム長さを基準にする場合で幾何学的関係を説明する。
図５（ｃ）の曲率半径R’の一様円弧の中心Pt０は、支点ロール５の中心からみてZ軸方向にある。また、Pt０と押込みロール７の中心を結んだ線分は、長さがR’＋０．５ｔ＋ｒ７である。さらに、支点ロール５と押込みロール７のX方向距離がGで一定である。以上のことから、Pt０と押込みロール７の中心を結んだ線分とZ軸との角度をθとすると、式（１）が成り立つ。
また、定常曲げにおけるＸ方向無負荷モーメントアームｌｘ’はR’×sinθより、式（２）の関係が成り立つ。
Ｇが約10.8mm、被加工材１の厚みｔが約1.0ｍｍ、押込みロール７の半径ｒ７が約8.0ｍｍの場合、横軸をＸ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸を一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）として式（２）をグラフ化すると図９（ａ）となる。図９（ａ）のｌｘ’＝Gのとき一様円弧R’は無限大となる。これは図４に示した一様円弧R’が無限大（直線）のときである。
事前処理部において参照データを作成する。参照データの作成手順は、
（Ａ）定常曲げ曲率半径R’から加工時のPt５におけるモーメントの算出、（Ｂ）定常曲げ全操作量ｈのうち曲率付与に関わる定常曲げ曲率操作量ｈMの算出、及び（Ｃ）単位定常曲げ曲率操作量ｈMあたりの曲げモーメントの算出、の３つに区分される。
無負荷状態のＰｔ５Ｐｔ７間距離を無負荷モーメントアームと定義する。図５（ｃ）に示すように、定常曲げにおける無負荷モーメントアームは小文字のＬを用いて無負荷モーメントアームｌ’と定義する。無負荷モーメントアームｌ’には、Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’、Ｚ方向無負荷モーメントアームｌｚ’、対角線無負荷モーメントアームｌｔ’および線材に沿った実長さ無負荷モーメントアームｌｓ’の４種類ある。
設計形状を加工するときの参照基準に応じて無負荷モーメントアームを選択することになるが、第１実施形態ではＸ方向無負荷モーメントアーム長さを基準にする場合で幾何学的関係を説明する。
図５（ｃ）の曲率半径R’の一様円弧の中心Pt０は、支点ロール５の中心からみてZ軸方向にある。また、Pt０と押込みロール７の中心を結んだ線分は、長さがR’＋０．５ｔ＋ｒ７である。さらに、支点ロール５と押込みロール７のX方向距離がGで一定である。以上のことから、Pt０と押込みロール７の中心を結んだ線分とZ軸との角度をθとすると、式（１）が成り立つ。
事前処理部において参照データを作成する。参照データの作成手順は、
（Ａ）定常曲げ曲率半径R’から加工時のPt５におけるモーメントの算出、（Ｂ）定常曲げ全操作量ｈのうち曲率付与に関わる定常曲げ曲率操作量ｈMの算出、及び（Ｃ）単位定常曲げ曲率操作量ｈMあたりの曲げモーメントの算出、の３つに区分される。
（A）定常曲げ曲率半径R’から加工時（Pt５を通過時）における曲げモーメントの算出について説明する。
被加工材１の材質に応じて、適切な曲げモーメントMと曲率半径Rの式を選択する。曲げモーメントＭ、曲げモーメント発生中の曲率半径RはＭの関数となる。例えば、被加工材１が弾完全塑性体の矩形断面の場合の曲げモーメントＭと、曲げモーメント発生中の曲率半径Rの関係式は式（３）のとおりとなる。
（縦弾性係数をＥ、断面二次モーメントをＩ、耐力をＹ、弾性限界モーメントＭＥ、弾性限界曲率半径ρＥとする。）
被加工材１の材質に応じて、適切な曲げモーメントMと曲率半径Rの式を選択する。曲げモーメントＭ、曲げモーメント発生中の曲率半径RはＭの関数となる。例えば、被加工材１が弾完全塑性体の矩形断面の場合の曲げモーメントＭと、曲げモーメント発生中の曲率半径Rの関係式は式（３）のとおりとなる。
式（３）を一般的なスプリングバックの式（４）に代入することで、スプリングバック完了後の曲率半径R’の値が導出される。
式（３）および式（４）から、スプリングバック完了後の曲率半径R’を変数として線材が受けた曲げモーメントＭを逆算する関数を作り曲げモーメントMを求める。上記式（３）と式（４）の場合、Rに関する３次方程式となり数学的には解が３つ存在するが、塑性加工の条件から適切な解は一つに限定される。
材質に応じて、2直線硬化則やｎ乗硬化則などモーメントと曲率の関係式を適宜選択するのが好ましい。どの関係式を用いる場合でも、曲げモーメントＭ、加工中の曲率半径R、スプリングバック後の曲率半径R’のいずれか１つの情報から、残りの情報は逆算することができる。
図９（ａ）の横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）のグラフについて、縦軸の一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）から、加工時（Pt５を通過時）における曲げモーメントに逆算すると図９（ｂ）のグラフを得る。
材質に応じて、2直線硬化則やｎ乗硬化則などモーメントと曲率の関係式を適宜選択するのが好ましい。どの関係式を用いる場合でも、曲げモーメントＭ、加工中の曲率半径R、スプリングバック後の曲率半径R’のいずれか１つの情報から、残りの情報は逆算することができる。
図９（ａ）の横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）のグラフについて、縦軸の一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）から、加工時（Pt５を通過時）における曲げモーメントに逆算すると図９（ｂ）のグラフを得る。
次に、（B）定常曲げ全操作量ｈのうち曲率付与に関わる定常曲げ曲率操作量ｈMの算出について説明する。
図５（ｃ）に示すように、被加工材１にロール７が接触した無負荷状態におけるロール７操作量を、定常曲げ幾何学操作量ｈｃとする。また、図５（ｂ）に示す定常曲げ全操作量ｈと定常曲げ幾何学操作量ｈｃとの差を、定常曲げ曲率操作量ｈMとする。
定常曲げ幾何学操作量ｈｃの計算式は式（５）となる。θは式（１）から求められるので、Ｒ’に応じた定常曲げ幾何学操作量ｈCの値が求められる。
図５（ｃ）に示すように、被加工材１にロール７が接触した無負荷状態におけるロール７操作量を、定常曲げ幾何学操作量ｈｃとする。また、図５（ｂ）に示す定常曲げ全操作量ｈと定常曲げ幾何学操作量ｈｃとの差を、定常曲げ曲率操作量ｈMとする。
定常曲げ幾何学操作量ｈｃの計算式は式（５）となる。θは式（１）から求められるので、Ｒ’に応じた定常曲げ幾何学操作量ｈCの値が求められる。
図９（ａ）の横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）のグラフについて、図７（ｂ）で得た定常曲げ全操作量ｈと一様円弧の曲率（１／R’）の近似式を用いて、縦軸の一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）を定常曲げ全操作量ｈに変換すると、図９（ｃ）の実線で示すグラフを得る。
また、図９（ａ）の横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）のグラフについて、縦軸の一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）を、式（１）および式（５）を用いて定常曲げ幾何学操作量ｈCに変換すると図９（ｃ）の破線で示すグラフを得る。
定常曲げ全操作量ｈから定常曲げ幾何学操作量ｈCの差をとることで、図９（ｃ）の一点鎖線で示す横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）と縦軸定常曲げ曲率操作量ｈMを得る。この定常曲げ曲率操作量ｈMにより、（A）で求めた図９（ｂ）に示す曲げモーメントMが発生したことになる。
また、図９（ａ）の横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）のグラフについて、縦軸の一様円弧R’の曲率半径（ｍｍ）を、式（１）および式（５）を用いて定常曲げ幾何学操作量ｈCに変換すると図９（ｃ）の破線で示すグラフを得る。
定常曲げ全操作量ｈから定常曲げ幾何学操作量ｈCの差をとることで、図９（ｃ）の一点鎖線で示す横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）と縦軸定常曲げ曲率操作量ｈMを得る。この定常曲げ曲率操作量ｈMにより、（A）で求めた図９（ｂ）に示す曲げモーメントMが発生したことになる。
次に、（Ｃ）単位定常曲げ曲率操作量ｈMあたりの曲げモーメントの算出について説明する。
一般的に曲げモーメントは力×作用中のモーメントアーム長さで求められる。図１０の場合を例に具体的に説明すると、被加工材１に作用する力ＦのＸ方向分力ＦＸとＺ方向分力ＦＺ、作用中のＸ方向モーメントアーム長さLＸ、Ｘ方向モーメントアーム長さLＺを用いてＦＸ×LＺ + ＦＺ×LＸで求められる。この求め方は、加工中のＰｔ５Ｐｔ７間Ｘ方向長さｌＸ、Ｚ方向長さｌＺ、作用している力ＦのＸ方向分力ＦＸ、Ｚ方向分力ＦＺを把握する必要があるが、曲率が連続的に変化する形状を加工する場合に各点毎にこれらを把握することは非常に困難である。
一般的に曲げモーメントは力×作用中のモーメントアーム長さで求められる。図１０の場合を例に具体的に説明すると、被加工材１に作用する力ＦのＸ方向分力ＦＸとＺ方向分力ＦＺ、作用中のＸ方向モーメントアーム長さLＸ、Ｘ方向モーメントアーム長さLＺを用いてＦＸ×LＺ + ＦＺ×LＸで求められる。この求め方は、加工中のＰｔ５Ｐｔ７間Ｘ方向長さｌＸ、Ｚ方向長さｌＺ、作用している力ＦのＸ方向分力ＦＸ、Ｚ方向分力ＦＺを把握する必要があるが、曲率が連続的に変化する形状を加工する場合に各点毎にこれらを把握することは非常に困難である。
そこで、曲げモーメントを無負荷モーメントアームと曲率操作量の積として扱う。Ｘ方向無負荷モーメントアーム長さを基準にする場合は、曲げモーメント＝Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’×定常曲げ曲率操作量ｈMとなる。
図９（ｂ）の曲げモーメントのグラフを、図９（ｃ）の一点鎖線で示す定常曲げ曲率操作量ｈMから、単位定常曲げ曲率操作量ｈMあたりの曲げモーメントを導出することができる。例えば、線形近似する場合は、図９（ｂ）の曲げモーメントを図９（ｃ）の一点鎖線で示す定常曲げ曲率操作量ｈMで割ることで、図９（ｄ）に示す横軸Ｘ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｍｍ）、縦軸が単位定常曲げ曲率操作量ｈMあたりの曲げモーメントｋのグラフが得られる。以上により得た、無負荷モーメントアームを基準とした単位曲率操作量ｈMあたりの曲げモーメントｋが事前処理部において作成する参照データとなる。
Ｘ方向無負荷モーメントアームを参照基準とした場合で説明したが、参照基準を実長さ無負荷モーメントアームｌｓ’とする場合は、ｌｓ’＝Ｒ’θを用いて上述の手順でデータを作成すればよい。参照基準を対角線無負荷モーメントアームｌｔ’とする場合はｌｘ’とｌｚ’からｌｔ’とR’の関係式を用いればよい。
設計形状を加工する際には、参照基準とした無負荷モーメントアームを基準に参照データを参照することになる。
設計形状を加工する際には、参照基準とした無負荷モーメントアームを基準に参照データを参照することになる。
次に、図１１を参照しながら、Ｘ方向無負荷モーメントアーム長さを参照基準とする場合の「設計データ」を算出する設計処理部の説明をする。
加工後の形状である設計形状は、曲げモーメントが作用しない無負荷状態である。事前処理同様、無負荷状態における設計形状の幾何学的関係を把握する。
図１１に示すようにメガネフレームの設計形状を例に説明する。まず、設計形状の中立線２を所定の分割ピッチで、Ｐ（０）からＰ（Ｎ）までＮ+1個の点を作成し、各点の設計曲率半径ρ’（ｎ）を把握する。この点は、それぞれが加工の進展によってＰｔ５となる瞬間が存在する。高精度で加工するためには分割ピッチは小さいほど良く、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が適当である。
加工後の形状である設計形状は、曲げモーメントが作用しない無負荷状態である。事前処理同様、無負荷状態における設計形状の幾何学的関係を把握する。
図１１に示すようにメガネフレームの設計形状を例に説明する。まず、設計形状の中立線２を所定の分割ピッチで、Ｐ（０）からＰ（Ｎ）までＮ+1個の点を作成し、各点の設計曲率半径ρ’（ｎ）を把握する。この点は、それぞれが加工の進展によってＰｔ５となる瞬間が存在する。高精度で加工するためには分割ピッチは小さいほど良く、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度が適当である。
中立線２から、支点ロール５の半径ｒ５と被加工材の厚さの半分0.5ｔを足したｒ5+0.5ｔだけオフセットすることで支点ロール５の中心の軌跡T５を描画する。押込みロール７の中心の軌跡も同様に、中立線を、押込みロール７の半径ｒ７と被加工材の厚さの半分0.5ｔを足したｒ7+0.5ｔだけオフセットすることで押込みロール７の中心の軌跡T７を描画する。被加工材１が異形断面形状の場合は、それに応じてオフセット量を適宜修正する。
支点ロール５が軌跡Ｔ５を、押込みロール７の中心が軌跡Ｔ７を移動する限り、無負荷状態で、かつ、設計形状に接する状態となる。これに支点ロール５と押込みロール７のＸ方向中心間距離がＧという拘束条件を考慮することで、中立線２上の各点が無負荷状態でＰｔ５を通過するときに、被加工材１とロール７とが接触に要する操作量と接点Ｐｔ７が得られる。
定常曲げと区別するため、大文字のＨを用いて、被加工材１とロール７とが接触に要する操作量を設計幾何学操作量Ｈｃとし、点ｎにおける設計幾何学操作量をＨｃ（ｎ），Ｐｔ７をＰｔ７（ｎ）とする。
定常曲げと区別するため、大文字のＨを用いて、被加工材１とロール７とが接触に要する操作量を設計幾何学操作量Ｈｃとし、点ｎにおける設計幾何学操作量をＨｃ（ｎ），Ｐｔ７をＰｔ７（ｎ）とする。
また、各点の無負荷状態のＰｔ７（ｎ）から、設計形状における無負荷モーメントアームを把握できる。定常曲げ区別するため大文字のＬを用いて無負荷モーメントアームＬ’と定義する。無負荷モーメントアームＬ’には、Ｘ方向無負荷モーメントアームＬｘ’、Ｚ方向無負荷モーメントアームＬｚ’、対角線無負荷モーメントアームＬｔ’および設計形状に沿った実長さ無負荷モーメントアームＬｓ’の４種類あるが、参照基準に用いる無負荷モーメントアームにより取得する。操作量同様、点ｎにおける無負荷モーメントアームをＬ’（ｎ）｛（Ｌｘ’（ｎ），Ｌｚ’（ｎ），Ｌｔ’（ｎ），Ｌｓ’（ｎ）｝とする。
以上により、設計形状上の点ｎにおける設計曲率半径ρ’（ｎ）、設計幾何学操作量Ｈｃ（ｎ）、参照基準とする無負荷モーメントアーム長さＬ’（ｎ）を設計形状の中立線上の全ての点で取得する。
以上により、設計形状上の点ｎにおける設計曲率半径ρ’（ｎ）、設計幾何学操作量Ｈｃ（ｎ）、参照基準とする無負荷モーメントアーム長さＬ’（ｎ）を設計形状の中立線上の全ての点で取得する。
次に、図１２及び図１３を参照しながら、Ｘ方向無負荷モーメントアーム長さを参照基準とする場合の設計形状を加工するための「操作量」を算出する算出処理部の説明をする。図１２（ａ）に図１１の点ｎがＰｔ５となったときの概要図を示す。設計処理部において、設計幾何学操作量Ｈｃ（ｎ）は取得しているので、点ｎに曲率を付与するための操作量である設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）を決定し、設計幾何学操作量Ｈｃ（ｎ）と足すことで、設計全操作量Ｈ（ｎ）を求める。
図９（ｄ）に示した参照データを参照して、Ｘ方向無負荷モーメントアームＬｘ’（ｎ）における単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントのデータを受け取る。これをｋ（ｎ）とする。
あらかじめ参照データを作成せずに、単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントｋ戻り値として設計形状の各点毎に計算する仕様としてもよい。
あらかじめ参照データを作成せずに、単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントｋ戻り値として設計形状の各点毎に計算する仕様としてもよい。
次に、点ｎを設計曲率半径ρ’（ｎ）に曲げるために必要な設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）を求める。点ｎを設計曲率半径ρ’（ｎ）に曲げるために必要な所要モーメントは、事前処理部の参照データの作成において、曲げモーメントの算出に用いた同一の式により求め、これを設計曲率所要モーメントＭ（ｎ）とする。
設計曲率所要モーメントＭ（ｎ）を単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントｋ（ｎ）で割ることで設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）を求める。
設計曲率所要モーメントＭ（ｎ）を単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントｋ（ｎ）で割ることで設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）を求める。
以上により求めた設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）と設計幾何学操作量Ｈｃ（ｎ）を足すことで、設計全操作量Ｈ（ｎ）を決定する。これを設計形状の中立線２の全ての点で行うことで、被加工材１の送り量に応じた押込みロール７の操作量のデータが得られる。
制御部４０は、このデータに従って加工部５０の押込みロール７の操作量、供給部６０における被加工材１の供給量および搬送部７０における被加工材１の送り出し量を制御する。これにより、曲率が連続的に変化する設計形状であっても高精度に加工することができる。
制御部４０は、このデータに従って加工部５０の押込みロール７の操作量、供給部６０における被加工材１の供給量および搬送部７０における被加工材１の送り出し量を制御する。これにより、曲率が連続的に変化する設計形状であっても高精度に加工することができる。
この本発明の実用上のメリットとして次のことが挙げられる。本発明のロール曲げ加工方法は、市販の表計算ソフトにより低コストで実施することができる。また反復計算が無いため、短時間に加工座標を算出することができる。さらに定常曲げ実験は、加工された一様円弧の直径をノギス等による計測するという、簡易な作業でよいため実用的である。
また、次に説明するように誤差を抑制する効果がある。
定常曲げ曲率半径Ｒ’（ｎ）の逆算から求めた曲げモーメントを定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）とする。図１３に示すように、参照データを参照することで返されるデータｋ（ｎ）は、定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）/定常曲げ曲率操作量ｈＭ（ｎ）であるから、設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）の導出式は式（６）に示すように設計曲率所要モーメントＭ（ｎ）を定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）で割ることになる。
式（６）から分かるように弾性限界モーメントＭＥが消え、被加工材１の断面形状に依存する断面二次モーメントIも消える。そのため、被加工材１が矯正機や搬送部等を通過する際に断面形状が変化する場合でも、その影響を抑えることができる。
また、次に説明するように誤差を抑制する効果がある。
定常曲げ曲率半径Ｒ’（ｎ）の逆算から求めた曲げモーメントを定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）とする。図１３に示すように、参照データを参照することで返されるデータｋ（ｎ）は、定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）/定常曲げ曲率操作量ｈＭ（ｎ）であるから、設計曲率操作量ＨＭ（ｎ）の導出式は式（６）に示すように設計曲率所要モーメントＭ（ｎ）を定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）で割ることになる。
また、式（３）の曲げモーメントと曲率半径の関係式の選択が不適切な場合、FEM解析や理論解析による手法ではそのまま誤差として現れるが、本発明による方法では、設計曲率所要モーメントＭ（ｎ）を定常曲げ所要モーメントｍ（ｎ）で割るため、誤差が抑制されるという効果もある。
さらには、ＦＥＭ解析では押えロール３、支点ロール５、押込みロール７の３つのロール位置関係情報が必要となるが、本発明の方法によれば支点ロール５および押込みロール７の２つロール位置情報で済むというメリットがある。
さらには、ＦＥＭ解析では押えロール３、支点ロール５、押込みロール７の３つのロール位置関係情報が必要となるが、本発明の方法によれば支点ロール５および押込みロール７の２つロール位置情報で済むというメリットがある。
（第２実施形態）
本発明に係る第２実施形態に関するロール曲げ加工方法について説明する。第２実施形態は、被加工材１と干渉防止ガイド１０との接触の有無により、２種類の定常曲げ実験データを用いる点以外は、第１実施形態と同一の構成を備えている。
設計形状によっては、干渉防止ガイド１０を用いて被加工材１が被加工材１自身や各種ロールと干渉を防止する必要がでてくる。この場合、被加工材１は干渉防止ガイド１０と接触しながら加工が行われることとなる。この接触により摩擦抵抗が生じ、同一の操作量であっても被加工材１が成形される曲率半径が変化する。
本発明に係る第２実施形態に関するロール曲げ加工方法について説明する。第２実施形態は、被加工材１と干渉防止ガイド１０との接触の有無により、２種類の定常曲げ実験データを用いる点以外は、第１実施形態と同一の構成を備えている。
設計形状によっては、干渉防止ガイド１０を用いて被加工材１が被加工材１自身や各種ロールと干渉を防止する必要がでてくる。この場合、被加工材１は干渉防止ガイド１０と接触しながら加工が行われることとなる。この接触により摩擦抵抗が生じ、同一の操作量であっても被加工材１が成形される曲率半径が変化する。
被加工材１と干渉防止ガイド１０とを接触させた定常曲げ実験を行い、事前処理部における参照データに追加し、被加工材１を設計形状に加工する際に、被加工材１と干渉防止ガイド１０との接触の有無に応じて、参照データを使い分けることで、被加工材１の加工精度を高めることができる。
（第３実施形態）
本発明に係る第３実施形態のロール曲げ加工方法について図１１から図１３を参照しながら説明する。第３実施形態は、参照基準として用いる無負荷モーメントアーム以外の少なくとも一つ以上の無負荷モーメントアームを補正変数として用いる点以外は、第１実施形態と同一の構成を備えている。
本発明に係る第３実施形態のロール曲げ加工方法について図１１から図１３を参照しながら説明する。第３実施形態は、参照基準として用いる無負荷モーメントアーム以外の少なくとも一つ以上の無負荷モーメントアームを補正変数として用いる点以外は、第１実施形態と同一の構成を備えている。
参照基準をＸ方向無負荷モーメントアームＬｘ’とし、Ｚ方向無負荷モーメントアームＬｚ’を補正に用いる場合で説明する。
図１１の点ｎが支点ロール５に差し掛かったとき、無負荷状態にすると図１２（ｃ）に示すようにＰｔ５Ｐｔ７間のＸ方向距離はＬｘ’（ｎ）となる。Ｌｘ’（ｎ）を参照基準とするので、定常曲げのＸ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｎ）がＬｘ’（ｎ）となるデータを参照するが、設計形状のＺ方向無負荷モーメントアームＬｚ’（ｎ）と定常曲げのＺ方向無負荷モーメントアームｌｚ’（ｎ）には偏差δｚ’（ｎ）が生じる。この偏差δｚ’（ｎ）を設計形状全操作量Ｈ（ｎ）の補正係数に利用することで、加工形状の精度を高めることができる。
図１１の点ｎが支点ロール５に差し掛かったとき、無負荷状態にすると図１２（ｃ）に示すようにＰｔ５Ｐｔ７間のＸ方向距離はＬｘ’（ｎ）となる。Ｌｘ’（ｎ）を参照基準とするので、定常曲げのＸ方向無負荷モーメントアームｌｘ’（ｎ）がＬｘ’（ｎ）となるデータを参照するが、設計形状のＺ方向無負荷モーメントアームＬｚ’（ｎ）と定常曲げのＺ方向無負荷モーメントアームｌｚ’（ｎ）には偏差δｚ’（ｎ）が生じる。この偏差δｚ’（ｎ）を設計形状全操作量Ｈ（ｎ）の補正係数に利用することで、加工形状の精度を高めることができる。
次に、本発明による方法と比較方法の２種類の方法で加工を行った。被加工材及びロール曲げ加工装置は、図７に示す定常曲げ試験と同様のものを用いた。そして、第１実施形態による処理に基づいてロール曲げ加工を行った。比較例では、第１実施形態の事前処理部の場合と同様に、定常曲げ実験を行い予め定常曲げ全操作量ｈと定常曲げ曲率半径Ｒ’の関係を取得し、設計形状の点ｎの設計曲率半径がρ’（ｎ）のとき、定常曲げの曲率半径がρ’（ｎ）となる定常曲げ全操作量ｈを設計形状全操作量Ｈ（ｎ）とした。
図１４は、両者の加工例を示す写真である。図１４（ａ）は、眼鏡のリム形状で最大曲率は約２３５（ｍ−１）である。図１４（ｂ）は、一辺が６０ｍｍの正方形のコーナーをＲ５ｍｍでフィレットした形状、図１４（ｃ）は、一辺が６０ｍｍの正方形のコーナーをＲ７．５ｍｍでフィレットした形状である。
比較例のように処理する場合、曲率が連続的に変化する図１４（ａ）の加工形状と設計形状は比較的近いが、曲率が急激に変化する箇所をもつ図１４（ｂ）、図１４（ｃ）についてはズレが大きくなる。一方、上述した第１実施形態では、すべての形状について設計形状に近い加工形状を得ることができた。
図１５は、市販されている矩形断面の銅線（幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍ）を第１実施形態による処理を行って得られた加工例の写真である。最外側のコーナーの曲率半径は約１１ｍｍで、その内側に順次約１ｍｍオフセットした曲率半径で加工を行った。本発明の方法によれば、線材間に隙間ができることなく高精度に加工することが可能となる。
１ 被加工材
２ 中立線
３ 押さえロール
５ 支点ロール
６ 支点ロールオフセット円
７ 押込みロール
８ 押込みロールオフセット円
９ 対向ロール
１０ 干渉防止ガイド
１１ 押込みロールの動作（直線を動く場合）
１３ 押込みロールの動作（円弧状に動く場合）
２０ データベース（定常曲げデータ用）
３０ データベース（設計形状用）
４０ 制御部
５０ 加工部
６０ 供給部
７０ 搬送部
１００ ロール曲げ加工装置
４０１ 事前処理部
４０２ 設計処理部
４０３ 算出処理部
Ｐｔ５ 支点ロールオフセット円と中立線との接点
Ｐｔ７ 押込みロールオフセット円と中立線との接点
Ｔ５ 支点ロール５の中心軌道
Ｔ７ 押込みロール７の中心軌道
２ 中立線
３ 押さえロール
５ 支点ロール
６ 支点ロールオフセット円
７ 押込みロール
８ 押込みロールオフセット円
９ 対向ロール
１０ 干渉防止ガイド
１１ 押込みロールの動作（直線を動く場合）
１３ 押込みロールの動作（円弧状に動く場合）
２０ データベース（定常曲げデータ用）
３０ データベース（設計形状用）
４０ 制御部
５０ 加工部
６０ 供給部
７０ 搬送部
１００ ロール曲げ加工装置
４０１ 事前処理部
４０２ 設計処理部
４０３ 算出処理部
Ｐｔ５ 支点ロールオフセット円と中立線との接点
Ｐｔ７ 押込みロールオフセット円と中立線との接点
Ｔ５ 支点ロール５の中心軌道
Ｔ７ 押込みロール７の中心軌道
Claims (5)
- 被加工材の搬送経路の一方の側に支点ロールを配置するとともに他方の側に押えロール及び押し込みロールを配置して、被加工材を連続的に送り出しながら押込みロールの操作量を制御して被加工材を曲げるロール曲げ加工方法において、
所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出し、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出し、前記参照データ及び前記設計データに基づいて前記押込みロールの操作量を算出して曲げ加工処理を行うロール曲げ加工方法。 - 前記参照データとして無負荷モーメントアームに応じた単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントを算出し、
前記設計データとして設計形状の各点ごとに設計曲率半径、無負荷モーメントアームおよび設計幾何学操作量を算出し、
前記設計形状の各点ごとに前記設計データの前記無負荷モーメントアームに基づいて前記参照データの前記単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントを取得し、前記被加工材を設計曲率半径に曲げるための設計所要モーメントを、取得した前記単位定常曲げ曲率操作量当りの曲げモーメントで割ることで、設計曲率操作量を求め、求められた設計曲率操作量と前記設計幾何学操作量と合算して前記押込みロールの前記操作量を算出する請求項１に記載のロール曲げ加工方法。
- 前記参照データとして前記被加工材と干渉防止ガイドとが接触する場合及び接触しない場合における前記無負荷モーメントアームに応じた前記単位定常曲げ曲率操作量を算出し、前記被加工材と干渉防止ガイドとが接触する場合及び接触しない場合のいずれかの場合の前記無負荷モーメントアームに応じた前記単位定常曲げ曲率操作量を選択して前記押込みロールの前記操作量を算出する請求項２に記載のロール曲げ加工方法。
- 前記参照データとして前記無負荷モーメントアームとは別に補正用無負荷モーメントアームを算出し、前記補正用無負荷モーメントアームに基づいて前記押込みロールの前記操作量を補正する請求項２又は３に記載のロール曲げ加工方法。
- 被加工材を所定の搬送経路に沿って連続搬送する搬送部と、前記搬送経路の一方の側に支点ロールを配置するとともに他方の側に押えロール及び押し込みロールを配置して当該押込みロールを前記被加工材に押し当てて曲げ加工を行う加工部と、前記搬送部を制御して前記被加工材を前記押込みロールに向かって連続的に送り出しながら前記押込みロールの操作量を制御して前記被加工材を曲げる制御部とを備えているロール曲げ加工装置において、前記制御部は、所定の定常曲げ実験を行って得られた被加工材の曲げ特性データに基づいて無負荷状態における参照データを算出する事前処理部と、設計形状に基づいて無負荷状態における設計データを算出する設計処理部と、前記参照データ及び前記設計データに基づいて前記押込みロールの操作量を算出する算出処理部とを備えているロール曲げ加工装置。
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