JP5915767B2

JP5915767B2 - 切断装置、および切断方法

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Publication number: JP5915767B2
Application number: JP2014549744A
Authority: JP
Inventors: 和美齊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: US20150290826A1; JPWO2014083700A1; CN104812508A; WO2014083700A1; CN104812508B

Description

本発明は、鋼板を切断するための切断装置、および切断方法に関する。

従来、鋼板を切断するための切断装置として、ニブラが広く知られている。
一般的に、ニブラは、筒状のケースと、当該ケースの内部に設けられたパンチと、前記ケースの下方に設けられるダイスとを具備し、前記ケースと前記ダイスとの間に供給される鋼板を、移動しつつ前記パンチによって連続的に打ち抜くことにより切断する。

特許文献１には、作業者が把持して移動させることによって鋼板の切断を行うように構成されたハンドニブラが開示されている。
一方で、ニブラをロボットに取り付けることも可能である。

ニブラをロボットに取り付けた場合においては、予め設定された経路に沿ってニブラが移動するようにロボットの制御が行われる。
ニブラを曲線状に移動させる際には、ロボットの構成上、ニブラを直線状に移動させる際と比較して、ニブラの移動速度が小さくなるようにロボットが制御される。
特に、ニブラを曲線状に移動させる際において、ニブラの移動経路の曲率半径が極めて小さい場合には、ニブラの移動速度が極めて小さくなり、鋼板の打ち抜き一回当たりの切断面積が極めて小さくなる。
そのため、鋼板を切断する際における打ち抜き回数が増加する。
その結果、ニブラのパンチが摩耗し易くなり、パンチの寿命が短くなる問題が生じる。

特開平９−２３４６２２号公報

本発明は、ニブラに設けられるパンチを長寿命化できる技術を提供することを課題とする。

本発明に係る切断装置は、鋼板を切断するための切断装置であって、位置および姿勢を変更可能なアームを有する、少なくとも一つのロボットと、上下方向に往復運動することによって前記鋼板を打ち抜くパンチを有し、前記ロボットのアームの先端に取り付けられるニブラと、前記ロボットおよび前記ニブラを制御する制御装置と、を具備し、前記ニブラは、前記ロボットによって移動させられつつ、前記パンチによって前記鋼板を連続的に打ち抜くことで前記鋼板を切断し、前記制御装置は、前記ニブラの移動経路の形状に応じた移動速度で前記ニブラが移動するように、前記ロボットを制御するロボット制御部と、前記ニブラの移動速度に応じて、前記パンチの振動数を変動させるパンチ制御部とを有することを特徴とする。

本発明に係る切断装置において、前記制御装置のパンチ制御部は、前記ニブラの移動速度と、前記パンチの振動数とを取得し、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が所定の値より大きい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を減少させ、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値より小さい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を増加させることが好ましい。

本発明に係る切断方法は、鋼板を切断するための切断方法であって、上下方向に往復運動することによって前記鋼板を打ち抜くパンチを有するニブラを、少なくとも一つのロボットに取り付け、前記ニブラの移動経路の形状に応じた移動速度でニブラが移動するように、前記ロボットを制御し、前記ニブラの移動速度に応じて、前記パンチの振動数を変動させることを特徴とする。

本発明に係る切断方法において、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が所定の値より大きい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を減少させ、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値より小さい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を増加させることが好ましい。

本発明によれば、ニブラに設けられるパンチを長寿命化できる。

本発明に係る切断装置を示す図。本発明に係る切断装置に設けられるニブラを示す図であり、（ａ）は、側面断面図、（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線端面図。ニブラが鋼板を切断する際における、ニブラの移動経路ならびにニブラの移動速度およびニブラのパンチの振動数を示す図。制御装置のパンチ制御部によるパンチの振動数の制御を示す図。従来のニブラによって鋼板から打ち抜かれたスクラップの平面図であり、（ａ）は、ニブラの移動速度が比較的大きい場合におけるスクラップの平面図、（ｂ）は、ニブラの移動速度が比較的小さい場合におけるスクラップの平面図。ニブラの移動速度と、ニブラのパンチの振動数との関係を示す図。

以下では、図１および図２を参照して、本発明に係る切断装置の一実施形態である切断装置１について説明する。
切断装置１は、鋼板であるワークＷを切断するための装置である。

図１に示すように、切断装置１は、下型１０と、ロボット２０と、ニブラ３０と、制御装置４０とを具備する。

下型１０は、ワークＷが載置される部材であり、ワークＷを固定可能に構成されている。

ロボット２０は、多関節のアームを有し、当該アームの位置および姿勢を変更可能に構成されている。ロボット２０のアームの先端には、ニブラ３０が取り付けられている。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ニブラ３０は、移動しつつワークＷを連続的に打ち抜く装置であり、ケース３１と、パンチ３２と、支持部３３と、ダイス３４と、駆動部３５とを具備する。
なお、説明の便宜上、図２（ａ）における上下方向をニブラ３０の上下方向と定義する。

ケース３１は、上下方向に延出する略円筒形状に形成され、その下端部が開放されている。
ケース３１の内部には、パンチ３２が上下方向に摺動可能に収納されている。
ケース３１の内周面には、ケース３１とダイス３４とを支持するための支持部３３が固定されている。

パンチ３２は、所定の振動数で上下方向に往復運動し、ワークＷを打ち抜くように構成されている。パンチ３２は、パンチ刃３２ａと、連結部３２ｂとを有する。
パンチ刃３２ａは、略蹄状の断面形状を有し、下端には、ワークＷを打ち抜くための刃先が形成されている。パンチ刃３２ａは、パンチ３２が下死点に達した際には、ケース３１の下端から下方に突出し、後述のダイス３４のダイス穴３４ａに進入するように構成されている。
連結部３２ｂは、駆動部３５によってパンチ３２が上下方向に往復運動するように、駆動部３５に連結されている。

支持部３３は、ケース３１とダイス３４とを支持するための部材である。支持部３３は、その上端部がケース３１の内周面に固定され、ケース３１の内部から下方に向けて延出している。支持部３３は、ケース３１の下端面にパンチ刃３２ａの断面形状に沿った開口が形成されるような形状を有している。つまり、支持部３３におけるケース３１内に嵌挿されている部分とケース３１との間には、パンチ３２を収納するための空間が形成されており、当該空間のケース３１の下端面に形成された開口が、パンチ刃３２ａの断面形状に沿った形状を有している。
支持部３３の下端部には、ダイス３４が固定されている。

ダイス３４は、ワークＷをケース３１と挟むように、ケース３１の下方に設けられている。ダイス３４は、略円柱形状を有し、支持部３３の下端部を覆うように、支持部３３に固定されている。ダイス３４は、ダイス穴３４ａと、排出穴３４ｂとを有する。
ダイス穴３４ａは、パンチ３２が下死点に達した際に、パンチ刃３２ａが進入するように形成されている。詳細には、ダイス穴３４ａは、ダイス３４と、支持部３３におけるダイス３４内に嵌挿されている部分との間に形成され、パンチ刃３２ａの断面形状に沿った形状で、ダイス３４の上端面に開口している。
排出穴３４ｂは、パンチ３２によってワークＷから打ち抜かれた三日月状のスクラップＳをダイス３４の外部へ排出するための穴である。排出穴３４ｂは、ダイス３４の側面に形成され、ダイス穴３４ａと連通している。

駆動部３５は、パンチ３２を所定の振動数で上下方向に往復運動させるように構成されている。駆動部３５は、連結部３５ａと、ロッド３５ｂと、モータ３５ｃとを有する。
連結部３５ａは、パンチ３２の連結部３２ｂと連結されている。
ロッド３５ｂは、モータ３５ｃの動力を連結部３５ａに伝達するように、モータ３５ｃと連結部３５ａとに接続されている。
モータ３５ｃは、ロッド３５ｂを介して、連結部３５ａに動力を伝達するように構成されている。モータ３５ｃの回転運動は、ロッド３５ｂを介して、連結部３５ａの上下運動に変換される。

このように、ニブラ３０は、ケース３１とダイス３４との間にワークＷを介在させた状態で、所定の方向に移動しつつ、パンチ３２を上下方向（ダイス３４に対して近接および離間する方向）に往復運動させることにより、ワークＷを連続的に打ち抜くことが可能となっている。

図１に示すように、制御装置４０は、ロボット制御部４０ａと、パンチ制御部４０ｂとを有する。

ロボット制御部４０ａは、ロボット２０と電気的に接続され、ロボット２０を制御可能に構成されている。ロボット制御部４０ａは、ロボット２０のアームの先端に取り付けられたニブラ３０が予め設定された経路に沿って移動するように、ロボット２０を制御する。更に、ロボット制御部４０ａは、ロボット２０のアームの先端に取り付けられたニブラ３０が予め設定された速度で移動するように、ロボット２０を制御する。
詳細には、制御装置４０の記憶部（不図示）に、ニブラ３０の移動経路（厳密には、ロボット２０のアームの先端の移動経路）と、ニブラ３０の移動速度（厳密には、ロボット２０のアームの先端の移動速度）とが格納されており、ロボット制御部４０ａは、それらの情報に基づいて、ロボット２０を制御する。
なお、ニブラ３０の移動速度は、ニブラ３０が曲線状に移動する際の速度が、ニブラ３０が直線状に移動する際の速度よりも小さくなるように、ニブラ３０の移動経路の曲率半径に応じて設定されている。つまり、ニブラ３０の移動速度は、ニブラ３０の移動経路の形状に応じて、複数個設定されている。

パンチ制御部４０ｂは、ニブラ３０と電気的に接続され、ニブラ３０を制御可能に構成されている。詳細には、パンチ制御部４０ｂは、ニブラ３０における駆動部３５のモータ３５ｃと電気的に接続され、パンチ３２の振動数（１秒間当たりに、パンチ３２が上死点から下死点に移動して再び上死点まで戻ってくる回数）を制御可能に構成されている。パンチ制御部４０ｂは、ニブラ３０の移動速度に応じて、パンチ３２の振動数を制御する。

以下では、図３〜図６を参照して、制御装置４０の動作態様について詳細に説明する。

図３は、ニブラ３０がワークＷにおける位置Ｐ１〜Ｐ４を順に通ってワークＷを切断する場合における、ニブラ３０の移動速度およびパンチ３２の振動数を示す図である。
図３における、ワークＷ上の太線は、ニブラ３０の移動経路を表している。ニブラ３０の移動経路は、位置Ｐ１から位置Ｐ２までが直線であり、位置Ｐ２から位置Ｐ３までが円弧状の曲線であり、位置Ｐ３から位置Ｐ４までが直線である。
なお、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの経路における、ニブラ３０の移動速度、およびパンチ３２の振動数を、それぞれｖ１およびｆ１とし、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの経路における、ニブラ３０の移動速度、およびパンチ３２の振動数を、それぞれｖ２およびｆ２とし、位置Ｐ３から位置Ｐ４までの経路における、ニブラ３０の移動速度、およびパンチ３２の振動数を、それぞれｖ３およびｆ３とする。

図３に示すように、制御装置４０のロボット制御部４０ａは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までを３０［ｍｍ／秒］で、位置Ｐ２から位置Ｐ３までを１０［ｍｍ／秒］で、位置Ｐ３から位置Ｐ４までを３０［ｍｍ／秒］でニブラ３０が移動するように、ロボット２０を制御する（ｖ１＝３０［ｍｍ／秒］、ｖ２＝１０［ｍｍ／秒］、ｖ３＝３０［ｍｍ／秒］）。
パンチ制御部４０ｂは、ニブラ３０の移動速度と、パンチ３２の振動数との比が一定となるように、パンチ３２の振動数を変動させる。詳細には、パンチ制御部４０ｂは、ｖ１：ｆ１＝ｖ２：ｆ２＝ｖ３：ｆ３を満たすように、ｆ１、ｆ２およびｆ３を算出する。
本実施形態においては、パンチ制御部４０ｂは、パンチ３２の振動数（単位は、回／秒）の、ニブラ３０の移動速度（単位は、ｍｍ／秒）に対する比の値が１となるように、ｆ１、ｆ２およびｆ３を算出する。つまり、パンチ制御部４０ｂは、（ｆ１／ｖ１）＝（ｆ２／ｖ２）＝（ｆ３／ｖ３）＝１を満たすように、ｆ１、ｆ２およびｆ３を算出する。前述のように、ｖ１＝３０［ｍｍ／秒］、ｖ２＝１０［ｍｍ／秒］、ｖ３＝３０［ｍｍ／秒］であるため、ｆ１＝３０［回／秒］、ｆ２＝１０［回／秒］、ｆ３＝３０［回／秒］となる。

このように、制御装置４０のパンチ制御部４０ｂは、位置Ｐ１から位置Ｐ２までニブラ３０を３０［ｍｍ／秒］で移動させる際には、パンチ３２を３０［回／秒］で作動させ、位置Ｐ２から位置Ｐ３までニブラ３０を１０［ｍｍ／秒］で移動させる際には、パンチ３２を１０［回／秒］で作動させ、位置Ｐ３から位置Ｐ４までニブラ３０を３０［ｍｍ／秒］で移動させる際には、パンチ３２を３０［回／秒］で作動させる。
これにより、スクラップＳの平面視での面積が常に一定となるように、ワークＷを打ち抜くことができる。

制御装置４０のパンチ制御部４０ｂによるパンチ３２の振動数の制御は、例えば、以下のように行う。
即ち、図４に示すように、パンチ制御部４０ｂは、ステップＳ１〜Ｓ６を行う。

ステップＳ１において、パンチ制御部４０ｂは、ニブラ３０の現在の移動速度ｖを、ロボット制御部４０ａから取得する。

ステップＳ２において、パンチ制御部４０ｂは、パンチ３２の現在の振動数ｆを、ニブラ３０のモータ３５ｃから取得する。

ステップＳ３において、パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆの移動速度ｖに対する比の値がαであるか否かを判断する。ここで、αは、所定の定数であり、本実施形態においては、α＝１である。
パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆの移動速度ｖに対する比の値がαである場合（（ｆ／ｖ）＝α）には、振動数ｆを維持し、再びステップＳ１を行う。
パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆの移動速度ｖに対する比の値がαでない場合（（ｆ／ｖ）≠α）には、ステップＳ４を行う。

ステップＳ４において、パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆの移動速度ｖに対する比の値がαより大きいか否かを判断する。
パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆの移動速度ｖに対する比の値がαより大きい場合（（ｆ／ｖ）＞α）には、ステップＳ５を行う。
パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆの移動速度ｖに対する比の値がαより小さい場合（（ｆ／ｖ）＜α）には、ステップＳ６を行う。

ステップＳ５において、パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆが減少するように、ニブラ３０のモータ３５ｃを制御する。
パンチ制御部４０ｂは、ステップＳ５を行った後は、再びステップＳ２を行う。

ステップＳ６において、パンチ制御部４０ｂは、振動数ｆが増加するように、ニブラ３０のモータ３５ｃを制御する。
パンチ制御部４０ｂは、ステップＳ６を行った後は、再びステップＳ２を行う。

このように、パンチ制御部４０ｂは、ニブラ３０の移動速度と、パンチ３２の振動数との比が一定となるように、パンチ３２の振動数を制御する。

従来、ニブラは、パンチの振動数が常に一定の状態で作動される。
そのため、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ニブラの移動速度に応じて、スクラップＳの平面視での面積が変化することとなる。つまり、ニブラの移動速度が小さくなる程、スクラップＳの平面視での面積が小さくなる。図５（ａ）は、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの経路、および位置Ｐ３から位置Ｐ４までの経路のような直線状の経路に沿って、従来のニブラを移動させた場合における、スクラップＳの平面図であり、図５（ｂ）は、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの経路のような曲線状の経路に沿って、従来のニブラを移動させた場合における、スクラップＳの平面図である。

これに対して、本発明に係る切断装置１においては、ニブラ３０の移動速度と、パンチ３２の振動数との比が一定となるように、パンチ３２の振動数が変動する。
そのため、スクラップＳの平面視での面積が常に一定となるのである。
なお、スクラップＳの平面視での面積ができる限り大きくなるように、パンチ３２の振動数を設定することが望ましい。例えば、ニブラ３０の移動速度が最も大きくなる経路において、スクラップＳの平面視での面積ができる限り大きくなるように（図５（ａ）に示されるスクラップＳが打ち抜かれるように）、パンチ３２の振動数を設定し、それを基準にして、他の経路におけるパンチ３２の振動数を算出すればよい。
こうして、ニブラ３０が曲線状に移動する際にニブラ３０の移動速度が小さくなった場合においても、スクラップＳの平面視での面積が小さくなることを抑制できる。
そのため、ワークＷを切断する際における、打ち抜き回数の増加を抑制し、パンチ３２の摩耗を抑制できる。
したがって、ニブラ３０に設けられるパンチ３２を長寿命化できるのである。

なお、図６に示すように、本実施形態においては、ニブラ３０の移動速度と、パンチ３２の振動数との比が一定となるように、パンチ３２の振動数を変動させているが（図６における実線参照）、スクラップＳの平面視での面積を常に一定にすることができれば、ニブラ３０の移動速度と、パンチ３２の振動数との比を常に一定にしなくともよい（図６における一点鎖線参照）。図６における一点鎖線で示すグラフでは、ニブラ３０の移動速度に応じて、パンチ３２の振動数が段階的に変化している。
図６は、ニブラの移動速度と、パンチの振動数との関係を示す図であり、横軸は、ニブラの移動速度を、縦軸は、パンチの振動数を示している。なお、図６において破線で示すグラフは、従来のニブラの移動速度と、当該ニブラのパンチの振動数との関係を示している。

また、本実施形態においては、パンチ３２の振動数（単位は、回／秒）の、ニブラ３０の移動速度（単位は、ｍｍ／秒）に対する比の値を１としているが、当該比の値は、適宜変更可能である。

なお、ロボット２０の数は限定するものではなく、ニブラ３０が取り付けられた、少なくとも一つのロボット２０が設けられていればよい。
また、二つ以上のロボット２０が設けられている場合、少なくとも一つのロボット２０にニブラ３０が取り付けられていればよい。

本発明は、鋼板を切断するための切断装置、および切断方法に利用できる。

１切断装置
１０下型
２０ロボット
３０ニブラ
３１ケース
３２パンチ
３３支持部
３４ダイス
３５駆動部
４０制御装置
４０ａロボット制御部
４０ｂパンチ制御部
Ｗワーク（鋼板）
Ｓスクラップ

Claims

鋼板を切断するための切断装置であって、
位置および姿勢を変更可能なアームを有する、少なくとも一つのロボットと、
上下方向に往復運動することによって前記鋼板を打ち抜くパンチを有し、前記ロボットのアームの先端に取り付けられるニブラと、
前記ロボットおよび前記ニブラを制御する制御装置と、を具備し、
前記ニブラは、前記ロボットによって移動させられつつ、前記パンチによって前記鋼板を連続的に打ち抜くことで前記鋼板を切断し、
前記制御装置は、前記ニブラの移動経路の形状に応じた移動速度で前記ニブラが移動するように、前記ロボットを制御するロボット制御部と、前記ニブラの移動速度に応じて、前記パンチの振動数を変動させるパンチ制御部とを有する、
ことを特徴とする切断装置。
前記制御装置のパンチ制御部は、前記ニブラの移動速度と、前記パンチの振動数とを取得し、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が所定の値より大きい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を減少させ、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値より小さい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を増加させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の切断装置。
鋼板を切断するための切断方法であって、
上下方向に往復運動することによって前記鋼板を打ち抜くパンチを有するニブラを、少なくとも一つのロボットに取り付け、
前記ニブラの移動経路の形状に応じた移動速度でニブラが移動するように、前記ロボットを制御し、
前記ニブラの移動速度に応じて、前記パンチの振動数を変動させる、
ことを特徴とする切断方法。
前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が所定の値より大きい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を減少させ、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値より小さい場合には、前記パンチの振動数の前記ニブラの移動速度に対する比の値が前記所定の値となるように、前記パンチの振動数を増加させる、
ことを特徴とする請求項３に記載の切断方法。