WO2003097267A1 - Cintreuse de matiere en plaque a trajet de cintrage commande - Google Patents

Description

明 細 書 曲げ軌跡制御された板材曲げ加工機 技術分野

本発明は、 板材を下型と押え型の間にクランプしてベン ドビームに装着 されたブレー ドにて曲げ加工する際のブレードの曲げ軌跡動作の制御方 法、 曲げ軌跡の自動補正方法及びこれを用いた板材曲げ加工機に関する。 背景技術

従来より、 例えば図 9に示すように板材 1 を下型 3 と押え型 2の間にク ランプする動作と協働させて、 ベン ドビームの先に装着したブレー ド 4に て曲げ加工する板材の曲げ加工機が広く採用されている。

この場合に、 ブレー ド刃先 4 1 が当接して板材の側面を押圧する加工点 Kがアプローチ位置 （ a 0 ) から曲げ加工完了位置 （ b 0 ) まで動作する 際に、板材に延びが生じることもあって、 こすれによる位置ずれが生じる。 従って、 一般的には板材表面にビニール等の保護シー トを貼 y付けて、 このこすれ傷等のしごき傷の発生を防止していた。

しかし、 それでもこのしごき幅が大きくなると、 ビニール保護シー トが 破れて板材表面に傷が付いたり、 塗装仕上げのカラー鋼板等においては、 塗膜を傷付けてしまい製品品質の低下の原因の 1 つになっていた。

また、 上記のような板材のしごき曲げ加工においては、 板材の曲げ加工 後にスプリ ングバックが発生する。

従来は、 このスプリ ングバック量を補正するために、 目的の曲げ角度に 対する角度補正値を曲げ加工機に入力設定していたが、 その値はオペレー ターの経験や勘に頼らざるを得なかった。 また、 板材の板厚バラツキや圧延方向の違いによってもスプリ ングバッ ク量等の曲げ品質に大きな誤差が生じるために、 試し曲げを繰り返す必要 があ y、 その分加工不良品となり、 作業工数が多くなるだけでなく、 材料 損失の大きな原因の 1 つとなっていた。 発明の開示

本発明は、 上記従来技術に内在する技術的課題に鑑みて、 曲げ金型のブ レー ド刃先が加工点と して押圧する板材の位置が、 アプローチ位置から曲 げ加工完了位置まで同じ位置になるような、 加工点の曲げ動作軌跡の制御 方法並びに板材の目的とする曲げ品質に対するスプリ ングバック量等の各 種補正値の自動補正を可能にした板材曲げ加工機の提供を目的とする。 本発明の技術的要旨は、 板材を下型と押え型の間にクランプしてベン ド ビームに装着されたブレー ドにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、 板材の曲げ側面に沿った曲げ支点からブレー ド刃先が当接する加工点ま での長さ しと、 曲げ角度との関係を予め求めたデータに基づいて、 ブレー ド刃先の曲げ動作軌跡を制御し、 アプローチ位置から曲げ加工完了までの 間、 刃先が当接する板材の位置が同一になるようにした点にある。

この場合に、 板材の曲げ側面に沿つた曲げ支点から、 ブレード刃先が当 接する加工点までの長さ しを げ R部長さ L Rと、 直線部長さ L Sとに分 解し、 曲げ R部長さ L Rの変化を板材の伸び係数 kを用いて求めたデータ に基づいて、 ブレー ド刃先の曲げ動作軌跡を制御するのが好ましい。

このように、 板材の曲げ側面に沿った曲げ支点からブレー ド刃先が当接 する加工点までの長さ Lを曲げ R部長さ L Rと直線部長さ L Sに分解する と、 直線部長さ L Sの部分は伸びが殆ど生じないので、 曲げ R部長さ L R の変化のみをデータ化すればよくなリ、 しかも、 曲げ角度と材料の伸び係 数 k との関係は簡単な計算式で導き出せる。 これは、 図 1 に示すような上方に曲げる正曲げに対しても、 図 2に示す ような下方に曲げる逆曲げに対しても同様である。

上記のようにして、 ブレー ド刃先の曲げ動作軌跡を作成し、 制御する場 合に図 4に示すように、 目的とする曲げ位置 0 に対してスプリ ングバッ ク量△ 0 を補正すべく 0 ₃の位置まで曲げ軌跡制御する必要がある。

この最終目的品質に対するスプリ ングバック量 等の各種補正値を自 動補正可能にしたのが請求の範囲第 3項記載の発明である。

具体的には、 板材を下型と押え型の間にクランプして、 ベン ドビームに 装着されたブレードにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、ワーク（板 材） に関するデータ格納手段を備え、 このワークデータ格納手段からのデ ータ と、 曲げ加工に必要な加工データ入力手段にて入力された加工データ に基づいて、 ヮ，クの曲げ動作軌跡を作成する手段を備え、 これにて作成 された曲げ動作軌跡に基づいてワークの曲げ加工が施され、 曲げ加工後の ワークに関する品質データ測定手段を備え、 この品質データに基づいてヮ —クの合否判断をするとともに、 上記ワークデータ格納手段にフィー ドパ ックさせることによ y、 曲げ動作軌跡の自動補正を行うものである。

ここで、 スプリ ングバック量△ øは、 板材の材質、 板厚、 曲げ長さ等に よっても異なるので、 これまでに曲げ加工されたワークのワークデータ格 納手段を備えたことにより、 次に曲げ加工される板材の材質、 曲げ長さ、 曲げ幅等の加工データを入力すると、 上記ワークデータ格納手段からスプ リ ングパック量等の補正値が出力され、 曲げ動作軌跡が作成され、 これに 基づいて曲げ加工が実施される。

曲げ加工が終了すると、 加工点 Kの軌跡測定により、 スプリングバック 量が測定され、 これにより、 ねらいと した補正範囲か否かが判断され、 合 格範囲内であればその値が上記ワークデータ格納手段にフィードバックさ れ、 補正値データが追加補正されることによ y学習機能が働き、 曲げ品質 の精度が向上する。

なお、 曲げ品質が不合格の範囲であれば、 直ちに曲げ動作軌跡作成手段 に反映される。 図面の簡単な説明

図 1 は、 正曲げにおける板材の加工点を求める計算式の構造を示す。 図 2は、 逆曲げにおける板材の加工点を求める計算式の構造を示す。 図 3は、 曲げ加工時の加工点の推移を示した模式図である。

図 4は、 曲げ加工時のスプリ ングバック量の模式図である。

図 5は、 曲げ金型の動作軌跡を決定する構成図を示す。

図 6は、 ベン ドビームの位置制御機械構造図を示す。

図 7は、板材曲げ加工機における曲げ軌跡制御機構の要部構成例を示す。 図 8は、 曲げ補正値の自動補正フローチャー トを示す。

図 9は、 板材の曲げ方法の例を示す。 発明を実施するための最良の形態

図 6にて、 板材 1 の曲げ加工方法を説明する。

板材 1 を下型 3 と押え型 2の間にクランプし、 ベン ドビーム 5の先に装 着された曲げ金型 4のブレー ド 4 1 にて板材を下のアプローチ位置から上 方に押し当てるようにして正曲げする。

また、 曲げ金型の下方にもブレード 4 2を設けることにより、 板材を上 方から下方に押し当てることにより逆曲げが出来る。

この場合に、 ブレー ド刃先 4 1 は、 略水平方向に備えられるベン ドビー ム 5の端部が偏心軸からなる A軸の回転と、 ベン ドビームのアームの途中 から下方に連結軸 7 を介して連結した垂直アーム 6の端部に備えられる偏 心軸からなる D軸の回転によ y、 位置制御されている。 このブレー ド刃先 4 1 の動きと板材 1 の曲げ角度の関係をまず、 スプリ ングバックが無と仮定して模式的に示したのが図 3である。

板材を正曲げ加工する場合にて説明すると、 クランプされた板材の （ a ) の状態にて下側からアプローチの位置にてブレー ド刃先が加工点 K ( a ) と して板材に当接する。

図 3に示す 4 1 aは、 ブレードの刃先形状の外接円を示す。

( b ) の状態まで押し曲げると、 ブレード刃先の当接点 （加工点） は、 曲げ角度 d bの分だけ外接円周上に沿って回転移動するので、 こすれるよ うな状態にはならない。

しかし、 板材上の加工点 Kは、 曲げ支点 R。 （曲げ変形開始点） から、 曲げ部と直線部の境界点 R (曲げ変形終了点） までの間に伸び変形が生じ るので、 この伸び変形の分だけ加工点軌跡を補正してやらないと板材と刃 先の当接点がこすれるようにずれが生じることになる。

そこで、 板材と刃先の当接点 （加工点） が板材表面に沿って上下にずれ ないように板材のアプローチ位置に刃先が当接した、 その板材の位置が同 一のまま曲げ完了まで維持されるための加工点の軌跡を求める計算式を検 討した。

図 3において、 板材が （ a ) の状態から仮に直角に曲げた （ c ) の状態 までの変化を仮定する。

水平方向の座標軸を X軸、 垂直方向の座標軸を Y軸とする。

曲げ中心 （仮想点） を Oと し、 加工点 Kと し曲げ支点 （開始点） を R。 と し、 板材の曲げ変形終了点を Rとする。

直角に曲げ完了時の高さを V H、 曲げ中心 Oから加工点 Kまでの X軸方 向の距離を O Rとする。

このように定義すると、 板材の曲げ側面に沿った曲げ支点 （曲げ開始点） から加工点までの長さ し == R。K、 曲げ R部長さ L R = R。 R、 直線部長さ L S = R Kとなる。

直角に曲げた際の曲げ変形部と直線部の境界 （曲げ変形終了部） を R ₉。 とすると、 この R ₉。の点を仮に伸び変形が無い場合の点と して、 （ a ) の 状態に展開すると理解しやすいように、 伸び変形がないと仮定した時、 R oK = V H - O R + R o R ₉₀= V H - O R + ( 2 X O R X 兀 X 1 4 ) となる。

従って、 直線部長さ R Kは、 図 1 に示すように、

R K = (V H— O R) + ( 20 R兀 X 1 ノ 4 ) - [ 20 R x ( 1 8 0 - Θ ) ノ 3 6 0 )] となる。

こ こで、 0 は図 1 に示すように、 垂線と O Rで形成する上部側角度とす る。

よって、 L = R。Kから直線部長さ L S - R Kを引いた曲げ R部 L Rは、 以下の計算式で導き出せる。

板材の曲げ角度に対する伸び係数を kと し、点 Rの座標を（X _{t 1}, Y _{t 1})、 点 Oの座標を （ X t。， Y t。）、 加工点の座標を （ X t， Y t) とする。

このように定義すると図 1 に示すように、

X n = - O R X S i n ( θ ) + X t ο, Y _{t 1} = O R x C O S ( θ ) + Y t o となるので、 L R = R。R = f ( k ) x f ( X ti, Y t なる簡単な計算 式で求まる。

なお、 K = f ( X t, Y t) とすると、

X t = - R K X C O S ( 1 8 0— 0 ) + X _t

Y _t= R K S i n ( 1 8 0 - Θ ) + Yいとなる。

上記、 計算式は一例であ y、 各種曲げ加工形状や、 曲げ角度に応じて、 伸び長さを予測できる計算式、 あるいは係数補正式を用いて応用展開でき る。

また、 図 2に示すように逆曲げに対しても同様に適用できる。 ここで曲げ R半径 O R及び伸び変形係数 kは、 板材の材質や肉厚によつ て定まる固有値であ y、 実験により比較的容易に求めることができる。 これまでスプリ ングバック量等の補正値を考慮せずに説明してきたが、 実際には図 4に示すように、 スプリ ングパック量 Δ 0 を補正すべく、 曲げ 角度 0 _sまでの曲げ動作軌跡を作成し、 曲げ加工を実行することにより、 目的とする曲げ角度 S tを得ることになる。

このスプリ ングパック量等の補正値 A 0 をそれ以前の曲げ加工データに 基づいて自動補正するためのフローチャートを図 8に示す。

目的とする曲げ角度等の加工データを予め入力し、 曲げ加工開始指令を 出すと、 曲げ加工機に備えられた測定手段にて板厚や曲げ長さが測定され る。

これらのデータに基づいてパソコンに備えられたデータ格納ファイルに 格納されているそれ以前のワークデータが出力され、 曲げ動作軌跡が作成 される。

これに基づいて曲げ加工が実施される。

曲げ加工時には、 ブレードの加工点 Kの軌跡が制御されているので、 曲 げ加工終了後の曲げ角度、 スプリングバック量が測定される。

その結果、 スプリ ングバック量との補正値がワークの曲げ品質と して合 格の範囲であればその値が新たなスプリ ングパック量等と して登録され、 ワークデータ格納ファイルにフィードパック入力され、 修正される。

これにより、 ワークデータ格納ファイルに学習機能が生じ、 曲げ精度が 向上する。

なお、 曲げ角度のズレが目的範囲 （合格範囲） 外であれば、 曲げ動作軌 跡にフィー ドバック修正される。

以上の流れにて曲げ加工及び補正値の自動修正が完了する。

次に、 実際に曲げ動作軌跡を求めるには、 曲げ角度 0 を必要に応じて数 種類に変化させて、 加工点 K ( X t ₍ Y t ) の座標推移を求めることができ る。

板材に当接する加工点の位置が、 アプローチ時の位置と絶えず同一にな るように求めた加工点 Kの座標を図 5に示すように、 K ( X _{t r} Y t ) と し、 A軸をある角度 0 aに回転させた位置の座標を R A ( X _a . Y _a ) , D軸を ある角度 0 dに回転させた位置の座標を R D ( X _d , Y d ) とすると、 先に 求めた K ( X t , Y _t ) の位置から R A ( X » , Y J、 ( X d , Y d ) の値は 容易に逆算出来る。

図 7に、 これまで説明してきた曲げ動作軌跡の制御方法を用いた板材曲 げ加工機の構成ブロック図を示す。

パソコン P Cにキーボード等の入力装置にて板材の材質、 肉厚等の条件 を入力すると、 予め、 この諸条件の下での加工点 κの軌跡を求める計算式 がメモリに格納されていて、 これにて計算された値がシーケンサー P L C 及び曲げ軌跡制御装置 （加工点位置決め補完） に出力される。

この出力された値に基づいて、 A軸制御装置及び D軸制御装置により、 それぞれ A軸、 D軸の回転角度が決定され、 A軸、 D軸のそれぞれのサー ボモーターの作動により、 機械的曲げ機構に伝達され、 曲げ金型 （ブレー ド刃先） の移動経路が制御される。

本発明においては、 板材の曲げ側面に沿った曲げ支点 （曲げ開始点） か らブレー ド刃先が当たる加工点までの長さを曲げ R部と直線部に分解して その座標上の位置を求める計算式を導き出したことによ y、 板材の曲げ加 ェ時の伸び変形による加工点の補完が容易になる。

また、 この補完によ y取り出した座標点により、 A軸、 D軸の角度に変 換したサーボモータ位置決め変換を行うことで、 板材上の加工点の位置ず れをおさえることが可能にな y、 しごき傷の発生を防止することができる。

この場合にも、曲げ R部と直線部に分解したことにより、板材の特性（剛 性、 伸び） に応じて簡単に係数調整が可能である。

本発明においては、 曲げ金型 （ブレー ド刃先） の動作軌跡 （動作経路） が予め把握できるようになつたので、 この曲げ金型と他の金型やワークと の干渉チェックも事前に行える。

また、 曲げ動作の開始から曲げ終了までの間において、 ポイン トを決め て速度を変更することによ y、 サーポモータの トルク、 機械的構造上の負 荷状況、 限界値等を考慮した最適動作条件が得られる。

さらに、 スプリ ングバック量等の補正値データをパソコンのワークデ一 タ格納ファイルに記憶登録させ、 このデータに基づいて加工点の動作軌跡 を作成し、 実行後にその補正値をチェックすることによリ、 学習機能が生 じ、 曲げ精度が向上する。

また、 これによ yワークの試し曲げ回数を低減出来るため、 工数の削減 のみならず、 スクラップ材の削減になる。

特に、 ステン レス等の高価な板材では、 少しでも安価な材料へシフ トし よう とすると板厚のバラツキ等が大きく 、 従来は安定した加工精度が得ら れなかったのに対して、 本発明においてはその場合でも安定した曲げ加工 が可能になり、 スクラップ材の低減も含めて製品コス トダウンに寄与でき る。 産業上の利用可能性

本発明は、 板材の曲げ加工機の分野において、 ブレー ドの曲げ軌跡の制 御に適用され、 板材の曲げ品質の向上に効果的である。

Claims

請求の範囲

1 . 板材を下型と押え型の間にクランプして、 ベン ドビームに装着された ブレー ドにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、 板材の曲げ側面に沿 つた曲げ支点からブレー ド刃先が当接する加工点までの長さ （ L ) と、 曲 げ角度との関係を予め求めたデータに基づいて、 ブレー ド刃先の曲げ動作 軌跡を制御し、 アプローチ位置から曲げ加工完了までの間、 刃先が当接す る板材の位置が同一になるようにした板材曲げ加工機。

2. 板材の曲げ側面に沿った曲げ支点から、 ブレー ド刃先が当接する加工 点までの長さ （ L ) を曲げ R部長さ （ L R) と直線部長さ （ L S ) とに分 解し、 曲げ R部長さ （ L R ) の変化を板材の伸び係数 （ k ) を用いて求め たデータに基づいて、 ブレー ド刃先の曲げ動作軌跡を制御した請求の範囲 第 1 項記載の板材曲げ加工機。

3. 板材を下型と押え型の間にクランプして、 ベン ドビームに装着された ブレードにて曲げ加工する板材曲げ加工機において、 ワーク （板材） に関 するデータ格納手段を備え、 このワークデータ格納手段からのデータと、 曲げ加工に必要な加工データ入力手段にて入力された加工データに基づい て、 ワークの曲げ動作軌跡を作成する手段を備え、 これにて作成された曲 げ動作軌跡に基づいてワークの曲げ加工が施され、 曲げ加工後のワークに 関する品質データ測定手段を備え、 この品質データに基づいてワークの合 否判断をするとともに、 上記ワークデータ格納手段にフィ一 ドバックさせ ることによ y、 曲げ動作軌跡の自動補正を行うことを特徴とする請求の範 囲第 1 項又は請求の範囲第 2項記載の板材曲げ加工機。