(57)【要約】【課題】素材にかけるパンチの最適な加圧力を精度良く且つ容易に調整することができる曲げ成形装置を提供することを目的とする。【解決手段】カム曲線に従ってパンチを移動させることにより、板状金属を所定の形状に成形する曲げ成形装置において、カム２００一回転の所定回転角度範囲に少なくとも第１のカム圧力角範囲２１３と、これに接続した第２のカム圧力角範囲２１４とを有し、第２のカム圧力角が第１のカム圧力角より小さく且つ第２のカム圧力角範囲でパンチ２０１の作動量増分値を一定とした曲げ成形装置である。【選択図】　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム曲線に従ってパンチを移動させることにより、板状金属を所定の形状に成形する曲げ成形装置において、前記カム一回転の所定回転角度範囲に少なくとも第１のカム圧力角範囲と、これに接続した第２のカム圧力角範囲とを有し、前記第２のカム圧力角が前記第１のカム圧力角より小さく且つ前記第２のカム圧力角範囲で前記パンチの作動量増分値が一定であることを特徴とする曲げ成形装置。
【請求項２】
カム曲線に従ってパンチを移動させることにより、板状金属を所定の形状に成形する曲げ成形装置において、パンチの作動量の増分値を大きい値から小さい値へ多段階に切り替えて制御することで、曲げ成形加工の加工精度に係わるパンチ加圧力調整を精密に行うことを特徴とする曲げ成形装置。
【請求項３】
前記第１のカム圧力角範囲のカム回転角度範囲とその範囲でのパンチ作動量、ならびに前記第２のカム圧力角範囲のカム回転角度範囲とその範囲でのパンチ作動量に基づき前記カムの形状が設計されていることを特徴とする請求項１記載の曲げ成形装置。
【請求項４】
前記第１のカム圧力角範囲で前記パンチの作動量増分値が一定であることを特徴とする請求項１記載の曲げ成形装置。
【請求項５】
サーボモータで前記カムを回転し且つ所望のカム回転角に位置決めすることを特徴とする請求項１記載の曲げ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、素材にかけるパンチの最適な加圧力を精度良く調整することができる曲げ成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、帯状板材の曲げ成形装置は、特開平３−１６５９４１号公報に記載されているようにカムによりパンチを作動させ、素材を押し曲げるように構成されている。
このような従来装置における成形装置は、例えば図１に示される如き形状の帯状板材１０を加工する場合、図２に示すように金属の帯状板材１０をクランプ１２とダイ１１で固定しパンチ２０１を図示の如く作動させることで曲げ成形加工を実施する。
【０００３】
また、一般に金属の板材に圧力を加え変形を加えた後、前記圧力を解放すると図３に示される如く、圧力を加えた帯状板材１０にスプリングバック現象が発生する。したがって、圧力解放前後で板材１０の形状が異なる。
そこで、通常、曲げ成形加工では前記スプリングバック現象の発生を見越し、例えば図１の如き４５度の曲げた成形品１０を得る場合、前記板材を４５度以上曲げられるようにパンチ及びダイの形状を設計されたものを使用する。
しかしながら、そのように設計されたパンチ及びダイを用いてもなおスプリングバック現象が生じ、曲げ成形加工結果が所望する角度にならない場合がある。
この原因の多くは、パンチがダイによりその直進運動が妨げられる位置まで移動した後、板材に所定の変形を確実に生ぜしめるのに必要なパンチ加圧力が該板材に加えられていないことにある。
【０００４】
このような問題に対し従来、曲げ成形加工を開始する前に、カム曲面に沿って直進運動するパンチの突出量を調整することで曲げ成形加工精度に最も影響するパンチ加圧力の調整を行っていた。
しかしながら、所望する曲げ加工結果を得るまでに熟練の作業者がパンチ突出量の調整作業を行っても、短くて半日、長くて三日程度の時間を要し、曲げ成形装置の稼働率向上を妨げる要因となっていた。
また、そのように調整がなされたカムであっても、メンテナンス等の理由によりカムを装置から一旦取り外した後、再度装置に取りつける場合、カム取り外し前と同じ成形加工結果を得るには、再度半日程度のカム取りつけ調整時間を必要とする。
更には、カム等の変更はなくとも、加工に使用する素材のロットが変わるたびに曲げ成形加工結果が異なることから、その都度カムの取り付け調整を実施する必要がある。
【０００５】
この課題を解決するため、従来カムの回転をサーボモータ等で駆動し且つ回転を制御する手段が前記特開平３−１６５９４１号公報で提案されている。
そのような提案に従えば、カムの回転量を数値制御で定量的に調整し且つ調整値を再利用することで前記カム調整を容易に再現できるうえ、カムの回転量を自在に設定することが可能であることから、従来の課題であったカム曲面の修正の困難さを解決することができ、且つ同一のカムであっても、カムの回転量及び方向を自在に設定することで異なる製品の曲げ成形加工を容易に実施することが可能となった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記提案ではパンチ作動量（突出量）を如何に制御するかについて、提案がなされているが、如何に精度良く曲げ成形加工を実施するかについて考慮されていない。
例えば、従来技術では、図４に示す如き形状のカム１００をサーボモータで回転、且つ制御することで図５に示す如くカムの回転に比例しパンチ作動量１０１を制御することが可能である。
しかしながら、そのような形状のカム１００においては、カムの単位回転角度あたりのパンチ突出増分値が大きいことから、パンチが素材に接触し、素材の押し曲げを開始してから所望の曲げ加工結果を得られる間にパンチにかかる加圧力１０２が図５に示す如く急激に上昇する特性を持つ。
したがって図５に示すような加圧力特性を持つカム形状では、カム単位回転角度あたりの回転に対する加圧力の増分値が大きいことから、加圧力の調整を行う調整領域が狭い。
そのため、精密な加圧力の調整を実施することが困難となる。
【０００７】
また、前記特開平３−１６５９４１号公報に記載されているカムの形状では、如何にパンチを作動させるかに重点をおいた設計がなされており、カムの圧力角（すなわち、カムとパンチとの接触点における、パンチを被成形物に対し押し出すカムの押出し角度）について考慮された設計がなされていない。
しかしながら、カム圧力角は、パンチ加圧力にかかわる重要な要素である。
例えば、カム圧力角が大きいカムを使用してパンチの作動を行う場合、パンチに所定の仕事をさせるのに大きい力（最大１００ＫＮ程度）を必要とする。
【０００８】
従って、カム圧力角を極力小さくすることを考慮しないカムを曲げ成形装置に使用した場合、カムを作動する作動源に必要以上に大容量のサーボモータを必要とすることから、結果として消費電力の増加、装置価格の上昇及びそのサイズの増大、モータ慣性の増大による制御性悪化などを招く問題が発生する。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上述した従来の問題点を解決するものであり、前記素材にかけるパンチの最適な加圧力を精度良く且つ容易に調整することができる曲げ成形装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の曲げ成形装置は、カム曲線に従ってパンチを移動させることにより、板状金属を所定の形状に成形する曲げ成形装置において、前記カム一回転の所定回転角度範囲に少なくとも第１のカム圧力角範囲と、これに接続した第２のカム圧力角範囲とを有し、前記第２のカム圧力角が前記第１のカム圧力角より小さく且つ前記第２のカム圧力角範囲で前記パンチの作動量増分値が一定とした構成を有している。
この構成により、本発明の曲げ成形装置は、被加工物への精密な加圧力調整を行うことが実現できる、また、より小容量且つ低慣性のサーボモータを用いることができ、その結果、消費電力の低下、装置価格の低下及びそのサイズの小型化、ならびに制御性の向上を図ることができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の曲げ成形装置は、カム曲線に従ってパンチを移動させることにより、板状金属を所定の形状に成形する曲げ成形装置において、パンチの作動量の増分値を大きい値から小さい値へ多段階に切り替えて制御することで、曲げ成形加工の加工精度に係わるパンチ加圧力調整を精密に行う構成を有している。
この構成によっても、本発明の曲げ成形装置は、被加工物への精密な加圧力調整を行うことが実現できる。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の曲げ成形装置は、前記第１のカム圧力角範囲のカム回転角度範囲とその範囲でのパンチ作動量、ならびに第２のカム圧力角範囲のカム回転角度範囲とその範囲でのパンチ作動量に基づき前記カムの形状が設計されている構成を有している。
この構成により、本発明の曲げ成形装置は、そのカム形状を容易に設計することが実現できる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、本発明の曲げ成形装置は、前記第１のカム圧力角範囲で前記パンチの作動量増分値が一定である構成を有している。
この構成により、本発明の曲げ成形装置は、より容易にパンチ作動量を制御することが実現できる。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の曲げ成形装置は、サーボモータで前記カムを回転し且つ所望のカム回転角に位置決めする構成を有している。
この構成により、本発明の曲げ成形装置は、所望の回転角にカムを位置決めすることで、パンチの被成形物方向への進出量を容易に調整することが可能となることから、同一のカムであっても様々なワーク加工を実施することが実現できる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明に係わる実施例を図１に示される如く帯状板材１０を４５度押し曲げる曲げ成形加工を例にとり、説明図を交えて説明する。
【００１６】
図１に図示される形状の曲げ成形加工を実施するには、例えば図２に示す如く、曲げ成形加工を実施する装置にパンチ２０１、ダイ１１及び帯状板材１０を固定するクランプ１２等を装備する。
この曲げ成形加工は、ダイ１１とクランプ１２で帯状板材１０を固定し、且つパンチ２０１を所定の方向に作動させることにより実施する。
【００１７】
図６、図７は、曲げ成形加工時に作動するパンチ２０１とパンチの作動にかかわるカム２００の作動原理図であり、以下これについて説明する。
パンチ２０１は、少なくともパンチのカム接触端２０２が常にカム２００に接触する程度の力をバネ２０４から受け、また、パンチ２０１は、カム２００の形状に従い、且つそのカムの回転によりガイド２０３に沿って押し出され、且つバネ２０４の作用により引き戻される。
また、カム２００は、減速機２０７を介してサーボモータ２０５により回転され、且つサーボモータ２０５は、制御器２０６により駆動制御される。
【００１８】
本実施例のカム２００は、第１のカム圧力角範囲２１３と第２のカム圧力角範囲２１４を持ち、当該第２のカム圧力角が当該第１のカム圧力角より小さく、且つ第２のカム圧力角範囲でパンチの被成形物方向への進出量増分値が一定となるよう構成されている。
ここでカム圧力角とは、前述したように、カムとパンチとの接触点における、法線とパンチの運動方向と、のなす角度のことであり、これを図７で説明すると、カム２００とパンチ接触端２０２との接点を通る接線に直交する法線とパンチ２０１の軸線と、の交差角度αである。
【００１９】
カム２００の設計は、図８の如き表を使用し、カムの回転に伴うパンチ押出し量を特定する。
本実施例においては、図８に示すように、カムの回転とパンチ押し出し量との比（パンチ押し出し量／カム回転角度）が第１の所定値（直線２０８の傾き）である第１のカム圧力角範囲２１３と、カムの回転とパンチ押し出し量との比が上記第１の所定値より小さい第２の所定値（直線２０９の傾き）である第２のカム圧力角範囲２１４とを有している。
このように、直線２０８と直線２０９は、それぞれ所定の傾きを有している。
つまり、第１および第２のカム圧力角範囲２１３、２１４でのカムの単位角度当たりのパンチ押し出し量がそれぞれ所定値である。
したがって、第１および第２のカム圧力角範囲における当該各カム圧力角もそれぞれほぼ所定値となる。
第１および第２のカム圧力角範囲２１３、２１４における、パンチ作動量（押し出し量）２１０、２１１並びにそれらに対応するカム回転角度２１３、２１４は、次に示す点を考慮し設定する。
【００２０】
はじめにパンチ２０１が曲げ成形加工を完了するために必要な総作動量２１２と、パンチ２０１の移動のために使用するカム２００の総回転角度範囲２１５と、を設定する。
次に被成形物へのパンチ加圧力調整を行う第２のカム圧力角範囲内パンチ作動量２１１とそれに対応するカム回転角度範囲２１４とを設定する。
なお、第２のカム圧力角範囲２１４は、パンチの被成形物への加圧力調整を精密に行うことを主たる目的としている。
【００２１】
この目的を達成するためには、パンチ加圧力２１６は、カムの回転に対して急激に上昇することのない特性を持てばよく、例えばカム２００の回転角度の増分に対するパンチ突出量を示す直線２０９の傾きが小さくなるように第２のカム圧力角範囲開始カム回転角度２１７、第２のカム圧力角範囲終了カム回転角度２１８、および第２のカム圧力角範囲内パンチ作動量（突出量）２１１を設定すればよい。
【００２２】
また、本実施例では、小容量且つ低慣性のサーボモータを曲げ成形装置に使用することも目的としているが、該サーボモータで曲げ成形加工に必要十分な加圧力を発生させるには、可能な限り第２のカム圧力角範囲２１４を広く設定し、当該カム圧力角を極力小さくすることが好ましい。
【００２３】
次に総作動量２１２から第２のカム圧力角範囲内パンチ作動量２１１を差し引いた第１のカム圧力角範囲内パンチ作動量２１０と、総回転角度範囲２１５から第２のカム圧力角範囲内カム回転角度範囲２１４を差し引いた第１のカム圧力角範囲内カム回転角度範囲２１３とを求める。
なお第１のカム圧力角範囲内パンチ作動量２１０は、図８に図示されているように直線的に作動量を増分させてもよいが、放物線状または、正弦波状のパターンに沿って増分させてもよい。
【００２４】
次に図８に図示されるパンチ作動量とカム回転角度の関係に従い、パンチ２０１を作動させるカム２００の形状を一般的に知られた手作業による手法で設計する。
なお、前記手法とは、カムを任意の角度、例えば５度で分割し、その分割された角度ごとにおけるカム中心からのパンチ２０１作動量を図８の表から算出し、さらに、分割された角度ごとのパンチ２０１作動量を図面上にプロットし、該プロットされた点を滑らかにつなぐことでカム２００の形状を設計することである。
【００２５】
また、前記手法の如く、図面上に点をプロットせず、ＣＡＤ上でプロットを実施し、さらにプロットされた点をスプライン曲線等で滑らかにつなぐことでカム２００の形状を設計してもよい。
【００２６】
また、少なくとも第１のカム圧力角範囲内パンチ作動量２１０、第２のカム圧力角範囲内パンチ作動量２１１、総作動量２１２、総回転角度範囲２１５、第２のカム圧力角範囲開始カム回転角度２１７、および第２のカム圧力角範囲終了カム回転角度２１８をコンピュータにデータ入力することでカム２００の形状を自動設計してもよい。
【００２７】
さらに、設計された前記カムを製作し、図６に図示される少なくともカム２００とパンチ２０１とカムの回転駆動源となるサーボモータ２０５とサーボモータの回転を制御する制御機器２０６と減速機２０７の構成からなる作動機器２１９に組込み、更に前記作動機器を図１０に示される如き曲げ成形装置に装着する。
カム２００は、サーボモータ２０５に連結して回転させてもよいが、好ましくは、減速機２０７を介し連結することで、加圧力調整の分解能を更に上げ、且つより小さな容量のサーボモータで曲げ成形加工に必要十分なカム作動力を発生させてもよい。
【００２８】
また、サーボモータ２０５と制御器２０６でカム２００の回転角を制御することにより、例えば図９に図示する如く、同一のカムであっても加圧力を調整するカム２００のカム回転角度上限値２２０を様々に変更することで、異なる形状のワークを生産することも可能となる。
【００２９】
また、図１１に示すようにカム４０５の回転開始基準４００である０度を境にカム単位回転あたりのパンチ押し出し量（パンチ押し出し量／カム回転角度）を例えば４つ（４つの直線４０１、４０２、４０３、４０４で表される）、すなわち４つのカム圧力角範囲を設定し、且つそれに対応するように図１２に示すカム４０５を設計及び製作し、そのカム４０５を正転、逆転するサーボモータと制御機器とを組み合わせることで、１枚のカムであってもより多彩な製品形状の加工ができるようにしてもよい。
【００３０】
次に図８に示すパンチ作動パターンに従い、図２に図示する動作でワーク１０に曲げ成形加工を行う前に実施するワーク１０への加圧力調整の実施例を説明する。
加圧力調整は、はじめにカム２００を第２のカム圧力角範囲２１４の開始位置として設定する第２のカム圧力角範囲開始カム回転角度２１７まで回転することで、図２に図示される如き帯状板材（ワーク）１０の押し曲げを実施する。
続いて、特に図示しないが一般的に使用される手動パルス発生器または数値入力機器等の外部入力機器からサーボモータ制御器２０６に回転量のデータを入力することでカム２００を更に回転させる。
カム２００の回転に従い、パンチ２０１は、ダイ１１により作動（突出）を妨げられる位置まで移動し、且つ更にカム２００を回転させることで所望の曲げ成形加工結果を得るに必要と想定される加圧力を帯状板材１０に加える。
【００３１】
次に一旦加圧力を解放し、帯状板材１０の曲げ成形加工結果を検査する。
前記検査は、ノギス等の計測機器を使用し人手により検査を行ってもよいが画像処理機器とコンピュータとソフトウェアを組み合わせて、自動的に計測し、且つ検査を行ってもよい。
【００３２】
前記検査の結果、帯状板材１０が所望する角度に曲げられていない場合は、パンチ２０１にかける加圧力を増加するべく、カム２００を更に回転するようサーボモータ制御器２０６に回転量のデータを入力し、また帯状板材１０が所望する角度以上に曲げられている場合は、加圧力を減少させるためカム２００の回転角度を減らすようにサーボモータ制御器２０６に回転量のデータを入力する。
帯状板材１０の曲げ成形加工が所望する結果を得られるまで以上の作業を繰り返し実施し、且つ最終的に得られたカム２００の回転角度をサーボモータ制御器２０６に記憶し、且つカム２００が常に記憶された前記回転角度まで回転する指令値をサーボモータに発するソフトウェアを適用することで所望の加工精度を満たす曲げ成形加工を安定的に実施する。
【００３３】
前記繰り返し作業は、人手により実施してもよいが、好ましくは前記画像処理機器等とソフトウェアを組み合わせて、自動的に実施してもよい。
また前記繰り返し作業により所定のカム回転角度を求めるのではなく、所望の少なくとも曲げ加工形状、帯状板材１０の材質、パンチ及びダイの形状、第１及び第２のカム圧力角範囲で設定されるパンチ作動量、およびカム回転角度範囲からカム２００の所望回転角度を推定し、サーボモータ制御器２０６に回転角度を設定してもよく、さらには、前記回転角度の推定をコンピュータとソフトウェアを組み合わせて実施してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、素材にかけるパンチの最適な加圧力を精度良く且つ容易に調整可能な曲げ成形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】帯状板材の曲げ成形加工で得られる成形品の一例である。
【図２】帯状板材の曲げ成形加工動作の説明図である。
【図３】スプリングバック現象の説明図である。
【図４】従来の曲げ成形装置に用いられていたカム形状の一例である。
【図５】図４記載のカムとサーボモータを組み合わせてパンチを作動させた時のカム回転角度に対するパンチ作動量とパンチが帯状板材にかける加圧力変化の説明図である。
【図６】パンチの作動原理の簡単な説明図である。
【図７】パンチの作動原理の簡単な別の説明図である。
【図８】実施例におけるカム圧力角範囲の設定例である。
【図９】実施例における加圧力調整位置に相当するカム回転角度の設定例である。
【図１０】実施例における曲げ成形装置の構成例である。
【図１１】実施例における２つ以上のカム圧力角範囲の設定例である。
【図１２】実施例における２つ以上のカム圧力角範囲を持つカムの形状例である。
【符号の説明】
１０　　　帯状板材（ワーク）
１１　　　ダイ
１２　　　クランプ
１００、２００、４０５　　カム
２０１　　パンチ
２０５　　サーボモータ
２０６　　サーボモータ制御器
２０７　　減速機
２１３　　第１のカム圧力角範囲
２１４　　第２のカム圧力角範囲
２１０　　第１のカム圧力角範囲内パンチ作動量
２１１　　第２のカム圧力角範囲内パンチ作動量
２１２　　総作動量
２１５　　総回転角度範囲
２１６　　パンチ加圧力
４０１　　第１のカム圧力角範囲のパンチ突出変化量を示す。
４０２　　第２のカム圧力角範囲のパンチ突出変化量を示す。
４０３　　第３のカム圧力角範囲のパンチ突出変化量を示す。
４０４　　第４のカム圧力角範囲のパンチ突出変化量を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004058147.tif 000011
【図１０】
2004058147.tif 000012
【図１１】
2004058147.tif 000013
【図１２】
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