(57)【要約】【課題】  オフセット量（Ｕ）を増加しても、ダイス角度（θ）がオフセット量を増加したことによる制限を受けない長尺材の曲げ加工装置及び加工方法を提供する。【解決手段】  ベース部材７上に設置された６軸パラレルリンク機構により可動ダイス８のオフセット量とダイス角度が与えられる長尺材の曲げ加工装置及び方法において、ベース部材７を可動ダイス８のオフセット方向に移動させるベース部材移動手段（ＸＹステージ２１）を設け、オフセット量に関係なくダイス角度を調節できるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材上に設置された６軸パラレルリンク機構により可動ダイスのオフセット量とダイス角度が与えられる長尺材の曲げ加工装置において、
前記ベース部材を前記可動ダイスのオフセット方向に移動させるベース部材移動手段を備えたことを特徴とする長尺材の曲げ加工装置。
【請求項２】
前記オフセット量と前記ベース部材の移動量が同じであることを特徴とする請求項１に記載の長尺材の曲げ加工装置。
【請求項３】
前記ベース部材の移動方向は、前記長尺材の送り方向であるＺ方向に直交する面における、Ｘ方向及びＹ方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の長尺材の曲げ加工装置。
【請求項４】
前記ベース部材は、前記ベース部材移動手段を形成するＸＹステージ上に設置され、各ステージの基準位置からの移動量を制御するサーボ手段により移動制御されることを特徴とする請求項３に記載の長尺材の曲げ加工装置。
【請求項５】
前記ＸＹステージにより、前記ベース部材移動の粗調節が実行され、前記６軸パラレルリンク機構によりにより前記ベース部材移動の微調節が実行されることを特徴とする請求項４に記載の長尺材の曲げ加工装置。
【請求項６】
ベース部材上に設置された６軸パラレルリンク機構により可動ダイスのオフセット量とダイス角度を与える長尺材の曲げ加工方法において、
前記ベース部材を前記可動ダイスのオフセット方向に移動させた位置にて、可動ダイスのオフセット量とダイス角度を設定する第１の工程と、第１の工程で可動ダイスのオフセット量とダイス角度を設定後、曲げ加工を行う第２の工程とを有することを特徴とする長尺材の曲げ加工方法。
【請求項７】
前記オフセット量と前記ベース部材の移動量が同じであることを特徴とする請求項６に記載の長尺材の曲げ加工方法。
【請求項８】
前記ベース部材の移動方向は、前記長尺材の送り方向であるＺ方向に直交する面における、Ｘ方向及びＹ方向であることを特徴とする請求項６又は７に記載の長尺材の曲げ加工方法。
【請求項９】
前記ベース部材移動手段を形成するＸＹステージ上に前記ベース部材を設置し、各ステージの基準位置からの移動量をサーボ手段により移動制御することを特徴とする請求項８に記載の長尺材の曲げ加工方法。
【請求項１０】
前記ＸＹステージにより、前記ベース部材移動の粗調節を実行する工程と、前記６軸パラレルリンク機構によりにより前記ベース部材移動の微調節を実行する工程とを有することを特徴とする請求項９に記載の長尺材の曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベース部材上に設置された６軸パラレルリンク機構により、可動ダイスのオフセット量とダイス角度とが与えられる長尺材の曲げ加工装置及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
６軸パラレルリンク機構を用いた長尺材の曲げ加工を開示した先行技術文献として、特許文献１がある。この特許文献１には、３次元曲げ加工ヘッドに６軸パラレルリンク機構を設け、この６軸パラレルリンク機構の姿勢制御により、６軸パラレルリンク機構に支持された可動ダイスのオフセット量とダイス角度を所定の値に設定し、長尺ワーク材を曲げ加工する曲げ加工装置が開示されている。
【０００３】
図７は上記曲げ加工装置の上面図であり、この曲げ加工装置は曲げ加工ヘッド２及びワーク材供給装置３を備えている。
曲げ加工ヘッド２は、長尺材であるワーク材１を挿通させるガイド穴５ａをもつガイドパイプ６を中心部に固定されたベース部材７と、ガイドパイプ６から前方に送られる長尺ワーク材１に曲げ力を加えるための可動ダイス８を中心部に固定された可動板９と、自在継手１０ａ，１０ｂを介してそれぞれベース部材７，可動板９に端部が連結された６個の油圧シリンダ（伸縮装置）１０とから構成されている。
【０００４】
６個の油圧シリンダは、リンク長が可変のリンクを構成するもので、図１０に示すようにＶ字状に配置されている。これにより、油圧シリンダ１０と油圧シリンダ１０に連結されたベース部材７及び可動板９とは、６軸パラレルリンク機構を構成することになり、油圧シリンダ１０の伸縮制御により、ベース部材７に対する可動板９の位置（距離、ずれ）や傾斜等を任意に設定できる。すなわち、油圧シリンダ１０の伸縮によって並進３自由度で回転３自由度の計６自由度の運動を行なうことができる６軸パラレルリンク機構が形成されている。
【０００５】
図８は、曲げ加工の原理説明図である。可動ダイス８とガイドパイプ６の２つの金型において、中心軸の相対的なずれであるオフセット量（Ｕ）を与え、更に円滑に加工が行えるように、曲げ半径Ｒに応じてダイス角度（θ）の傾きを与え、そこに送り推力ＰＬで押し通すことによって、曲げ加工が行われる。
【０００６】
ワーク材１にはオフセット量（Ｕ）の大きさに対応した加工荷重Ｐが働き、金型間距離Ｖによって曲げモーメントＭ＝ＰＶが作用して塑性変形を起こす。
ガイドパイプ６は固定とし、可動ダイス８だけを移動・傾斜させて、所望のオフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）、金型間距離Ｖを与える。この可動ダイス８を動作させるために、上記６軸パラレルリンク機構を用いている。
【０００７】
２つのパラメータのうち、オフセット量（Ｕ）は加工するワーク材１の曲げ半径を決める役割を持ち、一般的にはオフセット量（Ｕ）を増やすと曲げ半径Ｒは小さくなり、オフセット量を減らすと曲げ半径Ｒは大きくなる。
【０００８】
もうひとつのパラメータであるダイス角度（θ）は、直接に曲げ半径を決める因子とはならないが、長尺ワーク材１が可動ダイス８を通り抜けるときに、長尺ワーク材１の長手方向に直角な方向（即ちダイス角度（θ））に傾いていることが重要である。
【０００９】
このダイス角度（θ）が少ないと、曲げ加工表面の仕上がり状態の不良発生、真円度の不良、しわの発生、坐屈の発生など、製品の品質が劣化する。
従って、６軸パラレルリンク機構の技術を用いた３次元曲げ加工では、希望するワーク材の形状に応じて、オフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）を、最適な値に設定することが必要になる。
【特許文献１】特開２００２−３４６６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
６軸パラレルリンク機構により可動ダイスのオフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）が与えられる従来装置では、６軸パラレルリンク機構の幾何学的条件により、オフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）とは一定の相関関係にあり、オフセット量（Ｕ）を大きくするとダイス角度（θ）の設定範囲が小さくなる特徴がある。
【００１１】
図９は、幾何学的条件によるオフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）の相関関係の説明図である。図９（Ａ）はオフセット量（Ｕ）がゼロの中立位置、（Ｂ）は可動板９をＸ方向に移動させ、可動ダイス８にオフセット量（Ｕ）を与えたオフセットを示している。各図において、上部（イ）は上面図、下部（ロ）は正面図を示す。
【００１２】
６軸パラレルリンク機構を形成する６本の油圧シリンダ１０には、ストロークの制約があり、オフセット量（Ｕ）に対してダイス角度（θ）を独立に任意設定することはできない。
【００１３】
図３は、オフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）の関係を示す特性図であり、点線（Ａ）で示した特性が従来装置の特性であり、オフセット量（Ｕ）がゼロの中立位置からオフセット量（Ｕ）が増加するに従い、取り得るダイス角度（θ）が減少することを示している。
【００１４】
このため、従来の６軸パラレルリンク機構の技術を用いた長尺材の曲げ加工装置では、オフセット量を増やして希望する小さい曲げ半径を持つパイプを生産しようとしても、ダイス角度を大きくできず、ダイス角度の不足から、パイプ表面に、キズ、真円度の不良、しわ、坐屈等が発生し、良好な品質の曲げパイプを生産することができなかった。
【００１５】
図６は、従来装置により加工したパイプ表面の中間調画像を示す図であり、無理な加工の結果パイプ表面にキズ、真円度不良、しわ、坐屈が生じ、製品品質が著しく低下している。
【００１６】
本発明が解決しようとする課題は、オフセット量（Ｕ）を増加しても、ダイス角度（θ）がオフセット量を増加したことによる制限を受けない長尺材の曲げ加工装置及び加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成する各発明の構成は次の通りである。
（１）ベース部材上に設置された６軸パラレルリンク機構により可動ダイスのオフセット量とダイス角度が与えられる長尺材の曲げ加工装置において、前記ベース部材を前記可動ダイスのオフセット方向に移動させるベース部材移動手段を備えたことを特徴とする長尺材の曲げ加工装置。
（２）前記オフセット量と前記ベース部材の移動量が同じであることを特徴とする（１）に記載の長尺材の曲げ加工装置。
（３）前記ベース部材の移動方向は、前記長尺材の送り方向であるＺ方向に直交する面における、Ｘ方向及びＹ方向であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の長尺材の曲げ加工装置。
（４）前記ベース部材は、前記ベース部材移動手段を形成するＸＹステージ上に設置され、各ステージの基準位置からの移動量を制御するサーボ手段により移動制御されることを特徴とする（３）に記載の長尺材の曲げ加工装置。
（５）前記ＸＹステージにより、前記ベース部材移動の粗調節が実行され、前記６軸パラレルリンク機構によりにより前記ベース部材移動の微調節が実行されることを特徴とする（４）に記載の長尺材の曲げ加工装置。
（６）ベース部材上に設置された６軸パラレルリンク機構により可動ダイスのオフセット量とダイス角度を与える長尺材の曲げ加工方法において、前記ベース部材を前記可動ダイスのオフセット方向に移動させた位置にて、可動ダイスのオフセット量とダイス角度を設定する第１の工程と、第１の工程で可動ダイスのオフセット量とダイス角度を設定後、曲げ加工を行う第２の工程とを有することを特徴とする長尺材の曲げ加工方法。
（７）前記オフセット量と前記ベース部材の移動量が同じであることを特徴とする（６）に記載の長尺材の曲げ加工方法。
（８）前記ベース部材の移動方向は、前記長尺材の送り方向であるＺ方向に直交する面における、Ｘ方向及びＹ方向であることを特徴とする（６）又は（７）に記載の長尺材の曲げ加工方法。
（９）前記ベース部材移動手段を形成するＸＹステージ上に前記ベース部材を設置し、各ステージの基準位置からの移動量をサーボ手段により移動制御することを特徴とする（８）に記載の長尺材の曲げ加工方法。
（１０）前記ＸＹステージにより、前記ベース部材移動の粗調節を実行する工程と、前記６軸パラレルリンク機構によりにより前記ベース部材移動の微調節を実行する工程とを有することを特徴とする（９）に記載の長尺材の曲げ加工方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、オフセット量（Ｕ）に関係なくダイス角度（θ）を一定に保持することが可能となるので、従来の６軸パラレルリンク機構の技術を用いた長尺材の曲げ加工装置及び加工方法では不可能であった、より小さい曲げ半径をもつ長尺材の生産が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した長尺材の曲げ加工装置の一実施形態を示す図である。図７乃至図９で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付し、重複部分の説明は省略する。以下、本発明の特徴部分につき説明する。
【００２０】
図１（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。本発明の特徴は、６軸パラレルリンク機構が搭載されたベース部材７が、ワーク材１の送り方向であるＺ方向に直交する面における、Ｘ方向及びＹ方向に移動制御される点にある。
【００２１】
１１及び１２は、ベース部材７の移動手段を形成するＸＹステージ２１のそれぞれＸステージ板及びＹステージ板である。ベース部材７は、Ｙステージ板１２上に形成されたＹ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂに沿ってＹ軸ボールネジ１３の回転駆動でＹ方向にスライド操作される。１４は、Ｙ軸モータ・エンコーダである。
【００２２】
Ｙステージ板１２は、Ｘステージ板１１上に形成されたＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿ってＸ軸ボールネジ１５の回転駆動でＸ方向にスライド操作される。１６は、Ｘ軸モータ・エンコーダである。
【００２３】
なお、Ｘステージ板１１やガイドパイプ６は、ワーク供給装置側に固定されている。このＸＹステージ２１により、ベース部材７は、ガイドパイプ６に対してＸ方向及びＹ方向に移動できる。因みに、ベース部材７には、この移動時にガイドパイプ６と干渉しないように、大きな穴が穿設されている。
【００２４】
ＸＹステージ駆動制御装置１７は、主制御装置１８との通信で受信した移動指令に基づいて、Ｙ軸モータ・エンコーダ１４及びＸ軸モータ・エンコーダ１６と通信し、Ｙ軸ボールネジ１３及びＸ軸ボールネジ１５を回転駆動してＸステージ板１１及びＹステージ板１２を移動させ、移動量をエンコーダ機能でフィードバックすることにより、ベース部材７の位置サーボ制御を実行する。
【００２５】
１９は、６軸パラレルリンク機構駆動制御装置であり、主制御装置１８と通信し、６軸パラレルリンク機構の油圧シリンダ１０を制御して可動板９を介して可動ダイス８に所定のオフセット量（Ｕ）及びダイス角度（θ）を与える。
【００２６】
図２は、幾何学的条件によるオフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）の相関関係の説明図である。図２（Ａ）はオフセット量（Ｕ）がゼロの中立位置、（Ｂ）は可動板９をＸ方向に移動させ、可動ダイス８にオフセット量（Ｕ）を与えたＸ方向移動位置を示す。各図において、上部（イ）は上面図、下部（ロ）は正面図を示す。
【００２７】
６軸パラレルリンク機構を形成する６本の油圧シリンダ１０には、ストロークの制約があるが、本発明により、ベース部材７はオフセット量（Ｕ）と１：１の関係でＸ方向に移動しているため、ベース部材７と可動板９の相対関係は中立位置（Ａ）と同一となる。
【００２８】
従って、６軸パラレルリンク機構を形成する６本の油圧シリンダ１０のストローク制約が解消され、オフセット量（Ｕ）に対してダイス角度（θ）を独立に任意設定することができる。
【００２９】
図３は、オフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）の関係を示す特性図であり、実線（Ｂ）で示した本発明装置の特性では、オフセット量（Ｕ）がゼロの中立位置からオフセット量（Ｕ）が増加しても取りうるダイス角度（θ）が従来装置の特性（Ａ）のように減少することなく、最適な一定値を保持させることができる。
【００３０】
図５は、本発明装置により加工したパイプ表面の中間調画像を示す図であり、図６のように無理な加工によるパイプ表面にキズ、真円度不良、しわ、坐屈が生じることなく滑らかな加工結果が得られ、製品品質が著しく向上する。
【００３１】
本発明において、オフセット量（Ｕ）とベース部材７の移動量とは、通常、同一に設定される。例えばスチールパイプ等の材質の場合、オフセット量（Ｕ）と実際に成形されるワーク材１の曲げ半径Ｒの間に反比例の関係がある。このような場合は、オフセット量（Ｕ）とベース部材７の移動量（Ｘ，Ｙ方向の移動によるもの）とは、同じ（１：１）又は比例関係（ベース部材７の移動量をオフセット量（Ｕ）に一定の係数を掛けた値にする）に選べばよい。
【００３２】
しかし、例えばアルミパイプ等の場合のように、オフセット量（Ｕ）と実際に成形されるワーク材１の曲げ半径Ｒが反比例の関係にない場合には、オフセット量（Ｕ）をその都度補正しなければならず、１：１が最適とは限らない。
【００３３】
しかし、あらかじめシミュレーションや過去の成形データから、ワーク材１の材料に応じたオフセット量（Ｕ）のＸ，Ｙ移動量と曲げ半径Ｒの関数関係がわかっていれば、この関数関係を主制御装置１８に記憶させておくことにより、ワーク材１の材料の種類に応じて表、グラフまたは数式で設定された関係に基づいてオフセット量（Ｕ）から自動的にＸＹステージ２１のＸ軸，Ｙ軸移動量が計算され、ＸＹステージ駆動制御装置１７に適切な移動量の指令値を与えることができる。
【００３４】
図４は、オフセット量（Ｕ）に対して関数関係でＸＹステージを移動制御する機能を実現する制御手段の構成を示すブロック図である。主制御装置１８は、Ｘ移動量演算手段１８１及びＹ移動量演算手段１８２を有し、設定されるＵ（Ｕｘ、Ｕｙ）に対して夫々Ｘ＝ｆ（Ｕｘ）及びＹ＝ｆ（Ｕｙ）を演算してＸＹステージ駆動制御装置１７にＸ移動量及びＹ移動量を指令する。
【００３５】
以上説明した実施形態では、ベース部材７の移動制御をＸＹステージ２１により実現するものであるが、移動制御の精度を高くしたい場合にはＸＹステージ２１の分解能を高くする必要があり、コストアップの要因となる。
【００３６】
この問題を解決する手法として、高精度の位置制御機能を持つ６軸パラレルリンク機構を利用し、第１工程でＸＹステージによりベース部材移動の粗調節を実行し、第２工程で６軸パラレルリンク機構によりベース部材移動の微調節を実行することが可能である。
【００３７】
一例として、オフセット量（Ｕ）をＸ軸方向10.37mm、Ｙ軸方向30.25ｍｍ、ダイス角度（θ）を5.7°に設定する場合を想定する。この場合、ＸＹステージによりＸ軸を10.37mm、Ｙ軸を30.25mm移動し、６軸パラレルリンク機構によりダイス角度を5.7°に設定する。
【００３８】
曲げ加工の工程がこのひとつのパターンの場合は、この一回の駆動で曲げ加工を終了する。しかし、複雑な曲げ加工の場合、引き続きオフセット量（Ｕ）を例えばＸ軸方向10.51mm、Ｙ軸方向30.45mm、ダイス角度（θ）を6.2°に設定する場合には、再度ＸＹステージを移動するためにＸ軸を（10.51-10.37）mm、Ｙ軸を（30.45-30.25）mm微小移動させ、更に角度を変更するために６軸パラレルリンク機構を駆動することになる。
【００３９】
しかし、このときにＸ，Ｙ方向の微小な移動を６軸パラレルリンク機構で行なう手法が有効である。この場合には、前述の第２回目の移動はＸＹテーブルを駆動する動作を省略することができる。
【００４０】
６軸パラレルリンク機構は、いずれにしても角度を変更するために６軸の移動量を計算して６軸を駆動しなければならないので、角度の変更と微小なＸ，Ｙ方向移動とを考慮した計算を行なっても演算時間は非常に早いため、生産時間の増大は無視できる。
【００４１】
このように、ベース部材の微小なＸ，Ｙ方向移動制御を６軸パラレルリンク機構で行なうことにより、ＸＹテーブルにコストをかけることなく移動制御の精度を向上させ、再設定でＸＹテーブルを駆動する手間も省くことができる。
【００４２】
移動量が微小であれば、動作角度範囲の制限値の減少も小さいため、角度制限値の減少が問題にならない範囲では、微小な移動量は６軸パラレルリンク機構で行なわせた方が効率の良い生産が可能となる。
【００４３】
以上説明した実施形態の加工方法では、オフセット量（Ｕ）に基づいてベース部材を移動制御する工程と曲げ加工工程とが時系列的に実行されるものであるが、オフセット量（Ｕ）が連続的に変化し、これに応じてベース部材の移動量も連続的に変化する同時進行の加工方法を取ることも可能である。
【００４４】
なお、本発明における６軸パラレルリンク機構は、上記構成のものに限らない。例えば、伸縮装置として油圧シリンダを示したが、他の構成の伸縮装置でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を適用した長尺材の曲げ加工装置の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態での中立位置とオフセット位置の説明図である。
【図３】オフセット量（Ｕ）とダイス角度（θ）の調整範囲の関係を示す図である。
【図４】本発明を適用した長尺材の曲げ加工装置の他の実施形態の要部を示す図である。
【図５】本発明装置により加工したパイプ表面の中間調画像を示す図である。
【図６】従来装置により加工したパイプ表面の中間調画像を示す図である。
【図７】従来の長尺ワーク材の曲げ加工装置の上面図である。
【図８】曲げ加工の原理説明図である。
【図９】従来装置での中立位置とオフセット位置の説明図である。
【図１０】油圧シリンダの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ワーク材
７  ベース部材
８  可動ダイス
９  可動板
１０  油圧シリンダ
１１  Ｘステージ板
１１ａ，１１ｂ  Ｘ軸ガイドレール
１２  Ｙステージ板
１２ａ，１２ｂ  Ｙ軸ガイドレール
１３  Ｙ軸ボールネジ
１４  Ｙ軸モータ・エンコーダ
１５  Ｘ軸ボールネジ
１６  Ｘ軸モータ・エンコーダ
１７  ＸＹステージ駆動制御装置
１８  主制御装置
１９  ６軸パラレルリンク機構駆動制御装置
２１  ＸＹステージ
【図１】
2005219091.tif 000003
【図２】
2005219091.tif 000004
【図３】
2005219091.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005219091.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005219091.tif 000009
【図８】
2005219091.tif 000010
【図９】
2005219091.tif 000011
【図１０】
2005219091.tif 000012