JPH0520179B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、直状の管（テーパー管、角管、丸
管など）を円弧、放物線、楕円等の任意の曲線状
に曲げる方法に係り、とくに高精度の加工ができ
る曲げ加工法に関する。

＜従来技術＞ 管曲げの方法としては、従来より種々のものが
知られる。代表的なものを列挙すれば次のとおり
である。

圧縮曲げ：第１図に示すように固定した曲げ
型Ａに対し管Ｐをプレス型Ｂにより押し付けな
がら曲げ型の彎曲に沿わせるようにして曲げる
方法。

引曲げ：圧縮曲げにおけるプレス型の傾動を
曲げ型の回動に変更したようなもので、第２図
（イは加工前の状態、ロは加工進行中の状態）
に示すように曲げ型Ａを可回転となしこれに管
Ｐの特定点を固定型３４にて固定しこの状態で
曲げ型Ａを回動させ、曲げ型とそれに対応する
プレス型Ｂとの間から恰も管を順次引き出すよ
うにして曲げる方法。必要に応じマンドレル３
５が使用される。

プレス曲げ：第３図に示すように管Ｐを左右
一対の受座３６，３６に差し渡してセツトしそ
の中央部をプレス型Ｂで押圧して曲げる方法。

ロール曲げ：第４図に示すように千鳥配置の
３つの駆動成形ロール３７，３７，３７間に管
Ｐを通して順次曲げる方法。

引張り曲げ：第５図に示すように固定の曲げ
型Ａに管Ｐを押し付けてその両端を引張りなが
ら曲げる方法。

ハンブルグ曲げ：第６図に示す如く先太りの
キセル状マンドレル３８に定寸の管Ｐをその基
端側から挿入し先端部を通過させて曲げる方
法。

以上のような方法はしかし、それぞれに難点が
ある。

とくに圧縮曲げやプレス曲げは、加工に伴う管
の偏平化やしわの発生が問題となる。ロール曲げ
以外は何れの方法も、曲げ半径等加工条件が変わ
る毎に金型（ハンブルグ曲げではマンドレル）の
サイズ替えを行う種類のもので、多くの金型（マ
ンドレル）を準備する必要があるとともに段取り
替えに手間、時間がかかる。それにそもそもこの
種の方法は、その本来の狙いが円弧曲げにあり、
他の、例えば楕円曲げ等については殆ど考慮され
ていない。またロール曲げについても、成形ロー
ルの相互位置関係を変えることで曲げ半径を調節
することが可能ではあるが、曲げ半径の選択は比
較的大きな値の範囲に限られる。この他、とくに
ハンブルグ曲げなどは、予め定寸に切断された短
尺の管にしか適用できず、例えば長尺ポールの一
端側にだけ曲りを与える類いの加工などは全く行
い得ず、この方法は専らエルボの製造にのみ利用
されているのが実際である。

＜発明の目的＞ 本発明は、円弧をはじめ、放物線や楕円等、あ
らゆる種類の曲線に沿う管曲げを同一の設備にて
金型変更等の段取り替えなしで行うことができ、
しかもとくに曲げ形状の加工精度が良好で、曲げ
に伴う管の偏平化やしわ発生に対しても有効な曲
げ加工方法の提供を目的とする。

＜発明の構成＞ すなわち本発明は、特定の一平面上で任意の位
置に移動可能な把持装置により被曲げ管をその曲
げようとする部分以外の位置で掴持し、その被曲
げ部分を前記把持装置の移動平面と平行の面内で
旋回する円形受型とこれと対をなす直状の押型と
の間に挟み込むようにしてセツトし、その直状押
型を円形受型に対し圧接状態を保ちつつその外周
に沿つて漸進的に傾動させ、この傾動運動と前記
円形受型の旋回運動と把持装置の平面運動の各運
動を司どる駆動装置の速度制御系に目標曲げ形状
からその各駆動装置の応答遅れを予め加味して必
要な指示速度として割り出した速度値を指令信号
として入力するとともに、各駆動装置の駆動実績
を連続的に検出しその実績値の目標値に対する誤
差を逐次求めて比例積分制御により前記指示速度
に補正を加えるようにして、直状押型、円形受
型、把持装置の運動をそれぞれ目標曲げ形状に合
致し相互に同期するように管理しながら管曲げを
遂行することを特徴とする管の曲げ加工方法を要
旨とする。本発明の成形方法は基本的には、いわ
ゆる圧縮曲げにロール曲げを組合せたようなもの
であり、円形受型と直状押型、それに管そのもの
を保持する把持装置の３者に所要の運動を与えな
がら管曲げを行うというものである。かかる方法
では成形過程における上記３者の位置管理が加工
精度上重要な意味をもつことになり、したがつて
本発明では併せて、それら３者の位置を同期制御
する方法をも特定したものである。

＜実施例＞ 以下、本発明の方法を具体的かつ詳細に説明す
る。

第７図は本発明の成形法を実施するための装置
を模式に示す平面図である。

図において、１は曲げようとする直状の管Ｐ
（丸管）を把持する把持装置で、これは固定片２
と該固定片に対し進退する可動片３との間に管Ｐ
をおき油圧シリンダ４にて可動片３を押圧操作し
て両片間に管を挟圧保持する構造である。この把
持装置は特定の一平面上で任意の位置に移動可能
に設ける必要がある。図示では、各々独立した駆
動源７，９が付設されたスクリユー軸５，６を備
える２つのテーブル８，１０を組合せた構造がと
られている。すなわち、把持装置１はまずテーブ
ル８のスクリユー軸５にねじ係合し、同テーブル
上のガイド８ａ，８ａに沿つて駆動され、更にこ
のテーブル８自体が、それと直角配置のもう一つ
のテーブル１０のスクリユー軸６に係合しそのテ
ーブル１０上のガイド１０ａ，１０ａに沿つて駆
動される構造である。駆動源７，９としては制御
性の高いD.Cモータがよい。以下、駆動源につい
ては全て同様である。

１２は上記把持装置と適当に離れて位置する円
形の受型で、外周に被曲げ管Ｐの曲げようとする
部分の外径に対応する形状の半円溝１３を有して
いる。図示はテーパ管を曲げ対象とした例であ
る。この円形受型はそれより大径の円形をなし外
周に歯車１５を備えた固定のベツド１４に同心的
に置かれ、ベツド中央に固定の軸１６を中心に旋
回可能になつている。この受型の旋回運動は、前
記把持装置１の移動平面と平行の面内で行われる
ようにする。この円形受型は外郭円と同心の円形
歯車１７を有し、これに前記ベツド１４上に設置
の駆動源１８に減速機１９を介して結合した小歯
車２０が噛み合わされて、駆動されるよう設けら
れている。

２１は上記円形金型１２と同軸回転する旋回架
台で、円形金型１２の回転中心軸１６に基端部で
回転可能に支持されている。この架台２１は、そ
の上に設置した駆動源２２に減速機２３を介して
結合した小径の駆動歯車２４が前記固定ベツド外
周の大歯車１５に噛み合わされ、駆動歯車２４が
大歯車１５に沿つてベツド周囲を移動することに
より旋回するよう設けられている。

２５は上記旋回架台２１に設置した直状押型
で、円形金型と同じように被曲げ管Ｐの曲げよう
とする部分の外径に対応する形状の半円溝２６を
有し、前記円形受型１２とは互いの半円溝１３，
２６を向き合わせた格好になつている。この直状
押型２５は支持装置２７を介して旋回架台２１上
に設置してあり、この支持装置２７は架台２１に
対しては当該架台の旋回軌跡の法線方向に設けた
ガイド２１ａ，２１ａに沿つて、つまり円形受型
１２の半径方向に摺動可能であり、また直状押型
２５に対しては該押型の上下両側面に対応する計
４個の支持ローラ２８ａ，２８ａにより押型が自
身の長手方向に沿つてスライドできるようにして
ある。すなわち、直状押型２５は前記円形受型１
２の半径方向に進退可能でかつ自身の長手方向に
摺動可能である。

直状押型２５の背面にはラツク歯３０が長手方
向に沿つて設けられ、これに旋回架台２１上の駆
動源３１に結合した小歯車３２が噛み合わされて
おり、この小歯車３２の駆動により直状押型２５
をスライドさせて任意の位置に位置決め可能にな
つている。

２９は上記直状押型２５を円形受型の外周に押
し付ける押圧機構で、前記支持装置２７に組込ま
れたローラ２８ｂ，２８ｂを介して直状押型２５
の背面を押圧するようになつている。云う迄もな
くローラ２８ｂは押型を長手方向可摺動に保つた
ままで押圧操作することを可能にするためのもの
である。この押圧機構２９は、油圧シリンダで、
押圧みのならず、押型２５を円形受型１２から離
反させるのにも使用する。

本発明の管曲げ方法は、以上のような構成にな
る装置を用い、次のようにして曲げ加工を行うも
のである。

まず所定の位置にセツトした把持装置１に曲
げようとする管Ｐをその曲げ対象部以外の個所
で把持させ、同時にその管Ｐを円形受型１２と
直状押型２５間に挟み込むようにしてセツトす
る。この際、管Ｐの成形開始位置Ｍ外周が円形
受型１２の半円溝１３に内接し、直状押型２５
は半円溝２６がそのような管Ｐに軸方向に巾を
もつて対応しかつその前面が円形受型１２の外
周に接するようにする。図示のように曲げ対象
がテーパ管のような場合には、とくに成形開始
位置Ｍに、同位置の外径と一致する内径の半円
溝１３，２６部位を正確に対応させるようにす
ることが肝心である。このような受型、押型の
セツトは、それぞれ駆動源１８，３１を使つて
行えばよい。

管と装置各部の位置関係をこのように設定し
た上で、押圧機構２９を働かせて直状押型２５
を円形受型１２の外周に所定の力で押し付け
る。

上記セツト完了後、旋回架台２１を駆動源２
２にて旋回させ、直状押型２５を円形受型１２
に対する圧接状態を保持させつつその外周に沿
わせながら漸進的に傾動させてゆく。このと
き、同時進行的に円形受型１２と把持装置１と
を、駆動源１８，７，９によつて駆動し、これ
らの運動、すなわち直状押型２５の傾動、円形
受型１２の旋回、把持装置１の平面運動を、目
標曲げ形状に合わせて管理する。

第８図，第９図はその管理の具体例を２つ示
したもので、第８図は円弧曲げ、第９図は楕円
曲げ、の各場合を示す。すなわち図において、
P₁→P₂…は直状押型２５の円形受型１２の外
周上への接触点の推移で直状押型２５の傾動運
動を示し、Q₁→Q₂…は円形受型１２の外周上
の一点の推移、つまり同受型の旋回運動を、ま
たM₁→M₂…は管Ｐの曲げ開始点の推移で把持
装置１の平面運動を、それぞれ表わし、Ｐ，
Ｑ，Ｍ相互間において添字ナンバーが同じもの
は互いに同時点での位置を意味する。

このように直状押型２５、円形受型１２および
把持装置１の運動を相互に同期させて管理するこ
とにより、目標に合致した任意の曲線に沿う曲げ
形状を出すことができる。この場合成形後の管の
スプリングバツク量を予め考慮しその分を見込ん
で成形を行う必要があるのは云う迄もない。

なお、上記成形過程において直状押型２５はそ
れと圧接状態にある円形受型１２の旋回動に合わ
せて長手方向にスライドさせるようにするもので
あるが、この運動については円形受型１２の動き
による従動、駆動源３１による積極駆動の何れと
してもよい。ただし、加工精度の点から云えば積
極駆動とし円形受型１２の運動に確実に同調させ
るようにするのが好ましい。円形受型１２の旋回
と直状押型２５のスライド運動間における確実な
同期は、両型に相互噛み合いのラツク歯を付設す
ることによつても達成することができる。

ところで、以上のような成形法においては、成
形過程における装置駆動系、つまり直状押型１
２、円形受型２５、把持装置１の運動の管理精度
が加工精度を支配することになるが、この３者の
運動を相互に正確に同期させることは実際上非常
に難しい。すなわち、各運動を司どる駆動源
（D.Cモータ）の速度制御における応答に遅れが
あること、各駆動系毎に慣性モーメントが異な
るため指示速度に対する実績速度の遅れ時間がま
ちまちであること、駆動系単位で指示速度の変
化パターンもまるで異なること、等がその原因と
云うことができる。

本発明に基く制御方法は、このような装置駆動
系の運動を高精度に同期制御することを可能にす
るものである。以下、その制御について詳細に説
明する。

上記装置駆動系の運動については、直状押型２
５の傾動は前記旋回架台２１の回転角β、円形受
型１２の旋回運動は自身の回転角γ、そして把持
装置１の平面運動は直交する２本のスクリユー軸
５，６に沿う方向への変位（Ｘ），（Ｙ）にてそれ
ぞれ規定できる。つまり、４軸（β，γ，Ｘ，
Ｙ）に関する位置変化でもつて管曲げ形状を特定
することができるものである。

ところで、一般に機械的装置における作動遅れ
を解消するには予めその駆動系の応答遅れ特性を
考慮して早めに制御系への指示を出してやること
である。

そこで上記β，γ，Ｘ，Ｙの４軸についての駆
動系の応答特性を実測調査したところ、各モータ
への速度指示に対する応答の遅れは、第１０図に
示すように、いわゆる２次遅れ系の特性に酷似し
ており、２次遅れ系のモデルとして近似すれば制
御精度上十分なものが得られることが判つた。

ここに、速度指示の入力と応答出力の関係を数
式化すれば、下式 ｏ（ｔ）＝∫^t _pｇ（ｔ−τ）・ｉ（ｔ）dτ ｏ(t)：時刻ｔにおける出力 ｉ(t)：時刻ｔにおける入力 ｇ(t)：入力と出力との間の関係を示す関数 τ：時刻を表わす変数 となる。これをラプラス変換すると、 Ｏ(s)＝Ｉ（Ｓ）×Ｇ（Ｓ） Ｇ(s)：伝達関数（設備に固有） と表わされ、この式より目標出力Ｏ（Ｓ）を得る
には入力Ｉ（Ｓ）をＯ（Ｓ）／Ｇ（Ｓ）とすればよ
いことが分る。したがつて、Ｏ（Ｓ）／Ｇ（Ｓ）を
逆ラプラス変換して目標出力を得るための時刻ｔ
の入力i′（ｔ）を予め算出し、この速度値を制御
系に入力として与えてやるようにすれば、基本的
にはモータ速度の履歴が目標に一致し、（Ｘ，Ｙ，
β，γ）の軌跡が目標に合致したものとなるはず
である。

ところが、一般にモータの回転数は電圧変化、
気温変化等の不可避的外乱のためにある程度のば
らつきは避けられないものであり、したがつて上
記の予測制御だけでは現実には十分な結果は望め
ない。

しかるに、上記予測制御を基に、いわゆる比例
積分制御の手法に従つて、下式 i″(t)＝i′(t)＋ａ・Δx(t)＋b∫^t _pΔx(s)ds ａ，ｂ：定数（調整パラメータ） Δx：目標位置と実績位置の差 によりモータ指示速度i′（ｔ）に補正を加える制
御を併用すれば、実用上十分な制御精度を得るこ
とが可能である。比例積分制御適用下では通常、
目標値の変化に対し実績値は遅れをもちつつ目標
値に近づいてゆく形となりその意味での誤差は残
ることになるが、予め指示速度に系それ自体の応
答遅れが加味されていて実績値が目標値にほぼ一
致せられるときには、もともと外乱に基く微小な
誤差しか存在せず、このため比例積分制御により
高精度の制御が実現できるものである。

すなわち、本発明に係る制御方法は以上の事実
に基くものであり、具体的な手法は次のとおりで
ある。

前出第７図に制御に用いる機器を模式に示した
が、同図において３３₁，３３₂…は曲げ加工機の
前記Ｘ，Ｙ，β，γの各軸に対応する駆動モータ
に結合したパルス発生器で、駆動モータの実績回
転量に応じた数のパルスを発振する。３４は上記
各駆動モータの速度制御系。３５はこの速度制御
系３４に指示を与える計算機である。この計算機
の処理内容を、第１１図にブロツクダイヤグラム
にて示す。

加工に当つてはまず、計算機３５により予め与
えられた曲げ形状に関する情報から、加工機の各
駆動系の応答遅れを加味して各駆動系への指示速
度i′（ｔ）を計算する。すなわち、第１１図のブ
ロツクダイヤグラムのＡ部の演算を行う。

次いで、この演算にて求められた指示速度i′(t)
を、各駆動モータの制御系３４に入力して、各駆
動モータを速度管理しながら作動させる。このと
きその一方で、各駆動モータに結合したパルス発
生器３３₁，３３₂…からの出力パルスを計算機３
５により逐一カウントし、（Ｘ，Ｙ，β，γ）の
実績位置を連続的に検出しておき、その実績位置
の目標位置に対する誤差（ΔX，ΔY，Δβ，Δγ）
を求めて比例積分制御により前記指示速度i′(t)に
補正を加えるようにする。この演算は第１１図の
Ｂ部に示される。

このような速度制御を、（Ｘ，Ｙ，β，γ）が
目標軌跡の最終位置にくるまで継続して行いなが
ら、管曲げを遂行するものである。

以上の本発明に基く制御方法の精度の高さを、
具体的数値を挙げて示せば以下のとおりである。
すなわち、第１２図は通常の比例積分制御のみに
よつた場合の精度をシミユレーシヨンで検討した
その結果であり、他方第１３図は上記本発明に基
く制御を実機に適用してその制御精度を調べた結
果を示す。比例積分制御のみの例では、β，γの
精度が±2.3°以内、Ｘ，Ｙについては15mm以内と
きわめて悪く実際上実用不可の結果が出たが、本
発明例ではβ，γは0.3°以内、Ｘ，Ｙも３mm以内
と大巾な精度向上が認められ、実用上十分な精度
が得られた。

以上の説明から明らかなように本発明の方法に
よれば、円弧をはじめ、楕円、放物線等、任意の
曲線状に管曲げを行うことが可能であり、しかも
良好な精度の曲げ加工が遂行できる他、管曲げの
過程において管の曲げ行進中の部位はつねに円形
受型と直状押型との間に完全に包囲された形とな
るから、加工に伴う管の偏平化やしわ発生が効果
的に防止される等、すぐれた効果が期待できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧縮曲げの説明図、第２図は引曲げの
説明図で、イは管セツト状態、ロは加工中の状態
を各示す。第３図はプレス曲げの説明図、第４図
はロール曲げの説明図、第５図は引張り曲げの説
明図、第６図はハンブルグ曲げの説明図、第７図
は本発明法を実施するための曲げ加工装置の模式
平面図並びにその制御系を示すブロツク図、第８
図、第９図は本発明法により管曲げを行う場合の
同上装置各駆動系の管理のし方を示す説明図で、
第８図は円弧曲げ、第９図は楕円曲げ、の各例を
示す。第１０図は第７図に示した加工装置の速度
制御における応答遅れの状況を示す図、第１１図
は本発明の制御方法に基く計算機処理を示すブロ
ツクダイヤグラム、第１２図、第１３図は第７図
に示した装置の各駆動系（β，γ，Ｘ，Ｙ）に関
する位置制御精度を示す図で、第１２図は比例積
分制御のみの場合、第１３図は本発明に基く予測
制御＋比例積分制御適用の場合をそれぞれ示し、
両図ともイはγ軸誤差、ロはβ軸誤差、ハはＸ軸
誤差、ニはＹ軸誤差、を表わす。 図中、１……把持装置、５，６……スクリユー
軸、７，９……駆動源、８，１０……テーブル、
１２……円形受型、１３……半円溝、１４……ベ
ツド、１８……駆動源、２１……旋回架台、２２
……駆動源、２５……直状押型、２６……半円
溝、２７……支持機構、２９……押圧機構、３１
……駆動源、３３……パルス発生器、３４……速
度制御器、３５……計算機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 特定の一平面上で任意の位置に移動可能な把
   持装置により被曲げ管をその曲げようとする部分
   以外の位置で掴持し、その被曲げ部分を前記把持
   装置の移動平面と平行の面内で旋回する円形受型
   とこれと対をなす直状の押型との間に挟み込むよ
   うにしてセツトし、その直状押型を円形受型に対
   し圧接状態を保ちつつその外周に沿つて漸進的に
   傾動させ、その傾動運動と前記円形受型の旋回運
   動そして把持装置の平面運動の各運動を司る駆動
   装置の速度制御系に目標曲げ形状からその各駆動
   装置の応答遅れを予め加味して必要な指示速度と
   して割り出した速度値を指令信号として入力する
   とともに、各駆動装置の駆動実績を連続的に検出
   しその実績値の目標値に対する誤差を逐次求めて
   比例積分制御により前記指示速度に補正を加える
   ようにして、直状押型、円形受型、把持装置の運
   動をそれぞれ目標曲げ形状に対応し相互に同期す
   るように管理しながら管曲げを遂行することを特
   徴とする管の曲げ加工方法。