JPS6163359A - 山形材の加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は山形材の溶断、ｉ８接を行う加工装置に係るも
のである。

〈従来の技術〉 山形材はその形状断面でフランヂ面、ウェブ面の２つの
面をもち、この山形材の切断或いは溶接をイ？う装置に
於いては材料の形状に対応する加工機械との対応が平面
の加工のように加工線と機構部の連動が一敗しない。従
って加工線の与条件（座標）を加工ａ＠の座標系に移し
換える必要があった。

〈発明が解決しようとした問題点〉 上記の如〈従来の山形材の加工装置は加工線の与条件（
座ｔりを加工機械の座標系に移し換える必要がある為数
値制御に於いて、ＮＣフォマフトを作成し数値制御機械
によって加工することが出来ず、コーナ部の加工に際し
てトーチのｈｋ回を必要゛としたなどの解決が得られな
い為に、山形材を自動的に溶断、溶接することが出来な
い問題があっ１こ。本発明は従来の前記問題点を根本的
に解決するものである。

〈問題点を解決するための手段〉 次に図面をり昭して上記間顕、占を解決する／）の本発
明に係る一手段を説明する。第１図は山形材の形状断面
を示す図で、図に於いてｌａは山形材のウェブ面、１ｂ
は山形材のフランヂ面、２は山形材の背部１．３は山形
材の内面でコーナー部の１曲部の中心点を示し、フラノ
ヂ厚みＴ、ウェブ厚みｔ、内面コーナー部の曲率半径ｒ
とウェブ及びフランチの長さＷ及びｒで断面形状が現定
さ１一般にＴ≠ｔで且つＴ＞ｔとなっている。

第２図は山形材の切断形状の例を示し、（ａ）図は型切
断、（ｂ）図は溶接の為に前核された切断を示す。又１
ａ、■ｂはそれぞれウェブ及びフランチを示し４ａ、４
ｂは表面（又は背側）と内面（又は腹側）の切断線を示
す。（ｂ）図の切断線は裏開先の場合内面の切断４ｂを
一直キ♀に揃えると、切断厚みにより表面の切断縁４ａ
か切断部の厚さによって一直線になることはなく図に於
いてコーナー部５は特に複雑な曲線になる。

第３図は傾斜切断に於いて板厚の変化と（オ料の裏面と
表面の切断線の位置のズレを説明する図で、６は切断ト
ーチ、７は材料の表面、８は材料の裏面、更に９は材料
の裏面の切断線を示す。２種の板厚をｔ、、Ｌ、とし、
開先の角度をαとすれば表面７に対する切り込み点１０
ａ、Ｊｏｂの下面の切断縁よりのズレの寸ｌ去はそれぞ
れ板厚’ｌ＋ｔ！に対してｔ、　−ｔａｎ　α、５・ｔ
ａｎ　αとなる。

第４図は山形材の断面に対する切断の状況と切断トーチ
の運動を示し、１１は断面で筋目は切断の方向、１２は
断面のコーナー部の曲率の中心で切断トーチ１３の回転
の中心になる。１４はトーチの位置の基準点で且つトー
チの回転の支点、１５はトーチの支点１４の動線を示す
。切断板厚はコーナー部に於いて連続的に変化する状況
も併せて示している。

第５図は更に詳しく切断トーチの動きを示したもので、
１６は被加工山形材、１７は切断トーチで１８は切断ト
ーチの回転、旋回、移動の支点を示し、１９はトーチの
動線、２０は開先切断のためのトーチ頭角φ設定、２１
はコーナ部切断のための旋回角θの動きを示し、これら
を整理すると、山形材切断のための切断トーチ１７の動
きは切断線に対しては座標系ｇ　（ｘ、　　ｙ、　　ｚ
、　　θ、φ）とし、ｘ、　　ｙ。

２座標、トーチの傾角φ、コーナ部の旋回角θで定義す
ることが出来る。

第６図はｘ、　　ｙ、ｚにより表される直交座標及びθ
、φで示される山形材コーナ部の旋回とトーチ角度を与
える回転座標系の５！′ｈ制御を行う機構の実施例を示
し、図に於いて２２〜２４はＸ軸駆ＩＦＩＩ系を示し、
２２はＸ軸方向の運動の案内レール、２３は案内レール
２２に沿い駆動用サーポモーク２４により駆動され、Ｘ
軸位置を連続的に与える水平移動台車である。２５〜２
７は２軸駆動系を示し、２５はＸ軸に対して垂直方向に
台車２３に固定されＸ軸方向を案内するコラムとレール
で２６に示す２軸駆動用サーボモータにより垂直上下す
る台車２７で２軸の位置決めを行う。２８〜２９はｙ＠
駆動系を示し２８はトーチ支持アームでＺ軸台車２７に
案内され、ｙＩ：ｈ駆動サーボモータ２９により位置決
めされる。内、Ｘ軸方向はＸ軸、ｚ軸に直交する方向と
され１１；１記２２〜２９の典構によりＸ、Ｙ、Ｚ軸の
位置決め制御が行われる。、３０〜３５はアーム先端に
■合わさねたト−チ旧持機構で、３０は山形ｔオのコー
ナ部でトーチを旋回する機構を含むアーム先端ブロック
であり、θ軸駆動用サーボモータ３１により旋回角θを
制御する。３２はトーチ３５に開先角度を与えるφ軸駆
動用モーフにより駆動するｉ椹で、アーム先端プロ７り
３０に組みつけられ旋回角度θをトーチアーム３３に（
云える。３４はトーチアーム３３とトーチ３５を連結す
るホルダ一部分を示す。実際の加工作業はＸ。

ｙ、ｚ、　　θは相互に関連があって連動せしめる必要
があり、φ軸に対しては定角とされる場合が多いが、時
に連動を必要としたことがある。

第７図はこれら角座標軸の連動の関係を更に詳しく説明
する図で、図に於いて３６はＸ軸、３７はｚ軸、３８は
ｙ軸、３９はθ軸、４０はφ軸を示し、４１はトーチ支
持アーム、４２はトーチを示し、Ｐは山形材表面の加工
線上の点、Ｑはトーチの把持点でトーチ傾斜角の回転中
心、Ｒはトーチ旋回の回転中心点を示す。

次に山形材表面の加工′！３ｆがｆ　　（ｘ、　　Ｙ、
　　Ｚ。

φ）で与えられた場合を想定し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、　　θ。

φの相関を求めるために第８図によって説明する。

図に於いてはトーチのＩ＋４′Ｉ角中５よ０°の場合を
示し相関ＩＦＪＩ係を求めるに際してΦの１ｉタデξを
付加して説明する。４３は山形材、４４はトーチ、４５
はトーチ支持アーム、（Ｐ、、　　Ｐ、・・・・・・　
Ｒ７）、（Ｑ　＋、Ｑ２・・・・・Ｑ７）、（Ｒ，、Ｒ
２・・・・・Ｒ？）は人〜、、＋’Ｉ、　７図に示した
切断点、及びトーチの傾斜、旋回の支点に対応するもの
であり、４６はＲ点の軌跡を示す。又Ｓ但は山形材裏面
の加工線上の点を示す。

第８図及び第９図に示した幾何モデルにより、裏開先の
場合のＰ点及びＲ点の軌跡（ｘ、　　”ｉ’、　　Ｚ）
、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とθとの相関を求めると第８図に処１
して裏開先のある場合は加工線はＰ′点で与えられＰＭ
　ｘ、、Ｙ、、Ｚ、）からｘ、　　ｙ、２座標系への変
換を要し、表１のようになる。又、相関のパラメータと
し、Ｉ？Ｑの長さをβ、ＰＱの長さヲｈ　ｃｏｓφ、フ
ランヂの厚さをＴ、ウェブの厚さをＬとした。又■■■
・・・・・・・・・■はトーチの位置変化の順序を示す
。表１は第８図に於けるトーチの位置、■■■・・・・
・・・・・■に対し、加工線上の所期のＰ点の座標ｘ、
　ｙ、　ｚ、φに対し、第７図に略記した機構のＲ点ゐ
位置座標ｘ＋　　ｙ＋”及びθ、φの関連を示すもので
ある。一般に傾角φは初期設定角であるからＸ、Ｙ、Ｚ
は夫々旋回角θをパラメータとした関数であることがわ
かる。

第９図による場合は表１の数式モデルは変わるが、ｘ、
　Ｙ、　Ｚ、φ−ｘ、　　ｙ、　　ｚ、　θ、φへの変
換の原理は同様であるから省略する。また裏開先又は開
先のない場合はＰ’、Ｐ点の指示座標は一致する。

又、表により加工の速度ＶはＰ点の移動速度によるが、
Ｐ点の移動速度■は 〜■についてはθ＝０°又はθ＝９０°であるからｘ、
　　ｙ、　　ｚＦｌ標はθとは関数関係にないことが明
らかであるが■〜■の位置に於いては、ｘ＋１−２の座
標はθと関数関係にある。従ってＲ点の移動速度Ｖは で示され、且つ第８図で五′に示される長さもθの関数
であり且つ切断厚さになることから加工−−−−−−−
−−・“−−（ｉｖ　）となり、θ°もθの関数と考え
る必要がある。但しｉとθの関係は論理式で簡単に割り
切ることは出来ないので数種のパターンを演算に際して
外挿する必要がある。

次に第１Ｏ図は本発明の装置の数値制御を説明する図で
、図に於いて４７はさん孔テープ、カセノＩ・テープま
たはコンピュータダイレクトによる人力情報媒体、イ８
はテープリーグなどよりなる入力装置を示す、５２はｘ
、Ｙ、Ｚ、　　φで与えられる入力端軸をＮＣ切断機６
１の座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、　　φ、θに変換する演算処理部
でθを分割し、動作経路を直線補間し、短い線分Δｘ、
Δｙ、Δ２．Δφを演算する役割を果たし、４９は表１
に示した数学モデルの処理プログラム部である。５０は
前記の速度式（１）％式％ を演算処理するプログラム部でΔＴによりｘ、ｙ。

２、θ、φの動作速度の相互の関連をもたせるものであ
る。又５１は該プログラムに対しＶ（θ）を可変とした
ようなパラメータを入力する操作部を示し、演算処理部
５２の演算処理の結果は表２に示すようなマトリックス
として一時記憶される。５３はレジスタ部をもったパル
ス分配装置でその内容を入力し、へＴ１時間内に各制御
軸の導多動忙Δｘ１゜Δ７１．ΔＺｉ、Δφ、、Δθ、
に相当するパルスを出力する部分である。５４〜６０は
一般に公知のパルス制御サーボ系の例を示し、５４φ、
５４θ１５４ｘ、５４ｙ、５４ｚはパルス出力部５３の
出力パルスをうけるカウンタ部で夫々φ１　θ、ｘ、　
　ｙ、Ｘ座標に対応するものである。５５φ、５５θ、
５５ｘ、５５ｙ。

５５２はＤ／Ａ変換器、５６φ、５６θ、　５６ｘ、　
５６ｙ。

ＳＳＺはプレアンプであり、又５７φ、５７θ、５７ｘ
。

５７ｙ、５７ｚはパワーアンプ　５８φ、５８θ、５８
ｘ。

５８ｙ、５８ｚは各制御軸用のサーボモータであり、更
に５９．６０はそれぞれタコジエ不レーク及びパルス発
（＋３器を示し、前者はアナログ系に、後者は対応する
カラ／り５４φ、５４θ、　５４ｘ、　５４ｙ、　５４
ｚにフィードハックされる。

〈発明の効果〉 山形材の切断或いは溶接を行う装置に於いて材料の形状
に対応する加工機械との対応が平面の加工のようには加
工線と機構部の運動が一致せず、加工線の与条件〈座標
）を加工機械の座標系に移し換える必要がある為、従来
の数値制御に於いてはＮＣフォマ７トを作成し、数値制
御機械によって加工することば不可能であった。しかし
本発明の方法によれば、第９図に於ける入力情報媒体４
７〜パルス出力部５３に示した部分で表１に示した座標
変換の数式モデルを用い、加工線の座標を機械の座標に
移し換えるに当たり、各座標軸の運動を山形材のコーナ
ー部に於いて山形材内面のコーナーの曲がりの中心点を
トーチの旋回中心とし、且つトーチの旋回角θを分割し
、旋回角θをパラメータとして各座標軸の移動の微小な
増分値を演算し、更にトーチの先端の移動速度Ｖを規定
して各制御軸の移動速度を制御することにより、加工を
可能ならしめることが出来る。

更に本発明の波及効果は、例えば船体の肋材の加工など
、従来手作業に頼らざるを得なかった分野の自動化、特
に既存のＣＡＤ／ＣＡＭ体ｉｔ、Ｉ＋と結合することが
出来るので経済的効果は絶大である。

尚、溶接については具体的に記述を省いているが、本発
明に係る装置はトーチを切断トーチにすれば切断、溶接
トーチに置き換えれば溶接′Ａ置になることは当然であ
り、又山形材と加工機械との位置の関係についても山形
材を加工機械のＸ座標と平行に置くこと以外には特に制
限はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は山形材の形状断面説明図、第２図は山形材の切
断形状の説明図、第３図は（中耕切断、に於ける材料の
裏面と表面の切断線の位置のズレの説明図、第１１図乃
至第９図は山形材切断に於ける切断トーチの構造及び動
作説明図、第＋０１ｍは加工装置に於ける数値制御の説
明図である。 ６．１３，１７．３５，４２．、＋４は切断１・−チ、
１４．１８は支点、１５．１９はドーグ−動線、２２．
２５はレール、２３．２７は台東、２４．２Ｇ、２９．
３１　はサーボモータ、３３．４１．４５はトーヂ支１
！ｆアーム、４７は人力情報媒体、イ８は人力装置、４
９．５０は処理プロゲラ１．部、５１は操作部、５２は
２４′ｎ処理部、５３は出力部、５４はカウンタ部、５
５はｆ）／、へ変換器、５６．５７はアンプ、５８は制
御φＩＩ＋、５９はタコジェ不レーク、６ｏはパルス発
信器、６１は切ＵＩ機、θはトーチ旋回角、φはトーチ
Ｍ角である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）山形材を切断、溶接する装置に於いて、山形材の
   加工面をＸ、Ｙ、Ｚの直交座標系で示し、且つ加工線を
   Ｘ、Ｙ、Ｚ座標で表し、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系と平行するｘ
   、ｙ、ｚ座標系よりなる加工装置に山形材のコーナー部
   分を旋回して加工し得るようにｘ、ｙ、ｚ座標軸の先端
   に旋回角θを与えるレバーの先に開先角度設定用の傾角
   φを与える機構を設け、山形材の加工線ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ
   、Φ）を加工装置の座標系ｇ（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ）に
   変換し、且つ加工線に（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に沿う加工速度を
   与えてｘ、ｙ、ｚ、θ、φの速度に変換して数値制御に
   より加工を行うようにした山形材の加工装置。
2. （２）山形材の加工線ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Φ）をＸ、Ｙ、
   Ｚ直交座標系と平行なｘ、ｙ、ｚ直交座標系に対し加工
   装置の運動を座標系ｇ（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ）とし、山
   形材コーナー部のトーチ旋回角θをパラメータとして座
   標変換の論理に従ってθの微小な増分に対してｘ、ｙ、
   ｚ、θ、φの微小増分を演算すると共に加工線上のトー
   チの移動速度によりｘ、ｙ、ｚ、θ、φの増分Δｘ＿ｉ
   、Δｙ＿ｉ、Δｚ＿ｉ、Δθ＿ｉ、Δφ＿ｉに対する微
   小時間ΔＴ＿ｉを演算し、これらをパルスに変えること
   により数値制御を行うことを特徴とした特許請求の範囲
   第１項記載の山形材の加工装置。
3. （３）山形材を切断、溶接する装置に於いて、直線駆動
   力（ｘ軸）を行う台車上に直立するコラム（ｚ軸）と、
   コラム及び台車駆動方向に対して直行するアーム（ｙ軸
   ）により慣行の直行座標位置決めを行うと共にその点を
   中心としてｙ−ｚ平面上で旋回するアームの先端に切断
   器、溶断トーチ等の加工具を保持し、且つ回転を与える
   ようにしたことを特徴とした山形材の加工装置。