CN102458705A - 弯曲加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种弯曲加工装置(10)，具有高生产率、省设置空间性以及良好的维护性，并以高尺寸精度来制造钢管(17)的弯曲构件(35)。该弯曲加工装置(10)包括：进给机构(11)，用于将钢管(17)向长度方向进给；第1支承机构(12)，一边进给钢管(17)一边支承钢管(17)；加热机构(13)，用于对被进给的钢管(17)的一部分或全部进行加热；冷却机构(14)，用于冷却被进给的钢管(17)的由加热机构(13)加热了的部分；第2支承机构(15)，通过一边支承被进给的钢管(17)的至少一处一边向二维或三维方向移动，而对钢管(17)的被加热了的部分施加弯矩，从而将钢管(17)弯曲加工为所希望的形状；以及防止变形机构(16)，用于防止钢管(17)的变形，其中，进给机构(11)由作为轴数有7个轴的垂直多关节机器人的第1工业用机器人(18)构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种将工业用机器人作为构成元件的弯曲加工装置。具体而言，本发明涉及一种用于通过对具有闭合截面的长条的金属制的坯料进行二维或三维的弯曲加工而制造弯曲构件的弯曲加工装置。
背景技术
具有弯曲形状的金属制的强度构件、加强构件或结构构件被用于汽车、各种机械等。上述弯曲构件要求为高强度、轻量且小型。以往以来，该种弯曲构件例如利用焊接冲压加工品、冲切厚板以及锻造等制造而成。但是，利用上述制造方法制造的弯曲构件难以进一步轻量化以及小型化。
近年来，积极地研究利用所谓的管材液压成形技术(tubehydro-forming)制造这种弯曲构件(例如参照非专利文献1)。在非专利文献1的第28页中公开如下内容，即，由于在管材液压成形方法中存在对作为坯料的材料的开发、对可成形的形状的自由度的扩大等各种各样的课题，因此今后需要进一步的开发。
本申请人以前利用专利文献1公开了一种弯曲加工装置。图3是示意性地表示该弯曲加工装置0的说明图。
如图3所示，弯曲加工装置0利用例如使用滚珠丝杆的进给装置3将由支承部件2支承成向作为坯料的钢管1的轴向移动自如的该钢管1从上游侧朝向下游侧地进给的同时，(a)在支承部件2的下游利用高频加热线圈5将钢管1快速地加热至可以局部地进行淬火的温度范围，(b)利用配置于高频加热线圈5的下游的水冷装置6快速冷却钢管1，且(c)通过对具有至少1组能够一边进给钢管1一边支承钢管1的辊对4a的可动滚模4的位置进行二维或三维改变而对钢管1的被加热了的部分施加弯矩从而进行弯曲加工，由此，弯曲加工装置0既能确保充分的弯曲加工精度地制造向长度方向和/或向与该长度方向交叉的面内的周向断续地或连续地具有二维或三维弯曲的弯曲加工部与淬火部的弯曲构件8，又能以高作业效率来制造该弯曲构件8。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO 2006/093006号
非专利文献
非专利文献1：汽车技术Vol.57，No.6，200323页～28页
发明内容
发明要解决的问题
本发明人以进一步提高弯曲加工装置0的性能为目的，反复进行了专心研究，结果，明确了弯曲加工装置0具有以下列举的课题。
(a)例如使用滚珠丝杆的进给装置3根据钢管1的种类需要进行换产调整。换产调整需要相应的时间。由此，会产生弯曲加工装置0的循环时间的增加以及弯曲加工装置0的生产率的降低。此外，在改变钢管1的轧制线(path line)的情况下，需要随着改变钢管1的轧制线而对进给装置3的设置位置进行变换，弯曲加工装置0的生产率会降低。
(b)例如使用滚珠丝杆的进给装置3对钢管1进行定位之后通过驱动滚珠丝杆而将钢管1进给，因此难以缩短生产节拍。
(c)需要使例如使用滚珠丝杆的进给装置3、可动滚模4的动作时刻一致。可是，难以精确地使其一致，而在其没有精确地一致的情况下，弯曲加工零件的尺寸精度会降低。
(d)用于使例如使用滚珠丝杆的进给装置3、可动滚模4三维移动自如地支承进给装置3、可动滚模4的支承装置的设置空间变得较大。因此，弯曲加工装置0的设置场所会受到限制。
(e)对于例如使用滚珠丝杆的进给装置3而言，在钢管1是焊接钢管的情况下，在对钢管1进行定位时，无法进行进给动作以外的动作(例如通过使钢管1绕轴旋转而将存在于钢管1的焊缝位置调整至在弯曲加工中不产生问题的位置的动作、在对钢管1进行定位时调整偏心的动作以及调整进给路径的动作)。因此，弯曲加工装置3的生产率会降低。
(f)要求例如使用滚珠丝杆的进给装置3、具有至少1组辊对4a的可动滚模4进行极其高精度的动作，因此必须进行定期的清扫、修补。但是，进给装置3、可动滚模4的维护性并不良好。因此，对进给装置3、可动滚模4的修补、清扫需要相当多的时间、工时。
用于解决问题的方案
本发明人为了解决上述课题反复进行了专心研究，结果，见解如下：至少作为进给装置而使用例如垂直多关节型的工业用机器人，进一步根据需要作为为了提高尺寸精度而配置于可动滚模的支承装置的出口侧、可动滚模的出口侧的抑制尺寸精度降低的装置而使用例如垂直多关节型的工业用机器人，由此，能够解决上述课题(a)～(f)，本发明人通过进一步反复研究完成了本发明。
本发明的弯曲加工装置的特征在于，包括满足下述条件的进给机构、第1支承机构、加热机构、冷却机构、第2支承机构以及防止变形机构。
进给机构：其由第1工业用机器人构成，将具有闭合截面的空心的金属材料向该金属材料的长度方向进给；
第1支承机构，其固定配置于第1位置，一边进给上述金属材料，一边支承上述金属材料；
加热机构：其固定配置于上述金属材料的进给方向上的上述第1位置下游的第2位置，对被进给的上述金属材料的一部分或全部进行加热；
冷却机构：其固定配置于上述金属材料的进给方向上的上述第2位置下游的第3位置，对被进给的上述金属材料的由上述加热机构加热了的部分进行冷却；
第2支承机构：其配置于上述金属材料的进给方向上的上述第3位置下游的第4位置，通过一边支承被进给的上述金属材料的至少一处一边向二维或三维方向移动，而对上述金属材料的上述被加热了的部分施加弯矩，从而将上述金属材料弯曲加工为所希望的形状；以及
防止变形机构：其配置于上述金属材料的进给方向上的上述第4位置下游的第5位置，防止被进给的上述金属材料变形。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种弯曲加工装置，能够解决弯曲加工装置0所具有的上述的课题(a)～(f)，且具有比弯曲加工装置0更高的生产率、省设置空间性以及良好的维护性，并能够以高尺寸精度来制造具有闭合截面的长条的金属制的弯曲构件。
附图说明
图1是表示本发明的弯曲加工装置的构成的立体图。
图2是表示第1工业用机器人～第3工业用机器人的构成例的说明图。
图3是示意性地表示由专利文献1公开的弯曲加工装置的构成的说明图。
附图标记说明
0、由专利文献1公开的弯曲加工装置；1、钢管；2、支承部件；3、进给装置；4、可动滚模；4a、辊对；5、高频加热线圈；6、水冷装置；10、本发明的弯曲加工装置；11、进给机构；12、第1支承机构；12a～12f、辊；13、加热机构；13a、13b、加热线圈；14、冷却机构；14a、14b、冷却介质喷射嘴；15、第2支承机构；16、防止变形机构；17、钢管；17-1、其他坯料；17a、前端部；18、18-1、第1工业用机器人；19、上臂；20、前臂；20a、手腕；21、控制器；22、输入装置；23、托盘；24、24-1、执行器(末端执行器)；25、可动滚模；25a、25b、辊对；27、第2工业用机器人；27a、机械爪(gripper)；28、第3工业用机器人；29、机械爪；29-1、更换用机械爪；30、换产调整用工具放置台；31、支承台；32、支承加热线圈机器人；33、换产调整用加热线圈放置台；34、换产调整用工具放置台；35、弯曲加工品；36、夹持部；37、搬运机器人；38、制品放置台。
具体实施方式
以下，说明用于实施本发明的弯曲加工装置的方式。在以后的说明中，以本发明的“具有闭合截面的空心的金属材料”是钢管17的情况为例进行说明。本发明并不限定于钢管，同样地适用于具有闭合截面的空心的金属材料。
图1是通过将本发明的弯曲加工装置10的构成的一部分简略化以及省略而示意性地表示的立体图。另外，图1所示的、包含第1工业用机器人18～第3工业用机器人28的合计6台的工业用机器人都是通过将操纵器(manipulator)等概念化以及简略化而表示的。
弯曲加工装置10包括进给机构11、第1支承机构12、加热机构13、冷却机构14、第2支承机构15以及防止变形机构16。依次说明上述构成元件。
[进给机构11]
进给机构11用于将钢管17向该钢管17的长度方向进给。进给机构11由第1工业用机器人18构成。
在以后的说明中，以第1工业用机器人18、第3工业用机器人28都使用与第2工业用机器人27相同的机器人的情况为例进行说明。
图2是表示第1工业用机器人18、第2工业用机器人27以及第3工业用机器人28(以下简称为“各工业用机器人18、27、28”)的构成例的说明图。
各工业用机器人18、27、28都是所谓的垂直多关节机器人。各工业用机器人18、27、28都具有第1轴～第6轴。
第1轴使上臂19在水平面内旋转。第2轴使上臂19向前后摆动。第3轴使前臂20向上下摆动。第4轴使前臂20旋转。第5轴使手腕20a向上下摆动。而且，第6轴使手腕20a旋转。
各工业用机器人18、27、28也可以根据需要在具有第1轴～第6轴之外还具有使上臂19扭转的第7轴。第1轴～第7轴都由AC伺服电动机驱动。
各工业用机器人18、27、28的每个工业用机器人的轴数并不是必须为6或7，也可以是5。上述工业用机器人的轴数只要是能够进行加工所需的动作的轴数即可。
各工业用机器人18、27、28与其他的通用的工业用机器人同样地都具有用于综合地控制各轴的动作的控制器21与用于指示动作的输入装置22。
执行器(末端执行器)24设于第1工业用机器人18的手腕20a的前端。执行器24用于夹持容纳于配置于第1工业用机器人18的侧方附近的托盘的钢管17，以及用于使夹持的钢管17贯通分别设于第1支承机构12以及加热机构13的贯通孔。
执行器24也可以是抓住钢管17的后部外表面的方式，或是插入到钢管17的后部内部的方式。图1所示的执行器24是在前端具有插入到钢管17的后部内部的凸部的方式的执行器。
执行器24可以根据弯曲加工的坯料的后部的形状、尺寸进行适当变更而使用。弯曲加工装置10包括配置于第1工业用机器人18的附近的换产调整用工具放置台30。具有自动更换功能的更换用执行器24-1载置于换产调整用工具放置台30上。在将加工坯料更换为钢管17以外的另一坯料17-1(图示例为具有四角形的横截面的角管)的情况下，第1工业用机器人18转动，并将执行器24更换为更换用执行器24-1。由此，会极其迅速地进行对执行器24的更换。
如图1的虚线所示，也可以与第1工业用机器人18一起再配置1台第1工业用机器人18-1。在由第1工业用机器人18进行的对钢管17的进给作业中，第1工业用机器人18-1从托盘23拾起另一坯料17-1，并使另一坯料17-1通过形成于后述的第1支承机构13的贯通孔。第1工业用机器人18-1在另一坯料17-1的后端配置适当的执行器并待机。在完成由第1工业用机器人18进行的对钢管17的进给作业时，根据另一坯料17-1的轧制线，对后述的支承加热线圈机器人32的加热线圈13a的设置位置以及第2支承机构15的可动滚模25的设置位置进行改变。由此，第1工业用机器人18-1能够立即开始对另一坯料17-1的进给作业。因此，会缩短弯曲加工装置10的生产节拍。
第1工业用机器人18-1与上述的第1工业用机器人18同样地为所谓的垂直多关节机器人，且具有第1轴～第6轴，也可以根据需要具有第7轴。第1轴～第7轴由AC伺服电动机驱动。
因为第1工业用机器人18从托盘23移载钢管17以及对钢管17进行定位，所以会缩短弯曲加工装置10的循环时间，由此，会提高弯曲加工装置10的生产率。
[第1支承机构12]
第1支承机构12搭载于支承台31上。第1支承机构12固定配置于第1位置A。第1支承机构12一边进给钢管17一边支承钢管17。第1支承机构12与弯曲加工装置0同样地由滚模构成。滚模具有多个辊12a～12f，该辊12a～12f能够一边进给由进给机构11进给来的坯料一边支承该坯料。
利用辊12a、12b与辊12d、12e将钢管17进给。利用辊12b、12c与辊12e、12f将另一坯料17-1进给。即，钢管17的轧制线由辊12a、12b与辊12d、12e形成，并且另一坯料17-1的轧制线由辊12b、12c与辊12e、12f形成。
多个辊12a～12f的设置数、形状以及在滚模内的配置根据被输送的坯料17、17-1的形状、尺寸等进行适当设定。
因为如上述的滚模对于本领域技术人员是众所周知且惯用的，所以省略关于第1支承机构12的说明。
[加热机构13]
加热机构13配置于钢管17的进给方向上第1位置A的下游的第2位置B。加热机构13由支承加热线圈机器人32支承而配置。加热机构13用于对被进给的钢管17的一部分或全部进行加热。
加热机构13由感应加热装置构成。感应加热装置具有远离钢管17的周围而配置的加热线圈13a。该加热线圈13a对于本领域技术人员是众所周知且惯用的。
支承加热线圈机器人32与上述的第1工业用机器人18同样地为所谓的垂直多关节机器人，且具有第1轴～第6轴，也可以根据需要具有第7轴。第1轴～第7轴由AC伺服电动机驱动。
在对另一坯料17-1进行加热的情况下，换产调整用加热线圈放置台33配置于支承加热线圈机器人32的附近。附带自动更换功能的更换用加热线圈13b载置于放置台33上。在将坯料变更为钢管17以外的另一坯料17-1的情况下，支承加热线圈机器人32转动，并将加热线圈13a更换为加热线圈13b。由此，会极其迅速地更换加热线圈13b。
省略关于加热机构13的进一步说明。
[冷却机构14]
冷却机构14固定配置于钢管17的进给方向上第2位置B的下游的第3位置C。冷却机构14用于冷却被进给的钢管17的由加热机构13加热了的部分。由此，利用冷却机构14会在钢管17的长度方向的一部分上形成高温部分。高温部分的变形阻力会大幅地下降。
冷却机构14例如具有远离钢管17的外表面而配置的冷却介质喷射嘴14a、14b。例举冷却水作为冷却介质。该冷却介质喷射嘴14a、14b对于本领域技术人员是众所周知且惯用的，所以省略关于冷却机构14的说明。
[第2支承机构15]
第2支承机构15配置于钢管17的进给方向上第3位置C的下游的第4位置D。第2支承机构15一边支承被进给的钢管17的至少一处一边向二维或三维方向移动。由此，第2支承机构15对钢管17的高温部分(存在于位置B～位置C之间的部分)施加弯矩，而将钢管17弯曲加工为所希望的形状。
第2支承机构15与弯曲加工装置0同样地由可动滚模25构成。可动滚模25具有至少1组辊对25a、25b，该辊对25a、25b能够一边进给钢管17一边支承钢管17。
可动滚模25由第2工业用机器人27支承。第2工业用机器人27是CP型的示教再现(playback)机器人。CP型的示教再现机器人能够连续地记忆相邻的示教点之间的被细分化为多条的轨迹与上述被细分化为多条的轨迹的通过时刻。
第2工业用机器人27与上述的第1工业用机器人18同样地为所谓的垂直多关节机器人，且具有第1轴～第6轴，也可以根据需要具有第7轴。第1轴～第7轴由AC伺服电动机驱动。
机械爪27a作为用于保持可动滚模25的执行器(末端执行器)设于第2工业用机器人27的手腕20a的前端。执行器也可以是机械爪27a以外的型式的执行器。
可动滚模25也可以由包含第2工业用机器人27的多台工业用机器人支承。由此，会减轻各工业用机器人的负荷，所以会提高可动滚模25的移动轨迹的精度。
[防止变形机构16]
防止变形机构16配置于钢管17的进给方向上第4位置D的下游的第5位置E。防止变形机构16用于防止被进给的钢管17由于因钢管17的自重、冷却而产生的应力而发生变形。
第3工业用机器人28用作防止变形机构16。
第3工业用机器人28与上述的第1工业用机器人18、第2工业用机器人27同样地为所谓的垂直多关节机器人，且具有第1轴～第6轴，也可以根据需要具有第7轴。第1轴～第7轴由AC伺服电动机驱动。
抓住钢管17的外表面的机械爪29作为用于保持钢管17的前端部17a的执行器(末端执行器)设于第3工业用机器人28的手腕20a的前端。
对于执行器而言，当然也可以使用机械爪29以外的型式的执行器(例如插入到钢管17的开口中的执行器)。例如，换产调整用工具放置台34配置于第3工业用机器人28的附近。插入到钢管17的内部的型式的更换用机械爪29-1载置于该放置台34上。在将坯料更换为钢管17以外的另一坯料17-1的情况下，第3工业用机器人28转动，将机械爪29更换为机械爪29-1。由此，会极其迅速地更换机械爪29-1。
搬运机器人37配置于第3工业用机器人28的下游。搬运机器人37在手腕20a的前端具有夹持部36。夹持部36用于保持完成了弯曲加工的弯曲加工品35。搬运机器人37是CP型的示教再现机器人。
搬运机器人37与上述的第1工业用机器人18同样地为所谓的垂直多关节机器人，且具有第1轴～第6轴，也可以根据需要具有第7轴。第1轴～第7轴由AC伺服电动机驱动。
搬运机器人37用于保持完成了弯曲加工的弯曲加工品35。搬运机器人37还用于将保持的弯曲加工品35移载至制品放置台38。
优选弯曲加工装置10在温加工温度或热加工温度下进行弯曲加工。温加工温度是指与常温相比使金属材料的变形阻力降低的温度范围，例如对于某种金属材料大约为500℃～800℃的温度范围。热加工温度是指与常温相比使金属材料的变形阻力降低且可以对金属材料进行淬火的温度范围，例如对于某种钢铁材料为870℃以上的温度范围。
在热加工温度下进行弯曲加工的情况下，通过将钢管17加热至可以对钢管17进行淬火的温度范围，之后，以规定的冷却速度冷却钢管17，而对钢管17进行淬火处理。此外，在温加工温度下进行弯曲加工的情况下，会防止热应变等随着加工产生的钢管17的应变的产生。
弯曲加工装置10以如上方式构成。
弯曲加工装置10在进行将钢管17二维或三维弯曲的弯曲加工时，由于进给机构11具有第1工业用机器人18，因此获得以下列举的效果。
(a)简单且迅速地进行根据钢管17的种类不可避免地进行的换产调整。因此，会防止弯曲加工装置10的循环时间的增加，提高弯曲加工装置10的生产率。此外，简单且迅速地进行在改变钢管17的轧制线的情况下不可避免地进行的换产调整。因此，会提高弯曲加工装置10的生产的自由度以及生产率。而且，用于容纳钢管17的托盘23设置于第1工业用机器人18的动作范围内。
(b)构成进给机构11的第1工业用机器人18也用作搬运机器人。因此，该第1工业用机器人18能够在将坯料17定位于规定的位置之后立即将坯料17向该坯料17的轴向进给，因此会缩短弯曲加工装置0的循环时间。
(c)易于使第1工业用机器人18的动作时刻与例如第2工业用机器人27、支承加热线圈机器人32、第3工业用机器人28等其他装置的动作时刻一致。因此，通过自如地改变钢管17的进给速度(例如降低弯曲构件的弯曲部分的进给速度等)，可以谋求提高弯曲加工零件35的尺寸精度，并且会易于使启动第1工业用机器人18时的启动时刻与启动例如第2工业用机器人27、支承加热线圈机器人32、第3工业用机器人28等其他装置时的启动时刻一致。
(d)因为第1工业用机器人18被用于进给机构11，所以通过第1工业用机器人18例如尽量靠近第1支承机构12而配置，抑制弯曲加工装置10整体的设置空间，由此，会减少对弯曲加工装置10的设置场所的限制。
(e)因为第1工业用机器人18用作进给机构11的构成元件，所以例如能够进行如下的进给操作以外的操作，即，(1)在钢管17是焊接钢管的情况下，为了使存在于钢管17的焊缝位置为在弯曲加工中不产生问题的位置而使钢管17绕轴旋转，之后，将钢管17定位于弯曲加工装置10的动作；(2)在将钢管17定位时调整偏心的动作；(3)调整钢管17的进给路径的动作；(4)通过对钢管17施加微小的重复振动而降低第1支承机构12、第2支承机构15的摩擦系数的动作；以及(5)通过修正钢管17的偏心而防止产生粘滑运动(stick slip)现象的动作。因此，会提高弯曲加工装置10的生产的自由度。
另外，在第1工业用机器人18进行改变焊缝位置的动作的情况下，将众所周知且惯用的焊缝位置检测装置设于第1工业用机器人18上。也可以利用焊缝位置检测装置的检测值通过运算设定钢管17的旋转角度。
(f)因为第1工业用机器人18可以由生产实绩高的通用的工业用机器人构成，所以会获得良好的维护性，并且减少修补、清扫所需的时间、工时。
(g)因为第1工业用机器人18能够根据第1支承机构12的安装方向略微修正钢管17的进给轨迹，所以会提高弯曲加工制品35的尺寸精度。
Claims (6)
1.一种弯曲加工装置，其特征在于，
包括下述进给机构、第1支承机构、加热机构、冷却机构、第2支承机构以及防止变形机构：
进给机构，其由第1工业用机器人构成，将具有闭合截面的空心的金属材料向该金属材料的长度方向进给；
第1支承机构，其固定配置于第1位置，一边进给上述金属材料，一边支承上述金属材料；
加热机构，其固定配置于上述金属材料的进给方向上的上述第1位置下游的第2位置，对被进给的上述金属材料的一部分或全部进行加热；
冷却机构，其固定配置于上述金属材料的进给方向上的上述第2位置下游的第3位置，对被进给的上述金属材料的由上述加热机构加热了的部分进行冷却；
第2支承机构，其配置于上述金属材料的进给方向上的上述第3位置下游的第4位置，通过一边支承被进给的上述金属材料的至少一处一边向二维或三维方向移动，而对上述金属材料的上述被加热了的部分施加弯矩，从而将上述金属材料弯曲加工为所希望的形状；以及
防止变形机构，其配置于上述金属材料的进给方向上的上述第4位置下游的第5位置，防止被进给的上述金属材料变形。
2.根据权利要求1所述的弯曲加工装置，其特征在于，
上述第2支承机构由至少1台第2工业用机器人支承。
3.根据权利要求1所述的弯曲加工装置，其特征在于，
上述防止变形机构由第3工业用机器人构成。
4.根据权利要求1所述的弯曲加工装置，其特征在于，
上述第1工业用机器人、上述第2工业用机器人以及上述第3工业用机器人中的至少一台是垂直多关节机器人。
5.根据权利要求4所述的弯曲加工装置，其特征在于，
上述垂直多关节机器人的轴数为5以上。
6.根据权利要求1所述的弯曲加工装置，其特征在于，
在温加工温度或热加工温度下进行上述弯曲加工。
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