专利名称：弯曲构件的制造方法及制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及弯曲构件的制造方法及制造装置。具体地讲，本发明涉及用于对具有闭合截面的纵长的金属制的原料进行二维或三维的弯曲加工来制造弯曲构件的制造方法及制造装置。
背景技术：
具有弯曲形状的被汽车、各种机械所采用的金属制的强度构件、加强构件或构造构件(以下称作“弯曲构件”)要求高强度、轻量且小型。弯曲构件迄今为止例如是通过冲压加工品的焊接、厚板的冲切以及锻造来制造的。利用这些制造方法完成的弯曲构件的轻量化及小型化达到了极限。近年来，积极地研究了利用所谓的管件液压成形(tube hydro forming)法来制造弯曲构件(例如参照非专利文献1)。在非专利文献1的观页中记载有，由于在管件液压成形法中存在作为原料的材料的开发或能够成形的形状的自由度的扩大等这样的各种课题， 因此需要进一步对管件液压成形法进行技术开发。另一方面，迄今为止公开了许多对笔直的金属管进行弯曲加工来制造弯曲构件的技术。在专利文献1中公开了一种对金属管一边进行热处理一边进行弯曲加工的技术。 在专利文献2中公开了一种制造具有异型截面的弯曲的螺旋条材料的技术。在专利文献3 中公开了一种利用高频感应加热的弯曲装置。在专利文献4中公开了一种金属制的构件的
弯曲加工装置。本申请人通过专利文献5公开了金属材料的弯曲加工方法及弯曲加工装置。图19 是表示该弯曲加工装置0的概略的说明图。如图19所示，支承部件2以钢管1能沿其轴向自由移动的方式支承该钢管1。进给装置3作为构成要件例如包括滚珠丝杠。进给装置3将钢管1从上游侧朝向下游侧进给。感应加热线圈5配置在支承部件2的下游。感应加热线圈5用于将钢管1局部地迅速感应加热到能淬火的温度区域。水冷装置6配置在高频加热线圈5的下游。水冷装置 6用于将钢管1骤冷。由此，钢管1的温度仅在感应加热线圈5与水冷装置6之间成为能淬火的温度(以下将钢管1的能淬火的温度部称作“高温部”)。可动辊模4能够自由移动地配置在水冷装置6的下游。可动辊模4至少具有一组辊对如。辊对如能够在进给钢管1的同时支承钢管1。可动辊模4向二维或三维方向移动。由此，钢管1的高温部被施加弯曲力矩而被弯曲加工。这样，弯曲构件8能够在确保充分的弯曲加工精度的同时以较高的作业效率来制造。专利文献1 日本特开昭50-59263号公报专利文献2 日本特许第观16000号说明书专利文献3 日本特开2000-158048号公报专利文献4 日本特许第3195083号说明书
专利文献5 日本特开2007-83304号公报非专利文献1 汽车技术Vol. 57，No. 6,200323 28页本申请人通过日本特愿2008-276494号公开了一种对弯曲加工装置进行了改良的弯曲加工的制造装置。具有闭合的截面形状的纵长的金属材料被沿其长度方向进给，并在第1位置被支承。金属材料在金属材料的进给方向上的、比第1位置靠下游的第2位置被局部加热。金属材料的在第2位置被加热了的部分在上述进给方向上的、比第2位置靠下游的第3位置被冷却。由此，金属材料在存在于第2位置与第3位置之间的部分形成高温部。金属材料在金属材料的进给方向上的、比第3位置靠下游的区域利用把持部件把持。把持部件插入到金属材料的顶端部的内部地配置，或者抵接于金属材料的顶端部的外表面地配置。把持部件的位置在包含比第3位置靠上述进给方向上游侧的空间在内的工作空间内沿二维或三维的方向变更。由此，高温部被施加弯曲力矩而被弯曲加工。图20的(a) 图20的(d)是时效地表示使用该制造装置制造弯曲构件13的状况的说明图。作为原料的金属材料9的进给方向不仅在该制造装置中，在通过专利文献1 专利文献5公开的任一种技术中都是金属材料9的轴向，在弯曲加工的期间里没有改变。因此，用于进行弯曲加工的装置的设置空间广大化，并且，弯曲加工装置大型化。下面具体说明其理由。如图20的(a) 图20的(d)所示，进给装置10将金属材料9沿其轴向进给。加热及冷却装置11用于将金属材料9迅速地加热及冷却。把持部件12例如利用多关节型的工业用机器人14支承。把持部件12如虚线箭头所示地沿二维或三维的方向移动。金属材料9的高温部被施加弯曲力矩。这样地制成弯曲构件13。把持部件12为了制造弯曲构件13而不可避免地在较大的范围内移动，因此，用于支承把持部件12的工业用机器人14的机械手的长度(以下称作“臂长”)必须很长。因此，弯曲加工装置大型化。另外，把持部件12需要在广泛的速度区域中移动。随之，工业用机器人14的机械手从高速到低速地在广泛的速度区域中动作。因此，工业用机器人14的机械手的动作速度的变化较大，因此，工业用机器人14的机械手在动作时易于发生振动，并且，弯曲构件13的尺寸精度降低。虽然通过将动作速度设定得较低能抑制工业用机器人14的机械手的振动， 但制造装置的生产率会降低。并且，在该制造装置中，也需要将金属材料9的供给装置的设置空间确保得较大。
发明内容
本发明的第1目的在于，(a)通过抑制例如由日本特愿2008-276494号提出的弯曲加工装置中的把持部件的动作范围，来使制造装置小型化并抑制设备成本；(b)通过抑制把持部件的移动速度，来同时抑制支承把持部件的工业用机器人的臂的动作速度的变化及动作时的振动。本发明的第2目的在于，提供能够在谋求装置整体小型化的同时、以较高的生产率且以低成本制造尺寸精度优良的弯曲构件的弯曲构件的制造方法及制造装置。本发明是一种弯曲构件的制造方法，其特征在于，该制造方法满足下述条件1 条件6，对具有闭合截面的中空的金属材料进行弯曲加工。条件1 第1机械手把持金属材料的位于第1端部侧的第1部分。条件2 第2机械手支承高温部产生机构，该高温部产生机构通过将金属材料的第 1部分与金属材料的位于第2端部侧的第2部分之间的区域加热之后进行冷却，在该区域的一部分产生局部的高温部。 条件3 第3机械手把持第2部分。条件4 第1机械手沿金属材料的第1部分的轴向及/或能够对高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作。条件5 第3机械手沿金属材料的第2部分的轴向及/或能够对高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作。条件6 通过满足条件4和条件5，一边使高温部产生机构相对于金属材料沿轴向移动，一边对高温部施加弯曲力矩。在本发明中，期望第1机械手向使金属材料绕其轴线扭转的方向动作，及/或第3 机械手向使金属材料绕其轴线扭转的方向动作。在本发明中也包含进行将具有闭合截面的中空且笔直形状的金属材料绕其轴线扭转的扭转加工。在这些本发明中，期望第1机械手沿金属材料的第1部分的轴向连续地动作，第3 机械手不沿金属材料的第2部分的轴向动作，以及高温部产生机构与第1部分的位移方向的改变相应地改变配置角度。在这种情况下，期望高温部产生机构将配置位置改变到接近第1部分的位置。在本发明中，期望在第3机械手沿二维或三维的方向动作时及/或第1机械手沿二维或三维的方向动作时，第2机械手使高温部产生机构沿着金属材料的轴向移动。在这些本发明中，期望高温部产生机构具有用于加热金属材料的加热部件及通过将由该加热部件加热了的金属材料冷却而形成高温部的冷却部件。在本发明中，期望第1机械手配置在第1位置，加热部件配置在金属材料的轴向上的、比第1位置靠下游的第2位置，冷却部件配置在金属材料的轴向上的、比第2位置靠下游的第3位置，而且，第3机械手配置在金属材料的轴向上的、比第3位置靠下游的第4位置。从另一个方面考虑，本发明是一种制造装置，该制造装置包括下述第1机械手、第 2机械手和第3机械手，该制造装置通过满足下述条件1 条件3，对具有闭合截面的中空的金属材料进行弯曲加工来制造弯曲构件。第1机械手把持金属材料的位于第1端部侧的第1部分。第2机械手支承高温部产生机构，该高温部产生机构通过将金属材料的第1部分与金属材料的位于第2端部侧的第2部分之间的区域加热之后进行冷却，在该区域的一部分形成局部的高温部。第3机械手把持第2部分。条件1 第1机械手沿金属材料的第1部分的轴向及/或能够对高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作。
条件2 第3机械手沿金属材料的第2部分的轴向及/或能够对高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作。条件3 通过满足条件1和条件2，一边使高温部产生机构相对于金属材料沿轴向移动，一边对高温部施加弯曲力矩。另外，本发明是一种弯曲构件的制造装置，其包括进给部件，其沿二维或三维的方向自由移动地配置在第1位置，能够一边改变具有闭合截面的中空的金属材料的进给方向一边进给该金属材料；加热部件，其配置在金属材料的进给方向上的、比第1位置靠下游的第2位置，用于将被进给来的金属材料的一部分或全部加热；冷却部件，其配置在金属材料的进给方向上的、比第2位置靠下游的第3位置，用于对被进给来的金属材料的被加热部件加热了的部分进行冷却；弯曲部件，其沿二维或三维的方向自由移动地配置在金属材料的进给方向上的、比第3位置靠下游的第4位置，通过把持被进给来的金属材料的至少一处，与进给部件一起对金属材料的被加热了的部分施加弯曲力矩，将金属材料弯曲加工成目标形状；该制造装置将金属材料作为原料，其特征在于，加热部件和冷却部件具有与进给部件对金属材料的进给方向的改变相应地改变配置角度的功能。在本发明中，期望加热部件和冷却部件具有将其配置位置改变到接近进给部件位置的位置的功能。在这些本发明中，期望利用第1机械手支承进给部件，利用第2机械手支承加热部件和冷却部件，并利用第3机械手支承弯曲部件。在这种情况下，分别期望(A)第1机械手是垂直多关节型的第1工业用机器人的机械手，第2机械手是垂直多关节型的第2工业用机器人的机械手，并且，第3机械手是垂直多关节型的第3工业用机器人的机械手；或者(B)第1机械手和第3机械手例如是由日本特开2008-272883号公报等公开的双臂型的第1工业用机器人的机械手，并且，第2机械手是垂直多关节型的第2工业用机器人的机械手。在这些本发明中，还分别期望(C)通过第3机械手支承进行了弯曲加工的金属材料来抑制金属材料的尺寸精度降低；或者(D)包括通过支承进行了弯曲加工的金属材料来抑制金属材料的尺寸精度降低的第4机械手。期望第4机械手是垂直多关节型的第4工业用机器人的机械手。在这些本发明中，期望垂直多关节型的工业用机器人的轴数为5以上。在这些本发明中，还期望包括配置在加热部件的入侧、将金属材料引导至该加热部件的支承部件。采用这些本发明，作为原料的金属材料的入侧(材料的供给侧)的进给方向并不限定于其轴向，自由改变。即，金属材料的入射角度自由改变，并且，与该金属材料的入射角度的改变相应地改变加热部件和冷却部件的配置角度。由此，能够将例如由工业用机器人构成的弯曲部件的动作范围抑制得较窄。因此，由于能够选择臂长更短的工业用机器人，因此能够谋求使装置小型化并抑制设备成本。另外，由于能够抑制该工业用机器人的动作速度，因此，能够谋求抑制动作速度的变化和动作时的振动。由此，能够以较高的生产率且以低成本制造尺寸精度优良的弯曲构件。采用本发明，通过在谋求整个制造装置的设置空间小型化的同时，尽可能抑制特别是由日本特愿2008-276494号提出的发明中的把持部件的动作范围，能够谋求使装置小型化及抑制设备成本，并通过尽可能抑制把持部件的动作速度来抑制动作速度的变化及动作时的振动。因此，采用本发明，能够以较高的生产率且尽可能抑制设备成本的上升地制造尺寸精度优良的弯曲构件。因此，采用本发明，能够以优良的尺寸精度且以低成本供给例如汽车用的、具有弯曲形状的金属制的强度构件、加强构件或构造构件。
图1的(a) 图1的(d)是时效地表示利用本发明的制造装置制造弯曲构件的状况的说明图。图2是表示利用双臂型的工业用机器人的两只机械手支承进给部件、弯曲部件， 并利用多关节型的工业用机器人支承加热及冷却部件的状况的说明图。图3的(a)是示意地表示作为利用第1机械手把持钢管的位于第1端部侧的第1 部分的情况下的效果器，或者作为第3机械手把持钢管的位于第2端部侧的第2部分的情况下的效果器的长的卡盘的说明图，图3的(b)是示意地表示作为这种情况下的效果器的短的卡盘的说明图，图3的(c)是示意地表示作为这种情况下的效果器的长的卡盘的说明图。图4是表示卡盘能够减小弯曲载荷的说明图。图5的(a)是将通过配置在钢管外部而抵接于钢管外表面来把持钢管顶端部的式样的卡盘抽出表示的说明图，图5的(b)是将通过插入设置在钢管内部而抵接于钢管内表面来把持钢管顶端部的式样的卡盘抽出表示的说明图，图5的(c)是表示各种卡盘的说明图。图6是示意地表示第1机械手或第3机械手所采用的卡盘的一例子的说明图。图7是示意地表示第1机械手或第3机械手所采用的卡盘的一例子的说明图。图8的(a) 图8的(c)均是示意地表示通过插入到钢管内部而抵接于钢管内表面来把持钢管顶端部的卡盘的外围尺寸扩大机构的说明图。图9的(a)是示意地表示本发明的制造装置所适合采用的卡盘的结构例的说明图，图9的(b)表示比较例的卡盘，图9的(c)表示本发明例的卡盘。图10是表示本发明的弯曲加工装置所适合采用的、带有狭缝的套筒方式的卡盘的结构的说明图。图11的(a)是表示本发明的弯曲加工装置所适合采用的、液压式的套筒方式的卡盘的结构的说明图，图11的(b)是表示其变形例的说明图。图12是表示使钢管的内部成为正压的机构的说明图。图13是表示在实施例1中制造的部件的形状的说明图。图14是表示实施例1的结果的曲线图。图15是表示实施例1的结果的曲线图。图16是表示实施例1的结果的曲线图。图17是表示实施例1的结果的曲线图。图18的(a)是表示在实施例2中制造的弯曲构件的形状的概略的说明图，图18的(b)是汇总表示在仅第1机械手沿钢管的轴向移动的同时制造弯曲构件时的第1 第3 机械手的位移、X方向加速度及Y方向加速度的曲线图，图18的(c)是汇总表示在使第1 第3机械手中的任一个沿钢管的轴向及弯曲方向移动的同时制造弯曲构件时的第1 第3 机械手的位移、X方向加速度及Y方向加速度的曲线图。图19是示意地表示由专利文献1公开的弯曲加工装置的结构的说明图。图20的(a) 图20的(d)是时效地表示利用由日本特愿2008-276494号提出的发明制造弯曲构件的状况的说明图。附图标记说明0、弯曲加工装置；1、钢管；2、支承部件；3、进给装置；4、可动辊模；4a、辊对；5、高频加热线圈；6、水冷装置；8、弯曲构件；9、金属材料；10、进给装置；11、加热及冷却装置； 12、把持部件；13、弯曲构件；14、工业用机器人；20、本发明的制造装置；21、弯曲构件；22、 进给部件；23、高温部产生机构；24、弯曲部件；25、钢管；26、双臂型的工业用机器人；27、第 1机械手；28、第3机械手；29、工业用机器人、第2机械手。
具体实施例方式在以下的说明中，将本发明中的“具有闭合截面的中空的金属材料”是钢管的情况作为例子。本发明也能够同等地应用于除钢管之外的、具有闭合截面的中空的金属材料。图1的(a) 图1的(d)是时效地表示利用本发明的制造装置20制造弯曲构件 21的状况的说明图。制造装置20包括进给部件22、用于将钢管25加热及冷却而产生高温部的高温部产生机构23及弯曲部件对。进给部件22进给部件22能够沿二维或三维的方向自由移动地配置在第1位置A。进给部件 22 一边改变钢管25的进给方向一边进给钢管25。进给部件22通过与后述的弯曲部件M 一起对钢管25的高温部施加弯曲力矩来将钢管25弯曲加工成目标形状。进给部件22利用第1机械手27支承。由此，能够谋求进给部件22的节省空间化， 并且也能够谋求材料供给装置的节省空间化。第1机械手27期望是垂直多关节型的机械手，或者是由例如日本特开2008-272883号公报等公开的双臂型机械手中的一个机械手。图2是表示利用双臂型的工业用机器人沈的两只垂直多关节型的第1机械手27 支承进给部件22、利用第3机械手观支承弯曲部件24、并利用6轴的垂直多关节型的工业用机器人四的第2机械手29a支承高温部产生机构23的状况的说明图。图2所示的双臂型的工业用机器人沈具有7轴的第1机械手27及同样为7轴的第3机械手28。第1机械手27和第3机械手观分别设置在具有回旋轴的底座(未图示) 上，该回旋轴能够绕与固定面垂直的轴回旋。工业用机器人26整体具有15轴的自由度。工业用机器人沈使利用各机械手27J8支承的进给部件22和弯曲部件M均以并进3轴及旋转3轴的6自由度动作。由此，工业用机器人沈能够加工三维形状的复杂形状的弯曲构件。并且，由于工业用机器人沈的各机械手27J8具有7轴，因此，除上述6自由度之外，能够紧凑地折叠机械手27、28，由此，能够在很小的空间中供给作为原料的钢管 25。另外，垂直多关节型的机械手具有第1轴 第6轴。第1轴用于使上臂在水平面内回旋。第2轴用于使上臂前后摆动。第3轴用于使前臂上下摆动。第4轴用于使前臂旋转。第5轴用于使手腕上下摆动。第6轴用于使手腕旋转。并且，根据需要，除第1轴 第 6轴之外，也可以具有用于使上腕扭转的第7轴。各轴利用AC伺服电动机驱动。该垂直多关节型的工业用机器人的轴数不必非是6或7，也可以是5轴。总而言之，垂直多关节型的工业用机器人具有能够进行加工所需要的动作的的轴数即可。另外，在工业用机器人的手腕的顶端设有用于把持进给部件22、高温部产生机构 23、弯曲部件M的适当的效果器(末端执行器，end effector)).效果器见后述。这样，第1机械手27把持钢管25的位于第1端部侧的第1部分。高温部产牛机构23高温部产生机构23配置在钢管25的进给方向上的、比第1位置A靠下游的第2位置B。高温部产生机构23具有加热部件和冷却部件。加热部件用于加热钢管25的一部分或全部。冷却部件配置在钢管25的进给方向上的、比第2位置B靠下游的第3位置C。冷却部件用于冷却钢管25的利用加热部件加热后的部分。为了简化说明，在该说明中，一体地表示高温部产生机构23，但不言而喻，高温部产生机构是加热部件和冷却部件独立的装置。加热部件用于加热被进给来的钢管25的一部分或全部。作为加热部件，采用具有离开钢管25的周围地配置的加热线圈的高频加热装置。高频加热线圈对于本领域技术人员是周知惯用的，因此，省略与加热部件相关的进一步的说明。冷却部件用于冷却钢管25的被加热部件加热后的部分。作为冷却部件，采用具有离开钢管25的外表面地配置的冷却水喷射喷嘴的水冷装置。该冷却水喷射喷嘴对于本领域技术人员是周知惯用的，因此，省略与冷却部件相关的进一步的说明。高温部产生机构23利用适当的移动机构支承。由此，高温部产生机构23具有与进给部件22对钢管25的进给方向的改变相应地改变配置角度的功能。因此，在制造装置 20中，能够一边与进给部件22对钢管25的进给方向的改变相应地改变高温部产生机构23 的配置角度，一边制造弯曲构件21。另外，高温部产生机构23能够一边将其配置位置改变到接近进给部件22位置的位置，一边制造弯曲构件21。S卩，高温部产生机构23具有将其配置位置改变到接近进给部件22位置的功能。因此，制造装置20能够谋求节省空间化。虽然也取决于制品的形状， 但例如能够通过使高温部产生机构23沿轴向移动来将制造装置20的设置空间抑制到约 1/2 2/3。高温部产生机构23利用第2机械手29a支承。由此，能够谋求制造装置20的节省空间化。具体地讲，第3机械手29a期望是垂直多关节型的第2工业用机器人的机械手， 垂直多关节型的工业用机器人的轴数期望为5以上。这样，第2机械手29a支承高温部产生机构23。高温部产生机构23通过将钢管 25的第1部分与钢管25的位于第2端部侧的第2部分之间的区域加热之后再将其冷却，在该区域的一部分形成局部的高温部。弯曲部件24弯曲部件M配置在钢管25的进给方向上的、比第3位置C靠下游的第4位置D。 弯曲部件M能沿二维或三维的方向自由移动地配置。弯曲部件M把持被进给来的钢管25的至少一处。弯曲部件M与进给部件22 —起对钢管25的高温部施加弯曲力矩，将钢管25 弯曲加工成目标形状。弯曲部件M为了提高节省空间性，期望由第3机械手观构成。具体地讲，第3机械手观期望是垂直多关节型的第3工业用机器人的机械手，或者是上述双臂型的第1工业用机器人的另一个机械手。该第3机械手观也可以能够支承进行了弯曲加工后的钢管25，由此抑制钢管25 的尺寸精度降低。与此不同，也可以包括通过支承进行了弯曲加工后的钢管25来抑制钢管 25的尺寸精度降低的第4机械手。该第4机械手期望是垂直多关节型的第4工业用机器人的机械手，垂直多关节型的工业用机器人的轴数期望为5以上。这样，第3机械手28把持钢管25的位于第2端部侧的第2部分。以下，说明效果器。图3的(a)是示意地表示长的卡盘30的说明图，图3的(b)是示意地表示短的卡盘31的说明图，图3的(c)是示意地表示长的卡盘32的说明图。卡盘30 卡盘32均是利用第1机械手27把持钢管25的位于第1端部侧的第1部分的情况下的效果器，或者是利用第3机械手观把持钢管25的位于第2端部侧的第2部分的情况下的效果器。卡盘30 卡盘32均由用于把持钢管25的第1部分或第2部分的筒状体构成。卡盘30配置在钢管25的外部。卡盘30通过抵接于钢管25的外表面2 来把持钢管25的顶端部。卡盘30的内径利用后述的适当机构自由扩大及缩小。卡盘31、卡盘32均插入到钢管25的内部地设置。卡盘31、卡盘32通过抵接于钢管25的内表面来把持钢管25的顶端部。卡盘31、卡盘32的外径利用后述的适当机构自由扩大。这些卡盘30 卡盘32适当地保持沿轴向进给的钢管25的顶端部。因此，制造装置20以充分的加工精度对钢管25进行弯曲加工。卡盘30 卡盘32均具有与形成于管端部的密封面接触的管端密封机构或者与形成于管内表面的密封面接触的内表面密封机构。由此，卡盘30 卡盘32通过直接抵接于钢管25的管端部或管内表面来密封钢管25。由于卡盘30 卡盘32防止水浸入到钢管25 的内部，因此，能适当地利用高温部产生机构23使钢管25升温。因此，制造装置20能够以充分的加工精度对钢管25进行弯曲加工。卡盘30由长的筒状体构成。因此，卡盘30能够将弯曲载荷W抑制得较小，并且， 在从钢管25的顶端部附近开始弯曲加工的情况下也能够防止设置在周边的装置与第1机械手27和第3机械手观的干涉。卡盘31由短的筒状体构成。能够从钢管25的管端部对钢管25进行淬火。制品的成品率上升。并且，卡盘32由长的筒状体构成。因此，卡盘32能够将弯曲载荷W抑制得较小，并且，在从钢管25的顶端部附近开始弯曲加工的情况下也能够防止设置在周边的装置与第1 机械手27和第3机械手28的干涉。并且，卡盘32能够从钢管25的管端部对钢管25进行淬火，因此，能够提高制品的成品率。图4是表示卡盘30、卡盘32能够将弯曲载荷W抑制得较小的说明图。图4中的附图标记W表示弯曲载荷。附图标记M表示钢管25的弯曲所需要的力矩。附图标记I1表示卡盘长度。附图标记I2表示夹持量。并且，附图标记I3表示从钢管 25的端部到弯曲加工的开始点的距离。弯曲载荷被规定为W = Mzl = MAldl3^ L越长，越能够减小W。另一方面，为了提高制品的成品率，优选从钢管25的端部附近开始弯曲加工，即减小13。在弯曲加工机的容许载荷有限的情况下，能够通过加长I1来缩短13。例如在曲率半径200mm的条件下对外径25mm、壁厚1. Omm的钢管25进行弯曲加工的情况下所需的力矩约为36N · m。若弯曲容许载荷为500N，则在L = d的情况下为W = 1440N > 500N，在L = 2d的情况下为W = 720N > 500N。在任一种情况下都无法进行弯曲加工。相对于此，在L = 3d 的情况下为W = 480N > 500N,在L = 4d的情况下为W = 360N > 500N,并且，在L = 5d的情况下为W = 288N > 500N,因此，在任一种情况下都能够进行弯曲加工。鉴于以上理由，在上述条件下期望满足L彡3d。图5的(a)是将卡盘33抽出表示的说明图，图5的(b)是将卡盘34抽出表示的说明图。卡盘33通过配置在钢管25的外部并抵接于钢管25的外表面来把持钢管25的顶端部。卡盘34通过插入到钢管25的内部地设置并抵接于钢管25的内表面来把持钢管25 的顶端部。与卡盘33相比，卡盘34更加易于确定钢管25的中心位置，并且也更加易于利用钢管25的圆周方向的张力得到把持力，因此较为理想。图5的(c)是表示各种卡盘35 卡盘43的说明图。卡盘35、36配置在钢管25的外部，且抵接于钢管25的外表面。卡盘37、38插入到钢管25的内部地设置，且抵接于钢管25的内表面。卡盘39、40配置在钢管25的外部，且抵接于钢管25的外表面，并且也插入到钢管 25的内部地设置，且抵接于钢管25的内表面。卡盘41 卡盘43均是方管用的卡盘。为了即使是方管也得到充分的保持力来可靠地把持方管，卡盘41 卡盘43期望插入到方管的内部地设置，且也抵接于钢管的内表面及内侧角部中的任一个。为了得到较高的加工精度，以上的各种卡盘均期望以其中心轴线与钢管25的中心轴线大致一致的方式配置。图6是示意地表示第1机械手27或第3机械手28所采用的卡盘44的一例子的说明图。图6中的附图标记45表示缸体。图6表示一边从钢管25的前端部附近对钢管25进行淬火一边对其进行弯曲加工的情况。在这种情况下，卡盘44期望是具有与钢管25的外径大致一致的尺寸的外径的长的卡盘。图7是示意地表示第1机械手27或第3机械手28所采用的卡盘46的一例子的说明图。图7表示一边从钢管25的后端部附近对钢管25进行淬火一边对其进行弯曲加工的情况。在这种情况下，卡盘46也期望是具有与钢管25的外径大致一致的尺寸的外径的长的卡盘。
图8的(a) 图8的(c)均是示意地表示卡盘48、49、48_1的外围尺寸扩大机构的说明图。卡盘48、49、48-1均通过插入到钢管25的内部地设置并抵接于钢管25的内表面来把持钢管25的顶端部。卡盘48在其圆筒状的主体50的内部包括轴51和开闭杆52。轴51利用未图示的缸体等能自由抽出地配置。开闭杆52配置在轴51的顶端。4个卡盘爪53沿主体50的轴向定位配置在开闭杆52的斜边上。通过轴51沿主体50的轴向移动，卡盘爪53沿径向移动，由此卡盘48的外围尺寸增加或减少。卡盘49在其圆筒状的主体50的内部包括轴51和圆锥杆M。轴51利用未图示的缸体等能自由抽出地配置。圆锥杆M配置在轴51的顶端。许多个扇形体55和弹性体爪 56配置在圆锥杆M的斜边上。通过轴51沿主体50的轴向移动，扇形体55沿径向移动，由此卡盘49的外围尺寸增加或减少。卡盘48-1是卡盘48的变形例，卡盘48的开闭杆52具有越往末端越细的形状。越往末端越细形状的开闭杆52增加了与轴51的接合部的截面积，因此能够提高开闭杆52的强度。卡盘爪53为了可靠地解除夹持，期望具有沿主体50的轴向延伸设置的燕尾槽。卡盘爪53、开闭杆52的材质能够例示出奥氏体系不锈钢或者工具钢。奥氏体系不锈钢是非磁性体，因此难以感应加热，因此较为适合，但耐磨损性(耐损伤性)及耐粘着性差一些。另一方面，工具钢的冷条件下的耐久性优良。工具钢是磁性体，虽然易于受到感应加热的影响，但是只要不感应加热至卡盘爪53的附近，在应用上就没有问题。另外，主体 50期望是奥氏体系不锈钢等非磁性体。图9的(a)是示意地表示本发明的制造装置20所适合采用的卡盘57的结构例的说明图，图9的(b)表示比较例的卡盘58，图9的(c)表示本发明例的卡盘57。如图9的(a)及图9的(c)所示，卡盘58具有构成构件57a、57b及绝缘构件59。 构成构件57a、57b在其圆周方向上被分割成多个(图示例是两个)。绝缘构件59配置在相邻地配置的两个构成构件57a、57b之间。绝缘构件59例如由聚四氟乙烯等构成。如图9的(b)所示，通过使绝缘构件59介于卡盘57的多个构成构件57a、57b之间，在构成构件57a、57b中流动的电流相抵消。由此，能够防止高频加热线圈33的感应电流环绕构成构件57a、57b —周地将卡盘58加热。图10是表示本发明的弯曲加工装置所适合采用的、带有狭缝的套筒方式的卡盘 60的结构的说明图。卡盘60在其圆筒状的主体50的内部包括轴51和开闭杆52。轴51利用未图示的缸体等能自由抽出地配置。开闭杆52配置在轴51的顶端。密封环63及具有狭缝62的套筒61在主体50的轴向上定位配置在开闭杆52的斜边上。通过轴51沿主体50的轴向移动，带有狭缝的套筒61弹性变形，扩径或者缩径，由此，卡盘60的外围尺寸增加或减少。套筒61由于具有多个狭缝62，因此，即使是金属制也能够利用很小的力弹性变形，并且不易因感应加热而升温。另外，即使仅通过套筒61由非磁性体构成，也能够充分地防止套筒61被感应加热。狭缝62期望在充分确保了套筒61的强度的情况下设置。图11的(a)是表示本发明的弯曲加工装置所适合采用的、液压式的套筒方式的卡盘70的结构的说明图，图11的(b)是表示其变形例70-1的说明图。在卡盘70的内部形成有使用未图示的高压泵产生的高压液体71的流路72。另外，在卡盘70的主体顶端的外周设有由弹性体构成的套筒73。套筒73通过向流路72中流入高压液体71而鼓出变形。由于卡盘70能够减小主体顶端的外径，因此也能够应用于小径的内径卡盘。套筒73期望为耐热金属制。在卡盘70-1中，缸体74产生高压液体71。通过缸体74的工作部的截面积A1大于流路72的截面积A2,从而，在缸体74的工作压力P1较小的情况下，流路72的压力P2也升高。图12是表示使钢管25的内部成为正压的机构的说明图。若钢管25的管端的密封构件的材质例如是橡胶这样的柔软的材质，则存在密封构件的耐久性不足的情况。另外，若密封构件的材质是金属材料，则存在无法防止水浸入到钢管25的内部的情况。因此，进给侧卡盘76可用作使钢管25的内部成为正压的机构。进给侧卡盘76在开闭杆中内置有用于供给压缩空气或压缩非活性气体的流路75。期望做成压缩空气或压缩非活性气体通过进给侧卡盘76的流路75被供给到钢管25的内部，从配置有出侧卡盘77 的一侧喷出的机构。由此，由于钢管25的内部被保持为正压，因此，能够完全防止来自冷却装置14的冷却水浸入到钢管25的内部。为了抑制钢管25的内部氧化，期望向钢管25的内部供给氮气等非活性气体。以上说明的卡盘在把持例如具有四边形等多边形的横截面形状的被加工材料的内表面、具有包含角部的异型的横截面形状的被加工材料的内表面的情况下，通过以卡盘抵接于被加工材料的内周面的各角部地把持，能够提高把持力，并且，能够可靠地对被加工材料定心。制造装置20如上所述地构成。接着，说明利用制造装置20制造弯曲构件21的状况。如图1的(a)所示，一边利用进给部件22进给钢管25，一边利用高温部产生机构 23将钢管25局部地迅速加热及冷却，利用弯曲部件M把持钢管25。此时，如图1的(a)中虚线箭头所示，二维或三维地改变进给部件22的位置，并二维或三维地改变弯曲部件M的位置。并且，与进给部件22对钢管25的进给方向的改变相应地改变高温部产生机构23的配置角度。这样，如图1的(b)所示地对钢管25进行第一次的弯曲加工。由此，钢管25的入侧(材料的供给侧)的进给方向并不限定于其轴向，自由改变。 即，钢管25的入射角度自由改变，并且，高温部产生机构23的配置角度与该钢管的入射角度的改变相应地改变。因此，能够抑制利用第3机械手观支承的弯曲部件M的动作范围。接着，如图1的(b)所示，将高温部产生机构23的配置位置改变到接近进给部件 22位置的位置，并且，如图1的(c)及图1的(d)所示地二维或三维地改变进给部件22的位置，并且二维或三维地改变弯曲部件M的位置。这样地对钢管25进行第二次的弯曲加工。这样，(i)第1机械手27沿着钢管25的第1部分的轴向及/或能够对形成于钢管25的高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作，(ii)第3机械手28沿着钢管25的第2部分的轴向及/或能够对高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作，(iii)第2机械手29a沿着钢管25的高温部的轴向连续或断续地动作。由此，在将高温部产生机构23的配置位置改变到接近进给部件22位置的位置之后，改变由第1机械手27支承的进给部件22的位置地进行第二次的弯曲加工，从而能够一边使高温部沿钢管25的轴向移动，一边对高温部施加弯曲力矩。由此，能够抑制由第3机械手观支承的弯曲部件M的动作范围。因此，利用制造装置20，由于能够利用具有作用范围较短的第3机械手观的工业用机器人支承弯曲部件24，因此，能够谋求使装置小型化及抑制设备成本，并通过尽可能抑制该工业用机器人的动作速度来抑制动作速度的变化及动作时的振动，由此，能够以较高的生产率且以低成本制造尺寸精度优良的弯曲构件21。在制造装置20中，也可以通过在弯曲加工时使第1机械手27进行向使钢管25绕其轴线扭转的方向的动作及/或使第3机械手观进行向使钢管25绕其轴线扭转的方向的动作，来使钢管25绕其轴线旋转，相对地进行扭转旋转。由此，由于能够进行扭转加工，因此，能够得到具有扭转加工部的制品。另外，通过使弯曲加工时的第1机械手27和第3机械手观同时进行使钢管25绕其轴线向相同的方向旋转的动作，能够抑制第1机械手27和第3机械手观的动作范围，从而能够期望最小化。在第2机械手29a沿着钢管25的轴向向自第1机械手27朝向第3机械手观的方向移动的情况下，使第1机械手27进行向使钢管25绕其轴线扭转的方向的动作时，为了提高得到的弯曲构件21的尺寸精度，期望通过使第2机械手29a和第3机械手观同步来使各自的动作方向及动作速度一致。这样，通过在谋求整个制造装置20的设置空间小型化的同时，尽可能抑制特别是由日本特愿2008-276494号提出的发明中的弯曲部件M的动作范围，能够谋求使装置小型化及抑制设备成本，并通过尽可能抑制弯曲部件M的动作速度来抑制动作速度的变化及动作时的振动，并缩短生产节拍，由此，能够以较高的生产率且尽可能抑制设备成本的上升地制造尺寸精度优良的弯曲构件21。因此，采用本发明，能够以优良的尺寸精度且以低成本供给例如汽车用的、具有弯曲形状的金属制的强度构件、加强构件或构造构件。实施例1并且，参照实施例更具体地说明本发明。使用由图1表示的本发明的制造装置20和由日本特愿2008-276494号提出的发明中的装置(比较例)，将方管(外尺寸50mmX25mm，壁厚1.0mm)的直管作为原料，制造图13所示的形状的部件。进给速度为SOmm/sec，加热温度的最高温度为930°C。在本发明例中，利用具有6轴机械手的多关节型的工业用机器人支承进给部件 22。另外，利用具有7轴机械手的多关节型的工业用机器人支承弯曲部件M。并且，利用具有6轴机械手的多关节型的工业用机器人支承高温部产生机构23。与进给部件22的进给方向的改变相应地仅改变高温部产生机构23的角度。另一方面，比较例的装置的进给部件中，入侧的进给装置是利用伺服电动机驱动滚珠丝杠的类型，进给动作仅在方管的轴向上，并且固定了高温部产生机构的设置位置。并且，利用具有7轴机械手的多关节型的工业用机器人支承弯曲部件。比较例的结果以曲线图示于图14中，本发明的结果以曲线图示于图15中，本发明例和比较例各自的支承弯曲部件的机器人(出侧机器人)的横向速度以曲线图比较地示于图16中，并且，该机器人的轨迹以曲线图比较地示于图17中。另外，在图14 图17的曲线图中，用X轴表示方管的进给方向，用Y轴表示与进给方向垂直的弯曲方向(横向)。由图14 图17的曲线图可明确，(a)采用本发明，将支承弯曲部件的机器人的动作范围抑制在约1/2 ；(b)采用本发明，支承弯曲部件的机器人的动作速度的变化为约1/2，大幅度抑制了对制品精度存在不良影响的振动。实施例2与实施例1相比，本实施例进一步抑制弯曲加工时在钢管中产生的振动，由此，制造具有更高的尺寸精度的弯曲构件。在本实施例中，满足本发明的上述条件1 6，对具有闭合截面的中空钢管进行弯曲加工来制造弯曲构件时，在第3机械手沿二维或三维的方向动作时第1机械手不会沿轴向动作，及/或在第1机械手沿二维或三维的方向动作时第3机械手不会沿轴向动作。由此，由于沿着二维或三维的方向动作的第3机械手阻碍第1机械手沿轴向的动作而在弯曲加工时的钢管中产生的振动显著地得到抑制，由于沿着二维或三维的方向动作的第1机械手阻碍第3机械手沿轴向的动作而在弯曲加工时的钢管中产生的振动显著地得到抑制。图18的(a)是表示在实施例2中制造的弯曲构件的形状的概略的说明图，图18 的(b)是汇总表示在仅第1机械手沿钢管的轴向移动的同时制造弯曲构件时的第1 第3 机械手的位移、X方向加速度及Y方向加速度的曲线图，图18的(c)是汇总表示在使第1 第3机械手中的任一个沿钢管的轴向及弯曲方向移动的同时制造弯曲构件时的第1 第3 机械手的位移、X方向加速度及Y方向加速度的曲线图。如图18的(b)所示，在仅第1机械手沿钢管的轴向移动的同时制造弯曲构件时， 利用沿着二维或三维的方向动作的第3机械手会阻碍第1机械手沿轴向的动作。因此，在弯曲加工时的钢管中产生振动，第3机械手的X方向加速度及Y方向加速度均变得极大，制造成的弯曲构件的尺寸精度降低。相对于此，在本实施例中，如图18的(c)所示，首先，在利用第1机械手和第3机械手保持钢管的状态下，使第2机械手动作而使加热及冷却部件23沿钢管的轴向(X方向) 移动。然后，在弯曲1 4的部分中，在弯曲加工时使第1机械手和第3机械手同时沿弯曲加工方向(在此是Y方向)移动，对钢管施加弯曲力矩。此时，第2机械手沿着弯曲的钢管的形状改变高温部产生机构23的位置和方向。这样，通过不将由第1机械手和第3机械手保持的钢管沿轴向进给，而使高温部产生机构23沿钢管的轴向移动，在使高温部产生机构23和钢管的位置沿轴向相对移动的同时进行弯曲加工。由此，钢管自身的X方向的加速度实质上为零，在利用第1机械手及/或第3机械手施加弯曲应力时，能够抑制X方向加速度变动，降低振动。S卩，在本实施例中，与实施例1相比，沿着二维或三维的方向动作的第3机械手不会阻碍第1机械手沿轴向的动作，因此，能够抑制弯曲加工时的钢管的振动，第1 第3机械手的X方向加速度及Y方向加速度均变得极小，制造成的弯曲构件的尺寸精度上升。
权利要求
1.一种弯曲构件的制造方法，其特征在于，该制造方法满足下述条件1 条件6，对具有闭合截面的中空的金属材料进行弯曲加工条件1 第1机械手把持上述金属材料的位于第1端部侧的第1部分；条件2 第2机械手支承高温部产生机构，该高温部产生机构通过将上述金属材料的上述第1部分与上述金属材料的位于第2端部侧的第2部分之间的区域加热之后进行冷却， 在该区域的一部分产生局部的高温部；条件3 第3机械手把持上述第2部分；条件4 上述第1机械手沿上述金属材料的该第1部分的轴向及/或能够对上述高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作；条件5 上述第3机械手沿上述金属材料的该第2部分的轴向及/或能够对上述高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作；条件6 通过满足条件4、条件5，一边使上述高温部产生机构相对于上述金属材料沿轴向移动，一边对上述高温部施加弯曲力矩。
2.根据权利要求1所述的弯曲构件的制造方法，其特征在于，上述第1机械手向使上述金属材料绕其轴线扭转的方向动作，及/或上述第3机械手向使上述金属材料绕其轴线扭转的方向动作。
3.根据权利要求1或2所述的弯曲构件的制造方法，其特征在于，上述第1机械手沿上述金属材料的上述第1部分的轴向连续地动作；上述第3机械手不沿上述金属材料的上述第2部分的轴向动作；以及上述高温部产生机构与上述第1部分的位移方向的改变相应地改变配置角度。
4.根据权利要求3所述的弯曲构件的制造方法，其特征在于，上述高温部产生机构能将配置位置改变到接近上述第1部分的位置。
5.根据权利要求1或2所述的弯曲构件的制造方法，其特征在于，在上述第3机械手沿上述二维或三维的方向动作时及/或上述第1机械手沿上述二维或三维的方向动作时，上述第2机械手使上述高温部产生机构沿着上述金属材料的轴向移动。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的弯曲构件的制造方法，其中，上述高温部产生机构具有用于加热上述金属材料的加热部件及通过将由该加热部件加热了的金属材料冷却而形成上述高温部的冷却部件。
7.根据权利要求6所述的弯曲构件的制造方法，其中，上述第1机械手配置在第1位置，上述加热部件配置在上述金属材料的轴向上的、比上述第1位置靠下游的第2位置，上述冷却部件配置在上述金属材料的轴向上的、比上述第2 位置靠下游的第3位置，而且，上述第3机械手配置在上述金属材料的轴向上的、比上述第 3位置靠下游的第4位置。
8.一种弯曲构件的制造装置，该制造装置包括下述第1机械手、第2机械手和第3机械手，该制造装置通过满足下述条件1 条件3对具有闭合截面的中空的金属材料进行弯曲加工来制造弯曲构件第1机械手把持上述金属材料的位于第1端部侧的第1部分；第2机械手支承高温部产生机构，该高温部产生机构通过将上述金属材料的上述第1 部分与上述金属材料的位于第2端部侧的第2部分之间的区域加热之后进行冷却，在该区域的一部分形成局部的高温部；第3机械手把持上述第2部分；条件1 上述第1机械手沿上述金属材料的该第1部分的轴向及/或能够对上述高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作；条件2 上述第3机械手沿上述金属材料的该第2部分的轴向及/或能够对上述高温部施加弯曲力矩的二维或三维的方向断续地动作；条件3 通过满足条件1和条件2，一边使上述高温部产生机构相对于上述金属材料沿轴向移动，一边对上述高温部施加弯曲力矩。
9.一种弯曲构件的制造装置，其包括进给部件，其沿二维或三维的方向自由移动地配置在第1位置，能够一边改变具有闭合截面的中空的金属材料的进给方向一边进给该金属材料；加热部件，其配置在上述金属材料的进给方向上的、比上述第1位置靠下游的第2 位置，用于将被进给来的上述金属材料的一部分或全部加热；冷却部件，其配置在上述金属材料的进给方向上的、比上述第2位置靠下游的第3位置，用于对被进给来的上述金属材料的被上述加热部件加热了的部分进行冷却；弯曲部件，其沿二维或三维的方向自由移动地配置在上述金属材料的进给方向上的、比上述第3位置靠下游的第4位置，通过把持被进给来的上述金属材料的至少一处，与上述进给部件一起对上述金属材料的上述被加热了的部分施加弯曲力矩，将上述金属材料弯曲加工成目标形状；该制造装置将上述金属材料作为原料，其特征在于，上述加热部件和上述冷却部件具有与该进给部件对金属材料的进给方向的改变相应地改变配置角度的功能。
10.根据权利要求9所述的弯曲构件的制造装置，其中，上述加热部件和上述冷却部件具有将其配置位置改变到接近上述进给部件位置的位置的功能。
11.根据权利要求9或10所述的弯曲构件的制造装置，其中，利用第1机械手支承上述进给部件，利用第2机械手支承上述加热部件和冷却部件，并利用第3机械手支承上述弯曲部件。
12.根据权利要求11所述的弯曲构件的制造装置，其中，上述第1机械手是垂直多关节型的第1工业用机器人的机械手，上述第2机械手是垂直多关节型的第2工业用机器人的机械手，并且，上述第3机械手是垂直多关节型的第3工业用机器人的机械手。
13.根据权利要求11所述的弯曲构件的制造装置，其中，上述第1机械手和上述第3机械手是双臂型的第1工业用机器人的机械手，并且，上述第2机械手是垂直多关节型的第2工业用机器人的机械手。
14.根据权利要求11 13中任一项所述的弯曲构件的制造装置，其中，上述第3机械手还通过支承进行了弯曲加工的上述金属材料来抑制该金属材料的尺寸精度降低。
15.根据权利要求11 14中任一项所述的弯曲构件的制造装置，其中，该弯曲构件的制造装置还包括通过支承进行了弯曲加工的上述金属材料来抑制该金属材料的尺寸精度降低的第4机械手。
16.根据权利要求15所述的弯曲构件的制造装置，其中， 上述第4机械手是垂直多关节型的第4工业用机器人的机械手。
17.根据权利要求12 16中任一项所述的弯曲构件的制造装置，其中， 上述垂直多关节型的工业用机器人的轴数为5以上。
18.根据权利要求9 17中任一项所述的弯曲构件的制造装置，其中，该弯曲构件的制造装置还包括配置在上述加热部件的入侧、将上述金属材料引导至该加热部件的支承部件。
全文摘要
本发明提供弯曲构件的制造方法及制造装置。该弯曲构件的制造装置包括(a)第1机械手，其配置在第1位置，构成将具有闭合截面的中空的金属材料(25)沿其长度方向进给的进给部件(22)；(b)第2机械手，其支承加热部件(23)和冷却部件，该加热部件(23)配置在金属材料的进给方向上的、比第1位置靠下游的第2位置，用于将被进给来的金属材料的一部分或全部加热，该冷却部件配置在比第2位置靠下游的第3位置，用于对被进给来的金属材料的被加热部件加热了的部分进行冷却；(c)第3机械手，其配置在比第3位置靠下游的第4位置，构成第2支承部件(24)，该第2支承部件(24)通过一边支承进给来的金属材料的至少一处一边沿二维或三维的方向移动，对金属材料的被加热了的部分施加弯曲力矩，从而对金属材料进行弯曲加工。
文档编号B21D7/16GK102574183SQ201080040949
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者井上三郎, 冈久学, 富泽淳, 岛田直明, 巢山崇, 木下佑辅, 桑山真二郎 申请人:住友金属工业株式会社, 住友钢管株式会社, 株式会社安川电机