JP6014567B2

JP6014567B2 - トリミング装置におけるパッドシリンダの配置方法

Info

Publication number: JP6014567B2
Application number: JP2013199785A
Authority: JP
Inventors: 弘克秋庭
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP2015062947A

Description

本発明は、トリミング装置に用いられる複数個のパッドシリンダに対する配置位置の決定方法に関する。

トリミング装置では、複数個のパッドシリンダで付勢されるパッドにより、ダイに載っているワークを押さえ、ワークの不要部分をカッタで切除する。

ワークが大きい場合は、押さえるときに複数個のシリンダを用いたり、払い出すときに複数個のエジェクタピンを用いる。すなわち、ワークに局部的な力を加えないようにシリンダやエジェクタピンを分散配置する。
エジェクタピンの配置について、幾つかの手法が提案されてきた（例えば、特許文献１（図２）参照。）。

特許文献１の図２において、Ｓ５で各エジェクタピンにかかる圧力を算出し、Ｓ６で算出圧力のうち、最大圧力がワークの降伏応力以下であることを確認する。この確認によりエジェクタピンの適切な配置位置および形状の設定が行える。

この特許文献１の技術を、トリミング装置におけるパッドシリンダの配置方法に適用すると、次に述べる問題が生じる。
最大圧力を基準とするため、複数個のパットシリンダの全てが必要な圧力以上になることが確認でき、結果、不足なくワークをダイに押し付けることができる。
反面、ある部位に配置されるパッドシリンダは、不必要に大きな力でワークを押さえることになり、パッドシリンダの数や性能が、いわゆるオーバースペック（過剰性能）となり、トリミング装置の設備費が高騰する。

トリミング装置の低コスト化が求められる中、パッドシリンダを効率よく且つ無駄なく配置することができる配置方法が求められる。

特開２００１−７１０６４公報

本発明は、パッドシリンダを効率よく且つ無駄なく配置することができるトリミング装置におけるパッドシリンダの配置方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、複数個のパッドシリンダで付勢されるパッドによりダイに載っているワークを押さえ、前記ワークの不要部分をカッタで切除するトリミング装置を対象として、前記パッドシリンダの配置を決めるパッドシリンダの配置方法であって、
前記ワークに係るデータを入力するデータ入力手段と、前記データを保存するデータ保存部と、このデータ保存部で保存されるデータを用いて演算する演算部と、演算結果を出力する出力手段を準備し、
前記データ入力手段により前記パッドシリンダ１個当たりの定格荷重を前記データ保存部へ保存させる工程と、
前記データ保存部から得たデータに基づいて前記演算部で、前記ワークの総切断長さを算出する工程と、
この総切断長さと前記データ保存部から得たデータに基づいて前記演算部で、発生が予想されるスプリングバックを押さえ込むスプリングバック押さえ力と切断のために前記ワークを前記ダイに押し付けるカット押さえ力との合計力を演算する工程と、
前記演算部で、得られた合計力と前記シリンダ定格荷重とから前記パッドシリンダの必要数を算定する工程と、
切断線長さが均等になるようにしつつ、前記算定された数に前記ワークを仮想的分割線で分割する工程と、
分割された分割片の１つにつき、この分割片の切断長さに基づいて前記演算部で、スプリングバック押さえ力とカット押さえ力との個別合計力を演算する工程と、
前記演算部で、個別合計力と前記シリンダの定格荷重を比較し、個別合計力が前記シリンダの定格荷重にほぼ合致するように前記分割線の位置を修正する工程と、
最初の分割片と最後に残った分割片を除く分割片につき、個別合計力を演算し、分割線の位置を修正する工程と、
最後に残った分割片につき、個別合計力を演算し、この個別合計力が前記シリンダ定格荷重を超えていないことを確認する工程と、
確認された後、前記演算部で、個別の分割片に対し投影面の重心を算出する工程と、
算出した重心に前記パッドシリンダを配置するとの情報を前記出力手段で出力する工程とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、切断線長さが均一になるようにしてワークを仮想的に分割し、分割された分割片につき個別合計力を演算し、演算した個別合計力がパッドシリンダの定格荷重が合致するように分割線を引き直し、確定した分割片の投影面の重心にパッドシリンダを配置する。
従来、感と経験によって決めていたパッドシリンダの配置が、合理的定まる
計算により定める従来法では、パッドシリンダが過大になりがちであったが、本発明によれば、パッドシリンダを効率よく且つ無駄なく配置することができる。

トリミング装置の要部断面図兼作用図である。力Ｆ_１の説明図である。力Ｆ_４の説明図である。カット押さえ力の説明図である。本発明に係る制御ブロック図である。データを保存する工程からパッドシリンダの必要数を算出する工程までのフロー図である。ワークの平面図である。長さから撓みを定めるグラフである。ワークを仮想的に分割する工程から最後に残った分割片につき個別合計力がシリンダ定格荷重を超えていないことを確認する工程までのフロー図である。分割線が施されたワークの図である。重心演算工程からパッドシリンダ配置工程までのフロー図である。重心及びパッドシリンダの配置図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１でトリミング装置１０の要部構造及び作用を説明する。
図１（ａ）に示すように、トリミング装置１０は、ダイ１１とパッド１２とカッタ１３とを備える。プレス機で絞り加工や曲げ加工などが施されたワーク１４がダイ１１に載せられる。ワーク１４が高張力鋼である場合は、スプリングバック作用でダイ１１から浮き上がる。

図１（ｂ）に示すように、パッド１２で押し下げることにより、ワーク１４をダイ１１に沿わせる。
図１（ｃ）に示すように、カッタ１３で不要部分１５を切除する。
ところで図１（ａ）に示すワーク１４を図１（ｂ）のように変形させるには、次に述べる力（合計力）が必要になる。

先ず、スプリングバック押さえ力について説明する。
図２に示すように、ワーク１４の立ち下がり部１７は、基部Ａ_１で固定され、先端が自由である片持ち梁と考えられる。立ち下がり部１７の長さをＬ_１、先端に直角に加わる外力をＦ_２、先端の撓みをυ_１、ヤング率をＥ、断面二次モーメントをＩとすれば、片持ち梁の公式から、υ_１＝（Ｆ_２・Ｌ_１ ^３）／（３ＥＩ）となる。

なお、立ち下がり部１７の板厚をｔ、図面表裏方向の幅をＢとすると、断面二次モーメントＩは、Ｉ＝Ｂ・ｔ^３／１２で与えられる。

力Ｆ２は、垂直に作用する力Ｆ_１の分力であって、力Ｆ_１と力Ｆ_２のなす角度がθであれば、力Ｆ_１は、Ｆ_２＝Ｆ_１・ｓｉｎθで与えられる。以上の式を列挙する。

（１）式に（３）式を代入することにより、Ｆ_２を消去することができる。そして、Ｆ_１についてまとめることで、（４）式を得ることができる。

立ち下がり部１７の先にフランジ１８が張り出している。
図３に示すように、フランジ１８は、基部Ａ_２で固定され、先端が自由である片持ち梁と考えられる。フランジ１８の長さをＬ_２、先端に直角に加わる外力をＦ_４、先端の撓みをυ_２とすれば、片持ち梁の公式から、次に示すように（６）式が定まる。

スプリングバックを押さえるには、（４）式に示すＦ_１と（６）式に示すＦ_４の両方が必要である。合計した力を、スプリングバック押さえ力Ｐ_１と呼ぶ。このスプリングバック押さえ力Ｐ_１は、（７）式で与えられる。この（７）式を整理したものが、（８）式である。

次に、カット押さえ力について説明する。
例えば、手動の紙切断機では、台板に紙を載せ、この紙を押さえながらカッタで切断する。押さえる力が弱いと切断面が汚くなる。そこで、切断工程においては、上述のスプリングバック押さえ力Ｐ_１とは別に、程度な大きさのカッタ押さえ力Ｐ_２が必要となる。

図４に示すように、フランジ１８の厚さはｔであって、幅はＢである。切断に要する力は、断面積（Ｂ・ｔ）が大きいほど、大きくなる。また、引張応力σが大きいほど、大きくなる。よって、カッタ押さえ力Ｐ_２は次の（９）式で与えられる。なお、ｋは係数であり、経験的に０．０５〜０．１５である。

次に、トリミング装置におけるパッドシリンダの配置方法に用いる演算部及び付帯手段を説明する。
図５に示すように、ワークに係るデータを入力するデータ入力手段２１と、データを保存するデータ保存部２２と、このデータ保存部２２で保存されるデータを用いて演算する演算部２３と、演算結果を出力する出力手段２４とを準備する。

なお、データ入力手段は、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと言う。）に付属するキーボード、マウス又は同等品が推奨される。
また、データ保存部２２は、パソコンに内蔵するメモリー又は同等品が推奨される。
演算部２３は、パソコンの中央演算部（ＣＰＵ）又は同等品が推奨される。
出力手段は、パソコンに付属するディスプレイ、プリンタ又は同等品が推奨される。

以上の演算部２３などを用いて実施するパッドシリンダの配置方法を次に説明する。
図６のＳＴ０１（ステップ０１、以下同様）に示すように、パッドシリンダの定格荷重Ｐｃを、データ入力手段でデータ保存部へ保存する。定格荷重はシリンダ供給者が保証している値であり、５０トン、７５トン、１００トンのように丸めた値であり、一般に安全率と呼ばれる余裕が見込まれている。

次に、ワークの形状データ、板厚ｔ、ヤング率Ｅ、引張応力σ、係数ｋをデータ入力手段でデータ保存部へ保存する（ＳＴ０２）。ホストコンピュータやラインコンピュータから直接データ保存部へ情報を提供することは差し支えない。

ワーク１４は、例えば図７に示す形状のプレス品である。演算部は、ワークの周長さに近似する、切断線の総長さを算出する（図６、ＳＴ０３）。ＳＴ０４で、Ｂに総長さを与える。

図８に片持ち梁の長さと撓みの相関を示す。長さの三乗に撓みが比例する。
ヤング率がＥで板厚がｔでの長さと撓みの相関を準備しておく。
演算部は、立ち下がり部の長さＬ_１に対応する撓みυ_１を図８から推定し、フランジの長さＬ_２に対応するυ_２を図８から推定する（図６、ＳＴ０５）。
なお、図８は一例示であって、演算部に関数を準備し、関数で撓みυ_１、υ_２を推定させることは差し支えない。

ワークを押さえるには、スプリングバック押さえ力Ｐ_１とカッタ押さえ力Ｐ_２との合計力が必要である。この合計力（Ｐ_１＋Ｐ_２）を複数個のパッドシリンダで負担させる。
そこで、図６のＳＴ０７で、パッドシリンダの数ｍを決める。端数を切り上げることでｍは自然数とする。

図９の（Ａ）は、図６の（Ａ）に繋がる。
図９のＳＴ０８で、ｎにｍを与える。次のＳＴ０９で、切断線長さが均一になるようにしてワークをｎ個に分割する。この分割は仮想的分割、すなわち図面上の分割であって、図１０に示すように、分割線ｄ１〜ｄ６で分割することにより、７個の分割片３１〜３７を得る。

一般化するために、７番目をｎ番目、６番目を（ｎ−１）番目とする。また、便宜上、ｎ番目の分割片を最初の分割片、１番目の分割片を最後に残った分割片と呼ぶ。

（ｎ−１）番目の分割片３６の切断線長さは３６ａ＋３６ｂとなり、ｎ番目の分割片３７の切断線長さは３７ａとなる。均一に分割したため、長さ３７ａと長さ（３６ａ＋３６ｂ）は等しい。

演算部は、ｎ番目の分割片につき、個別合計力（Ｐ_１＋Ｐ_２）ｎを演算する。
すなわち、ｎ番目の分割片には、ｎ番目固有の立ち下がり長さやフランジ長さが存在する。これらの固有の長さに基づいて、図６のＳＴ０４、ＳＴ０５及びＳＴ０６と同等の処理をすることで、個別合計力（Ｐ_１＋Ｐ_２）ｎを演算する（図９、ＳＴ１０）。

得られた個別合計力（Ｐ_１＋Ｐ_２）ｎが、パッドシリンダの定格荷重Ｐｃと同一であるか否かを確認する（ＳＴ１１）。なお、同一とは、完全なイコールを意味するものではなく、（Ｐ_１＋Ｐ_２）ｎが、例えばＰｃの０．９８〜１．０３倍の範囲に収まれば、同一であると判断するようにしてもよい。

（Ｐ_１＋Ｐ_２）＜Ｐｃであれば、（Ｐ_１＋Ｐ_２）を大きくすることができるため、図１０に示す分割線ｄ６をｄ５側に若干移動して再計算する（ＳＴ１２）。
また、（Ｐ_１＋Ｐ_２）＞Ｐｃであれば、（Ｐ_１＋Ｐ_２）を小さくする必要があるため、図１０に示す分割線ｄ６をｄ５から遠くなるように移動して再計算する（ＳＴ１３）。

ＳＴ１１がＹＥＳになったら、分割線ｄ６の位置を確定する（ＳＴ１４）。
次に、ＳＴ１６でｎに（ｎ−１）を与えることにより、ｎ−１番、実施例では６番面の分割片につき、ＳＴ１０〜ＳＴ１４を実施することで分割線ｄ５を確定する。
ＳＴ１５により、２番目の分割片まで繰り返し演算することで、全ての分割線の位置を確定する。

分割線ｄ１が確定したことに基づいて、最後に残った１番目の分割片につき個別合計力（Ｐ_１＋Ｐ_２）_１を演算する（ＳＴ１７）。
得られた（Ｐ_１＋Ｐ_２）_１がパッドシリンダの定格荷重Ｐｃ以下であることを確認する（ＳＴ１８）。

万一、（Ｐ_１＋Ｐ_２）_１がパッドシリンダの定格荷重Ｐｃ以下でなければ、ｍにｍ−１を与える（ＳＴ１９）。すなわち、パッドシリンダの数を１個増加する。そして、ＳＴ０８〜ＳＴ１８を実施する。

図１１の（Ｂ）は、図９の（Ｂ）に繋がる。
以上により、全ての分割線が確定したら、図１１のＳＴ２０にて、各分割片に対して、投影面の重心を演算する。投影面の重心は、図心に相当する。
そして、重心にパッドシリンダを配置する（ＳＴ２１）。

図１２に示すように、分割片３１〜３７の各々に重心Ｇ１〜Ｇ７が定まる。
そして、７個のパッドシリンダ３９が、各々重心Ｇ１〜Ｇ７に対応するように配置される。

尚、実施例では、最初の分割片をｎ番目（７番目）の分割片とし、最後に残った分割片を１番目の分割片とした。しかし、最初の分割片を１番目の分割片とし、最後に残った分割片をｎ番目（７番目）の分割片とすることは差し支えない。

本発明は、トリミング装置におけるパッドシリンダの配置設計に好適である。

１０…トリミング装置、１１…ダイ、１２…パッド、１３…カッタ、１４…ワーク、１５…不要部分、２１…データ入力手段、２２…データ保存部、２３…演算部、２４…出力手段、３１〜３７…分割片、３９…パッドシリンダ、ｄ１〜ｄ６…仮想的分割線、Ｇ１〜Ｇ７…重心。

Claims

複数個のパッドシリンダで付勢されるパッドによりダイに載っているワークを押さえ、前記ワークの不要部分をカッタで切除するトリミング装置を対象として、前記パッドシリンダの配置を決めるパッドシリンダの配置方法であって、
前記ワークに係るデータを入力するデータ入力手段と、前記データを保存するデータ保存部と、このデータ保存部で保存されるデータを用いて演算する演算部と、演算結果を出力する出力手段を準備し、
前記データ入力手段により前記パッドシリンダ１個当たりの定格荷重を前記データ保存部へ保存させる工程と、
前記データ保存部から得たデータに基づいて前記演算部で、前記ワークの総切断長さを算出する工程と、
この総切断長さと前記データ保存部から得たデータに基づいて前記演算部で、発生が予想されるスプリングバックを押さえ込むスプリングバック押さえ力と切断のために前記ワークを前記ダイに押し付けるカット押さえ力との合計力を演算する工程と、
前記演算部で、得られた合計力と前記シリンダ定格荷重とから前記パッドシリンダの必要数を算定する工程と、
切断線長さが均等になるようにしつつ、前記算定された数に前記ワークを仮想的分割線で分割する工程と、
分割された分割片の１つにつき、この分割片の切断長さに基づいて前記演算部で、スプリングバック押さえ力とカット押さえ力との個別合計力を演算する工程と、
前記演算部で、個別合計力と前記シリンダの定格荷重を比較し、個別合計力が前記シリンダの定格荷重にほぼ合致するように前記分割線の位置を修正する工程と、
最初の分割片と最後に残った分割片を除く分割片につき、個別合計力を演算し、分割線の位置を修正する工程と、
最後に残った分割片につき、個別合計力を演算し、この個別合計力が前記シリンダ定格荷重を超えていないことを確認する工程と、
確認された後、前記演算部で、個別の分割片に対し投影面の重心を算出する工程と、
算出した重心に前記パッドシリンダを配置するとの情報を前記出力手段で出力する工程とからなることを特徴とするトリミング装置におけるパッドシリンダの配置方法。