JP2002282949A - パイプ状の段付部品の成形方法および装置 - Google Patents
パイプ状の段付部品の成形方法および装置Info
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Abstract
時間を短くして、コストを低減すること。 【解決手段】 パイプ形状の素材Wの一端をクランプす
るとともに、素材W内に挿入される下型11が固定され
た主軸1と、前記パイプ形状の素材Wの他端をクランプ
するクランプ軸2と、該クランプ軸2の位置を検出する
位置センサ3と、クランプ用油圧シリンダ20の圧力を
検出する圧力センサ4と、前記主軸1の回転に応じて回
転する素材Wの外周に対して押し当てながら、前記下型
11に押しつけて軸方向に移動することにより加工を行
う回転自在のローラ工具5と、クランプ軸2の位置およ
びクランプ用油圧シリンダ20の圧力に基づき、素材W
の加工部位に応じてクランプ軸2の位置制御および力制
御を行うための制御信号を出力するコントローラ6とか
ら成るパイプ状の段付き部品の成形方法および装置。
Description
段付部品を成形する方法およびそのための装置に関す
る。
する方法は、パイプ状素材をプレス加工により成形し
て、さらに内歯成形工程を行うものであった。このよう
なプレス加工によるパイプ状の段付部品の成形方法は、
成形すべき部品に精密に対応した下型及び上型が必要と
なり、これらの型製作に時間を要するので、多種少量部
品には不向きである。また、この成形方法では、素材を
瞬時に矯正的に成形するため、内部組成の破断が生じ易
く、成形部品の強度確保が課題となる。
流動化させ、下型に沿った形状に成形するフローフォー
ミング技術も知られており、このようなフローフォーミ
ング技術を用いてパイプ状素材から段付部品を成形する
ことも試みられている。このフローフォーミング技術に
よる成形では、プレス加工に対し加工能率は低いが、上
型を用いずに成形すべき部品と形状が正確に対応してい
る必要がない下型のみを使用するので下型の汎用性があ
り、この点で多種少量部品に適している。また、フロー
フォーミング技術により成形部品の内部組成が流動化し
て成形されるため、部品内部の亀裂がなく、強度が均一
化される利点がある。
ローフォーミング技術を使用し、同軸線上に配置した回
転主軸とクランプ軸との間にパイプ状素材を挟持し、ク
ランプ軸に加圧力を付与した状態で、主軸及びクランプ
軸と共に回転するパイプ素材にローラ工具を押し当てな
がらローラを主軸の軸線方向に移動させて図4(C)に
示すような段付部品を成形することに想到した。しかし
ながら、小径部を成形する工程においては、素材組成を
緩やかに流動させながら成形させることが困難となる問
題が生じる。つまり、この小径部成形工程は、下型の小
径部外周とパイプ素材内周との間隔である絞り深さが大
きいため深絞り工程となり、この工程を進める過程にお
いてクランプ軸によるパイプ素材への加圧力がローラ工
具による素材組織の流動速度を超えて素材を組成変形さ
せてしまう問題が生じる。
ング技術によりパイプ素材から段付部品を成形する場合
に、絞り工程におけるクランプ軸による素材への軸方向
へのクランプ加圧力がローラ工具による素材組織の緩や
かな流動化を阻害しないようにすることにある。
の第1発明)によるパイプ状の段付部品の成形方法は、
パイプ形状の素材を該素材内に挿入される素材の内径よ
り小さい外径の下型が固定された回転主軸とこの主軸と
同軸のクランプ軸との間に挟持してクランプし、ローラ
工具を主軸の回転と共に回転する素材の外周に対して押
し当てながら素材の軸方向に移動することにより加工を
行うに当たり、素材の加工部位に応じてクランプ軸の制
御モードを切り換えることを特徴とするものである。
るパイプ状の段付部品の成形方法は、第1 発明の方法に
おいて、パイプ素材を大きく凹ませて下型に沿わせる絞
り加工においてはクランプ軸を位置制御するが、前記素
材を下型になじませるしごき加工においてはクランプ軸
を力制御することを特徴とする。
るパイプ状の段付部品の成形装置は、パイプ形状の素材
の一端に当接されるとともに素材内に挿入される下型が
固定された回転主軸と、前記回転主軸と同軸に設けられ
前記素材の他端に当接してこの素材を回転主軸との間に
挟持してクランプするクランプ軸と、前記クランプ軸を
軸方向に移動してこのクランプ軸を素材に押圧する流体
圧シリンダと、この流体圧シリンダを駆動する駆動機構
と、前記クランプ軸の位置を検出する位置センサと、前
記流体圧シリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記
主軸の回転と共に回転する素材の外周に対して押し当て
ながら前記下型に押しつけて軸方向に移動することによ
り加工を行うローラ工具を含む工具ヘッドと、この工具
ヘッドを前記主軸の軸方向及び径方向に送る送り装置
と、この送り装置を制御する一方、前記位置センサによ
って検出されたクランプ軸の位置および前記圧力センサ
によって検出された前記流体圧シリンダの圧力に基づ
き、素材の加工部位に応じてクランプ軸の位置制御およ
び力制御を行うように前記駆動機構を制御するコントロ
ーラとから成ることを特徴とする。
るパイプ状の段付部品の成形装置は、第3発明におい
て、前記駆動機構が、前記流体圧シリンダの両室を連通
する流体路上に配置され一方の室内の圧力流体を他方の
室内へ直接移動する流体ポンプと、この流体ポンプを前
記コントローラにより制御された状態で作動するサーボ
モータとから成ることを特徴とする。
パイプ状の段付部品の成形方法は、パイプ形状の素材を
下型が挿入固定された主軸とクランプ軸との間にクラン
プさせ、ローラ工具を回転する素材の外周に対して押し
当てながら軸方向に移動することにより加工を行う下型
が固定されたパイプ状の段付部品の成形方法において、
素材の加工部位に応じてクランプ軸の制御モードを切り
換えるので、前記素材の加工部位に応じたクランプ軸の
制御を可能が可能となり、その結果、素材組成をローラ
工具の移動に応じて緩やかに流動させることができ、成
形部品に内部亀裂などの欠陥が生じることを防止でき
る。
付部品の成形方法は、前記第1発明において、クランプ
軸の加圧動作を絞り加工では位置制御すると共にしごき
加工では力制御するようにしたので、絞り加工工程にお
いて、素材の過度の縮みを防止できると共に素材組織が
ローラ工具に導かれる流動速度を大きく超えて急激に塑
性変形組することを防止でき、一方しごき加工工程にお
いてはクランプ力を一定に保持してローラ工具により素
材が下型へ均一になじむことを促進できる。好ましく
は、絞り加工工程におけるクランプ軸の位置は、いわゆ
る押し気味の位置に制御され、これによりローラ工具に
よる素材組織の流動が促進され、素材を目的とする形状
へ精密かつ容易に成形できるようなる。
の段付部品の成形装置は、位置センサにより検出された
クランプ軸の位置および圧力センサにより検出されたク
ランプ軸作動用流体圧シリンダの圧力に基づき、コント
ローラが素材の加工部位に応じてクランプ軸作動用流体
圧シリンダを位置制御或いは力制御するようにしたの
で、第2発明と同様な効果が奏せられる。
の段付部品の成形装置は、クランプ軸作動用流体圧シリ
ンダの駆動機構として、サーボモータとこれにより駆動
され前記シリンダの前後室の流体を一方の室から他方の
室へ或いはその逆方向に直接移動させるように配置した
ポンプユニットとで構成したので、コントローラからの
指令に対するクランプ軸作動用流体圧シリンダの動作応
答性が向上され、特に絞り加工におけるローラ工具の制
御位置とクランプ軸の制御位置とが調和され、素材組織
を滑らかに流動させることができる付加的な特徴が奏せ
られる。
図面を用いて説明する。
部品の成形方法および装置は、図1ないし図4に示され
るようにパイプ形状の素材Wの一端が当接されると共に
素材W内に挿入される下型11が固定された主軸1と、
前記パイプ形状の素材Wの他端を押圧して主軸1との間
で挟持してクランプするクランプ軸2と、該クランプ軸
2の位置を検出する位置センサ3と、クランプ用油圧シ
リンダ20の圧力を検出する圧力センサ4と、前記主軸
1の回転と共に回転する素材Wの外周に対して押し当て
ながら前記下型11に押しつけて軸方向に移動すること
により加工を行うローラ工具5を自由回転可能に支持す
る工具ヘッド53と、前記位置センサ3によって検出さ
れたクランプ軸2の位置および前記圧力センサ4によっ
て検出されたクランプ用油圧シリンダ20の圧力に基づ
き、素材Wの加工部位に応じてクランプ軸2を位置制御
或いは力制御するための制御信号を出力するコントロー
ラ6とから成るものである。
に支持され、主軸サーボモータ10によってプーリ機構
12を介して回転駆動される。サーボモータ10は、コ
ントローラ6としてのNCコントローラからの制御信号
に基づきモータドライバ7から出力される駆動信号によ
り駆動される。
されるように前記パイプ形状の素材Wの他端を油圧によ
ってクランプするクランパ21を図示下端に有する。ク
ランプ軸2は、その上端において推力軸受箱26により
図略のスラストベアリングを介して油圧シリンダ20の
ピストンロッド27と結合され、このロッド27に対し
ては一体的に軸方向移動するが、相対回転可能とされて
いる。クランパ21を軸方向に移動する図2中上下の前
後室を備えた油圧シリンダ20は、このシリンダ20の
前後室を連通する流体路上に配置され、一方の室から他
方の室へ或いはこの逆方向に作動油を直接給送する正逆
回転可能な油圧ポンプ22により駆動される。該油圧ポ
ンプ22はカップリング23を介して後述するサーボモ
ータ24と回転を連絡され、サーボモータ24はコント
ローラ6としてのNCコントローラからの制御信号に基
づきモータドライバ7から出力される駆動信号により正
逆回転される。サーボモータ24は、回転量を検出する
ロータリエンコーダ25を備える。
より成り、前記クランプ軸2を構成するクランパ21の
一端、より正確には、推力軸受箱26に配設されてクラ
ンパ21とともに移動する検出バー28に取り付けら
れ、この検出バー28の位置を検出して、前記NCコン
トローラに信号を出力する。前記圧力センサ4は、前記
油圧シリンダ20上に配設され、クランプ軸2の位置制
御時および力制御時におけるクランプ用油圧シリンダ2
0の図示上方の後室の圧力を検出して、前記NCコント
ローラに圧力信号を出力するように構成されている。
よって工具ヘッド53上に自由回転自在に支持されてい
る。工具ヘッド53は、前記主軸1の回転と共に一体回
転する素材Wの外周に対して押し付ける方向(半径方
向)の移動及びこれと直交する方向の移動ができるよう
に図略のフレームに案内されている。工具ヘッド53を
移動する送り機構は、コントローラ6としてのNCコン
トローラからの制御信号に基づきモータドライバ7から
出力される駆動信号により駆動される半径方向サーボモ
ータ51と軸方向サーボモータ52とからなり、これら
サーボモータ51及び52をそれぞれ周知の送りねじ機
構を介して工具ヘッド53と動力伝達し、これにより、
ローラ工具5を素材Wの外周に対して押し当てながら軸
方向に移動するようになっている。
としての前記リニアスケール30によって検出されたク
ランプ軸2の位置および前記圧力センサ4によって検出
されたクランプ用油圧シリンダ20の圧力に基づき、モ
ータドライバ7を介してサーボモータ24を制御し、前
記素材Wの加工部位に応じてクランプ軸2を位置制御或
いは力制御する。また、コントローラ6は、モータドラ
イバ7を介してサーボモータ10、51及び52を制御
し、主軸1の回転角度位置の制御と同期してローラ工具
5の素材Wに対する半径方向位置と軸方向位置を制御
し、この同時3軸制御により素材Wの表面に素材の3次
元の塑性変形を成形できるようになっている。なお、図
示省略してあるが、サーボモータ10、51、52には
サーボモータ24と同様にロータリエンコーダを設け、
主軸1の回転角度位置情報、ローラ工具5の半径及び軸
方向位置情報をモータドライバ7にフィードバックでき
るように構成してある。
状またはチューブ形状の鋼製のものとし、図4(A)に
示されるように素材Wは主軸1とクランプ軸2との間に
挟持されクランプされる。クランプ力は、上述した前記
油圧シリンダ20によって発生させている。このクラン
プ状態では、前記主軸1の端面に固着したチューブの素
材Wの内径よりわずかに小さい外径を持つ下型11が素
材W内に挿入され、またクランパ21の端面から突出す
る素材Wの内径よりわずかに小さい外径を持つクランパ
ボス211が素材W内に挿入されている。
主軸1がサーボモータ10により回転され、これにより
主軸1、クランプ軸2及びこれら間に挟持クランプされ
たパイプまたはチューブの素材Wの3者が一体回転さ
れ、この状態でローラ工具5を素材Wの外周に押し付け
ながら軸方向に移動させることにより実行される。この
場合、素材Wと主軸1及びクランプ軸2との結合は、素
材Wの両端面における摩擦力により得られる。素材Wの
クランプ軸2側の端部が径方向内方に絞られてボスが成
形されると素材Wの軸方向長さは短くなるが、クランプ
軸2は素材W全長の縮み変形に見合う分移動することに
より、素材Wのクランプ力が保たれる。
軸1の回転が停止され、クランプ軸2が後退されてクラ
ンパボス211が素材Wから抜き出され、例えば工業用
ロボットのような適宜ハンドリング装置により素材Wは
主軸1の下型11から取り外される。その後、素材W
は、図4(C)に示されるように、下型11のボス成形
部111からクランプ軸2側に残る余分な部分が旋盤加
工等により切り落とされ、最終製品FWとされる。本実
施例における最終製品FWは、概ね下型11の全長と匹
敵する全長を持つ。
ローラ工具5と併設し、前記余分な部分を除去する加工
を本実施例の成形装置上で行って、加工工程を一層短く
してもよい。また、主軸1に周知のノックアウトピン手
段を内蔵し、ローラ工具5による成形加工の後に適宜ア
クチエータによりこのノックアウトピン手段を駆動して
素材Wを下型11から容易に取り外しできるようにして
もよい。
移動制御として、素材Wの加工部位に応じて切り換えて
制御される位置制御および力制御の両方を行うことが出
来るように構成されている。この位置制御および力制御
について、さらに詳細に説明する。先ず、図3(A)お
よび図4(A)に示されるように、前記クランプ軸2に
おいて力制御を行い、一定圧でワークである前記素材W
の上下端をクランプする。次に図3(B)に示されるよ
うにワークである前記素材Wの接触位置を前記NCコン
トローラ6におけるプログラム上で認識しておき、前記
ローラ工具5がワークWに当接する位置において位置制
御に切り換えられる。
素材Wの円筒外周をへこませてボス部を深絞り成型する
工程においては、クランプ軸2は位置制御され、成型に
伴う素材Wの長手方向の縮み分を追跡するように軸方向
の位置が制御される。この位置制御においては、前記リ
ニアスケール30からのフィードバック信号は前記NC
コントローラ6へ入力され、内部の偏差カウンタで処理
され目標位置との偏差分だけの指令が前記モータドライ
バ7に出力される。
具5の径方向及び軸方向の制御目標位置と関連してクラ
ンプ軸2の制御目標位置がNCプログラムにプログラム
されているので、ローラ工具5が占める径方向及び軸方
向位置に対応してクランプ軸2の目標位置が時時刻刻と
設定され、この目標位置を追跡するようにサーボモータ
24が正逆回転制御される。この結果、クランプ軸2が
目標位置に対し遅れるときは油圧ポンプ22の正転速度
が増速されてクランプ軸2の図示下降前進速度が高めら
れ、逆に目標位置を超えて前進するときは油圧ポンプ2
2の正転速度が減速されてクランプ軸2の下降前進速度
が低下される。
作位置に連携してクランプ軸2のクランプ位置が制御さ
れるため、素材Wの深絞り部はクランプ軸2により過度
に押される結果としてローラ工具5による絞り速度を超
えて半径方向内方へ屈曲されることから防止される。こ
のため、この深絞り部の半径方向内方への塑性変形はロ
ーラ工具5の径方向及び軸方向への移動に正確に追従さ
れる。この深絞り工程においては、素材Wの組成が流動
し、下型11のボス成形部111の外周面と下型11の
大径部とボス成形部111との間の端面に密着される。
さらに、この深絞り工程においては、クランプ軸2はこ
の工程中に常に素材Wに対し目標クランプ力を超えて押
し気味となるように、即ち素材Wの図示上端部が軸方向
の下方に縮む速度よりも若干速い速度で下方に押圧され
るように位置制御され、このように位置制御することに
より適正なクランプ力が確保されると共にローラ工具5
による深絞り固定における素材W組成の流動化が促進さ
れる。
イン溝等のしごき開始位置が前記NCコントローラ6に
おけるプログラム上で認識されると、クランプ軸2のク
ランプ制御は位置制御から力制御に切り換えられる。こ
のため、図3(E)及び(F)に示すように、上記深絞
り工程に続いて素材Wのスプライン等の歯溝部分のしご
き加工工程が行われ、この工程においては、クランプ力
を一定に保つための力制御が行われる。この力制御にお
いては、前記圧力センサ4からのフィードバック信号
は、前記NCコントローラ6に入力されてこのコントロ
ーラ6内に予め設定された設定圧力と比較され、設定圧
力を維持するように前記モータドライバ7からサーボモ
ータ24に出力が与えられる。
力よりも低いときは油圧ポンプ22が正転されてクラン
プ軸2の加圧力が増強され、圧力センサ4の検出圧力が
設定圧力よりも高くなると油圧ポンプ22の回転速度が
減速されるか或いは逆転されてクランプ軸2の加圧力が
減少される。よって、素材Wは前記設定圧力によって決
められる所定のクランプ力にて主軸1とクランプ軸2と
の間でクランプされた状態でしごき加工が進められる。
このしごき加工工程において、ローラ工具5は回転中の
素材W外周に押し付けられ、下型11の外周に形成され
たスプライン等の歯溝部分の溝内へ素材Wの組成を流動
させる。これにより、この歯溝部分と対応する素材Wの
内面にスプライン等の歯型が成形される。
加工工程は、ローラ工具5を図3(A)、(B)、
(C)、(D)、(E)及び(F)の順で移動させるロ
ーラ工具5の1モーションにより行われるが、図3
(B)〜(D)の深絞り工程を数回に分けて行い、その
後に図3(E)及び(F)のしごき加工工程を1回又は
数回行って全ての加工工程を完了するようにしてもよ
い。深絞り工程を数回に分けて行う場合では、工程回数
の増加に連れてローラ工具5の半径方向前進位置及び軸
方向の加工幅を次第に拡大するようにNCプログラムが
作成される。
法および装置は、上述したように本実施形態の上述加工
を1チャックするだけで、加工できるものである。ま
た、本実施形態においては、1チャックによりボス出し
と内歯成形ができるので、段取り替えが必要なくなり、
加工時間が非常に短くなり、加工コストも低減すること
が出来る。
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
の段付部品の成形方法および装置の要部を示す要部断面
図である。
部品の成形方法および装置の全体を示す全体ブロック断
面図である。
めの説明図である。
製品切り出し時を説明するための説明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 パイプ形状の素材を、該素材内に挿入さ
れる素材の内径より小さい外径の下型が固定された回転
主軸とこの主軸と同軸のクランプ軸との間に挟持してク
ランプし、 ローラ工具を主軸の回転と共に回転する素材の外周に対
して押し当てながら素材の軸方向に移動することにより
加工を行うに当たり、素材の加工部位に応じてクランプ
軸の制御モードを切り換えることを特徴とするパイプ状
の段付部品の成形方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記素材を大きく凹ませて前記下型に沿わせる絞り加工
においてはクランプ軸を位置制御するが、前記素材を前
記下型になじませるしごき加工においてはクランプ軸を
力制御することを特徴とするパイプ状の段付部品の成形
方法。 - 【請求項3】 パイプ形状の素材の一端に当接されると
ともに素材内に挿入される下型が固定された回転主軸
と、 前記回転主軸と同軸に設けられ前記素材の他端に当接し
てこの素材を回転主軸との間に挟持してクランプするク
ランプ軸と、 前記クランプ軸を軸方向に移動してこのクランプ軸を素
材に押圧する流体圧シリンダと、 この流体圧シリンダを駆動する駆動機構と、 前記クランプ軸の位置を検出する位置センサと、 前記流体圧シリンダの圧力を検出する圧力センサと、 前記主軸の回転と共に回転する素材の外周に対して押し
当てながら、前記下型に押しつけて軸方向に移動するこ
とにより加工を行うローラ工具を含む工具ヘッドと、 この工具ヘッドを前記主軸の軸方向及び径方向に送る送
り装置と、 この送り装置を制御する一方、前記位置センサによって
検出されたクランプ軸の位置および前記圧力センサによ
って検出された前記流体圧シリンダの圧力に基づき、素
材の加工部位に応じてクランプ軸の位置制御および力制
御を行うように前記駆動機構を制御するコントローラと
から成ることを特徴とするパイプ状の段付部品の成形装
置。 - 【請求項4】 請求項3において、前記駆動機構は、前
記流体圧シリンダの両室を連通する流体路上に配置され
一方の室内の圧力流体を他方の室内へ直接移動する流体
ポンプと、 この流体ポンプを前記コントローラにより制御された状
態で作動するサーボモータと、から成ることを特徴とす
るパイプ状の段付部品の成形装置。
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JP2001087977A JP3991188B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | パイプ状の段付部品の成形方法および装置 |
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