JP2002540952A - 揺動ダイの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、揺動加工において加工部材（４）の内形または外形を成形するための揺動ダイ（９）の製造方法に関する。本発明によると、まず揺動運動が決定される。加工部材（４）の三次元形状が記述される。仮想ダイ（５）が加工部材（４）の三次元形状に割り当てられる。該仮想ダイの形状は、加工部材（４）の逆形状にほぼ一致する。前記仮想ダイ（５）は、揺動運動のパラメータに従って揺動ダイ（９）を記述する形状に成形される。前記揺動ダイ（９）は、以上の工程に従って得られる形状に基づいて製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の前文による揺動ダイを製造する方法に関する。 揺動ダイは、加工部材、特に非回転式対称形状および／またはアンダーカット
を有する加工部材の成形または仕上げにおいて使用される。ドイツ特許第ＤＥ１
９６３７８３９号では、例えば、揺動ダイを用いてゼッパ型等速自在ジョイント
の外側部品のボールレースやケージガイド面の加工について記載している。記載
された方法では、まずセグメント式で様々な凸形に湾曲した揺動ダイを予備加工
部材の中空チャンバ内に導入する。各セグメントの曲率が異なるため、揺動ダイ
はその外表面にリブ状の輪郭を有し、その輪郭はボールレースの加工に用いられ
る。次に、揺動ダイは揺動運動させられることによって、成形されるべき予備加
工部材の表面上を複数個の円形軌道で回転する。

【０００２】 ドイツ特許第ＤＥ１９６４４６３９号に記載される方法では、加工部材の外壁
が加工される。ここでは、同軸線に配され、軸線方向に突出し、かつ軸線アンダ
ーカットを有するラチェット歯を備えるラチェットホイールを用いている。ここ
でも、揺動ダイの輪郭が、押圧および材料成形するよう予備加工部材の外側上を
移動するように、揺動ダイと予備加工部材が互いに関して揺動円形運動させられ
る。

【０００３】 揺動運動については、種々の運動が考えられ、図１及び２を参照しながら以下
に簡単に説明する。揺動ダイの着脱中、予備加工部材及び揺動ダイは主軸線１に
沿って同様に指向されている。運動中、揺動ダイのみを運動させる場合、ダイの
中央軸線に相当する揺動軸線２が、中心軸線に対して揺動角αで旋回する。揺動
軸線２は常に揺動点３を通過する、つまり、該揺動点３は揺動運動の中立中心で
ある。該軸線とともに移動する揺動軸線２上の１点によって、種々の運動を図示
する。４種類の運動を図２ａ〜図２ｄに図示する。円形運動（図２ａ）は、例え
ば環状アンダーカットを加工するのに適している。線形運動（図２ｂ）では、い
かなる所望値にも設定され得る揺動プレスの所定面と振子面に挟まれる角βによ
って振子運動が行われる。規則正しい間隔での加工部材の加工は、図２ｃのルー
プ運動によって行われる。最後に、図２ｄは、ダイの押圧力が連続して増減され
得る螺旋形状の揺動運動を示している。

【０００４】 係る揺動運動を発生させるため、多くの適当な種類の揺動プレスが存在し、そ
のダイ運動に従って数種類に分類される。 タイプ１の揺動プレスでは、内部に加工部材を設置した下部ダイが、工作機械
軸線を中心として被動回転運動を行う。それとともに揺動プレスダイは、下部ダ
イの回転運動に同期して、揺動角αだけ傾斜した揺動軸線を中心として回転する
。成形工程中のストローク運動に対応する並進運動は、揺動プレスダイによって
液圧式に同様に導入される。該並進運動は、加工部材に対して適切な高さにある
各時点において揺動プレスダイ４を保持するように行われる。揺動プレスダイの
回転運動が駆動されない、すなわちダイは加工部材とともに揺動軸線を中心とし
て自由に回転する場合には、これを揺動プレスタイプ１Ａと呼ぶ。一方、揺動プ
レスダイの回転運動が付加的に駆動される場合、これを揺動プレスタイプ１Ｂと
呼ぶ。

【０００５】 揺動プレスタイプ２は、並進運動も回転運動も行い得ない固定下部ダイを有す
る。加工部材は、全加工工程にわたって静止している。この場合、揺動プレスダ
イが、揺動軸線を中心とした回転、工作機械軸線を中心とした揺動運動、軸線方
向の液圧式被動ストローク運動の３つの運動すべてを行う。

【０００６】 一方、タイプ３の揺動プレスは最も一般的な種類の揺動プレスである。このタ
イプでは、液圧式被動ストローク運動は、機械の下部にあるシリンダによって行
われる。従って、軸線方向の並進運動は外側ダイによって行われる。揺動運動は
、揺動プレスダイによって行われ、下部ダイ及び加工部材は回転運動に対して静
止したままである。

【０００７】 一般的に、機械的に考えられる揺動点は、数学的に考えると、回転運動を生じ
る無限遠に位置してもよい。この回転運動は揺動運動の極限の場合を示している
。

【０００８】 揺動ダイの形状は、一方で予備加工部材の所望の輪郭に依存する。このため、
揺動工程前後で、揺動ダイが問題なく着脱可能であることが保証されていなけれ
ばならない。ゼッパ型等速自在ジョイントの釣鐘形の外側部品の加工の場合、こ
れは例えば、揺動ダイの最大断面が開口部よりも大きいことを意味する。この問
題は一般的に、アンダーカットが揺動ダイで加工される場合に常に生じる。さら
に、揺動ダイの形状構成において、揺動運動を考慮しなければならず、よって、
すべての揺動運動が所望の構造の加工に適しているわけではない。例えば、揺動
角αは、成形されるボールレースの深さにも依存する。さらに、揺動工程中、加
工部材およびダイに弾性変形が生じることがあり、実際に得られる結果は理論的
に計算されたものから逸脱する。

【０００９】 従って、本発明の目的は、可及的に簡単で、かつ揺動運動によって加工部材に
所望の成形を行い得る揺動ダイを製造する方法を示すことにある。 本目的は、請求項１の特徴を有する方法によって達成される。本方法は、その
形状が完成加工部材の逆形状に対応するダイが、揺動運動のパラメータを考慮し
て、揺動ダイに変形されるという点を特徴とする。

【００１０】 本方法の発展態様は、従属請求項の主題である。従って、特に本方法は、所望
加工部材と実際に得られる加工部材との間のずれを考慮に入れ、ずれがより小さ
くなるよう、揺動ダイの形状が段階的に変更されるインタラクティブな方法に拡
張され得る。その結果、該方法の個々の工程は、コンピュータに支援された形態
で実施され得る。

【００１１】 本発明による方法を、添付図面を参照しながらさらに詳細に以下に説明する。 まず、図３〜７を参照しながら、揺動ダイを製造する方法の第１実施態様を説
明する。本方法の６つの工程は図３のフローチャートで示される。

【００１２】 本方法の第１の工程１００で、生成されるべき加工部材の三次元形状の正確な
記述が行われる。これは、ＣＡＤプログラムの支援によって最も簡単に行われる
。第２の工程１０１で、生成されるべき加工部材の逆形状にほぼ一致する形状の
ダイである、いわゆる仮想ダイの導出が行われる。該仮想ダイの記述も、ＣＡＤ
プログラムの支援により行われることが好ましい。該仮想ダイの形状は、その次
の工程１０２において、点の集合により記述される。すなわち、仮想ダイの表面
が、有限数の表面点の三次元座標により表される。本方法の重要な工程はその次
の工程１０３である。この工程において、揺動運動のパラメータ、すなわち揺動
角と、揺動点の配置と、運動の種類とを考慮して、点の集合が所望の揺動ダイの
構造を表すように、点の集合が変形される。これは、揺動中におけるそれらの偏
位に対応する表面点の座標の逆変換と同じぐらい重要である。最後に、工程１０
４において、該点の集合を利用して、ＮＣプログラムを導出し、工程１０５で揺
動ダイが作製される。

【００１３】 本方法に従って製造される揺動ダイで加工される加工部材を図４ａ及び図４ｂ
に示す。円筒形状の加工部材４は、２個のアンダーカット４ａを有する同様の円
筒形状の内径を有する。図４ｂは加工部材を上方から見た図である。２個の対面
アンダーカット４ａは加工部材４の開口部まで貫通しておらず、プレスダイを最
終的に加工部材４から取り外せないため、この場合、通常の加工用のプレスダイ
を使用することは不可能である。ここで、２個のアンダーカット４ａの仕上げま
たは成形には、主に揺動ダイでの加工が用いられなければならない。この場合、
加工のためには、図２ｂに示されるような直線揺動運動が示唆され、つまり、加
工中、揺動ダイは揺動点を中心として振子運動を行う。

【００１４】 図３による方法の最初の２つの工程（１００、１０２）において、加工部材４
と、前述の説明に従って、加工部材４の中空チャンバとアンダーカット４ａを完
全に充たす仮想ダイ５の三次元形状の記述が行われる。図５ａに外形が加工部材
４の内形に一致するこの仮想ダイを示す。加工部材の２個の凹部４ｂに対応して
、該仮想ダイ５は２個の対向する隆起５ａを有する。

【００１５】 仮想ダイ５の形状を点の集合に分解する本方法の工程１０２を図５ｂに示す。
仮想ダイ５の構造の記述は、ここで有限数の組の表面点の三次元座標によって行
われる。使用される表面点の数と、それに対応する、個々の点同士の間隔の平均
が、仮想ダイとその後の完成揺動ダイとの形状の記述の精密度を決定する。三次
元において、該点の集合６は表面点のネットワークと一致する。

【００１６】 本方法の重要な工程１０３、すなわち点の集合６の変形を図６に示す。選択さ
れた直線揺動運動の場合において、揺動ダイは揺動点３を中心として振子運動を
実行し、それによって、中心軸線１に対する揺動角αで旋回される。角度αによ
るこの旋回は表面点６ａの変位に一致する。ここで、点の集合６の変形は、表面
点の逆変換、例えばベクトル７による点６ａの新しい表面点６ｂへの逆変換によ
り行われる。ただし、これによって変換されるのは、この時点で実際に加工部材
４を加工する、すなわち加工部材に接触しているダイの表面領域に属している表
面点６ａのみである。図６に具体的に示した例において、点の集合６は左側での
み変形されており、この時点では右側の表面点６ｃの座標は変更されていない。

【００１７】 次に、工程１０３において、図７に図示されるように、点の集合６が最終的に
得られるように、右側の表面点６ｃも変形される。ここで、変形により、該点の
集合はほぼ円錐形状を有し、その最大径８は加工部材４の内径の開口幅を超える
ことはなく、完成揺動ダイ９は加工部材４から問題なく取り外され得る。次に、
変形した点の集合６の座標を利用して、例えば機械加工工程によって、または腐
食によって揺動ダイ９を製造するために、対応するＮＣプログラムを作成するこ
とが可能である。

【００１８】 本方法は、さらに複雑な加工部材形状に拡張され得、よって、工程１０３、す
なわち、点の集合の変形を行うための労力は、加工部材の形状と選択した揺動運
動に大きく依存する。特に、すべての揺動運動が特定の加工部材の加工に適して
いるわけではないことを考慮しなければならない。図３〜図７の例において、例
えば、点の集合の最大径８が限界値を超えないように、点の集合が圧縮される揺
動角αによる強力な旋回を選択しなければならない。

【００１９】 適切な揺動運動を選択すると、揺動運動中の表面点の偏位が簡単に算出できる
ため、提案される方法により揺動ダイの非常に簡単な製造が可能となる。その結
果、提案された方法は、中空空間を加工するための揺動ダイの製造に限られない
。例えば、本方法によって、ドイツ特許第ＤＥ１９７４４６３９号に記載されて
いる歯車を製造するための揺動ダイ、または外形の加工を行う他の揺動ダイを製
造する揺動ダイを製造することが可能である。ただし、加工部材の特定の１点が
常に揺動ダイの同じ点により加工されることが保証される揺動運動が利用可能で
なければならない。従って、図２に示される揺動運動ｂおよび揺動運動ｃがそれ
を示している。図２ｃに示されるような揺動ダイの星型の偏位に対応する揺動運
動ｂの角度βは当然連続して変更され得る。

【００２０】 本方法の利点は、完成加工部材の所望の形状から始めて、揺動ダイの構造が簡
単な幾何学的計算によって判明し、それにより、簡単な方法で補正も可能である
点にある。

【００２１】 これは、拡張した方法においても利用され、その概略を図８に示す。揺動運動
中、揺動ダイと加工部材の双方は多大な圧力に晒されるので、この運動中に弾性
変形が生じる。しがたって、理論的に計算された揺動ダイは必ずしも所望のダイ
形状をもたらさない場合がある。従って、図３に提案される方法は、簡単な方法
で、ダイによって加工される加工部材の形状が最終的に条件を満たすまで、揺動
ダイの形状が段階的に最適化されるインタラクティブな方法に拡張され得る。

【００２２】 インタラクティブな方法の工程２００〜２０５は、図３に図示した方法の工程
１００〜１０５に相当する。従って、加工部材の所望の形状から出発して、ここ
でも揺動運動のパラメータを考慮して、まず仮想ダイを揺動ダイに変形させる。
次に、工程２０６で、このようにして製造した揺動ダイで加工部材を加工し、次
に、その加工部材を工程２０７で測定する。次に、工程２０８で、所望値と実際
の値の比較を実施し、加工部材の品質が合格であるか、または所望加工部材形状
からの逸脱が所定公差限界値を超えるかが判定される。仮想ダイの対応する点で
補正が実施される場合には（工程２００または工程２０１）、これは、工程２０
２によって、すなわち、点の集合によってすでに変更された仮想ダイの形状の記
述によって続く。

【００２３】 工程２０９中の手順の方法を図９に示す。例えば、図４〜図７から分る加工部
材４からの揺動の際、揺動ダイ９の突出隆起９ａの弾性変形が生じることがあり
、そのため、実際に達成される凹部の深さ４ｂが所望の深さ４ａと一致しなくな
る。それに対し、工程２０９で、新しい突出隆起６ｂを提供するように、揺動ダ
イ６の突出隆起６ａが延長される。次に、このように補正された仮想揺動ダイで
、本方法は工程２０２に続く。新たに加工された加工部材はこの段階で、所望の
形状により近似して一致する凹部を有する。結果が依然満足なものでない場合、
ずれが最終的に所定誤差公差内になるまで、工程２００または工程２０１〜２０
９を実施する。これにより、工程２０９で、それぞれの場合において最終的に使
用された仮想揺動ダイが補正される。

【００２４】 このようにして、数回のループの実行と若干の付加的な労力とのみで、所望加
工部材の形状を加工するに適した揺動ダイが製造することが可能である。該拡張
方法の特別な利点は、揺動工程の運動学によって提供される歪みの法則の知識を
要さずに、適切な揺動ダイが得られる点にある。従って、揺動ダイと加工部材の
弾性変形を簡単な方法で補正し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 揺動運動のパラメータの定義を表す概略図。

【図２ａ】 ４種類の異なる揺動運動を示す図。

【図２ｂ】 ４種類の異なる揺動運動を示す図。

【図２ｃ】 ４種類の異なる揺動運動を示す図。

【図２ｄ】 ４種類の異なる揺動運動を示す図。

【図３】 本発明による方法のフローチャート。

【図４ａ】 生成されるべき加工部材を示す図。

【図４ｂ】 生成されるべき加工部材の上面図。

【図５ａ】 仮想ダイの上面断面図（縮小）。

【図５ｂ】 仮想ダイの点の集合。

【図６】 ダイを変形させる方法の工程を示す図。

【図７】 完成揺動ダイを示す図。

【図８】 揺動ダイの段階的な最適化のためのインタラクティブな方法のフ
ローチャート。

【図９】 インタラクティブな方法の補正工程の図。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 揺動工程において、加工部材（４）の内形または外形を成形
   する揺動ダイ（９）を製造する方法であって、 ａ）揺動運動を選択する工程と、 ｂ）成形される加工部材（４）の三次元形状を記述する工程と、 ｃ）成形される加工部材（４）の形状の逆形状とほぼ一致する形状である仮想
   ダイ（５）の三次元形状を指示する工程と、 ｄ）選択された揺動運動のパラメータを考慮して、仮想ダイ（５）の形状を揺
   動ダイ（９）を表す幾何形状に変形する工程と、 ｅ）工程ｄにおいて得られた幾何形状に基づいて、揺動ダイ（９）を製造する
   工程とから成る方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 加工部材（４）及び仮想ダイ（５）の幾何形状の記述がＣＡＤプログラムによ
   って行われることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の方法において、 揺動ダイ（９）の製造が、工程ｄにおいて得られた形状に従って導出されるＮ
   Ｃプログラムによって行われることを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法において、 揺動ダイ（９）が、機械加工または腐食によって製造されることを特徴とする
   方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法において、 その構造が有限数の表面点（点の集合６）とその座標によって表わされる仮想
   ダイ（５）を変形させるために、揺動運動中の偏位を考慮に入れて変形を行うこ
   とを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法において、 該方法が、 ｆ）揺動ダイ（９）によって予備加工部材（４）を加工する工程と、 ｇ）加工された加工部材（４）を測定し、所望の加工部材形状に対して所望の
   値と実際の値との比較を行う工程と、 ｈ）所望の値と実際の値との比較の結果が、加工された加工部材（４）と所望
   の加工部材形状とのずれが所定の公差限界を超えていることを示している場合、
   最後に変形された仮想ダイ（５）の形状を補正し、工程ｄから本方法を再開する
   工程とをさらに有し、 前記工程ｄ〜ｈは、所望の値と実際の値との比較の結果が、加工された加工部
   材（４）と所望の加工部材形状とのずれが所定公差限界を超えていないことを示
   すまで、繰り返し実施されることを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法において、 加工部材（４）が工作機械軸線（１）を中心として被動回転運動を行い、それ
   とともに、揺動ダイ（９）が加工部材（４）の回転運動と同期して、揺動角αだ
   け傾斜する揺動軸線（２）を中心として回転する揺動運動が選択されることを特
   徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の方法において、 揺動ダイ（９）の回転運動が付加的に駆動されることを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 請求項７または８に記載の方法において、 揺動角α＝０°が適用されることを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法において、 加工部材（４）が静止しており、揺動ダイ（９）は、揺動軸線（２）を中心と
    する回転と、工作機械軸線（１）を中心とする揺動運動と、軸線方向のストロー
    ク運動とを同時に行う揺動運動が選択されることを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法において、 加工部材（４）が軸線方向のストローク運動を行い、揺動ダイ（９）は、揺動
    軸線（２）を中心とする回転と、工作機械軸線（１）を中心とする揺動運動とを
    同時に行う揺動運動が選択されることを特徴とする方法。