JP2006281240A - クロージング加工方法及びクロージング加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】 チャックスピンドルがワークを保持する位置精度に影響されずにワークの加工精度を高められるクロージング加工方法及びクロージング加工機を提供する。
【解決手段】 回転するワーク９に対して金型をワーク９に押し当ててクロージング加工するクロージング加工機１において、ワーク９を回転駆動するチャックスピンドル２０と、チャックスピンドル２０に対してワーク９を回転軸方向について移動できるように支持するチャックスライド支持機構６２と、金型から付与される荷重によって移動するワーク９の端部を当接させて所定のクロージング加工位置に支持するスラストストッパ６とを備える。
【選択図】 図５

Description

本発明は、クロージング加工方法及びクロージング加工機の改良に関するものである。

金属パイプ材の開口端部を閉塞するクロージング加工方法はスピンドル加工方法の一つである（特許文献１参照）。

このクロージング加工方法は金属パイプ材からなるワークを回転させ、ワークを加熱しながらワークに金型を押し当て、徐々に金型に近づけて塑性変形させる。

このクロージング加工を行うクロージング加工機は、ワークの外周面を把持する外径チャックと、外径チャックをワークと共に回転駆動するチャックスピンドルを備える。外径チャックは、コンベア等を介して投入されるワークを把持し、ワークを所定位置で回転駆動する。クロージング加工機は、外径チャックによって回転するワークに対して回転する金型を押し当て、ワークを金型に沿った所定の形状にクロージング加工する。
特開２００２−１５３９３０号公報

しかしながら、従来のクロージング加工機は、チャックスピンドルがワークを保持する位置精度によってワークの加工精度が決まるため、チャックスピンドルがワークを保持する位置精度にバラツキが生じると、ワークの加工精度が低下し、ワークを所定の形状にクロージング加工することが難しいという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、チャックスピンドルがワークを保持する位置精度に影響されずにワークの加工精度を高められるクロージング加工方法及びクロージング加工機を提供することを目的とする。

本発明は、回転するワークに対して金型を押し当ててワークをクロージング加工するクロージング加工方法において、ワークをチャックスピンドルによって回転駆動し、回転するワークをチャックスライド支持機構によってその回転軸方向について移動可能に支持し、金型から付与される荷重によって移動するワークをスラストストッパに当接させて所定のクロージング加工位置に支持することを特徴とするものとした。

本発明は、回転するワークに対して金型を押し当ててワークをクロージング加工するクロージング加工機において、ワークを回転駆動するチャックスピンドルと、ワークをその回転軸方向について移動可能に支持するチャックスライド支持機構と、金型から付与される荷重によって移動するワークを当接させて所定のクロージング加工位置に支持するスラストストッパとを備えたことを特徴とするものとした。

本発明は、クロージング加工時、ワークはこれに押し付けられる金型からの荷重によって軸方向に移動し、スラストストッパに当接し、所定のクロージング加工位置に支持される。

こうしてワークがスラストストッパに当接して所定のクロージング加工位置に支持された状態で、ワークが金型によってクロージング加工されることにより、チャックスピンドルがワークを保持する位置精度にバラツキが生じても、ワークの加工位置がスラストストッパを介して一定に保たれ、ワークを所定の形状にクロージング加工することができる。つまり、チャックスピンドルがワークを保持する位置精度に影響されずにワークの加工精度を高められる。

図１〜図３にクロージング加工機１の全体構成を示す。図１〜図３において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平横方向に延び、Ｙ軸が略水平前後方向に延び、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、クロージング加工機１の全体構成について説明する。

クロージング加工機１の中央部にはワーク９を回転駆動する２台のチャックスピンドル２０と金型４を駆動する１台の金型駆動装置４０が設けられる。各チャックスピンドル２０は、後述するチャックスピンドル移動装置３０を介して架台３に対してＸ軸方向について往復動し、クロージング加工機１の中央部へと交互に移動し、ワーク９を金型４に対峙させる。

クロージング加工機１は、高周波加熱装置２によって金属パイプ材からなるワーク９を加熱し、回転するワーク９に金型４を押し当ててワーク９を塑性変形させることによって、ワーク９の開口端部を閉塞するクロージング加工を行う。

クロージング加工機１の中央部には、ワーク９をクロージング加工するチャックスピンドル２０の前方に位置してワーク９の端部を支持するスラストストッパ移動装置６０と、芯金５をワーク９の内側に移動する芯金移動装置５０とが設けられる。

クロージング加工機１の左右の後部にはそれぞれ一対のコンベア１８とワーク投入装置１０が設けられる。ワーク９は各コンベア１８によってＹ軸方向前方に搬送された後、Ｙ軸方向に移動可能な各ワーク投入装置１０によってＹ軸方向前方に搬送され、左右のチャックスピンドル２０に投入し把持される。

一方のチャックスピンドル２０がクロージング加工機１の中央部に位置してクロージング加工を行っている間、他方のチャックスピンドル２０がクロージング加工機１の左右端部のいずれかに位置して各ワーク投入装置１０に搬送されるワーク９を受け取る。

クロージング加工機１の前部には、クロージング加工後のワーク９を搬出する搬出装置１７が設けられる。搬出装置１７はワーク９を把持するハンド１３を架台３に対してＸ軸方向について往復動し、左右のチャックスピンドル２０から押し出されるワーク９をクロージング加工機１の右前部に配置されたコンベア１９へと搬送する。

クロージング加工を終えて１０００℃以上に高温となるワーク９は、コンベア１９によって冷却装置７０（図３参照）へと搬送され、冷却装置７０にて冷却される。冷却装置７０はクロージング加工機１の前方右側に設けられている。

図４の（ａ）〜（ｇ）にクロージング加工機１がワーク９にクロージング加工する一連の工程を示す。以下、このクロージング加工方法の各工程を順に説明する。

図４の（ａ）に示すように、ワーク投入装置１０の内径チャック８をワーク９内に挿入し、その内径チャック８がワーク９の内周面を把持する。

図４の（ｂ）に示すように、ワーク投入装置１０が内径チャック８をＹ軸方向に前進させてワーク９をチャックスピンドル２０の外径チャック７に挿入し、外径チャック７がワーク９の外周面を把持する。

図４の（ｃ）に示すように、ワーク投入装置１０が内径チャック８をＹ軸方向に後退させて内径チャック８をワーク９から抜き取る。続いてチャックスピンドル移動装置３０がチャックスピンドル２０をＸ軸方向に移動してワーク９を金型４に対峙する加工位置に停止させる。

図４の（ｄ）に示すように、スラストストッパ移動装置６０がスラストストッパ６をワーク９の基端部９ｂを支持するスラスト加工基準位置に移動する。

図４の（ｅ）に示すように、芯金移動装置５０が芯金５をワーク９の内側に投入する。

図４の（ｆ）に示すように、チャックスピンドル２０がワーク９と芯金５を回転駆動する。一方、金型駆動装置４０が加熱された金型４をワーク９に押し当てる。これにより、金型４と芯金５の間でワーク９の先端部９ａが次第に絞られ、最終的にワーク９の先端部９ａを閉塞した底部９ｃを形成する。

図４の（ｇ）に示すように、金型駆動装置４０が金型４をＹ軸方向後方に移動し、ワーク９から離す。一方、スラストストッパ移動装置６０がスラストストッパ６をＹ軸方向前方に移動してスラスト加工基準位置から離すとともに、芯金移動装置５０が芯金５をワーク９の内側から抜き取る。

続けて別のワーク９をクロージング加工する場合、図４の（ａ）に示すように、チャックスピンドル移動装置３０がチャックスピンドル２０をＸ軸方向に移動してワーク９を内径チャック８に対峙させる。そして、図４の（ｂ）に示すように、ワーク投入装置１０が内径チャック８をＹ軸方向に前進させ、クロージング加工前のワーク９の基端部９ｂをクロージング加工済みのワーク９の底部９ｃに当接させてクロージング加工済みのワーク９を外径チャック７から押し出す。

一方、ワーク９のクロージング加工を終了する場合、図４の（ｈ）に示すように、ワーク投入装置１０が内径チャック８をＹ軸方向に前進させ、内径チャック８をクロージング加工済みのワーク９の底部９ｃに当接させてクロージング加工済みのワーク９を外径チャック７から押し出す。

以上、クロージング加工機１の全体構成を説明した。

次に図５に示すチャックスピンドル２０の構成を説明する。

チャックスピンドル２０は、ワーク９の外周面を把持するチャックスピンドル２０と、回転するワーク９を架台３に対して回転軸方向（Ｙ軸方向）について移動できるように支持するチャックスライド支持機構６２を備える。

外径チャック７は、円筒状のチャックケース２２１と、このチャックケース２２１に収められてワーク９の外周面を把持する複数のチャック部材２２２と、回転軸方向（Ｙ軸方向）に移動することによって各チャック部材２２２を回転径方向に移動させるカム部材２２４と、このカム部材２２４をＹ軸方向前方（図５にて左側）に付勢するスプリング２２３と、このスプリング２２３の付勢力に抗してカム部材２２４をＹ軸方向後方（図５にて右側）に移動させる油圧プランジャとを備える。

各プランジャが受ける制御油圧が低いと、スプリング２２３の付勢力によってカム部材２２４がＹ軸方向前方（図５にて左側）に移動し、これに伴って各チャック部材２２２が回転径方向内側に移動し、各チャック部材２２２がワーク９の外周面を把持する。

制御油圧が上昇することによって各プランジャがスプリング２２３の付勢力に抗してカム部材２２４をＹ軸方向後方（図５にて右側）に移動すると、カム部材２２４が各チャック部材２２２を回転径方向外側に移動し、各チャック部材２２２がワーク９を放す。

チャックスライド支持機構６２は、外径チャック７のチャックケース２２１を回転可能に支持する軸受ケース２３１と、この軸受ケース２３１をワーク９の回転軸方向につい移動可能に支持する支持ケース２４１と、軸受ケース２３１を金型４側に向けて付勢するリターンスプリング２５１とを備える。

チャックケース２２１は一対のアンギュラベアリング２３２を介して軸受ケース２３１に回転可能に支持される。各アンギュラベアリング２３２はそれぞれの背面どうしを組み合わせてチャックケース２２１と軸受ケース２３１の間に介装され、チャックケース２２１に働くラジアル荷重とスラスト荷重を支持する。

チャックケース２２１はローラベアリング２４２を介して支持ケース２４１に回転可能に支持される。ラジアルころタイプのローラベアリング２４２はチャックケース２２１に働くラジアル荷重を支持し、スラスト荷重を支持しない。

チャックケース２２１の軸受ケース２３１及び支持ケース２４１から突出する端部にプーリ２１３が連結される。モータ２１０の回転がプーリ２１１、ベルト２１２、プーリ２１３を介してチャックケース２２１に伝達され、外径チャック７がモータ２１０によって回転駆動される。

支持ケース２４１は円筒面状のシリンダ壁２４２を有し、このシリンダ壁２４２に円筒状の軸受ケース２３１がＹ軸方向について摺動可能に収められる。

支持ケース２４１とチャックケース２２１の間にはシール２７１，２７２が介装される。この給油孔（図示せず）から充填される潤滑油は支持ケース２４１とチャックケース２２１の間にシール２７１，２７２を介して封入される。これにより、支持ケース２４１に対する軸受ケース２３１の摺動部が潤滑され、円滑な作動が維持される。

支持ケース２４１と軸受ケース２３１の間には複数のリターンスプリング２５１が介装される。各リターンスプリング２５１のバネ力によって軸受ケース２３１は金型４側に向けて付勢される。

支持ケース２４１と軸受ケース２３１の間には複数の回り止めピン２６１が介装される。各回り止めピン２６１はその一端を軸受ケース２３１に埋設し、その他端を支持ケース２４１の穴２４４に摺動可能に挿入し、支持ケース２４１に対する軸受ケース２３１の回り止めをする。

クロージング加工機１は、図６に示すように、ワーク９の基端部９ｂを当接させて所定のクロージング加工位置に支持するスラストストッパ６を備える。筒状のスラストストッパ６はチャックスピンドル２０の回転軸上に配置され、ワーク９の基端部９ｂを当接させる環状の端面を有する。

スラストストッパ６の内側に芯金５を支持するロッド５１が挿通している。芯金移動装置５０はエアシリンダ５２が伸縮作動することによってロッド５１を軸方向に移動し、芯金５をワーク９の内側に入れるようになっている。

クロージング加工機１は、スラストストッパ６をチャックスピンドル２０の回転軸上をＹ軸方向に移動するスラストストッパ移動装置６０を備える。

スラストストッパ移動装置６０は、スラストストッパ６を軸受（図示せず）を介して回転可能に支持するスライド台６２と、このスライド台６２をＹ軸方向に移動可能に支持する２本のガイドレール６３と、スライド台６２をこのガイドレール６３に沿って移動させる油圧シリンダ６４とを備える。油圧シリンダ６４は図示しないコントローラの出力に応じてスラストストッパ６をＹ軸方向について前後に移動し、ワーク９から前方に離れた待避位置と、クロージング加工時にワーク９の基端部９ｂを当接させるスラスト加工基準位置に停止させる。

クロージング加工方法は、クロージング加工前にスラストストッパ６をスラスト加工基準位置に停止させ、スラストストッパ６をワーク９に間隙６１を持って対峙させ、クロージング加工時にワーク９を金型４の荷重Ｆによって回転軸方向に移動させスラストストッパ６に当接させて所定のクロージング加工位置に支持するようにする。

間隙６１は例えば数ｍｍ程度に設定し、外径チャック７がワーク９を保持する位置のバラツキ量より十分に大きいストロークでワーク９が移動するようにする。

クロージング加工を行う前の工程にて、スラストストッパ移動装置６０がスラストストッパ６をワーク９の後端部９ｂに対峙するラスト加工基準位置に停止させる。このとき、図５の下半部に示すように、外径チャック７はワーク９と共に各リターンスプリング２５１のバネ力によっ軸方向前方に位置し、ワーク９をスラストストッパ６に対して間隙６１を持って対峙させている。

クロージング加工を行う工程にて、図５の上半部に示すように、ワーク９はその前端部９ａに押し付けられる金型４の荷重Ｆによって軸方向に移動し、その後端部９ｂがスラストストッパ６に当接して支持される。スラストストッパ６はワーク９と共に回転しながらワーク９を軸方向について所定のクロージング加工位置に支持する。

こうしてワーク９がスラストストッパ６に当接して所定のクロージング加工位置に支持された状態で、金型４と芯金５の間でワーク９の先端部９ａが次第に絞られ、最終的にワーク９の先端部９ａを閉塞した底部９ｃを形成する。

これにより、外径チャック７がワーク９を保持する位置精度にバラツキが生じても、ワーク９の加工位置がスラストストッパ６を介して一定に保たれ、ワーク９を所定の形状にクロージング加工することができる。つまり、外径チャック７がワーク９を保持する位置精度に影響されずにワーク９の加工精度を高められる。

チャックスライド支持機構６２は、外径チャック７を回転可能に支持する軸受ケース２３１と、軸受ケース２３１を回転軸方向につい摺動可能に支持する支持ケース２４１と、軸受ケース２３１を金型４側に向けて付勢するリターンスプリング２５１とを備えたため、クロージング加工時に金型４の荷重Ｆによってワーク９は外径チャック７の軸受ケース２３１と共に回転軸方向に移動する。外径チャック７の軸受ケース２３１は支持ケース２４１に対して回転軸方向につい摺動可能に支持されているため、ワーク９の支持剛性が十分に確保され、ワーク９の芯振れを抑えられる。

外径チャック７に連結されるプーリ２１３を備え、このプーリ２１３に掛け回されるベルト２１２を介して外径チャック７が回転駆動されるため、クロージング加工時にワーク９と共に外径チャック７が回転軸方向に移動しても、ベルト２１２の循環経路がわずかに変わることにより、外径チャック７が円滑に回転駆動される。

クロージング加工時にワーク９の内側に配置される芯金５と、芯金５を支持するロッド５１と、このロッド５１を介して芯金５をワーク９の回転軸方向に移動する芯金移動装置５０とを備え、スラストストッパ６をロッド５１を挿通させる筒状に形成したたため、スラストストッパ６に位置によらず芯金５を移動することが可能となる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明のクロージング加工方法及びクロージング加工機は、ワークの開口端部を閉塞するクロージング加工に限らず、回転するワークに対して金型をワークに押し当ててワークを絞り加工するスピニング加工に利用できる。

本発明の実施の形態を示すクロージング加工機の側面図。 同じくクロージング加工機の平面図。 同じくクロージング加工機の正面図。 同じくクロージング加工する工程を示す図。 同じくチャックスピンドル等の側面図。 同じくスラストストッパ等の断面図。

符号の説明

１ クロージング加工機
２ 加熱装置
４ 金型
５ 芯金
６ スラストストッパ
７ 外径チャック
８ 内径チャック
９ ワーク
１０ ワーク投入装置
２０ チャックスピンドル
４０ 金型駆動装置
５０ 芯金移動装置
２２１ チャックケース
２３１ 軸受ケース
２４１ 支持ケース
２４２ シリンダ壁
２５１ リターンスプリング

Claims (5)

1. 回転するワークに対して金型を押し当ててこのワークをクロージング加工するクロージング加工方法において、
   前記ワークをチャックスピンドルによって回転駆動し、回転する前記ワークをチャックスライド支持機構によってその回転軸方向について移動可能に支持し、前記金型から付与される荷重によって移動する前記ワークをスラストストッパに当接させて所定のクロージング加工位置に支持することを特徴とするクロージング加工方法。
2. 回転するワークに対して金型を押し当ててこのワークをクロージング加工するクロージング加工機において、
   前記ワークを回転駆動するチャックスピンドルと、前記ワークをその回転軸方向について移動可能に支持するチャックスライド支持機構と、前記金型から付与される荷重によって移動する前記ワークを当接させて所定のクロージング加工位置に支持するスラストストッパとを備えたことを特徴とするクロージング加工機。
3. 前記チャックスライド支持機構は、
   前記ワークを保持する外径チャックを回転可能に支持する軸受ケースと、この軸受ケースを回転軸方向につい摺動可能に支持する支持ケースと、前記軸受ケースを前記金型側に向けて付勢するリターンスプリングとを備えたことを特徴とする請求項２に記載のクロージング加工機。
4. 前記ワークを保持する外径チャックにプーリを連結し、このプーリに掛け回されるベルトを介して外径チャックを回転駆動することを特徴とする請求項２または３に記載のクロージング加工機。
5. 前記クロージング加工時に前記ワークの内側に配置される芯金と、この芯金を支持するロッドと、このロッドを介して前記芯金を前記ワークの回転軸方向に移動する芯金移動装置とを備え、前記スラストストッパを前記ロッドを挿通させる筒状に形成したことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載のクロージング加工機。

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