JP2007290001A

JP2007290001A - ウォーム用平ダイス転造盤

Info

Publication number: JP2007290001A
Application number: JP2006120417A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Murai; 康弘村井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】ワークの歩みがほとんど無く、転造加工面の加工精度を向上したウォーム用平ダイス転造盤を提供。
【解決手段】１対の平ダイス２、３を固定したコラム７、８は、平行に対向してコラムベース11、12に回転可能に設けられ、平ダイス２、３を平ダイス底面に平行な面内で傾斜させ、平ダイスのリード角βを、転造中のワーク径の変化に対応した平ダイス２、３のリード角β１に補正し、ワーク４の歩みを制御するようにしたので、転造加工において、食いつき部から、仕上げ部にかけてウォームギヤの歯が盛り上がるに従い、転造中のワーク径の変化に対応したリード角に補正し、対応した次第に大きくなる転がり径とした。
【選択図】図１

Description

本発明はウォームギヤ付シャフトであるウオーム軸の転造加工用平ダイスに関する。

従来、小形モータなどに使用されるウォームギヤ付シャフトであるウオーム軸は、転造加工によりワークである円柱状素材の周面転造部にウォームギヤが形成される。即ち、円柱状素材を一対のダイスにて押圧しながら互いに逆方向に移動させ、これにより円柱状素材を回転させてその周面転造部にウォームギヤを形成させる。
特開２００２−３３１３３０号公報特許第３５９６２７８号公報

従来の平ダイス転造盤は、上面に歯溝は設けられた1 対の平ダイスでワークを挟み込み、左右ダイスをワークに対して点対称となるよう同期して直進運動させることにより転造を行う。このとき、平ダイスは摺動台に固定され、各摺動台はワーク軸を含む面に対して対称に設置された1 対のコラムに設けた直動案内部を直進運動する。かかる従来の平ダイス転造盤にあっては、１対の平ダイスは互いに平行に設置され、平ダイス上面に形成された歯溝のリード角は一定であるので、ウォーム軸の転造でよく知られた歩みが生じ、加工精度を悪化させる原因となっていた。即ちウォーム軸の転造においては、平ダイスのリード角をβ、設計転がり径をＤ、ウォームギヤの軸方向ピッチをＰとすると、ｔａｎβ＝Ｐ／πＤの関係が成立するが、実際の転造加工においては、食いつき部から、仕上げ部にかけてウォームギヤの歯が盛り上がるに従い、転がり径が次第に大きくなる。このため、図１（ｂ）に示すように、平ダイスのリード角βが一定の場合は、設計転がり径Ｄと実際の転がり径の差により、ウォーム軸が軸方向に移動する歩みが生じ、ウォーム軸のウォームギヤ切れ上がり部の曲がりを生じさせ、加工精度を悪化させる原因となっていた。

ウオーム軸に発生した曲がりは、小形モータに組み込まれると、異常振動や騒音の原因となるので、ウオーム軸の曲がりを一定レベル以下とするため、曲がり取り矯正などの工程を必要とするなどの課題があった。こうした課題を解決する方法として、特許文献１では平ダイスにおいて、転造中の平ダイスの両側面に、各一対の矯正用ダイスを、円柱状素材の周面転造部に隣接した円筒部に接するように配置し、条数ｎのウォームの転造加工において、平ダイスリード角をβ、条数をｎ及び軸方向モジュールをｍとして算出されるころがり円径D1と、矯正用ダイスの押さえ面と当接する円柱状素材の円筒部の素材外径D2とが略同等となるよう、 D2≒D1＝ｎ×ｍ÷tan βの関係を満足するよう、平ダイスのリード角β及びガイド円筒部の素材外径D2を設定することをする方法を開示する。この円筒部の素材直径を、前記平ダイスのリード角を設計する際に想定した加工部のころがり円径と略一致させることにより、転造加工中、転造の開始部、中間部、仕上げ部でダイスと被加工物の接触位置が変化し、ころがり円の直径が変化した場合でも、この矯正用ダイスの押さえ面との当接部の摩擦力により、ころがり円直径を一定に保つよう作用させることができ、被加工物の歩みを最小とすることができ、被加工物が装置と干渉するのを防止できるものとなった。しかしながらこの方法では、平ダイス上面に形成された歯溝のリード角は一定であるので、転造加工において、食いつき部から、仕上げ部にかけてウォームギヤの歯が盛り上がるに従い、転がり径が次第に大きくなることを完全に防止し、歩みをなくすことはできなかった。特許文献２では、丸ダイス転造装置において、丸ダイスの主軸を傾斜させ、歩みを制御する装置が記載されているが、機械構成が全く異なる平ダイス転造盤ついては記述が無く適用例もない。

本発明の課題は、かかる従来の課題を解決した、ワークの歩みがほとんど無く、転造加工面の加工精度を向上したウォーム用平ダイス転造盤を提供することである。

このため本発明は、ベースと、ベースに対向して固定された一対のコラムベースと、各コラムベースに回転可能に支持された一対のコラムと、各コラムに対向して固定された一対の平ダイスと、前記一対の平ダイス間にワークを配置してウォームギヤを形成する平ダイス式転造盤であって、前記コラムは各該平ダイスを設置する一対の摺動台と、該摺動台を直進往復運動するよう案内する直動案内部を有し、前記ワークを転造する際のワーク径の変化に伴って前記直動案内部を有するコラム及び平ダイスをコラムベースに対して平ダイス底面に平行な面内で傾斜させ、転造中のワーク径の変化に対応した該平ダイスのリード角を補正し、ワークの歩みを制御することを特徴とするウォーム用平ダイス転造盤を提供することにより上述した本発明の課題を解決した。

かかる構成により本発明では、一対の平ダイスが固定された一対のコラムは、コラムベースに回転可能に支持され、前記コラムは各該平ダイスを設置する一対の摺動台と、該摺動台を直進往復運動するよう案内する直動案内部を有し、前記ワークを転造する際のワーク径の変化に伴って前記直動案内部を有するコラム及び平ダイスをコラムベースに対して平ダイス底面に平行な面内で傾斜させ、転造中のワーク径の変化に対応した該平ダイスのリード角に補正し、ワークの歩みを制御するようにしたので、転造加工において、食いつき部から、仕上げ部にかけてウォームギヤの歯が盛り上がるに従い、転造中のワーク径の変化に対応したリード角に補正し、対応した次第に大きくなる転がり径として、転造中のワークの歩みがほとんど無く、転造加工面の加工精度を向上させたウォーム用平ダイス転造盤を提供するものとなった。

好ましくは、前記各摺動台を直進駆動する駆動機構及び前記直動案内部を有するコラムを平ダイス底面に平行な面内で傾斜させるコラムの傾斜機構を有し、各摺動台を駆動する一対のサーボモータ及びコラム傾斜機構を駆動する一対のサーボモータを備え、各前記サーボモータは、プログラムに従い同期して動作されるようにしたので、一対の平ダイスを傾斜角を制御しながら正確に同期運転することができ、転造加工面の安定した高精度が得られ、かつ前記ワークを転造する際のワークの伸びを検出するよう、ワーク伸び検出手段を設け、前記ワーク伸び検出手段から得られた検出信号に基づいて各前記サーボモータを制御するようにしたので、転造中にワーク径の変化を検出し、ワークの歩みを確実に抑えることができるウォーム用平ダイス転造盤を提供するものとなった。

本発明の第１の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤を図１乃至図３、図６を参照して説明する。図１（ａ）は第１の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤の一部内部構造を破線で示す正面図、（ｂ）は（ａ）のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス２の右側面拡大図で、ワーク４はそれぞれ加工中位置で示し、（ｃ）は（ａ）のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス２の右側面で、一部内部構造を破線で示す。図２は図１（ａ）の概略要部上面図、図３は図１（ｃ）のワーク4 の保持機構を示す。図６は上記構成からなるウォーム用平ダイス転造盤を用いてワーク４を転造加工した時のウォーム歯溝のリード角、転がり径、軸方向ピッチの関係を示したものである。

図１（ａ）に示すように、本実施例のウォーム用平ダイス転造装置1 は、１対の平ダイス２、３でワーク4 を左右から挟みこみ、平ダイス2 は下方に矢印50方向に、平ダイス3 は上方に矢印51方向に、同期して移動することにより、ワーク4 の外周円筒面に、ウォームギヤを転造加工する。平ダイス２、３は、摺動台５、６に固定設置され、摺動台５、６は各コラム７、８に直動可能に設置されている。左側摺動台５はコラム7 に設けた直動案内部52に案内され、コラム７に固定されたサーボモータ9 にカップリングを介して接続されたボールねじ18の回転により、摺動台5 に固定されたボールねじナットにより直進駆動される。右側摺動台6 も同様に、コラム8 に設けた直動案内部53に案内され、コラム8 に固定されたサーボモータ10にカップリングを介して接続されたボールねじ19の回転により、摺動台6 に固定されたボールねじナットにより直進駆動される。

図２に示すように、１対の平ダイス２、３を固定したコラム７、８は、平行に対向してコラムベース11、12に回転可能に設けられる。左コラム7 は左コラムベース11の内側面に軸受13を介して回転可能に取り付けられる。右コラムも同様にコラムベース12の内側面に軸受14を介して回転可能に取り付けられる。コラム７、８の回転軸中心54、55は、同軸上に設定され、両者を結んだ線上にワーク4 の転造位置が来るように設定される。コラム７、８の平ダイス２、３底面に平行な面内での傾斜は、コラム傾斜機構15、16により実行される。図１（ｃ）、図２に示すように、右コラム8 は、軸受23を介してブラケット59に接続され、同ブラケット59にはボールねじ27のナット31が固定されている。ボールねじ27はサーボモータ21とカップリングを介して接続され、ボールねじサポート部29は回転支持部25を介してコラムベース12に固定されている。すなわち、サーボモータ21の回転により、ボールねじナット31に推力が与えられ、図１（ｃ）に示すように、右コラム8 及び右平ダイス３は、回動中心55を支点として、前後方向に±α°傾斜させることができる。左コラム7 も右コラム同様、サーボモータ20により、前後方向に±α°傾斜させることができる。図１（ｂ）に示すように、左平ダイス２でみて、平ダイス２、３底面に平行な面内での傾斜により転造中のワーク径の変化に対応した平ダイス２のリード角βに補正し、ワーク４の歩みを制御するようにしたので、転造加工において、食いつき部から、仕上げ部にかけてウォームギヤの歯が盛り上がるに従い、転造中のワーク径の変化に対応したリード角に補正し、対応した次第に大きくなる転がり径として、転造中のワークの歩みがほとんど無く、転造加工面の加工精度を向上させたウォーム用平ダイス転造盤を提供するものとなった。コラムベース11、12は、十分な剛性を持つ接続プレート60、61と、図示しないボルトにより接続され、転造により左右ダイス２、３が外側に開く力を受けるようにされる。ワーク4 を保持するセンター32、33を載置したセンターテーブル34、35は前記接続プレートに固定されている。左右コラムベース11、12はベース17に設置されている。

図３は、ワーク4 の保持機構を示したものである。ワーク４は、位置決めセンタ32及び、芯押しセンタ33間に軸方向にクランプされる。位置決めセンタ32はセンターブラケット42に対してワーククランプ方向にスライドできるようにされ、空圧シリンダ38でクランプ方向に加勢され、かつ、センターブラケット42はセンターテーブル34上にワーククランプ方向にスライドできるようにされ、空圧シリンダ39でクランプ方向に加勢され、ストッパ71に押し当てられている。また、芯押しセンタ33はセンターブラケット41に対してワーククランプ方向にスライドできるようにされ、空圧シリンダ36でクランプ方向に加勢され、かつ、センターブラケット41はセンターテーブル35上にワーククランプ方向にスライドできるようにされ、空圧シリンダ40でクランプ方向に加勢され、ストッパ70に押し当てられている。このとき、シリンダ36, 38, 39の推力は38<36<39とされ、転造開始前のワーク４のクランプ状態においてはシリンダ38は端位置で、シリンダ39はストッパ押し当てで位置決めされ、シリンダ36は中間位置でワークを押している状態となる。シリンダ40は、ワーク着脱用で、推力は他の３つのシリンダよりも強く設定し、転造加工時はストッパ押し当てとする。すなわち、転造開始時には、ワーク４は位置決めセンタ32で長手方向位置が決められ、転造加工中にワークが軸方向に歩くときは、左右どちらの動きに対しても位置決めセンタ32及び芯押しセンタ33はワークをクランプした状態で移動が可能とされている。このとき芯押しセンタ33はワーク４に追従して長手方向に移動するが、変位センサー37により、芯押しセンタ33の位置が測定できるようになっており、ワーク4 の歩み量を検出できるようになっている。このとき、各シリンダは油圧シリンダでもよいことは言うまでもない。また、変位センサー37はリニアスケールなど、芯押しセンタ33の位置が検出できるものであれば良い。

図６は上記構成からなる平ダイス転造盤を用いてワーク4 を転造加工した時のウォーム歯溝のリード角、転がり径、軸方向ピッチの関係を示したものである。平ダイスのリード角をβ、設計上の転がり径をＤ、平ダイスの軸方向ピッチをＰとする。この図に示すように、転造初期では加工が進むにつれ、歯溝の歯底径が小さくなり、転がり径D'は設計の転がり径ＤよりもδD だけ小さくなるので、ワークの軸方向ピッチにδP だけズレが生じ、これが歩みとなる。このとき、転造中に、一対の平ダイスの傾斜を変えることにより、ダイスのリード角βを補正リード角β１となるように変えることができる。ワークの転造中の転がり半径D1は、転造中のワーク形状に応じて変化するが、このとき補正リード角β１をワークの軸方向ピッチのズレδP がゼロになるように制御すれば、転造加工中の歩みをほとんどゼロとすることができる。リード角は歩みの特性より算出した補正値により、左右の平ダイスの傾斜角を制御するようにすればよい。すなわち、サーボモータ9, 10 で対向した左右のダイスを同期直進駆動させ、平ダイス位置に応じたリード角β１となるように、左右コラム傾斜用のサーボモータ20, 21により、連続的に同期して傾斜角を制御するようにすれば良い。また、ワークの伸び検出手段である変位センサー37によってワーク４の伸びが検出された場合は、左右コラム傾斜用のサーボモータ20, 21により傾斜角をさらに補正するようフィードバック制御するようにしたので、転造中にワーク径の変化を検出し、ワークの歩みを確実に抑えることができるウォーム用平ダイス転造盤となった。

図４（ａ）は本発明の第２の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤の正面図の機械の右半分を示し、（ｂ）は（ａ）のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス２の右側面を示し、（ａ）に示すウォーム用平ダイス転造盤のギヤとピニオンのかみあい部を示す。本発明の第２の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤は、コラム93に固定されたギヤ90にかみ合ったピニオンギヤ91をコラムベース95に固定されたサーボモータ92で駆動し、コラム93を軸心94回りに平ダイス２、３底面に平行な面内で、前後に±α°回動するようにしている。このように、左右のコラムの回動駆動機構は様々な形態があるが、十分な剛性を持ち、コラムの角度をサーボモータで制御できる構造であれば良い。

図５は本発明の第２の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤の正面図で、平ダイス 110、111 を水平に配置し、駆動サーボモータ 108、109 により同期駆動し、ワーク112 を転造するようにしたものである。コラム 100、101 は回転中心 104、105 回りに駆動機構 106、107 により回動するようにされている。第一の実施例との違いは、コラムの配置を縦から横に変更した点であるが、技術思想は同一である。また、図５のワーク112 が地面に対して垂直になるように本図の転造盤を90度回転移動した機械構成としてもよい。

〔本発明の実施形態の効果〕かかる構成により本発明の実施形態では、一対の平ダイスが固定された一対のコラムは、コラムベースに回転可能に支持され、前記コラムは各該平ダイスを設置する一対の摺動台と、該摺動台を直進往復運動するよう案内する直動案内部を有し、前記ワークを転造する際のワーク径の変化に伴って前記直動案内部を有するコラム及び平ダイスをコラムベースに対して平ダイス底面に平行な面内で傾斜させ、転造中のワーク径の変化に対応した該平ダイスのリード角に補正し、ワークの歩みを制御するようにしたので、転造加工において、食いつき部から、仕上げ部にかけてウォームギヤの歯が盛り上がるに従い、転造中のワーク径の変化に対応したリード角に補正し、対応した次第に大きくなる転がり径として、転造中のワークの歩みがほとんど無く、転造加工面の加工精度を向上させたウォーム用平ダイス転造盤を提供するものとなった。

（ａ）は第１の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤の一部内部構造を破線で示す正面図、（ｂ）は（ａ）のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス２の右側面拡大図で、ワーク４はそれぞれ加工中位置で示し、（ｃ）は（ａ）のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス２の右側面で、一部内部構造を破線で示す。図１（ａ）の概略要部上面図。図１（ｃ）のワーク4 の保持機構を示す。（ａ）は本発明の第２の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤の正面図の機械の右半分を示し、（ｂ）は（ａ）のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス２の右側面を示し、（ａ）に示すウォーム用平ダイス転造盤のギヤとピニオンのかみあい部を示す。本発明の第２の実施形態のウォーム用平ダイス転造盤の正面図。各構成のウォーム用平ダイス転造盤を用いてワーク４を転造加工した時のウォーム歯溝のリード角、転がり径、軸方向ピッチの関係を示したものである。

符号の説明

１：ウォーム用平ダイス転造盤、２、３：平ダイス、４：ワーク、７、８：コラム
11、12：コラムベース、13 14：軸受、β、β１：平ダイスのリード角

Claims

ベースと、ベースに対向して固定された一対のコラムベースと、各コラムベースに回転可能に支持された一対のコラムと、各コラムに対向して固定された一対の平ダイスと、前記一対の平ダイス間にワークを配置してウォームギヤを形成する平ダイス式転造盤であって、前記コラムは各該平ダイスを設置する一対の摺動台と、該摺動台を直進往復運動するよう案内する直動案内部を有し、前記ワークを転造する際のワーク径の変化に伴って前記直動案内部を有するコラム及び平ダイスをコラムベースに対して平ダイス底面に平行な面内で傾斜させ、転造中のワーク径の変化に対応した該平ダイスのリード角を補正し、ワークの歩みを制御することを特徴とするウォーム用平ダイス転造盤。
前記各摺動台を直進駆動する駆動機構及び前記直動案内部を有するコラムを平ダイス底面に平行な面内で傾斜させるコラムの傾斜機構を有し、各摺動台を駆動する一対のサーボモータ及びコラム傾斜機構を駆動する一対のサーボモータを備え、各前記サーボモータは、プログラムに従い同期して動作され、かつ前記ワークを転造する際のワークの伸びを検出するよう、伸び検出手段を設け、前記伸び検出手段から得られた検出信号に基づいて各前記サーボモータを制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載のウォーム用平ダイス転造盤。
前記コラムは前記コラムベースに軸受を介して回転可能に支持され、前記コラム傾斜機構は、前記コラムベースに固定されたボールねじをボールねじ駆動サーボモータで駆動し前記ボールねじ端部を前記コラムに固定し、又は、前記コラムに固定されたギヤにかみ合ったピニオンギヤを前記コラムベースに固定したサーボモータで駆動し、前記コラムを前記軸受の軸心回りに前記平ダイス底面に平行な面内で、前後に回動するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のウォーム用平ダイス転造盤。