JP2011115799A - Method of form-rolling rolled body or screw body, working device and formed body - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of form-rolling, a working device and a formed body, wherein the generation of the staggers for performing the form-rolling of a form-rolled body or a screw body excellent in dimensional accuracy is reduced. <P>SOLUTION: In a method of form-rolling a form-rolled body, the relative position of a workpiece and a die is maintained on the target condition and the workpiece is form-rolled with the die by loading pushing force and/or pulling force between the workpiece and either of a die, the die mount of a structural member for supporting the die in synchronism with the rotation of the workpiece in the pushing position of an optional die. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、転造体または螺子体を転造加工するための転造加工方法、加工装置および成形体に関する。更に詳しくは、複雑な形状の転造体または歯車機構等に使用されるウォーム、ヘリカルギヤ、ヘリカルスプライン、固着用、又は回転運動を直線運動に変換するための多条ねじ等の螺子体を転造により加工するための螺子体の転造加工方法、加工装置および成形体に関する。   The present invention relates to a rolling method, a processing apparatus, and a molded body for rolling a rolled body or a screw body. More specifically, a worm, a helical gear, a helical spline, a fixing screw used for a rolled body or a gear mechanism having a complicated shape, or a screw body such as a multi-thread screw for converting rotational motion into linear motion is rolled. The present invention relates to a rolling process method, a processing apparatus, and a molded body of a screw body for processing by the above.

ねじ(螺子)は、非特許文献1)の解説に詳しく紹介されている。以下にその一部を引用する。 The screw (screw) is introduced in detail in the description of Non-Patent Document 1). Some of them are quoted below.

ねじは円筒や円錐面に沿って螺子状の溝を設けたものであり、別個の部材の締結や、回転運動と直線運動の変換などに用いられる。溝を円筒または円錐の内面に設けたものをめねじ、外面に設けたものをおねじと呼び、これらが互いに組み合わされて利用される。 The screw is provided with a screw-like groove along a cylinder or a conical surface, and is used for fastening a separate member, converting rotational motion and linear motion, or the like. A groove provided on the inner surface of a cylinder or cone is called a female screw, and a groove provided on the outer surface is called a male screw. These are used in combination with each other.

今日では、ねじはあらゆる用途において大量に使用されており、その多くはボルトやナット、木ねじなどによる締結用途である。ねじは各種の機械の運動や位置決めなどでも欠かせないものとなっている。   Today, screws are used in large quantities in every application, many of which are fastening applications with bolts, nuts, wood screws, and the like. Screws are indispensable for the movement and positioning of various machines.

ねじ部の加工方法は、転造による方法と切削・研削による方法に大別できる。   The processing method of the thread portion can be roughly divided into a rolling method and a cutting / grinding method.

転造法は塑性加工に属する逐次成形(インクレメンタルフォーミング)の一種であり、材料を回転させながら硬質の金型に押し付けることで徐々に逐次的に成形するものである。転造法は加工時間が比較的短いため大量生産に適する特徴がある。 The rolling method is a kind of sequential forming (incremental forming) belonging to plastic working, and is formed gradually and sequentially by pressing a material against a hard mold while rotating the material. The rolling method is suitable for mass production because the processing time is relatively short.

転造工程では、塑性変形によって谷が押し込まれる分だけ山が盛り上げられることでねじ山部分が成形される。このため、切削クズのような無駄となる材料は転造では生じない。 In the rolling process, the thread portion is formed by raising the mountain as much as the valley is pushed by plastic deformation. For this reason, waste materials such as cutting scraps are not produced by rolling.

転造を行う工作機械は転造盤(一部は転造機)と呼ばれる。平ダイス式転造盤、丸ダイス式転造盤、プラネタリ式転造盤がある。 おねじの場合には、ねじ山の形状を刻んだダイスで中間製品であるブランクを強力に挟み込み、間で回転させてねじ山を生形する。一般には、ねじ転造はこのおねじの転造加工を指す。 Machine tools that perform rolling are called rolling machines (some are rolling machines). There are flat die type rolling machines, round die type rolling machines, and planetary type rolling machines. In the case of a male thread, a blank, which is an intermediate product, is strongly sandwiched with a die engraved with a thread, and rotated between them to form a thread. Generally, thread rolling refers to the rolling process of this male thread.

ボルトの鍛造による量産加工では、ボルトフォーマーによって線材から太めの外形を備えたブランクと呼ばれる中間製品を作り、平ダイス、丸ダイス、扇ダイスなどでねじ山を転造によって成形する。 In mass production processing by bolt forging, an intermediate product called a blank having a thick outer shape is made from a wire by a bolt former, and a thread is formed by rolling with a flat die, a round die, a fan die, or the like.

ウォームは非特許文献2)に詳細に解説されている。以下にその一部を引用する。ねじ歯車(ウォーム)とそれに合うはすば歯車(ウォームホイール)を組み合わせたもので、1段で大きな減速比が得られる。他の歯車機構に比べてバックラッ
シュも小さくできる。
Worm is described in detail in Non-Patent Document 2). Some of them are quoted below. A combination of a screw gear (worm) and a helical gear (worm wheel) matched therewith, a large reduction ratio can be obtained in one stage. Compared with other gear mechanisms, backlash can be reduced.

一般的にはウォームの回転によりウォームホイールが回転する。オルゴールの調速機(ガバナー)、自動車のステアリング、天体望遠鏡の赤道儀、鉄道模型の駆動などに採用されている。 Generally, the worm wheel is rotated by the rotation of the worm. It is used for music box governors, car steering, astronomical telescope equator, and model train drive.

特許文献1)では、丸ダイスによる転造加工によって、自動車のハンドル駆動等に用いられるウォームギヤ(ウォームと同意)を転造加工方法により加工したウォームギヤが開示されている。以下にその一部を引用する。   Patent Document 1) discloses a worm gear obtained by processing a worm gear (consent with the worm) used for driving a steering wheel of an automobile by a rolling method using a rolling die. Some of them are quoted below.

車両の電動式パワーステアリング装置として、電動モータの回転出力をウォームギヤ機構を介して減速し、ステアリングホイールに連結された出力軸をアシスト駆動するタイプのものが知られている。 2. Description of the Related Art As an electric power steering device for a vehicle, there is known a type that decelerates the rotational output of an electric motor through a worm gear mechanism and assists driving an output shaft connected to a steering wheel.

大きな負荷がかからない軽自動車用のパワーステアリング装置においては、金属製の円筒ウォームギヤと樹脂製のウォームホイールとを組み合わせてウォームギヤ機構として用いたタイプが知られている。 In a power steering apparatus for a light vehicle that does not require a large load, a type in which a metallic cylindrical worm gear and a resin worm wheel are combined to be used as a worm gear mechanism is known.

この金属製のウォームギヤは、高い精度が要求されるので焼入れ鋼を旋盤加工の後、熱処理し研削仕上げ加工により製造されている。旋盤で加工する場合、バイトで切削されるが、生産性を上げるときは円錐形のフライスを使用し、このフライスの軸線をウォーム軸に対してウォームギヤのピッチ線における進み角だけ傾けてねじ加工の要領で切削する。 Since this metal worm gear is required to have high accuracy, the hardened steel is manufactured by lathing and then heat-treating and grinding. When machining with a lathe, it is cut with a cutting tool. To increase productivity, a conical milling machine is used, and the axis of this milling machine is tilted by the advance angle of the pitch line of the worm gear with respect to the worm axis. Cut in the same way.

しかしながら、このウォームギヤの製作工程は、少なくとも切削、熱処理、研削と大きくは3工程が必要である。また、このための設備も旋盤、熱処理設備、研削盤の少なくとも3台が必要となる。このために加工コストが増大し樹脂製のウォームホイールの利点が十分に発揮できていなかった。 However, the worm gear manufacturing process requires at least three processes, at least cutting, heat treatment, and grinding. In addition, for this, at least three units of a lathe, a heat treatment facility, and a grinding machine are required. For this reason, the processing cost increased, and the advantages of the worm wheel made of resin could not be fully exhibited.

また、おねじ、ウォームギヤ等を転造するとき、対向して配置された第1転造ダイス、及び第2転造ダイスが互いに接近して押し込み送りを行う。このとき、ウォームギヤの進み角が大きくて、かつ仕上がり直径と素材直径の差が大きいとき、転造加工の進行中に、進み角が変化する現象が歩みと呼ばれている。 Further, when rolling a male screw, a worm gear or the like, the first rolling die and the second rolling die which are arranged to face each other approach each other and perform push-feed. At this time, when the advance angle of the worm gear is large and the difference between the finished diameter and the material diameter is large, a phenomenon in which the advance angle changes during the rolling process is called a step.

この歩みが発生すると、歩みによるワークの移動方向のねじ山のフランク面と反対側のフランク面との間で丸ダイスの接触が異なり、転造面の仕上がり精度が悪くなる問題がある。この歩みを防ぐために、通常は目視等により第1転造ダイス、又は第2転造ダイスの軸線方向の位相位置を変えることにより補正をすることがある。 When this step occurs, the contact of the round die differs between the flank surface of the thread in the moving direction of the workpiece and the opposite flank surface, resulting in a problem that the finished accuracy of the rolled surface is deteriorated. In order to prevent this step, correction may be made by changing the phase position of the first rolling die or the second rolling die in the axial direction, usually by visual observation or the like.

しかしながら、この補正方法は、おねじ、又はウォームギヤの両側にめねじ、又はウォームギヤの直径より大きな軸があるような部品の場合、この部分に転造ダイスが干渉するので歩みを防ぐための補正は困難である。 However, in the case of parts that have a male screw or a female screw on either side of the worm gear or a shaft larger than the diameter of the worm gear, the rolling die interferes with this part. Have difficulty.

又このようなとき、ダイスを正転、又は逆転させて転造させることも行われているが、バックラッシュ等の発生により製品精度の高いものはできないし、生産性も悪い。特許文献2)では、この歩みを第1転造ダイス、及び第2転造ダイスの回転軸線と直交する軸線のまわりで回動する主軸傾斜機構が提案された。 In such a case, rolling is performed by rotating the die forwardly or reversely. However, due to the occurrence of backlash or the like, a product with high product accuracy cannot be obtained, and the productivity is poor. In Patent Document 2), a spindle tilting mechanism has been proposed in which this step is rotated around an axis perpendicular to the rotation axis of the first rolling die and the second rolling die.

しかしながら、この主軸傾斜機構を用いたものでも、加工開始から加工終了までの径の変化が大きいウォームギヤ等のようなワークでは、歩みの発生を完全には防ぐことができず、これが加工誤差となって現れる。 However, even if this spindle tilt mechanism is used, it is not possible to completely prevent the occurrence of steps in workpieces such as worm gears that have a large change in diameter from the start of machining to the end of machining. Appear.

特許文献1)特許公開2006−342971号公報:『ウォームギヤ』
特許文献2)特開平11−285766号公報:『丸ダイス式転造装置』
特許文献3)特許公開WO2003/000442号公報:『ウォームギヤ転造加工方法とそのウォームギヤ』
特許文献4)特許公開2003−340542号公報:『ウォームの転造用素材』
特許文献5)特許WO2004/110669号公報:『転造圧調整用カムの課題』
特許文献6)特許公開2007−290001号公報:『ウォーム用平ダイス転造盤』
特許文献7)特許公開2004−174504号公報:『転造加工装置』
特許文献8)特許公開2006−224159号公報:『ウォーム軸用平ダイス』
非特許文献1)http://ja.wikipedia.org/wiki/ねじ
非特許文献2)http://ja.wikipedia.org/wiki/歯車
非特許文献3)日本機械学会論文集(第3部)43巻368号、1462頁
非特許文献4)塑性と加工47巻541号、100頁:『多軸制御高精度加工転造機の開発と新しい加工製品の発掘』
非特許文献5)塑性と加工47巻541号、105頁:『高精度転造機によるねじ加工の有限要素解析
Patent Document 1) Japanese Patent Publication No. 2006-342971: “Worm Gear”
Patent Document 2) Japanese Patent Laid-Open No. 11-285766: “Round Die Type Rolling Device”
Patent Document 3) Patent Publication WO2003 / 000442: “Worm Gear Rolling Method and Worm Gear”
Patent Document 4) Japanese Patent Publication No. 2003-340542: "Warm rolling material"
Patent Document 5) Patent WO2004 / 110669 Publication: “Problem of Rolling Pressure Adjusting Cam”
Patent Document 6) Japanese Patent Publication No. 2007-290001: "Warm flat die rolling machine"
Patent Document 7) Japanese Patent Publication No. 2004-174504: “Rolling Processing Device”
Patent Document 8) Patent Publication No. 2006-224159: “Flat Die for Worm Shaft”
Non-Patent Document 1) http://en.wikipedia.org/wiki/Screw Non-Patent Document 2) http://en.wikipedia.org/wiki/Gear Non-Patent Document 3) Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers (Part 3) 43) 368, p. 1462 Non-patent document 4) Plasticity and machining 47, 541, p. 100: “Development of multi-axis controlled high-precision machining rolling machine and discovery of new machined products”
Non-patent document 5) Plasticity and processing 47: 541, page 105: “Fine element analysis of screw processing by high precision rolling machine”

ウォームのようにモジュールの比較的大きい螺子体の転造加工では、比較的大きな酔歩(ランダムウォーク)が発生して製品の規格外れを生じ易い。自動車用のパワーステアリング装置のウォームを製造するためには、酔歩を10μm程度に低減する必要がある。   In a rolling process of a screw body having a relatively large module such as a worm, a relatively large random walk occurs and the product is likely to be out of specification. In order to manufacture a worm for a power steering device for automobiles, it is necessary to reduce the random walk to about 10 μm.

非特許文献3)では高精度な旋盤のねじ研削におけるねじのピッチ誤差として酔歩の要因が開示された。これによると酔歩の要因は主に機械的要因、研削条件による要因、その他で合計10個程度の因子に分解された。従って、一般的に螺子製品の製造工程において酔歩に最も大きく影響する因子を特定することは、多数の因子の影響を分離しなければならず困難であった。   Non-Patent Document 3) disclosed a cause of random walk as a screw pitch error in highly accurate lathe thread grinding. According to this, the factors of random walk were mainly decomposed into mechanical factors, factors due to grinding conditions, and about 10 factors in total. Therefore, in general, it is difficult to identify the factors that have the greatest influence on the random walk in the manufacturing process of the screw product because the effects of many factors must be separated.

酔歩の影響因子を分離した例として、非特許文献3)の精密な旋盤のテーブル送り誤差の測定では、最大誤差が2.9μmと報告された。この結果から精密な機械加工旋盤を用いても誤差が3μm程度混入するので、誤差が3μm程度であれば十分精密加工と考えられる。

As an example of separating the influence factors of random walk, the maximum error was reported as 2.9 μm in the measurement of the precision table turning error of Non-Patent Document 3). From this result, even if a precise machining lathe is used, an error of about 3 μm is mixed, so if the error is about 3 μm, it is considered that the machining is sufficiently precise.

特許文献3)では、特許文献2)のCNC転造機の制御システムが開示された。図1は装置の外観図、図2はその制御システムの説明図で、主に、ダイスの回転数制御、ダイス主軸の傾斜角度、ダイスの押し込み位置、ワークの位置を変更する駆動機構を個々に制御する。 Patent Document 3) discloses a control system for CNC rolling machine of Patent Document 2). FIG. 1 is an external view of the apparatus, and FIG. 2 is an explanatory view of the control system. Mainly, the drive mechanism for changing the rotational speed of the die, the inclination angle of the die spindle, the pushing position of the die, and the position of the workpiece are individually shown. Control.

この制御システムは基本的に一入力一出力の古典制御理論を適用した制御であり、制御変数間の相互作用は無視している。従って、ウォームねじ転造時の変形のように制御変数間に強い相互依存性が存在する場合には、最適な制御が困難になる可能性がある。   This control system is basically a control that applies a classical control theory with one input and one output, and ignores the interaction between control variables. Therefore, when there is a strong interdependency between control variables such as deformation during worm screw rolling, optimal control may be difficult.

図3は丸ダイス転造装置によるワークの転造の状況を示す説明図であり、右上は平面図、右下は正面図、左はワーク送り台の側面図を示す。平面図に示すようにワークは両端部端面の中心軸位置に設けられた窪みをワーク送り台に固定された支持突起で押し付けて回転自由に固定される。そして、ワークの両側から丸ダイスにより均等な押し込み力で挟み込まれて回転により揉まれながらダイス表面の溝の凹凸が徐々に転写される。   FIG. 3 is an explanatory view showing the state of workpiece rolling by the round die rolling apparatus, in which the upper right is a plan view, the lower right is a front view, and the left is a side view of the workpiece feed base. As shown in the plan view, the workpiece is freely rotated by pressing a recess provided at the center axis position of the end faces of both ends with a support projection fixed to the workpiece feed base. And the unevenness | corrugation of the groove | channel on the surface of a die | dye is gradually transcribe | transferred, being pinched | interposed with the equal pressing force by the round die from the both sides of a workpiece | work, and being pinched by rotation.

尚、ダイスからワークの軸方向に荷重が作用するとワーク送り台が軸方向にスライドする。ウォームのように押し込みにより進み角が若干変化して軸方向に歩みと呼ばれる移動が発生する。この場合、軸端部の塊状部とダイスの側面が接触して損傷するのを防止するために、接触直前で停止してダイスの回転方向を反転する。   When a load is applied from the die in the axial direction of the workpiece, the workpiece feed base slides in the axial direction. Like a worm, the advance angle changes slightly by pushing, and a movement called “stepping” occurs in the axial direction. In this case, in order to prevent the massive portion at the end of the shaft and the side surface of the die from coming into contact with each other and damaging, the rotation is stopped immediately before the contact and the direction of rotation of the die is reversed.

図4はダイスの開閉とワーク送り台の1サイクル当たりの位置関係を示す。順番に、(1)取り付け、(2)ワーク送り、(3)転造:正転、(4)転造:逆転、(5)開放、(6)取り出しで1サイクルである。但し、(3)転造:正転および(4)転造:逆転を複数回交互に行うことによりダイスの押し込み量を調節して所望の成形を実施する。これをレシプロ転造と呼称する。   FIG. 4 shows the positional relationship per cycle of the opening / closing of the die and the workpiece feed base. In order, (1) mounting, (2) workpiece feeding, (3) rolling: forward rotation, (4) rolling: reverse rotation, (5) opening, (6) taking out is one cycle. However, (3) Rolling: Forward rotation and (4) Rolling: Reverse rotation are alternately performed a plurality of times to adjust the indentation amount of the die and perform desired molding. This is called reciprocating rolling.

レシプロ転造では左右の山の角度を均一化すると同時に面粗度の向上や、小トルクでの繰り返し加工により、変形しやすい中空のワークの加工に適する。 Reciprocating rolling is suitable for machining hollow workpieces that are easily deformed by making the angles of the left and right peaks uniform, improving surface roughness, and repeatedly machining with small torque.

非特許文献4)では特許文献2)に開示のCNC転造機の性能を調査しており、対向する丸ダイスの回転の同期誤差が振幅で0.01°(deg.)程度と少なく、有効ねじ部1500mmのねじ山のずれが振幅で7μm程度と高精度であり、螺子体の酔歩低減に効果が高い。モジュールが比較的小さいながねじの場合は、精密な旋盤による研削加工に肉薄する酔歩の小さいねじが成形された。   Non-Patent Document 4) investigates the performance of the CNC rolling machine disclosed in Patent Document 2), and the rotation error of the opposing round dies is as small as about 0.01 ° (deg.), And the effective screw The deviation of the thread of the part 1500 mm is as high as about 7 μm in amplitude and is highly effective in reducing the random walk of the screw body. When the module is relatively small, but a screw, a screw with a small random walk that was thinned by grinding with a precision lathe was formed.

そこで、自動車用パワーステアリングのウォームのようにモジュールが比較的大きく歯数が少ない場合のように、従来の転造加工技術では困難とされた高付加価値部品に対して、高精度なCNC転造機による転造工程の開発が実施された。   Therefore, a high-precision CNC rolling machine for high-value-added parts that has been difficult to achieve with conventional rolling technology, such as when the module is relatively large and has a small number of teeth, such as a worm of an automotive power steering. The rolling process was developed by

特許文献1)にはCNC転造機によるウォーム転造条件が開示された。各転造ダイスの回転速度は毎分10回転から40回転であり、正転と逆転の繰り返し回数は15回から50回とされた。また、ドウエル工程として各転造ダイスが互いに接近する押し込み動作を停止させた状態で、正転と逆転の回数で1セット当たり2回から5回の転造を実施する。ドウエル工程は押し込み(切込み動作)の段階に間欠的に2セットから3セット挿入された。 Patent Document 1) discloses a worm rolling condition by a CNC rolling machine. The rotational speed of each rolling die was 10 to 40 revolutions per minute, and the number of forward and reverse rotations was 15 to 50. In addition, as a dwell process, in a state where the pressing operation in which the respective rolling dies approach each other is stopped, the rolling is performed 2 to 5 times per set by the number of forward rotation and reverse rotation. In the dwell process, two to three sets were inserted intermittently at the stage of pushing (cutting operation).

図5はワークの三次元(3d)変形の機構
を示す説明図である。ダイスの直径がワークの直径の約4倍とすると、素材の回転速度は毎分40回転から160回転、正転と逆転の繰り返し回数は15回から50回である。加工前後で歯部(ねじ山と同意)を転写する部位が軸方向に37%程度延伸することが観察された。
FIG. 5 is an explanatory view showing a mechanism of three-dimensional (3d) deformation of the workpiece. Assuming that the diameter of the die is about 4 times the diameter of the workpiece, the rotation speed of the material is 40 to 160 rotations per minute, and the number of forward and reverse rotations is 15 to 50. It was observed that the portion where the tooth portion (agreement with the thread) was transferred before and after the processing was stretched by about 37% in the axial direction.

軸方向に7個の歯部(ねじ山)を成形することから約2.6個分の歯部に相当する延伸であることが分かる。ダイス溝にワークの歯部が長手方向に拘束された状態での延伸では、最大2.6回の中心軸のねじれ回転が発生して、ワークの端部がダイス溝をスクリューねじのように回転しながら延伸すると予想される。 From the fact that seven tooth parts (threads) are formed in the axial direction, it can be seen that the extension corresponds to about 2.6 tooth parts. In stretching with the tooth part of the workpiece constrained in the longitudinal direction in the die groove, a maximum of 2.6 rotations of the central axis occur, and the end of the work rotates like a screw screw in the die groove. While stretching is expected.

このようにウォームの転造ではダイスが接触して塑性変形を生じる部分の直径が減少し、体積一定則から軸方向への延伸とダイス溝に充満する2つの変形モードが生じるだけでなく、軸のねじり変形モードが発生する。従って、所望の形状を得るにはワークの複雑な三次元変形を総合的に制御する必要性が判明した。 Thus, in worm rolling, the diameter of the portion where plastic deformation occurs due to contact with the die is reduced, and not only two deformation modes filling the die groove but also extending in the axial direction from the constant volume rule occur. Torsional deformation mode occurs. Accordingly, it has been found that it is necessary to comprehensively control the complicated three-dimensional deformation of the workpiece in order to obtain a desired shape.

図6は2条および3条ねじのピッチ円筒径または外径の真円からの扁平(偏平)変形による誤差を示す説明図である。ワークの扁平変形は自動車用パワーステアリングのウォームのようにモジュールが大きく歯数が少ない場合に発生し易い傾向である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an error due to flat (flat) deformation from a perfect circle of the pitch cylindrical diameter or outer diameter of the double and triple threads. The flat deformation of the workpiece tends to occur when the module is large and the number of teeth is small, such as a worm of an automobile power steering.

図7はワーク扁平変形の発生機構の説明図で、左図はその流れ図である。これは、(1)不完全ねじ部の接触不均一、(2)ダイス押付け力のバネモデル、(3)実効転造圧力の周方向周期変動、(4)ワークの扁平変形からなる。以下に順番に説明する。   FIG. 7 is an explanatory diagram of a mechanism for generating flat workpiece deformation, and the left diagram is a flowchart thereof. This consists of (1) uneven contact of incomplete thread, (2) spring model of die pressing force, (3) circumferential period variation of effective rolling pressure, and (4) flat deformation of workpiece. This will be described in turn below.

(1)不完全ねじ部の接触不均一:ウォームは図7の1段目の左図に示すようにねじの両端部で不完全ねじ部が成形されるので、右図のようにワークの中心軸を通る断面のねじ山の数や形状はワークの周方向に変化する。ねじ山の数が少ない完全ねじ部だけの場合(右図の上)とねじ山の数が多い不完全ねじ部を含む場合(右図の下)が周方向に交互に成形される。そのために完全ねじ部だけの場合と不完全ねじ部を含む場合で接触不均一が発生する。同じ加工量を加える際に、後者の場合は不完全ねじ部の材料がねじ溝に逃げるので、逃げ場のない前者の場合に比べて低荷重になる傾向である。 (1) Contact unevenness of incomplete thread part: As shown in the left figure of the first stage in FIG. 7, the incomplete thread part is formed at both ends of the worm. The number and shape of cross-sectional threads passing through the axis change in the circumferential direction of the workpiece. The case where only a complete thread portion with a small number of screw threads (upper right diagram) and the case of an incomplete thread portion with a large number of screw threads (lower diagram in the right diagram) are alternately formed in the circumferential direction. For this reason, non-uniform contact occurs when only the complete thread portion is included and when the incomplete thread portion is included. When adding the same processing amount, in the latter case, the material of the incomplete thread portion escapes into the thread groove, and therefore, the load tends to be lower than in the former case where there is no escape space.

(2)ダイス押付け力のバネモデル:図7の2段目の左図に示すように丸ダイス式転造機でウォームを転造する際には、一対のダイスで両側からワークを狭持しながら押し込むことにより成形荷重を負荷した状態でダイスとワークを回転させながら徐々に加工する。成形荷重が発生する機構は、ダイスを支持する転造機の構造部品が駆動機構による押し込みにより弾性変形を生じるためである。これは右図のように押し込みにより圧縮されたばねでダイスを支持するモデルと等価と考えられる。ばねは圧縮量と支持荷重が単調変化の関係にあり、一般には線形関係で良好に近似できる。ばねの圧縮量は一回転当たりのワークの変形量に比べて大きいので、ワークに作用するダイスの押付け力は1回転当たり大略一定と考えられる。 (2) Die pressing force spring model: As shown in the left figure of the second stage in FIG. 7, when rolling a worm with a round die type rolling machine, a pair of dies are pushed in while holding the workpiece from both sides. As a result, the die and workpiece are rotated while the forming load is applied. The mechanism that generates the forming load is because the structural parts of the rolling machine that supports the die are elastically deformed by being pushed by the drive mechanism. This is considered to be equivalent to a model in which a die is supported by a spring compressed by pushing as shown in the right figure. The spring has a monotonically changing relationship between the compression amount and the support load, and can generally be well approximated by a linear relationship. Since the amount of compression of the spring is larger than the amount of deformation of the workpiece per rotation, the pressing force of the die acting on the workpiece is considered to be substantially constant per rotation.

(3)実効転造圧力の周方向周期変動:図5や図7の1段目に示すウォームのように軸方向のねじ山の数が数個と少ない場合には、同じダイスの押付け力の作用下でワークの中心軸を通る断面の1回転当たりの変形量が不完全ねじ部の有無に大きく影響を受けて変化する。不完全ねじ部を有する断面では不完全ねじ部で支持できる荷重が低下するので、完全ねじ部に分配されるダイスの押付け力が増加する。そのため完全ねじ部に作用する実効転造圧力は不完全ねじ部が存在する断面では存在しない断面よりも大きくなる傾向にある。そのため、完全ねじ部に作用する実効成形圧力はワークの回転に対して図7の3段目に示すように周期的に変動する。   (3) Circumferential period fluctuation of effective rolling pressure: When the number of axial threads is as small as several, like the worm shown in the first stage of FIGS. 5 and 7, the pressing force of the same die Under the action, the amount of deformation per rotation of the cross section passing through the central axis of the workpiece changes greatly depending on the presence or absence of incomplete thread portions. In a cross section having an incomplete thread portion, the load that can be supported by the incomplete thread portion is reduced, so that the pressing force of the die distributed to the complete thread portion is increased. Therefore, the effective rolling pressure acting on the complete thread portion tends to be larger in the cross section where the incomplete thread portion is present than in the cross section where it is not present. Therefore, the effective forming pressure acting on the complete thread portion periodically varies as shown in the third stage of FIG. 7 with respect to the rotation of the workpiece.

(4)ワークの扁平変形:完全ねじ部に作用する実効成形圧力の周期的な変動に伴って1回転当たりのワークの変形量も周期的に変動する。従って、ねじ山のピッチ円筒径やねじ山の外径は狙いの真円に対して扁平変形が発生する傾向である。2条ねじの場合は荷重変動がワークの二分の一回転毎に発生するので楕円形状に扁平変形するのに対して、3条ねじの場合はワークの三分の一回転毎に発生するから略三角形状に扁平変形する。 (4) Flat deformation of the workpiece: The amount of deformation of the workpiece per rotation fluctuates periodically with the periodic fluctuation of the effective forming pressure acting on the complete thread portion. Therefore, the pitch cylindrical diameter of the screw thread and the outer diameter of the screw thread tend to cause flat deformation with respect to the target perfect circle. In the case of a double thread, the load fluctuation occurs every half rotation of the workpiece, so that it deforms flattened into an elliptical shape, whereas in the case of a triple thread, it occurs almost every third rotation of the work. Flatly deforms into a triangular shape.

尚、一般に塑性加工では力学的に釣り合う条件で圧縮されたばねの縮み開放量とワークの変形量が決まるので、低荷重で変形する不完全ねじ部を含む断面は完全ねじ部だけの断面に比べてばねの縮み開放量が大きい。従って、ばねの縮み開放量の差分だけダイスの押付け力が周期的に変動するので、この変動を測定することで不完全ねじ部の周方向位置を把握することができる。 In general, in plastic working, the amount of spring shrinkage and the amount of deformation of the workpiece that are compressed under dynamically balanced conditions are determined, so the cross-section including the incomplete thread that deforms at low loads is compared to the cross section of the complete thread only. The amount of spring shrinkage is large. Therefore, since the pressing force of the die periodically varies by the difference in the amount of spring shrinkage, the circumferential position of the incomplete screw portion can be grasped by measuring this variation.

扁平変形に関して、特許文献1)に開示の転造条件でドウエル工程を挿入しない場合に2条ねじでは楕円形、3条ねじで略三角形が観察され、その程度はドウエル工程無しの場合に0.2〜0.3mm、ドウエル工程有りの場合に0.02mm以内であることが開示された。即ち、ドウエル工程を挿入することで扁平変形が約十分の一に低減されることが判明した。 Regarding flat deformation, when the dwell process is not inserted under the rolling conditions disclosed in Patent Document 1), an oval shape is observed with the double thread and a substantially triangular shape is observed with the triple thread, and the degree is 0. It was disclosed that it is within 0.02 mm in the case of 2 to 0.3 mm and a dwell process. That is, it has been found that the flat deformation is reduced to about one tenth by inserting the dwell process.

但し、ドウエル工程ではダイスの押し込みで一旦ワークが扁平変形した後に、押し込み力を低減して加工する。従って、ドウエル工程では実質的にワークの押し込み(切り込み)を行わない状態で加工するので、30%程度の生産性低下が避けられない。   However, in the dwell process, after the workpiece is once flattened by pressing the die, the pressing force is reduced to process. Accordingly, in the dwell process, since the workpiece is processed without substantially pushing (cutting) the workpiece, a productivity reduction of about 30% is inevitable.

図8は指で針金の特定箇所を曲げ曲げ戻しする際の不均一な形状変化を示す説明図である。最初に曲げた箇所は折れを生じるとともにその部分が加工硬化する。次に加工硬化した場所を中心に曲げ戻す際に、折れ部に隣接する加工硬化していない部位が折れを生じる。これは、塑性加工の非線形性のためであり、一般的に塑性加工では加工の履歴により最終的なワークの形状が変化する。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing a non-uniform shape change when a specific portion of the wire is bent and bent back with a finger. The first bent portion is bent and the portion is work-hardened. Next, when the work-hardened place is bent back to the center, the work-hardened part adjacent to the folded part is broken. This is because of the non-linearity of plastic working. In general, in the plastic working, the final workpiece shape changes depending on the processing history.

ドウエルはワークの周方向に異なる加工履歴を許容するので、図8のように周方向に加工履歴、例えば塑性ひずみに応じた硬さ分布などが残存する。図6に示すようにドウエル前のワーク形状に対して、加工後のワーク形状はピッチ円筒や外径が真円に近づくとされるが、理想変形に対してドウエル工程の余剰ひずみが導入されるので、転造体の三次元的な全体形状に対してネガティブな影響(外乱)が発生し易い。 Since the dwell allows different machining histories in the circumferential direction of the workpiece, as shown in FIG. 8, a machining history, such as a hardness distribution according to plastic strain, remains in the circumferential direction. As shown in FIG. 6, the workpiece shape after machining is assumed to have a pitch cylinder or outer diameter approaching a perfect circle with respect to the workpiece shape before dwell, but excessive strain in the dwell process is introduced for ideal deformation. Therefore, a negative influence (disturbance) tends to occur on the three-dimensional overall shape of the rolled body.

図5に示すようにワークはねじれ変形を伴う軸方向延伸により所定の製品形状に成形される。ねじれはねじり抵抗が小さい断面近傍で選択的に生じるから、ドウエル工程で導入される余剰ひずみが集中するとワークの軸方向延伸に不均一性を生じる。即ち、針金の曲げ曲げ戻しのように、ドウエル工程の余剰ひずみはワークの三次元的な不均一変形を誘発し易いので酔歩発生の因子である。
As shown in FIG. 5, the workpiece is formed into a predetermined product shape by axial stretching accompanied by torsional deformation. Twist occurs selectively in the vicinity of a cross section where the torsional resistance is small. Therefore, if excessive strain introduced in the dwell process is concentrated, non-uniformity occurs in the axial extension of the workpiece. That is, excessive strain in the dwell process, such as bending and unbending of the wire, is a factor in generating a random walk because it tends to induce three-dimensional uneven deformation of the workpiece.

以上の考察から、生産性向上と酔歩防止の観点からドウエル工程を極力廃止すべきである。そのためには、ワークの扁平変形を防止するドウエル代替技術の開発が重要である。 From the above considerations, the dwell process should be abolished as much as possible from the viewpoint of improving productivity and preventing random walks. To that end, it is important to develop a dwell alternative technology that prevents flat deformation of the workpiece.

特許文献4)には、図9に示すようにねじ山を成形する加工部位の両端テーパー部の周方向特定位置に予め切り欠きを加工することにより、周期的なダイス押し付け力の変動を低減するドウエル代替技術が開示された。切り欠きはダイス押し付け力の変動に影響する因子であり、切り欠きを最適化ができれば改善効果が期待できる可能性がある。 In Patent Document 4), as shown in FIG. 9, the fluctuation of periodic die pressing force is reduced by processing a notch in advance in a circumferential specific position of a tapered portion at both ends of a processing part for forming a thread. An alternative dwell technique has been disclosed. The notch is a factor affecting the fluctuation of the die pressing force. If the notch can be optimized, an improvement effect may be expected.

しかしながら、ワークの初期切込みと切り欠きの相対位置を制御しなければならず、完全ねじ部のトラッキングと切り込み位置の適合が一般的に困難である。また、荒加工、仕上げ加工を通じて切り欠き部自体が変形するためその効果が限定的である。更に、素材加工の際に4箇所の切り欠きを成形しなければならず増工程となる問題があった。 However, it is necessary to control the relative positions of the initial cutting and the notch of the workpiece, and it is generally difficult to match the tracking of the complete thread portion and the cutting position. In addition, the effect is limited because the notch portion itself is deformed through roughing and finishing. Furthermore, there has been a problem that four notches have to be formed at the time of material processing, resulting in an additional process.

ドウエル代替技術として、特許文献5)には、転造圧調整用カムを適用する技術が開示された。これは図10に示すように、転造終期の仕上げ加工時にワーク端部をカムで支持して転造圧力を調整することにより、周方向の周期的なダイス押し付け力の変動を低減する。ワーク端部のカムとダイス端部の円盤が接触を開始する仕上げ加工時には、実質的な転造圧力の変動を低減し扁平変形を矯正する効果が期待される。 As a dwell alternative technique, Patent Document 5) discloses a technique of applying a rolling pressure adjusting cam. As shown in FIG. 10, the fluctuation of the periodic die pressing force in the circumferential direction is reduced by adjusting the rolling pressure by supporting the workpiece end portion with a cam during finishing processing at the end of rolling. At the time of finishing processing in which the cam at the workpiece end and the disk at the die end start to contact, an effect of reducing substantial rolling pressure fluctuation and correcting flat deformation is expected.

しかしながら、図10に示す転造圧調整用カムを用いた対策ではカムとダイス側端部の円盤が接触する仕上げ時だけしかワークとダイス間に押し力を負荷できない。仕上げ工程は全体の加工履歴に占める割合が小さい。そのため、
荒加工時に発展した扁平変形などの不均一変形を仕上げだけで矯正することは困難である。従って、荒加工時に不均一変形を防止するためにドウエルの適用が必要であり、完全なドウエル代替技術になり得ない問題があった。
However, with the countermeasure using the rolling pressure adjusting cam shown in FIG. 10, a pressing force can be applied between the workpiece and the die only at the time of finishing when the cam and the disk on the die side end contact. The finishing process accounts for a small percentage of the entire processing history. for that reason,
It is difficult to correct non-uniform deformation such as flat deformation developed during rough machining only by finishing. Therefore, it is necessary to apply a dwell in order to prevent non-uniform deformation during rough machining, and there is a problem that it cannot be a complete dwell replacement technique.

この問題を解決するためにはワークの加工開始の荒加工段階からワーク加工終了の仕上げ加工段階で任意のダイスの押し込み位置において負荷を制御できる機構が必要である。また、ねじ転造では多品種少量生産が行われるが、その際に製品毎のカムの最適化が困難であるだけでなく、製品毎のカムの管理や取り外し作業を行う必要があり生産性を阻害する問題があった。 In order to solve this problem, a mechanism capable of controlling the load at the pressing position of an arbitrary die from the rough machining stage at the start of workpiece machining to the finishing machining stage at the end of workpiece machining is necessary. In addition, many types of small-lot production is carried out by screw rolling. Not only is it difficult to optimize the cam for each product, but it is also necessary to manage and remove the cam for each product. There was a problem to block.

図11はワーク扁平とワーク中心軸の傾斜に関する説明図である。図6に示すようにねじの転造加工においてワークは複雑な三次元変形を生じるので、ワークの両端部はダイス溝をスクリューねじのように回転しながら軸方向に延伸する。図11ではワークが上下方向から一対のダイスで狭持されながらダイスとワークが回転しながら加工される。 FIG. 11 is an explanatory diagram regarding the workpiece flatness and the inclination of the workpiece central axis. As shown in FIG. 6, since the workpiece undergoes complicated three-dimensional deformation in the thread rolling process, both end portions of the workpiece are extended in the axial direction while rotating the die groove like a screw screw. In FIG. 11, the die and the workpiece are processed while rotating while the workpiece is held between the pair of dies in the vertical direction.

図11の一段目はワークが1条ねじの場合に、不完全ねじ部の周方向位置を○印と□印で模式的に示す。ワークが回転しながら両端部がねじりおよび延伸するので、加工の進行を示す1から5の順番とともに○印と□印が周方向に相対的に移動する。 The first row in FIG. 11 schematically shows the circumferential position of the incomplete threaded portion with ◯ and □ marks when the workpiece is a single thread. Since both ends are twisted and stretched while the work is rotating, the marks ◯ and □ move relatively in the circumferential direction along with the order of 1 to 5 indicating the progress of processing.

ウォームのようなモジュールが大のねじの両端部は、図7で検討したようにダイスとワークの接触不均一により扁平変形を生じ易い。○印と□印の不完全ねじ部ではねじ溝に材料が逃げるために変形が大であり、1条ねじの場合にはワークの中心軸位置がねじ溝側へ移動する。従って、図11の二段目に示すように、変形中のねじの両端部における中心軸位置を結んだ直線をワークとダイスの中心軸をほぼ含む平面に投影した場合に、1から5の順番で傾斜角が変化する。 Both ends of a screw having a large module such as a worm are likely to be flattened due to non-uniform contact between the die and the workpiece as discussed in FIG. The incomplete threaded part marked with ○ and □ markedly deforms because the material escapes into the thread groove. In the case of a single thread, the center axis position of the workpiece moves to the thread groove side. Therefore, as shown in the second stage of FIG. 11, when a straight line connecting the center axis positions at both ends of the screw being deformed is projected onto a plane substantially including the center axis of the workpiece and the die, the order from 1 to 5 The tilt angle changes.

このことから、1条ねじの場合はワークの扁平変形によりワークの中心軸が触れ回りを生じ易く、その触れ量は○印と□印が対向する1番と5番の場合に最大であり、ワークのねじれとともに周期的に変化する。また、中心軸の触れ回り量はワークの軸方向に直線的に変化するものとし、中心軸の触れ回りがワークの扁平変形に関係するから、扁平変形はねじの両端部が最も大きく中央部で低減する傾向が予測される。 From this, in the case of a single thread screw, the center axis of the workpiece is likely to be touched due to the flat deformation of the workpiece, and the amount of touch is maximum when No. 1 and No. 5 are opposed to the ○ mark and the □ mark, Changes periodically as the workpiece twists. In addition, the amount of contact around the central axis is assumed to change linearly in the axial direction of the workpiece, and since the contact around the central axis is related to the flat deformation of the workpiece, the flat deformation is the largest at both ends of the screw. A decreasing trend is predicted.

従って、ウォームのように歯部の軸方向長さが短い場合には、1回転当たりのワークの扁平変形量は中心軸方向にほぼ直線的に分布し、回転毎に扁平域が周方向に僅かづつ移動する。そのため、軸方向の延伸や中心軸まわりのねじれ変形も軸方向に分布する。即ち、ワークに導入される加工履歴は局所的に変化するので、μm単位で高精度に加工されたダイスの溝の中で、ワークの数十μm単位の不均一な変形が容易に発生する。 Therefore, when the axial length of the tooth portion is short like a worm, the flat deformation amount of the work per rotation is distributed almost linearly in the central axis direction, and the flat area is slightly in the circumferential direction for each rotation. Move one by one. Therefore, axial stretching and torsional deformation around the central axis are also distributed in the axial direction. That is, since the machining history introduced into the workpiece changes locally, non-uniform deformation of the workpiece of several tens of μm easily occurs in the groove of the die machined with high accuracy in units of μm.

パワーステアリング用のウォームのように高精度な螺子体を転造工程で製造するには、ワークとダイスの不均一接触の条件でもワークの姿勢を適性状態に保持する必要がある。しかしながら既にドウエル代替技術で検討したように、従来技術では任意のダイスの押し込み位置でワークの中心軸を目標位置に制御する転造技術は開示されていない。そのため、酔歩の発生を防止できない問題があった。 In order to manufacture a highly accurate screw body like a worm for power steering in a rolling process, it is necessary to maintain the posture of the workpiece in an appropriate state even under the condition of non-uniform contact between the workpiece and the die. However, as already discussed in the dwell alternative technique, the conventional technique does not disclose a rolling technique for controlling the center axis of a workpiece to a target position at an arbitrary die pushing position. For this reason, there is a problem that the random walk cannot be prevented.

ながねじの高精度な加工が可能なCNC転造機をもってしても、ウォームのような複雑形状の場合はドウエル工程を完全に排除することが困難であった。そのためワーク内部への余剰ひずみの蓄積と材質の不均質化が避けられず、複雑な三次元変形を生じる転造加工では材料硬さ等の不均一の影響で酔歩などの基本的なねじ溝の加工精度の確保が十分には出来ない状況であった。   However, even with a CNC rolling machine capable of high-precision machining of screws, it was difficult to completely eliminate the dwell process in the case of a complicated shape such as a worm. For this reason, accumulation of excess strain inside the workpiece and inhomogeneity of the material are inevitable, and in rolling processing that causes complicated three-dimensional deformation, the basic thread groove such as random walks is affected by non-uniformity such as material hardness. It was a situation where the processing accuracy could not be secured sufficiently.

同じ転造機を用いて、ながねじでは寸法形状の精度を確保できるが、ウォームでは精度確保が困難である。ねじ山のピッチに関連して酔歩(ランダムウォーク)の発生が問題となるが、高精度なダイスを用いて転写してもそのピッチが変動する機構が不明であった。   Using the same rolling machine, it is possible to ensure the accuracy of the dimension and shape with a long screw, but it is difficult to ensure the accuracy with a worm. The occurrence of random walks becomes a problem in relation to the pitch of the screw thread, but the mechanism by which the pitch fluctuates even when transferred using a high-precision die has been unknown.

また、ダイスのように決められたピッチを有する工具による転造では全てのねじ山を同時に加工するため、個々のねじ山毎の寸法形状の作り込みが困難である。ウォームのようにワークが複雑な三次元変形を生じる場合には、ワークをどのように変形させて全てのねじ山を所望の寸法形状に作り込むかという基本方針が不明であった。そのため、一旦寸法外れの問題が発生するとその解決のため堂々巡りに陥る危険性があった。   In addition, when rolling with a tool having a predetermined pitch such as a die, all the screw threads are processed at the same time, so it is difficult to create a dimensional shape for each screw thread. When a workpiece causes complicated three-dimensional deformation such as a worm, the basic policy of how to deform the workpiece and make all the threads into a desired dimensional shape has been unknown. For this reason, once the problem of off-size occurs, there is a risk that it will fall drastically to solve it.

ウォームのねじ山を転写するダイスのねじ溝は研削工程で仕上げられる。ねじ溝の断面形状を円弧または直線を繋ぎ合わせた形状にすることで、ねじの加工性とねじ山の転造性を改善する試みがなされた。特許文献1)にはCNC転造機との相性のよいねじ形状のウォームが開示された。   The thread groove of the die that transfers the worm thread is finished in the grinding process. Attempts have been made to improve thread workability and thread rollability by making the cross-sectional shape of the thread groove into a shape that connects arcs or straight lines. Patent Document 1) discloses a screw-shaped worm that is compatible with a CNC rolling machine.

特許文献1)に開示のねじ形状は円弧を用いることで設計や研削機の入力をパターン化して省力化に効果を発揮する一方で、転造加工中にダイスのねじ溝の形状に沿って塑性流動する材料の流れ様式を制限するため、ねじ山の成形を最適化する際の障害となっていた。 The screw shape disclosed in Patent Document 1) uses a circular arc to pattern the design and input of the grinding machine, and is effective for labor saving, while being plasticized along the shape of the screw groove of the die during rolling. This has been an obstacle in optimizing thread forming to limit the flow of flowing material.

例えば、螺旋状のねじ溝に垂直な断面やねじの中心軸を通る断面で円弧または直線を繋ぎ合わせた形状に規定しても、転造加工中にダイスのねじ溝の形状に沿って塑性流動する材料の流れの方向は両者の断面の中間になるのが自然である。このような、塑性理論に適った材料の流れを実現するねじ形状の最適化が課題になっていた。   For example, even if it is defined as a shape that connects arcs or straight lines in a cross section perpendicular to the spiral screw groove or a cross section passing through the central axis of the screw, plastic flow along the shape of the screw groove of the die during the rolling process Naturally, the direction of the flow of the material is in the middle of both cross sections. The optimization of the screw shape that realizes the material flow suitable for the plasticity theory has been an issue.

発明者は酔歩が生じ難い理想的なワークの三次元変形状態として、当業者が暗黙の了解で均一変形を仮定していることに気付いた。ワークが均一に変形すればダイスのねじ形状が均一な間隔でワークに転写されることを期待することは自然である。   The inventor has realized that a person skilled in the art assumes a uniform deformation with an implicit understanding as a three-dimensional deformation state of an ideal work that is unlikely to cause random walks. It is natural to expect that the screw shape of the die is transferred to the workpiece at uniform intervals if the workpiece is uniformly deformed.

但し、ねじ形状を転写するために必要な最低限の不均一ひずみが発生する。一般的な加工では最低限のひずみ以外に更に余剰ひずみが発生してワークの均一変形を損なう。そこで理想的なワークの変形とは余剰ひずみが最小の変形であると考えた。一般的に余剰ひずみを最小にする変形経路を実機試験による試行錯誤で発見することは困難性が高くコストの増加を招く問題があった。 However, the minimum non-uniform strain necessary for transferring the screw shape is generated. In general machining, excessive strain is generated in addition to the minimum strain, and uniform deformation of the workpiece is impaired. Therefore, the ideal workpiece deformation was considered to be the deformation with the least excess strain. In general, it has been difficult to find a deformation path that minimizes the excess strain by trial and error using an actual machine test, which causes an increase in cost.

そこで塑性加工理論を用いてワーク全体が理想的な均一変形状態に近づく条件を把握するとともに、その知見に基いて必要なハードを備えたフレキシブル転造機、および必要な知能(インテリジェンス)を備えたフレキシブル制御システムからなる次世代知能転造機を構想し、その開発を通じて以下に示すように問題解決を図った。 Therefore, using plastic working theory, we grasp the conditions that the whole workpiece approaches an ideal uniform deformation state, and based on that knowledge, flexible rolling machine with necessary hardware and flexible with necessary intelligence (intelligence). I envisioned a next-generation intelligent rolling machine consisting of a control system, and solved the problems as shown below through its development.

即ち、第1の発明は任意のダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期してワークとダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷することにより、ワークとダイスの相対位置を目標状態に保持するとともに、ダイスによりワークを転造加工することを特徴とする転造体の転造加工方法である。 That is, according to the first aspect of the present invention, the pushing force and / or the pulling force is applied between any of the workpiece and the die, the die mounting base, and the structural member supporting the die in synchronization with the rotation of the workpiece at an arbitrary die pushing position. This is a rolling process method for a rolled body, characterized in that, by applying a load, the relative position between the work and the die is maintained in a target state, and the work is rolled by the die.

第2の発明はダイスが丸ダイスまたは平ダイスであり、任意のダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期してワークとダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷することにより、ワークとダイスの相対位置を目標状態に保持するとともに、ダイスによりワークを転造加工することを特徴とする螺子体の転造加工方法である。 In the second invention, the die is a round die or a flat die, and the workpiece is pressed between any one of the workpiece and the die, the die mounting base, and the structural member that supports the die at the pushing position of the arbitrary die. A screw body rolling method comprising applying a pressing force and / or a pulling force to maintain a relative position of a workpiece and a die in a target state and rolling the workpiece with a die.

第3の発明はワークの中心軸まわりの回転と中心軸方向の移動を可能に支持しながら、ワークとダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷することを特徴とする螺子体の転造加工方法である。 The third aspect of the present invention supports a pressing force and / or between a workpiece and a die, a die mounting base, and a structural member supporting the die while supporting the rotation around the center axis of the workpiece and the movement in the direction of the center axis. Or it is a rolling process method of the screw body characterized by applying a pulling force.

第4の発明はワークの不完全ねじ部の周方向位置をワークの回転パルス検出および/または荷重変動検出によりトラッキングを行なってワークの回転と同期することを特徴とする螺子体の転造加工方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of rolling a threaded body, wherein the circumferential position of the incomplete thread portion of the workpiece is tracked by detecting a rotation pulse of the workpiece and / or detecting a load variation and synchronized with the rotation of the workpiece. It is.

第5の発明はワークに軸方向力および/または軸まわりのねじりトルクを負荷しながら転造加工するとともに、所望によりワーク中心軸の曲げモーメントを負荷することを特徴とする螺子体の転造加工方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thread rolling process characterized in that the workpiece is rolled while being loaded with an axial force and / or a torsion torque around the axis, and a bending moment of the workpiece center axis is loaded as desired. Is the method.

第6の発明はワークのクーラントによる強制潤滑および/または振動装置による加振を適用することを特徴とする螺子体の転造加工方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of rolling a threaded body, wherein forced lubrication by a workpiece coolant and / or vibration by a vibration device is applied.

第7の発明は任意のダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期してワークとダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷する駆動機構を有することを特徴とする転造体の転造加工装置である。 In the seventh aspect of the invention, a pressing force and / or a pulling force is applied between the workpiece and the die, the die mounting base, or the structural member supporting the die in synchronization with the rotation of the workpiece at an arbitrary die pushing position. It is a rolling processing apparatus of a rolling body characterized by having a drive mechanism.

第8の発明はダイスが丸ダイスまたは平ダイスであり、任意のダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期してワークとダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷する駆動機構を有することを特徴とする螺子体の転造加工装置である。 In an eighth aspect of the invention, the die is a round die or a flat die, and the workpiece is positioned between any one of the workpiece and the die, the die mounting base, and the structural member that supports the die in synchronism with the rotation of the workpiece at an arbitrary die pushing position. A screw body rolling apparatus having a drive mechanism for applying a pushing force and / or a pulling force.

第9の発明はワークの中心軸まわりの回転と中心軸方向の移動を可能に支持するワークの両端部の支持機構を有することを特徴とする螺子体の転造加工装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a thread rolling apparatus characterized by having a support mechanism at both ends of the workpiece for supporting the rotation around the center axis of the workpiece and the movement in the direction of the center axis.

第10の発明はワークの不完全ねじ部を検出するワークの回転パルス検出機構および/または荷重変動検出機構を有することを特徴とする螺子体の転造加工装置である。 A tenth aspect of the invention is a thread rolling apparatus having a workpiece rotation pulse detection mechanism and / or a load fluctuation detection mechanism for detecting an incomplete thread portion of a workpiece.

第11の発明はワークに軸方向力および/または軸まわりのねじりトルクを負荷するとともに、所望によりワーク中心軸の曲げモーメントを負荷する駆動機構を有することを特徴とする螺子体の転造加工装置である。 An eleventh invention is characterized by having a drive mechanism for loading an axial force and / or torsional torque about the axis on the workpiece and, if desired, a bending moment of the workpiece central axis, if desired. It is.

第12の発明はワークのクーラントによる強制潤滑機構および/またはワークを振動させる振動機構を有することを特徴とする螺子体の転造加工装置である。 A twelfth aspect of the present invention is a thread rolling apparatus having a forced lubrication mechanism using a workpiece coolant and / or a vibration mechanism for vibrating the workpiece.

第13の発明は計測データとして扁平荷重、ダイスとワークの間隙, ワークの両端部の背圧, ワークの両端部のトルク,
ワークの両端部の回転位置、ワークの長さの何れか1つ以上を含み、駆動機構指令としてワーク把持部の押し引き, ワークの端部の軸方向押し引き, ワークの端部の軸まわりねじりの1つ以上を含む制御システムを有することを特長とする螺子体の転造加工装置である。
In the thirteenth aspect, the measurement data includes a flat load, a gap between the die and the workpiece, back pressure at both ends of the workpiece, torque at both ends of the workpiece,
Including one or more of the rotational position and workpiece length at both ends of the workpiece, the workpiece gripping part is pushed and pulled as the drive mechanism command, the workpiece end is pushed in the axial direction, and the workpiece end is twisted around the axis It is a thread rolling apparatus characterized by having a control system including one or more of the following.

第14の発明は制御システムが多変数制御システムであり、制御モデルおよび/または学習制御機能を有することを特長とする螺子体の転造加工装置である。 A fourteenth aspect of the invention is a thread rolling apparatus characterized in that the control system is a multivariable control system and has a control model and / or a learning control function.

第15の発明は請求項1に記載の転造加工方法および/または請求項7に記載の転造加工装置により製造されることを特長とする転造体の成形体である。 A fifteenth aspect of the present invention is a molded body of a rolled body, characterized by being manufactured by the rolling processing method according to claim 1 and / or the rolling processing apparatus according to claim 7.

第16の発明は請求項2乃至請求項6に記載の転造加工方法および/または請求項8乃至請求項14に記載の転造加工装置により製造されることを特長とする螺子体の成形体である。 A sixteenth aspect of the present invention is a molded body of a screw body manufactured by the rolling processing method according to any one of claims 2 to 6 and / or the rolling processing apparatus according to any one of claims 8 to 14. It is.

第17の発明はワークの歯間の歯底の形状が変曲点を持たない単調関数の区分的連続曲線で表現され、所望により歯厚は歯底の間隔より小さいものであることを特徴とする螺子体の成形体である。 The seventeenth invention is characterized in that the shape of the bottom of the tooth between the workpiece teeth is expressed by a piecewise continuous curve having a monotonic function having no inflection point, and the tooth thickness is smaller than the interval between the bottoms of the tooth if desired. It is a molded body of a screw body.

以下では必要に応じて、発明の効果が顕著と見なされる実施例を用いて説明を行う。図5の下段は非特許文献4)に開示のウォーム部品であり、材質はS45C、外径18mm、長さ86mm、首径9.8mm、歯部長さ35mm、ねじの条数は2である。実施例では図5の上段の素材から転造によりウォーム部品を成形する。本部品は寸法形状の精度が厳しいため切削、熱処理と研削により製造されていた。これを転造工程で製造するために、歯の寸法精度全般、中でもねじの酔歩の発生を低減する。尚、原理などを理解し易く説明するためにねじの条数を1とした場合など条件が異なる場合には、そのことを該当箇所で明記した。   In the following, description will be made using examples in which the effect of the invention is considered to be remarkable, as necessary. The lower part of FIG. 5 is a worm component disclosed in Non-Patent Document 4). The material is S45C, the outer diameter is 18 mm, the length is 86 mm, the neck diameter is 9.8 mm, the tooth part length is 35 mm, and the number of screws is two. In the embodiment, a worm component is formed by rolling from the upper material of FIG. This part was manufactured by cutting, heat treatment and grinding because of the strict accuracy of dimensions and shape. Since this is manufactured by a rolling process, the overall dimensional accuracy of the teeth, especially the occurrence of screw random walks, is reduced. In addition, in order to easily understand the principle and the like, when the conditions are different, such as when the number of screw threads is 1, this is clearly indicated in the corresponding part.

第1の発明である転造体の転造加工方法の効果について説明する。 The effect of the rolling method of the rolled body according to the first invention will be described.

図12は丸ダイス式転造機のダイス取付台10に設置したワーク12の扁平変形防止装置の構造を示す説明図である。図12の(a)、(d)は扁平変形防止装置を設置前の平面図と正面図、図12の(b)、(e)は扁平変形防止装置を設置後の平面図と正面図、図12の(c)、(f)は設置した扁平変形防止装置の平面図と正面図である。実施例では丸ダイス式転造機は特許文献2)に開示の図1乃至図4に示す転造機を使用するが、一般的な転造盤を用いてもよい。   FIG. 12 is an explanatory view showing the structure of the flat deformation preventing device for the workpiece 12 installed on the die mounting base 10 of the round die type rolling machine. 12 (a) and 12 (d) are a plan view and a front view before installation of the flat deformation prevention device, and FIGS. 12 (b) and 12 (e) are a plan view and a front view after installation of the flat deformation prevention device. (C), (f) of FIG. 12 is the top view and front view of the installed flat deformation prevention apparatus. In the embodiment, the round die type rolling machine uses the rolling machine shown in FIGS. 1 to 4 disclosed in Patent Document 2), but a general rolling machine may be used.

図12の(a)、(d)に示すように、図示しない架台に設置されたはり軸17に、対向する一対のダイス移動台16が図示しない駆動機構によりはり軸17に沿う方向に相互の間隙を拡大または縮小するように移動可能に取り付けられる。ダイス移動台16には丸ダイス11を回転自由に支持するダイス取り付け台10がダイス移動台16の取り付け面内で傾斜自在に取り付けられる。 As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (d), a pair of opposing die moving tables 16 are placed on a beam shaft 17 installed on a gantry (not shown) so as to move in a direction along the beam shaft 17 by a drive mechanism (not shown). It is movably attached to enlarge or reduce the gap. A die mounting table 10 that rotatably supports the round die 11 is mounted on the die moving table 16 so as to be tiltable within the mounting surface of the die moving table 16.

丸ダイス11の外周にはねじ山を成形するための溝が加工されており、ワーク12を一対の丸ダイス11で狭持してダイス移動台16で押し込みを行った後、各丸ダイスを同期させながら同一方向に回転して、ワーク12を回動しながら塑性加工によりねじを転造する。押し込み量が増大するとダイス取り付け台10を傾動させてワーク12が軸方向に歩みを発生するのを抑制する。更に詳細な機構は特許文献2)を参照されたい。 A groove for forming a screw thread is machined on the outer periphery of the round die 11. After holding the workpiece 12 with a pair of round dies 11 and pushing it in with the die moving table 16, each round die is synchronized. The screw is rolled by plastic working while rotating the workpiece 12 while rotating in the same direction. When the pushing amount increases, the die mounting base 10 is tilted to prevent the workpiece 12 from stepping in the axial direction. For a more detailed mechanism, see Patent Document 2).

図12の(b)、(e)の薄い諧調の線は図12の(a)、(d)の転造機の構造を示しており、濃い諧調の線は設置した扁平変形防止装置の主要部を示す。即ち、ワーク扁平変形防止装置の主要部は駆動機構13、ワーク端部支持機構14、把持工具15から構成される。駆動機構13はダイス取り付け台に埋設され、駆動機構13の移動軸の先には押し力または引き力を伝達する把持工具15がダイス11の両側に設置される。通常、ダイス1個当たり2個の把持工具が必要なことから、図12の転造機はダイスを2個有するので、実施例では合計4個の把持工具を備える。 The thin gradation lines in FIGS. 12B and 12E show the structure of the rolling machine in FIGS. 12A and 12D, and the dark gradation lines indicate the main parts of the installed flat deformation prevention device. Indicates. In other words, the main part of the workpiece flat deformation prevention device includes a drive mechanism 13, a workpiece end support mechanism 14, and a gripping tool 15. The driving mechanism 13 is embedded in a die mounting base, and gripping tools 15 that transmit a pressing force or a pulling force are installed on both sides of the die 11 at the tip of the moving shaft of the driving mechanism 13. Usually, since two gripping tools are required for each die, the rolling machine of FIG. 12 has two dies, so that the embodiment includes a total of four gripping tools.

図12の(c)、(f)の薄い諧調の線は図12の(a)、(d)のワークとダイスを示しており、濃い諧調の線は設置した扁平変形防止装置の主要部を示す。扁平変形防止装置の駆動機構の移動軸は矢印の方向に移動して把持工具に押し力を伝達するとともに、把持工具はワーク端部支持機構またはワークを把持してワークに押し力を伝達する。また、扁平変形防止装置の駆動機構の移動軸は矢印と反対の方向に移動して把持工具に引き力を伝達するとともに、把持工具はワーク端部支持機構またはワークを把持してワークに引き力を伝達する。 The thin gradation lines in (c) and (f) of FIG. 12 show the workpieces and dice of (a) and (d) in FIG. 12, and the dark gradation lines indicate the main part of the installed flat deformation prevention device. Show. The moving shaft of the drive mechanism of the flattening prevention device moves in the direction of the arrow to transmit a pressing force to the gripping tool, and the gripping tool grips the workpiece end support mechanism or the workpiece and transmits the pressing force to the workpiece. In addition, the movement axis of the drive mechanism of the flat deformation prevention device moves in the direction opposite to the arrow to transmit the pulling force to the gripping tool, and the gripping tool grips the workpiece end support mechanism or the workpiece and pulls on the workpiece. To communicate.

把持工具は駆動機構を1個備える。但し、図12の場合にはダイス軸を回転自由に支持する軸受け箱と駆動機構が干渉するのを避けるために、把持工具は軸受け箱の両側に2個の駆動機構13を備える。図12は駆動機構13として油圧シリンダーを用いた例であるが、サーボモーターなどの電動式の駆動機構を利用することもできる。 The gripping tool includes one drive mechanism. However, in the case of FIG. 12, the gripping tool is provided with two drive mechanisms 13 on both sides of the bearing box in order to avoid interference between the drive box and the bearing box that freely supports the die shaft. Although FIG. 12 shows an example in which a hydraulic cylinder is used as the drive mechanism 13, an electric drive mechanism such as a servo motor can also be used.

また、図12の場合に把持工具を二分割または複数個に分割することも可能である。その際、駆動機構を小型化して分散することにより、取り付け位置を更にダイスに近付けることができる。 In the case of FIG. 12, it is also possible to divide the gripping tool into two parts or a plurality of parts. At that time, the mounting position can be made closer to the die by downsizing and dispersing the drive mechanism.

特許文献1)に開示の加工条件から、ワークの回転速度は毎分40回転から160回転程度、即ち毎秒0.7回転から2.7回転程度であり、駆動機構の負荷も高々1.6トン程度であるから、従来技術の駆動機構が利用できる。 From the processing conditions disclosed in Patent Document 1), the rotation speed of the workpiece is about 40 to 160 rotations per minute, that is, about 0.7 to 2.7 rotations per second, and the load of the driving mechanism is 1.6 tons at most. Therefore, a conventional driving mechanism can be used.

また、図示しないが工具に作用する負荷を測定する荷重計と工具の位置を測定する変位計が設置される。荷重計はロードセル、変位計はリニアーゲージなどのコンパクトな機器が好適である。
Although not shown, a load meter for measuring a load acting on the tool and a displacement meter for measuring the position of the tool are installed. The load cell is preferably a load cell, and the displacement meter is preferably a compact device such as a linear gauge.

把持工具15は駆動機構13により各ダイス取り付け台10からワーク12の端部または両端部の支持機構14を挟持する。把持工具15はワーク12の端部に押し力を負荷する場合が一般的であるが、所望によりワークの両端部の支持機構14と把持工具15を固定する掴み機構を設けることにより、支持機構14を介してワーク12の両端部に引き力を負荷することも可能である。 The gripping tool 15 holds the support mechanism 14 at the end or both ends of the work 12 from each die mounting base 10 by the drive mechanism 13. In general, the gripping tool 15 applies a pressing force to the end portion of the work 12, but if desired, a support mechanism 14 at both ends of the work and a gripping mechanism for fixing the gripping tool 15 are provided to support the support mechanism 14. It is also possible to apply a pulling force to both ends of the work 12 via

尚、ウォームなどのモジュールの大きいねじの転造では軸方向に歩みが発生するので、特許文献1)に開示の転造機ではダイス取り付け台を傾斜させて見かけのねじの進み角を調節する歩み制御が実施される。この場合、ダイス取り付け台とともにワーク扁平変形防止装置も傾斜するので、ワークと駆動機構および把持工具の位置関係が傾斜にともない変化する。この場合、把持工具を介して駆動機構の押し力または引き力をワークに伝達するために、ワーク、駆動機構および把持工具の相対位置変化を吸収する機構を設置すればよい。 In addition, since a step occurs in the axial direction when rolling a large screw of a module such as a worm, in the rolling machine disclosed in Patent Document 1), a step control is performed in which a die mounting base is tilted to adjust an apparent screw advance angle. Is implemented. In this case, since the workpiece flat deformation preventing device is also tilted together with the die mounting base, the positional relationship between the workpiece, the drive mechanism, and the gripping tool changes with the tilt. In this case, in order to transmit the pushing force or pulling force of the drive mechanism to the work via the gripping tool, a mechanism that absorbs the relative position change of the work, the drive mechanism, and the gripping tool may be installed.

駆動機構の移動軸の先端が把持工具の表面と摺動することで、把持工具の相対位置が変化しても移動軸の先端が無理なく接触するので、押し力の伝達は可能である。また、摺動線上にレールや溝を加工し、駆動機構の移動軸の先端がレールを抱き込む機構や溝に勘合する機構を備えることで引き力を伝達することも可能である。 Since the tip of the moving shaft of the drive mechanism slides on the surface of the gripping tool, even if the relative position of the gripping tool changes, the tip of the moving shaft comes into contact with ease, so that it is possible to transmit a pressing force. Further, it is possible to transmit a pulling force by processing a rail or a groove on the sliding line and providing a mechanism in which the tip of the moving shaft of the drive mechanism embraces the rail or a mechanism that fits into the groove.

図14はワークの扁平変形防止装置の作動原理を1条ねじの場合に示す説明図である。ワークの扁平変形は図7に示す実効転造圧力の周方向周期変動に起因する。従って、この周期変動を相殺するために、ワークの端部とダイスまたはダイス取り付け台の間に周期変動荷重を負荷すれば良い。 FIG. 14 is an explanatory view showing the operating principle of the flat deformation preventing device for a workpiece in the case of a single thread. The flat deformation of the work is caused by the circumferential fluctuation of the effective rolling pressure shown in FIG. Therefore, in order to cancel this periodic variation, a periodic variation load may be applied between the end portion of the workpiece and the die or the die mounting base.

また、図7の第2段目に図示するようにダイスからワークに負荷される成形の押付け力はダイスの締め込みによりダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の弾性ひずみにより供給される。図12の実施例ではワーク扁平変形防止装置の駆動機構をダイスの取り付け台に設置したが、ダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の少なくとも1つ以上に設置すれば所望の効果を発揮できる。 Further, as shown in the second stage of FIG. 7, the pressing force applied to the workpiece from the die is supplied by the elastic strain of the die, the die mounting base, and the structural member that supports the die when the die is tightened. The In the embodiment of FIG. 12, the drive mechanism of the workpiece flattening prevention device is installed on the die mounting base. However, if it is installed on at least one of the die, the die mounting base, and the structural member that supports the die, the desired effect can be obtained. Can demonstrate.

その場合、ダイスに出来るだけ近い位置に設置するとワーク扁平変形防止装置の駆動機構のストロークを少なくできる。従って、ダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の順番に設置することが好ましい。また、図12ではワーク扁平変形防止装置の駆動機構とダイスを支持する軸受けの干渉を防止するために駆動機構を分割したが、所望によりダイスを支持する構造部材に駆動機構を設置することで干渉を排除して単一の駆動機構にすることも可能である。 In that case, the stroke of the drive mechanism of the workpiece flat deformation prevention device can be reduced by installing it as close to the die as possible. Therefore, it is preferable to install the die, the die mounting base, and the structural member that supports the die in this order. In FIG. 12, the drive mechanism is divided to prevent the interference between the drive mechanism of the workpiece flattening prevention device and the bearing that supports the die. However, if desired, the drive mechanism is installed on a structural member that supports the die to cause interference. It is also possible to eliminate the above and make a single drive mechanism.

図14の上段はダイスとワークおよびワークの支持機構に1条ねじの場合の不完全ねじ部の位置を丸印で示す平面図、下段はワークおよびワークの支持機構にワークに作用するダイス押し力および扁平変形防止装置で付与する周期変動荷重を矢印で示す平面図である。不完全ねじ部の周方向位置は左図がθ=0°、中央図がθ=90°、右図がθ=180°の場合でそれぞれ四分の一回転(90°)づつ角度が増加している。θ=0°とθ=180°は不完全ねじ部が一方のダイスと接触している。また、θ=90°では不完全ねじ部はいずれのダイスとも接触しない。 The upper part of FIG. 14 is a plan view showing the position of the incomplete screw portion in the case of a single screw in the die, the work and the work support mechanism, and the lower part is a die pressing force acting on the work in the work and the work support mechanism. It is a top view which shows the cyclic | annular fluctuation load provided with a flat deformation prevention apparatus with an arrow. The circumferential position of the incomplete thread is increased by an angle of one quarter (90 °) when θ = 0 ° on the left, θ = 90 ° on the center, and θ = 180 ° on the right. ing. When θ = 0 ° and θ = 180 °, the incomplete thread portion is in contact with one die. Further, when θ = 90 °, the incomplete thread portion does not contact any of the dies.

ワークは両側からダイスによって狭持され転造荷重を受ける。θ=0°でワークの不完全ねじ部がダイスと接触する際には、図示しない駆動機構と把持工具によりワーク端部とダイスの軸部との間に両者が分離する方向の実効転造圧力の周方向周期変動を相殺する荷重が負荷される。ダイスの軸部に付与された荷重はダイスの転造荷重と重畳してダイスからワークへ付与する転造荷重を減少させる。従って、ワークの実効転造圧力は完全ねじ部とほぼ同じ値に維持されるので、実効転造圧力の周方向周期変動とワークの扁平変形は顕在化しない。 The workpiece is sandwiched by dies from both sides and receives a rolling load. When the incomplete threaded part of the workpiece is in contact with the die at θ = 0 °, the effective rolling pressure is such that both the workpiece end and the shaft portion of the die are separated by a driving mechanism and a gripping tool (not shown). The load which cancels the circumferential direction fluctuation | variation of is loaded. The load applied to the shaft portion of the die is superimposed on the rolling load of the die and reduces the rolling load applied from the die to the workpiece. Accordingly, since the effective rolling pressure of the workpiece is maintained at substantially the same value as that of the complete thread portion, the circumferential period fluctuation of the effective rolling pressure and the flat deformation of the workpiece do not become apparent.

その際、他方のダイスと接触するワーク表面は完全ねじ部であり、ダイスから適正な成形荷重を負荷されるので把持工具による荷重の負荷は必要ない。また、接触するダイスが変化することを除き、θ=0°とほぼ同様のことがθ=180°の場合にも成立する。 At this time, the work surface in contact with the other die is a complete thread portion, and an appropriate forming load is applied from the die, so that no load is required by the gripping tool. Further, except that the contacting die changes, the same thing as θ = 0 ° holds true when θ = 180 °.

また、θ=90°の場合、各ダイスと接触するワークの表面は不完全ねじ部から完全ねじ部に遷移する途中段階である。従って、図示するようにθ=0°やθ=180°の不完全ねじ部に負荷する場合に比べてやや小さい荷重を把持工具により負荷する。これにより、ワークの実効転造圧力は完全ねじ部とほぼ同じ値に維持されるので、実効転造圧力の周方向周期変動とワークの扁平変形は殆ど発生しない。 When θ = 90 °, the surface of the workpiece contacting each die is in the middle of transition from the incomplete thread portion to the complete thread portion. Therefore, as shown in the drawing, a slightly smaller load is applied by the gripping tool as compared with the case where the incomplete thread portion of θ = 0 ° or θ = 180 ° is applied. As a result, the effective rolling pressure of the workpiece is maintained at substantially the same value as that of the complete threaded portion, so that the circumferential rolling fluctuation of the effective rolling pressure and the flat deformation of the workpiece hardly occur.

尚、ワークの回転に同期して押し力および/または引き力を負荷することができるので、不完全ねじ部の角度θをトラッキングしながら適切な実効転造圧力の周方向周期変動(図7の3段目を参照)を相殺する荷重をワークに負荷することができる。 Since the pushing force and / or the pulling force can be applied in synchronization with the rotation of the workpiece, the circumferential period fluctuation of the effective effective rolling pressure (see FIG. 7) while tracking the angle θ of the incomplete thread portion. A load that cancels out the third stage) can be applied to the workpiece.

図14では説明の簡単化のため1条ねじの両端部の不完全ねじ部の角度が同一の場合を仮定したが、両者の角度が異なっても全く同様の効果を得ることができる。また、ねじの条数が複数に変化しても、回転する不完全ねじ部の位置に同期してワーク扁平変形防止装置の駆動機構を作動すれば良い。即ち、実効転造圧力を一定に制御することでワークとダイスの各中心軸の相対位置を目標状態に保持することができる。 In FIG. 14, for the sake of simplicity of explanation, it is assumed that the angles of the incomplete screw portions at both ends of the single thread screw are the same, but the same effect can be obtained even if the angles of both are different. Further, even if the number of threads of the screw changes to a plurality, the drive mechanism of the workpiece flattening prevention device may be operated in synchronization with the position of the rotating incomplete screw portion. That is, by controlling the effective rolling pressure to be constant, the relative positions of the center axes of the workpiece and the die can be maintained in the target state.

具体的には図11の下段でワークの中心軸をワークの回転中にダイスの軸とほぼ平行な3番の位置に保持する。従って、中心軸の振れ回りが防止されるので周方向に均一な転造が可能になる。 Specifically, in the lower part of FIG. 11, the center axis of the workpiece is held at the third position substantially parallel to the axis of the die during the rotation of the workpiece. Accordingly, the center axis can be prevented from swinging, so that uniform rolling in the circumferential direction is possible.

ワークの扁平変形防止装置の各駆動機構はダイスの押し込みにより、ダイスの中心軸とワークの中心軸の距離が次第に減少することを見込んで、これを吸収するために必要十分なストロークを有する。従って、転造初期の荒加工から転造終期の仕上げ加工までの任意の位置で、ワークとダイスの相対位置を目標状態に保持することにより、真円に近い転造体を成形することができる。 Each drive mechanism of the flat deformation preventing device of the workpiece has a stroke necessary and sufficient to absorb the expectation that the distance between the center axis of the die and the center axis of the workpiece gradually decreases due to the pushing of the die. Therefore, by maintaining the relative position of the workpiece and the die at an arbitrary position from the roughing process at the initial stage of rolling to the finishing process at the end of the rolling process, it is possible to form a rolled body close to a perfect circle. .

従来、ドウエル工程を挿入することで修正していた転造体の加工に対して、本発明の転造体の転造加工方法を適用することにより、ドウエル工程を一切廃止しても扁平変形を防止することができる。 By applying the rolling method of a rolled body according to the present invention to the processing of a rolled body that has been corrected by inserting a dwell process, flat deformation can be achieved even if the dwell process is completely abolished. Can be prevented.

本発明の転造体の転造加工方法の著しい特徴として、図6に示す真円から外れるような転造体の形状を計画的に造り込むことができる。これは、ワークの中心軸とダイスの中心軸の距離を制御して実効転造圧力の周期変動を積極的に利用する。例えば、ダイスの接触部の軌跡が所望の転造体の形状をトレースするように実効転造圧力を負荷することで実現できる。 As a remarkable feature of the rolling process method of the rolled body of the present invention, the shape of the rolled body that deviates from the perfect circle shown in FIG. This controls the distance between the center axis of the workpiece and the center axis of the die and actively uses the periodic fluctuation of the effective rolling pressure. For example, it can be realized by applying an effective rolling pressure so that the locus of the contact portion of the die traces the shape of the desired rolled body.

この転造方法を適用することにより、転造前のワークの断面形状を市販の棒材や線材の円形状として、転造後の転造体の断面形状を付加価値の高い楕円や略多角形に成形することが可能となる。 By applying this rolling method, the cross-sectional shape of the workpiece before rolling is made into a circular shape of a commercially available bar or wire, and the cross-sectional shape of the rolled product after rolling is an ellipse or a substantially polygon with high added value. It becomes possible to mold into.

また、ワークの軸方向に断面形状を徐々に変更することも可能である。例えば、断面形状を軸の位置により回転させることによりねじれ飴のような形状を造り込むことができる。このような場合には、ダイスの転造面の形状を汎用性のあるものに変更することでダイスとワークの相対位置を大きく変化することにより、更に造形範囲を拡大することが可能になる。 It is also possible to gradually change the cross-sectional shape in the axial direction of the workpiece. For example, a shape like a twisted wrinkle can be created by rotating the cross-sectional shape according to the position of the shaft. In such a case, it is possible to further expand the modeling range by changing the relative position between the die and the workpiece by changing the shape of the rolling surface of the die to a versatile one.

更に、本発明の転造体の転造加工方法の著しい特徴として、従来技術との組み合わせが可能である。既に説明したように、ワーク扁平変形防止装置の駆動機構はダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の少なくとも1つ以上に設置すれば所望の効果を発揮できる。従って、図10に示す特許文献5)に開示の転造圧調整用カムと円盤状のプレートを避けて、ワーク扁平変形防止装置の駆動機構を設置できる。また、特許文献4)に開示の切り欠きを有するウォームの転造用素材も、ワーク扁平変形防止装置を有する転造機で成形可能である。従って、従来技術で不足する工程能力を第1の本発明の転造体の転造加工方法により補完することで、従来技術だけでは達成困難な高精度の寸法形状の転造加工が可能になる。 Further, as a remarkable feature of the rolling process method of the rolled product of the present invention, it can be combined with the prior art. As already described, the drive mechanism of the workpiece flat deformation prevention device can exhibit a desired effect if it is installed on at least one of a die, a die mounting base, and a structural member that supports the die. Therefore, the driving mechanism of the work flattening prevention device can be installed avoiding the rolling pressure adjusting cam and the disk-shaped plate disclosed in Patent Document 5) shown in FIG. Further, a worm rolling material having a notch disclosed in Patent Document 4) can be formed by a rolling machine having a work flattening prevention device. Therefore, by supplementing the process capability deficient in the prior art by the rolling processing method of the rolled body of the first aspect of the present invention, it becomes possible to perform rolling processing of highly accurate dimensions and shapes that are difficult to achieve with the prior art alone. .

以上は主に寸法形状の精度が著しく厳しいウォームなどの螺子体の転造工程に関して説明したが、寸法形状の精度が緩い一般の成形体の転造工程にも適用可能であることは自明である。 Although the above has mainly described the rolling process of a screw body such as a worm whose dimension and shape accuracy is extremely severe, it is obvious that it can be applied to a rolling process of a general molded body having a low dimension and shape accuracy. .

第2の発明である螺子体の転造加工方法の効果について説明する。 The effect of the thread rolling method of the second invention will be described.

特許文献6)にはウォーム用平ダイス転造盤が開示された。図13(a)は開示されたウォーム用平ダイス転造盤のワークと平ダイスを中心とする主要部の構造を示す説明図である。架台を構成するコラムベース23にコラム20が合わせ面内で傾斜可能に軸支される。コラム20は断面が凹状であり、一方の面がこの溝に勘合して摺動する摺動台22が設置され、コラムの他方の面に平ダイス21が固定される。   Patent Document 6) discloses a flat die rolling machine for worms. FIG. 13 (a) is an explanatory view showing the structure of the main part centering on the workpiece and the flat die of the disclosed flat die rolling machine for worm. The column 20 is pivotally supported by the column base 23 constituting the gantry so as to be tiltable within the mating plane. The column 20 has a concave cross section, and a slide base 22 is installed on one side of the column 20 so as to fit into the groove. A flat die 21 is fixed to the other side of the column.

平ダイス21は、図12の丸ダイスの直径が大きくなった場合と見なされるので、図13(a)の構造は図12の構造と基本的に同様である。即ち、平ダイス21の表面にはねじ山を成形するための溝が加工されており、ワーク12を一対の平ダイス21で狭持しながら摺動台22の駆動機構により送り方向にダイスがすれ違うように移動して、ワーク12を回動しながら塑性加工によりねじを転造する。押し込み量が増大するとコラム20を傾動させてワーク12が軸方向に歩みを発生するのを抑制する。更に詳細な機構は特許文献6)を参照されたい。 Since the flat die 21 is regarded as a case where the diameter of the round die of FIG. 12 is increased, the structure of FIG. 13A is basically the same as the structure of FIG. That is, a groove for forming a screw thread is formed on the surface of the flat die 21, and the die is passed in the feeding direction by the driving mechanism of the sliding table 22 while the work 12 is held between the pair of flat dies 21. The screw is rolled by plastic working while rotating the workpiece 12. When the pushing amount increases, the column 20 is tilted to prevent the workpiece 12 from stepping in the axial direction. For a more detailed mechanism, see Patent Document 6).

図13(b)はコラム20に、埋め込み式の扁平変形防止装置を取り付けた場合の装置の外観を示す説明図である。薄い諧調の線は図13(a)の転造盤の構造を示しており、濃い諧調の線は設置した扁平変形防止装置の主要部を示す。即ち、ワーク扁平変形防止装置の主要部は駆動機構13、ワーク端部支持機構14、把持工具15から構成される。駆動機構13はコラム20に埋設され、駆動機構13の移動軸の先には押し力または引き力を伝達する把持工具15がダイス11の両側に設置される。通常、ダイス1個当たり2個の把持工具が必要なことから、図13の転造盤はダイスを2個有するので、実施例では合計4個の把持工具を備える。 FIG. 13 (b) is an explanatory view showing the appearance of the device when an embedded flat deformation preventing device is attached to the column 20. The thin tone line indicates the structure of the rolling machine of FIG. 13 (a), and the dark tone line indicates the main part of the installed flat deformation prevention device. In other words, the main part of the workpiece flat deformation prevention device includes a drive mechanism 13, a workpiece end support mechanism 14, and a gripping tool 15. The drive mechanism 13 is embedded in the column 20, and gripping tools 15 that transmit a pressing force or a pulling force are installed on both sides of the die 11 at the tip of the moving shaft of the drive mechanism 13. Normally, since two gripping tools are required for each die, the rolling machine of FIG. 13 has two dies, so that the embodiment includes a total of four gripping tools.

図13と図12を比較することでダイスが丸ダイスから平ダイスに変更された以外は、ワーク、駆動機構および把持工具の配置や構造がほぼ同様である。従って、平ダイスの場合にも、図14に示すワークの扁平変形防止機構が丸ダイスの場合と同様に機能することが容易に理解される。 The arrangement and structure of the workpiece, the drive mechanism, and the gripping tool are substantially the same except that the die is changed from a round die to a flat die by comparing FIG. 13 and FIG. Therefore, it can be easily understood that the flat deformation prevention mechanism of the workpiece shown in FIG. 14 functions in the same way as in the case of a round die even in the case of a flat die.

従って、第2の本発明の螺子体の転造加工方法は特許文献1)や特許文献6)に開示された螺子体を高精度の寸法形状に製造するために有効である。   Therefore, the method of rolling a screw body according to the second aspect of the present invention is effective for manufacturing the screw body disclosed in Patent Documents 1) and 6) into a highly accurate dimensional shape.

第3の発明である螺子体の転造加工方法の効果について説明する。 The effect of the thread rolling method of the third invention will be described.

特許文献1)および特許文献6)に開示の技術において、ワークは位置決めと芯押しのセンタで両端面の中心部の窪みを狭持され回転自由に支持される。空気圧式の駆動機構で移動するセンタを用いてワークを狭持する方法が開示された。ワークの中心軸の位置を固定するとともに、センタとワーク間の摩擦力を調節してワークを回転自由に支持する。 In the techniques disclosed in Patent Literature 1) and Patent Literature 6), the workpiece is supported by the center of positioning and core pushing so that the depression at the center of both end faces is sandwiched and freely rotated. A method of holding a workpiece using a center that is moved by a pneumatic drive mechanism has been disclosed. In addition to fixing the position of the center axis of the work, the work is supported freely by adjusting the frictional force between the center and the work.

また、加工中に発生するワークの歩みに応じてワーク送り台を移動してワークの軸方向にワークを移動可能に支持する。実施例の場合、ワークはダイスによる押し込みにより10トン以上の加工力を両側から受けて位置決めされるので、センタの主な位置決めの方向はダイスの接触表面の接線方向である。 Further, the workpiece feed base is moved according to the workpiece step generated during machining, and the workpiece is supported so as to be movable in the axial direction of the workpiece. In the case of the embodiment, the workpiece is positioned by receiving a machining force of 10 tons or more from both sides by pressing with the die, so that the main positioning direction of the center is the tangential direction of the contact surface of the die.

第1および第2の本発明では、図14に矢印で示すようにワーク扁平変形防止装置から加工中のワークに最大1.6トン程度の押し力または引き力が作用する。従って、把持工具が直接ワークと接触する際には、押し力または引き力を伝達する把持工具とワークの摩擦力が外乱として作用するので、ワークの回転運動と軸方向の運動が乱され易い。その場合、従来技術のセンタではワークとダイスの相対位置が所定位置から外れることにより、ワークに異常な変形を生じる可能性がある。   In the first and second aspects of the present invention, as shown by an arrow in FIG. 14, a pushing force or a pulling force of about 1.6 tons or less acts on the workpiece being machined from the workpiece flat deformation prevention device. Therefore, when the gripping tool is in direct contact with the workpiece, the gripping tool that transmits the pressing force or pulling force and the frictional force of the workpiece act as disturbances, so that the rotational motion and the axial motion of the workpiece are likely to be disturbed. In that case, in the center of the conventional technique, the relative position between the work and the die may deviate from a predetermined position, and thus the work may be deformed abnormally.

図15は第3の本発明に開示のワークの両端部を支持する機構の説明図である。図15の左下図はワーク送り台の外観を示す説明図であり、丸枠で囲まれた部分を拡大して表示したのが図15上図のワークとその支持部の構造を示す説明である。 FIG. 15 is an explanatory view of a mechanism for supporting both ends of a work disclosed in the third aspect of the present invention. The lower left figure in FIG. 15 is an explanatory view showing the appearance of the work feed table, and the part surrounded by a round frame is enlarged and shown in the upper part of FIG. 15 showing the structure of the work and its supporting part. .

実施例では、既に説明した特許文献1)および特許文献6)に開示の技術と同様に、ワーク12はその両端面の中央部の窪みを一対のセンタ30により両側から回転自由に狭持される。ワーク12とセンタ30の外周部を略筒状のワーク端部支持機構31が覆い包むように配置され、ワーク端部支持機構31の一端側は軸受け33を介してワークの端部の外周面と脱着可能に勘合する。ワーク端部支持機構31の他端側はセンタ30と同軸に設置された円筒部の外周面と図示しない柔軟サポートによりほぼ荷重が作用しない状態で支持される。また、ワーク端部支持機構31の外周表面は直動軸受け32を介して図示しない把持工具に脱着可能に勘合する。 In the embodiment, similarly to the techniques disclosed in Patent Document 1) and Patent Document 6) already described, the work 12 is held freely at both ends by a pair of centers 30 from both sides. . The workpiece 12 and the center 30 are arranged so that the outer periphery of the workpiece 12 and the center 30 are covered with a substantially cylindrical workpiece end support mechanism 31, and one end of the workpiece end support mechanism 31 is attached to and detached from the outer periphery of the end of the workpiece via a bearing 33. Fit as possible. The other end side of the workpiece end support mechanism 31 is supported in a state in which almost no load is applied by an outer peripheral surface of a cylindrical portion installed coaxially with the center 30 and a flexible support (not shown). Further, the outer peripheral surface of the workpiece end support mechanism 31 is detachably fitted to a gripping tool (not shown) via a linear motion bearing 32.

従って、図14に矢印で示すようにワーク扁平変形防止装置からの押し力または引き力は図示しない把持工具で把持されるワーク両端部の支持機構を介してワークに伝達される。 Therefore, as indicated by arrows in FIG. 14, the pushing force or pulling force from the workpiece flattening prevention device is transmitted to the workpiece via the support mechanisms at both ends of the workpiece that are gripped by a gripping tool (not shown).

図示しないダイスによるワーク12の回転はワーク12とワーク端部支持機構の軸受け33により吸収される。また、歩みにより生じる軸方向へのワーク12の移動は、ワーク端部支持機構の直動軸受け32により吸収される。そのため、図示しない把持工具による押し力または引き力がワーク12の歩みを乱すことはない。 The rotation of the workpiece 12 by a die (not shown) is absorbed by the workpiece 12 and the bearing 33 of the workpiece end support mechanism. Further, the movement of the workpiece 12 in the axial direction caused by the step is absorbed by the linear motion bearing 32 of the workpiece end support mechanism. Therefore, the pushing force or pulling force by a gripping tool (not shown) does not disturb the step of the workpiece 12.

第3の本発明の螺子体の転造加工方法によれば、ワーク扁平変形防止装置の駆動機構でワークに押し力または引き力を負荷しても、ワークに異常変形を生じることは無いので、高精度の寸法形状の製品を加工できる。 According to the rolling processing method of the screw body of the third aspect of the present invention, even when a pushing force or a pulling force is applied to the workpiece by the driving mechanism of the workpiece flat deformation prevention device, the workpiece does not deform abnormally. Products with highly accurate dimensions can be processed.

第4の発明である螺子体の転造加工方法の効果について説明する。 The effect of the thread rolling method of the fourth invention will be described.

図16は加工中のワークの不完全ねじ部をトラッキングする説明図である。図16の上段に示すように、ワークの不完全ねじ部の周方向位置は加工の進行とともに変化する。図12および図13に開示のワークの扁平変形防止装置は図14に示すようにワークの不完全ねじ部がダイスと接触する位置に回転した場合に完全ねじ部だけの部分と同様の変形を生じるように負荷を制御する。従って、不完全ねじ部の周方向位置を時々刻々追跡(トラッキング)しながら、ワークの回転に同期してワークの扁平変形防止装置を適正に作動させなければならない。 FIG. 16 is an explanatory diagram for tracking an incomplete thread portion of a workpiece being processed. As shown in the upper part of FIG. 16, the circumferential position of the incomplete thread portion of the workpiece changes as the machining progresses. The flat deformation preventing device for a workpiece disclosed in FIGS. 12 and 13 causes the same deformation as that of only the complete screw portion when the incomplete screw portion of the workpiece is rotated to a position in contact with the die as shown in FIG. To control the load. Accordingly, it is necessary to properly operate the flat deformation prevention device of the workpiece in synchronization with the rotation of the workpiece while tracking the circumferential position of the incomplete screw portion every moment.

一般にトラッキングの方法として、ワークの回転パルスを検出する方法と荷重変動を検出する方法に大別される。 In general, tracking methods are roughly classified into a method for detecting a rotation pulse of a workpiece and a method for detecting a load fluctuation.

ワークをセンタに取り付けてダイスで狭持して加工を開始する際に、ダイスの切り込み位置が不完全ねじ部になるように位置調節をして、着磁、着色、シール等の添付、切り欠き、疵、圧痕等の凹凸などを加工前ワークの端部などに目印として付与する。加工中にこの目印をセンサーで検出してワークの回転速度の履歴から目印位置を追跡する。この目印に対して、不完全ねじ部の位置を予測することが出来る。 When machining is started by attaching the workpiece to the center and holding it with a die, adjust the position so that the incision position of the die becomes an incomplete screw part, and attach, notch, magnetizing, coloring, sealing, etc. Irregularities such as wrinkles, indentations and the like are provided as marks on the end of the workpiece before processing. This mark is detected by a sensor during machining, and the mark position is traced from the history of the rotation speed of the workpiece. The position of the incomplete thread portion can be predicted with respect to this mark.

但し、不完全ねじ部の位置を予測することができる理論を適用する場合は、初期の切り込み位置を完全ねじ部や他の位置に設定してもよい。また、後述のロータリーエンコーダーや専用のトラッキング機構を用いる場合は、これを利用して不完全ねじ部の位置を予測することができる。 However, when applying a theory capable of predicting the position of the incomplete thread portion, the initial cut position may be set to the complete thread portion or another position. Moreover, when using the below-mentioned rotary encoder and a dedicated tracking mechanism, the position of an incomplete thread part can be estimated using this.

荷重変動を検出する方法は、不完全ねじ部と完全ねじ部で転造の押し込み反力が周期的に変動する性質を利用する。荷重変動を荷重計で記録してワークの回転速度の履歴から不完全ねじ部位置を抽出する。この方法は転造加工中に成形荷重を測定することで比較的容易に実現できる。また、ワークの回転パルスを検出する方法と組み合わせることで相乗効果を期待できる。 The method for detecting the load variation utilizes the property that the rolling indentation reaction force periodically varies between the incomplete screw portion and the complete screw portion. The load fluctuation is recorded with a load meter, and the position of the incomplete screw portion is extracted from the history of the rotation speed of the workpiece. This method can be realized relatively easily by measuring the forming load during the rolling process. Moreover, a synergistic effect can be expected by combining with a method for detecting a rotation pulse of a workpiece.

転造工程は丸ダイスのレシプロ転造のような往復回転や、平ダイスの往復運動により多数回繰り返すので1つ前のサイクルの測定結果を記憶して、次のサイクルの予測を行うことができる。従って、不完全ねじ部の周方向位置のトラッキングを高精度で実施することが可能であり、これにより、ワークの扁平変形防止を確実に実施できる。 Since the rolling process is repeated many times by reciprocating rotation such as reciprocating rolling of a round die or reciprocating motion of a flat die, the measurement result of the previous cycle can be stored and the next cycle can be predicted. . Accordingly, the tracking of the circumferential position of the incomplete thread portion can be performed with high accuracy, and thereby the flat deformation of the workpiece can be reliably prevented.

第5の発明である転造体の転造加工方法の効果について説明する。 The effect of the rolling processing method of the rolled body which is the fifth invention will be described.

図17は特許文献4)に開示の説明図をもとに再構成したワークの軸長の増加現象を示す説明図である。図17の左図は加工前、中央図は加工途中、右図は加工後のワークとダイスの相対位置を示す。加工の進行にともなってダイスの押し込み位置がワーク中心軸に接近するので体積一定則から材料が軸方向に延伸またはねじ溝に侵入してねじ山に変形する。 FIG. 17 is an explanatory diagram showing an increase phenomenon of the axial length of a workpiece reconstructed based on the explanatory diagram disclosed in Patent Document 4). The left figure in FIG. 17 shows the relative position between the workpiece and the die before machining, the middle figure in the middle of machining, and the right figure after machining. As the machining progresses, the pressing position of the die approaches the workpiece center axis, so that the material stretches in the axial direction or penetrates into the thread groove and deforms into a screw thread from the constant volume rule.

図18は非特許文献5)に開示の有限要素解析によるねじ転造工程のワークの変形シミュレーション結果を簡略表現したねじ端部のねじれ変形状態を示す説明図である。通常のモジュールのねじを転造する際に、加工とともにワークの中心軸がねじれ変形を生じてワークのねじれ角度が丸ダイスの回転角度とほぼ直線関係を維持しながら増加する。そして、ダイスが180°(半周)変化する際にワークが最大45°(八分の一回転)程度ねじれると予測された。 FIG. 18 is an explanatory diagram showing a torsional deformation state of a screw end portion that simply expresses a deformation simulation result of a work in a screw rolling process by finite element analysis disclosed in Non-Patent Document 5). When rolling a screw of a normal module, the center axis of the workpiece is torsionally deformed with processing, and the torsion angle of the workpiece increases while maintaining a substantially linear relationship with the rotation angle of the round die. Then, it was predicted that the workpiece would twist about a maximum of 45 ° (one-eighth rotation) when the die changed by 180 ° (half circumference).

図5はウォームの転造工程におけるワークの三次元変形状態を推定した説明図である。ワークの変形部分はねじ成形部に集中するので軸方向平均伸びが37%程度に達すると予測される。そして加工初期の転写されたねじ山が破壊されることもなくほぼダイス表面の溝に整合しながらワークが軸方向に延伸する。これが可能な変形状態としてねじの両端部が約2.6回相対的に回転することが予測された。 FIG. 5 is an explanatory diagram estimating the three-dimensional deformation state of the workpiece in the worm rolling process. Since the deformed portion of the work is concentrated on the thread forming portion, the average axial elongation is expected to reach about 37%. Then, the workpiece is stretched in the axial direction while being aligned with the groove on the die surface without breaking the transferred thread at the initial stage of processing. As a deformable state in which this is possible, it was predicted that both ends of the screw would rotate about 2.6 times relatively.

実際の加工では歩みを防止するためにダイスの中心軸を傾斜させてダイスの見かけのねじ溝の進み角を変化させるので、ワークのねじれによる両端部の相対回転数は予測と異なる。また、ねじ加工部の軸方向の中央部と端部では、材料の軸方向の変形拘束が異なるため、拘束の弱い端部の変形が拘束の強い中央部の変形に比べて加工条件のばらつきの影響を受け易い。ばらつきは軸方向伸び、中心軸まわりのねじれ、ねじ山の盛り上がり等、ワークの三次元変形のバランス変動に直結するので、ねじ山の成形形状、即ち酔歩の発生因子となる。変形のばらつきを防止するには、ワーク軸方向の変形拘束のばらつきを低減する必要がある。 In actual machining, in order to prevent the step, the central axis of the die is inclined to change the apparent advance angle of the screw groove, so that the relative rotational speeds at both ends due to the torsion of the workpiece are different from those predicted. In addition, since the axial deformation center of the threaded portion is different from the axial deformation constraint of the material, the deformation of the weakly constrained end portion is more variable than the deformation of the highly constrained central portion. Easy to be affected. The variation is directly related to the balance fluctuation of the three-dimensional deformation of the workpiece such as axial extension, torsion around the central axis, and bulge of the thread. In order to prevent variation in deformation, it is necessary to reduce variation in deformation constraint in the workpiece axis direction.

図19は第5の本発明に開示の押しねじり式のワーク送り台の構造を示す説明図である。下段は特許文献7)に開示のダイスの回転に同期してワークを強制的に回転する機構を組み込んだワーク送り台を改造して、ワークに中心軸方向の押し力と中心軸まわりのトルクを負荷する機構を組み込んだワーク送り台の外観図である。 FIG. 19 is an explanatory view showing the structure of a push-twist type work feed base disclosed in the fifth aspect of the present invention. The lower part is a work feed base that incorporates a mechanism for forcibly rotating a work in synchronism with the rotation of a die disclosed in Patent Document 7), and the pressing force in the direction of the central axis and the torque around the central axis are applied to the work. It is an external view of the workpiece feed stand incorporating the mechanism to load.

図19の上段はワークの負荷機構を拡大した説明図であり、押付け機構は特許文献2)に開示の丸ダイスの押付け機構とほぼ同様の機構である。はり軸44に設置された一対の押し込み台43がワーク12を両端から狭持する。一方の押し込み台43に設置のワーク軸方向力の駆動機構40によりワーク12に軸方向力(背圧)を負荷し、他方の押し込み台43は回転駆動機構41により駆動するトルク伝達軸42を介してワーク12にワーク中心軸まわりのねじりトルクを負荷する。 The upper part of FIG. 19 is an enlarged explanatory view of the load mechanism of the workpiece, and the pressing mechanism is substantially the same as the pressing mechanism of the round die disclosed in Patent Document 2). A pair of pushing tables 43 installed on the beam shaft 44 hold the workpiece 12 from both ends. An axial force (back pressure) is applied to the workpiece 12 by the drive mechanism 40 of the workpiece axial force installed on one pushing table 43, and the other pushing table 43 passes through a torque transmission shaft 42 driven by the rotation driving mechanism 41. Then, a torsional torque around the workpiece center axis is applied to the workpiece 12.

即ち、ワークの両端部からの均等な負荷は、ワークの延伸と反対方向に作用するので、塑性加工用語の背圧に相当する。この背圧は、ダイスによる軸方向の拘束が弱いねじ加工部の両端部の軸方向拘束力を増加するので、軸方向の変位拘束が均等化してワークの変形のばらつきの発生を抑制する。そのため、背圧の負荷はねじ山の厚さやねじ山の高さのばらつきを低減する効果が高いと考えられる。 That is, since the equal load from both ends of the work acts in the opposite direction to the work stretching, it corresponds to the back pressure in terms of plastic working. This back pressure increases the axial restraining force at both ends of the threaded portion where the axial restraint by the die is weak, so that the axial displacement restraint is equalized and the occurrence of variation in the deformation of the workpiece is suppressed. Therefore, it is considered that the back pressure load is highly effective in reducing variations in the thickness of the thread and the height of the thread.

ねじれ変形のばらつきに対して軸方向の拘束力(背圧)はこれを抑制する効果が期待される。背圧を負荷してもねじれ変形のばらつきが許容限界を外れる場合には、ねじれ変形を抑制する方向にトルクを負荷することができる。これは特許文献7)に開示のダイス回転に同期させてワークを強制的に回転する回転機構により、ダイス回転に同期して回転するワークの回転速度よりも若干早い角速度を付与する方法、ワーク端部にブレーキを与えてダイス回転に同期して回転するワークの回転速度よりも若干遅い回転速度を与える方法を組み合わせることで実現できる。尚、図19の押しねじり式のワーク送り台は図12の丸ダイスおよび図13の平ダイスの両方の加工に適用出来る。 It is expected that the axial restraint force (back pressure) suppresses this variation in torsional deformation. If the variation in torsional deformation deviates from the allowable limit even when back pressure is applied, torque can be applied in a direction to suppress torsional deformation. This is a method of applying an angular velocity slightly faster than the rotational speed of a workpiece rotating in synchronization with the die rotation by a rotating mechanism forcibly rotating the workpiece in synchronization with the die rotation disclosed in Patent Document 7), This can be realized by combining a method in which a brake is applied to the part to give a rotational speed slightly slower than the rotational speed of the work rotating in synchronization with the die rotation. The push-twist type work feed base shown in FIG. 19 can be applied to both the round die shown in FIG. 12 and the flat die shown in FIG.

ところで、特許文献8)ではウォーム軸用平ダイスが開示された。通常の帯状の平ダイスを用いて歩みを生じるウォームを転造するとねじ加工部の端部に軸の曲がり不良が発生し易い。特許文献8)ではその原因としてねじ加工部の端部が必要以上に加工されるためと説明された。何れにしても塑性変形中の材料にワーク中心軸の曲げモーメントが作用すると容易に軸の曲がり不良が発生する。 By the way, Patent Document 8) discloses a flat die for a worm shaft. When a worm that generates a step is rolled using a normal belt-shaped flat die, a shaft bending defect is likely to occur at the end of the threaded portion. Patent Document 8) explained that the cause is that the end of the threaded portion is processed more than necessary. In any case, if the bending moment of the workpiece central axis acts on the material being plastically deformed, the bending of the shaft easily occurs.

図14の下段に示すように扁平変形防止装置の駆動機構によりワークの端部に荷重を負荷する。この場合、負荷された荷重はねじ加工部の端部にワーク中心軸の曲げモーメントを発生するので、モーメントが過大な場合にはワークの曲げ不良の発生が危惧される。 As shown in the lower part of FIG. 14, a load is applied to the end portion of the workpiece by the driving mechanism of the flat deformation prevention device. In this case, since the applied load generates a bending moment of the workpiece central axis at the end of the threaded portion, if the moment is excessive, there is a concern that the bending failure of the workpiece may occur.

この場合、図15に示すワーク両端支持機構に前記のワーク中心軸の曲げモーメントを相殺する反対方向の曲げモーメントを付与することができる。これにより、加工後のワークの中心軸が真直になり、高精度の寸法形状の製品を製造することが可能になる。 In this case, a bending moment in the opposite direction that cancels the bending moment of the workpiece center axis can be applied to the workpiece both-end support mechanism shown in FIG. As a result, the center axis of the workpiece after machining becomes straight, and it becomes possible to manufacture a product with a highly accurate dimensional shape.

第6の発明である螺子体の転造加工方法の効果について説明する。 The effect of the thread rolling method of the sixth invention will be described.

図17に示すように加工途中のワークはダイスのねじ山を転写する溝部に未充満のためダイスとワークの接触状態がワークの長手方向にばらつきを有する。一般にワーク中心軸方向の変形拘束が強いワークの中央部が先に充満して強い摩擦拘束を生じるに対して、変形拘束の弱い端部は充満が遅れ摩擦拘束も弱い。従って、ワーク全体の変形を均一化するには摩擦拘束を均一化する必要がある。 As shown in FIG. 17, since the workpiece in the middle of processing is not filled in the groove portion for transferring the screw thread of the die, the contact state between the die and the workpiece has variations in the longitudinal direction of the workpiece. In general, the central portion of the workpiece, which has strong deformation constraint in the direction of the workpiece center axis, is filled first to cause strong frictional constraint, whereas the end portion with weak deformation constraint is delayed in filling and the frictional constraint is also weak. Accordingly, it is necessary to make the frictional constraint uniform in order to make the deformation of the entire workpiece uniform.

一般に摩擦拘束を均一化する方法として、ワークのクーラントによる強制潤滑方法と振動装置による加振を適用する方法がある。 In general, as a method for making the frictional constraint uniform, there are a forced lubrication method using a workpiece coolant and a method using a vibration device.

ワークのクーラントによる強制潤滑方法は各種の塑性加工に適用されて実績が多い。これは潤滑油やエマルジョンをワークや工具の接触表面に塗布することで行う。エマルジョンの場合は冷却能力の高い水が主成分であるから、ワークや工具の加工熱を除去するのにも有効である。従って、熱ひずみを制御するためにも利用可能である。 The forced lubrication method using coolant for workpieces has been applied to various types of plastic processing and has a proven track record. This is done by applying a lubricant or emulsion to the contact surface of the workpiece or tool. In the case of an emulsion, water having a high cooling capacity is the main component, so that it is also effective for removing work heat of a workpiece or a tool. Therefore, it can be used to control thermal strain.

振動装置による加振を適用する方法は、強力な振動発信機が開発されて塑性加工への適用が報告されるようになった。ワークまたはダイスに振動を負荷してワークとダイスの接触面を高サイクルで振動させることにより、局部的に接触面の一部に隙間が発生して微小な相対ずれを発生する。振動数が高いと隙間の発生頻度が増加し、また相対ずれの発生箇所が接触面の全面に拡大するのでワークとダイスの相対ずれの影響が顕在化する。即ち、接触状態が均一化されることにより、接触境界条件が変化してワークの変形も均一化される。従って、ワークの変形の均一化により酔歩などの低減が期待される。 As a method of applying vibration by a vibration device, a powerful vibration transmitter has been developed and its application to plastic working has been reported. When a vibration is applied to the workpiece or the die and the contact surface between the workpiece and the die is vibrated at a high cycle, a gap is locally generated in a part of the contact surface to generate a minute relative deviation. When the frequency is high, the occurrence frequency of the gap increases, and the location of the relative deviation expands over the entire contact surface, so that the influence of the relative deviation between the workpiece and the die becomes obvious. That is, when the contact state is made uniform, the contact boundary condition changes and the deformation of the workpiece is made uniform. Therefore, it is expected that the random walk and the like are reduced by making the deformation of the workpiece uniform.

第7の発明である転造体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the rolling processing apparatus of the rolled body which is 7th invention is demonstrated.

図12は第7の本発明に開示の転造体の転造加工装置の一実施例を示す説明図であり、図3に示す丸ダイス式転造機のダイス取付台を改造してワークの扁平変形防止装置を設置した。特許文献5)では、ワークの扁平変形対策として、図10に示すようにワークの両端部に転造圧調整用カムが、ダイスの両側に転造圧調整用カムと円周面が当接する円盤が設置された。そして、転造終期の仕上げにおいてワークの扁平変形防止に効果があるとされたが、これは図14に示す扁平変形防止の原理に従って加工が実施されたためと推察された。 FIG. 12 is an explanatory view showing an embodiment of the rolling processing apparatus for a rolled body disclosed in the seventh aspect of the present invention. The die mounting base of the round die type rolling machine shown in FIG. A deformation prevention device was installed. In Patent Document 5), as a countermeasure against flat deformation of a workpiece, as shown in FIG. 10, a rolling pressure adjusting cam is provided at both ends of the workpiece, and a rolling pressure adjusting cam and a circumferential surface are in contact with both sides of a die. Was installed. And it was supposed that it was effective in preventing the flat deformation of the workpiece in finishing at the end of rolling, and this was presumed to be because the machining was carried out according to the principle of preventing flat deformation shown in FIG.

実施例では転造加工開始から終了まで図14に示す扁平変形防止の原理が作用するように、転造圧調整用カムと円盤に置き換えて、駆動機構、把持工具、ワーク端部の支持機構を配設した。駆動機構はダイス、ダイスの取り付け台、ダイスを支持する構造部材の何れかに設置すればよい。 In the embodiment, the driving mechanism, the gripping tool, and the support mechanism for the workpiece end are replaced by a rolling pressure adjusting cam and a disk so that the principle of flat deformation prevention shown in FIG. 14 acts from the start to the end of the rolling process. Arranged. The drive mechanism may be installed on any of a die, a die mounting base, and a structural member that supports the die.

実施例では1個の駆動機構の最大容量を2トン程度と余裕を持って設定したので、20kg/cmの油圧源を用いるとシリンダーの断面積が少なくとも100cm程度必要になる。図12に示す実施例では設置スペースの関係でダイスに接近できるダイスの取り付け台に駆動機構を埋設した。 In the embodiment, since the maximum capacity of one drive mechanism is set with a margin of about 2 tons, a cylinder cross-sectional area of at least about 100 cm 2 is required when a hydraulic source of 20 kg / cm 2 is used. In the embodiment shown in FIG. 12, the drive mechanism is embedded in a die mounting base that can approach the die due to the installation space.

実施例では特許文献5)のカムの位置であるワークの両端部を把持工具を介して駆動機構で負荷する方式とした。転造加工中のワークはダイスに狭持されて10トン以上の成形荷重が負荷される。また、ワークは両端面の中心をセンタで両側から回転自由に拘束されており、ワークの扁平変形防止装置が無くても巨視的には安定した姿勢で加工が継続される。ワークの扁平変形防止装置の駆動機構はダイスからワークへ作用する成形荷重の方向で向きが変化する荷重を作用するので、ワークとの摩擦力を無視すれば巨視的なワークの姿勢を乱すことはない。 In the embodiment, the both ends of the workpiece, which is the position of the cam in Patent Document 5), are loaded by a driving mechanism via a gripping tool. The work being rolled is held between dies and a forming load of 10 tons or more is applied. Further, the work is constrained to rotate freely from both sides with the center of both end faces at the center, and machining is continued in a macroscopically stable posture even without a flat deformation preventing device for the work. Since the drive mechanism of the flat deformation prevention device of the workpiece acts a load whose direction changes in the direction of the molding load acting from the die to the workpiece, if the friction force with the workpiece is ignored, the macroscopic workpiece posture will not be disturbed Absent.

一般的にダイスはワークの軸方向の曲げたわみは無視できるので、図11に示すダイスの接触面とワークの中心軸との傾斜や距離などの相対位置を適正に維持することが加工精度の向上に重要である。ワークの姿勢制御は図14に示す扁平変形防止装置の作動原理に従って実施される。 In general, since the bending deflection of the die in the axial direction of the workpiece can be ignored, maintaining the relative position such as the inclination and distance between the contact surface of the die and the central axis of the workpiece shown in FIG. Is important to. The posture control of the workpiece is performed according to the operation principle of the flat deformation prevention device shown in FIG.

即ち、ワークの姿勢制御はワークに作用する荷重の制御であるから、ワークに作用する荷重を計測する必要がある。ダイスの押し力、扁平変形防止装置の各駆動機構の押し力または引き力を測定するために図示しない荷重計を設置する。 That is, since the posture control of the workpiece is control of the load acting on the workpiece, it is necessary to measure the load acting on the workpiece. A load meter (not shown) is installed to measure the pressing force of the die and the pressing force or pulling force of each drive mechanism of the flat deformation prevention device.

ワークの回転速度は毎秒0.7回転から2.7回転程度であるので、1回転当たり0.4秒から1.3秒である。これより、ワークが1°回転する時間は1.1m秒(m秒は千分の一秒)から3.6m秒であるから、10°間隔(1回転当たり36回)で荷重制御するとすれば制御周期は11m秒から36m秒程度となる。圧延等の制御周期は通常50m秒程度であるから、これに比べて若干高速な制御周期となるが、制御用計算機や駆動機構の高性能化で十分実施可能である。 Since the rotation speed of the work is about 0.7 to 2.7 rotations per second, the rotation speed is 0.4 to 1.3 seconds per rotation. From this, the time for the work to rotate 1 ° is from 1.1 msec (msec is one thousandth of a second) to 3.6 msec, so if load control is performed at 10 ° intervals (36 times per rotation). The control cycle is about 11 ms to 36 ms. Since the control cycle of rolling or the like is usually about 50 milliseconds, the control cycle is slightly faster than this, but it can be sufficiently implemented by improving the performance of the control computer and drive mechanism.

以上のように扁平変形防止装置の駆動機構、把持工具、ワーク端部の支持機構を配設するので、ワークの扁平変形を防止して高精度の寸法形状の製品を製造することができる。 As described above, since the drive mechanism of the flat deformation prevention device, the gripping tool, and the support mechanism for the workpiece end are disposed, the flat deformation of the work can be prevented, and a highly accurate dimensional product can be manufactured.

第8の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the eighth invention will be described.

図12は丸ダイス取付台に設置した埋め込み式の扁平変形防止装置の実施例を示す説明図である。丸ダイスの場合は、第7の本発明で成形体を螺子体とすることでほぼ同様の装置の構造である。 FIG. 12 is an explanatory view showing an embodiment of an embedded flat deformation preventing device installed on a round die mounting base. In the case of a round die, the structure of the device is substantially the same by using the molded body as a screw body in the seventh aspect of the present invention.

図13は第8の本発明に開示の転造体の転造加工装置の一実施例を示す説明図であり、特許文献6)に開示のウォーム用平ダイス転造盤の平ダイス取付台(コラム)を改造してワークの扁平変形防止装置を設置した。 FIG. 13 is an explanatory view showing one embodiment of a rolling processing apparatus for a rolled body disclosed in the eighth invention, and a flat die mounting base of a worm flat die rolling machine disclosed in Patent Document 6). Column) was modified and a flat deformation prevention device for the workpiece was installed.

実施例では転造加工開始から終了まで図14に示す扁平変形防止の原理が作用するように、駆動機構、把持工具、ワーク端部の支持機構を配設した。駆動機構はダイス、ダイスの取り付け台(コラム)、ダイスを支持する構造部材(コラムベースなど)の何れかに設置すればよい。 In the embodiment, a drive mechanism, a gripping tool, and a support mechanism for the workpiece end are arranged so that the principle of preventing flat deformation shown in FIG. 14 works from the start to the end of the rolling process. The drive mechanism may be installed on any of a die, a die mounting base (column), and a structural member (column base or the like) that supports the die.

実施例では丸ダイスと同様に、1個の駆動機構の最大容量を2トン程度と設定したので、20kg/cmの油圧源を用いるとシリンダーの断面積が少なくとも100cm程度必要になる。図12に示す実施例では設置スペースの関係でダイスに接近できるダイスの取り付け台(コラム)に駆動機構を埋設した。 In the embodiment, like the round die, the maximum capacity of one drive mechanism is set to about 2 tons, so that when the hydraulic source of 20 kg / cm 2 is used, the cross-sectional area of the cylinder is required to be at least about 100 cm 2 . In the embodiment shown in FIG. 12, the drive mechanism is embedded in a die mounting base (column) that can approach the die due to the installation space.

実施例ではワークの両端部を把持工具を介して駆動機構で負荷する方式とした。転造加工中のワークはダイスに狭持されて10トン以上の成形荷重が負荷される。また、ワークは両端面の中心をセンタで両側から回転自由に拘束されており、ワークの扁平変形防止装置が無くても巨視的には安定した姿勢で加工が継続される。ワークの扁平変形防止装置の駆動機構はダイスからワークへ作用する成形荷重の方向で向きが変化する荷重を作用するので、ワークとの摩擦力を無視すれば巨視的なワークの姿勢を乱すことはない。 In the embodiment, the both end portions of the workpiece are loaded by a driving mechanism via a gripping tool. The work being rolled is held between dies and a forming load of 10 tons or more is applied. Further, the work is constrained to rotate freely from both sides with the center of both end faces at the center, and machining is continued in a macroscopically stable posture even without a flat deformation preventing device for the work. Since the drive mechanism of the flat deformation prevention device of the workpiece acts a load whose direction changes in the direction of the molding load acting from the die to the workpiece, if the friction force with the workpiece is ignored, the macroscopic workpiece posture will not be disturbed Absent.

一般的にダイスはワークの軸方向の曲げたわみを無視できるので、図11に示すダイスの接触面とワークの中心軸との傾斜や距離などの相対位置を適正に維持することが加工精度の向上に重要である。ワークの姿勢制御は図14に示す扁平変形防止装置の作動原理に従って実施される。 In general, a die can ignore the bending deflection in the axial direction of the workpiece. Therefore, maintaining the relative position such as the inclination and distance between the contact surface of the die and the central axis of the workpiece shown in FIG. Is important to. The posture control of the workpiece is performed according to the operation principle of the flat deformation prevention device shown in FIG.

即ち、ワークの姿勢制御はワークに作用する荷重の制御であるから、ワークに作用する荷重を計測する必要がある。ダイスの押し力、扁平変形防止装置の各駆動機構の押し力または引き力を測定するために図示しない荷重計を設置する。 That is, since the posture control of the workpiece is control of the load acting on the workpiece, it is necessary to measure the load acting on the workpiece. A load meter (not shown) is installed to measure the pressing force of the die and the pressing force or pulling force of each drive mechanism of the flat deformation prevention device.

ワークの回転速度は丸ダイスの場合と同様と仮定して、毎秒0.7回転から2.7回転程度であるので、1回転当たり0.4秒から1.3秒である。これより、ワークが1°回転する時間は1.1m秒から3.6m秒であるから、丸ダイスと同様10°毎に荷重制御するとすれば制御周期は11m秒から36m秒程度となる。圧延等の制御周期は通常50m秒程度であるから、これに比べて若干高速な制御周期となるが、制御用計算機や駆動機構の高性能化で十分実施可能である。 Assuming that the rotation speed of the workpiece is the same as in the case of the round die, it is about 0.7 to 2.7 rotations per second, and is 0.4 to 1.3 seconds per rotation. Thus, since the time for the work to rotate 1 ° is 1.1 to 3.6 ms, if the load is controlled every 10 ° as in the case of the round die, the control period is about 11 to 36 ms. Since the control cycle of rolling or the like is usually about 50 milliseconds, the control cycle is slightly faster than this, but it can be sufficiently implemented by improving the performance of the control computer and drive mechanism.

以上のように扁平変形防止装置の駆動機構、把持工具、ワーク端部の支持機構を配設するので、ワークの扁平変形を防止して高精度の寸法形状の製品を製造することができる。 As described above, since the drive mechanism of the flat deformation prevention device, the gripping tool, and the support mechanism for the workpiece end are disposed, the flat deformation of the work can be prevented, and a highly accurate dimensional product can be manufactured.

第9の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the ninth invention will be described.

図15は第9の本発明に開示のワークの両端部を支持する機構の説明図である。図14に示すようにワーク扁平変形防止装置からの押し力または引き力は図示しない把持工具で把持されるワーク両端部の支持機構を介してワークに伝達される。ワークの両端の支持機構は3層の筒状であり、把持工具に接する外筒と中間筒の間に軸方向に摺動する直動軸受けが設置され、ワークに接する図示しない内筒と中間筒の間に周方向に摺動する軸受けが設置される。 FIG. 15 is an explanatory view of a mechanism for supporting both ends of a work disclosed in the ninth aspect of the present invention. As shown in FIG. 14, the pushing force or pulling force from the workpiece flattening prevention device is transmitted to the workpiece via the support mechanisms at both ends of the workpiece gripped by a gripping tool (not shown). The support mechanism at both ends of the workpiece is a three-layered cylinder, and a linear motion bearing that slides in the axial direction is installed between an outer cylinder that contacts the gripping tool and the intermediate cylinder, and an inner cylinder and an intermediate cylinder (not shown) that contact the workpiece A bearing that slides in the circumferential direction is installed between the two.

従って、把持工具に外筒が固定された場合に、ダイスによるワークの回転は内筒と中間筒の間の軸受けで吸収されるため、把持工具による押し力または引き力がワークの回転を乱すことはない。また、歩みにより生じる軸方向へのワークの移動は、外筒と中間筒の間の軸受けで吸収されるため、把持工具による押し力または引き力がワークの歩みを乱すことはない。 Therefore, when the outer cylinder is fixed to the gripping tool, the rotation of the work by the die is absorbed by the bearing between the inner cylinder and the intermediate cylinder, so that the pushing force or pulling force by the gripping tool disturbs the rotation of the work. There is no. Further, since the movement of the workpiece in the axial direction caused by the walking is absorbed by the bearing between the outer cylinder and the intermediate cylinder, the pushing force or the pulling force by the gripping tool does not disturb the walking of the workpiece.

直動軸受けおよび軸受けは、転動体を有する軸受けや流体潤滑膜による軸受けを利用することができる。また、ワークの両端部を支持する機構として3層構造の場合について説明したが、外筒や内筒を省略したち、軸受けの設置方法や負荷などの使用条件により層数は変更してもよい。例えば、直動軸受けと軸受けの両方の機能を備える軸受けを利用する際は、3層構造である必要はなく1層や2層であってもよい。 As the linear motion bearing and the bearing, a bearing having a rolling element or a bearing by a fluid lubricating film can be used. In addition, the case of a three-layer structure has been described as a mechanism for supporting both ends of the workpiece. However, the outer cylinder and the inner cylinder may be omitted, and the number of layers may be changed depending on usage conditions such as a bearing installation method and load. . For example, when a bearing having both functions of a linear motion bearing and a bearing is used, the bearing need not have a three-layer structure, and may have one or two layers.

第9の本発明の螺子体の転造加工装置によれば、ワーク扁平変形防止装置の駆動機構でワークに押し力または引き力を負荷しても、ワークに異常変形を生じることは無いので、高精度の寸法形状の製品を加工できる。 According to the thread rolling apparatus of the ninth aspect of the present invention, even if a pressing force or a pulling force is applied to the workpiece by the driving mechanism of the workpiece flat deformation prevention device, the workpiece does not deform abnormally. Products with high-precision dimensions can be processed.

第10の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the tenth invention will be described.

図14はワークの扁平変形防止装置の作動原理を示す説明図である。空間に固定したワークの中心軸のまわりの角度θで不完全ねじ部の位置を表示すると、例えばθ=0°、θ=90°、θ=180°でワーク扁平変形防止装置の駆動機構による荷重を最適に制御しなければならない。そのためには、不完全ねじ部の位置θを追跡して、扁平変形防止装置の駆動機構の制御系に不完全ねじ部の位置θを伝達しなければならない。 FIG. 14 is an explanatory view showing the operating principle of the flat deformation preventing device for a workpiece. When the position of the incomplete thread portion is displayed at an angle θ around the center axis of the work fixed in space, for example, the load by the drive mechanism of the work flattening prevention device at θ = 0 °, θ = 90 °, θ = 180 ° Must be optimally controlled. For this purpose, it is necessary to track the position θ of the incomplete screw portion and transmit the position θ of the incomplete screw portion to the control system of the drive mechanism of the flattening prevention device.

代表的なワークの回転パルス検出機構としては、ロータリーエンコーダーが知られている。ワークの回転軸にロータリーエンコーダーを取り付けることにより、周方向の位置や回転速度を測定するとともに電気信号として出力することができる。 A rotary encoder is known as a typical work rotation pulse detection mechanism. By attaching a rotary encoder to the rotating shaft of the workpiece, it is possible to measure the circumferential position and rotational speed and output it as an electrical signal.

特許文献1)、特許文献6)、図15に開示のワーク送り台ではワークの両端面の中心をセンタで回転自由に支持するので、そのままの構造ではロータリーエンコーダーの取り付けは困難である。しかしながら、図19に開示の押しねじり式ワーク送り台ではワークを回転駆動するためにワークを延長した軸にロータリーエンコーダーを取り付けることができる。この例のようにワークの回転を軸で取り出して、この軸にロータリーエンコーダーなどの回転位置測定装置を設置することが可能である。 In the work feeding bases disclosed in Patent Document 1), Patent Document 6), and FIG. 15, the centers of both end faces of the work are rotatably supported by the center, so that it is difficult to attach the rotary encoder with the structure as it is. However, in the push-torsion type work feed platform disclosed in FIG. 19, a rotary encoder can be attached to an axis extending the work in order to rotationally drive the work. As in this example, it is possible to take out the rotation of the workpiece with a shaft and install a rotational position measuring device such as a rotary encoder on this shaft.

図15に開示のセンタ式の支持のワーク送り台でも、第4の本発明の螺子体の転造加工方法で説明したように、ワークの一部に目印を付与してこれをセンサーで検出することで回転位置を測定できる。 Also in the center-supported workpiece feeding table disclosed in FIG. 15, as described in the thread rolling method of the fourth aspect of the present invention, a mark is given to a part of the workpiece and this is detected by the sensor. Thus, the rotational position can be measured.

ワークの回転パルス検出機構としては、第4の本発明の螺子体の転造加工方法で説明したように、荷重計でダイスの押し力やワーク扁平変形防止装置の駆動機構の荷重を測定して、荷重の周期的な変動から検出する機構が知られている。 As the workpiece rotation pulse detection mechanism, as described in the thread rolling method of the fourth aspect of the present invention, the pressing force of the die and the load of the driving mechanism of the workpiece flattening prevention device are measured with a load meter. A mechanism for detecting a periodic variation in load is known.

これらの既存の検出機構を適用することにより、不完全ねじ部の周方向位置を検出できる。従って、不完全ねじ部の周方向位置をワークの扁平変形防止装置の制御系に伝達することで、高精度な寸法形状の加工が可能になる。 By applying these existing detection mechanisms, the circumferential position of the incomplete thread portion can be detected. Therefore, by transmitting the position in the circumferential direction of the incomplete thread portion to the control system of the flat deformation prevention device of the workpiece, it becomes possible to process the dimensional shape with high accuracy.

第11の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the eleventh invention will be described.

図19は第11の本発明に開示の押しねじり式のワーク送り台の構造を示す説明図である。第5の本発明に開示の螺子体の転造加工方法で主な構造を説明した。軸方向の押し力(背圧)、軸まわりのねじりトルク、軸方向の曲げモーメントの中からワークの均一変形に効果の大きい負荷様式を選択すると装置の構造が単純化されて合理的であることは自明である。また、軸まわりのねじりトルクをワークの両端に作用させる場合、回転駆動機構をワークの両側に設置すれば良い。 FIG. 19 is an explanatory view showing the structure of a push-twist type work feed base disclosed in the eleventh aspect of the present invention. The main structure has been described in the thread rolling method disclosed in the fifth aspect of the present invention. The structure of the device is simplified and rational if a load mode that is effective for uniform deformation of the workpiece is selected from the axial pushing force (back pressure), the torsional torque around the shaft, and the bending moment in the axial direction. Is self-explanatory. In addition, when the torsional torque around the shaft is applied to both ends of the workpiece, the rotation drive mechanism may be installed on both sides of the workpiece.

図4は丸ダイスの転造機によるダイスの開閉とワーク送り台の1サイクル当たりの位置関係を示す説明図である。図19のワークの負荷機構がワークの脱着時のワーク送り台移動の際に、ダイスに干渉する可能性がある。これを防止するにはダイスを大きく開閉する機構が必要であるが、ダイス押し込みの駆動機構は押し力を増加するために開閉速度が小さい傾向である。従って、荷重を要しない高速移動できるダイス開閉機構の併設が好ましい。 FIG. 4 is an explanatory view showing the positional relationship per cycle of the opening / closing of the die and the work feed table by the rolling machine of the round die. The workpiece load mechanism in FIG. 19 may interfere with the die when the workpiece feed base moves when the workpiece is attached or detached. In order to prevent this, a mechanism for greatly opening and closing the dice is necessary, but the drive mechanism for pushing the dice tends to have a low opening and closing speed in order to increase the pushing force. Therefore, it is preferable to provide a die opening / closing mechanism that can move at high speed without requiring a load.

同様に、図19のワークの負荷機構もワークの開閉を高速化する機構の併設が好ましい。また、ワーク両端の取り付けおよび支持機構はワークのセンタ機構による中心軸合わせが必要である。テーパー式の勘合などが適用できるが、勘合面にごみなどの異物が付着しないようにエアー吹きなどの清浄化対策が必要である。 Similarly, the load mechanism of the workpiece in FIG. 19 is preferably provided with a mechanism for speeding up the opening and closing of the workpiece. Further, the attachment and support mechanism at both ends of the work requires center axis alignment by the work center mechanism. A taper type fitting can be applied, but a cleaning measure such as air blowing is required so that foreign matter such as dust does not adhere to the fitting surface.

図19のワークの負荷機構はワークの押し込み量に応じて、ワークの回転に同期して作動する。また、ダイスの送り方向が変化すると、ねじりトルクはこれに合わせて適正な方向を選択する。 The work load mechanism of FIG. 19 operates in synchronization with the rotation of the work in accordance with the pushing amount of the work. Further, when the die feed direction changes, the torsion torque selects an appropriate direction according to this.

ワークの負荷は押し力の荷重制御であるが、ワーク長さが仕上げ寸法に納まるように、長さのフィードバックをする。そのために、荷重計とワーク両端部の位置センサーを設置する。ワークの長さは両端部の位置センサーの移動量とワークの初期長さにより求めることができる。また、直接ワークの長さを測定する機構を利用してもよい。 The load of the work is load control of the pressing force, but the length is fed back so that the work length falls within the finished dimensions. For this purpose, load sensors and position sensors at both ends of the work are installed. The length of the workpiece can be obtained from the amount of movement of the position sensors at both ends and the initial length of the workpiece. Further, a mechanism for directly measuring the length of the workpiece may be used.

第11の本発明の螺子体の転造加工装置により、軸方向の変位拘束が均等化してワークの軸方向変形のばらつきが抑制されるため、高精度な寸法形状の加工が可能になる。 According to the thread rolling apparatus of the eleventh aspect of the present invention, the axial displacement constraint is equalized and the variation in the axial deformation of the workpiece is suppressed, so that highly accurate dimensional shape machining is possible.

第12の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the twelfth invention will be described.

第6の本発明の螺子体の転造加工方法で摩擦拘束を均一化する機構について説明した。転造工程では専用の転造油が潤滑のために使用されるようである。従って、転造機に指定の潤滑機構を適用すればよい。また、ウォームなどモジュールの大きいねじを転造する際には、特許文献2)および特許文献6)に開示のように見かけの進み角を制御する。この場合はワークの加工温度が上昇し難いとの報告があるので、熱ひずみも低減される。 The mechanism for making the frictional constraint uniform in the thread rolling method of the sixth aspect of the present invention has been described. In the rolling process, a dedicated rolling oil seems to be used for lubrication. Therefore, a specified lubrication mechanism may be applied to the rolling machine. Further, when rolling a large screw of a module such as a worm, the apparent advance angle is controlled as disclosed in Patent Document 2) and Patent Document 6). In this case, since there is a report that the processing temperature of the workpiece is difficult to rise, thermal strain is also reduced.

更に熱ひずみを低減する際には、転造油や潤滑剤を水で希釈したエマルジョンをワークやダイスの接触面に直接散布すればよい。その際は、エマルジョンを循環させる潤滑システムを設置すればよい。 In order to further reduce the thermal strain, an emulsion obtained by diluting a rolling oil or a lubricant with water may be sprayed directly on the contact surface of the workpiece or the die. In that case, a lubrication system for circulating the emulsion may be installed.

振動装置による加振を適用する場合は、一般的ではないようであるから、振動発信機の設置を行う。超音波振動などでは振動発信機にワークやダイスを共振させて接触界面の局所的な相対変位を生じるために、ホーンなどを設置する。振動を付加する場所や方向などで共振効果が大きく変化する。予め種々の位置に付加して共振の大きい付加方法を絞り込む。 When applying vibration by a vibration device, it seems that it is not common, so install a vibration transmitter. In the case of ultrasonic vibration, a horn or the like is installed in order to cause a local relative displacement of the contact interface by causing a workpiece or die to resonate with the vibration transmitter. The resonance effect varies greatly depending on the location and direction of vibration. The addition method with large resonance is narrowed down in advance at various positions.

また、本発明の螺子体の転造加工装置はダイスの押し込み、ワーク扁平変形防止、ワーク軸方向拘束など各種の駆動機構を有するので、これら負荷に比較的高い周波数の振動を重畳することができる。これにより、振動発信機をスペースが制限され環境的にも厳しいワーク周辺に設置することなく加振を行うことができる。 In addition, since the thread rolling apparatus of the present invention has various drive mechanisms such as die pressing, work flat deformation prevention, work axis direction restraint, etc., vibrations of relatively high frequency can be superimposed on these loads. . As a result, the vibration transmitter can be vibrated without being installed in the vicinity of a work where space is limited and environmentally strict.

第12の本発明の螺子体の転造加工装置を適用することで、ワークの変形の均一化により酔歩などの低減が期待される。 By applying the thread rolling apparatus according to the twelfth aspect of the present invention, it is expected that random walks and the like are reduced due to uniform deformation of the workpiece.

第13の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the thirteenth invention will be described.

図20は第13の本発明に開示の転造体または螺子体の転造制御システムの流れを示す説明図である。転造機で転造加工を行いながら計測データを採取する。この計測データは制御装置に伝送され制御ロジックに従って駆動機構の指令が生成され転造機に伝送される。転造機の各駆動機構は指令を受けて所定量だけ転造条件を変更する。即ち、基本的な制御フローは典型的なフィードバック制御ループを構成する。 FIG. 20 is an explanatory view showing the flow of the rolling control system for a rolling body or screw disclosed in the thirteenth aspect of the present invention. Collect measurement data while rolling with a rolling machine. The measurement data is transmitted to the control device, and a drive mechanism command is generated according to the control logic and transmitted to the rolling machine. Each drive mechanism of the rolling machine receives a command and changes the rolling conditions by a predetermined amount. That is, the basic control flow constitutes a typical feedback control loop.

計測データとして、扁平荷重、ダイスとワークの間隙, ワークの両端部の背圧, ワークの両端部のトルク, ワークの両端部の回転位置、ワークの長さの何れか1つ以上を含む。また、特許文献1)および特許文献3)に開示のダイス変位、ダイス荷重、ダイス軸トルク、ダイス傾斜角度、ワーク位置の計測データと組み合わせることにより、転造機の工程の状態が把握される。更に、特許文献6)に開示の制御機構と組み合わせることにより、平ダイス転造盤の工程の状態が把握される。 The measurement data includes at least one of a flat load, a gap between the die and the workpiece, back pressure at both ends of the workpiece, torque at both ends of the workpiece, rotational positions at both ends of the workpiece, and the length of the workpiece. Moreover, the state of the process of a rolling machine is grasped | ascertained by combining with the measurement data of the die displacement, the die load, the die shaft torque, the die tilt angle, and the workpiece position disclosed in Patent Literature 1) and Patent Literature 3). Further, by combining with the control mechanism disclosed in Patent Document 6), the state of the process of the flat die rolling machine can be grasped.

駆動機構指令としてワーク把持部の押し引き, ワークの端部の軸方向押し引き, ワークの端部の軸まわりねじりの1つ以上を含む。また、特許文献1)および特許文献3)に開示のダイスの回転軸の傾斜角度、シャトル転造の正逆の切り替え位置、切込み(押込み速度とダイス回転速度比)と組み合わせることにより、転造機を制御することができる。更に、特許文献6)に開示の制御機構と組み合わせることにより、平ダイス転造盤を制御することができる。 The drive mechanism commands include one or more of gripping and pulling of the workpiece gripping, axial pushing and pulling of the workpiece end, and twisting around the axis of the workpiece end. Moreover, by combining the tilt angle of the rotating shaft of the die disclosed in Patent Document 1) and Patent Document 3), the forward / reverse switching position of shuttle rolling, and the cutting (pushing speed and die rotating speed ratio), Can be controlled. Furthermore, a flat die rolling machine can be controlled by combining with the control mechanism disclosed in Patent Document 6).

これらの制御変数は、図12、図13、図15、図19の新機構を制御するために導入された変数であるので、これらの新機構を適正に制御するために必要である。ワーク扁平変形防止装置、軸方向の背圧およびねじりトルクを制御することにより、余剰変形の少ないワークの変形経路を選択することが可能になる。 Since these control variables are variables introduced to control the new mechanisms of FIGS. 12, 13, 15, and 19, they are necessary to properly control these new mechanisms. By controlling the workpiece flat deformation prevention device, the axial back pressure and the torsion torque, it is possible to select a deformation path of the workpiece with less excessive deformation.

第13の本発明の螺子体の転造加工装置を適用することで、ワークの変形の均一化により酔歩などの低減が期待される。 By applying the thread rolling apparatus of the thirteenth aspect of the present invention, it is expected that the random walk and the like are reduced by uniformizing the deformation of the workpiece.

第14の発明である螺子体の転造加工装置の効果について説明する。 The effect of the thread rolling apparatus of the fourteenth invention will be described.

図20は転造体または螺子体の転造制御システムのフローを示す説明図である。第13の本発明に開示のフィードバック制御ループに加えて、制御モデルおよび/または学習制御機能を有する。制御モデルは転造工程を模擬しており多変数入力、多変数出力であり、制御システム本体と協調して多変数制御システムを構成する。 FIG. 20 is an explanatory diagram showing a flow of a rolling control system for a rolling body or a screw body. In addition to the feedback control loop disclosed in the thirteenth aspect of the present invention, a control model and / or a learning control function are provided. The control model simulates the rolling process, has multivariable inputs and multivariable outputs, and constitutes a multivariable control system in cooperation with the control system body.

特許文献1)および特許文献3)に開示の制御システムを組み込んだ転造機は、センサーで測定する状態量に対して目標値を設定して、この目標値に近づくように駆動機構に修正量を指示するフェードバック制御を行う。図20の転造制御システムも個々のセンサーや駆動機構は特許文献1)および特許文献3)に開示の制御システムとほぼ同様である。従って、既存の転造機を流用して、不足する機構を追加すれば容易にハードウェアを構築できる。 A rolling machine incorporating the control system disclosed in Patent Literature 1) and Patent Literature 3) sets a target value for a state quantity measured by a sensor, and sets a correction amount to the drive mechanism so as to approach the target value. Perform instructed fadeback control. The rolling control system of FIG. 20 is also substantially the same as the control system disclosed in Patent Document 1) and Patent Document 3) in terms of individual sensors and drive mechanisms. Therefore, hardware can be easily constructed by diverting existing rolling machines and adding insufficient mechanisms.

図20の転造制御システムの著しい特徴は、制御の目標値が加工中の転造機の各種状態量を最適化するために、全ての駆動機構が協調動作するように生成されることである。そのため、個々の状態量の変化は全ての駆動機構指令に反映される必要があり、多変数制御系を採用する。制御周期が11m秒から36m秒程度を超過する場合は、相互作用の弱い駆動機構を特許文献1)および特許文献3)に開示の制御システムとして、多変数制御系の変数を減少すれば良い。 A significant feature of the rolling control system of FIG. 20 is that the target value of the control is generated so that all the drive mechanisms cooperate in order to optimize the various state quantities of the rolling machine being processed. For this reason, changes in individual state quantities must be reflected in all drive mechanism commands, and a multi-variable control system is employed. When the control period exceeds about 11 ms to 36 ms, the variable mechanism of the multivariable control system may be reduced by using a drive mechanism having a weak interaction as a control system disclosed in Patent Literature 1) and Patent Literature 3).

図5で検討したようにダイスの押し込みによりワークの各部寸法形状が三次元的に複雑に変形する制御対象に対して、余剰変形を最小にするための変形経路を塑性理論で求めて、これに基き多変数制御系で各駆動機構の制御目標値を瞬時に生成する。目標値が決まれば、特許文献1)および特許文献3)に開示の制御システムと同様に各駆動機構を操作して目標の処理を実施する。 As discussed in FIG. 5, a deformation path for minimizing excess deformation is determined by plastic theory for a controlled object in which the dimensions and shape of each part of the workpiece are deformed in a three-dimensionally complex manner by pressing a die. Based on the multivariable control system, the control target value of each drive mechanism is instantly generated. If the target value is determined, each drive mechanism is operated in the same manner as in the control systems disclosed in Patent Document 1) and Patent Document 3) to perform target processing.

制御モデルは多変数制御の中核技術であり、変形経路の計算と制御目標値の生成を処理する。また、学習制御機能は制御モデルのモデルパラメータを制御対象である転造機に適合するように同定する。従って、製造を繰り返すことにより制御モデルが制御対象を忠実に反映するようになるので、製品の寸法形状の精度の向上が期待される。 The control model is the core technology of multivariable control, and it handles deformation path calculation and control target value generation. Further, the learning control function identifies the model parameters of the control model so as to be compatible with the rolling machine that is the control target. Therefore, since the control model faithfully reflects the object to be controlled by repeating manufacturing, an improvement in the accuracy of the dimensional shape of the product is expected.

製品の重要な仕様項目の一つである酔歩は、個々のねじ山の寸法形状誤差が総合的に測定された誤差である。酔歩は転造加工中の計測が困難であるから、加工後の成形体の抜き取り検査でロットの評価を行う。評価した結果を転造工程の条件設定に反映するためには、ワークの三次元変形状態として余剰ひずみの少ない新たな変形履歴を設定して、制御システムの目標値に反映する。 Random walk, which is one of the important specification items of products, is an error in which the dimensional shape error of each screw thread is comprehensively measured. Random walks are difficult to measure during rolling, so lots are evaluated by sampling inspection of the molded product after processing. In order to reflect the evaluated result in the condition setting of the rolling process, a new deformation history with less surplus strain is set as the three-dimensional deformation state of the work and reflected in the target value of the control system.

この作業を制御システムの学習機能として組み込むことで、処理の自動化を促進する。制御モデルのモデルパラメータを学習機能によって最適化することができる。   By incorporating this work as a learning function of the control system, automation of processing is promoted. The model parameters of the control model can be optimized by the learning function.

特許文献1)、特許文献3)および特許文献6)に開示の1入力1出力の古典的な制御ロジックを中心とした制御システムでは制御変数間の影響が考慮し難い。そのため、図12、図13、図15、図19に示す新機構を総合的に最適条件で制御することは困難であった。 In the control system centering on the classic control logic with one input and one output disclosed in Patent Document 1), Patent Document 3) and Patent Document 6), it is difficult to consider the influence between control variables. For this reason, it has been difficult to comprehensively control the new mechanism shown in FIGS. 12, 13, 15, and 19 under optimum conditions.

第14の本発明に開示の図20の転造体または螺子体の転造制御システムでは、既に説明したように各駆動機構を協調させて余剰変形の少ない理想的な変形状態を容易に実現するので、ワークの変形の均一化により酔歩などの低減が期待される。 In the rolling control system of the rolling body or screw body disclosed in the fourteenth aspect of the present invention, as described above, each drive mechanism is coordinated to easily realize an ideal deformation state with little excess deformation. Therefore, reduction of random walks and the like is expected by making the deformation of the workpiece uniform.

第15の発明である転造体の成形体の効果について説明する。 The effect of the molded body of the rolled body according to the fifteenth invention will be described.

第1の本発明に開示の転造加工方法と第7の本発明に開示の転造加工装置を用いて転造された成形体は、図14に開示したワークの扁平変形防止装置の作動原理が作用する。従って、図7に開示のモジュールの大きなねじの扁平変形の発生を防止するのに効果が大きい。 The molded product formed by rolling using the rolling method disclosed in the first aspect of the present invention and the rolling processing apparatus disclosed in the seventh aspect of the present invention is the operating principle of the flat deformation preventing apparatus for workpieces disclosed in FIG. Act. Therefore, the effect of preventing the occurrence of flat deformation of a large screw of the module disclosed in FIG. 7 is great.

第15の本発明の転造体の成形体により、高精度な寸法形状の加工が可能になる。 The molded body of the rolled body according to the fifteenth aspect of the present invention enables processing with a highly accurate dimensional shape.

第16の発明である螺子体の成形体の効果について説明する。 The effect of the molded body of the screw body according to the sixteenth invention will be described.

第2から第6の本発明に開示の転造加工方法と第8から第14の本発明に開示の転造加工装置を用いて転造された螺子体の成形体は、図14に開示したワークの扁平変形防止装置の作動原理が作用する。従って、図7に開示のモジュールの大きなねじの扁平変形の発生を防止するのに効果が大きい。 A formed body of a screw body rolled using the rolling processing methods disclosed in the second to sixth inventions and the rolling processing apparatus disclosed in the eighth to fourteenth inventions is disclosed in FIG. The working principle of the flat deformation prevention device for the workpiece acts. Therefore, the effect of preventing the occurrence of flat deformation of a large screw of the module disclosed in FIG. 7 is great.

第16の本発明の螺子体の成形体により、高精度な寸法形状の加工が可能になる。 The molded body of the screw body according to the sixteenth aspect of the present invention enables highly accurate dimensional processing.

第17の発明である螺子体の成形体の効果について説明する。 The effect of the molded body of the screw body according to the seventeenth invention will be described.

ワークの歯間の歯底の形状が変曲点を持たない単調関数の区分的連続曲線で表現される。転造加工中にダイスのねじ溝の形状に沿って塑性流動する材料の流れの方向で見たときに、材料は変曲点を持たない滑らかな流線を描く傾向にある。歯底(ねじの溝底)の形状が変曲点を持つと、その部分で材料は滑らかに流れようとするのでダイスから剥がれる不自然な塑性流動を生じる傾向がある。 The shape of the tooth bottom between the teeth of the workpiece is expressed by a piecewise continuous curve of a monotonic function having no inflection point. When viewed in the direction of the flow of the material that plastically flows along the shape of the thread groove of the die during the rolling process, the material tends to draw smooth streamlines without inflection points. If the shape of the bottom of the tooth (the groove bottom of the screw) has an inflection point, the material tends to flow smoothly at that portion, which tends to cause an unnatural plastic flow that peels from the die.

また、ねじの溝底を頂点にして滑らかに変化する理想的なねじの形状を、区分的に連続する単調に変化する線を用いて良好に近似することができる。予備成形試験などを行って材料の流動方向を求めた後、この方向に滑らからなねじ形状を設計すると理想に近いねじ形状を転造することができる。 Also, an ideal screw shape that smoothly changes with the groove bottom of the screw as a vertex can be satisfactorily approximated by using a piecewise and continuously changing line. After obtaining a flow direction of the material by performing a preforming test or the like, if a smooth screw shape is designed in this direction, a screw shape close to ideal can be rolled.

特許文献1)に開示のウォームは自動車用のパワーステアリングの部品として樹脂性の歯車と組み合わせて使用される。この場合、柔らかい樹脂の歯の幾何学的形状を適正化して強度を向上するために、ウォームの曲線歯厚は歯底の間隔より小さいものとする。 The worm disclosed in Patent Document 1) is used in combination with a resin gear as a power steering component for automobiles. In this case, in order to optimize the geometric shape of the soft resin teeth and improve the strength, the curved tooth thickness of the worm is assumed to be smaller than the interval between the roots.

近年は、計算機を援用したCADにより機械部品の設計を行い、CAMにより数値制御で加工する。従って、人間にとって作図が容易な円弧や直線などの形状に拘泥せずに、塑性理論にもとづく合理的な形状を採用してもCADやCAMで容易に吸収できるので作業性は悪化せず、むしろ理想的なねじ山形状を成形できる利点が大きい。 In recent years, machine parts are designed by CAD using a computer and processed by numerical control by CAM. Therefore, even if a reasonable shape based on plastic theory is adopted without being limited to shapes such as arcs and straight lines that are easy for humans to draw, workability is not deteriorated because it can be easily absorbed by CAD or CAM. The advantage of forming an ideal thread shape is great.

第17の本発明の螺子体の成形体により、高精度な寸法形状の加工が可能になる。 According to the molded body of the screw body of the seventeenth aspect of the present invention, highly accurate dimensional shape processing is possible.

本発明は転造体または螺子体を転造加工するための転造加工方法、加工装置および成形体に関する。   The present invention relates to a rolling method, a processing apparatus, and a molded body for rolling a rolled body or a screw body.

転造加工により成形体に導入される余剰ひずみを低減するために、ワーク扁平変形防止装置と軸方向の負荷機構を配設したことを特徴とするハードウェアと、余剰ひずみ低減の変形路を実現する多変数制御を適用することを特徴とするソフトウェアを融合することで、次世代型の知能転造機を構想した。   In order to reduce the excess strain introduced into the compact by rolling, the hardware features a flat deformation prevention device and an axial load mechanism, and a deformation path that reduces excess strain is realized. The next generation intelligent rolling machine was conceived by fusing software characterized by applying multivariable control.

そして、モジュールが大きいため歯の酔歩が発生し易い自動車のパワーステアリング用のウォームの成形を対象に実施例を開示した。実施例は本発明を実施するための最良の形態の一つであり、開示した技術は制御システムを調整することによりウォームだけでなく、一般的な螺子体や各種転造体の高精度な寸法形状の成形にも格段の効果が期待される。   And the Example was disclosed for the shaping | molding of the worm | worm for power steering of the motor vehicle which a tooth | gear walk of a tooth | gear easily generate | occur | produces because a module is large. The embodiment is one of the best modes for carrying out the present invention, and the disclosed technique is not only a worm by adjusting a control system, but also high-precision dimensions of general screw bodies and various rolled bodies. A remarkable effect is also expected for shape molding.

そのため、本発明の転造体または螺子体を転造加工するための転造加工方法、加工装置および成形体では、余剰変形が少ない自然な材料変形を実現するので、高精度な寸法形状の加工が可能になる。   For this reason, the rolling method, processing apparatus, and molded body for rolling the rolled body or screw body of the present invention realize natural material deformation with little excess deformation, so that processing of a highly accurate dimensional shape is possible. Is possible.

従来技術の丸ダイス転造機の外観図を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the external view of the round die rolling machine of a prior art. 従来技術の丸ダイス転造機の制御システムの説明図である。It is explanatory drawing of the control system of the round die rolling machine of a prior art. 従来技術の丸ダイス転造機による転造加工を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the rolling process by the round die rolling machine of a prior art. 従来技術の丸ダイス転造における1サイクル当たりのワークとダイスの位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the workpiece | work and die per cycle in the round die rolling of a prior art. 従来技術のワークの加工前後の外観と三次元変形状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the external appearance before and behind a process of a workpiece | work of a prior art, and a three-dimensional deformation state. 従来技術で生じるねじのピッチ円筒径、外径の偏平変形による誤差を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the error by the flat deformation of the pitch cylindrical diameter and outer diameter of the screw which arise in a prior art. 従来技術のモジュールの大きなねじの扁平変形の発生機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the generation | occurrence | production mechanism of the flat deformation of the big screw of the module of a prior art. 針金の曲げ曲げ戻しにおける不均一変形の発生機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the generation | occurrence | production mechanism of the non-uniform | heterogenous deformation in the bending bending return of a wire. 従来技術の切り欠き付きウォーム素材のねじ山の転造工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the rolling process of the thread of the worm material with a notch of a prior art. 従来技術の転造圧調整用カムの概観と機能を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the general appearance and function of the cam for rolling pressure adjustment of a prior art. 従来技術のワーク扁平とワーク中心軸の傾斜を1条ねじの場合に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the inclination of the workpiece | work flatness of a prior art, and a workpiece | work center axis | shaft in the case of a single thread | screw. 本発明の丸ダイス取付台に埋め込み式の扁平変形防止装置の特徴を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the embedding type flat deformation prevention apparatus in the round die mounting base of this invention. 本発明の平ダイス取付台に埋め込み式の扁平変形防止装置の特徴を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the characteristic of the embedding type flat deformation prevention apparatus in the flat die mounting base of this invention. 本発明の扁平変形防止装置の作動原理を1条ねじの場合に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operating principle of the flat deformation | transformation prevention apparatus of this invention in the case of a single thread | screw. 本発明の回転とスライド自由のワーク両端支持機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the workpiece | work both-ends support mechanism of the rotation and slide freedom of this invention. 本発明の不完全ねじ部トラッキング方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the incomplete thread part tracking method of this invention. 従来技術のワークの軸長増加現象を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the axial length increase phenomenon of the workpiece | work of a prior art. 従来技術の有限要素解析によるねじ端部のねじれ変形シミュレーション結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the twist deformation simulation result of the screw end part by the finite element analysis of a prior art. 本発明の押しねじり式ワーク送り台の機構を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mechanism of the push-torsion type work feed stand of this invention. 本発明の転造体または螺子体の転造制御システムを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the rolling control system of the rolling body or screw body of this invention.

1,2,3,4,5 ワークの両端のねじれ回転の順番
10 丸ダイス取り付け台
11 丸ダイス
12 ワーク
13 ワーク扁平変形防止装置の駆動機構
14 ワーク端部支持機構
15 把持工具
16 ダイス移動台
17 はり軸
20 コラム
21 平ダイス
22 摺動台
23 コラムベース
30 センタ
31 ワーク端部支持機構
32 ワーク端部支持機構の直動軸受け
33 ワーク端部支持機構の軸受け
40 ワーク軸方向力の駆動機構
41 回転駆動機構
42 トルク伝達軸
43 押し込み台
44 はり軸
1, 2, 3, 4, 5 Order of twist rotation of both ends of work 10 Round die mounting base 11 Round die 12 Work 13 Driving mechanism 14 of work flat deformation prevention device Work end support mechanism 15 Holding tool 16 Die moving base 17 Beam shaft 20 Column 21 Flat die 22 Slide table 23 Column base 30 Center 31 Work end support mechanism 32 Linear motion bearing of work end support mechanism 33 Bearing of work end support mechanism 40 Drive mechanism 41 of work axial force Drive mechanism 42 Torque transmission shaft 43 Push base 44 Beam shaft

Claims (17)

任意のダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期して該ワークと該ダイス、該ダイスの取り付け台、該ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷することにより、該ワークと該ダイスの相対位置を目標状態に保持するとともに、該ダイスにより該ワークを転造加工することを特徴とする転造体の転造加工方法。 A pushing force and / or a pulling force is applied between the workpiece and the die, the die mounting base, or the structural member supporting the die in synchronization with the rotation of the workpiece at an arbitrary die pushing position. The rolling process method for a rolled body, characterized in that the relative position between the workpiece and the die is maintained in a target state, and the workpiece is rolled by the die. ダイスが丸ダイスまたは平ダイスであり、任意の該ダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期して該ワークと該ダイス、該ダイスの取り付け台、該ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷することにより、該ワークと該ダイスの相対位置を目標状態に保持するとともに、該ダイスにより該ワークを転造加工することを特徴とする螺子体の転造加工方法。 The die is a round die or a flat die, and the workpiece and any of the die, the die mounting base, and the structural member that supports the die are synchronized with the rotation of the workpiece at an arbitrary pushing position of the die. Rolling process of a screw body characterized by holding a relative position between the workpiece and the die in a target state by applying a pushing force and / or a pulling force, and rolling the workpiece with the die Method. 該ワークの中心軸まわりの回転と中心軸方向の移動を可能に支持しながら、該ワークと該ダイス、該ダイスの取り付け台、該ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷することを特徴とする請求項2に記載の螺子体の転造加工方法。 While supporting the rotation around the center axis of the work and the movement in the direction of the center axis, the pressing force and / or between the work and the die, the die mounting base, and the structural member supporting the die Or the pulling force is loaded, The rolling process method of the screw body of Claim 2 characterized by the above-mentioned. 該ワークの不完全ねじ部の周方向位置を該ワークの回転パルス検出および/または荷重変動検出によりトラッキングを行なって該ワークの回転と同期することを特徴とする請求項2および請求項3に記載の螺子体の転造加工方法。 4. The circumferential position of the incomplete thread portion of the workpiece is tracked by detecting a rotation pulse of the workpiece and / or detecting a load variation, and synchronized with the rotation of the workpiece. A method of rolling a screw body. 該ワークに軸方向力および/または軸まわりのねじりトルクを負荷しながら転造加工するとともに、所望により該ワーク中心軸の曲げモーメントを負荷することを特徴とする請求項2乃至請求項4に記載の螺子体の転造加工方法。 The rolling work is performed while applying an axial force and / or a torsional torque about the axis to the workpiece, and a bending moment of the workpiece central axis is applied as desired. A method of rolling a screw body. 該ワークのクーラントによる強制潤滑および/または振動装置による加振を適用することを特徴とする請求項2乃至請求項5に記載の螺子体の転造加工方法。 6. The thread rolling method according to claim 2, wherein forced lubrication with coolant of the workpiece and / or vibration with a vibration device is applied. 任意のダイスの押し込み位置においてワークの回転に同期して該ワークと該ダイス、該ダイスの取り付け台、該ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷する駆動機構を有することを特徴とする転造体の転造加工装置。 Drive in which a pressing force and / or a pulling force is applied between any one of the workpiece, the die, a mounting base of the die, and a structural member supporting the die in synchronism with the rotation of the workpiece at an arbitrary die pushing position. A rolling device for a rolled product, characterized by having a mechanism. 該ダイスが丸ダイスまたは平ダイスであり、任意の該ダイスの押し込み位置において該ワークの回転に同期して該ワークと該ダイス、該ダイスの取り付け台、該ダイスを支持する構造部材の何れかの間で押し力および/または引き力を負荷する駆動機構を有することを特徴とする螺子体の転造加工装置。 The die is a round die or a flat die, and any one of the workpiece and the die, a mounting base for the die, and a structural member for supporting the die in synchronization with the rotation of the workpiece at an arbitrary pushing position of the die A screw thread rolling apparatus having a drive mechanism for applying a pushing force and / or a pulling force between them. 該ワークの中心軸まわりの回転と中心軸方向の移動を可能に支持する該ワークの両端部の支持機構を有することを特徴とする請求項8に記載の螺子体の転造加工装置。 9. The thread rolling apparatus according to claim 8, further comprising a support mechanism at both ends of the workpiece that supports the rotation around the center axis of the workpiece and the movement in the direction of the center axis. 該ワークの不完全ねじ部を検出する該ワークの回転パルス検出機構および/または荷重変動検出機構を有することを特徴とする請求項8および請求項9に記載の螺子体の転造加工装置。 10. The thread rolling apparatus according to claim 8, further comprising a rotation pulse detection mechanism and / or a load fluctuation detection mechanism for detecting an incomplete thread portion of the workpiece. 該ワークに軸方向力および/または軸まわりのねじりトルクを負荷するとともに、所望により該ワーク中心軸の曲げモーメントを負荷する駆動機構を有することを特徴とする請求項8乃至請求項10に記載の螺子体の転造加工装置。 11. The drive mechanism according to claim 8, further comprising an axial force and / or a torsional torque around the shaft, and a bending mechanism that loads a bending moment of the central axis of the workpiece as desired. Screw body rolling processing device. 該ワークのクーラントによる強制潤滑機構および/または該ワークを振動させる振動機構を有することを特徴とする請求項8乃至請求項11に記載の螺子体の転造加工装置。 The thread rolling apparatus according to any one of claims 8 to 11, further comprising a forced lubrication mechanism using the coolant of the workpiece and / or a vibration mechanism for vibrating the workpiece. 計測データとして扁平荷重、該ダイスと該ワークの間隙, 該ワークの両端部の背圧, 該ワークの両端部のトルク, 該ワークの両端部の回転位置、該ワークの長さの何れか1つ以上を含み、駆動機構指令として該ワーク把持部の押し引き, 該ワークの端部の軸方向押し引き, 該ワークの端部の軸まわりねじりの1つ以上を含む制御システムを有することを特長とする請求項8乃至請求項12に記載の螺子体の転造加工装置。 As measurement data, any one of flat load, gap between the die and the workpiece, back pressure at both ends of the workpiece, torque at both ends of the workpiece, rotational positions at both ends of the workpiece, and length of the workpiece Including a control system including one or more of a push / pull of the work gripping part, an axial push / pull of the end of the work, and a torsion around the axis of the end of the work as a drive mechanism command. The thread rolling apparatus according to any one of claims 8 to 12. 該制御システムが多変数制御システムであり、制御モデルおよび/または学習制御機能を有することを特長とする請求項8乃至請求項13に記載の螺子体の転造加工装置。 14. The thread rolling apparatus according to claim 8, wherein the control system is a multivariable control system and has a control model and / or a learning control function. 請求項1に記載の転造加工方法および/または請求項7に記載の転造加工装置により製造されることを特長とする転造体の成形体。 A formed body of a rolled body, characterized by being produced by the rolling method according to claim 1 and / or the rolling apparatus according to claim 7. 請求項2乃至請求項6に記載の転造加工方法および/または請求項8乃至請求項14に記載の転造加工装置により製造されることを特長とする螺子体の成形体。 A molded body of a screw body, characterized by being manufactured by the rolling processing method according to claim 2 and / or the rolling processing apparatus according to claims 8 to 14. 該ワークの歯間の歯底の形状が変曲点を持たない単調関数の区分的連続曲線で表現され、所望により歯厚は歯底の間隔より小さいものであることを特徴とする請求項16に記載の螺子体の成形体。 The shape of the tooth bottom between the teeth of the workpiece is expressed by a piecewise continuous curve having a monotonic function having no inflection point, and the tooth thickness is smaller than the interval between the tooth bottoms if desired. A molded body of the screw body according to 1.
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