JP2019214064A - Workpiece processing device and workpiece processing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、長手方向に径が変化する部分を有するワークを製造するのに適したワーク加工装置と加工方法に関する。 The present invention relates to a work processing apparatus and a work method suitable for manufacturing a work having a portion whose diameter changes in a longitudinal direction.
コイルばねを軽量化するための一つの手段として、コイルばねに生じる応力を均一に近付けることが有効である。コイルばねの材料は鋼製のロッド部材(ワイヤ)である。コイルばねの応力分布をなるべく均一にするために、長手方向(軸線方向)に径が変化するロッド部材を用いることも提案されている。 As one means for reducing the weight of the coil spring, it is effective to make the stress generated in the coil spring closer to uniformity. The material of the coil spring is a steel rod member (wire). In order to make the stress distribution of the coil spring as uniform as possible, it has also been proposed to use a rod member whose diameter changes in the longitudinal direction (axial direction).
長手方向に径が変化するロッド部材を製造する手段として、例えば切削や研磨等の機械加工をはじめとして、スェージングマシンによる縮径加工(塑性加工)、あるいは特殊な形状の圧延ロールを用いた塑性加工などが知られている。また特許文献1あるいは特許文献2に開示されているように、加熱されたワークを第1ローラと第2ローラとの間で引っ張ることにより、軟化した個所を引き延ばして細くするダイレス加工装置も提案されている。
Means for producing rod members whose diameter changes in the longitudinal direction include, for example, machining such as cutting and polishing, diameter reduction processing (plastic processing) by a swaging machine, or plastic processing using a specially shaped rolling roll. Processing is known. Further, as disclosed in
研削や研磨等の機械加工によってワークの径を小さくするには加工時間が長くかかり、しかも材料の無駄が多いなどの問題がある。これに対しスェージングマシンを使用する塑性加工は、型によってワークを強打するため騒音が大きく、しかも作業時間が長くかかるなどの問題がある。特殊な圧延ロールを用いてワークを塑性加工する方法では、加工後の形状が圧延ロールに依存するため汎用性に欠ける。一方、ダイレス加工装置は、加工後のワークの形状や径が設計値(目標値)どおりにならないことがあり、ワークの温度管理や第1ローラおよび第2ローラの周速度の管理が難しいという問題がある。 Reducing the diameter of the work by machining such as grinding or polishing requires a long processing time and wastes material. On the other hand, the plastic working using a swaging machine has a problem that the work is struck by a die, so that the noise is large and the working time is long. The method of plastic working a workpiece using a special rolling roll lacks versatility because the shape after processing depends on the rolling roll. On the other hand, in the dieless processing apparatus, the shape and diameter of the work after processing may not be as designed values (target values), and it is difficult to control the temperature of the work and the peripheral speeds of the first roller and the second roller. There is.
従って本発明の目的は、棒状のワークを高精度にかつ能率良く製造することができるワーク加工装置とワークの加工方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a work processing apparatus and a work processing method capable of manufacturing a rod-shaped work with high accuracy and efficiency.
本発明に係るワーク加工装置は、遊星機構の太陽車に相当する位置に配置されたワークに対して惑星車に相当する位置に配置され、前記ワークに対して滑ることなく自転軸を中心に回転する複数のローラと、前記複数のローラのうち少なくとも1つのローラを前記自転軸を中心に強制的に回転させることにより前記ワークも回転させる回転機構と、前記複数のローラを前記ワークの外周面に押圧する加圧機構と、前記ローラの前記自転軸を前記ワークの回転軸に対して傾ける揺動機構と、前記複数のローラの傾斜角度が互いに等しくなるよう前記揺動機構を制御する手段とを具備している。そして前記ワークの外周面と前記ローラとの接点が螺旋形の軌跡を描くように前記揺動機構によって前記ローラの傾斜角度が制御される。 The work processing apparatus according to the present invention is disposed at a position corresponding to a planetary wheel with respect to a work disposed at a position corresponding to a sun wheel of a planetary mechanism, and rotates around a rotation axis without slipping on the work. A plurality of rollers, a rotating mechanism for also rotating the work by forcibly rotating at least one of the plurality of rollers about the rotation axis, and the plurality of rollers on the outer peripheral surface of the work. A pressure mechanism for pressing, a rocking mechanism for tilting the rotation axis of the roller with respect to a rotation axis of the work, and a means for controlling the rocking mechanism so that the inclination angles of the plurality of rollers are equal to each other. I have it. Then, the tilt angle of the roller is controlled by the swing mechanism so that the contact point between the outer peripheral surface of the work and the roller draws a spiral trajectory.
ワーク加工装置の1つの実施形態は、ワークを挟む位置に配置された複数の回転可能なローラを含むローラユニットと、前記複数のローラのうち少なくとも1つのローラを回転させる回転機構と、前記各ローラを前記ワークの外周面に押圧する加圧機構と、揺動機構と、制御部とを具備している。前記ローラユニットの各ローラ(一組のローラ)は、それぞれ、回転方向に関して前記ワークに近付く側の回転前半部と、前記ワークから離れる側の回転後半部とを有している。前記揺動機構は、前記各ローラが配置されている側から各ローラを見て、前記ワークの軸線と直角な面に対し前記ローラのなす角度が0°の中立位置を境に、前記各ローラの回転前半部側を第1の軸線方向と第2の軸線方向とに傾ける。前記制御部は、前記各ローラが配置されている側から各ローラを見て、前記各ローラの回転前半部が傾く方向と傾斜角度とが、各ローラごとに同じとなるよう前記揺動機構を制御する。 One embodiment of the work processing apparatus includes a roller unit including a plurality of rotatable rollers disposed at positions sandwiching the work, a rotation mechanism that rotates at least one of the plurality of rollers, and each of the rollers. A pressure mechanism for pressing the outer peripheral surface of the work, a swing mechanism, and a control unit. Each roller (a set of rollers) of the roller unit has a first half of rotation on the side approaching the work and a second half of rotation on the side away from the work in the rotation direction. The oscillating mechanism looks at each roller from the side where the rollers are arranged, and when the angle formed by the rollers with respect to a plane perpendicular to the axis of the work is 0 °, the rollers are separated from each other. Is inclined in the first axial direction and the second axial direction. The control unit looks at each roller from the side where each roller is disposed, and controls the swing mechanism so that the direction and angle of inclination of the first half of the rotation of each roller are the same for each roller. Control.
前記制御部の一例では、前記ワークを第1の軸線方向に移動させるとき、前記各ローラの回転前半部側をそれぞれ前記第2の軸線方向に傾けかつ前記各ローラの前記傾斜角度が互いに同じとなるよう前記揺動機構を制御し、前記ワークを第2の軸線方向に移動させるときには、前記各ローラの回転前半部側をそれぞれ前記第1の軸線方向に傾けかつ前記各ローラの前記傾斜角度が互いに同じとなるよう前記揺動機構を制御してもよい。 In an example of the control unit, when the work is moved in the first axis direction, the rotation first half side of each roller is inclined in the second axis direction, and the inclination angle of each roller is the same as each other. When the swing mechanism is controlled to move the work in the second axis direction, the rotation first half side of each roller is inclined in the first axis direction, and the inclination angle of each roller is The swing mechanisms may be controlled to be the same as each other.
前記ワークを軸線まわりに回転自在に支持するガイド部をさらに備えてもよい。また前記ワークの位置を検出するセンサと、前記ワークの径を検出するセンサとを備えているとよい。さらに前記ローラユニットが、前記ワークの周方向の3か所に配置された3個の前記ローラを備えてもよい。 The apparatus may further include a guide section that supports the work rotatably about an axis. Further, it is preferable that a sensor for detecting the position of the work and a sensor for detecting the diameter of the work are provided. Furthermore, the roller unit may include three rollers arranged at three locations in the circumferential direction of the workpiece.
1つの実施形態に係るワーク加工方法は、複数のローラの間に棒状のワークを配置し、前記各ローラを前記ワークの外周面に押圧する。前記ワークを第1の軸線方向に移動させるとき、前記各ローラの回転前半部側を前記ワークの軸線と直角な面に対して0°の中立位置から第2の軸線方向に傾ける。前記各ローラを前記ワークに押圧した状態において、前記各ローラを第1の回転方向に回転させることにより、前記ワークを第2の回転方向に回転させるとともに、前記ワークを第1の軸線方向に移動させる。前記ワークを第2の軸線方向に移動させるときには、前記各ローラの回転前半部側を前記中立位置から前記第1の軸線方向に傾ける。前記各ローラを前記ワークに押圧した状態において、前記各ローラを前記第1の回転方向に回転させることにより、前記ワークを前記第2の回転方向に回転させるとともに、前記ワークを第2の軸線方向に移動させる。 In a work processing method according to one embodiment, a rod-shaped work is arranged between a plurality of rollers, and each roller is pressed against an outer peripheral surface of the work. When the work is moved in the first axis direction, the first rotation half of each roller is inclined in the second axis direction from a neutral position of 0 ° with respect to a plane perpendicular to the axis of the work. By rotating each roller in a first rotation direction while each roller is pressed against the work, the work is rotated in a second rotation direction and the work is moved in a first axial direction. Let it. When the work is moved in the second axial direction, the first rotation half of each roller is inclined from the neutral position in the first axial direction. In a state where each roller is pressed against the work, the work is rotated in the second rotation direction by rotating each roller in the first rotation direction, and the work is moved in the second axial direction. Move to
このワーク加工方法において、第1の軸線方向の移動の際に前記ワークの径を小さくする第1の縮径加工を行い、前記第2の軸線方向の移動の際に前記ワークの径をさらに小さくする第2の縮径加工を行ってもよい。また前記ワークの径を検出し、ワークの径が所定値となるよう前記第1の縮径加工と前記第2の縮径加工とを行ってもよい。さらに前記ワークの径が所定値となるまで前記第1の縮径加工と前記第2の縮径加工とを繰り返してもよい。 In this work processing method, first diameter reduction processing is performed to reduce the diameter of the work when moving in the first axis direction, and the diameter of the work is further reduced when moving in the second axis direction. May be performed. In addition, the diameter of the workpiece may be detected, and the first diameter reduction processing and the second diameter reduction processing may be performed so that the workpiece diameter becomes a predetermined value. Further, the first diameter reduction processing and the second diameter reduction processing may be repeated until the diameter of the work reaches a predetermined value.
本発明によれば、ワークの搬送(第1の軸線方向の移動および第2の軸線方向の移動)と加工を一組のローラによって同時に行うことができる。例えばローラによってワークが弾性限度内で押圧される場合にはワークの搬送のみとなる。ローラによってワークが弾性限度を超える荷重で押圧される場合には、ワークの搬送と縮径加工とを同時に行うことができる。また必要に応じてワークの移動方向を切換えて、ワークの長手方向の少なくとも一部に縮径加工を何度か繰り返すこともできる。本発明のワーク加工装置とワークの加工方法によれば、長手方向に径が変化する部分を有する棒状のワークを一組のローラを用いて高精度にかつ能率良く製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, conveyance of a workpiece | work (movement of a 1st axial direction and movement of a 2nd axial direction) and processing can be performed simultaneously by one set of rollers. For example, when the work is pressed within the elastic limit by the roller, only the work is transported. When the work is pressed by the roller with a load exceeding the elastic limit, the transfer of the work and the diameter reduction processing can be performed simultaneously. Further, if necessary, the workpiece moving direction can be switched, and the diameter reduction processing can be repeated several times in at least a part of the workpiece in the longitudinal direction. According to the work processing apparatus and the work processing method of the present invention, a rod-shaped work having a portion whose diameter changes in the longitudinal direction can be manufactured with high precision and efficiency using a set of rollers.
以下に1つの実施形態に係るワーク加工装置と加工方法について、図1から図7を参照して説明する。
図1はワーク加工装置10を模式的に示す平面図、図2はワーク加工装置10の正面図である。このワーク加工装置10は、例えば断面が円形の棒状のワークWの長手方向(軸線Xに沿う方向)の少なくとも一部に、径が変化する部分(例えばテーパ部W1や小径部W2)を形成することができる。
Hereinafter, a workpiece processing apparatus and a processing method according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 7.
FIG. 1 is a plan view schematically showing the workpiece machining apparatus 10, and FIG. 2 is a front view of the workpiece machining apparatus 10. The workpiece processing apparatus 10 forms a portion (for example, a tapered portion W1 or a small-diameter portion W2) whose diameter changes in at least a part of a bar-shaped workpiece W having a circular cross section in a longitudinal direction (a direction along the axis X). be able to.
ワーク加工装置10は、ワークWを加工する際に変形しないような剛性を有するベース部材11と、ベース部材11上に配置されたローラユニット12とを含んでいる。ローラユニット12は、少なくとも2個のローラ13,14と、ローラ13,14を保持するローラホルダ15,16とを備えている。ローラ13,14は、自転軸17,18を中心に回転することができる。
The work processing apparatus 10 includes a base member 11 having rigidity so as not to be deformed when processing the work W, and a
またこのワーク加工装置10は、ローラ13,14を回転させるための回転機構20,21と、ローラ13,14をワークWの外周面W3に向けて押圧する加圧機構30,31と、ローラ13,14を傾けるための揺動機構40,41と、制御部(コントローラ)50とを含んでいる。回転機構20,21は、ワークWに接しているローラ13,14を、自転軸17,18を中心に強制的に回転させる。
The work processing apparatus 10 includes
図3は、図2に示されたローラユニット12を拡大した正面図である。ローラユニット12は、一組のローラ13,14を有している。ローラ13,14は、ワークWを径方向に挟む位置に互いに対向して配置されている。これらローラ13,14は、ローラホルダ15,16に設けられた自転軸17,18を中心に、一定の回転方向(第1の回転方向R1)に同一の周速度で回転する。ローラ13,14が第1の回転方向R1に回転すると、ローラ13,14に接しているワークWは、ローラ13,14との間の摩擦によって、第2の回転方向R2に回転する。ローラホルダ15,16にはそれぞれ支軸(揺動軸)15a,16aが設けられている。
FIG. 3 is an enlarged front view of the
遊星機構にたとえると、ワークWは太陽車に相当する位置に配置され、ローラ13,14は惑星車に相当する位置に配置されている。ローラ13,14はワークWに対して滑ることなく自転軸17,18を中心に回転する。ローラ13,14が回転すると、ワークWが軸線Xを中心に回転する。すなわちワークWの軸線XはワークWの回転軸でもある。
When compared to a planetary mechanism, the work W is disposed at a position corresponding to a sun wheel, and the
各ローラ13,14は、回転機構20,21(図1に示す)によって、第1の回転方向R1に、同一の周速度で回転するようになっている。各ローラ13,14の外周は、回転方向(R1)に関して、ワークWに近付く側の回転前半部13a,14aと、ワークWから離れる側の回転後半部13b,14bとを有している。
The
図3に示されるように一方のローラ13の回転前半部13aは、ローラ13の全周のうち、ローラ13とワークWとが接する個所P1から回転方向に関して上流側の半周の部分である。ローラ13の回転後半部13bは、ローラ13とワークWとが接する個所P1から回転方向に関して下流側の半周の部分である。他方のローラ14の回転前半部14aは、ローラ14の全周のうち、ローラ14とワークWとが接する個所P2から回転方向に関して上流側の半周の部分である。ローラ14の回転後半部14bは、ローラ14とワークWとが接する個所P2から回転方向に関して下流側の半周の部分である。
As shown in FIG. 3, the
回転機構20,21は、それぞれモータ61,62を有している。モータ61,62は制御部50によって制御される。モータ61,62の出力軸61a,62aは、自在継手63,64を介して、ローラ13,14の自転軸17,18に接続されている。第1のローラ13の自転軸17とモータ61の出力軸61aとがなす角度は自在継手63によって吸収される。第2のローラ14の自転軸18とモータ62の出力軸62aとがなす角度は自在継手64によって吸収される。
The
ローラ13,14は、モータ61,62が生じるトルクによって、自転軸17,18を中心に一方向(第1の回転方向R1)に回転する。なおローラの数は2個に限らず、3以上であってもよい。また複数のローラのうち、少なくとも1つのローラを回転機構によって回転させ、残りのローラを従動回転させてもよい。
The
加圧機構30,31は、ローラホルダ15,16を支持する可動フレーム70,71と、可動フレーム70,71をワークWの径方向に移動させる駆動部72,73と、可動フレーム70,71の移動を案内するリニヤガイド74,75とを含んでいる。ローラホルダ15,16は、支軸(揺動軸)15a,16aを中心に回動することができるように、可動フレーム70,71に支持されている。
The
ローラ13,14は、加圧機構30,31によって、ワークWの外周面W3に向けて押圧される。加圧機構30,31の駆動部72,73は、アクチュエータ80,81と、アクチュエータ80,81が発生する駆動力を可動フレーム70,71に伝える力伝達部82,83(図2に示す)とを備えている。力伝達部82,83の一例は送りねじ(リードスクリュー)であるが、それ以外の力伝達部材を用いてもよい。アクチュエータ80,81は、制御部50によって回転方向と回転位置とを制御可能なパルスモータ等の回転電機を用いることができる。アクチュエータ80,81に油圧モータや油圧シリンダ等の流体圧ユニットを使用してもよい。
The
揺動機構40,41は、ローラ13,14を第1の軸線方向X1と第2の軸線方向X2とに傾けるためのアクチュエータ90,91を有している。すなわち揺動機構40,41は、ローラホルダ15,16によって保持されているローラ13,14の回転前半部13a,14a側を、中立位置N(図5と図7に示す)を境に、第1の軸線方向X1と第2の軸線方向X2とに傾ける機能を有している。ローラホルダ15,16は、それぞれ支軸15a,16aを中心として回動する。このように揺動機構40,41は、ローラ13,14の自転軸17,18をワークWの回転軸(軸線X)に対して傾けるようになっている。
The
図4は、第1のローラ13の回転前半部13aと第2のローラ14の回転前半部14aとがそれぞれ第2の軸線方向X2に傾いた状態を示している。図5は、第1のローラ13が配置されている側から見たローラユニット12の側面図である。この明細書では、ワークWの軸線Xと直角な面Y1(図5に示す)に対して、自転軸17,18と直角なローラ13,14の回転面Y2,Y2´がなす角度θ1,θ1´をローラの傾斜角度(ピッチ角)と称している。傾斜角度θ1,θ1´が0°のとき、ローラ13,14は中立位置である。
FIG. 4 shows a state in which the first half of
図5に示されるように第1のローラ13が配置されている側から見ると、第1のローラ13の回転前半部13aは、ワークWの軸線Xと直角な中立位置Nに対し、傾斜角度θ1をなして第2の軸線方向X2に傾いている。第2のローラ14の回転前半部14aも、中立位置Nに対し、傾斜角度θ1´をなして第2の軸線方向X2に傾いている。傾斜角度θ1,θ1´は互いに同じ角度である。説明の都合上、図5では傾斜角度θ1,θ1´を誇張して大きく描いたが、実際の傾斜角度θ1,θ1´は数度以下の小さな角度(例えば1°程度)である。
When viewed from the side where the
図6は、第1のローラ13の回転前半部13aと第2のローラ14の回転前半部14aがそれぞれ第1の軸線方向X1に傾いた状態を示している。図7は、第1のローラ13が配置されている側から見たローラユニット12の側面図である。
FIG. 6 shows a state in which the
図7に示すように第1のローラ13が配置されている側から見ると、第1のローラ13の回転前半部13aは、ワークWの軸線Xと直角な面Y1に対し、ローラ13の回転面Y2が傾斜角度θ2をなして第1の軸線方向X1に傾いている。第2のローラ14の回転前半部14aも、ワークWの軸線Xと直角な面Y1に対し、ローラ14の回転面Y2´が傾斜角度θ2´をなして第1の軸線方向X1に傾いている。傾斜角度θ2,θ2´は互いに同じ角度である。説明の都合上、図7では傾斜角度θ2,θ2´を誇張して大きく描いたが、実際の傾斜角度θ2,θ2´は数度以下の小さな角度(例えば1°程度)である。
When viewed from the side where the
図5に示されるように第1のローラ13と第2のローラ14とは、それぞれ、傾斜角度が0°の中立位置Nを境に、第1の軸線方向X1と第2の軸線方向X2とに傾く。しかも各ローラ13,14の回転前半部13a,14aが第2の軸線方向X2に傾いたときの傾斜角度θ1,θ1´が互いに同じ角度となるように、制御部50によって揺動機構40,41が制御される。
As shown in FIG. 5, the
また図7に示されるように各ローラ13,14の回転前半部13a,14aが第1の軸線方向X1に傾いたときの傾斜角度θ2,θ2´が互いに同じ角度となるように、制御部50によって揺動機構40,41が制御される。しかもローラ13,14の傾斜角度θ1,θ1´,θ2,θ2´は、揺動機構40,41によって変化させることができる。例えばワークWの材質や加工度(断面の減少率)に応じて、ローラ13,14の傾斜角度が適正な値に設定される。すなわち制御部50は、複数のローラ13,14の傾斜角度が互いに等しくなるよう揺動機構40,41を制御する手段として機能する。
Further, as shown in FIG. 7, the
制御部50は、揺動機構40,41を制御することにより、ローラ13,14の傾斜角度を変化させる。この揺動制御は、コンピュータプログラムを用いたNC制御(Numerical Control)によって実現される。制御部50は、回転機構20,21や加圧機構30,31および揺動機構40,41を制御するための電気的構成、例えばCPU(Central Processing Unit)と、データを格納するメモリとを備えている。メモリにはワークWの加工に必要な各種データが格納されている。
The
本実施形態のワーク加工装置10は、ワークWを軸線Xまわりに回転自在に支持するガイド部100,101(図1に示す)を有している。ガイド部100,101の一例はリニヤブッシュタイプであり、加工中のワークWが径方向に移動することを抑制し、ワークWが軸線Xに沿う方向に移動することを許容する。
The work processing apparatus 10 of the present embodiment has
ワークWの移動方向(軸線Xに沿う方向)に関してローラユニット12の上流側と下流側に、ワークWの径を検出するセンサS1,S2が配置されている。センサS1,S2の一例は、レーザビームの発光部と受光部とを用いてワークWの加工前と加工後の外径をそれぞれ測定する。またこのワーク加工装置10は、ワークWの移動方向(軸線Xに沿う方向)の位置を検出するセンサS3,S4を備えている。
Sensors S1 and S2 for detecting the diameter of the work W are disposed upstream and downstream of the
次に、ワーク加工装置10によってワークWを加工する方法について説明する。
ワークWの一例は、ばね鋼からなる断面が円形のロッド部材である。このワークWは、予め所定長さに切断されている。ワークWは、塑性加工を容易にするために、例えばオーステナイト化温度まで加熱される。
Next, a method for machining the workpiece W by the workpiece machining apparatus 10 will be described.
An example of the workpiece W is a rod member made of spring steel and having a circular cross section. This work W is cut into a predetermined length in advance. The workpiece W is heated to, for example, an austenitizing temperature in order to facilitate plastic working.
加熱手段110(図1に模式的に示す)の一例は、ワークWがローラ13,14に供給される前に、ワークWの被加工部を含む領域を加熱する。加熱手段110の一例は高周波誘導加熱装置であるが、それ以外にも、電流によってワークWにジュール熱を生じさせる通電加熱装置でもよいし、輻射熱によってワークを加熱する加熱炉であってもよい。
One example of the heating unit 110 (schematically shown in FIG. 1) heats a region including a portion to be processed of the work W before the work W is supplied to the
塑性加工に適した温度に加熱されたワークWがガイド部100,101によって支持され、ワークWの被加工部の始点がローラ13,14の間に配置される。ローラ13,14が第1の回転方向R1(図3に示す)に回転すると、ローラ13,14に接しているワークWは第2の回転方向R2に回転する。ローラ13,14の傾斜角度が0°(中立位置)の場合、ローラ13,14の回転によってワークWが回転しても、ワークWは軸線方向に移動しない。
The work W heated to a temperature suitable for plastic working is supported by the
図4と図5は、回転するローラ13,14の回転前半部13a,14aが第2の軸線方向X2に傾いた状態を示している。傾斜角度はθ1,θ1´である。ローラ13,14に接しているワークWは、ローラ13,14との間の摩擦により、ローラ13,14の傾斜角度(プラスのピッチ角)θ1,θ1´に応じて、あたかも「ねじ」のように第1の軸線方向X1に螺進(前進)する。ローラ13,14はモータ61,62によって回転する。制御部50によってモータ61,62の回転速度を制御可能な場合、ローラ13,14の周速度に応じて、ワークWの単位時間あたりの回転数と軸線方向への移動速度を変化させることができる。
FIGS. 4 and 5 show a state where the
図4と図5に示すように、ローラ13,14の回転前半部13a,14aが第2の軸線方向X2に傾くと、ワークWはローラ13,14の周速度と傾斜角度θ1,θ1´に応じた速度で第1の軸線方向X1に移動する。このときローラ13,14の周速度と傾斜角度θ1,θ1´が大きいほど、ワークWの移動速度が大きくなる。ワークWが第1の軸線方向X1に移動(前進)しながら、ローラ13,14によってワークWが弾性限度内で押圧されると、ワークWは加工されずに搬送のみとなる。ワークWが弾性限度を超える荷重で押圧されると、ワークWの搬送と第1の縮径加工とが同時に行われる。これによりワークWは、ローラ13,14を通った部分の径が少し小さくなる。加工後のワークWの径がセンサS1によって検出される。ワークWの軸線方向の位置はセンサS3,S4によって検出される。
As shown in FIG. 4 and FIG. 5, when the
ワークWが被加工部の終点まで移動すると、図6と図7に示すように、ローラ13,14の回転前半部13a,14aを中立位置Nから第1の軸線方向X1に傾ける。ローラ13,14の回転前半部13a,14aが第1の軸線方向X1に傾くと、ワークWはローラ13,14の周速度と傾斜角度θ2,θ2´に応じた速度で第2の軸線方向X2に移動する。このときローラ13,14の周速度と傾斜角度θ2,θ2´が大きいほど、ワークWの移動速度が大きくなる。第1の方向R1に回転するローラ13,14に接しているワークWは、ローラ13,14の傾斜角度(マイナスのピッチ角)θ2,θ2´に応じて、あたかも「逆ねじ」のように、第2の軸線方向X2に螺進(後退)する。
When the workpiece W moves to the end point of the processed portion, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the
このように本実施形態のワーク加工装置10は、回転するワークWの外周面W3とローラ13,14との接点が螺旋形の軌跡を描くように、揺動機構40,41によってローラ13,14の傾斜角度を制御する。
As described above, the workpiece processing apparatus 10 of the present embodiment uses the
ワークWが第2の軸線方向X2に移動する際に、ローラ13,14によってワークWが弾性限度内で押圧されると、ワークWは加工されずに搬送のみとなる。ワークWが弾性限度を超える荷重で押圧されると、ワークWの搬送と第2の縮径加工が同時に行われる。このためワークWは、ローラ13,14を通った部分の径がさらに小さくなる。加工後のワークWの径はセンサS2によって検出される。
When the work W is pressed within the elastic limit by the
このように揺動機構40,41によってローラ13,14が傾く方向を切換えることにより、ワークWが第1の軸線方向X1と第2の軸線方向X2とに往復移動しつつ、ワークWの径が次第に小さくなる。ワークWの被加工部の径が所定値となるまで、第1の縮径加工と第2の縮径加工とが繰り返されてもよい。第1の縮径加工と第2の縮径加工とでワークWの移動方向が逆転するが、ローラ13,14の回転方向(R1)は一定であり、ワークWの回転方向(R2)も一定である。こうしてワークWの長手方向の少なくとも一部に、所定長さのテーパ部W1あるいは小径部W2(図1に示す)が形成される。
By switching the directions in which the
ローラ13,14は、加圧機構30,31によってワークWの径方向に押圧される。加圧機構30,31は制御部50によって制御される。ワークWの径方向へのローラ13,14の送り量を制御部50によって制御することで、ワークWの加工度(断面の減少率)を調整することができる。加工後のワークWは、ワーク加工装置10から取り出されたのち、搬送や取扱いに適した温度まで自然冷却される。場合によっては、加工直後のワークWを水あるいはガス等の冷却媒体によって冷却してもよい。
The
このようにして、長手方向に径が変化するワークWを製造することができる。本実施形態のワーク加工装置10は、切削等の機械加工によってワークWを製造する場合と比較して、材料の無駄がなく、金属組織のメタルフローが切断されるなどの問題も回避される。また機械加工の場合に必要なワークの「つかみしろ」が不要となるため、ワークWのほぼ全長にわたり加工を行うことができる。 In this way, a work W whose diameter changes in the longitudinal direction can be manufactured. The work processing apparatus 10 of the present embodiment has no waste of material and avoids problems such as cutting of the metal flow of the metallographic structure, as compared with the case where the work W is manufactured by machining such as cutting. In addition, since it is not necessary to “grab” the workpiece necessary for machining, the workpiece W can be processed over almost the entire length.
本実施形態のワーク加工装置10は、回転する一組のローラ13,14を用いて、ワークの回転と、ワークの移動(第1の軸線方向X1と第1の軸線方向X2の移動)と、ワークの加工(減径加工)とを同時に行うことができる。このためワーク加工装置10の構成を簡略化することができ、加工に必要なエネルギーの消費も少なくてすむ。ローラ13,14によってワークWが弾性限度内で押圧される場合には、ワークWは実質的に加工されずに第1の軸線方向あるいは第2の軸線方向に搬送される。ローラ13,14によってワークWが弾性限度を超える荷重で押圧されると、ワークWが第2の軸線方向X2に移動しながら、第2の縮径加工が行われる。
The work processing apparatus 10 of the present embodiment uses a pair of
本実施形態のワーク加工装置10は、制御部50によってNC制御されるローラ13,14を用いてワークWの被加工部を直接加工するため、加工精度が高くかつ加工時間が比較的短い。このワーク加工装置10は、材料を軟化させた状態で材料を引っ張るダイレス加工と比較して、テーパ部や小径部を高精度に仕上げることができる。ワーク加工装置10による加工は、ダイレス加工と比較して、ワークの温度に厳密さが要求されないため、温度管理が容易である。しかもこのワーク加工装置10は、工場内に占める設置面積が小さくてすむし、スェージングマシンのような大きな騒音を発生することもない。
Since the workpiece processing apparatus 10 of the present embodiment directly processes the processed portion of the workpiece W using the
以上述べた実施形態のワーク加工装置10を用いる加工方法は、下記の工程を含んでいる。
(1)加工すべき棒状のワークを必要に応じて加熱し、
(2)ワークを挟む位置に配置された一組のローラ13,14の間にワークを配置し、
(3)ローラ13,14をワークの外周面に向けて押圧し、
(4)ローラ13,14の回転前半部13a,14a側をワークの軸線と直角な中立位置Nを境に第2の軸線方向X2に傾け、
(5)ローラ13,14によってワークを押圧した状態において、ローラ13,14を第1の回転方向R1に回転させ、
(6)ワークを第2の回転方向R2に回転させるとともに第1の軸線方向X1に移動させ、必要に応じてワークの径を小さくする第1の縮径加工を行い、そののち、
(7)ローラ13,14の回転前半部13a,14a側を第2の軸線方向X2とは反対の第1の軸線方向X1に傾け、
(8)ローラ13,14によってワークを押圧した状態において、ローラ13,14を第1の回転方向R1に回転させ、
(9)ワークを第2の回転方向R2に回転させるとともに第2の軸線方向X2に移動させ、必要に応じてワークの径をさらに小さくする第2の縮径加工を行う。
(10)加工されたワークの径を検出し、ワークの径が所定値となるまで第1の縮径加工
The processing method using the work processing apparatus 10 of the embodiment described above includes the following steps.
(1) Heat the rod-shaped workpiece to be processed as necessary,
(2) Arranging the workpiece between a pair of
(3) Press the
(4) The
(5) In a state where the workpiece is pressed by the
(6) The workpiece is rotated in the second rotational direction R2 and moved in the first axial direction X1, and the first diameter reduction processing for reducing the diameter of the workpiece is performed as necessary.
(7) Tilt the rotation
(8) In a state where the work is pressed by the
(9) The work is rotated in the second rotation direction R2 and moved in the second axial direction X2, and the second diameter reduction processing for further reducing the diameter of the work is performed as necessary.
(10) The diameter of the processed work is detected, and the first diameter reduction processing is performed until the diameter of the work reaches a predetermined value.
図8は第2の実施形態に係るローラユニット12Aを示している。このローラユニット12Aは、ワークWの周方向の3か所に配置された3個のローラ13,14,120を備えている。第1のローラ13と第2のローラ14は第1の実施形態で説明したものと同じである。第3のローラ120は、第1および第2のローラ13,14と同様に、支軸(揺動軸)121aを有するローラホルダ121によって保持され、自転軸122を中心に回転する。
FIG. 8 shows a
これら3個のローラ13,14,120は、ワークWの位置決めをなす機能も兼ねている。リニヤブッシュタイプのガイド部の代わりに、様々な径のワークを回転自在に支持することが可能なガイド部を使用すれば、ワークWの径が制約を受けないため、様々な径のワーク(ロッド部材)を加工することができる。それ以外の構成と作用について、第2の実施形態のローラユニット12Aを備えたワーク加工装置は、第1の実施形態で説明したローラユニット12を備えたワーク加工装置10と共通であるため説明を省略する。
These three
本発明のワーク加工装置と加工方法は、中実あるいは中空の棒状のワークに適用することができる。ワークは、コイルばねやスタビライザ、トーションバーなどの材料に用いるロッド部材であってもよい。ワークの材料は鋼以外の金属でもよいし、合成樹脂などの非金属からなるワークでもよい。ワークの材料によっては、ワークを加熱することなく冷間温度域(室温)あるいは室温よりも高い温間温度域で加工してもよい。 The workpiece processing apparatus and the processing method of the present invention can be applied to a solid or hollow rod-shaped workpiece. The workpiece may be a rod member used for a material such as a coil spring, a stabilizer, or a torsion bar. The material of the workpiece may be a metal other than steel or a workpiece made of a nonmetal such as a synthetic resin. Depending on the material of the workpiece, the workpiece may be processed in a cold temperature range (room temperature) or a warm temperature range higher than room temperature without heating.
W…ワーク、W1…テーパ部、W2…小径部、W3…外周面、10…ワーク加工装置、11…ベース部材、12…ローラユニット、13,14…ローラ、15,16…ローラホルダ、15a,16a…支軸(揺動軸)、17,18…自転軸、20,21…回転機構、30,31…加圧機構、40,41…揺動機構、50…制御部、100,101…ガイド部、110…加熱手段、S1,S2,S3,S4…センサ、X…軸線、X1…第1の軸線方向、X2…第2の軸線方向、R1…第1の回転方向、R2…第2の回転方向。 W: Work, W1: Tapered portion, W2: Small diameter portion, W3: Outer peripheral surface, 10: Work processing device, 11: Base member, 12: Roller unit, 13, 14, Roller, 15, 16 ... Roller holder, 15a, 16a: Support shaft (swinging shaft), 17, 18: Rotating shaft, 20, 21: Rotating mechanism, 30, 31: Pressing mechanism, 40, 41: Swing mechanism, 50: Control unit, 100, 101: Guide Reference numeral 110: heating means, S1, S2, S3, S4: sensor, X: axis, X1: first axis direction, X2: second axis direction, R1: first rotation direction, R2: second Direction of rotation.
Claims (11)
前記複数のローラのうち少なくとも1つのローラを前記自転軸を中心に強制的に回転させることにより前記ワークも回転させる回転機構と、
前記複数のローラを前記ワークの外周面に押圧する加圧機構と、
前記ローラの前記自転軸を前記ワークの回転軸に対して傾ける揺動機構と、
前記複数のローラの傾斜角度が互いに等しくなるよう前記揺動機構を制御する手段と、
を具備したことを特徴とするワーク加工装置。 A plurality of rollers that are arranged at positions corresponding to planetary wheels with respect to a work arranged at a position corresponding to the sun wheel of the planetary mechanism, and rotate around a rotation axis without slipping on the work,
A rotation mechanism that also rotates the work by forcibly rotating at least one of the plurality of rollers about the rotation axis;
A pressure mechanism for pressing the plurality of rollers against the outer peripheral surface of the work,
A swing mechanism for inclining the rotation axis of the roller with respect to the rotation axis of the work,
Means for controlling the swing mechanism so that the inclination angles of the plurality of rollers are equal to each other,
A workpiece processing apparatus comprising:
前記複数のローラのうち少なくとも1つのローラを回転させる回転機構と、
前記各ローラを前記ワークの外周面に押圧する加圧機構と、
前記各ローラが配置されている側から前記各ローラを見て、前記ワークの軸線と直角な面に対し前記ローラのなす角度が0°の中立位置を境に、前記各ローラの回転前半部側を第1の軸線方向と第2の軸線方向とに傾ける揺動機構と、
前記各ローラが配置されている側から前記各ローラを見て、前記各ローラの回転前半部側が傾く方向と傾斜角度とが各ローラごとに同じとなるよう前記揺動機構を制御する制御部とを具備したことを特徴とするワーク加工装置。 A roller unit including a plurality of rotatable rollers arranged at positions sandwiching the work, each of the rollers including a first half of rotation on a side approaching the work with respect to a rotation direction and a second half of rotation on a side away from the work; ,
A rotation mechanism for rotating at least one of the plurality of rollers,
A pressure mechanism for pressing each roller against the outer peripheral surface of the work,
Looking at the rollers from the side where the rollers are disposed, the angle formed by the rollers with respect to a plane perpendicular to the axis of the work is 0 °, and the first half of the rotation of each roller A rocking mechanism for tilting the first and second axes in a first axis direction and a second axis direction;
A control unit that controls the rocking mechanism so that the direction and angle of inclination of the first half of rotation of each roller are the same for each roller, as viewed from each roller from the side where each roller is disposed. A workpiece processing apparatus comprising:
前記各ローラを前記ワークの外周面に押圧し、
前記ワークを第1の軸線方向に移動させるとき前記各ローラ回転前半部を前記ワークの軸線と直角な面に対して0°の中立位置から第2の軸線方向に傾け、
前記各ローラを前記ワークに押圧した状態において前記各ローラを第1の回転方向に回転させ、前記ワークを第2の回転方向に回転させるとともに前記ワークを第1の軸線方向に移動させ、その後、
前記ワークを第2の軸線方向に移動させるとき前記各ローラの回転前半部を前記中立位置から前記第1の軸線方向に傾け、
前記各ローラを前記ワークに押圧した状態において前記各ローラを前記第1の回転方向に回転させ、前記ワークを前記第2の回転方向に回転させるとともに前記ワークを第2の軸線方向に移動させることを特徴とするワークの加工方法。 Place a bar-shaped work between the rollers,
Each of the rollers is pressed against the outer peripheral surface of the work,
When the work is moved in the first axis direction, the first half of each roller rotation is inclined in the second axis direction from a neutral position of 0 ° with respect to a plane perpendicular to the axis of the work,
Rotating each roller in a first rotation direction in a state where each roller is pressed against the work, rotating the work in a second rotation direction and moving the work in a first axial direction,
When moving the work in the second axial direction, the first half of rotation of each roller is inclined in the first axial direction from the neutral position,
Rotating each roller in the first rotation direction in a state where each roller is pressed against the work, rotating the work in the second rotation direction, and moving the work in the second axial direction. A method of processing a workpiece, characterized by the following.
前記第2の軸線方向の移動の際に前記ワークの径をさらに小さくする第2の縮径加工を行うことを特徴とする請求項8に記載のワークの加工方法。 Performing a first diameter reduction process to reduce the diameter of the workpiece during the movement in the first axial direction;
9. The method according to claim 8, further comprising: performing a second diameter reduction process to further reduce the diameter of the workpiece during the movement in the second axial direction. 10.
前記ワークの径が所定値となるよう前記第1の縮径加工と前記第2の縮径加工とを行うことを特徴とする請求項9に記載のワークの加工方法。 Detecting the diameter of the work,
The method according to claim 9, wherein the first diameter reduction processing and the second diameter reduction processing are performed such that a diameter of the work becomes a predetermined value.
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