JP3705311B2 - 外径転圧加工装置及び外径転圧加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円柱又は円筒などの被加工物の外周面を回転工具により仕上げ加工するための装置及び加工方法に係り、特に比較的長尺の被加工物の加工面の仕上げ加工を行い、加工に際し工作液を供給する外径転圧加工装置及び外径転圧加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アルミニウム管、鋼管又はシャフト管などの金属の外径すなわち外周表面を短時間で効率的に比較的高度に鏡面仕上げする加工方法としてロ−ラバニシ仕上げがある。この方法は、被加工物の表面をロ−ラで転圧し、わずかな塑性変形を与えて仕上げるもので表面の鏡面化のよる摺動抵抗の減少と耐食性の向上、表面硬度の上昇による耐摩耗性の向上、表面近傍の圧縮残留応力発生による疲労強度の改善、微小変形による寸法修正の可能性など多数の長所を有するためよく利用されている。ロ−ラバニシ仕上げは種々の形態の加工面に対応して各種形状の工具が使用されているが、一般的には工具ロ−ラを加工面に対し機械的に押圧しながら加工面上を移動させ加工が行われる。すなわち、被加工物に対して工具を回転駆動するとともに推進駆動させて、加工位置を変えながら所望の範囲にローラバニシ加工を施すものである。
【０００３】
また、比較的長尺な円柱、円筒などの外表面を仕上げる装置として実公平７−１５７２３号公報に記載の装置がある。この装置では円筒状の工具ヘッド内周面に複数の工具ロ−ラを接触させて配置し、工具ロ−ラはフレ−ムに自転自在に係止され、さらにフレ−ムの軸線に対して所定の角度だけ傾斜して配置されている。
フレ−ムを回転させると工具ロ−ラは自転しながら被加工物の外周面上を螺旋運動する。工具ロ−ラはフレ−ム内の溝に拘束され、フレ−ムは軸方向に移動しないよう筒状部材に回転自在に固定されているため、相対的に被加工物が軸方向に送られることになる。すなわち、フレ−ムに回転トルクを加えると回転駆動力の一部が送り力となるため、被加工物の送り駆動のための別の動力は必要ない。加工作業により送り力が発生するため、被加工物には工具ロ−ラ以外の回転保持部（チャック）が必要ないことを意味する。
【０００４】
また、工具ヘッドは内周面にテ−パを有しており、このテ−パは奥に行くに従って径が小さくなっている。この工具ヘッドのテーパとは逆のテ−パ状の側面を有する略円柱状の工具ロ−ラのこの側面が工具ヘッド内周面に密着してフレ−ムと一体となって軸方向に移動可能に取り付けられている。従って、フレ−ムを軸方向に移動調整することにより被加工物の外径に対応させて工具径を設定することができる。また、潤滑、冷却のために工作液を使用するには、被加工物が装置内に挿入される前に、装置外部において被加工物に供給されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の外径転圧仕上げ方法による外径転圧仕上げ装置では、被加工物のザイズ及び操作性さらに付加価値を考慮した構成によって工具ヘッド又はフレームいずれかを回転させて加工しているが、回転数が比較的早くなった場合には、装置外部から被加工物に供給された工作液が被加工物の回転と工具ヘッド又はフレームなどの装置部品の回転ではじき飛ばされて工具ローラまで十分に工作液が供給されないため、加工工具及び被加工物の潤滑、冷却、洗浄が十分でなく、工具ローラ、工具ヘッド及びフレーム等の加工工具の寿命が短く、さらに仕上がり面の安定性が悪いという問題点があった。さらに、従来の外径転圧仕上げ装置では工具ローラ等の交換時には、装置本体を固定クランプから取り外し、部品を交換した後、再度加工ライン上に固定セッティングするといったように補修に時間がかかっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、加工工具及び被加工物に十分に工作液が供給されるようにし、加工工具及び被加工物の潤滑、冷却、洗浄が十分に行われるようにすることを第一の目的とする。また、装置本体を固定したまま、装置の被加工物の挿入方向から摩耗部品を着脱可能とし、補修時間を短縮することを第二の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の第一の目的を達成するため本発明のうち請求項１に記載の外径転圧加工装置は、円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設した内周面テ−パ状の工具ヘッドと、前記工具ヘッドのテ−パ状内周面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止され、前記テーパとは逆方向のテーパ状側面を有する略円柱形状の複数の工具ロ−ラと、前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され、前記被加工物側に刻設されたローラ溝に前記工具ロ−ラを自転自在に嵌合係止し、前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレ−ムと、前記工具ヘッドと前記フレームを包囲するように配設した装置ハウシングとを備え、前記工具ロ−ラが前記フレームの軸線に対して所定角度傾斜して配設される外径転圧加工装置において、前記工具ローラを前記被加工物の前記外周面の回りを相対的に回転させるために前記工具ヘッド又は前記フレームを回転させる駆動手段と、工作液を装置外部から装置内部に供給する給油口と、前記工作液を前記給油口から前記工具ローラに直接供給する流路とを備え、前記給油口から供給された工作液を、前記工具ヘッドのテーパ内周面、前記工具ローラ、及び前記フレームのローラ溝内面に直接供給し、前記工具ローラと前記フレームの隙間から、前記被加工物が通過する中心軸方向に向かって全周から噴出することを特徴とする。
【０００８】
上記の第二の目的を達成するため本発明のうち請求項２に記載の外径転圧加工装置は、請求項１に記載の外径転圧加工装置において、前記装置ハウジングを固定したまま、前記被加工物の挿入方向から前記工具ヘッド及び前記フレームを着脱可能とした。
【０００９】
上記の第一の目的を達成するため本発明のうち請求項３に記載の外径転圧加工方法は、円柱あるいは円筒状の被加工物の外周面に接触し、前記外周面の回りを自転しながら相対的に回転し、相対的に軸方向に移動するように配置された工具ローラによって前記被加工物の前記外周面を連続的に転圧加工する外径転圧加工方法であって、前記工具ローラを係止した装置の内部から前記工具ローラに直接に工作液を供給し、前記被加工物を包囲するように配設した内周面テ−パ状の工具ヘッドの内周面、前記工具ローラ、及び前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され前記被加工物側に刻設されたローラ溝に前記工具ロ−ラを自転自在に嵌合係止し前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレ−ムのローラ溝内面に、前記供給された工作液を直接供給し、前記工具ローラと前記フレームの隙間から、前記被加工物が通過する中心軸方向に向かって全周から噴出することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の外径転圧加工装置を、円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設した内周面テ−パ状の工具ヘッドと、
前記工具ヘッドのテ−パ状内周面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止され、前記テーパとは逆方向のテーパ状側面を有する略円柱形状の複数の工具ロ−ラと、
前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され、前記工具ロ−ラを自転自在に嵌合係止し、前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレ−ムと、
前記工具ヘッドと前記フレームを包囲するように配設した装置ハウシングとを備えるよう構成させ、
前記工具ロ−ラを前記フレームの軸線に対して所定角度傾斜して配設させる。
【００１１】
さらに前記フレームを固定とし前記工具ヘッドに回転用のプーリなどの回転駆動手段を備え付け、前記工具ヘッドを回転させることで前記工具ローラを自転させ、これにより被加工物を回転させ軸方向に装置内部へ向かって移動させる。被加工物からみれば、工具ローラは自転しながら被加工物の回りを螺旋状に回転する。または工具ヘッドを固定とし前記フレームに回転用のプーリなどの回転駆動手段を備え付け、前記フレームを回転させることで前記工具ローラを自転させかつ被加工物の回りを回転させる。これにより被加工物は回転し軸方向に装置内部へ向かって移動する。
【００１２】
さらに本発明の外径転圧装置に、工作液を装置外部から装置内部に供給する給油口と、前記工作液を前記給油口から前記工具ローラに直接供給する流路とを備え付ける。前記工具ヘッドの内周面のテーパは奥に向かって、狭くなるようにしてもよいし、奥に向かって広がるようにしてもよい。前記工具ヘッドの内周面のテーパが奥に向かって狭くなる従来の標準的な外径転圧加工装置では、工具ヘッド奥側で工具ヘッド内径とフレームの外径のスキマが狭く、工作液を工具内部から供給する本発明の場合には、工作液が十分に通過するための流路をさらに設ける必要があり、また通過した工作液がフレーム先端側から抜け出やすいため、フレーム先端部で工具ヘッド内周面をシールする必要もある。よって、工具ヘッドのテーパは奥に向かって広がる構成が好ましい。
【００１３】
工作液を工具内部から供給する利点として、工具ヘッド内周テーパ面及びフレームのローラ溝側面に、加工中に被加工物から発生する微細な脱落粉が付着しない点があげられる。従来のように、工具先端側（被加工物挿入側）から工作液を供給する場合、どんなに多量に工作液を供給しても工作液の流れが工具ローラから、フレームの工具ローラ溝へ、そして工具ヘッドの内周面テーパ部へと装置内部へ向かう流れとなるため、脱落粉は装置内部に蓄積する一方で、特に工具ヘッド内周テーパ面及びフレームのローラ溝側面に付着することを防止できなかった。つまり、被加工物の仕上がり表面粗さ及び工具寿命に対してこの付着した脱落粉は非常に悪影響を与えていた。
【００１４】
また、本発明の外径転圧加工装置を前記装置ハウジングを固定したまま、前記被加工物の挿入方向から前記工具ヘッド及び前記フレームを着脱可能としてもよい。
【００１５】
本発明の外径転圧加工方法によれば、円柱あるいは円筒状の被加工物の外周面に接触し、前記外周面の回りを自転しながら相対的に回転し、相対的に軸方向に移動するように配置された工具ローラによって前記被加工物の前記外周面を連続的に転圧加工する。工具ローラは自転のみ行い、被加工物が回転する場合と、工具ローラが自転しかつ被加工物の回りを回転し、被加工物が反対方向に回転する場合がある。さらに、前記工具ローラを係止した装置の内部から前記工具ローラに直接に工作液を供給する。これにより被加工物の加工面にも直接工作液が供給される。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例について図面を参照にして説明する。
図１に示すように工具ロ−ラ１はフレ−ム３の被加工物３４側に刻設されたロ−ラ溝３５に嵌遊されて工具ヘッド２の貫通穴１０１の内周面に密着してに配設されている。工具ロ−ラ１の形状は左側の外径が細く右側に行くに従って太くなるテ−パ形状となっている。工具ヘッド２の貫通穴１０１の形状は先端が狭く奥側が徐々に広がるようなテ−パ状に形成されている。両テ−パは方向が逆で工具ロ−ラのテ−パが工具ヘッド内周面の傾斜よりわずかに大きいため、工具径は被加工物の挿入方向に対しバックテ−パを有する。工具ロ−ラ１と工具ヘッド２の軸方向接触位置を変えると、工具ロ−ラ１は貫通穴１０１のテ−パに添って移動しフレ−ム３のロ−ラ溝３５から出没し工具径が拡大、縮小する。
【００１７】
工具ヘッドステム５の外周部左側にはキ−７を介してプ−リ８が係止され、このプ−リ８にはベルト（図示せず）がかけられ、電動機（図示せず）により回転駆動される。電動機回転数は、インバ−タで任意に設定出来るようにする。工具ヘッドステム５の外周でプ−リ８の右側にはスペ−サ１１をはさんでボ−ルベアリング２３が固設される。このボ−ルベアリング２３の半径方向外側に、ハウジング２２が配置されている。工具ヘッドステム５の右端には工具ヘッドステムエンド１３をボルトで取り付け、スペ−サ１１、ボ−ルベアリング２３、工具ヘッドステムエンド１３の順序で左から右へ軸方向に並んでいる。
【００１８】
ベアリングカバ−１０が異物混入防止及びボ−ルベアリング２３の軸方向位置決めのためボ−ルベアリング２３の左側に位置してハウジング２２にボルト止めされている。スペ−サ１４はボ−ルベアリング２３の軸方向位置決めのためボ−ルベアリング２３の右側上部に取り付けられている。ハウジング２２はボ−ルベアリング２３、工具ヘッドステム５、工具ヘッドステムエンド１３を包囲する配置になっている。
【００１９】
フレ−ム３は右端部に鍔部を有し、左端部に結合ボス部を有するフレ−ムステム９と六角穴付ボルト６を介して結合されている。フレ−ムステム９の内側にはワ−クガイド２１が挿入されている。被加工物３４はフレ−ム３左端から供給され、ワ−クガイド２１の右端から装置外に排出される。
フレ−ムステム９の中央部にはこれを包囲してフレ−ムステムスライドガイド１５がブッシュ１２を介して配置され、フレ−ムステムスライドガイド１５はハウジング２２にボルト止めされている。フレ−ムステム９の右側にはピストンロッド１７が固定されている。アジャストリング１９及びロックナット２０はこのピストンロッド１７のフレームステム９への固定用部材であり、これらの部品を操作し被加工物外径のバラツキを考慮して工具径の最小値の初期設定を行なう。
【００２０】
ピストンロッド１７の右端最上部には回り止めロール２９を垂直に差し込むためのネジ穴を加工する。回り止めロール２９を軸方向に摺動可能とする溝であって、その側壁のガイド機能によってピストンロッド１７の軸回り回転を防止する溝を有する回り止めブロック１８がシリンダハウジング１６にボルト止めされている。これにより、ピストンロッド１７、フレ−ムステム９、及びフレ−ム３は一体となって軸方向に摺動し、回転をしないように拘束される。
【００２１】
ピストンロッド１７を包囲してシリンダハウシング１６が配設され、空間部１０２を形成している。この空間部１０２にエアー供給ポート２４を通じて圧力流体が導入され、この流体の圧力により生じた推力がピストンロッド１７に働き、この推力はフレ−ムステム９を介してフレ−ム３に伝達され工具ロ−ラ１の被加工物送り力に対抗する力となっている。ピストンロッド１７の外周面と接するシリンダハウジング１６の内周面に加工された溝のはダストシール３０がはめ込まれ、ダストが空間部１０２に入り込むのを防止している。空間部１０２にはコイルバネなどの弾性体を取り付けても推力を発生させることができる。適切な流体の圧力は、被加工物の外径、材質、熱処理、表面粗さ等を考慮して所定の値に決定する。
【００２２】
工具ロ−ラ１は第５図に示すように工具ヘッド２あるいはフレ−ム３の軸線に対し所定角度θ傾斜して配置してあるので、被加工物を静止させて考えると、工具ロ−ラ１は、自転しながら被加工物の外周面を螺旋状に公転する。実際には、前記工具ロ−ラは自転のみ行ない公転はしないように拘束されているので、相対的に被加工物は前記工具ロ−ラの自転とは逆の方向に回転し、前記軸方向とは逆の方向へ移動して連続的にバニシ加工される。
【００２３】
また、工具ヘッド２を静止させて考えると、工具ロ−ラ１は前記工具ヘッドに対しても自転しながらテ−パの内周面を螺旋状に公転する。実際には、前記工具ロ−ラは公転しないように拘束されているが、相対的に前記工具ヘッドの軸方向奥側に移動する送り力が発生し、この送り力に対抗して前記推進力を作用させて所定のバニシ圧となるよう工具径を自動制御する。工具ロ−ラ１の先端部は大きなＲ形状となっており、被加工物が円滑に噛み込むよう配慮してある。なお、被加工物の加工の際には、被加工物及び工具の洗浄、潤滑、冷却を目的として工作液を供給する必要があり、以下のごとく行われる。
【００２４】
本実施例において、工作液はフレームステムスライドガイド１５の右側外周部に設けられた工作液供給ポート２５により工具内部に供給する構造となっている。供給された工作液は工具ヘッドステム５の内周面とフレームステムスライドガイド１５の外周面、及びフレームステム９の外周面に囲まれた空間を通過し、工具先端部に供給される。この時、工作液がボールベアリング２３取付け部やシンリンダハウジング１６部に侵入しないよう、オイルシール２６及びパッキンでシールされている。
【００２５】
図３、図４に示すように工具先端部に達した工作液は、工具ヘッド２のテーパ内面、工具ローラ１、及びフレーム３のローラ溝３５内面に直接供給され、工具ローラ１とフレーム３の隙間より、被加工物３が通過する中心軸方向に向かって全周より噴出する。従って、工作液の使用目的である潤滑作用が十分に発揮されると同時に、洗浄効果にもすぐれ、ロ−ラバニシ加工において被加工物より発生する微細な脱落粉が工具ヘッド２のテーパ内面やフレーム３のローラ溝３５内面に付着することもなく、十分に洗い流される。さらに直接発熱部に工作液が行き渡るため冷却効果も優れている。
【００２６】
結果的に常に清浄な状態でローラバニシ加工ができるため、被加工物の外周面の仕上がり表面粗さが安定し０．１μＲａが確保され、工具ローラ１、工具ヘッド２、フレーム３等の消耗部品の寿命は飛躍的に延長される。工作液は回転部分でもある工具ヘッドステム５の外周にスイベルジョイントを取り付けて直接工具内部に供給することもできる。
【００２７】
本実施例では、装置ハウジングを固定で先端工具をユニットで装着可能構造となっている。先端工具ユニットは図２に示すように、工具ローラ１、工具ヘッド２、フレーム３、工具ヘッドステム５、セットスクリュー３３、フレーム３の被加工物挿入方向の先端にセットスクリュー３３によって取り付けられるフレームカバー３１、工具ヘッドカバー２７、工具ヘッドカバー２７を工具ヘッドステム５に取付けて工具ヘッド２の抜止めを防止する六角穴付きボルト４、位置決めキー３２、工具ヘッド２を工具ヘッドステム５に係止するキー２８、フレーム３をフレームステム９に係止する抜止め付ボルト６で構成されている。
【００２８】
先端工具の取付け要領は、まず先端工具をユニットとして工具ヘッドステム５内部に差し込む。この時、フレームステム９のキー溝と位置決めキー３２、及び工具ヘッドステム５のキー溝とキー２８は目視で合わせながら差し込まなければならない。
【００２９】
工具ヘッド２に設けられた貫通穴１０３に六角棒スパナを差し込み、抜止め付ボルト６を締め込んでフレーム３をフレームステム９に固定する。
フレームステム９のネジ穴と抜止め付ボルト６の円周方向の位置は、位置決めキー３２により一致しており、また抜止め付ボルト６とセットスクリュー３３の円周方向の位置を合わせるだけで、外部からでも、確実に抜止め付ボルト６を締め込むことができる。
工具ヘッドカバー２７をかぶせ、六角穴付きボルト４を締め込んで取付けが完了する。取り外しは、取付けと逆の順序で行う。
【００３０】
【発明の効果】
工作液を加工工具、及び被加工物の加工面に対して直接的に装置内部から供給するため、加工部及び発熱部に工作液が十分に行き渡り、潤滑及び冷却効果が高まったのでその結果として加工工具の加工性能が高まり、加工工具及び被加工物の加工部の温度上昇を抑えることができるため、被加工物の外周面の仕上がり表面粗さの値が低くなり、安定した値を得ることができ、又工具寿命も飛躍的に延長された。また、工作液により被加工物より発生する微細な脱落粉を十分に洗い流すことができるので、洗浄効果が高まりこれがよりさらに被加工物の外周面の仕上がり表面粗さの値が低くなり、より安定した値を得ることができ、工具寿命も延長された。また、加工速度を上げることが可能となったので加工時間が短縮され、加工コストを下げることができるようになった。
また、装置本体を固定したまま、装置の被加工物の挿入方向から摩耗部品を着脱可能としたので、必要補修作業スペースが減少し、補修時間を短縮することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例の装置の正面部分断面図である。
【図２】先端工具ユニットの部分拡大図である。
【図３】工作液の流れを示した説明図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面である説明図である。
【図５】工具ロ−ラと被加工物の動きの関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１・・・工具ロ−ラ ２・・・工具ヘッド
３・・・フレ−ム ４・・・六角穴付ボルト
５・・・工具ヘッドステム ６・・・六角穴付ボルト
７・・・キ− ８・・・プ−リ
９・・・フレ−ムステム １０・・・ベアリングカバ−
１１・・・スペ−サ １２・・・ブッシュ
１３・・・工具ヘッドステムエンド １４・・・スペ−サ
１５・・・フレ−ムステムスライドガイド １６・・・シリンダハウジング
１７・・・ピストンロッド １８・・・回り止めブロック
１９・・・アジャストリング ２０・・・ロックナット
２１・・・ワ−クガイド ２２・・・ハウジング
２３・・・ボ−ルベアリング ２４・・・エア−供給ポ−ト
２５・・・工作液供給ポ−ト ２６・・・オイルシ−ル
２７・・・工具ヘッドカバ− ２８・・・キ−
２９・・・回り止めロ−ル ３０・・・ダストシ−ル
３１・・・フレ−ムカバ− ３２・・・位置決めキ−
３３・・・セットスクリュ− ３４・・・被加工物
３５・・・ロ−ラ溝
１０１・・・貫通穴 １０２・・・空間部
１０３・・・貫通穴

Claims (3)

1. 円柱あるいは円筒状の被加工物を包囲するように配設した内周面テ−パ状の工具ヘッドと、前記工具ヘッドのテ−パ状内周面及び前記被加工物の外周面に接触し周方向に均等に配置されて係止され、前記テーパとは逆方向のテーパ状側面を有する略円柱形状の複数の工具ロ−ラと、前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され、前記被加工物側に刻設されたローラ溝に前記工具ロ−ラを自転自在に嵌合係止し、前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレ−ムと、前記工具ヘッドと前記フレームを包囲するように配設した装置ハウシングとを備え、前記工具ロ−ラが前記フレームの軸線に対して所定角度傾斜して配設される外径転圧加工装置において、
   前記工具ローラを前記被加工物の前記外周面の回りを相対的に回転させるために前記工具ヘッド又は前記フレームを回転させる駆動手段と、
   工作液を装置外部から装置内部に供給する給油口と、
   前記工作液を前記給油口から前記工具ローラに直接供給する流路とを備え、
   前記給油口から供給された工作液を、前記工具ヘッドのテーパ内周面、前記工具ローラ、及び前記フレームのローラ溝内面に直接供給し、前記工具ローラと前記フレームの隙間から、前記被加工物が通過する中心軸方向に向かって全周から噴出することを特徴とする外径転圧加工装置。
2. 請求項１に記載の外径転圧加工装置において、
   前記装置ハウジングを固定したまま、前記被加工物の挿入方向から前記工具ヘッド及び前記フレームを着脱可能とした外径転圧加工装置。
3. 円柱あるいは円筒状の被加工物の外周面に接触し、前記外周面の回りを自転しながら相対的に回転し、相対的に軸方向に移動するように配置された工具ローラによって前記被加工物の前記外周面を連続的に転圧加工する外径転圧加工方法であって、
   前記工具ローラを係止した装置の内部から前記工具ローラに直接に工作液を供給し、
   前記被加工物を包囲するように配設した内周面テ−パ状の工具ヘッドの内周面、前記工具ローラ、及び前記工具ヘッドに対し同軸的に配置され前記被加工物側に刻設されたローラ溝に前記工具ロ−ラを自転自在に嵌合係止し前記被加工物を貫通させその長手方向に移動可能にした中空部を形成したフレ−ムのローラ溝内面に、前記供給された工作液を直接供給し、前記工具ローラと前記フレームの隙間から、前記被加工物が通過する中心軸方向に向かって全周から噴出することを特徴とする外径転圧加工方法。

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