JP4086394B2

JP4086394B2 - End material forming method and apparatus for tube material

Info

Publication number: JP4086394B2
Application number: JP37659598A
Authority: JP
Inventors: 入江　　徹
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP2000190030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は管素材の端部成形方法及び装置に関し、特に、円筒状の金属管素材の端部に縮径部を一体的に形成する端部成形方法及び端部成形装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状の金属管素材（以下管素材という）の端部に縮径部を形成する端部成形方法として、例えば実開昭６１−１１０８２３号公報には、少くとも一方のコーン部と本体とを、管材を拡管又は縮管して一体に形成した触媒担体の保持ケースが開示され、筒部の開口端側の部分をケース本体部分を残してスピニング加工により縮管して他方のコーン部と更にこれに連なる導管とを一体に形成する方法が開示されている。また、特開平３−２２６３２７号公報には、パイプ素材をプレス型により軸方向に加圧して略円錐状に成形し、ついでパイプ素材を回転支持してその円錐状成形部分の外周面にスピニングロールを押し当ててスピニング加工する圧力容器等の口部成形方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動車の消音器の排気系における触媒コンバータや消音器の外筒に関し、製造の容易さと車両搭載性の向上が企図され、これらを金属管素材から一体的に形成することが望まれている。このような状況下で、管素材の端部に形成する縮径部を、管素材の軸に対し偏心あるいは傾斜させる等、特殊な形状に形成し得るようにすることが要請されている。
【０００４】
然し乍ら、従来のスピニング加工による成形方法では、管素材に対し本体部と同軸の縮径部を形成するに留まり、本体部と縮径部が同軸でないときには、前掲の実開昭６１−１１０８２３号公報の第１図の右側のコーン部（縮径部）のようにプレス加工で成形し、これをケース本体に溶接接合することとしていた。しかし、このような方法によって形成された管体は一体成形ほどの強度は望めず、また接合という異種作業を必要とすることから、製造が困難であり、スピニング加工によって成形された同軸型の管体に比し製造コストの上昇は不可避となる。
【０００５】
そこで、本発明は、管素材の端部に、容易且つ適切に縮径部を一体的に形成し得る管素材の端部成形方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の管素材の端部成形方法は、請求項１に記載のように、主軸に対し径方向に移動可能にローラを支持し、前記主軸を含む面上に管素材の軸が位置するように管素材を支持し、前記管素材の軸に対して偏心した偏心軸を中心に前記ローラと前記管素材を相対的に回転駆動すると共に前記ローラが前記管素材の端部の外周面に当接するように前記ローラを前記主軸に向かって径方向に駆動し、且つ前記管素材の軸に対して傾斜した傾斜軸を中心に前記ローラと前記管素材を相対的に回転駆動すると共に前記ローラが前記管素材の端部の外周面に当接するように前記ローラを前記主軸に向かって径方向に駆動して前記管素材に対しスピニング加工を行ない、前記管素材の端部に縮径部を形成することとしたものである。
【０００７】
前記管素材の端部成形方法において、請求項２に記載のように、前記主軸から前記偏心軸及び前記傾斜軸の少くとも一方の軸に至るまで、前記ローラと前記管素材の相対的な回転駆動の回転軸が複数のサイクルで漸近するように設定し、各サイクル毎に前記ローラと前記管素材を相対的に回転駆動して前記管素材に対しスピニング加工を行なうこととしてもよい。
【０００８】
また、本発明の管素材の端部成形装置は、請求項３に記載のように、主軸と、該主軸に対し径方向に移動可能に支持するローラと、前記主軸を含む面上に管素材の軸が位置するように管素材を支持し、前記主軸が前記管素材の軸に対して偏心した偏心軸及び前記管素材の軸に対して傾斜した傾斜軸と夫々略同軸となるように前記主軸と前記管素材を相対的に駆動する第１の駆動手段と、前記偏心軸を中心に前記ローラと前記管素材を相対的に回転駆動すると共に前記ローラが前記管素材の端部の外周面に当接するように前記ローラを前記主軸に向かって径方向に駆動し、且つ前記傾斜軸を中心に前記ローラと前記管素材を相対的に回転駆動すると共に前記ローラが前記管素材の端部の外周面に当接するように前記ローラを前記主軸に向かって径方向に駆動する第２の駆動手段とを備え、該第２の駆動手段及び前記第１の駆動手段を制御し、前記管素材の端部に縮径部を形成するように構成したものである。
【０００９】
而して、前記第１の駆動手段によって、前記主軸が前記偏心軸と略同軸となるように前記主軸と前記管素材が相対的に駆動され、前記第２の駆動手段によって、前記ローラと前記管素材が前記偏心軸を中心に相対的に回転駆動されると共に、前記ローラが前記管素材の端部の外周面に当接するように前記主軸に向かって径方向に駆動され、前記偏心軸を中心とする縮径部が形成される。しかも、前記第１の駆動手段によって、前記主軸が前記傾斜軸と略同軸となるように前記主軸と前記管素材が相対的に駆動され、前記第２の駆動手段によって、前記ローラと前記管素材が前記傾斜軸を中心に相対的に回転駆動されると共に、前記ローラが前記管素材の端部の外周面に当接するように前記主軸に向かって径方向に駆動され、前記傾斜軸を中心とする縮径部が形成される。尚、第１の駆動手段は、前記管素材に対し前記ローラを駆動する機構、前記ローラに対し前記管素材を駆動する機構、及び前記管素材及び前記ローラの両者を駆動する機構の何れかとすることができる。
【００１０】
前記管素材の端部成形装置において、請求項４に記載のように、前記第２の駆動手段が、前記主軸から前記偏心軸及び前記傾斜軸の少くとも一方の軸に至るまで、前記ローラと前記管素材の相対的な回転駆動の回転軸が複数のサイクルで漸近するように設定し、各サイクル毎に前記ローラと前記管素材を相対的に回転駆動して前記管素材に対しスピニング加工を行なうように構成するとよい。
【００１１】
更に、請求項５に記載の管素材の端部成形装置において、前記ローラを複数個備えたものとし、前記第２の駆動手段が、前記複数個のローラを前記主軸に対し径方向に近接するように駆動すると共に、前記複数個のローラを前記主軸を中心に回転駆動して前記管素材に対しスピニング加工を行なうように構成してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記の構成になる管素材の端部成形方法及び装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１乃至図３は管素材の端部成形装置の一実施形態に供するスピニング加工装置を示し、本実施形態の最終製品は、例えば自動車用の消音器の外筒（図示せず）、あるいは触媒コンバータ等に供される。本実施形態において加工対象とする管素材はステンレススティール管であるが、これに限らず、他の金属管を用いることとしてもよい。
【００１３】
先ず、本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置の構成を図１乃至図３を参照して説明すると、図１に示すように、ベースＢＳ上に、本発明の第１の駆動手段たる第１の駆動機構１及び第２の駆動手段たる第２の駆動機構２が構成されている。第１の駆動機構１においては、図１及び図２に示すように管素材４の端部の加工目標の軸ＸｅがＸ軸となるように（図１では軸Ｘｔと軸Ｘｅは同一面上にあるので一致している）、これと平行に一対のＸ軸ガイドレール５がベ−スＢＳ上の一方側（図１の右側）に固定され、このＸ軸ガイドレール５に沿って筐体２０が移動可能に配置されている。この筐体２０の下部にはボールソケット７が固定され、これに螺合する螺子軸８が、ベ−スＢＳ上にＸ軸ガイドレール５と平行に配置され、サーボモータ９によって回動可能に支持されている。而して、サーボモータ９によって螺子軸８が回転駆動されると、筐体２０はＸ軸に沿って移動するように構成されている。
【００１４】
一方、ベ−スＢＳの他方側（図１の左側）には台１ａが形成されており、Ｘ軸ガイドレール５と直交する一対のＹ軸ガイドレール１０が台１ａ上に固定されている。これらのＹ軸ガイドレール１０には一対のスライダ１１が移動可能に配置され、これらのスライダ１１上にクランプ装置１２が支持されている。クランプ装置１２は、スライダ１１に固定される下側クランプ１３と、その上方に配置される上側クランプ１７を備え、これら下側クランプ１３と上側クランプ１７との間に管素材４が挟持される。下側クランプ１３の下部にはボールソケット１４（図２）が固定されており、これに螺合する螺子軸１５が、台１ａ上にＹ軸ガイドレール１０と平行に配置され、サーボモータ１６によって回動可能に支持されている。而して、サーボモータ１６によって螺子軸１５が回転駆動されると、クランプ装置１２はＹ軸に沿って移動するように構成されている。
【００１５】
上側クランプ１７の上部には駆動手段として、例えば油圧駆動のシリンダ１８が配置され、これによって上側クランプ１７が昇降駆動可能に支持されており、管素材４の装着及び取り外し時には上側クランプ１７が上昇駆動される。そして、下側クランプ１３の上面には半円筒のクランプ面が形成され、上側クランプ１７の下面にも半円筒のクランプ面が形成されており、これらのクランプ面の間に管素材４が挟持されたときには、回転及び移動不能に保持されるように構成されている。また、クランプ装置１２の筐体２０と反対側にはストッパ１９が配設されており、このストッパ１９に一端部が衝合するように管素材４が配置される。ストッパ１９はクランプ装置１２と共に移動し得るように、下側クランプ１３に装着されている。尚、ストッパ１９を下側クランプ１３に対しＸ軸方向に位置調節可能に構成すれば、管素材４の軸方向の位置決めを適切且つ容易に行なうことができる。
【００１６】
而して、管素材４が下側クランプ１３のクランプ面上で、ストッパ１９に一端部が衝合するように配置された後、上側クランプ１７が油圧シリンダ１８によって下降駆動されると、管素材４は上側クランプ１７と下側クランプ１３の間の所定位置に保持される。このとき、図１に示すように、管素材４の軸Ｘｔが後述する主軸２１の軸Ｘｒに対し、ベースＢＳと平行な同一平面上（ベースＢＳから同一の高さ）に位置するように構成されている。
【００１７】
更に、図１の左側のテーブル６には例えばモータ３１から成る回転駆動手段が埋設されており、このモータ３１の出力軸３１ａが図１の上方、即ちベースＢＳに対し垂直方向に延出して下側クランプ１３に係合し、この下側クランプ１３を出力軸３１ａを中心に回転駆動し得るように構成されている。テーブル６の上面には、出力軸３１ａを中心とする円弧状の案内溝３２が形成されており、この案内溝３２に嵌合するガイドローラ３３が下側クランプ１３の下面に回動自在に支持されている。而して、下側クランプ１３は案内溝３２に沿って回動し、出力軸３１ａを中心として回転駆動される。
【００１８】
次に、第２の駆動機構２について説明すると、図１の右側に、主軸２１が、管素材４の軸Ｘｔに対してベースＢＳと平行な同一平面上に位置し、管素材４の加工目標の軸Ｘｅと略同軸上で管素材４に対向するように配置され、その軸Ｘｒを中心にベアリング２０ａ，２０ｂを介して回動自在に筐体２０に支持されている。主軸２１は中空の円筒状の部材で形成され、その中空部に円筒状のカム軸２３が収容され、後述する変速機構５０に連結されている。更に、カム軸２３の中空部を貫通するようにマンドレル４０の連結棒４１が軸方向に進退可能に支持されている。マンドレル４０は管素材４の開口端内側の形状に合致するように形成されている。連結棒４１の基端部は進退駆動用のシリンダ４２に支持され、シリンダ４２はブラケット１ｃを介してベースＢＳに支持されている。
【００１９】
主軸２１は歯車列２２ａを介してプーリ２２ｂに連結され、このプーリ２２ｂがベルト（図示せず）を介して回転駆動手段のモータ等（図示せず）等に連結されており、主軸２１はこのモータ等によって回転駆動される。一方、主軸２１の先端にはフランジ２４が固定されており、主軸２１が回転駆動されるとフランジ２４が軸Ｘｒを中心に回転する。そして、このフランジ２４に対して回動可能にカム軸２３の先端部が支持されている。カム軸２３の先端部にはカム板２５が固定されており、カム板２５はカム軸２３と共に軸Ｘｒを中心に回転駆動される。
【００２０】
図３に示すように、カム板２５には３条の螺旋状の案内溝２５ａが形成されており、これらの案内溝２５ａの各々に、カム板２５の回転に伴い径方向に移動する案内ピン２６が配置されている。これらの案内ピン２６は３個の支持部材２７に夫々保持されており、各支持部材２７には、図１及び図２に示すようにローラ２８が回動自在に支持されている。而して、主軸２１が回転駆動されると、ローラ２８が軸Ｘｒを中心に回動すると共に、カム板２５の回転に応じて支持部材２７が径方向に駆動され、ローラ２８が管素材４の軸Ｘｒに対して近接、離隔するように駆動される。
【００２１】
上記のカム軸２３が連結される変速機構５０は、撓み噛み合い式駆動装置を用いたもので、主軸２１とカム軸２３に夫々係合される一対の外輪５１，５２と、これらの内面に形成された同一の歯数の歯溝に噛合し、これらと異なる歯数の歯形が形成された可撓性の歯車輪５３と、この歯車輪５３を回動可能に支持し外輪５１，５２の歯溝と相対する２箇所で噛合するように配置するウェーブ形成輪５４が設けられている。このウェーブ形成輪５４は駆動用減速モータ５５によって回転駆動される。外輪５１，５２は夫々支持歯車５６，５７に支持され、支持歯車５６と噛合する駆動歯車５８が主軸２１に取付けられ、支持歯車５７と噛合する従動歯車５９がカム軸２３に取付けられている。
【００２２】
上記の撓み噛み合い式駆動装置は、例えば波動歯車装置（ Harmonic Drive Systems, Inc. 社の登録商標「ハーモニックドライブ」）として知られているので作動原理の説明は省略するが、主軸２１の回転駆動に応じて外輪５１，５２間に相対速度差が生ずる差動機構が構成されている。而して、主軸２１が回転駆動されると、外輪５１，５２間の差動によりカム軸２３を介してカム板２５が回転駆動され、各支持部材２７、ひいては各ローラ２８が主軸２１の軸Ｘｒに対し径方向移動するように構成されている。
【００２３】
尚、ローラ２８は複数でなく一個としてもよいが、断続的な衝撃を和らげるためには複数とすることが望ましい。また、ローラ２８は径方向に変位可能であればどのような移動経路としてもよい。ローラ２８の駆動手段としては遊星歯車機構等、他の手段を用いることとしてもよい。
【００２４】
上記モータ９，１６，３１等及びシリンダ１８等の各駆動手段はコントローラ（図示せず）に電気的に接続され、このコントローラから各駆動手段に対し制御信号が出力され、数値制御されるように構成されている。
【００２５】
上記スピニング加工装置により管素材の端部に対し偏心軸を中心に縮径を行なう場合の一例を図４を参照して説明する。図４の太い実線は加工後の管素材４を想定した外形を示し、本体部（胴部）４ａと、縮径部を構成するテーパ部４ｂｏ及び首部４ｃｏが表れている。先ず、管素材４の先端から加工長（Ｌ１）後退した位置が加工開始点Ｏ１とされる。そして、テーパ部４ｂｏを加工する際には、偏心量（Ｈ）が所定の加工サイクル回数Ｎ（図４の例では５回）で分割され、この間の１サイクル当りの偏心方向移動量、即ちＹ軸方向の移動量（Ｈ１）が設定される。
【００２６】
尚、本実施形態では図４に示すように移動量（Ｈ）を等分割としたが、要求される加工方法に応じて分割割合を異ならせることとしてもよい。例えば、加工初期のサイクル間の移動量を大きくして加工時間を短縮したり、加工終期のサイクル間の移動量を小さくして仕上げ精度を向上させることができる。同様に、軸方向長さに関し、テーパ長（ＬＴ）が加工サイクル回数Ｎ（５回）で分割され、この間の１サイクル当りのＸ軸方向の移動量（Ｘ１）が設定される。
【００２７】
図４において、Ｄは管素材４の本体部４ａの直径、ＲＤはテーパ部４ｂｏの最小直径で、首部４ｃｏの直径を表す。また、Ｖ１は加工量の多い側の縮径量を表し、Ｖ２は加工量の少ない側の縮径量を表す。そして、ＣＹ１乃至ＣＹ５は加工サイクルを表している。加工サイクル回数Ｎは、管素材４の縮径加工限界に鑑み、適宜設定されるが、本実施形態では１サイクル当りの移動量が管素材４の縮径加工限界を越えない値に設定する必要がある。この縮径加工限界は、管素材４の材質に起因して塑性加工を適切に行なうことができなくなる限界であり、これを越えて縮径加工を行なうと材料の薄肉化や破損を惹起することになる。
【００２８】
而して、図１において、先ず上側クランプ１７が上昇した状態で、下側クランプ１３のクランプ面１３ａ上に加工対象の管素材４が配置され、ストッパ１９に当接した状態の所定位置でシリンダ１８が駆動される。これにより、上側クランプ１７が下降し、管素材４は下側クランプ１３と上側クランプ１７の間に挟持され、回転不能の状態で保持される。このとき、管素材４の軸Ｘｔが主軸２１の軸Ｘｒと同軸となるように位置決めされる（図２の状態とは異なる）。また、各ローラ２８は管素材４の外径よりも外側に退避している。
【００２９】
次に、筐体２０がＸ軸ガイドレール５に沿って前進駆動され（図１及び図２の左方向に移動）、管素材４の先端から加工長（図４のＬ１）後退した点に各ローラ２８が位置した状態で停止される。換言すれば、各ローラ２８は図４の加工開始点Ｏ１に位置しており、この位置が原位置に設定される。そして、クランプ装置１２がＹ軸ガイドレール１０に沿って駆動され（図２の下方に移動）、管素材４が１サイクル当りの偏心方向移動量（Ｈ１）だけ、Ｙ軸方向に移動した位置で停止される。尚、このときの管素材４の軸Ｘｔを主軸２１の軸Ｘｒに対し移動量（Ｈ１）だけＹ軸方向に移動した位置を管素材４の原位置とするように設定してもよい。そして、マンドレル４０が管素材４の先端部開口内に位置するように前進駆動される。
【００３０】
この状態から、主軸２１が回転駆動され、各ローラ２８が軸Ｘｒを中心に回動すると共に、変速機構５０を介してカム板２５が回転駆動され、各ローラ２８が主軸２１の軸Ｘｒ方向に移動する。同時に、筐体２０ひいては各ローラ２８がＸ軸ガイドレール５に沿って後退駆動される（図１及び図２の右方向に移動）。これにより、各ローラ２８は、管素材４の端部の外周面に圧接された状態で、それ自体回転すると共に軸Ｘｒを中心に主軸２１回りを回転しながら、軸Ｘｒ方向に径方向駆動され、スピニング加工が行なわれる。
【００３１】
この場合において、各ローラ２８が加工開始点Ｏ１から移動量（Ｘ１）を移動し、各ローラ２８が所定量を移動するまでは、ローラ２８の回転軸たる軸Ｘｒが管素材４の軸Ｘｔに対し移動量（Ｈ１）だけ相対的にオフセット（偏心）しているため、スピニング加工によって管素材４の端部が塑性変形されると、図５の（ＣＹ１）に示すように、本体部４ａの軸Ｘｔに対しＨ１だけ偏心した軸を中心とする裁頭円錐状のテーパ部４bo1 が形成される。
【００３２】
そして、各ローラ２８が移動量（Ｘ１）を越えて更に後退駆動されるときには、各ローラ２８はその状態（所定量移動した位置）に保持される。従って、各ローラ２８の後退駆動によって管素材４の先端部が塑性変形し、テーパ部４bo1 の最小径部に連続して本体部４ａの軸Ｘｔに対しＨ１だけ偏心した軸を中心とする円筒状の首部４co1 が形成される。この後、管素材４とローラ２８が、原位置に復帰駆動され、上記の縮径作動の往動パスと共に１往復移動が１サイクルとされ、第１サイクル（ＣＹ１）のスピニング加工が終了する。尚、本実施形態では説明の便宜上、往動パスにおける縮径作動のみを説明したが、復動パスにおいても同様の加工を行ない、１サイクル中の２パスともスピニング加工を行なうように設定することとすれば、加工効率が良好となる。また、ローラ２８は、エネルギー効率やタクトタイムに鑑み、各サイクル毎に停止させることなく、連続して回転するように設定されている。
【００３３】
第１サイクル（ＣＹ１）のスピニング加工が終了し各ローラ２８が原位置に復帰駆動された後、第２サイクル（ＣＹ２）のスピニング加工が行なわれる。即ち、筐体２０（各ローラ２８）が前進駆動され、管素材４の先端から加工長（Ｌ１−Ｘ１）後退した位置に各ローラ２８が位置した状態で停止される。同時に、クランプ装置１２がＹ軸ガイドレール１０に沿って駆動され、管素材４が移動量（２・Ｈ１）だけＹ軸方向に移動した位置で停止される。この状態から、各ローラ２８が軸Ｘｒ方向に径方向駆動されると共に、各ローラ２８がＸ軸ガイドレール５に沿って後退駆動される。
【００３４】
これにより、前述のように各ローラ２８が管素材４の外周面に圧接された状態で軸Ｘｒ方向に径方向駆動され、スピニング加工が行なわれる。この場合において、各ローラ２８が加工開始点Ｏ１から所定量（第１サイクル（ＣＹ１）時の２倍（２・Ｘ１））を移動するまでは、各ローラ２８の回転軸の軸Ｘｒが管素材４の軸Ｘｔに対し移動量（２・Ｈ１）だけ偏心しているため、スピニング加工された管素材４の端部は、本体部４ａの軸Ｘｔに対し２・Ｈ１だけ偏心した軸を中心とするテーパ部及び首部が形成される。而して、本実施形態では上記と同様の工程が更に３回繰り返されると、図５の（ＣＹ５）に示すように、偏心軸を有するテーパ部４ｂｏ及び首部４ｃｏから成る縮径部４ｄｏが、管素材４の端部に形成される。
【００３５】
次に、上記スピニング加工装置により管素材の端部に対し傾斜軸を中心に縮径を行なう場合の一例を図１及び図２並びに図６乃至図８を参照して説明する。図１において、前述のように管素材４が下側クランプ１３と上側クランプ１７の間に保持された状態で、テーブル６がモータ１６によってＹ軸ガイドレール１０に沿って駆動されると共に、下側クランプ１３がモータ３１によって出力軸３１ａを中心に回転駆動され、図２に示すように管素材４の軸Ｘｔに対して傾斜した加工目標の軸Ｘｅが主軸２１の軸Ｘｒと同軸となるように位置決めされる。そして、マンドレル４０が管素材４の端部開口内に位置するように前進駆動される。
【００３６】
このときの同管素材４とローラ２８の関係、及び軸Ｘｅ、軸Ｘｒ及び軸Ｘｔの関係は図６に示すようになる。同図において、点Ｃ０は下側クランプ１３の回転中心で出力軸３１ａに対応しており、主軸２１の軸Ｘｒに対して管素材４の軸Ｘｔがθ角度傾斜している。点Ｃ１は、加工目標とする管素材４の傾斜端部における最内側端面の中心であり、点Ｃ０と点Ｃ１との間が距離Ｒ１だけ離れている。前述のように主軸２１の軸Ｘｒはベ−スＢＳに平行な面上に配置されるのに対し、管素材４は出力軸３１ａ、即ち点Ｃ０を中心に回動し、軸Ｘｔと軸Ｘｒとの間に傾斜角θが形成されている。
【００３７】
上記の関係から明らかなように、軸Ｘｒに平行で傾斜端部の中心点Ｃ１を含む加工目標の軸Ｘｅは、軸Ｘｒに対して垂直な方向に、即ちＹ軸に沿って距離Ｓだけ離れている。この距離ＳはＳ＝Ｒ１・ｓｉｎθとして求められる。従って、例えば各ローラ２８が軸Ｘｒ方向に駆動されると、その軌跡は図６に２点鎖線で示すようになるので、管素材４の端部が適切に加工されない。管素材４の端部を適切な形状に形成するためには、主軸２１を軸Ｘｅと略同軸に配置する必要がある。
【００３８】
このため、本実施形態では軸Ｘｅが加工目標として用いられ、管素材４がＹ軸ガイドレール１０に沿って軸Ｘｒに対して垂直な方向に、即ち図６の下方に駆動され、距離Ｓだけ平行移動した位置とされる。これにより、主軸２１（軸Ｘｒで表す）と管素材４の関係は図７に示すようになり、軸Ｘｒと加工目標の軸Ｘｅが重合する。図７に２点鎖線で示す５本の軌跡のうち最終軌跡（最内側）が目標とする外形を表し、その中心軸が加工目標の軸Ｘｅに対応し、形成される縮径部の傾斜軸に対応している。
【００３９】
この状態から、主軸２１が軸Ｘｒを中心に回転駆動され、各ローラ２８が軸Ｘｒ（軸Ｘｅ）を中心に回動すると共に、変速機構５０を介してカム板２５が回転駆動され、各ローラ２８が軸Ｘｒ方向に移動する。同時に、各ローラ２８がＸ軸ガイドレール５に沿って後退駆動される（図１及び図２の右方向に移動）。これにより、各ローラ２８は、管素材４の端部の外周面に圧接された状態で、それ自体回転すると共に軸Ｘｒを中心に回転しながら、軸Ｘｒ方向に径方向駆動され、スピニング加工が行なわれる。而して、図８に示すように管素材４の端部はテーパ部４ｂｒと、軸Ｘｔに対して傾斜した軸Ｘｅを中心とする首部４ｃｒから成る縮径部４ｄｒが形成される。
【００４０】
前述のように管素材４の端部に対し偏心軸を中心に縮径を行なうと共に、傾斜軸を中心に縮径を行なうこととすれば、所望の縮径部を一層容易且つ迅速に形成することができる。例えば、図９に示すように、図４及び図５の縮径工程によって偏心軸を中心にテーパ部４ｂｏと首部４ｃｏが端部に形成された管素材４に対し、傾斜軸を中心に縮径を行なうことにより、図９に２点鎖線で示すように偏心軸及び傾斜軸を中心に目標の外形に形成することができる。
【００４１】
次に、主軸２１の軸ＸｒがベースＢＳに対し平行な面に配置されるのに対し、管素材４は点Ｃ０を中心に所定角度（θ）回転され、図１２に示すように傾斜角θが形成される。このとき、傾斜軸、即ち加工目標の軸Ｘｅは、軸Ｘｒと平行で、管素材４の目標とする端部の最内側の断面の中心Ｃ１を含むように設定される。この中心Ｃ１は、軸Ｘｒに対し距離Ｓ（＝Ｒ１・ｓｉｎθ）だけＹ軸方向に離れている。従って、前述のように、管素材４はＹ軸ガイドレール１０に沿って軸Ｘｒに対して垂直方向（図１２の下方）に距離Ｓだけ駆動され、軸Ｘｒと加工目標の軸Ｘｅが重合する。
【００４２】
而して、図１３に２点鎖線で示すように、各ローラ２８が管素材４の外面に当接した状態で、それ自体回転すると共に軸Ｘｒ（加工目標の軸Ｘｅと重合）を中心に回転しながら、軸Ｘｒ方向に径方向駆動され、スピニング加工が行なわれる。この結果、図１２に示すように、管素材４の軸Ｘｔに対して傾斜した軸Ｘｅを中心にテーパ部４ｂｐ及び首部４ｃｐが管素材４の端部に形成される。この後、管素材４の先端部が切除されて、図１１に示すテーパ部４ｂｐ及び首部４ｃｐを備えた管素材４が形成される。
【００４３】
而して、本実施形態の縮径加工によれば偏心軸と傾斜軸の各々を中心としてスピニング加工が行なわれるので、所望の形状の端部が容易に形成され、滑らかな加工面が得られる。しかも、ローラ２８等に対する負荷が過大となることがないので、円滑に加工作業を行なうことができる。特に、本実施形態は、縮径部の傾斜角度が小さい製品を製造する場合に、迅速且つ容易に滑らかな加工面を有する縮径部を形成することができる。また、マンドレル４０の直径は、管素材４の加工後の首部４ｃｐの内径と等しい値に設定されており、仕上げ加工時には、首部４ｃｐがマンドレル４０とローラ２８に挟持された状態でスピニング加工が行なわれるので、首部４ｃｐを容易に滑らかな面に形成することができる。
【００４４】
尚、製造時間と製品の品質を勘案すると、管素材の端部に対し偏心軸を中心に縮径する工程は複数回とし、管素材の端部に対し傾斜軸を中心に縮径する工程は１回とするとよい。但、管素材４の軸Ｘｔに対する縮径部の傾斜軸の角度を大きく形成する必要がある場合には、スピニング工程時に、あるいは更に１サイクル毎に、テーブル６をモータ３１の出力軸３１ａを中心に所定角度づつ回転させると共にＹ軸方向に所定距離づつ移動させ乍ら、スピニング加工を行なうこととするとよい。
【００４５】
図１及び図２の実施形態においては筐体２０がＸ軸に沿って駆動されると共に、管素材４がＹ軸に沿って駆動されることによって、両者が相対的に移動するように構成されているが、筐体２０をベ一スＢＳ上に固定し、管素材４をＸ軸及びＹ軸に沿って駆動するように構成してもよい。即ち、本発明の第１の駆動手段たる第１の駆動機構１を図１の左側に集中して配置することとしてもよい。
【００４６】
また、図１及び図２に記載の実施形態においては、管素材４の軸Ｘｔが主軸２１の軸Ｘｒに対し、ベースＢＳと平行な同一平面上に位置するように、ベースＢＳからの高さが固定されているが、管素材４の軸ＸｔのベースＢＳからの高さを可変とし、主軸２１の軸Ｘｒに対し鉛直方向にも調整可能に構成してもよい。即ち、本実施形態は管素材４を鉛直方向に駆動する駆動機構（図示せず）を付加することとすれば、調整が一層容易となる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１及び請求項３に記載の管素材の端部成形方法及び装置においては、偏心軸を中心にローラと管素材を相対的に回転駆動すると共にローラを主軸に向かって径方向に駆動し、且つ傾斜軸を中心にローラと管素材を相対的に回転駆動すると共にローラを主軸に向かって径方向に駆動して管素材に対しスピニング加工を行なうように構成されており、端部に対し円滑且つ効率的にスピニング加工が行なわれるので、管素材の端部に縮径部を容易に一体的に形成することができ、縮径部に対し滑らかな加工面を確保することができる。特に、縮径部の傾斜角度が小さい製品を製造する場合に有効であり、迅速且つ容易に縮径部を形成することができ、高精度で所望の形状に形成することができる。勿論、従来のような溶接等の接合作業が不要であるので、製造が容易であり製造コストを低減することができる。
【００４８】
また、請求項２及び請求項４に記載の成形方法及び装置においては、管素材の軸に対する縮径部の軸の傾斜角度が大きい場合でも、円滑にスピニング加工を行なうことができ、縮径部に対し滑らかな加工面を確保することができる。
【００４９】
更に、請求項５に記載の装置においては、一層円滑なスピニング加工を行なうことができ、縮径部に対し滑らかな加工面を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置の一部を破断した状態を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置の一部を破断した状態を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるカム板及び支持部材を示す正面図である。
【図４】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により管素材の端部に対し偏心軸を中心に縮径を行なう場合の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により管素材の端部に対し偏心軸を中心に縮径を行なう際の工程毎の管素材の端部形状を示す正面及び側面図である。
【図６】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により管素材の端部に対し傾斜軸を中心に縮径を行なう場合の一例を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により管素材の端部に対し傾斜軸を中心に縮径を行なう場合の一例を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により形成された傾斜軸を中心に端部を備えた管素材を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により管素材の端部に対し偏心軸及び傾斜軸を中心に縮径を行なう際の、偏心軸を中心に端部が形成された管素材を示す一例を示す平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により、偏心軸を中心に端部が形成された管素材に対し、更に傾斜軸を中心に縮径を行なう状態の管素材を示す平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により、偏心軸を中心に端部が形成された管素材に対し、更に傾斜軸を中心に縮径を行なう状態の管素材を示す平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により、偏心軸を中心に端部が形成された管素材に対し、更に傾斜軸を中心に縮径を行なった管素材を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態のスピニング加工装置により形成された偏心軸及び傾斜軸を中心に端部が形成された管素材を示す平面図である。
【符号の説明】
１第１の駆動機構，２第２の駆動機構，４管素材，
４ｂｏ，４ｂｒ，４ｂｐテーパ部，４ｃｏ，４ｃｒ，４ｃｐ首部，
９，１６，３１，５５モータ，１８，２５シリンダ，
１２クランプ装置，２１主軸，２８ローラ，
３２案内溝，３３ガイドローラ，５０変速機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an end forming method and apparatus for a tube material, and more particularly to an end forming method and an end forming apparatus for integrally forming a reduced diameter portion at an end of a cylindrical metal tube material.
[0002]
[Prior art]
As an end molding method for forming a reduced diameter portion at the end of a cylindrical metal tube material (hereinafter referred to as a tube material), for example, Japanese Utility Model Publication No. 61-110823 discloses at least one cone portion and a main body. A catalyst carrier holding case integrally formed by expanding or contracting a pipe material is disclosed, and the portion on the opening end side of the cylindrical portion is contracted by spinning while leaving the case main body portion, and further the other cone portion A method of integrally forming a conduit connected thereto is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 3-226327 discloses that a pipe material is pressed in the axial direction by a press die to be formed into a substantially conical shape, and then the pipe material is rotatably supported and a spinning roll is formed on the outer peripheral surface of the conical formed portion. A method for forming a mouth portion of a pressure vessel or the like for spinning by pressing is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, regarding the catalytic converter in the exhaust system of the silencer of an automobile and the outer cylinder of the silencer, it is intended to improve the ease of manufacture and the vehicle mountability, and it is desired to integrally form these from a metal tube material. . Under such circumstances, it is required that the reduced diameter portion formed at the end of the tube material can be formed into a special shape such as being eccentric or inclined with respect to the axis of the tube material.
[0004]
However, in the conventional forming method by spinning, the reduced diameter portion coaxial with the main body portion is formed on the tube material. When the main body portion and the reduced diameter portion are not coaxial, Japanese Utility Model Laid-Open No. 61-110823 described above. 1 was formed by press work like the cone portion (reduced diameter portion) on the right side of FIG. 1, and this was welded to the case body. However, the tube formed by such a method cannot be as strong as the integral molding, and requires a different operation of joining, so that it is difficult to manufacture, and a coaxial tube formed by spinning processing. The increase in manufacturing cost is inevitable compared to the body.
[0005]
Then, this invention makes it a subject to provide the edge part shaping | molding method and apparatus of a pipe | tube raw material which can form a diameter-reduced part integrally and easily in the edge part of a pipe | tube raw material.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a method for forming an end portion of a pipe material according to the present invention supports a roller so as to be movable in a radial direction with respect to a main shaft and forms a pipe on a surface including the main shaft. The tube material is supported so that the shaft of the material is positioned, and the roller and the tube material are driven to rotate relative to each other about the eccentric shaft that is eccentric with respect to the shaft of the tube material, and the roller is The roller is driven radially toward the main shaft so as to contact the outer peripheral surface of the end portion, and the roller and the tube material are relatively moved around an inclined axis inclined with respect to the axis of the tube material. Spinning is performed on the tube material by driving the roller in a radial direction toward the main shaft so that the roller contacts the outer peripheral surface of the end portion of the tube material. The reduced diameter part is formed in the part. .
[0007]
In the method of forming an end portion of the tube material, as described in claim 2, relative rotation of the roller and the tube material from the main shaft to at least one of the eccentric shaft and the inclined shaft. The rotational axis of the drive may be set so as to approach as many as possible in a plurality of cycles, and the roller and the tube material may be driven to rotate relative to each other for each cycle to perform spinning processing on the tube material.
[0008]
According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for forming an end portion of a pipe material, wherein a main shaft, a roller that supports the main shaft so as to be movable in a radial direction, and a pipe material on a surface including the main shaft. The tube material is supported so that the axis of the tube material is positioned, and the main shaft is substantially coaxial with an eccentric shaft that is eccentric with respect to the tube material axis and an inclined shaft that is inclined with respect to the tube material axis. A first driving means for relatively driving the main shaft and the tube material; and an outer peripheral surface of an end portion of the tube material while the roller and the tube material are driven to rotate relative to each other about the eccentric shaft. The roller is driven in a radial direction toward the main shaft so as to abut against the main shaft, and the roller and the tube material are driven to rotate relative to each other about the inclined shaft. The roller is moved toward the main shaft so as to contact the outer peripheral surface. Second driving means for driving in the direction, and controlling the second driving means and the first driving means to form a reduced diameter portion at the end of the tube material. .
[0009]
Thus, the first driving means relatively drives the main shaft and the tube material so that the main axis is substantially coaxial with the eccentric shaft, and the second driving means causes the roller and the The tube material is driven to rotate relative to the eccentric shaft, and the roller is driven in a radial direction toward the main shaft so as to abut on the outer peripheral surface of the end portion of the tube material. A central reduced diameter portion is formed. Moreover, the main shaft and the tube material are relatively driven by the first driving means so that the main shaft is substantially coaxial with the inclined axis, and the roller and the tube material are driven by the second driving means. Is driven to rotate relative to the tilt axis, and the roller is driven in a radial direction toward the main shaft so as to contact the outer peripheral surface of the end portion of the tube material. A reduced diameter portion is formed. The first driving means is any one of a mechanism for driving the roller with respect to the tube material, a mechanism for driving the tube material with respect to the roller, and a mechanism for driving both the tube material and the roller. be able to.
[0010]
In the tube material end forming apparatus, as described in claim 4, the second driving means extends from the main shaft to at least one of the eccentric shaft and the inclined shaft, The rotation axis of the relative rotation drive of the tube material is set so as to approach asymptotically in a plurality of cycles, and the roller and the tube material are driven to rotate relative to each other in each cycle to spin the tube material. It may be configured to do so.
[0011]
Further, in the tube material end forming apparatus according to claim 5, the plurality of rollers are provided, and the second driving means brings the plurality of rollers close to the main shaft in a radial direction. The plurality of rollers may be driven to rotate about the main shaft so as to spin the tube material.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a method and an apparatus for forming an end portion of a tube material having the above-described configuration will be described with reference to the drawings. FIG. 1 to FIG. 3 show a spinning processing apparatus used in one embodiment of an end forming apparatus for a tube material. The final product of this embodiment is, for example, an outer cylinder (not shown) of a silencer for automobiles or a catalyst. Used for converters. In this embodiment, the tube material to be processed is a stainless steel tube, but is not limited thereto, and other metal tubes may be used.
[0013]
First, the configuration of a spinning processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1, a first driving means of the present invention is formed on a base BS. A first drive mechanism 1 and a second drive mechanism 2 as second drive means are configured. In the first drive mechanism 1, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the processing target axis Xe at the end of the tube material 4 is the X axis (in FIG. 1, the axis Xt and the axis Xe are on the same plane. In parallel therewith, a pair of X-axis guide rails 5 are fixed to one side (the right side in FIG. 1) on the base BS, and a housing is formed along the X-axis guide rails 5. 20 is arranged to be movable. A ball socket 7 is fixed to the lower portion of the housing 20, and a screw shaft 8 screwed into the ball socket 7 is disposed on the base BS in parallel with the X-axis guide rail 5 and can be rotated by a servo motor 9. It is supported. Thus, when the screw shaft 8 is rotationally driven by the servo motor 9, the housing 20 is configured to move along the X axis.
[0014]
On the other hand, a base 1a is formed on the other side (the left side in FIG. 1) of the base BS, and a pair of Y-axis guide rails 10 orthogonal to the X-axis guide rail 5 are fixed on the base 1a. A pair of sliders 11 are movably disposed on these Y-axis guide rails 10, and a clamp device 12 is supported on these sliders 11. The clamp device 12 includes a lower clamp 13 fixed to the slider 11 and an upper clamp 17 disposed above the clamp. The tube material 4 is sandwiched between the lower clamp 13 and the upper clamp 17. A ball socket 14 (FIG. 2) is fixed to the lower part of the lower clamp 13, and a screw shaft 15 that engages with the ball socket 14 is disposed on the base 1 a in parallel with the Y-axis guide rail 10, and is driven by a servo motor 16. It is rotatably supported. Thus, when the screw shaft 15 is rotationally driven by the servo motor 16, the clamping device 12 is configured to move along the Y axis.
[0015]
For example, a hydraulically driven cylinder 18 is disposed on the upper portion of the upper clamp 17 so that the upper clamp 17 is supported so as to be driven up and down. When the tube material 4 is attached and detached, the upper clamp 17 is driven upward. Is done. A semi-cylinder clamping surface is formed on the upper surface of the lower clamp 13, and a semi-cylindrical clamping surface is also formed on the lower surface of the upper clamp 17, and the tube material 4 is sandwiched between these clamping surfaces. Is configured to be held so as not to rotate or move. Further, a stopper 19 is disposed on the side of the clamp device 12 opposite to the housing 20, and the pipe material 4 is disposed so that one end of the stopper 19 abuts on the stopper 19. The stopper 19 is attached to the lower clamp 13 so that it can move together with the clamp device 12. If the stopper 19 is configured so that the position of the stopper 19 can be adjusted in the X-axis direction with respect to the lower clamp 13, the axial positioning of the tube material 4 can be performed appropriately and easily.
[0016]
Thus, after the pipe material 4 is disposed on the clamping surface of the lower clamp 13 so that one end thereof abuts against the stopper 19, the upper clamp 17 is driven downward by the hydraulic cylinder 18. 4 is held at a predetermined position between the upper clamp 17 and the lower clamp 13. At this time, as shown in FIG. 1, the axis Xt of the tube material 4 is positioned on the same plane parallel to the base BS (the same height from the base BS) with respect to an axis Xr of the main shaft 21 described later. Has been.
[0017]
Further, the table 6 on the left side of FIG. 1 is embedded with a rotary drive means comprising, for example, a motor 31, and the output shaft 31a of the motor 31 extends downward in the direction perpendicular to the base BS in FIG. The lower clamp 13 is engaged with the side clamp 13 and can be driven to rotate about the output shaft 31a. An arcuate guide groove 32 centered on the output shaft 31 a is formed on the upper surface of the table 6, and a guide roller 33 fitted in the guide groove 32 is rotatably supported on the lower surface of the lower clamp 13. Has been. Thus, the lower clamp 13 rotates along the guide groove 32 and is driven to rotate about the output shaft 31a.
[0018]
Next, the second drive mechanism 2 will be described. On the right side of FIG. 1, the main shaft 21 is located on the same plane parallel to the base BS with respect to the axis Xt of the tube material 4, and the processing target of the tube material 4 is processed. It is arranged so as to face the tube material 4 substantially coaxially with the axis Xe, and is supported by the housing 20 so as to be rotatable about the axis Xr via bearings 20a and 20b. The main shaft 21 is formed of a hollow cylindrical member, and a cylindrical cam shaft 23 is accommodated in the hollow portion, and is connected to a speed change mechanism 50 described later. Further, the connecting rod 41 of the mandrel 40 is supported so as to be able to advance and retract in the axial direction so as to penetrate the hollow portion of the cam shaft 23. The mandrel 40 is formed to match the shape inside the open end of the tube material 4. The base end portion of the connecting rod 41 is supported by a forward / backward drive cylinder 42, and the cylinder 42 is supported by the base BS via a bracket 1c.
[0019]
The main shaft 21 is connected to a pulley 22b via a gear train 22a. The pulley 22b is connected to a motor or the like (not shown) of a rotational drive means via a belt (not shown). It is rotationally driven by a motor or the like. On the other hand, a flange 24 is fixed to the tip of the main shaft 21, and when the main shaft 21 is driven to rotate, the flange 24 rotates about the axis Xr. And the front-end | tip part of the cam shaft 23 is supported so that rotation with respect to this flange 24 is possible. A cam plate 25 is fixed to the distal end portion of the cam shaft 23, and the cam plate 25 is rotationally driven around the axis Xr together with the cam shaft 23.
[0020]
As shown in FIG. 3, the cam plate 25 is formed with three spiral guide grooves 25 a, and guide pins that move in the radial direction as the cam plate 25 rotates in each of the guide grooves 25 a. 26 is arranged. These guide pins 26 are respectively held by three support members 27, and a roller 28 is rotatably supported by each support member 27 as shown in FIGS. Thus, when the main shaft 21 is driven to rotate, the roller 28 rotates about the axis Xr, and the support member 27 is driven in the radial direction according to the rotation of the cam plate 25, so that the roller 28 is moved to the tube material 4. It is driven so as to be close to and away from the axis Xr.
[0021]
The speed change mechanism 50 to which the cam shaft 23 is connected uses a flexure-meshing type driving device, and is formed on the inner surface of the pair of outer rings 51 and 52 respectively engaged with the main shaft 21 and the cam shaft 23. A flexible tooth wheel 53 that is engaged with the same number of tooth gaps and formed with tooth shapes of different number of teeth, and the teeth of the outer rings 51 and 52 that rotatably support the tooth wheel 53. A wave forming wheel 54 is provided so as to be meshed at two locations facing the groove. The wave forming wheel 54 is rotationally driven by a drive reduction motor 55. The outer rings 51 and 52 are respectively supported by support gears 56 and 57, a drive gear 58 that meshes with the support gear 56 is attached to the main shaft 21, and a driven gear 59 that meshes with the support gear 57 is attached to the cam shaft 23.
[0022]
  The above-described bending engagement type driving device is, for example,Wave gear device ( Harmonic Drive Systems, Inc. The registered trademark “Harmonic drive")Known assoAlthough a description of the operation principle is omitted, a differential mechanism in which a relative speed difference is generated between the outer rings 51 and 52 in accordance with the rotational drive of the main shaft 21 is configured. Thus, when the main shaft 21 is rotationally driven, the cam plate 25 is rotationally driven by the differential between the outer rings 51 and 52 via the cam shaft 23, and each support member 27, and thus each roller 28, is the shaft of the main shaft 21. It is configured to move in the radial direction with respect to Xr.
[0023]
The number of rollers 28 may be one instead of a plurality, but it is desirable to use a plurality of rollers in order to reduce intermittent impacts. The roller 28 may have any movement path as long as it can be displaced in the radial direction. Other means such as a planetary gear mechanism may be used as the driving means for the roller 28.
[0024]
The driving means such as the motors 9, 16, 31 and the cylinder 18 and the like are electrically connected to a controller (not shown), and a control signal is output from the controller to the driving means so as to be numerically controlled. It is configured.
[0025]
An example in which the diameter is reduced around the eccentric shaft with respect to the end portion of the pipe material by the spinning processing apparatus will be described with reference to FIG. The thick solid line in FIG. 4 shows the outer shape assuming the processed tube material 4, and the main body (body portion) 4a, the tapered portion 4bo and the neck portion 4co constituting the reduced diameter portion appear. First, a position where the machining length (L1) is retracted from the tip of the tube material 4 is set as a machining start point O1. When the taper portion 4bo is processed, the eccentric amount (H) is divided by a predetermined processing cycle number N (5 in the example of FIG. 4), and the amount of movement in the eccentric direction per cycle during this period, that is, Y A movement amount (H1) in the axial direction is set.
[0026]
In the present embodiment, the movement amount (H) is equally divided as shown in FIG. 4, but the dividing ratio may be varied according to the required processing method. For example, the machining amount can be shortened by increasing the amount of movement between cycles at the beginning of machining, or the finishing amount can be improved by reducing the amount of movement between cycles at the end of machining. Similarly, with respect to the axial length, the taper length (LT) is divided by the number of machining cycles N (5 times), and the amount of movement (X1) in the X-axis direction per cycle during this period is set.
[0027]
In FIG. 4, D is the diameter of the main body portion 4a of the tube material 4, and RD is the minimum diameter of the tapered portion 4bo, and represents the diameter of the neck portion 4co. V1 represents the amount of diameter reduction on the side with the larger amount of processing, and V2 represents the amount of diameter reduction on the side with the smaller amount of processing. CY1 to CY5 represent machining cycles. The number of machining cycles N is set as appropriate in consideration of the diameter reduction processing limit of the tube material 4, but in this embodiment, it is necessary to set the amount of movement per cycle not to exceed the diameter reduction processing limit of the tube material 4. There is. This diameter reduction limit is a limit at which plastic processing cannot be performed properly due to the material of the tube material 4, and if the diameter reduction processing is performed beyond this limit, the material may be thinned or damaged. become.
[0028]
Thus, in FIG. 1, the tube material 4 to be processed is disposed on the clamp surface 13 a of the lower clamp 13 with the upper clamp 17 raised first, and the cylinder at a predetermined position in contact with the stopper 19. 18 is driven. As a result, the upper clamp 17 is lowered, and the tube material 4 is sandwiched between the lower clamp 13 and the upper clamp 17 and is held in a non-rotatable state. At this time, the tube material 4 is positioned so that the axis Xt of the tube material 4 is coaxial with the axis Xr of the main shaft 21 (different from the state of FIG. 2). Each roller 28 is retracted outside the outer diameter of the tube material 4.
[0029]
Next, the casing 20 is driven forward along the X-axis guide rail 5 (moved leftward in FIGS. 1 and 2), and each point is set at a point where the processing length (L1 in FIG. 4) is retracted from the tip of the tube material 4. The roller 28 is stopped in a state where it is positioned. In other words, each roller 28 is located at the machining start point O1 in FIG. 4, and this position is set as the original position. Then, the clamping device 12 is driven along the Y-axis guide rail 10 (moves downward in FIG. 2), and the tube material 4 is moved in the Y-axis direction by an eccentric direction movement amount (H1) per cycle. Stopped. It should be noted that the position where the axis Xt of the tube material 4 at this time is moved in the Y-axis direction by the movement amount (H1) with respect to the axis Xr of the main shaft 21 may be set as the original position of the tube material 4. Then, the mandrel 40 is driven forward so that the mandrel 40 is positioned within the opening of the distal end portion of the tube material 4.
[0030]
From this state, the main shaft 21 is rotationally driven, each roller 28 rotates about the axis Xr, and the cam plate 25 is rotationally driven via the speed change mechanism 50, so that each roller 28 moves in the direction of the axis Xr of the main shaft 21. Moving. At the same time, the housing 20 and thus the rollers 28 are driven backward along the X-axis guide rail 5 (moved to the right in FIGS. 1 and 2). As a result, each roller 28 is rotated in a radial direction in the direction of the axis Xr while rotating around the main shaft 21 around the axis Xr while rotating itself while being pressed against the outer peripheral surface of the end portion of the tube material 4. Spinning is performed.
[0031]
In this case, each roller 28 moves the movement amount (X1) from the processing start point O1, and the axis Xr, which is the rotation axis of the roller 28, becomes the axis Xt of the tube material 4 until each roller 28 moves a predetermined amount. On the other hand, since it is relatively offset (eccentric) by the movement amount (H1), when the end portion of the tube material 4 is plastically deformed by spinning, as shown in (CY1) of FIG. A truncated conical tapered portion 4bo1 centering on an axis eccentric by H1 with respect to the axis Xt is formed.
[0032]
When each roller 28 is further driven backward beyond the movement amount (X1), each roller 28 is held in that state (position moved by a predetermined amount). Accordingly, the distal end portion of the tube material 4 is plastically deformed by the backward drive of each roller 28, and is cylindrical with the axis deviated by H1 from the axis Xt of the main body portion 4a continuously to the minimum diameter portion of the taper portion 4bo1. The neck 4co1 is formed. Thereafter, the tube material 4 and the roller 28 are driven back to their original positions, and one reciprocating movement is made one cycle together with the above-described forward movement path of the diameter reducing operation, and the spinning process of the first cycle (CY1) is completed. In the present embodiment, for the sake of convenience of explanation, only the diameter reducing operation in the forward movement path has been described. However, the same machining is performed in the backward movement path, and the spinning process is set so that the two passes in one cycle are also performed. If so, the processing efficiency becomes good. Further, the roller 28 is set so as to continuously rotate without stopping every cycle in view of energy efficiency and tact time.
[0033]
After the spinning process of the first cycle (CY1) is completed and each roller 28 is driven back to the original position, the spinning process of the second cycle (CY2) is performed. That is, the casing 20 (each roller 28) is driven forward, and is stopped in a state where each roller 28 is located at a position retracted from the tip of the tube material 4 by the machining length (L1-X1). At the same time, the clamping device 12 is driven along the Y-axis guide rail 10 and stopped at the position where the tube material 4 has moved in the Y-axis direction by the movement amount (2.H1). From this state, each roller 28 is driven in the radial direction in the direction of the axis Xr, and each roller 28 is driven backward along the X-axis guide rail 5.
[0034]
Thus, as described above, each roller 28 is driven in the radial direction in the direction of the axis Xr while being pressed against the outer peripheral surface of the tube material 4, and spinning processing is performed. In this case, the axis Xr of the rotational axis of each roller 28 is the tube material until each roller 28 moves a predetermined amount (twice (2.multidot.X1) in the first cycle (CY1)) from the processing start point O1. The end of the tube material 4 that has been spun is centered on an axis that is eccentric by 2 · H1 with respect to the axis Xt of the main body 4a. A tapered portion and a neck portion are formed. Thus, in the present embodiment, when the same process as described above is repeated three more times, as shown in FIG. 5 (CY5), the reduced diameter portion 4do composed of the tapered portion 4bo having the eccentric shaft and the neck portion 4co, It is formed at the end of the tube material 4.
[0035]
Next, an example in which the diameter of the end of the tube material is reduced around the inclined axis by the spinning device will be described with reference to FIGS. 1 and 2 and FIGS. In FIG. 1, with the tube material 4 held between the lower clamp 13 and the upper clamp 17 as described above, the table 6 is driven along the Y-axis guide rail 10 by the motor 16 and the lower side. The clamp 13 is driven to rotate about the output shaft 31a by the motor 31, so that the machining target axis Xe inclined with respect to the axis Xt of the tube material 4 is coaxial with the axis Xr of the main shaft 21 as shown in FIG. Positioned. Then, the mandrel 40 is driven forward so as to be positioned in the end opening of the tube material 4.
[0036]
The relationship between the tube material 4 and the roller 28 at this time and the relationship between the axis Xe, the axis Xr, and the axis Xt are as shown in FIG. In the figure, the point C 0 corresponds to the output shaft 31 a at the center of rotation of the lower clamp 13, and the axis Xt of the tube material 4 is inclined by θ angle with respect to the axis Xr of the main shaft 21. The point C1 is the center of the innermost end surface at the inclined end of the tube material 4 to be processed, and the point C0 and the point C1 are separated by a distance R1. As described above, the axis Xr of the main shaft 21 is arranged on a plane parallel to the base BS, whereas the tube material 4 rotates around the output shaft 31a, that is, the point C0, and the axes Xt and Xr. Is formed between them.
[0037]
As is apparent from the above relationship, the machining target axis Xe parallel to the axis Xr and including the center point C1 of the inclined end portion is separated by a distance S in a direction perpendicular to the axis Xr, that is, along the Y axis. ing. This distance S is obtained as S = R1 · sin θ. Therefore, for example, when each roller 28 is driven in the direction of the axis Xr, the trajectory becomes as indicated by a two-dot chain line in FIG. In order to form the end of the tube material 4 in an appropriate shape, it is necessary to arrange the main shaft 21 substantially coaxially with the axis Xe.
[0038]
For this reason, in this embodiment, the axis Xe is used as a machining target, and the tube material 4 is driven along the Y-axis guide rail 10 in a direction perpendicular to the axis Xr, that is, downward in FIG. The translated position is assumed. Thereby, the relationship between the main shaft 21 (represented by the axis Xr) and the tube material 4 is as shown in FIG. 7, and the axis Xr and the processing target axis Xe are superposed. The final trajectory (innermost) of the five trajectories indicated by the two-dot chain line in FIG. 7 represents the target outer shape, the central axis of which corresponds to the machining target axis Xe, and the inclined axis of the reduced diameter portion to be formed It corresponds to.
[0039]
From this state, the main shaft 21 is driven to rotate about the axis Xr, each roller 28 rotates about the axis Xr (axis Xe), and the cam plate 25 is driven to rotate via the speed change mechanism 50. 28 moves in the direction of the axis Xr. At the same time, each roller 28 is driven backward along the X-axis guide rail 5 (moves to the right in FIGS. 1 and 2). As a result, each roller 28 is rotated in a state of being pressed against the outer peripheral surface of the end portion of the tube material 4 and is driven in the radial direction in the direction of the axis Xr while rotating around the axis Xr. Done. Thus, as shown in FIG. 8, the end portion of the tube material 4 is formed with a tapered portion 4br and a reduced diameter portion 4dr including a neck portion 4cr centering on the axis Xe inclined with respect to the axis Xt.
[0040]
As described above, if the diameter of the end portion of the tube material 4 is reduced with the eccentric shaft as the center, and the diameter is reduced with the inclined shaft as the center, the desired reduced diameter portion can be formed more easily and quickly. be able to. For example, as shown in FIG. 9, the diameter of the tube material 4 with the tapered portion 4 bo and the neck portion 4 co formed at the end by the diameter reducing process of FIGS. As shown in FIG. 9, it is possible to form a target outer shape centering on the eccentric shaft and the tilt shaft.
[0041]
  Next, while the axis Xr of the main shaft 21 is arranged on a plane parallel to the base BS, the tube material 4 is rotated by a predetermined angle (θ) around the point C0, and FIG.2Is formed as shown in FIG. At this time, the tilt axis, that is, the processing target axis Xe is set to be parallel to the axis Xr and include the center C1 of the innermost cross section of the target end of the tube material 4. The center C1 is separated from the axis Xr by a distance S (= R1 · sin θ) in the Y-axis direction. Accordingly, as described above, the tube blank 4 is perpendicular to the axis Xr along the Y-axis guide rail 10 (see FIG. 1).2The axis Xr and the machining target axis Xe are overlapped with each other.
[0042]
  Thus, FIG.3As indicated by a two-dot chain line, each roller 28 rotates in a state where it is in contact with the outer surface of the tube material 4 and rotates about the axis Xr (overlapping with the processing target axis Xe). Is driven in the radial direction, and spinning is performed. As a result, as shown in FIG. 12, a taper portion 4 bp and a neck portion 4 cp are formed at the end portion of the tube material 4 around the axis Xe inclined with respect to the axis Xt of the tube material 4. Thereafter, the distal end portion of the tube material 4 is excised, and FIG.1A tube material 4 having a taper portion 4bp and a neck portion 4cp shown in FIG.
[0043]
Thus, according to the diameter reduction processing of the present embodiment, since the spinning processing is performed around each of the eccentric shaft and the inclined shaft, an end portion of a desired shape is easily formed, and a smooth processing surface is obtained. . In addition, since the load on the roller 28 and the like does not become excessive, the machining operation can be performed smoothly. In particular, this embodiment can form a reduced diameter portion having a smooth processed surface quickly and easily when a product with a small inclination angle of the reduced diameter portion is manufactured. The diameter of the mandrel 40 is set to a value equal to the inner diameter of the neck 4 cp after the tube material 4 is processed, and the spinning process is performed with the neck 4 cp sandwiched between the mandrel 40 and the roller 28 at the time of finishing. Therefore, the neck portion 4cp can be easily formed on a smooth surface.
[0044]
In consideration of the manufacturing time and product quality, the process of reducing the diameter around the eccentric axis with respect to the end of the tube material is performed a plurality of times, and the process of reducing the diameter around the inclined axis with respect to the end of the tube material is performed One time is good. However, if it is necessary to increase the angle of the inclined axis of the reduced diameter portion with respect to the axis Xt of the tube material 4, the table 6 is centered on the output shaft 31a of the motor 31 during the spinning process or every cycle. The spinning process may be performed while rotating by a predetermined angle and moving it by a predetermined distance in the Y-axis direction.
[0045]
1 and 2, the casing 20 is driven along the X axis, and the tube material 4 is driven along the Y axis so that the two move relatively. However, the casing 20 may be fixed on the base BS, and the tube material 4 may be driven along the X axis and the Y axis. That is, the first drive mechanism 1 as the first drive means of the present invention may be concentrated on the left side of FIG.
[0046]
Further, in the embodiment described in FIGS. 1 and 2, the height from the base BS is such that the axis Xt of the tube material 4 is located on the same plane parallel to the base BS with respect to the axis Xr of the main shaft 21. However, the height of the axis Xt of the tube material 4 from the base BS may be variable, and the height of the axis of the tube material 4 may be adjusted in the vertical direction with respect to the axis Xr of the main shaft 21. That is, in this embodiment, if a drive mechanism (not shown) for driving the tube material 4 in the vertical direction is added, the adjustment becomes easier.
[0047]
【The invention's effect】
Since this invention is comprised as mentioned above, there exists an effect as described below. That is, in the tube material end forming method and apparatus according to claim 1 and claim 3, the roller and the tube material are driven to rotate relative to each other about the eccentric shaft, and the roller is moved radially toward the main shaft. It is configured to drive and rotate the roller and the tube material relative to each other about the inclined axis, and to perform the spinning process on the tube material by driving the roller in the radial direction toward the main shaft. Therefore, the reduced diameter portion can be easily formed integrally with the end portion of the tube material, and a smooth processed surface can be secured with respect to the reduced diameter portion. . In particular, it is effective when manufacturing a product with a small inclination angle of the reduced diameter portion, the reduced diameter portion can be formed quickly and easily, and can be formed in a desired shape with high accuracy. Of course, since conventional joining work such as welding is not required, the manufacturing is easy and the manufacturing cost can be reduced.
[0048]
Further, in the molding method and apparatus according to claim 2 and claim 4, even when the angle of inclination of the reduced diameter portion with respect to the axis of the tube material is large, spinning can be performed smoothly, and the reduced diameter portion On the other hand, a smooth processed surface can be secured.
[0049]
Furthermore, in the apparatus according to the fifth aspect, a smoother spinning process can be performed, and a smooth machined surface can be secured for the reduced diameter portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a state in which a spinning processing apparatus according to an embodiment of the present invention is partially broken.
FIG. 2 is a plan view showing a state in which a part of the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention is broken.
FIG. 3 is a front view showing a cam plate and a support member in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing an example in which the diameter of the end portion of the pipe material is reduced around the eccentric shaft by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are a front view and a side view showing an end shape of a tube material for each process when the diameter of the end of the tube material is reduced about an eccentric shaft with respect to the end portion of the tube material by the spinning device according to the embodiment of the present invention. .
FIG. 6 is a plan view showing an example in which the diameter of the end portion of the tube material is reduced around the inclined axis by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing an example in which the diameter of the end portion of the tube material is reduced around the inclined axis by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a tube material having an end portion around an inclined axis formed by a spinning processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a pipe material having an end portion formed around the eccentric shaft when the diameter of the end portion of the pipe material is reduced around the eccentric shaft and the inclined shaft by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is a top view which shows an example which shows.
FIG. 10 is a plan view showing a tube material in a state in which the diameter is further reduced around an inclined axis with respect to the tube material having an end portion formed around an eccentric shaft by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is.
FIG. 11 is a plan view showing a pipe material in a state in which the diameter is further reduced around an inclined axis with respect to the pipe material having an end formed around an eccentric axis by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention. It is.
FIG. 12 is a plan view showing a tube material in which the diameter is further reduced around an inclined axis with respect to the tube material having an end formed around an eccentric axis by a spinning processing apparatus according to an embodiment of the present invention. is there.
FIG. 13 is a plan view showing a tube material having ends formed around an eccentric shaft and an inclined shaft formed by the spinning processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 first drive mechanism, 2 second drive mechanism, 4 pipe material,
4bo, 4br, 4bp taper part, 4co, 4cr, 4cp neck part,
9, 16, 31, 55 motor, 18, 25 cylinders,
12 clamping devices, 21 spindles, 28 rollers,
32 guide grooves, 33 guide rollers, 50 speed change mechanism

Claims

The roller is supported so as to be movable in the radial direction with respect to the main shaft, the tube material is supported so that the shaft of the tube material is positioned on the surface including the main shaft, and the eccentric shaft is eccentric with respect to the axis of the tube material. The roller and the tube material are driven to rotate relative to each other, and the roller is driven radially toward the main shaft so that the roller contacts the outer peripheral surface of the end of the tube material, and the tube material The roller and the tube material are driven to rotate relative to each other about the axis of inclination of the tube material, and the roller is directed toward the main shaft so that the roller contacts the outer peripheral surface of the end of the tube material. A method of forming an end portion of a tube material, wherein the tube material is driven in a radial direction to perform a spinning process on the tube material to form a reduced diameter portion at an end portion of the tube material.

From the main shaft to at least one of the eccentric shaft and the inclined shaft, the rotational axis of the relative rotational drive of the roller and the tube material is set to be asymptotic in a plurality of cycles. 2. The method of forming an end portion of a tube material according to claim 1, wherein the roller material and the tube material are driven to rotate relative to each other to spin the tube material.

A main shaft, a roller that supports the main shaft so as to be movable in a radial direction, and supports the pipe material so that the axis of the pipe material is positioned on a surface including the main shaft, and the main shaft is relative to the axis of the pipe material. A first drive means for relatively driving the main shaft and the tube material so as to be substantially coaxial with an eccentric shaft that is eccentric with respect to the axis of the tube material, and a center of the eccentric shaft. The roller and the tube material are driven to rotate relative to each other, and the roller is driven radially toward the main shaft so that the roller contacts the outer peripheral surface of the end of the tube material. The roller and the tube material are driven to rotate relative to each other, and the roller is driven radially toward the main shaft so that the roller contacts the outer peripheral surface of the end of the tube material. Drive means, the second drive means and the front First it controls the drive means, the tube material of the end edge portion molding device of the tube material, characterized by being configured to form a reduced diameter portion on.

From the main shaft to at least one of the eccentric shaft and the inclined shaft, the rotation shaft of the relative rotational drive of the roller and the tube material gradually approaches in a plurality of cycles. 4. An apparatus for forming an end portion of a pipe material according to claim 3, wherein the roller material and the pipe material are driven to rotate relative to each other for each cycle to perform spinning processing on the pipe material.

A plurality of the rollers are provided, and the second driving means drives the plurality of rollers so as to be close to the main shaft in a radial direction, and the plurality of rollers are centered on the main shaft. 4. An apparatus for forming an end portion of a pipe material according to claim 3, wherein the pipe material is rotated to perform spinning processing.