JP4456208B2 - スピニング加工装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はスピニング加工装置に関し、特に、回転不能に支持した被加工部材に対し、ローラを公転駆動してスピニング加工を行なうスピニング加工装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
主に管素材の端部に対しスピニング加工を行ない例えばテーパ状の管端部を形成するスピニング加工装置として、種々の形式のものが知られている。この中で、被加工部材を回転不能に支持した状態で絞り工具を被加工部材回りに公転駆動してスピニング加工を行なう装置があり、例えば特公平3−8412号公報に開示されている。同公報に記載の主軸装置は、二重構造の主軸にカム板と工具取付け台(面板)を設け、主軸後方に直列に装着した二組の遊星歯車機構を駆動し、回転中の主軸の内外管の間に速度差を生起させてカム板と工具取付け台との間に相対回動を与え、主軸回りを公転する絞り工具を、径方向に摺動させてスピニング加工を行うように構成されている。
【0003】
更に、傾斜軸及び偏心軸を適宜組合せ、被加工部材回りに加工具であるローラを公転駆動してスピニング加工を行なう装置も知られており、例えば特開平11−147138号及び特開平11−151535号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記特公平3−8412号公報に記載の主軸装置のように、主軸回りを公転する加工具によってスピニング加工を行なう装置においては、加工具を固定して被加工部材を回転させるスピニング加工装置とは異なり、例えば絞り工具と刃具といった複数の種類の加工具を並設して加工することが困難であるため、スピニング加工終了後に、別工程で別の設備を用いて加工端部の切断を行なう必要がある。このようなスピニング加工後の切断工程は、特に前掲の特開平11−147138号公報等に記載の傾斜軸や偏心軸を含むスピニング加工を行なった後には、管端部の仕上げ加工として必須の工程となる。
【0005】
また、主軸回りを公転する加工具によってスピニング加工を行なう装置において、例えば2種類のローラを用いて連続してスピニング加工を行ない得るようにすることが要請されているが、実現していない。
【0006】
そこで、本発明は、回転不能に支持した被加工部材に対し、加工具を公転駆動してスピニング加工を行なうスピニング加工装置において、スピニング加工を適切に行なうと共に、スピニング加工に連続して切断等の他の加工を行ない得るスピニング加工装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のスピニング加工装置は、請求項1に記載のように、内管及び外管の二重管から成る主軸と、前記外管の先端部に設け前記外管の軸を中心に前記外管と共に回転する第1の回転体と、該第1の回転体と平行に前記内管の先端部に設け前記内管の軸を中心に前記内管と共に回転する第2の回転体であって、前記内管の軸回りに第1の案内路及び第2の案内路を形成した第2の回転体と、該第2の回転体の前記第1の案内路及び第2の案内路に沿って夫々移動可能に、前記1の回転体に支持する第1の加工具及び第2の加工具と、前記内管及び前記外管を同方向に回転駆動し、且つ必要に応じて前記内管と前記外管との間に回転差が生起されるように前記内管及び前記外管を相対的に回転駆動する駆動手段とを備え、前記第2の回転体が一方向に回転するとき前記第1の加工具と前記第2の加工具が相対的に逆方向に移動するように前記第1の案内路及び第2の案内路を形成し、回転不能に支持した被加工部材に対し、前記第1の加工具及び第2の加工具を公転駆動しながら、前記第1の加工具を前記第1の案内路に沿って径方向に駆動すると共に、前記第2の加工具を前記第2の案内路に沿って径方向に駆動するように構成したものである。
【0008】
例えば、請求項2に記載のように、前記第1の加工具をスピニング加工用のローラとし、前記第2の加工具を切断用の刃具とするとよい。
【0009】
また、前記スピニング加工装置において、請求項3に記載のように、前記第1の加工具を、前記被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラとし、前記第2の加工具を、前記被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラとしてもよい。被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラは、大まかな形状を成形するのに適しているのに対し、被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラは、加工面の面精度を高く維持して成形することができるので、仕上げ加工に適している。従って、上記のように被加工部材に当接する部分の曲率が異なる二組のローラを装着すれば、一般加工と仕上げ加工を連続して精度良く行なうことができる。
【0010】
以上のように、前記第1の加工具としてはスピニング加工用のローラがあり、前記第2の加工具としては、スピニング加工用のローラの他、被加工部材を切断するための刃具、切断面処理用のバイト、砥石等がある。而して、前記被加工部材に対し、円滑なスピニング加工を行ない、更にはスピニング加工後連続して切断等の所望の加工を行なうことができる。尚、前記第1及び第2の案内路は溝でも突条でもよく、第1及び第2の加工具には、溝に係合して案内されるピン、あるいは突条に嵌合して案内される溝を形成することによって、第1及び第2の加工具を夫々第1及び第2の案内路に沿って駆動することができる。前記第1の案内路及び前記第2の案内路は連続する一つの案内路として形成してもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
上記の構成になるスピニング加工装置の実施形態を図面を参照して説明する。図1及び図2は本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置を示すもので、例えば管素材4の管端部を縮径加工することができ、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)及び触媒コンバータ、並びに各種圧力容器に供される。尚、本実施形態において、原素材(加工前の素材)は金属製の管素材であるが、その材料の種類は問わない。
【0012】
図1及び図2において、ベース1上に一対のガイドレール5が固定され、このガイドレール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(ボールスクリュー)8が、ベ−ス1上にガイドレール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はガイドレール5に沿って移動するように構成されている。
【0013】
そして、主軸2がベース1と平行な平面上に配置され、その中心軸を中心にベアリング3,等を介して回動自在に筐体20に支持されている。図1に示すように、主軸2は円筒状の外管21と内管23によって二重管に構成されており、後述する変速機構50に連結されている。
【0014】
更に、内管23の中空部を貫通するように、マンドレル40の連結棒41が主軸2とは独立して軸方向に進退可能に支持されている。即ち、連結棒41は主軸2の内管23に対し軸受を介してフローティング支持されており、従って主軸2の回転及び軸方向移動に拘らず軸方向に移動し得るように構成されている。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1に支持されている。
【0015】
一方、本実施形態における加工対象の管素材4は、その端部の加工目標中心軸が主軸2の中心軸と一致するように、クランプ装置(図示せず)によって回転不能に支持されている。即ち、管素材4の加工目標中心軸及び主軸2の中心軸がベース1と平行な同一平面上(ベース1から同一の高さ)に位置するように構成されている。
【0016】
主軸2の外管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内管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、内管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1に支持されている。
【0017】
外管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)を介してモータ等(図示せず)等に連結されており、外管21はこのモータ等によって回転駆動される。一方、外管21の先端には第1の回転体24が固定されており、外管21が回転駆動されると第1の回転体24が中心軸を中心に回転する。そして、この第1の回転体24に対して回動可能に内管23の先端部が支持されている。内管23の先端部には第2の回転体25が固定されており、第2の回転体25は内管23と共にその中心軸を中心に回転駆動される。
【0018】
図2に示すように、本実施形態の第2の回転体25には、本発明の第1及び第2の案内路を構成する4条の円弧状の案内溝(対向する一組の案内溝を夫々25a,25bで表す)が形成されており、これらの案内溝25a,25bの各々に、第2の回転体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は一対の支持部材27及び一対の支持部材29に夫々保持されている。支持部材27は相互に対向するように配置され、第2の回転体25に摺動自在に支持され、案内ピン26を介して案内溝25aに沿って移動可能に保持されている。同様に、支持部材29も相互に対向するように配置され、第2の回転体25に摺動自在に支持され、案内ピン26を介して案内溝25bに沿って移動可能に保持されている。そして、図1及び図2に示すように、各支持部材27にはローラ28が回動自在に支持されており、各支持部材29には刃具30が回動自在に支持されている。尚、図2(及び図2以降の図)においては説明を容易にするため第1の回転体24を省略し、この第1の回転体24に支持される支持部材27,29並びにローラ28及び刃具30のみを表している。
【0019】
上記案内溝25a,25bは、第2の回転体25が一方向に回転するとき支持部材27(及びローラ28)と支持部材29(及び刃具30)が相対的に移動するように形成されている。即ち、支持部材27が径外方向に移動する場合には支持部材29は径内方向に移動し、逆に支持部材27が径内方向に移動する場合には支持部材29は径外方向に移動するように、案内溝25a,25bのプロフィールが形成されている。
【0020】
而して、図示しないモータ等によって外管21が回転駆動されると、各ローラ28及び刃具30が管素材4の中心軸を中心に回動する。この状態において、第2の回転体25が第1の回転体24に対して相対的に回転すると、支持部材27が径方向に駆動され、ローラ28が管素材4の中心軸に対して近接、離隔するように駆動されると共に、支持部材29が、支持部材27の移動方向とは逆向きの径方向に駆動され、刃具30が管素材4の中心軸に対して離隔、近接するように駆動される。即ち、図2から図3に示す状態になり、この間、ローラ28によって管素材4の端部の縮径加工が行なわれるのに対し、刃具30は管素材4から離隔した位置で待機状態とされる。
【0021】
上記の外管21及び内管23が連結される変速機構50は、外管21と内管23との間に回転差が生起されるように外管21及び内管23を相対的に回転駆動する差動機構であり、本発明の駆動手段の一部を構成する。本実施形態の変速機構50は撓み噛み合い式駆動装置を用いたもので、図1に示すように、外管21と内管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が外管21に取付けられ、支持歯車57と噛合する従動歯車59が内管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作動原理の説明は省略するが、駆動用減速モータ55の駆動に応じて外輪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、図示しないモータ等によって外管21が回転駆動されると、外輪51,52間の差動により内管23を介して第2の回転体25が回転駆動され、支持部材27及び29、ひいてはローラ28及び刃具30が主軸2の中心軸に対し径方向移動するように構成されている。
【0023】
そして、上記モータ9,55等及びシリンダ42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。尚、変速機構50としては、上記の撓み噛み合い式駆動装置に限らず、遊星歯車機構等、他の差動機構を用いることとしてもよい。
【0024】
上記の構成になるスピニング加工装置の作動を説明すると、図1において、先ず、管素材4はクランプ装置(図示せず)によって回転不能の状態で保持される。このとき、管素材4の中心軸が主軸2の中心軸と同軸となるように位置決めされる。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。
【0025】
次に、筐体20がガイドレール5に沿って前進駆動され(図1の左方向に移動)、管素材4のスピニング加工開始位置で各ローラ28が退避した状態で停止される。そして、マンドレル40が管素材4の一端部の開口内に位置するように前進駆動される。この状態から、図示しないモータ等によって外管21が回転駆動され、第1の回転体24がその中心軸を中心に回動すると共に、変速機構50を介して第2の回転体25が回転駆動される。そして、減速モータ55によって外管21と内管23が相対的に回転駆動され、両者間、ひいては第1の回転体24と第2の回転体25との間に回転速度差が生ずると、支持部材27が案内溝25aに沿って中心軸方向に摺動すると共に、支持部材29が案内溝25bに沿って外方に摺動する。
【0026】
従って、各ローラ28は加工目標軸に向かって径方向に駆動される。同時にモータ9によって筐体20がガイドレール5に沿って後退駆動され(図1の右方向に移動)、各ローラ28も同方向に後退駆動される。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(即ち、自転)すると共に加工目標軸を中心に回転(即ち、公転)しながら、加工目標軸方向に径方向駆動され、図3に示すようにスピニング加工が行なわれる。この間、支持部材29は案内溝25bに沿って外方に摺動するので、各刃具30は図3に示すように管素材4から離隔した位置に退避している。特に、各ローラ28が最も径外方に移動したときでも各刃具30は管素材4に干渉しない程度に径内方に移動するように、案内溝25a,25bのプロフィールが設定される。同様にして、複数回の加工サイクルが行なわれ、図5に示す最終形状のテーパ部4b及び首部4cが管素材4の管端部に形成される。
【0027】
次に、モータ等によって外管21が上記と同方向に回転駆動された状態で、内管23の外管21に対する相対的な回転方向が上記とは逆の方向となるように減速モータ55が駆動されると、支持部材27が案内溝25aに沿って外方に摺動すると共に、支持部材29が案内溝25bに沿って中心軸方向に摺動する。このとき、同時にモータ9によって筐体20がガイドレール5に沿って駆動され、各刃具30が加工後の首部4cの所定位置に対向する位置で軸方向移動が停止し、この位置で図6に示すように、各刃具30が首部4cに向かって径方向に駆動され、首部4cが所定位置で切断される。従って、この間は各ローラ28は図5に示すように退避した位置にある。
【0028】
而して、本実施形態によれば、回転不能に支持した管素材4に対し、加工具たるローラ28を公転駆動してスピニング加工を行ない、これに連続して刃具30によって加工後の管素材4を所定位置で切断しトリム処理を行なうことができる。また、管素材4及び連結棒41の何れも回転しないため、管素材4を強固に押圧する構造を容易に構成することができると共に、回転に起因する管素材4のブレ等の不具合を回避でき、正確な位置決めが可能である。
【0029】
尚、ローラ28及び刃具30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く、一部が重合する経路としてもよい。第2の加工具としては、刃具30に代えて、例えばバイト、砥石、転造工具等を用いることとしてもよい。更に、ローラ28及び刃具30に代えて、管素材4に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラ(図示せず)と、管素材4に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラ(図示せず)によって第1及び第2の加工具を構成してもよい。尚、ローラの、管素材4に当接する部分の曲率とは、所謂先端Rの曲率(軸心と平行方向の曲率)であり、ローラの外周の径を意味するものではない。而して、管素材4に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラは、大まかな形状を成形するのに適し、板厚の減少も少ないのに対し、管素材4に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラは、加工面の面精度を高く維持して成形することができるので、仕上げ加工に適している。
【0030】
図7及び図8は、本発明の他の実施形態に係るスピニング加工装置によるスピニング加工状況を示すもので、本発明の第1及び第2の案内路が連続して形成され、楕円形状の案内溝25cとされたもので、その他の構成は前述の実施形態と同様である。本実施形態においては、第2の回転体25の第1の回転体24に対する相対的な回転方向を切り換えることなく、相対的な回転方向が同じ方向のままでローラ28と刃具30の径方向移動が逆となるように周期的に繰り返すことができる。而して、図7に示すようにスピニング加工を行なうと共に、これに連続して図8に示すように切断処理を行なうことができる。
【0031】
尚、本実施形態においても、第2の加工具としては、刃具30に代えて、例えばバイト、砥石等を用いることとしてもよい。更に、ローラ28及び刃具30に代えて、管素材4に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラ(図示せず)と、管素材4に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラ(図示せず)によって第1及び第2の加工具を構成してもよい。
【0032】
図9は、本発明の更に他の実施形態に係るスピニング加工装置の第2の回転体25を示し、本発明の第1の案内路が2つの案内溝25dで形成され、第2の案内路が1つの案内溝25eで形成されたもので、案内溝25eは2点鎖線で示す案内溝25dに対し逆方向に案内するように形成されている。そして、案内溝25dに沿って移動する2個の支持部材(図示せず)に夫々ローラ(図示せず)が回動自在に支持され、案内溝25eに沿って移動する1個の支持部材(図示せず)に1個の刃具(図示せず)が回動自在に支持されている。その他の構成は前述の実施形態と同様である。
【0033】
上記の実施形態では何れもテーパ部4b及び首部4cの軸が管素材4の軸と同軸上でスピニング加工を行なう状態を示しているが、管素材4の軸に対して傾斜した軸に沿ってテーパ部及び首部(図示せず)を形成することができ、あるいは管素材4の軸に対して偏心した軸に沿ってテーパ部及び首部を形成することもできる。更には、傾斜軸及び偏心軸を適宜組合せてスピニング加工を行なうこともできる。これらの傾斜軸及び偏心軸を含むスピニング加工については前掲の特開平11−147138号及び特開平11−151535号公報に開示されており、これらの加工方法をテーパ部及び首部の成形に適用することができる。この場合には、管素材4に当接する部分の曲率が大きいスピニング加工用のローラ(図示せず)を支持部材27に回動自在に支持し、管素材4に当接する部分の曲率が小さいスピニング加工用のローラ(図示せず)を支持部材29に回動自在に支持することとし、管素材4の縮径工程では前者のローラを用い、首部4cの仕上げ工程では後者のローラを用いるとよい。
【0034】
【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に記載のスピニング加工装置によれば、回転不能に支持した被加工部材に対し、加工具を公転駆動してスピニング加工を適切に行なうと共に、このスピニング加工に連続して切断等の他の加工を容易に行なうことができる。
【0035】
例えば、請求項2に記載のように、前記第1の加工具をスピニング加工用のローラとし、前記第2の加工具を切断用の刃具とすることにより、スピニング加工に連続して加工後のトリミングを容易に行なうことができる。
【0036】
あるいは、請求項3に記載のように、前記第1の加工具を、被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラとし、前記第2の加工具を、被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラとすることにより、一般加工と仕上げ加工を連続して精度良く行なうことができ、円滑にスピニング加工を行なうことができる。
【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全体を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図5】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す図4の状態の側面図である。
【図6】本発明の一実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す図4の状態の側面図である。
【図7】本発明の他の実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図8】本発明の他の実施形態に係るスピニング加工装置におけるローラと刃具の関係を示す正面図である。
【図9】本発明の更に他の実施形態に係るスピニング加工装置における第2の回転体を示す正面図である。
【符号の説明】
2 主軸, 4 管素材, 21 外管, 23 内管,
24 第1の回転体, 25 第2の回転体,
27 支持部材, 28 ローラ, 29 支持部材,
30 刃具, 40 マンドレル, 50 変速機構

Claims (3)

  1. 内管及び外管の二重管から成る主軸と、前記外管の先端部に設け前記外管の軸を中心に前記外管と共に回転する第1の回転体と、該第1の回転体と平行に前記内管の先端部に設け前記内管の軸を中心に前記内管と共に回転する第2の回転体であって、前記内管の軸回りに第1の案内路及び第2の案内路を形成した第2の回転体と、該第2の回転体の前記第1の案内路及び第2の案内路に沿って夫々移動可能に、前記1の回転体に支持する第1の加工具及び第2の加工具と、前記内管及び前記外管を同方向に回転駆動し、且つ必要に応じて前記内管と前記外管との間に回転差が生起されるように前記内管及び前記外管を相対的に回転駆動する駆動手段とを備え、前記第2の回転体が一方向に回転するとき前記第1の加工具と前記第2の加工具が相対的に逆方向に移動するように前記第1の案内路及び第2の案内路を形成し、回転不能に支持した被加工部材に対し、前記第1の加工具及び第2の加工具を公転駆動しながら、前記第1の加工具を前記第1の案内路に沿って径方向に駆動すると共に、前記第2の加工具を前記第2の案内路に沿って径方向に駆動するように構成したことを特徴とするスピニング加工装置。
  2. 前記第1の加工具がスピニング加工用のローラで、前記第2の加工具が切断用の刃具であることを特徴とする請求項1記載のスピニング加工装置。
  3. 前記第1の加工具が、前記被加工部材に当接する部分の曲率が大のスピニング加工用のローラで、前記第2の加工具が、前記被加工部材に当接する部分の曲率が小のスピニング加工用のローラであることを特徴とする請求項1記載のスピニング加工装置。
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