JP4509984B2 - Neck processing equipment for pipe material - Google Patents
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Description
本発明は、パイプ材にくびれを与えるくびれ加工装置及びくびれ加工方法に関し、特に超伝導加速空洞に用いられるパイプ材のくびれ加工に適したパイプ材のくびれ加工装置及びくびれ加工方法に関する。 The present invention relates to a constriction processing apparatus and a constriction processing method for constricting a pipe material, and particularly to a constriction processing apparatus and a constriction processing method for a pipe material suitable for constriction processing of a pipe material used for a superconducting acceleration cavity.
現在、リニアコライダー(電子・陽電子加速器)用の超伝導加速空洞の開発が行われている。リニアコライダーでは、共鳴周波数1.3GHZのニオブ(Nb)製の空洞を液体ヘリウムで絶対温度2度(2K)に冷却した超伝導状態で運転し、35MV/m〜45MV/mの軸上電場を生成して電子(又は陽電子)ビームを加速する。ILC(国際リニアコライダー計画)では、クライオスタッドと呼ばれる装置に、4〜8個の超伝導加速空洞(キャビティ)を直列に並べて組み込み、これを5000〜2500台連設して約30〜40Kmの直線状の空洞を構築することが計画されている。 Currently, superconducting accelerating cavities for linear colliders (electron and positron accelerators) are being developed. In the linear collider, a niobium (Nb) cavity with a resonance frequency of 1.3 GHz is operated in a superconducting state cooled with liquid helium to an absolute temperature of 2 degrees (2K), and an on-axis electric field of 35 MV / m to 45 MV / m is generated. The electron (or positron) beam is accelerated. In the ILC (International Linear Collider Project), 4 to 8 superconducting accelerating cavities (cavities) are arranged in series in a device called cryostad, and 5000 to 2500 are connected in series to form a linear shape of about 30 to 40 km. It is planned to build a cavity.
図9は、9個の多連セルからなる超伝導加速空洞の正面図である。超伝導加速空洞は、内部が単調な空洞形状ではなく、粒子を加速するためのアイリスと呼ばれるくびれが各セルに存在する。多連セルからなる超伝導加速空洞を製作する方法として、ニオブ板金をプレス加工によって半セルに成形し、この半セル群を背中合わせに順次電子ビーム溶接で接合してダンベル形状とし、さらにダンベル形状同士を電子ビーム溶接で接合する電子ビーム方式が技術上確立されている。 FIG. 9 is a front view of a superconducting acceleration cavity composed of nine multi-cells. The superconducting accelerating cavity does not have a monotonous cavity shape inside, but each cell has a constriction called iris for accelerating particles. As a method of manufacturing a superconducting accelerating cavity composed of multiple cells, niobium sheet metal is formed into a half cell by press working, and the half cell group is joined back to back by electron beam welding to form a dumbbell shape. An electron beam method for joining the two by electron beam welding has been established in the art.
ところが、電子ビーム方式は完成した超伝導加速空洞の赤道部(空洞最大直径部)に電子ビーム溶接によるビードが残る問題がある。超伝導加速空洞の赤道部においてビードが電界方向に対して直交方向に形成されていると、空洞性能の低下を招く大きな原因となる。このため、電子ビーム方式は、ビードを滑らかに研磨する工程が必要であると共に溶接時間も長くなるといった問題があった。 However, the electron beam method has a problem that a bead due to electron beam welding remains in the equator portion (cavity maximum diameter portion) of the completed superconducting acceleration cavity. If the bead is formed in the direction perpendicular to the electric field direction in the equator portion of the superconducting acceleration cavity, it will be a major cause of the deterioration of the cavity performance. For this reason, the electron beam method has a problem that a process of smoothly polishing the beads is required and the welding time is increased.
そこで、周方向及び軸方向のいずれにも継ぎ目の無いシームレス管を成形する方法が提案されている。例えば、プレス加工、深絞り加工、張り出し成形加工、液圧バルジ加工及びスピニング加工のうちの複数を適当に組み合わせるとした製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された製造方法は、クラッド板から切断で円板を採取し、数回の深絞り加工によりカップ状円筒に成形し、この円筒を素管として液圧バルジにてアイリス部、赤道部を有する単セルを作製するというものである。 Therefore, a method for forming a seamless pipe seamless in both the circumferential direction and the axial direction has been proposed. For example, a manufacturing method has been proposed in which a plurality of press working, deep drawing processing, stretch forming processing, hydraulic bulging processing, and spinning processing are appropriately combined (see, for example, Patent Document 1). The manufacturing method described in Patent Document 1 collects a disk by cutting from a clad plate, and forms it into a cup-shaped cylinder by deep drawing several times. A single cell having an equator portion is produced.
また、少ない金型を用いてバルジ加工によりシームレスキャビティを製作する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2では、空洞の最大径部に相当する位置にて分割される一対の分割金型を用いたバルジ加工にて円筒から単セルを形成するものである。
本発明者等は、多連セルからなる超伝導加速空洞の製作方法として、パイプ材における複数位置(アイリス部分)に絞り加工でくびれを連続して形成し、しかる後にバルジ加工でセルの赤道部に相当する領域にふくらみを与えて多連セルを一度に成形すれば、単セル空洞を1つずつ得る方式に比べて、大幅に時間短縮可能であると考えた。 As a method of manufacturing a superconducting acceleration cavity composed of multiple cells, the present inventors have continuously formed constrictions by drawing at a plurality of positions (iris portions) in the pipe material, and then bulgeed to form the equator of the cell. It was thought that if multiple cells were formed at a time by giving a bulge to the area corresponding to, the time could be greatly reduced compared to the method of obtaining single cell cavities one by one.
ところが、既存のクランプ方式でパイプ材を絞り加工機(旋盤)の主軸にクランプし、主軸を回転駆動した状態で押し込みローラを押し付けてパイプ材の複数位置にくびれを連続して形成しようとすると、次のような問題が生じた。すなわち、絞り加工する加工点で抵抗を受けるため、パイプにねじれが生じてパイプ側に盛り上がりが生じるなど、所望形状を得るのが困難であった。 However, when the pipe material is clamped to the main shaft of the drawing machine (lathe) with the existing clamping method, and the main shaft is driven to rotate, the pressing roller is pressed to continuously form the constriction at multiple positions of the pipe material. The following problems occurred. That is, since resistance is received at the drawing point to be drawn, it is difficult to obtain a desired shape, for example, the pipe is twisted and the pipe is swelled.
また、絞り加工で所望形状のくびれ成形に成功したとしても、その隣に別のくびれを絞り加工しようとすると、くびれ加工する際にすでに加工済みのくびれに歪が生じてしまうといった問題も生じた。 In addition, even if the necking of the desired shape was successfully formed by drawing, there was a problem that when trying to draw another neck next to it, the neck that had already been processed was distorted during the necking. .
本発明は、絞り加工によりパイプ材に所望形状のくびれを連続して形成することができるパイプ材のくびれ加工装置及びくびれ加工方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a constriction processing apparatus and constriction processing method for a pipe material that can continuously form a constriction of a desired shape in a pipe material by drawing.
本発明のパイプ材のくびれ加工装置は、ワークとなるパイプ材が取り付けられ回転駆動される主軸と、前記主軸に取り付けられるパイプ材を半径方向に挟んで対向配置され、前記パイプ材をパイプ中心軸側に押し込んでくびれを与えるための一対の創成ローラと、前記各創成ローラをパイプ材の半径方向となるパイプ中心軸側又は逆方向に同一量移動させるX軸送り機構と、前記各創成ローラ及び前記X軸送り機構を一体的にパイプ軸方向に移動させるZ軸送り機構と、前記創成ローラによるパイプ材の加工点を挟んでパイプ軸方向の両側に配置され前記パイプ材を外周からそれぞれクランプする一対のクランプ機構と、前記各クランプ機構を回転自在に支持する支持フレームとを具備し、前記主軸と平行に配設され前記主軸の回転力が反転して伝達される回転駆動軸と、前記各クランプ機構の外周にそれぞれ設けられたクランプ機構側ギヤと前記回転駆動軸において前記各クランプ機構側ギヤと対向する位置にそれぞれ設けられ対応するクランプ機構側ギヤと噛合した回転駆動軸側ギヤとからなる一対のギヤトレーンとを備え、前記支持フレームが前記回転駆動軸を前記各クランプ機構と対向した領域において回転自在に支持することを特徴とする。 The pipe material constriction processing apparatus of the present invention is arranged so that a pipe material to be a workpiece is attached and rotated, and a pipe material attached to the main shaft is opposed to each other in a radial direction, and the pipe material is disposed on a pipe central axis. A pair of generating rollers that are pushed into the side to give a constriction, an X-axis feed mechanism that moves the generating rollers by the same amount in the pipe central axis side or the opposite direction in the radial direction of the pipe material, the generating rollers, A Z-axis feed mechanism that integrally moves the X-axis feed mechanism in the pipe axis direction and a pipe material that is disposed on both sides in the pipe axis direction across the processing point of the pipe material by the generating roller, and clamps the pipe material from the outer periphery. a pair of clamping mechanisms, the comprises a support frame for rotatably supporting the respective clamping mechanisms, the rotational force of the main shaft is disposed parallel to the main shaft is reversed Rotation drive shaft transmitted by each other, a clamp mechanism side gear provided on the outer periphery of each clamp mechanism, and a corresponding clamp mechanism side gear provided at a position facing each clamp mechanism side gear on the rotation drive shaft. And a pair of gear trains that are in mesh with the rotation drive shaft side gear, and the support frame rotatably supports the rotation drive shaft in a region facing each clamp mechanism .
このように構成されたパイプ材のくびれ加工装置によれば、パイプ材の加工点を挟んでパイプ軸方向の両側に配置された一対のクランプ機構にてパイプ材を外周からそれぞれクランプして回転させると共にX軸送り機構及びZ軸送り機構にて創成ローラをパイプ材に半径方向及びパイプ軸方向の2軸で押し付けた結果、くびれ部とパイプ径部との境界でのバリ発生を抑えることができ、しかも加工済みのくびれに歪が生じる不具合も解消された。さらに、このように構成されたパイプ材のくびれ加工装置によれば、クランプ機構及び回転駆動軸が支持フレームで回転自在に保持されるので、主軸に悪影響を与えることなく、パイプ材の加工点の両側にクランプ機構を設けることができる。しかも、回転駆動軸からギヤトレーンを介してクランプ機構に同一回転方向の回転力が与えられるので、十分な回転力を確保でき、安定したしぼり加工を実現でき、絞り加工する加工点で抵抗を受けてもパイプにねじれが生じることが無くなり、パイプ側に盛り上がりが生じる不具合も抑制される。 According to the pipe material constriction processing apparatus configured as described above, the pipe material is clamped and rotated from the outer periphery by the pair of clamp mechanisms arranged on both sides in the pipe axial direction across the processing point of the pipe material. In addition, as a result of the generating roller being pressed against the pipe material by two axes, the radial direction and the pipe axis direction, by the X-axis feed mechanism and the Z-axis feed mechanism, the occurrence of burrs at the boundary between the constricted portion and the pipe diameter portion can be suppressed. In addition, the problem of distortion in the processed constriction has also been eliminated. Further, according to the constriction processing apparatus for a pipe material configured as described above, the clamp mechanism and the rotation drive shaft are rotatably held by the support frame, so that the processing points of the pipe material can be reduced without adversely affecting the main shaft. Clamp mechanisms can be provided on both sides. Moreover, since the rotational force in the same rotational direction is given from the rotational drive shaft to the clamp mechanism via the gear train, sufficient rotational force can be secured, stable squeezing can be realized, and resistance is received at the processing point for drawing. In this case, the pipe is not twisted, and the problem that the pipe rises is suppressed.
また本発明は、上記パイプ材のくびれ加工装置において、前記X軸送り機構及び前記Z軸送り機構による前記創成ローラの半径方向の送り並びにパイプ軸方向の送りをNC旋盤制御装置から2軸制御することを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the above-described necking device for pipe material, the feed in the radial direction of the generating roller and the feed in the pipe axis direction by the X-axis feed mechanism and the Z-axis feed mechanism are controlled biaxially from the NC lathe controller. It is characterized by that.
このように構成されたパイプ材のくびれ加工装置によれば、創成ローラを2軸NCで制御するものとしたので、自由な押し込み曲面を得ることができ、くびれ部とパイプ径部との境界でのバリ発生を抑えることができる。 According to the constriction processing apparatus for a pipe material configured in this way, since the generating roller is controlled by the biaxial NC, a free indentation curved surface can be obtained, and at the boundary between the constricted portion and the pipe diameter portion. Generation of burr can be suppressed.
前記クランプ機構は、コレットチャックで構成されることが望ましい。また、前記パイプ材は、内層がニオブ(Nb)で外層が銅(Cu)、又は内層が銅(Cu)、中間層がニオブ(Nb)で外層が銅(Cu)の複合材からなるものを用いることができる。 It is desirable that the clamp mechanism is a collet chuck. Further, the pipe material is made of a composite material in which the inner layer is niobium (Nb) and the outer layer is copper (Cu), or the inner layer is copper (Cu), the intermediate layer is niobium (Nb), and the outer layer is copper (Cu). Can be used.
本発明によれば、絞り加工によりパイプ材に所望形状のくびれを連続して形成することができ、シームレス化された多連セル超伝導加速空洞の製作時間を大幅に短縮することができる。 According to the present invention, a constriction having a desired shape can be continuously formed in a pipe material by drawing, and the manufacturing time of a seamless multi-cell superconducting acceleration cavity can be greatly reduced.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
図1は本発明を適用した一実施の形態に係る絞り加工装置の正面図、図2は絞り加工装置の上面図であり、各図ともに母機及び旋盤ベッドを除いて一部断面図となっている。
母機(旋盤)10の一方の側面から水平に旋盤ベッド11が連設されており、旋盤ベッド11上方に母機10から伸びた主軸12及び回転駆動軸13が平行に配置されている。主軸12の基端部は母機10内部の駆動源に連結されており、主軸12と回転駆動軸13とが後述するギヤ機構14を介して連結されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view of a drawing apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a top view of the drawing apparatus. Each drawing is a partial cross-sectional view except for a mother machine and a lathe bed. Yes.
A
旋盤ベッド11上面の2箇所に所定の間隔を隔てて左固定ブロック15及び右固定ブロック16がネジ等の締結具にて旋盤ベッド11に取付け固定されている。左固定ブロック15は主軸12に取り付けられたパイプ材Pが貫通可能な貫通口が形成されており、右固定ブロック16と対向する側壁にケーシング17が取付け固定されている。
The left
右固定ブロック16は、左固定ブロック15と同様に構成されており、主軸12に取り付けられたパイプ材Pが貫通可能な貫通口が形成されており、左固定ブロック15と対向する側壁にケーシング18が取付け固定されている。
The right
ケーシング17、18は、パイプ材Pの外周を加工点の両側で固定する左、右コレットチャックを内蔵すると共に左、右コレットチャックの外周に設けられたギヤと回転駆動軸13に設けられたギヤとを連結してなるギヤトレーンをそれぞれ内蔵する。左、右コレットチャック及びギヤトレーンの構造については後述する。
The
図2に示すように、左右の固定ブロック15、16の間には主軸12の軸方向となるZ軸方向にスライドするZ軸ステージ19が載置されている。母機10とは反対側となる旋盤ベッド11端部にZ軸方向の軸送り装置21が設置されている。軸送り装置21により回転駆動される送りねじ22がZ軸方向に伸びており、Z軸ステージ19の一部と軸送り可能に螺合している。したがって、軸送り装置21が送りねじ22を時計回り又は反時計回りに回転駆動することによりZ軸ステージ19を図中左方向又は右方向に軸送りすることができる。
As shown in FIG. 2, a Z-
Z軸ステージ19の上面にはZ軸方向と直交するX軸方向に2本のガイドレール23a,23bが配設されている。Z軸ステージ19上には一対のX軸ステージ24、25がガイドレール23a,23b上をX軸方向に摺動可能に載置されている。Z軸ステージ19のX軸方向の端部にX軸方向の軸送り装置26が設置されている。軸送り装置26により回転駆動される送りねじ27がX軸方向に伸びており、一対のX軸ステージ24,25にそれぞれ軸送り可能に螺合している。送りねじ27は、一方のX軸ステージ24の螺合部と他方のX軸ステージ25の螺合部とでネジ溝が逆転しており、例えば時計回りに回転させると一対のX軸ステージ24,25を互いに同距離だけ接近させ、反時計回りに回転させると一対のX軸ステージ24,25を互いに同距離だけ遠ざけるように構成されている。
Two
Z軸方向の軸送り装置21及びX軸方向の軸送り装置26は、例えばサーボモータで構成されており、軸送り量及びタイミングはNC旋盤制御装置28により二軸制御されるようにしている。NC旋盤制御装置28による二軸(Z軸及びX軸)制御方式でパイプ材Pに所望形状のくびれを与えることとする。NC旋盤制御装置28にはパイプ材Pに与えるくびれ形状情報が予め数値データ形式で登録される。
The Z-axis direction
図3に示すように、主軸12の基端部が挿入される母機10の端面に取付け板31が固定されている。取付け板31は主軸12の貫通位置に貫通口が設けられ、上部には回転駆動軸13の軸端部を保持するハウジング32が設けられている。
As shown in FIG. 3, a mounting
取付け板31に隣接するようにして、主軸12の外周に固定された主軸側ギヤ33が配置されている。主軸側ギヤ33は回転駆動軸13の外周に同心状に固定されハウジング32内に収納された回転駆動軸側ギヤ34と噛合している。ハウジング32は軸受け35を介して回転駆動軸13の軸端部を軸方向の2箇所で回転自在に保持している。したがって、主軸12の回転がギヤ機構14(33,34)を介して回転駆動軸13に伝達され、主軸12と回転駆動軸13とが同期して同一回転速度で逆回転するように構成されている。
A main
左固定ブロック15は、中空状のキューブ体をなしており、主軸12が略中心を通過する中央部にパイプ材Pの直径よりも大きい貫通口15a,15bが形成されている。左固定ブロック15において貫通口15b側の側壁にケーシング17の一方の側面が取付け固定されている。
The left fixed
ケーシング17の下方部(主軸側)は、主軸12が貫通する領域に貫通口が形成されており、当該貫通口部に左コレットチャック36が設けられている。左コレットチャック36の外周にはコレットチャック側ギヤ37が同心状に固定されている。一方、ケーシング17の上方部(回転駆動軸側)は、回転駆動軸13が貫通する領域に貫通口が形成されており、当該貫通口部に回転駆動軸13の外周に同心状に固定された回転駆動軸側ギヤ38が収納配置されている。ケーシング17内において、コレットチャック側ギヤ37と回転駆動軸側ギヤ38とが噛合しており、回転駆動軸13側から主軸12と同一回転速度で主軸12の回転方向に左コレットチャック36を回転する力が作用するように構成されている。
The lower portion (main shaft side) of the
右固定ブロック16は、中空状のキューブ体をなしており、主軸12が略中心を通過する中央部にパイプ材Pの直径よりも大きい貫通口16a,16bが形成されている。右固定ブロック16において貫通口16b側の側壁にケーシング18の一方の側面が取付け固定されている。
The right
ケーシング18の下方部は、主軸12が貫通する領域に貫通口が形成されており、当該貫通口部に右コレットチャック39が設けられている。右コレットチャック39の外周には右コレットチャック側ギヤ40が同心状に固定されている。一方、ケーシング18の上方部は、回転駆動軸13が貫通する領域に貫通口が形成されており、当該貫通口部に回転駆動軸13の外周に同心状に固定された回転駆動軸側ギヤ41が収納配置されている。ケーシング18内において、右コレットチャック側ギヤ40と回転駆動軸側ギヤ41とが噛合しており、回転駆動軸13側から主軸12と同一回転速度で主軸12の回転方向に右コレットチャック39を回転する力が作用するように構成されている。
In the lower part of the
本実施の形態では、左コレットチャック36と右コレットチャック39の中間を加工点とするので、パイプ材Pは加工点の左右が左コレットチャック36と右コレットチャック39で固定した状態で主軸12(ワーク)と共に回転されるので加工時に極めて安定した回転動作が得られるものとなる。
In the present embodiment, since the middle of the
ここで、左右コレットチャック36、39の具体的な構成について詳細に説明する。
図4は左右コレットチャック36、39の構成を示す断面図である。同図に示すように、ワーク直径よりも僅かに大きな径を有する円筒部材42の一端部に円周方向の複数個所で開口縁部が割れているコレット43を一体形成又は連結固定している。円筒部材42の外周に円筒状のアダプタ部材44を摺動可能に嵌め込み、コレット43先端部外周のテーパ面43aにアダプタ部材44の先端部に設けた押圧部材44aの接触面を押圧接触させた状態となっている。円筒部材42の他端部外周の円周方向の複数個所(例えば4箇所)にネジ孔の形成された押し込み台45が設けられている。押し込み台45のネジ孔に螺入させたネジ部材46の先端部をアダプタ部材42の後端部に押し当て、ネジ部材46をネジ込むことでコレット43がワークを挟み、ネジ部材46を後退させることでコレット43を緩めることができるようになっている。コレット43を介してパイプ材Pに固定されたアダプタ部材44は、主軸12の回転に伴いパイプ材Pと一緒に回転することになる。そのため、左コレットチャック36の外周面を形成するアダプタ部材44の外周部は複数個所(3箇所)でボール軸受47,48,49を介してケーシングに回転自在に保持されている。
Here, a specific configuration of the left and right collet chucks 36 and 39 will be described in detail.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the left and right collet chucks 36 and 39. As shown in the figure, a collet 43 whose opening edges are cracked at a plurality of locations in the circumferential direction is integrally formed or connected and fixed to one end of a
右コレットチャック39は、左コレットチャック36と同様に構成されている。すなわち、円筒部材52、コレット53、アダプタ部材54、押し込み台55、ネジ部材56、ボール軸受57,58,59を図示の如く組み合わせて構成している。
The
図5はワークであるパイプ材Pのセッティング状態を示す部分断面図である。同図に示すパイプ材Pは5箇所にくびれが形成された後の状態を示している。くびれ加工前のパイプ材Pは一定の径を有する円筒形状をなすシームレス管であるものとする。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a setting state of the pipe material P which is a workpiece. The pipe material P shown in the figure shows a state after constriction is formed at five locations. It is assumed that the pipe material P before the constriction processing is a seamless pipe having a cylindrical shape having a certain diameter.
左固定ブロック15に形成した貫通口15aにはパイプ案内部材61が嵌め込まれて固定されている。パイプ案内部材61は、ワークとなるパイプ材Pの外形よりも僅かに大きな内径となっていて、左固定ブロック15の貫通口15aに挿入されるパイプ材Pをガタ無く摺動可能に保持するようになっている。右固定ブロック16に形成した貫通口16aにも貫通口16aに挿入されるパイプ材Pをガタ無く摺動可能に保持するパイプ案内部材62が設けられている。
A pipe guide member 61 is fitted into and fixed to the through
主軸12にパイプ材Pが後述する構造にて事前に外部でセットされるが、主軸12にセットされるパイプ材Pの母機側端部近傍に固定リング63が固定され、可動部材64が摺動自在に取り付けられている。固定リング63と可動部材64との間に複数枚の皿ばね65が設けられている。一方、パイプ材Pの母機側端部には係合部材66が取り付けられている。係合部材66は概略円筒状をなしていて、一端部開口は皿ばね65が通過可能な径に設定され、他端部開口は可動部材64のフランジ径よりも小さな径に設定されている。パイプ材Pは可動部材64のフランジで皿ばね65を母機側に押し込んで締め上げた状態で主軸12にセットされるようにしており、絞り加工によりパイプ材P自体が延びる場合又は縮む場合があるが、皿ばね65によりパイプ材P自体の延びを規制する一方、縮みに対して吸収できる構造となっている。パイプ材Pが母機側に押されると、皿ばね65が縮んで可動部材64を押す力(弾性力)を生じ、係合部材66が弾性力を受けてパイプ材Pを対向端側へ押し返す力に変換してパイプ材Pに伝えるものとなる。
Although the pipe material P is set to the
主軸12にセットされるパイプ材Pのもう一方の端部近傍には固定リング73が設けられ、固定リング73よりもパイプ材P中央側に可動部材74が設けられている。また、パイプ材Pの端部開口には上記同様にして係合部材75が取り付けられている。係合部材75の固定リング73側開口縁部に対して可動部材74のフランジを係合させている。
A fixed
したがって、図5に示すようにパイプ材Pの一端部開口縁部に係合した可動部材74を母機側に所定の押圧力で押し込んで皿ばね65を圧縮した様態で固定リング73を主軸12に固定することにより主軸12に対してパイプ材Pを固定することができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the fixed
図6はX軸ステージ部分の平面図であり、左右固定ブロック、ケーシング及びコレットチャック部分は主軸12部分で水平に切断した断面図となっている。図7は軸送り装置(X軸)26側から見たX軸ステージ側面図であり、X軸ステージの送りねじ部分及びZ軸ステージは送りねじ部分で水平に切断した断面図となっている。
FIG. 6 is a plan view of the X-axis stage portion, and the left and right fixed blocks, the casing, and the collet chuck portion are cross-sectional views cut horizontally at the
図6において後部のX軸ステージ24上には、後部創成ローラ71がその回転軸を主軸12と平行にして取付け固定されている。また図6において前部のX軸ステージ25上には、前部創成ローラ72がその回転軸を主軸12と平行にして取付け固定されている。創成ローラ71及び72は送りねじ27の軸線上に配置されている。
In FIG. 6, a
図7に示すように、Z軸ステージ19に軸送り装置(X軸)26が取り付け固定されている。軸送り装置(X軸)26の回転軸に連結された送りねじ27は、X軸ステージ24、25の下部を貫通して対向するZ軸ステージ端部で軸受け固定されている。送りねじ27が夫々貫通するX軸ステージ24及び25の下部には、送りねじ27の外周面に形成されたネジ溝と螺合する螺合部がそれぞれ形成されている。送りねじ27は、一方のX軸ステージ24の螺合部と螺合する部分には左ネジ27aが形成されており、もう一方のX軸ステージ25の螺合部と螺合する部分には右ネジ27bが形成されている。
As shown in FIG. 7, an axis feeding device (X axis) 26 is attached and fixed to the
次に、以上のように構成された本実施の形態に係る絞り加工装置の動作について説明する。本例では、パイプ材Pとして超伝導加速空洞の製作に好適なNb材と銅材のクラッドパイプ材を用いる。例えば、内層がニオブ(Nb)で外層が銅(Cu)、又は内層が銅(Cu)、中間層がニオブ(Nb)で外層が銅(Cu)の複合材からなるものとする。かかる円筒状のパイプ材Pに複数(例えば、5個から9個)のくびれを絞り加工する。 Next, the operation of the drawing apparatus according to the present embodiment configured as described above will be described. In this example, an Nb material and a copper clad pipe material suitable for manufacturing a superconducting acceleration cavity are used as the pipe material P. For example, the inner layer is made of niobium (Nb) and the outer layer is made of copper (Cu), or the inner layer is made of copper (Cu), the intermediate layer is made of niobium (Nb), and the outer layer is made of a composite material of copper (Cu). A plurality of (for example, 5 to 9) constrictions are drawn into the cylindrical pipe material P.
本実施の形態では、X軸及びZ軸の送り速度は共に2〜800mm/minに設定し、X軸ストロークは125mm前後にしている。また後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72によるローラ押し込み力は最大2トンとした。ワーク回転数は最大800rpmとし母機側で設定している。ワーク仕様は外径100mm〜150mm、最大長さは2120mmとし、半径方向の最大押し込み量は50mmとした。
In this embodiment, both the X-axis and Z-axis feed rates are set to 2 to 800 mm / min, and the X-axis stroke is set to around 125 mm. The maximum roller pushing force by the
最初に、未加工のパイプ材P(図5に図示されたパイプ材Pは5箇所にくびれを加工した後の状態である)を主軸12にセットする。図5において、パイプ材Pの右側端部は係合部材75及び可動部材74を介して固定リング73にて図中右方向への移動が規制されている。また、パイプ材Pの左側端部は皿ばね65の弾性力にて図中右側へ押されて固定保持された状態となっている。これにより、くびれ加工時のパイプ材Pのパイプ軸方向への縮小は僅かであるが、その長さ変化を皿ばね65にて吸収することができ、ワーク加工時の軸方向の伸縮に追従して常に十分な保持力を維持することができる。
First, the unprocessed pipe material P (the pipe material P shown in FIG. 5 is in a state after processing the constriction in five places) is set on the
次に、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72をパイプ材Pから退避させた状態で主軸12を軸方向(Z軸方向)へ移動させて、パイプ材Pにおける最初のくびれ加工位置となる加工点が後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72が対向する押し込み位置に来るようにする。
Next, the
このとき、左右のコレットチャック36,39は、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72による加工点のパイプ軸方向の両側に配置される。左右のコレットチャック36,39において円周方向の複数個所でネジ部材45,56をコレット43,53締め付け方向に螺進させる。これにより、コレット43,53がパイプ材Pの加工点の両側を均一に締め付け、パイプ材Pはコレットチャック36,39を回転自在に保持するケーシング17,18を介して左右固定ブロック15,16に保持された状態となる。
At this time, the left and right collet chucks 36 and 39 are disposed on both sides in the pipe axial direction of the processing points by the
次に、母機10が主軸12を一定速度で回転させる。主軸12の回転はギヤ機構14を介して回転駆動軸13に伝えられ、主軸12と回転駆動軸13とが同期して同一回転速度で回転する。主軸12に対して左右のコレットチャック36,39にて締め付け固定されたパイプ材Pは主軸12を回転軸にして回転する。
Next, the
このとき、コレットチャック36,39に設けられた左右のコレットチャック側ギヤ37,40は回転駆動軸側ギヤ38,41と噛合しており、回転駆動軸側ギヤ38,41は回転駆動軸13を回転軸として主軸12とは逆方向に回転している。したがって、左右のコレットチャック側ギヤ37,40は主軸12からの回転力を受けて回転駆動されると共に回転駆動軸13側からも同期した回転駆動力を受けて回転するものとなる。
At this time, the left and right collet chuck side gears 37, 40 provided on the collet chucks 36, 39 mesh with the rotation drive shaft side gears 38, 41, and the rotation drive shaft side gears 38, 41 connect the
パイプ材P加工点のパイプ軸方向の両側を左右のコレットチャック36,39でクランプしてパイプ材Pを所定速度で回転させた状態で、加工点に対して後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72を前後から押し当てて絞り加工を実施する。後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72は、半径方向送り(X軸)、パイプ軸方向送り(Z軸)の2軸をNC旋盤制御装置28により2軸制御される。軸送り装置(X軸)26で送りねじ27を回転することにより、X軸ステージ24,25がワーク中心側又は逆方向に同一量移動する。X軸ステージ24,25をワーク中心側へ移動すれば、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72がワーク中心側へ移動して所定の押し込み力でパイプ加工点に押し当てられて絞り加工が行われる。また、軸送り装置(Z軸)21で送りねじ22を回転することにより、Z軸ステージ19がパイプ軸方向に移動する。Z軸ステージ19をパイプ軸方向へ移動すれば、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72のパイプ軸方向の絞り位置が変化する。X軸送りとZ軸送りを組み合わせることでパイプ材Pに対してくびれ部の傾斜を形成することができる。本実施の形態は、半径方向送り(X軸)及びパイプ軸方向送り(Z軸)をNC旋盤制御装置28で2軸制御しており、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72は、2軸NCで運動できることから平面内であるが自由な押し込み曲面を得ることができ、図8に示すようなワーク創成プロファイルを得ることができる。
In the state where the pipe material P is clamped by the left and right collet chucks 36 and 39 on both sides in the pipe axial direction of the pipe material P and the pipe material P is rotated at a predetermined speed, the
例えば、最初にパイプ軸方向のくびれ中心位置に対して後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72を前後部から押し込んだ後、元の位置まで引き戻す。次に、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72をZ軸方向(例えば左側移動)に所定量移動した後、押し込み方向にX軸移動させながらZ軸方向(右側移動)させてくびれ中心位置に到達したら、Z軸移動は停止してX軸方向に元の位置まで引き戻す。同様に、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72をくびれ中心位置からZ軸方向(右側移動)に同一距離だけ移動した後、押し込み方向に同距離だけX軸移動させながらZ軸移動(左側移動)させてくびれ中心位置に到達したら、Z軸移動は停止してX軸方向に元の位置まで引き戻す。このような2軸制御をZ軸方向(左右移動)の移動距離とX軸方向の移動距離とを徐々に大きくしながらくびれ中心位置を中心にして対称に繰り返す。
For example, the
1箇所においてくびれ加工に成功したら、左右のコレットチャック36,39によるクランプを解除し、主軸12をZ軸方向へ所定量移動させて後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72が隣接するくびれ加工位置である加工点に位置するように位置決めする。しかる後、左右のコレットチャック36,39にて再び加工点に隣接した両側にてパイプ材Pの外周をクランプし、当該加工点において上記同様にしてくびれ加工を行う。このとき、図5に示すように左右のコレットチャック36,39は、成功したくびれ部に隣接するパイプ径部をクランプするのでくびれ部を変形させること無く、所要のクランプ力でパイプ材Pを両側からクランプできるものとなる。
When the necking process is successfully performed at one position, the clamps by the left and right collet chucks 36 and 39 are released, the
これまでの実験において、パイプ材を母機側の片側のみクランプし、X軸方向の片側のみからローラを押し込んでくびれ加工を行ったところ、パイプ材のくびれ部とパイプ径部との境界にバリ(肉厚大化)が生じ、しかも隣接するくびれ加工時に既に加工済みのくびれの形状に歪が生じ、正しい形状を維持できていなかった。 In previous experiments, the pipe material was clamped only on one side of the base machine side, and the roller was pushed in from only one side in the X-axis direction to perform the constriction processing. As a result, the burr ( In addition, when the adjacent constriction was processed, the shape of the already processed constriction was distorted, and the correct shape could not be maintained.
以上のようにして、くびれ加工されたパイプ材Pについて絞り加工後のパイプの厚み変化について検証したところ、0.1mmの範囲内で再現性のあることが確認できた。 As described above, when the pipe material P subjected to the constriction processing was verified for the change in the thickness of the pipe after the drawing, it was confirmed that the pipe material P had reproducibility within a range of 0.1 mm.
本実施の形態では、左右のコレットチャック36,39にて加工点の両側をクランプし、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72を前後から押し込んでしぼり加工を行ったので、くびれ部とパイプ径部との境界でのバリ発生を抑えることに成功し、しかも加工済みのくびれに歪が生じる不具合も解消された。
In this embodiment, both sides of the processing point are clamped by the left and right collet chucks 36, 39, and the
また本実施の形態では、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72をNCで2軸制御するものとしたので、自由な押し込み曲面を得ることができ、くびれ部とパイプ径部との境界でのバリ発生を抑えることができる。
Further, in this embodiment, since the
以上の説明では、超伝導加速空洞に用いられるパイプ材をくびれ加工する場合について説明したが、その他にも自動車部品、一般機械、装飾品などの製造分野においてパイプ材に連続して複数のくびれを与える用途があれば、本発明を適用することができる。 In the above description, the case where the pipe material used for the superconducting accelerating cavity is constricted is explained, but in addition to this, in the manufacturing field of automobile parts, general machinery, ornaments, etc., a plurality of constrictions are continuously formed on the pipe material. The present invention can be applied if there is an application to be given.
また、以上の説明では回転駆動軸13の回転駆動軸側ギヤ38,41をコレットチャック側ギヤ37,40に噛合させているが、回転駆動軸13側の構成要素を取り除いて、主軸12による回転力だけであってもバリ発生及び加工済みくびれの歪をある程度抑制することができる。
In the above description, the rotation drive shaft side gears 38 and 41 of the
また、後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72からなる工具は1セットだけでなく、複数セットを設置して並列に絞り加工を実施できるように構成して生産性を上げることが可能である。この場合も、パイプ加工点の両側でコレットチャック等のクランプ機構にてクランプされるように個々の加工点毎に左右一対設けることが望ましい。
Further, not only one set of tools including the
さらに、パイプ加工点に対する工具位置決めのための主軸12及び又は工具(後部創成ローラ71及び前部創成ローラ72)の移動を自動化しても良い。ある加工点でのくびれ加工後に、隣の加工点まで工具又は主軸12を自動移動させることにより、さらに作業効率が改善される。
Furthermore, the movement of the
本発明は、パイプ材に複数のくびれを加工する加工装置に適用可能である。 The present invention is applicable to a processing apparatus that processes a plurality of constrictions in a pipe material.
10…母機、11…旋盤ベッド、12…主軸、13…回転駆動軸、14…ギヤ機構、15…左固定ブロック、16…右固定ブロック、17、18…ケーシング、19…Z軸ステージ、21…軸送り装置(Z軸)、22…送りねじ、23a,23b…ガイドレール、24、25…X軸ステージ、26…軸送り装置(X軸)、27…送りねじ、28…NC旋盤制御装置、31…取付け板、32…ハウジング、33…主軸側ギヤ、34…回転駆動軸側ギヤ、35…軸受け、36…左コレットチャック、37…左コレットチャック側ギヤ、38…回転駆動軸側ギヤ(左側)、39…右コレットチャック、40…右コレットチャック側ギヤ、41…回転駆動軸側ギヤ(右側)、42…円筒部材、43…コレット、44…アダプタ部材、45…押し込み台、46…ネジ部材、47,48,49…ボール軸受、52…円筒部材、53…コレット、54…アダプタ部材、55…押し込み台、56…ネジ部材、57,58,59…ボール軸受、61、62…パイプ案内部材、63…固定リング、64…可動部材、65…皿ばね、66…係合部材、71…後部創成ローラ、72…前部創成ローラ、73…固定リング、74…可動部材、75…係合部材。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記主軸に取り付けられるパイプ材を半径方向に挟んで対向配置され、前記パイプ材をパイプ中心軸側に押し込んでくびれを与えるための一対の創成ローラと、
前記各創成ローラをパイプ材の半径方向となるパイプ中心軸側又は逆方向に同一量移動させるX軸送り機構と、
前記各創成ローラ及び前記X軸送り機構を一体的にパイプ軸方向に移動させるZ軸送り機構と、
前記創成ローラによるパイプ材の加工点を挟んでパイプ軸方向の両側に配置され前記パイプ材を外周からそれぞれクランプする一対のクランプ機構と、
前記各クランプ機構を回転自在に支持する支持フレームと、
を具備したパイプ材のくびれ加工装置において、
前記主軸と平行に配設され前記主軸の回転力が反転して伝達される回転駆動軸と、
前記各クランプ機構の外周にそれぞれ設けられたクランプ機構側ギヤと前記回転駆動軸において前記各クランプ機構側ギヤと対向する位置にそれぞれ設けられ対応するクランプ機構側ギヤと噛合した回転駆動軸側ギヤとからなる一対のギヤトレーンとを備え、
前記支持フレームが前記回転駆動軸を前記各クランプ機構と対向した領域において回転自在に支持することを特徴とするパイプ材のくびれ加工装置。 A main shaft to which a pipe material to be a workpiece is attached and driven to rotate;
A pair of generating rollers disposed opposite to each other with a pipe member attached to the main shaft in a radial direction, and for pushing the pipe member toward the pipe central axis side to provide a constriction;
An X-axis feed mechanism for moving each of the generating rollers by the same amount in the pipe central axis side, which is the radial direction of the pipe material, or in the opposite direction;
A Z-axis feed mechanism that integrally moves each of the generating rollers and the X-axis feed mechanism in the pipe axis direction;
A pair of clamping mechanisms that are arranged on both sides in the pipe axial direction across the processing point of the pipe material by the generating roller and clamp the pipe material from the outer periphery,
A support frame that rotatably supports each of the clamp mechanisms;
In constricted processing apparatus pipes material provided with the,
A rotational drive shaft that is arranged in parallel with the main shaft and transmits the rotational force of the main shaft in a reversed manner;
A clamp mechanism side gear provided on each outer periphery of each clamp mechanism, and a rotary drive shaft side gear meshed with a corresponding clamp mechanism side gear provided at a position facing each clamp mechanism side gear on the rotary drive shaft; A pair of gear trains consisting of
The pipe material constriction processing apparatus, wherein the support frame rotatably supports the rotary drive shaft in a region facing each of the clamp mechanisms.
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