JP4556291B2 - スピニング加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピニング加工方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状ワークの加工方法には、特開平２−６０２４号に開示されている様に、当該ワークを回転させながらその外周面を加工ローラによって押圧するスピニング加工という方法がある。このスピニング加工においては、ワークを回転させ、加工ローラを当該ワークに対して一定の移動量で移動させることにより、ワークを押圧して所望の形状を得ることができる。この加工ローラの移動量は、ある一定の移動量でワークを加工してみて出来上がった製品の径を測定し、その測定結果に基づいて決定されていた。また、加工ローラの一定の移動量は、熟練した作業者の経験および勘にも基づいて、決定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような方法は、所望の製品が出来あがるであろう加工ローラの移動量を決定しているにすぎず、実際にワークの径を計測しながら加工を行うものではない。したがって、ワークを回転させている回転軸が加工ローラの押圧によって歪んでしまうような場合は、加工ローラが一定の移動量だけ移動していたとしても、回転軸が歪んでいる分目標からずれて、所望の径の製品を作ることができない。
【０００４】
このため、ワークの加工、および出来た製品の測定を繰り返し行わなくてはならなくなり、また、失敗作が出来る可能性も高く、結果として、相当の費用や労力が必要となる。
【０００５】
さらに、加工中にワークの径が計測できないので、加工が失敗していることが後から発見され、加工を失敗したワークをもう一度加工しようとしても、ワークに加工硬化が起こっているので適切な加工をすることは難しく、また、適切な加工ができたとしても相当の費用や労力が必要となる。
【０００６】
また、加工の際ワークにはクーラントが供給されるので、測定用ゲージ（インジケータ）を用いてワークの径を測定しようとしても、クーラントがインジケータにもかかり、正確にワークの径を測定できないばかりか、インジケータ自体の精度まで劣化させかねない。したがって、インジケータを使用することも出来ない。
【０００７】
また、従来方法では、ワークの回転軸の歪みを検出していない。これでは、加工ローラがワークを押圧する力が大きくなりすぎて、ワークの回転軸が大きく歪んでいる場合でも、それに対処することができず、加工装置自体の故障につながるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークの径を計測しながら精度よく加工することができ、さらに、ワークの回転軸の歪みを検出することができるスピニング加工方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１０】
（１）回転自在な主軸と円筒状ワークを介して当該主軸に追動する支軸とに挟持された当該円筒状ワークを回転させ、当該ワークの外周面から回転軸心に向けて加工ローラで押圧して当該ワークを加工するスピニング加工方法において、前記ワークの回転量を検出する第１検出工程と、前記ワークに圧接されて共に回転する測定用ローラの回転量を検出する第２検出工程と、予め測定された測定用ローラの径と前記第１検出工程および第２検出工程の検出結果とに基づいて、ワークの径を算出する径算出工程と、前記径算出工程の算出結果に基づいて、加工を終了するか否かを判断する判断工程とを有し、前記測定用ローラが前記ワークの加工中に回転軸心に垂直な方向に移動した移動量を検出する第３検出工程と、当該第３検出工程の検出結果および前記径算出工程の算出結果に基づいて、ワークの回転軸の歪み量を算出する歪み量算出工程と、当該歪み量算出工程の算出結果に基づいて、前記ワークを加工ローラで押圧する力を調節する調節工程とをさらに有することを特徴とするスピニング加工方法。
【００１１】
（２）前記歪み量算出工程の算出結果が予め設定された許容範囲を超える場合、前記ワークを加工ローラで押圧する力を小さくすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、第１検出工程において、ワークの回転量を検出し、第２検出工程において、ワークに圧接されて共に回転する測定用ローラの回転量を検出し、径算出工程において、予め測定された測定用ローラの径と検出された測定用ローラおよびワークの回転量とに基づいてワークの径を算出し、判断工程において、ワークの径に基づいて加工を終了するか否かを判断するようにした。そして、第３検出手段において、測定用ローラがワークの加工中に回転軸心に垂直な方向に移動した移動量を検出し、歪み量算出工程において、当該移動量とワークの径の変化量とに基づいてワークの回転軸の歪み量を算出し、調整工程において、歪み量に基づいてワークを押圧する力を調節するようにした。
したがって、加工後のワークを測定して所望のワークが作られたか否かを判断する必要がなく、また、インジケータなどを用いることなく加工中にワークの径を測定しながら精度良く加工してワークの形状等を良好なものにし、加工を終了することができる。しか
も、加工ローラの押圧力によりワークの回転軸が歪んでも影響を受けることなく、所望の径のワークを精度良く加工することができる。
さらに、加工ローラがワークを押圧する力によって、ワークの回転軸が所定以上に歪むことを解消することができる。結果として、加工装置自体の故障につながるといった事態を防止することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、歪み設定工程において、予め設定された歪みの許容範囲を超える場合、ワークを押圧する力を小さくするようにしたので、ワークの回転軸の歪みを常に設定された任意の許容範囲内に抑えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１は本発明に係るスピニング加工装置の概略構成図、図２は同スピニング加工装置の支軸部を示す要部断面図、図３は同スピニング加工装置の測定部を示す断面図である。
【００２８】
図１において、本発明に係るスピニング加工装置１０は、ワーク１５の径を算出しながら、当該ワーク１５を加工するものである。このスピニング加工装置１０は、ワーク１５を回転させるための主軸部２０と、当該主軸部２０との間でワーク１５を挟持するとともにワーク１５を介して当該主軸部の回転に追動する支軸部３０と、ワーク１５を押圧して加工する加工部４０と、ワーク１５に圧接して加工の状態を測定する測定部５０と、作業者によって加工開始などの入力が行われる操作盤６０と、各部の動作を制御する制御部７０とを有する。
【００２９】
まず、主軸部２０は、ワーク１５を回転させる原動機となるモータＭ１と、モータＭ１の回転を伝達するベルト２１と、マンドレル２３を回転可能に支持する支持部材２２と、ベルト２１からの回転をワーク１５に与えるマンドレル２３とを含む。
【００３０】
支軸部３０は、マンドレル２３との間でワーク１５を挟持するテールストック３１と、テールストック３１の回転量を検出するためのエンコーダ３２と、テールストック３１を回転可能に支持する支持部３３と、テールストック３１がワーク１５を挟持する際の圧力を発生させる油圧シリンダ３４とを含む。
【００３１】
この支軸部３０は、図２に示すように、テールストック３１が支持部３３の軸受部材３６により回転可能に支持されている。テールストック３１の回転は、エンコーダ３２で検出され、電気信号として制御部７０に送信される。
【００３２】
加工部４０は、ワーク１５に押圧させられる加工ローラ４１と、加工ローラ４１を支持する台座４２と、台座４２をワーク１５の回転軸心に対して垂直に移動させるためのモータＭ２と、台座４２をワーク１５の回転軸心に対して平行に移動させるためのモータＭ３とを含む。モータＭ２の先端に設けられたおねじは台座４２に設けられためねじに螺合されている。したがって、モータＭ２が回転すると、ねじの送り作用により、台座がワーク１５の回転軸心に対して垂直に移動する移動量が変化する。同様の原理を使い、モータＭ３も、台座４２を移動させる。
【００３３】
測定部５０は、ワーク１５に対して加工ローラ４１と反対側に配置され、ワーク１５に圧接されて共に回転する測定用ローラ５１と、測定用ローラ５１の回転を検出するように設けられたエンコーダ５２と、測定用ローラ５１をワークに圧接させるための圧接部５３と、測定用ローラ５１の移動量を検出する移動量検出器５４とを含む。
【００３４】
測定部５０をさらに詳述すると、図３に示すように、測定用ローラ５１を支持する移動体５５は、ワーク１５の回転軸心に対して垂直に移動可能に設けられ、弾性体Ｓによって常に測定用ローラ５１がワーク１５に圧接されるように方向に付勢されている。この弾性体Ｓは、例えば、バネである。
【００３５】
また、移動体５５の側面には、油圧の供給が行われる油圧室５７が設けられている。油圧室５７に油供給ポンプ５６から油路５６ａを経て油が供給されると、移動体５５はワーク１５の回転軸心と反対方向に移動する。こうして、弾性体Ｓによる付勢力に反発する力が移動体５５に与えられるので、圧接されていた測定用ローラ５１がワーク１５から離れる。なお、移動体５５を保持する保持体５９の内面５９ａに当接する移動体５５の外周面５５ａには、ＯリングＲ１が設けられているので、油路５６ａを経て供給される油が油圧室５７から弾性体Ｓの方へ漏れることはない。油供給ポンプ５６による油の供給は、制御部７０によって制御される。
【００３６】
移動体５５が保持体５９から外れないように、また、油圧室５７を形成するためにカバーＣが保持体５９にネジ止めされている。移動体５５に当接するカバーＣの内面Ｃ１にはＯリングＲ２が設けられ、また、保持体５９に当接するカバーＣのフランジ面Ｃ２にもＯリングＲ３が設けられているので、油供給ポンプ５６から供給される油が油圧室５７からカバーＣ外に漏れることはない。
【００３７】
移動量検出器５４は、マグネスケール５８によって移動体５５の移動量を常に検出する。検出された移動体５５の移動量は、電気信号として制御部７０に送信される。また、エンコーダ５２によって検出された測定用ローラ５１の回転量も、電気信号として制御部７０に送信される。
【００３８】
操作盤６０は、制御部７０と接続されており、操作者がスピニング加工装置１０の起動や停止等の命令を入力するために用いられる。
【００３９】
制御部７０は、エンコーダ３２、エンコーダ５２、移動検出器５４および操作盤６０と接続され、それらの検出結果または命令に基づいてモータＭ１、油圧シリンダ３４、モータＭ２、モータＭ３、油供給ポンプ５６を制御する。
【００４０】
次に、スピニング加工装置１０の作用を説明する。
【００４１】
図４はワーク加工開始前のマンドレル２３およびテールストック３１の状態を示す要部断面図であり、図５はワーク加工開始後のマンドレル２３およびテールストック３１の状態を示す要部断面図である。
【００４２】
まず、図４に示すように、マンドレル２３とテールストック３１とでワーク１５を挟持する。ここで、テールストック３１は、油圧シリンダ３４の圧力によって、マンドレル２３に嵌められたワーク１５にしっかり押しつけられる。また、測定部５０の油圧室５７に供給されている油圧が解除されて、弾性体Ｓによる付勢力により測定用ローラ５１が移動させられ、測定用ローラ５１は、ワーク１５に圧接される。
【００４３】
ワーク１５がマンドレル２３およびテールストック３１間に挟持された状態で、操作盤６０上で加工開始が指示されると、主軸部２０のモータＭ１に回転の命令が与えられる。モータＭ１が回転すると、ベルト２１を介して、マンドレル２３にも回転が与えられる。マンドレル２３の回転に追動して、ワーク１５およびテールストック３１も回転する。テールストック３１の回転は、エンコーダ３２によって検出され、電気信号として制御部７０に送信される。
【００４４】
ここで、ワーク１５が回転を始めると、このワーク１５に圧接された測定用ローラ５１はワーク１５と共に回転する。測定用ローラ５１の回転はエンコーダ５２によって検出され、測定用ローラ５１がワーク１５の軸心方向に移動した移動量はマグネスケール５８によって検出され、それぞれ電気信号として制御部７０に送信される。
【００４５】
そして、加工部４０の加工ローラ４１がワーク１５を押圧し始める。このとき、制御部７０によってモータＭ２が制御されて台座４２が移動することにより、加工ローラ４１は、ワーク１５を押圧する。
【００４６】
加工が終了すると、加工ローラ４１がワーク１５から離れるように、制御部７０によってモータＭ２が制御される。
【００４７】
そして、測定部５０の油圧室５７に油圧が供給され、測定用ローラ５１に対する弾性体Ｓの付勢力に抗して、移動体５５を移動させることにより、測定用ローラ５１がワーク１５から離れる。
【００４８】
加工開始からの各部の動作は、上述のように制御部７０によって制御される。
【００４９】
そして、制御部７０は、エンコーダ３２、エンコーダ５２および移動量検出器５４から送信された電気信号に基づいて、さらに、各部の動作を制御する。
【００５０】
以下、スピニング加工装置１０内の制御系について説明する。
【００５１】
図６は、本発明に係るスピニング加工装置１０内の制御関係を示すブロック図である。
【００５２】
まず、制御部７０は、制御装置８０と、計測処理装置８１とで構成される。さらに、計測処理装置８１は、検出部８２と、演算部８３と、記憶部８４と、出力部８５とを含む。また、操作盤６０には、操作者が加工の設定（ワークの径、ワークの径の精度の許容範囲、ワークの回転軸の歪みの許容範囲など）を入力するための入力部８６が設けられており、入力部８６において入力された設定の情報は、記憶部８４において記憶される。
【００５３】
前述のエンコーダ３２、エンコーダ５２および移動量検出器５４で検出された検出結果は、検出部８２で受信される。演算部８３は、記憶部８４に記憶されている設定の情報と検出部８２において受信された検出結果とに基づいて演算を行い、演算結果を出力部８５から送信する。制御装置８０は、演算結果を受信し、その演算結果に基づいて、モータＭ１、油圧シリンダ３４、モータＭ２、モータＭ３、油供給ポンプ５６を制御する。
【００５４】
次にさらに具体的なスピニング加工装置１０の制御について、図７および図８を参照しながら説明する。
【００５５】
なお、図７および図８は、それぞれスピニング加工装置１０の制御の流れを示すフローチャートであるが、図７については、ワーク１５の径を算出しフィードバック制御する場合、図８については、さらに、ワーク１５の回転軸の歪み量を算出しフィードバック制御する場合に関するので、以降前者を第１の実施の形態とし、後者を第２の実施の形態としてその具体的な制御の流れを説明する。
【００５６】
（第１の実施の形態）
図７は、ワーク１５の径を算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ１０では、入力部８６から計測処理装置８１へ、加工の初期設定の入力が行われる。ここで、加工の初期設定の入力とは、予め計測されている計測用ローラ５１の径ｄ（mm）、エンコーダ５２によって検出される計測用ローラ５１の１回転当たりのパルス数ａ（パルス／回転）、エンコーダ３２によって検出されるテールストック３１の１回転当たりのパルス数ｂ（パルス／回転）、および加工完了時のワーク１５の径の目標値Ｇ（mm）と許容される誤差ｇ（mm）とを入力することである。入力された初期設定は、記憶部８４に記憶される。
【００５８】
ステップＳ１１では、スピニング加工装置１０は、入力された初期設定に従ってワーク１５の加工を開始する。
【００５９】
ステップＳ１２では、計測用ローラ５１の１分間当たりの回転数ｎ（rpm）を算出する。ここで、まず、エンコーダ５２の検出に基づいて、計測処理装置８１は、計測用ローラ５１の単位時間Ｓ（sec）当たりのパルス数ｃ（パルス）を受信する。そして、演算部８３は、受信した値と記憶部８４に記憶されている初期設定の内容とを次の式に代入する。
【００６０】
ｎ＝（ｃ×６０）／（ａ×Ｓ）
ステップＳ１３では、テールストック３１の１分間当たりの回転数Ｎ（rpm）を算出する。ここで、まず、エンコーダ３２の検出に基づいて、計測処理装置８１は、テールストック３１の単位時間Ｓ（sec）当たりのパルス数ｅ（パルス）を受信する。そして、演算部８３は、受信した値と記憶部８４に記憶されている初期設定の内容とを次の式に代入する。
【００６１】
Ｎ＝（ｅ×６０）／（ｂ×Ｓ）
ステップＳ１４では、加工中のワーク１５の径Ｄ（mm）を算出する。ここでは、計測用ローラ５１とテールストック３１との回転数の比および初期設定で入力された計測用ローラ５１の径ｄ（mm）に基づいて加工中のワーク１５の径を算出する。つまり、これらの値を次の式に代入して、加工中のワーク１５の径Ｄ（mm）を算出する。
【００６２】
Ｄ＝ｄ×ｎ／Ｎ
このように、ワークと共にマンドレル２３に追動するテールストック３１の回転数Ｎをワーク１５の回転数として使用すれば、ワーク１５とマンドレル２３が滑って、マンドレル２３の回転がそのまま伝わらない場合でも、正確なワーク１５の回転数を検出することができる。
【００６３】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出したワーク１５の径が目標値の許容される誤差の範囲内であるか否かを判断する。ここでは、加工の性質上、ワーク１５の径が小さくなるように加工されるので、径の目標値Ｇ（mm）より許容誤差ｇ（mm）だけ大きい範囲内で、ワーク１５の加工が完了すればよい。したがって、加工後のワーク１５の径が許容される範囲Ｇ＋ｇ（mm）以下になれば、加工を終了してもよいので、Ｄ≦Ｇ＋ｇなら、ステップＳ１６に進む。逆に、Ｄ＞Ｇ＋ｇなら、許容される範囲まで加工が進んでおらず、加工を継続する必要があるので、ステップＳ１２に戻る。
【００６４】
ステップＳ１６では、ワーク１５が許容される範囲内まで加工されたので、加工終了の信号が演算部８３から出力部８５を介して、制御装置８０に送信される。そして、制御装置８０は、図６に示す各部を制御して、スピニング加工装置１０全体の動作を終了する。
【００６５】
上記流れを具体的数値に置き換えて説明する。
【００６６】
例えば、ステップＳ１０で初期設定が、ｄ＝５０（mm）、a＝１０００（パルス／回転）、ｂ＝１０００（パルス／回転）、Ｇ＋ｇ＝１００＋０．１（mm）と入力されているときに、ステップＳ１２で単位時間Ｓ＝０．０１（秒）当たりの計測用ローラ５１のパルス数ｃ＝１００（パルス）が受信され、ステップＳ１３で単位時間Ｓ＝０．０１（秒）当たりのテールストック３１のパルス数ｅ＝５０パルスが受信されたとする。
【００６７】
このとき、これらの値をステップＳ１２に代入すると、
ｎ＝１００×６０／１０００／０．０１＝６００
となり、ステップＳ１３に代入すると、
Ｎ＝５０×６０／１０００／０．０１＝３００
となる。
【００６８】
さらに、ステップＳ１４に代入すると、
Ｄ＝６００×５０／３００＝１００
となり、ワーク１５の径は、初期設定で入力された加工後のワーク１５の目標値と許容される誤差の範囲内になっているので、ワーク１５の加工は終了する。
【００６９】
以上のように本実施の形態によれば、実際にワークの径を計測しながら加工を行っているので、加工ローラでワークを押圧することによってワークを回転させている回転軸が歪んでしまっても、回転軸の歪みに関係なく、所望の径の製品を作ることができる。
【００７０】
さらに、加工中にワークの径を計測するので、加工が失敗していることが後から発見されたり、加工を失敗したワークをもう一度加工するなどといったことがなくなるので、格段に費用や労力を低減することができる。
【００７１】
また、ワークの径を測定するのにインジケータなどを使用する必要もなくなる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の特徴は、加工中のワークの径の測定に加えて、ワークの回転軸の歪みをも検出することである。第２の実施の形態に係る発明は、加工ローラによってワークが押圧される力が大きくなりすぎた場合に押圧する力を小さくするようにフィードバック制御するものである。
【００７３】
図８は、ワーク１５の径を算出し、かつ、ワーク１５の回転軸の歪みも算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００７４】
ステップＳ２０では、入力部８６から計測処理装置８１へ、加工の初期設定の入力が行われる。ここで、加工の初期設定の入力とは、予め計測されている計測用ローラ５１の径ｄ（mm）、エンコーダ５２によって予め検出される計測用ローラ５１の１回転当たりのパルス数ａ（パルス／回転）、エンコーダ３２によって予め検出されるテールストック３１の１回転当たりのパルス数ｂ（パルス／回転）、加工完了時のワーク１５の径の目標値Ｇ（mm）と許容される誤差ｇ（mm）、およびワーク１５の回転軸の歪み許容範囲Ｈ（mm）を入力することである。入力された初期設定は、記憶部８４に記憶される。
【００７５】
ステップＳ２１では、スピニング加工装置１０は、入力された初期設定に従ってワーク１５の加工を開始する。
【００７６】
ステップＳ２２では、演算部８３は、加工開始直後のワーク１５の径を算出し、ワーク１５の径の初期値Ｄ０（mm）として記憶部８４に記憶させる。初期値Ｄ０は、ワーク１５の回転軸の歪みを算出する際の基準の値となる。また、ここでのワーク１５の径の算出方法は、図７のステップＳ１２からステップＳ１４までと同様の方法であるので、説明を省略する。
【００７７】
ステップＳ２３では、演算部８３は、加工開始直後の測定用ローラ５１の移動量を検出し、測定用ローラ５１の移動量の初期値Ｚ０（mm）として記憶部８４に記憶させる。初期値Ｚ０は、ワーク１５の回転軸の歪みを算出する際の基準の値となる。ここで、測定用ローラ５１の移動量とは、図３に示すマグネスケール５８が測定用ローラ５１と一体に移動する移動体５５の移動量を検出することで求められるものであり、測定用ローラ５１の移動量の初期値Ｚ０は、測定用ローラ５１が加工開始直後ワーク１５に圧接されたときにマグネスケール５８によって検出される値である。
【００７８】
ステップＳ２４では、加工中のワーク１５の径を算出する。算出された加工中のワーク１５の径Ｄ１（mm）は、記憶部８４に記憶される。ワーク１５の径の算出は、図７のステップＳ１２からステップＳ１４までと同様の方法であるので、説明を省略する。
【００７９】
ステップＳ２５では、加工中の測定用ローラ５１がワーク１５の回転軸心に垂直な方向に移動した移動量の検出を行う。検出された加工中の測定用ローラ５１の移動量Ｚ１（mm）は、記憶部８４に記憶される。なお、移動量Ｚ１は、測定用ローラ５１がワーク１５の回転軸に近づくほど小さくなる、すなわち、マグネスケール５８によって検出される値が小さくなるものとする。
【００８０】
ステップＳ２６では、ワーク１５の回転軸の歪み量Ｗ（mm）を算出する。ここでは、記憶部８４に記憶されているワーク１５の径の初期値Ｄ０（mm）、測定用ローラ５１の移動量の初期値Ｚ０（mm）、加工中のワーク１５の径Ｄ１（mm）および加工中の測定用ローラ５１の移動量Ｚ１（mm）を次の式に代入して、ワークの回転軸の歪み量Ｗ（mm）を算出する。
【００８１】
Ｗ＝（Ｚ１−Ｚ０）−（Ｄ１−Ｄ０）／２
（Ｄ１−Ｄ０）／２は、ワーク１５が加工されて、回転軸に対してどれだけ径が小さくなったかを示す。また、（Ｚ１−Ｚ０）は、測定用ローラ５１がどれだけ移動したかを示す。したがって、ワーク１５の回転軸に歪みがなければ、加工が進んでワーク１５の径が小さくなった分だけ測定用ローラ５１は移動するので、（Ｚ１−Ｚ０）−（Ｄ１−Ｄ０）／２はおよそ０になる。逆に、ワーク１５の回転軸に歪みがあるとき、すなわち、加工ローラ４１がワーク１５に強く押圧されているときは、（Ｚ１−Ｚ０）の値は大きくなるので、Ｗの値も大きくなる。
【００８２】
ステップＳ２７では、歪み量Ｗが歪み許容範囲（Ｈ mm）以内であるか否かを判断する。ここで、Ｗ≦Ｈなら、歪み量Ｗが歪み許容範囲（Ｈ mm）以内であるので、ステップＳ２７に進む。また、Ｗ＞Ｈなら、歪み量Ｗが歪み許容範囲（Ｈ mm）を超えているので、ステップＳ２８に進む。
【００８３】
ステップＳ２８では、演算部８３が出力部８５を介して制御装置８０へ異常信号を送信する。この異常信号に基づいて、制御装置８０は、加工ローラ４１がワーク１５を押圧する力が小さくなるように、モータＭ２を制御する。そして、加工を継続するためにステップＳ２４に戻る。
【００８４】
ステップＳ２９では、ステップＳ２４で算出したワーク１５の径が目標値の許容される誤差の範囲内であるか否かを判断する。ここでの判断は、図７のステップＳ１５と同様に、Ｄ≦Ｇ＋ｇなら、ステップＳ３０に進み、逆に、Ｄ＞Ｇ＋ｇなら、ステップＳ２４に戻る。
【００８５】
ステップＳ３０では、ワーク１５が許容される範囲内まで加工されたので、加工終了の信号が演算部８３から出力部８５を介して、制御装置８０に送信される。そして、制御装置８０は、図６に示す各部を制御して、スピニング加工装置１０全体の動作を終了する。
【００８６】
以上のように本実施の形態によれば、実際にワークの径を計測しながら加工を行っているので、加工ローラを押圧することによってワークを回転させている回転軸が歪んでしまっても、回転軸の歪みに関係なく、所望の径の製品を作ることができる。
【００８７】
さらに、加工中にワークの径を計測するので、加工が失敗していることが後から発見されたり、加工を失敗したワークをもう一度加工するなどといったことがなくなるので、格段に費用や労力を低減することができる。
【００８８】
加えて、ワークと共にマンドレルに追動するテールストックの回転数をワークの回転数として使用するので、ワークとマンドレルが滑って、マンドレルの回転がそのまま伝わらない場合でも、正確なワークの回転数を検出することができる。
【００８９】
また、ワークの径を測定するのにインジケータなどを使用する必要もなくなる。
【００９０】
さらに、ワークの回転軸の歪みを検出できるので、加工ローラがワークを押圧する力が大きくなりすぎて、ワークの回転軸が大きく歪み、加工装置自体の故障につながるといった事態を防止することができる。
【００９１】
本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変使用することができる。例えば、前記実施の形態では、加工ローラ４１および測定ローラ５１は、ワーク１５に対して回転軸心を中心として、１８０度反対側に位置していたが、９０度や４５度をなして位置していてもよい。
【００９２】
また、前記実施の形態では、加工ローラ４１および測定ローラ５１を別々に設けていたが、加工ローラ４１でワーク１５の径を測定するようにしても良い。なお、加工ローラ４１でワーク１５の径を測定する場合は、加工ローラ４１の径が一定でないと正確に測定することができないので、加工ローラ４１が摩耗する前に定期的に交換したり、摩耗や変形が起こりにくい物質で加工ローラ４１を形成する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスピニング加工装置の概略構成図を示す図である。
【図２】 本発明に係るスピニング加工装置の支軸部を示す要部断面図を示す図である。
【図３】 本発明に係るスピニング加工装置の測定部を示す断面図である。
【図４】 ワーク加工開始前のマンドレルおよびテールストックの状態を示す要部断面図である。
【図５】 ワーク加工開始後のマンドレルおよびテールストックの状態を示す要部断面図である。
【図６】 本発明に係るスピニング加工装置内の制御系を示すブロック図である。
【図７】 ワークの径を算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】 ワークの径を算出し、かつ、ワークの回転軸の歪みも算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…スピニング加工装置、
２０…主軸部、
３０…支軸部、
３２、５２…エンコーダ、
３４…油圧シリンダ、
４０…加工部、
４１…加工ローラ、
５０…測定部、
５１…測定用ローラ、
５４…移動量検出器、
５６…油供給ポンプ、
６０…操作盤、
７０…制御部、
８０…制御装置、
８３…演算部、
８４…記憶部、
８６…入力部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピニング加工方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状ワークの加工方法には、特開平２−６０２４号に開示されている様に、当該ワークを回転させながらその外周面を加工ローラによって押圧するスピニング加工という方法がある。このスピニング加工においては、ワークを回転させ、加工ローラを当該ワークに対して一定の移動量で移動させることにより、ワークを押圧して所望の形状を得ることができる。この加工ローラの移動量は、ある一定の移動量でワークを加工してみて出来上がった製品の径を測定し、その測定結果に基づいて決定されていた。また、加工ローラの一定の移動量は、熟練した作業者の経験および勘にも基づいて、決定されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような方法は、所望の製品が出来あがるであろう加工ローラの移動量を決定しているにすぎず、実際にワークの径を計測しながら加工を行うものではない。したがって、ワークを回転させている回転軸が加工ローラの押圧によって歪んでしまうような場合は、加工ローラが一定の移動量だけ移動していたとしても、回転軸が歪んでいる分目標からずれて、所望の径の製品を作ることができない。
【０００４】
このため、ワークの加工、および出来た製品の測定を繰り返し行わなくてはならなくなり、また、失敗作が出来る可能性も高く、結果として、相当の費用や労力が必要となる。
【０００５】
さらに、加工中にワークの径が計測できないので、加工が失敗していることが後から発見され、加工を失敗したワークをもう一度加工しようとしても、ワークに加工硬化が起こっているので適切な加工をすることは難しく、また、適切な加工ができたとしても相当の費用や労力が必要となる。
【０００６】
また、加工の際ワークにはクーラントが供給されるので、測定用ゲージ（インジケータ）を用いてワークの径を測定しようとしても、クーラントがインジケータにもかかり、正確にワークの径を測定できないばかりか、インジケータ自体の精度まで劣化させかねない。したがって、インジケータを使用することも出来ない。
【０００７】
また、従来方法では、ワークの回転軸の歪みを検出していない。これでは、加工ローラがワークを押圧する力が大きくなりすぎて、ワークの回転軸が大きく歪んでいる場合でも、それに対処することができず、加工装置自体の故障につながるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークの径を計測しながら精度よく加工することができ、さらに、ワークの回転軸の歪みを検出することができるスピニング加工方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１０】
（１）回転自在な主軸と円筒状ワークを介して当該主軸に追動する支軸とに挟持された当該円筒状ワークを回転させ、当該ワークの外周面から回転軸心に向けて加工ローラで押圧して当該ワークを加工するスピニング加工方法において、前記ワークの回転量を検出する第１検出工程と、前記ワークに圧接されて共に回転する測定用ローラの回転量を検出する第２検出工程と、予め測定された測定用ローラの径と前記第１検出工程および第２検出工程の検出結果とに基づいて、ワークの径を算出する径算出工程と、前記径算出工程の算出結果に基づいて、加工を終了するか否かを判断する判断工程とを有し、前記測定用ローラが前記ワークの加工中に回転軸心に垂直な方向に移動した移動量を検出する第３検出工程と、当該第３検出工程の検出結果および前記径算出工程の算出結果に基づいて、ワークの回転軸の歪み量を算出する歪み量算出工程と、当該歪み量算出工程の算出結果に基づいて、前記ワークを加工ローラで押圧する力を調節する調節工程とをさらに有することを特徴とするスピニング加工方法。
【００１１】
（２）前記歪み量算出工程の算出結果が予め設定された許容範囲を超える場合、前記ワークを加工ローラで押圧する力を小さくすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明は、第１検出工程において、ワークの回転量を検出し、第２検出工程において、ワークに圧接されて共に回転する測定用ローラの回転量を検出し、径算出工程において、予め測定された測定用ローラの径と検出された測定用ローラおよびワークの回転量とに基づいてワークの径を算出し、判断工程において、ワークの径に基づいて加工を終了するか否かを判断するようにした。そして、第３検出手段において、測定用ローラがワークの加工中に回転軸心に垂直な方向に移動した移動量を検出し、歪み量算出工程において、当該移動量とワークの径の変化量とに基づいてワークの回転軸の歪み量を算出し、調整工程において、歪み量に基づいてワークを押圧する力を調節するようにした。
したがって、加工後のワークを測定して所望のワークが作られたか否かを判断する必要がなく、また、インジケータなどを用いることなく加工中にワークの径を測定しながら精度良く加工してワークの形状等を良好なものにし、加工を終了することができる。しか
も、加工ローラの押圧力によりワークの回転軸が歪んでも影響を受けることなく、所望の径のワークを精度良く加工することができる。
さらに、加工ローラがワークを押圧する力によって、ワークの回転軸が所定以上に歪むことを解消することができる。結果として、加工装置自体の故障につながるといった事態を防止することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、歪み設定工程において、予め設定された歪みの許容範囲を超える場合、ワークを押圧する力を小さくするようにしたので、ワークの回転軸の歪みを常に設定された任意の許容範囲内に抑えることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
図１は本発明に係るスピニング加工装置の概略構成図、図２は同スピニング加工装置の支軸部を示す要部断面図、図３は同スピニング加工装置の測定部を示す断面図である。
【００２８】
図１において、本発明に係るスピニング加工装置１０は、ワーク１５の径を算出しながら、当該ワーク１５を加工するものである。このスピニング加工装置１０は、ワーク１５を回転させるための主軸部２０と、当該主軸部２０との間でワーク１５を挟持するとともにワーク１５を介して当該主軸部の回転に追動する支軸部３０と、ワーク１５を押圧して加工する加工部４０と、ワーク１５に圧接して加工の状態を測定する測定部５０と、作業者によって加工開始などの入力が行われる操作盤６０と、各部の動作を制御する制御部７０とを有する。
【００２９】
まず、主軸部２０は、ワーク１５を回転させる原動機となるモータＭ１と、モータＭ１の回転を伝達するベルト２１と、マンドレル２３を回転可能に支持する支持部材２２と、ベルト２１からの回転をワーク１５に与えるマンドレル２３とを含む。
【００３０】
支軸部３０は、マンドレル２３との間でワーク１５を挟持するテールストック３１と、テールストック３１の回転量を検出するためのエンコーダ３２と、テールストック３１を回転可能に支持する支持部３３と、テールストック３１がワーク１５を挟持する際の圧力を発生させる油圧シリンダ３４とを含む。
【００３１】
この支軸部３０は、図２に示すように、テールストック３１が支持部３３の軸受部材３６により回転可能に支持されている。テールストック３１の回転は、エンコーダ３２で検出され、電気信号として制御部７０に送信される。
【００３２】
加工部４０は、ワーク１５に押圧させられる加工ローラ４１と、加工ローラ４１を支持する台座４２と、台座４２をワーク１５の回転軸心に対して垂直に移動させるためのモータＭ２と、台座４２をワーク１５の回転軸心に対して平行に移動させるためのモータＭ３とを含む。モータＭ２の先端に設けられたおねじは台座４２に設けられためねじに螺合されている。したがって、モータＭ２が回転すると、ねじの送り作用により、台座がワーク１５の回転軸心に対して垂直に移動する移動量が変化する。同様の原理を使い、モータＭ３も、台座４２を移動させる。
【００３３】
測定部５０は、ワーク１５に対して加工ローラ４１と反対側に配置され、ワーク１５に圧接されて共に回転する測定用ローラ５１と、測定用ローラ５１の回転を検出するように設けられたエンコーダ５２と、測定用ローラ５１をワークに圧接させるための圧接部５３と、測定用ローラ５１の移動量を検出する移動量検出器５４とを含む。
【００３４】
測定部５０をさらに詳述すると、図３に示すように、測定用ローラ５１を支持する移動体５５は、ワーク１５の回転軸心に対して垂直に移動可能に設けられ、弾性体Ｓによって常に測定用ローラ５１がワーク１５に圧接されるように方向に付勢されている。この弾性体Ｓは、例えば、バネである。
【００３５】
また、移動体５５の側面には、油圧の供給が行われる油圧室５７が設けられている。油圧室５７に油供給ポンプ５６から油路５６ａを経て油が供給されると、移動体５５はワーク１５の回転軸心と反対方向に移動する。こうして、弾性体Ｓによる付勢力に反発する力が移動体５５に与えられるので、圧接されていた測定用ローラ５１がワーク１５から離れる。なお、移動体５５を保持する保持体５９の内面５９ａに当接する移動体５５の外周面５５ａには、ＯリングＲ１が設けられているので、油路５６ａを経て供給される油が油圧室５７から弾性体Ｓの方へ漏れることはない。油供給ポンプ５６による油の供給は、制御部７０によって制御される。
【００３６】
移動体５５が保持体５９から外れないように、また、油圧室５７を形成するためにカバーＣが保持体５９にネジ止めされている。移動体５５に当接するカバーＣの内面Ｃ１にはＯリングＲ２が設けられ、また、保持体５９に当接するカバーＣのフランジ面Ｃ２にもＯリングＲ３が設けられているので、油供給ポンプ５６から供給される油が油圧室５７からカバーＣ外に漏れることはない。
【００３７】
移動量検出器５４は、マグネスケール５８によって移動体５５の移動量を常に検出する。検出された移動体５５の移動量は、電気信号として制御部７０に送信される。また、エンコーダ５２によって検出された測定用ローラ５１の回転量も、電気信号として制御部７０に送信される。
【００３８】
操作盤６０は、制御部７０と接続されており、操作者がスピニング加工装置１０の起動や停止等の命令を入力するために用いられる。
【００３９】
制御部７０は、エンコーダ３２、エンコーダ５２、移動検出器５４および操作盤６０と接続され、それらの検出結果または命令に基づいてモータＭ１、油圧シリンダ３４、モータＭ２、モータＭ３、油供給ポンプ５６を制御する。
【００４０】
次に、スピニング加工装置１０の作用を説明する。
【００４１】
図４はワーク加工開始前のマンドレル２３およびテールストック３１の状態を示す要部断面図であり、図５はワーク加工開始後のマンドレル２３およびテールストック３１の状態を示す要部断面図である。
【００４２】
まず、図４に示すように、マンドレル２３とテールストック３１とでワーク１５を挟持する。ここで、テールストック３１は、油圧シリンダ３４の圧力によって、マンドレル２３に嵌められたワーク１５にしっかり押しつけられる。また、測定部５０の油圧室５７に供給されている油圧が解除されて、弾性体Ｓによる付勢力により測定用ローラ５１が移動させられ、測定用ローラ５１は、ワーク１５に圧接される。
【００４３】
ワーク１５がマンドレル２３およびテールストック３１間に挟持された状態で、操作盤６０上で加工開始が指示されると、主軸部２０のモータＭ１に回転の命令が与えられる。モータＭ１が回転すると、ベルト２１を介して、マンドレル２３にも回転が与えられる。マンドレル２３の回転に追動して、ワーク１５およびテールストック３１も回転する。テールストック３１の回転は、エンコーダ３２によって検出され、電気信号として制御部７０に送信される。
【００４４】
ここで、ワーク１５が回転を始めると、このワーク１５に圧接された測定用ローラ５１はワーク１５と共に回転する。測定用ローラ５１の回転はエンコーダ５２によって検出され、測定用ローラ５１がワーク１５の軸心方向に移動した移動量はマグネスケール５８によって検出され、それぞれ電気信号として制御部７０に送信される。
【００４５】
そして、加工部４０の加工ローラ４１がワーク１５を押圧し始める。このとき、制御部７０によってモータＭ２が制御されて台座４２が移動することにより、加工ローラ４１は、ワーク１５を押圧する。
【００４６】
加工が終了すると、加工ローラ４１がワーク１５から離れるように、制御部７０によってモータＭ２が制御される。
【００４７】
そして、測定部５０の油圧室５７に油圧が供給され、測定用ローラ５１に対する弾性体Ｓの付勢力に抗して、移動体５５を移動させることにより、測定用ローラ５１がワーク１５から離れる。
【００４８】
加工開始からの各部の動作は、上述のように制御部７０によって制御される。
【００４９】
そして、制御部７０は、エンコーダ３２、エンコーダ５２および移動量検出器５４から送信された電気信号に基づいて、さらに、各部の動作を制御する。
【００５０】
以下、スピニング加工装置１０内の制御系について説明する。
【００５１】
図６は、本発明に係るスピニング加工装置１０内の制御関係を示すブロック図である。
【００５２】
まず、制御部７０は、制御装置８０と、計測処理装置８１とで構成される。さらに、計測処理装置８１は、検出部８２と、演算部８３と、記憶部８４と、出力部８５とを含む。また、操作盤６０には、操作者が加工の設定（ワークの径、ワークの径の精度の許容範囲、ワークの回転軸の歪みの許容範囲など）を入力するための入力部８６が設けられており、入力部８６において入力された設定の情報は、記憶部８４において記憶される。
【００５３】
前述のエンコーダ３２、エンコーダ５２および移動量検出器５４で検出された検出結果は、検出部８２で受信される。演算部８３は、記憶部８４に記憶されている設定の情報と検出部８２において受信された検出結果とに基づいて演算を行い、演算結果を出力部８５から送信する。制御装置８０は、演算結果を受信し、その演算結果に基づいて、モータＭ１、油圧シリンダ３４、モータＭ２、モータＭ３、油供給ポンプ５６を制御する。
【００５４】
次にさらに具体的なスピニング加工装置１０の制御について、図７および図８を参照しながら説明する。
【００５５】
なお、図７および図８は、それぞれスピニング加工装置１０の制御の流れを示すフローチャートであるが、図７については、ワーク１５の径を算出しフィードバック制御する場合、図８については、さらに、ワーク１５の回転軸の歪み量を算出しフィードバック制御する場合に関するので、以降前者を第１の実施の形態とし、後者を第２の実施の形態としてその具体的な制御の流れを説明する。
【００５６】
（第１の実施の形態）
図７は、ワーク１５の径を算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ１０では、入力部８６から計測処理装置８１へ、加工の初期設定の入力が行われる。ここで、加工の初期設定の入力とは、予め計測されている計測用ローラ５１の径ｄ（mm）、エンコーダ５２によって検出される計測用ローラ５１の１回転当たりのパルス数ａ（パルス／回転）、エンコーダ３２によって検出されるテールストック３１の１回転当たりのパルス数ｂ（パルス／回転）、および加工完了時のワーク１５の径の目標値Ｇ（mm）と許容される誤差ｇ（mm）とを入力することである。入力された初期設定は、記憶部８４に記憶される。
【００５８】
ステップＳ１１では、スピニング加工装置１０は、入力された初期設定に従ってワーク１５の加工を開始する。
【００５９】
ステップＳ１２では、計測用ローラ５１の１分間当たりの回転数ｎ（rpm）を算出する。ここで、まず、エンコーダ５２の検出に基づいて、計測処理装置８１は、計測用ローラ５１の単位時間Ｓ（sec）当たりのパルス数ｃ（パルス）を受信する。そして、演算部８３は、受信した値と記憶部８４に記憶されている初期設定の内容とを次の式に代入する。
【００６０】
ｎ＝（ｃ×６０）／（ａ×Ｓ）
ステップＳ１３では、テールストック３１の１分間当たりの回転数Ｎ（rpm）を算出する。ここで、まず、エンコーダ３２の検出に基づいて、計測処理装置８１は、テールストック３１の単位時間Ｓ（sec）当たりのパルス数ｅ（パルス）を受信する。そして、演算部８３は、受信した値と記憶部８４に記憶されている初期設定の内容とを次の式に代入する。
【００６１】
Ｎ＝（ｅ×６０）／（ｂ×Ｓ）
ステップＳ１４では、加工中のワーク１５の径Ｄ（mm）を算出する。ここでは、計測用ローラ５１とテールストック３１との回転数の比および初期設定で入力された計測用ローラ５１の径ｄ（mm）に基づいて加工中のワーク１５の径を算出する。つまり、これらの値を次の式に代入して、加工中のワーク１５の径Ｄ（mm）を算出する。
【００６２】
Ｄ＝ｄ×ｎ／Ｎ
このように、ワークと共にマンドレル２３に追動するテールストック３１の回転数Ｎをワーク１５の回転数として使用すれば、ワーク１５とマンドレル２３が滑って、マンドレル２３の回転がそのまま伝わらない場合でも、正確なワーク１５の回転数を検出することができる。
【００６３】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出したワーク１５の径が目標値の許容される誤差の範囲内であるか否かを判断する。ここでは、加工の性質上、ワーク１５の径が小さくなるように加工されるので、径の目標値Ｇ（mm）より許容誤差ｇ（mm）だけ大きい範囲内で、ワーク１５の加工が完了すればよい。したがって、加工後のワーク１５の径が許容される範囲Ｇ＋ｇ（mm）以下になれば、加工を終了してもよいので、Ｄ≦Ｇ＋ｇなら、ステップＳ１６に進む。逆に、Ｄ＞Ｇ＋ｇなら、許容される範囲まで加工が進んでおらず、加工を継続する必要があるので、ステップＳ１２に戻る。
【００６４】
ステップＳ１６では、ワーク１５が許容される範囲内まで加工されたので、加工終了の信号が演算部８３から出力部８５を介して、制御装置８０に送信される。そして、制御装置８０は、図６に示す各部を制御して、スピニング加工装置１０全体の動作を終了する。
【００６５】
上記流れを具体的数値に置き換えて説明する。
【００６６】
例えば、ステップＳ１０で初期設定が、ｄ＝５０（mm）、a＝１０００（パルス／回転）、ｂ＝１０００（パルス／回転）、Ｇ＋ｇ＝１００＋０．１（mm）と入力されているときに、ステップＳ１２で単位時間Ｓ＝０．０１（秒）当たりの計測用ローラ５１のパルス数ｃ＝１００（パルス）が受信され、ステップＳ１３で単位時間Ｓ＝０．０１（秒）当たりのテールストック３１のパルス数ｅ＝５０パルスが受信されたとする。
【００６７】
このとき、これらの値をステップＳ１２に代入すると、
ｎ＝１００×６０／１０００／０．０１＝６００
となり、ステップＳ１３に代入すると、
Ｎ＝５０×６０／１０００／０．０１＝３００
となる。
【００６８】
さらに、ステップＳ１４に代入すると、
Ｄ＝６００×５０／３００＝１００
となり、ワーク１５の径は、初期設定で入力された加工後のワーク１５の目標値と許容される誤差の範囲内になっているので、ワーク１５の加工は終了する。
【００６９】
以上のように本実施の形態によれば、実際にワークの径を計測しながら加工を行っているので、加工ローラでワークを押圧することによってワークを回転させている回転軸が歪んでしまっても、回転軸の歪みに関係なく、所望の径の製品を作ることができる。
【００７０】
さらに、加工中にワークの径を計測するので、加工が失敗していることが後から発見されたり、加工を失敗したワークをもう一度加工するなどといったことがなくなるので、格段に費用や労力を低減することができる。
【００７１】
また、ワークの径を測定するのにインジケータなどを使用する必要もなくなる。
【００７２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の特徴は、加工中のワークの径の測定に加えて、ワークの回転軸の歪みをも検出することである。第２の実施の形態に係る発明は、加工ローラによってワークが押圧される力が大きくなりすぎた場合に押圧する力を小さくするようにフィードバック制御するものである。
【００７３】
図８は、ワーク１５の径を算出し、かつ、ワーク１５の回転軸の歪みも算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００７４】
ステップＳ２０では、入力部８６から計測処理装置８１へ、加工の初期設定の入力が行われる。ここで、加工の初期設定の入力とは、予め計測されている計測用ローラ５１の径ｄ（mm）、エンコーダ５２によって予め検出される計測用ローラ５１の１回転当たりのパルス数ａ（パルス／回転）、エンコーダ３２によって予め検出されるテールストック３１の１回転当たりのパルス数ｂ（パルス／回転）、加工完了時のワーク１５の径の目標値Ｇ（mm）と許容される誤差ｇ（mm）、およびワーク１５の回転軸の歪み許容範囲Ｈ（mm）を入力することである。入力された初期設定は、記憶部８４に記憶される。
【００７５】
ステップＳ２１では、スピニング加工装置１０は、入力された初期設定に従ってワーク１５の加工を開始する。
【００７６】
ステップＳ２２では、演算部８３は、加工開始直後のワーク１５の径を算出し、ワーク１５の径の初期値Ｄ０（mm）として記憶部８４に記憶させる。初期値Ｄ０は、ワーク１５の回転軸の歪みを算出する際の基準の値となる。また、ここでのワーク１５の径の算出方法は、図７のステップＳ１２からステップＳ１４までと同様の方法であるので、説明を省略する。
【００７７】
ステップＳ２３では、演算部８３は、加工開始直後の測定用ローラ５１の移動量を検出し、測定用ローラ５１の移動量の初期値Ｚ０（mm）として記憶部８４に記憶させる。初期値Ｚ０は、ワーク１５の回転軸の歪みを算出する際の基準の値となる。ここで、測定用ローラ５１の移動量とは、図３に示すマグネスケール５８が測定用ローラ５１と一体に移動する移動体５５の移動量を検出することで求められるものであり、測定用ローラ５１の移動量の初期値Ｚ０は、測定用ローラ５１が加工開始直後ワーク１５に圧接されたときにマグネスケール５８によって検出される値である。
【００７８】
ステップＳ２４では、加工中のワーク１５の径を算出する。算出された加工中のワーク１５の径Ｄ１（mm）は、記憶部８４に記憶される。ワーク１５の径の算出は、図７のステップＳ１２からステップＳ１４までと同様の方法であるので、説明を省略する。
【００７９】
ステップＳ２５では、加工中の測定用ローラ５１がワーク１５の回転軸心に垂直な方向に移動した移動量の検出を行う。検出された加工中の測定用ローラ５１の移動量Ｚ１（mm）は、記憶部８４に記憶される。なお、移動量Ｚ１は、測定用ローラ５１がワーク１５の回転軸に近づくほど小さくなる、すなわち、マグネスケール５８によって検出される値が小さくなるものとする。
【００８０】
ステップＳ２６では、ワーク１５の回転軸の歪み量Ｗ（mm）を算出する。ここでは、記憶部８４に記憶されているワーク１５の径の初期値Ｄ０（mm）、測定用ローラ５１の移動量の初期値Ｚ０（mm）、加工中のワーク１５の径Ｄ１（mm）および加工中の測定用ローラ５１の移動量Ｚ１（mm）を次の式に代入して、ワークの回転軸の歪み量Ｗ（mm）を算出する。
【００８１】
Ｗ＝（Ｚ１−Ｚ０）−（Ｄ１−Ｄ０）／２
（Ｄ１−Ｄ０）／２は、ワーク１５が加工されて、回転軸に対してどれだけ径が小さくなったかを示す。また、（Ｚ１−Ｚ０）は、測定用ローラ５１がどれだけ移動したかを示す。したがって、ワーク１５の回転軸に歪みがなければ、加工が進んでワーク１５の径が小さくなった分だけ測定用ローラ５１は移動するので、（Ｚ１−Ｚ０）−（Ｄ１−Ｄ０）／２はおよそ０になる。逆に、ワーク１５の回転軸に歪みがあるとき、すなわち、加工ローラ４１がワーク１５に強く押圧されているときは、（Ｚ１−Ｚ０）の値は大きくなるので、Ｗの値も大きくなる。
【００８２】
ステップＳ２７では、歪み量Ｗが歪み許容範囲（Ｈ mm）以内であるか否かを判断する。ここで、Ｗ≦Ｈなら、歪み量Ｗが歪み許容範囲（Ｈ mm）以内であるので、ステップＳ２７に進む。また、Ｗ＞Ｈなら、歪み量Ｗが歪み許容範囲（Ｈ mm）を超えているので、ステップＳ２８に進む。
【００８３】
ステップＳ２８では、演算部８３が出力部８５を介して制御装置８０へ異常信号を送信する。この異常信号に基づいて、制御装置８０は、加工ローラ４１がワーク１５を押圧する力が小さくなるように、モータＭ２を制御する。そして、加工を継続するためにステップＳ２４に戻る。
【００８４】
ステップＳ２９では、ステップＳ２４で算出したワーク１５の径が目標値の許容される誤差の範囲内であるか否かを判断する。ここでの判断は、図７のステップＳ１５と同様に、Ｄ≦Ｇ＋ｇなら、ステップＳ３０に進み、逆に、Ｄ＞Ｇ＋ｇなら、ステップＳ２４に戻る。
【００８５】
ステップＳ３０では、ワーク１５が許容される範囲内まで加工されたので、加工終了の信号が演算部８３から出力部８５を介して、制御装置８０に送信される。そして、制御装置８０は、図６に示す各部を制御して、スピニング加工装置１０全体の動作を終了する。
【００８６】
以上のように本実施の形態によれば、実際にワークの径を計測しながら加工を行っているので、加工ローラを押圧することによってワークを回転させている回転軸が歪んでしまっても、回転軸の歪みに関係なく、所望の径の製品を作ることができる。
【００８７】
さらに、加工中にワークの径を計測するので、加工が失敗していることが後から発見されたり、加工を失敗したワークをもう一度加工するなどといったことがなくなるので、格段に費用や労力を低減することができる。
【００８８】
加えて、ワークと共にマンドレルに追動するテールストックの回転数をワークの回転数として使用するので、ワークとマンドレルが滑って、マンドレルの回転がそのまま伝わらない場合でも、正確なワークの回転数を検出することができる。
【００８９】
また、ワークの径を測定するのにインジケータなどを使用する必要もなくなる。
【００９０】
さらに、ワークの回転軸の歪みを検出できるので、加工ローラがワークを押圧する力が大きくなりすぎて、ワークの回転軸が大きく歪み、加工装置自体の故障につながるといった事態を防止することができる。
【００９１】
本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変使用することができる。例えば、前記実施の形態では、加工ローラ４１および測定ローラ５１は、ワーク１５に対して回転軸心を中心として、１８０度反対側に位置していたが、９０度や４５度をなして位置していてもよい。
【００９２】
また、前記実施の形態では、加工ローラ４１および測定ローラ５１を別々に設けていたが、加工ローラ４１でワーク１５の径を測定するようにしても良い。なお、加工ローラ４１でワーク１５の径を測定する場合は、加工ローラ４１の径が一定でないと正確に測定することができないので、加工ローラ４１が摩耗する前に定期的に交換したり、摩耗や変形が起こりにくい物質で加工ローラ４１を形成する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスピニング加工装置の概略構成図を示す図である。
【図２】 本発明に係るスピニング加工装置の支軸部を示す要部断面図を示す図である。
【図３】 本発明に係るスピニング加工装置の測定部を示す断面図である。
【図４】 ワーク加工開始前のマンドレルおよびテールストックの状態を示す要部断面図である。
【図５】 ワーク加工開始後のマンドレルおよびテールストックの状態を示す要部断面図である。
【図６】 本発明に係るスピニング加工装置内の制御系を示すブロック図である。
【図７】 ワークの径を算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】 ワークの径を算出し、かつ、ワークの回転軸の歪みも算出しながら加工を行うときのスピニング加工装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…スピニング加工装置、
２０…主軸部、
３０…支軸部、
３２、５２…エンコーダ、
３４…油圧シリンダ、
４０…加工部、
４１…加工ローラ、
５０…測定部、
５１…測定用ローラ、
５４…移動量検出器、
５６…油供給ポンプ、
６０…操作盤、
７０…制御部、
８０…制御装置、
８３…演算部、
８４…記憶部、
８６…入力部。
Claims (2)
- 回転自在な主軸と円筒状ワークを介して当該主軸に追動する支軸とに挟持された当該円筒状ワークを回転させ、当該ワークの外周面から回転軸心に向けて加工ローラで押圧して当該ワークを加工するスピニング加工方法において、
前記ワークの回転量を検出する第１検出工程と、
前記ワークに圧接されて共に回転する測定用ローラの回転量を検出する第２検出工程と、
予め測定された測定用ローラの径と前記第１検出工程および第２検出工程の検出結果とに基づいて、ワークの径を算出する径算出工程と、
前記径算出工程の算出結果に基づいて、加工を終了するか否かを判断する判断工程と、
を有し、
前記測定用ローラが前記ワークの加工中に回転軸心に垂直な方向に移動した移動量を検出する第３検出工程と、
当該第３検出工程の検出結果および前記径算出工程の算出結果に基づいて、ワークの回転軸の歪み量を算出する歪み量算出工程と、
当該歪み量算出工程の算出結果に基づいて、前記ワークを加工ローラで押圧する力を調節する調節工程とをさらに有することを特徴とするスピニング加工方法。 - 前記調節工程は、前記歪み量算出工程の算出結果が予め設定された許容範囲を超える場合、前記ワークを加工ローラで押圧する力を小さくすることを特徴とする請求項１に記載のスピニング加工方法。
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