JP4665383B2 - スピニング加工装置およびスピニング加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピニング加工技術に関し、特に、成形ローラの切断を検出できるスピニング加工技術に関する。

円筒状ワークの加工方法には、ワークを回転させながらその外周面を成形ローラによって押圧するスピニング加工方法がある。

この加工方法では、回転するワークに対し、成形ローラも回転させつつ当接して、ワークと成形ローラ間の摩擦を低減している。この成形ローラの回転動力は、動力伝達ベルトを介して、モータから成形ローラに伝達されている（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、上記スピニング加工方法では、動力伝達ベルトの切断が発生しても、該切断を検知できないので、異常表示や設備停止ができない。

この結果、気付かない間に製品の精度が変化してしまい、後の製品チェックの段階で不良品の発生に気付くという問題がある。

動力伝達ベルトが切断した状態では、成形ローラが回転せず、ワークとの間での摩擦が大きくなるので、これに気付かずにワークの成形を繰り返すと、工具寿命が著しく低下するという問題もある。

これに対し、動力伝達ベルトの切断を確認するために、作業者が半自動で、成形ローラを回転させて、駆動の有無を確認するという手法もある。しかし、この手法では、複数箇所ある成形ローラを全て確認するのに、時間がかかり過ぎるという問題がある。

また、動力伝達ベルトが切断していなくても、成形ローラ自体が脱落したり、すべったりしている場合もある。この場合も、動力伝達ベルトの切断と同様に自動で検知ができない。
特開２０００−０９４０６９号公報（段落「００２２」、第２図等参照）

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、動力伝達ベルトの切断や、成形ローラの脱落等を短時間で容易に検出できるスピニング加工装置およびスピニング加工方法を提供することを目的とする。

本発明のスピニング加工装置は、回転する円筒状ワークの外周を回転しながら押圧する成形ローラと、回転動力を発生する油圧モータと、油圧モータの回転動力を成形ローラに伝達する動力伝達ベルトと、油圧モータの油圧を測定する油圧測定手段と、油圧測定手段により測定された、前記油圧モータをＯＮした時の、油圧値の最初の最大値を予め定められた第１基準値および第２基準値と対比することによって、異常を判定する異常判定手段と、を有し、第１基準値および第２基準値は、特定の原因により異常が発生する際の油圧値の範囲の下限値および上限値として設けられ、異常判定手段は、範囲内に油圧値がある場合に、特定の原因により異常が発生したと判定する。

本発明のスピニング加工方法は、回転する円筒状ワークの外周に、回転する成形ローラを押圧して加工するスピニング加工方法において、前記成形ローラの回転動力を発生する油圧モータの油圧を測定し、前記油圧モータをＯＮした時の、油圧値の最初の最大値を予め定められた第１基準値および第２基準値と対比することによって、異常を判定する。前記第１基準値および第２基準値は、特定の原因により異常が発生する際の油圧値の範囲の下限値および上限値として設けられ、前記異常を判定する際には、前記範囲内に前記油圧値がある場合に、前記特定の原因により異常が発生したと判定する。

本発明のスピニング加工装置によれば、成形ローラの回転に油圧モータを用い、油圧測定手段によって油圧モータの油圧値を測定しているので、測定結果に基づいて、動力伝達ベルトの切断や、成形ローラの脱落等の装置の異常を短時間で確実に判定できる。

本発明のスピニング加工方法によれば、成形ローラの回転に油圧モータを用い、これの油圧値を測定しているので、測定結果に基づいて、動力伝達ベルトの切断や、成形ローラの脱落等の装置の異常を短時間で確実に判定できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１はスピニング加工装置の概略構成を示す側面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って見た端面図、図３は圧力センサによって油圧を測定する概略構成を示すブロック図である。なお、図１では、説明の容易のために、ワークのみ断面で示している。

スピニング加工装置は、回転する円筒状ワークＷの外周を回転しながら押圧する成形ローラ１と、回転動力を発生する油圧モータ２と、油圧モータ２の前記回転動力を成形ローラ１に伝達する動力伝達ベルト３と、油圧モータ２の油圧を測定する圧力センサ（油圧測定手段）４と、圧力センサ４により測定された油圧値に基づいて、異常を判定する制御装置（異常判定手段）５と、を有する。また、これらの構成に加え、スピニング加工装置は、ワークＷを回転させるために、マンドレル６と、該マンドレル６の回転に追動するテールストック７とを有する。以下、各構成を説明する。

（成形ローラ１）
成形ローラ１は、回転自在な円形のローラであり、回転シャフト８に固定されている。該回転シャフト８には、動力伝達ベルト３が掛けられており、該動力伝達ベルト３は、さらに、油圧モータ２の回転軸にも掛けられている。したがって、油圧モータ２が回転すると、この回転動力が動力伝達ベルト３によって、回転シャフト８を介して、成形ローラ１に伝達される。

成形ローラ１は、少なくとも１個あればスピンドル加工が可能である。しかし、複数個設けた方が、加工時間が短く、加工精度も向上する。本実施形態では、成形ローラ１を２箇所からワークＷに圧接する場合を説明する。ここで、スピンドル加工装置は、成形ローラ１を４個ずつ保持し、これらを回転軸Ｒ１、Ｒ２（図２参照）を中心として回転させる回転機構を有するものとする。この機構により、ワークＷの図中上下２箇所には、それぞれ、図２に示すように、４個の成形ローラ１が代わる代わる供給される。

（油圧モータ２）
油圧モータ２は、オイル（圧油）を流入側から流出側へ流すことによって、ケーシング内の可動部が動かされ、回転動力を発生するモータである。発生された回転動力は、上述の通り、動力伝達ベルト３により、回転シャフト８を介して、成形ローラ１に伝達される。回転動力が伝達されると、成形ローラ１は、図２に示す矢印の方向に自転する。油圧モータ２にオイルを流入するための流入路には圧力センサ４が取り付けられている。

（圧力センサ４）
圧力センサ４は、油圧モータ２に流入されるオイルの圧力を測定するセンサである。圧力センサ４は、制御装置５に接続されており、測定した油圧値を信号として常時制御装置５に送信する。

（制御装置５）
制御装置５は、圧力センサ４からの油圧値に基づいて、スピニング加工装置の異常を判定する。特に、成形ローラ１を回転させるための動力伝達ベルト３の切断、およびすべり等による成形ローラ１の不良を判定する。制御装置５は、スピニング加工装置の各部および警告装置（警告手段）９に接続されており、異常と判定したときには、各部を停止させるように制御したり、警告装置９を制御して異常の発生を警告させたりする。ここで、警告装置９は、アラームなどの警報機や、作業者に警告表示を行う表示装置である。制御装置５は、予め、異常を判定するための基準となる油圧値が入力されている。判定の基準となる油圧値は、実験に基づいて定められる。この実験については、後述する。

（マンドレル６、テールストック７）
マンドレル６は、図１に示すように、ワークＷの所定の面に押付けられる。ここで、テールストック７がマンドレル６の反対側からワークＷに押付けられているので、マンドレル６とテールストック７とが固くワークＷを挟持する。

マンドレル６は、図示しないモータに接続されており、該モータの回転動力により回転可能である。ワークＷは、マンドレル６との間に摩擦力が生じているので、マンドレル６が回転すると、一緒に回転する。テールストック７も、ワークＷとの摩擦により、ワークＷと一緒に回転する。つまり、マンドレル６が回転すると、ワークＷおよびテールストック７も一体に回転する。

次に、上記制御装置５において異常を判定するための基準値を定めるための実験について説明する。

図４は正常に加工が進行する際の油圧の変化を示す図、図５は加工せずに油圧モータ２を回転させたときの油圧の変化を示す図、図６は回転シャフト８から成形ローラ１を外して油圧モータ２を回転させたときの油圧の変化を示す図、図７は動力伝達ベルト３が切断した状態で油圧モータ２を回転させたときの油圧の変化を示す図である。

（実験１）
最初に、スピニング加工装置で正常に加工を行ったときの圧力センサ４の測定値をモニタリングした。すると、図４に示すように、油圧は、油圧モータ２をＯＮにした時点で急激に上がり、その後一旦下がった。そして、成形が始まると成形ローラ１の摩擦により負荷が増大したので、油圧が再度少し上がり、成形が終わると少し下がった。

（実験２）
正常なスピニング加工装置で、実際にワークの加工を行わずに、圧力センサ４の測定値をモニタリングした。すると、図５に示すように、油圧は、油圧モータ２をＯＮにした時点では、図４と同じように上昇し、その後、低い値で落ち着いた。図５では、加工を行っていないので、図４に示す成形開始時および終了時のような油圧の変化はなかった。

（実験３）
スピニング加工装置から成形ローラ１を外し、圧力センサ４の測定値をモニタリングした。すると、図６に示すように、油圧モータ２をＯＮにしても、回転シャフト８に負荷が少ないために、図４および図５ほど油圧は高くならなかった。その後の油圧の変化は、図５と略同じであった。また、スピニング加工装置に成形ローラ１が取り付けた場合で、成形ローラ１がすべっている場合にも、油圧の変化は、図６に示すようになった。

（実験４）
動力伝達ベルト３が切断した状態で、圧力センサ４の測定値をモニタリングした。すると、図７に示すように、油圧モータ２をＯＮにしたときに油圧の最大値が、図６に示す油圧の最大値よりも小さかった。これは、動力伝達ベルト３が切断されて油圧モータ２にほとんど負荷がかからないからである。

以上の実験１〜４の結果から、スピニング加工装置の不良は、油圧値の最初の最大値（ピーク）に現れることがわかる。これを利用して、図７に示す油圧値の最大値および図６に示す油圧値の最大値を、それぞれ、第１基準値および第２基準値として、不良の判定のための基準値とすることができる。具体的には、動力伝達ベルト３が切断したことを判断するための基準として第１基準値を用い、成形ローラ１の脱落やすべりを判断するための基準として第２基準値を用いることができる。つまり、加工中に圧力センサ４で測定した油圧値の最大値が第１基準値以下であれば、動力伝達ベルト３が切断したと判定でき、第１基準値より大きく第２基準値以下であれば、成形ローラ１に不良が生じたと判定できる。

次に、上記実験により第１基準値および第２基準値を定めた場合の、スピニング加工装置の作用について説明する。

図８は、スピニング加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。

スピニング加工装置の制御部５は、スピニング加工が開始すると（ステップＳ１）、ワークＷを回転し（ステップＳ２）、油圧モータ２もＯＮにして成形ローラ１も回転させる（ステップＳ３）。そして、圧力センサ４により、油圧モータ２の油圧を測定する（ステップＳ４）。

油圧の測定結果に基づいて、最初の油圧値のピークが第１基準値以下か否かを判定する（ステップＳ５）。第１基準値以下であれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、動力伝達ベルト３が切断されたと判定する（ステップＳ６）。

一方、最初の油圧値のピークが第１基準値以下でなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、第２基準値以下か否かを判定する（ステップＳ７）。第２基準値以下でなければ（ステップＳ７：Ｎｏ）、そのままワークＷの加工を続行する（ステップＳ１１）。

第２基準値以下であれば（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、成形ローラ１の不良と判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ６またはステップＳ８で異常と判定した場合、制御装置５は、警告装置９を制御して、異常があることを警報等により作業者に知らせる（ステップＳ９）。そして、制御装置５は、スピニング加工装置の各設備に停止信号を出力し、装置全体の稼動を停止する（ステップＳ１０）。

以上説明してきたように、本発明によれば、成形ローラ１の回転のために油圧で動く油圧モータ２を用い、該油圧モータ２の油圧を測定するので、この測定値に基づいて、スピニング加工装置の異常を短時間で確実かつ容易に判定できる。特に、上記のように第１基準値および第２基準値を定めておけば、検出した油圧値の最初のピークによって、動力伝達ベルト３が切断したのか、または、成形ローラ１に不良が生じたのかを判定できる。

さらに、本発明では警告装置９を設けているので、異常が発生したときには、警告を発することにより、作業者に知らせることができる。

加えて、異常が発生したときには、制御装置５が、スピニング加工装置の設備全体を停止するように制御するので、無駄に不良品を作りつづけることがない。

なお、上記実施形態では、ワークＷを２箇所で成形ローラ１に当接して加工する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。１箇所で加工してもよいし、３箇所以上の箇所で加工してもよい。また、１箇所で加工するのに、それぞれ４個の成形ローラ１を代わる代わる用いていたが、１個だけ用いてもよく、また、４個以外の複数個を用いてもよい。

本発明をスピニング加工装置に利用すれば、ワークを加工するための成形ローラに回転動力を伝達する動力伝達ベルトの切断や、成形ローラの脱落やすべり等の不良の発生を判定できる。

スピニング加工装置の概略構成を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿って見た端面図である。 圧力センサによって油圧を測定する概略構成を示すブロック図である。 正常に加工が進行する際の油圧の変化を示す図である。 加工せずに油圧モータを回転させたときの油圧の変化を示す図である。 回転シャフトから成形ローラを外して油圧モータを回転させたときの油圧の変化を示す図である。 動力伝達ベルトが切断した状態で油圧モータを回転させたときの油圧の変化を示す図である。 スピニング加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 成形ローラ、
２ 動力伝達ベルト、
３ 油圧モータ、
４ 圧力センサ、
５ 制御装置、
６ マンドレル、
７ テールストック、
８ 回転シャフト、
９ 警告装置。

Claims (10)

1. 回転する円筒状ワークの外周を回転しながら押圧する成形ローラと、
   回転動力を発生する油圧モータと、
   前記油圧モータの前記回転動力を前記成形ローラに伝達する動力伝達ベルトと、
   前記油圧モータの油圧を測定する油圧測定手段と、
   前記油圧測定手段により測定された、前記油圧モータをＯＮした時の、油圧値の最初の最大値を予め定められた第１基準値および第２基準値と対比することによって、異常を判定する異常判定手段と、
   を有し、
   前記第１基準値および第２基準値は、特定の原因により異常が発生する際の油圧値の範囲の下限値および上限値として設けられ、
   前記異常判定手段は、前記範囲内に前記油圧値がある場合に、前記特定の原因により異常が発生したと判定するスピニング加工装置。
2. 前記異常判定手段は、前記油圧値が、前記第１基準値以下の場合に、前記動力伝達ベルトが切断したと判定する請求項１に記載のスピニング加工装置。
3. 前記異常判定手段は、前記油圧値が、前記第１基準値よりも大きく、前記第２基準値以下の場合に、成形ローラに不良が発生したと判定する請求項２に記載のスピニング加工装置。
4. 前記判定手段が異常と判定した場合に警告を発する警告手段をさらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピニング加工装置。
5. 前記判定手段が異常と判定した場合に設備全体の稼動を停止する停止手段をさらに有する１〜４のいずれか一項に記載のスピニング加工装置。
6. 回転する円筒状ワークの外周に、回転する成形ローラを押圧して加工するスピニング加工方法において、
   前記成形ローラの回転動力を発生する油圧モータの油圧を測定し、前記油圧モータをＯＮした時の、油圧値の最初の最大値を予め定められた第１基準値および第２基準値と対比することによって、異常を判定し、
   前記第１基準値および第２基準値は、特定の原因により異常が発生する際の油圧値の範囲の下限値および上限値として設けられ、
   前記異常を判定する際には、前記範囲内に前記油圧値がある場合に、前記特定の原因により異常が発生したと判定するスピニング加工方法。
7. 前記油圧値が、前記第１基準値以下の場合に、前記油圧モータの回転動力を前記成形ローラに伝達する動力伝達ベルトが切断したと判定する請求項６に記載のスピニング加工方法。
8. 前記油圧値が、前記第１基準値よりも大きく、前記第２基準値以下の場合に、成形ローラに不良が発生したと判定する請求項７に記載のスピニング加工方法。
9. 異常と判定した場合に警告を発する請求項６〜８のいずれか一項に記載のスピニング加工方法。
10. 前記判定手段が異常と判定した場合に設備全体の稼動を停止する請求項６〜９のいずれか一項に記載のスピニング加工方法。

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