JP5289910B2

JP5289910B2 - プレス装置

Info

Publication number: JP5289910B2
Application number: JP2008303406A
Authority: JP
Inventors: 真人樋熊; 賢一郡司; 常好井上; 耕幸田中; 英樹福島; 浩文齋藤; 泰三藤浦
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd; Kitamura Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kitamura Manufacturing Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010125491A

Description

本発明は、プレス装置に関する。

エンジン用燃料噴射弁のインジェクタプレートなど、互いに噴射角度の異なる複数個の燃料噴孔（オリフィス）を有する部品を製作する技術の従来例としては、特許文献１に開示されているような、いわゆる５軸制御のプレス装置がある。

特許文献１には、１本のパンチ及びダイを用い、５軸を制御することにより、板状のワークの複数箇所に打抜き加工を施す穿孔プレス装置が開示されている。

特許第３９９９７１４号公報

本発明は、複数の径違いのオリフィスや、径が異なる多段の穴の加工、ワークの保持及び位置決め、ワークを排出させるための排出ピンの設置、オリフィスの角度の変更、アクチュエータの設置、並びにワーク供給・排出の自動化を容易にすることを目的とする。

本発明のプレス装置は、装置全体の基台となるベースと、このベース上に設けられ、鉛直方向であるＢ軸を回転軸として回転角度を調節可能とし、かつ、このＢ軸に非平行なＡ軸を回転軸として回転角度を調節可能とした、ワークを保持するためのワーク保持部と、前記ベース上に設けられ、３方の軸に沿って前記ワーク保持部側に向けて三次元的に移動可能としたパンチ保持部と、このパンチ保持部に保持され、前記３方の軸のうち、水平方向である１つの軸に沿って移動可能とした複数のパンチと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安価かつコンパクトな設備で、複数の径違いのオリフィス、及び、径が異なる多段の穴の加工における精度及び生産性を向上することができる。

本発明は、一対のパンチ及びダイ、並びにそれらを保持するプレートを含む金型を用いた穴加工プレス装置の改良に関する。さらに、本発明は、加工対象物（ワーク）に複数個の偏向角が互いに異なるオリフィスを形成する際に、偏向角を変更自在に加工するために好適なプレス装置に関する。ここで、偏向角とは、加工したオリフィスから液体を噴射する際の、基準となる軸に対する角度であり、本発明のプレス装置におけるパンチの中心軸とワーク保持部の中心軸とのなす角をいう。

以下、本発明の実施例について、図面を引用して説明する。

図１、図２、図３を用いてプレス装置の構成について説明する。

図１は本発明の実施例に係るプレス装置の正面図であり、図２はプレス装置の上面図（Ｂ軸を回転させた状態）であり、図３は図２の加工部拡大図である。

図１において、プレス装置１は複数のパンチを保持し、直交するＸ、Ｙ及びＺ軸の３方向に（３方の軸に沿って）移動可能なベース部とワーク１２とを保持し、回転軸となるＡ及びＢ軸方向に回転可能なテーブル部から構成される。

ここで、Ｘ、Ｙ及びＺ軸（３方の軸）は、主として、パンチ保持部１３の空間的な移動及び位置決めに用いる。Ｘ軸は、パンチ１９、２２の進行方向に直交する水平方向であり、Ｙ軸は、パンチ１９、２２の進行方向に直交する鉛直方向である。また、Ｚ軸は、パンチ１９、２２の進行方向に沿ってほぼ平行に設定してある。パンチ１９、２２は、Ｚ軸に沿って保持され、Ｚ軸に沿って移動することによってワーク１２と衝突させることができるようになっている。

一方、Ａ軸は、ワーク保持部３１の中心軸に一致している。また、Ｂ軸は、Ａ軸角度割り出し装置２５及びワーク保持部３１を固定したＢ軸テーブル２３の回転軸である。Ａ軸は、Ｂ軸の回転に伴って回転するようになっている。

まず、ベース部の構成について説明する。

床上に水平に設置されるベース２は、隣接して配置されるベース２ａとベース２ｂと含む構成となっている。ベース２ａ上にはＢ軸角度割出し装置３が保持され、内部にはＺ軸方向アクチュエータ４を有する。ベース２ｂ上にはＺ軸ガイドレール５が形成され、Ｚ軸ベース６がＺ軸ガイドレール５に案内されながらＺ軸方向に摺動可能となるように設置される。Ｚ軸ベース６は、Ｚ軸方向アクチュエータ４により駆動されるようになっている。

Ｚ軸ベース６は、アクチュエータ側Ｚ軸ベース６ａと表側Ｘ軸ベース６ｂと含む構成となっている。アクチュエータ側Ｚ軸ベース６ａは、Ｚ軸方向アクチュエータ４と連結され、表側Ｘ軸ベース６ｂと一体に取り付けられる。表側Ｘ軸ベース６ｂは、ベース２ｂ上に載置され、Ｚ軸ガイドレール５に案内されながらＺ軸方向に摺動可能であり、内部にＸ軸方向アクチュエータ７を有する。

表側Ｘ軸ベース６ｂ上にはＸ軸ガイドレール４０が形成され、Ｘ軸ベース８がＸ軸ガイドレール４０に案内されながらＸ軸方向に摺動可能となるように設置される。Ｘ軸ベース８は、Ｘ軸方向アクチュエータ７により駆動されるようになっている。

Ｘ軸ベース８は、アクチュエータ側Ｘ軸ベース８ａと表側Ｘ軸ベース８ｂと含む構成となっている。アクチュエータ側Ｘ軸ベース８ａは、Ｘ軸方向アクチュエータ７と連結され、表側Ｘ軸ベース８ｂと一体に取り付けられる。表側Ｘ軸ベース８ｂは、表側Ｘ軸ベース６ｂ上に載置され、Ｘ軸ガイドレール４０に案内されながらＸ軸方向に摺動可能であり、内部にＹ軸方向アクチュエータ９を有する。

図２において、Ｙ軸ベース１０は、アクチュエータ側Ｙ軸ベース１０ａとベースプレート１０ｂと含む構成となっている。ベースプレート１０ｂ上にはパンチ保持部１３が固定され、パンチ保持部１３にはパンチ１７〜２２がＺ軸方向に沿うように保持される。アクチュエータ側Ｙ軸ベース１０ａは、Ｙ軸方向アクチュエータ９と連結され、ベースプレート１０ｂと一体に取り付けられる。表側Ｘ軸ベース８ｂにはＹ軸ガイドレール１４が形成され、ベースプレート１０ｂがＹ軸ガイドレール１４に案内されながらＹ軸方向に摺動可能となるように設置される。アクチュエータ側Ｙ軸ベース１０ａはＹ軸方向アクチュエータ９により駆動されるようになっている。

パンチ保持部１３は、ホルダ１１とアーバ１６（ホルダ支持部）と含む構成であり、ベースプレート１０ｂに保持されている。ベースプレート１０ｂ上には、アーバ１６がＺ軸方向に沿うように３本ずつ２列に計６本取り付けられている。アーバ１６は、テーパ部１６ａを有し、ここにホルダ１１が中心軸を同じくして着脱可能に取り付けられている。また、ホルダ１１の内径部には円筒状のパンチ固定部材１１ａが設けられており、このパンチ固定部材１１ａには油圧発生部１１ｂが形成されている。ここに６本のパンチ１７〜２２が固定されている（上段にパンチ１７〜１９、下段にパンチ２０〜２２を配置する）。それぞれのパンチ１７〜２２は、刃先部１７ａ〜２２ａ（図３においては、２０ａ及び２１ａで代表している）、及びホルダ１１に保持される柄部１７ｂ〜２２ｂ（図３においては、２０ｂ及び２１ｂで代表している）から形成される。刃先部１７ａ〜２２ａの径及び形状は、それぞれのパンチ１７〜２２で異なる。刃先部１７ａ〜２２ａのうち、少なくとも２本の径寸法が異なっている。

これにより、複数の径違いの（径が異なる）オリフィスや、径が異なる多段の穴を加工することができる。

柄部１７ｂ〜２２ｂは、円柱形状であることが望ましい。刃先部１７ａ〜２２ａは、柄部１７ｂ〜２２ｂより径が小さくしてある。柄部１７ｂ〜２２ｂの径を大きくすることにより、パンチ１７〜２２を確実に固定することができる。これをパンチ１７〜２２が柄部１７ｂ〜２２ｂと刃先部１７ａ〜２２ａとの段付き形状であると称する。また、刃先部１７ａ〜２２ａの形状は、適宜選択することができる（任意の形状でよい）。

パンチ１７〜２２を保持する際は、柄部１７ｂ〜２２ｂ（パンチ柄部とも呼ぶ）をパンチ固定部材１１ａに挿入し、油圧発生部１１ｂに油圧を発生させて径方向に締付け力を発生させて固定する。

複数のパンチのそれぞれが、前記ホルダの内径部に形成された油圧発生部により油圧で径方向に締め付けて固定された構成としてある。

この際、パンチ１７〜２２の把握力を確保するため、パンチ柄部１７ｂ〜２２ｂの直径は刃先部１７ａ〜２２ａ（刃部又はパンチ刃部とも呼ぶ）の直径より大きくする。

これにより、パンチ１７〜２２の保持力を高めて、パンチ１７〜２２の芯振れ、及びパンチ１７〜２２引抜き時のパンチ刃先位置の変化（パンチ抜け）を防止することができる。また、例えば、焼きばめによりパンチ１７〜２２を固定する方法に比べ、刃先部１７ａ〜２２ａの繰返し振れ精度を小さくできる。さらに、パンチ１７〜２２を交換する際に、温風式、あるいは電磁誘導加熱方式のホルダ加熱装置が必要なく、加熱・冷却に要する時間を削減できる。このため、設備コストを削減でき、パンチ１７〜２２の交換を短時間で行うことができる。

以上により、パンチ１７〜２２は、Ｘ及びＹ軸方向に直交する方向に高精度で移動可能とし、かつ、Ｚ軸方向に沿ってほぼ平行に高精度で移動可能とすることができる。

次に、テーブル部の構成について図３を用いて説明する。

Ｂ軸角度割出し装置３は、ベース２ａの上に保持され、上部にＢ軸テーブル２３、内部にＢ軸アクチュエータ２４を備え、Ｂ軸テーブル２３上の一方の端（パンチ１７〜２２との距離が遠い側）にはＡ軸角度割り出し装置２５が保持される。Ｂ軸アクチュエータ２４の駆動により、Ｂ軸テーブル２３はＢ軸を中心軸として回転する。

Ａ軸角度割出し装置２５は、パンチ１７〜２２と向い合う側の端面にＡ軸テーブル２６を備え、逆側の端面にチャック開閉用アクチュエータ２９が保持され、内部にＡ軸アクチュエータ２８を備える。Ａ軸アクチュエータ２８の駆動により、Ａ軸テーブル２６はＡ軸を中心軸として回転する。

また、Ａ軸テーブル２６上には、Ａ軸テーブル２６と中心軸を同じくしてワーク保持部３１が保持される。ワーク保持部３１は、円筒形状のワーク１２を保持するチャック３２、チャック開閉用アクチュエータ２９からのＡ軸方向の推力を、チャック３２を径方向に縮める力に変換するスリーブ３３、ワーク１２をチャック３２外に排出する排出ピン３４、及びそれらを保持する保持枠３５を含む構成となっている。

ワーク１２がチャック３２内に挿入された後、チャック開閉用アクチュエータ２９によってＡ軸方向（パンチ１７〜２２に向かう方向）に推力が加えられ、スリーブ３３がＡ軸方向に動くことでチャック３２に把握力を発生させ、チャック３２がワーク１２を把握する。この時、チャック３２は、保持枠３５によりＡ軸方向の動きを制限されているため、ワーク１２がチャック時にＡ軸方向に動くことはない。

このため、連続的にワーク１２を供給・排出して加工しても、繰返して高精度にＺ軸方向の寸法を加工することができる。

また、チャック３２でワーク１２を固定できるため、パンチでワーク１２を押圧して引抜く際にワーク１２がＡ軸方向に動くことがない。

ワーク１２をＡ軸方向に投影した形状は、円形、四角形、三角形などチャックで固定できる形状であれば特に限定されるものではない。

ワーク１２排出時は、チャック開閉用アクチュエータ２９の駆動により、チャック３２把握時とは逆の方向に推力が伝えられてチャック３２を緩め、その後、排出ピン駆動用アクチュエータ３０によってＡ軸方向に推力が加えられ、排出ピン３４を駆動してワーク１２をチャック３２外に排出する。

本実施例のプレス装置１は、チャック開閉用アクチュエータ２９及び排出ピン駆動用アクチュエータ３０の設置部に構造物がないレイアウトになっているため、チャック開閉用アクチュエータ２９、及び排出ピン駆動用アクチュエータ３０の設置場所及びサイズは自由に選択が可能である。

以上により、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢ軸に関する位置決めが高精度に実現できる。

また、Ａ軸角度割出し装置２５は、パンチ１７〜２２の加圧に対して片持ち支持構造となるため、上方にスペースができる。このスペースにワーク１２の自動供給・排出を行うローダーを設置することができ、ローダーまで含めたプレス装置をコンパクト、かつ安価に製作することができる。

Ｘ軸方向アクチュエータ７、Ｙ軸方向アクチュエータ９、Ｚ軸方向アクチュエータ４、Ａ軸アクチュエータ２８、Ｂ軸アクチュエータ２４、チャック開閉用アクチュエータ２９及び排出ピン駆動用アクチュエータ３０の動作は、制御ユニット３６により制御される。制御ユニット３６には、あらかじめパンチ１７〜２２各々に割り振られたＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢ軸の座標の値（座標値）、パンチ１７〜２２を駆動する順番、パンチ１７〜２２の押圧・引抜き速度、並びにチャック開閉用アクチュエータ２９及び排出ピン駆動用アクチュエータ３０の動作タイミング等が入力される。この制御は、ＮＣプログラム制御で行うことができる。

パンチ１７〜２２のＺ軸方向への移動速度は、任意に設定できる。

プレス装置１をこのように構成することで、複数個の互いに偏向方向の異なるオリフィスの加工が可能となる。

本実施例においては、Ａ軸がＢ軸の回転に伴って回転するようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａ軸角度割り出し装置２５をベース２に固定し、Ａ軸テーブル２６に、鉛直方向のＢ軸角度割り出し装置３を設置し、Ｂ軸テーブル２３に水平方向のワーク保持部３１を設置することにより、Ｂ軸がＡ軸の回転に伴って回転するようにする構成とすることもできる。

各工程は櫛歯状に配置されたパンチで連続的に加工されるため、ツールチェンジの必要がなく、加工サイクルタイムを著しく短縮できるため、設備投資の金額を低く抑えることができる。

また、オリフィスの偏向角の変更など、ワークの完成形状の変更が、座標値を変更したプログラムをあらかじめ用意しておけば、部品交換をすることなく、プログラム（ＮＣプログラムを含む）を選択するだけで変更できるため、低コストかつ短時間で仕様変更できる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な構成を選択することが可能である。

例えば、ワークが曲面を有する場合に、その曲面上の複数箇所に、ワークの中心軸に対して異なる角度に平面を設ける（球面を多面体化する）ような加工を、部品交換をすることなく施すことが可能である。

また、Ａ軸及びＢ軸を回転させてワークの平面部がＺ軸と直角となる（直交する）ようにワークを傾け、パンチ刃先が平面部に達するまでＺ軸方向に送って押圧加工し、下死点で停止させてからパンチを引抜き、その後、パンチをＸ及びＹ軸方向にパンチ径の半分以下の送りピッチで送ってから、同様にパンチをＺ軸方向に移動させることを繰返せば、パンチ径より大きな平面部を得ることができる。この際、パンチ押圧速度・下死点停止時間を任意に設定することで材料のスプリングバックを抑えて高精度で加工することができる。

なお、プレス装置と、切削装置との主な相違点は、切削装置の切削工具が回転方向の力を受けるのに対し、プレス装置がパンチの進行方向の力を受ける点である。このため、切削装置の切削工具の保持部は、切削工具の径方向に締め付けるチャックのみで固定するのが一般的である。これに対して、プレス装置のパンチは、チャックだけでなく、パンチの柄部の端部を支持する部材を設けることにより、パンチがワークに衝突して進行方向の力を受ける際に、パンチの進行方向と反対方向にパンチが移動しないようにしてある。

また、プレス装置は、切削装置のように工具を回転させる機構が不要である。このため、パンチ保持部１３とＹ軸ベース１０の取付け部には、ベアリング等の回転時の摺動抵抗を低減させる部材が不要となり、プレス加工時の力を受けても、装置のたわみを小さくすることができる。これにより、Ｚ方向に高精度に加工できる。

上記実施例においては、Ａ軸及びＢ軸、又はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交するとしているが、これに限定されるものではなく、Ａ軸及びＢ軸、又はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに平行でなければよい。平行でない、すなわち非平行とは、２方の軸が三次元空間において交わる（交点を有する）か、又はねじれの位置にあることをいう。互いに平行でなければ、三次元空間内においてワーク保持部及びパンチ保持部の所定の動作を行うことができるからである。

本発明のプレス装置を示す正面図である。本発明のプレス装置のＢ軸を回転させた状態を示す上面図である。図２の加工部の拡大図である。

符号の説明

１：プレス装置、２：ベース、３：Ｂ軸角度割出し装置、６：Ｚ軸ベース、８：Ｘ軸ベース、１０：Ｙ軸ベース、１２：ワーク、１３：パンチ保持部、１７〜２２：パンチ、２３：Ｂ軸テーブル、２５：Ａ軸角度割出し装置、２６：Ａ軸テーブル、２９：チャック開閉用アクチュエータ、３０：排出ピン駆動用アクチュエータ、３１：ワーク保持部、３２：チャック。

Claims

装置全体の基台となるベースと、
このベース上に設けられ、鉛直方向であるＢ軸を回転軸として回転角度を調節可能とし、かつ、このＢ軸に非平行なＡ軸を回転軸として回転角度を調節可能とした、ワークを保持するためのワーク保持部と、
前記ベース上に設けられ、３方の軸に沿って前記ワーク保持部側に向けて三次元的に移動可能としたパンチ保持部と、
このパンチ保持部に保持され、前記３方の軸のうち、水平方向である１つの軸に沿って移動可能とした複数のパンチと、を備え、
前記ベースの上に設けられ、前記Ｂ軸を回転軸として回転角度を調節可能としたＢ軸テーブルを設けたＢ軸角度割出し装置と、前記Ｂ軸テーブルの上に設けられ、前記Ａ軸を回転軸として回転角度を調節可能としたＡ軸テーブルを設けたＡ軸角度割出し装置とを含み、前記ワーク保持部が、前記Ａ軸テーブルに設けられ、前記Ａ軸テーブルと中心軸を同じくして回転するチャックを有し、前記Ａ軸角度割出し装置の前記Ａ軸テーブルと逆側の端面に、前記チャックの開閉を行うためのチャック開閉用アクチュエータを設けたことを特徴とするプレス装置。
前記３方の軸はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸であって、前記ベースの上に設けられ、水平方向であるＺ軸方向に移動可能としたＺ軸ベースと、このＺ軸ベースの上に設けられ、前記Ｚ軸に非平行な水平方向であるＸ軸方向に移動可能としたＸ軸ベースと、このＸ軸ベースの上に設けられ、鉛直方向であるＹ軸方向に昇降可能としたＹ軸ベースとを含み、前記パンチ保持部には、前記複数のパンチが前記Ｚ軸に沿って保持されたことを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
前記Ａ軸と前記Ｂ軸とが直交することを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス装置。
前記３方の軸が互いに直交することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプレス装置。
前記ワーク保持部が、前記Ａ軸方向に移動して前記ワークを排出させるための排出ピンを有し、前記チャック開閉用アクチュエータの前記Ａ軸テーブルと逆側の端面に、前記排出ピンを駆動させるための排出ピン駆動用アクチュエータを設けたことを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
前記Ｘ軸ベースを前記Ｘ軸方向に移動させるためのＸ軸方向アクチュエータと、前記Ｙ軸ベースを前記Ｙ軸方向に移動させるためのＹ軸方向アクチュエータと、前記Ｚ軸ベースを前記Ｚ軸方向に移動させるためのＺ軸方向アクチュエータとを備え、これらのＸ軸方向アクチュエータ、Ｙ軸方向アクチュエータ及びＺ軸方向アクチュエータ、並びに前記Ａ軸角度割出し装置、前記Ｂ軸角度割出し装置及び前記チャック開閉用アクチュエータをＮＣプログラムにより制御可能としたことを特徴とする請求項１記載のプレス装置。
前記排出ピン駆動用アクチュエータを前記ＮＣプログラムにより制御可能としたことを特徴とする請求項６記載のプレス装置。
前記ワークの完成形状の変更を、前記ＮＣプログラムの変更によって行うことを特徴とする請求項６又は７に記載のプレス装置。
前記パンチの移動速度を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のプレス装置。
前記パンチ保持部は、前記Ｘ軸ベースの上で前記Ｙ軸方向に移動可能なベースプレートと、このベースプレートの上に前記Ｚ軸に沿うように保持された複数のアーバと、この複数のアーバのそれぞれと中心軸を同じくし、かつ着脱可能に前記Ｚ軸に沿うように取り付けられた複数のホルダとを含み、前記複数のパンチのそれぞれが、前記ホルダの内径部に形成された油圧発生部により油圧で径方向に締め付けて固定された構成としたことを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載のプレス装置。
前記パンチは、前記ホルダに保持され、円柱形状である柄部と任意の形状の刃部とで構成され、この刃部が前記柄部より径が小さく、前記パンチが段付き形状であることを特徴とする請求項１０記載のプレス装置。
前記刃部のうち、少なくとも２本の径寸法が異なることを特徴とする請求項１１記載のプレス装置。
前記ワーク保持部は、前記チャックと中心軸を同じくして前記Ａ軸方向に移動可能に設けられ、前記チャック開閉用アクチュエータからの前記Ａ軸方向の推力を、前記チャックを径方向に縮める力に変換するスリーブと、このスリーブ及び前記チャックを前記Ａ軸テーブルの上に保持し、前記チャック開閉用アクチュエータからの前記Ａ軸方向の推力負荷時に前記チャックの前記Ａ軸方向への移動を制限する保持枠とを含み、前記チャック開閉用アクチュエータから推力が加えられた際、前記チャック、及び前記チャック内に保持された前記ワークが前記Ａ軸方向に移動しない構成としたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプレス装置。
前記ワークの前記Ａ軸方向に投影した形状が円形であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のプレス装置。