JP6267139B2 - 転造タッピング装置 - Google Patents
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Description
当然ながらこのような加工に伴い、タップ及びワークたるナットブランクは、発熱が不可避であり、この発熱によりタップの損耗やワークの加工不良が発生する。
このため、従来からタップやナットブランクを冷却するために転造タップの外周面長手方向に導流溝が形成され、転造タップの上方側部からワークに向けて液体クーラントをあたかも掛け流すようにして両者の冷却を図っていた。
この状況は、単にタップの消耗に留まらず、その交換作業に要する手間、特に交換後の定常作動が得られるまでの調整等を考慮すると、著しく作業効率を落としてしまう。加えて前記1日の生産量とは、自動機を作動させて24時間稼働を意味するから、タップの交換インターバルも夜間、深夜、早朝といった一般的な労働時間外となり、この点でも作業現場に負担を強いるものであった。
もちろん前記タップに対して導流溝を複数設けて、液体クーラントによる冷却性を促す対策等も採られているが、導流溝を増加させれば、それだけ成型山(転造山)が分断されることとなって、その強度が低下するうえ、そのような対策を採ってもせいぜい1.5倍から2倍程度の耐久性を発揮するに留まり、到底1日稼働で交換不要となるような効果は得られない。
しかしながら、同一部品を加工タクト時間を限りなく短縮して量産することには、このようなマシニングセンタによる製造手法は、不適切且つ論外である。従って、シンプルなタップのチャックや駆動スピンドルを具えた汎用タッピングマシンが用いられ、このような装置には、液体クーラントをタップ内へ供給することなどは構成上想定することができない。
順次供給されるナットブランクを適正姿勢に保持し、このナットブランクに貫通状態に開孔されている下穴に対し転造タップを回転圧入し、下穴の内壁面に転造タップの転造山に応じたメネジを塑性形成するタッピング装置であって、
前記ナットブランクを保持するための加工部治具は、ナットブランクの一方の端面を支持する端面サポートと、メネジ形成にあたりナットブランクの回転を阻止する回り止めクランプとを具えるものであり、
また前記端面サポートは、液体クーラントの給送路を具え、その吐出開口は、回り止めクランプによってクランプされたナットブランクの下穴に臨むように開口され、
一方、前記転造タップは、その先端から奥に向かって行き留まり状の給液スペースが形成されるとともに、この給液スペースから転造山側に向けて転造タップ内に供給孔が形成され、更に供給孔の出口端に転造タップの外周に連通する導流溝が形成されることを特徴として成るものである。
前記加工部治具における端面サポートは、ナットブランクの一方の端面を下方から支持するものであり、これに対応して転造タップは、上方からナットブランクに作用するものであり、
また前記液体クーラントは、端面サポートにおける吐出開口から吐出され、ナットブランク内の上方に向かって送られ、転造タップの給液スペース、供給孔を経由して導流溝から転造タップの外周側に流出するように構成されることを特徴として成るものである。
前記端面サポートは、加工部治具において摺動自在に構成され、ナットブランクのメネジ形成加工終了時には、転造タップによる加工が実質的に行われる実加工ステージから退去し、加工済みナットの端面支持を解除して、加工済みナットを下方に落下させて回収するものであることを特徴として成るものである。
前記加工部治具は、順次供給されるナットブランクを、転造タップによる加工が実質的に行われる実加工ステージに、個別に押し込むスライドクランプを具え、
且つこのスライドクランプは、実加工ステージにおいて当該スライドクランプと対向的に設けられる固定クランプと共働して、ナットブランクを挟み込み、前記回り止めクランプを構成することを特徴として成るものである。
前記順次供給されるナットブランクは、下穴の開口径が双方の端面で異なるように形成され、
また前記加工部治具には、転造タップによる加工が実質的に行われる実加工ステージの前段において、ナットブランクが適正姿勢であるか否かを判断する検査ステージが設けられ、
この検査ステージでは、ナットブランクの上下の開口径の相違により下穴内に進入、非進入となるプローブを作用させ、その移動ストロークの相違により、ナットブランクの姿勢を判定し、適正姿勢のナットブランクのみを、実加工ステージに送り、転造タップによる塑性加工を行うようにしたことを特徴として成るものである。
また、タップ先端外周側の加工開始部は、加工の際、最も熱が発生する部位であるため、この加工開始部に効率的に液体クーラントを供給することは、当該部位を集中的に冷却することになり、加工全体が円滑に行える。このため一本の転造タップで、より多くのナットブランクを加工することができ、一日に損耗する転造タップの本数も減らすことができる(まる一日交換せずに使用し続けることも可能)。更には転造タップの交換に伴うセッティング作業も減少させることができ、トータルでの作業効率化や製造コストの削減化を達成することができる。
また、ナットブランクを実加工ステージに送り込むスライドクランプを、回り止めクランプの一構成部材とするため(スライドクランプと固定クランプとにより回り止めクランプを構成するため)、ナットブランクの実加工ステージへの送り込みから回り止めに至る動作が円滑且つ合理的に行え、構成部材の簡略化、装置構成の簡素化等にも寄与する。
ここで供給孔14は、例えば上記図1(b)では、タップ本体11の中心から放射状に広がる流路として四本形成される。また導流溝15は、タップ本体11の軸方向に沿って転造山12を分断するように八個所形成されており、供給孔14に連通する導流溝15と、連通しない導流溝15とが、タップ本体11の外周部において交互に位置するように形成される。これによりナットブランクWの下穴Hから転造タップ10の先端側に供給される液体クーラントCは、転造タップ10内を給液スペース13、供給孔14の順で通過・貫通し、転造タップ10外周部の導流溝15に到達し、転造加工(塑性加工)が施されているタップ先端(これを本明細書では「加工開始部」とも称する)に至り、当該部位を集中的に冷却する。
転造タッピング装置1は、一例として図2・図3に示すように、加工対象となるナットブランクWを一定の姿勢(適正姿勢)に保持する加工部治具2を主な構成部材とし、これは転造タッピング装置1の装置本体または加工テーブルとも言える。
なお、本実施例では転造タッピングは、ナットブランクWに開口された下穴Hを上下に向けた姿勢(ナットの両端面を上下に向けた、いわゆる立位姿勢)で行うものとし、またこのため回転する転造タップ10をナットブランクW(下穴H)に圧入する方向も、上方から下方となる。
すなわち、本実施例ではナットブランクWの下穴Hは、一例として図1(c)に示すように、両端面の開口径寸法が異なるように形成されており(つまり下穴Hが途中で段差を有するように形成されており)、実際のメネジ形成加工の際には、回転する転造タップ10を下穴Hの大径側から圧入する(図1(d)参照)。このため本実施例では、このような検査ステージS1を設け、適正姿勢のナットブランクWのみに実際のメネジ形成加工を施すようにしている。
具体的な検出手法としては、一例として図4に示すように、検査ステージS1に供給されたナットブランクWの下穴Hに、プローブ51を進入させ(ここでは上方から下方への降下)、その移動ストロークの相違により、適正姿勢のものだけを実加工ステージS2に移送する(非適切姿勢のナットブランクWは排除する)。
なお、ナットブランクWは、供給装置7(傾斜台71)から検査ステージS1に供給される際、例えば図5の平面図に示すように、前後するナットブランクWがナットの側面同士を接触させる数珠つなぎ状態(連続した状態)で供給される。また、本実施例では、一例として22個のナットブランクWが傾斜台71上で数珠つなぎ状に並んだ際に始めて先頭のナットブランクW(検査ステージS1の直前に位置するナットブランクW)を検査ステージS1に送り込むように構成される。
すなわち加工部治具2における検査ステージS1の手前側には、供給装置7から移送されてきたナットブランクWを受け入れるための供給ガイド溝53が形成されており、供給装置7の傾斜台71を滑落してきたナットブランクWは、そのまま供給ガイド溝53に入り込むように案内される。なお、供給ガイド溝53は、検査ステージS1に向かって幾分窄まるように形成され、供給装置7(傾斜台71)からナットブランクWを受け入れ易くしている。
このように先頭のナットブランクWには、その後方に並んだナットブランクWの荷重が作用するため、換言すれば先頭のナットブランクWが、その後ろに付いたナットブランクWの押し込みを常に受けるため、また上記供給ガイド溝53に案内されるため、ナットブランクWは検査ステージS1に供給される間に、下穴Hをほぼ水平とした、いわゆる横倒しになることはないものである。
また、加工部治具2は、実加工ステージS2において転造タップ10が回転圧入されるナットブランクWを、加工中に回転しないように保持固定する回り止めクランプ4を具える。
この回り止めクランプ4は、一例として図3・図5に示すように、ナットブランクWを検査ステージS1から実加工ステージS2に一つずつ個別に押し込むスライドクランプ41と、実加工ステージS2において当該スライドクランプ41と対向的に設けられる固定クランプ42とにより構成され、実加工ステージS2では、これらが共働してナットブランクWを強固に挟持するように構成される。
具体的には、一例として図5の平面図に示すように、スライドクランプ41と固定クランプ42との挟持部が、ともに「V」字状を成すように構成され、これらによってナットブランクWを対向的に挟み込む(くわえ込む)ものである。
因みに図中符号33は、スライドクランプ41が、適正姿勢であるナットブランクWを実加工ステージS2まで押し込んで行くスライド案内溝であり、このスライド案内溝33の移送開始部が検査ステージS1、移送終了部が実加工ステージS2となる。
このようにナットブランクWは、検査ステージS1から実加工ステージS2への移送中、単にスライドクランプ41によって押されるだけでなく、上記スライド案内溝33によって両サイドが規制されるため、その移送中、適正姿勢が維持されるものである(横倒れ等しないものである)。
検査ステージS1は、上述したように、当該検査ステージS1に個別に供給されてくるナットブランクWの姿勢が適正であるか否かを検出するステージであり、この検査ステージS1には姿勢検出装置5が設けられる。この姿勢検出装置5は、一例として図4に示すように、検査ステージS1に供給されたナットブランクWの下穴Hに進入し得るプローブ51を主な構成部材とする。
ここでナットブランクWの適正姿勢について説明すると、一例として図1(c)に示すように大径開口端を上に向け、小径開口端を下向きにした姿勢が適正姿勢であり、この逆が非適正姿勢である。なお、ナットブランクWは、検査ステージS1に供給される際には、このうちのいずれかの姿勢をとるものであり、横倒しの姿勢で供給されることはない。これは、上述したようにその前段の供給装置7から、下穴Hを上または下に向けた状態(立位姿勢)で供給されるためである。すなわち、前記傾斜台71の両サイドに、例えば立壁等を設けることにより、ナットブランクWを傾斜台71で数珠つなぎ状に並べた際には、下穴Hを上または下に向けた立位姿勢に規制できるものである。逆に言えば、このような構成を採ることによりナットブランクWを供給装置7(傾斜台71)から検査ステージS1に供給する間に、ナットブランクWが倒れないようにするものである。
なお、検査の結果、非適正姿勢であることが判明したナットブランクWは、後段の実加工ステージS2には送らず、加工ラインから排除し、例えば、再度、供給装置7に投入し直すことが好ましい。
因みに、図5中の符号52は、ナットブランクWが検査ステージS1に供給されたこと(到達したこと)を感知する近接センサであり、この近接センサ52でナットブランクWの供給を検知してから、当該ナットブランクWに自動的にプローブ51を進入させる制御が好ましい。なお、前記スライド案内溝33は、図5の平面図に併せ示すように、上記供給ガイド溝53に対し、ほぼ直交するように形成され、スライド案内溝33(検査ステージS1)における供給ガイド溝53からの突き当たり壁面に、当該近接センサ52が設けられる。
実加工ステージS2は、上述したように検査ステージS1から適正姿勢で送られてきたナットブランクWに、実質的に転造タップ10を回転圧入し、転造タップ10の転造山に応じたメネジを塑性形成するステージである(いわゆる盛上げタップ)。
この実加工ステージS2には、上述したように加工中、ナットブランクWが回転しないように固定保持する回り止めクランプ4が構成される。
すなわち、実加工ステージS2においてナットブランクWに転造タップ10を回転圧入する実加工中、この給送路31(吐出開口32)からナットブランクWの下穴H内に液体クーラントCが吐出される。このように液体クーラントCは、転造タップ10の先端側(圧入方向の反対側)から供給され、その後、一例として図1(d)や図6の拡大図に示すように、液体クーラントCは、転造タップ10内の給液スペース13、供給孔14を順次、経て転造タップ10外周の導流溝15に達し、この導流溝15を伝って、加工開始部に至り、当該部分を集中的に冷却するものである。
なお実加工ステージS2から落下・排出されたナットは、適宜、コンベヤ等で所望の位置まで搬送し、回収される。
なお、ナットブランクWには、上述したように予め下穴Hが貫通状態に開孔されており、特に本実施例ではナット両端の開口径が異なるように形成されるものである。
(1)ナットブランクの供給(検査ステージへの供給)
下穴Hが開孔されたナットブランクWを、加工部治具2の検査ステージS1に供給するには、上述したように供給装置7が適用され、またこのときのナットブランクWの姿勢は、下穴H(ナットの両端面)を上下に向けた立位姿勢(適正姿勢またはその逆の姿勢)で検査ステージS1に供給(投入)される。
特に本実施例では、ナットブランクWは、供給装置7に設けられた傾斜台71の上に数珠つなぎ状に並べられ、この状態で滑落しながら供給される。またナットブランクWは、当該傾斜台71上において一定数(例えば22個)、数珠つなぎとなってから、検査ステージS1への供給が一つずつ行われるようになっている。すなわち、一例として22個のナットブランクWが数珠つなぎ状になってから、始めて先頭のナットブランクW(検査ステージS1の直前に位置するナットブランクW)が検査ステージS1に送り込まれるように制御される。
また検査ステージS1へのナットブランクWの供給は、スライドクランプ41の押し込み先端(V字状部分)が実加工ステージS2から検査ステージS1側に戻った時点で開始される(数珠つなぎ状のナットブランクWが全体的に一個分だけ検査ステージS1側に前進する)。逆に言えば、例えば図6の平面図に示すように、スライドクランプ41がナットブランクWを実加工ステージS2に押し込んでいるとき、もしくはナットブランクWを実加工ステージS2でクランプしているときには、検査ステージS1にスライドクランプ41の本体部分が位置するため、ナットブランクWの供給(供給装置7からの供給)は、遮断(中断)された状態となる。
以上のようにしてナットブランクWは、一つずつ供給装置7から検査ステージS1に供給される(押し込まれる)。ここでナットブランクWが検査ステージS1に送られて来たことは、例えば検査ステージS1に設けられた近接センサ52で感知される。そして、この感知により、検査ステージS1に位置したナットブランクWに、姿勢検出装置5のプローブ51を自動的に進入させる(下降させる)ものである。
なお、上述したようにナットブランクWに開口される下穴Hは、両端で開口径が異なるものであり、このため本実施例ではこの開口径の差を利用して検査ステージS1に供給されたナットブランクWの姿勢を検査する。すなわち、一例として図4(a)に示すように、ナットブランクWが適正姿勢(大径開口端が上、小径開口端が下)であれば、プローブ51が下穴H内にほぼ収まるためプローブ51の距離移動としても長くなる。一方、一例として図4(b)に示すように、ナットブランクWが非適正姿勢(大径開口端が下、小径開口端が上)であれば、プローブ51の進入は小径側開口端に阻まれ、距離移動としても短くなる。このように本実施例では、下穴H内に進入するプローブ51の移動距離(ここでは下降ストローク)の相違により、検査ステージS1に供給されたナットブランクWの姿勢を検出するものである。
そして、この姿勢検査においてOKの判定が得られた適正姿勢のナットブランクWのみを後段の実加工ステージS2に供給する(送り込む)ものである。一方、検査ステージS1でNGの判定が下された非適正姿勢(適正姿勢とは天地が逆)のナットブランクWは、加工ラインから排除される。ただし、加工ラインから排除された非適正姿勢のナットブランクWであっても、下穴H等の形状不良ではないため、再度、供給装置7に戻し、加工に供することが好ましい。
検査ステージS1において適正姿勢であることが確認されたナットブランクWは、例えば図5から図6に示すように、スライドクランプ41の先端部(ここでは平面視V字状)によって押し込まれ、実加工ステージS2に移送(供給)される。また検査ステージS1から実加工ステージS2までは、上述したようにナットブランクWの移送を案内するスライド案内溝33が形成されており、ナットブランクWは両サイドを当該スライド案内溝33によって規制されながら実加工ステージS2まで供給される。
このようにスライド案内溝33による規制やスライドクランプ41の押し込み作用端が平面視V字状であること等から、ナットブランクWは移送中も適正姿勢が維持され、実加工ステージS2に至るものである。つまりナットブランクWは、検査ステージS1から実加工ステージS2への移送中に回転したり、横倒し状態にならないものである。
なお、スライドクランプ41の作用端が平面視V字状であることから、例えば図1(a)に示すように、当該作用端によって押し込まれる部位(ナットブランクWの被押圧部)が外形円柱状であれば、自動的にナットブランクWのセンター合わせができ、実加工ステージS2における転造タップ10との芯合わせが容易に行える。すなわち実加工ステージS2に送り込んだナットブランクW(下穴H)の中心を、転造タップ10の中心に合致させ易いものである。
実加工ステージS2に移送されたナットブランクWは、一例として図6の平面図に示すように、当該ナットブランクWを押し込んできたスライドクランプ41と、実加工ステージS2に固定状態に設けられている固定クランプ42とにより挟持され、加工中、回転しないように堅固にクランプされる。すなわち、実加工ステージS2に移送されたナットブランクWは、対向配置されたスライドクランプ41と固定クランプ42とにより構成される回り止めクランプ4によって、加工中、回転しないように強固に保持される。
なお、転造タップ10による加工は、下穴Hの内壁面にメネジを塑性形成する加工であり(いわゆる盛り上げタップ)、切削ではないため、加工中、切り屑は出ないが、特にタップ先端の加工開始部で多くの熱を発する。そのため、この発熱を抑え(つまり転造タップ10とナットブランクWとの摩擦抵抗を減らし)、塑性加工を円滑に行わせるために加工開始部に液体クーラントCを集中的に供給するものであり、以下、この供給態様について説明する。
実加工ステージS2では、上述したようにナットブランクWを保持する端面サポート3に液体クーラントCの吐出開口32が形成されている。この吐出開口32は、実加工ステージS2においてクランプされたナットブランクWの下穴Hに臨むように開口される。このため吐出開口32から供給(吐出)された液体クーラントCは、一例として図6の拡大図に示すように、ナットブランクWの小径側(下側)開口から下穴H内に至り、タップ先端の給液スペース13に到達する。その後、この液体クーラントCは、給液スペース13からタップ内部を貫通する供給孔14、導流溝15と順次経由して、タップ外周部の転造山12、つまり加工開始部に至り、当該部位を集中的に冷却する。
このように本発明は、液体クーラントCを、タップ圧入方向の反対側からナットブランクWの下穴Hに供給し、ここから加工中の転造タップ10内を貫通させてタップ外周部に送るようにしており、これにより最も熱を発生する加工開始部を効果的に冷却することができる。また、このため転造タッピング加工が円滑に行え、転造タップ10の工具寿命を長くすることができ(まる一日、転造タップ10を交換せずに使用し続けることも可能)、転造タップ一本当たりの生産数(ナットの生産数)も増加させることができる。
もちろん、液体クーラントCを転造タップ10に供給する際には、上記手法(転造タップ10の内部を通して外周側に至らせる送り方)に加え、転造タップ10の上方側部からナットブランクWに向けて液体クーラントCを掛け流すようにしても構わない。
なお、主に転造タップ10の加工開始部を冷却した液体クーラントCは、回収して循環使用することが可能である。
ナットブランクWの下穴内壁面にメネジを形成し終えたら、今度は、転造タップ10をメネジ形成時とは反対方向に回転させながら、転造タップ10をナットブランクWから引き抜く(ここでは上方に引き上げる)。
その後、一例として図7に示すように、ナットブランクWを保持していた端面サポート3を実加工ステージS2から退去させ、実加工ステージS2における加工済みナット(ナットブランクW)の保持(下支え)を解除する。
また、このような端面サポート3による下支えを解除することに伴い、回り止めクランプ4については、スライドクランプ41を実加工ステージS2から検査ステージS1側に幾らかスライドさせ(戻し)、加工済みナット(ナットブランクW)のクランプも解除する。
このようにすることで、加工済みナットに作用していた保持力が全て解除され、メネジが形成された加工済みナットは下方に落下し、適宜、コンベヤなどで回収される。
また、このような加工済みナット(ナットブランクW)の落下後、スライドクランプ41(先端押し込み作用部)を完全に検査ステージS1側に戻すことにより、一例として図5の平面図に示すように、供給装置7から検査ステージS1にナットブランクWが一個、供給され、以下、上記の加工が繰り返し行われる。
2 加工部治具
3 端面サポート
4 回り止めクランプ
5 姿勢検出装置
7 供給装置
S1 検査ステージ
S2 実加工ステージ
10 転造タップ
11 タップ本体
12 転造山
13 給液スペース
14 供給孔
15 導流溝
3 端面サポート
31 給送路(液体クーラントの給送路)
32 吐出開口
33 スライド案内溝
4 回り止めクランプ
41 スライドクランプ
42 固定クランプ
5 姿勢検出装置
51 プローブ
52 近接センサ
53 供給ガイド溝
7 供給装置
71 傾斜台
W ナットブランク
H 下穴
C 液体クーラント(潤滑油)
Claims (5)
- 順次供給されるナットブランクを適正姿勢に保持し、このナットブランクに貫通状態に開孔されている下穴に対し転造タップを回転圧入し、下穴の内壁面に転造タップの転造山に応じたメネジを塑性形成するタッピング装置であって、
前記ナットブランクを保持するための加工部治具は、ナットブランクの一方の端面を支持する端面サポートと、メネジ形成にあたりナットブランクの回転を阻止する回り止めクランプとを具えるものであり、
また前記端面サポートは、液体クーラントの給送路を具え、その吐出開口は、回り止めクランプによってクランプされたナットブランクの下穴に臨むように開口され、
一方、前記転造タップは、その先端から奥に向かって行き留まり状の給液スペースが形成されるとともに、この給液スペースから転造山側に向けて転造タップ内に供給孔が形成され、更に供給孔の出口端に転造タップの外周に連通する導流溝が形成されることを特徴とする転造タッピング装置。
- 前記加工部治具における端面サポートは、ナットブランクの一方の端面を下方から支持するものであり、これに対応して転造タップは、上方からナットブランクに作用するものであり、
また前記液体クーラントは、端面サポートにおける吐出開口から吐出され、ナットブランク内の上方に向かって送られ、転造タップの給液スペース、供給孔を経由して導流溝から転造タップの外周側に流出するように構成されることを特徴とする前記請求項1記載の転造タッピング装置。
- 前記端面サポートは、加工部治具において摺動自在に構成され、ナットブランクのメネジ形成加工終了時には、転造タップによる加工が実質的に行われる実加工ステージから退去し、加工済みナットの端面支持を解除して、加工済みナットを下方に落下させて回収するものであることを特徴とする前記請求項1または2記載の転造タッピング装置。
- 前記加工部治具は、順次供給されるナットブランクを、転造タップによる加工が実質的に行われる実加工ステージに、個別に押し込むスライドクランプを具え、
且つこのスライドクランプは、実加工ステージにおいて当該スライドクランプと対向的に設けられる固定クランプと共働して、ナットブランクを挟み込み、前記回り止めクランプを構成することを特徴とする前記請求項1、2または3記載の転造タッピング装置。
- 前記順次供給されるナットブランクは、下穴の開口径が双方の端面で異なるように形成され、
また前記加工部治具には、転造タップによる加工が実質的に行われる実加工ステージの前段において、ナットブランクが適正姿勢であるか否かを判断する検査ステージが設けられ、
この検査ステージでは、ナットブランクの上下の開口径の相違により下穴内に進入、非進入となるプローブを作用させ、その移動ストロークの相違により、ナットブランクの姿勢を判定し、適正姿勢のナットブランクのみを、実加工ステージに送り、転造タップによる塑性加工を行うようにしたことを特徴とする前記請求項1、2、3または4記載の転造タッピング装置。
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