JP3744390B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置、特に被加工物を成形するロールが取付けられた昇降台と、昇降台をスライド移動可能に支持するガイド部材とを備えた加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
心押軸と主軸に挟持され、主軸の軸線を中心に回転する被加工物の外周面に成形ロールを押圧して成形するスピニング加工装置が知られている。この公知のスピニング加工装置では、例えば、図６に示すように、複数の成形ロールを進退送り可能に支持する昇降台２０が設けられている。例えば、昇降台２０は、平面略三角形であり、略三角形の各頂点位置近傍に成形用のロール６０、７０、８０が回転可能に取り付けられたロールヘッド６１、７１、８１が設けられている。昇降台２０は、略三角形の２辺の中間位置で、スピニング加工装置の基台１０に直立固定された支持部材（例えば、コラム１４２、１４３）にスライド移動可能に支持されている。コラム１４２、１４３には、昇降台２０に当接する面にそれぞれ２つずつのガイド部材（ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ）が設けられている。また、昇降台２０側には、前記ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂに対応する位置に、それぞれベアリングブロックが設けられている。ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂとベアリングブロックによりリニアガイド部材４２、４３が構成されている。これにより、昇降台２０はガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂに沿って上下方向にスライド移動可能となっている。また、昇降台２０は、ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂに支持されている４点で水平方向に回転しないように規制されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような加工装置では、例えば、３つのロールヘッド６１、７１、８１のうちの１つを使用して被加工物を成形する場合には、昇降台２０を回転方向に規制している４点（ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂが設けられている点）に作用する力は均等にはならない。例えば、ロールヘッド６１のみを使用している場合には、図６に示すように、ガイドレール４３ａに作用する力が大きい。これは、ロールヘッド６１に設けられた成形ロール６０を被加工物１１に押圧する際に、ガイドレール４３ａが受ける昇降台２０の重心Ｏを中心とする昇降台２０に作用する右回りの回転モーメントによる荷重が、ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ｂが受ける昇降台２０に作用する左回りの回転モーメントによる荷重と等しくなる必要があることによる。数式等詳しくは、後述する。
このため、ガイドレール４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの支持剛性が低く、スピニング加工の精度が低くなる。
そこで、本発明は、ガイドレールの支持剛性が高く、すなわち、加工装置全体の耐久性が良く、加工精度のよい加工装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項１に記載の発明は、被加工物を成形するロールと、前記ロールが回転自在に取り付けられたロールヘッドと、前記ロールヘッドが取り付けられた昇降台と、前記昇降台をスライド移動可能に支持する少なくとも２つのガイド部材とを備えた加工装置である。
前記被加工物は主軸の軸心を中心に回転され、前記昇降台は平面略三角形に形成されており、当該平面略三角形の各頂点から当該平面略三角形の重心に向かう方向に前記ロールを進退送り可能となるように、前記各頂点の位置に前記ロールヘッドが配置されている。
前記平面略三角形の重心位置近傍には前記被加工物を通す孔が設けられており、前記主軸の軸心と前記平面略三角形の重心とを一致させ、前記平面略三角形の昇降台が前記主軸の軸心に沿ってスライド移動可能となるように、前記主軸の軸心と平行な方向に設けられた前記ガイド部材にて支持されている。
前記ガイド部材は、前記平面略三角形の昇降台の異なる２辺を支持するように、それぞれの辺に設けられており、前記平面略三角形の重心と、当該平面略三角形の各頂点の位置に配置した前記ロールヘッドの中心線とを結ぶ各延長線によって分割される一方の側と他方の側に同数のガイド部材が存在するように、前記それぞれの辺上の位置に前記ガイド部材を配置したことを特徴とする。
請求項１に記載の加工装置によれば、各ガイド部材にかかる力のバランスがよい。これにより、ガイド部材（ガイドレール）の支持剛性、しいては、加工装置全体の耐久性が向上し、加工精度のよい加工装置を提供することができる。
【０００５】
また、本発明の加工装置は、昇降台が平面略三角形に形成されている加工装置である。
本発明の加工装置によれば、平面略三角形の各頂点位置に、加工物を成形するロールのロールヘッドが設けられていれば、作業効率とコストのバランスがよい。
【０００６】
また、本発明の加工装置では、各ガイド部材は昇降台の異なる２辺を支持している加工装置である。
本発明の加工装置によれば、昇降台のスライド移動が安定する。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加工装置であって、前記平面略三角形のそれぞれの辺に設けられたガイド部材は、それぞれ２本であり、前記ガイド部材によって支持されている辺に挟まれている前記平面略三角形の頂点と、前記平面略三角形の重心とを通る線に対して、ほぼ直角且つ前記重心を通る線が、昇降台を支持している各辺の前記２本のガイド部材の間に配置されるように構成されている加工装置である。
請求項２に記載の加工装置によれば、昇降台の異なる２辺に２つずつあるガイド部材にかかる力のバランスがよいため、ガイドレールの支持剛性、しいては、加工装置全体の耐久性が一層向上する。
【０００８】
また、本発明の加工装置は、ガイド部材がリニアガイド部材である。
本発明の加工装置によれば、昇降台に発生する振動を抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施の形態では、図４に示す円盤状の予備成形品である被加工物１を主軸２の軸心を中心に回転させながら、３つの成形ロール６０、７０、８０のうち１つを被加工物１に押圧して加工する場合のスピニング加工装置について説明する。図１は、被加工物１を加工するスピニング加工装置の正面図を示したものである。図２は加工動作をする前の原位置に成形ロール６０が回転自在に取り付けられたロールヘッド６１がある場合、図３は被加工物１を加工する位置にロールヘッド６１がある場合の説明図である。図４は、被加工物１の加工例を示す説明図である。図５は、図１のＡ矢視方向から見たスピニング加工装置の断面図である。
【００１０】
スピニング加工装置は、成形ロール６０、７０、８０が回転自在に取り付けられたロールヘッド６１、７１、８１が進退送り自在に取り付けられた昇降台２０と、昇降台２０が図１において上下方向にスライド移動可能に取り付けられた支持部材であるコラム１３２、１３３と、コラム１３２、１３３が直立状態で固定されている基台１０と、上部機体４０を備えている。
基台１０には、主軸２が回転自在に設けられていて、基台１０の下部には、主軸２を回転させる主軸駆動装置４が設けられている。主軸駆動装置４としては、例えば、主軸モータ、主軸モータの回転を伝達するベルト、主軸ヘッドとから構成される。また、基台１０には、コラム１３２、１３３が基台１０に直立状態で固定されている。
コラム１３２、１３３の上端部には、上部機体４０が取り付けられている。また、コラム１３２には、図５に示すように、昇降台２０を上下方向にスライド移動可能に取り付けるためのリニアガイド部材３２の１対のガイドレール３２ａ、３２ｂが取り付けられている。また、コラム１３３には、昇降台２０を上下方向にスライド移動可能に取り付けるためのリニアガイド部材３３の１対のガイドレール３３ａ、３３ｂが取り付けられている。
昇降台２０は、例えば、平面略三角形であり、中心部に心押軸５と主軸２で挟持した状態の被加工物１を通す孔２７が設けられた中空の移動台である。昇降台２０の平面略三角形の各頂点位置近傍には、ロールヘッド６１、７１、８１が心押軸５と主軸２を結ぶ軸線方向に（略三角形の中心方向に）昇降台２０に対して進退送り可能に取り付けられている。また、昇降台２０には、各ロールヘッドの駆動装置６２、７２、８２が取り付けられている。駆動装置６２、７２、８２としは、例えば、ハイブリッドアクチュエータユニットであり、モータ、カップリング、ポンプ、リザーバ、油圧シリンダから構成されている。また、昇降台２０がコラム１３２に当接する辺のコラム１３２に取り付けられたガイドレール３２ａ、３２ｂに対応する位置には、ベアリングブロック２２ａ、２２ｂが取り付けられている。
このようにして、コラム１３２に設けられたガイドレール３２ａ、３２ｂと、昇降台２０に設けられたベアリングブロック２２ａ、２２ｂとでリニアガイド部材３２が構成されている。また、コラム１３３に設けられたガイドレール３３ａ、３３ｂと、昇降台２０に設けられたベアリングブロック２３ａ、２３ｂとでリニアガイド部材３３が構成されている。
上部機体４０には、昇降台駆動装置２５、２６と、心押軸駆動装置６とが取り付けられている。各昇降台駆動装置２５、２６は、例えば、ハイブリッドアクチュエーターユニットであり、モータ、カップリング、ポンプ、リザーバ、及び昇降台送りシリンダとから構成されている。ポンプからの圧油を昇降台送りシリンダに供給し、昇降台送りシリンダの一端を上部機体４０に取付けて他端を昇降台２０に取り付けることにより、昇降台２０が、上部機体４０と基台１０の間で上下方向にスライド移動可能となる。また、心押軸駆動装置６は、例えば、ハイブリッドアクチュエーターユニットであり、モータ、カップリング、ポンプ、リザーバ、及び心押軸送りシリンダとから構成されている。ポンプからの圧油を心押軸送りシリンダに供給し、心押軸送りシリンダの一端を上部機体４０に取付けて他端に心押軸５を設けることにより、被加工物１が心押軸５と主軸２の間で、任意の圧力で挟持可能となる。ここで、心押軸５は、例えば、スラスト軸受機構５ａを介して心押軸送りシリンダに回転可能に支持されているので、主軸２が回転することにより、主軸２との間に挟持した被加工物１と共に回転可能な構成となっている。
【００１１】
次に、スピニング加工装置の動作について図２〜図４に基づいて説明する。
主軸２と心押軸５に挟持された被加工物１を加工する場合、ロールヘッド６１、７１、８１の３つのうちで、予め設定されたロールヘッド（複数でも単数でもよい）の駆動装置６２、７２、８２を動作させ、図２に示す原位置から図３に示す被加工物加工位置まで移動させる。
そして、回転している被加工物１に、被加工物１の回転と連れ回り方向に回転させながら成形ロール６０、７０、８０を被加工物１に押し付ける。
図４Ａ〜Ｄは、被加工物１の加工例を示す詳細図である。図４は、中心部に穴のあいた円板状部材から内孔に溝が形成されたカップ状部材を成形する過程を示している。
ここで、図４Ａは、加工前の状態を示している。主軸２には、溝２ｂが形成された心棒２ａが取り付けられている。
図４Ｂは、中心部に穴のあいた円板状部材である被加工物１をセットした状態であり、心押軸５と主軸２に取り付けられた心棒２ａで被加工物１が挟持されている。
図４Ｃは、粗成形用のロール（例えば、ロール７０）を用いて、粗成形を開始した状態を示している。粗成形用のロール７０は、主軸２の回転方向と連れ回り方向に、同速度、あるいは、若干異ならせた速度で回転させ、被加工物１の外周部に押圧させた状態で主軸方向（図４Ｃの下方向）に所定の移動速度で移動させる。これにより、図４Ｃに示すように、被加工物１の外周部が主軸方向に曲げられ、被加工物１は概略カップ状に粗成形される。
図４Ｄは、精成形用のロール（例えば、ロール６０）を用いて、仕上げをしている状態を示している。精成形用のロール６０は、主軸２の回転方向と連れ回り方向に、同速度、あるいは、若干異ならせた速度で回転させ、被加工物１の外周部に押圧させた状態で主軸方向（図４Ｄの下方向）に所定の移動速度で移動させる。これにより、図４Ｄに示すように、被加工物１の内孔に溝が形成されたカップ状部材に精成形される。
ロールの種類、及びロールにより被加工物１を押圧する位置と力、ロールの主軸方向への移動速度等を制御することにより、被加工物１を任意の形状に加工することができる。なお、このとき、心棒２ａに形成された溝２ｂに対応する形状の溝がカップ状部材の内孔に形成される。
【００１２】
上記したように、例えば、被加工物１に溝を同時に形成する場合には、３つの成形ロール６０、７０、８０を同時に使用するよりも、いずれか１つの成形ロールで、もしくは、種類の違う成形ロールを１つずつ用いて加工した方が加工精度が良い場合がある。
この場合の各リニアガイド部材の各ガイドレールにかかる荷重を、図５、図６を参照して以下で説明する。
例えば、ロールヘッド６１のみを用いて被加工物１を加工する場合、ロールヘッド６１は被加工物１を押圧する力と等しい反力Ｆを被加工物１から受ける。ロールヘッド６１は昇降台２０に固定されているので、反力Ｆは昇降台２０に作用する。そして、反力Ｆと昇降台２０を支持しているガイドレール３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂにより昇降台２０に回転モーメントが働く。
例えば、図６に示す従来のスピニング加工装置では、昇降台２０のリニアガイド部材４２によって支持される辺Ｘ（コラム１４２側）の中点から辺Ｘに沿って等しい距離の位置にガイドレール４２ａとガイドレール４２ｂが設けられている。また、昇降台２０のリニアガイド部材４３によって支持される辺Ｙ（コラム１４３側）の中点から辺Ｙに沿って等しい距離の位置にガイドレール４３ａとガイドレール４３ｂが設けられている。
このため、昇降台２０のロールヘッド６１の中心線の延長線からガイドレール３３ａ、３３ｂ、３２ａ、３２ｂまでの距離をそれぞれＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎとすると、重心Ｏ点を中心とする回転モーメントによる荷重は以下のように表される。
昇降台２０に作用する右回りの回転モーメントによる荷重
＝ｆ１・Ｋ
昇降台２０に作用する左回りの回転モーメントによる荷重
＝ｆ２・Ｌ＋ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎ
ここで、昇降台２０が回転することがないように、右回りの回転モーメントによる荷重と左回りのモーメントによる荷重は均衡する必要があるので、以下の式が成立する必要がある。
ｆ１・Ｋ＝ｆ２・Ｌ＋ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎ
このため、従来例では、ガイドレール３３ａにかかる荷重ｆ１が大きくなり、ガイドレール３３ａの負担が大きくなる。
【００１３】
一方、本実施の形態のスピニング加工装置では、図５に示す構成となっている。昇降台２０のリニアガイド部材３２によって支持されている辺Ｘ（コラム１３２側）と、昇降台２０のリニアガイド部材３３によって支持されている辺Ｙ（コラム１３３側）によって定義されている頂点Ｚと重心Ｏとを通る線ｚ１に平面上で直角に交差する線ｚ２がガイドレール３２ａとガイドレール３２ｂ及びガイドレール３３ａとガイドレール３３ｂの間を通ようにコラム１３２、１３３が配置されている。
この場合、重心Ｏとロールヘッド６１の中心線を結ぶ延長線からガイドレール３３ａ、３３ｂ、３２ａ、３２ｂまでの距離をそれぞれＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎとすると、重心Ｏを中心とする回転モーメントによる荷重は以下のように表される。
昇降台２０に作用する右回りの回転モーメントによる荷重
＝ｆ１・Ｋ＋ｆ２・Ｌ
昇降台２０に作用する左回りの回転モーメントによる荷重
＝ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎ
右回りの回転モーメントによる荷重と左回りのモーメントによる荷重は均衡する必要があるので、以下の式が成立する必要がある。
ｆ１・Ｋ＋ｆ２・Ｌ＝ｆ３・Ｍ＋ｆ４・Ｎ
このように、本実施の形態では、右回りの回転モーメントによる荷重に対してはガイドレール３３ａ及び３３ｂ、左回りの回転モーメントによる荷重に対してはガイドレール３２ａ及び３２ｂが作用するので、各ガイドレールにかかる荷重のバランスがよい。
【００１４】
本発明の構成及び動作は本実施の形態に限定されるものではない。
本発明は、スピニング加工装置以外の種々の加工装置にも適用することができる。
また、昇降台２０は平面略三角形でなくてもよい。
また、コラム１３２、１３３は、２つではなくてもよい。
また、コラム１３２、１３３と昇降台２０の位置関係は、本実施の形態で示す図面に限定されるものではない。
また、昇降台２０とコラム１３２、１３３に設けられているリニアガイド部材３２、３３において、ガイドレール３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂが昇降台２０側に、ベアリングブロック２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂがコラム１３２、１３３側に設けられていてもよい。
また、本実施の形態では、ガイドレール３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂとベアリングブロック２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂでリニアガイド部材３２、３３が構成されえているが、昇降台２０がコラム１３２、１３３に対してスライド移動可能であれば、リニアガイド部材ではなくてもよい。
本実施の形態では、略三角形の昇降台２０の重心Ｏ点を中心とする回転モーメントの均衡について考えたが、被加工物１の中心で考えてもよい。
また、昇降台２０を支える支持部材は、コラム１３２、１３３ではなくてもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の加工装置によれば、ガイド部材（ガイドレール）の支持剛性、しいては、加工装置全体の耐久性が向上し、加工精度のよい加工装置を提供することができる。
また、本発明の加工装置によれば、作業効率とコストのバランスがよい。
また、本発明の加工装置によれば、昇降台のスライド移動が安定する。
また、請求項２に記載の加工装置によれば、ガイドレールの支持剛性、しいては、加工装置全体の耐久性が一層向上する。
また、本発明の加工装置によれば、昇降台に発生する振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の正面図である。
【図２】原位置にロールヘッド６１がある場合の説明図である。
【図３】加工する位置にロールヘッド６１がある場合の説明図である。
【図４】被加工物１の加工例を示す説明図である。
【図５】図１のＡ−Ａ矢視線に沿って破断して示すスピニング加工装置の水平断面図である。
【図６】従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１ 被加工物
２ 主軸
５ 心押軸
１０ 基台
２０ 昇降台
２２ａ、ｂ ベアリングブロック（リニアガイド部材３２）
２３ａ、ｂ ベアリングブロック（リニアガイド部材３３）
３２、３３ リニアガイド部材
３２ａ、ｂ ガイドレール（リニアガイド部材３２）
３３ａ、ｂ ガイドレール（リニアガイド部材３３）
４０ 上部機体
６０、７０、８０ 成形ロール
６１、７１、８１ ロールヘッド
１３２、１３３ コラム（支持部材）

Claims (2)

1. 被加工物を成形するロールと、
   前記ロールが回転自在に取り付けられたロールヘッドと、
   前記ロールヘッドが取り付けられた昇降台と、
   前記昇降台をスライド移動可能に支持する少なくとも２つのガイド部材とを備えた加工装置であって、
   前記被加工物は主軸の軸心を中心に回転され、
   前記昇降台は平面略三角形に形成されており、当該平面略三角形の各頂点から当該平面略三角形の重心に向かう方向に前記ロールを進退送り可能となるように、前記各頂点の位置に前記ロールヘッドが配置されており、
   前記平面略三角形の重心位置近傍には前記被加工物を通す孔が設けられており、前記主軸の軸心と前記平面略三角形の重心とを一致させ、前記平面略三角形の昇降台が前記主軸の軸心に沿ってスライド移動可能となるように、前記主軸の軸心と平行な方向に設けられた前記ガイド部材にて支持されており、
   前記ガイド部材は、前記平面略三角形の昇降台の異なる２辺を支持するように、それぞれの辺に設けられており、
   前記平面略三角形の重心と、当該平面略三角形の各頂点の位置に配置した前記ロールヘッドの中心線とを結ぶ各延長線によって分割される一方の側と他方の側に同数のガイド部材が存在するように、前記それぞれの辺上の位置に前記ガイド部材を配置した、
   ことを特徴とする加工装置。
2. 請求項１に記載の加工装置であって、
   前記平面略三角形のそれぞれの辺に設けられたガイド部材は、それぞれ２本であり、
   前記ガイド部材によって支持されている辺に挟まれている前記平面略三角形の頂点と、前記平面略三角形の重心とを通る線に対して、ほぼ直角且つ前記重心を通る線が、昇降台を支持している各辺の前記２本のガイド部材の間に配置されるように構成されている加工装置。

Images