(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の丸ダイスでワークを挟んで転造加工する丸ダイス式転造装置において、
前記丸ダイスに働く加工トルクを検出するトルク検出手段を設け、転造中の丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記丸ダイスの回転数、又は丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御したことを特徴とする丸ダイス式転造装置。
【請求項２】
一組の丸ダイスを軸支する一組のダイス移動台と、丸ダイスによるワークの転造位置の回りで前記一組のダイス移動台間に２本以上架け渡されたはり軸と、前記一組のダイス移動台を接近させる押込機構とを設け、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共に、転造圧力によって前記一組の丸ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させるように構成した丸ダイス式転造装置であって、
前記丸ダイスに働く加工トルクを検出するトルク検出手段を設け、転造中の丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記丸ダイスの回転数、又は丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御したことを特徴とする丸ダイス式転造装置。
【請求項３】
上記トルク検出手段によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断し、検出トルク値が設定トルク値より高い場合は丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は丸ダイスの回転数を下げるように制御したことを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置。
【請求項４】
上記トルク検出手段によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断し、検出トルク値が設定トルク値より高い場合は丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は丸ダイスの移動速度を上げるように制御したことを特徴とする請求項１又は２記載の丸ダイス式転造装置。
【請求項５】
上記設定トルク値に対応して複数の回転角加減速度を設定し、この回転角加減速度に基づいて上記丸ダイスの回転数を制御することを特徴とする請求項３記載の丸ダイス式転造装置。
【請求項６】
上記設定トルク値に対応して複数の加減速度を設定し、この加減速度に基づいて上記丸ダイスの移動速度を制御することを特徴とする請求項４記載の丸ダイス式転造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転する丸ダイスを用いて、ネジ、ウオーム、セレーション、スプライン、歯車等を転造加工する丸ダイス式転造装置に関し、特に転造中に丸ダイスに働く加工トルクを制御しながらワークの周面及び軸方向を転造加工する丸ダイス式転造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の丸ダイスを用いた転造装置の概念として、図６に示したものが知られている。これは、一対の丸ダイス１ａ，１ｂを回転させながらワーク３に向かって移動させ、ワーク３の半径方向に転造圧力を加えて転造加工するものである。丸ダイス１ａ，１ｂの主軸２ａ，２ｂは、一定速度で回転するように制御され、また主軸２ａ，２ｂの移動も一定の圧力又は速度を保つように制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示したように、転造加工が開始されると丸ダイス１ａ，１ｂにはワーク３との接触面において法線方向の力ダイス荷重Ｆｐ、及び接線方向の力Ｆｔが働くが、従来の丸ダイス式転造装置にあっては、主軸２ａ，２ｂが一定速度で回転し、また一定の圧力又は速度で移動するように制御されていたため、転造開始時から終了時にかけてダイス荷重Ｆｐおよび丸ダイス１ａ，１ｂの主軸２ａ，２ｂに働く加工トルクＴがいずれも変動してしまう。特に、転造加工中の主軸トルクＴは、転造中に極端に増大する一時的なピークを示し、このピーク時の主軸トルクＴのがダイス２ａ，２ｂの寿命に大きな影響を与える。そして、ピーク値が大きくなるにしたがってダイス寿命が低下してしまうといった問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、転造加工中に丸ダイスの主軸に働く加工トルクの一時的な増大を防止してダイス寿命を伸ばすと共に、効率のよい転造加工のできる丸ダイス式転造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するために本発明の請求項１に係る丸ダイス式転造装置は、一組の丸ダイスでワークを挟んで転造加工する丸ダイス式転造装置において、前記丸ダイスに働く加工トルクを検出するトルク検出手段を設け、転造中の丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記丸ダイスの回転数、又は丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御したことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の請求項２に係る丸ダイス式転造装置は、一組の丸ダイスを軸支する一組のダイス移動台と、丸ダイスによるワークの転造位置の回りで前記一組のダイス移動台間に２本以上架け渡されたはり軸と、前記一組のダイス移動台を接近させる押込機構とを設け、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共に、転造圧力によって前記一組の丸ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させるように構成した丸ダイス式転造装置であって、前記丸ダイスに働く加工トルクを検出するトルク検出手段を設け、転造中の丸ダイスに働く加工トルクを一定範囲に保つよう前記丸ダイスの回転数、又は丸ダイスの移動速度の少なくとも一方を制御したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項３に係る丸ダイス式転造装置は、上記トルク検出手段によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断し、検出トルク値が設定トルク値より高い場合は丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は丸ダイスの回転数を下げるように制御したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項４に係る丸ダイス式転造装置は、上記トルク検出手段によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断し、検出トルク値が設定トルク値より高い場合は、丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は丸ダイスの移動速度を上げるように制御したことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の請求項５及び請求項６に係る丸ダイス式転造装置は、設定トルク値に対応して複数の回転角加減速度または加減速度を設定し、この回転角加減速度または加減速度に基づいて上記丸ダイスの回転数または移動速度を制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る丸ダイス式転造装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る丸ダイス式転造装置の一実施例を示したものである。この図に示すように、丸ダイス式転造装置５は、一組の丸ダイス６ａ，６ｂでワーク７を挟み、丸ダイス６ａ，６ｂが回転しながら接近するように移動してワーク７を転造加工するものである。基台８上には左右対称のダイス移動台１０ａ，１０ｂが左右方向にスライド可能に取り付けられ、このダイス移動台１０ａ，１０ｂに一組の丸ダイス６ａ，６ｂの主軸９ａ，９ｂがそれぞれ軸支される。基台８上のダイス移動台１０ａ，１０ｂの両脇にはダイス押込み機構１１ａ，１１ｂが固定される。この押込み機構１１ａ，１１ｂは、ワーク７の軸中心に向かって丸ダイス６ａ，６ｂを移動させるもので、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、モータ、スプライン等からなる。押込み機構１１ａ，１１ｂのシリンダ軸１２ａ，１２ｂと、ダイス移動台１０ａ，１０ｂとが固定される。主軸９ａ，９ｂは、サーボモータ等の駆動源１４ａ，１４ｂに接続される。なお、図示しないが、丸ダイス９ａ，９ｂはそれぞれのダイス移動台１０ａ，１０ｂに２個以上設けられることもあり、また、一方の丸ダイス９ａ又は９ｂは固定され、他方の丸ダイス９ｂ又は９ａのみが移動する場合もある。丸ダイス９ａ，９ｂを回転させながらワーク７の半径方向に押し付け、転造圧力を作用させると、ワーク７が転がって局部的な塑性変形を繰り返し、これによってワーク７に溝条が形成される。
【００１１】
上記主軸９ａ，９ｂの軸線上には回転角を検出するための回転角検出手段１５ａ，１５ｂがそれぞれ取り付けられる。そして、この回転角検出手段１５ａ，１５ｂからの信号はフィードバックされて主軸９ａ，９ｂの回転が数値制御される。また、ダイス移動台１０ａ，１０ｂ間には、移動台間の距離を検出する距離検出手段１８が取り付けられる。そして、この距離検出手段１８からの信号もフィードバックされ、移動台間の距離すなわち主軸間距離が数値制御される。さらに、主軸９ａ，９ｂのそれぞれにトルク検出手段１６ａ，１６ｂが取り付けられると共に、ダイス移動台１０ａの端部には転造中のダイス荷重を測定する荷重検出手段１７が取り付けられる。上記トルク検出手段１６ａ，１６ｂとしては、例えばトルク値を直接に計測するトルク計やサーボモータの負荷を電流又は電圧で検出してトルク値を算出する手段などが用いられる。
【００１２】
図２は、上記一実施例の制御システム構成例を示したものである。この制御システムは、メモリ４６に格納されたプログラムや上記各検出手段からの測定データをＣＰＵ４５で処理した後、同一バスライン４３に接続された通信制御ユニット４８を介して主軸回転用のサーボモータ１４及び押込機構１１ａ，１１ｂのアクチュエータに伝達するものである。なお、これらのアクチュエータは、それぞれがドライバ回路を有し、これら複数のドライバとＩ／Ｏポート４７は通信制御ユニット４８に接続される。また、複数のドライバ、Ｉ／Ｏポート４７及び通信制御ユニット４８の間はシリアル通信ライン４４で接続されている。
【００１３】
図３は、本発明に係るトルク制御方法を実施した時のトルク変化を示したものである。横軸には転造時間、縦軸にはトルク検出手段１６ａ，１６ｂが検出したトルク値を示す。図中１点鎖線は設定トルク値を示す。この設定トルク値は、主軸９ａ，９ｂの回転数および移動速度を一定に保った状態で転造した時に発生するダイス荷重およびダイストルクの検出値を考慮して設定される。
【００１４】
先ず、主軸９ａ，９ｂの回転数を制御することによって加工トルクを一定範囲内に制御する方法について説明する。一般に、主軸９ａ，９ｂの回転数を上げると転造中のワーク７の転がり数が増え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、回転数を下げるとワーク７の転がり数が減り、発生するトルクは高くなる。本発明は、この関係を利用して、発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。主軸９ａ，９ｂの回転数には上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸９ａ，９ｂはリミッタの範囲内で自動可変する。転造開始直後の図中▲１▼の時点では、主軸９ａ，９ｂは予め設定されている初期回転数で回転する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に近づいた図中▲２▼の時点からトルク制御を開始する。ここでは、まず、トルク検出手段１６ａ，１６ｂによって検出されたトルク値を設定トルク値と比較判断する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸９ａ，９ｂに負の回転角減速度を与え、回転数を下げてトルク値が高くなるように制御する。トルクがさらに高くなり、設定トルク値を超えた場合（図中▲３▼）は、主軸９ａ，９ｂに正の回転角加速度を与え、回転数を上げてトルク値が低くなるよう制御する。このように制御してもトルクがさらに高くなるような場合（図中▲４▼）は、リミッタの上限値の回転数が設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了する（図中▲５▼）。そして、主軸９ａ，９ｂの回転数にはリミッタの下限値の回転数が設定される。なお、回転角加減速度を設定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるように段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トルク値から離れた場合には設定トルク値に速やかに近づけることができ、設定トルク値に近づいた場合はトルクの変動幅を小さくすることができる。
【００１５】
このように、転造中の加工トルクを予め設定したトルク値に近づけるように制御することで、ピーク時に一時的な主軸トルクの最大値が発生するのを防止でき、転造ダイス寿命を従来のものに比べて大幅に延長することができる。また、トルクを制御することで薄肉の中空部材でも転造加工することが可能になる。なお、上述した主軸９ａ，９ｂのトルク制御方法は、丸ダイス６ａ，６ｂの主軸を移動させないでワーク７をフィーダによって押込む差速式転造盤にも応用できる。
【００１６】
次に、主軸移動速度を制御して主軸９ａ，９ｂに働く加工トルクを設定トルク値に近づけるように制御する方法について説明する。この場合、主軸移動速度を下げると転造中のワーク７の転がり数が増え、切込み量が減って発生するトルクが低くなる。一方、主軸移動速度を下げるとワークの転がり数が減り、発生するトルクは高くなる。本発明は、この関係を利用して発生するトルクを一定に保つ制御をするものである。上述した主軸の回転数と同様に、主軸移動速度には上限値および下限値のリミッタが定められ、主軸移動速度はリミッタの範囲内で自動可変する。図３に示したように、転造開始直後の図中▲１▼の時点では、主軸９ａ，９ｂは予め設定されている初速度で等速移動する。発生するトルクが徐々に高くなり、設定トルク値に近づいた図中▲２▼の時点からトルク制御を開始する。ここでは、まず、トルク検出手段１６によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断する。検出トルク値が設定トルク値より低い場合は、主軸移動に加速度を与えて移動速度を上げてトルク値が高くなるように制御する。一方、加工トルクがさらに高くなり設定トルク値を超えた場合（図中▲３▼）は、主軸移動に減速度を与えて移動速度を上げ、トルク値が低くなるように制御する。このように制御してもトルクがさらに高くなった場合（図中▲４▼）は、リミッタの下限値の移動速度が設定される。このようにトルクを制御しつつ転造が終了に近づくとトルクは低減するのでトルクの制御を終了する（図中▲５▼）。そして、主軸移動速度にはリミッタの下限値の値が設定され主軸９ａ，９ｂは等速で移動する。また、上述した回転角加減速度の場合と同様に、主軸移動の加減速度を設定トルク値から離れるのに対応して順次大きくなるように段階的に複数設定することで、検出トルクが設定トルク値から離れた場合でも設定トルク値に速やかに近づけることができる。なお、主軸移動速度と、上述の主軸回転数との両方でトルク制御を行なうことも可能である。
【００１７】
次に、上記主軸９ａ，９ｂのトルク制御を利用した丸ダイス式転造装置の他の実施例を図４及び図５に基づいて説明する。なお、図１に示した丸ダイス式転造装置と同じ部材には同一の符号を付して説明する。この実施例における丸ダイス６ａ，６ｂは、ダイス移動台移動機構によって互いにワーク７に向かってスライド移動する。ダイス移動台移動機構は、第１のダイス移動台１０ａ、第２のダイス移動台１０ｂ及びこの第２のダイス移動台１０ｂの外側に配置した圧力プレート２６を基台８上に並列して備えたものである。これらのダイス移動台１０ａ，１０ｂ及び圧力プレート２６はいずれも、基台８上に固設した一対のスライドレール２８に左右方向へスライド可能に取り付けられる。また、第１のダイス移動台１０ａと圧力プレート２６との間には、互いに向かい合う内側面の四隅に４本の同じ円形断面のはり軸２９が架け渡され、はり軸２９の両端が第１のダイス移動台１０ａ及び圧力プレート２６にそれぞれ固定される。そのため、第１のダイス移動台１０ａと圧力プレート２６とは、スライドレール２８上を相対位置が変化することなく一体にスライドする。なお、４本のはり軸２９の位置は、丸ダイス６ａ，６ｂによるワーク７の転造位置を中心としていずれも等距離にあり、且つ周方向に４等分して配置される。また、４本のはり軸２９の剛性はいずれも等しく設定されている。
【００１８】
第２のダイス移動台１０ｂは、第１のダイス移動台１０ａと圧力プレート２６との間でスライドレール２８にスライド可能に取り付けられると共に、前記４本のはり軸２９を挿通させるための貫通孔が側面の四隅に設けられている。また、前記圧力プレート２６には、油圧シリンダ等の押込機構１１が固定される。この押込機構１１は、ダイス移動台１０ｂと同一方向に伸縮するシリンダ軸１２を備えており、シリンダ軸１２の先端を第２のダイス移動台１０ｂの外側面に固定してある。
【００１９】
図５に示したように、押込機構１１を作動させてシリンダ軸１２が伸びると、第２のダイス移動台１０ｂは押されてワーク７に向かって、スライドレール２８上を図中▲１▼方向にスライド移動する。一方、第２のダイス移動台１０ｂと圧力プレート２６との間にはラック・ピニオンが設けられており、圧力プレート２６は、第２のダイス移動台１０ｂの移動方向と反対の図中▲２▼方向に第２のダイス移動台１０ｂと同一距離スライド移動する。この時、圧力プレート２６と４本のはり軸２９で連結されている第１のダイス移動台１０ａも、圧力プレート２６と同じ方向図中▲１▼方向にワーク７に向かって同一距離だけ移動する。したがって、第１のダイス移動台１０ａと第２のダイス移動台１０ｂは、互いにワーク７に向かって同一距離だけスライド移動し接近することになる。この実施例では、上述の構成からなるダイス移動台移動機構を用いたことで、一本の押込機構１１で左右のダイス移動台１０ａ，１０ｂを互いに接近させ、丸ダイス６ａ，６ｂを両側からワーク７に押し込むことで転造加工することができる。また、ラック・ピニオンを設けることによって、ワーク７の中心線Ｓを常に一定に保つことができ、ワーク７の供給、排出等の自動化が容易になる。
【００２０】
ワーク７に転造圧力を作用させると、一対の丸ダイス６ａ，６ｂはワーク７から反力Ｐを受けるが、この反力Ｐはシリンダ軸１２を介して４本のはり軸２９で負担する。この４本のはり軸２９はワーク７の上下に均等に剛性を等しく配設されているため、反力Ｐが４本のはり軸２９に均等に４等分して負担される。その結果、はり軸２９は軸方向に若干は伸びることになるが、４本とも均等にバランス良く伸びるため、ダイス移動台１０ａ，１０ｂが上方向に開いて丸ダイス６ａ，６ｂの上部が部分的に逃げるといったことがなく、ワーク７に対して高精度な転造加工を実行することができる。
【００２１】
なお、主軸９ａ，９ｂの軸線上に配置される回転角検出手段１５ａ，１５ｂ及びトルク検出手段１６ａ，１６ｂ、第１及び第２のダイス移動台１０ａ，１０ｂ間に取付けられる距離検出手段１８は、上記実施例と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る丸ダイス式転造装置によれば、丸ダイスに働く転造時の加工トルクを検出し、この検出トルクを予め定めた設定トルク値に近づけるように丸ダイスの回転数及び移動速度の少なくとも一方を制御したので、従来のように一時的にダイストルクが大きくなるのを防止でき、転造ダイスの寿命を伸ばすことができると共に効率の良い転造加工が得られる。
【００２３】
また、本発明の請求項２に係る丸ダイス式転造装置によれば、丸ダイスによるワークの転造位置の回りで前記一対のダイス移動台間に２本以上架け渡されたはり軸を設け、前記ダイス移動台を前記はり軸にガイドさせて接近させると共に、転造圧力によって前記一対の丸ダイス間に生じる反力を前記はり軸に負担させたので、転造時における丸ダイスの開きがなくなり丸ダイスのワークへの切込み量を高精度に制御することができる。このため、丸ダイスに働く加工トルクを制御できるのに相俟って切込み量も高精度に制御でき、転造精度をより一層上げることが可能になる。
【００２４】
また、本発明の請求項３に係る丸ダイス式転造装置によれば、トルク検出手段によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断し、検出トルク値が設定トルク値より高い場合は丸ダイスの回転数を上げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は丸ダイスの回転数を下げることで検出トルクを設定トルク値に近づけているので、転造開始から終了までの間トルクを一定に保持することが出来ると共に、転造時間を一定に保つことができワークの大量生産に適する。
【００２５】
また、本発明の請求項４に係る丸ダイス式転造装置によれば、トルク検出手段によって検出された検出トルク値を設定トルク値と比較判断し、検出トルク値が設定トルク値より高い場合は丸ダイスの移動速度を下げる一方、検出トルク値が設定トルク値より低い場合は丸ダイスの移動速度を上げることで検出トルクを設定トルク値に近づけているので、転造開始から終了までの間トルクを一定に保持することが出来ると共に、ワーク毎の理想的な転造時間を知ることができる。
【００２６】
さらに、本発明の請求項５及び請求項６に係る丸ダイス式転造装置によれば、設定トルク値に対応して複数の回転角加減速度または加減速度を設定し、この回転角加減速度または加減速度に基づいて上記丸ダイスの回転数または移動速度を制御したので、検出トルク値が設定トルク値から離れた場合でも設定トルク値に速やかに近づけることができ、トルク制御の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る丸ダイス式転造装置の一実施例を示す平面図である。
【図２】上記丸ダイス式転造装置の制御システムの構成図である。
【図３】転造時間と発生トルクとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明に係る丸ダイス式転造装置の他の実施例を示す平面図である。
【図５】図４における丸ダイス式転造装置の転造時の正面図である。
【図６】従来の丸ダイス式転造装置の概念図である。
【符号の説明】
５  丸ダイス式転造装置
６ａ，６ｂ  丸ダイス
７  ワーク
９ａ，９ｂ  主軸
１０ａ，１０ｂ  ダイス移動台
１１  押込機構
１６ａ，１６ｂ  トルク検出手段
２９  はり軸
【図１】
0003565704.tif 000002
【図２】
0003565704.tif 000003
【図３】
0003565704.tif 000004
【図４】
0003565704.tif 000005
【図５】
0003565704.tif 000006
【図６】
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