(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み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワークを転造加工する丸ダイス式転造装置において、
前記一組の丸ダイスのそれぞれを回転させるサーボモータと、前記一組の丸ダイスそれぞれの回転角を検出する回転角検出手段とを備え、転造中のワーク径の変化に伴い前記一組の丸ダイスの回転角の位相を互いに変化させる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、
前記一組の丸ダイスのそれぞれを回転させるサーボモータと、前記一組の丸ダイスそれぞれの回転角を検出する回転角検出手段とを備え、転造中のワーク径の変化に伴い前記一組の丸ダイスの回転角の位相を互いに変化させることを特徴とする丸ダイス式転造装置。
【請求項３】
上記回転角検出手段を上記丸ダイスの主軸に直結させ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転造加工によってネジ、歯車、シャフト及びパイプ等を製造するための丸ダイス式転造装置に係り、特に丸ダイスの主軸の回転角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】
従来の丸ダイス式転造装置としては、例えば図５に示したものが知られている。この丸ダイス式転造装置１は、一対の丸ダイス２ａ，２ｂでワーク３を挟み、平行を保った一対の主軸４ａ，４ｂをギア等の組み合わせによって同速度で回転させると共に、油圧機構５ａ，５ｂによって丸ダイス２ａ，２ｂをワーク３に向かって徐々に押し込み、ワーク３にネジ、歯車等を転造加工するものである。
【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、ワーク３にセレーションを転造する場合、主軸４ａ及び４ｂをお互いに接近させ、丸ダイス２ａ，２ｂを図中２点鎖線の位置からワーク３に向かって徐々に実線の位置まで押し込むと、ワーク３の歯底６を結んだ歯底円は、図中２点鎖線の大きさから実線の所まで小さくなる。一方、丸ダイス２ａ，２ｂが有するモジュールは一定であるため、歯底円が小さくなるに伴い、切込み開始時にワーク３に刻まれたピッチと、切込み完了時にワーク３に刻まれるピッチとの間で部分的に大きくズレが生じることになる。従来の丸ダイス式転造装置１は、一対の丸ダイス２ａ，２ｂがギア等の組み合わせによって同速度で回転するために、このピッチの部分的なズレを吸収することができず、ワーク３の歯面がダイスに強く接触する部分と、弱く接触する部分とが生じる。このため、加工された歯面の仕上がり精度が悪くなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、ワーク３にネジ溝を転造する場合も、丸ダイス２ａ，２ｂをワーク３に向かって徐々に押し込むにつれ、ワーク３のネジ溝の谷径が小さくなる。このため、ワーク３の切込み開始時に比べて切込み完了時は、ワーク３の谷部の円周長が短くなる。図７は従来の丸ダイス式転造装置を用いて、ワーク３にネジ溝を転造した場合におけるワーク３の円周長とピッチとの関係を示したものである。ワーク３の円周長は、切込み開始時の円周長Ｌから切込み完了時の円周長Ｌ１に変化し、δＬ分だけその長さが短くなる。この場合、ワーク３の谷径が変化してもワーク３に転造されるリード角βは一定を保つため、切込み開始時のワーク３のピッチＰと、切込み完了時のワーク３のピッチＰ１との間にはピッチのズレδＰが発生し、このズレδＰ分だけ転造中にワーク３が軸方向に移動してしまう。この転造中にワーク３が軸方向に移動する現象は、ワーク３の歩みと呼ばれ、特に外径と谷径との差が大きいネジ溝を転造する場合に最も顕著に現れる。歩みが発生すると、歩みによるワーク３の移動方向のネジ山のフランク面が、丸ダイス２ａ，２ｂに強く接触する一方、ワーク３の移動方向と逆のフランク面の丸ダイス２ａ，２ｂとの接触が弱くなり、結果的に転造加工面の仕上がり精度が悪くなるといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ワークにセレーションやスプライン等のワークの軸方向溝または軸方向と直交する一定ピッチを有するネジ溝等を転造する場合に、歯面が円滑に仕上げられると共に転造中のワークの歩みを防止して転造加工面の仕上がり精度を向上する丸ダイス式転造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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み、該丸ダイスの主軸が回転しながら接近してワークを転造加工する丸ダイス式転造装置において、前記一組の丸ダイスのそれぞれを回転させるサーボモータと、前記一組の丸ダイスそれぞれの回転角を検出する回転角検出手段とを備え、転造中のワーク径の変化に伴い前記一組の丸ダイスの回転角の位相を互いに変化させることを特徴とする。
【０００７】
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、前記一組の丸ダイスのそれぞれを回転させるサーボモータと、前記一組の丸ダイスそれぞれの回転角を検出する回転角検出手段とを備え、転造中のワーク径の変化に伴い前記一組の丸ダイスの回転角の位相を互いに変化させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る丸ダイス式転造装置は、上記回転角検出手段を上記丸ダイスの主軸に直結させたことを特徴とする。
【０００９】
【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を詳細に説明する。図１及び図２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。本実施例の丸ダイス式転造装置１１は、一対の丸ダイス１２ａ，１２ｂでワーク１３を挟み、主軸１４ａ及び１４ｂが回転しながらお互いに接近してワーク１３を転造加工するものである。一方の丸ダイス１２ａはダイス移動台１６ａの内側面に設けられ、他方の丸ダイス１２ｂはダイス移動台１６ｂの対向する内側面に設けられる。主軸１４ａ，１４ｂのそれぞれは、水平方向に平行を保ってダイス移動台１６ａ及び１６ｂに回転可能に軸支される。なお、上記実施例ではダイス移動台１６ａ，１６ｂのそれぞれに１個ずつの丸ダイス１２ａ，１２ｂを取付けた場合について説明したが、２個以上の丸ダイスを取付けてワークを挟み込んでも良い。
【００１０】
主軸１４ａ，１４ｂは、それぞれがダイス回転伝達系２０によって回転される。ダイス回転伝達系２０は、一対の丸ダイス１２ａ，１２ｂに回転を伝達すると共にその回転を制御するもので、一対の丸ダイス１２ａ，１２ｂに対応して一対の減速機付きの主軸回転用サーボモータ２１ａ，２１ｂを有し、この主軸回転用サーボモータ２１ａ，２１ｂの回転が主軸１４ａ，１４ｂに伝達される。また、主軸１４ａ，１４ｂにはロータリーエンコーダ等の回転角検出手段５２ａ，５２ｂが直接取り付けられる。したがって、回転角検出手段５２ａ，５２ｂで主軸１４ａ，１４ｂの回転角を直接測定することができ、この回転角の測定値を丸ダイス回転制御手段（図示せず）にフィードバックして主軸回転用サーボモータ２１ａ，２１ｂの回転を制御する。主軸１４ａ，１４ｂの回転をフルクローズドループ制御することで、ギア等で発生するバックラッシュやねじれによる誤差が生じても、主軸１４ａ，１４ｂの回転角度を目標値に合わせて高精度に数値制御することができる。
【００１１】
次に、上記主軸１４ａ，１４ｂの回転角を制御しながらワークを転造する場合について説明する。先ず、スプライン軸やセレーション等の軸方向溝をワーク１３に転造する場合について説明すると、一対の丸ダイス１２ａ，１２ｂは、転造中のワーク１３の径変化に伴って回転角が互いに制御される。即ち、転造開始時には両方の丸ダイス１２ａ，１２ｂは同一方向に同一速度で回転するが、転造によってワーク１３の溝が次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス１２ａの回転角に対して他方側の丸ダイス１２ｂの回転角を徐々に変えていくような制御が行なわれる。例えば、転造中のワーク１３の円周長を刻まれる歯で割って補正すべきピッチを算出し、この補正後のピッチが得られるような回転角制御を行なう。このように制御することで、切込み開始時から切込み完了時に向かいワーク１３の溝径が次第に変化しても、ピッチが部分的に大きくズレることなく１ピッチ毎に振り分け吸収することができ、円滑なワーク１３の歯面が得られて仕上がり精度が向上する。なお、このような制御は、モジュールの大きい歯車を転造する場合にも応用できる。また、主軸１４ａ，１４ｂの回転角の変化率は、転造するワーク１３の径や材質、転造するネジ溝の種類やピッチなど種々の要因によっても異なってくる。
【００１２】
次に、螺旋状のネジ溝をワーク１３の外周に転造する場合を説明する。上述の場合と同様に、一対の丸ダイス１２ａ，１２ｂは、転造中のワーク１３径の変化に伴い回転角が互いに制御される。即ち、転造開始時には両方の丸ダイス１２ａ，１２ｂは同一方向に同一速度で回転するが、転造によってワーク１３のネジ溝が次第に深くなるのに伴って、一方側の丸ダイス１２ａの回転角に対して他方側の丸ダイス１２ｂの回転角を徐々に変えていくような制御が行なわれる。このように回転角を制御することで、図３に示したように、切込み開始時から切込み完了時に向かいワーク１３の円周長がＤからＤ１に変化したとしても、ワーク１３のリード角をβから補正後のリード角β１へ徐々に変化させることができ、ピッチＰを一定に保つことが可能になる。したがって、従来のように転造中にピッチＰが変化してワーク１３が軸方向に歩んでしまうことがなく、丸ダイス１２ａ，１２ｂとワーク１３のフランク面との接触も均一化されて、結果的に転造加工面の仕上がり精度が向上する。
【００１３】
次に、上記回転角制御を伴う丸ダイス１２ａ，１２ｂのスライド機構について説明する。図１及び図２に示したように、１２ａ，１２ｂは、ダイス移動台移動機構２４によって互いにワーク１３に向かってスライド移動する。ダイス移動台移動機構２４は、第１のダイス移動台１６ａ、第２のダイス移動台１６ｂ及びこの第２のダイス移動台１６ｂの外側に配置した圧力プレート２６を基台２７上に並列して備えたものである。これらのダイス移動台１６ａ，１６ｂ及び圧力プレート２６はいずれも、基台１７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１６ａ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１６ａ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１６ａ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１２ａ，１２ｂによるワーク１３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。
【００１４】
第２のダイス移動台１６ｂは、第１のダイス移動台１６ａ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３０が固定される。この押込機構３０は、ダイス移動台１６ｂと同一方向に伸縮するシリンダ軸３１を備えており、シリンダ軸３１の先端を第２のダイス移動台１６ｂの外側面に固定してある。なお、押込機構３０は、油圧シリンダに限られず、空圧機器、電動機を用いたものであってもよい。
【００１５】
第２のダイス移動台１６ｂと圧力プレート２６との間には、一対のラックとピニオンとが設けられる（図示せず）。ピニオンは基台２７の上面に固定され、このピニオンに対して一方のラックが圧力プレート２６の下端に、また他方のラックが第２のダイス移動台１６ｂの下端にそれぞれ固定され、いずれもピニオンと噛み合っている。
【００１６】
図２に示すように、押込機構３０を作動させてシリンダ軸３１が伸びると、第２のダイス移動台１６ｂは押されてワーク１３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１６ｂ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いるため、圧力プレート２６は、第２のダイス移動台１６ｂの移動方向と反対の図中▲２▼方向に第２のダイス移動台１６ｂ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１６ａも、圧力プレート２６と同じ方向図中▲１▼方向にワーク１３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１６ａと第２のダイス移動台１６ｂは、互いにワーク１３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。このように、本発明に係るダイス移動台移動機構２４によれば、一本の押込機構３０で左右のダイス移動台１６ａ，１６ｂを互いに接近させ、丸ダイス１２ａ，１２ｂを両側からワーク１３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１３の中心線Ｓを常に一定に保つことができ、ワーク１３の供給、排出等の自動化が容易になる。
【００１７】
ワーク１３に転造圧力を作用させると、一対の丸ダイス１２ａ，１２ｂはワーク１３から反力Ｐを受けるが、この反力Ｐはシリンダ軸３１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１３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、従来のようにダイス移動台１６ａ，１６ｂが上方向に開いて丸ダイス１２ａ，１２ｂの上部が部分的に逃げるといったことがなく、ワーク１３に対して所定の転造加工を実行することができる。ワーク１３に転造圧力を作用させる際に、上述した丸ダイス１２ａ，１２ｂの回転角制御を行なうことで、高精度な転造加工が実行されることになる。
【００１８】
また、この実施例ではダイス移動台１６ａ，１６ｂ間に丸ダイス１２ａ，１２ｂ間の距離を測定するためのリニアスケール５３が取付けられている。このリニアスケール５３による測定結果をフィードバックして丸ダイス１２ａ，１２ｂ間の隙間寸法を制御し、丸ダイス１２ａ，１２ｂによるワーク１３への切込み量を高精度に数値制御することが可能になる。このように、丸ダイス１２ａ，１２ｂの回転角を高精度に数値制御できるのに相俟って切込み量も高精度に数値制御できるため、転造精度をより一層上げることが可能になる。
【００１９】
図４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サーボモータ２１ａ，２１ｂ及び押込機構３０等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。
【００２０】
【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、転造中のワーク径の変化に伴い一組の丸ダイスの回転角を互いに変化するように制御したので、ワークに軸方向溝を転造加工する場合は、切込み開始時から切込み完了時に向かいワークの円周長の変化を１ピッチ毎に振り分け吸収することができ、円滑なワークの歯面が得られる。また、ネジ溝をワークに転造する場合は、切込み開始時から切込み完了時に向かいワークの円周長が変化しても、ワークのリード角を徐々に変化させることができ、ワークの歩みを防止してピッチを一定に保つことができ、転造加工面の仕上がり精度の向上を図ることができる。
【００２１】
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、丸ダイスの回転角を高精度に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。
【００２２】
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、上記回転角検出手段を上記主軸に直結させため、ダイス回転伝達系で発生するバックラッシやねじれによる誤差が生じても、丸ダイスの回転角を正確に知ることができる。
【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転造時の正面図である。
【図３】上記丸ダイス式転造装置を使用した場合のワークの円周長とピッチとの関係を示すグラフである。
【図４】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５】従来の丸ダイス式転造装置一例を示す正面図である。
【図６】従来の丸ダイス式転造装置の丸ダイスとワークとを関係を示す模式図である。
【図７】従来の丸ダイス式転造装置を使用した場合のワークの円周長とピッチとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１  丸ダイス式転造装置
１２ａ，１２ｂ  丸ダイス
１３  ワーク
１４ａ，１４ｂ  主軸
１６ａ，１６ｂ  ダイス移動台
２１ａ，２１ｂ  主軸回転用サーボモータ（サーボモータ）
２９  はり軸
３０  押込機構
５２ａ，５２ｂ  回転角検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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