(57)【要約】      （修正有）【課題】絞り用駆動モータおよび送り用駆動モータにかかる負荷の大きさを検出し、この検出値に基づいて成形条件の制御を行って、不良品の発生を抑えつつ短時間で安定した成形を行うことが可能なスピニング加工装置を提供する。【解決手段】回転により管材５の絞り加工を行うスピンニング加工装置であって、絞り位置を変更するための送り用駆動モータ５１、および絞り量を変更するための絞り用駆動モータ１４と、送り用駆動モータの負荷トルクを検出する送り用トルク検出手段５１ａ、および絞り用駆動モータの負荷トルクを検出する絞り用トルク検出手段１４ａと、成形条件の制御を行う制御手段３とを備え、制御手段は、送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値に基づいて成形条件の制御を行う。【選択図】図１
2005186142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転により管材の絞り加工を行うスピンニング加工装置であって、
絞り位置を変更するための送り用駆動モータ、および絞り量を変更するための絞り用駆動モータと、
送り用駆動モータの負荷トルクを検出する送り用トルク検出手段、および絞り用駆動モータの負荷トルクを検出する絞り用トルク検出手段と、
成形条件の制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値に基づいて成形条件の制御を行うことを特徴とするスピンニング加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値が、設定値に対して過大であるときは、検出値が過大であった駆動モータの負荷トルクが設定値となるように、成形回転数、送り速度、および絞り量の少なくとも一つの成形条件を減少させ、
送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値が、設定値に対して過小であるときは、検出値が過小であった駆動モータの負荷トルクが設定値となるように、成形回転数、送り速度、および絞り量の少なくとも一つの成形条件を増大させることを特徴とする請求項１に記載のスピンニング加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転により管材の絞り加工を行うスピンニング加工装置であって、最適な成形条件に制御して成形時間の短縮を図ることが可能なスピンニング加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、スピンニング加工やフローフォーミング加工等といった、回転により管材の成形加工を行う加工装置には、絞り量を変化させるための絞り用駆動モータ、および絞り加工を行う成形ローラや被加工物である管材を移動させて絞り位置を変更するための送り用駆動モータ等といったように、複数の駆動モータが備えられている。
そして、これらの駆動モータの駆動回転数により、前記成形ローラや管材の成形回転数および絞り量等といった被加工物の成形条件が決定されるが、この成形条件はＮＣプログラムとして予め加工装置に設定されている。
加工装置に設定されている成形条件は、成形開始から成形終了まで一定の条件に設定されている場合が多いが、成形時に各駆動モータにかかる負荷の大きさ等は時間により変化するため、成形条件は常に一定条件とするのではなく、負荷の大きさや成形工程に応じて制御することが好ましい。
【０００３】
従って、特許文献１に示される加工装置では、成形加工の途中で制御状態を変化させて成形を行うように構成している。つまり、管材をクランプするクランプ軸の加圧動作の制御を、絞り加工時には位置制御で行い、しごき加工時には力制御で行うといったように、成形工程によって異なった制御を行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８２９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の加工装置がスピンニング加工装置であった場合、絞り用駆動モータおよび送り用駆動モータにかかる負荷の大きさが、被加工物の品質や成形時間に影響を与える。
つまり、絞り用駆動モータおよび送り用駆動モータに過大な負荷がかかった状態になると、被加工物に不良が発生したり加工装置の寿命が低下したりといった問題が生じる。逆に、絞り用駆動モータおよび送り用駆動モータの何れか一方または両方に過小な負荷しかかかっていない状態となると、成形効率が低下して成形時間が長引くことになってしまう。
また、管材の成形条件である成形ローラの駆動条件を一定にして成形を行った場合、絞り用駆動モータおよび送り用駆動モータにかかる負荷トルクは時間とともに変化する。
しかし、前述の特許文献１に示される加工装置では、クランプ軸の油圧シリンダによる加圧動作の制御のみを成形工程に応じて変化させているが、管材の成形条件を構成する成形ローラの駆動条件を成形途中で変化させることは行われていないため、被加工物に不良が発生したり成形時間が長くなってしまったりする場合があった。
【０００６】
そこで、本発明においては、絞り用駆動モータおよび送り用駆動モータにかかる負荷の大きさを検出し、この検出値に基づいて成形条件の制御を行って、不良品の発生を抑えつつ短時間で安定した成形を行うことが可能なスピンニング加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するスピンニング加工装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、回転により管材の絞り加工を行うスピンニング加工装置であって、絞り位置を変更するための送り用駆動モータ、および絞り量を変更するための絞り用駆動モータと、送り用駆動モータの負荷トルクを検出する送り用トルク検出手段、および絞り用駆動モータの負荷トルクを検出する絞り用トルク検出手段と、成形条件の制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値に基づいて成形条件の制御を行う。
これにより、過大な負荷トルクによる不良品の発生や設備寿命の低下、および過小な負荷トルクによる成形時間の長時間化を防止して、安定して高精度の成形を行うとともに、成形時間を短縮して生産効率の向上を図ることが可能となる。
【０００８】
また、請求項２記載の如く、前記制御手段は、送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値が、設定値に対して過大であるときは、検出値が過大であった駆動モータの負荷トルクが設定値となるように、成形回転数、送り速度、および絞り量の少なくとも一つの成形条件を減少させ、送り用トルク検出手段および絞り用トルク検出手段の検出値が、設定値に対して過小であるときは、検出値が過小であった駆動モータの負荷トルクが設定値となるように、成形回転数、送り速度、および絞り量の少なくとも一つの成形条件を増大させる。
これにより、制御が容易であるとともに迅速に反応することができ、高精度な制御を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過大な負荷トルクによる不良品の発生や設備寿命の低下、および過小な負荷トルクによる成形時間の長時間化を防止して、安定して高精度の成形を行うとともに、成形時間を短縮して生産効率の向上を図ることが可能となる。
また、制御が容易であるとともに迅速に反応することができ、高精度な制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
まず、スピンニング加工装置の構成について説明する。
図１〜図３に示すように、スピンニング加工装置は、成形加工を行うための成形ローラ１９を回転させる機能、該成形ローラ１９により被加工物である管材５を絞り込む機能、および成形ローラ１９を送り込む（移動させる）機能を備えた軸頭部１と、前記管材５を固定、移動するための治具部２と、軸頭部１および治具部２を制御するための制御部３とにより構成されている。
【００１１】
軸頭部１では、軸頭１２が軸頭部本体１１に回転自在に支持されており、該軸頭１２のローラ支持体１７にはアーム１８・１８を介して一対の成形ローラ１９・１９が支持されている。
また、軸頭部本体１１には、回転用駆動モータ１３および絞り用駆動モータ１４が備えられている。
【００１２】
前記回転用駆動モータ１３には駆動ギア１６ａが固設され、前記軸頭１２には従動ギア１６ｂが固設されている。駆動ギア１６ａと従動ギア１６ｂとは歯合しており、回転用駆動モータ１３を駆動することで、軸頭１２が回転駆動される。軸頭１２が回転駆動されると、ローラ支持体１７に支持される成形ローラ１９・１９も、軸頭１２と一体的に回転駆動される。なお、この場合、成形ローラ１９・１９は、回転軸となるローラ支持体１７の軸心を中心にして公転することとなる。
【００１３】
前記ローラ支持体１７には、ドローバ１５を介して絞り用駆動モータ１４が接続されており、絞り用駆動モータ１４を回転駆動させると、絞り軸となるドローバ１５によりローラ支持体１７が絞り用駆動モータ１４の軸方向（図１における左右方向）へ移動して、アーム１８・１８が支点１８ａ・１８ａを中心に回動する。
アーム１８・１８の回動動作により、成形ローラ１９・１９は、互いに近づく方向又は遠ざかる方向へ移動する。つまり、一対の成形ローラ１９・１９は、図１、図２における上下方向へ移動し、その移動方向は互いに逆方向である。この成形ローラ１９・１９の移動量により成形ローラ１９・１９間の寸法が変化し、管材５の絞り量が調整される。
【００１４】
また、軸頭部１側には送り用駆動モータ５１が設けられており、該送り用モータ５１を回転駆動することで、軸頭部本体１１が送り軸５１ｂ方向（図１における左右方向）へ移動するように構成されている。これにより、管材５に対する成形ローラ１９・１９の軸心方向の位置を調整することが可能となっている。
【００１５】
一方、治具部２は、台座２４にターンテーブル２５を介して治具本体２１を設置して構成されており、治具本体２１には、被加工物である管材５を把持固定するための上下一対のクランプ２３ａ・２３ｂが設けられている。
上方のクランプ２３ａはクランプシリンダ２２により上下移動可能となっており、上下移動することで、管材５のクランプ状態とクランプ解除状態との切り換えが行われる。
なお、管材５としては、例えば、ステンレスのブランク材をロール成形にて円筒形状に形成した後、端面を接合して管形状に形成したものが用いられている。
【００１６】
治具部２は、床面に敷設されたレール２６・２６に沿って、軸頭部本体１１の移動方向と垂直な方向（図１における紙面の奥行き方向）へ移動可能であるとともに、ターンテーブル２５上に設置された治具本体２１が垂直軸Ｏを中心に回転可能となっている。
【００１７】
前記制御部３は、ＮＣコントローラ３１およびモータドライバ３２を備えており、前記回転用駆動モータ１３、絞り用駆動モータ１４、および送り用駆動モータ５１がモータドライバ３２に接続されている。
また、絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１には、それぞれ絞り用トルク検出手段１４ａおよび送り用トルク検出手段５１ａが付設されており、該絞り用トルク検出手段１４ａおよび送り用トルク検出手段５１ａはＮＣコントローラ３１に接続されている。さらに、ＮＣコントローラ３１には治具部２も接続されている。
【００１８】
ＮＣコントローラ３１には予め所定の成形条件がＮＣプログラムとして入力されており、スピンニング加工装置はこの成形条件に従って管材５の絞り成形を行う。
成形条件としては、回転用駆動モータ１３により回転駆動される軸頭１２の回転数（成形ローラ１９・１９の回転数：以降「成形回転数」と記載する）、送り用駆動モータ５１により移動される軸頭部１の移動速度（成形ローラ１９・１９の移動速度：以降「送り速度」と記載する）、および絞り用駆動モータ１４による成形ローラ１９・１９の移動量（成形ローラ１９・１９の絞り量：以降単に「絞り量」と記載する）等が設定されている。
【００１９】
これらの成形条件に基づいて、各駆動モータ１３・１４・５１に対する駆動指令が、ＮＣコントローラ３１からモータドライバ３２に出力され、モータドライバ３２はこの駆動指令に従って各駆動モータ１３・１４・５１を駆動する。
また、治具部２も、ＮＣコントローラ３１の制御に基づいて、レール２６・２６に沿っての移動や、垂直軸Ｏを中心としての回転動作を行う。
【００２０】
さらに、絞り成形加工中には、絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１にかかる負荷トルクが、それぞれ絞り用トルク検出手段１４ａおよび送り用トルク検出手段５１ａにて検出され、ＮＣコントローラ３１へ入力されるように構成している。
ＮＣコントローラ３１では、これらの検出手段１４ａ・５１ａの検出値を、設定されている成形条件にフィードバックして制御を行うようにしている。
【００２１】
図４には、このように構成されるスピンニング加工装置にて成形加工された成形品の一例である、触媒コンバータ６１を示している。
触媒コンバータ６１は、外周をマットにて包んだ担体を、外形寸法がｄ１である管材６２の内部に挿入し、管材６２の両端部６２ａ・６２ａを外形寸法ｄ２まで絞り成形することで構成されたものである。
【００２２】
触媒コンバータ６１を成形する際には、管材６２を治具部２のクランプ２３ａ・２３ｂにて把持し、回転用駆動モータ１３により軸頭１２を回転させつつ、送り用駆動モータ５１により成形ローラ１９・１９を管材６２の軸心方向へ移動させるとともに、成形ローラ１９・１９間の寸法を絞り用駆動モータ１４により変化させながら絞り加工を行う。
つまり、成形ローラ１９・１９が管材６２の中央部に位置しているときには成形ローラ１９・１９間の寸法がｄ１となるように制御し、成形ローラ１９・１９が管材６２の端部６２ａに移動してくると成形ローラ１９・１９間の寸法を最終的に寸法ｄ２となるまで狭めていって、絞り成形を行う。
【００２３】
図４に示した触媒コンバータ６１は、絞り成形を行った端部６２ａの軸心と管材６２の中央部の軸心とが一致しているが、本スピンニング加工装置では、図５に示す触媒コンバータ７１における、管材７２の一方の端部７２ａのように、該端部７２ａの軸心を管材７２の中央部の軸心に対して偏心させて絞り成形を行ったり、他方の端部７２ｂのように、該端部７２ｂの軸心を管材７２の中央部の軸心に対して偏角させて絞り成形を行ったりすることが可能である。
【００２４】
つまり、本スピンニング加工装置の治具部２は、床面に敷設されたレール２６・２６に沿って、軸頭部本体１１の移動方向と垂直な方向へ移動可能であるため、成形ローラ１９・１９間の寸法を狭めての絞り加工を行うときに、成形ローラ１９・１９の公転中心と管材７２の軸心とが偏心するように治具部２を移動させることで、端部７２ａのように偏心した絞り成形を行うことができる（管材７２の中央部の軸心と端部７２ａの軸心とが寸法ｅだけ偏心している）。
また、治具本体２１が垂直軸Ｏを中心に回転可能となっているので、成形ローラ１９・１９の公転中心と管材７２の軸心とが偏角するように治具本体２１を回転させることで、端部７２ｂのように偏角した絞り成形を行うことができる（管材７２の中央部の軸心に対して端部７２ｂの軸心が偏角して角度θを成している）。
【００２５】
スピンニング加工装置は成形加工中に絞り用トルク検出手段１４ａおよび送り用トルク検出手段５１ａの検出値をＮＣコントローラ３１にフィードバックして制御を行っているが、次に、そのフィードバック制御のフローについて、図６を用いて説明する。
まず、ＮＣコントローラ３１により、スピンニング加工装置が成形加工中であるか否かの判定がなされる（Ｓ０１）。スピンニング加工装置が成形加工中であるか否かの判定は、例えば，各駆動モータ１３・１４・５１の何れかが駆動されているか否かにより行う。
【００２６】
スピンニング加工装置が成形加工中であると判定されると、絞り用トルク検出手段１４ａおよび送り用トルク検出手段５１ａにより、それぞれ絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１にかかっている負荷トルクを検出し（Ｓ０２）、検出された各駆動モータ１４・５１の負荷トルクの大きさが予め設定されている設定値以上であるか否かの判定が行われる（Ｓ０３）。
【００２７】
負荷トルクが設定値以上であると判定されれば、設定値以上と判定された駆動モータの負荷トルクが設定値となるように、成形回転数、送り速度、および絞り量が減少する方向に、各駆動モータ１３・１４・５１を制御する（Ｓ０４）。
逆に、負荷トルクが設定値よりも小さいと判定されれば、設定値よりも小さいと判定された駆動モータの負荷トルクが設定値となるように、成形回転数、送り速度、および絞り量が増加する方向に、各駆動モータ１３・１４・５１を制御する（Ｓ０５）。
これにより、絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１の負荷トルクが一定値に保持されることになる。
なお、成形回転数、送り速度、および絞り量を減少または増加させる場合、急激に減少または増加させるよりも、徐々に減少または増加させるほうが好ましい。
【００２８】
図７には、検出した負荷トルクに基づくフィードバック制御を行った場合と行わなかった場合とでの、絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１の負荷トルクの経時変化の違いを示している。
図７によれば、フィードバック制御を行わない場合、絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１の負荷トルクは、時間の経過に伴ってかなりの変化が見られるが、本発明のように、検出した絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１の負荷トルクを、予め設定された成形条件にフィードバックして制御を行った場合、絞り用駆動モータ１４および送り用駆動モータ５１の負荷トルクは、共に一定値に制御されている。
【００２９】
このように、各モータの駆動モータ１４・５１の負荷トルクをＮＣコントローラ３１にフィードバックして負荷トルクを一定に保持し、最適な成形条件に制御することで、過大な負荷トルクによる不良品の発生や設備寿命の低下、および過小な負荷トルクによる成形時間の長時間化を防止して、安定して高精度の成形を行うとともに、成形時間を短縮して生産効率の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
また、検出された駆動モータ１４・５１の負荷トルクを受けたＮＣコントローラ３１は、負荷トルクを一定に保持するために、スピンニング加工装置の成形回転数、送り速度、および絞り量といった成形条件を減少または増加させているが、これらの成形条件の調整は、各駆動モータ１３・１４・５１の回転数の制御にて行うことができるので、制御が容易であるとともに迅速に反応することができ、高精度な制御を行うことが可能となる。
なお、成形回転数、送り速度、および絞り量といった成形条件の調整は、常に全ての条件を増加・減少させる必要はなく、必要に応じて、少なくとも何れか一つの成形条件を調整すれば足りる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のスピンニング加工装置を示す側面図である。
【図２】スピンニング加工装置の軸頭部を示す正面図である。
【図３】スピンニング加工装置の治具部を示す斜視図である。
【図４】スピンニング加工装置により成形された触媒コンバータであって、絞り成形が行われていない中央部の軸心と、絞り成形を行った端部の軸心とが同心配置されている触媒コンバータを示す側面断面図である。
【図５】スピンニング加工装置により成形された触媒コンバータであって、絞り成形が行われていない中央部の軸心と、絞り成形を行った端部の軸心とが偏心・偏角している触媒コンバータを示す側面断面図である。
【図６】スピンニング加工装置にて、検出した駆動モータの負荷トルクに基づきフィードバック制御を行う際のフローを示す図である。
【図７】送り用駆動モータおよび絞り用駆動モータにおける、フィードバック制御を行った場合の負荷トルクとフィードバック制御を行わなかった場合の負荷トルクとの差異を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  軸頭部
２  治具部
３  制御部
５  管材
１３  回転用駆動モータ
１４  絞り用駆動モータ
１４ａ  絞り用トルク検出手段
１９  成形ローラ
２３ａ・２３ｂ  クランプ
５１  送り用駆動モータ
５１ａ  送り用トルク検出手段
【図１】
2005186142.tif 000003
【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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