JP2005186142A - Spinning device - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a spinning processing apparatus that performs drawing processing of a tube material by rotation, and is capable of controlling molding conditions to shorten the molding time.
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。
In general, a processing apparatus for forming a tube material by rotation, such as spinning processing or flow forming processing, includes a driving motor for drawing to change the amount of drawing, a forming roller for performing drawing processing, and a workpiece. A plurality of drive motors are provided, such as a feed drive motor for moving the tube material to change the throttle position.
The molding conditions of the workpiece, such as the molding rotation speed and the drawing amount of the molding roller and the pipe material, are determined by the driving rotation speeds of these drive motors. These molding conditions are preset in the machining apparatus as NC programs. Has been.
The molding conditions set in the processing equipment are often set to constant conditions from the start of molding to the end of molding, but the size of the load applied to each drive motor during molding changes with time, so molding The conditions are not always constant, but are preferably controlled according to the magnitude of the load and the molding process.
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。 Therefore, the processing apparatus disclosed in Patent Document 1 is configured to perform molding while changing the control state during the molding process. In other words, the control of the pressing operation of the clamp shaft for clamping the pipe material is performed by position control at the time of drawing, and different control is performed depending on the forming process, such as by force control at the time of ironing.
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。
When the above-described processing apparatus is a spinning processing apparatus, the magnitude of the load applied to the drawing drive motor and the feed drive motor affects the quality of the workpiece and the molding time.
That is, when an excessive load is applied to the aperture drive motor and the feed drive motor, there arises a problem that a defect occurs in the workpiece or the life of the machining apparatus is reduced. Conversely, if one or both of the aperture drive motor and the feed drive motor is in a state where an excessive load is applied, the molding efficiency is lowered and the molding time is prolonged.
In addition, when molding is performed with the molding roller driving condition, which is the molding condition of the tube material, being constant, the load torque applied to the diaphragm driving motor and the feed driving motor changes with time.
However, in the processing apparatus shown in Patent Document 1 described above, only the control of the pressurization operation by the hydraulic cylinder of the clamp shaft is changed according to the molding process, but the driving conditions of the molding roller constituting the molding conditions of the tube material Since there is no change in the process of molding, there is a case where a defect occurs in the work piece or the molding time becomes long.
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。 Therefore, in the present invention, the magnitude of the load applied to the aperture drive motor and the feed drive motor is detected, and the molding conditions are controlled based on the detected values, and the generation of defective products is suppressed in a short time. A spinning processing apparatus capable of performing stable molding is provided.
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。
A spinning processing apparatus that solves the above problems has the following characteristics.
That is, a spinning processing apparatus that performs tube drawing processing by rotation as in claim 1, a feed drive motor for changing the drawing position, and a drawing drive motor for changing the drawing amount; A feed torque detecting means for detecting the load torque of the feed drive motor; a throttle torque detecting means for detecting the load torque of the drive motor for the throttle; and a control means for controlling the molding conditions. Controls the molding conditions based on the detection values of the feed torque detecting means and the throttle torque detecting means.
This prevents the generation of defective products due to excessive load torque, the reduction of equipment life, and the lengthening of molding time due to excessive load torque, enabling stable and highly accurate molding and shortening the molding time. Thus, the production efficiency can be improved.
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。
According to a second aspect of the present invention, when the detected values of the feeding torque detecting means and the throttle torque detecting means are excessive with respect to the set values, the control means is a drive motor whose detected value is excessive. At least one molding condition of the molding rotational speed, feed speed, and throttle amount is reduced so that the detected torque of the feed torque detecting means and the throttle torque detecting means becomes the set value. On the other hand, if it is too small, at least one molding condition of the molding rotational speed, the feed speed, and the amount of drawing is increased so that the load torque of the drive motor whose detection value is too small becomes the set value.
As a result, the control is easy and the reaction can be performed quickly, and a highly accurate control can be performed.
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。
According to the present invention, generation of defective products due to excessive load torque, reduction in equipment life, and prolonged molding time due to excessive load torque can be prevented, and stable and highly accurate molding can be performed. It is possible to shorten the time and improve the production efficiency.
In addition, the control is easy and the reaction can be performed quickly, so that highly accurate control can be performed.
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。
Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the configuration of the spinning processing apparatus will be described.
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the spinning processing apparatus has a function of rotating a
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。
In the shaft head 1, the
Further, the
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。
A
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。
An
The forming
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。
Further, a
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。
On the other hand, the
The
In addition, as the
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。
The
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。
The control unit 3 includes an
Further, the
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。
Predetermined molding conditions are input as NC programs in advance to the
The molding conditions include the rotational speed of the
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。
Based on these molding conditions, a drive command for each
Further, the
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。
Further, during the drawing process, load torques applied to the
The
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。
FIG. 4 shows a
The
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。
When the
That is, when the forming
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。
In the
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)。
In other words, the
Further, since the
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。
The spinning processing apparatus performs control by feeding back the detection values of the drawing torque detecting means 14a and the sending torque detecting means 51a to the
First, it is determined by the
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)。
When it is determined that the spinning apparatus is in the process of forming, the load torque applied to the
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。
If it is determined that the load torque is equal to or greater than the set value, the molding rotation speed, the feed speed, and the amount of squeezing are reduced so that the load torque of the drive motor determined to be equal to or greater than the set value becomes the set value. The
Conversely, if it is determined that the load torque is smaller than the set value, the molding rotational speed, feed speed, and throttle amount are set so that the load torque of the drive motor determined to be smaller than the set value becomes the set value. The
As a result, the load torques of the
In addition, when decreasing or increasing the molding rotational speed, the feeding speed, and the amount of drawing, it is preferable to gradually decrease or increase rather than rapidly decreasing or increasing.
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。
FIG. 7 shows the difference in change over time in the load torque of the
According to FIG. 7, when feedback control is not performed, the load torques of the
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。
As described above, the load torque of the
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。
Further, the
It should be noted that the adjustment of the molding conditions such as the molding rotational speed, the feed speed, and the amount of drawing does not always have to be increased / decreased, and it is sufficient to adjust at least one of the molding conditions as necessary.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
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。 A spinning processing device that performs drawing processing of a tube material by rotation,
A drive motor for feeding to change the aperture position, and a drive motor for aperture to change the aperture amount;
A feed torque detecting means for detecting the load torque of the feed drive motor, and a throttle torque detecting means for detecting the load torque of the throttle drive motor;
Control means for controlling the molding conditions,
The spinning device according to claim 1, wherein the control unit controls molding conditions based on detection values of the feeding torque detecting unit and the drawing torque detecting unit.
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。
When the detected values of the feed torque detecting means and the throttle torque detecting means are excessive with respect to the set value, the control means is configured so that the load torque of the drive motor whose detected value is excessive becomes the set value. And reducing at least one molding condition of molding rotational speed, feed speed, and drawing amount,
When the detection values of the feed torque detection means and the throttle torque detection means are too small with respect to the set value, the molding rotational speed is set so that the load torque of the drive motor whose detection value is too small becomes the set value. The spinning processing apparatus according to claim 1, wherein at least one molding condition of a feed rate and a drawing amount is increased.
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