JP3834214B2 - 加工装置 - Google Patents
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Description
【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成形ロールが取り付けられたロールヘッドが進退送り自在に取り付けられた昇降台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60、70、80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ロールヘッド61、71、81が設けられている。ロールヘッド61、71、81には、それぞれ、成形ロール60、70、80が回転可能に取り付けられている。
ここで、図6におけるx方向はスピニング加工装置の背面〜正面方向であり、y方向はスピニング加工装置の左右方向であり、z方向はスピニング加工装置の上下方向を示す。
【0003】
なお、以下に従来のスピニング加工装置を、図8、図9を参照して説明する。
ロールヘッド61、71、81を昇降台20上で水平方向に進退送り自在に取り付けるための構成を、例えば、機械の奥側から正面に向かって進退される図8に示すロールヘッド81について説明する。ロールヘッド81にベアリングブロック190、191が設けられている。そして、昇降台20にガイドレール182が設けられている。ベアリングブロック190、191とガイドレール182でガイド機構(進退案内機構)が構成されている。
図8Aは、成形ロール80の回転中心が加工を行う前の原位置P0(待機位置)にある場合の図6のB矢視方向から見た断面図であり、昇降台20とロールヘッド81と成形ロール80の位置関係、及びベアリングブロック190、191とガイドレール182との位置関係を示している。同様に、図8Bは、成形ロール80の回転中心が被加工物1を加工する加工位置P1にある場合の断面図である。図8Bに示す加工位置P1では、ベアリングブロック190、191はガイドレール182のx方向の限界位置まで移動している。すなわち、図8Bに示す加工位置P1が、成形ロール80のx方向への移動の限界位置である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、成形ロール60、70、80は、例えば、加工精度を維持するためや、加工の方法を変更するために交換する場合がある。交換する時には、成形ロール60、70、80を交換し易い所定の進退方向の位置に移動させ、手作業で交換を行う。
従来のスピニング加工装置では、前記したように、図6の紙面上側である機械の奥側に配置した成形ロール80(図6の紙面下側が機械正面。)を、被加工物11を加工する加工位置P1(図6、図8Bに示されている位置)よりも正面側(x方向)に移動させることはできない。また、成形ロールは、通常、数十kgの重さを有している。さらに、作業者は、一般的にスピニング加工装置の正面側で成形ロールの交換を行う。このため、加工装置正面から見て奥側の成形ロール80を交換する場合には、成形ロール80を、作業者の手元近くまで移動させることができず、交換作業が困難であった。
なお、従来のように、ロールヘッド81にベアリングブロック190、191を取付け、昇降台20にガイドレール182を取付ける構成では、成形ロール80を図8Bに示す加工位置P1よりも更に正面側(x方向)の交換位置Peに移動可能にするためには、ベアリングブロック190、191の位置を、図9に示すように、スピニング加工装置の背面側(x方向)寄りに設ける必要がある。これにより、成形ロール80を、図8Bに示す加工位置P1よりも更に正面側(x方向)に移動させることができる(図9Cに示す、成形ロールの交換位置Pe)。しかしながら、このように構成すると、昇降台20がロールヘッド81を支持する2点(ベアリングブロック190、191の位置)に対する成形ロール80の支持点(回転中心)のオーバーハング量“d2”が大きくなるため、ロールヘッド81の支持剛性が低下する。特に加工時におけるロールヘッドの支持剛性が低下すると、加工精度に影響する。
そこで、本発明は、成形ロールの交換作業が容易であり、加工時におけるロールヘッドの支持剛性の高い加工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】
上記目的を解決するために、本実施の形態に記載の発明は、基体と、この基体上で被加工物を回転自在に支持する被加工物支持装置と、前記被加工物を成形する成形ロールを回転自在に支持するロールヘッドと、このロールヘッドを前記基体に対して前記被加工物の回転軸線を横切る方向に進退送り可能に案内する進退案内機構とを備える加工装置において、前記進退案内機構は、前記成形ロールが被加工物から遠ざけられた原位置から被加工物に当接する加工位置を通り過ぎた交換位置まで移動できるように前記ロールヘッドを進退送り可能に案内可能であると共に、前記ロールヘッドが前記加工位置にあるときの前記成形ロールの回転中心と前記ロールヘッドの案内支持点との距離を、前記ロールヘッドが前記交換位置にあるときの成形ロールの回転中心と前記ロールヘッドの案内支持点との距離よりも短くするように構成されていることを特徴とする加工装置である。
ここで、「基体」とは、加工装置の基台に設けられ、固定されている部材を示す。
本実施の形態に記載の加工装置によれば、成形ロールの交換作業が容易であり、加工時におけるロールヘッドの支持剛性が高い。
【0006】
また、本実施の形態に記載の発明は、上記の加工装置であって、前記進退案内機構は、ガイドレールとこのガイドレール上を走行可能なベアリングブロックとからなり、前記ベアリングブロックを前記基体に対して水平方向に固定して設けると共に、前記ガイドレールを前記ロールヘッドに固定して設けることを特徴とする加工装置である。
本実施の形態に記載の加工装置によれば、公知のリニアガイド機構を使用できるので、進退案内機構の構成が簡単である。
【0007】
また、本実施の形態に記載の発明は、上記の加工装置であって、移動台を被加工物の回転軸線と平行な方向に移動可能に前記基体に案内し、前記ロールヘッドを前記移動台上で前記案内機構を介して被加工物の回転軸線を横切る方向に移動可能に案内することを特徴とする加工装置である。
本実施の形態に記載の加工装置によれば、成形ロールの交換作業が容易であり、加工時におけるロールヘッドの支持剛性が高い。
【0008】
また、請求項1に記載の発明は、基体と、この基体上に設けられ上下方向に延びる軸線の廻りに被加工物を回転自在に支持する被加工物支持装置と、平面的に観て略三角形に形成されたその一辺を機械の正面に向けて前記基体に上下方向に昇降可能に案内された昇降台と、この昇降台を昇降送りする昇降送り機構と、各々が被加工物を成形する成形ロールを回転自在に支持すると共に前記昇降台上においてこの昇降台の各頂点と重心とを結ぶ線上で水平方向に進退可能に設けられた3つのロールヘッドと、これら3つのロールヘッドを個々に進退送りするそれぞれの進退案内機構を備える加工装置である。
前記昇降台の重心は、前記被加工物の回転軸線上にあるように構成されており、前記3つのロールヘッドの内で機械正面に向かって進退送りされる正面ロールヘッドを前記昇降台上に案内する進退案内機構は、前記正面ロールヘッドの前記成形ロールが被加工物から遠ざけられた原位置から被加工物に当接する加工位置を通り過ぎた交換位置まで前記ロールヘッドを進退送り可能に案内可能である。
前記進退案内機構は、ガイドレールとこのガイドレール上を走行可能なベアリングブロックとからなり、前記昇降台には、前記被加工物及び前記被加工物支持装置を通すための孔部が設けられており、前記孔部の外周側における前記加工位置寄りの所定位置に前記ベアリングブロックを固定し、且つ前記ガイドレールを、前記正面ロールヘッドが前記原位置から前記交換位置まで移動可能な長さに設定して前記正面ロールヘッドに固定することで、前記正面ロールヘッドが前記加工位置にあるときの前記正面ロールヘッドの成形ロールの回転中心と前記ベアリングブロックによる案内支持点との距離を、前記正面ロールヘッドが前記交換位置にあるときの前記正面ロールヘッドの成形ロールの回転中心と前記ベアリングブロックによる案内支持点との距離よりも短くするように構成することを特徴とする加工装置である。
請求項1に記載の加工装置によれば、成形ロールの交換作業を加工装置の正面側で容易に行うことができ、また、加工時におけるロールヘッドの支持剛性が高い。
【0009】
また、本実施の形態に記載の発明は、上記の加工装置であって、前記1つのロールヘッドを前記昇降台上で案内する前記進退案内機構は、ガイドレールとこのガイドレール上を走行可能なベアリングブロックとからなり、前記ベアリングブロックを前記昇降台に固定して設けると共に、前記ガイドレールを前記1つのロールヘッドに固定して設けることを特徴とする加工装置である。
本実施の形態に記載の加工装置によれば、公知のリニアガイド機構を使用できるので、進退案内機構の構成が簡単である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図1〜図7に基づいて説明する。本実施の形態では、図5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は成形ロール80が回転自在に取り付けられたロールヘッド81が加工を行う前の原位置にある場合、図3はロールヘッド81が被加工物1を加工する加工位置にある場合、図4はロールヘッド81が成形ロール80を交換する交換位置にある場合の説明図である。図5は被加工物1の加工方法の一例を示す説明図である。図6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。図6において、下方がスピニング加工装置の正面側(作業者が操作作業をする側であり、機械正面。)である。図7Aは、原位置P0にロールヘッド81がある場合の昇降台20とロールヘッド81と成形ロール80の位置関係、及びベアリングブロック90、91とガイドレール82とからなるガイド機構(進退案内機構)の状態を示す断面図である。同様に、図7Bは、加工位置P1にロールヘッド81がある場合、図7Cは、交換位置Peにロールヘッド81がある場合の断面図である。
なお、本実施の形態では、交換位置Peは、主軸2の回転軸線上の位置Oと略一致しているが、位置Oよりもさらに機械正面寄りに設定してもよい。
【0011】
ここで、図1におけるx方向はスピニング加工装置の背面〜正面方向であり、y方向はスピニング加工装置の左右方向であり、z方向はスピニング加工装置の上下方向を示す。
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を図1においてz方向にスライド移動可能に支持する支持部材であるコラム132、133と、コラム132、133を直立状態で固定している基台10と、コラム132、133の上端部と連結固定されている上部機体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4a、主軸モータの回転を伝達するベルト4b、主軸ヘッド3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6に示すように、昇降台20をz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機構32のガイドレール、例えば、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z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機構33のガイドレール、例えば、1対のガイドレール33a、33bが取り付けられている。
【0012】
昇降台20は、例えば、平面略正三角形であり、各辺の2等分点と対角の延長線が交わる重心O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(つまり、三角形の略重心O)を横切る水平方向に、昇降台20に対して進退移動可能に取り付けられている。この構成及び動作については、図7を参照にして後述する。
また、昇降台20には、各ロールヘッドの駆動装置64、74、84が取り付けられている。駆動装置64、74、84は、例えば、ハイブリッドアクチュエータユニットである。各ユニットは、図2に示す駆動装置84について代表して説明すれば、モータMt、カップリングCp、ポンプPm、リザーバRs、油圧シリンダHcから構成されている。また、昇降台20のコラム132に対向する辺には、コラム132に取り付けられたガイドレール32a、32bに上下案内される、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とでリニアガイド機構32が構成されている。同様に、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とでリニアガイド機構33が構成されている。
【0013】
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25a、26a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25a、26aに供給し、昇降台送りシリンダ25a、26a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する。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6a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6aに供給し、心押軸送りシリンダ6a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6a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。
【0014】
次に、スピニング加工装置の動作について図2〜図5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64、74、84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(互いに、逆方向)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5A〜Dは、被加工物1の加工例を示す詳細図である。図5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5A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5B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5C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5Cの下方向)に所定の移動速度で移動させる。これにより、図5C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5D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5Dの下方向)に所定の移動速度で移動させる。これにより、図5D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。
成形ロールの種類、及び成形ロールにより被加工物1を押圧する位置と力、成形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。
【0015】
ところで、例えば、加工精度を維持するためや、加工の方法を変更するために、成形ロール60、70、80を交換する場合がある。成形ロールを交換する時には、成形ロール60、70、80を交換し易い所定の進退方向の位置に移動させ、手作業で交換を行う。
ここで、作業者が交換作業をする位置から奥側の位置(例えば、スピニング加工装置の正面から見て奥側の位置)にある成形ロール80を交換する場合について説明する。
本実施の形態では、図7に示すように、ロールヘッド81の昇降台20と対向する部分にガイドレール82が固定して設けられている。また、昇降台20の、ロールヘッド81と対向する部分にロールヘッド81に設けられたガイドレール82に対応する位置で、成形ロール80の取り付け位置側(x方向)の所定の位置に2個のベアリングブロック90、91が固定して設けられている。ロールヘッド81に設けられたガイドレール82と、昇降台20の所定の位置にロールヘッド81用に設けられたベアリングブロック90、91とでガイド機構(進退案内機構)が構成されている。
ロールヘッド81に設けられたガイドレール82は、ベアリングブロック90、91と嵌合し、図7Aに示す原位置P0から図7Bに示す加工位置P1を通過し、図7Cに示す交換位置Peまで、進退送り可能な構成となっている。
ロールヘッド61、71についても同様のガイド機構が構成されている。しかしながら、ロールヘッド61、71については、機械の正面側に配置されていて、成形ロール60、70の交換を比較的行い易いので、従来技術と同じ構成でもよい。すなわち、ロールヘッド61、71にベアリングブロックが、昇降台20の所定の位置にガイドレールが取り付けられていてもよい。
また、作業者が交換作業をする位置がスピニング加工装置の正面(機械正面)ではない場合には、作業者が交換作業をする方から見て奥側のロールヘッドについて、本実施の形態のように構成されているとよい。
【0016】
図7Aは、加工を行う前の原位置P0にロールヘッド81がある場合の昇降台20とロールヘッド81と成形ロール80の位置関係である。同様に図7Bは、被加工物1を加工する加工位置P1に成形ロール80がある場合の断面図である。(加工位置P1は、例えば、被加工物1の形状、加工の仕方等により変化する。)このように構成されたロールヘッド81及び成形ロール80では、図7Bに示す加工位置P1よりも更にx方向(機械正面側)に進んだ所定の交換位置Peまで成形ロール80を移動させることができる。
また、本実施の形態では、加工位置P1にロールヘッド81がある場合(被加工物1の加工時)は、昇降台20がロールヘッド81を支持する2点(ベアリングブロック90、91の位置)に対する成形ロール80の回転中心のオーバーハング量は、“d1”である。この場合、(加工位置での“d1”)<(交換位置での“d1”)である。
図8に示すような従来の構成では、交換位置Peまで、成形ロール80を移動させることができない。
また、同じく従来装置である、図9に示すような構成では、交換位置Peまで、成形ロール80を移動させることはできるが、加工時のベアリングブロック190、191の支持点に対する成形ロール80の回転中心のオーバーハング量は、“d2”である。この場合、ベアリングブロック190、191がロールヘッド81に設けられているので、(加工位置での“d2”)=(交換位置での“d2”)である。
本実施の形態のように、ベアリングブロック90、91を昇降台20の加工位置P1寄りの所定の位置に取り付けることにより、“d1”を、従来装置の“d2”よりも小さくすることができるため、加工時における昇降台20がロールヘッド81を支持している点と成形ロール80の中心点が近く、ロールヘッド81の支持剛性が高い。すなわち、加工時に、成形ロール80が安定しており、加工精度が向上する。
【0017】
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、成形ロール及び成形ロールを支持するロールヘッドの数は、いくつでもよい。
また、実施の形態では、ロールヘッドは、上下方向にスライド移動する昇降台に設けられているが、基台10に固定されている基体(コラム132、133等を含めても良い。)に進退送り可能に設けられていてもよい。
本発明を適用するのは、本実施の形態で説明したように、例えば、成形ロール80、ロールヘッド81、昇降台20のように成形ロールを交換する位置が作業者の手元から遠い場合だけでもよく、全部をこのように構成してもよい。
加工方法は、実施の形態で説明した方法に限定されない。
成形ロールを被加工物の加工部に押圧した状態で、主軸の軸線(ワークの軸線)に沿って移動させることができれば、昇降台20等を省略してもよい。
進退案内機構や主軸の軸線に沿って移動させるスライド移動機構は、種々の機構を用いることができる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項に記載された加工装置によれば、成形ロールの交換作業が容易であり、加工時におけるロールヘッドの支持剛性が高く、加工精度を高く維持できる。また、ロールヘッドの案内機構も、部品点数は従来装置と変わらないので、製造コストの上昇を招かない。
【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】 原位置に成形ロール80がある場合の説明図である。
【図3】 加工位置に成形ロール80がある場合の説明図である。
【図4】 交換位置に成形ロール80がある場合の説明図である。
【図5】 被加工物1の加工例を示す説明図である。
【図6】 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7】 本発明の実施の形態におけるロールヘッドの原位置、加工位置、及び交換位置の関係を示す説明図である。
【図8】 従来技術において、ロールヘッドの原位置、加工位置、及び交換位置の関係を示す説明図である。
【図9】 従来技術において、交換位置まで成形ロールが届くようにベアリングブロックを配置する場合のロールヘッドの原位置、加工位置、及び交換位置の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1 被加工物
2 主軸
5 心押軸
10 基台
20 昇降台
40 上部機体
60、70、80 成形ロール
61、71、81 ロールヘッド
82 ガイドレール
90、91 ベアリングブロック
Claims (1)
- 基体と、
この基体上に設けられ上下方向に延びる軸線の廻りに被加工物を回転自在に支持する被加工物支持装置と、
平面的に観て略三角形に形成されその一辺を機械の正面に向けて前記基体に上下方向に昇降可能に案内された昇降台と、
この昇降台を昇降送りする昇降送り機構と、
各々が被加工物を成形する成形ロールを回転自在に支持すると共に前記昇降台上においてこの昇降台の各頂点と重心とを結ぶ線上で水平方向に進退可能に設けられた3つのロールヘッドと、
これら3つのロールヘッドを個々に進退送りするそれぞれの進退案内機構を備える加工装置において、
前記昇降台の重心は、前記被加工物の回転軸線上にあるように構成されており、
前記3つのロールヘッドの内で機械正面に向かって進退送りされる正面ロールヘッドを前記昇降台上に案内する進退案内機構は、前記正面ロールヘッドの前記成形ロールが被加工物から遠ざけられた原位置から被加工物に当接する加工位置を通り過ぎた交換位置まで前記ロールヘッドを進退送り可能に案内可能であり、
前記進退案内機構は、ガイドレールとこのガイドレール上を走行可能なベアリングブロックとからなり、
前記昇降台には、前記被加工物及び前記被加工物支持装置を通すための孔部が設けられており、
前記孔部の外周側における前記加工位置寄りの所定位置に前記ベアリングブロックを固定し、且つ前記ガイドレールを、前記正面ロールヘッドが前記原位置から前記交換位置まで移動可能な長さに設定して前記正面ロールヘッドに固定することで、前記正面ロールヘッドが前記加工位置にあるときの前記正面ロールヘッドの成形ロールの回転中心と前記ベアリングブロックによる案内支持点との距離を、前記正面ロールヘッドが前記交換位置にあるときの前記正面ロールヘッドの成形ロールの回転中心と前記ベアリングブロックによる案内支持点との距離よりも短くするように構成する、
ことを特徴とする加工装置。
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