JP4262188B2 - ツール径可変型ローラバニシングツール - Google Patents
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Description
ローラバニシング加工の原理は、金属表面をローラで転圧して、「山の部分」を押し潰して、加工面を平滑に仕上げるもので、塑性加工法の一種である。研削加工と異なり、短時間で表面粗さが向上するとともに、表面が加工硬化するため、被加工面は、機械的強度が向上し、耐久性、耐磨耗性にも優れている。バニシング加工の例として、図10にギアシャフトの加工例を示す。
株式会社スギノマシン、ホームページ(ローラバニシング工具CSA型、SA型) (http://www.sugino.com/menu/menu_index/yoto/idx_roller_b.html)
図11は、従来のバニシング加工の加工表面の状態を示す図であり、(a)は加工前の状態を示し、(b)は加工後の状態を示す。図11(b)に示すように、ワーク入口部において、バニシング加工により、1.5ミクロン程度、加工表面が盛り上がっているのがわかる。
このような盛り上がり現象は、非常に微小ではあるが、高精度・高耐久性が要求される重要機能部品や精密部品等においては、大きな問題となる。したがって、必要に応じて、前加工で予めこの盛り上がり量を見込んでその部位をテーパ状に加工したり、バニシ代を小さく設定したりして、盛り上がりを防止していた。
そこで、本発明は、被加工面の塑性流動を防止して、より平坦で良好な加工表面を形成できるツール径可変型のローラバニシングツールを提供することを課題とする。
このように、本発明に係る内径加工用のツール径可変型ローラバニシングツールにおいては、シリンダ部を各導入口からそれぞれ流体圧力室まで通じる流路を備えたシャンクおよびヘッドホルダを備えて構成したことにより、各流体圧力室にそれぞれの流路から圧力流体を導入、または排出し、シャンクの前端側に形成された穴に内装された可動ハブを軸方向にスライドさせ、ヘッドとローラの相対位置関係を変化させることによって、バニシング加工途中においても、所定の位置でツール径を自動的に変化させることができる。
このように、本発明は、流体圧力室にシムリングを配置したことにより、そのシムの厚さ、枚数の変更により、可動ハブのスライド量を調整することができる。
このように、本発明は、流体圧力として、エア等を使用する構成としたことにより、動力源の入手が容易であり、扱い易く、しかも汚染等を防止することができる。
以下、本発明を実施するための第1の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係るローラバニシングツール(以下、単に「ツール」という場合がある。)は、外周面加工用の例を示し、流体圧力として、エア圧を採用している。図1は、本実施形態に係るローラバニシングツールの構成を示す図であり、(a)はツール前端側を示す左側面図であり、(b)は半断面を示す正面図である。図2は、ツールの前端側の構成を示す図1(b)の部分拡大図であり、図3はツールの後端側の構成を示す図1の部分拡大図である。なお、各図において、ローラ2の構造等の詳細部は誇張して図示する場合があり、また、図2においては、説明の便宜上、スイベルジョイントを図面上省略している。
ここで、ツールの前端側(先端側)とは、転圧加工のローラを備えた側をいい、ツールの後端側とは、加工機に装着されるシャンク5の装着部を有する側をいう。また、この用語は、ツール1の各構成部材についても適用する。
シャンク5の先端側の拡径された段部5aは、有底の筒状を形成し、内周側にはフレーム3が装着され、外周面にはブッシュ5dを介して可動ハブ6が摺動自在に嵌挿される。
シャンク5の胴体部には、ハウジング8が雄ねじ5bに螺合されているため、このハウジング8を回転することにより、ハウジング8を前進または後退できるように構成されている。
シャンク5の後部には、図面上で、上側が平坦に削ぎ落とされたフライスカット面5eを備えており、ハウジング8のストッパの機能を果たすアジャストリング14が装着される。
フレーム3は、有底の円筒形状をなし、先端部にはローラ2が回転自在に円周上に9個等間隔に配列されている(図1(a)参照)。図2に示すように、フレーム3の底部は肉厚に形成され、ディスタンスブロック16が挿入される穴3bを備えている。また、外周面の後端側には、若干縮径された段部3aを備えており、この段部3aをシャンク5前端側内周面の段部と嵌合させている。
具体的には、フレーム3の底部後端面3c側には、スラストベアリング16cを配置し、フレーム3の底部内周面側にも、スラストベアリング16cを配置し、さらに、その上に波ワッシャ16dを装着してディスタンスブロック16のつば16aでフレーム3を保持し、フレーム3を取付ボルト16eでシャンク5に回転可能に挟持している。
ここで、外径加工用のツール径Dとは、ツール1による転圧加工の加工径をいい、円周上に配置された複数のローラ2に内接する包絡線で形成される内接円の径を意味する。
ヘッド4の内周面前端側は、ローラ2の外周面と線接触により、互いに係合して当接するように構成されており、ローラ2のテーパ角θに合わせて、ヘッドの内周面前端側が拡径され、後端側が縮径されたテーパ角θを備えている。ヘッド4の内周面後端は、ローラ2が装着されたフレーム3が挿入されるため、フレーム3の外径より若干大きい内径を備えている。
可動ハブ6は、その内周面が、シャンク5前部の拡径された段部5aの外周面にブッシュ5dを介して嵌挿され、シャンク5と摺動して、軸方向にスライド移動可能に構成されている。可動ハブ6の前端側は、ヘッド4の外周面の段部4aに嵌入され、ヘッド4と一体的に回り止めねじ6eで固定されている。
したがって、可動ハブ6とヘッド4とは、一体で回転するとともに、可動ハブ6のスライド移動に伴って、ヘッド4も軸方向にスライド移動するように構成されている。
また、可動ハブ6は、フランジ81と一体回転可能にノックピン6fで連結されているため、フランジ81およびフランジ81と一体に連結されたハウジング8とも一体回転可能に構成されている。
ただし、フランジ81とは、ノックピン6fで結合されているため、可動ハブ6は、このノックピン6fの軸方向にはスライド移動可能である。具体的には、ノックピン6fは、可動ハブ6側には圧入されているが、フランジ81側とは所定のクリアランスが設けられており、摺動可能に構成されている。
なお、メンテナンス性等を考慮して、ヘッド4と可動ハブ6とは、分割構造としたが、これに限定されることはなく、一体構造とすることも可能である。また、可動ハブ6は、外周面につば6aを備えた一体的な構成としたが、これに限定されるものできなく、前記つば6aを前記外周面から分割して構成してもよい。
また、フランジ81のつば面には、ハウジング8に形成されたエア流路を避けて、6箇所の座ぐり穴が備えられており、フランジ81は、固定ねじ18により、ハウジング8の前端面に固着されている。
なお、請求項1に記載の「ハウジング」は、このフランジ81を備えた構成のハウジングを意味する。このように、「ハウジング」は、適宜、分割構造とすることが可能である。
前端側の拡径部82は、有底の円筒形状をなしており、内周面は、2段階の段部が形成され、前側の拡径された段部8aは、可動ハブ6のつば6aの外周面と嵌合され、後側の縮径された段部8bの内周面は、可動ハブ6のつば下後側の外周面6dと嵌合される。そして、底部には、シャンク5が挿入される穴8cが形成され、この穴8cはハウジング8の縮径部83の後端まで貫通している。なお、拡径部82の外周面は、ツール1の外形を構成している。
ハウジング後端側の縮径部83は、その内周面には、シャンク5と螺合される雌ねじ8dが形成され(図3参照)、外周面中央部には、ボールベアリング93、回転軸シール94を介してスイベルジョイント91,92が嵌装され、外周面の後端部には、若干縮径して、ストッパ95が装着される雄ねじ8eが形成されている。
また、ハウジング8の後端面には、円周上に複数の凹溝8fが配列され、アジャストリング14の端面に放射状に形成された複数の凸状の爪14bと嵌合される。
図3に示すように、第1流路84は、第1スイベルジョイント91に形成された第1導入口91aの第1導入室912aから第1圧力室10まで連通する流路であり、第2流路85は、第2スイベルジョイント92に形成された第2導入口92aの第2導入室922aから第2圧力室11まで連通する流路である。
図2に示すように、第1圧力室10は、可動ハブ6のつば6aの前方に位置し、ハウジング8の内周面段部8aと、フランジ81後端面と、可動ハブ6のつば面と、可動ハブ6の前端側外周面6cとで囲まれたリング状の空洞に形成されている。
一方、第2圧力室11は、可動ハブ6のつば6aの後方に位置し、ハウジング8の内周面段部8aと、その内周面段部8aの底部8dと、および可動ハブ6の後端側外周面6dとで囲まれたリング状の空洞に形成されている。
かかる構成により、シムリング13の厚みや枚数を変更することにより、可動ハブ6のスライド移動量を変更することができ、ツール径の変化量を調整し、適切なバニシ代を設定することが可能になる。
図3に示すように、スイベルジョイント9は、第1スイベルジョイント91と、第2スイベルジョイント92と、ボールベアリング93と、回転軸シール94と、ストッパ95とを備えて構成されている。
第1スイベルジョイント91の内周面の前端側には、ボールベアリング93が嵌入されており、ハウジング8に対して、回転自在に構成されている。また、前記第1連通孔911aにつながる第1導入室912aの両側には、回転軸シール94が配置されており、第1導入室912aの気密を確保するとともに、第1導入室912aと第2導入室922aとが隔離されている。
第2スイベルジョイント92の内周面の後端側には、ボールベアリング93が嵌入されており、ハウジング8に対して、回転自在に構成されている。また、前記第2連通孔921aにつながる第2導入室922aの両側には、回転軸シール94が配置されており、第2導入室922aの気密を確保するとともに、第1導入室912aと第2導入室922aとの流通が遮断されている。
また、アジャストリング14には、ハウジング8の後端面と対面する端面に凸状の爪14bが数箇所設けられており、この爪14bをハウジング8の後端面の凹溝8fに嵌入させて、ハウジング8をシャンク5と一体回転可能に固定している。
ツール径調整機構は、ローラ2の外周面に形成された軸方向に沿うテーパとヘッド4の内周面に形成されたテーパ面との嵌合の位置関係を調整することにより、ツール径を調整する機構である。
すなわち、ローラ2は、フレーム3を介してシャンク5に固定されているため、ヘッド4をローラ2に対して相対的に前進させると、ヘッド4の内周面の縮径されたテーパ面がローラ2と当接し、ツール径は縮小される。一方、ヘッド4をローラ2に対して後退させると、ツール径Dは拡大する。このヘッド4を前進または後退させる機構がツール径調整機構を意味する。
具体的には、シャンク5の中央部外周面には、ハウジング8の内周面が螺合されており、ハウジング8には、フランジ81および可動ハブ6を介してヘッド4が連結されているため、ハウジング8をシャンク5に対して回転することにより、ヘッド4を前進または後退させ、ヘッド4とローラ2との位置関係を調整して、ツール径Dを調整することができる。このツール径Dの調整機構により、ワークの前加工寸法に対して、予め適切なバニシ代を設定することができる。なお、ツール径Dの調整後は、アジャストリング14の爪とハウジング端面の凹溝8fを嵌合させ、アジャストリング14の止めねじ14cでアジャストリング14をシャンク5に固定している。
図4は、本実施形態に係るツールの導入口に導入するエア配管を示す図である。図4に示すように、エア源からエアコンビネーションACを経由して、切換バルブCVのPポートからAポートへ連結され、第1導入口91aの第1連通孔911a、および第1導入室912aを経て、ハウジング8の第1流路84から第1圧力室10へ圧力エアが供給される。一方、第1圧力室10へ圧力エアが供給されると、可動ハブ6は後方へ移動し、それに伴い、第2圧力室11のエアは、ハウジング8の第2流路85を通り、第2スイベルジョイントの第2導入口92aの第2導入室922aへ入り、第2連通孔921aを経由して切換バルブCVのBポートからRポートへ向かい、大気中へ排出される。この経路を辿る場合には、ツール径Dは拡大側にシフトされる。
ここで、エアコンビネーションACは、エアフィルタ、およびエアレギュレータ等により構成されている。また、切換バルブCVは、ソレノイドバルブ、またはメカニカルバルブを使用して、位置センサ、ドグまたはMコード等により、電気的または機械的にバルブを切り換えることができる。なお、本実施形態においては、ローラレバー式の5ポートメカニカルバルブを使用している。
図5および図6に示すように、第1導入口91a、および第2導入口92aにはカプラ151を接続して切換バルブCVからエアを導入している。そして、治具のフレーム152からアーム153を介して、スイベルジョイント91,92を保持している。
また、アーム153には、ドグプレート154が連結されており、このドグプレート154が切換バルブCVのローラレバーCVaに当接すると(図6参照)、その位置でバルブが切り換わるように構成されている。
なお、本実施形態においては、トルクコンバータの加工用の治具を示したが、エア配管治具の構成は、ワークの形状等に合わせて適宜定めるものである。
図7は、本ツールの作用を説明するための加工手順を示す工程図であり、(a)は加工開始前、(b)は加工開始位置、(c)はツール径の変更位置、(d)は加工終了位置を示す。本図では、便宜上、ワークを加工機のベッドに固定し、ツール1をマシニングセンタ等の加工機のスピンドル軸に装着したものを想定している。
この状態で、図7(b)に示すように、ワークの被加工面Waにローラ2の先端が到達し、バニシ加工が開始され、さらに、図7(c)に示す位置まで、ツールは加工機により前進して、ワーク入口部のバニシング加工を行う。ワーク入口部においては、金属表面の塑性流動が生じやすいため、この箇所のバニシ代は他の部分より若干小さく設定される。
なお、本実施形態においては、図7(d)に示すように、切換後のバニシ代を0.1mmとしている。また、図7(b)の位置から(c)の位置までのワークの入口部の範囲を、一例として、1mmとしているが、これらの設定値は、ワークの材質および前加工状態等に即して、試し加工の後、適宜定められるものである。
かかる作用により、塑性流動の発生しやすいワーク入口部では、バニシ代を小さくして、塑性流動を防止しながら、その箇所を通過した時点で、ツール径を変化させて、通常のバニシ代を確保することにより、加工性能を向上させながら、塑性流動による盛り上がりを防止して、より平坦で良好な加工表面に仕上げることができる。
この加工表面の状態を図8に示す。図8(a)は加工前の被加工面の状態を示すグラフ、(b)は本ツール径可変型バニシングツールで加工した場合の被加工面の状態を示すグラフである。これらのグラフにおいて、縦軸には面粗度を、横軸にはワークの位置を示している。図8(b)と図11(b)とを比較すると、本ツールによれば、ワーク入口部の加工表面の盛り上がりを防止できることがわかる。
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、内径加工用のツール径可変型ローラバニシングツールであり、第1の実施形態に係る外径加工用のローラバニシングツールと技術思想は同一であるので、構成が相違する点のみを説明する。
シャンク5′の前端側は、途中止めの穴が形成され、有底の円筒状を構成しており、前記穴の内周面には可動ハブ6′がシャンク軸方向に摺動自在に内装されている。
なお、本実施形態においては、ハウジングは構成されておらず、スイベルジョイント9′の各導入口91a′,92a′からシャンク5′に形成された第1流路84′、第2流路85′を通り、それぞれ直接第1圧力室10′および第2圧力室11′に連通されている。
このように、本実施形態においては、可動ハブ6′は、テーパヘッド41′およびヘッド軸42′を備えて構成されるヘッド4′に連結されており、可動ハブ6′のスライド移動により、テーパヘッド41′がローラ2′に対して相対移動することによって、ツール径D′を変化させる構成としている。
ここで、外径加工用のツール径D′とは、ツールによる転圧加工の加工径をいい、円周上に配置された複数のローラ2′の外接円の径を意味する(図9参照)。
なお、本実施形態においては、可動ハブ6′の外周面につばを備えて構成したが、これに限定されるものではなく、必ずしもつばを形成する必要はない。
すなわち、ヘッド軸42′は、ヘッドホルダ43′の内周面に嵌合して保持され、このヘッドホルダ43′が、シャンク5′前端側に形成された前記穴の内周面に嵌合され、前記穴を塞ぐように配置されて固定ボルト45′で固着されている。
また、ヘッドホルダ43′とヘッド軸42′とは、ヘッド軸42′に圧入されたキー44′で連結されているため、一体回転可能であるとともに、ヘッド軸42′は、このキー44′に沿ってスライド移動可能に構成されている。
カバー33′は、リング状に形成され、内周面には段部を備え、この段部に雌ねじが形成され、調整リング34′の前端に螺入されている。
フレーム3′は、フレームヘッド31′と、このフレームヘッド31′に連結されるフレームホルダ32′を備えて構成されている。フレームヘッド31′は、円筒状をなし、前部にはローラを円周上に装着している。
前記フレームホルダ32′は、円筒形状をなしており、その外周面には、3つの段部32a′,32b′,32c′を備えている。この段部31a′は、ツール外形面を構成し、その前端部には、雄ねじが形成されており、フレームヘッド31′が螺入されている。段部32b′には、カバー33′の内周面が嵌合される。また、このカバー33′とそれに対面するフレームホルダ32′の後部側つば面との間には、スプリング35′が配置されており、ローラ2′を後方へ付勢している。
また、本実施形態におけるシリンダ部(請求項1に記載の「シリンダ部」に相当)は、主としてシャンク5′とヘッドホルダ43′で構成され、シャンク5′の前端側に形成された穴の内部に第1圧力室10′および第2圧力室11′が形成されている。具体的には、第1圧力室10′は、可動ハブ6′の前部に形成されており、シャンク5′の穴の内周面、ヘッドホルダ43a′の後端面、ヘッド軸42′、および可動ハブ6′で囲まれたリング状の圧力室であり、第2圧力室11′は、可動ハブ6′の後部に形成されており、シャンク5′の穴の内周面、シャンク5′穴の内周面の底部、および可動ハブ6′の後端面で囲まれた円盤状の圧力室である。
一方、第2スイベルジョイント92′に形成された第2導入口92a′から第2圧力室11′へ通じる第2流路85′は、第1流路84′の後方に配置され、シャンク5′の外周面から内周面側に貫通しており、第2導入口92a′に形成されたリング状の第2導入室922a′から第2圧力室11′に達している。
例えば、本実施形態においては、流体としてエアを採用したが、請求項1に係る発明においては、油圧を使用することもできる。既存設備の内容、および制御速度等種々の条件から任意に選択することができる。
2,2′ ローラ
3,3′ フレーム
31′ フレームヘッド
32′ フレームホルダ
33′ カバー
34′ 調整リング
35′ スプリング
36′ スラストベアリング
37′ 固定リング
4,4′ ヘッド
41′ テーパヘッド
42′ ヘッド軸
43′ ヘッドホルダ
44′ キー
45′ 固定ボルト
5,5′ シャンク
6,6′ 可動ハブ
8 ハウジング
81 フランジ
82 拡径部
83 縮径部
84,84′ 第1流路
85,85′ 第2流路
9,9′ スイベルジョイント
91,91′ 第1スイベルジョイント
91a,91a′ 第1導入口
911a,911a′ 第1連通孔
912a,912a′ 第1導入室
92,92′ 第2スイベルジョイント
92a,92a′ 第2導入口
921a,921a′ 第2連通孔
922a,922a′ 第2導入室
93,93′ ボールベアリング
94 回転軸シール
95 ストッパ
96 連結ボルト
10,10′ 第1圧力室
11,11′ 第2圧力室
14 アジャストリング
16 ディスタンスブロック
18 取付ボルト
19 固定ボルト
21 パッキン
22 シールリング
23 Oリング
AC エアコンビネーション
CV 切換バルブ
θ テーパ角
D、D′ ツール径
Claims (4)
- 加工機に装着するシャンクと、このシャンクの先端側に同軸上に回転自在に結合された円筒状のフレームと、このフレームの円周上に回転自在に複数装着され、テーパを備えたローラと、この複数のローラに外接するように、前記ローラの前記テーパに対応したテーパを備え、前記シャンクと一体回転可能なヘッドとを有し、前記ローラと前記ヘッドとは、前記シャンク軸方向に対し、相対的にスライド移動することにより、ツール径を調整するツール径調整機構を備えたツール径可変型ローラバニシングツールであって、
前記ローラを装着したフレームまたは前記ヘッドと一体的に結合され、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに外嵌された可動ハブと、
この可動ハブを取り囲むように形成され、前記可動ハブを前記シャンク軸方向に摺動自在に保持するシリンダ部と、
このシリンダ部の内部に形成され、前記可動ハブを仕切りとして、前記可動ハブの前後に形成された2つの独立した流体圧力室と、
この流体圧力室にそれぞれ連通される流体の導入口を有し、前記シャンク軸に対し、回転自在に嵌装されたスイベルジョイントと、
前記導入口から前記各流体圧力室に通じる前記シリンダ部に形成された2系統の流路と、を備え、
前記ヘッドは、円筒状に形成され、その内周面が前記複数のローラに外接するように前記ローラを装着したフレームに嵌装され、
前記可動ハブは、外周面につばを備えた円筒状に形成され、前記ヘッドと一体に結合されるとともに、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに外嵌され、
前記シリンダ部は、前記シャンクに一体回転可能に外嵌されたハウジングで構成され、このハウジングの内周面で前記可動ハブのつばの外周面を摺動自在に保持し、
前記2つの独立した流体圧力室は、前記可動ハブの前記つばを仕切りとして、そのつばの前後にそれぞれ形成されたことを特徴とする外周面加工用のツール径可変型ローラバニシングツール。 - 加工機に装着するシャンクと、このシャンクの先端側に同軸上に回転自在に結合された円筒状のフレームと、このフレームの円周上に回転自在に複数装着され、テーパを備えたローラと、この複数のローラに内接するように、前記ローラの前記テーパに対応したテーパを備え、前記シャンクと一体回転可能なヘッドとを有し、前記ローラと前記ヘッドとは、前記シャンク軸方向に対し、相対的にスライド移動することにより、ツール径を調整するツール径調整機構を備えたツール径可変型ローラバニシングツールであって、
前記ローラを装着したフレームまたは前記ヘッドと一体的に結合され、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクに内装された可動ハブと、
この可動ハブを取り囲むように形成され、前記可動ハブを前記シャンク軸方向に摺動自在に保持するシリンダ部と、
このシリンダ部の内部に形成され、前記可動ハブを仕切りとして、前記可動ハブの前後に形成された2つの独立した流体圧力室と、
この流体圧力室にそれぞれ連通される流体の導入口を有し、前記シャンク軸に対し、回転自在に嵌装されたスイベルジョイントと、
前記導入口から前記各流体圧力室に通じる前記シリンダ部に形成された2系統の流路と、を備え、
前記ヘッドは、棒状に形成され、その外周面が前記複数のローラに内接するように前記ローラを装着したフレームに嵌装され、
前記シャンクの前端側には、前記シャンク軸方向に途中止めの穴が形成され、この穴を塞ぐように、内周面を備えた円筒状のヘッドホルダが前記シャンクの前端側に固着され、
前記可動ハブは、前記シャンク軸方向に摺動可能に前記シャンクの穴に内装されるとともに、前記ヘッドホルダの内周面に摺動自在に貫通されて、前記シリンダの穴内に到達するように配置された前記ヘッドと一体に結合され、
前記シリンダ部は、前記シャンクと、前記ヘッドホルダとを備え、
前記ヘッドホルダの内周面と前記ヘッドの外周面とをキーで連結して、前記シャンクと前記ヘッドとが一体として回転しながら前記キーに沿って当該ヘッドがスライド移動可能に構成したことを特徴とする内周面加工用のツール径可変型ローラバニシングツール。 - 前記2つの流体圧力室の少なくとも一方に前記シャンク軸方向の摺動移動量を規制する方向にシムリングを配置したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のツール径可変型ローラバニシングツール。
- 前記圧力流体は、エアまたは不活性ガスであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のツール径可変型ローラバニシングツール。
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