CN107000029B - 轴径增大装置和轴径增大方法 - Google Patents

Abstract

提供了轴径增大装置和轴径增大方法。该轴径增大装置包括：加压器，该加压器在轴向上将压力施加于轴的两端；载荷产生器，该载荷产生器在与轴向交叉的方向上，将交变载荷施加于轴的中间部；检测器，该检测器检测由于压力和交变载荷的施加而随着在轴向上的压缩以增大的中间部的外径；和控制器，该控制器控制加压器和载荷产生器。检测器包括被布置为与中间部的外周面接触的接触元件，从而基于接触元件的位移来检测外径。控制器基于检测到的外径而调整由加压器施加的压力并且停止中间部的压缩。

Description

轴径增大装置和轴径增大方法

技术领域

本发明涉及一种轴径增大装置和轴径增大方法。

背景技术

轴径增大是用于在轴的中间部中形成相对直径增大部的方法。例如，根据现有技术的轴径增大方法，在将用于轴向压缩轴的压力施加于轴的两端的状态下，通过施加弯曲角度地旋转轴，而使轴局部地增大，从而形成直径增大部。

进行直径增大的轴径增大装置通常包括驱动侧保持器单元和被驱动侧保持器单元，所述驱动侧保持器单元和被驱动侧保持器单元分别包括用于保持轴的端部的套筒，并且沿着设置轴的基准线而设置，并且该轴径增大装置在通过使被驱动侧保持器单元沿着基准线移动而在轴向上压缩轴的同时，旋转以相对于基准线的某个角度倾斜的驱动侧保持器单元，而增大轴的一部分。然后，当驱动侧保持器单元与被驱动侧保持器单元的套筒之间的距离已经变为规定距离时，停止压缩，并且结束用于增大轴的一部分的直径增大处理。

另外，在JP 4927599B2中描述的轴径增大装置中，测量轴的中间部的外径，而不是驱动侧保持器单元与被驱动侧保持器单元的套筒之间的距离，并且当中间部的外径已经达到期望的外径时，停止压缩且结束直径增大处理。

通常基于被驱动侧保持器单元的移动距离而间接地检测套筒之间的距离。这里，例如，当重复进行直径增大时的塑性变形在轴中引起发热，因为由于该发热而导致套筒的温度逐渐升高，所以在一些情况下，套筒可能热膨胀。如果套筒热膨胀，则基于被驱动侧保持器单元的移动距离而间接检测到的套筒之间的距离改变，并且如果基于套筒之前的距离来控制直径增大处理，则产品的直径增大部的尺寸精度可能降低。

如果基于要增大的轴的中间部的外径来控制直径增大处理，则能够克服由于重复进行直径增大而产生的套筒之间的距离的改变以及导致的产品的直径增大部的尺寸精度的降低，但是在该情况下，需要精确地测量轴的中间部的外径。

例如，能够通过使用非接触型测距仪来测量轴的外径，并且这种类型的测距仪通常使用激光或超声波。然而，为了防止轴与套筒之间的附着，通常将润滑剂施加于轴的表面，并且因此，存在这样的可能性：润滑剂可能干扰激光或超声波的反射，从而降低轴的中间部的外径的检测精度。另外，存在检测精度还可能由于周围温度等而降低的可能性。结果，可能降低产品的直径增大部的尺寸精度。

发明内容

本发明的目的是提高直径增大的处理精度。

根据本发明的方面，提供了一种轴径增大装置，包括：加压器，该加压器被构造为将压力施加于轴的两端，以在轴向上压缩所述轴；载荷产生器，该载荷产生器被构造为在与所述轴向交叉的方向上，将交变载荷施加于所述轴的中间部；检测器，该检测器被构造为检测由于所述加压器施加的压力和所述载荷产生器施加的交变载荷而随着在轴向上的压缩以增大的所述轴的所述中间部的外径；和控制器，该控制器被配置为控制所述加压器和所述载荷产生器。所述检测器包括接触元件，所述接触元件被布置为接触所述轴的所述中间部的外周面，并且所述检测器被构造为基于所述接触元件的位移，来检测所述中间部的所述外径。所述控制器被配置为基于由所述检测器所检测到的所述外径，来调整由所述加压器施加的压力并且停止所述轴的所述中间部的压缩。

根据本发明的另一个方面，提供了一种轴径增大方法，包括：将压力施加于轴的两端，以在轴向上压缩所述轴，并且在与所述轴向交叉的方向上，将交变载荷施加于所述轴的中间部，从而随着在所述轴向上的压缩而增大所述轴的所述中间部；基于与所述轴的所述中间部的外周面接触的接触元件的位移，检测所述轴的所述中间部的外径；以及基于所述中间部的检测到的所述外径，调整施加于所述轴的两端的压力，并且停止所述轴的所述中间部的压缩。

附图说明

图1是图示出根据本发明的实施例的轴径增大装置的结构的一个实例的图。

图2A是图示出通过使用图1的轴径增大装置进行的轴径增大方法的一个实例的图。

图2B是图示出图2A所示的轴径增大方法的另一个图。

图2C是图示出图2A和2B所示的轴径增大方法的另一个图。

图2D是图示出图2A至2C所示的轴径增大方法的另一个图。

图2E是图示出图2A至2D所示的轴径增大方法的另一个图。

图3是图示出图1的轴径增大装置的检测器的结构的一个实例的图。

图4是图示出图1的轴径增大装置的变形例的结构的图。

图5A是图示出根据本发明的实施例的轴径增大方法的另一个实例的图。

图5B是图示出图5A所示的轴径增大方法的另一个图。

图5C是图示出图5A和5B所示的轴径增大方法的另一个图。

[图6A]图6A是图示出根据本发明的实施例的轴径增大方法的另一个实例的图。

图6B是图示出图6A所示的轴径增大方法的另一个图。

图7A是图示出根据本发明的实施例的轴径增大方法的另一个实例的图。

图7B是图示出图7A所示的轴径增大方法的另一个图。

图8A是图示出根据本发明的实施例的轴径增大方法的另一个实例的图。

图8B是图示出图8A所示的轴径增大方法的另一个图。

图9是图示出在实验实例中得到的产品的直径增大部的外径的变化的图象。

图10是图示出在实验实例中得到的产品的直径增大部的外径的变化的图象。

具体实施方式

图1图示出用于描述本发明的实施例的轴径增大装置的结构的一个实例。

在将用于轴向压缩轴W的压力施加于轴W的两端的状态下，图1的轴径增大装置通过施加弯曲角度地旋转轴W，而增大轴W的中间部。

轴径增大装置包括：一对保持器单元1、2，其沿着设置轴W的基准线A而设置；加压器3，该加压器3被构造为将压力施加于轴W的两端，以在轴向上压缩轴W；载荷产生器4，该载荷产生器4被构造为在与轴W的轴向交叉的方向上将交变载荷施加于轴W；检测器5，该检测器5被配置为检测要增大的轴W的中间部的外径；和控制器6。

保持器单元1包括：套筒10，轴W的端部插入到该套筒10内；和顶杆11，该顶杆11用于抵住插入到套筒10内的轴W的端部。保持器单元2具有相似的结构，并且包括套筒12和顶杆13。

轴W在一端处由保持器单元1的顶杆11支撑，并且在另一端处由保持器单元2的顶杆13支撑，从而被保持在保持器单元1与保持器单元2之间。

定位在保持器单元1与保持器单元2之间的轴W的中间部通过直径增大而增大，从而形成产品的直径增大部。根据直径增大部的厚度和外径而适当地确定在处理之前的轴W的中间部的沿着轴向的长度D。

加压器3使保持器单元2以平行方式沿着基准线A移动，并且将压力施加于轴W的两端，从而经由保持器单元1、2而在轴向上压缩轴W。

载荷产生器4通过使保持器单元1倾斜而对轴W提供弯曲角度，使得保持器单元1的旋转轴能够倾斜地交叉基准线A。然后，载荷产生器4使保持器单元1绕着保持器单元1的倾斜的旋转轴旋转，使得在与轴W的轴向交叉的方向上的交变载荷能够施加于轴W的中间部。

检测器5检测定位在保持器单元1与保持器单元2之间的轴W的中间部的外径。在图示出的实例中，检测器5包括接触元件14，该接触元件14与轴W的中间部的设置在保持器单元1侧的部分的外周面接触，从而通过利用接触元件14的位移来检测轴W的中间部的外径。

控制器6控制加压器3和载荷产生器4，以进行用于增大轴W的中间部的直径增大。此外，在直径增大过程中，控制器6基于由检测器5所检测到的轴W的中间部的外径，通过调整由加压器3所施加的压力而停止轴W的压缩，并且结束用于增大轴W的中间部的直径增大处理。

图2A至2E图示出通过使用上述轴径增大装置进行的轴径增大方法。

如图2A所示，将轴W保持在保持器单元1与保持器单元2之间。

随后，如图2B所示，利用加压器3(参见图1)使保持器单元2以平行方式沿着基准线A移动，从而将压力施加于被保持在保持器单元1与保持器单元2之间的轴W，以在轴向上压缩轴W。另外，利用载荷产生器4(参见图1)使保持器单元1相对于基准线A倾斜，并且旋转保持器单元1。将保持器单元1的倾斜角度设定为使轴W弯曲以在弹性极限内变形的角度，并且通常该角度是大约2°至3°。

被保持在保持器单元1与保持器单元2之间的轴W在位于基准线A上的弯曲中心O处弯曲，并且绕着轴W的轴线旋转。通过轴W的弯曲和旋转，在与轴W的轴向交叉的方向上，交变载荷在弯曲方向的内侧和外侧施加于弯曲的轴W的中间部。

如图2C所示，被压缩的轴W的中间部由于塑性流动而在弯曲方向上的内侧凸出。然后，根据轴W绕着轴线的旋转，由于塑性流动而引起的凸出遍及整周而生长，并从而，轴W的中间部增大。利用检测器5连续地检测轴W的中间部的外径。

如图2D所示，当轴W的中间部的外径达到规定直径时，控制器6基于检测器5的输出信号而检测到轴W的中间部的外径已经达到规定直径。然后，控制器6(参见图1)调整由加压器3施加的压力，从而停止轴W的压缩。从而，完成用于增大轴W的中间部的直径增大处理。

随后利用加压器3将规定的成型压力施加于停止被压缩的轴W。然后，利用载荷产生器4再次将保持器单元1沿着基准线A设置，从而使轴W变直。通过使轴W变直，使轴W的增大的中间部的厚度遍及整周相等。

在图示出的实例中，在保持器单元1、2沿着基准线A设置的状态下，保持轴W的中间部的套筒10的端面10a与套筒12的端面12a之间在轴向上的距离沿着径向是恒定的，并且轴W的中间部形成为具有均匀厚度的大致盘状。

通过前述处理，完成轴W的直径增大，并且停止轴W的旋转。其后，如图2E所示，分别驱动保持器单元1的顶杆11和保持器单元2的顶杆13，从而将产品P从保持器单元1、2取出，该产品P具有通过增大轴W的中间部而形成的直径增大部Pa。

在上述的直径增大中，为了抑制产品P附着于套筒10、12的内周面或端面10a、12a，在直径增大之前将润滑剂施加于轴W的表面。如果将润滑剂施加于轴W的表面，则作用在轴W与套筒10、12之间的摩擦力减小，从而抑制产品P附着于套筒10、12，并且抑制当取出产品P时损坏该产品P。结果，能够提高在取出产品P时的可操作性和产品P的质量。

这里，用于检测轴W的中间部的外径的检测器5包括与轴W的中间部的外周面接触的接触元件14，并且检测器5利用接触元件14的位移来检测轴W的中间部的外径。由于利用与轴W的中间部的外周面接触的接触元件14的位移来进行检测，所以能够降低施加于轴W的表面的润滑剂、周围温度等的影响，从而提高检测精度。

图3图示出包括接触元件14的检测器5的结构的一个实例。

检测器5包括接触元件14、支撑部15和测量部16。

接触元件14形成为杆状，并且在接触元件14的末端14a处与轴W的中间部的外周面接触。支撑部15支撑能够绕着与基准线A平行的旋转轴17摆动的接触元件14。支撑部15通过固定部件18适当地固定在保持器单元1的非旋转部上。当轴W的中间部增大时，接触元件14绕着旋转轴7摆动，以使末端14a移位，并且因此，接触元件14的位于旋转轴17的相反侧的基部14b也移位。

测量部16测量接触元件14的基部14b的位移量。在图示出的实例中，将度盘式指示器用作测量部16，并且基于与接触元件14的基部接触的测头19的垂直移动来测量接触元件14的基部14b的位移量。

根据从接触元件14的末端14a(即，与轴W的接触点)到旋转轴17的距离与从接触元件14的基部14b(即，与测头19的接触点)到旋转轴18的距离之间的比率，将由测量部16所测量出的位移量转换成接触元件14的末端14a的位移量，以此来检测轴W的中间部的外径。

可以通过使用诸如激光位移传感器或超声位移传感器这样的非接触型位移传感器，来测量接触元件14的基部14b的移位，但是优选地使用诸如图示出的实例中的度盘式指示器这样的接触型位移传感器，并从而能够降低诸如温度这样的周围影响，以提高轴W的中间部的外径的检测精度。

接着，将描述基于轴W的中间部的外径而停止轴W的压缩所实现的效果。

利用加压器3以平行方式而使保持器单元2移动，在基于所述保持器单元2的移动量而停止轴W的压缩的情况下，如果套筒10、12由于反复直径增大处理而热膨胀，则虽然保持器单元2的移动量相同，但是套筒10的端面10a与套筒12的端面12a之间的距离逐渐减小。

如果套筒10的端面10a与套筒12的端面12a之间的距离减小，则产品P的直径增大部Pa的厚度减小。无论套筒10、12的热膨胀，要增大的轴W的中间部的体积是大致恒定的，并且因此，通过增大轴W的中间部而得到的直径增大部Pa随着厚度减小而直径增大。

随着直径增大部Pa的期望的直径增大率(即，将处理之前的轴W的中间部的外径除以产品P的直径增大部Pa的外径)增大，与减小的厚度相对应的体积增大。因此，随着直径增大部Pa的期望的直径增大率变大，更严重地导致由于厚度减小而引起的直径增大。

相比之下，如果基于要增大的轴W的中间部的外径而停止轴W的压缩，则即使当反复进行直径增大时，也能够稳定地确保直径增大部Pa的外径的尺寸精度。

图4图示出轴径增大装置的变形结构。

根据图4的轴径增大装置，在保持器1、2沿着基准线A布置的状态下，保持轴W的中间部的套筒10的端面10a与套筒12的端面12a之间的在轴向上的距离朝着端面10a、12a的径向外侧变小。通过增大被约束在端面10a与12a之间的轴W的中间部而得到的产品P的直径增大部Pa形成为朝着中间部的径向外侧渐缩的形状。

在该实例中，随着直径增大部Pa的厚度减小，进一步有助于直径增大。因此，特别适于基于轴W的中间部的增大的外径停止压缩，并从而，即使当反复进行直径增大时，也能够稳定地确保直径增大部Pa的外径的尺寸精度。

轴径增大装置和轴径增大方法不限于上述的轴径增大装置和轴径增大方法。

在图5A至5C图示出的示例性方法中，虽然通过以与图1所示的轴径增大方法相同的方式绕着轴W的轴线弯曲和旋转，而将交变载荷施加于轴W的中间部，但是通过在与基准线A交叉的方向上滑动保持器单元1，而不是使保持器单元1相对于基准线A倾斜，以使轴W弯曲。

在图6A和6B所示的示例性方法中，轴W的一个端部由一个保持器单元1可旋转地且不受约束地保持，轴W的另一个端部由另一个保持器单元2约束性地保持，并且保持器单元1和轴W的由保持器单元1所保持的端部绕着基准线A旋转用于弯曲轴W，并且将交变载荷施加于弯曲的轴W的中间部。

在图7A和7B所示的示例性方法中，轴W的端部分别由保持器单元1、2不可旋转地且约束性地保持，并且保持器单元1绕着基准线A往复转动，用以将交变载荷施加于轴W的中间部。

在图8A和8B所示的示例性方法中，通过利用振动发生器OSC对轴W施加弯曲或扭曲振动，而将交变载荷施加于轴W的中间部。

并且在图5A至8B所示的轴径增大方法中，能够通过基于要增大的轴W的中间部的外径停止轴W的压缩，而稳定地确保直径增大部Pa的外径的尺寸精度。

图9和10图示出通过使用图1的轴径增大装置而反复进行直径增大所得到的产品P的直径增大部Pa的外径的变化。

当基于保持器单元2的移动量停止轴W的压缩时，得到图9所示的外径的变化，并且当基于要增大的轴W的中间部的外径停止轴W的压缩时，得到图10所示的外径的变化。

如果基于保持器单元2的移动量停止轴W的压缩，则直径增大部Pa的外径随着时间，即，通过反复进行直径增大而逐渐增大，如从图9所看到地。

相比之下，通过基于要增大的轴W的中间部的外径而停止轴W的压缩，即使当反复进行直径增大时，也能够稳定地确保直径增大部Pa的外径，如从图10所看到地。

基于这些结果，确认了：如果基于要增大的轴W的中间部的外径而停止轴W的压缩，则即使反复进行直径增大，也能够稳定地确保直径增大部Pa的外径的尺寸精度。

如上所述，本文公开的轴径增大装置包括：加压器，该加压器被构造为将压力施加于轴的两端，以在轴向上压缩所述轴；载荷产生器，该载荷产生器被构造为在与所述轴向交叉的方向上将交变载荷施加于所述轴的中间部；检测器，该检测器被构造为检测由于所述加压器施加的压力和所述载荷产生器施加的交变载荷而随着在轴向上的压缩以增大的所述轴的所述中间部的外径；和控制器，该控制器被配置为控制所述加压器和所述载荷产生器。所述检测器包括接触元件，所述接触元件被布置为接触所述轴的所述中间部的外周面，并且所述检测器被构造为基于所述接触元件的位移来检测所述中间部的所述外径。所述控制器被配置为基于由所述检测器所检测到的所述外径，来调整由所述加压器施加的压力并且停止所述轴的所述中间部的压缩。

所述轴径增大装置可以还包括一对约束部件，该一对约束部件具有约束面，以在轴向上将所述轴的所述中间部保持在所述约束面之间，其中，所述约束面被构造为使得所述约束面之间的距离朝着所述约束面的径向外侧变小。

本文公开的轴径增大方法包括：将压力施加于轴的两端，以在轴向上压缩所述轴，并且在与所述轴向交叉的方向上，将交变载荷施加于所述轴的中间部，从而随着在轴向上的压缩而增大所述轴的所述中间部；基于与所述轴的所述中间部的外周面接触的接触元件的位移，检测所述轴的所述中间部的外径；以及基于所述中间部的检测到的所述外径，调整施加于所述轴的两端的压力并且停止所述轴的所述中间部的压缩。

所述轴径增大方法可以还包括将所述轴的所述中间部在所述轴向上保持在一对约束部件之间，从而将所述轴的所述中间部增大为朝着所述中间部的径向外侧渐缩。

本申请基于2014年11月20日提交的日本专利申请No.2014-235364，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

Claims (2)

1.一种轴径增大装置，包括：

加压器，该加压器被构造为将压力施加于轴的两端，以在轴向上压缩所述轴；

载荷产生器，该载荷产生器被构造为在与所述轴向交叉的方向上将交变载荷施加于所述轴的中间部；

检测器，该检测器被构造为检测由于所述加压器施加的压力和所述载荷产生器施加的交变载荷而随着在所述轴向上的压缩而增大的所述轴的所述中间部的外径；和

控制器，该控制器被配置为控制所述加压器和所述载荷产生器，

其中，所述检测器包括接触元件，该接触元件被布置为接触所述轴的所述中间部的外周面，所述检测器被构造为基于所述接触元件的位移来检测所述中间部的所述外径，

其中，所述控制器被配置为基于由所述检测器所检测到的所述外径，来调整由所述加压器施加的压力并且停止所述轴的所述中间部的压缩，并且

其中，所述轴径增大装置还包括一对约束部件，该一对约束部件具有约束面，以在所述轴向上将所述轴的所述中间部保持在所述约束面之间，其中，所述约束面被构造为使得所述约束面之间的距离朝着所述约束面的径向外侧变小。

2.一种轴径增大方法，包括：

将压力施加于轴的两端，以在轴向上压缩所述轴，并且在与所述轴向交叉的方向上，将交变载荷施加于所述轴的中间部，从而随着在所述轴向上的压缩而增大所述轴的所述中间部；

基于与所述轴的所述中间部的外周面接触的接触元件的位移，检测所述轴的所述中间部的外径；

基于所检测到的所述中间部的所述外径，调整施加于所述轴的所述两端的压力并且停止所述轴的所述中间部的压缩，以及

将所述轴的所述中间部在所述轴向上保持在一对约束部件之间，从而将所述轴的所述中间部增大为朝着所述中间部的径向外侧渐缩。