JP2010184269A - 回転型塑性加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工に伴って被加工材から受ける加工反力を良好に分散させた状態で安定して受けることが可能であるとともに、装置を構成する特定の部材が受けるモーメントを小さくして、加工時に発生するひずみを低減し、加工精度の向上等を図る。
【解決手段】駆動回転機構１６、被加工材４に当接して塑性加工する加工体２、加工体２を３軸方向で位置決めする３軸位置決め機構３を設け、加工装置基体６ｂに対してＺ軸方向に移動自在な第１保持フレーム１０と、第１保持フレーム１０により保持され、第１保持フレーム１０に対してＸ軸方向に移動自在な第２保持フレーム１１とを設け、加工装置基体６ｂに対する第１保持フレーム１０のＺ方向支持部Ｌ１が、Ｚ軸方向の一対の位置に設けられ、当該Ｚ軸方向において、被加工材４に対する加工体の加工作用位置３０が、一対の第１保持フレームのＺ方向支持部Ｌ１間に位置される構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピニング加工装置あるいは転造装置等の回転型塑性加工装置に関する。

以下、回転型塑性加工装置の一例としてのスピニング加工装置を例にとって説明する。
スピニング加工装置は、ローラを被加工材の外周面に押し付け、その外周面に沿わせて移動させることで、被加工材を成形型の外周面に沿う形状に加工（いわゆる塑性加工）するものである（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、複数のローラを備えたスピニング加工装置が開示されている。
この文献に開示のスピニング加工装置は、同特許文献１の図３に示すように、マンドレルの周りに３つのローラを備えて加工を行うことが可能とされている。ここで、スピニング加工装置に異なったローラを装備している理由は、例えば、重加工用ローラ、軽加工用ローラを、加工の進展や加工後の形状等に合わせて適宜選択使用して加工を進めるためである。
同特許文献１に開示のスピニング加工装置では、同特許文献１の図４に示されるように、ローラは、主軸に対して近接・離間する方向であるＸ方向及び主軸に沿った方向であるＺ方向とに、移動・位置決め自在とされている。
どのローラを加工に使用するかは、Ｘ方向における各ローラの位置を適切に選択して、加工を行うこととなる。

特開２００７−２８３３８１号公報

特許文献１に記載のスピニング加工装置では、ローラの軸受けはそれぞれ片持ち状態で、所定の方向に移動可能な保持フレームに支持されている。即ち、本願明細書の図１１に、この構成を分解して示した。同図（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。即ち、この装置では、装置本体のＺ軸方向に移動自在な第１保持フレームＦ１を、加工装置に固定された装置本体フレームＦ０に対して、その一方側（（ａ）において下側）に張り出して設け、第１保持フレームＦ１の当該張り出した部分を貫通する状態で、Ｘ軸方向（（ａ）（ｂ）において右側）の移動・位置決め自在な第２保持フレームＦ２を設けている。

このスピニング加工装置では、ローラＲは、被加工材から中抜き実線矢印で示すように左方向の加工反力を受けるので、Ｚ軸方向の移動・位置決め機構については、その軸Ｄｚ周りに曲げモーメントＭを受ける。さらに、（ｂ）から判明するように、第２保持フレームＦ２が直に加工反力を受けるために、第１保持フレームＦ１及び第２保持フレームＦ２を比較的剛性の高い構造とする必要が生じている。

しかも、このようなローラをＸ軸方向及びＺ軸方向でそれぞれ移動・位置決め可能な２軸位置決め機構を、ローラの数だけ装備する必要があり、特許文献１に開示の装置は自ずと重量が大きく、コスト高なものとなっていた。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工に伴って被加工材から受ける加工反力を良好に分散させた状態で安定して受けることが可能であるとともに、装置を構成する特定の部材が受けるモーメントを小さくして、加工時に発生するひずみを低減し、加工精度の向上等を図ることが可能な回転型塑性加工装置を得ることにある。

上記目的を達成するための本発明に係る回転型塑性加工装置の特徴構成は、
成形型及び前記成形型の形状に沿って塑性加工される被加工材を主軸回りに回転させる駆動回転機構と、
回転状態にある前記被加工材に当接して、前記被加工材を前記成形型の形状に沿った形状に塑性加工する加工体と、
前記加工体を、前記主軸に対して近接・離間するＸ軸方向、前記主軸と平行なＺ軸方向、及びＸ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向の３軸方向で位置決めする３軸位置決め機構と、
前記被加工材を前記成形型の形状に沿った形状に塑性加工すべく前記３軸位置決め機構を働かせる制御装置とを備え、
加工装置基体に対して前記Ｚ軸方向に移動自在な第１保持フレームと、
前記第１保持フレームにより保持され、前記第１保持フレームに対して前記Ｘ軸方向に移動自在な第２保持フレームとを設け、
前記３軸位置決め機構が、前記第１保持フレーム、前記第２保持フレームを介して、前記加工体を位置決めする構成で、
前記加工装置基体に対する前記第１保持フレームのＺ方向支持部が、前記Ｚ軸方向の一対の位置に設けられ、
前記Ｚ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記一対の第１保持フレームのＺ方向支持部間に位置されることにある。

この構成の回転型塑性加工装置では、駆動回転機構により被加工材の回転が確保される。
そして、被加工材が回転する回転状態で、加工体が３軸位置決め機構によりＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向で、それぞれ位置決めされて加工を行うことができる。
被加工材の加工は、従来技術で説明したと同様に、主にはＸ軸方向、Ｚ軸方向の位置決めで実行する。ここで、Ｙ軸方向の位置決めは、加工状態の調整に使用することも可能であるし、異なった加工体をＹ軸方向に保持しておくと、これら異なった加工体による加工を適宜実行できる。
さて、本願構造では、加工体は第２保持フレーム及び第１保持フレームを介して、加工装置基体に、Ｚ軸方向の一対の位置に設けられるＺ軸方向支持部で支持される。そして、Ｚ軸方向において、被加工材に対する加工体の加工作用位置が、一対の第１保持フレームのＺ方向支持部間に位置される。結果、加工に伴って加工体が受ける加工反力は、第２保持フレーム、第１保持フレームを介して加工装置基体に伝達されるが、それらが、Ｚ軸方向で、加工作用位置を挟むそれぞれＺ軸方向支持部の位置に分散されるため、安定して比較的均等な状態で、加工反力を各フレーム及び加工装置基体で受けることができ、高精度で安定した加工を実行できる。

上記構成において、
前記加工装置基体により前記第１保持フレームを、前記Ｚ軸方向に移動自在に保持するに、前記加工装置基体と前記第１保持フレームとの間に、前記加工装置基体から前記第１保持フレームを前記Ｚ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、前記加工装置基体に対して前記第１保持フレームを前記Ｚ軸方向に移動させるＺ軸方向駆動機構を設け、
前記Ｚ軸方向駆動機構が、Ｚ軸方向の所定位置で軸線周りに回転される駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って前記Ｚ軸方向に移動される被駆動部とを備えて構成され、
前記Ｙ軸方向で、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記Ｚ軸方向駆動機構の前記駆動軸と同一位置にされることが好ましい。

この構成では、Ｙ軸方向において、被加工材に対する加工体の加工作用位置を、Ｚ軸方向駆動機構の駆動軸と同一位置に位置されることで、先に図１０で説明したようなモーメントの発生を抑制することができ、安定した加工を実行できる。

さて、これまで説明してきた構成において、
前記第１保持フレームにより前記第２保持フレームを、前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するに、前記第２保持フレームと前記第１保持フレームとの間に、
前記第１保持フレームから前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、前記第１保持フレームに対して前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動させるＸ軸方向駆動機構を設け、
前記Ｚ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、スライド機構と前記Ｘ軸方向駆動機構との間に位置されることが好ましい。

この構成では、第１保持フレームと第２保持フレームとの間に、スライド機構及びＸ軸方向駆動機構とが設けられ、これら両方の機構で第２保持フレームが、第１保持フレームから支持されるが、Ｚ軸方向において、被加工材に対する加工体の加工作用位置を、スライド機構とＸ軸方向駆動機構との間に位置することにより、加工反力を両機構の中間位置で受けて、加工反力を良好に分散させることができ、高精度で安定した加工を実行できる。

さらに、前記第１保持フレームにより前記第２保持フレームを、前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するに、前記第２保持フレームと前記第１保持フレームとの間に、前記第１保持フレームから前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、前記第１保持フレームに対して前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動させるＸ軸方向駆動機構を設け、
前記Ｘ軸方向駆動機構が、Ｘ軸方向の所定位置で軸線周りに回転される駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って前記Ｘ軸方向に移動される被駆動部とを備えて構成され、
前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記Ｘ軸方向駆動機構の前記軸線上に位置される構成を採用しておくと、加工作用位置が駆動軸の軸線上に配置されることで、無用なモーメントの発生を回避でき、より高精度で安定した加工を実現できる。

以上が、主に、加工装置基体、第１保持フレーム、第２保持フレーム及び加工体における本願に係る回転型塑性加工装置の特徴構成であるが、以下、加工体をＹ軸方向で移動・位置決めする構成に関して説明する。

即ち、これまで説明してきた構成において、
前記第２保持フレームにより保持され、前記第２保持フレームに対して前記Ｙ軸方向に移動自在な第３保持フレームを設け、
前記３軸位置決め機構が、前記第１保持フレーム、前記第２保持フレーム及び第３保持フレームを介して、前記加工体を位置決めする構成を採用することが好ましい。
このようにすることで、第１保持フレームをＺ軸方向で、第２保持フレームをＸ軸方向で、第３保持フレームをＹ軸方向で、それぞれ位置決め可能とし、各フレーム間において入れ子構造を採用して、比較的簡単な構成で、有用な３軸位置決め機構を実現できる。

そして、上記の第３保持フレームを備えた構成において、
前記第２保持フレームにおける、前記Ｚ軸方向の一対の位置に、前記第３保持フレームのＺ軸方向支持部を設け、
前記Ｚ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、一対の前記第３保持フレームのＺ軸方向支持部間に位置されることが好ましい。
この構成の場合、加工に伴って加工体が受ける加工反力は、第３保持フレーム、第２保持フレームを介して第１保持フレームに伝達されるが、それらが、Ｚ軸方向で、加工作用位置を挟む位置に分散されるため、安定して比較的均等な状態で、加工反力を各フレーム及び加工装置基体で受けることができ、高精度で安定した加工を実行できる。

一方、前記第２保持フレームと前記第３保持フレームとの間に、スライダーと前記スライダーが前記Ｙ軸方向に移動するレールからなるスライド機構を設け、
前記第３保持フレームの前記Ｚ軸方向支持部の位置が、スライド機構におけるスライダーの前記Ｚ軸方向の位置とされ、
前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記Ｚ軸方向における特定のスライダーの位置とされる構成を採用すると、加工反力を、特定のスライダーで受けることができ、無用なモーメントの発生を極力阻止できる。

また、Ｙ軸方向における加工反力の分散に関しては、
前記第２保持フレームにおける、前記Ｙ軸方向の一対の位置に、前記第３保持フレームのＹ軸方向支持部を設け、
前記Ｙ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、一対の前記第３保持フレームのＹ軸方向支持部間に位置される構成を採用することが好ましい。
この構成の場合、加工に伴って加工体が受ける加工反力は、第３保持フレームから第２保持フレームへの伝達について、それが、Ｙ軸方向で、加工作用位置を挟む位置に分散されるため、安定して比較的均等な状態で、加工反力を第２保持フレーム及び加工装置基体で受けることができ、高精度で安定した加工を実行できる。

これまでは、各軸方向を特定してこなかったが、前記主軸の方向及びＺ軸方向が鉛直方向であり、前記Ｘ軸方向が水平面内で規定され、前記主軸に対して近接・離間する方向である場合は、縦型の回転型塑性加工装置を実現できる。

また、前記加工体が回転軸回りに回転するローラである場合は、本願の特徴構成を備えたスピニング加工装置を実現できる。

さらに、この種のローラとして、ローラの回転軸に沿った断面で、加工端の曲率半径が大きな重加工用ローラ及び、前記重加工用ローラより加工端の曲率半径が小さな軽加工用ローラを選択的に加工に使用可能に備えて構成しておくと、重加工と軽加工とを、ローラを交換しながら、実行できる。当然、これらローラが先に説明した第３保持フレームに支持される構造を採用することで、Ｙ軸方向の移動で、ローラの交換を実現できる。

本願に係る縦型スピニング加工装置の正面図 本願に係る縦型スピニング加工装置の平面図 ３軸位置決め機構の作動状態を示す斜視図 ３軸位置決め機構の分解斜視図 ３軸位置決め機構のＸ軸方向に沿った縦断面図 Ｚ軸方向上側のスライダー位置での３軸位置決め機構のＹ軸方向に沿った水平断面図 Ｚ軸方向下側のスライダー位置での３軸位置決め機構のＹ軸方向に沿った水平断面図 重加工用ローラ及び軽加工用ローラの作動状態を示す図 重加工用ローラ及び軽加工用ローラの軸方向断面の構造を示す図 別実施形態の３軸位置決め機構のＸ軸方向に沿った縦断面図 従来技術の説明図

以下、本願に係る回転型塑性加工装置の一例としての縦型スピニング加工装置１を図面に基づいて説明する。

図１は、具体的には、縦型スピニング加工装置１を使用して、被加工材４であるアルミ鋳造素材をスピニング加工して車両用ホイールを形成している状態を示している。

説明に際しては、先ず、縦型スピニング加工装置１の概略構成を説明し、その後、本願の特徴構成である加工体の支持構造に関して説明する。

〔縦型スピニング加工装置の概略構成〕
フレーム構造
図１、図２に示すように、縦型スピニング加工装置１は、装置下部に備えられる下部固定フレーム５と、当該下部固定フレーム５に立設される３本の柱状固定フレーム６と、これら３本の柱状固定フレーム６の上部に配設される上部固定フレーム７とを備えて構成されている。前記柱状固定フレーム６は、左側に備えられる単一の柱状固定フレーム６ａと、右側に備えられる一対の柱状固定フレーム６ｂとが備えられている。
下部固定フレーム５、柱状固定フレーム６及び上部固定フレーム７は、本願における加工装置基体を成す。

前記下部固定フレーム５の左側には、被加工材４を主軸周りに回転させるための主軸モータＭ１が配設されている。

下部固定フレーム５は、正面視、方形に形成されており、平面視、その左側にアダプター９の幅に概略一致された幅狭架台部５ａを、その右側に、一対の柱状固定フレーム６ｂを支持することが可能な幅を有する幅広架台部５ｂを備えて構成されている。これら一対の柱状固定フレーム６ｂの間には、後述する、第１保持フレーム１０、第２保持フレーム１１が位置されるように構成されている。幅狭架台部５ａと幅広架台部５ｂとの間は、下部固定フレーム５の幅が順次、拡大する構成が採用されている。

前記下部固定フレーム５の右側および上側の周部（図１において右側の領域及び図２において上側の領域）には、所定の機器が載置される機器載置架台１３が設けられている。図示する例では、下部固定フレーム５に対して右側に位置される機器載置架台１３の上部には、加工装置１で使用する油圧を発生する油圧発生機器１４が載置されている。図２において、下部固定フレーム５に対して上側に位置される機器載置架台１３の上部には、装置の移動の際に機器載置架台１３に固定される制御装置ケース１５が載置されている。制御装置ケース１５内には制御装置Ｃが収納される。

従って、前記上部固定フレーム７も、平面視、下部固定フレーム５の形状に対して相似な形状とされている。

主要加工機構
主要加工機構として、本願に係る縦型スピニング加工装置１は、駆動回転機構１６、ローラ２、３軸位置決め機構３及び制御装置Ｃを備えて構成されている。

縦型スピニング加工装置１は、主軸Ｄ周りに回転するアダプター９を備えて構成されており、アダプター９上に成形型１７を配設し、その成形型１７に当接させた状態で被加工材４をスピニング加工（塑性加工）する。本例の場合は、被加工材４は一端側（図１に示す上端側）の加工が施されたホイール素材である。前記アダプター９の回転は、先に説明した主軸モータＭ１により実行される。
従って、駆動回転機構１６は、成形型１７及び成形型１７の形状に沿って塑性加工される被加工材４を主軸Ｄ回りに回転させる構成とされている。

さらに図１に示すように、成形型１７の上方には、成形型１７に取り付けた被加工材４を上側から押圧して固定するための心押機構１８が配設されている。この心押機構１８には、被加工材４に当接してアダプター９側に付勢する押圧具１８ａと、該押圧具１８ａを上下に移行させる油圧シリンダ等の移動機構１８ｂとから構成されている。押圧具１８ａは、被加工材４の回転に伴って従動回転するように構成されている。

加工体、３軸位置決め機構及び制御装置
縦型スピニング加工装置１は、アダプター９上で主軸Ｄ周りに回転する被加工材４をスピニング加工（塑性加工）するローラ２を備えて構成されている。このローラ２も、被加工材４の回転に伴って従動回転するように構成されている。
さらに、縦型スピニング加工装置１は、前記ローラ２を、主軸Ｄに対して近接・離間するＸ軸方向（図１の左右方向）、主軸Ｄと平行なＺ軸方向（図１の上下方向）及びＸ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向（図１の紙面表裏方向）の３軸方向で位置決めする３軸位置決め機構３及び被加工材４を成形型１７の形状に沿った形状に塑性加工すべく３軸位置決め機構３を働かせる制御装置Ｃが備えられている。

即ち、縦型スピニング加工装置１では、制御装置Ｃには、予め、被加工材４に対するローラ２の位置を加工に適した位置に維持すべき情報が記憶されており、この情報が３軸位置決め機構３に送られることで、ローラ２の位置を適切に設定しながら加工を行うことができる。

３軸位置決め機構３に関して簡単に説明すると、ローラ２は、第３保持フレーム１２に保持され、当該第３保持フレーム１２が第２保持フレーム１１に、第２保持フレーム１１が第１保持フレーム１０に、入れ子状態で保持され、これら３つの保持フレーム１０，１１，１２を適切に位置決めすることで、ローラ２の位置が位置決めされる。
前記主軸Ｄと平行なＺ軸方向に関しては、Ｚ軸モータＭ３により、一対の柱状固定フレーム６ｂに対して第１保持フレーム１０がＺ軸方向に移動可能、位置決め可能に構成されている。
前記主軸Ｄに対する近接・離間方向であるＸ軸方向に関しては、Ｘ軸モータＭ２により、第１保持フレーム１０に対して第２保持フレーム１１がＸ軸方向に移動可能、位置決め可能に構成されている。
前記Ｙ軸方向に関しては、Ｙ軸油圧シリンダーＳ１により、第２保持フレーム１１に対して第３保持フレーム１２がＹ軸方向に移動可能、位置決め可能に構成されている。
主軸Ｄの方向及びＺ軸方向が鉛直方向であり、Ｘ軸方向が水平面内で規定され、主軸Ｄに対して近接・離間する方向である。従って、Ｙ軸方向は、水平面内でＸ軸に直交する方向となる。

図４、図８、図９等に示すように、本例では、ローラ２として一対のローラ２ａ，２ｂが第３保持フレーム１２に保持されている。即ち、前記ローラ２として、図９に示すように、ローラ軸に沿った断面で、加工端の曲率半径が大きな重加工用ローラ２ａ、及び重加工用ローラ２ａより加工端の曲率半径が小さな軽加工用ローラ２ｂが備えられている。そして、上記のＹ軸方向の位置決めにより、重加工用ローラ２ａと軽加工用ローラ２ｂとを選択的に使用して、スピニング加工を行うことができる。図８（ａ）は、重加工用ローラ２ａにより加工を行っている状態を示しており、図８（ｂ）は、軽加工用ローラ２ｂにより加工を行っている状態を示している。

さらに、図６に示すように、主軸Ｄに対して第３保持フレーム１２が配設される側（図６における主軸Ｄより右側）では、Ｙ軸方向において、主軸Ｄの回転基端側（図６の時計方向の矢印基端側）に重加工用ローラ２ａが、回転先端側（図６の矢印先端側）に軽加工用ローラ２ｂが配設されている。

そして、通常の加工にあっては、加工処理には、重加工用ローラ２ａをＹ軸方向の所定位置に固定して加工を行う。一方、重加工用ローラ２ａによる加工の後、軽加工用ローラ２ｂをＹ軸方向で可変設定しながら加工が行われる。

加熱機構
縦型スピニング加工装置１には、アダプター９上の被加工材４を加熱するための加熱機構１９が設けられており、加熱機構１９に備えられるバーナ１９ａにより形成される火炎で、被加工材４を適切に加熱することができる。この加熱機構１９による加熱部位は、図２に示すように、前記ローラ２が被加工材４に当接する当接部位とは異なった周方向の位置とされている。

操作装置
縦型スピニング加工装置１には、別体の操作盤２０が設けられており、操作盤２０から加工の開始・終了等の操作を実行可能に構成されている。

以上が、本願に係る縦型スピニング加工装置１の概略構成であるが、以下、本願の特徴である、３軸位置決め機構３を中心とする構成に関して説明する。
上記のように、本例では、加工装置基体を成す一対の柱状固定フレーム６ｂに対して第１保持フレーム１０がＺ軸方向に、第１保持フレーム１０に対して第２保持フレーム１１がＸ軸方向に、さらに、第２保持フレーム１１に対して第３保持フレーム１２がＹ軸方向に、それぞれ移動可能、位置決め可能に構成されている。

各フレームの接続は、一方のフレームに配設されるレールＲと、当該レールＲの長手方向に移動自在なスライダーＬとを備えたスライド機構ＳＭによるものとされている。以下、個々に説明する。
図３、図４に示すように、一対の柱状固定フレーム６ｂのそれぞれにレールＲ１を、第１保持フレーム１０に４個（二対）のスライダーＬ１を備えて、一対の柱状固定フレーム６ｂに対して第１保持フレーム１０をＺ軸方向に移動自在としている。

具体的には、前記一対の柱状固定フレーム６ｂのそれぞれは、主軸側の面に、Ｚ軸方向に一対のレールＲ１を備えている。
前記第１保持フレーム１０は、図３、図４、図５等に示すように、中央側に方形の第２保持フレーム挿通孔１０ａを有する主軸側プレート１０ｂと、当該主軸側プレート１０ｂの反主軸側に延出され、上部に開いた概略函状の第２保持フレーム収納部１０ｃとを備えて構成されている。この第２保持フレーム収納部１０ｃは、主軸側プレート１０ｂに主軸側が連結された底プレート１０１及び一対の側プレート１０２と、底プレート１０１及び一対の側プレート１０２の反主軸側に連結される反主軸側プレート１０３を備えて構成されている。

前記主軸側プレート１０ｂの反主軸側の面で、前記第２保持フレーム挿通孔１０ａのＺ軸方向下側及び上側それぞれに、Ｙ軸方向で対を成す一対のスライダーＬ１が備えられている。
図５に示すように、第２保持フレーム１１を第１保持フレーム１０に対してＸ軸方向に移動させるボールネジ型の直動機構（Ｘ軸方向駆動機構の一例）ＲＤｘは、前述のＸ軸モータＭ２から伸びるネジ軸であるＸ軸方向回転駆動軸（駆動軸の一例）Ｄｘ及び第２保持フレーム１１に備えられる実質的にボールネジナットである被駆動部１０４から構成されている。

さらに、前記Ｚ軸モータＭ３は、前記上部固定フレーム７に固定されており、このＺ軸モータＭ３からＺ軸方向に延設されるボールネジ型の直動機構ＲＤｚにより、前記第１保持フレーム１０はＺ軸方向に移動可能・位置決め可能である。ボールネジ型の直動機構ＲＤｚは、前述のＺ軸モータＭ３から伸びるネジ軸であるＺ軸方向回転駆動軸Ｄｚ及び第１保持フレーム１０に備えられる実質的にボールネジナットである被駆動部１１１から構成されている。

図７に示すように、第１保持フレーム１０を構成する底プレート１０１の上側に４個（二対）のスライダーＬ２を、第２保持フレーム１１の下側に一対のレールＲ２を備えて、第１保持フレーム１０に対して第２保持フレーム１１をＸ軸方向に移動自在としている。

前記第２保持フレーム１１は、図５、図６、図７に示すように、概略函状に構成されており、その底面の下側に、Ｘ軸方向に延びる一対のレールＲ２が備えられている。
従って、第２保持フレーム１１は、第１保持フレーム１０に設けられたスライダーＬ２上をＸ軸方向でガイドされながら、Ｘ軸モータＭ２の回転に伴ってＸ軸方向に移動可能・位置決め可能である。

第２保持プレート１１の主軸側面には、４個（二対）のスライダーＬ３を備えている。この二対のスライダーＬ３は、それら一対がそれぞれ、Ｙ軸方向に配設されている。第３保持フレーム１２の反主軸側にＹ軸方向に延びる一対のレールＲ３を備えて、第２保持フレーム１１に対して第３保持フレーム１２をＹ軸方向に移動自在としている。

前記第３保持フレーム１２は、図５、図６、図７に示すように、概略プレート状に構成されており、その主軸側面に、ローラ２を支持するローラ支持部２ｓを備えるとともに、反主軸側面にＹ軸方向に延びるレールＲ３を備えている。さらに、第２保持フレーム１１には、Ｙ軸方向に延びるＹ軸油圧シリンダＳ１のシリンダ本体Ｓ１ａを固定して備えられており、当該Ｙ軸油圧シリンダＳ１のピストン軸Ｓ１ｂが第３保持フレーム１２に連結して備えられている。
従って、第３保持フレーム１２は、第２保持フレーム１１に設けられたスライダーＬ３上をＹ軸方向にガイドされながら、Ｙ軸油圧シリンダＳ１に設けられるピストン軸Ｓ１ｂの伸出・引退に伴って、前記第３保持フレーム１２はＹ軸方向に移動可能・位置決め可能である。

図６から判明するように、一対設けられるローラ支持部２ｓは、一対のローラ２（２ａ，２ｂ）を支持する構成とされているが、この支持部２ｓに対して、一対のローラ２は、それぞれ自由に回転するように構成されている。

以上が、３軸位置決め機構３の構成であるが、本願にあっては、ローラ２が被加工材４に当接する当接部（加工作用位置３０）と、各スライダー機構ＳＭ及びボールネジ型の直動機構ＲＤｘ、ＲＤｚの位置関係が独特の構成が採用されている。

Ｚ軸方向に関しては、以下の独特の構成が採用されている。
図５に示すように、Ｚ軸方向において、加工作用位置３０が、柱状固定フレーム６ｂ（加工装置基体）に対する第１保持フレーム１０の支持部間（第１保持フレーム１０にＺ軸方向に一対設けられるスライダーＬ１の間）の位置とされている。この支持部を本願ではＺ軸方向支持部と呼ぶ。
さらに、Ｚ軸方向において、加工作用位置３０が、ボールネジ型の直動機構ＲＤｘに備えられる駆動軸Ｄｘの軸線上に位置されるように構成されている。
また、第２保持フレーム１１と第３保持フレーム１２との間では、前記加工操作位置３０は、Ｚ軸方向に一対設けられるスライダーＬ３で下側スライダーＬ３の位置に設定されている。この支持部も本願におけるＺ軸方向支持部の一例である。

一方、Ｙ軸方向に関しては、図６から判明するように、前記加工操作位置３０は、一対の第３保持フレーム１２の支持部間（Ｙ軸方向に設けられる一対のスライダーＬ３の間）に位置される構成が採用されている。この支持部を本願ではＹ軸方向支持部と呼ぶ。

さらに、図６に示すように、Ｙ軸方向で、加工作用位置３０が、Ｚ軸方向駆動機構ＲＤｚの駆動軸Ｄｚと同一位置にされる。
このように加工操作位置３０を、適正な位置とすることにより、加工に伴うひずみ変形を最小として、加工の信頼性を確保するとともに、加工に伴う振動の発生を抑制することができる。

本願に係る縦型スピンニングマシン１には、第３保持フレーム１２には、Ｙ軸方向において、主軸Ｄの回転基端側に重加工用ローラ２ａが、回転先端側に前記軽加工用ローラ２ｂが配設されているが、これら加工用ローラ２の使用時に、各ローラ２について、油圧シリンダ機構Ｓ１に備えられるピストンロッドＳ１ｂが、シリンダ本体Ｓ１ａに対して、特別の位置関係を取るように構成されている。
図７に示すように、スピニング加工を重加工用ローラ２ａを使用して実行する状態、即ち、重加工用ローラ２ａが被加工材４を塑性加工する重加工状態において、当該シリンダ機構に関してピストンロッドＳ１ｂがシリンダ本体Ｓ１ａから伸出した伸出姿勢に維持される。一方、スピニング加工を軽加工用ローラ２ｂを使用して実行する状態、即ち、軽加工用ローラ２ｂが被加工材４を塑性加工する軽加工状態で、シリンダ機構に関してピストンロッドＳ１ｂがシリンダ本体Ｓ１ａ側に引退した引退姿勢に維持される構成が採用されている。ここでいう引退状態とは、重加工状態におけるピストンロッドＳ１ｂの伸出量より、その伸出量が小さいことを意味する。

そして、この例では、前記重加工状態において、ピストンロッドＳ１ｂに備えられるピストンＳ１ｃがシリンダ本体Ｓ１ａの端部Ｓ１ｄに当接し、シリンダの端部Ｓ１ｄが機械的規制機構となる構成が採用されている。従って、重加工状態においては、ピストンロッドＳ１ｂの伸出側への更なる伸出を規制する機械的規制機構により、その位置が設定される。
一方、前記軽加工状態において、ピストンロッドＳ１ｂのＹ軸方向での位置が、シリンダ機構に供給される流体により調整される構成が採用されている。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（Ａ） 上記の実施の形態では、回転型塑性加工装置がスピニング加工装置である場合を示したが、被加工材を軸周り回転させながら、当該被加工材に何らかの部材（この部材を本願では加工体と呼んでいる）を当接させて塑性加工する装置に、本願構造を採用できる。
（Ｂ） 上記の実施の形態では、主軸周りに被加工材を回転させるための駆動回転機構を設け、加工体であるローラの回転は、当該被加工材の回転により起こされる従動回転形態の構成を採用したが、ローラ側から被加工材を回転するものとしてもよい。
（Ｃ） 上記の実施の形態では、Ｘ軸方向駆動機構を、Ｘ軸方向の所定位置で軸線周りに回転される駆動軸と、この駆動軸の回転に伴ってＸ軸方向に移動される被駆動部とを備えて構成し、被加工材に対する加工体の加工作用位置を、Ｘ軸方向駆動機構の軸線上に位置される構成とした。この構成が好ましいが、スライド機構であっても、ある程度のモーメントを受けることが可能であるため、第２保持フレームと第１保持フレームとの間に、第１保持フレームから第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、第１保持フレームに対して第２保持フレームをＸ軸方向に移動させるＸ軸方向駆動機構を設け、Ｚ軸方向において、被加工材に対する加工体の加工作用位置が、スライド機構と前記Ｘ軸方向駆動機構との間に位置される構成としてもよい。この構成の別実施形態を図１０に示した。この図１０は、上記の実施形態における図５に対応する図である。図１０には、第１保持フレームに対して第２保持フレームをＸ軸方向に移動させるＸ軸方向駆動機構の軸線のＺ軸方向の位置をｚ２で示し、Ｚ軸方向において、被加工材に対する加工体の加工作用位置をｚ１で示し、スライド機構の軸線の位置をｚ３で示した。
（Ｄ） 上記の実施の形態では、第２保持フレームと第３保持フレームとの間では、加工操作位置は、Ｚ軸方向に一対設けられるスライダーＬ３で下側スライダーＬ３の位置としているが、一対設けられるスライダーＬ３間の位置としてもよい。

以上説明したように、加工に伴って被加工材から受ける加工反力を良好に分散させた状態で安定して受けることが可能であるとともに、装置を構成する特定の部材が受けるモーメントを小さくして、加工時に発生するひずみを低減し、加工精度の向上等を図ることが可能な回転型塑性加工装置を得ることができた。

１ スピニング加工装置（回転型塑性加工装置）
２ ローラ（加工体）
２ａ 重加工用ローラ
２ｂ 軽加工用ローラ
３ ３軸位置決め機構
４ 被加工材
６ｂ 柱状固定フレーム（加工装置基体）
１０ 第１保持フレーム
１１ 第２保持フレーム
１２ 第３保持フレーム
１７ 成形型
３０ 加工作用位置
１０４ 被駆動部
１１１ 被駆動部
Ｄｘ 駆動軸
Ｄｚ 駆動軸
Ｌ１ スライダー（Ｚ軸方向支持部）
Ｌ３ スライダー（Ｚ軸方向支持部・Ｙ軸方向支持部）
ＳＭ スライド機構
Ｒ３ レール
ＲＤｘ Ｘ軸方向駆動機構
ＲＤｚ Ｚ軸方向駆動機構

Claims (11)

1. 成形型及び前記成形型の形状に沿って塑性加工される被加工材を主軸回りに回転させる駆動回転機構と、
   回転状態にある前記被加工材に当接して、前記被加工材を前記成形型の形状に沿った形状に塑性加工する加工体と、
   前記加工体を、前記主軸に対して近接・離間するＸ軸方向、前記主軸と平行なＺ軸方向、及びＸ軸方向及びＺ軸方向に対して直交するＹ軸方向の３軸方向で位置決めする３軸位置決め機構と、
   前記被加工材を前記成形型の形状に沿った形状に塑性加工すべく前記３軸位置決め機構を働かせる制御装置とを備え、
   加工装置基体に対して前記Ｚ軸方向に移動自在な第１保持フレームと、
   前記第１保持フレームにより保持され、前記第１保持フレームに対して前記Ｘ軸方向に移動自在な第２保持フレームとを設け、
   前記３軸位置決め機構が、前記第１保持フレーム、前記第２保持フレームを介して、前記加工体を位置決めする構成で、
   前記加工装置基体に対する前記第１保持フレームのＺ方向支持部が、前記Ｚ軸方向の一対の位置に設けられ、
   前記Ｚ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記一対の第１保持フレームのＺ方向支持部間に位置される回転型塑性加工装置。
2. 前記加工装置基体により前記第１保持フレームを、前記Ｚ軸方向に移動自在に保持するに、
   前記加工装置基体と前記第１保持フレームとの間に、
   前記加工装置基体から前記第１保持フレームを前記Ｚ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、
   前記加工装置基体に対して前記第１保持フレームを前記Ｚ軸方向に移動させるＺ軸方向駆動機構を設け、
   前記Ｚ軸方向駆動機構が、Ｚ軸方向の所定位置で軸線周りに回転される駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って前記Ｚ軸方向に移動される被駆動部とを備えて構成され、
   前記Ｙ軸方向で、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記Ｚ軸方向駆動機構の前記駆動軸と同一位置にされる請求項１記載の回転型塑性加工装置。
3. 前記第１保持フレームにより前記第２保持フレームを、前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するに、
   前記第２保持フレームと前記第１保持フレームとの間に、
   前記第１保持フレームから前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、
   前記第１保持フレームに対して前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動させるＸ軸方向駆動機構を設け、
   前記Ｚ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記スライド機構と前記Ｘ軸方向駆動機構との間に位置される請求項１又は２記載の回転型塑性加工装置。
4. 前記第１保持フレームにより前記第２保持フレームを、前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するに、
   前記第２保持フレームと前記第１保持フレームとの間に、
   前記第１保持フレームから前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動自在に保持するスライド機構を設けるとともに、
   前記第１保持フレームに対して前記第２保持フレームを前記Ｘ軸方向に移動させるＸ軸方向駆動機構を設け、
   前記Ｘ軸方向駆動機構が、Ｘ軸方向の所定位置で軸線周りに回転される駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って前記Ｘ軸方向に移動される被駆動部とを備えて構成され、
   前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記Ｘ軸方向駆動機構の前記軸線上に位置される請求項１又は２記載の回転型塑性加工装置。
5. 前記第２保持フレームにより保持され、前記第２保持フレームに対して前記Ｙ軸方向に移動自在な第３保持フレームを設け、
   前記３軸位置決め機構が、前記第１保持フレーム、前記第２保持フレーム及び第３保持フレームを介して、前記加工体を位置決めする請求項１〜４のいずれか一項記載の回転型塑性加工装置。
6. 前記第２保持フレームにおける、前記Ｚ軸方向の一対の位置に、前記第３保持フレームのＺ軸方向支持部を設け、
   前記Ｚ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、一対の前記第３保持フレームのＺ軸方向支持部間に位置される請求項５記載の回転型塑性加工装置。
7. 前記第２保持フレームと前記第３保持フレームとの間に、スライダーと前記スライダーが前記Ｙ軸方向に移動するレールからなるスライド機構を設け、
   前記第３保持フレームの前記Ｚ軸方向支持部の位置が、前記スライド機構におけるスライダーの前記Ｚ軸方向の位置とされ、
   前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、前記Ｚ軸方向における特定のスライダーの位置とされる請求項５記載の回転型塑性加工装置。
8. 前記第２保持フレームにおける、前記Ｙ軸方向の一対の位置に、前記第３保持フレームのＹ軸方向支持部を設け、
   前記Ｙ軸方向において、前記被加工材に対する前記加工体の加工作用位置が、一対の前記第３保持フレームのＹ軸方向支持部間に位置される請求項６又は７記載の回転型塑性加工装置。
9. 前記主軸の方向及びＺ軸方向が鉛直方向であり、前記Ｘ軸方向が水平面内で規定され、前記主軸に対して近接・離間する方向である請求項１〜８の何れか一項記載の回転型塑性加工装置。
10. 前記加工体が回転軸回りに回転するローラである請求項１〜９の何れか一項記載の回転型塑性加工装置。
11. 前記ローラとして、ローラの回転軸に沿った断面で、加工端の曲率半径が大きな重加工用ローラ及び、前記重加工用ローラより加工端の曲率半径が小さな軽加工用ローラを選択的に加工に使用可能に備えた請求項１０記載の回転型塑性加工装置。

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