JP6206921B2 - Spinning method - Google Patents
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Description
本発明は、回転する金属管状体にロールを押しつけて塑性変形させて加工を行うスピニング加工方法に関する。 The present invention relates to a spinning processing method for performing processing by pressing a roll against a rotating metal tubular body to cause plastic deformation.
スピニング加工は、板状又は管状の金属製ワークをモータによって回転させ、これに加工ローラを押し当てながら加圧し成形加工を行う加工方法である。かかる成形加工を行うための装置は、金属製ワークを回転軸周りで回転させるための主軸と、回転軸に交差するよう移動自在であって加工ローラを駆動させながら金属製ワークにこれを押し付ける複数の直動機構と、を含む。ここで金属製ワークを回転させながら加工を行うとき、一般的に、加工ローラの主軸に沿った方向への送り量に対してこれと直角な半径方向の位置を一定に維持するため、回転軸に直交する断面形状を同軸円とした軸対称形状の金属製品しか加工できなかった。 Spinning is a processing method in which a plate-shaped or tubular metal workpiece is rotated by a motor and pressed while pressing a processing roller against the metal workpiece to perform a forming process. An apparatus for performing such forming processing includes a main shaft for rotating a metal workpiece around a rotation axis, and a plurality of devices that are movable so as to intersect the rotation axis and press the metal workpiece while driving a processing roller. And a linear motion mechanism. Here, when processing while rotating the metal workpiece, in general, in order to maintain a constant radial position perpendicular to the feed amount in the direction along the main axis of the processing roller, Only a metal product with an axially symmetric shape with a coaxial circle in the cross-sectional shape perpendicular to can be processed.
一方、加工途中若しくは加工終了時の中心軸方向を金属製ワークの回転軸方向と角度を有するように、すなわち、金属製品の中心軸が湾曲し若しくは傾斜したような形状にスピニング加工する方法も提案されている。 On the other hand, a method is also proposed in which the center axis direction at the end of machining or at the end of machining has an angle with the rotation axis direction of the metal workpiece, that is, a spinning method in which the center axis of the metal product is curved or inclined. Has been.
例えば、特許文献1では、金属製ワークと加工ローラの接触点における接触角度を主軸の中心線に対して所定の傾斜角度で交わるように制御しながらスピニング加工を行う方法を開示している。金属製ワークとともに回転する平面内で閉軌道を描くように、金属製ワークの回転角度に同期させて加工ローラを主軸方向及び半径方向に前進又は後退させ、この傾斜角度及び閉軌道の位置及び形状について、目標形状データに対応させて連続的に変化させる。これにより、加工途中若しくは加工終了時の中心軸方向を金属製ワークの回転軸方向に対して傾斜した、又は、中心軸方向を湾曲させた形状の金属製品に成形加工できるのである。
For example,
更に、同軸円ではなく異形断面形状の金属製品にスピニング加工する方法も提案されている。ここでは、特許文献1の方法と同様に、金属製品の一端から他端までの成形加工を加工ローラの1回の通過経路で一気に行うこともでき得るが、加工時の肉厚変化などによる破断を生じやすくなる。そこで、金属製品の一端から他端までの成形加工を往復動を含む加工ローラの複数回の通過経路で行って、徐々に変形を与えることも考慮される。
Furthermore, a method of spinning a metal product having an irregular cross-sectional shape instead of a coaxial circle has been proposed. Here, as in the method of
例えば、特許文献2では、肉厚変化による破断の発生を抑制するよう加工ローラの位置制御を与えつつ、製品の一端から他端まで加工ローラを往復動させて、主軸に直交する断面を円形ではない異形断面形状とするスピニング加工方法を開示している。ブランク形状データと製品形状データとをそれぞれ記憶し、往復する加工ローラの過渡的な経路形状データを半径方向及び主軸方向の補間係数からなる平面上の点座標列で表されるデータ形式として算出し、加工時には、製品形状データ及びブランク形状データに対応させて、この過渡的な経路形状データと主軸回転角度とに基づいて、加工ローラの半径方向変位及び主軸方向変位を補間計算し、加工を行っている。 For example, in Patent Document 2, the processing roller is reciprocated from one end to the other end of the product while giving the position control of the processing roller so as to suppress the occurrence of breakage due to the change in thickness, and the cross section perpendicular to the main axis is circular. Disclosed is a spinning method with no irregular cross-sectional shape. Each of the blank shape data and product shape data is stored, and the transient path shape data of the reciprocating processing roller is calculated as a data format represented by a point coordinate sequence on a plane composed of interpolation coefficients in the radial direction and the principal axis direction. During machining, machining is performed by interpolating the radial displacement and spindle displacement of the processing roller based on the transient path shape data and the spindle rotation angle, corresponding to the product shape data and blank shape data. ing.
加工途中若しくは加工終了時の中心軸方向をワークの回転軸方向と角度を有し、且つ、異形断面形状を有するような製品が数多く利用されている。例えば、先端部の湾曲した管状材に口絞り形状を与えたような製品が自動車排気系を代表とする自動車部品、航空機部品、エネルギー関連そのほか様々な分野の部品に利用されている。 Many products are used that have an angle with the direction of the rotation axis of the workpiece during the processing or at the end of the processing and have an irregular cross-sectional shape. For example, products in which a tubular material having a curved tip is given a mouth shape is used for automobile parts such as automobile exhaust systems, aircraft parts, energy-related parts, and other various fields.
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、加工途中若しくは加工終了時の中心軸方向をワークの回転軸方向と角度を与え、且つ、異形断面形状を有するような製品であっても加工可能なスピニング加工方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the situation as described above. The object of the present invention is to give an angle to the rotation axis direction of the workpiece while giving an angle to the central axis direction during or at the end of machining, and an irregular shape. An object of the present invention is to provide a spinning method capable of processing even a product having a cross-sectional shape.
本発明によるスピニング加工方法は、主軸に取り付けられた金属製ワークに加工ローラを押しつけ、ブランクを湾曲又は傾斜した中心軸を有する金属製品に成形加工するスピニング加工方法であって、前記金属製ワークと前記加工ローラとの接触点を前記主軸に対して傾斜した仮想面内において閉軌道を描くように、所定の主軸方向変位、半径方向変位及び主軸回転角度に基づいて、前記加工ローラを前記主軸回転角度に同期させ前記主軸に沿った方向及び半径方向にそれぞれ往復動させながら前記金属製ワークに押し付ける加工において、前記ブランクの前記中心軸に沿って所定間隔で並ぶ仮想面におけるブランク断面閉軌道と、これに対応して前記金属製品の前記中心軸に沿って並ぶ仮想面における金属製品断面閉軌道と、を設定し、前記主軸方向変位、前記半径方向変位及び前記主軸回転角度は、前記ブランク断面閉軌道から対応する前記金属製品断面閉軌道への成形加工を与えるよう、前記金属製ワーク及び前記加工ローラの接触点列毎に与えることを特徴とする。 A spinning method according to the present invention is a spinning method for pressing a processing roller against a metal workpiece attached to a main shaft to form a blank into a metal product having a central axis that is curved or inclined, and the metal workpiece and Based on a predetermined main axis direction displacement, radial direction displacement and main shaft rotation angle, the main shaft rotation of the processing roller is performed so as to draw a closed orbit in a virtual plane inclined with respect to the main shaft at the contact point with the processing roller. In the process of pressing against the metal workpiece while reciprocating in the direction and the radial direction along the main axis in synchronization with the angle, the blank cross-section closed track in the virtual plane aligned at a predetermined interval along the central axis of the blank, Correspondingly, a metal product cross-section closed track in a virtual plane aligned along the central axis of the metal product is set, and the front The main-axis direction displacement, the radial direction displacement, and the main-axis rotation angle are provided for each contact point sequence of the metal workpiece and the processing roller so as to give a forming process from the blank cross-section closed track to the corresponding metal product cross-section closed track. It is characterized by giving to.
かかる発明によれば、加工ローラを主軸回転角度に同期させ主軸に沿った方向及び半径方向にそれぞれ往復動させることで、加工途中若しくは加工終了時の中心軸方向を金属製ワークの回転軸方向と角度を与え且つ異形断面形状を有するような製品についても簡単なデータ設計でスピニング加工を与え得るのである。 According to this invention, by synchronizing the processing roller with the main shaft rotation angle and reciprocating in the direction along the main shaft and in the radial direction, the central axis direction during processing or at the end of processing is the rotation axis direction of the metal workpiece. Spinning can be applied with a simple data design even for products that are angled and have an irregular cross-sectional shape.
上記した発明において、前記ブランク断面閉軌道から対応する前記金属製品断面閉軌道への成形加工を与える前記加工ローラの中間形状データは、補間係数を用いて主軸方向及び半径方向の平面上の点座標列毎に前記加工ローラの前記主軸方向変位及び前記半径方向変位を前記主軸回転角度に対して補間計算し、前記加工ローラを前記中間形状データに追従させて前記金属製ワークの位置制御を行うことを特徴としてもよい。 In the above-mentioned invention, the intermediate shape data of the processing roller that gives a forming process from the blank cross-section closed track to the corresponding metal product cross-section closed track is a point coordinate on the principal axis and radial planes using interpolation coefficients. For each row, the main shaft direction displacement and the radial direction displacement of the processing roller are calculated by interpolation with respect to the main shaft rotation angle, and the position of the metal workpiece is controlled by causing the processing roller to follow the intermediate shape data. May be a feature.
かかる発明によれば、加工ローラの複数回の通過経路によるスピニング加工について、経路過程における途中の経路形状データを複雑且つ大きくすることなく、加工を容易にでき得て、しかも、肉厚変化による破断も抑制し得るのである。 According to this invention, for spinning processing by a plurality of passage paths of the processing roller, the processing can be easily performed without complicating and increasing the path shape data in the course of the path process, and the fracture due to the wall thickness change can be achieved. Can also be suppressed.
本発明の1つの実施例によるスピニング加工方法について、図1乃至図11を用いて詳細を説明する。まず、スピニング加工装置について説明する。 A spinning method according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. First, a spinning processing apparatus will be described.
図1に示すように、スピニング加工装置1は、ワーク10に加工ローラ15を押し付けて加工を行う装置である。ワーク10は治具12によって主軸13に固定され、主軸回転角度θを検出するエンコーダなどの回転角センサ14aを備えたモータ14によって主軸13とともに回転駆動される。
As shown in FIG. 1, the
加工ローラ15は、ボールねじや油圧シリンダなどのアクチュエータによって駆動される直動テーブル16の上にあって、ワーク10の半径方向(図1のY軸方向)に前進及び後退自在である。また、直動テーブル16は直動テーブル17によって主軸13と平行(図1のX軸方向)に前進及び後退自在である。
The
直動テーブル16及び17には、それぞれの送り量を検出するエンコーダなどの変位センサ16a及び17aが取り付けられており、出力はアクチュエータを制御する制御装置30に送出され、直動テーブル16及び17の位置制御がなされる。
コンピュータとしての制御装置30は、モータ14の回転角センサ14a、直動テーブル16の変位センサ16a、直動テーブル17の変位センサ17aなどのデータを受信して、予め搭載された制御ソフトに従って制御信号を生成・送出し、直動テーブル16及び17の位置制御を行う。
The
図2に示すように、制御装置30の記憶装置30aには、3つの記憶領域31、32及び33を設けられている。ここではワーク10の初期ブランク形状である直管形状10aから、最終的には、中心軸の湾曲した湾曲管形状10bへ加工する場合について説明する(図3参照)。
As shown in FIG. 2, the
第1の記憶領域31には、製品である湾曲管形状10bの目標形状データが記憶されている。目標形状データは、主軸13に対して異なる傾斜角を有する複数の断面のそれぞれにおいて、加工ローラ15と湾曲管形状10bの表面の各接触点列について、X軸変位、Y軸変位及び主軸回転角度θをセットとしたデータ形式で格納されている。これについては後述する。
The
同様に、第2の記憶領域32には、直管形状10aの形状データが記憶されている。形状データは、加工ローラ15と直管形状10aの表面の各接触点列について、X軸変位、Y軸変位及び主軸回転角度θをセットとしたデータ形式で格納されている。また、第3の記憶領域33には、直管形状10aの形状データから段階的に湾曲管形状10bの目標形状データに到るまでの加工ローラ15の過渡的な経路(中間経路)が記憶されている。過渡的な形状データは、複数のX軸方向及びY軸方向の補間係数からなる平面上の点座標列として記憶されている。
Similarly, the shape data of the
制御装置30の計算部30bは、記憶装置30aの記憶領域31、32及び33に格納された形状データと主軸回転角θとから補間計算を行って、加工ローラ15の目標変位(Xt、Yt)を算出し、サーボ制御部30cを介して直動テーブル16及び17をサーボ制御して、加工ローラ15を目標変位に追従させる。詳細については後述する。
The
次に、上記したスピニング加工装置1の加工動作について説明する。
Next, the processing operation of the above-described
大略すれば、スピニング加工は、記憶領域31、32及び33に格納された湾曲管形状10bの目標形状データ、ブランクである直管形状10aの形状データ、加工ローラ15の最終形状に到るまでの過渡的な経路(中間経路)、及び、主軸回転角θから、加工ローラ15の実際の目標変位を補間計算によって求め、直動テーブル16及び17で加工ローラ15を目標変位に追従させて加工を行うのである。
In short, the spinning process reaches the target shape data of the
図3に示すように、湾曲管形状10bの目標形状データは、主軸13に対して異なる傾斜角をもつ複数の断面における加工ローラ15と湾曲管形状10b表面の接触点列のX軸,Y軸変位及び主軸回転角度θの形式で表わされる。
As shown in FIG. 3, the target shape data of the
例えば、図3(a)に示したような湾曲管の形状である湾曲管形状10bは、図3(b)に示したように、主軸方向Sに対して異なる傾斜角を有する複数の断面D1…Dk−1,Dk,Dk+1…で切断すると、各断面D1…Dk−1,Dk,Dk+1…における湾曲管形状10bとの交線d1…dk−1,dk,dk+1…はいずれも閉曲線となる。ここで、k番目の断面形状(閉曲線)dkは、主軸回転角θを引数として、(Xp(k,θ),Yp(k,θ))で表現されるものとする。すなわち、湾曲管形状10bの回転角θが変化し、閉曲線dkにおける加工ローラ15が湾曲管形状10bのk番目の断面形状(閉曲線)dkに接触するなら、加工ローラ15のX軸変位はXp(k,θ)、Y軸変位はYp(k,θ)で表されるのである。これは、断面D1…Dk−1,Dk,Dk+1…の傾斜角、及び、これに対応する閉曲線…dk−1,dk,dk+1…を次第に変化させながら数値計算し、湾曲管形状10bを成形加工するための目標形状データを得られることを意味している。これらは目標形状の設計データ等から、後述する手順で算出することができる。
For example, a
同様に、図4(a)に示したような形状の直管形状10aは、図4(b)に示したように、複数の断面D1’…Dk−1’,Dk’,Dk+1’…で切断すると、各断面D1’…Dk−1’,Dk’,Dk+1’…における直管形状10aとの交線d1’…dk−1’,dk’,dk+1’…はいずれも同じ形状の閉曲線となる。つまり、k番目の断面形状(閉曲線)dkは、主軸回転角θを引数として、(Xb(k,θ),Yb(k,θ))で表現されるものとする。ここで、直管形状10aが円管の場合、Y軸変位Yb(k,θ)は一定値となる。
Similarly, a
湾曲管形状10bの目標形状データ(Xp(k,θ),Yp(k,θ))は第1の記憶領域31に、直管形状10aの形状データ(Xb(k,θ),Yb(k,θ))は第2の記憶領域32にそれぞれ格納される。
The target shape data (X p (k, θ), Y p (k, θ)) of the
ここで、図5に示すように、制御装置30は、ワーク10の回転角θと同期させるようにして、加工ローラ15のX軸方向変位及びY軸方向変位を制御し、ワーク10と加工ローラ15の接触点の軌跡が湾曲した中心軸CLに直交する面内において閉軌道を描くようにする。
Here, as shown in FIG. 5, the
ここで、図6を用いて、目標形状データの閉曲線として半径Rの円Cとして、加工ローラ15の主軸方向の送り変位及び半径方向の送り変位の計算方法について説明する。
Here, a calculation method of the feed displacement in the main shaft direction and the feed displacement in the radial direction of the
円Cを含む平面cと主軸中心線Sの交点Qから円Cの中心までの距離をdとする。また、円Cを含む平面cと主軸中心線Sは角度αで交わっているとする。点Qから円C上の点Pまでの距離rは、角度φを用いて、次の(式1)で表わされる。
一方、ワーク10の回転角θと角度φの間には、(式2)が成り立つ。
また、加工ローラ15の半径方向の送り変位yを加工ローラ15とワーク10との接触点Pから主軸中心線Sまでの距離として表わすと、(式3)が成り立つ。
更に、加工ローラ15の主軸方向の送り変位xを点Qの位置xQを基準として表わすと、(式4)が成り立つ。
計算の手順としては、ワーク10の回転角θから(式2)によって角度φを求め、次に(式1)から距離rを求め、最後に(式3)及び(式4)から送り変位(X,Y)を求めることができる。
As the calculation procedure, the angle φ is obtained from the rotation angle θ of the
ここでは、円形の閉軌道Cについて説明したが、かかる閉軌道Cの形状は自由に定め得る。例えば、図7に示すような不定形の形状の閉軌道C’であってもよい。閉軌道C’を含む平面c’と主軸中心線Sの交点Q’から閉軌道C’上の点P’までの距離rを角度φの関数r=r(φ)として表わし、これを(式1)の代わりに用いれば、加工ローラ15の主軸方向の送り変位X及び半径方向の送り変位Yを計算できるのである。
Although the circular closed track C has been described here, the shape of the closed track C can be freely determined. For example, a closed orbit C ′ having an irregular shape as shown in FIG. 7 may be used. The distance r from the intersection point Q ′ of the plane c ′ including the closed trajectory C ′ and the center axis S of the main axis S to the point P ′ on the closed trajectory C ′ is expressed as a function r = r (φ) of the angle φ. If used instead of 1), the feed displacement X in the main axis direction and the feed displacement Y in the radial direction of the
また、閉軌道の形状として多角形や楕円形を与えれば、製品の断面もそれぞれ多角形や楕円形となるから、図8(a)や(b)に示すような異形断面形状で且つ中心軸Sが湾曲した形状も成形加工可能である。 Further, if a polygon or an ellipse is given as the shape of the closed orbit, the cross section of the product also becomes a polygon or an ellipse, respectively, so that it has an irregular cross-sectional shape as shown in FIGS. Shapes with curved S can also be formed.
次に、過渡的な経路における形状データの生成について説明する。 Next, generation of shape data in a transient route will be described.
図9に示すように、第3の記憶領域33に記憶された直管形状10aから段階的に湾曲管形状10bに到るまでの加工ローラ15の過渡的な経路における形状データは、0から1までの補間係数からなる正規化された平面上の点座標列として表される。ここで、Sxtは、直管形状10a及び湾曲管形状10bを表わし、主軸方向に並んだ複数の断面形状データから、それぞれ1つずつの断面形状を決定するための補間係数である。Sxt=0のとき、最も先端側(右端、図1及び図3参照)の断面形状の組が選択され、Sxt=1のとき、最も治具側(左端、図1及び図3参照)の断面形状の組が選択される。
As shown in FIG. 9, the shape data in the transitional path of the
一方、Sytは、Sxtによって決定された直管形状10a及び湾曲管形状10bの断面形状の間を補間し、加工ローラ15の実際の主軸方向及び半径方向の変位を計算するための補間係数である。Syt=0は、加工ローラ15が湾曲管形状10bに到達した状態、すなわち、主軸回転角θにおいて加工ローラ15の主軸方向変位及び半径方向変位が各kにおける目標形状データ(Xp(k,θ),Yp(k,θ))を結ぶ値と等しくなっていることを示す。また、Syt=1は、加工ローラ15がブランクである直管の表面に接している状態、すなわち主軸回転角θにおいて加工ローラ15の主軸方向及び半径方向変位が各kにおけるブランク形状データ(Xb(k,θ),Yb(k,θ))を結ぶ値と等しくなっていることを示す。
On the other hand, S yt is an interpolation coefficient for interpolating between the cross-sectional shapes of the
ここで、図3の湾曲管形状10bにおいて、左端から右方に延びる湾曲管の壁面を成形する場合、加工ローラ15による段階的な成形加工について説明する。
Here, in the
1回目の加工では、加工ローラ15は、(Sxt,Syt)=(1,1)、すなわち直管形状10aの治具12側の表面をスタートし、半径方向の切込みを徐々に深くしながらワークの先端(Sxt=0)に到るまで移動し、変形量の小さい第1段階目のスピニング加工を行う。
In the first processing, the
次に、加工ローラ15は、ワーク先端に対応する位置から、治具12側に向けて右側に反転し、やはり半径方向の切込みを徐々に深くしながらワーク左端(Sxt=1)に到るまで移動し、第2段階目のスピニング加工を行う。
Next, the
回数を重ねる毎に半径方向の切込みは深くなり、直管形状10aから目標形状である湾曲管形状10bに近づく。また、主軸13方向の変位についても目標形状データXp(k,θ)に近づくため、加工ローラ15の動きは主軸13に対して傾斜した閉曲線に沿ったものになる。
As the number of times increases, the radial cut becomes deeper, and the
以後同様に、図9では、加工ローラ15は、ワーク10の左端から右端までの区間内で3回半に分けて往復動し、徐々にブランクとしての直管形状10aから湾曲管形状10bに近づけながら、スピニング加工を完了させる。
Thereafter, similarly, in FIG. 9, the
加工ローラ15は、加工中、主軸13の回転角θに同期して、主軸方向及び半径方向に前後するが、過渡的な経路は平面上の曲線として設定でき、回転角に同期した前後運動に関わりなく、軸対称形状における加工ローラ経路と同様にできる。加工ローラ15の経路として、主軸13の回転角θと主軸方向変位Xtに対応する加工ローラ15の半径方向変位Ytをあらかじめ全て設定しようとするなら、非常に膨大な3次元データを設定することが必要であるが、上記したような補間計算によりデータ量を大幅に抑制できる。
During processing, the
第3の記憶領域33における加工ローラ15の最終形状に到るまでの過渡的な経路上の点(Sxt,Syt)と主軸回転角θが与えられたときの補間計算において、加工ローラ15の主軸方向変位及び半径方向変位の算出は以下の如きである。
In the interpolation calculation when a point (S xt , S yt ) on the transient path to the final shape of the
まず、Sxtから、これに対応した直管形状10a及び湾曲管形状10bの断面形状を1つずつ決定する。EXp(k)及びEXb(k)をそれぞれXp(k,θ)及びXb(k,θ)の主軸回転角θに関する平均値とし、
k=1,...,nのとき、
EXpt={EXp(n)−EXp(1)}・SXt
EXbt={EXb(n)−EXb(1)}・SXt
とする。
First, the cross-sectional shapes of the
k = 1,. . . , N
EX pt = {EX p (n) −EX p (1)} · S Xt
EX bt = {EX b (n) −EX b (1)} · S Xt
And
その上で、第1の記憶領域31の湾曲管形状10bの目標形状データを参照し、主軸方向の変位に関して、
EXp(k)<EXpt<EXp(k+1)
が成立する断面形状のkを求める。すると、
Xp(Xt,θ)={(EXpt−EXp(k))・(Xp(k+1,θ)+(EXp(k+1)−EXpt)・Xp(k,θ)}/(EXp(k+1)−EXp(k))
Yp(Xt,θ)={(EXpt−EXp(k))・(Yp(k+1,θ)+(EXp(k+1)−EXpt)・Yp(k,θ)}/(EXp(k+1)−EXp(k))
によって、Sxtに対応する、主軸回転角がθのときの湾曲管形状10bの主軸方向変位Xp(Sxt,θ)及び半径方向変位Yp(Sxt,θ)の組が求められる。
Then, referring to the target shape data of the
EX p (k) <EX pt <EX p (k + 1)
K of the cross-sectional shape in which is established is obtained. Then
X p (X t, θ) = {(EX pt -EX p (k)) · (X p (k + 1, θ) + (EX p (k + 1) -EX pt) · X p (k, θ)} / (EX p (k + 1) −EX p (k))
Y p (X t , θ) = {(EX pt −EX p (k)) · (Y p (k + 1, θ) + (EX p (k + 1) −EX pt ) · Y p (k, θ)} / (EX p (k + 1) −EX p (k))
Thus, a set of a principal axis direction displacement X p (S xt , θ) and a radial direction displacement Y p (S xt , θ) of the
同様に,第2の記憶領域32のブランクの直管形状10aの形状データを参照し、主軸方向の変位に関して、
EXb(k)<EXbt<EXb(k+1)
が成立する断面形状のkを求める。すると、
Xb(Xt,θ)={(EXbt−EXb(k))・(Xb(k+1,θ)+(EXb(k+1)−EXbt)・Xb(k,θ)}/(EXb(k+1)−EXb(k))
Yb(Xt,θ)={(EXbt−EXb(k))・(Yb(k+1,θ)+(EXb(k+1)−EXbt)・Yb(k,θ)}/(EXb(k+1)−EXb(k))
によって、Sxtに対応する、直管形状10aの主軸方向変位Xb(Sxt,θ)及び半径方向変位Yb(Sxt,θ)の組が求められる。
Similarly, with reference to the shape data of the blank
EX b (k) <EX bt <EX b (k + 1)
K of the cross-sectional shape in which is established is obtained. Then
X b (X t, θ) = {(EX bt -EX b (k)) · (X b (k + 1, θ) + (EX b (k + 1) -EX bt) · X b (k, θ)} / (E Xb (k + 1) −E Xb (k))
Y b (X t , θ) = {(EX bt −EX b (k)) · (Y b (k + 1, θ) + (EX b (k + 1) −EX bt ) · Y b (k, θ)} / (EX b (k + 1) −EX b (k))
By, corresponding to the S xt, principal axis direction displacement X b (S xt, θ) of the
加工ローラ15の過渡的な半径方向変位Sytを用いて、直管形状10aと湾曲管形状10bの形状データを補間する。つまり、
Xt=Syt・Xb(Sxt,θ)+(1−Syt)・Xp(Sxt,θ)
Yt=Syt・Yb(Sxt,θ)+(1−Syt)・Yp(Sxt,θ)
によって、加工ローラ15の主軸方向変位Xt及び半径方向変位Ytが求められる。
Using the transient radial displacement S yt of the
X t = S yt · X b (S xt, θ) + (1-S yt) · X p (S xt, θ)
Y t = S yt · Y b (S xt, θ) + (1-S yt) · Y p (S xt, θ)
The main axis direction displacement X t and radial displacement Y t of the
図10に示すように、この補間計算は、まず、湾曲管形状10bの2つの断面形状データXp(k,θ),Yp(k,θ)及びXp(k+1,θ),Yp(k+1,θ)から、Sxtに対応する断面形状データXp(Sxt,θ),Yp(Sxt,θ)を補間計算する。また、湾曲管形状10bの2つの断面形状データXb(k,θ),Yb(k,θ)及びXb(k+1,θ),Yb(k+1,θ)からも、Sxtに対応する断面形状データXb(Sxt,θ),Yb(Sxt,θ)を補間計算する。つまり、過渡的な経路データの補間係数Sytを重み係数として、直管形状10aと湾曲管形状10bの形状データを補間し、加工ローラ15の主軸方向変位Xt及び半径方向変位Ytを補間計算するのである。
As shown in FIG. 10, this interpolation calculation is performed by first obtaining two cross-sectional shape data X p (k, θ), Y p (k, θ) and X p (k + 1, θ), Y p of the curved tube shape 10b. from (k + 1, θ), the cross-sectional shape data X p corresponding to S xt (S xt, θ) , Y p (S xt, θ) to the interpolation calculation. Further, the two cross-sectional shape data X b of the curved pipe shape 10b (k, θ), Y b (k, θ) and X b (k + 1, θ ), Y b (k + 1, θ) from, corresponding to S xt The cross-sectional shape data X b (S xt , θ) and Y b (S xt , θ) to be interpolated are calculated. In other words, the shape data of the
なお、以上の補間計算は、スピニング加工装置1の制御装置30に実装されるプログラムによって実現される。
The above interpolation calculation is realized by a program installed in the
ここで、図11を用いて補間計算について説明する。 Here, the interpolation calculation will be described with reference to FIG.
図11の各閉曲線は、加工ローラ15の主軸方向変位Xt及び半径方向変位Ytをブランクに対する相対的な軌道で表わしたものである。補間係数Sxtで決定される断面における補間係数Sytについて、Syt=1では、Xt,Ytの軌道は直管形状10aの表面形状Xb(Sxt,θ),Yb(Sxt,θ)と一致する。またSyt=0では、Xt,Ytの軌道は目標である湾曲管形状10bの断面形状Xp(Sxt,θ),Yp(Sxt,θ)と等しくなる。0<Syt<1では、Xt,Ytの軌道はSytの値に応じた中間の形状を取る。
Each closed curve 11, the main axis direction displacement X t and radial displacement Y t of processing
つまり、図3に示したように、Sytの値を1から次第に0に近づければ、ワーク10はブランクの直管形状10aから目標とする湾曲管形状10bに徐々に近づき、最終的には湾曲管形状10bに一致し、加工を完成させるのである。
That is, as shown in FIG. 3, when the value of S yt gradually approaches 1 from 0, the
補間計算において、平面上の曲線で表わされた加工ローラ15の最終形状に到るまでの過渡的な経路だけで複数回の往復での加工が簡便に計算でき、加工ローラ15の経路形状や加工パラメータを容易に調整し最適な加工条件を得ることが可能である。
In the interpolation calculation, it is possible to easily calculate a plurality of reciprocations by only a transitional path to reach the final shape of the
より高精度に成形加工を行うためには、目標形状データXp(Sxt,θ),Yp(Sxt,θ)をより細かなメッシュで設定することが好ましい。また、ブランクの応力に対する変形追随性等の材質特性や、厚さ、さらには最終形状に至るまでに必要な変形量、あるいは要求される加工品質に応じて、予め実験的に求めたマップから自動的に定めるようにしてもよい。 In order to perform molding with higher accuracy, it is preferable to set the target shape data X p (S xt , θ) and Y p (S xt , θ) with a finer mesh. In addition, depending on the material characteristics such as deformation followability to the stress of the blank, the thickness, further the amount of deformation required to reach the final shape, or the required processing quality, it is automatically obtained from a map obtained experimentally in advance. You may make it determine automatically.
上記したように、ワーク10は管状材又は板状材の双方においても成形加工可能であり、更に、ワーク10と加工ローラ15との接触点が描く閉軌道の形状が楕円形や多角形などの円形ではない任意の閉曲線形状であってもよい。つまり、断面の形状は円形に限定されず、楕円形や多角形などの異形断面形状の製品を含み、中心軸が湾曲した形状の製品であっても成形加工可能である。更に、加工ローラ15の複数回の経路により、例えば、先端が湾曲した管材の口絞り形状のように、加工ローラ15の1回の経路では成形加工できないような製品であっても成形加工でき、製品を多様化し用途を拡大できる。
As described above, the
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 As mentioned above, although the Example by this invention and the modification based on this were demonstrated, this invention is not necessarily limited to this, A person skilled in the art will deviate from the main point of this invention, or the attached claim. Various alternative embodiments and modifications could be found without doing so.
1 スピニング加工装置
10 ワーク
10a 直管形状
10b 湾曲管形状
12 治具
13 主軸
14 モータ
15 加工ローラ
14a 回転角センサ
16、17 直動テーブル
16a、17a 変位センサ
30 制御装置
30a 記憶装置
30b 計算部
30c サーボ制御部
31、32、33 記憶領域
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記金属製ワークと前記加工ローラとの接触点を前記主軸に対して傾斜した仮想面内において閉軌道を描くように、所定の主軸方向変位、半径方向変位及び主軸回転角度に基づいて、前記加工ローラを前記主軸回転角度に同期させ前記主軸に沿った方向及び半径方向にそれぞれ往復動させながら前記金属製ワークに押し付ける加工において、
前記ブランクの前記中心軸に沿って所定間隔で並ぶ仮想面におけるブランク断面閉軌道と、これに対応して前記金属製品の前記中心軸に沿って並ぶ仮想面における金属製品断面閉軌道と、を設定し、前記主軸方向変位、前記半径方向変位及び前記主軸回転角度は、前記ブランク断面閉軌道から対応する前記金属製品断面閉軌道への成形加工を与えるよう、前記金属製ワーク及び前記加工ローラの接触点列毎に与えることを特徴とするスピニング加工方法。 A spinning method that presses a processing roller against a metal workpiece attached to a main shaft and forms a blank into a metal product having a curved or inclined central shaft,
Based on predetermined principal axis direction displacement, radial direction displacement, and main shaft rotation angle so as to draw a closed trajectory in a virtual plane inclined with respect to the main axis at the contact point between the metal workpiece and the processing roller, the processing In the process of pressing the roller against the metal workpiece while reciprocally moving the roller in a direction along the main axis and in a radial direction in synchronization with the main shaft rotation angle,
A blank cross-section closed track on a virtual plane aligned at a predetermined interval along the central axis of the blank, and a metal product cross-section closed track on a virtual plane aligned along the central axis of the metal product is set correspondingly. The main-axis direction displacement, the radial-direction displacement, and the main-axis rotation angle are in contact with the metal workpiece and the processing roller so as to give a forming process from the blank cross-section closed track to the corresponding metal product cross-section closed track. A spinning method characterized by being given for each point sequence.
The intermediate shape data of the processing roller that gives a forming process from the blank cross-section closed track to the corresponding metal product cross-section closed track is processed for each point coordinate sequence on the principal axis direction and radial plane using an interpolation coefficient. The displacement of the main shaft direction and the radial direction displacement of a roller are interpolated and calculated with respect to the main shaft rotation angle, and the position of the metal workpiece is controlled by causing the processing roller to follow the intermediate shape data. Item 4. The spinning method according to Item 1.
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