JPH08108221A - スピニング加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熟練や経験に頼ることなく、高品質で安定した
製品を得ることができるスピニング加工方法及びその装
置を得ること。 【構成】加工されるワーク８で上昇した熱を検出する温
度・熱画像計測装置３をワーク８に対向して設ける。こ
の温度・熱画像計測装置３で検出した温度・熱画像信号
を熱データ演算制御装置５に入力する。この熱データ演
算制御装置５では、温度・熱画像信号からワーク８のひ
ずみ量を計算するとともに、あらかじめ設定されたワー
ク８の加工上限温度と限界ひずみと比較して、その差を
ロール修正信号として加工制御装置２に出力する。この
加工制御装置２では、ロール修正信号に従って、スピニ
ング加工機１の移動テーブル12を制御して、ロールパス
を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スピニング加工方法及
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば、円板状の金属の被加
工材（以下、ワークという）から、円筒状やカップ状の
製品を製作するために、スピニング加工（注；別名へら
絞り）が採用されている。

【０００３】このスピニング加工方法及びその装置にお
いては、ワークの形状は、このワークに押し付けられる
ロールによる塑性変形によって形成されるために、ワー
クに押圧されるロールの軌跡が重要となる。すなわち、
ロールの軌跡が適切でない場合には、ワークを所定の形
状に加工できないだけでなく、ワークにしわや割れが発
生するおそれがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のスピ
ニング加工方法及びその装置においては、このロールの
軌跡は、長年の経験を経た作業者の判断で行われてい
る。そのため、ロールパスの決定に時間がかかるだけで
なく、作業者の疲労が重なると再現性も低下し、品質が
ばらつくおそれもある。

【０００５】そのため、ＣＮＣスピニングマシン（注；
電子計算機で制御される数値制御のスピニングマシン）
によるワークの加工も実施されているが、このＣＮＣス
ピニングマシンに設定するロールの押圧軌跡、すなわ
ち、ロールパスも、このＣＮＣスピニングマシンの操作
員の長年に亘る経験と試作品の検査結果による修正から
決定されている。

【０００６】したがって、その最終のロールパスを決定
するまでには、試行錯誤の繰り返しで、条件設定が完了
するまでには、時間がかかるだけでなく、それでも、そ
の加工条件が最適か否かの判断はできない。また、も
し、無駄な工程と時間が費やされた場合でも、それを評
価し訂正して短縮することはできない。

【０００７】そこで、本発明の目的は、作業者の経験の
有無の如何にかかわらず、最適のロールパスを得るため
に要する工程と時間を短縮し、品質一定のワークを製作
することのできるスピニング加工方法及びその装置を得
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
スピニング加工方法は、ロールパスによる塑性変形によ
って上昇したワークの温度を検出し、この温度とあらか
じめ設定されたワークの加工上限温度を比較してその差
を求め、この差でロールパスを修正しワークを加工した
ことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２に記載の発明のスピニング
加工方法は、ロールパスによる塑性変形によって上昇し
たワークの温度を検出し、この温度からワークの塑性ひ
ずみ量を算出し、この塑性ひずみ量とワークの温度をあ
らかじめ設定されたワークの限界ひずみと加工上限温度
と比較してその差を求め、この差でロールパスを修正し
ワークを加工したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項３に記載の発明のスピニング
加工装置は、ロールによって塑性変形するワークの上昇
温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段から
入力されたワークの温度の検出信号が入力され、あらか
じめ設定されたワークの加工上限温度と比較し演算する
温度演算手段と、この温度演算手段の演算結果が入力さ
れ、ロールの軌跡を制御するロール制御手段を備えたこ
とを特徴とする。

【００１１】さらに、請求項４に記載の発明のスピニン
グ加工装置は、ロールによって塑性変形するワークの上
昇温度を検出する温度・熱画像計測装置と、この温度・
熱画像計測装置から入力されたワークの温度・熱画像の
検出信号が入力され、この温度・熱画像信号からワーク
の塑性ひずみ量を求めあらかじめ設定されたワークの加
工上限温度及び限界ひずみと比較し演算する熱データ演
算制御装置と、この熱データ演算制御装置の演算結果が
入力されロールの軌跡を修正しロールを駆動する加工制
御装置を備えたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の発明においては、ワークの材
料によって設定された加工上限温度とロールパスによっ
て上昇したワークの温度の差によって、ロールパスがリ
アルタイムに修正される。

【００１３】また、請求項２に記載の発明においては、
ワークの材料によって設定された加工上限温度及び限界
ひずみと、ロールパスによって上昇したワークの温度及
びこの温度から算出されたひずみ量の差によって、ロー
ルパスがリアルタイムに修正される。

【００１４】また、請求項３に記載の発明においては、
温度演算手段に設定されたワークの加工上限温度とワー
クの上昇温度を比較演算する温度演算手段による演算結
果が入力されたロール制御手段によって、ロールの軌跡
がリアルタイムに制御される。

【００１５】さらに、請求項４に記載の発明において
は、あらかじめ設定されたワークの加工上限温度及び限
界ひずみと加工中のワークの上昇温度を検出する温度・
熱画像計測装置から入力されたワークの温度・熱画像信
号から求めたワークのひずみ量とを熱データ演算制御装
置で比較・演算された結果が入力された加工制御装置に
よって、ロールの軌跡がリアルタイムに制御される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のスピニング加工方法及びその
装置の一実施例を図面を参照して説明する。図１は、本
発明のスピニング加工方法及びその装置を示し、円板状
の素材から円筒状の製品を加工する場合を示す図であ
る。

【００１７】図１において、スピニング加工機１の上面
には、矢印Ｘと矢印Ｙ方向に駆動される移動テーブル12
が設けられている。この移動テーブル12は、後述する成
形ロール９と加熱冷却装置11を図示しないＸ軸駆動モー
タで矢印Ｘ方向に駆動するＸ軸12ａと、このＸ軸12ａを
図示しないＹ軸駆動モータで矢印Ｙ方向に駆動する一対
のＹ軸12ｂで構成されている。

【００１８】このうち、Ｘ軸12ａの右端に取り付けられ
た加熱冷却装置11には、内部に空圧部とヒータが収納さ
れている。このうち、空圧部の出力側は、加熱冷却装置
11の前端から突き出たノズル11ａに接続され、ヒータの
出力側はノズル11ａと隣接したノズル11ｂに接続されて
いる。

【００１９】この加熱冷却装置11の左側には、ロール取
付ベース９がＸ軸12ａに固定され、このロール取付ベー
ス９の前端から突き出たＬ字形のアームの先端には、略
円板状のロール９ａがロール９ａの先端の図示しない軸
受を介してアームに挿着されている。

【００２０】一方、スピニング加工機１の前部には、マ
ンドレル６がＸ軸12ａと平行に設けられている。このマ
ンドレル６の左端には、図示しないモータが連結され、
マンドレル６の左側は、図示しない一対の軸受で支えら
れている。

【００２１】このマンドレル６の右端面には、破線示す
円板状のワークから一点鎖線で示すように円錐台状に絞
り加工され、次に実線で示すように左端がラッパ状に形
成された後、更に絞り加工されて円筒状となるワーク８
の素材が取り付けられている。このワーク８は、このワ
ーク８の右側にマンドレル６と同一軸心線上に設けられ
た押え７によって右側から押圧されている。

【００２２】この押え板７の左側面には、図示しない円
柱状の突起部が軸心に形成され、この突起部は、ワーク
８の中心に形成された図示しない位置決め穴に挿入され
ている。押え７の右側には、押え棒７ａが押え７と同一
軸心上に設けられ、この押え棒７ａの右側には、この押
え棒７ａの右側を支持する図示しない一対の軸受が挿入
され、押え棒７ａの右端には、図示しない電動機が図示
しないカップリングを介して連結されている。

【００２３】さらに、スピニング加工機１の右側には、
ＮＣ制御装置で構成された加工制御装置２が設置されて
いる。この加工制御装置２の片側に接続された信号線の
他端は、前述したスピニング加工機１のＸ軸駆動モータ
とＹ軸駆動モータ及び加熱冷却装置11並びにマンドレル
駆動モータと押え棒駆動モータにそれぞれ接続されてい
る。

【００２４】また、加工制御装置２の他側には、後述す
る熱データ演算制御装置５の片側が接続されている。こ
の熱データ演算制御装置５の他側には、ワーク８と対向
して設置された後述する温度・熱画像計測装置３が接続
されている。この温度・熱画像計測装置には、ワーク８
から放射される赤外線をカメラで受光し、この受光した
赤外線の強度に比例した温度・熱画像信号を出力する電
荷結合素子を内蔵している。

【００２５】また、熱データ演算制御装置５の他側は、
この熱データ演算制御装置から入力されたワーク８の検
出温度を画面４ａに表示する後述する温度・熱画像表示
装置４に接続されている。

【００２６】このように構成されたスピニング加工装置
においては、従来と同様に操作員によって加工制御装置
２にあらかじめ入力された加工プログラムに従って、Ｘ
軸駆動軸12ａ，Ｙ軸駆動軸12ｂ及びマンドレル駆動用電
動機と押え棒駆動用電機などが駆動される。

【００２７】この加工プログラムに従ってＸ，Ｙ軸方向
に移動するロール９ａによって、破線で示す円板状のワ
ーク８は、矢印で示すように左側に絞り加工されて一点
鎖線で示す円椎台状となり、次いで、実線で示すように
ラッパ状となり、更に破線で示す円筒状の製品に成形さ
れる。

【００２８】この成形過程において、ワーク８はせん断
変形による塑性ひずみに比例してローラ９ａによる熱が
発生する。この熱は、温度・熱画像計測装置３によっ
て、図２に示す熱画像データ22として熱データ演算制御
装置５に入力される。

【００２９】この熱データ演算制御装置５では、図２に
示す温度スケール23と前述した熱画像データ22を対照し
て、ワーク８の各ロールパス毎の各部の温度を求めると
ともに、式（１）によって、各部の温度上昇値からワー
クの各部の塑性ひずみ量を各ロールパス毎に求める。

【００３０】

【数１】

【００３１】この熱データ演算制御装置５で求められた
ワークの各部の温度上昇値は、温度・熱画像表示装置４
に入力されて、図２で示した熱画像を表示するととも
に、あらかじめ熱データ演算制御装置５に設定された図
３のグラフで示す１パス限界ひずみεと材料加工上限温
度ｔの判定基準と、前述したワークの各部の温度と塑性
ひずみ量を比較して、その結果を制御信号として加工制
御装置２に出力する。

【００３２】すると、加工制御装置２では、熱データ演
算制御装置５から入力された制御信号に基づいて、図３
に示す材料加工上限温度ｔと１パス限界ひずみεを超え
ないように、Ｘ，Ｙ軸を制御してロール９ａを駆動する
とともに、加熱・冷却装置11をオン・オフする。

【００３３】このように構成されたスピニング加工装置
においては、上記加工を数回繰り返して、数個の製品を
製作し、各部の温度上昇値と１パス限界ひずみが図３の
値を超えないことを確認し、製品を切断して塑性変形部
分の肉厚などを検査した後、修正された最終のロールパ
スのデータを加工制御装置２に記憶させる。

【００３４】この記憶された加工データでワークを加工
する場合には、温度・熱画像表示装置４に示された画像
を操作員が確認し、もし、図３で示した材料加工上限温
度を超えたときには、加工を中止して、再度データを修
正する。

【００３５】図４は、上述したスピニング加工装置の制
御の流れを示すブロック図で、ステップＳ１でスピニン
グ加工機１が駆動されると、ステップＳ２では、ワーク
８の熱画像データ22が温度熱画像計測装置３によって計
測される。この温度熱画像計測装置３で検出されたワー
ク８の熱画像データ22は、熱データ演算制御装置５に入
力され、ステップＳ３では入力された熱画像データ22か
らワーク８の各部の温度上昇と塑性ひずみ量が求められ
る。

【００３６】次のステップ４では、ステップ３で求めら
れたワーク８の各部の温度上昇値とひずみ量を、あらか
じめ熱データ演算制御装置５に設定されていた材料加工
上限温度と１パス限界ひずみの値を比較して、その過不
足を判定し、その結果をステップ５に示す制御条件とし
て加工制御装置２に出力する。

【００３７】このようにして、ワーク８の加工状況をリ
アルタイムデータとして捕え、ワーク８の加工条件を制
御して、加工制御装置２によってワーク８を加工するこ
とで、最適なローラパスを得ることができ、品質一定の
製品を得るスピニング加工を行うことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
ロールパスによる塑性変形によって上昇したワークの温
度を検出し、この温度とあらかじめ設定されたワークの
加工上限温度を比較してその差を求め、この差でロール
パスを修正てワークを加工することで、ワークの加工状
態をリアルタイムデータにワークの温度から検出しロー
ルパスを修正したので、作業者の経験の有無の如何にか
かわらず、加工に要する工程と時間を短縮し、品質一定
のワークを製作することのできるスピニング加工方法を
得ることができる。

【００３９】また、請求項２に記載の発明によれば、ロ
ールパスによる塑性変形によって上昇したワークの温度
を検出し、この温度からワークの塑性ひずみ量を算出
し、この塑性ひずみ量とワークの温度をあらかじめ設定
されたワークの限界ひずみと加工上限温度と比較してそ
の差を求め、この差でロールパスを修正しワークを加工
することで、ワークの加工状態をリアルタイムに検出し
たワークの温度から塑性ひずみ量を算出しロールパスを
修正したので、作業者の経験の有無の如何にかかわら
ず、加工に要する工程と時間を短縮し、品質一定のワー
クを製作することのできるスピニング加工方法を得るこ
とができる。

【００４０】また、請求項３に記載の発明によれば、ロ
ールによって塑性変形するワークの上昇温度を検出する
温度検出手段と、この温度検出手段から入力されたワー
クの温度の検出信号が入力され、あらかじめ設定された
ワークの加工上限温度と比較し演算する温度演算手段
と、この温度演算手段の演算結果が入力され、ロールの
軌跡を制御するロール制御手段を備えることで、ワーク
の加工状態をリアルタイムに検出したワークの温度とあ
らかじめ設定したワークの加工上限温度との比較演算結
果からロールの軌跡を制御したので、作業者の経験の有
無の如何にかかわらず、加工に要する工程と時間を短縮
し、品質一定のワークを製作することのできるスピニン
グ加工装置を得ることができる。

【００４１】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
ロールによって塑性変形するワークの上昇温度を検出す
る温度・熱画像計測装置と、この温度・熱画像計測装置
から入力されたワークの温度・熱画像の検出信号が入力
され、この温度・熱画像信号からワークの塑性ひずみ量
を求めあらかじめ設定されたワークの加工上限温度及び
限界ひずみと比較し演算する熱データ演算制御装置と、
この熱データ演算制御装置の演算結果が入力されロール
の軌跡を修正しロールを駆動する加工制御装置を備える
ことで、ワークの加工状態をリアルタイムに検出したワ
ークの温度からワークの塑性ひずみを求め、この塑性ひ
ずみ量とワークの検出温度をあらかじめ設定した限界ひ
ずみと加工上限温度と比較演算するとともに、この演算
結果でロールの軌跡を修正し制御したので、作業者の経
験の有無の如何にかかわらず、加工に要する工程と時間
を短縮し、品質一定のワークを製作することのできるス
ピニング加工装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピニング加工方法及びその装置の一
実施例を示す図。

【図２】本発明のスピニング加工方法及びその装置の作
用を示す図。

【図３】本発明のスピニング加工方法及び装置に設定さ
れる材料加工上限温度と限界ひずみの一例を示すグラ
フ。

【図４】本発明のスピニング加工方法及びその装置の作
用を示すブロック図。

【符号の説明】

１…スピニング加工機、２…加工制御装置、３…温度・
熱画像計測装置、４…温度・熱画像表示装置、５…熱デ
ータ演算制御装置、６…マンドレル、７…押え、７ａ…
押え棒、８…ワーク、９…ロール取付ベース、９ａ…ロ
ール、11…加熱冷却装置、11ａ，11ｂ…ノズル、12…移
動テーブル、12ａ…Ｘ軸、12ｂ…Ｙ軸、22…熱画像デー
タ、23…温度スケール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 紀美夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロールパスによる塑性変形によって上昇
   したワークの温度を検出し、この温度とあらかじめ設定
   された前記ワークの加工上限温度を比較してその差を求
   め、この差で前記ロールパスを修正し前記ワークを加工
   するスピニング加工方法。
2. 【請求項２】 ロールパスによる塑性変形によって上昇
   したワークの温度を検出し、この温度から前記ワークの
   塑性ひずみ量を算出し、この塑性ひずみ量と前記ワーク
   の温度をあらかじめ設定された前記ワークの限界ひずみ
   と加工上限温度と比較してその差を求め、この差で前記
   ロールパスを修正し前記ワークを加工するスピニング加
   工方法。
3. 【請求項３】 ロールによって塑性変形するワークの上
   昇温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段か
   ら入力された前記ワークの温度の検出信号が入力され、
   あらかじめ設定された前記ワークの加工上限温度と比較
   し演算する温度演算手段と、この温度演算手段の演算結
   果が入力され、前記ロールの軌跡を制御するロール制御
   手段を備えたスピニング加工装置。
4. 【請求項４】 ロールによって塑性変形するワークの上
   昇温度を検出する温度・熱画像計測装置と、この温度・
   熱画像計測装置から入力された前記ワークの温度・熱画
   像の検出信号が入力され、この温度・熱画像信号から前
   記ワークの塑性ひずみ量を求めあらかじめ設定された前
   記ワークの加工上限温度及び限界ひずみと比較し演算す
   る熱データ演算制御装置と、この熱データ演算制御装置
   の演算結果が入力され前記ロールの軌跡を修正し前記ロ
   ールを駆動する加工制御装置を備えたスピニング加工装
   置。