JPH115135A - 輪体成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 １サイクルの加工時間を短縮し、加工効率を
向上させることができる輪体成形装置を提供する。 【解決手段】 圧延部１０１は成形ロール、マンドレ
ル、およびマンドレルの送り機構から成り、圧延送り制
御部１０２はマンドレルの送り速度を制御する。接触検
出部１０３はワークと成型ロールとが接触したか否かに
係わるパラメータを測定し、その測定値は接触レベル判
定部１０５に出力される。接触レベル設定部１０４はワ
ークと成型ロールとの接触を判定するための上記パラメ
ータの閾値が設定される記憶装置であり、閾値は接触レ
ベル判定部に供給される。接触レベル判定部は、接触検
出部により測定されたパラメータと接触レベル設定部か
ら供給される閾値とを比較し、ワークと成型ロールとが
接触したと判定したときに圧延送り制御部は圧延部にお
ける成形ロールとマンドレルとの接近速度を減速する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受の外輪等の輪
状のワークを冷間圧延方法で圧延加工する輪体成形装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸受の外輪等の輪状のワークを冷
間圧延方法で圧延加工する輪体成形装置は、ワークが外
挿されるマンドレルと、該マンドレルの回転軸と平行な
軸回りに回転する成形ロールとを具備し、例えば成形ロ
ールを電動機の回転出力により回転させ、該回転してい
る成形ロールにワークを外挿したマンドレルを接近させ
ていくことによって、ワークをマンドレルと成形ロール
とで圧延・成形するように構成されていた。

【０００３】また、この従来の輪体成形装置において
は、マンドレルと成形ロールとを接近させるときの送り
速度をワークの圧延開始前と開始後とで変化させるよう
にしていた。即ち、ワークの圧延開始ポイント近傍まで
はマンドレルを成形ロールに急速に接近させるプリセッ
ト送りを実行し、その後、実際にワークを圧延するため
の加工送りに減速するようにして、１サイクルの加工時
間を短縮するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
は、圧延開始ポイント近傍までマンドレルを急速に成形
ロールに接近させるプリセット送りを実行することによ
って、１サイクルの加工時間を短縮していた。しかしな
がら、加工前のワークには比較的大きな真円度誤差があ
り、また、成形ロール及びマンドレルの金型内でワーク
の姿勢が整っていない場合等には、想定される圧延開始
ポイントの直前までマンドレルをプリセット送りする
と、誤ってプリセット送り中にワークの圧延を開始して
しまうことがあり、成形ロールの型形状の悪化やワーク
スリップを引き起こす原因となるため、従来、想定され
る圧延開始ポイントのある程度手前でプリセット送りを
終了し、この位置から実際にワークを圧延するための加
工送りを開始することによって、上記不都合の発生を回
避するようにしていた。

【０００５】したがって、従来、実際にはワークを圧延
していない距離をワークを圧延するための低速の加工送
りで空送りすることになり、１サイクルの加工時間が延
びて、加工効率が低下するという不都合があった。

【０００６】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、１サイクルの加工時間を短縮し、加工効率
を向上させることができる輪体成形装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、輪状のワークが外挿される
マンドレルと、前記ワークを前記マンドレルと挟圧して
圧延する成形ロールと、前記マンドレルと前記成形ロー
ルとを接近させる接近手段と、該接近手段が前記マンド
レルと前記成形ロールとを接近させる速度を制御する速
度制御手段とを具備した輪体成形装置において、前記ワ
ークの圧延開始前に前記ワークと前記成形ロールとが接
触したことを検出する接触検出手段を具備し、前記速度
制御手段は、前記接触検出手段が前記ワークと前記成形
ロールとの接触を検出したときに、前記速度を減速する
ことを特徴とする。

【０００８】速度制御手段は、接触検出手段がワークと
成形ロールとの接触を検出したときに、接近手段がワー
クと成形ロールとを接近させる速度を減速する。これに
より、ワークの圧延が開始される直前までマンドレルと
成形ロールとを急速に接近させ、この後、ワークの圧延
を実行するための速度に減速できるので、１サイクルの
加工時間を短縮し、加工効率を向上できる。

【０００９】尚、前記接触検出手段は、前記成形ロール
を回転駆動する電動機の駆動電力に基づいて、前記ワー
クと前記成形ロールとの接触を検出するのが好ましい。

【００１０】これにより、上記駆動電力を検出するため
のセンサを設けるだけの簡単な構成でワークと成形ロー
ルとの接触を検出できる。この構成は大型のワークを圧
延加工する場合に適している。

【００１１】また、前記接触検出手段は、前記マンドレ
ルの回転を検知することによって前記ワークと前記成形
ロールとの接触を検出してもよい。

【００１２】この構成は、例えば成形ロールを電動機で
回転駆動してワークを圧延する場合に、ワークが成形ロ
ールと接触するとワークが回転し、該ワークの回転によ
りマンドレルが回転するのを検知することによって、ワ
ークと成形ロールとの接触を検出するものである。

【００１３】具体的には、マンドレルの回転に応じてパ
ルスを発生する機構を設け、該機構が発生したパルス数
が所定数に達したときにワークと成形ロールとが接触し
たものと判定する。または、上記機構が発生するパルス
の発生周期を測定し、該周期が所定周期以下になったと
きにワークと成形ロールとが接触したものと判定する。

【００１４】このように、マンドレルの回転を検知する
ことによって、ワークと成形ロールとの接触を検出する
方法は、多少構成が複雑化するが、ワークと成形ロール
との接触を敏速に検出できる点で優れている。したがっ
て、小型のワークを圧延加工する場合にはこの方法に依
るのが好ましい。

【００１５】また、前記ワークと前記成形ロールとが接
触すべき距離の手前で前記マンドレルと前記成形ロール
との接近速度を予め減速するようにしてもよい。

【００１６】これにより、圧延開始ポイント近傍までワ
ークと成形ロールとを素早く接近させ、この位置からワ
ークと成形ロールとの接触を検出するための時間遅れが
余り問題とならない程度に両者の送り速度を減速させる
ことにより、加工時間の短縮と加工の安全性をより良く
両立させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の実施の形態を詳述する。

【００１８】図１は、本発明の実施の一形態に係る輪体
成形装置の概略構成を示す側面図である。

【００１９】ベッド１の一端部には第１の支持ブロック
２が設けられており、該第１の支持ブロック２には成形
ロール３が回転可能に支持されている。ベッド１上の第
１の支持ブロック２よりも中央寄りには図示しない支承
手段によってマンドレル４が成形ロール３の回転軸と平
行な軸回りに回転可能に支承されている。マンドレル４
には軸受の外輪等に加工される輪状のワーク５が外挿さ
れ、マンドレル４の上方及び下方には、ワーク５と転接
するように２つのガイドロール６が設けられている。

【００２０】成形ロール３は、外周面にワーク５の外周
面を成型するための型が形成されており、図示しない成
形ロール駆動モータの回転出力によって回転駆動され
る。該回転駆動される成形ロール３にワーク５が外挿さ
れたマンドレル４を接近させていくことによって、ワー
ク５を成形ロール３とマンドレル４とで挟圧して圧延す
る。圧延中のワーク５は、型ずれしないように、ガイド
ロール６によってマンドレル４に保持される。

【００２１】ベッド１の略中央部にはベッド１の長手方
向に伸張するレール７が設けられており、該レール７の
上にはスライダ８が載置される。スライダ８の一側には
マンドレル４を成形ロール３に向かって押圧するための
サポートロール９が設けられている。サポートロール９
は、同径の２枚の円板を間を開けて同軸に並置した構成
を有し、成形ロール３の回転軸と平行な軸回りに回転可
能に支持されている。また、サポートロール９は、上記
２枚の円板の間にワーク５を挟み込んだ状態でマンドレ
ル４を成形ロール３に向かって押圧する。

【００２２】ベッド１の他端部には第２の支持ブロック
１０が設けられており、該第２の支持ブロック１０と第
１の支持ブロック２とはタイロッド１１で連結されてい
る。第２の支持ブロック１０には偏心した円板状のカム
１２が成形ロール３の回転軸と平行な軸回りに回転可能
に支持されている。カム１２は回転角度に比例したリフ
ト量を有し、図示しないサーボモータから成るカム駆動
モータによって回転駆動される。

【００２３】スライダ８の他側にはカム１２と接するよ
うに円板状のカムフォロワ１３が設けられている。カム
フォロワ１３はカム１２の回転角度に応じてカム１２外
周面により押圧され、これによりスライダ８が移動し
て、上記スライダ８の一側に設けられたサポートロール
９によってマンドレル４が成形ロール３に向かって押圧
される。本実施の形態においては、スライダ８、サポー
トロール９、カム１２、カムフォロワ１３、及び上記カ
ム駆動モータが特許請求の範囲の接近手段を構成する。

【００２４】マンドレル４とサポートロール９の軸心と
の間には、ワーク５の外周面と接するように外径検出レ
バー１４が設けられている。外径検出レバー１４はワー
ク５が圧延・拡径されるのに伴って移動し、この移動量
を測定することによって、圧延中のワーク５の外径が検
出される。

【００２５】次に、図２を参照して、図１の輪体成形装
置の動作を制御するための制御系統を説明する。

【００２６】図２は、図１の輪体成形装置の動作を制御
するための制御系統の概略構成を示すブロック図であ
る。

【００２７】圧延部１０１は圧延加工を実行するための
機械的構成であり、図１の輪体成形装置全体と略一致す
る。圧延送り制御部（特許請求の範囲の速度制御手段に
相当する）１０２は圧延部１０１におけるマンドレル４
の送りを制御するための制御装置である。

【００２８】接触検出部（特許請求の範囲の接触検出手
段に相当する）１０３はワーク５と成型ロール３とが接
触したか否かに係わるパラメータを測定する機構であ
り、本実施の形態においては、上記成形ロール駆動モー
タの駆動電力を測定する図示しない電力センサ（電流セ
ンサ）から構成される。該接触検出部１０３の検出値は
接触レベル判定部１０５に出力される。

【００２９】接触レベル設定部１０４は、上記パラメー
タの接触判定用の閾値が設定される記憶装置であり、該
設定された閾値は接触レベル判定部１０５に供給され
る。

【００３０】接触レベル判定部１０５は、接触検出部１
０３により測定されたパラメータ（駆動電力値）と接触
レベル設定部１０４に設定された上記閾値とを比較する
ことによって、ワーク５と成型ロール３とが接触したか
否かを判定する。接触レベル判定部１０５における判定
結果は圧延送り制御部１０２に出力され、圧延送り制御
部１０２は該判定結果に応じて圧延部１０１におけるマ
ンドレル４の送り速度を変化させる。

【００３１】次に、図３を参照して図１の輪体成形装置
の動作を説明する。

【００３２】図３は、図１の輪体成型装置によって、ワ
ーク５を圧延加工するときのマンドレル４の送り量Ｌの
変化と成形ロール駆動モータの駆動電力Ｐの変化との関
係を示すグラフ図である。同図中、点線は本発明を適用
しない場合を示す。

【００３３】同図（ａ）に示すように、時刻ｔ０から時
刻ｔ１にワーク５を外挿したマンドレル４を早送りで急
速に成型ロール３に接近させる。この早送りはマンドレ
ル４をワーク５の圧延開始ポイントまで移動させるプリ
セット送りの一つとして実行されるものである。この早
送りによるマンドレル４の送り量Ｌ１は、早送り実行中
にワーク５が成形ロール３と衝突しないように、想定さ
れる圧延開始ポイントのある程度手前で早送りが終了す
るように設定される。

【００３４】時刻ｔ１にマンドレル４の送り量ＬがＬ１
に達すると、送り速度が減速されて、初期送りに切り換
わる。この初期送りは、ワーク５の圧延開始前に上記プ
リセット送りの他の一つとして実行されるものであり、
後述するワーク５と成型ロール３との接触検出の時間遅
れによる不都合（成型ロール３の型形状の悪化等）の発
生をより確実に防止するために実行される。

【００３５】時刻ｔ１からの初期送り実行中に、ワーク
５と成形ロール３との接触が開始されると（このとき、
ワーク５と成形ロール３とは各外周面の２、３点で接触
するものと推定される）、成形ロール３を回転駆動して
いる成形ロール駆動モータの負荷が増大し、該モータの
駆動電力Ｐが上昇する。時刻ｔ２に上記駆動電力ＰがＰ
ｉ値に達すると、ワーク５と成形ロール３とが完全に接
触（全面あたりとなった状態。このとき圧延は開始され
ていない）したものと判断され、マンドレル４の送り速
度を減速し、初期送りを粗送りに切り換える。この粗送
りは、ワーク５を実際に圧延するために実行される加工
送りの一つであり、ワーク５の外径が略所望の外径に達
するまでこの粗送りでマンドレル４を移動させる。この
粗送りにおけるマンドレル４の移動速度は初期送りにお
けるマンドレル４の移動速度よりも小さい。

【００３６】ここで、上記Ｐｉ値の決定方法を説明す
る。

【００３７】粗加工（粗送りによる圧延加工）実行中の
ワーク５の最大ドラフト量（ドラフト量Ｔは、ワークの
１回転あたりの送り量）をＴｐ、駆動電力をＰｐとし、
ワーク５と成形ロール３とが全面あたりしたときのドラ
フト量をＴｒ、駆動電力をＰｒとする。また、ワーク５
の仕上径（外径）をＤｐ、粗加工開始時の外径をＤｒ
（ブランク径）とし、粗加工完了時におけるワーク５の
回転数をＮｐ、粗加工開始時（即ち、ワーク５と成形ロ
ール３とが全面あたりした直後）における回転数をＮｒ
とすると、下記式（１）が成り立つ。

【００３８】

【数１】 また、成形ロール駆動モータの駆動電力Ｐは圧延力Ｆに
比例し、ワーク５の圧延力Ｆの自乗がドラフト量Ｔに比
例することが知られているので、

【００３９】

【数２】 が成り立つと共に、初期送り中のドラフト量をＴｉと
し、初期送り中にワーク５と成型ロール３とが全面あた
りとなったときの駆動電力をＰｉとすれば、

【００４０】

【数３】 が成り立つ。

【００４１】したがって、α＝Ｔｉ／Ｔｒ（αは初期送
りの粗送りに対する速度比を示す）と定義すれば、式
（２）、（３）より、

【００４２】

【数４】 が成り立ち、該式（４）から適切なＰｉ値を推定でき
る。

【００４３】上記式（４）において、Ｐｐ値はワーク５
に最大の圧延力Ｆｍａｘが発生するときの駆動電力値で
あり、したがって、Ｐｉ＜Ｐｐであるから、上記式
（４）の右辺のルートの中は１より小さく、α（Ｄｒ／
Ｄｐ）＜１より、α＜Ｄｐ／Ｄｒが導き出される。

【００４４】したがって、α値は外径圧延比（Ｄｐ／Ｄ
ｒ）を越えないように設定するのが好ましい。

【００４５】図３に戻り、時刻ｔ２に駆動電力ＰがＰｉ
値に達すると、ワーク５と成型ロール３とが接触した
（全面あたりとなった）ものと判定し、初期送りを粗送
りに切り換える。このとき、マンドレル４の送り速度が
減速されたことにより、駆動電力Ｐの上昇は一時的に鈍
化するが、その後、ワーク５の圧延が開始され、ワーク
５が拡径しドラフト量が増大するのに伴って、駆動電力
Ｐは再び上昇を開始する。

【００４６】時刻ｔ３にワーク５の外径が略所望の外径
まで圧延・拡径されると、粗送りが更に低速の仕上げ送
りに切り換わる。この仕上げ送りは、略所望の外径にま
で圧延・拡径されたワーク５を精密に所望の外径まで圧
延・拡径するために実行される加工送りの他の一つであ
る。このとき、駆動電力Ｐは送り速度の減速によるドラ
フト量の減少に伴って下降する。

【００４７】時刻ｔ４にワーク５が仕上げ寸法まで拡径
されると、マンドレル４の初期位置への戻しが実行さ
れ、処理を終了する。

【００４８】図３（ａ）の時刻ｔａは、従来の輪体成形
装置において、初期送り中に誤ってワーク５の圧延を開
始しないように、予想される圧延開始ポイントのある程
度手前（マンドレルの送り量がＬａの位置）でプリセッ
ト送り（初期送り）を粗送りに切り換えた時刻である。

【００４９】この従来装置のように、ワークの真円度誤
差等を考慮して、プリセット送りを粗送りに切り換える
と、図示例においては、本実施の形態の輪体成形装置が
ワーク５と成形ロール３との接触を検出したときの送り
量Ｌ２よりも距離γ手前で粗送りが開始され、この距離
γを初期送りよりも速度が遅い粗送りで空送りすること
になり、実際の圧延開始時刻（ｔ２’）が遅れて、粗送
りの終了時刻ｔ３’及び仕上げ送りの終了時刻ｔ４’
が、それぞれ、本実施の形態の輪体成形装置の粗送りの
終了時刻ｔ３及び仕上げ送りの終了時刻ｔ４よりも時間
α遅くなる。

【００５０】したがって、本実施の形態の輪体成形装置
によれば、上記従来例よりも１サイクルの加工時間が時
間αだけ短くなり、加工効率を向上できる。

【００５１】このように、本実施の形態の輪体成形装置
によれば、成形ロール３を回転駆動する成形ロール駆動
モータの駆動電力Ｐを測定し、該測定結果に基づいてワ
ーク５と成形ロール３との接触（全面あたりになった状
態）を検出し、該接触が検出されたときに、初期送り
（プリセット送り）を粗送り（加工送り）に切り換える
ようにしたので、ワーク５の圧延開始直前までプリセッ
ト送りを実行することができるので、１サイクルの加工
時間を短縮できる。

【００５２】尚、上記実施の形態においては、ワーク５
を圧延するためにマンドレル４を移動して成形ロール３
に接近させる構成を説明したが、成形ロール３を移動し
てマンドレル４に接近させるようにしてもよく、また、
両者を共に移動するようにしてもよい。

【００５３】また、上記実施の形態においては、図２の
接触検出部１０３として成形ロール駆動モータの駆動電
力を測定する電力センサを用いる構成を説明したが、こ
れに限らず、接触検出部１０３をマンドレル４の回転を
検知する機構により構成してもよい。

【００５４】例えば、マンドレル４の回転に応じてパル
スを発生するパルスジェネレータを設け、該パルスジェ
ネレータが発生したパルスに基づいて、ワーク５と成型
ロール３とが接触したことを検出してもよい。

【００５５】より具体的には、ワーク５が成型ロール３
と接触を開始すると、ワーク５及びマンドレル４が回転
を開始するので、該回転に応じて上記パルスジェネレー
タが発生するパルス数をカウントし、該カウント値が所
定数に達したときに、ワーク５と成型ロール３とが接触
したものと判定する。または、マンドレル４の回転に応
じて上記パルスジェネレータが発生するパルスの発生周
期を計測し、該発生周期が所定周期以下になったときに
ワーク５と成型ロール３とが接触したものと判定する。
この場合には、接触レベル設定部１０４に、ワーク５と
成型ロール３との接触を判定するための閾値として所定
のパルスカウント値、またはパルス発生周期を設定し、
これらの閾値を接触レベル判定部１０５において、接触
検出部１０３の出力値と比較するようにすればよい。

【００５６】このマンドレル４の回転を検知することに
よる接触検出方法は、上記成形ロール駆動モータの駆動
電力Ｐを測定することによる接触検出方法が、上記駆動
電力Ｐを測定する電力センサがその回路構成上不可避的
に時間遅れを発生し、この時間遅れのために、圧延加工
中に突発的に発生するであろうワークストップ等の検出
には不向きであると思われるのに対して、接触検出の応
答性が十分に高められるので、ワークストップの検出等
に接触検出部１０３の検出結果を用いる場合には有利で
ある。

【００５７】また、上記マンドレル４の回転を検知する
ことによる接触検出方法においては、ワーク５と成型ロ
ール３との接触開始時のマンドレルの回転の不安定断続
領域において、接触の検出精度に問題が発生すると考え
られるので、上記パルスジェネレータの出力をＦ／Ｖコ
ンバータを介して周波数／電圧変換し、該変換値を用い
た周波数カウント方式により、ワーク５と成型ロール３
との接触を検出するようにすれば、上記回転の不安定断
続領域における接触検出の精度を向上させることができ
る。

【００５８】また、ワーク５と成型ロール３との接触を
検出するために、公知の加速時計、ＡＥセンサ、または
歪みゲージ等を用いて、ワーク５と成型ロール３との接
触を検出してもよい。要するに、本発明は、ワーク５と
成型ロール３との接触（全面あたりとなった状態）を何
らかの方法により検出し、この検出結果に応じて、マン
ドレル４と成形ロール３との接近速度を減速する全ての
構成を含むものである。

【００５９】

【発明の効果】本発明の輪体成形装置によれば、ワーク
の圧延が開始される直前までマンドレルと成形ロールと
を急速に接近させ、この後、両者の接近速度がワークの
圧延を実行するための速度に減速されるので、１サイク
ルの加工時間を短縮し、加工効率を向上できる。

【００６０】尚、前記接触検出手段を、前記成形ロール
を回転駆動する電動機の駆動電力に基づいて、前記ワー
クと前記成形ロールとの接触を検出するように構成すれ
ば、上記駆動電力を測定するセンサを設けるだけの簡単
な構成でワークと成形ロールとの接触を検出できる。

【００６１】また、前記接触検出手段を、前記マンドレ
ルの回転を検知することによって前記ワークと前記成形
ロールとの接触を検出するように構成すれば、ワークと
成形ロールとの接触を敏速に検出できる。

【００６２】また、前記ワークと前記成形ロールとが接
触すべき距離の手前で前記マンドレルと前記成形ロール
との接近速度を予め減速するように構成すれば、圧延開
始ポイント近傍までワークと成形ロールとを素早く接近
させ、この位置から、ワークと成形ロールとの接触を検
出するための時間遅れが余り問題とならない程度に両者
の接近速度を減速させることにより、加工時間の短縮と
加工の安全性をより良く両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る輪体成形装置の概
略構成を示す側面図である。

【図２】同装置の制御系統の概略構成を示すブロック図
である。

【図３】同装置による圧延加工実行中のマンドレル送り
量及び成形ロール駆動電力の変化の様子を示すグラフ図
である。

【符号の説明】

３ 成形ロール ４ マンドレル ５ ワーク ９ サポートロール １２ カム １３ カムフォロワ １０２ 圧延送り制御部 １０３ 接触検出部 １０４ 接触レベル設定部 １０５ 接触レベル判定部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 輪状のワークが外挿されるマンドレル
   と、前記ワークを前記マンドレルと挟圧して圧延する成
   形ロールと、前記マンドレルと前記成形ロールとを接近
   させる接近手段と、該接近手段が前記マンドレルと前記
   成形ロールとを接近させる速度を制御する速度制御手段
   とを備えた輪体成形装置において、前記ワークの圧延開
   始前に前記ワークと前記成形ロールとが接触したことを
   検出する接触検出手段を具備し、前記速度制御手段は、
   前記接触検出手段が前記ワークと前記成形ロールとの接
   触を検出したときに、前記速度を減速することを特徴と
   する輪体成形装置。