JP2012030234A - 回転塑性加工装置及び回転塑性加工装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予備加熱された被加工材の塑性加工精度を向上し得る回転塑性加工装置及び回転塑性加工装置の運転方法を提供する。
【解決手段】予備加熱された被加工材４を成形型１７と押圧部材１９とにより挟持すべく押圧部材１９を被加工材４に押し付ける心押機構１８と、被加工材４を成形型１７の外周面に沿う形状に塑性加工すべく、ローラ２の先端の移動軌跡が異なる複数のステップでローラ２を成形型１７の先端側から基端側に向かって移動させるように移動機構３を働かせる制御手段Ｃとが設けられ、心押機構１８が、押圧部材１９を被加工材４に押し付ける押圧力を変更自在に構成され、制御手段Ｃが、最初よりも後のステップでローラ２を移動させるときは、最初のステップでローラ２を移動させるときよりも押圧力を大きくすべく心押機構１８の作動を制御する構成とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転塑性加工装置及び回転塑性加工装置の運転方法に関し、詳しくは、成形型を主軸回りに駆動回転する駆動回転機構と、前記主軸と同軸で回転可能な押圧部材を備え、且つ、予備加熱された被加工材を前記成形型と前記押圧部材とにより挟持すべく前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける心押機構と、回転状態にある前記被加工材に当接しながら前記成形型における前記押圧部材の側である先端側から基端側に向かって移動して、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工するローラと、前記主軸に接近離間するＸ軸方向及び前記主軸に平行なＺ軸方向の２軸方向で前記ローラを移動させる移動機構と、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工すべく、前記ローラの先端の移動軌跡が異なる複数のステップで前記ローラを前記成形型の先端側から基端側に向かって移動させるように前記移動機構を働かせる制御手段とが設けられた回転塑性加工装置及びその運転方法に関する。

かかる回転塑性加工装置は、被加工材を成形型と押圧部材とにより挟持した状態で成形型を被加工材と共に駆動回転して、ローラを回転状態の被加工材に当接させながら成形型の先端側から基端側に向かって移動させることにより、被加工材を成形型の外周面に沿う形状に塑性加工するものである（例えば、特許文献１参照。）。
尚、前記特許文献１には記載されていないが、被加工材の硬さを低下させて、被加工材を塑性加工し易いようにするために、塑性加工する前に被加工材を所定の温度（例えば３００℃）に予備加熱するようにしている。

ところで、ローラを被加工材の外周面に当接させながら成形型の先端側から基端側に向かって１回移動させるだけで、被加工材を所望の形状に塑性加工しようとしても、塑性変形量が大きくなり過ぎて被加工材を所望の形状に精度良く塑性加工し難い場合がある。そこで、ローラの先端の移動軌跡が異なる複数のステップでローラを成形型の先端側から基端側に向かって移動させることにより、被加工材を成形型の基端側に段階的に伸ばしながら所望の形状に塑性加工する場合がある。

特開２００７−２８９９８６号公報

ところで、ローラを被加工材に当接させながら成形型の基端側に移動させる間は、被加工材を成形型の基端側に伸ばす（あるいは移動させる）ように作用する力が生じるのは勿論であるが、被加工材を成形型の先端側に伸ばす（あるいは移動させる）ように作用する力（以下、加工反力と記載する場合がある）も生じる。そして、このような加工反力は、被加工材に当接させた状態で移動させるローラの先端の移動軌跡等によって変動する。
従って、従来の回転塑性加工装置やその運転方法では、加工反力が大きくなることに起因して、押圧部材が心押機構による押圧力に抗して成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻される虞があった。この場合、成形型の先端面と被加工材の内面との間に隙間が生じて、被加工材を成形型と押圧部材との間に適切に挟持できなくなって加工精度が低下し、又、塑性加工された被加工材における主軸に沿う方向での体積分布が変動する虞もあるので、被加工材を塑性加工する精度が低下する問題が生じる。

ところで、加工反力が大きくなっても、押圧部材が成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻されるのを回避できるように、心押機構による押圧力を大きくすることが想定される。
しかしながら、被加工材は予備加熱されていて硬さが低下しているので、心押機構による押圧力を大きくし過ぎると、その押圧力により被加工材が塑性変形する虞があり、却って加工精度が低下することになる。

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、予備加熱された被加工材の塑性加工精度を向上し得る回転塑性加工装置及び回転塑性加工装置の運転方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る回転塑性加工装置は、成形型を主軸回りに駆動回転する駆動回転機構と、前記主軸と同軸で回転可能な押圧部材を備え、且つ、予備加熱された被加工材を前記成形型と前記押圧部材とにより挟持すべく前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける心押機構と、回転状態にある前記被加工材に当接しながら前記成形型における前記押圧部材の側である先端側から基端側に向かって移動して、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工するローラと、前記主軸に接近離間するＸ軸方向及び前記主軸に平行なＺ軸方向の２軸方向で前記ローラを移動させる移動機構と、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工すべく、前記ローラの先端の移動軌跡が異なる複数のステップで前記ローラを前記成形型の先端側から基端側に向かって移動させるように前記移動機構を働かせる制御手段とが設けられた回転塑性加工装置であって、その特徴構成は、
前記心押機構が、前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける押圧力を変更自在に構成され、
前記制御手段が、最初よりも後のステップで前記ローラを移動させるときは、最初のステップで前記ローラを移動させるときよりも前記押圧力を大きくすべく前記心押機構の作動を制御する構成とされている点にある。

上記特徴構成によれば、最初よりも後のステップで、制御手段により、最初のステップよりも押圧力を大きくすべく心押機構の作動が制御されるので、最初よりも後のステップであって、押圧部材が成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻される虞がある程度にまで加工反力が大きくなるステップでは、心押機構による押圧力が大きくされて、押圧部材が加工反力により成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻されるのを回避されるようにすることが可能となる。
そして、被加工材は予備加熱されているものの、最初よりも後のステップが実行されるときには被加工材の温度が低下しているので、最初よりも後のステップで心押機構による押圧力が大きくされても、その押圧力により被加工材が塑性変形するのを防止することができる。

本発明の発明者らは、加工反力の発生状況について鋭意考察し、以下に説明する根拠により、最初よりも後のステップで加工反力が大きくなることを見出した。
即ち、複数のステップでローラを成形型の先端側から基端側に向かって移動させて被加工材を塑性加工するに当たっては、最初よりも後のステップで被加工材の内面が成形型の外周面に接触するようになる形態や、後のステップになるほど成形型の外周面に接触する被加工材の内面の面積が増大する形態で行われることになる。ここで、ローラを成形型の先端側から基端側に向かって１回移動させることを、１回のステップとする。
そして、加工反力は、被加工材の内面が成形型の外周面に接触し始めるときに大きくなり、又、成形型の外周面に接触する被加工材の内面の面積が増大するほど大きくなると考えられるので、最初よりも後のステップで加工反力が大きくなる。

そこで、このように最初よりも後のステップで加工反力が大きくなることに鑑みて、最初よりも後のステップで心押機構による押圧力を大きくするようにする。すると、複数のステップの全てにおいて、被加工材が心押機構による押圧力により塑性変形するのを防止しながら、被加工材を成形型と押圧部材とにより適切に挟持する状態で、ローラを被加工材に当接させながら成形型の基端側に移動させることが可能となるので、被加工材を成形型の外周面に沿う所望の形状に精度良く塑性加工することができる。
従って、予備加熱された被加工材の塑性加工精度を向上し得る回転塑性加工装置を提供することができる。

本発明に係る回転塑性加工装置の更なる特徴構成は、前記押圧力を最初のステップよりも大きくする押圧力増大用のステップが、予め設定されており、
前記成形型の外周面における前記成形型の先端よりも基端側に対応する部分に、前記成形型の径方向外方に突出する段部が設けられ、
前記押圧力増大用のステップが、前記被加工材を前記成形型の外周面の段部に沿う形状に塑性加工するように前記ローラを移動させて、前記被加工材を前記成形型の外周面の段部に当接させるステップである点にある。

上記特徴構成によれば、予め設定されたステップでは、制御手段により、押圧力を最初のステップよりも大きくするように心押機構の作動が制御されるので、設定されたステップでは、押圧部材が加工反力により成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻されるのを回避することできる。
つまり、各ステップにおけるローラの先端の移動軌跡は予め設定するので、各ステップの移動軌跡を考察することにより、複数のステップのうちで、加工反力が増大することに起因して、最初のステップの押圧力のままでは押圧部材が成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻される可能性のあるステップを予め特定することができる。そして、そのように特定したステップを、押圧力増大用のステップに設定するのである。
従って、押圧部材が成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻されるのを検知する手段を設けることなく、押圧部材が成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻される可能性のあるステップでは、心押機構による押圧力が増大されて押圧部材が押し戻されることを回避できるので、低廉化を図りながら、予備加熱された被加工材の塑性加工精度を向上することができる。

更に、押圧力増大用のステップでは、被加工材を成形型の外周面の段部に沿う形状に塑性加工するようにローラが移動されて、被加工材が成形型の外周面の段部に当接する。そして、被加工材が成形型の外周面の段部に当接すると、加工反力が大きくなるが、押圧力を最初のステップよりも大きくするように心押機構の作動が制御されるので、押圧部材が押し戻されるのを確実に回避することができる。

本発明に係る回転塑性加工装置の更なる特徴構成は、前記被加工材が前記ローラにより塑性加工される間、その被加工材における前記成形型の先端よりも基端側に対応する部分の被加工領域を加熱する加熱手段が設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、被加工材がローラにより塑性加工される間、加熱手段によって、被加工材における成形型の先端よりも基端側に対応する部分の被加工領域が加熱される。
つまり、被加工材において、ローラが当接されて塑性加工される被加工領域の硬さを低下させることができるので、被加工材を塑性変形し易い状態にすることができる。
しかも、加熱手段によって被加工材を加熱するにしても、被加工材のうちで被加工領域が集中的に加熱されるようにすることにより、被加工材のうちで成形型の先端側に対応する部分の昇温を抑制することができる。これにより、最初よりも後のステップで心押機構による押圧力を大きくしても、その押圧力により被加工材が塑性変形するのを防止することができる。
従って、予備加熱された被加工材の塑性加工精度をより一層向上することができる。

上記目的を達成するための本発明に係る回転塑性加工装置の運転方法は、成形型を主軸回りに駆動回転する駆動回転機構と、前記主軸と同軸で回転可能な押圧部材を備え、且つ、予備加熱された被加工材を前記成形型と前記押圧部材とにより挟持すべく前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける心押機構と、回転状態にある前記被加工材に当接しながら前記成形型における前記押圧部材の側である先端側から基端側に向かって移動して、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工するローラと、前記主軸に接近離間するＸ軸方向及び前記主軸に平行なＺ軸方向の２軸方向で前記ローラを移動させる移動機構とが設けられ、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工すべく、前記ローラの先端の移動軌跡が異なる複数のステップで前記ローラを前記成形型の先端側から基端側に向かって移動させるように、前記移動機構を働かせる回転塑性加工装置の運転方法であって、その特徴構成は、
前記心押機構が、前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける押圧力を変更自在に構成され、
前記心押機構を作動させて、最初よりも後のステップで前記ローラを移動させるときは、最初のステップで前記ローラを移動させるときよりも前記押圧力を大きくする点にある。

上記特徴構成によれば、最初よりも後のステップであって、押圧部材が成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻される虞がある程度にまで加工反力が大きくなるステップでは、心押機構を作動させて、押圧力を最初のステップよりも大きくするので、押圧部材が加工反力によって成形型及び被加工材から離れる方向に押し戻されるのを回避することが可能となる。
そして、被加工材は予備加熱されているものの、最初よりも後のステップを実行するときには被加工材の温度が低下しているので、最初よりも後のステップで心押機構による押圧力を大きくしても、その押圧力により被加工材が塑性変形するのを防止することができる。

つまり、先に回転塑性加工装置の特徴構成について説明したのと同様に、最初よりも後のステップで加工反力が大きくなることに鑑みて、最初よりも後のステップで心押機構による押圧力を大きくするようにする。すると、複数のステップの全てにおいて、被加工材が心押機構による押圧力により塑性変形するのを防止しながら、被加工材を成形型と押圧部材とにより適切に挟持する状態で、ローラを被加工材に当接させながら成形型の基端側に移動させることが可能となるので、被加工材を成形型の外周面に沿う所望の形状に精度良く塑性加工することができる。
従って、予備加熱された被加工材の塑性加工精度を向上し得る回転塑性加工装置の運転方法を提供することができる。

実施形態に係る縦型スピニング加工装置の正面図 実施形態に係る縦型スピニング加工装置の平面図 心押機構の構成を示す概略側面図 ３軸移動機構の構成を示す斜視図 ３軸移動機構の構成を示す縦断正面図 複数のステップによる被加工材の加工状態を説明する縦断面図 複数のステップによる被加工材の加工状態を説明する縦断面図 複数のステップによる被加工材の加工状態を説明する縦断面図

以下、図面に基づいて、本発明を回転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に適用した場合の実施形態を説明する。

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（塑性加工）して車両用ホイールを形成している状態を示している。
図１に示すように、縦型スピニング加工装置１は、成形型１７を主軸Ｄ回りに駆動回転する駆動回転機構１６と、主軸Ｄと同軸で回転可能な押圧部材としての押圧具１９を備え、且つ、予備加熱された被加工材４を成形型１７と押圧具１９とにより挟持すべく押圧具１９を被加工材４に押し付ける心押機構１８と、回転状態にある被加工材４に当接しながら成形型１７における押圧具１９の側である先端側から基端側に向かって移動して、被加工材４を成形型１７の外周面に沿う形状にスピニング加工するローラ２と、主軸Ｄに接近離間するＸ軸方向（図１の左右方向）、主軸Ｄに平行なＺ軸方向（図１の上下方向）及びＸ軸方向とＺ軸方向とに直交するＹ軸方向（図１の紙面表裏方向）の３軸方向でローラ２を移動させる３軸移動機構３と、縦型スピニング加工装置１の運転を制御する制御手段としての制御装置Ｃ等とを備えて構成されている。
この実施形態では、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の２軸方向でローラ２を移動させる移動機構が、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にＹ軸方向を加えた３軸方向でローラ２を移動させる３軸移動機構３にて構成されている。

以下、縦型スピニング加工装置１の各部について説明する。
〔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。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は、正面視で略方形に形成されており、平面視で、その左側に成形型１７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。

下部固定フレーム５の右側から右後部側にわたる周部（図１において右側の領域及び図２において右側から右上部側にわたる領域）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、縦型スピニング加工装置１で使用する油圧を発生する油圧ポンプ等の油圧発生機器１４が載置されている。下部固定フレーム５に対して右後部側に位置される機器載置架台１３の上部には、制御装置ケース１５が載置され、この制御装置ケース１５内には制御装置Ｃが収納される。

〔駆動回転機構〕
駆動回転機構１６は、上下方向の主軸Ｄ周りに回転自在に下部フレーム５の幅狭架台部５ａ上に支持されたアダプター９と、そのアダプター９を駆動回転する主軸モータＭ１等を備えて構成され、アダプター９の上部に成形型１７が配設されている。主軸モータＭ１は、下部固定フレーム５の左側に配設されている。
そして、成形型１７に当接させた状態の被加工材４をスピニング加工する。本例の場合は、被加工材４は一端側（図１に示す上端側）の加工を施したホイール素材である。

〔心押機構〕
図１及び図３に示すように、心押機構１８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ことが可能なように、主軸Ｄの上方に位置させて、上部固定フレーム７に配設されている。この心押機構１８は、上述の押圧具１９に加えて、該押圧具１９を上下に移行させる心押用油圧シリンダ２０と、該押圧具１９を主軸Ｄと同軸で回転自在に心押用油圧シリンダ２０のシリンダロッド２０ａに支持する回転支持部２１とを備えて構成されている。そして、心押機構１８により押圧具１９を下方に移動させて、成形型１７の上部に配置された被加工材４に押し付けることにより、被加工材４を成形型１７と押圧具１９とにより挟持するように構成されている。
押圧具１９は、回転支持部２１により、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。
尚、被加工材４は、加熱炉（図示省略）にて所定の温度（例えば３００℃程度）に予備加熱され、そのように予備加熱された被加工材４が成形型１７と押圧具１９とにより挟持されることになる。

図１に示すように、上述の油圧発生機器１４から作動油が湯路２２を通して心押用油圧シリンダ２０に供給されると共に、その心押用油圧シリンダ２０から湯路２２を通して作動油がタンク２３に戻されるように構成され、更に、心押用油圧シリンダ２０の作動を制御する油圧制御弁２４が設けられている。この油圧制御弁２４は、作動油の流れる方向を切り換えて心押用油圧シリンダ２０の伸長収縮を切り換えることに加えて、ソレノイドの励磁電流を調整して作動油の流量を調整することにより、心押用油圧シリンダ２０に供給される油圧、即ち、押圧具１９を被加工材４に押し付ける押圧力を変更調整自在である。
つまり、心押機構１８が、押圧具１９を被加工材４に押し付ける押圧力を変更自在に構成されていることになる。

〔ローラ、３軸移動機構〕
ローラ２及び３軸移動機構３に関して説明する。
図１、図４及び図５に示すように、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、当該第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。スピニング加工に当たっては、ローラ２が回転状態の被加工材４の表面に当接されることになり、このローラ２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。

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。
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。
Ｙ軸方向に関しては、Ｙ軸油圧シリンダ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。

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。
又、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をＺ軸方向に移動させるための構成、及び、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をＸ軸方向に移動させるための構成は、Ｚ軸モータＭ３やＸ軸モータＭ２から伸びるネジ軸Ｂと、そのネジ軸Ｂに螺合される状態で第１保持フレーム１０や第２保持フレーム１１に取り付けられたボールネジナットＮとからなるボールネジ式の送り機構ＤＭにより構成されている。

図２及び図４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、ローラ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。
尚、通常のスピニング加工は、重加工用ローラ２ａをＹ軸方向の所定位置に固定して、この重加工用ローラ２ａにより行う。

〔加熱機構〕
図１〜図３に示すように、この実施形態では、縦型スピニング加工装置１には、更に、被加工材４がローラ２によりスピニング加工される間、その被加工材４における成形型１７の先端よりも基端側に対応する部分の被加工領域を加熱する加熱手段としての加熱機構２５が設けられている。
つまり、加熱機構２５は、バーナ２５ａを備えて、このバーナ２５ａにより形成される火炎で、被加工材４を適切（例えば、３００℃程度）に加熱することができる。
この加熱機構２５による加熱部位は、上記被加工領域で、しかも、ローラ２が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。

〔操作盤〕
図１に示すように、縦型スピニング加工装置１には、更に、別体の操作盤２６が設けられており、この操作盤２６からスピニング加工の開始・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の各部の構成であるが、以下、図６〜図８に基づいて、本願の特徴である縦型スピニング加工装置１の運転方法について説明する。
本発明にかかる縦型スピニング加工装置１の運転方法は、被加工材４を成形型１７の外周面に沿う形状にスピニング加工すべく、ローラ２の先端の移動軌跡Ｔが異なる複数のステップ（この実施形態では７ステップ）でローラ２を成形型１７の先端側から基端側に向かって移動させるように、３軸移動機構３を働かせる運転方法であり、この実施形態では、この運転方法を制御装置Ｃにより自動的に実行させるように構成されている。ここで、ローラ２を成形型１７の先端側から基端側に向かって１回移動させることを、１回のステップとする。
そして、本発明では、このような運転方法において、心押機構１８を作動させて、最初よりも後のステップでローラ２を移動させるときは、最初のステップでローラ２を移動させるときよりも押圧力を大きくする運転方法を実行し、この実施形態では、この運転方法を制御装置Ｃにより自動的に実行させるように構成されている。

この実施形態では、心押機構１８による押圧力を最初のステップよりも大きくする押圧力増大用のステップが、予め設定されている。
図６〜図８に示すように、成形型１７の外周面における成形型１７の先端よりも基端側に対応する部分に、成形型１７の径方向外方に突出する段部１７ｓが設けられ、押圧力増大用のステップが、被加工材４を成形型１７の外周面の段部１７ｓに沿う形状にスピニング加工するようにローラ２を移動させて、被加工材４を成形型１７の外周面の段部１７ｓに当接させるステップである。

ちなみに、この実施形態では、成形型１７の外周面の段部１７ｓは、成形型１７の外周面における成形型１７の基端側に偏った位置に１段だけ設けられている。
ここで、成形型１７の外周面の段部１７ｓとは、主軸Ｄ（図６〜図８において上下方向）に直交する方向視において、成形型１の基端側（図６〜図８において下方側）ほど主軸Ｄから遠ざかる状態で主軸Ｄに対して傾斜する傾斜角度が、成形型１７の先端側（図６〜図８において上方側）の部分よりも大きくなる形態で段状になる部分をいう。
そして、成形型１７の外周面における段部１７ｓの始端及び終端夫々の角部は、図６〜図８に示す例では、平面同士が突き当たった形態の丸みがない形状となっているが、丸みのある凹面状としても良い。

以下、複数のステップ夫々のローラ２の先端の移動軌跡、及び、心押機構１８による押圧力について、説明を加える。
図６〜図８に示すように、この実施形態では、複数のステップとして、ステップ１〜ステップ７までの７回のステップが設定され、各ステップのローラ２の先端の移動軌跡Ｔが予め設定されている。尚、図６の（ａ）はスピニング加工前の状態を示し、被加工材４は原型のままである。又、図６の（ｂ）、図７の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、図８の（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、夫々、ステップ１、ステップ２、ステップ３、ステップ４、ステップ５、ステップ６、ステップ７を示す。
ローラ２の先端の位置は、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向夫々の座標からなる位置データにより決められる。
各ステップにおけるローラ２の先端の移動軌跡Ｔは、複数の位置データが連なった一連の位置データにより設定され、その一連の位置データからなる移動軌跡データが各ステップに対応させて、制御装置Ｃの記憶部に予め記憶されている。
又、７回のステップ夫々に対応して、心押用油圧シリンダ２０に供給される油圧（即ち、押圧具１９を被加工材４に押し付ける押圧力）が設定されて、その油圧データも各ステップに対応させて、制御装置Ｃの記憶部に予め記憶されている。

具体的に説明すると、操作盤２６には、ローラ２をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向夫々に手動で移動させることが可能なジョイスティック式のローラ移動操作具（図示省略）が設けられている。
そして、このローラ移動操作具を用いてローラ２を移動させながら、位置データを制御装置Ｃの記憶部に時系列的に記憶させるティーティング処理を行って、各ステップの移動軌跡を設定する。
又、各ステップに対応する油圧データも、操作盤２６により入力することにより設定する。

そして、制御装置Ｃは、記憶している油圧データに基づいて心押用油圧シリンダ２０に供給される油圧を各ステップに対応する油圧に調整すべく心押機構１８（具体的には、油圧制御弁２４）の作動を制御すると共に、記憶している移動軌跡データに基づいて３軸移動機構３の作動を制御する形態で、７回のステップをステップの番号順に順次実行する。すると、ステップ毎に設定されている押圧力にて押圧具１９が被加工材４に押し付けられて、被加工材４が押圧具１９と成形型１７とにより挟持される状態で、ステップ毎に設定されている移動軌跡Ｔでローラ２が移動されて、被加工材４が成形型１７の外周面に沿う形状にスピニング加工されることになる。

この実施形態では、ステップ１〜ステップ３までのステップは、被加工材４を成形型１７の外周面における段部１７ｓの手前まで伸ばし、当該段部１７ｓよりも成形型１７の先端側の部分に沿わすべくスピニング加工するようにローラ２を成形型１７の先端側から基端側に向かって移動させるステップである。
一方、ステップ４〜ステップ７までのステップは、被加工材４を成形型１７の外周面における段部１７ｓの先まで伸ばし、当該段部１７ｓに沿う形状にスピニング加工するようにローラ２を成形型１７の先端側から基端側に向かって移動させるステップである。
つまり、ステップ４で、被加工材４が成形型１７の外周面の段部１７ｓに当接し始め、以降のステップでは、成形型１７の外周面の段部１７ｓに当接する被加工材４の面積が徐々に増加するように被加工材４がスピニング加工されることになり、ステップ４〜ステップ７を順次実行することにより、被加工材４を成形型１７の外周面の段部１７ｓに沿うように徐々にスピニング加工することになる。
従って、ステップ４〜ステップ７までのステップが、被加工材４を成形型１７の外周面の段部１７ｓに沿う形状にスピニング加工するようにローラ２を移動させて、被加工材４を成形型１７の外周面の段部１７ｓに当接させるステップであり、押圧力増大用のステップに設定されている。
このように、押圧力増大用として設定するステップは、図６の（ｂ）、図７の（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、及び、図８の（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示す如き、各ステップについて予め設定しているローラ２の先端の移動軌跡Ｔに基づいて、特定することができる。

そして、心押用油圧シリンダ２０への供給油圧は、ステップ４〜ステップ７までの押圧力増大用のステップについては、ステップ１〜ステップ３までのステップよりも高い圧力に設定されている。
ちなみに、この実施形態で用いられている心押用油圧シリンダ２０では、ステップ１〜ステップ３では、１０ｔ程度の推力が得られ、ステップ４〜ステップ７では、２０ｔ程度の推力が得られる。
尚、ステップ１〜ステップ３に対応して設定されている供給油圧により現出される被加工材４に対する押圧力は、被加工材４が所定の温度に予備加熱されていてもその塑性変形を十分に防止できる押圧力である。

ステップ４〜ステップ７では、被加工材４を成形型１７の外周面の段部１７ｓに沿う形状にスピニング加工するので、段部１７ｓの作用により、被加工材４を成形型１７の先端側に伸ばすように作用する力（加工反力）がステップ１〜ステップ３よりも大きくなる。
そして、ステップ４〜ステップ７では、押圧力がステップ１よりも大きくなるように心押機構１８の作動が制御されるので、押圧具１９が加工反力により成形型１７及び被加工材４から離れる方向に押し戻されるのを防止することができる。
又、被加工材４は予備加熱されているが、ステップ４を実行するときには、心押機構１８による押圧力を大きくしても被加工材４の塑性変形を十分に防止できる程度にまで、被加工材４の温度が低下している。
又、被加工材４がスピニング加工される間、被加工材４の硬さを低下させて塑性変形し易いようにすべく、加熱機構２５により被加工材４を加熱するが、その加熱領域が、被加工材４における成形型１７の先端よりも基端側に対応する部分の被加工領域に設定されているので、ステップ４〜ステップ７で心押機構１８による押圧力を大きくしても、その押圧力により被加工材４が塑性変形するのを防止することができる。
従って、複数のステップの全てにおいて、被加工材４が心押機構１８による押圧力により塑性変形するのを防止しながら、被加工材４を成形型１７と押圧具１９とにより適切に挟持する状態で、ローラ２を被加工材４に当接させながら成形型１７の基端側に移動させることができるので、被加工材４を成形型１７の外周面に沿う所望の形状に精度良くスピニング加工することができる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（Ａ）心押機構１８による押圧力を増大する押圧力増大用のステップを予め設定するに当たって、その設定の仕方は、上記の実施形態において説明した仕方、即ち、複数のステップ夫々について設定したローラ２の先端の移動軌跡を考察して設定する仕方に限定されるものではない。例えば、下記（Ａ−１）〜（Ａ−３）のように設定することもできる。
（Ａ−１）被加工材４のうちの押圧具１９により押圧される部分（成形型１７の先端部に当接する部分）の温度を検出しながら各ステップを実行する形態で、試験運転を行う。そして、心押機構１８による押圧力を最初のステップよりも大きい増大用の設定押圧力に増大しても、塑性変形を防止できる程度にまで被加工材４の温度が低下しているステップを特定し、その特定したステップを押圧力増大ステップに設定する。ちなみに、増大用の設定押圧力は、押圧具１９が加工反力によって成形型１７及び被加工材４から離れる方向に押し戻されることがないような値に設定される。これにより、被加工材４が成形型１７の外周面の段部１７ｓに当接するようにスピニング加工される状態となって、加工反力が大きくなっても、押圧具１９が成形型１７及び被加工材４から離れる方向に押し戻されるのを防止することができる。

（Ａ−２）試験運転用として、押圧具１９が主軸Ｄに沿って成形型１７及び被加工材４から離れる側に変位する後退変位を検知する検知手段を設け、その検知手段の検出情報を監視しながら各ステップを実行する形態で、試験運転を行う。そして、検知手段により後退変位が検知されたステップを特定し、その特定したステップを押圧力増大ステップに設定する。ちなみに、検知手段としては、リニアスケールやエンコーダ等を用いることができる。

（Ａ−３）上記（Ａ−１）及び（Ａ−２）両方に記載した試験運転を行って、心押機構１８による押圧力を前記増大用の設定押圧力に増大しても、塑性変形を防止できる程度にまで被加工材４の温度が低下し、且つ、検知手段により後退変位が検知されたステップを特定して、その特定したステップを押圧力増大ステップに設定する。

上記の（Ａ−１）、（Ａ−２）、（Ａ−３）の仕方で予め押圧力増大用のステップを設定するに当たっては、１つのステップだけ設定しても良いし、複数のステップを設定しても良い。

（Ｂ）回転塑性加工装置に、上述の如き押圧具１９の後退変位を検知する検知手段を設け、制御装置Ｃを、この検知手段の検知情報に基づいて、最初よりも後のステップで、押圧具１９が後退変位すると、押圧力を大きくすべく心押機構１８の作動を制御するように構成しても良い。

（Ｃ）最初よりも後のステップでローラ２を移動させるときに、最初のステップでローラ２を移動させるときよりも心押機構１８による押圧力を大きくするに当たって、上記の実施形態では、増大用の押圧力を一律に設定して、押圧力を一段階で増大する場合について例示したが、押圧力を複数段階で増大するように構成しても良い。
この場合、後のステップほど押圧力を大きくするようにしたり、被加工材４のうちの押圧具１９により押圧される部分の温度が低くなるほど押圧力を大きくするようにしたり、あるいは、検知手段による押圧具１９の後退変位が大きいほど押圧力を大きくするようにすることが可能である。
又、最終のステップでは、心押機構１８による押圧力を押圧力増大用のステップよりも小さくしても良い。

（Ｄ）成形型１７の外周面に段部１７ｓを設けるに当たって、上記の実施形態では１段だけ設けたが、主軸Ｄに沿う方向に複数段設けても良い。
又、成形型１７の外周面に段部１７ｓを設けるに当たって、その位置は、上記の実施形態において例示した位置、即ち、主軸Ｄに沿う方向における中央よりも基端側の位置に限定されるものではなく、主軸Ｄに沿う方向における中央よりも先端側の位置に設定しても良い。

（Ｅ）上記実施形態では、本発明による回転塑性加工装置の運転方法を制御装置Ｃにより自動的に実行させるように構成したが、手動操作で行うように構成しても良い。

（Ｆ）主軸Ｄに接近離間するＸ軸方向及び主軸Ｄに平行なＺ軸方向の２軸方向でローラ２を移動させる移動機構として、上記の実施形態では、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にそれら両軸方向に対して直交するＹ軸方向を加えた３軸方向でローラ２を移動させる３軸移動機構３を用いたが、Ｙ軸方向での移動機能を備えない２軸移動機構も用いることができる。

（Ｇ）上記実施形態では、主軸Ｄの向きが上下方向である縦型の回転塑性加工装置に本発明を適用したが、本発明は、主軸Ｄの向きが上下方向以外の水平方向や水平方向に対して斜め上向きに傾斜する方向に設定された回転塑性加工装置に適用することが可能である。

以上説明したように、予備加熱された被加工材の塑性加工精度を向上し得る回転塑性加工装置及び回転塑性加工装置の運転方法を提供することができる。

２ ローラ
３ ３軸移動機構（移動機構）
４ 被加工材
１６ 駆動回転機構
１７ 成形型
１７ｓ 段部
１８ 心押機構
１９ 押圧具（押圧部材）
２５ 加熱機構（加熱手段）
Ｃ 制御装置（制御手段）
Ｄ 主軸
Ｔ 移動軌跡

Claims (4)

1. 成形型を主軸回りに駆動回転する駆動回転機構と、
   前記主軸と同軸で回転可能な押圧部材を備え、且つ、予備加熱された被加工材を前記成形型と前記押圧部材とにより挟持すべく前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける心押機構と、
   回転状態にある前記被加工材に当接しながら前記成形型における前記押圧部材の側である先端側から基端側に向かって移動して、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工するローラと、
   前記主軸に接近離間するＸ軸方向及び前記主軸に平行なＺ軸方向の２軸方向で前記ローラを移動させる移動機構と、
   前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工すべく、前記ローラの先端の移動軌跡が異なる複数のステップで前記ローラを前記成形型の先端側から基端側に向かって移動させるように前記移動機構を働かせる制御手段とが設けられた回転塑性加工装置であって、
   前記心押機構が、前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける押圧力を変更自在に構成され、
   前記制御手段が、最初よりも後のステップで前記ローラを移動させるときは、最初のステップで前記ローラを移動させるときよりも前記押圧力を大きくすべく前記心押機構の作動を制御する構成とされている回転塑性加工装置。
2. 前記押圧力を最初のステップよりも大きくする押圧力増大用のステップが、予め設定されており、
   前記成形型の外周面における前記成形型の先端よりも基端側に対応する部分に、前記成形型の径方向外方に突出する段部が設けられ、
   前記押圧力増大用のステップが、前記被加工材を前記成形型の外周面の段部に沿う形状に塑性加工するように前記ローラを移動させて、前記被加工材を前記成形型の外周面の段部に当接させるステップである請求項１に記載の回転塑性加工装置。
3. 前記被加工材が前記ローラにより塑性加工される間、その被加工材における前記成形型の先端よりも基端側に対応する部分の被加工領域を加熱する加熱手段が設けられている請求項１又は２に記載の回転塑性加工装置。
4. 成形型を主軸回りに駆動回転する駆動回転機構と、
   前記主軸と同軸で回転可能な押圧部材を備え、且つ、予備加熱された被加工材を前記成形型と前記押圧部材とにより挟持すべく前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける心押機構と、
   回転状態にある前記被加工材に当接しながら前記成形型における前記押圧部材の側である先端側から基端側に向かって移動して、前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工するローラと、
   前記主軸に接近離間するＸ軸方向及び前記主軸に平行なＺ軸方向の２軸方向で前記ローラを移動させる移動機構とが設けられ、
   前記被加工材を前記成形型の外周面に沿う形状に塑性加工すべく、前記ローラの先端の移動軌跡が異なる複数のステップで前記ローラを前記成形型の先端側から基端側に向かって移動させるように、前記移動機構を働かせる回転塑性加工装置の運転方法であって、
   前記心押機構が、前記押圧部材を前記被加工材に押し付ける押圧力を変更自在に構成され、
   前記心押機構を作動させて、最初よりも後のステップで前記ローラを移動させるときは、最初のステップで前記ローラを移動させるときよりも前記押圧力を大きくする回転塑性加工装置の運転方法。

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