JP4265464B2 - Fillet rolling processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、フィレットローリング加工(フィレットロール加工またはフィレットロール掛け加工)を目的としたフィレットローリング加工装置に関し、特に内燃機関用クランクシャフトのジャーナル部やクランクピン部のフィレット溝部(内隅アール部)に圧縮残留応力を付与するべくフィレットローリング加工を施すにあたり、フィレット溝部に付与すべき加圧力をそのフィレット溝部の円周方向で変化させることができるように考慮されたフィレットローリング加工装置に関するものである。 The present invention relates to a fillet rolling processing device for fillet rolling processing (fillet roll processing or fillet roll processing), and particularly to a journal portion of an internal combustion engine crankshaft and a fillet groove portion (inner corner round portion) of a crankpin portion. The present invention relates to a fillet rolling processing apparatus that is considered so that the pressure to be applied to the fillet groove portion can be changed in the circumferential direction of the fillet groove portion when performing the fillet rolling processing to apply compressive residual stress.
例えばクランクシャフト用のフィレットローリング加工装置においては、周知のようにジャーナル部やクランクピン部のフィレット溝部に超硬合金やハイス材からなるフィレットローラを数kN以上の加圧力にて押し付けながら回転させることによりロール加工(塑性加工)を施し、もって圧縮残留応力を与えることで該当する部位の疲労強度を向上させることを目的としている。 For example, in a fillet rolling processing device for a crankshaft, as is well known, a fillet roller made of cemented carbide or high-speed material is pressed against a fillet groove of a journal portion or a crankpin portion while being pressed with a pressure of several kN or more. The purpose of this is to improve the fatigue strength of the corresponding part by applying roll processing (plastic processing) by applying a compressive residual stress.
この場合、付与すべき加圧力とクランクシャフトの疲労強度との間には大きな相関があり、高加圧力を与えるほど疲労強度に優れたクランクシャフトを製作することが可能となる。 In this case, there is a great correlation between the applied pressure to be applied and the fatigue strength of the crankshaft, and it becomes possible to produce a crankshaft that is excellent in fatigue strength as a higher applied pressure is applied.
特許文献1に代表されるような従来の一般的なフィレットローリング加工装置では、加工対象となるフィレット溝部の全周にわたり同じ加圧力を与えることを基本としているものであるが、例えば図17に示すように、クランクシャフトSが実際にエンジンに組み込まれた状態では、クランクピン部Pのボトム部側に大きな荷重が加わってクラックCrが発生しやすく、ボトム部側と反対側のトップ部側ではボトム部側ほど大きな荷重が加わらないので、ボトム部側のフィレット溝部Fほど大きな加圧力で加工を施し、トップ部側のフィレット溝部Fについては相対的に小さい加圧力でロール加工を施しても製品機能の上では問題はない。なお、クランクピン部Pにおけるボトム部側とは、同図に示すようにクランクピン部Pをその軸心と平行で且つそれを通る平面をもって二分したと仮定した場合に、カウンタウエイトCw側にあって且つそれらのカウンタウエイトCw,Cw間に挟まれた領域の頂部(図14の0°の位置)を言い、トップ部側とはボトム部側と正反対の位置(図14の180°の位置)を言う。
In the conventional general fillet rolling processing apparatus represented by
言い換えるならば、フィレット溝部Fに加えるべき加圧力をそのフィレット溝部Fの円周方向で積極的に変化させて、上記のようにボトム部側のフィレット溝部Fほど大きな加圧力で且つクラックCrの入りやすい方向に向けてロール加工を施すようにすれば、ローラの長寿命化を期待できるようになるとともに、クランクシャフトSの形状精度の向上の上でも好ましいものとなる。 In other words, the pressure force to be applied to the fillet groove portion F is actively changed in the circumferential direction of the fillet groove portion F, and as described above, the fillet groove portion F on the bottom side has a larger pressure and crack Cr enters. If roll processing is performed in an easy direction, it is possible to expect a longer life of the roller, and it is preferable in terms of improving the shape accuracy of the crankshaft S.
そこで、上記のようにフィレット溝部Fに加えるべき加圧力をフィレット溝部Fの円周方向で積極的に変化させるべく、フィレット溝部Fの回転位相に応じてフィレットローラの加圧力発生手段である油圧シリンダの圧力を積極的に可変制御するようにした技術が特許文献2で提案されている。
しかしながら、特許文献2に記載のような技術では、フィレットローリング加工中において、例えばフィレット溝部の回転位相位置に応じて加圧力の変更指令を出力したとしても、油圧回路の特殊性である応答遅れのために指令側と実際の加圧力付与位置との間に位相ずれが発生しやすいばかりでなく、高加圧力と低加圧力との差を十分に大きく確保できないなどの制約がある。したがって、複雑な制御機器を必要とするために設備全体が複雑且つ高価なものとなるばかりでなく、加工品質の向上が望めず、なおも改善の余地を残している。
However, in the technique as described in
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特にフィレット溝部に付与すべき加圧力をそのフィレット溝部の円周方向において積極的に且つ正確に可変制御できるようにしたフィレットローリング加工装置を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such problems, and in particular, a fillet rolling process in which the pressure to be applied to the fillet groove can be actively and accurately controlled in the circumferential direction of the fillet groove. A device is provided.
請求項1に記載の発明は、バックアップローラにてバックアップされたフィレットローラを加工対象となる軸状部に押し付けた状態で、その軸状部を回転させながらフィレットローラおよびバックアップローラを連れ回りさせて、軸状部のフィレット溝部にローリング加工を施すようにしたフィレットローリング加工装置であることを前提としている。 In the first aspect of the present invention, the fillet roller backed up by the backup roller is pressed against the shaft-shaped portion to be processed, and the fillet roller and the backup roller are rotated while the shaft-shaped portion is rotated. It is assumed that the fillet rolling processing apparatus is configured to perform rolling processing on the fillet groove portion of the shaft-shaped portion.
その上で、フィレットローラよりも大径のバックアップローラの外周面に、フィレットローラに当接しつつこれを案内するガイド溝を円周方向でその溝幅が漸次変化するように形成し、バックアップローラの回転中に、上記ガイド溝の溝幅の変化に応じフィレットローラの軸直角平面とバックアップローラの軸直角平面とのなすローラ接触角を変化させるようになっていて、さらにバックアップローラ自体を回転部としてその回転変位を検出する回転検出器を設けたことを特徴とする。 Then, a guide groove is formed on the outer peripheral surface of the backup roller having a diameter larger than that of the fillet roller so as to contact the fillet roller while guiding the guide roller so that the groove width gradually changes in the circumferential direction. During rotation, the roller contact angle between the plane perpendicular to the axis of the fillet roller and the plane perpendicular to the axis of the backup roller is changed according to the change in the groove width of the guide groove , and the backup roller itself is used as a rotating part. A rotation detector for detecting the rotational displacement is provided .
ここに言う軸状部とは、先に例示したようにクランクシャフトにおけるジャーナル部やクランクピン部を想定している。 The shaft-like portion mentioned here assumes a journal portion and a crankpin portion in the crankshaft as exemplified above.
より具体的には、軸状部の長手方向両端に位置する左右一対のフィレット溝部に同時に加工を施すべく、請求項2に記載のように、軸状部の両端のフィレット溝部に対応して略ハの字状に配置された左右一対のフィレットローラが共通のバックアップローラにてバックアップされていて、バックアップローラの外周面に、フィレットローラに当接しつつこれらを案内する左右一対のガイド溝をそれらのガイド溝間に位置する隔壁部とともに形成するとともに、各ガイド溝をその溝幅が隔壁部の幅寸法とともにバックアップローラの円周方向で漸次変化するように形成することが望ましい。
More specifically, in order to simultaneously process a pair of left and right fillet grooves located at both ends in the longitudinal direction of the shaft-like portion, as shown in
同時に、請求項3に記載のように、バックアップローラにおけるガイド溝の直径は、加工対象となるフィレット溝部の直径と同径に設定されていることが望ましい。
At the same time, as described in
したがって、少なくとも請求項1,2に記載の発明では、バックアップローラにてバックアップされたフィレットローラを加工対象となるフィレット溝部に押し付けた状態でそのフィレット溝部を回転させれば、フィレットローラはバックアップローラ側に形成されたガイド溝に当接しつつそのガイド溝に案内されて、バックアップローラとともに連れ回りして、フィレット溝部に所定のローリング加工を施すことになる。 Therefore, in at least the first and second aspects of the invention, if the fillet roller backed up by the backup roller is pressed against the fillet groove to be processed and the fillet groove is rotated, the fillet roller will be on the backup roller side. The guide groove is guided to the guide groove while being in contact with the back-up roller, and is rotated together with the backup roller to perform a predetermined rolling process on the fillet groove portion.
その際に、請求項3に記載のように、バックアップローラとフィレット溝部が共に同径に設定されていることを前提とするならば、バックアップローラとフィレット溝部は、両者の間に介在しているフィレットローラを介して1:1の関係で同期回転し、同時にバックアップローラの円周方向でのガイド溝の溝幅変化に応じてフィレットローラが純機械的且つ自律的にそのローラ接触角を変更することになる。このローラ接触角の変化は、フィレットローラがフィレット溝部に及ぼす加圧力の変化にほかならず、結果としてその加圧力がフィレット溝部の円周方向で連続的に変化することになる。そして、回転検出器の出力は、加工対象となるフィレット溝部の回転位相とバックアップローラの回転位相とを相互に一致させるために使用される。
At that time, as described in
請求項1に記載の発明によれば、きわめてコンパクトな設備構成でありながらも、フィレット溝部に付与すべき加圧力をその円周方向で任意に且つ正確に可変制御することができ、ロール加工品質の向上とともにフィレットローラの長寿命化も図れるようになる。しかも、フィレットローラのローラ接触角の変化は、加圧力の変化のみならず加圧力の付与方向の変化をも意味することから、一段とロール加工の最適化が図れるようになる。
また、回転検出器を備えていることで、加工中におけるフィレット溝部の回転位相とバックアップローラの回転位相とを一致させることができ、加工中における回転位相ずれの発生を未然に防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, the pressurizing force to be applied to the fillet groove can be arbitrarily and accurately variably controlled in the circumferential direction while having a very compact equipment configuration, and roll processing quality can be controlled. As a result, the life of the fillet roller can be extended. In addition, a change in the roller contact angle of the fillet roller means not only a change in the pressing force but also a change in the direction in which the pressing force is applied, so that the roll processing can be further optimized.
In addition, by providing the rotation detector, the rotation phase of the fillet groove during processing can be matched with the rotation phase of the backup roller, and the occurrence of rotational phase deviation during processing can be prevented in advance. .
図1,2は本発明のより具体的な実施の形態として直列4気筒エンジンのクランクシャフトSのフィレットローリング加工装置の概略構成を示している。 1 and 2 show a schematic configuration of a fillet rolling device for a crankshaft S of an in-line four-cylinder engine as a more specific embodiment of the present invention.
図1,2のほか図3に示すように、このフィレットローリング加工装置では、後述するフィレットローラ25a,25bを主体とするロールカセット1のほかレストローラ3を備えたワークレストカセット2を併用することで軸状部たる各ジャーナル部Jの両端のフィレット溝部Fおよび同じく軸状部たる各クランクピンPの両端のフィレット溝部Fにそれぞれ並行してフィレットローリング加工が施される。なお、クランクシャフトSは所定のチャック4およびセンタ5により両持ち支持された状態で回転駆動される。
As shown in FIG. 3 in addition to FIGS. 1 and 2, in this fillet rolling processing apparatus, a
図2ではクランプピン部Pでの加工状態を示しており、同図に示すように、ベース6に固定された支持ブラケット7には加工部位であるクランクピン部Pごとに独立した揺動アーム8がヒンジピン9を介して揺動可能に支持されているとともに、揺動アーム9の上端には、ヒンジピン10を介して互いに揺動可能もしくは開閉可能に連結された上下一対のアーム11,12のうち下側のアーム12の一部がヒンジピン13を介して揺動可能に支持されている。そして、これら一対のアーム11,12はその後端部間に架橋的に連結された加圧シリンダ(油圧シリンダ)14の伸縮作動に応じて開閉し、かつ加圧シリンダ14の加圧力をもってフィレットローリング加工時の加圧力が付与されるようになっている。
FIG. 2 shows a machining state at the clamp pin portion P. As shown in FIG. 2, the
上側のアーム11の先端部には後述するフィレットローラ25a,25bを内蔵するロールカセット装置たるロールカセット1が着脱可能に装着されている一方、下側のアーム12の先端部には前後一対の回転可能なレストローラ3を備えたワークレストカセット2が同様に着脱可能に装着されていて、後述するようにフィレットローラ25a,25bがクランクピン部Pの両端のフィレット溝部Fに、レストローラ3がクランクピン部Pの一般面にそれぞれ圧接した状態でフィレットローリング加工が施されることになる。
A
図4〜6は上記ロールカセット1の詳細を示しており、ロールカセット1は上下一対のクランプブロック15と取付ボルト16とをもってアーム11の先端に着脱可能に且つ堅固に位置決め固定される。
4 to 6 show details of the
図4,5に示すように、略偏平矩形状のケース本体17とビス18にて固定された円板状のカバープレート19とからなるケース20内には(ただし、図4では、内部構造を見えるようにするためにカバープレート19を取り外した状態を描いている)、軸21aとニードルベアリング21bとを介して短円筒状もしくは偏平円筒状の大径のバックアップローラ22が回転可能に収容配置されていて、そのバックアップローラ22の外周面の両端コーナー部には後述するフィレットローラ25a,25bを相対回転可能に受容してこれを支えつつ案内する円弧状のガイド溝24が個別に形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a
そして、バックアップローラ22の真下には前後一対の駒状のリテーナ23a,23bに保持された小径のフィレットローラ25a,25b、すなわちバックアップローラ22に比べて極小径の左右一対のフィレットローラ25a,25bが断面略ハの字状の形態となるようにそれぞれに傾斜して、すなわち各フィレットローラ25a,25bの軸直角平面とバックアップローラ22の軸直角平面とのなすローラ接触角β(図5参照)が共に等しく且つ鋭角となるようにそれぞれに傾斜して配置されており、リテーナ23a,23bはケース本体17に対し取付ボルト36にて固定されるフロントケージ26およびリアケージ27をもって位置決め支持されている。
Just below the
より詳しくは、左右一対のフィレットローラ25a,25bは図3にも示すように一側面が円盤状もしくは算盤玉状に膨出した形状をなしている一方、そのフィレットローラ25a,25bを支持している前後一対のリテーナ23a,23bには図6,7に示すように傾斜姿勢のフィレットローラ25a,25bを収容支持するための略四分の一円弧状のローラ保持溝28が形成されていて、各フィレットローラ25a,25bの上部側の頂部がバックアップローラ22のガイド溝24に受容されて位置決めされている一方、各フィレットローラ25a,25bの下部側の一部が各ローラ保持溝28から外部に臨みつつ前後一対のリテーナ23a,23bからの脱落が阻止されている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the pair of left and
そして、前後一対のリテーナ23a,23bに形成されたローラ保持溝28は図7の(A)に示すようにその下端開口部から上方に向かって漸次その溝幅寸法が広くなるように形成されているとともに、各々のリテーナ23a,23bの下面には後述するフロントケージ26およびリアケージ27が嵌合することになる切欠溝29が形成されている。
The
これにより、後述するように前後一対のリテーナ23a,23bに支持された各フィレットローラ25a,25bにローラ保持溝28内で傾動変位可能な自由度を持たせることで、各フィレットローラ25a,25bはバックアップローラ22側のガイド溝24との接触部を支点として最小ローラ接触角β1と最大ローラ接触角β2とのなす範囲内でその姿勢変化が許容されるようになっている。なお、本実施の形態では、例えば最小ローラ接触角β1が30°に、最大ローラ接触角β2が45°にそれぞれ設定されている。
Thus, as will be described later, the
すなわち、図7の(A)に示すように各フィレットローラ25a,25bが最小ローラ接触角β1の状態ではフィレットローラ25a,25bがローラ保持溝28のうち一方の壁面によってその姿勢が規制され、他方、各フィレットローラ25a,25bが最大ローラ接触角β2の状態ではフィレットローラ25a,25bがローラ保持溝28のうち他方の壁面によってその姿勢が規制されるように設定されている。
That is, as shown in FIG. 7A, when the
前後一対のリテーナ23a,23bは、先に述べたようにケース20の下面に装着されるフロントケージ26およびリアケージ27によって支持されていて、フロントケージ26およびリアケージ27は取付ボルト36と長穴30のほかアジャストボルト31,32をもってケース本体17に位置調整可能に固定されている。
The pair of front and
そして、図6に示すように、フロントケージ26およびリアケージ27のうち互いに対向しつつ各リテーナ23a,23bに直接接触することになる端部両端には、突起部33,33または34,34が形成されていて、これらの突起部33,33および34,34が各リテーナ23a,23bの下面側の切欠溝29(図7参照)に嵌合することで前後のリテーナ23a,23b同士が位置決め支持されている。
As shown in FIG. 6,
先に述べたバックアップローラ22は、ケース20に回転可能に軸受支持された状態で左右一対のフィレットローラ23a,23bに当接しつつ転動して、これらのフィレットローラ23a,23bを案内しながら加工反力を負担するものであることから、図8,9に示すように、その外周面の全周には中央部の隔壁部35をはさんでその両側に一対のフィレットローラ23a,23bを受容するための断面略円弧状の二条のガイド溝24が形成されている。
The
そして、バックアップローラ22の軸方向長さが各部で一定であるのに対して、図8の(C)に示すように隔壁部30の幅寸法Wはその円周方向で漸次増加もしくは減少するようにして連続的に変化するように設定されており、その結果として隔壁部35の両側に位置することになる二条のガイド溝24の幅寸法(溝幅)Gもまたその円周方向で漸次増加もしくは減少するようにして連続的に変化するように設定されている。
While the axial length of the
すなわち、中央部の隔壁部35と左右一対のガイド溝24の溝底面とのなすアール形状の内隅部をもって図12,13に示すようにフィレットローラ23a,23bを受容しつつそのローラ接触角β1またはβ2を規制するようになっている。なお、一対のガイド溝24の溝底面の直径は、加工対象となるクランクピン部P側のフィレット溝部Fの直径と等しくなるように予め設定されている。
That is, while receiving the
このように隔壁部35の幅寸法Wおよびガイド溝24の幅寸法Gを円周方向で積極的に且つ連続的に変化させているのは、フィレットローリング加工時に一対のフィレットローラ23a,23bを介してこのフィレットローラ23a,23bとともに連れ回りすることになるバックアップローラ22の回転位相すなわち回転方向位置に応じて、各フィレットローラ23a,23bのローラ接触角βを連続的に変化させるためで、図14にクランクピン部Pの回転位相と加圧力との関係として示すように、バックアップローラ22を展開した場合に隔壁部35の幅寸法Wおよび一対のガイド溝24の溝幅Gがいわゆる正弦波形状となるように設定してある。
Thus, the width dimension W of the
例えばバックアップローラ22の中央の隔壁部35に着目した場合、バックアップローラ22の円周方向において180度位相がずれた位置、すなわち図10の(A),(B)に示すように隔壁部35の幅寸法がW1の部位を最大幅寸法部P1とし、その最大幅寸法部P1から180度位相がずれた位置(反対側位置)の幅寸法がW2の部位を最小幅寸法部P2とした上でバックアップローラ22を展開したと仮定した場合に、それら最大幅寸法部P1と最小幅寸法部P2とを直線的に結ぶことで、図14の特性曲線として示すように隔壁部35の幅寸法WがW1とW2の範囲内で円周方向で連続的に変化するように設定してある。これらのことは隔壁部35の両側のガイド溝24についても全く同様であって、隔壁部35と比べて最大溝幅部と最小溝幅部との相対位置関係が正反対の関係になっているにすぎない。
For example, when attention is paid to the
したがって、後述するように加工対象となるクランクピン部Pのフィレット溝部Fに各フィレットローラ23a,23bが圧接し、且つそれらのフィレットローラ23a,23bに対してバックアップローラ22が圧接した状態で、それら三者が同期回転しながら加工が行われることから、共に直径が等しいフィレット溝部Fとバックアップローラ22とはフィレットローラ23a,23bを介して1:1の関係で回転し、その同期回転中において図5,7に示した各フィレットローラ23a,23bのローラ接触角βが最小ローラ接触角β1と最大ローラ接触角β2との間で連続的に変化することになる。
Accordingly, as will be described later, the
すなわち、図2に示した加圧シリンダ14の圧力が一定であったとしても、後述するようにフィレットローラ23a,23bのローラ接触角βが大きくなる(フィレットローラ23a,23bの傾斜度合いが大きくなる)ほど実際にフィレットローラ23a,23bがフィレット溝部Fに及ぼす加圧力が大きくなる点に着目し、図14,17に示すようにクランクピン部Pにおけるフィレット溝部Fのうちボトム部側を加工する際には、フィレットローラ25a,25bをはさんでそのボトム部側とバックアップローラ22における隔壁部35側の最小幅寸法部P2(図10)とが正対し、且つクランクピン部Pにおけるフィレット溝部Fのうちトップ部側を加工する際には、フィレットローラ25a,25bをはさんでそのトップ部側とバックアップローラ22における隔壁部35側の最大幅寸法部P1(図10)とが正対するように予め位相合わせを施しておくものとし、図17に示したクランクピン部Pにおけるフィレット溝部Fのボトム部側でその加圧力が最も大きくなって且つボトム部側と反対のトップ部側でその加圧力が最小となるように、それらの両位置の間でフィレット溝部Fに加わる加圧力が漸次変化するように設定してある。
That is, even if the pressure of the
また、図8〜10に示すように、隔壁部35の幅方向中央部にはその全周に等ピッチの凹凸部をもって歯形部37が一体に形成されているとともに、図11に示すように、歯形部37のうちの特定の一つの凸部をバックアップローラ22の幅方向に延長することで歯形部たる基準突起部38を形成してある。これらの歯形部37および基準突起部38はバックアップローラ22自体を回転部とするいわゆるロータリーエンコーダもしくはパルスゼネレータの如き回転検出器39の一部として形成されているもので、図4のほか図12,13に示すようにケース20側から歯形部37および基準突起部38にそれぞれ非接触にて対向するように相互に独立した近接センサ40または41を臨ませてある。そして、双方の近接センサ40,41はバックアップローラ22の幅方向において所定量だけオフセットさせてある。
Further, as shown in FIGS. 8 to 10, a
図12に示すように、上記の歯形部37と一方の近接センサ40はバックアップローラ22の回転検出機能部42を形成しており、これにより近接センサ40はバックアップローラ22の回転変位に伴いそのバックアップローラ22の一回転中の回転変位に応じたパルス信号を出力することになる。
As shown in FIG. 12, the
その一方、図13に示すように、単一の基準突起部38(図10,11参照)と他方の近接センサ41はバックアップローラ22の原点検出機能部43を形成しており、これにより近接センサ41はバックアップローラ22の回転変位に伴いそのバックアップローラ22の一回転につき一つのパルス信号を出力することになる。
On the other hand, as shown in FIG. 13, the single reference protrusion 38 (see FIGS. 10 and 11) and the
このように構成された回転検出器39の出力は、後述するように加工対象となるフィレット溝部Fの回転位相とバックアップローラ22の回転位相とを相互に一致させるために使用される。
The output of the
したがって、本実施の形態によれば、図2のほか図4,5に示すように、ワークレストカセット2側の一対のレストローラ3をクランクピン部Pのうちフィレット溝部F以外の部分に押し付けるとともに、ロールカセット1側の一対のフィレットローラ25a,25bをクランクピン部Pにおける両端のフィレット溝部Fに押し付け、実質的にワークレストカセット2とロールカセット1とでクランクピン部Pを挟み込んだ状態でそのクランクピン部PひいてはクランクシャフトS全体を回転駆動させる。このクランクシャフトSの回転に伴いレストローラ3が同期回転するとともに、左右一対のフィレットローラ25a,25bがバックアップローラ22にてバックアップされながらそのバックアップローラ22とともに連れ回りするように同期回転して、各フィレット溝部Fにフィレットローリング加工を施すことになる。すなわち、各フィレットローラ25a,25bはフィレット溝部Fに冷間圧延加工を施して内部圧縮応力を付加することにより、フィレット溝部Fの疲労限界応力の向上に寄与することになる。
Therefore, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5 in addition to FIG. 2, the pair of
このようなフィレットローリング加工中においては、図12,13に示すように一対のフィレットローラ25a,25bはバックアップローラ22の隔壁部35とガイド溝24とのなす内アール状のコーナー部にてバックアップされていて、そのフィレットローラ25a,25bを介して共に直径が等しいフィレット溝部Fとバックアップローラ22とはフィレットローラ25a,25bを介して1:1の関係で同期回転することなる、そして、その同期回転中において、各フィレットローラ25a,25bのローラ接触角βが、隔壁部35の幅寸法Wに応じて、すなわち隔壁部35の両側のガイド溝24の溝幅Gに応じて連続的に変化することになる。
During such fillet rolling, the pair of
より具体的には、バックアップローラ22のうちフィレットローラ25a,25bがバックアップされている部位の隔壁部35の幅寸法Wが大きければフィレットローラ25a,25bのローラ接触角βが小さくなってフィレットローラ25a,25bが図12のように起立気味となる一方、フィレットローラ25a,25bがバックアップされている部位の隔壁部35の幅寸法Wが小さければフィレットローラ25a,25bのローラ接触角βが大きくなってフィレットローラ25a,25bが図13のように傾斜気味となる。
More specifically, if the width dimension W of the
そして、図12,13のほか図10に示したように、加工対象部位であるフレット部Fとフィレットローラ25a,25bおよびバックアップローラ22の同期回転中において、隔壁部35の幅寸法がW1をもって最大となる最大幅寸法部P1をクランクピン部Pのトップ部側に、隔壁部35の幅寸法がW2をもって最小となる最小幅寸法部P2を同じくクランクピン部Pのボトム部側にそれぞれ一致するように両者の位相を予め設定してあることから、クランクピン部Pのボトム部側でローラ接触角βが最大ローラ接触角β2となってフィレットローラ25a,25bの傾斜度合いが大きくなり、他方、クランクピン部Pのトップ部側でローラ接触角βが最小ローラ接触角β1となってフィレットローラ25a,25bの姿勢が起立気味となり、さらにボトム部側とトップ部側との間では最大ローラ接触角β2と最小ローラ接触角β1との間で漸次連続的に変化することになる。
As shown in FIG. 10 in addition to FIGS. 12 and 13, during the synchronous rotation of the fret portion F, the
この場合、図2に示した加圧シリンダ14によるワークレストカセット2とロールカセット1との加圧挟持力が一定であったとしても、最終的に各フィレットローラ25a,25bがフィレット溝部Fに及ぼす加圧力は上記のフィレットローラ25a,25bのローラ接触角βに依存し、ローラ接触角βが大きくなるほどフィレットローラ25a,25bがフィレット溝部Fに及ぼす加圧力は大きくなる。
In this case, even if the pressure clamping force between the
これは、フィレット溝部Fに実際に加わる加圧力をF1とし、加圧シリンダ14の出力に基づくカセット1,2同士の加圧挟持力をF0、ローラ接触角をβとすると、各フィレット溝部Fに実際に加わる加圧力F1は次の式(1)にて表されることからも理解できる。
This is because each fillet groove portion is defined as F 1 as the pressure force actually applied to the fillet groove portion F, F 0 as the pressure clamping force between the
F1=1/2×(F0/cosβ)‥‥(1)
つまり、図17に示したように、クランプピン部Pのうちより強度が要求されるボトム部側をトップ部側よりも大きな加圧力で加工することができることになる。
F 1 = 1/2 × (F 0 / cos β) (1)
That is, as shown in FIG. 17, the bottom portion side of the clamp pin portion P that requires higher strength can be processed with a larger pressing force than the top portion side.
同時に、このローラ接触角βの変化は加圧力F1との作用方向の変化をも意味し、図17から明らかなように、特にクランクピン部Pのボトム部側ではローラ接触角βが大きくなることによって、加圧力F1の作用方向mがクラックCrの発生方向とほぼ一致するようになり(従来の加圧力F1の作用方向はm1方向)、より効果的に加圧力を加えることができる。 At the same time, this change in the roller contact angle β also means a change in the direction of action with the pressurizing force F 1, and as is apparent from FIG. 17, the roller contact angle β particularly increases on the bottom portion side of the crankpin portion P. As a result, the acting direction m of the pressing force F 1 substantially coincides with the direction of occurrence of the crack Cr (the acting direction of the conventional pressing force F 1 is the m1 direction), and the pressing force can be applied more effectively. .
ここで、上記のようなフィレットローリング加工の開始に際には、クランクシャフトSの加工開始位置(回転方向位置)である回転位相ひいては各クランクピン部Pの加工開始位置(回転方向位置)である回転位相は既知であり、クランクシャフト回転駆動系の割り出し機能によって予め正規位置に割り出されている。同時に、ワークレストカセット2とロールカセット1とで各クランクピン部Pを挟み込んだ状態で、先に述べた回転検出器39が基準突起部38をもって原点位置を検出していれば、加工対象となるフィレット溝部Fの回転位相とバックアップローラ22の回転位相が相互に一致していることになり、直ちに正規の加工に移行する。
Here, at the start of the fillet rolling process as described above, the rotation phase that is the machining start position (rotational direction position) of the crankshaft S and the machining start position (rotational direction position) of each crank pin portion P is also obtained. The rotational phase is known and is preliminarily indexed to the normal position by the indexing function of the crankshaft rotational drive system. At the same time, if each of the crank pin portions P is sandwiched between the
その一方、ワークレストカセット2とロールカセット1とでクランクピン部Pを挟み込んだ状態で、先に述べた回転検出器39が基準突起部38をもって原点位置を検出していなければ、加工対象となるフィレット溝部Fとバックアップローラ22の回転位相がずれていることになる。
On the other hand, if the crank pin portion P is sandwiched between the
そこで、各クランクピン部Pごとに独立している図2の上下一対のアーム11,12はそれぞれに独立して開閉可能(ワークレストカセット2とロールカセット1とによるクランクピン部Pの挟み込み動作とその解放動作が可能)であって、且つ図2に示したヒンジピン9または13を回転中心として外部駆動手段により所定量だけ揺動もしくは回転可能であることから、加工対象となるフィレット溝部Fを塑性変形させない程度の加圧力をもって、ワークレストカセット2とロールカセット1とでクランクピン部Pを挟み込んだならば、回転検出器39が基準突起部38をもって原点位置を検出するまで上下一対のアーム11,12を極低速で回転させる。これにより、上記のように加工対象となるフィレット溝部Fの回転位相とバックアップローラ22の回転位相とを相互に一致させることができる。
Therefore, the pair of upper and
なお、クランクシャフトSの量産を目的とした通常の連続加工サイクルでは、クランクシャフトSの回転方向位相すなわち各クランクピン部Pの回転方向位相は加工開始位置と加工完了位置で同じ位相に設定してるため、上記のような位相合わせは必ずしも必要ではなく、連続加工中において位相のずれが生じた場合にのみ割り込み処理として実行させれば足りる。 In a normal continuous machining cycle for the purpose of mass production of the crankshaft S, the rotation direction phase of the crankshaft S, that is, the rotation direction phase of each crank pin portion P is set to the same phase at the machining start position and the machining completion position. Therefore, the phase alignment as described above is not always necessary, and it is sufficient to execute the interrupt process only when a phase shift occurs during continuous machining.
また、フィレットローリング加工を開始した以降は、クランクシャフト回転駆動系の回転位置検出機能と先に述べた回転検出器39の回転検出機能部の機能を使っていわゆるマッチング処理を行うことにより、その加工中におけるクランクピン部Pにおけるフィレット溝部Fの回転位相とバックアップローラ22の回転位相とを一致させることができ、加工中における回転位相ずれの発生を未然に防止することができるようになる。
In addition, after the start of the fillet rolling process, the so-called matching process is performed by using the rotation position detection function of the crankshaft rotation drive system and the rotation detection function unit of the
なお、本実施の形態ではクランクピン部Pの加工を主眼をしているために、クランクピン部Pのフィレットローリング加工のみについて説明したが、各ジャーナル部Jのフィレットローリング加工も並行して行われることは言うまでもない。この場合、ジャーナル部Jのフィレットローリング加工を司るロールカセットは、先に述べた回転検出器39の機能を有していない点でクランクピン部P用のロールカセット1と異なるものの、それ以外の構成は基本的にクランクピン部P用のロールカセット1と同様である。
In this embodiment, since the processing of the crankpin portion P is the main focus, only the fillet rolling processing of the crankpin portion P has been described, but the fillet rolling processing of each journal portion J is also performed in parallel. Needless to say. In this case, the roll cassette for performing the fillet rolling process of the journal part J is different from the
ここで、図8〜10に示したバックアップローラ22の隔壁部35およびガイド溝24の展開形状が図14のようないわゆる正弦波曲線形状の加圧力特性曲線を転写したものであることは先に述べたが、その展開形状は必ずしも図14のものに限定されない。例えば、図15に示すように特性曲線のうちクランクピン部Pのボトム部相当位置の近傍およびトップ部相当位置の近傍を平坦化したり、あるいはボトム部相当位置の近傍のみを平坦化したものとしてもよい。
Here, the developed shape of the
1…ロールカセット(ロールカセット装置)
17…ケース本体
20…ケース
22…バックアップローラ
24…ガイド溝
25a,25b…フィレットローラ
35…隔壁部
37…歯形部
38…歯形部としての基準突起部
39…回転検出器
40,41…近接センサ
42…回転検出機能部
43…原点検出機能部
F…フィレット溝部
G…ガイド溝の溝幅
P…クランクピン部(軸状部)
P1…最大幅寸法部
P2…最小幅寸法部
W1…隔壁部の最大幅寸法
W2…隔壁部の最小幅寸法
β…ローラ接触角
β1…最小ローラ接触角
β2…最大ローラ接触角
1. Roll cassette (roll cassette device)
DESCRIPTION OF
P1 ... Maximum width dimension part P2 ... Minimum width dimension part W1 ... Maximum width dimension of partition wall part W2 ... Minimum width dimension of partition wall part β ... Roller contact angle β1 ... Minimum roller contact angle β2 ... Maximum roller contact angle
Claims (8)
フィレットローラよりも大径のバックアップローラの外周面に、フィレットローラに当接しつつこれを案内するガイド溝を円周方向でその溝幅が漸次変化するように形成し、
バックアップローラの回転中に、上記ガイド溝の溝幅の変化に応じフィレットローラの軸直角平面とバックアップローラの軸直角平面とのなすローラ接触角を変化させるようになっていて、
さらにバックアップローラ自体を回転部としてその回転変位を検出する回転検出器を設けたことを特徴とするフィレットローリング加工装置。 While the fillet roller backed up by the backup roller is pressed against the shaft-shaped part to be processed, the fillet roller and the backup roller are rotated while the shaft-shaped part is rotated, and rolled to the fillet groove of the shaft-shaped part. A fillet rolling processing device adapted to perform processing,
On the outer circumferential surface of the backup roller having a diameter larger than that of the fillet roller, a guide groove that is in contact with the fillet roller and guides it is formed so that the groove width gradually changes in the circumferential direction,
During rotation of the backup roller, the roller contact angle between the plane perpendicular to the axis of the fillet roller and the plane perpendicular to the axis of the backup roller is changed according to the change in the groove width of the guide groove ,
Furthermore , the fillet rolling processing apparatus characterized by having provided the rotation detector which detects the rotational displacement by using the backup roller itself as a rotation part .
バックアップローラの外周面に、フィレットローラに当接しつつこれらを案内する左右一対のガイド溝をそれらのガイド溝間に位置する隔壁部とともに形成するとともに、
各ガイド溝をその溝幅が隔壁部の幅寸法とともにバックアップローラの円周方向で漸次変化するように形成したことを特徴とする請求項1に記載のフィレットローリング加工装置。 A pair of left and right fillet rollers arranged in a substantially C shape corresponding to the fillet groove portions at both ends of the shaft-shaped portion are backed up by a common backup roller,
On the outer peripheral surface of the backup roller, a pair of left and right guide grooves for guiding them while abutting the fillet roller is formed together with a partition wall portion positioned between the guide grooves,
2. The fillet rolling processing apparatus according to claim 1, wherein each guide groove is formed such that the groove width thereof gradually changes in the circumferential direction of the backup roller together with the width dimension of the partition wall.
それぞれの歯形部には、回転検出機能部用および原点検出機能部用ごとに独立した近接センサが個別に対向配置されていることを特徴とする請求項7に記載のフレットローリング加工装置。 On the outer peripheral surface of the partition wall in the backup roller, a tooth profile for the rotation detection function part and a tooth profile part for the origin detection function part are formed in parallel.
8. The fret rolling processing apparatus according to claim 7, wherein each tooth profile part is provided with an independent proximity sensor separately for each of the rotation detection function part and the origin detection function part.
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