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JP5283454B2 - Female thread machining apparatus and female thread machining method - Google Patents
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JP5283454B2 - Female thread machining apparatus and female thread machining method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for threading female screw, capable of forming a high-strength female screw portion. <P>SOLUTION: The female screw threading device 10 has an arc heating device 46 for heating a bush machining position P at which a female screw 15 is formed in a metal plate, a filler feeder 44 for thickening at the bush machining position P, a machining tool 60 for forming the female screw 15 in the metal plate, a cooling unit 62 for cooling the machining tool 60, a spindle motor 52 for rotating the machining tool 60, and a lift motor 36 for advancing and retracing the machining tool 60. The female screw threading device stops heating by the arc heating device 46, continues cooling by the cooling unit 62, inserts the machining tool 60 into the metal plate while rotating it, and forms the female screw 15 with the machining tool while rapidly cooling the metal plate. The machining tool 60 is freely attachable and detachable by a chuck 58, and the cooling unit 62 cools the machining tool 60 indirectly via the chuck 58. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、金属板に対して他の部材をボルトによって締結するための雌ねじを形成する雌ねじ加工装置及び雌ねじ加工方法に関する。   The present invention relates to an internal thread processing device and an internal thread processing method for forming an internal thread for fastening other members to a metal plate with bolts.

車両を製造する際に、フレームのドアヒンジ部等のボルト締結部にナットを溶接することがある。このようなナットの溶接は正確な位置決めが困難であり、しかも溶接作業が煩雑である。   When manufacturing a vehicle, a nut may be welded to bolt fastening parts, such as a door hinge part of a frame. In such a nut welding, accurate positioning is difficult, and the welding operation is complicated.

特許文献1では、ワークに対して種々の雌ねじを形成することのできる装置が提案されているが、自動車のフレーム等の薄板に対しては不適である。   Patent Document 1 proposes an apparatus capable of forming various female threads on a workpiece, but is unsuitable for a thin plate such as an automobile frame.

本出願人は、特許文献2において、ナットの溶接を行う必要のない雌ねじ加工装置を提案している。この加工装置では、加工ツールを回転させながら金属板に押圧して、縮径部によって金属板に孔を形成するとともに、加工ツールを孔に挿入したまま、さらに回転挿入させ、タップ部によって孔に雌ねじを形成する。また、フィラーで肉盛りをすることにより、自動車のフレーム等の薄板に対しても適用可能であり、雌ねじを有するブッシュを1つの工程で形成することができて好適である。   In the patent document 2, the present applicant has proposed a female thread machining apparatus that does not require welding of a nut. In this processing apparatus, the processing tool is pressed against the metal plate while rotating, and a hole is formed in the metal plate by the reduced diameter portion. Further, while the processing tool is inserted into the hole, the processing tool is further rotated and inserted into the hole by the tap portion. Form an internal thread. In addition, by overlaying with a filler, the present invention can be applied to a thin plate such as an automobile frame, and a bush having an internal thread can be formed in one step, which is preferable.

特開平1−306124号公報JP-A-1-306124 特開2005−329528号公報JP 2005-329528 A

ところで、金属板にナットを溶接する場合には、該ナットは元来十分な強度を有しており、ボルトに対して十分な締結強度が得られるが、薄板に対して肉盛りをしたブッシュに形成された雌ねじは必ずしも十分な強度を有しているとは限らず、十分な実験や検査が必要である。   By the way, when a nut is welded to a metal plate, the nut originally has a sufficient strength and a sufficient fastening strength can be obtained with respect to a bolt. The formed female screw does not necessarily have sufficient strength, and sufficient experimentation and inspection are required.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、十分な強度を有する雌ねじ部を形成することができる雌ねじ加工装置及び雌ねじ加工方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide an internal thread processing device and an internal thread processing method capable of forming an internal thread portion having sufficient strength.

本発明に係る雌ねじ加工装置は、金属板における雌ねじを形成する箇所を加熱する加熱部と、前記金属板に前記雌ねじを形成する加工ツールと、前記加工ツールを冷却する冷却部と、前記加工ツールを回転させる回転駆動部と、前記加工ツールを進退させる進退駆動部と、を有し、前記加熱された雌ねじを形成する箇所に前記加工ツールを挿入するときに、前記雌ねじを形成する箇所を急冷することにより組織が硬くなり、前記金属板に、ベイナイト組織を有するねじ部と、前記ねじ部の外側で且つ母材の内側に前記ねじ部よりも硬度が低く且つ前記母材よりも硬度が高い熱影響部とを形成することを特徴とする。 An internal thread machining apparatus according to the present invention includes a heating unit that heats a location where an internal thread is formed on a metal plate, a processing tool that forms the internal thread on the metal plate, a cooling unit that cools the processing tool, and the processing tool. A rotary drive unit that rotates the machining tool, and an advancing / retreating drive unit that advances and retracts the machining tool, and when the machining tool is inserted into a location where the heated female screw is formed, the location where the female screw is formed is rapidly cooled. Ri tissue is hard by, the metal plate, and a threaded portion having a bainite structure, hardness than and the base material a lower hardness than the threaded portion and the inner side of the base material outside of the threaded portion It is characterized by forming a high heat affected zone .

このような加熱部と冷却部とを設けることにより、加熱した加工箇所に加工ツールを挿入するときに、該加工箇所が急冷されて組織が硬くなり、高強度の雌ねじ部を形成することができる。   By providing such a heating part and a cooling part, when a processing tool is inserted into a heated processing part, the processing part is rapidly cooled to harden the structure, and a high-strength female thread part can be formed. .

前記加工ツールは、チャックにより着脱自在であり、前記冷却部は、前記チャックを介して間接的に前記加工ツールを冷却してもよい。このようにチャックを介した間接的な冷却によれば、加工ツールは冷却手段が不要な簡便構造となるとともに、加工ツールの交換が容易となる。   The processing tool may be detachable by a chuck, and the cooling unit may cool the processing tool indirectly via the chuck. Thus, according to the indirect cooling via the chuck, the machining tool has a simple structure that does not require a cooling means, and the machining tool can be easily replaced.

前記冷却部は、前記チャック又はその周辺部に空気を噴き付けることによる空冷式であってもよい。このような空冷式によれば、冷却媒体の供給管路、回収管路等が不要で、簡便である。   The cooling unit may be an air-cooling type in which air is sprayed onto the chuck or its peripheral part. According to such an air cooling method, a supply line for a cooling medium, a recovery line, and the like are unnecessary and simple.

前記冷却部は、流路に液体を流すことによる液冷式であってもよい。このような液冷式によれば、冷却効果が高い。 The cooling unit may be a liquid cooled by the this flowing liquid to the flow path. According to such a liquid cooling system, the cooling effect is high.

前記加工ツールは、前記金属板に孔を形成するために先端に設けられた縮径部と、前記孔に雌ねじを形成するために前記縮径部に対して連続して設けられたタップ部とを備えてもよい。このような加工ツールによれば、雌ねじを1つの工程で形成することができる。   The processing tool includes a reduced diameter portion provided at a tip for forming a hole in the metal plate, and a tap portion provided continuously with respect to the reduced diameter portion for forming a female screw in the hole. May be provided. According to such a processing tool, the internal thread can be formed in one step.

本発明に係る雌ねじ加工方法は、加熱部により、金属板における雌ねじを形成する箇所を加熱する加熱工程と、冷却部により、前記金属板に前記雌ねじを形成する加工ツールを冷却する冷却工程と、前記加熱部による加熱を停止し、前記冷却部による冷却を継続し、自然冷却された前記雌ねじを形成する箇所に前記加工ツールを挿入し、前記雌ねじを形成する箇所を急冷し組織を硬くする急冷工程と、前記加工ツールを回転し、前記加工ツールで前記雌ねじを形成する箇所を冷却しながら雌ねじを成形する加工工程とを有することを特徴とする。 The internal thread processing method according to the present invention includes a heating step of heating a portion where the internal thread is formed on the metal plate by the heating unit, and a cooling step of cooling the processing tool forming the internal thread on the metal plate by the cooling unit, Rapid cooling that stops heating by the heating unit, continues cooling by the cooling unit , inserts the processing tool into a place where the internally-cooled internal thread is formed, rapidly cools the area where the internal thread is formed, and hardens the tissue a step, wherein the machining tool is rotating, a processing step of forming an internal thread while cooling the portion which forms the internal thread in the processing tool, you characterized by having.

このような加熱工程及び冷却工程を設けることにより、加熱した加工箇所に加工ツールを挿入するときに、該加工箇所が急冷されて組織が硬くなり、高強度の雌ねじ部を形成することができる。なお、加工工程以外における加熱工程及び冷却工程の相互タイミングは特に問われない。 By providing more such heating step and the cooling engineering, when inserting the machining tool to the heated machining spot, tissue hardens the machining spot is rapidly cooled, it is possible to form the internal thread portion of the high-strength . In addition, the mutual timing of the heating process and the cooling process other than the processing process is not particularly limited.

前記加熱工程では、前記金属板をオーステナイト域以上に加熱してもよい。これにより、金属組織に対して種々の熱処理をすることができる。   In the heating step, the metal plate may be heated to an austenite region or higher. Thereby, various heat processing can be performed with respect to a metal structure.

前記加工工程又はその後の放熱工程では、ベイナイト域を通して前記金属板を冷却してもよい。これにより、金属板にベイナイトが析出して十分高強度な雌ねじが得られる。   In the processing step or the subsequent heat dissipation step, the metal plate may be cooled through a bainite region. Thereby, bainite precipitates on the metal plate and a sufficiently high internal thread is obtained.

本発明に係る雌ねじ加工装置及び雌ねじ加工方法によれば、このような加熱部又は加熱工程と冷却部又は冷却工程とを設けることにより、加熱した加工箇所に加工ツールを挿入するときに、該加工箇所が急冷されて組織が硬くなり、高強度の雌ねじ部を形成することができる。   According to the female thread machining apparatus and the female thread machining method according to the present invention, by providing such a heating part or heating step and a cooling part or cooling process, the machining tool is inserted when the machining tool is inserted into the heated machining location. The portion is rapidly cooled to harden the tissue, and a high-strength female thread portion can be formed.

以下、本発明に係る雌ねじ加工装置及び雌ねじ加工方法について実施の形態を挙げ、添付の図1〜図17を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of the internal thread processing device and the internal thread processing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、本実施の形態に係る雌ねじ加工装置10は、本塗装前であるフレーム(金属板)12における所定の箇所にブッシュ14を形成するためのユニット型式の装置であり、ロボット16の先端に着脱自在に設けられている。ブッシュ14には雌ねじ15(図12参照)が形成される。ロボット16は産業用の多関節型であって、雌ねじ加工装置10はロボット16の動作範囲内で任意の位置に任意の姿勢に設定可能である。これにより、雌ねじ加工装置10は、例えば、フレーム12におけるドアヒンジ部12aやバンパビーム部12bに対向するように配置され、これらの箇所にブッシュ14を形成することができる。   As shown in FIG. 1, an internal thread machining apparatus 10 according to the present embodiment is a unit type apparatus for forming a bush 14 at a predetermined position in a frame (metal plate) 12 before the final coating, and a robot 16 is detachably provided at the tip. A female screw 15 (see FIG. 12) is formed in the bush 14. The robot 16 is an industrial articulated type, and the internal thread machining apparatus 10 can be set at an arbitrary position and at an arbitrary position within the operation range of the robot 16. Thereby, the internal thread processing apparatus 10 is arrange | positioned so that the door hinge part 12a and the bumper beam part 12b in the flame | frame 12 may be opposed, for example, and the bush 14 can be formed in these locations.

フレーム12は搬送ライン18上で搬入されてロボット16の近傍において一時停止し、カメラ19によって正確な位置の確認が行われる。フレーム12は雌ねじ加工装置10によってブッシュ14を形成する加工が行われた後、搬送ラインに沿って次工程のステーションへと搬送され、この後、ロボット16の近傍には未加工の次のフレーム12が搬入される。   The frame 12 is carried on the transfer line 18 and temporarily stopped in the vicinity of the robot 16, and an accurate position is confirmed by the camera 19. The frame 12 is processed to form the bush 14 by the female thread processing device 10, and then transferred to the next process station along the transfer line. Thereafter, the unprocessed next frame 12 is placed near the robot 16. Is brought in.

ロボット16及び雌ねじ加工装置10は、コントローラ20によって制御される。コントローラ20は、ロボット16を所定の教示データに基づいて動作させるロボット駆動部22と、雌ねじ加工装置10内の昇降モータ(進退駆動部)36及びスピンドルモータ(回転駆動部)52を駆動するモータ制御部24と、フィラー48(図2参照)を送給するためのフィラー送給制御部26と、TIGトーチ(アーク加熱機46)からアークを放射するためのアーク電流制御部28と、雌ねじ加工装置10の所定の箇所を冷却するための冷却制御部29とを有する。また、コントローラ20はカメラ19から得られる画像に基づいてフレーム12及びブッシュ加工位置Pの位置確認を行うことができる。   The robot 16 and the female thread machining apparatus 10 are controlled by a controller 20. The controller 20 controls a robot drive unit 22 that operates the robot 16 based on predetermined teaching data, and a motor control that drives a lift motor (advance / retreat drive unit) 36 and a spindle motor (rotation drive unit) 52 in the internal thread machining apparatus 10. Unit 24, filler feeding control unit 26 for feeding filler 48 (see FIG. 2), arc current control unit 28 for radiating an arc from TIG torch (arc heater 46), and female thread processing device And a cooling control unit 29 for cooling 10 predetermined portions. Further, the controller 20 can confirm the position of the frame 12 and the bushing processing position P based on the image obtained from the camera 19.

図2に示すように、雌ねじ加工装置10は、ベースユニット30と、該ベースユニット30に対して昇降する昇降ユニット32とをベースとして構成されている。ロボット16はベースユニット30の側面に接続されている。   As shown in FIG. 2, the female thread machining apparatus 10 is configured with a base unit 30 and a lifting unit 32 that moves up and down with respect to the base unit 30 as a base. The robot 16 is connected to the side surface of the base unit 30.

ベースユニット30は、ベース体34と、昇降モータ36と、ボールねじ38と、ボールナット40と、ガイドレール42と、フィラー送給機44と、アーク加熱機(加熱部)46(例えば、TIGトーチ)とを有する。ベース体34は縦長の構造体であり、上端に昇降モータ36が備えられている。ボールねじ38は昇降モータ36に接続されて下向きに延在しており、回転自在に保持されている。ガイドレール42は、ベース体34における端部で昇降ユニット32に対面して上下方向に延在して設けられている。ガイドレール42とボールネジ38は平行である。   The base unit 30 includes a base body 34, a lifting motor 36, a ball screw 38, a ball nut 40, a guide rail 42, a filler feeder 44, and an arc heater (heating unit) 46 (for example, a TIG torch). ). The base body 34 is a vertically long structure and is provided with a lifting motor 36 at the upper end. The ball screw 38 is connected to the elevating motor 36 and extends downward, and is held rotatably. The guide rail 42 is provided at the end of the base body 34 so as to face the lifting unit 32 and extend in the vertical direction. The guide rail 42 and the ball screw 38 are parallel.

ボールナット40はボールネジ38に螺合するとともに昇降ユニット32に接続されており、昇降モータ36の回転作用下に昇降ユニット32を昇降させることができる。昇降ユニット32の昇降量は、図示しないセンサを用いてフィードバックする。   The ball nut 40 is screwed into the ball screw 38 and connected to the lifting unit 32, and the lifting unit 32 can be lifted and lowered under the rotating action of the lifting motor 36. The amount of lifting of the lifting unit 32 is fed back using a sensor (not shown).

フィラー送給機44は、ブッシュ加工位置Pを指向している。フィラー送給機44は、フィラー送給制御部26の作用下にフィラー48をブッシュ加工位置Pに向けて送給する。アーク加熱機46は、ブラケット47によってベース体34の下端部に固定されており、アーク電流制御部28の作用下にブッシュ加工位置Pに対するアーク放電を行い、該ブッシュ加工位置Pを加熱する。ブラケット47には、アーク加熱機46を移動させるスライド機構47aが設けられている。   The filler feeder 44 is directed to the bushing processing position P. The filler feeder 44 feeds the filler 48 toward the bushing processing position P under the action of the filler feeding control unit 26. The arc heater 46 is fixed to the lower end portion of the base body 34 by a bracket 47, performs an arc discharge to the bush machining position P under the action of the arc current control unit 28, and heats the bush machining position P. The bracket 47 is provided with a slide mechanism 47 a that moves the arc heater 46.

昇降ユニット32は、昇降ベース体50と、スピンドルモータ52と、レール係合部54と、回転ロッド56と、チャック58と、加工ツール60と、冷却ユニット(冷却部)62とを有する。冷却ユニット62によって冷却される部分には、面積を広げて空冷効果を高めるようにフィンが設けられていてもよい。   The elevating unit 32 includes an elevating base body 50, a spindle motor 52, a rail engaging portion 54, a rotating rod 56, a chuck 58, a processing tool 60, and a cooling unit (cooling portion) 62. Fins may be provided in the portion cooled by the cooling unit 62 so as to increase the area and enhance the air cooling effect.

昇降ベース体50は、上下2つのレール係合部54によってガイドレール42に対して昇降自在に係合するとともに、所定箇所がボールナット40に接続されている。昇降ベース体50の上端にはスピンドルモータ52が下向きで備えられている。モータ制御部24の作用下にスピンドルモータ52は回転数制御が可能な構成であり、昇降モータ36と同期して回転可能である。   The elevating base body 50 is engaged with the guide rail 42 so as to be movable up and down by two upper and lower rail engaging portions 54, and a predetermined portion is connected to the ball nut 40. A spindle motor 52 is provided at the upper end of the elevating base body 50 so as to face downward. The spindle motor 52 is configured to be able to control the rotation speed under the action of the motor control unit 24, and can rotate in synchronization with the elevating motor 36.

回転ロッド56はスピンドルモータ52に接続されて下向きに延在しており、回転自在に保持されている。回転ロッド56の下端には該加工ツール60を保持するチャック58が設けられている。   The rotating rod 56 is connected to the spindle motor 52 and extends downward, and is held rotatably. A chuck 58 for holding the processing tool 60 is provided at the lower end of the rotating rod 56.

冷却ユニット62は、回転ロッド56の中間部に設けられており、該回転ロッド56を軸支するベアリングブロック64を含んでいる。冷却ユニット62は、空気供給口66から圧縮空気が供給され、回転ロッド56及びベアリングブロック64に圧縮空気を噴き付けて冷却することができる。噴き付けられた圧縮空気は、そのまま外部に排出される。空気供給口66は、例えば複数のノズルを有する。空気供給口66に対しては、空気供給量を調整するとともに、流路の開閉が可能な調整弁67が設けられている。調整弁67には冷却された圧縮空気が供給されている。   The cooling unit 62 is provided at an intermediate portion of the rotating rod 56, and includes a bearing block 64 that supports the rotating rod 56. The cooling unit 62 is supplied with compressed air from the air supply port 66, and can cool the rotating unit 56 and the bearing block 64 by spraying the compressed air. The compressed air sprayed is discharged to the outside as it is. The air supply port 66 has a plurality of nozzles, for example. The air supply port 66 is provided with an adjustment valve 67 capable of adjusting the air supply amount and opening and closing the flow path. Cooled compressed air is supplied to the regulating valve 67.

このような空冷式の冷却ユニット62によれば、冷却媒体の供給管路、回収管路等が不要で、簡便である。   According to such an air cooling type cooling unit 62, a supply line for a cooling medium, a recovery line, and the like are unnecessary and simple.

図3に示すように、加工ツール60は、先端に設けられた縮径部70と、該縮径部70の上方に連続して設けられた円柱部72と、そのさらに上方に連続して設けられたタップ部74とを有する。縮径部70は、下方に向かって縮径する円錐形であり、縮径部70の上端部における最も大径の部分は円柱部72と同径である。縮径部70はフレーム12に孔100(図7参照)を形成する部分であって、円柱部72は孔100の形状が安定化するように作用する、これらの縮径部70及び円柱部72は下孔形成部76として一体となっている。タップ部74は、孔100に雌ねじを形成するための部分であり、円柱部72よりも大径の螺旋突起74aが設けられている。設計条件及び加工条件によっては、円柱部72を設けずにタップ部74が縮径部70の直上部又は縮径部70の上端の一部まで達していても良い。   As shown in FIG. 3, the processing tool 60 includes a reduced diameter portion 70 provided at the tip, a cylindrical portion 72 provided continuously above the reduced diameter portion 70, and a continuous upper portion thereof. A tapped portion 74. The reduced diameter portion 70 has a conical shape with a diameter reduced downward, and the largest diameter portion of the upper end portion of the reduced diameter portion 70 has the same diameter as the cylindrical portion 72. The reduced diameter portion 70 is a portion that forms the hole 100 (see FIG. 7) in the frame 12, and the cylindrical portion 72 acts so that the shape of the hole 100 is stabilized, and these reduced diameter portion 70 and cylindrical portion 72. Are integrated as a lower hole forming portion 76. The tap part 74 is a part for forming a female screw in the hole 100, and is provided with a spiral protrusion 74 a having a diameter larger than that of the cylindrical part 72. Depending on the design conditions and processing conditions, the tap portion 74 may reach the portion directly above the reduced diameter portion 70 or a part of the upper end of the reduced diameter portion 70 without providing the cylindrical portion 72.

また、縮径部70には、フレーム12と間の摩擦効果を高めるためのダル加工や、強度を増加させるための超硬材コーティング等を形成してもよい。   Further, the reduced diameter portion 70 may be formed with a dull process for enhancing the friction effect with the frame 12, a super hard material coating for increasing the strength, or the like.

タップ部74と下孔形成部76は着脱自在に構成されており、摩耗の程度によりいずれか一方を個別に交換可能である。もちろん、タップ部74と下孔形成部76は一体型であってもよい。加工ツール60は、例えば、高速工具鋼等の金属で構成される。   The tap part 74 and the pilot hole forming part 76 are configured to be detachable, and either one can be individually replaced depending on the degree of wear. Of course, the tap part 74 and the pilot hole forming part 76 may be integrated. The processing tool 60 is made of metal such as high-speed tool steel, for example.

雌ねじ加工装置10は、ブッシュ加工位置Pを中心に配置された複数の負極板69(図5参照)を有している。また、負極板69の代わりにワークを固定する台車、治具、加工台等にアース線69a(図17参照)を設けてもよい。   The internal thread machining apparatus 10 has a plurality of negative electrode plates 69 (see FIG. 5) arranged around the bush machining position P. Further, instead of the negative electrode plate 69, a ground wire 69a (see FIG. 17) may be provided on a cart, a jig, a processing table or the like that fixes the workpiece.

次に、このように構成される雌ねじ加工装置10を用いて、フレーム12のブッシュ加工位置Pにブッシュ14(図12参照)を形成する雌ねじ加工方法について説明する。以下の説明では、表記したステップ番号順に処理が実行されるものとする。   Next, a female thread machining method for forming the bush 14 (see FIG. 12) at the bush machining position P of the frame 12 using the female thread machining apparatus 10 configured as described above will be described. In the following description, it is assumed that processing is executed in the order of the indicated step numbers.

図4におけるステップS1(冷却工程)において、冷却制御部29の作用下に、冷却ユニット62に冷却された圧縮空気を供給し、回転ロッド56及びベアリングブロック64を冷却する。この冷却工程は一連で複数回の雌ねじ加工時において、継続的に行われ、チャック58を介して間接的に加工ツール60を冷却する。このようにチャック58を介した間接的な冷却によれば、加工ツール60は冷却手段が不要な簡便構造となるとともに、加工ツール60の交換が容易となる。   In step S <b> 1 (cooling process) in FIG. 4, under the action of the cooling control unit 29, the cooled compressed air is supplied to the cooling unit 62 to cool the rotating rod 56 and the bearing block 64. This cooling process is continuously performed during a plurality of times of internal thread machining, and the machining tool 60 is indirectly cooled via the chuck 58. Thus, according to indirect cooling via the chuck 58, the machining tool 60 has a simple structure that does not require a cooling means, and the machining tool 60 can be easily replaced.

初回の雌ねじ加工時には加工ツール60は常温となっていることから、冷却工程を省略し、2回目の加工時から冷却を開始してもよい。   Since the processing tool 60 is at room temperature during the first internal thread processing, the cooling step may be omitted and cooling may be started from the second processing.

このステップS1は、後述するステップS6で加熱された加工ツール60を適度に冷却するための処理であり、加工ツール60を600℃以下、例えば500℃程度にしておく。この冷却処理は、厳密な温度管理は必要なく、実験又は経験に基づいて適量で一定の空気を回転ロッド56及びベアリングブロック64に噴き続けておき、ステップS6の直前に加工ツール60が600℃以下となるようにしておけばよい。   This step S1 is a process for appropriately cooling the processing tool 60 heated in step S6 described later, and the processing tool 60 is kept at 600 ° C. or lower, for example, about 500 ° C. This cooling process does not require strict temperature control, and a constant amount of air is continuously blown onto the rotating rod 56 and the bearing block 64 based on experiments or experience, and the processing tool 60 is 600 ° C. or less immediately before step S6. It should be so that.

本発明者の実験した結果によれば、ある程度の室温の変化があった場合でも、冷却ユニット62による回転ロッド56及びベアリングブロック64に対する冷却として、フィードバック制御を用いることなく、しかも室温に応じた特別な調整をすることがなくても、適量で一定の空気を回転ロッド56及びベアリングブロック64に噴き続けておけば好適な雌ねじ15を有するブッシュ14が得られることが確認されている。   According to the results of experiments conducted by the present inventor, even when there is a certain change in room temperature, the cooling unit 62 cools the rotating rod 56 and the bearing block 64 without using feedback control and according to the room temperature. It has been confirmed that a bush 14 having a suitable female screw 15 can be obtained by continuing to blow a proper amount of constant air onto the rotating rod 56 and the bearing block 64 without making any adjustment.

ステップS2において、ロボット駆動部22の作用下にロボット16を動作させ、雌ねじ加工装置10をフレーム12に接近させて、負極板69を接触させる。ワークを固定する台車、治具、加工台等にアースを設けている場合には負極板69は不要である。このとき、予め設定されたブッシュ加工位置Pが加工ツール60の進退する軸上に配置されるようにする。   In step S <b> 2, the robot 16 is operated under the action of the robot drive unit 22, the female screw machining apparatus 10 is brought close to the frame 12, and the negative electrode plate 69 is brought into contact. The negative electrode plate 69 is not necessary when a ground is provided on a carriage, a jig, a machining base, etc., for fixing the workpiece. At this time, a preset bushing processing position P is arranged on the axis on which the processing tool 60 advances and retreats.

ステップS3(加熱工程)において、図5に示すように、フィラー送給制御部26の作用下にフィラー送給機44からフィラー48を送給して肉盛りをするとともに、アーク電流制御部28の作用下にアーク加熱機46に高電圧を印加してアークAを発生させる。アーク加熱機46は、ブッシュ加工位置Pの近傍までスライド移動させておき、該ブッシュ加工位置Pに対してアークを発生させて予備加熱して軟化させる。ブッシュ加工位置PはアークAによって迅速に加熱される。所定時間が経過した後、高電圧の印加を停止してアークAを消滅させる。ブッシュ加工位置Pにおけるフレーム12及び肉盛りされたフィラー48の加熱は、例えば1200℃に達するまで行う。   In step S3 (heating step), as shown in FIG. 5, the filler 48 is fed from the filler feeder 44 under the action of the filler feeding control unit 26 to build up, and the arc current control unit 28 Under the action, a high voltage is applied to the arc heater 46 to generate an arc A. The arc heater 46 slides to the vicinity of the bushing processing position P, generates an arc at the bushing processing position P, preheats and softens it. The bushing position P is quickly heated by the arc A. After a predetermined time has elapsed, the application of the high voltage is stopped and the arc A is extinguished. The heating of the frame 12 and the filled filler 48 at the bushing processing position P is performed, for example, until reaching 1200 ° C.

フィラー48は所定量送給された後、残余分はやや引き戻されてフィラー送給機44内に退避する。ブッシュ加工位置Pにおける板厚が厚いときにはフィラー48の供給による肉盛りを省略してもよい。   After a predetermined amount of filler 48 has been fed, the remainder is pulled back slightly and retracted into the filler feeder 44. When the plate thickness at the bush processing position P is thick, the build-up by supplying the filler 48 may be omitted.

このときのブッシュ加工位置Pには、図6に示すように、適度な肉盛部110と、該肉盛部110を含みその周辺の熱影響部112が形成される。熱影響部112は、加熱により温度が上昇して、表面色が変化した箇所である。   At the bush processing position P at this time, as shown in FIG. 6, an appropriate built-up portion 110 and a heat-affected portion 112 around the built-up portion 110 are formed. The heat affected zone 112 is a location where the surface color has changed due to the temperature rising due to heating.

熱影響部112の径R1は、後述するねじ部上部径R2(図12参照)の1.6〜1.7倍程度が好適である。   The diameter R1 of the heat-affected zone 112 is preferably about 1.6 to 1.7 times the screw portion upper radius R2 (see FIG. 12) described later.

ステップS4において、ブッシュ加工位置Pが適温に自然冷却されるまで待機する。この時点でブッシュ加工位置Pの適温とは、オーステナイト域以上の温度であり、例えば900℃程度である。この前段階のステップS3において1200℃まで加熱することなく、900℃の加熱で停止させてもよいが、一旦それよりも高い1200℃程度まで加熱してから冷却させると、より短時間で900℃に設定でき、また、熱影響部112を適度に広く確保することができる。   In step S4, the process waits until the bushing position P is naturally cooled to an appropriate temperature. At this time, the appropriate temperature at the bushing processing position P is a temperature of the austenite region or higher, for example, about 900 ° C. In step S3 of the previous stage, heating to 900 ° C. may be stopped without heating to 1200 ° C. However, once heating to about 1200 ° C., which is higher than that, and cooling is performed, 900 ° C. in a shorter time. And the heat affected zone 112 can be secured reasonably wide.

ステップS5において、図7に示すように、加工ツール60を無回転で進行させて、孔100を形成する。当初、孔100は縮径部70の先端部によって形成された後、縮径部70の錐面によって拡径され、さらに円柱部72が挿通することにより形状が安定化する。   In step S <b> 5, as shown in FIG. 7, the processing tool 60 is advanced without rotation to form the hole 100. Initially, the hole 100 is formed by the distal end portion of the reduced diameter portion 70, and then the diameter is increased by the conical surface of the reduced diameter portion 70, and the cylindrical portion 72 is inserted to stabilize the shape.

このとき、ブッシュ加工位置Pが900℃程度であるのに対して、加工ツール60は600℃以下、例えば500℃であることから、ブッシュ加工位置Pは急冷され、いわゆる焼入と同じ状態になる。冷却時間を0.5sec程度とすると、図8に示すように、CCT曲線(continuous cooling transformation diagram)86はベイナイト域88の直上部まで導かれることが理解されよう。図8は、C0.13%、Mn0.56%の炭素鋼における連続冷却状態図であるが、これ以外の組成の金属を用いる場合には、その組成の連続冷却状態図に基づいて冷却条件を設定すればよい。   At this time, since the bushing processing position P is about 900 ° C., the processing tool 60 is 600 ° C. or less, for example, 500 ° C., so the bushing processing position P is rapidly cooled and is in the same state as so-called quenching. . If the cooling time is about 0.5 sec, it will be understood that a CCT curve (continuous cooling transformation diagram) 86 is led to the upper part of the bainite region 88 as shown in FIG. FIG. 8 is a continuous cooling state diagram in carbon steel of C0.13% and Mn 0.56%, but when using a metal having a composition other than this, the cooling conditions are set based on the continuous cooling state diagram of the composition. You only have to set it.

加工ツール60によるフレーム12の急冷処理は、該フレーム12の温度の低下にともなって加工ツール60の温度が上昇し、両者が接触している間で、フレーム12が600℃〜700℃程度になるまで継続的に行われることになり、実際にはステップS5だけではなく次のステップS6においても継続的に行われる。600℃〜700℃程度の箇所はフェライト域であり、この後の空冷時にベイナイト域を通ることになる。600℃〜700℃程度までの急冷では、冷却設備が簡便で済む。   In the rapid cooling process of the frame 12 by the processing tool 60, the temperature of the processing tool 60 rises as the temperature of the frame 12 decreases, and the frame 12 becomes about 600 ° C. to 700 ° C. while both are in contact with each other. In practice, it is continuously performed not only in step S5 but also in the next step S6. A portion of about 600 ° C. to 700 ° C. is a ferrite region, and passes through the bainite region during subsequent air cooling. In rapid cooling to about 600 ° C. to 700 ° C., the cooling equipment is simple.

また、冷却設備は大型化するが、強制冷却時にベイナイト域まで直接的に冷却させることにより作業効率を向上させることができる。   Moreover, although a cooling facility enlarges, working efficiency can be improved by making it cool directly to a bainite area at the time of forced cooling.

この間、加工ツール60はフレーム12の熱を受けて多少の温度上昇が発生するが、該加工ツール60は、冷却ユニット62によってチャック58を介して継続的に冷却されていることから過度に温度上昇することはなく、熱膨張が抑制され、高い加工精度を維持することができる。   During this time, the processing tool 60 receives a heat of the frame 12 and a slight temperature rise occurs. However, since the processing tool 60 is continuously cooled by the cooling unit 62 via the chuck 58, the temperature rises excessively. The thermal expansion is suppressed and high processing accuracy can be maintained.

ステップS6において、円柱部72が無回転で孔100に挿入された後、スピンドルモータ52によって、ボールねじ38及び加工ツール60を回転させる。また、昇降モータ36の回転数を制御し、加工ツール60が1回転する間に該加工ツール60がタップ部74の螺旋突起74aのピッチt(図7参照)だけ進行するように同期させる。これにより、図9に示すように、螺旋突起74aが孔100に螺合するようにタップ加工され、雌ねじ15を有するブッシュ14が形成される。   In step S <b> 6, after the cylindrical portion 72 is inserted into the hole 100 without rotation, the ball screw 38 and the processing tool 60 are rotated by the spindle motor 52. Further, the number of rotations of the lift motor 36 is controlled, and the processing tool 60 is synchronized so as to advance by the pitch t (see FIG. 7) of the spiral protrusion 74a of the tap portion 74 while the processing tool 60 makes one rotation. As a result, as shown in FIG. 9, tapping is performed so that the spiral protrusion 74 a is screwed into the hole 100, and the bush 14 having the female screw 15 is formed.

ステップS6及びS7で強制冷却が行われる時間(つまり、加工ツール60がワークに接触している時間であって、孔を形成してタップ加工を行って、加工ツール60を抜くまでの時間)は、例えば1.5sec程度である。   The time during which forced cooling is performed in steps S6 and S7 (that is, the time during which the processing tool 60 is in contact with the work, the time from when the hole is formed and tapping is performed, and the processing tool 60 is removed) For example, about 1.5 sec.

なお、ステップS5の後、加工ツール60は孔100に挿入されたまま次のステップS6へ移ることから、これらのステップS5とステップS6は実質的に1つの工程とみなすことができる。このステップS5とステップS6との間において、加工ツール60を交換する必要がないことは当然である。   In addition, after step S5, since the processing tool 60 moves to the next step S6 while being inserted into the hole 100, these steps S5 and S6 can be regarded as substantially one process. Of course, it is not necessary to replace the machining tool 60 between step S5 and step S6.

ステップS7において、スピンドルモータ52及び昇降モータ36を逆回転させ、加工ツール60をブッシュ14から抜き取る。このとき、スピンドルモータ52と昇降モータ36とを同期させて、加工ツール60が1回転する間に該加工ツール60がピッチtだけ後退するように同期させる。タップ部74がブッシュ14から抜き取られた後には加工ツール60を高速で後退させてもよい。   In step S <b> 7, the spindle motor 52 and the lifting / lowering motor 36 are rotated in the reverse direction, and the processing tool 60 is extracted from the bush 14. At this time, the spindle motor 52 and the lift motor 36 are synchronized so that the machining tool 60 moves backward by the pitch t while the machining tool 60 makes one rotation. After the tap portion 74 is extracted from the bush 14, the processing tool 60 may be retracted at a high speed.

加工ツール60をブッシュ14から抜き取ることにより、該加工ツール60による強制冷却が終了する。加工ツール60は、この後も冷却ユニット62によって継続的に冷却される。   By extracting the processing tool 60 from the bush 14, the forced cooling by the processing tool 60 is completed. The processing tool 60 is continuously cooled by the cooling unit 62 thereafter.

ステップS8(放熱工程)においては、ブッシュ14を自然空冷する。これにより、図8のCCT曲線86における屈曲点90以下の部分のように、緩やかに冷却が進み、ベイナイト域88を通してフレーム12を冷却することになる。これにより、フレーム12にベイナイトが析出して十分高強度な雌ねじが得られる。ベイナイトは、フェライト中に微細セメンタイトが分散した組織であり、高い硬度及び靭性を有する。CCT曲線86がパーライト域96を通るか否かは特に問われない。   In step S8 (heat radiation step), the bush 14 is naturally air-cooled. As a result, the cooling gradually proceeds like the portion below the bending point 90 in the CCT curve 86 in FIG. 8, and the frame 12 is cooled through the bainite region 88. Thereby, bainite precipitates on the frame 12 and a sufficiently high internal thread is obtained. Bainite is a structure in which fine cementite is dispersed in ferrite and has high hardness and toughness. It does not matter whether the CCT curve 86 passes through the pearlite region 96 or not.

また、金属板は一度、オーステナイト域まで加熱していることから、柔軟な対応が可能であり、設計条件によっては金属組織に対して種々の熱処理をすることができる。なお、図8において、符号92、94、96及び98は、順にオーステナイト域、フェライト域、パーライト域及びマルテンサイト域である。   In addition, since the metal plate is once heated to the austenite region, it is possible to respond flexibly and depending on the design conditions, various heat treatments can be performed on the metal structure. In FIG. 8, reference numerals 92, 94, 96, and 98 denote an austenite region, a ferrite region, a pearlite region, and a martensite region in this order.

ステップS8においては、加工ツール60以外の吸熱手段により、ブッシュ14の放熱を促進させてもよい(放熱工程)。   In step S8, heat dissipation of the bush 14 may be promoted by heat absorption means other than the processing tool 60 (heat dissipation process).

この後、ロボット16を動作させることにより雌ねじ加工装置10をフレームから離間させる。   Thereafter, the internal thread machining apparatus 10 is separated from the frame by operating the robot 16.

ステップS9(ステップS8と並行してもよい。)においては、未加工のブッシュが残っているか確認し、未加工のものがある場合には、次のブッシュ加工位置Pへ雌ねじ加工装置10を移動させて、ステップS2へ戻り、同様の手順により加工を続行する。   In step S9 (which may be parallel to step S8), it is confirmed whether or not an unprocessed bush remains. If there is an unprocessed bush, the female thread processing apparatus 10 is moved to the next bush processing position P. Then, the process returns to step S2, and the machining is continued by the same procedure.

全てのブッシュ14の加工が終了している場合には、冷却ユニット62を停止させ(ステップS10)、図4に示す処理を終了する。   If all the bushings 14 have been processed, the cooling unit 62 is stopped (step S10), and the processing shown in FIG.

このように本実施形態に係る雌ねじ加工装置10及び雌ねじ加工方法では、アーク加熱機46と冷却ユニット62とを設けることにより、加熱したブッシュ加工位置Pに加工ツール60を挿入するときに、該ブッシュ加工位置Pが急冷されて組織が硬くなり、高強度の雌ねじ15を形成することができる。   As described above, in the internal thread processing apparatus 10 and the internal thread processing method according to the present embodiment, when the processing tool 60 is inserted into the heated bush processing position P by providing the arc heater 46 and the cooling unit 62, the bush The processing position P is rapidly cooled to harden the tissue, and a high-strength female screw 15 can be formed.

また、加工ツール60を無回転でブッシュ加工位置Pに押圧して、縮径部70によってブッシュ加工位置Pに孔100を形成し、この後、加工ツール60を回転させ、加工ツール60を孔100から抜くことなくさらに挿入させ、タップ部74によって孔100に雌ねじ15を形成している。これによって、ブッシュ14を実質的に1つの工程で形成することができ、作業効率の向上を図ることができる。   Further, the processing tool 60 is pressed to the bush processing position P without rotation, and the hole 100 is formed at the bush processing position P by the reduced diameter portion 70. Thereafter, the processing tool 60 is rotated, and the processing tool 60 is moved to the hole 100. Further, the internal thread 15 is formed in the hole 100 by the tap portion 74. Thereby, the bush 14 can be formed substantially in one step, and the working efficiency can be improved.

上記の冷却ユニット62は空冷式に限らず、図10に示す冷却ユニット62aのように液冷式にしてもよい。冷却ユニット62aは、図示しない回転継手を介して、回転ロッド56内に設けた流路180に液体(水、油等)を流すことによって該回転ロッド56の熱を吸収し、図示しないラジエータで放熱して、循環させている。このような液冷式の冷却ユニット62aによれば、高い冷却効果が得られる。   The cooling unit 62 is not limited to the air cooling type, but may be a liquid cooling type like a cooling unit 62a shown in FIG. The cooling unit 62a absorbs heat of the rotating rod 56 by flowing liquid (water, oil, etc.) through a flow path 180 provided in the rotating rod 56 through a rotating joint (not shown), and dissipates heat with a radiator (not shown). And circulating. According to such a liquid cooling type cooling unit 62a, a high cooling effect can be obtained.

加工ツール60としては、例えば図11に示す加工ツール60aを用いてもよい。加工ツール60aにおける円柱部72及びタップ部74は前記加工ツール60と同様であり、前記縮径部70に相当する部分に先端部80が設けられている点で両者は異なる。先端部80は、縮径部70に対して螺旋突起80aを付加したものである。   As the processing tool 60, for example, a processing tool 60a shown in FIG. 11 may be used. The cylindrical portion 72 and the tap portion 74 in the processing tool 60a are the same as the processing tool 60, and are different in that a tip portion 80 is provided in a portion corresponding to the reduced diameter portion 70. The distal end portion 80 is obtained by adding a spiral protrusion 80 a to the reduced diameter portion 70.

また、螺旋突起80aの螺旋の方向と、タップ部74における螺旋突起74aの螺旋の方向とは同一の方向であるが、設計条件によっては逆向きにしてもよい。   The spiral direction of the spiral protrusion 80a and the spiral direction of the spiral protrusion 74a in the tap portion 74 are the same direction, but may be reversed depending on the design conditions.

次に、上記の雌ねじ加工装置10及び雌ねじ加工方法によって形成された雌ねじ15を有するブッシュ14について説明する。   Next, the bush 14 having the female screw 15 formed by the female screw machining apparatus 10 and the female screw machining method will be described.

図12は、ブッシュ14の断面カットモデルである。該図12に示すように、ブッシュ14はねじ部150と、熱影響部112とを有する。熱影響部112の外側は母材部114である。ねじ部150、熱影響部112及び母材部114は互いに組織が異なっており、断面色の違いにより識別が可能である。ねじ部150の内面に雌ねじ15が形成されている。   FIG. 12 is a cross-sectional cut model of the bush 14. As shown in FIG. 12, the bush 14 has a threaded portion 150 and a heat affected zone 112. The outer side of the heat affected zone 112 is a base material portion 114. The screw part 150, the heat-affected part 112, and the base material part 114 have different structures, and can be identified by the difference in cross-sectional color. A female screw 15 is formed on the inner surface of the screw portion 150.

ねじ部150は、主に肉盛りされたフィラー48に基づく組織であって、熱影響が相当に大きい部分であると考えられ、ベイナイトが多く含まれている(ベイナイトが主成分として95%以上含まれている)。ねじ部150は下方に向けて突出した形状であり、熱影響部112との境界は、上接続部150a及び下接続部150bで略屈曲した形状となっている。   The threaded portion 150 is a structure based mainly on the filler 48 that has been built up, and is considered to be a portion that has a considerably large thermal effect, and contains a large amount of bainite (containing 95% or more of bainite as a main component). ) The threaded portion 150 has a shape protruding downward, and the boundary with the heat-affected zone 112 is substantially bent at the upper connecting portion 150a and the lower connecting portion 150b.

熱影響部112は、母材としてのフレーム12に対して多少のフィラー48が混在し、さらにある程度の熱影響を受けている部分であると考えられ、細かいフェライトに球状セメンタイトが混在している(セメンタイトと母材部に近づくほどに組織が微細化するフェライトとを主成分として95%以上含まれている。)。熱影響部112では、内側のねじ部150に近づくほどフェライトの金属組織が微細化している。熱影響部112は、内側のねじ部150へ向けてやや下向きに傾斜した形状であり、母材部114とは滑らか且つ略水平に接続されている。   The heat-affected zone 112 is considered to be a portion in which some filler 48 is mixed with the frame 12 as a base material and is further affected by heat to some extent, and spherical ferrite is mixed in fine ferrite ( 95% or more is contained as a main component of cementite and ferrite whose structure becomes finer as it approaches the base material part). In the heat-affected zone 112, the metal structure of the ferrite becomes finer as the inner screw portion 150 is approached. The heat affected zone 112 has a shape inclined slightly downward toward the inner screw portion 150, and is connected to the base material portion 114 smoothly and substantially horizontally.

つまり、熱影響部112の少なくとも内径側部分は、ねじ部150の突出する方向(図12で下向き)に向かって凸形状になっており、熱影響部112のスプリングの作用としての作用が一層発揮される。これは、例えば直線部材よりも蛇腹形状部材の方が屈曲しやすいことからも容易に理解されよう。   That is, at least the inner diameter side portion of the heat affected zone 112 has a convex shape toward the protruding direction of the screw portion 150 (downward in FIG. 12), and the effect of the spring of the heat affected zone 112 is further exhibited. Is done. This can be easily understood from the fact that, for example, the bellows-shaped member is easier to bend than the linear member.

母材部114は、元のフレーム12からほとんど組織の変化がない部分であり、粗いフェライトに球状セメンタイトが混在している(セメンタイトとフェライトとを主成分として95%以上含まれている。)。   The base material portion 114 is a portion in which the structure is hardly changed from the original frame 12, and spherical cementite is mixed in coarse ferrite (containing 95% or more of cementite and ferrite as main components).

ねじ部上部径R2とねじ部150のねじ長Lは逆比例的な関係になり、一方が長くなると他方が短くなる。ねじ部150の強度は、ねじ部上部径R2を厚くするよりもねじ長Lを長くすることが好適である。したがって、ねじ部上部径R2は過度に厚い必要はなく、加工ツール60の径R3(図3参照)の1.3〜1.5倍程度が好適であり、フィラー48の供給量や加熱温度等によって調整するとよい。   The screw portion upper diameter R2 and the screw length L of the screw portion 150 are in an inversely proportional relationship, and when one becomes longer, the other becomes shorter. As for the strength of the threaded portion 150, it is preferable to make the thread length L longer than increasing the threaded portion upper diameter R2. Therefore, the threaded portion upper diameter R2 does not need to be excessively thick, and is preferably about 1.3 to 1.5 times the diameter R3 (see FIG. 3) of the processing tool 60. It is good to adjust by.

また、熱影響部112は、母材部114とねじ部150とを接続する部分であり、適度な靭性、弾性を有することが望ましく、前記の通り熱影響部112の径R1は、ねじ部上部径R2の1.6〜1.7倍程度が好適である。   Further, the heat affected zone 112 is a portion connecting the base material portion 114 and the screw portion 150 and desirably has appropriate toughness and elasticity. As described above, the diameter R1 of the heat affected zone 112 is the upper portion of the screw portion. About 1.6 to 1.7 times the diameter R2 is preferable.

後述するように、熱影響部112は粘り強い特性を有しており、ねじ部150に対してボルト168を締結するときにスプリングの作用を奏する。また、熱影響部112は母材部114よりも硬く、母材部114は熱影響部112が弾性変形するのに倣うように変形することになる。   As will be described later, the heat-affected zone 112 has a tenacious property, and exerts a spring action when the bolt 168 is fastened to the screw portion 150. In addition, the heat affected zone 112 is harder than the base material portion 114, and the base material portion 114 is deformed so as to follow the elastic deformation of the heat affected zone 112.

ここで、図13に示すように、熱影響部112が過度に広い場合には、母材部114が下方向に押されてしまい、上板170とフレーム12との接触面積を十分に確保できなくなる。   Here, as shown in FIG. 13, when the heat-affected zone 112 is excessively wide, the base material portion 114 is pushed downward, and a sufficient contact area between the upper plate 170 and the frame 12 can be secured. Disappear.

これに対して、熱影響部112の径R1がねじ部上部径R2の1.6〜1.7倍程度であると、図14に示すように、母材部114が下方向に押されることが抑制され、上板170とフレーム12との接触面積を十分に確保することができる。   On the other hand, when the diameter R1 of the heat affected zone 112 is about 1.6 to 1.7 times the upper diameter R2 of the screw portion, the base material portion 114 is pushed downward as shown in FIG. Is suppressed, and a sufficient contact area between the upper plate 170 and the frame 12 can be secured.

本発明者は、ブッシュ14の硬度について、試験経路154に沿って0.5mmずつのピッチでビッカース硬さ試験を行った。試験経路154は、ブッシュ14におけるねじ部150の最も内側部154aから母材部114における熱影響部112から十分に離れた部分15bに至る径方向直線経路である。ねじ部150、熱影響部112及び母材部114の各境界を境界154c、境界154dとする。この試験結果を図15に示す。   The inventor conducted a Vickers hardness test on the hardness of the bush 14 at a pitch of 0.5 mm along the test path 154. The test path 154 is a radial direction linear path from the innermost part 154 a of the screw part 150 in the bush 14 to the part 15 b sufficiently separated from the heat affected part 112 in the base material part 114. The boundaries of the screw part 150, the heat affected part 112, and the base material part 114 are defined as a boundary 154c and a boundary 154d. The test results are shown in FIG.

図15から了解されるように、ねじ部150に相当する内側部154a〜境界154cの区間では非常に硬度が高くなっている。これは、ねじ部150がベイナイトを主成分として構成されていることによる。境界154cの近傍では急傾斜線156を示し、硬度が60%程度まで急激に低下している。   As understood from FIG. 15, the hardness is extremely high in the section from the inner side 154 a to the boundary 154 c corresponding to the screw part 150. This is because the screw part 150 is composed mainly of bainite. In the vicinity of the boundary 154c, a steeply inclined line 156 is shown, and the hardness rapidly decreases to about 60%.

熱影響部112に相当する境界154c〜境界154dまでの区間では、緩傾斜線158を示し、硬度は、ねじ部150から母材部114へ向かって境界154cを基準としてさらに60%程度まで、途中で増加することなく、連続的に且つ緩やかに低下している。   In the section from the boundary 154c to the boundary 154d corresponding to the heat affected zone 112, a gentle slope line 158 is shown, and the hardness is further increased to about 60% from the threaded portion 150 toward the base material portion 114 with reference to the boundary 154c. Without increasing at a continuous and moderate rate.

母材部114に相当する境界154d以降の区間では、硬度はやや低下する傾向はあるが、概ね一定値となっている。   In the section after the boundary 154d corresponding to the base material portion 114, the hardness tends to decrease slightly, but is almost constant.

このように、ねじ部150は硬度が高いのに対して母材部114は硬度が低いが、その間の適度な幅の熱影響部112の硬度は距離に応じて緩やかな変化を示している。これは、熱影響部112で、内側ほどフェライトの金属組織が微細化していることに基づくと考えられる。   Thus, while the hardness of the screw portion 150 is high and the hardness of the base material portion 114 is low, the hardness of the heat-affected zone 112 having an appropriate width therebetween shows a gradual change depending on the distance. This is considered to be based on the fact that the metal structure of the ferrite becomes finer toward the inner side in the heat affected zone 112.

このような組成によれば、ねじ部150は十分な強度でありボルトの螺合が確実に行われるとともに、母材部114又はねじ部150に振動が加わっても、熱影響部112の弾性で振動を吸収することができ、ボルトと雌ねじ15との緩み止めの効果が得られる。特に、熱影響部112はねじ部150より硬度が低く、且つ、ねじ部150から母材部114へ向かって硬度が低下していることから、複数の弾性係数のばねが複合された特性を有し、様々な周波数の振動を吸収することができる。また、熱影響部112はねじ部150と母材部114との硬度を緩やかに接続していることから局所的な応力集中がない。   According to such a composition, the threaded portion 150 has sufficient strength and the bolt can be reliably screwed together, and even if vibration is applied to the base material portion 114 or the threaded portion 150, the heat-affected zone 112 can be elastic. Vibration can be absorbed, and the effect of preventing loosening between the bolt and the female screw 15 can be obtained. In particular, the heat-affected zone 112 is lower in hardness than the screw portion 150 and has a hardness that decreases from the screw portion 150 toward the base material portion 114. Therefore, the heat-affected zone 112 has a characteristic in which a plurality of elastic springs are combined. In addition, vibrations of various frequencies can be absorbed. Further, since the heat affected zone 112 is gently connected to the hardness of the threaded portion 150 and the base material portion 114, there is no local stress concentration.

上述したように、ナットとしてのブッシュ14よれば、硬度傾斜部としての熱影響部112を設けることにより、ねじ部150は十分な強度しておりボルト168の螺合が確実に行われるとともに、母材部114又はねじ部150に振動が加わっても、熱影響部112の弾性で振動を吸収することができ、ボルト168の緩み止めを防止することができる。   As described above, according to the bush 14 as a nut, by providing the heat-affected portion 112 as a hardness inclined portion, the screw portion 150 has sufficient strength, and the bolt 168 can be reliably screwed together, and the mother Even if vibration is applied to the material portion 114 or the screw portion 150, the vibration can be absorbed by the elasticity of the heat-affected portion 112, and the bolt 168 can be prevented from loosening.

上記の冷却ユニット62に代えて、図16に示す冷却ユニット300を適用してもよい。ベアリングブロック64の周囲をボックス302で覆い、該ボックス302に対してインレットパイプ204から冷却した圧縮空気を供給してベアリングブロック64及び回転ロッド56を冷却し、加工ツール60を間接的に冷却することができる。ベアリングブロック64をボックス302で覆うことにより、冷却された圧縮空気が無駄に拡散することなく、しかも高密度のまま冷却対象に接することから効率的な冷却が行われる。ボックス302内でベアリングブロック64等を冷却した空気はインレットパイプ304の反対側に設けられたアウトレットパイプ306から排出される。これにより、圧縮空気が気中に排出されることがなく音が静かである。ボックス302内では、効率的な冷却がなされるように、圧縮空気の通過する経路を適正に設定する案内壁が設けられていてもよい。   Instead of the cooling unit 62 described above, a cooling unit 300 shown in FIG. 16 may be applied. The periphery of the bearing block 64 is covered with a box 302, and compressed air cooled from the inlet pipe 204 is supplied to the box 302 to cool the bearing block 64 and the rotating rod 56, thereby indirectly cooling the processing tool 60. Can do. By covering the bearing block 64 with the box 302, the cooled compressed air does not diffuse unnecessarily and contacts the object to be cooled with high density, so that efficient cooling is performed. The air that has cooled the bearing block 64 and the like in the box 302 is discharged from an outlet pipe 306 provided on the opposite side of the inlet pipe 304. Thereby, the compressed air is not discharged into the air, and the sound is quiet. In the box 302, a guide wall that appropriately sets a path through which the compressed air passes may be provided so that efficient cooling is performed.

図17に示すように、負極板69の代わりにフレーム12又はブッシュ加工位置Pを含むその一部を固定する加工台310や治具、台車等にアース線69aを設けおいてもよい。これにより、フレーム12は電気的に負極に接続されることになり、加工機側に負極板69が不要になり設備及び作業が簡便になる。   As shown in FIG. 17, instead of the negative electrode plate 69, the ground wire 69 a may be provided on a processing table 310, a jig, a carriage, or the like that fixes the frame 12 or a part including the bush processing position P. As a result, the frame 12 is electrically connected to the negative electrode, and the negative electrode plate 69 is not required on the processing machine side, and facilities and work are simplified.

本発明に係る雌ねじ加工装置及び雌ねじ加工方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   Of course, the internal thread processing apparatus and the internal thread processing method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

雌ねじ加工装置を備えるロボットと、コントローラの略式機能ブロック図である。It is an abbreviated functional block diagram of a robot provided with a female thread processing device and a controller. 本実施の形態に係る雌ねじ加工装置の断面側面図である。It is a cross-sectional side view of the internal thread processing apparatus which concerns on this Embodiment. 加工ツールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a processing tool. 本実施の形態に係る雌ねじ加工方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the internal thread processing method which concerns on this Embodiment. アークにより加熱を行う様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that it heats with an arc. ブッシュ加工位置に設けられた肉盛部及び熱影響部の斜視図である。It is a perspective view of the build-up part and heat influence part provided in the bush processing position. ブッシュ加工位置に孔を形成する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that a hole is formed in a bush processing position. C0.13%、Mn0.56%の炭素鋼における連続冷却状態図である。It is a continuous cooling state figure in carbon steel of C0.13% and Mn0.56%. タップ部により雌ねじを形成する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that an internal thread is formed by a tap part. 液冷式の冷却ユニットの模式断面図である。It is a schematic cross section of a liquid cooling type cooling unit. 変形例に係る加工ツールの側面図である。It is a side view of the processing tool which concerns on a modification. ブッシュの断面カットモデルである。It is a cross-section cut model of a bush. 熱影響部が過度に広い場合に、ねじ部にボルトを螺合させたときの熱影響部及び母材部の変形を示す図である。It is a figure which shows a deformation | transformation of a heat influence part and a base material part when a volt | bolt is screwed together to a thread part, when a heat influence part is excessively wide. 熱影響部が適度に広い場合に、ねじ部にボルトを螺合させたときの熱影響部及び母材部の変形を示す図である。It is a figure which shows the deformation | transformation of a heat affected zone and a base material part when a volt | bolt is screwed together in a thread part when a heat affected zone is moderately wide. ブッシュについて行ったビッカース硬さ試験の試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the test result of the Vickers hardness test done about the bush. 変形例に係る冷却ユニットの側面図である。It is a side view of the cooling unit which concerns on a modification. アース線が設けられた加工台の模式図である。It is a schematic diagram of the processing stand provided with the earth wire.

符号の説明Explanation of symbols

10…雌ねじ加工装置 12…フレーム
14…ブッシュ 15…雌ねじ
30…ベースユニット 32…昇降ユニット
34…ベース体 36…昇降モータ
38…ボールネジ 40…ボールナット
44…フィラー送給機 46…アーク加熱機
52…スピンドルモータ 54…レール係合部
56…回転ロッド 58…チャック
60、60a…加工ツール 62、62a…冷却ユニット
70…縮径部 72…円柱部
74…タップ部 88…ベイナイト域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Female thread processing apparatus 12 ... Frame 14 ... Bush 15 ... Female screw 30 ... Base unit 32 ... Lifting unit 34 ... Base body 36 ... Lifting motor 38 ... Ball screw 40 ... Ball nut 44 ... Filler feeder 46 ... Arc heater 52 ... Spindle motor 54 ... Rail engaging portion 56 ... Rotating rod 58 ... Chuck 60, 60a ... Processing tool 62, 62a ... Cooling unit 70 ... Reduced diameter portion 72 ... Cylindrical portion 74 ... Tap portion 88 ... Bainite area

Claims (8)

金属板における雌ねじを形成する箇所を加熱する加熱部と、
前記金属板に前記雌ねじを形成する加工ツールと、
前記加工ツールを冷却する冷却部と、
前記加工ツールを回転させる回転駆動部と、
前記加工ツールを進退させる進退駆動部と、
を有し、
前記加熱された雌ねじを形成する箇所に前記加工ツールを挿入するときに、前記雌ねじを形成する箇所を急冷することにより組織が硬くなり、
前記金属板に、ベイナイト組織を有するねじ部と、前記ねじ部の外側で且つ母材の内側に前記ねじ部よりも硬度が低く且つ前記母材よりも硬度が高い熱影響部とを形成することを特徴とする雌ねじ加工装置。
A heating unit that heats a portion for forming the female screw in the metal plate;
A processing tool for forming the female screw on the metal plate;
A cooling unit for cooling the processing tool;
A rotation drive unit for rotating the machining tool;
An advancing / retreating drive unit for advancing and retracting the machining tool;
Have
When inserting the machining tool at a position of forming the heated internal thread, Ri tissue is hard by quenching the portion for forming the internal thread,
Forming on the metal plate a screw portion having a bainite structure and a heat-affected zone having a hardness lower than that of the screw portion and higher than that of the base material outside the screw portion and inside the base material. An internal thread processing device characterized by the above.
請求項1記載の雌ねじ加工装置において、
前記加工ツールは、チャックにより着脱自在であり、
前記冷却部は、前記チャックを介して間接的に前記加工ツールを冷却することを特徴とする雌ねじ加工装置。
In the internal thread processing apparatus according to claim 1,
The processing tool is detachable by a chuck,
The internal thread processing apparatus, wherein the cooling unit cools the processing tool indirectly through the chuck.
請求項2記載の雌ねじ加工装置において、
前記冷却部は、前記チャック又はその周辺部に空気を噴き付けることによる空冷式であることを特徴とする雌ねじ加工装置。
In the internal thread processing apparatus according to claim 2,
The internal thread machining apparatus according to claim 1, wherein the cooling unit is an air-cooling type in which air is blown onto the chuck or its peripheral part.
請求項2記載の雌ねじ加工装置において、
前記冷却部は、流路に液体を流すことによる液冷式であることを特徴とする雌ねじ加工装置。
In the internal thread processing apparatus according to claim 2,
The internal thread machining apparatus according to claim 1, wherein the cooling unit is a liquid cooling type by flowing a liquid through the flow path.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の雌ねじ加工装置において、
前記加工ツールは、前記金属板に孔を形成するために先端に設けられた縮径部と、
前記孔に雌ねじを形成するために前記縮径部に対して連続して設けられたタップ部とを備えることを特徴とする雌ねじ加工装置。
In the internal thread processing apparatus of any one of Claims 1-4,
The processing tool includes a reduced diameter portion provided at a tip for forming a hole in the metal plate;
An internal thread machining apparatus comprising: a tap portion provided continuously to the reduced diameter portion in order to form an internal thread in the hole.
加熱部により、金属板における雌ねじを形成する箇所を加熱する加熱工程と、
冷却部により、前記金属板に前記雌ねじを形成する加工ツールを冷却する冷却工程と、
前記加熱部による加熱を停止し、前記冷却部による冷却を継続し、自然冷却された前記雌ねじを形成する箇所に前記加工ツールを挿入し、前記雌ねじを形成する箇所を急冷し組織を硬くする急冷工程と、
前記加工ツールを回転し、前記加工ツールで前記雌ねじを形成する箇所を冷却しながら雌ねじを成形する加工工程と、
を有することを特徴とする雌ねじ加工方法。
A heating step of heating a portion for forming the female screw in the metal plate by the heating unit;
A cooling step of cooling a processing tool for forming the female screw on the metal plate by a cooling unit;
Rapid cooling that stops heating by the heating unit, continues cooling by the cooling unit, inserts the processing tool into a place where the internally-cooled internal thread is formed, rapidly cools the area where the internal thread is formed, and hardens the tissue Process,
A processing step of rotating the processing tool and forming a female screw while cooling a portion where the female screw is formed by the processing tool;
A female thread machining method characterized by comprising:
請求項6記載の雌ねじ加工方法において、
前記加熱工程では、前記金属板をオーステナイト域以上に加熱することを特徴とする雌ねじ加工方法。
In the internal thread processing method of Claim 6,
In the heating process, the metal plate is heated to an austenite region or more, and the female thread processing method.
請求項7記載の雌ねじ加工方法において、
前記加工工程又はその後の放熱工程では、ベイナイト域を通して前記金属板を冷却することを特徴とする雌ねじ加工方法。
In the internal thread processing method of Claim 7,
In the processing step or the subsequent heat radiation step, the metal plate is cooled through a bainite region.
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