JP4398537B2 - ワーク支持装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械で加工されるワークを固定するためのワーク取付治具に用いて好適なワーク支持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械を用いてワークに対し平面加工,穴あけ加工,ボーリング加工といった加工を行う場合、一般的に、工作機械のテーブル上に固定されたワーク取付治具にワークを取り付けて固定し、このように固定されたワークに対して加工が行われている。このワーク取付治具の一例を図3に示す。尚、図3には、中心部に貫通孔Waが形成されたボス部Wbを有し、このボス部Wbの回りにフランジ部Wcが形成された構造を備えるワークWの取付例を示している。
【0003】
同図に示すように、このワーク取付治具101は、基台102と、この基台102上に設けられた位置決部材103,支持部材104及び油圧クランパ105と、所定圧に昇圧された作動油を適宜油圧クランパ105に供給する油圧供給部(図示せず)とからなる。前記位置決部材103は、基部103bと、この基部103b上に立設され、前記ワークWの貫通孔Waに嵌挿される突起部103aとからなり、前記ワークWが、その貫通孔Waが突起部103aに嵌合された状態で基部103b上に載置され、基台102上で位置決めされるようになっている。
【0004】
前記支持部材104は、その複数個が基台102上に配設され、その上端面がそれぞれ前記ワークWのフランジ部Wc下面に当接してこれを支持するようになっている。前記油圧クランパ105は、前記油圧供給部(図示せず)から作動油が供給されて作動する油圧シリンダ106と、この油圧シリンダ106のピストンロッドに連結され、当該油圧シリンダ106の作動によって上下方向に移動するクランプ部材107とからなる。そして、この油圧シリンダ106の作動によりクランプ部材107が下方に移動することで、前記支持部材104により支持されるワークWのフランジ部Wcが、前記クランプ部材107及び支持部材104によりその上下から挟持され、これによってワークWが固定される。
【0005】
尚、この場合、前記各支持部材104と前記位置決部材103の基部103bとの段差寸法(支持部材104の上面高さ寸法と基部103bの上面高さ寸法との差)Ljは、ワークWの段差寸法(ボス部Wb下面からフランジ部Wc下面までの寸法)Lwの基準寸法に合わせて精度良く製造されており、前記ワークWを前記位置決部材103の基部103b上に載置した際に、当該基準段差寸法Lwを有するワークWの前記フランジ部Wc下面(被支持面)に前記各支持部材104の上面がそれぞれ均等に当接するようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したワークWの段差寸法Lwには、通常、加工精度上一定のバラツキが許容されており、このようなバラツキを有するワークWが上記ワーク取付治具101に取り付けられると、段差寸法Lwが基準寸法より大きい場合には、油圧クランパ105によってワークWのフランジ部Wcが支持部材104の上面に当接する位置まで押し下げられ、ワークWに弾性変形を生じる一方、段差寸法Lwが基準寸法より小さい場合には、ワークWのボス部Wbが位置決部材103の基部103b上に載置されないで浮いた状態となり、加工時に加工負荷によってワークWに弾性変形を生じたり、ビビリ振動を生じたりする。また、本例のワーク取付治具101において、ワークWのボス部Wb上面を前記油圧クランパ105などによって下方に押圧し、当該ボス部Wbを前記基部103bとの間で挟持するように設けられることもあるが、この場合、上記のように段差寸法Lwが基準寸法より小さいと、前記ボス部Wb下面が前記基部103b上面に当接する位置まで押し下げられるため、同様にワークWに弾性変形を生じる。
【0007】
そして、このように段差寸法Lwにバラツキがあり、そのクランプ時の弾性変形量(クランプ歪み)が個々に異なるワークWを加工すると、ワークW間で当該弾性変形量の差分だけ加工寸法がばらつくことになる。したがって、従来のワーク取付治具101においては、10−3mmオーダーや10−4mmオーダーといった高精度な加工が求められる場合には、このような高精度な加工を保証することができないという問題があった。また、上記のように加工負荷によってワークWにビビリ振動を生じる場合にも、同様に高精度な加工を保証することができない。
【0008】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、ワークのクランプ歪みを許容範囲内に押えることにより、高精度な加工を実現し得るワーク支持装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、取付治具に設けられ、該取付治具に取り付けられるワークを支持する支持装置であって、前記ワークに当接して該ワークを支持する支持部材と、サーボモータを備え、該サーボモータの駆動力により、前記ワークを支持する前記支持部材の支持面に対して直交する方向に前記支持部材を進退せしめる駆動手段と、前記取付治具の取付位置に移送されたワークの、前記支持部材により支持される被支持面の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出された位置データを基に前記サーボモータを駆動,制御して、前記支持部材の支持面位置が前記ワークの被支持面位置と一致するように前記支持部材を移動させる位置制御手段とを備え、前記位置制御手段は、前記支持部材の支持面位置が前記ワークの被支持面位置と一致する目標位置に位置するように前記サーボモータをフィードバック制御するとともに、該フィードバック制御に係る制御電流が許容範囲を超えた場合に過大な加工負荷が発生したと判断するように構成されてなることを特徴とする。
【0010】
この発明によれば、取付治具上の取付位置に移送されたワークの被支持面位置が位置検出手段により検出され、検出された位置データが位置検出手段から位置制御手段に送信される。そして、位置制御手段は、受信した位置データを基に前記サーボモータを駆動して、前記支持部材の支持面位置が前記ワークの被支持面位置と一致するように前記支持部材を移動させる。これにより、前記支持部材の支持面が前記ワークの被支持面に当接し、この支持部材によってワークが支持される。
【0011】
このように、この発明によれば、支持部材の支持面位置がワークの被支持面位置と一致するように支持部材を移動させることにより、その支持面がワークの被支持面と当接するように設けられているので、ワークの諸寸法にバラツキがあり、前記取付位置に移送された際に、個々のワークによって被支持面位置がばらついている場合であっても、前記支持部材の支持面を確実にワークの被支持面に当接させることができる。したがって、適宜クランプ手段によってワークをクランプした際に生じるクランプ歪みを極力小さいものとすることができる。そして、このようにクランプ歪みを極力小さいものとすることで、クランプ歪みに伴う加工誤差を小さくすることができ、10−3mmオーダーや10−4mmオーダーといった高精度な加工を実現することができる。
【0012】
また、支持部材の支持面位置がワークの被支持面位置と一致する目標位置に位置するように前記サーボモータがフィードバック制御されるので、支持部材の支持面位置をワークの被支持面位置に正確に一致させることができ、更にクランプ歪みを小さいものとすることができ、個々のワークについてのクランプ歪みを均一なものとすることができる。そして、これにより、更にクランプ歪みに伴う加工誤差を小さくすることができ、高精度な加工を実現することができる。
【0013】
ところで、ワークに加工負荷が作用し、この加工負荷によって移動せしめられるような力が前記支持部材に作用すると、前記位置制御手段は前記支持部材の支持面が目標位置に止まるように、これに応じ制御電流を高めてサーボモータをフィードバック制御する。したがって、この制御電流を監視することで、支持部材に作用する力、即ち加工負荷を検出することができる。本発明では、前記サーボモータをフィードバック制御する制御電流が許容範囲を超えた場合に過大な加工負荷が発生したと判断するように前記位置制御手段が構成されているので、この位置制御手段により過大な加工負荷を検出することができ、過大な負荷が検出された場合に、工具の送り速度や回転速度を減速したり、或いは工具交換を行うといった対応をとることができる。これにより、過大な加工負荷によってワークが変位し当該ワークが不良品となったり、或いはワークが取付治具から外れ、これによって工具や取付治具や工作機械などが損傷するといった不都合が生じるのを未然に防止することができ、安定した加工の実現を図ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。図1は、本実施形態に係るワーク取付治具を示す正面図であり、図2は、図1における矢視A−A方向の断面図である。尚、図1に示すように、本例のワーク取付治具1は、図3に示した従来のワーク取付治具101の支持部材104に代えて支持装置10を設けたものであり、その他の構成は従来のワーク取付治具101の構成と同じである。したがって、同一の構成部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
【0015】
図2に示すように、この支持装置10は、前記基台102上に固定されたハウジング11と、前記ワークWの下面に当接してこれを支持する支持部材21と、前記ハウジング11内に設けられ、前記支持部材21を上下方向に移動させるギヤ15,ギヤ16,駆動軸19及び押上部材20からなる駆動伝達部と、押上部材20を収納するカバー部材24と、前記駆動軸19内に設けられた位置検出センサ23及びセンサ保持部材22と、前記駆動軸19に動力を伝達するサーボモータ13と、前記位置検出センサ23により検出された位置データを基に前記サーボモータ13の作動を制御する制御装置30とを備えている。
【0016】
前記ハウジング11は中空部の形成されたブロック状の部材からなり、中空部の上下にはそれぞれ開口部が形成されている。そして、この中空部に前記駆動軸19及びこれに外嵌されたギヤ16、並びにこのギヤ16と噛合するようにギヤ15がそれぞれ配設されている。
【0017】
前記駆動軸19は円筒状をした部材からなり、前記開口部のそれぞれに設けられた縦断面L字形状の軸受メタル17,18により回転自在に支持されている。前記ギヤ16はキー19aにより駆動軸19に係止され、駆動軸19と共に軸中心に回転するようになっている。尚、前記駆動軸19はその一部がハウジング11の上部開口部から突出するように設けられ、この上部開口部はナット12により封止されている。また、ナット12を締め込むことにより、前記ギヤ16が軸受メタル17,18によって上下から挟持され、これにより上下方向の移動が制動されるようになっている。駆動軸19の内部には、先端部に前記位置検出センサ23を保持した前記センサ保持部材22が設けられている。この位置検出センサ23は、ワークWの被支持面までの距離を検出するものであり、検出された前記被支持面の位置データが後述の位置算出部31に送信されるようになっている。
【0018】
前記カバー部材24は前記ハウジング11上に配設された略円筒状の部材からなり、その内部に押上部材20が内嵌されている。押上部材20は同じく円筒状をした部材からなり、その内周面に雌ねじが形成され、これが前記駆動軸19の外周面に形成された雄ねじに螺合している。押上部材20の上端面には略リング形状をした支持部材21が載置され、複数の鋼球28及びこれを前記押上部材20の外周面との間で挟み込むように設けられたOリング29の作用によって、前記支持部材21が押上部材20と係合している。また、前記押上部材20の上端面は球凹面に形成される一方、これに当接する支持部材21の下端面は球凸面に形成され、支持部材21の下端面が押上部材20の上端面上を滑動することによって、支持部材20の支持面21aの角度を変えることができるようになっている。また、前記押上部材20の下部外周面にはV字状に形成された溝25が複数箇所に設けられており、ネジ27によってこの溝25に押しつけられる鋼球26により、押上部材20の回転が係止されるようになっている。斯くして、前記駆動軸19が軸中心に回転すると、これに螺合した押上部材20が軸方向に移動し、これとともに前記支持部材21が同方向に移動する。
【0019】
前記サーボモータ13は前記ハウジング11の底面に取り付けられており、その出力軸13aに前記ギヤ15が連結されている。そして、サーボモータ13が駆動され、その出力軸13aが回転すると、これに連結されたギヤ15が軸中心に回転し、このギヤ15と噛合したギヤ16が駆動軸19と共に軸中心に回転する。このサーボモータ13はロータリエンコーダ(図示せず)を備えた従来公知の構成を有するものであり、前記制御装置30によってその作動が制御される。
【0020】
図2に示すように、前記制御装置30は、位置算出部31,位置制御部32及び過負荷検出部33からなる。位置算出部31は前記位置検出センサ23からの検出データを受信して、ワークWの被支持面位置を算出し、算出された位置データを位置制御部32に送信する。位置制御部32は位置算出部31から受信した前記被支持面の位置データを基に、前記サーボモータ13をフィードバック制御して、前記支持部材21の支持面21a位置が前記被支持面位置と一致するように前記支持部材21を移動させる。尚、位置検出センサ23により検出され、位置算出部31において算出される位置データと、前記支持面21aの位置との相関関係は予め実験的にこれを求めておき、位置制御部32はこの求められた相関関係に基づいてサーボモータ32をフィードバック制御する。また、過負荷検出部33は、前記位置制御部32からサーボモータ13に出力される制御電流値についてのデータを受信してこれを監視し、制御電流が予め設定された許容範囲を超えた場合に、過負荷であると判定し、これを外部、例えば工作機械を数値制御するNC装置に出力する。
【0021】
以上の構成を備えた本例の支持装置10によれば、まず、ワーク搬送ロボットなどの適宜搬送手段によって取付位置に搬送されたワークWの被支持面位置が前記位置検出センサ23により検出され、検出された位置データが前記位置算出部31に送信される。尚、このとき前記支持部材21は、その支持面21aが前記ワークWの被支持面と接触しないように、予め下方に位置しているものとする。ついで、位置算出部31は受信した位置データから前記被支持面位置を算出し、これを位置制御部32に送信する。そして、位置制御部32は、サーボモータ13をフィードバック制御して、支持部材21の支持面21aを前記軸方向に移動させ、これが前記被支持面と同じ位置となるようにする。これにより、前記支持部材21の支持面21aがワークWの被支持面に当接し、ワークWが当該支持装置10によって支持される。尚、その際、上述したように、支持部材21はその支持面21aの角度を変えることができるように設けられているので、ワークWの被支持面が取付基準面(本例では前記位置決部材103の基部103b上面)に対し平行になっていない場合であっても、この被支持面に倣って支持面21aの角度が変更されるので、支持面21aの全体で前記ワークWを支持することができ、当該支持が安定したものとなる。
【0022】
そして、このようにして支持装置10によりワークWを支持した後、油圧クランパ105を駆動してクランプ部材107と支持装置10との間でワークWを挟持,固定する。以後、ワークWに対し適宜加工が行われるが、その際にワークWに作用する加工負荷が過負荷検出部33によって検出され、加工負荷が許容範囲を超えた場合に過負荷と判定され、その判定信号がNC装置などの外部装置に出力される。
【0023】
加工負荷による下方に向けた力が前記支持部材21に作用すると、押上部材20,駆動軸19,ギヤ16及びギヤ15を介して前記サーボモータ13にその駆動方向と反対方向のトルクが作用する。サーボモータ13はその回転位置が変化しないように前記位置制御部32によりフィードバック制御されているが、前記トルクがサーボモータ13に作用すると、その回転位置が変化しないように前記位置制御部32における制御電流が増大される。したがって、この制御電流を監視し、これが予め設定した許容範囲外となったときに、過大な加工負荷がワークWに作用していると判断することができる。そこで、本例では、この制御電流が予め設定した許容範囲外となったときに、前記過負荷検出33において過負荷であると判定するようにしている。
【0024】
斯くして、本例の支持装置10によれば、支持部材21の支持面21aがワークWの被支持面位置と一致するようにサーボモータ13の駆動によって支持部材21が移動せしめられ、その支持面21aがワークWの被支持面に当接するように設けられているので、ワークWの諸寸法にバラツキがあり、前記取付位置に移送された際に、個々のワークによって被支持面位置がばらついている場合であっても、前記支持部材21の支持面21aを正確にワークの被支持面に当接させることができる。したがって、油圧クランパ105によってワークWをクランプした際に生じるクランプ歪みを極力小さいものとすることができる。そして、このようにクランプ歪みを極力小さなものとすることで、クランプ歪みに伴う加工誤差を小さくすることができ、10−3mmオーダーや10−4mmオーダーといった高精度な加工を実現することができる。
【0025】
また、ワークWに作用する過大な加工負荷を過負荷検出部33により検出するようにしているので、過大な加工負荷が検出された場合に、工具の送り速度や回転速度を減速したり、或いは工具交換を行うといった対応をとることことができる。これにより、過大な加工負荷によってワークWが変位し当該ワークWが不良品となったり、ワークWがワーク取付治具1から外れて、工具,ワーク取付治具1や工作機械などが損傷するといった不都合が生じるのを未然に防止することができ、安定した加工の実現を図ることができる。尚、過負荷検出部33により検出される加工負荷が基準値より小さい場合には、逆に、工具の送り速度や回転速度を増速させて加工時間を短縮するといった対応をとることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るワーク取付治具を示す正面図である。
【図2】図1における矢視A−A方向の断面図である。
【図3】従来のワーク取付治具を示す正面図である。
【符号の説明】
1 ワーク取付治具
10 支持装置
11 ハウジング
13 サーボモータ
15 ギヤ
16 ギヤ
19 駆動軸
20 押上部材
22 センサ保持部材
23 位置検出センサ
30 制御装置
31 位置算出部
32 位置制御部
33 過負荷検出部
Claims (1)
- 取付治具に設けられ、該取付治具に取り付けられるワークを支持する支持装置であって、
前記ワークに当接して該ワークを支持する支持部材と、
サーボモータを備え、該サーボモータの駆動力により、前記ワークを支持する前記支持部材の支持面に対して直交する方向に前記支持部材を進退せしめる駆動手段と、
前記取付治具の取付位置に移送されたワークの、前記支持部材により支持される被支持面の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により検出された位置データを基に前記サーボモータを駆動,制御して、前記支持部材の支持面位置が前記ワークの被支持面位置と一致するように前記支持部材を移動させる位置制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、前記支持部材の支持面位置が前記ワークの被支持面位置と一致する目標位置に位置するように前記サーボモータをフィードバック制御するとともに、該フィードバック制御に係る制御電流が許容範囲を超えた場合に過大な加工負荷が発生したと判断するように構成されてなることを特徴とするワーク支持装置。
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