JP4398537B2

JP4398537B2 - ワーク支持装置

Info

Publication number: JP4398537B2
Application number: JP12142599A
Authority: JP
Inventors: 幸弘稲住; 義則山口
Original assignee: DMG Mori Co Ltd; Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2000308932A

Description

【０００１】
【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

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。