CN104924105B - 夹具和加工系统 - Google Patents

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Abstract

提供夹具和加工系统。将工件以能够相对于机床的工具旋转的方式支承的夹具具备：工件所落座的落座部；旋转驱动部，其使落座部绕旋转轴线旋转；夹紧臂，其在沿着旋转轴线的方向上与落座部相离的位置处具有旋转式的夹紧构件，该夹紧构件与落座部协作来固定工件；直线驱动部，其使夹紧臂在沿着旋转轴线的方向上移动；位置调节部，其将夹紧臂的位置在与旋转轴线相交的平面内进行调节；以及倾斜度调节部，其调节夹紧构件的倾斜度使得夹紧构件的旋转轴线与落座部的旋转轴线平行。

Description

夹具和加工系统
技术领域
本发明涉及一种将工件以能够相对于机床的工具旋转的方式支承的夹具和加工系统。
背景技术
一般，将具有用于加工对象的工件落座的能够旋转的台的机床称为台回转型机床。为了利用台回转型机床对工件进行精密的加工，需要将工件相对于台可靠地固定。与此相关联地，在JP-A-2011-513077中提出了一种机床，该机床具备：旋转式的支承台，其具有从下方嵌入到工件的中心孔的突起；以及摩擦接合式的夹紧机构部，其通过对落座于支承台的工件的上表面附加按压力来坚固地保持工件。更具体地说，专利文献1的夹紧机构部具备：臂状的对方保持件，其能够向落座于支承台的工件移动；突起，其配置于对方保持件的前端，从上方嵌入到工件的中心孔；以及支承部，其将该突起以能够相对于对方保持件旋转的方式进行结合，其中，当对方保持件向工件移动时，支承部将工件的上表面压向支承台来将工件以能够旋转的方式保持。
但是，JP-A-2011-513077的机床中的支承台的突起具有能够与工件的中心孔嵌合的尺寸，因此难以利用机器人或装载机(loader)等自动装置取出加工后的工件。另外，根据JP-A-2011-513077的机床，存在以下担忧：由于驱动对方保持件的缸等驱动装置的定位误差，导致在工件的中心孔与对方保持件的突起非同心的状态下把持工件，由此工件的中心孔的入口部分被对方保持件的突起损伤。此外，在为了防止工件的损伤而去除了支承台的突起的情况下，有时由于对方保持件的驱动装置的定位误差而导致支承部的旋转轴线偏离于支承台的旋转轴线。在该情况下，在支承台旋转时在工件的上表面与支承部之间产生滑动，因此仍存在工件的上表面被支承部损伤的担忧。
寻求一种能够降低在旋转中的工件与按压工件的旋转式的夹紧构件之间产生的滑动的机床的夹具。
发明内容
根据本发明的第一方式，提供一种将工件以能够相对于机床的工具旋转的方式支承的夹具，该夹具具备：工件所落座的落座部；旋转驱动部，其使落座部绕规定的旋转轴线旋转；夹紧臂(clamping arm)，其在沿着落座部的旋转轴线的方向上与落座部相离的位置处具有旋转式的夹紧构件，该夹紧构件与落座部协作来固定工件；直线驱动部，其使夹紧臂在沿着落座部的旋转轴线的方向上移动；位置调节部，其将夹紧臂的位置在与落座部的旋转轴线相交的平面内进行调节；以及倾斜度调节部，其调节夹紧构件的倾斜度使得夹紧构件的旋转轴线与落座部的旋转轴线平行。
根据本发明的第二方式，提供如下的夹具：在第一方式中，夹紧臂具有将夹紧构件以能够旋转的方式支承的臂主体，倾斜度调节部是由设置于夹紧构件和臂主体中的一方的曲面状的凹部以及设置于夹紧构件和臂主体中的另一方的曲面状的凸部构成的滑动接触部。
根据本发明的第三方式，提供一种加工系统，该加工系统包括：机床，其具有第一方式或第二方式中的夹具；控制装置，其基于规定的加工程序来生成针对机床的动作指令；测定装置，其测定落座于落座部的工件的位置；运算装置，其计算测定装置所测定出的工件的位置相对于在落座部中预先设定的工件落座基准位置的偏离量；以及校正装置，其对动作指令进行校正，使得在通过机床对工件进行加工时偏离量被抵消。
根据本发明的第四方式，提供如下的加工系统：在第三方式中，还包括工件更换装置，该工件更换装置能够执行使未加工的工件落座于落座部的动作以及将机床加工完成的工件从落座部取出的动作。
根据本发明的第五方式，提供一种加工系统，该加工系统包括：机床，其具有第一方式或第二方式中的夹具；以及工件更换装置，其能够执行使未加工的工件落座于落座部的动作以及将通过机床加工完成的工件从落座部取出的动作。
这些以及其它本发明的目的、特征及优点通过参照附图所表现的本发明的例示性的实施方式的详细说明会变得更明确。
附图说明
图1是具备本发明的一个实施方式的夹具的例示性的机床的立体图。
图2是图1的机床中的夹具的局部放大图，示出了夹具的沿与图1的X方向垂直的平面的截面。
图3是将图2的夹具中的夹紧构件的附近放大示出的局部放大图。
图4是与图3同样的局部放大图，示出了夹紧臂的旋转轴线相对于落座部的旋转轴线倾斜的状态。
图5是表示包括图1的机床的加工系统的结构的框图。
图6是用于说明图5的加工系统中的校正装置的工件设置误差校正功能的第一概要图。
图7是用于说明图5的加工系统中的校正装置的工件设置误差校正功能的第二概要图。
图8是表示图5的加工系统对工件的切削加工的过程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。在各附图中，对相同的结构要素标注相同的标记。此外，下面的记载并不限定权利要求书所记载的发明的技术范围、用语的含义等。
参照图1～图4来说明基于本发明的一个实施方式的机床的夹具。图1是具备本实施方式的夹具的例示性的机床MT的立体图。本例的机床MT是所谓的台回转型的机床，具备主轴头SH和夹具MJ，该主轴头SH通过伺服电动机等驱动单元在图1的Z方向上移动，该夹具MJ将加工对象的工件W以能够绕规定的旋转轴线旋转的方式支承。如图1那样，在主轴头SH上安装有立铣刀(endmill)等各种切削工具TL，机床MT通过使切削工具TL相对于被夹具MJ支承的工件W进行相对移动来将工件W加工成期望的形状。
图2是图1的机床MT中的夹具MJ的局部放大图，示出了夹具MJ的沿与图1的X方向垂直的平面的截面。如图2那样，本例的夹具MJ具备：工件台10，其能够绕旋转轴线RA1旋转；落座部11，其设置在工件台10上；以及旋转驱动部RD，其隔着工件台10配置于与落座部11相反一侧。本例的旋转驱动部RD是各种伺服电动机，对设置在工件台10上的落座部11进行驱动使得该落座部11以所指示的旋转速度绕旋转轴线RA1旋转至所指示的旋转位置。因此，为了便于说明，下面有时将旋转驱动部RD的旋转轴线RA1称为落座部11的旋转轴线RA1。
如图2那样，被本例的夹具MJ支承的工件W具有形成有贯通式的中心孔的圆盘状的形态。另外，本例的落座部11具有与加工对象的工件W对应的尺寸的圆盘状的形态，工件W落座于其上表面。而且，在本例的落座部11的上表面形成有用于插入到工件W的中心孔的圆柱状的定位突起LP，通过该定位突起LP将工件W相对于落座部11进行定位。此外，定位突起LP的径向尺寸稍微小于工件W的中心孔的径向尺寸，使得加工后的工件W能够容易地从落座部11脱离。
如图2那样，本例的夹具MJ具备：夹紧臂12，其在沿着旋转轴线RA1的方向上与落座部11相离的位置处具有旋转式的夹紧构件CL；直线驱动部LD，其使夹紧臂12在沿着旋转轴线RA1的方向上移动；以及引导部13，其引导被直线驱动部LD驱动的夹紧臂12。在后面叙述本例的夹紧臂12的详细构造。另外，本例的直线驱动部LD是各种直线运动致动器，其可动部与夹紧臂12的基端部连结。而且，本例的夹具MJ还具备位置调节部14，该位置调节部14介于夹紧臂12与直线驱动部LD之间，将夹紧臂12的位置在与旋转轴线RA1相交的平面内进行调节。
如图1和图2那样，本例的位置调节部14设置于夹紧臂12的基端部，具有多个贯通孔TH，将夹紧臂12与直线驱动部LD连结的多个安装螺钉(未图示)分别插通至该多个贯通孔TH。而且，本例的位置调节部14的贯通孔TH的径向尺寸大于插通至该贯通孔TH的安装螺钉的径向尺寸。这样，本例的位置调节部14的贯通孔TH具有所谓的自由尺寸孔(日语：ばか穴)的形态，因此位置调节部14能够在与旋转轴线RA1相交的平面上的固定范围内移动。因而，本例的夹具MJ的使用者通过在拧松位置调节部14的安装螺钉后使夹紧臂12在图2的箭头A20的方向以及与纸面垂直的方向上移动，由此能够将夹紧臂12的位置在与旋转轴线RA1相交的平面内进行调节。
接着，详细说明本例的夹紧臂12。如图2那样，本例的夹紧臂12具有与工件台10的上表面平行地延伸的臂主体121以及从臂主体121的前端部向落座部11突出的突出部122。在此，本例的突出部122以能够绕沿其突出方向延伸的旋转轴线RA2旋转的方式与臂主体121连结。为了便于说明，下面有时将突出部122的旋转轴线RA2称为夹紧臂12的旋转轴线RA2。而且，在本例的突出部122的突出方向的前端部安装有上述夹紧构件CL，当突出部122绕旋转轴线RA2旋转时夹紧构件CL也与突出部122一起旋转。此外，本例的夹具MJ被设计成落座部11的旋转轴线RA1与夹紧臂12的旋转轴线RA2相互平行。但是，如上所述，本例的夹紧臂12具有从位置调节部14延伸的悬臂梁的形态，因此存在以下情况：由于夹紧臂12自身的重量、直线驱动部LD的定位误差或者在夹紧构件CL按压工件W时从工件W作用于夹紧构件CL的反作用力等，夹紧臂12的旋转轴线RA2相对于落座部11的旋转轴线RA1略微倾斜。在图4中例示出这样的夹紧臂12的旋转轴线RA2倾斜的状态。
接着，详细地说明本例的夹紧构件CL。如图1和图2那样，本例的夹紧构件CL具有与落座部11协作来将加工对象的工件W相对于夹具MJ固定的功能。更具体地说，当夹紧臂12通过直线驱动部LD的驱动力而向落座部11移动时，夹紧构件CL与工件W接触并将工件W压向落座部11。由此，工件W在被夹持在落座部11与夹紧构件CL之间的状态下被稳定地固定。而且，如图2那样，对夹紧构件CL相对于突出部122的倾斜度进行调节的倾斜度调节部15介于夹紧构件CL与夹紧臂12的突出部122之间。本例的倾斜度调节部15是各种万向节(universal joint)，对夹紧构件CL的倾斜度进行调节，使得与突出部122一起旋转的夹紧构件CL的旋转轴线与落座部11的旋转轴线RA1平行。下面说明倾斜度调节部15的具体构造。
图3是将图2的夹具MJ中的夹紧构件CL的附近放大示出的局部放大图。另外，图4是与图3同样的局部放大图，夸张地示出了夹紧臂12的旋转轴线RA2相对于落座部11的旋转轴线RA1倾斜的状态。如图3和图4那样，本例的倾斜度调节部15是由设置于夹紧臂12的突出部122的曲面状的凹部DP和设置于夹紧构件CL的曲面状的凸部CP构成的滑动接触部。但是，也可以与图3和图4的例子不同地，曲面状的凹部DP设置于夹紧构件CL，曲面状的凸部CP设置于突出部122。优选的是，在曲面状的凹部DP与凸部CP的接触面涂布用于降低它们之间的摩擦的各种润滑剂。将图3与图4进行比较则可知，即使夹紧臂12的旋转轴线RA2相对于落座部11的旋转轴线RA1倾斜，由于通过倾斜度调节部15自由地变更夹紧构件CL的倾斜度，因此也能够使夹紧构件CL的旋转轴线RA3与落座部11的旋转轴线RA1平行。而且，在通过上述位置调节部14适当地调节了夹紧臂12的位置的情况下，能够如图4那样使夹紧构件CL的旋转轴线RA3与落座部11的旋转轴线RA1一致。
如上那样，本例的夹具MJ能够通过位置调节部14来将夹紧构件CL的位置在与旋转轴线RA1相交的平面内进行调节，并且能够通过倾斜度调节部15来调节夹紧构件CL相对于夹紧臂12的突出部122的倾斜度。因而，根据本例的夹具MJ，即使夹紧臂12的旋转轴线RA2相对于落座部11的旋转轴线RA1倾斜，也能够使夹紧构件CL的旋转轴线RA3与落座部11的旋转轴线RA1一致(参照图4)。其结果，能够在使夹紧构件CL贴紧工件W的状态下使工件W旋转，因此能够防止在旋转中的工件W与夹紧构件CL之间产生滑动，从而能够防止工件W被夹紧构件CL损伤。并且，从旋转驱动部RD传递到工件W的旋转驱动力的传递损耗被降低，因此能够提高切削工具TL对工件W的加工精度。
接着，参照图5～图8来说明包括上述机床MT的加工系统。图5是表示包括图1的机床MT的例示性的加工系统MS的结构的框图。本例的加工系统MS能够按照预先制作的加工程序对工件W实施切削加工。如图5那样，本例的加工系统MS除了机床MT以外还包括控制装置NC、测定装置MD、运算装置AD、校正装置CD以及工件更换装置WC。下面按顺序说明这些装置。
本例的控制装置NC是机床MT的数值控制装置，基于预先制作的加工程序来生成针对机床MT的驱动部的动作指令。在此所说的驱动部是指机床MT的各轴的伺服电动机。接着，本例的测定装置MD是接触式测头(touch probe)或光学传感器等位置检测器，测定落座于上述夹具MJ的落座部11的工件W的位置。接着，本例的运算装置AD计算由测定装置MD测定出的工件W的位置相对于在落座部11中预先设定的工件落座基准位置的偏离量。在此所说的工件W的位置的偏离量是除了包括沿图1的X轴、Y轴以及Z轴各轴的直线方向的偏离量以外还包括以图1的X轴、Y轴以及Z轴各轴为中心的旋转方向的偏离量的概念。
接着，本例的校正装置CD对由控制装置NC生成的动作指令进行校正，使得在通过机床MT对工件W进行切削加工时上述偏离量被抵消。下面将该功能称为工件设置误差校正功能。图6和图7是用于说明本例的校正装置CD的工件设置误差校正功能的概要图。在此，图6表示工件W落座于上述工件落座基准位置的情况下的切削工具TL在工件坐标系中的位置。另一方面，图7表示工件W从工件落座基准位置偏离了由箭头A70表示的偏离量地落座的情况下的切削工具TL在工件坐标系中的位置。两图中的x-y坐标系是工件坐标系。根据图6和图7可知，本例的校正装置CD以根据由运算装置AD计算出的偏离量来变更由加工程序指示的切削工具TL的位置的方式对由控制装置NC生成的动作指令进行校正。因而，根据本例的校正装置CD的工件设置误差校正功能，对于偏离于工件落座基准位置地落座的工件W，也能够实施按照当初的加工程序的加工。
接着，本例的工件更换装置WC是机器人或装载机等自动输送机，能够执行把持未加工的工件W并使其落座于夹具MJ的落座部11的工件设置动作、以及将由机床MT加工完成的工件W从夹具MJ的落座部11卸下的工件卸下动作这两个动作。此外，落座部11的定位突起LP的径向尺寸稍微小于工件W的中心孔的径向尺寸，因此该定位突起LP不会妨碍上述工件卸下动作。因而，根据本例的工件更换装置WC，能够构建能够将由机床MT加工完成的工件W依次更换为未加工的工件W的无人工件更换系统。
接着，说明使用了上述工件设置误差校正功能的工件W的切削加工的具体过程。图8是表示图5的加工系统MS对工件W的切削加工的过程的流程图。如图8那样，首先，在步骤S801中，测定装置MD测定落座于夹具MJ的落座部11的工件的位置。接着，在步骤S802中，运算部AD计算由测定装置MD测定出的工件W的位置相对于上述工件落座基准位置的偏离量。接着，在步骤S803中，校正装置CD对由控制装置NC生成的针对机床MT的动作指令进行校正，使得在通过机床MT的切削工具TL对工件W进行切削时上述偏离量被抵消(参照图7)。接着，在步骤S804中，机床MT按照由校正装置CD校正后的动作指令使切削工具TL移动来对工件W进行切削。本例的加工系统MS对工件W的切削加工就此结束。
如上那样，根据本例的加工系统MS，基于测定装置MD测定出的工件W的位置的偏离量的计算结果来校正针对机床MT的动作指令，因此即使工件W的位置偏离于工件落座基准位置也能够得到按照加工程序的加工结果。因而，即使在根据工件W的种类而对夹具MJ的落座部11进行换产调整的情况下，也不需要进行落座部11的定位突起LP相对于旋转驱动部RD的旋转轴线RA1的定心调整，因此能够缩短换产作业所需的时间。
发明的效果
根据本发明的第一方式，能够将夹紧构件的位置在与落座部的旋转轴线相交的平面内进行调节，并且能够调节夹紧构件相对于夹紧臂的倾斜度。因而，根据第一方式，即使夹紧臂的旋转轴线相对于落座部的旋转轴线倾斜，也能够使夹紧构件的旋转轴线与落座部的旋转轴线一致。其结果，能够在使夹紧构件贴紧工件的状态下使工件旋转，因此能够防止在旋转中的工件与按压工件的旋转式的夹紧构件之间产生滑动，从而能够防止工件被夹紧构件损伤。并且，从旋转驱动部传递到工件的旋转驱动力的传递损耗被降低，因此能够提高机床对工件的加工精度。
根据本发明的第二方式，采用了由包括曲面状的凹部和凸部的滑动接触部构成的倾斜度调节部，因此能够简化夹紧臂和夹紧构件的构造。
根据本发明的第三方式，基于测定装置测定出的工件的位置的偏离量的计算结果来校正针对机床的动作指令，因此即使工件的位置偏离于工件落座基准位置也能够得到按照加工程序的加工结果。因而，即使在根据工件的种类而对夹具的落座部进行换产调整的情况下，也不需要进行落座部的定位突起相对于旋转驱动部的旋转轴线的定心调整，因此能够缩短换产作业所需的时间。
根据本发明的第四方式和第五方式，能够构建能够将由机床加工完成的工件依次更换为未加工的工件的无人工件更换系统。
本发明并非仅限定于上述的实施方式，能够在权利要求书所记载的范围内进行各种改变。例如，在上述的实施方式中，作为夹紧构件CL的倾斜度调节部15，例示了由曲面状的凹部和凸部构成的滑动接触部，但是本发明的夹具MJ能够采用包括各种万向节在内的能够自由地调节夹紧构件CL相对于夹紧臂12的倾斜度的任意的连结构件来作为倾斜度调节部15。另外，上述机床MT的夹具MJ的各部的尺寸、形状以及材质等只不过是一个例子，为了达到本发明的效果，能够采用各种尺寸、形状以及材质等，这是不言而喻的。

Claims (5)

1.一种夹具，将工件以能够相对于机床的工具旋转的方式支承，该夹具具备：
工件台；
工件所落座的落座部，其设置在上述工件台上；
旋转驱动部，其使上述落座部绕规定的旋转轴线旋转；
夹紧臂，其具有：与上述工件台的上表面平行地延伸的臂主体；从上述臂主体的前端部向上述落座部突出的能够绕轴旋转的突出部；以及夹紧构件，其以位于在沿着上述落座部的旋转轴线的方向上与上述落座部相离的位置处的方式安装于上述突出部的前端部，该夹紧构件与上述落座部协作来固定工件，能够与上述突出部一起绕轴旋转；
直线驱动部，其使上述夹紧臂在沿着上述落座部的旋转轴线的方向上移动；
位置调节部，其将上述夹紧臂的位置在与上述落座部的旋转轴线相交的平面内进行调节；以及
倾斜度调节部，其调节上述夹紧构件的旋转轴线相对于上述突出部的旋转轴线的倾斜度使得上述夹紧构件的旋转轴线与上述落座部的旋转轴线平行。
2.根据权利要求1所述的夹具，其特征在于，
上述倾斜度调节部是由设置于上述夹紧构件和上述突出部的前端部中的一方的曲面状的凹部以及设置于上述夹紧构件和上述突出部的前端部中的另一方的曲面状的凸部构成的滑动接触部。
3.一种加工系统，包括：
机床，其具有根据权利要求1或2所述的夹具；
控制装置，其基于规定的加工程序来生成针对机床的动作指令；
测定装置，其测定落座于上述落座部的工件的位置；
运算装置，其计算上述测定装置所测定出的工件的位置相对于在上述落座部中预先设定的工件落座基准位置的偏离量；以及
校正装置，其对上述动作指令进行校正，使得在通过上述机床对工件进行加工时上述偏离量被抵消。
4.根据权利要求3所述的加工系统，其特征在于，
还包括工件更换装置，该工件更换装置能够执行使未加工的工件落座于上述落座部的动作以及将上述机床加工完成的工件从上述落座部取出的动作。
5.一种加工系统，包括：
机床，其具有根据权利要求1或2所述的夹具；以及
工件更换装置，其能够执行使未加工的工件落座于上述落座部的动作以及将通过上述机床加工完成的工件从上述落座部取出的动作。
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