JP2005046986A - ワーク支持用治具テーブル - Google Patents

Abstract

【課題】 曲面を有するワークを多数の昇降支持部材によって下から支えるようにした治具テーブルにおける各支持部材の上下位置決めを迅速かつ自動的になし得るようにした治具テーブルとその制御方法を提供すること。
【解決手段】 テーブルの平面内に多数の昇降可能な支持部材を配設した治具テーブルTAにおいて、前記支持部材８を数値制御される保持ブレーキ付き昇降駆動源11によって所望の高さの位置に位置決め制御するようにしたこと。
【選択図】図３

Description

本発明は、航空機やロケットなどの飛翔体に使用される曲面形状を有する構造板などの外周形状のトリミング加工、或は、前記構造板の肉厚方向での切削加工などにおいて、前記構造板などの被加工体（以下、ワークという）を、当該ワークの曲面形態に沿って下面から支持する大略剣山状をなすワーク支持用の治具テーブルに関する。

従来、曲面形状など凹凸な面を有するワークを、その下面から支持する治具テーブルとしては、一例として特許文献１，２などに開示されている治具テーブルが公知である。

上記公知の治具テーブルは、所要広さの面を有するテーブル面に、下方からスプリング体で付勢された支持ピン又はロッドの多数を配列して設けたもので、支持ピン又はロッド群が形成する弾撥的な支持面によって曲面を有するワークを下面から支持する形態である。

しかし、公知の治具テーブルは、各ピンやロッドの出没量が、各ピンやロッドに作用するスプリング反撥力とワーク重量の釣合によって形成され、これが支持ピンやロッド群の上に静置される曲面を有するワークをその曲面形状に沿って支持するものであるから、上方などから切削力が作用するワークの支持や、ワーク自体の剛性が低いワークの支持には不向きであった。これは、支持ピンやロッドを下から付勢したスプリングが、ワークに加わる切削力やワークの重量によって長さが変化したり、ワークが動いたりして、ワークの支持位置（上下位置並びに平面内での位置）が固定されないか又は変動するからである。

この点に鑑み、各支持ピンやロッドの上下位置を昇降シリンダで位置決めして公知の治具テーブルの問題点を解消する治具テーブルも試みられているが、多数の支持ピンやロッドの夫々に設けられた昇降用シリンダの位置（ピンやロッドの昇降のためのストローク量）を、ワークが変わるごとに予め決める操作は、昇降シリンダを中間点でロックさせるために、各々のシリンダに対して、位置決め点を個別に教示設定する内容であり、きわめて煩雑な手間と段取り時間を要するという新たな問題を派生する。

因みに、航空機用の大き目の部品においては、支持ピンの数を100本以上必要とするものがあるため、航空機部品のように小ロットで部品点数が多い曲面を有する複数のワークの加工では、上記支持ピンやロッドの位置決め段取りは、各ワークごとに行うこととなるので、これが最大の作業ネックとなっていた。また、多数の支持ピンやロッドの高さをセットするため、それ専用のプログラムを要したが、仮にもプログラムの作成ミスや設定ミスがあると、それがそのまま加工不良に直結するという問題も孕んでいる。
特開平９−８５５７号公報 実開平６−５６０８０号公報

本発明は上述した曲面を有するワークを下から支える大略剣山状をなす治具テーブルの問題点に鑑み、曲面を有するワークを多数の昇降支持部材によって下から支えるようにした治具テーブルにおける各支持部材の上下位置決めを迅速かつ自動的になし得るようにした治具テーブルとその制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決することを目的としてなされた本発明治具テーブルの構成は、テーブルの平面内に多数の昇降可能な支持部材を配設した治具テーブルにおいて、前記支持部材を数値制御される保持ブレーキ付き昇降駆動源によって所望の高さの位置に位置決め制御するようにしたことを特徴とするものである。

本発明治具テーブルにおいて、昇降位置決め制御される各支持部材は、その上端にワークを吸収する吸着パッドを具備することが望ましい。また、この吸着パッドは、支持部材の上端において首振り自在に取付けられていることがより望ましい。更に、前記吸着パッドに吸引力を作用させるため当該パッドの底に設けた吸引口にはエアフィルタを設け、吸着時の塵吸引を防ぐとともに、このパッドがワークに吸着する前に前記吸引口からエアを吹出して切粉などの塵埃を飛散させるようにする。

本発明治具テーブルでは、吸着パッドを具備した支持部材を下降端に位置決めしたとき、テーブル上面に前記パッドを覆う開閉自在のカバー体を設け、パッド吸着面に塵埃や切粉等の付着を防止すると良い。

また、本発明治具テーブルでは、このテーブルの上方に加工ヘッドと平行な向きでワークの押付ヘッドを設け、吸着パッドに対してワークを上面側から押圧して前記パッドのワーク吸着を補完することもできる。なお、本発明では、この押付ヘッド役割を、加工ヘッドに代替させて行わせることもできる。

更に、本発明治具テーブルでは、支持部材の上端の吸着パッドに代え、上面に球状の部材を有する昇降支持部材を、吸着パッドを有する前記支持部材と併用する構造を採ることもある。

上記の本発明治具テーブルにおいて、個々に昇降位置決めされる各支持部材は、それらが設けられるテーブル平面座標内（Ｘ，Y軸）のアドレスを付与し、付与された各アドレスの支持部材の駆動源をＺ軸方向の位置決めデータによって制御することにより、各支持部材の高さ（昇降位置）を自動的に制御して設定することが可能になる。

また、上記の各支持部材のＸ，Ｙ軸平面内のアドレスデータとＺ軸の位置決めデータは、本発明治具テーブルが支持すべき曲面を有するワークのＣＡＤデータをそのまま援用、或は、適宜加工して援用することによっても形成することができる。

本発明治具テーブルは、テーブルの平面内に多数の昇降可能な支持部材を配設した治具テーブルにおいて、前記支持部材を数値制御される保持ブレーキ付き昇降駆動源によって所望の高さの位置に位置決め制御するようにしたから、曲面ワークを下から支える治具テーブルの各支持部材を自動的に所定位置に位置決めでき、また、各支持部材のＸ，Ｙ軸平面内のアドレスデータとＺ軸の位置決めデータを、本発明治具テーブルが支持すべき曲面を有するワークのＣＡＤデータを援用して形成すれば、位置決め用テーブルの作成の省力化も図ることができる。

次に本発明治具テーブルならびにその制御法について、図を参照して説明する。図１は本発明治具テーブルを設置したフライス盤乃至マシニングセンタタイプの加工機の一例の平面図、図２は図１の加工機における本発明治具テーブルの縦断正面図、図３は図１，図２の本発明治具テーブルに用いた昇降する支持部材を抽出して拡大した正面図、図４は図３の支持部材の要部の拡大断面図、図５はカバー体を設けた図３の支持部材の正断面図、図６は本発明治具テーブルに用いる別の昇降支持部材の正面図である。

図１において、１，２は左右で平行に配設したベッドの摺動ベースで、左右の摺動ベースの上に、正面から見てほぼ門型をなす主軸ビーム３が、図の上下方向（Ｙ軸）に移動可能にマウントされ、該ビーム３に刃物（ツール）を有する加工ヘッド４が図の左右方向（Ｘ軸）に移動可能にマウントされている。加工ヘッド４の主軸５は、図の紙面に垂直方向（Ｚ軸）に上下動自在であり、以上の摺動ベース１，２から主軸５により本発明治具テーブルを適用する加工機ＭＴの一例を模式的に形成する。

上記加工機ＭＴには、その主軸５が移動可能な平面をカバーする平面形状のテーブルTAが配置されるが、このテーブルTAは、上面を開口したテーブル架台６の上面板をテーブル面７とし、この面７から昇降させられる支持部材８の多数が規則的に配列されている。因みに図の例では、165本の支持部材８が設けられ、本発明治具テーブルの一例に形成されている。以下、図３〜図５、並びに、図６により支持部材８と81の詳細例について説明する。

図３，図４において、９はその上端がテーブル面７に固定されてテーブル架台６（以下、単に架台６という）の内部側に垂下配置される支持部材８の取付フレームで、送りネジ10をその上下端で支持する軸受9a，9bを有すると共に、下方の軸受9b側に前記ネジ10に連結されたブレーキ機構付のサーボモータ11を具備している。11aはモータ11の軸と前記ネジ10の継手である。

12は前記ネジ10に螺装されたナット部材で、昇降させられる支持部材の主体をなす中空部13aを中心軸上に形成したロッド13を、その下端側で支持するブラケット12aを一体に具備している。一方、前記ロッド13の中心軸上に位置するテーブル面７には、当該ロッド13をインサート支持し、このロッド13の昇降をガイドするカラー状のガイド14が設けられている。

ガイド14から突出した前記ロッド13の上端部には、その中空部13aに連通したエア通路15aを有する先端が球状体15bの連結軸15が接続されていると共に、前記球状体15bには、この球状体15bとジャーナル結合状に遊嵌されるパッドホルダ16が首振り自在に装着され、該パッドホルダ16の上部に、上部に向け拡開した略パラボラ状の柔軟材により形成された吸着パッド17が取付けられている。これにより、前記パッド17は首振り自在である。前記連結軸15においてそのエア通路15aは、前記パッド17の底部に連通しており、図４に示した例では、前記パッド17の底部にはメッシュ材によるフィルタ17aが設けられている。なお、16aはパッドホルダ16に取付けた吸着パッド17を外面から押えて支持する取付ケースである。

以上により、本発明治具テーブルに用いる昇降自在の支持部材８の一例が構成され、この構成の支持部材８が図１，図２に例示したテーブル架台６に規則的に配列されて本発明治具テーブルの一例を形成するので、次に、その作動と制御例について説明する。

いま、図１に平面形状を、図２に正断面形を示したワークＷの一例を、本発明治具テーブルの支持部材８により支持しようとする場合、まず、ワークＷの外輪郭内に位置するすべての支持部材８が昇降動作の対象となる。この昇降動作対象となる各支持部材８の選択，決定は、一例として当該ワークＷのＣＡＤデータにおける外輪郭形状データと、本発明治具テーブルにおける各支持部材８のテーブル面７におけるＸ，Ｙ軸上のデータとに基づいて動作させる対象となる支持部材８を決める。この場合においてテーブル面７の基準を、図１の左下偶部に位置した支持部材８の中心又はその近傍を基準点8Aとし、ワークＷのＣＡＤデータの原点も、テーブル面７における前記偶部の支持部材８に対応する点8Aと同位置にする。なお、本発明において基準点8A、或は、ワークＷの形状の原点をどこにするかは、前記例に限られるものではない。

平面内での作動対象とされた各支持部材８のＺ軸（上下方向）での位置決めは、上記ワークＷの正断面形状（図２参照）のＣＡＤデータなどに基づいて決めることができる。

上記のようにして、作動させる各支持部材８のテーブル面７におけるアドレスデータとＺ軸の位置決めデータが決まれば、各支持部材８の夫々の昇降駆動源のモータ11を前記データに基づいた数値制御などにより駆動して、各支持部材８をＺ軸の所定高さに位置決めする。

上記の各支持部材８のＺ軸の位置決めにおいては、位置決め中、又は、位置決め後、昇降ロッド13の中空部13aに、該部13aに接続されたエアー源Asから気体を供給して吸着パッド17のメッシュフィルタ17aからの吹出させる。これによって、パッド17の表面などに付着している塵埃を吹き飛ばし、ワークＷが載置される範囲を清浄にすると共に、ロボットなどの搬送手段（図示せず）により搬入されて本発明治具テーブルの上に位置決めされるワークＷの微妙な位置決め時、そのワークＷが吸着パッド17に接しても、それを下から吹き上げてフローティング支持する形になるので、ＸＹ方向に移動させた位置決めが容易になる。

このようにしてワークが平面上で所要の支持部材８の上に位置決めされると、先にエアー源Asから送られていたエアは吸気側に切換えられ、各吸着パッド17に接したワークＷの各位置を吸着して保持する。この場合において、吸着パッド17は連結軸15の球状体15bにそのホルダ16を介して首振り自在であるから、ワークＷの急峻な曲面にもよく、追従できる姿勢になる。

なお、前記パッド17がよく首振り動作をしても、何らかの原因でそのパッド17がワークＷの下面を吸着しないこともあり得る。本発明では、この点を補完するため主軸ビーム３に、加工ヘッド４と同様にＸ，Ｙ方向に移動でき、かつ、Ｚ軸方向に位置決めできるシリンダとそのロッドなどによる押え手段20を設けることがある。この押え手段18は、加工ヘッド４にその主軸５と平行に設けるが、この手段20を設けずに主軸５に代替作用をさせてもよい。各吸着パッド17がワークＷに吸着しているか否かは、各支持部材８のエア源Asに圧力センサPsを設け、このセンサPsの出力を検出することによって、どの支持部材８のパッド17が吸着していないかを、容易に検出することが出来る。

上述した本発明治具テーブルに使用する支持部材８は、図５，図６に例示した形態のものを用いることがあるので、以下、この点について述べる。なお、図５，図６において図１〜図４に用いた符号は、同一部材，同一部位を示すものとする。

図５の支持部材８においては、テーブル面７における各支持部材８のヘッド部を覆う蓋付カバー体18を設けると共に、このカバー体18の上面に、一例として常時閉蓋側にバネ（図示せず）で付勢された蓋18aを設けた支持部材８の構成としている。図５の支持部材８では、降下エンドにある支持部材８、つまり不使用の各支持部材８がカバー体18で覆われているので、吸着パッド17の上に塵埃などが付着しない。昇降ロッド13が上昇するときは、パッド17が蓋18aのバネの撥力に抗してその蓋18aを押上げて開けることになる。なお、カバー体18は、その一つでテーブル面７における全部の支持部材８を覆う形態に形成し、各支持部材８に対応する部位に上記構造の蓋18aを設けたものでもよい。

図６の支持部材81は、図３〜図５の支持部材８における吸着パッド17とそのホルダ16及び連結軸15に代えて、昇降ロッド13の上端に、上面側に自在球19aを有するフリーボールベアリングなどの球状部材19を取付けて構成したものである。

図６の支持部材81は、図１に例示したように吸着パッド17を有する支持部材８が配列された架台６におけるテーブル面７の余剰スペースに、均等な分布割合で設け、ワークＷをテーブル面７のＸＹ平面内で位置決めする際の仮支持面を形成するために使用する。複数の支持部材81におけるワークＷの仮支持面は、各支持部材８の吸着パッド17のＺ軸上の位置よりも上方に位置付けることにより、ワークＷのＸＹ方向での移動位置決めの円滑化を図る。なお、前記支持部材81は、テーブル面７における適宜位置の支持部材８と入替えて設ける形式で配置してもよい。

本発明治具テーブルは以上の通りであって、曲面を有する構造体などのワークを下方から支持して切削加工など行うためのワーク支持テーブルを、平面内に多数の昇降可能な支持部材を配設し、各支持部材を数値制御される保持ブレーキ付き昇降駆動源によって所望の高さの位置に位置決め制御するようにしたから、飛行機やロケットなどの点数が多い複雑な曲面構造を有するパーツをワークとするの機械加工用のワーク支持テーブルとしてきわめて有用である。

また、本発明治具テーブルは以下の具体的効果あるので、産業上の利用可能性はより大である。
１．ワーク曲面に応じた支持面を形成するために各支持部材の高さを、加工機のＸＹ平面内における各位置での主軸の高さを合わせて設定する工程が不要となり、短時間で支持面を形成できる。
２．Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸の座標値入力またはワークのＣＡＤデータを用いることによって、各支持部材にワーク支持面を形成させることができるので、支持面形成専用のプログラム作成工程が不要となる。
３．ワークのＣＡＤデータを援用すれば、プログラムミスによる加工不良を防止できる。
４．剛性の低いワークを所望の支持面で保持することができる。
５．停電時でも、位置決めした支持部材が降下しないので、昇降ロッドやワークが落下することはない。
６．吸着パッド内にメッシュフィルターを設けることにより、切粉などの異物侵入によるエア系統や真空機器の故障を防止できる。
７．昇降支持部材の下降端に開閉式の蓋を設けることにより、切粉などの異物侵入によるエア系統や真空機器の故障を防止できる。
８．吸着パッドにエア源から吹出エアを流すことにより、ワークをフローティングさせることができ、従って、ワークの突き当て作業を高能率に行うことができる。
９．テーブル面内にトップに球状体を有する支持部材を配置することにより、ワークの突き当て作業を高能率に行うことができる。
10．各吸着パッドのワーク吸着の有無を検出することにより、未吸着パッド部のワークを加工機側から押し付けて吸着させることができるから、未吸着パッドの近傍で加工精度が低下する事態を予防できる。

本発明治具テーブルを設置したフライス盤乃至マシニングセンタタイプの加工機の一例の平面図。 図１の加工機における本発明治具テーブルの縦断正面図。 図１，図２の本発明治具テーブルに用いた昇降する支持部材を抽出して拡大した正面図。 図３の支持部材の要部の拡大断面図。 カバー体を設けた図３の支持部材の正断面図。 本発明治具テーブルに用いる別の昇降支持部材の正面図。

符号の説明

ＭＴ 加工機
１，２ 摺動ベース
３ 主軸ビーム
４ 加工ヘッド
５ 主軸
６ テーブル架台
７ テーブル面
８ 昇降支持部材
９ 取付フレーム
10 送りネジ
11 ブレーキ付きサーボモータ
12 ナット部材
13 昇降ロッド
14 カラー状ガイド
15 連結軸
16 パッドホルダ
17 吸着パッド
Ｗ ワーク

Claims (10)

1. テーブルの平面内に多数の昇降可能な支持部材を配設した治具テーブルにおいて、前記支持部材を数値制御される保持ブレーキ付き昇降駆動源によって所望の高さの位置に位置決め制御するようにしたことを特徴とするワーク支持用治具テーブル。
2. 昇降位置決め制御される各支持部材は、その上端にワークを吸引する吸着パッドを具備した請求項１のワーク支持用治具テーブル。
3. 吸着パッドは、支持部材の上端において首振り自在に取付けられた請求項２のワーク支持用治具テーブル。
4. 吸着パッドの底に設けた吸引口にエアフィルタを設けた請求項２又は３のワーク支持用冶具テーブル。
5. ワークを吸着する前に前記吸引口からエアを吹出すようにした請求項２〜４のいずれかのワーク支持用治具テーブル。
6. 支持部材を下降端に位置決めしたとき、テーブル上面に吸着パッドを覆う開閉自在の蓋を備えたカバー体を設けた請求項５のワーク支持用治具テーブル。
7. テーブルの上方に加工ヘッドと平行な向きでワークの押付ヘッドを設け、吸着パッドに対してワークを上面側から押圧することにより前記パッドのワーク吸着を補完するようにした請求項３又は４又は５のワーク支持用治具テーブル。
8. 吸着パッドに代え上面に球状体を具備した昇降可能な支持部材を、吸着パッドを有する支持部材の間に配設した請求項１〜７のいずれかのワーク支持用治具テーブル。
9. 個々に昇降位置決めされる各支持部材に、それらが設けられるテーブルの平面座標内（Ｘ，Y軸）のアドレスを付与し、付与された各アドレスにおける支持部材の昇降駆動源をＺ軸方向の位置決めデータによって制御することを特徴とするワーク支持用治具テーブルの制御方法。
10. 各支持部材のＸ，Ｙ軸平面内のアドレスデータとＺ軸の位置決めデータは、治具テーブルが支持すべき曲面を有するワークのＣＡＤデータを援用して形成する請求項９のワーク支持用治具テーブルの制御方法。
    
    
    
    
    
    

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