JP2010046786A

JP2010046786A - ワークの位置決め装置

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Publication number: JP2010046786A
Application number: JP2008216029A
Authority: JP
Inventors: Haruo Iwasaki; 治男岩崎
Original assignee: Yasunaga Corp
Current assignee: Yasunaga Corp
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: JP5279411B2

Abstract

【課題】ワークごとに異なる専用の位置決め機構を治具に設ける必要がなく様々なワークの位置決めを行うワークの位置決め装置を提供する。
【解決手段】マシニングセンタの主軸に係合可能なチャック部を有するホルダ１００と、ホルダに形成されたホルダ側送りネジ部１３１と、ホルダ側送りネジ部に螺合したクランプ軸側送りネジ部を有するクランプ軸２００と、ホルダを軸支すると共にクランプ軸を支持する支持体３００と、支持体に設けられかつ開閉機能を有したチャック４００とを備え、主軸の回動に基づくホルダ側送りネジ部とクランプ側送りネジ部との動きによってクランプ軸がホルダから進退可能でクランプ軸の進退に応じてチャック開閉機能を介してチャックが開閉し、チャック先端がワークの一部を掴んだり離したりしてワークを位置決めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばカムシャフトなどをマシニングセンタで加工する際に好適に利用可能なワーク位置決め装置に関する。

例えばカムシャフトなどをマシニングセンタで加工する際において、従来のカムシャフト加工設備では治具にワークの位置決め機構を持たせ、ワークを前後のセンタにてクランプした後に位相決めを行い、その後にチャッキングを行っている。このように治具に位置決め機構を持たせた構成は従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１８１７３１号公報（第４−５頁、図１５）

治具にワークの位相決め機構を持たせると、例えばワークがカムシャフトの場合、位相決めのための凸部がカムシャフト上の様々な位置に形成されているので、これに応じた治具を準備しなければならない。即ち、治具自体に汎用の位相決め治具を用いることができず、カムシャフトの位相決めの凸部に合わせて専用の治具を用いる必要があり、製造コスト高を招いている。

本発明の目的は、ワークごとに異なる専用の位置決め機構を治具に設ける必要がなく様々なワークの位置決めを行うことができるワークの位置決め装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の請求項１に係るワークの位置決め装置は、
マシニングセンタの主軸に係合可能なチャック部を有するホルダと、
前記主軸の軸線と共通の軸線を有しかつ前記ホルダに形成されたホルダ側送りネジ部と、
ホルダ側送りネジ部に螺合したクランプ軸側送りネジ部を有するクランプ軸と、
前記ホルダを回転自在に軸支すると共に前記クランプ軸を摺動自在に支持し、前記主軸を収容するハウジングに一部が固定された支持体と、
前記支持体のクランプ軸よりも前記主軸と反対方向に設けられかつチャック開閉機能を有したチャックとを備え、
前記クランプ軸は、前記チャックによって回転しないようになっており、前記主軸の回動に基づく前記ホルダ側送りネジ部とクランプ側送りネジ部との動きによって前記クランプ軸が前記ホルダから進退可能となっており、かつ前記クランプ軸の進退に応じて前記チャック開閉機能を介して前記チャックが開閉し、当該チャック先端がワークの一部を掴んだり離したりしてワークを位置決めするようになったことを特徴としている。

本発明に係るワーク位置決め装置によると、マシニングセンタの主軸に係合可能なクランプ部を有するホルダと、主軸の軸線と共通の軸線を有しかつホルダに形成されたホルダ側送りネジ部と、ホルダ側送りネジ部に螺合したクランプ軸側送りネジ部を有するクランプ軸とを有し、クランプ軸の進退に応じてチャック開閉機能を介してチャックが開閉し、チャック先端がワークの一部を掴んだり離したりしてワークを位置決めするようになったことで、治具にワークの位置決め機構を設ける必要がなくなる。これによって、様々なワークに対応でき、各ワークに対して固有の位置決め機構の備わった専用の治具を用意する必要がなくなり、製造コストを低減できる。

また、本発明の請求項２に係るワークの位置決め装置は、請求項１に記載のワークの位置決め装置において、
前記チャックは、平面視Ｌ型の２つのアームとこれを支持するアーム支持部を有し、前記各アームの折れ曲がり部は前記アーム支持部に形成される支点ピンに嵌り、前記各アームのワークチャック側と反対側の基端部には切欠きが形成されると共に、前記切欠き周囲のアームが互いに重なり合った状態で前記切欠き同士が協働して長孔を形成し、前記クランプ軸の主軸と反対側の先端部近傍に突出形成された係合ピンに前記長孔が係合していることを特徴としている。

チャックがこのような構成を有することで、クランプ軸の進退に応じて係合ピンと長孔とが協働してチャックを確実に開閉させる。

好ましくは、本発明に係るワークの位置決め装置は、前記チャックの先端には円錐型のワーク位置決め部が備わり、前記ワークはカムシャフトからなり、前記ワーク位置決め部同士による前記カムシャフトの突出部の挟み込みや開放を繰り返すことで、前記カムシャフトの突出部の延在方向が前記マシニングセンタの主軸の中心軸線方向に合致するようにしているのが良い。

カムシャフトは、その位置決め部の位置や形状、寸法がカムシャフトごとに異なる場合が多いので、本発明に係るワーク位置決め装置を用いることで、位置決め部の位置や形状、寸法が異なるカムシャフトごとに専用の治具を用意する必要がなくなる。

本発明に係るワークの位置決め装置によると、ワークごとに異なる専用の位置決め機構を治具に設ける必要がなく様々なワークの位置決めを行うことができるワークの位置決め装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るワークの位置決め装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るワーク位置決め装置１を一部断面で示した側面図である。また、図２は、図１における矢視II-II方向から見た図である。また、図３は、図１における矢視III-III方向から見た図である。

本実施形態のワーク位置決め装置１は、図１に示すように、ホルダ１００と、ホルダ１００に形成されたホルダ側送りネジ部１３１と、ホルダ側送りネジ部１３１に螺合したクランプ軸２００と、主軸１０を収容するハウジング２０にホルダ１００とクランプ軸２００を固定する支持体３００と、支持体３００に設けられたチャック４００とを有している。

ホルダ１００は、マシニングセンタの主軸１０に係合可能なツールホルダチャック１１０と、ホルダ本体をなすＡＴＣシャンク１２０と、ＡＴＣシャンク１２０にボルト１２１を介して取り付けられた円筒状ナット１３０を有している。そして、円筒状ナット１３０は、主軸１０の軸線と共通の軸線を有しかつその内周面にホルダ側送りネジ部１３１が形成されている。

クランプ軸２００には、ホルダ側送りネジ部１３１に螺合したクランプ軸側送りネジ部２０１が形成されると共に、クランプ軸側送りネジ部２０１に隣接して主軸１０と反対側にストッパ２０２及び軸受け摺動部２１０が形成され、更に係合ピン２２１が突出形成されたチャック係合部２２０が主軸１０の先端側に形成されている。第１軸受け３０１は、カラー３０５及びナット３０６によって円筒状ナット１３０の主軸側フランジに押し付けられている。

支持体３００は、第１軸受け３０１を介してホルダ１００を回転自在に軸支すると共に、第２軸受け３０２を介してクランプ軸２００を摺動自在に支持し、主軸１０を収容するハウジング２０に一部が固定されている。

支持体３００の主軸１０を収容するハウジング２０との連結部３１０はＬ字型をなし、内部に連結ピン３２０がスプリング３２１の付勢力により一方向に付勢された状態で収容されている。なお、スプリング３２１は、ばね座部３２２と止め輪３２３で連結部内に収容されている。

連結ピン３２０の先端には位置決め面３２５が形成され、この先端が主軸１０を収容するハウジング２０の位置決め穴２１に係合している。連結ピン３２０には、回り止めロッド３３０が設けられ、ワーク位置決め装置１を主軸１０に取り付けると位置決め面３２５の形成された連結ピン３２０の先端部が位置決め穴２１によって押されてスプリング３２１が圧縮されることで、回り止めロッド３３０がＡＴＣシャンク１２０の溝部１２５から外れてホルダ１００が回転できるようになっている。なお、支持体３００は、主に３つのブロック３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃからなり、ボルト３２９，３３９を介して互いに固定されている。

クランプ軸２００は、その先端が断面矩形状をなしてこれに対応するチャック４００の摺動部に嵌合することで回転しないようになっており、これによって主軸１０の回動に基づくホルダ側送りネジ部１３１とクランプ側送りネジ部２０１との動きが協働してクランプ軸２００がホルダ１００から進退可能となっている。そして、クランプ軸２００の進退に応じてチャック開閉機能を介してチャック４００が開閉し、チャック先端がワーク５０の一部を挟んだり離したりしてワーク５０を位置決めするようになっている。

チャック４００は、支持体３００のクランプ軸２００よりも主軸１０と反対方向に設けられかつ開閉機能を有している。チャック４００の開閉機構は、平面視Ｌ型の２つのアーム４１０とこれを支持するアーム支持部４２０を有し、各アーム４１０の折れ曲がり部４１１はアーム支持部４２０に形成される支点ピン４２１に嵌り、各アーム４１０のワークチャック側と反対側の基端部には半長円状の切欠き４１４ａが形成されている。そして、切欠き周囲のアーム４１０が互いに重なり合った状態で切欠き同士が協働して長孔４１４ｂを形成し、クランプ軸２００の主軸１０と反対側の先端側に突出形成された係合ピン２２１に長孔４１４ｂが係合している。

チャック４００の先端には円錐型の爪部（ワーク位置決め部）４３０が備わっている。ワーク５０はカムシャフトからなり、爪部同士によるカムシャフトの位相決め凸部５１の挟み込みや開放を繰り返すことで、カムシャフトの位相決め凸部５１の延在方向がマシニングセンタの主軸１０の中心軸線方向に合致するようになっている。

以下、本発明の一実施形態に係るワーク位置決め装置１の作用について図面に基づいて説明する。図４は、本発明に係るワーク位置決め装置１の作用を説明する図で、チャック４００が完全に閉じてワーク５０の位相決め凸部５１を爪部４３０で挟み込んだ状態を示す図である。また、図５は、図４に示した状態からチャック４００が開き始めた状態を示す図である。また、図６は、図５に示した状態に続いてチャック４００が完全に開いた状態を示す図である。

ワーク位相決めの作業手順としては、最初にツールホルダチャック１１０を主軸１０に取付けると共に、連結ピン本体端部の位置決め面３２５を主軸１０のハウジング２０に備わった位置決め穴２１に係合させる。これによって、連結ピン３２０がスプリング３２１の付勢力に抗してチャック側にまず移動すると共に、回り止めロッド３３０がＡＴＣシャンク１２０の溝部１２５から抜けてホルダ１００が支持体３００に対して回転自在な状態になる。

そして、ワーク５０の位相決め凸部５１を図４に示すようにチャック４００の爪部４３０に位置合わせする。この際のワーク５０はカムシャフトであるが、カムシャフト両端部のセンター穴を位置決めピン（ここでは図示せず）で挟んでワーク５０を固定し、位相決め凸部５１がアーム先端の爪部４３０の間に入るように仮位置決めする。

そして、主軸１０を例えば一方向に３回転ほど回転させる。これによって、ＡＴＣシャンク１２０と一体となった円筒状ナット１３０が回転する。この際、円筒状ナット１３０は第１軸受け３０１を介して支持体３００に軸支されているので、滑らかに回転する。この円筒状ナット１３０の回転に伴い、ホルダ側送りネジ部１３１とクランプ軸側送りネジ部２０１とが協働してクランプ軸２００が主軸１０から離れる方向に送り出される。この際、クランプ軸２００の先端はアーム支持部４２０によって回転方向に拘束されているので、回転しないまま送り出される。また、クランプ軸２００は、第２軸受け３０２によって支持体３００に摺動可能に支持されているので、滑らかに送り出される。

これに伴ってクランプ軸２００の係合ピン２２１がチャック４００の２つのアーム４１０によって形成された長孔４１４ｂを前方に押し出し、両アーム４１０が支点ピン４２１を中心にテコの原理で回転し、両アーム４１０の先端が拡開する（図５参照）。

主軸１０を更に回転させると、クランプ軸２００が更に押し出され、クランプ軸２００の係合ピン２２１がアーム４１０に形成された長孔４１４ｂをさらに前方に押し出し、これによって両アーム４１０の先端がさらに拡開する。

クランプ軸２００はそのストッパ２０２が支持体３００のストッパ当接部３５１に当接することでその押し出しを停止する（図６参照）。

続いて、主軸１０を逆方向に３回転ほど回転させる。これによって、上述したチャック４００の動作と逆の動作が行われる。即ち、拡開したアーム４１０が図６から図４に示した順番で再び閉じてアーム先端の爪部４３０がワーク５０の位相決め凸部５１を挟み込む。

このような動作を数回繰り返してワーク５０の位相決め凸部５１の延在方向が主軸１０の軸線方向と合致するように位相決めする。そして、このワーク５０の位相決め作業が完了した後、主軸１０からワーク位置決め装置１を取り外して主軸１０にドリル等のツールを装着し、この場合カムシャフトであるワーク５０の所定部分に冷却用の穴などを穿設する加工作業を行う。

即ち、本実施形態に係るワーク位置決め装置１は主軸に着脱可能な位置決め装置、即ちマシニングセンタの主軸に着脱可能な位置決め装置であることを特徴としている。具体的には、マシニングセンタの工具クランプ機構を利用して主軸に取付けられた位置決め装置を、マシニングセンタの送り軸を利用して、治具の任意の位置に移動させ、ワークの位置決め（センタリングクランプ）を行う。位置決め装置の駆動及び動作検出は主軸の回転及びＮＣ座標にて行う。これによって、チャック専用の駆動源や動作検出が不要となるという本発明の付加的な作用効果も発揮する。

そして、主軸の工具クランプ機構により主軸に結合され、かつ主軸頭本体にて回転方向に拘束された位置決め装置において、主軸を回転させることにより、装置内のナットが回転し、それによりクランプ（ネジ）軸が前後することで位置決めチャックが開閉するようになっている。

上述したように従来のカムシャフト加工設備は治具に位置決め機構を持ち、ワークを前後のセンターにてクランプした後に位置決め、その後チャッキングを行っていたが、本発明に係るワーク（カムシャフト）位置決め装置よると、位置決め装置をマシニングセンタの主軸に持たせることで、シンプルかつワークの種類に対してフレキシブルな治具が実現可能となる。

以上説明したように本発明によるワーク位置決め装置によると、マシニングセンタの主軸に係合可能なクランプ部を有するホルダと、主軸の軸線と共通の軸線を有しかつホルダに形成されたホルダ側送りネジ部と、ホルダ側送りネジ部に螺合したクランプ軸側送りネジ部を有するクランプ軸とを有し、クランプ軸の進退に応じてチャック開閉機能を介してチャックが開閉し、チャック先端がワークの一部を掴んだり離したりしてワークを位置決めするようになったことで、治具にワークの位置決め機構を設ける必要がなくなる。これによって、様々なワークに対応でき、各ワークに対して固有の位置決め機構の備わった専用の治具を用意する必要がなくなり、製造コストを低減できる。

好ましくは、チャックは、平面視Ｌ型の２つのアームとこれを支持するアーム支持部を有し、各アームの折れ曲がり部は前記アーム支持部に形成される支点ピンに嵌り、各アームのワークチャック側と反対側の基端部には切欠きが形成されると共に、切欠き周囲のアームが互いに重なり合った状態で切欠き同士が協働して長孔を形成し、クランプ軸の主軸と反対側の先端部近傍に突出形成された係合ピンに長孔が係合しているのが良い。

また、好ましくは、チャックの先端には円錐型のワーク位置決め部が備わり、ワークはカムシャフトからなり、ワーク位置決め部同士によるカムシャフトの突出部の挟み込みや開放を繰り返すことで、カムシャフトの突出部の延在方向がマシニングセンタの主軸の中心軸線方向に合致するようにしたのが良い。

カムシャフトは、その位置決め部がカムシャフトごとに異なる場合が多いので、本発明に係るワーク位置決め装置を用いることで、位置決め部が異なるカムシャフトごとに専用の治具を用意する必要がない。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の具体的態様の一例を示したものに過ぎず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で様々な変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係るワーク位置決め装置を一部断面で示した側面図である。図１における矢視II-II方向から見た図である。図１における矢視III-III方向から見た図である。本発明の作用を説明する図で、チャックが完全に閉じてワークの位相決め凸部を爪部で挟み込んだ状態を示す図である。図４に示した状態からチャックが開き始めた状態を示す図である。図５に示した状態に続いてチャックが完全に開いた状態を示す図である。

符号の説明

１ワーク位置決め装置
１０主軸
２０ハウジング
２１位置決め穴
５０ワーク
５１位相決め凸部
１００ホルダ
１１０ツールホルダチャック
１２０ＡＴＣシャンク
１２１ボルト
１２５溝部
１３０円筒状ナット
１３１ホルダ側送りネジ部
２００クランプ軸
２０１クランプ軸側送りネジ部
２０２ストッパ
２１０軸受け摺動部
２２０チャック係合部
２２１係合ピン
３００支持体
３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃブロック
３０１第１軸受け
３０２第２軸受け
３０５カラー
３０６ナット
３１０連結部
３２０連結ピン
３２１スプリング
３２２ばね座部
３２３止め輪
３２５位置決め面
３２９，３３９ボルト
３３０回り止めロッド
３５１ストッパ当接部
４００チャック
４１０アーム
４１１折れ曲がり部
４１４ａ切欠き
４１４ｂ長孔
４２０アーム支持部
４２１支点ピン
４３０爪部（ワーク位置決め部）

Claims

マシニングセンタの主軸に係合可能なチャック部を有するホルダと、
前記主軸の軸線と共通の軸線を有しかつ前記ホルダに形成されたホルダ側送りネジ部と、
ホルダ側送りネジ部に螺合したクランプ軸側送りネジ部を有するクランプ軸と、
前記ホルダを回転自在に軸支すると共に前記クランプ軸を摺動自在に支持し、前記主軸を収容するハウジングに一部が固定された支持体と、
前記支持体のクランプ軸よりも前記主軸と反対方向に設けられかつチャック開閉機能を有したチャックとを備え、
前記クランプ軸は、前記チャックによって回転しないようになっており、前記主軸の回動に基づく前記ホルダ側送りネジ部とクランプ側送りネジ部との動きによって前記クランプ軸が前記ホルダから進退可能となっており、かつ前記クランプ軸の進退に応じて前記チャック開閉機能を介して前記チャックが開閉し、当該チャック先端がワークの一部を掴んだり離したりしてワークを位置決めするようになったことを特徴とするワークの位置決め装置。
前記チャックは、平面視Ｌ型の２つのアームとこれを支持するアーム支持部を有し、前記各アームの折れ曲がり部は前記アーム支持部に形成される支点ピンに嵌り、前記各アームのワークチャック側と反対側の基端部には切欠きが形成されると共に、前記切欠き周囲のアームが互いに重なり合った状態で前記切欠き同士が協働して長孔を形成し、前記クランプ軸の主軸と反対側の先端部近傍に突出形成された係合ピンに前記長孔が係合していることを特徴とする、請求項１に記載のワークの位置決め装置。