JP2015020275A - 被加工材を位置決めするクランプ装置、この種のクランプ装置を備える工作機械、この種のクランプ装置により被加工材を位置決めする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工材を特に優しくクランプする。
【解決手段】被加工材（４１）を位置決めするクランプ装置のクランプ要素（５）は、機能状態への移行時、まず調整駆動部（９）により相対的にクランプ初期位置に向かって互いに接近運動可能であり、クランプ初期位置においてクランプ要素（５）は、クランプ要素（５）間に被加工材（４１）が配置されているとき、被加工材（４１）の外面に対してそれぞれ力を加えないか、又はそれぞれのクランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿ってそれぞれのクランプ力より大きさに関して小さな力を加え、クランプ要素（５）は、調整駆動部（９）によりクランプ初期位置から互いに接近するように力が加えられ、これにより機能状態に移行可能であるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工材を加工する工作機械の加工装置に対して被加工材を位置決めするクランプ装置であって、２つのクランプ要素と、クランプ要素のために設けられ、サーボ駆動部として形成される調整駆動部と、を備え、調整駆動部により少なくとも一方のクランプ要素は、他方のクランプ要素に対して相対的に可動であり、これによりクランプ要素は、相対的に機能位置に向かって互いに接近運動可能かつ機能状態に移行可能であり、機能状態においてクランプ要素は、クランプ要素間に被加工材が配置されているとき、クランプ要素が互いに被加工材に対向し、被加工材の外面に対してそれぞれクランプ力を、それぞれのクランプ力の作用線に沿って加えることで、被加工材をクランプ要素間にクランプする、被加工材を位置決めするクランプ装置に関する。

また本発明は、被加工材を加工する加工装置と、被加工材を加工装置に対して位置決め可能なクランプ装置と、を備える、被加工材を加工する工作機械に関するとともに、上述のクランプ装置により実施される、被加工材を加工する工作機械の加工装置に対して被加工材を位置決めする方法であって、クランプ要素を、サーボ駆動部として形成される調整駆動部を用いて、相対的に互いに接近運動させ、これにより機能状態へと移行させ、機能状態においてクランプ要素は、クランプ要素間に被加工材が配置されているとき、クランプ要素が互いに被加工材に対向し、被加工材の外面に対してそれぞれクランプ力を、それぞれのクランプ力の作用線に沿って加えることで、被加工材をクランプ要素間にクランプする、被加工材を位置決めする方法に関する。

さらに本発明は、上述のクランプ装置を運転するコンピュータプログラム、上述のコンピュータプログラムを作成する方法及びコンピュータプログラム製品に関する。

本発明の従来技術は、下記特許文献１に開示されている。特許文献１は、加工すべき管をクランプするクランプチャックを有する管加工機を開示している。クランプチャックは、クランプ爪を有しており、クランプ爪は、電気式、空気圧式又は液圧式のアクチュエータにより、クランプチャックのクランプ中心の半径方向で、停止位置から機能位置へと移動する。この機能位置においてクランプ爪は、クランプ爪間に配置された管をクランプする。クランプ爪に設けられた圧力センサは、クランプ爪から機能位置で当該管に対して及ぼされる力を制御するために用いられる。

独国特許出願公開第１０２０１０００３８０７号明細書

本発明の課題は、工作機械において加工すべき被加工材を特に優しく、つまり被加工材を傷めることなくクランプすることを可能にすることである。

上記課題を解決するために、本発明に係る被加工材を位置決めするクランプ装置では、クランプ要素は、機能状態への移行時、まず調整駆動部により相対的にクランプ初期位置に向かって互いに接近運動可能であり、クランプ初期位置においてクランプ要素は、クランプ要素間に被加工材が配置されているとき、被加工材の外面に対してそれぞれ力を加えないか、又はそれぞれのクランプ力の作用線に沿ってそれぞれのクランプ力より大きさに関して小さな力を加え、クランプ要素は、調整駆動部によりクランプ初期位置から互いに接近するように力が加えられ、これにより機能状態に移行可能であるようにした。

本発明に係るクランプ装置の好ましい態様は、従属請求項に係る発明である。

好ましい態様において、クランプ初期位置に移動されたクランプ要素と、クランプ要素間に配置された被加工材との間に、クランプ力の作用線に沿って、遊びが存在し、クランプ要素は、調整駆動部によりクランプ初期位置から相対的に、クランプ要素の機能状態に対応する機能位置に向かって互いに接近運動可能である。

好ましい態様において、クランプ要素が調整駆動部によりクランプ初期位置へと移動可能な速度は、高さに関して、クランプ要素が調整駆動部によりクランプ初期位置から機能位置へと移動可能な速度よりも高い。

好ましい態様において、調整駆動部は、開ループ制御及び／又は閉ループ制御を行う制御装置を有し、制御装置により調整駆動部は、クランプ要素をクランプ初期位置へと移動させるためかつ／又はクランプ要素を機能状態へと移行させるために、クランプ要素が被加工材にクランプ力の作用線に沿って加える力の大きさに基づいて制御可能であり、かつ／又は制御装置により調整駆動部は、クランプ要素をクランプ初期位置へと移動させるためかつ／又はクランプ要素を機能状態へと移行させるために、クランプ要素が相互の相対運動時に占める位置に基づいて制御可能である。

好ましい態様において、クランプ要素は、可動、好ましくは一回転軸線周りに回転可能な支持構造に設けられている。

好ましい態様において、調整駆動部の少なくとも一部が、クランプ要素とともに可動の支持構造に設けられている。

好ましい態様において、調整駆動部の一部として、調整駆動部のサーボモータが、クランプ要素とともに可動の支持構造に設けられている。

好ましい態様において、調整駆動部は、空気圧式のサーボモータを有する空気圧式のサーボ駆動部として形成されており、空気圧式のサーボモータは、好ましくは空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットを有する。

好ましい態様において、調整駆動部は、数値制御装置を有し、数値制御装置は、調整駆動部近位の装置部分と、調整駆動部遠位の装置部分とを有し、数値制御装置の調整駆動部遠位の装置部分は、少なくとも１つの運転モードを設定し、運転モードにしたがって数値制御装置の調整駆動部近位の装置部分は、クランプ要素をクランプ初期位置へと移動させるためかつ／又はクランプ要素を機能状態へと移行させるために調整駆動部を制御する。

好ましい態様において、調整駆動部は、数値制御装置を有し、クランプ要素のクランプ初期位置は、好ましくは教示プロセスにより調整駆動部の数値制御装置内に格納可能である。

また上記課題を解決するために、本発明に係る被加工材を加工する工作機械では、クランプ装置は、上述のように形成されているようにした。

また上記課題を解決するために、本発明に係る被加工材を位置決めする方法では、クランプ要素を、機能状態への移行時、まず調整駆動部により相対的にクランプ初期位置に向かって互いに接近運動させ、クランプ初期位置においてクランプ要素は、クランプ要素間に被加工材が配置されているとき、被加工材の外面に対してそれぞれ力を加えないか、又はそれぞれのクランプ力の作用線に沿ってそれぞれのクランプ力より大きさに関して小さな力を加え、クランプ要素を、調整駆動部によりクランプ初期位置から互いに接近するように力を加え、これにより機能状態に移行させるようにした。

また上記課題を解決するために、本発明に係るコンピュータプログラムでは、コンピュータプログラムは、クランプ要素のために設けられた調整駆動部のために、コンピュータプログラムがクランプ装置の数値制御装置上で実行されると、上述の方法を実行する制御命令を含むようにした。

また上記課題を解決するために、本発明に係る上述のコンピュータプログラムを作成する方法では、コンピュータプログラムがクランプ装置の数値制御装置上で実行されると、上述の方法を実行する、クランプ要素のために設けられた調整駆動部のための制御命令を作成するようにした。

さらに上記課題を解決するために、本発明に係るコンピュータプログラム製品では、コンピュータプログラム製品は、コンピュータプログラム製品がデータ処理装置上で動作されると、上述の方法のすべてのステップを実施するために適合された符号化手段を有するようにした。

本発明では、被加工材を位置決めするクランプ装置の２つのクランプ要素の、機能状態への移行は、少なくとも２つの期間に分割されている。まず、クランプ要素は、本発明に係るクランプ装置の調整駆動部により相対的にクランプ初期位置に向かって互いに接近運動させられる。クランプ初期位置においてクランプ要素は、クランプすべき被加工材に対して力を加えないか、仮に加えても、クランプ力に対して数値的に減じられた力を加えるにすぎない。本発明に係るクランプ装置の調整駆動部は、サーボ駆動部として形成されており、これに応じてクランプ要素の運動を起こすために単数又は複数の電子制御式の駆動モータを有しているので、クランプ要素は、高精度にクランプ初期位置へと移動可能である。

クランプ要素のクランプ初期位置は、クランプ要素がクランプすべき被加工材に対して過大な力を加えてしまう可能性が確実に排除されているように、選択されている。このことは、いずれにしても、クランプ初期位置へと移動したクランプ要素と、クランプすべき被加工材との間に遊びが存在するか、又はクランプ初期位置に存在するクランプ要素が、無力に、クランプすべき被加工材の外面に当接するようになっている場合、保証されている。相応のクランプ初期位置は、クランプ要素のために、特に敏感な被加工材、例えば薄壁の、したがって容易に変形可能な管をクランプすべき場合に特に、選択される。

しかし、これとは別に、クランプ要素が、クランプすべき被加工材に対して、機能状態でクランプ要素から及ぼされるクランプ力の作用線に沿って、それぞれ、比較的小さな力を加えるようになっている、クランプ要素のクランプ初期位置も可能である。このようなクランプ初期位置は、本発明では特に、クランプすべき被加工材が、十分な剛性を有しており、したがって、クランプ初期位置に移動されたクランプ要素による負荷にも不都合な変形なしに耐える場合に用いられる。

いずれにしても、クランプ要素は、本発明に係るクランプ装置の調整駆動部により、クランプ初期位置から互いに接近するように力が加えられ、これにより機能状態に移行する。機能状態への移行のこの最終期間でも、クランプ要素は、サーボ駆動部として形成される調整駆動部により高い位置決め精度を伴って駆動される。特に、サーボ駆動部として形成される調整駆動部により、クランプ要素からクランプすべき被加工材に及ぼされるクランプ力が、慎重に、すなわち連続的かつ比較的低速に形成されることが保証可能である。クランプ要素によるクランプすべき被加工材の過負荷は、こうして確実に回避可能である。

互いに対応するように配置される両クランプ要素は、１つのクランプ要素対を形成し、好ましくは一緒に唯一の駆動モータにより同期的かつ逆向きに駆動される。

本発明に係る被加工材を位置決めするクランプ装置及び本発明に係る被加工材を位置決めする方法の自動化は、本発明に係るコンピュータプログラムにより実現される。本発明に係るコンピュータプログラムは、クランプ装置の数値制御装置上で実行される。数値制御装置は、クランプ要素のために設けられた調整駆動部を適切に制御する。

本発明に係るコンピュータプログラムは、その都度の使用事例に合わせて調整され、請求項１４記載の方法にしたがって作成される。その際、請求項１５に記載されているようなコンピュータプログラム製品が使用される。このコンピュータプログラム製品によって、使用者は、特に、本発明に係る被加工材を位置決めするクランプ装置及び本発明に係る被加工材を位置決めする方法を使用に関して制御するためのコンピュータプログラムをその場で生成することが可能である。

独立請求項に記載の発明の特別な態様は、従属請求項２乃至１０に看取可能である。

請求項２に示すように、本発明に係るクランプ装置の好ましい態様において、クランプ要素は、クランプ要素とクランプすべき被加工材との間に、機能状態でクランプ要素から及ぼされるクランプ力の作用線に沿って、遊びが存在するクランプ初期位置に移動可能である。したがって、互いに対向する両クランプ要素の少なくとも一方は、クランプ初期位置において、クランプすべき被加工材から間隔を保つので、クランプ要素のクランプ初期位置は、比較的大まかに調節可能であり、少なくとも狭い限度内で変更可能である。したがって、クランプ初期位置へのクランプ要素の移動の制御は、比較的手間を要さずに実施可能である。ただし、クランプ要素のクランプ初期位置が、クランプ要素の、機能状態への移行のための起点をなしているため、クランプ要素のクランプ初期位置の正確な検出が必要である。機能状態の達成は、請求項２に示すように、クランプ要素が、サーボ駆動部として形成される調整駆動部により高精度に、機能状態に対応する機能位置に向かって互いに接近運動することにより実現される。

加工装置に対する被加工材の位置決めに要する時間を最小化するために、本発明の別の好ましい態様において、両クランプ要素の、クランプ初期位置への移動は、クランプ要素の、クランプ初期位置から機能位置への移動よりも高い速度で実施される（請求項３）。

本発明に係るクランプ装置のクランプ要素のために設けられた調整駆動部の開ループ制御あるいは閉ループ制御のために、様々なパラメータが援用可能である。請求項４に示すように、本発明に係るクランプ装置の好ましい態様において、クランプ要素の調整駆動部は、クランプ要素をクランプ初期位置へと移動させるためかつ／又はクランプ要素を機能状態へと移行させるために調整駆動部を力及び／又は位置に基づいて制御する制御装置を有する。

多くの使用事例において、クランプ装置によりクランプされる被加工材は、対応する工作機械の加工装置に対して移動させる必要がある。この背景から、請求項５に記載の態様では、クランプ装置のクランプ要素が、可動、好ましくは回転可能な支持構造に設けられている。

この場合、アッセンブリ全体の構造的に簡単な構成についての利点の面から、本発明の別の好ましい態様において、調整駆動部の少なくとも一部、特に調整駆動部のサーボモータは、クランプ要素とともに可動の支持構造に設けられている（請求項６，７）。調整駆動部の当該コンポーネント、場合によっては調整駆動部の単数又は複数のサーボモータは、この場合、操作すべきクランプ要素の直接的な近傍に配置されている。支持構造は、後者の場合、本来のクランプ機能の他、対応する駆動機能も含む１つの構成ユニットを形成している。

様々な理由から、本発明の別の態様において、調整駆動部は、空気圧式のサーボモータを有する空気圧式のサーボ駆動部として形成されており、空気圧式のサーボモータは、特に空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットを有する（請求項８）。空気圧式のサーボモータ、特に空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットは、多くの使用事例において、正確に制御可能であって頑強な駆動ユニットとして実証されている。圧力媒体として必要とされる圧縮空気は、何ら問題なく提供可能であり、空気圧式のサーボモータが、本発明に係るクランプ装置の可動の支持構造に配置されており、クランプ装置の運転時に定置の圧縮空気発生器に対して相対的に運動する場合であっても、空気圧式のサーボモータに問題なく供給可能である。

本発明に係るクランプ装置の可動の支持構造への空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットの配置は、特に、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットを開ループ制御及び閉ループ制御するための個々の又はすべてのコンポーネントと組み合わされて、推奨される。空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットも、これに付随する制御技術も、クランプ装置の可動の支持構造に存在する場合、制御技術の当該コンポーネントと、これにより制御すべきピストン−シリンダ−ユニットとの間の距離は、最小化されている。これにより、例えば圧力損失は大幅に回避可能である。

本発明の請求項９に係る別の好ましい態様において、本発明に係るクランプ装置の調整駆動部の数値制御装置は、調整駆動部近位の装置部分と、調整駆動部遠位の装置部分とを有している。この場合、数値制御装置の調整駆動部遠位の装置部分は、少なくとも１つの運転モードを設定し、この運転モードにしたがって数値制御装置の調整駆動部近位の装置部分は、クランプ装置のクランプ要素をクランプ初期位置へと移動させるためかつ／又はクランプ要素を機能状態へと移行させるために調整駆動部を制御する。調整駆動部の数値制御装置の上述のような２部分構成は、本発明において、特に、調整駆動部の単数又は複数の数値制御すべきモータがクランプ要素と一緒に可動の支持構造に配置されている場合に実現されている。この場合、本発明の好ましい態様において、調整駆動部の数値制御装置の調整駆動部近位の装置部分は、同じく可動の支持構造に設けられている。したがって、可動の支持構造は、被加工材をクランプするために必要な装備のみならず、さらにこのために必要とされる制御インテリジェンスも兼備している。数値制御装置の調整駆動部遠位の装置部分は、上述のような場合、好ましくは、可動の支持構造から離れて配置されている。本発明における調整装置の調整駆動部の数値制御装置全体は、クランプ装置を備える工作機械の上位の機械制御部に統合されていてもよい。運転モードとして、数値制御装置の調整駆動部遠位の装置部分は、例えばクランプ装置のクランプ要素の力制御される操作又は行程制御、ひいては位置制御される操作を設定することが可能である。調整駆動部遠位の装置部分に由来する設定に基づいて、数値制御装置の調整駆動部近位の装置部分は、クランプ要素のために設けられた調整駆動部を制御する。数値制御装置の駆動部遠位の装置部分と駆動部近位の装置部分との間での制御信号の伝送は、有線により実施されても、非接触式にテレメトリシステムを用いて実施されてもよい。

別の好ましい態様において、本発明に係るクランプ装置の調整駆動部は、記憶装置を有する数値制御装置を有し、記憶装置内には、クランプ要素のクランプ初期位置が、好ましくは教示プロセスにより格納可能である（請求項１０）。

以下に、本発明について例示的な概略図を参照しながら詳説する。

管加工機において管を位置決めするクランプ装置を、４つのクランプ爪を有するクランプチャックが初期状態にある位置で示す斜視図である。 図１に示したクランプ装置の垂直平面図である。 図１及び図２に示したクランプ装置をクランプ爪なしで示す図である。 図１及び図２に示したクランプ装置を、図１に矢印ＩＶで示した方向から見た図である。 図１及び図２に示したクランプ装置を、図１に矢印Ｖで示した方向から見た図である。 図１及び図２に示したクランプ装置を、図１に矢印ＶＩで示した方向から見た図である。 図１乃至図６に示したクランプ装置を、クランプチャックが機能状態にある位置で示す図である。

図１に示すクランプ装置１は、管加工用の工作機械２の一部である。クランプ装置１は、加工装置、図示の実施の形態では工作機械２のレーザ切断ヘッド３に対して管を位置決めするために用いられる。

この目的のためにクランプ装置１は、クランプチャック４を有している。クランプチャック４は、本実施の形態では四つ爪チャックとして形成されており、これに応じてクランプ要素として計４つのクランプ爪５あるいはクランプジョーを有している（図２も参照）。クランプ爪５は、互いに対をなすように対向しており、したがって２つのクランプ爪対５／１，５／２を形成している。クランプ爪５の各々は、ローラ状のクランプ体６と、クランプ体６を回転可能に支承するクランプ体ホルダ７と、ガイドキャリッジ８とを有している。

サーボ駆動部として形成される調整駆動部９を用いて、クランプ爪対５／１のクランプ爪５は、クランプ軸線１０／１に沿って互いに相対的に移動調節可能であり、クランプ爪対５／２のクランプ爪５は、クランプ軸線１０／２に沿って互いに相対的に移動調節可能である。その際、クランプ爪対５／１のクランプ爪５を操作するために、調整駆動部９の調整駆動ユニット９／１が用いられる。相応に、クランプ爪対５／２のクランプ爪５を操作するために、調整駆動部９の調整駆動ユニット９／２が設けられている。クランプ爪５からクランプすべき管に及ぼされる力の作用線は、クランプ軸線１０／１，１０／２の方向で延びており、クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５から当該管に及ぼされる力は、互いに逆向きであり、大きさ及び作用線に関して互いに一致している。

調整駆動部９は、空気圧式のサーボ駆動部として形成されている。駆動モータとして調整駆動ユニット９／１は、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１を有し、調整駆動ユニット９／２は、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１２を有している。

両調整駆動ユニット９／１，９／２には、調整駆動部９の開ループ制御及び／又は閉ループ制御を行う１つの制御装置１３が割り当てられている。制御装置１３は、従来慣用の形式で圧力制御ユニット１４と弁ユニット１５とを有している。圧力制御ユニット１４と弁ユニット１５とは、協働して、ピストン−シリンダ−ユニット１１，１２の複動式のシリンダの両シリンダ室内に、その都度必要とされる圧力を作用させる。

この目的のために圧力制御ユニット１４及び弁ユニット１５は、制御装置１３の数値制御装置１６により制御される。数値制御装置１６は、調整駆動部近位の装置部分１６／１と、調整駆動部遠位の装置部分１６／２とを有しており、工作機械２の上位の機械数値制御部１７に統合されている。

数値制御装置１６の調整駆動部近位の装置部分１６／１は、調整駆動部９の空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２、圧力制御ユニット１４及び弁ユニット１５とともに、クランプ装置１の支持構造１８に取り付けられている一方、調整駆動部遠位の装置部分１６／２は、支持構造１８から離れて存在し、支持構造１８から分離されている。支持構造１８は、クランプ装置１の回転軸線１９周りに双方向矢印２０の方向で回転可能である。回転軸線１９周りの支持構造１８の回転運動も、機械数値制御部１７により制御される。回転軸線１９に沿ってクランプ爪対５／１，５／２は、互いにずらされている。両クランプ軸線１０／１，１０／２は、支持構造１８の回転軸線１９と交差している。その際、支持構造１８の回転軸線１９は、クランプ爪対５／１のクランプ中心２１（図５，６）と、クランプ爪対５／２のクランプ中心２２（図４）とを通って延びている。

調整駆動部９の圧縮空気供給部２４の、図１に概略的にのみ示した圧力発生器２３は、やはりクランプ装置１の支持構造１８から空間的に分離されている。回転軸線１９周りの支持構造１８の回転運動時、及び同じく可能な回転軸線１９に沿った支持構造１８の並進運動時、圧力発生器２３は定置にとどまる。従来慣用の構造形式の図示しないロータリフィードスルーを介して、圧力発生器２３は、調整駆動部９の、支持構造１８上に設置された空気圧系のコンポーネントに接続されている。

図１は、クランプ装置１を初期状態で示している。クランプチャック４は、最大限開放されており、クランプ爪対５／１，５／２の互いに対応するクランプ爪５は、それぞれのクランプ軸線１０／１，１０／２に沿って互いに最大限離間している。工作機械２のレーザ切断ヘッド３において加工すべき管をクランプするために、図１に示した状態を起点として、クランプ装置１の調整駆動部９のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２は、制御され、操作される。

図３に示すように、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１のピストンロッド２５は、第１の調整リング２６に枢設されている。第１の調整リング２６は、回転軸線１９と同心的に、回転軸線１９周りに回転可能に支持構造１８に支承されている。ピストンロッド２５の枢設箇所は、第１の調整リング２６のスライドガイド部２７に位置している。スライドガイド部２７には、第１の調整リング２６の直径方向で、別のスライドガイド部２８が対向している。スライドガイド部２７は、調整リング側のスライドガイドスリット２９を有し、スライドガイド部２８は、調整リング側のスライドガイドスリット３０を有している。スライドガイドスリット２９内には、図示しない制御ピンが強制案内されている。この制御ピン自体は、クランプ爪対５／１の図面で見て上側のクランプ爪５のガイドキャリッジ８の背面から突出している。相応に、スライドガイド部２８のスライドガイドスリット３０は、クランプ爪対５／１の図面で見て下側のクランプ爪５のガイドキャリッジ８の背面に設けられた同じく図示しない制御ピンを案内している。

空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１が、制御されて操作され、これに応じて空気圧式のピストン−シリンダ−ユニットのピストンロッド２５が、ピストンロッド２５の長手方向で移動すると、第１の調整リング２６は、第１の調整リング２６に設けられたスライドガイド部２７，２８を含め、支持構造１８の回転軸線１９周りに回転する。この回転は、クランプ爪対５／１の両クランプ爪５のガイドキャリッジ８の背面に設けられた制御ピンの、スライドガイドスリット２９，３０内での変位を伴う。他方、制御ピンの変位により、クランプ爪対５／１の両クランプ爪５の、クランプ軸線１０／１に沿った逆向きの運動が、結果として生じる。この運動時、クランプ爪対５／１の両クランプ爪５は、支持構造１８のガイドアーム３１，３２に案内されている。

相応に、クランプ爪対５／２の両クランプ爪５も、クランプ軸線１０／２に沿って移動調節される。

空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１２は、この目的のためにピストンロッド３３により第２の調整リング３４に枢設されている。第２の調整リング３４自体は、支持構造１８に回転可能に設置され、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１２によりクランプ装置１の回転軸線１９周りに回転可能である。第２の調整リング３４の回転運動は、この第２の調整リング３４に設けられたスライドガイド部３５，３６と、クランプ爪対５／２のクランプ爪５のガイドキャリッジ８の背面に設けられており、スライドガイド部３５，３６のスライドガイドスリット３７，３８に係合する制御ピンとを介して、クランプ爪対５／２の両クランプ爪５の、クランプ軸線１０／２に沿った逆向きの直線運動に変換される。クランプ爪対５／２のクランプ爪５の、クランプ軸線１０／２に沿った案内のために、支持構造１８のガイドアーム３９，４０が用いられる。

工作機械２のレーザ切断ヘッド３に対して位置決めすべき管をクランプする際の経過の詳細は、その都度の使用事例次第である。

その際、調整駆動部９の運転形式にとって、特に、クランプすべき管の壁厚さ及び壁厚さから結果的に生じる壁剛性並びに／又はその横断面寸法が重要となる。

クランプすべき管の壁剛性に基づいて、調整駆動部９の数値制御装置１６の、調整駆動部遠位の装置部分１６／２は、調整駆動部９、具体的には空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２のための運転モードを規定する。この運転モードにしたがって、調整駆動部９あるいはピストン−シリンダ−ユニット１１，１２は、数値制御装置１６の調整駆動部近位の装置部分１６／１により制御される。この関連において必要な、数値制御装置１６の調整駆動部遠位の装置部分１６／２と調整駆動部近位の装置部分１６／１との間での制御信号の伝送は、図示の実施の形態では、従来慣用のテレメトリシステムを用いて、ひいては非接触式に実現される。

厚壁の管をクランプするために、数値制御装置１６の調整駆動部遠位の装置部分１６／２は、調整駆動部近位の装置部分１６／１のために「最大の力によるクランプ」運転モードを設定する。この運転モードにおいて、クランプ装置１の調整駆動部９は、専ら力制御されている。

調整駆動部遠位の装置部分１６／２による設定に基づいて、調整駆動部近位の装置部分１６／１は、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２が最大の圧力で運転されるように、制御装置１３の圧力制御ユニット１４及び弁ユニット１５を制御する。その結果、クランプ爪対５／１の、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１により駆動される両クランプ爪５、及びクランプ爪対５／２の、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１２により駆動される両クランプ爪５は、等速の最大速度で、図１に示した初期位置からそれぞれ逆向きにクランプ中心２１あるいはクランプ中心２２に向かって移動する。その際、クランプすべき管の断面幾何学形状に基づいて、クランプ爪対５／１の両クランプ爪５は、クランプ爪対５／２の両クランプ爪５と同時にか、又はクランプ爪対５／２の両クランプ爪５に対して時間的にずらされて、クランプすべき管に突き当たる。クランプ爪対５／１，５／２の両クランプ爪５が、管外壁に突き当たると、この当接は、それぞれに対応する空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における圧力上昇により認知可能である。空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における、従来慣用の圧力センサにより測定される圧力は、当該クランプ爪対５／１，５／２の、互いに対向するクランプ爪５が、クランプすべき管の外面に対して、クランプ軸線１０／１あるいはクランプ軸線１０／２に沿って加えている力の大きさの尺度である。

空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２において、圧力上昇の開始が確認されると直ちに、数値制御装置１６の調整駆動部近位の装置部分１６／１は、圧力制御ユニット１４及び弁ユニット１５の相応の制御により、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における圧力を、調整駆動部近位の装置部分１６／１内に格納されており、クランプすべき管の剛性次第である最大値まで、ゆっくりと昇圧させる。ピストン−シリンダ−ユニット１１，１２におけるこのゆっくりとした圧力上昇に基づいて、クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、クランプすべき管に対して、まず小さな力を加えるにすぎない。その結果、各クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、管をそれぞれのクランプ軸線１０／１，１０／２に沿って、その都度他方のクランプ爪対５／１，５／２により妨害されることなく、センタリング可能である。最大の圧力は、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２において、クランプすべき管が両クランプ軸線１０／１，１０／２に沿ってセンタリングされて初めて形成される。

空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における最大の圧力に基づいて、クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、クランプ爪５間に配置された管に対して、それぞれ所定のクランプ力を加える。空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２において最大圧力が達成され、これに応じてクランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５においてクランプ力が達成されると、クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、当該管をクランプ爪５間にクランプしている機能状態にある。クランプ装置１に固定された管は、今や、回転軸線１９に沿ったクランプ装置１の移動と、回転軸線１９周りのクランプ装置１の回転とにより、工作機械のレーザ切断ヘッド３に対して位置決めあるいは移動可能である。

クランプ装置１にクランプすべき被加工材が、薄壁の、したがって容易に変形可能な管である場合、機械数値制御部１７、あるいは数値制御装置１６の調整駆動部遠位の装置部分１６／２は、調整駆動部９のために「ソフトタッチ」運転モードを設定する。この運転モードにおいて調整駆動部９は、クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５の機能状態への移行のために、部分的に行程制御されており、これにより位置制御されていることができる。

図１に示したクランプチャック４の初期状態を起点として、「ソフトタッチ」運転モードでは、調整駆動部９の制御装置１３の圧力制御ユニット１４及び弁ユニット１５は、数値制御装置１６の、調整駆動部近位の装置部分１６／１により、まず、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２に最大の圧力が作用し、これに応じて空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１のピストンロッド２５と、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１２のピストンロッド３３とが、図３に示した状態から出発して、最大の速度でそれぞれのシリンダから走出するように制御される。その結果、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２は、それぞれに対応配するクランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５を、当初、最大の速度でクランプ中心２１，２２に向かって駆動する。クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５の高速での運動は、個々のクランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５がクランプ軸線１０／１，１０／２に沿って、数値制御装置１６の調整駆動部近位の装置部分１６／１内に例えば教示プロセスにより格納されており、クランプ軸線１０／１，１０／２に沿ったクランプすべき管の断面寸法次第である位置に到達すると直ちに、終了する。このクランプ爪位置に到達したことは、図示しない従来慣用の構造形式の行程測定システムにより確認される。行程測定システムは、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２に設けられており、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２において、それぞれの対応するシリンダに対するピストンロッド２５，３３の走出長さを測定する。

クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５が、高速での運動の終了時、クランプ軸線１０／１あるいはクランプ軸線１０／２に沿って互いに接近運動した位置は、それぞれのクランプ初期位置である。

クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、クランプ初期位置を占めたとき、図示の実施の形態では、クランプ軸線１０／１，１０／２に沿ってなおも僅かに、クランプすべき管の外面から離間している。択一的には、クランプ爪５が、クランプすべき管の外面に対して無力に、しかし遊びなしに当接しているように、クランプ爪５のクランプ初期位置を選択することも可能である。両態様において、クランプ初期位置へのクランプ爪運動は、専ら行程制御あるいは位置制御されている。

クランプ爪５がクランプ初期位置において、クランプすべき管に対して小さな力をクランプ中心２１，２２の方向で加えるようにすることも可能である。この場合、クランプ初期位置へのクランプ爪５の移動は、既に力制御されている。空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における圧力が、クランプ爪５がクランプすべき管に対して加える所定の小さな力に相当する値に達すると、このことは、クランプ爪５がクランプ初期位置に到達したことの指標である。

クランプすべき被加工材とクランプ爪５との間に、クランプ軸線１０／１，１０／２に沿って、なおも若干の遊びが存在しているか、又はクランプ爪５が、クランプ初期位置で無力に、しかし遊びなしに、クランプすべき管の外面に当接しているように、クランプ爪５のクランプ初期位置を選択した場合は、クランプ爪５が機能状態へと移行する後続の最終段階のみが、力制御される。

クランプ爪５が、その都度の所定のクランプ初期位置に到達した後、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２において、圧力がゆっくりと、そして連続的に高められる。クランプ爪５がクランプ初期位置においてクランプすべき被加工材からなおも離間している場合、個々のクランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２に作用する圧力の上昇の結果、逆向きにクランプ軸線１０／１，１０／２に沿って、クランプすべき管の外面に当接するまで移動する。空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における圧力上昇の継続は、今や実質的に定置にあるクランプ爪５から管に及ぼされる力の、クランプ力に到達するまでの上昇を生じる。このクランプ力の大きさは、クランプすべき管の剛性に基づいて、数値制御装置１６の調整駆動部近位の装置部分１６／１内に格納されている。クランプ力が達成されると、あるいは空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２において、クランプ力に対応する圧力が達成されると、クランプ爪５は、機能状態にあり、クランプ装置１の調整駆動部９は、停止される。

クランプ爪５が、クランプ初期位置において、クランプすべき管の外面に、既に無力に当接しているか、又は僅かな力を働かせながら当接している場合、ピストン−シリンダ−ユニット１１，１２における圧力上昇は、直接、クランプ爪５からクランプ軸線１０／１，１０／２に沿ってクランプすべき管に対して及ぼされる力の形成又は増大を生じる。これらの場合も、調整駆動部９は、空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット１１，１２に設けられた圧力センサによりそれぞれ、クランプ力に対応する圧力の達成が確認されると直ちに、停止される。

図７は、クランプ装置１を、クランプ爪５が機能状態に移行した状態で示している。両クランプ爪対５／１，５／２のクランプ爪５は、概略的に示した管４１に対して、それぞれ、所定のクランプ力を加えている。管４１は、点対称の長方形断面を有している。この長方形断面の対称中心を通って、管長手方向軸線は延びている。管長手方向軸線は、クランプ装置１の回転軸線１９と一致している。

１ クランプ装置、 ２ 工作機械、 ３ レーザ切断ヘッド、 ４ クランプチャック、 ５ クランプ爪、 ５／１，５／２ クランプ爪対、 ６ クランプ体、 ７ クランプ体ホルダ、 ８ ガイドキャリッジ、 ９ 調整駆動部、 ９／１，９／２ 調整駆動ユニット、 １０／１，１０／２ クランプ軸線、 １１，１２ ピストン−シリンダ−ユニット、 １３ 制御装置、 １４ 圧力制御ユニット、 １５ 弁ユニット、 １６ 数値制御装置、 １６／１ 調整駆動部近位の装置部分、 １６／２ 調整駆動部遠位の装置部分、 １７ 機械数値制御部、 １８ 支持構造、 １９ 回転軸線、 ２０ 回転運動、 ２１，２２ クランプ中心、 ２３ 圧力発生器、 ２４ 圧縮空気供給部、 ２５ ピストンロッド、 ２６ 第１の調整リング、 ２７，２８ スライドガイド部、 ２９，３０ スライドガイドスリット、 ３１，３２ ガイドアーム、 ３３ ピストンロッド、 ３４ 第２の調整リング、 ３５，３６ スライドガイド部、 ３７，３８ スライドガイドスリット、 ３９，４０ ガイドアーム

Claims (15)

1. 被加工材（４１）を加工する工作機械（２）の加工装置（３）に対して被加工材（４１）を位置決めするクランプ装置であって、
   ２つのクランプ要素（５）と、
   前記クランプ要素（５）のために設けられ、サーボ駆動部として形成される調整駆動部（９）と、
   を備え、前記調整駆動部（９）により少なくとも一方の前記クランプ要素（５）は、他方の前記クランプ要素（５）に対して相対的に可動であり、これにより前記クランプ要素（５）は、相対的に互いに接近運動可能かつ機能状態に移行可能であり、該機能状態において前記クランプ要素（５）は、該クランプ要素（５）間に被加工材（４１）が配置されているとき、前記クランプ要素（５）が互いに被加工材（４１）に対向し、被加工材（４１）の外面に対してそれぞれクランプ力を、それぞれのクランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿って加えることで、被加工材（４１）を前記クランプ要素（５）間にクランプする、
   被加工材（４１）を位置決めするクランプ装置において、
   前記クランプ要素（５）は、前記機能状態への移行時、まず前記調整駆動部（９）により相対的にクランプ初期位置に向かって互いに接近運動可能であり、該クランプ初期位置において前記クランプ要素（５）は、該クランプ要素（５）間に被加工材（４１）が配置されているとき、被加工材（４１）の外面に対してそれぞれ力を加えないか、又はそれぞれのクランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿ってそれぞれのクランプ力より大きさに関して小さな力を加え、
   前記クランプ要素（５）は、前記調整駆動部（９）により前記クランプ初期位置から互いに接近するように力が加えられ、これにより前記機能状態に移行可能である、
   ことを特徴とする、被加工材を位置決めするクランプ装置。
2. 前記クランプ初期位置に移動された前記クランプ要素（５）と、該クランプ要素（５）間に配置された被加工材（４１）との間に、クランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿って、遊びが存在し、前記クランプ要素（５）は、前記調整駆動部（９）により前記クランプ初期位置から相対的に、前記クランプ要素（５）の前記機能状態に対応する機能位置に向かって互いに接近運動可能である、請求項１記載のクランプ装置。
3. 前記クランプ要素（５）が前記調整駆動部（９）により前記クランプ初期位置へと移動可能な速度は、前記クランプ要素（５）が前記調整駆動部（９）により前記クランプ初期位置から前記機能位置へと移動可能な速度よりも高い、請求項２記載のクランプ装置。
4. 前記調整駆動部（９）は、開ループ制御及び／又は閉ループ制御を行う制御装置（１３）を有し、
   前記制御装置（１３）により前記調整駆動部（９）は、前記クランプ要素（５）を前記クランプ初期位置へと移動させるためかつ／又は前記クランプ要素（５）を前記機能状態へと移行させるために、前記クランプ要素（５）が前記被加工材（４１）に前記クランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿って加える力の大きさに基づいて制御可能であり、かつ／又は
   前記制御装置（１３）により前記調整駆動部（９）は、前記クランプ要素（５）を前記クランプ初期位置へと移動させるためかつ／又は前記クランプ要素（５）を前記機能状態へと移行させるために、前記クランプ要素（５）が相互の相対運動時に占める位置に基づいて制御可能である、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のクランプ装置。
5. 前記クランプ要素（５）は、可動、好ましくは一回転軸線（１９）周りに回転可能な支持構造（１８）に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載のクランプ装置。
6. 前記調整駆動部（９）の少なくとも一部が、前記クランプ要素（５）とともに前記可動の支持構造（１８）に設けられている、請求項５記載のクランプ装置。
7. 前記調整駆動部（９）の一部として、前記調整駆動部（９）のサーボモータが、前記クランプ要素（５）とともに前記可動の支持構造（１８）に設けられている、請求項６記載のクランプ装置。
8. 前記調整駆動部（９）は、空気圧式のサーボモータを有する空気圧式のサーボ駆動部として形成されており、該空気圧式のサーボモータは、好ましくは空気圧式のピストン−シリンダ−ユニット（１１，１２）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載のクランプ装置。
9. 前記調整駆動部（９）は、数値制御装置（１６）を有し、該数値制御装置（１６）は、調整駆動部近位の装置部分（１６／１）と、調整駆動部遠位の装置部分（１６／２）とを有し、前記数値制御装置（１６）の前記調整駆動部遠位の装置部分（１６／２）は、少なくとも１つの運転モードを設定し、該運転モードにしたがって前記数値制御装置（１６）の前記調整駆動部近位の装置部分（１６／１）は、前記クランプ要素（５）を前記クランプ初期位置へと移動させるためかつ／又は前記クランプ要素（５）を前記機能状態へと移行させるために前記調整駆動部（９）を制御する、請求項１から８までのいずれか１項記載のクランプ装置。
10. 前記調整駆動部（９）は、数値制御装置（１６）を有し、前記クランプ要素（５）のクランプ初期位置は、好ましくは教示プロセスにより前記調整駆動部（９）の前記数値制御装置（１６）内に格納可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載のクランプ装置。
11. 被加工材（４１）を加工する加工装置（３）と、
    被加工材（４１）を前記加工装置（３）に対して位置決め可能なクランプ装置（１）と、
    を備える、被加工材（４１）を加工する工作機械であって、
    前記クランプ装置（１）は、請求項１から１０までのいずれか１項にしたがって構成されていることを特徴とする、被加工材を加工する工作機械。
12. 請求項１から１０までのいずれか１項記載のクランプ装置（１）により実施される、被加工材（４１）を加工する工作機械（２）の加工装置（３）に対して被加工材（４１）を位置決めする方法であって、前記クランプ要素（５）を、サーボ駆動部として形成される調整駆動部（９）を用いて、相対的に互いに接近運動させ、これにより機能状態へと移行させ、該機能状態において前記クランプ要素（５）は、該クランプ要素（５）間に被加工材（４１）が配置されているとき、前記クランプ要素（５）が互いに被加工材（４１）に対向し、被加工材（４１）の外面に対してそれぞれクランプ力を、それぞれのクランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿って加えることで、前記被加工材（４１）を前記クランプ要素（５）間にクランプする、
    被加工材（４１）を位置決めする方法において、
    前記クランプ要素（５）を、前記機能状態への移行時、まず前記調整駆動部（９）により相対的にクランプ初期位置に向かって互いに接近運動させ、該クランプ初期位置において前記クランプ要素（５）は、該クランプ要素（５）間に被加工材（４１）が配置されているとき、被加工材（４１）の外面に対してそれぞれ力を加えないか、又はそれぞれのクランプ力の作用線（１０／１，１０／２）に沿ってそれぞれのクランプ力より大きさに関して小さな力を加え、
    前記クランプ要素（５）を、前記調整駆動部（９）により前記クランプ初期位置から互いに接近するように力を加え、これにより前記機能状態に移行させる、
    ことを特徴とする、被加工材を位置決めする方法。
13. 請求項１から１０までのいずれか１項記載のクランプ装置（１）を運転するコンピュータプログラムであって、
    前記コンピュータプログラムは、前記クランプ要素（５）のために設けられた調整駆動部（９）のために、前記コンピュータプログラムが前記クランプ装置（１）の数値制御装置（１６）上で実行されると、請求項１２記載の方法を実行する制御命令を含むことを特徴とする、コンピュータプログラム。
14. 請求項１３記載のコンピュータプログラムを作成する方法であって、
    前記コンピュータプログラムが前記クランプ装置（１）の数値制御装置（１６）上で実行されると、請求項１２記載の方法を実行する、前記クランプ要素（５）のために設けられた調整駆動部（９）のための制御命令を作成すること特徴とする、コンピュータプログラムを作成する方法。
15. コンピュータプログラム製品であって、
    前記コンピュータプログラム製品は、該コンピュータプログラム製品がデータ処理装置上で動作されると、請求項１４記載の方法のすべてのステップを実施するために適合された符号化手段を有することを特徴とする、コンピュータプログラム製品。