JP2940923B2

JP2940923B2 - 治具自動設計装置および治具の設計方法

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Publication number: JP2940923B2
Application number: JP63268326A
Authority: JP
Inventors: 直五島; 勝川野
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1999-08-25
Anticipated expiration: 2014-08-25
Also published as: JPH02115978A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ワークに、例えば溶接，組み付け，固定，
切削等の作業を行なうために、該ワーク若しくは工具等
を固定，案内等するための治具の、例えば、コンピユー
タシステム等を利用した自動設計装置、並びに、治具の
設計方法に関し、特に、そのワークに対する特有の作業
部位を有する治具の自動設計の改良に関する。

（従来の技術）従来の所謂CAD/CAMと称される設計支援システムにお
いては、大旨、次のような設計手法を用いている。

設計対象のワークが複数の部品から構成されている場
合、個々の部品に関する図形データベースは実際の部品
の形状に略対応している。例えば、ある部品がある縦×
横×高さ比によつて基本的に特徴付けられているとき
は、その図形データも同じ縦×横×高さ比を持つてい
る。図形データベースには、各種部品についての図形デ
ータが、また、同一部品についても各種態様の図形デー
タが前もつて登録されている。従つて、どの部品を選択
するか、同じ部品でもどのような形態の部品を選択する
かは、オペレータが指示するか、プログラム的に指示す
るかの差異はあつても、表示されるものは、指示された
部品に等価な図形が表示されるだけである。例えば、特
開昭62−137219号は、金型の自動設計に関する技術であ
るが、表示図形に関して言えば、上記のことは、そのま
ま、この特開昭の技術にあてはまる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、設計される治具が、ワークをクランプする
場合等のように、ワーク側の被加工部位形状が治具側の
加工部位形状と一致している等、密接に関連し合つてい
る必要がある。例えば、加工がクランプである場合は、
ワーク側と治具側の当接面形状が一致していなければ、
クランプ動作はうまく行かない。

ところが、上記従来技術では、治具側の加工面形状は
ワーク側の被加工面形状を手作業によつて読取つた数値
等を入力して間接的に設計されていたので、それに基づ
き製作された治具を用いてワークを加工（例えばクラン
プ）しても、加工精度が上がらなかつた。

そこで、本発明は上述従来例の欠点を除去するために
提案されたもので、ワークに対する特有の作業部位を有
する治具を、精度高く且つ低コストで自動的に設計でき
る治具の自動設計装置及び設計方法を提案するところに
ある。

（課題を解決するための手段及び作用）上記課題を達成するための本発明の、ワークに作業す
るための作業部位を有する治具を自動的に設計する治具
自動設計装置は、ワークの形状及び作業部位に関連するデータを記憶す
る第１の記憶手段と、治具の構造を基礎的に表わす基礎関係モデルを生成す
るモデル生成手段と、該治具がワークに直接当接する部分を含む治具全体の
形状仕様を、上記第１の記憶手段内の前記ワークの形状
及び作業部位に関連するデータを出発点とし、前記モデ
ル生成手段により生成された基礎関係モデルを用いて生
成する仕様生成手段と、標準部品の仕様を記憶する第２の記憶手段と、前記仕様生成手段が生成した治具の形状仕様と、前記
第２の記憶手段に記憶されている標準部品の仕様とに基
づいて、使用可能な標準部品を選択する選択手段と、使用可能な標準部品が存在しない場合に、該治具の一
部の、前記作業部位以外の部分の仕様を創成するための
創成条件を生成する創成条件生成手段とを具備したこと
を特徴とする。

また、設計方法に関わる本発明の、ワークに作業する
ための作業部位を有する治具を自動的に設計する治具設
計方法は、ワークの形状及び作業部位に関連するデータを記憶す
る工程と、標準部品の仕様を記憶する工程と、該治具の構造を基礎的に表わす基礎関係モデルを生成
するモデル生成工程と、該治具がワークに直接当接する部分を含む治具本体の
形状仕様を、記憶されているワークの形状及び作業部位
に関連するデータを出発点とし、生成された前記基礎関
係モデルを用いて生成する仕様生成工程と、前記仕様生成工程において生成された治具の形状仕様
と、記憶されている標準部品の仕様とに基づいて、使用
可能な標準部品を選択する選択工程と、使用可能な標準部品が存在しない場合に、該治具の一
部の、前記作業部位以外の部分の仕様を創成するための
創成条件を生成する創成条件生成工程とを具備したこと
を特徴とする。

（実施例）以下添付図面を参照して、本発明を、部品から完成品
に組立てる自動車の車体組立ラインで使われる治具であ
つて、そのライン上で該部品を固定するために用いられ
る治具を自動設計するためのCADシステムに適用した実
施例を説明する。

〈実施例の概念〉第１図及び第２図はこの実施例に係るCADシステムの
概念を示す。このCADシステムでは、出発点は加工面に
関する基準データと、基礎関係モデルである。この基準
データと、基礎関係モデルについては後に詳述するが、
基準データとは少なくとも、加工部位に関連するデータ
を含むものであり、基礎関係モデルとは、治具を構成す
る部品の可動部分と非可動部分とからなる構成部品とそ
の機構学的関係を示す数式モデル（「機構モデル」と称
す）あるいは幾何学的関係を示す数式モデル（「幾何学
モデル」と称す）である。幾何学モデルとは部品間の配
置関係、ワーク形状からの「スキ」（逃げ量）等を表現
する。

これら基準データと基礎関係モデルとから、部品の構
造モデルが生成される。構造モデルは、基準データと基
礎関係モデルから設計されたところの、設計対象の治具
ユニツトを特定する『仕様』（『備品仕様』等ような概
念）の集合であり、ユニツトに１対１に対応する。ユニ
ツト構造の全体は、１つの部品の仕様が決まることによ
り、その仕様が他の部品の設計条件の１つになり、この
他の部品の仕様が決まる、この他の部品の決定仕様が更
に他の部品の設計条件の１つとなる、次に‥‥‥、とい
うように連係的にユニツト構造が具体化されていく。設
計中の具体的なデータの格納場所として「設計データベ
ース」が使われる。第２図に示すように、『部品仕様』
は、既存の標準部品がこのシステム内に存在すれば、そ
の標準部品から所望のものを選択する『選択条件』に対
応する。もし、標準部品中に所望のものがなければ、こ
の部品仕様に基づいてこの部品仕様に近い形状を創成す
るための仕様（『創成条件』）となる。各データベース
間の入出力は、設計データベース中のユニツト構造レコ
ード（第14図）を介して行なわれる。

この治具設計システムによると、：人間の把握に適した『部品仕様概念の集合』として
の「構造モデル」が生成されるので、自動設計が極めて
容易である。従来のCADシステムでは、設計が具体的な
線図の集まりでしかなく、設計の途中段階では、未完成
な状態での線図が表示されても、それが適切なものであ
るか否かの把握は、人間には容易ではなかつた。

：また、この治具設計システムでは、『部品仕様概念
の集合』としての構造モデルに連係して、標準部品が選
択されるので、形状をオペレータの作図指示によつて作
成しなければならないものは最小限で済む。

：また、治具の当接面は、ワーク加工面データに基づ
いて直接生成されるので、加工精度が飛躍的に向上す
る。

〈実施例システムの概略〉第３図は実施例CADシステムの全体を示す図である。
このCADシステムは、第１に治具設計工数の削減を目的
としたものであり、第２にNC加工による精度向上と、第
３に標準化の促進を図らんとするものである。このよう
な目的のために該システムにおける自動設計のコンセプ
トは、＊設計手順，パターンをプログラム化し、＊標準部品をプログラム化し、＊設計条件入力に従い設計諸元（選択条件と創成条件）
の自動算出を行ない、＊選択条件に従つて適合する標準部品の検索と配置を行
ない、＊部品形状の自動創成を行ない（創成条件出力）、＊三次元データから直接二次元図面を作成し、＊三次元データから直接NCデータを生成するというものである。上記のコンセプトは以下の説明で明
らかになるものであるが、先ず、第３図により、システ
ムの構成について説明する。本CADシステムにおいて
は、３つの入力データベースと、１つの出力データベー
スが使われる。入力データベースは、当該治具の加工対
象になるワークに関するデータを含む『ワークマスタデ
ータベース（WDB）』１と、治具を標準部品で構成した
場合に使用される標準部品に関するデータを含む『標準
部品データベース（PDB）』２と、治具を構成する治具
構成部品とその機構学的関係あるいは幾何学的関係が数
式モデルとして記憶されている基礎関係モデル等を含む
『設計標準化データベース（SDB）』である。また、出
力データベースは『設計データベース』４である。

ワークマスタデータベース１は、主に、ワーク形状に
関する『ワーク形状データ』と、そのワークのどの位置
をその治具による加工対象位置とするかを示す『加工基
準データ』等からなる。ホストシステム３は、これら３
つの入力データベースを前もつて作成したものを記憶し
ておく。治具を設計する段になると、操作者はワークス
テーシヨン８を介して、ワークの種類、ワークの加工部
位（加工基準データ）、関係モデルの選定等の入力を行
なう。これらの入力を前提として、ホストシステム３
は、操作者と会話形式で、詳細設計を行なう。この際、
システム３は、選定入力された基礎関係モデル及びワー
ク加工部位とに基づいて、第３図に示すように、設計標
準化データベースとワークマスタデータベースとをサー
チして、『基礎関係モデル』から『構造モデル』を作成
する。構造モデルが作成されると、『ワーク形状デー
タ』から、この治具を表わす構造モデルとワークとの干
渉等の不適合を調べる。もし干渉があれば、干渉が起こ
らないように、ユニークな部位を設計し直す。このよう
にして設計された構造モデルに基づいて、「選択条件」
及び「創成条件」を出力する。出力された選択条件に従
つて、仕様が合致する標準部品を標準部品データベース
内にサーチして、設計データベースとして出力する。ま
た、創成条件に従つて設計部品を設計して、設計データ
ベースに出力する。この設計データベースから、治具分
解図、ユニツト図、総組図、部品表等と共に、NCデータ
を必要に応じて出力する。

〈設計対象治具〉第３図システムは種々のワークに対して、どのような
加工を行なうかによつて、色々の治具を自動設計できる
ものであるが、第４図に、そのようにして設計された治
具の一例の分解斜視図を示す。

この治具は、薄い鋼板からなるワークの一部分16をク
ランプするための治具であり、それは、シリンダ10と、
クランプアーム11と、ロケータ（受け板）12と、イケー
ル13等を主な構成要素とする。15はワーク16の加工基準
部位の形状を表わす。14は、このワーク16の加工基準部
位が当接するロケータ12側の受け面の形状を示す。第５
図は、該治具がベツド101上に組立られ固定された状態
で、ワーク16を挟持している状態の正面図である。治具
100はワーク16を受けるものであるために、この治具を
『受け台ユニツト』と呼ぶことにする。この受け台ユニ
ツト100がワーク16を挟持してクランプ動作を行なうた
めには、第５図に示すように、クランプアーム11がクラ
ンプ支点J₁の周りに回動動作を行なう必要がある。この
治具ユニツト100では、この回動動作をシリンダ10のピ
ストン動作を変換することにより得ている。即ち、シリ
ンダ10のロツド10aの端部がクランプアーム11の端部と
回動自在に支持される。クランプアーム11は、ロケータ
12に対して、クランプ支点J₁に回動自在に支持され、シ
リンダ10は支点J₂の周りに回動自在に支持される。シリ
ンダ10が実線で示した状態にあるときは、クランプアー
ム11はクランプ状態にあり、シリンダ10が一点鎖線で示
した状態にあるときは、クランプアーム10はクランプ状
態から、例えば70度開いた状態にある。

尚、ロケータ12はイケール13にボルトで固定され、イ
ケール13はベツド101にボルトで固定される。

〈標準部品〉第６図に、本CADシステムに用いられる標準部品の種
類と、その標準部品を特定する『選択条件』、『創成条
件』を示す。この標準部品としては、例として、７種類
とした。即ち、７つの標準部品の部品名は、『イケー
ル』モデル、『シリンダ』モデル、『クランプアーム』
モデル、『ロケータ』モデル、『ベツド』モデル、『シ
リンダブラケツト』モデル、『付属品』モデルである。
本システムの特徴の１つは、『標準部品』が『選択条
件』、『創成条件』という概念として把握されているこ
とである。即ち、例えば、『シリンダ』モデルという部
品概念があれば、その概念は先ず、シリンダという部品
名称によつて特定され、次に、シリンダのロツドの『ス
トローク長』、『ピストン径』によつて特定される。も
し、『シリンダ』モデルに対して、『ストローク長』、
『ピストン径』が特定されれば、実在する１つのシリン
ダが特定される。標準部品データベースPDBでは、この
ようにして特定された標準部品は端に形状寸法だけでな
く、例えば、供給メーカ名、重量、呼び形式、値段等の
非図形仕様も決定仕様として取出すことができるように
なつている。実際の表示図形は、これら特定された『ス
トローク長』、『ピストン径』に従つて、シリンダ図形
生成プログラムが生成する。従来のCADシステムにおい
ては、部品とは、その部品名により特定される『表示図
形データ』の集りであつたが、本システムでは、部品
は、『部品名』と『選択条件』若しくは『創成条件』に
特定される概念でしかない。即ち、自動設計は、概念と
して、『部品名』と『選択条件』若しくは『創成条件』
とに基づいて行なえばよく、もし、図形表示が必要であ
れば、標準部品プログラムが、部品名に従つて図形生成
を要求する機能コード等とともにコールされ、コールさ
れたプログラムが特定された創成条件に従つて図形を生
成すればよいことになる。また、図形表示は不要で、型
式名や呼び寸法、メーカ名などの部品仕様が必要であれ
ば、仕様を出力させる機能コードと共に標準部品プログ
ラムをコールすることにより実現される。

前述したように、構造モデルが形成されてゆく過程
で、１つの部品モデルがつくられると、その部品仕様が
他の部品の設計条件となつて、連係的にユニツト構造が
具体化されていく。第６図に示した表の設計条件の項
に、各部品の「設計条件」を挙げる。

〈基礎関係モデル〉ここで、基礎関係モデルの概念について説明する。本
CADシステムは、設計工数の削減を最大課題としている
から、操作者が指示入力すべきものは極力少ない方がよ
い。最も初原的なデータは、治具の機能である。即ち、
その治具はどのような目的に用いられるかである。例え
ば、この実施例のように、治具の機能はクランプという
動作である。クランプという機能に対して、本システム
は、クランプの形態を次のように前もつて定式化し分類
している。

（ａ）：ワーク受け面に対してクランプアームが左側に
伸びているか、右側に伸びているかによる分類。これ
は、ワークの形状が、どちらの方向に伸びているかによ
り決まる。第４図の例では、ワークは右側に伸びている
ので、クランプアームは左側に伸びている。

（ｂ）：シリンダロツドが伸びたときに、クランプ動作
を行なうのか、縮んだときにクランプ動作を行なうのか
による分類。

（ｃ）：イケールの支柱が、第４図に示すように、図面
の向こう側にあるのか、こちら側にあるのかによる分
類。

（ｄ）：シリンダ，クランプアームのロケータに対する
取付け形態による分類。例えば、クランプアームの端部
とシリンダロツドの端部とが直接連結されているのか、
または間にジヨイント部分が入るのか否か、クランプア
ームのロケータに対する取付け位置J₁が、シリンダのロ
ケータに対する取付け位置J₂よりも上にあるか、下にあ
るか等。

（ｅ）：クランプ力による分類。加工部位に対応したク
ランプ力の設定。

（ｆ）：アンクランプ角度（第５図の例においては70
度）による分類。

（ｇ）：クランプは１つのワークに対して複数箇所で行
なわれるか、そして、複数箇所で行なわれる場合に、夫
々複数個のシリンダ及びクランプアームは１つのロケー
タに指示されるのか、否か等である。この実施例のCADシステムでは、上記の分類
に従つて定式化した「基礎関係モデル」を複数準備し、
治具の形式別に組合わせてモデル化し、各モデルを選択
できるように、ワークステーシヨン８上にメニュー画面
として表示されるようにした。

基礎関係モデルは、代数演算式、論理判断式、ベクト
ル演算式、文字式等からなる数式モデルとして表わされ
る。本実施例システムでは、第６図に示すように、基礎
関係モデルは、ワーク受け面の特定、クランプ力等の特
定が行なわれれば、１つの基礎関係モデルが選択され
る。１つの基礎関係モデルから、それを構成する構造モ
デルが生成され、部品モデルの『選択条件』『創成条
件』が決定され、即ち、数式表現に過ぎなかつた基礎関
係モデルが肉付けされる。

第５図に示した受け台ユニツト100を例にして、基礎
関係モデルの数式モデルについて説明する。この数式モ
デルは、１つの基礎関係モデルに対して、そのモデルを
構成する部品モデル間の幾何学的配置関係を関数として
表わしたものである。第７図に、第５図に示した受け台
ユニツト100の幾何学モデルを示す。同図における記号
の意味は次の表の通りである。

第２図で述べたように、基礎関係モデルは、機構モデ
ルと幾何学モデルからなる。第７図に、第５図のユニツ
トを設計するための機構モデルを示す。尚、第７図に示
した機構モデルは、クランプとシリンダを含むだけであ
る。これは、イケール、ロケータには可動部分がないの
で、可動部分を有するシリンダ，クランプのみによりモ
デルを構成し、可動部分部品のみからモデルの構成を特
定して（即ち、『選択条件』を計算し）、次に非可動部
分を決定する（即ち、『創成条件』を計算する）ように
している。この機構モデルに基づいて、先ず、クランプ固定支点座標J₁ を求め、次に、クランプアーム長r₁ アンクランプ角度θ_Ｃグランプリンク長r₃ クランプロツド節点座標J₃ シリンダストローク長シリンダ内径φ_１シリンダ固定支点J₂ アンクランプ時のシリンダロツド長l₂ 等を求める。上記の量を求める過程において、最初の出
発点となる量は、ワーク16がクランプされる面の端点
P₁,P₂のワールド座標値、 P₁（Ｐ′_1x,P′_1y,P′_1z） P₂（Ｐ′_2x,P′_2y,P′_2z）と、アンクランプ時のクランプ端部の位置△X,△Ｙだけ
であり、これらの量から、幾何学モデルを決定する上記
量が得られる点が重要である。尚、説明の便宜上、Ｐ′_1z＝Ｐ′_2z を仮定している。

先ず、P₁,P₂座標のP₀基準への変換を行なつて、ロー
カル座標系でP₁,P₂を表わすと、 P_1x＝Ｐ′_1x−P_0x P_1y＝Ｐ′_1y−P_0y P_1z＝Ｐ′_1z−P_0z P_2x＝Ｐ′_2x−P_0x P_2y＝Ｐ′_2y−P_0y P_2z＝Ｐ′_2z−P_0z である。これから、クランプ面の傾き角θ_Ｆを求める
と、が得られる。以降は、このθ_Ｆと、ローカル座標系で表
わしたP₁,P₂とから諸量を求める。

クランプ支点座標値J₁ をクランプ面とＸ軸とが成す交線方向の単位ベクトルと
し、を点P₂からJ₁までのベクトルとし、をP₂からＱまでのベクトルとすると、であり、と表わせる。クランプアームは回転動作を行なうのであ
るから、である。ここで、と定義し、また△X,△Ｙを第７図に示した設計条件値と
すると、ベクトルは（４）式により、と表わされる。（２）（３）（４）式より、が得られ、これに（７）式を代入し、次のような変数変
換、 α≡ｘ−P_2x β≡ｙ−P_2y を行なうと次式が得られる。

従つて、（２）式よりであるから、であり、クランプ支点座標J_1x,J_1yはとなる。かくして、クランプ支点J₁の座標値が演算され
た。次に、クランプ支点座標J₁の有効範囲を考察する。

例えば、受け台ユニツト101のようなクランプユニツ
トの場合、アンクランプ時のクランプ端点は、ワーク形
状端からの離れ距離と、クランプ面からの高さにより、
その位置が制限される。即ち、アンクランプ端は該治具
へのワーク着脱を容易にするために、ワークより適切な
距離だけ離れなければならず、また、他の治具への干渉
を防ぎ、作業時の邪魔にならないようにするために、離
れ過ぎてもいけない、という設計条件が与えられる。こ
こで、ワーク形状端点は、ワーク形状データより容易に
得られるが、説明の便宜上、点P₁をワーク形状端とみな
した時のクランプアーム先端Ｑのアンクランプ時の離れ
量を△X,△Ｙとし、△Ｘの取り得る範囲を設計定数△X
_min,△X_maxとすれば、（５）式により、P_1x≦０のと
き、 P_1x−△X_min≧ｘ≧P_1x−△X_max ……（10）であり、また、P_1x＞０のとき、 P_1x＋△X_min≦Ｘ≦P_1x＋△X_max ……（11）となる範囲でJ_1xが有効となる。尚、△X_min,△X_maxは、
例えば、夫々30mm,100mmとする。

が得られる。

クランプリンク長r₃ ワーク16をクランプするのに必要な力を、面直方向に
図つて、F_C（＝例えば40Kg:設定定数）とし、シリンダ
の出力をF_aすると、クランプ始点回りに必要なモーメン
トM_Cは M_C＝F_Cr₁ である。このモーメントがシリンダによるモーメントと
釣り合うためには、シリンダの振れ角を最小にするとい
う「設計条件」を加えれば、であり、従つて、となる。一方、r₃はワーク端点よりアンクランプ端と同
様に、他の治具との干渉を防ぎ、作業の邪魔にならぬよ
う長くなり過ぎてはならないため、設計条件として、そ
の最大値:r_3maxが与えられると、 r₃≦r_3max となり、従つて、r₃は、の範囲で有効となる。

シリンダの出力Fa シリンダの出力は（15）式より、でなければならない。ここで、（15）（16）式はr₃若し
くはF_aのどちらかを事前に仮定した値を、例えば、標準
設計値等を用いて演算を開始し、後述する一連の演算を
繰返し、（15）（16）式が成立することを判定して、最
終的に決定される。

クランプロツドの節点座標J₃ 第８図は、クランプとロツドを接続する節点J₃をロー
カル座標系で導き出し易いように、第７図を書き換えた
ものである。第７図から容易に分るように、３つのベク
トル間に、が成り立つ。

∠J₄J₁J₃≡∠P₀J₁Q≡θ_Ｃであるから、となる。

シリンダの所要ストロークS₁ 第８図から、ストローク量は S₀＝2r₃・sin（θ_C/2）であることが分るから、所要ストローク長S₁は、余裕長
△Ｓ（例えば10mm:設計定数）を見込んで、 S₁＝S₀＋△Ｓとなる。

シリンダの選定シリンダ内径φ_１は、η_ａをシリンダ出力効率、Ｐを
シリンダ作動空気圧力として設計条件を与えると、 φ_１＝２・（F_a/η_aPπ）^1/2 で与えられる。シリンダの標準部品データベースをサー
チして、前記求めた所要ストロークS₁とこの内径φ_１と
を満足するシリンダ及びシリンダブラケツトを選定す
る。このようにして求められたシリンダ，ブラケツトか
ら、第９図に示すように、シリンダリンク長r₂、アンク
ランプ時のシリンダロツド長l₂、シリンダ長l₃を知る。

シリンダ固定支点座標J₂ シリンダ10をロケータに固定するための支点J₂は、第
７図から容易にして、アンクランプ時の支点座標位置J₄
から、 J_2x＝J_4x−sgn（P_1x）・r₂ J_2y＝J_4y−l₂ と得られる。尚、J₄はJ₃をθ_Ｃだけ回転した位置として
容易に求められる。

クランプ時のロツド長 l₁＝l₂＋S₀ である。

以上のようにして、クランプ面の形状（P₁,P₂の座
標）から、基礎関係モデルが選択され、クランプ力F_a、
そしてクランプアームのアンクランプ状態における位置
（アンクラ逃げ量）等が知れると、クランプアーム長r₁ アンクランプ角度θ_Ｃクランプリンク長r₃ クランプロツド節点座標J₃ が計算される。即ち、これらの値から、クランプアーム
が設計できる。次に、設計されたクランプアームに基づ
いて、クランプアームの諸元に規定されるシリンダ10のシリンダストローク長S₁ シリンダ内径φ_１シリンダ固定支点J₂ アンクランプ時のシリンダロツド長l₂ 等が選定される。即ち、可動部分のうち、クランプアー
ムは全体を設計し創成することになるが、シリンダは既
存の標準部品のなかから選択することになる。

以上のようにして、『選択条件』『創成条件』を演算
してゆく過程で、計算結果が実際にそぐわないことがあ
る。そこで、その判定を行なうことになる。第10図は、
クランプアームを例にしたその判定プログラムの一部で
ある。第10図のステツプS2は、前述した受け面データ等
の、創成条件の初期データの設定を行なう。ステップS4
では、クランプアームがアンクランプ位置にあるとき
に、受け面とベクトルとの成す角度θ_０を演算する。これは、ベクトルとの内積の定義から容易に計算され、である。このθ_０は論理的に90度を超えると本クランプ
構造は支点が求まらず成り立たないから、もし、θ_０≧
90゜ならば、選択した基礎関係モデルが不適当であると
して、ステツプS14で、クランプ構造の異なる次の基礎
関係モデルを選択することとする。

〈ロケータ形状の創成〉クランプアームのロケータへのクランプ支点J₁と、シ
リンダのロケータへの取付け支点J₂が決まるとロケータ
の形状創成が可能となる。

即ち、イケールは第６図の標準部品表に示されている
ように、タイプ及びベツド面からの基準高さ等によつて
決まる。イケールにロケータを接続する場合、接続を強
固にするために、接続は接続面上で最低限４つのボルト
止めが可能となるようにする必要がある。そして、ロケ
ータの上部分の幅（第11図において、AB間距離）は、J₁
と受け面位置とによつて規制される。また、ロケータの
下側部分の幅（第11図において、S₁S₂間距離）は、イケ
ールの幅によつて規制される。従つて、接続が最低限４
つのボルト止めによりなされるためには、第11図に示し
た４種類の形状パターンが論理的にあり得る。第11図
は、ロケータ側の端点A,Bと、イケール側の端点S₁,S₂と
から、いかなる論理判断に基づいて、ロケータのイケー
ル取付け部の形状を、上記４種類の形状パターンから選
択するかを示すものである。第11図において、x₁x₂X₁X₂
等は、次のように定義してある。

Ａ（x₁y₁）,B（x₂y₂） R₁（X₁Y_U）,R₂（X₂Y_U） S₁（X₁Y_L）,S₂（X₂Y_L）第11図に示した論理判断では、例えば、第１のパター
ンの論理判断において、ＢとS₂とを結ぶロケータ形状と
すると、R₂位置でボルト留めが不可能となる可能性があ
るから、そうならないように、ＢとR₂とを結ぶロケータ
形状としている。

尚、以上示した数式モデル及び設計条件は一例であ
り、その内容を限定するものではない。即ち、上記実施
例に更に別の条件を加えたり、数式処理を加えたりする
こともできる。

〈操作手順〉第12図は、本CADシステムの作業手順を示す。第13図
はその具体的な操作手順を示す。第13図に従つて操作手
順を説明する。尚、第13図の各ステツプの矩形で表わし
た部分は、ワークステーシヨンの表示画面である。

ステツプS20では、ベツド面方向、ベツド面高さ、並
びに、加工基準を入力する。加工基準の入力により、画
面にはワークが表示される。ステツプS22では、あたり
面の指示入力が行なわれる。ステツプS26では、受け面
の指示が行なわれる。ステツプS28では、設計条件を満
たすクランプアームのアンクランプ角度の表示と選択が
行なわれる。

これらの入力条件に基づいて、前述した基礎モデルに
従つて、選択条件、創成条件が計算され、ステツプS30
〜ステツプS36の処理が行なわれる。即ち、ステツプS3
0,ステツプS32では、選択条件に従つて、シリンダ及び
イケールの標準部品データベース内の検索が行なわれ、
検索されたシリンダ、イケールが表示される。ステツプ
S34では、ロケータの創成、表示が行なわれ、ステツプS
36では、クランプアームの創成表示が行なわれる。ステ
ツプS38では、完成された受け台ユニツトの外観が表示
される。ステツプS40では、ユニツトの図面出力が行な
われる。尚、受け台ユニツトは、１つのワークについて
複数個必要であるので、個々のユニツトについて、ステ
ツプS20〜ステツプS38を繰返す。また、ステツプS40に
は、便宜上、１つのユニツトとワークとの位置関係が表
示されている場合を示した。以下、このワークは、３つ
の受け台ユニツトにより支えられるものとして説明す
る。

ステツプS42ではベツド作成指示が行なわれる。ステ
ツプS44では、ベツド面形状の基準が入力される。この
基準は、第６図に示すように、ワーク形状に規制され
る。

第18図に示すように、ベツド面上のユニツトの配置デ
ータ（第15D図：後述）をもとにイケール取付け穴45や
シリンダがベツド面に干渉する場合のシリンダ逃がし穴
44が創成される。ステツプS46は、ベツド面の構造が生
成され、ステツプS48では、ベツド面上での座（第18図
の41）の配置が第18図のように表示され、ステツプS50
では、ベツド面全体の斜視図が表示される。また、ステ
ツプS52では、ベツドにユニツトを取付けた状態の図が
表示される。

尚、第18図において、40は上板であり、42は周囲のチ
ヤネル構造であり、43は内部構造体（フラツトバー）で
ある。イケール取付け穴45は、イケール取付け用の基準
ノツク穴とボルト穴からなる。取付け穴45及び逃がし穴
46とは、ベツド面上のクランプユニツトの配置データと
そのユニツトの構造モデルから生成される。

こうして、設計が終了すると、図面作成、NCデータ作
成が行なわれる。

〈システム内のデータ構造〉第14図は、本CADシステムにおける各データベース間
の関係を示す図である。第15A図〜第15F図は、第14図に
示したデータの流れを更に詳細に示したものである。ワ
ークマスタデータベース（WDB）は第15A図に示される。
また、第16A図〜第16D図は、治具ユニツト設計システム
における処理の概要である。

第14図及び第16図に従つて、データ構造の概略を説明
する。ワークステーシヨンからのユニツト作成指示があ
る（第16A図のステツプS100）と、自動設計の進捗状
態、例えば、現在までの作成ユニツト数等を管理するス
テータスレコード（第15B図）が作成されると共に、加
工基準（加工部位等）がワークステーシヨンに設定され
る（ステツプS104）。この加工基準から、WDB（第15A図
参照）内で、部位コードＫが選択される。この部位コー
ドは、１つのワークに複数ある加工部位を指すインデツ
クスである。WDBから出力されるものは、設計標準化デ
ータベースSDB（第15C図）に向けられた部位コードＫ
と、ステータスレコード（第15B図）及びユニツト構造
レコード（第15D図）に向けられたユニツト配置デー
タ、ワーク形状及び加工部位形状データである。ユニツ
ト配置データとは、当該作成される治具ユニツトのベツ
ド上での配置位置に関するデータである。

部位コードＫはSDB内で、第15C図に示すように、ユニ
ツト構造レコード、標準設計プロシデユア、設計評価関
数セツトを索引するのに使われる。ここで、標準設計プ
ロシデユアとは、各治具の形式にユニークなもので、例
えば第４図ユニツトの例であれば、選択部品であるシリ
ンダ、イケールを先に設計し、その後、この選択された
部品に基づいて、形状創成部品であるロケータ、クラン
プアームを設計する等という手順を含み、その手順に従
い、基礎関係モデルを生成表現するプログラムである。
評価関数セツトとは、各基礎関係モデルに対応して、例
えば、第７図〜第11図等で関連して説明した数式モデル
である。選択されたプロシデユア及び評価関数セツトに
従つて、治具の構造設計評価プログラムが起動される。
また、ユニツト構造レコードも初期化生成される。前述
のユニツト配置データ、ワーク形状及び加工部位形状デ
ータ、部品設計条件等の構造モデルはこのユニツト構造
レコード内に格納される。

起動された構造設計評価プログラムは、選択条件を部
品選択プログラムに、創成条件を部品形状創成プログラ
ムに出力する。部品選択プログラム及び部品創成プログ
ラムは夫々、選択条件、創成条件を要求仕様として標準
部品データベースRDB（第15E図）に出力し、決定仕様と
して入力する。これらのプログラムは決定仕様を構造設
計評価プログラムに返し、評価を行なう。

決定部品仕様は、形状創成プログラムが３次元形状デ
ータとして、治具設計データベース（DDB）に格納す
る。

第15F図に示すように、DDB内の３次元形状データに基
づいて図面作成プログラム、NCデータ生成プログラム
や、各種出力プログラムが二次元図面、NC加工データ等
を生成出力する。

第16A図〜第16D図の処理手順に従つて、構造モデル生
成（ステツプS108）から、各部品生成までの並列処理手
順を説明する。尚、これらの図面中のシンボルの意味は
第16E図に示される通りであるが、同図の（ａ）は各ユ
ニツトタイプに応じた評価関数が作用する処理を意味
し、（ｂ）はユニツト構造レコードにおける境界条件レ
コード内のデータ値を意味し、（ｃ）は治具設計データ
ベースDDBを意味し、（ｄ）は標準部品データベースPDB
を意味する。

ステツプS110で、クランプ支点J₁、リンク長r₂、シリ
ンダのストローク長S₂、シリンダ出力F_a、アンクランプ
角度θ_Ｃ等が決定されると、ステツプS112で、シリンダ
の仕様が決定され、標準部品データベースPDBから、決
定仕様のロツド長、型番等がデータベースから入力され
る。ステツプS116で、シリンダ取付け位置J₂がこの決定
仕様から計算され、ステツプS120で、シリンダ形状の生
成と配置が行なわれると共に、シリンダに関するデータ
がステツプS160で、イケール選定に使われる。

ステツプS130では、ステツプS110で計算されたクラン
プ支点座標J₁等と加工基準データに基づいて、クランプ
の形状創成が行なわれる。

ステツプS160では、加工基準の位置、ワークの断面形
状等とステツプS118で得られたシリンダ取付け位置J₂に
基づいてイケールの選定のための、イケール基準高さの
設定が行なわれる。イケールはステツプS164で、標準部
品データベースからイケールが選択される。

ロケータの形状創成はステツプS140以下で行なわれ
る。ステツプS140では、加工基準に基づいて、ロケータ
の受け面形状（クランプ面形状）の創成が行なわれる。
この受け面形状が、加工基準（ワーク受け面形状）に基
づいてなされるので、治具の加工精度の向上に寄与する
ことは前述した通りである。ステツプS144では、ロケー
タにおける、クランプアームの取付け位置J₁、シリンダ
取付け位置J₂、イケールのボルト取付け位置等が入力さ
れ、ロケータ形状が生成される。この点については、第
11図に関連して説明した通りである。

第17図は、１つのロケータに２つのシリンダ，クラン
プアームが取付けられるようなクランプユニツトの正面
図である。かかるユニツトに対する基礎関係モデルも、
第７図に示したものと異なるが、基本的なところは変り
がない。

〈実施例の効果〉以上説明した実施例によると、次の効果が得られる。

：加工基準データに含まれるワークの加工対象部位と
いう最も基本的な設計出発条件と、治具の部品構成をラ
フに表わす基礎関係モデルのみを前提として、これらか
ら、治具を構成する部品の構造モデルを順に、しかも連
係的に設計することができ、操作が容易で、効率のよい
自動設計をすることができる。

構成部品の基本的な機構学的な構造は基礎関係モデル
に含まれるために、そのために、設計者は、設計の過程
で、選択枝として表われる設計条件を単に選択すればよ
く、また、設計条件を演算するためにの複雑な計算もシ
ステムが行なうので、操作は極めて容易で、設計効率は
高い。

：治具の部品は、既存の部品から選ぶことができれ
ば、それに越したことはない。しかし、全ての部品を既
存の部品でまかなうことは常に可能というわけではな
い。治具には、同じ目的を持つものであつても、そのユ
ニツトが使われる条件によつて色々の形態をとらざるを
得ない。従つて、既存の部品にない場合は、その部品を
創成しなければならない。

この実施例によれば、この基礎関係モデルには、治具
を構成する部品が、選択されるべき部品（シリンダ、イ
ケール等）なのか、創成してもよい部品（クランプアー
ム，ロケータ，ベツド等）なのかの情報を含んでいる。
そして、構造モデルには出力として、既存部品が適合す
べき部品仕様からなる「選択条件」及び新たに形状が創
成されるべき部品が満たすべき部品仕様からなる「創成
条件」が含まれる。選択条件からは、既存の標準部品が
選ばれ、また、創成条件からは、選択された部品に機構
的に連係するよう最も合致した部品形状が創成される。

即ち、構造モデルとして出力される選択条件、創成条
件等は部品仕様の集合である。そこで、標準部品データ
ベースに部品形状の正確な情報、型番、メーカ名等種々
の情報を折り込めば、この部品仕様をインデツクスとし
て、標準部品データベースを検索して必要な情報は全て
得ることができる。例えば、部品表等も簡単に出力する
ことができる。

：また、上記実施例によれば、クランプ受け台ユニツ
トがワークに直接当接する部分の形状を、基準加工デー
タとして有している。そのために、ワークと受け台ユニ
ツトのクランプアームとの当接面の形状は、当接に適合
したものとなり、治具として精度の高いものが得られ
る。

（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、治具の形状仕様
は、作業対象のワークの形状及び作業部位に関連するデ
ータ並びに該治具を記述する基礎関係モデルに従って、
生成される。上記データとは、当接部分についてのワー
ク及び治具のそれぞれの情報を含むから、生成される治
具仕様のうちの当接部分については、治具とワークとの
当接面から要請される要求を満たすと共に、治具全体に
ついては基礎関係モデルに従って生成されたものである
から、治具に要請される機能を満たすものとなる。そし
て、生成された形状仕様が既存部品（標準部品）の仕様
を満たすものであれば、その既存部品を使用できるよう
に、当該既存部品を選択し、新規部品が必要であれば新
規部品の創成仕様を出力するようにしている。

このために、治具とワークに固有の当接面についての
要求を満たす治具を低コストで設計することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明に係る実施例の構成概念を説明
する図、第３図は本発明を適用した１実施例のシステム構成を示
す図、第４図は第３図システムが設計しようとする治具の一例
としてのクランプユニツトの分解斜視図、第５図はそのクランプユニツトの正面図、第６図はそのクランプユニツトに使われる部品に関する
情報を表としてまとめた図、第７図〜第９図は第４図クランプユニツトの機構モデル
を示す図、第10図はこの機構モデルを評価するための制御手順を示
すフローチヤート、第11図はロケータ形状を創成するための設計条件を説明
する図、第12図は第３図システムの作業手順を示すフローチヤー
ト、第13A図，第13B図は第３図システムの操作手順を示すフ
ローチヤート、第14図及び第15A図〜第15F図は第３図システムに使われ
る各データベースのデータ構造を示す図、第16A図〜第16D図は第４図ユニツトを設計するときの処
理手順を示すフローチヤート、第16E図は第16A図〜第16D図のフローチヤートに使われ
ているシンボルを説明するための図、第17図はクランプユニツトの他の例を示す図、第18図はベツド形状設計を説明するための図である。図中、１……ワークマスタデータベース（WDB）、２……標準
部品データベース（PDB）、３……ホストシステム、４
……設計データベース（DDB）、５……NC加工装置、６
〜８……ワークステーシヨン、９……設計標準化データ
ベースSDB、10……シリンダ、10a……シリンダロツド、
11……クランプアーム、12……ロケータ、13……イケー
ル、14……受け面形状、15……加工部位形状、16……ワ
ーク、40……ベツド上板、41……ベツドの座、42……ベ
ツドチヤネル構造、43……ベツドフラットバー、44……
シリンダとの干渉逃がし穴、45……イケール取付け穴、
100……クランプユニツト、101……ベツドである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 17/50 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークに作業するための作業部位を有する
治具を自動的に設計する治具自動設計装置であって、ワークの形状及び作業部位に関連するデータを記憶する
第１の記憶手段と、治具の構造を基礎的に表わす基礎関係モデルを生成する
モデル生成手段と、該治具がワークに直接当接する部分を含む治具全体の形
状仕様を、上記第１の記憶手段内の前記ワークの形状及
び作業部位に関連するデータを出発点とし、前記モデル
生成手段により生成された基礎関係モデルを用いて生成
する仕様生成手段と、標準部品の仕様を記憶する第２の記憶手段と、前記仕様生成手段が生成した治具の形状仕様と、前記第
２の記憶手段に記憶されている標準部品の仕様とに基づ
いて、使用可能な標準部品を選択する選択手段と、使用可能な標準部品が存在しない場合に、該治具の一部
の、前記作業部位以外の部分の仕様を創成するための創
成条件を生成する創成条件生成手段とを具備した治具自
動設計装置。
【請求項２】ワークに作業するための作業部位を有する
治具を自動的に設計する治具設計方法であって、ワークの形状及び作業部位に関連するデータを記憶する
工程と、標準部品の仕様を記憶する工程と、該治具の構造を基礎的に表わす基礎関係モデルを生成す
るモデル生成工程と、該治具がワークに直接当接する部分を含む治具全体の形
状仕様を、記憶されているワークの形状及び作業部位に
関連するデータを出発点とし、生成された前記基礎関係
モデルを用いて生成する仕様生成工程と、前記仕様生成工程において生成された治具の形状仕様
と、記憶されている標準部品の仕様とに基づいて、使用
可能な標準部品を選択する選択工程と、使用可能な標準部品が存在しない場合に、該治具の一部
の、前記作業部位以外の部分の仕様を創成するための創
成条件を生成する創成条件生成工程とを具備した治具の
設計方法。