JP3542631B2 - クランプ装置のワーククランプ方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばフライス盤、旋盤、研磨盤等の各種工作機においてワークをクランプするクランプ装置、詳しくはワークに切削屑等の異物が付着した状態でクランプするのを回避して加工不良を防止するクランプ装置のワーククランプ方法に関する。
【0002】
【従来技術】
工作機においてワークを固定するクランプ装置としては、ベッド上に固定された当台と、該当台に向って移動可能に支持された押圧台と、該押圧台を移動させる送りねじ及び電動モーター或いはシリンダー等の押圧駆動部材からなるものが一般に知られている。
【0003】
この工作機のクランプ装置にあっては、当台と押圧台との間のベッド上にワークを載置した後、押圧駆動部材の駆動に伴ってワークに向って押圧台を移動して挟持固定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の工作機のクランプ装置にあっては、ワークに異物が付着していてもクランプして加工するため、異物の付着によりその寸法が大きくなったワークの加工中心と工作機の加工中心とが一致しない場合が生じていた。このような状態で加工を行った場合には両者の中心がずれることによりワークに対して所定の加工を行うことができず、加工された製品が不良品になっている。
【0005】
上記欠点は、ワーク加工の自動化ラインにおいて顕著に現われている。即ち、自動化ラインにおいてはワークに異物が付着していないことを前提にしているため、ワークに異物が付着して外形が大きくなっても自動的に加工している。この結果、加工後に始めて不良品と判断されるため、加工効率が悪かった。
【0006】
本発明は、上記した従来の欠点を解決するために発明されたものであり、その目的とするところは、加工に際してワーク寸法を計測して切削屑等の異物が付着したワークが不良品に加工されるのを防止し、加工コストを低減することができるクランプ装置のワーククランプ方法を提供することにある。
【0007】
【問題点を解決するための手段】
このため本発明は、本体フレーム上にて移動可能に支持された押圧台を、電動モーターの駆動に伴って当台に向かって移動してワークをクランプするクランプ装置において、数値制御及びトルク制御可能な電動モーターを低トルク駆動して予め設定された開原点位置に移動された押圧台を当台に向かって移動してワークに当接し、開原点位置と当接位置における押圧台の移動距離データとに基づいてワーク寸法を算出し、算出されたワーク寸法が予め設定された所定の誤差範囲内の場合には電動モーターを高トルクにて駆動してワークをクランプさせることを特徴としている。
【0008】
【発明の作用】
本発明は上記のように構成されるため、数値制御及びトルク制御が可能な電動モーターを低トルクで駆動して押圧台を当台との間に載置されたワークに向って移動して当接させる。この状態にて開原点位置からワーク当接位置までの距離データに基づいて該ワークの寸法が所定の許容誤差範囲内であるか否かを判定する。そしてワーク寸法が所定の許容誤差範囲内の場合には電動モーターを高トルクにて駆動してワークをクランプさせる。
【0009】
【実施例】
以下、本発明方法を具体化した実施例を示す図面に従って説明する。
【0010】
図1及び図2において、クランプ装置1の本体フレーム3は金属製で、長方形状の平面盤中央部に支持壁5が、また図示する右端部に当台7が起立するように一体形成されている。そして当台7の図示する上部左側面には高硬度の金属材料からなる当板9がねじ11により固定されている。また、支持壁5の上部中央部には長手方向(図の左右方向)に軸線を有したナット部材13が取付けられている。
【0011】
本体フレーム3の平面盤前後側にはレール15が長手方向へ平行に延出するように夫々固定されている。各レール15には押圧台17が長手方向へ移動可能に支持されている。該押圧台17は金属製で、上面部17aの前後側に一対の脚部17bが設けられ、各脚部17bの下端部はレール15に対して直線ガイド部材19を介して移動可能に支持されている。上面部17aの図示する右端部には垂下壁17cが一体形成され、該垂下壁17cの右側面には当板9と同一材料からなる押圧板21がねじ23により固定されている。
【0012】
図示する上面部17aの右端部下面には数値制御及びトルク制御可能なサーボモーター25が取付け板27を介して取付けられている。該サーボモーター25はロータに回転軸29が一体形成されると共に該回転軸29の外周には軸線方向に対して所定のリード角からなる送りねじ29aが形成されている。そして回転軸29の送りねじ29aはナット部材13に噛み合わされた後、図示する右端部が垂下壁17cに取付けられた軸受31に回転可能に支持されている。
【0013】
サーボモーター25の図示する右端部から突出する回転軸29の他端部は取付け板27に設けられた軸受33に回転可能に支持されると共に取付け板27に取付けられた位置検出装置35に連結されている。該位置検出装置35としては検出分解能に応じて多数のスリットが形成された円盤を挟んで光発光部材及び光受光部材を配置した光検出方式或いは永久磁石で、外周に検出分解能に応じた多数の極歯が形成された円盤の外周に磁気検出器を近接配置した磁気検出方式のものであってもよい。
【0014】
図3において、CPU41には設定部43が接続され、該設定部43には数値キー43a、表示装置43bが設けられている。そして数値キー43aによりワークWの寸法データ、押圧台17の開原点位置データ、押圧台17の減速開始位置データ、ワークWの誤差データ等が入力設定されると共に表示装置43bに夫々のデータが切換表示される。
【0015】
CPU41にはROM45及びRAM47が夫々接続され、ROM45にはワークWをクランプする際の各種プログラムデータが記憶されている。また、RAM47の各記憶エリアには設定部43の数値キー43aにより入力された押圧台17が当台7に当接する閉位置から所定の距離をおいて離間した開原点位置までの距離データ、ワークWの寸法データ、ワークWの許容誤差データ、開原点位置から閉位置に向って押圧台17を高速移動させた後に低速移動へ切換える減速開始位置データ等が記憶されている。
【0016】
CPU41には位置検出装置35が接続され、押圧台17の移動に伴って位置検出装置35から位置検出信号が入力される。また、CPU41には距離カウンタ48が接続され、該距離カウンタ48は位置検出装置35からの位置検出信号に基づいてその計数値がカウントアップ或いはカウントダウンされる。また、CPU41には駆動制御回路49が接続され、該駆動制御回路49にはサーボモーター25が接続されている。そしてCPU41は高速及び低速と締付けトルク及び許容最大トルクとに応じた各種の駆動信号を駆動制御回路49へ出力してサーボモーター25を夫々の回転数及びトルクで駆動させる。
【0017】
次に、上記のように構成されたクランプ装置1のクランプ方法を説明する。
【0018】
先ず、電源スイッチ(図示せず)がON操作されると、図4〜図7においてCPU41はステップ51により工作機からのゼロリセット信号が入力されたか否かを判定する。今、ワークWのクランプ動作を開始するため、加工完了に伴って工作機からゼロリセット信号が入力されてステップ51の判定がYESの場合、CPU41はブロック53により駆動制御回路49へ所定の締付けトルク及び高速の駆動信号を出力してサーボモーター25を回転駆動させる。該締付けトルクとしては、例えばワークWに付着した切削屑等の異物が塑性変形しないトルクに適宜設定される。そしてサーボモーター25の回転駆動に伴って押圧台17が当台7に向って移動されると共に位置検出装置35からの位置検出信号がCPU41に入力される。尚、上記説明はCPU41に対してワークWの加工完了に基づいて工作機からゼロリセット信号が入力されるものとしたが、操作者が外部装置に設けられたゼロリセットスイッチをON操作してこの信号を入力させてもよい。
【0019】
そしてCPU41はステップ55により押圧台17の移動に伴って当台7に当接したか否かを判定する。今、押圧台17が当台7に向って移動中の場合には位置検出装置35からの位置検出信号がCPU41に順次入力されるため、CPU41はステップ55がNOであると判断してステップ55へ戻る。反対に、当台7と押圧台17とが当接した場合には位置検出装置35からの位置検出信号の入力が中断されるため、CPU41はステップ55をYESと判断し、ブロック57により距離カウンタ48の計数値を“0”にリセットした後、ステップ59により開動作指令信号が入力されたか否かを判定する。そして該ステップ59の判定がYESの場合、CPU41はブロック61により駆動制御回路49に対して高トルク及び高速で逆転の駆動信号を出力してサーボモーター25を逆転駆動し、押圧台17を開原点位置に向って移動させると共に位置検出装置35からの位置検出信号に基づいて距離カウンタを順次カウントアップさせる。
【0020】
そしてCPU41は、ステップ62により距離カウンタの計数値を参照して押圧台17が開原点位置へ戻されたか否かを判定する。今、押圧台17が当台7から所定の距離をおいた位置へ移動して距離カウンタの計数値がRAM47に記憶された開原点位置データと一致した場合、CPU41はブロック63によりサーボモーター25を駆動停止して押圧台17を開原点位置に停止させると共に開原点位置復帰信号を出力する。
【0021】
次に図8〜図10に示すように、相互が離間した押圧台17と当台7との間の本体フレーム3上に加工しようとするワークWが載置されると、CPU41はステップ65によりクランプ開始信号が入力されたか否かを判定する。クランプ開始信号としては、押圧台17と当台7との間の本体フレーム3上にワークWを載置した後に作業者がクランプ開始スイッチをON操作して出力させる方法或いはワークWの載置箇所にリミットスイッチ、光検出器等のワーク検出器等を設け、ワークWが載置された際に信号を出力させる方法の何れであってもよい。
【0022】
今、押圧台17と当台7との間の本体フレーム3にワークWが載置されてクランプ開始信号が入力されてステップ65の判定がYESの場合、CPU41はブロック67によりサーボモーター25を締付けトルク及び高速で回転駆動し、押圧台17をワークWに向って高速移動させる。そしてCPU41は押圧台17の移動に伴って位置検出装置35からの位置検出信号に基づいて距離カウンタ48を順次カウントダウンさせると共に該距離カウンタ48の計数値を参照し、その計数値がRAM47に記憶された減速開始位置データと一致したとき、駆動制御回路49に対して締付けトルク及び低速の駆動信号を出力してサーボモーター25を回転駆動し、押圧台17を低速移動させる。
【0023】
次に、CPU41はステップ71により低速移動する押圧台17がワークWに当接したか否かを判定する。押圧台17がワークWに当接していない場合には押圧台17の低速移動が継続されて位置検出装置35からの位置検出信号が順次入力されるため、上記ステップ71の判定がNOになる。反対に、押圧台17がワークWに当接した場合には押圧台17が移動停止して位置検出装置35からの位置検出信号が所定時間の間、入力されないため、上記ステップ71の判定がYESになる。そして上記ステップ71がYESの場合、CPU41はステップ73により距離カウンタの計数値と開原点位置までの距離データとを減算した値と、予め記憶されたの寸法データとを比較し、その誤差が予め記憶された許容誤差データの範囲であるか否かを判定する。
【0024】
例えばワークWに切削屑等が付着してその寸法誤差が所定値以上の場合には、ワークWの中心と工作機の加工中心とが不一致になり、このまま加工を行っても加工不良になるため、CPU41はブロック75によりアラーム処理する。このアラーム処理方法としては、ブザーを鳴動したり、警報ランプを点灯して作業者にワークWに異物が付着してワークWの中心と工作機の加工中心とが一致していないことを報知したり或いは作業者への報知後、上記したブロック61に戻ってサーボモーター25を逆転駆動して押圧台17を開原点位置へ移動させる。
【0025】
反対に、ワークWの寸法誤差が所定値以内の場合にはステップ73の判定がYESになるため、CPU41はブロック77によりクランプ指示信号を駆動制御回路49へ出力し、ブロック79によりサーボモーター25を許容最大トルクで低速回転させて押圧台17を移動させる。そして上記クランプ動作に伴って位置検出装置35からの位置検出信号が所定時間の間、入力されない場合、CPU41はブロック81により押圧台17と当台7との間にワークWが所定のトルクでクランプされたと判断してクランプ完了信号を工作機へ出力し、クランプされたワークを加工させる。
【0026】
次に、CPU41はステップ83により工作機から加工完了信号が入力されたか否かを判定する。今、ワークWへの加工が完了して工作機から加工完了信号が入力されると、ステップ83がYESになりステップ59に戻って押圧台17を開原点位置へ移動させる動作を行い、加工されたワークWのクランプを解除させる。
【0027】
上記動作により加工されたワークWが取出された後、上記と同様に押圧台17を当台7に向って移動してゼロリセットした後、クランプ動作を行う。
【0028】
上記説明においてサーボモーター25のロータに、送りねじが形成された回転軸29を一体に設ける構成としたが、押圧台17と取付け板27との間に送りねじを回転可能に支持すると共に該送りねじに対してサーボモーター25をカップリングを介して連結し、該サーボモーター25の駆動により送りねじを正逆回転させて押圧台17を移動させる構成であってもよい。
【0029】
【発明の効果】
このため本発明は、加工に際してワーク寸法を計測して所定の許容誤差範囲以上の場合にはクランプを阻止してワークが不良品に加工されるのを防止し、加工コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クランプ装置の分解斜視図である。
【図2】クランプ装置の中央縦断面図である。
【図3】制御装置の電気的ブロック図である。
【図4】ゼロリセット動作を示すフローチャート
【図5】ゼロリセット動作を示すフローチャート
【図6】ゼロリセット時における押圧台締付け動作時の各信号波形と、モータートルク及びモーター回転数の関係を示す波形図である。
【図7】ゼロリセット時における押圧台開動作時の各信号波形と、モータートルク及びモーター回転数の関係を示す波形図である。
【図8】ワークのクランプ状態を示す中央縦断面図である。
【図9】クランプ動作を示すフローチャート
【図10】クランプ動作を示すフローチャート
【図11】クランプ動作時における各信号波形と、モータートルク及びモーター回転数の関係を示す波形図である。
【符号の説明】
1 クランプ装置
3 本体フレーム
7 当台
17 押圧台
25 電動モーター
W ワーク

Claims (4)

  1. 本体フレーム上にて移動可能に支持された押圧台を、電動モーターの駆動に伴って当台に向かって移動してワークをクランプするクランプ装置において、数値制御及びトルク制御可能な電動モーターを低トルク駆動して予め設定された開原点位置に移動された押圧台を当台に向かって移動してワークに当接し、開原点位置と当接位置における押圧台の移動距離データとに基づいてワーク寸法を算出し、算出されたワーク寸法が予め設定された所定の誤差範囲内の場合には電動モーターを高トルクにて駆動してワークをクランプさせるワーククランプ方法。
  2. ワーククランプ動作毎に電動モーターを回転駆動して押圧台を当台に押し当てた後、電動モーターを逆転駆動して押圧台を予め設定された開原点位置へ戻してワーククランプ動作を行なう請求項1のワーククランプ方法。
  3. 当台に向かって押圧台を移動する際、予め設定されたワーク手前の減速開始位置まで押圧台を高速移動するように電動モーターを駆動制御した後、該減速開始位置からワークに当接するまで押圧台を低速移動するように電動モーターを駆動制御する請求項1のワーククランプ方法。
  4. 算出されたワーク寸法が所定の誤差範囲内の場合には電動モーターを許容最大トルクにて駆動してワークをクランプさせる請求項1のワーククランプ方法。
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