JP3576207B2 - パレットのクランプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パレットのクランプ装置に関し、特に工作機械のテーブルに対してパレットを正確に位置決めするパレットのクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ等工作機械には、ワーク（工作物）が載置されたパレットを搬送してテーブルに対して交換する自動パレット交換装置（以下、ＡＰＣと記載）が設けられており、また、パレットのクランプ装置によりテーブルにパレットを着脱可能にクランプするようになっている。
【０００３】
従来のパレットのクランプ装置としては、円筒状の２本のロケートピンとロケート穴及びパッドによってテーブルにパレットを位置決めするものや、実開昭６３−４２３９号公報及び実開平５−２６２４１号公報のように、テーパ面を有する複数（通常４個）のコーンパッド（テーパピン）を、テーパ穴を有するテーパブッシュにそれぞれ装着してパレットをクランプするものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の位置決め装置では、ロケートピンとロケート穴との間に径方向のわずかな隙間があるので、パレットをテーブルに繰り返し着脱する場合にその繰り返し精度にばらつきが生じていた。即ち、パレットは通常横方向（例えば水平方向）を向いているので、この方向に関する繰り返し精度のばらつきがあった。
【０００５】
一方、後者のクランプ装置では、コーンパッドとテーパブッシュとがテーパ部で密着するので水平方向の精度は比較的良いが、端面が非接触なので縦方向（例えば上下垂直方向）の繰り返し精度のばらつきが大きかった。
また、テーパ部のみでクランプしているのでクランプ力が弱く、パレットを強固にクランプすることが難しかった。そのため、ワーク加工中にパレットに反力が加わるとパレットが不安定となって動くこともあり、加工精度が低下する虞れがあった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、横方向と縦方向双方の繰り返し位置決め精度が高精度で且つパレットを強固にクランプできるパレットのクランプ装置を提供することを目的とする。
また、停電や故障などにより万一油圧が低下しても、パレットを安全にクランプできるとともに油圧装置の容量を小さくできるパレットのクランプ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットのクランプ装置において、前記パレットの裏面に設けられメス側テーパ穴及び端面を有するメス側テーパブッシュと、前記テーブルに設けられ、前記メス側テーパ穴及び前記端面に着脱可能にそれぞれ同時に密着するオス側テーパ面及び端面を有するオス側テーパピンと、前記テーブルに取付けられて前記オス側テーパピンを前記メス側テーパブッシュに着脱可能に装着させる装着機構と、油圧とばね力をもってこの装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢し、少なくともばね力のみにより前記パレットをクランプ可能なばねを有する付勢手段とを備えたものである。
【０００８】
また、本発明の別の発明は、工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットのクランプ装置において、前記パレットの裏面に設けられメス側テーパ穴及び端面を有するメス側テーパブッシュと、前記テーブルに設けられ、前記メス側テーパ穴及び前記端面に着脱可能にそれぞれ同時に密着するオス側テーパ面及び端面を有するオス側テーパピンと、前記テーブルに取付けられて前記オス側テーパピンを前記メス側テーパブッシュに着脱可能に装着させる装着機構と、ばね力をもってこの装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢する付勢手段とを備えたものである。
【０００９】
前記メス側テーパブッシュ及び前記オス側テーパピンを有する一対のクランプ装置は、前記パレットの中心に対して互いに対称位置に配置されているのが好ましい。
前記メス側テーパブッシュを、厚みの微調節が可能なスペーサを介装して前記パレットの裏面に締結固定することにより、前記メス側テーパブッシュを前記パレットに対して精密に位置決め固定するのが好ましい。
【００１０】
具体的な実施態様として、前記オス側テーパピンに放射状に形成された複数の貫通孔には、ボールが前記オス側テーパピンの半径方向に移動可能に遊嵌され、前記ピストンは前記オス側テーパピンの内周面に摺動自在に嵌合し、前記ピストンには、前記ボールに接触してこのボールを半径方向に進退移動させるテーパ面が形成され、クランプ動作中には、前記テーパ面に押圧された前記ボールが前記メス側テーパブッシュのテーパ状底面を押圧するのが好ましい。
【００１１】
【作用】
本発明においては、パレット側装着部のメス側テーパ穴及び端面に、テーブル側のオス側テーパ面及び端面をそれぞれ同時に密着させて二面拘束とし、またこの構造のクランプ機構を少なくとも４組設けてパレットをテーブルに装着している。従って、パレットは、テーブルに対して横方向（例えば水平方向）と縦方向（例えば上下垂直方向）の双方に関して高精度に且つ強いクランプ力で位置決めされる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示すパレットのクランプ装置の正面断面図で、図２のＩ−Ｉ線断面図、図２は図１に示すパレットの平面図、図３は図１の一部拡大断面図である。
【００１３】
図１に示すように、横形マシニングセンタ等工作機械には旋回動作及び割出し動作をするテーブル１が設けられている。なお、工作機械は立形マシニングセンタであってもよい。
テーブル１は、次に述べる構成の割出し機構により精密な割出しができる円形の割出しテーブルである。なおテーブル１は、そのほか例えばＮＣ制御により連続回転しながら切削加工するのに使用される旋回用の円形テーブルであってもよい。
【００１４】
テーブル１は、マシニングセンタ等の本体２の案内面３上に移動自在に搭載されたテーブルベース４に回転可能に取付けられている。テーブルベース４の中心位置には軸受部材５が固定されている。軸受部材５の外方には、押圧駆動手段によりＹ軸方向に進退移動する環状部材６が取付けられており、環状部材６の下面には環状の位置決め歯７が形成されている。
【００１５】
上面に割出し歯８が形成された内輪９がテーブルベース４に固定され、内輪９の外周には、ころ１０を介して環状の外輪１１が回転自在に配置されている。外輪１１の上面には割出し歯１２が形成され、外輪１１の外周にはウォームホイール１７の歯が形成されている。外輪１１はテーブル１に固定されており、外輪１１の割出し歯１２と内輪９の割出し歯８とは、環状部材６の位置決め歯７に係脱可能に噛合している。
【００１６】
テーブル１の中心に固定された中心軸１３の下端部にはロータリーエンコーダ１４が設けられており、このロータリーエンコーダ１４により中心軸１３の割出し回転角度を検出している。ウォーム１５が形成され図示しないサーボモータにより回転駆動されるウォーム軸１６が、テーブルベース４に回転自在に取付けられており、ウォーム１５は、外輪１１のウォームホイール１７に噛合している。
【００１７】
従って、サーボモータによりウォーム軸１６が回転駆動されると、ウォーム１５とウォームホイール１７を介して外輪１１がころ１０に支持されて回転する。外輪１１の回転によりテーブル１が割出され又は連続回転する。なお、外輪１１が回転する間は、押圧駆動手段により環状部材６を矢印Ｂに示すように上昇させて位置決め歯７と割出し歯１２を非噛合状態にしているので、微細な割出しが可能になっている。
【００１８】
テーブル１を所望の角度位置に位置決めするときは、ロータリーエンコーダ１４により中心軸１３の角度位置が常に検出されているので、サーボモータを停止して外輪１１を停止させる。次いで、押圧駆動手段を駆動して環状部材６を下降させて、位置決め歯７を割出し歯８，１２に噛合させる。これにより、テーブル１はテーブルベース４に対して正確に割出される。
【００１９】
マシニングセンタ等では、１台のテーブル１に対して通常複数個（例えば１２個）のパレット２０が使用されており、テーブル１に対してパレット２０をＡＰＣにより順次交換して、パレット２０上に載置されたワーク２１を加工するようになっている。
したがって、各パレット２０相互の互換性、即ち全てのパレット２０が常にテーブル１に対して例えば水平，垂直両方向に関して高精度にクランプされることが要求されている。
パレット２０は、パレットのクランプ装置２２によりテーブル１に着脱可能にクランプされており、上述のようにテーブル１を割出すことによりワーク２１は所定の位置及び方向に位置決めされる。
【００２０】
図１及び図２に示すように、クランプ装置２２は、少なくとも４組のクランプ機構３０，３１を備えている。クランプ機構３０，３１は、パレット２０の裏面２３側に設けられたパレット側装着部２４のメス側テーパ穴２５及び端面２６に、テーブル１に設けられたオス側テーパ面２７及び端面２８をそれぞれ密着させて、パレット２０をテーブル１に着脱可能に装着している。これにより、パレット側装着部２４は、テーブル１に対してテーパ面部と端面部との二面拘束によりクランプされる。
【００２１】
図２及び図３に示すように、４組のクランプ機構３０，３１はパレット２０の中心Ｃに対して対称な位置に配設されている。パレット中心Ｃに対して互いに対称な位置にある一対のクランプ機構３０では、パレット裏面２３に形成された凹部３２の円筒状内周面３３と、メス側テーパ穴２５及び端面２６を有するとともに凹部３２内に配設されてパレット２０に締結固定されたメス側テーパブッシュ３４の円筒状外周面３５とを密着させてその半径方向に動かないようにして横方向（例えば、水平方向即ちＸ，Ｚ軸平面）について位置決めしている。
【００２２】
即ち、パレット２０の中心Ｃから半径Ｒの位置で且つ例えばＺ軸から所定の角度θの位置に、それぞれの凹部３２の中心Ｏ１ ，Ｏ１ が一致するように凹部３２を形成すれば水平方向の位置が決まる。したがって、パレット中心Ｃはテーブル１の中心軸１３の中心と一致することとなり、パレット２０は水平方向に関し高精度でテーブル１に対して位置決めされる。
【００２３】
残りの（他方の）クランプ機構３１も前記クランプ機構３０と同様の構成にしてもよいが、パレット２０の製造を容易にするために、このクランプ機構３１の凹部３２を予め大きめに形成している。
即ち、このクランプ機構３１では、メス側テーパブッシュ３４をその半径方向に位置調節可能に、凹部３２の円筒状内周面３３とメス側テーパブッシュ３４の円筒状外周面３５との間に隙間を設けている。凹部３２の製造上、凹部３２の円筒状内周面３３の直径をメス側テーパブッシュ３４の円筒状外周面３５の直径より約０．２乃至０．３ｍｍ大きく形成するのが好ましい。
【００２４】
凹部３２は、パレット裏面２３に設けられた突出部３６に形成されており、凹部３２内に装着されたメス側テーパブッシュ３４は、複数の締付けボルト３７により突出部３６に締結固定されている。
メス側テーパブッシュ３４のフランジ部３８と突出部３６との間には厚みの微調節が可能なスペーサ３９が介装されており、これにより、メス側テーパブッシュ３４をパレット２０に対して縦方向（例えば、上下垂直方向即ちＹ軸方向）に関して精密に位置決め固定している。
【００２５】
オス側テーパ面２７及び端面２８を有するオス側テーパピン４０が、複数の締付けボルト４１によりテーブル１に位置決め固定されている。オス側テーパピン４０の下方には円筒状突出部４２が一体的に形成されており、この突出部４２が、テーブル１に形成された大径シリンダ４３に嵌合することにより、オス側テーパピン４０は水平方向について精密に位置決めされている。
また、オス側テーパピン４０のフランジ部４４とテーブル１の上面４６との間に、厚みの微調節が可能なスペーサ４５を介装することにより垂直方向についても精密に位置決めしている。
【００２６】
メス側テーパブッシュ３４及びオス側テーパピン４０は、メス側テーパ穴２５にオス側テーパ面２７が密着し、且つ平面状のメス側端面２６に平面状のオス側端面２８が密着して二面拘束状態になるように高精度に形成されている。
【００２７】
ところで、他方のクランプ機構３１のメス側テーパブッシュ３４を凹部３２に精密に取付ける際には、締付けボルト３７を予め少し緩めてメス側テーパブッシュ３４がその半径方向に移動調節できるようにしておく。
この状態で、パレット２０をテーブル１にクランプさせれば、精密な一方のクランプ機構３０により二面拘束されてパレット２０が位置決めされ、これに従って他方のクランプ機構３１のオス側テーパピン４０に二面拘束されたメス側テーパブッシュ３４も水平，垂直両方向に関して精密に位置決めされる。
その後、締付けボルト３７を締付ければメス側テーパブッシュ３４はパレット２０に対して必然的に正確に位置決め固定され、パレット２０は合計４組のクランプ機構３０，３１によりテーブル１に正確な位置をもってクランプされる。
【００２８】
このようにすれば、クランプ機構３１に関しては粗い精度で凹部３２を形成しても精度よく寸法出しができ、パレット２０の製造が容易になって加工時間が短縮化でき、またパレット２０の不良率を低減させることができる。
【００２９】
テーブル１には、大径シリンダ４３に連通し且つこれと同心の小径シリンダ５０が形成されている。Ｙ軸方向に往復動するピストン５１が小径シリンダ５０及びオス側テーパピン４０の内周面４０ａに摺動自在に嵌合している。ピストン５１の下側のシリンダ室５２及び上側のシリンダ室５３には、それぞれ圧力油を供給してピストン５１を押し上げるための流路５４及びピストン５１を押し下げるための流路５５がそれぞれ連通している（図１参照）。
小径シリンダ５０の下方には、これに連通し且つ同心で小径の有底凹部５６が形成されている。有底凹部５６とピストン５１の凹部５１ａとの間にはばね（例えばコイルばね）５７が介装されてピストン５１を常にクランプ動作側すなわち上方に付勢している。
【００３０】
オス側テーパピン４０に放射状に形成された複数（例えば３個）の貫通孔６５内にはそれぞれボール５８が遊嵌されている。各ボール５８は、オス側テーパピン４０の半径方向に移動可能になっており、またメス側テーパブッシュ３４に形成された環状溝５９内に移動できるようになっている。ピストン５１の上部には、ボール５８に接触してこれを半径方向に進退移動させるためのテーパ面６１が形成されている。
オス側テーパピン４０の上端開口部は、ごみ等の侵入防止のためのキャップ４７により密閉されており、キャップ４７にはエアーブロー用の小孔４８が穿設されている。
【００３１】
このように本実施例では、メス側テーパブッシュ３４と、テーブル１に設けられてメス側テーパブッシュ３４に着脱可能に密着するオス側テーパピン４０と、テーブル１に取付けられてオス側テーパピン４０をメス側テーパブッシュ３４に着脱可能に装着させる装着機構６２と、油圧とばね力をもってこの装着機構６２のピストン５１をクランプ動作側に付勢し、油圧が低下しても少なくともばね力のみによりパレット２０をクランプ可能なばね５７を有する付勢手段とを備えている。
これにより、万一停電や故障などにより流路５４から供給される圧力油の油圧が低下しても、ばね５７によりパレット２０を安全にクランプしてセルフロックできるとともに、油圧装置の容量を小さくすることができる。
【００３２】
なお、両端面２６，２８の密着の有無の確認のために、オス側テーパピン４０には、端面２８に開放する空気流路６３が形成されている。また、圧縮空気により矢印Ｄに示すようにエアーブローをしてオス側テーパピン４０とメス側テーパブッシュ３４との間の密着部のごみ等を除去するための空気流路６４が、オス側テーパピン４０及びテーブル１に形成されている。これにより、クランプ装置２２の密着部が常に清浄な状態に保たれ、高精度でクランプされる。
【００３３】
また、本実施例ではクランプ動作中にボール５８がメス側テーパブッシュ３４のテーパ状底面６０を押圧する押圧点Ｓが、互いに密着する両端面２６，２８の近傍に位置するようになっている。また、各押圧点Ｓはクランプ機構３０，３１の中心位置から半径方向外方にかなり離れた位置にある。従って、オス側テーパピン４０に対してメス側テーパブッシュ３４が傾くことなく安定した姿勢で装着されることとなり、位置決め精度が向上する。
【００３４】
次に、クランプ装置２２の動作について説明する。
上述のようにパレット中心Ｃを基準にして各クランプ機構３０，３１が予め正確に位置決めされたパレット２０が図示しないＡＰＣによりテーブル１に運ばれ、パレット側装着部２４をテーブル１のオス側テーパピン４０に嵌合させる。
【００３５】
次いで、油圧装置を動作させて流路５４を介して圧油を下側シリンダ室５２に供給すると、ピストン５１は油圧とばね５７のばね力により押し上げられる。すると、ピストン上部のテーパ面６１に押圧されたボール５８が、オス側テーパピン４０の半径方向外方に押されて、環状溝５９側に移動する。ボール５８は、オス側テーパピン４０の貫通孔６５内に遊嵌されているので、貫通孔６５の上部内周面６６に当接した状態でメス側テーパブッシュ３４のテーパ状底面６０を矢印Ｐに示すように略下方に押圧する。これにより、メス側テーパブッシュ３４はオス側テーパピン４０側に強く引っ張られる。
こうしてピストン５１が十分に上昇すると、ボール５８の押圧力を介してメス側テーパブッシュ３４とオス側テーパピン４０とはテーパ面部と端面部とが二面拘束状態で強い圧力で密着してクランプ状態となる。その後、ワーク２１を加工する作業工程に移行する。
【００３６】
次に、アンクランプ動作の際には、流路５４を開放し流路５５から圧油を上側シリンダ５３に供給する。すると、ピストン５１はばね５７のばね力に抗して下方に押し下げられるので、ボール５８は開放されてピストン５１側に移動し、これによりクランプ装置２２はアンクランプ状態になり、パレット２０はＡＰＣによりテーブル１から離脱する。
【００３７】
従って、本実施例によれば、テーパ面部と端面部との二面拘束によりパレット２０をテーブル１に装着しているので、横方向（水平方向）と縦方向（上下方向）双方の繰り返し位置決め精度が高精度になる。また、テーパ面部に加えて端面部も密着するので、パレット２０をテーブル１に強いクランプ力でクランプすることができる。
【００３８】
このように、クランプ装置２２は、テーブル１に対して各パレット２０を常に正確な位置に繰り返し位置決めする機能と、ワーク２１の加工作業中にパレット２０に加わる反力に対してパレット２０を強固にクランプする機能とを具備することとなる。よって、ワーク２１を常に高精度で加工することができる。
【００３９】
また、本実施例ではばね５７と油圧とを併用して両方の付勢力によりクランプ動作をさせたので、万一停電や故障などで油圧が低下しても、ばね５７でクランプ力を維持することができる。この時にはクランプ力は弱くなるが抜け止め力は保持しているので、パレット２０がテーブル１から脱落する虞れはない。
また、ばねのみを用いた方式に比べて、ばね５７が小形なので、ばねを収納するスペースが少なくてすみ安全上も問題がない。
【００４０】
図４は、本発明の他の実施例を示すパレットのクランプ装置の拡大断面図である。
本実施例のクランプ装置は、クランプ動作時に圧油を用いないでばね力をもって前記装着機構のピストン７３をクランプ動作側に付勢する付勢手段７０を備えている。付勢手段７０は、テーブル１に形成された有底凹部５６ａとピストン７３の凹部７３ａとの間に装着されてピストン７３を上方に押し上げてクランプ動作させるようになっており、弱いばね力の小径ばね７１と、このばね７１と同心で強いばね力の大径ばね７２とを有している。
【００４１】
このように、ばね７１，７２を二重に装着することにより、有底凹部５６ａとピストン７３のサイズを小さくしている。従って、この場合にはクランプ動作用の圧油の供給が不要になり、油圧装置はアンクランプ動作時のみ使用すればよいので、油圧ポンプや油圧タンクの容量が小さくなり小型化することができる。
【００４２】
また、停電や故障などで万一油圧が低下しても、ばね７１，７２によりピストン７３を常にクランプ動作側に付勢しているので、強いクランプ力を維持してパレット２０をクランプすることができる。
前記実施例と比べてばね７１，７２を収納するスペースは大きくなるが、本実施例では常時油圧をかけなくてすむため温度上昇が抑制され、また、停電等に対する安全上も問題がない。
【００４３】
ところで、主軸に工具をクランプするクランプ装置と異なり、パレットのクランプ装置ではその動作の殆どの時間はクランプ動作が継続している。従って、クランプ動作に油圧を用いた場合には油圧装置が大型化し油圧ポンプの容量も大きくなるが、本実施例では短時間の動作であるアンクランプ動作時のみ油圧をかければよいので、油圧装置が小容量になる。なお、その他の構成は前記実施例と同様である。
【００４４】
なお、ピストン５１，７３や付勢手段を備えた前記各実施例の構成は、二面拘束式のクランプ装置以外にも適用することができる。
ところで、前記各実施例では、油圧とばね力，又はばね力のみによりピストンをクランプ動作側に付勢したが、油圧のみによりピストンをクランプ動作側に付勢する構成のクランプ装置であってもよい。この場合には、ばね用のスペースが不要になるので、クランプ装置がコンパクトになる。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１及び２にかかるパレットのクランプ装置は、上述のように構成したので、横方向と縦方向双方の繰り返し位置決め精度が高精度で且つ強固にパレットをクランプすることができる。また、ばね力をもって装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢する付勢手段を備えているので、停電や故障などにより万一油圧が低下しても、パレットを安全にクランプできるとともに油圧装置の容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すパレットのクランプ装置の正面断面図で、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】図１に示すパレットの平面図である。
【図３】図１の一部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すパレットのクランプ装置の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ テーブル
２０ パレット
２２ クランプ装置
２３ パレットの裏面
２４ パレット側装着部
２５ メス側テーパ穴
２６ 端面
２７ オス側テーパ面
２８ 端面
３０，３１ クランプ機構
３２ 凹部
３３ 円筒状内周面
３４ メス側テーパブッシュ
３５ 円筒状外周面
３９ スペーサ
４０ オス側テーパピン
４０ａ オス側テーパピンの内周面
５１，７３ ピストン
５７ ばね
５８ ボール
６０ テーパ状底面
６１ テーパ面
６２ 装着機構
６５ 貫通孔
７０ 付勢手段
Ｃ パレットの中心
【産業上の利用分野】
本発明は、パレットのクランプ装置に関し、特に工作機械のテーブルに対してパレットを正確に位置決めするパレットのクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ等工作機械には、ワーク（工作物）が載置されたパレットを搬送してテーブルに対して交換する自動パレット交換装置（以下、ＡＰＣと記載）が設けられており、また、パレットのクランプ装置によりテーブルにパレットを着脱可能にクランプするようになっている。
【０００３】
従来のパレットのクランプ装置としては、円筒状の２本のロケートピンとロケート穴及びパッドによってテーブルにパレットを位置決めするものや、実開昭６３−４２３９号公報及び実開平５−２６２４１号公報のように、テーパ面を有する複数（通常４個）のコーンパッド（テーパピン）を、テーパ穴を有するテーパブッシュにそれぞれ装着してパレットをクランプするものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の位置決め装置では、ロケートピンとロケート穴との間に径方向のわずかな隙間があるので、パレットをテーブルに繰り返し着脱する場合にその繰り返し精度にばらつきが生じていた。即ち、パレットは通常横方向（例えば水平方向）を向いているので、この方向に関する繰り返し精度のばらつきがあった。
【０００５】
一方、後者のクランプ装置では、コーンパッドとテーパブッシュとがテーパ部で密着するので水平方向の精度は比較的良いが、端面が非接触なので縦方向（例えば上下垂直方向）の繰り返し精度のばらつきが大きかった。
また、テーパ部のみでクランプしているのでクランプ力が弱く、パレットを強固にクランプすることが難しかった。そのため、ワーク加工中にパレットに反力が加わるとパレットが不安定となって動くこともあり、加工精度が低下する虞れがあった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、横方向と縦方向双方の繰り返し位置決め精度が高精度で且つパレットを強固にクランプできるパレットのクランプ装置を提供することを目的とする。
また、停電や故障などにより万一油圧が低下しても、パレットを安全にクランプできるとともに油圧装置の容量を小さくできるパレットのクランプ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットのクランプ装置において、前記パレットの裏面に設けられメス側テーパ穴及び端面を有するメス側テーパブッシュと、前記テーブルに設けられ、前記メス側テーパ穴及び前記端面に着脱可能にそれぞれ同時に密着するオス側テーパ面及び端面を有するオス側テーパピンと、前記テーブルに取付けられて前記オス側テーパピンを前記メス側テーパブッシュに着脱可能に装着させる装着機構と、油圧とばね力をもってこの装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢し、少なくともばね力のみにより前記パレットをクランプ可能なばねを有する付勢手段とを備えたものである。
【０００８】
また、本発明の別の発明は、工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットのクランプ装置において、前記パレットの裏面に設けられメス側テーパ穴及び端面を有するメス側テーパブッシュと、前記テーブルに設けられ、前記メス側テーパ穴及び前記端面に着脱可能にそれぞれ同時に密着するオス側テーパ面及び端面を有するオス側テーパピンと、前記テーブルに取付けられて前記オス側テーパピンを前記メス側テーパブッシュに着脱可能に装着させる装着機構と、ばね力をもってこの装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢する付勢手段とを備えたものである。
【０００９】
前記メス側テーパブッシュ及び前記オス側テーパピンを有する一対のクランプ装置は、前記パレットの中心に対して互いに対称位置に配置されているのが好ましい。
前記メス側テーパブッシュを、厚みの微調節が可能なスペーサを介装して前記パレットの裏面に締結固定することにより、前記メス側テーパブッシュを前記パレットに対して精密に位置決め固定するのが好ましい。
【００１０】
具体的な実施態様として、前記オス側テーパピンに放射状に形成された複数の貫通孔には、ボールが前記オス側テーパピンの半径方向に移動可能に遊嵌され、前記ピストンは前記オス側テーパピンの内周面に摺動自在に嵌合し、前記ピストンには、前記ボールに接触してこのボールを半径方向に進退移動させるテーパ面が形成され、クランプ動作中には、前記テーパ面に押圧された前記ボールが前記メス側テーパブッシュのテーパ状底面を押圧するのが好ましい。
【００１１】
【作用】
本発明においては、パレット側装着部のメス側テーパ穴及び端面に、テーブル側のオス側テーパ面及び端面をそれぞれ同時に密着させて二面拘束とし、またこの構造のクランプ機構を少なくとも４組設けてパレットをテーブルに装着している。従って、パレットは、テーブルに対して横方向（例えば水平方向）と縦方向（例えば上下垂直方向）の双方に関して高精度に且つ強いクランプ力で位置決めされる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示すパレットのクランプ装置の正面断面図で、図２のＩ−Ｉ線断面図、図２は図１に示すパレットの平面図、図３は図１の一部拡大断面図である。
【００１３】
図１に示すように、横形マシニングセンタ等工作機械には旋回動作及び割出し動作をするテーブル１が設けられている。なお、工作機械は立形マシニングセンタであってもよい。
テーブル１は、次に述べる構成の割出し機構により精密な割出しができる円形の割出しテーブルである。なおテーブル１は、そのほか例えばＮＣ制御により連続回転しながら切削加工するのに使用される旋回用の円形テーブルであってもよい。
【００１４】
テーブル１は、マシニングセンタ等の本体２の案内面３上に移動自在に搭載されたテーブルベース４に回転可能に取付けられている。テーブルベース４の中心位置には軸受部材５が固定されている。軸受部材５の外方には、押圧駆動手段によりＹ軸方向に進退移動する環状部材６が取付けられており、環状部材６の下面には環状の位置決め歯７が形成されている。
【００１５】
上面に割出し歯８が形成された内輪９がテーブルベース４に固定され、内輪９の外周には、ころ１０を介して環状の外輪１１が回転自在に配置されている。外輪１１の上面には割出し歯１２が形成され、外輪１１の外周にはウォームホイール１７の歯が形成されている。外輪１１はテーブル１に固定されており、外輪１１の割出し歯１２と内輪９の割出し歯８とは、環状部材６の位置決め歯７に係脱可能に噛合している。
【００１６】
テーブル１の中心に固定された中心軸１３の下端部にはロータリーエンコーダ１４が設けられており、このロータリーエンコーダ１４により中心軸１３の割出し回転角度を検出している。ウォーム１５が形成され図示しないサーボモータにより回転駆動されるウォーム軸１６が、テーブルベース４に回転自在に取付けられており、ウォーム１５は、外輪１１のウォームホイール１７に噛合している。
【００１７】
従って、サーボモータによりウォーム軸１６が回転駆動されると、ウォーム１５とウォームホイール１７を介して外輪１１がころ１０に支持されて回転する。外輪１１の回転によりテーブル１が割出され又は連続回転する。なお、外輪１１が回転する間は、押圧駆動手段により環状部材６を矢印Ｂに示すように上昇させて位置決め歯７と割出し歯１２を非噛合状態にしているので、微細な割出しが可能になっている。
【００１８】
テーブル１を所望の角度位置に位置決めするときは、ロータリーエンコーダ１４により中心軸１３の角度位置が常に検出されているので、サーボモータを停止して外輪１１を停止させる。次いで、押圧駆動手段を駆動して環状部材６を下降させて、位置決め歯７を割出し歯８，１２に噛合させる。これにより、テーブル１はテーブルベース４に対して正確に割出される。
【００１９】
マシニングセンタ等では、１台のテーブル１に対して通常複数個（例えば１２個）のパレット２０が使用されており、テーブル１に対してパレット２０をＡＰＣにより順次交換して、パレット２０上に載置されたワーク２１を加工するようになっている。
したがって、各パレット２０相互の互換性、即ち全てのパレット２０が常にテーブル１に対して例えば水平，垂直両方向に関して高精度にクランプされることが要求されている。
パレット２０は、パレットのクランプ装置２２によりテーブル１に着脱可能にクランプされており、上述のようにテーブル１を割出すことによりワーク２１は所定の位置及び方向に位置決めされる。
【００２０】
図１及び図２に示すように、クランプ装置２２は、少なくとも４組のクランプ機構３０，３１を備えている。クランプ機構３０，３１は、パレット２０の裏面２３側に設けられたパレット側装着部２４のメス側テーパ穴２５及び端面２６に、テーブル１に設けられたオス側テーパ面２７及び端面２８をそれぞれ密着させて、パレット２０をテーブル１に着脱可能に装着している。これにより、パレット側装着部２４は、テーブル１に対してテーパ面部と端面部との二面拘束によりクランプされる。
【００２１】
図２及び図３に示すように、４組のクランプ機構３０，３１はパレット２０の中心Ｃに対して対称な位置に配設されている。パレット中心Ｃに対して互いに対称な位置にある一対のクランプ機構３０では、パレット裏面２３に形成された凹部３２の円筒状内周面３３と、メス側テーパ穴２５及び端面２６を有するとともに凹部３２内に配設されてパレット２０に締結固定されたメス側テーパブッシュ３４の円筒状外周面３５とを密着させてその半径方向に動かないようにして横方向（例えば、水平方向即ちＸ，Ｚ軸平面）について位置決めしている。
【００２２】
即ち、パレット２０の中心Ｃから半径Ｒの位置で且つ例えばＺ軸から所定の角度θの位置に、それぞれの凹部３２の中心Ｏ１ ，Ｏ１ が一致するように凹部３２を形成すれば水平方向の位置が決まる。したがって、パレット中心Ｃはテーブル１の中心軸１３の中心と一致することとなり、パレット２０は水平方向に関し高精度でテーブル１に対して位置決めされる。
【００２３】
残りの（他方の）クランプ機構３１も前記クランプ機構３０と同様の構成にしてもよいが、パレット２０の製造を容易にするために、このクランプ機構３１の凹部３２を予め大きめに形成している。
即ち、このクランプ機構３１では、メス側テーパブッシュ３４をその半径方向に位置調節可能に、凹部３２の円筒状内周面３３とメス側テーパブッシュ３４の円筒状外周面３５との間に隙間を設けている。凹部３２の製造上、凹部３２の円筒状内周面３３の直径をメス側テーパブッシュ３４の円筒状外周面３５の直径より約０．２乃至０．３ｍｍ大きく形成するのが好ましい。
【００２４】
凹部３２は、パレット裏面２３に設けられた突出部３６に形成されており、凹部３２内に装着されたメス側テーパブッシュ３４は、複数の締付けボルト３７により突出部３６に締結固定されている。
メス側テーパブッシュ３４のフランジ部３８と突出部３６との間には厚みの微調節が可能なスペーサ３９が介装されており、これにより、メス側テーパブッシュ３４をパレット２０に対して縦方向（例えば、上下垂直方向即ちＹ軸方向）に関して精密に位置決め固定している。
【００２５】
オス側テーパ面２７及び端面２８を有するオス側テーパピン４０が、複数の締付けボルト４１によりテーブル１に位置決め固定されている。オス側テーパピン４０の下方には円筒状突出部４２が一体的に形成されており、この突出部４２が、テーブル１に形成された大径シリンダ４３に嵌合することにより、オス側テーパピン４０は水平方向について精密に位置決めされている。
また、オス側テーパピン４０のフランジ部４４とテーブル１の上面４６との間に、厚みの微調節が可能なスペーサ４５を介装することにより垂直方向についても精密に位置決めしている。
【００２６】
メス側テーパブッシュ３４及びオス側テーパピン４０は、メス側テーパ穴２５にオス側テーパ面２７が密着し、且つ平面状のメス側端面２６に平面状のオス側端面２８が密着して二面拘束状態になるように高精度に形成されている。
【００２７】
ところで、他方のクランプ機構３１のメス側テーパブッシュ３４を凹部３２に精密に取付ける際には、締付けボルト３７を予め少し緩めてメス側テーパブッシュ３４がその半径方向に移動調節できるようにしておく。
この状態で、パレット２０をテーブル１にクランプさせれば、精密な一方のクランプ機構３０により二面拘束されてパレット２０が位置決めされ、これに従って他方のクランプ機構３１のオス側テーパピン４０に二面拘束されたメス側テーパブッシュ３４も水平，垂直両方向に関して精密に位置決めされる。
その後、締付けボルト３７を締付ければメス側テーパブッシュ３４はパレット２０に対して必然的に正確に位置決め固定され、パレット２０は合計４組のクランプ機構３０，３１によりテーブル１に正確な位置をもってクランプされる。
【００２８】
このようにすれば、クランプ機構３１に関しては粗い精度で凹部３２を形成しても精度よく寸法出しができ、パレット２０の製造が容易になって加工時間が短縮化でき、またパレット２０の不良率を低減させることができる。
【００２９】
テーブル１には、大径シリンダ４３に連通し且つこれと同心の小径シリンダ５０が形成されている。Ｙ軸方向に往復動するピストン５１が小径シリンダ５０及びオス側テーパピン４０の内周面４０ａに摺動自在に嵌合している。ピストン５１の下側のシリンダ室５２及び上側のシリンダ室５３には、それぞれ圧力油を供給してピストン５１を押し上げるための流路５４及びピストン５１を押し下げるための流路５５がそれぞれ連通している（図１参照）。
小径シリンダ５０の下方には、これに連通し且つ同心で小径の有底凹部５６が形成されている。有底凹部５６とピストン５１の凹部５１ａとの間にはばね（例えばコイルばね）５７が介装されてピストン５１を常にクランプ動作側すなわち上方に付勢している。
【００３０】
オス側テーパピン４０に放射状に形成された複数（例えば３個）の貫通孔６５内にはそれぞれボール５８が遊嵌されている。各ボール５８は、オス側テーパピン４０の半径方向に移動可能になっており、またメス側テーパブッシュ３４に形成された環状溝５９内に移動できるようになっている。ピストン５１の上部には、ボール５８に接触してこれを半径方向に進退移動させるためのテーパ面６１が形成されている。
オス側テーパピン４０の上端開口部は、ごみ等の侵入防止のためのキャップ４７により密閉されており、キャップ４７にはエアーブロー用の小孔４８が穿設されている。
【００３１】
このように本実施例では、メス側テーパブッシュ３４と、テーブル１に設けられてメス側テーパブッシュ３４に着脱可能に密着するオス側テーパピン４０と、テーブル１に取付けられてオス側テーパピン４０をメス側テーパブッシュ３４に着脱可能に装着させる装着機構６２と、油圧とばね力をもってこの装着機構６２のピストン５１をクランプ動作側に付勢し、油圧が低下しても少なくともばね力のみによりパレット２０をクランプ可能なばね５７を有する付勢手段とを備えている。
これにより、万一停電や故障などにより流路５４から供給される圧力油の油圧が低下しても、ばね５７によりパレット２０を安全にクランプしてセルフロックできるとともに、油圧装置の容量を小さくすることができる。
【００３２】
なお、両端面２６，２８の密着の有無の確認のために、オス側テーパピン４０には、端面２８に開放する空気流路６３が形成されている。また、圧縮空気により矢印Ｄに示すようにエアーブローをしてオス側テーパピン４０とメス側テーパブッシュ３４との間の密着部のごみ等を除去するための空気流路６４が、オス側テーパピン４０及びテーブル１に形成されている。これにより、クランプ装置２２の密着部が常に清浄な状態に保たれ、高精度でクランプされる。
【００３３】
また、本実施例ではクランプ動作中にボール５８がメス側テーパブッシュ３４のテーパ状底面６０を押圧する押圧点Ｓが、互いに密着する両端面２６，２８の近傍に位置するようになっている。また、各押圧点Ｓはクランプ機構３０，３１の中心位置から半径方向外方にかなり離れた位置にある。従って、オス側テーパピン４０に対してメス側テーパブッシュ３４が傾くことなく安定した姿勢で装着されることとなり、位置決め精度が向上する。
【００３４】
次に、クランプ装置２２の動作について説明する。
上述のようにパレット中心Ｃを基準にして各クランプ機構３０，３１が予め正確に位置決めされたパレット２０が図示しないＡＰＣによりテーブル１に運ばれ、パレット側装着部２４をテーブル１のオス側テーパピン４０に嵌合させる。
【００３５】
次いで、油圧装置を動作させて流路５４を介して圧油を下側シリンダ室５２に供給すると、ピストン５１は油圧とばね５７のばね力により押し上げられる。すると、ピストン上部のテーパ面６１に押圧されたボール５８が、オス側テーパピン４０の半径方向外方に押されて、環状溝５９側に移動する。ボール５８は、オス側テーパピン４０の貫通孔６５内に遊嵌されているので、貫通孔６５の上部内周面６６に当接した状態でメス側テーパブッシュ３４のテーパ状底面６０を矢印Ｐに示すように略下方に押圧する。これにより、メス側テーパブッシュ３４はオス側テーパピン４０側に強く引っ張られる。
こうしてピストン５１が十分に上昇すると、ボール５８の押圧力を介してメス側テーパブッシュ３４とオス側テーパピン４０とはテーパ面部と端面部とが二面拘束状態で強い圧力で密着してクランプ状態となる。その後、ワーク２１を加工する作業工程に移行する。
【００３６】
次に、アンクランプ動作の際には、流路５４を開放し流路５５から圧油を上側シリンダ５３に供給する。すると、ピストン５１はばね５７のばね力に抗して下方に押し下げられるので、ボール５８は開放されてピストン５１側に移動し、これによりクランプ装置２２はアンクランプ状態になり、パレット２０はＡＰＣによりテーブル１から離脱する。
【００３７】
従って、本実施例によれば、テーパ面部と端面部との二面拘束によりパレット２０をテーブル１に装着しているので、横方向（水平方向）と縦方向（上下方向）双方の繰り返し位置決め精度が高精度になる。また、テーパ面部に加えて端面部も密着するので、パレット２０をテーブル１に強いクランプ力でクランプすることができる。
【００３８】
このように、クランプ装置２２は、テーブル１に対して各パレット２０を常に正確な位置に繰り返し位置決めする機能と、ワーク２１の加工作業中にパレット２０に加わる反力に対してパレット２０を強固にクランプする機能とを具備することとなる。よって、ワーク２１を常に高精度で加工することができる。
【００３９】
また、本実施例ではばね５７と油圧とを併用して両方の付勢力によりクランプ動作をさせたので、万一停電や故障などで油圧が低下しても、ばね５７でクランプ力を維持することができる。この時にはクランプ力は弱くなるが抜け止め力は保持しているので、パレット２０がテーブル１から脱落する虞れはない。
また、ばねのみを用いた方式に比べて、ばね５７が小形なので、ばねを収納するスペースが少なくてすみ安全上も問題がない。
【００４０】
図４は、本発明の他の実施例を示すパレットのクランプ装置の拡大断面図である。
本実施例のクランプ装置は、クランプ動作時に圧油を用いないでばね力をもって前記装着機構のピストン７３をクランプ動作側に付勢する付勢手段７０を備えている。付勢手段７０は、テーブル１に形成された有底凹部５６ａとピストン７３の凹部７３ａとの間に装着されてピストン７３を上方に押し上げてクランプ動作させるようになっており、弱いばね力の小径ばね７１と、このばね７１と同心で強いばね力の大径ばね７２とを有している。
【００４１】
このように、ばね７１，７２を二重に装着することにより、有底凹部５６ａとピストン７３のサイズを小さくしている。従って、この場合にはクランプ動作用の圧油の供給が不要になり、油圧装置はアンクランプ動作時のみ使用すればよいので、油圧ポンプや油圧タンクの容量が小さくなり小型化することができる。
【００４２】
また、停電や故障などで万一油圧が低下しても、ばね７１，７２によりピストン７３を常にクランプ動作側に付勢しているので、強いクランプ力を維持してパレット２０をクランプすることができる。
前記実施例と比べてばね７１，７２を収納するスペースは大きくなるが、本実施例では常時油圧をかけなくてすむため温度上昇が抑制され、また、停電等に対する安全上も問題がない。
【００４３】
ところで、主軸に工具をクランプするクランプ装置と異なり、パレットのクランプ装置ではその動作の殆どの時間はクランプ動作が継続している。従って、クランプ動作に油圧を用いた場合には油圧装置が大型化し油圧ポンプの容量も大きくなるが、本実施例では短時間の動作であるアンクランプ動作時のみ油圧をかければよいので、油圧装置が小容量になる。なお、その他の構成は前記実施例と同様である。
【００４４】
なお、ピストン５１，７３や付勢手段を備えた前記各実施例の構成は、二面拘束式のクランプ装置以外にも適用することができる。
ところで、前記各実施例では、油圧とばね力，又はばね力のみによりピストンをクランプ動作側に付勢したが、油圧のみによりピストンをクランプ動作側に付勢する構成のクランプ装置であってもよい。この場合には、ばね用のスペースが不要になるので、クランプ装置がコンパクトになる。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１及び２にかかるパレットのクランプ装置は、上述のように構成したので、横方向と縦方向双方の繰り返し位置決め精度が高精度で且つ強固にパレットをクランプすることができる。また、ばね力をもって装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢する付勢手段を備えているので、停電や故障などにより万一油圧が低下しても、パレットを安全にクランプできるとともに油圧装置の容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すパレットのクランプ装置の正面断面図で、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】図１に示すパレットの平面図である。
【図３】図１の一部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すパレットのクランプ装置の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ テーブル
２０ パレット
２２ クランプ装置
２３ パレットの裏面
２４ パレット側装着部
２５ メス側テーパ穴
２６ 端面
２７ オス側テーパ面
２８ 端面
３０，３１ クランプ機構
３２ 凹部
３３ 円筒状内周面
３４ メス側テーパブッシュ
３５ 円筒状外周面
３９ スペーサ
４０ オス側テーパピン
４０ａ オス側テーパピンの内周面
５１，７３ ピストン
５７ ばね
５８ ボール
６０ テーパ状底面
６１ テーパ面
６２ 装着機構
６５ 貫通孔
７０ 付勢手段
Ｃ パレットの中心
Claims (5)
- 工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットのクランプ装置において、
前記パレットの裏面に設けられメス側テーパ穴及び端面を有するメス側テーパブッシュと、
前記テーブルに設けられ、前記メス側テーパ穴及び前記端面に着脱可能にそれぞれ同時に密着するオス側テーパ面及び端面を有するオス側テーパピンと、
前記テーブルに取付けられて前記オス側テーパピンを前記メス側テーパブッシュに着脱可能に装着させる装着機構と、
油圧とばね力をもってこの装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢し、少なくともばね力のみにより前記パレットをクランプ可能なばねを有する付勢手段とを備えたことを特徴とするパレットのクランプ装置。 - 工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットのクランプ装置において、
前記パレットの裏面に設けられメス側テーパ穴及び端面を有するメス側テーパブッシュと、
前記テーブルに設けられ、前記メス側テーパ穴及び前記端面に着脱可能にそれぞれ同時に密着するオス側テーパ面及び端面を有するオス側テーパピンと、
前記テーブルに取付けられて前記オス側テーパピンを前記メス側テーパブッシュに着脱可能に装着させる装着機構と、
ばね力をもってこの装着機構のピストンをクランプ動作側に付勢する付勢手段とを備えたことを特徴とするパレットのクランプ装置。 - 前記メス側テーパブッシュ及び前記オス側テーパピンを有する一対のクランプ装置は、前記パレットの中心に対して互いに対称位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパレットのクランプ装置。
- 前記メス側テーパブッシュを、厚みの微調節が可能なスペーサを介装して前記パレットの裏面に締結固定することにより、
前記メス側テーパブッシュを前記パレットに対して精密に位置決め固定したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの項に記載のパレットのクランプ装置。 - 前記オス側テーパピンに放射状に形成された複数の貫通孔には、ボールが前記オス側テーパピンの半径方向に移動可能に遊嵌され、
前記ピストンは前記オス側テーパピンの内周面に摺動自在に嵌合し、
前記ピストンには、前記ボールに接触してこのボールを半径方向に進退移動させるテーパ面が形成され、
クランプ動作中には、前記テーパ面に押圧された前記ボールが前記メス側テーパブッシュのテーパ状底面を押圧することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載のパレットのクランプ装置。
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