JP4257511B2

JP4257511B2 - Ｎｃ加工装置

Info

Publication number: JP4257511B2
Application number: JP2003188232A
Authority: JP
Inventors: 純生倉田; 祐史三谷; 忍高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005022014A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加工部位に応じて、ワークの姿勢を変換して機械加工を行うことができるＮＣ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一例として、図１１乃至図１３に示すような自動車のサスペンション装置の構成部品であるナックル１の各部を機械加工する場合について説明する。ナックル１には、ショックアブソーバ取付部２、ブレーキキャリパ取付部３、ドライブシャフトベアリング取付部４、タイロッドボールジョイント連結部５、ロアアームボールジョイント連結部６及びＡＢＳセンサ取付部７が設けられている。
【０００３】
ショックアブソーバ取付部２には、取付面２Ａ及び取付穴２Ｂが平面及び穴加工されている。キャリパ取付部３には、取付面３Ａ及び取付穴３Ｂが平面及び穴加工されている。ドライブシャフトベアリング取付部４には、ベアリング取付穴４Ａ及びその外径部４Ｂが内面及び外面加工されている。タイロッドボールジョイント連結部５には、取付面５Ａ及び取付穴５Ｂが平面及び穴加工されている。ロアアームボールジョイント連結部６には、取付面６Ａ及び取付穴６Ｂが平面及び穴加工されている。また、ＡＢＳセンサ取付部７には、取付面７Ａ及び取付ねじ穴７Ｂが平面及びねじ穴加工されている。
【０００４】
これらの取付面、取付穴及び取付ねじ穴は、それぞれ軸方向が異なっているので、これらを１軸ＮＣ加工装置によって機械加工する場合、加工部位に応じて、ワークであるナックル１の粗形材の姿勢を変換する必要がある。この場合、ワークを位置決めする治具の段取換えによってワークの姿勢を変換すると、ワークの位置決め精度が低下し、また、各部位毎の加工時間の相違等によって加工待ち時間が生じるため、作業効率が低下することになる。
【０００５】
そこで、従来は、１軸ＮＣ加工装置に、サーボモータ等からなる駆動装置によって水平軸及び垂直軸の２軸回りに回転可能な可動治具を組合わせることにより、加工部位に応じて、可動治具を作動させてワークを姿勢変換して機械加工を行うようにしている。これにより、位置決め治具の段取換えを行うことなく、１軸ＮＣ加工装置によってナックル１の各部を機械加工することができるので、加工精度の低下を防止するとともに、待ち時間の問題を解消して加工時間を短縮することができる。
【０００６】
このように、サーボモータ等からなる駆動装置によって２軸回りに回転可能な可動治具を用いて、ワークを水平軸回りに回動（チルト）及び垂直軸回りに回転（ターン）させることができるようにしたワークの姿勢変換装置が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】
特開平１１−３３８５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の駆動装置によって２軸回りに回転可能な可動治具を備えた１軸ＮＣ加工装置では、次のような問題がある。可動治具の回転軸（水平軸及び垂直軸）毎にサーボモータ等からなる駆動装置が必要であり、構造が複雑になるため、設備コストがかかり、また、可動治具側の寸法も大きくなる。さらに、可動治具側の寸法が大きくなると、ＮＣ加工装置の主軸がワークにアプローチしにくくなるので、工具の全長を長くする必要があり、工具の剛性が低下して、その分、加工条件の制約が大きくなる。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で、ワークの姿勢変換が可能な可動治具を備えたＮＣ加工装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るＮＣ加工装置は、主軸の送り動作を数値制御可能なＮＣ主軸ユニットと、ワークを固定する可動治具を移動及び位置決め可能に支持するワーク位置決めユニットとを備え、前記主軸の送り動作によって、前記可動治具の移動及び位置決めを行い、前記可動治具は、大径の開口を有し、前記ワークを前記開口に臨む位置で固定し、前記主軸が前記開口を通して前記ワークにアプローチ可能であることを特徴とする。
このように構成したことにより、主軸の送り動作によって、可動治具を移動及び位置決めして、ワークの姿勢を変換することができる。
また、請求項２の発明に係るＮＣ加工装置は、上記請求項１の構成において、前記可動治具には、前記主軸に係合可能な位置決め機構が設けられており、前記主軸の送り動作によって前記位置決め機構を操作して、前記可動治具の移動及び位置決めを行い、前記位置決め機構は、位置決めピン及び位置決め穴を有し、前記主軸の送り動作によって前記位置決めピンを前記位置決め穴に係合、離脱することにより、前記可動治具の固定、固定解除を行うことを特徴とする。
このように構成したことにより、主軸の送り動作によって、位置決め機構を操作し、可動治具を移動及び位置決めして、ワークの姿勢を変換することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。
図１乃至図６に示すように、本実施形態に係るＮＣ加工装置８は、図１１乃至図１３に示すナックル１の各部を機械加工するためのものであって、ベース（図示せず）上に、主軸ユニット９及びワーク位置決めユニット１０が設置されている。
【００１０】
１軸ＮＣ主軸ユニット９（ＮＣ主軸ユニット）は、数値制御装置によって、数値化された加工情報に基づいて、複数のサーボモータ等を駆動して、１つの主軸１１を直交軸Ｘ−Ｙ−Ｚ方向に所定の軌跡で自由に送り動作可能なＮＣ工作機である。１軸ＮＣ主軸ユニット９は、自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備えており、加工情報に応じて、工具マガジンから、加工に必要なドリル、リーマ、エンドミル、タップ等の工具を供給して、主軸１１に自動的にセットできるようになっている。
【００１１】
ワーク位置決めユニット１０は、ベース上に垂直軸Ｂ回りに回転可能な可動パレット１２を有している。可動パレット１２には、サーボモータ等からなる駆動機構が設けられており、前述の数値制御装置によって、加工情報に基づいて、垂直軸回りに回転及び位置決めできるようになっている。
【００１２】
パレット１２には、垂直方向に沿って略矩形の支持プレート部１３が立設されており、支持プレート部１３には、大径の円形の開口部１４が形成されている。開口部１４には、大径の開口１５Ａを有する環状の可動治具１５が挿入されて、クロスローラベアリング１６によって水平軸Ｃ回りに回転可能に支持されている。可動治具１５の一方の端面には、３つのクランプ機構１７（図１及び図２には１つのみ図示する）が設けられており、これらのクランプ機構１７によって、ワークであるナックル１の粗形材Ｗをクランプして、可動治具１５上で固定する。このとき、粗形材Ｗは、そのドライブシャフトベアリング取付部４の中心軸と可動治具１５の回転軸（水平軸Ｃ）とが平行となるように可動治具１５に固定される。
【００１３】
可動治具１５の他方の端面には、位置決め機構１８が取付けられている。位置決め機構１８には、水平軸Ｃと平行に進退動可能な位置決めピン１９が設けられている。また、支持プレート部１３側には、位置決めピン１９のテーパ状の先端部２０が挿入可能な位置決め穴２１が設けられており、位置決めピン１９の先端部２０を位置決め穴２１に挿入することにより、可動治具１５を支持プレート部１３に対して固定することができるようになっている。位置決めピン１９は、支持プレート部１３側へ、常時、バネ付勢されており、通常は、位置決めピン１９が位置決め穴２１に挿入されて、可動治具１５が支持プレート部１３に固定されている。位置決めピン１９の後端部には、フランジ状の係止部２２が設けられており、係止部２２を引張って、位置決めピン１９をバネ付勢力に抗して後退させて、位置決め穴２１から引抜くことにより、可動治具１５が支持プレート部１３に対して回転可能となる。位置決め穴２１は、粗形材Ｗの各加工部位に対応して、支持プレート部１３の周方向に沿って複数配置されている。
【００１４】
一軸ＮＣ主軸ユニット９の主軸１１には、位置決めピン１９の係止部２２に係脱可能な先端形状を有する姿勢変換工具２３が装着可能となっている。姿勢変換工具２３は、前述の自動工具変換装置の工具マガジンに装填されており、他の工具と同様、主軸１１に自動的に着脱することができる。そして、主軸１１に姿勢変換工具２３を装着し、主軸１１の送り動作によって、姿勢変換工具２３を係止部２１に係合させて、位置決めピン１９を操作することによって、可動治具１５を回転及び位置決めすることができる。
【００１５】
姿勢変換工具２３を用いて、可動治具１５を回転させて、粗形材Ｗの姿勢を変換する工程について、図４及び図５を参照して説明する。先ず、図４（Ａ）に示すように、自動工具交換装置によって、姿勢変換工具２３を主軸１１に装着する。次に、図４（Ｂ）に示すように、主軸１１を移動させて、姿勢変換工具２３を位置決めピン１９の係止部２２に係止する。次に、図４（Ｃ）に示すように、主軸１１を後退させて、係止部２２を引張って位置決めピン１９を位置決め穴２１から引抜き、可動治具１５の固定を解除する。次に、図５（Ａ）に示すように、主軸１１を移動（円運動）させて、可動治具１５を所望の位置まで回転させる。次に、図５（Ｂ）に示すように、主軸１１を前進させ、位置決めピン１９を位置決め穴２１に挿入して、可動治具１５を固定する。次に、図５（Ｃ）に示すように、主軸１１を移動させて、姿勢変換工具２３を位置決めピン１９の係止部２１から取外す。このようにして、主軸１１の送り動作によって、可動治具１５を水平軸Ｃ回りに回転させ、位置決めすることができ、粗形材Ｗの姿勢を変換することができる。
【００１６】
以上のように構成したＮＣ加工装置８を用いてナックル１の粗形材Ｗの各部を機械加工する工程について、図６を参照して説明する。なお、図６において、矢印Ｍは、主軸１１の方向を示している。
【００１７】
先ず、粗形材Ｗをクランプ機構１７によって可動治具１５に固定し、図６（Ａ）に示す姿勢に位置決めする。この姿勢では、粗形材Ｗのショックアブソーバ取付部２の一方の取付面２Ａ及び取付穴２Ｂを面加工及び穴あけ加工することができる。この姿勢から、駆動機構によって、パレット１２を垂直軸Ｂ回りに適宜回転させて、位置決めし、自動工具交換装置によって、主軸１１に適当な工具を装着することにより、ドライブシャフトベアリング取付部４のベアリング取付穴４Ａ及びその外径部４Ｂを内面加工及び外面加工することができ、ブレーキキャリパ取付部３の取付面３Ａ及び取付穴３Ｂを面加工及び穴あけ加工することができ、また、ショックアブソーバ取付部２の他方の取付面２Ａを面加工することができる。
【００１８】
次に、図４及び図５を参照して上述したように、主軸１１に姿勢変換工具２３を装着して、主軸１１の送り動作によって、位置決めピン１９を操作し、可動治具１５を水平軸Ｃ回りに９０°回転させて、粗形材Ｗを図６（Ｂ）に示す姿勢に位置決めする。そして、駆動機構によって、パレット１２を垂直軸Ｂ回りに適宜回転させて、位置決めし、自動工具交換装置によって、主軸１１に適当な工具を装着することにより、タイロッドボールジョイント連結部５の取付面５Ａ及び取付穴５Ｂを面加工及び穴あけ加工することができ、また、ロアアームボールジョイント連結部６の取付面６Ａ及び取付穴６Ｂを面加工及び穴あけ加工することができる。
【００１９】
次に、再び図４及び図５を参照して上述したように、主軸１１に姿勢変換工具２３を装着して、主軸１１の送り動作によって、位置決めピン１９を操作し、可動治具１５を水平軸Ｃ回りに所定角度回転させて、粗形材Ｗを図６（Ｃ）に示す姿勢に位置決めする。この姿勢では、ＡＢＳセンサ取付部７の取付面７Ａ及び取付ねじ穴７Ｂを面加工及びねじ穴加工することができる。
【００２０】
このようにして、主軸１１の送り動作によって、可動治具１５を水平軸Ｃ回りに回転させて位置決めし、パレット１２を垂直軸Ｂ回りに回転させて粗形材Ｗの姿勢変換を行い、自動工具交換装置によって、主軸１１に適当な工具を装着して、粗形材Ｗの各部を順次加工することにより、ナックル１を製造することができる。
【００２１】
本実施形態に係るＮＣ加工装置８によれば、粗形材Ｗをクランプ機構１７によって可動治具１５に一回のみクランプすることにより、全加工工程を行うことができるので、ワークの位置決め治具の段取換えによる加工精度の低下の問題を解消することができる。位置決めユニット１０は、パレット１２の垂直軸Ｂ回りの回転にのみ駆動機構を使用し、可動治具１５の水平軸Ｃ回りの回転については、主軸１１の送り動作を利用しているため、構造が簡単で小型化が可能であり、主軸１１が粗形材Ｗにアプローチし易くなるので、工具の全長が短くてすみ、工具の剛性が高まって加工条件の制約が小さくなる。水平軸Ｃ回りの回転のための駆動機構がないので、可動治具１５に大径の開口１５Ａを設けることができ、多方向からの加工が可能となっているので、工程の集約化を図ることができる。また、水平軸Ｃ回りの駆動機構がなく、構造が簡単であるため、設備コストがかからない。
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態について、図７乃至図１０を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して、異なる部分についてのみ詳細に説明する。
【００２３】
図７乃至図１０に示すように、第２実施形態に係るＮＣ加工装置２４は、上記第１実施形態と同様、ナックル１の各部を機械加工するためのものであって、ベース上に、主軸ユニット１１及びワーク位置決めユニット２５が設置されている。ワーク位置決めユニット２５は、ベース上に垂直軸Ｂ回りに回転可能な可動パレット２６を有している。可動パレット２６は、上記第１実施形態のものと同様、サーボモータ等からなる駆動機構が設けられ、数値制御装置によって、加工情報に基づいて、垂直軸Ｂ回りに回転、位置決めすることができる。
【００２４】
パレット２６には、垂直方向に延びる一対の支柱２７、２８が立設され、支柱２７、２８間に、略矩形の可動治具２９が回転可能に支持されている。可動治具２９は、その両端部に形成された軸部３０、３１が支柱２７、２８に取付けられたベアリング３２、３３によって支持されて、水平軸Ｃ回りに回転可能となっている。可動治具２９には、大径の開口２９Ａが設けられている。可動治具２９上には、３つのクランプ機構３４（図７及び図９には１つのみ図示する）が設けられており、これらのクランプ機構３４によって、粗形材Ｗがクランプされて可動治具２９上で固定される。このとき、粗形材Ｗは、そのドライブシャフトベアリング取付部４の中心軸と可動治具２９の回転軸（垂直軸Ｂ）とが一致できるように固定される。
【００２５】
可動治具２９の一方の軸部３０は、支柱２７を貫通しており、その先端部に固定されたアーム部３５に位置決め機構１８が取付けられている。一方、支柱２７側には、位置決めプレート３６が固定され、位置決めプレート３６には、位置決め機構１８の位置決めピン１９に対向させて複数の位置決め穴２１が設けられている。そして、上記第１実施形態と同様、主軸１１に姿勢変換工具２３を装着して、位置決め機構１８の位置決めピン１９を操作することにより、可動治具２９を水平軸Ｃ回りに回転及び位置決めすることができ、可動治具２９にクランプされた粗形材Ｗを姿勢変換することができる。
【００２６】
以上のように構成したＮＣ加工装置２４を用いてナックル１の粗形材Ｗの各部を機械加工するための工程について、図１０を参照して説明する。なお、図１０において、矢印Ｍは、主軸１１の方向を示している。
【００２７】
先ず、粗形材Ｗをクランプ機構３４によって可動治具２９に固定し、図１０（Ａ）に示す姿勢に位置決めする。この姿勢では、タイロッドボールジョイント連結部５の取付面５Ａ及び取付穴５Ｂを面加工及び穴あけ加工することができる。この姿勢から、駆動機構によって、パレット２６を垂直軸Ｂ回りに適宜回転させて、位置決めし、自動工具交換装置によって、主軸１１に適当な工具を装着することにより、ＡＢＳセンサ取付部７の取付面７Ａ及び取付ねじ穴７Ｂを面加工及びねじ穴加工することができ、ショックアブソーバ取付部２の一方の取付面２Ａ及び取付穴２Ｂを面加工及び穴あけ加工することができ、また、ショックアブソーバ取付部２の他方の取付面２Ａを面加工することができる。
【００２８】
次に、パレット２６を垂直軸Ｂ回りに回転させ、水平軸Ｃを主軸１１（矢印Ｍ）の方向に向け、上記第１実施形態と同様、主軸１１に姿勢変換工具２３を装着して、位置決め機構１８を操作し、主軸１１の送り動作によって、可動治具２９を水平軸回りに９０°回転させて図１０（Ｂ）に示す姿勢に位置決めする。この姿勢では、ドライブシャフトベアリング取付部４のベアリング取付穴４Ａ及びその外径部４Ｂを内面加工及び外面加工することができ、また、ブレーキキャリパ取付部３の取付面３Ａ及び取付穴３Ｂを面加工及び穴あけ加工することができる。
【００２９】
次に、再度、パレット２６を垂直軸Ｂ回りに回転させ、水平軸Ｃを主軸１１（矢印Ｍ）の方向に向け、主軸１１に姿勢変換工具２３を装着して、位置決め機構１８を操作して、主軸１１の送り動作によって、可動治具２９を水平軸Ｃ回りに所定角度回転させて図１０（Ｃ）に示す姿勢に位置決めする。この姿勢では、ロアアームボールジョイント連結部６の取付面６Ａ及び取付穴５Ｂを面加工及び穴あけ加工することができる。
【００３０】
このようにして、主軸１１の送り動作によって、可動治具２９を水平軸Ｃ回りに回転させて位置決めし、パレット２６を垂直軸Ｂ回りに回転させて、粗形材Ｗの姿勢変換を行うことにより、上記第１実施形態と同様、粗形材Ｗの各部を順次加工することができ、ナックル１を製造することができる。そして、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００３１】
なお、上記第１及び第２実施形態では、一例としてナックル１の粗形材Ｗの各部を機械加工する場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、可動治具及びクランプの形状、並びに、工具等を適宜変更することにより、この他のワークについても同様に適用することをができる。上記第１及び第２実施形態においては、可動治具の位置決め機構として、位置決めピン及びピン穴を利用しているが、これに限らず、主軸の送り動作によって操作可能なものであれば、他の形式の位置決め機構を利用することもできる。また、位置決め機構の係脱方向は、主軸の方向と一致していなくてもよい。さらに、上記第１及び第２実施形態では、パレットの垂直軸回りの回転については、サーボモータ等からなる駆動機構を利用しているが、可動治具の水平軸回りの回転と同様、駆動機構を省略して、主軸の送り動作によって、回転及び位置決めを行うようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係るＮＣ加工装置によれば、主軸の送り動作によって、可動治具を移動及び位置決めして、ワークの姿勢を変換することができるので、構造が簡単で小型化が可能であり、主軸をワークにアプローチし易くして加工性を向上させることができ、また、設備コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＮＣ加工装置の概略構成を示す側面図である。
【図２】図１に示す装置のワーク位置決めユニットの平面図である。
【図３】図１に示す装置のワーク位置決めユニットの正面図である。
【図４】図１の装置における主軸の送り動作によるワークの姿勢変換の工程を示す図である。
【図５】図１の装置における主軸の送り動作によるワークの姿勢変換の図４に続く工程を示す図である。
【図６】図１の装置におけるワークの各部の機械加工に対応する姿勢変換の工程を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るＮＣ加工装置の概略構成を示す側面図である。
【図８】図７に示す装置のワーク位置決めユニットの平面図である。
【図９】図７に示す装置のワーク位置決めユニットの正面図である。
【図１０】図７の装置におけるワークの各部の機械加工に対応する姿勢変換の工程を示す図である。
【図１１】自動車のサスペンション装置の構成部品であるナックルの正面図である。
【図１２】図１１に示すナックルの側面図である。
【図１３】図１１に示すナックルの平面図である。
【符号の説明】
８ＮＣ加工装置
９１軸ＮＣ主軸ユニット（ＮＣ主軸ユニット）
１０ワーク位置決めユニット
１１主軸
１５可動治具
１８位置決め機構
Ｗ粗形材（ワーク）

Claims

主軸の送り動作を数値制御可能なＮＣ主軸ユニットと、ワークを固定する可動治具を移動及び位置決め可能に支持するワーク位置決めユニットとを備え、前記主軸の送り動作によって、前記可動治具の移動及び位置決めを行い、前記可動治具は、大径の開口を有し、前記ワークを前記開口に臨む位置で固定し、前記主軸が前記開口を通して前記ワークにアプローチ可能であることを特徴とするＮＣ加工装置。
前記可動治具には、前記主軸に係合可能な位置決め機構が設けられており、前記主軸の送り動作によって前記位置決め機構を操作して、前記可動治具の移動及び位置決めを行い、前記位置決め機構は、位置決めピン及び位置決め穴を有し、前記主軸の送り動作によって前記位置決めピンを前記位置決め穴に係合、離脱することにより、前記可動治具の固定、固定解除を行うことを特徴とする請求項１に記載のＮＣ加工装置。