JP4344690B2 - クランプ組立品 - Google Patents

Description

本出願は、２００２年６月２７日に出願された米国仮出願第６０／３９２，１６３号の利益を主張する。
本発明は、工作機械において工作物をクランプする組立品を対象とする。より詳細には本発明は、研磨機又は研削盤において切削刃をクランプする手段を提供する。

切削工具を利用する機械加工作業において、定期的な研磨（たとえば、切削エッジを回復させるために、切削工具の１つ又は複数の表面を研削すること）は通常行われることである。工具又は工具の個々の切削刃が、特定の工作機械から取り外され、次に、その後の研削のために、研磨機の保持具の取り付け用ブロックに位置決めされクランプされることは一般的である。サイズがいろいろである、或いは、異なる形状又はサイズのシャンクを有する異なる工具又は刃の場合など多くの場合において、取り付け用ブロックは変更されるか、又は、研磨機に別のブロックが設置されなければならない。こうした処置は、時間がかかり、通常、労力がかかる。

公知の機械加工作業１つのタイプはカッターヘッド内に配列された複数のスティック型切削刃を備える切削工具を用いたかさ歯車の生産である。切削刃が、研磨が必要であるポイントまで磨耗すると、切削刃は、カッターヘッドから取り外され、次に、Ｈｕｎｋｅｌｅｒに対する米国特許第３，８８１，８８９号又はＬｅｕｔｗｙｌｅｒ他に対する米国特許第４，９６９，２９８号に示されているものなど、研磨機の保持具の取り付け用ブロックでクランプされる。切削刃の研磨は、その後、１つ又は複数の所望の切削エッジを回復するために、切削刃の適切な表面を研磨することによって実行される。

スティック型切削刃は、サイズが変わり、及び／又は、異なる断面形状を有する場合があり、そのため、異なる刃のサイズ及び／又は形状に対応するために、既存の取り付け用ブロックを変更するか、又は、研磨機において異なる取り付け用ブロックを必要とする可能性を提示する。たとえば、全体が矩形の断面シャンクを有する切削刃は、Ｂｌａｋｅｓｌｅｙに対する米国特許第４，５７５，２８５号に示されている。４つを超える側面を有し、９０度以外の曲がり角度を含む切削刃は、Ｃｌａｒｋ他に対する米国特許第６，００４，０７８号に見ることができる。

本発明は、機械において工作物をクランプする装置を提供する。

本発明の装置は、複数の取り付け面を備える、回転軸線まわりに回転可能である内側ノーズ部と、回転軸線まわりに回転可能であり、非クランプ位置とクランプ位置の間で作動可能である少なくとも１つのクランプを備える外輪部とを備えている。非クランプ位置において、内側ノーズ部は、クランプに対して、軸線まわりに回転して位置決め可能であり、それによって、取り付け面に対して位置決めされた工作物は、クランプに対して、ある位置に配向され、その位置で、クランプがクランプ位置に作動した状態で、工作物が、取り付け面に対してクランプされる。クランプすることは、内側ノーズ部と外輪部を結合し、それによって、クランプされた工作物と共に、内側ノーズ部と外輪部は、一緒に回転可能であり、軸線まわりに位置決め可能である。

本発明を例示する好ましい実施例を参照して本発明を以下に説明する。全ての図において、共通構成要素は同じ参照数字が付されている。

図１は、外輪部４及び内側ノーズ部６（図３を参照されたい）を備える本発明のクランプ組立品２を例示する。図２は、取り付け板１２を介して主軸８の面に取り付けられたクランプ組立品２を示す。主軸８は、切削刃研磨機などの機械の主軸ハウジング１０内に位置決めされている。こうした機械は当技術分野ではよく知られており、市販されている（１つの型の機械の実施例は、図１２に例示され、以下で述べられる）。外輪部４は、クランプブラケット１６に取り付けられた、少なくとも１つのクランプ１４を備えている。外輪ロックピストン１８は、ピストン取り付けブラケット２０に取り付けられている。図１はさらに、切削刃２２と係合し、それによって、取り付け用ブロック２８（図３を参照されたい）の取り付け面２４及び２６（一緒に取り付け用スロットを画定する）に対して所定の位置に切削刃２２をクランプするクランプ１４を例示している。

図３は、本発明のノーズ部６を例示し、取り付け面２４及び２６は、切削刃がない状態で示される。取り付け面２４及び２６は好ましくは、互いに対して９０°で配向されるが、望ましい任意の角度で配向することもできる。１つ又は両方の取り付け面２４、２６は、真空源及び／又は正の空気圧力源と連通する１つ又は複数のポート５０を含むことができ、それによって、クランプ前に、切削刃を取り付け用ブロック２８に位置決めするとき、切削刃を取り付け面２４、２６に対して着座させるのを補助するためにポート５０に真空を適用することができる。逆に、切削刃を取り付け面２４、２６から緩める、及び／又は、取り付け面から任意の研削流体又は他の屑を吹き飛ばすために、クランプ１４が引っ込められた後に、正の空気（又は他の流体）圧力を加えることができる。

図４は、図１及び図２のクランプ組立品の構成要素を示す。外輪部４の内面は、着座面３２上にあるボールスリーブ３０を介して内側ノーズ部６の周りに位置決めされている。ボールスリーブ３０は、外輪部４が、軸線Ａ及び内側ノーズ部６まわりに自由に回転することを可能にする。先に論じたように、外輪部４は、ボルト３４などの任意の適当な手段によってクランプブラケット１６に取り付けられたクランプ１４を含んでいる。クランプブラケット１６及びクランプ１４は、ボルト３８によるなどでブラケット１６に取り付けられた１つ又は複数のピストン３６によってクランプ位置の方へ及びクランプ位置から移動可能である。ピストン３６は、それぞれがシリンダプラグ４６で蓋をされる各シリンダ４４内で位置決めされ、移動可能である。ブラケット１６は、案内シリンダ４２内で位置決めされ、移動可能であるクランプガイド４０を介して案内される。

ピストン３６は好ましくは、ピストンキャビティ４８内で作動するピストン（図示せず）によって加えられる液圧によって駆動される。ピストンは、外輪４内にある流体リザーバ（図示せず）と連通し、外輪４は次に、ピストン３６と連通している。

本発明は、内側ノーズ部６の回転（角度）位置が、制御されることを可能にし、それによって、取り付け用ブロック２８を任意の角度設定で位置決めすることができる。たとえば、図５は、取り付け用ブロック２８において取り付け面２４、２６に対して位置決めされる、矩形断面を有する切削刃５２を示す。この実施例の場合、取り付け用ブロック２８の示す位置は、０°（ゼロ度）位置と呼ばれる。この位置は、「右用」刃（刃が取り付けられる切削工具の前面から見た時、切削刃が反時計回りに回転する）と一般に呼ばれる切削刃を研磨するのに望ましいと思われる位置であってもよい。一方、図６は、９０°位置（図５を参照）に回転した取り付け用ブロック２８を示す。この位置は、「左用」刃（刃が取り付けられる切削工具の前面から見た時、切削刃が時計回りに回転する）と一般に呼ばれる切削刃５４を研磨するのに望ましいと思われる位置であってもよい。いずれの例においても、クランプ１４の力Ｆ_Ｃは、切削刃の平坦面に作用して、刃を取り付け面２４、２６に対してクランプする。

切削刃の断面サイズにかかわらず、取り付け用ブロック２８は、切削刃のいろいろなサイズに対応することができ、内側ノーズ部６の角度位置は、クランプ力が常に、切削刃の平坦面に作用するように、任意の角度で配向することができることが、図５及び図６を見ると理解することができる。図５及び図６において、クランプ力Ｆ_Ｃは、垂直下方に（軸線Ａに沿って見ると）加えられているのが示される。しかし、クランプ力は、軸線Ａの回りの任意の位置にある可能性があり、内側ノーズ部は、ある位置に回転することができ、それによって、クランプ１４と接触すべき切削刃の表面が、クランプの移動方向と「整列」し、それによって、クランプは、切削刃の適切な表面と接触して、切削刃を取り付け用ブロック２８にクランプする。

図７及び図８は、先に述べた米国特許第６，００４，０７８号に開示される切削刃などの、４つを越える側面、したがって、矩形でない断面を有する切削刃を例示する。これらの型の刃は、９０°未満に配向され、狭い端部で終わる傾斜面を備える。図７は、各取り付け面２４及び２６に接触する側面が、側面５７に対してそれぞれ３０°及び６０°の角度で延びる右用切削刃５６を示す。切削刃５６は、取り付け用ブロック２８に位置決めされ、取り付け用ブロック２８は次に、（図５に見られるゼロ度位置に対して）３０°回転して、側面とクランプ力Ｆ_Ｃを整列させる。

同様に、図８は、各取り付け面２４及び２６に接触する側面が、側面５９に対してそれぞれ６０°及び３０°の角度で延びる左用切削刃５８を示す。切削刃５８は、取り付け用ブロック２８に位置決めされ、取り付け用ブロック２８は次に、（図５に見られるゼロ度位置に対して）６０°回転して、側面とクランプ力Ｆ_Ｃを整列させる。この場合も、異なる断面形状は、本発明のクランプ組立品によって対処することができることがわかる。角度的に位置決め可能な取り付け用ブロック２８は、内側ノーズ部６の制御された動きによって切削刃がクランプ力と整列した位置に位置決めされることを可能にしている。

先に述べたように、本発明は、異なるサイズ、形状（たとえば、４つを超える側面）、及び左右（すなわち、右用及び左用）の切削刃用の一定の複数の（又は一組の）取り付け面と共に単一の取り付け用ブロックが使用されることを可能にする。

図９〜図１１は、工作物の装填及びクランプを例示する。図９において、クランプ１４は一杯に引っ込んでいる。外輪部４は、ロックピストン１８との接触によって所定の位置に固定されている。ここで、内側ノーズ部６は、外輪部４とは独立して最適装填位置に回転することができる。この時、ポート５０への真空が稼動される。

図１０において、工作物６０（矩形でスティック型切削刃）は、手動か又はロボットを使用して、取り付け用ブロック２８の上に装填され、取り付け面２４、２６と接触する。ポート５０を介する真空によって、切削刃が取り付け面に対して着座する。真空を利用して、工作物があるかないかについて、工作機械の制御器（たとえば、コンピュータ数値制御装置ＣＮＣ）に指示することができる。

図１１は、工作物に接触し、工作物を取り付け用ブロック２８に固定するための前進位置にあるクランプ１４を示す。この時、ロックピストン１８は、引っ込んでおり、ここで、工作物のクランプによって、外輪部４が効率よく内側ノーズ部６に結合させられるので、内側ノーズ部と外輪部は、切削刃６０の表面を研削するプロセスの間中、単一ユニットとして回転する。

研削が終了すると、クランプ組立品は、所望のロック解除位置に回転する。外輪ロックピストン１８が駆動されて、外輪部４の表面に接触する。ポート５０を通る真空は、正圧に変えられる。クランプ１４は、切削刃６０との接触から引き離され、切削刃は、手動か又はロボットによって装填解除される。エアパージは、工作物の取り外しに、並びに、面２４、２６上に残った油残留物を吹き飛ばすのに役立つ。内側ノーズ部６は、ここで、次の工作物のために所望の装填位置に回転し、プロセスが繰り返される。

示された実施例は、クランプ力が、クランプ組立品の軸線Ａに対して垂直下方に配向されているのを示すが、取り付け用ブロック２８に切削刃又はある種のインサートをクランプし、次に単一ユニットを外輪部の所望の位置に回転させることによって、外輪部４は任意の角度位置に回転することができる。一旦、所定位置になると、外輪部４はロックピストン１８の接触によって固定され、その時、クランプ１４が引っ込められ、その後、内側ノーズ部６は再び、独立して回転することができる。

内側ノーズ部６の角度位置は好ましくは、主軸８（図２）上にあり、特定の機械のコンピュータ制御装置と接続するエンコーダ（図示せず）によって制御される。所望であれば、回転範囲を制限するために、外輪部４に停止機構が含まれてもよい。このことは取り付け面２４、２６とクランプ１４の相対的な位置を再配向することが必要である場合には、望ましい。クランプ１４を既知の端部位置に回転させることによって、機械の制御器はクランプのある場所を知ることができ、面２４、２６を有する取り付け用ブロック２８が、それ自身をクランプ１４の既知の位置と位置合わせするように指示することができる。クランプ１４は、その後、切削刃又は他の型のインサートに対して進められて、外輪部４を内側ノーズ部６に結合して、単一ユニットを形成し、単一ユニットは、その後、次に続く研磨作業のために、任意所望の角度位置に再位置決めされる。

先に述べたように、本発明は、いろいろな様式の切削刃が研削される任意の工作機械で利用することができる。こうした機械の一実施例が図１２に例示される。機械は、コンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）を有する型であり、以下で述べる。この型の機械は、当技術分野ではより知られており、たとえば、Ｔｈｅ Ｇｌｅａｓｏｎ Ｗｏｒｋｓ（ニューヨーク州、ロチェスター）によって製造された、３００ＣＧ ＣＮＣ切削刃研磨機など、市販されているものである。

機械は、工具キャリジ６３がスライド又はウエー（図示せず）を介して取り付けられるベース６２を備える。工具キャリジ６３は、機械のベース６２に沿って、Ｙ方向（Ｙ軸）にスライド上を移動可能である。工具キャリジ６３上には、ウエー又はスライド（図示せず）を介して、工具スライド６５がＺ方向（Ｚ軸）に移動自在に取り付けられる工具コラム６４がある。工具ヘッド６６は工具スライド６５に固定され、研削ホイール６７などの適切なストック除去工具が工具ヘッド６６に対して回転自在取り付けられる。研削ホイール６７は、軸線Ｂの周りに回転可能であり、適当な減速機６９を通して作動するモータ６８によって駆動される。

同様に、スライド又はウエー（図示せず）を介して、機械のベース６２に対して、機械のベース６２に沿って、Ｙ軸とＺ軸の両方向の移動に対して垂直なＸ方向（Ｘ軸）に移動可能な第１工作物キャリッジ７０が取り付けられる。第２工作物キャリッジ７１は、第１工作物キャリッジ７０に旋回可能に取り付けられ、軸線Ｃの周りに旋回可能である。第２工作物キャリッジ７１には、工作物コラム７２が固定され、工作物コラム内には、主軸（図示せず）が軸線Ａのまわりに回転自在に軸支され、モータ７３によって駆動されている。本発明のクランプ組立品２などの刃保持器は、Ａ軸線まわりに回転自在に主軸に取り付けられる。

互いに垂直な軸、Ｘ、Ｙ、及び、Ｚのそれぞれに沿う、工具６７と刃保持器２の相対的な移動は、減速機及び往復動ボールねじドライブ（図示せず）を介して作動する、各ドライブモータ（図示せず）によって与えられる。Ｃ軸線まわりの第２工作物キャリッジ７１の旋回は、旋回可能工作物キャリッジ７１によって保持されるウォームホイールと係合するウォームを介して作動するドライブモータ（図示せず）によって与えられる。先に名を挙げられた構成要素は、互いに対して独立して移動することが可能であるか、又は、互いに同時に移動してもよい。

工具ドライブモータ６８を除く、各ドライブモータのそれぞれは、コンピュータに入力される入力命令に従ってドライブモータの動作を支配するＣＮＣシステムの一部として、リニアかロータリのいずれかのエンコーダと接続される。エンコーダは、移動可能な加工軸線のそれぞれの実際の位置に関するフィードバック情報を、コンピュータに供給する。規定の経路に沿う複数の加工軸線の移動を制御するＣＮＣシステムは珍しくない。こうした最新技術のシステムは、スティック型切削刃を研削する（たとえば、研磨する）ための所望の経路を描くように、選択された軸に沿って、又は、選択された軸の周りで、研削ホイールと切削刃の相対的な移動を制御するために、機械に組み込まれる。

本発明は、切削刃の研磨（既存の切削刃の表面が、研削されて、所望の表面形状及びエッジ状態が回復される）を参照して考察されたが、切削刃ブランクが研削されて、所望の表面（たとえば、圧力角、逃げ角、上部逃げ角、すくい角など）及び切削刃ブランク上でのエッジ状態（たとえば、切れ刃、逃げ刃）が作成される、その後の研削プロセスのために、切削刃ブランクがクランプ組立品にクランプされてもよいことが理解されるべきである。後者のプロセスは一般に、「ブロック荒加工」又は「ブランク荒加工」と呼ばれる。

複数の取り付け面は好ましくは、取り付け用ブロックにおいて単一スロットを画定するが（たとえば、２つの取り付け面は単一の取り付けスロットを形成する）、本発明は、取り付け用ブロック上に２つ以上の取り付けスロットが位置決めされること、並びに、取り付けスロットを画定する２つを越える取り付け面が存在することを企図する。好ましい単一スロットの実施例は、単一スロットが、そうでなければ必要とされるであろう装備の変更をなくし、コンパクトな構成を可能にする点で有利である。取り付け用ブロックの角度調整可能性は、単一スロットが、右用及び左用切削刃、並びに、いろいろな形状の切削刃に利用されることを可能にする。

本発明は、かさ歯車の生産で利用される切削刃によって例示されているが、本発明のクランプ組立品はそれに限定されないこともまた理解されたい。本発明は、任意の機械に適用可能であり、その機械加工において、異なる様式の工作物が機械加工され、本発明のクランプ組立品は、異なる様式の工作物用の異なるクランプ組立品に対する必要性が減じられるか、または、なくなる点で、既存のクランプ手段よりも進歩を示す。

本発明について好ましい実施例を参照して述べたが、本発明は、好ましい実施例の詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者には明らかであろう主題が関係する変更を含むことが意図されている。

本発明のクランプ組立品の斜視図である。 機械の主軸上に位置決めされた本発明のクランプ組立品の側面図である。 クランプ組立品の内側ノーズ部を示す図である。 クランプ組立品の構成要素を示す図である。 クランプ組立品において位置決めされた矩形断面切削刃を示す図である。 クランプ組立品において位置決めされた矩形断面切削刃を示す図である。 クランプ組立品において位置決めされた４つを越える側面を有する切削刃を示す図である。 クランプ組立品において位置決めされた４つを越える側面を有する切削刃を示す図である。 クランプ組立品において切削刃をクランプするための動作シーケンスを示す図である。 クランプ組立品において切削刃をクランプするための動作シーケンスを示す図である。 クランプ組立品において切削刃をクランプするための動作シーケンスを示す図である。 本発明のクランプ組立品が利用されてもよい、１つの型の機械を示す図である。

Claims (8)

1. 機械に工作物をクランプする装置であって、
   複数の取り付け面を備え、回転軸線まわりに回転可能である内側ノーズ部と、
   少なくとも１つのクランプを備える外輪部であって、前記クランプが、工作物から引っ込められた、工作物と接触していない非クランプ位置と工作物と接触しているクランプ位置の間で作動可能であり、工作物が、前記取り付け面に対してクランプされ、外輪が、前記回転軸線まわりに回転可能である、外輪部とを備え、
   前記非クランプ位置において、前記内側ノーズ部が、前記軸線の周りに回転して位置決め可能であり、それによって、前記取り付け面に対して位置決めされた工作物が、前記クランプに対して、ある位置に配向され、その位置で、前記クランプが工作物と接触している前記クランプ位置に作動した状態で、前記工作物が、前記取り付け面に対してクランプされ、
   前記クランプは、前記内側ノーズ部と前記外輪部を結合し、それによって、クランプ工作物と共に、前記内側ノーズ部と前記外輪部が、一緒に回転可能であり、前記軸線の周りで位置決め可能である装置。
2. 前記内側ノーズ部が、２つの取り付け面を備え、前記取り付け面が、互いに対して９０°で配向される請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つの取り付け面が、真空源と連通する少なくとも１つのポートを含む請求項１に記載の装置。
4. 少なくとも１つの取り付け面が、正の流体圧力源と連通する少なくとも１つのポートを含む請求項１に記載の装置。
5. 前記取り付け面が、前記ノーズ部上の取り付け用ブロック上にある請求項１に記載の装置。
6. 前記外輪部が所定の回転配向で固定される固定位置と、前記外輪部が回転可能である非固定位置の間で作動可能な制御可能ロック機構をさらに備える請求項１に記載の装置。
7. 研磨盤において切削刃をクランプする装置であって、
   複数の取り付け面を備え、回転軸線まわりに回転可能である内側ノーズ部と、
   少なくとも１つのクランプを備える外輪部であって、前記クランプが、切削刃から引っ込められた、切削刃と接触していない非クランプ位置と切削刃と接触しているクランプ位置の間で作動可能であり、切削刃が、前記取り付け面に対してクランプされ、外輪が、前記回転軸線まわりに回転可能である、外輪部とを備え、
   前記非クランプ位置において、前記内側ノーズ部が、前記軸線の周りに回転して位置決め可能であり、それによって、前記取り付け面に対して位置決めされた切削刃が前記クランプに対してある位置に配向され、その位置で、前記クランプが切削刃と接触している前記クランプ位置に作動した状態で、前記切削刃が前記取り付け面に対してクランプされ、
   前記クランプは、前記内側ノーズ部と前記外輪部を結合し、それによって、クランプ切削刃と共に前記内側ノーズ部と前記外輪部が一緒に回転可能であり、前記軸の周りで位置決め可能である装置。
8. 機械において、工具に対して加工位置に工作物を位置決めする方法であって、
   前記機械において、工作物をクランプする装置を設けることを含み、前記装置が、複数の取り付け面を備える、回転軸線まわりに回転可能な内側ノーズ部と、少なくとも１つのクランプを備える外輪部であって、前記クランプが工作物から引っ込められた、工作物と接触していない非クランプ位置と工作物と接触しているクランプ位置の間で作動可能であり、工作物が前記取り付け面に対してクランプされ、外輪が前記回転軸線まわりに回転可能である、外輪部とを備え、
   前記複数の取り付け面に対して前記工作物を位置決めすること、
   前記ノーズ部を回転させ、それによって、前記工作物を前記クランプと位置合わせすること、
   前記ノーズ部を前記外輪部と係合させることであって、前記内側ノーズ部を前記外輪部に効果的に結合させること、及び、
   前記内側ノーズ部と前記外輪部を所定の位置に回転させ、それによって、前記工作物が、前記工具に対して加工位置に設置されることを含む方法。

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