JP4382015B2 - 工作機械 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば被加工物を支持する治具ユニットと、被加工物を加工する加工ユニットを備えた工作機において、軽量小型化を図るとともに、加工ユニット側の負担を軽減させて耐久性向上を図るための技術に関する。
従来、工作機の工具ヘッドと被加工物を支持する取付治具を相対的に位置決めする機構として、ガイドバーとガイドポストを嵌合させるような位置決め方式が知られており、このような方式では、ガイドバーとガイドポストとの間にクリアランスを設ける必要があることから位置決め精度に限界があり、また、加工時に被加工物に生じる振動が工具に伝達されやすいという問題があるため、工具ヘッド側に、進退動自在なガイドバーと、このガイドバーの外周面を押圧した状態で進退可能に案内するリニアガイド手段を設け、取付治具側に、流体圧力で収縮してガイドバーの外周面を挟持固定する締結手段を設けることで、両者のクリアランスをなくすようにした横型の工作機が知られている。(例えば、特許文献1参照。)
また、縦型の工作機として、複数の工具ヘッドを、回転枠の反転作動とシフト枠のシフト作動により上下左右に循環移動させるようにした技術も知られており(例えば、特許文献2参照。)、この技術では、ガイドバーとガイドポストによる相対位置決め方式を使用しておらず、工具ヘッド側を柔構造にし、取付治具側を工具ヘッド側に追従させるような方式としている。
特許第2756406号公報 特公昭63−65444号公報
ところが、前記特許文献1のように、工具ヘッド側のガイドバーを取付治具の締結手段で締付け固定する技術では、設備構成が複雑になるとともに、重量が重くなり、しかも、両者の相対的な位置決めが確固として確立されているため、被加工物の振動が工具ヘッド側に伝わりやすくなり、工具ヘッド側の刃具やギヤ等に負担がかかるという問題があった。また、特許文献2のように、工具ヘッド側を柔構造にする場合は、工具ヘッド側の刃具やギヤ等の負担は軽減されるものの、加工精度に限界があった。
そこで本発明は、装置の設備構成を簡素化してより計量小型化を図るとともに、一定の加工精度を保持し、また、工具ヘッド側の刃具やギヤに大きな負担がかからないようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため本発明は、工具ヘッドを有する加工ユニットと、被加工物を支承する取付治具を有する治具ユニットとが相対的に接近・離反自在にされる工作機械において、前記治具ユニットを、固定状態にある加工ユニットに対して進退動自在にし、加工位置において被加工物を位置決めする位置決め手段を設けるとともに、この位置決め状態において、前記取付治具が加工軸線方向に対して直角な面内で遊動可能なようにした。
そして、治具ユニット側を進退動自在にすることで、例えば被加工物が加工ユニットより軽量であるような場合には、装置の簡素化、軽量小型化が図られ、また、加工位置において位置決め手段で被加工物を位置決めすれば、一定の加工精度が保持できる。この際、加工ユニットを柔構造にするのでなく剛構造にし、取付治具を加工軸線方向に対して直角な面内で遊動可能にすれば、治具ユニットは加工ユニット側に柔軟に追従する柔構造となり、加工ユニットの刃具やギヤ等に負担がかからず、耐久性の向上が図られる。
なお、位置決め手段としては、位置決め部材を被加工物の前面に当接させて位置決めするようにしてもよく、あるいは被加工物の側面に当接させて位置決めするようにしてもよい。
また、本発明では、前記位置決め手段として、加工位置において被加工物の加工基準面の所定部位に当接する基準板を設け、この基準板には、前記被加工物の加工基準部に係合する基準部材を設けるようにした。
ここで、通常、被加工物の加工基準面は、取付治具側に設定されることが多いが、加工位置において、位置決め手段の基準板が被加工物の加工基準面に当接するようにすれば、被加工物の加工基準面を加工ユニット側に設定することができ、例えば加工基準面に孔明け加工するような場合に、加工基準面に対して直角度等の精度を高めることができる。
また本発明では、前記基準板を、加工ユニットのスライドガイドに摺動自在に支持され且つ加工軸方向に延出するパイロットバーに取り付けるようにし、また、この基準板を、被加工物に当接する際、前記治具ユニットが加工ユニットに対して近づく際に反力が増大する弾性部材で付勢するようにした。
このような弾性部材としては、エアシリンダや流体シリンダやスプリング等、振動に対するダンピング作用があれば任意であり、弾性部材で基準板を付勢することにより、切削加工等において被加工物の振動が工具側に伝達されるような不具合を抑制でき、加工ユニット側の負荷が一層軽減される。
工具ヘッドと治具ヘッドとが相対的に接近・離反自在にされる工作機械において、治具ユニットを進退動自在にし、加工位置で位置決め手段により被加工物を位置決めするとともに、取付治具を加工軸線方向に対し直角な面内で遊動可能にすることで、一定の加工精度を保持できると同時に、工具ユニット側の負担を軽減することができ、しかも装置の軽量小型化が図れる。
そして、位置決め手段として、被加工物の加工基準面の所定部位に当接する基準板を設ければ、加工基準面に孔明け加工する場合などに直角度等の精度が向上する。
また、基準板を弾性部材で付勢すれば、被加工物の振動が加工ユニット側に伝達されるのが抑制され、加工ユニットの負担の一層の軽減化が図られる。
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで、図1は本発明に係る工作機械の概略構成を示す概要図、図2は加工するまでの動きを説明する説明図である。
本発明に係る工作機械は、設備構成を簡素化してより装置の軽量小型化を図るとともに、一定の加工精度を保持し、また、工具ヘッド側の刃具やギヤに大きな負担がかからないように配慮されており、加工ユニット側を固定し、治具ユニット側を進退動自在にするとともに、加工位置において、治具ユニットの取付治具を加工軸線方向と直角な面内でフローティング支持することを特徴としている。
すなわち、図1に示すように、本工作機械1は、例えば自動二輪車のクランクケース等の比較的軽量の被加工物Wを加工する多軸縦型装置として構成され、機台2側に固定される加工ユニット3と、この加工ユニット3の下方の加工位置Aに投入可能な治具ユニット4を備えるとともに、この治具ユニット4を投入位置Bから加工位置Aに、あるいは加工位置Aから投入位置Bに移動させるため、ワーク投入装置5や昇降手段6が設けられている。
前記加工ユニット3は、機台2上部のドライブユニット7に固定される工具ヘッド8や、工具ヘッド8に対して上下動自在な刃具9を含んで構成されており、工具ヘッド8の側方には複数のシリンダ保持部材10が設けられるとともに、このシリンダ保持部材10には、弾性部材としてのエアシリンダ13が取り付けられ、このエアシリンダ13から下方に延出するシリンダロッド11の下端部には、基準板12が結合されている。そして、前記エアシリンダ13は、不図示の排気弁の操作によって、基準板12を上方に押圧した際に生じる下方への反力を変更することができるよう、内部圧力を可変にされている。
なお、エアシリンダ13の他に、その他の流体シリンダ、例えば液圧シリンダやガス圧シリンダでもよく、振動のダンピング作用があれば他の弾性部材でもよい。例えば、スプリングであれば、前記治具ユニット4が加工ユニット3に近づくに連れて反力が増大するように付勢することができ、他の部材に較べて装置をコンパクト化することができる。
そして、この基準板12は、被加工物Wの加工基準面である上面に形成される加工基準部としてのノック孔に係合して被加工物Wを押圧可能な基準部材としての基準ノック12aを備えており、刃具9に対応する箇所は、刃具9と干渉しないような空間部とされている。
前記治具ユニット4は、被加工物Wを支承する取付治具15を備えており、この取付治具15の下面には、取付治具15を水平面内で遊動自在にするためのベアリング等のフローティング部16が設けられている。そして、この取付治具15によって、被加工物Wの加工基準面kを上向きにした状態で固定できるようにされている。
なお、本実施例では、治具ユニット4の重量は、加工ユニット3側の重量に較べて軽量とされている。
前記ワーク投入装置5は、回転駆動部17の駆動によって水平面内で回転自在な回転部材18を備えており、前記治具ユニット4は、投入位置Bにおいて回転部材18上に載置可能にされている。
前記昇降手段6は、機台2のレール部に沿って上下に摺動自在な昇降台19と、この昇降台19を昇降させる昇降駆動部20を備えており、通常時は、昇降台19の上面が回転部材18の下方の位置に待機させられるとともに、治具ユニット4が加工位置Aの下方に投入されてくると、昇降駆動部20により昇降台19が上昇して、回転部材18から治具ユニット4を受取り、そのまま治具ユニット4を持ち上げて被加工物Wを加工位置Aに臨ませることができるようにされている。そしてこの上昇の際、昇降台19は回転部材18とは干渉せず、治具ユニット4だけを上昇させることができるようにされ、また、昇降台19が治具ユニット4を受取る際は、治具ユニット4のフローティング部16が直接昇降台19の上面に載るようにされている。
以上のような工作機械1の作用等について図2に基づき説明する。
まず、図2(a)に示すように、投入位置Bにおいて、回転部材18上に治具ユニット4を載置する。この際、治具ユニット4の取付治具15上には、被加工物Wが加工基準面kを上向きに位置決め載置されている。
次いで、図2(b)に示すように、回転駆動部17を駆動して回転部材18を180度回転させることにより、治具ユニット4を加工位置Aの下方に位置させる。
そして、図2(c)に示すように、昇降駆動部20により昇降台19を上昇させると、治具ユニット4は昇降台19上に移載されて持ち上げられ、被加工物Wの加工基準面kのノック孔に基準ノック12aが嵌合した後、更にエアシリンダ13の内部空間を縮小させながら加工位置Aまで持ち上げられる。この時、エアシリンダ13の排気弁(不図示)は閉じられており、加工位置Aまで持ち上げられることによってエアシリンダ13の内部圧力は高められている。すなわち、加工位置Aでは、基準板12がこのエアシリンダ13の内部圧力により被加工物Wの加工基準面kを押圧するようになり、加工ユニット3と治具ユニット4の相対的な位置決めが行われる。
この際、治具ユニット4は加工ユニット3より軽量であるため、加工ユニット3側を前進させることに較べて設備の簡素化、軽量化が図れる。
次いで、刃具9によって孔明け加工が行われるが、被加工物Wは加工ユニット3側の基準板12の基準ノック12aによって位置決めされているため、加工精度が維持され、また、被加工物Wの水平面内(加工軸線方向に対して直角な面内)の振動は取付治具15下面のフローティング部16によって吸収されるとともに、縦方向の振動は基準板12を下方に押圧しているエアシリンダ13によっても吸収され、加工ユニット3側に振動が伝達されるのが抑制され、加工ユニット3側の耐久性を高めることができる。
エアシリンダ13は、エア以外の流体の流体シリンダでもよく、このようなシリンダを採用することによって、図示しない排気弁の操作によって、内部圧力を可変にすることができる。また、内部の流体は、複数の流体を採用してもよく、装置は図示しない流体供給源を備え、流体シリンダ内の流体を適宜入れ替えることによって振動の抑制する作用を可変にすることができる。例えば、抑制出来る振動の周波数帯を可変にすることや、振動の減衰時間などを可変にすることなどである。
また、基準板12の基準ノック12aによって被加工物Wの加工基準面kのノック孔を直接押圧して位置決めして加工するため、加工基準面kと刃具9の関係を一定にすることができ、例えば、加工基準面kに直角に孔明け加工する場合に、直角度の精度を高めることができる。
換言すると、基準板12がない従来の場合は、ワーク15の加工基準は加工ユニット3の反対側の面で、ワークWが載置された取付治具15に接する面jにあった。このため従来は、従来の加工基準面jに対して孔明けが行われ、直角度は従来の加工基準面jに対して高精度であったものである。
なお、治具ユニット4にフローティング機構を採用する場合、工作機械が横型装置であると、治具ユニットの重量を支えるバランスシリンダ等が必要となるが、本実施例のように縦型装置にすることにより、バランスシリンダ等が不要となり、より軽量化が図れる。
そして、加工が終了すると、昇降台19を下降させて治具ユニット4を回転部材18に受渡し、その後、回転部材18が回転して治具ユニット4を投入位置Bに戻す。
以上のように、加工ユニット3側を固定し、治具ユニット4側を前進させて加工することにより設備の簡素化が図られると同時に、治具ユニット4をフローティング部16により加工軸線方向に対して直角な面内で遊動可能にすることで、被加工物Wの振動が加工ユニット3側に伝達されるのを抑制することができる。
なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、工作機械の加工の態様は孔明け加工に限定されるものではなく、また、加工位置Aに対する治具ユニット4の具体的な投入手段等は例示である。
工作機械の設備構成を簡素化して装置のより軽量小型化が図られるとともに、一定の加工精度が維持され、また、工具ヘッド側の刃具やギヤに大きな負担がかからないので、例えば、自動車の部品加工等における利用が期待される。
本発明に係る工作機械の概略構成を示す概要図 加工するまでの動きを説明する説明図
符号の説明
1…工作機械、3…加工ユニット、4…治具ユニット、10…シリンダ保持部材、11…シリンダロッド、12…基準板、12a…基準ノック、13…エアシリンダ、15…取付治具、16…フローティング部、W…被加工物、k…加工基準面。

Claims (5)

  1. 工具ヘッドを有する加工ユニットと、被加工物を支承する取付治具を有する治具ユニットが相対的に接近・離反自在にされる工作機械であって、前記治具ユニットを、固定状態にある加工ユニットに対して進退動自在にし、加工位置において被加工物を位置決めする位置決め手段を設けるとともに、この位置決め状態後の加工状態において、前記取付治具が加工軸線方向に対して直角な面内で遊動可能にされていることを特徴とする工作機械。
  2. 請求項1に記載の工作機械において、前記取付治具の下面にフローティング部が設けられていることを特徴とする工作機械。
  3. 請求項1または請求項2に記載の工作機械において、前記位置決め手段は、基準板を備え、この基準板には加工位置において被加工物の加工基準面の所定部位に当接する基準部材が設けられていることを特徴とする工作機械。
  4. 請求項3に記載の工作機械において、前記基準板は弾性部材を介して工具ヘッドに取り付けられることを特徴とする工作機械。
  5. 請求項4に記載の工作機械において、前記弾性部材はガス圧シリンダであることを特徴とする工作機械。
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