JP4575662B2 - 金属加工用モジュール式ツーリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属加工作業のためのツーリング及びシステムの分野に関する。

金属加工機械の発達は、１９世紀の変わり目頃に始まった産業革命の主要因の１つであった。この金属加工機械は、該金属加工機械自体の複製を含む、ほとんどあらゆるものを作り得る類の機械であった。製造工程の研究者は、より効率的な金属加工機械が、製造される製品が何であれ、その製造コストを低減させることを程なく認識した。したがって、金属切削速度などを増大させるために、種々の金属加工工程を理解することに大きな努力が向けられた。より優れた切削工具が開発された。より強力な金属加工機械が開発された。製造技能者は、最も効率的な金属切削作業では、切削工具が驚くほど短期間で磨耗すること、及び切削工具が製造作業コストの観点からは消耗品になることを理解するようになった。

金属切削作業に向けられた多くの研究の結果として、このような作業に必要とされる時間が着実に減少した。この方向への更なる努力は間違いなく製造時間を減少させるものであるが、利益逓減点に達したかどうかを認識することにもなる。製造技術の研究者は、何年も前にこの問題に取り組み始めた。ある研究者は、金属切削が、製造工場において部品の費やす時間の２０％未満を占めることを見出した。残りの時間の大部分は、次の製造作業の待ち時間であった。この理解が単品種の部品の製造用であるが、加工物の交換時間が低減された専用ツーリングの発達につながった。また、この理解はより高度な工場のレイアウトをもたらし、部品は論理的な方法で工場を流れるようになった。セル方式の製造が開発された。この概念のもとで、幾つかの異なる製造機械が、必要な付属品装置と共に工場内の１つの場所に集められた。このようにすると、部品のバッチは、例えあるにしても製造作業が行われる他の場所への移動がほとんどなく、入ってくる原材料から実質的に完成品まで進むことができる。部品のバッチを工場のあちこちに搬送するのに要する時間は著しく減少した。また、工場内搬送中に紛失した部品を探すのに費やされる時間も減少した。

製造企業の管理者は、仕掛品の流れを追跡し、この仕掛品が示す実質的な投資額を認識し始めた。こうした努力は、後続の製造又は組立て作業のために在庫に持つ部品の数を少なくし、出荷待ちの完成製品の在庫を減少させた。部品のバッチの好ましい大きさ、より小さいものになった。このような傾向は、製造全体のコストの減少を意味するが、このことはまた、異なる製造工程間に工具をより迅速に交換するように製造作業に働きかけた。より小さなバッチ寸法とより広範な製造セルの使用を組み合わせることで、工具の交換に必要とされる時間を低減させることについての必要性が強調された。

金属加工は、多くの場合、数ミルの許容差内での加工物の精密加工を含むことが多い。（１ミル＝０．００１インチ＝２５マイクロメートル）精密加工の本質的な必要条件の１つは、加工物の剛性支持である。従来の金属加工の実施においては、金属加工作業のために特定の加工物を保持するための専用ツーリングが設けられる。こうした専用ツーリングには、加工物に対する剛性支持を提供する必要がある。

金属加工作業は、ほぼ同じ比例形状ではあるが、大きさ及び大寸法が異なる加工物のファミリーを加工する段階を含むことができる。一般的に、専用保持装置のファミリーが、加工物部材のファミリーのために必要とされる。加工物ファミリーの幾つかの部品は、非常に小さいものであり、関連した専用ツーリングを手で操作して行うことができるが、他の加工物及びそれらの専用ツーリングは、非常に大きいものとなる可能性があり、該専用ツーリング装置を持ち上げ、運び、配置するために機械的援助（例えば、クレーン）を必要とする。

専用ツーリングは、金属加工作業のために、１つの加工物ファミリー部材を精密な場所及び位置に保持するように設計される。専用ツーリング及び該専用ツーリングにより保持される加工物の金属加工機械に対する位置合わせは正確でなければならず、該金属加工機械との適切な位置合わせを保証するために、かなりの設定時間を必要とすることが多い。こうした位置合わせを達成することは、試行錯誤の工程であり、一般に、ツーリングを軽くたたいて該ツーリングをわずかに移動させ、該ツーリングを所定位置に固定するために用いられるボルトを締め、その後ダイヤルインジケータ又は同様のものを用いて位置合わせを点検するという段階を繰り返す必要がある。この工程の重要な性質は、一般的に、製造施設における最高度の熟練労働者による注意を必要とする。金属加工作業が加工物を適切に加工することを保証するために、作業台に対して専用ツーリングをわずかに調整して、加工物の試し部品を試験運転しなければならないことが多い。

金属加工施設が様々な部材の加工物ファミリーの加工を必要とする場合に、第１の加工物に用いられるツーリングを外し、次の加工物のための専用ツーリングを取り出し、次いで取り出された専用ツーリングを取り付けて位置合わせするなどの作業において、ツーリング交換で失われる生産時間は相当なものとなる可能性がある。特に産業における事業条件が小さな生産ロットサイズを必要とする場合に、ある加工物に必要とされるツーリングから別の類似した加工物に必要とされるツーリングに変えることは、金属加工施設を運営する上での主要なコスト要因となる。

更に、類似した寸法であるが細部が異なる加工物のファミリーを加工するために、同等のファミリーの専用ツーリングを製造しなければならない。各々の組の専用ツーリングは、適切な配置及び位置合わせのために、通常２つ又はそれ以上の場所で加工物を受け入れ、これを固定しなければならないので、これらの専用ツーリングは、複雑で高価なものとなる。

ツーリングの交換工程を簡単にすることによって、製造コストにおける相当な節約を達成することができる。

上述の問題は、金属加工技術分野及び製造技術において当業者には公知であり、非特許文献１に説明されている。
Manufacturing Engineering and Technology (第４版), 著者 Serope Kalpakjian、Steven R. Schmid.

本発明の実施形態は、位置決め部を有する取付面を含む基部と、位置決め部とその表面上の加工物支持部とを含む、取付面と関連した挿入体とを備える加工物に金属加工作業を行うためのモジュール式ツーリング装置を提供するものであり、該挿入体の該位置決め部は、該取付面の該位置決め部と関連するように構成され、該基部に対して該加工物支持部の位置を定める。

本発明の別の実施形態は、各々が位置決め部を有する、少なくとも第１の取付面と第２の取付面とを含む基部と、各々が位置決め部とその表面上の加工物支持部とを含み、該第１及び第２の取付面に対応し、これらと関連する少なくとも第１及び第２の挿入体を含む少なくとも第１の組の挿入体とを備える加工物に金属加工作業を行うためのモジュール式ツーリング装置を提供するものであり、各挿入体位置決め部は、取付面の対応する位置決め部と関連するように構成され、基部に対して各々の加工物支持部の位置を定める。

本発明の別の実施形態は、ａ）位置決め部を有する少なくとも１つの取付面を含む共通の基部と、位置決め部とその表面上の加工物支持部とを含む第１の挿入体とを備えるモジュール式ツーリング装置を準備し、ｂ）共通の基部を金属加工機械のテーブルに配置し、ｃ）第１の挿入体の位置決め部が、取付面の位置決め部と関連して構成されて、共通の基部に対して該第１の挿入体の該加工物支持部の位置を定めるよう、該第１の挿入体を取付面に関連させて固定し、ｄ）共通の基部を金属加工機械と位置合わせし、ｅ）位置合わせされた共通の基部をテーブルに半永久的に固定し、ｆ）第１の加工物を準備し、ｇ）該第１の加工物が金属加工機械に対して該加工物の加工のために特徴的な位置及び配向をとるように、第１の加工物を第１の挿入体の加工物支持部上に配置して固定し、ｈ）第１の加工物を加工し、ｉ）加工された第１の加工物を第１の挿入体から取り除く段階を含む、モジュール式ツーリング装置を用いて加工物に金属加工作業を行う方法を提供する。

本発明の更に別の実施形態は、ａ）位置決め部を有する少なくとも１つの取付面を含む共通の基部と、位置決め部及びその表面上の加工物支持部を含み、関連するが細部は異なる挿入体部材の第１のファミリーの第１の部材を含む第１の挿入体とを備えるモジュール式ツーリング装置を準備し、ｂ）共通の基部を金属加工機械のテーブルに配置し、ｃ）第１の挿入体の該位置決め部が該取付面の該位置決め部と関連して構成されて、該共通の基部に対して該第１の挿入体の該加工物支持部の位置を定めるよう、該第１の挿入体を取付面に関連させて固定し、ｄ）共通の基部を金属加工機械と位置合わせし、ｅ）位置合わせされた共通の基部をテーブルに半永久的に固定し、ｆ）関連するが細部は異なる加工物部材のファミリーから選択された第１の加工物を準備し、ｇ）第１の加工物が該金属加工機械に対して該加工物の加工のために特徴的な位置及び配向をとるように、該第１の加工物を第１の挿入体の加工物支持部に配置して固定し、ｈ）第１の加工物を加工し、ｉ）加工された第１の加工物を第１の挿入体から取り除き、（ｊ）第１の挿入体を共通の基部の取付面から取り除き、ｋ）位置決め部とその表面上の加工物支持部とを含む、挿入体部材の第１のファミリーの第２の部材を含む第２の挿入体を準備し、加工物部材のファミリーから選択された第２の加工物を準備し、ｌ）第２の挿入体の位置決め部が該取付面の該位置決め部と関連して構成され、共通の基部に対して該第２の挿入体の該加工物支持部の位置を定めるように、第２の挿入体を取付面に関連させて固定し、ｍ）第２の加工物が金属加工機械に対して該第２の加工物の加工のために特徴的な位置及び配向をとるように、第２の加工物を第２の挿入体の加工物支持部に配置して固定し、ｎ）金属加工機械を用いて第２の加工物を加工し、ｏ）加工された第２の加工物を第２の挿入体から取り除く段階を含む、モジュール式ツーリング装置を用いて加工物に金属加工作業を行う方法を提供する。

定義
ここで用いられる「金属加工機械」という用語は、金属加工物を切削し、成形し、接合し、又は他の方法で処理するための何らかの機械を指す。この用語は、限定ではないが、フライス盤、平削り盤、型削り盤、ボール盤、たてタレット旋盤、研削盤、ＥＤＭ及びＥＣＭ機械、ブローチ盤、ベンディング・ブレーキ、打ち抜きプレス、溶接装置を含むことができる。広義の文脈においては、この用語は旋盤又はダイカスト機のような多様な形態の装置を含むこともできる。

ここで用いられる「ツーリング」という用語は、切削され、成形され、接合され、又は他の方法で金属加工機械により処理される間、加工物を保持し支持するための装置を指す。

ここで用いられる「工具」という用語は、加工物を切削し、成形し、接合し、又は他の方法で処理するための金属加工機械により用いられる装置を指す。

ここで用いられる挿入体の「組」は、単一の加工物をモジュール式ツーリング装置内に協働的に支持するように構成された複数の挿入体である。一般的に、挿入体の組と対応する１組のポケットが基部上にある。

ここで用いられる「ファミリー」は、複数の関連した部材である。加工物の「ファミリー」は、該加工物の寸法又は比率は異なるが、ほぼ同じ形状及び特徴を有し、そのため関連するが細部は異なる複数の加工物である。挿入体の「ファミリー」は、加工物上の同じ位置において、該加工物の対応するファミリーの部材を保持又は支持するように構成され、したがって関連するが細部は異なる複数の挿入体、又は複数の組の挿入体である。

ここで用いられる「対応する」又は類似した語形は、ポケットＡと関連し該ポケットＡに嵌合する挿入体Ａ、ポケットＢと関連し該ポケットＢに嵌合する挿入体Ｂなどを指す。この用語はまた、加工物Ａに関連し該加工物Ａを支持する挿入体Ａ、加工物Ｂに関連し該加工物Ｂを支持する挿入体Ｂを指す。

ここで用いられる「位置決め部」は、高い精度及び反復性を有した状態で、基部に対する位置及び金属加工作業に対する位置の確実な位置決め及び／又は配向を保証するように構成された要素上の面又は面の組み合わせである。

ここで用いられる加工物支持部の「位置」は、正確な位置（ｘ、ｙ、及びｚ空間における）及び基部に対する配向（ｘ、ｙ、及びｚ軸に対する）である。１つ又はそれ以上の加工物支持部により所定位置に保持される加工物の「位置」は、金属加工作業に対する対応する正確な位置（ｘ、ｙ、及びｚ空間における）及び配向（ｘ、ｙ、及びｚ軸に対する）である。

ここで用いられる「切り屑」という用語は、限定ではないが、切り屑、研削の削り屑、ＥＤＭ及びＥＣＭ及びレーザー切断作業において形成される金属粒子、溶接スパッタ、及びフラックス粒子などを含む、金属加工作業において生成される全ての形態のごみを含む。

本発明は、金属加工作業において金属加工物を支持するために用いられる金属加工ツーリングの改良を提供するものである。改良された金属加工ツーリングは、加工物又は該加工物のファミリー上で金属加工作業を行うためのモジュール式ツーリング装置を含む。このモジュール式ツーリング装置は、１つ又はそれ以上の取付面を有する基部と、該取付面に半永久的に取り付けることができる１つ又はそれ以上の挿入体とからなる。典型的には、取付面は、基部の表面にあるポケットである。挿入体は、加工のために適切な位置及び配向で加工物を支持又は固定することができる加工物支持部を有する。基部、ポケット、及び挿入体は、基部及び金属加工機械に対して、加工物に特徴的な位置及び配向を与えるように構成される。モジュール式ツーリング装置により、基部ツーリングを交換し、取り除き、又は移動させる必要なく、対応する加工物部材を適切に位置決めして配向するために、挿入体のファミリーからの挿入体部材を挿入することによって、関連するが細部は異なる加工物部材のファミリーを加工することが可能になる。

本発明の基部は、挿入体と関連する取付面を含む。一般的に、挿入体は、該挿入体を基部に少なくとも部分的かつ一時的に固定する機械的係合によって取付面と関連する。

本発明の実施形態が、図１及び図２に示される。図１は、ポケット３０として示される取付面を有する基部２０と、該基部２０から分離された挿入体５０とを備えるモジュール式ツーリング装置１０を示す。基部２０は、金属加工機械（図示せず）に半永久的に取り付けられるように構成される。Ｔボルト２３の頭部が、金属加工機械のテーブル８のＴスロット内に固定される。Ｔボルトのシャンクは基部のスロット２４を通過し、該Ｔボルトは六角ナット２５によりキャップされ、該六角ナット２５は、回転されると、基部２０の上面を下方に押し付け、該基部をテーブル８に固定する。金属加工技術分野で通常実施されているように、幾つかのＴボルトが一般に用いられる。当該技術分野において公知の手段により、基部をテーブルに固定することができる。上述のＴボルトに加えて、テーブル内のスロットのＴナットに係合する、基部内のスロットを下方に貫通する標準的なねじ付きボルト、下部のＴナット及び上部の標準的な六角ナットを有するねじ棒、テーブルの下部と共に基部の上面をクランプするＣクランプ、テーブルのタップ付き穴に係合するねじ付きボルト、該基部が摺動可能に固定される特別加工のテーブル、及びテーブルのＴスロット内にＴヘッド棒を有し、これにより該Ｔヘッド棒に押し当てて上方に引くことによって、カムの駆動が、ツーリング基部に対して下方の圧力を生じるカム動作クランプを用いて、該基部をテーブルに固定することができる。金属加工の技術分野における当業者であれば、基部２０を金属加工機械に取り付けるためのこれら及び代替的な手段を理解するであろう。基部をテーブルに取り付けることは、基部を配向し配置する段階を含み、これにより、該基部上の基準点が該金属加工機械上の基準点と協働し、該金属加工機械に対して該基部の位置を定める。固定基準点は、基部上に１つ又はそれ以上の点を含むことができる。一般的に、固定基準は、基部２０に取り付けられた球形の装置と、金属加工機械（図示せず）のスピンドルに一時的に取り付けられた取り外し可能な電子表示システムとを含む。或いは、基部を配向し配置する手作業の方法を用いておよい。機械加工の技術分野において公知の手作業の方法は、金属加工機械の固定部分に一時的に固定されたダイアル表示器に依存し、一方、表示器のアームは、基部の適切な線形又は平坦な部分に載っている。次に、テーブルは、多数の読み取り値が、固定部分に対して線形又は平坦な部分の種々の位置から得られるように移動させられる。当業者であれば、機械を作動させる際に用いることができる制御システムにその場所の表示を提供するこれら及び別の手段を理解できるであろう。

基部２０は、互いに半永久的に接合される複数の部材を含むように構成することができる。一般に、この部材は、非可動部材及び可動部材からなる。非可動部材は、位置合わせされ、ボルト締めによるように互いに固定された一連の別個の層状プレートを含むことができる。可動部材は、加工物を装填及び支持し、加工された加工物をモジュール式ツーリング装置から排出するのを助ける１つ又はそれ以上の様々なプレート、ハードウェア、及び装置を含むことができる。可動部材の例には、限定ではないが、油圧又は空気圧クランプ、手動トグル・クランプ、固定加工物支持部材、及び空気圧又は油圧エゼクタのような加圧手段が含まれる。ここで以下に説明されるように、基部上に配置されたポケットを、可動部材又は該基部のプレート、或いは該基部の非可動部材と関連させることができる。

一般的に、基部の取付面は、ポケットを含む。ポケットは、挿入体の関連する要素を受けるように構成された基部の表面上の凹部とすることができる。図１に示されるポケット３０は、後壁３５、後部側壁３４、対向する前部側壁、及び床面３３を有する。一般的に、側壁は、互いに平行であり、後壁に対して垂直である。一般的に、各々の壁は、床面３３に対して垂直である。前部及び後部側壁は、それぞれ下に隙間凹部を有する張出し棚部３７、３８を有する。

ポケット３０は、床面３３、側壁３４、及び後壁３５により定められる複数のの位置決め部材を含む位置決め部を有する。これらの３つの平坦な位置決め部は、協働して特徴的な位置決め点３１を特定する。

挿入体５０は、上部及び下部５６を有する。挿入体の下部５６は、前壁５７と、後壁５５と、後部側壁５４を有する後部つま先部５９と、前部側壁を有する前部つま先部５８と、底部５３とを有する。これらの部分は、ポケット３０の対応する部分と関連するように特に構成され配向される。

挿入体５０は、ポケット３０の開口部３６を通して下部５６を摺動させることによって、ポケット３０と関連する。挿入体は、レンチ又はねじ回しのような機械的な工具を使用することなく、手でポケットから分離されるように構成される。挿入体５０は、底部５３、側壁５４、下部５６の後壁５５により定められる複数の位置決め部材を含む位置決め部を有する。これらの３つの平坦な位置決め部は、協働して特徴的な位置決め点５１を特定する。挿入体は、１つ又はそれ以上の位置決め部の協働により定められる複数の位置決め点を有することができ、この複数の位置決め点は、該挿入体の表面上の面、縁、及び点を含むことができる。

挿入体５０の上部は、その表面上に加工物支持部を有する。この加工物支持部は、対面する傾斜面７１及び７２、並びに図５に示される玉継手拘束部７３により定められる複数の加工物支持部材を含む。図４に示されるように、これらの支持面は、対応する加工物９８の面を支持する。挿入体５０は、挿入体位置決め点５１に対して加工物支持部の位置を定めるように構成される。加工物支持部材７１、７２、及び７３は精密に加工され、挿入体位置決め点５１に対して加工物支持部の特徴的な位置決め（ｘ、ｙ、及びｚ座標空間において）を提供する。

挿入体５０の基部２０に対する移動を拘束する範囲は、３つの要因、すなわち（１）関連部品を製造するのに用いられる精度、（２）挿入体をポケット内に配置する能力、及び該挿入体を該ポケットから取り除く能力、及び（３）挿入体の＋ｘ方向の移動を拘束する能力によって制限される。

下部５６は、ポケット３０内に精密に嵌合するように構成され、これにより、挿入体の位置決め部及び対応するポケットの位置決め部が協働して、基部２０に対して加工物支持部の位置を定める。挿入体の機能及びポケットの構成は、該挿入体が該ポケット内に摺動し、これと精密な空間的関係を確立するということである。したがって、挿入体がポケット内に着座された際、対応する部分間の関係は、対面関係である。しかしながら、挿入体をポケットに対して取り除き、及び挿入する間、対応する部分の関係は摺動関係である。この摺動関係は、ポケットの側壁と挿入体のつま先部側壁、該ポケットの棚部の下の隙間凹部と該挿入体のつま先部、及び該ポケットの床面と該挿入体の底部について特に明らかである。挿入体５０の底部５６は、その寸法がポケット３０との摺動関係を可能にするが、該ポケット内の該挿入体の移動が最小になるように注意深く構成しなければならない。数インチ（数センチメートル）のオーダーの特徴的な寸法を有する挿入体の場合には、一般に、対応する部分間の空間は、およそ１ミルである（１ミルは、０．００１インチ又は２５ミクロンに等しい）。一般に、対応する垂直面間の隙間は、その面の長さ寸法の、側部当たり１インチにつき約０．００１インチ（側部当たり１ミリメートルにつき１ミクロン）未満である。挿入体及びポケットの設計及び構成においては、挿入体の自由移動と剛性位置決めとの間で妥協することができ、これにより、両方の要件が合理的に満たされる。種々の研削作業により、又は穴をリーミングすることにより、或いは切断電極のような移動ワイヤ（ワイヤＥＤＭ）を用いて、放電加工（ＥＤＭ）により輪郭面を切断することによって、こうした隙間に適した寸法公差を達成することができる。

ポケット３０の寸法公差は、挿入体の寸法公差よりも達成するのが困難である。更に、前面又は後面と隣接する側面との間の内部コーナー部を正確に加工することは、特に困難である。一般的な解法は、ポケットの側面に接地用金属板を使用すること、及び該ポケットの前面、後面、及び底面に１つ又はそれ以上の接地用スペーサ・ブロックを使用することを含む。簡単な形態において、基部は、互いにピン及びボルトで留められた３つのプレートから組み立てられ、モジュール式ツーリング装置の保守のときにだけ分離される。基部及び挿入体の双方において一般的な材料は、多くの組み立て方法、特に溶接に耐える硬化された工具鋼である。次に、挿入体が接地されてポケットに嵌合し、上述の隙間寸法を可能にする。

図２は、挿入体５０がポケット３０内に挿入されて該ポケット３０と関連した状態のモジュール式ツーリング装置１を示す。挿入体５０は、複数の方向、すなわち両ｚ方向、両ｙ方向、及び−ｘ方向へのポケット３０内の移動が拘束される。したがって、挿入体が全ての方向でポケットによって拘束されるのではなく、該挿入体５０が挿入される残りの一方向すなわち＋ｘ方向は除外される。

ポケット３０の位置決め面３３、３４、及び３５は、挿入された下部５６の対応する位置決め面５３、５４、及び５５と対面接触状態にある。これらの部分が設計され、精密に加工された場合には、ポケットの位置決め点３１及び挿入体の位置決め点５１は、ほぼ同じ場所に配置されるようになる。したがって、位置決め点を同じ場所に配置することにより、基部２０の基準点に対して加工物支持部の特徴的な位置が定められる。

図２に示される本発明の実施形態において、固定部９０は、モジュール式ツーリング装置と関連して、挿入体をポケット内に分離可能に固定する。固定部９０は、ピボット９１と、挿入体を挿入し該挿入体をポケットから取り除くことができる第１の位置から、固定部により該挿入体のポケット内の図３に示される＋ｘ方向への移動が拘束される第２の位置まで枢動可能に移動できる本体９２とを含む。図３及び図４は、固定部本体９２が、挿入体に対面する該本体９２の壁から該壁に沿って遠ざかるように延びる細長い付勢部材９３を含む付勢部材を含み得ることを示す。第１の（固定されていない）位置において、付勢部材９３は、挿入体の前壁５７の面内に突出する。固定部が第２の位置にあるとき、付勢手段９３は、固定部本体９２に向けて内方に撓むように押し付けられる。その材料（典型的には工具鋼）の曲げへの弾性に起因して、付勢部材９３は、前壁５７に押し当てて付勢力をかけ、挿入体を所定の位置に固定する。固定部には、両位置の間で本体の移動を助けるハンドル９４が設けられる。一般的に、固定部９０は、機械的な工具を用いることなく、その第１の位置と第２の位置の間で操作されるように構成される。

挿入体５０はまた、該挿入体５０をポケット３０と一方向だけに関連させることができるようなポケット配向部を含む。このポケット配向部は、前部つま先部５８の高さより高い後部つま先部５９を含む。図２に示されるように、下部５６の後部つま先部５９は、後部棚部３８の下の開口部３６の対応する隙間内のポケットに入ることができる。挿入体が１８０°回転した場合には、同じ後部つま先部５９の高さが、前部棚部３７の下の開口部の短い隙間内への挿入を防止する。この部分は装置のユーザが、挿入体５０をポケット３０内に不適切に挿入するのを防止する。

挿入体５０はまた、適切に挿入された挿入体５０の加工物支持部と関連したときに、加工物９８が一方向だけを向くことができるようにする加工物配向部を含む。図２において、加工物配向部は、支持部材７２を含む支持面から上方に延びる肩部１０６を含む。肩部１０６は、加工物本体の縁部６１５だけに沿って加工された、加工物９８の平坦部６１１と位置合わせするように構成される。肩部１０６は、本体の縁部６１３、６１４、又は６１６が該肩部１０６に面する他の３つの配向のいずれかで加工物が配置された場合に、該加工物が支持部材７１及び７２上に配置されるのを防止するように構成される。

図２は、挿入体５０から分離された加工物９８を示す。この加工物９８は、正方形の断面を有する直線の本体６０１と、該本体の第１端部に取り付けられた玉継手６０２とを含む。この玉継手６０２は、円筒形のネック６０４により本体６０１に結合された球形のヘッド６０３を含む。ヘッド６０３及びネック６０４は、加工物の中心線６１０と位置合わせされる。加工物は、本体６０１の縁部６１５の一部に沿って事前の金属加工作業において加工された面６１２を有する平坦部６１１を有する。この面６１２は、加工物の縁部６１３及び６１４を通る面に平行に位置する平坦な面である。回転作業において、正方形の棒材からこうした加工物を好都合に作ることができる。

図４は、金属加工作業の前に、加工物９８が挿入体５０の加工物支持部の上に配置されたモジュール式ツーリング装置を示す。加工物９８は、縁部６１４が下方に回転された状態で本体が加工物支持部材７１及び７２に載るまで、挿入体５０のスロット６２０を通して玉継手６０２のネック６０４を下方に通すことによってモジュール式ツーリング装置に配置される。この位置において、図５に見られるように、ヘッド６０３は、挿入体の上部ヘッド・ガイド６２１の各々の下部縁６２２を取り除き、下部ヘッド・ガイド６２３の各々の凹部６２４内を進むことができる。加工物が前方に（＋ｙ方向に）押し付けられた場合には、ヘッド６０３は、玉継手拘束部７３に接触し、該加工物が適切に配置される。

挿入体５０の協働する加工物支持部（加工物支持部材７１、７２、及び７３）の位置は、基部２０を基準とする加工物９８の位置を定める。加工物の位置により、ｘ、ｙ、及びｚ空間における加工物の基準点の特徴的な位置と、そのｘ、ｙ、及びｚ軸を中心とする加工物の特徴的な配向（ピッチ、ロール、及びヨー）が与えられる。

金属加工作業中にフライス盤により加えられる力を受けて、加工物は、移動し、シフトし、振動する傾向がある。金属加工作業中の加工物の移動を防止するために、一般に、加工物は固定され、加工中の移動及び／又は振動が排除される。一般に、挿入体は、ポケット内に固定され、そのため、一方向だけがポケット自体によって固定されていない（すなわち、該挿入体が該ポケット内に挿入された位置）。ポケット及び挿入体の形状は、その一方向に挿入したときに金属加工作業からの力が作用しないように選択される。一般的に、挿入体及びポケットは、金属加工作業からの力が、該挿入体の挿入方向又は取外し方向で該挿入体に力を加えるようには構成されないことになる。より一般的には、挿入体は、金属加工作業が加工物９８に力をかけるときに、該加工物が結果として生じる力を挿入体にかけるように構成され、このことが該挿入体をポケット内に固定するのを助ける。つまり、加工物にかかる金属加工作業の力が、挿入体を基部に固定するのを助ける。モジュール式ツーリング装置の設計における二次的な考慮事項は、挿入体を対応するポケット内に配置することに関連した一方向に作用する、加工物をクランプするのに関連した力の範囲を最小にすることである。

金属加工機械により加工物にかけられる力は、該加工物を固定するための１つ又はそれ以上の加圧手段を必要としてもよい。金属加工作業中の加工物の如何なるシフト、移動、撓み、又は振動も、該加工物の不適切な加工を生じる場合がある。本発明の挿入体を用いて、金属加工作業のために加工物を適切な位置に配置することができ、また、本発明の挿入体を用いて、基部及びテーブルへの剛性取り付けによって移動を阻止することにより、或いは加工物に力をかけることにより、該加工物を固定することもできる。本発明のモジュール式ツーリング装置は、加工物に拘束力をかける１つ又はそれ以上の手段を用いることができる。加工物が可撓性又は屈曲可能である場合には、拘束力手段は特に重要である。一般的に、拘束力は、可能な限り金属加工機械の経路に接近して加工物にかけられ、金属加工作業中に該加工物の剛性を保持する。

一般に、加工物を通して該加工物に加えられる固定力は、挿入体に力をかけて、該加工物を固定又は支持する。一般に、固定力は、これにより挿入体にかかる力が該挿入体をポケット内に固定するのを助ける方向となるように構成される。

加工物を玉継手拘束部７３に押し当てて固定するために、該加工物９８のヘッド６０３に力を加えるように第１の加圧手段を構成することができる。この第１の加圧手段の力の向きは、ヘッド６０３に向けて加えられる力Ａとして図５に破線で示される。著者：Serope KalpakjianおよびSteven R. SchmidによるManufacturing Engineering and Technology（製造エンジニアリング及びテクノロジー）(第４版)に説明されるような空気圧又は油圧ピストン、及び手動トグル・クランプを含む、当該技術分野において公知の手段を用いて、ヘッド６０３に力Ａをかけることができる。手動トグルは、ヘッド６０３を固定的に係合するような形状にされたスピンドル先端を有することができる。一般的に、加圧手段は、加工物のヘッド６０３を迅速に（すなわち、数秒以内に）係合して固定し（及び該ヘッド６０３から外し）、該ヘッド６０３への係合又は取り外しのために機械の工具を必要としない。一般的に、加圧手段は、基部２０に永久的又は半永久的に取り付けられた要素であり、力Ａがヘッド６０３上に精密に加えられるように構成され位置付けられる。

縁部６１３に沿って本体６０１の上面上に力をかけるように、第２の加圧手段を構成し、加工物を加工物支持部材７１及び７２に押し当てて固定することができる。この第２の加圧手段の方向は、力Ｂとして図３に示される。上述のように、縁部６１３に沿って本体の表面に適合するように適切な形状にされたスピンドル先端面を有するトグル・クランプを含む、当該技術分野において公知の手段を用いて、本体６０１に力Ａをかけることができる。力をかけるための別の手段は、図６に示されるような油圧駆動式ピボット・クランプ装置７００であり、これは、垂直方向に位置合わせされた油圧シリンダ７０１を有し、該油圧シリンダの上端７０２に取り付けられて外方に延びるアーム７０５を有する。一般的に、油圧シリンダは、基部上に配置されて取り付けられる。アームは、油圧シリンダの軸７０３を中心に枢動することができ、一般的に、図６に示される固定位置と加工物を取り除く第２の位置との間で枢動するように構成される。アームの第２端は、そこから懸架されるクランプ７１０を有する。このクランプ面は、配置された時に本体６０１の表面形状に適合するように構成された形状を有する。加工物９８が挿入体５０中の加工物支持部７１及び７２上に配置され、力Ａを用いて玉継手拘束部７３に押し当てて固定された後、クランプ・アーム７０５が枢動され、本体６０１上の固定位置にロックされ、油圧シリンダ７０１が駆動されて、クランプ７１０を下降させ、該本体６０１の上面に係合する。油圧シリンダ７０１は、下向きの力をクランプ７１０にかけることができ、次に、加工物１９８に力Ｂを加え、挿入体５０の加工物支持部７１及び７２に押し当てて該加工物を所定の位置に固定する。

一般的には、クランプ７１０は、図７に示される別の挿入体６５０を含むことができ、これを第２の力Ｂと組み合わせて用いることにより加工物を固定することができる。一般的に、挿入体６５０は、固定力Ｂが加えられることになる加工物の表面特徴が該加工物の特性である場合に用いられる。特徴的な加工物は、挿入体６５０の加工物支持部の表面の輪郭が、該加工物の対面する面に一致又は適合するように精密に加工されることを必要とする場合がある。挿入体５０とは違って、挿入体６５０はポケット内に固定されたときに基部に対して移動可能である。図７に示されるように、ピボット・アーム７０５は、ポケット６３０を有する。このポケット６３０は、開口部６３６と、その長さに沿って特徴的な断面形状を有する通路を定める複数の連結された側壁とを有する。ポケット６３０は、内部側壁６３３及び６３４により定められる複数の位置決め部材と、キャッチ６３７の裏面の係合面６３５とを含む位置決め部を有する。これらの３つの位置決め部材は、協働してポケット６３０の特徴的な位置決め点６３１を特定する。この位置決め点は、油圧シリンダ及びピボット・アームの構成及び配置によって基部の位置決め点に関係する。

挿入体６５０は、ポケット６３０の開口部６３６を通って、摺動ピン６５６により該ポケット６３０と関連する。このピン６５６は、ポケット６３０の側壁と関連するように構成された形状を有する細長いシャフトを含み、上述のポケット３０及び挿入体５０の実施形態について説明された精密な空間的関係を有する対面接触を該ピンと該シャフトとの間にもたらす。挿入体６５０は、ピン６５６の側面６５３及び６５４、並びにフック６５８の係合面６５５によって定められる複数の位置決め部材を含む位置決め部を有する。これらの３つの位置決め部は、協働して挿入体６５０の特徴的な位置決め点６５１を特定する。挿入体５０と同様に、移動可能な挿入体６５０は、挿入体の表面上の面、縁部、及び点を含むことができる１つ又はそれ以上の位置決め部の協働により定められる複数の位置決め点６５１を有することができる。

挿入体６５０は、ピン６５６がポケット６３０の通路内に完全に挿入された際に、該ポケットのキャッチ６３７に位置合わせされて係合するフック６５８を有するロッカー６５９を含む固定部を有する。このロッカーは、ばね（図示せず）のような付勢手段を有し、キャッチ６３７を用いてフック端部を固定位置に付勢する。ロッカー６５９のトリガ６９０を押し下げ、これを引き離し、フック６５８をキャッチ６３７から外すことによって、挿入体６５０をポケットから外して取り除くことができる。挿入体は、機械の工具を用いることなく、手でポケットから分離するように構成される。

挿入体６５０は、その表面に加工物支持部を有する。加工物支持部は、平坦な面６７１及び６７２によって定められる複数の加工物支持部材を含む。図６に示されるように、これらの支持面は、加工物９８の対応する面を支持する。加工物支持部材６７１及び６７２は、加工物９８の対面する支持面に一致するように加工される。

図８に示されるようなポケット６３０内に挿入されたピン６５６を用いて、挿入体の位置決め部及び対応するポケットの位置決め部が協働し、移動可能な挿入体６５０が加工物９８に対して配置されたときに基部２０に対して加工物支持部の位置を定める。付勢されたロッカー６５９のフック６５８が、ポケットの側部のキャッチ６３７に係合する際に、ピン６５６の係合面６３５は、該フック６５８の係合面６５５に面する。ポケットの位置決め点６３１、及び挿入体の位置決め点６５１は、同じ場所に配置されるようになる。移動可能な挿入体６５０が、加工物９８に対して支持位置にある場合には、面６７１及び６７２により定められる加工物支持部は、基部２０の基準点に対して特徴的な位置をとる。

挿入体６５０は、ポケット配向部を任意に有することができる。図７に示されるポケット配向部は、ピン６５６の側面に沿ったデテントを含み、このデテントは、ポケット６３０の開口部６３６の形状と協働する特徴的な形状をもたらす。挿入体６５０は、一方向だけにポケット６３０と関連させることができる。この実施形態において、挿入体をポケット内に一方向だけに配向するための他の形状及び他の手段が考えられるが、特徴的な形状は「Ｌ」形状である。

取り付けられ固定された加工物は、いつでも加工できる状態にある。金属加工作業（ボア切削及びフライス削り）のために、挿入体５０の加工物支持部が、加工物９８を適切な位置及び配向に配置する。加工物は、固定力Ａ及び固定力Ｂにより適切な位置及び配向に固定される。

図６は、ボア６０６を対向面６０５内に穿孔し、第２の平坦な面６０７をフライス削りすることを含む金属加工作業後の完成した加工物９８を示す。ボア６０６は、所定の直径及び深さで端面６０５の所定の位置に穿孔される。平坦な面６０７は、縁部６１５及び６１６を通る面に平行な面に沿って加工され、中心線６１０から縁部６１３に向けて所定の距離だけ離され、本体の第１端部に向けて面６０５から所定の深さまでフライス削りされる。

加工物９８を加工した後、加工された断片は、挿入体及び支持部（何らかの移動可能な挿入体を含む、力Ａ及びＢに関連した何らかの加圧手段のような）から解放され、装置から取り除かれる。加工された加工物は、手で取り除くことができるが、一般的には、空気圧エゼクタのような当該技術分野において周知の自動手段により取り除かれる。加工物の自動放出のために、加工物を該装置の側面から装填するように挿入体及び加工物支持部を構成し、機械加工物を装置から取り出し離すことができるようにすることが一般的である。加工された加工物を取り出した後、加工のために、次の同一の加工物９８を装置内に装填し固定することができ、これにより、固定された挿入体の加工物支持部は、次の加工物９８の金属加工作業の間、所定の位置に半永久的に固定されたままになる。次の加工物９８は、ボア６０５及び平坦な面６０７の加工のために適切な位置及び配向にある。

本発明の１つの実施形態はまた、基部に永久的に取り付けられた固定された加工物支持部材を有する基部を提供することができる。加工物は、挿入体からの支持及び別の面の支持の両方を必要とすることができる。挿入体５０の加工物支持部と協働するように固定された加工物支持部材を構成し、こうした加工物を配置し配向することができる。固定された支持部材は取り外し可能ではない。

加工物に金属加工作業を行う一般的な方法においては、共通の基部が設けられ、テーブル上に配置される。上述のように、この基部は、一般にポケットとして構成された少なくとも１つの取付面を有する。第１の挿入体を該取付面に関連させてこれに固定する。上述のように、一般的に、挿入体は取付面と関連するように構成され、共通の基部に対して加工物支持部の位置を定める。共通の基部を金属加工機械と位置合わせした後、該共通の基部は、半永久的な固定部によってテーブルに固定され、これにより、該基部はテーブルに固定されず、再位置合わせされ、再固定され、該テーブルから取り除かれることが可能となる。上述のように、与えられた第１の加工物が挿入体の加工物支持部上に配置されてこれに固定され、そこで、加工物は、金属加工機械に対して特徴的な位置及び配向をとる。加工物の特徴的な位置は、該加工物の加工が満足に完了するものである。加工物の加工は、該加工物の材料を取り除き、又は修正するので、加工された該加工物は、金属加工作業により意図された特性及び構成を有する。加工物の加工後、あらゆる拘束力又は固定を取り除き、該加工物を解放して第１の挿入体の加工物支持部から取り除く。

形状は関連するが細部は異なる加工物のファミリーの次の加工物部材に対して、単一の挿入体を有するモジュール式ツーリング装置を用いる金属加工作業を行うことができる。挿入体のファミリーを構成することができ、これにより、共通の取付面（ここではポケット）を用いて半永久的に関連するように、各々の挿入体材が構成される。挿入体のファミリーの次の部材は、ツーリング基部を交換することなく、或いは金属加工機械に基部２０の位置又は配向の如何なる調整も行うことなく、加工物の加工を可能にする位置及び配向にそれぞれの加工物部材を配置し配向するように構成された加工物支持部材を有する。共通の基部及び対応する挿入体のファミリーを用いて、モジュール式ツーリング装置で加工物のファミリー全体を加工することができる。

加工された第１の加工物の最後のものが加工物支持部から取り除かれた後、第１の挿入体が基部から取り除かれる。挿入体のファミリーの第２の部材を含む、与えられた第２の挿入体が基部の取付面と関連させてこれに固定され、その位置決め部は、該取付面の位置決め部と関連するように構成され、該基部に対して第２の挿入体の加工支持部の位置を定める。次に、加工物のファミリーの第２部材が、第２の挿入体の加工物支持部に配置されてこれに固定される。第２の加工物は、金属加工機械に対して該加工物の加工のために特徴的な位置及び配向をとる。第２の加工物の加工後、加工された加工物は、第２の挿入体の加工物支持部から取り除かれる。

第１の挿入体を第２の挿入体と交換することにより、共通の基部を金属加工機械と位置合わせする中間段階を必要とすることなく、第１の加工物の加工後に第２の加工物を加工することが可能になる。

本発明の別の実施形態が、図９乃至図１２に示される。図９は、ポケット３０を含む第１の取付面と、ポケット４０を含む第２の取付面と、ポケット３０と関連した第１の挿入体５０と、該ポケット４０から分離された第２の挿入体６０とを有する基部２０を示す。該基部は、２つの挿入体５０及び６０を用い、加工物１９８の加工のための支持及び配置を提供する。２つの挿入体の各々は、協働して基部に対して加工物支持部の位置付けをもたらすそれぞれの加工物支持部を有する。それぞれの加工物支持部はまた、全体的に協働して加工物１９８を支持し、基部及び金属加工機械に対して該加工物１９８の位置を定める。

ポケット３０及び挿入体５０は、上述のとおりである。

ポケット４０は、前壁４７、後壁４５、側壁４４、及び床面４３により定められる。一般的に、側壁４４は、前壁４７及び後壁４５が平行であるように、互いに平行である。一般的に、これらの壁の各々は、床面４３に垂直である。後壁４５には、下に隙間凹部４８を備えた張出しリップ４６が設けられる。

挿入体６０には、ポケット４０の部分に対応する部分が設けられる。挿入体６０の下部６６は、前面６７、後面６５、側面６４、及び底面６３により定められる。これらの部分は、ポケット４０の対応する部分と関連するように特に構成され配向される。ポケット４０の部分と挿入体６０の部分の間の対応関係は、それぞれの識別番号の共通の三桁により示され、例えば、ポケットの後壁４５は、挿入体の後面６５に対応する。更に、下部には、上面６２と、上に上部拘束面６６を有するつま先部６８と、リリーフ湾曲部６９とが設けられる。

挿入体の機能及びポケットの構成は、該挿入体が該ポケット内に摺動し、これとの間に精密な空間的関係を確立するというものである。このように、挿入体がポケット内に着座する場合に対応する部分間の関係は、対面関係である。しかしながら、ポケットに対して挿入体を取り除く間／挿入する間、対応する部分間の関係は、摺動関係である。摺動関係は、前壁４７と前面６７、側壁４４と側面６４、及び張出しリップ４６の下面と上部拘束面６６について特に明らかである。つま先部６８が隙間凹部４８と係合する際、床部４３と底面６３との間に幾らかの摺動がある。

特に挿入体の前側において、該挿入体の＋ｚ方向（上方）への移動を拘束する幾つかの手段が適切であると考えられる。この拘束動作を達成するために、取り出し／ロック装置３７０が設けられる。この取り出し／ロック装置３７０は、基部２０のスロット３２８内に枢動可能に配置される。取り出し／ロック装置の機能をより良く示すために、図９及び図１０においてはスロットの幅が誇張されている。ピボット・ピン３２６は、基部の同軸の穴（図示せず）に配置され、ほぞ穴３７９は、取り出し／ロック装置３７０内に配置される（図１１に示される）。取り出し／ロック装置が第１すなわちロック位置まで順方向に回転した場合には、保持アーム３７１は、挿入体６０の上面６２の上を摺動する。この位置は、図１１の破線により示される。取り出し／ロック装置のハンドル３７２は、技能者による好都合な操作をもたらし、レンチ又はねじ回しのような機械の工具にを必要とせずに、挿入体６０をポケット４０内に取り付ける。取り出し／ロック装置は、技能者が手で掴むのに好都合な面が上部に設けられていない場合に、挿入体の取り外しを容易にする。保持アーム３７１及び張出しリップ４６の組み合わされた動作は、挿入体６０の＋ｚ方向の移動を完全に拘束する。

取り出し／ロック装置をその第１の位置に保持するためのデテント手段が設けられる。このデテント手段の典型的な実施形態において、保持ピン３７５が、基部２０の前面を通って穴の中に摺動可能に配置され、取り出し／ロック装置に対して付勢され、そのため、該取り出し／ロック装置がその第１の位置に移動されたときに、該保持ピンは、該取り出し／ロック装置の位置決め穴３７６の中に嵌まる。デテント手段は、取り出し／ロック装置を付勢し、その第１の位置に保持する。保持ピンの露出された端部のノブ又はぎざぎざ面は、取り出し／ロック装置の穴から該保持ピンを簡便に外すのを助ける。

取り出し／ロック装置は、更に別の機能を提供し、すなわち、ポケット４０から挿入体６０を取り出すのを助ける。一般的に、ポケットから挿入体を取り出すために、技能者が掴むのに好都合なハンドルが挿入体６０に無い場合には、取り出し／ロック装置を用いることができる。一般的に、取り出し／ロック装置は、該取り出し／ロック装置がその第２の位置に枢動した際に、挿入体６０の下部６６の面に押し付けるように構成される取り出し部を含む。取り出し／ロック装置３７０が、第２のすなわち取り出し位置に向けて回転したとき、つま先部３７４は、挿入体６０の底部６３に上向きの力をかけ、これにより、技能者が該挿入体を掴むのに十分なだけ該挿入体の前面及び後面が露出される。取り出し／ロック装置の第２の位置は、図１１に実線で示される。

ポケット４０は、床面４３、後部側壁４４、及び後壁４５により定められる複数の位置決め部材を含む対応する位置決め部を有する。これらの３つの平坦な位置決め部は、協働してポケット４０の特徴的な位置決め点４１を特定する。

対応する挿入体６０は、底部６３、後部側壁６４、及び後壁６５により定められる複数の位置決め部材を含む位置決め部を有する。これらの３つの平坦な位置決め部は、協働して挿入体６０の特徴的な位置決め点６１を特定する。

挿入体６０は、その面に加工物支持部を有する。挿入体６０がポケット４０内に挿入されたとき、該ポケットの位置決め点４１及び該挿入体の位置決め点６１は、同じ場所に配置されるようになる。そのため、位置決め点を同じ位置に配置することにより、基部２０の基準点に対して挿入体の加工物支持部の特徴的な位置が定められる。加工物支持部は、対面する傾斜面７６及び７７により定められる複数の加工物支持部を含む。図１２に示されるように、これらの支持面は、加工物の対応する面を支持する。加工物支持部材７６及び７７は、精密に加工され、挿入体位置決め点６１に対して加工物支持部の特徴的な配置（ｘ、ｙ、及びｚ座標空間において）をもたらす。

挿入体６０はまた、該挿入体をポケット４０と一方向だけに関連させるポケット配向部を含む。このポケット配向部は、挿入体のつま先部６８、及びポケットの隙間凹部４８との結合を含む。挿入体がそのｚ軸（図示せず）を中心に１８０°回転した場合には、該挿入体をポケット内に挿入することはできない。この部分は装置のユーザが、挿入体６０を不適切に挿入するのを防止する。

挿入体６０はまた、適切に挿入された挿入体６０の加工物支持部と関連したときに、加工物１９８が一方向だけを有することができるように、加工物配向部を含む。この加工物配向部は、加工物支持部材７７を含む支持面から上方に延びる肩部１０６を含む。肩部１０６は、加工物本体の縁部８１５だけに沿って加工された加工物１９８（図１２に示される）の平坦部８１１と位置合わせするように構成される。肩部１０６は、本体の縁部８１３、８１４、又は８１６が該肩部１０６に面する他の３つの配向のいずれかで加工物が装置内に配置された場合に、該加工物が支持部材７６及び７７上に配置されるのを防止する。

図１２は、加工物１９８が挿入体５０及び６０の加工物支持部上に配置されたモジュール式ツーリング装置を示す。加工物１９８は、モジュール式ツーリング装置を用いて行われることになる金属加工作業を行う前の状態が示されている。この加工物は、正方形の断面を有する直線の本体８０１と、該本体の第１端部に取り付けられた玉継手８０２とを含む。この玉継手８０２は、円筒形のネック８０４により本体８０１に結合された球形のヘッド８０３を含む。ヘッド８０３及びネック８０４は、加工物の中心線８１０と位置合わせされる。加工物はまた、本体８０１の縁部８１５の長さに沿って事前の金属加工作業において加工された面８５２を有する本体８０１の中心にある平坦部８５１を有する。この面８５２は、加工物の縁部８１３及び８１４を通る面に平行に位置する平坦な面である。挿入体５０の協働する加工物支持部（加工物支持部材７１、７２、及び７３）及び挿入体６０の協働する加工物支持部（加工物支持部材７６及び７７）の位置は、基部２０を基準とする加工物１９８の位置を定める。加工物の位置は、ｘ、ｙ、及びｚ空間における該加工物の基準点の特徴的な位置と、そのｘ、ｙ、及びｚ軸を中心とする該加工物の特徴的な配向（ピッチ、ロール、及びヨー）が与えられる。

加工物１９８（金属加工前）は、玉継手８０３、平坦部８１１、及び本体８０１の断面寸法を含む、図３の加工物９８と同じ構成及び寸法の幾つかの部分を有する。図３の挿入体５０は、本発明の挿入体が、加工物支持要件が同じである１つ又はそれ以上の同じ部分を有する２つの異なる加工物（図３の加工物９８と図１２の加工物１９８）に対する加工物支持を提供することができる。

加工物に金属加工作業を行う別の典型的な方法において、基部は、対応する第１及び第２の取付面に関連した少なくとも２つの挿入体を用いる。第１の挿入体は、挿入体の第１のファミリーの第１の部材であり、第１の取付面に関連する。第２の挿入体は、挿入体の第２のファミリーの第１の部材であり、第２の取付面に関連する。ここで上述されたように、与えられた第１の加工物は、２つの挿入体の加工物支持部に配置されてこれに固定され、そこで、加工物は金属加工機械に対して特徴的な位置及び配向をとる。加工物の特徴的な位置は、該加工物の加工が満足に完了するものである。加工物の加工は、該加工物の材料を取り除くか又は修正するので、加工された該加工物は、金属加工作業により意図された特性及び構成を有する。加工物の加工後、あらゆる拘束力を取り除き、該加工物を解放して第１及び第２の挿入体の加工物支持部から取り除く。

金属加工作業はまた、加工された加工物支持部を評価する段階を任意に含み、該金属加工作業が満足に実行されたことを保証する。評価は、当該技術分野において公知の手段による目視検査又は機械検査によるものとすることができる。加工された加工物が満足に加工された場合には、モジュール式ツーリング装置が金属加工機械と適切に位置合わせされ、後続の加工物に金属加工作業を実行する。加工された加工物が満足に加工されなかった場合には、後続の加工物を加工する前に、モジュール式ツーリング装置の基部を金属加工機械と再位置合わせすることができる。

図１３は、対向する面８０５内へのボア８０６の穿孔、及び対向する面８０７及び８０８のベベル切断を含む金属加工作業後の完成した加工物１９８を示す。ボア８０６は、中心線８１０に沿って所定の直径及び深さを有するように穿孔される。斜面８０７は、ボア８０６の周囲の面８０５を通過する、中心線から４５°に配向された面であり（本体縁部８１３に向けて中心線から該ボアの半径距離）、本体縁部８１３に向けて該中心線から配向される。斜面８０８は、ボア８０６の周囲の面８０５を通過する、中心線から４５°に配向された面であり（本体縁部８１４に向けて中心線から該ボアの半径距離）、本体縁部８１４に向けて該中心線から配向される。

ポケット３０及び４０を有する基部２０と、それぞれこれに関連する第２の組の挿入体１５０及び１６０とを有するモジュール式ツーリング装置を示す、本発明の別の実施形態が図１４に示される。ポケット３０及び４０を有する基部２０は、図９及び図１０について上述されたものと同じ基部及びポケットである。挿入体１５０及び１６０は、それぞれ下部５６、６６と同じ構成の下部を有するように構成され、ポケット３０及び４０と関連する。挿入体１５０の上部の加工物支持部は、挿入体５０の加工物支持部と形状は関連するが細部は異なる。同様に、挿入体１６０の上部の加工物支持部は、挿入体６０の加工物支持部と形状は関連するが細部は異なる。挿入体１５０、１６０の加工物支持部は協働して、加工物１９８と形状は関連するが細部は異なる、図１５に示されるような加工物２９８を支持する。図１２及び図１５を参照することにより、加工物１９８と２９８とを比較することができる。これらの加工物は、同じ全体的な本体構成と、玉継手と、第１端部の平坦部８１１及び９１１と、本体中間の平坦部８５１及び９５１とを含む幾つかの同じ部分とを有する。しかしながら、これらの加工物の幾つかの細部は異なるものである。加工物１９８の本体の長さ及び断面寸法は、加工物２９８のものより大きい。

加工された第１の加工物の最後が加工物支持部から取り除かれた後、第１の挿入体及び第２の挿入体が基部から取り除かれる。挿入体の第１のファミリーの第２の部材を含む与えられた第３の挿入体が、基部の第１の取付面と関連してこれに固定され、その位置決め部は、該第１の取付面の位置決め部と関連するように構成され、該基部に対して第３の挿入体の加工物支持部の位置を定める。挿入体の第２のファミリーの第２の部材を含む与えられた第４の挿入体が、基部の第２の取付面と関連してこれに固定され、その位置決め部は、該第２の取付面の位置決め部と関連するように構成され、該基部に対して第４の挿入体の加工物支持部の位置を定める。次に、加工物のファミリーの第２の部材が、第３及び第４の挿入体の加工物支持部に配置されてこれに固定される。第２の加工物は、金属加工機械に対して該加工物の加工のために特徴的な位置及び配向をとる。第２の加工物の加工後、加工された加工物は、第３及び第４の挿入体の加工物支持部から取り除かれる。

第１の組の挿入体（挿入体の第１及び第２のファミリーの第１の部材）を第２の組の挿入体（挿入体の第１及び第２のファミリーの第２の部材）と交換することにより、共通の基部を金属加工機械と位置合わせする中間段階を必要とすることなく、第１の加工物の加工後、第２の加工物を加工することが可能になる。第２の組の挿入体の各部材は、第１の組の挿入体の対応する部材に対して対応する第１の加工物部材と第２の加工物部材間の寸法の差を調整するように構成される。第１の組の対応する挿入体と第２の組の対応する挿入体との間の構成の差により、モジュール式ツーリング装置が、それぞれの加工物を金属加工機械による加工における適切な位置及び配向に配置することが可能になる。

金属加工作業において、製造が加工物１９８から加工物２９８への変更を必要とする場合には、技能者は、図１０に示される挿入体５０及び６０を取り除き、挿入体１５０及び１６０を取り付ける。次に、加工物２９８が、挿入体１５０、１６０の加工物支持内に挿入される。図１２及び図１５を比較すると、加工物１９８の面８０５と加工物２９８の面９０５の位置は、同じ位置及び配向にある。面８０５及び９０５の両方とも、基部に対して全く同じ位置の中心を有する。したがって、加工物１９８を加工するために用いられる金属加工機械の位置又は配向を調整することなく、加工物２９８のボア及び斜面の金属加工を行うことができる。

第１の挿入体の組５０及び６０と第２の挿入体の組１５０及び１６０との加工物支持部構成における類似性は、第１の加工物１９８から、構成は関連するがこれに対応する細部が異なる第２の加工物２９８に迅速に交換することを可能にする。第１の加工物１９８及び加工物２９８の連続する金属加工作業は、基部２０の再位置合わせを必要としない。挿入体のファミリーの組、挿入体５０及び６０、１５０及び１６０と共に本発明のモジュール式ツーリング装置を用いることにより、基部ツーリングを交換することなく加工物１９８、２９８のファミリーが加工され、これにより、金属加工機械との基部の位置合わせを含む、基部ツーリングを交換するのに通常必要とされる段階が回避される。同一の金属加工作業が加工物１９８及び２９８の両方について必要とされる場合には、基部及び金属加工機械両方の配置のどのような変更も必要としない金属加工のための位置に加工物２９８を配置するように、第２の組の挿入体１５０、１６０の加工物支持部を構成することができる。図１２及び図１５に示されるように、同一の加工物作業（ボア及び斜面）により、形状は関連するが細部は異なる加工物１９８及び２９８を連続して加工することができる。

本発明の更に別の実施形態において、モジュール式ツーリング装置１０は、図１７に示される基部、並びに挿入体２５０及び２６０を有する。この実施形態において、挿入体２５０及び２６０の上部に構成された加工物支持部は、図１０のそれぞれ挿入体５０及び６０について示されたものと本質的に同じである。挿入体２５０及び２６０は、挿入体５０及び６０が支持するものと同じ加工物１９８を支持することができる。しかしながら、挿入体２５０及び２６０の下部、並びにポケット及び該ポケット内の挿入体用の固定部は、図１０の挿入体５０及び６０と共に用いられているものから置き換えられている。必要とされる加工の種類（例えば、穿孔、フライス削りなど）及び加工物上の加工の位置によって、挿入体の構成及び該挿入体用の固定部の選択を指定することができる。図１７において、挿入体２６０は、−ｚ（下側）方向、又は前後方向（ｙ軸に沿って）のいずれかの方向で該挿入体にかけられる力により移動を阻止してポケット内により固定されるように構成される。挿入体２５０は、−ｚ（下側）方向、又は側部方向（ｘ軸に沿って）のいずれかの方向で該挿入体にかけられる力によって移動を阻止するように構成される。

本発明の更に別の実施形態において、図１８に示される加工物３９８は、特徴的な構成を有する。この加工物は、ガスタービンエンジンの圧縮機ブレードの代表的なものである。圧縮機ブレードへの一般的な金属加工作業において、ブレードの端部３９９は、図において玉継手３０３として示されるダブテール部に対して精密な寸法にトリミングされる。長さに沿った翼型部の比較的薄い断面は、ブレードの端部をトリミングする一般的なフライス削り作業においては移動及び振動を被りやすい。

図１９は、圧縮機ブレード３９８の端部をフライス削りするためのモジュール式ツーリング装置を示す。この装置は、基部の面３３９上の第１のポケット３３０と第２のポケット３４０とを有する基部を含む。この装置はまた、関連するポケット３３０から分離した状態で示される第１の挿入体３５０、及び関連するポケット３４０から分離した状態で示される第２の挿入体３６０を有する。この装置はまた、ポケット６３０に挿入された状態で示される第３の挿入体７５０を有する。第１の挿入体３５０を用いて、ブレードのダブテール部３０３を配置して固定する。第２の挿入体３６０は、ブレードの端部の近くの位置で翼型部３９７の下部を支持する。第３の挿入体７５０は、第２の挿入体３６０に対向する翼型部３９７の上側を支持する。トグル・クランプは、加工物のｙ軸に沿って図２０に示される力Ａを玉継手に対し＋ｙ方向に与える。油圧シリンダ（図示せず）は、図８に示されるアーム７０５及びポケット６３０に類似した挿入体７５０が固定されたポケット６３０を含むアーム７０５を有する。図２０に示されるように、このシリンダは、翼型部の上に配置した後に可動の第３の挿入体７５０に下向きの力Ｂを与え、該翼型部を第２の挿入体３６０に押し当てることによって該翼型部をしっかりと固定する。挿入体３５０、３６０、及び７５０の組み合わせ及び協働により、端部のトリミング及びフライス削り作業中における加工物の精密な配置及び固定が達成される。

挿入体３５０は、図９の右側に示される挿入体６０に類似した構成を有する下部を有する。挿入体３５０は、上部拘束面３６６、上面３６２、及びリリーフ湾曲部３６９を持つつま先部３６８を有する下部を含む。この挿入体は、ダブテール拘束部３７３、並びに支持部材３７７及び３７８を含む複数の加工物支持部を持った上部を有する。ダブテール拘束部は、力Ａ（図２０に示される）と協働するように構成され、ダブテール部３０３を固定して、該ダブテール部３０３がいずれかの方向に移動するのを防止する。支持部材３７７及び３７８は、それらの間にブレード基部３９６を配置するように構成される。

ポケット３３０は、挿入体３５０と関連し、該挿入体を基部に固定するように構成される。ポケット３３０は、基部の基部面３３９上に配置され、該基部から約４５°の角度で配向される。挿入体３５０は、ポケット内に挿入され、図２０に取り出し位置で示される取り出し／ロック装置３７０を用いて内部に固定される。挿入体の配向は、加工物を挿入し、取り除くのに好都合な角度を与える。

装置への加工物の挿入は、一般的に手によるものである。典型的には、加工後の加工物は、当該技術分野において周知の自動取り出し手段により取り除かれる。空気圧駆動式取り出しピン（図示せず）を基部内から推し進めることができるようにする通路３４７を用いて、基部面３３９を構成することができる。加工物の加工後、取り出しピンが駆動され、挿入体３５０の面３７７のアパーチャ３６７を通過する。取り出しピンは、ブレード基部３９６に接触し、加工物を組立体から取り出す。

挿入体３６０は、ｙ方向に配向されているが、図１に示される挿入体５０に類似した構成の下部を有する。挿入体３６０は、同様に図１に示されるポケット４０に類似して構成されたポケット３４０と関連する。挿入体３６０は、その支持位置において翼型部３９７の下部面の輪郭と一致する輪郭に精密に加工された加工物支持面７３１を含む加工物支持部を有する。挿入体７５０は、支持位置において翼型部３９７の上部面の輪郭と一致する輪郭に精密に加工された加工物支持面７３２を含む加工物支持部を有する。

加工物のダブテール部３０３は、翼型部が挿入体３６０により支持された状態で、最初に挿入体３５０内に配置される。可動の挿入体７５０は、翼型部の上部面と位置合わせするように配置される。一旦全ての挿入体が配置され、固定力Ａ及びＢが加えられると（それぞれダブテール部及び可動の挿入体７５０に）、加工物は固定され、加工の準備が完了する。

本発明は、ガスタービンエンジンの圧縮機ブレードのファミリーに金属加工作業を行う方法として有用である。ブレード３９８の加工から同じファミリーの次の寸法の圧縮機ブレード部材に交換することが必要とされる製造の場合には、技能者は、図２０に示される挿入体３５０、３６０、及び７５０の組を取り除き、次の寸法の圧縮機ブレードに対応する次の寸法の組の部材挿入体（挿入体のファミリーからの）を取り付け、これを固定する。次いで、次の寸法の圧縮機ブレードが、次の寸法の組の挿入体の組の加工物支持内に挿入される。次の寸法の組の挿入体は、ツーリング基部を交換することなく、又は金属加工機械の基部２０の位置又は配向のどのような調整もすることなく、その端部のフライス削りを可能にする位置及び配向で次の寸法の圧縮機ブレードを配置するように構成された。共通の基部及び対応する挿入体の組のファミリーを用いて、モジュール式ツーリング装置で圧縮機ブレードのファミリー全体を加工することができる。

上述のように、本発明の基部は、互いに位置合わせされ固定された一連の別個の層状プレートから作ることができる。２つ又はそれ以上のこうしたプレートを貫通する接合穴を穿孔してリーミングすることによって、こうした層状プレートを位置合わせすることができる。若しくは、隣接するプレートの当接面内にキー溝を切削し、矩形のキーをその中に挿入してもよい。１つのプレートを隣接するプレートに対して精密に位置合わせするための他の何らかの手段を用いることもできる。ボルト締めによって、層状プレートを互いに好都合に固定することができる。ボルト締めは、使用中、磨耗又は損傷した層状プレートのいずれかを修理又は交換するために、組み立てられた基部を分解できるという利点を提供する。プレートをフレームで囲み、プレートとフレームの間に一対のウェッジを挿入することによるような、プレートを互いに固定する他の手段も十分なものである。

本発明の文脈において、層状の基部は、精密な寸法及び内部に正確に平行な側面を有するポケットを構成するための好都合な手段を提供する。ポケット４０を含む図９に示される基部２０の一部は、本発明のこの態様を示す。挿入体６０をポケット４０に正確に位置させるために、一般的に、側壁４４は、互いに平行であり、挿入体の側面６４間の距離よりわずかに大きい精密な距離だけ離れている。同様に、一般的に、基部のスロット３２８の幅は、図１１に示される取り出し／ロック装置３７０の厚さよりわずかに大きい。したがって、ポケット４０を含む基部２０の一部を、図９の左下部分から右上部分まで垂直位置に配向された５つの層状プレートから作ることができる。この５つのプレートは、スロット３２８を含む第１のプレートと、２つの側壁を含む第２及び第３のプレートと、隣接する側壁から間隔を置いて該スロットを配置する第４及び第５のプレートである。この例において、第１のプレートは、所定の厚さに研磨され、取り出し／ロック装置を受けるためのキャビティの輪郭が加工により取り除かれる。第４及び第５のプレートは、それぞれの厚さまで研磨される。第２及び第３のプレートもまた、それぞれの厚さまで研磨される。次に、第５のプレートが、位置合わせしながら互いにクランプされ、ボルト穴が５つのプレートの全てを貫通して穿孔される。第１、第４、及び第５のプレートは、前壁４７、後壁４５、底部４３、及び張出しリップ４６の輪郭、並びに隙間凹部４８が加工される間、一時的に位置合わせされ互いにクランプされる。ワイヤＥＤＭ機械作業は、これらの面の輪郭の加工に必要な精密さを提供し、これらの面の各々がプレートの面に垂直であることを保証することができる。必要な精密さを達成することは更に困難であるが、何らかの他の加工方法を用いることもできる。次に、５つのプレートを半永久的に互いに固定する。

一連の別個の層状プレートから挿入体を製造することもできる。例えば、図１９及び図２０に示される挿入体３５０は、基部を製造するために説明されたばかりの方法に類似した方法で製造することができる。ツーリングが本発明のモジュール式の概念を組み入れるか否かに関係なく、一連の別個の層状プレートからツーリング装置全体を作り得ることも考えられる。層状プレートを用いて製造されるツーリングに有利とすることができる環境には、ツーリングの面上に精密な寸法に作られたキャビティについての必要性、ツーリング上の精密に平行な面についての必要性、又は修理のためのツーリングの分解についての必要性が含まれる。

本発明は、協働する下部を有する挿入体が挿入されるポケットを有する基部に関して説明され、示されてきた。しかしながら、本発明において、挿入体を他の手段によって基部と関連させることが考えられる。本発明の他の実施形態において、取付面は、図１に示され説明される挿入体５０の下部５６のような挿入体の下部に類似する基部の上昇面を含むことができる。図１に示され説明されるポケット３０のように対応して構成されたポケットを含む挿入体と関連するように基部の上昇面を構成することができる。

特許請求の範囲に示される参照符号は、本発明の範囲を狭めるためではなく、これらの理解を容易にすることを意図している。

ツーリング挿入体及びこれと共に用いられる基部の概略図。 図１にも示されている、基部に取り付けられた図１に示される挿入体からなるモジュール式ツーリング装置の概略図。固定部は、図の最前面に示される。加工物は、図の右上部分に示される。 加工物を装置に固定する方法を示す、モジュール式ツーリング装置における加工物の概略図。 図３に示される固定部の平面図。 加工物を挿入体とどのように固定できるかを示す、図１に示される挿入体の部分概略図。 本発明の可動挿入体を用いて加工物をどのように装置に固定できるかを示す、金属加工作業完了後のモジュール式ツーリング装置における加工物の概略図。 可動のツーリング挿入体及び基部の可動部材上の関連するポケットの概略図。 図７にも示される可動部材の関連するポケット内に挿入された、図７の可動のツーリング挿入体の概略図。 ポケットに関連する第１のツーリング挿入体と、第２のポケットに関連させるための第２のツーリング挿入体と、該第２のポケットと共に組み込まれた取り出し／ロック装置とを示す、第１の加工物を加工するための別のモジュール式ツーリング装置の概略図。 基部内に取り付けられた第２のツーリング挿入体を備えた図９のモジュール式ツーリング装置の概略図。この図において、取り出し／ロック装置はロック位置で示される。 図１０に示されるモジュール式ツーリング装置の断面図。この図において、第２の挿入体は点線で示される。 第１の加工物を装置にどのように固定できるかを示す、図１０のモジュール式ツーリング装置における第１の加工物の概略図。 金属加工作業完了後の、図１２のモジュール式ツーリング装置における第１の加工物の概略図。 第２の組の第１及び第２の装置が基部に取り付けられた、第２の加工物を加工するための更に別のモジュール式ツーリング装置の概略図。 第２の加工物を装置にどのように固定できるかを示す、図１４のモジュール式ツーリング装置における第２の加工物の概略図。 金属加工作業完了後の、図１４のモジュール式ツーリング装置における第２の加工物の概略図。 異なる組み合わせの挿入体及び固定部を有する別のモジュール式ツーリング装置の概略図。 本発明のモジュール式ツーリング装置で加工することができる加工物の概略図。 図１８に示される加工物を支持するために、基部の対応するポケットと関連する複数の挿入体を有するモジュール式ツーリング装置の概略図。 挿入体が加工物の特徴的な部分を支持するように構成された、図１９に示されるモジュール式ツーリング装置上に配置された図１８の加工物の概略図。

符号の説明

８ テーブル
１０ モジュール式ツーリング装置
２０ 基部
３０、４０ 取付面
３３、４３、５３、６３ 位置決め部
５０、６０、１５０、１６０、２５０、２６０、６５０ 挿入体
７１、７６ 加工物支持部
９０ 固定部
９８、１９８、２９８ 加工物

Claims (4)

1. ガスタービンエンジンの圧縮機ブレードである加工物（９８）に金属加工作業を行うためのモジュール式ツーリング装置（１０）であって、
   （ａ）金属加工機械のテーブル（８）に固定される基部（２０）であって、位置決め部（３３）を持つポケット（３０）を有する取付面を含む基部（２０）と、
   （ｂ）位置決め部（５３）とその表面上の加工物支持部（７１）とを含む、前記ポケット（３０）に挿入されて下部（５６）が前記ポケットの位置決め部（３３）に係合する、取り外し可能な挿入体（５０）と、
   を備え、
   前記挿入体（５０）は、該挿入体上の前記下部（５６）と前記ポケットとの係合から一方向のみに取り外されることができ、
   （ｃ）前記位置決め部（３３）及び挿入体（５０）は、それぞれ位置決め点（３１、５１）を有し、
   （ｄ）前記モジュール式ツーリング装置（１０）は、さらに、
   前記挿入体を、前記挿入体が前記位置決め部（３３）に固定され該位置決め部（３３）の位置決め点（３１）に前記挿入体の位置決め点（５１）が係合し前記基部に対して前記加工物支持部（７１）の位置を定める第１の状態と、前記挿入の少なくとも一部が前記ポケットから取り出された第２の状態と、のいずれかの状態となることを可能とする、挿入体固定部（９０）と、
   を備えることを特徴とするモジュール式ツーリング装置（１０）。
2. 前記挿入体（５０）が、前記ポケットの開口部（３６）内に摺動することによって該ポケットと係合するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のモジュール式ツーリング装置（１０）。
3. 前記挿入体は、
   該挿入体を前記ポケット（３０）と一方向だけに係合させるポケット配向部（５８）と、
   前記加工物（９８）を前記挿入体の加工物支持部（７１）と一方向だけに係合させる加工物配向部（１０６）と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のモジュール式ツーリング装置（１０）。
4. 前記ポケットの位置決め部（３３）は、該ポケットの床面、側壁、及び後壁により定められ、
   前記挿入体の位置決め部（５３）は、床部、側壁、及び後壁により定められると共に、該挿入体の下部に設けられており、
   前記挿入体固定部（９０）は、固定部本体（９２）と、該固定部本体の壁から該壁に沿って遠ざかるように延びる細長い付勢部材（９３）とを含み、前記第１の状態において、該付勢部材（９３）は、前記挿入体によって前記固定部本体（９２）に向けて撓むように押し付けられ、これにより、前記挿入体を固定する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモジュール式ツーリング装置（１０）。

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