JP4647611B2 - Work clamp device - Google Patents
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Description
この発明は、数値制御(Numerical Control;以下、NCという)装置等により制御され、エンジンのピストン等のワークを切削加工する加工機のワーククランプ装置に関するものであり、詳細には、ワークを、低クランプ力から高クランプ力まで、広範囲の可変クランプ力でクランプすることができる装置に関するものである。 The present invention relates to a workpiece clamping device of a processing machine that is controlled by a numerical control (NC) device or the like and cuts a workpiece such as a piston of an engine. The present invention relates to a device capable of clamping with a wide range of variable clamping force from clamping force to high clamping force.
従来のワーククランプ装置として、流体アクチュエータを含むクランプ手段によりクランパを移動させワークをクランプ・アンクランプするワーククランプ装置において、前記クランパをワーククランプ方向へ移動させ加工抵抗に耐えうる高クランプ力にて前記ワークをクランプする第1クランプ手段と、前記第1クランプ手段の停止状態において、前記クランパをワーククランプ方向へ移動させ前記高クランプ力よりも小さく、前記ワークに衝撃力が作用しない低クランプ力で前記ワークをクランプする第2クランプ手段と、前記第1クランプ手段及び前記第2クランプ手段に直接作用し前記クランパを少なくとも前記ワークと前記クランパとの間に隙間が形成されるまでワークアンクランプ方向へ移動させ前記ワークをアンクランプするアンクランプ手段とを備えたものがある。 As a conventional workpiece clamping device, in a workpiece clamping device that clamps and unclamps a workpiece by moving a clamper by a clamping means including a fluid actuator, the clamper is moved in the workpiece clamping direction with a high clamping force that can withstand machining resistance. A first clamping means for clamping a workpiece; and in a stopped state of the first clamping means, the clamper is moved in a workpiece clamping direction to reduce the clamping force with a low clamping force that is smaller than the high clamping force and does not act on the workpiece. Second clamping means for clamping the workpiece, and directly acting on the first clamping means and the second clamping means, and moving the clamper in the workpiece unclamping direction until a gap is formed at least between the workpiece and the clamper. Unclamp the workpiece It is that a Nkuranpu means.
このワーククランプ装置では、第1クランプ手段によりクランパをワーククランプ方向へ移動させ加工抵抗に耐えうる高クランプ力にてワークをクランプする工程と、その後前記第1クランプ手段の動作停止状態でアンクランプ手段により前記クランパを少なくとも前記ワークと前記クランパとの間に隙間が形成されるまでワークアンクランプ方向へ移動させて前記ワークをアンクランプする工程と、その後第2クランプ手段により前記クランパをワーククランプ方向へ移動させ前記高クランプ力よりも小さく、前記ワークに衝撃力が作用しない低クランプ力で前記ワークをクランプする工程と、この低クランプ力でのクランプ状態のままで前記第1クランプ手段により前記高クランプ力にて前記ワークをクランプする工程とを含んでワークをクランプする。このようにワークをクランプすることにより、ワークには衝撃力によるクランプ歪みが発生することがない(例えば、特許文献1参照)。 In this work clamping device, the first clamping means moves the clamper in the workpiece clamping direction and clamps the workpiece with a high clamping force that can withstand the machining resistance, and then the unclamping means when the operation of the first clamping means is stopped. Unclamping the workpiece by moving the clamper in the workpiece unclamping direction until at least a gap is formed between the workpiece and the clamper, and then moving the clamper in the workpiece clamping direction by the second clamping means. A step of clamping the workpiece with a low clamping force which is smaller than the high clamping force and does not apply an impact force to the workpiece; and the high clamping force is applied by the first clamping means while being clamped with the low clamping force. Clamping the workpiece with force To clamp. By clamping the workpiece in this way, clamping distortion due to impact force does not occur in the workpiece (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記した文献に記載されたワーククランプ装置及びワーククランプ方法では、ワーク加工時は、予め定められた一つの高クランプ力値でしかワークをクランプできず、剛性の低いワークを加工するときには、クランプによりワークが歪んだ状態で加工が行われてしまい、加工精度が低下するという問題があった。 However, in the workpiece clamping device and the workpiece clamping method described in the above-mentioned literature, when machining a workpiece, the workpiece can be clamped only with one predetermined high clamping force value, and when machining a workpiece with low rigidity, There is a problem in that machining is performed in a state where the workpiece is distorted by the clamp, and machining accuracy is lowered.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワークの種類に応じて、又は一つのワークの加工工程に応じて、所定の閾値以下の低クランプ力から該閾値以上の高クランプ力までの広範囲の可変クランプ力を発生させることができ、剛性の低いワークであっても、加工時のクランプ歪を必要最小限として、高精度の加工を行うことができるワーククランプ装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above. From a low clamping force below a predetermined threshold value to a high clamping force above the threshold value, depending on the type of workpiece or the machining process of one workpiece. The purpose is to obtain a workpiece clamping device that can generate a wide range of variable clamping force and can perform high-precision machining even with a low-rigidity workpiece, with minimal clamping distortion during machining. It is said.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるワーククランプ装置にあっては、ワークを加工機にクランプするクランパと、撓み変形量に応じて該クランパに可変低クランプ力を付与可能なクランプスプリングと、伝動装置を介して前記クランプスプリング及び前記クランパに接続され、該クランプスプリングを撓み変形させ、かつ、該クランパに可変高クランプ力を付与可能なサーボモータと、加工プログラムにより所定の閾値以下の低クランプ力での前記ワークのクランプが指令されたときには、前記サーボモータを位置制御することにより前記クランプスプリングの撓み変形量を制御して前記クランパに前記低クランプ力を付与し、前記加工プログラムにより前記閾値以上の高クランプ力での前記ワークのクランプが指令されたときには、前記サーボモータを電流制御して前記クランパに前記高クランプ力を付与する制御手段と、を備えたことを特徴とする。 To solve the above problems and achieve the object, in the workpiece clamping device according to the present invention, the clamper for clamping the workpiece to the processing machine, variable low clamping force to the clamper according to the flexural deformation amount and applying clamp spring, said via gearing is connected to the clamping spring and the damper to deform the deflection the clamping spring, and a servo motor capable impart variable Hendaka clamping force to the clamper, machining when the clamping of the workpiece at low clamping force below a predetermined threshold value is commanded by the program, the deflection control the amount of deformation before Symbol low clamping force to the clamper of the clamping spring by position control said servo motor the grant, the clamping of the workpiece in the high clamping force over the threshold by the machining program When it is decree is characterized by and a control means for applying a pre-Symbol high clamping force to the said servo motor and current control damper.
次の発明にかかるワーククランプ装置にあっては、前記制御手段は、前記加工機を数値制御するNC装置であること特徴とする。 In the work clamping apparatus according to the next invention, the control means is an NC apparatus that numerically controls the processing machine.
次の発明にかかるワーククランプ装置にあっては、前記サーボモータの電流制御領域を、該サーボモータの電流値と前記伝動装置が出力するクランプ力とが比例する領域としたことを特徴とする。 In the work clamping device according to the next invention, the current control region of the servo motor is a region where the current value of the servo motor and the clamping force output from the transmission device are proportional.
次の発明にかかるワーククランプ装置にあっては、前記クランクスプリングによるクランプ力の制御可能範囲と前記サーボモータの電流制御によるクランプ力の制御可能範囲とは、前記閾値の近傍でオーバーラップしていることを特徴とする。 In the work clamping device according to the next invention, the controllable range of the clamping force by the crank spring and the controllable range of the clamping force by the current control of the servo motor overlap in the vicinity of the threshold value. It is characterized by that.
次の発明にかかるワーククランプ装置にあっては、前記伝動装置は、ボールナット・スクリュー機構を有し、前記サーボモータの回転力を前記クランパのクランプ力に変換することを特徴とする。 In the work clamp device according to the next invention, the transmission device has a ball nut and screw mechanism, and converts the rotational force of the servo motor into the clamp force of the clamper.
次の発明にかかるワーククランプ装置にあっては、前記伝動装置は、前記クランパを前記ワークの回転軸回りに回転自在に保持することを特徴とする。 In the workpiece clamping device according to the next invention, the transmission device holds the clamper so as to be rotatable about a rotation axis of the workpiece.
次の発明にかかるワーククランプ装置にあっては、前記サーボモータは、リニアサーボモータであることを特徴とする。 In the work clamping apparatus according to the next invention, the servo motor is a linear servo motor.
この発明にかかるワーククランプ装置によれば、ワークの種類に応じて、又は一つのワークの加工工程に応じて、所定の閾値以下の低クランプ力から該閾値以上の高クランプ力までの広範囲の可変クランプ力を発生させることができ、剛性の低いワークであっても、加工時のクランプ歪を必要最小限として、高精度の加工をすることができるという効果を奏する。 According to the workpiece clamping device of the present invention, a wide range of variable from a low clamping force below a predetermined threshold to a high clamping force above the threshold depending on the type of workpiece or on the machining process of one workpiece. Clamping force can be generated, and even with a low-rigidity workpiece, there is an effect that high-precision machining can be performed with a clamp distortion at the time of machining being minimized.
次の発明にかかるワーククランプ装置によれば、NC加工機のワーククランプ装置として単一のNC装置により制御することができる。 According to the work clamp apparatus concerning the next invention, it can control by a single NC apparatus as a work clamp apparatus of NC processing machine.
次の発明にかかるワーククランプ装置によれば、サーボモータの電流値とクランプ力との関係が一次関数式で表せるのでサーボモータの制御が容易となる。 According to the work clamping device of the next invention, the relationship between the current value of the servo motor and the clamping force can be expressed by a linear function equation, so that the servo motor can be easily controlled.
次の発明にかかるワーククランプ装置によれば、低クランプ力から高クランプ力まで切れ目のない広範囲の可変クランプ力を得ることができる。 According to the work clamping device according to the next invention, a wide range of variable clamping force can be obtained from a low clamping force to a high clamping force.
次の発明にかかるワーククランプ装置によれば、NC加工機に通常用いられている回転式サーボモータをワーククランプ装置に用いることができる。 According to the work clamping apparatus according to the next invention, a rotary servo motor normally used in an NC processing machine can be used for the work clamping apparatus.
次の発明にかかるワーククランプ装置によれば、回転軸回りに回転して加工されるワークをクランプすることができる。 According to the workpiece clamping device according to the next invention, it is possible to clamp a workpiece to be processed by rotating around the rotation axis.
次の発明にかかるワーククランプ装置によれば、動力伝達機構及びボールナット・スクリュー機構が不要となる。 According to the work clamp device of the next invention, the power transmission mechanism and the ball nut / screw mechanism are not required.
1 ピストン(ワーク)
2 回転主軸
3 縦軸
10 クランプヘッド
11 支持軸
12 センターピン
13 スプリング
14 クランパ
15 スプリングシート
16 クランプスプリング
20 伝動装置
21 クランプスライダ
22 ベアリング
23 中空軸
24 ケース
25 ボールナット
26 ベアリング
27 ボールスクリュー
28 動力伝達機構
30 サーボモータ
40 NC装置(制御手段)
100 ワーククランプ装置1 Piston (work)
2 Rotating
100 Work clamping device
以下に、本発明にかかるワーククランプ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a work clamp device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1のワーククランプ装置をピストン加工機に適用した例を示す断面図であり、図2Aは、ワークの一例としてのエンジンピストンの一部破断正面図であり、図2Bは、同側面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example in which the workpiece clamping device of
ピストン加工機によるワークとしてのピストン1の加工には、リング溝1aの粗加工、同仕上加工、ピン孔1bの粗加工、同仕上加工、スカート部1cの外周粗仕上ターニング、同外周仕上ターニング等がある。ピストン1は、軽量化のため材質にアルミ合金が用いられ、スカート部1c等は極限まで薄くされていて剛性が低い。このようなピストン1を加工するとき、加工部位及び加工種類によりピストン1にかかる力は大きく異なる。
For processing of the
例えば、ピン孔1bの粗加工時は、大きな切削力がワークにかかるので、ワークを大きな力でクランプする必要がある。一方、スカート部1cの外周仕上ターニング時は、薄肉部を高精度に加工するために、剛性の低いスカート部1cが歪まないようにクランプ力を小さくし、軽切削力で加工しなければならない。このように、ピストン1の加工においては、加工部位及び加工種類に応じて、クランプ力を必要最小限とするように適正に変更する必要がある。
For example, at the time of rough machining of the
図1を参照して、ピストン加工機に適用したワーククランプ装置100の構成を説明する。ワークとしてのピストン1は、図示しないピストン加工機の縦軸3回りに回転する回転主軸2に、クランプ基準面1dを載せて載置される。ワーククランプ装置100は、ピストン1を加工機の回転主軸2にクランプするクランプヘッド10と、クランプヘッド10を駆動しクランプ力を制御するサーボモータ30と、サーボモータ30を制御するNC装置40と、クランプヘッド10に接続してこれを保持しサーボモータ30の駆動力をクランプヘッド10に伝達する伝動装置20とから成っている。サーボモータ30及びNC装置40は、通常のNC制御加工機に用いられるものである。
With reference to FIG. 1, the structure of the
クランプヘッド10は、伝動装置20に接続されクランプ軸3上に保持される支持軸11と、支持軸11の先端の穴に摺動可能に挿入されたセンターピン12及び微小なばね力のスプリング13と、支持軸11の先端に摺動可能に嵌合されることにより伝動装置20に接続し、その鍔部11aに保持された円形キャップ状のクランパ14と、支持軸11の中間部に摺動可能に嵌合されボス部15aを有する円板状のスプリングシート15と、ボス部15aに緩く嵌合されクランパ14とスプリングシート15とに挟まれることにより伝動装置20に接続するクランプスプリング16とから成っている。クランプスプリング16は、圧縮歪み変形量に比例する反力を生ずる圧縮コイルスプリングから成っている。
The
円形キャップ状のクランパ14は、外周縁部14aをピストン1の冠面1eに当て回転主軸2との間でピストン1をクランプする。クランプ力は、冠面1eとクランプ基準面1dの間に加えられる。クランパ14によるピストン1のクランプ時には、先にセンターピン12をピストン1の冠中心に予め設けられた基準穴1fに挿し込み、クランパ14のクランプ位置をガイドさせる。クランパ14がピストン1をクランプした状態でスプリングシート15が押圧されると、クランプスプリング16が撓み変形し、その撓み変形量に応じてクランパ14に可変低クランプ力が付与される。
The circular cap-shaped
伝動装置20は、支持軸11の後端に接続してこれを保持するクランプスライダ21と、ベアリング22、22を介してクランプスライダ21をクランプ軸3回りに回転自在に保持する中空軸23と、スライド部24aで中空軸23を上下摺動自在に保持する筒状のケース24と、中空軸23の後端に取付けられたボールナット25と、ケース24の後端にベアリング26、26を介してクランプ軸3回りに回転自在に保持され、ボールナット25に接続するボールスクリュー27と、ボールスクリュー27とサーボモータ30とを接続してサーボモータ30の回転をボールスクリュー27に伝達する動力伝達機構28とから成っている。動力伝達機構28は、ベルト伝動機構やギヤ伝動機構を採用することができる。
The
クランパ14が支持軸11の鍔部11aに接触し、かつ、クランプスプリング16が歪み変形量0で一端がクランパ14に接触し他端がスプリングシート15に接触している状態で、クランプスライダ21の先端面がスプリングシート15の背面に接触するように位置調整して、支持軸11の後端をクランプスライダ21に接続する。すなわち、クランパ14、コイルスプリング16、スプリングシート15及びクランプスライダ21の間には、クランプ軸3方向の隙間を設けていない。従って、クランプスライダ21を下降させ、クランパ14がピストン1に当たった後、少しでもクランプスライダ21を下降させると、ただちにクランプスプリング16が圧縮されてクランパ14に可変低クランプ力が付与される。
With the
次に、上述のワーククランプ装置の動作及び動作特性を説明する。中空軸23は、クランプスライダ21を介してクランプヘッド10に接続し、クランプ軸3回りに回転するピストン1をクランプヘッド10を介してクランプするので、クランプヘッド10及びピストン1の回転ぶれが発生しないように、ケース24のスライド部24aにより高剛性、高精度に保持されている。従って、スライド部24aと中空軸23との間の嵌合隙間は殆んどなく、両者のスライド時には比較的大きな摩擦力が発生する。
Next, the operation and operation characteristics of the above-described work clamping device will be described. The
図3は、サーボモータ電流と伝動装置20が出力するクランプ力の関係を示す特性図であり、図4は、NC装置の指令クランプ力とクランパ14のクランプ力の関係を示す特性図である。図3の実線で示す実測特性は、中空軸23を下方にスライドさせるときのサーボモータ電流と伝動装置20が出力するクランプ力(有効クランプ力)との関係を示している。サーボモータ電流値は、サーボモータ30の定格電流のパーセント(%)値を示している。電流値が0%から20%付近までは、スライド部24aと中空軸23との摩擦力により有効なクランプ力が発生せず、20%付近から30数%までは、非線形な特性となっている。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the servo motor current and the clamping force output from the
このため、30数%以下の電流値では、クランプ力を高精度に制御することは、殆んど不可能である。30数%電流値以上では、電流値とクランプ力とは比例関係にあり、この領域では、摩擦力に相当する電流値を補正(加算)すれば、図3の破線で示すように、電流値とクランプ力のオフセットのない比例特性が得られる。従って、120kg以上のクランプ力は、サーボモータ30の電流制御により、高精度に制御することができる。このとき、力センサー等を用いてクランプ力をフィードバック制御するような必要はない。
For this reason, it is almost impossible to control the clamping force with high accuracy at a current value of 30% or less. When the current value is 30% or more, the current value and the clamping force are in a proportional relationship. In this region, if the current value corresponding to the frictional force is corrected (added), as shown by the broken line in FIG. A proportional characteristic without offset of the clamping force can be obtained. Therefore, the clamping force of 120 kg or more can be controlled with high accuracy by the current control of the
モータ電流の制限値ILとクランプ力Fと関係は以下の式で表される。
IL=p/(2πKT)×(F+FF)・・・・・・・・・・(1)
ここで、
p:ボールスクリュー27のリード(cm)
KT:サーボモータ30のトルク定数(kg・cm/A)
FF:ワーククランプ装置100の摩擦力(kg)The relationship between the motor current limit value IL and the clamping force F is expressed by the following equation.
I L = p / (2πK T ) × (F + F F ) (1)
here,
p: Lead of the ball screw 27 (cm)
K T : Torque constant of the servo motor 30 (kg · cm / A)
F F : Friction force of work clamping device 100 (kg)
また、モータ電流の制限値ILをモータ定格電流ISのパーセント値ILPTに置き換えると、
ILPT=p/(2πKT)×(F+FF)/IS×100
=kLP×F+ILC(%)・・・・・・・・・・・・・(2)
となる。ここで、
kLP=p/(2πKT)/Is×100(%/kg) ・・・(3)
は、クランプ力をモータ電流値(定格電流に対する%表示)に換算する定数であり、また、ILCは、摩擦力に相当するモータ電流値を定格電流に対する%で表示したものであり、予め、それぞれ計算又は測定しておく。Further, when replacing the limit value I L of the motor current in percentage I LPT motor rated current I S,
I LPT = p / (2πK T ) × (F + F F ) / I S × 100
= K LP x F + I LC (%) (2)
It becomes. here,
k LP = p / (2πK T ) / I s × 100 (% / kg) (3)
Is a constant for converting the clamping force into a motor current value (expressed as a percentage of the rated current), and I LC is a motor current value corresponding to the frictional force expressed as a percentage of the rated current. Calculate or measure each.
以下の説明では、特に断らない限り、サーボモータの定格電流に対する%表示した電流値を単に“電流値”と呼ぶこととする。 In the following description, unless otherwise specified, the current value expressed in% relative to the rated current of the servo motor is simply referred to as “current value”.
ここで、クランプ力と電流値が比例関係にある領域のクランプ力の下限値120kgの近傍に一つの閾値、例えば、130kgを設定する。そして、NC装置40で指令された指令クランプ力Fがこの閾値を超える場合は、式(2)により、指令すべき電流制限値ILPTを計算し、サーボモータ30の電流を制限することにより、指令されたクランプ力を発生させることができる。このようにサーボモータ30の電流制御領域を、サーボモータ30の電流値と伝動装置20によるクランプ力とが比例する領域としたので、サーボモータ30の電流値とクランプ力との関係が一次関数式で表せるのでサーボモータ30の制御が容易である。Here, one threshold value, for example, 130 kg, is set in the vicinity of the lower limit value 120 kg of the clamping force in a region where the clamping force and the current value are in a proportional relationship. When the command clamping force F commanded by the
次に、閾値130kg以下の高精度な可変クランプ力を得るために設けたクランプヘッド10の作用によるクランプ力特性を説明する。クランプスプリング16の撓み変形量を制御してクランパ14のクランプ力を制御する場合、クランプスプリング16のばね定数が小さいほど高精度な制御が可能となるが、反面、クランプスプリング16で閾値近傍の高クランプ力を得るためには、撓み変形量を大きくしなければならなくなるので、機械構造的な面も考慮し、適度なばね定数を選定する。本実施の形態では、ばね定数kを10kg/mm、有効撓み変形量を14mmとしている。従って、クランプスプリング16の撓み変形による最大クランプ力は、140kgである。
Next, a description will be given of the clamping force characteristics due to the action of the
サーボモータ30を作動させ、スプリングシート15を押圧するクランプスライダ21のピストン1に対する位置を制御することによりクランプスプリング16の撓み変形量を制御する。クランパ14の外周縁部14aの下面がピストン1の冠面1eに接し、クランプスプリング16の撓み変形量が0で、かつ、クランプスライダ21の下面がスプリングシート15背面に接している位置を基準として、クランプスライダ21を下方にLmm移動させれば、
F=k×L(kg)・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
のクランプ力を得ることができる。従って、
L=CM×F(mm) ・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
により、クランプ力Fに対応するクランプスプリング16の撓み変形量Lを求めることができる。ここで、CM=1/k(mm/kg)は、クランプスプリング16のコンプライアンスである。The bending deformation amount of the
F = k x L (kg) ... (4)
The clamping force can be obtained. Therefore,
L = C M × F (mm) (5)
Thus, the bending deformation amount L of the
すなわち、指令されたクランプ力Fが、閾値(130kg)以下の場合は、式(5)によりクランプスプリング16の撓み変形量Lを計算し、クランプスライダ21を下方にLmm移動させ位置決めすることにより、指令されたクランプ力を得ることができる。サーボモータ30のNC制御では、マイクロメートル単位の位置制御が可能であり、クランプ力の高い分解能を得ることができ、また、クランプスプリング16は、単純構造の圧縮コイルスプリングで構成しているので、高精度な直線性が得られる。
That is, when the commanded clamping force F is equal to or less than the threshold value (130 kg), the bending deformation amount L of the
本実施の形態では、クランプスプリング16によるクランプ力の制御は140kgまでできるようにし(クランプ力140kgのとき、クランプスプリング16は完全圧縮されるか、又は、スプリングシート15のボス部15aの下面がクランパ14の背面に当たるようにする。)、サーボモータ30の電流制御によるクランプ力の制御は120kgからできるようにして両者の制御範囲をオーバラップさせ、閾値130kgを境にサーボモータ30の位置制御と電流制御の制御モードを切り換えるようにしている。オーバーラップさせることにより、低クランプ力から高クランプ力まで切れ目のない広範囲の可変クランプ力を得ることができる。
In the present embodiment, the clamping force by the
以上に説明したように、NC装置40の指令クランプ力に応じて、サーボモータ30の位置制御によるクランプスプリング16の撓み変形量制御と、サーボモータ30の電流制御によるトルク制御とを切り換えて制御することにより、図4に示すように低クランプ力から高クランプ力までの広範囲にわたる可変クランプ力特性が得られる。
As described above, in accordance with the command clamping force of the
図5は、クランプヘッド10によるピストン1のクランプ動作の説明図である。ピストン1を加工する場合、NC装置40に、ピストン1の加工部位及び種類、すなわちリング溝1aの粗加工、同仕上加工、ピン穴1bの粗加工、同仕上加工、スカート部1cの外周粗仕上ターニング及び同仕上ターニング等に対応した指令クランプ力が、NCプログラムにより与えられる。NCプログラムの指令により、サーボモータ30が最高速度で回転し、動力伝達機構28を介してボールスクリュー27を回転させ、ボールナット25を介して中空軸23及びクランプスライダ21を下降させ、クランパ14の外周縁部14aの下面を、予め定めたクランパ原点位置50からピストン1の冠面1eの僅か手前のアプローチ点51まで高速移動させる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the clamping operation of the
次に、指令クランプ力が閾値130kgを超えている場合は、予め設定された送り速度で、冠面1eから予め設定されたオーバーラン量(#506:クランプスプリング16の有効撓み変形量14mm以上の距離)だけ下がった位置を制御目標位置としてクランパ14を下降させ、クランパ14の下面をピストン1の冠面1eに押し当て、さらにクランプスプリング16を撓み変形量13mm以上圧縮する。この状態で、サーボモータ30の電流が、式(2)で求めた電流指令値に達したことを別途設けられた判定手段によりにより判定し、サーボモータ30の送り指令を停止し、そのクランプ力を維持する。
Next, when the command clamping force exceeds the threshold value 130 kg, the overrun amount preset from the
指令クランプ力が閾値130kg以下の場合は、サーボモータ30を位置制御してクランパ14を下降させ、式(5)から求めたクランプスプリング16の撓み変形量Lをアプローチ点51から冠面1eまでの距離(#501)に加算した距離だけ送り、クランプスプリング16を撓み変形量Lだけ圧縮することにより、ピストン1を指令された低クランプ力で回転主軸2にクランプする。
When the command clamping force is equal to or less than the threshold value 130 kg, the position of the
図6は、クランプ指令プログラムフォーマットを示す図であり、図7は、クランプスキップ指令プログラムフォーマットを示す図であり、図8は、NCメインプログラムの一例を示す図であり、図9は、G200マクロプログラムの一例を示す図である。これらの図を参照して、サーボモータ30のNC制御方法を説明する。
6 is a diagram showing a clamp command program format, FIG. 7 is a diagram showing a clamp skip command program format, FIG. 8 is a diagram showing an example of an NC main program, and FIG. 9 is a G200 macro. It is a figure which shows an example of a program. With reference to these drawings, the NC control method of the
まず、NC制御を行なうために、図6に示すクランプ指令プログラムフォーマット及び図7に示すクランプスキップ指令プログラムフォーマットを新たに作成し、以下のように定義する。すなわち、図6のクランプ指令プログラムフォーマットおいて、
G200:クランプ指令を表す準備語
A :クランプパ14を図5に示すアプローチ点51まで、早送り(NCプログラムにおけるG00指令速度)で移動させるための命令アドレス記号で、クランパ14がピストン1から比較的離れたところにある場合(例えば、クランパ14が原点位置50にある場合等)に、移動速度を上げる目的で使用する。この場合、“A1"と指令する。なお、ピストン1をクランプしたまま、そのクランプ力を変更する場合は、このアドレスは指定しない。
Q :指令クランプ力を表すアドレス記号で、“q1”をkg単位で指令する。
F :クランプを行う場合のクランパ14の速度を表すアドレス記号で、“f1”をmm/min単位で指令する。
なお、“A1”と指令した場合は、クランパ14は、Fの指令速度にかかわらず、図5に示すアプローチ点51まで早送りされる。First, in order to perform NC control, a clamp command program format shown in FIG. 6 and a clamp skip command program format shown in FIG. 7 are newly created and defined as follows. That is, in the clamp command program format of FIG.
G200: Preparatory word indicating a clamp command A: Command address symbol for moving the
Q: An address symbol representing the command clamping force, and commands “q1” in kg.
F: An address symbol representing the speed of the
When “A1” is commanded, the
また、図7のクランプスキップ指令プログラムフォーマットにおいて、
G160:クランプスキップ指令を表す準備語
A :クランプ軸を表すアドレス記号で、“a1”はmm単位で指令する。
Q :スキップクランプ力を表すアドレス記号で、“q1”はモータ電流をモータ定格電流の%で指令する。
F :クランプを行う場合のクランパ14の速度を表すアドレス記号で、“f1”はmm/min単位で指令する。
なお、G160はモーダルGコードであり、クランプ軸の移動指令のG00やG01が指令されるまで維持される。In the clamp skip command program format of FIG.
G160: Preparatory word indicating clamp skip command A: Address symbol indicating clamp axis, “a1” is commanded in mm.
Q: An address symbol representing the skip clamp force, and “q1” commands the motor current as a percentage of the motor rated current.
F: An address symbol representing the speed of the
Note that G160 is a modal G code, and is maintained until G00 or G01 commands for moving the clamp shaft are instructed.
このクランプスキップ指令により、指令速度“f1”で、指令された距離“a1”を移動する過程でクランパ14がピストン1に当接し、“q1”で指令されたモータ電流値に達すると、判定手段によりスキップ信号が発せられ、移動指令を停止すると共に、移動指令の残りをキャンセルする。クランプ力は、溜りパルスdにより維持される。この溜りパルスdは、位置ループゲインをKp(1/sec)とすると、ほぼ、
d=f1/(60×Kp)+Δa (mm)・・・・・・・(6)
の大きさとなる。ここで、Δaはスキップ信号が発生してから、移動指令を停止するまでの間に、移動指令が進む距離である。When the
d = f1 / (60 × Kp) + Δa (mm) (6)
It becomes the size of. Here, Δa is a distance traveled by the movement command after the skip signal is generated and before the movement command is stopped.
G160コードを用いたワーククランプが完了し、そのクランプ力で行う加工工程が終了した後、クランプ軸を移動指令(G00、G01等)により駆動する場合、この溜りパルスdを、クランプ軸がその移動指令で起動する前にキャンセルし、クランプ軸の現在位置(位置フィードバック値)に指令値を合わせる。 After the workpiece clamping using the G160 code is completed and the machining process performed with the clamping force is completed, when the clamp shaft is driven by a movement command (G00, G01, etc.), this dwell pulse d is moved by the clamp shaft. Cancel before starting with the command, and adjust the command value to the current position (position feedback value) of the clamp shaft.
図8は、NCメインプログラムの一例を示す図である。この例では、まず、大きな加工反力が発生するピン穴粗加工を行い、次に、比較的大きな加工反力が発生するリング溝粗加工を行い、続いて、それぞれの仕上加工を行い、次に、スカート部1cの外周粗仕上ターニング加工を行い、最後に最も小さいクランプ力でスカート部1cの外周仕上ターニング加工を行っている。この場合のクランプ動作について説明する。
FIG. 8 is a diagram showing an example of the NC main program. In this example, first, pin hole roughing that generates a large processing reaction force is performed, then ring groove roughing that generates a relatively large processing reaction force is performed, and then each finish processing is performed. Then, the outer periphery rough finishing turning process of the
プログラム運転をする前に、第9図のマクロプログラムに示す変数の内、クランプ送り速度1(#9)、クランプ送り速度2(#10)、ワーク冠面座標値(#500)、アプローチ距離(#501)、電流制御と位置制御のクランプ力閾値(#502)、バネ定数(#503)、力・電流変換定数(#504)、電流補正値(#505)およびオーバラン指令距離(#506)を、予め入力しておく。 Before the program operation, among the variables shown in the macro program of FIG. 9, clamp feed speed 1 (# 9), clamp feed speed 2 (# 10), workpiece crown coordinate value (# 500), approach distance ( # 501), current control and position control clamping force threshold (# 502), spring constant (# 503), force / current conversion constant (# 504), current correction value (# 505) and overrun command distance (# 506) Is input in advance.
新たなワーク(ピストン)1が停止している回転主軸2にセットされ、図8に示すメインプログラムの加工工程Aにおいて、プログラムのブロックN010で図9のG200マクロプログラムを呼び出し、クランプ動作に入る前の移動モーダルGコード(#4001)、同期/非同期モーダルGコード(#4005)、非同期送り速度Fモーダル(#4109)、絶対/増分Gコード(#4003)を変数アドレス#2から#5にそれぞれ記憶する。この記憶動作はクランプ動作が終了した場合に、クランプ動作に入る前の状態に復帰させるために行うものである。
A new work (piston) 1 is set on the stopped rotating
本実施の形態では、クランプ動作を絶対値指令で行うので、次のブロックで絶対値指令GコードのG90を指令し、また、クランプ動作は、回転主軸2の回転と非同期で実行するので、次に、非同期送りGコードのG98を指令している。図8のメインプログラムで命令A1を指定しており、#1が“空”でないので初回クランプと判別し、クランパ14が、クランパ原点位置50からアプローチ点(#500+#501)まで、別途設定された最高速度(NC指令のG00)で移動する。ブロックN100で指令クランプ力300kg(#17)が別途定めたクランプ力閾値130kg(#502)を超えているので、ブロックN200にジャンプし、電流制御によるクランプ力制御が選択される。
In the present embodiment, since the clamping operation is performed by an absolute value command, an absolute value command G code G90 is commanded in the next block, and the clamping operation is executed asynchronously with the rotation of the
次のブロックで、指令クランプ力(#17)から電流値(#18)に換算する。続いて、G160コードにおいて、クランプスプリング16の有効撓み変形量14mmに数mmを加算したオーバーラン指令距離(#506)だけ、ピストン冠面1eより下の位置を制御目標位置として、ピストン1に衝撃を与えない程度のクランプ送り速度1(#9:例えば100mm/min)で、クランパ14をピストン1の冠面1eに当接させる。式(2)で決まる電流値に達するまでクランパ14をピストン1に押し付け、その電流値に達すると、別途構成する判定手段によりスキップ信号が発せられ、移動指令を停止すると共に、移動指令の残りをキャンセルする。クランプ力は溜りパルスdにより維持される。
In the next block, the command clamping force (# 17) is converted into a current value (# 18). Subsequently, in the G160 code, an impact is applied to the
続いて、#2から#5に記憶させた各種モーダル値を元に戻す。これで、300kgのクランプ工程が完了し、M99指令により、図8に示すメインプログラムの加工工程Aの先頭部分にプログラムが戻り、別途指令される回転主軸2の位置制御により、図2に示すピストン1のピン穴1bの位置を、図示しないドリリングユニットのドリルのセンターに位置決めし、ピン穴1bの粗加工を行う。
Subsequently, the various modal values stored in # 2 to # 5 are restored. This completes the 300 kg clamping process, and the M99 command returns the program to the beginning of the machining process A of the main program shown in FIG. 8, and the piston shown in FIG. The position of 1
ピン穴1bの粗加工終了後、図8に示すメインプログラムの次のブロックN020で、指令クランプ力を150kg(#17)に変更し、リング溝粗加工工程に進む。図9に示すマクロプログラムへジャンプし、各種モーダル値#4001、#4005、#4109及び#4003を#2から#5にそれぞれ記憶し、続いてG90及びG98指令を実行する。このクランプ指令では、初回指令Aを指令していないので、マクロプログラムの最初のIF文により、ブロックN100にジャンプする。
After the rough machining of the
すなわち、300kgクランプ状態から、アンクランプせずに次のクランプ動作を行う。指令クランプ力が閾値130kg(#502)を超えているので、ブロックN200にジャンプし、電流制御によるクランプ力制御が選択され、新しい指令クランプ力に対し、式(2)で求められたモータ電流値を制限値とし、前述の300kgクランプと同様なシーケンスによりピストン1は150kgでクランプされる。続いて、#2から#5に記憶させた各種モーダル値を元にした後、M99指令により図8に示すメインプログラムの加工工程Bの先頭部分にプログラムが戻り、別途指令される回転主軸2の回転指令によりピストン1を150kgでクランプした状態で回転させ、図2に示すピストン1のリング溝1aを、図示しない工具により粗加工する。
That is, from the 300 kg clamp state, the next clamping operation is performed without unclamping. Since the command clamping force exceeds the threshold value 130 kg (# 502), the process jumps to block N200, the clamping force control by current control is selected, and the motor current value obtained by equation (2) for the new command clamping force The
リング溝1aの粗加工終了後、メインプログラムの次のブロックN030で指令クランプ力を60kgに下げ、クランプ力によるピストン1の歪を軽減させ、リング溝1a及びピン穴1bの仕上加工を軽切削で行う加工工程C、Dに進む。マクロプログラムにジャンプし、各種モーダル値#4001、#4005、#4109及び#4003を、#2から#5にそれぞれ記憶し、続いてG90及びG98指令を実行する。このクランプ指令でも、初回指令Aを指令していないので、マクロプログラムの最初のIF文によりブロックN100にジャンプし、指令クランプ力(#17)が閾値130kg(#502)以下であるので、位置制御によるクランプ力制御が選択される。
After finishing the rough machining of the
次のブロックでは、クランプ軸の移動指令G01が指定されているので、G160コードの仕様について述べたように、前の工程でG160コードを用いた150kgクランプにおいて生じた溜りパルスをここでキャンセルし、クランプ軸の現在位置(位置フィードバック値)に指令値を一致させる。溜りパルスキャンセル後、式(5)から計算されるクランプスプリング16の歪み変形量L(#503×#17)だけ、ピストン1の冠面1e座標値(#500)より下の位置を目標に、クランプ送り速度f2(#10:例えば50mm/min)で位置決めする。
In the next block, since the movement command G01 of the clamp shaft is specified, as described in the specification of the G160 code, the droop pulse generated in the 150 kg clamp using the G160 code in the previous step is canceled here. Match the command value with the current position (position feedback value) of the clamp shaft. After the droop pulse cancellation, the position below the
これにより、ピストン1は60kgの力でクランプされる。ここで、G160モーダルはG1コードによりキャンセルされる。続いて、#2から#5に記憶させた各種モーダル値を元に戻す。これにより、60kgのクランプ工程が完了し、M99指令により図8に示す加工工程Cの先頭部分にプログラムが戻り、別途指令される主軸回転指令によりピストン1を60kgでクランプした状態で回転させ、ピストン1のリング溝1aを仕上加工する。
Thereby, the
次に、加工工程Dに進み、別途指令される主軸位置決め指令により、ピストン1のピン穴1bの位置を図示しないドリリングユニットのドリルのセンターに位置決めし、ピン穴1bの仕上加工を行う。
Next, the process proceeds to the machining step D, and the position of the
リング溝1a及びピン穴1bの仕上加工終了後、メインプログラムの次のブロックN040で指令クランプ力(#17)を90kgに変更し、ピストン1のスカート部1cの粗加工工程に進む。マクロプログラムにジャンプし、各種モーダル値#4001、#4005、#4109及び#4003を、#2から#5にそれぞれ記憶し、続いて、G90およびG98指令を実行する。このクランプ指令でも、初回指令Aを指令していないので、マクロプログラムの最初のIF文によりブロックN100にジャンプし、また、指令クランプ力(#17)が閾値(#502)以下であるので、位置制御によるクランプ力制御が選択される。
After finishing the
この場合、前工程の位置制御によるクランプの際、G160モーダルはキャンセルされているので、溜りパルスキャンセルは行われない。次のG01指令により、前述の60kgクランプと同様なシーケンスによりピストン1は90kgでクランプされる。続いて、#2から#5に記憶させた各種モーダル値を元にした後、M99指令により、メインプログラムの加工工程Eの先頭部分にプログラムが戻り、別途指令される主軸回転指令によりピストン1を90kgでクランプした状態で回転させ、図示しない工具によりスカート部1cのプロファイルの粗加工を行う。
In this case, since the G160 modal is canceled at the time of clamping by the position control in the previous process, the droop pulse cancellation is not performed. By the next G01 command, the
スカート部1cの粗加工終了後、メインプログラムの次のブロックN050で指令クランプ力(#17)を30kgに下げ、ピストン1の薄肉部であるスカート部1cの仕上加工に進む。マクロプログラムにジャンプし、各種モーダル値#4001、#4005、#4109及び#4003を、#2から#5にそれぞれ記憶し、続いてG90およびG98指令を実行する。このクランプ指令でも、初回指令Aを指令していないので、マクロプログラムの最初のIF文によりブロックN100にジャンプし、また、指令クランプ力(#17)が閾値(#502)以下であるので、前述の90kgクランプと同様なシーケンスによりピストン1は、スカート部1cの歪を最小限に抑え、かつ仕上加工の軽切削に耐える30kgにクランプされる。
After the rough machining of the
続いて、#2から#5に記憶させた各種モーダル値を元にした後、M99指令により、メインプログラムの加工工程Fの先頭部分にプログラムが戻り、別途指令される主軸回転指令によりピストン1を30kgでクランプした状態で回転させ、図示しない工具によりスカート部1cのプロファイルの仕上加工を行う。加工終了後、別途指令される主軸停止指令により主軸回転を停止させ、ブロックN070のクランプ軸原点復帰指令により、早送りでクランパ14を原点位置まで戻し、一連の工程を終了する。
Subsequently, based on the various modal values stored in # 2 to # 5, the program returns to the top part of the machining process F of the main program by the M99 command, and the
実施の形態2.
実施の形態1では、回転式サーボモータ30と、ボールナット25及びボールスクリュー27から成るボールナット・スクリュー機構を用いているが、これに代えて、リニアサーボモータを用いてもよい。これによれば、ボールナット・スクリュー機構が不要となる。また、実施の形態1は、ワーク1がクランプ軸3回りに回転する加工機のワーククランプ装置であるが、ワークが回転しない加工機にも本発明のワーククランプ装置を適用することができる。また、サーボモータの制御装置は、NC装置以外の制御装置を用いてもよい。また、クランプ軸3は縦軸としているが、横軸としてもよい。
In the first embodiment, the
以上のように、本発明にかかるワーククランプ装置は、剛性の低いワークを加工する加工機に有用であり、特に、エンジンのピストンの加工等を行なう加工機に適している。 As described above, the work clamping device according to the present invention is useful for a processing machine that processes a work having low rigidity, and is particularly suitable for a processing machine that processes an engine piston or the like.
Claims (7)
撓み変形量に応じて該クランパに可変低クランプ力を付与可能なクランプスプリングと、
伝動装置を介して前記クランプスプリング及び前記クランパに接続され、該クランプスプリングを撓み変形させ、かつ、該クランパに可変高クランプ力を付与可能なサーボモータと、
加工プログラムにより所定の閾値以下の低クランプ力での前記ワークのクランプが指令されたときには、前記サーボモータを位置制御することにより前記クランプスプリングの撓み変形量を制御して前記クランパに前記低クランプ力を付与し、前記加工プログラムにより前記閾値以上の高クランプ力での前記ワークのクランプが指令されたときには、前記サーボモータを電流制御して前記クランパに前記高クランプ力を付与する制御手段と、
を備えたワーククランプ装置。A clamper for clamping the workpiece to the processing machine;
A clamp spring which can impart variable low clamping force to the clamper according to the flexural deformation amount,
Via said transmission is connected to the clamping spring and the damper to deform the deflection the clamping spring, and a servo motor capable impart variable Hendaka clamping force to the clamper,
When the clamping of the workpiece at a predetermined threshold or lower clamping force is commanded by the machining program, the pre-Symbol lower clamping said clamper by controlling the flexural deformation amount of said clamping spring by position control of the servo motor and applying a force, when the clamping of the workpiece in the high clamping force of more than the threshold value is commanded by the machining program, and a control means for applying a pre-Symbol high clamping force the servo motor current control to the clamper ,
Work clamp device with
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