JP5263969B2 - ワーク加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク加工装置に関し、特に加工用の工具を設けた加工ヘッドに対するワークの位置決め技術に関する。

この種のワーク加工装置においては、加工精度向上のために、ワークに対する加工ヘッドの位置決め機構を設けたものが提案されている。

例えば、下記特許文献１には、加工ヘッドに設けられたガイドバーを、ガイドポスト部材に穿設されたガイドポストに嵌合可能に設けることで、加工ヘッドをガイドしてワークに対する位置決め精度を確保するようにしたワーク加工ヘッドの案内位置決め装置が開示されている。また、同文献には、上記位置決め装置において、ガイドバーとガイドポストとのクリアランスに起因する振動や、加工ヘッドが重量過大であることによる変形で上記クリアランスが無くなり、これにより生じる摩耗などの問題を解消するために、所定のガイドポストとガイドバーとのクリアランス空間に所定圧のエアーを供給し、当該クリアランスを維持するようにした構成が開示されている。

特開２００５−７４８８号公報

ところで、この種の加工装置においては、雰囲気温度（気温）の変化や、加工時に使用されるクーラントによる部分的な冷却等によって、ベッド部（基台部）が変形することがある。ベッド部には、加工ヘッドを支持するコラムやワークの支持台などが設置されている。そのため、ベッド部が変形すると、これらの位置精度にも悪影響を及ぼすおそれがある。

上記特許文献１に記載の案内位置決め装置は、図１を見る限り、加工ヘッドに設けられたガイドバーを、台座上に設置したガイドポスト部材のガイドポストに嵌合させ、これにより加工ヘッドをガイドすることで加工精度の確保を図ろうとするものである。そのため、コラムやガイドポストを設置している台座自体が熱変形等で歪んでしまうと、ガイドポストとガイドバーとの位置関係がずれ、上記位置決め装置が正常に機能しない問題があった。

また、この種の位置決め装置にあっては、通常、駆動側となる加工ヘッドの側に若干の遊びを持たせておいて、固定側に設けたガイドポストとガイドバーを嵌合させた際、上記遊びでもって加工ヘッドの位置を修正（位置決め）するようにしている。しかし、何らかの事情でワークに対する加工ヘッドの位置ずれが過大となる場合（例えばワークの上方に加工ヘッドを配置するために背の高いコラムを設置する場合など）、そのずれが、上記の遊びでは吸収しきれない程度の大きさとなり、思うような加工精度を得ることができなかった。

以上の事情に鑑み、本明細書では、ワークに対する加工ヘッドの位置ずれを修正でき、これにより高い加工精度を有するワーク加工装置を提供することを本発明により解決すべき技術的課題とする。

本発明は、前記課題の解決を図るためになされたものである。すなわち、本発明に係るワーク加工装置は、基台部と、基台部にコラムを介して取付けられる加工ヘッドと、基台部に設けられ、ワークを保持する保持手段と、相互に嵌まり合うことで加工ヘッドの案内を行う一対のガイド部材とを備え、一対のガイド部材のうち何れか一方が加工ヘッドの側に設けられ、他方が基台部の側に設けられたワーク加工装置において、ワークと係合してその位置決めを行う位置決め部をさらに備え、他方のガイド部材は、基台部に対して相対移動できるように支持され、かつ、位置決め部が他方のガイド部材と同期して移動できるように構成されている点をもって特徴付けられる。

このように、本発明は、ワークに接近して加工を行う加工ヘッドの側ではなく、ワークを固定する基台部の側に相対位置の修正代（いわば遊び部分）を設けた点を特徴とするものである。すなわち、上記構成によれば、加工ヘッドの接近に伴い、加工ヘッドの側に設けられた一方のガイド部材が、基台部の側に設けられた他方のガイド部材と相互に嵌合を開始すると共に、他方のガイド部材が、加工ヘッドに対して本来あるべき位置に向けて基台部に対して移動を開始する。この際、ワークの位置決めを行う位置決め部は、他方のガイド部材と同期して移動できるように構成されているので、上記のように他方のガイド部材が基台部に対して移動を開始するのと同時に、位置決め部もワークと係合した状態を維持して移動を開始する。このようにして、相互嵌合が進むにつれて他方のガイド部材、およびこのガイド部材と同期して移動する位置決め部が所定の位置に移動し、ワークが所定の位置に位置決めされる。これにより、基台部の変形が生じているか否かによらず、また、基台部の変形に伴い加工ヘッドが所期の位置からずれた場合であっても、当該ずれた位置を基準として新たに加工ヘッドに対する位置決め部の相対位置が定められる。そのため、加工ヘッドに対する位置決め部、ひいてはワークの相対位置を常に同じ関係に保って、加工ヘッドによる所定の加工を精度よく行うことができる。

また、本発明に係るワーク加工装置は、一対のガイド部材同士の嵌合によりワークの位置決めが完了した段階で、位置決め部の移動を規制することのできる規制手段をさらに備えたものであってもよい。

保持手段によりワークを保持する場合、保持手段とワークとの接触に伴い上記位置決めした位置からワークがずれるおそれがある。これに対して、ガイド部材同士の嵌合によりワークの位置決めが完了した段階で、位置決め部の移動を規制可能な規制手段を備えることで、位置決めされたワークに直接触れることなく、当該ワークを位置決めした位置に固定することができる。これにより保持手段による保持時の位置ずれを防止して、位置決めした状態のワークを当該位置に保持した状態で高精度な加工を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、ワークに対する加工ヘッドの位置ずれを修正でき、これにより高い加工精度を有するワーク加工装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るワーク加工装置の正面図である。 図１に示すワーク加工装置の側面図である。 ワーク加工装置を用いたワークの位置決めを概念的に説明する図である。

以下、本発明に係るワーク加工装置の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、ワーク加工装置１は、基台部２と、この基台部２にコラム（図示は省略）を介して取付けられる加工ヘッド３と、基台部２に設けられ、ワークＷ（例えばシリンダヘッド）を保持する保持手段４と、相互に嵌り合うことで加工ヘッド３の案内を行うもので、加工ヘッド３および基台部２の側にそれぞれ設けられる一対のガイド部材と、ワークＷと係合してその位置決めを行う位置決め部７とを主に備える。この実施形態では、一対のガイド部材は、ロケートブッシュ５およびロケートピン６であって、ロケートブッシュ５が加工ヘッド３の側に、ロケートピン６が基台部２の側にそれぞれ設けられる。

基台部２上には、図１および図２に示すように、基台部２に対して相対移動するスライド部材８が配設されると共に、このスライド部材８をスライド可能に支持する支持部材９が設置されている。この図示例では、ワークＷの短手方向に沿ってスライド部材８がスライドできるように、例えばＬＭガイド等の支持部材９が、そのレール部をワークＷの短手方向と一致させた状態で設置されている。

加工ヘッド３は、この実施形態では、ワークＷの上方に配置され、加工用工具としてのスピンドル１０を有している。この加工ヘッド３は、例えばＮＣ制御によりワーク短手方向、ワーク長手方向、及び鉛直方向に駆動制御されており、後述する手段によりワーク加工装置１上の所定位置に位置決め保持されたワークＷに対して所定の機械加工を施せるようになっている。

保持手段４は、この実施形態では、ワークＷの側縁を上下からクランプする一対のクランプ手段からなっている。この場合、図１および図２に示すように、位置決め部７と係合した状態にあるワークＷの長手側の側縁を２ヶ所ずつ、合計４ヶ所クランプできるように、４台のクランプ手段が基台部２上に設置されている。

スライド部材８は、図１に示すように、その上方に他方のガイド部材としてのロケートピン６を一体に有すると共に、その下方からワークＷ側に伸びた足８ａの先端に位置決め部７を一体に有する構造をなしている。また、上述のように、スライド部材８が、レールガイド機構を介して支持部材９に対してスライドするように構成される場合、当該レールガイド機構のレール部が支持部材９の側に、レール部と嵌り合ってガイドされる被ガイド部８ｂがスライド部材８の側にそれぞれ設けられている。以上の構成により、スライド部材８が、被ガイド部８ｂおよびレール部を介して支持部材９に対してスライドし得ると共に、スライド部材８のスライド動作に伴い、スライド部材８に一体に設けられたロケートピン６および位置決め部７が同期して移動（スライド）するようになっている。

この図示例では、図２に示すように、ワークＷの長手方向の両側にロケートピン６、位置決め部７、および被ガイド部８ｂが１つずつ配設されており、水平に渡した梁部８ｃを介してスライド部材８が左右一体に形成されている。また、加工ヘッド３には、２本のロケートピン６，６に対応して２つのロケートブッシュ５，５が配設されると共に、２つの被ガイド部８ｂ，８ｂとそれぞれ嵌り合うレール部を設けた支持部材９，９が左右に別れて２ヶ所に配設されている。ロケートピン６は、先端部（上端部）に設けられた嵌合部６ａと、嵌合部６ａから基端側（下方）に延びた支持部６ｂとを有する。嵌合部６ａはロケートブッシュ５の内周面と嵌合する外径を有し、支持部６ｂは嵌合部６ａよりも小径に形成される。

位置決め部７は、製造ライン上を流れてワーク加工装置１に至ったワークＷと所定位置で係合するように構成されている。この実施形態では、位置決め部７は、ワークＷの下部に形成される凹部Ｗａと嵌り合うようにピン状に形成され、凹部Ｗａと係合した状態では、その水平方向の移動に伴いワークＷとその係合状態を保ったままで一体的に移動できるように構成されている。

スライド部材８には、そのスライド方向に沿って伸びるシャフト部８ｄが一体に設けられており、このシャフト部８ｄには、シャフト部８ｄと嵌り合い、かつ、半径方向のクランプ力を発生させることでシャフト部８ｄの移動を規制する規制手段としてのクランピングスリーブ１１が配設されている。そのため、このクランピングスリーブ１１は、スライド部材８と相対移動可能な基台部２ないし支持部材９の側に取付けられる。クランピングスリーブ１１によるシャフト部８ｄの規制動作は適当な手段で制御可能であり、例えば、後述するように、ワークＷの位置決めが完了したことを何らかの手段で検知し、検知結果に基づき、クランピングスリーブ１１にクランプ力を発生させるように制御することができる。ここで、ワークＷの位置決め完了を検知する手段としては、種々の方法が採用可能であり、例えば、ＮＣ制御による加工ヘッド３等の下降量が所定量に達したときに位置決めが完了したとみなす方法や、加工ヘッド３等がワークＷの位置決め完了時に相当する位置（鉛直方向位置）に達したことを適当な変位センサ（位置センサ）で検知する方法を採用することができる。

以下、上記構成のワーク加工装置１を用いたワークＷの位置決め加工の一例を説明する。

まず、図２中の矢印の向きに流れてきたワークＷを、基台部２上の所定位置に適当な手段によりセットする。この際、図１に示すように、スライド部材８に設けた位置決め部７がワークＷの下部に設けた凹部Ｗａと嵌り合うようにセットする。ワークＷを昇降させても、位置決め部７を昇降させても構わない。もちろん、これ以外の動作により上記嵌合状態（係合状態）を実現してもよい。

続いて、図１に示すように、ワークＷに対する所定の加工位置に向けた加工ヘッド３（スピンドル１０）の下降を開始する。これにより、加工ヘッド３に設けたロケートブッシュ５と、スライド部材８に設けたロケートピン６の嵌合部６ａとが相互に嵌合を開始する。この際、例えば図３に示すように、位置制御された加工ヘッド３ひいてはロケートブッシュ５と、ロケートブッシュ５と嵌合するロケートピン６との中心軸がずれている（図３中、２点鎖線で示す位置にロケートピン６がある）と、スライド部材８に一体に設けたロケートピン６が水平方向中の所定の一軸方向に沿った向きに案内される。この図示例でいえば、嵌合部６ａの先端に設けたテーパ状の案内面により、ロケートブッシュ５の中心軸にロケートピン６の中心軸が近づく向き（ここでは図３中矢印ｂの向き）にロケートピン６が案内される。これに伴い、ロケートピン６を一体に設けたスライド部材８、およびこのスライド部材８に一体に設けた位置決め部７が同期してそのスライド方向に沿って（共に矢印ｂの向きに）スライド動作を開始する。また、位置決め部７と嵌合状態（係合状態）にあるワークＷも、位置決め部７と同期して同じ向き、ここでは図３中矢印ｃの向きに移動を開始する。

ここで、下降動作中の加工ヘッド３（ロケートブッシュ５）は、例えばＮＣ制御されているので、このロケートブッシュ５を基準にロケートピン６を案内する（同軸を合せる向きに移動させる）ことで、ロケートピン６と同期して移動する位置決め部７、およびこの位置決め部７と係合しながら一体的に移動するワークＷが、加工ヘッド３の制御位置に対応する位置に向けて移動し、これによりワークＷの位置決めが行われる。このとき、高温になった基台部２等の熱が、スライド部材８を介してロケートピン６に伝わり、ロケートピン６が熱膨張して外径が大きくなると、ロケートピン６とロケートブッシュ５との嵌合精度が低下し、ワークＷの位置決め精度が低下する恐れがある。本実施形態では、上記のように、ロケートピン６の支持部６ｂが嵌合部６ａよりも小径であるため、嵌合部６ａとロケートブッシュ５とが嵌合した状態では、支持部６ｂとロケートブッシュ５との間に十分な隙間が形成される。このため、支持部６ｂが熱膨張しても、ロケートピン６（嵌合部６ａ）とロケートブッシュ５との嵌合精度が低下することはない。また、嵌合部６ａは、スライド部材８から離れたロケートピン６の先端部に設けられるため、嵌合部６ａに熱が伝わりにくくなり、これにより嵌合部６ａの熱膨張が抑えられて、嵌合部６ａとロケートブッシュ５との嵌合精度を維持することができる。以上により、ワークＷを高精度に位置決めすることができる。

このようにして、ワークＷの位置決めが完了したこと（すなわち、ロケートピン６の嵌合部６ａの円筒状外周面とロケートブッシュ５の内周面とが嵌合したこと）を、ＮＣ制御された加工ヘッド３の下降量等で検知し、当該検知結果に基づき、スライド部材８に設けたシャフト部８ｄと嵌合するクランピングスリーブ１１に半径方向のクランプ力を発生させる。これにより、シャフト部８ｄがクランピングスリーブ１１に対して固定される。そのため、スライド部材８に一体に設けられた位置決め部７のスライド方向への移動が規制されると共に、当該クランプによりワークＷのスライド方向への位置決めが完了した後、保持手段４（クランプ手段）によるワークＷのクランプが行われ、当該位置決めがなされた位置にワークＷが保持される。

そして、ロケートブッシュ５によるロケートピン６の案内が終了して、位置決め部７によるワークＷの位置決めが完了した後も、引き続き、加工ヘッド３は下降を続け（ロケートピン６はロケートブッシュ５のより奥深くに導入され）、加工ヘッド３の下端に設けたスピンドル１０によりワークＷに対して所定の機械加工が施される。

この実施形態では、位置決め部７と一体にスライドするスライド部材８にシャフト部８ｄを設け、このシャフト部８ｄの移動を、規制手段（クランピングスリーブ１１）により規制したので、ロケートブッシュ５への嵌合に伴い、ワークＷの位置決めを行った位置決め部７の移動を規制手段（クランピングスリーブ１１）により規制した状態でワークＷを保持できる。そのため、保持手段４による保持を行う際、ワークＷの位置ずれが生じるのを防いで、ワークＷに対して高精度な加工を施すことができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は上記例示の形態に限定されるわけではなく、本発明の範囲内において任意の形態を採り得ることはもちろんである。

例えば、図示は省略したが、基台部２の側にスライド部材８のストッパ機構を設けて、スライド部材８、ひいては位置決め部７のスライド量を規制するようにしても構わない。これにより、ワークＷがセットされていない状態において、何ら拘束を受けない位置決め部７（スライド部材８）が必要以上にスライドした結果、ワークＷをワーク加工装置１の基台部２上に搬入・搬出する際に、ワークＷが位置決め部７に乗り上げたりする事態を回避することができる。

また、上記実施形態では、ワークＷの所定の一方向（短手方向）に沿ってのみ位置決め部７がスライドするように構成した場合を説明したが、他の一方向へスライドするように構成しても構わない。この場合、実際に位置ずれの最も大きい方向にスライド機構（ガイドレール機構）を配設するのが有効である。もちろん、複数方向に沿って位置決め部７がスライドできるように構成することも可能である。上記の例でいえば、ワークＷの短手方向に加えて、長手方向に沿ってスライドできるように構成することで、ワークＷの水平方向全ての向きのずれを修正することができ、より高精度の位置決め加工が可能となる。

また、ロケートブッシュ５及びロケートピン６の配設箇所や配設数は上記に限らず、ワークＷの大きさ等に応じて適宜変更可能である。また、上記実施形態では、ロケートピン６をスライド部材８に、ロケートブッシュ５を加工ヘッド３にそれぞれ設けた場合を説明したが、これとは逆に、ロケートブッシュ５をスライド部材８に、ロケートピン６を加工ヘッド３に設けてもよいことはもちろんである。

また、上記実施形態では、ロケートピン６と位置決め部７を共にスライド部材８と一体に設けた場合を説明したが、もちろんこの形態に限る必要はない。ロケートピン６と同期して位置決め部７が移動可能に構成されている限りにおいて、他の構成を採ることも可能である。

また、上記以外の事項についても、本発明の技術的意義を没却しない限りにおいて他の具体的形態を採り得ることはもちろんである。

１ ワーク加工装置
２ 基台部
３ 加工ヘッド
４ 保持手段
５ ロケートブッシュ（一方のガイド部材）
６ ロケートピン（他方のガイド部材）
７ 位置決め部
８ スライド部材
９ 支持部材
１０ スピンドル
１１ クランピングスリーブ
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 基台部と、該基台部にコラムを介して取付けられる加工ヘッドと、前記基台部に設けられ、ワークを保持する保持手段と、相互に嵌まり合うことで前記加工ヘッドの案内を行う一対のガイド部材とを備え、前記一対のガイド部材のうち何れか一方が前記加工ヘッドの側に設けられ、他方が前記基台部の側に設けられたワーク加工装置において、
   前記ワークと係合してその位置決めを行う位置決め部をさらに備え、
   前記他方のガイド部材は、前記基台部に対して相対移動できるように支持され、かつ、前記位置決め部が前記他方のガイド部材と同期して移動できるように構成されていることを特徴とするワーク加工装置。
2. 前記一対のガイド部材同士の嵌合により前記ワークの位置決めが完了した状態で、前記位置決め部の移動を規制することのできる規制手段をさらに備えた請求項１に記載のワーク加工装置。

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