JP5542507B2 - クランプ治具 - Google Patents

Description

本発明はマシニングセンタ等による機械加工に適用するもので、特に５軸加工の際に有用である。被加工物着脱の簡素化により段取り時間を削減し、工具干渉を避けた最小限の掴み代での確実なクランプが可能になるクランプ治具に関するものである。

従来、被加工物を固定する場合はバイスにより固定するか、被加工物の端部にボルト穴を予め加工し、加工機のテーブルに直接ボルトで固定する方法をとっていた。

特開２００８−２６４９８３号公報（Ｐ２００８−２６４９８３）「５軸加工機用マシンバイス」

特許文献１には５軸加工機用マシンバイス、特に工作機械のマシニングセンタにおける５軸（５面）加工機により５面加工するに際して、被加工物を保持するために好適に用いられるマシンバイスに関する発明が記載されている。当該技術分野ではバイスの構造自体の大きさや、左右から挟み込んで被加工物を固定する構造のため、工具干渉が問題となる場合がある。また、工具干渉を避けるために被加工物の突出し量を多くすると、びびり振動が発生しやすくなり、表面粗さや加工精度の低下を招くという問題もある。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、被加工物を確実にクランプすると共に、加工装置自体の大きさを最小限にとどめ、バイスと工具との干渉を避けることを目的とする。

この発明に係るクランプ治具は、被加工物の底面の左右に加工された被加工物の底面に対して３０度以上かつ９０度未満の角度の傾斜面を挟んで掴むために、下面が被加工物の底面に対して３０度以上かつ９０度未満の角度である爪を有する固定治具を用いることで、被加工物を固定し、被加工物の下面には傾斜面と対向する部分およびその左右の部分で傾斜面との間の角度が大きくなるテーパが加工され、固定治具の上面に被加工物のテーパと接触するテーパを設け、固定治具を左右の固定治具と中央の固定治具の三部品により構成し、左右の固定治具で被加工物を挟んだ後に、中央の固定治具を押し上げ、中央の固定治具の上面を被加工物の底面に押し当てて固定するものである。

この発明によれば、被加工物を固定するための構造が小さくなり、かつ被加工物底面部からのみの固定となるため工具と固定治具の干渉を避けることができる。また、被加工物の着脱が容易になり、段取り時間の削減にもつながるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係るクランプ治具を搭載した加工装置の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るクランプ治具と被加工物の構成を示す外観図である。 この発明の実施の形態１に係る上面テーパ無し固定側治具、上面テーパ無し締付側治具、被加工物の溝角度と弾性体の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る固定治具上面と被加工物下面にテーパを付けた時の外観を示す図である。 図４を立体的に示した図である。 この発明の実施の形態１に係る固定治具を三部品に分割した際の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
図１は実施の形態１におけるクランプ治具を搭載した加工装置の一例を示す構成図である。図１において、架台１上にはパレット２が設けられており、このパレット２にクランプ治具３が固定されている。このクランプ治具３によって被加工物４が固定される構造となっている。また、架台１には加工ヘッド５が設けられており、加工ヘッド５には工具６が取り付けられている。

図２はクランプ治具３を用いた被加工物４のクランプの外観図である。クランプ治具３は、パレット２に固定される側の上面テーパ無し固定側治具７と、上面テーパ無し固定側治具７に固定される上面テーパ無し締付側治具８から構成されている。上面テーパ無し締付側治具８はボルト９を用いて固定される。上面テーパ無し固定側治具７と上面テーパ無し締付側治具８の上部は爪状に加工してある。

また、上面テーパ無し固定側治具７、上面テーパ無し締付側治具８だけではなく、被加工物４の底面部には予め溝を加工し、この溝部分を上面テーパ無し固定側治具７と上面テーパ無し締付側治具８の爪により左右から挟み込むことでクランプ治具３は被加工物４をクランプしている。クランプ治具３は被加工物４の底面部のみをクランプしているので、５軸加工機での加工時の工具干渉を避けることができる。また、加工後の被加工物４の脱着については、上面テーパ無し締付側治具８のボルト９を緩めることで容易に行うことができる。

図３は上面テーパ無し固定側治具７、上面テーパ無し締付側治具８及び被加工物４の溝角度と弾性体１０の構成を示す図である。本発明では固定治具の爪の角度を３０度以上かつ９０度を超えない角度としているが、図３を用いてその根拠を述べる。
爪の角度は鋭角に近づく程、被加工物４に溝を加工する際、カッターのチッピングが生じやすくなるため加工速度を上げられず、溝の加工には時間がかかってしまう。逆に、角度を大きくすればその分捨て代が大きくなり、材料の無駄が増えることになる。

また応力解析結果から、爪の角度が鋭角に近づく程、被加工物４と固定治具上面の間には引張応力が生じることがわかっている。即ち被加工物４と固定治具には、隙間が空く方向に力が加わっていることになる。この隙間の影響でびびり振動が起こりやすくなり、表面粗さや寸法精度の低下につながる。このような経緯から本願発明では固定治具の爪の角度を３０度以上かつ９０度を超えない角度としている。
また、上記びびり振動に対しては、クランプ時に生じる被加工物４の底面部と上面テーパ無し固定側治具７の隙間をウレタンゴム等の弾性体１０で埋めることによっても当該振動を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１によれば、図２に示すように被加工物４の下面と上面テーパ無し固定側治具７、上面テーパ無し締付側治具８上面が水平になっているが、被加工物４の下面と上面テーパ無し固定側治具７、上面テーパ無し締付側治具８の上面に２０度以下のテーパを設けてもよい。

図４は、この発明の実施の形態２に係るクランプ治具の全体構成を示す図であり、図５は図４を立体的に示した図である。図４には、上記上面テーパ無し固定側治具７、上面テーパ無し締付側治具８の上面に２０度以下のテーパを設けた形状の上面テーパ付き固定側治具１１、上面テーパ付き締付側治具１２によるクランプ時の構成を示している。

また、被加工物４の下面にも２０度以下のテーパを設けている。これは応力解析結果から、上面テーパ付き固定側治具１１、上面テーパ付き締付側治具１２と被加工物４にテーパを設けてクランプすることにより、被加工物４には上面テーパ付き固定側治具１１に引き込まれる方向の力が生じ、この力により、びびり振動を抑制できることがわかっているためである。

実施の形態３．
実施の形態１では図２のようにクランプ治具３を上面テーパ無し固定側治具７、上面テーパ無し締付側治具８の２部品から構成しているが、本実施の形態３のように３部品からなる構成としてもよい。このように構成する事で左右の固定治具によって被加工物の溝部を挟み込んだ後、中央の固定治具を押し当てることによって被加工物の拘束を強くする事が出来る。

図６は、実施の形態３に係るクランプ治具３の全体構成を示す全体構成図である。実施の形態１における図３では上面テーパ無し固定側治具７及び上面テーパ無し締付側治具８でクランプ治具を構成したが、実施の形態３における図６では左側固定治具１３、右側固定治具１４、中央固定治具１５の３部品でクランプ治具３を構成している。
加工対象物が大きい場合、図３の上面テーパ無し固定側治具７及び上面テーパ無し締付側治具８の構成では被加工物４との接触面積が小さく、剛性が小さいことによりびびり振動が発生しやすくなる。

これに対し図６のように左右の固定治具１３，１４で溝を掴んだ後、中央固定治具１５を油圧ジャッキ等で押上げ、被加工物４底面に中央固定治具１５上面を強く押し当てて固定すれば、被加工物４をより強力にクランプする事ができ、びびり振動を抑制することができる。

１ 架台、２ パレット、３ クランプ治具、４ 被加工物、５ 加工ヘッド、６ 工具、７ 上面テーパ無し固定側治具、８ 上面テーパ無し締付側治具、９ ボルト、１０ 弾性体、１１ 上面テーパ付き固定側治具、１２ 上面テーパ付き締付側治具、１３ 左側固定治具、１４ 右側固定治具、１５ 中央固定治具。

Claims (1)

1. 被加工物の底面の左右に加工された前記被加工物の前記底面に対して３０度以上かつ９０度未満の角度の傾斜面を挟んで掴むために、下面が前記被加工物の前記底面に対して３０度以上かつ９０度未満の角度である爪を有する固定治具を用いることで、前記被加工物を固定し、前記被加工物の下面には前記傾斜面と対向する部分およびその左右の部分で前記傾斜面との間の角度が大きくなるテーパが加工され、前記固定治具の上面に前記被加工物の前記テーパと接触するテーパを設け、
   前記固定治具を左右の固定治具と中央の固定治具の三部品により構成し、前記左右の固定治具で前記被加工物を挟んだ後に、前記中央の固定治具を押し上げ、前記中央の固定治具の上面を前記被加工物の底面に押し当てて固定することを特徴とするクランプ治具。

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