JP5830220B2

JP5830220B2 - ５軸制御加工機用バイス

Info

Publication number: JP5830220B2
Application number: JP2009273641A
Authority: JP
Inventors: 溝口　春機; 春機溝口
Original assignee: MST Corp
Current assignee: MST Corp
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: JP2011115871A

Description

この発明は、ワークを５軸制御加工機に固定するための加工機用バイスに関する。

加工機用のバイスは、例えば、５軸制御のマシニングセンタ等の加工機を用いてワーク（加工対象物）を加工する際に、この加工機のテーブルにワークをチャッキングする際に用いるものである。この５軸制御の加工機の一例を図９に模式的に示して、その動作を説明すると、加工ツール１６側でＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３軸制御がなされる一方で、ワークＷを載置したテーブル１７側で前記Ｘ軸周り（回転Ａ軸）及びＺ軸周り（回転Ｃ軸）の回転制御がなされ、合計５軸（直線３軸＋回転２軸）の制御がなされるようになっている。この５軸制御により、加工途中でワークＷのチャッキングをし直すことなしに、ターボエンジンのインペラやシリンダヘッド等のように複雑な三次元立体形状を有するワークＷを加工することができ、再チャッキングの際の位置ずれに起因する加工精度の低下を回避することができる。

この５軸制御による加工に際しては、例えば前記Ａ軸を９０度回転させた場合に、加工ツール１６がワークＷに対して横向きに作用することがある（本願発明の実施形態において説明する図６を参照）。しかも、この５軸制御においては、前記Ａ軸を傾斜させた際に加工ツール１６の周辺部材と、ワークＷを固定するバイス１等とが干渉しないようにワークＷを嵩上げするのが一般的である。この場合、バイス１によるワークＷのチャッキング部と、加工ツール１６による力の作用点との距離が長くなって大きなモーメントが生じ、加工中にワークＷががたついて動くことがある。このがたつきの防止のために、ワークＷの確実なチャッキングが要求される。

その一方で、前記５軸制御による加工では、ワークＷに対する多方向からの加工が可能なので、そのメリットを最大限に生かすために、このワークＷのチャッキング代をできるだけ小さくすることが要求される。また、このチャッキング代を小さくすることで、加工終了後に除去すべき部分（このチャッキング部分）を小さくすることができ、このワークＷの材料ロスを低減できるというメリットもある。

このチャッキングを確実に行うことと、チャッキング代を小さくすること、という相反する要求を満足するために、小さいチャッキング代をバイス１のジョー３で強く挟み込んで、ワークＷをチャッキングすることが考えられる。ところが、このように強くチャッキングした場合、図１０（ｂ）中に矢印で示すようにジョー３が、この加工機のベース部２（ワークＷを直接支持する支持部）から離れるように変形してしまい、このワークＷがベース部２から浮いた不安定な状態となる。そして、この不安定な状態のままワークＷの加工を行うと、ワークＷが加工の際の振動で動いて所定の加工精度を確保できなかったり、このワークＷがバイス１から外れたりするというトラブルを生じる恐れがある。

このようなトラブルを回避するため、例えば下記特許文献１では、ワークをチャッキングする一対のジョーの上部にワークを支持する段付き部を形成するとともに、この段付き部よりも下方の一方のジョー側にめねじスリーブを、他方のジョー側に前記めねじスリーブにねじ込むボルトを設けた構成を採用している（同文献の図１等を参照）。この構成によると、前記ワークのチャッキングに伴ってジョーの先端が変形した際に、前記ボルトをめねじスリーブにねじ込んで締め付け力を付与することにより、前記ジョーの変形を元に戻す（あるいは防止する）ことができる。

特開２００８−２６４９８３号公報

前記特許文献１に示す構成においては、ワークをチャッキングするためスピンドルへ各ジョーをねじこみながら、このジョーの先端の変形の有無を確認し、この変形が生じている場合には前記めねじスリーブへのボルトのねじ込みを行う必要がある。すなわち、このチャッキングでは２箇所のねじ込み（スピンドルと、めねじスリーブ）を交互に行う必要があり、その作業が煩雑である。しかも、このジョーに付属するめねじスリーブ等を取り付けるための孔加工等も必要となるため、その分だけ部品コストや加工コストが上昇する問題もある。

そこで、この発明は、ワークのチャッキングを確実かつ簡便に行うことを課題とする。

前記課題を解決するため、この発明は、平面視円状のバイス本体と、そのバイス本体上面のワークを載置するベース部と、このベース部上において前記ワークを挟持する複数のジョーとを備える５軸制御加工機用バイスにおいて、前記ジョーの前記ワークをチャッキングするクランパ部に、前記ベース部側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面が形成され、この傾斜面と、前記ワークに前記傾斜面と対面するように形成された傾斜面とが当接して、この当接力により前記ワークが前記ベース部に押し付けるようになっており、前記バイス本体の前記ベース部と反対側の端部は、異なる深さの切欠き部が軸心に対して対称に形成されてＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となって、この円筒状嵌合部をテーブルから突出する円柱状固定治具に嵌合するようにした構成を採用した。

このように、前記ジョーのクランパ部に前記面法線をもつ傾斜面を形成すると、このジョーによって挟まれるワークの傾斜面に対して、ベース部向きの力を作用させることができる。すなわち、このワークをベース部にしっかりと押し付けることができ、加工中にワークが動いたり、外れたりするトラブルを防止し得る。この傾斜面の角度は、前記ベース部向きの力を作用させる範囲であれば特に限定されないが、例えば、前記ベース部となす角が４５度や６０度等のように、容易に機械加工できる程度の角度とするのが好ましい。

なお、この構成でもジョーを強く締め付けると、ワークからの反力によってこのジョーの先端のクランパ部が変形する（このクランパ部がベース部の反対方向に変位する。図１０（ｂ）を参照。）こともあり得るが、その場合であっても、このクランパ部が傾斜面のテーパ角以上に大きく変形しない限り、この傾斜面が「ベース部側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面」であることには変わりがない。すなわち、ジョーのクランパ部によるワークの押し付け作用が損なわれることはなく、加工中にこのワークがクランパ部から外れる等する恐れも低い。

また、前記構成においては、前記複数のジョーのうち少なくとも一つが、前記ベース部との間で相対移動不能に一体となっている固定ジョーであり、前記複数のジョーのうち前記固定ジョー以外のジョーが、調節ボルトとのねじ結合により、前記ベース部とは独立して動き得るようにした可動ジョーで構成するのがより好ましい。

このベース部はワークをしっかりと支持することにより、加工ツールでの加工の際にその加工精度を確保する重要な役目を有する。そこで、前記ジョーが、前記ベース部とは独立して動く構成とすると、上述したようにジョーの締め付けに伴って、このジョーの先端のクランパ部が開いた場合においても、このジョーの動きとは無関係に、前記ベース部の当初の姿勢（当接状態）が維持される。そして、このベース部にワークが押し付けられることとなって、このワークの姿勢も安定し、その高い加工精度を確保することができる。

複数のジョーを備える加工機用バイスにおいては、全てのジョーをベース部と独立して動き得るようにすると、このベース部の当初の姿勢が維持されるので理想的であるが、それらのジョーのうち少なくとも一つがベース部と独立して動くように構成すると、この独立して動くジョーのクランパ部が開いた場合においても、ワークの押し付け作用が発揮されるため、このワークを安定的に支持することができる。

また、前記各構成においては、前記ジョーのクランパ部同士を、互いに対向するように配置し、各ジョーが前記対向する方向に接離するように構成するのがより好ましい。
このようにジョーを配置することにより、底面形状が矩形状等の対向する二面をもつワークを確実にチャッキングして、このワークを安定的に支持することができる。

あるいは、前記ジョーのクランパ部同士を対向するように配置する代わりに、前記ジョーを円の円周上に配置し、このジョーの前記クランパ部を前記円の中心方向に向けて、各ジョーがその円の径方向に接離するように構成するのもより好ましい。
このようにジョーを配置することにより、底面形状が円形状のワークをその外周面から均等にチャッキングして、前記と同様にこのワークを安定的に支持することができる。

前記ベース部及びジョーを固定するバイス本体の外周に周溝状の掴み溝を形成し、この掴み溝を把持して、前記バイス本体の固定治具への装着及び前記固定治具からの取り外しを行うようにするのが好ましい。
この掴み溝を介し、例えば、マシニングセンタのクランプユニット（加工機用バイス）交換装置でバイス本体が把持されるように構成することにより、加工機用バイスの交換を自動的に行うことができる。すなわち、ワークの加工の全自動化を図ることが可能となって、その加工作業の効率を大幅に向上することができる。

また、前記各構成に示す加工機用バイスは、５軸制御加工機に使用するのが特に適している。
この５軸制御加工機は、上述したようにワークを多方向から加工することができ、その加工の際に、従来の３軸制御加工機等と比較して、ワークに対しより大きな横方向のモーメントが作用することが多い。このとき、ワークの支持状態が不安定であると、加工中にこのワークが動いてしまい、所定の加工精度が得られなくなることがある。また、テーブルの可動範囲が大きい５軸制御加工機においては、ワークがバイスによって逆向きに支持された状態（逆さまになった状態）となることもあり得る。この場合、このバイスのジョーに、加工に伴うモーメントのみではなくワーク自体の荷重も作用して、このワークの支持状態が一層不安定になりやすい。そこで、前記各構成のバイスを５軸制御加工機に用いると、このバイスのジョーによって前記ワークをベース部に押し付けて、確実にチャッキングすることができるため、良好な加工精度を確保することができる。また、バイス本体を平面視円状とするとともに、そのバイス本体をテーブルにＨＳＫ規格の円筒状嵌合部でもって固定するようにしたので、バイスの加工ツール周辺部材との干渉を抑制することができる。

この発明によると、ジョーのクランパ部に傾斜面を形成するとともに、ワーク側にも前記傾斜面に当接する傾斜面を形成し、両傾斜面を当接させた際に、このワークがベース部側に押し付けられるようにした。このため、このワークがベース部によって安定的に支持され、良好な加工精度を得ることができる。また、バイスの加工ツール周辺部材との干渉を抑制することができる。

本願発明に係る加工機用バイスの第一の実施形態を示す斜視図本願発明の第一の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は右側面図本願発明の第一の実施形態を示す分解斜視図本願発明の第一の実施形態におけるチャッキングの作用を示す側面図他の形状のチャッキングの作用を示す側面図本願発明の第一の実施形態の使用態様を示す斜視図本願発明の第二の実施形態の使用態様を示す斜視図本願発明の第三の実施形態の使用態様を示す斜視図一般的な５軸制御のマシニングセンタを示す斜視図ジョーによるワークのチャッキング状態を示す側面図であって、（ａ）はチャッキング力が小さい場合、（ｂ）はチャッキング力が大きい場合

この発明に係る加工機用バイス１の第一の実施形態を図１から５に示す。この加工機用バイス１は、平面視円状のバイス本体６と、そのバイス本体６上面のワークＷを載置するベース部２と、このベース部２上においてワークＷを挟持する二つのジョー３、３を備えており、ワークＷを挟持する各ジョー３、３のクランパ部４には、ベース部２側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面５ａが形成されている。この傾斜面５ａのベース部２に対するテーパ角θは６０度である。二つのジョー３、３のうち一方のジョー３は、バイス本体６と一体に動く固定ジョー３ａである一方で、他方のジョー３は、その底部がバイス本体６に形成した溝部７に嵌められていて、その溝部７内をスライドすることによって、固定ジョー３ａに自在に接離できる可動ジョー３ｂとなっている。

この固定ジョー３ａは、固定ボルト３ｃでバイス本体６に固定されており、異なるテーパ角θを形成した他の固定ジョー３ａと適宜交換できるようになっている。このように固定ジョー３ａを交換可能とすることで、後述するワークＷの傾斜面Ｔのテーパ角θに対応する固定ジョー３ａを選択できるため、この固定ジョー３ａのクランパ部４によるワークＷのチャッキングを確実に行うことができる。

その一方で、可動ジョー３ｂの内側には、そのスライド方向に貫通するねじ孔が形成されるとともに、このねじ孔の途中に、可動ジョー３ｂの底面に臨む丸ナット収納部８が形成されている。そして、この丸ナット収納部８には、側面方向に貫通するねじ孔を形成した丸ナット９が収納されている。この可動ジョー３ｂに形成したねじ孔、及び丸ナット９に形成したねじ孔に、可動ジョー３ｂのスライド方向から一本の調節ボルト１０をねじ込む。すると、バイス本体６に対して可動ジョー３ｂがそのスライド方向に相対的に移動し、固定ジョー３ａと可動ジョー３ｂの間隔を適宜調節することができる。また、この可動ジョー３ｂの底部には顎部１１が形成される一方で、溝部７の上部には鍔部１２が形成されており、顎部１１が鍔部１２に当接して、可動ジョー３ｂが溝部７の上方に抜け出すのを防止している。

このクランパ部４によって挟持されるワークＷには、上述したように、クランパ部４に形成した傾斜面５ａのテーパ角θに対応するテーパ角θの傾斜面Ｔが予め形成されている。すなわち、対向する両クランパ部４、４とベース部２とによって形成される、溝底ほど幅の広い逆台形状の溝（所謂「アリ溝」）に傾斜面Ｔを形成したワークＷの端部が嵌まり込んだ状態となって、このワークＷがクランパ部４（ジョー３）から容易に外れないようになっている。しかも、この両クランパ部４、４を相対的に接近させて、このクランパ部４の傾斜面５ａとワークＷの傾斜面Ｔとを当接させるようにチャッキングすると、図４に示すように、この当接力（同図中の白抜き矢印を参照）によりワークＷがベース部２に押し付けられて（同図中の下向き矢印を参照）、このベース部２へのワークＷの固定が確実になされる。このワークＷの傾斜面Ｔのテーパ角度θは各ジョー３ａ、３ｂに形成した傾斜面５ａのテーパ角度θと合うように適宜変えてもよいが、容易にこの傾斜面Ｔの機械加工を行うことができるように、４５〜６０度の範囲内にするのが好ましい。

上記のように、クランパ部４に傾斜面５ａを形成する代わりに、図５に示すようにＶ字形突起５ｂを形成し、このＶ字形突起５ｂが嵌るＶ字形溝ＶをワークＷの端部に形成してもよい。この場合もＶ字形突起５ｂとＶ字形溝Ｖとの当接力（同図中の白抜き矢印を参照）によりワークＷがベース部２に押し付けられて（同図中の下向き矢印を参照）、このベース部２へのワークＷのチャッキングが確実になされる。

加工機用バイス１のベース部２と反対側の端部は異なる深さの切欠き部１３が軸心に対して対称に形成されたＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となっており、図３及び６に示すように、この切欠き部１３を有する円筒状嵌合部をマシニングセンタ等のテーブルに設けられたそのテーブルから突出する円柱状固定治具１４に嵌合して、この加工機用バイス１を固定するようになっている。このテーブルは上述したように、Ａ軸及びＣ軸の２軸周りに回転し得るが、同図に示したようにテーブルがＡ軸周りに９０度傾斜してワークＷが横向きになった場合でも、この加工機用バイス１によるワークＷのチャッキングが確実になされる。このため、加工中にこのワークＷが動く恐れが低く、精度の高い加工を行うことができる。

また、この加工機用バイス１のバイス本体６の外周には、周溝状の掴み溝１５が形成されている。この掴み溝１５を介してマシニングセンタのクランプユニット交換装置でバイス本体６を把持することにより、加工機用バイス１の交換を自動的に行うことができる。すなわち、ワークＷの加工の全自動化を図ることができ、その加工作業の効率を大幅に向上することができる。

この発明に係る加工機用バイス１の第二の実施形態を図７に示す。この加工機用バイス１は、ベース部２と、クランパ部４に傾斜面５ａを形成したジョー３とを備えている点で図１等に記載の加工機用バイス１と同様であるが、固定ジョー３ａに対向する二つの可動ジョー３ｂ、３ｂを備えている点で異なる。この固定ジョー３ａは、第一の実施形態と同様に、固定ボルト３ｃでバイス本体６に固定されており、他の固定ジョー３ａと適宜交換できるようになっている。また、それぞれの可動ジョー３ｂは既に説明したのと同じ構造を有するものであって、各可動ジョー３ｂにねじ込んだ調節ボルト１０をそれぞれ調節することにより固定ジョー３ａと可動ジョー３ｂの間隔を適宜調節する。このように複数の可動ジョー３ｂを設けることで、ワークＷのチャッキングを一層確実なものとし得る。

この発明に係る加工機用バイス１の第三の実施形態を図８に示す。この加工機用バイス１は、ベース部２と、ジョー３とを備えている点で図１等に記載の加工機用バイス１と同様であるが、三つのジョー３が円の円周上に配置されている点、及び、クランパ部４にＶ字形突起５ｂを形成した点で第一及び第二の実施形態と異なる。各ジョー３は、その底部がバイス本体６に形成した溝部７に嵌められていて、その溝部７内を前記円の径方向にスライドし得る可動ジョー３ｂである。

このクランパ部４によって挟持されるワークＷとしては、その底部が円筒形状をしたものが適しており、この底部の外周面には、クランパ部４に形成したＶ字形突起５ｂがちょうど嵌るＶ字形溝Ｖが周溝状に予め形成されている。そして、このワークＷを取り囲むように配置された可動ジョー３ｂのクランパ部４が、ワークＷの端部に嵌まり込んだ状態となって、このワークＷがクランパ部４（可動ジョー３ｂ）から容易に外れないようになっている。しかも、この各クランパ部４を相対的に接近させて、このクランパ部４のＶ字形突起５ｂとワークＷのＶ字形溝Ｖとを当接させるようにすると、図５に示したように、この当接力によりワークＷがベース部２に押し付けられて、このベース部２へのワークＷの固定が確実になされる。このバイス本体６の側面には調節ボルト１０が設けられていて、このねじ込み量を調節することによって、各可動ジョー３ｂ同士の間隔を適宜調節する。

前記各実施形態において示した、ジョー３同士を接近させる機構は、図１等に記載したものに限定されず、同様の作用を奏するものであれば、他の公知の機構も適宜採用することができることはいうまでもない。

１加工機用バイス
２ベース部
３ジョー
３ａ固定ジョー
３ｂ可動ジョー
３ｃ固定ボルト
４クランパ部
５ａ傾斜面
５ｂＶ字形突起
６バイス本体
７溝部
８丸ナット収納部
９丸ナット
１０調節ボルト
１１顎部
１２鍔部
１３切欠き部
１４固定治具
１５掴み溝

Claims

平面視円状のバイス本体（６）と、そのバイス本体（６）上面のワーク（Ｗ）を載置するベース部（２）と、このベース部（２）上において前記ワーク（Ｗ）を挟持する複数のジョー（３）とを備える５軸制御加工機用バイスにおいて、
前記ジョー（３）の前記ワーク（Ｗ）をチャッキングするクランパ部（４）に、前記ベース部（２）側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面（５ａ）が形成され、この傾斜面（５ａ）と、前記ワーク（Ｗ）に前記傾斜面（５ａ）と対面するように形成された傾斜面（Ｔ）とが当接して、この当接力により前記ワーク（Ｗ）が前記ベース部（２）に押し付けるようになっており、前記複数のジョー（３）のうち少なくとも一つが、前記ベース部（２）との間で相対移動不能に一体となっている固定ジョー（３ａ）であり、前記複数のジョー（３）のうち前記固定ジョー（３ａ）以外のジョー（３）が、前記ベース部（２）とは調節ボルト（１０）とのねじ結合により独立して動き得るようにした可動ジョー（３ｂ）であり、前記クランパ部（４）同士が互いに対向するように配置され、前記固定ジョー（３ａ）と前記可動ジョー（３ｂ）が前記調節ボルト（１０）の回転によって前記対向する方向に接離し得るようになっており、
前記バイス本体（６）の前記ベース部（２）と反対側の端部は、異なる深さの切欠き部（１３、１３）が軸心に対して対称に形成されてＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となって、この円筒状嵌合部をテーブルから突出する円柱状固定治具（１４）に嵌合するようになっており、
前記ベース部（２）及び前記ジョー（３）を固定するバイス本体（６）の外周に、マシニングセンタのクランプユニット交換装置で把持する周溝状の掴み溝（１５）が形成されて、この掴み溝（１５）を介して前記クランプユニット交換装置で前記バイス本体（６）が把持されて、前記バイス本体（６）の固定治具（１４）への装着及び前記固定治具（１４）からの取り外しが行われるようにしたことを特徴とする５軸制御加工機用バイス。