JP5848387B2 - ワーク加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、多軸加工機によってワークを加工するワーク加工技術に関する。
エンジンのシリンダヘッド、シリンダブロック及びトランスミッションケース等のワークを、いわゆるギャングヘッドと呼ばれる多軸工具によって加工する多軸加工機が知られている(例えば、特許文献1(図1)参照。)。
図10に示されるように、加工装置100は、2つのワーク101,101を位置決めクランプするクランプユニット102と、ワーク101を加工する加工ユニット103とを有する。クランプユニット102は、ターンテーブル104の中心部から立ち上がる縦壁105を有し、この縦壁105の両面に設けられた2つのパレット106,106にそれぞれ1つのワーク101,101がクランプされている。加工ユニット103は、インデックス装置107に複数の多軸工具108を備え、これらの多軸工具108によってワーク101,101が加工される。
ワーク101,101は複数の加工面を有し、ターンテーブル104を適宜90°回転させることで、多軸工具108に対するワーク101,101の角度を変え、複数の加工面にそれぞれ加工を施す。例えば、1つのワーク101のみを加工した後、ターンテーブル104を90°回転させ、2つのワーク101,101の側面を多軸工具108に対向するように配置し、2つのワーク101,101を一括して加工する。
多数のワーク101を一括して加工できれば、加工効率を向上させることができる。仮に、それぞれのパレット106,106に2つずつワーク101を配置すれば、4つのワークを一括して加工し、加工効率を向上させることができる。
しかし、特許文献1の技術では、ワーク101,101が縦向きに配置されており、それぞれのパレット106,106に縦に2つずつのワーク101を載置することが難しいため、ワーク101を2つまでしか一括して加工することができない。また、水平状態で搬送されてきたワーク106を縦向きに姿勢を変更して治具(パレット106,106及び縦壁105)に取り付けなければならず、搬送装置が複雑になり装置のコストが嵩み、ワーク101の異なる面を加工する際には、異なる治具に載せ換えるため、生産効率を改善する余地がある。
更に、多軸工具108には加工範囲があるため、この加工範囲内に多数のワーク101を配置する必要がある。単純に、ターンテーブル104に多数(例えば4つ)のワーク101を配置しようとすると、4つのワーク101を全て加工範囲内に入れるために、治具(パレット106,106及び縦壁105)を薄くしなければならない。ワーク101の数を増えた場合、切削油やエアの供給ポートも増えるが、薄いパレット及び薄い縦壁では、多数の供給ポートを増設することは難しい上、4つのワーク101を支持する剛性を確保することが難しい。
そこで、ワークを水平状態で治具に取り付けることができ、且つ4つのワークを一括して加工できる技術が求められている。
特開2011−240466公報
本発明は、ワークを水平状態で治具に取り付けることができ、且つ4つのワークを一括して加工できる技術を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明では、ワークをクランプするクランプ装置と、このクランプ装置でクランプされた前記ワークに加工を施す多軸加工機とからなり、前記ワークは、略直方体の6つの面に相当する最大6つの加工面を有し、前記クランプ装置は、水平軸としてのx軸に沿って延び、一方の面に2つの前記ワークを載せ、他方の面に別の2つの前記ワークを載せるパレットと、このパレットをx軸回り回転する回転軸とを備え、前記多軸加工機は、前記x軸に直交し水平に延びるy軸に沿って前後に移動するようにし、前記多軸加工機により4つの前記ワークを加工するワーク加工方法において、前記パレットの絶対角度が0度にて、前記パレットの一方の面を上面にし、他方の面を下面にした状態で、前記4つのワークを水平なパレットの一方の面及び他方の面に2つずつ配置し、前記4つのワークの全てが前記多軸加工機に対向するようにクランプするクランプ工程と、前記4つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第1加工工程と、前記パレットを前記回転軸回りに90度回転させ前記パレットの絶対角度を90度とし、前記パレットの一方の面に配置された2つの前記ワークを前記多軸加工機に対向させ、前記パレットの一方の面に配置された前記2つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第2加工工程と、前記パレットを前記回転軸回りに更に90度回転させ前記パレットの絶対角度を180度とし、搬送装置にて、前記パレットの他方の面に配置された前記2つのワークのうち一方を払い出し、前記2つのワークのうち他方を前記パレットに平行な面が載置されるように前記一方のワークの載っていた場所に移動させ、新しいワークを前記他方のワークの載っていた場所に載置するワーク入れ替え工程と前記パレットの一方の面及び他方の面に2つずつ配置された、4つの前記ワークの全てが前記多軸加工機に対向するようにクランプするクランプ工程と、前記4つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第3加工工程と、前記パレットを前記回転軸回りに更に90度回転し前記パレットの絶対角度を270度とし、前記パレットの他方の面に配置された2つの前記ワークを前記多軸加工機に対向させ、前記パレットの他方の面に配置された前記2つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第4加工工程と、前記パレットを前記回転軸回りに更に90度回転させ前記パレットの絶対角度を360度とし前記搬送装置にて、前記パレットの一方の面に配置された前記2つのワークのうち一方を払い出し、前記2つのワークのうち他方を前記パレットに平行な面が載置されるように前記一方のワークの載っていた場所に移動させ、新しいワークを前記他方のワークの載っていた場所に載置するワーク入れ替え工程とからなり、前記クランプ工程、前記第1加工工程、前記第2加工工程、ワーク入れ替え工程、クランプ工程、前記第3加工工程、前記第4加工工程及び前記ワーク入れ替え工程を繰り返すことで4つのワークを一括して加工することを特徴とする。
請求項1に係る発明では、パレットの一方の面を上面にし、他方の面を下面にした状態で、4つのワークを水平なパレットの一方の面及び他方の面に2つずつ配置する。水平搬送されてきたワークを縦向きに変えてからパレットにクランプする場合に比較して、本発明では、水平なパレットにワークを載置するので、搬送装置で支持された姿勢のまま、ワークを水平状態でパレット(ワーク加工用治具)に載置してクランプすることができる。結果、簡単な機構の搬送装置で済み、搬送装置のコストを低減できる。
加えて、ワークの異なる面を加工する際、治具を変えてワークを載せ換える場合に比較して、本発明では、1つの治具でワークの異なる面の加工に対応できるので、生産性を向上させるとともに、治具のコストを低減できる。更に加えて、第1〜第4加工工程によって、4つのワークを一括して加工するので加工効率を向上させることができる。
本発明に係るワーク加工方法に採用される加工装置の平面図である。 本発明に係るクランプ装置及び搬送装置の斜視図である。 本発明に係るワーク加工用治具の断面図である。 図2の4−4線断面図である。 本発明に係る多軸加工機の加工範囲を説明する図である。 ワークの一実施例を説明する図である。 本発明に係るクランプ工程から第2加工工程までを説明する図である。 本発明に係る第3加工工程からワーク入れ替え工程までを説明する図である。 図1に示された加工装置の別態様の平面図である。 従来技術に係る加工装置の基本原理を説明する図である。
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、「x」は横方向、「y」は前後方向、「z」は高さ方向を示す。
先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1に示されるように、加工装置10は、4つのワークWを位置決めするとともにクランプ可能なクランプ装置20と、このクランプ装置20にクランプされたワークWに加工を施す多軸加工機30とを有し、クランプ装置20及び多軸加工機30が制御されることによりワークWに順次加工が施される。
クランプ装置20は、多軸加工機30に対向するように配置されている。多軸加工機30は、インデックス機構31にいわゆるギャングヘッドと呼ばれる複数の多軸工具32を備え、多軸工具32を不図示の前進手段によってクランプ装置20に前進させることでワークWが加工される。
多軸工具32にはガイドロッド33が設けられており、多軸工具32がクランプ装置20に前進した際、ガイドロッド33がクランプ装置20のガイド孔に嵌合され、クランプ装置20に対して多軸工具32が位置決めされる。
図2に示されるように、クランプ装置20の上方には、搬送装置40が配置されている。搬送装置40は、不図示のレールに移動可能に設けられている支持バー41と、この支持バー41に設けられている横回転機構42と、この横回転機構42に設けられている開閉機構43と、この開閉機構43に設けられている2つのアーム部44,44とを有する。
アーム部44,44は開閉機構43によって開閉可能であり、これらのアーム部44,44を開閉することによってワークWが保持され、横回転機構42によってワークWが水平面沿って回転される。なお、アーム部44,44に縦回転機構45を設けても差し支えなく、縦回転機構45によってワークWが垂直平面に沿って回転される。
クランプ装置20は、支持台21と、この支持台21に設けられる回転手段22と、この回転手段22に回転可能に設けられるワーク加工用治具50とを有する。回転手段22は、回転力を発生させる回転駆動部23と、この回転駆動部23に設けられる回転軸24と、この回転軸24を支持するとともに回転軸24に従動する従動部25と、回転軸24に設けられワーク加工用治具50を支持する支持板26,26とを有する。また、支持台21には、ガイドロッド33,33が嵌合する、ガイド孔27,27が設けられている。
図2、図3に示されるように、ワーク加工用治具50は、垂直に立てられた2枚のフランジ51,51に板状のウェブ52が一体的に形成された断面H形状のベース部材53と、このベース部材53に取り付けられた第1のパレット61及び第2のパレット62とを有する。フランジ51,51は、ボルト54によって支持板26,26に締結されている。ウェブ52は、2枚のフランジ51,51間に水平に繋がれており、第1のパレット61は、ボルト55によってウェブ52の一方の面に締結され、第2のパレット62は、ボルト55によってウェブ52の他方の面に締結されている。
また、ウェブ52は、内部に中空部56を有する。この中空部56は、ウェブ52の中央部に設けられた中実部57によって、2つに分けられ、中空部56,56は、2つのフランジ部51,51寄りにそれぞれ設けられている。中実部57は、ボルト58によって、第1のパレット61及び第2のパレット62に締結されている。ウェブ52の中央部に中実部57を配置したので、ベース部材53全体としての剛性を向上させることができる。
回転軸24の回転駆動部23側には、歯車28が一体的に設けられており、この歯車28が不図示の駆動源から伝達される駆動力によって回転することにより、第1のパレット61及び第2のパレット62を回転させることができる。
図4に示されるように、2つのワークW,Wが、保持具63によって第1のパレット61にクランプされている。さらに2つのワークW,Wが、保持具64によって第2のパレット62にクランプされている。4つのワークW,W,W,Wは、不図示の位置決めピンによって、第1のパレット61及び第2のパレット62にそれぞれ位置決めされている。
第1のパレット61及び第2のパレット62は、ベース部材53よりも剛性が高い。このため、ベース部材53のウェブ52を薄くしても、第1のパレット61及び第2のパレット62が、4つのワークWを保持するために必要な剛性を補強する。
第1のパレット61には、ワークWの載置面61aから中空部56に連通する第1のパレット側連通孔65が複数設けられている。第2のパレット62には、ワークWの載置面62aから中空部56に連通する第2のパレット側連通孔66が複数設けられている。
ベース部材53には、外部から中空部56に連通する第1のフランジ側連通孔71及び第2のフランジ側連通孔72が複数設けられている。図左の第1のフランジ側連通孔71は、フランジ51内に設けられた縦方向のフランジ側連通孔71aと、ウェブ52に設けられた横方向のフランジ側連通孔71bとからなる。図右の第2のフランジ側連通孔72は、フランジ51内に設けられた縦方向のフランジ側連通孔72aと、ウェブ52に設けられた横方向のフランジ側連通孔72bとからなる。なお、便宜上、パレット側連通孔65,66及びフランジ側連通孔71,72は、それぞれ1つ記載するが、ワークWに応じて複数設けられている。
第1のパレット側連通孔65と第1のフランジ側連通孔71は、チューブ73によって繋がれており、このチューブ73は中空部56の中を通っている。同様に、第2のパレット側連通孔66と第2のフランジ側連通孔72は、チューブ74によって繋がれており、このチューブ74は中空部56の中を通っている。
図上側に配置された第1のパレット61に設けられる第1のパレット側連通孔65には、図左側の第1のフランジ側連通孔71からチューブ73が接続される。一方、図下側に配置された第2のパレット62に設けられる第2のパレット側連通孔66には、図右側の第2のフランジ側連通孔72からチューブ74が接続される。このように、切削油及びエアの供給ポートを同一側のフランジ51から供給することで、供給ポートの系統数を低減することができる。
なお、外部から切削油及びエアを導入するチューブ75,76や、中空部56の中を通るチューブ73,74は、ジョイントによって、フランジ51、ウェブ52及びパレット61,62にそれぞれ接続されている。
次に加工範囲ついて説明する。
図5(a)に示されるように、正面視で矩形状の2つのワークW1,W2は、長手方向がz方向に沿って配置され、ワークW1,W2は加工範囲Sに入っている。
図5(b)は、(a)の状態からワーク加工用治具50を90°回転させた状態を示し、ワークW1,W2のワーク加工用治具50の反対側に、2つのワークW3,W4が配置されており、正面視でワークW1〜W4は加工範囲Sに入っている。
図5(c)に示されるように、正面視で矩形状の2つのワークW1,W2は、一方のワークW1が長手方向がz方向に沿って配置され、他方のワークW2が長手方向がx方向に沿って配置され、ワークW1,W2は加工範囲Sに入っている。
図5(d)は、(c)の状態からワーク加工用治具50を90°回転させた状態を示し、ワークW1,W2のワーク加工用治具50の反対側に、2つのワークW3,W4が配置されており、正面視でワークW1〜W4は加工範囲Sに入っている。本発明では、図10に示した従来技術に比較してウェブ52を薄くできるので、4つのワークW1からW4を全て加工範囲に入れることができる。
次のワークWの一実施例を示す。
図6(a)に示されるように、ワークWは、エンジンのシリンダヘッドである。(b)に示されるように、ワークWは、A面〜F面の6つの加工面を有する。なお、実施例では、ワークWをシリンダヘッドとして説明するが、これに限定されず、ワークWはシリンダヘッドカバー、シリンダブロック等、一般的な機械部品であれば差し支えない。
以上の述べたワーク加工用治具を用いた加工装置の作用を次に述べる。なお、図7、図8は、ワーク加工用治具50を多軸加工機30から見た図(正面視)であり、各工程に示された角度は、ワーク加工用治具50の絶対角度である。
図7に示されるように、ワーク加工用治具50は、フランジ51,51とパレット61,62とを有する。
加工装置10(図1参照)によって、ワークWの第1面〜第6面に加工を施す。加工装置10は、回転軸24に沿って一方の面に左右2個のワークW,Wを載せることができ、他の面に左右2のワークW,Wを載せることができるワーク加工用治具50と、このワーク加工用治具50を90°単位で回転軸24回りに一方向に回す回転手段22と、ワークWに加工を施す多軸工具32とを備えている。
搬送装置40(図2参照)により、ワーク加工用治具50の片面左に第1ワークWを投入しクランプする(a)。第1ワークWの第1面を多軸工具32で(以下同じ)加工する(b)。ワーク加工用治具50を90°回し、第1ワークWの第2面を加工する(c)。ワーク加工用治具50を更に90°回し、第1ワークWを下にする(d)。
ワーク加工用治具50の上側面左に第2ワークWを投入しクランプする(e)。上位の第2ワークWの第1面と下位の第1ワークWの第3面に加工を施す(f)。ワーク加工用治具50を更に90°回し、第2ワークWの第2面を加工する(g)。ワーク加工用治具50を更に90°回し、第1ワークWを上、第2ワークWを下にする(h)。
ワーク加工用治具50上にて第1ワークWを左から右へ移動すると共に第1ワークWを回転軸24に直交する軸回りに90°旋回し、且つ上下を逆にする(i)。空いたワーク加工用治具50の片面左に第3ワークWを投入しクランプする(i)。第1ワークWの第4面、第2ワークWの第3面、第3ワークWの第1面を加工する(j)。ワーク加工用治具50を更に90°回し、第1ワークWの第5面、第3ワークWの第2面を加工する(k)。ワーク加工用治具50を更に90°回し、第1ワークWを右下に、第2ワークWを左上に、第3ワークWを左下にする(l)。なお、次に述べる工程からワーク加工用治具50に4つのワークWがクランプされ定常状態となる。
ワーク加工用治具50上にて第2ワークWを左から右へ移動すると共に第2ワークWを回転軸24に直交する軸回りに90°旋回し、且つ上下を逆にする(m)。空いたワーク加工用治具50の片面左に第4ワークWを投入しクランプする(m)。…クランプ工程。
第1ワークWの第6面、第2ワークWの第4面、第3ワークWの第3面、第4ワークWの第1面を加工する(n)
ワーク加工用治具50を更に90°回し、第2ワークWの第5面、第4ワークWの第2面を加工する(o)
ワーク加工用治具50を更に90°回し、第1ワークWを右上に、第2ワークWを右下に、第3ワークWを左上に、第4ワークWを左下にし、第1ワークWを払い出す(p)。
図8に示されるように、ワーク加工用治具50上にて第3ワークWを左から右へ移動すると共に第3ワークWを回転軸24に直交する軸回りに90°旋回し、且つ上下を逆にする(a)。空いたワーク加工用治具50の片面左に第5ワークWを投入しクランプする(a)。
第2ワークWの第6面、第3ワークWの第4面、第4ワークWの第3面、第5ワークの第1面を加工する(b)
ワーク加工用治具50を更に90°回し、第3ワークWの第5面、第5ワークWの第2面を加工する(c)
ワーク加工用治具50を更に90°回し、第2ワークWを右上に、第3ワークWを右下に、第4ワークWを左上に、第5ワークを左下にし、第2ワークWを払い出す(d)。
ワーク加工用治具50上にて第4ワークWを左から右へ移動すると共に第4ワークWを回転軸24に直交する軸回りに90°旋回し、且つ上下を逆にする(e)。空いたワーク加工用治具50の片面左に第6ワークWを投入しクランプする(e)
以降、(f)〜(p)に示されるように、クランプ工程、第1加工工程、第2加工工程、第3加工工程、第4加工工程、ワーク入れ替え工程を繰り返すことで4つのワークWを一括して加工する。
尚、本発明のワーク加工方法は、実施の形態では、図8(e)に示されるようにワーク入れ替え工程において、第4ワークWを回転軸24に直交する軸回りに90°旋回し、且つ上下を逆にしたが、回転軸24に直交する軸回りに90°旋回させるだけにし、上下を逆にしなくても差し支えない。この場合、第4ワークWの第5面は加工されず、第4ワークWの第2面が2回加工される。すなわち、第4ワークWの第2面の加工部位が多い場合でも、2回目の加工では加工部位を変えることにより、多く加工部位に対応することができる。加えて、ワークWの上下を逆にする必要がないので、搬送装置40に縦回転機構45(図2参照)を設ける必要がなく、搬送装置40の構成をより簡単にすることができる。結果、搬送装置40のコストを、より低減することができる。更に加えて、ワークWの上下を逆にする必要がないので、工数を削減し、より生産性を向上させることができる。
また、実施の形態に示されたクランプ装置20の構成に限定されず、ワーク加工用治具50を一方向に回転できれば、他の一般的なクランプ装置であっても差し支えない。また、実施の形態に示された多軸加工機30の構成に限定されず、多軸工具を有し4つのワークを一括して加工できれば、他の一般的な多軸加工機であっても差し支えない。また、実施の形態に示された搬送装置40の構成に限定されず、ワークWを搬送できれば、他の一般的な搬送装置であっても差し支えない。
本発明のワーク加工用治具は、多軸加工機によってワークを加工するワーク加工技術に好適である。
10…加工装置、20…クランプ装置、30…多軸加工機、40…搬送装置、50…ワーク加工用治具、51…フランジ、52…ウェブ、53…ベース部材、56…中空部、57…中実部、61…第1のパレット、62…第2のパレット、65…第1のパレット側連通孔、66…第2のパレット側連通孔、71…第1のフランジ側連通孔、72…第2のフランジ側連通孔、73,74…チューブ、W…ワーク、S…加工範囲。

Claims (1)

  1. ワークをクランプするクランプ装置と、このクランプ装置でクランプされた前記ワークに加工を施す多軸加工機とからなり、
    前記ワークは、略直方体の6つの面に相当する最大6つの加工面を有し、
    前記クランプ装置は、水平軸としてのx軸に沿って延び、一方の面に2つの前記ワークを載せ、他方の面に別の2つの前記ワークを載せるパレットと、
    このパレットをx軸回り回転する回転軸とを備え、
    前記多軸加工機は、前記x軸に直交し水平に延びるy軸に沿って前後に移動するようにし、
    前記多軸加工機により4つの前記ワークを加工するワーク加工方法において、
    前記パレットの絶対角度が0度にて、前記パレットの一方の面を上面にし、他方の面を下面にした状態で、前記4つのワークを水平なパレットの一方の面及び他方の面に2つずつ配置し、前記4つのワークの全てが前記多軸加工機に対向するようにクランプするクランプ工程と、
    前記4つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第1加工工程と、
    前記パレットを前記回転軸回りに90度回転させ前記パレットの絶対角度を90度とし、前記パレットの一方の面に配置された2つの前記ワークを前記多軸加工機に対向させ、前記パレットの一方の面に配置された前記2つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第2加工工程と、
    前記パレットを前記回転軸回りに更に90度回転させ前記パレットの絶対角度を180度とし、搬送装置にて、前記パレットの他方の面に配置された前記2つのワークのうち一方を払い出し、前記2つのワークのうち他方を前記パレットに平行な面が載置されるように前記一方のワークの載っていた場所に移動させ、新しいワークを前記他方のワークの載っていた場所に載置するワーク入れ替え工程と
    前記パレットの一方の面及び他方の面に2つずつ配置された、4つの前記ワークの全てが前記多軸加工機に対向するようにクランプするクランプ工程と、
    前記4つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第3加工工程と、
    前記パレットを前記回転軸回りに更に90度回転し前記パレットの絶対角度を270度とし、前記パレットの他方の面に配置された2つの前記ワークを前記多軸加工機に対向させ、前記パレットの他方の面に配置された前記2つのワークの前記多軸加工機に対向する面を加工する第4加工工程と、
    前記パレットを前記回転軸回りに更に90度回転させ前記パレットの絶対角度を360度とし前記搬送装置にて、前記パレットの一方の面に配置された前記2つのワークのうち一方を払い出し、前記2つのワークのうち他方を前記パレットに平行な面が載置されるように前記一方のワークの載っていた場所に移動させ、新しいワークを前記他方のワークの載っていた場所に載置するワーク入れ替え工程とからなり、
    前記クランプ工程、前記第1加工工程、前記第2加工工程、ワーク入れ替え工程、クランプ工程、前記第3加工工程、前記第4加工工程及び前記ワーク入れ替え工程を繰り返すことで4つのワークを一括して加工することを特徴とするワーク加工方法。
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