JP6305774B2 - ワーク位置決め装置およびワーク位置決め装置を備えた工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク位置決め装置およびワーク位置決め装置を備えた工作機械に関する。

従来、旋盤等の工作機械に対して、加工の基準部を有するワークの位置決めを行うワーク位置決め装置として、前記ワークを支持する支持手段を備えたものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。

また、前記ワークを移動させる移動手段を備え、前記基準部と所定の位置決め部とが当接するように、前記移動手段により前記ワークを移動させ、ワークの位置合わせを行う技術も開示されている（例えば、特許文献２参照）。このように、ワークの位置合わせを、より高精度に行う技術の開発が望まれている。

実公平１−４６２５９号公報 実公昭５６−４９６８６号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、工作機械によるワークの加工時の該ワークの位置決めを、高精度に行うことができるワーク位置決め装置およびワーク位置決め装置を備えた工作機械を提供することを目的とするものである。

本発明に係るワーク位置決め装置は、加工の基準部を有するワークを支持する支持手段と、前記ワークを移動させる移動手段とを備え、前記基準部と所定の位置決め部とが当接するように、前記移動手段により前記ワークを移動させ、工作機械に対して前記ワークの位置決めを行うワーク位置決め装置において、前記位置決め部が、前記支持手段に形成され、前記支持手段が、前記工作機械に対して所定の位置に配置され、前記工作機械に装着された状態の前記ワークを支持するように構成され、前記支持手段により前記ワークを支持した状態で、前記工作機械への装着が解除された前記ワークを、前記移動手段により前記基準部と前記位置決め部とが当接するように移動させることを特徴とする。

また、本発明に係る工作機械は、上述のような位置決め装置を備えたことを特徴とする。

本発明に係るワーク位置決め装置およびこのワーク位置決め装置を備えた工作機械によれば、工作機械によるワークの加工時の該ワークの位置決めを、高精度に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るワーク位置決め装置を備えた工作機械の要部を示す平面図である。 図１に示したワークの拡大断面図である。 図１に示した主軸およびワーク位置決め装置の要部断面図である。 ローダ装置によって供給されたワークを、主軸のコレットチャックで把持した状態を示す断面図である。 ワーク位置決め装置の作動図であり、刃物台側に前進した主軸が把持するワーク内に、ワーク位置決め装置のワーク位置決めピンを挿入した状態を示す。 ワーク位置決め装置の作動図であり、コレットチャックを開作動し、移動手段の圧縮バネによりワークをワーク位置決めピンの方向に押圧した状態を示す。 ワーク位置決め装置の作動図であり、移動手段のプッシュロッドをワークの方向に移動させ、押圧治具を介してワークを位置決めピンに押し付け、ワークの段付き基準面をワーク位置決めピンの先端の位置決め面に当接させた状態を示す。 ワーク位置決め装置の作動図であり、主軸をワークの方向に前進させて、コレットチャックによるワークの把持位置を調整した状態を示す。 ワーク位置決め装置の作動図であり、コレットチャックを閉作動して、位置調整が行われたワークをコレットチャックで把持した状態を示す。 ワーク位置決め装置によるワーク位置決め処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るワーク位置決め装置を備えた工作機械（自動旋盤装置）の実施形態について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の工作機械１００は、ワーク２００（図２参照）を把持する主軸１０と、この主軸１０で把持したワーク２００の位置決めを行うワーク位置決め装置４０（図５参照）と、ワーク２００を主軸１０に供給するローダ装置５０（ワーク供給装置）と、ワーク２００を加工する工具が装着された刃物台６０と、工作機械１００の動作を制御する制御装置（図示せず）と、を備えている。

主軸１０は、軸線Ｃを中心に回転駆動自在に、主軸台１１に支持されている。主軸台１１は、軸線Ｃと同一方向のＺ軸方向に移動自在に、工作機械１００のベッド１上に設けられている。主軸１０は、図３に示すように、前端にコレットチャック２１を有している。コレットチャック２１は、開閉手段２２によって開閉される。

開閉手段２２は、シリンダ３２の駆動によって駆動レバー３３を介して摺動部材３１を摺動させて、図３に示すａ，ｂ方向に押圧爪２５を揺動し、スリーブ押圧部材２４を介してスリーブ２３をスライド移動させることによってコレットチャック２１の開閉を行う。なお開閉手段２２の詳細な構造及び作動は従来公知であるため説明を割愛する。ローダ装置５０によって、ワーク収容部５２からワーク２００を１つずつ取り出し、主軸１０に向けて送り出し、主軸１０の前端側から開状態のコレットチャック２１に挿入し、コレットチャック２１を閉状態とすることにより、ワーク２００は主軸１０に把持され、工作機械１００に装着される。

刃物台６０は、図１に示すように、主軸１０の前方Ｆ側に、移動自在に設けられている。本実施形態において、刃物台６０は、タレット刃物台からなり、図５に示すように、工具を装着する工具ホルダ６１を複数備えている。ワーク２００を主軸１０で把持し、ローダ装置５０を主軸１０の前方から退避させ、主軸台１１と刃物台６０を移動させることによって、工具ホルダ６１に装着された工具（例えばバイト６２）によりワーク２００を加工することができる。

本実施形態のワーク２００は、図２に示すように、直径（図２の内径ｄ１，ｄ２，ｄ３）が異なる領域からなる段付きの貫通孔２１０を備え、異なる外径Ｄ１，Ｄ２を有した中空の細長丸棒状に形成され、この貫通孔の段付き面を基準面２３０として加工される。この基準面２３０が加工の基準部を構成している。ワーク２００は、後方Ｒの端面２２０側からコレットチャック２１内に挿入される。

ワーク位置決め装置４０は、図５等に示すように、ワーク２００の支持手段である位置決めピン４１と、ワーク２００を移動させる移動手段４２と、を備えている。位置決めピン４１は、先端が主軸１０に向かって突出するように工具ホルダ６１ａに取り付けられている。位置決めピン４１の先端側はワーク２００の貫通孔２１０に、ワーク２００の前方Ｆから挿入可能に形成されている。刃物台６０を、位置決めピン４１が主軸１０の前方Ｆに主軸１０と同軸上に配置されるように移動させ、ワーク２００を把持した状態の主軸１０をＺ軸方向に前進させる。これにより、位置決めピン４１は、ワーク２００内に前方Ｆから挿入され、ワーク２００を主軸１０に把持された状態で支持する。

移動手段４２は、主軸１０内に収容され、後方Ｒ側が中空をなす棒状の押圧治具４３と、押圧治具４３内に、後方Ｒからスライド移動自在に挿入されているプッシュロッド４５とを備えている。押圧治具４３は、主軸１０内に設けられた支持体４４に、Ｚ軸方向にスライド移動自在に支持されている。押圧治具４３には、圧縮バネ４７が外嵌されている。圧縮バネ４７は押圧治具４３に形成されたフランジ４３ａと支持体４４との間に介設されている。押圧治具４３は、圧縮バネ４７により、前方Ｆに付勢されている。また、押圧治具４３の先端４３ｂ側は、コレットチャック２１内のワーク２００の端面２２０と当接できるような形状（例えば、本実施形態では、ワーク２００端面２２０側の外径Ｄ２とほぼ同径の円形）で形成されている。

プッシュロッド４５は、主軸１０側に設けられたエアシリンダ４８のシリンダ軸４８ａに連結されている。エアシリンダ４８によるシリンダ軸４８ａの伸縮駆動によって、プッシュロッド４５が押圧治具４３内でＺ軸方向に沿ってスライド移動する。シリンダ軸４８ａの縮駆動により、プッシュロッド４５が前方Ｆに移動すると、プッシュロッド４５は、前端４５ａが押圧治具４３内の端面４３ｃに当接し、押圧治具４３を前方（ワーク２００の方向）に向かって押圧する（図７等参照）。また、シリンダ軸４８ａの伸駆動により、プッシュロッド４５が後方Ｒに移動すると、プッシュロッド４５による押圧治具４３の押圧が解除される（図９等参照）。

エアシリンダ４８側には、シリンダ軸４８ａの縮状態と伸状態とを検出する検出センサ４９ａ，４９ｂが設けられている。なお、本実施形態において、シリンダ軸４８ａの縮状態を検出する検出センサ４９ａは、シリンダ軸４８ａが縮駆動された位置から僅かに伸び方向に移動した位置を検出するように設けられている。シリンダ軸４８ａを、縮駆動された状態から伸駆動し、シリンダ軸４８ａの伸状態を検出する検出センサ４９ｂが検出する前に、縮状態を検出する検出センサ４９ａが検出することによって、シリンダ軸４８ａの縮駆動が正常に行われたことを検出することができる。なお、本実施形態では、縮状態、伸状態を検出すると、各検出センサ４９ａ，４８ｂに備えられたランプ等が点灯する構成としている。

ワーク位置決め装置４０によるワーク位置決め動作（ワーク位置決め処理）を、図４〜図９の作動図および図１０のフローチャートを参照して説明する。

図４に示すように、前述したローダ装置５０により、主軸１０に対してワーク２００が供給され、ワーク２００がコレットチャック２１によって把持され、ワーク２００が工作機械１００に装着された状態で、位置決めピン４１が、主軸１０の前方Ｆに、主軸１０と同軸上に配置され、位置決めピン４１の先端の位置決め面４１ａが、所定の基準位置Ｐ（図５参照）に位置するように、刃物台６０がＺ軸方向の所定の座標位置で位置決めされるものとする。この状態で、ステップＳ１で、図５に示すように、主軸１０を、Ｚ軸方向に前進移動させ、刃物台６０に対してＺ軸方向の所定の座標位置に位置決めする。この主軸１０の移動により、ワーク２００を把持した状態でコレットチャック２１が前方Ｆに移動し、位置決めピン４１がワーク２００内に挿入され、ワーク２００が位置決めピン４１により支持される（支持工程）。このときのコレットチャック２１の先端の位置を「Ａ」とする。またこの主軸１０の移動に伴って、エアシリンダ４８は主軸１０と一体に前方Ｆに移動する。

次に、ステップＳ２で、図６に示すように、コレットチャック２１を開作動させ、コレットチャック２１によるワーク２００の把持を解除する（工作機械１００への装着の解除）。これにより、圧縮バネ４７の付勢力によって、ワーク２００の端面２２０に、押圧治具４３の先端４３ｂが当接し、押圧治具４３が、ワーク２００を位置決めピン４１の方向に押圧付勢することで、ワーク２００が前方Ｆに移動する（移動工程）。なお、ワーク２００は、位置決めピン４１によって支持されるため、コレットチャック２１を開状態としても、ワーク２００が脱落することはない。このワーク２００の移動によって、ワーク２００は、基準面２３０が、位置決めピン４１の先端面（位置決め面４１ａ）と当接して位置決めされる。位置決め面４１ａは、ワーク２００の基準面２３０と当接し、ワーク２００の位置決めを行う位置決め部を構成している。

次に、ステップＳ３では、図７に示すように、シリンダ軸４８ａを縮駆動させて、プッシュロッド４５を前方Ｆに移動させる。このプッシュロッド４５の移動により、プッシュロッド４５は、押圧治具４３を介して、ワーク２００を押圧する。この押圧により、仮に圧縮バネ４７によるワーク２００の押圧不良が発生していた場合でも、ワーク２００が開状態のコレットチャック２１内を、位置決めピン４１の方向（前方Ｆ）に確実に移動して、該位置決めピン４１にワーク２００が押し付けられ、基準面２３０が、位置決め面４１ａに当接して、基準面２３０が基準位置Ｐに位置する。

この当接状態で、コレットチャック２１を閉作動することで、基準面２３０が所定の座標位置に位置するように位置決めされたワーク２００の予め定められた所定の位置を、コレットチャック２１にて把持し得る。なお、本実施形態では、ステップＳ４以降で、ワーク２００（基準面２３０）に対する、コレットチャック２１によるワーク２００の把持位置を調整している。

ステップＳ４では、図８に示すように、主軸１０をワーク２００の方向（前方Ｆ）に、予め定められた所定距離（例えば、５ｍｍ）だけ移動させる。この主軸１０の移動により、コレットチャック２１の先端の位置が「Ａ」から「Ｂ」に前記所定距離だけ移動する。なお、この主軸１０の移動に伴い、エアシリンダ４８は主軸１０とともに前方Ｆに所定距離だけ移動する。ただし、プッシュロッド４５が位置決めされた状態で維持されるため、シリンダ軸４８ａは、移動することなく、エアシリンダ４８に対して、先のステップＳ３での縮駆動による縮状態から、僅かに伸び方向に伸びた状態となり、縮状態を検出する検出センサ４９ａが未検出の状態から縮状態の検出状態となり（ステップＳ５）、縮状態の検出を知らせるランプを点灯させる。このような検出センサ４９ａによるシリンダ軸４８ａの縮駆動の検出により、先のステップＳ３で、押圧治具４３によって確実にワーク２００が押圧されて、基準面２３０が、位置決め面４１ａに確実に当接し、主軸１０が前記所定距離移動した状態であることを検知することができる。

主軸１０の移動後、ステップＳ６で、図９に示すように、開閉手段２２によりコレットチャック２１を閉作動することで、コレットチャック２１によるワーク２００の把持位置が調整される。また、シリンダ軸４８ａを伸駆動させて元の位置に戻し、押圧治具４３の押圧を解除する。この際、検出センサ４９ｂがシリンダ軸４８ａの伸状態を検出し、コレットチャック２１によるワーク２００の把持の完了が検出される。コレットチャック２１によるワーク２００の把持が完了したら、ステップＳ７で、刃物台６０、または、主軸１０をＺ軸方向に移動させることで、ワーク２００内から位置決めピン４１を抜き出す。以上で、ワーク２００の位置決め処理が完了する。

以上のように、基準面２３０を基準としたワーク２００の所定の位置を、コレットチャック２１により把持しているため、工作機械１００では、この基準面２３０を基準部として、ワーク２００を高精度で加工することができる。

なお従来、主軸１０内に、加工が完了したワーク２００を主軸１０からノックアウトして排出するノックアウト機構を備えた工作機械が知られている。このノックアウト機構を、本実施形態の移動手段４２に転用したり、前記ノックアウト機構と移動手段４２とを兼用し、押圧治具４３によってワーク２００を前方Ｆに押し出して主軸１０から排出する構成とすることができ、部品点数の削減、工作機械１００の小型化等も実現することができる。

以上、本実施形態のワーク位置決め装置４０を備えた工作機械１００によれば、段付き部材であるワーク２００の内周面に形成された寸法精度の高い基準面２３０を基準として、ワーク２００の位置決めを行っている。そのため、ワーク２００の位置決めを高精度に行うことができ、ワーク２００の加工（二次加工）における加工開始点のばらつきを抑制し、ワーク２００の加工精度を向上させることができる。

また、この工作機械１００は、コレットチャック２１をチャック部として適用したものであるが、本発明に係る工作機械におけるチャック部は、コレットチャックに限定されるものではなく、ましてや、開閉手段２２による押し形式のコレットチャックに限定されるものではない。また、ワーク２００の基準部は、内周面に形成された基準面に限定されるものではなく、ワーク２００の外周面その他に形成された所定の部位を基準部とすることもできる。

以上、本発明の実施形態を図面により詳述してきたが、上記実施形態は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記実施形態の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

１０ 主軸 ４０ ワーク位置決め装置 ４１ 位置決めピン（支持手段）
４１ａ 位置決め面（位置決め部） ４２ 移動手段 ４３ 押圧治具
４５ プッシュロッド １００ 工作機械
２００ ワーク ２３０ 基準面（基準部）

Claims (6)

1. 加工の基準部を有するワークを支持する支持手段と、前記ワークを移動させる移動手段とを備え、前記基準部と所定の位置決め部とが当接するように、前記移動手段により前記ワークを移動させ、工作機械に対して前記ワークの位置決めを行うワーク位置決め装置において、
   前記支持手段は、前記工作機械の予め決められた位置に位置決めされたピン部材からなり、前記ピン部材が前記ワーク内に挿入されることで、前記ワークを支持し、
   前記ピン部材の先端を、前記ワークの前記基準部と当接させる位置決め部とし、
   前記移動手段が、前記工作機械に装着された状態で前記ピン部材に挿入されて、前記支持手段により支持される前記ワークを、前記支持手段により支持されたまま、前記工作機械への装着が解除された状態で、前記基準部と前記位置決め部とが当接するように移動させる構成であることを特徴とするワーク位置決め装置。
2. 前記工作機械に装着された前記ワークを、前記支持手段により支持し、前記工作機械への装着を解除した状態で、前記移動手段により前記ワークを前記位置決め部の方向に移動させ、前記ワークの前記基準部を前記位置決め部に当接させ、この当接状態で、前記ワークを前記工作機械に装着することを特徴とする請求項１に記載のワーク位置決め装置。
3. 前記移動手段は、前記工作機械の前記ワークを把持する主軸内に収容された押圧治具と、前記押圧治具を前記ワークの方向に押圧することで、該押圧治具を介して、前記ワークを前記位置決め部の方向に押圧するプッシュロッドと、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のワーク位置決め装置。
4. 前記ワークは、段付きの貫通孔を有し、前記貫通孔の段付き面を、前記基準部とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のワーク位置決め装置。
5. 前記工作機械が、前記ワークを把持する主軸を備え、前記ワークは前記主軸により把持されることによって前記工作機械に装着され、前記ピン部材が前記主軸の軸線上に配置され、前記主軸に把持された状態で前記支持手段により支持される前記ワークを、前記支持手段により支持されたまま、前記主軸による把持を解除した状態で、前記移動手段が前記位置決め部の方向に移動させて、前記基準部を前記位置決め部に当接させ、前記当接状態で、前記主軸が前記ワークの方向に移動して、所定の移動位置で前記ワークを把持することによって、前記主軸による前記ワークの把持位置が調整されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のワーク位置決め装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の位置決め装置を備えたことを特徴とする工作機械。