JPH02115980A - 治具自動設計装置および治具の設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ワークに、例えば溶接９組み付け。

固定、切削等の加工を行なうために、該ワーク若しくは
工具等を固定、案内等するための治具の、例えば、コン
ピュータシステム等を利用した自動設計装置に関する。

（従来の技術） 従来の所謂ＣＡＤ／ＣＡＭと称される設計支援システム
においては、大歯、次のような設計手法を用いている。

設計対象のワークが複数の部品から構成されている場合
、個々の部品に関する図形データベースは実際の部品の
形状に略対応している。例えば、ある部品がある縦×横
×高さ比によって基本的に特徴付けられているときは、
その図形データも同じ縦×横×高さ比を持っている。図
形データベースには、各種部品についての図形データが
、また、同一部品についても各種態様の図形データが前
もって登録されている。従って、どの部品を選択するか
、同じ部品でもどのような形態の部品を選択するかは、
オペレータが指示するか、プログラム的に指示するかの
差異はあっても、表示されるものは、指示された部品に
等価な図形が表示されるだけである。例えば、特開昭６
２−１３７２１９号は、金型の自動設計に関する技術で
あるが、表示図形に関して言えば、上記のことは、その
まま、この特開昭の技術にあてはまる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、ＣＡＤ／ＣＡＭにおいて、任意な形状をもつ
ものを設計することはあり得す、設計されたものは、必
ず、一定の目的意識の下に、一定の条件を満足したもの
とならなければならない。

例えば、治具を自動設計する場合、任意形状の治具等は
あり得ない。先ず、設計された治具は、治具の対象であ
るワークとその治具との当接面の位置、形状によって規
制される筈である。また、治具は基本的に移動し、また
可動部分を含むから、この治具はワークの他の部分と干
渉しないようにしなければならないから、治具設計で考
慮しなければならないのは、上記当接面だけに限らず、
ワーク全体の形状にかかつてくる。即ち、たった１つの
治具を設計するだけでも、極めて多くの制限条件を考慮
しなければならないのである。換言すれば、これらの制
限条件、規制条件に合致しないものは、治具として役に
立たないのである。

ところが、上記従来のＣＡＤ／ＣＡＭでは、前述したよ
うに、会話形式で、オペレータなりプログラマなりが、
線を引き、または登録部品を選択し、すると、システム
が、それらに直に対応する図形データをデータベースか
ら取出して表示しているに過ぎないから、治具として役
に立つものを設計するためには、上記条件を満足しない
ものが結果的に設計された場合は、設計作業を最初から
やり直さざるを得ない。このことは、設計時間の長時間
化を招き、極めて非能率である。もし、設計時間を短縮
しようとすれば、そのオペレータなりプログラマは、線
引き指示若しくは部品選択指示指令を出す前に、頭の中
で、どのような表示図形が描かれるかを、ある程度思い
描き、頭の中で取捨選択をしてから、上記指示選択を行
なって、なるべく確らしい部品形状なりを指定するよう
に努力をしなければならない、ところが、上述した制限
／規制条件は種々多様であり、これらの前提として全体
の図形を頭で描くことは至難の業であり、結局作業効率
の低下に行き着くのが落ちである。

そこで、本発明は上述従来例の欠点を除去するために、
それらとは根本的に発想を異にしたものとして提案され
た。即ち、その目的は、ワークの加工対象部位という最
も基本的な設計出発条件と、治具の部品構成をラフに表
わす基礎的モデルのみを前提としで、これらから、治具
の正確な構造を表わす構造モデルを自動設計し、治具の
自動設計が可能となる治具自動設計装置を提案するとこ
ろにある。

（課題を達成するための手段及び作用）上記課題を達成
するための本発明の構成は、第１図に示すように、治具
を構成する１つ以上の部品の連関を基礎的に表わす基礎
関係モデルを生成する手段と、加工対象ワークの加工部
位に関連するデータを出発点にして、前記基礎関係モデ
ルに従って、前記治具を構成する部品の構造モデルを順
次生成する手段とを具備したことを特徴とする。

［以下余白］ （実施例） 以下添付図面を参照して、本発明を、部品から完成品に
組立てる自動車の車体組立ラインで使われる治具であっ
て、そのライン上で該部品を固定するために用いられる
治具を自動設計するためのＣＡＤシステムに適用した実
施例を説明する。

〈実施例の概念〉 第１図及び第２図はこの実施例に係るＣＡＤシステムの
概念を示す。このＣＡＤシステムでは、出発点は加工面
に関する基準データと、基礎関係モデルである。この基
準データと、基礎関係モデルについては後に詳述するが
、基準データとは少なくとも、加工部位に関連するデー
タを含むものであり、基礎関係モデルとは、治具を構成
する部品の可動部分と非可動部分とからなる構成部品と
その機構学的関係を示す数式モデル（「機構モデルＪ　
ト称−ｔ　）あるいは幾何学的関係を示す数式モデル（
「幾何学モデル」と称す）である。幾何学モデルとは部
品間の配置関係、ワーク形状からの「スキ」　（逃げ量
）等を表現する。

これら基準データと基礎関係モデルとから、部品の構造
モデルが生成される。構造モデルは、基準データと基礎
関係モデルから設計されたところの、設計対象の治具ユ
ニットを特定するｒ仕様」（ｒ部品仕様１等ような概念
）の集合であり、ユニットに１対１に対応する。ユニッ
ト構造の全体は、１つの部品の仕様が決まることにより
、その仕様が他の部品の設計条件の１つになり、この他
の部品の仕様が決まる、この他の部品の決定仕様が更に
他の部品の設計条件の１つとなる、次に・・・・・・　
というように連係的にユニット構造が具体化されていく
、設計中の具体的なデータの格納場所として「設計デー
タベース」、が使われる。第２図に示すように、ｒ部品
仕様１は、既存の標準部品がこのシステム内に存在すれ
ば、その標準部品から所望のものを選択するｒ選択条件
１に対応する。もし、標準部品中に所望のものがなけれ
ば、この部品仕様に基づいてこの部品仕様に近い形状を
創成するための仕様（ｒ創成条件」）となる。

各データベース間の入出力は、設計データベース中のユ
ニット構造レコード（第１４図）を介して行なわれる。

この治具設計システムによると、 ■二人間の把握に適したｒ部品仕様概念の集合１として
の「構造モデル」が生成されるので、自動設計が極めて
容易である。従来のＣＡＤシステムでは、設計が具体的
な線図の集まりでしかなく、設計の途中段階では、未完
成な状態での線図が表示されても、それが適切なもので
あるか否かの把握は、人間には容易ではなかった。

■：また、この治具設計システムでは、ｒ部品仕様概念
の集合」としての構造モデルに連係して、標準部品が選
択されるので、形状をオペレータの作図指示によって作
成しなければならないものは最小限で済む。

■：また、治具の当接面は、ワーク加工面データに基づ
い−て直接生成されるので、加工精度が飛躍的に向上す
る。

（実施例システムの概略〉 第３図は実施例ＣＡＤシステムの全体を示す図である、
このＣＡＤシステムは、第１に治具設計工数の削減を目
的としたものであり、第２にＮＣ加工による精度向上と
、第３に標準化の促進を図らんとするものである。この
ような目的のために該システムにおける自動設計のコン
セントは、＊設計手順、パターンをプログラム化し、＊
標準部品をプログラム化し、 ＊設計条件入力に従い設計諸元（選択条件と創成条件）
の自動算出を行ない、 ＊選択条件に従って適合する標準部品の検索と配置を行
ない、 ＊部品形状の自動創成を行ない（創成条件出力）、 ＊三次元データから直接二次元図面を作成し、 ＊三次元データから直接ＮＣデータを生成する というものである。上記のコンセントは以下の説明で明
らかになるものであるが、先ず、第３図により、システ
ムの構成について説明する。本ｃＡＤシステムにおいて
は、３つの人力データベースと、１つの出力データベー
スが使われる。入力データベースは、当該治具の加工対
象になるワークに関するデータを含む「ワークマスタデ
ータベース（ＷＤＢ）Ｊｌと、治具を標準部品で構成し
た場合に使用される標準部品に関するデータを含むｒ標
準部品データベース（ＰＤＢ）Ｊ２と、治具を構成する
治具構成部品とその機構学的関係あるいは幾何学的関係
が数式モデルとして記憶されている基礎関係モデル等を
含むｒ設計標準化データベース（ＳＤＲ）Ｊである。ま
た、出力データベースは「設計データベース」４である
。

ワークマスタデータベース１は、主に、ワーク形状に関
するｒワーク形状データＪと、そのワークのどの位置を
その治具による加工対象位置とするかを示すｒ加工基準
データ１等からなる。ホストシステム３は、これら３つ
の人力データベースを前もって作成したものを記憶して
おく。治具を設計する段になると、操作者はワークステ
ーション８を介して、ワークの種類、ワークの加工部位
（加工基準データ）、関係モデルの選定等の人力を行な
う。これらの入力を前提として、ホストシステム３は、
操作者と会話形式で、詳細設計を行なう。この際、シス
テム３は、選定人力された基礎関係モデル及びワーク加
工部位とに基づいて、第３図に示すように、設計標準化
データベースとワークマスタデータベースとをサーチし
て、ｒ基礎関係モデル」からｒ構造モデル１を作成する
。

構造モデルが作成されると、ｒワーク形状データ１から
、この治具を表わす構造モデルとワークとの干渉等の不
適合を調べる。もし干渉があれば、干渉が起こらないよ
うに、ユニークな部位を設計し直す。このようにして設
計された構造モデルに基づいて、「選択条件」及び「創
成条件」を出力する。出力された選択条件に従って、仕
様が合致する標準部品を標準部品データベース内にサー
チルて、設計データベースとして出力する。また、創成
条件に従って設計部品を設計して、設計データベースに
出力する。この設計データベースから、治具分解図、ユ
ニット図、総組図、部品表等と共に、ＮＣデータを必要
に応じて出力する。

〈設計対象治具） 第３図システムは種々のワークに対して、どのような加
工を行なうかによって、色々な治具を自動設計できるも
のであるが、第４図に、そのようにして設計された治具
の一例の分解斜視図を示す。

この治具は、薄い鋼板からなるワークの一部分１６をク
ランプするための治具であり、それは、シリンダ１０と
、クランプアーム１１と、ロケータ（受は板）１２と、
イケール１３等を主な構成要素とする。１５はワーク１
６の加工基準部位の形状を表わす。１４は、このワーク
１６の加工基準部位が当接するロケータ１２側の受は面
の形状を示す。第５図は、該治具がベツド１０１上に組
立られ画定された状態で、ワーク１６を挟持している状
態の正面はである。治具１００はワーク１６を受けるも
のであるために、この治具を「受は台ユニット」と呼ぶ
ことにする。この受は台二二ット１００がワーク１６を
挟持してクランプ動作を行なうためには、第５図に示す
ように、クランプアーム１１がクランプ支点Ｊ、の周り
に回動動作を行なう必要がある。この治具ユニット１０
０では、この回動動作をシリンダ１ｏのピストン動作を
変換することにより得ている。即ち、シリンダ１０のロ
ッド１０ａの端部がクランプアーム１１の端部と回動自
在に支持される。クランプアーム１１は、ロケータ１２
に対して、クランプ支点Ｊ、に回動自在に支持され、シ
リンダ１ｏは支点Ｊ、の周りに回動自在に支持される。

シリンダ１０が実線で示した状態にあるときは、クラン
プアーム１１はクランプ状態にあり、シリンダ１ｏが一
点鎖線で示した状態にあるときは、クランプアーム１０
はクランプ状態から、例えば７０度開動た状態にある。

尚、ロケータ１２はイケール１３にボルトで固定され、
イケール１３はベツド１ｏ１にボルトで固定される。

〈標準部品〉 第６図に、本ＣＡＤシステムに用いられる標準部品の種
類と、その標準部品を特定する「選択条件１、ｒ創成条
件１を示す。この標準部品としては、例として、Ｔ　ｆ
ｆｌ類とした。即ち、７つの標準部品の部品名は、ｒイ
ケール１モデル、ｒシリンダ１モデル、「クランプアー
ム１モデル、ｒロケータ１モデル、ｒベツド１モデル、
ｒシリンダブラケットコモデル、ｒ付属品」モデルであ
る。本システムの特徴の１つは、ｒ標準部品」がｒ選択
条件１、ｒ創成条件Ｊという概念として把握されている
ことである。即ち、例えば、ｒシリンダ」モデルという
部品概念があれば、その概念は先ず、シリンダという部
品名称によって特定され、次に、シリンダのロッドのｒ
ストローク長Ｊ１ｒピストン径」によって特定される。

もし、ｒシリンダ」モデルに対して、ｒストローク長１
、ｒピスト、ン径１が特定されれば、実在する１つのシ
リンダが特定される。標準部品データベースＰＤＢでは
、このようにして特定された標準部品は端に形状寸法だ
けでなく、例えば、供給メーカ名、重量、呼び形式、値
段等の非図形仕様も決定仕様として取出すことができる
ようになっている。実際の表示図形は、これら特定され
たｒストローク長」、ｒピストン径１に従って、シリン
ダ図形生成プログラムが生成する。従来のＣＡＤシステ
ムにおいては、部品とは、その部品名により特定される
「表示図形データ」の集りであったが、本システムでは
、部品は、ｒ部品名１とｒ選択条件」若しくはｒ創成条
件１に特定される概念でしかない。即ち、自動設計は、
概念として、ｒ部品名１とｒ選択条件１若しくはｒ創成
条件」とに基づいて行なえばよく、もし、図形表示が必
要であれば、標準部品プログラムが、部品名に従って図
形生成を要求する機能コード等とともにコールされ、コ
ールされたプログラムが特定された創成条件に従って図
形を生成すればよいことになる。また、図形表示は不要
で、型式名や呼び寸法、メーカ名などの部品仕様が必要
であれば、仕様を出力させる機能コードと共に標準部品
プログラムをコールすることにより実現される。

前述したように、構造モデルが形成されてゆく過程で、
１つの部品モデルがつくられると、その部品仕様が他の
部品の設計条件となって、連係的にユニット構造が具体
化されていく。第６図に示した表の設計条件の項に、各
部品の「設計条件」を挙げる。

（基礎関係モデル〉 ここで、基礎関係モデルの概念について説明する。本Ｃ
ＡＤシステムは、設計工数の削減を最大課題としている
から、操作者が指示人力すべきものは極力少ない方がよ
い。最も初原的なデータは、治具の機能である。即ち、
その治具はどのような目的に用いられるかである。例え
ば、この実施例のように、治具の機能はクランプという
動作である。クランプという機能に対して、本システム
は、クランプの形態を次のように前もって定式化し分類
している。

（ａ）：ワーク受は面に対してクランプアームが左側に
伸びているか、右側に伸びているかによる分類。これは
、ワークの形状が、どちらの方向に伸びているかにより
決まる。第４図の例では、ワークは右側に伸びているの
で、クランプアームは左側に伸びている。

（ｂ）ニジリンダロッドが伸びたときに、クランプ動作
を行なうのか、縮んだときにクランプ動作を行なうのか
による分類。

（Ｃ）：イケールの支柱が、第４図に示すように、図面
の向こう側にあるのか、こちら側にあるのかによる分類
。

（ｄ）ニジリンダ、クランプアームのロケータに対する
取付は形態による分類。例えば、クランプアームの端部
とシリンダロッドの端部とが直接連結されているのか、
または間にジヨイント部分が入るのか否か、クランプア
ームのロケータに対する取付は位置Ｊ、が、シリンダの
ロケータに対する取付は位置Ｊ２よりも上にあるか、下
にあるか等。

（ｅ）：クランプ力による分類。加工部位に対応したク
ランプ力の設定。

（ｆ）：アンクランプ角度（第５図の例においては７０
度）による分類。

（ｇ）ニジリンダは１つのワークに対して複数箇所で行
なわれるか、そして、複数箇所で行なわれる場合に、夫
々複数個のシリンダ及びクランプアームは１つのロケー
タに指示されるのか、否か 等である。この実施例のＣＡＤシステムでは、上記の分
類に従って定式化した「基礎関係モデル」を複数準備し
、治具の形式別に組合わせてモデル化し、各モデルを選
択で台るように、ワークステーション８上にメニュー画
面として表示されるようにした。

基礎関係モデルは、代数演算式、論理判断式、ベクトル
演算式、文字式等からなる数式モデルとして表わされる
。本実施例システムでは、第６図に示すように、基礎関
係モデルは、ワーク受は面の特定１、クランプ力等の特
定が行なわれれば、１つの基礎関係モデルが選択される
。１つの基礎関係モデルから、それを構成する構造モデ
ルが生成され、部品モデルのｒ選択条件」「創成条件１
が決定され、即ち、数式表現に過ぎなかった基礎関係モ
デルが肉付けされる。

第５図に示した受は台ユニット１００を例にして、基礎
関係モデルの数式モデルについて説明する。この数式モ
デルは、１つの基礎関係モデルに対して、そのモデルを
構成する部品モデル間の幾何学的配置関係を関数として
表わしたものである。第７図に、第５図に示した受は台
ユニット１００の幾何学モデルを示す。同図における記
号の意味は次の表の通りである。

以下余白 表（続き） 表（続き） 第２図で述べたように、基礎関係モデルは、機構モデル
と幾何学モデルからなる。第７図に、第５図のユニット
を設計するための機構モデルを示す。尚、第７図に示し
た機構モデルは、クランプとシリンダを含むだけである
。これは、イケール、ロケータには可動部分がないので
、可動部分を有するシリンダ、クランプのみによりモデ
ルを構成し、可動部分部品のみからモデルの構成を特定
して（即ち、ｒ選択条件Ｊを計算し）、次に非可動部分
を決定する（即ち、ｒ創成条件１を計算する）ようにし
ている。この機構モデルに基づいて、先ず、 クランプ固定支点座標Ｊ１ を求め、次に、 クランプアーム長ｒ１ アンクランプ角度θ。

クランブリンク長ｒ３ クランプロッド節点座標Ｊ。

シリンダストローク長 シリンダ固定支点Ｊ。

アンクランプ時のシリンダロッド長ｌ。

等を求める。上記の量を求める過程において、最初の出
発点となる量は、ワーク１６がクランプされる面の端点
Ｐ、、Ｐ２のワールド座標値、Ｐ＋　　（Ｐ’ｓ、　、
　Ｐ’ｌｙ　、　Ｐ’ｌｚ　）Ｐ２　　（Ｐ’２Ｘ、Ｐ
’ｚｙ、Ｐ”２−　）と、アンクランプ時のクランプ端
部の位置△Ｘ。

△Ｙだけであり、これらの量から、幾何学モデルを決定
する上記量が得られる点が重要である。

尚、説明の便宜上、 Ｐｏｌよ＝ｐ’、。

を仮定している。

先ず、Ｐ、、Ｐ、座標のＰ。基準への変換を行なって、
ローカル座標系でＰ、、Ｐ、を表わすと、 Ｐ　、Ｘ＝　Ｐ　’　ｌｘ　　−Ｐ　ＯＸｐ　、、＝　
ｐ　’＋ｙ　　−ｐ　ａｙＰ　Ｉ！＝　Ｐ　’ｌ！　　
−Ｐ　ＯｚＰ　２Ｘ＝　Ｐ　’２１１　−　Ｐ　ｏｘシ
リンダ内径φ１ Ｐ　２ｙ”’　Ｐ　’２１　　　Ｐ　ａｙＰ　２１＝Ｐ
　’２ｚ　　−Ｐ　Ｏｘ である。これから、クランプ面の傾き角θ、を求めると
、 が得られる。以降は、このθ２と、ローカル座標系で表
わしたＰＩ　、Ｐ２とから諸量を求める。

クランプ　も座標値Ｊ。

Ｓをクランプ面とＸ軸とが成す交線方向の単位ベクトル
とし、ｐを点Ｐ、からＪｌまでのベクトルとし、ｑを２
２からＱまでのベクトルとすると、 であり、 ｐ＝ｋｓ　（ｋは定数）　　　　・・・・・・（２）と
表わせる。クランプアームは回転動作を行なうのである
から、 −〉　　　　　　　　−一一−ｔ ＩＦ５　　　Ｊ＋　　　ｌ　　　＝ｌ　　　ＱＪ＋　　
　１　　　　　　　　・・　・・　・・　　（３）−一
今　　　−一一一一÷ ｑ＝ｐｏ　Ｑ−ＰＯＰ２　　　　　　　　”・・・　（
４）である、ここで、 ｘ　＝ｓｇｎ（Ｐ　ＩＭ）　・Δｘ＋ｐ、。

ｙミ△Ｙ　　　　　　　　　　　・・・・・・（５）ｓ
ｇｎ（Ｐ、・ゝ＝（−’：：：置：？：・・・・・・　
（６） と定義し、また△Ｘ、△Ｙを第７図に示した設計条件値
とすると、ベクトルｑは（４）式より、ｑ　″″　（夛
　）　−は：：）　　”　　Ｌ　　ｍ　　七：二）・・
・・・・（７） と表わされる。（２）（３）（４）式より、Ｉｋｓ−ｑ
ｌ　２＝　　ｌｋｓ　　１２が得られ、これに（７）式
を代入し、次のような変数変換、 αミｘ−Ｐ、。

βミツ−Ｐ　２ｙ を行なうと次式が得られる。

従って、（２）式よりｐ＝ｋｓであるから、ｐ　＝ であり、クランプ支点座標Ｊ１つ＋Ｊｌ）ｌはとなる。

かくして、クランプ支点Ｊ、の座標値が演算された。次
に、クランプ支点座標Ｊ、の有効範囲を考察する。

例えば、受は台ユニット１０１のようなりランブユニツ
、トの場合、アンクランプ時のクランプ端点は、ワーク
形状端からの門れ距疏と、クランプ面からの高さにより
、その位置が制限される。即ち、アンクランプ端は該治
具へのワーク着脱を容易にするために、ワークより適切
な距離だけ離れなければならず、また、他の治具への干
渉を防ぎ、作業時の邪魔にならないようにするために、
離れ過ぎてもいけない、という設計条件が与えられる。

ここで、ワーク形状端点は、ワーク形状データより容易
に得られるが、説明の便宜上、点Ｐ、をワーク形状端と
みなした時のクランプアーム先端Ｑのアンクランプ時の
離れ量をΔＸ、ΔＹとし、△Ｘの取り得る範囲を設計定
数ΔＸ１ｌＩｎ＋△Ｘ□８とすれば、（５）式により、
Ｐｌｘ≦０のとき、 ＰＩＸ−△ｘ１、≧Ｘ≧ＰＩＸ−△Ｘ　、、。

・・・・・・　（１０） であり、また、ｐ　ｍ、＞　ｏのとき、ＰＩＸ＋ΔＸ　
＋ｍｌｎ≦Ｘ≦Ｐ　ｌｌｌ＋　△Ｘ　ｍａｎ・・・・・
・（１１） となる範囲でＪ１１＋が有効となる。尚、ΔＸｌ１ｊＩ
ｎ＋△ｘＩＩ１．．ｌは、例えば、夫々３０ｍｍ、　　
１００ｍｍとする。

クランプアーム長ｒ。

ベクトルＪ＋ＱとＳとの内積（ＪＩ　Ｑ、ｓ）は、 （ＪＩ　　Ｑ、　　ｓ）＝　　１−ＱＪｉｉｓｌｃｏｓ
θ０＝に−ｃｏｓθＣ であるから、 ・・・・・・　（１４） が得られる。

クランプリンク長ｒ。

ワーク１６をクランプするのに必要な力を、面直方向に
図って、Ｆｃ　　（＝例えば４０にｇ＝設計定数）とし
、シリンダの出力をＦ、すると、クランプ始点口りに必
要なモーメントＭｃは ＭＣ＝Ｆｃｒ。

である、このモーメントがシリンダによるモーメントと
釣り合うためには、シリンダの振れ角を最小にするとい
う「設計条件」を加えれば、θＣ Ｆ、−ｒ、−ｃｏｓ□≧Ｍｃ であり、従って、 となる、一方、ｒ、はワーク端点よりアンクランプ端と
同様に、他の治具との干渉を防ぎ、作業の邪魔にならぬ
よう長くなり過ぎてはならないため、設計条件として、
その最大値：ｒ３ｍａｘが与えられると、 ｒ、≦ｒ　３ｗａａｗ となり、従って、ｒ、は、 Ｃ Ｆａ、ｃＯｓ（θｃ／２）≦ｒ３≦ｒ　３ｗａａ糞　＋
−（１５）の範囲で有効となる。

シリンダの出　Ｆａ シリンダの出力は（１５）式より、 ｅ Ｆ、≧□　　　　　　・・・（１６） ｒ、◆ｃｏｓ　（θ、／２） でなければならない、ここで、（ｔ　ｓ）　　（１６）
式はｒ３若しくはＦ、のどちらかを事前に仮定した値を
、例えば、標準設計値等を用いて演算を開始し、後述す
る一連の演算を繰返し、（１５）（１６）式が成立する
ことを判定して、最終的に決定される。

クランブロンドの節点座標Ｊ３ 第８図は、クランプと℃ラドを接続する節点Ｊ、をロー
カル座標系で導き出し易いように、第７図を書き換えた
ものである。第７図から容易に分るように、３つのベク
トル間に、 ｐ６　Ｊ３　”Ｐｏ　ＪＩ＋ＪＩ　Ｊ３が成り立つ。

１Ｊ４Ｊ　ＩＪｓミＺＰＯＪＩ　ＱミθＣであるから、 ２°“３　＝に：；） ＝（Ｊ、：　二、＋　”ｒ”、！ｓｉｎ”（）、９°。

′２；ど３０°　１　）となる。

シリンダの所　ストロークＳｌ 第８図から、ストローク量は Ｓ　０＝　２　ｒ　３・５ｉｎ（θｃ　／２）であるこ
とが分るから、所要ストローク長Ｓ。

は、余裕長ΔＳ（例えば１０ｉｓ：設計室ａ）を見込ん
で、 Ｓ、＝Ｓ０＋ΔＳ となる。

乞ユ詠ヨ５λ道亙 シリンダ内径φ、は、η、をシリンダ出力効率、Ｐをシ
リンダ作動空気圧力として設計条件を与えると、 φ、＝２・　（Ｆ、／η１Ｐπ）Ｉ／２で与えられる。

シリンダの標準部品データベースをサーチして、前記求
めた所要ストロークＳＩとこの内径φ、とを満足するシ
リンダ及びシリンダブラケットを選定する。このように
して求められたシリンダ、ブラケットから、第９図に示
すように、シリンダリンク長ｒ２、アンクランプ時のシ
リンダロッド長ｆＬ２、シリンダ長Ｌ３を知る。

シリンダ　　　壱座ＰＡ　Ｊ　２ シリンダ１０をロケータに固定するための支点Ｊ、は、
第７図から容易にして、アンクランプ時の支点座標位置
Ｊ４から、 Ｊ　２ｘ−Ｊ　ａ＊−ｓｇｎ（Ｐ　ｔｍ）　・１”　２
Ｊ　２ｙ”　Ｊ　４ｙ−ｆＬ２ と得られる。尚、Ｊ４はＪ３をθ。だけ回転した位置と
して容易に求められる。

クランプ時のロッド ｆａｌ＝ｆＬ２＋Ｓ。

である。

以上のようにして、クランプ面の形状（Ｐ、。

Ｒ２の座標）から、基礎関係モデルが選択され、クラン
プ力Ｆａ、そしてクランプアームのアンクランプ状態に
おける位置（アンクラ逃げ量）等が知れると、 クランプアーム長ｒ。

アンクランプ角度θ。

シリンダリンク長ｒ３ クランプロッド節点座標Ｊ３ が計算される。即ち、これらの値から、クランプアーム
が設計できる。次に、設計されたクランプアームに基づ
いて、クランプアームの諸元に規定されるシリンダ１０
の シリンダストローク長Ｓｌ シリンダ内径φ１ シリンダ固定支点Ｊ２ アンクランプ時のシリンダロッド長１２等が選定される
。即ち、可動部分のうち、クランプアームは全体を設計
し創成することになるが、シリンダは既存の標準部品の
なかから選択することになる。

以上のようにして、ｒ選択条件１ｒ創成条件１を演算し
てゆく過程で、計算結果が実際にそぐわないことがある
。そこで、その判定を行なうことになる。第１０図は、
クランプアームを例にしたその判定プログラムの一部で
ある。第１０図のステップＳ２は、前述した受は面デー
タ等の、創成条件の初期データの設定を行なう、ステッ
プｓ４では、クランプアームがアンクランプ位置にある
ときに、受は面とベクトルｑとの成す角度θ０を演算す
る。これは、ベクトルＳと９との内積の定義から容易に
計算され、 である、このθ。は論理的に９０度を超えると本クラン
プ構造は支点が求まらず成り立たないから、もし、θ。

≧９０°ならば、選択した基礎関係モデルが不適当であ
るとして、ステップＳ１４で、クランプ構造の異なる次
の基礎関係モデルを選択することとする。

（ロケータ形状の創成〉 クランプアームのロケータへのクランプ支点Ｊ、と、シ
リンダのロケータへの取付は支点Ｊ２が決まるとロケー
タの形状創成が可能となる。

即ち、イケールは第６図の標準部品表に示されているよ
うに、タイプ及びベツド面からの基準高さ等によって決
まる。イケールにロケータを接続する場合、接続を強固
にするために、接続は接続面上で最低限４つのボルト止
めが可能となるようにする必要がある。そして、ロケー
タの上部分の幅（第１１図において、ＡＢ間距Ｍｉ）は
、Ｊ、と受は面位置とによって規制される。また、ロケ
ータの下側部分の幅（第１１図において、Ｓ、Ｓ２間距
離）は、イケールの幅によって規制される。

従って、接続が最低限４つのボルト止めによりなされる
ためには、第１１図に示した４　ｆｆｆｉ類の形状パタ
ーンが論理的にあり得る。第１１図は、ロケータ側の端
点Ａ、Ｂと、イケール側の端点Ｓｌ＋Ｓ、とから、いか
なる論理判断に基づいて、ロケータのイケール取付は部
の形状を、上記４種類の形状パターンから選択するかを
示すものである。

第１１図において、ＸＩ　Ｘｔ　ＸＩ　Ｘｔ等は、次の
ように定義しである。

Ａ　（ｘ＋　ｙ＋　）、Ｂ　（ｘａ　ｙ２）Ｒ＋（Ｘｔ
　Ｙｕ　）　、Ｒ２（Ｘｔ　Ｙｕ　）Ｓｌ（ＸＩ　ＹＬ
　）　、５２（Ｘｔ　ＹＬ　）第１１図に示した論理判
断では、例えば、第１のパターンの論理判断において、
Ｂと３２とを結ぶロケータ形状とすると、Ｒ２位置でボ
ルト留めが不可能となる可能性があるから、そうならな
いように、ＢとＲ２とを結ぶロケータ形状としている。

尚、以上示した数式モデル及び設計条件は一例であり、
その内容を限定するものではない。即ち、上記実施例に
更に別の条件を加えたり、数式処理を加えたりすること
もできる。

〈操作手順〉 第１２図は、本ＣＡＤシステムの作業手順を示す。第１
３図はその具体的な操作手順を示す。第１３図に従って
操作手順を説明する。尚、第１３図の各ステップの矩形
で表わした部分は、ワークステーションの表示画面であ
る。

ステップＳ２０では、ベツド面方向・；ベツド面高さ、
並びに、加工基準を入力する。加工基準の人力により、
画面にはワークが表示される。ステップＳ２２では、あ
たり面の指示入力が行なわれる。ステップＳ２６では、
受は面の指示が行なわれる。ステップＳ２８では、設計
条件を満たすクランプアームのアンクランプ角度の表示
と選択が行なわれる。

これらの入力条件に基づいて、前述した基礎モデルに従
って、選択条件、創成条件が計算され、ステップ５３０
〜ステツプＳ３６の処理が行なわれる。即ち、ステップ
Ｓ３０．ステップＳ３２では、選択条件に従って、シリ
ンダ及びイケールの標準部品データベース内の検索が行
なわれ、検索されたシリンダ、イケールが表示される。

ステップＳ３４では、ロケータの創成、表示が行なわれ
、ステップＳ３６では、クランプアームの創成表示が行
なわれる。ステップ３３Ｂでは、完成された受は台ユニ
ットの外観が表示される。ステップ５４０では、ユニッ
トの図面出力が行なわれる。尚、受は台ユニットは、１
つのワークについて複数個必要であるので、個々のユニ
ットについて、ステップＳ２０〜ステツプ３３８を繰返
す。

また、ステップＳ４０には、便宜上、１つの二ニットと
ワークとの位置関係が表示されている場合を示した。以
下、このワークは、３つの受は台ユニットにより支えら
れるものとして説明する。

ステップＳ４２ではベツド作成指示が行なわれる。ステ
ップ３４４では、ベツド面形状°の基準が入力される。

この基準は、第６図に示すように、ワーク形状に規制さ
れる。

第１８図に示すように、ベツド面上のユニットの配置デ
ータ（第１５Ｄ図：後述）をもとにイケール取付は穴４
５やシリンダがベツド面に干渉する場合のシリンダ逃が
し穴４４が創成される。ステップＳ４６は、ベツド面の
構造が生成され、ステップ３４８では、ベツド面上での
座（第１８図の４１）の配置が第１８図のように表示さ
れ、ステップＳ５０では、ベツド面全体の斜視図が表示
される。また、ステップＳ５２では、ベツドにユニット
を取付けた状態の図が表示される。

尚、第１８図において、４０は上板であり、４２は周囲
のチャネル構造であり、４３は内部構造体（フラットバ
ー）である。イケール取付は穴４５は、イケール取付は
用の基準ノック穴とボルト穴からなる。取付は穴４５及
び逃がし穴４６とは、ベツド面上のクランプユニットの
配置データとそのユニットの構造モデルから生成される
。

こうして、設計が終了すると、図面作成、ＮＣデータ作
成が行なわれる。

（システム内のデータ構造〉 第１４図は、本ＣＡＤシステムにおける各データベース
間の関係を示す図である。第１５Ａ図〜第１５Ｆ図は、
第１４図に示したデータの流れを更に詳細に示したもの
である。ワークマスタデータベース（ＷＤＢ）は第１５
Ａ図に示される。また、第１６Ａ図〜第１６Ｄ図は、治
具ユニット設計システムにおける処理の概要である。

第１４図及び第１６図に従って、データ構造の概略を説
明する。ワークステーションからのユニット作成指示が
ある（第１６Ａ図のステップ５１００）と、自動設計の
進捗状態、例えば、現在までの作成ユニット数等を管理
するステータスレコード（第１５Ｂ図）が作成されると
共に、加工基￥（加工部位等）がワークステーションに
設定される（ステップ５１０４）、この加工基準から、
ＷＤＢ（第１５Ａ図参照）内で、部位コードＫが選択さ
れる。この部位コードは、１つのワークに複数ある加工
部位を指すインデックスである。ＷＤＢから出力される
ものは、設計標準化データベースＳＤＲ（第１５Ｃ図）
に向けられた部位コードにと、ステータスレコード（第
１５Ｂ図）及びユニット構造レコード（第１５Ｄ図）に
向けられたユニット配置データ、ワーク形状及び加工部
位形状データである。ユニット配置データとは、当該作
成される治具ユニットのベツド上での配置位置に関する
データである。

部位コードにはＳＤＢ内で、第１５Ｃ図に示すように、
ユニット構造レコード、標準設計プロシデュア、設計評
価関数セットを索引するのに使われる。ここで、標準設
計プロシデュアとは、各冶具の形式にユニークなもので
、例えば第４図ユニットの例であれば、選択部品である
シリンダ、イケールを先に設計し、その後、この選択さ
れた部品に基づいて、形状創成部品であるロケータ、ク
ランプアームを設計する等という手順を含み、その手順
に従い、基礎関係モデルを生成表現するプログラムであ
る。評価関数セットとは、各基礎関係モデルに対応して
、例えば、第７図〜第１１図等で関連して説明した数式
モデルである０選択されたプロシデュア及び評価関数セ
ットに従って、治具の構造設計評価プログラムが起動さ
れる。また、ユニット構造レコードも初期化生成される
。

前述のユニット配置データ、ワーク形状及び加工部位形
状データ、部品設計条件等の構造モデルはこのユニット
構造レコード内に格納される。

起動された構造設計評価プログラムは、選択条件を部品
選択プログラムに、創成条件を部品形状創成プログラム
に出力する。部品選択プログラム及び部品創成プログラ
ムは夫々、選択条件、創成条件を要求仕様として標準部
品データベースＲＤＢ（第１５Ｅ図）に出力し、決定仕
様として入力する。これらのプログラムは決定仕様を構
造設計評価プログラムに返し、評価を行なう。

決定部品仕様は、形状創成プログラムが３次元形状デー
タとして、治具設計データベース（ＤＤＢ）に格納する
。

第１５Ｆ図に示すように、ＤＤＢ内の３次元形状データ
に基づいて図面作成プログラム、Ｎ、Ｃデータ生成プロ
グラムや、各種出力プログラムが二次元図面、ＮＣ加工
データ等を生成出力する。

第１６Ａ図〜第１６Ｄ図の処理手順に従って、構造モデ
ル生成（ステップ３１０Ｂ）から、各部品生成までの並
列処理手順を説明する。尚、これらの図面中のシンボル
の意味は第１６Ｅ図に示される通りであるが、同図の（
ａ）は各ユニットタイプに応じた評価関数が作用する処
理を意味し、（ｂ）はユニット構造レコードにおける境
界条件レコード内のデータ値を意味し、（Ｃ）は治具設
計データベースＤＤＢを意味し、（ｄ）は標準部品デー
タベースＰＤＢを意味する。

ステップ３１１０で、クランプ支点Ｊｌｓ　リンク長ｒ
７、シリンダのストローク長Ｓ２、シリンダ出力Ｆ　、
、アンクランプ角度θＣ等が決定されると、ステップ５
１１２で、シリンダの仕様が決定され、標準部品データ
ベースＰＤＢから、決定仕様のロッド長、型番等がデー
タベースから入力される。ステップ５１１６で、シリン
ダ取付は位置Ｊ２がこの決定仕様から計算され、ステッ
プ５１２０で、シリンダ形状の生成と配置が行なわれる
と共に、シリンダに関するデータがステップ５１６０で
、イケール選定に使われる。

ステップ５１３０では、ステップ５１１０で計算された
クランプ支点座標Ｊ１等と加工基準データに基づいて、
クランプの形状創成が行なわれる。

ステップ５１６０では、加工基準の位置、ワークの断面
形状等とステップ５１１８で得られたシリンダ取付は位
置Ｊ２に基づいてイケールの選定のための、イケール基
準高さの設定が行なわれる。イケールはステップＳ】６
４で、ＰＡ準部品データベースからイケールが選択され
る。

ロケータの形状創成はステップ５１４０以下で行なわれ
る。ステップ５１４０では、加工基準に基づいて、ロケ
ータの受は面形状（クランプ面形状）の創成が行なわれ
る。この受は面形状が、加工基準（ワーク受は面形状）
に基づいてなされるので、治具の加工精度の向上に寄与
することは前述した通りである。ステップ５１４４では
、ロケータにおける、クランプアームの取付は位置Ｊ１
％　シリンダ取付は位置Ｊ２％　イケールのボルト取付
は位置等が入力され、ロケータ形状が生成される。この
点については、第１１図に関連して説明した通りである
。

第１７図は、１つのロケータに２つのシリンダ、クラン
プアームが取付けられるようなりランプユニットの正面
図である。かかるユニットに対する基礎関係モデルも、
第７図に示したものと異なるが、基本的なところは変り
がない。

〈実施例の効果〉 以上説明した実施例によると、次の効果が得られる。

■：加工基準データに含まれるワークの加工対象部位と
いう最も基本的な設計出発条件と、治具の部品構成をラ
フに表わす基礎関係モデルのみを前提として、これらか
ら、治具を構成する部品の構造モデルを順に、しかも連
係的に設計することができ、操作が容易で、効率のよい
自動設計をすることができる。

構成部品の基本的な機構学的な構造は基礎関係モデルに
含まれるために、そのために、設計者は、設計の過程で
、選択枝として表われる設計条件を単に選択すればよく
、また、設計条件を演算するための複雑な計算もシステ
ムが行なうので、操作は極めて容易で、設計効率は高い
。

■：治治具部品は、既存の部品から選ぶことができれば
、それに越したことはない。しかし、全ての部品を既存
の部品でまかなうことは常に可能というわけではない。

治具には、同じ目的を持つものであっても、そのユニッ
トが使われる条件によって色々の形態をとらざるを得な
い、従って、既存の部品にない場合は、その部品を創成
しなければならない。

この実施例によれば、この基礎関係モデルには、治具を
構成する部品が、選択されるべき部品（シリンダ、イケ
ール等）なのか、創成してもよい部品（クランプアーム
、ロケータ、ベツド等）なのかの情報を含んでいる。そ
して、構造モデルには出力として、既存部品が適合すべ
き部品仕様からなる「選択条件」及び新たに形状が創成
されるべき部品が満たすべき部品仕様からなる「創成条
件」が含まれる。選択条件からは、既存の標準部品が選
ばれ、また、創成条件からは、選択された部品に機構的
に連係するよう最も合致した部品形状が創成される。

即ち、構造モデルとして出力される選択条件、創成条件
等は部品仕様の集合である。そこで、標準部品データベ
ースに部品形状の正確な情報、型番、メーカ名等種々の
情報を折り込めば、この部品仕様をインデックスとして
、標準部品データベースを検索して必要な情報は全て得
ることができる０例えば、部品表等も簡単に出力するこ
とができる。

■二また、上記実施例によれば、クランプ受は台ユニッ
トがワークに直接当接する部分の形状を、基準加工デー
タとして有している。そのために、ワークと受は台ユニ
ットのクランプアームとの当接面の形状は、当接に適合
したものとなり、治具として精度の高いものが得られる
。

［以下余白〕 （発明の効果） 以上説明したように本発明の治具の自動設計装置によれ
ば、治具を構成する１つ以上の部品の連関を基礎的に表
わす基礎関係モデルを生成する手段と、加工対象ワーク
の加工部位に関連するデータを出発点にして、前記基礎
関係モデルに従って、前記治具を構成する部品の構造モ
デルを順次生成する手段とを具備したことを特徴とする
。

従って、ワークの加工対象部位という最も基本的な設計
出発条件と、治具の部品構成をラフに表わす基礎的モデ
ルのみを前提として、これらから、治具の正確な構造を
表わす構造モデルを自動設計することが可能となる。

また、本発明の１態様によれば、基礎関係モデルを複数
通り保持した手段と、設計許容条件を設定する手段と、
前記部品の構造モデルを順次生成する手段が生成した部
品の構造モデルと前記許容条件を比較する手段と、比較
結果に基づいて、他の基礎関係モデルを選択する手段と
を備えているので、１つの基礎関係モデルが設計許容条
件に合わなくても、次の基礎関係モデルが選択されて、
連続的な設計が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る実施例の構成概念を説明
する図、 第３図は本発明を適用した１実施例のシステム構成を示
す図、 第４図は第３図システムが設計しようとする治具の一例
としてのクランプユニットの分解斜視図、 第５図はそのクランプユニットの正面図、第６図はその
クランプユニットに使われる部品に関する情報を表とし
てまとめた図、 第７図〜第９図は第４図クランプユニットの機構モデル
を示す図、 第１０図はこの機構モデルを評価するための制御手順を
示すフローチャート、 第１１図はロケータ形状を創成するための設計条件を説
明する図、 第１２図は第３図システムの作業手順を示すフローチャ
ート、 第１３Ａ図、第１３Ｂ図は第３図システムの操作手順を
示すフローチャート、 第１４図及び第１５Ａ図〜第１５Ｆ図は第３図システム
に使われる各データベースのデータ構造を示す図、 第１６Ａ図〜第１６Ｄ図は第４図ユニットを設計すると
きの処理手順を示すフローチャート、第１６Ｅ図は第１
６Ａ図〜第１６Ｄ図のフローチャートに使われているシ
ンボルを説明するための図、 第１７図はクランプユニットの他の例を示す図、 第１８図はベツド形状設計を説明するための図である。 ・・・ＮＣ加工装置、６〜８・・・ワークステーション
、９・・・設計標準化データベースＳＤＢ、１０・・・
シリンダ、１０ａ・・・シリンダロッド、１１・・・ク
ランプアーム、１２・・・ロケータ、１３・・・イケー
ル、１４・・・受は面形状、１５・・・加工部位形状、
１６・・・ワーク、４ｏ・・・ベツド上板、４１・・・
ベツドの座、４２・・・ベツドチャネル構造、４３・・
・ベツドフラットパー　４４・・・シリンダとの干渉逃
がし穴、４５・・・イケール取付は穴、１００・・・ク
ランプユニット、１０１・・・ベツドである。 図中、 １・・・ワークマスクデータベース（ＷＤＢ）　、２・
・・標準部品データベース（ＰＤＢ）　、３・・・ホ１
、ストシステム、４・・・設計データベース（ＤＤＢ）
　、５第 図 第 図 第７２ 第 図 殺ｒ蓄坪 σロ二薯：ｒ−ｆｌ／ｇｙ：デーぐ 第１２図 第１５Ａ図 ■ 第１６８図 第１６ｃ図 第１６Ｅ図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）治具を構成する１つ以上の部品の連関を基礎的に
   表わす基礎関係モデルを生成する手段と、加工対象ワー
   クの加工部位に関連するデータを出発点にして、前記基
   礎関係モデルに従つて、前記治具を構成する部品の構造
   モデルを順次生成する手段とを具備した治具自動設計装
   置。
2. （２）前記基礎関係モデルを複数通り保持した手段と、 設計許容条件を設定する手段と、 前記部品の構造モデルを順次生成する手段が生成した部
   品の構造モデルと前記許容条件を比較する手段と、 比較結果に基づいて、他の基礎関係モデルを選択する手
   段とを備えた事を特徴とする請求項の第１項に記載の治
   具自動設計装置。
3. （３）前記加工は固定であり、 前記加工対象ワークの加工部位は、ワークが該治具によ
   り固定される当接面である事を特徴とする請求項の第１
   項に記載の治具自動設計装置。