JPH06179154A - 複式位置決め装置を有する機械加工システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 機械加工セルの数を著しく減少せしめ、異な
る生産量に対して機械加工ラインを連続的に、かつ弾力
的に使用し得るようにし、実施速度を増加せしめ、加工
段階間における工作物の取扱時間を短縮する。 【構成】 各セルがシングル・ポイント工具および高速
位置決め組立体を有し、１Ｇに近い又はそれ以上の速度
で、工作物を位置決めすると共に、敏速に工具を交換し
得るようにするセルＡと、テーブル面を各セルに対して
選択された面に露呈するためのテーブル手段Ｂと、キー
面を有し、テーブルの基準点と錠止状に一致するように
なった工作物手段と、加工されたばかりの工作物を、交
換された工作物が加工されつつある間に、次ぎのテーブ
ル面に転送する転送手段Ｄと、これらを作動する再プロ
グラム可能な電気的制御手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気リニアモータを利用
する機械加工システムに係り、特に独立して位置決めし
得る多数の工具を、大きな加速／減速度で使用する機械
加工システムに係る。

【０００２】

【従来の技術】軽工業または重工業の機械加工に対する
多軸位置決め装置においては、機械的ボール・スクリュ
ー駆動装置が使用される（米国特許４，１０２，０３５
および４，３５９，８１４参照）。このような駆動装置
は本質的に始動が遅く、これは敏速な位置決めを阻止
し、したがって生産性を低下させる。生産性を向上させ
るには、多数の機械加工セルを使用する必要があり、各
セルはそれ自体の制限された速度で作動する。米国の自
動車工業においては、エンジン・ブロックまたはヘッド
の如き複雑な工作物は、これを取付け具およびパレット
に締着して、一連の機械加工ステーションに沿って転送
し、これらステーションにおいて工作物の特定の面が、
単一の軸線に沿って送られる所定の工具（または所定工
具の群）によって切削され、または仕上げられるように
するのが普通である。工作物は相当の時間を掛けて、他
の取付け具またはパレットに移され、種々の面が工具の
送り軸線にさらされるようにする必要がある。このよう
なシステムによって得られる実切削時間の割合は、低速
度の工作物転送の頻発と、低速度の工具位置決めとに起
因して小さい。各工具は一つの機械加工のみに指定され
た仕事を、数年の使用にわたってさしたる変更を受ける
ことなく、実施する。複雑な態様で制御される、このよ
うに非融通な専用のシステムの製作および設置に要する
当初費用は、その複雑性によるばかりでなく、特定のエ
ンジン・ブロックまたはヘッドを仕上げるために、多数
の単目的セルを必要とするために著しく大きい。

【０００３】設備取得に要した当初の高費用を分散する
ためには、このようなラインに対して最少生産必要条件
が課されるが、この必要条件は著しく大きく、１年に生
産すべき工作物の数は４００，０００−８００，０００
個に達する。仮りに、シリンダ・ブロック等に対する機
械加工ラインの能力が年間３００，０００ユニット（す
なわち２交替で１日当り１，０００ユニット）に減少さ
れ、かつ専用の多重スピンドル・タレットヘッドを機械
加工セル少なくとも幾つかの組み込んだとしても（半融
通性を与えるために日本の幾つかの自動車会社で実施さ
れているように、図１参照）、機械加工セルの数は少な
くとも４０が必要であろう。機械加工セルがこのように
多数であることは、投下資本および維持費が高いばかり
でなく、一つのセルの損傷に起因する休止時間発生の危
険が大きい。このような在来技術による製造システム
は、自動車製造業者が、異なったエンジン・ブロックな
いしヘッド設計を求める、あるいは現在のエンジン・ブ
ロック設計を異なった容積レベルへ変更する市場の要求
に応えることを困難にする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、所定
工作物の機械加工に要する機械加工セルの数を著しく減
少せしめ、年間５０，０００−５００，０００個に達す
る異なる生産品に対して機械加工ラインを連続的かつ弾
力的に使用し得るようにし、機械加工の反復性および精
度を改良し、機械加工仕事の数および各ステーションに
おける仕事の実施速度を増加せしめ、かつ切削段階間に
おける工作物の取扱い時間を短縮する機械加工システム
の新しい形態を提供することである。

【０００５】

【問題を解決するための手段】本発明の一つの特色は：
（ｉ）通路に沿って隔置された複数の機械加工セルで、
各セルがシングル・ポイント工具および高速位置決め組
立体を有し、該工具を１Ｇに近い、またはそれ以上の速
度で、工作物に複数の差し込みを行うように前記工具を
位置決めすると共に、工具を敏速に交換し得るようにす
るセルと；（ｉｉ）テーブル面を各セルに対する選択さ
れた面に呈するためのテーブル装置と；（ｉｉｉ）各テ
ーブル面に対する工作物装置で、キー面を有し、前記テ
ーブル面の基準点と錠止状に一致する工作物装置と；
（ｉｖ）テーブル面上において、加工された工作物を未
加工工作物と敏速に交換する転送装置で、加工されたば
かりの工作物を、交換された工作物が加工されつつある
間に、次ぎのテーブル面へ転送し得るようにする転送装
置と；（ｖ）前記位置決め組立体および転送装置を作動
させる電気制御装置との組合わせを有していることであ
る。前記位置決め組立体は、所定寸法の機械加工スペー
スに対してスピンドルを出入りさせる完全三次元運動を
行わせるようになった、相対的に移動し得る積み重ね部
材より成ることが好ましく、各位置決め装置は複数のリ
ニアモータを有し、スピンドルを、少なくともほぼ１Ｇ
の最大加速／減速度および毎分７６，２００ｍｍ（３０
００インチ）までの線形速度で選択的に運動させるよう
になっている。

【０００６】本発明の他の特色は、工作物の複数の種々
の面を機械加工する方法において： （ａ）前記工作物を次元キーを有する取付け具に錠止
し、かつ該取付け具を調節自在のワーク・テーブル上の
所定の第１位置に、該キーにより容易に取外し得るよう
に装着する段階と；（ｂ）各ワーク・テーブルに近接し
て、回転シングル・ポイント工具を、前記工作物の第１
面が前記第１位置にある間に該面へ線形の送りを行うよ
うに、敏速に位置決めし、この位置決めが少なくともほ
ぼ１Ｇの加速／減速度で行われるようになっている段階
と；（ｃ）前記工作物中へ前記回転工具を送って、穴あ
けおよび中ぐりの場合は毎分２５．４−３３，０２０ｍ
ｍ（１−１３００インチ）、フライス加工の場合少なく
ともほぼ１２７，０００ｍｍ（５０００インチ）の速度
で機械加工を行う段階と；（ｄ）前記工具を前記工作物
から引き抜いた後、該シングル・ポイント工具を再位置
決めして、他の工作物面に他の線形送りを行い、再位置
決めが少なくともほぼ１Ｇの加速／減速度で行われるよ
うにする段階と；（ｅ）前記工具を前記工作物から引抜
いた後に該工作物を、交換された工作物が前記固定第１
位置の前記ワーク・テーブルにて加工されつつある間
に、複数のワーク・テーブルの他の一つに転送する段階
とを含む方法である。

【０００７】

【実施例】本発明によれば、機械加工システムの機械加
工セルにおいて使用される回転切削工具をシングル・ポ
イント工具に制限し、該工具を非常に高い加速／減速度
（１Ｇに近い、またはこれを超える）で位置決めし、か
つ機械加工セルを通路に沿って別々に配置し、一つの工
作物が一つのセルで加工されている時に、加工を終えた
ばかりの工作物を次ぎのセルに転送し、加工されつつあ
る工作物と交換するようにした時には、このシステムに
おいて費やされる時間は、比較し得る在来のシステムの
場合のほぼ１／１０に短縮し得ることがわかった。

【０００８】図２に示される如く、自動車エンジンの構
成部分、例えば鋳造アルミニゥム・ブロックを加工する
ための機械加工システム１０は、それぞれ高速位置決め
組立体１１を備えた複数の機械加工セルＡを有し、各組
立体はリニアモータによって作動され、機械加工スペー
ス１３にシングル・ポイント切削工具１２を位置決めし
且つ送るようになっている。このシステムはまた、工作
物手段Ｃを機械加工スペース１３に位置決めするための
ワーク・テーブル手段Ｂと、前記テーブルが整列する通
路１４に沿って工作物を中約状に移動させるための転送
手段Ｄとを有している。転送手段は、通路１４に従った
レール１７に沿って制御状に移動する直列ガントリ腕１
５，１６を有し、該腕の底端に位置する把持装置１８が
工作物を把持して、これを昇降させるようになってい
る。

【０００９】図３に示される如く、位置決め組立体は３
軸モジュールであり、支持組立体Ｅ、軸受およびレール
組立体Ｆ、リニアモータ組立体Ｇ、工作物支持加工スペ
ース１３および在庫工具ＨまたはＨ−１を有している。
支持組立体の主な可動部材がプラットホーム２０上に積
み重ねられていることに注意する必要がある。支持組立
体ＥはＸ−軸線を画定する第１部分を有し、該部分は振
動を緩和する、重い、砂を充填して補強した矩形のベッ
ド２１よりなり、このベッドは、軸受・レール組立体Ｆ
−１と、リニアモータ組立体Ｇ−１とによって、軽量金
属のテーブルまたはプラットホーム２０を支持し、これ
ら組立体はＸ−軸線に沿った面内を移動するために共に
テーブルとベッドとの間にある。次ぎに、直立した実質
的に中空のコラム２２が、その底端においてテーブル２
０上に支持されている。このコラムは、Ｘ−軸線に垂直
なＹ−軸線と整合する少なくとも一つの側部２３（側部
２４，２５も）を有している。従って、Ｙ−軸の支持構
造２２は、一端だけで可動Ｘ−軸構造に連結されてい
る。

【００１０】図４に示される如く、コラム２２は軽量の
金属骨組２６よりなり、該骨組の周りには一体構造の軽
量金属外板２７が張られている。軽量金属のスライド２
８は鋳造平板２９として形成され、軽量金属のウイング
３０，３１が選択取付け（または一体化）される。スラ
イドはレール・軸受組立体Ｆ−２によって、コラムのＹ
−軸線側部２３，２４，２５に沿って昇降せしめられ、
リニアモータ組立体Ｇ−２によって駆動される。超軽量
合成物の外板３２を担持することが好ましい軽量金属の
ケージ３９は、スライド２８に固定状に担持され、Ｙお
よびＸ軸線に対して垂直なＺ軸線の道３３を画定するよ
うになっている。それに代えて、ケージ３９、はＹ又は
Ｘ軸線の一方に対してある角度でＺ軸線を整合させるよ
うに、角度を調節可能であっても良い。軽量の中空金属
ラム３４は道３３内を移動可能であり、レール・軸受組
立体Ｆ−３と、リニアモータ組立体Ｇ−３とによって該
道の中に支持されている。ラム３４はその一端にスピン
ドル３７を固定状に担持し、該スピンドルは、回転駆動
される、シングル・ポイント切削工具１２を有し、フラ
イス作業、穴あけおよび中ぐり等の機械加工を行うよう
になっている。

【００１１】テーブル２０は全体が平らな板で、その下
側に細長い肩ないしリブ５６を有し、組立体Ｆ−１の部
分として軸受ユニット、および組立体Ｇ−１の部分とし
てコイル・パック５８を保持するようになっている。隔
置された超剛性レール６１はベッドに装着され、かつＸ
−軸線と整合している。永久磁石９９の列（組立体Ｇ−
１の部分）はテーブルの下向き面によって担持され、か
つ鋼板またはチャネルに結合され、これら鋼板またはチ
ャンネルが隣接磁石を通るフラックスを高める。

【００１２】図６に示される如く、スライド２８は軽量
で非磁性金属（すなわちアルミニゥム）の鋳造板２９で
あり、その裏側７２に直立ソケット７０，７１を有し、
レール６８，６９と共働する再循環軸受ユニット７３，
７４を固定状に装着するようになっている。複数の直立
ありみぞ７５が画定され、リニアモータのコイル・パッ
ク７６をその裏側の定位置に錠止するようになってい
る。板２９の前側を水平に延びる道７７，７８は再循環
軸受ユニット７９，８０を受け入れ、各ウイング３０，
３１は中実で厚く、刈り込みを入れた板として鋳造され
る。リニアモータの隔置されたコイル・パック８７，８
８の対は各ウイング内に並置され、並列コイル・パック
７６は板の上に装着され、６列の永久磁石６７と共働し
て、Ｙ−軸線に沿って移動する。リブ付きケージ３９は
複数の、平行に隔置された、切り込みを入れた隔壁８４
を有し、これら隔壁は片側においてウエブ８５と一体化
されている。各隔壁は中央孔８６を有し、これらの孔は
すべて同軸状に整合している。ウエブ８５には垂直に隔
置された、水平に延びるレールが装着され、スライド２
８には再循環軸受ユニットが装架されている。リブ付き
ケージ３９は、縦方向に隔置された位置で金属ステーに
よって補強されたグラファイト合成物のシェル９３と組
合わされる時に、半六角形のトンネルを形成する。コイ
ル・パック９２は、三つの内側８９，９０，９１におい
てケージ３９上に装架される。

【００１３】位置決め装置の支持部材間に設けられた各
リニアモータは、固定子（好ましくは、ベッド２１上に
５０で示した如きコイル・パック）と、線形可動部材
（好ましくは、金属チャネルまたは条片６６に支持され
たテーブル２０上に９９で示した如き永久磁石の列）よ
り成る。リニアモータはブラシレス直列モータで、ほぼ
４５３．６キログラム（１０００ポンド）のピーク推力
（最大力）を持つ。永久磁石およびコイル・パックは固
定子および可動部材間において、任意の設計のものとな
すことができる。図示の実施例においては、電力供給コ
イル・パックは固定ベッド上の固定子を形成し、かつＺ
−軸線内に固定されたケージ３９上の固定子を形成し、
これに対して、支持された永久磁石の列は、Ｙ−軸線に
沿って固定されたコラム上の固定子を形成する。コイル
・パックはエポキシ材料内に積層された強磁性の板によ
って構成され、積層を行う前にコイル巻線を挿入するた
めの溝孔が形成される。コイルは各パック内で直列に接
続され、これらパックは図７に示される如く、電源制御
装置と並列に接続される。このような制御装置はリニア
モータ１３５のコイルに２，３またはそれ以上の相を供
給し、適当な整流器が用いられてコイルの極性を変え、
一つの望ましい方向へ一定の電磁推力を保って線形運動
を促進させる。

【００１４】可動部材の位置を検出し、かつ信号を発生
して、電源制御装置が移動区域において必要とされるコ
イルだけを作動し制御し得るようにするために、検出器
が使用される。このような検出器は磁気ないし光学的な
ものとし、コイル用のスイッチ装置によって作動し得る
ようになすことが出来る。図７に示される如く、磁気検
出器（スケール）が使用されている。各リニアモータに
対する電源制御装置は磁気スケール装置１２９、数値制
御装置（ＣＮＣ）１３３，および電子スイッチ装置１３
４よりなり、これらは全てリニアモータ１３５と電気的
に直列に接続される。三つのモータ回路ないしフイード
バック・ループ１３０，１３１，１３２は少なくともこ
れら装置の二つを結合する。フイードバック・ループ１
３０はリニアモータをスケール１２９に接続し、該スケ
ールの出力信号は零位調整器を通して位置信号比較器１
３６に送られ、次いで電流増幅器１３７に送られ、モー
タ１３５を駆動する。スケール１２９は固定子１２９ａ
上にサインおよびコサイン巻線（印刷回路）を有し、回
転子１２９ｂ上に別の巻線を有している。回転子巻線１
２９ｂから出た出力信号は、固定子１２９ａの他の二つ
の巻線に対する当該巻線の位置の関数である。この出力
信号は比較器１３６を通して機械的運動を表わすことが
出来る、すなわち、回転子巻線内の誘導電流の変動率
が、ループ１３１の速度比較器を通る速度信号、あるい
はループ１３２の加速度比較器を通る加速度信号を表す
ことができる。

【００１５】本発明の特色は、数値制御装置１３３およ
びフイードバック・ループ１３０内のソフトウエアを再
プログラムするだけで、機械加工セルを新しい形状の工
作物に適合せしめ得ることである。セルのすべてのハー
ドウエアは、新しい工作物を保持するための新しい板取
付け具以外は、換える必要はない。これにより、機器計
画において費用を著しく節約することができる。

【００１６】リニアモータの推力が増加すれば、これに
比例してモータの質量は増加し、支持構造に大きな負荷
を加えると共に、支持の剛性を低下させる傾向が生じ
る。このような重量の増加は、所期の推力を可能にする
フラックス密度を得るために、電機子の永久磁石だけで
なく固定子巻線にも使用される稠密な強磁性金属に起因
する。より大きな加速度または減速度を得るための、こ
のような推力および質量の増加は、支持構造の剛性の減
少と、増大した加速／減速能力のほとんどを浪費するこ
とによって、機械加工の精度を漸次低下させる。その理
由は、最大加速／減速度に到達させるためには、位置決
め距離が通常小さ過ぎるからである。この機械加工シス
テムは機械加工セル内の機械加工精度を、例えば±０．
０１２７ｍｍ（．０００５インチ）に高めるために、次
ぎの手段によって剛性を増加させる；すなわち（ａ）支
持構造の固有周波数をモータ駆動回路の作動周波数（す
なわち図７に示される如き制御速度ループの帯域幅）以
上、但しその近くまで増加せしめ、（ｂ）モータ推力
を、位置決め加速／減速度が、スピンドルに対し、少な
くとも１Ｇまたはそれ以上の範囲内に納まるように制限
する。好適な実施例においては、重量がほぼ１８１．４
４ｋｇ（４００ポンド）なるスピンドルを支持し且つ移
動させる時の機械的固有周波数はほぼ１００ヘルツであ
る。本発明に対して有用な機械的固有周波数の実施可能
範囲は、ほぼ９０−２００ヘルツである。支持構造の機
械的固有周波数を調整し、且つこれを増加させる特定の
技術は、本発明の譲受人に共に譲渡された米国出願第９
２−４２７号に記載されている。

【００１７】図８に示される如く、調節自在のワーク・
テーブル手段Ｂは、軸線１５１の回りにおいて傾斜可能
で、軸線１５２の回りにおいて３６０度まで調節自在に
回転し得るワーク・テーブル面１５０を有している。ス
タンド１５８の頂部に位置する回転調節装置１５６は電
気サーボモータ１５５を有し、該モータは接手によって
面１５０を定位置に錠止し、プラスまたはマイナス１円
弧秒の回転精度を提供する。傾斜調節装置１５７は電気
サーボモータ１５３を有し、該モータはクランク１５４
を駆動して傾斜を行わせる。このサーボモータ１５３は
プラスまたはマイナス１０円弧秒の精度で定位置に錠止
することができる。ワーク・テーブル面はキーないしキ
ー道１６０を有し、このキー道には取付け具、レシーバ
またはパレット１５９が組合わされる。部材１５９はこ
の実施例では、取付け具１６１を受入れるレシーバであ
る。取付け具１６１は、工作物取付け具１６２を所要の
向きで自動的に締着する。工作物保持取付け具１６２
は、レシーバによってワーク・テーブルのキー道１６０
と正確に関連せしめられる。取付け具１６２は接触面１
６３，１６４を有し、エンジン・ブロックまたはエンジ
ン・ヘッドの如き特定工作物の内部に一つの方向にて具
合良く入り、所要の面をＺ−軸線に対し、したがって切
削工具に対して直角に露呈させるようになっている。エ
ンジン・ブロックの如き複雑な工作物を回転状に向きを
変えるために、取付け具を敏速に交換し、他の機械加工
側をＺ−軸線に対して露呈するようになすことができ
る。このような再位置決め速度は３秒以下である。

【００１８】本発明のワーク・テーブル手段は本質的に
はアルミニゥム・エンジンヘッドに対する三つの取付け
具１６２を要するだけである、すなわちロッカー・カバ
ー面をＺ−軸線に対して向ける一つの取付け具、ヘッド
のすべての側面（吸気口および排気口を含む）をＺ−軸
線に対して露呈する一つの取付け具、および結合面をＺ
−軸線に対して露呈する一つの取付け具である。従っ
て、図９に示される如く、年間ほぼ５０，０００個のヘ
ッドを生産する能力のアルミニゥム・ヘッド機械加工シ
ステムは、三つの機械加工セル（モジュール１，２およ
び３）を有し、各セルにおいては上述の如きワーク・テ
ーブル面に適合する取付け具が使用される。この特別の
設備においては、認定（工作物の内部および外部におけ
る基準加工面）およびカム軸の中ぐりは、随意に普通の
機械加工セルによって行われる。カム軸中ぐりを行う場
合には、高速位置決め組立体を使用することによる特別
の利点はない。その理由は、切削工具の衝程が非常に長
く、特定の回転支持体によってその両端を支持せねばな
らぬからである。各モジュールが加工仕事を終えた後に
は、工作物のチップを除去するために、別個の洗浄装置
が使用される。所定のステーションにおいて弁座の取付
けが自動的に行われ、この作業においては焼きばめ（縮
みばめ）のために液体窒素への浸漬が必要があり、弁案
内がプレスばめで挿入される。カム軸受キャップは所定
のステーションにて手動で取付けられる。

【００１９】図９のシステムの能力を年間２００，００
０個のヘッド生産量に増加させるためには、これに比例
してセルの数を４倍にする。一般的には、１２セル（モ
ジュール）が必要になる。しかしながら、図１０の配置
計画においては１０セルが必要なだけであり、弁案内お
よび弁座仕上げの如き、軽加工で済む小さな部分は普通
の小型機械によって行われる。この場合、カム軸受キャ
ップの取付けは自動的に行われる。重要な点は、前記の
如き配分では、年間生産量が３００，０００個の機械加
工ラインの場合には１８セル（モジュール）だけを要す
ることで、これは図１に示された、少なくとも４０のブ
ロック・ラインを要する在来技術に比して著しく少な
い。在来技術による機械加工セル１−６は、オイルパン
面または底面に穴を穿ち、タップし、リーマー仕上げす
るために使用され、低力ローラに起因してセル間の移動
に相当の時間がかかり、また、移動を行う度の再締めつ
けに伴って時間遅延が生じる。再位置決めは移動を遅ら
せ、かつタレットの割り出しにも時間がかかる。セル７
−１４はガスケット面に穴とシリンダ・ボアを穿ち、タ
ップし、リーマー仕上げするために、使用される。セル
１５−３１は、端面の機械加工および関連する面の精密
中ぐりに使用される。セル３２−３７はホーニング仕上
げ、セル３８−３９はガスケット面の機械加工、セル４
０−４１はラインの中ぐりを行う。独立した洗浄装置は
使用されない。本発明のワーク・テーブル手段はエンジ
ン・ブロックに対して３つの取付け具を要するだけであ
る、すなわち一つまたは二つのヘッド・デッキ（ガスケ
ット面）をＺ−軸線に対して向けるための取付け具、両
端をＺ−軸線に対して露呈するための取付け具、および
パン・レール面（および主軸受キャップ）をＺ−軸線に
対して向けるための取付け具である。従って、図１１に
示される如く、年間ほぼ５０，０００個のエンジン・ブ
ロックを生産する能力のアルミニゥム製エンジン・ブロ
ック機械加工システムは、三つの機械加工セル（モジュ
ール１，２，および３）を有し、各セルは上述の如き、
ワーク・テーブル面に適合する取付け具を使用する。こ
の特定の配置計画においては、認定、隔壁のフライス加
工およびボアの半仕上げと最終仕上げは、随意に普通の
機械加工セルによって行われる。隔壁のフライス加工を
行う時には、高速位置決め組立体を使用しても特別の利
点はない。その理由は、切削工具が両端支持を必要とす
るような長い衝程を持つからである。各モジュールが機
械加工仕事を完了した時には、独立の洗浄装置が使用さ
れる。機械加工時には高速度の加工用流体が使用される
が、それにもかかわらずアルミニゥムのチップが工作物
に付着する。

【００２０】本発明の方法によれば、シングル・ポイン
ト工具が切削モードにある時間の割合を増加せしめると
共に、工作物が加工されず、また、機械加工個所の間を
転送される時に要する時間を短縮させることができる。
これは機械加工サイクルの効果を著しく増加させる。本
方法は特に：（ａ）複数の工作物の少なくとも一つを、
次元キーを備えた取付け具に錠止し、該取付け具を調節
自在のワーク・テーブル上の所定の第１位置へ前記キー
により容易に釈放自在に装着する段階と；（ｂ）各ワー
ク・テーブルに近接して、シングル・ポイント工具を、
第１位置にある間に工作物の第１の面へ線形の送りを行
うために、敏速に位置決めする段階で、この位置決めが
少なくともほぼ１Ｇの加速／減速度で行われる段階と；
（ｃ）回転工具を工作物内に送って機械加工を実施する
段階で、穴あけおよび中ぐりの場合は２５．４−３３，
０２０ｍｍ（１−１３００インチ）、フライス加工の場
合は少なくとも５０００ｓｆｍの速度で送る段階と；
（ｄ）工作物から工具を引抜いた後に、シングル・ポイ
ント工具を、他の工作物面に対して別の線形送りを行う
ように再位置決めする段階で、この位置決めが同様に少
なくともほぼ１Ｇの加速／減速度で行われる段階と；
（ｅ）工作物から工具を引抜いた後に、取付けられた工
作物を、置換えられた工作物がワーク・テーブルで加工
されつつある間に、複数のワーク・テーブルのうちの別
のテーブルへ転送する段階とを有する。

【００２１】在来技術のボール・スクリュー駆動機械加
工セルでは、アルミニゥムを機械加工する際に、穴を穿
つ場合で毎分３０４．８ｍｍ（１２インチ）にてアルミ
ニゥムを機械加工する送り速度しか得られず、中ぐりの
場合に毎分８１２．８ｍｍ（３２インチ）、フライス削
りの場合で４００ｓｆｍ程度である。

【００２２】図２に示される如く、ワーク・テーブルは
システム通路に沿って隔てられ、モジューラ高速位置決
め組立体は、機械加工の精度に影響をおよぼす振動およ
び干渉に関して互いに隔離されている。機械加工は超高
速回転速度で行われ、この時スピンドルが３０，０００
−４０，０００ｒｐｍで作動され、線形位置決め速度は
１Ｇに近づきそれ以上となる。

【００２３】本発明のシングル・スピンドルまたはシン
グル・ポイント工具位置決め装置は、加工工具を敏速に
交換するために立方形工具保管空間と独特な態様で共働
し、且つ機械加工中に工作物の向きを変えるために調節
自在のワーク・テーブルと共働して、位置決めおよび加
工仕事を極めて敏速に実施する。本機械加工システム
は、単一工作物をたくさん製作する時も、複数の異なる
工作物を少量ずつ製作する時も、専用の加工ヘッドを必
要とすることなく、使用し得ると言う大きな生産融通性
を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による機械加工システムの概略配置
図。

【図２】複数の高速位置決め機械加工モジュールを使用
し、本発明の原理を実現化する機械加工システムの概略
透視図。

【図３】本発明の機械加工モジュールの概略側面図。

【図４】図３の機械加工モジュールの展開透視図。

【図５】図３の機械加工モジュールの側面図。

【図６】図５の線６−６に沿った装置の拡大断面図。

【図７】位置決めモジュールのリニアモータに対する概
略制御図。

【図８】本発明のワーク・テーブル手段および関連装置
の拡大側面図。

【図９】本発明の原理を実施した、年間少なくとも５
０，０００個の典型的な自動車用ヘッドを生産するため
の機械加工システムの概略配置図。

【図１０】本発明の原理を実施した、年間少なくとも２
００，０００個の自動車用アルミニゥムヘッドを生産す
るための機械加工システムの概略配置図。

【図１１】本発明の原理を実施した、年間少なくとも２
５０，０００個の自動車用アルミニゥムエンジン・ブロ
ックを生産するための機械加工システムの概略配置図。

【符号の説明】

Ａ 機械加工セル Ｂ ワーク・テーブル手段 Ｃ 工作物 Ｄ 転送手段 Ｅ 支持組立体 Ｆ レール組立体 Ｇ モータ組立体 Ｈ 在庫工具 １０ 機械加工システム １１ 位置決め組立体 １２ 切削工具 １３ 機械加工スペース １４ 通路 １８ 把持装置 ２０ プラットホーム ２１ ベッド ２２ コラム ２８ スライド ３０，３１ ウイング ３７ スピンドル ３９ ケージ ５８ コイルパック ６７ 永久磁石 ７６ コイルパック ８４ 隔壁 ８７，８８ コイルパック ９２ コイルパック ９９ 永久磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物の機械加工システムであって： （ａ）独立状に隔置された複数のシングル・ポイント工
   具により機械加工を行うセルで、各セルが高速位置決め
   組立体を有し、該組立体が前記工具を位置決めして、前
   記工作物の一つへの複数の差し込みによって機械加工
   し、かつ前記工具を交換のために位置決めし、両方の位
   置決めを１Ｇに近い、またはそれ以上の速度で行うセル
   と； （ｂ） 各セルに対する選択された面に、テーブル面を
   呈する複数のワーク・テーブルを有するテーブル装置
   で、前記ワーク・テーブルが単一の、または分岐した通
   路に沿って配置され、前記各ワーク・テーブルが同じ基
   準面を有しているテーブル装置と； （ｃ） 各ワーク・テーブルのための工作物装置で、前
   記基準面につがうキー面を有し、かつ前記位置決め組立
   体に対する定位置に錠止されるようになっている工作物
   装置と； （ｄ） 前記テーブル面上で、加工された工作物を未加
   工工作物と敏速に交換する転送装置で、前記加工された
   工作物を、交換された工作物が加工されつつある間に、
   他のテーブル面に転送するようになっている転送装置
   と； （ｅ）前記位置決め組立体および転送装置を選択的に、
   敏速に運動させる計算機化された電気制御装置で、前記
   位置決め装置を異なる加工仕事または工作物に適合させ
   るように再プログラム可能な制御装置と；を有するシス
   テム。
2. 【請求項２】 工作物の機械加工システムであって： （ａ） 通路に沿って隔置された複数の機械加工セル
   で、各セルが高速位置決め組立体によって担持されたシ
   ングル・ポイント工具を有し、前記組立体が該工具を１
   Ｇに近い、またはそれ以上の速度で、工作物内へ複数の
   差し込みを行わせるように位置決めすると共に、敏速に
   工具を交換し得るようになったセルと； （ｂ） 各セルに対する選択された面に、テーブル面を
   呈するためのテーブル装置と； （ｃ） 各テーブル面のための工作物装置で、キー面を
   有し、前記テーブル面の基準点と錠止状に一致するよう
   になった工作物装置と； （ｄ） テーブル面上において、加工された工作物を未
   加工工作物と敏速に交換する転送装置で、前記工作物
   を、交換された工作物が加工されつつある間に、次ぎの
   テーブル面に転送し得るようになった転送装置と； （ｅ） 前記位置決め組立体および転送装置を活性化す
   る電気制御装置と；を有しているシステム。
3. 【請求項３】 単数または複数の工作物に対する複式位
   置決め機械加工システムであって： （ａ） 複数のモジュラー・シングル・ポイント工具機
   械加工セルで、各セルが高速位置決め組立体を有し、該
   組立体が工具を１Ｇに近い、またはそれ以上の速度で位
   置決めし、単一の取付け位置において、単一の工作物
   に、単数または複数の加工衝程を行わせるようになって
   おり、かつこれらセルが相互に十分に隔置され、それら
   セル間で、セルの剛性を損なうような慣性または振動力
   の伝達を排除するようになっているセルと； （ｂ） 各機械加工セルに対するワーク・テーブル装置
   で、工作物を一つのセルで加工されるように自由に位置
   決めするワーク・テーブル装置と； （ｃ） 工作物に錠止可能で、かつ各ワーク・テーブル
   に締着し得る取付け具で、前記工作物の所定の面を機械
   加工セルに露呈し、機械加工を行わせるようになった取
   付け具と； （ｄ） 取付けられた工作物を、セルからセルに敏速に
   移動せしめ、ワーク・テーブル上における締着を容易に
   行い得るようにする転送装置と；を有するシステム。
4. 【請求項４】 工作物の種々の面を機械加工する方法で
   あって： （ａ） 前記工作物を次元キーを有する取付け具に錠止
   し、該取付け具を、調節自在のワーク・テーブル上の、
   前記キーによって容易にされた所定の第１位置に取外し
   得るように装着する段階と； （ｂ） 各ワーク・テーブルに近接して、回転シングル
   ・ポイント工具を敏速に位置決めし、前記工作物が前記
   第１位置にある間に、該工作物の第１の面へ線形送りを
   行い得るようにし、この位置決めが少なくともほぼ１Ｇ
   の加速／減速度で行われるようになっている段階と； （ｃ） 前記工作物に対し前記回転工具を送り、穴あけ
   の場合は毎分２，２８６−７，３６６ｍｍ（９０−２９
   ０インチ）、中ぐりの場合は少なくとも毎分ほぼ７，６
   ２０ｍｍ（３００インチ）、フライス加工の場合は少な
   くともほぼ５，０００ｓｆｍの速度で機械加工を行う段
   階と； （ｄ） 前記工具を前記工作物から引抜いた後、前記シ
   ングル・ポイント工具を再位置決めし、他の工作物面に
   他の線形送りを行い、前記位置決めが少なくともほぼ１
   Ｇの加速／減速度で行われるようにする段階と； （ｅ）前記工具を前記工作物から引抜いた後、前記取付
   けられた工作物を、交換された工作物が前記ワーク・テ
   ーブルで加工されつつある間に、複数のワーク・テーブ
   ルの他の一つに転送する段階と；を有する方法。