JPH0655408A - ワークの変形防止クランプ方法 - Google Patents

ワークの変形防止クランプ方法

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JPH0655408A
JPH0655408A JP21615492A JP21615492A JPH0655408A JP H0655408 A JPH0655408 A JP H0655408A JP 21615492 A JP21615492 A JP 21615492A JP 21615492 A JP21615492 A JP 21615492A JP H0655408 A JPH0655408 A JP H0655408A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 NCによる自動化及び省力化を妨げることな
く、小形又は薄肉のワークをクランプによる過度のワー
ク変形を排除して確実にクランプできるワークの変形防
止クランプ方法を提供する。 【構成】 NC装置24の指令に従って加工されるワー
クをワークテーブルに載置する。ワークテーブルに設け
たクランプ装置30によってワークをクランプする前と
後とに、ワーク上の複数の加工部位の位置をタッチプロ
ーブ28によって測定する。そのデータ50に基づき各
加工部位の変位量を比較演算部46で算出し、記憶部4
2に記憶された変位許容値と比較し、変位量が許容値を
超えないように、複数の加工部位のそれぞれに対してク
ランプ装置30の最大許容クランプ力を決定する。NC
加工を実施する際に、加工部位の移動に対応して、クラ
ンプ制御部48の制御によりクランプ装置30を最大許
容クランプ力に設定かつ随時変化させて、ワークをクラ
ンプする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械における被加
工ワークの過度の変形を防止したクランプ方法に関し、
特に、NC工作機械において、中空形状や小形又は薄肉
の撓み易い形状の被加工ワークをワークテーブル上でク
ランプ装置によってクランプしたときに発生するワーク
の変形量を、加工部位ごとにNC加工の開始前に自動検
出し、この変形量が許容値を超えない範囲でのクランプ
装置の最大許容クランプ力を加工部位ごとに決定し、N
C加工の実施に際して、加工部位に対応してクランプ装
置のクランプ力を上記決定に従い自動的に変更すること
により、ワーク変形を許容範囲に抑えた高精度の自動機
械加工を可能とした被加工ワークの変形防止クランプ方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に機械加工を実施する際には、被加
工ワークの位置ずれが生じないように工具の切削力に対
抗してワークをワークテーブル面に強固に固定すること
が必要とされ、そのためのクランプ装置がワークテーブ
ルに配備される。しかしながら、ワークが中空形状や小
型又は薄肉の撓み易い形状を有している場合は、クラン
プ装置のクランプ力によってワークに変形が生じる場合
がある。NC工作機械によって自動加工を行う際に、こ
のクランプによるワークの変形は、結果として加工精度
に悪影響を及ぼす。すなわちNC工作機械においては、
予め記憶されたNCプログラムに従ってワークの自動加
工を遂行するので、クランプ時にワークに変形が生じる
と、NCプログラムで指定された加工部位の座標値と実
際に加工すべきワーク上の加工部位との間にずれが生
じ、加工を実施した結果、所望の部品形状、加工精度が
得られないことになる。
【0003】このような不具合を回避するため、従来は
加工しようとするワークの材質や形状に応じて、クラン
プ装置の係合位置やクランプ力を適正に調整する方法が
一般に行われている。すなわち、クランプ力を大きくし
ても変形が生じないような材質及び形状のワークに対し
ては、安定した加工を行うに充分な力でワークを固定
し、他方、変形を生じ易い例えば小形薄肉形状のワーク
に対しては、加工精度を確保するために機械加工が可能
な限界までクランプ力を小さくするなど、ワークごとに
クランプ位置やクランプ力を加工実施前に予め決定しか
つ調整することにより所要の加工精度を得ようとしてい
る。また、1つのワーク上で加工部位が移動する間に、
事前の加工部位では適切だったクランプ力が次の加工部
位では不適切(変形量が大きい、又はクランプ力が弱
い)となる場合があるが、この場合には一旦加工を止め
てクランプ力を再度調整するか、クランプ位置を移動し
て適切なクランプ力を次の加工部位に付与した後、加工
を実施する方法が採られる。これらの方法において、一
般にクランプ装置のクランプ力の調整は、ボルト締結式
の場合はボルトの締結力を、油圧や気圧式の場合は供給
圧力を、それぞれ調整することにより行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、クランプ
装置でクランプすることによって生じるワークの変形
は、自動加工における加工精度を低下させる要因である
が、逆に安定した加工を実施するためには切削力に耐え
得る力でワークを固定することが不可欠であり、特に今
日のように小形で薄肉なワークを精密に加工する要請が
増してくると、双方の要求を満たす状態でワークをクラ
ンプすることが加工精度を向上するための必須要件とな
っている。また、マシニングセンタにおけるATC(自
動工具交換)やロボットの採用によるワークのローディ
ング、アンローディングを含めて、単位ワーク当たりの
加工時間の短縮及び多種類のNC加工工程の段取りの省
力化を達成しようとする際に、クランプ位置を加工工程
中に変更したりワークや加工部位ごとにクランプ力を調
整することは一般に人為的作業の介入を要するので、機
械加工の自動化を妨げることとなる。
【0005】本発明は、上記の従来技術における各課題
を解決するために鋭意、工夫改善を施したものであり、
その目的は、NCによる自動化及び省力化を妨げること
なく、小形又は薄肉のワークを、クランプによるワーク
変形に起因する加工精度の低下の危惧を排除して確実に
クランプでき、高精度の自動機械加工を実施可能とする
ワークの変形防止クランプ方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、NC工作機械において、撓み易い形状の
被加工ワークをワークテーブル上でクランプ装置によっ
てクランプしたときに発生するワークの変形量を、加工
部位ごとに機械加工の開始前に自動検出し、この変形量
が許容最大値を超えない範囲での最大クランプ力を加工
部位ごとに決定してNC装置に取り込み、NC加工の実
行に際し、NC装置の指令により加工部位に対応してク
ランプ力を上記決定に従い自動的に変更可能とするワー
クの変形防止クランプ方法を提供するものである。
【0007】したがって、本発明は、NC工作機械でN
C装置の指令に従って加工される被加工ワークをワーク
テーブルに所定の加工姿勢で載置し、ワークテーブルに
設けたクランプ装置によって被加工ワークをクランプす
る前と後とに、被加工ワーク上の複数の加工部位の位置
をNC工作機械に装備した測定器によって測定し、その
測定値に基づき複数の加工部位の変位量をNC装置内で
算出し、複数の加工部位において算出されたこれらの変
位量を、NC装置に予め記憶された所定の変位許容値と
比較し、変位量が許容値を超えないようにクランプ装置
のクランプ力を変化させて、複数の加工部位のそれぞれ
に対してクランプ装置の最大許容クランプ力を決定し、
複数の加工部位ごとの最大許容クランプ力をNC装置に
取り込んで、NC加工を実施する際に、加工部位の移動
に対応して、NC装置の指令によりクランプ装置のクラ
ンプ力を最大許容クランプ力に設定かつ随時変化させ
て、被加工ワークを上記加工姿勢でクランプすることを
特徴とするワークの変形防止クランプ方法を提供する。
【0008】
【作用】被加工ワークをワークテーブル上でクランプ装
置によってクランプしたときに発生するワークの変形量
は、クランプの前後にワーク上の複数の加工部位に対し
て測定した測定値に基づき、各加工部位の変位量として
NC装置内で算出される。したがってこの変位量はNC
装置内で所定の変位許容値と比較され、許容値を超える
場合は、変位量が許容値以下になるようにクランプ装置
のクランプ力を変化させる。このようにして、複数の加
工部位のそれぞれに対して、ワーク変形量を許容値以下
にするクランプ装置の最大許容クランプ力が決定され
る。NC加工を実施する際には、加工部位に対応した最
大許容クランプ力でワークをクランプし、加工部位が移
動すると、クランプ力を次の加工部位に対応した最大許
容クランプ力に変化させて引き続きワークをクランプす
る。これらの操作は全て、NC工作機械のNC装置の指
令により自動的に実施される。
【0009】
【実施例】以下、添付図面に示した好適な実施例に基づ
き、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明
では、本発明によるクランプ方法を立形NCボール盤に
適用した例を示すが、クランプ装置を用いて被加工ワー
クをワークテーブル上にクランプする他のあらゆるNC
工作機械に対して本発明が適用可能であることは言うま
でもない。
【0010】まず図2を参照すると、本発明の実施例に
よるクランプ方法を適用する周知の立形NCボール盤1
0(以下、ボール盤10という)が示されている。ボー
ル盤10は、作業床面に設置されるベッド12上にコラ
ム14を立設し、コラム14に主軸頭16を上下方向
(Z軸方向)にZ軸送りモータMZ の駆動によって送り
移動可能に架設する。主軸頭16はその前方に主軸18
を回転可能に支持し、主軸モータMs の駆動によって主
軸18の先端に保持された工具(図示せず)が穴あけ加
工を実施する。また、ベッド12上にはサドル20を、
Z軸に直交するY軸方向にY軸送りモータ(図示せず)
の駆動により送り移動可能に設置する。さらにサドル2
0の上面にはワークテーブル22を、Z軸及びY軸の両
軸に直交するX軸方向にX軸送りモータ(図示せず)の
駆動により送り移動可能に設置する。このように主軸1
8とワークテーブル22とは、相互に直交するX軸、Y
軸、及びZ軸で構成された直交3軸座標系において相対
的に送り移動可能となっている。
【0011】さらにボール盤10は、NCプログラムに
従って送り動作等のNC加工における種々の制御動作を
遂行するNC装置24を備える。工具の位置座標、送り
速度、回転速度等の指令情報を数値化して示すNCプロ
グラム26は、一般にNCテープに作成した上で入力さ
れる。また、図示されていないがボール盤10は自動工
具交換装置(ATC)を備え、工具マガジンに収容され
た複数の工具から所望の工具を上記NCプログラム26
における工具交換プログラムに従って、主軸18に自動
的に着脱、交換できるようになっている。工具マガジン
内には種々の工具とともに、一般に被加工ワークの加工
基準点等の面位置測定に使用されるタッチプローブ28
(図3参照)が収容され、自動工具交換装置によって同
様に主軸18に着脱される。
【0012】図3に示すように、ボール盤10のワーク
テーブル22には、被加工ワークWをクランプするクラ
ンプ装置30が配備される。クランプ装置30は、ワー
クテーブル22上に固定される基台32、ワークWに当
接する爪34、及び爪34を基台32に対して移動させ
るシリンダ36を備える。シリンダ36は、油圧又は気
圧によって作動し、加工時の切削力に対抗し得るクラン
プ力でワークWをクランプするとともに、所望によりそ
のクランプ力を変化させることができる。
【0013】クランプ装置30によって、例えば図3
(a)に示すような薄板状のワークWをクランプする
と、ワークWはクランプ装置30のクランプ力によっ
て、図3(b)に強調して図示したように変形する。こ
の状態で加工を実施すると、NCプログラムにおける加
工部位の座標値と実際に加工すべきワークW上の加工部
位の実際の座標値との間に上記変形に起因したずれが生
じるため、加工精度が低下するというのが従来のNC工
作機械の課題であった。そこで本発明では、上記のず
れ、すなわちワークWの加工部位におけるクランプ力に
よる変位量を加工前に測定かつ算出し、この変位量が所
定の許容値を超えない範囲での最大許容クランプ力を決
定して、加工部位に対応した最大許容クランプ力でワー
クWをクランプしながらNC加工を実施する。以下、本
発明の実施例を、図1のブロック図及び図4〜図9のフ
ローチャートを用いて説明する。
【0014】図1に示したように、本発明によるクラン
プ方法を実施するためのNC装置24は、工具の動作モ
ード、移動位置、送り速度等のNC指令データを備えた
NCプログラム26を入力するための入力部38と、入
力部38から入力されるNC指令データに基づき位置決
めや補間等の演算を実施する演算制御部40と、演算結
果や制御プログラムを記録する記憶部42と、演算結果
に基づいて各軸の送り駆動モータや主軸モータを制御す
るサーボ制御部44とを少なくとも備えた周知のNC装
置である。そして本発明を実施するにあたり、ワークテ
ーブル上でクランプ装置によりクランプされたワークの
複数の加工部位における変位量を算出するとともに、こ
の変位量を記憶部42に記録されている所定の変位許容
値と比較する比較演算部46と、比較演算部46の演算
結果に基づいて最大許容クランプ力を決定し、加工部位
の移動に対応してクランプ装置30のクランプ力を最大
許容クランプ力に設定かつ変化させるクランプ制御部4
8とをさらに備える。上記のワーク変位量を算出するた
めのデータ50は、本発明の好適な一実施例によれば、
主軸先端に取着したタッチプローブ28を用いて、ワー
クの加工部位座標値をクランプの前後すなわち変位前と
変位後とで測定することによって得られる。以下、図4
〜図9を参照して、本発明の一実施例によるクランプ方
法の一連のプロセスを説明する。
【0015】図4〜図9において、まず前準備として、
ボール盤10のNC装置24にNCプログラム26及び
各加工部位における変位許容値(αX ,αY ,αZ )を
入力するとともに、ワークテーブル22上の所定位置に
ワークWを加工時の姿勢で置き、NC装置24のスター
トボタンを押す。これによりボール盤10の加工作業が
開始されるが、本発明ではまず最初にステップ61で自
動工具交換装置により主軸18にタッチプローブ28を
取着する。ここでクランプ装置30を開放し(ステップ
62)、ワークWを変形のない状態にする(図3(a)
参照)。
【0016】次いでステップ63で、タッチプローブ2
8を、NCプログラム26の加工部位座標値データ(X
P ,YP ,ZP ) に基づきワークW上の加工部位へまず
X軸方向から接近させ(すなわちX軸及びY軸の送り駆
動モータを作動させて主軸18をY=YP の線上でX=
P の点へ向けて移動させ)、加工部位へ到達できるか
否かを判定する(タッチプローブ28を移動させる方向
をX軸の正方向とする)。ここで本実施例ではNCボー
ル盤による穴あけ加工を想定しているため、加工位置は
ワークWの端面に無くしかも一般に加工面は主軸18の
送り方向すなわちZ軸方向に直交するX−Y平面にあ
る。したがって上記の方法ではタッチプローブ28を正
確に加工部位へ到達させることは事実上不可能であり、
このため所定の交差2αを設定して、タッチプローブ2
8がワークWに当接した位置の座標が交差範囲内(すな
わち上記ステップ63ではXp −α≦X≦Xp +α)に
あれば加工部位へ到達できたと判定する。
【0017】このようにして加工部位へX軸方向から接
近可能と判定された場合は、ステップ64で、タッチプ
ローブ28がワークWに当接(スイッチON)した位置
で主軸18の送り移動を停止させる。他方、加工部位へ
X軸方向から接近不可能と判定された場合は、ステップ
65でタッチプローブ28をY軸方向へややずらして同
様にX軸方向からワークWに接近させ、加工部位近傍で
ワークWに当接(スイッチON)した位置で主軸18の
送り移動を停止させる。
【0018】こうしてタッチプローブ28がONとなり
主軸18の移動が止まった時点で、ステップ66でこの
ときのX座標値X1 をNC装置24の記憶部36に記録
する。同様にして、ステップ67〜70で加工部位又は
加工部位近傍の1地点におけるY座標値Y1 を測定かつ
記録し、ステップ71〜74で同じくZ座標値Z1 を測
定かつ記録する。
【0019】ここまでの各ステップで、ワークテーブル
22上でクランプ装置30によってクランプする前の変
形のないワークWにおける加工部位又はその近傍の1地
点の位置座標値(X1 ,Y1 ,Z1 ) が測定かつ記録さ
れたことになる。そこで次にワークWを、ワークテーブ
ル22上の同一位置に同一姿勢でクランプ装置30の最
大クランプ力によって強固にクランプする(ステップ7
5)。
【0020】続いてステップ76で、上記のクランプ前
に測定した加工部位座標値(X1 ,Y1 ,Z1 ) に基づ
き、タッチプローブ28をまずX軸方向からこの測定位
置へ接近させ(すなわちX軸及びY軸の送り駆動モータ
を作動させて主軸18をY=Y1 の線上でX=X1 の点
へ向けて移動させ)、タッチプローブ28がワークWに
当接(スイッチON)した位置で主軸18の送り移動を
停止させる。そしてステップ77でこのときのX座標値
2 をNC装置24の記憶部36に記録する。同様にし
て、ステップ78,79でクランプ後の加工部位又は加
工部位近傍の1地点におけるY座標値Y2 を測定かつ記
録し、ステップ80,81で同じくZ座標値Z2 を測定
かつ記録する。
【0021】このようにして、ワークWの加工部位又は
その近傍の1地点におけるクランプ前(すなわち変位
前)及びクランプ後(すなわち変位後)の位置座標値
(X1 ,Y1 ,Z1 ) 及び(X2 ,Y2 ,Z2 ) が測定
かつ記録されると、ステップ82で、NC装置24の比
較演算部46が変位量(εX ,εY ,εZ )を算出し、
次いで、変位量(εX ,εY ,εZ )の各軸方向成分量
を記憶部36に予め記録された変位許容値(αX
αY ,αZ )と比較する。ステップ83で、まずX軸成
分の比較を行う。
【0022】比較した結果、変位量εX が変位許容値α
X より大きい場合、まずステップ84で、クランプによ
るワーク変形が加工部位をタッチプローブ28に近づけ
るものであったか否か、すなわちX2 <X1 であるか否
かを判定する。X2 <X1 の場合は、ステップ85でク
ランプ装置30を開放し、ステップ86で、タッチプロ
ーブ28をY=Y1 の線上でX=X1 −αX の位置に固
定配置する。この状態で、ステップ87でクランプ装置
30を徐々に閉塞し、ワークWが徐々に変形してタッチ
プローブ28に当接したときにクランプ装置30のクラ
ンプ力を固定する。
【0023】ステップ84で、X2 <X1 でないと判定
された場合は、ステップ88でクランプ装置30を閉塞
し、ステップ89で、タッチプローブ28をY=Y1
線上でX=X1 +αX の位置に固定配置する。この状態
で、ステップ90でクランプ装置30を徐々に開放し、
変形したワークWが徐々に復元してタッチプローブ28
に当接したときにクランプ装置30のクランプ力を固定
する。このようにして、変位量のX成分εX が許容値α
X 以下になる範囲での最大クランプ力PX が決定され、
ステップ91でこのクランプ力PX をNC装置の記憶部
36に記録する。ステップ83での比較の結果、変位量
εX が変位許容値αX より小さい場合は、ステップ75
で用いたクランプ力を最大クランプ力PX と見なしてN
C装置の記憶部36に記録する(ステップ92)。
【0024】続いてステップ93〜102で、同様にし
て変位量のY成分εY が許容値αY以下になる範囲での
最大クランプ力PY が決定され、NC装置の記憶部36
に記録される。さらに、ステップ103〜112で、同
様にして変位量のZ成分εZが許容値αZ 以下になる範
囲での最大クランプ力PZ が決定され、NC装置の記憶
部36に記録される。そして、このようにして得られた
最大クランプ力PX ,PY ,PZ を相互に比較して、そ
れらのうちで最小のクランプ力を最大許容クランプ力P
とするのである(ステップ113)。
【0025】以上の各ステップで、1つの加工部位に対
する最大許容クランプ力Pが得られたので、同様にして
他の加工部位に対する最大許容クランプ力Pを決定し、
全てNC装置の記憶部36に記録する(ステップ11
4)。次にステップ115で、自動工具交換装置によ
り、主軸先端に装着したタッチプローブ28を加工に使
用する所望の工具に交換する。そしてステップ116
で、NC装置24のクランプ制御部48の制御の下に、
クランプ装置30を最大許容クランプ力Pに設定してワ
ークWをクランプし、その後ステップ117でNC加工
を実施する。このとき、NCプログラム28に指定され
た加工部位が移動するに従い、クランプ装置30を加工
部位に対応して決定されている最大許容クランプ力に随
時設定し、すなわちクランプ力を随時変化させてワーク
Wをクランプする。このようにして、NC加工の実施の
間、ワークWの全ての加工部位において許容値以下の変
形をもたらす最適なクランプ力によって、常にワークW
を確実にクランプすることが可能となる。
【0026】上記の実施例では、NCボール盤が有する
ワーク面位置測定用のタッチプローブ28を用いてワー
ク変位量算出用データすなわちクランプ前後の加工部位
又はその近傍地点の座標値を測定し、これに基づいて補
正加工部位座標値を算出する構成としたが、ワーク形状
が複雑でタッチプローブ28が加工部位に接近できず、
仮に加工部位近傍地点を測定したとしても、得られる変
位量と実際の加工部位の変位量との間の誤差が大きいこ
とが予測される場合がある。このような場合には、例え
ばワークWの加工部位の加工面上にタッチプローブ28
が当接可能な突起物を磁石等により取着して、できる限
り加工部位に近い位置を測定する方法が考えられる。し
かし、この方法ではワークに突起物を着脱する際に手作
業が介在するため、完全な自動化の妨げとなってしま
う。そこで、ワークをクランプする際の諸データをNC
装置24に入力して、例えば有限要素法等の所定の演算
によってワーク変位量を算出することが好都合である。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、被加工ワークをワークテーブル上でクランプ
装置によってクランプしたときに発生するワークの変形
量をNC装置内で所定の許容値と比較することにより、
複数の加工部位のそれぞれに対して、ワーク変形量を許
容値以下にするクランプ装置の最大許容クランプ力を決
定し、NC加工を実施する際に、NC装置の指令により
自動的に、加工部位の移動に対応してクランプ装置のク
ランプ力を最大許容クランプ力に設定かつ変化させて被
加工ワークをクランプする構成としたので、NCによる
自動化及び省力化を妨げることなく、変形を生じ易い形
状のワークをクランプによるワーク変形に起因する加工
精度の低下の危惧を排除して確実にクランプすることが
でき、NC工作機械の加工精度及び作業効率が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクランプ方法を実施するためのN
C装置の機能ブロック図である。
【図2】本発明を適用可能な立形NCボール盤の概略図
である。
【図3】図2のボール盤のワークテーブルに設けたクラ
ンプ装置と、クランプ装置によってクランプされた被加
工ワークの変形状態とを示す図で、(a)クランプ前、
(b)クランプ後、の状態を示す。
【図4】本発明の一実施例によるクランプ方法のプロセ
スを示すフローチャートである。
【図5】図4に続くプロセスを示すフローチャートであ
る。
【図6】図5に続くプロセスを示すフローチャートであ
る。
【図7】図6に続くプロセスを示すフローチャートであ
る。
【図8】図7に続くプロセスを示すフローチャートであ
る。
【図9】図8に続くプロセスを示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
18…主軸 22…ワークテーブル 24…NC装置 26…NCプログラム 28…タッチプローブ 30…クランプ装置 40…演算制御部 46…比較演算部 48…クランプ制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NC工作機械でNC装置の指令に従って
    加工される被加工ワークをワークテーブルに所定の加工
    姿勢で載置し、該ワークテーブルに設けたクランプ装置
    によって該被加工ワークをクランプする前と後とに、該
    被加工ワーク上の複数の加工部位の位置をNC工作機械
    に装備した測定器によって測定し、その測定値に基づき
    該複数の加工部位の変位量をNC装置内で算出し、 前記複数の加工部位において算出された前記変位量を、
    NC装置に予め記憶された所定の変位許容値と比較し、
    該変位量が該許容値を超えないように前記クランプ装置
    のクランプ力を変化させて、該複数の加工部位のそれぞ
    れに対して該クランプ装置の最大許容クランプ力を決定
    し、 前記複数の加工部位ごとの前記最大許容クランプ力をN
    C装置に取り込んで、NC加工を実施する際に、加工部
    位の移動に対応して、NC装置の指令により前記クラン
    プ装置のクランプ力を該最大許容クランプ力に設定かつ
    随時変化させて、被加工ワークを前記加工姿勢でクラン
    プする、ことを特徴とするワークの変形防止クランプ方
    法。
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