JPH074717B2 - 長尺物加工用工作機械のクランプの開閉制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、長尺物を加工する工作機械において、刃物台
の移動に合わせて自動的に開閉することのできるクラン
プの開閉制御装置に係り、プロファイラ、横中ぐり盤等
に利用できる。

〔背景技術〕

航空機等の部品を加工するプロファイラにおいて使用さ
れるワークは、アルミ合金等、柔らかい素材が多い。し
かも長尺の角材等から削り出して加工する場合が多く、
ワークをクランプするには、多数の連続して配置された
クランプ装置を使用するのが一般的であった。

このクランプ装置を用いてワークを取り付けるには、作
業者がテーブル上に複数のクランプ装置を設置しワーク
をクランプして行っていた。

このようにしてクランプされたワークを加工する場合、
クランプ部分を避けながら、刃物を送って、クランプ部
分を除いて加工する。次に、クランプ位置を変えてか
ら、加工残しとなっている先のクランプ部分を再加工し
てワークの加工を完了していた。

このように、１個のワークを一旦クランプして加工し、
クランプ位置を変えて再加工するのは加工効率が悪いた
め、加工効率を良くしようとして、次のような方法も行
われていた。すなわち、異なるクランプ位置でクランプ
した同一の加工物を複数用意し、加工を終える毎に次の
新しい治具に載った加工物を加工し、その加工中に次の
段取りを行うものであった。

予定されている複数個のワークの最初の加工が全て終了
したら、クランプ位置を変えて段取りしてあるワークの
加工に移行する。これにより、工作機械そのものの稼動
率を向上させ、加工効率を良くしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のクランプ装置を用いたワークの取
り付けでは、いずれにしてもクランプ装置を１つ１つ締
め付けているため、段取り作業に多くの時間を労力を費
やしていた。また、作業者が手作業によって多数のクラ
ンプ装置を締め付けてワークを取り付けているため、ク
ランプ力にばらつきを生じることがあり、ワークが柔ら
かいアルミ合金で、しかも薄い場合等、仕上精度に影響
が生じる虞れがあった。

さらに、加工に際しては、クランプしている部分を避け
て加工するため、加工速度が遅くなり、加工能率が悪い
という問題点もあった。

また、クランプしている部分を避けて加工した後は、ク
ランプ位置を変えてから再加工しなければならない。こ
のため、段取り作業も大変であるし、加工済みの部分に
対する加工精度を出しにくいという問題があった。

また、同じようにクランプされたワークを複数個準備し
ておいて、そのワークの加工が終了したら、クランプ位
置を変えた次の段階のワークの加工とする方法も、段取
り作業が大変であるし、クランプの数も多数必要とする
ので、クランプの管理も大変であった。しかも、クラン
プ位置を変えることに伴う加工精度の低下という問題の
解決にはなっていない。

本発明の目的は、ワークの段取り作業を減らすととも
に、加工能率の向上を図れる長尺物加工用工作機械のク
ランプの開閉制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、テーブル上に載置されるワークをクランプす
る複数のクランプ機構を設けるとともに、このクランプ
機構に駆動手段を設け、かつ、相対変位する主軸とテー
ブルとの間に前記主軸の位置を検出する位置検出手段お
よび前記主軸と前記テーブルの相対速度を検知する速度
検出手段を設け、この位置検出手段および速度検出手段
を基にクランプ機構の開閉を制御するシーケンサを設け
て長尺物加工用工作機械のクランプの開閉制御装置を構
成したものである。

また、この装置において、位置検出手段および速度検出
手段としては、アブソリュートパルスエンコーダを使用
すると好適である。

〔作用〕

相対変位する主軸とテーブルとの間に取り付けられた位
置検出手段および速度検出手段により、主軸の移動位置
が常時シーケンサに伝達される。

クランプ機構は、駆動手段により、シーケンサからの指
令で、主軸の移動に合わせて自動的に順次開閉する。従
って、主軸が移動されてきた位置の各クランプ機構は、
開放されるため、主軸に取り付けられた刃物により、ワ
ークは連続して加工がなされる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には、本発明に係る長尺物加工用工作機械のクラ
ンプの開閉制御装置（以下、クランプ装置という）の全
体構成が示されている。

クランプ装置が使用される工作機械として、本実施例で
はプロファイラが対象とされている。

主軸２を介して刃物３を取り付けた刃物台４が機械本体
５に装着されている。機械本体５は、テーブル６を跨い
で、例えば門型に設けられている。

この門型に構成された機械本体５の門の両側下方には、
それぞれ図略のモータで回転されるピニオンが設けられ
ている。一方、テーブル６側には図略の一対のラックが
Ｘ軸方向に設けられており、前記各ピニオンに噛合され
るようになっている。これらのラックとピニオンの噛合
と、モータ駆動によるピニオンの回転で機械本体５は、
テーブル６に対して水平（Ｘ軸）方向に移動自在に構成
されている。また、刃物台４は垂直（Ｚ軸）方向に移動
自在となっている。

この外、図示しない各種制御装置や切削剤装置、ATC装
置等を主要素としてプロファイラ１が構成される。

プロファイラ１においては、主軸２および刃物３を回転
させながら、刃物台４をＸ軸およびＺ軸方向に送り、ア
ルミ合金等軽合金よりなる航空機用部品の加工がなされ
る。

テーブル６上には、ワーク取付治具であるストラクチャ
ー７やロケータブロック８を介してワークＷが載置さ
れ、多数のクランプ機構10によって固定されている。

ワークＷは、本実施例では第２〜４図に示されるよう
に、長手方向に沿った一側縁同士が段差をもってラップ
する平行な２枚の薄板を、縦リブで連結した形状のもの
が使用されている。

クランプ機構10は、前記のような形状のワークＷの長手
方向に沿った両側縁を、比較的狭い間隔でクランプする
ものである。

多数のクランプ機構10は、第２図ないし第４図に示され
るように、左右対称位置に互いに向き合って２列に設け
られている。そして、このクランプ機構10は、本体11
と、クランプアーム12と、クランパ13と、電磁切換弁14
を含む油圧回路15等とを一組として構成されている。

油圧回路15は、油圧供給口16,17を介して本体11に接続
され、油圧源18から本体11に圧油を供給する。回路15の
途中には、ソレノイド（ａ），（ｂ）で操作される４ポ
ート２位置切換弁である電磁弁14が設けられている。な
お19は、圧油の戻りのタンクである。

本体11内にはシリンダ25等が内蔵されており、このシリ
ンダ25には前記油圧回路15が連結されている。また、シ
リンダ25内のピストン26にはクランプアーム12が連結さ
れており、クランプアーム12の下部には本体11に取り付
けられた支軸27が係合している。このクランプアーム12
は、一方の油圧供給口17から圧油を供給すると、ピスト
ン26の上昇により支軸27を支点にして揺動しながらワー
クＷをクランプする方向に動く。また、他方の油圧供給
口16から圧油を供給すると、ピストン26の下降により支
持27を支点にして揺動しながらワークＷのクランプを解
放する方向に動くように構成されている。

ここにおいて、油圧源18に接続された油圧回路15、シリ
ンダ室、ピストン等により、クランプ機構10の駆動手段
が構成されている。

なお、本体11は、ワークＷの形状に対応させるため左右
の高さが違っているが、構造的、作用的にも同一なの
で、左右のどちらも、名称は本体11として説明する。

クランプアーム12先端にはクランパ13が設けられ、ワー
クＷを押圧するように形成されている。

機械本体５の下方に設けられ、ピニオンを回転させるモ
ータには、位置検出手段および速度検出手段としてのア
ブソリュートパルスエンコーダ21が設けられている（第
１図）。このパルスエンコーダ21は、機械本体５の移
動、さらに詳しくは機械原点からの主軸２のＸ軸上の移
動位置を、絶対値として検出するものである。パルスエ
ンコーダ21は同時に機械本体５の送り速度を検出する。

具体的には、前記門型の機械本体５の下方に設けられた
図略のモータの一方の回転軸に取り付けられ、モータの
回転に伴い機械本体５ひいては刃物台４のＸ軸上の位置
および速度を検出できるようになっている。

テーブル６の近傍にはシーケンサ20が設けられている。
このシーケンサ20は、前記パルスエンコーダ21から送信
されてくる位置および速度データや、データ入力手段22
により予め設定されたデータ等に基づいてそれらのデー
タを比較演算し、前記クランプ機構10に指令を出して、
各クランプ機構10の駆動手段を駆動させるものである。
なお、第６図にはこのシーケンサ20の各種機能を示す内
部の詳細図が示されている。

次に、本実施例の作用を第５図をも参照して説明する。

まず、本発明に係るクランプ装置の原理を第５図に基づ
いて述べる。

予め設定されている機械原点位置“0"から、所定位置に
ある１つのクランプ機構10までの距離をデータＡとして
設定する。この場合、クランプ機構10の中心位置が設定
基準となる。

クランプ機構10においては、データＢが設定されてい
る。このデータＢは、クランプ機構10のアンクランプゾ
ーンであり主軸の位置および速度により決定され、各ク
ランプ機構10の中心から、この中心を挟んだ所定幅で設
定されている。

これらデータＡおよびデータＢは、予めデータ入力手段
22からシーケンサ20に入力され、記憶されている。デー
タＥは、パルスエンコーダ21からシーケンサ20に入力さ
れてくるＸ軸上の主軸２の位置データである。

今、主軸２に取り付けられた刃物３がＸ軸を移動して主
軸位置データ（Ｘ軸エンコーダからの位置検出データ）
Ｅが、データＢで設定されたアンクランプゾーンに入っ
てきた時、所定位置にあるクランプ機構10はアンクラン
プ状態となる。

次に、このような原理に基づく本実施例の作用を説明す
る。第３図、第４図はクランプ機構10の動作説明図であ
る。

ワークＷは、両側縁を多数のクランプ機構10でクランプ
されており、加工に際しては、本実施例のような形状の
ワークの場合、ワークＷのどちらかの側縁から加工する
ものである。一方を加工する場合、他方の側縁をクラン
プしているクランプ機構10が駆動しないように、機械の
NC制御機構で制御されている。

今、作用の説明上、まず、第2,3,4図においてワークＷ
の右側が加工される場合を説明する。

ワークＷが段取りされてテーブル６上に載置されたら、
ワークＷの加工が開始される。

機械本体５すなわち刃物台４、主軸２等がワークＷの表
面を加工しながら、テーブル６上をＸ軸方向に移動する
と、アブソリュートパルスエンコーダ21から、刃物３の
移動位置データＥと速度データが常に、シーケンサ21に
入力される。

刃物台４の主軸２等がＸ軸方向にさらに移動して、主軸
２の位置データＥおよび速度データによりアンクランプ
ゾーンＢを決定し、主軸２がアンクランプゾーンＢ（デ
ータＢ）内に進入したら〔Ｅ≧（Ａ−B/2）〕、シーケ
ンサ20より電磁切換弁14Aに指令が出され、ソレノイド
（ａ）が励磁される。ソレノイド（ａ）の励磁によっ
て、圧油は一方の油圧供給口16からシリンダ25に送ら
れ、ピストン26を押し下げる。これにより、クランプア
ーム12が支軸27を支点に揺動して、クランプが解除され
る（第４図）。

クランプが解除された部分のワークＷの表面は、クラン
プがされていない部分から引き続いて刃物３により加工
される。

クランプが解除された部分を加工した刃物３が、最初の
クランプ機構10のアンクランプゾーンＢを通過すると
〔Ｅ＞（Ａ＋B/2）〕、この主軸２の移動データＥおよ
び速度データが、シーケンサ20に送信される。これらの
データＥおよび速度データの入力によりシーケンサ20か
ら電磁切換弁14に指令が出され、ソレノイド（ｂ）が励
磁される。ソレノイド（ｂ）の励磁によって、圧油は他
方の油圧供給口17からシリンダ25に送られ、ピストン26
を押し上げる。これにより、クランプアーム12が支軸27
を支点に揺動し、その結果、クランパ13によるクランプ
がなされる（第３図）。

以後、刃物３による加工を継続しながら刃物台４等がさ
らに前進し、刃物３が次のクランプ機構10に近づくと、
前述と同様の作用によりクランプ機構10の開閉が繰り返
される。この場合も、加工は連続して行われる。

前述のような本実施例によれば、次のような効果があ
る。

すなわち、ワークＷは、シーケンサ20の指令に基づいて
開閉されるクランプ機構10によって自動的にクランプさ
れているので、段取り作業が大幅に改善された。すなわ
ち、ワークＷは一旦段取りされた後は、段取り替えをす
ることなく表面の全ての加工が可能となった。このた
め、たびたびの段取り替えも不要となり、段取り作業が
大幅に改善された。その上、クランプ機構10の数も、１
つのワークＷをクランプ可能な必要最少限度あれば良
く、クランプ機構10の管理も楽になった。

また、クランプ機構10は油圧によって作動されているた
め、多数のクランプ機構10を使用したとしても均一なク
ランプ力でクランプすることができ、クランプのばらつ
きがなくなった。従って、柔らかい素材で、しかも薄い
ワークでもクランプのばらつきによって生じる加工精度
への影響がなくなった。

さらに、クランプ機構10は、刃物台４等が移動して刃物
３がクランプ機構10に近づくと、刃物３に最も近いクラ
ンプ機構10がアンクランプ状態となり、加工は継続して
行われる。このため、クランプ部分を避けて加工するこ
ともなく、加工速度を落とすこともないので、精度の高
い滑らかな加工面が得られるとともに、加工能率が向上
するものとなった。

なお、本発明は前述の実施例に限定されるものではな
く、次に示すような変形等を含むものである。

すなわち、前記実施例では刃物台４の移動位置を検知す
る手段として、アブソリュートパルスエンコーダ21を使
用しているが、パルスエンコーダでなくてもよい。例え
ば、磁気スケールあるいは光学スケールをテーブル６側
に設け、移動側つまり刃物台４側に読取ヘッドを設けて
おいて、両者で刃物台４の移動位置を検知して、検知デ
ータをシーケンサ20に入力するようにしてもよい。

また、アブソリュートパルスエンコーダ21に代えて電磁
誘導スケールやレゾルバを引いて刃物台４の移動位置を
検知してもよい。この際、各位置検出手段は、必ずしも
アブソリュートタイプのものでなくてもよく、インクリ
メントタイプのものでもよい。この場合は、加工開始前
に機械本体５を常に機械原点位置に位置させ、この位置
を“0"に設定してから、加工を開始するようにすればよ
い。

さらに、本実施例で長尺物加工用工作機械のクランプの
開閉制御装置はプロファイラに用いたが、プロファイラ
に限らず、プラノミラーや横中ぐり盤等にも使用しても
よい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等
は、本発明の目的を達成できる範囲であれば、他の構造
でも良い。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の長尺物加工用工作機械
のクランプの開閉制御装置によれば、従来に比べて、段
取り時間が大幅に減少でき、長尺物の加工が短時間でで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る長尺物加工用工作機械のクランプ
の開閉制御装置の一実施例を示す全体構成図、第２図は
クランプの開閉制御装置の一部斜視図、第３図はクラン
プ機構によるクランプ状態図、第４図は同一部アンクラ
ンプ状態図、第５図はクランプ機構の動作原理の説明
図、第６図はシーケンサの内部詳細図である。 １……長尺物加工用工作機械としてのプロファイラ、２
……主軸、３……刃物、６……テーブル、10……クラン
プ機構、14……電磁切換弁、20……シーケンサ、21……
位置検出手段および速度検出手段としてのアブソリュー
トパルスエンコーダ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テーブル上に載置されるワークをクランプ
   する複数のクランプ機構を設けるとともに、このクラン
   プ機構に駆動手段を設け、かつ、相対変位する主軸とテ
   ーブルとの間に前記主軸の位置を検出する位置検出手段
   および前記主軸と前記テーブルの相対速度を検知する速
   度検出手段を設け、この位置検出手段および速度検出手
   段を基にクランプ機構の開閉を制御するシーケンサを設
   けたことを特徴とする長尺物加工用工作機械のクランプ
   の開閉制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、位置検出手段および速
   度検出手段としては、アブソリュートパルスエンコーダ
   を使用したことを特徴とする長尺物加工用工作機械のク
   ランプの開閉制御装置。