JPH0763920B2

JPH0763920B2 - クランプ治具の設計方法

Info

Publication number: JPH0763920B2
Application number: JP61266155A
Authority: JP
Inventors: 直輝桂; 隆一大森; 清志熊谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-11-08
Filing date: 1986-11-08
Publication date: 1995-07-12
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPS63119987A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は車輌等の構造体の組立作業、特に前記構造体の
各部を形成する板状部材を溶接によって一体化する工程
において、前記板状部材を位置決めし、あるいは押え等
を行うために用いられるクランプ治具の設計方法に関す
るものであり、一層詳細には、コンピュータ設計支援シ
ステム（CAD）を用いて複雑な曲面を有する自動車車体
等の構造体を形成する板状部材を溶接し組み立てる際
に、当該板状部材を位置決めし、あるいは押さえるため
のクランプ治具の形状を前記板状部材を考慮して適切な
当り面を有するように設計するための設計方法に関す
る。

一般に、車輌等の構造体は複数の部位に分割され、板金
等の板状部材を夫々の部位の形状、曲面に従って加工し
た後、各部位を構成する板状部材を溶接して組み立てる
工程を採用している。このような組み立て溶接作業にお
いては組み立てられるべき板状部材を位置決めし、ある
いは押え機能を果たすクランプ治具、ガバリ治具等が必
要となる。

一方、近年、コンピュータを利用したコンピュータ支援
設計システム（以下、CADと称する）が普及しつつあ
り、特に三次元形状を取り扱うCADは、立体イメージをグラフィックディスプレイ上に表示
する、実験、試作等の代行をする、ツール等生産設備の工程、動作の確認を行う等の設計の構想段階から生産のシミュレーションまで幅
広く応用されている。

このようなCADシステムは自動車等の車輌の設計製造に
おいても採り入れられつつあり、上記のクランプ治具の
設計、製造ばかりでなく車体設計、各種シミュレーショ
ン等にも利用されている。

上記のクランプ治具の設計は、一般に、車体等の形状モデルをスキャニング装置により走査
し、形状データを得てモデル線図を得る、モデル線図よりクランプ部位を指定し、指定された
クランプ位置に対応する部位の断面線図データを得る、断面線図データに従ってクランプ治具の当り面形状
を算出するという手順によっていた。

然しながら、この方法では、クランプ治具において外側
の板面を押さえる側のクランプ部の当り面形状は上記モ
デル線図により求められるが、内側の板面を押さえる側
のクランプ部は上記モデル線図がクランプすべき板金部
材の板厚を考慮していない線であるため正確な当り面形
状を算出することは事実上極めて困難である。また、ク
ランプ部において板状部材をクランプする場合、クラン
プ治具の支点近傍とクランプされるべき板状部材との隙
間も考慮されないため、正確な治具設計が困難であっ
た。

従って、設計時にクランプ治具をやや大きめの形状とな
るように考慮して設計作図し、実際にクランプ治具を加
工して得た後に、現実の車体形状に合わせてクランプ部
の当り面等を修正する工程が必要であった。

このように、従来のクランプ治具の設計は車輌の形状が
複雑な曲面で構成されており、クランプ治具の当り面形
状を正確に算出することが困難であるため、製造された
クランプ治具の当り面形状等を修正する工程が必要であ
るという不都合を生じている。

また、前記クランプ治具の修正の工程においても、修正
面が単純な平面でないため、多大な時間を要するという
欠点を露呈している。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、コンピュータ支援設計システムを用いクランプ
すべき構造体の形状データ、および標準クランプ治具の
形状データからなるデータベースを備え、クランプすべ
き部位を指定すると共に標準クランプ治具を選択し、ク
ランプすべき部位の形状データと選択した標準クランプ
治具の形状データをもとにクランプ治具の先端部（クラ
ンプ部）の形状を指示し、次いで板厚、隙間データを入
力してクランプ部の当り面形状を算出することにより複
雑な曲面を有する構造体に沿った適切な当り面形状を有
するクランプ治具の設計を自動的に行うことが可能なク
ランプ治具の設計方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、CADシステム
を用いて構造体を構成する板状部材を一体化する工程に
おいて、複数の部位に分割され且つ各部位の形状に基づ
いて形成された前記板状部材を逐次加工して構造体を組
み立てる際に使用する前記板状部材の位置決めおよび／
または押え機能を果たすクランプ治具の設計方法であっ
て、対象となる構造体のモデル形状を走査して３次元直交座
標値を取得し、形状モデルデータとして該CADシステム
上の記憶手段中の第１の領域に格納しておき、該板状部
材のクランプすべき部位を指定し、指定されたクランプ
すべき部位に関連する形状モデルデータを前記第１の領
域から読み出し、前記クランプすべき部位の断面位置を
指定し、前記クランプすべき部位に関連する形状モデル
データから断面形状データを得て記憶手段中の第２の領
域に格納する一方、記憶手段中の他の領域に格納された
標準クランプ治具データから前記クランプすべき部位に
応じた標準クランプ治具を指定し、前記断面形状データ
に基づきクランプ治具の先端部形状を指定し、クランプ
すべき部位の板厚、隙間データを入力し、前記クランプ
治具の先端部形状と前記断面形状データおよび前記クラ
ンプすべき部位の板厚、隙間データとから当該クランプ
治具が該板状部材に当接する当り面形状を求めて記憶手
段中の第３の領域に格納した後、前記クランプ治具の当
り面形状と前記指定された標準クランプ治具データとか
らクランプ治具形状を特定し、出力手段から当該クラン
プ治具形状を出力することを特徴とする。

次に、本発明に係るクランプ治具の設計方法について好
適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細
に説明する。

第１図は本発明に係るクランプ治具の設計に用いられる
コンピュータ支援設計システムの概略構成を示し、この
中、参照符号10はコンピュータであり、当該コンピュー
タ10はCAD制御部12、会話処理部14、図形処理部16等か
ら基本的に構成されている。CAD制御部12は会話処理部1
4、図形処理部16の初期化等システム全体の制御を行う
ためのものであり、一方、会話処理部14はキャラクタデ
ィスプレイ18a、キーボード18bから構成される入出力手
段18から入力されたコマンド、パラメータをシンタック
スファイル20に登録されている構文定義に基づいて解析
し処理する。入力されたコマンド、パラメータが正しい
と判断されれば、会話処理部14はメッセージファイル2
2、および処理手順ファイル24から当該コマンドに対応
したコミュニケーションプログラム、あるいは処理プロ
グラムを読み出し、入出力手段18のキャラクタディスプ
レイ18aに所定のメッセージを表示して利用者に次の操
作指示を行うと共に、入力されたコマンドの処理を行
う。

図形処理部16はグラフィック（図形）ディスプレイ26
a、タブレット26bから構成される入出力手段26、あるい
は入出力手段18からの図形データ、数値データ等を処理
する部分であり、図形創成、編集、特定点の座標計算、
記憶手段28中のデータベース28a、ワークファイル28bの
アクセス等の機能を有し、キャラクタディスプレイ18
a、図形ディスプレイ26aから入力されたデータに基づい
て図形を創成、あるいは編集し、図形ディスプレイ26a
に表示し、また、データベース28a、ワークファイル28b
を検索し、所要のデータを取り出し処理し、あるいは格
納する等のファイル管理を行う。

参照符号30はプリンタ、プロッタ等の出力機器であり、
本発明に係るコンピュータ支援設計システムで処理され
た結果を図面、表として出力する場合に用いられる。参
照符号32はスキャンニング装置であり、本発明では車輌
等を走査し、外形形状を読み取り、記憶手段28中のデー
タベース28aの所定の領域に形状モデルデータとして蓄
積格納される。

本発明に使用されるコンピュータ支援設計システムは概
略的には以上のように構成されるものであり、次に本発
明に係るクランプ治具の設計方法に関連してその動作を
詳細に説明する。

第２図は本発明に係るクランプ治具の設計手順を示すフ
ローチャートである。本発明によれば、先ず第１に、対
象となる車輌等のモデルの形状をスキャンニング装置32
により走査し、車体（ボデイ）の三次元座標データを
得、記憶手段28中のデータベース28aの所定の領域（DB
−１）に線図データとして格納する（ステップ１）。ス
キャンニング装置32は門型スキャンニングマシンであ
り、この中を車輌等のモデルを順次移動させ、各部の形
状を三次元直交座標として読み取っていくものである。
第１表はデータベース28a中に上記スキャンニング装置3
2により走査して得た車輌の形状テーブル（線図デー
タ）の一例を示すものであり、関連する各部毎にライン
名（LINE−NAME）を付し、走査ポイント毎にＸ、Ｙ、Ｚ
の三次元直交座標データで表されている。

次に、クランプ位置が指定されると、会話処理部14、図
形処理部16によりデータベース28a中の領域DB−１が参
照され、関連する部位毎の線図データ、例えば、第１表
のライン名Ａ−１乃至Ａ−３、Ｂ−１、Ｂ−２、……の
一群のデータがグルーピングされ（ステップ２）、ワー
クファイル28bに格納されると共に、図形ディスプレイ2
6aに当該部分の線図が表示される。次いで、キーボード
18bにより前記グルーピングされた線図データの実際に
クランプする部分を示す断面位置を示す断面指示線を入
力する。すなわち、クランプ治具は、後述するように、
板厚が10mm〜30mm程度の板状素材から切削加工されるも
ので、その板厚寸法が実際に車体を押さえるクランプ部
の幅となる。従って、線図データの実際にクランプ部で
押さえられる部分の正確な形状を用いてクランプ治具の
先端（クランプ部）の設計を行うため、断面形状を求め
るものである。

第２表はキーボード18bより入力される断面指示データ
の一例である。

断面指示データが入力されると、会話処理部14、図形処
理部16はステップ２においてグルーピングされた線図デ
ータ（ワークファイル28bに格納されたライン名Ｂの線
図データ）と比較し、同じ座標値を持つ点（断面指示デ
ータと線図データの交点）を求め、断面図形状データと
してデータベース中の第２の領域DB−２に格納する（ス
テップ３）。第３表はこのようにして求めた断面形状デ
ータの一例を示すものであり、ライン名毎に断面指示デ
ータと線図データとの交点のデータが断面形状データと
して格納される。

一方、記憶手段28のデータベース28aの他の領域DB−ｎ
には標準クランプ治具データが格納してある。これは車
体の各部位をクランプするクランプ治具において、クラ
ンプ治具の先端部、すなわち実際にクランプする部分の
形状はクランプする部位によって当り面が全て異なる
が、後述するように、駆動ピストン、シリンダ、回転軸
等標準的な部分はクランプする部位によって共通的な設
計が可能である。標準クランプ治具データはこのような
観点に従って予め共通データとして設計されており、デ
ータベース28a中の領域DB−ｎに準備されているもので
ある。ステップ３において、クランプすべき部位の断面
形状データが求められると、次に、キーボード18bから
当該領域DB−ｎに格納されている標準クランプ治具デー
タからクランプ部位に応じた標準クランプ治具を指定す
る。この指定が行われると、図形処理部16はデータベー
ス28a中の領域DB−ｎから指定された標準クランプ治具
データを読み出し、図形ディスプレイ26aに表示する
（ステップ４）。

次いで、ステップ３において得たクランプ位置における
車体等の形状モデルデータの断面形状データと前記の標
準クランプ治具データとからクランプ治具の先端部形状
を指定する（ステップ５）。これは、図形ディスプレイ
26aに表示された標準クランプ治具および前記断面形状
データとを作業者が目視しながらタブレット26bを用い
て詳細形状設計を行うものである。

すなわち、標準クランプ治具データは標準的部分を共通
化した形状のみを示すものであり、作業者はクランプ部
の断面形状データを確認しつつクランプ治具の先端部、
換言すれば、クランプ部の形状をタブレット26b、若し
くは図形ディスプレイ26aから数個所乃至数十個所の位
置座標として入力し、図形処理部16において入力座標を
基に直線補間により先端部の細部設計が行われるもので
ある。

第３図は標準クランプ治具およびクランプ部に対応した
形状モデルデータの断面形状の一例を示す断面図であ
り、参照符号40、42がクランプ治具先端の可動クランプ
部を示し、P2およびP4を支点としP1、P3を駆動点とする
回動運動を行う可動部である。

参照符号44はガバリと称されるクランプ治具先端のクラ
ンプ部で、固定の押さえ、位置決めのために用いられ
る、参照符号46a、46bは可動クランプ部40、42の駆動点
P1、P3を駆動するピストンであり、シリンダ48、50によ
って動作する。参照符号34、36はクランプすべき部位の
形状モデルデータの断面形状を示すもので、所定の部位
を溶接する際に、本クランプ治具が位置決めおよび押さ
えの機能を果たすものである。

可動クランプ部40、42および固定クランプ部44はいずれ
も10mm〜20mmの厚さを有する板状の素材から切削加工さ
れるものであり、その先端部形状は前述したように作業
者が断面形状データを確認しつつQ₁乃至Q₁₁に示される
ように数個所乃至数十個所の位置座標として入力し、図
形処理部により直線補間して先端部形状設計を行う。

このようにして、先端部形状データが付加されたクラン
プ治具データはワークファイル28bに一旦格納される。
次いで、キャラクタディスプレイ18a、キーボード18bか
らクランプすべき部位の板厚、隙間データ入力し、ワー
クファイル28b中に格納する（ステップ６）。この場
合、ステップ１において得た形状モデルデータは車輌の
外形寸法を走査して得た肉板数値であり、車輌の各部位
を構成する板状部材の板厚が考慮されたものではないた
め、この板厚データを入力することによってステップ５
で得たクランプ治具先端部の当り面形状をより適切な値
に設計するためのものである。

前記板厚、隙間データが入力されると、次に、ステップ
５により得られたクランプ部先端部形状およびステップ
３で得られた断面形状データと、当該板厚、隙間データ
とからクランプ治具の当り面形状が算出され、データベ
ース28a中の第３の領域DB−３に格納される（ステップ
７）。この当り面形状の算出方法については後述する。
前記ステップ７においてクランプ治具の当り面形状が算
出されると、標準クランプ治具データと当該当り面形状
とから最終的なクランプ治具形状が特定され、この治具
データはデータベース中の第４の領域DB−４に格納され
ると共に、図形ディスプレイ26aに表示し、あるいは出
力機器30に図面としてプリント出力される（ステップ
８）。

第４図は第２図の処理手順におけるステップ７のクラン
プ治具の当り面形状算出の詳細手順を示す図であり、第
４図ａはフローチャート、第４図ｂ乃至第４図ｇは第４
図ａのフローチャートの各ステップにおける処理の概念
を説明するための図である。

先ず、クランプ部の線図データＡ、Ｂ、Ｃをクランプ部
の中心である第４図ｂのＳからクランプ材の厚み分だけ
オフセットした位置S₁、S₂（すなわち、クランプ材の厚
み方向の両側面線）で切断し、夫々の切断点をD1、D2、
D3、D4およびD5、D6とする（ステップＡ）。次いで、交
点D1から垂線を立て、線Ｂとの交点D3′を求める（ステ
ップＢ）。これは、第４図ｃに示すように、D1点での接
線を含む接平面を求め、D1点より垂線を立て接線を軸に
回転させ、線Ｂと交わる点D3′を求めることにより得ら
れる。

次いで、点D1、D3′から線分D1−D3′に対する垂線を板
厚方向に板厚ｔ分だけ延長させる（ステップＣ、第４図
ｄ参照）。次に、点D1と相対する線Ｂ上の点D3からステ
ップＢ、ステップＣと同様に線Ａに向かって垂線を立
て、線Ａとの交点D1′を求め、線分D3、D1′に対する垂
線を板厚方向に板厚ｔ分だけ延長させる（ステップＤ、
第４図ｅ参照）。次いで、線Ａおよび線Ｂから板厚ｔ分
だけ延長した垂線の端点をD1″、D1およびD3″、D3
とし（第４図ｅ参照）、線分D1−D3も中点と線分D1″−
D3の中点とを結んだものを線分D1−D3の平均板厚方向
とし、点D1、D3よりこの方向に板厚分だけ離れた点を結
んだ線分に対してクランプ治具の当り面数値を設定する
（ステップＥ、第４図ｆ参照）。以下、線Ａ、Ｂ、Ｃと
切断線S1、S2の各一対の交点（D3、D5）、（D2、D4）、
（D4、D6）毎にステップＢ乃至ステップＥを繰り返し、
当り面数値を求める（ステップＦ）。

次に、求めたポイントのデータが２個所と共有なもの、
例えば、線Ｂの点D3、D4は線Ａの点D1と線Ｃの点D5とか
ら求められた共有なものとなるが、この場合は夫々の延
長線の交点を求め、最終的なデータとする（ステップ
Ｇ、第４図ｇ）。すなわち、第４図ｇにおいて、点は
点D1との関係で求めた位置である。これらを夫々延長
し、交点D₃を最終的なデータとする。このようにして
求められた板厚を加味した当り面形状データは、前記の
ように、標準クランプ治具データとから最終的なクラン
プ治具形状が特定され、データベース中に格納されるこ
とになる。

次に、前記のようにして得られたクランプ治具の設計デ
ータに基づいて当該クランプ治具を製造する製造システ
ムについて説明する。

第５図は本発明に係るクランプ治具の製造システムの概
略構成を示す図である。図において、参照符号60は製造
ラインの制御および加工データの作成、編集を行うため
のコンピュータであって、主として製造ラインの制御等
を行うCAM制御部62と、加工データの作成、編集に係る
図形処理部64により構成されている。

参照符号66は記憶手段であり、前述の方法によって求め
られた車輌の各部位に対応するクランプ治具の形状テー
ブルが蓄積されている。参照符号68、70は入出力手段で
あり、夫々キャラクタディスプレイ68a、キーボード68
b、図形ディスプレイ70a、タブレット70bを備えてお
り、コンピュータ60と会話形式で加工データの作成、編
集や製造ラインの各装置に対する制御コマンド等を入力
することが出来る。参照符号72はクランプ治具の材料と
なる板状の素材を供給する素材ストッカであり、参照符
号74、76はクランプ治具の標準部を供給する標準品スト
ッカを示す。参照符号78はNC加工機械であり、加工デー
タに基づいて所定位置に穴加工するドリル装置を含む。
参照符号80はワイヤカット放電加工機で、コンピュータ
60から制御部82に送られる加工データに従って素材スト
ッカ72から供給された板状素材よりクランプ治具の形状
を切り出す加工を行う。参照符号84は溶接機械であり、
ワイヤカット放電加工機80により切り出されたクランプ
治具を必要に応じて溶接し組み立てるものであり、ここ
で組み立てられてクランプ治具はさらに必要により標準
品ストッカ74、76より供給されるクランプ治具標準部と
組み合わされて最終的なクランプ治具が製造される。参
照符号86は自動搬送ユニットであり、ワイヤカット放電
加工機80から切り出されたクランプ治具の搬出を行うも
のである。

本発明に係るクランプ治具の製造システムは概略的には
以上のように構成されるものであり、以下その動作並び
に作用について説明する。

先ず、作業者は記憶手段66中に格納されている各クラン
プ治具データに基づき当該クランプ治具を切り出すべき
板状の素材からどのクランプ治具をどの位置に配置して
切り出せば素材の使用効率が最もよくなるか、あるいは
ワイヤカット放電加工機における切削加工時間が短くな
るか等種々の条件を考慮して板状素材において加工すべ
きクランプ治具の種類、板状素材上の位置を入出力手段
68乃至70を使用してコンピュータ60の図形処理部64に入
力し、板取り作業を行う。図形処理部64はこの指示に従
って記憶手段66から該当するクランプ治具の形状データ
を逐次読み出し編集していく。この読み出し、編集の順
序は指示されたクランプ治具の板状素材上の位置により
ワイヤカット放電加工機80の切削順序に適応するように
行われるものである。このようにして編集された形状テ
ーブルは記憶手段66の他の記憶領域に格納される。

次いで、コンピュータ60は当該記憶手段66の他の領域に
格納された編集済のクランプ治具形状データを加工制御
用データ、すなわち、工具通路データ（NCデータ）に変
換し、ワイヤカット放電加工機80の制御部82に送出する
と共に、素材ストッカ72から板状素材の供給および搬送
路の制御を行い、ワイヤカット放電加工機80に素材を供
給して所定のクランプ治具の切り出しを行うものであ
る。

なお、途中において、所定個所に穴加工を行う場合には
NC加工機78が動作し、所定の穴加工を行い、また、ワイ
ヤカット放電加工機80において切り出されたクランプ治
具が他の部品と溶接組立が必要な場合には溶接機械84に
搬送され、溶接して組み立てられるようコンピュータ60
による制御が行われる。さらに、クランプ治具の標準品
部分との結合が必要な場合には標準品ストッカ74、76か
ら所定の標準品が供給され結合される。

以上説明したように、本発明によれば、コンピュータ支
援設計システムを用いクランプすべき構造体の形状デー
タおよび標準クランプ治具の形状データからなるデータ
ベースを備え、クランプすべき部位を指定すると共に標
準クランプ治具を選択しクランプすべき部位の形状デー
タと、選択した標準クランプ治具の形状データをもとに
クランプ治具の先端部形状を指示し、次いで板厚、隙間
データを入力することによってクランプ部の当り面形状
を算出するものであるから、複雑な曲面を有する構造体
に適した当り面形状を有するクランプ治具をコンピュー
タとの会話形式で直接的に設定することが可能であり、
当り面の修正に要する多大な工数が不要となる大きな利
点を有する。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに
設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクランプ治具の設計に用いられる
コンピュータ支援設計システムの概略構成を示す図、第２図は本発明に係るクランプ治具の設計手順を示すフ
ローチャート、第３図は標準クランプ治具およびクランプ部に対応した
形状モデルデータの断面形状の一例を示す図、第４図は第２図の手順におけるステップ８のクランプ治
具の当り面形状算出の詳細処理手順を示す出力図であ
り、第４図ａはフローチャート、第４図ｂ乃至第４図ｇ
は第４図ａのフローチャートにおける各ステップの処理
の概念を説明するための図、第５図は本発明に係るクランプ治具の製造システムの概
略構成図である。 10……コンピュータ、12……CAD制御部 14……会話処理部、16……図形処理部 18……入出力手段 18a……キャラクタディスプレイ 18b……キーボード、26……入出力手段 26a……図形ディスプレイ、26b……タブレット 28……記憶手段、28a……データベース 28b……ワークファイル、30……出力機器、 32……スキャンニング装置、60……コンピュータ 62……CAM制御部、64……図形処理部 66……記憶手段、68、70……入出力手段 72……素材ストッカ 80……ワイヤカット放電加工機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】CADシステムを用いて構造体を構成する板
状部材を一体化する工程において、複数の部位に分割さ
れ且つ各部位の形状に基づいて形成された前記板状部材
を逐次加工して構造体を組み立てる際に使用する前記板
状部材の位置決めおよび／または押え機能を果たすクラ
ンプ治具の設計方法であって、対象となる構造体のモデル形状を走査して３次元直交座
標値を取得し、形状モデルデータとして該CADシステム
上の記憶手段中の第１の領域に格納しておき、該板状部
材のクランプすべき部位を指定し、指定されたクランプ
すべき部位に関連する形状モデルデータを前記第１の領
域から読み出し、前記クランプすべき部位の断面位置を
指定し、前記クランプすべき部位に関連する形状モデル
データから断面形状データを得て記憶手段中の第２の領
域に格納する一方、記憶手段中の他の領域に格納された
標準クランプ治具データから前記クランプすべき部位に
応じた標準クランプ治具を指定し、前記断面形状データ
に基づきクランプ治具の先端部形状を指定し、クランプ
すべき部位の板厚、隙間データを入力し、前記クランプ
治具の先端部形状と前記断面形状データおよび前記クラ
ンプすべき部位の板厚、隙間データとから当該クランプ
治具が該板状部材に当接する当り面形状を求めて記憶手
段中の第３の領域に格納した後、前記クランプ治具の当
り面形状と前記指定された標準クランプ治具データとか
らクランプ治具形状を特定し、出力手段から当該クラン
プ治具形状を出力することを特徴とするクランプ治具の
設計方法。