JPH103490A - クランプ治具の設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＡＤによるクランプ治具の設計に際し、既
存のクランプ治具の中から使用できるクランプ治具を自
動的に選択し、これをもとに新たなクランプ治具を僅か
な設計工数で設計することができるクランプ治具の設計
方法を提供する。 【解決手段】 ＣＡＤ内のデータベースに既設計クラン
プ治具データを記憶し、その中から新たに設計するクラ
ンプ治具として、ワークをクランプすることができるク
ランプ形状を検索して、予め決めた優先順位による順番
でクランプ形状を選択し、選択したクランプのヒンジ位
置を変更することにより実際にワークをクランプできる
ようにクランプ治具を設計することを特徴とするクラン
プ治具の設計方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばワークに溶
接を行ったり、部品を組みつけるなどの作業を行う際
に、該ワークを作業ステージ上で保持、固定するための
クランプ治具をコンピュータ設計支援システムによって
設計するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータによるＣＡＤ／ＣＡ
Ｍと言われる設計支援システムが多数利用されるように
なり、ワークを保持、固定するためのクランプ治具の設
計においても、このようなＣＡＤ／ＣＡＭシステムが利
用されている。

【０００３】例えば特開平２−１１５９７７号公報、同
２−１１５９７８号公報および同２−１１５９８０号公
報には、ＣＡＤ／ＣＡＭによる治具自動設計装置が開示
されている。

【０００４】これら公報によれば、予め記憶されてい
る、治具の基本構造となる「基礎関係モデル」の中か
ら、設計者が設計しようとする治具の基礎関係モデルを
選択し、その選択された基礎関係モデルと、クランプ治
具の設計であれば、クランプするワークの設計データと
から、各種設計条件などの入力にしたがって、治具形状
を自動的に設計し、かつ治具を構成する部品の自動選
択、あるいは新たに形成する場合の条件などが出力され
るようになっている。

【０００５】これにより、クランプ治具の形状や使用す
る部品などが、設計者の入力した「基礎関係モデル」や
ワーク設計データなどから自動的に作成されることか
ら、クランプ治具そのものの形状を計算したり、ワーク
との干渉の有無の確認などがコンピュータに行われてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の方法
では、基本構造やあまり形状や機能に差のないシリンダ
などについてはある程度のラフスケッチが用意されてい
るものの、基本的には治具形状を全て一から設計し、ま
た、それに基づいて治具を加工組み立てることを前提と
している。

【０００７】しかし、あらゆる分野の製造業において、
必要な部分への資金投下を惜しむものではないが、削減
できるコストは極力削減することが強く要求されている
ところであり、クランプ治具などの製造設備の設計や加
工においても例外ではない。そこで、上記従来のように
一からクランプ治具の設計を行うのではなく、既存のク
ランプ治具を僅かな変更で利用することができれば、大
きなコスト削減が可能となる。

【０００８】しかしながら、既存のクランプ治具の中か
ら、その使用目的やワーク形状にあったクランプ治具を
直接を探し出すことは容易ではなく、例えば、上記のよ
うに全く新しいクランプ治具を設計し、その形状にあっ
たものを既存のクランプ治具の中から一つ一つ照合して
使用できるように加工し直すことが行われている程度で
あり、これでは治具加工のコスト削減は可能となるもの
の、設計工数、設計コストの削減にはならない。

【０００９】そこで、本発明は、クランプ治具の設計に
際し、既存のクランプ治具の中から使用できるクランプ
治具を自動的に選択し、これをもとに新たなクランプ治
具を僅かな設計工数で設計することができるクランプ治
具の設計方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、コンピュータ設計支援シス
テムを用いたクランプ治具の設計方法であって、前記コ
ンピュータ設計支援システム内のデータベースとして、
既に設計された複数のクランプ治具のデータを記憶する
段階と、設計するクランプ治具がクランプするワーク形
状を該ワークの設計データから取得して、前記データベ
ースの中から、所得したワークの設計データの断面形状
を元に、該ワークをクランプすることのできるクランプ
形状の既設計データを検索する段階と、予め決めた優先
順位に従って順に前記探し出したクランプ形状を組み合
わせたときに、前記ワークをクランプすることができる
ヒンジ位置を求める段階と、を有し、前記探し出したク
ランプ形状と前記求めたヒンジ位置とを、クランプ治具
の設計データとすることを特徴とするクランプ治具の設
計方法である。

【００１１】また、請求項２記載の本発明は、前記請求
項１記載の構成において、前記クランプ治具のヒンジ位
置を求める段階が、前記クランプ形状の既設計データを
検索する段階で探し出したクランプ形状のヒンジ点を中
心に任意の範囲内で、かつ任意の数の格子点を設定し、
該格子点をヒンジ位置としてクランプ可動部分を動作さ
せたときに、少なくともワークとクランプ可動部分との
干渉のない格子点をヒンジ位置とするものであることを
特徴とする請求項１記載のクランプ治具の設計方法であ
る。

【００１２】また、請求項３記載の本発明は、前記請求
項１または請求項２記載の構成において、前記優先順位
が前記ワークとクランプとの距離関係から指定するもの
であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
クランプ治具の設計方法である。

【００１３】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、請求項ご
とに以下のような効果を奏する。

【００１４】上述のように構成された請求項１記載の本
発明によれば、コンピュータ設計支援システム内のデー
タベースにこれまでに設計されたクランプ治具のデータ
を記憶しておき、その中から新たに設計するクランプ治
具として、ワークをクランプすることができるクランプ
形状を検索して、検索したものの中から予め決めた優先
順位による順番でクランプ形状を選択し、選択したクラ
ンプのヒンジ位置を変更することにより実際にワークを
クランプできるようにクランプ治具を設計することとし
たので、既存のクランプ治具のデータを有意義に利用す
ることができるようになり、一からクランプ治具の設計
を行う場合と比べて、その設計工数や時間を節約するこ
とができ、設計コストを低減し、設計者の負担を軽くす
ることができる。

【００１５】また請求項２記載の本発明によれば、ヒン
ジ位置の検索が効率よく行われるため、より設計時間を
短縮することができる。

【００１６】さらに請求項３記載の本発明によれば、ワ
ークとクランプの距離関係から優先順位を指定すること
としたので、前記請求項１または２の構成による効果に
加え、例えばワークの取り出し易さや治具の大きさなど
と言った設計者による設計意図をクランプ治具の設計に
反映させることが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の一実施の形態を説明する。

【００１８】図１は本発明を適用した設計方法における
コンピュータ設計支援システム（ＣＡＤ）の自動設計手
順の全体の流れを示すフローチャートであり、図２は図
１に示したフローチャート中のクランプ機構選定サブル
ーチンのフローチャートであり、図３は図２に示したフ
ローチャート中のヒンジ位置の探索を行うサブルーチン
のフローチャートである。以下、この図１〜図３のフロ
ーチャートに従って本発明の一実施の形態を説明する。

【００１９】なお、本発明において用いられるＣＡＤの
具体的な装置としては、例えばエンジニアリングワーク
ステーションと称されるコンピュータ、また、最近では
コンピュータ技術の向上によりパソコンと称されるよう
なコンピュータであってもＣＡＤとして利用することが
可能であるので、適宜設計内容に合わせてデータベース
の記憶容量や処理速度に必要なコンピュータを利用する
ことが可能である。また、これらのコンピュータを本発
明に利用するに当たっては、本発明による設計方法をプ
ログラム化したアプリケーションソフトとしてデータ記
憶媒体に記憶した状態で、各種コンピュータに提供され
るものである。

【００２０】クランプ治具の設計に用いるＣＡＤ装置に
は、予めデータベースとしてこれまでに設計されたクラ
ンプ治具のデータ（既設計データ）を記憶しておく。こ
の時クランプ治具の既設計データは、それぞれの種類に
応じて分類しておく。

【００２１】ここでは、本実施の形態においては、ワー
クとクランプとの距離関係に着目して優先順位を決めて
あるため、ワークとクランプとの距離関係により分類し
た。すなわち、図４に示すように、ヒンジ１３を中心に
回転し、最も単純な断面形状であり、クランプ可動部分
１０とワーク（この図では不図示）との距離が短いタイ
プＡ、図５に示すように、ヒンジ１３を中心に回転し、
タイプＡよりクランプ可動部分１０とワーク（この図で
は不図示）との距離が長く、ワークセット時の作業性が
よくなるタイプＢ、図６に示すように、ヒンジ１３ａ、
１３ｂによって回転し、クランプ可動部分１０の軌跡が
円弧ではなく、タイプＢよりも可動部分１０の回転角が
より大きく動作してワークセット時の作業性がよくなる
タイプＣ、図７に示すように、クランプ可動部分１０の
動作と共に動作し、ワーク下部においてワークを支持
し、かつその支持位置をネジ１６により可変して規制す
ることができるゲージ１２が設けられているタイプＤの
４種類に分けた。そして、これら４種類のタイプごとに
クランプ部分の形状の異なるクランプ治具の既設計デー
タを記憶させている。

【００２２】なお、クランプ治具は、通常ワークと当接
するクランプ可動部分１０とクランプ非可動部分１１、
クランプ可動部分１０の可動中心点となるヒンジ１３、
クランプ可動部分１０を動かすためのシリンダ１４、お
よびクランプを床面（またはベース面上）に固定するた
めの台座であるストール１５（図１０参照）よりなる。

【００２３】クランプ治具の設計は、まず、クランプす
るワークの形状データをワーク設計のためのＣＡＤデー
タなどから取得する（Ｓ１）。ここで、ワークの一例を
図８に示す。図８に示したワーク１は、自動車車体の後
部側面パネルである。

【００２４】ついで、取得したワークデータに対し、図
８に示すように、クランプ位置２１、２２、２３、２
４、２５を指定する（Ｓ２）。クランプ位置はワーク１
の重量配分や作業ステージ上でのクランプ治具の設置位
置などから予め求めておく。

【００２５】ついで、指定したクランプ位置における断
面形状を、取得したワークの設計データからクランプ位
置におけるワークの曲線や曲面の数値データを元に数学
的な演算によって求める（Ｓ３）。例えば図８中におけ
るクランプ位置２１での断面形状を求めると、図９に示
すような形状となる。

【００２６】ついで、クランプが実際にワークに当接す
る部分、すなわちワークのクランプ場所を指定する（Ｓ
４）。図９では斜線ハッチングした部分がクランプとワ
ークが当接するクランプ場所であり、この指定は設計者
により行われる。

【００２７】ついで、指定されたワークのクランプ場所
をクランプすることのできるクランプ機構をもつクラン
プ治具を既設計データのデータベースから検索する（Ｓ
５）。このクランプ機構の選定については後に詳細に説
明するが、このステップによりワークをクランプするこ
とのできる既設計クランプ治具の少なくともクランプ部
分の形状およびヒンジ機構が選定される。

【００２８】ついで、ベース高さを指定する（Ｓ６）。
一般にベース高さは、床面から作業台（ベース）までの
高さを言うが、ここでは、図１０に示すように、作業台
（ベース）３１から作業位置３０までの高さとした。な
お、このベース高さについてはその規準をどこにとって
もよく、特に限定されるものではなく、クランプ治具の
高さの規準となるものであればよい。なお、図１０にお
いて、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は側面図で
ある。

【００２９】ついで、ベース高さによりストールの高さ
が選定され、かつクランプ機構を動作させるためのシリ
ンダが選定される（Ｓ７）。なお、ストールの高さはそ
れ自体を入力してもよいし、またワーク形状とベースの
高さからワークのクランプ位置までの高さをコンピュー
タにより算出させて自動的に求めてもよい。また、シリ
ンダについては、後述するクランプのヒンジ位置によっ
てクランプ可動部分を動作させることが可能な動作範囲
をもつシリンダを選定する。

【００３０】最後に、ステップＳ５において選定された
クランプ機構とステップＳ７により選定されたストール
とを組み合わせて、クランプ治具全体の製図を行ってク
ランプ治具の設計が終了する（Ｓ８）。以上がクランプ
治具設計の全体の流れである。

【００３１】次に、前記ステップＳ５におけるクランプ
機構の選定方法について説明する。まず、前記ステップ
Ｓ３およびＳ４で得られたワークの断面形状とクランプ
場所を元にこのような断面形状やクランプ場所をクラン
プすることが可能なクランプ（可動部分と非可動部分）
の形態を有する既設計クランプ治具をデータベースの中
から検索する（Ｓ１１）。ここでは、クランプを閉めた
状態で、とりあえず断面形状におけるクランプ場所の形
状に合うものを検索するのみで、クランプしたとき（ク
ランプが閉じたとき）の大きさが完全に断面形状に一致
する必要はなく、またクランプ開閉に伴うワークとの干
渉やワークとクランプ可動部分との距離、開閉動作の軌
跡などについて、判断する必要ない。

【００３２】したがって、ここでは同一の既設計クラン
プ治具から完全に一致するクランプ形状を選び出す必要
はなく、例えば異なるクランプ治具の既設計データの中
から、非可動部分の形状がワーク断面形状のクランプ場
所と一致するものと、可動部分の形状がワーク断面形状
のクランプ場所と一致するものとを選び出してもよい
し、また、クランプ場所の形状が一致すれば全体として
クランプできる大きさにならないものであってもよいの
である。これは、後述するようにクランプ治具のヒンジ
部分の位置によってクランプする大きさは変更が可能な
ためであり、また、前記図７において示したように、ク
ランプ機構の一部がゲージにより可動可能なクランプ治
具もあるためである。

【００３３】ついで、クランプの優先順位を入力する
（Ｓ１２）。ここで入力される優先順位は例えばワーク
とクランプ可動部分との距離を近くしてクランプ治具全
体の構造が小さくなるものの優先順位を高くした。した
がって、図４〜図７に示したクランプタイプで言えばＡ
−Ｂ−Ｃ−Ｄの順となる。もちろんこのような優先順位
に限られるものではなく、この逆にワークの出し入れが
楽になるように、クランプ可動部分とワークとの距離が
離れるものの優先順位を高くなるようにしてもよい。な
お、この優先順位の入力はこのステップに限らず、少な
くともこのステップ以前に行われていればよい。

【００３４】ついで、前記ステップＳ１１において検索
されたクランプ機構の中から、優先順位の最も高いタイ
プのものを選択する（Ｓ１３）。

【００３５】ついで、選択されたクランプ機構につい
て、ワーク断面形状をクランプしたときに成立するヒン
ジ位置を求める（Ｓ１４）。すなわち、このステップに
おいて、前記ステップＳ１１において選択されたクラン
プ機構の中から、優先順位の高いものについて、ワーク
断面形状を実際にクランプしたときの大きさが一致する
か、また、クランプ開閉に伴うワークとの干渉やワーク
とクランプ可動部分との距離、開閉動作の軌跡などに問
題なく設定できるヒンジ位置を算出するものである。な
お、このヒンジ位置の算出については後に説明する。

【００３６】ついで、前記ステップＳ１４において成立
するヒンジ位置があるか否かを判断し（Ｓ１５）、成立
するヒンジ位置があればそのヒンジ位置を全て表示して
（Ｓ１６）、任意のヒンジ位置を指定して（Ｓ１７）、
メインルーチンに戻る。

【００３７】なお、ステップＳ１５において成立するヒ
ンジ位置がない場合には、次の優先順位のクランプにつ
いてＳ１４およびＳ１５を実行し（Ｓ１８，Ｓ１９）、
これを優先順位の順に繰り返して、いずれのクランプ形
状でも成立するものがなければ、エラー処理（例えば既
設計データの中からは自動設計できないなどの警告を出
す）を行って（Ｓ２０）、全ての処理を終了する。

【００３８】以下、ヒンジ位置の算出方法について図３
を参照して説明する。

【００３９】まず、図１１に示すように、既設計データ
上のヒンジ位置を中心にメッシュ５０を描いて、複数の
格子点を設定する（Ｓ２１）。格子点の数や範囲につい
ては特に限定はなく、例えば、図１１に示したものの場
合には、格子ピッチを５ｍｍとして、ワーク断面の端か
ら６０×１００ｍｍの範囲内に設定した。

【００４０】ついで、設定した各格子点において、それ
ぞれクランプ可動部分を動作させてワークとの干渉をチ
ェックし（Ｓ２２）、動作するか否かを判断し（Ｓ２
３）、成立する格子点５１についてはその格子点位置を
記憶する（Ｓ２４）。これを全ての格子点について終わ
るまで実行する（Ｓ２５）。これにより成立するヒンジ
位置の候補が算出される。

【００４１】以上のようにして、ヒンジ位置が算出され
て、このヒンジ位置と、前述した既設計データから得ら
れたクランプ形状によって新たなクランプ部分の設計デ
ータが形成され、これに前述のステップＳ７において指
定された高さのストールとシリンダが組み合わされて、
クランプ治具の設計データが完成する。

【００４２】これにより、既設計データの中から自動的
に新たなクランプ治具の設計がなされるようになり、一
からクランプ治具の設計を行う場合と比べて、その設計
工数や時間を節約することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるクランプ治具設計の手順を示す
フローチャートである。

【図２】 上記図１に示したフローチャート中のクラン
プ機構の選定のサブルーチンフローチャートである。

【図３】 上記図２に示したフローチャート中のヒンジ
位置の探索のサブルーチンフローチャートである。

【図４】 クランプ治具の図面である。

【図５】 クランプ治具の図面である。

【図６】 クランプ治具の図面である。

【図７】 クランプ治具の図面である。

【図８】 ワークの一例を示す図面でる。

【図９】 ワーク断面の一例を示す図面でる。

【図１０】 ベース高さを説明するための図面で、
（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。

【図１１】 ヒンジ位置の検索方法を説明するための図
面である。

【符号の説明】

１０…クランプ可動部分、 １１…クランプ非可動部分、 １２…ゲージ、 １３…ヒンジ、 １４…シリンダ、 １５…ストール、 １６…ビス、 ３０…作業位置、 ３１…ベース、 ５０…メッシュ（格子点） ５１…成立する格子点。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンピュータ設計支援システムを用いた
   クランプ治具の設計方法であって、 前記コンピュータ設計支援システム内のデータベースと
   して、既に設計された複数のクランプ治具のデータを記
   憶する段階と、 設計するクランプ治具がクランプするワーク形状を該ワ
   ークの設計データから取得して、前記データベースの中
   から、所得したワークの設計データの断面形状を元に、
   該ワークをクランプすることのできるクランプ形状の既
   設計データを検索する段階と、 予め決めた優先順位に従って順に前記探し出したクラン
   プ形状を組み合わせたときに、前記ワークをクランプす
   ることができるヒンジ位置を求める段階と、を有し、 前記探し出したクランプ形状と前記求めたヒンジ位置と
   を、クランプ治具の設計データとすることを特徴とする
   クランプ治具の設計方法。
2. 【請求項２】 前記クランプ治具のヒンジ位置を求める
   段階が、前記クランプ形状の既設計データを検索する段
   階で探し出したクランプ形状のヒンジ点を中心に任意の
   範囲内で、かつ任意の数の格子点を設定し、該格子点を
   ヒンジ位置としてクランプ可動部分を動作させたとき
   に、少なくともワークとクランプ可動部分との干渉のな
   い格子点をヒンジ位置とするものであることを特徴とす
   る請求項１記載のクランプ治具の設計方法。
3. 【請求項３】 前記優先順位が前記ワークとクランプと
   の距離関係から指定するものであることを特徴とする請
   求項１または請求項２記載のクランプ治具の設計方法。