JPH11239934A - 衝撃試験片加工用マシニングセンター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １度の素材セットで衝撃試験片複数本数を同
時に、掴み替えなしに表裏面切削することにより、効率
良く、設備費が安価で高精度に加工する。 【解決手段】 水平面内で回転・左右動が可能なパレッ
トと、パレット上に固定された素材クランプ装置と、前
進後退・上下動が可能な切削工具とを有するマシニング
センターにおいて、クランプ装置は、素材積層束をその
両側面が露出した状態で収容可能な加工空間を有するメ
インフレームを含み、加工空間の上部・下部に各々設け
た上・下のクランプ治具が素材積層束の上端面・下端面
を各々クランプし、かつ、加工空間の左・右の縁部に各
々設けた左・右のクランプ治具が素材積層束の左・右の
端面を各々クランプし、これにより加工空間内にクラン
プされた素材積層束の露出している両側面を各々切削工
具で加工するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所等で生産し
た鉄鋼材料の品質試験に用いる衝撃試験片を製造するた
めの装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より製鉄所で製造した鉄鋼材料の品
質保証を行うため、製造した鉄鋼材料から試験片を採取
しその試験片を用いて機械的性質を材料試験によって計
測している。その試験片の一つとして、衝撃試験片が知
られており、図１に示すように、試験片サイズは幅１０
mm×高さ１０mm×長さ５５mmの角柱の側面中央にノッチ
を入れたものである。

【０００３】この衝撃試験片を作成するには、例えば、
特開平３−１０１４３号公報に開示されているように、
複数の加工を行うため複数の加工機械を用いる方法が知
られている。しかし、この方法では、複数の加工を行う
ため複数の加工機械の準備が必要であり、設備費、設置
スペースの確保が困難であった。これに対して単一の加
工機械による方法として、特開平７−９６４３２号公報
に提案のように、旋回可能なパレット上の９０°割りの
各々の面に衝撃試験片の加工工程に応じた専用のクラン
プ装置を設け素材から衝撃試験片の仕上加工まで加工工
程毎に試験片の掴み替えを行い加工を行う装置がある。

【０００４】しかし、１台の加工機械であっても、減厚
工程で、表裏加工に２度の掴み替えが発生する、減長工
程では１枚毎しか加工が出来ずに加工効率が悪いもので
あり、しかも、減長工程、減厚工程、減幅工程等の各加
工工程毎の専用クランプ装置を有しており、設備費が高
く、また、減厚工程の表裏面の加工時にクランプ替えが
発生し、切り屑の噛込、クランプ替えによる擦れが発生
し加工精度の悪化を招くものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は１度の試験片
セットで衝撃試験片複数本数を同時に、また、掴み替え
なしに試験片の表裏面切削することにより、効率よく、
しかも、設備費が安価で高精度に加工することを課題と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の衝撃試験片加工マシニングセンターは、
水平面内で回転および左右動が可能なパレットと、該パ
レット上に固定された素材クランプ装置と、前進後退お
よび上下動が可能な切削工具とを有するマシニングセン
ターにおいて、前記クランプ装置は、素材を複数枚重ね
合わせた素材積層束をその両側面が露出した状態で収容
可能な加工空間を有するメインフレームを含んで成り、
該メインフレームの該加工空間の上部および下部にそれ
ぞれ設けた上クランプ治具および下クランプ治具が該素
材積層束の上端面および下端面をそれぞれクランプし、
かつ、該メインフレームの該加工空間の左縁部および右
縁部にそれぞれ設けた左クランプ治具および右クランプ
治具が素材積層束の左端面および右端面をそれぞれクラ
ンプし、これにより前記加工空間内にクランプされた素
材積層束の前記露出している両側面をそれぞれ該切削工
具で加工するようにしたことを特徴とする。

【０００７】加工機械としてフライス加工、ノッチ加工
等種々の機械加工が可能である汎用横形マシニングセン
ターを使用し、そのマシニングセンターのパレット上に
本発明のクランプ装置をセットすることにより、一種類
のクランプ装置で試験片素材から衝撃試験片の完成まで
の全ての工程を加工させる機能を持たせることが出来、
ロボット等の素材供給装置との組合せで、全ての加工工
程を自動で行うことが出来る。加工する際に試験片素材
は任意枚数積み重ねて加工が出来、加工段取り時間の効
率化が図れる。また、クランプ装置で加工面以外の４面
を強固に固定するため、クランプする４面を除き表裏面
の２面を１度の素材セットで加工できる点が本発明の大
きな特徴の一つである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してに本発
明を更に詳細に説明する。図２に示した本発明によるマ
シニングセンター１００は、パレット１０、クランプ装
置１２、および切削工具１４を備えている。パレット１
０は、矢印Ｒ１で示すように水平面内で鉛直軸Ａ１の周
りに回転可能であると共に矢印Ｘで示すように水平方向
に左右動可能である。素材クランプ装置１２はパレット
１０上に固定されており、上記パレット１０の動きに伴
って動く。切削工具１４は、矢印Ｚ方向に前進後退可能
であると共に矢印Ｙ方向に上下動可能である。

【０００９】クランプ装置１２は、図３および図４に示
したように、素材５１を複数枚（図の例では６枚）重ね
合わせた素材積層束５０をその両側面が露出した状態で
収容可能な加工空間２２を有するメインフレーム２０を
含んで成り、メインフレーム２０の加工空間２２の上部
および下部にそれぞれ設けた上クランプ治具２４および
下クランプ治具２６が素材積層束５０の上端面および下
端面をそれぞれクランプし、かつ、メインフレーム２０
の加工空間２２の左縁部および右縁部にそれぞれ設けた
左クランプ治具２８および右クランプ治具３０が素材積
層束５０の左端面および右端面をそれぞれクランプし、
これにより前記加工空間２２内にクランプされた素材積
層束５０の露出している両側面をそれぞれ切削工具１４
（図２）で加工する。

【００１０】ここで、上クランプ治具２４はクランプシ
リンダー３２により上下可動であり、下クランプ治具２
６はメインフレーム２０の下端の一部を成す固定部であ
る。また、右クランプ治具３０はクランプシリンダー３
４により左右可動であり、左クランプ治具２８はメイン
フレームの外周部の一部を成す固定部である。再び図２
を参照すると、工具主軸Ａ２に対して垂直の素材用主軸
Ａ１、その素材用主軸Ａ１上にあるパレット１０、パレ
ット１０上に取付られた素材クランプ装置１２、加工主
軸Ａ２の側方に工具交換装置１６が設けられ、工具ホル
ダー１８に保管の工具の中から素材加工工程、方法に応
じた必要な工具を自動選定し加工主軸Ａ２にセットする
機能を有している。このマシニングセンター１００の各
駆動軸はサーボモーターにより制御されており主軸Ａ２
周りの回転、Ｘ，Ｙ，Ｚ各方向への移動及び素材用主軸
Ａ１周りの回転を約１／１０００mm単位の正確さでコン
トロールできる。

【００１１】クランプ治具１２は、図３に示すように、
加工空間２２を有したメインフレーム構造２０をとり、
その外周側および下方に基準フレームを配置し試験片素
材自動セット時の位置決め精度確保を行う。ここで、基
準フレームは、既に左クランプ治具２８および下部クラ
ンプ治具２６として説明したものであり、両者が直角を
挟むＬ形を成しており、素材５１は、Ｌ形のコーナー部
に単一のブロック片としてもしくは任意枚数素材用主軸
方向に積み重ねられ所定の加工位置に強固に固定され
る。クランプ機構としては、素材用主軸の上方向に主ク
ランプの治具２４を有し上下方向に開閉し、また側方に
も横押さえクランプ治具３０を有し左右方向に開閉する
機構を備えている。爪部の形状は自動で試験片素材セッ
トし加工を行えるよう、上下方向主クランプ爪部にはロ
ボット等の試験片素材供給装置との取合いのため、溝状
の逃げ３６を設けている。クランプするための治具はフ
レーム内に油圧等のシリンダー３２を設け上下方向に治
具を可動させ素材の固定を行う。また、加工時の切削反
力、及び加工振動（ビビリ）をサポートするため、水平
方向に押さえのシリンダー３４を設置している。上下左
右方向のクランプ治具２４は衝撃試験片の最終仕上厚み
が１０mmであるため、加工工具との干渉を回避し加工が
可能なように爪厚は１０mm未満としている。

【００１２】以下、図５〜図１０を参照して、本発明の
マシニングセンター１００による衝撃試験片の加工の一
実施形態を説明する。 〔素材供給〕（図５）マシニングセンター１００に供給
する素材として、先ず、実際の製品の一部から採取した
小割素材６０（長さ５００ｍｍ程度）から、□６５ｍｍ
×任意厚みの平板状の衝撃試験片素材５１を切断する。

【００１３】〔減厚工程〕（図６）上記の素材５１を１
枚ずつマシニングセンター１００のクランプ装置１２に
クランプして、厚みを１０±０．０２５mmまで切削する
減厚加工を行う（図６（Ａ））。この減厚工程は、板厚
方向で試験片の取り方が異なる規格があるため、クラン
プ治具セットの事前段取りとして、表面取り、１／４取
り、１／２取り、３／４取り等の位置を予めセットして
おきロボット等のマシニングセンター試験片供給装置に
て素材板厚方向を工具主軸Ａ２直角方向にして、試験片
採取位置をクランプ治具の中心としクランプ治具中央に
試験片のセットを行う（図６（Ｂ））。

【００１４】この状態でワーク５１の表面加工（工具ヘ
ッド側）を行い、続いてマシニングセンターパレット１
０を１８０°回転させることにより裏面を工具ヘッド１
４側へ移動させ加工を行う（図６（Ｃ１）〜（Ｃ
２））。また、減厚の仕上加工面に試験片の認識番号を
試験片の採取位置を考慮し、マーキングまでを一括して
行わせる。この減厚加工時の厚み加工精度は汎用マシニ
ングセンターのパレット旋回及び加工工具主軸位置決め
精度は機構及び停止精度によってのみ決まり、高精度な
加工が確保可能である。

【００１５】〔減長工程〕（図７）次に、減厚工程を終
えた試験片素材５１は、マシニングセンター近傍に設け
た積み重ね装置で積み重ねを行い、任意複数枚（２〜８
枚程度）の積層束５０となる（図７（Ａ））。この積層
束５０は、減厚工程で使用された同じクランプ装置１２
へ、素材減長方向を工具主軸Ａ２直角方向（素材用主軸
Ａ１方向）にして、試験片採取位置をクランプ治具１２
の中心にし、クランプ治具中央にもう一度セットをし減
長加工を行う。この状態で試験片素材５１は□６５mm×
厚み１０mmで任意複数枚（図示の例では６枚）重ねられ
ており、試験基準により□６５mmの一辺を５５mm＋０，
−０．６mmまで加工を行う。試験片素材５１は前工程で
加工した板厚方向を上下方向としこの方向をクランプし
て減長方向を前後としてクランプ治具へセットする。こ
の状態で上記減厚加工と同様に表面及び裏面の加工を行
う。

【００１６】この減長工程以降、積み重ねた積層束５０
のまま加工することにより、１枚毎に試験片の段取り替
えを要する時間を削減し、効率の良い加工フローを実現
させる。 〔分割工程〕（図８）次に、減長加工された試験片はロ
ボット等の供給装置により切断装置へ渡され、６５ｍｍ
×５５ｍｍ素材１枚から３個の衝撃試験片が採取出来る
よう、１２mm前後に３分割を行う。実際には、位置合せ
のため先端は切り捨てるし、３分割目に掴み部分を残す
必要があるので、図示のように５分割（切断４回）にな
る。

【００１７】〔減幅工程〕（図９）上記で切断分割され
た試験片素材は再度マシニングセンター１００へ戻し次
の加工工程を行う。試験片のセットは減厚した面を上下
方向とし、減幅する面を工具主軸Ａ２直角方向（素材用
主軸Ａ１方向）にして行い、切断した約１２mmの片をク
ランプ治具の中心にして、クランプ治具中央に試験片へ
セットする。このクランプにより減幅加工を行う。減幅
は１０±０．０２５mmである。減幅加工は、表面および
裏面について同様に行う。

【００１８】〔Ｖノッチ加工工程〕（図１０）上記クラ
ンプ状態のまま、引き続きＶノッチ加工を行う。Ｖノッ
チは加工深さ２±０．０２５mm，先端ノッチ半径は０．
２５±０．０２mmである。Ｖノッチは、減幅した片面の
中央の上下方向にＶノッチ加工を行い衝撃試験片の加工
を終了する。

【００１９】以上説明した各加工を行う場合のクランプ
治具クランプ力は、試験片仕上げ面に発生するクランプ
疵とクランプすることによって発生する素材の弾性変形
の関係によって決定され、２〜４ton の力とする必要が
ある。この加工工程を経ることにより衝撃試験片を１台
のマシニングセンター及び一種のクランプ治具により同
時複数個の試験片を効率よく製造できる。パレット上に
設置するクランプ治具は、試験片製作効率と生産量の関
係から複数（２〜４）台設置することも出来る。

【００２０】なお、各工程で荒加工、仕上加工と行う
が、この加工を行うことにより加工側面に加工バリが発
生し段取り替え時のロボット等の供給装置のハンドリン
グ時に試験片素材のズレは発生し精度悪化を招くため、
荒加工後バリ取り加工を行いその後仕上を行うことによ
り、積み重ね面及びロボットクランプ面にバリの発生し
ない加工を行うことが可能となる。

【００２１】また、一連の試験片加工の効率の良い加工
フローを実現するため、積み重ね加工をおこなっている
が、積み重ねた材料のズレを防止するため、各加工工程
中は勿論のこと、試験片の受け渡し時に相掴みを行いそ
の防止を行っている。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の衝撃試験
片加工用マシニングセンターは、ワーク主軸上パレット
に素材クランプ治具を複数個設け、衝撃試験片加工工程
の減厚工程は１枚毎行いこれ以降の減長、減幅、Ｖノッ
チ加工を積み重ねた状態で行い、これらの加工工程を一
種類の素材クランプ治具で加工を行うことが可能とな
り、１台のマシニングセンターと一種類のワーククラン
プ治具で衝撃試験片の素材から完成までを行え、従来の
ように複数の加工機械及び複数の素材クランプ治具を用
いる場合に比べ、設備の設置スペースを小さくすると共
に、１度のワーククランプで、表裏面の加工を行うこと
により、高効率且つ高精度で設備費を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による加工対象である衝撃試験
片の斜視図である。

【図２】図２は、本発明によるマシニングセンターの一
部を示す斜視図である。

【図３】図３は、本発明によるマシニングセンターの構
成要素であるクランプ装置の部分断面図である。

【図４】図４は、図３に示したクランプ装置の部分斜視
図である。

【図５】図５は、本発明による加工を行う素材の斜視図
である。

【図６】図６は、本発明による減厚加工工程を示す図で
あり、（Ａ）素材および加工後の形状を示す斜視図、
（Ｂ）素材をクランプ装置にクランプした状態を示す立
面図、および（Ｃ１），（Ｃ２）パレットの回転による
表裏両面の加工方法を示すための図６（Ｂ）のＣにおけ
る断面図である。

【図７】図７は、本発明による減長加工工程を示す図で
あり、（Ａ）素材および加工後の形状を示す斜視図、
（Ｂ）素材をクランプ装置にクランプした状態を示す立
面図、および（Ｃ１），（Ｃ２）パレットの回転による
表裏両面の加工方法を示すための図７（Ｂ）のＣにおけ
る断面図である。

【図８】図８は、減長した後、幅方向に３分割した素材
を示す斜視図である。

【図９】図９は、本発明による減幅加工工程を示す図で
あり、（Ａ）素材および加工後の形状を示す斜視図、
（Ｂ）素材をクランプ装置にクランプした状態を示す立
面図、および（Ｃ１），（Ｃ２）パレットの回転による
表裏両面の加工方法を示すための図９（Ｂ）のＣにおけ
る断面図である。

【図１０】図７は、本発明によるノッチ加工工程を示す
図であり、（Ａ）加工後の形状を示す斜視図、（Ｂ）素
材をクランプ装置にクランプした状態を示す立面図、お
よび（Ｃ）ノッチ加工方法を示すための図７（Ｂ）のＣ
における断面図である。

【符号の説明】

１０…パレット １２…クランプ装置 １４…切削工具 ２０…メインフレーム ２２…加工空間 ２４…上クランプ治具 ２６…下クランプ治具 ２８…左クランプ治具 ３０…右クランプ治具 ５０…素材積層束 ５１…個々の素材 １００…マシニングセンター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸尾 具彦 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 (72)発明者 善如寺 貞雄 新潟県新潟市岡山1300番地 株式会社新潟 鐵工所新潟精機工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面内で回転および左右動が可能なパ
   レットと、該パレット上に固定された素材クランプ装置
   と、前進後退および上下動が可能な切削工具とを有する
   マシニングセンターにおいて、 前記クランプ装置は、素材を複数枚重ね合わせた素材積
   層束をその両側面が露出した状態で収容可能な加工空間
   を有するメインフレームを含んで成り、該メインフレー
   ムの該加工空間の上部および下部にそれぞれ設けた上ク
   ランプ治具および下クランプ治具が該素材積層束の上端
   面および下端面をそれぞれクランプし、かつ、該メイン
   フレームの該加工空間の左縁部および右縁部にそれぞれ
   設けた左クランプ治具および右クランプ治具が素材積層
   束の左端面および右端面をそれぞれクランプし、これに
   より前記加工空間内にクランプされた素材積層束の前記
   露出している両側面をそれぞれ該切削工具で加工するよ
   うにしたことを特徴とする衝撃試験片加工マシニングセ
   ンター。