(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機台上にインデックステーブルを垂直軸線の周りで旋回可能に支持し、前記インデックステーブルを跨ぐように立設された支持部材に設けられ、前記インデックステーブルの上面に支持されたワークに押圧されるクランプ治具を旋回支持機構により複数のクランプ位置の間で位置切り換え可能に装着し、前記支持部材の上部には位置切り換えされたクランプ治具を下方に押圧してワークをクランプするための複数のクランプ力付与機構を設け、前記クランプ治具の旋回支持機構は、前記支持部材上部の所定位置において上下方向に移動不能に支持された旋回中心軸と、該旋回中心軸に対しその旋回軸線の周りで水平方向に往復旋回可能に、かつ上下方向に移動不能に支持された旋回支持筒と、該旋回支持筒の旋回筒部に上下方向に往復動可能に支持された押圧軸とを備え、前記旋回中心軸及び押圧軸の下端部には前記クランプ治具が該旋回中心軸の旋回軸線の周りで前記押圧軸の旋回運動によって旋回可能に、かつ押圧軸の昇降運動により昇降可能に装着され、前記クランプ治具と支持部材又はインデックステーブルとの間には旋回力付与機構が設けられている工作機械におけるワーククランプ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記複数のクランプ力付与機構は、支持部材上部の所定位置において複数箇所に下向きに配設された複数のクランプシリンダと、それらに付随のピストンロッドの下端部に対し前記押圧軸の上端部に形成した係止フランジを係合把持可能な複数の把持機構とにより構成され、前記各把持機構の間には、クランプ治具とともに上方に持ち上げられた押圧軸の係止フランジを案内移動するための案内機構が設けられている工作機械におけるワーククランプ装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記旋回中心軸と押圧軸の下端部には前記旋回中心軸を中心に押圧軸の旋回運動によって旋回可能に、かつ該押圧軸の上下方向の往復動に伴って前記旋回中心軸上を案内移動される取付基板が設けられ、該取付基板にはフローティング機構を介してクランプ治具が僅かに揺動可能に装着されている工作機械におけるワーククランプ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記旋回力付与機構は前記支持部材と前記クランプ治具との間に設けられ、前記クランプ治具又は取付基板には下方に指向する案内ロッドが設けられ、前記支持部材に対し往復動可能に装着された支柱に取り付けられた係合金具を前記案内ロッドに上下方向の相対移動可能にかつ水平方向の相対移動可能に連係した工作機械におけるワーククランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械におけるワーククランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械においては、旋回不能なテーブルの上面にワークを所定位置にクランプ装置により固定して加工具によりワークを加工する方式と、インデックス装置によってワークを旋回させて、ワークの複数の加工面に対し加工を施す方式のものとがある。後者のインデックス装置を用いた工作機械においては、インデックステーブルの上面に対しワークを上方向からクランプするクランプ装置を、前記インデックステーブルの旋回運動と同期して旋回可能に装着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のワーククランプ装置は、インデックステーブル上でワークとそのクランプ装置を旋回させる構造をとっていたため、大重量のクランプ装置を旋回させる必要があり、大型のインデックステーブルが必要になるという問題があった。
【０００４】
又、クランプ装置を構成する上下方向に延びる支持部材が加工具との干渉が生じて加工できないワーク面があったり、加工具を進退させるスペースが制約を受けたりして、ワークの加工面の自由度が低下するという問題もあった。
【０００５】
さらに、従来のワーククランプ装置は、回転移動するためクランプシリンダや位置検出用のスイッチ等への配管や配線の移動を必要とするため、保守点検作業が面倒で耐久性を向上することが難しいという問題もあった。
【０００６】
なお、前者のワーククランプ装置には、後者のワーククランプ装置に存する問題は生じない。
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、インデックス装置の小型軽量化を図ることができるとともに、ワークの加工面の自由度を向上することができ、さらに配管や配線の固定化を図ることができる工作機械におけるワーククランプ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、機台上にインデックステーブルを垂直軸線の周りで旋回可能に支持し、前記インデックステーブルを跨ぐように立設された支持部材に設けられ、前記インデックステーブルの上面に支持されたワークに押圧されるクランプ治具を旋回支持機構により複数のクランプ位置の間で位置切り換え可能に装着し、前記支持部材の上部には位置切り換えされたクランプ治具を下方に押圧してワークをクランプするための複数のクランプ力付与機構を設け、前記クランプ治具の旋回支持機構は、前記支持部材上部の所定位置において上下方向に移動不能に支持された旋回中心軸と、該旋回中心軸に対しその旋回軸線の周りで水平方向に往復旋回可能に、かつ上下方向に移動不能に支持された旋回支持筒と、該旋回支持筒の旋回筒部に上下方向に往復動可能に支持された押圧軸とを備え、前記旋回中心軸及び押圧軸の下端部には前記クランプ治具が該旋回中心軸の旋回軸線の周りで前記押圧軸の旋回運動によって旋回可能に、かつ押圧軸の昇降運動により昇降可能に装着され、前記クランプ治具と支持部材又はインデックステーブルとの間には旋回力付与機構が設けられていることを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記複数のクランプ力付与機構は、支持部材上部の所定位置において複数箇所に下向きに配設された複数のクランプシリンダと、それらに付随のピストンロッドの下端部に対し前記押圧軸の上端部に形成した係止フランジを係合把持可能な複数の把持機構とにより構成され、前記各把持機構の間には、クランプ治具とともに上方に持ち上げられた押圧軸の係止フランジを案内移動するための案内機構が設けられていることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記旋回中心軸と押圧軸の下端部には前記旋回中心軸を中心に押圧軸の旋回運動によって旋回可能に、かつ該押圧軸の上下方向の往復動に伴って前記旋回中心軸上を案内移動される取付基板が設けられ、該取付基板にはフローティング機構を介してクランプ治具が僅かに揺動可能に装着されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記旋回力付与機構は前記支持部材と前記クランプ治具との間に設けられ、前記クランプ治具又は取付基板には下方に指向する案内ロッドが設けられ、前記支持部材に対し往復動可能に装着された支柱に取り付けられた係合金具を前記案内ロッドに上下方向の相対移動可能にかつ水平方向の相対移動可能に連係したことを要旨とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したワーククランプ装置の一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
【００１３】
図１に示すように、ベッド１０の上面の機台１１にはインデックステーブル１２が垂直方向に延びる旋回軸線Ｏ１の周りで図示しないサーボモータによって往復旋回可能に装着されている。このインデックステーブル１２の上部には、ワークＷの下面を支持するための複数のワーク支持具１３が設けられている。
【００１４】
前記インデックステーブル１２の左右両側部には、アーチ状の支持部材１４が該インデックステーブル１２を跨ぐように立設されている。支持部材１４の上部には取付フレーム１５が装着されている。この取付フレーム１５は左右一対の側壁１５ａ，１５ｂと、両側壁１５ａ，１５ｂの下端部に一体に連結された連結壁１５ｃと、前記両側壁１５ａ，１５ｂの上端部間に架橋された天板１５ｄとにより構成されている。前記支持部材１４及び取付フレーム１５にはワーククランプ装置１６が装着されている。
【００１５】
前記ワーククランプ装置１６は前記ワークＷの上面をクランプするためクランプ治具１７と、このクランプ治具１７を垂直方向に延びる旋回軸線Ｏ２の周りで往復旋回動作するための治具旋回支持機構１８とを備えている。又、このワーククランプ装置１６は、クランプ治具１７の旋回動作中において、後述する押圧軸３１をクランプ治具とともに案内移動するための案内機構１９と、前記クランプ治具１７に旋回力を付与するための旋回力付与機構２０とを備えている。さらに、このワーククランプ装置１６は、前記クランプ治具１７がワークの第１クランプ位置Ｐ１に切り換えられた状態で、前記クランプ治具１７に下方への押圧力を付与してワークＷをクランプするようにした第１クランプ力付与機構２１を備えている。このワーククランプ装置１６は、前記クランプ治具１７がワークの第２クランプ位置Ｐ２に切り換えられた状態で、該クランプ治具１７に下方への押圧力を付与するようにした第２クランプ力付与機構２２とを備えている。前記クランプ治具１７は上部取付板１７ａと、この上部取付板１７ａの下面に垂下固定されたクランパ１７ｂとにより構成されている。
【００１６】
そこで、前述した各機構について以下に順次説明する。
（治具旋回支持機構１８）
前記取付フレーム１５の連結壁１５ｃの所定位置には旋回中心軸２５がテーパコロベアリング２６により上下方向の移動不能に、かつ所定位置において回転可能に支持されている。この旋回中心軸２５の下端部には取付基板２７がスライド軸受２８を介して水平に支持されている。前記旋回中心軸２５の上下方向の中間部には旋回支持筒３０の基端ボス部３０ａが相対回転可能に支持されている。前記旋回支持筒３０の旋回筒部３０ｂは、旋回中心軸２５の旋回軸線Ｏ２を中心として水平方向の往復旋回可能に、かつ上下方向の移動不能に装着されて、押圧軸３１を支持している。前記押圧軸３１の下端部に形成した小径部３１ａは、キー３３を介して前記取付基板２７の挿通孔２７ａに相対回動不能に貫通されている。前記小径部３１ａにはフローティング機構を構成するフローティング軸受３４を介して前記クランプ治具１７がワークのクランプ面を均等に押し付けるための若干のフローティング可能に支持され、ナット３５によって離脱しないようになっている。前記取付基板２７と上部取付板１７ａには図１に示すように連結ピン３６が挿通され、両部材の相対回動を阻止するようにしている。前記押圧軸３１の旋回半径は、前記旋回軸線Ｏ２と、該押圧軸３１の押圧軸線Ｏ３との水平方向の距離によって設定される。この実施形態では、前記旋回軸線Ｏ１と、旋回軸線Ｏ２とが同一直線上に設定されている。
【００１７】
（第１及び第２クランプ力付与機構２１，２２）
次に、前記第１及び第２クランプ力付与機構２１，２２について図６を中心に説明すると、前記取付フレーム１５の天板１５ｄの上面には水平方向に所定間隔をおいて互いに平行に、かつ下向きに第１及び第２クランプシリンダ４１，４２が装着されている。前記第１クランプシリンダ４１のピストンロッド４３の下端部には前記押圧軸３１の上端部に形成した首部３１ｂ及び係止フランジ３１ｃを係合可能な第１把持機構４４が装着されている。この第１把持機構４４は、前記ピストンロッド４３の下端部に形成された小径部４３ａに嵌合固定された上部把持金具４５と、この上部把持金具４５の下面にボルトにより固定された下部把持金具４６とにより構成されている。
【００１８】
前記下部把持金具４６の把持凹部４６ａは、前記押圧軸３１が第１クランプ位置Ｐ１に移動されたとき、前記押圧軸３１の上端部に形成された係止フランジ３１ｃを進入可能に一端が開放され、他端は閉塞されている。この第１把持機構４４は、ピストンロッド４３とともに昇降動作されるが、回転しないように構成されている。
【００１９】
前記第２クランプシリンダ４２のピストンロッド４７の下端部にも前述した第１把持機構４４、上部把持金具４５及び下部把持金具４６と同様の部材が装着されている。すなわち、ピストンロッド４７の下端部には第２把持機構４８が装着されている。この第２把持機構４８は、前記ピストンロッド４７の下端部に形成した小径部４７ａに嵌合固定された上部把持金具４９と、この上部把持金具４９の下面に対しボルトにより固定された下部把持金具５０とにより構成されている。この下部把持金具５０の把持凹部５０ａは、前記押圧軸３１が第２クランプ位置Ｐ２に移動されたとき、押圧軸３１の係止フランジ３１ｃを進入可能に一端が開放され、他端は閉塞されている。この第２把持機構４８は、ピストンロッド４７とともに昇降動作されるが、回転しないように構成されている。
【００２０】
第１把持機構４４の上部把持金具４５は、該上部把持金具４５の上下方向の位置、すなわち、クランプ治具１７及び押圧軸３１がクランプ位置にあるかアンクランプ位置にあるかを検出するための検出機構を備えている。この検出機構は、図６に鎖線で示すように、上部把持金具４５に取り付けた支持ロッド５１と、その先端に取り付けたドッグ５２と、天板１５ｄ側に対し図示しないブラケットを介して上下方向に所定の間隔をおいて取り付けられた一対の近接スイッチ５３，５４とにより構成されている。第２把持機構４８にも図６に鎖線で示すように上記検出機構と同様の検出機構が設けられている。
【００２１】
（案内機構１９）
前記案内機構１９は、前記押圧軸３１及び前記クランプ治具１７が第１クランプ位置又は第２クラン位置において、第１クランプシリンダ４１又は第２クランプシリンダ４２により所定高さ位置に持ち上げられたアンクランプ状態で、押圧軸３１を平面円弧状をなす所定の旋回軌跡に沿って案内する。すなわち、前記押圧軸３１の係止フランジ３１ｃを、前記下部把持金具４６及び下部把持金具５０の間に円弧状に配設された案内レール６１に沿って案内移動し、下部把持金具４６（第１クランプ位置Ｐ１）から下部把持金具５０（第２クランプ位置Ｐ２）まで、又、その逆の金具（クランプ位置）へ案内移動する。
【００２２】
（旋回力付与機構２０）
次に、図１，２，６，７に基づいて、前記旋回力付与機構２０の構成を説明する。
【００２３】
前記支持部材１４の中間高さ位置には、図１，２に示すように取付板７１が水平方向に架橋されている。この取付板７１には上下一対の案内ロッド７２が互いに平行に、かつ水平方向に支持されている。両案内ロッド７２には可動支持体７３が水平方向の往復動可能に装着され、この可動支持体７３には支柱７４が上方向に立設されている。この支柱７４の上端部には係合金具７５が取り付けられている。前記取付基板２７の下面には案内ロッド７６が下向きに、かつ前記係合金具７５に形成された案内凹部７５ａに貫通されている。この案内凹部７５ａは図７に示すように、平面Ｕ字状に形成され、案内ロッド７６の水平方向の相対移動を許容するとともに、係合金具７５と案内ロッド７６の上下方向の相対移動を許容するようになっている。前記取付板７１の下面にはブラケット７７が取り付けられ、その先端にはシリンダ７８が水平に支持されている。このシリンダ７８のピストンロッド７９の先端部には連結部材８０が取り付けられ、該連結部材８０は前記可動支持体７３に連結されている。
【００２４】
従って、前記シリンダ７８のピストンロッド７９が往復動されると、案内ロッド７２に沿って可動支持体７３が往復動され、支柱７４、係合金具７５が案内ロッド７６を旋回させる。このため、クランプ治具１７、取付基板２７及び押圧軸３１等が旋回中心軸２５の旋回軸線Ｏ２を中心にして旋回される。
（ワーククランプ装置の動作）
次に、前記のように構成したワーククランプ装置について、その動作を説明する。
【００２５】
図１及び図２はワークＷがインデックステーブル１２の上面にワーク支持具１３によって支持され、前記押圧軸３１が第１クランプ位置Ｐ１に旋回移動され、押圧軸３１の係止フランジ３１ｃが下部把持金具４６に係合された状態を示す。又、第１クランプシリンダ４１のピストンロッド４３が下方に移動され、取付基板２７及びクランプ治具１７が下方に移動されてワークＷの上面を押圧した第１クランプ位置Ｐ１におけるクランプ状態を示す。この状態において、ワークＷの前面（図２では右側面）に対しドリル等の加工具により加工が施される。この加工作業が終了すると、第１クランプシリンダ４１のピストンロッド４３が持ち上げられ、押圧軸３１が引き上げられるとともに、取付基板２７及びクランプ治具１７がクランプ位置からアンクランプ位置に持ち上げられる。このとき、取付基板２７はスライド軸受２８の作用によって旋回中心軸２５に沿って上方に案内移動される。アンクランプ位置に持ち上げられた第１把持機構４４の下部把持金具４６は前記案内レール６１と同じ高さ位置に停止される。
【００２６】
このクランプ解除動作が終了すると、前記インデックステーブル１２が図示しないサーボモータにより図７において時計回り方向に所定角度（この実施形態では９０度）旋回され、ワークＷの次の加工面である側面が前面に位置切り換えされる。一方、インデックステーブル１２の旋回運動と同期して、旋回力付与機構２０のシリンダ７８が作動されて、可動支持体７３が案内ロッド７２に沿って移動され、前述した動作によって、取付基板２７、クランプ治具１７、押圧軸３１が前記旋回軸線Ｏ１，Ｏ２を中心として図７において時計回り方向に９０度旋回動作される。このため、ワークＷに対するクランプ治具１７の位置が前述した第１クランプ位置Ｐ１から第２クランプ位置Ｐ２に切り換えられる。
【００２７】
一方、このクランプ位置の切換動作が開始された直後において、押圧軸３１の係止フランジ３１ｃが把持凹部４６ａから外れ、その後、係止フランジ３１ｃは案内機構１９の案内レール６１に沿って第２把持機構４８の把持凹部５０ａに案内移動される。この状態において、第２クランプシリンダ４２が作動されて、そのピストンロッドが下方に移動されると、押圧軸３１、取付基板２７及びクランプ治具１７が下方に移動され、第２クランプ位置Ｐ２に保持されていたワークＷの上面がクランプ治具１７によって押圧され、ワークが第２クランプ位置Ｐ２に保持される。
【００２８】
このように、第２クランプ位置Ｐ２にクランプされたワークは、図示しないドリル等の加工具を前進移動させることにより、第２回目の加工が施される。この加工動作が終了すると、第２クランプシリンダ４２のピストンロッド４７が上方に持ち上げられて、クランプ治具１７がクランプ位置からアンクランプ位置に移動保持される。
【００２９】
上記実施形態のワーククランプ装置によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）上記実施形態では、前記機台１１の上面にワークＷを支持するためのインデックステーブル１２を旋回可能支持し、一方、前記支持部材１４に対して、ワークＷの上面を押圧してクランプするためのワーククランプ装置１６を装着した。このため、インデックステーブル１２を旋回運動させるための動力を必要最小限にして、インデックステーブル１２の小型軽量化を図ることができる。
【００３０】
（２）上記実施形態では、支持部材１４の上部に治具旋回支持機構１８と案内機構１９を装着し、支持部材１４に装着した旋回力付与機構２０によってクランプ治具１７がワークＷの旋回運動に同期して旋回運動されるようにした。このため、支持部材１４の位置が変化することはなく、加工具の前進又は後退運動に制約を受けることもなく、加工面の自由度を向上することができる。さらに、前記ワーククランプ装置１６はフレキシビリティーを要求される配管や配線の固定化を図ることができ、それらの耐久性を向上し保守点検を容易に行うことができる。
【００３１】
（３）上記実施形態では、容量の異なる前記第１クランプシリンダ４１及び第２クランプシリンダ４２を用いて、ワークＷのクランプ力を変更するようにした。このため、ワークＷの加工面の変更に応じて、適切なクランプ力をワークに付与してクランプ状態を安定化し、ワークＷの加工を精度良く適正に行うことができる。
【００３２】
（４）上記実施形態では、前記旋回中心軸２５と押圧軸３１の下端部に取付基板２７を装着し、押圧軸３１の下端部にフローティング軸受３４を介してクランプ治具１７を装着した。このため、ワークのクランプ治具１７によるクランプ時に、ワークの上面に対しクランプ治具１７の下端面を片当たりすることなく、適正に押圧することができ、ワークを安定してクランプすることができる。
【００３３】
（５）上記実施形態では、前記取付フレーム１５に対し第１クランプシリンダ４１及び第２クランプシリンダ４２を下向きに装着し、そのピストンロッド４３及びピストンロッド４７の下端部に下部把持金具４６及び下部把持金具５０を設けた。又、両下部把持金具４６及び下部把持金具５０がアンクランプ位置に保持された状態で、押圧軸３１の係止フランジ３１ｃを案内移動する案内レール６１を設けた。このため、押圧軸３１のクランプ位置の切換動作を簡単な構成により容易に行うことができる。
【００３４】
（６）ワーククランプ装置１６とインデックステーブル１２は、アンクランプ状態では分離されているため、押圧軸３１とインデックステーブル１２の旋回角度を一致させる必要はない。
【００３５】
以下、本発明を具体化したワーククランプ装置の別の実施形態を、図８及び図９に従って説明する。なお、この実施形態は、前記実施形態のワーククランプ装置の旋回力付与機構２０を変更した構成であるため、同様の部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
この実施形態では、前記インデックステーブル１２に対し旋回操作軸９１を上方に向けて立設し、前記クランプ治具１７に対し前記旋回操作軸９１の上端部を上下方向及び水平方向への相対移動を許容する凹部９２ａを有する被作動子９２を水平に片持ち支持している。
【００３７】
従って、この実施形態によれば、前記実施形態に記載の特徴に加えて以下の特徴を得ることができる。
上記実施形態では、旋回力付与機構２０の構成を簡素化して製造及び組み付け作業を容易に行い、コストの低減を図ることができる。
【００３８】
この実施形態ではクランプ装置１６とインデックステーブル１２の旋回角度は一致することになる。
なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３９】
○  前記実施形態では、大きさの異なる第１及び第２クランプシリンダ４１，４２を用いたが、これを同じ大きさのクランプシリンダとしてもよい。又、３箇所以上に、クランプシリンダを配設し、ワークＷの姿勢を３箇所以上で変更保持するようにしてもよい。
【００４０】
○  前記フローティング軸受３４を省略してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明はインデックス装置を小型軽量化して、製造コストの低減を図ることができるとともに、ワークの加工面の自由度を向上することができ、配管や配線を固定化してその耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  工作機械のワーククランプ装置の一実施形態を示す背面側から見た縦断面図。
【図２】  ワーククランプ装置の左側断面図。
【図３】  ワーククランプ装置の平面図。
【図４】  押圧軸の案内機構を示す平面図。
【図５】  旋回支持筒付近の平面図。
【図６】  第１及び第２クランプ力付与機構を示す縦断面図。
【図７】  旋回力付与機構を示す平面図。
【図８】  この発明の別の実施形態を示すワーククランプ装置の正面図。
【図９】  図８に示すワーククランプ装置の左側断面図。
【符号の説明】
Ｗ…ワーク、Ｏ１，Ｏ２…旋回軸線、１１…機台、１２…インデックステーブル、１４…支持部材、１７…クランプ治具、１９…案内機構、２０…旋回力付与機構、２１…第１クランプ力付与機構、２２…第２クランプ力付与機構、２５…旋回中心軸、２７…取付基板、３０…旋回支持筒、３０ｂ…旋回筒部、３１…押圧軸、３１ｃ…係止フランジ、４３，４７，７９…ピストンロッド、７２，７６…案内ロッド、７４…支柱、７５…係合金具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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