(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉板状ワークをフライス加工する際に前記ワークを保持するクランプ装置において、
前記ワークの少なくとも長手方向の中央寄りの位置で当該ワークの同じ位置の表裏を把持する複数のメインクランプと、
前記メインクランプの把持位置の周囲に配置され、前記ワークの加工面の裏面を支持する複数のナチュラルクランプと、を有することを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
前記メインクランプの把持部の少なくとも何れか一方が点支持構造であることを特徴とする請求項１記載のクランプ装置。
【請求項３】
前記それぞれのナチュラルクランプは、前記ワークの裏面に対する支持圧力を調節するナチュラルクランプ圧設定手段と、前記支持圧力を検出する圧力センサとをさらに有することを特徴とする請求項１または２記載のクランプ装置。
【請求項４】
前記それぞれのナチュラルクランプは、作動異常センサをさらに有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のクランプ装置。
【請求項５】
前記ワークの平面度を計測する平面度測定手段と、前記平面度測定手段による測定結果に基づいて前記ナチュラルクランプの支持圧力を算出するナチュラルクランプ圧算出手段とをさらに有し、
前記ナチュラルクランプ圧設定手段は、前記ナチュラルクランプ圧算出手段からの出力信号により制御されることを特徴とする請求項３または４記載のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械加工されるワークを保持するためのクランプ装置に関し、特に、フライス盤を用いた薄肉板状ワークの平面加工に適用して好ましいクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンのカムシャフトハウジング（ワーク）に、例えば取付孔の研削加工を施す場合、ワーク支持台の位置とワークを保持するためのクランプの圧力とをある値に設定して加工を行い、この加工後の寸法を計測した結果に基づいて、ワーク支持台の位置とワークのクランプ圧とを調節することが提案されている（例えば、特開平７−１６４，２１６号公報参照）。
【０００３】
これにより、ワークであるカムシャフトハウジングは、シリンダヘッドに組み付けられた状態にほぼ近い状態で研削加工が施されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示された技術は、エンジン組付部品のうち、例えばコントロールバルブボディのような薄肉板物部品のフライス盤による平面加工にそのまま適用することはできない。フライス盤のカッターとクランプとが干渉してしまうからである。
【０００５】
このため、薄肉板状のコントロールバルブボディＷをフライス加工する場合には、図８に示すように、コントロールバルブボディＷを３箇所Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３でメインクランプするとともに、加工時の振動防止を目的としたナチュラルクランプＮ１〜Ｎ４を加工面の裏側から支持することが検討されている。
【０００６】
しかしながら、フライス加工後のワークＷの平面度を図９に示すＨＥ１〜ＨＥ２０の２０箇所で測定してみると、図８に平面度等高線で示すように、ナチュラルクランプＮ１〜Ｎ４にて支持しているにも拘わらずワークＷの中央が下に凹んでしまう結果となった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、薄肉板状ワークをフライス加工する場合に、平面度の高いワークを得ることができるクランプ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明のクランプ装置は、薄肉板状ワークをフライス加工する際に前記ワークを保持するクランプ装置において、前記ワークの少なくとも長手方向の中央寄りの位置で当該ワークの同じ位置の表裏を把持する複数のメインクランプと、前記メインクランプの把持位置の周囲に配置され、前記ワークの加工面の裏面を支持する複数のナチュラルクランプとを有することを特徴とする。
【０００９】
薄肉板状ワークをフライス加工すると、ワーク自体の残留応力に加えてクランプ応力やカッター応力によって加工面に凹状の歪みが生じるが、請求項１記載のクランプ装置では、メインクランプがワークの少なくとも長手方向の中央寄りの同じ位置で当該ワークの表裏を把持するのに加えて、ナチュラルクランプが前記メインクランプの把持位置の周囲に配置されワークの加工面の裏面を支持するので、カッター応力による加工歪みを抑制することができ、ワークの平面度を高めることができる。
【００１０】
また、請求項２記載のクランプ装置は、前記メインクランプの把持部の少なくとも何れか一方が点支持構造であることを特徴とする。メインクランプを点支持とすることで、メインクランプ応力による歪みを抑制することができる。この場合、メインクランプの把持部の両方を点支持とすることがより好ましいが、一方の把持部のみを点支持としても相当の歪み抑制効果が得られる。
【００１１】
また、請求項３記載のクランプ装置は、前記それぞれのナチュラルクランプは、前記ワークの裏面に対する支持圧力を調節するナチュラルクランプ圧設定手段と、前記支持圧力を検出する圧力センサとをさらに有することを特徴とする。ナチュラルクランプ圧と平面度には相関関係があるため、このナチュラルクランプ圧を調節することで、より平面度の高いワークを得ることができる。特に、ナチュラルクランプのそれぞれのクランプ圧を個別に調節できるので、ワークを全体にわたって高平面度とすることができる。
【００１２】
また、請求項４記載のクランプ装置は、前記それぞれのナチュラルクランプは、作動異常センサをさらに有することを特徴とする。ナチュラルクランプの作動異常を検出することで、予期せぬナチュラルクランプ圧が作用することによる平面度の低下を未然に防止することができる。
【００１３】
さらに、請求項５記載のクランプ装置は、前記ワークの平面度を計測する平面度測定手段と、前記平面度測定手段による測定結果に基づいて前記ナチュラルクランプの支持圧力を算出するナチュラルクランプ圧算出手段とをさらに有し、前記ナチュラルクランプ圧設定手段は、前記ナチュラルクランプ圧算出手段からの出力信号により制御されることを特徴とする。
【００１４】
この請求項５記載のクランプ装置では、平面度測定手段によって加工されたワークの平面度を測定し、この測定結果をナチュラルクランプ圧算出手段に取り込んで、ナチュラルクランプの適切な支持圧力を算出する。そして、得られた適切な支持圧力をナチュラルクランプ圧設定手段に出力し、この支持圧力で次のワークを支持する。このように、フィードバック制御することにより、より高い平面度のワークを得ることができる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載のクランプ装置によれば、メインクランプおよびナチュラルクランプの設定位置が適切であるため、カッター応力による加工歪みを抑制することができ、ワークの平面度を高めることができる。
【００１６】
請求項２記載のクランプ装置によれば、点支持でメインクランプされるので、メインクランプ応力による歪みを抑制することができ、平面度の高いワークを得ることができる。
【００１７】
請求項３記載のクランプ装置によれば、ナチュラルクランプ圧が調節できるので、より平面度の高いワークを得ることができる。特に、ナチュラルクランプのそれぞれのクランプ圧を個別に調節できるので、ワークを全体にわたって高平面度とすることができる。
【００１８】
請求項４記載のクランプ装置によれば、ナチュラルクランプの作動異常を検出するので、予期せぬナチュラルクランプ圧が作用することによる平面度の低下を未然に防止することができる。
【００１９】
請求項５記載のクランプ装置によれば、平面度測定手段によって加工されたワークの平面度を測定し、この測定結果をフィードバック制御して次のクランプを行うので、高平面度のワークを高合格率で得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず最初に本実施形態のクランプ装置の機械系について説明する。
図１は本実施形態におけるメインクランプおよびナチュラルクランプの設定位置を示す平面図、図２は本実施形態のクランプ装置を示す平面図、図３は同じく側面図、図４は同実施形態に係るメインクランプを示す要部側面図、図５は同実施形態に係るナチュラルクランプを示す側面図である。
【００２１】
本実施形態のクランプ装置は、図１および図２に示す如き略矩形状、薄肉板状のコントロールバルブボディＷの一主面（図面では表面側）をフライス加工する際に、このワークＷを保持するためのクランプ装置である。
【００２２】
このクランプ装置は、図１および図２に示されるように、３つのメインクランプ１０と、６つのナチュラルクランプ２０とを有しており、メインクランプ１０は、矩形状のワークＷの長手方向の端部から中央よりの位置ＭＳ１〜ＭＳ３に３箇所配置されている。これに対して、ナチュラルクランプ２０は、メインクランプ１０が設けられた位置ＭＳ１〜ＭＳ３の周囲ＮＳ１〜ＮＳ６に配置されている。例えば、メインクランプＭＳ１の周囲にはナチュラルクランプＮＳ１，ＮＳ２，ＮＳ３が配置され、メインクランプＭＳ２の周囲にはナチュラルクランプＮＳ４，ＮＳ５が配置され、メインクランプＭＳ３の周囲にはナチュラルクランプＮＳ５，ＮＳ６が配置されている。
【００２３】
各メインクランプ１０は、図４に示されるように、ワークＷの表裏面を把持するもので、ワークＷの裏面にシート１９が当接する一方で、ワークＷの表面にスイングアーム１３が当接する。このスイングアーム１３の先端は、点支持（点支持部１５参照）となるように曲面状に形成されている。スイングアーム１３は、プランジャ１１の先端に軸支されており、またスイングアーム１３の中央にはリンク１２が設けられている。したがって、プランジャ１１が出没するとリンク１によってスイングアーム１３が開閉し、ワークＷを把持および解放する。なお、１４は、スイングアーム１３をロックするための流体圧を印加する入力ポートである。
【００２４】
これに対して、ナチュラルクランプ２０は、図３に示されるように、ワークＷの裏面に当接してこれを支持するものであって、図５に示されるように、プランジャ２３の先端にパッド２４が取り付けられている。このパッド２４がワークＷの裏面に当接する。プランジャ２３の出没はプランジャ圧入力ポート２１からの流体の流入によって動作し、ロック圧入力ポートからの流体の流入によってロックされる。このナチュラルクランプ２０には、圧力センサ２６が内蔵されており、プランジャ２３のクランプ圧を検出し、後述するナチュラルクランプ圧設定部にフィードバックする。さらに、このナチュラルクランプ２０には、プランジャ２３の作動異常を検出するための作動異常センサ２５が設けられており、上述するフライス盤の制御部へフィードバックする。
【００２５】
なお、図２においてワークＷの一縁には当該ワークＷを位置決めするための位置決めバー３１，３２が設けられている。
【００２６】
次に本実施形態のクランプ装置の制御系について説明する。
図６は本発明のクランプ装置の実施形態の制御系の構成を示すブロック図、図７は図６に示すブロック図の制御手順を示すフローチャートである。
【００２７】
まず、メインクランプ１０については、フライス盤制御部１０７からの信号がメインクランプ駆動部１０１に入力され、これによりプランジャ１１が動作してメインクランプ部１０２が開閉する。
【００２８】
一方、本実施形態のクランプ装置は、ワークＷの平面度を計測するための三次元形状測定部１０９を有しており、この測定結果は、平面度判定部１１０に出力される。平面度判定部１１０では、例えば図１に示すメインクランプ位置ＭＳ１〜ＭＳ３の平面度を基準として、各ナチュラルクランプ位置ＮＳ１〜ＮＳ６の平面度の差異を求める。この判断結果はナチュラルクランプ圧算出部１１１に出力される。
【００２９】
ナチュラルクランプ圧算出部１１１では、下記演算式（１）に基づいてナチュラルクランプ圧が演算され、この結果は、各ナチュラルクランプ２０のナチュラルクランプ圧設定部１０８に出力される。
【００３０】
【数１】
δMAX （片持梁）＝ＷＬ３  ／３ＥＩ    …（１）
ここで、Ｗは荷重、Ｌは張り出し距離、Ｅは縦弾性係数、Ｉは断面係数をそれぞれ表し、Ｉ＝ｂｈ３  ／１２（ただし、ｂ：幅、ｈ：有効高さ）で表される。また、Ｌ（ｉ），Ｅ（ｉ），Ｉ（ｉ）はクランプ位置毎の固有値である。また、上記（１）式より、Ｗ（ｉ）＝δMAX ・３ＥＩ／Ｌ３ となる。
【００３１】
例えば、図１に示すナチュラルクランプＮＳ１の圧力設定値は、図９に示す平面度測定位置において、ＮＳ１に対応するＨＥ１から、メインクランプ位置ＭＳ１に対応するＨＥ４を減じた値により求められる。次に、上記（１）式の変形式であるＷ（ｉ）＝δMAX ・３ＥＩ／Ｌ３ から荷重Ｗ（ｉ）を求め、この荷重に相当するナチュラルクランプ圧を算出する。
【００３２】
ナチュラルクランプ圧設定部１０８では、ナチュラルクランプ２０に内蔵された圧力センサ２６からの検出値を取り込み、上述したナチュラルクランプ圧算出部１１１からの指令信号に基づいてナチュラルクランプ駆動部１０５に指令信号を出力し、ナチュラルクランプ部１０４、すなわちプランジャ２３を動作させる。これにより、ナチュラルクランプの支持圧力が適切な値にフィードバック制御されることになる。
【００３３】
なお、ナチュラルクランプ２０に設けられたナチュラルクランプ作動異常センサ２５からの検出信号はフライス盤制御部１０７に出力され、異常である場合は当該フライス盤制御部１０７に表示される。
【００３４】
次に動作を説明する。
図７に示すように、フライス加工後のワークの平面度を三次元形状測定部１０９により求め（ステップ１）、平面度判定部１１０にて平面度を判定する（ステップ２）。測定された平面度が規格を満足する場合には、ステップ７へ進むが、規格を満足しない場合には、ステップ６へ進み、ナチュラルクランプ圧算出部１１１にて上述した手順でナチュラルクランプ圧を算出し、ナチュラルクランプ圧設定部１０８ではこれに基づいて適切なナチュラルクランプ圧を設定する（ステップ６）。
【００３５】
これと並行して、ワークＷの位置決めを行い（ステップ４）、メインクランプ１０をロックする（ステップ５）。
【００３６】
ステップ７では、適切な圧力に設定された各ナチュラルクランプ２０を作動し、ロックする（ステップ８）。このとき、作動異常センサ２５の出力信号を監視し（ステップ９）、異常が生じた場合にはフライス盤制御部１０７に異常表示を行う（ステップ１０）。
【００３７】
以上で、メインクランプ１０とナチュラルクランプ２０によるセッティングが終了するので、ステップ１１にてワークＷの表面をフライス加工する。このフライス加工が終了すると、まず各ナチュラルクランプ２０を解除する（ステップ１２）とともに、各メインクランプ１０を解除する（ステップ１３）。ワークＷの保持が解除されたら、ワークＷを移動して（ステップ１４）、フライス加工の平面度を三次元形状測定部１０９により計測し（ステップ１５）、ステップ１に戻る。
【００３８】
上述した薄肉板状のワークＷをフライス加工すると、ワーク自体の残留応力に加えてクランプ応力やカッター応力によって加工面に凹状の歪みが生じるが、本実施形態のクランプ装置では、メインクランプ１０がワークＷの少なくとも長手方向の中央寄りの位置で当該ワークＷの表裏を把持するのに加えて、ナチュラルクランプ２０がメインクランプ１０の把持位置の周囲に配置されワークＷの加工面の裏面を支持しているので、カッター応力による加工歪みを抑制することができ、ワークＷの平面度を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態のクランプ装置では、メインクランプ１０を点支持としているので、メインクランプ応力による歪みを抑制することができる。また、それぞれのナチュラルクランプ２０は、ワークＷの裏面に対する支持圧力が調節できるので、より平面度の高いワークを得ることができる。ナチュラルクランプ圧と平面度には相関関係があるからである。特に、ナチュラルクランプ２０のそれぞれのクランプ圧を個別に調節できるので、ワークＷを全体にわたって高平面度とすることができる。
【００４０】
また、本実施形態のクランプ装置では、それぞれのナチュラルクランプ２０に作動異常センサが設けられているので、各ナチュラルクランプ２０の作動異常を検出することで、予期せぬナチュラルクランプ圧が作用することによる平面度の低下を未然に防止することができる。
【００４１】
さらに、本実施形態のクランプ装置は、三次元形状測定部１０９によって加工されたワークＷの平面度を測定し、この測定結果をナチュラルクランプ圧算出部１１１に取り込んでフィードバック制御するので、より高い平面度のワークを得ることができる。
【００４２】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクランプ装置の実施形態におけるメインクランプおよびナチュラルクランプの設定位置を示す平面図である。
【図２】本発明のクランプ装置の実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明のクランプ装置の実施形態を示す側面図である。
【図４】本発明のクランプ装置の実施形態に係るメインクランプを示す要部側面図である。
【図５】本発明のクランプ装置の実施形態に係るナチュラルクランプを示す側面図である。
【図６】本発明のクランプ装置の実施形態の制御系の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示すブロック図の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】参考とされるクランプ装置のメインクランプおよびナチュラルクランプの設定位置を示す平面図である。
【図９】平面度を測定するための測定位置の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…メインクランプ
１５…点支持部
２０…ナチュラルクランプ
２５…作動異常センサ
２６…圧力センサ
１０８…ナチュラルクランプ圧設定手段
１０９…三次元形状測定部（平面度測定手段）
１１１…ナチュラルクランプ圧算出部（ナチュラルクランプ圧算出手段）
Ｗ…ワーク
ＭＳ１〜ＭＳ３…メインクランプ位置
ＮＳ１〜ＮＳ６…ナチュラルクランプ位置
【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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