(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ軸周りに回転及び位置決め自在なＣ軸回転テーブル上に前記Ｃ軸と直交するＲ軸周りに回転及び位置決め自在なＲ軸回転テーブルを有する工作物テーブルに配置され、着座面に位置決め穴が形成された工作物を取付台に対して固定する工作物クランプ装置において、前記工作物の着座面を受ける受面を有する取付台と、前記取付台上に突出して前記工作物の位置決め穴に嵌合されるコレットと、前記コレット内に進退移動可能に配置され前記コレットを拡張するプルロッドと、前記プルロッドを進退移動させるアクチュエータとを備え、前記アクチュエータの動作により前記プルロッドを受面に対して引き込む方向に移動させ、前記コレットを拡張させて前記コレットの外周を前記位置決め穴の内面に密着嵌合させることにより、前記工作物の前記取付台に対する位置決めとクランプとを同時に行うものであって、前記取付台に多角錘状の多面体を形成し、前記多角錘状の多面体の各面に、前記コレットと、前記プルロッドと、前記アクチュエータとからなるクランプ機構を備えるとともに、前記取付台は前記Ｒ軸回転テーブル上に保持されることを特徴とする工作物クランプ装置。
【請求項２】
前記工作物クランプ装置が工作機械の工作物テーブル上に着脱可能なパレットに設けられていることを特徴とする請求項１記載の工作物クランプ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータとこのアクチュエータに圧油を供給する圧油供給源とを切り離し可能にするカプラと、前記カプラを切り離したときに、前記プルロッドを前記コレットが拡張する方向に付勢するクランプ力保持手段とを設けたことを特徴とする請求項２記載の工作物クランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工作機械や組付機械における使用に好適な、工作物を取付台に固定するクランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような工作物クランプ装置は、図７に示すように、パレットＰの取付面上に垂直して固定される取付台１０１の上面には、複数の位置決めピン１０２と工作物Ｗの形状に合わせた複数の基準シート１０３が取り付けられており、前記位置決めピン１０２により位置決めされ、かつ、前記基準シート１０３に着座面が密着される前記工作物Ｗを、複数のアーム式のクランパ１０４により前記工作物Ｗの前記着座面と反対の面をクランプして、取付台１０１に対して押し付け固定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の工作物クランプ装置を使用する場合は、クランパによりクランプされる面やクランパに近い面は、部分的には加工できるが、面の全領域の加工は不可能であり、一度のクランプ動作により加工できる面が限られている。着座面を除く他の面をすべて加工するには、複数の工程が必要となり、また、各工程に対応した治具プレートが必要となる。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決して、一度のクランプ動作により、着座面を除く他の面をすべて加工可能な生産性に優れた工作物クランプ装置を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の工作物クランプ装置は、Ｃ軸周りに回転及び位置決め自在なＣ軸回転テーブル上に前記Ｃ軸と直交するＲ軸周りに回転及び位置決め自在なＲ軸回転テーブルを有する工作物テーブルに配置され、着座面に位置決め穴が形成された工作物を取付台に対して固定する工作物クランプ装置において、前記工作物の着座面を受ける受面を有する取付台と、前記取付台上に突出して前記工作物の位置決め穴に嵌合されるコレットと、前記コレット内に進退移動可能に配置され前記コレットを拡張するプルロッドと、前記プルロッドを進退移動させるアクチュエータとを備え、前記アクチュエータの動作により前記プルロッドを受面に対して引き込む方向に移動させ、前記コレットを拡張させて前記コレットの外周を前記位置決め穴の内面に密着嵌合させることにより、前記工作物の前記取付台に対する位置決めとクランプとを同時に行うものであって、前記取付台に多角錘状の多面体を形成し、前記多角錘状の多面体の各面に、前記コレットと、前記プルロッドと、前記アクチュエータとからなるクランプ機構を備えるとともに、前記取付台は前記Ｒ軸回転テーブル上に保持されることを特徴とするものである。請求項１の発明によれば、工作物の着座面に形成される位置決め穴を利用してクランプを行うため、着座面以外のすべての面を一度のクランプ動作で加工可能である。また、位置決め及びクランプを同時に行うため、クランプ動作が早い。
【０００６】
請求項１の発明では、コレットを進退移動不能にしてもよいが、前記コレットを進退移動可能にするとともに、前記コレットを前記取付台より突出する方向に付勢するばねを設置してもよい。このようにすれば、プルロッドを受面に対して引き込む方向に移動させることによって、コレットが工作物の位置決め穴をクランプするまでは、ばねによって前記コレットの引き込みを阻止し、前記コレットが前記位置決め穴に確実に密着嵌合し、前記工作物をクランプした後で、工作物の着座面と取付台の受面との間に隙間があるときは、前記コレットとともに前記工作物を下降させ、前記工作物を前記取付台の受面に密着させることが可能である。
【０００８】
請求項１の発明によれば、取付台に多角錘状の多面体を形成し、前記多角錘状の多面体の各面に工作物クランプ機構を設けたことにより、前記多角錘状の多面体の各面に工作物をクランプすることが可能である。
【０００９】
さらに、前記工作物クランプ装置を直交する２軸の回転テーブルを有する工作物テーブルに設置しているため、工作物の工具に対する姿勢を変化させることにより、多角錘状の多面体の各面にクランプされる工作物は、一つの工具主軸により、複数の面を連続加工可能である。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の工作物クランプ装置において、前記工作物クランプ装置を工作機械の工作物テーブル上に着脱可能なパレットに設けたものである。請求項２の発明によれば、前記工作物クランプ装置を工作機械の工作物テーブル上に着脱可能なパレットに設けたので、前記パレットを搬送する搬送装置により、前記工作物テーブルへの工作物の搬入及び搬出を自動化することが可能である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２記載の工作物クランプ装置において、前記アクチュエータとこのアクチュエータに圧油を供給する圧油供給源とを切り離し可能にするカプラと、前記カプラを切り離したときに、前記プルロッドを前記コレットが拡張する方向に付勢するクランプ力保持手段とを設けたものである。請求項３の発明によれば、アクチュエータと圧油供給源とを切り離し可能にするカプラと、前記カプラを切り離したときに、プルロッドをコレットが拡張する方向に付勢するクランプ力保持手段とを設けたので、アクチュエータと圧油供給源とを切り離しても工作物をクランプすることが可能である。
【００１２】
このようなクランプ力保持手段としては、例えば、アクチュエータへの圧油供給路上に設けられるアキュムレータや、あるいは、プルロッドを常時コレットが拡張する方向に付勢するばねとすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、工作機械の機台であるベッド５上には、主軸ヘッド７と工作物テーブル１１が対向して配置されている。
【００１４】
ベッド５上には、Ｘ軸方向（図１では紙面と垂直方向）に延在するＸ軸ガイドレール６ａに沿って、Ｘ軸送りモータ８により移動するＸ軸テーブル６が設置されている。このＸ軸テーブル６上には、Ｘ軸方向と直交するＺ軸方向（図１では左右方向）に延在するＺ軸ガイドレール７ｂに沿って、図略のＺ軸送りモータにより移動する主軸ヘッド７が設けられており、この主軸ヘッド７には、先端に工具Ｔを装着して回転駆動する主軸７ａが回転可能に支持されている。
【００１５】
前記ベッド５の前面には、図略のモータによりＹ軸方向（図１では上下方向）に移動するＹ軸テーブル１０が設けられており、このＹ軸テーブル１０上には、工作物テーブル１１が設けられている。この工作物テーブル１１には、Ｙ軸と平行なＣ軸回りに回転割出装置１２ａによって回転及び位置決め自在なＣ軸テーブル１２が設けられており、このＣ軸テーブル１２上には、Ｃ軸と直行するＲ軸回りに回転割出装置１３ａによって回転及び位置決め自在にパレットＰを保持するパレット保持部材１３が設けられている。
【００１６】
次に、Ｃ軸テーブル１２及びパレットＰを保持するパレット保持部材１３の回転及び位置決め動作を行う回転割出し装置１２ａ，１３ａについて説明する。なお回転割出し装置１２ａ，１３ａは同一の構成なので回転割出し装置１２ａのみについて説明する。
【００１７】
図２において、Ｙ軸テーブル１０上端には、図略のクロスローラベアリングを介して第１ターンテーブル２１（円筒部を有する軸に相当）がビルトインモータ２２によって回転割出可能に設けられている。すなわち、前記ビルトインモータ２２によって回転する第１ターンテーブル２１を、前記第１ターンテーブル２１に近接して配置された図略の位置検出器によって回転割出制御されるようになっている。
【００１８】
Ｙ軸テーブル１０先端には、クランプ、アンクランプ動作可能なクランプ機構２３が設置されており、回転割出しされた前記第１ターンテーブル２１をクランプして位置決め固定している。
【００１９】
前記第１ターンテーブル２１上には、Ｃ軸テーブル１２が固定されている。また、図示省略しているが、Ｃ軸テーブル１２上で第１ターンテーブル２１と回転軸線が直交する回転割出装置１３ａの第２ターンテーブル（第１ターンテーブルと同じ構成）上には、パレットＰを保持するパレット保持部材１３が固定されている。
【００２０】
本発明は、このパレットＰ上に搭載される工作物クランプ装置に特徴を有し、次に、この工作物クランプ装置について説明する。
図３に示すように、Ｔ字溝５０ａにより工作物テーブル１１のパレット保持部材１３に係合されるパレットＰの取付面には、ピラミッド状の取付台５１が底面を着座して、図略の複数のボルトによって固定されている。このピラミッド状の多面体は、外径と相似形の内部空間を有している。
【００２１】
前記取付台５１の各受面には工作物Ｗの形状に合わせた複数の基準シート５２が設けられ、また、先端部が前記受面より突出した複数のクランプ機構５３が取付台５１内に内蔵されている。
【００２２】
図４に示すように、このクランプ機構５３は、コレットクランパ５４と、プルロッド５５と、アクチュエータ５７とからなり、このアクチュエータ５７は前記取付台５１の受面と反対の面（ピラミッド状の多面体の内部空間）に設けられている。
【００２３】
前記取付台５１には、貫通穴５１ａ形成されており、この貫通穴５１ａを貫通して、先端が取付台５１の受面より突出したコレットクランパ５４が設置されており、このコレットクランパ５４内には、プルロッド５５が進退移動可能に貫挿されている。前記コレットクランパ５４の先端には、軸方向に複数のスリットが入った円筒状のスリーブであるコレット部５４ａが形成されており、このコレット部５４ａ外周には、すべり止め溝が形成されている。
【００２４】
前記コレットクランパ５４のコレット部５４ａは、通常は工作物Ｗの位置決め穴７１の穴径より小さく、工作物Ｗの着座面に形成された位置決め穴７１が嵌合されるようになっており、前記位置決め穴７１が嵌合された状態で、前記プルロッド５５を後退方向（図４では下方向）に引き込み前記コレット部５４ａを拡張させることにより、前記工作物Ｗの位置決め穴７１に密着嵌合するように設定されている。
【００２５】
前記コレットクランパ５４の基端には、外周方向にフランジ部５４ｂが形成されており、このフランジ部５４ｂはシリンダ５８の端面内に形成された収容穴内に収容されている。
前記コレットクランパ５４の後部には、好適には皿ばね５６が設置されており、前記コレットクランパ５４は前記皿ばね５６の付勢力により通常は前進方向（図４では上方向）に付勢され、前記コレットクランパ５４のフランジ部５４ｂが取付台５１の受面と反対の面に当接した状態で設置されている。
【００２６】
前記皿ばね５６は、前記プルロッド５５を後退方向に引き込んだとき、コレットクランパ５４のコレット部５４ａを拡張して工作物Ｗをクランプするまでは前記コレットクランパ５４の下降を阻止し、前記コレット部５４ａが前記工作物Ｗの位置決め穴７１に密着嵌合して、前記工作物Ｗを確実にクランプした後で、前記工作物Ｗの着座面と基準シート５２との間に隙間があるときは、前記コレットクランパ５４の下降を許容して、前記工作物Ｗを前記基準シート５２上に密着させるようなばね力に設定されている。
【００２７】
５７は前記プルロッド５５の進退操作用のアクチュエータであり、そのピストン５９はナット６０によってシリンダ５８の中心部に貫挿されている前記プルロッド５５の後端に固着されており、前記シリンダ５８は、その後端に嵌合されるキャップ体６１を挿通するボルト６２によって取付台５１に対して固定されている。
【００２８】
シリンダ５８には、クランプ用圧油供給路６３及びアンクランプ用圧油供給路６４が形成されており、前記両圧油供給路６３，６４はカプラ６６の接続により外部からの圧油の供給及び排出が行われるようになっている。さらに、クランプ力保持手段としてのアキュムレータ６７がクランプ用圧油供給路６３上に接続されている。このアキュムレータ６７は、工作物クランプ装置とともに搬送され、カプラ６６が外された状態で、クランプ力を保持するように機能するクランプ力保持手段である。また、カプラ６６としては、クイックジョイント式のものが好ましいが、例えば、ねじ込み式の接続手段であってもよい。
【００２９】
次に、上記構成からなる本発明の実施の形態の工作物クランプ装置の動作について説明する。
工作物Ｗのクランプ動作に際しては、図４において中心線より左側に示すように、工作物Ｗの着座面に形成された位置決め穴７１を取付台５１上に突出したコレットクランパ５４のコレット部５４ａに嵌合させて、取付台５１の受面に設けられた工作物Ｗの形状に合わせた複数の基準シート５２に当接させることにより、前記工作物Ｗを取付台５１に対して位置決めする。
【００３０】
次に、カプラ６６を接続して、クランプ用圧油供給路６３に圧油を供給するとともにアンクランプ用圧油供給路６４より圧油を排出してアクチュエータ５７を動作させることにより、図４において中心線より右側に示すように、プルロッド５５を後退方向（図４では下方向）に引き込み、コレットクランパ５４の先端に形成されたコレット部５４ａを外周方向に拡張して工作物Ｗの位置決め穴７１に密着嵌合させ、工作物Ｗを取付台５１上に固定する。この場合、皿ばね５６はコレットクランパ５４の下降を阻止している。もし、工作物Ｗの着座面と基準シート５２との間に隙間があれば、コレットクランパ５４の後部に設置された皿ばね５６の付勢力に対抗してコレットクランパ５４は後退方向に引き込まれ、工作物Ｗを取付台５１の受面に設けられた基準シート５２に密着させる。このようなクランプ、アンクランプ動作は、パレットＰが工作物セットアップステーションにあるときに行われ、この操作の後、カプラ６６が外されて、パレットＰを工作機械側へ搬入する。
【００３１】
なお、工作物Ｗのアンクランプ動作は、カプラ６６を接続して、アンクランプ用圧油供給路６４に圧油を供給するとともにクランプ用圧油供給路６３より圧油を排出してアクチュエータ５８を動作させることにより、図４において中心線より左側に示すように、プルロッド５５を前進方向（図４では上方向）に押し出してコレットクランパ５４の先端に形成されたコレット部５４ａにおける工作物Ｗのクランプを解除する。工作物Ｗのアンクランプ動作が完了したらカプラ６６を外す。
【００３２】
後述する搬送装置により、図１に示すように、パレットＰが工作機械側に搬送された後、工作機械１は、Ｘ軸テーブル６、主軸ヘッド７及びＹ軸テーブル１０の送り動作により工具Ｔを工作物Ｗに対して直交３次元方向に移動させるとともに、工作物テーブル１１のＣ軸テーブル１２及びパレット保持部材１３の回転動作により工作物Ｗの工具Ｔに対する姿勢を変化させて、工作物テーブル１１のパレット保持部材１３に係合されるパレットＰ上に取り付けられた工作物Ｗに種々の加工を施す。この場合、図２に示すように、ターンテーブル２１を割出回転するときには、クランプ部材２３により前記ターンテーブル２１をアンクランプして、ビルトインモータ２２により前記ターンテーブル２１を回転駆動して図略の位置検出器によって所定の回転割出位置に制御し、前記クランプ部材２３により前記ターンテーブル２１をクランプする。
【００３３】
次に、本発明による工作物クランプ装置の第２の実施形態について説明する。図４で説明した工作物クランプ装置は、工作物Ｗのクランプ及びアンクランプを油圧にて行っているが、この実施の形態では、図５に示すように、プルロッド５５の後端に固着されている前記プルロッド５５を進退させるピストン５９上に皿ばね６５を設置することにより、前記皿ばね６５の付勢力により前記プルロッド５５を後退方向に引き込みクランプを行い、アンクランプのみ油圧で行うようにすることも可能である。この皿ばね６５は、クランプ力を保持するように機能するクランプ力保持手段である。
【００３４】
上記実施の形態で説明した工作物クランプ装置は、搬送装置付きの生産システムにおいて、複数の工作機械の工作物テーブルへの工作物Ｗの取り付け及び取り外しを自動化することも可能である。このシステムは、図６に示すように、工作物Ｗの搬送方向に沿って工作機械１，２，３が間隔を開けて配置されている。各工作機械１，２，３の上方には、２本のガイドレール４３，４４と、このガイドレール４３，４４を走行する搬送ヘッド４５，４６，４７とから構成される搬送装置が設けられている。前記搬送ヘッド４５，４６，４７は、図略のモータにより開閉する一対の把持爪４８により工作物Ｗをクランプしている図略のパレットを把持して各工作機械１，２，３間で搬送を行うようになっている。
【００３５】
より詳しくは、図３，６に示すように、工作機械１，２，３において、一対の把持爪４８によりパレットＰを把持する搬送ヘッド４５を工作物Ｗの搬送方向に移動させることにより、前記パレットＰに形成される搬送方向に延在するＴ字溝５０ａと工作物テーブル１１の水平状態に位置決めされたパレット保持部材１３とを係合させて、前記工作物テーブル１１に前記パレットＰを搬入する。その後、前記搬送ヘッド４５の一対の把持爪４８を開きパレットＰの把持を解除して、各工作機械１，２，３において加工を行う。この加工中、アキュムレータ６７によりクランプ力を保持する。
【００３６】
各工作機械１，２，３における加工が完了するごとに、パレット保持部材１３を水平状態に戻し、工作物テーブル１１に係合されているパレットＰを、搬送ヘッド４５の一対の把持爪４８により把持して、前記搬送ヘッド４５を工作物Ｗの搬送方向へ移動させることにより、工作物テーブル１１のパレット保持部材１３から前記パレットＰに形成される搬送方向に延在するＴ字溝５０ａを離脱させて、次の工作機械に走行移動させる。
【００３７】
（他の変形例）
上記実施の形態で説明した工作物クランプ装置は、取付台がピラミッド状の多面体（四角錐）を形成しているが、三角錐、五角錐、六角錐などでもよい。また、従来技術で説明したパレットＰの取付台の片面あるいは両面に上記実施の形態の工作物クランプ機構を設けてもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態で説明した工作物クランプ装置は、パレット上に取り付けられているが、工作機械の工作物テーブルに直接取り付けることも可能である。
【００３９】
上記実施の形態で説明した工作物クランプ装置は、取付台の各面に設けられる２つの工作物クランプ機構によって工作物をクランプしているが、取付台の各面に設けられる工作物クランプ機構の数は、３つ、４つなどでもよい。また、少なくとも１つの工作物クランプ機構に大径のコレットクランパを設けてより大きなクランプ力を発生させ、残りの工作物クランプ機構を小径のコレットクランパとしてもよい。また、１つを工作物クランプ機構、それ以外を小径の回り止め用位置決めピンとしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、工作物の着座面に形成される位置決め穴を利用してクランプを行うため、着座面以外のすべての面を一度のクランプ動作で加工可能であり、また、位置決め及びクランプが一度のクランプ動作で行えるので、生産性に優れている。
【００４１】
さらに、コレットを進退移動可能にするとともに、コレットを取付台より突出する方向に付勢するばねを設置すれば、プルロッドを受面に対して引き込む方向に移動させることによって、コレットが工作物の位置決め穴をクランプするまでは、ばねによって前記コレットの引き込みを阻止し、前記コレットが前記位置決め穴に確実に密着嵌合し、前記工作物をクランプした後で、工作物の着座面と取付台の受面との間に隙間があるときは、前記コレットとともに前記工作物を下降させ、前記工作物を前記取付台の受面に密着させることが可能であり、工作物の浮き上がりがなく、取付剛性が高い。
【００４３】
さらに、取付台に多角錘状の多面体を形成し、前記多角錘状の多面体の各面に工作物クランプ機構を設けたことにより、前記多角錘状の多面体の各面に工作物をクランプすることが可能であり、生産性に優れている。
【００４４】
さらに、工作物クランプ装置を直交する２軸の回転テーブルを有する工作物テーブルに設置しているため、工作物の工具に対する姿勢を変化させることにより、多角錘状の多面体の各面にクランプされる工作物は、一つの工具主軸により、複数の面を連続加工可能であり、更に生産性に優れている。
【００４５】
請求項２の発明によれば、本発明の工作物クランプ装置を工作機械の工作物テーブル上に着脱可能なパレットに設けたので、前記パレットを搬送する搬送装置により、前記工作物テーブルへの工作物の搬入及び搬出を自動化することが可能であり、生産性に優れている。
【００４６】
請求項３の発明によれば、圧油供給源を切り離し可能にするカプラと、前記カプラを切り離したときに、プルロッドをコレットが拡張する方向に付勢するクランプ力保持手段とを設けたので、圧油供給源を切り離しても工作物をクランプすることが可能であり、工作物クランプ装置を小形化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工作物クランプ装置が使用される工作機械の側面図である。
【図２】図１の工作機械の回転割出装置の一部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す工作物クランプ装置をパレットに取り付けた状態の斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す工作物クランプ機構の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す工作物クランプ機構の断面図である。
【図６】本発明の工作物クランプ装置が使用される生産ラインの正面図である。
【図７】従来の工作物クランプ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１，２，３  工作機械
１１  工作物テーブル
５１  取付台
５４  コレットクランパ
５４ａ  コレット部
５５  プルロッド
５６  皿ばね
５７  アクチュエータ
６６  カプラ
６７  アキュムレータ
７１  位置決め穴
Ｐ  パレット
Ｗ  工作物
【図１】
0003777905.tif 000002
【図２】
0003777905.tif 000003
【図３】
0003777905.tif 000004
【図４】
0003777905.tif 000005
【図５】
0003777905.tif 000006
【図６】
0003777905.tif 000007
【図７】
0003777905.tif 000008