JP6769629B1 - ワーク固定装置及び金属加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】加工領域を狭めることなく板状のワークを固定可能なワーク固定装置及びこれを用いた金属加工システムを提供する。【解決手段】このワーク固定装置８０及び金属加工システム１００は、加工領域５ａに突出しない寸法の保持部３２とクランプ体３４とによって、ワーク１の外枠として機能する周縁部５ｂを挟持固定する。このため、加工領域５ａを狭めることなくワーク１の固定を行うことができる。また、ワーク１の固定を油圧シリンダ機構等の移動機構３６で行うため、錘となる鋼材を溶接及び切断除去していた従来の手法と比較して、極めて容易にワーク１の固定を行うことができる。これにより、作業者の負担軽減と作業効率の向上とを図ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、主に可燃性ガスや支燃性ガスを用いてワークを溶断加工する金属加工システム及びそのワーク固定装置に関するものである。

金属製のワークに対する切断、開先、溶接等の加工手法の一つとしてガス炎を用いる方法がある。このようなガス炎を用いた熱切断機のうち、例えばガス切断機はプロパン等の可燃性ガスと酸素等の支燃性ガスとを混合して燃焼させ高温のガス炎を生成し、このガス炎をワークに噴射して溶断を行う。また、熱によりワークを溶断する他の熱切断機としてはプラズマ切断機やレーザ切断機等がある。

このような熱切断機を用いた板状のワークに対する加工では、加工時の熱による膨張や変形によりワーク自体が台上でズレる場合がある。従って、高い寸法精度で加工を行うためには、ワークを固定して位置ズレが生じないように保持する必要がある。ここで、下記［特許文献１］ではＨ形鋼、溝形鋼等の長尺のワークを保持して加工するワーク搬送装置に関する考案が開示されている。しかしながら、熱切断機を用いて板状のワークから部材パーツの切り出しを行う場合、余白部分は基本的に廃棄処分となる。よって、材料コスト削減の観点から、切り出す部材パーツに対するネスティングを行って余白部分が最少となるよう最適化するとともに、加工領域を可能な限り広く取ることが望ましい。これに対して［特許文献１］のようにワークを大型のクランプで挟持することは加工領域を狭めることとなり好ましいものではない。このため、従来はワークの一辺に錘となる鋼材を溶接し、この鋼材の重量によってワークのズレを防止する手法が取られていた。

実開平４‐７６３４６号公報

しかしながら、鋼材を溶接して保持する手法では、鋼材の溶接に時間を要することに加え溶接技能者が必要となる。また、ワークの加工後に鋼材を切断し除去する必要があり、作業効率が悪いという問題点が有る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、加工領域を狭めることなく板状のワークを固定可能なワーク固定装置及びこれを用いた金属加工システムの提供を目的とする。

本発明は、
（１）板状のワーク１を保持するワーク固定装置であって、
前記ワーク１の一辺が面接触して前記ワーク１に対する位置決めを行う基準面３０と、
前記基準面３０に面接触した前記ワーク１の当接辺３の下面を保持する保持部３２と、
前記当接辺３の上面を押圧保持するクランプ体３４と、
前記クランプ体３４の先端の下面に下方に突出した保持爪３８と、
前記クランプ体３４を上下動させる移動機構３６と、を有し、
前記保持部３２と前記クランプ体３４とは前記ワーク１の加工領域５ａに突出しないとともに、前記基準面３０から前記保持爪３８の先端までの水平距離Ｌ３が前記保持部３２の幅Ｌ１の略半分であり、前記保持爪３８の幅が前記水平距離Ｌ３よりも小さいことを特徴とするワーク固定装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）全てのクランプ体３４の下方に位置する第１の板状部材と、前記第１の板状部材を載置するとともに前記第１の板状部材よりも大きな第２の板状部材と、を有し、
前記第１の板状部材の１つの側面が基準面３０を構成し、
前記第２の板状部材の前記基準面３０から突出した部分の上面が保持部３２を構成することを特徴とする上記（１）記載のワーク固定装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）上記（１）または上記（２）に記載のワーク固定装置８０と、
ガス炎、プラズマもしくはレーザを噴射してワーク１の溶断を行う熱切断機１０と、
前記熱切断機１０の加工位置に板状のワーク１を位置させるワーク台２０と、を有し、
前記ワーク固定装置８０は前記熱切断機１０及び前記ワーク台２０から独立して前記ワーク台２０に隣接して配置されるとともに、
前記ワーク固定装置８０の保持部３２の上面位置と前記ワーク台２０におけるワーク１の載置位置とが略面一であることを特徴とする金属加工システム１００を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るワーク固定装置及び金属加工システムは、保持部とクランプ体とによってワークの周縁部を挟持固定する。このため、加工領域を狭めることなくワークの固定を行うことができる。また、ワークの固定を移動機構で行うため、容易にワークの固定を行うことができる。これにより、作業者の負担軽減と作業効率の向上とを図ることができる。

本発明に係るワーク固定装置及び金属加工システムを示す図である。 本発明に係るワーク固定装置の挟持部分の拡大図である。 本発明に係るワーク固定装置の挟持状態の拡大図である。

本発明に係るワーク固定装置及び金属加工システムについて図面に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）は本発明に係る金属加工システム１００及びワーク固定装置８０を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は側面図である。

先ず、本発明に係る金属加工システム１００は、本発明に係るワーク固定装置８０と、ガス炎、プラズマもしくはレーザを噴射してワーク１の溶断を行う熱切断機１０と、この熱切断機１０の加工位置に板状のワーク１を位置させるワーク台２０と、を有している。

また、熱切断機１０は、可燃性ガスもしくは支燃性ガス等の燃焼により生じた高温のガス炎、もしくは、高電圧印加によって生じるプラズマアーク、もしくは、レーザ光等を噴射もしくは照射し板状のワーク１の溶断を行う周知のガス切断機、プラズマ切断機、レーザ切断機等を用いることができる。そして、熱切断機１０は、これらガス炎、プラズマ、レーザ等を噴射するノズル１２と、このノズル１２を熱切断機１０の加工位置平面上でＸ−Ｙ移動させるノズル移動機構１４と、予め設定されたプログラムに沿ってノズル移動機構１４を移動制御する図示しない加工機制御部と、を有している。また、ワーク台２０は、例えば脚部２４と、この脚部２４上に架設された横フレーム２６と、この横フレーム２６上に所定の間隔を開けて複数配列したピポット２２と、を有している。そして、この配列したピポット２２が板状のワーク１を載置するテーブルを構成し、熱切断機１０の加工位置に配置される。

また、金属加工システム１００及びワーク固定装置８０で使用するワーク１は所定の厚みを有する金属板であり、熱切断機１０による部材パーツの切り出しが行われる加工領域５ａと、この加工領域５ａの周囲に位置し外枠として機能する周縁部５ｂと、を有している。尚、周縁部５ｂは加工の行われない余白部分となり最終的に廃棄処分となるから、加工領域５ａを広く取るために周縁部５ｂは可能な限り狭めることが好ましく、一般的には数ｃｍ幅程度で構成される。

そして、本発明に係るワーク固定装置８０は、ワーク台２０に隣接して設置され、図２の拡大図に示すように、ワーク１の一辺（当接辺３）が当接してワーク１に対する位置決めを行う基準面３０と、この基準面３０に当接した当接辺３の下面を保持する保持部３２と、当接辺３の上面を押圧保持するクランプ体３４と、このクランプ体３４を上下動させる移動機構３６と、を有している。尚、ワーク固定装置８０は、金属加工システム１００においては、熱切断機１０のワーク１に対する固定装置として機能するが、ワーク固定装置８０の用途はこれに限定されず、例えば物理的な切削工具を用いた他の金属加工機器の固定装置としても使用可能である。また、ワーク固定装置８０は横方向に複数台配列して、大型のワーク１を挟持固定するようにしても良い。

また、ワーク固定装置８０の保持部３２はワーク１の当接辺３が基準面３０に面接触した際に加工領域５ａ側に突出しない寸法とする。即ち、基準面３０から保持部３２の先端までの距離Ｌ１が周縁部５ｂの幅寸法Ｌ２を超えない値とする。また、基準面３０の高さ寸法に関しては特に限定は無いが、ワーク１の厚みから大きく乖離しない値とすることが好ましい。尚、保持部３２の上面位置は、ワーク台２０におけるワーク１の載置位置（ピポット２２の頂点位置）と略面一（略同一の高さ位置）とする。これにより、ワーク１はワーク台２０上と保持部３２上とで略水平に維持される。

また、クランプ体３４の形状に関しても特に限定は無いが、先端の下面に下方に突出した保持爪３８を有する。この構成では、保持爪３８の先に押圧圧力が集中するため、クランプ体３４と保持部３２とによる挟持をより一層強固に行うことができる。また、クランプ体３４には、このクランプ体３４を上下動させる移動機構３６のロッド３６ａが固定する。さらに、クランプ体３４の先端は挟持固定時にワーク１の加工領域５ａに突出しない寸法とする。即ち、基準面３０からクランプ体３４の先端までの水平距離Ｌ３が周縁部５ｂの幅寸法Ｌ２を超えない値とし、特に保持部３２の幅Ｌ１の半分程度とする。例えば周縁部５ｂの幅Ｌ２が２ｃｍの場合、保持部３２の幅Ｌ２を２ｃｍとし、クランプ体３４の先端の水平距離Ｌ３を１ｃｍ前後の値とする。尚、クランプ体３４は横方向（基準面３０に沿った方向）に複数設けることが好ましく、図１（ａ）に示すように、左右と中央の３箇所に設けることが特に好ましい。

また、移動機構３６はある程度の力でクランプ体３４を移動押圧可能な周知の機器を用いることができ、中でも油圧シリンダ機構を用いることが特に好ましい。そして、前述のように移動機構３６のロッド３６ａがクランプ体３４と固定し、移動機構３６が動作することでロッド３６ａが上下動し、これに伴ってクランプ体３４が上下移動する。

次に、金属加工システム１００及びワーク固定装置８０の動作を説明する。先ず、ワーク台２０のピポット２２上に板状のワーク１を載置して熱切断機１０の加工位置に配置する。尚、この際、ワーク固定装置８０のクランプ体３４は上位置にある。次に、ワーク１をワーク固定装置８０の側に移動する。そして、ワーク１の一辺が基準面３０と面接触するように当接させる。尚、この基準面３０と面接触した辺が当接辺３となる。この当接辺３と基準面３０との面接触により、ワーク１はピポット２２上で基準面３０に対し略垂直な方向に位置決めされる。これにより、ワーク１の縦横方向がノズル１２のＸ−Ｙ移動方向と略同等な方向となる。またこのとき、当接辺３側の周縁部５ｂは保持部３２上に載り支持される。尚、保持部３２の上面位置は、前述のようにワーク台２０におけるワーク１の載置位置と略面一であるから、ワーク１はワーク台２０上と保持部３２上とで略水平に維持される。

次に、作業者が移動機構３６の操作レバー４４を操作して移動機構３６に対する下降動作指示を行う。これにより、例えば移動機構３６が油圧シリンダ機構の場合には、油圧ポンプ４６が動作して移動機構３６が下降動作する。これにより、ロッド３６ａが下方に引き込まれ、これに伴ってクランプ体３４が下降する。そして、図３に示すように、クランプ体３４の保持爪３８がワーク１の周縁部５ｂの上面に当接してこれを下方に押圧保持する。このときの押圧圧力は例えば１つのクランプ体３４につき３０ｋＮ〜７０ｋＮ（キロニュートン）、３つのクランプ体３４で９０ｋＮ〜２１０ｋＮ程度とすることが好ましい。これにより、ワーク１の当接辺３の周縁部５ｂは保持部３２とクランプ体３４とにより上下方向から挟持固定される。

次に、作業者は熱切断機１０を動作させる。これにより、例えば熱切断機１０のノズル１２から高温の火炎が噴射してワーク１を溶断する。また、加工機制御部はノズル１２を予め設定されたプログラムに沿って加工領域５ａ内でＸ−Ｙ方向に移動させる。これにより、ワーク１は所定の形状に切断され、プログラムされた形状の部材パーツの切り出しが行われる。この際、ワーク１は当接辺３がワーク固定装置８０によって挟持固定されているため、熱による加工時の位置ズレは発生せず、高い寸法精度で部材パーツの切り出しを行うことができる。また、クランプ体３４と保持部３２とは、外枠として機能する周縁部５ｂを挟持固定するため、加工領域５ａを狭めることも無い。

熱切断機１０による加工が全て終了すると、作業者は熱切断機１０を停止する。次に、操作レバー４４を操作して移動機構３６に対する上昇動作指示を行う。これにより、油圧ポンプ４６が動作して移動機構３６が上昇動作する。これにより、ロッド３６ａが上方向に押し出され、これに伴ってクランプ体３４が上昇する。これにより、保持部３２とクランプ体３４とによるワーク１の挟持は解除される。そして、クランプ体３４が所定の位置まで上昇すると移動機構３６は動作を停止して待機状態となる。次に、作業者は切り出された部材パーツ、周縁部５ｂ及び余白部分をワーク台２０から回収し、部材パーツに関しては後工程に送って然るべき処理を行う。また、周縁部５ｂを含む余白部分に関しては然るべき廃棄処理を行う。

以上のように、本発明に係るワーク固定装置８０及び金属加工システム１００は、加工領域５ａに突出しない寸法の保持部３２とクランプ体３４とによって、ワーク１の外枠として機能する周縁部５ｂを挟持固定する。このため、加工領域５ａを狭めることなくワーク１の固定を行うことができる。また、ワーク１の固定を油圧シリンダ機構等の移動機構３６で行うため、錘となる鋼材を溶接及び切断除去していた従来の手法と比較して、極めて容易にワーク１の固定を行うことができる。これにより、作業者の負担軽減と作業効率の向上とを図ることができる。

尚、本例で示したワーク固定装置８０及び金属加工システム１００は一例であるから、熱切断機１０、ワーク台２０、ワーク固定装置８０の各部の構成、寸法、配置、動作機構、デザイン、その他は上記の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

１ ワーク
３ 当接辺
５ａ 加工領域
１０ 熱切断機
２０ ワーク台
３０ 基準面
３２ 保持部
３４ クランプ体
３６ 移動機構
３８ 保持爪
８０ ワーク固定装置
１００ 金属加工システム

Claims (3)

1. 板状のワークを保持するワーク固定装置であって、
   前記ワークの一辺が面接触して前記ワークに対する位置決めを行う基準面と、
   前記基準面に面接触した前記ワークの当接辺の下面を保持する保持部と、
   前記当接辺の上面を押圧保持するクランプ体と、
   前記クランプ体の先端の下面に下方に突出した保持爪と、
   前記クランプ体を上下動させる移動機構と、を有し、
   前記保持部と前記クランプ体とは前記ワークの加工領域に突出しないとともに、
   前記基準面から前記保持爪の先端までの水平距離Ｌ３が前記保持部の幅Ｌ１の略半分であり、前記保持爪の幅が前記水平距離Ｌ３よりも小さいことを特徴とするワーク固定装置。
2. 全てのクランプ体の下方に位置する第１の板状部材と、前記第１の板状部材を載置するとともに前記第１の板状部材よりも大きな第２の板状部材と、を有し、
   前記第１の板状部材の１つの側面が基準面を構成し、
   前記第２の板状部材の前記基準面から突出した部分の上面が保持部を構成することを特徴とする請求項１記載のワーク固定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のワーク固定装置と、
   ガス炎、プラズマもしくはレーザを噴射してワークの溶断を行う熱切断機と、
   前記熱切断機の加工位置に板状のワークを位置させるワーク台と、を有し、
   前記ワーク固定装置は前記熱切断機及び前記ワーク台から独立して前記ワーク台に隣接して配置されるとともに、
   前記ワーク固定装置の保持部の上面位置と前記ワーク台におけるワークの載置位置とが略面一であることを特徴とする金属加工システム。

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