JP7383278B2

JP7383278B2 - 加工機用ワークホルダー

Info

Publication number: JP7383278B2
Application number: JP2019193411A
Authority: JP
Inventors: 春機溝口
Original assignee: MST Corp
Current assignee: MST Corp
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2023-11-20
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: JP2021065973A

Description

この発明は、ワークを加工機に固定するための加工機用ワークホルダーに関する。

この種の加工機用ワークホルダーとして、本出願人は、平面視円状のホルダー本体と、そのホルダー本体上面のワークを載置するベース部と、このベース部上においてワークを挟持する複数のジョーと、を備え、前記ジョーのワークをチャッキングするクランプ部に、前記ベース部側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面が形成され、この傾斜面と、ワークに前記傾斜面と対面するように形成された傾斜面とが当接して、この当接力によりワークが前記ベース部に押し付けるようになっており、ホルダー本体の前記ベース部と反対側の端部は、異なる深さの切欠き部が軸心に対して対称に形成されてＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となって、この円筒状嵌合部をテーブルから突出する円柱状固定治具に嵌合するようにした構成を提案した（特許文献１）。

特開２００８－２６４９８３号公報

この特許文献１に示す加工機用ワークホルダー（バイス）は、片側固定のジョーに対して可動のジョーが動いてワークをチャッキングするため、ワークの軸心をワークホルダーの軸心（回転中心）に一致させ難い問題がある。

この発明は、以上の実情下、ワークの軸心をワークホルダーの軸心に容易に一致させることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、ホルダー本体の取付孔にワークの取付部をぴったり嵌めてホルダー本体とワークの軸心を一致させて芯出しし、ホルダー本体のジョーの押し付けによってワークの取付孔からの離脱を防止するようにしたのである。
取付孔とワーク取付部が正確に形成され、その取付孔の中心がホルダー本体の軸心になっておれば、ワークが取付孔に嵌まることによりワークとホルダー本体との軸心の一致（芯出し）が固定されて、ワークの振れ精度が確保され、ジョーによるワークの押し付けによってワークの長さ方向（軸方向）の精度が確保される。

具体的な構成は、本体上面のワークの取付部（チャッキング部）が嵌る取付孔と、この取付孔の周りにワークを前記取付孔の中心に向かって押圧するジョーと、を備える加工機用ワークホルダーにおいて、前記取付孔はワークの取付部と同一大きさの平面視円形に形成されて、その取付部が取付孔にぴったり嵌り、その取付孔の周面がワークの径方向の基準面（回転中心軸から横直交方向の基準面）となって芯出しが行われ、その取付孔の底面又は取付孔の開口側縁の外周表面がワークの軸方向の基準面となり、ジョーのワークを押圧する押圧部に、取付孔側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面が形成され、ジョーは、取付孔に対して調節ボルトとのねじ結合により動いて、前記傾斜面と、ワークの取付部に前記傾斜面と対面するように形成された傾斜面とが当接して、この当接力によりワークが取付孔内に押し付けるようになっている構成を採用したのである。

この構成のワークホルダーへのワークのチャッキング（装着）は、ワークの取付面に芯出し用取付部を突出して予め形成しておき、その取付部をワークホルダー本体の取付孔に嵌め込んで芯出しを行い、その状態で、ジョーでもって取付部を内側に押圧してワークの取付孔からの抜け止め（軸方向の固定）を図ったワークのホルダーへのチャッキング方法となる。

このとき、ジョーのクランプ部（押圧部）に上記面法線をもつ傾斜面を形成すると、このジョーが当接するワークの傾斜面に対して、取付孔向きの力を作用させることができる。すなわち、このワークを取付孔にしっかりと押し付けることができ、加工中にワークが動いたり、外れたりするトラブルを防止し得る。この傾斜面の角度は、前記取付孔向きの力を作用させる範囲であれば特に限定されないが、例えば、前記取付孔となす角が４５度や６０度等のように、容易に機械加工できる程度の角度とするのが好ましい。

また、上記ジョーは複数あって、その各ジョーは回転中心に向かって接離するように配置したり、その各ジョーのクランプ部同士を、互いに対向するように配置して、各ジョーが前記対向する方向に接離したりし得るようにすることができる。このようにすれば、ワークの軸心（回転中心）に向かってジョーによる押圧力が働いて、ワークの軸心周りに均等な押圧力が働き、ワークがホルダーの取付孔から抜けることなく、軸心を一致させて強固にチャッキングできる。但し、ジョーはワークの取付孔からの抜け出し（軸方向の動き）を防止するものであるため、１つでも良い。

さらに、上記本体の取付孔と反対側の端部は、異なる深さの切欠き部が軸心に対して対称に形成されてＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となり、この円筒状嵌合部を加工機のテーブルから突出する円柱状固定治具に嵌合するようになっており、取付孔及びジョーを有する本体の外周に、マシニングセンタのクランプユニット交換装置で把持する周溝状の掴み溝が形成されて、この掴み溝を介して前記クランプユニット交換装置とは異なるロボットなどのクランプユニット交換装置で本体が把持されて、本体の固定治具への装着及び固定治具からの取り外しが行われるようにすることができる。

このように、ホルダー本体の取付孔にワークの取付部をぴったり嵌めてホルダー本体とワークの軸心を一致させて芯出しし、ホルダー本体のジョーの押し付けによってワークの取付孔からの離脱を防止するようにしたことにより、加工機用ワークホルダーの交換を自動的に行うことができる。すなわち、ワーク加工の全自動化を図ることが可能となって、その加工作業の効率を大幅に向上することができる。
また、上記各構成に示す加工機用ワークホルダーは、中心の位置決め精度がよく、４軸、５軸制御のマシニングセンタや旋盤、複合加工機等、ワークを回転させて加工する場合に適している。
すなわち、特に旋盤加工や旋盤ベースの複合加工機でメリットが多く、中心の位置決め精度が良いとワークの振れ精度が高まる。また、振れ精度が良いと芯出し作業が不要になり、ワークの径方向の取り代も少なくできる。その取り代が少なくできれば素材加工コストも低減できる。
このため、スクロールチャックに比べ、コンパクトな形状で、ワーク素材の無駄が少なく、基準端面に押し当てることで強いクランプと剛性が得られる。また、スクロールチャックの場合、ワークの外径が異なると都度チャックの爪を交換する必要があり、芯出しもその都度必要であり手間がかかり、チャックそのものを旋盤等の機械（加工機）側から外して交換しなければならない場合もある。それに対して、この発明は、機械側の固定装置を交換する手間が必要でなく、ワークサイズの異なる多品種加工であっても、容易かつ高精度に交換、装着ができる。さらに自動交換も可能である。

この発明は以上のように構成し、ホルダーの取付孔にワークの取付部をぴったり嵌めてホルダーとワークの軸心を一致させて芯出しを行い、ジョーによってワークの取付孔からの離脱を防止するようにしたので、ワークが取付孔によって安定的に支持され、良好な加工精度を得ることができる。

この発明に係る一実施形態の加工機用ワークホルダーとワークの斜視図同実施形態の加工機の固定治具とホルダーとワークの関係を示す一部切断正面図同実施形態のホルダーにワークを取り付けた状態の一部切断正面図

この発明に係る加工機用ワークホルダーＡの一実施形態を図１～図３に示す。この加工機用ワークホルダーＡは、平面視円状のホルダー本体１と、そのホルダー本体１上面のワークＷの取付部（チャッキング部）２０を嵌める平面視円状の取付孔２と、この取付孔２の周りにワークＷを押す四つのジョー３、３、３、３を周方向に等間隔に備えている。その各ジョー３のクランプ部（押圧部）４には、取付孔２側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面５ａが形成されている。この傾斜面５ａの取付孔２に対するテーパ角θ（図２参照）は、例えば６０度である。このジョー３は、その底部がホルダー本体１に形成した溝部６に嵌められていて、その溝部６内をスライドすることによって、対向するジョー３（取付孔２の中心）に対して接離自在になっている。

ジョー３の内側のホルダー本体１には、そのスライド方向に貫通するねじ孔７が形成されるとともに、このねじ孔７に、ジョー３の側面から挿入されたボルト８がねじ込まれている。このため、図２から図３に示すように、ボルト８をねじ回すことによってジョー３が取付孔２の中心に向かって進退する（対向するジョー３に向かって接離する）。図中、９はセンター孔である。

ワークＷは、円柱、角柱等の各態様を採用できるが、この実施形態はその本体２１が丸棒状であって、その本体２１の取付面（図２において、左側面）に上記取付孔２に嵌められるワークＷの取付部（チャック部）２０が前もって形成されている。この取付部２０は、ワークＷの回転軸を中心軸とする薄肉円柱状基部２２と、その上面（下面）の同一軸の薄肉逆円錐台状のチャック部２３とからなり、そのチャック部２３の取付孔２側は上記クランプ部４に形成した傾斜面５ａのテーパ角θに対応するテーパ角θの傾斜面２３ａとなっている。

このため、クランプ部４の先端部がワークＷのチャック部２３と基部２２で形成された三角溝に嵌まり込んだ状態となって、このワークＷがクランプ部４（ジョー３）から容易に外れないようになる。しかも、この両クランプ部４、４を相対的に接近させて、このクランプ部４の傾斜面５ａとワークＷの傾斜面２３ａとを当接させるようにチャッキングすると、図３に示すように、この当接力により、ワークＷが取付孔２の底面２ａ又は取付孔２の周りのホルダー本体１の表面２ｂに押し付けられて、この取付孔２へのワークＷの固定が確実になされる（ワークＷがホルダーＡに強固に（取付剛性が高く）装着される）。このワークＷの傾斜面２３ａのテーパ角度θ’は各ジョー３に形成した傾斜面５ａのテーパ角度θと合うように適宜変えてもよいが、容易にこの傾斜面２３ａの機械加工を行うことができるように、４５～６０度の範囲内にするのが好ましい。

基部２２の外周面は、取付孔２にぴったり嵌って（基部２２の外径と取付孔２の内径がほぼ同一で（公差が極めて小さく）嵌って）ガタが生じないように形成されている。すなわち、取付孔２はワークＷの取付部２０と同一大きさの平面視円形に形成されて、その取付部２０が取付孔２にぴったり嵌ると、その取付孔２の周面２ｃがワークＷの径方向の基準面となって芯出しが行われる。
また、基部２２の高さＬ_１、チャック部２３の高さＬ_２は、取付部２０を取付孔２に嵌めた際、そのチャック部２３の底面（図３において左側面）２３ｂが取付孔２の底面２ａに当たったり、基部２２周りのワークＷ底面２０ａが取付孔２の周りのホルダー本体１の表面２ｂに当たったりするように適宜に設定されている。その高さＬ_１、Ｌ_２は、チャック部２３の底面の取付孔２の底面２ａへの当接又は基部２２周りのワークＷ底面２０ａと取付孔２の周りのホルダー本体１の表面２ｂへの当接の両者ともに行われるようにしたり、その一方のみが行われるように設定することができる。この当接によって、ワークＷのホルダーＡへの軸方向の位置決めがなされる（その当接面がワークＷの軸方向の取付基準面となる）。

なお、ワークＷに取付部２０を形成すると、その加工をする必要はあるが、薄肉円柱状基部２２や薄肉逆円錐台状のチャック部２３の取付部２０であると、旋盤加工が可能であり、クランプ部（取付部２０）の無駄が少ない（チャック（ジョー３）で把持するための材料長さを大幅に短くできる）。特に、ワークＷが丸棒形状であると、その効果は高い。
また、取付部２０があると、ワークＷの形状に関係なく、加工機側のホルダーＡの固定装置１４を交換する必要もなく、ワークＷのサイズ等の異なる多品種加工であっても容易かつ高精度のその交換、装着をすることができる。因みに、スクロールチャックであると、ワークＷのチャッキング部、例えば、外径が異なると、その都度、チャック爪（ジョー）を交換しなければならず、芯出し作業も必要であって、取付部２０を有する場合に比べて作業性が悪い。

ホルダー本体１の取付孔２と反対側の端部は異なる深さの切欠き部１３が軸心に対して対称に形成されたＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となっており、図１～図３に示すように、この切欠き部１３を有する円筒状嵌合部をマシニングセンタ等の加工機のテーブルＴに設けられたそのテーブルＴから突出する円柱状固定治具１４に嵌合して、このワークホルダーＡを固定するようになっている（特許文献１図６参照）。図２中、１６はＨＳＫクランプユニット、１７はそのカバーである。

また、この加工機用ワークホルダーＡの本体１の外周には、周溝状の掴み溝１５が形成されている。この掴み溝１５を介して、ロボット等を使ったクランプユニット交換装置でホルダー本体１を把持することにより、ホルダーＡの交換を自動的に行うことができる。すなわち、ワークＷの加工の全自動化を図ることができ、その加工作業の効率を大幅に向上することができる。

なお、この実施形態において、意匠的には、掴み溝１５を除いたそれより前方の部分（ジョー３、取付孔２等）がこの発明の特徴と言える。このため、加工機のテーブルＴへのホルダーＡの取付規格（シャンク部）としては、ＨＳＫ規格に限らず、ＢＴ規格、ＣＡＴ規格、ＤＩＮ規格、ＣＡＰＴＯ規格、ＩＳＯ規格等の周知の種々の規格態様を採用できる。
また、実施形態は、上記ジョー３を４個等の偶数としてそのクランプ部４同士が、互いに対向するように配置し、各ジョー３が前記対向する方向に接離するようにしたが、１個、３個、５個のように奇数の場合においては、それらの各ジョー３を回転中心に向かって接離するように設けることができる。いずれの場合も、複数のジョー３であれば、本体１の周囲等間隔とする。
なお、上記実施形態において示した、ジョー３同士を接近させる機構は、図１等に記載したものに限定されず、同様の作用を奏するものであれば、他の公知の機構も適宜採用することができる。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ａ加工機用ワークホルダー
Ｗワーク
１加工機用ワークホルダー本体
２取付孔
３ジョー
４クランプ部（押圧部）
５ａ傾斜面
６ガイド溝部
８調節ボルト
１３切欠き部
１４固定治具（固定装置）
１５掴み溝

Claims

本体（１）上面のワーク（Ｗ）の取付部（２０）が嵌る取付孔（２）と、この取付孔（２）の周りに前記ワーク（Ｗ）を前記取付孔（２）の中心に向かって押圧するジョー（３）と、を備える加工機用ワークホルダーであって、
上記取付孔（２）はワーク（Ｗ）の取付部（２０）と同一大きさの平面視円形に形成されて、その取付部（２０）が取付孔（２）にぴったり嵌り、その取付孔（２）の周面（２ｃ）がワーク（Ｗ）の径方向の基準面となって芯出しが行われ、その取付孔（２）の底面（２ａ）又は取付孔（２）の開口側縁の外周表面（２ｂ）がワーク（Ｗ）の軸方向の基準面となり、
上記ジョー（３）のワーク（Ｗ）を押圧する押圧部（４）に、上記取付孔（２）側に向けて起立する面法線をもつ傾斜面（５ａ）が形成され、前記ジョー（３）は、前記取付孔（２）に対して調節ボルト（８）とのねじ結合により動いて、前記傾斜面（５ａ）と、前記ワーク（Ｗ）の取付部（２０）に前記傾斜面（５ａ）と対面するように形成された傾斜面（２３ａ）とが当接して、この当接力により前記ワーク（Ｗ）が前記取付孔（２）内に押し付けるようになっており、
上記ジョー（３）は複数あって、その各ジョー（３）は回転中心に向かって接離し得るように配置されており、
前記取付孔（２）の前記底面（２ａ）または前記本体（１）の前記外周表面（２ｂ）の少なくとも一方に前記ワーク（Ｗ）が当たるよう構成されており、前記底面（２ａ）と前記外周表面（２ｂ）のそれぞれの軸方向位置の間に、前記ジョー（３）の軸方向端面が位置していることを特徴とする加工機用ワークホルダー。
上記本体（１）の上記取付孔（２）と反対側の端部は、異なる深さの切欠き部（１３、１３）が軸心に対して対称に形成されてＨＳＫ規格の円筒状嵌合部となって、この円筒状嵌合部を加工機のテーブルから突出する円柱状固定治具（１４）に嵌合するようになっており、
上記取付孔（２）及びジョー（３）を有する本体（１）の外周に、マシニングセンタのクランプユニット交換装置で把持する周溝状の掴み溝（１５）が形成されて、この掴み溝（１５）を介してロボットなどのクランプユニット交換装置で前記本体（１）が把持されて、前記本体（１）の固定治具（１４）への装着及び前記固定治具（１４）からの取り外しが行われるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の加工機用ワークホルダー。