JP2000015506A - 主軸工具のクランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンクランプ状態で工具が仮保持される状態
を設け、マシニングセンタにおける自動工具交換動作の
高速化を達成する。 【解決手段】 主軸１０先端部にテーパ穴１２に挿入さ
れる工具ホルダ１のプルスタッド１３を着脱可能に把持
するコレット１４と、コレット１４に連結されるドロー
バー１５と、ドローバー１５を引き込みクランプ力を発
生する皿ばね１８とを有し主軸の軸穴内に組み込まれた
クランプ機構と、ドローバー１５を皿ばね１８から作用
するクランプ力から開放することで工具をアンクランプ
するシリンダ部２０と、工具交換時に主軸本体が移動す
る間、アンクランプ状態にある工具を主軸から抜けない
程度の力で仮保持する工具仮保持機構部２２とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸工具のクラン
プ装置に係り、特に、マシニングセンタでの自動工具交
換時間の短縮化し、生産能率の向上を図る主軸工具のク
ランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタでは、生産性の向上が
常に要請される。なかでも全サイクルの２割程度の時間
を占めるといわれている工具交換を短時間に行うことは
加工能率の向上に直結することから、自動工具交換装置
による工具交換に要する時間の短縮化を図ることは重要
な技術課題である。

【０００３】自動工具交換装置による交換動作は、細分
すると次のような動作からなっている。 （１）交換アームが主軸に装着されている使用済みの工
具を把持する動作。 （２）使用済みの工具を交換可能な状態とするために、
主軸把持装置から工具を開放する動作（主軸アンクラン
プ）。 （３）交換アームが使用済みの工具のシャンク部を主軸
のテーパ穴から抜き去る動作。 （４）交換アームが使用済みの工具に替えて次に使用す
る工具を主軸軸線上に置き換える動作。 （５）交換アームが次に使用する工具のシャンク部を主
軸に挿入する動作。 （６）主軸把持装置が次に使用する工具を把持する動作
（主軸クランプ）。 （７）主軸に装着された次に使用する工具を交換アーム
が開放する動作。

【０００４】上記のような自動工具交換の各動作のう
ち、（１）、（３）、（４）、（５）、（７）の動作
は、自動工具交換装置が具備する機能である。（２）、
（６）のアンクランプ、クランプ動作は、主軸側に設け
られたツールクランプ装置が行う動作である。

【０００５】従来、主軸に設けられるツールクランプ機
構は、ドローバー、皿ばね、油圧シリンダ、ピストン、
電磁弁および配管部品とこれらを制御するシーケンサな
どから構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記（６）の自動工具
交換動作で主軸に工具をクランプするために必要な力は
皿ばねが発生するが、切削力に十分に耐えるためにこの
力は通常３００００Ｎもの大きな力に設定されている。
上記（３）の自動工具交換動作では、油圧ピストンを作
動させ、ドローバーを瞬時に動かさなければならない。
このとき、油圧は、数メガパスカルの圧力のため、ドロ
ーバーを皿ばねの大きな力に抗して作動させる油圧シリ
ンダには断面積の大きな大型のものを設置しなければな
らない。

【０００７】このため、自動工具交換動作の高速化を図
ろうとすれば、自動工具交換装置の高速化とともに、ツ
ールクランプ装置の動作のスピードアップをも図ればよ
り効果が期待できる。

【０００８】しかしながら、ツールクランプ装置の油圧
シリンダを作動速度を高めるには、油圧シリンダに供給
する圧油の流量を増やさなければならないが、工作物の
形状に応じて縦横無尽にトラバースする主軸本体には、
各種装置類が密集しているため、油圧機器の大きさや重
量には、自ずと制限を受ける。

【０００９】一方、自動工具交換動作の全過程の時間が
２秒程度であるとすると、上記（２）、（６）の工具の
アンクランプ、クランプに要する時間は、全過程の１秒
程度はかかるとされている。

【００１０】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、主軸での工具の従来のアンクラ
ンプ、クランプの中間の状態として、アンクランプ状態
で工具が仮保持される状態を設け、マシニングセンタに
おける自動工具交換動作の高速化を達成できるようにし
た主軸工具のクランプ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工作機械の主軸に装着される工具のク
ランプおよびアンクランプを行う主軸工具のクランプ装
置において、主軸先端部にテーパ穴に挿入される工具ホ
ルダのプルスタッドを着脱可能に把持するコレットと、
前記コレットに連結されるドローバーと、前記ドローバ
ーを引き込みクランプ力を発生する皿ばねとを有し主軸
の軸穴内に組み込まれたクランプ機構と、前記ドローバ
ーを皿ばねから作用するクランプ力から開放することで
工具をアンクランプするシリンダ部と、工具交換時に主
軸本体が移動する間、アンクランプ状態にある工具を主
軸から抜けない程度の力で仮保持する工具仮保持機構部
と、を具備することを特徴とするものである。

【００１２】クランプ・アンクランプの速度をスピード
アップするために、皿ばねの巨大な推力に対抗してシリ
ンダ部のピストンを動かして瞬時にドローバーをクラン
プ力から開放するのは、現実的には不可能である。

【００１３】本発明によるクランプ装置では、工作物の
加工が終了し主軸本体が自動工具交換位置へ移動する間
の時間を利用して、シリンダ部が作動してドローバーを
皿ばねのクランプ力から開放する。このアンクランプ
は、自動工具交換装置のチェンジアームが主軸端の工具
ホルダを把持するまでに行えばよい。

【００１４】このアンクランプ状態では、移動の間工具
が自重等により主軸から脱落しないように工具仮保持機
構の作用により工具が主軸端に仮保持される。

【００１５】また、工具交換位置で工具を交換するに際
しては、仮保持の力に抗して工具を引き抜けばよいの
で、チェンジアームは瞬時に工具を主軸から引き抜くこ
とができる。

【００１６】チェンジアームが主軸に新しい工具を挿入
した後は、この新工具についても同様にして仮保持され
る。したがって、工具交換後、主軸が加工開始点に到着
し主軸が回転する前までに皿ばねによって工具をクラン
プすればよい。このように、クランプ、アンクランプを
主軸の移動時間と重複して行えることができる。

【００１７】また、本発明では、前記シリンダ部は、ド
ローバーに皿ばねのクランプ力が作用するようにするク
ランプ動作と、主軸のテーパ穴に工具ホルダのテーパシ
ャンクがクサビ力により密着した状態のままドローバー
をクランプ力から開放する半アンクランプ動作と、密着
した工具ホルダをクサビ力から開放するアンクランプ動
作を行うことを特徴とする。

【００１８】好ましい実施の形態によれば、前記シリン
ダは、前進したときに皿ばねを押し込み、ドローバーを
皿ばねの力から開放し半アンクランプ動作をする第１の
ピストンと、前記第１ピストンの内側に設けられる第２
のピストンと、前記第２ピストンの内側に設けられ前記
第２ピストンの前進によりドローバーに衝撃荷重を与え
工具ホルダをクサビ力から開放しアンクランプ動作をす
る第３のビストンとから構成することができる。

【００１９】また、前記工具仮保持機構は、ドローバー
の後端部に連結されるセンタ軸と、コイルばねの弾性力
を利用し、所定の保持力で前記センタ軸の位置を保持
し、前記保持力以上の力で工具が引っ張られた場合に前
記センタ軸を拘束から開放する仮保持手段と、を備える
ものである。

【００２０】好ましい実施の形態によれば、前記仮保持
手段は、センタ軸の外周面を周回する溝と、前記溝に係
合離脱可能な複数の鋼球と、仮保持の保持力を発生する
コイルばねと、前記コイルばねの弾性力により付勢さ
れ、前記鋼球を溝に係合させた状態に拘束する部材とか
ら構成することができる。

【００２１】また、前記シリンダ部は、手動による工具
脱着が可能となるように、前記センタ軸を押し出し、鋼
球を溝から離脱させる第４のピストンを備えている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による主軸工具のク
ランプ装置の一実施形態について、添付の図面を参照し
ながら説明する。

【００２３】図１は、本実施による主軸工具のクランプ
装置のシリンダ部、仮保持機構を縦断面図である。図２
は、主軸本体の先端部の断面図である。

【００２４】１．工具クランプ機構 図２において、１０は、マシニングセンタの主軸頭に組
み込まれている主軸を示す。この主軸１０は、軸受１１
ａ、１１ｂ、１１ｃによって回転自在に支持されてい
る。また、主軸１０の先端には、工具ホルダ１のテーパ
シャンク１ａを挿入するためのテーパ穴１２が形成され
ている。そして、主軸１０の内部に形成される軸穴９に
は、テーパ穴１２挿入されたテーパシャンク１ａのプル
スタッド１３を把持するコレット１４が同軸的に挿設け
られている。このコレット１４は、ドローパー１５の先
端部にねじ結合されている。

【００２５】図１に示されるように、ドローバー１５の
後端部には、皿ばね受１６がねじ結合されている。クラ
ンプ力を発生する皿ばね１８は、その強大な弾性力で、
ドローバー１５を主軸後方に引き込み、コレット１４に
よりプルスタッド１３が把持されている工具ホルダ１を
主軸１０の端面にクランプすることができる。

【００２６】主軸１０の後方には、本実施の形態による
主軸工具のクランプ装置のシリンダ部２０と仮保持機構
２２が連設されている。

【００２７】２．工具仮保持機構 次に、図１を参照しながら仮保持機構について説明す
る。センタ軸３０は、段部３１を介して縮径して末端ま
でが小径部３２となっている。この小径部３２には、図
３に示されるように、キー３３が形成されており、小径
部３２には、コイルばね３４を受けるばね受３５が前記
キー３３を介して軸方向に移動可能なように結合されて
いる。

【００２８】また、センタ軸３０の小径部３２には、キ
ー３３から所定の長さだけ末端に寄った位置に外周面を
周回するように溝３６が形成されている。この溝３６に
は、鋼球３７が係合することができるようになってい
る。図４（ａ）に示されるように、前記溝３６には、主
軸１０が回転したときに偏って、精度に悪影響を与えな
いように、その全周にわたって等間隔で鋼球３７同士が
互いに隙間なく接し合うようにして、９個の鋼球３７が
装填されている。また、前記溝３６は、両側が一定の角
度（例えば、４５度）で傾斜するテーパ３６ａ、３６ｂ
になっている。

【００２９】前記ばね受３５によって一端が保持されて
いるコイルばね３４の先端は、小径部３２に軸方向に移
動可能に遊嵌しているカラー３８を押圧することができ
るようになっている。ばね受３５には、円筒状のジョイ
ント４０が連結されており、このジョイント４０の大径
部４０ａの内周面とセンタ軸３０の小径部３２の間にコ
イルばね３４、カラー３８を組み込むスペースが形成さ
れている。また、ジョイント４０には、カラー３８と協
働して鋼球３７を溝３６に係合した状態で拘束できるよ
うに縮径した段部４０ｂが形成されている。したがっ
て、通常は、コイルばね３４はその弾性力によってカラ
ー３８を溝３６に係合している鋼球３７に押し付けるた
め、剛球３７はカラー３８と段部３６ｂの間に挟持され
て溝３６から外れないように両者によって拘束される。
このコイルばね３４は、工具交換時に主軸（主軸頭）が
移動する間、アンクランプ状態による工具が主軸から脱
落しないように仮保持するのに必要最低限の力を発生す
ればよく、そのばね力は数百Ｎのばねで十分である。

【００３０】センタ軸３０の小径部３２の末端には、ジ
ョイント４０の内部に設けられたコイルばね４１が当接
し、このコイルばね４１は、その弾性力でセンタ軸３０
を主軸の先端部に向けて付勢することができる。このコ
イルばね４１には、そのばね力がコイルばね３４に較べ
て小さく、手動によってセンタ軸３０を押し込める程度
の弱いばね力のばねが用いられる。

【００３１】このような工具仮保持機構が組み込まれた
ジョイント４０は、軸受４２ａ、４２ｂを介して回転自
在に支持されており、センタ軸３０の回転がジョイント
４０に伝わり、センタ軸３０と共に回転することができ
る。

【００３２】軸受４２ａのインナレースは、ジョイント
４０と結合しているベアリング押さえ４３によって保持
されている。また、軸受４２ｂを保持するベアリング押
さえ４４は、ベアリングケース４５の端面にボルトによ
って固定されている。

【００３３】なお、ジョイント４０の後方末端部には、
センタスルー用切削液を供給するために図示しない回転
継手が接続されるようになっている。

【００３４】３．シリンダ部 次に、工具をクランプあるいはアンクランプし、また、
半アンクランプ状態にするためのアクチュエータとして
のシリンダ部２０について図１を参照しながら説明す
る。

【００３５】５０がシリンダ部２０のシリンダチューブ
である。このシリンダチューブ５０の後端部には、ベア
リングケース４５がボルトを介して嵌合締結されてい
る。

【００３６】シリンダ部２０は、多重多段構造のピスト
ンを有する油圧シリンダで、ピストンは、第１ピストン
５２、第２ビストン５４、第３ピストン５６、第４ビス
トン５８の４つのピストンから構成されている。なお、
以下の各ピストンの説明において、工具が装着される主
軸の先端部に向かって移動するのを前進とし、主軸の後
端部に向かって移動するのを後退として説明する。

【００３７】一番外側の第１ピストン５２は、シリンダ
チューブ５０にその内周面を軸線方向に摺動自在なよう
に組み込まれている。Ｒ3 は第１ピストン５０を前進さ
せる側の油室で、Ｒ11は第１ピストン５０を後退させる
側の油室である。この油室Ｒ3 とＲ11では、第１ピスト
ン５２の受圧面積は、油室Ｒ3 の方が油室Ｒ11よりもか
なり大きく設定されている。この第１ピストン５２の前
端部の内側には、プッシャ６０がボルトを介して結合さ
れている。このプッシャ６０は、第１ピストン５２の前
進によって、その筒状の先端部６１の端面で皿ばね受１
６に当接してこれを押すことができるようになってい
る。

【００３８】第２ピストン５４は、第１ピストン５２の
内周面を摺動するように第１ピストン５２の内側に組み
込まれている。第２ピストン５４は、半アンクランプの
状態から工具が仮保持されるアンクランプの状態に移行
させるためのものである。第２ピストン５４は、その内
側の第３ピストン５６に摺動可能に外嵌するようにもな
っており、第２ピストン５４の内周部に形成されている
段部５４ａは第３ビストン５６の外周部に形成されてい
る肩部５６ａに係合することができる。Ｒ２は、第２ピ
ストン５４を前進させる側の油室である。

【００３９】第３ピストン５６は前進したときに、セン
タ軸３０の前端部側に形成されたあご部３０ａに当接し
てセンタ軸３０を介してドローバー１５に衝撃荷重を与
えることができる。この第３ピストン５６は、その後端
部でボルトを介して第４ピストン５８と連結されてい
る。したがって、第３ピストン５６は、第４ピストン５
８とともに前進するようになっている。なお、Ｒ12は、
第３ピストン５６を後退させる側の油室である。この油
室Ｒ12は、通路６２を介して油室Ｒ11と連通している。

【００４０】第４ピストン５８は、手動で工具を着脱す
るときに作動させるピストンで、センタ軸３０を押し出
す働きをする。この第４ピストン５８はベアリングケー
ス４５の内周面を摺動するように組み込まれている。Ｒ
4 が第４ピストン５８を前進させる側の油室である。

【００４１】なお、図１において、６４は、工具のクラ
ンプ、アンクランプの状態検知用の検知棒である。この
検知棒６４は、その先端部が第１ピストン５２に螺合す
るように挿入されており、ベアリングケース４５から外
側に出た後端部には、ドッグ６５が取り付けられてい
る。このドッグ６５のオン・オフの検知は、シリンダチ
ューブ５０に取り付けられたプレート６６を介して近接
スイッチ６７によって行うようになっている。

【００４２】４．油圧回路 次に、図１および図５を参照しながら、以上のように構
成されるシリンダ部に送る作動油の流れを制御する油圧
回路について説明する。

【００４３】圧油が導入されるポートには、クランプポ
ートＰ1 、アンクランプポートＰ2、半アンクランプポ
ートＰ3 、手動脱着ポートＰ4 と、それぞれ作動状態に
対応した４つのポートがあり、直列に接続した３つの２
位置４ポート電磁弁の切換によって、圧油の流れの方向
を制御するようになっている。油圧ポンプなどの油圧源
７０の圧力ポートからから延びる配管には、減圧弁７１
が設けられており、この減圧弁７１で適正圧力に調整さ
れた圧油は、配管７２を介してクランプポートＰ1 に供
給される。

【００４４】配管７２の途中で分岐した配管７３は、第
１電磁弁７４のＰポートに接続されている。この第１電
磁弁７４のａポート、ｂポートはそれぞれ第２電磁弁７
５のＰポート、Ｔポートに接続されている。配管７６
は、第２電磁弁７５のｂポートとアンクランプポートＰ
2 とを接続するようになっており、第１電磁弁７４のソ
レノイドが励磁されたときに圧油がアンクランプポート
Ｐ2 に導入される。

【００４５】他方、配管７７は、第２電磁弁７５のａポ
ートと第３電磁弁７８のＰポートとを接続する。この配
管７７の途中から分岐する配管７９は、半アンクランプ
ポートＰ3 に接続されている。したがって、第１電磁弁
７４および第２電磁弁７５のソレノイドが共に励磁され
た場合には、圧油が半アンクランプポートＰ3 だけに導
入されるようになっている。また、第１電磁弁７４だけ
が励磁されたときには、アンクランプポートＰ２と半ア
ンクランプポートＰ3 の両方に圧油が導入されるように
なっている。

【００４６】第３電磁弁７８のｂポートは配管８０を介
して手動脱着ポートＰ4 と接続されており、第１電磁弁
７４、第２電磁弁７５、第３電磁弁７８のすべてのソレ
ノイドが励磁された場合に、圧油が配管８０から手動脱
着ポートＰ４に導入されるようになっている。

【００４７】これらの電磁弁７４、７５、７８は、工作
機械の動作をシーケンス制御するシーケンサにより切換
制御されるものであり、これらの電磁弁の切換と、主軸
における工具のクランプ、アンクランプ等の動作との対
応をまとめて表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】次に、本実施形態による主軸工具クランプ
装置の動作について図６乃至図９を参照しながら説明す
る。

【００５０】５．工具のクランプ 図６は、主軸１０の先端に装着されている工具がクラン
プされている状態を示している。このとき圧油は、クラ
ンプポートＰ1 にのみ導入され、他のポートＰ2 、Ｐ3
の油はタンクポートに戻されている。したがって、第１
ピストン５２、第２ピストン５４、第３ピストン５６、
第４ピストン５８は後退した位置にある。

【００５１】皿ばね１８で発生する強大なクランプ力に
よってドローバー１５は引き込まれ、プルスタッド１３
がコレット１４で把持されている工具ホルダ１は、主軸
１０先端のテーパ穴１２にテーパシャンク１ａが嵌合し
た状態で強固にクランプされる。このクランプ状態のま
ま、主軸１０には図示しないモータにより回転力が与え
られ、工具ホルダ１に取り付けられている図示しない刃
具により工作物の切削加工が行われる。この加工の間
は、クランプポートＰ1 から油室Ｒ11に導入された圧油
は、第１ピストン５２を後退位置に保持し続けるので、
プッシャ６０は皿ばね受１８を押し込まないようになっ
ている。

【００５２】６．自動工具交換のシーケンス ＮＣ装置から工具交換指令が与えられると、主軸本体
（主軸頭）は、工作物との干渉を避けた待避位置へ移動
する。そして、主軸１０はその回転を停止したのち、自
動工具交換装置のチェンジアームとの間で工具を交換す
るための自動工具交換位置に移動してから工具交換が行
われる。

【００５３】ａ．工具の半アンクランプ 主軸本体（主軸頭）が自動工具交換位置に移動している
間に、第１電磁弁７４、第２電磁弁７５のソレノイドが
共に励磁される。図７に示すように、圧油は、半アンク
ランプポートＰ3 を介して油室Ｒ3 に導入される。この
ときには、油室Ｒ11にも圧油が導入されているが、油室
Ｒ3 の断面積の方が油室Ｒ11の断面積よりもかなり大き
いので、油室Ｒ3 の圧油の力が打ち勝って、第１ピスト
ン５８を前進させる。

【００５４】この第１ピストン５８の前進によって、プ
ッシャ６０はその先端部６１で皿ばね受１６を皿ばね１
８の弾性力に抗して前方へ押し込むことができる。この
皿ばね受１６の押込により、ドローバー１５は、皿ばね
１８から受けていたクランプ力から開放される。ドロー
バー１５に皿ばね１８からのクランプ力が作用しなくな
った結果、工具ホルダ１のプルスタッド１３は、ドロー
バ１５からのコレット１４を介して作用するクランプ力
から開放される。

【００５５】しかしながら、それまで工具ホルダ１は、
数トンにもおよぶ大きなクランプ力によって強引されて
いたため、工具ホルダ１のテーバシャンク１ａはクサビ
作用で主軸１０のテーパ穴１２の内周面に食い込んでい
る。したがって、工具ホルダ１は、プルスタッド１３を
押し出さない限り、主軸１０のテーパ穴１２から抜ける
ことがなく、いわば半アンクランプ状態におかれる。

【００５６】ｂ．工具のアンクランプ そこで、工具をアンクランプするために、それまで励磁
されていた第２電磁弁７５のソレノイドを励磁をオンに
すると、圧油は、半アンクランプポートＰ3 とアンクラ
ンプポートＰ2 の双方に導入される。このときの状態を
示すのが図８である。

【００５７】半アンクランプポートＰ３から油室Ｒ３に
導入された圧油によって第１ピストンはすでに前進して
いるため、アンクランプポートＰ2 から油室Ｒ2 に導入
された圧油によって第２ピストン５４が前進する。第２
ピストン５４は、第３ピストン５６の肩部５６ａに当た
ってこの第３ピストン５６を押し出す。第３ビストン５
６は、その先端がセンタ軸３０のあご部３０ａに突き当
たる。この突き当たったときの衝撃荷重は、センタ軸３
０からドローバー１５、コレット１４を介してプルスタ
ッド１３に伝わり、工具ホルダ１のシャンク部１ａをテ
ーパ穴１２から僅かに押し出し、工具ホルダ１をクサビ
力から開放する。

【００５８】このとき工具ホルダ１はテーパ穴１２から
外れないように、以下のような仮保持機構２２の作用に
よって仮保持される。

【００５９】すなわち、センタ軸３０の溝３６には鋼球
３７が係合しており、この係合状態を保つように、鋼球
３７は、コイルばね３４の弾性力でカラー３８を介して
拘束されている。したがって、センタ軸３０は係合して
いる鋼球３７によって前方に移動しないように位置を保
持されており、工具ホルダ１は、アンクランプされた状
態でありながら、そのプルスタッド１３がコレット１４
によって把持された状態のままコイルばね３４の数百Ｎ
の弾性力で主軸１０に対して仮保持されている。

【００６０】以上のアンクランプの動作は、主軸本体が
工具交換位置まで移動する間に完了する。

【００６１】ｃ．工具の引き抜きおよび新工具の装着 主軸本体が工具交換位置に停止した後、自動工具交換装
置のチェンジアームが、次のようにして工具ホルダ１を
把持したまま主軸１０の軸線方向に移動しながら工具を
引き抜く。このときの動作を示す図が図９である。

【００６２】この工具の引き抜きでは、シリンダ部２０
については図８のアンクランプの状態と同じである。工
具ホルダ１は、工具仮保持機構２２のコイルばね３４の
弾性力で仮保持されている。チェンジアームは、コイル
ばね３４の弾性力に抗して工具ホルダ１を主軸１０から
引き抜こうとすると、工具ホルダ１、ドローバー１５、
センタ軸３０は一体で前進する。センタ軸３０の前進に
より、チェンジアームから仮保持力を超える所定の大き
さ以上の力がセンタ軸３０に加わると、図９に示すよう
に、それまで溝３６に係合していた鋼球３７は溝３６後
方に乗り上げる。これでセンタ軸３０は非拘束の状態に
なる。なお、鋼球３７が溝３６から外れるのに必要な力
の大きさは、コイルばね３４の弾性係数および鋼球３７
の大きさや、溝３６のテーパ面３６ａ、３６ｂの傾斜角
度によって適正な値に設定することができる。

【００６３】そして、さらに工具ホルダ１を引き抜く
と、コレット１４の先端は主軸１０内面の逃げ穴部７に
入り、コレット１４の基端部は主軸１０内面の突起部８
に乗り上げるため、コレット１４が開くことになる。従
って、工具ホルダ１のプルスタッド１３は、コレット１
４の把持から開放されるので、そのままチェンジアーム
は軸線方向に離間していって、チェンジアームの力だけ
で工具ホルダ１を主軸１０のテーパ穴１２から簡単にか
つ瞬時に抜くことができる。

【００６４】次いで、チェンジアームは、新工具の工具
ホルダ１を主軸１０のテーパ穴１２に挿入する。

【００６５】旧工具ホルダがテーパ穴１２から抜かれた
直後では、センタ軸３０の末端に設けられたコイルばね
４１の弾性力によって、ドローバー１５は押されている
ため、コレット１４は開いたままになっている。

【００６６】そこで、チェンジアームは新工具の工具ホ
ルダ１を主軸１０の軸線方向に挿入する。工具ホルダ１
のプルスタッド１３はドローバー１５をコイルばね４１
の弾性力に抗して押し込み、コレット１４がプルスタッ
ド１３を把持するようになる。さらにドローバー１５を
押し込むと、センタ軸３０も押し込まれるので、鋼球３
７がセンタ軸３０の溝３６に係合するに至る。

【００６７】このようにして工具ホルダ１は簡単にかつ
瞬時に挿入することができる。挿入された工具ホルダ１
は、図８のアンクランプ状態で工具仮保持機構２２のコ
イルばね３４の弾性力によって主軸１０のテーパ穴１２
から脱落しないように保持される。

【００６８】これ以後、主軸本体は、工具交換位置から
工作物の加工位置まで移動する。その移動の間に、図７
の半アンクランプ、図６のクランプのシーケンス順でシ
リンダ部２０の各ピストンが作動し、工作物の加工位置
に到達するまでに新しい工具の主軸へのクランプが完了
する。したがって、加工位置に到着次第、ただちに新工
具での切削加工を開始することができる。

【００６９】７．手動による工具の脱着操作 次に、図１０を参照しながら、手動による工具の脱着操
作について説明する。主軸１０に装着されている工具に
よっては、自動工具交換装置での工具交換が行えない場
合がある。このような特殊工具については、操作員が手
動で交換しなければならない。

【００７０】手動で工具を交換するには、図８のアンク
ランプの状態にした上で、工具の仮保持状態を解除する
必要がある。仮保持力を発生するコイルばね３４の弾性
力は、数百Ｎの力であり、前述したようにチェンジアー
ムにとっては、コイルばね３４の弾性力に抗して工具ホ
ルダ１を引き抜くことは容易であっても、人力では容易
ではない。

【００７１】そこで、図８のアンクランプの状態に加え
て、第３電磁弁７８のソレノイドを励磁する。圧油は、
図１０に示されるように、ポートＰ1 からポートＰ4 の
すべてのポートに導入される。

【００７２】これにより、シリンダ部２０では、第１ピ
ストン５２、第２ピストン５４、第３ピストン５６、第
４ピストン５８のすべてのピストンが前進する。とりわ
け、ポートＰ４から油室Ｒ4 に導入された圧油によって
前進する第４ピストン５８は、センタ軸３０のあご部３
０ａに先端が突き当たっている第３ピストン５６を介し
てセンタ軸３０をコイルばね３４の弾性力に抗して押し
出すことができる。

【００７３】センタ軸３０の前進により、それまで溝３
６に係合していた鋼球３７は溝３６の後方に乗り上げ、
また、ドローバー１５の前進により、コレット１４が開
くので、手動で工具ホルダ１を主軸１０から抜くことが
できる。

【００７４】次に、第３電磁弁７８のソレノイドの励磁
だけをオフにすると、油室Ｒ4 の圧油はタンクポート側
に排出される。この結果、第４ピストン５８はセンタ軸
３０に力を加えなくなる。また、鋼球３７は溝３６から
外れてセンタ軸３０に乗り上げているので、センタ軸３
０はコイルばね３４の弾性力から開放されている。

【００７５】したがって、新しい工具ホルダ１をテーパ
穴１２に挿入し、プルスタッド１３でコレット１４、ド
ローバー１５、センタ軸３０をコイルばね４１の弾性力
に抗して押し、センタ軸３０の溝３６に鋼球３７が入り
込むまで工具ホルダ１を押し込めばよい。

【００７６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、主軸が移動する間にアンクランプの状態にし
ておけば、工具が自重等により主軸から脱落しないよう
に工具仮保持機構の作用により工具が主軸端に仮保持さ
れ、また、工具交換位置で工具を交換するに際しては、
仮保持の力に抗して工具を引き抜けばよいので、自動工
具交換装置のチェンジアームは瞬時に工具を主軸から引
き抜くことができる。チェンジアームが主軸に新しい工
具を挿入した後は、この新工具についても同様にして仮
保持される。したがって、工具交換後、主軸が加工開始
点に到着し主軸が回転する前までに皿ばねによって工具
をクランプすればよい。

【００７７】このように、クランプ、アンクランプを主
軸の移動時間と重複して行えることができるので、従来
のように工具交換位置でクランプ、アンクランプの動作
を行うのに較べて全体として工具交換時間を短縮し、マ
シニングセンタにおける自動工具交換動作の高速化を達
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による主軸工具クランプ装
置の要部を示す縦断面図。

【図２】同実施の形態による主軸工具クランプ装置のコ
レット、ドローバー等のクランプ機構を示す縦断面図。

【図３】図１におけるIII −III 線矢視断面図。

【図４】工具仮保持機構の鋼球を示す図。

【図５】同実施の形態による主軸工具クランプ装置に供
給する圧油を制御する油圧回路の回路図。

【図６】同実施の形態による主軸工具クランプ装置のク
ランプ動作を示す縦断面図。

【図７】同実施の形態による主軸工具クランプ装置の半
アンクランプ動作を示す縦断面図。

【図８】同実施の形態による主軸工具クランプ装置のア
ンクランプ動作を示す縦断面図。

【図９】同実施の形態による主軸工具クランプ装置にお
ける工具交換動作を示す縦断面図。

【図１０】同実施の形態による主軸工具クランプ装置に
おける手動による工具脱着動作を示す縦断面図。

【符号の説明】

１ 工具ホルダ １ａ テーパシャンク １０ 主軸 １２ テーパ穴 １３ プルスタッド １４ コレット １５ ドローバー １６ 皿ばね受 １８ 皿ばね ２０ シリンダ部 ２２ 工具仮保持機構部 ３０ センタ軸 ３４ コイルばね ３６ 溝 ３７ 鋼球 ５２ 第１ピストン ５４ 第２ピストン ５６ 第３ピストン ５８ 第４ビストン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の主軸に装着される工具のクラン
   プおよびアンクランプを行う主軸工具のクランプ装置に
   おいて、 主軸先端部にテーパ穴に挿入される工具ホルダのプルス
   タッドを着脱可能に把持するコレットと、前記コレット
   に連結されるドローバーと、前記ドローバーを引き込み
   クランプ力を発生する皿ばねとを有し主軸の軸穴内に組
   み込まれたクランプ機構と、 前記ドローバーを皿ばねから作用するクランプ力から開
   放することで工具をアンクランプするシリンダ部と、 工具交換時に主軸本体が移動する間、アンクランプ状態
   にある工具を主軸から抜けない程度の力で仮保持する工
   具仮保持機構部と、を具備することを特徴とする主軸工
   具のクランプ装置。
2. 【請求項２】前記シリンダ部は、ドローバーに皿ばねの
   クランプ力が作用するようにするクランプ動作と、主軸
   のテーパ穴に工具ホルダのテーパシャンクがクサビ力に
   より密着した状態のままドローバーをクランプ力から開
   放する半アンクランプ動作と、密着した工具ホルダをク
   サビ力から開放するアンクランプ動作を行うことを特徴
   とする請求項１に記載の主軸工具のクランプ装置。
3. 【請求項３】前記シリンダは、 前進したときに皿ばねを押し込み、ドローバーを皿ばね
   の力から開放し半アンクランプ動作をする第１のピスト
   ンと、 前記第１ピストンの内側に設けられる第２のピストン
   と、 前記第２ピストンの内側に設けられ前記第２ピストンの
   前進によりドローバーに衝撃荷重を与え工具ホルダをク
   サビ力から開放しアンクランプ動作をする第３のビスト
   ンと、 を具備したことを特徴とする請求項２に記載の主軸工具
   のクランプ装置。
4. 【請求項４】前記工具仮保持機構は、 ドローバーの後端部に連結されるセンタ軸と、 コイルばねの弾性力を利用し、所定の保持力で前記セン
   タ軸の位置を保持し、前記保持力以上の力で工具が引っ
   張られた場合に前記センタ軸を拘束から開放する仮保持
   手段と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれかの項に記載の主軸工具のクランプ装置。
5. 【請求項５】前記仮保持手段は、 センタ軸の外周面を周回する溝と、 前記溝に係合離脱可能な複数の鋼球と、 仮保持の保持力を発生するコイルばねと、 前記コイルばねの弾性力により付勢され、前記鋼球を溝
   に係合させた状態に拘束する部材と、を有することを特
   徴とする請求項４に記載の主軸工具のクランプ装置。
6. 【請求項６】前記シリンダ部は、 手動による工具脱着が可能となるように、前記センタ軸
   を押し出し、鋼球を溝から離脱させる第４のピストンを
   備えることを特徴とする請求項４に記載の主軸工具のク
   ランプ装置。