JP2000117572A - 工作機械のパレットクランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧を使用せずにクランプ剛性が高く、大き
なクランプ力を得られる工作機械のパレットクランプ装
置及びパレット支持体クランプ装置を提供する。 【解決手段】 工作機械のパレット支持体にパレットを
着脱可能にクランプするパレットクランプ装置におい
て、エアーシリンダの推力を傾斜部材の楔作用により増
大させクランプ部材を押し下げ、クランプ部材の外周に
配置したコレットを介して、パレットをクランプする。
パレット支持体をテーブルにクランプするパレット支持
体クランプ装置において、エアーシリンダによりテーブ
ル上部に配置した回転クランプ部材を回転させ、水平面
と傾斜を持った長穴に係合したピンを上下動させること
によりパレット支持体をテーブルにクランプする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数値制御工作機械
のパレットクランプ装置及びパレット支持体クランプ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ等の数値制御工作機械
においては、ワークの取付換えをせずに多面加工や複雑
な形状加工を可能にするため、ワークを載置したパレッ
トを割り出し位置決めする割り出し装置が設けられてい
る。また、多数個のワークを連続して自動運転により加
工するために、ワークを載置したパレットを複数個用意
しておき、これらを順次、自動的に交換することができ
る自動パレット交換装置（以下、「ＡＰＣ」という。）
が使用されている。

【０００３】パレット割り出し装置を有するマシニング
センタ等の工作機械のテーブル装置においては、工作機
械に対しパレットを一定の関係位置（割り出し原点）に
正確に位置決めするためのパレット支持体及びテーブル
から構成され、パレット支持体を割り出し原点を基準に
割り出すように構成されている場合が多い。加工領域に
あるワークの加工が完了すると、加工済みワークを載置
したパレットと次のワークを載置したパレットとをＡＰ
Ｃにより交換し、次のワークを載置したパレットを一定
の関係位置に位置決めしてパレット支持体にクランプし
た後加工領域に移行する。加工工程において割り出しを
行うときは、パレットをパレット支持体にクランプした
状態でパレット支持体とテーブルとのクランプを解除
し、割り出し原点を基準に所定の角度だけ割り出しが行
われた後、再びテーブルにクランプする。図１０は本出
願人による特願平０７−１７９４８８号に開示されたパ
レットクランプ装置の断面図を示すもので、ＡＰＣ（図
示せず）によりパレット支持体１０３に載置されたパレ
ット１０２は位置決めピン１０８及びブッシュ１０９に
より割り出し原点に位置決めされた後、給油口１２５か
ら供給される圧油によりピストン体１１９及びクランプ
部材１２１が下降し、コレット１２３が拡径し、パレッ
ト下面の被クランプ部材１１１のテーパ面を押圧するこ
とによりパレット１０２がパレット支持体１０３にクラ
ンプされる。次に、ワークの割り出しを行うときは、給
油口１２６から圧油を供給しピストン１２４と共にパレ
ット支持体１０３を上昇させパレット支持体に固着され
ている面継手１０４ｃとテーブル１０１に固着されてい
る面継手１０４ｄとの係合を解除し、駆動装置（図示せ
ず）により大径歯車１０５をパレット支持体１０３と共
に所定の角度だけ旋回させた後、給油口１２６への圧油
の供給を停止し、給油口１２７へ圧油を供給することに
よりパレット支持体１０３はピストン１２４と共に下降
し、面継手１０４ｃ、ｄが係合・押圧し、パレット支持
体１０３とテーブル１０１との割り出し・クランプが行
われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記図１０に
示したパレットクランプ装置では、限られたスペースに
パレットクランプ機構及び油圧配管を組み込まねばなら
ず、そのため構造が複雑になっている。さらに、パレッ
ト支持体を強固にテーブルにクランプしてワークに作用
する大きな切削力に対して安定した切削状態を得るため
に高圧の圧油を使用しており、シール部からの油漏れの
問題を生じていた。一方、近年環境保護の観点から工作
機械においてもオイルレス化が強く要請されている。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、油圧を使用せずに強力なクランプ
力を得るとともに、確実な割り出し動作を得ることがで
きるクランプ装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成を採った。すなわち、工作
機械の加工領域に搬入されたパレットをテーブルに対し
一定の関係位置に正確に位置決めするパレット支持体を
備え、前記パレットをパレット支持体にクランプするク
ランプ装置において、テーブルに取り付けられたパレッ
ト支持体と、パレットを外方より挿入可能に該パレット
の下面に設けられ、軸心下方に向かって漸次縮径する第
１のテーパ面を内径部に有する被クランプ部材と、前記
パレット支持体及びテーブルを嵌挿して設けられ、一端
に軸心下方に向かって漸次縮径する第２のテーパ面を外
径部に有するクランプ部材と、外径部に円筒部及び前記
第１のテーパ面に係合するテーパ面を有し、内径部に前
記第２のテーパ面に係合するテーパ面を有し、周方向に
分割した広狭自在な複数の分割片からなり、前記クラン
プ部材の外周に環状に配置したコレットと、前記コレッ
トの外径部の円筒部に巻装され、コレットを中心方向に
付勢する付勢部材と、前記パレット支持体の上部に固着
され、前記コレットを広狭自在に案内するコレット案内
部材と、前記パレット支持体の下部に固着され、テーブ
ル内を回転・直動自在に嵌挿すると共に前記クランプ部
材を直動自在に支持するクランプ部材案内筒と、前記ク
ランプ部材と前記クランプ部材案内筒との間に圧縮状態
で取り付けられたばねと、前記クランプ部材及びクラン
プ部材案内筒に対し回転可能にクランプ部材の下部に取
り付けられ、クランプ部材の軸心方向と直交する方向に
勾配を持つ傾斜部を有し、クランプ部材と共に上下移動
する傾斜案内部材と、前記クランプ部材の軸心と直交す
るように配置され、前記傾斜案内部材の傾斜部に係合す
る傾斜部を一端に有し、他端を上下方向に滑動できる係
合部を有する傾斜部材と、一端に前記傾斜部材の係合部
に滑動できる係合部を有し、他端がピストンロッドに固
着された継ぎ手及びエアーシリンダとから構成した。

【０００７】次に、パレット支持体に固着された大径歯
車を駆動することによりパレット支持体を旋回させ、パ
レット支持体及びテーブルにそれぞれ固着した係脱可能
な一対の面継手を係脱して割り出し及びクランプ・アン
クランプさせるパレット支持体クランプ装置において、
前記大径歯車の外周に設けた環状凸部に係合し、大径歯
車に対して回転可能でテーブルに対しては回転不能に配
置され、その外周に複数の円筒状突起を軸心方向と直交
する方向に放射状に設けた環状部材と、前記環状部材の
外周に回転自在に配置され、テーブルに対する上下移動
を規制された円筒状部材であって、前記複数の円筒状突
起に滑動自在に係合するように設けられ水平面と傾斜を
なす長穴を有する回転クランプ部材と、テーブルに取り
付けられ、中央付近に切り欠きを設けたピストンロッド
を有するエアーシリンダと前記回転クランプ部材の下面
に固着され、前記ピストンロッドの切り欠きに係合する
係合ブロックとから構成した。

【０００８】

【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、パレットクランプ装置の実施形
態について図１ないし図６に基づいて説明する。図１は
パレットクランプ装置の実施形態の断面図で、パレット
クランプ装置の全体を示す。図２は実施形態において、
パレット２をアンクランプした状態を示すパレットクラ
ンプ装置の要部断面図、図３はコレット分割片２３ａ、
２３ｂ、２３ｃ・・・の平面図、図４はそのＡ−Ａ断面
図である。また、図５はアンクランプしたときのクラン
プ部材押し下げ機構の状態を示す要部断面図で、図６は
図５のＢ矢視図である。

【０００９】図１及び図２において、パレット支持体３
には位置決めピン８が固着され、パレット２の下面には
位置決めピン８と対応する位置にブッシュ９が固着され
ている。さらに、パレット２の下面中央には被クランプ
部材１１がボルト１２により固着され、その内側には円
形の空間部である凹部１０が形成されている。被クラン
プ部材１１の内径下部には軸心下方に向かって漸次縮径
する第１のテーパ面１３が形成されている。

【００１０】次に、テーブル１にはその軸心を中心に回
転及び割り出しが可能なパレット支持体３が取り付けら
れ、パレット支持体３の中央下面にクランプ部材案内筒
４がボルト５により固着され、クランプ部材案内筒４の
下部円筒外周部がテーブル１に対して回転及び上下動可
能に取り付けられている。また、パレット支持体３の上
部には、後述するコレット２３が縮径または拡径する際
にコレット分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・を案内
する環状の案内部１８を有するコレット案内部材１６が
固着されている。

【００１１】さらに、前記クランプ部材案内筒４の内部
にはクランプロッド１４が上下動自在に嵌挿され、その
上部には軸心下方に向かって漸次縮径する第２のテーパ
面２０を外径部に有するクランプ部材２１がボルト２２
により固着されている。本実施形態ではクランプ部材２
１とクランプロッド１４はボルト２２により固着されて
いるが、一体成形してクランプ部材２１とすることもで
きる。

【００１２】前記クランプ部材２１の外周には、周方向
に分割した広狭自在な複数のコレット分割片２３ａ、２
３ｂ、２３ｃ・・・からなるコレット２３が環状に配置
され、図４に示すようにコレット２３の外径部には第１
のテーパ面１３に係合するテーパ面２４と円筒部２６が
形成され、コレット２３の内径部には第２のテーパ面２
０と係合するテーパ面２７が形成されている。コレット
２３の前記円筒部２６にはコレット２３の各分割片２３
ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・を軸心方向に移動させるよう
に付勢する付勢部材２５が巻装されている。図２に示す
ように、コレット２３の内径部のテーパ面２７が第２の
テーパ面２０に押圧されていない状態、すなわち、アン
クランプの状態では縮径したコレット２３の上部の外径
寸法は被クランプ部材１１の最小の内径寸法よりも小さ
くしておく。

【００１３】クランプロッド１４のフランジ部下面とク
ランプ部材案内筒４のフランジ部上面との間には、円周
上に複数のばね７が圧縮された状態で装着され、常にク
ランプロッド１４を上方に付勢している。クランプ部材
案内筒４の下面には軸受１５Ａ、１５Ｂを介して傾斜案
内部材１７と傾斜部材１９がそれぞれの傾斜部を係合し
た状態で、クランプロッド１４に設けたナット２６によ
り取り付けられている。傾斜案内部材１７はクランプロ
ッド１４に対して回転自在に取り付けられ、その上面に
傾斜部２８が設けられている。図６に示すように、傾斜
部材１９の前部にはＵ字状で下面に傾斜案内部材１７の
傾斜部と係合する傾斜部が設けられ、後部のＵ字状溝部
３０につば付き軸受３１が取り付けられている。継ぎ手
３２には傾斜部材１９に取り付けられたつば付き軸受３
１に上下動可能に係合する溝部３３が設けられ、他端に
はシリンダのピストンロッド３５に設けたねじがねじ込
まれている。

【００１４】以上に述べたパレットクランプ装置の実施
形態について、その作用を説明する。まず、パレット２
をパレット支持体３に載置する前に、クランプ装置を図
２に示すようにアンクランプの状態にしておく。すなわ
ち、図５においてエアシリンダのポート３６に圧縮空気
を供給して、ピストンロッド３５及び継ぎ手３２を介し
て傾斜部材１９を後退させると、傾斜部材１９と傾斜案
内部材１７との係合位置が変わり、クランプロッド１４
はばね７により常に上方に付勢されているため、クラン
プロッド１４とクランプ部材２１は共に上昇し、第２の
テーパ面２０とコレット２３の内径部のテーパ面２７と
の係合が解除され、コレットの各分割片２３ａ、２３
ｂ、２３ｃ・・・は付勢部材２５の付勢力により案内部
１８に沿って軸心方向に向かって移動し、コレット２３
の外径が縮径する。コレット２３の外径が縮径すると、
コレット２３の外径部のテーパ面２４と第１のテーパ面
１３との係合が解除され、アンクランプ状態になるとと
もに、縮径したコレット２３の上部外径寸法は次の工程
でパレット支持体３に載置されるべきパレット２の下面
に固着された被クランプ部材１１の最小の内径寸法より
も小さくなる。

【００１５】この状態で、ＡＰＣ（図省略）によりパレ
ット２をテーブル１側に搬入し、上方から下降させると
図１に示すように、パレット２の下面に固着したブッシ
ュ９とパレット支持体３に固着した位置決めピン８とが
係合し、パレット２は所定の位置に載置される。このと
き同時にパレット２の下面に形成された凹部１０にクラ
ンプ部材２１及びコレット２３の上部が入り込む。

【００１６】次に、図１及び図２において圧縮空気をエ
アーシリンダ３４のポート３７に供給し、ピストンロッ
ド３５及び継ぎ手３２を介して傾斜部材１９を前方に押
し出すと、傾斜部材１９の傾斜部が傾斜案内部材１７の
傾斜部を押し下げ、ばね７の付勢力に抗してクランプロ
ッド１４と共にクランプ部材２１を押し下げる。クラン
プ部材２１を押し下げると、クランプ部材２１の第２の
テーパ面２０がコレット２３の内径部のテーパ面２７を
押圧し、コレット２３の各分割片２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ・・・が付勢部材２５の付勢力に抗して、案内部１８
に沿って軸心から離れる方向に移動する。すなわち、コ
レット２３が拡径しテーパ面２４が第１のテーパ面１３
を押圧し、パレット２を強固にパレット支持体３にクラ
ンプする。本実施形態ではクランプ部材２１の外径部及
びコレット２３の内径部には安定した動作を得るためテ
ーパ面をそれぞれ２個所に設けているが、１個所でも同
様である。

【００１７】パレット２を交換するときは、前述したよ
うにエアーシリンダ３４のポート３６に圧縮空気を供給
してクランプロッド１４及びクランプ部材２１をばね７
の付勢力により上昇させ、アンクランプの状態にした
後、ＡＰＣによりパレット２を上昇させ、交換する。

【００１８】次にパレット支持体クランプ装置の実施形
態について、図１及び図５ないし図９に基づいて説明す
る。図７は、パレット支持体クランプ装置の要部断面図
で、図８はパレット支持体クランプ装置の一部断面を示
す平面図である。図９はそのＣ矢視図である。図１及び
図７において、大径歯車３８はボルト３９によりパレッ
ト支持体３の下部に固着され、駆動装置４０の小径歯車
４１により回転させられる。パレット支持体３の下面及
びテーブル１の上面に一対の面継手４２ａ、４２ｂがそ
れぞれボルト６により固着されていて、この面継手４２
には放射方向の多数の噛合歯４３が設けられている。前
記大径歯車３８の外周には環状凸部４４が設けられ、大
径歯車３８の外周に配した環状部材４５と押え板４６と
により構成される環状凹部４７に回転自在に係合してい
る。なお、環状部材４５の段部には大径歯車３８の回転
を滑らかにするため、複数の鋼球４８が配置されてい
る。また、環状部材４５の下面に複数の穴が円周上に設
けられ、テーブル１に固着した複数の回転防止ピン４９
に滑動自在に係合し、テーブル１に対し環状部材４５を
上下動のみ許し、回転できないように構成している。さ
らに、環状部材４５の外周には複数個のピン５０が均等
の間隔をおいて放射状に固着されている。環状部材４５
の外周には回転クランプ部材５１が揺動回転可能に配さ
れ、その円筒部５２には図９に示すように前記ピン５０
と係合する長穴５３が設けられ、この長穴５３は水平面
に対し勾配を有している。図７に示すように回転クラン
プ部材５１は、その外周に配されテーブル１に固着され
た押えリング５５により、上下動を規制されていて、回
転のみ可能である。回転クランプ部材５１の下面には、
図７及び図９に示すように係合ブロック５６が固着され
ている。この係合ブロック５６は、テーブル１に設けた
エアーシリンダ５７のピストンロッド５８の中央の切り
欠き５９に係合している。図７に示す６０はピストンロ
ッド５８の移動を確認するセンサーである。

【００１９】以上に述べたパレット支持体クランプ装置
の実施形態について、その作用を説明する。図７及び図
８はパレット支持体３をテーブル１にクランプした状態
を示し、エアーシリンダ５７のポート６１に圧縮空気が
供給されている。加工工程においてパレット２の割り出
しを行うときは、ポート６１への圧縮空気の供給を停止
し、ポート６２へ圧縮空気を供給し、ピストンロッド５
８を図８において左方へ後退させる。このとき、ピスト
ンロッド５８の中央の切り欠き５９に係合している係合
ブロック５６とともに回転クランプ部材５１が図８にお
いて右回転する。回転クランプ部材５１は押えリング５
５により上下動が規制されており、環状部材４５は回転
防止ピン４９により回転が規制されているため、環状部
材４５は回転クランプ部材５１の円筒部５２に設けた長
穴５３に係合するピン５０とともに、長穴５３の傾斜面
５４に沿って上昇する。環状部材４５と押え板４６で構
成される環状凹部４７は、大径歯車３８の環状凸部４４
に係合しているため、大径歯車３８、パレット支持体３
が環状部材４５とともに上昇する。その結果、パレット
支持体３に固着された面継手４２ａとテーブル１に固着
された面継手４２ｂとのクランプが解除される。次に、
駆動装置４０の小径歯車４１により大径歯車３８が所定
量だけ回転させられる。前述したように、図１に示す傾
斜部材１９と継ぎ手３２は上下動可能に係合しているた
め、クランプが解除されパレット２、パレット支持体３
及びパレットクランプ機構とともに傾斜部材１９が上昇
しても、ピストンロッド３５及び継ぎ手３２はエアーシ
リンダ３４とともにテーブル１に固着したままである。
また、傾斜部材１９と係合している傾斜案内部材１７は
クランプロッド１４に対して回転自在に取り付けられて
いるため、パレット２がクランプ状態で回転しても傾斜
部材１９は回転する必要はない。次にエアーシリンダ５
７のポート６２への圧縮空気の供給を停止し、ポート６
１へ圧縮空気を供給し、ピストンロッド５８を図８にお
いて右方に前進させ、前述と逆の動作を行うと、面継手
４２ａ，４２ｂに設けた噛合歯４３が噛み合うと同時に
押圧され、テーブルに対するパレット支持体の割り出し
及びクランプが行われる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるパ
レットクランプ装置によれば、クランプ部材の第２のテ
ーパ面とコレット内径部のテーパ面、及び被クランプ部
材の第１のテーパ面とコレット外径部のテーパ面は、ク
ランプ時にはそれぞれ環状に接触して押圧するため、ク
ランプ剛性を高くすることができる。また、クランプ部
材の下降により、第２のテーパ面に押圧されたコレット
分割片が第１のテーパ面を押圧してパレットをクランプ
する構成としており、傾斜面を介して力の伝達が行われ
ているため、傾斜面を介してクランプ部材を押し下げる
エアーシリンダの推力は傾斜面の楔作用により被クラン
プ部材を押圧するクランプ力として大きく作用し、クラ
ンプ力を増大させることができる。 さらに、簡素な構
成によりクランプ部材を少しだけ上下動させるだけで確
実なアンクランプ状態及びクランプ状態が得られるた
め、クランプ・アンクランプ動作を短時間で行うことが
できるとともに、故障の少ない安定したクランプ・アン
クランプ動作を得ることができる。また、面継手の外側
でクランプしているため、従来の中央付近でクランプし
ている場合にくらべ高い位置での加工に際しても安定し
たクランプ動作を得ることができる。

【００２１】パレット支持体クランプ装置において、回
転クランプ部材に設けた長穴の傾斜面を介して環状部材
への力の伝達を行う構成としているため、エアーシリン
ダの推力は傾斜面の楔作用により、面継手をクランプす
る力として大きく作用させることができる。

【００２２】本発明によるパレットクランプ装置及びパ
レット支持体クランプ装置では、圧油を使用しないクラ
ンプ機構を採用しているため、環境保護の要請にも応え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パレットクランプ装置の実施形態を示す断面図

【図２】パレットをアンクランプした状態を示すパレッ
トクランプ装置の要部断面図

【図３】コレットの平面図

【図４】コレットの断面図

【図５】クランプ部材押し下げ機構を示す要部断面図

【図６】図５のＢ矢視図

【図７】パレット支持体クランプ装置の要部断面図

【図８】パレット支持体クランプ装置の平面図

【図９】図８のＣ矢視図

【図１０】先願に係るパレットクランプ装置の断面図

【符号の説明】

１ テーブル ２ パレット ３ パレット支持体 ４ クランプ部材案内筒 １１ 被クランプ部材 １３ 第１のテーパ面 １４ クランプロッド １７ 傾斜案内部材 １９ 傾斜部材 ２０ 第２のテーパ面 ２１ クランプ部材 ２３ コレット ３８ 大径歯車 ４２ 面継手 ４５ 環状部材 ５１ 回転クランプ部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の加工領域に搬入されたパレット
   をテーブルに対し一定の関係位置に正確に位置決めする
   パレット支持体を備え、前記パレットをパレット支持体
   に着脱可能にクランプするクランプ装置において、テー
   ブルに取り付けられたパレット支持体と、パレットを外
   方より挿入可能に該パレットの下面に設けられ、軸心下
   方に向かって漸次縮径する第１のテーパ面を内径部に有
   する被クランプ部材と、前記パレット支持体及びテーブ
   ルを嵌挿して設けられ、一端に軸心下方に向かって漸次
   縮径する第２のテーパ面を外径部に有するクランプ部材
   と、外径部に円筒部及び前記第１のテーパ面に係合する
   テーパ面を有し、内径部に前記第２のテーパ面に係合す
   るテーパ面を有し、周方向に分割した広狭自在な複数の
   分割片からなり、前記クランプ部材の外周に環状に配置
   したコレットと、前記コレットの外径部の円筒部に巻装
   され、コレットを中心方向に付勢する付勢部材と、前記
   パレット支持体の上部に固着され、前記コレットを広狭
   自在に案内するコレット案内部材と、前記パレット支持
   体の下部に固着され、テーブル内を回転・直動自在に嵌
   挿すると共に前記クランプ部材を直動自在に支持するク
   ランプ部材案内筒と、前記クランプ部材と前記クランプ
   部材案内筒との間に圧縮状態で取り付けられたばねと、
   前記クランプ部材及びクランプ部材案内筒に対し回転可
   能にクランプ部材の下部に取り付けられ、クランプ部材
   の軸心方向と直交する方向に勾配を持つ傾斜部を有し、
   クランプ部材と共に上下移動する傾斜案内部材と、前記
   クランプ部材の軸心と直交するように配置され、前記傾
   斜案内部材の傾斜部に係合する傾斜部を一端に有し、他
   端を上下方向に滑動できる係合部を有する傾斜部材と、
   一端に前記傾斜部材の係合部に滑動できる係合部を有
   し、他端がピストンロッドに固着された継ぎ手及びエア
   ーシリンダとから構成したことを特徴とするパレットク
   ランプ装置。
2. 【請求項２】パレット支持体に固着された大径歯車を駆
   動することによりパレット支持体を旋回させ、パレット
   支持体及びテーブルにそれぞれ固着した係脱可能な一対
   の面継手を係脱して割り出し及びクランプ・アンクラン
   プさせるパレット支持体クランプ装置において、前記大
   径歯車の外周に設けた環状凸部に係合し、大径歯車に対
   して回転可能でテーブルに対しては回転不能に配置さ
   れ、その外周に複数の円筒状突起を軸心方向と直交する
   方向に放射状に設けた環状部材と、前記環状部材の外周
   に回転自在に配置され、テーブルに対する上下移動を規
   制された円筒状部材であって、前記複数の円筒状突起に
   滑動自在に係合するように設けられ水平面と傾斜をなす
   長穴を有する回転クランプ部材と、テーブルに取り付け
   られ、中央付近に切り欠きを設けたピストンロッドを有
   するエアーシリンダと、前記回転クランプ部材の下面に
   固着され、前記ピストンロッドの切り欠きに係合する係
   合ブロックとから構成したことを特徴とするパレット支
   持体クランプ装置。