JP2000246573A - 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確実に仮保持され
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、ドロー
バー１５と皿ばね１８との直接接触を防止するため、ド
ローバー１５の外周部および皿ばね１８の内周部とわず
かの隙間が形成されるようにドローバー１５に外嵌する
薄肉筒部材２４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（２）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達
成するためには、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、本出願人は、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案している〔特願平１０−
１８３００７号〕。

【００１１】このクランプ装置は、工具を主軸から抜け
ない程度の力で仮保持できるように、皿ばねを圧縮して
ドローバーをクランプ力から開放するシリンダ部と、工
具仮保持機構とを備えている。工具のクランプ状態から
工具仮保持状態への移行は、工作物の加工が終了して主
軸が自動工具交換位置へ移動する間の時間を利用して行
えばよく、工具交換位置では工具仮保持状態にて工具を
瞬時に引き抜くことができるので、工具のクランプ、ア
ンクランプの動作に必要な動作時間が工具交換時間を占
めることがなくなり、全体として工具交換時間を短縮す
ることができる。

【００１２】本発明は、前記クランプ装置にさらに改良
を加えるべくなされたものであって、その目的とすると
ころは、皿ばねを圧縮させたときの工具クランプ状態か
ら工具仮保持の状態への移行を確実に行えるとともに、
皿ばねによるドローバーの損傷の防止できる主軸工具の
クランプ装置を提供することにある。

【００１３】

【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、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、前記皿ばねを圧縮し、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、
前記ドローバーと皿ばねとの直接接触を防止するため、
前記ドローバーの外周部および前記皿ばねの内周部とわ
ずかの隙間が形成されるように当該ドローバーに外嵌す
る薄肉筒部材と、を具備することを特徴としている。

【００１４】クランプ・アンクランプの作動速度をスピ
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。
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。このアンクランプ状態では、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。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。

【００１５】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。

【００１６】アンクランプ状態で確実に工具が仮保持さ
れる状態にするためには、皿ばねを圧縮させてドローバ
ーをクランプ力から開放するときに、ドローバーを仮保
持を維持するための規定の位置に保つことが前提とな
る。したがって、ドローバーに連結しているコレットか
ら工具ホルダのプルスタッドが外れないように、圧縮さ
れた皿ばねがドローバーに接触してこれを不用意に移動
せしめないようにすることが必要である。皿ばねとドロ
ーバーと干渉を防止するためには、皿ばねの内径寸法と
ドローバーの外径寸法をできるだけ両者の間に隙間を大
きくするようにすればよいようにみえるが、高速回転で
回転する主軸内部での隙間は極力小さくしないと遠心力
によるアンバランス要因となる弊害があり、有効な対策
となり得ない。

【００１７】そこで、本発明によるクランプ装置では、
皿ばねの動作がドローバーの動作に干渉しないように、
また、隙間を極力小さくして遠心力のアンバランス要因
とならないように、皿ばねとドローバーとの間に薄肉筒
部材を設けて、直接に皿ばねとドローバーとが接触しな
いようになっている。

【００１８】

【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。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。 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、ドローバー１５の先
端部にねじ結合されている。

【００１９】図１に示されるように、ドローバー１５の
後端部には、皿ばねのスラスト荷重を支えるスラスト軸
受１６がドローバー１５外径と主軸１０内径の間に配設
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のテーパ穴１２にクランプ
することができる。図２に示すように、皿ばね１８とド
ローバー１５との間には、金属製の薄肉筒２４が配設さ
れている。この薄肉円筒２４は、皿ばね１８が圧縮され
たときにその内周部がドローバー１５の外周部に直接接
触して、ドローバー１５の動作に悪影響を及ぼすのを防
止するためのものである。この薄肉円筒２４は、皿ばね
１８が圧縮されたときの長手寸法よりもやや短い長手寸
法を有している。また、薄肉円筒２４の外径寸法は、皿
ばね１８の内径よりも若干小さく設定され、内径寸法
は、ドローバー１５の外径よりも若干大きく設定されて
いる。したがって、薄肉円筒２４の内周面とドローバー
１５の外周面との間、および薄肉円筒２４の外周面と皿
ばね１８の内周面との間には、常にわずかな隙間が形成
されるようになっている。

【００２０】なお、この実施形態の主軸１０は、センタ
ースルークーラント対応型となっており、ドローバー１
５には、クーラントが供給されるクーラント穴２６が貫
通形成されている。

【００２１】図３において、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２
０と仮保持機構２２が連設されている。 ２．工具仮保持機構 次に、図３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
４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。

【００２２】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５（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、図５〔ｂ〕に示されるように、
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。

【００２３】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ｂ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１０００Ｎ以下の数百Ｎのばねで十
分である。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】なお、ジョイント４０の後方末端部には、
クーラントをクーラント穴２６に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。

【００２８】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３を参照しながら説明す
る。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。

【００２９】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ピストン５４、第３ピストン５６、第４ピス
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。

【００３０】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５２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の端面でスラスト軸
受のベアリングホルダ１６に当接してこれを押すことが
できるようになっている。

【００３１】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ピストン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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】なお、図３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。

【００３５】４．油圧回路 次に、図３および図６を参照しながら、以上のように構
成されるシリンダ部２０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。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。

【００３６】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７２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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【表１】 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７乃至図９を参照しながら説明する。 ５．工具のクランプ 図７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。

【００４０】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。 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。

【００４１】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８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Ｒ
3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
５２を前進させる。

【００４２】この第１ピストン５２の前進によって、プ
ッシャ６０はその先端部６１でスラスト軸受のベアリン
グホルダ１６を皿ばね１８の弾性力に抗して前方へ押し
込むことができる。このプッシャ６０の押込により皿ば
ね１８が縮み、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。

【００４３】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のテーパシャンク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。

【００４４】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フに
すると、圧油は、半アンクランプポートＰ3とクランプ
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９である。

【００４５】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、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ピストン５６は、
その先端がセンタ軸３０のあご部３０ａに突き当たる。
この突き当ったときの衝撃および押出力は、センタ軸３
０からこの先端部にねじ締結されているドローバー１５
に伝わり、さらにドローバー１５からコレット１４に伝
わる。このコレット１４は、プルスタッド１３を把持し
たままこれを前方にごくわずかだけ押し出し〔０．５ｍ
ｍ程度〕、テーパ穴１２のテーパ面にクサビ作用により
食い込んでいる工具ホルダ１のテーパシャンク部１ａを
クサビ力から開放する。

【００４６】以上の半アンクランプからアンクランプの
に至る過程では、コレット１４のブレードの先端部は、
主軸穴９に続く逃げ部７に抜けずに、主軸穴９の周壁面
で規制されてプルスタッド１３を把持する位置を保つよ
うになっている。これは、前記ドローバー１５の押出量
が規定のわずかな距離だけにとどまるように、図２の薄
肉円筒２４を設けることによって、ドローバー１５の動
作が皿ばね１８の縮む動作から影響を受けないようにな
っているからである。つまり、薄肉円筒２４がドローバ
ー１５と皿ばね１８の間にあって互いに干渉しないよう
にしていることよって、皿ばね１８は圧縮してもドロー
バー１５を前進させることがなく、第３ピストン５６の
規定のストローク分だけドローバー１５が押し出され、
コレット１４のブレードの先端部は逃げ部７に外れるこ
とがない。

【００４７】なお、薄肉円筒２４は、ドローバー１５へ
の皿ばね１８の干渉を防止する他、皿ばね１８が縮んだ
際にドローバー１５の外周面に傷をつけるのを防止する
機能を果たす。この実施形態のように、センタースルー
クーラント対応型の主軸では、クーラントに対する防錆
を目的として、ドーローバー１５の外周面にクロムメッ
キで被覆されるが、薄肉円筒２４が介在してあるため、
皿ばね１８がドローバー１５の外周面のクロムメッキ層
に損傷を与えるのが防止される。

【００４８】以後、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
って確実に仮保持される。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３
０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。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。

【００４９】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１０である。こ
の工具の引き抜きでは、シリンダ部２０については図９
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１０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。

【００５０】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。

【００５１】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。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。

【００５２】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。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９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。

【００５３】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８
の半アンクランプ、図７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。

【００５４】

【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、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確実に仮
保持されので、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、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】図１の主軸工具クランプ装置におけるドローバ
ーと皿ばねの間に設けた薄肉円筒部材を示す一部省略縦
断面図。

【図３】同主軸クランプ装置におけるシリンダ部および
仮保持機構を示す縦断面図。

【図４】図３におけるIV−IV線矢視断面図。

【図５】工具仮保持機構の鋼球を示す図。

【図６】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７】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８】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９】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１０】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。

【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 ２４ 薄肉円筒 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 (1)

【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、 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、前記皿ばねを圧縮し、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、 前記ドローバーと皿ばねとの直接接触を防止するため、
   前記ドローバーの外周部および前記皿ばねの内周部とわ
   ずかの隙間が形成されるように当該ドローバーに外嵌す
   る薄肉筒部材と、を具備することを特徴とする主軸工具
   のクランプ装置。