JP2005103676A - Tool clamp mechanism for machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、楔作用を利用して工具ホルダのプルスタッドを主軸内に引き込むようにした工作機械の工具クランプ機構に関する。 The present invention relates to a tool clamp mechanism for a machine tool that uses a wedge action to pull a pull stud of a tool holder into a main shaft.
従来、工作機械の工具クランプ機構としては、主軸内に挿入されたプルスタッドの後端部をコレットで掴むとともに、そのコレットをドローバーによって主軸の後方に引き込むものが一般に使用されている。ドローバーは多数の皿ばねによって主軸の後方に付勢されており、プルスタッドはその皿ばねの力で後方に引き込まれる。そして、プルスタッドを引き込む力(以下、これをクランプ力と呼ぶ。)の伝達経路は、工具ホルダのテーパシャンクと主軸のテーパ穴との接触部分を前端とし、そこからドローバーの後端部へ大きく回り込んだループを描いている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a tool clamping mechanism of a machine tool, generally used is a mechanism in which a rear end portion of a pull stud inserted into a main shaft is gripped by a collet, and the collet is pulled behind the main shaft by a draw bar. The draw bar is biased rearward of the main shaft by a number of disc springs, and the pull stud is pulled rearward by the force of the disc springs. And the transmission path of the force to pull the pull stud (hereinafter referred to as the clamping force) has a contact portion between the taper shank of the tool holder and the taper hole of the main shaft as the front end, and greatly increases from there to the rear end of the draw bar. I draw a loop around.
ところで、クランプ力の伝達経路が大きなループを描くと加工時のびびり安定限界が低下し、重切削に対する主軸系の安定性が低下する。クランプ力が皿ばねの力に依存しているので、工具に作用する引き抜き力によるクランプの緩みを防止するためにはばね定数がより大きな皿ばねを用いる必要が生じる。この場合、大きな引き込み力が細長いドローバーに作用することになり、剛性及び強度に関して不利である。 By the way, if the transmission path of the clamping force draws a loop, the chatter stability limit at the time of machining is lowered, and the stability of the spindle system against heavy cutting is lowered. Since the clamping force depends on the force of the disc spring, it is necessary to use a disc spring having a larger spring constant in order to prevent the clamp from loosening due to the pulling force acting on the tool. In this case, a large pulling force acts on the elongated drawbar, which is disadvantageous in terms of rigidity and strength.
特許文献1に記載されたクランプ機構では、主軸内に挿入されたプルスタッドのフランジ面と、そのフランジ面よりも主軸の前端寄りの位置にて主軸内に固定されたコレットオープナーの楔受け部との間に楔部材(コレット)を押し込んでプルスタッドを主軸の後方に引き込んでいる。このようなクランプ機構によれば、プルスタッドよりも前側(主軸の前端側)の領域において、プルスタッドと主軸との間に楔部材及びコレットオープナーが入り込んでクランプ力の伝達経路が形成される。従って、クランプ力の伝達経路のループをプルスタッドよりも前側の範囲で閉じることができる。
しかしながら、上述した特許文献1に記載のクランプ機構は次のような問題を含んでいる。
(1)楔部材の後端部をプルスタッドよりも主軸の後方に突出させ、その突出部分をコレットホルダのテーパ面と接触させ、そのコレットホルダを皿ばねにて主軸前方に付勢することにより、楔部材を半径方向外周側へ駆動してプルスタッドの引き込みを解除している。すなわち、ドローバーが前方に移動して楔部材の押し込みが解除されると、コレットホルダが皿ばねの力を受けて楔部材の後端部を前方に押し込み、その押し込み力がテーパ面を経て楔部材に半径方向外周側への力として作用して楔部材が半径方向外周側へ移動するようにしている。このような構造とした場合、楔部材がプルスタッドと楔部材との接触位置に対して主軸後方へ比較的大きく離れた位置で半径方向外周側へ押されるので、楔部材にモーメントが作用する。その結果として、プルスタッドの引き込みを解除する際の楔部材の移動が円滑に行えないおそれがある。
(2)ドローバーの先端に取り付けられて楔部材を半径方向中心側に押し込むシリンダケースが楔部材の外周のテーパ面と線接触している。その接触部分に応力集中が発生し易くてクランプ力を大きく取ることができない。
(3)楔部材の半径方向中心側への移動と半径方向外周側への移動とをそれぞれ別部品にて行うため、部品点数が増加し、機構の複雑化による組み立て工数の増加、信頼性の低下等の不都合が避けられない。
However, the clamp mechanism described in
(1) By causing the rear end portion of the wedge member to protrude rearward of the main shaft from the pull stud, bringing the protruding portion into contact with the tapered surface of the collet holder, and biasing the collet holder forward of the main shaft with a disc spring The wedge member is driven radially outward to release the pull stud. That is, when the draw bar moves forward and the wedge member is released, the collet holder receives the force of the disc spring and pushes the rear end portion of the wedge member forward, and the pushing force passes through the tapered surface and the wedge member. The wedge member moves to the radially outer peripheral side by acting as a force toward the radially outer peripheral side. In such a structure, the wedge member is pushed to the outer peripheral side in the radial direction at a position relatively far behind the main shaft with respect to the contact position between the pull stud and the wedge member, so that a moment acts on the wedge member. As a result, the wedge member may not be smoothly moved when releasing the pull stud.
(2) A cylinder case, which is attached to the tip of the draw bar and pushes the wedge member toward the radial center, is in line contact with the tapered surface of the outer periphery of the wedge member. Stress concentration tends to occur at the contact portion, and a large clamping force cannot be obtained.
(3) Since the movement of the wedge member toward the center in the radial direction and the movement toward the outer periphery in the radial direction are performed as separate parts, the number of parts increases, the assembly man-hour increases due to the complicated mechanism, and the reliability increases. Inconvenience such as decline is inevitable.
そこで、本発明は、クランプ力の伝達経路のループを短くでき、しかも、従来よりも簡素な構成で確実に楔部材を駆動できる信頼性の高い工具クランプ機構を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a highly reliable tool clamping mechanism that can shorten the loop of the transmission path of the clamping force and can reliably drive the wedge member with a simpler configuration than the conventional one.
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. In order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are appended in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment.
本発明の工具クランプ機構(10A,10B,10C)は、主軸(1)の軸線方向へのドローバー(12)の動作により、前記主軸内に挿入されたプルスタッド(5)のフランジ面(5b)と、前記フランジ面よりも主軸の前端寄りに位置させて主軸内に設けられた楔受け部(13)との間に楔部材(11)を挿入して前記プルスタッドを前記軸線方向後方へ引き込むようにした工作機械の工具クランプ機構において、前記楔部材には、前記主軸の半径方向の外周側から当接可能なクランプ用当接部(11c)、及び前記半径方向の中心側から当接可能なアンクランプ用当接部(11d)が設けられ、前記ドローバーには、前記クランプ用当接部に対して前記半径方向外周側から当接する第1当接部(17a)、及び前記アンクランプ用当接部に対して前記半径方向中心側から当接する第2当接部(17b)を有する楔駆動部(17)が前記軸線方向前方及び後方に一体に移動可能に設けられ、前記クランプ用当接部及び前記第1当接部の少なくともいずれか一方は、前記主軸の軸線方向一方の側への前記ドローバーの運動を楔作用により前記楔部材の前記半径方向中心側への運動に変換するように前記軸線方向に対して傾けられたテーパ面状に形成され、前記アンクランプ用当接部及び前記第2当接部の少なくともいずれか一方は、前記主軸の軸線方向他方の側への前記ドローバーの運動を楔作用により前記楔部材の前記半径方向外周側への運動に変換するように前記軸線方向に対して傾けられたテーパ面状に形成されている、ことにより上述した課題を解決する。 The tool clamp mechanism (10A, 10B, 10C) according to the present invention has a flange surface (5b) of the pull stud (5) inserted into the main shaft by the operation of the draw bar (12) in the axial direction of the main shaft (1). And a wedge member (11) between the flange surface and a wedge receiving portion (13) provided in the main shaft positioned closer to the front end of the main shaft, and pulling the pull stud backward in the axial direction. In the tool clamp mechanism of the machine tool configured as described above, the wedge member can be brought into contact with the wedge contact portion (11c) capable of contacting from the outer peripheral side of the main shaft in the radial direction and from the center side in the radial direction. The unclamp contact portion (11d) is provided, and the draw bar has a first contact portion (17a) that contacts the clamp contact portion from the outer peripheral side in the radial direction, and the unclamp contact portion. Contact A wedge drive part (17) having a second contact part (17b) that comes into contact with the center in the radial direction is provided so as to be integrally movable forward and backward in the axial direction, and the clamp contact part and At least one of the first contact portions is configured to convert the movement of the draw bar toward one side in the axial direction of the main shaft into the movement toward the radial center of the wedge member by a wedge action. It is formed in a tapered surface inclined with respect to the direction, and at least one of the unclamping contact portion and the second contact portion causes the draw bar to move toward the other side in the axial direction of the main shaft. The above-described problem is solved by the fact that the wedge member is formed in a tapered surface inclined with respect to the axial direction so as to be converted into the movement of the wedge member toward the radially outer peripheral side by the wedge action.
このクランプ機構によれば、ドローバーを主軸の軸線方向の一方の側に移動させると、楔駆動部の第1当接部によってクランプ用当接部が半径方向中心側に押し込まれ、それにより楔部材がプルスタッドのフランジ面と主軸側の楔受け部との間に押し込まれてプルスタッドが主軸の軸線方向後方へ引き込まれる。楔部材は主軸側の楔受け部とプルスタッドのフランジ面との間に位置するので、クランプ力の伝達経路が描くループをプルスタッドのフランジ面よりも前方の範囲で閉じることができる。従って、主軸系のびびり安定限界を向上させることができる。 According to this clamp mechanism, when the draw bar is moved to one side in the axial direction of the main shaft, the first contact portion of the wedge drive portion pushes the clamp contact portion toward the radial center, thereby the wedge member. Is pushed between the flange surface of the pull stud and the wedge receiving portion on the main shaft side, and the pull stud is pulled rearward in the axial direction of the main shaft. Since the wedge member is located between the wedge receiving portion on the main shaft side and the flange surface of the pull stud, the loop drawn by the transmission path of the clamping force can be closed in a range ahead of the flange surface of the pull stud. Therefore, the chatter stability limit of the spindle system can be improved.
一方、ドローバーを主軸の軸線方向の他方の側に移動させると、楔駆動部の第2当接部によってアンクランプ用当接部が半径方向外周側に押し込まれ、それにより楔部材が半径方向外周側に後退してプルスタッドの引き込みが解除される。このように、ドローバーに設けた楔駆動部を楔部材と接触させながらドローバーの動作によって楔部材を半径方向外周側へ駆動するようにしたので、楔部材を確実に半径方向外周側へ後退させることができる。 On the other hand, when the draw bar is moved to the other side in the axial direction of the main shaft, the unclamping contact portion is pushed to the outer peripheral side in the radial direction by the second contact portion of the wedge driving portion, so that the wedge member is moved radially outward. It retracts to the side and the pull stud pull-in is released. As described above, the wedge member is driven to the outer peripheral side in the radial direction by the operation of the draw bar while the wedge driving portion provided on the draw bar is in contact with the wedge member, so that the wedge member is reliably retracted to the outer peripheral side in the radial direction. Can do.
さらに、楔部材の半径方向中心側及び外周側への駆動をドローバーの先端の楔駆動部にて行うようにしたので、部品点数が減少し、機構が簡素化される。そのため、組み立て工数が減少し、信頼性が向上する。 Furthermore, since the wedge member is driven to the center side and the outer peripheral side in the radial direction by the wedge drive unit at the tip of the draw bar, the number of parts is reduced and the mechanism is simplified. Therefore, the assembly man-hour is reduced and the reliability is improved.
本発明のクランプ機構においては、前記クランプ用当接部及び第1当接部が、前記軸線方向に対して同一方向に傾斜して互いに面接触するテーパ面状に形成されてもよい。この場合には、楔駆動部の第1当接部と楔部材のクランプ用当接部とが面接触するので、プルスタッドを引き込んだ状態において楔部材と楔駆動部との接触部分に応力集中が生じ難く、大きなクランプ力を与えることができる。 In the clamp mechanism of the present invention, the clamp contact portion and the first contact portion may be formed in a tapered surface shape that is inclined in the same direction with respect to the axial direction and in surface contact with each other. In this case, since the first contact portion of the wedge drive portion and the contact portion for clamping the wedge member are in surface contact, stress concentration is caused at the contact portion between the wedge member and the wedge drive portion when the pull stud is retracted. Can hardly occur and a large clamping force can be applied.
前記クランプ用当接部及び前記アンクランプ用当接部が、前記フランジ面と前記楔部材との接触位置よりも外周側の領域に互いに向かい合うように配置されてもよい(図2及び図6)。この場合には、楔部材をフランジ面の外周側にコンパクトにまとめることができ、ドローバーから楔部材へのクランプ用の駆動力又はアンクランプ用の駆動力の入力により、半径方向以外の方向への楔部材の動作を抑えるのに都合がよい。 The clamping contact portion and the unclamping contact portion may be disposed so as to face each other in a region on the outer peripheral side with respect to a contact position between the flange surface and the wedge member (FIGS. 2 and 6). . In this case, the wedge member can be compactly gathered on the outer peripheral side of the flange surface, and in the direction other than the radial direction by inputting the driving force for clamping or the driving force for unclamping from the draw bar to the wedge member. This is convenient for suppressing the movement of the wedge member.
一方、前記クランプ用当接部が前記フランジ面と前記楔部材との接触位置よりも外周側の領域に配置され、前記アンクランプ用当接部は前記フランジ面と前記楔部材との接触位置よりも前記軸線方向後方でかつ前記クランプ用当接部よりも前記半径方向中心側に配置されてもよい(図5)。この場合には、楔部材の半径方向外周側への拡大を抑えることができる。従って、主軸の内径が制限されている場合に好適である。 On the other hand, the abutting portion for clamping is disposed in a region on the outer peripheral side from the contact position between the flange surface and the wedge member, and the abutting portion for unclamping is disposed from a contact position between the flange surface and the wedge member. Also, it may be arranged rearward in the axial direction and closer to the center in the radial direction than the abutting portion for clamping (FIG. 5). In this case, the expansion of the wedge member toward the outer peripheral side in the radial direction can be suppressed. Therefore, it is suitable when the inner diameter of the main shaft is limited.
前記クランプ用当接部及び前記第1当接部の少なくともいずれか一方は、前記ドローバーの前記軸線方向後方への運動を楔作用により前記楔部材の前記半径方向中心側への運動に変換するように、前記軸線方向後方に向かうほど前記半径方向外周側に偏位するテーパ面状に形成されてもよい(図2及び図6)。この場合には、ドローバーを主軸の後方へ動作させることによりプルスタッドを主軸内に引き込んで拘束することができる。 At least one of the abutting portion for clamping and the first abutting portion converts the movement of the draw bar rearward in the axial direction into the movement of the wedge member toward the center in the radial direction by a wedge action. In addition, it may be formed in a tapered surface shape that deviates toward the outer peripheral side in the radial direction toward the rear in the axial direction (FIGS. 2 and 6). In this case, the pull stud can be pulled into the main shaft and restrained by moving the draw bar to the rear of the main shaft.
また、前記クランプ用当接部及び前記第1当接部の少なくともいずれか一方は、前記ドローバーの前記軸線方向前方への運動を楔作用により前記楔部材の前記半径方向中心側への運動に変換するように、前記軸線方向前方に向かうほど前記半径方向外周側に偏位するテーパ面状に形成されてもよい(図6)。この場合には、ドローバーを主軸の前方に押し出すように動作させることによりプルスタッドを主軸内に引き込んで拘束することができる。 Further, at least one of the abutting portion for clamping and the first abutting portion converts the motion of the draw bar forward in the axial direction into the motion of the wedge member toward the center in the radial direction by a wedge action. Thus, it may be formed in a tapered surface shape that deviates toward the outer peripheral side in the radial direction as it goes forward in the axial direction (FIG. 6). In this case, the pull stud can be pulled into the main shaft and restrained by operating the draw bar so as to push it forward of the main shaft.
前記クランプ用当接部及び第1当接部がいずれもテーパ面状に形成される場合において、前記主軸の軸線方向に対する前記クランプ用当接部及び第1当接部の傾斜角は、前記プルスタッド側からの力の入力による前記楔部材の前記半径方向外周側への抜け出しを前記クランプ用当接部と前記第1当接部との間に作用する摩擦力にて阻止する自己保持作用が生じる範囲に設定されていることが望ましい。この場合には、楔部材を半径方向中心側へ駆動してプルスタッドを主軸内に引き込んだ後は、ドローバーから楔部材へクランプ力を継続して作用させなくてもプルスタッドを主軸内に強固に引き込んだ状態を維持することができる。これにより、クランプの信頼性、安定性が向上する。 When both the clamp contact portion and the first contact portion are formed in a tapered surface, the inclination angle of the clamp contact portion and the first contact portion with respect to the axial direction of the main shaft is the pulling angle. Self-holding action that prevents the wedge member from slipping out to the outer peripheral side in the radial direction due to the input of force from the stud side is prevented by the frictional force acting between the clamping contact portion and the first contact portion. It is desirable that the range is set. In this case, after the wedge member is driven to the center in the radial direction and the pull stud is pulled into the main shaft, the pull stud is firmly tightened in the main shaft even if the clamping force is not continuously applied from the draw bar to the wedge member. It is possible to maintain the state of being drawn into. This improves the reliability and stability of the clamp.
また、本発明の工具クランプ機構(10A,10B,10C)は、主軸(1)の軸線方向へのドローバー(12)の動作により、前記主軸内に挿入されたプルスタッド(5)のフランジ面(5b)と、前記フランジ面よりも主軸の前端寄りに位置させて主軸内に設けられた楔受け部(13)との間に楔部材(11)を挿入して前記プルスタッドを前記軸線方向後方へ引き込むようにした工作機械の工具クランプ機構において、前記楔部材には、前記主軸の半径方向の外周側に面したクランプ用テーパ面(11c)、及び前記半径方向の中心側に面しかつ前記クランプ用テーパ面と同一方向に傾斜するアンクランプ用テーパ面(11d)が設けられ、前記ドローバーには、前記クランプ用テーパ面と面接触する第1テーパ面(17a)、及び前記アンクランプ用テーパ面と面接触する第2テーパ面(17b)を有する楔駆動部(17)が前記軸線方向前方及び後方に一体に移動可能に設けられたものとしてもよい。 Further, the tool clamp mechanism (10A, 10B, 10C) of the present invention has a flange surface (5) of the pull stud (5) inserted into the main shaft by the operation of the draw bar (12) in the axial direction of the main shaft (1). 5b) and a wedge member (11) is inserted between the flange surface and the wedge receiving portion (13) provided in the main shaft so as to be closer to the front end of the main shaft, and the pull stud is moved rearward in the axial direction. In the tool clamp mechanism of a machine tool that is pulled into the wedge member, the wedge member has a taper surface for clamping (11c) facing the outer peripheral side in the radial direction of the main shaft, and faces the center side in the radial direction and An unclamping taper surface (11d) inclined in the same direction as the clamping taper surface is provided, and the draw bar has a first taper surface (17a) in surface contact with the clamping taper surface and a front surface. Wedge drive having unclamping tapered surface and the second tapered surface to surface contact with (17b) (17) may be as provided movably integrally with the forward and backward said axis.
本発明のクランプ機構によれば、主軸の楔受け部とプルスタッドのフランジ面との間に楔部材を押し込んでプルスタッドを主軸内に引き込むようにしたので、クランプ力の伝達経路が描くループをプルスタッドのフランジ面よりも前方の範囲で閉じることができ、それにより主軸系のびびり安定限界を向上させることができる。しかも、楔部材のクランプ時の駆動及びアンクランプ時の駆動を、いずれもドローバーに設けた楔駆動部にて行うようにしたので、ドローバーの軸線方向への往復運動により、楔部材を半径方向内外へ確実に駆動して、クランプ機構の安定性、信頼性を高めることができる。さらに、楔部材の半径方向中心側及び外周側への駆動をドローバーの楔駆動部にて行うようにしたので、部品点数が減少して機構の構成が簡素化され、そのため、組み立て工数が減少し、信頼性が向上する。さらに、楔部材のクランプ用当接部と楔駆動部の第1当接部とを面接触させる場合には、これらの接触部分への応力集中を抑え、より大きなクランプ力を与えることが可能となる。 According to the clamping mechanism of the present invention, the wedge member is pushed between the wedge receiving portion of the main shaft and the flange surface of the pull stud so that the pull stud is pulled into the main shaft. It is possible to close the front end of the flange surface of the pull stud, thereby improving the chatter stability limit of the main spindle system. In addition, since the wedge member is driven at the time of clamping and unclamped by the wedge drive portion provided on the draw bar, the wedge member is moved radially inward and outward by the reciprocating motion of the draw bar in the axial direction. It is possible to increase the stability and reliability of the clamp mechanism by driving it reliably. Furthermore, since the wedge member is driven to the center side and the outer peripheral side in the radial direction by the wedge drive portion of the draw bar, the number of parts is reduced and the structure of the mechanism is simplified, so that the number of assembly steps is reduced. , Improve reliability. Furthermore, when the contact portion for clamping the wedge member and the first contact portion of the wedge drive portion are brought into surface contact, it is possible to suppress stress concentration on these contact portions and to give a larger clamping force. Become.
図1は本発明のクランプ機構の第1の実施の形態を示している。周知のように主軸1の前端にはテーパ穴2が形成されている。テーパ穴2から工具ホルダ3のテーパシャンク4が挿入されてプルスタッド5がクランプ機構10Aにて主軸1の後方(図1の左方)に引き込まれることにより、テーパ穴2とテーパシャンク4とが密着して工具ホルダ3が主軸1に同軸的に装着される。
FIG. 1 shows a first embodiment of a clamping mechanism of the present invention. As is well known, a
クランプ機構10Aは、主軸1の軸線を取り囲むように配置された複数の楔部材11…11と、それらの楔部材11を主軸1の半径方向に駆動するためのドローバー12とを備えている。ドローバー12は不図示のばね手段(例えば皿ばね)により主軸1の後方に付勢され、油圧シリンダ等の駆動手段によりばね手段に抗して主軸1の前方に押し込み駆動される。このようなドローバー12の駆動に拘わる構成は従来のクランプ機構と同様でよい。
The
図2はそのクランプ機構10Aの詳細を示す。但し、図2は主軸1の軸線AXを境界とする半断面図であり、(a)はクランプ時を、(b)はアンクランプ時をそれぞれ示している。主軸1の内面には、プルスタッド5の後端の拡大部5aに設けられたフランジ面5bよりも前方に位置させて楔受け面(楔受け部)13が設けられており、楔部材11はその楔受け面13に沿って半径方向に移動可能である。主軸1の内周面には、アンクランプ時の楔部材11を受け入れるための逃げ溝1aが形成されている。なお、図3に示すように、楔部材11は主軸1の周方向に複数(図では6個)設けられている。楔部材11同士の間にはスペーサ14…14が配置される。楔部材11…11はそれらの外周に装着される保持リング15によってリング状に束ねられる。これらの楔部材11,スペーサ14及び保持リング15によりクランプリング16が構成される。なお、図3(a)はクランプリング16の軸線方向断面図、(b)及び(c)は軸線方向からの正面図であって、(b)はクランプ時を、(c)はアンクランプ時の様子をそれぞれ示している。アンクランプ時において、クランプリング16の中心にはプルスタッド5の拡大部5aが通過可能な大きさの中心孔16aが生じる。保持リング15はゴム等の弾性材料、又はコイルばねにて構成される。
FIG. 2 shows details of the
図2(a)及び(b)に示すように、楔部材11にはプルスタッド5のフランジ面5bと面接触するテーパ面状の工具保持面11aと、楔受け面13と面接触する拘束面11bとが設けられている。楔受け面13は主軸1の軸線AXと直交し、工具保持面11aはプルスタッド5のフランジ面5bと同様に半径方向外周側から中心側に向かうほど主軸1の前方に偏位するテーパ面状に形成されている。従って、楔受け面13に沿って楔部材11を半径方向中心側に押し込むとフランジ面5bと工具保持面11aとが接触してプルスタッド5が主軸1の後方に引き込まれる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
さらに、楔部材11の工具保持面11aよりも外周側の部分には、主軸1の半径方向外周側に面するクランプ用テーパ面(クランプ用当接部)11cと、主軸1の半径方向中心側に面するアンクランプ用テーパ面(アンクランプ用当接部)11dとが互いに向かい合うようにして形成されている。これらのテーパ面11c、11dは主軸1の軸線方向後方に向かうほど半径方向外周側に偏位するように傾けられている。主軸1の軸線AXに対する各テーパ面11c、11dの傾斜角αは同一である。但し、楔部材11がアンクランプ時に半径方向外側へ十分移動できればテーパ面11c、11dの傾斜角αは必ずしも等しく設定する必要はなく、アンクランプ用テーパ面11dの傾斜角αをクランプ用テーパ面11cの傾斜角αよりも大きく設定してもよい。
Further, on the outer peripheral side of the
一方、ドローバー12の先端には楔部材11を半径方向に駆動するための楔駆動部17が一体に設けられている。楔駆動部17には、楔部材11のクランプ用テーパ面11cに半径方向外周側から当接する第1テーパ面(第1当接部)17aと、アンクランプ用テーパ面11dに半径方向中心側から当接する第2テーパ面(第2当接部)17bとが設けられている。軸線AXに対する第1テーパ面17a及び第2テーパ面17bの傾斜角は、楔部材11のテーパ面11c、11dの傾斜角αと同じである。これにより、第1テーパ面17aはクランプ用テーパ面11cと面接触し、第2テーパ面17bはアンクランプ用テーパ面11dと面接触することができる。
On the other hand, a
楔駆動部17はドローバー12の先端部を切削加工して設けることができる。あるいは、楔駆動部17をドローバー12とは別部品としてひとまず製造し、その製造された楔駆動部17をドローバー12の先端にねじ等の固定手段を用いて固定することにより、楔駆動部17をドローバー12と一体化してもよい。要するに、楔駆動部17はドローバー12と一体的に主軸1の軸線AXの方向に移動できればよい。
The
以上のように構成されたクランプ機構10Aにおいては、ドローバー12を主軸1の前方に駆動すると図2(b)に示すように第2テーパ面17bとアンクランプ用テーパ面11dとが接して楔部材11が半径方向外周側に駆動される。これにより、クランプリング16の中心孔16aが広がってプルスタッド5の拡大部5aの抜き差しが可能となる。一方、ドローバー12を主軸1の後方に引き込んだ場合には図2(a)に示すように第1テーパ面17aがクランプ用テーパ面11cを押し込むために楔部材11が半径方向中心側に駆動される。これにより、楔部材11がフランジ面5bと楔受け面13との間に入り込み、プルスタッド5が後方に引き込まれる。このときのクランプ力のループLPはプルスタッド5よりも主軸1の前方の領域で閉じる。従って、びびり安定限界が向上する。
In the
図4はプルスタッド5を引き込む力Faz(図2(a)参照)とドローバー12の引き込み力Feとの比(Faz/Fe)として定義される増力率と、傾斜角(くさび角)αとの関係を演算によって求めた結果を示している。この図から明らかなように、主軸1の軸線AXと直交する方向に対するプルスタッド5のフランジ面5bの傾斜角βを一定に保持した場合、傾斜角αが小さいほど増力率を大きくすることができる。特に、傾斜角αを20°以下、好ましくは15°以下に設定することにより、増力率を比較的大きくできることが判る。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the force increase rate defined as the ratio (Faz / Fe) between the pulling
さらに、傾斜角αは楔部材11の自己保持作用、つまりはプルスタッド5側からフランジ面5bと工具保持面11aとの間に外力が作用してもクランプ用テーパ面11cと第1テーパ面17aとの間の摩擦力により楔部材11が抜け出すことなくクランプ状態が保持される作用が得られる範囲の角度(例えば5°)に設定することがより好ましい。
Furthermore, the inclination angle α is the self-holding action of the
楔受け面13はフランジ面5bと反対方向に傾斜するテーパ面、つまり、半径方向中心側に向かうほど主軸1の後方に偏位するテーパ面に形成してもよい。このように楔受け面13に傾斜を設ける場合には第1テーパ面17aによる押し込み力に伴って楔部材11に発生するモーメントMc(図2)による楔部材11の回転を抑えることができる。このような回転モーメントMcを放置すると、主軸1の回転に伴って楔部材11に作用する遠心力と相俟って楔部材11が傾き、増力率が低下する傾向がある。従って、特に高速回転に対応させる場合には回転モーメントMcによる楔部材11の傾きを抑える対策が有効である。傾斜角βを小さく(例えば5°程度)することによっても回転モーメントMcに対して同様の効果を得ることができる。
The
図5は本発明の第2の実施の形態のクランプ機構10Bに関する図2と同様の半断面図であり、(a)はクランプ時を、(b)はアンクランプ時をそれぞれ示している。このクランプ機構10Bは、楔部材11のアンクランプ用テーパ面11dが、工具保持面11aよりも主軸1の軸線方向後方でかつクランプ用テーパ面11cよりも半径方向中心側の位置に形成されている点において図2のクランプ機構10Aと異なる。楔駆動部17の第2テーパ面17bもアンクランプ用テーパ面11dに合わせてその位置が変更される。このような構成によれば、主軸1の半径方向外周側への楔部材11の拡大を抑え、主軸1の内周への逃げ溝1a(図2参照)の加工を不要とすることができる。さらに、図5の例では、アンクランプ時の楔部材11のガタツキを防止するため、主軸1の内周には楔部材11の外周を楔受け面13上に拘束するための保持リング18を設けている。保持リング18には殆ど荷重が加わらないので、例えば樹脂等の剛性の低い材料で保持リング18を形成してもよい。保持リング18の取り付け方法としては、例えば保持リング18を弾性変形させた状態で主軸1内の取付位置まで挿入し、その取付位置で保持リング18を元の形状に復元させる方法が使用できる。
FIG. 5 is a half sectional view similar to FIG. 2 regarding the
上記以外の部分に関して、図5のクランプ機構10Bは図2のクランプ機構10Aと同様である。
Regarding the parts other than the above, the
図6は本発明の第3の実施の形態のクランプ機構10Cに関する図2と同様の半断面図であり、(a)はクランプ時を、(b)はアンクランプ時をそれぞれ示している。このクランプ機構10Cは、クランプ用テーパ面11c及びアンクランプ用テーパ面11dの傾斜方向を図2のものと反対に設定することにより、ドローバー12の動作方向と楔部材11の動作方向との関係を変更したものである。すなわち、図6のクランプ機構10Cにおいて、クランプ用テーパ面11c及びアンクランプ用テーパ面11dは、いずれも主軸1の軸線方向前方に向かうほど半径方向外周側に偏位するテーパ面状に形成されている。このため、ドローバー12の軸線方向前方への運動により楔部材11が押し込まれてプルスタッド5が後方に引き込まれ、ドローバー12の軸線方向後方への運動により楔部材11が半径方向外周側へ移動してプルスタッド5の引き込みが解除される。上記以外の部分に関して、図6のクランプ機構10Cは図2のクランプ機構10Aと同様である。図6の構造によれば、ドローバー12を前方に駆動するほどクランプが進行しつつ楔駆動部17の第1テーパ面17aとクランプ用テーパ面11cとの接触面積が増加することになる。従って、クランプ状態における楔部材11と楔駆動部17との接触面積を図2,図5の例よりも大きく確保することができる。
FIG. 6 is a half sectional view similar to FIG. 2 relating to the clamping mechanism 10C according to the third embodiment of the present invention, where (a) shows the time of clamping and (b) shows the time of unclamping. This clamping mechanism 10C sets the relationship between the direction of movement of the
なお、図6ではクランプ用テーパ面11cとアンクランプ用テーパ面11dとを互いに向かい合うように設けたが、図5と同様にアンクランプ用テーパ面11dを工具保持面11aよりも後方かつクランプ用テーパ面11cよりも半径方向中心側に設けてもよい。
In FIG. 6, the clamping
本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば、クランプ用当接部及び第1当接部を同一傾斜角のテーパ面11c,17aに形成して面接触させる構成に代え、いずれか一方の当接部を突起形状等に形成して両当接部を線接触させてもよい。アンクランプ用当接部及び第2当接部についても、これらをテーパ面11d,17bに形成して面接触させる構成に代え、いずれか一方の当接部を突起形状等に形成して両当接部を線接触させてもよい。但し、クランプ用当接部及び第1当接部に関しては、応力集中を避けるためになるべく面接触させることが望ましい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various forms. For example, instead of a configuration in which the clamping contact portion and the first contact portion are formed on the tapered
本発明において、主軸のテーパ穴は、HSK,NC5のように自己保持作用が生じる規格によるものでもよいし、BTシャンクのように自己保持作用が生じない規格によるものでもよい。自己保持作用が生じる主軸テーパ穴を採用した場合、プルスタッドの傾斜角βを大きくしてもよい。 In the present invention, the tapered hole of the main shaft may be based on a standard that causes a self-holding action such as HSK or NC5, or may be based on a standard that does not cause a self-holding action such as a BT shank. When the main shaft taper hole in which the self-holding action occurs is adopted, the inclination angle β of the pull stud may be increased.
1 主軸
2 テーパ穴
3 工具ホルダ
4 テーパシャンク
5 プルスタッド
5b フランジ面
10A,10B,10C クランプ機構
11 楔部材
11a 工具保持面
11b 拘束面
11c クランプ用テーパ面(クランプ用当接部)
11d アンクランプ用テーパ面(アンクランプ用当接部)
12 ドローバー
13 楔受け面(楔受け部)
14 スペーサ
15 保持リング
16 クランプリング
17 楔駆動部
17a 第1テーパ面(第1当接部)
17b 第2テーパ面(第2当接部)
18 保持リング
AX 主軸の軸線
DESCRIPTION OF
11d Taper surface for unclamping (unclamp contact part)
12
14
17b 2nd taper surface (2nd contact part)
18 Retaining ring AX Spindle axis
Claims (8)
前記楔部材には、前記主軸の半径方向の外周側から当接可能なクランプ用当接部、及び前記半径方向の中心側から当接可能なアンクランプ用当接部が設けられ、
前記ドローバーには、前記クランプ用当接部に対して前記半径方向外周側から当接する第1当接部、及び前記アンクランプ用当接部に対して前記半径方向中心側から当接する第2当接部を有する楔駆動部が前記軸線方向前方及び後方に一体に移動可能に設けられ、
前記クランプ用当接部及び前記第1当接部の少なくともいずれか一方は、前記軸線方向一方の側への前記ドローバーの運動を楔作用により前記楔部材の前記半径方向中心側への運動に変換するように前記軸線方向に対して傾けられたテーパ面状に形成され、
前記アンクランプ用当接部及び前記第2当接部の少なくともいずれか一方は、前記軸線方向他方の側への前記ドローバーの運動を楔作用により前記楔部材の前記半径方向外周側への運動に変換するように前記軸線方向に対して傾けられたテーパ面状に形成されている、
ことを特徴とする工作機械の工具クランプ機構。 By the movement of the draw bar in the axial direction of the main shaft, the flange surface of the pull stud inserted into the main shaft and the wedge receiving portion provided in the main shaft positioned closer to the front end of the main shaft than the flange surface In a tool clamp mechanism of a machine tool in which a wedge member is inserted and the pull stud is pulled back in the axial direction,
The wedge member is provided with a clamp contact portion that can be contacted from the outer peripheral side in the radial direction of the main shaft, and an unclamp contact portion that can be contacted from the center side in the radial direction,
The draw bar has a first contact portion that comes into contact with the clamp contact portion from the radially outer side and a second contact that comes into contact with the unclamp contact portion from the radial center side. A wedge driving portion having a contact portion is provided so as to be integrally movable forward and backward in the axial direction;
At least one of the clamp contact portion and the first contact portion converts the movement of the draw bar toward one side in the axial direction into the motion toward the radial center of the wedge member by a wedge action. Formed into a tapered surface inclined with respect to the axial direction,
At least one of the unclamping contact portion and the second contact portion causes the movement of the draw bar toward the other side in the axial direction to move the wedge member toward the radially outer peripheral side by a wedge action. It is formed in a tapered surface inclined with respect to the axial direction so as to be converted,
A tool clamping mechanism for machine tools.
前記楔部材には、前記主軸の半径方向の外周側に面したクランプ用テーパ面、及び前記半径方向の中心側に面しかつ前記クランプ用テーパ面と同一方向に傾斜するアンクランプ用テーパ面が設けられ、
前記ドローバーには、前記クランプ用テーパ面と面接触する第1テーパ面、及び前記アンクランプ用テーパ面と面接触する第2テーパ面を有する楔駆動部が前記軸線方向前方及び後方に一体に移動可能なように設けられている、ことを特徴とする工作機械の工具クランプ機構。
By the movement of the draw bar in the axial direction of the main shaft, the flange surface of the pull stud inserted into the main shaft and the wedge receiving portion provided in the main shaft positioned closer to the front end of the main shaft than the flange surface In a tool clamp mechanism of a machine tool in which a wedge member is inserted and the pull stud is pulled back in the axial direction,
The wedge member has a clamp taper surface facing the outer peripheral side in the radial direction of the main shaft, and an unclamp taper surface facing the center side in the radial direction and inclined in the same direction as the clamp taper surface. Provided,
In the draw bar, a wedge driving portion having a first taper surface in surface contact with the clamping taper surface and a second taper surface in surface contact with the unclamping taper surface is integrally moved forward and rearward in the axial direction. A tool clamping mechanism of a machine tool, wherein the tool clamping mechanism is provided as possible.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003337144A JP2005103676A (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Tool clamp mechanism for machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003337144A JP2005103676A (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Tool clamp mechanism for machine tool |
Publications (1)
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| JP2005103676A true JP2005103676A (en) | 2005-04-21 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2003337144A Pending JP2005103676A (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Tool clamp mechanism for machine tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
2003
- 2003-09-29 JP JP2003337144A patent/JP2005103676A/en active Pending
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