JP2014087899A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】主軸に装着したアダプタの抜け落ちを防止することができる工作機械の主軸装置を提供する。
【解決手段】大径工具30を装着可能な主軸16に対して、大径工具30のテーパ形状よりも小さなテーパ形状をなす小径工具40を着脱可能とする工作機械1の主軸装置であって、大径工具30をクランプ可能とするツールロッキング機構20と、ツールロッキング機構20の動作に連動して小径工具40をクランプ可能とするクランプ機構52を有するアダプタ50と、アダプタ50内に移動可能に支持されるラックピン81と、ラックピン81を付勢するばね82と、ラックピン81をばね82の付勢力に抗して押圧する係合保持部103と、ラックピン81が主軸径方向外側に向けて移動したときに、主軸16とアダプタ50とを連結させる一方、ラックピン81が主軸径方向内側に向けて移動したときに、主軸16とアダプタ50とを離間させる連結ボルト83とを備える。
【選択図】図6

Description

本発明は、ツールシャンクのテーパ形状が異なる複数種類の工具を主軸に対して着脱可能とした工作機械の主軸装置に関する。
一般に、横中ぐり盤やマシニングセンタ等の工作機械においては、一台の機械で様々な加工を行うため、複数種類の工具を備える必要がある。これに伴って、上述した工作機械では、主軸に対して、複数種類の工具を自動的に交換できるようになっている。
また、工具を主軸に装着するときには、工具のツールシャンクを主軸のテーパ孔に挿入することになるが、それらのテーパ形状は、径及び全長に基づいて、所定の規格によって統一されている。
例えば、主軸のテーパ孔及び工具のツールシャンクにおいては、規格されたテーパ形状ごとに、所定のテーパ番号を付すことによって、区別できるようになっている。そして、そのテーパ形状を示したテーパ番号においては、そのテーパ番号が大きくなるに従って、その径及び全長が漸次大きくなるように定められている。
つまり、工具を主軸に装着する際に、主軸におけるテーパ孔のテーパ番号と、工具におけるツールシャンクのテーパ番号とが一致しない場合には、工具を主軸に装着することができない。具体的には、主軸におけるテーパ孔のテーパ番号よりも小さなテーパ番号となるツールシャンクを有する小径工具は、その主軸に装着することができない。
そこで、従来の工作機械の主軸装置では、主軸におけるテーパ孔のテーパ番号と同じテーパ番号となるシャンク部を備えたアダプタを、予め準備しておき、小径工具をそのアダプタを介して主軸に装着するようにしている。そして、このような、従来の工作機械の主軸装置は、例えば、特許文献1に開示されている。
特開平4−87708号公報
しかしながら、上記従来の主軸装置においては、小径工具をアダプタを介して主軸に装着した状態から、小径工具をアダプタから離脱させようとすると、主軸とアダプタとの間の連結力が十分ではないために、当該アダプタも主軸から抜けるおそれがあり、場合によっては、アダプタの落下を招いてしまう。
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、主軸に装着したアダプタの抜け落ちを防止することができる工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第1の発明に係る工作機械の主軸装置は、
大径工具における大径ツールシャンクのテーパ形状と同じテーパ形状をなす大径テーパ孔を有する主軸に対して、前記大径ツールシャンクのテーパ形状よりも小さなテーパ形状をなす小径ツールシャンクを有する小径工具を着脱可能とする工作機械の主軸装置であって、
前記主軸内に当該主軸の軸方向に移動可能に支持され、前記大径ツールシャンクの基端部に設けられる大径工具側プルスタッドをクランプ可能とする主軸側クランプ手段と、
前記大径ツールシャンクのテーパ形状と同じテーパ形状をなす大径シャンク部と、前記大径シャンク部と同軸状に設けられ、前記小径ツールシャンクのテーパ形状と同じテーパ形状をなす小径テーパ孔と、前記小径テーパ孔の基端部に前記主軸の軸方向に移動可能に支持され、前記主軸側クランプ手段の動作に連動して、前記小径ツールシャンクの基端部に設けられる小径工具側プルスタッドをクランプ可能とするアダプタ側クランプ手段とを有するアダプタと、
前記アダプタ内に前記主軸の径方向に移動可能に支持されるラックと、
前記アダプタ内に設けられ、前記ラックを前記主軸の径方向外側に向けて付勢する付勢手段と、
前記ラックを前記付勢手段の付勢力に抗して前記主軸の径方向内側に向けて押圧する押圧手段と、
前記アダプタ内に回転可能に支持され、前記ラックと噛み合うピニオンと、
前記ピニオンと接続すると共に、前記ラックが前記付勢手段の付勢力によって前記主軸の径方向外側に向けて移動したときに、前記主軸と前記アダプタとを連結させる一方、前記ラックが前記押圧手段の押圧力によって前記主軸の径方向内側に向けて移動したときに、前記主軸と前記アダプタとを離間させる連結手段とを備える
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第2の発明に係る工作機械の主軸装置は、
前記連結手段は、
前記主軸と前記アダプタとの間に亘って回転可能に支持され、前記ピニオンが一端に設けられる軸部材と、
前記軸部材の他端に設けられる係止用頭部と、
前記主軸に設けられ、前記ラックが前記付勢手段の付勢力によって前記主軸の径方向外側に向けて移動したときに、前記係止用頭部と係止する係止面と、
前記係止面に形成され、前記ラックが前記押圧手段の押圧力によって前記主軸の径方向内側に向けて移動したときに、前記係止用頭部を通過させる開口部とを有する
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第3の発明に係る工作機械の主軸装置は、
前記ラックは、その外側端部が前記アダプタの外周面から出没可能となるように支持され、
前記押圧手段は、前記アダプタを前記主軸に装着しないときに、前記アダプタにおける前記ラックの外側端部が出没する部分の外周面を係合保持するツールラックである
ことを特徴とする。
従って、本発明に係る工作機械の主軸装置によれば、アダプタを主軸に装着した際に、当該主軸とアダプタとの間を連結手段によって確実に連結させることができるので、アダプタの主軸からの抜け落ちを防止することができる。
本発明の一実施例に係る主軸装置を備えた工作機械の平面図である。 本発明の一実施例に係る主軸装置を備えた工作機械の正面図である。 ツールラックの正面図である。 大径工具を装着したときの主軸先端における縦断面図である。 図4のA−A矢視断面図である。 小径工具を装着したときの主軸先端における縦断面図である。 図6のB−B矢視断面図である。 図6のC−C矢視断面図である。
以下、本発明に係る工作機械の主軸装置について、図面を用いて詳細に説明する。
図1乃至図3に示すように、工作機械1の下部には、ベッド11が設けられており、このベッド11の上部には、コラムベース12がX軸方向に移動可能に支持されている。また、コラムベース12の上面には、コラム13が立設されており、このコラム13の側部には、サドル14がY軸方向に昇降可能に支持されている。
更に、サドル14内には、ラム15がZ軸方向に繰り出し可能に支持されており、このラム15内には、主軸16が、W軸周りに回転可能で、且つ、W軸方向に繰り出し可能に支持されている。
そして、主軸16は中空状に形成されており、この主軸16の先端面には、テーパ孔16aが開口されている。なお、詳細は後述するが、主軸16のテーパ孔16aには、大径工具30の他、小径工具40の主軸装着用治具としてのアダプタ50が、着脱可能となっている。
一方、工作機械1の側方には、定盤Fが設けられており、この定盤Fの上面には、ツールラック(工具マガジン)100が設けられている。このツールラック100の上部には、半円状に切り欠かれた係合保持部101,102,103が、X軸方向に沿って形成されている。これら半円状の係合保持部101,102,103は、その中心軸が、Z,W軸方向と平行で、且つ、X,Y軸方向と直交するように配置されており、各係合保持部101,102,103には、大径工具30、小径工具40、アダプタ50が、それぞれ係合保持されている。
大径工具30には、刃部31、ツールシャンク32、及び、プルスタッド33が、その工具先端側から工具基端側に向けて、順に設けられており、そのうち、ツールシャンク32は、主軸16のテーパ孔16a内に装着可能となっている。
また、小径工具40には、刃部41、ツールシャンク42、及び、プルスタッド43が、その工具先端側から工具基端側に向けて、順に設けられている。なお、小径工具40は、大径工具30よりも小径に形成されており、刃部41の径は、刃部31の径よりも小径となっている。
そして、アダプタ50は、先端側に配置されるアダプタ本体51と、基端側に配置されるクランプ機構(アダプタ側クランプ手段)52とから構成されている。更に、アダプタ本体51は、シャンク部61と、このシャンク部61の先端に形成されるフランジ部62と、それらシャンク部61及びフランジ部62と同軸状に開口するテーパ孔63とを備えている。
シャンク部61は、主軸16のテーパ孔16a内に装着可能となっており、フランジ部62は、主軸16の先端面に密着可能となっている。また、テーパ孔63には、小径工具40のツールシャンク42が装着可能となっている。
即ち、主軸16におけるテーパ孔16aのテーパ形状と、大径工具30におけるツールシャンク32のテーパ形状、及び、アダプタ50におけるシャンク部61のテーパ形状とは、同じテーパ形状となっており、具体的に、ISO規格(国際規格)で定められたテーパ番号が、60番となっている。また、小径工具40におけるツールシャンク42のテーパ形状と、アダプタ50におけるテーパ孔63のテーパ形状とは、同じテーパ形状となっており、具体的に、ISO規格で定められたテーパ番号が、50番となっている。
以下、主軸16、大径工具30、小径工具40、アダプタ50、及び、ツールラック100の構成及び動作について、図4乃至図8を用いて詳細に説明する。
なお、図4及び図5においては、ツールラック100の係合保持部101に係合された大径工具30が主軸16に装着された状態を示している。また、図6及び図7においては、ツールラック100の係合保持部102に係合された小径工具40がアダプタ50を介して主軸16に装着された状態、及び、ツールラック100の係合保持部103に係合されたアダプタ50が主軸16に装着された状態を、同時に示している。更に、図6においては、主軸16の中心軸を境にして、上側半分では、アダプタ50が小径工具40をクランプした状態を示しており、下側半分では、アダプタ50が小径工具40をアンクランプした状態を示している。
先ず、図4及び図5に示すように、大径工具30における刃部31の外周部には、環状溝31aが工具周方向に形成されると共に、2つのキー溝31bが工具周方向に等角度間隔で形成されている。そして、これら環状溝31aと各キー溝31bとは、連通している。
一方、ツールラック100における係合保持部101の底部には、ラック側キー101aが設けられている。この係合保持部101は、刃部31の環状溝31aと係合可能となっており、そのラック側キー101aは、刃部31のキー溝31bと係合可能となっている。
更に、主軸16の先端部には、2つのキー取付溝16bが、主軸周方向に等角度間隔で形成されており、これらキー取付溝16bには、主軸側キー16cがそれぞれ固定されている。そして、主軸側キー16cは、刃部31のキー溝31bと係合可能となっている。
即ち、大径工具30をツールラック100に保持する場合には、環状溝31aを係合保持部101に係合させると共に、キー溝31bをラック側キー101aに係合させる。これにより、大径工具30をツールラック100に係合保持させたときに、当該大径工具30の回転ずれを防止することができる。
また、大径工具30を主軸16に装着する場合には、ツールシャンク32をテーパ孔16aに挿入すると共に、キー溝31bを主軸側キー16cに係合させる。これにより、主軸16と大径工具30との間における回転方向の位置ずれを防止することができる。
ここで、主軸16内におけるテーパ孔16aの主軸基端側には、ツールロッキング機構(主軸側クランプ手段)20がそのテーパ孔16aと同軸状に設けられている。このツールロッキング機構20は、主軸16の内周部に固定されており、スリーブ21、リテーナ22、ボール23、及び、ロッド24を備えている。
スリーブ21は、主軸16の内周部に固定されており、その内周面は、小径内周面21a、大径内周面21b、及び、傾斜面21cから構成されている。小径内周面21aは、スリーブ21における主軸基端側に形成される一方、大径内周部21bは、スリーブ21における主軸先端側に形成されている。そして、傾斜面21cは、小径内周面21aと大径内周面21bとの間で、且つ、その内径が、主軸基端側から主軸先端側に向かうに従って、漸次大きくなるように形成されている。
また、小径内周面21aには、円筒状のリテーナ22が主軸軸方向に移動可能に支持されている。このリテーナ22の主軸先端側には、複数のボール支持孔22aが、主軸周方向に等角度間隔で形成されており、このボール支持孔22a内には、ボール23が、回転可能で、且つ、主軸径方向に移動可能に支持されている。
更に、リテーナ22の内周面におけるボール支持孔22aよりも主軸基端側には、ロッド24が固定されている。このロッド24は、リテーナ22と共に主軸軸方向に移動可能に支持されている。
従って、大径工具30のツールシャンク32を主軸16のテーパ孔16aに装着させる場合には、ツールシャンク32をテーパ孔16a内に挿入した後、ロッド24を主軸基端側に後退させる。これにより、リテーナ22がロッド24と共に主軸基端側に後退するため、ボール23は、傾斜面21c上を主軸基端側に向けて転がって、大径工具30のプルスタッド33をクランプする。よって、大径工具30のプルスタッド33が、ボール23によって、主軸基端側に向けて引き込まれることになり、そのツールシャンク32は、主軸16のテーパ孔16aに装着される。
また、大径工具30のツールシャンク32を主軸16のテーパ孔16aから離脱させる場合には、ロッド24を主軸先端側に前進させる。これにより、リテーナ22がロッド24と共に主軸先端側に前進するため、ボール23は、傾斜面21c上を主軸先端側に向けて転がって、大径工具30のプルスタッド33をアンクランプする。よって、大径工具30のプルスタッド33が、ロッド24によって、主軸先端側に向けて押圧されることになり、そのツールシャンク32は、主軸16のテーパ孔16aから離脱する。
次に、図6及び図7に示すように、アダプタ本体51におけるフランジ部62の外周部には、環状溝62aが工具周方向に形成されると共に、2つのキー溝62bが工具周方向に等角度間隔で形成されている。そして、これら環状溝62aと各キー溝62bとは、連通している。
一方、ツールラック100における係合保持部(押圧手段)103の底部には、ラック側キー103aが設けられている。この係合保持部103は、フランジ部62の環状溝62aと係合可能となっており、そのラック側キー103aは、フランジ部62のキー溝62bと係合可能となっている。更に、フランジ部62のキー溝62bは、主軸16に設けられた主軸側キー16cと係合可能となっている。
即ち、アダプタ50をツールラック100に保持する場合には、環状溝62aを係合保持部103に係合させると共に、キー溝62bをラック側キー103aに係合させる。これにより、アダプタ50をツールラック100に係合保持させたときに、当該アダプタ50の回転ずれを防止することができる。
また、アダプタ50を主軸16に装着する場合には、シャンク部61をテーパ孔16a内に挿入すると共に、キー溝62bを主軸側キー16cに係合させる。これにより、主軸16とアダプタ50との間における回転方向の位置ずれを防止することができる。
これに対して、小径工具40における刃部41の外周部には、環状溝41aが工具周方向に形成されると共に、2つのキー溝41cが工具周方向に等角度間隔で形成されている。更に、環状溝41aには、キー係合孔41bが、工具径方向内側に向けて形成されている。
一方、ツールラック100の係合保持部102の底部には、ラック側キー102aが設けられている。この係合保持部102は、刃部41の環状溝41aと係合可能となっており、そのラック側キー102aは、環状溝41aのキー係合孔41bと係合可能となっている。
更に、フランジ部62の先端部には、2つのキー取付溝62cが、工具周方向に等角度間隔で形成されており、これらキー取付溝62cには、アダプタ側キー62dがそれぞれ固定されている。そして、アダプタ側キー62dは、小径工具40のキー溝41cと係合可能となっている。
即ち、小径工具40をツールラック100に保持する場合には、環状溝41aを係合保持部102に係合させると共に、キー係合孔41bをラック側キー102aに係合させる。これにより、小径工具40をツールラック100に係合保持させたときに、当該小径工具40の回転ずれを防止することができる。
また、小径工具40をアダプタ50に装着する場合には、ツールシャンク42をテーパ孔63に挿入すると共に、キー溝42cをアダプタ側キー62dに係合させる。これにより、小径工具40とアダプタ50との間における回転方向の位置ずれを防止することができる。
なお、上述したように、小径工具40を、主軸16に装着されたアダプタ50に更に装着するときには、当該小径工具40のプルスタッド43は、主軸16のツールロッキング機構20にクランプ動作に連動するアダプタ50のクランプ機構52によって、クランプされるようになっている。つまり、小径工具40のアダプタ50に対する着脱は、ツールロッキング機構20のクランプ動作及びアンクランプ動作に連動したクランプ機構52のクランプ動作及びアンクランプ動作によって、可能となっている。
そして、図6に示すように、上記のクランプ機構52は、ホルダ71、コレット72、ばね73、プルスタッド74、及び、ピン75等から構成されている。ホルダ71は、テーパ孔63の基端部と連通しており、このホルダ71の内部には、コレット72、ばね73、プルスタッド74、及び、ピン75が、当該ホルダ71と同軸状に配置されている。
ホルダ71の基端内周部には、すり割り式のコレット72が主軸軸方向に移動可能に支持されており、ホルダ71の先端内周部とコレット72の基端外周部との間には、ばね73が圧縮状態で介在されている。これにより、コレット72は、ばね73の付勢力によって、主軸基端側に向けて付勢された状態となっている。
また、コレット72の基端内周部には、プルスタッド74の先端部が嵌入されており、このプルスタッド74の基端部は、ツールロッキング機構20のリテーナ22内に挿入可能で且つ、そのロッド24の先端部と当接可能となっている。そして、プルスタッド74の基端部には、凹状のボール係合部74aが、その周方向に形成されており、このボール係合部74aには、リテーナ22のボール支持孔22aから突出したボール23が、係合可能となっている。
更に、プルスタッド74の内部には、ピン75が嵌入されている。このピン75の先端部は、コレット72の径方向内側に配置されており、小径工具40におけるプルスタッド43の基端部を押圧可能となっている。
即ち、ツールロッキング機構20のリテーナ22及びロッド24が主軸基端側に後退して、そのボール23がプルスタッド74のボール係合部74aをクランプすると、コレット72に対して、ばね73の主軸基端側への付勢力が作用する。これにより、小径工具40のプルスタッド43が、コレット72によって、主軸基端側に向けて引き込まれることになり、そのツールシャンク42は、アダプタ本体51のテーパ孔63に装着される。
一方、ツールロッキング機構20のリテーナ22及びロッド24が主軸先端側に前進して、そのボール23がプルスタッド74のボール係合部74aをアンクランプすると共に、ロッド24がプルスタッド74及びピン75を主軸先端側に向けて押圧する。これにより、コレット72が、ばね73の付勢力に抗して、主軸先端側に向けて前進しながら開く。よって、小径工具40のプルスタッド43が、ピン75によって、主軸先端側に向けて押圧されることになり、そのツールシャンク42は、アダプタ本体51のテーパ孔63から離脱する。
以上より、クランプ機構52では、コレット72、プルスタッド74、及び、ピン75を一体化して、これら一体化したものを、ホルダ71内において、主軸軸方向に移動可能に支持している。そして、そのクランプ機構52の主軸軸方向の移動を、ツールロッキング機構20におけるリテーナ22、ボール23、及び、ロッド24の主軸軸方向の移動に連動させることにより、小径工具40に対するクランプ動作及びアンクランプ動作を可能としている。
また、図6及び図7に示すように、アダプタ本体51のフランジ部62には、ピン支持孔62eが主軸径方向に形成されており、このピン支持孔62eは、環状溝62aの底面に開口している。そして、ピン支持孔62e内には、ラックピン81が主軸径方向に移動可能に支持されており、ピン支持孔62eの底面とラックピン81の内側端面との間には、ばね(付勢手段)82が圧縮状態で介在されている。
これにより、ラックピン81は、ばね82の付勢力によって、主軸径方向外側に向けて押圧された状態となっている。このとき、ラックピン81の外側端面81aは、環状溝62aの底面よりも主軸径方向外側に位置することになる。
これに対して、アダプタ本体51のフランジ部62には、ボルト支持孔62fが主軸軸方向に貫通して形成されており、このボルト支持孔62fは、横断面が円形をなすと共に、ピン支持孔62eと連通している。一方、主軸16の先端部には、ボルト支持孔16d及びボルト頭部収納孔16eが主軸軸方向に形成されている。
ボルト支持孔16dは、主軸16の先端面に開口しており、ボルト頭部収納孔16eは、そのボルト支持孔16dの主軸基端側に隣接している。また、図8に示すように、ボルト頭部収納孔16eの横断面は円形をなしており、当該ボルト頭部収納孔16eの主軸先端側端面となる係止面16fには、ボルト係止解除用の開口部16gが形成されている。更に、開口部16gは、ボルト支持孔16dと連通している。
そして、ボルト頭部収納孔16e、ボルト支持孔16d、及び、ボルト支持孔62fには、連結ボルト83が回転可能に支持されている。この連結ボルト83は、軸部83aと、この軸部83の一端に形成される係止用頭部83bと、軸部83の他端に形成されるピニオン83cとから構成されている。
軸部83aは、ボルト支持孔16d,62f内に亘って回転可能に支持されている。また、係止用頭部83bは、ボルト頭部収納孔16e内に収納可能となるだけでなく、係止面16fに係止可能で、且つ、ボルト支持孔16d内及び開口部16g内を挿通可能となっている。更に、ピニオン83cは、ボルト支持孔62f内において、ラックピン81と噛み合い可能となっている。
即ち、フランジ部62の環状溝62aとツールラック100の係合保持部103とが係合していないときには、ラックピン81は、ばね82の付勢力によって、主軸径方向外側に向けて移動して、その外側端面81aが環状溝62aの底面から突出する。このとき、ラックピン81の主軸径方向外側への移動に伴って、当該ラックピン81と噛み合うピニオン83も回転することになる。これにより、連結ボルト83の係止用頭部83bが、ボルト頭部収納孔16e内において回転して、その係止面16fに係止されるため(図8における2点鎖線の位置)、主軸16と、小径工具40を装着したアダプタ50とは、連結状態となる。
一方、フランジ部62の環状溝62aとツールラック100の係合保持部材103とが係合しているときには、ラックピン81は、ばね82の付勢力に抗して、係合保持部103の押圧力(反力)によって、主軸径方向内側に向けて移動して、その外側端面81aが環状溝62aの底面と面一となる。このとき、ラックピン81の主軸径方向内側への移動に伴って、当該ラックピン81と噛み合うピニオン81も回転することになる。これにより、連結ボルト83の係止用頭部83bが、ボルト頭部収納孔16e内において回転して、その開口部16gと対向するため(図8における実線の位置)、主軸16とアダプタ30とは、非連結状態となる。
なお、ボルト支持孔16d、ボルト頭部収納孔16e、係止面16f、開口部16g、ピン支持孔62e、ボルト支持孔62f、ラックピン81、ばね82、連結ボルト83、軸部83a、係止用頭部83b、及び、ピニオン83cは、連結手段を構成するものである。
従って、大径工具30を主軸16に装着する場合には、図1乃至図5に示すように、先ず、コラムベース12、サドル14、ラム15、及び、主軸16を、X軸、Y軸、Z軸、及び、W軸方向にそれぞれ移動させることにより、ツールラック100の係合保持部101に係合保持された大径工具30のツールシャンク32を、主軸16のテーパ孔16aに挿入する。
これと同時に、大径工具30のプルスタッド33がツールロッキング機構20内に挿入されると、リテーナ22及びロッド24が主軸基端側に向けて後退するため、そのリテーナ22に支持されたボール23は、大径工具30のプルスタッド33をクランプする。これにより、大径工具30のツールシャンク32は、主軸16のテーパ孔16aに装着されることになる。
次いで、サドル14をY軸方向に昇降させることにより、大径工具30の環状溝31aをツールラック100の係合保持部103から離脱させる。これにより、大径工具30を用いた加工を行うことが可能となる。
一方、大径工具30を主軸16から離脱させる場合には、図1乃至図5に示すように、先ず、コラムベース12、サドル14、ラム15、及び、主軸16を、X軸、Y軸、Z軸、及び、W軸方向にそれぞれ移動させることにより、主軸16に装着した大径工具30の環状溝31aを、ツールラック100の係合保持部101に係合保持させる。
次いで、主軸16をW軸方向(主軸基端側)に移動させると共に、リテーナ22及びロッド24を主軸先端側に向けて前進させる。これにより、リテーナ22に支持されたボール23は、大径工具30のプルスタッド33をアンクランプすると共に、ロッド24は、大径工具30のプルスタッド33を主軸先端側に向けて押圧する。
よって、大径工具30のツールシャンク32は、主軸16のテーパ孔61から離脱することになり、その主軸16から離脱した大径工具30は、ツールラック100の係合保持部101に係合保持された状態となる。
また、アダプタ50を主軸16に装着する場合には、図1乃至図3、図6、図7に示すように、先ず、コラムベース12、サドル14、ラム15、及び、主軸16を、X軸、Y軸、Z軸、及び、W軸方向にそれぞれ移動させることにより、ツールラック100の係合保持部103に係合保持されたアダプタ本体51のシャンク部61を、主軸16のテーパ孔16aに挿入する。
これと同時に、クランプ機構52のプルスタッド74がツールロッキング機構20内に挿入されると、リテーナ22及びロッド24が主軸基端側に向けて後退するため、そのリテーナ22に支持されたボール23は、クランプ機構52のプルスタッド74をクランプする。これにより、アダプタ本体51のシャンク部61は、主軸16のテーパ孔16aに装着されることになる。
このとき、フランジ部62の環状溝62aと係合保持部103とが係合しているため、ラックピン81は、ばね82の付勢力に抗して、係合保持部103の押圧力によって、主軸径方向内側に移動した状態となっている。これにより、ボルト支持孔62fに支持された連結ボルト83は、そのピニオン83cの回転によって、所定の回転角度で位置決めされているため、その係止用頭部83bは、ボルト支持孔16d及び開口部16gを通過して、ボルト頭部収納孔16e内に収納される(図8における実線の位置)。
次いで、サドル14をY軸方向に昇降させることにより、フランジ部62の環状溝62aをツールラック100の係合保持部103から離脱させる。
このとき、フランジ部62の環状溝62aと係合保持部103とが係合していないため、ラックピン81は、ばね82の付勢力によって、主軸径方向外側に移動する。これにより、ボルト支持孔16d,62fに支持された連結ボルト83は、そのピニオン83cの回転によって、所定の回転角度で位置決めされ、その係止用頭部83bは、ボルト頭部収納孔16eの係止面16fと係止する(図8における2点鎖線の位置)。よって、主軸16とアダプタ50とは、連結ボルト83によって連結されることになる。
一方、アダプタ50を主軸16から離脱させる場合には、図1乃至図3、図6、図7に示すように、先ず、コラムベース12、サドル14、ラム15、及び、主軸16を、X軸、Y軸、Z軸、及び、W軸方向にそれぞれ移動させることにより、主軸16に装着したアダプタ本体51の環状溝62aを、ツールラック100の係合保持部103に係合保持させる。
このとき、フランジ部62の環状溝62aと係合保持部103とが係合するため、ラックピン81は、ばね82の付勢力に抗して、係合保持部103の押圧力によって、主軸径方向内側に移動する。これにより、ボルト支持孔16d,62fに支持された連結ボルト83は、そのピニオン83cの回転によって、所定の回転角度で位置決めされ、その係止用頭部83bは、ボルト頭部収納孔16eの係止面16fから係脱して、その開口部16gと対向する(図8における実線の位置)。よって、主軸16とアダプタ50とは、これらの間の連結が解除されることになる。
次いで、主軸16をW軸方向(主軸基端側)に移動させると共に、リテーナ22及びロッド24を主軸先端側に向けて前進させる。これにより、リテーナ22に支持されたボール23が、クランプ機構52のプルスタッド74をアンクランプすると共に、ロッド24が、クランプ機構52のプルスタッド74を主軸先端側に向けて押圧する。
よって、連結ボルト83の係止用頭部83bは、ボルト頭部収納孔16e内から、開口部16g及びボルト支持孔16dを通過することにより、その連結ボルト83は、フランジ部62のボルト支持孔62fのみに支持されることになる。また、アダプタ本体51のシャンク部61は、主軸16のテーパ孔61から離脱することになり、その主軸16から離脱したアダプタ50は、ツールラック100の係合保持部103に係合保持された状態となる。
更に、小径工具40をアダプタ50に装着する場合には、図1乃至図3、図6、図7に示すように、先ず、コラムベース12、サドル14、ラム15、及び、主軸16を、X軸、Y軸、Z軸、及び、W軸方向にそれぞれ移動させることにより、ツールラック100の係合保持部102に係合保持された小径工具40のツールシャンク42を、アダプタ本体51のテーパ孔63に挿入する。
これと同時に、小径工具40のプルスタッド43がクランプ機構52内に挿入されると、リテーナ22及びロッド24が主軸基端側に向けて後退するため、そのクランプ機構52のコレット72は、小径工具40のプルスタッド43をクランプする。これにより、小径工具40のツールシャンク42は、アダプタ本体51のテーパ孔63に装着されることになる。
次いで、サドル14をY軸方向に昇降させることにより、小径工具40の環状溝41aをツールラック100の係合保持部102から離脱させる。これにより、小径工具30を用いた加工を行うことが可能となる。
一方、小径工具40をアダプタ50から離脱させる場合には、図1乃至図3、図6、図7に示すように、先ず、コラムベース12、サドル14、ラム15、及び、主軸16を、X軸、Y軸、Z軸、及び、W軸方向にそれぞれ移動させることにより、アダプタ50に装着した小径工具40の環状溝41aを、ツールラック100の係合保持部102に係合保持させる。
次いで、主軸16をW軸方向(主軸基端側)に移動させると共に、リテーナ22及びロッド24を主軸先端側に向けて前進させる。これにより、リテーナ22に支持されたボール23は、クランプ機構52のプルスタッド74をアンクランプすると共に、ロッド24は、クランプ機構52のプルスタッド74を主軸先端側に向けて押圧する。また、これと連動して、クランプ機構72のピン75は、小径工具40のプルスタッド43を押圧すると共に、そのコレット72は、主軸先端側に向けて前進しながら開いて、小径工具40のプルスタッド43をアンクランプする。
よって、小径工具40のツールシャンク42は、アダプタ本体51のテーパ孔63から離脱することになり、そのアダプタ50から離脱した小径工具40は、ツールラック100の係合保持部102に係合保持された状態となる。
従って、本発明に係る工作機械1の主軸装置によれば、アダプタ50を主軸16に装着したときに、当該主軸16とアダプタ50との間を、連結ボルト83によって連結可能とすることができる。これにより、主軸16に装着されたアダプタ50から小径工具40を離脱させる際に、アダプタ50が主軸16から抜け落ちることを防止することができる。
本発明は、テーパ形状の異なる複数種類の工具を高速で自動交換可能とする工作機械の主軸装置に適用可能である。
1 工作機械
16 主軸
16a テーパ孔
16d ボルト支持孔
16e ボルト頭部収納孔
16f 係止面
16g 開口部
20 ツールロッキング機構
30 大径工具
40 小径工具
50 アダプタ
51 アダプタ本体
52 クランプ機構
61 シャンク部
62 フランジ部
62a 環状溝
62e ピン支持孔
62f ボルト支持孔
63 テーパ孔
81 ラックピン
81a 外側端面
82 ばね
83 連結ボルト
83a 軸部
83b 係止用頭部
83c ピニオン
100 ツールラック

Claims (3)

  1. 大径工具における大径ツールシャンクのテーパ形状と同じテーパ形状をなす大径テーパ孔を有する主軸に対して、前記大径ツールシャンクのテーパ形状よりも小さなテーパ形状をなす小径ツールシャンクを有する小径工具を着脱可能とする工作機械の主軸装置であって、
    前記主軸内に当該主軸の軸方向に移動可能に支持され、前記大径ツールシャンクの基端部に設けられる大径工具側プルスタッドをクランプ可能とする主軸側クランプ手段と、
    前記大径ツールシャンクのテーパ形状と同じテーパ形状をなす大径シャンク部と、前記大径シャンク部と同軸状に設けられ、前記小径ツールシャンクのテーパ形状と同じテーパ形状をなす小径テーパ孔と、前記小径テーパ孔の基端部に前記主軸の軸方向に移動可能に支持され、前記主軸側クランプ手段の動作に連動して、前記小径ツールシャンクの基端部に設けられる小径工具側プルスタッドをクランプ可能とするアダプタ側クランプ手段とを有するアダプタと、
    前記アダプタ内に前記主軸の径方向に移動可能に支持されるラックと、
    前記アダプタ内に設けられ、前記ラックを前記主軸の径方向外側に向けて付勢する付勢手段と、
    前記ラックを前記付勢手段の付勢力に抗して前記主軸の径方向内側に向けて押圧する押圧手段と、
    前記アダプタ内に回転可能に支持され、前記ラックと噛み合うピニオンと、
    前記ピニオンと接続すると共に、前記ラックが前記付勢手段の付勢力によって前記主軸の径方向外側に向けて移動したときに、前記主軸と前記アダプタとを連結させる一方、前記ラックが前記押圧手段の押圧力によって前記主軸の径方向内側に向けて移動したときに、前記主軸と前記アダプタとを離間させる連結手段とを備える
    ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
  2. 請求項1に記載の工作機械の主軸装置において、
    前記連結手段は、
    前記主軸と前記アダプタとの間に亘って回転可能に支持され、前記ピニオンが一端に設けられる軸部材と、
    前記軸部材の他端に設けられる係止用頭部と、
    前記主軸に設けられ、前記ラックが前記付勢手段の付勢力によって前記主軸の径方向外側に向けて移動したときに、前記係止用頭部と係止する係止面と、
    前記係止面に形成され、前記ラックが前記押圧手段の押圧力によって前記主軸の径方向内側に向けて移動したときに、前記係止用頭部を通過させる開口部とを有する
    ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
  3. 請求項1または2に記載の工作機械の主軸装置において、
    前記ラックは、その外側端部が前記アダプタの外周面から出没可能となるように支持され、
    前記押圧手段は、前記アダプタを前記主軸に装着しないときに、前記アダプタにおける前記ラックの外側端部が出没する部分の外周面を係合保持するツールラックである
    ことを特徴とする工作機械の主軸装置。
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