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

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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