JP2016068193A - ワーク保持ガイド付きチャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一の伸縮アクチュエータによってチャック爪によるワークの把持とワーク保持ガイドの退避とを実行させるワーク保持ガイド付きチャック装置を提供する。【解決手段】ワークを把持する複数のチャック爪３２と、中心軸と平行な方向に作用する駆動力によりチャック爪３２を開閉させるチャック開閉機構１３と、伸縮アクチュエータ１４と、軸方向に移動可能なガイドロッド２６に固定されたワーク保持ガイド３６とを有し、伸縮アクチュエータ１４の伸縮によりワーク保持ガイド３６が保持位置と退避位置との間を移動可能であり、チャック開閉機構１３とガイドロッド２６とは、ワーク保持ガイド３６の退避側方向に作用する伸縮アクチュエータ１４の出力が、ワーク保持ガイド３６が退避位置に移動した後に、チャック爪３２がワークＷを把持する把持力として伝達するように連結されたワーク保持ガイド付きチャック装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、チャック部分にワーク保持ガイドを有し、チャック爪による把持作動に連動させてワーク保持ガイドを退避させるワーク保持ガイド付きチャック装置に関する。

工作機械などでは、加工対象であるワークをセットする構成としてチャックが使用されるが、そのチャックに対して作業者は、クランプ可能な位置にワークを配置させることが必要である。しかし、ワークがクランプされるまで作業者自身が手に持っていたのでは、チャックに手を挟まれるおそれがあるため、チャック部分にはワークを保持しておくワーク保持ガイドが設けられていることがある。これは、クランプ位置にワークを位置決めし、チャック爪によってワークが把持された後に退避して加工の妨げにならないようにするものである。

例えば、内径加工を行う工作機械では、複数あるチャック爪の中央部分にワーク保持ガイドが配置されており、リング形状のワークは、その内径部に挿入するようにしてワーク保持ガイドに対し取り付けられる。加工部に配置されたワークは、プッシャによって着座面に押しつけられて位置決めされ、チャック装置の駆動によりチャック爪によって把持される。その後、ワークの内周面に内径加工が行われるが、ワーク内に位置するワーク保持ガイドが邪魔となる。そこで、ワーク保持ガイドは、ワークから外れるようにして退避位置へと移動することとなる。

特開２００２−２５４２２１号公報

ワーク保持ガイドを備えたチャック装置では、チャック爪によるワークの把持と、ワーク保持ガイドのワークからの退避との２つの作動が行われる。そのため、各々の作動を実行する２つのアクチュエータ（エアシリンダなど）が必要であった。しかし、それではチャック装置の構造が複雑になるだけでなく部品点数も多くなってしまう。そして、チャック装置の製造に手間や時間を要するだけではなく、メンテナンスに対しても同じように手間や時間を要することになる。また、こうしたチャック装置は、複雑で部品点数が多いことにより製造コストや部品コストも高くなってしまう。

この点について、例えば上記特許文献１には、締付ヘッドからワーク・工具ホルダを接続解除するための径方向への移動と、締付部材を接続解除するための軸方向への移動とを、コッタを使用し、一のシリンダの出力によって実行させるチャック装置が開示されている。しかし、同文献に記載の従来例は、単に２方向の移動を実現しているだけであり、ワーク保持ガイドを有するチャック装置のように、ワークのチャックとワーク保持ガイドの退避といった時間差が必要な異なる作動に対応することができるものではない。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、一の伸縮アクチュエータによってチャック爪によるワークの把持と、ワーク保持ガイドのワークからの退避とを実行させるワーク保持ガイド付きチャック装置を提供することを目的とする。

本発明に係るワーク保持ガイド付きチャック装置は、中央部分に配置されたワークを外側から把持する複数のチャック爪と、前記中央部分を貫く中心軸と平行な方向に作用する駆動力により前記チャック爪を開閉させるチャック開閉機構と、伸縮によって前記駆動力を出力する伸縮アクチュエータと、前記中心軸の軸方向に移動可能なガイドロッドに固定されて前記中央部分に位置するワーク保持ガイドとを有し、前記伸縮アクチュエータの出力軸に前記ガイドロッドが連結され、前記伸縮アクチュエータの伸縮により前記ワーク保持ガイドが保持位置と退避位置との間を移動可能であり、前記チャック開閉機構と前記ガイドロッドとは、前記ワーク保持ガイドの退避側方向に作用する前記伸縮アクチュエータの出力が、前記ワーク保持ガイドが前記退避位置に移動した後に、前記チャック爪がワークを把持する把持力として伝達するように連結されたものである。

本発明によれば、ワーク保持ガイドの退避側方向に作用する伸縮アクチュエータの出力が、チャック開閉機構とガイドロッドとの間で、ワーク保持ガイドが退避位置に移動した後にチャック爪がワークを把持する把持力として伝達するように構成されているため、ワーク保持ガイドの移動とチャック爪によるワークの把持・解放を一の伸縮アクチュエータによって実行させることができる。

ワーク保持ガイド付きチャック装置の実施形態の主要部分を示す断面図である。 図１のＸＬ方向に見てチャック開閉機構を示した正面図である。 アンクランプ状態のチャック開閉機構を示した図２のＡ−Ａ矢視断面図である。 仮クランプ状態のチャック開閉機構を示した断面図である。 クランプ状態のチャック開閉機構を示した断面図である。

次に、本発明に係るワーク保持ガイド付きチャック装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、ワーク保持ガイド付きチャック装置の主要部分を示す断面図である。このワーク保持ガイド付きチャック装置１は、工作機械の主軸チャックを構成するものである。工作機械では、主軸チャックによって把持されたワークＷに回転運動が与えられ、バイトによって切削加工が行われる。特に本実施形態では、リング形状のワークＷの内径加工を行うようにしたものである。

そうした工作機械においてワーク保持ガイド３６は、内径加工に先立ち、チャック爪３２によってワークＷを把持するクランプ位置に当該ワークＷを配置させるための構成である。本実施形態では、こうした工作機械の主軸チャックを構成するワーク保持ガイド付きチャック装置について説明する。なお、ワーク保持ガイド付きチャック装置は、その作用効果を奏するのであれば、本実施形態で説明する以外の工作機械、あるいは工作機械以外の他の加工機械などにも適応可能なものである。

図１示すワーク保持ガイド付きチャック装置（以下、単に「チャック装置」という）１は、円筒形状の主軸台１１内にスピンドル１２が回転自在に組み付けられている。スピンドル１２には図面右側（ＸＲ方向）の先端部にチャック開閉機構１３が取り付けられ、その反対側（ＸＬ方向）にはチャック開閉機構１３を駆動させるための伸縮アクチュエータが設けられている。本実施形態では、伸縮アクチュエータにエアシリンダ（チャックシリンダ）１４が使用されているが、電動シリンダなどであってもよい。

スピンドル１２にはプーリ１５が固定されており、サーボモータ（不図示）の回転軸に固定されたプーリとの間にタイミングベルト１６が掛け渡されている。チャック開閉機構にはサーボモータの回転出力が伝達され、把持されたワークＷに回転が与えられるようになっている。また、スピンドル１２には、回転数を検出するためのエンコーダ（不図示）が設けられている。そのため、スピンドル１２に固定されたプーリ１７と、エンコーダ側のプーリとの間にもタイミングベルト１８が掛け渡されている。

チャックシリンダ１４は両ロッド形のエアシリンダであり、インジューサ２１を介して圧縮エアが給排されることにより作動ロッド１４１，１４２が軸方向（ＸＲ方向、ＸＬ方向）に進退する。ピストン１４３と一体の作動ロッド１４１はチャック開閉機構１３側に連結され、他方の作動ロッド１４２にはインジューサ２２が固定されている。このインジューサ２２からも圧縮エアが供給される。この圧縮エアはチャック開閉機構１３へと送られ、座金３７に押し当てられたワークＷの着座検出に使用される。

作動ロッド１４１，１４２には軸方向に貫通孔１４５が穿設されている。また、作動ロッド１４１にはジョイントロッド２５とガイドロッド２６とが同軸上に連結され、そのジョイントロッド２５にも軸方向に貫通孔２５１が穿設されている。そして、ガイドロッド２６には、ジョイントロッド２５の貫通孔２５１に連通する軸穴２６１と横穴２６２とが形成され、座金３７に形成されたエア流路３７３に圧縮エアが送り込まれるようになっている。送り込まれた圧縮エアの背圧が圧力スイッチによって検出され、ワークＷが適正に着座しているか否かの確認が行われる。

次に図２は、図１のＸＬ方向に見てチャック開閉機構１３を示した正面図であり、図３は、アンクランプ状態のチャック開閉機構１３を示した図２のＡ−Ａ矢視断面図である。このチャック開閉機構１３は、回転可能な主軸３１を有しており、その主軸３１がスピンドル１２の端部に固定されている（図１参照）。そして、主軸３１には引き込み式のピンアーバチャックが構成されている。ピンアーバチャックは、同一円周上に配置された３つのチャック爪３２がそれぞれピンアーバ３３の先端部に取り付けられ、ピンアーバ３３が中心軸Ｏに対して所定角度の傾斜移動を行うことにより、ワークＷを引き込むようにして座金３７に密着させながら把持するものである。

より具体的には、主軸３１が円筒形状ブロックであり、テーパ状の湾曲した摺接面３１１をもったガイド孔が形成され、そこにピンアーバ３３が摺動可能な状態ではめ込まれている。ピンアーバ３３は、チャック爪３２側よりも、反対の駆動伝達側端部３３１側が中心軸Ｏに近くなるように傾けられている。そして、ピンアーバ３３に対して中心軸Ｏと平行な方向の駆動力が作用するように、駆動伝達側端部３３１に駆動伝達ブロック３５が連結されている。

駆動伝達ブロック３５は、円筒形状部材であり、突起３５１が径方向に突き出すようにして形成され、各ピンアーバ３３の駆動伝達側端部３３１に形成された内径側凹部３３２に挿入されている。従って、駆動伝達ブロック３５を軸方向に移動させることにより、３つのピンアーバ３３が斜め方向に同時に摺動し、３つのチャック爪３２による開閉が行われる。このとき、駆動伝達ブロック３５の移動が図３左側（ＸＬ方向）であれば、チャック爪３２が閉じてワークＷを把持するクランプ状態になり、図３右側（ＸＲ方向）であればチャック爪３２が開いてワークＷを解放するアンクランプ状態となる。

ワークＷを把持および解放するための駆動源はチャックシリンダ１４であり、その伸縮作動がガイドロッド２６を介して駆動伝達ブロック３５へと伝達される。ただし、本実施形態ではガイドロッド２６の作動が駆動伝達ブロック３５へと直結してはいない。ワークＷの把持とワーク保持ガイド３６の退避との２つの異なる作動に時間差設ける必要があるためである。そのワーク保持ガイド３６は、ガイドロッド２６の先端に固定されており、３つのチャック爪３２の中央部分に位置している。その形状は、リング形状のワークＷに合わせた大きさの円盤形状である。

ワークＷは、加工に当たって図３に示すように、作業者によってワーク保持ガイド３６に取り付けられる。その後、チャック爪３２によって把持されたワークＷは、その内周面が内径加工されるが、そこにワーク保持ガイド３６が入っていたのでは加工の邪魔になる。そのため、ワークＷがクランプされた後は、ワーク保持ガイド３６がワークＷから外れる必要がある。そこで、座金３７には、そうしたワーク保持ガイド３６の退避場所が設けられている。座金３７は、ワークＷを受ける円弧形状の受部３７１がピンアーバ３３に合わせた３か所に突設され、そうした受部３７１に囲まれた内部がワーク保持ガイド３６の退避スペースになっている。ワーク保持ガイド３６は、図３に示す位置がワークＷを保持する保持位置であり、図５に示す位置がワークＷの加工に影響しないように移動した退避位置である。

ワーク保持ガイド３６の移動は、支持されたガイドロッド２６が軸方向に移動することにより実行される。そして本実施形態では、そのガイドロッド２６が、ワーク保持ガイド３６を各位置に移動させる他にも、チャック爪３２を開閉させるための駆動力を伝達する機能をも有している。ただ、この２つの機能が同時に作用してしまったのでは、ワークＷのクランプによってガイドロッド２６がＸＬ方向に移動できなくなり、ワーク保持ガイド３６の退避が途中で制限されてしまう。そこで、本実施形態のチャック開閉機構１３は、ワーク保持ガイド３６の退避と、チャック爪３２によるワークＷのクランプとに時間差が生じるように構成されている。

時間差を設けるため、駆動伝達ブロック３５には内径を大きくした係合凹部３５２が形成され、ガイドロッド２６には、係合凹部３５２に入り込む径方向に突設した係合突起２６３が形成されている。係合突起２６３は、軸方向壁面３５５に突き当たるまで係合凹部３５２内をＸＬ方向へ移動可能であり、そうした非係合部分を移動している間はガイドロッド２６を介した駆動力が駆動伝達ブロック３５へは伝達されない。また、ガイドロッド２６には突当リング３８が固定され、駆動伝達ブロック３５に対してＸＲ方向に突き当てられるように、係合突起２６３の反対側に配置されている。従って、ガイドロッド２６から駆動伝達ブロック３５への動力伝達は、ＸＬ方向には係合突起２６３を介して行われ、ＸＲ方向には突当リング３８を介して行われる。

駆動伝達ブロック３５は、係合突起２６３と突当リング３８との間では移動が自由な状態であるため、どちらかが押し当てられていない場合にはガタが生じ得る。そこで、駆動伝達ブロック３５と座金３７との間にはスプリング３９が装填されている。駆動伝達ブロック３５は、スプリング３９によって常時ＸＬ方向へと付勢され、図３に示すアンクランプ時には突当リング３８に押し付けられている。この突当リング３８の位置を調整することにより、そこに突き当てられる駆動伝達ブロック３５だけでなく、ピンアーバ３３およびチャック爪３２の位置を調整することができる。そのため、チャック開閉機構１３は、突当リング３８の位置調整により、アンクランプ時の中心軸Ｏを基準にしたチャック爪３２の位置を調整、すなわちチャックの開度が調整できる。

続いて、チャック装置１の作用について説明する。先ず、図１及び図３に示すように、作業者によってワークＷがワーク保持ガイド３６に取り付けられる。このときチャックシリンダ１４は、図１に示すようにＸＲ方向に伸長し、ワーク保持ガイド３６が保持位置に配置されている。また、そうしたチャックシリンダ１４の出力により、駆動伝達ブロック３５が突当リング３８を介してＸＲ方向に押されて移動し、チャック爪３２がアンクランプ状態になっている。工作機械では、座金３７の着座面（基準面）に対し、ワークＷが不図示のプッシャによってＸＬ方向に押しつけられる。

そして、チャックシリンダ１４がＸＬ方向に伸縮作動し、チャック開閉機構１３は図４及び図５に示すように状態が変化する。先ず、突当リング３８が図４に示す位置までＸＬ方向に移動する間に、チャック爪３２がワークＷに突き当てられる。つまり、スプリング３９の付勢力により駆動伝達ブロック３５がＸＬ方向へ移動し、ピンアーバ３３が同方向へ引っ張られて主軸３１の摺接面３１１を斜めに摺動する。この時点では係合突起２６３が係合凹部３５２を形成するＸＬ方向の軸方向壁面３５５に当たっていないため、チャックシリンダ１４の出力はチャック爪３２に作用してはいない。また、ガイドロッド２６がＸＬ方向へと移動が可能であるため、ワーク保持ガイド３６は、更にワークＷから離れて受部３７１内の退避スペースへと移動することができる。

このときチャック爪３２は、ワークＷを把持した仮クランプ状態であるが、ワークＷをしっかりと着座させておくだけの把持力が作用しているわけではない。前述したように、スプリング３９は、駆動伝達ブロック３５のガタつき防止程度のバネ力しか有していないからである。ちなみに、図４に示す段階では、ワークＷは依然として不図示のプッシャによって座金３７に押し当てられている。従って、ワーク保持ガイド３６が外れたとしても、ワークＷの着座状態は維持される。ただし、これはプッシャを有する工作機械の場合であるため、プッシャが存在しない場合には、バネ力の大きなスプリング３９を使用することにより、その力でワークＷの着座状態を維持できるようにしてもよい。

そして、突当リング３８が図５に示す位置までＸＬ方向に移動すれば、係合突起２６３が係合凹部３５２のＸＬ方向の軸方向壁面３５５に当たり、チャックシリンダ１４の出力がガイドロッド２６を介して駆動伝達ブロック３５に伝えられる。駆動伝達ブロック３５に対してＸＬ方向に駆動力が働くことにより、ピンアーバ３３を介してチャック爪３２には中心軸Ｏに向かう斜めの力が作用し、ワークＷが引き込まれるようにし把持される。こうして座金３７の着座面に対してワークＷが密着し、浮き上がりのない安定したクランプ状態が得られる。

係合凹部３５２の軸方向壁面３５５に当たったガイドロッド２６は、ＸＬ方向にそれ以上移動することはできないが、その段階では既にワーク保持ガイド３６がワークＷから外れて、受部３７１の内部である退避位置へと移動している。従って、ワークＷの内径加工が可能な状態である。なお、ワーク保持ガイド３６の退避位置は、その後に行われる内径加工において邪魔にならなければよいため、場合によってはワークＷから完全に外れる位置である必要はない。

その後、サーボモータ（不図示）の駆動によりスピンドル１２に回転が与えられて主軸３１が回転する。チャック開閉機構１３では、主軸３１に伴ってピンアーバ３３、座金２７及びワークＷが回転する。そして、回転するワークＷには内周面にバイトが当てられた旋削が行われる。旋削後は、チャックシリンダ１４がＸＲ方向に伸縮作動し、チャック開閉機構１３は図５の状態から図４及び図３へと変化する。すなわち、突当リング３８に押されて駆動伝達ブロック３５が移動し、チャック爪３２がワークＷを解放したアンクランプ状態となる。ワーク保持ガイド３６はワークＷ内に入り込んだ保持位置へと移動し、作業者によってワークＷが取り外される。

よって、本実施形態によれば、ワーク保持ガイド３６の移動と、チャック爪３２によるワークＷの把持や解放とを一つのチャックシリンダ１４によって行うことができる。従って、チャック装置１を小型化することができ、工作機械などに搭載する際の設置スペースを小さくすることができる。また、駆動手段がチャックシリンダ１４だけの簡易な構造であるため、コストを抑えることができるとともに、製造やメンテナンスなどについても従来に比べて作業が容易になり、その点でもコストを抑えることができる。

また、本実施形態では特に、ワーク保持ガイド３６の退避とチャック爪３２によるワーク把持とに時間差が生じるように構成されている。その時間差を設けるための構成が、駆動伝達ブロック３５の係合凹部３５２とガイドロッド２６の係合突起２６３といった簡易な構成である点でも、前記効果を奏するチャック装置１を安価に提供することができる。また、チャック開閉機構１３では、駆動伝達ブロック３５が突当リング３８によってＸＬ方向への移動が規制されているが、ガイドロッド２６に対して突当リング３８の固定位置を軸方向に調整することにより、アンクランプ時のチャック爪３２の位置調整を容易に行うことができる。すなわち、ワークＷの形状やサイズに簡単に対応させることができる。

以上、本発明のワーク保持ガイド付きチャック装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、チャック開閉機構として傾斜方向に移動するピンアーバによって構成されたピンアーバチャックを示したが、伸縮アクチュエータの直線方向の駆動力を径方向に移動するチャック爪の作動に変換するものであればどのような構成であってもよい。

具体的には、チャック爪を備えた揺動可能なチャック部材を、カムなどを介して伸縮アクチュエータの伸縮によって揺動させるような構成などが考えられる。その場合、伸縮アクチュエータの伸縮とチャック部材の揺動とが時間差を有するように連結され、ワーク保持ガイドの退避後にクランプできるようにすればよい。つまり連結部では、チャック部材側に係合凹部を形成し、ワーク保持ガイドが退避した後にカムがチャック部材を揺動させるようにする。

また、ワーク保持部材の退避位置とは、加工可能な状態にワーク保持部材を所定位置に移動させることである。そのため、前記実施形態では図５にし示すようにワークＷから完全に外れた状態になっているが、加工が可能であれば、ワーク保持ガイド３６がワークの中に入った位置であってもよい。
また、ガイドロッドとは、伸縮アクチュエータとワーク保持部材とをつなぐものであるため、例えば前記実施形態のジョイントロッド２５がガイドロッドの概念から外れるものではない。
また、前記実施形態では、リング形状ワークの内径加工を行う場合について説明したが、円柱形状のワークの外径加工を行うものであってもよい。その場合は、加工時にワーク保持ガイドがワークと一体になって回転しないように退避させる。

１…ワーク保持ガイド付きチャック装置 １２…スピンドル １３…チャック開閉機構 １４…チャックシリンダ ２６…ガイドロッド ３１…主軸 ３２…チャック爪 ３３…ピンアーバ ３５…駆動伝達ブロック ３６…ワーク保持ガイド ３７…座金 ３８…突当リング ３９…スプリング

Claims (5)

1. 中央部分に配置されたワークを外側から把持する複数のチャック爪と、
   前記中央部分を貫く中心軸と平行な方向に作用する駆動力により前記チャック爪を開閉させるチャック開閉機構と、
   伸縮によって前記駆動力を出力する伸縮アクチュエータと、
   前記中心軸の軸方向に移動可能なガイドロッドに固定されて前記中央部分に位置するワーク保持ガイドとを有し、
   前記伸縮アクチュエータの出力軸に前記ガイドロッドが連結され、前記伸縮アクチュエータの伸縮により前記ワーク保持ガイドが保持位置と退避位置との間を移動可能であり、
   前記チャック開閉機構と前記ガイドロッドとは、前記ワーク保持ガイドの退避側方向に作用する前記伸縮アクチュエータの出力が、前記ワーク保持ガイドが前記退避位置に移動した後に、前記チャック爪がワークを把持する把持力として伝達するように連結されたものであることを特徴とするワーク保持ガイド付きチャック装置。
2. 前記ガイドロッドには径方向に突出した係合突起が形成され、前記チャック開閉機構には前記係合突起が入り込むための係合凹部が形成され、
   前記係合凹部は、前記係合突起が前記ワーク保持ガイドの退避側方向へ移動可能な空間を有し、前記チャック開閉機構は、ワークを把持するための前記伸縮アクチュエータの出力が、前記退避位置で前記係合凹部を形成する壁面に当てられた前記係合突起から伝達されるものであることを特徴とする請求項１に記載のワーク保持ガイド付きチャック装置。
3. 前記チャック開閉機構の把持側の作動を規制する規制部材が、前記ガイドロッドに対して軸方向の位置を調整可能な状態で固定されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク保持ガイド付きチャック装置。
4. 前記チャック開閉機構は、前記ガイドロッドによって貫通され軸方向に移動可能に配置された駆動伝達ブロックを備え、当該駆動伝達ブロックは、前記ワーク保持ガイドの保持側方向に前記規制部材が突き当てられ、反対側から退避側方向にバネ部材によって付勢されたものであることを特徴とする請求項３に記載のワーク保持ガイド付きチャック装置。
5. 前記バネ部材は、前記チャック爪にワークを仮把持させる把持力を与えるものであることを特徴とする請求項４に記載のワーク保持ガイド付きチャック装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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