JP2017013216A

JP2017013216A - 工作機械のワーク保持装置

Info

Publication number: JP2017013216A
Application number: JP2015135486A
Authority: JP
Inventors: 敏朗峰松; Toshiro Minematsu
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】作動油の漏れ量を低減して装置全体を簡単且つコンパクトにでき、加工時間を短くして加工精度の低下防止やコストの低減も実現する。
【解決手段】ワーク保持装置１は、複数のチャック爪２９を前面に備えたチャック本体４と、チャック本体４を連結可能なコレット１８を備えたチャックベース３と、を有し、チャックベース３に、軸線方向への進退動により各チャック爪２９を開閉動作させるドローナット１０と、軸線方向への進退動によりコレット１８をクランプ／アンクランプ動作させるシャフト１４と、軸線方向への進退動によりドローナット１０及びシャフト１４を順番に進退動させるドローチューブ８とを設けて、１つの油圧シリンダ６によってドローチューブ８を進退動させることで、ドローナット１０によるチャック爪２９の開閉動作と、シャフト１４によるコレット１８のクランプ／アンクランプ動作とをそれぞれ可能としてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械において、ワークを保持するために設けられるワーク保持装置に関する。

ワーク保持装置は、工作機械の主軸等の回転軸に取り付けたチャックベースに、ワークを把持するチャック爪を備えたチャック本体を着脱可能に設けてなり、チャック自動交換装置によってチャック本体を自動交換可能としている。チャックベースとチャック本体との間には、チャックベースに対してチャック本体をクランプ／アンクランプするためのクランプ機構と、チャック本体のチャック爪を開閉動作させるための開閉機構とが設けられ、それぞれ主軸等の後部に設けた別個の油圧シリンダ（ダブルシリンダ）によって動作するようになっている（例えば特許文献１〜３参照）。

特開昭６２−２１３９３５号公報実開昭６３−５３６０６号公報特開平１１−１８８５１３号公報

このようにチャック本体のクランプ／アンクランプとチャック爪の開閉とにダブルシリンダを採用すると、ダブルシリンダへ供給される作動油の漏れ量が多くなるため、ダブルシリンダへ作動油を供給する油圧ポンプが常時稼働する必要があり、油圧回路の油温上昇を招く。特に大型工作機械のダブルシリンダでは作動油の漏れ量が増加するため、油温調整装置が必要となる場合もある。
また、ダブルシリンダを採用すると装置全体が大きくなるため、回転軸周りのイナーシャも大きくなり、回転軸の発停時間が長くなって加工時間も長くなってしまう。特に、ダブルシリンダは重量が大きく、回転軸に作用する曲げモーメントも大きくなるため、回転軸の回転数に制限を受ける上、加工精度が低下するおそれもある。さらに、構造が複雑化してコストも高くなる。

そこで、本発明は、作動油の漏れ量を低減して装置全体を簡単且つコンパクトにでき、加工時間を短くして加工精度の低下防止やコストの低減も期待できる工作機械のワーク保持装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半径方向へ移動可能な複数のチャック爪を前面に備えたチャック本体と、そのチャック本体を前端に連結可能なクランプ機構を備えて回転軸と一体に設けられるチャックベースと、を有し、前記チャックベースに、前記クランプ機構による前記チャック本体の連結状態で、前記チャックベースの軸線方向への進退動により各前記チャック爪を半径方向へ開閉動作させる第１の作動部材と、前記軸線方向への進退動により前記クランプ機構をクランプ／アンクランプ動作させる第２の作動部材と、前記軸線方向への進退動により前記両作動部材を順番に進退動させる連係部材とを設けて、１つのアクチュエータによって前記連係部材を進退動させることで、前記第１の作動部材による各前記チャック爪の開閉動作と、前記第２の作動部材による前記クランプ機構のクランプ／アンクランプ動作とをそれぞれ可能としたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記第１の作動部材は、後退位置で前記チャック爪を閉状態、前進位置で開状態とするものであって、前記連係部材へ進退動可能に且つ付勢手段によって前方への付勢状態で連結されて前記連係部材と共に進退動することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、前記第２の作動部材は、後退位置で前記クランプ機構をクランプ状態、前進位置でアンクランプ状態とすると共に、第２の付勢手段によって前記後退位置へ付勢され、前進した前記連係部材が当接することで前記前進位置へ移動することを特徴とする。

本発明によれば、標準的なシングルシリンダでワークのチャック及びその解除と、チャック本体のクランプ／アンクランプが可能となる。よって、作動油の漏れ量が最小限となり、油温調整装置が不要となる。また、シリンダ自体もダブルシリンダより小さくて済むため、装置全体が簡単且つコンパクトとなり、安価となる。さらに、イナーシャも小さくなるため、回転軸の発停時間を長くする必要がなく、加工時間が長くならない。そして、重量が小さくなって回転軸に作用する曲げモーメントも小さくなるため、回転軸の回転数に制限を受けず、加工精度が低下するおそれもなくなる。

ワーク保持装置の説明図である。チャックベースの説明図である。チャック本体の説明図である。ワーク保持装置の動作説明図で、上がチャック爪閉状態、下がチャック爪開状態をそれぞれ示す。ワーク保持装置の動作説明図で、上がチャック爪開状態、下がチャック本体のアンクランプ状態をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工作機械の主軸に設けられたワーク保持装置１の一例を示す説明図である。ワーク保持装置１は、回転軸である主軸２に取り付けられるチャックベース３と、チャックベース３に取り付けられるチャック本体４とからなる。まず、チャックベース３の軸心には、連係装置５が、主軸２の後部に設けたアクチュエータとしての油圧シリンダ６によって主軸２の軸線方向へ進退動可能となっている。この連係装置５は、油圧シリンダ６のピストンロッド７によって進退動する連係部材としてのドローチューブ８と、ドローチューブ８の前部外周にスプライン結合される連結ナット９と、連結ナット９が後部内周に螺合する第１の作動部材としてのドローナット１０と、連結ナット９の後方でドローチューブ８に外装されてドローナット１０を前方へ付勢する付勢手段としての複数の皿バネ１１と、ドローチューブ８の前端外周に固定されて連結ナット９の前進位置を規制するストッパ１２とからなる。

チャックベース３の軸心で連係装置５の前部内側には、中心孔１３が形成され、その中心孔１３に、第２の作動部材としてのシャフト１４が軸線方向へ進退動可能に収容されている。このシャフト１４は、ドローチューブ８の内径よりも小径の後端部１５と、後端部１５の前端に形成され、当該内径よりも大径で且つドローナット１０の内径よりも小径となるフランジ部１６と、フランジ部１６の中心から前方へ突設されて前端が大径となる係止部１７とからなり、軸線方向でドローチューブ８の前端とフランジ部１６とは互いに当接可能となっている。
１８は、係止部１７の外側を囲む格好で周方向に等間隔で配置される複数のコレットで、後端には、係止部１７に係止するフック部１９が形成され、前端には、径方向内側及び外側に突出するＴ字状のクランプ部２０が形成されてクランプ機構を構成している。各コレット１８，１８・・の後端には、弾性リング２１が外装されて、各コレット１８の後端を収縮側へ付勢すると共に、各コレット１８の前端を拡開側へ付勢している。

チャックベース３の中心孔１３の前端は、図２にも示すように、前方へ拡開するテーパ状の連結凹部２２となっており、連結凹部２２の底部には、内側にコレット１８が位置するリング状のガイド２３が設けられている。このガイド２３の内周面は、軸線方向で等径となる内ガイド部２４となり、内ガイド部２４の前端には、全周に亘って面取部２５が形成されている。
よって、シャフト１４が後退すると、各コレット１８のクランプ部２０が面取部２５のガイドによって内側へ移動し、内ガイド部２４に達する閉状態となり、シャフト１４が前進すると、各コレット１８のクランプ部２０が面取部２５の位置で外側に移動する開状態となる。但し、ガイド２３とシャフト１４のフランジ部１６との間には、第２の付勢手段としてのコイルバネ２６が介在されて、シャフト１４を後退位置へ付勢している。

次に、チャック本体４は、チャックベース３と同形状の円板で、半径方向へ形成したガイド溝２７内には、前面にチャック爪２９を半径方向に取り付けた複数のベースジョー２８が移動可能に設けられている。ベースジョー２８の後面には、チャックベース３への取付状態でチャックベース３の前面に突設したピン３０が挿入する有底孔３１が形成されている。このピン３０は、ドローナット１０の進退動に連動して半径方向へ移動する図示しないスライド部材に設けられており、ドローナット１０の前進位置ではピン３０を半径方向外側に位置させてベースジョー２８をチャック爪２９が開く開位置に、後退位置ではピン３０を半径方向内側に位置させてベースジョー２８をチャック爪２９が閉じる閉位置にそれぞれ移動させるようになっている。
また、図３にも示すように、チャック本体４の後面で軸心には、プルボルト３２が突設され、その周囲には、外周面が先細りのテーパ状に形成されてチャックベース３の連結凹部２２の前部分に嵌合するリング状の突起部３３が形成されている。この突起部３３の連結凹部２２への嵌合により、チャックベース２に対するチャック本体４の芯出しが容易に行える。

以上の如く構成されたワーク保持装置１においては、油圧シリンダ６によってドローチューブ８と共にドローナット１０が後退した図１，４の上側の後退位置では、チャック爪２９は閉状態となる。このときシャフト１４もコイルバネ２６の付勢によって後退位置にあり、各コレット１８のクランプ部２０をガイド２３の内ガイド部２４内に位置させてプルボルト３２に係止している。よって、チャック本体４はチャックベース３にクランプされた状態となる。
ここから油圧シリンダ６によってドローチューブ８を、シャフト１４のフランジ部１６に当接する中間位置まで前進させると、皿バネ１１を介してドローナット１０も前進し、図１，４の下側及び図５の上側の状態となる。このとき油圧シリンダ６がドローチューブ８を押し出す力は、皿バネ１１の付勢力を上回らないため、皿バネ１１は圧縮することなくドローナット１０はドローチューブ８と連動して前進する。よって、ピン３０と共にベースジョー２８が半径方向外側へ移動してチャック爪２９は開状態となる。なお、この状態でもシャフト１４の位置は変わらないため、チャック本体４のクランプ状態は維持される。

次に、チャック本体４を図示しない交換装置によって交換する場合、油圧シリンダ６によってドローチューブ８を中間位置からさらに前進させる。すると、フランジ部１６を介してシャフト１４がコイルバネ２６の付勢に抗して前進し、図５の下側に示すように、前端のクランプ部２０をガイド２３の内ガイド部２４より前方に位置させる。よって、各コレット１８の前端が拡開してプルボルト３２への係止を解除するため、チャック本体４がアンクランプされる。このときの油圧シリンダ６がドローチューブ８を押し出す力は、皿バネ１１の付勢力よりも大きくなるため、ドローナット１０はそのままで皿バネ１１を圧縮変形させてドローチューブ８のみが前進することになる。

このように、上記形態のワーク保持装置１によれば、半径方向へ移動可能な複数のチャック爪２９を前面に備えたチャック本体４と、そのチャック本体４を前端に連結可能なクランプ機構（コレット１８）を備えて主軸２と一体に設けられるチャックベース３と、を有し、チャックベース３に、コレット１８によるチャック本体４の連結状態で、チャックベース３の軸線方向への進退動により各チャック爪２９を半径方向へ開閉動作させるドローナット１０と、軸線方向への進退動によりコレット１８をクランプ／アンクランプ動作させるシャフト１４と、軸線方向への進退動によりドローナット１０及びシャフト１４を順番に進退動させるドローチューブ８とを設けて、１つの油圧シリンダ６によってドローチューブ８を進退動させることで、ドローナット１０によるチャック爪２９の開閉動作と、シャフト１４によるコレット１８のクランプ／アンクランプ動作とをそれぞれ可能としたことで、標準的なシングルシリンダである油圧シリンダ６でワークのチャック及びその解除と、チャック本体４のクランプ／アンクランプが可能となる。よって、作動油の漏れ量が最小限となり、油温調整装置が不要となる。また、油圧シリンダ６自体もダブルシリンダより小さくて済むため、装置全体が簡単且つコンパクトとなり、安価となる。さらに、イナーシャも小さくなるため、主軸２の発停時間を長くする必要がなく、加工時間が長くならない。そして、重量が小さくなって主軸２に作用する曲げモーメントも小さくなるため、主軸２の回転数に制限を受けず、加工精度が低下するおそれもなくなる。

なお、アクチュエータとしては油圧シリンダに限らず、空圧シリンダや電動シリンダでもよく、モータとボールネジとを利用したネジ送り機構も採用できる。
付勢手段も、皿バネ以外にコイルバネ等も採用できるし、第２の付勢手段もコイルバネ以外に皿バネ等が採用できる。
また、主軸以外の回転軸に設けられるワーク保持装置であっても本発明は適用可能である。

１・・ワーク保持装置、２・・主軸、３・・チャックベース、４・・チャック本体、５・・連係装置、６・・油圧シリンダ、７・・ピストンロッド、８・・ドローチューブ、９・・連結ナット、１０・・ドローナット、１１・・皿バネ、１２・・ストッパ、１３・・中心孔、１４・・シャフト、１５・・後端部、１６・・フランジ部、１７・・係止部、１８・・コレット、１９・・フック部、２０・・クランプ部、２１・・弾性リング、２２・・連結凹部、２３・・ガイド、２４・・内ガイド部、２５・・面取部、２６・・コイルバネ、２７・・ガイド溝、２８・・ベースジョー、２９・・チャック爪、３０・・ピン、３１・・有底孔、３２・・プルボルト、３３・・突起部。

Claims

半径方向へ移動可能な複数のチャック爪を前面に備えたチャック本体と、そのチャック本体を前端に連結可能なクランプ機構を備えて回転軸と一体に設けられるチャックベースと、を有し、前記チャックベースに、前記クランプ機構による前記チャック本体の連結状態で、前記チャックベースの軸線方向への進退動により各前記チャック爪を半径方向へ開閉動作させる第１の作動部材と、前記軸線方向への進退動により前記クランプ機構をクランプ／アンクランプ動作させる第２の作動部材と、前記軸線方向への進退動により前記両作動部材を順番に進退動させる連係部材とを設けて、１つのアクチュエータによって前記連係部材を進退動させることで、前記第１の作動部材による各前記チャック爪の開閉動作と、前記第２の作動部材による前記クランプ機構のクランプ／アンクランプ動作とをそれぞれ可能としたことを特徴とするワーク保持装置。
前記第１の作動部材は、後退位置で前記チャック爪を閉状態、前進位置で開状態とするものであって、前記連係部材へ進退動可能に且つ付勢手段によって前方への付勢状態で連結されて前記連係部材と共に進退動することを特徴とする請求項１に記載のワーク保持装置。
前記第２の作動部材は、後退位置で前記クランプ機構をクランプ状態、前進位置でアンクランプ状態とすると共に、第２の付勢手段によって前記後退位置へ付勢され、前進した前記連係部材が当接することで前記前進位置へ移動することを特徴とする請求項２に記載のワーク保持装置。