JP2017104974A - クランプアセンブリおよびクランプアセンブリを備えたクランプデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】さらに効果的なクランププロセスを可能にするクランプアセンブリと、そのようなクランプアセンブリを備えたクランプデバイスとを考案する。
【解決手段】本発明は、テンションロッドを介して軸方向に可動であるクランプコーンと、クランプコーンの外側で周方向に互いに離間して配置されている複数のクランプ要素（１７）とを備えた機械構成部材にワークピースまたはツールまたはツールホルダをクランプするクランプデバイスのためのクランプアセンブリ（３）に関しており、テンションロッドの軸方向移動によって径方向外側のクランプ位置と径方向内側のリリース位置との間で可動であり、本発明のクランプコーンは軸方向で互いに反対方向に可動である２つの部品（７、８）を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明はワークピース（加工対象物）またはツール（工具）またはツールホルダを、請求項１のプレアンブルに記載の工作機械の機械構成部材にクランプ（締め固定）するためのクランプアセンブリ（クランプ構造体）に関する。本発明はそのようなクランプアセンブリを備えたクランプデバイスにも関係する。

テンションロッドを介して軸方向に可動であるクランプコーンと、周方向に外側で相互に離間しているいくつかの鉤爪状のクランプ要素を備えたクランプアセンブリはＤＥ１０１５９６１１Ｃ１から知られている。この鉤爪状のクランプ要素は、中空シャンクツールの対応する斜状のクランプスロープと接触するために前方端に設けられた斜状の第１クランプ面と、機械スピンドルの対応する係合面での接触のために後方端に設けられた斜状の第２クランプ面を有している。単一体として設計されているクランプコーンは、その前方端に第１円錐状クランプ面部分を有し、鉤爪状のクランプ要素の前方端と後方端の対応する内面で接触するために、その後方端に設けられた第２円錐状クランプ面部分を有している。テンションロッドの端部に配置されているクランプコーンの軸方向の移動によって、鉤爪状クランプ要素は機械スピンドルの中央軸に平行な位置で径方向外側または径方向内側に押され、中空シャンクツールのクランプあるいはリリースが可能になる。

ＤＥ１０１５９６１１Ｃ１

本発明の課題は、さらに効果的なクランププロセスを可能にするクランプアセンブリと、そのようなクランプアセンブリを備えたクランプデバイスとを考案することである。

この課題は、請求項１の特徴を備えたクランプアセンブリによって、および請求項８の特徴を備えたクランプデバイスによって解消される。本発明の進歩した実施態様および有利な改良は従属請求項に記載されている。

本発明のクランプアセンブリのクランプコーン（クランプ円錐体）は、軸方向に互いに反対向きに移動する２つの部品を有している。一つのクランプコーンの場合と比べて、作動力はハウジング上で支持されず、クランプコーンの他方の部品に導かれる（ガイドされる）。よって、改良された効率が達成され、クランププロセスをさらに効率よく構成することができる。

特に改良された１実施態様においては、クランプ要素は、クランプコーンの２つの部品を一緒に動かすことによって径方向（放射状）外側のクランプ位置にまで移動させることができ、クランプコーンのこれら２つの部品を別々に動かすことによって径方向内側のリリース（解除）位置にまで移動させることができる。しかし、反対に傾斜した斜面によって、１別実施態様のクランプ要素は、クランプコーンの２つの部品を別々に動かすことでクランプ位置にまで移動させることができ、クランプコーンのそれら２つの部品を一緒に動かすことでリリース位置にまで移動させることもできる。

クランプコーンの２つの別々の部品の反対方向の移動は、クランプコーンの第１部品に接続された第１ロッド部品と、クランプコーンの第２部品に接続された第２ロッド部品とを有したテンションロッドによって好適形態で達成できる。筒状の第２ロッド部品内にて、第１ロッド部品は好適には軸方向に移動可能であるように設計されている。

別の好適形態では、クランプ要素は、クランプコーンの第１部品の円錐状外面に接触するための第１内側クランプ面と、クランプコーンの第２部品の円錐状外面に接触するための第２内側クランプ面とを有している。

互いに対して可動であるクランプコーンの２つの部品の適切で正確なガイドは、クランプコーンの第１部品が、クランプコーンの第２部品の中空円筒状ガイド部を動かすようにガイドする円筒状ガイド領域（円筒状ガイド部）を含んでいるという事実によって達成できる。

クランプ要素は、例えば、円錐状面部によって形成された第１外側クランプ面と、第１クランプ面とは反対に傾斜した円錐状平坦部によって形成された第２外側クランプ面とを備えたクランプ鉤爪部の形態にも設計できる。しかしながら、クランプ要素は異なる形状を有することもできる。

本発明は機械構成部材内に設置された上述のクランプアセンブリを備えたクランプデバイス、およびクランプアセンブリに接続された作動装置にも関係する。

作動装置はハウジング内に配置されたシリンダを含むことができ、そこで、第１ピストンロッドを介してクランプコーンの第１部品に接続されている第１ピストンと、第２ピストンロッドを介してクランプコーンの第２部品に接続されている第２ピストンとは軸方向に移動するように配置されている。第１圧力チャンバはこれら２つのピストン間に配置でき、シリンダを包囲するスリーブ内の第１チャネル（導通路）を介して第１接続部と接続されている。第２圧力チャンバは、第１ピストンと、シリンダの後方端に設けられたハウジング内に螺合された後方端部品の前面との間で画定されており（境界が定められており）、第３圧力チャンバは、第２ピストンと、シリンダの前方端の閉リングとの間で画定されている。この場合には、第２圧力チャンバおよび第３圧力チャンバは第２接続部で接続されている。

クランプアセンブリの作動は異なる形態でも発生する。例えば、クランプコーンの２つの部品は、テンションロッドの２つのロッド部品間で締め付けられているスプリング構造体を介して引き離されることができ、それによってクランプ要素はクランプ位置に保持される。クランプ要素をリリース位置まで移動させるため、クランプコーンの両部品は、スプリング構造体の力に抗して、電気的、空気圧的または液圧的に作動する弛緩装置を介して共に移動できる。

機械構成部材は、回転するように取り付けられており、駆動装置によって回転可能な工作機械の工作スピンドルでよい。

本発明の追加の詳細と利点は、図面を利用した好適実施例の以下の説明から明らかになるであろう。

図１は、テンションロッドとクランプアセンブリを備えたクランプデバイスの軸方向断面図を図示する。 図２は、軸方向の断面図で表わされた図１に図示のクランプアセンブリの詳細図である。 図３は、クランプ位置にあるクランプアセンブリを図示する。 図４は、リリース位置にあるクランプアセンブリを図示する。 図５は、クランプ位置とリリース位置の間でクランプアセンブリを動かす作動装置を図示する。

機械構成部材１内の一体化されたクランプデバイスが図１の軸方向断面図に示されており、テンションロッド２は機械構成部材１内で軸方向に移動が可能であり、クランプアセンブリ３は、ツールホルダ４（破線で図示）またはツールまたはワークピースのクランプまたはリリースのためのクランプ位置とリリース位置との間でテンションロッド２によって移動が可能である。図示されている実施例の機械構成部材１は複数の部品から構成された固定機械（定置機械）要素であり、ツールホルダ４の中空コーンシャンク６を受領するための円錐状受領開口部５を含んでいる。しかし、機械構成部材１は、スピンドルハウジング内で回転するように取り付けられ、駆動装置によって回転するように駆動される工作機械等のワークスピンドルであってもよい。

分離されて図２に図示されているクランプアセンブリ３はクランプコーンを含んでおり、クランプコーンは、軸方向に相対的に可動である２つの別々の部品７と８から成る。図２の底部に配置され、ツールホルダ４に対面しているクランプコーンの第１部品７は、円錐状外面１０と円筒状ガイド領域１１とを備えた円錐状クランプ領域（円錐状クランプ部）９を有している。クランプコーンの第２部品８は、第１部品７のガイド領域１１上を移動するようにガイドされる中空円筒状ガイド部１２と、円錐状外面１４を備えた円錐状クランプ領域（円錐状クランプ部）１３とを含んでいる。クランプ領域９と１３の円錐状外面１０と１４は、２つの部品７と８上で互いに反対方向に傾斜している。クランプコーンの２つの部品７と８は、ガイド領域１１とガイド部１２を通じて相対的に軸方向に移動するようにガイドされる。

テンションロッド２は軸方向に可動である第１ロッド部品１５と、第１ロッド部品１５に対して軸方向に可動である第２ロッド部品１６とを含んでいる。第１ロッド部品１５の前方端には、本例では筒状に設計されたクランプコーン１５の第１部品７が締結され、クランプコーンの第２部品８は、第１ロッド部品１５の周囲に同軸に配置された第２の筒状ロッド部品１６の端部に締結されている。クランプコーンのこれら２つの部品７と８は、２つのロッド部品１５と１６を介して共に動くか、別々に動くことができる。

周方向に互いから等間隔に離間された複数のクランプ要素１７は、クランプコーンの第１部品７の円錐状外面１０と、第２部品８の円錐状外面１４とに配置されており、図２で図示されているクランプ位置においてクランプアセンブリ３の中央軸１８に平行に配置されている。本例ではクランプ鉤爪部として設計されているクランプ要素１７は、第１クランプ外面２０を備えたツールホルダ４に対面した拡大前方端部（肉厚前方端部）１９を含んでおり、図３で示すクランプ位置に、図１に示すツールホルダ４の中空コーンシャンク６の内部で円錐状内面２１に通常状態で接触する。鉤爪状クランプ要素１７は、第１クランプ外面２０とは反対方向に傾斜し、かつ、円錐状平坦部によって形成された第２クランプ外面２３を備えた拡大後方端部（肉厚後方端部）２２も含んでおり、図３に示すクランプ要素１７は、拡大後方端部２２（第２クランプ外面２３）によって、機械構成部材１の環状肩部２５内の円錐状係合面２４で支持されている。

鉤爪状クランプ要素１７は、クランプコーンの２つの部品７と８を一緒に移動させることで径方向外側のクランプ位置にまで移動でき、クランプコーンの２つの部品７と８を別々に移動させることで径方向内側のリリース位置にまで移動できる。

図３のクランプ位置において、鉤爪状クランプ要素１７は、第１前方端部１９の内側に提供された第１クランプ内面２６を備えた第１部品７の円錐状外面１０と、後方端部２２の内側に提供された第２クランプ内面２７を備えた第２部品８の円錐状外面１４とに接して設置される。

図４のリリース位置において、ツールホルダ４に係合する鉤爪状クランプ要素１７の前方端部１９は、それらの第１クランプ内面２６がクランプコーンの第１部品７の円錐状クランプ領域９の縮小後方端部（幅狭後方端部）の斜面に配置された状態に置かれ、交換のために前方端部１９は径方向内側に移動し、ツールホルダ４をリリースする。クランプコーンの２つの部品７と８の円錐状外面１０と１４、および、クランプ鉤爪部１７（クランプ要素１７）のクランプ内面２６と２７は互いに調節され、クランプ鉤爪部１７は、２つの部品７と８が一緒に押圧されると径方向外側に移動し、２つの部品７と８が別々に押圧されると径方向内側に移動する。

スペーサ（図２に追加図示）が、クランプコーンの第２部品８に接している鉤爪状クランプ要素１７の後方端部２２に配置されており、それを通じて、クランプ要素１７は、周方向に所定間隔で相互離間されて保持されている。スペーサは、ガイドスリーブ２８内で軸方向に移動するようにガイドされた保持スリーブ２９を含んでおり、保持スリーブ２９は、軸方向に突出し、クランプ要素１７に対面した端部にて周方向に等間隔に離間された傾斜前表面３１を備えた複数の肩部３０を有する。保持スリーブ２９はガイドスリーブ２８内で移動でき、鉤爪状クランプ要素１７の方向に圧縮スプリング３２によって加圧されている。保持スリーブ２９の肩部３０は、鉤爪状クランプ要素１７の後方第２端部２２の溝部３３に係合し、それらの傾斜表面３１を溝部３３の基部の係合斜面３４に接触させた状態で存在する。

ガイドスリーブ２８は後方接触面３５を有しており、前方端には周方向に相互離間し、鉤爪状クランプ要素１７の後方第２端部２２に接触するために保持スリーブ２９の肩部３０同士間に延びる傾斜前方端部３７を備えた複数の環状部３６を有している。

分離状態で図５に図示する作動装置３８は、ツールホルダ４とは反対側の機械構成部材１の後方端に配置されており、それを通じてテンションロッド２の２つのロッド部品１５と１６が互いに反対方向に移動できる。作動装置３８はハウジング３９内に配置されているシリンダ（筒体）４０を含み、その中で、第１ピストンロッド４１とテンションロッド２の第１ロッド部品１５とを介してクランプコーンの第１部品７に接続された第１ピストン４２と、第２ピストンロッド４３とテンションロッド２の第２ロッド部品１６とを介してクランプコーンの第２ロッド部品８に接続されている第２ピストン４４とが、軸方向に移動でき、径方向に密封される。第２ピストン４４は環状ピストンとして設計されており、そこで第１ピストン４２のピストンロッド４１は移動するようにガイドされる。

図５から次のように、第１圧力チャンバ４５が、２つのピストン４２と４４の間に配置され、閉シリンダ４０でスリーブ４７の第１チャネル４６を介して第１接続部４８に接続される。第２圧力チャンバ５０は、第１ピストン４２と、シリンダ４０の後方端のハウジング３９に螺合された後方端部品４９の表面との間で画定され、第３圧力チャンバ５２は、第２ピストン４４と、シリンダ４０の前方端の閉リング５１との間で画定されている。第２圧力チャンバ５０および第３圧力チャンバ５２は、端部品４９とハウジング３９との間に延びる第２チャネル５３と、シリンダ４０とスリーブ４７との間に延びる第３チャネル５４とを介して第２接続部５５に接続されている。

上記したクランプデバイスは以下のように機能する。

作動装置３８の第１接続部４８が液圧による作用を受けると、２つのピストン４２と４４は離間し、クランプコーンの２つの部品７と８はピストンロッド４１と４３を介して互いに向けて移動し、テンションロッド２の２つのロッド部品１５と１６とクランプ要素１７は図３に示すクランプ位置に入る。このクランプ位置でクランプ要素１７のクランプ外面２０と２３は、機械構成部材１のツールホルダ４の円錐状内面２１と円錐状係合面２４に接し、ツールホルダ４は緊張（引張）状態で機械構成部材１の受領開口部５内に保持される。

クランプデバイスをリリースするには、第２接続部５５が液圧による作用を受け、２つのピストン４２と４４が互いに向けて移動する。よって、クランプコーンの２つの部品７と８は離間するように移動し、クランプ要素１７が図４で示すリリース位置に到達する。この位置にて、クランプコーンの２つの部品７と８の外側に接するクランプ要素１７は、それらのクランプ外面２０がツールホルダ４の内側で円錐状内面２１から離脱（脱係合）し、ツールホルダ４が円錐状受領開口部５から容易に外れるようになるまで、径方向内側方向に押圧される。

本発明のクランプアセンブリは上述の実施例には限定されない。例えば、クランプ要素は球状あるいは別の適した形状を有することができる。本発明のクランプシステムは中空円錐状クランプシステムで利用できるだけでなく、鋭くテーパしたクランプシステムあるいは他のクランプシステムでも利用できる。クランプアセンブリは、多角形シャンククランプシステム（ＰＳＣ）用のクランプアセンブリとして、球状クランプ要素を備えたクランプアセンブリとして、または他のツール交換システム用のクランプアセンブリとして、中空シャンクコーン（ＨＳＣ）でツールを保持するよう、および、コレットの形態の鋭角コーン（ＳＣ；steep cone）でツールを保持するように設計できる。クランプデバイスはワークピースのリリース可能な保持にも適している。異なる作動装置も、クランプコーンの２つの部品を一緒に、または別々に移動させるために使用できる。

１ 機械構成部材
２ テンションロッド
３ クランプアセンブリ
４ ツールホルダ
５ 円錐状受領開口部
６ 中空コーンシャンク
７ クランプコーンの第１部品
８ クランプコーンの第２部品
９ 円錐状クランプ領域
１０ 円錐状外面
１１ 円筒状ガイド領域
１２ ガイド部
１３ 円錐状クランプ領域
１４ 円錐状外面
１５ 第１ロッド部品
１６ 第２ロッド部品
１７ 鉤爪状クランプ要素
１８ 中央軸
１９ クランプ要素の第１端部
２０ 第１クランプ外面
２１ 円錐状内面
２２ クランプ要素の第２端部
２３ 第２クランプ外面
２４ 円錐状係合面
２５ 環状肩部
２６ 第１クランプ内面
２７ 第２クランプ内面
２８ ガイドスリーブ
２９ 保持スリーブ
３０ 肩部
３１ 表面
３２ 圧縮スプリング
３３ 溝部
３４ 係合面
３５ 後方接触面
３６ 環状部
３７ 傾斜前方端部
３８ 作動装置
３９ ハウジング
４０ シリンダ
４１ 第１ピストンロッド
４２ 第１ピストン
４３ 第２ピストンロッド
４４ 第２ピストン
４５ 第１圧力チャンバ
４６ 第１チャネル
４７ スリーブ
４８ 第１接続部
４９ 端部品
５０ 第２圧力チャンバ
５１ 閉リング
５２ 第３圧力チャンバ
５３ 第２チャネル
５４ 第３チャネル
５５ 第２接続部

Claims (13)

1. テンションロッド（２）を介して軸方向に可動であるクランプコーンと、前記クランプコーンの外側で周方向に互いに離間されて配置されている複数のクランプ要素（１７）とを備え、機械構成部材（１）にワークピースまたはツールまたはツールホルダ（４）をクランプするクランプデバイスのためのクランプアセンブリ（３）であって、前記テンションロッド（２）の軸方向移動によって径方向外側のクランプ位置と径方向内側のリリース位置との間で可動であるクランプアセンブリ（３）において、前記クランプコーンは軸方向に互いに反対向きに可動である２つの部品（７、８）を有していることを特徴とするクランプアセンブリ（３）。
2. 前記クランプ要素（１７）は、前記クランプコーンの前記２つの部品（７、８）を一緒に動かすことで前記径方向外側のクランプ位置に移動でき、前記クランプコーンの前記２つの部品（７、８）を別々に動かすことで径方向内側のリリース位置に移動できることを特徴とする請求項１記載のクランプアセンブリ（３）。
3. 前記テンションロッド（２）は、前記クランプコーンの第１部品（７）に接続されている第１ロッド部品（１５）と、前記クランプコーンの第２部品（８）に接続されている第２ロッド部品（１６）とを有していることを特徴とする請求項１または２記載のクランプアセンブリ（３）。
4. 前記第１ロッド部品（１５）は、筒状の前記第２ロッド部品（１６）内で軸方向に可動であるよう配置されていることを特徴とする請求項３記載のクランプアセンブリ（３）。
5. 前記クランプ要素（１７）は、前記クランプコーンの第１部品（７）の円錐状外面（１０）に接触するための第１クランプ内面（２６）と、前記クランプコーンの第２部品の円錐状外面（１４）に接触するための第２クランプ内面（２７）とを有していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のクランプアセンブリ（３）。
6. 前記クランプコーンの第１部品（７）は、円筒状ガイド領域（１１）を含んでおり、前記クランプコーンの第２部品（８）の中空円筒状ガイド部は前記円筒状ガイド領域（１１）上を移動するようガイドされることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のクランプアセンブリ（３）。
7. 前記クランプ要素（１７）は、円錐状平坦部によって形成されている第１クランプ外面（２０）および前記第１クランプ外面（２０）とは反対に傾斜し、さらに円錐状平坦部によって形成されている第２クランプ外面（２３）を備えたクランプ鉤爪部の形態に設計されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のクランプアセンブリ（３）。
8. 機械構成部材（１）内に配置されているクランプアセンブリ（３）と、前記クランプアセンブリ（３）に接続されている作動装置（３８）とを使用して、前記機械構成部材（１）にワークピースまたはツールまたはツールホルダ（４）をクランプするためのクランプデバイスであって、前記クランプアセンブリ（３）は請求項１から７のいずれか１項に従って設計されていることを特徴とするクランプデバイス。
9. 前記作動装置（３８）はハウジング（３９）内に配置されているシリンダ（４０）を含んでおり、前記シリンダ（４０）内で、第１ピストンロッド（４１）を介して前記クランプコーンの第１部品（７）に接続されている第１ピストン（４２）と、第２ピストンロッド（４３）を介して前記クランプコーンの第２部品（８）に接続されている第２ピストン（４４）が軸方向に動くように配置されていることを特徴とする請求項８記載のクランプデバイス。
10. 第１圧力チャンバ（４５）が２つのピストン（４２、４４）間に設置されており、前記第１圧力チャンバ（４５）は、シリンダ（４０）を包囲するスリーブ（４７）内の第１チャネル（４６）を介して第１接続部（４８）に接続されていることを特徴とする請求項９記載のクランプデバイス。
11. 第２圧力チャンバ（５０）が、前記第１ピストン（４２）と、シリンダ（４０）の後方端のハウジング（３９）内に螺合されている後方端部品（４９）の面部との間で画定されており、第３圧力チャンバ（５２）が、前記第２ピストン（４４）と、シリンダ（４０）の前方端の閉リング（５１）との間で画定されており、この場合に、前記第２圧力チャンバ（５０）および前記第３圧力チャンバ（５２）は第２接続部（５５）と接続されていることを特徴とする請求項９または１０記載のクランプデバイス。
12. 前記作動装置（３８）は、クランプ位置で前記クランプ要素（１７）を保持するクランプスプリングと、前記クランプ要素（１７）を前記クランプスプリングの力に抗してリリース位置まで移動させるリリース装置とを含んでいることを特徴とする請求項８記載のクランプデバイス。
13. 前記機械構成部材（１）は、回転するように取り付けられている工作機械のワークスピンドルである、駆動装置によって回転可能であることを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載のクランプデバイス。

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