JP2018001323A - 工作機械の工具アンクランプ装置と工具アンクランプ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具交換における工具のアンクランプに要する時間を短縮させた。【解決手段】工具アンクランプ装置３は、工具１３を装着した主軸６と、主軸内を軸方向移動して工具のクランプとアンクランプを行うコレット１５を連結したプッシュロッド１６と、プッシュロッド１６をクランプ方向に付勢する付勢部材２３と、油圧室２７内でプッシュロッド１６をアンクランプ方向に押すアンクランプ用ピストン２８とを備えた。油圧室２７に低圧油を供給する低圧油供給回路３７と、高圧油を供給する高圧油供給回路３６と、両者を切り換える切換弁３８とを備えた。工具交換の前段階で油圧室２７に低圧油を供給してプッシュロッド１６を押圧して付勢部材２３を圧縮準備させ、空間部１８にミスト状潤滑油を含むエアを充満させる。工具交換段階で油圧室２７に高圧油を供給して工具をアンクランプさせ、空間部１８のエアを工具とテーパ穴に噴出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の自動工具交換装置（ＡＴＣ）における工具交換時間の短縮を行えるようにした工作機械の工具アンクランプ装置とアンクランプ方法に関する。

工作機械の自動工具交換装置において、工具交換は工具を把持する主軸を備えた主軸ユニットと工具交換するチェンジャユニットとによって行われる。このような自動工具交換装置として例えば特許文献１，２に記載されたものが知られている。
特許文献１に記載された自動工具交換装置は、工具を交換する旋回アームと主軸の内部において軸線方向へスライドすることで工具をクランプまたはアンクランプするドローバの動作とのタイミングを調整する方法に関するものである。

また、特許文献２に記載のドローバ位置検出機構は、ドローバのクランプ方向及びアンクランプ方向の移動により、ドローバをアンクランプ方向に押圧する押圧部材に対して移動するドローバ移動検知部分の移動を検知する変位センサを設けている。変位センサによってドローバの位置を検出することで、工具が主軸に正しくクランプされていることを確認できるようにしている。

特許第５６２１３６８号公報 特許第４２３２０１７号公報

しかしながら、特許文献１や２に記載されたような工作機械の自動工具交換装置における工具アンクランプ装置では、工具のアンクランプとクランプは主軸内の油圧ピストンの動作によって行われている。特に工具クランプ状態にあるドローバをアンクランプ状態にするには、ドローバを工具のクランプ方向に付勢する皿ばね等のクランプバネを圧縮させるために油圧ピストンに大きな推力を必要とし、工具交換の支持後にドローバをアンクランプ位置に切り換えるためには長時間を要していた。そのため、工具交換に要する時間が長くなるという欠点があった。

また、主軸の先端のテーパ穴に工具のテーパシャンクを装着した状態で、工具と主軸とのテーパ穴での潤滑が不足したり、切削加工のために高速回転で主軸が加温されたり遠心力で主軸のテーパ穴が膨らんだ状態で大きな切削力が働くと、工具が主軸のテーパ穴の奥に押し込まれると工具が主軸のテーパ穴に食い付くことになる。その後、主軸の回転を停止させて温度が低下すると工具が更に主軸に食い付いてしまうことになる。
このような工具の食い付き状態から工具交換すると工具の抜き取りが困難になることがあった。そのため、この点でも、工具のテーパ穴内への食い付き状態から工具を交換することに長時間を要するという問題があった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、工具交換における工具のアンクランプに要する時間を短縮するようにした工作機械の工具アンクランプ装置とアンクランプ方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、主軸への工具の食い付きを軽減させて容易に引き抜きできるようした工作機械の工具アンクランプ装置とアンクランプ方法を提供することである。

本発明に係る工作機械の工具アンクランプ装置は、先端に工具が取り付けられる中空状の主軸と、主軸内に中心軸線方向に移動可能に配置されていて中心軸線方向の移動によって前記工具のクランプとアンクランプを選択的に行う工具把持部材と、工具把持部材を工具のクランプ方向に付勢する付勢部材と、工具把持部材をアンクランプ方向に移動させるアンクランプ用作動部材と、アンクランプ用作動部材に設けられていて油圧の供給によって工具把持部材をアンクランプ方向に押圧する油圧室とを備えた工作機械の工具アンクランプ装置において、油圧室に低圧油を供給してアンクランプ用作動部材によって工具把持部材及び付勢部材をアンクランプ方向に押圧する低圧油供給回路と、油圧室に低圧油より高圧の高圧油を供給してアンクランプ用作動部材によって付勢部材に抗して工具把持部材を押動させて工具のアンクランプを行う高圧油供給回路と、低圧油と高圧油を切り換えて油圧室に供給する切換部材とを備え、工具交換の前段階で油圧室に低圧油を供給してアンクランプ用作動部材を介して工具把持部材を低圧で押圧して付勢部材を圧縮準備させ、工具交換段階で油圧室に高圧油を供給してアンクランプ用作動部材を介して工具把持部材を押し込んで工具をアンクランプさせるようにしたことを特徴とする。
主軸の工具保持部に装着した工具を交換する際、工具交換の前段階で油圧室に低圧油を供給してアンクランプ用作動部材を作動させて工具把持部材を低圧で押圧すると共に付勢部材の圧縮準備を終了させておき、次の工具交換段階で油圧室に低圧油に代えて高圧油を供給してアンクランプ用作動部材を更に大きな荷重で作動させ、しかも工具交換段階で既に付勢部材の圧縮準備が終了しているために、工具把持部材を迅速に押し込んで工具を主軸から引き抜くことのできるアンクランプ状態にさせることができる。

また、主軸に設けられていて主軸の工具保持部の後側の空間部にエアまたは潤滑油を含むエアを供給する主軸エアブロー流路を備え、工具交換の前段階で、主軸エアブロー流路を通してエアを空間部に充満させることが好ましい。
工具交換前に空間部にエアを充満しておくため、工具交換の際に高速で工具の抜き取りが行われたとしても即応してエアを工具や主軸の工具保持部に噴出させることができるため、ごみ等の付着を阻止できる。しかも、エアにミスト状の潤滑油を混合させておくことで、迅速に工具や主軸の工具保持部を潤滑させることができて工具の食い付きを抑制できる。

また、アンクランプ用作動部材に設けられていて主軸エアブロー流路に接続可能な補助エアブロー流路を更に備え、工具交換の前段階で、アンクランプ用作動部材を押動して補助エアブロー流路を主軸エアブロー流路に接続させて、エアを空間部に充満させるようにしてもよい。
主軸エアブロー流路を備えた工具把持部材に補助エアブロー流路を備えたアンクランプ用作動部材を当接させることで、補助エアブロー流路からエアを空間部に送り込むことができる。

また、主軸に取り付けられた工具を自動交換のために把持するチェンジャアームが設けられており、チェンジャアームで工具を把持するときの衝撃で工具に対する主軸の食い付きを解除するようにしてもよい。
主軸の工具保持部に工具が食い付いたとしても、工具交換時にチェンジャアームが工具を把持する際の衝撃で食い付きを解除することができる。

本発明による工作機械の工具アンクランプ方法は、先端に工具が取り付けられる中空状の主軸と、主軸内に軸方向に移動可能に配置されていて中心軸線方向の移動によって工具のクランプとアンクランプを選択的に行う工具把持部材と、工具把持部材をクランプ方向に付勢する付勢部材と、工具把持部材をアンクランプ方向に移動させるアンクランプ用作動部材と、アンクランプ用作動部材に設けられていて油圧の供給によって工具把持部材をアンクランプ方向に押圧する油圧室とを備えた工作機械の工具アンクランプ方法において、工具交換の前段階で低圧油を油圧室に供給することでアンクランプ用作動部材を介して工具把持部材を低圧で押圧して付勢部材を圧縮させる準備動作を終了させ、工具交換段階で油圧室に供給する低圧油を高圧油に切り換えて工具把持部材を押し込んで工具をアンクランプさせるようにしたことを特徴とする。
本発明による工作機械の工具アンクランプ方法によれば、主軸の工具保持部に装着した工具を交換する際、工具交換の前段階で油圧室に低圧油を供給してアンクランプ用作動部材を作動させて工具把持部材を低圧で押圧して付勢部材の圧縮準備を終了させておき、次の工具交換段階で油圧室に低圧油に代えて高圧油を供給してアンクランプ用作動部材を更に大きな荷重で作動させると、既に付勢部材が圧縮される準備動作が終了しているため、工具把持部材を迅速に押し込んで工具を主軸から引き抜くことのできるアンクランプ状態にできるため、工具交換をより迅速に行える。

工具交換の前段階で、低圧油を油圧室に供給してアンクランプ用作動部材を工具把持部材に低圧で押圧させると共に、エアまたは潤滑油を混合したエアを主軸における工具保持部後側の空間部に供給して充満させる工程と、工具交換段階で、チェンジャアームによって工具を主軸から引き抜くことで空間部のエアを工具と工具保持部に噴出させるようにしてもよい。
工具を引き抜く際に、迅速にエアを空間部から噴出できるため、工具や工具保持部への潤滑油等の付着とゴミ等の除去を確実に行えて、工具交換をより迅速に行える。

また、チェンジャアームで主軸に装着された工具を把持した後で、油圧室に供給する低圧油を高圧油に切り換えてアンクランプ用作動部材を介して工具把持部材を押し込んで工具をアンクランプさせるようにしてもよい。
工具交換時に、チェンジャアームで工具を把持するときの衝撃で工具の食い付きを解除できると共に、高圧油で工具把持部材を押し込んで迅速に工具のアンクランプ状態にできる。

本発明に係る工作機械の工具アンクランプ装置とアンクランプ方法によれば、工具交換の前段階において低圧でアンクランプ用作動部材によって工具を保持する工具把持部材をアンクランプ方向に押圧させることで付勢部材の圧縮準備を終了させておき、次の工具交換段階において高圧油でアンクランプ用作動部材を介して工具把持部材をアンクランプ方向に押動することで、工具のアンクランプを短時間でスムーズに行うことができる。

本発明の実施形態による自動工具交換装置の主軸ユニットにおける工具アンクランプ装置の要部構成を示す断面図である。 図１に示す主軸ユニットのプッシュロッドとコレットの拡大断面図である。 図１に示す主軸ユニットにおける主軸エアブロー流路と補助エアブロー流路を示す部分断面図である。 図１に示す工具アンクランプ装置の油圧室に設けたアンクランプ用ピストンの拡大断面図である。 自動工具交換装置におけるチェンジャアームによる工具交換位置を示す要部説明図である。 工具アンクランプ装置における低圧油供給回路と高圧油供給回路を示す油圧回路図である。 実施形態における工具アンクランプ方法を示す通常モードのフローチャートである。 工具食い付き防止対策を施した工具アンクランプ方法を示す変形例によるフローチャートである。

以下、本発明の実施形態による工作機械の自動工具交換装置における工具アンクランプ装置について図１乃至図７に基づいて説明する。
図１乃至図４は実施形態による自動工具交換装置１の主軸ユニット２に設けた工具アンクランプ装置３を示すものである。図１に示す主軸ユニット２において、マシニングセンタ等の主軸頭(図示せず)に固定された略筒状のハウジング本体５と、その内部に軸受周りに回転可能に設けた中空状の主軸６と、主軸６の後部に進退可能に配設されたアンクランプ機構７とを備えている。なお、本明細書において、図１の主軸ユニット２の工具１３側を前側、前方とし、アンクランプ機構７側を後側、後方というものとする。
主軸６の前部は前軸受９を介してハウジング本体５に保持され、後部は後軸受１０を介してハウジング本体５に保持されている。ハウジング本体５内には、その前軸受９と後軸受１０の間に主軸６を中心軸線Ｏ回りに回転させるための電動モータＭ１として、内側にモータロータ１１が設置され、その外側にモータステータ１２が設置されている。

主軸６の前端部には、工具１３のテーパシャンク１３ａを嵌め込むテーパ穴６ａが工具保持部として形成され、工具１３のテーパシャンク１３ａの後端部にはプルスタッド１３ｂが設けられている。工具１３のテーパシャンク１３ａに続く先端側の外周面には後述するチェンジャアーム５３で把持するためのＶフランジ１３ｃが形成されている。
主軸６のテーパ穴６ａに連通していて中心軸線Ｏ方向に延びる略筒状の穴部６ｂが形成され、穴部６ｂ内の前側にはプルスタッド１３ｂを把持可能で中心軸線Ｏの前後方向に移動可能なコレット１５が設置されている。コレット１５の後部にはプッシュロッド１６が連結され、プッシュロッド１６はその後端部が主軸６の後端から突出している。そのため、プッシュロッド１６の前後動によってコレット１５が前後動することになる。コレット１５の先端部には工具１３のプルスタッド１３ｂを把持するための爪部１５ａが形成されている。

主軸６の穴部６ｂの先端にはテーパ穴６ａとの連通部に拡径された空間部１８が形成されている。コレット１５が穴部６ｂ内を前方に移動した場合には爪部１５ａが空間部１８内に進入し拡径して回動することでプルスタッド１３ｂを離し、コレット１５が後方に移動した場合には爪部１５ａが穴部６ｂ内に納められて縮径しプルスタッド１３ｂを把持することになる。
図２において、主軸６の穴部６ｂの中心軸線Ｏ方向には前側段部６ｃを介して拡径穴部６ｄが形成され、プッシュロッド１６には前側段部６ｃに係止可能な前部バネリテーナ２１とその後方に設けていてプッシュロッド１６に固定された後部バネリテーナ２２とが所定の間隔を開けて設置されている。前部バネリテーナ２１と後部バネリテーナ２２は拡径穴部６ｄ内に設置されている。前部バネリテーナ２１と後部バネリテーナ２２の間には、例えば皿ばね等からなる付勢部材２３が圧縮状態で取り付けられている。

そのため、プッシュロッド１６は付勢部材２３の付勢力によって後部バネリテーナ２２を介して後方(クランプ方向)に付勢されて穴部６ｂ内に引き込まれ、これによってコレット１５を後方に引き込んで工具１３のプルスタッド１３ｂをクランプする。付勢部材２３はプッシュロッド１６と共に後部バネリテーナ２２を拡径穴部６ｄ内で押動させる。また、後述するアンクランプ用ピストン２８でプッシュロッド１６が前方（アンクランプ方向）に押されると後部バネリテーナ２２が前側段部６ｃで係止された前部バネリテーナ２１との間で付勢部材２３を圧縮させる。
図３において、穴部６ｂの拡径穴部６ｄ内には、主軸６の後端部分から、プッシュロッド１６の穴通路、後部バネリテーナ２２の穴通路、付勢部材２３、前部バネリテーナ２１の穴通路を介して空間部１８にまで延びる管状の主軸エアブロー流路２５が形成されている。この主軸エアブロー流路２５を通して、後述するエアポート４１から流入するエアを空間部１８内に吹出すようになっている。

また図４に示すように、主軸６の後方には、アンクランプ機構７のシリンダ２６内に略円筒状の油圧室２７が中心軸線Ｏ回りに形成されている。油圧室２７の外周側には前後方向に拡径する拡径溝２７ａ、２７ｂが形成されており、その中心軸線Ｏ側の面が拡径溝２７ａ、２７ｂよりも縮径した縮径部２７ｃを形成する。プッシュロッド１６は主軸６の後端部に段部１６ａを有しており、段部１６ａの後方の軸部１６ｂは油圧室２７内を貫通してハウジング本体５の後方から外側に突出している。
この油圧室２７内にはアンクランプ用ピストン２８がプッシュロッド１６の軸部１６ｂに沿って進退可能に設置されており、アンクランプ用ピストン２８は本体部２８ａが油圧室２７と同軸に略円筒状に形成されている。アンクランプ用ピストン２８の後端部はハウジング本体５の後端面から外側に突出しており、ナット３１が螺合されている。このナット３１はアンクランプ用ピストン２８が前方に移動する際にハウジング本体５の後端面に当接することでストップし、アンクランプ用ピストン２８のアンクランプ方向の摺動範囲を規制する。

アンクランプ用ピストン２８の外周面には油圧室２７内の内周面に向けて本体部２８ａから拡径する略円板状の作動翼２８ｂが形成されている。油圧室２７の内周面に摺動可能に当接する作動翼２８ｂの外周面には油圧室２７の内周面との間をシールするシール部材２９が全周に亘って埋め込まれている。
また、油圧室２７の前側の拡径溝２７ａにはハウジング本体５の外周面からクランプ用油圧ポート３３が連通して形成されていて、高圧油が供給される。クランプ用油圧ポート３３から油圧室２７内に高圧油が供給されると作動翼２８ｂを後方に押動させてアンクランプ用ピストン２８を主軸６の後端から離間させる。そして、付勢部材２３の付勢力でプッシュロッド１６を後方に移動させてコレット１５を引き込むことで、爪部１５ａで工具１３のプルスタッド１３ｂをクランプする。

また、油圧室２７の後側の拡径溝２７ｂにはハウジング本体５の外周面からアンクランプ用油圧ポート３４が連通して形成されている。このアンクランプ用油圧ポート３４には、高圧油を供給する高圧油供給回路３６と低圧油を供給する低圧油供給回路３７とが接続されており、電磁弁等の切換弁３８によって選択的に回路を切り換えてアンクランプ用油圧ポート３４に高圧油と低圧油のいずれかを供給することができる。
なお、図６が高圧油供給回路３６及び低圧油供給回路３７を示す油圧回路図であり、切換弁３８で高圧油と低圧油を切り換え制御し、切換弁３９はクランプとアンクランプを切り換え制御する。なお、図６に示す油圧回路図の状態で切換弁３８はＯＦＦであり、圧力制御弁４２の働きで設定した低圧(低圧油)になる。切換弁３８をＯＮにすると高圧(高圧油)になる。圧力制御弁４２はＡポート通路のＣ点の圧力を設定以下に制御するので、図６に示す状態で油が流れて圧力が発生し低圧に下げる。切換弁３８がＯＮするとＣ点はＴポート(ドレンタンクへ戻る)になり、圧力は０になるため設定圧力より小さくなる。そのため、圧力制御弁４２は圧力を下げることをやめて元圧の高圧（高圧油）になり、切換弁３９に高圧油が送られる。

シリンダ２６内のアンクランプ用ピストン２８において、その前側部分には、プッシュロッド１６の周囲に補助エアブロー流路４０が形成されている。しかも、ハウジング本体５の外周面には補助エアブロー流路４０に連通するエアポート４１が形成されている。補助エアブロー流路４０は前端開口がプッシュロッド１６の段部１６ａに形成した主軸エアブロー流路２５の後端開口に対向している。しかも、図４に示すように、工具１３のクランプ状態でプッシュロッド１６の段部１６ａはアンクランプ用ピストン２８の前面と隙間Ｋを介して対向している。

図４において、エアポート４１に外部からエアを供給するエアブロー流路４３にはルブリケータ４４が設置されており、ルブリケータ４４によってエア内に潤滑油をミスト状にして混合させることができる。このエアブロー流路４３に設けた電磁弁４５をＯＮすることでミスト状の潤滑油を混合したエアをエアポート４１を介して補助エアブロー流路４０に供給し、主軸エアブロー流路２５を介して空間部１８に充満させてテーパ穴６ａに固定された工具１３のテーパシャンク１３ａに供給することができる。
なお、工具交換の際、後述するチェンジャアーム５３で工具１３を主軸６のテーパ穴６ａから引き抜いたタイミングで、エアポート４１から主軸エアブロー流路２５を介して空間部１８やテーパ穴６ａ及び工具１３のテーパシャンク１３ａにミスト状潤滑油を含むエアを噴出させると、エアの流れに時間を要するため工具交換に時間がかかる欠点がある。しかし、本実施形態において、工具交換の前段階で空間部１８内にエアを予め充満させておくことで、工具１３の抜き取り時に即応してエアを吹き付けることができる。

そして、アンクランプ用油圧ポート３４を通して油圧室２７に低圧油を供給した場合には、油圧によってアンクランプ用ピストン２８が押されて前方に移動し、プッシュロッド１６の段部１６ａを比較的弱い力で押圧して付勢部材２３を圧縮させる準備を終了させることができる。
一方、アンクランプ用油圧ポート３４を通して油圧室２７に高圧油を供給した場合には、油圧によってアンクランプ用ピストン２８が押されて前方に移動し、プッシュロッド１６の段部１６ａを強い力で押動させ、コレット１５を前進させて爪部１５ａが開くアンクランプ位置に移動させる。
なお、図１に示すハウジング本体５の後端面には、工具１３のクランプ状態とアンクランプ状態を検知する検出器４６が設置されており、プッシュロッド１６の軸部１６ｂの後端に連結された被検体４７の進退位置を検出してクランプ状態とアンクランプ状態を判別することができる。

図５は自動工具交換装置１のチェンジャアームユニット５０を示すものである。図５において、主軸ユニット２の主軸６のテーパ穴６ａに装着した工具１３に隣接してチェンジャアームユニット５０が設置されている。チェンジャアームユニット５０に対して主軸ユニット２とは反対側に工具マガジンのマガジンポット５１が設置されている。なお、マガジンポット５１は複数配列されているが、図５では１つを除いて省略されている。

チェンジャアームユニット５０において、回転可能なチェンジャアーム５３を支持するカムユニット５４にはチェンジャアーム５３の駆動モータＭ２が設置されている。チェンジャアーム５３の両端部には工具１３のＶフランジ１３ｃを把持するためのグリッパ５５が設けられている。
そして、チェンジャアーム５３を回転させることで、一方のグリッパ５５でマガジンポット５１内の新たな工具１３を把持し、他方のグリッパ５５で主軸６のテーパ穴６ａに嵌合された使用済み工具１３を把持して引き抜くことができる。チェンジャアーム５３を１８０度回転させることで工具１３を交換して新たな工具１３を主軸６のテーパ穴６ａに嵌合できる。

本実施形態による自動工具交換装置１の工具アンクランプ装置３は上述した構成を備えており、次にアンクランプ方法について図７に示すフローチャートに沿って説明する。
最初に工具１３のクランプ動作について説明すると、主軸６のテーパ穴６ａに工具１３のテーパシャンク１３ａを挿入した状態で、図６に示す切換弁３９を切換操作することで、図４に示すアンクランプ用油圧ポート３４を開放し、クランプ用油圧ポート３３に高圧油を投入して前側の拡径溝２７ａから油圧室２７へ供給する。
すると、油圧室２７内の油圧によってアンクランプ用ピストン２８は油圧室２７内で後退し、後端側の縮径部２７ｃに当接して止まる。これにより、プッシュロッド１６の段部１６ａとアンクランプ用ピストン２８との間に隙間Ｋが生じる。プッシュロッド１６は図１及び図２に示すように付勢部材２３の付勢力で後方に移動するため、コレット１５が穴部６ｂ内に引き込まれて爪部１５ａで工具１３のプルスタッド１３ｂを引き込んでテーパシャンク１３ａがテーパ穴６ａ内に嵌合保持される。
この状態で、電動モータＭ１を駆動することで工具１３と主軸６を一体回転させて図示しないワークを切削加工できる。

次に切削加工終了後に自動工具交換（ＡＴＣ）を行う。
図７において、工具交換の前段階として、主軸６や自動工具交換装置１のチェンジャアーム５３や各送り軸等を自動工具交換できる位置に設定する(オリエンテーションという)。主軸ユニット２のシリンダ２６において、切換弁３８、３９を切り換え操作することで、クランプ用油圧ポート３３を開放し、低圧油供給回路３７からアンクランプ用油圧ポート３４に低圧油を投入して後側の拡径溝２７ｂから油圧室２７へ供給する。
この低圧油の油圧によりアンクランプ用ピストン２８を油圧室２７内で前進させて隙間Ｋが小さくなり、更にアンクランプ用ピストン２８がプッシュロッド１６の段部１６ａに当接して止まる（Ｓ１０１）。しかも、アンクランプ用ピストン２８とプッシュロッド１６の当接により、アンクランプ用ピストン２８の補助エアブロー流路４０とプッシュロッド１６の段部１６ａに設けた主軸エアブロー流路２５とが接続される。

次に、エアブロー流路４３からミスト状の潤滑油を含むエアをエアポート４１を通して補助エアブロー流路４０に供給する（Ｓ１０２）。このエアは、アンクランプ用ピストン２８の補助エアブロー流路４０からプッシュロッド１６内の主軸エアブロー流路２５に送り込まれて主軸６の前方に送られて空間部１８内に吐出され、空間部１８内をミスト状の潤滑油を含むエアで充満させてエア圧を高めておく。
一方、図５に示す自動工具交換装置１のチェンジャアーム５３は、マガジンポット５１の次に使用する新たな工具１３と主軸ユニット２の主軸６に装着された使用済みの工具１３の中間に上下方向の向きに位置する。

そして、主軸６の空間部１８へのエアブロー動作（Ｓ１０２）とほぼ同時にまたは前後して、自動工具交換装置１のチェンジャアーム５３が９０度反時計回りに旋回して（Ｓ１０３）、主軸６に嵌合保持された使用済みの工具１３のＶフランジ１３ｃを一方のグリッパ５５で把持する（Ｓ１０４）。このときの衝撃で、主軸６のテーパ穴６ａに嵌合されていた工具１３は食い付きが緩和される。また、チェンジャアーム５３の他方のグリッパ５５でマガジンポット５１に収納された次に使用する工具１３のＶフランジ１３ｃを把持する。

次に、工具交換段階において、切換弁３８によって低圧油供給回路３７から高圧油供給回路３６に切り換えて、高圧油をアンクランプ用油圧ポート３４を通して油圧室２７に投入する（Ｓ１０５）。すると、アンクランプ用ピストン２８を高圧で更に前進させて段部１６ａでプッシュロッド１６を押し込む。これによって、付勢部材２３が圧縮されてプッシュロッド１６を前進させる。アンクランプ用ピストン２８はナット３１がハウジング本体５の後端面に当接することで停止する。

プッシュロッド１６の前進によってコレット１５が押されるため爪部１５ａが空間部１８内で開き、プルスタッド１３ｂを解放する。プッシュロッド１６及びコレット１５で押された工具１３は主軸６のテーパ穴６ａとの嵌合を解除されてアンクランプされる。
更に工具１３の後部に設けた空間部１８内に潤滑油を含むエアが充満しているために、工具１３の食い付き解放に寄与する。

そして、主軸６のテーパ穴６ａに把持された工具１３はチェンジャアーム５３で引き抜かれ、マガジンポット５１に収納された新たな工具１３も同時に引き抜かれる（Ｓ１０６）。このとき空間部１８に充満された潤滑油を含むエアは主軸６のテーパ穴６ａと工具１３のテーパシャンク１３ａに吹き付けられてミスト状の潤滑油を付与すると共に、付着したゴミ等を吹き飛ばす。しかも、エアは工具交換の前段階で空間部１８内に充満しておくために、工具１３の引き抜きと同時に主軸６のテーパ穴６ａと工具１３のテーパシャンク１３ａにミスト状潤滑油を含むエアを吹き付けることができ、迅速な工具交換動作に遅れを取らない。
次に、チェンジャアーム５３を更に１８０度旋回させて引き戻すことで（Ｓ１０７）、マガジンポット５１から抜き出した新たな工具１３を主軸６のテーパ穴６ａ内に差し込むことができる（Ｓ１０８）。新たな工具１３の差し込み時にも主軸エアブロー流路２５からミスト状の潤滑油を含むエアが噴射されており、テーパシャンク１３ａとテーパ穴６ａに吹き付けられる。これによって、工具１３のテーパ穴６ａ内への食い込みを抑制できる。工具１３のテーパ穴６ａへの差し込み終了後にエアポート４１へのエアの供給が終了する（Ｓ１０９）。

次に、アンクランプ用油圧ポート３４を開放し、クランプ用油圧ポート３３に高圧油を投入して前側の拡径溝２７ａから油圧室２７へ供給する（Ｓ１１０）。これによって、アンクランプ用ピストン２８が後退してプッシュロッド１６から離れる。プッシュロッド１６は付勢部材２３の付勢力でクランプ位置に後退し、同様に後退するコレット１５の爪部１５ａによって新たな工具１３のプルスタッド１３ｂをクランプする。
そして、チェンジャアーム５３を９０度逆方向に旋回戻りさせて（Ｓ１１１）、工具自動交換サイクルを終了する。

上述したように本実施形態による自動工具交換装置１の工具アンクランプ装置３によれば、工具交換の前段階において、予め低圧油によってアンクランプ用ピストン２８でプッシュロッド１６を押圧して付勢部材２３の圧縮準備を終了させておくことで、工具交換段階でのプッシュロッド１６のアンクランプ位置への押し込み動作及びコレット１５による工具１３の開放とチェンジャアーム５３による工具１３の引き抜きを迅速に行うことができて、工具交換をより高速に行うことができる。
しかも、低圧油によるアンクランプ用ピストン２８を介したプッシュロッド１６の押圧、チェンジャアーム５３で工具１３を把持する時の衝撃等によって、工具１３の主軸６のテーパ穴６ａへの食い込みを解除することができるので、この点でも工具交換を迅速に行うことができる。

また、工具交換の前段階で、主軸６のテーパ穴６ａに嵌合した工具１３の後ろ側の空間部１８内にミスト状潤滑油を含むエアを予め充満させておくことで、チェンジャアーム５３による工具交換が短時間で瞬時に行われる場合でも、工具１３の抜き取りに即応してミスト状潤滑油を含むエアを空間部１８から噴射させ、テーパ穴６ａや工具１３に潤滑油を与えると共にゴミ等を吹き飛ばすことができる。しかも、噴射されるミスト状の潤滑油によって新たな工具１３のテーパ穴６ａへの食い込みを低減できる。

なお、本発明による自動工具交換装置１の工具アンクランプ装置と工具アンクランプ方法は、上述した実施形態によるものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能である。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述した実施形態による自動工具交換装置１の工具アンクランプ装置３及び工具アンクランプ方法と同一または同様な部材、部品には同一の符号を用いて説明する。

図８は上述した実施形態による自動工具交換装置１の工具アンクランプ装置及び工具アンクランプ方法の変形例を示すものである。
本変形例では、シリンダ２６で低圧油を油圧室２７に供給してアンクランプ用ピストン２８を前進させてプッシュロッド１６の後端を押圧し、補助エアブロー流路４０から主軸エアブロー流路２５を通して空間部１８内にミスト状潤滑油を含むエアを充満させたことを図８のフローチャートにおけるＳ１１２の工程で確認してから、チェンジャアーム５３を９０度回転させて工具１３を把持するようにした。
空間部１８内へのエアの充満を確認する手段として、例えばタイマー等でエアブローの吐出開始から充満するまでの所定時間の経過を確認してもよいし、空間部１８内のエア圧を検知するセンサ等を設置してもよい。
これによって、チェンジャアーム５３による工具１３の交換と空間部１８からのエアの噴射とを確実にリンクさせることができる。

また、本実施形態において、工具交換前の段階で、ミスト状潤滑油を含むエアを空間部１８に充填するに際し、アンクランプ用ピストン２８に設けられた補助エアブロー流路４０からプッシュロッド１６の主軸エアブロー流路２５を介して主軸６のテーパ穴６ａとその後部の穴部６ｂとの間の空間部１８に送って充満させるようにしたが、本発明はこのような構成に限定されない。
例えば、アンクランプ用ピストン２８に補助エアブロー流路４０を設けることなく、主軸エアブロー流路２５に接続するエアポート４１をハウジング本体５の外周面に設けて、エアブロー流路４３からミスト状の潤滑油を含むエアを供給するようにしてもよい。この場合でも、工具交換の前段階でエアを空間部１８に充満することができる。なお、噴射させるエアに潤滑油を含まなくてもよい。
なお、本発明において、プッシュロッド１６とコレット１５は工具把持部材に含まれ、アンクランプ用ピストン２８はアンクランプ用作動部材に含まれ、切換弁３８，３９は切換部材に含まれる。

１ 自動工具交換装置
２ 主軸ユニット
３ 工具アンクランプ装置
５ ハウジング本体
６ 主軸
６ａ テーパ穴
１３ 工具
１３ａ テーパシャンク
１３ｂ プルスタッド
１５ コレット
１６ プッシュロッド
１８ 空間部
２３ 付勢部材
２５ 主軸エアブロー流路
２７ 油圧室
２８ アンクランプ用ピストン
３３ クランプ用油圧ポート
３４ アンクランプ用油圧ポート
３６ 高圧油供給回路
３７ 低圧油供給回路
３８ 切換弁
４０ 補助エアブロー流路
４１ エアポート
５１ マガジンポット
５３ チェンジャアーム
Ｋ 隙間

Claims (7)

1. 先端に工具が取り付けられる中空状の主軸と、前記主軸内に中心軸線方向に移動可能に配置されていて中心軸線方向の移動によって前記工具のクランプとアンクランプを選択的に行う工具把持部材と、前記工具把持部材を工具のクランプ方向に付勢する付勢部材と、前記工具把持部材をアンクランプ方向に移動させるアンクランプ用作動部材と、前記アンクランプ用作動部材に設けられていて油圧の供給によって前記工具把持部材をアンクランプ方向に押圧する油圧室とを備えた工作機械の工具アンクランプ装置において、
   前記油圧室に低圧油を供給して前記アンクランプ用作動部材によって前記工具把持部材及び前記付勢部材をアンクランプ方向に押圧する低圧油供給回路と、
   前記油圧室に低圧油より高圧の高圧油を供給して前記アンクランプ用作動部材によって前記工具把持部材を押動させて工具のアンクランプを行う高圧油供給回路と、
   前記低圧油と高圧油を切り換えて前記油圧室に供給する切換部材とを備え、
   工具交換の前段階で前記油圧室に低圧油を供給して前記アンクランプ用作動部材を介して前記工具把持部材を低圧で押圧して前記付勢部材を圧縮準備させ、工具交換段階で前記油圧室に高圧油を供給して前記アンクランプ用作動部材を介して前記工具把持部材を押し込んで工具をアンクランプさせるようにしたことを特徴とする工作機械の工具アンクランプ装置。
2. 前記主軸に設けられていて前記主軸の工具保持部の後側の空間部にエアまたは潤滑油を含むエアを供給する主軸エアブロー流路を備え、
   前記工具交換の前段階で、前記主軸エアブロー流路を通して前記エアを前記空間部に充満させるようにした請求項１に記載された工作機械の工具アンクランプ装置。
3. 前記アンクランプ用作動部材に設けられていて前記主軸エアブロー流路に接続可能な補助エアブロー流路を更に備え、
   前記工具交換の前段階で、前記アンクランプ用作動部材を押動して前記補助エアブロー流路を前記主軸エアブロー流路に接続させて、前記エアを前記空間部に充満させるようにした請求項２に記載された工作機械の工具アンクランプ装置。
4. 前記主軸に取り付けられた工具を自動交換のために把持するチェンジャアームが設けられており、前記チェンジャアームで工具を把持するときの衝撃で工具に対する主軸の食い付きを解除するようにした請求項１から３のいずれか１項に記載された工作機械の工具アンクランプ装置。
5. 先端に工具が取り付けられる中空状の主軸と、前記主軸内に中心軸線方向に移動可能に配置されていて中心軸線方向の移動によって前記工具のクランプとアンクランプを選択的に行う工具把持部材と、前記工具把持部材をクランプ方向に付勢する付勢部材と、前記工具把持部材をアンクランプ方向に移動させるアンクランプ用作動部材と、前記アンクランプ用作動部材に設けられていて油圧の供給によって前記工具把持部材をアンクランプ方向に押圧する油圧室とを備えた工作機械の工具アンクランプ方法において、
   工具交換の前段階で低圧油を前記油圧室に供給することで前記アンクランプ用作動部材を介して前記工具把持部材を低圧で押圧して前記付勢部材を圧縮させる準備動作を終了させ、工具交換段階で前記油圧室に供給する低圧油を高圧油に切り換えて前記工具把持部材を押し込んで工具をアンクランプさせるようにしたことを特徴とする工作機械の工具アンクランプ方法。
6. 工具交換の前段階で、低圧油を前記油圧室に供給して前記アンクランプ用作動部材を前記工具把持部材に低圧で押圧させると共に、エアまたは潤滑油を混合したエアを前記主軸における工具保持部の空間部に供給して充満させる工程と、
   工具交換段階で、チェンジャアームによって工具を主軸から引き抜くことで前記空間部のエアを工具と工具保持部に噴出させるようにした請求項５に記載された工作機械の工具アンクランプ方法。
7. 前記チェンジャアームで前記主軸に装着された工具を把持した後で、前記油圧室に供給する低圧油を高圧油に切り換えて前記アンクランプ用作動部材を介して前記工具把持部材を押し込んで工具をアンクランプさせるようにした請求項６に記載された工作機械の工具アンクランプ方法。

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