JP2021041528A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なるサイズの多数の対象物をチャック本体の収容開口部に挿入でき、チャック本体又はそれらの収容開口部を異なるサイズのコレットチャックに適合させることなく、この開口部の中心位置にロックする。【解決手段】組み立てられた状態で、チャック本体の収容開口部とコレットチャックとの間に配置され、円錐形芯出し面に位置を合わせて中央に配置されたアダプタスリーブが備えられ、アダプタスリーブの外側輪郭は、収容開口部の内側輪郭に適合され、コレットチャックは、軸方向に移動できるようにアダプタスリーブに取り付けられること、アダプタスリーブの内側輪郭は、コレットチャックの外側輪郭と相互作用する内側に傾斜した接触面を有し、コレットチャックが牽引要素によってチャック本体内に引き込まれると、コレットチャックの内径が減少し、それにより対象物がコレットチャックによって中央に保持され、位置合わせされる。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、特許請求の範囲における請求項１のプレアンブル部分による、対象物、特に工作機械、工具などで機械加工される工作物を中央に配置し、繰り返し正確に支持するためのクランプ装置に関する。

このようなクランプ装置は、工作機械で加工される工作物を保持するために何十年も使用されてきた。この場合、加工される工作物の一部の領域がコレットチャック内に配置され、コレットチャックによって空間に固定される。これにより、空間に突き出ている対象物の部分に自由にアクセスできるため、工作機械の工具で加工できる。クランプされる対象物の外側輪郭は、コレットチャックの内側輪郭を決定する。これは、収容開口部のジャケット面に至る接触面と水平方向に先細りする接触面により、コレットチャックがチャック本体に引き込まれると圧縮されるためである。通常、コレットチャックは、例えば加硫プロセスで対応する形状が与えられる複数のセグメントで構成されており、金属又はばね鋼で製造されたコレットチャックのセグメント間の空間は、加硫によるプラスチック又はゴム材料で接続されている。その結果として、コレットチャックは半径方向にある程度の弾性を有している。

チャック本体は収容開口部を有し、その内側輪郭はコレットチャックの外側輪郭に適合されなければならない。一方で、これは、収容開口部の内側輪郭を内側に傾斜するように設計する必要があり、コレットチャックが収容開口部に引き込まれると、半径方向、すなわち、クランプされる対象物の方向に圧縮され、それにより、コレットチャックの内径の減少を保証するということを意味する。他方、コレットチャックは、基準値として機能するその長手方向軸に関し、収容開口部の中央で位置合わせする必要がある。したがって、コレットチャックの長手方向軸と収容開口部の長手方向軸は同軸でなければならない。コレットチャックと駆動可能に連結され、チャック本体の軸方向に移動可能な牽引要素により、対応する大きな引張り力がコレットチャックに加えられ、コレットチャックを収容開口部の内部に引き込むことができる。収容開口部の内壁に存在する傾斜により、半径方向の力成分が発生し、これにより加硫にて相互に接続されたコレットチャックのセグメントが圧縮され、その結果、コレットチャックに挿入された対象物にクランプ力を及ぼす。

各コレットチャックは、まず、クランプされる対象物の外側輪郭に適合しなければならず、その結果、コレットチャックの外形寸法は少なくとも特定の制限範囲内で必然的に事前決定されることが欠点であることが分かっている。クランプされる対象物の外径が、他の対象物での前の外径よりもかなり大きい場合、それぞれのコレットチャックを製造して特別な設計として使用できるものの、このように拡大されたコレットチャックを特定の収容開口部を備えるチャック本体で使用することは、しばしば不可能である。したがって、コレットチャックのサイズの違いを補償するために、異なるサイズの収容開口部をチャック本体に設ける必要がある。しかしこれは、機械加工される対象物の外部形状が大幅に変化した場合、時間の掛かる、したがって費用の掛かる工作機械での再加工処置を実行しなければならないことを意味する。

したがって、本発明の課題は、異なるサイズの多数の対象物をチャック本体の収容開口部に挿入でき、チャック本体又はそれらの収容開口部を異なるサイズのコレットチャックに適合させることなく、この開口部の中心位置にロックできるように、前述のタイプのクランプ装置をさらに発展することである。

この課題は、請求項１の特徴的部分の特徴によって解決される

本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項から導き出される。

チャック本体の収容開口部とコレットチャックとの間に配置され、円錐形芯出し面に位置を合わせて中央に配置されたアダプタスリーブが備えられること、アダプタスリーブの外側輪郭が、収容開口部の内側輪郭に適合されていること、コレットチャックが軸方向に移動できるように、アダプタスリーブに取り付けられること、及び、アダプタスリーブの内側輪郭は、コレットチャックの外側輪郭と相互作用する内側に傾斜した接触面を有し、コレットチャックが牽引要素によってチャック本体に引き込まれたとき、コレットチャックの内径が減少し、それにより対象物が中央に保持され、位置を合わせて配置されることから、間に配置されたアダプタスリーブが空間的な補償を果たすため、異なるサイズの多数の対象物が、対応するように適合されたコレットチャックとともに、チャック本体の同一の収容開口部に挿入され、中央に配置する方法で固定される。その結果、対応する大きなアダプタスリーブが、コレットチャックの外形に適合されることになり、これらは迅速にかつ容易に交換できる。したがって、それぞれのコレットチャックは、対応するように適合されたアダプタスリーブとともに、機械加工される対象物の外部形状とチャック本体の収容開口部の内部形状との両方を補償する一種のモジュラーシステムを形成する。その結果、対応して異なって設計された収容開口部を備えるチャック本体を交換する際、変換対策を必要としない。

アダプタスリーブは独立した部品であるため、さまざまな設計のチャック本体における既存の収容開口部の内側輪郭に有利な方法で適合させることができ、同時にそれぞれのコレットチャックを受け入れて、中央に配置して固定できる。その結果、それぞれの用途や、クランプされる対象物の、したがってコレットチャックの一般的な構造形状に応じて異なる設計のアダプタスリーブを使用するだけでよいので、チャック本体で変換措置を実行する必要がない。

さらに、モジュラーシステムを製造元から提供することができ、アダプタスリーブとコレットチャックのそれぞれのペアをクランプする様々な対象物のために提示できる。これにより、それぞれの用途に適合し、製造コストが非常に低い非常に個別の設計が可能になる。

アダプタスリーブに組み込まれ、取り付けられた状態で収容開口部の長手方向軸に平行に延びるスロットは、保持リングに形成され、そこから突出しており、これにより、コレットチャックを動かして、保持される対象物を固定できる。すなわち、スロットは個々のセグメントを保持リングから突出させ、これらは、複数のフィンガで一対の把持プライヤのようにクランプされる工作物に作用する。これは、コレットチャックが牽引要素によってチャック本体の収容開口部に引き込まれるとすぐに、コレットチャックがアダプタスリーブの傾斜した接触面に押し付けられるためである。アダプタスリーブの内径が減少すると、コレットチャックのセグメント又はフィンガが収容開口部の長手方向軸の方向に押され、最初にクランプされる対象物と効果的に接触する。そして、コレットチャックが収容開口部にさらに引き込まれると、クランプ力が半径方向に生成され、それにより、対象物がコレットチャックにロックされる。

さらに、保持リングは、保持リングを牽引要素と連結するために、例えば、３つ以上のバヨネット開口部からなるバヨネットロックを有利に備えることができる。したがって保持リングは、牽引要素に割り当てられているバヨネットロックの対応部分にのみ配置され、それをねじることにより、アンダーカットが生成され、それにより軸方向の引張り力が支持され、牽引要素からコレットチャックに伝達される。コレットチャックを回転に対して牽引要素に固定するために、コレットチャックを正しい位置に保持するためのねじが設けられている。

スロットが長手方向軸の方向に異なる幅を有する場合、これは一方で、コレットチャックの分離されたセグメント又はフィンガの移動可能性を増加し、他方、コレットチャックのセグメント又はフィンガの自由端とクランプされる対象物との間の接触面を増加させることができる。スロットは、長手方向軸の方向にＶ字型にすることができ、Ｖ字型スロットの向きは、コレットチャックの所望の剛性又は曲げ弾性によって決まる。

コレットチャックのチャック開口部への進入を制限するために、アダプタスリーブの外側端面又はチャック本体の内側に接触面が設けられ、それによってコレットチャックの調整移動が制限される。

クランプ状態が達成されるとすぐに、収容開口部の長手方向軸に関するコレットチャックの位置合わせを容易かつ確実に確認できるべきである。これは、１つ以上の空気ダクトが組み込まれた、アダプタスリーブとコレットチャックの間に空気移送アダプタを設けることで実現される。空気ダクトの入力側は、圧力ポンプと評価装置に接続され、空気ダクトの出力は、アダプタスリーブの接触面又は収容開口部内の停止リングに割り当てられる。コレットチャックが接触面又は停止リング上にあるとすぐに、圧力ポンプは周囲の空気をチャネルに押し込むことによって加圧状態を作り出す。空気ダクトの出口側の１つがコレットチャックで覆われていない場合、周囲の空気が漏れ、加圧状態は低圧レベルに達する。これは、評価装置によって決定可能であり、設定圧力を利用して、コレットチャックがアダプタスリーブの停止面又は収容開口部内の停止リングに完全に接触しているかどうか、すなわち全周に亘って接触しているか確認できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に説明する。

収容開口部が組み込まれたチャック本体、収容開口部内で軸方向に移動可能な牽引要素、収容開口部に挿入されたアダプタスリーブ、及びアダプタスリーブを貫通するコレットチャックからなり、対象物が位置を合わせて中央に保持されたクランプ装置の初期状態の断面図を示す。 図１ａによる装置を分解図で示す。 アダプタスリーブとコレットチャックとの間に配置され、コレットチャックの正確なクランプ状態をチェックするために３つの空気ダクトが組み込まれている空気移送アダプタを有する、図１ａによるクランプ装置のさらなる実施形態を示す。 チャック本体に設けられた停止部を有する、図２ａによるクランプ装置の分解図を示す。 圧力ポンプと、クランプ状態をチェックするための評価装置を有し、クランプ状態にある図２ａによるクランプ装置を示す。 異なる構成の対象物、及びそれらに適合されたコレットチャックを有する、図１ｂによるクランプ装置（その１）を示す。 異なる構成の対象物、及びそれらに適合されたコレットチャックを有する、図１ｂによるクランプ装置（その２）を示す。 異なる構成の対象物、及びそれらに適合されたコレットチャックを有する、図１ｂによるクランプ装置（その３）を示す。

図１ａ及び図１ｂは、対象物２を中央に配置し、繰り返し精度をもって支持するクランプ装置１を示す。対象物２は、工作機械で加工される工作物として、又は工具などとして設計することができる。クランプされる対象物２の外側輪郭は任意であり得る。

クランプ装置１は、本質的に、収容開口部４が組み込まれたチャック本体３からなる。収容開口部４の長手方向軸は、参照番号５が付与されており、チャック本体３に支持される対象物２の位置合わせのための基準として機能する。したがって、それぞれの対象物２の回転軸又は対称軸は、クランプ状態で長手方向軸５と同軸に整列されるべきであり、それにより、対象物２は、チャック本体３の規定された位置で支持される。多数の同一の対象物２は、しばしば、それらの機械加工のためにチャック本体３で支持される必要があるため、同一の対象物２が交換されるとき、それらは収容開口部４の長手方向軸５に関して繰り返し可能な方法で固定されることが必要である。

チャック本体３の内部には、例えば空気圧又は液圧ピストンとして設計された牽引要素６が設けられている。牽引要素６は、電気モータによって駆動することもできる。牽引要素６は、チャック本体３の収容開口部４に軸方向に移動可能な配置で取り付けられ、したがって、以下に詳細に説明されるように、開始位置からクランプ位置に移動する。

コレットチャック７は、チャック本体３上で機械加工される対象物２を固定するために使用され、これはそれぞれの牽引要素６に動作可能に接続されている。コレットチャック７の内側輪郭は、クランプされる対象物２の外側輪郭に適合されており、それぞれの対象物２はコレットチャック７の内部に挿入され得る。

円錐形に構成された芯出し面８は、収容開口部４の入口領域に機械加工される。したがって、芯出し面８は、外側から内側に、すなわち長手方向軸５の方向に傾斜しており、収容開口部４に挿入されるか、又は挿入されているアダプタスリーブ１１を長手方向軸５に関して位置合わせし、それをチャック本体３上に支持することを意図されている。

それぞれのアダプタスリーブ１１の外側輪郭は、収容開口部４の内側輪郭に適合される。また、アダプタスリーブ１１は、挿入後、チャック本体３に設けられたねじ穴２６に螺合する固定ねじ２５により、チャック本体３に回転不能に固定される。その結果、アダプタスリーブ１１は、挿入後、それ自身の軸周りに、又は長手方向に移動できない。

アダプタスリーブ１１の内側には、クランプ状態でコレットチャック７の外側輪郭と相互作用するテーパの付いた接触面１２がある。したがって、コレットチャック７の外側輪郭は、挿入状態又はクランプ状態でアダプタスリーブ１１の接触面１２と接触している。

コレットチャック７の外面にはいくつかのスロット１３が加工されており、それらは組み立てられた状態で収容開口部４の長手方向軸５と平行に延びる。スロット１３は、それらの長さにわたって異なる幅を有する。組み込まれたスロット１３により、セグメント又はグリッパフィンガ２０がコレットチャック７に生成され、クランプされる対象物２に作用する。さらに、コレットチャック７は保持リング１４からなり、その上にそれぞれのセグメント又はグリッパフィンガ２０が形成され、そこから突出している。保持リング１４は、コレットチャック７と牽引要素６との駆動連結のために、牽引要素６の対応する開口部に組み込まれる３つのバヨネットロック１５を有することが好ましい。したがって、保持リング１４のバヨネットロック１５は、組み立て工程中に牽引要素６の対応する位置決め穴に挿入され、例えば２０°から３０°だけ捻ることによってそれらに押し込まれる。その結果、保持リング１４のバヨネットロック１５と牽引要素６に設けられた対応するレセプタクルとの間に一種のアンダーカットが生成され、それを介して牽引要素６の軸方向に作用する力がコレットチャック７に伝達される。保持リング１４が牽引要素６の収容開口部から意図せずに又は望まれずに外れることを防止するために、アダプタスリーブ１１を通して挿入され、摩擦によってコレットチャック７の外側に作用するねじ２７が設けられており、回転しないように固定されている。

コレットチャック７がアダプタスリーブ１１に挿入され、コレットチャック７と牽引要素６の間の駆動連結が確立された場合、牽引要素６をその初期位置からクランプ位置に移動することにより、コレットチャック７を収容開口部４の内部に引き込むことができる。それぞれの対象物２は、コレットチャック７の内側に配置されている。アダプタスリーブ１１は、外側から内側に傾斜した円錐形接触面１２を有するので、スロット１３によって形成されたセグメント又はグリッパフィンガ２０は、長手方向軸５の方向に共に押される。これにより、コレットチャック７の内径が減少し、クランプされる対象物２の表面に直接作用する半径方向のクランプ力を生成する。この半径方向のクランプ力により、それぞれの対象物２は、位置的に方向付けられた方法でコレットチャック７に保持され、セグメント２０は、アダプタスリーブ１１の均一に延びる円錐形接触面１２により、対象物２の方向に同期して進むので、コレットチャック７上の対象物２の中央配置が達成される。

アダプタスリーブ１１は、最初にチャック本体３の収容開口部４に挿入される。チャック本体３の外側端面にはねじ穴９が設けられ、アダプタスリーブ１１の外側端面には対応する貫通穴９’が設けられている。これらねじ穴９及び貫通穴９’は、互いに同一直線上に配置されなければならず、そして、アダプタスリーブ１１は、ねじによってチャック本体３に取り付けできる。

図２ａ、２ｂ及び２ｃは、本発明によるクランプ装置１のさらなる実施形態を示す。さらに、空気移送アダプタ２１が、アダプタスリーブ１１とコレットチャック７との間に配置されている。３つの空気ダクト２２が空気移送アダプタ２１に組み込まれ、チャック本体３に設けられた空気ダクト２２と共通の圧縮空気システムを形成する。空気ダクト２２の入口側は、圧力ポンプ２３と評価ユニット２４に接続されている。

さらに、停止リング１７がコレットチャック７に設けられるか、又は、リング状接触面１８が収容開口部４の内側に設けられている。コレットチャック７が牽引要素６によってチャック本体３の内部に引き込まれるとすぐに、停止リング１７又はコレットチャック７はリング状接触面１８に到達する。一方でこれは、コレットチャック７の調整移動Δｓを機械的に制限し、他方で、コレットチャック７とアダプタスリーブ１１の外側、又はコレットチャック７の保持リング１４との間にこのように生成された接触位置は、内側環状接触面１８での所望の正確な位置決めのために、空気移送アダプタ２１を用いてチェックできる。これは、周囲空気を強制する圧力ポンプ２３により、空気移送アダプタ２１の空気ダクト２２内に正圧が生成されるという事実による。停止リング１７がアダプタスリーブ１１と同一平面にあるか、又はコレットチャック７がリング状接触面１８と同一平面にある場合、空気ダクト２２内の正圧は、その排気口が密閉されているため、一定となる。空気ダクト２２はアダプタスリーブ１１の外側に開いており、生成された過剰な空気圧は停止リング１７に直接作用するか、又は、空気ダクト２２はリング状接触面１８の領域で外側に開いており、したがって、コレットチャック７の保持リング１４によって閉じられる。コレットチャック７の傾斜、又は傾斜した位置決めにより、コレットチャック７と停止リング１７との間に、又はコレットチャック７の保持リング１４とリング状接触面１８との間に空気ギャップが生じた場合、空気ダクト２２内に押し込まれた周囲空気は逃げ、空気圧は特定の限界値を下回る。これは、空気ダクト２２に割り当てられた評価装置２４によって検出できるので、対応するチェックがこの装置によって実行される。例えば、コレットチャック７の不正確な位置決めが検出された場合、工作機械は停止される。

図３ａは、コレットチャック７が、外歯を有する歯車の形態の対象物２も保持することを示している。このように構成された歯車２は、上述した方法でコレットチャック７によってコレットチャック７の外側領域に保持されることになる。この目的のために、コレットチャック７の内側輪郭は、対象物２の外歯に対応する内歯を有する。したがって、セグメント２０は、対象物２の外歯に作用する。

図３ｂは、立方体の対象物２もコレットチャック７に保持されることを示す。対象物２の多角形の外側輪郭は、コレットチャック７の内側で対応して再現され、その結果、対象物２の特定の領域がコレットチャック７の内部に挿入され、対象物２は、適切に形作られたコレットチャック７の表面によって支持される。

図３ｃは、クランプされる対象物２の幾何学形状の別の変形を示し、この場合楕円形の基部を有している。したがってコレットチャック７は、楕円形の対象物２の外側輪郭を再現し、先と同様に、対象物２の位置が定まり、中心に固定される。

したがって、保持される対象物２は、コレットチャック７の内側輪郭を規定する。チャック本体３に組み込まれた収容開口部４は、通常変更できないので、それぞれのアダプタスリーブ１１が、収容開口部４の内壁とコレットチャック７との間のギャップを埋める。さらに、アダプタスリーブ１１の内側輪郭は、モジュラーシステムの方法でコレットチャック７の外側輪郭に適合させることができる。したがって、コレットチャック７及びそれぞれのアダプタスリーブ１１は、取り付け対を形成する。したがって、アダプタスリーブ１１は、収容開口部４とコレットチャック７との間のギャップを補償するために使用され、アダプタスリーブ１１は、チャック本体３の収容開口部４に関して使用されるコレットチャック７の外側輪郭を補償する。

１ クランプ装置
２ 対象物
３ チャック本体
４ 収容開口部
５ 長手方向軸
６ 牽引要素
７ コレットチャック
８ 芯出し面
９ ねじ穴
９’ 貫通穴
１１ アダプタスリーブ
１２ 接触面
１３ スロット
１４ 保持リング
１５ バヨネットロック
１７ 停止リング
１８ 環状接触面（リング状接触面）
２０ セグメント（グリッパフィンガ）
２１ 空気移送アダプタ
２２ 空気ダクト
２３ 圧力ポンプ
２４ 評価装置
２５ 固定ねじ
２６ ねじ穴
２７ ねじ
Δｓ 調整移動

Claims (8)

1. 対象物（２）、特に工作機械、工具などで機械加工される工作物を中央に配置し、繰り返し正確に支持するためのクランプ装置（１）であって、
   − 前記対象物（２）の芯出し基準としての長手方向軸（５）を有する収容開口部（４）が組み込まれたチャック本体（３）と、
   − 前記収容開口部（４）に軸方向に移動可能に取り付けられた牽引要素（６）と、
   − 前記収容開口部（４）の前記長手方向軸（５）を中心に前記収容開口部（４）に挿入され、前記牽引要素（６）に駆動可能に連結されたコレットチャック（７）と、
   − 前記収容開口部（４）の入口領域の内壁に加工された円錐形芯出し面（８）とからなるクランプ装置（１）において、
   組み立てられた状態で、前記チャック本体（３）の前記収容開口部（４）と前記コレットチャック（７）との間に配置され、前記円錐形芯出し面（８）に位置を合わせて中央に配置されたアダプタスリーブ（１１）が備えられ、
   前記アダプタスリーブ（１１）の外側輪郭は、前記収容開口部（４）の内側輪郭に適合され、
   前記コレットチャック（７）は、軸方向に移動できるように前記アダプタスリーブ（１１）に取り付けられること、及び、
   前記アダプタスリーブ（１１）の内側輪郭は、前記コレットチャック（７）の外側輪郭と相互作用する内側に傾斜した接触面（１２）有し、
   前記コレットチャック（７）が前記牽引要素（６）によって前記チャック本体（３）内に引き込まれると、前記コレットチャック（７）の内径が減少し、それにより前記対象物（２）が前記コレットチャック（７）によって中央に保持され、位置合わせされることを特徴とするクランプ装置（１）。
2. 前記アダプタスリーブ（１１）に、複数のスロット（１３）が組み込まれ、これらのスロット（１３）は、組み立てられた状態で前記収容開口部（４）の前記長手方向軸（５）に平行に延び、
   前記アダプタスリーブ（１１）は、前記牽引要素（６）に連結された保持リング（１４）を有し、それによって前記スロット（１３）に隣接して延びる前記アダプタスリーブの個々のセグメントが保持されることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記アダプタスリーブ（１１）の前記保持リング（１４）は、互いに間隔を置いて配置された複数のバヨネットロック（１５）によって前記牽引要素（６）に挿入され、回転によって前記牽引要素（６）に固定されることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
4. 前記スロット（１３）は、それらの長さ方向に異なる幅で寸法設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のクランプ装置。
5. 前記アダプタスリーブ（１１）の外側端面（１６）に、停止リング（１７）が一体に形成され、前記コレットチャック（７）が前記収容開口部（４）に引き込まれたとき、前記停止リング（１７）が前記コレットチャック（７）を支え、前記コレットチャック（７）の調整移動（Δｓ）を制限すること、又は、
   前記チャック本体（３）の内部に環状接触面（１８）が設けられ、前記コレットチャック（７）が引き込まれたとき、前記コレットチャック（７）が前記環状接触面（１８）に支えられ、前記コレットチャック（７）の前記調整移動（Δｓ）が制限されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のクランプ装置。
6. 前記アダプタスリーブ（１１）と前記コレットチャック（７）との間に空気移送アダプタ（２１）が設けられ、その中に複数の空気ダクト（２２）が組み込まれていること、
   前記空気ダクトの入口に割り当てられた圧縮空気ポンプ（２３）及び評価装置（２４）が設けられ、前記空気ダクト（２２）の出力側は、前記停止リング（１７）又は前記環状接触面（１８）に面すること、及び、
   クランプ動作中の圧力状態は、前記圧縮空気ポンプ（２３）によって設定され、前記評価装置（２４）によって監視されることを特徴とする請求項５に記載のクランプ装置。
7. 前記アダプタスリーブ（１１）は、前記チャック本体（３）に形成されたねじ穴（２６）にねじ込まれたねじ（２５）によって回転しないように固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のクランプ装置。
8. 前記コレットチャック（７）は、前記牽引要素（６）のねじ（２７）によって回転しないように固定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のクランプ装置。

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