JP2738847B2 - 工具ヘッドのクランプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ヘッド本体に対し回転割出し自在に設けた
タレットヘッドに、工具ヘツドを自動的にクランプ、ア
ンクランプすることができる工具ヘツドのクランプ装置
に関する。

［従来の技術］ 従来、例えば金属加工機等のタレットヘッドに対する
工具ヘッドの取付け、取外しは、作業者の手作業によっ
てボルト締め等の煩雑な作業によって行なわれていた。

しかし、近年この種の加工においては例えば自動車車
種の多様化により自動車用エンジンのシリンダ等に関し
ても種類が増え、多品種少量生産になって来ている。こ
れにより、加工種類の増加とともに、タレットヘッドへ
の工具ヘッドの取替え作業の頻度も多くなり、従来のよ
うに手作業で交換していたのでは、交換時間がかかって
加工機の稼働率を低下させるとともに大重量の工具ヘッ
ドの取扱い上の危険性等の問題があった。

このため、工具ヘッドの交換を人手によらず工具ヘッ
ドの搬送とクランプ装置との組み合わせにより、完全に
自動化することが要請されている。

そこで、本発明は工具ヘッドのタレットヘッドへのク
ランプ、アンクランプを自動的に行わせる機構を提供
し、上記問題点を解決しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、工具ヘッド側に複数の切欠きを有する係合
フランジを設けるとともに、タレットヘッド側に上記係
合フランジに切欠きを介して通過可能でかつ回動によっ
て締付け係合する締付リングを回動自在に設け、この締
付リングをヘッド本体に設けた２つのシリンダによって
ラック・ピニオンを介して正逆回転動作させるととも
に、同時に締め付け、締め付け解除動作させるように
し、しかも、調整リングによって締付面の摩耗に対して
も常に適正なクランプ圧を調整できるようにすることに
より、ボルト締め等の煩雑な手作業が要らず、工具ヘッ
ドのクランプ・アンクランプを自動的に行うことがで
き、作業上の安全性も高く、工具ヘッドの取替え時間を
大幅に短縮でき、よって加工機の稼働率を向上できるよ
うにしたものである。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明において、工具ヘッド側の装着面には複数箇所
に切欠きを形成した環状の係合フランジが固定され、タ
レットヘッド側の各装着面には上記係合フランジに対応
して上記各切欠きを通過しかつ回動によって上記係合フ
ランジに係合する複数の係合爪を有する締付リングが回
動自在に設けられ、該締付リングをヘッド本体に設けた
２つのシリンダによって正逆回動動作させることにより
工具ヘッドをタレットヘッドにクランプ、アンクランプ
するようにしている。

また、上記締付リングは外周面に外接ギヤを形成して
いるとともに内周面にねじ部を形成し、上記外接ギヤに
両側にて噛合する２本のラック軸がタレットヘッドに進
退自在に設けられ、工具ヘッド取替え位置に対応して上
記ヘッド本体側にはそれぞれのピストンロッドが上記各
ラック軸に対向するように２つのシリンダが設けられて
いる。そして、上記一方のシリンダによって一方のラッ
ク軸を前進させることで締付リングを回動させ回動と同
時に締付リングを軸方向に引き込みその係合爪で係合フ
ランジを締め付けてクランプし、他方のシリンダによっ
て他方のラック軸を前進させることで締付リングを反対
方向に回動させてその係合爪を係合フランジの切欠きに
対応させ回動と同時に締付リングを軸方向に戻して締め
付けを解除してアンクランプすることが行なわれる。

さらにタレットヘッド側の各装着面には、上記締付リ
ングのねじ部に螺合するねじを外周に形成した調整リン
グが回り止め状態で設けられるとともに、この調整リン
グの内側面は凸状の円弧面に形成され、この円弧面に接
して上記調整リングに内嵌するリング押えがタレットヘ
ッドに固定されている。調整リングを用いるのは、後述
の様に常に適正な締め付け力を与えるためである。

［作用］ 工具ヘッドの取替え時には、タレットヘッド上の該当
する工具ヘッドを例えば上方のヘッド取替え位置に割出
す。

この位置では２つのシリンダのピストンロッドがタレ
ットヘッドの各ラック軸に対向され、クランプ状態で後
退されている他方のラック軸を他方のシリンダが押す。
これによりラックと外接ギヤを介して締付リングが回動
され、一方のラック軸も従動してアンクランプ方向に後
退される。

締付リングの回動とともに調整リングとの間のねじを
介して調整リングが上昇され、係合フランジに対する締
付力が解除される。他方のシリンダの前進限によって締
付リングの回転は定位置に停止する。この位置で締付リ
ングの各係合爪は係合フランジの各切欠きに対応し、例
えばマニプレータ等で工具ヘッドを引っ掛けて上方へ持
ち上げることにより工具ヘッドをタレットヘッドから取
り外す。

次に、新しい工具ヘッドをタレットヘッドに装着す
る。

マニプレータ等で新しい工具ヘッドを搬入しタレット
ヘッドの装着面に対し上方より下ろすことにより、ロケ
ートピンで工具ヘッドを位置決めし、同時にタレットヘ
ッド側の回転伝達軸と係合される。係合フランジはその
切欠き位置で締付リングの係合爪を貫通し、係合爪は係
合フランジのクランプ面より上方へ位置される。

工具ヘッドはタレットヘッド側の当り面に載置され、
次に上記他方のシリンダはそのピストンロッドを後退し
他方のラック軸への押圧を解除すると同時に、一方のシ
リンダがそのピストンロッドで一方のラック軸を押して
前進させ、これにより、ラックと外接ギヤを介して締付
リングがアンクランプ時とは反対方向に回動され、他方
のラック軸も従動してクランプ方向に後退される。

締付リングの回動とともに調整リングとの間のねじを
介して締付リングが下降され、係合フランジを締付け
る。

この締付力にて締付リングが固定される。これによ
り、係合フランジはタレットヘッド側の当り面と締付リ
ングとで挟まれた状態で締着固定される。これでクラン
プ終了となる。

クランプ終了後は、上記一方のシリンダのピストンロ
ッドを後退させ、一方のラック軸への押圧を解除する。
これで両シリンダはタレットヘッドから切離された状態
となる。

［実施例］ 次に、本発明の具体的実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明のクランプ装置を備えたタレットヘッ
ドを示す側面図、第２図は工具ヘッドの搬送手段も含む
加工装置全体を示す側面図、第３図はタレットヘッド側
の工具ヘッドの装着面を示す平面図、第４図は同上矢印
Ａ方向から見た側面図、第５図は工具ヘッド側の装着面
を示す平面図、第６図はタレットヘッドへの工具ヘッド
装着時のクランプ状態を示す第３図におけるＢ−Ｂ矢視
断面図、第７図は係合フランジと締付リングとの係合関
係を示すクランプ時の要部拡大平面図、第８図は同上ア
ンクランプ時の要部拡大平面図、第９図は第８図のＣ−
Ｃ断面図、第10図は調整リングの作用を説明するための
要部の断面図、第11図はマニプレータによる工具ヘッド
把持構造を示す要部の拡大図である。

まず、第１図において、タレットヘッド１は中心軸２
を中心に例えば４等配位置に４つの装着面３を形成し、
ヘッド本体４の傾斜取付面５に上記中心軸２を中心に回
転割出し可能に取付けられている。

ヘッド本体４には、図示しないがタレットヘッド１の
回転割出し機構およびクランプアンクランプ機構が内蔵
されているとともに、スピンドル駆動用モータ６が設け
られ、割出されたタレットヘッド１側の回転伝達軸７に
対し回転力を伝達するようになっている。

タレットヘッド１の各装着面３にはそれぞれ１本また
は複数本の工具Ｔを保持した工具ヘッドとしてのギャン
グヘッド８がそれぞれ着脱自在に装着されている。

第２図において、上記ヘッド本体４は加工送りユニッ
ト９のサドル10上に搭載され、送りモータ11によりワー
クＷに向かって進退自在に設けられている。そして、サ
ドル10の後退端位置がギャングヘッド８の取替えのため
の位置であり、この位置でタレットヘッド１の上方に位
置される装着面３に対しギャングヘッド８の取替えが行
えるようにしている。

ギャングヘッド８の搬送手段として支持フレーム12の
上部に水平に支持された案内レール13に沿って、マニプ
レータ14が往復移動自在に吊支されている。

このマニプレータ14はシリンダ等で昇降動自在のリフ
ター15を有し、このリフター15の先端に設けた把持アー
ム16によってギャングヘッド８を把持し、持ち上げるこ
とによりギャングヘッド８をタレットヘッド１より取外
すようになっている。そして、取外したギャングヘッド
８を案内レール13に沿って後方の工具ヘッドマガジン
（図示せず）等へ搬送し、次に装着すべきギャングヘッ
ド８を工具ヘッドマガジンからタレットヘッド１へ移送
するものである。

把持アーム16によるギャングヘッド８の把持構造は例
えば第11図で示すように、ギャングヘッド８の両側面に
耳部17をそれぞれ設け、この耳部17にピン穴17aの形成
し、把持アーム16に突設したピン16aを上記ピン穴17aに
下方より挿入し耳部17に引っ掛けてギャングヘッド８を
持ち上げる構造となっている。

次に、第３図ないし第９図により、タレットヘッド１
側の装着面３とギャングヘッド８側の装着面18の構造を
対比的に説明する。

タレットヘッド１側の装着面３は第３図および第４図
に示すように、中心に回転伝動軸７と一体のスプライン
7aが、両側位置にロケートピン19、19が突設され、上記
スプライン7aと同心的に環状の当接座20が固定されてい
る。

これに対応し、ギャングヘッド８側の装着面18は第５
図で示すように、中心に上記回転伝動軸７のスプライン
7aに結合されるスピンドル21と一体のスプライン21a
が、両側位置に上記ロケートピン19、19と嵌合する位置
決め用のブッシュ22、22が取付けられている。また、上
記スプライン21aと同心的に環状の係合フランジ23が固
定されている。

この係合フランジ23には上記当接座20の当り面20aに
当接可能な接合部24および中心に向かって突設したフラ
ンジ部25がそれぞれ全周に一体に突出形成されている。
このフランジ部25には例えば等配位置４箇所にそれぞれ
内側に開放した切欠き26が形成されている。

この係合フランジ23に対応してタレットヘッド１側に
は、この係合フランジ23の内側に嵌合可能な環状の締付
リング27が軸７と同心的に回動自在に取付けられてい
る。

この締付リング27の上部には外側に向かって等配位置
４箇所に係合爪28が一体に突出形成され、この係合爪28
が上記係合フランジ23の各切欠き26より通過し、締付リ
ング27の回動によりフランジ部25の内側端面に係合され
るようになっている。また、締付リング27の下部外周面
には外接ギヤ29が形成され、中間部内周面にはねじ部30
が形成されている。

また、タレットヘッド１側には上記外接ギヤ29の両側
において噛合するたがいに平行な２本のラック軸31、32
がそれぞれ進退自在に設けられている。この各ラック軸
31、32は、ブッシュ46によりそれぞれ摺動自在に案内支
持され、各基端は、タレットヘッド１の各装着面３の一
側面に開口された開口部33、34にそれぞれ対応してい
る。

そして、工具ヘッド取替え位置に対応するヘッド本体
４側に、ブラケット35を介して２つのシリンダ36、37が
固定され、この２つのシリンダ36、37の各ピストンロッ
ド36a、37aが上記２本のラック軸31、32に対向されてい
る。ここでは、一方のシリンダ36がクランプ作動用に、
他方のシリンダ37がアンクランプ作動用に用いられる。

さらに、他方のラック軸32には上記開口部34内部の段
部との間に縮設されたスプリング38が介装され、このス
プリング38は常時ラック軸32を後退方向にすなわちクラ
ンプ作動方向に付勢している。

また、タレットヘッド１側には上記締付リング27のね
じ部30に内接される調整リング39が回り止め状態で設け
られている。この調整リング39は外周に上記ねじ部30と
螺合するねじ40が形成され、また、内周やや上寄りに凸
状の円弧面41が内周全周に形成されている。そして、こ
の調整リング39はタレットヘッド１に複数のボルト45に
よって固定されたリング押え42の傾斜状の支持面42aに
対し上下左右方向に微動可能に収納されている。上記ボ
ルト45は調整リング39に形成した凹部39aにもその一側
部を係合させ、調整リング39の回り止めの作用もなして
いる。

なお、43は接合部24に対し切粉やごみが入らないよう
にするためのカバーで、当接座20には吹きだめ44が形成
されている。

以上の構成により、タレットヘッド１の工具ヘッド取
替え位置に割出された装着面３に対し、ギャングヘッド
８の取替え動作を説明する。

ギャングヘッド８の取外しは、第３図で示すギャング
ヘッドクランプ状態の後退位置に保持されている他方の
ラック軸32に向かって、アンクランプ用のシリンダ37を
作動し、そのピストンロッド37aによってラック軸32を
押す。このラック軸32はスプリング38に抗して前進され
る。このラック軸32の前進によって外接ギヤ29を介し締
付リング27が第３図の矢印方向に回転され、これに従動
して一方のラック軸31が外方向に後退される。締付リン
グ27が回転されると、第７図から第８図で示すように、
各係合爪28は係合フランジ23の各切欠き26の位置に近づ
き、同時にねじ部30を介して締付リング27が上方へ移動
し、係合爪28のフランジ部23に対する締付力28が解かれ
る。

上記シリンダ37の前進限で各係合爪28は第８図のよう
に完全に各切欠き26と一致し、かつ係合爪28の係合面と
フランジ部25の上面との間に隙間が形成されるため、ギ
ャングヘッド８を容易に取出し可能な状態となり、すな
わちアンクランプ状態となる。

マニプレータ14はリフター15を下降させた状態でギャ
ングヘッド８の耳部17の下方へ横移動により把持アーム
16を挿入し、ピン16aが耳部17のピン孔17aに対応する位
置で停止される（第11図の状態）。そして、リフター15
を上昇させることで、ピン16aがピン穴17aに係合し、耳
部17を引っ掛けてギャングヘッド８を持ち上げ、タレッ
トヘッド１より取外す。

マニプレータ14はギャングヘッド８を把持したまま案
内レール13に沿って図示しない工具ヘッドマガジンへ運
び、このマガジンへ受け渡すと、マガジンから次に割り
出されたギャングヘッド８を把持して再びタレットヘッ
ド１の装着面３の上方位置に運び込む。

ここで、装着面３の締付リング27を上記のようにアン
クランプ位置に維持した状態で、マニプレータ14のリフ
ター15を下降させ、ギャングヘッド８を装着面３におろ
す。ロケートピン19、19とブッシュ22、22および、スプ
ライン7aと21aがそれぞれ係合し、切欠き26を介してフ
ランジ部25が係合爪28を通過し、当り面20aに係合フラ
ンジ23の当接部24が密着することによりギャングヘッド
８は装着面３に確実に位置決めされる。

次に、アンクランプ用のシリンダ37のピストンロッド
37aを後退復帰させ、ラック軸32への押圧を解くと同時
に、クランプ用のシリンダ36を作動し、そのピストンロ
ッド36aによって一方のラック軸31を押して前進させ
る。

このラック軸31の前進によって外接ギヤ29を介し締付
リング27が第８図の状態から矢印方向に回転され、これ
に従動して他方のラック軸32が後退される。締付リング
27が回転されると、係合爪28は第７図の状態のように係
合フランジ23のフランジ部25に重なり、同時にねじ部30
を介して締付リング27が下方へ移動し、係合爪28がフラ
ンジ部23の上面を押圧する。このようにして、タレット
ヘッド１側の当り面20aと係合爪28との間で係合フラン
ジ23を挟み込むようにして締付け固定する。

この位置で締付リング27の回転が完全に停止し、タレ
ットヘッド１と締付リング27とギャングヘッド８とが三
者一体に固く結合され、クランプ完了となる。

クランプ完了後は、クランプ用のシリンダ36のピスト
ンロッド36aを後退復帰させ、ラック軸31から離し、両
シリンダ36、37を完全にタレットヘッド１から切離す。

そして、タレットヘッド１はヘッド本体４に対しアン
クランプされ、回転により所望のギャングヘッド８を下
降位置へ割出すことにより、次の加工が開始される。

なお、係合フランジ23側や締付リング27側の締付面に
摩耗や傷等が生じ、その減りが偏っている場合には、第
10図で示すように、調整リング39の円弧面41が、リング
押え42に線接触を保ちながら偏りに応じて例えば２点鎖
線で示すように姿勢を変えることができるため、係合爪
28は係合フランジ23の全周を均一な締付力でクランプす
る。

なお、タレットヘッド１の回転或は加工時において、
振動や衝撃等で締付リング27を締付方向とは反対方向に
回転させようとする力が作用した場合に、他方のラック
軸32に介装されているスプリング38がその力を打ち消
し、締付リング27の戻り回転を防止している。

［発明の効果］ 本発明によれば、ボルト締め等の煩雑な手作業が要ら
ず、工具ヘッドのクランプ・アンクランプを自動的に行
うことができ、作業上の安全性も高く、工具ヘッドの取
替え時間を大幅に短縮でき、よって加工機の稼働率を向
上できる。

工具ヘッドのタレットヘッドへのクランプ・アンクラ
ンプ動作をシリンダ制御によって自動的に行えるため
に、これに例えばマニプレータの動きや工具ヘッドマガ
ジン等へのヘッド交換装置をシーケンス的に連動させる
ことにより、作業者の手作業を介さずにタイミングよく
効率的なヘッド交換が行える。

また、締付リングは、回動動作によって同時に締付動
作も行なうので、係合フランジに対し、その締付面に応
じて常に適正な締付力がかかり、確実なクランプがなさ
れる。

さらに、調整リングにより、その内周の円弧面とリン
グ押えとの当接部分でその支点が容易に変更できるの
で、締付リングは上下左右方向に微動可能であり、締付
け時の係合爪に係る締付け力の移動に対しても締付リン
グ全周に柔軟性を有し締め付けを完璧に行えるととも
に、例えば締付リングと係合フランジとの間の締付面の
摩耗等によってその減りが偏っていた場合に、クランプ
動作によってその偏りに応じて調整リングの姿勢が変化
し、係合フランジの全周を常に均一な締付力でクランプ
することができ、クランプ状態での工具ヘッドのがたつ
きが防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクランプ装置を備えたタレットヘッド
を示す側面図、第２図は工具ヘッドの搬送手段も含む加
工装置全体を示す側面図、第３図はタレットヘッド側の
工具ヘッドの装着面を示す平面図、第４図は同上矢印Ａ
方向から見た側面図、第５図は工具ヘッド側の装着面を
示す平面図、第６図はタレットヘッドへの工具ヘッド装
着時のクランプ状態を示す第３図におけるＢ−Ｂ矢視断
面図、第７図は係合フランジと締付リングとの係合関係
を示すクランプ時の要部拡大平面図、第８図は同上アン
クランプ時の要部拡大平面図、第９図は第８図のＣ−Ｃ
断面図、第10図は調整リングの作用を説明するための要
部の断面図、第11図はマニプレータによる工具ヘッド把
持構造を示す要部の拡大図である。 １……タレットヘッド、３……装着面、４……ヘッド本
体、８……工具ヘッドとしてのギャングヘッド、18……
装着面、23……係合フランジ、26……切欠き、27……締
付リング、28……係合爪、29……外接ギヤ、30……ねじ
部、31……一方のラック軸、32……他方のラック軸、36
……一方のシリンダ、36a……ピストンロッド、37……
他方のシリンダ、37a……ピストンロッド、38……スプ
リング、39……調整リング、40……ねじ、41……円弧
面、42……リング押え。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ヘッド本体に対し回転割出し可能に設けた
   タレットヘッドに、工具ヘッドをクランプする装置にお
   いて、工具ヘッド側の装着面には複数箇所に切欠きを形
   成した環状の係合フランジを固定し、タレットヘッド側
   の各装着面には上記係合フランジに対応して上記各切欠
   きを通過しかつ回動によって上記係合フランジに係合す
   る複数の係合爪を有する締付リングを回動自在に設け、
   前記締付リングは外周面に外接ギヤを形成し、該外接ギ
   ヤに両側にて噛合する２本のラック軸をタレットヘッド
   に進退自在に設け、工具ヘッド取替え位置に対応してヘ
   ッド本体側に２つのシリンダをそれぞれのピストンロッ
   ドが前記各ラック軸に対向するように設け、シリンダの
   作用によって前記締付リングを正逆回動動作させること
   により工具ヘッドをタレットヘッドにクランプ、アンク
   ランプすることを特徴とする工具ヘッドのクランプ装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の工具ヘッドのクランプ装置
   において、前記締付リングの内周面にねじ部を形成し、
   タレットヘッド側の各装着面には、上記締付リングのね
   じ部に螺合するねじを外周に形成した調整リングを回り
   止め状態で設けるとともに、この調整リングの内側面を
   凸状の円弧面に形成し、この円弧面に接して上記調整リ
   ングに内嵌するリング押えをタレットヘッドに固定し、
   上記一方のシリンダによって一方のラック軸を前進させ
   ることで締付リングを回動させ回動と同時に締付リング
   を軸方向に引き込みその係合爪で係合フランジを締め付
   けてクランプし、他方のシリンダによって他方のラック
   軸を前進させることで締付リングを反対方向に回動させ
   てその係合爪を係合フランジの切欠きに対応させ回動と
   同時に締付リングを軸方向に戻して締め付けを解除する
   ことを特徴とする工具ヘッドのクランプ装置。