JP2805163B2

JP2805163B2 - 工作機械の工具クランプ装置

Info

Publication number: JP2805163B2
Application number: JP23339389A
Authority: JP
Inventors: 邦彦尾崎; 覚藤森; 憲秀前田
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1998-09-30
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JPH0398705A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、自動工具交換装置（ATC）によって主軸に
受け渡される工具をクランプ及びアンクランプする工作
機械の工具クランプ装置に関する。

従来の技術従来、この種の工作機械に採用されている工具クラン
プ装置は、主軸頭に回転自在に支承された主軸がその前
端に開口する工具挿入孔と、該工具挿入孔に続いて軸心
部を貫通する貫通孔とを有し、前記貫通孔に軸方向へ摺
動自在に設けられたドローバーの前端に、前記工具挿入
孔に差し込まれた工具のプルスタッドに係脱可能な把持
部材が連結され、前記ドローバーを前記主軸に嵌挿した
ばね部材によって主軸後方へ引き込むと、前記把持部材
が閉じて工具を前記主軸にクランプし、前記ドローバー
を前記ばね部材に抗して主軸前方へ押し出すと、前記把
持部材が開いて工具をアンクランプするようになってい
る。

而して、クランプ力を得るための前記ばね部材には通
常、多数の皿ばねを積層したものが使用され、また、ア
ンクランプ時に前記皿ばねに抗して前記ドローバーを押
し出す手段として油圧シリンダが用いられている。

発明が解決しようとする課題しかし、上記従来の工具クランプ装置では、積層した
皿ばねにより前記ドローバーに大きな引き込み力を付与
して所定のクランプ力を得ているので、前記ばね部材に
抗して前記ドローバーを押し出すには大きな押圧力（通
常、約3ton）のアンクランプ力を必要とし、このため容
量の大きい油圧シリンダが使用されている。そして、該
油圧シリンダをATCの動作にカム機構を介して連動させ
る場合にはカム機構も大きくなり、装置全体が著しく大
きくなるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもの
で、工具のクランプ時に前記ドローバーに付与する引き
込み力を小さくして、アンクランプ時に前記ドローバー
を押し出すための油圧シリンダその他のアクチュエータ
の小形化及び省力化を図ると共に、前記アクチュエータ
をATCの動作にカム機構を介して連動させる場合の前記
カム機構を小さくし、もって装置全体がコンパクトに構
成できる工作機構の工具クランプ装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段上記目的を達成するために、本発明においては、工具
のアンクランプ時に前記ドローバーを押し出す手段とし
て、前記主軸軸線の外周に配設され、主軸軸線に対し直
角方向へ作用する作動力を主軸軸線方向へ変換しながら
増大して、前記ドローバーを前方へ押し出すトグル装置
と、前記トグル装置に前記作動力を付与するアクチュエ
ータを採用し、かつ、前記工具のクランプ時に前記ドロ
ーバーを前記主軸に対して固定保持する一方、アンクラ
ンプ時の動作途中に前記ドローバーを解放するロック機
構を設けたことを特徴とする。

前記トグル装置は、前記主軸の直径方向に相対向して
設けることが好ましい。

作用上記の技術的手段により、工具のアンクランプ時に
は、前記アクチュエータの作動力を前記トグル装置によ
り主軸軸線方向へ変換しながら増大し、この増大された
力で前記ドローバーを主軸前方へ押し出して前端の把持
部材を開く。そして、工具挿入孔から工具を取り外す。

また、工具のクランプ時には、前記ドローバーが前記
ロック機構によって主軸に対して固定保持されるから、
前記ドローバーに引き込み力を付与するばね部材のばね
圧が小さくても前記工具に対するクランプは強固かつ確
実である。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図面は自動工具交換装置（ATC）を備えた工作機械の
工具主軸に本発明を適用した例を示しており、第１図は
クランプ状態を示す縦断正面図、第２図はアンクランプ
状態を示す要部縦断正面図である。

図において、１は主軸頭、２は主軸で、主軸頭１内に
軸方向に間隔をおいて配設した一対の軸受3,4により回
転自在に支承され、後端部が主軸頭１の後側に固装した
電動モータ５の回転軸６にスリーブ継手７を介して連動
連結されており、電動モータ５により直接回転駆動され
るようになっている。該主軸２は、前端に開口するテー
パ孔に形成された工具挿入孔８と、該工具挿入口８に続
いて軸心部を貫通する貫通孔９とを有し、また、主軸２
の中間部分には直径方向に貫通し、かつ軸方向に延びる
一対の長孔10,10が設けられている。

11はドローバーで、貫通孔９に軸方向に摺動自在に嵌
挿され、その前端には、工具挿入孔８に差し込まれた工
具Ｔの後端に突設したプルスタッド15に係脱可能なコレ
ット12が接続軸部13を介して連結されている。コレット
12は貫通孔９に嵌着したスリーブ14内に収容保持されて
いる。また、ドローバー11の後端部外周には後述するロ
ック機構の球体23と係合する凹溝16が環状に設けられて
いる。更に、ドローバー11の中間部分より前側方は細径
になっていて、段部17が形成されている。そして、該段
部17に嵌合係止したばね受けカラー18とスリーブ14の後
端に嵌着した調整用カラー19との間に圧縮コイルばね20
が介装され、該コイルばね20によってドローバー11が主
軸後方へ引き込まれるように付勢されており、この引き
込み力によってコレット12が閉じ、工具Ｔを把持して主
軸２にクランプするようになっている。

21はドローバー11に外嵌した筒軸で、前端に連設した
フランジ部22を介して主軸２の貫通孔９内に嵌着固定さ
れ、後端部には複数の球体23が半径方向へ移動可能に保
持されている。

24はロック用スリーブで、ドローバー11の後端部及び
筒軸21の後端部に外嵌されると共に、主軸１の貫通孔９
に軸方向へ摺動自在に嵌挿されている。該ロック用スリ
ーブ24は前端部外周に直径方向に相対向して突設した一
対の係合ピン25を有し、両係合ピン25,25は長孔10,10を
挿通して突出し、その突出部分に可動リング体26が取り
付け固定されている。係合ピン25,25は長孔10内で軸方
向へ移動自在になっている。また、ロック用スリーブ24
の後端にはドローバー11の後端面に係合する内向きのフ
ランジ部27が設けられている。更に、スリーブ24の内周
面には球体23と係合する凹溝28が環状に形成されてい
る。該ロック用スリーブ24は、その前端と筒軸21のフラ
ンジ部22との間に介装した圧縮ばね29によって主軸２の
後方へ付勢されている。そして、ロック用スリーブ24、
圧縮ばね29、筒軸21及び球体23によって、工具Ｔのクラ
ンプ時にドローバー11を主軸２に対して固定保持する一
方、アンクランプ時の動作途中にドローバー11を解放す
るロック機構が構成されている。圧縮ばね29のばね圧は
コイルばね20のばね圧よりも大きく設定されている。

31はアンクランプ用シリンダ、32はアンクランプ用シ
リンダで、シリンダ31はスリーブ継手７を囲繞するよう
に外嵌して主軸頭１の後側カバー1aに固定され、その中
間部外周に直径方向に相対向する一対のブラケット33,3
3が突設されている。一方、ピストン32はスリーブ継手
７に外嵌する筒状に形成され、かつ、シリンダ31に軸方
向へ摺動自在に嵌挿され、その前端部外周にブラケット
33に対応する一対のブラケット34,34が突設されてい
る。そして、相対するブラケット33と34にはそれぞれロ
ーラ35と36が軸方向に並列した姿勢でピン37を介して回
転自在に支持されている。筒状ピストン32は戻しばね38
によって主軸方向へ付勢されており、該戻しばね38に抗
して主軸前方へ移動したときロック機構の可動リング体
26に当接してこれを押動するようになっている。

39は相対する両ローラ35と36の中間に配設された作動
ローラで、一端がローラ35のピン37に枢支された揺動リ
ンク40の他端にピン41を介して回転自在に支持され、常
時両ローラ35,36と係合しながらピン37を支点に揺動可
能になっている。また、該作動ローラ39は戻しばね42に
よって常時ローラ35の上側方へ付勢されている。

43は作動ローラ39を作動する油圧シリンダで、主軸頭
１の外周に組み付けられ、そのピストン44の先端部45が
ローラ39に係合し、該ローラ39を戻しばね42に抗して主
軸軸線に対し直角方向すなわち半径方向へ中心に向けて
押動するようになっている。そして、該作動ローラ39と
両ローラ35,36との間にローラ39の作動力を主軸軸線方
向へ変換しながら増大するトグル装置を構成している。

なお、作動ローラ39と両ローラ35,36及びピストン44
との間の係合を確実にするため、第４図に示すように、
作動ローラ39の外周には係合溝39aが設けられている。

また、第５図に示すように、作動ローラ39に代えてピ
ストン44の先端部に取り付けた楔体46を両ローラ35,36
の間に係合するようにしてもよい。更に、前記トグル装
置は、図示した構造に限定されるものではなく、リンク
機構により構成してもよい。

油圧シリンダ43は、図示していない自動工具交換装置
のアンクランプ動作に連動するカム50によって作動され
る油圧シリンダ51から圧油を供給して作動せしめられる
ようになっている。

次に、上記構成の工具クランプ装置の作動について説
明する。

第１図は、工具Ｔが主軸１にクランプされている状態
を示している。ドローバ11はコイルばね20によって主軸
後方へ引き込まれ、これに連動するコレット12が閉じ
て、工具挿入孔８に差し込まれた工具Ｔのプルスタッド
15を把持する一方、ロック用スリーブ24が圧縮ばね29に
よって主軸後方へ引き込まれる。このロック用スリーブ
24の移動によって、球体23が凹溝28から離脱してドロー
バー11の凹溝16に係合し、さらに傾斜カム面30によって
ドローバー11の外周面に押し付けられる。その結果、ド
ローバー11がロック用スリーブ24を介して主軸２に対し
て固定保持されるので、工具Ｔは強固かつ確実にクラン
プされる。この状態で主軸２が回転して工具Ｔによる切
削加工が行われる。

主軸２から工具Ｔを取り外すには、第２図に示すよう
に、油圧シリンダ43に圧油を供給してピストン44を主軸
２の中心へ向けて作動する。このピストン44に連動して
作動ローラ39が両ローラ35,36の間に圧入し、アンクラ
ンプ用ピストン32を主軸前方へ押動する。すなわち、ピ
ストン44の主軸軸線に対して直角方向へ作用する作動力
が作動ローラ39と両ローラ35,36との間に形成されるト
グル機構によって軸線方向へ変換されると共に、急速に
増大される。このとき作動ローラ39も軸方向へ少し変位
する。このようにして増大された軸方向の押圧力によっ
てピストン32が主軸前方へ押動され、可動リング体26に
当接してロック用スリーブ24が圧縮ばね29に抗して主軸
前方へ移動せしめられる。このスリーブ24の移動に伴
い、まず球体23が凹溝28に入り込んでドローバー11に対
するロック作用が解除され、続いてフランジ部27がドロ
ーバー11の後端面に当接し、該ドローバー11をコイルば
ね20に抗して主軸前方へ押し出す。このようにしてドロ
ーバー11が押し出されると、コレット12が開いてプルス
タッド15の把持を解放すると共に、接続軸部13の先端で
プルスタッド15を押して、工具Ｔがアンクランプされ
る。

第６図の線図は、工具のアンクランプ時にドローバー
11に作用する押圧力と、その軸方向の変位（ストロー
ク）との関係を示しており、線Ａは上記のように構成し
た本発明によるクランプ装置が工具をアンクランプする
のに必要な押圧力を示し、線Ｂは該装置が実際に発生す
る押圧力を示している。

また、線Ｃは従来の積層した皿ばねを用いた工具クラ
ンプ装置が工具をアンクランプするのに必要な押圧力を
示し、線Ｄは該装置が実際に発生する押圧力を示してい
る。

この線図から明らかなように、本発明装置によれば、
従来装置に比べて無駄な力が少なく、工具のアンクラン
プ時に必要とするエネルギーが大幅に減少していること
がわかる。

上記実施例においては、アンクランプ時にドローバー
11を押し出す手段であるトグル装置31〜40と該トグル装
置に作動力を付与するアクチュエータである油圧シリン
ダ43を主軸２と電動モータ５の中間に配置したが、これ
らの装置を電動モータ５の後側（第１図の右側）に配置
し、中空のモータ軸内に貫通させたロッド（図示せず）
を介してロック用スリーブ24を作動するようにしてもよ
い。

発明の効果以上説明したように、本発明による工具クランプ装置
は、工具のアンクランプ時にドローバーを主軸前方に押
し出すための手段である油圧シリンダその他のアクチュ
エータの作動力をトグル装置により主軸軸線方向へ変換
しながら増大し、この増大された力で前記ドローバーを
押し出すようにしたから、前記油圧シリンダの容量は小
さくてよく、その小形化が図れると共に、該油圧シリン
ダをカム機構を介してATCの動作に連動させる場合には
前記カム機構を小さくでき、装置全体をコンパクトに構
成できる。

また、工具のクランプ時には、ドローバーがロック機
構によって主軸に対して固定保持されるから、前記ドロ
ーバーに引き込み力を付与するばね部材のばね圧を小さ
くしても工具のクランプは強固かつ確実である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工具クランプ装置のクランプ状態
を示す縦断面正面図、第２図はアンクランプ状態を示す
縦断面正面図、第３図は第１図の３−３線に沿う断面拡
大図、第４図はトグル機構部の構成部品を示す側面図、
第５図はトグル機構部の別の実施例を示す要部縦断面正
面図、第６図は工具のアンクランプ時にドローバーに作
用する押圧力と軸方向の変位との関係を示す線図であ
る。１……主軸頭、２……主軸８……工具挿入孔、９……貫通孔 11……ドローバー、12……コレット 20……コイルばね、23……球体 24……ロック用スリーブ 26……可動リング体、29……圧縮ばね 31……アンクランプ用シリンダ 32……アンクランプ用ピストン 35,36……ローラ 39……作動ローラ 43……油圧シリンダ 44……ピストン 50……カム、Ｔ……工具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−171232（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−255038（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−129082（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−140939（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 31/117 B23B 31/113 B23B 31/26 B Ｑｕｅｓｔｅｌ（ＥＣＬＡ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸頭に回転自在に支承された主軸がその
前端に開口する工具挿入孔と、該工具挿入孔に続いて軸
心部を貫通する貫通孔とを有し、前記貫通孔に軸方向へ摺動自在に設けられたドローバー
の前端に、前記工具挿入孔に差し込まれた工具のプルス
タッドに係脱可能な把持部材が連結され、前記ドローバーを前記主軸に嵌挿したばね部材によって
主軸後方へ引き込むと、前記把持部材が閉じて工具を前
記主軸にクランプし、前記ドローバーを前記ばね部材に
抗して主軸前方へ押し出すと、前記把持部材が開いて工
具をアンクランプする工具クランプ装置であって、前記主軸軸線の外周に配設され、主軸軸線に対し直角方
向へ作用する作動力を主軸軸線方向へ変換しながら増大
して、前記ドローバーを前方へ押し出すトグル装置と、前記トグル装置に前記作動力を付与するアクチュエータ
と、前記工具のクランプ時に前記ドローバーを前記主軸に対
して固定保持する一方、アンクランプ時の動作途中に前
記ドローバーを解放するロック機構とを備えていること
を特徴とする工作機械の工具クランプ装置。
【請求項２】前記トグル装置が前記主軸の直径方向に相
対向して一対設けられている請求項（１）記載の工作機
械の工具クランプ装置。