JP2912401B2 - 工具のクランプ装置 - Google Patents

工具のクランプ装置

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JP2912401B2 JP2002362A JP236290A JP2912401B2 JP 2912401 B2 JP2912401 B2 JP 2912401B2 JP 2002362 A JP2002362 A JP 2002362A JP 236290 A JP236290 A JP 236290A JP 2912401 B2 JP2912401 B2 JP 2912401B2
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    • B23P11/00Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
    • B23P11/02Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits
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    • B23P11/027Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for  by first expanding and then shrinking or vice versa, e.g. by using pressure fluids; by making force fits by using heat or cold for mounting tools in tool holders

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、マシニングセンタなどの工作機械本体の主
軸に工具、特に研削砥石を自動交換可能に保持させるの
に適した工具のクランプ装置に関する。
従来の技術 従来、切削加工においては、平面研削盤、外径研削
盤、内径研削盤、芯なし研削盤、歯車検索盤など数多く
の専用研削盤として発展してきた。ところが近年、多品
種少量生産の要求が強くなり、複合研削盤が求められて
いる。この複合研削を実現するには研削砥石の自動交換
が必要である。
このような研削砥石の自動交換に用いるクランプ装置
に関しては、第7図に示すように、マシニングセンタに
採用されている最も一般的な自動工具交換装置のクラン
プ装置を備えたグラインデングセンタが知られている。
上記従来のクランプ装置は図示のように、主軸頭31に
軸受33を介して回転自在に軸支された中空の主軸32の先
端部にテーパ孔34を形成し、該テーパ孔34に、各種形状
の研削砥石36を取り付けたホルダ35のテーパ部35aを嵌
合し、しかる後に該ホルダ35を前記主軸32内に設けたク
ランプ機構37により主軸32内方へ引張ってクランプする
ようになっている。
発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来の研削砥石のクランプ装置では、テ
ーパ孔34に対するホルダ35の繰り返し交換精度を高精度
に維持することが困難であるため、サブミクロン単位の
高精度の複合研削加工は行なえなかった。また、クラン
プ機構37が主軸32内に設けられているため、高速回転す
ると主軸32の回転にアンバランスが発生し、表面あらさ
や安全性の点で問題があった。
本発明は上記従来の問題点に鑑みてこれを解決すべく
なされたものであり、高精度、高能率(高速化)で複合
の研削加工が可能となる工具の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、本発明のクランプ装置に
おいては、前記主軸の先端に設けるホルダと工具の支持
部に設けるホルダのいずれか一方を短軸状の凸状体に形
成し、他方を前記凸状体に焼ばめ状態に密着嵌合する凹
状体に形成し、かつ、前記凸状ホルダを前記凹状ホルダ
の材料より熱膨張率の低い材料で製作し、一方、前記凹
状ホルダを高速加熱及び高速冷却する手段を設けたこと
を特徴とする。前記高速加熱及び高速冷却手段は、前記
主軸の先端近傍において主軸頭に付設するか、工具の搬
送装置に付設する。
また、前記高速加熱及び高速冷却手段による加熱時又
は冷却時に、前記ホルダの一方に微振動を与える振動装
置を設けると、前記凸状体と前記凹状体との嵌合及び脱
抜が良好に行なえ効果的である。
さらに、前記両ホルダの嵌合時に工具側のホルダを主
軸側のホルダに押し付けるホルダ押付け機構を設けるこ
とが望ましい。
作用 上述のように構成した本発明のクランプ装置は、凹状
体を設けた一方のホルダ(凹状ホルダ)を加熱した状態
で凸状体を設けた他方のホルダ(凸状ホルダ)に嵌合さ
せ、しかるのち、前記凹状ホルダを冷却して両ホルダを
焼ばめ状態に密着嵌合させることにより、一方のホルダ
に取り付けた工具が主軸にクランプされる。
また、クランプ状態にある前記凹状ホルダを加熱する
と、該凹状ホルダと前記凸状ホルダとの熱膨脹率の差に
よって両ホルダがアンクランプされるので、このアンク
ランプの状態で前記工具の交換を行なう。
なお、前記両ホルダの嵌合及び脱抜時に、前記振動装
置によって一方のホルダに微振動を付与し、かつ、前記
ホルダ押付け機構によって工具側のホルダ端面を主軸側
のホルダに密着させると、高精度、高剛性の焼ばめ嵌合
が行なえる。
実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、本発明によるクランプ装置を備えた工作機
械本体の要部を示しており、1は主軸頭、2は主軸で、
軸受3、4及び5を介して主軸頭1に回転自在に支持さ
れ、主軸頭1に内蔵した電動モータ6のロータ7に直結
して、回転駆動されるようになっている。
8は主軸2の先端に研削砥石10を保持するためのホル
ダで、前部に短軸状の凸状部9を有し、後部を主軸2の
先端部分に嵌着して凸状部9が主軸2と同軸上に配置さ
れている。該ホルダ8はインバー、セラミックスなの低
膨脹材料により製作されている。
10は研削砥石、11は研削砥石10の支持軸、12は支持軸
11の端部に一体的に設けたホルダで、ホルダ8の凸状部
9に焼ばめ状態に密着嵌合する凹状部13を有している。
該ホルダ12はニッケルクロム鋼により支持軸11と一体的
に形成されている。
14は電熱ヒータを組み込んだ高速加熱装置、15は冷却
エアー又は冷却水を噴射する高速冷却装置で、両装置1
4,15は、主軸頭1前端の軸受押え16に固着して突設した
リング状のブラケット17に取り付けられ、ホルダ8に近
接してその周囲に配設されている。本明細書における高
速加熱及び高速冷却の用語は、加熱及び冷却を強制的
に、かつ迅速に行なうと言う意味で、その程度は利用す
る加熱及び冷却装置によって様々である。例えば、約60
0〜700度の熱風でホルダ8を約200〜300度に加熱するの
に約2〜3分程度であり、冷却は自然風をホルダ8に吹
き付けて約4〜5分程度である。なお、高速冷却装置15
による冷却効果を高めるため、図示のように、主軸2の
中心部に貫通した通路18に回転継手19を介して切削油又
は冷却水を供給し、支持軸11の中心部に貫通した通路20
を通じて放出させるようにすると効果的である。
21は研削砥石10の搬送アーム(第2図参照)で、その
先端部に取り付けたフィンガー22により、多数の研削砥
石を貯蔵したマガジン(図示せず)から適宜の切削砥石
10の支持軸11を把持して取り出し、主軸2先端近傍の交
換位置まで搬送する搬送装置の主要部をなしている。フ
ィンガー22には、把持した支持軸11を通じてホルダ12に
微振動を与える振動装置23が付設されている。
また、フィンガー22はアーム21に対して若干可動状態
に取り付けられ、かつ、ばね24によりホルダ挿入側へ付
勢されていて、両ホルダ8,12の嵌合時に、フィンガー22
により把持した工具側のホルダ12を主軸側のホルダ8に
押し付けるホルダ押付け機構を構成している。
第2図ないし第4図は、上記のように構成したクラン
プ装置による砥石10のクランプ手順を示している。
先ず、第2図に示すように、搬送アーム21のフィンガ
ー22で支持軸11を把持して主軸2の先端近傍の交換位置
まで砥石10を移動し、両ホルダ8,12の嵌合部分を洗浄す
る。続いて、高速加熱装置14によりホルダ12を加熱する
と、熱膨脹によって凹状部13の内径が拡大し、ホルダ8
の凸状部9に嵌合可能となるので、凹状部13を凸状部9
に嵌合させる。この嵌合時に、振動装置23で支持軸11を
介してホルダ12に微振動を与えながら、ばね24により付
勢されているフィンガー22によりホルダ12をホルダ8に
押し付けると、凹状部13が凸状部9にスムーズに、かつ
確実に密着嵌合する。
嵌合が完了すると、高速加熱装置14による加熱を停止
し、高速冷却装置15でホルダ12を冷却する。この冷却に
より両ホルダ8,12が焼ばめ状態に密着嵌合して、砥石10
が主軸2先端にクランプされる。この冷却時にも振動装
置23によってホルダ12に微振動を与えながら、ばね24に
よって付勢されているフィンガー22によってホルダ12を
ホルダ8に押し付けると、両ホルダ8,12の密着嵌合部分
が高精度、高剛性にクランプされる(第3図参照)。し
かるのち、搬送アーム21のフィンガー22が支持軸11の把
持を解放して、主軸2から離れ、研削加工できる状態に
なる。
次に、主軸2にクランプされた砥石10を交換するに
は、再び高速加熱装置14によってホルダ12を加熱する。
すると、ホルダ12の熱膨脹率がホルダ8のそれより高い
ので、凹状部13が拡張して両ホルダ8,12は脱抜状態とな
り、砥石10が主軸2に対してアンクランプされる。この
状態で搬送アーム21のフィンガー22により支持軸11を把
持し、かつ、振動装置23により支持軸11を介してホルダ
12に振動を与えながら、軸方向へ引張ると、ホルダ12の
凹状部13がホルダ8の凸状部9からスムーズに離脱す
る。続いて、砥石10を交換する(第4図参照)。
上記実施例においては、主軸2側のホルダ8に凸状部
9を設け、砥石10側のホルダ12に凹状部13を設けたが、
第5図に示すように、主軸2側のホルダ8に凹状部13a
を設け、砥石10側のホルダ12に凸状部9aを設けた構造と
してもよい。この場合、凸状部9aを設けるホルダ12と支
持軸11にはインバー、セラミックスなどの低膨脹材料を
用い、凹状部13aを設けるホルダ8にはニッケルクロム
鋼を用いる。また、凹状部13aを設けたホルダ8の加熱
による主軸2の熱変形を防止するために、ホルダ8を長
くし、フィンなどを設けて放熱性を高めることが好まし
い。
第6図は、相対する一対の搬送アーム21,21に半円弧
状のブラケット25,25を連設し、該ブラケット25に高速
加熱装置14及び高速冷却装置15を付設すると共に、フィ
ンガー22とばね24によるホルダ押付け機構を組み込んだ
例を示している。このような構成を採用すると、工具10
の搬送中に加熱及び冷却できるので、工具交換が一層能
率良く行なえる。
また、上記実施例ではいずれも、研削砥石について説
明したが、本発明のクランプ装置は、ドリルその他の工
具にも適用できるものである。
発明の効果 本発明は、以上説明したような構成であるから、以下
に記載する効果を奏する。
主軸側に設けるホルダと、工具側に設けるホルダを焼
ばめ状態に密着嵌合させてクランプするから、交換精度
が非常に高く、しかも高剛性が得られる。
また、第7図に示した従来のクランプ装置のように主
軸内に工具のクランプ機構がなく、シンプルな構造で、
かつ中実の主軸により剛性を高めて主軸径を小さくでき
るため、軸受径も小さくでき、高速回転に適している。
したがって、複合研削の高精度、高速化が実現できる。
加えて、シンプルなホルダ構造により、主軸の軸受か
ら砥石までの距離を最小限に設計することが可能とな
り、高剛性と共に安全性が高められ、かつ高速回転によ
るクランプ力の低下が少ないので、高速重研削が可能で
ある。
さらに、従来のように主軸の定位置停止を必要としな
いので、オリエンテーションが不要である。
また、ホルダが安価に製作できるから、研削砥石に適
用した場合、砥石のスローアウェイ化が図れる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示し、第1図は本発明によるク
ランプ装置を備えた工作機械本体要部の横断平面図、第
2図ないし第4図は同クランプ手順を説明する要部横断
平面図、第5図は別の実施例を示す要部横断平面図、第
6図はさらに別の実施例を示す要部横断平面図、第7図
は従来装置を示す横断平面図である。 1…主軸頭、2…主軸 8…主軸側のホルダ、9…凸状部 10…研削砥石、11…支持軸 12…砥石側のホルダ、13…凹状部 14…高速加熱装置、15…高速冷却装置 21…搬送アーム、22…フィンガー 23…振動装置、24…ばね
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−199306(JP,A) 特開 平2−218552(JP,A) 特開 昭63−28526(JP,A) 特公 昭53−19551(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23B 31/02 - 31/42 B23P 11/02 B24B 45/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機械本体の主軸の先端に工具を自動交換可
    能に保持させる装置であって、 前記主軸の先端に設けるホルダと前記工具の支持部に設
    けるホルダのいずれか一方を短軸状の凸状体に形成する
    と共に、他方を前記凸状体に焼ばめ状態に密着嵌合する
    凹状体に形成し、かつ、前記凸状ホルダを前記凹状ホル
    ダの材料より膨張率の低い材料で製作し、一方、前記凹
    状ホルダを高速加熱及び高速冷却する手段を設けたこと
    を特徴とする工具のクランプ装置。
  2. 【請求項2】前記高速加熱及び高速冷却手段が前記主軸
    の先端近傍において主軸頭に付設されている請求項1記
    載の工具のクランプ装置。
  3. 【請求項3】前記高速加熱及び高速冷却手段が前記工具
    の搬送装置に付設されている請求項1記載のクランプ装
    置。
  4. 【請求項4】前記高速加熱及び高速冷却手段による加熱
    時及び冷却時に、前記ホルダの一方に微振動を与える振
    動装置が設けられている請求項1ないし3のいずれか1
    項に記載の工具のクランプ装置。
  5. 【請求項5】前記両ホルダの嵌合時に、工具側のホルダ
    を主軸側のホルダに押し付けるホルダ押付け機構が前記
    工具の搬送装置に設けられている請求項1ないし4のい
    ずれか1項に記載の工具のクランプ装置。
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