JP3083921B2 - 工作機械の主軸の工具着脱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械の主軸に装
着した工具を交換する際に、主軸に保持させた工具を自
動的に弛めて解放させる工具着脱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多数の工具を収納した工具マガジン及び
工具交換装置（ＡＴＣ）を備えた工作機械は、工具交換
装置にて工作機械の主軸に装着された工具を自動的に交
換するようになっている。そのため、このような工作機
械の主軸は、工具を自動的に着脱できる構造となってい
る。

【０００３】例えば図５に示す様に、主軸（１）は軸受
け（２）（３）を介して主軸ヘッド（４）に回転自在に
支持され、主軸ヘッド（４）に設けられた主軸モータ
（図示せず）にて動力伝達機構を介して回転駆動させら
れる。この主軸（１）は中空構造となっており、内部に
ドローバー（６）を軸方向にスライド自在に挿入し、ド
ローバー（６）の下端に工具ホルダー（７）のプルスタ
ッド（１０）をチャックするコレット（１１）を設けて
いる。コレット（１１）にはボール（１２）が装着され
ており、上方に引かれた状態ではコレット（１１）内の
ボール（１２）が主軸（１）の内壁面に押されて内側に
突出し、ボール（１２）にてプルスタッド（１０）を保
持する。また下方に押出されると、コレット（１１）が
主軸（１）内に形成された逃げ溝（１３）内に入り、ボ
ール（１２）への外力がなくなり、プルスタッド（１
０）を解放する構造となっている。

【０００４】ドローバー（６）は周囲に多数装着した皿
ばね（１４）（１４）…にて常に上方へ引かれてコレッ
ト（１１）を閉じるようになっており、ドローバー
（６）の上方に設けられた工具着脱装置（１５）にて下
方へ押出されてプルスタッド（１０）を解放し、工具ホ
ルダー（７）を主軸（１）から僅かに突出させるように
なっている。

【０００５】工具着脱装置（１５）は、油圧シリンダ
（１６）を用いており、油圧シリンダ（１６）のピスト
ンロッド（１７）にてドローバー（６）を押し下げるよ
うになっている。即ち、主軸ヘッド（４）の上面に起立
固定した支柱（１８）の上端に油圧シリンダ（１６）を
取付け、ピストンロッド（１７）をドローバー（６）の
上方に対向配置させてある。油圧シリンダ（１６）はピ
ストン（２０）の下面側にリターンスプリング（２１）
を内蔵させた単動シリンダで、ピストン（２０）及びピ
ストンロッド（１７）を常時上昇させ、ピストン（２
０）の上部室（２２）に油圧が供給されると、ピストン
（２０）及びピストンロッド（１７）を下降させ、ピス
トンロッド（１７）にてドローバー（６）を押し下げる
ようになっている。また、ピストンロッド（１７）の上
端を油圧シリンダ（１６）から突出させてあり、その突
出端（２３）にドッグ（２４）を取付け、ピストンロッ
ド（１７）の昇降に伴ってドッグ（２４）にて油圧シリ
ンダ（１６）の上面に取付けた第１・第２リミットスイ
ッチ（２５）（２６）を操作して、工具の着脱動作を自
動的に検知させるようになっている。

【０００６】上記構成の工具着脱装置（１５）は、非動
作時はリターンスプリング（２１）にてピストン（２
０）及びピストンロッド（１７）が上昇させられてお
り、ピストンロッド（１７）の下端をドローバー（６）
の上端から少し浮せている。そして工具交換時には、油
圧シリンダ（１６）のピストン（２０）の上部室（２
２）に油圧を供給してピストン（２０）及びピストンロ
ッド（１７）を下降させて、ピストンロッド（１７）に
てドローバー（６）を押し下げ、コレット（１１）によ
るプルスタッド（１０）の保持を解除し、続いてコレッ
ト（１１）の内端面（２７）にてプルスタッド（１０）
を押し、工具ホルダー（７）を主軸（１）から僅かに突
出させる。

【０００７】そして工具ホルダー（７）が工具交換装置
の交換アーム（図示せず）にて主軸（１）から引き抜か
れて工具マガジンへ収納され、次に使用する工具を備え
た工具ホルダー（７）のテーパ部（２８）及びプルスタ
ッド（１０）が主軸（１）内に挿入されると、油圧シリ
ンダ（１６）への油圧供給を停止し、リターンスプリン
グ（２１）にてピストン（２０）及びピストンロッド
（１７）を上昇させ、ドローバー（６）への押さえ力を
解除する。すると、ドローバー（６）は皿ばね（１４）
にて引き戻されて、コレット（１１）にてプルスタッド
（１０）を掴み、かつこれを引き込んで工具ホルダー
（７）のテーパ部（２８）を主軸（１）に固定する。

【０００８】上記動作時、ピストンロッド（１７）に取
付けられたドッグ（２４）が、上方の第１リミットスイ
ッチ（２５）をＯＮすることにより工具ホルダー（７）
を掴んでいることを検知し、下方の第２リミットスイッ
チ（２６）をＯＮすることにより工具ホルダー（７）を
解放したことを検知する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記工具着脱装置（１
５）は、ドローバー（６）を昇降させるのに、油圧シリ
ンダ（１６）を用いているため、高速で動作させること
ができず、しかも応答性が悪いため、工具交換装置との
動作のタイミングを取るのが難しく、工具交換に時間が
かかっていた。また油圧シリンダ（１６）に油圧を供給
するための油圧供給装置や油圧切換弁等が必要で、配管
も面倒で、設備が複雑・大型化する。また、油洩れやエ
アー洩れ等に対する定期的なメンテナンスも必要であっ
た。さらに、油圧供給装置は、油圧を所定の圧力に設定
して供給するために、工具交換の有無に拘らず常時運転
させておかなければならず、エネルギー消費量が多く、
騒音の問題もある。

【００１０】この発明は、ドローバーの押し下げ反力の
影響を簡単な構成で打ち消すことができ、しかも、工具
交換時のドローバーの昇降動作を高速化し、油洩れやエ
アー洩れの心配も無い工作機械の主軸の工具着脱装置を
提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、主軸ヘッドに軸受を介して回転自在に支持さ
れた主軸内にドローバーを軸方向にスライド自在に挿入
し、前記主軸に装着される工具ホルダーのプルスタッド
を前記ドローバーの下端に形成されたコレットにて掴
み、かつ前記主軸に内蔵された皿ばねにて前記ドローバ
ーを押上げてプルスタッドを引き上げ、工具ホルダーを
主軸に固定し、工具交換時、前記ドローバーを前記皿ば
ねに抗してカムで押し下げて、前記主軸に装着された工
具ホルダーを解放させる工具着脱装置であって、前記ド
ローバーの上方で主軸ヘッドに固着した支柱にガイドポ
ストを介して昇降自在に設けられ、前記カム及びこのカ
ムの回転駆動用の電動モータを支持する支持フレーム
と、前記ドローバーの同心上で前記支持フレームに昇降
自在に支持され、前記カムにより押圧部材を介して前記
ドローバーを押し下げるスライドブッシュと、前記ガイ
ドポストの下部に固着され、前記カムによるドローバー
の押し下げ時、主軸を下方から支持する支持板とで構成
したものである。

【００１２】

【作用】上記工具着脱装置は、工具交換時、電動モータ
にてカムを回転させれば、カムのカム面にてスライドブ
ッシュをを下降させ、スライドブッシュに取付けた押圧
部材にてドローバーを押し下げて、主軸に装着されてい
る工具ホルダーを解放させる。このように電動モータに
てカムを回転させて、機械的にドローバーを押し下げて
工具ホルダーを解放させるので、応答性がよく、しかも
高速で動作させることができ、迅速に工具交換を行え
る。特に、カムにてドローバーを押し下げるとき、主軸
を下方から支持板で支持させたから、主軸に掛かる反力
を打ち消させることができ、その際、カム及び電動モー
タを支持する支持フレームを主軸ヘッドに対し、支柱と
ガイドポストを介して昇降自在に設けたことにより、支
持板をガイドポストに固着しておくだけの非常に簡単な
構成で前記主軸への反力打ち消し作用を実現させること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１乃至図４を参
照して説明する。尚、図５に示す従来技術と同一構成部
材には同一符号を付して、説明は省略する。

【００１４】図１は工具の中心部から切削油を供給する
いわゆるスピンドルスルー方式の主軸ヘッドに適用した
ものを示している。この主軸ヘッド（４）では、主軸
（１）及びドローバー（６）を上方へ突出させ、さらに
ドローバー（６）の上端を主軸（１）から突出させ、ド
ローバー（６）の上部に締めつけたばね押え（３０）に
て皿ばね（１４）を押えている。そして主軸（１）から
突出したドローバー（６）の上端にはロータリージョイ
ント（３１）を設け、ロータリージョイント（３１）の
回転ノズル（３２）とドローバー（６）とを連結部材
（３３）にて相対的にスライド自在でかつ一体に回転す
るように連結してあり、加工中、ロータリージョイント
（３１）の回転ノズル（３２）からドローバー（６）の
中心に形成された油通路（３４）へ切削油を供給し、さ
らに工具ホルダーを通って工具に切削油を供給するよう
になっている。また主軸（１）は、主軸ヘッド（４）内
に組込まれたモータにて直接回転駆動されるか、或いは
外部に設けたモータにて歯車伝達機構を介して回転駆動
されるようになっている。

【００１５】工具着脱装置は、支持フレーム（３５）及
びスライドブッシュ（３６）、押圧部材（３７）、カム
（３８）、電動モータ（４０）等を備え、主軸ヘッド
（４）上に昇降可能に設けられている。

【００１６】即ち、主軸ヘッド（４）の上面に支柱（４
１）を起立固定し、この支柱（４１）にガイドポスト
（４２）をスライド自在に装着し、ガイドポスト（４
２）の上端に支持フレーム（３５）を取付け、下端に支
持板（４３）を取付けてある。支持フレーム（３５）及
び支持板（４３）も支柱（４１）に対してスライド自在
となっており、支柱（４１）の上端に取付けられたばね
止め（４４）と支持フレーム（３５）との間に装着した
復帰スプリング（４５）にて常時下方へ押えられて支柱
（４１）に形成された段部（４６）に支持されている。
復帰スプリング（４５）はドローバー（６）を押上げて
いる皿ばね（１４）の弾性力より弱い弾性力に設定され
ている。また支持板（４３）の中央部を主軸（１）が貫
通しており、主軸（１）に形成された係止フランジ（４
７）が支持板（４３）の上面側に対峙している。

【００１７】支持フレーム（３５）の下部にはドローバ
ー（６）の同心上にスライドブッシュ（３６）を軸方向
にスライド自在に装着してある。スライドブッシュ（３
６）は、断面が逆Ｔ形で、上部軸部（５０ａ）を支持フ
レーム（３５）に形成された案内壁（５１）にスライド
自在に挿入し、支持フレーム（３５）の下面に取付けら
れた支持ピン（５２）に下部フランジ（５０ｂ）をスラ
イド自在に案内支持させ、支持ピン（５２）の下端に取
付けられたばね止め（５３）とスライドブッシュ（３
６）との間に装着した支持スプリング（５４）にて下部
フランジ（５０ｂ）を弾性支持させてある。またスライ
ドブッシュ（３６）の下面にはロータリージョイント
（３１）を保持するためのカバー（５５）を介して押圧
部材（３７）を取付けてある。カバー（５５）は筒状
で、内壁面に形成した環状凸部（５６）にてロータリー
ジョイント（３１）をスライド自在に保持させ、上部開
口部（５７）からロータリージョイント（３１）の接続
管（６０）を外部へ突出させてある。またカバー（５
５）の下部内周面に筒状の押圧部材（３７）をねじ嵌合
し、位置決め後ナット（６２）にて固定してある。この
押圧部材（３７）はドローバー（６）に取付けられたば
ね押え（３０）を押えるようになっている。またスライ
ドブッシュ（３６）の上端部にはピン（６３）を架設し
てあり、ピン（６３）に軸受け（６４）を介してローラ
（６５）を回転自在に取付けてある。

【００１８】支持フレーム（３５）の立壁（６６）（６
７）の上部間に軸受け（７０）（７１）を介して回転軸
（７２）を回転自在に取付けてあり、この回転軸（７
２）にカム（３８）を取付けてある。カム（３８）は平
面カムで、周面に形成されたカム面（７３）をスライド
ブッシュ（３６）に設けられたローラ（６５）に接触さ
せてあり、回転することにより、カム面（７３）のカム
曲線に沿ってローラ（６５）を押え、スライドブッシュ
（３６）を所定のタイミングで昇降させる。

【００１９】支持フレーム（３５）の一方の立壁（６
６）に減速機付き電動モータ（４０）を取付け、その出
力軸（７４）を回転軸（７２）に結合してある。従っ
て、電動モータ（４０）が回転すると、回転軸（７２）
が回転してカム（３８）も回転する。

【００２０】尚、上記工具着脱装置では、主軸ヘッド
（４）の上面に起立させた支柱（４１）及び支持フレー
ム（３５）の下面に取付けた支持ピン（５２）は、いず
れも一本しか図示していないが、実際は複数本、例えば
３本設けてあり、支持フレーム（３５）及びスライドブ
ッシュ（３６）が安定して昇降するように案内させてい
る。また支柱（４１）に装着するガイドポスト（４２）
も支柱（４１）と同数設けてある。

【００２１】上記構成の工具着脱装置は、非動作時は、
カム面（７３）の最も低い位置がスライドブッシュ（３
６）に設けられたローラ（６５）に接触した状態で停止
しており、支持フレーム（３５）及びガイドポスト（４
２）、支持板（４３）が復帰スプリング（４５）にて下
降端まで押し下げられ、かつスライドブッシュ（３６）
が支持スプリング（５４）にて上昇端まで持上げられて
いる。そしてカバー（５５）に取付けられた押圧部材
（３７）がドローバー（６）に装着されたばね押え（３
０）から離れ、かつ支持板（４３）が主軸（１）に形成
された係止フランジ（４７）から離れており、主軸
（１）及びドローバー（６）の回転に影響を与えないよ
うになっている。

【００２２】そして工具交換時に工具交換装置に連動さ
せて電動モータ（４０）を回転させ、カム（３８）を回
転させる。すると、カム（３８）にてローラ（６５）が
下方へ押され、スライドブッシュ（３６）を押し下げ
る。スライドブッシュ（３６）と一緒にカバー（５５）
及び押圧部材（３７）も下降し、押圧部材（３７）がド
ローバー（６）に設けられたばね押え（３０）に当接す
る。

【００２３】押圧部材（３７）がばね押え（３０）に当
接すると、スライドブッシュ（３６）は一旦その位置で
停止し、カム（３８）及び回転軸（７２）を介して支持
フレーム（３５）が復帰スプリング（４５）に抗して相
対的に上昇し、ガイドポスト（４２）及び支持板（４
３）も上昇して、支持板（４３）が主軸（１）に設けら
れた係止フランジ（４７）に係止し、主軸（１）を下方
から支え、かつ支持フレーム（３５）の上昇を停止させ
る。

【００２４】支持板（４３）が主軸（１）に係止して支
持フレーム（３５）が停止すると、再びスライドブッシ
ュ（３６）が下降し、図２に示す様に、押圧部材（３
７）及びばね押え（３０）を介してドローバー（６）を
下降させ、工具ホルダーを解放させる。この状態で工具
交換装置にて工具ホルダーが主軸（１）から取り出さ
れ、次の工具ホルダーが主軸（１）に装着される。

【００２５】上記工具着脱装置は、ドローバー（６）を
押し下げる時（工具解放時）に、支持板（４３）にて主
軸（１）を下方から支えているので、主軸（１）には下
方へ押しつける力が作用せず、主軸（１）を支持してい
る軸受けに悪影響を与えることがない。

【００２６】工具ホルダーが主軸（１）に挿入され、カ
ム（３８）のピークがローラ（６５）を越えると、支持
スプリング（５４）にてスライドブッシュ（３６）が押
上げられ、かつ復帰スプリング（４５）にて支持フレー
ム（３５）が押し下げられて夫々原位置まで復帰し、皿
ばね（１４）にてドローバー（６）が押上げられ、工具
ホルダーを主軸（１）に固定し、工具交換を完了する。

【００２７】図３は他の構造の主軸ヘッド（４）に適用
した工具着脱装置を示している。この主軸ヘッド（４）
は、ドローバー（６）に切削油を供給しないタイプのも
ので、ドローバー（６）の上端には付属部品は装着され
ていない。従って、工具着脱装置はスライドブッシュ
（３６）の下面にドローバー（６）を押えるピン状の押
圧部材（３７）を直接取付けてある。押圧部材（３７）
はスライドブッシュ（３６）にねじ嵌合し、位置決め後
ナット（７６）にて固定してある。また押圧部材（３
７）の中心部には貫通穴（７７）を形成してあり、スラ
イドブッシュ（３６）に形成されたエアー通路（８０）
と連通しており、工具交換時にエアーが供給され、ドロ
ーバー（６）を介して主軸（１）内へエアーを噴出させ
て、主軸と工具ホルダーとの間にゴミ等が介入しないよ
うにしている。尚、図１に示すものと同一構成のものに
は同一符号を付して、説明は省略する。

【００２８】上記工具着脱装置も、電動モータ（４０）
が回転してカム（３８）を回転させると、カム（３８）
にてローラ（６５）が押えられ、スライドブッシュ（３
６）を下降させる。そしてスライドブッシュ（３６）に
取付けられた押圧部材（３７）がドローバー（６）に当
接すると、スライドブッシュ（３６）が一旦停止し、続
いて支持フレーム（３５）が相対的に上昇し、支持フレ
ーム（３５）に連結された支持板（４３）が主軸（１）
の係止フランジ（４７）に係止して停止する。この後、
再びスライドブッシュ（３６）が下降して、図４に示す
様にドローバー（６）を押し下げ、工具ホルダーを解放
させる。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、工作機械の主軸に装
着される工具をクランプ・アンクランプするドローバー
を、電動モータ及びカムにてスライドブッシュを昇降さ
せて電気・機械的に動かすようにしているので、工具交
換時のみ電動モータを動かせばよく、エネルギー消費量
が少なくなり、かつ動作時間が短いので、騒音も少なく
なる。また応答性がよく、高速で動作させることがで
き、工具交換装置との動作タイミングを簡単に合せるこ
とができ、工具の交換作業を迅速に行える。

【００３０】また従来のように油圧ユニット、油圧配管
等が不要となり、構造が簡単で、製作が容易になると共
に、油洩れ等に対するメンテナンスも不要となり、煩雑
な作業から解放される。さらに、カムにてドローバーを
押し下げるとき、主軸を下方から支持板で支持させたか
ら、主軸に掛かる反力を打ち消させることができ、その
際、カム及び電動モータを支持する支持フレームを主軸
ヘッドに対し、支柱とガイドポストを介して昇降自在に
設けたことにより、支持板をガイドポストに固着してお
くだけの非常に簡単な構成で前記主軸への反力打ち消し
作用を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工具着脱装置の断面図

【図２】図１に示す工具着脱装置の動作状態を示す断面
図

【図３】本発明に係る工具着脱装置の他の実施例を示す
断面図

【図４】図３に示す工具着脱装置の動作状態を示す断面
図

【図５】従来の工具着脱装置の断面図

【符号の説明】

１ 主軸 ４ 主軸ヘッド ６ ドローバー ７ 工具ホルダー １０ プルスタッド １１ コレット １４ 皿ばね ３５ 支持フレーム ３６ スライドブッシュ ３７ 押圧部材 ３８ カム ４０ 電動モータ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 31/00 - 33/00 B23Q 3/155,3/157

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸ヘッドに軸受を介して回転自在に支
   持された主軸内にドローバーを軸方向にスライド自在に
   挿入し、前記主軸に装着される工具ホルダーのプルスタ
   ッドを前記ドローバーの下端に形成されたコレットにて
   掴み、かつ前記主軸に内蔵された皿ばねにて前記ドロー
   バーを押上げてプルスタッドを引き上げ、工具ホルダー
   を主軸に固定し、工具交換時、前記ドローバーを前記皿
   ばねに抗してカムで押し下げて、前記主軸に装着された
   工具ホルダーを解放させる工具着脱装置であって、 前記ドローバーの上方で主軸ヘッドに固着した支柱にガ
   イドポストを介して昇降自在に設けられ、前記カム及び
   このカムの回転駆動用の電動モータを支持する支持フレ
   ームと、 前記ドローバーの同心上で前記支持フレームに昇降自在
   に支持され、前記カムにより押圧部材を介して前記ドロ
   ーバーを押し下げるスライドブッシュと、前記ガイドポストの下部に固着され、前記カムによるド
   ローバーの押し下げ時、主軸を下方から支持する支持板
   と で構成したことを特徴とする工作機械の主軸の工具着
   脱装置。