JP3318701B2

JP3318701B2 - 工作機械の主軸工具クランプ装置

Info

Publication number: JP3318701B2
Application number: JP05766495A
Authority: JP
Inventors: 黒田　　修
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 2002-08-26
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JPH08252704A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主軸ハウジング内に主
軸スピンドルを回動自在に備え、その主軸スピンドルの
先端部に工具をクランプさせる工作機械の主軸工具クラ
ンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸工具クランプ装置は、従
来、図３に例示する如く、主軸ハウジング内１に回動自
在に軸承された主軸スピンドル３内に、軸方向へ移動自
在にドローバ８を嵌挿し、そのドローバ８を後退方向へ
付勢する多数枚の皿ばね１１，１１・・と、前進方向へ
押圧する進退機構９を設け、前記ドローバ８の先端に、
そのドローバ８の後退移動で工具Ｔの先端部（プルスタ
ッド）をクランプ動作するコレット１２を設けた構造で
あった。この構造では、皿ばねが疲労して付勢力が低下
したり破損する虞れがあるばかりか、皿ばねの位置ずれ
によって主軸の回転バランスが崩れ、それによって高速
回転時に振動を起こし、軸受け部等に大きな負荷が作用
するため、加工精度の低下を招き、発熱を起こしたりす
る。そこで例えば特開平６−２７０００４号公報に記載
の如く、ドローバの後退力に、磁気カップリングの吸着
力を利用した技術が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は、いずれ
もドローバを後退操作してコレットにより工具をクラン
プするものであるから、ドローバの先端にはコレットが
装備され、工具側にはそのコレットで把持されるプルス
タッドが必須である。よって機構が複雑となり、作動不
良の虞れを招く。又後者のものは、皿ばねを無くしたも
のの、主軸ハウジングと進退機構との間に磁気カップリ
ングを介在されているので、軸方向の全長が延び、主軸
スピンドルが回転時にアンバランスとなりやすい。更
に、工具交換機能を有する近年の工作機械にあっては、
加工作業時と、工具交換時におけるクランプアームが工
具のＶ溝を把持する前とで、強弱二種類のバネを使い分
け、工具交換時間の短縮を図るようになっているため、
主軸スピンドルの回転がアンバランスとなる要因を更に
増やす結果を招いている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、クランプ機構
の簡略化及び装置全体の小型化を目的として開発した工
作機械の主軸工具クランプ装置であって、その構成は、
主軸ハウジング内に回動自在に軸承された筒状の主軸ス
ピンドル内に、筒状のコアがクランプ装置の固定体に固
着された筒状の電磁石を吸着面が装着状態にある工具の
装着部先端に可及的接近する位置に固定配置し、その電
磁石に捲回されているコイルに電流供給手段を接続し、
前記筒状の電磁石の筒状内に、前方へ突出させることに
より工具を押し出して外すドローバを配置し、そのドロ
ーバの先端を、進退機構によって前記電磁石の吸着面前
方へ突出可能としたことにある。そして前記電磁石は、
コイルを捲回させた永久磁石とすることができる。

【０００５】

【作用】主軸スピンドルの端部に、工具と接触するコレ
ットが存在せず、非接触状態にある磁石の吸着力で工具
をクランプするから、工具クランプ部での摺動部分がな
くなるし、シンプル化によって主軸スピンドルの回転が
安定し、工具にはプルスタッドは不要となる。電磁石の
コアを永久磁石とすることで、非通電時には工具を保持
するに足りる永久磁石の吸引力のみが作用し、通電時に
は電磁石の電磁力が加わって強力なクランプ力が作用す
る。

【０００６】

【実施例】本発明に係る工作機械の主軸工具クランプ装
置を、その実施例について図面にに基づき説明する。１
は主軸ハウジングであり、この主軸ハウジング１に形成
された貫通孔２内には主軸スピンドル３が嵌挿され、前
端部を貫通孔２に設けられた軸受け４により、又後端部
を、主軸ハウジング１の後端部に装着された蓋体５に設
けられた軸受け４により夫々回転自在に支持されてい
る。前記主軸スピンドル３は筒状で、その先端に、工具
Ｔのテーパシャンクを保持するテーパ穴６が形成され、
筒状内には、後端を前記蓋体５に固着させた筒状の永久
磁石７が挿通され、更にその永久磁石７の筒状内には、
後端部を前記蓋体５に形成された抜き穴５ａを貫通し、
後端部を後方へ突出させたドローバ８が挿通されてい
る。これら主軸スピンドル３、永久磁石７、ドローバ８
は、いずれも同軸上に配置されている。

【０００７】前記永久磁石７は、その先端の吸着面が、
テーパ穴６に挿通されたテーパシャンクを最大限押し込
んだ状態で、テーパシャンクの先端に可及的接近する位
置に配置され、ドローバ８は、蓋体の後方へ突出した後
端部に、油圧によって進退動作する進退機構９のピスト
ンに連結されている。そしてその進退機構９により、ド
ローバ８の先端が永久磁石７の先端から出没操作され
る。又永久磁石７には、その永久磁石７をコアとし、電
磁石として機能させるべく、先端部分を軸方向へ２つに
分割して夫々にコイル７ａが捲回されていて、それらの
コイル７ａ，７ａは、図示しない電力供給手段に接続さ
れ、通電可能となっている。

【０００８】上記のように形成された工作機械の主軸工
具クランプ装置では、ドローバが通常後退位置にあり、
工具のテーパシャンクをテーパ穴６に挿し込むと、永久
磁石の吸引力で工具が引き込まれ、テーパシャンクがテ
ーパ穴に保持される。そこでコイルに通電すると、永久
磁石に電磁石としての機能が追加され、磁力が増大し、
テーパシャンクがクランプ状態となる。工具は磁力によ
り強力に吸引され、工具のテーパシャンクがテーパ穴で
固締めされているから脱落の虞れはない。

【０００９】工具交換のため工具を外すには、先ずコイ
ルへの電流をカットし、続いてクランクアームで工具の
Ｖ溝を把持させ、最後に進退機構によりドローバを前方
へ突出させれば、その先端で保持状態にあるテーパシャ
ンクが押し出され、工具が外される。このように、永久
磁石の吸引力で工具の保持が成され、電磁石の吸引力が
加わることによりクランプされといったように、吸引力
は二段階に作用する。

【００１０】前記実施例は電磁石の吸引力が一定である
が、図２に例示する如く、電流制御機構１０により電流
を調整し、クランプ力を可変とすることもできるし、電
磁石のコアに永久磁石を使用しなくとも、工具交換時の
保持状態では微小電流を流して弱い吸着力を与え、加工
作業が行なわれるクランプ時には大電流に切り変えるよ
うに、クランプ力を電流制御するように構成することも
できる。

【００１１】電磁石の磁極面積をＳ、永久磁石と工具と
の隙間をｄ、隙間部分の透磁率をμ、永久磁石の起磁力
をＭ₀ 、コイルの巻き数をＮ、電流をｉとした場合、工
具に対して作用する電磁力Ｆは次式で表される。Ｆ＝（Ｍ₀ ² ＋２Ｍ₀ Ｎｉ＋Ｎ² ｉ² ）μＳ／４ｄ² 従って、永久磁石をコアとして使用した場合、非通電状
態の保持力はその永久磁石の起磁力Ｍ₀ により決定さ
れ、又前記電磁石のコアに磁石を使用しない場合、保持
状態とクランプ状態とに切り変える手段としては、電流
制御ばかりでなく、例えばコイルにタップを設け、巻き
数を選択できるようにしたり、機械的手段にて工具との
位置関係を調整可能とすることによっても、電磁力を可
変とすることができる。尚、ドローバと電磁石とを主軸
スピンドルに対して非接触状態で配置し、主軸スピンド
ルのみを単独で回転可能とすれば、それらを同軸上に配
置しなくてもかわない。

【００１２】本発明の主軸工具クランプ装置は、電磁石
の吸引力で工具をクランプし、その電磁石をハウジング
内に収容したから、コレットのようなメカニカル的な部
分が少なく、突起物もないので、シンプルでバランス良
く、故障の心配も少ない。尚、実施例では磁石の先端部
を平面とし、テーパシャンク先端のプルスタッドを有し
ない工具について説明したが、従来のプルスタッド付き
工具にも対応できるよう、電磁石の先端をプルスタッド
に対応した形状とすることもできる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、磁石の吸着力で工具を
クランプし、コレットを不要とするばかりか、電磁石は
主軸スピンドル内にバランス良く組み込まれる。又、コ
アをクランプ装置の固定体に固着することによって、回
転部の総重量が軽減され、回転効率に優れる。又、電磁
石を、永久磁石にコイルが巻き付けられたものとすれ
ば、永久磁石の吸着力のみで工具が保持され、コイルに
電流を流して電磁石としての機能を付加することによっ
て強力な吸着力でクランプすることができる。更に、皿
ばねの廃止によってアンバランスの要因がなくなったの
で、主軸の高速回転化への対応が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクランプ装置の説明図である。

【図２】電磁石の吸着力を可変とした機構の説明図であ
る。

【図３】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１・・主軸ハウジング、２・・貫通孔、３・・主軸スピ
ンドル、４・・軸受け、５・・蓋体、５ａ・・抜き穴、
６・・テーパ穴、７・・永久磁石、７ａ・・コイル、８
・・ドローバ、９・・進退機構、１０・・電流制御機
構、１１・・皿ばね、１２・・コレット、Ｔ・・工具。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 31/117 B23Q 3/152

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸ハウジング内に回動自在に軸承され
た筒状の主軸スピンドル内に、筒状のコアがクランプ装
置の固定体に固着された筒状の電磁石を吸着面が装着状
態にある工具の装着部先端に可及的接近する位置に固定
配置し、その電磁石に捲回されているコイルに電流供給
手段を接続し、前記筒状の電磁石の筒状内に、前方へ突
出させることにより工具を押し出して外すドローバを配
置し、そのドローバの先端を、進退機構によって前記電
磁石の吸着面前方へ突出可能とした工作機械の主軸工具
クランプ装置。
【請求項２】前記電磁石のコアを永久磁石で構成した
請求項１に記載された工作機械の主軸工具クランプ装
置。