JP3976176B2

JP3976176B2 - 工具クランプ装置

Info

Publication number: JP3976176B2
Application number: JP2002031365A
Authority: JP
Inventors: 宏一清水
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003231008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械において主軸に工具を保持する工具クランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンター等の工作機械の主軸は、工具の上部に工具ホルダを設け、その頂部にプルスタッドが形成され、そのプルスタッドを引き込んで工具を保持している。そして、工具の使用が終了して次の工具に交換する際には、ドローバー後部に配置されている油圧シリンダでドローバーを押してコレットによるプルスタッド把持を開放し、ドローバー先端でプルスタッドを叩いて工具ホルダを押し出して工具ホルダを開放している。
【０００３】
自動工具交換装置では、レディステーションにある工具と主軸の工具を交換する交換アームを有し、その交換アームが夫々の工具を掴む位置に移動し、工具を掴んだ後でドローバー後部に配置されている油圧シリンダを動作させて工具ホルダをアンクランプし、交換アームが主軸とレディステーションの工具を引き抜き交換し、その後油圧シリンダを動作させて交換した新たな工具を主軸にクランプさせた後で、交換アームを待機位置に移動させて工具交換を終了するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述するように、従来の技術では自動工具交換装置による工具交換の手順は、工具交換アームが作動して工具を把持し、その状態で工具交換アームが停止した状態で油圧シリンダが工具ホルダをアンクランプし、その後工具交換アームが工具を主軸から抜く操作をし、工具交換アームとアンクランプ操作を同時に行なうことができなかった。そのため、工具交換に時間を要していた。また、油圧シリンダは皿ばねの弾性力に抗してドローバーを移動させるため大型なものが使用されているので、油圧シリンダの動作にも時間を要し、工具交換時間を更に長いものとしていた。
【０００５】
そのため、工具交換時間を短縮するために工具ホルダのクランプを解除しても工具が皿ばねより弱いばねで支持されるように構成して工具が落下しないようにすることで、工具交換アームにより工具を把持するのを待たずにアンクランプ動作を可能としたものもあるが、このようなものにおいてもばねに抗して工具を押し出すための油圧シリンダーが別途必要となるため、構造が複雑になり高価なものになってしまうし、交換時間にこの油圧シリンダを駆動する時間が存在するため工具交換時間を大きく短縮できるものではなかった。
【０００６】
また、このような問題点を解消するものとして特開平６−９９３０２号や実開平４−３８３０６号公報に開示された技術がある。これらは皿ばねによる工具ホルダのクランプを解除しても工具が皿ばねより小さい弾性のばねで支持し、工具交換アームが工具を抜き取った際に、次の工具が支障なく取り付けられるように、クランプのための部材の位置を維持するものであるが、これらの機構を主軸内の回転する部位に設けてあり、主軸回転時のアンバランスの発生の原因となっていた。
また、このようなものにおいては、安定動作させるため或いは動作不良時の調整作業は主軸を分解して行なわなければならず厄介であった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、自動工具交換装置による工具交換の際に、短時間で工具交換が可能な工具クランプ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、工具を引込保持するドローバーを引込付勢するドローバー第１付勢手段と該第１付勢手段より弱い力でドローバーを引込付勢するドローバー第２付勢手段とを主軸内に設け、前記ドローバー第１付勢手段による引込付勢を解除する付勢解除手段を主軸外部に備えた工具クランプ装置であって、ドローバーが工具クランプ解除位置に達した際にドローバーをロックするドローバーロック手段をドローバー後端部の主軸外部に主軸と共に回転しないように別体で備え、ドローバー第１付勢手段による付勢が解除されてもドローバー第２付勢手段がドローバーの前方への移動を阻止して工具の保持を維持し、工具抜き取り操作によりドローバーが前方に移動して工具クランプ解除位置に達したら、工具の抜き取りが可能となると共に工具クランプ解除位置でドローバーがロックされることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ドローバーロック手段は、ロック状態において工具挿入装着操作によりドローバーが後方に押圧されるとロック解除動作をしてドローバーが後方へ移動し、ドローバーが工具仮保持動作を実施することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、ドローバーロック手段は、ドローバーの軸心に向けて移動可能な球体と、該球体をドローバーの軸心方向に付勢する球体付勢手段と、ドローバー外周にテーパ面を介して形成された落とし込み溝とから成り、ドローバーが工具クランプ解除位置に移動した際にドローバー第２付勢手段に抗してドローバーをロックすることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る工具クランプ装置を示す工作機械主軸部の断面図であり、１は装着した工具を回転する主軸、２は工具を主軸に装着するための工具ホルダ、３は工具を主軸に引込保持するドローバーであり、工具ホルダ２後部に設けられているプルスタッド４がドローバー３の先端に設けたコレット５に把持されて工具は主軸１に装着されている。
また、ドローバー３周囲には第１付勢手段としての皿ばね６が配置され、皿ばね６は、工具ホルダ２側前端が主軸１に形成された第１段部７に係止し、後端はドローバー上を摺動移動可能な円筒状のカラー８、ナット９を介してドローバー３に当接して配置され、ドローバー３を後方へ付勢し、クランプした工具ホルダ２を主軸１に完全に密着させて連結保持させる。
【００１１】
一方、ドローバー３前部周囲には第２付勢手段としてのコイルばね１１が設置されている。このコイルばね１１は前端が主軸１に形成された第２段部１０に係止し、後端はドローバー３に形成した段部３ａに係止して配置され、コイルばね１１によってもドローバー３を後方へ付勢している。
【００１２】
主軸１の後方には工具ホルダ２を解放する際に作動する付勢解除手段としてのアンクランプシリンダ１２が設置されると共に、その後方にドローバーロック手段としての仮保持シリンダ１３が設けられ、ドローバー３の後部がアンクランプシリンダ１２のピストン１２ａに接続され、更にドローバーは後方に伸びて仮保持シリンダ１３の仮保持ピストン１３ａに接続されている。
ドローバー３の後端部にはフランジ状の枠体１４が装着され、その枠体１４を囲むように仮保持ピストン１３ａは設けられ、仮保持ピストン１３ａの外周面には、球体付勢手段としてのばね１６に付勢された球体１７が押し当てられ、外周後端部にはテーパ面１８が形成されて縮径形成された落とし込み溝１９が形成されている。
【００１３】
次に上記構成の工具クランプ装置の動作を説明する。まず工具ホルダクランプ装着状態、即ち工具をクランプした状態では、皿ばね６によりドローバー３が後方に付勢され、ドローバー３先端のコレット５がプルスタッド４を後方に引き上げ付勢する。その結果、工具ホルダ２は主軸先端のテーパ部１ａに密着し、工具は主軸に連結保持される。
このとき、アンクランプシリンダ１２のピストン１２ａはドローバー３後端のナット９と軸方向に離れた位置にあり、主軸１と共にドローバー３が回転しても、アンクランプシリンダ１２のピストン１２ａは回転しない。
【００１４】
工具ホルダ２を解放するアンクランプ状態へは、アンクランプシリンダ１２に油圧を作用させてアンクランプピストン１２ａを前方へ突出移動させることによって移行する。この操作でアンクランプピストン１２ａが前方に移動してドローバー３後端のカラー８を前に押し出す。
カラー８はドローバー３の外周を摺動可能に装着されているので、この操作により、カラー８のみ前方に移動して皿ばね６は前方へ圧縮され、ドローバー３への付勢が解除される。しかし、ドローバーは前方に設置されているコイルばね１１によっても後方に付勢されているので、ドローバー３は上記操作で皿ばね６による付勢から開放されるが、主軸１の軸方向には移動しない。
【００１５】
ここで、皿ばね６がドローバー３を後方へ付勢する力は、主軸１の回転が確実に工具に伝達されるように一般的に１０ｋＮ以上に設定されている。そのため、皿ばね６で引き上げられたまま工具ホルダー２を主軸１から引き抜くためにはそれ以上の力が必要になる。しかし、コイルばね１１がドローバー３を引き上げている力は、工具を装着したドローバーが前方に移動しない程度の力であれば良く、数１０〜数１００Ｎに設定されている。このように構成することで工具の引き抜き操作をする場合、僅かな力でドローバーを前方に移動させて工具ホルダのクランプを解除でき、工具を主軸から引き抜くことが可能となる。
【００１６】
従って、コイルばね１１により付勢された状態でも自動工具交換装置の交換アーム（図示せず）が工具ホルダ２を掴み、工具ホルダ２を主軸１から引き抜る操作が可能で、この操作でプルスタッド４に掛かったコレット５が前方に引かれ、ドローバー３が前方に移動し、主軸１内径部に設けられた溝にコレット５が落ち込んで開くと、プルスタッド４はコレット５の把持から開放されて、工具ホルダ２は主軸１から引き抜かれる。
【００１７】
ドローバー３が前方に移動すると、ドローバー３後端の枠体１４がその周りに設置されている仮保持ピストン１３ａを引っかけて、仮保持ピストン１３ａも前方に押し出される。
ここで、仮保持ピストン１３ａの外周部に押しつけられている球体１７は、ドローバー３が前方に移動してコレット５が主軸内径部の溝に落ち込んで開く際に、仮保持ピストン１３ａのテーパ面１８から落とし込み溝１９に落とし込まれるように配置形成されている。
こうして、前方へ移動して工具を引き抜き可能とした位置、即ち工具クランプ解除位置でドローバー３は球体１７と落とし込み溝１９に係合によりロックされ、工具ホルダー２がコレット５から外れても、ドローバー３はコイルばね１１の作用で軸方向に後退することなく、工具ホルダ２を放した位置で保持されるようになっている。
【００１８】
交換アームが工具を引き抜いた後、新しい工具を主軸１に挿入すると、工具ホルダー２先端のプルスタッド４がドローバー３の先端に当接し、ドローバー３を後方に押し上げ操作する。この操作で、仮保持ピストン１３ａのテーパ面１８に押しつけられていた球体１７は、交換アームのドローバー３を後方に押し上げる力によって仮保持ピストン１３ａ外周部のテーパ面１８を相対的に上がって行きロックは解除される。
そして、球体１７がテーパ面１８を上がりきると、仮保持ピストン１３ａにドローバー３をロックする力が作用することなく、コイルばね１１によってドローバー３は後方に引き上げられた状態で保持され、工具は仮保持される。
その後、アンクランプシリンダー１２の油圧を切替えることによって、皿ばね６がドローバー３を引き上げ付勢して工具ホルダー２は主軸１にクランプされ連結保持される。
【００１９】
このように、アンクランプシリンダーを動作させても、工具ホルダーは第２付勢手段であるコイルばねの作用で引き続き主軸に保持され、自動工具交換装置による工具交換の際に、交換アームが工具を掴む前にアンクランプシリンダーを動作させることが可能となり、アンクランプ時の工具交換の時間を短縮できる。
また、交換アームが主軸に工具を押し込むだけで、工具ホルダーは主軸に仮保持されるので、交換アームを先に待避させてから工具をクランプ操作することができ、クランプ時の工具交換時間を短縮できる。
更に、ドローバーロック手段である仮保持シリンダーは主軸後端の主軸外部に設けられているので、仮保持シリンダーは主軸と共に回転することが無く、主軸回転時にアンバランスによる振動の発生の恐れがないし、仮保持シリンダーは主軸とは別体で形成されているため、メンテナンス，交換等を容易に実施できる。また、ドローバーロック手段は仮保持ピストンと球体と球体付勢手段とから成る簡易な構成であるため、メンテナンス、交換等が更に容易である。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、付勢解除手段を動作させても、工具ホルダは第２付勢手段の作用で引き続き主軸に保持されて脱落することが無くなるので、自動工具交換装置による工具交換の際に、交換アームが工具を掴む前に付勢解除手段を動作させることが可能となり、工具交換時間の短縮が可能である。更に、ドローバーロック手段は主軸外部に設けられているので、主軸と共に回転することが無く、主軸回転時にアンバランスによる振動の発生はないし、メンテナンス、交換等が容易である。
【００２１】
請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、工具の挿入装着操作で主軸は工具仮保持動作をするので、交換アームにより交換する際に、交換アームを先に待避させてから工具をクランプ操作することができる。そのため、工具交換時間を更に短縮できる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、ドローバーロック手段は簡易な構成で実施でき、メンテナンス、交換等が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具クランプ装置の実施形態の一例を示す工作機械主軸の断面説明図である。
【符号の説明】
１・・主軸、２・・工具ホルダ、３・・ドローバー、４・・プルスタッド、５・・コレット、６・・ドローバー第１付勢手段としての皿ばね、１１・・ドローバー第２付勢手段としてのコイルばね、１２・・付勢解除手段としてのアンクランプシリンダー、１２ａ・・アンクランプピストン、１３・・ドローバーロック手段としての仮保持シリンダ、１３ａ・・仮保持ピストン、１６・・球体付勢手段としてのばね、１７・・球体、１８・・テーパ面、１９・・落とし込み溝。

Claims

工具を引込保持するドローバーを引込付勢するドローバー第１付勢手段と該第１付勢手段より弱い力でドローバーを引込付勢するドローバー第２付勢手段とを主軸内に設け、前記ドローバー第１付勢手段による引込付勢を解除する付勢解除手段を主軸外部に備えた工具クランプ装置であって、
ドローバーが工具クランプ解除位置に達した際にドローバーをロックするドローバーロック手段をドローバー後端部の主軸外部に主軸と共に回転しないように別体で備え、ドローバー第１付勢手段による付勢が解除されてもドローバー第２付勢手段がドローバーの前方への移動を阻止して工具の保持を維持し、工具抜き取り操作によりドローバーが前方に移動して工具クランプ解除位置に達したら、工具の抜き取りが可能となると共に工具クランプ解除位置でドローバーがロックされることを特徴とする工具クランプ装置。
ドローバーロック手段は、ロック状態において工具挿入装着操作によりドローバーが後方に押圧されるとロック解除動作をしてドローバーが後方へ移動し、ドローバーが工具仮保持動作を実施する請求項１記載の工具クランプ装置。
ドローバーロック手段は、ドローバーの軸心に向けて移動可能な球体と、該球体をドローバーの軸心方向に付勢する球体付勢手段と、ドローバー外周にテーパ面を介して形成された落とし込み溝とから成り、ドローバーが工具クランプ解除位置に移動した際にドローバー第２付勢手段に抗してドローバーをロックする請求項１又は２記載の工具クランプ装置。