JP4146617B2 - 工作機械のツールアンクランプ装置 - Google Patents

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の主軸に装着したツールをアンクランプするための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタの主軸にはドローバーが内蔵されており、このドローバーがツールホルダ末端のプルスタッドをコレットでつかみ、バネの力で引き込むことによってツールが主軸にクランプされる。このドローバーを、バネの力に抗して前方に押し出せば、コレットが開放されてツールはアンクランプされる。アンクランプの際のドローバーの押し出し動作は、以前は油圧シリンダーによって行っていたが、油圧シリンダーは応答性が悪いために、高速化するＡＴＣ装置に対応できなくなり、近年ではドローバーの押し出し動作を、カムやリンク等を用いたメカ的な機構により、ＡＴＣ装置と連動させて行うものが主流となっている。
【０００３】
このタイプの従来例を図４に基づいて説明すると、ドーローバー３の末端には受動ピン４が直交して貫通しており、受動ピン４の両端は主軸１に設けた前後方向の長穴２２を通して主軸１から突出している。この受動ピン４の両端部を、主軸頭１０に揺動可能に軸支したアンクランプアーム４０の腕４１で直接押すことで、ドローバー３を前方に押し出してツール２をアンクランプするようになっている。ツール交換は、図５に示すように、主軸頭１０をＡＴＣ装置４７近傍の自動ツール交換位置に移動させて、アンクランプアーム４０のもう一方の腕４２をＡＴＣ装置４７のアンクランプカム３２に接する状態とし、アンクランプカム３２とＡＴＣアーム４６をカム機構により連動して回転させることで、ツール２のクランプ・アンクランプ動作とツール交換が連動して瞬間的に行われる。なお、図中の符号４９はツールマガジンである。
【０００４】
なお、主軸１の先端にはドライブキー４５を有し、これをツールホルダのフランジ部４８の周囲二箇所に形成してある切り欠きに嵌合することで、ツールの空回りを防止しているが、自動ツール交換時には、ＡＴＣアーム４６がドライブキー４５と干渉しないように、ＡＴＣアーム４６にドライブキー４５の逃げ５０と、ツールホルダの切り欠きに嵌合させるＡＴＣアームキー５１を設け、主軸１をこれに対応した一定の角度αで停止させた状態でツール２を把持するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成のツールアンクランプ装置は、スピンドルモータを主軸１に直結できることから、迅速な加減速の切り替えや精度の良い加工が可能となり、さらには主軸頭１０がＡＴＣ装置と独立して移動することが可能となるなどの利点があり、特に小型のマシニングセンタには最適な構造であったが、以下のような問題点があった。自動ツール交換時の主軸停止角度αは、その時の主軸頭１０とＡＴＣ装置４７の位置関係（厳密には主軸１とＡＴＣアーム軸の配置角度γ）によって決まるが、ＡＴＣ装置の設置場所は、マシニングセンタの機種によって異なり、主軸頭１０とＡＴＣ装置４７の位置関係も変わってくるから、主軸停止角度αも機種によってまちまちなものとなる。上記のアンクランプ装置では、主軸１をまたぐようにしたアンクランプアーム４０の腕４１で受動ピン４を直接押す構造であるために、主軸１がどの角度で停止してもアンクランプできるわけではなく、主軸停止角度αに対して受動ピンの配置角度βを考慮しなければならない。よって、ＡＴＣ装置４７の設置場所が異なるごとに主軸１を設計しなおす必要があり、主軸１の共通化ができないという問題があった。また、別の問題点として、揺動するアンクランプアーム４０を、一方の腕４１が主軸頭１０の内部に入り込み、もう一方の腕４２が主軸頭から飛び出すような状態で軸支してあるために、主軸頭のケーシング１７に開口４３を設ける必要があり、これによって主軸頭１０の剛性が不十分となったり、開口４３から切り屑や切削油が主軸頭１０内部に入り込み、主軸１などの損傷を招くことがあった。
【０００６】
本発明は以上に述べたような実情に鑑みてなされたものであって、自動ツール交換時の主軸頭とＡＴＣ装置の位置関係によらず主軸を共通化することができ、主軸頭の剛性を損なうこともなく、主軸頭内部への切り屑や切削油の侵入を防止できるツールアン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】
上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明によるツールアンクランプ装置は、中空の主軸に内蔵され、主軸の軸方向に摺動してツールをクランプ・アンクランプするドローバーと、ドローバーを貫通して両端が主軸から突出する受動ピンと、受動ピンの両端を円筒形の収容部に収容して主軸の軸方向に移動する、主軸とともに回転しないアンクランプリングと、主軸に対して交差する向きで、主軸をはさんで平行に支持した２本のスライドシャフトを備え、アンクランプリングにはカム部が形成してあり、スライドシャフトはカム部に接するカムフォロワを有するとともに一端が主軸頭から突出しており、スライドシャフトを主軸頭の外側から押し込むと、カム部とカムフォロワを介してアンクランプリングが前方に押し出され、ツールがアンクランプされることを特徴とする。スライドシャフトを押し込む手段については限定しない。
【０００８】
以上の構成のツールアンクランプ装置によれば、主軸が如何なる角度で停止しても、受動ピンが必ずアンクランプリングに係合するので、ＡＴＣ装置との関係で主軸の停止角度を変更しなければならないとしても、受動ピンの配置角度を気にする必要がなく、主軸を共通化することができる。また、スライドシャフトの往復運動によってアンクランプするようにしたので、主軸頭のケーシングに開口を設ける必要がなくなり、主軸頭の剛性を高めるとともに、主軸頭内部への切り屑等の侵入を阻止できることとなった。
【０００９】
請求項２記載の発明は、スライドシャフトの押し込み力が解除された時に、ドローバー、アンクランプリング、及びスライドシャフトが、ツールクランプ時の位置に自動的に戻るように、バネにより付勢してあることを特徴とする。このことは、ツールのクランプ・アンクランプ動作を、ＡＴＣ装置とメカ的な機構により連動して行う上で有利である。
【００１０】
さらに請求項３に記載したように、前記アンクランプリングは、アウターリングとインナーリング、及びボールガイドとで構成することが好ましい。このようにすると、インナーリングは軸方向に移動するだけでなく、回転も可能なように案内されることとなり、２本のスライドシャフトのカムフォロワの位置が、加工や組み付けの精度誤差のために多少ずれていたとしても、インナーリングが回転して、片方のカムフォロワのみがカム部に強く当るのを防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明のツールアンクランプ装置を備えた主軸頭１０の軸方向の断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図１と図２は、ツールをクランプしている時の状態を示している。この主軸頭１０はマシニングセンタの主軸として、サーボモータとボールネジを用いたスライドユニットを介して、三次元的に移動及び位置決めができる状態で設置される。
【００１２】
主軸頭１０のケーシング１７には、主軸１がベアリング１８を介して回転自在に支持されており、主軸１はカップリング１９で主軸モーター２０に直結してある。主軸１は中空になっていて、ドローバー３を主軸１の軸方向に摺動可能に内蔵している。ツール２のクランプは、ドローバー３先端のコレット２１でツール末端のプルスタッド３３をつかみ、ドローバー３を主軸１に内蔵した皿バネ１１の力で後方に引き込むことによってなされる。ドローバー３を、皿バネ１１の力に抗して前方に押し出すとコレット２１が解放され、ツール２はアンクランプされる。このドローバー３の押し出し動作を行う機構が今回の発明の要部である。
【００１３】
ドローバー３の後部には受動ピン４が貫通しており、受動ピン４の両端は主軸１に設けた前後方向の長穴２２を通して主軸１から突出し、その周囲にはアンクランプリング６が主軸１を挿通させて設けられている。アンクランプリング６は、アウターリング１４とインナーリング１５を有し、両者の間には多数の鋼球をリテーナで保持したボールガイド１６を介在させてあり、インナーリング１５は主軸１に沿って前後に移動し、且つ回転可能な状態となっている。インナーリング１５には前側が開放する円筒形の収容部５を設けてあり、そこに受動ピン４を収容している。またインナーリング１５は、先端にツバ２３を設けてコイルバネ１２を当接させ、後方に向かって付勢してあり、ツールクランプ時にはツバ２３がアウターリング１４に係止し、インナーリング１５は主軸１及び受動ピン４と非接触の状態で保持される。さらに図３に示すように、インナーリング１５の後側の面には段差を設けるとともに、段差面を斜面２４で緩やかに連続させ、カム部８を形成している。
【００１４】
インナーリング１５の後方には、主軸１を両側からはさむように、２本の平行なスライドシャフト７を、主軸１に対して交差する向きで設置してある。スライドシャフト７は、ケーシング１７に嵌入したブッシュ２５に挿通され、摺動自在に支持されている。両スライドシャフト７には、インナーリング１５のカム部８に接するカムフォロワ９を有している。また、スライドシャフト７はケーシング１７の外側で、回り止めロッド２６により互いに連結されている。回り止めロッド２６とケーシング１７との間には、コイルバネ１３が介在しており、スライドシャフト７をケーシング１７から突き出る向きに付勢している。
【００１５】
ケーシング１７外側のスライドシャフト７が突出する面には、Ｌ型のアンクランプアーム２７が回動自在に軸支してある。アンクランプアーム２７の一方の腕２８にはカムフォロワ３０を取り付けて、スライドシャフト７の端面に当接させ、もう一方の腕２９にはローラーフォロワ３１を軸支してある。主軸頭１０を自動ツール交換位置に移動させると、ＡＴＣ装置のアンクランプカム３２に、ローラーフォロワ３１が近接する状態となる。
【００１６】
この状態でＡＴＣ装置を起動すると、ＡＴＣ装置に内蔵した複合カムの働きにより、アンクランプカム３２がＡＴＣアームに連動して回転し、ローラーフォロワ３１を押しながらアンクランプアーム２７を前方に向けて傾倒させる。すると、スライドシャフト７がアンクランプアーム２７に押されてケーシング１７内部に向って摺動し、カムフォロワ９がインナーリング１５のカム部８に接しながら移動するので、インナーリング１５は前方に向って押し出される。この時、受動ピン４がインナーリング収容部５の後壁に係止して、ドローバー３もインナーリング１５といっしょに前方に押し出されるので、ツール２がアンクランプされる。ＡＴＣアームは、アンクランプしたツール２を抜き取って別のツールを主軸１に挿入する。アンクランプカム３２が一回転すると、スライドシャフト７の押し込み力が解除されるので、皿バネ１１、コイルバネ１２，１３の働きにより、ドローバー３、インナーリング１５、スライドシャフト７は元の位置に自動的に復帰し、ツール２が再びクランプされる。こうしてＡＴＣ装置による一連のツール交換の動作が行われる。
【００１７】
本発明のツールアンクランプ装置は、以上に述べた実施形態に限定するものではない。例えば、アンクランプアーム２７を油圧シリンダーによって動かしてアンクランプしても良いし、アンクランプアーム２７を主軸頭１０に設置しないで、スライドシャフト７をカムやシリンダーで直接押す構成にしても良い。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明による工作機械のツールアンクランプ装置は、ドローバーを貫通させた受動ピンを、アンクランプリングで押してアンクランプするようにしたので、主軸がどんな角度で停止してもアンクランプすることができ、自動ツール交換時における主軸頭とＡＴＣ装置の位置関係によらず、主軸を共通化できる。アンクランプリングは、主軸とともに回転しないので、主軸のイナーシャを大きくすることがない。また、スライドシャフトの往復運動を、カムによってアンクランプリングの往復運動に変換する構造とすることで、主軸頭の開口をなくすことができ、主軸頭の剛性および耐久性を高めることができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、ツールのクランプ・アンクランプ動作を、ＡＴＣ装置と連動して高速且つ正確に行うことができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、インナーリングが、軸方向に移動するばかりでなく、回転も可能なようにボールガイドで転がり案内されているので、インナーリングがスライドシャフトの動きに合わせて、小さな摩擦抵抗でスムーズに動作し、ツールのクランプ・アンクランプ動作の確実性と信頼性が高まる。また、ボールガイドは、摺動軸受けよりも定格荷重が大きく取れるため、ＡＴＣ装置による強大なアンクランプ力に対しても十分な耐久性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のツールアンクランプ装置を用いた主軸頭の軸方向の断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の主要な部分を示す斜視図である。
【図４】従来のツールアンクランプ装置の構造を示す主軸頭の断面図である。
【図５】自動ツール交換時における主軸頭とＡＴＣ装置の取り合いを示す正面図である。
【符号の説明】
１ 主軸
２ ツール
３ ドローバー
４ 受動ピン
５ 収容部
６ アンクランプリング
７ スライドシャフト
８ カム部
９ カムフォロワ
１０ 主軸頭
１１ 皿バネ（バネ）
１２，１３ コイルバネ（バネ）
１４ アウターリング
１５ インナーリング
１６ ボールガイド

Claims (3)

1. 中空の主軸（１）に内蔵され、主軸（１）の軸方向に摺動してツール（２）をクランプ・アンクランプするドローバー（３）と、ドローバー（３）を貫通して両端が主軸（１）から突出する受動ピン（４）と、受動ピン（４）の両端を円筒形の収容部（５）に収容して主軸（１）の軸方向に移動する、主軸（１）とともに回転しないアンクランプリング（６）と、主軸（１）に対して交差する向きで、主軸（１）をはさんで平行に支持した２本のスライドシャフト（７）を備え、アンクランプリング（６）にはカム部（８）が形成してあり、スライドシャフト（７）はカム部（８）に接するカムフォロワ（９）を有するとともに一端が主軸頭（１０）から突出しており、スライドシャフト（７）を主軸頭（１０）の外側から押し込むと、カム部（８）とカムフォロワ（９）を介してアンクランプリング（６）が前方に押し出され、ツール（２）がアンクランプされることを特徴とする工作機械のツールアンクランプ装置。
2. スライドシャフト（７）の押し込み力が解除された時に、ドローバー（３）、アンクランプリング（６）、及びスライドシャフト（７）が、ツールクランプ時の位置に自動的に戻るように、バネ（１１，１２，１３）により付勢してあることを特徴とする請求項１記載の工作機械のツールアンクランプ装置。
3. 前記アンクランプリング（６）が、アウターリング（１４）とインナーリング（１５）、及びボールガイド（１６）とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械のツールアンクランプ装置。

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