JP4801686B2 - 工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置に関し、特に主軸移動体をコンパクトに構成した工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置に関する。

従来、例えばマシニングセンタのツールアンクランプ装置として、主軸にドローバーを内蔵し、後方へ引き込むことによってコレットを介してツールをクランプし、前方へ押し出すことでコレットを解放してツールをアンクランプする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２３９８１８号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載のツールアンクランプ装置では、回動動作を行なうアンクランプアームが主軸移動体のケーシングに配設されているため、主軸移動体が大きくなり、質量も大きくなるという問題があった。
また、ドローバーを前方へ押し出すアンクランプアームとＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ）装置に連動して作動するアンクランプカムとを接触させる必要があるので、箱型のフレーム内に収容することができず、通常、Ｌ型のコラムで主軸移動体（主軸ヘッド）を移動可能に支持する形式が採用されることから、剛性を確保し難いという問題があった。

そこで、本発明に係る工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置は、前記した問題点を解決すべく、工作機械の主軸移動体のコンパクト化を図り工作機械の小型化を実現することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、中空の主軸と、この主軸に装着するツールを収納するツールマガジンと、ツール交換位置において前記ツールを保持して前記主軸に装着する旋回動作を行なうＡＴＣアームと、ベッドに対して移動自在に配設されたコラムと、このコラムに対して移動可能に支持された主軸移動体と、を有する工作機械におけるツールアンクランプ装置であって、前記主軸に内蔵され、後方へ引き込むように付勢されて前記主軸に装着されたツールをクランプするドローバーと、前記ドローバーを前方へ押出し可能なように前記主軸の軸方向に摺動自在に連結されたアンクランプリングと、このアンクランプリングに形成されたカム部と、このカム部に係合させるカムフォロアを有し、前記主軸に対して交差する方向に移動自在に前記主軸移動体に保持されたスライドシャフトと、前記コラムに回動自在に配設されたアンクランプアームと、前記ツール交換位置において前記アンクランプアームと係合して当該アンクランプアームを回動させるアンクランプカムと、を備え、前記ツールマガジンを前記コラムに設けずに別体として前記ツール交換位置に配設し、前記ＡＴＣアーム、および前記アンクランプカムを前記コラムに設けずに別体として前記ベッドに対して移動不能に配設し、前記ツール交換位置において前記ＡＴＣアームを旋回させると前記アンクランプカムが連動して回動し前記アンクランプアームを回動させることで、前記アンクランプアームに前記スライドシャフトを係合させて前記スライドシャフトを移動させ、前記カムフォロアを前記カム部と係合させて前記ドローバーを前方へ押し出して前記ツールをアンクランプするように構成したことを特徴とする。

このように、本発明は、スライドシャフトを移動させてドローバーを押し出すアンクランプアームを主軸移動体（主軸ヘッド）に設けずにコラムに配設し、主軸移動体を小型軽量化したことで、主軸移動体を支持するコラムを小型軽量化するとともに、駆動モータの負荷を軽減して動力性能の効率化に貢献することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のツールアンクランプ装置であって、前記コラムは、箱型のコラムであり、前記主軸移動体が前記コラム内に収容されていること、を特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、箱型（ＢＯＸ構造）のコラムを採用することで剛性を確保することが可能であるから、工作機械の高精度化の要求に貢献することができる。また、主軸移動体を小型軽量化したことで、箱型のコラム内に主軸移動体をコンパクトに収容して工作機械の小型化が実現される。

本発明に係る工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置は、工作機械の主軸移動体のコンパクト化を図り工作機械の小型化を実現することができる。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図１は本発明の実施形態に係るツールアンクランプ装置を適用した工作機械の構成を説明するための正面図であり、図２は本発明の実施形態に係るツールアンクランプ装置の構成を説明するための断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、図４はアンクランプリングのインナーリングとスライドシャフトとの関係を示す図２の要部分解斜視図であり、図５は図２のＢ−Ｂ要部断面図である。

本発明の実施形態に係るツールアンクランプ装置１について、工作機械として横形のマシニングセンタ１００を例として説明する。
マシニングセンタ１００は、図１に示すように、ベッド１０１に対して箱型（ＢＯＸ型）のコラム１０２がＸ軸移動機構１０３、およびＺ軸移動機構１０４を介して配設されている。そして、コラム１０２内には、Ｙ軸移動機構１０５（図２参照）を介して主軸移動体２００（主軸ヘッド）が正面視における箱型の閉断面構造を有するコラム１０２内に収容されている。

このように、工作機械であるマシニングセンタ１００は、箱型のコラム１０２を採用することで剛性を確保することが可能であるから、工作機械の高精度化の要求に貢献することができる。また、主軸移動体２００を箱型のコラム１０２内に収容したことで、マシニングセンタ１００の小型化が実現される。

なお、本実施形態においては、工作機械の一例として、横形のマシニングセンタ１００について説明するが、これに限定されるものではなく、立形のマシニングセンタの他、主軸移動体２００がコラム１０２に対して移動可能に支持されたトランスファーマシン等の種々の工作機械に適用することができる。
また、３軸をなすＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の取り方は種々あるが、本実施形態においては、図１に示すように、便宜上図示しない作業者から見て左右方向をＸ軸とし、上下方向（高さ方向）をＹ軸とし、前後方向をＺ軸と表記する。

マシニングセンタ１００は、主軸２に装着するツールＴを収納するツールマガジン１０６と、ツールＴを交換する自動工具交換装置（ＡＴＣ装置）１０７と、を備えている。
そして、自動工具交換装置１０７は、主軸２に装着されたツールＴを保持してツールマガジン１０６に収納するとともに、ツールマガジン１０６に収納されたツールＴを保持して主軸２に装着する旋回動作を行なうＡＴＣアーム１０８を備えている。
また、マシニングセンタ１００は、図１に示すように、主軸移動体２００が上昇端にあるツール交換位置において、ＡＴＣアーム１０８の旋回動作と連動してツールＴのアンクランプを行なうようにアンクランプアーム８（図２）と係合して、アンクランプアーム８を回動させるアンクランプカム１０９と、を備えている。

主軸移動体２００は、図２に示すように、中空の主軸２と、この主軸２を軸受２ａを介して回転自在に支持するケーシング３と、主軸２にカップリングされたモータ３００と、を備えている。

ケーシング３は、断面が矩形の筒形状（図３）をなし、中央部のフランジ３１を介してＹ軸移動機構１０５により上下方向に移動自在（図１）にコラム１０２に支持されている。

ツールアンクランプ装置１は、主軸２に内蔵されたドローバー４と、ドローバー４を前方へ押出し可能なように主軸２の軸方向に摺動自在に連結されたアンクランプリング５と、このアンクランプリング５に形成されたカム部５５と、このカム部５５に係合させるカムフォロア６１が固定されたスライドシャフト６と、を主軸移動体２００に備えている。
さらに、ツールアンクランプ装置１は、コラム１０２に回動自在に配設されたアンクランプアーム８を備えている。

ドローバー４は、先端部にツールＴをつかむコレット４１が取り付けられている。そして、後端部には、拡径部４２が形成され、この拡径部４２に受動ピン４３が貫通して固定されている。受動ピン４３は、主軸２に形成された長穴２１から突出するように固定されている。そして、ドローバー４は、主軸２に内蔵された皿ばね４４でドローバー４の拡径部４２を後方へ付勢するように配設されている。

かかる構成により、ドローバー４は、後方へ引き込むように付勢されて主軸２の先端部に装着されたツールＴをクランプする。
一方、ツールアンクランプ装置１は、ドローバー４を前方へ押し出すとコレット４１が開放されツールＴをアンクランプすることができる。

アンクランプリング５は、円筒形状を有し、ケーシング３に嵌入されるアウターリング５１と、アウターリング５１に対してボールガイド５２を介してスライド自在に内嵌されたインナーリング５３と、を備えている。そして、インナーリング５３の内周面には、受動ピン４３が回転自在に収容される拡径された収容部５４が形成されている。また、インナーリング５３の後端面には、傾斜面を有するカム部５５が形成されている。
また、インナーリング５３は、ケーシング３に内嵌されたコイルばね５６で後方へ付勢され、カム部５５がスライドシャフト６に形成されたカムフォロア６１と当接するように構成されている。

かかる構成により、ツールＴのクランプ時には、主軸２が回転してもインナーリング５３は回転しないようにケーシング３に保持されている。そして、ツールＴのアンクランプ時には、インナーリング５３が主軸２に対して前進することで、インナーリング５３が受動ピン４３と係合し受動ピン４３を介してドローバー４を前方へ押し出すことができる。

スライドシャフト６は、図３に示すように、主軸２に対して交差する方向（水平方向）に移動自在に主軸移動体２００のケーシング３に保持されている。そして、スライドシャフト６に固定されたカムフォロア６１は、スライドシャフト６のスライド移動に伴い紙面上下方向に移動する。
また、スライドシャフト６は、２本が並設され、それぞれのカムフォロア６１がカム部５５に係合するようにインナーリング５３の外側に配置されている（図４を併せて参照）。そして、２本のスライドシャフト６は、回り止めロッド６２で連結され、回り止めロッド６２には抜け止め、およびスライドシャフト６のケーシング３からの突き出し方向の位置決めのためのロッドストッパ６３が設けられている。
なお、スライドシャフト６は、ケーシング３に装着された戻しばね６４で、戻り方向（ツールクランプ時の位置に戻る方向）へ付勢されている。

アンクランプアーム８は、図２に示すように、回動中心となる回動軸８１と、アンクランプカム１０９に当接するローラフォロア８２と、スライドシャフト６に当接するカムフォロア８３と、を備えている。そして、回動軸８１が上下方向になるようにコラム１０２に軸支され、アンクランプアーム８は水平方向に回動する（図５参照）。また、アンクランプアーム８は、コイルばね８４で戻り方向（ドローバー４を後方へ引き込む方向）へ付勢されている。

このように、アンクランプアーム８を主軸移動体２００に設けずにコラム１０２に配設し、主軸移動体２００を小型軽量化したことで、主軸移動体２００を支持するコラム１０２を小型軽量化するとともに、駆動モータの負荷を軽減して動力性能の効率化に貢献することができる。

以上のように構成された本発明の実施形態に係るツールアンクランプ装置１の作用について、主として図１と図２を参照しながら説明する。
マシニングセンタ１００における加工時には、図２に示すように、主軸２にはツールＴが装着され、ドローバー４を後方へ引き込むように付勢してツールＴがクランプされている。このとき、アンクランプリング５のインナーリング５３、スライドシャフト６、アンクランプアーム８、およびアンクランプカム１０９も後退位置にある。

工具交換時においては、図１に示す工具交換位置まで、図示しない制御装置によりＹ軸移動機構１０５を介して主軸移動体２００が移動する。そして、主軸２に装着されたツールＴを交換するために、ＡＴＣアーム１０８（図１）を旋回させると、アンクランプカム１０９が連動して回動する（Ｓ１）。アンクランプカム１０９が回動すると、アンクランプアーム８のローラフォロア８２およびカムフォロア８３が回動し（Ｓ２）、カムフォロア８３がスライドシャフト６を紙面上方へ移動させる（Ｓ３）。スライドシャフト６の移動に伴い、スライドシャフト６に固定されたカムフォロア６１も移動し、アンクランプリング５のインナーリング５３が前方へ移動し（Ｓ４）、受動ピン４３を介してドローバー４を前方へ押し出すように移動する（Ｓ５）。そして、コレット４１が開放され、ツールＴがアンクランプされてツールＴの脱着が可能になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、コラム移動形の工作機械について説明したが、これに限定されるものではなく、主軸移動体がコラムに対して移動可能に支持されたテーブル移動形の工作機械であっても同様に適用できる。

本発明の実施形態に係るツールアンクランプ装置を適用した工作機械の構成を説明するための正面図である。 本発明の実施形態に係るツールアンクランプ装置の構成を説明するための断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 アンクランプリングのインナーリングとスライドシャフトとの関係を示す図２の要部分解斜視図である。 図２のＢ−Ｂ要部断面図である。

符号の説明

１ ツールアンクランプ装置
２ 主軸
３ ケーシング
４ ドローバー
５ アンクランプリング
６ スライドシャフト
８ アンクランプアーム
４２ 拡径部
４３ 受動ピン
５５ カム部
１００ マシニングセンタ（工作機械）
１０２ コラム
１０８ ＡＴＣアーム
１０９ アンクランプカム
２００ 主軸移動体
Ｔ ツール

Claims (2)

1. 中空の主軸と、
   この主軸に装着するツールを収納するツールマガジンと、
   ツール交換位置において前記ツールを保持して前記主軸に装着する旋回動作を行なうＡＴＣアームと、
   ベッドに対して移動自在に配設されたコラムと、
   このコラムに対して移動可能に支持された主軸移動体と、を有する工作機械におけるツールアンクランプ装置であって、
   前記主軸に内蔵され、後方へ引き込むように付勢されて前記主軸に装着されたツールをクランプするドローバーと、
   前記ドローバーを前方へ押出し可能なように前記主軸の軸方向に摺動自在に連結されたアンクランプリングと、
   このアンクランプリングに形成されたカム部と、
   このカム部に係合させるカムフォロアを有し、前記主軸に対して交差する方向に移動自在に前記主軸移動体に保持されたスライドシャフトと、
   前記コラムに回動自在に配設されたアンクランプアームと、
   前記ツール交換位置において前記アンクランプアームと係合して当該アンクランプアームを回動させるアンクランプカムと、を備え、
   前記ツールマガジンを前記コラムに設けずに別体として前記ツール交換位置に配設し、
   前記ＡＴＣアーム、および前記アンクランプカムを前記コラムに設けずに別体として前記ベッドに対して移動不能に配設し、
   前記ツール交換位置において前記ＡＴＣアームを旋回させると前記アンクランプカムが連動して回動し前記アンクランプアームを回動させることで、
   前記アンクランプアームに前記スライドシャフトを係合させて前記スライドシャフトを移動させ、前記カムフォロアを前記カム部と係合させて前記ドローバーを前方へ押し出して前記ツールをアンクランプするように構成したことを特徴とする工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置。
2. 前記コラムは、箱型のコラムであり、
   前記主軸移動体が前記コラム内に収容されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸移動体におけるツールアンクランプ装置。

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