JP5231113B2 - アタッチメント着脱装置 - Google Patents

Description

本発明は、アタッチメント着脱装置に係り、特に、門形マシニングセンタのラムに各種アタッチメントを着脱するアタッチメント着脱装置に関する。

門形マシニングセンタは、コラムにクロスレールが架け渡された門形の外観をもつマシニングセンタで、クロスレールにサドルが設けられ、このサドルを介してラムが取り付けられている。

この種の門形マシニングセンタには、ラムの主軸先端にアタッチメントを常時取り付け、多様な加工を行えるようにしたものがある。アタッチメントには、加工の種類、ワークの形状や加工面の向きに応じて様々なものがあり、例えば、スナウト型、３０°ヘッド型、アングルヘッド型、５面加工ヘッド型、インデックスヘッド型等、多種多様なアタッチメントが利用されている。

アタッチメントに取り付けられる工具の交換は、自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって行われ、アタッチメントの交換は、自動アタッチメント交換装置（ＡＡＣ）によって行われる。

従来、マシニングセンタ等の主軸の先端部には、工具またはアタッチメントを取り付けるためにテーパ穴となっているのが一般的であり、アタッチメントへの回転をキーで伝達していた。

しかし、テーパ穴にしてアタッチメントへの回転伝達のためにキーを設けると、主軸先端部の直径が必要以上に大きくなるため、近年、アタッチメントを常時取り付ける主軸では、主軸先端部に雌スプラインを設け、スプライン結合により回転を伝達するようにしたものがある（特許文献１）。

ラムにアタッチメントを着脱させるときには、アタッチメント専用の着脱機構を設ける必要がある。上述したようにアタッチメントには、多種多様なものがあり、アングルヘッド型やインデックス型のアタッチメントなどでは、単に、主軸に着脱させるだけでなく、アタッチメント本体の位置を割り出して、あらかじめ決まった向きになるように主軸に取り付ける必要がある。

本出願人は、既に、着脱に加えて割出し機能をもったアタッチメント着脱装置を提案している（特許文献２）。
特開平６−８０１８号公報 特開平２−２２４９４１号公報

しかしながら、アタッチメントを割り出すためには、ＮＣ制御された主軸の回転を、アタッチメントの主軸ではなく、アタッチメント本体に伝える必要がある。従来は、主軸の中間位置に主軸の回転をアタッチメント本体に伝えるために主軸と同一に回転する機構を設けていたので、主軸構造が複雑になるという問題があった。しかも、主軸と同一に回転する機構の部材を取り付けることは、高速回転する主軸にとってアンバランス要因のひとつになる。

また、アタッチメントには、圧油やエア、切削液などの種々の流体をラムから供給する必要がある。ラム側とアタッチメント側の流体通路は、流体継手で接続される。アタッチメントを割り出すときには、流体継手の接続解除、再結合の操作を行わなければならず、割出し動作は、アタッチメントの着脱操作に較べて非常に複雑になり、アタッチメント着脱装置の構成が複雑化する。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、主軸構造を複雑にせずに、しかも、主軸やラムの構造に依存しないコンパクトな構成により、アタッチメントの交換のための着脱操作に加えて、アタッチメントの割出しを安全、確実に行うことをできるようにしたアタッチメント着脱装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、工作機械のラム本体の備える主軸に着脱可能に接続されるアタッチメント主軸を有するアタッチメントを前記ラム本体の端面に着脱可能に取り付けるアタッチメント着脱装置において、前記アタッチメントの本体を前記ラム本体の端面に結合しまたは端面から開放し、当該アタッチメントの最小割出し角度に応じた数の噛合歯を有するカービックカップリングと、前記主軸と前記ラム本体の間に配置され、前記アタッチメント本体のキー溝に係合する割出しキーを先端に有する中間軸と、前記主軸に着脱可能に係合し、前記主軸の回転を前記中間軸に伝達する旋回伝達部材と、前記ラム本体の先端部で前記中間軸と連結され、前記アタッチメント本体に設けたクランプ用フックに係合する凸状クランプ部を有し、前記旋回伝達部材を前記主軸に着脱させるとともに、前記凸状クランプ部により前記アタッチメントとラム本体を連結したままクランプする機能と、クランプ状態を解除して前記アタッチメント本体をラム本体から外せる状態にする機能と、前記アタッチメントを割出し可能な半連結状態にする機能とを有するクランプシリンダ装置と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記クランプシリンダ装置は、前記アタッチメントをラム本体に前記カービックカップリングが噛み合った状態で固定するクランプ位置と、前記アタッチメントのクランプ状態を解除するアンクランプ位置と、前記カービックカップリングの噛み合いが外れ前記アタッチメントを割出し可能な状態にする割出位置の３位置に移動するクランプピストンと、前記旋回伝達部材と連結され、前記クランプピストンとは独立して旋回伝達位置と伝達解除位置との間で移動し、前記旋回伝達部材と主軸との着脱状態を切り換える旋回作動ピストンと、前記クランプピストンのストロークを規制して前記割出位置に前記クランプピストンを位置決めし、前記アタッチメントを割出し可能な半連結状態にする割出作動ピストンと、を組み合せてなることを特徴とする。

本発明によれば、主軸構造を複雑にせずに、しかも、主軸やラムの構造に依存しないコンパクトな構成により、アタッチメントの交換のための着脱操作に加えて、アタッチメントの割出しを安全、確実に行うことをできる。

以下、本発明によるアタッチメント着脱装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係るアタッチメント着脱装置が用いられる門形マシニングセンタを示す。この図１において、参照番号１０は、ベッドを示し、１１は、門形コラムを示す。門形コラム１１の上部には、クロスレール１２が水平に架け渡されている。クロスレール１２には、サドル１３が水平方向に移動自在に設置されている。ラム１４は、サドル１３によって鉛直に支持されており、このラム１４の下端部には、本発明に係るアタッチメント着脱装置が組み込まれている。アタッチメント１５は、このアタッチメント着脱装置を介してラム１４の主軸に連結されている。工具１６は、アタッチメント１５に取り付けられ、この工具１６は自動工具交換装置により交換される。ベッド１０には、テーブル１７が設置されている。この門形マシニングセンタでは、Ｘ軸がサドル１３をクロスレール１２に沿って水平に左右に移動させる軸で、Ｙ軸がテーブル１７前後に移動させる軸、Ｚ軸がラム１４を上下に移動させる軸である。

次に、図２は、本実施形態に係るアタッチメント着脱装置２０が組み入れられたラム１４の先端部の断面を示す。この図２は、アタッチメント１５として、スナウト型のアタッチメント１５がアタッチメント着脱装置２０によってクランプされている状態を示している。

図２において、参照番号２２は、ラム本体を示し、２４は主軸を示す。主軸２４の先端部は主軸ベアリング２５で支持されている。ラム本体２２と主軸２４の間には、第１中間軸２６ａ、第２中間軸２６ｂ、第３中間軸２６ｃを一本の軸に連結してなる中間軸（以下、単に中間軸２６という）が設けられており、この中間軸２６は、ラム本体２２の先端まで延びている。本実施形態によるアタッチメント着脱装置２０の主要部を構成するクランプシリンダ装置２８は、中間軸２６の外側に嵌合している。このクランプシリンダ装置２８は、アタッチメント１５をラム本体２２に固定するクランプ力を発生するクランプピストン３０を有している。

アタッチメント１５は、アタッチメント本体３２と、アタッチメント主軸３４を含む。アタッチメント主軸３４は、ベアリング３３ａ、３３ｂによって回転自在に支持されている。ラム１４内部の主軸２４とアタッチメント主軸３４とは、スプライン結合されている。この場合、主軸２４の先端には雌スプライン３５がボルトによって固定されている。アタッチメント主軸３４の連結側の端部には、雌スプライン３５に嵌り合う雄スプライン３６が形成されている。本実施形態では、主軸２４に雌スプライン３５があるため、工具を直接取り付けることできない。その替わりに、アタッチメント主軸３４の先端部にテーパ穴３７が形成され、このテーパ穴３７に工具のテーパシャンクが嵌合するようになっている。

アタッチメント主軸３４には、同軸にアタッチメントドローバー３８が収容され、このアタッチメントドローバー３８の先端には、コレット３９が取り付けられている。このコレット３９は、工具のプルスタッド４０を把持する。そして、ラム１４の主軸２４にも同様にドローバー４１とコレット４２が設けられている。この場合、コレット４２は、アタッチメントドローバー３８の後端部に固着されているプルスタッド４３を把持するようになっている。ドローバー４１は、ラム１４の上方に配置されている図示しない油圧駆動装置によって駆動される。図２に示されているのは、ドローバー４１でプルスタッド４３を引っ張っている状態である。

ラム１４およびアタッチメント１５の全体構造の概要は、以上の通りであり、次に、本実施形態によるアタッチメント着脱装置の構成について詳細に説明する。

図２において、カービックカップリング４４ａ、４４ｂは、アタッチメント本体３２の後端面と、ラム本体２２の端面に取り付けられている。ここで図３は、ラム１４の端面を示し、これに対して、図４はラム１４に対向するアタッチメント１５の端面を示す。カービックカップリング４４ａ、４４ｂはリング状の部材で、一方のカービックカップリング４４ａにはコンベックス歯が形成され、他方のカービックカップリング４４ｂにはコンベックス歯に噛み合うコンケーブ歯が形成されている。これらの噛合歯は、それぞれアタッチメント１５の最小割出し角度に応じた数になっている。例えば、アタッチメント１５の最小割出し角度が１°であれば、３６０枚のコンベックス歯、コンケーブ歯がそれぞれ形成されている。
次に、図５は、主軸２４先端の雌スプライン３５および中間軸２６の端面を示す。アタッチメント本体３２の端面には、１８０°対称に割出しキー４６ａ、４６ｂが取り付けられている。この割出キー４６ａ、４６ｂは、中間軸２６の端面にある割出しキー溝４７ａ、４７ｂに係合し（図４参照）、アタッチメント１５を割り出すときに必要な回転を中間軸２６からアタッチメント本体３２に伝えるようになっている。なお、中間軸２６には、後述する旋回伝達キー４８を介して主軸２４の回転が伝達される（図２参照）。

次に、クランプシリンダ装置２８について説明する。
図２において、クランプシリンダ装置２８は、ラム本体２２の先端部で中間軸２６の外側に取り付けられている。クランプシリンダ装置２８は、シリンダ５０と、その両端部のシリンダカバー５１、５２を含む。カービックカップリング４４ｂとシリンダ５０は、シリンダカバー５２に各々ボルトで結合され、シリンダカバー５２はラム本体２２にボルトで結合されている。クランプシリンダ装置２８のシリンダ５０には、３つのピストン、すなわち、クランプピストン３０と、旋回作動ピストン５４と、割出作動ピストン５６が摺動自在に嵌合している。このうち、クランプピストン３０は、先端の凸状クランプ部５５がアタッチメント本体３２に取り付けてあるクランプ用フック５７に係合した状態で引っ張り、アタッチメント本体３２を固定するクランプ力を発生するピストンである。

図３乃至図５に示すように、凸状クランプ部５５は、６０°に軸心に関して対称な位置に６カ所に形成されている。そして、凸状クランプ部５５に対応するように、アタッチメント１５側には、クランプ用フック５７が６０°毎に軸心に関して対称な位置に６カ所設けられている。隣合うクランプ用フック５７の間にある窪んだ輪郭形状により、ちょうど凸状クランプ部５５が通過する空間が形成される。

次に、図２において、旋回作動ピストン５４は、旋回伝達キー４８を主軸２４に形成してあるキー溝４９に対して旋回伝達キー４８を着脱させるためのピストンである。

割出作動ピストン５６は、クランプピストン３０のストロークを規制して、アタッチメント１５を割出し可能な半連結状態にするためのピストンである。

クランプシリンダ装置２８は、クランプピストン３０と、旋回作動ピストン５４と、割出作動ピストン５６とを組み合わせることで、アタッチメント１５をラム本体２２にクランプする機能、クランプ状態を解除してアタッチメント１５を外せる状態にする機能、およびアタッチメント１５を割出し可能な半連結状態にする機能の３つの機能を実現している。

以下、具体的に各ピストンの取りうる位置について説明する。
まず、図２において、クランプピストン３０は、アタッチメント本体３２をクランプしている位置にある。このクランプピストン３０のクランプ位置とアンクランプ位置間のストロークはＬで、割出作動ピストン５６に当接するまで移動するとアンクランプ位置になる。このアンクランプ位置では、クランプピストン３０の先端の凸状クランプ部５５は、アタッチメント本体３２のクランプ用フック５７をクランプ状態から開放する。クランプ位置とアンクランプ位置との切り換えは、圧油供給ポートＣに圧油を供給すると、クランプピストン３０は、クランプ位置に移動し、圧油供給ポートＣから油圧の圧力を開放すると、アンクランプ位置に下降するようになっている。

次に、図２では、旋回作動ピストン５４は、旋回伝達キー４８が主軸２４のキー溝４９に入っていない伝達解除位置にある。アタッチメントの交換を行う時以外は通常この位置にある。このとき主軸２４が旋回しても中間軸２６は旋回しない。旋回作動ピストン５４が図２の位置からストロークＮだけ移動すると、旋回伝達キー４８は、キー溝４９に嵌合する。この位置が旋回伝達位置で、主軸２４が旋回すると、いっしょに中間軸２６が旋回することになる。

なお、旋回伝達キー４８は、図６に示すように、旋回作動ピストン５４とボルトと締結され、中間軸２６だけでなくクランプピストン３０の両者とも規制し、主軸２４が旋回すると、クランプピストン３０と旋回作動ピストン５４が一体になって中間軸２６といっしょに旋回することが可能な状態になる。この旋回作動ピストン５４の位置の切り換えのために圧油供給ポートＡ、Ｂがあり、圧油供給ポートＡに圧油が供給されると、旋回作動ピストン５４は伝達解除位置になり、圧油供給ポートＢに圧油が供給されると、旋回伝達位置に切り替わる。

次に、割出作動ピストン５６に着いて説明する。図２において、割出作動ピストン５６は、待機位置にある。割出作動ピストン５６のストロークはＭで示され、待機位置からストロークＭだけ移動した位置が割出位置である。割出作動ピストン５６がこの割出位置にあると、クランプピストン３０のストロークは、クランプ位置とアンクランプ位置間のストロークＬからストロークＨに制限される。このストロークＨは、カービックカップリング４４ａ、４４ｂの噛み合いが外れアタッチメント１５を割り出し可能な半連結状態にするストロークに対応している。

次に、中間軸２６に形成されている流体通路について説明する。
中間軸２６には、アタッチメント１５に圧油、エア、切削剤などの流体をそれぞれ供給する３つの流体供給通路６０ａ乃至６０ｃ（図２ではそのうちの一つの通路６０ａが示されている）が軸方向に形成されている。この流体供給通路６０ａ乃至６０ｃには、第１中間軸２６ａから流体が導入される。中間軸２６の端面では、図３に示すように、流体継手として、各流体供給通路６０ａ乃至６０ｃ毎にソケット側のカプラ６１ａ乃至６１ｃが取り付けられている。そして、図４に示すように、アタッチメント１５の端面には、プラグ側のカプラ６２ａ乃至６２ｃが取り付けられており、このカプラ６２ａ乃至６２ｃからアタッチメント１５の各部に図示しない流体通路が延びている。

なお、アタッチメント１５を割り出すときの半連結状態のときは、カービックカップリング４４ａ、４４ｂの噛み合いは外れているが、カプラ６１ａ乃至６１ｃと６２ａ乃至６２ｃは完全には外れないように、上述した割出作動ピストン５６のストロークＭとクランプピストン３０のストロークＨが設定されている。

図７は、ラム１４の駆動系を示す。主軸モータ７０の出力軸には、歯車７１が固着されている。主軸２４には歯車７２が取り付けら、歯車７１、中間歯車７３、歯車７２が歯車列を構成している。また、主軸２４の旋回角度は、主軸２４に取り付けられた回転部７４ａ、固定部７４ｂからなるリング式のエンコーダによって検出される。

本実施形態によるアタッチメント着脱装置は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。
図２では、アタッチメント１５はラム本体２２に取り付けられ、クランプシリンダ装置２８によって強固にクランプされている状態を示している。このクランプ状態では、圧油供給ポートＣに圧油が供給されている。このときカービックカップリング４４ａ、４４ｂは噛み合っており、クランプピストン３０はその先端の凸状クランプ部５５をクランプ用フック５７に係合させたままアタッチメント本体３２を引っ張っているので、アタッチメント本体３２はラム本体２２に固定されることになる。

このようなクランプ状態では、図２に示すように、ドローバー４１は、コレット４２でプルスタッド４３を把持したままアタッチメントドローバー３８を引っ張る。これにより、図示しない工具はアタッチメント主軸３４の先端に固定される。

他方、圧油供給ポートＡには圧油が供給され、旋回作動ピストン５４は図２に示す位置にあり、旋回伝達キー４８は主軸２４のキー溝４９に入っていない。そしてアタッチメント主軸３４の雄スプライン３６と、主軸２４の雌スプライン３５は結合しているので、主軸２４の回転をアタッチメント主軸３４に伝達させることができる。工具でワークを加工する間は、以上のようなクランプ状態が維持される。

次に、アタッチメント交換のために、アタッチメント１５を取り外すときの動作について説明する。
このアタッチメント交換は、ラム１４を図示しないアタッチメント支持台まで移動させ、アタッチメント１５を支持台に載置した状態で行われる。
クランプシリンダ装置２８は、次のように動作して、旋回伝達キー４８を主軸２４のキー溝４９に入れるとともに、アタッチメント１５のクランプ状態を解除する。
先ず、圧油供給ポートＡの圧油の圧力を開放し、圧油供給ポートＢへ圧油を供給する。このとき、圧油供給ポートＣにも圧油は供給されているが、圧油供給ポートＢへは圧油供給ポートＣの圧力よりも低い圧力の油を供給する。これにより、図８に示す位置に旋回作動ピストン５４は移動し、旋回伝達キー４８が主軸２４側のキー溝４９に係合する。この段階では、アタッチメント１５のクランプ状態は維持されたままである。

次いで、圧油供給ポートＣの圧油の圧力を開放すると、クランプピストン３０は、図９に示すアンクランプ位置に移動する。このときクランプピストン３０の先端の凸状クランプ部５５はクランプ用フック５７を拘束していない。もっとも、図２においてドローバー４１によって主軸２４は引っ張られている状態にある。そこでドローバー４１を下降させて、コレット４２からブルスタッド４３を開放しておく。主軸２４とアタッチメント主軸３４のスプライン結合関係は変わらない。

こうして、アタッチメント１５のクランプ状態が解除されると、次のようにして、クランプピストン３０の先端の凸状クランプ部５５とクランプ用フック５７の位相をずらす。

ラム本体２２を、図９において、クランプピストン３０の先端の凸状クランプ部５５がクランプ用フック５７に接触する直前位置になる距離Ｋだけ上昇させる。この距離Ｋは、アタッチメント本体２２の端面の割出しキー４６ａ、４６ｂが中間軸２６の端面の割出しキー溝４７ａ、４７ｂから外れ、かつ、図２においてカプラ６１ａ乃至６１ｃとカプラ６２ａ乃至６２ｃの結合が完全に外れる距離である。

ラム本体２２の上昇により、カービックカップリング４４ａ、４４ｂの噛み合いは外れるが、上記距離Ｋだけの上昇では、アタッチメント主軸３４の雄スプライン３６と、主軸２４の雌スプライン３５は結合したままである。

次に、クランプピストン３０の先端の凸状クランプ部５５とクランプ用フック５７との位相をずらすために、主軸２４を旋回させる。このとき、旋回伝達キー４８は主軸２４側のキー溝４９に係合しているので、主軸２４が旋回すると、中間軸２６とクランプピストン３０はいっしょに旋回する。ここでは、３０°旋回させると、凸状クランプ部５５とクランプ用フック５７とは正反対の位相になり（図３、図４参照）、凸状クランプ部５５はクランプ用フック５７と干渉せずに、各凸状クランプ部５５は隣り合うクランプ用フック５７間から抜けられるようになる。

しかる後、ラム本体２２をさらに上昇させると、凸状クランプ部５５はクランプ用フック５７から離脱し、主軸２４の雌スプライン３５とアタッチメント主軸３４の雄スプライン３６のスプライン結合は外れ、アタッチメント１５を支持台に残したまラム本体２２だけが上昇する。こうして、アタッチメントの取り外しが完了する。

なお、図２において、アタッチメント本体３２の先端端面には、固定用キー７６が取り付けられ、アタッチメント主軸３４の端面には、同じく固定用キー７８が取り付けられている。使っていないアタッチメント１５が支持台に置かれているときは、支持台に設けられている図示しないキー溝部材が上昇して、それぞれ固定用キー４６、７８に係合することようになっている。以後、支持台に乗っている間は、アタッチメント主軸３４とアタッチメント本体３２の位相は固定される。

今度は逆に、アタッチメント交換に際して、別のアタッチメント１５を取り付けるときの動作について説明する。
このときの動作は、基本的には、アタッチメント取り外しと逆の動作である。まず、図示しない支持台を移動させて、ラム本体２２に次に取り付けるべきアタッチメントがアタッチメント交換位置であるラム本体２２の真下に搬送される。以下、次の順序で各動作が行われる。

まず、クランプシリンダ装置２８では、圧油供給ポートＡの圧油が開放され、圧油供給ポートＢへ圧油が供給されており、旋回伝達キー４８は主軸２４側のキー溝４９に係合している。圧油供給ポートＣの圧油は開放されている。

そこで、ラム本体２２を、支持台上のアタッチメント１５に対して図１０に示す位置まで下降させる。このとき、凸状クランプ部５５とクランプ用フック５７の位相は正反対になっているので、凸状クランプ部５５はクランプ用フック５７の間を干渉なしで通り抜けることができる。ラム本体２２が下降を停止した位置では、アタッチメント本体２２の端面の割出しキー４６ａ、４６ｂは中間軸２６の端面の割出しキー溝４７ａ、４７ｂには係合しておらず、また、カプラ６１ａ乃至６１ｃとカプラ６２ａ乃至６２ｃは結合していない。他方、主軸２４の雌スプライン３５とアタッチメント主軸３４の雄スプライン３６は噛み合っている。

次に、クランプピストン３０の先端の凸状クランプ部５５とクランプ用フック５７との位相を合わせるために、主軸２４を３０°だけ旋回させる。そして、ラム本体２２を下降させ、カービックカップリング４４ａ、４４ｂは噛み合わせる。これと同時に、アタッチメント本体２２の端面の割出しキー４６ａ、４６ｂは中間軸２６の端面の割出しキー溝４７ａ、４７ｂに係合し、カプラ６１ａ乃至６１ｃとカプラ６２ａ乃至６２ｃは結合する。

その後、圧油供給ポートＣに圧油が供給され、クランプピストン３０はクランプ位置まで上昇する。これにより、凸状クランプ部５５がクランプ用フック５７に係合したままアタッチメント本体３２がクランプピストン３０により引っ張っているので、アタッチメント本体２２はクランプされる。同時に、ドローバー４１を上昇させ、アタッチメント主軸３４を引っ張った状態にする。

続いて、圧油供給ポートＢの圧油を開放し、圧油供給ポートＡへ圧油を供給する。旋回作動ピストン５４は、図２に示す位置に移動し、旋回伝達キー４８は主軸２４側のキー溝４９から離脱する。以後、主軸２４の回転はアタッチメント主軸３４だけに伝達され、アタッチメント主軸３４はアタッチメント本体２２と無関係に回転できるようになる。

最後に、ラム本体２２は、アタッチメント用支持台と干渉しない位置まで上昇し、これでアタッチメント１５の装着は完了する。

次に、アタッチメント１５を割り出すときの動作について説明する。
まず、図１１において、クランプシリンダ装置２８では、圧油供給ポートＡの圧油を開放し、圧油供給ポートＢへ圧油を供給しておく。このとき、圧油供給ポートＣにも圧油は供給されているが、圧油供給ポートＢへは圧油供給ポートＣの圧力よりも低い圧力の油を供給する。これにより、図１１に示す位置に旋回作動ピストン５４が移動し、旋回伝達キー４８が主軸２４側のキー溝４９に係合する。この段階では、アタッチメント１５のクランプ状態は解除されていない。

次に、図１１において、圧油供給ポートＤには圧力供給ポートＣの圧力と同程度の圧力の圧油を供給する。受圧面の面積は割出作動ピストンの方が大きいので、割出作動ピストン５６は、ストロークＭだけ上昇する。しかる後、圧油供給ポートＣの圧油の圧力を開放すると、クランプピストン３０は、旋回作動ピストン５４に当接するまでＨだけ下降する。このとき同時に、ドローバー４１も下降し、コレット４２はプルスタッド４３の拘束を解放する。

このように、クランプシリンダ３０は、割出作動ピストン５６によってＨのみの移動に規制されていることによって、カービックカップリング４４ａ、４４ｂの噛み合いが外れ（カービックカップリング４４ａ、４４ｂの噛合歯は細かいのでＨのような短い距離で噛み合いが外れることになる）、アタッチメント１５を割出し可能な半連結状態にすることができる。

この半連結状態では、アタッチメント本体２２の端面の割出しキー４６ａ、４６ｂは中間軸２６の端面の割出しキー溝４７ａ、４７ｂに半ば係合して旋回をアタッチメント本体２２に伝達可能な状態にあり、カプラ６１ａ乃至６１ｃとカプラ６２ａ乃至６２ｃは雄雌嵌合状態を半ば維持して完全には外れていない状態にある。

そこで、アタッチメント本体２２の向きを割り出す場合には、主軸２４を数値制御して所定の割出し角度だけ旋回させると、主軸２４と旋回伝達キー４８を介して連結した中間軸２６はアタッチメント本体２２とともに旋回し、アタッチメント本体２２を所定の割出し位置に旋回させることができる。

なお、主軸２４の旋回角度は、回転部７４ａ、固定部７４ｂからなるリング式のエンコーダによって検出される（図７参照）。本実施形態では、エンコーダを直接主軸２４に取り付けているため、歯車のバックラッシュやキー結合部のガタによる誤差がなくなり、割出し精度を高め、５°や１°のような小さな割出し角度での割出し不良を防止できる。

アタッチメント本体２２を所定の割出し角度だけ旋回させたら、クランプシリンダ装置２８は、次のようにしてアタッチメント本体２２をクランプする。

図１１において、圧油供給ポートＣに圧油が供給され、クランプピストン３０は、Ｈだけ上昇してクランプ位置に戻る。そして、圧油供給ポートＤの圧油の圧力を開放する。割出作動ピストン５６は待機位置に復帰する。同時に、ドローバー４１を上昇させ、コレット４２でプルスタッド４３を引っ張らせる。

クランプピストン３０の凸状クランプ部５５はクランプ用フック５７に係合したままアタッチメント本体３２を引っ張り、また、カービックカップリング４４ａ、４４ｂは再び噛み合うようになっているので、アタッチメント本体３２はラム本体２２に規定の割出し位置で固定されることになる。また、上述の半連結状態からクランプしているので、割出しキー４６ａ、４６ｂと割出しキー溝４７ａ、４７ｂは半ば係合した状態から完全に係合し、カプラ６１ａ乃至６１ｃとカプラ６２ａ乃至６２ｃも完全結合し、安全にクランプされる。

続いて、圧油供給ポートＢの圧油の圧力が開放されるとともに、圧油供給ポートＡに圧油が供給され、旋回伝達キー４８は主軸２４のキー溝４９から離脱する。こうしてアタッチメント１５の割出しが完了する。以後、ラムは工具交換の位置に移動し、ここで自動工具交換装置によってアタッチメント１５への工具の装着が行われる。

以上のようにして、クランプピストン３０と、旋回作動ピストン５４と、割出作動ピストン５６からなる３つピストンを組み合わせたクランプシリンダ装置２８をラム１４の先端部に組み込むことで、これら３つのピストンの協働によりアタッチメント１５をクランプする機能、クランプ状態を解除してアタッチメント１５を外せる状態にする機能に加えてアタッチメント１５を割出し可能な半連結状態にする機能の３つの機能を実現することができる。

しかも、主軸２４やラム１４の構造に依存せずに、また主軸２４の中間に主軸と同一に回転する部材を取り付けることなく、ラム１４の先端に組み込んだクランプシリンダ装置２８で３つの機能を担うことで、主軸構造を複雑にせずに、高速に適し、またスプラインでアタッチメント主軸と連結するのに適したコンパクトな主軸構造にすることが可能になる。

さらに、比較的単純なアタッチメントのクランプやアンクランプの操作に較べて複雑なアタッチメント割出し操作を安全、確実に能率良く行うことができる。

以上、本発明に係るアタッチメント着脱装置について、門形マシニングセンタのラムに適用した実施形態を挙げて説明したが、本発明は、横型のラムを有するマシニングセンタにも適用可能である。

本発明によるアタッチメント着脱装置が適用される門形マシニングセンタを示す正面図である。 本発明の一実施形態によるアタッチメント着脱装置が組み込まれたラムの断面図である。 図２におけるIII−III断面図。 図２におけるIV−IV断面図。 中間軸の端面を示す図。 図２におけるVI−VI断面図。 ラムの駆動部の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるアタッチメント着脱装置において、クランプシリンダの旋回作動ピストンの動作を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるアタッチメント着脱装置において、クランプシリンダのクランプピストンがアンクランプする動作を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるアタッチメント着脱装置において、アタッチメントを取り付けるときのクランプピストンの動作を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるアタッチメント着脱装置において、アタッチメントを割り出すときの割出し作動ピストンとクランプピストンの動作を示す断面図である。

符号の説明

１４ ラム
１５ アタッチメント
２２ ラム本体
２４ 主軸
２６ 中間軸
２８ クランプシリンダ装置
３０ クランプピストン
３２ アタッチメント本体
３４ アタッチメント主軸
３５ 雌スプライン
３６ 雄スプライン
４４ａ、４４ｂ カービックカップリング
４６ａ、４６ｂ 割出しキー
４８ 旋回伝達キー
５４ 旋回作動ピストン
５５ 凸状クランプ部
５６ 割出作動ピストン
５７ クランプ用フック

Claims (10)

1. 工作機械のラム本体の備える主軸に着脱可能に接続されるアタッチメント主軸を有するアタッチメントを前記ラム本体の端面に着脱可能に取り付けるアタッチメント着脱装置において、
   前記アタッチメントの本体を前記ラム本体の端面に結合しまたは端面から開放し、当該アタッチメントの最小割出し角度に応じた数の噛合歯を有するカービックカップリングと、
   前記主軸と前記ラム本体の間に配置され、前記アタッチメント本体のキー溝に係合する割出しキーを先端に有する中間軸と、
   前記主軸に着脱可能に係合し、前記主軸の回転を前記中間軸に伝達する旋回伝達部材と、
   前記ラム本体の先端部で前記中間軸と連結され、前記アタッチメント本体に設けたクランプ用フックに係合する凸状クランプ部を有し、前記旋回伝達部材を前記主軸に着脱させるとともに、前記凸状クランプ部により前記アタッチメントとラム本体を連結したままクランプする機能と、クランプ状態を解除して前記アタッチメント本体をラム本体から外せる状態にする機能と、前記アタッチメントを割出し可能な半連結状態にする機能とを有するクランプシリンダ装置と、
   を具備することを特徴とするアタッチメント着脱装置。
2. 前記クランプシリンダ装置は、
   前記アタッチメントをラム本体に前記カービックカップリングが噛み合った状態で固定するクランプ位置と、前記アタッチメントのクランプ状態を解除するアンクランプ位置と、前記カービックカップリングの噛み合いが外れ前記アタッチメントを割出し可能な状態にする割出位置の３位置に移動するクランプピストンと、
   前記旋回伝達部材と連結され、前記クランプピストンとは独立して旋回伝達位置と伝達解除位置との間で移動し、前記旋回伝達部材と主軸との着脱状態を切り換える旋回作動ピストンと、
   前記クランプピストンのストロークを規制して前記割出位置に前記クランプピストンを位置決めし、前記アタッチメントを割出し可能な半連結状態にする割出作動ピストンと、
   を組み合せてなることを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント着脱装置。
3. 前記クランプシリンダ装置は、ポートＡ、ポートＢ、ポートＣ、ポートＤの４つの圧油供給ポートを有し、ポートＡ、Ｂは前記旋回作動ピストンの位置を旋回伝達位置と伝達解除位置の間で切り換えるためのポート、前記ポートＣは前記クランプピストンの位置をクランプ位置とアンクランプ位置の間で切り換えるためのポート、前記ポートＤは前記割出作動ピストンの位置を切り換えるためのポートであることを特徴とする請求項２に記載のアタッチメント着脱装置。
4. 前記ポートＢへはポートＣに供給する圧油よりも低い圧力の圧油を供給することにより、前記クランプピストンによるクランプ状態を維持したまま、前記旋回作動ピストンにより前記主軸と旋回伝達部材の連結を解除するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のアタッチメント着脱装置。
5. 前記ポートＤに圧油が供給されると、前記割出作動ピストンは、前記クランプピストンのストロークをクランプ位置から途中の割出位置までに制限する位置に移動することを特徴とする請求項３に記載のアタッチメント着脱装置。
6. 前記中間軸には、前記アタッチメントに圧油、エア、切削剤などの流体を供給する複数の流体供給通路が形成され、該流体供給通路は、それぞれ前記アタッチメントと流体継手を介して接続され、前記クランプピストンが前記割出位置にあるときには、前記カービックカップリングの噛み合いが外れかつ中間軸側とアタッチメント側の流体継手同士が半結合状態に維持されることを特徴とする請求項２に記載のアタッチメント着脱装置。
7. 前記旋回伝達部材は、前記旋回作動ピストンに固定され前記クランプピストンと前記中間軸を規制して前記主軸に向かって延びる旋回伝達キーからなり、前記旋回伝達位置では、主軸に形成されたキー溝に係合することを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント着脱装置。
8. 前記主軸と、前記アタッチメント主軸と、スプライン結合により着脱可能に結合されることを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント着脱装置。
9. 前記主軸の旋回角度を検出するエンコーダは、前記主軸に取り付けたリング式エンコータからなることを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント着脱装置。
10. 前記ラムは、門形マシニングセンタのラムであることを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント着脱装置。

Images