JP6832080B2 - フェースクランプチャック装置 - Google Patents

Description

本発明は、前面側を基準位置にしてワークをクランプするフェースクランプチャック装置に関する。

工作機械などでは、主軸に対して加工対象であるワークをセットする構成としてチャック装置が使用される。そうしたチャック装置には、例えばワークを主軸の軸方向の面で挟み込んでクランプする構造のものがあるが、下記特許文献１には、ワークの前面側を基準にしてクランプするフェースクランプチャック装置が開示されている。このフェースクランプチャック装置は、ワーク保持筒にセットされたワークに対して芯出しを行う複数の嵌合子がそのワークの外周側に配置され、軸方向には揺動作用と引き込み作用とによってワークを前面側から支持する複数のトップジョーが設けられ、更にバネ力に加えて油圧によってワークを裏面側から前面側に向けて押すようにした複数の押圧子が設けられている。

特開平９−２３９６０７号公報

前記フェースクランプチャック装置は、押圧子とトップジョーとよって、ワークが径方向に移動可能な軽い押圧力で軸方向に挟み込まれ、次に、嵌合子による外周側からの径方向の押し当てによってワークが芯出しされた後、更に油圧によって加圧された押圧子とトップジョーとの間でワークが軸方向にクランプされる。すなわち、嵌合子によるワークの芯出しと、押圧子によるワークの基準位置に対する位置決めとが段階的に行われる構造になっている。そのため、こうした従来のフェースクランプチャック装置では、基準位置に対するワークの位置決め動作が芯出し状態を維持する力（嵌合子による径方向の押し当て力）の影響を受けてしまい、軸方向の基準位置に対する位置決め精度を低下させてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、ワークに対する芯出しと基準位置への位置決めとを同時に行うフェースクランプチャック装置を提供することを目的とする。

本発明に係るフェースクランプチャック装置は、ワークの前面側を基準位置としてワークを保持するものであって、主軸の回転中心から離れた外側に配置され、ワークの前面側に対して第１クランプ部材が当てられる第１チャック機構と、主軸の回転中心に近い内側に配置され、ワーク前面側へ移動する第２クランプ部材により、同方向へ移動しながら前記主軸の回転中心側にワークを直接把持する第２チャック機構と、ワークの裏面側から前面側に向けて作用する付勢手段の付勢力を受けてワークに当てられる当金部材とを有し、ワークを保持する場合には、前記第１チャック機構において前記第１クランプ部材がワークの前面側に当てられた後に、前記第２チャック機構において前記第２クランプ部材がワークを把持するものである。

本発明のフェースクランプチャック装置によれば、第１クランプ部材が当てられたワークの前面側の位置が基準位置となり、第２クランプ部材によって回転中心側に向けて把持されることで芯出しが行われる。その際、第２クランプ部材がワークの前面側へ移動しながらそのワークに対する把持動作を行うため、第２クランプ部材は、ワークを把持すると同時に第１クランプ部材へ押し付けることにもなり、ワークに対する芯出しと同時に基準位置への位置合わせが行える。

工作機械の主軸装置を示した断面図である。 フェースクランプチャック装置の一実施形態を示した断面図である。 フェースクランプチャック装置の一実施形態を示した正面図である。 フェースクランプチャック装置の第２チャック機構を拡大して示した断面図である。

次に、本発明に係るフェースクランプチャック装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、工作機械の主軸に組み付けられたフェースクランプチャック装置を例に挙げて説明する。図１は、そうした工作機械の主軸を構成する主軸装置を示した断面図である。この主軸装置１は、円筒形状の主軸台１１内にスピンドル１２が回転自在に組み付けられ、そのスピンドル１２の先端部にワークをクランプするためのフェースクランプチャック装置（以下、単位「チャック装置」とする）５が組み付けられている。

スピンドル１２にはプーリ１３が固定され、スピンドルモータ（不図示）の回転軸に固定されたプーリとの間にベルト１４が掛け渡されている。また、スピンドル１２には、回転数を検出するためのエンコーダ（不図示）が設けられており、スピンドル１２に固定されたプーリ１５とエンコーダ側のプーリとの間にもタイミングベルト１６が掛け渡されている。そのため、回転制御されたスピンドルモータからスピンドル１２を介してチャック装置５に回転が伝達され、そこにクランプされたワークに対し加工時の回転が与えられることとなる。

主軸装置１は、スピンドル１２の内部に円筒形状の第１ドローバ１７と第２ドローバ１８とが二重になって挿入され、それぞれに対してチャック装置５を駆動させるための伸縮アクチュエータが設けられている。本実施形態では、伸縮アクチュエータとして油圧シリンダが使用され、第１ドローバ１７には第１シリンダ２１のピストンが一体に形成され、第２ドローバ１８には第２シリンダ２２のピストンが一体に形成されている。従って、インジューサ２３を介して行われる作動油の給排油により、第１シリンダ２１と第２シリンダ２２とがそれぞれが独立して軸方向（ＸＲ方向及びＸＬ方向）に作動し、第１ドローバ１７および第２ドローバ１８を介したチャック装置５への出力が行われる。

第２ドローバ１８は、第２シリンダ２２を軸方向に突き抜けて主軸装置１の後方側（ＸＬ側）にあるインジューサ２４まで延びている。そして、第２ドローバ１８の内部にはパイプ１９が挿入されており、インジューサ２４の第１ポート２４１からはクーラント液がパイプ１９内に供給され、第２ドローバ１８とパイプ１９との間の円筒空間には第２ポート２４２から圧縮エアが供給されるようになっている。よって、こうしたクーラント液や圧縮エアは、それぞれ軸心部分の流路を通ってチャック装置５へと送られることとなる。

次に、図２は、本実施形態のチャック装置５を示した断面図である。また、図３は、チャック装置５を正面側（図２の右側）から示した図である。このチャック装置５は、一つのワークＷに対して第１シリンダ２１の出力による第１クランプを実行する第１チャック機構７と、第２シリンダ２２の出力による第２クランプを実行する第２チャック機構８とを有している。

チャック装置５は、スピンドル１２にベース部材３１が固定され、回転するベース部材３１に対して第１チャック機構７及び第２チャック機構８が一体的に組み付けられている。第１チャック機構７は、第１ドローバ１７（図１参照）に対して円筒形状の第１伝達部材３２がネジ部の螺合によって固定され、ベース部材３１の軸受部に対して摺動可能に支持されている。その第１伝達部材３２にはアーム部材３３が連結され、その先端部分に操作軸３５が連結されている。この第１チャック機構７は、図３に示すように３つのトップジョー４０がクランプ部材となってワークＷをフェースクランプするものであるため、アーム部材３３には３本の操作軸３５がそれぞれの位置に連結されている。

そして、操作軸３５には回転軸３６が連結されている。一方、ベース部材３１には支持部材４１が固定され、その支持部材４１に対して回転軸３６を保持するケース部材３８が固定されている。ケース部材３８の挿入孔に摺動可能に挿入された回転軸３６は、一端部側が筒状に形成され、その内部に操作軸３５が挿入されて２軸が同軸上に重ねられている。そして、重なり合った部分を径方向にピン３７が貫いて操作軸３５と回転軸３６とが連結されているが、回転軸３６側には軸線に対して斜めに切られたリード溝３６１が形成され、操作軸３５が軸方向に変位することにより、その操作軸３５側に固定されたピン３７がリード溝３６１内を移動するようになっている。

また、回転軸３６の内部にはスプリング３９が挿入され、回転軸３６と操作軸３５との間には軸方向に弾性力が作用している。そして、回転軸３６の端部にはワークＷをクランプするトップジョー４０が固定されている。従って、第１チャック機構７では、操作軸３５が軸方向（ＸＲ方向及びＸＬ方向）に移動することにより、リード溝３６１内を移動するピン３７に押されるようにして回転軸３６が回転し、トップジョー４０には、軸方向の移動とともに図３に示すように旋回が与えられることとなる。これにより、ワークＷは前面側（図面右側）から当てられるトップジョー４０によってクランプ及びアンクランプが行われる。

次に、第１チャック機構７が主軸の回転中心から離れた外側にあるのに対し、第２チャック機構８は、主軸の回転中心に近い内側に設けられている。ここで、図４は、第２チャック機構８を拡大して示した断面図である。第２チャック機構８は、第２ドローバ１８に対して円柱形状の第２伝達部材５１が連結され（図２参照）、その第２伝達部材５１が第２支持部材４１の中心部分を貫通して摺動可能に支持されている。そして、コレット部材５５は、第２伝達部材５１に対して内側フランジ５３１がネジ止めされ、第２ドローバ―１８に従って軸方向（ＸＲ方向及びＸＬ方向）に移動するように構成されている。

コレット部材５５は、その内側フランジ５３１が第２支持部材４１と止め部材５７との間に挟み込まれるようにして組み付けられている。第２支持部材４１と止め部材５７は、ボルト５８によって固定されているが、コレット部材５は、そのボルト５８が通る内側フランジ５３１の貫通孔に摺動可能なブシュ５９が嵌め込まれ、そのブッシュ５９によってできた第２支持部材４１と止め部材５７との間の隙間を軸方向に変位することができるようになっている。

コレット部材５５の径方向の外側にはガイド部材５３が配置されている。そのガイド部材５３は、第２支持部材４１に対してネジ止めして固定され、軸方向に移動可能なコレット部材５５とテーパ面５３ａ，５５ａ同士が接している。ガイド部材５３のテーパ面５３ａは、ワークＷの前面側（ＸＲ方向）に向けて径が縮小するようにした傾斜が形成されている。そして、その傾斜に合わせてコレット部材５５のテーパ面５５ａが接している。よって、コレット部材５５は、ワークＷの前面側に移動することにより、回転中心側すなわち径方向内側に撓められ、ワークＷを径方向外側からクランプすることができる。

円筒形状をしたコレット部材５５の内側には、止め部材５７に対して当金部材６１が取り付けられている。その当金部材６１は、フェースクランプを行うトップジョー４０に対してワークＷを裏側から支持するものである。止め部材５７には軸方向（ＸＲ方向）にピン６２が突き立てられ、当金部材６１に形成されたガイド穴にピン６２が差し込まれている。よって、当金部材６１は、ピン６２に支持されるようにして軸方向への変位が可能な状態で取り付けられている。更に、当金部材６１と第２伝達部材５１との間にはスプリング６３が挿入され、当金部材６１に対してワークＷの前面側に向けた弾性力が作用するように構成されている。

当金部材６１は、本体ブロック６１１に対して蓋体６１２と突起ブロック６１３が各々ボルトによって固定されている。蓋体６１２には内側に凹部が形成され、本体ブロック６１１を貫通した連結部材５６のフランジ部５６１が挿入されている。連結部材５６と当金部材６１とは一体的に構成されているが、当金部材６１の内部にはフランジ部５６１が軸方向に移動可能な隙間が形成されている。従って、当金部材６１がスプリング６３の付勢力によってワークＷに突き当てられた状態が維持されたまま、連結部材５６、第２伝達部材５１及びコレット部材５５における軸方向の移動が可能になっている。

また、当金部材６１の突起ブロック６１３は、図３に示す３つのトップジョー４０に合わせた位置に突起が形成されている。このチャック装置５では、旋回しながらワークＷの前面側をトップジョー４０が支持するように構成されているが、そのトップジョー４０は、旋回時にワークＷと干渉しないように、ワークＷに応じた形状のものに取り換え可能になっている。従って、トップジョー４０の形状が異なることによりワークＷを押え込む位置も変化する場合があるため、当金部材６１もそれに応じて突起ブロック６１３が取り換えられるようになっている。

続いて、チャック装置５におけるワークＷのクランプおよびアンクランプは次のように行われる。クランプ時には、第１チャック機構７における第１クランプが先行して行われ、その後に第２チャック機構８におけるクランプが行われる。そこで、第１チャック機構７における第１クランプでは、第１シリンダ２１の作動により第１ドローバ１７がＸＬ方向に移動し、それに連動して第１伝達部材３２、アーム部材３３および操作軸３５が同方向に引っ張られるようにして変位する。

トップジョー４０は、アンクランプ時には図３の一点鎖線で示す位置にある。そこで操作軸３５がＸＬ方向に移動すると、リード溝３６１内をピン３７が移動することで回転軸３６が回転し、トップジョー４０が図３の実線で示すクランプ位置まで旋回する。トップジョー４０は、その先端部がワークＷの縁部に位置するとともに、回転軸３６を介してＸＬ方向に引き込まれるようにして変位し、ワークＷを前面側から押え込むこととなる。このとき、ワークＷの裏側には当金部材６１が当てられ、スプリング６３の弾性力によってワークＷがトップジョー４０に押し当てられている。

一方、この第１チャック機構７がワークＷをアンクランプする場合は、第１シリンダ２１の作動により第１ドローバ１７がＸＲ方向に移動し、それに連動して第１伝達部材３２、アーム部材３３を介して操作軸３５が同方向に押されるように変位する。そして、リード溝３６１内をピン３７が移動し、回転軸３６が回転することでトップジョー４０が旋回し、図３の実線で示す位置から一点鎖線で示す位置へとトップジョー４０の先端部がワークＷから離れる。

次に、前述した第１クランプの後は、第２チャック機構８による第２クランプが行われる。第２クランプでは、第２シリンダ２２の作動により第２ドローバ１８がＸＲ方向に移動し、それに連動して第２伝達部材５１およびコレット部材５５が同方向に押されるようにして変位する。そして、コレット部材５５は、ガイド部材５３と接するテーパ面５３ａ，５５ａが摺動して内側に撓められ、ワークＷを径方向の外側から把持する第２クランプが行われる。一方、ワークＷをアンクランプする場合には、第２シリンダ２２の作動により第２ドローバ１８がＸＬ方向に移動し、それに連動して第２伝達部材５１およびコレット部材５５が同方向に引っ張られて変位する。そして、コレット部材５５は、ガイド部材５３と接するテーパ面５３ａ，５５ａにより撓みが戻されてワークＷの押え付けが解かれる。

フェースクランプチャックであるチャック装置５は、トップジョー４０に支持されたワークＷの前面Ｗｓが基準位置となり、コレット部材５５によって径方向の外側から把持されることで芯出しが行われる。本実施形態では、コレット部材５５がトップジョー４０に向けて移動しながらワークＷに対する把持動作を行うため、そのコレット部材５５は、ワークＷを把持すると同時にそのワークＷをトップジョー４０へ押し付けることにもなる。よって、第２クランプ時には、ワークＷに対する基準位置への位置合わせと芯出しとが同時に行われる。

また、チャック装置５では、第１クランプが行われた段階で、ワークＷが既にスプリング６３の弾性力により当金部材６１を介してトップジョー４０に当てられている。すなわち、ワークＷは、その前面Ｗｓが基準位置に合わせられている。そのため、その後の第２クランプによって、ワークＷに対してコレット部材５５から前面側に力が作用することで、より正確にワークＷに対する基準位置への位置合わせが行われる。そして、第２クランプを行うコレット部材５５の摺動抵抗を利用してワークＷをトップジョー４０へ押し当てるようにしたため、位置合わせのための特別な構造を必要とせず、位置合わせのための工程も必要ない。よって、構成を複雑にすることがないためコストの低下が図られ、ワークをクランプする動作時間の短縮にも寄与する。

以上、本発明のフェースクランプチャック装置の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、第１チャック機構にはトップジョー４０を第１クランプ部材としたものを、第２チャック機構にはコレット部材５５を第２クランプ部材としたものを示したが、それ以外の構成であってもよく、例えば第２クランプ部材としてピンアーバーチャックを爪押し出し式に変形したものなどが考えられる。
また、前記実施形態では、付勢手段としてスプリング６３を使用し、その弾性力によってトップジョー４０にワークＷを押し当てた状態をつくりだしているが、例えば、当金部材６１に対して圧縮エアを供給するシリンダ部を構成し、エア圧によってトップジョー４０にワークＷを押し当てるようにしてもよい。

１…主軸装置 ５…フェースクランプチャック装置 １２…スピンドル １７…第１ドローバ １８…第２ドローバ１８ ２１…第１シリンダ ２２…第２シリンダ ３５…操作軸 ３６…回転軸 ４０…トップジョー ５２…ベース部材 ５３…ガイド部材 ５５…コレット部材 ５６…連結部材 ６１…当金部材 ６３…スプリング Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. ワークの前面側を基準位置としてワークを保持するフェースクランプチャック装置において、
   主軸の回転中心から離れた外側に配置され、ワークの前面側に対して第１クランプ部材が当てられる第１チャック機構と、
   主軸の回転中心に近い内側に配置され、ワーク前面側へ移動する第２クランプ部材により、同方向へ移動しながら前記主軸の回転中心側にワークを直接把持する第２チャック機構と、
   ワークの裏面側から前面側に向けて作用する付勢手段の付勢力を受けてワークに当てられる当金部材とを有し、
   ワークを保持する場合には、前記第１チャック機構において前記第１クランプ部材がワークの前面側に当てられた後に、前記第２チャック機構において前記第２クランプ部材がワークを把持することを特徴とするフェースクランプチャック装置。
2. ワークの前面側を基準位置としてワークを保持するフェースクランプチャック装置において、
   主軸の回転中心から離れた外側に配置され、ワークの前面側に対して第１クランプ部材が当てられる第１チャック機構と、
   主軸の回転中心に近い内側に配置され、ワーク前面側へ移動する第２クランプ部材により、同方向へ移動しながら前記主軸の回転中心側にワークを直接把持する第２チャック機構と、
   ワークの裏面側から前面側に向けて作用する付勢手段の付勢力を受けてワークに当てられる当金部材とを有し、
   第１チャック機構は、軸方向に移動する円筒形状の第１ドローバに前記第１クランプ部材が連結され、第２チャック機構は、前記第１ドローバの内部を通した円筒形状の第２ドローバに前記第２クランプ部材が連結されたものであり、
   同軸上に前後して配置された第１シリンダと第２シリンダに対し、前記第１ドローバは、前記第１シリンダのピストンと一体に形成され、前記第２ドローバは、前記第２シリンダのピストンと一体に形成されたことを特徴とするフェースクランプチャック装置。
3. 前記第１チャックは、旋回と軸方向の引き込み動作によってワークの前面側にトップジョーが当てられるものであり、
   前記当金部材は、前記トップジョーの位置に対応してワークの裏面側に当てられる突起部を備える突起ブロックが、当該当金部材の本体ブロックに対して着脱可能なものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェースクランプチャック装置。

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