JP7015149B2

JP7015149B2 - チャック装置

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Publication number: JP7015149B2
Application number: JP2017215162A
Authority: JP
Inventors: 健信今道; 周一平田; 敏隆木村; 大輔水谷
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Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2022-02-02
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: JP2019084635A

Description

本発明は、把持するワークの芯出しを行う芯出し機構を有し、その芯出し機構部分が大きく移動する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。チャック装置には、例えばワークに対する芯出しを行いながらそのワークを把持する構造のものがある。下記特許文献１には、その芯出し機能を備えたチャック装置が開示されている。同文献のチャック装置はコレットチャックであり、その把持部分を拡径させることによりワークを内側からクランプして芯出しを行なう構成が開示されている。具体的には、主軸を貫通するロッドに把持部材が連結され、回転シリンダによって後退することで、その把持爪が芯出し筒とのテーパ面によって拡径し、ワークが内側からクランプされるようになっている。一方で、把持部材が前進することにより、径方向に変位させる薄肉部によって把持爪が閉じ、ワークがアンクランプされる。

特開平１１－１１４７０６号公報

前記従来例のチャック装置は、把持部材の軸方向の移動を安定させるように、ロッドと把持部材とを連結する軸部材が、ベース側の中心孔を摺動するように構成されている。そして、軸部材と中心孔とはほぼ隙間なく挿入されたインロー構造となっている。しかし、こうしたインロー構造は、従来例のように芯出しを行う芯出し部材の移動量が小さい場合にはよいが、芯出し部材が大きく移動するような場合には、軸部材とベース側の中心孔の加工精度を得ることが困難となる。そして、部品の加工精度が低下することになれば芯出し精度が低下し、ひいてはワークに対する加工精度が低下することになる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、テーパーインロー構造のチャック装置を提供することを目的とする。

本発明に係るチャック装置は、旋回するとともにその回転軸方向にも変位するトップジョーによって当金との間にワークを挟み込むチャック機構および、ベース部材に固定され、ガイド孔の挿入部内周面に第１内側テーパが形成されたガイド部材と、軸方向の移動により前記ガイド部材内に挿入可能であり、前記第１内側テーパに対応する第１外側テーパが成形された筒形状の支持部材と、前記支持部材に固定され、先端部に第２外側テーパが形成された芯出し用軸部材と、前記芯出し用軸部材の外側に配置され、前記第２外側テーパに対応する第２内側テーパが形成された芯出し用爪部材と、前記支持部材の内側を軸方向に移動可能であって前記芯出し用爪部材に連結された伝達部材と、を有し、前記伝達部材は、軸方向の出力を伝える伝達ロッドに対して、当該伝達ロッドと調整用のネジ部によって螺着された調整用ロッドを介して連結され、前記調整用ロッドは、そのフランジ部が前記伝達部材に内包されるように組み込まれ、前記伝達部材を軸方向に貫通した先端部に前記ネジ部が形成され、前記調整用ロッドのフランジ部に形成された穴内にボールを保持した状態のばね部材が挿入され、前記伝達部材に対して同一円周上に複数形成された位置決穴に嵌り込むように、前記ボールが前記バネ部材によって付勢されたものである。

前記構成によれば、第１外側テーパと第１内側テーパの嵌め合わせによりガイド部材に対して支持部材が同軸上に位置決めされた状態になり、テーパーインロー構造による芯出しが行われる。そして、支持部材の内側に設けられた伝達部材を介して芯出し用爪部材が移動することにより、支持部材に固定された芯出し用軸部材と芯出し用爪部材との間で第２外側テーパと第２内側テーパとの嵌め合わせが行われ、芯出し用爪部材によるワークの芯出しが行われる。

工作機械の主軸装置を示した断面図である。チャック装置の一実施形態を示した芯出し及びワーククランプ時の断面図である。チャック装置の一実施形態を示したワーク加工時の断面図である。チャック装置の一実施形態を示した正面図である。チャック装置の芯出し機構部分を示した拡大断面図である。

次に、本発明に係る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チャック装置を例に挙げて説明する。図１は、工作機械の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の内部にスピンドル１２が回転自在に組み付けられ、そのスピンドル１２の先端部に対して、ワークを回転軸方向（Ｘ軸方向）に把持するフェースクランプタイプのチャック装置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が掛け渡されている。また、そのスピンドル１２にはエンコーダ（不図示）が設けられ、回転数の検出が行われるようになっている。よって、主軸装置１では、回転制御されたスピンドルモータからプーリ１３を介してスピンドル１２に回転が与えられ、その回転がチャック装置５に伝達され、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。

この主軸装置１には、スピンドル１２の内部に、チャック装置５に連結された第１乃至第３ドローバ１５，１６，１７が同軸上に組み付けられている。具体的には、円筒形状の第１ドローバ１５に同じく円筒形状の第２ドローバ１６が挿入され、更に、その内側に中実ロッドの第３ドローバ１７が挿入されている。各ドローバ１５，１６，１７は複数の部材が軸方向に連結されて構成されており、それぞれにチャック装置５の各機構を駆動させるためのアクチュエータが設けられている。本実施形態ではアクチュエータとして油圧シリンダが使用される。

最も外側に位置する第１ドローバ１５は、チャック用シリンダ２１のピストンに連結されている。そして、第２ドローバ１６は、後方側（ＸＬ側）の連結ロッド２２を介して進退用シリンダ２３が連結されている。この進退用シリンダ２３の伸縮作動は、第２ドローバ１６に対して第１及び第３ドローバ１５，１７よりも大きな軸方向のストロークが与えられるようになっている。そして、第３ドローバ１７は、連結ロッド２２内に構成された芯出し用シリンダ２５のピストンに連結されている。すなわち、第３ドローバ１７は、第２ドローバ１６と一体になって軸方向に移動可能であり、且つ、その第２ドローバ１６の内部において芯出し用シリンダ２５による軸方向の移動が可能になっている。

次に、図２及び図３は、本実施形態のチャック装置５を示した断面図であり、特に図２は、芯出し及びワーククランプ時の状態を示した図であり、図３は、芯出し部を退避させたワーク加工時の状態を示した図である。そして、図４は、チャック装置５を軸方向（図２の右側）から示した正面図である。本実施形態のチャック装置５は、ワークＷを回転軸方向（Ｘ軸方向）に把持するフェースクランプタイプのチャック機構と、回転軸に対して芯出しするための芯出し機構が備えられている。

チャック装置５は、スピンドル１２に対してベース部材３１が固定され、その回転するベース部材３１に対してチャック機構や芯出し機構が一体的に組み付けられている。チャック機構は、ベース部材３１に固定された軸受部材３２に第１ドローバ１５が摺動可能に挿入され、その第１ドローバ１５の先端部に、径方向に延びたアーム部材３３が連結されている。そのアーム部材３３には、軸方向に延びた不図示の操作軸が連結され、更にその操作軸に対して回転軸３４が連結されている。

回転軸３４は、斜めに切られたリード溝が形成され、第１ドローバ１５からの軸方向の運動が回転方向にも伝えられようになっている。従って、その回転軸３４に固定されたトップジョー３５には、軸方向の変位とともに図４に示す旋回が与えられるようになっている。すなわち、一点鎖線で示す退避位置にあったトップジョー３５は、実線で示すチャック位置へと旋回した場合には、当金３６との距離を縮める方向（ＸＬ方向）にも移動し、ワークＷを挟み込むクランプが行われる。そして、逆方向に旋回した場合には、トップジョー３５は、実線で示す退避位置へと移動するとともに当金３６から離れる方向（ＸＲ方向）に移動し、ワークＷを開放したアンクランプが行われる。

次に、第１ドローバ１５内に挿入された第２ドローバ１６は、その先端部がチャック装置５の内部にまで延び、ネジ部によって支持部材４１が同軸上に固定されている。支持部材４１は、円筒形状をしたものであり、その内側には芯出し機構が組み込まれている。図５は、図２に示す芯出し時の芯出し機構部分８を示した拡大断面図である。その芯出し機構部分８は、支持部材４１を基部として図２と図３に示すようにチャック装置５の内部を軸方向に大きく移動するよう構成されている。具体的には、図２に示す芯出し状態では、支持部材４１がガイド部材４２内に挿入され、図３に示す退避状態では、支持部材４１がガイド部材４２から外れた位置にまで移動している。

ガイド部材４２は、チャック装置５のベース部材３１側に固定された円筒形状の部材である。一方、支持部材４１は、ガイド部材４２の内側に嵌まり込む外側円筒部４１１と、第２ドローバ１６にネジ部を介して固定する内側円筒部４１２とから構成されている。その外側円筒部４１１には、フランジ部や軸方向の段差部が形成されているが、フランジ近くの一部外周面に第１外側テーパ４１５が成形されている。そして、ガイド部材４２には、支持部材４１の挿入側端部内周面に、第１外側テーパ４１５に対応する第１内側テーパ４２５が形成されている。すなわち本実施形態では、図２に示す芯出し時に第１外側テーパ４１５と第１内側テーパ４２５とが嵌り合うことにより、ガイド部材４２に対して支持部材４１が同軸上に位置するテーパーインロー構造がとられている。

続いて、支持部材４１には円筒形状の芯出し用軸部材４３が固定されている。芯出し用軸部材４３は、そのフランジ部４３１が支持部材４１の端部にネジ止めによって固定され、軸方向反対の先端部外周面に第２外側テーパ４３５が形成されている。そして、芯出し用軸部材４３の外側には円筒形状のコレット部材４４が同軸上に組み付けられている。コレット部材４４は、切込みの入った薄肉の筒部４４１と、筒部４４の先端部分にはブロック上の爪部４４２とが形成され、爪部４４２には、その内周面に第２外側テーパ４３５に対応する第２内側テーパ４４５が形成されている。

そして、コレット部材４４には第３ドローバ１７による軸方向の運動を伝達する構成が設けられ、特に本実施形態では、第３ドローバ１７とコレット部材４４との間に調整手段を設けた伝達部材４６が組み込まれている。第３ドローバ１７の端部には調整用の雌ねじ部１７１が形成され、調整用ロッド４５の先端部に形成された調整用の雄ねじ部４５１がねじ込まれて両者が軸線方向に連結されている。一方で、調整用ロッド４５には雄ねじ部４５１の反対側端面に六角穴４５３が形成され、六角レンチによって調整用ロッド４５のねじ込み量を調整することが可能になっている。すなわち、第３ドローバ１７に対して調整用ロッド４５の軸方向の位置調整が可能になっている。

調整用ロッド４５は、フランジ部４５５が内包されるようにして伝達部材４６に組み込まれている。伝達部材４６は、支持部材４１の内側円筒部４１２内を摺動可能な円筒部４６１が形成され、その円筒部４６１内を調整用ロッド４５が摺動可能な状態で貫通している。そして、伝達部材４６には碗型の受け部４６２が形成され、そこに調整用ロッド４５のフランジ部４５５が組み込まれている。更に、伝達部材４６には支持部材４１のフランジ部４３１に形成された貫通孔を通る連結部４６３が形成され、そこにコレット部材４４のフランジ部４４３がネジ止めされている。

伝達部材４６は、支持部材４１の内側にあって軸方向に移動可能な状態で組み込まれ、コレット部材４４を作動させる第３ドローバ１７からの軸方向の運動が、調整用ロッド４５を介して伝達されるようになっている。すなわち、受け部４６２にボルトで固定された留め金４７によりフランジ部４５５が抜け止め状態となり、調整用ロッド４５と伝達部材４６とが一体的な構成となっている。具体的には、調整用ロッド４５のフランジ部４５５は、伝達部材４６の受け部４６２の内に遊嵌され、伝達部材４６が供回りすることなく調整用ロッド４５の回転が可能になっている。

そのフランジ部４５５には軸方片側に穴が一つ形成され、そこにボール４９を保持した状態のスプリング４８が挿入されている。そして、その付勢されたボール４９が伝達部材４６に形成された位置決め穴４６５に嵌り込むようになっている。位置決め穴４６５は、例えば伝達部材４６に対して同一円周上に９０度の間隔で４箇所形成され、調整用ロッド４５における調整が位置決め穴４６５にボール４９が入り込む９０度の間隔で行われるようになっている。すなわち、雄ねじ部４５１の９０度間隔のねじ込み量により第３ドローバ１７に対する調整用ロッド４５の位置が軸方向に変位し、第２外側テーパ４３５に対して第２内側テーパ４４５を密着させる押し当て具合が調整できるようになっている。

続いて、本実施形態のチャック装置５について作用を説明する。先ず、主軸装置１の稼動に際し、作業者によってチャック装置５に対する芯出し機構部８の調整が行われる。すなわち、チャック装置５では、芯出し用軸部材４３の先端部を塞ぐ蓋部材５０が取り外され、貫通孔４３３内に入れられた六角レンチが六角穴４５３に嵌め込まれる。そして、調整用ロッド４５は、所定量だけ回されて軸方向の位置調整が行われる。つまり、コレット部材４４の第２内側テーパ４４５が芯出し用軸部材４３の第２外側テーパ４３５に軽い力で押し当てられ、密着した両テーパ間に切屑が入り込む隙間を無くすような調整が行われる。そして、主軸装置１のチャック装置５について以下のような作動が実行される。

主軸装置１では、ワークＷのクランプに際して先ず進退用シリンダ２３が作動し、その出力が第２ドローバ１６を介してチャック装置５に伝えられ、図５に示す芯出し機構部分８がＸＲ方向に前進して図２に示す芯出し状態にセットされる。その際、第１外側テーパ４１５が第１内側テーパ４２５に倣って嵌り込み、支持部材４１がガイド部材４２と同軸上に位置するテーパーインローとなる。従って、支持部材４１の内側に位置する芯出し用軸部材４３やコレット部材４４の中心が回転軸上に位置合わせられる。そして、チャック装置５に対して、ワーク搬送装置により外部から搬送されたワークＷが図２に一点鎖線で示すように配置される。

そこで、主軸装置１の芯出し用シリンダ２５が作動し、第３ドローバ１７を介して調整用ロッド４５に対してＸＬ方向に力が作用し、コレット部材４４が同方向に引かれる。すると、芯出し用軸部材４３の第２外側テーパ４３５に第２内側テーパ４４５が密着しているコレット部材４４は、爪部４４２が径方向外側へと広がる方向に力を受け、ワークＷの内側に押し付けられる。よって、径方向に広がる均等な押圧力を受けたワークＷは、その中心位置をチャック装置５の回転中心に合わせた芯出しが行われる。

ワークＷの芯出しが行われると、チャック用シリンダ２１が作動し、その出力が第１ドローバ１５を介してアーム部材３３に伝達された軸方向の出力により、回転軸３４を介してトップジョー３５に旋回が与えられる。図４において一点鎖線で示す退避位置にあったトップジョー３５が実線で示すチャック位置へと旋回するとともにＸＬ方向にも変位し、ワークＷが当金３６とトップジョー３５によって軸方向に把持される。ワークＷがチャック装置５にクランプされた後は、調整用ロッド４５を介してコレット部材４４がＸＲ方向に押され、第２外側テーパ４３５に従って爪部４４２が径方向内側へと移動してワークＷの芯出し状態が解除される。そして、主軸装置１の進退用シリンダ２３が作動し、図５に示す芯出し機構部分８が図２から図３に示す位置に移動して退避する。

主軸装置１では、不図示のスピンドルモータからプーリ１３を介してスピンドル１２に回転が与えられ、そのスピンドル１２に固定されたベース部材３１を介してチャック装置５に回転が与えられる。一方で、そのチャック装置５では、芯出し機構部分８の退避によりワークＷの内側にスペースができているため、そのワークＷ内部にまで入れられた切削工具５１によって中ぐり加工が行われる。

このようにワークＷの中ぐり加工が行われる場合には、芯出し機構部分８が図２から図３に示すように大きく移動する必要がある。しかし、大きく前進移動した芯出し状態の支持部材４１がガイド部材４２との間で芯出しされていなければならないが、前記課題でも述べたようにインロー構造にしたのでは、十分な加工精度を出すことが困難となる。その点、本実施形態では、第１外側テーパ４１５と第１内側テーパ４２５とを嵌め合わせ、ガイド部材４２に対して支持部材４１の中心を合わせるテーパーインロー構造が採用されている。よって、軸方向の移動距離が大きい場合であっても加工精度が出しやすく、その結果、ワークＷに対する十分な芯出し精度を得ることができる。

チャック装置５では、図３に示すように芯出し用軸部材４３やコレット部材４４の端面付近で加工が行われ、ワークＷの切屑やクーラントが飛び散っている。従って、第２外側テーパ４３５と第２内側テーパ４４５との間に隙間があると、そこに切屑が入り込んでワークＷの芯出しを不能にしてしまう。その結果、ワークＷに対する加工不良を引き起こしてしまうことになる。その点、本実施形態では、伝達部材４６に内包した調整用ロッド４５によって第２外側テーパ４３５を第２内側テーパ４４５に密着させた状態にすることができるため、加工時に発生する切屑などを両テーパ間に侵入させるようなことはなく、ワークＷに対する適切な芯出し作業が保たれる。

特に、調整用ロッド４５の操作により過度に負荷を与えない適切な密着状態をつくりだしているため、薄肉の筒部４４１に対して大きな負荷を与えることが無く、コレット部材４４の寿命を十分に得ることができる。そして、本実施形態では、調整用ロッド４５や伝達部材４６などからなる調整手段が支持部材４１の内側に組み込まれ、コンパクトな構成になっている。また、調整後の調整用ロッド４５を位置決めするスプリング４８やボール４９が伝達部材４６内に組み込まれ、この点でもコンパクトな構成になっている。そのため、芯出し機構部分８の移動距離が大きいチャック装置５の軸方向寸法を小さく抑えることができ、更には本体である主軸装置１の大型化を抑えることにも寄与している。

以上、本発明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。

１…主軸装置５…チャック装置８…芯出し機構部分１２…スピンドル１５…第１ドローバ１６…第２ドローバ１７…第３ドローバ２１…チャック用シリンダ２３…進退用シリンダ２５…芯出し用シリンダ４１…支持部材４２…ガイド部材４３…芯出し用軸部材４４…コレット部材４５…調整用ロッド４６…伝達部材４７…留め金４１５…第１外側テーパ４２５…第１内側テーパ４３５…第２外側テーパ４４５…第２内側テーパ

Claims

旋回するとともにその回転軸方向にも変位するトップジョーによって当金との間にワークを挟み込むチャック機構および、
ベース部材に固定され、ガイド孔の挿入部内周面に第１内側テーパが形成されたガイド部材と、
軸方向の移動により前記ガイド部材内に挿入可能であり、前記第１内側テーパに対応する第１外側テーパが成形された筒形状の支持部材と、
前記支持部材に固定され、先端部に第２外側テーパが形成された芯出し用軸部材と、
前記芯出し用軸部材の外側に配置され、前記第２外側テーパに対応する第２内側テーパが形成された芯出し用爪部材と、
前記支持部材の内側を軸方向に移動可能であって前記芯出し用爪部材に連結された伝達部材と、を有し、
前記伝達部材は、軸方向の出力を伝える伝達ロッドに対して、当該伝達ロッドと調整用のネジ部によって螺着された調整用ロッドを介して連結され、
前記調整用ロッドは、そのフランジ部が前記伝達部材に内包されるように組み込まれ、前記伝達部材を軸方向に貫通した先端部に前記ネジ部が形成され、
前記調整用ロッドのフランジ部に形成された穴内にボールを保持した状態のばね部材が挿入され、前記伝達部材に対して同一円周上に複数形成された位置決穴に嵌り込むように、前記ボールが前記バネ部材によって付勢されたチャック装置。