JPH0541362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工具を主軸に着脱自在に固定する工
具着脱装置の改良に係り、マシニングセンタ等の
工作機械に利用できる。

〔背景技術とその問題点〕

近年多用されるようになつたマシニングセンタ
等の多機能型の工作機械においては、自動工具交
換装置とこれに連動する工具着脱装置とを備える
ことにより、主軸に取り付けられた工具の交換を
自動化している。

一般に、このような自動交換用の工具は取付用
テーパーシヤンクを備えるとともに、まわり止め
のために主軸のキーに対応したキー溝が設けられ
ており、工具交換時にこれらのキーとキー溝を円
滑に噛み合わせるためには主軸を一定の回転角度
位置に停止させ（オリエンテーシヨンストツプ）、
その角度位置を保持しておく必要がある。

従来、このような主軸のオリエンテーシヨンス
トツプの保持には主軸モータの停止時の保持力が
利用されているが、保持力としては充分ではない
ため自動工具交換装置のチエンジアームが工具に
接触した際など、摩擦等により主軸が回転されて
しまうことがある。

特に、高速型の主軸駆動系ではモータ軸に対し
て主軸を歯車等を介して増速することがなされて
おり、主軸に外力が作用した場合、小さな外力で
あつても前記歯車などで倍力されて大きな回転力
としてモータに伝達され、モータは容易に回転し
てしまう。

つまり、オリエンテーシヨンストツプの保持を
主軸モータの保持力によつていたのでは、自動工
具交換装置を用いるにあたつて主軸がチエンジア
ーム等によつて容易に回転され、主軸のキーと工
具のキー溝との位相角度が狂つてしまい、工具交
換が困難となるという問題があつた。

このような問題に対し、停止時に突出して主軸
をロツクするシヨツトピンを用いて確実なオリエ
ンテーシヨンストツプを行うことがなされてい
る。

しかし、主軸および周辺にシヨツトピンをガイ
ドする機構や専用の駆動装置等を設ける必要があ
るなど構造が複雑化するという問題があり、主軸
まわりをコンパクトにすることが望ましい工作機
械にはそぐわないものであつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、構造が簡単で主軸位置の保持
が確実に行なえる工具着脱装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は、主軸にクランプされた工具をアンク
ランプする際に主軸に関与する作動部材を兼用
し、アンクランプ動作に先だつて主軸を固定する
プリアンクランプ動作を行う。

これがため本発明は、工具着脱装置として、フ
レームにベアリングを介して回転自在に支持され
た主軸と、この主軸の先端に設けられて軸方向の
移動によつて工具をクランプアンクランプ可能な
コレツトチヤツクと、前記主軸を軸方向に貫通し
かつ先端側が前記コレツトチヤツクに接続された
ドローバーと、前記ドローバーの基端側に接続さ
れかつ前記主軸に対して回り止めされた作動部材
と、前記コレツトチヤツクをクランプ状態に維持
するのに十分な付勢力で前記作動部材を主軸基端
側へ付勢する付勢手段とを設け、 前記主軸先端側へ移動可能かつ前記フレーム側
に対して回り止めされかつ所定の回転力を伝達可
能な接触面を介して前記作動部材の主軸基端側端
面に当接可能なピストンと、前記ピストンを前記
付勢手段の付勢力より大きな力で主軸先端側へ駆
動可能な主油室と、前記ピストンを前記付勢手段
の付勢力より小さな力で主軸先端側へ駆動可能な
副油室とを設け、 前記主油室および副油室を前記主軸の基端側軸
線上に同軸配置して構成する。

このように構成された本発明においては、通常
時には付勢手段が作動部材およびドローバーを介
してコレツトチヤツクを付勢して、主軸先端に取
付けられた工具のプルルスタツド部分等をコレツ
トチヤツクでクランプして確実に固定する。

一方、工具交換の際には副油室でピストンを作
動部材に圧接させて主軸を固定し、オリエンテー
シヨンストツプを保持する。

そして、この状態で所定の自動工具交換装置に
より工具を保持したのち、主油室でピストンを作
動部材にさらに圧接させ、付勢手段に抗して作動
部材、ドローバーおよびコレツトチヤツクを移動
させて工具をアンクランプし、自動工具交換装置
により工具を交換する。

この際、主油室および副油室はピストンを共用
することで構造を簡略にでき、かつ同軸配置され
て主軸基端側にコンパクトに収めることが可能と
なる。

本発明は、このようにプリアンクランプ動作に
よつてアンクランプ動作の前に主軸を固定してお
くことで、工具の交換時の確実なオリエンテーシ
ヨンストツプの保持を実現するとともに、構造の
簡略化を実現し、これらにより前記目的を達成し
ようとするものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

本実施例の工具着脱装置は、工作機械の主軸の
基端側部分に設けられており、この工作機械は主
軸の先端側に工具のプルスタツドをクランプ可能
なコレツトチヤツクを備えるとともに、工具の自
動交換を行うために主軸の先端近傍にチエンジア
ームを含む自動工具交換装置を備えている。

工具着脱装置の細部を示す第１図において、フ
レーム１１にベアリング１２を介して回転自在に
支持された主軸１３の中心には、軸方向に移動可
能かつ先端を前記コレツトチヤツクに連結されて
一体に動作可能なドローバー１４が挿通されてお
り、このドローバー１４の中心には主軸１３およ
び前記工具のテーパ面を清掃するための圧搾空気
供給用の通気路１５が貫通されている。

主軸１３の基端側端部には、軸方向に移動可能
な作動部材である円板１６が設けられており、こ
の円板１６はドローバー１４の基端側端部にナツ
ト締め固定されてコレツトチヤツクと一体に動作
可能であるとともに、第１の回転止めのピン１７
によつて主軸１３と一体に回転するように構成さ
れている。

さらに、主軸１３の基端側のフレーム１１近傍
には第１の当接部分１３Ａが形成されており、こ
の当接部分１３Ａと円板１６との間には付勢手段
であるクランプ用皿ばね１８が介装されている。
クランプ用皿ばね１８は、円板１６およびドロー
バー１４を図中右方へ移動させてコレツトチヤツ
クで工具のプルスタツドを確実にクランプしうる
ような付勢力を生じるように構成されている。

なお、この付勢力は、円板１６を固定するナツ
トの締め付け状態を調整し、円板１６と当接部分
１３Ａとでクランプ用皿ばね１８を挟み付ける状
態を加減することで適宜な強さに調整が可能であ
る。

一方、主軸１３の基端側を包囲するようにシリ
ンダケース２１が設けられており、このシリンダ
ケース２１はフレーム１１に固定されたガイドボ
ルト２２に摺動自在に貫通支持され、図中左端の
第２の当接部分２１Ａで第１の当接部分１３Ａに
当接可能であるが、ガイドボルト２２の頭部との
間に介装されたクリアランス保持用皿ばね２３に
よつて図中左方へ付勢され、通常第１および第２
の当接部分１３Ａ，２１Ａは互いに所定のタリア
ランスを保持されている。

シリンダケース２１の内部に形成された油室２
４内にはピストン３１が収められており、このピ
ストン３１は軸方向に移動可能かつ図中左側端面
で円板１６に当接可能とされているとともに、第
２の回転止めのピン３２によつてシリンダケース
蓋２１Ｂおよびフレーム１１に対して回転しない
ように保持されている。

また、ピストン３１の中心にはシリンダケース
蓋２１Ｂを摺動自在に貫通して一端を外部に露出
された中空の通気管３３が取付けられており、こ
の通気管３３はピストン３１と円板１６との当接
時に図中通気管３３の左端に取付けられたカプラ
３４を介してドローバー１４の基端側端面に圧接
され、外部に露出する給気口３３Ａから通気路１
５を介して主軸先端部に圧搾空気を供給可能であ
る。

この給気口３３Ａから圧搾空気を供給すること
で、工具を交換する際に主軸１３および工具のテ
ーパ面の清掃が行えるようになつている。

一方、シリンダケース２１の図中右側のシリン
ダケース蓋２１Ｂとピストン３１との間には、小
径の副油室４１と大径の主油室４２とが同軸かつ
互いに水密に隔離されて設けられており、それぞ
れシリンダケース蓋２１Ｂの外側面に開口する第
１の給油口４１Ａおよび第２の給油口４２Ａに連
通されている。

ここで、副油室４１は第１の給油口４１Ａから
供給される作動油によつてピストン３１を図中左
方へ移動させて円板１６に当接させることが可能
であるが、副油室４１による駆動力はクランプ用
皿ばね１８の付勢力より小さく、かつシリンダケ
ース２１を移動可能なようにクリアランス保持用
皿ばね２３の付勢力より大きくされ、ピストン３
１と円板１６とを当接させることによつて摩擦力
を生じさせ、自動工具交換装置のチエンジアーム
と工具間の摩擦などによる主軸１３を回転させよ
うとする外力に抗して主軸１３を停止させ得るよ
うに設定されている。

また、主油室４２は副油室４１よりも加圧面積
を広く設定されており、第２の給油口４２Ａから
供給される作動油によつてピストン３１および円
板１６をクランプ用皿ばね１８の付勢力に抗して
図中左方へ移動させることが可能である。このと
き、シリンダケース２１からピストン３１へ加え
られる力は、第１および第２の当接部分１３Ａ，
２１Ａにより直接主軸１３と円板１６との間に伝
達され、主軸１３とフレーム１１との間に作用し
てベアリング１２に不必要な力が加わることを防
止する。

さらに、ピストン３１の外周面と油室２４の内
周面との間には各々の段差によつて形成されたク
リアランス保持用の油室４３が設けられ、この油
室４３はシリンダケース蓋２１Ｂの外側面に開口
する第３の給油口４３Ａから供給される作動油に
よつてピストン３１を図中右方へ移動可能に構成
されている。

このように構成された本実施例においては、第
２図Ａに示すように工具を保持するとともに、第
２図ＢおよびＣに示す一連の動作によつて工具の
交換を行う。

第２図Ａにおいて、シリンダケース２１内のピ
ストン３１は図中右端位置にあり、円板１６はク
ランプ用皿ばね１８の付勢力R₁によつてドロー
バー１４を介してコレツトチヤツクＡで確実に工
具Ｂを固定している。このとき、シリンダケース
２１はクリアランス保持用皿ばね２３によりフレ
ーム１１側すなわち図中左側位置とされており、
第１および第２の当接部分１３Ａ，２１Ａの間に
は所定のクリアランスが保持され、円板１６とピ
ストン３１との間にもクリアランスが保たれてお
り、主軸１３は主軸駆動用モータＣによつて回転
されて主軸１３先端にコレツトチヤツクＡで取り
付けられた工具Ｂで所定の工作を行う。

一方、工具Ｂの交換にあたつては、主軸１３を
オリエンテーシヨンストツプで停止させたのち以
下の動作を行う。

まず、プリアンクランプ動作として、第２図Ｂ
に示すように、副油室４１によつてピストン３１
に図中左向きの駆動力F₁を加え、ピストン３１
を左方にD₀移動させて円板１６に当接させ、シ
リンダケース２１を介して主軸１３とフレーム１
１とを一体化させることにより、フレーム１１に
対する主軸１３の回転を阻止する。このとき、駆
動力F₁は付勢力R₁より小さくかつ付勢力R₂より
大きくされており、ピストン３１は円板１６によ
つて移動を停止されるとともに、駆動力F₁の反
力によりクリアランス保持用皿ばね２３を圧縮し
てシリンダケース２１を右方にD₁だけ移動させ、
第１および第２の当接部分１３Ａ，２１Ａを当接
させ、より確実にオリエンテーシヨンストツプ状
態を保持する。

次に、アンクランプ動作として、第２図Ｃに示
すように、主油室４２によつてピストン３１に図
中左向きの駆動力F₂を加えて、付勢力R₁に抗し
てクランプ用皿ばね１８を圧縮し、円板１６を左
方にD₂だけ移動させてドローバー１４を左方に
押し出すことにより、コレツトチヤツクＡで主軸
１３に取付けられていた工具Ｂをアンクランプす
る。

一方、交換された工具Ｂを主軸１３にクランプ
するにあたつては、主油室４２および副油室４１
への作動油の供給を停止するとともに、クリアラ
ンス保持用油室４３に作動油を供給することによ
り、第２図Ａの状態に戻り、工具Ｂの交換を完了
する。この状態において、工具Ｂは皿ばね１８の
付勢力により主軸１３にクランプされ、かつピス
トン３１と円板１６との間および当接部分２１
Ａ，１３Ａの間には所定のクリアランスが保たれ
ており、主軸駆動用モータＣによる主軸１３の回
転が阻害されることはなく、工具Ｂによる加工作
業が可能となる。

このような本実施例によれば、以下に示すよう
な効果がある。

すなわち、工具の自動交換にあたつて、主軸１
３のオリエンテーシヨンストツプの後、プリアン
クランプ動作によつて主軸１３が回転しないよう
に固定するため、自動工具交換装置のチエンジア
ーム等の接触によつて主軸１３の回転角度位置が
変化することを防止でき、円滑な自動工具交換動
作を行うことができる。

特に、ピストン３１と円板１６との圧接による
回り止めに加え、主軸１３に設けた第一の当接部
分１３Ａとシリンダケース２１に設けた第二の当
接部分２１Ａとの当接による回り止めを行うこと
で、より確実なオリエンテーシヨンストツプの保
持が実現できる。

また、副油室４１により円板１６とピストン３
１とを当接させるプリアンクランプ動作による主
軸１３のオリエンテーシヨンストツプの保持は、
主油室４２による工具のアンクランプ動作の際に
当接させる円板１６とピストン３１とによつて行
われるため、確実な動作を行うことができるとと
もに、副油室４１と主油室４２とでピストン３１
を共用することで、構造を簡略化することができ
る。

そして、小径の副油室４１と大径の主油室４２
とを主軸１３の基端側に同軸状態で配置したた
め、各々を順次連結した場合に比べて更にコンパ
クト化することができる。

さらに、円板１６およびドローバー１４の移動
によつて行われる工具のアンクランプ動作の際
に、円板１６に加えられるピストン３１の駆動力
の圧力はシリンダケース２１および第１、第２の
当接部分１３Ａ，２１Ａを介して、フレーム１１
を経由することなく直接主軸１３に伝達されるた
め、主軸１３を回転支持するベアリング類あるい
はシリンダケース２１とフレーム１１との支持部
分などに無理な力がかかることを防止できる。な
お、これによりクランプ用皿ばね１８の付勢力は
ベアリング類の負荷容量に関わりなく強くするこ
とができ、工具のクランプをさらに確実にするこ
ともできる。

また、ピストン３１と円板１６との間、および
当接部分１３Ａ，２１Ａの間にはクリアランス保
持用皿ばね２３およびクリアランス保持用油室４
３により所定間隔が保持されるため、主軸１３が
高速回転中に接触して破壊する等の危険を防止で
きる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるもので
はなく、以下に示すような変形をも含むものであ
る。

すなわち、付勢手段としてはクランプ用皿ばね
１８に限らずコイルばね等でもよいが、工具の確
実なクランプが行え、主軸の高速回転においても
偏心の影響が小さくかつ温度変化による影響が小
さいことが好ましく、前記実施例のように皿ばね
を用いることが望ましい。

その他、シリンダケース２１を移動可能とする
構造、あるいは通気路１５、通気管３３およびカ
プラ３４により形成される清掃用の通気路は本発
明に特に必要なものではなく、実施にあたつては
適宜省略してよく、また各部の形状、寸法等も適
宜変更しうるものである。

〔発明の効果〕

前述したように、本発明によれば工具着脱装置
を簡単な構造で主軸位置を確実に保持することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２
図ＡないしＣは前記実施例の動作を示す説明図で
ある。 １１……フレーム、１２……ベアリング、１３
……主軸、１４……ドローバー、１６……作動部
材である円板、１８……付勢手段であるクランプ
用皿ばね、３１……ピストン、４１……副油室、
４２……主油室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フレームにベアリングを介して回転自在に支
   持された主軸と、この主軸の先端に設けられて軸
   方向の移動によつて工具をクランプアンクランプ
   可能なコレツトチヤツクと、前記主軸を軸方向に
   貫通しかつ先端側が前記コレツトチヤツクに接続
   されたドローバーと、前記ドローバーの基端側に
   接続されかつ前記主軸に対して回り止めされた作
   動部材と、前記コレツトチヤツクをクランプ状態
   に維持するのに十分な付勢力で前記作動部材を主
   軸基端側へ付勢する付勢手段とを設け、 前記主軸先端側へ移動可能かつ前記フレーム側
   に対して回り止めされかつ所定の回転力を伝達可
   能な接触面を介して前記作動部材の主軸基端側端
   面に当接可能なピストンと、前記ピストンを前記
   付勢手段の付勢力より大きな力で主軸先端側へ駆
   動可能な主油室と、前記ピストンを前記付勢手段
   の付勢力より小さな力で主軸先端側へ駆動可能な
   副油室とを設け、 前記主油室および副油室を前記主軸の基端側軸
   線上に同軸配置したことを特徴とする工具着脱装
   置。