JPH07121484B2 - 工作機械の主軸頭 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば立フライス盤等の工作機械の主軸頭に
関し、特に工具の着脱作業の高速化を図る場合に最適の
主軸頭に関する。

〔従来の技術〕

最近の工作機械、例えば立フライス盤では工具交換装置
を備えることにより、各種の加工を連続的に行うように
している。この場合加工能率を向上するには、工具の交
換時間を短縮する必要があるが、この工具交換作業にお
いては、従来は各工程の終了を検出し、この検出信号を
受けた後、次の工程を開始するようにしていた。このた
め工具の交換作業時間を短縮するには限界があり、この
点が加工能率を向上する場合の解決すべき技術的課題に
なっていた。

そこで本願発明者等は、上記問題点を解決するため、工
具交換工程をカム機構等の機械的な構成で行う工具交換
装置について開発している。この装置では、例えば工具
をスピンドルからアンクランプする機構として、板カム
により工具交換アームが工具把持位置に回転されると、
これに連続してやはり板カムで駆動されるシリンダによ
り油圧を発生させ、この油圧をドローバー駆動用シリン
ダに供給し、これにより、工具をアンクランプするよう
にしている。その結果、この板カム式アンクランプ機構
は、従来の前工程の終了を検出した後次工程を開始する
方式では６〜７秒の工具交換時間を要していたのに対
し、2.5〜３秒に短縮でき、それだけ工具交換工程の高
速化を達成できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記工具のクランプ力が大きいほど、つまり
大型機になるほどアンクランプ力も大きくなるわけであ
るが、そのためには、上記本願発明者等の開発にかかる
板カム式アンクランプ機構では、アンクランプ力の増大
に伴って板カムを大径にする必要があり、またその面圧
も大きくなる問題がある。そのためこの板カム式アンク
ランプ機構は、大きなアンクランプ力を要する大型機に
採用するのは困難という問題を残していた。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解消し、大きなア
ンクランプ力を必要とする場合にも、カム径を大きくす
ることなく、上記板カム式アンクランプ機構を採用でき
るようにした工作機械の主軸頭を提供する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、スピンドル内にドローバーを挿入し、該ドロ
ーバーを進退させることにより、該ドローバーの先端に
係合されたコレットを上記スピンドル内に挿入された工
具の内側端部に係脱させ、これにより工具をスピンドル
に着脱するようにした工作機械の主軸頭において、上記
ドローバーの後端部に筒状のスライド部材を摺動可能に
嵌装し、該スライド部材にクランプ方向に移動したとき
ドローバーと当接する係止部を形成し、該スライド部材
と上記スピンドルとの間に多数の皿ばねからなり、該ス
ライド部材をクランプ方向に付勢するクランプばねを配
設するとともに、該スライド部材とドローバーとの間に
該ドローバーをクランプ方向に付勢する保持ばねを配設
し、上記スライド部材をアンクランプ方向に移動させる
ための第１シリンダを、該第１シリンダのピストンロッ
ドが該スライド部材と同軸をなしかつ対向するように配
設し、上記ドローバーをアンクランプ方向に移動させる
ための第２シリンダを、該第２シリンダのピストンロッ
ドが上記第１シリンダのピストンロッド内に同軸をなす
ように位置しかつ上記ドローバーと対向するように配設
し、上記スピンドルが工具交換位置に移動するに伴って
上記第１シリンダに油圧を供給する第１油圧供給手段を
設け、上記第２シリンダに油圧を供給する油圧発生シリ
ンダと、上記工具交換用アームと連動して回転し、上記
第１シリンダによる上記スライド部材の移動後で、かつ
工具交換用アームの工具把持位置への到達に同期して上
記油圧発生シリンダのピストンロッドを圧縮駆動するカ
ムとを備えた第２油圧供給手段を設けたことを特徴とし
ている。

〔作用〕

本発明に係る工作機械の主軸頭において、工具をアンク
ランプする場合は、まずスピンドルの工具交換位置への
移動に伴って第１油圧供給手段から第１シリンダに油圧
を供給し、該第１シリンダでスライド部材をクランプば
ねの付勢力に抗してアンクランプ方向に移動させる。こ
のときドローバーは保持ばねでクランプ時位置に付勢さ
れているので、コレットは工具に係合しており、そのた
め、この状態ではまだ工具はスピンドル内に保持されて
いる。

そして次に工具交換アームの工具把持位置への到達に同
期して第２油圧供給手段のカムが油圧発生シリンダのピ
ストンロッドを圧縮駆動して第２シリンダに油圧を供給
し、該第２シリンダでドローバーを保持ばねの付勢力に
抗してアンクランプ方向に移動させると、これにより、
コレットと工具との係合が外れ、工具は取り外される。
コの場合、ドローバーを移動させるための力としては上
記保持ばねの付勢力に加えて、コレットを移動させると
ともに工具とスピンドルとの嵌合を外すだけの力で済
む。

本発明では、スライド部材，ドローバーをアンクランプ
方向に移動させるための第１シリンダ，第２シリンダ
を、第１シリンダのピストンロッドが第２シリンダのシ
リンダボディを兼ねる親子シリンダとしたので、２つの
シリンダを設けながら軸方向長さが１つのシリンダの場
合とほとんど変わることがなく、軸方向寸法が大型化す
るのを回避できる。

また、第２シリンダに油圧を供給するための第２油圧供
給手段を、油圧発生シリンダと、工具交換用アームと連
動して回転し、かつ該アームの工具把持位置への到達に
同期して上記油圧発生シリンダのピストンロッドを圧縮
駆動するカムとで構成したので、工具交換用アームによ
る工具把持完了の検出信号を待つことなく該工具把持位
置への到達に機械的に同期して第２シリンダに油圧を供
給でき、工具交換時間を短縮できる。

さらにまた、本発明では、クランプばねの圧縮工程とド
ローバーの移動工程とを分離したので、ドローバーへの
力は非常に小さくて済むから、大きなクランプ力を要す
る場合にも、第２油圧供給手段として、カムを大型化す
ることなくカム式油圧供給機構を採用できる。

また本発明では、上記第１シリンダによるクランプばね
を圧縮してもドローバーはクランプ時位置に保持され、
この時点で工具が外れることないことから、上記第１シ
リンダへの油圧供給タイミングを早く行うことができ、
アンクランプ工程を２段階に分離したことにより時間的
ロスが生じることはなく、この点からも工具交換作業の
高速化を達成できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例による立フライ
スの主軸頭を説明するための図であり、これは主軸頭が
上下するいわゆるベッド形立フライス盤の例である。第
３図において、１は基礎面上に固着されるベースで、該
ベース１上には、サドル２が図示Ｙ方向に移動可能に配
設され、該サドル２上にはテーブル３が図示Ｘ方向に移
動可能に配設され、さらにまた上記ベース１上にはコラ
ム４が立設されている。また５は工具交換装置、７は工
具交換用アームであり、該アーム７はこれの両端に形成
された把持爪で工具を把持し、この状態で下降し、180
゜回転した後上昇するように構成されている。なお６は
操作盤である。

そして、上記コラム４に主軸頭10が図示Ｚ方向に移動可
能に配設されており、第１図に示すように、上記主軸頭
10のボディ11内にはスピンドル12が複数の軸受13により
回転自在に挿入支持されている。このスピンドル12は円
筒状のもので、これの下端部内面にはテーパ状の工具保
持部12aが形成され、その少し上方には円筒状のストッ
パ12bが嵌合固着されている。

上記スピンドル12内にはドローバー14が上下動自在に挿
入されている。このドーローバー14は棒状のもので、そ
の下端部には環状の係合溝14aが凹接されており、該凹
溝14aにはコレット15の係合凸部15aが係合されており、
このコレット15の先端部に形成された把持爪15bは工具3
0の上端部に形成された係合部30aに係脱可能になってい
る。

また上記ドローバー14の上端部にはフランジ部14bが一
体形成されており、このドローバー14,スピンドル12の
上端部間には、筒状のスライド筒16が所定距離だけ摺動
できるように挿入されている。このスライド筒16の内面
には、上方、つまりクランプ方向に移動したときドロー
バー14と当接する係止部16aが形成されており、またそ
の上端部16bはドローバー14より上方に突出している。
そしてこのスライド筒16の下端面と上記ストッパ12bと
の間には多数の皿ばねからなるクランプばね17が配設さ
れ、該スライド筒16の上部と上記ドローバー14のフラン
ジ部14bとの間にはコイルばねからなる保持ばね18が配
設されている。

また上記ボディ11の上端にはドローバー駆動装置20が装
着されている。このドローバー駆動装置20は親子式アン
クランプシリンダ21と、エアブースタ式第１油圧供給装
置22と、板カム式第２油圧供給装置23とから構成されて
いる。上記アンクランプシリンダ21の上記スライド筒16
を押圧するための第１シリンダのシリンダボディ21a
は、上記ボディ11に固着され、該シリンダボディ21a内
に挿入されたピストンロッド21bには上記ドローバー14
を押圧するための第２シリンダのピストンロッド21cが
挿入されており、上記第１シリンダのピストンロッド21
bは第２シリンダのシリンダボディを兼用している。な
お、21d,21eは各ピストンロッド21b,21cをクランプ状態
に移動させるための復帰ばねである。

上記第１油圧供給装置22はピストン24cに空気圧を加え
ることによってピストンロッド24dで油圧を発生するた
めの装置であり、そのエアブースタ24のエア室24aは、
エア供給通路25aを介してエア供給源25に接続されてお
り、該通路25aには切替え弁25bが介装されている。また
エアブースタ24のオイル室24bはオイル供給通路26aを介
してオイルチャージタンク26に接続されており、該通路
26aには逆止弁26b,切替え弁26cが介装されている。この
オイルチャージタンク26はオイル室24bに作動油を供給
するためのものであり、また上記切替弁26cは、板カム
式第２油供給装置23を作動させない場合に、手動で工具
をアンクランプできるようにし、もって工具交換作業性
をより改善するためのものである。また上記オイルチャ
ージタンク26の上端はエア通路25cを介してエア供給源2
5に接続されており、該通路25cには減圧弁25d,切替え弁
25eが介装されている。

また、上記オイル供給通路26aの、切替え弁26cとエアブ
ースタ24との間から第１油圧供給通路26dが、また切替
え弁26cと逆止弁26bとの間から第２油圧供給通路26eが
それぞれ分岐されており、これらはそれぞれ上記第１シ
リンダの第１油圧室21f,第２シリンダの第２油圧室21g
に接続されている。なお、上記第２油圧供給通路26eは
可撓性ホースからなる。

また、上記板カム式第２油圧供給装置23は、図示しない
駆動モータによって回転駆動される円板状の板カム27と
該板カム27により押圧駆動されるピストン28cをシリン
ダボディ内に摺動自在に挿入してなる油圧発生シリンダ
28とからなり、該シリンダ28の油圧室28aは油圧供給ホ
ース28bにより上記アンクランプシリンダ21の第２油圧
室21gに接続されている。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例装置において、工具30がクランプされた状態で
は、第１図に実線で示すように、スライド筒16はクラン
プばね17でその上端位置に移動され、これによりドロー
バー14が上方に移動されて、コレット15をこれの把持爪
15bが工具30の係合部30aに係合するクランプ位置に引き
上げており、その結果工具30はスピンドル12の工具保持
部12a内にクランプ状態で保持されている。

そして、上記状態において、工具30を交換する場合の動
作は以下の工程で行われる。

工具30を交換するには、まず主軸頭10がコラム４に
沿って、その上昇端である工具交換位置に上昇するので
あるが、この場合、上昇の途中において、切替え弁25b
が第２図と逆位置の導通位置に切換えられる。すると、
エア供給源25から、例えば5kg/cm²の圧縮空気がエアブ
ースタ24のエア室24aに供給される。するとこれによ
り、オイル室24b内の油圧が例えば60kg/cm²になるとと
もに、この作動油が第１油圧供給通路26dを通ってアン
クランプシリンダ21の第１油圧室21fに供給される。

すると、上記作動油により、第１シリンダのピスト
ンロッド21bが下降してスライド筒16の上端を押圧し、
クランプばね17を圧縮する。この時ドロッバー14は保持
ばね18によって上昇端位置であるクランプ位置に保持さ
れているから、工具30は該ドローバー14により下端部の
コレット15を介してクランプ位置に保持されている。

そして主軸頭10が上端の工具交換位置に上昇する
と、工具交換用アーム７が回転してその把持爪が各工具
を把持し、これに続いて板カム27の回転により油圧発生
シリンダ28のピストン28cが前進して第２シリンダ用油
圧が発生され、該シリンダ28の油圧室28aからの作動油
が第２シリンダの第２油圧室21gに供給される。

上記作動油の供給により、第２ピストンロッド21c
が下降してドローバー14を保持ばね18の付勢力に抗して
下降させる。すると、これによりドローバー14の下端に
係合しているコレット15も下降され、第１図に二点鎖線
で示すように外方に拡開してこれの把持爪15bと工具30
の係合部30aとの係合が外される。そしてこれとともに
ドローバー14の下端部で工具30の上端を押圧することに
より、工具30とスピドル12との嵌合が外されることとな
る。

そして、次に、上記工具交換アーム７が工具を把持
した状態で下降し、180゜回転した後上昇することによ
り、スピンドル12に装着されていた工具が工具交換装置
５のポット内に収納されるとともに、装着しようとする
工具がスピンドル12内に挿入されることとなる。この工
具をクランプする場合は、工具をスピンドル12内に挿入
した状態で上述の第1,第２シリンダを元に戻せば良い。
この場合、切換弁25bは第２図に示す位置に切り換えら
れており、また板カム27はピストン28cの図示右方向へ
の移動を許容するカム曲線部位にさしかかるので、第1,
第２シリンダはばね21d,21eの復元力で円滑に元の位置
に戻される。これによりドローバー14が保持ばね18によ
って元に戻るとともに、クランプばね17の付勢力によっ
てスライド筒16を介してクランプ方向に付勢され、これ
により所定のクランプ力でもって、工具30はスピンドル
12内にクランプされる。

また、手動によってアンクランプする場合は、上記
主軸頭10が上端に達し、自動の場合と同様に第１シリン
ダに油圧が供給され、クランプばね17が圧縮された後、
作業者が工具30を手で持ち、この状態で切替弁26cを開
側に切り替える。するとエアブースタ24からの油圧が第
２油圧通路26eを通って第２油圧室21gに供給され、これ
により上記油圧発生シリンダ28から油圧が供給された場
合と同様にしてドローバー14が下降し、工具30はアンク
ランプされる。

このように本実施例では、クランプばね17を圧縮する工
程と、ドローバー14をアンクランプ方向に移動させる工
程とを分離したので、ドローバー14のアンクランプ方向
への移動に要する力としては、保持ばね18の付勢力と、
コレット15を移動させるとともに、工具30とスピンドル
12の保持部12aとの嵌合を外すのに必要な力との和だけ
という、非常に小さい力で済む。従ってこのドローバー
14を移動させるための第２シリンダへの作動油の油圧発
生機構として、上述の板カム式油圧発生機構を、板カム
を大型化することなく採用できる。

また、本実施例装置では、第１シリンダによってクラン
プばね17を圧縮した場合においても、ドローバー14は保
持ばね18でクランプ位置に保持されているから、クラン
プばね17を圧縮した状態ではまだ工具30はスピンドル12
から外れることはない。そのため本実施例では、主軸頭
10が工具交換位置に移動している途中で、つまり工具交
換用アーム７で工具30を把持する前の段階において、第
１シリンタに油圧を供給し、ピストン21bによりスライ
ド筒16を介してクランプばね17を予め圧縮しておくこと
ができ、その結果上述のアンクランプ動作を２工程に分
離したことにより作業時間が長くなることはなく、結局
本実施例では、上述の板カム式アンクランプ機構を採用
できたことにより、工具交換時間が従来の６〜７秒から
2.5〜３秒に短縮できた。

なお、上記実施例では第1,第２シリンダへの油圧をそれ
ぞれエアーブースタ24,板カム式シリンダ28で発生させ
た例について説明したが、本発明の第１シリンダへの油
圧の発生機構については必ずしもこのような機構を採用
する必要はない。上記実施例では立フライス盤に適用し
た場合について説明したが、本発明はこれに限らず、横
フライス盤，旋盤等の工具交換装置を備えた工具機械に
適用すれば有効である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る工作機械の主軸頭によれ
ば、クランプばねを圧縮するためのスライド部材をドロ
ーバーに摺動自在に嵌装するとともに、ドローバーをク
ランプ位置に保持する保持ばねを設け、スライド部材，
ドローバーを移動させる第1,第２シリンダと、主軸頭の
工具交換位置への移動に伴って油圧を上記第１シリンダ
に供給する第１油圧供給手段と、工具交換アームの工具
把持位置への到達に同期して油圧を上記第２シリンダに
供給する第２油圧供給手段を設け、クランプばねの圧縮
工程とドローバーの移動工程とを分離したので、ドロー
バーの移動に要する力が非常に小さくて済み、大きなク
ランプ力を要する場合にも、カム径を大きくすることな
くカム式油圧供給機構を採用可能である。

また、スライド部材，ドロバーを移動させる第1,第２シ
リンダを親子シンリダとしたので、２つのシリンダを設
けながら軸方向長さが１つのシリンダの場合とほとんど
変わることがなく、主軸頭の軸方向長さを短縮できる効
果があり、さらにまた第２シリンダへの油圧供給手段
を、油圧発生シリンダと、工具交換アームと連動して回
転しかつ該アームの工具把持位置への到達に同期して上
記油圧発生シリンダのピストンロッドを圧縮駆動するカ
ムとを備えたものとしたので、工具把持完了の検出信号
を待つ必要がなく、工具交換時間を短縮できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による立フライス盤の主軸頭
の断面側面図、第２図はその油圧発生機構を含む概略構
成図、第３図は上記実施例が適用された立フライス盤の
斜視図である。 図において、10は主軸頭、12はスピンドル、14はドロー
バー、15はコレット、16はスライド筒（スライド部
材）、16aは係止部、17はクランプばね、18は保持ば
ね、20はドローバー駆動装置、21はアンクランプシリン
ダ、30は工具である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピンドル内にドローバーを挿入し、該ド
   ローバーを進退させることにより、該ドローバーの先端
   に係合されたコレットを上記スピンドル内に挿入された
   工具の内側端部に係脱させ、これにより工具をスピンド
   ルに着脱するようにした工作機械の主軸頭において、上
   記ドローバーの後端部に筒状のスライド部材を摺動可能
   に嵌装し、該スライド部材にクランプ方向に移動したと
   きドローバーと当接する係止部を形成し、該スライド部
   材と上記スピンドルとの間に多数の皿ばねからなり、該
   スライド部材をクランプ方向に付勢するクランプばねを
   配設するとともに、該スライド部材とドローバーとの間
   に該ドローバーをクランプ方向に付勢する保持ばねを配
   設し、上記スライド部材をアンクランプ方向に移動させ
   るための第１シリンダを、該第１シリンダのピストンロ
   ッドが該スライド部材と同軸をなしかつ対向するように
   配設し、上記ドローバーをアンクランプ方向に移動させ
   るための第２シリンダを、該第２シリンダのピストンロ
   ッドが上記第１シリンダのピストンロッド内に同軸をな
   すように位置しかつ上記ドローバーと対向するように配
   設し、上記スピンドルが工具交換位置に移動するに伴っ
   て上記第１シリンダに油圧を供給する第１油圧供給手段
   を設け、上記第２シリンダに油圧を供給する油圧発生シ
   リンダと、上記工具交換用アームと連動して回転し、上
   記第１シリンダによる上記スライド部材の移動後で、か
   つ工具交換用アームの工具把持位置への到達に同期して
   上記油圧発生シリンダのピストンロッドを圧縮駆動する
   カムとを備えた第２油圧供給手段を設けたことを特徴と
   する工作機械の主軸頭。