JPH0938838A - 工作機械における工具クランプ・アンクランプ方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 直交する軸方向に往復移動して工具交換する
主軸を有すし、簡単且つコンパクトな構造で工具交換時
間を短縮することができる工具クランプ・アンクランプ
方法を提供する。 【解決手段】 工具装着部１０に工具ホルダ１３を付勢
力によりクランプする工具クランプ手段１４とを有し、
このクランプ手段１４をアンクランプ状態にしたとき主
軸９軸線方向の進退移動により主軸装着部１０にホルダ
１３を着脱する工作機械において、装着部１０にホルダ
１３をクランプ・アンクランプする方法であって、主軸
頭５を工具装着位置Ｃに主軸軸線方向と直交する方向に
移動し、主軸頭５に設けられた揺動手段４０が、アンク
ランプ用当接部材７６に当接して揺動し、クランプ手段
１４を付勢部材の付勢力に抗してアンクランプ状態と
し、ホルダ１３を着脱するために主軸頭５を進退移動さ
せるときにも、揺動手段４０の揺動状態を保ってアンク
ランプ状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸前
端に設けられた工具装着部に装着される工具ホルダをク
ランプ，アンクランプする方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動工具交換装置（以下、ＡＴＣと記
載）を備えたマシニングセンタなど工作機械において
は、工具が取付けられたシャンク（以下、工具ホルダと
記載）のテーパ部を、主軸前端に設けられた工具装着部
のテーパ穴に密着させ、工具ホルダを主軸軸線方向に引
っ張ることによりクランプしている。ＡＴＣにより主軸
と工具貯蔵マガジンとの間で工具交換を行う場合には、
通常はＡＴＣの工具ホルダ把持部又は工具交換アーム
が、主軸の工具装着部に装着された工具ホルダを把持し
た後に、シリンダ装置など工具クランプ・アンクランプ
装置により工具ホルダをアンクランプ状態にする。シリ
ンダ装置により工具をクランプ，アンクランプする場合
には、その構造や制御が複雑になり油圧回路も必要にな
る上に、時間損失も大きい。

【０００３】近年の工作機械では、作業能率を向上させ
るために主軸の高速回転化や工具交換時間の短縮化が求
められている。特に、ＡＴＣを作動させて工具交換を行
っている時間は工具によるワーク（被加工物）の加工が
できないので、工具交換時間をできるだけ短縮する必要
がある。そこで、工具ホルダをクランプ，アンクランプ
する動作とＡＴＣの動作とを連動させて工具交換をする
技術が、特開平３−１４９１５０号公報や特公平５−３
７７８４号公報等に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記各
公報の技術はカム機構により連動させているので、工具
クランプ・アンクランプ装置が大型化するとともに複雑
な構造になっていた。一方、実公昭６０−２４５２３号
公報及び特開平４−１８３５０５号公報には、工具クラ
ンプ・アンクランプ装置を有し、主軸頭が主軸軸線方向
に往復移動する動作に工具クランプ，アンクランプ動作
を連動させて行う工作機械が開示されている。ところ
が、これら主軸頭は、主軸軸線方向のみに往復移動して
工具クランプ，アンクランプ動作を行う構成のため、工
具マガジンと直接工具交換を行うアームレスＡＴＣで
は、工具マガジン側把持部で工具ホルダの被把持部を把
持することができないため採用することができないとい
う課題があった。

【０００５】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、主軸軸線方向に直交する軸方向に往復移
動して工具交換する主軸を有する工作機械において、簡
単且つコンパクトな構造で工具交換時間を短縮すること
ができる工具クランプ・アンクランプ方法及びその装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る工作機械における工具クランプ・アン
クランプ方法は、主軸軸線方向及びこの主軸軸線方向と
直交する方向に移動可能な主軸頭と、この主軸頭に回転
自在に支持され、前端に工具装着部が設けられた主軸
と、この主軸内に設けられ、前記工具装着部に工具ホル
ダを付勢部材の付勢力によりクランプする工具クランプ
手段とを有し、この工具クランプ手段をアンクランプ状
態にしたとき前記主軸軸線方向の進退移動により前記主
軸装着部に前記工具ホルダを着脱する工作機械におい
て、前記工具装着部に前記工具ホルダをクランプ・アン
クランプする方法であって、前記主軸頭を工具装着位置
に前記主軸軸線方向と直交する前記直交方向に移動し、
前記主軸の後部の前記主軸頭に設けられた揺動手段が、
前記主軸頭の前記直交方向への移動動作に連動して前記
工作機械の基部に設けられたアンクランプ用当接部材に
当接して揺動し、前記揺動手段の揺動により、前記工具
クランプ手段を前記付勢部材の付勢力に抗してアンクラ
ンプ状態とし、前記工具ホルダを着脱するために前記主
軸頭を進退移動させるときにも、前記揺動手段の揺動状
態を保ってアンクランプ状態を維持する。

【０００７】より好ましい方法は、主軸軸線方向及びこ
の主軸軸線方向と直交する方向に移動可能な主軸頭と、
この主軸頭に回転自在に支持され、前端に工具装着部が
設けられた主軸と、この主軸内に設けられ、前記工具装
着部に工具ホルダを付勢部材の付勢力によりクランプす
る工具クランプ手段とを有し、この工具クランプ手段を
アンクランプ状態にしたとき前記主軸軸線方向の進退移
動により前記主軸装着部に前記工具ホルダを着脱する工
作機械において、前記工具装着部に前記工具ホルダをク
ランプ・アンクランプする方法であって、前記主軸頭を
工具装着位置に前記主軸軸線方向と直交する前記直交方
向に移動し、前記主軸の後部の前記主軸頭に設けられた
揺動手段が、前記主軸頭の前記直交方向への移動動作に
連動して前記工作機械の基部に設けられたアンクランプ
用当接部材に当接して揺動し、前記揺動手段の揺動によ
り、前記工具クランプ手段の前記付勢部材の付勢力に抗
して、前記工具ホルダを前記付勢部材の付勢力より弱い
仮保持用付勢力で前記工具装着部に押し付けて仮保持す
る仮保持状態とし、前記工具ホルダを着脱するために前
記主軸頭を進退移動させるときにも、前記揺動手段の揺
動状態を保って仮保持状態を維持する。

【０００８】前記方法を実現するための工作機械の工具
クランプ・アンクランプ装置は、主軸軸線方向及びこの
主軸軸線方向と直交する方向に移動可能な主軸頭と、こ
の主軸頭に回転自在に支持され、前端に工具装着部が設
けられた主軸と、この主軸内に設けられ、前記工具装着
部に工具ホルダを付勢部材の付勢力によりクランプする
工具クランプ手段とを有し、この工具クランプ手段をア
ンクランプ状態又は仮保持状態にしたとき前記主軸軸線
方向の進退移動により前記主軸装着部に前記工具ホルダ
を着脱する工作機械において、この工作機械の基部に前
記主軸軸線方向に延在して設けられたアンクランプ用当
接部材と、前記主軸の後部の前記主軸頭に設けられ、前
記主軸頭の前記直交方向への移動動作に連動して前記ア
ンクランプ用当接部材に当接して揺動し、前記工具クラ
ンプ手段をアンクランプ状態又は仮保持状態にする揺動
手段とを備え、前記主軸頭が前記主軸軸線方向に進退移
動したときにも、前記アンクランプ状態又は前記仮保持
状態を維持できるようにしている。前記工作機械は、主
軸頭が主軸軸線方向及びこの軸線方向と直交する方向即
ち上下方向に移動する構成の横形マシニングセンタであ
ることが好ましい。

【０００９】前記揺動手段は、コラムに対して移動自在
な前記主軸頭に設けられた本体と、この本体に揺動自在
に取付けられ、前記主軸が前記工具装着位置に対して前
記直交方向に進退移動する動作に連動して、前記コラム
に設けられた前記アンクランプ用当接部材の当接面に押
し当てられて揺動するレバーと、前記本体の中空部に嵌
合し、前記レバーに連結されてこのレバーにより前記主
軸軸線方向に移動する進退部材と、この進退部材に取付
けられドローバを押して前後方向に移動させる押圧部材
とを備えていることが好ましい。

【００１０】また、好ましい一態様として、前記工具ク
ランプ・アンクランプ装置は、前記工具ホルダがアンク
ランプ状態の時に前記工具ホルダを弱い付勢力で前記工
具装着部に押付けて仮保持する仮保持装置を有してい
る。この仮保持装置は、前記主軸の貫通孔内に前記主軸
軸線方向に移動自在に設けられて前記弱い付勢力で後方
に付勢された保持体と、この保持体の前端側に保持さ
れ、主軸半径方向に移動して前記工具ホルダのプルスタ
ッドに係合離脱する第１の係合体と、この第１の係合体
より後方に配設され、前記保持体に主軸半径方向に移動
可能に保持された第２の係合体と、この第２の係合体に
係合離脱自在に前記ドローバの前端部に設けられ、前記
第２の係合体と係合して前記保持体を後方に引っ張る係
合部とを備えていることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図８を参照して説明する。図１は横形マシニングセ
ンタの正面図、図２は工具クランプ状態における主軸後
部を含む断面図、図３は図２の状態における主軸前部の
断面図である。

【００１２】図１に示すように、本実施形態では工作機
械として横形マシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）１
の場合を示しているが、主軸頭と自動工具交換装置を有
する工作機械であれば、立形ＭＣやターニングセンタな
ど他の種類の工作機械であってもよい。ＭＣ１において
は、ベッド２の上にコラム３がＸ軸方向に移動可能に立
設しており、コラム３には昇降台４がＹ軸方向（上下方
向）に移動可能に取付けられている。昇降台４には主軸
頭５がＺ軸方向（主軸軸線方向）に移動可能に取付けら
れている。ベッド２上には、テーブル５ａが取付けら
れ、フレーム６が枠状に立設固定されている。Ｙ軸上方
の工具交換位置に配設されたアームレス型自動工具交換
装置（ＡＴＣ）の工具マガジン７が、フレーム６の上部
の梁８に吊下げ状態で固定されている。

【００１３】主軸頭５の内部には、高速で回転する中空
軸状の主軸９が軸受（図示せず）によって回転自在に支
持されており、主軸９は、ロータとステータを主軸９と
主軸頭５との間に配したビルトインモータ３１（図２）
により回転駆動される。主軸９の前端部に設けられた工
具装着部１０（図３）には、工具１１とプルスタッド１
２（図３）とが固定された工具ホルダ（シャンク）１３
が装着されるようになっている。コラム３の移動方向Ｘ
軸と、昇降台４の移動方向Ｙ軸と、主軸９の軸線Ｄ方向
即ちＺ軸とは直交座標系をなしている。なお、＋（プラ
ス）Ｚ軸方向を前方として説明する。

【００１４】ベッド２の上面２０には、一対の平行なＸ
軸ガイドレール２１がＸ軸方向に向けて固定されてい
る。コラム３の下部に取付けられた複数のスライドブロ
ック２２がＸ軸ガイドレール２１にそれぞれ摺動自在に
係合しているので、コラム３は、ベッド２に取付けられ
たＸ軸サーボモータ（図示せず）及びボールねじ１９に
よりＸ軸方向に往復移動する。コラム３には、一対のＹ
軸ガイドレールがＹ軸方向に向けて平行に立設されてお
り、昇降台４に取付けられた図示しない複数のスライド
ブロックがＹ軸ガイドレールに摺動自在に係合してい
る。これにより、昇降台４は、コラム３の上部に取付け
られたＹ軸サーボモータ２４と立設されたボールねじ
（図示せず）によりＹ軸方向に往復移動する。昇降台４
には、Ｚ軸方向に向けて一対のガイドレール２５が平行
に取付けられており、主軸頭５の下部に設けられた複数
のスライドブロック２６がガイドレール２５に摺動自在
に係合している。これにより、主軸頭５は、昇降台４に
取付けられたＺ軸サーボモータ２７及びボールねじ（図
示せず）によりＺ軸方向に往復移動する。

【００１５】加工作業時には、加工位置Ｂでコラム３が
ベッド２上をＸ軸方向に移動し、昇降台４がコラム３に
沿ってＹ軸方向に移動し、主軸頭５が昇降台４に沿って
Ｚ軸方向に移動することにより、テーブル５ａに載置さ
れたパレット１４上のワーク１５が、主軸９に装着され
た工具ホルダ１３の工具１１により切削加工される。工
具交換時には昇降台４が昇降することにより、主軸頭５
と主軸９は、加工位置Ｂとその上方の工具装着位置Ｃと
の間でＹ軸方向及びＺ軸方向に往復移動して、工具マガ
ジン７との間で工具交換が行われる。

【００１６】工具装着位置Ｃでは、主軸９と工具マガジ
ン７のマガジン３０との間で工具交換が行われる。割出
し制御されるマガジン３０は、割出し駆動装置７ａによ
り割出し動作される。複数の工具ホルダ把持部３２が、
マガジン３０の回転中心から半径方向外方を向いて放射
状に配設されている。主軸９が、Ｙ軸方向の工具交換の
ための工具係合位置に移動後、＋Ｙ軸方向に直線的に上
昇移動することにより、主軸９の工具装着部１０に着脱
自在に装着された工具ホルダ１３は、マガジン３０の工
具ホルダ把持部３２にダイレクトに係合して把持され
る。

【００１７】図２及び図３に示すように、主軸９の中心
部に主軸軸線Ｄ方向に形成された貫通孔３３内には、工
具ホルダ１３をクランプ，アンクランプするためのドロ
ーバ３４が、軸線Ｄ方向に進退移動自在に挿通されてい
る。ドローバ３４は、図示しない複数の皿ばね又はコイ
ルばねなど付勢部材の強い付勢力により常時後方に付勢
されて、主軸９に工具ホルダ１３がクランプされてい
る。ドローバ３４の前端部８３には工具クランプ手段３
７が配設されている。工具クランプ手段３７は、半径方
向に移動可能な複数個のボール状の係合体３５を利用
し、工具ホルダ１３の後部に固定されたプルスタッド１
２の被係合部３６を掴んで後方に引っ張って、工具ホル
ダ１３を工具装着部１０に装着するための機構である。
工具クランプ手段３７は、ボール式引っ張り機構の他
に、プルスタッド１２をコレットにより引っ張るコレッ
ト式引っ張り機構を用いてもよい。

【００１８】図１及び図２に示すように、主軸９及び主
軸頭５が工具装着位置Ｃに対して昇降移動する時、この
動作に連動して揺動するアンクランプ装置である揺動手
段４０が、主軸９の後部に位置して主軸頭５に設けられ
ている。揺動手段４０は、主軸頭５がＹ軸方向の工具装
着位置Ｃに上昇移動したとき、付勢部材に抗してドロー
バ３４を前進させ仮保持状態とする。

【００１９】主軸頭５の後端部には、ベアリング４２を
介して主軸９を回転自在に軸支する支持部材４３が、ボ
ルト４３ａなど締結部材により締付け固定されている。
支持部材４３の後部には、揺動手段４０の本体４４がボ
ルト４５など締結部材により締付け固定されている。本
体４４は、軸線Ｄ方向後方に膨出して設けられ主軸９の
後端部４６を跨いだ形状を有しており、本体４４の後端
部にはカバー４７がボルト４８など締結部材により取付
けられている。本体４４及びカバー４７の中心部は、軸
線Ｄと同心の中空状になっており、断面円形の中空部４
８には、断面円形の進退部材４９が軸線Ｄ方向に往復移
動自在に嵌合している。

【００２０】進退部材４９の大径部５０は本体４４の大
径穴部５１に嵌合し、進退部材４９の前方の小径部５２
及び後方の小径部５３は、本体４４の小径穴部５４及び
カバー４７の内周部５５にそれぞれ嵌合している。大径
部５０は、大径穴部５１の前方側段部５６とカバー４７
とにより軸線Ｄ方向の移動範囲を規制されて、前進位置
と後退位置との間で往復移動する。圧縮ばね５７の前端
部が小径穴部５４の後側段部５８に係止され、後端部
が、大径部５０の前面側に形成された凹部５９内に係合
しており、この圧縮ばね５７により進退部材４９は常に
後方に付勢されている。

【００２１】進退部材４９の中心部には、ドローバ３４
の後端面６０を押圧可能な押圧部材としての小径の押圧
軸６１が挿入固定されている。なお、進退部材４９と押
圧軸６１とを別部材にしないで一体化してもよい。押圧
軸６１の前端面６２が進退部材４９の前端面６３より若
干前方に突出しているので、押圧軸６１が前方に移動す
ると、押圧軸前端面６２がドローバ後端面６０を押圧し
て移動させる。押圧軸６１の中心部に軸線Ｄ方向に形成
された流体通路６４は、押圧軸６１に取付けられた配管
部材６５に連通している。工具交換時には、押圧軸６１
がドローバ３４に密着した状態で、圧縮空気である清掃
用エアーが供給される。この清掃用エアーは、配管部材
６５から流体通路６４，ドローバ３４内に形成された通
路６６，主軸９内の貫通孔３３等を流れて、工具ホルダ
１３と工具装着部１０との間の清掃を行う。

【００２２】「く」の字状のレバー７０が、本体４４の
上面側に取付けられ、中心軸Ｅまわりに揺動自在になっ
ている。レバー７０は、外方に延出し先端部に回動自在
な転動体７１を有する第１のアーム７２と、第１のアー
ム７２と一体化し、ピン７３など連結部材を介して進退
部材４９を進退移動させる第２のアーム７４とを有して
いる。レバー７０は、第１，第２のアーム７２，７４の
クランプ回転位置Ｆ₁ ，Ｆ₂と、アンクランプ（仮保
持）回転位置Ｇ₁ ，Ｇ₂ との間で、角度θの範囲で揺動
する。工作機械の基部としてのコラム３には、水平方向
に形成された下面をなす当接面７５を有するアンクラン
プ用当接部材７６が主軸軸線Ｄ方向に延在して設けられ
ている。

【００２３】即ち、揺動手段４０は、コラム３に対して
移動自在な主軸頭５に設けられた本体４４と、本体４４
に揺動自在に取付けられ、主軸９が工具装着位置Ｃに対
して上下方向に進退移動する動作に連動して、コラム３
に設けられたアンクランプ用当接部材７６の当接面７５
に押し当てられて揺動するレバー７０と、本体４４の中
空部４８に嵌合し、レバー７０に連結されてレバー７０
により軸線Ｄ方向に移動する進退部材４９と、進退部材
４９に取付けられドローバ３４を押して前後方向に移動
させる押圧軸６１とを備えている。

【００２４】主軸頭５の上昇動作により揺動手段４０が
当接面７５に近づくと、この動作の最終ストローク（例
えば、約４０ｍｍ）において、レバー７０の転動体７１
が当接面７５に転動自在に当接するとともにレバー７０
が時計回り方向に揺動する。これにより、第２のアーム
７４とピン７３を介して、進退部材４９が圧縮ばね５７
のばね力に抗して前方に移動して、押圧軸６１が付勢部
材の付勢力に抗してドローバ３４を押して前方に移動さ
せる。したがって、ドローバ３４はクランプ位置とアン
クランプ（仮保持）位置との間を往復移動する。また、
レバー７０が当接面７５に当接してアンクランプ（仮保
持）回転位置Ｇ₁ ，Ｇ₂ 側に押し下げられた状態で主軸
頭５が軸線Ｄ方向に進退移動すると、工具ホルダアンク
ランプ状態を保ちながら転動体７１は当接面７５をＺ軸
方向に自在に転動する。

【００２５】工具クランプ・アンクランプ装置４１によ
る工具クランプ・アンクランプ方法は、加工位置Ｂと工
具装着位置Ｃとの間で軸線Ｄ方向に直交する軸方向（即
ち、Ｙ軸方向）に往復移動する主軸頭５に設けられた主
軸９が工具装着位置Ｃに進退移動し、工具ホルダ１３が
工具マガジン７の工具ホルダ把持部３２に係合離脱する
と同時に、主軸９の後部に位置する揺動手段４０が主軸
９の移動動作に連動して揺動して、工具ホルダ１３をク
ランプ，アンクランプするドローバ３４を前後方向に移
動させて、工具ホルダ１３をアンクランプ，クランプ状
態にしている。

【００２６】したがって、工具交換時に工具ホルダ１３
をアンクランプ状態にするタイミングが難しい。即ち、
工具ホルダ１３をアンクランプ状態にして工具ホルダ把
持部３２に主軸９の工具ホルダ１３を係合させれば、工
具交換時間を短縮することはできるが、アンクランプ状
態開始から工具ホルダ把持部３２への把持完了までの間
で、工具ホルダ１３が不安定になる可能性がある。これ
を防止するために、主軸９の工具ホルダ１３が工具ホル
ダ把持部３２に把持された後に工具ホルダ１３をアンク
ランプ状態にすれば、工具ホルダ１３は安定化するが工
具交換時間が長くかかってしまう。

【００２７】そこで、この実施形態では工具クランプ・
アンクランプ装置４１に仮保持装置８０（図３）を設け
て、工具交換時に工具ホルダ１３を仮保持するようにし
ている。仮保持装置８０は、本出願人の出願に係る発明
（出願番号：特願平７−７３１５号，出願日：平成７年
１月２０日）と略同一の構成を有しており、揺動手段４
０が揺動動作した時に工具ホルダ１３を弱い付勢力で工
具装着部１０に押付けて仮保持状態にしている。

【００２８】図３に示すように、工具クランプ手段３７
に含まれる仮保持装置８０は、主軸貫通孔３３内に軸線
Ｄ方向に移動自在に設けられて弱い付勢力で後方に付勢
された円筒形の保持体８１と、保持体８１の前端側に保
持され、主軸半径方向に移動して工具ホルダ１３のプル
スタッド１２の被係合部３６に係合離脱する第１の係合
体としての第１のボール３５と、第１のボール３５より
後方に配設され、軸線Ｄ方向に移動可能に保持体８１の
途中に保持された第２の係合体としての第２のボール８
２と、第２のボール８２に係合離脱自在にドローバ３４
の前端部８３に設けられ、第２のボール８２と係合して
保持体８１を後方に引っ張る係合部８４とを備えてい
る。

【００２９】主軸貫通孔３３内には円筒形のカム部８５
が設けられており、保持体８１はカム部８５の内周面８
６に摺接して軸線Ｄ方向に進退移動する。貫通孔３３内
に配設され弱い付勢力を有する圧縮ばね８８の後端部
が、保持体８１の後端部外周に形成された鍔部８７に係
合し、前端部がカム部８５に係合することにより、保持
体８１は常時後方に付勢されている。圧縮ばね８８の付
勢力は、仮保持中の工具ホルダ１３が工具ホルダ把持部
３２により主軸９に対して相対的に前方に引っ張られた
とき引抜き可能なような弱い力に設定されている。

【００３０】保持体８１の前端側には、貫通孔８９が半
径方向に穿設されている。貫通孔８９は保持体８１の円
周上に均等間隔で複数個（好ましくは、３個乃至５個）
設けられており、各貫通孔８９内には第１のボール３５
がそれぞれ挿入されている。貫通孔８９の孔径につい
て、保持体８１の内周面側の孔径が外周面側孔径より小
径になるように形成することにより、複数の第１のボー
ル３５が貫通孔８９から内方に脱落しないように保持し
ている。ドローバ３４の前後方向への移動によって保持
体８１が軸線Ｄ方向に進退移動したときに、第１のボー
ル３５は、カム部８５の前端縁のテーパ面９０に沿って
主軸半径方向に移動し、プルスタッド１２の被係合部３
６と係合離脱できるようになっている。

【００３１】保持体８１には、貫通孔８９と同様な貫通
孔９１が、貫通孔８９の後方に位置して設けられてい
る。貫通孔９１は、保持体８１の円周上に均等間隔で複
数個（好ましくは、３個乃至５個）設けられており、各
貫通孔９１には第２のボール８２がそれぞれ挿入されて
いる。複数の第２のボール８２は、保持体８１の進退移
動動作によりカム部８５の形状に沿って主軸半径方向に
移動自在になっている。第２のボール８２は常時保持体
８１の内周面側に突出しており、保持体８１内を挿通す
るドローバ３４の前端部８３に形成されたテーパ状の係
合部８４と係合離脱するようになっている。そして、ド
ローバ３４が皿ばね等の付勢力により後方に移動した時
に、係合部８４と第２のボール８２とが係合して保持体
８１を後退させ、保持体８１に保持された第１のボール
３５を介してプルスタッド１２が後方に引っ張られるよ
うにしている。

【００３２】カム部８５の内周面８６には、第２のボー
ル８２に係合離脱自在な浅底の凹部９２が形成されてい
る。凹部９２は、その断面が第２のボール８２の外径よ
り若干大径に形成されている。保持体８１が前方に前進
することにより第１のボール３５とプルスタッド１２の
被係合部３６との係合が解除され、工具ホルダ１３がな
い状態で保持体８１をクランプする場合に、第２のボー
ル８２が凹部９２内に係合する。

【００３３】保持体８１の貫通孔８９と貫通孔９１との
間の前端側には、貫通孔９３が主軸半径方向に穿設され
ており、貫通孔９３内には、第３の係合体としての複数
（好ましくは、３個乃至５個）の第３のボール９４が主
軸半径方向に移動自在に挿入されている。貫通孔９１，
９３の孔径については、貫通孔８９の場合と同様に、保
持体８１の内周面側孔径が外周面側孔径より小径になる
ように形成することにより、第２，第３のボール８２，
９４が貫通孔９１，９３から内方に脱落しないように保
持されている。カム部８５には、第３のボール９４と同
数の係合溝９５が前方側位置に形成されている。係合溝
９５は、保持体８１が前進することにより第１のボール
３５とプルスタッド１２の被係合部３６との係合が解除
された状態で第３のボール９４と係合可能になってお
り、第３のボール９４の直径より若干大きめの直径の断
面円弧状をなしている。

【００３４】ドローバ係合部８４の前方に形成された先
端部８３ａの外周面には、円筒状の規制部材９６が、軸
線Ｄ方向に進退移動自在に嵌合している。規制部材９６
は、保持体８１の内周面に摺接しており、先端部８３ａ
に嵌挿された圧縮ばね９７により常時前方側に付勢され
ている。貫通孔９３の前方側には段部９８が形成されて
おり、規制部材９６は段部９８に当接することにより前
方への移動位置が規制されている。規制部材９６は、工
具装着部１０に装着された状態の工具ホルダ１３のプル
スタッド１２に当接するようになっている。

【００３５】工具ホルダ１３が工具装着部１０に挿入さ
れた時には、規制部材９６はプルスタッド１２により後
方側へ押し戻されるが、工具ホルダ１３が工具装着部１
０から抜き取られると、圧縮ばね９７のばね力により段
部９８に当接するまで前進して貫通孔９３を塞ぐ。規制
部材９６が貫通孔９３を塞ぐと、第３のボール９４は係
合溝９５内に係合した状態のままで主軸半径方向に移動
できなくなるので、第３のボール９４を介して保持体８
１とカム部８５とが係止されて一体化した状態になり、
保持体８１の軸線Ｄ方向への移動が規制される。即ち、
工具クランプ・アンクランプ装置４１が駆動されドロー
バ３４が後方に引っ張られて後退しても、保持体８１は
工具ホルダ１３が工具装着部１０から抜き取られた位置
即ち次回の工具ホルダ１３を受入れ可能な位置でカム部
８５により保持されることになる。

【００３６】図２に示すように、揺動手段４０は、押圧
軸６１が前進位置及び後退位置のいずれにあるかを検出
するための検出手段１００を備えている。固定部である
カバー４７には、軸線Ｄと平行に且つ後方に突出するブ
ラケット１０１が取付けられている。ブラケット１０１
の上面にはリミットスイッチ１０２が取付けられ、進退
部材４９の後部に固定された配管部材６５には、板状の
支持部材１０３が軸線Ｄ方向の位置を調節可能に取付け
られている。

【００３７】支持部材１０３に支持された被検出部１０
４がリミットスイッチ１０２を押すと、オン（又はオ
フ）信号（即ち、クランプ状態確認信号）が出力され
る。リミットスイッチ１０２，支持部材１０３及び被検
出部１０４により、検出手段１００が構成されている。
押圧軸６１及び進退部材４９が後退位置にあると、支持
部材１０３を介して被検出部１０４はリミットスイッチ
１０２を押してオン（又はオフ）状態にする。押圧軸６
１及び進退部材４９が前進すると、支持部材１０３を介
して被検出部１０４も前進してリミットスイッチ１０２
から離れてオフ（又はオン）状態にする。検出手段１０
０により、押圧軸６１が前進位置及び後退位置のいずれ
にあるかが検出される。

【００３８】次に、本発明の動作を図１乃至図８に基づ
いて説明する。図１乃至図３に示すように、工具１１に
よりワーク１５を切削加工する時には、工具ホルダ１３
をクランプ状態にし、主軸頭５を加工位置Ｂに移動さ
せ、主軸９をビルトインモータ３１により高速で回転す
る。この時、押圧軸６１は後退位置にあるので、被検出
部１０４がリミットスイッチ１０２を押してオン（又は
オフ）の状態が検出される。これにより、リミットスイ
ッチ１０２はクランプ状態確認信号を出力し、押圧軸６
１はドローバ３４の後端面６０から離れているので、主
軸９が回転される。

【００３９】工具ホルダ１３の被係合部３６には第１の
ボール３５が係合し、第２のボール８２がドローバ前端
部８３の係合部８４に係合し、ドローバ３４は皿ばね等
の強い付勢力により後方に付勢されている。これによ
り、工具ホルダ１３は、保持体８１を介してドローバ３
４により後方に強く引っ張られてクランプされている。
そして、Ｘ軸サーボモータ（図示せず）及びＹ軸，Ｚ軸
の各サーボモータ２４，２７を駆動して、主軸９の工具
１１の位置を制御することによりワーク１５が切削加工
される。

【００４０】現在の工具１１による加工が終了して次回
の工具１１に交換する場合には、主軸９の回転を停止
し、主軸オリエンテーション動作を行い、回転方向の位
置を定める。Ｘ軸サーボモータとＺ軸サーボモータ２７
とを駆動して、主軸９の工具ホルダ１３を、マガジン３
０の最も下部に位置している、現在の工具１１の収納番
地の工具ホルダ把持部３２の真下の工具交換動作開始位
置に位置させる。次いで、Ｙ軸サーボモータ２４を駆動
して主軸頭５を矢印Ｈに示すように＋Ｙ軸方向に上昇さ
せて、主軸９を工具交換動作開始位置から工具装着位置
Ｃに直線的に上昇移動させる。主軸９が上昇し、工具ホ
ルダ把持部３２の近傍でレバー７０がコラム３の当接面
７５に当接し且つ下方に押されて時計回り方向に揺動
し、工具ホルダ１３を漸次アンクランプ（仮保持）状態
にすることにより、工具ホルダ１３は主軸９に仮保持さ
れた状態になる。これと同時に、主軸９が工具装着位置
Ｃに到着することにより、工具ホルダ１３は工具ホルダ
把持部３２に把持される。

【００４１】即ち、主軸９の上昇移動動作に連動して、
レバー７０が角度θだけ時計回り方向に揺動する。これ
により、進退部材４９と押圧軸６１が、圧縮ばね５７の
付勢力に抗して前進し、押圧軸６１の前端面６２がドロ
ーバ後端面６０を前方に押して、ドローバ３４を所定距
離前方に移動させ、工具ホルダ１３をアンクランプ（仮
保持）状態にする。進退部材４９が前進することによ
り、被検出部１０４がリミットスイッチ１０２から離れ
てオフ（又はオン）状態になるので、リミットスイッチ
１０２のクランプ状態確認信号は解除される。

【００４２】図４は工具ホルダ１３を仮保持した状態に
おける主軸後部を含む断面図、図５は図４の状態におけ
る主軸前部の断面図である。図４及び図５に示すよう
に、リミットスイッチ１０２からのクランプ状態確認信
号の出力が解除されると、主軸９が後退することによ
り、マガジン３０の工具把持部３２に把持された工具ホ
ルダ１３が主軸９の工具装着部１０より離脱する。即
ち、押圧軸６１の前方への押圧力により、ドローバ３４
が皿ばね等の付勢力に抗して前進位置まで前進すると、
ドローバ３４による工具ホルダ１３の引っ張り力は解除
されるが、保持体８１は圧縮ばね８８による後方への付
勢力が作用しているので前進することができず、第２の
ボール８２と係合部８４との係合が解除される。これに
より、工具ホルダ１３は仮保持状態になり、第１のボー
ル３５に係合した状態で圧縮ばね８８の弱いばね力によ
り後方に引っ張られて仮保持される。

【００４３】次いで、Ｚ軸サーボモータ２７を駆動し
て、矢印Ｉ（図１，図４，図５）に示すように主軸頭５
とともに主軸９を後退させる。この時、第１のアーム７
２に設けられた転動体７１は当接面７５を転動し、レバ
ー７０の旋回角が保たれるため、主軸９の工具クランプ
手段３７は、主軸頭５がＺ軸方向に後退移動中もアンク
ランプ状態を保持している。したがって、主軸９の後退
動作により、主軸９に装着されている工具ホルダ１３
は、工具ホルダ把持部３２に把持された状態で工具装着
部１０から抜き取られる。

【００４４】図６は工具ホルダ１３が抜き取られた待機
状態における主軸後部を含む断面図、図７は図６の状態
における主軸前部の断面図である。上述のように主軸９
が後退すると、工具ホルダ１３は圧縮ばね８８のばね力
に抗して相対的に前方側に引っ張られることになり、保
持体８１に対してカム部８５が相対的に後方に移動す
る。第１のボール３５は、カム部８５のテーパ面９０の
形状に沿って主軸半径方向外側に移動するので、プルス
タッド１２の被係合部３６と第１のボール３５との係合
が解除される。これにより、工具ホルダ１３の仮保持状
態が解除され、工具ホルダ１３は工具装着部１０から抜
き取られて図６及び図７に示す待機状態になる。

【００４５】この状態では、第３のボール９４が係合溝
９５に係合するとともに、段部９８に当接した規制部材
９６が貫通孔９３を塞いで第３のボール９４の主軸半径
方向の移動を規制するので、カム部８５に対する保持体
８１の軸線Ｄ方向の相対移動が規制される。したがっ
て、保持体８１は、工具装着部１０から工具ホルダ１３
が抜き取られた状態のまま次回の工具ホルダ１３の受け
入れが可能な状態でカム部８５に保持されて待機する。
第２のボール８２はカム部８５の凹部９２に係合してい
るが、係合部８４と第２のボール８２との間には隙間が
あるので、第２のボール８２は主軸半径方向に自由に移
動できる。この時、図６に示すように、押圧軸６１はド
ローバ３４を押して前進位置にあるので、被検出部１０
４はリミットスイッチ１０２から離れた状態を維持し、
クランプ状態確認信号が解除されている。

【００４６】次に、マガジン３０を回転駆動して、次回
の工具ホルダ１３が把持されている工具ホルダ把持部３
２を主軸９の軸線Ｄに一致させるようにマガジン割出し
を行う。次いで、Ｚ軸サーボモータ２７を駆動して主軸
頭５とともに主軸９を矢印Ｊ（図１，図６，図７）に示
すように前進させ、次回の工具ホルダ１３を工具装着部
１０に挿入する。これにより、図７に示す待機状態から
図８に示す仮保持状態に移行する。

【００４７】図８は、次回の工具ホルダ１３が装着され
て仮保持された状態における主軸前部の断面図である。
工具交換中には、レバー７０は当接面７５に当接して押
し下げられた状態を維持しており、これは仮保持の時の
図４に示す主軸後部の状態と同様である。上述のよう
に、次回の工具ホルダ１３が工具装着部１０に挿入され
ると、図８に示すように、保持体８１内に進入してきた
プルスタッド１２により規制部材９６が保持体８１に対
して相対的に後方に押し戻されて移動する。これによ
り、第３のボール９４の主軸半径方向への移動が可能に
なって、カム部８５に対する保持体８１の係止状態が解
除され、保持体８１はカム部８５に対して相対的に軸線
Ｄ方向に移動可能になる。

【００４８】第２のボール８２はカム部８５の凹部９２
内に係合しているが、係合部８４と第２のボール８２と
の間には隙間があるので、保持体８１は圧縮ばね８８の
ばね力によって後退する。そして、第１のボール３５が
プルスタッド１２の被係合部３６と係合するので、工具
ホルダ１３は図５に示した仮保持の状態になる。なお、
工具交換時には、清掃用エアーなど流体を配管部材６５
から適宜供給して、工具ホルダ１３と工具装着部１０と
の間の清掃を行う。

【００４９】次いで、図１に示すように、Ｙ軸サーボモ
ータ２４を駆動して主軸頭５を矢印Ｋに示すように−Ｙ
軸方向に直線的に下降させれば、次回の工具ホルダ１３
は工具ホルダ把持部３２から離れ、主軸９は工具装着位
置Ｃから工具交換開始位置を経由して加工位置Ｂに移動
する。主軸９のこの移動動作に連動して、レバー７０が
反時計回り方向に揺動するので、進退部材４９と押圧軸
６１は前進位置から後退位置に移動し、押圧軸６１はド
ローバ３４の後端面６０から離れて図２に示す状態にな
る。すると、ドローバ３４は皿ばね等の強い付勢力によ
り工具ホルダ１３のプルスタッド１２を後方に引っ張っ
て図３に示すクランプ状態にする。この時、図２に示す
ように被検出部１０４がリミットスイッチ１０２を押す
ので、リミットスイッチ１０２はクランプ状態確認信号
を出力する。これにより、工具交換動作が終了するとと
もに主軸９及び各軸が回転駆動されて、次回の工具１１
による切削加工が開始される。

【００５０】上述のように、本発明によれば、主軸９の
移動動作に連動して揺動動作する揺動手段４０がドロー
バ３４を前後方向に移動させて工具ホルダ１３をアンク
ランプ，クランプの状態にするとともに工具ホルダ１３
が工具マガジン７の工具ホルダ把持部３２に係合離脱す
るので、主軸９の移動動作と、工具ホルダのクランプ，
アンクランプ動作と、工具ホルダを把持する動作とを同
時に進行させることができる。したがって、工具の交換
動作全体に必要な時間を短縮することができ、その結
果、切削加工時間が増えてＭＣ１の作業能率が向上す
る。

【００５１】また、従来は主軸９のＹ軸方向の移動動作
とアンクランプ動作と工具交換動作とをそれぞれ独立さ
せ各動作の終了を確認して次の動作に移るものもあった
が、本発明では上述のように各動作を連続的且つ同時に
進行させることができる。即ち、主軸９が上昇して工具
装着位置Ｃに到着した時点で、アンクランプ動作が終了
して工具ホルダ１３はアンクランプ状態になるとともに
工具把持部３２に把持されて工具交換可能な状態になっ
ている。したがって、アンクランプ状態か否かを確認す
ることなく直ちに工具交換動作に移行することができる
ので、工具交換時間を短縮することができる。

【００５２】シリンダ装置によりクランプ，アンクラン
プ動作をさせる従来の構造のものでは油圧回路や複雑な
制御が必要であったが、本発明では、工具交換時に主軸
９が工具交換動作開始位置と工具装着位置Ｃとの間を移
動する動作を利用して、この動作に連動する揺動手段４
０を介してクランプ，アンクランプ動作を機械的に行っ
たので、従来のような複雑なカム機構やシリンダ装置等
が不要になり、簡単且つコンパクトな構造で工具ホルダ
１３を確実にクランプ，アンクランプすることができ
る。また、本発明では、工具交換のために主軸９が工具
装着位置Ｃに位置している間は、必ずレバー７０が当接
面７５により押し下げられて、押圧軸６１がドローバ３
４を前方に押して前進位置に保持している。したがっ
て、工具交換中は必ずアンクランプ状態がメカニカル的
に保証されることになり、工具交換動作を安全且つ確実
に行うことができる。

【００５３】本実施形態では仮保持装置８０を設けたの
で、工具交換時にドローバ３４が前進して工具ホルダ１
３がアンクランプ状態になっている時には、工具ホルダ
１３が仮保持されている。したがって、工具交換時に工
具ホルダ１３が工具装着部１０内で不安定な状態になる
ことがない。仮保持装置８０を設けたことにより、主軸
９が工具装着位置Ｃに到着する前からアンクランプ動作
を始めて工具ホルダ１３を仮保持している。したがっ
て、主軸９が工具装着位置Ｃに到着した時には既にアン
クランプ動作が完了しているので、直ちに次の工具交換
動作に移ることができる。これにより、アンクランプ動
作のための時間とその確認時間とを別途設ける必要がな
くなり、工具交換時間の短縮化を実現できる。また、工
具ホルダ１３が後方から大きな力で押されても、工具ホ
ルダ１３は仮保持装置８０により仮保持されているので
主軸９から飛び出す虞がなく、工具ホルダ１３の飛び出
しを防止するための保持機構も不要になる。その結果、
主軸９の内部の構造を簡素化することができる。

【００５４】なお、ＡＴＣは、主軸が主軸軸線方向に直
交する軸方向（例えば、Ｙ軸方向）に直線的に移動する
ことにより、主軸に装着された工具ホルダがＡＴＣの工
具ホルダ把持部にダイレクトに係合離脱する構造であれ
ばよく、アームレス式のものでもツインアームなど工具
交換アームを有するものでもよい。なお、各図中同一符
号は同一又は相当部分を示す。

【００５５】

【発明の効果】本発明は、主軸軸線方向に直交する軸方
向に往復移動して工具交換する主軸を有する工作機械に
おいて、既存の主軸頭の前記主軸軸線方向及び前記直交
軸方向の動作を利用して主軸への工具ホルダの装着，離
脱動作を行っているので、簡単且つコンパクトな構造で
工具交換時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図８は本発明に係る実施の形態を示す
図で、図１はマシニングセンタの正面図である。

【図２】工具クランプ状態における主軸後部を含む断面
図である。

【図３】工具クランプ状態における主軸前部の断面図で
ある。

【図４】工具ホルダを仮保持した状態における主軸後部
を含む断面図である。

【図５】図４の状態における主軸前部の断面図である。

【図６】工具ホルダが抜き取られた待機状態における主
軸後部を含む断面図である。

【図７】図６の状態における主軸前部の断面図である。

【図８】次回の工具ホルダが装着されて仮保持状態に移
行する様子を示す主軸前部の断面図である。

【符号の説明】

１ マシニングセンタ（工作機械） ３ コラム ５ 主軸頭 ９ 主軸 １０ 工具装着部 １２ プルスタッド １３ 工具ホルダ ３２ 工具ホルダ把持部 ３３ 主軸の貫通孔 ３４ ドローバ ３５ 第１のボール（第１の係合体） ３７ 工具クランプ手段 ４０ 揺動手段 ４１ 工具クランプ・アンクランプ装置 ４４ 本体 ４９ 進退部材 ６１ 押圧軸（押圧部材） ７０ レバー ７５ 当接面 ７６ アンクランプ用当接部材 ８０ 仮保持装置 ８１ 保持体 ８２ 第２のボール（第２の係合体） ８３ 前端部 ８４ 係合部 Ｂ 加工位置 Ｃ 工具装着位置 Ｄ 主軸軸線 Ｙ 主軸軸線に直交する軸

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸軸線方向及びこの主軸軸線方向と直
   交する方向に移動可能な主軸頭と、この主軸頭に回転自
   在に支持され、前端に工具装着部が設けられた主軸と、
   この主軸内に設けられ、前記工具装着部に工具ホルダを
   付勢部材の付勢力によりクランプする工具クランプ手段
   とを有し、この工具クランプ手段をアンクランプ状態に
   したとき前記主軸軸線方向の進退移動により前記主軸装
   着部に前記工具ホルダを着脱する工作機械において、前
   記工具装着部に前記工具ホルダをクランプ・アンクラン
   プする方法であって、 前記主軸頭を工具装着位置に前記主軸軸線方向と直交す
   る前記直交方向に移動し、 前記主軸の後部の前記主軸頭に設けられた揺動手段が、
   前記主軸頭の前記直交方向への移動動作に連動して前記
   工作機械の基部に設けられたアンクランプ用当接部材に
   当接して揺動し、 前記揺動手段の揺動により、前記工具クランプ手段を前
   記付勢部材の付勢力に抗してアンクランプ状態とし、 前記工具ホルダを着脱するために前記主軸頭を進退移動
   させるときにも、前記揺動手段の揺動状態を保ってアン
   クランプ状態を維持することを特徴とする工作機械にお
   ける工具クランプ・アンクランプ方法。
2. 【請求項２】 主軸軸線方向及びこの主軸軸線方向と直
   交する方向に移動可能な主軸頭と、この主軸頭に回転自
   在に支持され、前端に工具装着部が設けられた主軸と、
   この主軸内に設けられ、前記工具装着部に工具ホルダを
   付勢部材の付勢力によりクランプする工具クランプ手段
   とを有し、この工具クランプ手段をアンクランプ状態に
   したとき前記主軸軸線方向の進退移動により前記主軸装
   着部に前記工具ホルダを着脱する工作機械において、前
   記工具装着部に前記工具ホルダをクランプ・アンクラン
   プする方法であって、 前記主軸頭を工具装着位置に前記主軸軸線方向と直交す
   る前記直交方向に移動し、 前記主軸の後部の前記主軸頭に設けられた揺動手段が、
   前記主軸頭の前記直交方向への移動動作に連動して前記
   工作機械の基部に設けられたアンクランプ用当接部材に
   当接して揺動し、 前記揺動手段の揺動により、前記工具クランプ手段の前
   記付勢部材の付勢力に抗して、前記工具ホルダを前記付
   勢部材の付勢力より弱い仮保持用付勢力で前記工具装着
   部に押し付けて仮保持する仮保持状態とし、 前記工具ホルダを着脱するために前記主軸頭を進退移動
   させるときにも、前記揺動手段の揺動状態を保って仮保
   持状態を維持することを特徴とする工作機械における工
   具クランプ・アンクランプ方法。
3. 【請求項３】 主軸軸線方向及びこの主軸軸線方向と直
   交する方向に移動可能な主軸頭と、この主軸頭に回転自
   在に支持され、前端に工具装着部が設けられた主軸と、
   この主軸内に設けられ、前記工具装着部に工具ホルダを
   付勢部材の付勢力によりクランプする工具クランプ手段
   とを有し、この工具クランプ手段をアンクランプ状態又
   は仮保持状態にしたとき前記主軸軸線方向の進退移動に
   より前記主軸装着部に前記工具ホルダを着脱する工作機
   械において、 この工作機械の基部に前記主軸軸線方向に延在して設け
   られたアンクランプ用当接部材と、 前記主軸の後部の前記主軸頭に設けられ、前記主軸頭の
   前記直交方向への移動動作に連動して前記アンクランプ
   用当接部材に当接して揺動し、前記工具クランプ手段を
   アンクランプ状態又は仮保持状態にする揺動手段とを備
   え、 前記主軸頭が前記主軸軸線方向に進退移動したときに
   も、前記アンクランプ状態又は前記仮保持状態を維持で
   きることを特徴とする工作機械の工具クランプ・アンク
   ランプ装置。
4. 【請求項４】 前記揺動手段は、 コラムに対して移動自在な前記主軸頭に設けられた本体
   と、 この本体に揺動自在に取付けられ、前記主軸が前記工具
   装着位置に対して前記直交方向に進退移動する動作に連
   動して、前記コラムに設けられた前記アンクランプ用当
   接部材の当接面に押し当てられて揺動するレバーと、 前記本体の中空部に嵌合し、前記レバーに連結されてこ
   のレバーにより前記主軸軸線方向に移動する進退部材
   と、 この進退部材に取付けられドローバを押して前後方向に
   移動させる押圧部材とを備えたことを特徴とする請求項
   ３に記載の工作機械の工具クランプ・アンクランプ装
   置。
5. 【請求項５】 前記工具ホルダがアンクランプ状態の時
   に前記工具ホルダを弱い付勢力で前記工具装着部に押付
   けて仮保持する仮保持装置を有することを特徴とする請
   求項３又は４に記載の工作機械の工具クランプ・アンク
   ランプ装置。
6. 【請求項６】 前記仮保持装置は、 前記主軸の貫通孔内に前記主軸軸線方向に移動自在に設
   けられて前記弱い付勢力で後方に付勢された保持体と、 この保持体の前端側に保持され、主軸半径方向に移動し
   て前記工具ホルダのプルスタッドに係合離脱する第１の
   係合体と、 この第１の係合体より後方に配設され、前記保持体に主
   軸半径方向に移動可能に保持された第２の係合体と、 この第２の係合体に係合離脱自在に前記ドローバの前端
   部に設けられ、前記第２の係合体と係合して前記保持体
   を後方に引っ張る係合部とを備えたことを特徴とする請
   求項５に記載の工作機械の工具クランプ・アンクランプ
   装置。