JPH10193212A - 工具着脱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の主軸の工具着脱装置を、クラッチ
やシリンダを持たないコンパクトな構成にすると共に、
工具交換時間を短縮する。 【解決手段】 第２ロッド２４の外周にねじ部３３を形
成し、その外側にこのねじ部３３と螺合するナット１９
を設け、ナット１９の後部外周にビルトインモータ２１
を固着し、前部外周に工具１６の着脱時にナット１９と
主軸１２の相対回転を可能とするノッチ３５を設けた構
成とした。そして、ビルトインモータ２１で直接ナット
１９を回転させ、第２ロッド２４を進退移動させてコレ
ット１５により工具１６を主軸１２にクランプ、アンク
ランプするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
おける工具着脱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の工具着脱装置には、例えば、実公
昭５５−１５９４２号に記載されているように、工具後
端のプルスタッドに係合したホルダおよびこのホルダと
螺着されたドローバーを主軸内に並設された皿ばねの弾
発力により主軸後方へ移動させることで工具を主軸のテ
ーパ穴に引き込んでクランプする。そして、ドローバー
の後方に設けられたアンクランプ用のシリンダのピスト
ンロッドによりドローバーを前進させることで皿ばねの
弾発力を解放して工具をアンクランプするようにしてい
るものがある。

【０００３】上記のような構成の工具着脱装置において
は、主軸を高速回転させると主軸内に並設されている皿
ばねに動きが生じて主軸のバランスが崩れ、加工精度に
影響を与えるので高速回転させることができないという
問題があった。そして、この問題を解決するために皿ば
ねを廃止した構成のものが特開平３−１４２１０９号に
記載されている。これは、第１ロッドと、この第１ロッ
ドにスプライン係合する第２ロッドと、両者の係合およ
び係合の解除のために第２ロッドを軸線方向に進退移動
させるシリンダとを設け、シリンダにより第２ロッドを
前進させて第１ロッドと第２ロッドをスプライン係合さ
せ、この状態で第２ロッドを回転駆動することで第１ロ
ッドとリードねじを介して螺合されている係合部材を軸
線方向に進退移動させ、この係合部材の進退移動により
工具をクランプ、アンクランプするようにしたものであ
る。

【０００４】又、特開昭５１−１４５９８４号には皿ば
ねを廃止した別の構成のものが記載されている。これ
は、工具のプルスタッドを引っ張るドローイングバーの
後端に形成されたねじに螺合するロックナットと、工具
の着脱時にロックナット回動用モータの回転をロックナ
ットに伝達するためのクラッチ機構と、このクラッチ機
構を工具着脱時に軸線方向に進退移動させるための油圧
シリンダを備えた構成になっている。そして、工具の着
脱時に油圧シリンダによりクラッチ機構を前進、噛合さ
せてロックナット回動用モータの回転をロックナットに
伝達可能にし、ロックナットを回動させることでドロー
イングバーを軸線方向に進退移動させて、工具をクラン
プ、アンクランプするようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
３−１４２１０９号、特開昭５１−１４５９８４号はと
もに工具交換装置が大型化することと工具着脱時間が長
くなるという問題があった。具体的には、特開平３−１
４２１０９号では、主軸に工具をクランプ、アンクラン
プする際には第１ロッドと第２ロッドをスプライン係合
させているが、主軸の回転駆動中にはスプライン係合を
解除するために第２ロッドを軸線方向に進退移動させる
シリンダを備えており、特開昭５１−１４５９８４号で
は、クラッチ機構とこのクラッチ機構を軸線方向に進退
移動させるための油圧シリンダを備えているので、全体
の構成が複雑で工具着脱装置が大型化してしまう。又、
特開平３−１４２１０９号では、第１ロッドと第２ロッ
ドの係合および係合解除の動作が必要であり、特開昭５
１−１４５９８４号では、クラッチ機構の噛合および噛
合解除の動作が必要なため、それだけ工具着脱時間が長
くなってしまう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、請求項１のものについて
は、主軸の先端穴に挿入された工具を係合部材により係
合し、主軸内で進退移動自在に設けられたロッドにより
前記係合部材を引っ張ることで前記工具を前記主軸にク
ランプする工具着脱装置において、前記ロッドに形成さ
れたねじ部に螺合するナットと、前記ナットに固着され
前記ナットを回転させることで前記ロッドを進退移動さ
せる駆動装置と、少なくとも前記工具の着脱動作時には
前記ナットと前記主軸の相対回転を可能にする回転規制
手段を備えたことを特徴とするものである。

【０００７】請求項２のものについては、 主軸のテー
パ穴に挿入された工具を係合部材により係合し、主軸内
で進退移動自在に設けられたロッドにより前記係合部材
を引っ張ることで前記工具を前記主軸にクランプする工
具着脱装置において、前記ロッドの外側に設けられ前記
ロッドの外周に形成されたねじ部に螺合するナットと、
前記ナットの外周に固着され前記ナットを回転させるこ
とで前記ロッドを進退移動させるビルトインモータと、
前記ビルトインモータにより前記ナットの回転が規制さ
れている状態では前記ナットと前記主軸の相対回転を可
能にするとともに、前記ナットの回転が規制されていな
い状態では前記ナットと前記主軸の一体回転を可能にす
る回転規制手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１および図２に示すように、主軸
ハウジング１０内には主軸１２が前側の軸受１４、１４
と後側の軸受２８、２８により回転可能に支持されてお
り、ビルトインモータ１１によって回転駆動される。

【０００９】前記主軸１２はその内部に軸線方向に貫通
穴３６を有し、その先端はテーパ穴３１になっており、
このテーパ穴３１には工具１６が装着される。又、この
テーパ穴３１には工具１６のアンクランプ時に工具１６
が自重によりテーパ穴３１から脱落しないように円周方
向で対角線上に２カ所ノッチ１７が設けられている。こ
のノッチ１７はばね１８により半径方向内側に付勢され
ており、工具１６がテーパ穴３１に挿入された時に工具
１６の外周の係合穴に係合して工具１６の軸方向への移
動を規制するようになっている。

【００１０】工具１６の後部には有底の開口穴３８が形
成されており、この開口穴３８には前記貫通穴３６に挿
通された第１ロッド１３の先端部が臨んでいる。そし
て、開口穴３６の先端、すなわち工具１６の後端には係
合部３２が形成されており、第１ロッド１３を主軸後方
へ移動させることにより第１ロッド１３の先端部に設け
られたコレット１５（係合部材）が拡開して係合部３２
と係合し、工具１６をテーパ穴３１に引き込み主軸１２
にクランプするようになっている。

【００１１】前記第１ロッド１３の後端にはボルト２９
によってクランプピース３０が固定されており、第２ロ
ッド２４の後退時に第２ロッド２４の先端に形成された
フランジ部３７の後端面に係合して第１ロッド１３と第
２ロッド２４が一体的に移動するようになっている。そ
して、工具１６のアンクランプ時には、第２ロッド２４
が前進してクランプピース３０との係合が解かれてボル
ト２９に当接し、第１ロッド１３を押圧して前進させ
る。

【００１２】前記第２ロッド２４の前部には長穴２７が
形成されており、この長穴２７には回り止めピン２６が
挿通され、図３に示すように、この回り止めピン２６の
両端は主軸１２に固定されているので、第２ロッド２４
は主軸１２と一体的に回転するようになっている。前記
第２ロッド２４の中間部の外周にはねじ部３３が形成さ
れ、このねじ部３３の外側にはこのねじ部３３と螺合す
るナット１９が設けられ、このナット１９は主軸１２の
段部２０に固定されているナット押さえ２５により回転
のみ許容されるが軸線方向の動きは規制されている。

【００１３】前記ナット１９の後部の外周にはビルトイ
ンモータ２１（駆動装置）のロータ３９が固着されてお
り、このビルトインモータ２１のステータ４０は、スト
ロークボールベアリング４１のベアリング押さえ４２に
固定されている後部キャップ４３の内周に固着されてい
る。そして、ビルトインモータ２１が駆動されるとナッ
ト１９が回転し、ナット１９に螺合されている第２ロッ
ド２４は前記回り止めピン２６により主軸１２と一体的
に回転するようになっておりナット１９と連れ回ること
がないので、第２ロッド２４は長穴２７にガイドされて
軸線方向に進退移動する。

【００１４】図４に示すように、主軸１２の後部にはば
ね３４により半径方向内側に付勢された２個またはそれ
以上（この実施の形態では２個）のノッチ３５（回転規
制手段）が設けられており、このノッチ３５はナット１
９の外周の複数の穴３６に係合するようになっている。
そして、ビルトインモータ２１が励磁されてナット１９
が回転され、またビルトインモータ１０をサーボロック
して主軸１２の停止状態を保持した状態では、ナット１
９はばね３４の弾発力に抗してノッチ３５を押し上げ主
軸１２と相対的に回転する。また、ビルトインモータ２
１が励磁されておらずナット１９が回転されていない状
態では、ナット１９は主軸１２の回転に伴いノッチ３５
に係合されてビルトインモータ２１のロータ３９と共に
主軸１２と一体的に回転するようになっている。

【００１５】前記第２ロッド２４の後端にはドグ２３が
固定されており、近接スイッチ２２によりその位置が検
出され、工具１６の主軸１２へのクランプ、アンクラン
プが検知されるようになっている。次にこの工具着脱装
置により工具１６を主軸１２にクランプ、アンクランプ
する動作について説明する。

【００１６】工具１６をクランプするには、ビルトイン
モータ１０をサーボロックして主軸１２を所定角度位置
で停止保持し、第１ロッド１３が前進してコレット１５
が縮径している状態で、図略の工具交換装置により工具
１６を把持して主軸１２のテーパ穴３１に挿入する。次
に、ビルトインモータ２１を正転（主軸後部から見て右
回転）させるとナット１９がノッチ３５に抗して正転
し、ナット１９に螺合している第２ロッド２４が後退す
る。そして、第２ロッド２４のフランジ部３７の後端面
がクランプピース３０と係合して第１ロッド１３が後退
し、第１ロッド１３と係合しているコレット１５が拡開
して工具１６をテーパ穴３１に引き込み主軸１２にクラ
ンプする。そして、ドグ２３が近接スイッチ２２により
検出され、主軸１２への工具１６のクランプが確認され
てビルトインモータ２１の回転が停止してクランプ動作
が完了する。この状態が図１、図２に示す状態である。

【００１７】この後、図略の工作物の加工時には、ビル
トインモータ２１は励磁されておらず、ナット１９は主
軸１２の回転に伴いノッチ３５に係合されてビルトイン
モータ２１のロータ３９と共に主軸１２と一体的に回転
するので、加工中にナット１９が主軸１２と相対回転し
てしまい工具１６のクランプが緩むことはない。工具１
６をアンクランプするには、工作物の加工終了後に主軸
１２の回転を所定角度位置で停止させ、ビルトインモー
タ１０をサーボロックして主軸１２の停止状態を保持し
ている状態から、ビルトインモータ２１を逆転（主軸後
部から見て左回転）させる。そうするとナット１９が逆
転し、ナット１９に螺合している第２ロッド２４が前進
してクランプピース３０との係合が解かれてボルト２９
に当接し、それにより第１ロッド１３が押圧されて前進
する。その後、第１ロッド１３と係合しているコレット
１５がそれ自身の復元力により縮径して係合部３２との
係合が解かれて工具１６はアンクランプ状態となる。そ
して、ドグ２３が近接スイッチ２２により検出されなく
なり、主軸１２と工具１６のアンクランプが確認されて
ビルトインモータ２１の回転が停止する。そして、図略
の工具交換装置により工具１６を把持して引っ張るとノ
ッチ１７との係合が解かれて、工具１６が主軸１２から
抜き取られてアンクランプ動作が完了する。

【００１８】以上のように、ナット１９にビルトインモ
ータ２１を固着して直接ナット１９を駆動させ、ノッチ
３５によりナット１９と主軸１２の相対回転および一体
回転を可能にしたで、従来のようなシリンダやクラッチ
機構を必要とせず構造が簡単で装置が小型化できる。
又、従来のようにロッドの係合やクラッチ機構の噛合に
要する時間が必要ないので工具の交換時間を短縮するこ
とができる。

【００１９】また、上記実施の形態では、主軸１２の回
転を停止させてから工具１６のアンクランプ動作を行う
ようにしているが、加工終了後主軸１２の回転を停止す
るための減速中にビルトインモータ２１を励磁させて工
具１６をアンクランプするようにしてもよい。つまり、
ビルトインモータ２１を励磁させずナット１９の回転を
規制しないとナット１９は主軸１２と一体的に回転する
が、主軸１２の減速中にビルトインモータ２１を励磁さ
せてナット１９の回転を規制するとナット１９は停止す
るが主軸１２はその回転慣性力によりばね３４とノッチ
３５に抗して回転を続けるので、主軸１２と一体的に回
転している第２ロッド２４も回転を続ける。そして、主
軸１２の回転は主軸１２後部から見て右回転なので主軸
１２が回転していてナット１９が停止しているというこ
とは、主軸１２が停止していてナット１９を逆転させた
のと同じことになるので、第２ロッド２４が前進してコ
レット１５が縮径し、工具１６をアンクランプ状態にす
ることができる。この時、ばね１８により半径方向内側
へ付勢されているノッチ１７が工具１６の係合穴に係合
しているので工具１６は自重によりテーパ穴３１から脱
落することはなく、主軸１２の停止後に図略の工具交換
装置により工具１６を把持して引っ張ることでノッチ１
７との係合と解き、工具１６を主軸１２から抜き取りア
ンクランプ動作が完了する。このように主軸１２の停止
と工具１６のアンクランプ動作を同時に行うことで更に
工具交換時間を短縮することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、主軸の先端穴に挿入さ
れた工具を係合部材により係合し、主軸内で進退移動自
在に設けられたロッドにより前記係合部材を引っ張るこ
とで前記工具を前記主軸にクランプする工具着脱装置に
おいて、前記ロッドに形成されたねじ部に螺合するナッ
トと、前記ナットに固着され前記ナットを回転させるこ
とで前記ロッドを進退移動させる駆動装置と、少なくと
も前記工具の着脱動作時には前記ナットと前記主軸の相
対回転を可能にする回転規制手段とを備えるようにした
ので、従来のようなシリンダやクラッチ機構を必要とせ
ず構造が簡単になり、装置が小型化できる。又、従来の
ようなロッドの係合やクラッチ機構の噛合に要する時間
が必要ないので工具の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】本発明の実施の形態における工具着脱装置の前
側の断面図である。

【図２】本発明の実施の形態における工具着脱装置の後
側の断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ位置の断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ位置の断面図である。

【符号の説明】

１２ 主軸 １３ 第１ロッド １５ コレット（係合部材） １６ 工具 １９ ナット ２１ ビルトインモータ（駆動
装置） ２４ 第２ロッド ２６ 回り止めピン ２７ 長穴 ３３ ねじ部 ３４ ばね ３５ ノッチ（回転規制手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸の先端穴に挿入された工具を係合部材
   により係合し、主軸内で進退移動自在に設けられたロッ
   ドにより前記係合部材を引っ張ることで前記工具を前記
   主軸にクランプする工具着脱装置において、前記ロッド
   に形成されたねじ部に螺合するナットと、前記ナットに
   固着され前記ナットを回転させることで前記ロッドを進
   退移動させる駆動装置と、少なくとも前記工具の着脱動
   作時には前記ナットと前記主軸の相対回転を可能にする
   回転規制手段を備えたことを特徴とする工具着脱装置。
2. 【請求項２】主軸のテーパ穴に挿入された工具を係合部
   材により係合し、主軸内で進退移動自在に設けられたロ
   ッドにより前記係合部材を引っ張ることで前記工具を前
   記主軸にクランプする工具着脱装置において、前記ロッ
   ドの外側に設けられ前記ロッドの外周に形成されたねじ
   部に螺合するナットと、前記ナットの外周に固着され前
   記ナットを回転させることで前記ロッドを進退移動させ
   るビルトインモータと、前記ビルトインモータにより前
   記ナットの回転が規制されている状態では前記ナットと
   前記主軸の相対回転を可能にするとともに、前記ナット
   の回転が規制されていない状態では前記ナットと前記主
   軸の一体回転を可能にする回転規制手段とを備えたこと
   を特徴とする工具着脱装置。