JPH1080841A - 工作機械の工具クランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具が主軸に正しく装着しているか否かを確
認できる工作機械の工具クランプ装置を提供すること。 【解決手段】 皿ばね３０によりドローバー２２と主軸
１４との間で押圧力を発生してドローバー２２を後方に
付勢し、工具２０が取り付けられた工具ホルダ１８を主
軸１４の先端部のテーパ面１４ａに当接させ、工具２０
を主軸１４に装着するときに、ドローバー２２の後端部
に取り付けられた円板部材３６の軸方向の位置を第１と
第２の近接スイッチ３８、４０で検出することにより、
主軸１４の先端部のテーパ面１４ａと工具ホルダ１８の
テーパ部１８ａとの密着状態、および主軸１４に工具ホ
ルダ１８が挿入されたことが確認できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】押圧力をドローバーに作用さ
せて、工具が取り付けられた工具ホルダのプルスタッド
をコレットで把持するとともに、工具ホルダを主軸の中
空部に引き込み主軸先端部の端面またはテーパ穴の内周
面に当接させてクランプする方式の工作機械の工具クラ
ンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の工具クランプ装置の一例が本
願出願人による特公平２−４９８４３号公報に開示され
ている。この工具クランプ装置は、主軸頭に対して回転
自在に設けられた主軸の中空部に同軸状にドローバーを
挿通させ、ドローバーが軸線方向に移動することにより
開閉するコレットをドローバーの先端部に設け、工具が
取り付けられた工具ホルダの後端部のプルスタッドをコ
レットで把持、開放する構成となっている。

【０００３】その詳細は、主軸に工具を装着するときに
は、ドローバーはその外周面に設けられた複数個の皿ば
ねによる押圧力で主軸に対して後方に付勢され、工具ホ
ルダの後端部のプルスタッドをコレットが把持し、工具
ホルダが主軸の中空部に引き込まれて、主軸先端部のテ
ーパ部と当接して位置決めが行われる。また、主軸から
工具を取り外す場合には、主軸の後部に設けられたアン
クランプ手段を作動させ、皿ばねの押圧力に打ち勝つ力
をピストンに作用させてドローバーを主軸に対して前方
に押し出すことにより、コレットが開放され工具ホルダ
の後端部のプルスタッドの把持を解除するようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】工具マガジンと主軸と
の間で自動工具交換を行いながら加工を行う工作機械が
広範に利用されている。こうした工作機械では、加工に
より発生した切屑や加工領域に飛散した加工液が工具ホ
ルダの外周部、特に工具ホルダのテーパ部など主軸への
装着面に付着することがある。こうした状態の工具を主
軸に装着すると、工具装着時の基準面である主軸先端部
のテーパ部に工具ホルダのテーパ部が正しく密着しない
ために、工具の正確な位置決めが行われず、主軸に対す
る工具の装着精度が著しく低下し、従って、加工精度も
著しく低下してしまう。また、主軸と工具ホルダとの間
に切屑や加工液が入り込んだままでは主軸への工具ホル
ダのクランプ力も不十分となり、この状態で主軸を回転
させた場合には、工具ホルダの主軸からの脱落が危惧さ
れる。

【０００５】さらに、操作上の人為的過誤等により、加
工に使用すべき工具が工具マガジンに収納されていない
場合には、自動工具交換を行っても主軸に工具が装着さ
れず、従って、加工プログラムが実行されても実際には
加工されることはなく、生産性が著しく低下することと
なる。本発明は、上述した従来技術の問題点を解決する
ことを技術課題としており、工具が主軸に正しく装着し
ているか否かを確認できる工作機械の工具クランプ装置
を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、自動工具
交換が実施された後に、ドローバーの軸方向の位置を検
出して、この検出されたドローバーの位置から、工具が
主軸に正しく密着、装着されているか否かを判断するよ
うにした工具クランプ装置により達成される。

【０００７】すなわち、本発明は、工具が取り付けられ
た工具ホルダを主軸の先端部の端面またはテーパ穴の内
周面に当接させ前記工具を前記主軸に装着する工作機械
の工具クランプ装置において、前記主軸の中空部に前記
主軸と同軸に挿通され、前記工具ホルダに設けられたプ
ルスタッドと係合、離脱するコレットを前端に有するド
ローバーと、前記主軸への前記工具の装着時に前記ドロ
ーバーと前記主軸との間で押圧力を発生して前記ドロー
バーを後方に付勢する弾性手段と、前記弾性手段の押圧
力に抗して前記ドローバーを前方へ移動させるアンクラ
ンプ手段と、前記主軸への前記工具の装着時に、前記ド
ローバーの軸方向の位置から前記主軸の先端部の端面ま
たはテーパ穴の内周面と前記工具ホルダとの密着状態を
検出する工具密着検出手段と、前記主軸への前記工具の
装着時に、前記ドローバーの軸方向の位置から前記主軸
に前記工具が挿入されたことを検出する工具有無検出手
段とを具備した工作機械の工具クランプ装置を要旨とす
る。

【０００８】

【作用】自動工具交換により主軸に工具が取り付けられ
た工具ホルダが挿入されると、アンクランプ手段のピス
トンが後方に移動し、ドローバーはその外周部と主軸の
中空部の内周部との間に設けられた弾性手段による押圧
力で主軸に対して後方に付勢される。すると、工具ホル
ダの後端部のプルスタッドとコレットとが係合し、工具
ホルダが主軸の中空部に引き込まれて主軸先端部の端面
またはテーパ穴の内周面と当接して位置決めが行われ、
主軸に工具が装着される。このとき、主軸先端部の端面
またはテーパ穴の内周面と工具ホルダとが正しく密着し
ているか否かを工具密着検出手段で検出するので、主軸
と工具ホルダとの間に切屑や加工液を介在したまま工具
ホルダが装着され、主軸に対する工具の正確な位置決め
がなされないままで加工が行われることが防止される。
さらに、主軸に工具ホルダが挿入されたことを工具有無
検出手段で検出するので、主軸に工具が装着されていな
い状態で加工プロセスが実行されることが未然に防止さ
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１、２を参照して、本発明の実
施形態を説明する。本実施形態の工具クランプ装置を備
えた工作機械の主軸装置１０は、中空状のハウジング１
２と、該ハウジング１２にベアリング１６ａ、１６ｂ、
１６ｃを介して回転自在に支持された中空状の主軸１４
とを具備している。主軸１４を回転駆動するために、主
軸１４の外周面にはロータ３２が固着されており、ハウ
ジング１２の内周面にはステータ３４が固着されてい
る。主軸１４の先端部には、基準面として主軸１４の先
端方向に円錐状に拡開したテーパ面１４ａが形成されて
おり、該テーパ面１４ａに、工具２０が取り付けられた
工具ホルダ１８の円錐台形状のテーパ部１８ａが装着さ
れる。

【００１０】主軸１４の中空部にはドローバー２２が軸
方向に摺動自在に挿入されている。さらに詳細には、主
軸１４の中空部において主軸１４の先端領域に案内筒２
６が挿入、固定されており、ドローバー２２は、該案内
筒２６内に挿入され主軸１４の軸線方向に案内される。
ドローバー２２の中心軸線に沿って切削液供給孔２４ａ
が形成されたクーラントロッド２４が挿入されており、
該クーラントロッド２４の後端は、ロータリジョイント
４８を介して切削液源５２に接続されている。工具ホル
ダ１８および工具２０の中心軸線に沿って、クーラント
ロッド２４の切削液供給孔２４ａと連通する切削液通孔
２０ａが貫通、形成されている。切削加工プロセスの
間、高圧の切削液が切削液源５２から供給され、ロータ
リジョイント４８と、切削液供給孔２４ａと、切削液通
孔２０ａとを流通して、工具２０の先端からワーク（図
示せず）の加工領域に供給される。

【００１１】案内筒２６と主軸１４との間に弾性手段と
しての皿ばね３０が圧縮状態で配設されており、該皿ば
ね３０によりドローバー２２が、中心軸線に沿って主軸
１４の後端方向に付勢される。ドローバー２２の先端部
には、工具ホルダ１８のテーパ部１８ａの後端に設けら
れたプルスタッド１８ｂと係合可能なコレット２８が配
設されている。コレット２８は、ドローバー２２が主軸
１４内で後退するときプルスタッド１８ｂと係合してこ
れを引き込み、工具ホルダ１８を主軸１４の先端部に保
持する。ドローバー２２が前進すると、コレット２２が
拡開してプルスタッド１８ｂとの係合が解除され、工具
ホルダ１８を主軸１４先端部のテーパ面１４ａから抜去
可能となる。

【００１２】ドローバー２２を中心軸線に沿って前後に
移動させるために、主軸１４およびドローバー２２の後
端部領域にアンクランプ装置が設けられている。アンク
ランプ装置は、ハウジング１２の上部に設けられたブラ
ケット４２の中空部内に固着されたアンクラプシリンダ
４４と、該アンクランプシリンダ４４内に摺動自在に配
設され、かつ、ドローバー２２の後端部と当接可能に設
けられたアンクランプピストン４６とを備えている。ア
ンクランプピストン４６により、アンクランプシリンダ
４４内には軸線方向に分離された２つの油圧室が形成さ
れ、アンクランプシリンダ４４の各々の油圧室に油圧源
５０から油圧が付与される。

【００１３】アンクランプシリンダ４４の前方側の油圧
室に油圧を供給することにより、アンクランプピストン
４６がドローバー２２の後端部から後退、離反し、皿ば
ね３０による付勢力によりドローバー２２が後退し、コ
レット２８が工具ホルダ１８のプルスタッド１８ｂを把
持する。アンクランプシリンダ４４の後方側の油圧室に
油圧を供給することにより、アンクランプピストン４６
が前方に移動して、ドローバー４６の後端部に当接し、
皿ばね３０による付勢力に抗してドローバー２２を前方
へ押圧する。これにより、コレット２８が拡開して工具
ホルダ１８のプルスタッド１８ｂが解放され、工具ホル
ダ１８を主軸１４のテーパ面１４ａから抜去可能とな
る。

【００１４】図２を参照して、本実施形態による工具ク
ランプ装置を更に詳細に説明する。図２において、主軸
１４の中心軸線の右側が主軸１４の先端部に工具２０を
取り付けられた工具ホルダ１８が挿入されていない状態
を示しており、左側が主軸１４の先端部に工具ホルダ１
８を正しくクランプしている状態を示している。ドロー
バー２２は、その後端部領域の外周面に周溝２２ａが形
成されており、主軸１４は、その後端部領域に周溝２２
ａと係合可能に設けられた停止部１４ｂが形成されてい
る。図２の右側に図示するように、工具ホルダ１８が主
軸１４の先端部に挿入され、テーパ面１４ａに当接して
いない場合には、ドローバー２２は皿ばね３０により後
方に付勢されて、周溝２２ａと停止部１４ｂとが係合す
るまで後退する。

【００１５】ドローバー２２の後端部には円板部材３６
が取り付けられており、該円板部材３６と作用上関連す
る工具密着検出手段としての第１の近接スイッチ３８
と、工具有無検出手段としての第２の近接スイッチ４０
とが、ハウジング１２の後端部に取り付けられたブラケ
ット４２に取り付けられている。第１と第２の近接スイ
ッチ３８、４０は、主軸装置１０を備えた工作機械の制
御装置５４に接続されている（図１参照）。第１の近接
スイッチ３８は、工具ホルダ１８のテーパ部１８ａが主
軸１４のテーパ面１４ａに正しく密着している状態で、
ドローバー２２の後端部の円板部材３６の外周面を検出
するように、ブラケット４２に位置決め、固定されてい
る。ここで、主軸１４に工具ホルダ１８が挿入されてい
ないと、上述のように皿ばね３０の付勢力によりドロー
バー２２の周溝２２ａと主軸１４の停止部１４ｂとが係
合するまで、ドローバー２２が軸線方向に後退する。第
２の近接スイッチ４０は、この状態の円板部材３６の外
周面を検出できるように、ブラケット４２において第１
の近接スイッチ３８よりも軸線方向後側に位置決め、固
定されている。また、工具ホルダ１８が主軸１４に正し
く装着されたときの円板部材３６の位置と、工具ホルダ
１８が主軸１４に挿入されていないときの円板部材３６
の位置の軸線方向の差は僅かであるので、第１と第２の
近接スイッチ３８、４０は、円周方向にオフセットされ
ている。

【００１６】本実施形態では、自動工具交換が実施され
た後、第１と第２の近接スイッチ３８、４０からの信号
により、制御装置５４において主軸１４に工具２０を取
り付けられた工具ホルダ１８が正しく装着されているか
否かが判断される。すなわち、工具ホルダ１８が正しく
クランプされている場合、すなわち、図２の左側に示す
状態の場合には、工具密着検出手段たる第１の近接スイ
ッチ３８がオン状態にあり、工具有無検出手段たる第２
の近接スイッチ４０がオフ状態にある。主軸１４に工具
ホルダ１８が挿入されているが、切屑や切削液等の侵入
により、工具ホルダ１８のテーパ部１８ａが主軸１４の
テーパ面１４ａに正しく密着してない場合には、第１と
第２のの近接スイッチ３８、４０がともにオフ状態にあ
る。さらに、工具ホルダ１８が装着されていない場合に
は、第１の近接スイッチ３８がオフ状態にあり、第２の
近接スイッチ４０がオン状態にある。

【００１７】上記のスイッチのオン・オフ状態を制御装
置５４に送出して、工具ホルダ１８が主軸１４の先端部
の基準面またはテーパ面に密着しているか否かと、工具
ホルダ１８が挿入されているか否かが判断され、工具ホ
ルダ１８が正しく位置決め、装着されていない場合に
は、加工プロセスを実行せず、作業者にその旨の警告を
発する。

【００１８】本発明の好ましい実施形態を説明したが、
本発明がこの実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸
脱することなく種々の改良と変更とが可能であることは
当業者の当然とするところである。例えば、既述の実施
形態では主軸１４の先端部の基準面はテーパ面１４ａに
て形成されていたが、主軸１４の先端面にて形成しても
よい。

【００１９】第１と第２の近接スイッチ３８、４０は、
図２においてハウジング１２の直径を挟んで両側に配設
されているように図示されているが、第１と第２の近接
スイッチ３８、４０の周方向の位置は、この位置に限定
されず、両者が干渉しないかぎり可及的に互いに近くに
配置することができる。また、図示する実施形態では、
工具密着検知手段および工具有無検出手段たる第１と第
２の近接スイッチ３８、４０は独立した２つのスイッチ
により構成されている。然しながら、工具密着検知手段
および工具有無検出手段は、２つの位置を検出可能な１
つのセンサ、例えば、１つの本体部に軸線方向に互いに
離間した２つの位置検出部を有するセンサにより構成し
てもよい。さらに、工具密着検知手段および工具有無検
出手段は、光センサ等を応用した位置検出センサを用い
てもよい。

【００２０】また、工具密着検出手段および工具有無検
出手段として、既述の実施形態では、第１と第２の近接
スイッチ３８、４０が、ドローバー２２の後端部に取り
付けられた円板部材３６の軸線方向の位置を検出するよ
うに配設されているが、工具密着検出手段および工具有
無検出手段は、ドローバー２２の他の部分の軸線方向の
位置を検出するように構成してもよい。

【００２１】さらに、主軸１４の端面またはテーパ面１
４ａと工具ホルダ１８のテーパ部１８ａとの密着状態の
検出は、皿ばね３０による押圧力がドローバー２２に作
用されてから所定時間、例えば０．１〜０．２秒、経過
した後に第１の近接スイッチ３８がオン状態とならない
場合に、主軸１４に工具ホルダ１８が挿入されたが、主
軸１４の端面またはテーパ面１４ａに工具ホルダ１８の
テーパ部１８ａが密着していないと判断するようにして
もよい。

【００２２】既述の実施形態のように、自動工具交換が
実施された直後に主軸１４と工具ホルダ１８と工具の密
着状態およびその有無を検出するのではなく、工具交換
後に主軸の回転指令、つまり加工指令が送出されたとき
に、第１と第２の近接スイッチ３８、４０の出力信号を
確認するようにしてもよい。工具密着検出手段たる第１
の近接スイッチ３８からの信号により、主軸１４に工具
ホルダ１８が密着していないことを検出したときに、工
作機械の数値制御部に工具回転不可能の信号を送出した
り、また、工具有無検出手段たる第２の近接スイッチ４
０からの信号により、工具ホルダ１８が挿入されていな
いことが検出されたときには、工具を移動できないとの
工具移転不可能信号を送出すれば、さらに安全性が向上
する。

【００２３】

【発明の効果】自動工具交換時に、主軸への工具ホルダ
の密着状態を検出するようにしたので、主軸先端部の端
面またはテーパ穴の内周面に工具ホルダが正しく密着し
ていない状態で加工を実施することが防止され、加工精
度を向上させることが可能となる。主軸に対して工具ホ
ルダが十分なクランプ力を以て保持されるので、加工プ
ロセス中に工具が脱落することが防止される。

【００２４】また、主軸への工具の装着時に主軸に工具
ホルダが挿入されたか否かを検出するので、加工プログ
ラムは実行されたが、実際には加工されていなかったと
いう実加工漏れの加工過誤を防止することができ、生産
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の工具クランプ装置を備えた工
作機械の主軸装置の断面図である。

【図２】図１の主軸装置のドローバー後部の拡大断面図
である。

【符号の説明】

１０…主軸装置 １２…ハウジング １４…主軸 １４ａ…テーパ面 １８…工具ホルダ １８ａ…テーパ部 １８ｂ…プルスタッド ２０…工具 ２２…ドローバー ２８…コレット ３０…皿ばね ３６…円板部材 ３８…第１の近接スイッチ ４０…第２の近接スイッチ ４４…アンクランプシリンダ ４６…アンクランプピストン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具が取り付けられた工具ホルダを主軸
   の先端部の端面またはテーパ穴の内周面に当接させ前記
   工具を前記主軸に装着する工作機械の工具クランプ装置
   において、 前記主軸の中空部に前記主軸と同軸に挿通され、前記工
   具ホルダに設けられたプルスタッドと係合、離脱するコ
   レットを前端に有するドローバーと、 前記主軸への前記工具の装着時に前記ドローバーと前記
   主軸との間で押圧力を発生して前記ドローバーを後方に
   付勢する弾性手段と、 前記弾性手段の押圧力に抗して前記ドローバーを前方へ
   移動させるアンクランプ手段と、 前記主軸への前記工具の装着時に、前記ドローバーの軸
   方向の位置から前記主軸の先端部の端面またはテーパ穴
   の内周面と前記工具ホルダとの密着状態を検出する工具
   密着検出手段と、 前記主軸への前記工具の装着時に、前記ドローバーの軸
   方向の位置から前記主軸に前記工具が挿入されたことを
   検出する工具有無検出手段と、 を具備したことを特徴とする工作機械の工具クランプ装
   置。
2. 【請求項２】 前記工具クランプ装置は、さらに、前記
   ドローバーの後部に取り付けられた円板部材を具備し、 前記工具密着検出手段が、前記工作機械の固定部に前記
   円板部材の外周面と対面する第１の近接スイッチを有し
   ており、 前記工具有無検出手段が、前記工作機械の固定部に前記
   円板部材の外周面と対面する第２の近接スイッチを有し
   ている請求項１に記載の工作機械の工具クランプ装置。