JPH11285909A - 工具仮保持機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工具交換装置を備えた工作機械の主軸にクラン
プした工具ホルダを工具交換アームで把持する前にアン
クランプした場合にあっても、工具ホルダを常時確実に
保持し落下しないようにした工具仮保持機構を提供す
る。 【解決手段】主軸の工具側に、テーパ穴の大径方向に向
かって傾斜する先端部分を有する仮保持ピンを、その他
端をばねで支持し且つ駆動ピンと係合して設け、該ばね
の弾性力により前記仮保持ピンの傾斜する先端部分を工
具ホルダと係合せしめて仮保持し、他方、駆動ピンを押
すことにより該仮保持ピンをばねの弾性力に抗して退避
せしめて前記仮保持ピンと工具ホルダとの仮保持を解除
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、工具交換装置を備
えた工作機械の主軸にクランプした工具ホルダを工具交
換アームで把持する前にアンクランプした場合にあって
も、工具ホルダが確実に保持され落下しないようにした
工具仮保持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械の主軸にクランプした工
具ホルダ（工具を含む）の交換を高速化する為に、工具
交換装置で工具ホルダを把持してから該工具ホルダをア
ンクランプするのではなく、工具ホルダをアンクランプ
してから工具交換装置で前記工具ホルダを把持するとい
う手段がとられてきた。

【０００３】しかしながら、この手段は、アンクランプ
してから工具交換装置で前記工具ホルダを把持するまで
の間に、前記工具ホルダが脱落する危険性をはらんでい
た。

【０００４】そこで、工具ホルダをアンクランプした場
合にあっても工具ホルダが脱落しない様にする手段が、
種々提案されてきた。

【０００５】第１の手段は、コラムに摺動可能に取付け
た主軸ヘッドに回転自在に支持させた主軸と、前記主軸
の操作孔に軸線方向へ移動自在に嵌挿され、ー方への移
動により主軸の挿着穴に挿着された工具をクランプさせ
他方への移動によりその工具を開放させるようにしてあ
るドローバーと、前記主軸ヘッド又はコラムに支持され
工具把持用の交換腕を有する交換軸とを備えて成る工具
交換装置に於いて、前記主軸の挿着孔に挿着された工具
のプルスタッドの係合頭に離脱可能に係止し得る工具係
脱手段を主軸に設けた工具交換装置である（特開昭６３
−５２９４２号公報）。

【０００６】第２の手段は、工作機の主軸にプルロッド
を軸方向摺動自在に挿通し、このプルロッドは先端に主
軸と協働して工具を保持する保持部を備え、主軸内には
このプルロッドを後退させて工具を主軸先端にクランプ
するばねを設け、また、プルロッドをクランプ状態から
前進端位置へ前進させて前記保持部によるクランプを解
除するアンクランプシリンダを備え、前記主軸には、ク
ランプ状態の工具のプルスタッド前方位置に、プルスタ
ッドと係脱可能な仮クランプ部材を半径方向移動自在に
設けると共に、その仮クランプ部材を半径方向内側へ付
勢した工具の仮クランプ機構を設けた主軸ヘッドにおけ
る工具保持装置において、前記プルロッドには、工具後
端部を押圧可能な押圧部を形成し、前記アンクランプシ
リンダによるアンクランプ時のプルロッドの前進端位置
を、前記押圧部が工具後端部を押圧して、工具のプルス
タッドが、仮クランプ部材を乗り越える位置まで押出さ
れる第ーの解放位置と、前記押圧部が工具後端部と当接
しない第二の解放位置とで切替え可能な切換え可能な切
換手段を設けた主軸ヘッドにおける工具保持装置である
（特公平６−８８１６７号公報）。

【０００７】第３の手段は、複数の工具保持部を有する
工具保持体をコラム又は主軸ヘッドに主軸と平行な方向
へ前後移動可能でかつ旋回可能に備えさせ、主軸に、工
具挿着孔に挿着した工具をクランプするクランプ機構を
備えさせ、主軸の工具挿着孔に挿着されてクランプされ
ている工具を予め工具保持体の工具保持部に保持されて
いる工具と交換する工具交換方法において、前記主軸
に、工具挿着孔に挿着されている工具を離脱自在に係止
する仮クランプ機構を備えさせ、主軸の工具を交換する
場合主軸の工具を工具保持体の工具保持部に保持させる
前に、その主軸の工具をアンクランプ状態にしておき、
主軸の工具を工具保持体の工具保持部に保持させた後直
ちに工具保持体を前進移動させて主軸の工具挿着孔から
工具を抜き取り、その後工具保持体を旋回させた後、後
退移動させて工具保持体の工具を主軸の工具挿着孔に挿
着する工具交換方法である（特開昭６３−１０５８５４
号公報）。

【０００８】第４の手段は、先端に工具ホルダを嵌合す
るテーパ孔を備えた主軸の案内孔に、プッシュロッドを
軸方向移動自在に挿通し、このプッシュロッドの先端に
把持部材を半径方向移動自在に備え、この案内孔に、前
記プッシュロッドの軸方向移動により、把持部材と係合
して把持部材を工具ホルダのプルスタッドの移動通路内
に突出させる干渉位置保持面と、移動通路内から外す逃
げ面とから成る段部を形成し、さらに前記主軸には、工
具ホルダとテーパ孔の嵌合状態解除後に工具ホルダと弾
性係合する仮保持機構を設けて成る工具ホルダの保持装
置において、プッシュロッドには、前記把持部材より軸
方向後方に、工具ホルダの嵌合を解除する位置まで案内
孔内面によりプルスタッドの移動通路内にあってプルス
タッドの後端を押出し可能な押出部材を、プルスタッド
を隙間をあけて挟む位置に半径方向移動自在に設け、案
内孔には、前記干渉位置保持面の後側に、工具ホルダの
嵌合解除後に前記押出部材を移動通路の外へ逃がす逃げ
溝を形成し、押出部材が工具ホルダを押し出してテーパ
孔との嵌合状態を解除するために要するストロークを、
このストローク移動する間、把持部材が前記干渉位置保
持面と係合しているように設定し、かつ、前記仮保持機
構を、把持部材が干渉位置保持面から逃げ面へ移動する
過程で、プルスタッドと係合する位置に設けた工具ホル
ダの保持装置である（特公平６−９８５２８号公報）。

【０００９】第５の手段は、図７に示す様に、主軸３を
主軸ヘッド２にベアリング１０を介して回動可能に支承
させ、クランプロッド９を図に向って左向きに押したと
きクランプ用鋼球７をスタブ８からクランプロッド９の
凹部１１におとして工具ホルダ１をアンクランプ状態に
せしめ、しかも仮保持部４の仮保持用鋼球６をばね５の
弾発力により工具ホルダ１の穴１２に臨ませて工具ホル
ダ１を仮保持するものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
手段は、具体的には前記特開昭６３−５２９４２号公報
の第４図に示す様に、主軸の収納孔に、先端部を丸い曲
面にしたストップピンをばねで付勢して設け、工具の係
合頭に係脱するものであり、したがって第１の手段は、
該ストップピンがその先端部の丸い曲面のためどうして
もアンクランプ状態において工具から離脱しやすい問題
点を有する。

【００１１】次に、第２の手段は、第１の手段では手動
で工具の取外しが容易でないことから、プルロッドの前
進を加減することにより手動の場合には自動の場合に比
べて取り外ししやすいようにしたものであるが、仮クラ
ンプピンの先端は丸い球面であり第１の手段と同様の問
題点を有する。

【００１２】また、第３の手段も、第１、２の手段と同
じく丸い球面の仮クランプピンが示され、同様の問題点
を有する。

【００１３】さらに、第４の手段は、仮保持機構に先端
部分が丸く裾野が広がった仮保持ピンを用いているもの
であるが、この仮保持ピンは付勢力としてばねの弾発力
のみにたよるものであり、したがって確実性と信頼性に
欠ける問題点があり、ばねとして充分な耐久性と弾発力
とを有するものを選ぶ必要があり、また、工具ホルダの
タイプによって確実に保持されない場合がある。

【００１４】また、第５の手段も、仮保持部にばねと鋼
球とを使用するので、確実性と信頼性に欠けるものであ
る。

【００１５】このように、いずれの手段も、仮保持ピン
と工具ホルダとの係合をばねの動作のみにたよるもので
あるため、確実性と信頼性に欠けるものである。

【００１６】そこで、本発明は、工具交換装置を備えた
工作機械の主軸にクランプした工具ホルダを工具交換ア
ームで把持する前にアンクランプした場合にあっても、
工具ホルダが常時確実に保持され落下しないようにした
工具仮保持機構を提供することを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、叙上の課題を
解決するために下記の手段を採用するものである。すな
わち、請求項１の発明は、主軸の工具側に、テーパ穴の
大径方向に向かって傾斜する先端部分を有する仮保持ピ
ンを、その他端をばねで支持し且つ駆動ピンと係合せし
めて設け、該ばねの弾性力により前記仮保持ピンの傾斜
する先端部分を工具ホルダと係合せしめて仮保持し、他
方、該駆動ピンを押すことにより該仮保持ピンをばねの
弾性力に抗して退避せしめて前記仮保持ピンと工具ホル
ダとの仮保持を解除するように構成したことを特徴とす
る工具仮保持機構である。

【００１８】次に、請求項２の発明は、前記駆動ピンの
ー面にくさび面を設け、該くさび面に対応して略平行な
傾斜面を前記仮保持ピンの面に設け、前記駆動ピンを押
し込むことにより前記駆動ピンのくさび面が前記仮保持
ピンの傾斜面をばねの弾性力に抗して押圧し前記仮保持
ピンを退避瀬締めて前記仮保持ピンと前記工具ホルダと
の仮保持を解除するように構成したことを特徴とする請
求項１に記載の工具仮保持機構である。

【００１９】さらに、請求項３の発明は、前記駆動ピン
に押圧されるー端を有し、前記仮保持ピンに係合する他
端を有するレバーを設けて、前記駆動ピンを押すことに
より前記レバーのー端を押圧し、前記レバーの他端に係
合する該仮保持ピンをばねの弾性力に抗して退避せしめ
前記仮保持ピンと前記工具ホルダとの仮保持を解除する
ように構成したことを特徴とする請求項１に記載の工具
仮保持機構である。

【００２０】また、請求項４の発明は、主軸をとりまく
非回転体にソレノイドを設け、テーパの大径方向に向か
って傾斜する先端部分を有する仮保持ピンを、該仮保持
ピンに対する押圧が解除されるとばねの弾性力により復
帰するように主軸に設け、ソレノイドの働きにより前記
ソレノイドにつながるスプールを移動させて前記ばねの
弾性力に抗して前記仮保持ピンを押圧せしめ前記仮保持
ピンの傾斜する先端部分を工具ホルダに係合せしめて仮
保持し、他方、前記スプールを退避せしめて前記仮保持
ピンと前記工具ホルダとの仮保持を解除するように構成
したことを特徴とする工具仮保持機構である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面をまじえて詳
細に説明する。図は、あくまでも説明のためのものであ
り、本発明の精神を逸脱しない限り多少の変更は許容さ
れる。図１は、本発明の工具仮保持機構のー実施例を示
す略断面図である。図１において、主軸３は、主軸ヘッ
ド２にベアリング１０を介して回転可能に支承されてお
り、工具ホルダ１が主軸３のテーパ穴２０内に嵌合さ
れ、クランプロッド９の先端２１がクランプ用鋼球７を
押し上げて工具ホルダ１とスタブ８とを係合することに
より、工具ホルダ１ひいては工具が主軸３にクランプさ
れている。

【００２２】仮保持ピン１６は、その他端がばね１７で
支持され、その先端部分１９がテーパ穴２０の大径方向
に向かって下り傾斜している。この下り傾斜は、工具ホ
ルダ１をテーパ穴２０にスムーズに嵌合しやすくするた
めと、工具ホルダ１を確実に保持するために必要であ
る。

【００２３】駆動ピン１３は、そのー面にくさび面１５
を有し、そのー端にはばね１４が取りつけられている。
このくさび面１５に対応して前記仮保持ピン１６には、
略平行な傾斜面１８が設けられている。図２は、図１に
おいて２−２線に沿って矢印方向に見た仮保持ピン１６
の断面図である。図２において、仮保持ピン１６は、駆
動ピン１３に係合し、図１において駆動ピン１３を矢印
向きに押圧することによりくさび面１５が傾斜面１８を
押し上げて傾斜する先端部分１９が工具ホルダ１から離
脱し、工具ホルダ１の仮保持が解除されるようになって
いる。

【００２４】図３は、工具仮保持機構の他の実施例を示
すものであるが、図３において駆動ピン２５は、ばね２
７を介してシリンダ３１のなかを摺動するようになって
おり、その他端３２がレバー２３のー端２９をばね２８
に抗して押すようになっている。レバー２３は、軸２４
の周りに回動し、レバー２３の他端３０が仮保持ピン１
６に係合しているために仮保持ピン１６は上方に移動す
るようになっている。

【００２５】図４は、ソレノイドタイプの仮保持機構を
示すものであり、同図において主軸３は、主軸ヘッド２
内にベアリング１０を介して回転自在に支承されてい
る。主軸３のテーパ穴２０には工具ホルダ３３が嵌合さ
れ、クランプボール４２がプルスタッド４０をクランプ
している。他方、ソレノイド３４の入力端子Ｂ，Ｃに図
示しない電源から電流が供給されて、図５に示す鉄心４
５が励磁され、その結果鉄片４４が鉄心４５に吸着さ
れ、それとともにスプール軸３５がシリンダ４７内のば
ね４６に抗して右の方に移動し、スプール３６が右の方
に、図４では下方に移動し、仮保持ピン３７を押圧し、
その傾斜する先端部分３９がプルスタッド４０に係合し
ている。

【００２６】入力端子Ｂ，Ｃへの電流の供給が停止され
ると、鉄片４４はばね４６の弾性力により左向きに移動
し、図４においては仮保持ピン３７は上昇し傾斜する先
端部分３９とプルスタッド４０との仮保持が解除される
構成になっている。

【００２７】図６は、図５のタイプと異なるソレノイド
４９を示すものであり、図５のばね４６による復帰の代
わりに、入力端子Ｃ，Ｄに電流を供給することにより鉄
心４８を励磁して鉄片４４を吸着してスプール３６を左
向きに移動させるものである。

【００２８】次に、本発明の工具仮保持機構の作用につ
いて説明する。まず、図示しないマシニング・センタが
軸移動して停止し、ついで主軸の回転も停止される。図
１の仮保持機構にあっては、ばね１７の弾性力により仮
保持ピン１６の傾斜する先端部分１９が工具ホルダ１の
孔１´に臨んでいるため、仮保持ピン１６は工具ホルダ
１と係合している。また、工具ホルダ１は、クランプ用
鋼球７によりスタブ８と係合して主軸３にクランプされ
ている。その後、図示しない自動工具交換装置により工
具を自動交換する際に、クランプロッド９が矢印Ａ方向
に押されると、クランプ用鋼球７がクランプロッド９の
凹部１１に落ち込み、工具ホルダ１はスタブ８との係合
を解除されアンクランプ状態になる。つぎに、図示しな
い自動工具交換装置の交換アームが作動して駆動ピン１
３をばね１４に抗して矢印方向に押すと、くさび面１５
が仮保持ピン１６の傾斜面１８をばね１７に抗して押し
上げ傾斜する先端部分１９を工具ホルダ１から外して仮
保持を解除することになり、工具交換アームで保持する
前においてアンクランプ状態にある工具ホルダ１は確実
に保持されることになる。その後、別の工具ホルダが嵌
合されると、工具交換アームが駆動ピン１３を離れ、駆
動ピン１３はばね１４の弾性力により左方向に移動し、
くさび面１５の移動につれて傾斜面１８もばね１７の弾
性力の働きで下方に下がり仮保持ピン１６が下方に下が
ることにより傾斜する先端部分１９が工具ホルダの孔１
´に係合し、工具ホルダは仮保持されることになる。

【００２９】また、図３の場合にあっては、図示しない
工具交換アームが作動して駆動ピン２５を右方向に押す
と、その他端３２がレバー２３のー端２９をばね２８に
抗して押し、レバ２３は軸２４のまわりに回動し、レバ
ー２３の他端が仮保持ピン１６を持ち上げて仮保持ピン
１６の傾斜する先端部分１９と図示しない工具ホルダと
の係合を解除し、仮保持が解除されることになる。その
後、別の工具ホルダが嵌合されると、工具交換アームが
駆動ピン２５から離れ、ばね２６、２７、２８の弾性力
により仮保持ピン１６の傾斜する先端部分１９がテーパ
孔２０に臨み図示しない工具ホルダに係合することにな
る。

【００３０】さらに、図４の場合にあっては、図４のク
ランプ状態からクランプロッド４１が左方向に押される
とクランプボール４２はクランプロッド４１の孔４３内
を下がり、プルスタッド４０との係合は解除され、工具
ホルダ３３はアンクランプ状態となる。図示しない工具
交換アームにより工具ホルダ３３を把持して交換する時
点で、図５に示す様に入力端子Ｂ，Ｃへの電流の供給が
停止されると、ばね４６の弾性力により鉄片４４は左方
向に移動し、そのためスプール３６は左方向に移動し、
図４にあっては仮保持ピン３７は上方に移動し、傾斜す
る先端部分３９とプルスタッド４０との係合が解除さ
れ、仮保持が解除されることになる。図６の場合にあっ
ては入力端子Ｃ，Ｄに電流が供給されると励磁された鉄
心４８に鉄片４４が吸着され、その結果スプール３６は
左方向に移動し、図４にあっては仮保持ピン３７はばね
３８の弾性力により上方にもどり仮保持が解除され、工
具交換アームによる工具交換がおこなわれる。その後、
別の工具ホルダが嵌合されると同時に、図５、６のいず
れの場合にあっても入力端子Ｂ、Ｃに電流が供給され、
鉄心４５の励磁により鉄片４４は吸着され、スプール３
６は右方向に（図５、６）、下方に（図４）移動し、傾
斜する先端部分３９とプルスタッド４０との係合が行わ
れ、仮保持が行われる。

【００３１】なお、仮保持するタイミングは、叙上の実
施例に限らず、アンクランプ状態になる前であればいつ
でも良い。

【００３２】

【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、工具ホル
ダを工具交換アームで把持する前にアンクランプした場
合にあっても、工具ホルダを常時確実に保持し落下しな
いようにした、しかも工具交換アームの動きを直接利用
して仮保持の係合、解除を行うことができ、工具交換時
間を短くする工具仮保持機構が得られる。

【００３３】請求項４の発明によれば、工具ホルダを工
具交換アームで把持する前にアンクランプした場合にあ
っても、ソレノイドを利用して工具ホルダを常時確実に
保持して落下しないようして工具交換時間を短くするこ
とができる工具仮保持機構が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具仮保持機構のー例を主軸に適用し
たー実施例を示す断面図である。

【図２】図１の工具仮保持機構を２−２線に沿って矢印
方向に見た断面図である。

【図３】本発明の工具仮保持機構の他のー例を示す断面
図である。

【図４】本発明の工具仮保持機構のさらに他のー例を主
軸に適用したー実施例を示す断面図である。

【図５】本発明に係る図４のソレノイド中心部の側面図
である。

【図６】本発明に係る他のソレノイド中心部の側面図で
ある。

【図７】従来の工具仮保持機構を主軸に適用した従来例
の断面図である。

【符号の説明】

１ 工具ホルダ ２ 主軸ヘッド ３ 主軸 ４ 仮保持部 ６ 仮保持用鋼球 ７ クランプ用鋼球 ８ スタブ ９ クランプロッド １３ 駆動ピン １５ くさび面 １６ 仮保持ピン １８ 傾斜面 １９ 傾斜する先端部分 ２２ スタブ穴 ２３ レバー ２５ 駆動ピン ３４ ソレノイド ３６ スプール ３７ 仮保持ピン ３９ 傾斜する先端部分 ４２ クランプボール ４４ 鉄片 ４５ 鉄心 ４８ 鉄心 ４９ ソレノイド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸の工具側に、テーパ穴の大径方向に向
   かって傾斜する先端部分を有する仮保持ピンを、その他
   端をばねで支持し且つ駆動ピンと係合せしめて設け、該
   ばねの弾性力により前記仮保持ピンの傾斜する先端部分
   を工具ホルダと係合せしめて仮保持し、他方、該駆動ピ
   ンを押すことにより該仮保持ピンをばねの弾性力に抗し
   て退避せしめて前記仮保持ピンと工具ホルダとの仮保持
   を解除するように構成したことを特徴とする工具仮保持
   機構。
2. 【請求項２】前記駆動ピンのー面にくさび面を設け、該
   くさび面に対応して略平行な傾斜面を前記仮保持ピンの
   面に設け、前記駆動ピンを押し込むことにより前記駆動
   ピンのくさび面が前記仮保持ピンの傾斜面をばねの弾性
   力に抗して押圧し前記仮保持ピンを退避せしめて前記仮
   保持ピンと前記工具ホルダとの仮保持を解除するように
   構成したことを特徴とする請求項１に記載の工具仮保持
   機構。
3. 【請求項３】前記駆動ピンに押圧されるー端を有し、前
   記仮保持ピンに係合する他端を有するレバーを設けて、
   前記駆動ピンを押すことにより前記レバーのー端を押圧
   し、前記レバーの他端に係合する該仮保持ピンをばねの
   弾性力に抗して退避せしめ前記仮保持ピンと前記工具ホ
   ルダとの仮保持を解除するように構成したことを特徴と
   する請求項１に記載の工具仮保持機構。
4. 【請求項４】主軸をとりまく非回転体にソレノイドを設
   け、テーパの大径方向に向かって傾斜する先端部分を有
   する仮保持ピンを、該仮保持ピンに対する押圧が解除さ
   れるとばねの弾性力により復帰するように主軸に設け、
   ソレノイドの働きにより前記ソレノイドにつながるスプ
   ールを移動させて前記ばねの弾性力に抗して前記仮保持
   ピンを押圧せしめ前記仮保持ピンの傾斜する先端部分を
   工具ホルダに係合せしめて仮保持し、他方、前記スプー
   ルを退避せしめて前記仮保持ピンと前記工具ホルダとの
   仮保持を解除するように構成したことを特徴とする工具
   仮保持機構。