JPH11333653A - ツ―ルスピンドルクランピング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高張力、高速、高精度なクランピング装置を
提供する。 【解決手段】 ツールスピンドルクランピング装置の引
張り棒の引張り力の増加用に、引張り棒とスリーブ間
に、第１のプレテンションされたばねアセンブリに加え
て、追加のばねアセンブリを挿入する。ばねアセンブリ
はプレテンションされ、留め具によって、スリーブと引
張り棒の基端部間に接続され得る。操作中に、２つのば
ねアセンブリは同時に作用して高い張力をもたらし、引
張り棒に固定されたツール円錐部が、スリーブの内部円
錐部に引っ張られる。ツールを突出すために、追加のば
ねアセンブリが引張り棒から引き離され、後者がスリー
ブの末端部に対して移動される。追加のばねアセンブリ
を引張り棒から引き離すために、流体作動式ピストン
に、更なる流体作動式ピストンが提供され、留め具が開
かれて引張り棒がばねアセンブリのばねの張力に抗して
移動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の分野に
属し、独立請求項の前段部分に係るツールスピンドル用
のクランピング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械で使用されるツールスピンドル
用のクランピング装置は、ツールをクランプするように
働く。これらのクランピング装置は、通常、管状スリー
ブと、限られた範囲まで軸方向に移動可能な引張り棒
（draw rod）又はタイロッド（tie rod）を備えてい
る。このスリーブは末端部に向かって拡がった内部円錐
部（internal cone）を有しており、スピンドルと共に
使用されるツールの対応する円錐部と係合している（即
ち、標準ＩＳＯ又はＨＳＫ接合面）。ツールをスピンド
ルに固定するために、ツールはツールホルダによって引
張り棒に接続され、後者は、引張り力でスリーブの基端
部まで引っ張られる。結果的に、ツールの円錐部はスリ
ーブ内部の円錐部に引っ張られて、後者に圧入される。
ツール円錐部と内部円錐部との間の摩擦による把持力
は、スピンドル／ツールユニットを強化し、操作中にツ
ールに働くトルクを実質的に吸収する。

【０００３】スリーブはスピンドルケーシング内で回転
するように取り付けられ、例えば、電気モータの回転を
直接運び、それによってクランピング装置及び固定され
たツールが駆動される。

【０００４】クランピング装置のツールを固定するため
に必要な引張り力は、通常、プレテンション（pretensi
oned）された態様でスリーブと引張り棒との間に配置さ
れたばねアセンブリ又はバンクで発生される。ツールを
除去するために、引張り棒がばねアセンブリのばねの張
力に抗してスリーブの末端部に向かって、通常、引張り
棒の近傍端部で動作する流体作動式（hydraulically o
perated）ピストンによって移動される。その結果、ツ
ール円錐部はスリーブの内部円錐部のから滑り出て、ツ
ールと原材料の（raw）棒との間の接続が緩められ、ツ
ールが除去可能になる。

【０００５】上述したように、作動プロセス中に工作機
械のツールに作用することができるトルクが、クランピ
ング装置とツールとの間の接続によって吸収されて、円
錐部／内部円錐部を介する接続の場合は特に引張り棒に
作用する引張り力によって上向きに制限される。より高
いパワーレベル及びより高速に対しては、通常より高い
トルクが発生するので、多くの場合、引張り力を増加す
ることができることが望ましい。引張り力は、ツールと
クランピング装置によって構成されたユニットの静的及
び動的な剛性にも影響し、ひいては達成可能な機械精度
にも影響するので、この接続が引張り力を高めることが
できることも望ましい。

【０００６】引張り力は主に、スリーブと引張り棒の間
に動作する前記ばねアセンブリのばね特性（ばね定数）
に依存し、これらのばねは通常複数の円板ばねを含む。
このばねアセンブリのばね特性を、引張り力を実質的に
増加するために変更することは、容易でないことが見出
された。これは実質的に所定の幾何学的状態による。そ
の理由はスリーブの外径は、取付け及び任意でロータが
形成されるモータによって予め定まっているからであ
る。

【０００７】本発明の課題はクランピング装置を、全て
の寸法の従来ツールスピンドルに実質的に適合される全
ての寸法を有するツールスピンドルに提供することであ
り、本願に従ったクランピング装置は、例えばツールに
対して標準化された内面を有し且つ既知の工作機械のス
ピンドルに挿入可能でありながら、本願のクランピング
装置とそれに固定されたツールのと間の接続が既知のク
ランピング装置の場合より高い引張り力であることを特
徴としている。

【０００８】この課題は、請求項１によって定義される
ような、ツールスピンドル用ツールクランピング装置に
よって解決される。従属項は本発明のクランピング装置
の例示的で有利な実施形態を定義している。

【０００９】プレテンションを加えて、スリーブと引張
り棒との間に既知の態様で配置されたばねアセンブリに
加え、本願に従ったクランピング装置は、追加のばねア
センブリを有する。追加のばねアセンブリは、プレテン
ションされた態様で引張り棒の基端部（proximal en
d）と、スリーブの基端部との間に、操作の目的ために
接続され、第１ばねアセンブリと同時に作用するが、引
張り力の大部分を供給する。ツールを緩めるために、追
加のばねアセンブリは、初めは引張り棒から離れ、引張
り力が低減され、既知の態様で引張り棒をスリーブの末
端部に向かって移動させる。即ち、第１ばねアセンブリ
を圧縮することによって、ツールは引張り棒から離され
る。

【００１０】例えばＩＳＯ−２５インタフェースを有す
る本発明に従ったクランピング装置は、同じインタフェ
ースを有する既知のクランピング装置が約３，０００Ｎ
の引張力を有するのに比べて、約１８，０００〜２０，
０００Ｎの引張力を有している。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のクランピング装
置を例示した実施形態の軸方向断面図である。このクラ
ンピング装置は、下向き末端部と上向き基端部とを有す
るツールスピンドル用の装置である。このクランピング
装置は、スリーブ１を有しており、このスリーブ１は、
末端部に内部円錐部２を有し、その基端部にスリーブカ
ラー（sleeve collar）３を有している。スリーブ１
は、既知の図示しない方法でスピンドルケーシング内に
設置されており、電気モータのロータを支持し、或いは
ギヤによってロータに動作可能なように接続されてい
る。このクランピング装置は、タイロッド又は引張り棒
４も有している。これは、スリーブ１内に同軸に配置さ
れ、その末端部においてツールホルダ５を支持してい
る。

【００１２】ツールホルダ５及びスリーブ１の内面は互
いに合わせられているので、スリーブ内で引張り棒４を
軸方向に動かすことによって、ツールホルダ５をクラン
プ位置、即ち径方向に縮められた位置に運んだり、アン
クランプ（unclamp）位置に運ぶことができる。図１に
示されるクランプ位置では、ツールホルダ５は、ツール
６の基端部のまわりの押込み把持又は摩擦把持によっ
て、引張り棒４と係合して、固定される。アンロック
（unlock）位置では、ツール６は、ツールホルダ５に挿
入したり、ツールホルダ５から取り外したりすることが
できる。ツールホルダ５は、例えば実質的に中空の円筒
で、軸方向のスリットを有しており、大きな内径を有す
るスリーブ領域から小さな径を有するスリーブ領域への
軸方向移動によって、アンクランプ位置からクランプ位
置に運ぶことができる。

【００１３】ツール６は、円錐部７を有している。円錐
部７の形状は、スリーブ１の内部円錐部２に対応してい
る。この円錐形状は、従来から規格化されたものである
（標準ＩＳＯ又はＨＳＫインタフェース）。ツールホル
ダ５を用いて引張り棒４に連結されたツール６は、スピ
ンドルの基端部に対して作用する引張力によってスリー
ブ１内に引っ張られ、或いはその内部円錐部２内に引っ
張られる。

【００１４】スリーブ１と引張り棒４との間、或いはス
リーブ留め９と引張り棒留め１０との間には、第１ばね
バンク又はばねアセンブリ８が配置されている。スリー
ブ１の基端部に配置されたリミッタ１１によって、第１
ばねアセンブリ８はプレテンションされている。内部円
錐部２及びリミッタ１１は、引張り棒４に連結されたツ
ール６によって引張り棒４が軸方向位置に保持されるよ
うな方法で相互に離間させられており、第１ばねアセン
ブリ８は、リミッタ１１によって定められるツール解放
位置にあるときよりも幾分縮んでいる。

【００１５】第１ばねアセンブリ８は、少なくともツー
ルホルダ５をクランプすることの可能な引張力と少なく
ともツールホルダ５のクランプ位置とアンクランプ位置
との間の軸方向移動（突出移動）に対応するばね移動と
に対して設計され、プレテンションされている。前述の
クランピング装置（ＩＳＯ−２５インタフェース、約５
ｍｍの突出運動）では、例えば、２０ｍｍの直径と約
４，０００Ｎ／ｍｍのばね定数を有し、約１０００〜２
０００Ｎでテンションが加えられた約２０個の円板ばね
を備える第１ばねアセンブリ８が使用されている。

【００１６】スリーブカラー３には、追加のばねバンク
又はばねアセンブリ１５が配置されている。これは、ス
リーブ１よりも大きな外径を有していると好適である。
この追加ばねアセンブリ１５は、スリーブカラー３と引
張り棒４の基端部との間のマルチパート留め具（multip
art fastener）１７／１８によってプレテンションされ
ている。ここで、後者は、例えばヘッド１６を引張り棒
の基端部上に有している。追加ばねアセンブリ１５は、
第１ばねアセンブリ８よりも極めて高いばね定数を有し
ている。即ち、追加ばねアセンブリ１５は、極めて小さ
なばね移動で極めて高い引張力によって縮むことができ
る。

【００１７】上記のクランピング装置（ＩＳＯ−２５イ
ンタフェース）用に、追加のばねアセンブリ１５、例え
ば直径約４０ｍｍで、ばね定数が約１２０，０００Ｎ／
ｍｍであり、約１８，０００〜２０，０００Ｎのプレテ
ンションされた状態（ばねの移動量３／６ｍｍに対応）
の３つの円板ばねによって構成されている。

【００１８】ツール６の出し入れのために、即ち引張り
棒４のスリーブ１の末端部に対する軸方向の移動のため
に２つの作動手段が設けられている。それは例えば、圧
縮するため、即ち追加のばねアセンブリ１５と第２ピス
トンとを切り離すための、スピンドルケーシングに固定
されたシリンダ２１内の第１液体作動式ピストン２０で
ある。これは、第１ピストン２０内に配置されたシリン
ダ２３内の流体によって変位可能である。２つのピスト
ン２０と２１とのこの構成の利点は、追加のばねアセン
ブリ１５の圧縮用に、大きな表面が形成されることであ
る。これは、比較的低い流体圧力（約８０バール）で前
記圧縮に必要な強い力を加えることを可能にする。

【００１９】本発明に従ったクランピング装置の機能を
図２〜図６に関して説明する。クランピング装置の部分
は図１と同じ参照符号が付されている。図２〜図６は再
び軸方向断面図として示したクランピング装置の基端部
である。図２は引張り棒４の末端でのツールは示さない
操作状態、図３は追加のばねアセンブリ１５が、引張り
棒４から引き離された操作状態、図４は引張り棒４がツ
ールを引き出すために緩められた操作状態、図５は引張
り棒４が引き出し位置に或る操作状態を示す。図６はプ
レテンションされたばねアセンブリ１５及び１８は有す
るがツールは有さない操作不能位置である。

【００２０】図２は図１に対応する本質的要素である。
引張り棒４は図示しないツールによって、ピストン内に
保持され、第１ばねアセンブリ８はプレテンションさ
れ、引張り棒４は基部リミッタ１１に近接していない
（クリアランスＳ．１）。追加のばねアセンブリ１５を
引張り棒４に連結するための留め具１７／１８は、例え
ば留めリング１７と２つの放射方向可動留め部材１８
（詳細は図７参照）とを備え、追加のばねアセンブリ１
５が所望の態様で、スリーブカラー３と留めリングとの
間に存在する所定のクリアランス（クリアランスＳ．
２）でプレテンションされるような態様で構成されてい
る。

【００２１】引張り棒４に作用し、ひいては図示しない
ツールをスリーブの内部円錐部に押す総引張り力は、第
１ばねアセンブリ８と追加のばねアセンブリ１５のテン
ションの総和である。

【００２２】図３は、本願のクランピング装置の追加の
ばねアセンブリ１５が、引張り棒４から引き離された段
階の基端部を示す。この引き離しは第１作動部材（図１
のピストン２０）によって成される。第１作動部材は、
力Ｋ．１で留めリング１７を押して、ばねアセンブリ１
５をスリーブカラー３と留めリング１７との間に最大ク
リアランスＳ．２で圧縮する。留めリング上への力Ｋ．
１の動作を通して、追加のばねアセンブリ１５は引張り
棒４から引き離され、留め部材１８は解放され（クリア
ランスＳ．３又はＳ．４）る。この動作には、例えば
０．４ｍｍといった非常に小さなばね移動（クリアラン
スＳ．２）でよい。

【００２３】図４は、留め具が解放されたクランピング
装置の基端部を示す。留め部材１８は放射方向に移動し
て離れ、図示しないツールホルダを引き離すために（即
ち、ツールを突出させるために）引張り棒４は軸線に沿
ってスリーブ１の末端部に向かって移動可能である。作
動手段が留め部材１８の放射方向移動のために提供さ
れ、例えば、その作動手段は、引張り棒を軸方向に移動
するものと同じであってもよい。

【００２４】図５はクランピング装置の基端部で、引張
り棒４が突出位置にある。引張り棒をこの位置にもって
きて、維持するために、力Ｋ．２が必要である。これは
引張り棒４の基端部に作用し、これによって第１ばねア
センブリ８は対応して圧縮される。この力Ｋ．２は第２
作動手段、例えばシリンダ／ピストンユニット２２／２
３によってもたらされる（図１）。

【００２５】図６は、非作動状態のクランピング装置の
基端部を示す、即ちツールがなく、作動手段のいかなる
作動もない。このように、第１ばねアセンブリ８は引張
り棒４を基部のリミッタ１１（クリアンスＳ．１＝０）
に対して押したプレテンション状態にあり、追加のばね
アセンブリ１５も留め具１７／１８によって、スリーブ
カラー３と引張り棒４のヘッド１６との間でプレテンシ
ョンされている。

【００２６】ツールを、非作動状態（図６）のクランピ
ング装置に挿入するために、又はツールをクランピング
装置（図２で述べた）から突出させるために、以下のス
テップが必要である。即ち、プレテンション状態から離
すステップ（追加のばねアセンブリを圧縮して引張り棒
から離す）と、留め具を開けるステップと、プレテンシ
ョン状態のほかに、第１ばねアセンブリを圧縮して引張
り棒を突出位置にするステップと、ツールを挿入又は除
去するステップと、第１ばねアセンブリを緩めるステッ
プ（引張り棒が作動位置に滑り、第１ばねアセンブリが
プレテンション状態になる）と、留め具を閉めるステッ
プと、追加のばねアセンブリを緩めるステップ（引張り
棒に接続され、テンション状態になる）。

【００２７】図７に、本発明に従ったクランピング装置
用留め具の好ましい実施形態を示す。

【００２８】図１〜図６に示したように、留め具は、留
めリング１７及び２つの軸方向可動留め部材１８を本質
的に備える。これらは、引張り棒４の周りに規則的に配
置された２つ以上の留め部材であろう。これらの留め部
材１８は放射方向内方位置（図７に示す）を有し、この
中で引張り棒４のヘッド１６（留め具閉止）の下を通過
している、放射方向外方位置で、ヘッド１６を解放する
（留め具解放）。留め部材は好適な手段（例えば復元ば
ね（restoring spring）（３０）によって、放射方向
内方位置で保持され、放射方向外方位置から内方位置に
駆動して戻る。留め部材１８はどちらの場合も、２つの
内方に下がった制御面を有し、その面はヘッド１６の横
方向に配置されており、ピストン２２の対応制御面３２
と協働するようになっている。

【００２９】留め部材は好ましくはロッキング手段を有
し、それによって内方位置にロックされることができ、
作用可能なほど（operationally）高い遠心力によって
も外方位置に移動することができないようになってお
り、復元ばね３０の張力に抗する。ロッキング手段３３
は、例えば２つの部分のロッキングピン３３．１／２で
あり、留めリング１７にばね留めされている。ロッキン
グピン３３．１／２のシャー３４の平面が留めリング１
７と留め部材１８との間の接合面に関してずれており、
ピン上にいかなる外部動作もなく配置され、その結果、
留め部材１８の放射方向のずれが防止されている。ロッ
キングピン３３．１／２は、ピストン２２上の２２対応
制御ピン３５によって操作され、ピストンが引張り棒に
対して移動された場合に、それがロッキングピン３３．
１／２に押されるように後者に配置され、その結果、ず
れた面が留めリング１７と留め部材１８との間の接合面
に向き、固定部材の放射方向の移動が可能である。

【００３０】個々の、２つの部分になったロッキングピ
ン３３．１／２の代わりに、図７の図面用紙の平面に垂
直に延びたロッキング本体（３３．２）を使用すること
もでき、それは例えばどちらの場合も２つのロッキング
ピン（３３．１）と協働する。

【００３１】引張り棒４のヘッドと協働するピストン２
２の端面３６と、留め部材１８の半径方向の移動のため
の制御面３と、留め部材１８をアンロッキングするため
の制御ピン３５とが、ピストン２２に配置され、移動中
に後者がスリーブ１の基端部に向かい、最初に留め部材
１８がアンロックされ、次に離れるように移動され、そ
してそのときのみ引張り棒４は軸方向に移動する。

【００３２】このような構成によって、ロッキング手段
３３、留め部材１８及び引張り棒４の操作は、強制的に
制御された態様で接続される。

【図面の簡単な説明】

本発明に従ったツールスピンドルクランピング装置を、
以下の添付図面に関して詳細に説明した。

【図１】本発明に従ったクランピング装置の模式的に表
される好適な実施形態の軸方向断面図である。

【図２】本発明のクランピング装置の動作を説明する種
々の状態にある図１のクランピング装置の基端部を示す
軸方向断面図である。

【図３】本発明のクランピング装置の動作を説明する種
々の状態にある図１のクランピング装置の基端部を示す
軸方向断面図である。

【図４】本発明のクランピング装置の動作を説明する種
々の状態にある図１のクランピング装置の基端部を示す
軸方向断面図である。

【図５】本発明のクランピング装置の動作を説明する種
々の状態にある図１のクランピング装置の基端部を示す
軸方向断面図である。

【図６】本発明のクランピング装置の動作を説明する種
々の状態にある図１のクランピング装置の基端部を示す
軸方向断面図である。

【図７】追加のばねアセンブリと引張り棒との間の着脱
可能な連結及びロッキングの好適な実施形態を示す図で
ある。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリーブ（１）と該スリーブ（１）内で
   軸方向に移動可能な引張り棒（４）とを有し、前記スリ
   ーブ（１）がツール（６）の円錐部（７）を受容するた
   めに末端部に内部円錐部（２）を有し、前記引張り棒
   （４）が末端部にツールホルダ（５）を有し、 該ツールホルダ（５）が、前記スリーブ（１）内の前記
   引張り棒（４）の軸方向の移動によって、クランプ又は
   アンクランプ位置に運ばれ、 第１のプレテンションされたばねアセンブリ（８）が、
   前記引張り棒（４）に引張り力を発生するために、前記
   スリーブ（１）と前記引張り棒（４）との間に配置され
   て、前記引張り棒をスリーブの基端部に駆動し、前記ツ
   ールホルダ（５）をクランプ位置に駆動し、 前記クランピング装置の前記基端部には駆動手段（２２
   ／２３）が提供されて、該駆動手段によって、引張り棒
   （４）が、スリーブ（１）の末端部に向かって前記第１
   ばねアセンブリ（８）のばね張力に抗して移動可能であ
   る、ツールスピンドル用クランピング装置であって、 前記引張り棒（４）の張力を増加するために、追加のば
   ねアセンブリ（１５）を有し、該アセンブリは前記スリ
   ーブ（１）の基端部と前記引張り棒（４）基端部との間
   でプレテンションされた態様で接続されており、前記追
   加のばねアセンブリ（１５）を前記引張り棒（４）から
   引き離すために、更なる駆動手段（２０／２１）が設け
   られていることを特徴とするクランピング装置。
2. 【請求項２】 前記追加のばねアセンブリ（１５）が第
   １ばねアセンブリ（８）より高いばね定数を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のクランピング装置。
3. 【請求項３】 前記追加のばねアセンブリ（１５）を、
   前記引張り棒（４）の基端部に連結するために、留め具
   （１８／１９）が提供されており、前記駆動手段（２２
   ／２３）には、前記引張り棒（４）の移動に先だって前
   記留め具を開けるための手段（３２，３５）が装備され
   ていることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に
   記載のクランピング装置。
4. 【請求項４】 前記更なる駆動手段がシリンダ（２１）
   内で可動のピストン（２０）によって構成され、前記駆
   動手段もシリンダ（２３）内で可動のピストン（２２）
   であり、前記駆動手段の前記シリンダ（２３）が前記更
   なる駆動手段の前記ピストン（２０）内に配置されてい
   ることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の
   クランピング装置。
5. 【請求項５】 前記追加のばねアセンブリ（１５）が、
   前記スリーブ（１）の基端部に配置されたスリーブカラ
   ー（３）に配置され、前記スリーブカラー（３）が前記
   スリーブ（１）よりも大きな内径を有していることを特
   徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のクランピン
   グ装置。
6. 【請求項６】 前記追加のばねアセンブリ（１５）が複
   数の円板ばねを備えていることを特徴とする請求項５に
   記載のクランピング装置。
7. 【請求項７】 前記追加のばねアセンブリ（１５）を前
   記引張り棒（４）に接続するための前記留め具が、留め
   リング（１７）及び複数の放射方向可動留め部材（１
   ８）を有し、該留め部材が引張り棒（４）の基端部に配
   置されたヘッド（１６）と協働することを特徴とする請
   求項３〜６の何れか１項に記載のクランピング装置。
8. 【請求項８】 前記放射方向に可動な留め部材（１８）
   が前記駆動手段（２２／２３）上で放射方向内方から放
   射方向外方位置に移動するために制御面（３２）が設け
   られており、前記留め部材（１８）を半径方向内部位置
   に復元するために復元手段が提供されていることを特徴
   とする請求項７に記載のクランピング装置。
9. 【請求項９】 前記復元ばね（３０）が復元手段として
   提供されていることを特徴とする請求項８に記載のクラ
   ンピング装置。
10. 【請求項１０】 前記留め具がロッキング手段を有し、
    もって放射方向可動留め部材（１８）を内方位置にロッ
    クすることができることを特徴とする請求項８又は９の
    何れか１項に記載のクランピング装置。
11. 【請求項１１】 前記ロッキング手段が、ロッキングピ
    ン（３３．１）及びロッキング本体（３３／２）によっ
    て構成され、共にシャー（３４）の移動可能な面を形成
    していることを特徴とする請求項１０に記載のクランピ
    ング装置。
12. 【請求項１２】 前記ロッキング手段を制御するため
    に、前記駆動手段に制御手段が提供されていることを特
    徴とする請求項１０又は１１の何れか１項に記載のクラ
    ンピング装置。