JPS6033618B2 - 自動工具着脱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主軸内に挿通させたドローィングポルトを電動
機で正逆転させて工具やアーバを自動的に主軸に着脱さ
せる自動工具着脱装置の改良に関する。

工作機械の主軸に工具を隊着し、同主軸より工具を解除
するための自動工具着脱装置に、当出願人に係わる実関
昭５３−７２８７７号が提供されている。

この装置においては、正逆転するモータの駆動源から減
速部材とクラッチ部村を介して工具引張軸〔ドローィン
グボルト（以下ドローボルト）〕を低速回転駆動し、主
軸のテーパ穴に挿入される工具のシャンク部（尾端）を
引張軸先端の螺子部で綿付けあるいは解除する構成とな
っている。ところで、上記装置では駆動側とドローボル
トとの継断に機械式のトルクリミッタと電磁クラッチ及
びロータとを介在させて構成されている。これは、トル
クリミッタと電磁クラッチ及びロータとの外怪寸法の大
型化を余儀されるばかりでなく、装置に内蔵する電磁ク
ラッチからの発熱量が多いという欠点がある。このため
、比較的に小口径の主軸クィルの後端に装着される自動
工具着脱装置を大口径化してその設計上、使用上好まし
くないほか、電磁クラッチの発熱が主軸にまで伝播して
熱歪を生じさせるという憂うべき問題がある。また、ド
ローボルトは皿ばねで軸方向の移動が自由にできないよ
うに構成されているから、ドローボルトの先端螺子部が
主軸テーパ穴の奥部に突出して待機し、テーパ穴内へ挿
入される工具のシャンク部尾端の雌螺子部との当綾が生
じる。

従って、主軸のキーに工具フランジのキー溝を競合させ
るオリエンテーションの必要がある工具においては、キ
ー溝がキーに不完全鉄合の状態でシャンク尾端の雌螺子
がドローボルト先端の雄螺子に当接され、この状態でド
ローボルトが正転駆動して工具をテーパ穴に舷着させる
。このため、キーとキー溝との鉄合やドローボルトとシ
ャンク螺子部との螺合が円滑に行われないほか、工具の
シャンク螺子部がドローボルトの先端螺子部に毎回当薮
することから両螺子山に損傷を生じ、やがては工具の舷
着ミスを発生することになる。これはオリエンテーショ
ンを行わない工具においても同様である。本発明は上記
従来装置がもつ欠点を解消した新規な自動工具着脱装置
を提供することを目的とするものである。

本発明の第１発明は小型モータを駆動源にする減速部村
の低速出力軸とドローボルトの尾端との継断手段のクラ
ッチ部村を、出力軸に係合して鞄方向に摺動できる継断
筒とドローボルト側のスプラィン環体との係合で構成し
、この継断筒を外部に取付けた発熱の少ない電磁ソレノ
ィド‘こよって摺動させる傍ら、上記スプラィン環体を
もつ主軸尾端に備える軸棒の先端側とドローボルト尾端
間とをスプライン結合し、ドローボルトが自己の回転な
いこ軸方向に若干量移動できるようになした。これによ
り、自動工具着脱装置を小蓬、短身のコンパクトに製作
出来るほか「クラッチ部材からの発熱も極少であり、工
具を主軸テーパ穴への挿入時にドローボルトが工具シャ
ンクに押されて若干後退するので、工具の鉄着が完全に
行われドローボルト先端の螺子山を損傷させることもな
い。また、本発明の第２発明は小型モータを駆動源にす
る減速部材の低速出力軸とドローボルトの尾端との継断
手段のクラッチ部村を出力軸に係合して軸方向に摺動で
きる総断筒とドローボルト側のスプラィン環体との係合
で構成し、この継断筒を外部に取付けた発熱の少ない電
磁ソレノィドーこよって摺動させる傍ら、上記スプラィ
ン環体をもつ主軸尾端に備える鞠榛の先端側駆動筒とド
ローボルト尾端従動日向間とを螺旋溝とこれに係合する
ボールとで結合し、ドローボルトは出力軸からの回転力
を麹棒を介して正逆転されるとき、軸万向にも積極的に
進退動できるようになした。

これにより、上記第１発明と同様に自動工具着脱装置を
小径、短身のコンパクトに製作出来るほか、クラッチ部
村からの発熱も極少であり「工具を主軸テーパ穴への挿
入に先立ち騒擾の逆転でドローボルト先端の螺子部がテ
ーパ穴奥部内へ没入され、工具の鉄着を完全に行うと共
にドローボルト先端螺子部の損傷がない。またドローボ
ルトは回転力と推進力とを同時に発生するから工具との
蝿着脱が特に円滑に行われる。以下本発明を図面に示す
実施例で説明する。先ず、第１図の工作機械は自動工具
交換装置と本発明自動工具着脱装置ＩＱとを装備した立
型フライス盤Ｆ（立型マシニングセンタ）で、主要部を
ベース亀、コラム２、ニー３、サドル４「テーフル５、
主軸頭６、主軸７及び主軸駆動用モータＭｏで構成され
ている。ＴＭは多数の工具Ｔ・・・・・・を貯蔵する工
具貯蔵マガジンであり、ＴＡは主軸７にチャッキングさ
れている工具Ｔ，とマガジンＴＭの工具Ｔとを交換する
工具交換アームである。このアームＴＡは最上昇位置で
把持爪１１，１１が握持する工具Ｔ，を主軸７のテーパ
穴に鉄入させ、自動工具着脱装置１・０の小型モータＭ
，起動による工具Ｔ，の締結後に把持爪１ １，１ １
を開き「この位置で次の工具交換まで待機する。次に、
本発明に係わる自動工具着脱装置ＩＱの第１発明の詳細
構成を第２〜５図で説明する。

自動工具着脱装置１０は主軸７の尾端が突出する主軸頭
６の頂部６ａに継手管１２を介して数本のボルト１３・
・・…によって取付けられている。そして、長身な管体
（胴体）１４の下端段環１４ａを継手管１２の上端側に
鉄入させ、ボルト１５……で固着されている。管体１４
の頂端面には、減速部材Ｇを納める円筒形のケーシング
１６がボルト１７……で固着した軸受フランジー８の外
周縁に連結する形態で取付けられている。１９は上側の
軸受フランジで、ケーシング１６の頂端と内周面に接着
されており、この軸受フランジ１９の上面に小型モータ
Ｍ，が据付けられている。

上記小型モータＭ．の回転軸２０１こは小歯車（ピニオ
ン）２１が薮着され、この小歯車は上下の軸受フランジ
ー８，’９間に架絡した支軸２２，２３にニードルベア
リングで鉄合させた中間歯車２４，２５の大蓬歯車側２
４ａ，２５ａと噛合されている。そして中間歯車２４，
２５の小径歯車側２４ｂ，２５ｂは、下側軸受フランジ
ー８‘こ軸受２６で承持させた従動歯車２７に噛合され
ている。而して、高速回転する小型モータＭ，の回転軸
２０の回転数は従動歯車２７において２００〜３０ぴｐ
■程度の低速回転数に減速する減速部材Ｇを構成する。
２８は従動歯車２７に挿入隊着する出力麹で、この先端
大建部にはスプラィン２８ａが創設されている。

Ｃは減速部材Ｇとドローボルト３０との間の継断を司る
クラッチ部材で、以下の如く構成されている。２９は上
記スプラィン２８ａに係、合する継断筒で、この鍔輪部
２９ａにシフタとなる偏心ピン３１が係合しており、こ
の偏心ピンは管体１４の外部左側壁に取付けたロータリ
・ソレノィド（電磁ソレノィド）ＲＳの回動轍３２に鉄
着する行動杵３３の先端側に添着されている。

而して「ロータリ・ソレノィドＲＳの消勢時には図示の
如く継断筒２９を上昇させて、この内周面のスプラィン
２９ｂの下端部をドローボルト側の鞄棒３４のスプラィ
ン環体３５との噛合から外す。またロータリ・ソレノィ
ドＲＳの付勢時には行動杵３３が鎖線の如く回動して継
断筒２９を降下させ、両者のスプラィン２９ｂ，３５を
噛合させる。尚、スプラィンの継断筒２９はその下 肋
ミ、管体１４の中腹内に止めねじ３６で鉄着させた輪体
３７の内径に俵入するニードルベアリング３８によって
摺動自在に承持されている。

続いて、主軸７の通孔７ｂ内に挿入したドローボルト３
０及びこれに関連した部分の構成を説明する。

３９は主軸頭６の頂壁孔６ｂに俵着させた軸受で、この
内輪には主軸７の尾総７ｃが承持されており、この尾端
の内側部７ｃ′に長身の軸筒４０の下端が螺着され、軸
筒４０の上端は管体１４内の中腹まで伸設されている。

４１は軸受スリーブで、上記軸筒４０の上端内と螺合し
てピス４２で固着され、この通孔４１ａに軸榛３４の中
腹を承持している。４３，４４は軸受スリーブ４１の上
下に介入したスラスト軸受で、スラスト軸受４３の上側
鞠棒３４にはスプラィン環体３５がキー４５を介して鉄
着され、軸端に鉄合させた座体４６をボルト４７で綿付
けてスプラィン環体３５、軸受４３、軸受スリーブ４１
、軸受４４を軸棒３４の下端大錘部３４ａとの間で挟圧
している。

これで、軸棒３４は軸受スリーブ４１を介して軸筒４０
１こ回転自在に承持され、クラッチ部材Ｃの継断筒２９
の降下で両スプラィン２９ｂ，３５が結合ざれると、小
型モータＭ，の回転が鱗棒３４に減速伝達される。５川
ま管体１４内に挿鉄し止めねじ５１で固着された軸受筒
で、軸筒４０及びスプラィン環体３５を承持している。

４８は雌型スプラィン環体で、鯛棒３４の大蓬スプラィ
ン部３４ａに係合してピン５１で固着されており、ドロ
ーボルト３０の尾端３０ｂに螺合してピン５２で固着し
た雄型スブラィン環体５３とも係合関係にある。

これで、ドローボルト３０は鞠棒３４と常に連結状態に
あり、尾端に螺着したボルト５４が軸棒３４の下端面に
当援するまでの区間を昇降できる関係となっている。５
５は皿ばね群で、この上下には座金５６，５７が介在さ
れ、下側座金５７には２つのスラスト軸受５８と主軸上
端面の内側部７ｃ′に鉄合させた座金５９とが介在され
ている。

而して、図示の如く皿ばね群５５で受けとめられたドロ
ーボルト３０を小型モータＭ，によって正転駆動される
と、先端螺子部３０ａが工具Ｔ，の雌螺子部６０ａに螺
入し、また、ドローボルト３０の逆転駆動で螺子部３０
ａが工具から離脱する関係となっている。本発明の第１
発明は上述の如く構成されており、以下その作用を説明
する。

先ず、工具Ｔ，を主軸７のテーパ穴７ａに装着させる作
用行程を説明する。第２図のように各部材３０〜５９が
待機状態にあって、第４図の如く工具Ｔ，のシャソク部
６０が主軸テーパ穴７ａへ挿入されると、尾端の雌螺子
部６０ａがドローボルト３０の先端螺子部３０ａに軽く
当俵する。更に少量だけ工具Ｔ，がテーパ穴７ａへ挿入
されると、キー溝６０ｂがキー７ｄに鉄合すると共にド
ローボルト３０が若干特上げられる。続いて、電磁ソレ
ノィド（ロータリソレノィド）ＲＳの付勢で第５図の如
く縄断筒２９を降下して軸棒３４のスプラィン環体３５
と係合させる。この後、小型モータＭ，の正転駆動で減
速部材Ｇとクラッチ部村Ｃとを介して鞠棒３４が低速回
転し、ドローボルト３０を正転回転させる。この結果、
第５図の如くドローボルト先端の螺子部３０ａが工具シ
ャンク部６０の尾端螺子部６０ａに蝿進して次第に皿ば
ね群５５を強く圧縮し、この圧縮の反発力でドローボル
ト３０が工具Ｔ，を主軸７のテーパ穴７ａ内へ強力に引
き込んで固着する。工具Ｔ，の固着後は小型モータＭ，
が過負荷検出又はタイマの時間設定によって停止される
。そして、ロータリ・ソレノィドＲＳが消勢されて第２
、４図の如く継断筒２９が上昇するとクラッチ部材Ｃは
切れ、工具Ｔ，を固着した主軸７がこの駆動装置（図示
なし）で回転駆動される状態となる。次に工具Ｔ，の解
除作用を説明する。

きに解除作用は上記装着作用と同様に、先ずロータリ・
ソレノィドＲＳの付勢でクラッチ部材Ｃを結合させ、続
いて小型モー夕Ｍ，を逆転起動してドローボルト３０を
逆転駆動させ、この螺子部３０ａを工具Ｔ，の雌螺子部
６０ａから解除する。小型モータＭ，の停止はタイマに
よって行われ、この後のロータリ・ソレノィドＲＳの消
勢で第４図の如くクラッチ部材Ｃが切れて三者（Ｔ，，
３０，２９）が分離する本発明の第２発明の実施例を第
６〜９図で説日する。

符号１〜５９までの都材は上記第１発明と同一構成であ
るから構成の説明を省略する。そこで第２発明の要部構
成を第７，８図で説明する。４８０は鞄棒３４の頭部３
４ａに固着された駆動筒で、この筒内にはドローボルト
３０の尾端に固着された従動月岡５３０が狭い間隙ｘを
残して競入されている。

そして、従動且同５３０の表面には左ネジの螺旋溝５３
０ａが４５ｏの傾斜角度でほぼ一周刻設されており、こ
の螺旋溝５３０ａには１つのボール７０が係合している
。このポール７０は駆動筒４８０の内周面適所に凹設し
た窪み４８０ａに鉄合しているから、第７図の如く、軸
棒３４が停止しているとき従動胸５３０はボールと係合
している螺旋溝５３０ａの下端側から溝５３０ａの勾配
と自重とで自転しながら下降し、ドローボルト３０の先
端３０ａを３０ａのように工具シャンク部６０の尾端螺
子部６０ａに当接してストップする関係になっている。
第２発明の構成は上述の如きであり、以下工具Ｔ，の装
着作用と解除作用とを説明する。

先ず、工具Ｔ，の装着作用は第９図の如く、ボール７０
を螺旋溝５３０ａの上端でストップし、ドローボルト３
０の先端３０ａを第７図の３０′ａの如く最下位層へ下
げたテーパ穴７ａに覗かせている。ここで工具Ｔ，のシ
ャンク部６０がテーパ穴７ａ内へ挿入されると、尾様の
雌螺子部６０ａはドローボルト３０の先端螺子部３０ａ
と対面して当綾すると、ドローボルト３０が待ち上げら
れると共に、ボール７０１こ係合する螺旋溝５３０ａが
ボール７０をガイドピンとして摺動し「ドローボルト３
０を右転させる。これでドローボルト３川ま右回転しな
がら更に上方へ後退しつつ雌螺子部６０ａに螺合され、
また工具Ｔ，のキー溝６０ｂが主軸７のキー了ｄに完全
に係合する。これで、主軸テーパ穴了ａへの工具Ｔ，の
装着時に発生していた両螺子部３０ａ，６０ａの損傷や
キー７ｄそキー溝６０ｂとの不完全係合などのトラブル
が解消される。続いて、ロータリ。ソレノイドＲＳの付
勢でクラッチ部材Ｃを結合したのち４・型モー夕Ｍ，を
正転起動する。而して、モータＭ，のトルクは減速部村
Ｇ、クラッチ部材Ｃを介して藤棒３４に伝達され「 こ
の駆動筒４８０を正転駆動する。この結果、螺旋溝５３
０ａに係合するボール７０は第９図の如く正転方向に周
回して螺旋溝５３０ａに対して下向きの推進力Ｆ，を発
生し、ドローボルト３０を下向きに前進させる。而して
、ドロ−ボルトの先端螺子部３０ａが工具Ｔ，の雌螺子
部６０ａに当すると、推進力Ｆ，が拘束されてドローボ
ルト３０１こ対する回転力Ｆ２を発生して螺子部３０ａ
が工具Ｔ，の螺子部６０ａに螺進する。このときポール
７０‘まドローボルト３０１こ対して推進力Ｆ，と回転
力Ｆ２を同時に作用させるので、ドローボルト３川ま皿
ばね群５５を圧縮させつつその先端螺子部３０ａが円滑
に雌螺子部６０ａに螺進して工具Ｔ，の固着を終了する
。以下小型モータＭ，が停止されると共にクラッチ部材
Ｃの結合が切れ、工具Ｔ，を装着した主軸７が回転され
る状態となる。こ ス・の を説明する。

この解除作用は上記装着と同機に、先ず、ロータリ・ソ
レノィドＲＳの付勢でクラッチ部材Ｃを結合し、続いて
小型モータＭ，を逆転起動して鞄棒３４の駆動筒４８０
を逆転駆動する。

これで、第９図の如く工具Ｔ，をクランプしているドロ
ーボルト３０は逆転方向に周回するポール７０によって
これと係する螺旋溝５３０ａが左回りの回転力Ｆ２′と
後退する推進力Ｆ，′を受ける。この結果、ドローボル
ト３川ま左回りの回転力Ｆ２′と後退推進力Ｆ，′とを
同時に発生して皿ばね群５５を弛めつつドローボルト先
端の螺子部３０ａが工具Ｔ，の雌螺子部６０ａとの螺合
から外れ、第７図の如く状態となる。この後、小型モー
タＭ，が停止すると共にロータリ・ソレノィドＲＳも消
勢されてクラッチ部材Ｃが切れ、次の工具を装着できる
待機状態となる。この状態は、第７図の如くボール７０
か螺旋溝５３０ａの下端側（ドローボルトが雌螺子部６
０ａから外れた瞬間）から藤綾３４の停止で従動且同５
３０はその溝５３０ａの勾配と自重とで自転しながら下
降し、ド。ーボルト３０の先端３０ａを３０′ａのよう
に下降させている。本発明は第２発明においては、ドロ
ーボルト３０が軸榛側（駆動側）のボール７０とドロー
ボルト側（従動側）の螺旋溝５３０ａとの係合関係にあ
り、これでドローボルトは積極的に進退動し且回動され
るので、工具Ｔ，の挿入時に両螺子部３０ａ，６０ａの
衝鞍やキーとキー溝との不完全係合も解消されている。

そして、第２発明は上記一実施例に限定されることなく
要旨内での設計変更が可能である。例えば、複数個のボ
ール７０を螺旋溝５３８ａに係合させるようにしてもよ
いし、螺旋溝を２条（多条）設けてもよい。また、ボー
ルと螺旋溝との取付関係を正反対にしてもよい。本発明
の第１発明によるときは小型モータを駆動源にする減速
部材の減速出力軸とドローボルトの尾端との継断手段の
クラッチ部材を、出力軸に係合して鞠方向に摺動できる
継断筒とドローボルト側のスプラィン環体との係合で構
成し、この継断筒を外部に取付けた発熱の少ない電磁ソ
レノィドによって笹動させる傍ら、上記スプラィン環体
をもつ主軸尾端に備える軸榛の先端側とドローボルト尾
端間とを雄・雌両スプラィン環体によってスプラィソ結
合し、ドローボルトが自己の回転ないこ軸方向に若干量
移動できるようにしたから、自動工具着脱装置を小径、
短身のコンパクトに製作出来るほか、クラッチ部材から
の発熱も極少であり、工具を主軸テーパ穴への挿入時に
ドローボルトが工具シャンクに押されて若干後退するの
で工具の鉄着が完全に行われドローボルト先端の螺子山
を損傷させることもない効果を発揮する。また、本発明
の第２発明は小型モータを駆動源にする減速部材の低速
出力軸とドローボルトの尾端との継断手段のクラッチ部
村を、出力軸に係合して藤方向に摺動できる継断筒とド
ローボルト側のスプラィン環体との係合で構成し、この
継断筒外部に取付けた発熱の少ない電磁ソレノィドによ
って摺動させる傍ら、上記スプラィン環体をもつ主軸尾
端に備える軸棒の先端側駆動筒とドローボルト尾端従動
胴間とを螺旋溝とこれに係合するボールとで結合し、軸
榛の正逆転駆動でドローボルトを正逆転させると共に軸
方向にも進退動させるようにしたから、上記第１発明と
同様に自動工具着脱装置を小径、短身のコンパクトに製
作出来るほか、クラッチ部村からの発熱も極少であり、
工具を主軸テーパ穴への挿入に先立ち軸棒の逆転でドロ
ーボルト先端の螺子部がテーパ穴奥部内へ没入されて待
機し、工具の綾着を完全に行うと共にドローボルト先端
螺子部や工具螺子部の損傷が全くない優れた効果を発揮
すると共に、ドローボルトは回転力と推進力とを同時に
積極的に発生するから工具との螺着脱が特に円滑に行わ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明自動工具着脱装置を備えた立型フライス
盤の斜視図、第２図は本発明における第１発明の自動工
具着脱装置を示す縦断面図、第３図はロータリ・ソレノ
ィドの正面図、第４図と第５図は工具の装着状態を示す
自動工具着脱装置の一部切欠断面図、第６図は本発明に
おける第２発明の自動工具着脱装置を示す縦断面図、第
７図は要部の拡大断面図、第８図は第７図のＡ−Ａ線断
面図、第９図は工具の装着状態を示す拡大断面図である
。 ７・・・・・・主軸、７ａ……プーパ穴、７ｂ・・…・
通孔、１０・…・・自動工具着脱装置、１４・・・・・
・管体、Ｍ．・・・・・・小型モータ、Ｇ・…・・減速
部材、Ｃ・・・・・・クラッチ部村、ＲＳ・・…・ロー
タリ・ソレノィド、２９・・・・・・継断筒、２８・…
・・出力軸、３５…・・・スプラィン環体、３４・・・
・・・軸棒、３０……ドローボルト、３０ａ…・・・螺
子部、４０・…・・軸筒、４８，５３・・・・・・雄雌
スプラィン環体、４８０・・・・・・駆動筒「５３０・
…・・従動８同、５３０ａ・・・・・・螺旋溝、７０・
・・…ボール、５５…・・・皿ばね群、Ｔ，……工具、
６０・・・・・・シャンク部、６０ａ・・・・・・雌螺
子部、７ｄ・・・・・・キー、６０ｂ・・・・・・キー
溝、Ｆ・・・・・・立型フライス盤。 第１図 第３図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 小型モータを駆動源にする減速部材の低速出力軸と
   ドローボルトの尾端との継断手段のクラツチ部材を、出
   力軸に係合して軸方向に摺動できる継断筒とドローボル
   ト側のスプライン環体との係合で構成し、この継断筒を
   外部に取付けた発熱の少ない電磁ソレノイドによつて摺
   動させる傍ら、上記スプライン環体をもつ主軸尾端に備
   える軸棒の先端側とドローボルト尾端間とを雄・雌両ス
   プライン環体によつてスプライン結合し、ドローボルト
   が自己の回転なしに軸方向に若干量移動できるようにし
   たことを特徴とする自動工具着脱装置。 ２ 小型モータを駆動源にする減速部材の低速出力軸と
   ドローボルトの尾端との継断手段のクラツチ部材を、出
   力軸に係合して軸方向に摺動できる継断筒とドローボル
   ト側のスプライン環体との係合で構成し、この継断筒を
   外部に取付けた発熱の少ない電磁ソレノイドによつて摺
   動させる傍ら、上記スプライン環体をもつ主軸尾端に備
   える軸棒の先端側駆動筒とドローボルト尾端従動胴間と
   を螺旋溝とこれに係合するボールとで結合し、軸棒の正
   逆転駆動でドローボルトを正逆転させると共に軸方向に
   も進退動させることを特徴とする自動工具着脱装置。