JPS62193712A - 工具着脱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、自動工具交換装置を有するマシニングセンタ
に利用して有効な工具着脱装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の工具着脱装置として一般的に用いられて
いるプルスタッド方式では、工具を引き込むための機構
を必要とするため、構造的に複雑化し、また工具保持が
テーパ部のみで保持されるため、工具把持剛性が低いと
いう欠点を有している。更に、このような方式では、工
作機械の主軸の軸線方向に比較的長い構造となるため、
高速回転での加工時には芯ぶれを発生するなど、性能の
低下をもたらす原因にもなっている。しかも、工具保持
部が長く大型であるため、工具交換時においては工具保
持部材が主軸の端部から完全に露出するまでの寸法も長
くなり、それだけ自動工具交換装置のアーム寸法を充分
に長くする必要がある。従って、自動工具交換に要する
時間も長くかかって能率を悪くする原因の−っになって
いる。

また従来においては、例えば実公昭６０−２９３８６号
公報に見られるように、正面中ぐり盤のような面板式の
工作機械においては、工具又は工具ホルダを面板に取り
付けるようにした所謂面板方式の工具着脱装置も提案さ
れている。しかし、この方式のものは正面中ぐり盤のよ
うな比較的低速回転の工作機械では優れた機能を発揮で
きるが、一般的な自動工具交換装置、所謂ＡＴＣ装置を
備え、かつ主軸端構造を持ったマシニングセンタ等に利
用する場合には、次のような問題を生ずる。

（１）工具装着部の側部に、工具着脱のための操作部材
を二体的に取り付けであるため、回転時に大きな偏荷重
を受けることになり、高速回転での加工が不可能である
。

（２）同時に構造も複雑化するため、装置が高価になる
。

（３）工具交換時の制御装置も、機械自体の制御系とは
別個にＡＴＣ装置専用のものが必要になるので、全体と
しても複雑化及び高価格化を免かれ得ない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述のような従来装置の問題点を改善
し、自動工具交換時間を短縮すると共に、工具把持剛性
を高めて高速回転で加工できるようにすることにより加
工能率や生産性を高め、更に工具取付部の構造及び工具
交換制御系を簡易化できる低コストの工具着脱装置を提
供することにある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、シャンク
挿入孔・端面から突出する回転力伝達用キ一番外周面に
設けた締付用雄ねじを有する主軸と、前記シャンク挿入
孔に挿入するシャンク部・前記回転力伝達用キーと係合
する凹部を有する工具保持部材と、内面に前記主軸の締
付用雄ねじと螺合する雌ねじを有し前記工具保持部材を
前記主軸端に押圧するための締付用ナツトと、固定部に
取り付けて工具着脱時に前記締付用ナツトを前記主軸に
対して回転方向に固定するロック手段とを備え、該ロッ
ク手段により前記締付用ナツトをロックした状態で前記
主軸を所定角度だけ低速回転させることにより、前記工
具保持部材を前記主軸に対して着脱するように構成した
ことを特徴とする工具着脱装置である。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図はマシニングセンタの主軸に例えば工具としてボ
ーリングバーを取り付けた状態を例示したものである。

主軸ｌの端部には、工具保持部材のシャン外部を嵌合す
るためのテーパ状のシャンク挿入孔２と、後述する締付
用ナツトを螺合するための締付用雄ねじ３が設けられ、
かつ主軸ｌの端面には第２図に示すように、２個又は適
当数のキー溝４がシャンク挿入孔２の周りに等間隔に設
けられている。各キー溝４の底面にはねじ穴５が設けら
れ、ここに取付用ビス６が回転力伝達用キー７を介して
ねじ込まれ、キー７は主軸１の先端面よりも下方に突出
した状態でキー溝４内に取り付けられている。この主軸
ｌの端部に装着される工具保持部材８は、先端に工具Ｔ
を装着した円柱状部に続いて、自動工具交換時に交換マ
ンピュレータのアームによって把持されるＶ型グリップ
部９と更に大径のフランジ１０を有し、その端部にシャ
ンク挿入孔２内に挿入されるテーパ状のシャンク部１１
が形成され、フランジ１０の周囲には主軸ｌのキー溝４
に対応する切欠部１２が設けられている。ただし、本実
施例の場合には荷重は主としてフラン９１０部分で受け
るため、シャンク部１１は、主にシャンク挿入孔２へ係
合する時のガイドとして使用されるものであり、その長
さは従来装置の約３分の２程度の長さとされている。

また、第３図、第４図に示すように、フランジｌＯの各
切欠部１２の上面側、つまり主軸１側に四部１３が形成
され、工具保持部材８をシャンク挿入孔２へ挿入したと
き、回転力伝達用キー７がこれらの四部１３に係合して
工具保持部材８を回転方向に固定するようになっている
。工具保持部材８の主軸ｌへの着脱は締付用ナツト１４
を操作して行われ、この締付用ナツト１４は第２図に示
すように、概略的には円環状になっており、その内面上
方には主軸ｌの締付用雄ねじ３と螺合する雌ねじ１５を
、また下方にはフランジ１０の外径より僅かに大きい内
径を有する内周面１６を有し、この内周面１６から中心
方向に向けて、工具保持部材８のフランジ１０を主軸１
の端部に押圧する凸部１７が、工具保持部材８の切欠部
１２に対応して突出して設けられている。

このような締付用ナラ）１４を主軸ｌに螺合して装着し
ておき、凸部１７の位置に工具保持部材８の切欠部１２
を合わせて挿入することにより、シャンク挿入孔２へ工
具保持部材８のシャンク部１１を嵌合することができる
。締付用ナラ）１４の外周には、テーパ状のロック孔１
８が設けられ、このロック孔１８から軸線方向に若干離
れた位置には検知用突起１９が設けられている。ロック
孔１８は通常では第５図に示すように、主軸１の一方の
キー溝４に対して所定角度αだけ隔てられた位置に配置
されている。

また第１図に示すように、工作機械の固定部つまりフレ
ーム２０にロック手段２１が取り付けられており、その
ロックピン２２の先端がロック孔１８に係合できるよう
になっている。本実施例の場合は、ロック手段２１には
流体シリンダ機構が用いられ、そのピストンロッドがロ
ックピン２２として使用され、流体圧力がないときは内
蔵のスプリング２３によってロックピン２２を引き込ま
せるようにされている。第１図の電磁弁２４はこのロッ
ク手段２１へ流体を供給又は排出する三方弁から成る電
磁弁を示している。ロック手段２１の近傍には、締付用
ナラ）１４の検知用突起１９が近付いたとき、これを検
知する例えば近接スイッチから成る検知スイッチ２５が
設けられており、第６図に示すように締付用ナラ）１４
の検知用突起１９と対向したときに、信号を電磁弁２４
の図示しない駆動装置に入力するようになっている。

次に、上述の実施例における工具交換時の工具着脱動作
を説明する。先ず、主軸ｌの回転力伝達用キー７の位置
と、締付用ナツト１４のロック孔１８との位置関係は、
工具取付状態において軸心に対し角度αだけ離れた状態
にあり、この位置関係は不変である。

（１）この状態で主軸ｌが回転して加工が行われ、加工
が終了すれば主軸ｌが停止する。

（２）次いで、ＮＣ装置から工具交換信号が’Ａ　Ｔ　
Ｃ装置へ送信される。

（３）ＡＴＣ装置の図示しない交換アームが移動して、
第１図に示す工具保持部材８のＶ型グリップ部９を把持
する。

（４）次に、主軸１が低速で回動を始め、締付用ナラ）
１４の検知用突起１９が検知スイッチ２５に接近すると
、検知スイッチ２５からの信号によって主軸ｌの回動を
停止すると共に、電磁弁２４を切換えてロック手段２１
のロックピン２２を前進させ、ロー、クピン２２の先端
部をロック孔１８に係合して、締付用チー２ト１４を主
軸１の回転方向に固定する。

（５）続いて、主軸ｌを逆方向の第７図の矢印り方向に
角度αだけ回動し、回転力伝達用キー７の位置とロック
孔１８の位置とを合致させる。それにより、工具保持部
材８の切欠部１２と締付用ナツト１４の凸部１７の位置
が第８図に示すように合致する。

（６）ここで、ＡＴＣ装置の交換アームを下降させれば
、工具保持部材８は自重によって共に下降し主軸１から
取り出される。

以上の手順によって、使用済みの工具保持部材８を取り
外した後に、別の新しい工具保持部材８を主軸ｌに装着
する。この場合に、第７図、第８図の状態にある締付用
ナツト１４を介して主軸１内へ挿入した後に、主軸ｌを
第７図の矢印りと反対方向に角度αだけ回動させれば、
締付用ナツト１４の凸部１７がフランジ１０を押圧して
取り付けが完了する。この際に、主軸１の角度αの回動
量は、工作機械のオリエンテーション機能を用いるもの
であり、またクランプ完了は例えばタイマ等によって実
施することができる。

このように、実施例では工具の着脱操作を主軸１の回転
を利用して行うため、従来のものよりも制御が簡単にな
る。なお、締付用ナツト」４に設けたロック孔１８は、
軸線方向に長くしだ長孔とするか或いは長溝にするのが
望ましい。その理由は、工具保持部材８の着脱動作によ
って締付用ナツト１４が軸線方向に移動するため、その
分の余裕を要するからである。

第９図、第１０図は他の実施例を示し、先の実施例にお
いては締付用ナツト１４に内側を向く凸部１７を形成し
、工具保持部材８のフランジ１０に切欠部１２を設ける
ようにしたが、これらを逆にして締付用ナツト１４に切
欠部２６を有するフランジ２７が設けられ、工具保持部
材８のフランジ１０を除去して切欠部２６に嵌合する凸
部２８が設けられている。そして、凸部２８上には回転
力伝達用キー７が嵌入する凹部２９が設けられている。

更に上述の実施例では、締付用雄ねじ３を主軸１と一体
に設けた場合を示したが、これを第１１図、第１２図に
例示するような別体構造にしてもよい。即ち、外周に雄
ねじ３ａを有するスリーブ部材３０を主軸１ａの端部に
嵌合し、主軸１ａのキー溝４ａとスリーブ部材３０に設
けたキー溝４ｂとを合致させて形成されたキー溝に、回
転力伝達用キー７ａを嵌め込んで取付用ビス６ａにより
締付ければ、主軸１ａにスリーブ部材３０と回転力伝達
用キー７ａとを同時に取り付けることができる。この場
合も、回転力伝達用キー７ａは主・軸１ａの端部から突
出した状態に取り付けられるから、第１図の場合と同様
にトルク伝達機能を果すことができるが、スリーブ部材
３０が交換可能であるため、雄ねじ３ａの寿命に関係な
く主軸１の寿命を長くできるし、また主軸ｌに雄ねじを
加工しなくてもよいという利点がある。

第１図の実施例では、位置決め固定手段として空圧シリ
ンダ機構のロック手段２１を用いた例を示したが、これ
はその他の手段を代替してもよいし、また位置決め固定
手段への信号、つまり解放位置きたときの信号の取り出
しは、従来から周知の種々の方法を採用することができ
る。

更に、工具保持方式は実施例のような所謂りイックチェ
ンジ方式のものが望ましく、また工具締付部のねじは三
角ねじ１台形ねじ、或いはポールねじやローラねじ等を
採用することが可能ではあるが、締付は時の摩耗の点か
ら考慮すれば台形ねじのような形状のものが好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る工具着脱装置は、次に
列挙するような長所を有している。

（１）従来のプルスタッド方式のものに比較して、工具
保持部材を工具先端に近い側で保持できるため、工具把
持剛性が高くなる。

（２）主軸の回転機能を工具の着脱に利用するため、工
具取付部の構造が簡単になる。

（３）その結果、工具保持部の重量を従来よりも軽くで
きるため、高速回転での加工が可能になり、生産性を大
幅に向上することができる。

（４）また、工具保持部を軸方向に短かくできるため、
自動工具交換用アームの移動距離つまり工具着脱時の抜
き出し方向の距離が短かくなり、工具交換時間を短縮す
ることができる。

（５）制御面において、工作機械の主軸のオリエンテー
ション機能を工具交換に活用するため、工具交換のため
の制御装置を簡易化することができ、全体として安価で
かつ操作がし易くなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る工具着脱装置の実施例を示すもので
あり、第１図は第１の実施例を示す断面図、第２図は各
部材を分解した状態の斜視図、第３図は第５図のＣ−Ｃ
線に沿った要部の断面図、第４図は工具保持部材のフラ
ンジの一部の斜視図、第５図は第１図のＡ−Ａ線に沿っ
た断面図。 第６図は同様にＢ−Ｂ線に沿った断面図、第７図、第８
図は主軸とその位置決め固定手段の作用を説明するため
の断面図、第９図、第１０図は他の実施例の斜視図、第
１１図は更に他の実施例の主軸端部の分解斜視図、第１
２図は第１１図の部材を組立てた状態の断面図である。 １．１ａは主軸、２はシャンク挿入孔、３．３ａは締付
用雄ねじ、４はキー溝、７．７ａは回転力伝達用キー、
８は工具保持部材、９はＶ型グリップ部、１０．２７は
フランジ、１１はシャンク部、１２．２６は切欠部、１
３．２９は凹部、１４は締付用ナツト、１５は雌ねじ、
１６は内周面、１７．２８は凸部、１８はロック孔、１
９は検知用突起、２０はフレーム、２１はロック手段、
２２はロックピン、２４は電磁弁、２５は検知スイッチ
、３０はスリーブ部材である。 特許出願人　　株式会社平松機器製作所同　　　黒田精
工株式会社 第３図 第５図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シャンク挿入孔・端面から突出する回転力伝達用キ
   ー・外周面に設けた締付用雄ねじを有する主軸と、前記
   シャンク挿入孔に挿入するシャンク部・前記回転力伝達
   用キーと係合する凹部を有する工具保持部材と、内面に
   前記主軸の締付用雄ねじと螺合する雌ねじを有し前記工
   具保持部材を前記主軸端に押圧するための締付用ナット
   と、固定部に取り付けて工具着脱時に前記締付用ナット
   を前記主軸に対して回転方向に固定するロック手段とを
   備え、該ロック手段により前記締付用ナットをロックし
   た状態で前記主軸を所定角度だけ低速回転させることに
   より、前記工具保持部材を前記主軸に対して着脱するよ
   うに構成したことを特徴とする工具着脱装置。 ２、前記工具保持部材は前記締付用ナットを所定の回転
   位置においてのみ通過し得るようにした特許請求の範囲
   第１項に記載の工具着脱装置。 ３、前記ロック手段は前記締付用ナットの外周面に設け
   たロック用孔と、該孔に係合するロックピンとから成る
   特許請求の範囲第１項に記載の工具着脱装置。 ４、前記ロックピンは流体シリンダ機構により駆動する
   ようにした特許請求の範囲３第項に記載の工具着脱装置
   。 ５、前記締付用ナットはその回転方向位置を検知手段に
   より検知するようにした特許請求の範囲第１項に記載の
   工具着脱装置。 ６、前記主軸の締付用雄ねじは前記主軸の端部に取り付
   けたスリーブ部材の外周面に設けるようにした特許請求
   の範囲第１項に記載の工具着脱装置。