JPS632639A - 工作機械における主軸頭の工具着脱駆動装置 - 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〕 本発明は、例えば立フライス盤等の工作機械における主
軸頭の工具着脱用駆動装置に関し、特に工具の着脱作業
性の改善に関する。

〔従来の技術〕

一般に、立フライス盤等の主軸頭は、スピンドル内に工
具を装着保持し、これを回転駆動するとともに軸方向に
移動させる装置である。この主軸頭として、従来、スピ
ンドル内にドローバーを進退自在に、かつクランプ方向
に付勢して挿入し、該ドローバーを進退させることによ
り、これの先端に係合されたコレットを、上記スピンド
ル内に挿入された工具の内側端部に着脱させ、これによ
って工具をスピンドルに着脱するように構成したものが
ある。この従来構造では、ドローバーをクランプばねで
クランプ方向に付勢することにより工具をクランプし、
かつドローバーをクランプばねの付勢力に抗して圧縮移
動させることによりアンクランプするようになっている
。

−方、本別発明者等は、上記主軸頭のアンクランプ機構
として、仮カムによりピストンを移動させて油圧を発生
する板カム式アンクランプ機構を開発している。これは
、工具交換装置と機械的に連動して回転する板カムによ
り油圧を発生することから、交換作業を高速化できる。

ところが、この機構では、必要なアンクランプ力が大き
くなると、それに伴って大径の板カムを要する問題があ
る。この問題を解決するため、本願発明者等は上Ｓ己従
来の主軸頭と全く異なる構造の主軸頭を開発し、すでに
出願している。この開発に係る主軸頭は、上記ドローバ
ーを保持ばねでクランプ位置に保持するとともに、クラ
ンプばねを圧縮するためのスライド部材をドローバーに
嵌装したことを特徴とするものである。この開発にかか
る主軸頭は、アンクランプに際しては、まずスライド部
材を移動させてクランプばねをアンクランプ方向に圧縮
し、しかる後ドローバーをアンクランプ方向に移動させ
ることによりアンクランプするようになっている。従っ
てドローバーの移動に要する力としては、コレットを移
動させるとともに工具とスピンドルとの嵌合を外すだけ
の力で済むこととなる。その結果この主軸頭では、仮カ
ムを大径化することなく上記板カム式アンクランプ機構
を採用できる。

（発明が解決しようとする問題点〕 ところで、上記開発に係る主軸頭では、スライド部材及
びドローバーを異なるタイミングで移動させるように構
成する必要があり、しかも工具の着脱作業性を向上する
ためには、上記板カム式アンクランプ機構を作動させる
ことなく、手動操作によりアンクランプできることが望
ましい。

このような手動のアンクランプを実現するには、例えば
、上記クランプばねの圧縮用油圧供給源及びドローバー
移動用板カム式油圧供給源の他に、さらにドローバー移
動用油圧供給源を設けることが考えられる。しかしなが
ら、このような多数の油圧供Ｍ源を工作機械内に設ける
ことは、スペース的に非常に困難であり、しかも設備コ
ストが大幅に上昇する問題点がある。

本発明の目的は、上述のようなスペース、設備コストの
問題が生じることなく、工具交換装置との機械的な連動
によるアンクランプ及び手動によるアンクランプが可能
で、工具の交換作業性を向上できる工作機械における主
軸頭の工具着脱駆動装置を提供する点にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ドローバーをクランプ位置に付勢保持すると
ともに、これにスライド部材をクランプ方向に付勢して
嵌装した主軸頭において、上記スライド部材をアンクラ
ンプ方向に移動させた後、ドローバーをアンクランプ方
向に移動させるようにした工具着脱駆動装置であって、
上記スライド部材を移動させる第１シリンダにエアブー
スタ式油圧供給源を、ドローバーを移動させる第２シリ
ンダに仮カム式油圧供給源をそれぞれ接続し、上記エア
ブースタ式油圧供給源を補助通路により第２シリンダに
接続するとともに、該補助通路に開閉弁を介設したこと
を特徴としている。

〔作用〕 本発明では、ドローバー、スライド部材の移動工程を分
離したので、ドローバーを移動するのに要する力は非常
に小さくて済み、ドローバーの移動装置として、板カム
式アンクランプ機構を採用でき、着脱作業を高速化でき
る。

また、上記ドローバーは開閉弁を開くことにより、エア
ブースタ式油圧供給源からの油圧によっても移動させる
ことができ、従って工具交換装置に機械的に連動してア
ンクランプできるとともに、手動によっても自由にアン
クランプでき、それだけ工具の交換作業性が向上する。

しかもこの場合、手動によるアンクランプは、クランプ
ばねを圧縮するためのエアブースタ式油圧供給源からの
油圧を利用して行うようにしたので、油圧供給源の増加
による必要スペースの拡大、設備コストの上昇の問題が
生じることもない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第３図は本発明の一実施例による立フライ
スにおける主軸頭の工具着脱駆動装置を説明するための
図であり、これは主軸頭が上下するいわゆるベツド形立
フライス盤の例である。第３図において、１は基礎面上
に固着されるベースで、該ベース１上には、サドル２が
図示Ｙ方向に移動可能に配設され、該サドル２上にはテ
ーブル３が図示Ｘ方向に移動可能に配設され、また上記
ベース１上にはコラム４が立設されている。また５は工
具交換装置、７は該装置５の工具交換用アームであり、
該アーム７はこれの両端に形成された把持爪で工具３１
を把持し、この状態で下降し、１８０°回転した後上昇
するように構成されている。なお６は操作盤である。

そして、上記コラム４には主軸ｔｌｌｌｏが図示Ｚ方向
に移動可能に配設されている。この主軸［１０のボディ
１１内にはスピンドル１２が複数の軸受１３により回転
自在に挿入支持されている。このスピンドル１２は円筒
状のもので、これの下端部内面にはテーパ状の工具保持
部１２ａが形成され、その少し上方には円筒状のストッ
パ１２ｂが形成されている。

また、上記スピンドル１２内にはドローバ−１４が上下
動自在に挿入されている。このドローバー１４は棒状の
もので、その下端部にはコレット１５が係合されており
、このコレット１５の先端部は工具３１の上端部に係脱
可能にならている。

また上記ドローバ−１４の上端部にはフランジ部１４ｂ
が一体形成されており、このドローバ−１４、スピンド
ル１２の上端部間には、筒状のスライドＭ１６が所定距
離だけ摺動できるように挿入されている。このスライド
筒１６の内面には、上方、つまりクランプ方向に移動し
たときドローバ−１４と当接する係止部１６ａが形成さ
れており、またその上端部はドローバ−１４より上方に
突出している。そしてこのスライド筒１６の下端面と上
記ストッパ１２ｂとの間には多数の皿ばねからなるクラ
ンプばね１７が配設され、該スライドｆｉ４１６の上部
と上記ドローバ−１４のフランジ部１４ｂとの間にはコ
イルばねからなる保持ばね１８が配設されている。

また上記ボディ１１の上端には工具着脱駆動装置２０が
装着されている。この工具着脱駆動装置２０は親子式ア
ンクランプシリンダ２１と、エアブースタ式油圧供給装
置２２と、板カム式油圧供給装置２３とから構成されて
いる。

上記アンクランプシリンダ２１は、上記スライド筒１６
を押圧するための第１シリンダ３２と、上記ドローバー
１４を押圧するための第２シリンダ３３とからなる。上
記第１シリンダ３２のシリンダボディ２１ａは、上記ボ
ディ１１に固着され、該シリンダボディ２１ａ内に挿入
されたピストンロッド２１ｂ内には上記第２シリンダ３
３のピストンロフト２１ｃが挿入されている。つまり上
記第１シリンダ３２のピストンロッド２１ｂは第２シリ
ンダ３３のシリンダボディを兼用している。

なお、２１ｄ、２１＠は各ピスト７０７ド２１ｂ。

２１ｃをクランプ状態に移動させるための復帰ばねであ
る。

上記エアブースタ式油圧供給装置２２ば、エアブースタ
２４のピストン２４ｃに空気圧を加えることによってピ
ストンロッド２４ｄで油圧を発生するよう構成されてい
る。またエアブースタ２４のエア室２４ａは、エア供給
通路２５ａを介してエア供給源２５に接続されており、
該通路２５Ｂには切替え弁２５ｂが介装されている。ま
たエアブースタ２４のオイル室２４ｂはオイル供給通路
２６ａを介してオイルチャージタンク２６に接続されて
おり、該通路２６ａには逆止弁２６ｂ、開閉弁３０が介
装されている。このオイルチャージタンク２６はオイル
室２４ｂに作動油を供給するためのものであり、咳タン
ク２６の上端はエア通路２５ｃを介してエア供給源２５
に接続されており、該通路２５ｃには減圧弁２５ｄ、切
替え弁２５ｅが介装されている。

また上記開閉弁３０は、仮カム式油圧供給装置２３を作
動させない場合に、手動で工具をアンクランプできるよ
うにする゛とともに、安全弁として作動させるためのも
のであり、第２図の模式図に示す構造になっている。

即ち、この開閉弁３０は入側、出側開口３０ａ。

３０ｂを有する本体３０ｃ内に、開閉プレート３０ｄを
図示上下動可能に、かつ出側開口３０ｂを閉塞可能に配
置し、該開閉プレート３０ｄを付勢ばね３Ｑｅで閉方向
に付勢するとともに、該開閉プレート３０ｄを通電時に
開放するソレノイド３０ｆを配置して構成されている。

また、上記オイル供給通路２６ａの、開閉弁３０とエア
ブースタ２４との間から第１油圧供給通路２６ｄが、ま
た開閉弁３０と逆止弁２６ｂとの間から第２油圧供給通
路２６ｅがそれぞれ分岐されており、これらはそれぞれ
上記第１シリンダ３２の第１油圧室２１ｆ、第２シリン
ダ３３の第２油圧室２１ｇに接続されている。なお、上
記第２油圧供給通路２６ｅは可撓性ホースからなる。

また、上記板カム式油圧供給装置２３は、図示しない駆
動モータによって回転駆動される円板状の油圧発生用板
カム２７と、これにより駆動される油圧発生シリンダ２
８とからなり、該シリンダ２８の油圧室２８ａは油圧供
給ホース２８ｂにより上記第２シリンダ３３の第２油圧
室２１ｇに接続されている。なお、上記駆動モータには
上記工具交換アーム７を回転駆動するための交換用板カ
ムが上記油圧発生用板カム２７と同軸上に固定されてお
り、この画板カムは連動して回転することとなる。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例装置において、工具３１がクランプされた状態
では、第１図に示すように、スライド筒１６はクランプ
ばね１７でその上端位置に移動され、これによりドロー
バ−１４が上方に移動されて、コレット１５をクランプ
位１に引き上げており、その結果工具３１はスピンドル
１２の工具保持部１２ａ内にクランプ状態で保持されて
いる。

そして、上記状態において、工具３１を交換する場合の
動作は以下の工程で行われる。

■　まず、工具交換装置と連動している場合において、
工具３１を交換するには、まず主軸ｆｆ１１０がコラム
４に沿って、その上昇端である工具交換位置に上昇する
のであるが、この場合、上昇の途中において、切替え弁
２５ｂが第１図と逆位１の導通位置に切換えられる。す
ると、エア供給源２５から、例えば５　ｋｇ　／　ｃｄ
の圧縮空気がエアブースタ２４のエア室２４ａに供給さ
れる。するとこれにより、オイル室２４ｂ内の油圧が例
えば６０ｋｇ／−になるとともに、この作動油が第１油
圧供給通路２６ｄを通って第１シリンダ３２の第１油圧
室２１ｆに供給される。なお、この工具交換装置との連
動時は開閉弁３０は閉じている。

■　すると、上記作動油により、第１シリンダ３２のピ
ストンロッド２１ｂが下降してスライド筒１６の上端を
押圧してクランプばね１７を圧縮する。この時ドローバ
−１４は保持ばね１Ｂによって上昇端のクランプ位置に
保持されているから、工具３１は該ドローバ−１４によ
り下端部のコレット１５を介してクランプ位置に保持さ
れている。

■　そして主軸ｆｆ１ｌｏが上端の工具交換位置に上昇
するとへ上記駆動モータが起動し、交換用板カムにより
工具交換用アーム７が回転駆動され、その把持爪が各工
具を把持し、これに続いて油圧発生用板カム２７の回転
により油圧発生シリンダ２日のピストン２８ｃが前進し
、油圧室２８ａからの作動油が第２シリンダ３３の第２
油圧室２１ｇに供給される。

■　上記作動油の供給により、第２ピストンロッド２Ｉ
Ｃが下降してドローバ−１４を保持ばね１８の付勢力に
抗して下降させる。すると、これによりドローバ−１４
の下端に係合しているコレラ）１５も下降され、外方に
拡開してこれと工具３１との保合が外される。そしてこ
れとともにドローバー１４の下端部で工具３１の上端を
押圧することにより、工具３１とスピンドル１２との嵌
合が外されることとなる。

■　そして、次に、上記工具交換アーム７が工具を把持
した状態で下降し、１８０＠回転した後上昇することに
より、スピンドル１２に装着されていた工具が工具交換
装置５のポット内に収納されるとともに、装着しようと
する工具がスピンドル１２内に挿入されることとなる。

なお、この工具をクランプする場合は、工具をスピンド
ル１２内に押入した状態で上述の第１．第２シリンダ３
２．３３を元に戻せば、これによりドローバ−１４が保
持ばね１８によって元に戻るとともに、クランプばね１
７の付勢力によってスライド筒１６を介してクランプ方
向に付勢され、これにより所定のクランプ力でもって、
工具３１はスピンドル１２内にクランプされる。

■　また、手動によってアンクランプする場合は、上記
主軸！！ＩＩＯが上端に上昇した後、作業者が工具３１
を手で持ち、この状態で、開閉弁３０を開側に切り替え
る。すると、エアブースタ２４からの油圧が第２油圧通
路２６８を通って第２油圧室２１ｇに供給され、これに
より上記油圧発生シリンダ２８から油圧が供給された場
合と同様にして、ドローバー１４が下降され、工具３１
はアンクランプされる。

ここで、上記開閉弁３０は手動によりアンクランプする
場合の他、エアブースタ２４の油圧室２４ｂへの作動油
の補給弁、及び安全弁として作用する。ｍち、この開閉
弁３０は通常は開になっており、これによりオイルチャ
ージタンク２６内の作動油が、減圧弁２５ｄにより調整
された空気圧に応じた圧力で供給され、その結果リーク
等による作動油の減量分が補給されることとなる。

また、例えば板カム式油圧供給装置２３から油圧を供給
している際において、何らかのトラブルによってドロー
バ−１４が下降しなくなると、第２油圧室２１ｇ内の油
圧が異常に上昇することとなるが、この場合、上記開閉
弁３０が付勢ばね３Ｑｅの設定圧力に応じた圧力でもっ
て開放され、七の結果、上記異常昇圧は防止される。

このように本実施例では、クランプばね１７を圧縮する
工程と、ドローバ−１４をアンクランプ方向に移動させ
る工程とを分離したので、ドローバ−１４のアンクラン
プ方向への移動に要する力としては、保持ばね１８の付
勢力と、コレット１５を移動させるとともに、工具３１
とスピンドル１２の保持部１２ａとの嵌合を外すのに必
要な力との和だけという、非常に小さい力で済む、従っ
てこのドローバ−１４を移動させるための第２シリンダ
３３への作動油の油圧発生機構として、上述の板カム式
油圧発生機構を、板カムを大型化することなく採用でき
る。

また、本実施例装置では、第１シリンダ３２によってク
ランプばね１７を圧縮した場合においても、ドローバ−
１４は保持ばね１８でクランプ位置に保持されているか
ら、クランプばね１７を圧縮した状態ではまだ工具３１
はスピンドル１２から外れることはない、従って工具交
換用アーム７で工具３１を把持する前の段階で、予めク
ランプばね１７を圧縮しておくことができるから、上述
のアンクランプ動作を２工程に分離したために作業時間
が長くなることはなく、結局本実施例では、上述の仮カ
ム式アンクランプ機構を採用できたことにより、工具交
換時間が従来の６〜７秒から２゜５〜３秒に短縮できた
。

また、本実施例では、クランプばね１７の圧縮用エアブ
ースタ式油圧供給装置２２からの油圧を、ドローバ−１
４の駆動用第２シリンダ３３の第２油圧室２１ｇに開閉
弁３０を介して供給するようにしたので、工具交換装置
との非連動時、つまり仮カム式油圧供給装置２３を作動
させない場合は、手動によって工具を取り外すことがで
きる。そしてこの場合、クランプばね１７の圧縮用エア
ブースタ２４をドローバー１４の移動用エアブースタに
兼用したので、エアブースタが１つで済み、設置スペー
スの拡大、設備コストの上昇を抑制できる。

さらにまた、上記開閉弁３０は第２油圧室２１ｇ内の油
圧が所定値以上に上昇した場合に解放される安全弁とし
て作用するから、異常昇圧による装置の破損を防止でき
る。

なお、上記実施例ではアンクランプシリンダ２１が親子
型シリンダの場合について説明したが、これは勿論他の
型式のシリンダであってもよい。

また、上記実施例では立フライス盤に通用した場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限らず、横フライス盤
、旋盤等の工具交換装置を備えた工具機械に適用すれば
存効である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る工作機械における主軸頭の
工具着脱駆動装置によれば、スライド部材を移動させる
第１シリンダにエアブースタ式油圧供給源を、ドローバ
ーを移動させる第２シリンダに板カム式油圧供給源をそ
れぞれ接続し、上記エアブースタ式油圧供給源を補助通
路により第２シリンダに接続するとともに、該補助通路
に開閉弁を介設したので、坂カム式アンクランプ機構に
よるアンクランプが可能であるとともに、手動によるア
ンクランプも可能であり、工具交換作業性を向上できる
効果がある。しかもこの場合、クランプばね圧縮用エア
ブースタをアンクランプ用エアブースタに兼用したので
、エアブースタが１つで済み、設置スペースの拡大、コ
スト上昇を抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による主軸頭の工具着脱駆動
装置の概略構成図、第２図はその開閉弁の模式図、第３
図は上記実施例が通用された立てフライス盤の斜視図で
ある。 図において、１０は主軸頭、１２はスピンドル、１４は
ドローバー、１６はスライド筒（スライド部材）、２０
は工具着脱駆動装置、２１はアンクランプシリンダ、２
１ｆ、２１ｇは第１．第２油圧室、２２はエアブースタ
式油圧供給源、２３は板カム式油圧供給源、２６ｅは第
２油圧供給通路（補助通路）、３０は開閉弁、３１は工
具、３２は第１シリンダ、３３は第２シリンダである。 第１図 ２！５＼ 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具を保持するスピンドル内にドローバーを進退
   自在に、かつクランプ方向に付勢して挿入し、該ドロー
   バーの端部にスライド部材を該ドローバーと当接可能に
   、かつクランプ方向に付勢して嵌装し、ドローバーを進
   退させることにより工具をスピンドルに着脱するように
   した工作機械の主軸頭において、上記スライド部材及び
   ドローバーをアンクランプ方向に移動させる工具着脱駆
   動装置であって、上記スライド部材、ドローバーをそれ
   ぞれアンクランプ方向に移動させる第１、第２シリンダ
   からなるアンクランプシリンダを設け、主軸頭の工具交
   換位置への軸方向移動に伴って回転する板カムにより油
   圧発生用シリンダのピストンを移動させて油圧を発生す
   るようにした板カム式油圧供給源を設け、該板カム式油
   圧供給源を上記第２シリンダの油圧室に接続し、空気圧
   によりエアブースタのピストンを移動させて油圧を発生
   するようにしたエアブースタ式油圧供給源を設け、該エ
   アブースタ式油圧供給源を上記第１シリンダ、及び第２
   シリンダの油圧室に接続するとともに、該エアブースタ
   式油圧供給源と第２シリンダの油圧室との間に開閉弁を
   介設したことを特徴とする工作機械における主軸頭の工
   具着脱駆動装置。
2. （２）上記アンクランプシリンダが、第１シリンダのピ
   ストンロッドが第２シリンダのシリンダボディを兼ねて
   なる親子シリンダであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の工作機械における主軸頭の工具着脱駆動
   装置。