WO2010026614A1 - アンクランプ用油圧発生装置 - Google Patents

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WO2010026614A1
WO2010026614A1 PCT/JP2008/002397 JP2008002397W WO2010026614A1 WO 2010026614 A1 WO2010026614 A1 WO 2010026614A1 JP 2008002397 W JP2008002397 W JP 2008002397W WO 2010026614 A1 WO2010026614 A1 WO 2010026614A1
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WO
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plunger
hydraulic pressure
cam
unclamping
recess
Prior art date
Application number
PCT/JP2008/002397
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
北浦一郎
宗近隆幸
Original Assignee
パスカルエンジニアリング株式会社
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Publication date
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Priority to PCT/JP2008/002397 priority Critical patent/WO2010026614A1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
    • F04B9/04—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
    • F04B9/042—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms the means being cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/26—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B31/00—Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/24—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/30—Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using fluid-pressure means in the chuck
    • B23B31/302—Hydraulic equipment, e.g. pistons, valves, rotary joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/02—Cams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/062—Electric motors

Definitions

  • the present invention relates to an unclamping hydraulic pressure generator for supplying and discharging hydraulic pressure to an unclamping hydraulic cylinder that releases a clamp mechanism that clamps a tool to a spindle of a machine tool.
  • the spindle head is first moved to a specific position.
  • the tool changing arm is rotated from the retracted position to the changing position, and one end of the tool changing arm is engaged with the tool holder of the spindle, and the other end of the tool changing arm is received in the tool magazine pot. Engage with the target tool holder.
  • the clamp mechanism that clamps the tool holder on the spindle is released.
  • the tool change arm is lowered and the tool holder is extracted from the spindle, and then rotated 180 degrees.
  • the tool changing arm is raised and the tool holder to be used is mounted on the main shaft, and then the clamping mechanism is clamped.
  • the tool change arm is rotated to the retracted position.
  • the draw bar is connected to the clamp mechanism that clamps the tool holder to the spindle, and the draw bar protrudes to the base end side of the spindle.
  • the unclamping hydraulic cylinder that releases the clamp mechanism clamps the draw bar by the hydraulic pressure supplied from the outside.
  • the clamp mechanism is unclamped by being driven by a predetermined stroke.
  • Various unclamping hydraulic pressure generators for supplying hydraulic pressure to the unclamping hydraulic cylinder have been proposed.
  • Patent Document 1 a cam member rotated by an electric motor, a swing arm having a cam follower engaged with a cam groove of the cam member, and a drive member driven by the electric motor via the cam member and the swing arm.
  • a spindle tool clamp / clamp release device including a plunger pump and a mechanism that interlocks an elevating mechanism that elevates and lowers a cam member and a tool exchange arm is disclosed.
  • the unclamping hydraulic pressure is generated by operating the plunger pump in conjunction with the lifting and lowering operation of the tool changing arm.
  • Patent Document 2 discloses a tool clamp / clamp release device based on the same principle as that of the tool clamp / clamp release device disclosed in Patent Document 1. This device is also provided with an accumulator for storing excess hydraulic pressure generated by the plunger pump.
  • Patent Document 3 a hydraulic pump driven by an electric motor, an electromagnetic directional control valve for switching an oil passage for supplying hydraulic pressure from the hydraulic pump to an unclamping hydraulic cylinder, and an automatic tool changer are synchronized with the operation.
  • a tool changer that includes a control unit for driving and controlling the electric motor, and drives the electric motor only when changing the tool.
  • the unclamping hydraulic pressure generator employs a configuration in which a plunger pump is driven by an electric motor via a cam mechanism, and an AC motor with a speed reducer, no brake mechanism, and no servo mechanism is adopted as the electric motor, The AC motor is driven every time the tool is changed, and the AC motor is driven and controlled based on a detection signal from a limit switch that detects the upper limit position and the lower limit position of the change arm of the automatic tool changer, thereby generating unclamping hydraulic pressure .
  • a limit switch that detects the upper limit position and the lower limit position of the change arm of the automatic tool changer
  • the automatic tool changer pulls out the tool holder from the spindle and installs a new tool holder, it takes a predetermined time. It needs to be stopped. In addition, after unclamping, it is necessary to stop the cam member of the cam mechanism at a predetermined initial position where the plunger is retracted to the maximum.
  • An object of the present invention is to provide an unclamping hydraulic pressure generator that can improve the stopping accuracy of a cam member of a cam mechanism that drives a plunger pump that generates unclamping hydraulic pressure, and is small and inexpensive without a brake mechanism or a servo mechanism.
  • An unclamping hydraulic pressure generator that can employ a simple electric motor is provided.
  • the present invention is premised on an unclamping hydraulic pressure generator for supplying and discharging hydraulic pressure to an unclamping hydraulic cylinder for releasing a clamp mechanism for clamping a tool to a spindle of a machine tool.
  • the present invention has a main body case, a plunger pump that is vertically installed in the main body case and has a discharge port at a lower end portion thereof, and is rotatably attached to an upper end portion of a plunger member of the plunger pump by a horizontal support pin.
  • a cam mechanism including a driven roller and a cam member having an outer peripheral cam surface that is in contact with the upper end of the outer peripheral surface of the driven roller; and an electric motor with a speed reducer for rotationally driving a support shaft that is penetrated and fixed to the cam member; A first recess formed in a portion of the outer peripheral cam surface of the cam member that engages with the driven roller when the plunger member reaches top dead center, and a plunger member of the outer peripheral cam surface of the cam member is And a second recess formed in a portion that engages with the driven roller when the dead center is reached.
  • the cam member by engaging the first recess formed on the outer peripheral cam surface of the cam member with the driven roller, the cam member can be accurately stopped when the plunger member of the plunger pump reaches the top dead center. it can. Further, by engaging the second recess formed on the outer peripheral cam surface of the cam member with the driven roller, the cam member can be accurately stopped when the plunger member of the plunger pump reaches the bottom dead center. Therefore, it is possible to employ an electric motor without a brake mechanism or a servo mechanism, thereby reducing manufacturing costs. In addition, it is possible to increase the speed of automatic tool change.
  • the present invention may employ the following configuration in addition to the above configuration.
  • the electric motor is a short-time rated high torque motor that exhibits higher torque than a continuous rated motor of the same capacity.
  • the electric motor is activated every time the tool is changed, and the automatic tool changing arm is operated.
  • Control means for controlling the electric motor is provided so that the rotation of the cam member is synchronized.
  • a rotation restricting mechanism is provided for restricting the plunger member from rotating about its vertical axis.
  • a hydraulic pressure generating cam surface portion extending from the first recess to the second recess in the direction opposite to the rotation direction of the cam member is opposite to the rotation direction of the cam member. It was formed longer than the return cam surface portion from the second recess to the first recess.
  • the cam member is formed so that the descending time for the plunger member to move from the top dead center to the bottom dead center is longer than the ascending time for the plunger member to move from the bottom dead center to the top dead center.
  • a plunger is formed at a lower end portion of the plunger member of the plunger pump, and a plunger hole into which the plunger is inserted is formed at a lower end portion of the plunger pump.
  • An oil storage chamber for storing oil to be supplied to the plunger pump was formed in a portion corresponding to the outer peripheral side portion of the lower portion of the pump.
  • a taper portion that decreases in diameter toward the bottom is formed on the outer periphery of the lower end portion of the plunger, and when the plunger member is at top dead center, the plunger hole and the oil storage chamber communicate with the outer periphery side of the taper portion. A communication gap was formed.
  • the plunger is provided with a recessed hole having an open lower end, and a compression coil spring is mounted on the recessed hole and the plunger hole to elastically bias the plunger member upward.
  • An oil replenishment recess having a predetermined size is formed in a top view of the main body case in a plan view, and a fluid passage is formed in the main body case to communicate the oil replenishment recess with the upper end of the oil storage chamber. It was done.
  • An accumulator connected to a discharge port for discharging hydraulic pressure from the plunger hole is provided.
  • FIG. 1 is a sectional view of a spindle unit of a machining center provided with an unclamping hydraulic pressure generator according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view of the hydraulic pressure generator for unclamping. It is a top view of the hydraulic pressure generator for unclamping. It is a side view of the hydraulic generator for unclamping. It is a vertical front view of the unclamping hydraulic pressure generator.
  • FIG. 6 is a side view taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 5.
  • cam member It is explanatory drawing of a cam member. It is a block diagram of the control system of a machining center and a hydraulic pressure generator. It is a time chart of a plunger member stroke. It is a time chart of the piston stroke of the unclamping hydraulic pressure generator. It is a time chart of an ACT arm turning angle. It is a time chart of an ACT arm stroke.
  • an unclamping hydraulic pressure generator 30 is provided on an unclamping hydraulic cylinder 20 for releasing a clamp mechanism 15 that clamps a tool on a spindle 2 of a spindle unit 1 of a machining center (machine tool). It is a device for supplying and discharging hydraulic pressure.
  • the spindle unit 1 of the vertical machining center, the clamp mechanism 15, the unclamping hydraulic cylinder 20, and the like will be described.
  • the tip side portion of the main shaft 2 of the main shaft unit 1 is rotatably supported by the main shaft case 5 of the main shaft unit 1 via a plurality of bearings 4a.
  • the central portion of the main shaft 2 is rotatably supported by the main shaft case 5 via a bearing 4b.
  • a through hole 6 extending substantially over the entire length is formed at the center of the main shaft 2, and a draw bar 7 is movably mounted in the axial direction in the through hole 6.
  • a coolant supply path 9 that supplies coolant to the tool holder 8 is formed at the center of the draw bar 7.
  • An annular spring mounting hole 11 is formed outside the draw bar 7 inside the through hole 6 in the central portion of the main shaft 2, and the disc spring stacked body 12 in which a plurality of disc springs are stacked is elastically compressed in the spring mounting hole 11.
  • the draw bar 7 is strongly elastically biased upward by the disc spring laminate 12.
  • the main part of the clamp mechanism 15 that fixes the tool holder 8 mounted in the tapered hole 3 a of the main spindle body 3 to the main spindle 2 is provided at the front end of the draw bar 7 inside the front end of the main spindle 2.
  • the clamp mechanism 15 is of a type that clamps the pull stud 8 a at the tip of the tool holder 8 by the elastic force of the disc spring laminate 12 and a plurality of collets 16, but is not limited to this clamp mechanism 15. Also, a ball lock type clamp mechanism or other clamp mechanisms may be used.
  • a small-diameter cylindrical portion 7 a is integrally formed at the upper end portion of the draw bar 7.
  • an annular pressing member 14 is fitted and fixed to the small-diameter cylindrical portion 7 a, and the pressing member 14 and the draw bar 7 are integrally moved up and down relative to the main shaft body 3. .
  • a tubular member 18 that extends downward is fixedly fitted to the tip of the output shaft 17a of the electric motor 17 erected above the main shaft 2.
  • the upper end portion of the draw bar 7 is inserted into the lower end portion of the cylindrical member 18.
  • the tubular member 18 is connected to the upper end portion of the main spindle body 3 via the pressing member 14, and transmits the rotational driving force of the electric motor 17 to the main spindle 2.
  • a coolant supply path 19 formed on the output shaft 17 a of the electric motor 17 is connected to the coolant supply path 9 inside the draw bar 7.
  • the unclamping hydraulic cylinder 20 includes a cylinder body 21 fixed to the spindle case 5, an annular piston member 22, a hydraulic working chamber 24 formed on the upper side of the piston member 22, and a biasing force on the piston member 22.
  • a spring member 25 a hydraulic pressure supply port 26, and a hydraulic hose 28 that connects the hydraulic pressure supply port 26 to a discharge port 33 of an unclamping hydraulic pressure generator 30 described later.
  • an unclamping hydraulic pressure generator 30 includes a main body case 31, a plunger pump 50 incorporated in the main body case 31 in an upright posture, an accumulator 59, a driven roller 61, and a cam.
  • a cam mechanism 60 including a member 63; a rotation restricting mechanism 86 for the plunger member 51 of the plunger pump 50; an electric motor 90 with a speed reducer that drives the plunger pump 50 via the cam mechanism 60;
  • a control unit 100 for driving and controlling the oil, an oil storage chamber 40 formed in the main body case 31, an oil supply recess 95, two fluid passage pressures 99a and 99b, and the like.
  • the main body case 31 includes a lower end case 32, a plunger case 35, a cylindrical case 38, a middle case 42, an upper case 45, and the like.
  • the lower end case 32 is fixed to the plunger case 35 by a plurality of bolts, and the plunger case 35, the middle case 42, and the upper case 45 are fixed by a plurality of positioning pins 47 and a plurality of bolts.
  • the lower end case 32 is formed with a discharge port 33 and an oil passage 34 of the plunger pump 50, and an accumulator 59 for storing extra hydraulic pressure is connected to the oil passage 34.
  • a vertically oriented rod hole 36 and a plunger hole 37 connected to the lower end of the rod hole 36 are concentrically and communicated.
  • the lower end of the plunger hole 37 communicates with the discharge port 33.
  • a cylindrical case 38 is fitted on the lower part of the plunger case 35, and the plunger case 35 and the cylindrical case 38 form an oil storage chamber 40 positioned on the outer peripheral side of the plunger pump 50. Oil to be supplied to the plunger pump 50 is stored in the oil storage chamber 40.
  • the annular oil storage chamber 40 is sealed by three seal members 40a.
  • the middle case 42 has an annular plate portion 42 a and a cylindrical portion 42 b, and the middle case 42 is mounted in a state of being sandwiched between the plunger case 35 and the upper case 45.
  • a seal member 42c is attached to the outer peripheral portion of the cylindrical portion 42b.
  • the plunger pump 50 is inserted into a rod hole 36 and a plunger hole 37, a plunger member 51 movably mounted in the rod hole 36 and the plunger hole 37, and a plunger hole 37 formed in the lower end portion of the plunger member 51. And a rod portion 53 integrally formed with the plunger 52 at the upper portion of the plunger member 51.
  • the plunger hole 37 is formed in the lower end portion of the plunger pump 50.
  • the plunger member 51 is driven up and down by the electric motor 90 with a speed reducer via the cam mechanism 60, and the plunger 52 is driven back and forth into the plunger hole 37 to generate hydraulic pressure, and the hydraulic pressure is discharged from the discharge port 33.
  • the lower end portion of the rod hole 36 is communicated with the oil storage chamber 40 via an annular recess 55a and a hole 55b.
  • the outer periphery of the lower end portion of the plunger 52 is formed with a tapered portion 52a that decreases in diameter toward the lower side.
  • a tapered surface 37 a that increases in diameter upward is also formed at the upper end of the plunger hole 37.
  • the plunger 52 is formed with a concave insertion hole 52b having an open lower end, and a compression coil spring 57 for elastically urging the plunger member 51 upward is attached to the concave insertion hole 52b and the plunger hole 37.
  • a seal member 37b is attached to the plunger hole 37 below the tapered surface 37a.
  • a wear ring 36 a and two-stage seal members 36 b and 36 c are attached to the wall portion of the rod hole 36.
  • the cam mechanism 60 includes a driven roller 61 rotatably attached to the upper end portion of the plunger member 51 by a horizontal support pin 62, and an upper end of the outer peripheral surface of the driven roller 61.
  • a cam member 63 having an outer peripheral cam surface 64 in contact with the cam member 63 and a support shaft 71 penetrating and fixed to the cam member 63 are provided.
  • the cam member 63 is rotationally driven by rotationally driving the support shaft 71 by an electric motor 90 with a reduction gear.
  • the driven roller 61 protrudes upward from the restriction hole 53a at the upper end of the rod portion 53 of the plunger member 51, and the position of the driven roller 61 is restricted by the restriction hole 53a.
  • the support shaft 71 that supports the cam member 63 is an output shaft of the electric motor 90 with a speed reducer.
  • the electric motor 90 with a reduction gear is fixed to the upper case 45 by fitting the fitting portion 91a of the reduction gear case into the fitting hole 45a of the upper case 45 via the ring 91b.
  • the proximal end and the distal end of the support shaft 71 are supported by the upper case 45 by bearings 72.
  • the cam member 63 is rotationally restrained with respect to the support shaft 71 by a key, and its axial position is restricted by annular spacers 74a and 74b.
  • the position of the spacer 74 a is regulated by a bearing 72, and the position of the bearing 72 is regulated by a sealing member 76.
  • the fitting cylinder portion 76a of the sealing member 76 is fitted into the hole 45b of the upper case 45 and sealed with the sealing member 76b.
  • An oil seal 77 is mounted between the support shaft 71 and the fitting cylinder portion 76a.
  • a disk member 79 for controlling the electric motor 90 is mounted on the outer end of the support shaft 71 outside the sealing member 76, and two proximity switches 81 for detecting the disk member 79 are provided in the upper case. 45.
  • the plunger member 51 is at the top dead center (upper limit position) when the driven roller 61 abuts on the point A, and the bottom dead center when the driven roller 61 abuts on the point B. (Lower limit position).
  • the disk member 79 and the two proximity switches 81 By the disk member 79 and the two proximity switches 81, a point A corresponding to the top dead center of the plunger member 51, a point B corresponding to the bottom dead center, and a first point C (from the point A before the top dead center).
  • a position of 10 ° in the rotation direction of the cam member 63 and a second point D before the bottom dead center are detected. ing.
  • the electric motor 90 is turned off when the first point C of the cam member 63 contacts the driven roller 61.
  • the electric motor 90 is turned off when the second point D of the cam member 63 contacts the driven roller 61.
  • a cover member 83 that covers the outside of the disk member 79 is provided, and the cover member 83 is fixed to the upper case 45 with a plurality of bolts.
  • the cam housing chamber 85 in which the cam mechanism 60 in the upper case 45 is housed communicates with the gear housing chamber in the speed reducer case 91 of the electric motor 90 with a speed reducer, and the cam housing chamber 85 and the gear housing chamber are lubricated. Filled with oil.
  • the outer peripheral surface of the rod portion 53 of the plunger member 51 is also lubricated with the lubricating oil.
  • the plunger case 35 is formed with a lubricating oil escape path 35a for discharging a part of the lubricating oil.
  • a portion of the outer peripheral cam surface 64 of the cam member 63 that engages the driven roller 61 when the plunger member 51 reaches the top dead center is engaged with the upper end of the driven roller 61.
  • One recess 65 is formed.
  • a second recess 66 that engages the upper end of the driven roller 61 is formed in a portion of the outer peripheral cam surface 64 of the cam member 63 that engages with the driven roller 61 when the plunger member 51 reaches the bottom dead center. ing.
  • the first recess 65 is recessed in a partial arc shape toward the center point of the cam member 63
  • the second recess 66 is recessed in a partial arc shape toward the center point of the cam member 63.
  • both side portions of the point A have a flat shape as a whole, but the radius from the axis P of the cam member 63 is minimized at the position of the point A in the first recess 65.
  • both side portions of the point B are curved as a whole, but the radius from the axis P of the cam member 63 is minimized at the position of the point B in the second recess 66.
  • the spring 57 that biases the plunger member 51 upward is a spring 57 that exerts a strong elastic force
  • the plunger member 51 becomes top dead center.
  • the rotation of the cam member 63 stops.
  • the rotation of the cam member 63 stops at the point B where the plunger member 51 becomes the bottom dead center.
  • the cam surface portion 67 for generating hydraulic pressure that extends from the first recess 65 to the second recess 66 in the direction opposite to the rotation direction of the cam member 63 (the arrow direction in FIG. 10) It is formed longer than the return cam surface portion 68 from the second recess 66 to the first recess 65 in the direction opposite to the rotation direction of the member 63. That is, the cam member 63 is formed so that the descending time for the plunger member 51 to move from the top dead center to the bottom dead center is longer than the rising time for the plunger member 51 to move from the bottom dead center to the top dead center.
  • the hydraulic pressure generating cam surface portion 67 is formed in a circumferential range of about 210 degrees with respect to the axis P, and the return cam surface portion 68 is about 150 degrees with respect to the axis P. Formed in the range. Since the hydraulic pressure generating cam surface portion 67 is formed to be long in the circumferential direction, the radius increasing gradient of the hydraulic pressure generating cam surface portion 67 can be reduced to reduce the size of the electric motor 90.
  • the rotation restricting mechanism 86 that restricts the plunger member 51 from being rotated around its vertical axis will be described.
  • the outer peripheral surface 61a of the driven roller 61 is a cylindrical surface, and the outer peripheral cam surface 64 of the cam member 63 is formed so as to be in contact with the outer peripheral surface 61a of the driven roller 61. It is desirable that the axis 62a of the support pin 62 and the axis 71a of the support shaft 71 are always parallel.
  • a pin support portion 53 b that supports both end portions of the support pin 62 is formed at the upper end portion of the plunger member 51, and the width of the pin support portion 53 b (the width in the direction orthogonal to the support pin 62) is that of the plunger member 51. It is formed to have a width that is approximately half the diameter of the upper end.
  • a cross-shaped cross-shaped hole 87 is formed in the cylindrical portion 42b of the middle case 42 in a plan view, and the plunger member 51 rotates in surface contact with the pin support portion 53b on the four vertical wall surfaces of the cross-shaped hole 87.
  • a rotation regulating surface 88 is formed to regulate so as not to occur. Even when the plunger member 51 is in the lower limit position, the rotation is restricted by the rotation restricting surface 88.
  • the cross hole 87 and the rotation restricting surface 88 correspond to the rotation restricting mechanism 86.
  • an electric motor 90 with a speed reducer includes a speed reducer 92 fixedly provided on the upper case 45, and an electric motor 93 that inputs rotational driving force to the input shaft of the speed reducer.
  • the electric motor 93 is a short-time rated high torque motor that exhibits a high torque compared to a continuous rated motor of the same capacity.
  • the electric motor 93 is a 0.4 kW, 200 V, 50/60 Hz, 1500/1800 rpm, rated 20 seconds, four-pole three-phase induction motor.
  • An upper portion of the upper case 45 is formed with an oil supply recess 95 having a predetermined size in plan view.
  • the lid member 96 that covers the oil supply recess 95 is provided with an oil supply port 97 and a cap 98 that can open and close the oil supply port 97.
  • the upper case 45, the middle case 42, and the plunger case 35 are formed with two fluid passages 99 a and 99 b that communicate the oil replenishing recess 95 and the upper end of the oil storage chamber 40.
  • the control unit 100 for controlling the machining center includes an operation panel 101, a spindle drive control system 102, an X axis drive control system 103, a Y axis drive control system 104, a Z axis drive control system 105, an ATC 106, An unclamping hydraulic pressure generator 107 and the like are connected.
  • the control unit 100 includes an ATC control unit 108 that controls an ATC (automatic tool changer) (not shown), and an electric motor control unit with a reduction gear that controls the electric motor 90 with a reduction gear of the unclamping hydraulic pressure generator 30. 109.
  • a signal is exchanged between the ATC control unit 108 and the electric motor control unit 109, and the ATC 106 and the electric motor 90 with a speed reducer are controlled to operate in a linked manner. That is, the electric motor 90 is controlled so that the electric motor 90 is activated every time the tool is changed and the operation of the automatic tool changing arm and the rotation of the cam member 63 are synchronized.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the cam member 63 and the stroke of the plunger member 51 of the plunger pump 50
  • FIG. 13 shows the rotation angle of the cam member 63 and the piston stroke of the unclamping hydraulic cylinder 20. It is a diagram which shows a relationship.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the rotation angle (horizontal axis) of the cam shaft of the cam mechanism that swings and lifts the ATC arm of the ATC around the vertical axis, and the rotation angle (vertical axis) of the ATC arm
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the rotation angle (horizontal axis) of the cam shaft and the lift stroke of the ATC arm.
  • the “positive” value of the ATC arm lifting stroke indicates a downward stroke. Since the operation of the ATC arm and the operation of the unclamping hydraulic cylinder 20 are linked, the cycle time of 0 to 360 ° on the horizontal axis in FIGS. 12 and 13 and the 0 on the horizontal axis in FIGS. The cycle time of ⁇ 360 ° is set at the same time.
  • On and off of the electric motor 90 is controlled based on the synchronization signal from the ATC control unit 108 and the detection signals from the two proximity switches 81 linked to the disk member 79 attached to the support shaft 71.
  • the control unit 100 drives and controls the ATC 106 and the electric motor 90 through the ATC control unit 108 and the electric motor control unit 109 with a reduction gear so that the time chart is as described above. .
  • the hydraulic pressure generated in the unclamping hydraulic pressure generator 30 is supplied to the unclamping hydraulic cylinder 20 at a predetermined timing, and the electric motor 90 is stopped for a predetermined time with the clamp mechanism 15 switched to the unclamped state.
  • the plunger member 51 is held at the bottom dead center for a short time with the second recess 66 of the cam member 63 engaged with the driven roller 61, and then the stop of the electric motor 90 is released and the plunger member 51 is raised.
  • the hydraulic pressure is released from the unclamping hydraulic cylinder 20, and the first concave portion 65 of the cam member 63 is engaged with the driven roller 61 (the plunger member 51 is held at the top dead center in the initial position.
  • the cam member 63 By engaging the first recess 65 formed on the outer peripheral cam surface 64 of the cam member 63 with the driven roller 61, the cam member 63 is accurately stopped when the plunger member 51 of the plunger pump 50 reaches the top dead center. Can do. Further, by engaging the second recess 66 formed on the outer peripheral cam surface 64 of the cam member 63 with the driven roller 61, the cam member 63 is accurately stopped when the plunger member 51 of the plunger pump 50 reaches the bottom dead center. Can be made. Therefore, it is possible to employ an electric motor without a brake mechanism or a servo mechanism, thereby reducing manufacturing costs. In addition, it is possible to increase the speed of automatic tool change.
  • the electric motor 90 is a short-time rated high-torque motor, it can be a small motor compared to a continuous rated motor, and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, the hydraulic pressure generating cam surface portion 67 extending from the first recess 65 to the second recess 66 in the direction opposite to the rotation direction of the cam member 63 is more than the return cam surface portion 68 extending from the second recess 66 to the first recess 65. Therefore, the electric motor 93 can be miniaturized by reducing the radius increase gradient of the cam surface portion 67 for generating hydraulic pressure.
  • the rotation restricting mechanism 86 for restricting the plunger member 51 from rotating about its vertical axis is provided, the axis of the driven roller 61 and the cam member 63 can be kept parallel and the line contact state can be maintained. Can be secured.
  • An oil storage chamber 40 that stores oil to be supplied to the plunger pump 50 is formed in a portion corresponding to the outer peripheral side portion of the lower portion of the plunger pump 50, so that the structure for supplying oil to the plunger pump 50 is simplified. .
  • a tapered portion 52a having a smaller diameter is formed on the outer periphery of the lower end portion of the plunger 52.
  • the plunger hole 37 communicates with the oil storage chamber 40 on the outer peripheral side of the tapered portion 52a. Since the gap 56 is formed, oil can be reliably supplied from the oil storage chamber 40 to the plunger hole 37 with a simple structure, a check valve and the like can be omitted, and the clamp mechanism 15 is clamped. In this case, the oil can be returned from the unclamping hydraulic cylinder 20 to the oil storage chamber 40.
  • the plunger 52 is formed with a recessed hole 52b having an open lower end, and a compression coil spring 57 that elastically biases the plunger member 51 upward is attached to the recessed hole 52b and the plunger hole 37.
  • An oil replenishment recess 95 having a predetermined size is formed in the upper end portion of the main body case 31 in plan view, and at least two fluids that communicate the oil replenishment recess 95 and the upper end of the oil storage chamber 40 with the main body case 31. Since the passages 99a and 99b are formed, when the oil storage chamber 40 is replenished with oil, the flow of the oil and the exhaust of the air in the oil storage chamber 40 become smooth.
  • the accumulator 59 connected to the discharge port 33 for discharging the hydraulic pressure from the plunger hole 37 is provided, when the unclamping, the accumulator 59 can absorb the excess hydraulic pressure that is not filled in the unclamping hydraulic cylinder 20. In addition, when the plunger member 51 rises when the clamp mechanism 15 is clamped, the hydraulic pressure absorbed by the accumulator 59 can be recovered in the plunger hole 37.
  • the unclamping hydraulic pressure generator 30 is operated in synchronism with the ATC, so that the tool change is performed using the hydraulic pressure generator 30 driven by the small electric motor 90. Can be executed quickly in the shortest time. Since the hydraulic pressure generating device 30 includes the accumulator 59 connected to the discharge port 33, the capacity of the hydraulic pressure generating device 30 can be set larger than the capacity of the hydraulic working chamber 24 of the unclamping hydraulic cylinder 20. Therefore, since this hydraulic pressure generating device 30 can be used by being connected to various unclamping hydraulic cylinders 22, it is excellent in versatility.
  • first and second recesses 65 and 66 are not limited to those shown in the drawings, and may be recesses of various shapes that can be engaged with the top of the driven roller 61.
  • the electric motor 17 that rotationally drives the spindle 2 may be a built-in electric motor incorporated in the spindle case 5. 4] Although the above embodiment has been described by taking a vertical machining center having a main spindle in a vertical orientation as an example, it can be similarly applied to a horizontal machining center having a main spindle in a horizontal orientation.

Abstract

　工作機械の主軸の工具ホルダをクランプするクランプ機構をアンクランプする油圧を発生させる油圧発生装置を駆動するカム機構のカム部材の停止精度を高め、高速回転可能とし、小型のブレーキ機構やサーボ機構のない電動モータで駆動可能とする。アンクランプ用油圧発生装置３０は、プランジャポンプ５０と、このプランジャポンプのプランジャ部材５１側の従動ローラ６１とこの従動ローラ６１に当接する外周カム面６４を有するカム部材６３とを含むカム機構６０と、カム部材６３を回転駆動する為の減速機付き電動モータ９０と、カム部材６３の外周カム面６４のうちプランジャ部材５１が上死点に達した時に従動ローラ６１に係合する部分に形成された第１凹部６５及びプランジャ部材５１が下死点に達した時に従動ローラ６１に係合する部分に形成された第２凹部６６とを有する。

Description

アンクランプ用油圧発生装置
　本発明は、工作機械の主軸に工具をクランプするクランプ機構をクランプ解除するアンクランプ用油圧シリンダに油圧を供給・排出する為のアンクランプ用油圧発生装置に関する。
　工作機械の主軸に装着した工具付きの工具ホルダを自動工具交換装置により交換する際には、最初に主軸ヘッドを特定位置に移動させる。次に、工具交換アームを退避位置から交換位置へ回転させて、工具交換アームの一端部を主軸の工具ホルダに係合させ且つ工具交換アームの他端部を工具マガジンのポットに収容された交換対象の工具ホルダに係合させる。次に、主軸に工具ホルダをクランプするクランプ機構をクランプ解除する。次に、工具交換アームを下降させて主軸から工具ホルダを抜き取ってから１８０度回転させる。次に、工具交換アームを上昇させて使用予定の工具ホルダを主軸に装着してから、クランプ機構をクランプ作動させる。次に、工具交換アームを退避位置へ回転させる。
　主軸に工具ホルダをクランプするクランプ機構にドローバーが連結され、そのドローバーが主軸の基端側に突出しており、クランプ機構をクランプ解除するアンクランプ用油圧シリンダは、外部から供給される油圧によりドローバーを所定ストロークだけ押動駆動することにより、クランプ機構をアンクランプする。前記アンクランプ用油圧シリンダに油圧を供給するアンクランプ用油圧発生装置として、種々のものが提案されている。
　特許文献１には、電動モータで回転駆動されるカム部材と、このカム部材のカム溝に係合したカムフォロワを有する揺動アームと、電動モータでカム部材と揺動アームを介して駆動されるプランジャポンプと、カム部材と工具交換アームを昇降させる昇降機構を連動する機構などを備えた主軸の工具クランプ・クランプ解除装置が開示されている。この装置では、工具交換アームの昇降動作に連動してプランジャポンプを作動させてアンクランプ用油圧を発生させる。
　特許文献２には、特許文献１の工具クランプ・クランプ解除装置と同様の原理に基づいている工具クランプ・クランプ解除装置が開示されている。この装置には、プランジャポンプで発生した余分な油圧を貯留するアキュムレータも設けられている。
　特許文献３には、電動モータで駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプからアンクランプ用油圧シリンダに油圧を供給する油路を切換える電磁方向制御弁と、自動工具交換装置の動作に同期するように電動モータを駆動制御する制御ユニットなどを備え、工具交換のときのみ電動モータを駆動するようにした工具交換装置が開示されている。
特開平１１－７７４６８号公報 特開２０００－１９２９０３号公報 特許第３９９３９３３号公報
　前記アンクランプ用油圧発生装置は、プランジャポンプをカム機構を介して電動モータにより駆動する構成を採用し、前記電動モータとして、減速機付き且つブレーキ機構なし且つサーボ機構なしのＡＣモータを採用し、工具交換毎にＡＣモータを駆動し、自動工具交換装置の交換アームの上限位置や下限位置を検出するリミットスイッチからの検出信号に基づいて前記ＡＣモータを駆動制御してアンクランプ用油圧を発生する。
　最近のマシニングセンタ等の工作機械においては工具交換が非常に短い時間で迅速に実行されるため、アンクランプ用油圧発生装置により例えば０．１５秒という短時間の間にアンクランプ用油圧シリンダに油圧を供給するため、カム機構のカム部材は高速で回転駆動される。
　自動工具交換装置により主軸から工具ホルダを引き抜くと共に新たな工具ホルダを装着する為に所定の時間がかかる関係上、前記プランジャポンプのプランジャが最大限進出したアンクランプ状態において、カム機構のカム部材を停止させる必要がある。しかも、アンクランプ実行後にはプランジャが最大限後退した所定の初期位置にカム機構のカム部材を停止させる必要がある。
　しかし、外気温に応じて油の粘度が異なるため、カム機構のカム部材が停止する停止位置が外気温に応じて変動することになるため、アンクランプのタイミング、クランプのタイミングに外気温によるバラツキが発生する。そのため、自動工具交換の高速化を図ることが難しい。他方、サーボ機構付きのＡＣモータを採用する場合には、アンクランプのタイミング、クランプのタイミングを一定に制御することが可能であるが、製作コストが高価になる。
　本発明の目的は、アンクランプ用油圧を発生させるプランジャポンプを駆動するカム機構のカム部材の停止精度を高め得るアンクランプ用油圧発生装置を提供すること、ブレーキ機構やサーボ機構のない小型で安価な電動モータを採用可能なアンクランプ用油圧発生装置を提供することである。
　本発明は、工作機械の主軸に工具をクランプするクランプ機構をクランプ解除するアンクランプ用油圧シリンダに油圧を供給・排出する為のアンクランプ用油圧発生装置を前提構成としている。
　本発明は、本体ケースと、この本体ケースに立向きに組み込まれ下端部に吐出口を有するプランジャポンプと、このプランジャポンプのプランジャ部材の上端部に水平な支持ピンにて回転自在に装着された従動ローラとこの従動ローラの外周面の上端に当接する外周カム面を有するカム部材とを含むカム機構と、前記カム部材に貫通固定された支持軸を回転駆動する為の減速機付き電動モータと、前記カム部材の外周カム面のうちプランジャ部材が上死点に達した時に前記従動ローラに係合する部分に形成された第１凹部、及び前記カム部材の外周カム面のうちプランジャ部材が下死点に達した時に前記従動ローラに係合する部分に形成された第２凹部とを備えたことを特徴としている。
　本発明によれば、カム部材の外周カム面に形成した第１凹部を従動ローラに係合させることで、プランジャポンプのプランジャ部材が上死点に達した時にカム部材を精度よく停止させることができる。また、カム部材の外周カム面に形成した第２凹部を従動ローラに係合させることで、プランジャポンプのプランジャ部材が下死点に達した時にカム部材を精度よく停止させることができる。従って、ブレーキ機構やサーボ機構のない電動モータを採用することが可能となるため、製作コストを節減できる。しかも、自動工具交換の高速化を図ることも可能になる。
　本発明は、前記構成に加えて次のような構成を採用してもよい。
（１）前記電動モータは、同容量の連続定格モータに比較して高トルクを発揮する短時間定格高トルクモータであり、工具の交換毎に電動モータを起動すると共に自動工具交換アームの動作と前記カム部材の回転動作が同期するように電動モータを制御する制御手段を設けた。
（２）前記プランジャ部材がその鉛直軸心回りに回転しないように規制する回転規制機構を設けた。
（３）前記カム部材の外周カム面のうちの、前記カム部材の回転方向と反対向きに第１凹部から第２凹部に至る油圧生成用カム面部分は、前記カム部材の回転方向と反対向きに第２凹部から第１凹部に至る復帰用カム面部分よりも長く形成された。
（４）前記プランジャ部材が上死点から下死点に移動する下降時間は、下死点から上死点に移動する上昇時間よりも長くようになるように前記カム部材が形成されている。
（５）前記プランジャポンプのプランジャ部材の下端部分にはプランジャが形成されると共に、前記プランジャポンプの下端部分には、前記プランジャが挿入されるプランジャ孔が形成され、前記本体ケースのうち、前記プランジャポンプの下部の外周側部分に対応する部分には、前記プランジャポンプに供給する為の油を収容する油収容室が形成された。
（６）前記プランジャの下端部の外周には下方程小径化するテーパ部が形成され、前記プランジャ部材が上死点のとき、前記テーパ部の外周側に前記プランジャ孔と油収容室を連通する連通隙間が形成された。
（７）前記プランジャには下端開放状の凹入穴が形成され、この凹入穴とプランジャ孔にプランジャ部材を上方へ弾性付勢する圧縮コイルスプリングが装着された。
（８）前記本体ケースの上端部分に、平面視にて所定の大きさの油補給用凹部が形成され、前記本体ケースに、油補給用凹部と油収容室の上端を連通する流体通路が形成された。
（９）前記プランジャ孔から油圧を吐出する吐出口に接続されたアキュムレータを設けた。
本発明の実施例に係るアンクランプ用油圧発生装置を設けたマシニングセンタの主軸ユニットの断面図である。 アンクランプ用油圧発生装置の斜視図である。 アンクランプ用油圧発生装置の平面図である。 アンクランプ用油圧発生装置の側面図である。 アンクランプ用油圧発生装置の縦断正面図である。 図５のＶＩ－ＶＩ線断側面図である。 図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 図５のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線横断面図である。 図５のＩＸ－ＩＸ線断面図である。 カム部材の説明図である。 マシニングセンタと油圧発生装置の制御系のブロック図である。 プランジャ部材ストロークのタイムチャートである。 アンクランプ用油圧発生装置のピストンストロークのタイムチャートである。 ＡＣＴアーム旋回角のタイムチャートである。 ＡＣＴアームストロークのタイムチャートである。
符号の説明
１            主軸ユニット
２            主軸
１５          クランプ機構
２０          アンクランプ用油圧シリンダ
３０          アンクランプ用油圧発生装置
３１          本体ケース
３３          吐出口
３５          プランジャケース
３７          プランジャ孔
４０          油収容室
５０          プランジャポンプ
５１          プランジャ部材
５２          プランジャ
５２ａ        テーパ部
５２ｂ        凹入穴
５６          連通隙間
５７          圧縮コイルスプリング
５９          アキュムレータ
６０          カム機構
６１          従動ローラ
６２          支持ピン
６３          カム部材
６４          外周カム面
６５          第１凹部
６６          第２凹部
６７          油圧生成用カム面部分
６８          復帰用カム面部分
７１          支持軸
８６          回転規制機構
９０          減速機付き電動モータ
９５          油補給用凹部
９９ａ，９９ｂ       ２本の流体通路圧
１００        制御ユニット
　以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて説明する。
　図１～図１０に示すように、アンクランプ用油圧発生装置３０は、マシニングセンタ（工作機械）の主軸ユニット１の主軸２に工具をクランプするクランプ機構１５をクランプ解除するアンクランプ用油圧シリンダ２０に油圧を供給・排出する為の装置である。
　最初に、縦型マシニングセンタの主軸ユニット１、クランプ機構１５、アンクランプ用油圧シリンダ２０等について説明する。
　図１に示すように、主軸ユニット１の主軸２の先端側部分は複数の軸受４ａを介して主軸ユニット１の主軸ケース５に回転自在に支持されている。主軸２の中心部は軸受４ｂを介して主軸ケース５に回転自在に支持されている。主軸２の中心部にはほぼ全長に亙る貫通孔６が形成され、この貫通孔６にはドローバー７が軸心方向へ可動に装着されている。ドローバー７の中心部には、工具ホルダ８へクーラントを供給するクーラント供給路９が形成されている。
　主軸２の中心部分の貫通孔６の内部において、ドローバー７の外側に環状のバネ装着穴１１が形成され、複数の皿バネを積層した皿バネ積層体１２がバネ装着穴１１に弾性圧縮状態に装着され、この皿バネ積層体１２によりドローバー７が上方へ強力に弾性付勢されている。
　主軸２の先端部の内部においてドローバー７の先端部に、主軸本体３のテーパ穴３ａに装着された工具ホルダ８を主軸２に固定するクランプ機構１５の主要部が設けられている。このクランプ機構１５は、皿バネ積層体１２の弾性力と複数のコレット１６により工具ホルダ８の先端のプルスタッド８ａをクランプする形式のものであるが、このクランプ機構１５に限定されるものではなく、ボールロック式のクランプ機構やその他のクランプ機構でもよい。
　前記クランプ機構１５において、皿バネ積層体１２の弾性力によりドローバー７を上方へ引き付けると、複数のコレット１６の先端部分が閉じた状態になってプルスタッド８ａに係合し、プルスタッド８ａを上方へ引き付けて工具ホルダ８をクランプする。アンクランプの際に、ドローバー７を下方へ押動すると、複数のコレット１６の先端部分が開いた状態になってアンクランプ状態となり、工具ホルダ８を取り外し可能になる。
　ドローバー７の上端部には、小径筒部７ａが一体的に形成されている。主軸２の中段部において、環状の押圧部材１４が小径筒部７ａに外嵌固定され、主軸本体３に対して相対的に押圧部材１４とドローバー７とが一体的に昇降するようになっている。
　主軸２の上方に立設された電動モータ１７の出力軸１７ａの先端部に下方へ延びる筒状部材１８が外嵌固定されている。この筒状部材１８の下端部分に、ドローバー７の上端部が挿入されている。この筒状部材１８は、押圧部材１４を介して主軸本体３の上端部分と連結され、電動モータ１７の回転駆動力を主軸２に伝達するようになっている。電動モータ１７の出力軸１７ａに形成されたクーラント供給路１９がドローバー７の内部のクーラント供給路９に接続されている。
　次に、アンクランプ用油圧シリンダ２０について説明する。
　アンクランプ用油圧シリンダ２０は、主軸ケース５に固定されたシリンダ本体２１と、環状のピストン部材２２と、ピストン部材２２の上側に形成された油圧作動室２４と、ピストン部材２２を上方に付勢するバネ部材２５と、油圧供給ポート２６と、この油圧供給ポート２６を後述するアンクランプ用油圧発生装置３０の吐出口３３に接続する油圧ホース２８とを備えている。
　環状のピストン部材２２が上限位置にあるとき、ピストン部材２２の下端と押圧部材１４の上面との間に僅かな隙間が形成されている。クランプ機構１５により工具ホルダ８をクランプしている状態では、油圧作動室２４の油圧はドレン圧とされ、バネ部材２５の付勢力によりピストン部材２２が上限位置にある。工具ホルダ８の交換の為に、クランプ機構１５をアンクランプする際には、油圧ホース２８を介して油圧作動室２４に油圧を供給すると、バネ部材２５の付勢力に抗してピストン部材２２が押圧部材１４に当接し、押圧部材１４を下方へ変位させ、ドローバー７を下方へ変位させてアンクランプ状態にする。
　次に、アンクランプ用油圧発生装置３０について説明する。
　図１～図１１に示すように、アンクランプ用油圧発生装置３０は、本体ケース３１と、この本体ケース３１に立向き姿勢に組み込まれたプランジャポンプ５０と、アキュムレータ５９と、従動ローラ６１とカム部材６３とを含むカム機構６０と、プランジャポンプ５０のプランジャ部材５１の為の回転規制機構８６と、カム機構６０を介してプランジャポンプ５０を駆動する減速機付き電動モータ９０と、この電動モータ９０を駆動制御する制御ユニット１００と、本体ケース３１に形成された油収容室４０及び油補給用凹部９５及び２本の流体通路圧９９ａ，９９ｂなどを有する。
　次に、前記本体ケース３１について説明する。
　前記本体ケース３１は、下端ケース３２と、プランジャケース３５と、円筒ケース３８と、中段ケース４２と、上部ケース４５などで構成されている。下端ケース３２は複数のボルトによりプランジャケース３５に固定され、プランジャケース３５と中段ケース４２と上部ケース４５は複数の位置決めピン４７や複数のボルトにより固定されている。
　下端ケース３２には、プランジャポンプ５０の吐出口３３と油路３４が形成され、油路３４には余分の油圧を貯留するアキュムレータ５９が接続されている。プランジャケース３５には、鉛直向きのロッド孔３６と、このロッド孔３６の下端に連なるプランジャ孔３７とが同心状に且つ連通状に形成されている。
　プランジャ孔３７の下端が吐出口３３に連通している。プランジャケース３５の下部には円筒ケース３８が外嵌され、プランジャケース３５と円筒ケース３８とで、プランジャポンプ５０の外周側に位置する油収容室４０が形成されている。この油収容室４０にはプランジャポンプ５０に供給する油が収容されている。環状の油収容室４０は、３つのシール部材４０ａによりシールされている。中段ケース４２は環状板部４２ａと筒部４２ｂとを有し、中段ケース４２はプランジャケース３５と上部ケース４５の間に挟み込んだ状態に装着されている。筒部４２ｂの外周部にはシール部材４２ｃが装着されている。
　次に、プランジャポンプ５０について説明する。
　このプランジャポンプ５０は、ロッド孔３６及びプランジャ孔３７と、ロッド孔３６及びプランジャ孔３７に可動に装着されたプランジャ部材５１と、このプランジャ部材５１の下端部分に形成されたプランジャ孔３７に挿入されるプランジャ５２と、プランジャ部材５１の上部にプランジャ５２と一体形成されたロッド部５３を備えている。前記プランジャ孔３７はプランジャポンプ５０の下端部分に形成されている。プランジャ部材５１は、減速機付き電動モータ９０によりカム機構６０を介して昇降駆動され、プランジャ５２がプランジャ孔３７に進退駆動されて油圧が発生し、その油圧を吐出口３３から吐出する。ロッド孔３６の下端部は環状凹部５５ａと穴５５ｂを介して油収容室４０に連通されている。
　プランジャ５２の下端部の外周には下方程小径化するテーパ部５２ａが形成されている。プランジャ孔３７の上端部にも上方に向かって大径化するテーパ面３７ａが形成されている。プランジャ部材５１が上死点のとき、テーパ部５２ａの外周側にプランジャ孔３７と油収容室４０を連通する連通隙間５６が形成される。連通隙間５６を通って油の内部に発生した気泡が油収容室４０へ浮上し、油収容室４０からプランジャ孔３７へ油が補充される。
　プランジャ５２には下端開放状の凹入穴５２ｂが形成され、この凹入穴５２ｂとプランジャ孔３７にプランジャ部材５１を上方へ弾性付勢する圧縮コイルスプリング５７が装着されている。テーパ面３７ａより下側においてプランジャ孔３７にはシール部材３７ｂが装着されている。ロッド孔３６の壁部にはウェアリング３６ａと、２段のシール部材３６ｂ，３６ｃが装着されている。
　次に、カム機構６０について説明する。
　図５～図１０に示すように、カム機構６０は、プランジャ部材５１の上端部に水平な支持ピン６２にて回転自在に装着された従動ローラ６１と、この従動ローラ６１の外周面の上端に当接する外周カム面６４を有するカム部材６３と、カム部材６３に貫通固定された支持軸７１とを備えている。カム部材６３は、減速機付き電動モータ９０によって支持軸７１を回転駆動することにより回転駆動される。
　従動ローラ６１は、プランジャ部材５１のロッド部５３の上端の規制穴５３ａから上方へ突出し、規制穴５３ａにより位置規制されている。カム部材６３を支持する支持軸７１は減速機付き電動モータ９０の出力軸である。減速機付き電動モータ９０は、減速機ケースの嵌合部９１ａを上部ケース４５の嵌合穴４５ａにリング９１ｂを介して嵌合することで、上部ケース４５に固定されている。
　支持軸７１の基端部と先端部は、ベアリング７２により上部ケース４５に支持されている。カム部材６３はキーにより支持軸７１に対して回転拘束され、環状のスペーサ７４ａ，７４ｂにより軸方向の位置が規制されている。スペーサ７４ａはベアリング７２により位置規制され、ベアリング７２は封鎖部材７６により位置規制されている。封鎖部材７６の嵌合筒部７６ａが上部ケース４５の穴４５ｂに嵌合され、シール部材７６ｂでシールされている。支持軸７１と嵌合筒部７６ａの間にはオイルシール７７が装着されている。
　封鎖部材７６よりも外側において、支持軸７１の外側の先端部には電動モータ９０を制御する為のディスク部材７９が装着され、このディスク部材７９を検出する為の２つの近接スイッチ８１が上部ケース４５に設けられている。図１０に示すカム部材６３において、点Ａに従動ローラ６１が当接するときプランジャ部材５１が上死点（上限位置）になり、点Ｂに従動ローラ６１が当接するときプランジャ部材５１が下死点（下限位置）になる。前記ディスク部材７９と２つの近接スイッチ８１により、プランジャ部材５１の上死点に対応する点Ａと、下死点に対応する点Ｂと、上死点の手前の第１点Ｃ（点Ａからカム部材６３の回転方向へ例えば１０°の位置）と、下死点の手前の第２点Ｄ（点Ｂからカム部材６３の回転方向へ例えば１０°の位置）とを検出するように構成されている。後述するように、カム部材６３を上死点に停止させる際には、カム部材６３の第１点Ｃが従動ローラ６１に当接した時に、電動モータ９０をオフにする。また、カム部材６３を下死点に停止させる際には、カム部材６３の第２点Ｄが従動ローラ６１に当接した時に、電動モータ９０をオフする。
　ディスク部材７９の外側を塞ぐカバー部材８３が設けられ、カバー部材８３は複数のボルトで上部ケース４５に固定されている。上部ケース４５内のカム機構６０が収容されたカム収容室８５は、減速機付き電動モータ９０の減速機ケース９１内のギヤ収容室と連通しており、カム収容室８５とギヤ収容室は潤滑油で満たされている。プランジャ部材５１のロッド部５３の外周面も、上記の潤滑油で潤滑される。尚、プランジャケース３５には上記の潤滑油の一部を排出する潤滑油逃し路３５ａが形成されている。
　図１０に示すように、カム部材６３の外周カム面６４のうちプランジャ部材５１が上死点に達した時に従動ローラ６１に係合する部分には、従動ローラ６１の上端部が係合する第１凹部６５が形成されている。また、カム部材６３の外周カム面６４のうちプランジャ部材５１が下死点に達した時に従動ローラ６１に係合する部分には従動ローラ６１の上端部が係合する第２凹部６６が形成されている。
　第１凹部６５は、カム部材６３の中心点に向けて部分円弧状に凹設され、第２凹部６６は、カム部材６３の中心点に向けて部分円弧状に凹設されている。カム部材６３の外周カム面６４のうち、点Ａの両側部分は全体として平坦な形状であるが、第１凹部６５における点Ａの位置でカム部材６３の軸心Ｐからの半径が最小になる。カム部材６３の外周カム面６４のうち、点Ｂの両側部分は全体として湾曲形状であるが、第２凹部６６における点Ｂの位置でカム部材６３の軸心Ｐからの半径が最小になる。プランジャ部材５１を上方へ付勢するスプリング５７は強い弾性力を発揮するスプリング５７であるので、点Ｃが従動ローラ６１に接する時に電動モータ９０をオフにすると、プランジャ部材５１が上死点になる点Ａの位置でカム部材６３の回転が停止する。同様、点Ｄが従動ローラ６１に接する時に電動モータ９０をオフにすると、プランジャ部材５１が下死点になる点Ｂの位置でカム部材６３の回転が停止する。
　カム部材６３の外周カム面６４のうちの、カム部材６３の回転方向（図１０の矢印方向）と反対向きに第１凹部６５から第２凹部６６に至る油圧生成用カム面部分６７は、カム部材６３の回転方向と反対向きに第２凹部６６から第１凹部６５に至る復帰用カム面部分６８よりも長く形成されている。つまり、プランジャ部材５１が上死点から下死点に移動する下降時間は、下死点から上死点に移動する上昇時間よりも長くようになるようにカム部材６３が形成されている
　本実施例の場合、油圧生成用カム面部分６７は軸心Ｐに対して約２１０度の周方向範囲に形成され、復帰用カム面部分６８は軸心Ｐに対して約１５０度の周方向範囲に形成されている。この油圧生成用カム面部分６７を周方向へ長く形成するため、油圧生成用カム面部分６７の半径増加勾配を小さくして電動モータ９０の小型化を図ることができる。
　次に、プランジャ部材５１がその鉛直軸心回りに回転しないように規制する回転規制機構８６について説明する。図５～図９に示すように、従動ローラ６１の外周面６１ａは円筒面であり、カム部材６３の外周カム面６４は従動ローラ６１の外周面６１ａに接触するように形成される関係上、支持ピン６２の軸心６２ａと支持軸７１の軸心７１ａとが常時平行になっていることが望ましい。そこで、プランジャ部材５１の上端部には、支持ピン６２の両端部を支持するピン支持部５３ｂが形成され、このピン支持部５３ｂの幅（支持ピン６２と直交方向の幅）がプランジャ部材５１の上端部の直径の約半分の幅に形成されている。
　中段ケース４２の筒部４２ｂには平面視にて十文字形状の十文字穴８７が形成され、この十文字穴８７の鉛直な４つの壁面には、ピン支持部５３ｂに面接触してプランジャ部材５１が回転しないように規制する回転規制面８８が形成されている。プランジャ部材５１が下限位置になった状態でも、回転規制面８８により回転規制される。この十文字穴８７と回転規制面８８が回転規制機構８６に相当する。
　次に、減速機付き電動モータ９０について説明する。
　図１～図５に示すように、減速機付き電動モータ９０は、上部ケース４５に固定的に設けられた減速機９２と、この減速機の入力軸に回転駆動力を入力する電動モータ９３とを有する。電動モータ９３は、同容量の連続定格モータに比較して高トルクを発揮する短時間定格高トルクモータである。例えば、電動モータ９３は、０．４ｋＷ、２００Ｖ、５０／６０Ｈｚ、１５００／１８００ｒｐｍ、定格２０秒、４極の三相誘導電動機である。
　上部ケース４５の上端部分に、平面視にて所定の大きさの油補給用凹部９５が形成されている。油補給用凹部９５を蓋する蓋部材９６には、油補給口９７と、この油補給口９７を開閉可能なキャップ９８が設けられている。上部ケース４５と中段ケース４２とプランジャケース３５に、油補給用凹部９５と油収容室４０の上端を連通する２つの流体通路９９ａ，９９ｂが形成されている。油収容室４０に油を補給する際、キャップ９８を開けて油を補給すると、一方の流体通路９９ａを通って油が油収容室４０へ流れ落ち、他方の流体通路９９ｂを通って油収容室４０内の気相部の空気が油補給用凹部９５へ流れる。そのため、迅速に油を補給することができる。
　次に、アンクランプ用油圧発生装置３０の制御系について簡単に説明する。
　図１１に示すように、マシニングセンタを制御する制御ユニット１００には、操作パネル１０１、主軸駆動制御系１０２、Ｘ軸駆動制御系１０３、Ｙ軸駆動制御系１０４、Ｚ軸駆動制御系１０５、ＡＴＣ１０６、アンクランプ用油圧発生装置１０７などが接続されている。この制御ユニット１００は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）（図示略）を制御するＡＴＣ制御部１０８と、アンクランプ用油圧発生装置３０の減速機付き電動モータ９０を制御する減速機付き電動モータ制御部１０９とを有する。ＡＴＣ制御部１０８と電動モータ制御部１０９との間で信号が授受され、ＡＴＣ１０６と減速機付き電動モータ９０とが連係動作するように制御される。つまり、工具の交換毎に電動モータ９０を起動すると共に自動工具交換アームの動作とカム部材６３の回転動作が同期するように電動モータ９０が制御される。
　次に、マシニングセンタに装備されたＡＴＣ（自動工具交換装置）の工具交換アームの動作と、アンクランプ用油圧発生装置３０の動作についてのタイムチャート等について簡単に説明する。図１２は、カム部材６３の回転角度とプランジャポンプ５０のプランジャ部材５１のストロークの関係を示す線図であり、図１３は、カム部材６３の回転角度とアンクランプ用油圧シリンダ２０のピストンストロークの関係を示す線図である。
　図１４は、ＡＴＣのＡＴＣアームを鉛直軸回りに旋回させ且つ昇降させるカム機構のカム軸の回転角度（横軸）と、ＡＴＣアームの旋回角度（縦軸）の関係を示す線図であり、図１５は、上記カム軸の回転角度（横軸）と、ＡＴＣアームの昇降ストロークの関係を示す線図である。尚、ＡＴＣアームの昇降ストロークの「正」の値は下方へのストロークを示す。ＡＴＣアームの動作と、アンクランプ用油圧シリンダ２０の動作とを連動させているため、図１２，図１３の横軸の０～３６０°のサイクル時間と、図１４，図１５の横軸の０～３６０°のサイクル時間とは同時間に設定される。
　これは、電動モータ９０の回転速度を、減速機９２の減速比と、ＡＴＣアームの旋回用モータの回転速度及びその減速機の減速比とを加味して適切に設定しておくことで達成できる。ＡＴＣ制御部１０８からの同期信号と、支持軸７１に付設したディスク部材７９に連係する２つの近接スイッチ８１からの検出信号に基づいて、電動モータ９０のオンとオフを制御する。
　次に、アンクランプ用油圧発生装置３０の作用、効果について説明する。
　マシニングセンタで切削加工中には、主軸２内のクランプ機構１５はクランプ状態に保持され、電動モータ９０は停止して、図１０に示すように、プランジャ部材５１が上死点にあり、カム部材６３の第１凹部６５に従動ローラ６１が係合した初期位置を保持している。
　工具ホルダ８を交換する際には、制御ユニット１００は、ＡＴＣ制御部１０８と減速機付き電動モータ制御部１０９を介してＡＴＣ１０６と電動モータ９０を前記のようなタイムチャートとなるように駆動制御する。その結果、アンクランプ用油圧発生装置３０において発生させた油圧をアンクランプ用油圧シリンダ２０へ所定のタイミングで供給し、クランプ機構１５をアンクランプ状態に切換えた状態で、電動モータ９０を所定時間停止させ、カム部材６３の第２凹部６６を従動ローラ６１に係合させた状態にしてプランジャ部材５１を下死点に短時間保持し、その後電動モータ９０の停止を解除してプランジャ部材５１を上昇させ、アンクランプ用油圧シリンダ２０から油圧を抜き、カム部材６３の第１凹部６５を従動ローラ６１に係合させた状態（初期位置にしてプランジャ部材５１を上死点に保持する。
　カム部材６３の外周カム面６４に形成した第１凹部６５を従動ローラ６１に係合させることで、プランジャポンプ５０のプランジャ部材５１が上死点に達した時にカム部材６３を精度よく停止させることができる。また、カム部材６３の外周カム面６４に形成した第２凹部６６を従動ローラ６１に係合させることで、プランジャポンプ５０のプランジャ部材５１が下死点に達した時にカム部材６３を精度よく停止させることができる。従って、ブレーキ機構やサーボ機構のない電動モータを採用することが可能となるため、製作コストを節減できる。しかも、自動工具交換の高速化を図ることも可能になる。
　電動モータ９０は、短時間定格高トルクモータであるため、連続定格モータに比較して小型のモータで済み、製作コストも安価になる。しかも、カム部材６３の回転方向と反対向きに第１凹部６５から第２凹部６６に至る油圧生成用カム面部分６７は、第２凹部６６から第１凹部６５に至る復帰用カム面部分６８よりも長く形成されたため、油圧生成用カム面部分６７の半径増加勾配を小さくして電動モータ９３の小型化を図ることができる。
　プランジャ部材５１がその鉛直軸心回りに回転しないように規制する回転規制機構８６を設けたため、従動ローラ６１とカム部材６３との軸心を平行に保ち、線接触状態を維持できるため、耐久性を確保することができる。
　プランジャポンプ５０の下部の外周側部分に対応する部分には、プランジャポンプ５０に供給する為の油を収容する油収容室４０が形成されたため、プランジャポンプ５０へ油を供給する構造が簡単化する。プランジャ５２の下端部の外周には下方程小径化するテーパ部５２ａが形成され、プランジャ部材５１が上死点のとき、テーパ部５２ａの外周側にプランジャ孔３７と油収容室４０を連通する連通隙間５６が形成されたため、簡単な構造により、油収容室４０からプランジャ孔３７へ油を確実に供給することができ、チェックバルブ等を省略することができ、しかも、クランプ機構１５をクランプ作動させる際には、アンクランプ用油圧シリンダ２０から油収容室４０へ油を戻すことができる。
　プランジャ５２には下端開放状の凹入穴５２ｂが形成され、この凹入穴５２ｂとプランジャ孔３７にプランジャ部材５１を上方へ弾性付勢する圧縮コイルスプリング５７が装着されたため、プランジャ部材５１の構造が複雑化することがない。
　本体ケース３１の上端部分に、平面視にて所定の大きさの油補給用凹部９５が形成され、本体ケース３１に、油補給用凹部９５と油収容室４０の上端を連通する少なくとも２つの流体通路９９ａ，９９ｂが形成されたため、油収容室４０に油を補充する際に、油の流れ込みと、油収容室４０内の空気の排気が円滑になる。
　プランジャ孔３７から油圧を吐出する吐出口３３に接続されたアキュムレータ５９を設けたため、アンクランプの際に、アンクランプ用油圧シリンダ２０に充填されずに余る余分の油圧をアキュムレータ５９に吸収させることができ、また、クランプ機構１５をクランプ作動させる際にプランジャ部材５１が上昇する際に、アキュムレータ５９に吸収させた油圧をプランジャ孔３７に回収することができる。
　図１２～図１５に示すように、アンクランプ用油圧発生装置３０を、ＡＴＣと同期して作動させることにより、小型の電動モータ９０で駆動される上記の油圧発生装置３０を用いて、工具交換を最短時間で迅速に実行することができる。
　この油圧発生装置３０は、吐出口３３に接続されたアキュムレータ５９を備えているため、油圧発生装置３０の容量は、アンクランプ用油圧シリンダ２０の油圧作動室２４の容量よりも大きく設定することができるため、この油圧発生装置３０は種々のサイズのアンクランプ用油圧シリンダ２２に接続して使用することができるから、汎用性に優れる。
　次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１］前記減速機付き電動モータ９０の代わりに、減速機付き且つブレーキ付きの電動モータを採用してもよく、電動モータとしては連続定格の電動モータを採用してもよい。
２］前記第１，第２凹部６５，６６の形状は、図示のものに限定されず、従動ローラ６１の頂部と係合可能な種々の形状の凹部であってもよい。
３］主軸２を回転駆動する電動モータ１７は、主軸ケース５の内部に組み込んだ内蔵型の電動モータであってもよい。
４］前記実施例は、縦向き姿勢の主軸を有する縦型マシニングセンタを例にして説明したが、水平姿勢の主軸を有する横型マシニングセンタにも同様に適用することができる。
５］その他、当業者ならば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能である。
　工作の主軸の工具ホルダをクランプするクランプ機構をアンクランプする油圧を発生させる油圧発生装置を駆動するカム機構のカム部材の停止精度を高め、高速回転可能とし、小型のブレーキ機構やサーボ機構のない電動モータで駆動可能とするものである。

Claims (10)

  1. 　工作機械の主軸に工具をクランプするクランプ機構をクランプ解除するアンクランプ用油圧シリンダに油圧を供給・排出する為のアンクランプ用油圧発生装置において、
    　本体ケースと、
    　この本体ケースに立向きに組み込まれ下端部に吐出口を有するプランジャポンプと、
    　このプランジャポンプのプランジャ部材の上端部に水平な支持ピンにて回転自在に装着された従動ローラとこの従動ローラの外周面の上端に当接する外周カム面を有するカム部材とを含むカム機構と、
    　前記カム部材に貫通固定された支持軸を回転駆動する為の減速機付き電動モータと、
    　前記カム部材の外周カム面のうちプランジャ部材が上死点に達した時に前記従動ローラに係合する部分に形成された第１凹部、及び前記カム部材の外周カム面のうちプランジャ部材が下死点に達した時に前記従動ローラに係合する部分に形成された第２凹部と、
    　を備えたことを特徴とするアンクランプ用油圧発生装置。
  2. 　前記電動モータは、同容量の連続定格モータに比較して高トルクを発揮する短時間定格高トルクモータであり、工具の交換毎に電動モータを起動すると共に自動工具交換アームの動作と前記カム部材の回転動作が同期するように電動モータを制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  3. 　前記プランジャ部材がその鉛直軸心回りに回転しないように規制する回転規制機構を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  4. 　前記カム部材の外周カム面のうちの、前記カム部材の回転方向と反対向きに第１凹部から第２凹部に至る油圧生成用カム面部分は、前記カム部材の回転方向と反対向きに第２凹部から第１凹部に至る復帰用カム面部分よりも長く形成されたことを特徴とする請求項３に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  5. 　前記プランジャ部材が上死点から下死点に移動する下降時間は、下死点から上死点に移動する上昇時間よりも長くようになるように前記カム部材が形成されていること特徴とする請求項３に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  6. 　前記プランジャポンプのプランジャ部材の下端部分にはプランジャが形成されると共に、前記プランジャポンプの下端部分には、前記プランジャが挿入されるプランジャ孔が形成され、
    　前記本体ケースのうち、前記プランジャポンプの下部の外周側部分に対応する部分には、前記プランジャポンプに供給する為の油を収容する油収容室が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  7. 　前記プランジャの下端部の外周には下方程小径化するテーパ部が形成され、
    　前記プランジャ部材が上死点のとき、前記テーパ部の外周側に前記プランジャ孔と油収容室を連通する連通隙間が形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  8. 　前記プランジャには下端開放状の凹入穴が形成され、この凹入穴とプランジャ孔にプランジャ部材を上方へ弾性付勢する圧縮コイルスプリングが装着されたことを特徴とする請求項６に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  9. 　前記本体ケースの上端部分に、平面視にて所定の大きさの油補給用凹部が形成され、
    　前記本体ケースに、油補給用凹部と油収容室の上端を連通する流体通路が形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
  10. 　前記プランジャ孔から油圧を吐出する吐出口に接続されたアキュムレータを設けたことを特徴とする請求項６に記載のアンクランプ用油圧発生装置。
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