JPH03111110A - 工具交換可能な工作機械の主軸装置 - 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） 本発明は工具交換可能な］Ｙ作機械の一ト軸装置に係り
、工具の固定された−「貝ボルダ−を安全且つ迅速にク
ランプ又はアンクランプするためのものである。

（従来の技術） 工作機械の主軸には工具ホルダーをクランプさ・υるが
、これがための構造は例えば第５１ン１に示すようなも
のとなされる。

即ら、ｌは主軸へノドに回転自在に支承された主軸本体
で、先端部には工具ボルダ−２のテーバ部２ａの嵌挿さ
れるテーパ孔１ａが形成され、且つ中心軸部分には最下
端部に段部イを有するｆｕ　（’＋孔１ｂが形成されて
なる。３は前記操作孔１ｂ内に挿入され且つ段部イに支
持された状態のスリブで、これの内孔３ａは下部が上部
よりも大きな径に設定されている。そして４は皿ハネ５
の伸張力により上方に引張され且つ下方変位可能に一定
位置に規制されたドローバ−で、これが下端４ａは筒状
になされていて、周方向の適宜間隔位置には半径方向に
沿った透孔４ｂが形成されζなる。

６は前記透孔４ｂ内に脱落の規制された状態で係入され
たボールで、所定位置に挿入された工具ホルダー２のプ
ルスフノド２ｂを係止させるためのものである。

上記構造に於いて、工具ホルダー２をクランプさせるさ
いはドローバ−４を皿バネ５の伸張力に抗して同図に仮
想線口で示す如く下方へ変位させておき、この状態で工
具ボルダ−２を主軸１のテパ孔りａ内に下方から挿入さ
せるのであり、これにより工具ホルダー２のブルスタｙ
　ｔ”　２　ｂはポル６を透孔４ｂの外方へ排除しつつ
図に示す位置まで達する。この後ドローバ−４を自由状
態となし皿ハネ５の伸張力によりそれを上方へ変位さゼ
るのであり、これによりボール６はその外側表面をスリ
ーブ３の内孔３ａをなす面に押圧されて透孔４ｂ内を内
方へ移動され、同図に実線で示す位置にまで達してプル
スタ・ノド２ｂを係止し、且つ皿バネ５の伸張力をプル
スフノド２ｂに伝達し続けるものとなる。

他方、工具ホルダー２をアンクランプさせるさいは前述
したと同様にドローバ−４を皿バネ５の伸張力に抗して
仮想線口で示す如く下方へ変位させるのであり、これに
より工具ホルダーは解放された状態となる。

（発明が解決しようとする課題） 工作機械による高精度・重切削作業に於いては工具（即
ち工具ホルダー）は主軸に強力にクランプさせることが
要請されるが、これを上記した在来の主軸構造により行
うとすると、皿ノ＼ネ５の伸張力をクランプ力の増大分
に応じて増大させることが必要となる。

しかし皿バネ５の伸張力を増大させることば工具ホルダ
ー２をクランプ・アンクランプさせるさいのドローバ−
４の操作力を増大させる結果となり、さらには該操作力
の増大が主軸１を支承した軸受のスラストを増大させる
という新たな問題を派生せしめるものとなる。

斯かる事情から、皿バネ５の伸張力を過度に増大さセな
いでも工具ホルダー２を主軸１に強力にクランプさせる
ことのできる主軸構造が要望されるのである。

また上記した在来の主軸構造では工具ホルダ２をアンク
ランプさせるべくドローバ−４を下方へ変位させた状態
とすると、工具ホルダー２が主軸１から重力作用で抜は
落ちてしまうのであり、このため自動工具交換装置を介
して工具交換するさい工具交換アームの工具ホルダー把
持機構が工具ボルダ−を確実に把持した状態でないとド
ロバー４をクランプ・アンクランプ操作させることがで
きないという制約が課される。このため迅速な工具交換
ができないという問題がある。

本発明は上記の如き要望並びに問題点を解決させ得るも
のとした工作機械の主軸を提供することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段及び作用）上記目的を達成
するため、本発明は主軸と同体の筒状部材を介してボー
ルを主軸の半径方向への移動自在に案内せしめると共に
、該ボールに外側から当接するものとなる楔面を形成し
たドローバを前記筒状部材に主軸の回転中心に沿っての
移動自在に外嵌せしめ、ドローバ−の一方への移動によ
り工具ホルダーは主軸の中心へ向けて移動されたボール
を介してクランプされ、他方への移動によりアンクラン
プされることを特徴とする。

これによれば、ドローバ−の一方への移動力が楔面とボ
ールとの模作用で倍力されてボールに伝達されることか
ら、ボールは主軸の中心に向けて強力に移動され工具ホ
ルダーを強固にクランプするものとなる。このことは楔
面の傾斜度を任意に設定することによってドローバーの
前記一方への移動力を小さくなさしめることを可能とな
すのであり、したがって該移動力を生成せしめるだめの
ｔ＼ネカは・ピ・要に応して小さく設定する、二とがで
きる。

また第■、の本発明は先の発明とぞト用部を一致せした
もので、即ち主軸と同体の筒状部材を介してボ　ルを主
軸の半径方向に案内上しめ、一方では該筒状部材にスリ
ーブを軸力向への移動自在にり（Ｉ↑）１さ丑ると！ｔ
にその一定部位をホールと斜状に当接せし２め、ｌ］つ
スリーブをボールの在る側へ向けて軸方向に（＝ｊ勢す
るためのハネを配設し２、常時ポルが１ユ輔の中心に向
（Ｊで付勢されていることを特徴とする。

これ０こよ１′１．ばボールが４−基ボルダ−を所定の
弾１０力で係止し得るものとなるため、工具ホルダがク
ランプ又はアンクランプの何れの状態になってい−Ｃも
、−、、Ｌｌ」ζ−ルに係止された］”呉ホルダはｉ：
、軸から扶は落ちることはない。このことは工ｉｊｊ　
にルグ　のクランプ・アンクランプにさいして自動土ｉ
４交換装置の工具交換ア　ノ、の工具ホルダ把持機構に
よる把持は必ずしも必要ではなくなり自動丁■交換装置
は従来に較べ少ない制約の士で工具交換を行い得る。

（実施例） 以下、図面を参照しつつ未発明の１１体的な実施例を説
明する。

第１図は本発明に係る主軸周辺の断面図、第２図は本発
明を実施したマシンニングセンターの主軸ヘノＦを示す
断面図、第３図及び第４図は同マシンニングセンターの
！Ｖ面図及び正面図であり、従来例と同一箇所には同−
符−号を付しである。

図に於いて、７は基台８−［−を前後左右ζ、ご移動さ
れるテーブル、そして９は基台８に起立せしめたコラＪ
・で前面には案内レール１０．１０を具備せしめ、該レ
ールｌ０１１０を介してＬ中１！１ヘノｌ”　１１を十
士摺動自在に支持させである。

１２は７ラム９の」−面に固定させた１軸ヘッド送りモ
ーターでこれの出力軸１２ａと螺子軸１３を連結させる
と共に該螺子軸１３には主軸−・）１ζ１１乙こ固定さ
れたナツト体１４を螺合さ〜Ｕ、出力軸１２．．１０回
動により主軸ヘット１１が上下変位するようになす。

そして前記主軸＼ノド１１には軸受】５．１５などを介
し２て縦方向の主軸１を回動自在に支承させると！Ｕこ
主軸ｌの上部には従動ブーＩＪ１６を固定きり、他方で
は前記主軸・＼ノド用１に主軸モツ−１７を［＾］定実
ると共にこれの出力刺Ｎ７ａにＩＲ４動ブー１．１１８
を固定させ、且つ該プーリ１８と前記プーリ１６と１こ
伝動・＼ルｌ　１９を巻き掛け、出力軸１２　ａの回申
１、により−ト軸】が回転するよ・うにな−４゛ほか、
１．−軸ｌ乙こ：！その中心軸線に沿って段イ付の操作
ギし１１）を設けると共にその先端には工具ポルグー２
の子−べ部２ａの嵌挿されるテーバ孔ＩＡを形成し１、
珪つ前記操作孔１ｂの内方には１１１−バー４を一定範
囲内での上型摺動変位自在に嵌挿さゼるよ’）　Ｑ、−
なず。

Ｕか１−２て−１−記主軸１の詳細；よ次のよ）に構成
される。

即ら、操作孔１ｂの下端に形成し７た段部イに当接さ−
）主て鍔右１のスリーブ２０を嵌挿させることによ２つ
該スリーブ２０を主軸１と−・体向となさしめる。ス１
１−ブ２０は内孔２０．３を工具ボルダ−２のプルスタ
ッド２ｂの嵌挿される＝ｉ法に設定すると共に一定高さ
位置の周囲には一定間隔位置に゛＋ｚ径力向の透孔２０
ｂを設けＵ７めるほか、外周面には段部ハを形成し−Ｃ
なる。前記各透孔２Ｏｂ内にはブルスタノ１−２５の膨
大部を係１１−さゼるためのホール６を半径方向に沿っ
ての一定範囲内での移動自在に嵌挿させるのであって該
透孔２０ａの内方端部にはこれらホール〔；が内孔２Ｏ
ａ側へ脱ｆ合するのを阻市するだめの図示しない係止部
位が形成しである。

一方、ドロ　パー４は）゛側部分を細長棒４Ｃになすと
共に該細長棒４Ｃに外嵌させた態様に筒体２１をこれの
上端で固定−せしめ、目つ筒体２１の下端内側面には−
Ｌ方へ向けて拡大したテーバ面（即ち模面）２１ａを形
成せしめる。しかして該筒体２１は前記スリーブ２０に
外嵌させるのであって、ｌ・”ローバー４の上下変位操
作により前記模面２１ａがボール６の外側に当接し７て
喫作用を奏し、上方への移動でボール６を透孔２０ｂに
沿って内方へ移動さセ、逆に下方への移動でボ　ル６の
透孔２Ｏａ内での外方への移動を許容するようになす。

そして２２は別のスリーブで内孔２２ａの下端には段部
二が形成しである。該スリーブ２２は外径を筒体２１の
内径に概略合致させてあって前記スリーブ２０の段部ハ
より上側に外嵌させると共に筒体２１の内方に嵌挿させ
、外周面を筒体２１の内周面に案内させて上下変位自在
となしてあり、最下位置に変位した状態ではスリーブ２
０の段部ハで自身の段部二を支持される。スリーブ２０
の内孔２０ａに先端の挿入された細長棒４Ｃにはバネ受
はリング２３を外嵌させ且つスリーブ２０の上端面に載
置させる。そして該リング２３の上側で筒体２１の内方
にはリング状の皿バネ５を細長棒４Ｃに外嵌させて多数
配設し且つ上下方向へ圧縮させた状態となし、他方では
該リング２３とスリーブ２２との間にスプリング２４を
圧縮させた状態に配設する。このさいスプリング２４の
伸張力は皿バネ５のそれよりも小さいものとなして、皿
バネ５の伸張力をバネ受はリング２３及びスリーブ２０
を介して段部イに支持させるようになしてドローバ−４
を上側へ押圧する力となさしめる共に、スプリング２４
の伸張力を皿ハネ５及びハネ受はリング２３に支持させ
てボール６の比較的上側面をスリーブ２２の下端を介し
て下方へ押圧する力となさしめ、核力によりボール６が
透孔２０ｂに沿って内方へ所定力で押圧されるようにな
す。さらに前記ドｌコーハ−４の上端にはヘアリング２
５を介することによりアンクランプ力受は金具２６を回
動自在に装着させ、主軸１の回転中にも同金具２６の上
面に下向きの押圧力を受は得るようになす。

次に２７は一ヒ記主軸１のドローバ−４を上下作動させ
るための屈曲形レバーで主軸ヘッド１１から起設せしめ
た支持アーム２８に対し軸２９を介して枢着させ、一端
には押しボルト３０を、そして他端にはローラ３１を軸
着させるようになす。

このさいレバー２７の下方の主軸ヘッド１１」二面にス
トッパ＝３２を起立させると共に、該スト。

パー３２と対向する位置でレバー２７と主軸へ・７ド１
１との間にスプリング３３による押圧手段３４を設け、
自由状態のレバー２７がストッパー３２に当接されて一
定位置に保持されるようになす。他方、３５はコラム９
に上下調整可能に固定したカム板で主軸ヘッド１１が加
工領域を越えて一定高さ以上に上昇するとこれに形成さ
れた斜状のカム面３５ａがローラ３１を概略水平方向へ
一定距離だけ押圧移動させ、これに伴って押しボルト３
０がアンクランプ力受は金具２６を一定距離だけ圧下す
るものとなす。

なお３６は自動工具交換装置３７の回動軸３８に固定さ
せた工具交換アーム、３９は予備の工具を工具ホルダー
２と同体のまま格納してお（ためのマガジン装置である
。

次に本実施例装置に於いて自動工具交換装Ｗ３７を介し
て工具交換するさいの作用を説明する。

加工中に於いては主軸１は工具ホルダー２を第１図及び
第２図に示す状態にクランプしているが、工具交換のさ
いは主軸へンド１１が加工領域よりも上方へ変位され、
工具交換位置に達するまでりごはレバー２７がカム羊反
３５により揺動されてドローバー４を下方へ押圧変位さ
せる。このときたとえ主軸１の回転が完全に停止されて
いなくてもアンクランプ力受は金具２６が自在回転する
ことから何等の支障も生しない。そしてドローバー４が
下方へ変位されると、それまでボール６の外側を押圧し
ていた筒体２１の楔面２１ａがボール６から離れ、ボー
ル６の位置規制を解除するため、工具ホルダー２はアン
クランプされた状態となる。しかし、この状態にあって
も未だスリーブ２２の下端がボール６を透孔２０ｂの内
方へ向けてスプリング２４の付勢力で押圧しているため
プルスタッド２ｂはボール６で弾圧係止された状態を維
持し、工具ホルダー２が重力により落下することはない
。

そして主軸ヘッド１１が完全に工具交換位置に達すると
工具交換アーム３６が軸３８回りに９０度回動してその
一端把持部に工具ホルダー２を把持し、直ちに降下する
のであり、これにより工具ホルダー２は引張され、プル
スタンド２ｂがスブ：て＃’２４のイ（Ｊ勢力にｒｉＩ
’、　シてボール６を透孔２０ｂの外ｊＶ＼退避させ、
遂にはう−−−パ孔１．ｌから完全Ｏこ扱き出されろも
のとなる。このことはＴμ交換アーム３６がＩｌ　１！
、　、（；ルダ　２を把持した後でないとそれをアンク
ランプ状態となし得ない従来のものに軽ベニＬ゛具交換
時間を短縮せし２めるものとなる。

この後、二工具交換ア　ム３６が１８０度軸３ｓ回りに
回転し７てごれの他端把持部に把持し７た次に使用ずべ
き「具の固定された工具ホルダー２を１ｉ軸ｌの直下に
位置せしめ、次いでトｙ７シ、該工具ボルダ−２を主軸
１のテーバ孔りａ内の一定位置まで嵌挿させる。これに
よりプルスタット２ｂはアンクランプ状態となっている
ボール６をスプリング２４によるイ寸勢力に抗しで透孔
２０１）の外力へ退避さ−１つつスリーブ２０の内孔２
Ｏａ内に弾撥的に嵌入するものとなる。この後直ちに、
Ｔ具交換アーム３６ば軸３８回りに９０度反転し゛Ｃ工
具ホルダー２を解放し原位置に復帰するが、ポル６がス
プリング２４及びスリーブ２２を介して透孔２０１）の
内方へ向か−）（＝］勢力を前述同様に石ｊ７５、され
ていることがらグルスタンド２ｂは係Ｉトされた状態を
維持され、工具ホルダー２は主軸１のテーパ孔１ａから
抜げ落らろことはない。このことば前述したと同様に、
Ｔ只交換ア　Ｊ、３６がＴμボルダ　２を把持した後で
ないとぞわをアンクランプ状態となし得ない従来のもの
に較べＴ具交換時間を短縮せしめるものである。そ１．
てに具交換アーム３６が原位置に復帰した後、主軸−・
ノド１１ば再び加工領域まで降Ｔ’されるのであり、こ
の間にローラ３１がカム板３５から外れるためレバー２
７は自由状態となってＶローバー４を解放する。これに
よりドローバ−４は朋ハネ５の伸張力により上方へ移動
され、楔面２１ａはボール６を透孔２０ｂの内方へ向け
て強制的に移動させるものとなる。このさいボール６は
楔面２１ａの模作用により皿ハネ５の力を大幅に増大さ
せて生成せしめた力で移動され、プルスタッド２１）の
膨大部の斜面に強く押圧される。このため工具ボルダ２
は強力にテーパ孔１ａ内に引き込まれて確実強固にクラ
ンプされた状態となる。この後１．主軸１は再び回転駆
動さ１１５て加１−に供される。

１−記実施例では本発明をマシンニングセンタに実施し
たものを示したが、これに限定されるものではない。

（発明の効果） 以トのように請求項１記載の本発明によれば、ド「】−
バーの楔面とボールとの模作用でボールの主軸中心に向
かう移動力を増大させるこ吉ができ、このためドローバ
−の移動力を発へ１−せしめる皿ハネなどのイ・１勢力
を過度に増大させないでも工具ホルダーのクランプ力を
確実強固になしえ、高精度・重切削作業を１可能ならし
めるものであり、またごのこ入ばドローバ−のアンクラ
ンプ操作力を小さくなし得ることを意味し、主軸の軸受
などに過度なスラストが作用することを回避せしめるも
のである。

請求項２記載の発明によれば、自動工具交換作業中に於
いて工具交換アームが工具ボルダ−を把持し５ていない
ときでもスリーブを介してボールに作用するスプリング
の付勢力が工具ホルダーの主軸から抜は落ちるのを阻止
するため、適時に主軸の工具ボルダ−をクランプ・アン
クランプさせることができ、工具交換作業を迅速に行う
ことを可能ならしめるものである。このさいスプリング
及びスリ　−ブを主軸の操作孔内に収容させることがｉ
ｉＪ能であり、このことが主軸の加工を不要となして構
造簡易となさしめる。

さらに請求項３の発明に。Ｌ力、ば、主軸が回転中であ
っても工具ボルダ　をクランプ・アンクランプさせるこ
とが可能となり　工具交換作業の迅速化をさらに促進す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る主軸周辺の断面図、第２図は本発
明に実施したマシンニングセンタ　の主軸ヘッドを示ず
断面し１、第３図及び第４図は同マシンニングセンター
の平面間及び正面図、第５図は従来の図である。 ■・・・主軸、２・・・ｒ具ホルダー、４・・ドローパ
ー、６・・・ボール、２０・・・筒状部材、２１ａ・・
・楔面、２２・・・スリーブ、２４・・・スプリング（
バネ）、２５・・・ベアリング、２６・・・アンクラン
プ受は金具。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸と同体の筒状部材を介してボールを主軸の半
   径方向への移動自在に案内せしめると共に、該ボールに
   外側から当接するものとなる楔面を形成したドローバー
   を前記筒状部材に主軸の回転中心に沿っての移動自在に
   外嵌せしめ、ドローバーの一方への移動により工具ホル
   ダーが主軸の中心へ向けて移動されたボールを介してク
   ランプされ、他方への移動によりアンクランプされるこ
   とを特徴とする工具交換可能な工作機械の主軸装置
2. （２）主軸と同体の筒状部材を介してボールを主軸の半
   径方向に案内せしめ、一方では該筒状部材にスリーブを
   軸方向への移動自在に外嵌させると共にその一定部位を
   ボールと斜状に当接せしめ、且つスリーブをボールの在
   る側へ向けて軸方向に付勢するためのバネを配設し、常
   時ボールが主軸の中心に向けて付勢されていることを特
   徴とする工具交換可能な工作機械の主軸装置。
3. （３）ボールを主軸の中心に向けて移動させるためのド
   ローバーにベアリングを介してアンクランプ受け金具を
   設けたことを特徴とする請求項２記載の工具交換可能な
   工作機械の主軸装置。