JPH03117530A - 自動工具交換装置の工具クランプ機構 - 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、マシニングセンタなどのＮＣ工作機械におけ
る自動工具交換装置の工具クランプ機構に関する。

従来の技術 従来のＮＣ工作機械における自動工具交換装置は、多数
の工具（工具ホルダに装着されている。）を貯蔵した工
具マガジンとニー作機械の主軸との間において工具交換
を行なうようになっている。そして、工具交換にあたっ
ては、工具マガジンの工具ポットから工具交換アームに
移載した次の工具を交換ヘッドに保持し、該交換ヘッド
が工具交換位置に位置決めされた主軸側に移動し、ここ
で工具交換アームの進退及び旋回動作によって前の工具
との交換が行なわれる構造のものが最も一般的である。

しかし、上記従来の自動工具交換装置は、工具交換アー
ムとその付帯装置及びこれらを設置するために比較的広
いスペースを必要とし、大型かつ複雑で、高価になると
いう問題があった。

また、従来装置は、主軸と工具交換アームを交換位置に
位置決めして整合させるのに手間を要するため、工具交
換時期の短縮に限界があり、かつ、高速で繰り返して位
置決めしなければならないので、位置決め精度の低下が
問題になっていた。

更に、加工時間が短い小径工具の場合、非加工時間であ
る工具交換時間の割合が著しく増加し、作業能率をあげ
る上で大きな障害になっていた。

一方、本発明者等は上記した従来装置の問題点に鑑み、
中空軸からなる主軸の中空孔に複数の工具を軸方向へ移
動可能に収容し、これらの工具を前記主軸の前端開口部
に設けた工具をクランプするチャックに差し替えるよう
にして、工具交換に無駄な動きを極力無くし、非加工時
間を大目１に短縮できると共に、装置が簡単で、安価に
製作できる自動工具交換装置を先に提案した（特願昭６
３−９３８６７号及び特願昭６３−２２８０９２号参照
）。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記特許出願に係る自動工具交換装置に示した
工具クランプ機構は、主軸を一旦停止させたのち、その
回転動作に連動してコレットを開閉するものであったの
で、前記主軸の回転中に工具を交換することができなか
った。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもの
で、前述した自動工具交換装置において、主軸の回転中
、停止中を問わずにコレットを開閉して工具を交換する
ことができ、工具交換時間の一層の短縮を図ることが可
能な工具クランプ機構を提供することを目的としている
。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明においては、工具を
クランプする前記チャックが前記主軸の前開口部に固装
されたコレットと、該コレットに摺動可能に外嵌された
筒状のクランプピストンと、該クランプピストンをクラ
ンプ側へ付勢するばね手段と、前記クランプピストンを
前記ばね手段に抗してアンクランプ側へ作動するアンク
ランプ用油圧シリンダとによって構成されていることを
特徴とする。

前記アンクランプ用油圧シリンダは、固定部すなわち主
軸頭に設けることも、回転部すなわち主軸に設けること
も可能である。

作用 上記構成により、主軸が停止中は勿論のこと、回転中に
おいても、前記アンクランプ用油圧シリンダに圧油を供
給するだけで前記コレットが開いて工具の交換が可能に
なる。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図面は本発明による工具クランプ機構を備えた自動工具
交換装置を示している。

１０は主軸頭、１１は主軸で、全長に亘って貫通する中
空孔１２を有する中空軸により形成されている。該主軸
１１は軸受１３及び１４を介して主軸頭１０に回転自在
に支承されると共に、主軸頭１０に内蔵したスピンドル
モータ１５のロータ１６が外嵌して固装され、スピンド
ルモータ１５と一体化されている。スピンドルモータ１
５のステータ１７は主軸頭１０に固装されている。

主軸１１の前端開口部１１ａには後述するように工具Ｔ
をクランプするチャック２０が設けられる。そして、中
空孔１２に収容した工具Ｔをチャック２０に誘導するた
め前端開口部１１ａの内側にテーバ状の案内部１８が形
成されている。

チャック２０は、前端開口部１１ａに嵌着されたコレッ
ト２１と、該コレット２１に摺動自在に外嵌された筒状
のクランプピストン２２と、前記コレット２１の外周に
嵌装されクランプピストン２２をクランプ側（図面の右
方向）へ付勢する皿ばね２３とを備え、コレット２１は
クランプピストン２２により常時閉じ勝手になっている
。また、クランプピストン２２はその外周面と前端開口
部１１ａの内周面との…■に介装したストロークベアリ
ング２４によって軸方向へ円滑に摺動可能となっている
。

２５はアンクランプ用油圧シリンダで、主軸前側カバー
２６にボルトで固着されている。

２７はアンクランプ用ピストンで、主軸１の前端開口部
１１ａに外嵌する筒状体に形成され、その前側壁２７ａ
とクランプピストン２２の前端面との間にスラストベア
リング２８が介装されている。該アンクランプ用ピスト
ン２７はシリンダ２５内に軸方向へ摺動自在に嵌装され
、シリンダ２５に内装したコイルばね２９によって主軸
１の前方側（図面の右方向）へ付勢されている。そして
、シリンダ２５に設けた圧油供給路３０を通じて供給さ
れる圧油によりコイルばね２９に抗してアンクランプ側
（図面の左方向）へ押動されるようになっている。

３１は複数の工具Ｔを収容保持する工具保持体で、収容
した工具Ｔを個別的に軸方向へ往復移動させてチャック
２０に差し替えることにより工具Ｔを交換する自動工具
交換装置の主体をなしている。該工具保持体３１は主軸
１１の中空孔１２に僅かの隙間を設けて脱抜自在に嵌挿
され、後端に連設したフランジ部３１ａを主軸頭１０の
後側カバー３２にボルト３３で固着して、固定支持され
ている。

工具保持体３１には軸線と平行に延びる複数の案内孔３
４が貫設されていて、各案内孔３４の前端開口部分に工
具保持部３５が形成されていると共に、中間部分に後述
する引戻しばね３９の係止段部３６が設けられている。

３７は各案内孔３４に摺動自在に挿通した作動杆で、そ
の後端に連設した鍔部３８と案内孔３４の係止段部３６
との間に介装した引戻しばね３９により後方の待機位置
へ付勢されている。

４０は工具押出し用シリンダ装置で、後側カバー３２に
固装されている。該シリンダ装置４０は複数の作動杆３
７に対応する複数のエアシリンダ４１を備えており、各
エアシリンダ４１の作動時に、そのピストンロッド４２
の先端に装着した押圧片４３が作動杆３７の鍔部３８に
衝接し、引戻しばね３９に抗して作動杆３７を案内孔３
４の工具保持部３５側へ押し出すようになっている。

４４は工具連結金具で、各作動杆３７の前端に可撓性の
連結ワイヤ４５を介して連結され、該工具連結金具４４
に軸受４６を介して工具Ｔが回転自在に保持されている
。連結ワイヤ４５は各種機械装置において伝動手段とし
て用いられている公知のものである。

而して、作動杆３７が後退位置にあるとき、連結ワイヤ
４５が案内孔３４内に引き込まれ、工具連結金具４４が
工具保持部３５に嵌合して、工具Ｔが所定位置に収容保
持される。一方、作動杆３７が前進位置にあるとき、連
結ワイヤ４５を介して工具Ｔが個別的に押し出され、該
工具Ｔは、案内部１８に誘導されてアンクランプの状態
にあるコレット２１に挿通し、工具Ｔの基端に設けた位
置決め用鍔部４７がコレット２１の当り部２１ａに当接
する定位置において、コレット２１の前端から所定長さ
突出した姿勢で停止する。この状態でコレット２１が閉
じて工具Ｔをクランプする。

第１図は工具Ｔをクランプした状態を示しており、主軸
１１が回転すると、コレット２１によりクランプした工
具Ｔが主軸１１と一緒に回転して、切削加工が行なわれ
る。

次に、コレット２１を開いて工具Ｔを交換するには、第
２図に示すように、圧油（共給路３０を通じてアンクラ
ンプ用シリンダ２５に圧油を供給し、アンクランプ用ピ
ストン２７をコイルばね２９に抗して図面の左方向へ押
動する。すると、アンクランプ用ピストン２７がスラス
トベアリング２８を介してクランプピストン２２をアン
クランプ側（図面の左方向）へ皿ばね２３を押し縮めな
がら押動する。このクランプピストン２２の移動により
コレット２１が開いて工具Ｔをアンクランプする。と同
時に、自動工具交換装置の工具押出しシリンダ装置４０
が前述のように作動し、アンクランプされた工具Ｔを後
退位置に引き込んだのち、次の工具Ｔ、が押し出されて
コレット２１に挿通し、工具交換が行なわれる。

しかるのち、アンクランプ用油圧シリンダ２５に供給さ
れていた圧油を排除すると、皿ばね２３及びコイルばね
２９の作用でクランプピストン２２及びアンクランプ用
ピストン２７が第１図に示すクランプ状態に戻り、コレ
ット２１が閉じて交換された工具Ｔ、をクラシブする。

上述した工具交換操作は、主軸１１の回転運動に関係し
ないので、主軸１１が停止しているときは勿論であるが
、主軸１１の回転中においても随時行なえる。

第３図は別の実施例を示している。

先の実施例においては、アンクランプ用油圧シリンダ２
５を固定部すなわち主軸頭１０に取り付けたが、この実
施例では、アンクランプ用油圧シリンダ２５は主軸１１
の前端開口部１１ａに組み込まれ、主軸１１に設けた圧
油供給路５０を通じて供給される圧油により直接クラン
プピストン２２を作動する構成にしたから、構造が非常
に簡単になっている。なお、圧油供給路５０には主軸頭
１０の後側部に付設した回転油圧継手５１を介して圧油
が供給される。

また、この実施例においては、工具押出し用シリンダ装
置４０のピストンロッド４２と作動杆３７とを一体化し
て１本のロッド５２としたから、構造の単純化が図れる
と共に、全長を短くできる利点がある。

而して、この実施例の場合も、先の実施例の装置と同様
に、主軸１１の停止、回転に関係なく工具を交換するこ
とができる。

発明の詳細 な説明したように、本発明の工具クランプ機構によれば
、主軸の中空孔内に収容された複数の工具を前記主軸の
前端開口部に設けたチャックに差し替えて交換する工具
交換操作が、前記主軸の停止中は勿論のこと、前記主軸
の回転中においても随時行なえるので、工具交換時間を
大幅に短縮でき、ひいては加工時間の短縮が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工具クランプ機構を備えた自動工
具交換袋、置の縦断面図、第２図はアンクランプ状態を
示す同要部の拡大縦断面図、第３図は別の実施例を示す
縦断面図である。 １０主軸頭　　　　　　　１１・・・主軸１２・・・中
空孔　　　　　　１１ａ・・・前端開口部２０・・・チ
ャック　　　　　２１・・・コレット２２・・・クラン
プピストン　２３・・・皿ばね２５・・・アンクランプ
用ピストンダ ２７・・・アンクランプ用ピストン ２８・・・スラストベアリング ２９・・・コイルばね　　　　３１・・・工具保持体３
４・・・案内孔　　　　　　３５・・・工具保持部３７
・・・作動杆　　　　　　３つ・・・引戻しばね４０・
・・工具押出し用シリンダ装置 ４１・・・エアシリンダ ４２・・・ピストンロッド 第 図 ０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主軸が中空軸に形成され、前記主軸の中空孔の前
   端開口部に工具をクランプするチャックが設けられると
   共に、前記中空孔内に複数の工具が個別的に軸方向へ移
   動可能に収容され、更に、前記主軸の後部に前記工具を
   個別に軸方向へ往復移動させる工具移動手段が設けられ
   、前記工具移動手段により前記工具を前記チャックに差
   し替えるようにした自動工具交換装置において、 前記チャックが、 前記主軸の前開口部に固装されたコレットと、該コレッ
   トに摺動可能に外嵌された筒状のクランプピストンと、 該クランプピストンをクランプ側へ付勢するばね手段と
   、 前記クランプピストンを前記ばね手段に抗してアンクラ
   ンプ側へ作動するアンクランプ用油圧シリンダとによっ
   て構成されている自動工具交換装置の工具クランプ機構
   。
2. （２）前記アンクランプ用油圧シリンダが固定部すなわ
   ち主軸頭に設けられている請求項（１）記載の自動工具
   交換装置の工具クランプ機構。
3. （３）前記アンクランプ用油圧シリンダが、回転部すな
   わち主軸に設けられ、前記主軸の後側部に付設した回転
   油圧継手を介して圧油が供給されるようになっている請
   求項（１）記載の自動工具交換装置の工具クランプ機構
   。