JPH0398705A

JPH0398705A - 工作機械の工具クランプ装置

Info

Publication number: JPH0398705A
Application number: JP23339389A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Ozaki; 邦彦尾崎; Satoru Fujimori; 藤森　覚; Norihide Maeda; 憲秀前田
Original assignee: Mori Seiki Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1991-04-24
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2805163B2

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、自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって主軸に
受け渡される工具をクランプ及びアングランプする工作
機械の工具クランプ装置に関する。

従来の技術従来、この種の工作機械に採用されている工具クランプ
装置は、主軸頭に回転自在に支承された主軸がその前端
に開口する工具挿入孔と、該工具挿入孔に続いて軸心部
を貫通する貫通孔とを有し、前記貫通孔に軸方向へ摺動
自在に設けられたドローバーの前端に、前記工具挿入孔
に差し込まれた工具のプルスタッドに係脱可能な把持部
材が連結され、前記ドローバーを前記主軸に嵌挿したば
ね部材によって主軸後方へ引き込むと、前記把持部材が
閉じて工具を前記主軸にクランプし、前記ドローバーを
前記ばね部材に抗して主軸前方へ押し出すと、前記把持
部材が開いて工具をアンクランプするようになっている
。

而して、クランプ力を得るための前記ばね部材には通常
、多数の皿ばねを積層したものが使用され、また、アン
クランプ時に前記皿ばねに抗して前記ドローバーを押し
出す手段として油圧シリンダが用いられている。

発明が解決しようとする課題しかし、上記従来の工具クランプ装置では、積層した皿
ばねにより前記ドローバーに大きな引き込み力を付与し
て所定のクランプ力を得ているので、前記ばね部材に抗
して前記ドローバーを押し出すには大きな押圧力（通常
、約３ｔｏｎ）のアンクランプ力を必要とし、このため
容量の大きい油圧シリンダが使用されている。そして、
該油圧シリンダをＡＴＣの動作にカム機構を介して連動
させる場合にはカム機構も大きくなり、装置全体が著し
く大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を躬決すべくなされたもので、
工具のクランプ時に前記ドローバーに付与する引き込み
力を小さくして、アングランプ時に前記ドローバーを押
し出すための油圧シリンダその他のアクチュエータの小
形化及び省力化を図ると共に、前記アクチュエータをＡ
ＴＣの動作にカム機構を介して連動させる場合の前記カ
ム機構を小さくシ、もって装置全体がコンパクトに構成
できる工作機械の工具クランプ装置を提供することを目
的とする。

課題を解決するための手段上記目的を達戊するために、本発明においては、工具の
アンクランプ時に前記ドローバーを押し出す手段として
、前記主軸軸線の外周に配設され、主軸軸線に対し直角
方向へ作用する作動力を主軸軸線方向へ変換しながら増
大して、前記ドローバーを前方へ押し出すトグル装置と
、前記トグル装置に前記作動力を付与するアクチュエー
タを採用し、かつ、前記工具のクランプ時に前記ドロー
バーを前記主軸に対して固定保持する一方、アンクラン
プ時の動作途中に前記ドローバーを解放するロック機構
を設けたことを特徴とする。

前記トグル装置は、前記主軸の直径方向に相対向して設
けることが好ましい。

作用上記の技術的手段により、工具のアングランプ時には、
前記アクチュエータの作動力を前記トグル装置により主
軸軸線方向へ変換しながら増大し、この増大された力で
前記ドローバーを主軸前方へ押し出して前端の把持部材
を開く。そして、工具挿入孔から工具を取り外す。

また、工具のクランプ時には、前記ドローバーが前記ロ
ック機構によって主軸に対して固定保持されるから、前
記ドローバーに引き込み力を付与するばね部材のばね圧
が小さくても前記工具に対するクランプは強固かつ確実
である。

実施例以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図面は自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備えた工作機械の
工具主軸に本発明を適用した例を示しており、第１図は
クランプ状態を示す縦断正面図、第２図はアングランプ
状態を示す要部縦断正面図である。

図において、ｌは主軸頭、２は主軸で、主軸頭１内に軸
方向に間隔をおいて配設した一対の軸受３，４により回
転自在に支承され、後端部が主軸頭１の後側に固装した
電勤モータ５の回転軸６にスリーブ継手７を介して連動
連結されており、電動モータ５により直接回転駆動され
るようになっている。該主軸２は、前端に開口するテー
パ孔に形成された工具挿入孔８と、該工具挿入口８に続
いて軸心部を貫通する貫通孔９とを有し、また、主軸２
の中間部分には直径方向に貫通し、かつ軸方向に延びる
一対の長孔１０．１０が設けられている。

１１はドローバーで、貫通孔９に軸方向に摺動自在に嵌
挿され、その前端には、工具挿入孔８に差し込まれた工
具Ｔの後端に突設したプルスタツド１５に係脱可能なコ
レット１２が接続軸部１３を介して連結されている。コ
レット１２は貫通孔９に嵌着したスリーブ１４内に収容
保持されている。また、ドローバー１１の後端部外周に
は後述するロック機構の球体２３と係合する凹溝１６が
環状に設けられている。更に、ドローバー１１の中間部
分より前側方は細径になっていて、段部１７が形威され
ている。そして、該段部１７に朕合係止したばね受けカ
ラー１８とスリーブ１４の後端に嵌着した調整用カラー
１９との間に圧縮コイルばね２０が介装され、該コイル
ばね２０によってドローバー１１が主軸後方へ引き込ま
れるように付勢されており、この引き込み力によってコ
レット１２が閉じ、工具Ｔを把持して主軸２にクランプ
するようになっている。

２１はドローバー１１に外嵌した筒袖で、前端に連設し
たフランジ部２２を介して主軸２の貫通孔９内に嵌着固
定され、後端部には複数の球体２３が半径方向へ移動可
能に保持されている。

２４はロック用スリーブで、ドローバー１１の後端部及
び筒軸２１の後端部に外嵌されると共に、主軸１の貫通
孔９に軸方向へ摺動自在に嵌挿されている。該ロック用
スリーブ２４は前端部外周に直径方向に相対向して突設
した一対の係合ビン２５を有し、両係合ビン２５．２５
は長孔１０，１０を挿通して突出し、その突出部分に可
動リング体２６が取り付け固定されている。係合ピン２
５，２５は長孔１０内で軸方向へ移動自在になっている
。また、ロック用スリーブ２４の後端にはドローバー１
１の後端面に係合する内向きのフランジ部２７が設けら
れている。更に、スリーブ２４の内周面には球体２３と
係合する凹溝２８が環状に形威されている。該ロック用
スリーブ２４は、その前端と筒軸２１のフランジ部２２
との間に介装した圧縮ばね２９によって主軸２の後方へ
付勢されている。そして、ロック用スリーブ２４、圧縮
ばね２９、筒軸２１及び球体２３によって、工具Ｔのク
ランプ時にドローバー１１を主軸２に対して固定保持す
る一方、アンクランプ時の動作途中にドローバー１１を
解放するロック機構が構成されている。圧縮はね２つの
ばね圧はコイルばね２０のばね圧よりも大きく設定され
ている。

３１はアンクランプ用シリンダ、３２はアンクランプ用
シリンダで、シリンダ３１はスリーブ継手７を囲繞する
ように外嵌して主軸頭１の後側カバ−１ａに固定され、
その中間部外周に直径方向に相対向する一対のブラケッ
ト３３．３３が突設されている。一方、ピストン３２は
スリーブ継手７に外１茨する筒状に形威され、かつ、シ
リンダ３１に軸方向へ摺動自在に嵌挿され、その前端部
外周にブラケット３３に対応する一対のブラケット３４
．３４が突設されている。そして、相対するブラケット
３３と３４にはそれぞれローラ３５と３６が軸方向に並
列した姿勢でビン３７を介して回転自在に支持されてい
る。筒状ピストン３２は戻しばね３８によって主軸後方
へ付勢されており、該戻しばね３８に抗して主軸前方へ
移動したときロック機構の可動リング体２６に当接して
これを押動するようになっている。

３９は相対する両ローラ３５と３６の中間に配設された
作動ローラで、一端がローラ３５のビン３７に枢支され
た揺動リンク４０の他端にピン４１を介して回転自在に
支持され、常時両ローラ３５．３６と係合しながらピン
３７を支点に揺動可能になっている。また、該作動ロー
ラ３９は戻しばね４２によって常時ローラ３５の上側方
へ付勢されている。

４３は作動ローラ３９を作動する油圧シリンダで、主軸
頭１の外周に組み付けられ、そのピストン４４の先端部
４５がローラ３９に係合し、該ローラ３９を戻しばね４
２に抗して主軸軸線に対し直角方向すなわち半径方向へ
中心に向けて押動ずるようになっている。そして、該作
動ローラ３９と両ローラ３５．３６との間にローラ３９
の作動力を主軸軸線方向へ変換しながら増大するトグル
装置を構成している。

なお、作動ローラ３９と両ローラ３５，３６及びピスト
ン４４との間の係合を確実にするため、第４図に示すよ
うに、作動ローラ３９の外周には係合溝３９ａが設けら
れている。

また、第５図に示すように、作動ローラ３９に代えてピ
ストン４４の先端部に取り付けた楔体４６を両ローラ３
５．３６の間に係合するようにしてもよい。更に、前記
トグル装置は、図示した構造に限定されるものではなく
、リンク機構により構成してもよい。

油圧シリンダ４３は、図示していない自動工具交換装置
のアンクランプ動作に連動するカム５０によって作動さ
れる油圧シリンダ５１から圧油を供給して作動せしめら
れるようになっている。

次に、上記構成の工具クランプ装置の作動について説明
する。

第１図は、工具Ｔが主軸１にクランプされている状態を
示している。ドローバ１ｌはコイルばね２０によって主
軸後方へ引き込まれ、これに連動するコレット１２が閉
じて、工具挿入孔８に差し込まれた工具Ｔのプルスタッ
ド１５を把持する一方、ロック用スリーブ２４が圧縮ば
ね２９によって主軸後方へ引き込まれる。このロック用
スリーブ２４の移動によって、球体２３が凹溝２８から
離脱してドローバー１１の凹溝１６に係合し、さらに傾
斜カム面３０によってドローバー１１の外周面に押し付
けられる。その結果、ドローバー１１がロック用スリー
ブ２４を介して主軸２に対して固定保持されるので、工
具Ｔは強固かつ確実にクランプされる。この状態で主軸
２が回転して工具Ｔによる切削加工が行われる。

主軸２から工具Ｔを取り外すには、第２図に示すように
、油圧シリンダ４３に圧油を供給してピストン４４を主
軸２の中心へ向けて作動する。このピストン４４に連動
して作動ローラ３９が両ローラ３５，３６の間に圧入し
、アンクランプ用ピストン３２を主軸前方へ押動する。

すなわち、ピストン４４の主軸軸線に対して直角方向へ
作用する作動力が作動ローラ３９と両ローラ３５．３６
との間に形或されるトグル機構によって軸線方向へ変換
されると共に、急速に増大される。このとき作動ローラ
３９も軸方向へ少し変位する。このようにして増大され
た軸方向の押圧力によってピストン３２が主軸前方へ押
動され、可動リング体２６に当接してロック用スリーブ
２４が圧縮ばね２９に抗して主軸前方へ移動せしめられ
る。このスリーブ２４の移動に伴い、まず球体２３が凹
溝２８に入り込んでドローバー１１に対するロック作用
が解除され、続いてフランジ部２７がドローバー１１の
後端面に当接し、該ドローバーｌ１をコイルばね２０に
抗して主軸前方へ押し出す。このようにしてドローバー
１１が押し出されると、コレット１２が開いてプルスタ
ッド１５の把持を解放すると共に、接続軸部１３の先端
でプルスタッド１５を押して、工具Ｔがアングランブさ
れる。

第６図の線図は、工具のアングランブ時にドローバー１
１に作用する押圧力と、その軸方向の変位（ストローク
）との関係を示しており、線Ａは上記のように構成した
本発明によるクランプ装置が工具をアングランプするの
に必要な押圧力を示し、線Ｂは該装置が実際に発生する
押圧力を示している。

また、線Ｃは従来の積層した皿ばねを用いた工具クラン
プ装置が工具をアンクランプするのに必要な押圧力を示
し、線Ｄは該装置が実際に発生する押圧力を示している
。

この線図から明らかなように、本発明装置によれば、従
来装置に比べて無駄な力が少なく、工具のアングランブ
時に必要とするエネルギーが大幅に減少していることが
わかる。

上記実施例においては、アンクランプ時にドローバー１
１を押し出す手段であるトグル装置３１〜４０と該トグ
ル装置に作動力を付与するアクチュエータである油圧シ
リンダ４３を主軸２と電動モータ５の中間に配置したが
、これらの装置を電動モータ５の後側（第１図の右側）
に配置し、中空のモータ軸内に貫通させたロッド（図示
せず）を介してロック用スリーブ２４を作動するように
してもよい。

発明の効果以上説明したように、本発明による工具クランプ装置は
、工具のアングランブ時にドローバーを主軸前方に押し
出すための手段である油圧シリンダその他のアクチュエ
ータの作動力をトグル装置により主軸軸線方向へ変換し
ながら増大し、この増大された力で前記ドローバーを押
し出すようにしたから、前記油圧シリンダの容量は小さ
くてよく、その小形化が図れると共に、該油圧シリンダ
をカム機構を介してＡＴＣの動作に連動させる場合には
前記カム機構を小さくでき、装置全体をコンパクトに構
成できる。

また、工具のクランプ時には、ドローバーがロック機構
によって主軸に対して固定保持されるから、前記ドロー
バーに引き込み力を付与するばね部材のばね圧を小さく
しても工具のクランプは強固かつ確実である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による工具クランプ装置のクランプ状態
を示す縦断面正面図、第２図はアンクランプ状態を示す
縦断面正面図、第３図は第１図の３−３線に沿う断面拡
大図、第４図はトグル機構部の構戊部品を示す側面図、
第５図はトグル機構部の別の実施例を示す要部縦断面正
面図、第６図は工具のアンクランプ時にドローバーに作
用する押圧力と軸方向の変位との関係を示す線図である
。１・・・主軸頭　　　　　　２・・・主軸８・・・工具
挿入孔　　　　９・・・貫通孔１１・・・ドローバー　
　　　１２−・・コレット２０・・・コイルばね　　　
２３・・・球体２４・・・ロック用スリーブ２６・・・可動リング体　　２９・・・圧縮ばね３１・
・・アンクランプ用シリンダ３２・・・アンクランプ用ピストン３５．３６・・・ローラ３つ・・・作動ローラ４３・・・油圧シリンダ４４・・・ピストン５０・・・カム　　　　　　Ｔ・・・工具第ク図Ｌタ ′ＰＰ氏カ（ｔｏた）第６面ストロー７い倦）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主軸頭に回転自在に支承された主軸がその前端に
開口する工具挿入孔と、該工具挿入孔に続いて軸心部を
貫通する貫通孔とを有し、前記貫通孔に軸方向へ摺動自在に設けられたドローバー
の前端に、前記工具挿入孔に差し込まれた工具のプルス
タッドに係脱可能な把持部材が連結され、前記ドローバーを前記主軸に嵌挿したばね部材によって
主軸後方へ引き込むと、前記把持部材が閉じて工具を前
記主軸にクランプし、前記ドローバーを前記ばね部材に
抗して主軸前方へ押し出すと、前記把持部材が開いて工
具をアンクランプする工具クランプ装置であって、前記主軸軸線の外周に配設され、主軸軸線に対し直角方
向へ作用する作動力を主軸軸線方向へ変換しながら増大
して、前記ドローバーを前方へ押し出すトグル装置と、前記トグル装置に前記作動力を付与するアクチュエータ
と、前記工具のクランプ時に前記ドローバーを前記主軸に対
して固定保持する一方、アンクランプ時の動作途中に前
記ドローバーを解放するロック機構とを備えていること
を特徴とする工作機械の工具クランプ装置。
（２）前記トグル装置が前記主軸の直径方向に相対向し
て一対設けられている請求項（１）記載の工作機械の工
具クランプ装置。