JPH09192963A - 工作機械 - Google Patents
工作機械Info
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- JPH09192963A JPH09192963A JP865796A JP865796A JPH09192963A JP H09192963 A JPH09192963 A JP H09192963A JP 865796 A JP865796 A JP 865796A JP 865796 A JP865796 A JP 865796A JP H09192963 A JPH09192963 A JP H09192963A
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- JP
- Japan
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- tool
- collet
- spindle
- coolant
- holder
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- Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
- Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)
Abstract
工具アンクランプ手段の流体圧源として、クーラント供
給源からのクーラントの圧力を転用して、専用の流体圧
源を必要としない工作機械を提供する。 【解決手段】 主軸3内に設けられたクーラント通路を
通してクーラント供給源57からのクーラントを供給す
るスルースピンドルクーラント供給手段と、主軸3に装
着され、小径工具Tを着脱可能に把持するコレット37
を有したコレット式工具ホルダ13と、コレット37を
主軸後方側に常時付勢してコレット37に工具Tの把持
力を付与する工具クランプ手段と、クーラント圧を利用
してコレット37を主軸前方側に押圧して工具Tの把持
力を解除する工具アンクランプ手段とを具備する。
Description
ダの着脱、工具の自動交換、工具の工具マガジンへの収
納、工具ホルダへの工具のクランプ/アンクランプ等、
工具交換に関連した各種の機能を有した工作機械及び工
具ホルダに関する。
て、通常工具はそれ専用に割り当てた工具ホルダが付い
た状態で工作機械の主軸に装着されて使用され、使用後
は工具ホルダが付いた状態のまま工具マガジンに収納さ
れる。斯かる工具ホルダの一例として、実公平7−18
515号公報には、工具把持用のコレットと該コレット
をリングの手動式捩込みによって縮径させる機構とを具
えた工具ホルダが開示されている。この工具ホルダは、
更に工作機械主軸に設けた油路(クーラント通路)を通
して切削液供給装置(スルースピンドルクーラント供給
装置)から送出される切削液(クーラント)を切削加工
位置に供給し得る流通路を内部に有している。
に工具と工具ホルダとを常に一体として取り扱うのは、
スペース的に無駄であり、不経済である。すなわち、例
えば小径工具を多数使用するような工作機械システムの
場合、小径工具の寸法自体が小さいにもかかわらず、結
局それより大きな寸法の工具ホルダに適合するように大
型の工具マガジンを設置する必要があり、設備スペース
的・経済的に好ましくない。これを解決するために、小
径工具については、工具ホルダを外した状態で単体収納
する専用の小型の工具マガジンを設けるように構成する
ことが考えられ、これによれば通常工具を収納する工具
マガジンをいたずらに大型化させないで済む。しかしな
がら、その場合、多数の小径工具と共通の工具ホルダと
の自動の着脱作業が不可避であり、この着脱動作を行う
ための機構とその作動源とが別途必要となり、却って設
備費用が割高になる虞れがある。
の特定の工具(例えば、小径工具)を工具ホルダとは別
に収納等する考えを踏襲しつつ、斯かる工具の自動着脱
に関係する合理的な簡易な手段を開発・導入し、全体と
して実用的・経済的な高スペース効率の工作機械システ
ムを実現することをその課題とする。
に本発明は、主軸の前端に工具ホルダを介して取り付け
た工具とテーブルに取り付けたワークとの間で相対運動
を行わせワークを所望形状に加工する工作機械におい
て、工具を取り付ける工具ホルダを着脱可能に装着する
主軸と、前記主軸内に設けられたクーラント通路を通し
てまたは外部に設けられたクーラント通路を通してクー
ラント供給源からのクーラントを前記工具ホルダ内に供
給するクーラント供給手段と、前記主軸に装着され、前
端に工具を着脱可能に把持するコレットを有したコレッ
ト式工具ホルダと、前記コレット式工具ホルダに内蔵さ
れ、常時前記コレットを前記主軸の軸線方向後方に付勢
して前記コレットに工具の把持力を付与する工具クラン
プ手段と、前記コレット式工具ホルダに内蔵され、前記
クーラント供給手段によって供給されたクーラントの圧
力を利用して前記コレットを前記主軸の軸線方向前方に
押圧して工具の把持力を解除する工具アンクランプ手段
とを具備したことを構成上の特徴とする。
の工具クランプ手段によって付与されるコレットの工具
把持力は、クーラント供給手段によって供給されるクー
ラント(液体や圧縮空気等の気体)の圧力を利用する工
具アンクランプ手段によって合理的に解除される。
面を参照して説明する。先ず図1を参照して、本願発明
が適用される主軸構造の一例について簡単に説明する。
図示しない主軸台に組み込まれた中空の主軸ハウジング
1の内部には、中空の主軸3が同軸的に配設されてい
る。主軸3は、ベアリング押え5で軸線方向位置を規制
された主軸先端側の一組の軸受7と、主軸後端側の一組
の軸受(図示せず)とによって回動自在に支承され、主
軸後端部は、主軸ハウジング1(主軸台)に取着された
図示しない主軸モータの出力軸と一体的に連結されてい
る。
工具ホルダ取付け用の先広がりのテーパ穴9を有し、該
テーパ穴9には、これと相補的なテーパシャンク部11
を有する図示したような特徴的なコレット式の工具ホル
ダ13(詳細を後述する)や図示していない通常の工具
ホルダがテーパ係合する。主軸3に対して両工具ホルダ
がテーパ係合してクランプ(一体結合)される原理は、
テーパシャンク部11の内部の段付き空洞部15に部分
的に挿入された拡縮自在のコレット部17が、多数の皿
バネ19によって主軸後端側に付勢(引き込み)される
中空のドローバー21に結合された中空の拡径部23の
くさび作用によって拡径し、テーパシャンク部11(段
付き空洞部15)を内部に引き込むように作用すること
にある。他方、図示工具ホルダ13のアンクランプ時に
は、ドローバー後端部に連結されたシリンダ機構(図示
せず)が、前記皿バネ19の付勢力に打ち勝つようにド
ローバー21(及び拡径部23)を主軸先端側に前進さ
せるように構成されており、これにより、コレット部1
7先端の拡径した部分が元の径に戻り、工具ホルダ13
のテーパシャンク部11内の段付き空洞部15を拘束
(引き込むように作用)しなくなることにある。
レット式工具ホルダ13(以下、小径ホルダ13と呼
ぶ)の特徴的な内部構造について詳説する。上述のよう
に小径ホルダ13は、右側のテーパシャンク部11の内
側に段付き空洞部15を有し、この段付き空洞部15に
主軸3のコレット部17が拡縮することにより主軸3に
対する小径ホルダ13のクランプ・アンクランプが行わ
れる。
フランジ部27が設けられ、その中央外周には、図示し
ない自動工具交換(ATC)用アームのためのグリップ
溝29が設けられている。小径ホルダ13の左端のホル
ダハウジング31内部中央には、軸線方向奥に行くほど
小径になる円錐面33が形成され、この円錐面部分に
は、図示しない小径工具(例えば、φ6、φ8等の小径
ドリル)のストレートシャンク部を保持するための引っ
込み型のスプリングコレット(チャック)37の相補面
部分が面係合している。
央には、スプリングコレット37を(拡縮)駆動するた
めのシリンダ機構41が組み込まれており、これは、ホ
ルダハウジング31内部に形成した円柱状のシリンダ室
43(43a、43b)内にOリング45を介して流体
密的に摺動し得るピストン部材47を含んで成る。ピス
トン部材47の左側中央には、スプリングコレット37
の根元部分が挿入され、連結用ボルト49によって両部
材(37、47)は一体接続されている。ピストン部材
47によって2つに分割されるシリンダ室43の内で両
部材の接続部分が存在する左側のシリンダ室部分43a
には、皿バネ51が装着され、該皿バネ51は、小径工
具クランプのためにスプリングコレット37が縮径する
方向、すなわち、テーパシャンク11側にピストン部材
47(及びスプリングコレット37)を常時付勢してい
る。
上記皿バネ51の付勢力に打ち勝ってピストン部材47
(及びスプリングコレット37)を先端側に前進させる
機構として、ピストン部材47の右側(背圧側)のシリ
ンダ室部分43bには、ピストン部材47の(背圧)駆
動用の作動媒体(クーラント)を導入するための導入管
部53が設けられる。導入管部53の後端部分は、図1
に示した主軸3に対する小径ホルダ13のクランプ時
に、ドローバー21先端の拡径部23の中央孔23aに
流体密的に嵌合し、ドローバー21後端に接続されたク
ーラント供給源57と連通され得るように構成されてい
る。従って、クーラント供給源57から前記作動媒体と
なるクーラント(通常は、圧縮空気等の気体であり、場
合によっては液体)が送出されると、これがドローバー
21及び拡径部23を通して導入管部53からピストン
部材47の背圧側のシリンダ室部分43bに入り、皿バ
ネ51に拮抗しつつピストン部材47を前進させる。こ
れにより、スプリングコレット37の縮径した部分が弾
性的に元の径に戻り、小径工具のクランプが解除(アン
クランプ)される。
ット式工具ホルダ)13にあっては、小径工具のクラン
プは、皿バネ51の安定した付勢力を用いて行い、小径
工具のアンクランプは、(スルースピンドル)クーラン
ト供給源57によって供給されるクーラントを用いて巧
みに行うために、非常に合理的・経済的である。尚、小
径ホルダ13のホルダハウジング31には、1つ(又は
複数)の空気通路61が形成され、空気通路61の一端
は、スプリングコレット37が面係合するホルダハウジ
ング31の円錐面33に開口し、その他端は、テーパシ
ャンク部11の内側の段付き空洞部15に開口してい
る。この空気通路61は、図1に示した主軸3に対する
小径ホルダ13のクランプ時に、主軸3内の軸線に沿っ
て主軸先端側に延びる隙間空間65と連通し、この隙間
空間65がエアー供給源67に接続されているために、
エアー供給源67から送出される圧縮空気は、最終的に
小径ホルダ13の円錐面33部分の開口から噴出し得る
ように構成されている。従って、スプリングコレット3
7及びピストン部材47が前進した小径工具のアンクラ
ンプ時には、ホルダハウジング31の円錐面33部分と
スプリングコレット37との間に僅かな隙間ができ、開
口が開かれるために、エアー供給源67からの圧縮空気
がこの開口から噴出し、これにより、スプリングコレッ
ト37に噛み込まれる虞れのあったゴミや切粉等を効果
的に未然に排除することができる。
具用のコレット式工具ホルダ)13を用いて構築した工
作機械システムの一例について図3〜図7を参照して簡
単に説明する。全体を図示しない工作機械本体の側方に
は、図示しないが、通常の工具ホルダに固定された大型
工具が複数個収納された工具マガジン(第1工具マガジ
ン)が配設されている。この第1工具マガジンには、少
なくとも1つの小径ホルダ13が収納されており、他の
通常の工具ホルダと同様に図示しない自動工具交換装置
により主軸3との間で交換される。
3〜図5に示したように、(XYZB)割り出しテーブ
ル71の上にパレット73を介して取り付けられた四角
柱状のイケール75が配設されている。イケール75の
3つの側面部分には、必要に応じて複数の被加工物(ワ
ーク)Wが固定され、残り1つの側面部分には、小径工
具T(例えば、φ6、φ8等の小径のストレートシャン
ク部から成る各種のドリル、エンドミル、タップ等)を
碁盤の目状に規則正しくラック式に多数(図示例では、
80本)収納可能な工具収納ラック部81を中央に具え
た箱型の小径工具マガジン(第2工具マガジン)83が
配設されている。
部81は、小径工具Tを受容する部分が所定ピッチで複
数設けられた金属製の長板状のベースプレート87を、
立設したマガジンベース89に平行に離隔して暖簾(の
れん)状に配設したような構造から成る。各ベースプレ
ート87には、図6及び図7に示したように、小径工具
Tに圧入装着されたカラーTC を受容し得る所定ピッチ
で複数形成された円孔91と、各円孔91に嵌入された
中空の段付きブシュ93と、円孔91内で180度対向
するように配置された所謂ボールプランジャのようなバ
ネ付勢された一対のボールBとから成る小径工具受容部
が形成されている。小径工具受容部に挿入される工具T
は、そのカラーTC がブシュ93と両ボールBとによっ
て挟まれることによって着脱自在に固定・保持されるこ
とになる。
ッチセンサ97が設けられ、該タッチセンサ97は、主
軸側とマガジン側との間の(いわゆるZ軸方向の)相対
移動量を検出する位置読み取り装置(図示せず)と協働
して工具Tの工具長の測定を行う。それによって得られ
る測定値は、補正値として図示しない制御装置の記憶部
に記憶される。
3〜図5に示したように、マガジンベース89に設けた
ブラケット101を介してカバー開閉機構103が組み
込まれている。このカバー開閉機構103は、それぞれ
ガイドローラ(105、107)を介して長手方向に往
復動自在に支承され、相互に平行且つ工作機械本体に向
かって突出する一対のロッド(109、111)によっ
て作動される。
ロッド)109を押すことで、ロッド端部のラックによ
りピニオン(歯車)115が回転し、該ピニオン115
と噛合する右側の歯車117を介して右アーム119が
回転し、右側のカバー部分120が右横に開き、同時
に、先のピニオン105と噛合する左側の一連の歯車
(121〜127)を介して左アーム129が回転し、
左側のカバー部分130が左横に開き、これにより全体
としてマガジン前面のカバー(120、130)が完全
に開くことになる。これと同時に左側のロッド111が
出っ張る。
ッド(閉ロッド)111を押すことで、ロッド端部のラ
ックによりピニオン(歯車)125が逆回転し、該ピニ
オン125と噛合する左側の歯車127を介して左アー
ム129が逆回転し、左横に開いていた左側のカバー部
分130が元の位置に復帰し、同時に、先のピニオン1
25と噛合する右側の一連の歯車(123、121、1
05、117)を介して右アーム119が逆回転し、右
横に開いていた右側のカバー部分120が元の閉じる位
置に復帰し、これにより全体としてマガジン前面のカバ
ー(120、130)が完全に閉じることになる。これ
と同時に右側のロッド109が出っ張る。
111の押圧作業は、例えば工作機械主軸3に装着した
小径ホルダ13の前面部分を押圧面となし、予めプログ
ラムされた主軸側とマガジン側との相対接近移動によっ
て簡便に実施可能である。斯かる構成を有して成る本実
施例の工作機械システムにおける小径ホルダの工具交換
動作の主要な工程について以下簡潔に説明する。
段によって小径ホルダ13を工作機械主軸3に装着し、
小径工具マガジン83を割り出しテーブル71によって
主軸対向位置に割り出す。次いで、上述した動作手順で
小径工具マガジン83のカバー(120、130)を開
く。次いで、把持すべき小径工具Tの工具収納位置に対
向する位置まで主軸3(小径ホルダ13)を移動させ、
その後主軸3をZ軸方向前方側に移動させて、工具収納
ラック部81の小径工具受容部に工具T先端側を差し込
む。次いで、(スルースピンドル)クーラント供給源5
7を作動させて工具Tをアンクランプし、その際、エア
ー供給源67からの圧縮空気をスプリングコレット付近
から噴出し、切粉等を吹き飛ばす。次いで、工具Tをそ
の位置に残したまま主軸3のみをZ軸方向後方側に移動
させ、次の指令された小径工具Tの工具収納位置に対向
する位置まで主軸3を移動させる。その後、主軸3をZ
軸方向前方側に移動させて、小径ホルダ13のスプリン
グコレット37内に小径工具Tのストレートシャンク部
を挿入させ、(スルースピンドル)クーラント供給源5
7を実質的に停止させて工具Tをクランプする。その
際、スプリングコレット付近からの圧縮空気の噴出を停
止させる。次いで、主軸3をタッチセンサ97に向けて
移動させ、そこで工具長の測定を行い、その後、上述し
た動作手順で小径工具マガジン83のカバー(120、
130)を閉じる。以上の工程により小径ホルダ13に
関する工具交換作業が終了し、加工動作に入る。尚、本
発明に用いるクーラントとしては、加工液のような液体
でも良いし、圧縮空気のような気体でも良い。
ーラント通路を有したいわゆるスルースピンドルクーラ
ント装置を備えた工作機械について説明したが、クーラ
ント通路が主軸3の外部に設けられ、工具ホルダが主軸
3の前端に装着されたとき、クーラント供給源からのク
ーラントがその外部に設けられたクーラント通路を通っ
て工具ホルダ内に導入され、工具ホルダ内を流通して、
把持している工具の軸心にあけられた貫通孔または把持
している工具のシャンク外周に沿って噴出されるいわゆ
るスルーホルダクーラント装置がある。このスルーホル
ダクーラント装置を工具アンクランプ手段に利用したコ
レット式工具ホルダ(小径ホルダ)13が主軸3に装着
されたときの断面図が図8に示されている。図8におい
て、図1の構成と異なる部分は、小径ホルダ13のフラ
ンジ部27の内部にシリンダ室43bに連通するクーラ
ント通路28を設け、クーラント通路28の他端部にL
形のクーラント導入管30を螺着し、ベアリング押さえ
25に固定されたクーラントの給油ブロック32にその
クーラント導入管30が係合している点である。クーラ
ント供給源から供給されたクーラントは、給油ブロック
32、クーラント導入管30、クーラント通路28を通
してシリンダ室43bに導入される。尚、クーラント導
入管30と給油ブロック32とは、工具交換動作と連動
して係合、離脱できる。従って、本発明は、スルーホル
ダクーラント装置を備えた工作機械においても成り立つ
のである。
あっては、その特徴的な構成のために様々の利点を有
し、多大な効果を奏することになり、それを僅かばかり
披露するならば、例えば、小径工具マガジンを用いて多
数の小径工具を工具ホルダ抜きで収納・管理するので、
実質的にマガジン全体寸法を合理的に小型化・省スペー
ス化できる。また、多数の小径工具を共通の小径ホルダ
で簡易に自動クランプ・アンクランプ(着脱)でき、そ
の作動源としては、特別な装置を別途用意する必要がな
く、通常工作機械が有している(スルースピンドル)ク
ーラント供給装置を単に利用するだけで済み、極めて経
済的である。更に、圧縮空気の噴射により小径ホルダの
スプリングコレットが切粉等を噛み込む危険性を簡易に
殆どなくすことができる。
作機械が通常保有するスルースピンドルクーラント供給
手段またはスルーホルダクーラント供給手段によるクー
ラントの転用により、簡易簡便に工具ホルダにおける自
動工具クランプ(着脱動作)を行わせることができる。
これにより、工作機械全体をよりコンパクトに且つ安価
にシステム構成することが可能になる。
部断面図である。
である。
面図である。
部断面正面図である。
面平面図である。
である。
面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 主軸の前端に工具ホルダを介して取り付
けた工具とテーブルに取り付けたワークとの間で相対運
動を行わせワークを所望形状に加工する工作機械におい
て、 工具を取り付ける工具ホルダを着脱可能に装着する主軸
と、 前記主軸内に設けられたクーラント通路を通してまたは
外部に設けられたクーラント通路を通してクーラント供
給源からのクーラントを前記工具ホルダ内に供給するク
ーラント供給手段と、 前記主軸に装着され、前端に工具を着脱可能に把持する
コレットを有したコレット式工具ホルダと、 前記コレット式工具ホルダに内蔵され、常時前記コレッ
トを前記主軸の軸線方向後方に付勢して前記コレットに
工具の把持力を付与する工具クランプ手段と、 前記コレット式工具ホルダに内蔵され、前記クーラント
供給手段によって供給されたクーラントの圧力を利用し
て前記コレットを前記主軸の軸線方向前方に押圧して工
具の把持力を解除する工具アンクランプ手段と、を具備
したことを特徴とする工作機械。 - 【請求項2】 通常の工具ホルダに取り付けた複数個の
工具と、少なくとも1つの前記コレット式工具ホルダと
を収納する第1工具マガジンと、 前記主軸と前記第1工具マガジンとの間で工具の交換を
行う第1工具交換手段と、を具備した請求項1記載の工
作機械。 - 【請求項3】 前記コレット式工具ホルダに装着される
工具を複数個収納する第2工具マガジンと、 前記主軸に装着した前記コレット式工具ホルダと前記第
2工具マガジンとの間で工具の交換を行う第2工具交換
手段と、を具備した請求項1又は2記載の工作機械。 - 【請求項4】 前記第2工具マガジンは、前記工作機械
のテーブル上に設けられ、複数の工具を収納する工具収
納ラックと、加工時に発生する切屑等がかからないよう
に前記第2工具マガジンを覆うカバーと、工具交換に伴
って前記カバーを開閉するカバー開閉機構とを有して構
成され、 前記第2工具交換手段は、前記主軸とテーブルとの間の
相対運動と前記コレット式工具ホルダに内蔵された前記
クランプ手段及びアンクランプ手段とを利用して、前記
工具収納ラックと前記コレット式工具ホルダとの間で直
接的に工具の授受を行うように構成された請求項3記載
の工作機械。 - 【請求項5】 主軸の前端に着脱可能に装着され、工具
を把持するコレットを有した工作機械のコレット式工具
ホルダにおいて、 前記主軸への装着時に、クーラント通路と連通して、ク
ーラント供給源からのクーラントを内部に導入するクー
ラント導入手段と、 前記コレットを前記主軸後方側に常時付勢して前記コレ
ットに工具の把持力を付与する工具クランプ手段と、 前記内部に導入されたクーラントの圧力を利用して前記
コレットを主軸前方側に押圧して工具の把持力を解除す
る工具アンクランプ手段と、を具備したことを特徴とす
るコレット式工具ホルダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08008657A JP3085354B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 工作機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08008657A JP3085354B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 工作機械 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09192963A true JPH09192963A (ja) | 1997-07-29 |
| JP3085354B2 JP3085354B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=11699011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08008657A Expired - Lifetime JP3085354B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 工作機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3085354B2 (ja) |
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