JPS632638A - 工具着脱装置 - 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、工具を主軸に着脱自在に固定する工具着脱装
置の改良に係り、マシニングセンタ等の工作機械に利用
できる。

Ｃ背景技術とその問題点〕 近年多用されるようになったマシニングセンタ等の多機
能型の工作機械においては、自動工具交換装置とこれに
連動する工具着脱装置とを備えることにより、主軸に取
り付けられた工具の交換を自動化している。−般に、こ
のような自動交換用の工具は取付用テーパーシャンクを
備えるとともに、まわり止めのために主軸のキーに対応
したキー溝が設けられており、工具交換時にこれらのキ
−とキー溝を円滑に噛み合わせるためには主軸を一定の
回転角度位置に停止させ（オリエンテーションストップ
）、その角度位置を保持しておく必要がある。

従来、このような主軸のオリエンテーションストップの
保持には主軸モータの停止時の保持力が利用されている
が、保持力としては充分ではないため自動工具交ＩＡ　
Ｗａ置のチェンジアームが工具に接触した際など、摩擦
等により主軸が回転されてしまうことがある。特に、高
速型の主軸駆動系ではモータ軸に対して主軸を歯車等を
介して増速することがなされており、主軸に外力が作用
した場合、小さな外力であっても前記歯車などで倍力さ
れて大きな回転力としてモータに伝達され、モータは容
易に回転してしまう。つまり、オリエンテーションスト
ップの保持を主軸モータの保持力によっていたのでは、
自動工具交１１ａ置を用いるにあたって主軸がチェンジ
アーム等によって容易に回転され、主軸のキーと工具の
キー溝との位相角度が狂ってしまい、工具交換が困難と
なるという問題があった。

このような問題に対し、停止時に突出して主軸をロック
するショットピンを用いて確実なオリエンテーションス
トップを行うことがなされているが、主軸および周辺に
ショットビンをガイドする機構や専用の駆りＪ装置等を
設ける必要があるなど構造が複雑化するという問題があ
り、主軸まわりをコンパクトにすることが望ましい工作
機械にはそぐわないものであった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、構造が簡単で主軸位置の保持が確実に
行なえる工具着脱装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
主軸にクランプされた工具をアンクランプする際に主軸
に関与する作動部材を兼用し、アンクランプ動作に先だ
って主軸を固定するプリアンクランプ動作を行う。

これがため本発明は、工具着脱装置として、フレームに
ベアリングを介して回転自在に支持された主軸の先端に
設けられて軸方向の移動によって工具をクランプアンク
ランプ可能なコレットチャックと、前記主軸の他端近傍
に軸方向に移動可能に設けられてドローパーを介してコ
レットチャックと一体に動作可能な主軸側作動部材と、
前記主軸の他端近傍に設けられて主軸側作動部材を付勢
してコレットで工具をクランプさせるクランプ用付勢手
段と、前記フレームに主軸の軸方向に移動可能に支持さ
れて主軸側作動部材に当接可能な固定側作動部材と、こ
の固定側作動部材を前記付勢手段の付勢力向と逆向きに
駆動して前記付勢手段の付勢力より小さな力で主軸側作
動部材に圧接させる主軸固定用駆動手段と、前記固定側
作動部材を前記付勢手段の付勢方向と逆向きに駆動して
前記付勢手段の付勢力より大きな力で主軸側作動部材に
圧接させるアンクランプ用駆動手段とを設けて構成する
。

このように構成された本発明においては、通′畠時には
クランプ用付勢手段が主軸側作動部材およびドローパー
を介してコレットチャックを付勢して、主軸先端に取付
けられた工具のプルスタンド部分等をコレットチヤツク
で確実に固定する。−方、工具交換の際には主軸固定用
駆動手段で固定側作動部材を主軸側作動部材に圧接させ
て主軸を固定し、所定の自動工具交換装置により工具を
保持したのら、アンクランプ用駆動手段で固定側作動部
材を主軸側作動部材にさらに圧接させ、クランプ用付勢
手段にｌんして主軸側作動部材、ドローパーおよびコレ
ットチャックを移動させて工具をアンクランプし、自動
工具交換装置により工具を交換する。本発明は、このよ
うに工具の交換時の確実なオリエンテーションスト７プ
の保持を実現し、前記目的を達成しようとするものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

本実施例の工具着脱装置は、先端に工具のプルスタンド
をクランプ可能なコレットチャックを備えた主軸の終端
側に設けられており、この主軸の先端近傍には工具の自
動交換を行うためのチェンジアームを有する自動工具交
換装置が設けられている。

工具着脱装置の細部を示す第１図において、フレームｌ
ｌにベアリング１２を介して回転自在に支持された主軸
１３の中心には、軸方向に移動可能かつ先端を前記コレ
ットチャックに連結されて一体に動作可能なドローバ−
１４が挿通されており、このドローバー１４の中心には
主軸１３および前記工具のテーパ面を清掃するための圧
搾空気供給用の通気路１５が貫通されている。

主軸１３の終端には、軸方向に移動可能な主軸側作り１
部材である円板１６が設けられており、この円板１６は
ドローバ−１４の終端近傍に固定されてコレットチャッ
クと一体に動作可能であるとともに、第１の回転止めの
ピン１７によって主軸１３と一体に回転するように構成
されている。さらに、主軸１３の終端側のフレーム１１
近傍には第１の当接部分１３Ａが形成されており、この
当接部分１３Ａと円板１６との間にはクランプ用付勢手
段であるクランプ角皿ばね１８が介装されている。この
クランプ角皿ばね１８は、円板１６およびドローバ−１
４を図中右方へ移動させてコレットチャックで工具のプ
ルスタンドを確実にクランプしうるような付勢力を生じ
るように構成されている。

一方、主軸１３の終端側を包囲するようにシリンダケー
ス２１が設けられており、このシリンダケース２１はフ
レーム１１に固定されたガイドボルト２２に摺動自在に
貫通支持され、図中左端の第２の当接部分２１Ａで第１
の当接部分＋３Ａに当接可能であるが、ガイドボルト２
２の頭部との間に介装されたクリアランス保持用皿ばね
２３によって図中左方へ付勢され、通常第１および第２
の当接部分１３Ａ、２１Ａは互いに所定のクリアランス
を保持されているゆ シリンダケース２１の内部に形成されたシリンダ２４内
には固定側作動部材であるピストン３１が収められてお
り、このピストン３１は軸方向に移動可能かつ図中左側
端面で円（反１６に当接可能とされているとともに、第
２の回転止めのビン３２によってシリンダケース蓋２１
Ｂおよびフレーム１１に対して回転しないように保持さ
れている。

また、ピストン３１の中心にはシリンダケース蓋２１Ｂ
を摺動自在に貫通して一端を外部に露出された中空の通
気管３３が取付けられており、この通気管３３はピスト
ン３１と円板１６との当接時に図中通気管３３の左端に
取付けられたカプラ３４を介してドローバ−１４の終端
に圧接され、外部に露出する給気口３３Ａから通気路１
５を介して主軸先・地部に圧搾空気を供給可能に構成さ
れている。

一方、シリンダケース２１の図中右側のシリンダケース
Ｍ２１Ｂとピストン３１との間には、第１の駆動手段で
ある小径の副シリンダ４１と第２のＷ　ｆＪ＋手段であ
る大径の主シリンダ４２とが同軸かつ互いに水密に隔離
されて設けられており、それぞれシリンダケースＩ！２
１Ｂの外側面に開口する第１の給油口４１Ａおよび第２
の給油口４２Ａに連通されている。

ここで、ｇｆ１シリンダ４１は第１の給油口４１Ａから
供給される作動油によってピストン３１を図中左方へ移
動させて円（反１６に当接させることが可能であるが、
副シリンダ４１による駆動力はクランプ角皿ばね１８の
付勢力より小さく、かつシリンダケース２１を移動可能
なようにクリアランス保持用皿ばね２３の付勢力より大
きくされ、ピストン３１と円（反１６とを当接させるこ
とによって摩擦力を生じさせ、自動工具交換装置のチェ
ンジアームと工具間の摩擦などによる主軸１３を回転さ
せようとする外力に抗して主軸１３を停止させ得るよう
に設定されている。

また、主シリンダ４２は加圧面積を広くされでおり、第
２の給油口４２Ａから供給される作動油によってピスト
ン３１および円４＆１６をクランプ角皿ばね１８の付勢
力に抗して図中左方へ移動させることが可能である。こ
のとき、シリンダケース２１からピストン３１へ加えら
れる力は、第１および第２の当接部分１３Ａ、２１Ａに
より直接主軸１３と円板１６との間に伝達され、主軸１
３とフレーム１１との間に作用してヘアリング１２に不
必要な力が加わることを防止する。

さらに、ピストン３１の外周面とシリンダ２４の内周面
との間には各々の段差によって形成されたクリアランス
保持用シリンダ４３が設けられ、このシリンダ４３はシ
リンダケースＭ２１Ｂの外側面に開口する第３の給油口
４３Ａから供給される作動油によってピストン３１を図
中右方へ移ｖＪ可能に構成されている。なお、工具を交
換する際には、給気口３３Ａから圧搾空気を供給し、主
軸１３および工具のテーバ面の清掃を行う。

このように構成された本実施例においては、第３図（Ａ
）に示すように工具を保持するとともに、第３図（Ｂ）
および（Ｃ）に示す一連の動作によって工具の交換を行
う。

第３図（Ａ）において、シリンダケース２１内のピスト
ン３１は図中右端位置にあり、円板１６はクランプ角皿
ばね１８の付勢力Ｒ９によってドローバ−１４を介して
コレットチャックへで確実に工具Ｂを固定している。こ
のとき、シリンダケース２１はクリアランス保持角皿ば
ね２３によりフレーム１１側すなわち図中左側位置とさ
れており、第１および第２の当接部分１３Ａ、２１Ａの
間には所定のクリアランスが保持され、円＋ｆｆ１６と
ピストン３１との間にもクリアランスが保たれており、
主軸１３は主軸駆動用モータＣによって回転されて主軸
１３先端にコレットチャックＡで取り付けられた工具Ｂ
で所定の工作を行う。

−方、工具Ｂの交換にあたっては、主軸１３をオリエン
テーションストップで停止させたのち以下の動作を行う
。

まず、プリアンクランプ動作として、第３図（Ｂ）に示
すように、副シリンダ４１によってピストン３１に図中
左向きの駆動力Ｆ、を加え、ピストン３１を左方にＤＪ
多勤させて円十反１６に当接させ、シリンダケース２１
を介して主軸１３とフレーム１１とを一体化させること
により、フレーム１１に対する主軸１３の回転を阻止す
る。このとき、駆動力Ｆ、は付勢力Ｒ１より小さくかつ
付勢力Ｒｔより大きくされており、ピストン３１は円板
１６によって移動を停止されるとともに、駆動力Ｆ、の
反力によりクリアランス保持角皿ばね２３を圧縮してシ
リンダケース２１を右方にＤｌだけ移動させ、第１およ
び第２の当接部分１３Ａ、２１Ａを当接させ、より確実
にオリエンテーションストップ状態を保持する。

次に、アンクランプ動作として、第３図（Ｃ）に示すよ
うに、主シリンダ４２によってピストン３１に図中左向
きの駆動力Ｆ２を加えて、付勢力Ｒ９に抗してクランプ
角皿ばね１８を圧縮し、円板１６を左方にＤ２だけ移動
させてドローバー１４を左方に押し出すことにより、コ
レットチャックＡで主軸Ｉ３に取付けられていた工具Ｂ
をアンクランプする。

一方、交換された工具Ｂを主軸１３にクランプするにあ
たっては、主シリンダ４２および副シリンダ４１への作
動油の供給を停止するとともに、クリアランス保持用シ
リンダ４３に作動油を供給することにより、第２図（Ａ
）の状態に戻り、工ＲＢの交換を完了する。この状態に
おいて、工具Ｂは皿ばね１８の付勢力により主軸１３に
クランプされ、かつピストン３１と円板Ｉ６との間およ
び当接部分２１Ａ、１３Ａの間には所定のクリアランス
が保たれており、主軸駆動用モータＣによる主軸１３の
回転が阻害されることはなく、工具已による加工作業が
可能となる。

このような本実施例によれば、以下に示すような効果が
ある。

すなわち、工具の自動交換にあたって、主軸１３のオリ
エンテーションストップの後、プリアンクランプ動作に
よって主軸１３が回転しないように固定するため、自動
工具交１！ｌｌ！装置のチェンジアーム等の接触によっ
て主軸１３の回転角度位置が変化することを防止でき、
円滑な自ｖＪ工具交ｔＡ　＋ｊｊ作を行うことができる
。

また、副シリンダ４１により円板１６とピストン３１と
を当接させるプリアンクランプ動作による主軸１３のオ
リエンテーションストップの保持は、主シリンダ４２に
よる工具のアンクランプ動作の際に当接させる円板１６
とピストン３１とによって行われるため、構造を簡略化
できるとともに確実な動作を行うことができる。

さらに、円板１６およびドローバ−１４の移動によって
行われる工具のアンクランプ動作の際に、円Ｉ反１６に
加えられるピストン３１の駆動力の圧力はシリンダケー
ス２１および第１、第２の当接部分１３人、２１Ａを介
して、フレーム１１を経由することなく直接主軸１３に
伝達されるため、主軸１３を回転支持するベアリング類
あるいはシリンダケース２１とフレーム１１との支持部
分などに無理な力がかかることを防止できる。なお、こ
れによりクランプ角皿ばね１８の付勢力はベアリング類
の負荷容量に関わりなく強くすることができ、工具のク
ランプをさらに確実にすることもできる。

また、ピストン３１と円板１６との間、および当接部分
１３Ａ、２１Ａの間にはクリアランス保持角皿ばね２３
およびクリアランス保持用シリンダ４３により所定間隔
が保持されるため、主軸１３が高速回転中に接触して破
壊する等の危険を防止できる。

なお、本発明は前記実権例に限定されるものではなく、
以下に示すような変形をも含むものである。

すなわち、主軸固定用駆動手段およびアンクランプ用駆
動手段は前記実施例における副シリンダ４１および主シ
リンダ４２に限らず、シリンダケース２１の外部からピ
ストンロンドを介してピストン３１を駆動するシリンダ
あるいはソレノイド、モータ等であってもよく、要する
に主軸固定用駆動手段は固定側動作部材を主軸側作動部
材にクランプ用付勢手段より小さい力で圧接させるもの
であればよく、またアンクランプ用駆動手段は固定側作
動部材を介して主軸側作動部材をクランプ用付勢手段に
抗して移動させうるものであればよい。

また、固定側作動部材はピストン３１のように単体のも
のに限らず、主軸固定用駆動手段に対応するものとアン
クランプ用駆動手段に対応するものとを別個に設けると
してもよく、例えば各々の駆動手段としてシリンダを用
い、これらから突出するピストン口、ド等を固定側作動
部材として主軸側作動部材に当接させるように構成して
もよい。

しかし、前記実施例のように構成すれば構造を簡単かつ
コンパクトにすることができる。

さらに、クランプ用付勢手段としてはクランプ角皿ばね
１８に限らずコイルばねあるいはガススプリング等でも
よいが、工具の確実なりランプが行え、主軸の高速回転
においても偏心の影響が小さくかつ温度変化による影響
が小さいことが好ましく、前記実施例のように皿ばねを
用いることが望ましい。

その他、シリンダケース２１を移動可能とする構造、あ
るいは通気路１５、通気管３３およびカプラ３４により
形成される清掃用の通気路は本発明に特に必要なもので
はなく、実施にあたっては適宜省略しでよく、また各部
の形状、寸法等も適宜変更しうるちのである。

（発明の効果〕 前述したように、本発明によれば工具着脱装置を簡単な
構造で主軸位置を確実に保持することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】 明図である。 ２、　　　　　１１・・・フレーム、１２・・・ベアリ
ング、１３・・・主軸、１４・・・ドローバー、１６・
・・主軸側作動部材である円板、１８・・・クランプ用
付勢手段であるクランプ角皿ばね、３１・・・固定側作
動部材であるピストン、４Ｉ・・・主軸固定用駆動手段
である副シリンダ、４２・・・アンクランプ用駆動手段
である主シリンダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フレームにベアリングを介して回転自在に支持さ
   れた主軸の先端に設けられて軸方向の移動によって工具
   をクランプアンクランプ可能なコレットチャックと、 前記主軸の他端近傍に軸方向に移動可能に設けられてド
   ローバーを介してコレットチャックと一体に動作可能な
   主軸側作動部材と、 前記主軸の他端近傍に設けられて主軸側作動部材を付勢
   してコレットで工具をクランプさせるクランプ用付勢手
   段と、 前記フレームに主軸の軸方向に移動可能に支持されて主
   軸側作動部材に当接可能な固定側作動部材と、 この固定側作動部材を前記付勢手段の付勢方向と逆向き
   に駆動して前記付勢手段の付勢力より小さな力で主軸側
   作動部材に圧接させる主軸固定用駆動手段と、 前記固定側作動部材を前記付勢手段の付勢方向と逆向き
   に駆動して前記付勢手段の付勢力より大きな力で主軸側
   作動部材に圧接させるアンクランプ用駆動手段と を備えたことを特徴とする工具着脱装置。