(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸頭に取り付けられるアタッチメント主軸装置において、
前記工作機械の主軸頭に固定されるアタッチメントハウジングと、
前記アタッチメントハウジングにより軸受、支持されるアタッチメント主軸と、
前記アタッチメント主軸を回転させる駆動手段と、
前記アタッチメント主軸内孔に挿入され、前記アタッチメント主軸の後方へ弾性付勢して前記アタッチメント主軸に工具をクランプすることよりなるアタッチメント工具クランプ部材と、
前記工作機械の主軸の前方のテーパ穴に嵌合するテーパシャンクを有し、前記アタッチメントハウジングに対して同心に嵌着し、かつ、軸方向に摺動可能に設けられ、前記工作機械の主軸の工具クランプ手段のアンクランプ力を受け、前記アタッチメント工具クランプ部材をその弾性付勢力に抗し押圧し、前記アタッチメント主軸にクランプされた工具をアンクランプする軸部材と、
前記軸部材を前記アタッチメントハウジングに対して常時、後方に弾性付勢する弾性部材と、
を具備することを特徴としたアタッチメント主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のアタッチメント主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大形（通常）工具を駆動して機械加工を行う機械設備を利用して細密加工を施す必要がある場合に備えて、従来、工作機械の主軸頭にアタッチメント主軸装置を取り付け、当該アタッチメント主軸装置に固着した小形工具により、所望の加工を行うようにしている。
その際、アタッチメント主軸装置に対し、小形工具を着脱するためのクランプ、アンクランプ部材を操作する専用シリンダ機構を付設するので、アタッチメント主軸装置が大形化し、構造が複雑になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来技術に内在する問題点に鑑み、本発明の目的は、工作機械の主軸側の工具クランプ・アンクランプ手段に対する駆動機構を利用して、アタッチメント主軸装置の工具クランプ・アンクランプ部材を連動、駆動させることにより、アタッチメント主軸装置から当該工具をクランプ・アンクランプする専用シリンダ機構を省略することを可能とした工作機械のアタッチメント主軸装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の工作機械のアタッチメント主軸装置は、次に述べるとおりの各構成要件を具備している。
（１）  工作機械の主軸頭に取り付けられるアタッチメント主軸装置において、
前記工作機械の主軸頭に固定されるアタッチメントハウジングと、
前記アタッチメントハウジングにより軸受、支持されるアタッチメント主軸と、
前記アタッチメント主軸を回転させる駆動手段と、
前記アタッチメント主軸内孔に挿入され、前記アタッチメント主軸の後方へ弾性付勢して前記アタッチメント主軸に工具をクランプすることよりなるアタッチメント工具クランプ部材と、
前記工作機械の主軸の前方のテーパ穴に嵌合するテーパシャンクを有し、前記アタッチメントハウジングに対して同心に嵌着し、かつ、軸方向に摺動可能に設けられ、前記工作機械の主軸の工具クランプ手段のアンクランプ力を受け、前記アタッチメント工具クランプ部材をその弾性付勢力に抗し押圧し、前記アタッチメント主軸にクランプされた工具をアンクランプする軸部材と、
前記軸部材を前記アタッチメントハウジングに対して常時、後方に弾性付勢する弾性部材と、
を具備することよりなるアタッチメント主軸装置。
【０００５】
【作用】
本発明の作用を概略、説明すれば、次のとおりである。
（１）工作機械の主軸頭の前面に、アタッチメント主軸装置（以下、「主軸装置」という）のハウジングを着脱可能な状態で固着する。
その際、テーパシャンク、プルスタッドを備えた軸部材の後部を、工作機械の主軸のテーパシャンク装着穴（以下、「テーパ穴」という）と同軸に装着する。
すなわち、主軸装置の主軸頭に対する取付け位置は、工作機械の主軸及び前記主軸装置の軸部材の軸心が一致（同軸）する条件を満足している。
前記主軸装置の工作機械の主軸頭に対する取付け操作は、一般に人手によって行われるが、上記条件を満足させるため両者の結合面間をインロータイプにするとか、二つ以上の位置決めピンを設ける等の組立て手段が、通常、必要になる。
工作機械の主軸頭に対する主軸装置の取付けは、前記工作機械における工具の交換操作と略、同一の行程により行われる。
【０００６】
（２）このとき、主軸装置におけるアタッチメント工具クランプ部材のコレットチャックは、弾性付勢手段を伴うアタッチメント工具クランプ部材のドローバーに引かれて締着状態にある。また、軸部材の底面と、前記底面に対向するアタッチメント工具クランプ部材のドローバーの後端との間には、僅かの隙間を備える。
そして、工作機械の主軸に内臓された工具クランプ手段を作動させたのちドローバーに弾性力が働いて主軸装置の軸部材のプルスタッドを把持する。
主軸装置は、工作機械の主軸と軸部材を介してクランプされるから、装着すれば工作機械の主軸との心出しが、必然的に可能である。
【０００７】
（３）主軸装置のアタッチメント主軸に小形（細径）工具を交換・装着するときは、工作機械の主軸に内蔵された工具クランプ手段のドローバーに外力を加えることにより、主軸装置の軸部材のテーパシャンク底面を圧迫させて軸部材を介し、主軸装置のアタッチメント工具クランプ部材のドローバーに外力を加え、コレットチャックを開放状態にし、その間に小形工具の工具交換を行う。
【０００８】
（４）新工具の装着後、工作機械の主軸に内蔵したクランプ手段のドローバーに対する外力を消失させると、前記ドローバーに付設した弾性付勢力が働いて前記ドローバーを旧位置に復帰させ主軸装置の軸部材のテーパシャンク底面から隔離するので、主軸装置のアタッチメント工具クランプ部材に付属する弾性付勢力が復活し、工具クランプ部材が働いて主軸装置のアタッチメント主軸に小形工具のシャンクを固着する。
（５）主軸装置に内設したアタッチメント主軸への動力伝達機構であるインナーモータにより、前記主軸を高速または超高速回転させて、所望の加工を行う。
このとき、主軸装置の軸部材の底面と前記ドローバーの後端との間には隙間が存在しているから、軸部材の底面は主軸の高速または超高速駆動を妨げる要素とはならない。
（６）工作機械の主軸頭からアタッチメント主軸装置を撤去すれば、本来の工作機械としての機能を発揮する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明アタッチメント主軸装置の好ましい一実施形態について説明するが、本発明の構成要件のうちには、本発明の出願当時の当業界の技術水準の範囲内で適宜に変更可能な部材を含むから、本実施形態のみに基づいて、発明の要旨を減縮して解することは許されない。
図１は、本発明アタッチメント主軸装置の一実施形態を含む工作機械の主軸頭の一部側断面図で、図２は前記工作機械の主軸頭の側断面図である。
図２中、第１の主軸１（工作機械の主軸）は、その長手軸方向の前後端をそれぞれフロントベアリング２及びリヤベアリング４により軸受され、主軸頭３に支承されている。なお、図２は、主軸１に通常（大形）工具を装着した状態を示している。
【００１０】
前記主軸１の前端には、工具のテーパシャンクを嵌合するテーパ穴５が主軸１と同心に開口し、当該テーパ穴５に続いて、第１のコレットチャック９、先端にプッシュロッド７が形成され、コレットチャック９を作動させる第１のドローバー１１及び前記各部材を長手軸方向に滑動させるためのドローバー案内筒１３を嵌着する、内筒孔が主軸１の後端まで穿設されている。前記ドローバー１１の後端部とドローバー案内筒１３後端面との間には、ドローバー案内筒１３に対しドローバー１１の後端部を長手軸後方へ付勢する複数枚の皿ばね１５が挿着され、主軸１後端まで同心に設けてある。ここで、前記プッシュロッド７はドローバー１１の先端でなく、ドローバー１１に放射状に設けられたコレットチャック９の各チャック９間に形成しても同効である。
【００１１】
なお、主軸頭３の前面にはフロントベアリング押え１９、後面には、第１のブラケット２１が固着されている。
また、ドローバー１１の後端軸周面に取り付けたカラー２３及びばね押え２４は、皿ばね１５の弾性付勢力を受けて、ドローバー１１に伝達する。
前記ブラケット２１の後側面には、ドローバー１１の軸心方向に、前記軸心に沿ってドローバー１１の駆動手段としてのシリンダ２５、ピストン２７が取り付けてあって、前記シリンダ２５の前ポート２６を通して圧油を供給することにより（その時、後方側の圧油は、後ポート２８を通じてシリンダ２５の外部に排出される）ピストン２７が後方向に移動しドローバー１１の後端を押圧する位置から後退する（図２参照）ので、皿ばね１５の弾性付勢力が働いて前記ドローバー１１を後方に移動させる結果、コレットチャック９が工具交換により装着された新たな（通常）工具のプルスタッドを締付け前記工具を主軸１に固着して、ワークに対する加工準備を整える。
【００１２】
図示してない動力伝達機構を介して主軸１を回転させると共に主軸頭３を移動、制御し、所定の加工が行われる。
また、前記シリンダ２５の後ポート２８に圧油を供給すると、ピストン２７が前方向に移動してドローバー１１の後端を押圧し、前記ドローバー１１を皿ばね１５の弾性付勢力に抗して前方向に移動させるので、主軸１に装着された工具のプルスタッドを締着けているコレットチャック９が開いて前記工具のプルスタッドを開放すると共に、ドローバー１１のプッシュロッド７が工具のテーパシャンク底部を押圧して、装着工具を主軸１から押出し、工具交換を可能にする。
なお、前記工具のテーパシャンク前側には工具把持部が設けてあり、工具の自動交換の際、ここに工具ホルダを係止させて交換作業を容易にしている。
【００１３】
図１は、通常工具を撤去して、工作機械の主軸頭３にアタッチメント主軸装置を装着した状態を示すもので、前記主軸頭３を構成する各部材名及び符号、機能、作用または動作については、図２の説明において詳述したので再説は省略する。  前記アタッチメント主軸装置は、通常工具による加工では実施が困難な、たとえば細密加工を同一工作機械を用いて実施する目的で提案されたものである。
ここで、図１における矢印の右側がアタッチメント主軸装置で、矢印の左側が工作機械の主軸装置である。
【００１４】
前記アタッチメント主軸装置の詳細構造を図１に従って説明すると、第２の主軸（アタッチメント主軸）２９は、その長手軸方向の前後端をそれぞれフロントベアリング３０及びリヤベアリング３２により軸受されて、アタッチメントハウジング３１に支承されている。
なお、前記フロントベアリング３０及びリヤベアリング３２の間の主軸２９の周面にはロータ３４が取り付けられ、対向してハウジング３１の内部にはステータ３８が設けてあって、主軸２９の動力伝達機構であるインナーモータ（たとえば、高周波モータ）を形成している。
【００１５】
前記主軸２９の前端には、小形（小径）工具のシャンクを締着する第２のコレットチャック３３を嵌合するテーパ穴が主軸２９と同心に開口し、これに連続して前記チャック３３を作動させるための第２のドローバー３５及び前記ドローバー３５を長手軸方向に滑動させる案内孔が、主軸２９の後端まで同軸心に穿設され、前記ドローバー３５の後端に設けたばね押え３６及びカラー３７と主軸２９の後端面との間に、ドローバー３５を主軸２９の長手軸後方へ付勢する複数枚の皿ばね３９が挿着されている。
図１において複数枚の皿ばね３９の内径は、主軸２９の外周面に嵌合されているが、前記皿ばね３９が主軸２９の後端面と前記ドローバー３５の後端部との間に挿着されていることには変わりがない。
【００１６】
前記複数枚の皿ばね３９は主軸２９に対してドローバー３５を常時、後方に向け付勢しているから、前記ドローバー３５に連係するコレットチャック３３は同チャック３３に装着した小形工具のシャンクを締着し、小形工具を主軸２９に対して固着する。
アタッチメント工具クランプ部材は、上述したように構成されている。
前記ハウジング３１の後側面には、アタッチメント主軸装置付属のブラケット（第２のブラケット）４１が連結されており、前記ブラケット４１を介して、装置が工作機械の主軸頭３のベアリング押え１９に装着されている。
前記ブラケット４１には、主軸２９の回転軸の延長線上で、その軸心方向に滑動可能で主軸１のテーパ穴５と当接して主軸１に対するアタッチメント主軸装置の心出し、位置決めを行う軸部材４３が組み付けられ、軸部材４３の後端部は通常工具のテーパーシャンクと同一形で、底部にはプルスタッドが形成されている。
【００１７】
また、軸部材４３の前面は、前記ドローバー３５の後端に設けたばね押え３６及びカラー３７と隙間を置いて対向し、軸部材４３が軸方向に移動するときは同部材４３の変位が、前記ドローバー３５に対して影響を及ぼす関係位置を占めている。
ここで、ハウジング３１の内壁後面と軸部材４３の前端部との間には圧縮ばね４４が挿入され、前記皿ばね３９とは独立し、前記軸部材４３を常時、工作機械の主軸１側（後側方）へ弾性付勢している。
【００１８】
図１の場合、前記軸部材４３のプルスタッドが主軸頭３に設けられたコレットチャック９により締着され、そのテーパーシャンク部が主軸１のテーパ穴５に嵌着している。
小形工具による細密加工は、この状態において、インナーモータを高速または超高速駆動させることにより行われる。前記小形工具の形状は、シャンク径の部分よりも切り刃が付いている個所の方が細径の工具も少なくない。
その種小形工具を用いる細密加工は、通常工具の加工領域からは逸脱していて、通常工具を使用する工作機械を以ってしては処理することが困難である。
アタッチメント主軸装置の付設が必要な所以である。
【００１９】
ところで、前記細密加工の段階で小形工具の工具交換を要する場合には、図２に示されている主軸頭３に取り付けたシリンダ２５の後ポート２８に圧油を供給することにより（前方側の圧油は、前ポート２６を通じてシリンダ外部に排出される）ピストン２７を前方に移動させ、複数枚の皿ばね１５の弾性付勢力に抗してドローバー１１の後端を押圧すると、これに係合しているコレットチャック９が作動して、アタッチメント主軸装置の軸部材４３のプルスタッドを開放すると共に、前記ドローバー１１のプッシュロッド７が前記軸部材４３のテーパシャンク底部を押圧する結果、軸部材４３がブラケット４１に対して前方に滑動し、ドローバー３５を長手軸前方向に移動させ、連動してコレットチャック３３が小形工具のシャンクを開放し、工具交換の準備が整う。
【００２０】
自動工具交換または手動工具交換により、新たな小形工具がコレットチャック３３に挿入された後に、主軸頭３のシリンダ２５の前ポート２６に圧油を供給し（後方側の圧油は、後ポート２８を通じてシリンダ外部に排出される。）、ピストン２７を後方に移動させて、前記ピストン２７をドローバー１１の後端から隔離すると、再び、皿ばね１５の弾性付勢力がドローバー１１に加わって、これに係合しているコレットチャック９を作動させ、前記コレットチャック９が軸部材４３のプルスタッドを締着すると共に、プッシュロッド７が前記軸部材４３のテーパシャンク底部から離れるので、軸部材４３が自由になって後方に滑動し、ドローバー３５の押圧を解除する結果、複数の皿ばね３９が第２のドローバー３５を軸方向後方に移動させ、それに伴ってコレットチャック３３が小形工具のシャンクを締着し、前記工具を主軸２９に固着する。これにより、次加工工程の準備が整う。
【００２１】
以上述べたとおり、本発明アタッチメント主軸装置は、当該装置の主軸に工具を自動締着、開放する操作のための原動機構を工作機械の主軸頭に設けたクランプ手段と共用にして前記機構をアタッチメント主軸装置から省略することができたから、前記主軸装置の構造を簡単にすることが可能であり、かつ、小形化できて、工作機械の主軸頭に対し当該装置の着脱が容易になるという、従来装置には期待できない、格別の作用、効果を奏することができる。
また、アタッチメント主軸装置を工作機械の主軸頭に締着するだけで、両者の心出しが必然的にでき、締着のための軸部材の存在は、主軸の高速または超高速駆動を妨げる事が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明アタッチメント主軸装置の一実施形態を含む工作機械の主軸頭の一部側断面図である。
【図２】前記工作機械の主軸頭の側断面図である。
【符号の説明】
１  第１の主軸
３  主軸頭
５  テーパ穴
７  プッシュロッド
９  第１のコレットチャック
１１  第１のドローバー
１５  第１の皿ばね
２５  シリンダ
２７  ピストン
２９  第２の主軸
３１  ハウジング
３３  第２のコレットチャック
３５  第２のドローバー
３９  第２の皿ばね
４３  軸部材
４４  圧縮ばね
【図１】
0003586381.tif 000002
【図２】
0003586381.tif 000003