(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸中心に挿通したドローバでコレットを介して工具を引き上げるマシニングセンタのような工作機械の主軸頭先端に嵌着させて切削加工を行うアタッチメントにおいて、上端面に主軸頭下端面の内周鍔付カップリングに噛み合う相手方カップリングを設けたアタッチメント本体と、上端にコレットで把持されるプルスタッドを取り付け下端に主軸ドライブキーと係合する切欠き部を形成したフランジ部を設けさらに下端中心にアタッチメント本体に対し軸方向に移動可能で軸端部にアタッチメント本体重量を受け持つ部材を有する小径軸を突出し前記主軸先端テーパ穴に装着されるシャンク部材と、前記小径軸のアタッチメント本体重量受持部材とアタッチメント本体との間に介装されアタッチメント本体を引き上げる方向に付勢する第１弾機部材と、前記アタッチメント本体上端面の相手方カップリングの内側円周上複数個所に設けられ前記アタッチメント本体の中心線を含む面内において揺動可能で上側を向く一方のアームの先端に前記カップリングの内周鍔部の上面と係脱自在に係合するクランプ爪を有しアタッチメント本体中心側を向く他方のアームの先端上面が前記シャンク部材のフランジ部下面と当接するＬ形クランプアームと、前記各Ｌ形クランプアームのクランプ爪を常時内周鍔部と係合する方向に付勢し複数個の力が前記第１弾機部材より弱い第２弾機部材とを含んでなり、アタッチメントが主軸に装着されたときカップリングの噛み合いとともにクランプ爪がカップリング内周鍔部と係合するようにし、コレットの引上げを解除してシャンク部材を下降させることによってＬ形クランプアームのクランプ爪の係合を外すことを特徴とする工作機械用アタッチメントの締結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマシニングセンタの主軸頭先端に取り付けるアタッチメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアタッチメントは一般に大型で、工具マガジンに収容することができず、工具マガジンとは別に置台が設けられていて、主軸頭に装着する場合には主軸頭がこの置台の位置まで移動して装着を行っていた。そして主軸頭への装着時には図６に示すようにアタッチメントに設けた大径カップリング９１の顎部９２に、主軸頭側の流体圧シリンダ装置のピストン９３先端の断面Ｌ形鉤部９４を係合させ、ピストン９３により引上げてクランプするものが知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べた大型アタッチメントは主軸頭側に油圧シリンダを配置し油圧配管を必要とするため構造が複雑となり、また配管設備を必要とし高価になるという問題を有していた。またアタッチメントの交換には別の置台を設ける必要から設置場所を必要とし干渉等制限を受ける。このアタッチメントの交換に自動工具交換アームを共用しようとすると交換アームの把持部部分の寸法が、工具と同じ寸法のアタッチメントしか交換できず全体の寸法に制限を受けて内部構成要素がそれぞれ小形になり、加工能力の小さなアタッチメントになるという問題を有していた。
【０００４】
本発明は従来の技術の有するこれらの問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、比較的大型のアタッチメントを主軸頭に取り付けるに際し、油圧ピストン等の特別の装置を用いることなく、簡単かつ自動的に強力クランプ出来る工作機械用アタッチメント締結装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の工作機械用アタッチメント締結装置は、主軸中心に挿通したドローバでコレットを介して工具を引き上げるマシニングセンタのような工作機械の主軸頭先端に嵌着させて切削加工を行うアタッチメントにおいて、上端面に主軸頭下端面の内周鍔付カップリングに噛み合う相手方カップリングを設けたアタッチメント本体と、上端にコレットで把持されるプルスタッドを取り付け下端に主軸ドライブキーと係合する切欠き部を形成したフランジ部を設けさらに下端中心にアタッチメント本体に対し軸方向に移動可能で軸端部にアタッチメント本体重量を受け持つ部材を有する小径軸を突出し、前記主軸先端テーパ穴に装着されるシャンク部材と、前記小径軸のアタッチメント本体重量受持部材とアタッチメント本体との間に介装されアタッチメント本体を引き上げる方向に付勢する第１弾機部材と、前記アタッチメント本体上端面の相手方カップリングの内側円周上複数個所に設けられ前記アタッチメント本体の中心線を含む面内において揺動可能で上側を向く一方のアームの先端に前記カップリングの内周鍔部の上面と係脱自在に係合するクランプ爪を有しアタッチメント本体中心側を向く他方のアームの先端上面が前記シャンク部材のフランジ部下面と当接するＬ形クランプアームと、前記各Ｌ形クランプアームのクランプ爪を常時内周鍔部と係合する方向に付勢しいる複数個の力が前記第１弾機部材より弱い第２弾機部材とを含んでなり、アタッチメントが主軸に装着されたときカップリングの噛み合いとともにクランプ爪がカップリング内周鍔部と係合するようにし、コレットの引上げを解除してシャンク部材を下降させることによってＬ形クランプアームのクランプ爪の係合を外すものである。
【０００６】
上述のように構成された工作機械用アタッチメントの締結装置によれば、通常の工具を取り付けるように主軸内のコレットでプルスタッドを把持して引き上げるだけで、第１弾機部材によりアタッチメントの大径の第１カップリングが主軸頭先端の大径の第１カップリングに押し付けられるとともにクランプ爪が主軸頭側の第１カップリングの内周鍔部の上面と自動的に係合し、大きな切削力に対しても動くことのない力でアタッチメントを主軸頭にクランプするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面にもとづき説明する。
図１はマシニングセンタの外観図、図２はマシニングセンタの工具マガジンと交換アームの説明図、図３はアタッチメントを主軸頭に取り付けた状態を示す断面図、図４はクランプアーム部を示す図３の部分拡大部、図５はアタッチメントが主軸頭に装着されていないときの上面図で主としてクランプアームの配設状態を表す図である。
【０００８】
図１のマシニングセンタにおいて、床上に設置されたベッド１上にテーブル２がＸ軸（前後）方向に移動位置決め可能に載置されている。ベッド１両脇の床上にコラム３が立設され、コラム３上にトップビーム４が固着されている。コラム３は前面にＷ軸（上下）方向の案内を有し、このＷ軸案内上にクロスレール５が移動位置決め可能に取り付けられている。クロスレール５は前面にＹ軸（左右）方向の案内を有し、このＹ軸案内上に主軸頭６が移動位置決め可能に載架され、主軸頭６に主軸ラム７がＺ軸（上下）方向に移動位置決め可能に設けられている。
【０００９】
主軸ラム７の先端にアタッチメント８が着脱可能に取り付けられ、左側コラム３の左端に工具とともにアタッチメントが収納可能な工具マガジン装置９が配設されている。クロスレール５の左下部に水平面内において工具マガジン側と主軸側に旋回，アーム旋回軸を水平・垂直に旋回及び水平直線移動可能に交換アームユニット１１が設けられている。交換アームユニット１１は把持径の異なる工具のＶ字形の把持溝とアタッチメントのＶ字形の把持溝とに対応する工具用グリッパＡ１，Ａ２及びアタッチメント用グリッパＢ１，Ｂ２を中心対称に有するツインアーム形の複合交換アーム１２を、ＮＣで旋回中心軸５２のまわりで旋回割出し可能かつ旋回中心軸方向に移動位置決め可能に有している。
【００１０】
図２において、工具マガジン９には通常の工具以外に通常の工具とシャンク寸法が同じの大きなアタッチメント８が混在して収容されている。工具マガジン９と主軸頭６との間で工具及びアタッチメント８を搬送する旋回割出し，軸方向移動可能な交換アームユニット１１には、通常の工具を交換するときに用いる中心対称の一対の工具交換用グリッパＡ１，Ａ２以外に、通常の工具とは異なる把持寸法のアタッチメント８を交換搬送するときに用いるアタッチメント交換用グリッパＢ１と、アタッチメント８を主軸頭６の位置で回転割出しさせるときに用いるアタッチメント割出し用グリッパＢ２とが中心対称に一対として形成された合計４個のグリッパを有する複合交換アーム１２が設けられている。
【００１１】
そして図示はしないが各グリッパの先端部には把持工具，アタッチメントの脱落を防止する開閉する補助フィンガが設けられている。一対の工具交換用グリッパＡ１，Ａ２及びアタッチメント交換用グリッパＢ１には工具及びアタッチメント８が搬送時に位置ずれをおこさないようそれぞれに回り止め用の爪１４が設けられている。
しかしアタッチメント割出し用グリッパＢ２にはグリッパ内にてアタッチメント全体を回転させる必要から、回り止め用の爪は取り付けられていなくて、補助フィンガがアタッチメント把持時強く締めつけないように構成されている。
【００１２】
図３において主軸頭６内には主軸軸線方向に移動可能に主軸ラム７が設けられていて、この主軸ラム７の下端面にはアタッチメント８を固定する大径のカップリング２１が備えられており、カップリング２１には後述のクランプ爪と係合する内周鍔２１ａが一体に設けられている。
【００１３】
主軸ラム７内には貫通穴を有する主軸２２が軸受２３によって回転可能に支承されている。主軸２２の貫通穴２２ａ先端は工具のシャンク部を受け入れ可能なテーパに形成されている。また主軸２２の貫通穴内には軸線方向に移動可能に図示しない流体圧シリンダ装置で作動するドローバー２４が挿通されており、このドローバー２４の先端と係合可能で工具シャンク部に固着のプルスタッド３１を把持するコレット２５が介装されている。
【００１４】
アタッチメント８は本体２６の外周に通常の工具の把持用Ｖ形溝とは異なる大きい寸法の把持用Ｖ形溝２６ａが削設されていて、アタッチメント用グリッパＢ１，Ｂ２を受け入れる。更にこのＶ形溝２６ａにはアタッチメント交換用グリッパＢ１の爪１４と係合するキー溝２７が削設されている。またアタッチメント８の本体２６の主軸ラム７と相対する面には主軸ラム７の下面に設けた大径のカップリング２１と噛合う大径カップリング２９が取り付けられている。アタッチメント８は主軸頭６に取り付け時主軸２２のテーパ穴２２ｂにはまり合うシャンク部３０とドローバー２４に係止するコレット２５に把持されるプルスタッド３１を有している。
【００１５】
シャンク部３０のフランジ３２下端面には上述の大径カップリング２９より内側で同心の小径カップリング３３が刻設されている。シャンク部３０の下端面中心には一体に先端部を小径３７としたスプライン軸３４が突設されていて、アタッチメント本体２６中心に軸受３５によって回転可能に支承されているベベルギヤ３６のスリーブ軸の雌スプラインとスプライン嵌合されている。そしてこのベベルギヤ３６とスプライン軸３４の小径部３７の先端に嵌められナットで止められたカラー３８との間に介装された皿ばね３９によって、べべルギヤ３６及びアタッチメント本体２６とシャンク部３０及びスプライン軸３４とは常に近づく方向に突張状態に付勢されている。
【００１６】
フランジ３２端面と相対するアタッチメント本体２６の面にはフランジ３２の下面に刻設した小径カップリング３３との噛み合う小径カップリング４０が取り付けられている。大径カップリング２１，２９の噛み合い位置と小径カップリング３３，４０の噛み合い位置とは段差を有していて、アタッチメントの主軸装着時に大径カップリングが噛み合っているとき小径カップリングは噛み合わない。アタッチメント本体２６内にはベベルギヤ３６と噛み合うベベルギヤ４１を有する工具主軸４２が主軸２２の軸線と一定の角度をなして軸受４３によって回転可能に支承されている。工具主軸４２の主軸とのなす角度は本実施例では直角であるがこれに限定されるものではない。
【００１７】
また主軸２２の先端面には主軸２２の回転を工具に確実に伝えるためにドライブキー４４が取り付けられていて、シャンク部３０のフランジ３２に削設されたキー溝４５と嵌合可能である。そしてプルスタッド３１がコレット２５から解放され、皿ばね３９によってシャンク部３０がアタッチメント本体２６の方に近づき小径カップリング３３，４０が噛み合った後、アタッチメント本体２６が主軸ラム７から離されて大径カップリング２１，２９が噛み合いを解除して、両カップリング２１，２９の両先端間にわずかの隙間が出来た場合にも、ドライブキー４４はフランジ３２のキー溝４５とまだ係合状態を保つことができるよう主軸軸線方向に長く伸びている。
【００１８】
図４，図５においてアタッチメント本体２６の上端面に取着されている大径カップリング２９の下端面とこれに続く内周面との中心対称位置に複数個本例では２組計４個の切欠き部２９ａが削設され、各切欠き部２９ａにクランプ爪部材８０がそれぞれ中心対称に取着されている。クランプ爪部材８０のブラケット８２は大径カップリング２９の切欠き部２９ａに複数本のボルト８１により内周側に突出するように固着され、ブラケット８２にＬ形クランプアーム８３が枢支ピン８４によりアタッチメント本体２６の中心線を含む面内においてそれぞれ揺動可能に設けられている。
【００１９】
Ｌ形クランプアーム８３は上側を向くアーム８３ａと横側すなわちアタッチメント本体の中心側を向くアーム８３ｂとがほぼ直角に一体成形されていて、一方のアーム８３ａの上端部にはラム７の先端に固着されている大径カップリング２１の内周鍔２１ａの上面と係脱自在に係合するクランプ爪８３ｃを有し、他方のアーム８３ｂの先端部上面にはフランジ３２の下端面と当接する当接面８３ｅが形成されている。
【００２０】
更にアタッチメント本体２６には各Ｌ形クランプアーム８３の他方のアーム８３ｂ先端部の真下に盲穴２６ｂが上から垂直に穿設されて、盲穴２６ｂに上端面が円球面に形成されている頭付ピン８６が上下動可能に嵌挿され、頭付ピン８６の段差端面と盲穴２６ｂの穴底との間に４個所の合計推力が皿ばね３９の推力より弱い皿ばね８５が介装されていて、Ｌ形クランプアーム８３は皿ばね８５により一方のアーム８３ａ上端部のクランプ爪８３ｃが内周鍔２１ａと係合可能な方向に付勢されている。
【００２１】
従ってプルスタッド３１がコレット２５から解放され、皿ばね３９によってシャンク部３０がアタッチメント本体２６に近づき小径カップリング３３，４０が噛み合うと、Ｌ形クランプアーム８３の他方のアーム８３ｂの当接面８３ｅがフランジ３２の下面と当接して揺動され一方のアーム８３ａがほぼ垂直姿勢となってクランプ爪８３ｃが鍔２１ａの上面から外れる。
【００２２】
またプルスタッド３１がコレット２５と係合してシャンク部３０が引上げられ皿ばね３９の力で大径カップリング２１，２９が噛み合うと、フランジ３２下面が当接面８３ｅから離れ、皿ばね８５によりＬ形クランプアーム８３が揺動され一方のアーム８３ａがほぼ垂直姿勢から外側への傾斜姿勢となり、このときのクランプ爪８３ｃの上下位置の変化で内周鍔２１ａ上面を押さえ込むように作用するクサビ効果で係合し、大径カップリング２１，２９の噛み合いを強固なのもとしてアタッチメント８を主軸頭６に強力にクランプする。
【００２３】
続いて本実施例の形態の作用を説明する。
アタッチメント８が工具マガジン９内に収容されているときには皿ばね３９によってシャンク部３０とアタッチメント本体２６とは近づいて小径カップリング３３，４０が噛み合った状態を保ち、Ｌ形クランプアーム８３のアーム８３ａがアタッチメント本体２６の中心線とほぼ平行な垂直姿勢を保っていて、シャンク部３０はアタッチメント本体２６に対し回転することが出来ない。従って工具主軸４２もアタッチメント本体２６に対して回転させられることがなく、工具主軸４２のキー位置はシャンク部３０のフランジ３２キー溝と一定位置関係を保つことが出来る。
【００２４】
工具マガジン９からアタッチメント８を取り出して搬送するときには交換アームユニット１１の複合交換アーム１２のアタッチメント交換用グリッパＢ１によってアタッチメント本体２６のＶ形溝２６ａを把持するが、このときグリッパＢ１の爪１４がＶ形溝２６ａ部分に削設されたキー溝２７に係合してグリッパＢ１内でのアタッチメント８の位置ずれを防ぐ。このためシャンク部３０のフランジ３２のキー溝４５が位置ずれすることなく主軸部まで搬送されることになり、主軸２２のドライブキー４４に正しくフランジ３２のキー溝４５を係合させることが出来る。
【００２５】
アタッチメント８が主軸位置まで搬送されると、シャンク部３０が主軸２２の先端テーパ穴内２２ｂに挿入され、図示しない皿ばねでドローバー２４が引かれ主軸２２の後方へ引き上げられ、プルスタッド３１がコレット２５により把持される。このとき途中まではアタッチメント本体２６も皿ばね３９を介して共に引上げられるが、アタッチメント本体側の大径カップリング２９が主軸ラム７の端面に設けた大径カップリング２１と噛み合うとアタッチメント本体２６は固定され引上げは阻止される。
【００２６】
この状態で更にプルスタッド３１が引上げられて、シャンク部３０，フランジ３２が共に引上げられると、スプライン軸３４先端の小径部３７に取り付けたカラー３８によって皿ばね３９が圧縮される。アタッチメント本体２６は大径カップリング２１，２９の噛み合いで固定されているので小径カップリング３３，４０の噛み合いは解除される。これによりＬ形クランプアーム８３の当接面８３ｅがフランジ３２の下面から解放され、上方を向く一方のアーム８３ａが皿ばね８５の力で揺動してほぼ垂直姿勢から傾斜姿勢となってクランプ爪８３ｃが大形カップリング２１の内周鍔２１ａの上面と係合し、このときのクランプ爪８３ｃの上下位置の変化を利用したクサビ効果で大形カップリング２１，２９の噛み合いを強固なものとする。
【００２７】
その後シャンク部３０が主軸２２の先端テーパ穴２２ｂ内面に圧着されることによって引上げは完了する。このとき皿ばね３９は圧縮され撓まされているため、ばね力がベベルギヤ３６，軸受３５を伝わって大径カップリング２９と２１の接触面に加えられ、アタッチメント本体２６を主軸ラム７に強く圧着し、これにクランプ爪８３ｃによる強固な押圧力が加わって、油圧機構等ほかの要素を必要とせず強力切削にも耐え得る大きなクランプ力が得られる。
【００２８】
次にアタッチメント本体２６の割出し方法について説明する。主軸頭６と交換アームユニット１１とが工具交換位置に位置決めされＮＣ装置の指令によって旋回用サーボモータを駆動して複合交換アーム１２を旋回させ回り止めキーのないアタッチメント割出し用グリッパＢ２によってアタッチメント本体２６のＶ形溝２６ａを把持する。
【００２９】
ばねにより引上げられていたドローバー２４を図示しない流体圧シリンダ装置により前進させ、コレット２５によるプルスタッド３１の把持を解除し、クランプ爪８３ｃの係合を解除する。同時にＮＣ装置の指令で抜き差し用サーボモータを駆動して、複合交換アーム１２を主軸軸線方向に第１段抜き動作で移動させて大径カップリング２１，２９の噛み合いをはずす。
【００３０】
このとき移動距離は大径カップリング２１，２９の互いの先端がわずかに隙間を有する距離迄とする。シャンク部３０は皿ばね３９によってアタッチメント本体２６に引き寄せられ、小径カップリング３３，４０が噛み合い、クランプ爪８３ｃの係合が解除されることになる。
【００３１】
しかし主軸２２の先端に取り付けられたドライブキー４４は、まだフランジ３２のキー溝４５と係合した状態を保っている。この状態で主軸２２をＮＣの指令で図示しないサーボモータにより所定角度回転させれば、ドライブキー４４，フランジ３２，小径カップリング３３，４０，アタッチメント本体２６と回転が伝達されて、グリッパＢ２内においてアタッチメント８全体が割出しされるものである。
【００３２】
割出し完了後抜き差し用サーボモータを駆動して複合交換アーム１２，グリッパＢ２を第１段差し動作で主軸頭６の方に移動させて、大径カップリング２１，２９を噛み合わせ、ドローバー２４を皿ばねで引上げてコレット２５によりプルスタッド３１を把持クランプすれば、アタッチメント８が主軸頭６に再び取り付けられることになり、小径カップリング３３，４０の噛み合いが外れ、クランプ爪８３ｃが内周鍔２１ａの上面と係合し、切削加工を再開することが出来る。
【００３３】
複合交換アーム１２の他の実施例としてアタッチメント交換用グリッパＢ１の回り止め用の爪１４をグリッパ内において油圧ピストンや電磁式ソレノイド、カム等によって出し入れ可能とすれば、アタッチメント交換用グリッパＢ１でアタッチメント割出し用グリッパＢ２を兼用させることが可能となる。
その他に複合交換アーム１２のアタッチメント割出し用グリッパＢ２の内周には、アタッチメントの回転をスムーズにさせるために複数個のローラを取り付けることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので次に記載する効果を奏する。
請求項１は、アタッチメント本体内に第１弾機部材（皿ばね）を組み込んで、シャンク部とアタッチメント本体とを常に近づく方向に付勢しているので、主軸頭にアタッチメントを取り付けるときの工具を引上げクランプする動作を利用して第１弾機部材を撓ませ第１弾機部材の弾撥力によりアタッチメント本体を主軸ラムに強力に圧着するとともに、Ｌ形クランプアームのクランプ爪を第２弾機部材（皿ばね）の弾撥力で主軸頭側の内周鍔の上面に押圧係合させるようにしたので、他の油圧機構等による大掛かりなクランプ手段を用いることなく、自動の一動作でアタッチメントを強力に主軸頭にクランプすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】マシニングセンタの外観図である。
【図２】工具マガジンと交換アームの説明図である。
【図３】本発明のアタッチメントを主軸頭に取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】図３のクランプ爪周辺の部分拡大断面図である。
【図５】主軸頭から取り外した状態のアタッチメントの上面図で、主としてクランプ爪の配設状態を表す図である。
【図６】従来の技術のアタッチメントを主軸頭に取り付けた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
６  主軸頭          ７  主軸ラム
８  アタッチメント  １２  交換アーム
Ａ１，Ａ２  工具用グリッパ
Ｂ１  アタッチメント用グリッパ
Ｂ２  アタッチメント用割出し用グリッパ
１４  爪            ２１ａ  内周鍔
２２  主軸          ２５  コレット
２６  アタッチメント本体
２６ａ  Ｖ形溝      ２１，２９  大形カップリング
３０  シャンク部    ３１  プルスタッド
３３，４０  小径カップリング
３６  ベベルギヤ    ３９，８５  皿ばね
４２  工具主軸
８０  クランプ爪部材
８２  ブラケット
８３  Ｌ形クランプアーム
８３ｃ  クランプ爪
８４  枢支ピン      ８６  頭付ピン
【図１】
0003545555.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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