(57)【要約】【課題】主軸に装着した工具をアンクランプしたときに、ドローバ先端に取着したコレットが開口して工具の落下が生じない工具クランプ装置の提供。【解決手段】ドローバを前進させてアンクランプした時、前進したコレットが開口しないように、このコレットの前端部外周に刻設したリング状の溝にばねをリング状に形成したリングばねを嵌装して前端部を閉じるようにする。コレットは常時開口していないので工具交換アームに把持された工具の軸方向移動によりプルスタッドの頭部でリングばねを押し拡げながら工具の引き抜きと差し込みを行う。ばねで前端部を閉じるように付勢したコレットでプルスタッドの頭部を保持して工具の落下を生じないようにしたものである。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸内にドローバとドローバ先端に取り付けられたコレットと前記ドローバを主軸後方に引き込むばねとを備え、前記コレットで工具を主軸にクランプするようにした自動工具交換装置を有する工作機械主軸の工具クランプ装置であって、前記コレットの前端部の外周にリング状の溝が刻設され前記前端部が閉じている時にプルスタッドの頭部の傾斜面と当接する前記前端部の内径部分の当接面を傾斜面で形成して着脱自在となしたコレットと、前記溝に嵌装され前記前端部を閉じるように付勢するリングばねとを含んでなり、リングばねで付勢され閉じたコレットの前端部に工具交換アームで把持した主軸を軸方向に進退移動させてプルスタッド頭部を係脱させることを特徴とする工具クランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
工作機械の工具クランプ装置に関するものであり、詳しくはドローバとコレットにより主軸に工具を固定する工具クランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５はマシニングセンタ等工作機械の主軸頭の主軸先端の周辺部を示す断面図である。図５において、主軸頭本体１０１に複数の軸受１０２により回転可能に軸承される主軸１０３は貫通する中心穴１０３ａを有し、先端部はテーパ穴１０３ｂに形成されている。主軸１０３の中心穴１０３ａにはドローバ１０４が軸方向移動可能に挿通されている。ドローバ１０４は中心穴１０３ａ内に介装されるコイルばね１０８や図示しない積層した皿ばね等で常時主軸後端方向へ付勢されており、ドローバ１０４は主軸先端方向の軸端部にたたき棒１０５が同心に固着されている。たたき棒１０５の先端に工具ＴのプルスタッドＴａを把持するコレット１０６が係合している。
【０００３】
コレット１０６は円筒状に形成したものを複数個に分割して形成されている。たたき棒１０５の先端部分は大径部１０５ａ、中径部１０５ｂ，小径部１０５ｃで示すように段付形状である。但しドローバ１０４とたたき棒１０５は一部品で形成される場合もある。分割されたコレット１０６の内径段付部とたたき棒１０５の外径段付部に組み付けてコレット１０６の外径に刻設された溝１０６ａにリング状に形成されたばね１０７が嵌挿され、たたき棒１０５と一体状態で主軸１０３の穴１０３ｃ内に組み込まれている。
【０００４】
ドローバ１０４が主軸１０３の先端方向へ移動されたたき棒１０５の先端がプルスタッドＴａをたたいて工具Ｔのテーパ面１０３ｂとの嵌着をゆるめる。更にたたき棒１０５が主軸先端方向に移動するとコレット１０６のプルスタッドＴａの軸端段付部を外径で把持していたコレット１０６の前端部１０６ｂは引っ張りばね１０７の作用により外方向への力を分割片ごとに受けている。主軸１０３の溝１０３ｄにコレット１０６の前端部１０６ｂの外形部１０６ｃが嵌まり込みプルスタッドＴａの頭部がコレット先端部１０６ｂの内径を通り抜けることが出来るので工具Ｔを主軸１０３から取り外すことが可能となる。
【０００５】
コレット１０６は通常主軸中心穴１０３ｃの内径に嵌装可能な外径をもつ円筒形状に加工され、その後一定歯幅のスリットカッタで分割されている。たたき棒１０５の小径部１０５ｃに、溝１０６ａに嵌装された引っ張りばね１０７の圧縮力でコレット片を組み付けて一体化後ドローバ１０４を主軸１０３の先端部から挿入し、前端部１０６ｂが開いて溝１０３ｄに前端部１０６ｂが嵌まり込む。次に工具Ｔを主軸先端部１０３ｂに嵌装後ドローバ１０４を主軸後端方向へ引くとコレット１０６の先端部が閉じてプルスタッドＴａの段付部を把持し更にドローバ１０４への付勢力により工具Ｔは強固にテーパ穴１０３ｂに固定される。
【０００６】
コレット前端部１０６ｂの外径と溝１０６ａが刻設されたコレット後端部の外径は共に主軸中心穴１０３ｃの内径と摺動可能な状態にある。工具Ｔがドローバ１０４で固定されたときコレット１０６はプルスタッドＴａを把持している。又コレット片は引っ張りばね１０７で保持されほぼ均等な隙間で配置されている。
【０００７】
図５において、図示しない自動工具交換装置のアームが先ず工具Ｔを把持し、その後ドローバ１０４を前進させ、まずコレット１０６を引っ張りばね１０７の作用により先端部１０６ｂを開口させる。続く前進によりプルスタッドＴａをたたき棒１０５の先端で叩いて工具Ｔをアンクランプする。この場合、アームが工具Ｔを先行して把持しているので工具が落下することはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術で述べた工具クランプ装置は、ドローバ１０４を前進させてコレット１０６の先端部１０６ｂを開口しプルスタッドＴａの頭部が通り抜けることが出来るようにしている。
従って引き続きドローバ１０４が前進するとプルスタッドＴａをドローバの先端でたたくので工具Ｔが完全にアンクランプされる。
もし、工具交換アームで予め工具を把持していなければ工具は直ちに落下する。従って、工具交換アームが工具Ｔを把持していることを確認してからドローバを前進させる必要がある。そのため、ドローバの前進により工具をアンクランプする場合には、工具交換アームが工具を把持しているかどうか動作確認が必要であり、交換時間の増大を招くという問題を生じていた。
【０００９】
本発明は従来技術の要するこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、構造を複雑にすることなく、また、ほぼ従来のドローバ方式の工具クランプ装置のスペース内に従来とほぼ同様なコレットを使用して解決を図るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の工具クランプ装置は、主軸内にドローバとドローバ先端に取り付けられたコレットと前記ドローバを主軸後方に引き込むばねとを備え、前記コレットで工具を主軸にクランプするようにした自動工具交換装置を有する工作機械主軸の工具クランプ装置であって、前記コレットの前端部の外周にリング状の溝が刻設され前記前端部が閉じている時にプルスタッドの頭部の傾斜面と当接する前記前端部の内径部分の当接面を傾斜面で形成して着脱自在となしたコレットと、前記溝に嵌装され前記前端部を閉じるように付勢するリングばねとを含んでなり、リングばねで付勢され閉じたコレットの前端部に工具交換アームで把持した主軸を軸方向に進退移動させてプルスタッド頭部を係脱させるものである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、ドローバが前進してもコレットが開口せずに閉じた状態を保つように、コレットの前端部の外周にリングばねを介装している。前端部の外周に設けられたばねでコレットを閉じるように付勢しているので、ドローバが前進しコレットの前端部が主軸内径に設けた窪みに位置しても、コレットの前端部は窪みに沿って開くことなく閉じたままである。
【００１２】
従ってドローバが更に前進してプルスタッドをたたき工具をアンクランプしてもプルスタッドの頭部とコレットの前端部とは連結されているので工具は落下することがない。ドローバの前進動作と工具交換アームにより工具を把持する動作とのタイミングについて、後者を必ず先行させこの動作完了を確認してから前者を実行しなければならないという制約を取り払うことが可能となった。コレットの前端部への工具着脱は、工具交換アームに把持した工具を主軸に装着する軸方向の移動動作により行い、工具のクランプは従来と同様ドローバの後退で行われる。
【００１３】
【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いて説明する。
図１は本発明の工具クランプ装置を実施した工作機械主軸構造の断面説明図である。図２はドローバが後退し工具をクランプした状態の説明図、図３はドローバが前進端に達し工具交換可能な待機状態の説明図、図４は工具交換アームで工具を主軸に挿入しプルスタッドをコレットに着脱する状態の説明図である。
【００１４】
本発明の工具クランプ装置の構成の説明に先立ち本発明を実施した工作機械の主軸構造の概要を説明する。
図１において、主軸構造は主として主軸頭本体１、ビルトインモータ本体３１、工具アンクランプシリンダ４１とからなり、これらの構造体は主軸３の軸線に沿って構成されている。本実施例では、主軸３はビルトインモータのロータ軸でもあり、主軸頭本体１とビルトインモータ本体３１を一体としたフレームに軸受２により高精度に支承されている。
【００１５】
主軸３の軸心に嵌装され工具Ｔをクランプするドローバ４は、主軸３と一体に高速回転駆動されるので主軸３の中心穴に振動を発生させないよう、且つ軸心方向移動可能に緊密に挿入されている。ドローバ４は常時後方に皿ばね９で付勢され、その付勢力で工具Ｔを主軸３の前方端のテーパ穴にクランプしている。
【００１６】
工具Ｔを主軸３からアンクランプするため、主軸３の後端側に主軸３を前方に押圧する工具アンクランプシリンダ４１が設けられている。工具アンクランプシリンダ４１のピストン４２が前進するとドローバ４も前進し工具Ｔのプルスタッド１０の頭部をたたき工具Ｔを主軸３からアンクランプする。
なお、コレットの一般的形状と作用については従来技術において説明した事項と共通点が多いのでここでは本発明の主要部を構成するコレット１１とリングばね１２について説明する。
【００１７】
図２において、コレット１１はドローバ４とプルスタッド１０を連結している。円筒体を切断して作られたコレット１１の後端部１１ｂに形成された内径の角部１１ｃは、ドローバ４の前方軸端萼部４ｂと係合し工具Ｔのクランプ時にプルスタッド１０を主軸後方に引き上げる。従ってコレット１１の軸心部分には、ドローバ４の前方軸端部４ｃを内包することができる空間１１ｄが形成されている。
【００１８】
コレットの前端部１１ａの内径部１１ｐとプルスタッド１０の頭部１０ａが係合している。工具Ｔをクランプしているとき、コレット１１の前端部１１ａの外周面１１ｇは主軸３の内径穴３ｃの中に納まっている。このとき、ドローバ４が後退してコレット１１の内径側の傾斜面１１ｈがプルスタッド１０の傾斜面１０ｂに作用してもコレット１１を押し拡げることはできない。
【００１９】
図３において、ドローバ４が前進してドローバ４の前端面４ｃがプルスタッドの後端面１０ｃをたたき工具Ｔはアンクランプ状態となる。コレット１１の前端部１１ａの外周にはリングばね１２を嵌装する溝が刻設されリングばね１２が装着されている。このとき内径角部１１ｃを支点としてコレット１１の前端部１１ａは軸心方向に付勢される。リングばね１２は密着ばねをリング状に形成するか引っ張りばねを連結してリング状にしても良い。コレット１１が付勢されてリングを形成しているとき、前端部１１ａの内径部１１ｋとプルスタッド１０の軸部１０ａとの間に隙間があっても良い。
【００２０】
竪形主軸の場合、図示しない工具交換アームで工具Ｔを保持していない時、工具Ｔには重力が作用し落下する。これを防ぐためにコレットの斜面１１ｈとプルスタッドの斜面１０ｂが当接したとき、コレット１１の前端部１１ａが開口しない程度の引っ張り強さに設計されたリングばね１２が嵌装されている。
このように、コレット１１の前端部１１ａは、アンクランプした時に常時開口していない。アンクランプした時、工具Ｔはリングばね１２で口を閉じたコレット１１に拘束され工具交換待機状態にあるからである。
【００２１】
図４において、交換待機状態にあった工具Ｔを、図示しない工具交換アームで工具溝Ｔａを把持し工具Ｔを主軸３から抜く方向に前進させることによりプルスタッド１０の頭部１０ａを、リングばね１２で付勢され口を閉じている前端部１１ａから強制的に脱出させる。このとき頭部１０ａの外径部１０ｄが前端部１１ａの内径部１１ｐを押し拡げる。このため、前端部１１ａが開口した時の外周面１１ｇの開き代として主軸３の内径部に溝３ｄが設けられている。
【００２２】
更にコレット１１が開口した時に後端部１１ｂの内径側を曲面１１ｍに形成して前端部１１ａの開口を容易にしている。プルスタッド１０の頭部１０ａのコレット１１からの脱出とコレット１１への進入が容易なように傾斜面１０ｂと１１ｈ及び傾斜面１０ｃと１１ｎのそれぞれの傾斜角が適宜設定されている。
【００２３】
次に本発明の工具クランプ装置による工具交換作用について説明する。
工具Ｔは、ばね材で後方に付勢されたドローバ４と係合するコレット１１により主軸３にクランプされている。工具交換が指令されると、機械送り軸の工具交換位置に移動するまでの間に工具アンクランプシリンダ４１によってドローバ４及びコレット１１を前進させる。
また、ドローバ４が前進して先端で工具Ｔと連結されているプルスタッド１０の頭部１０ａをたたくことによって、クランプ状態にある工具Ｔをアンクランプして交換動作が容易である。交換待機状態では、工具Ｔはリングばねで付勢されたコレットにより保持されており落下することはない。
【００２４】
主軸３が工具交換位置に位置決めされると同時に、工具交換アームが待機状態となっている工具を把持し、続いて抜き動作を行う。このときコレット１１のリングばね１２を押し拡げながら工具を引き抜く。交換アームが旋回し次工具を差し込む場合にもコレット１１のリングばね１２を押し拡げながら工具を差し込む。
続いて工具交換アームが待避すると同時に、工具アンクランプシンリダ４１のピストン４２が後退してばね材により次工具は引き上げられ交換動作は完了する。
【００２５】
なお、上記の実施形態では、コレットは円筒状に形成したものを複数個に分割し、これを連結したものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、先端でプルスタッドを保持可能なものであれば、例えばドローバ先端に形成或いは固着され素材の弾性変形を利用して開閉するものなど、一般に知られているコレットを利用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の工具クランプ装置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に記載の発明は、
（１）従来の工具クランプ装置を構成するドローバ，コレット，リングばね，プルスタッドのうちコレットの前端部がプルスタッドを把持するようにしたコレットである点が異なっている。しかし複雑な形状に変更するものではなく構造が簡単で従来機構に代替することが可能であり機能が向上する効果がある。
（２）構成要素は信頼性の高い部品であり安価に構成できる効果を有する。
（３）工具を把持してからアンクランプする必要がない。即ちアンクランプする前に工具を把持しておかなくてもよい。従って、工具把持とアンクランプの動作を前後を問わず実行されることができるので、工具交換時間の短縮が図れる。従って、総合的にみて加工時間の短縮が可能という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具クランプ装置を実施した工作機械の主軸構造の断面説明図である。
【図２】ドローバが後退し工具をクランプした状態の説明図である。ばね材によりドローバとこれに係るコレットを引き上げて工具をクランプした状態を示している。
【図３】ドローバが前進端に達し、工具交換可能な待機状態の説明図である。工具アンクランプシリンダによってドローバとこれに係るコレットを前進させ、リングばねによって工具を保持している状態を示している。
【図４】工具交換アームで工具を主軸に挿入しプルスタッドをコレットに着脱する状態の説明図である。工具交換装置の交換アームによって工具を把握し、リングばねを押し拡げながら工具の抜き差しを行う状態を示している。
【図５】従来の工具クランプ装置が採用されている主軸構造の断面説明図である。
【符号の説明】
１　主軸頭本体　　　　　２　軸受
３　主軸　　　　　　　　４　ドローバ
９　皿ばね　　　　　　　１０　プルスタッド
１１　コレット　　　　　１２　リングばね
３１　ビルトインモータ　４１　アンクランプシリンダ
４２　ピストン　　　　　Ｔ　工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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