(57)【要約】 【課題】  工具交換時のアンクランプシリンダの応答動作を速くして、工具交換時間を短縮することを目的とする。【解決手段】  工作機械２の主軸６に嵌装されたドロバー１９をアンクランプ方向に移動させるアンクランプシリンダ１６のシリンダチューブ３５外面にメカバルブ１７を一体的に設ける。メカバルブ１７の給排ポートＡ，Ｂとアンクランプシリンダ１６の流体給排ポートＡ１，Ｂ１とを直結する。メカバルブ１７はスプール４２がバルブボディ４０から突出しており、自動工具交換装置１１の工具交換アーム１２の動作と連動する揺動レバー１８によりスプール４２が軸方向に移動されることでポートが切換られるようにして、圧油を素早く供給し、アンクランプシリンダ１６を瞬時に動作させる。【選択図】  図３
2005305619.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸ホルダ装着孔に嵌め込まれたツールホルダをクランプ用ばねのばね力でクランプするドローバーと、そのドローバーをアンクランプ方向に移動させるアンクランプシリンダと、アンクランプシリンダを作動させるメカバルブと、前記メカバルブを工具交換の所定のタイミングで切換える操作部材とを備えた主軸工具の着脱装置において、アンクランプシリンダのシリンダチューブ外面にメカバルブを設け、メカバルブの給排ポートとシリンダチューブに形成した流体給排ポートとを直結したことを特徴とする主軸工具の着脱装置。
【請求項２】
主軸ヘッドに主軸を回転自在に支持し、その主軸内にツールホルダ用のドローバーを軸線前後に移動するように案内し、主軸ヘッドの後端にはアンクランプシリンダのシリンダチューブを一体に取り付けて前記ドローバーの後端部が、アンクランプシリンダの中空ピストンを貫通して後方に突出し、中空ピストンとドローバー後端部との軸線対向部分にお互いに係脱する係脱部分を形成してあることを特徴とする請求項１記載の主軸工具の着脱装置。
【請求項３】
メカバルブを切替える操作部材は、工具交換アームの動作と連動する揺動レバーであることを特徴とする請求項１または２記載の主軸工具の着脱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械の主軸先端のツールホルダをクランプ用ばねによりドローバーをクランプ方向に移動してクランプし、また、ツールホルダをアンクランプシリンダによりドローバーをアンクランプ方向に移動してアンクランプし、そのアンクランプシリンダを動作させるメカバルブを工具交換時に操作部材により操作する主軸工具の着脱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタ等において、主軸先端のツールホルダをクランプするドローバーはアンクランプシリンダによりアンクランプ方向に移動されツールホルダをアンクランプする。そのアンクランプシリンダはメカバルブを切換えることで圧流体の給排方向が切換えられ、ドローバーがアンクランプ方向とクランプ方向に移動するようにしている。メカバルブの切換えは、工具交換時に所定のタイミングで操作部材によって行われるようになっている。このようなものとして特許文献１〜３のものがある。
【０００３】
特許文献１では、主軸側に設けられた工具クランプ用シリンダとこの工具クランプ用シリンダのポート切換えを行う支持フレームに設けられたメカバルブとが油圧配管で連結されており、工具交換動作時には、カム体に連繋された作動レバーによってメカバルブの切換動作が行われて工具クランプ用シリンダが動作しツールホルダのクランプ、アンクランプが行われるものが開示してある。特許文献２では、コラムに設けられた主軸の油圧シリンダへの流路を切換えるメカバルブがコラムの側方でベッド上面に載置されたベースに設けられており、メカバルブは、メカバルブの作動ローラと圧接する駆動モータにより回転する回転カムによって、クランプ、あるいはアンクランプのタイミングに合わせて流路切換動作を行い、ツールホルダのクランプ、アンクランプを行うものが開示してある。特許文献３では、主軸のツールホルダのアンクランプ機構を構成する締め緩め用シリンダにカム軸の回転角度によって切換制御される切換弁が連繋されたものが開示してある。
【０００４】
尚、マシニングセンタの主軸工具の着脱装置に関するものではないが、特許文献４には、シリンダチューブの外側胴部にバルブボディを設けて開閉バルブを構成し、シリンダチューブの２つの油室を連通したものが開示されている。また、特許文献５には、シリンダケーシングに油圧制御弁を備えたものが開示されている。
【０００５】
特許文献１では、工具クランプ用シリンダとメカバルブとが離れており配管で連結されているので、管路長さが長く、工具交換時のアンクランプシリンダの応答動作を速くする妨げの要因となっており、工具交換時間の短縮の妨げになる等の問題があった。特許文献２でも、アンクランプシリンダとメカバルブとが離れていた。尚、特許文献３では切換弁の取り付け位置についての記載はない。
【特許文献１】実公平５−１３４６９号公報
【特許文献２】特許第３０１９６１８号公報
【特許文献３】特許第３１４４０２１号公報
【特許文献４】特開平１０−１８４６０９号公報
【特許文献５】特開２００３−１１３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明は、工具交換時のアンクランプシリンダの応答動作を速くして、工具交換時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題解決のため、本願発明では、工作機械の主軸ホルダ装着孔に嵌め込まれたツールホルダをクランプ用ばねのばね力でクランプするドローバーと、そのドローバーをアンクランプ方向に移動させるアンクランプシリンダと、アンクランプシリンダを作動させるメカバルブと、前記メカバルブを工具交換の所定のタイミングで切換える操作部材とを備えた主軸工具の着脱装置において、アンクランプシリンダのシリンダチューブ外面にメカバルブを設け、メカバルブの給排ポートとシリンダチューブに形成した流体給排ポートとを直結したことを特徴とする。
【０００８】
主軸ヘッドに主軸を回転自在に支持し、その主軸内にツールホルダ用のドローバーを軸線前後に移動するように案内し、主軸ヘッドの後端にはアンクランプシリンダのシリンダチューブを一体に取り付けて前記ドローバーの後端部が、アンクランプシリンダの中空ピストンを貫通して後方に突出し、中空ピストンとドローバー後端部との軸線対向部分にお互いに係脱する係脱部分を形成してあることを特徴とする。
【０００９】
前記メカバルブを切替える操作部材は、工具交換アームの動作と連動する揺動レバーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明では、アンクランプシリンダのシリンダチューブ外面にメカバルブを設け、メカバルブの給排ポートとシリンダチューブに形成した流体給排ポートとを直結したので、アンクランプシリンダと、メカバルブとが離れ両者を配管接続したものに比べ、管路長さが極めて短い。このため、バルブ切換時にアンクランプシリンダに圧流体を素早く供給できてアンクランプシリンダを瞬時に作動させることができる。よって、工具交換時間を短縮できる利点がある。また、アンクランプシリンダとメカバルブ間の配管がなくなる利点がある。また、メカバルブを切替える操作部材は、工具交換アームの動作と連動する揺動レバーであるので、構成簡易にできる。
【実施例】
【００１１】
本願発明の実施例について図１〜図９に基づいて説明する。図１は本発明の主軸工具の着脱装置１を備えた工作機械２の側面図である。工作機械２のベッド３上には前後左右に移動自在とした移動コラム４が載置されている。移動コラム４には昇降可能に主軸ヘッド５が備えられている。主軸ヘッド５には、水平な主軸６が回転自在に軸承されている。また、移動コラム４の後方でベッド３上には左右一対の支柱７が立設されている。この支柱７の上端には、支持ベース８が固定してある。支持ベース８の上面には、複数のツールホルダ９を保持するツールマガジン１０が設けられ、支持ベース８下側には移動コラム４の上方に位置するように自動工具交換装置（ＡＴＣ）１１が取付けられている。自動工具交換装置１１は、ツールマガジン１０と主軸６との間でツールホルダ９を交換アーム１２により交換する。
【００１２】
自動工具交換装置１１は、図２に示すように、支持ベース８との間にカム体１３を回転可能に備えている。このカム体１３は、工具交換時に交換アーム１２が固着された旋回軸１４の動作と連動して回転するように旋回軸１４と機械的に連繋されており、カム体１３の周面にはカム溝１５が形成されている。カム溝１５は、自動工具交換装置１１の旋回軸１４が後退位置にある状態でかつ交換アーム１２が待機位置（図８に示す）から９０度正転したタイミングで揺動レバー１８先端がメカバルブ１７のスプール４２を押し下げるように揺動レバー１８を下方に揺動させてその状態を維持し、その後、交換アーム１２が前進、１８０度正転、後退したタイミングで揺動レバー１８を上方に揺動させて、スプール４２から離脱する動作を行なうように形成されている。また、自動工具交換装置１１は、後述のアンクランプシリンダ１６に設けられたメカバルブ１７の給排ポートＡ，Ｂ，Ｐ，Ｔ１，Ｔ２を切換える操作部材１８を備えている。操作部材１８と、メカバルブ１７とアンクランプシリンダ１６と後述のドローバー１９とで主軸工具の着脱装置１を構成している。操作部材１８は揺動レバーであり、揺動レバー１８はその中間部で自動工具交換装置１１に設けたレバー支持ブラケット２０に上下方向に揺動可能に軸支されている。揺動レバー１８の一端には、揺動用カムフォロア２１が回転可能に設けられ、その揺動用カムフォロア２１は前記カム体１３のカム溝１５に嵌入されている。また、揺動レバー１８の他端には、メカバルブ１７を切換える切換用カムフォロア２２が回転可能に設けられている。尚、自動工具交換装置１１は従来から種々のものが知られており、これらの構成に特定されるものでもないので、ここでの詳しい説明を省略する。
【００１３】
主軸６はローター２３とステータ２４とからなるモータ２５により回転されるようになっており、図２、３に示すように主軸ヘッド５に複数の軸受２６を介して回転可能に支持されている。主軸６の先端には、ツールホルダ９を装着するホルダ装着孔（テーパ孔）２７が形成されており、このホルダ装着孔２７に連続して中空孔２８が穿設されている。この中空孔２８内にはツールホルダ９把持用のドローバー１９が軸方向前後に移動自在に挿通されて、中空孔２８とドローバー１９間に介装されたクランプ用ばねである皿ばね２９により後方へ付勢されている。ドローバー１９の先端には、ツールホルダ９後部のプルスタッド３０を保持する保持部３１が設けられている。ドローバー１９は軸方向前後の移動によって中空孔２８前方のホルダ装着孔２７と協働してプルスタッド３０をクランプ、アンクランプするようになっている。ドローバー１９の後端部は、図３に示すように、主軸ヘッド５の後端に一体に取り付けたアンクランプシリンダ１６の中空ピストン３３を貫通して後方に突出している。このドローバー１９の後端部には係脱部分３４が形成されている。
【００１４】
アンクランプシリンダ１６は、図３に示すように、そのシリンダチューブ３５が主軸ヘッド５の後端に固着されて一体となっており、シリンダチューブ３５のシリンダ孔３６に中空ピストン３３が摺動可能に嵌合され、シリンダ孔３６は中空ピストン３３を挟んでアンクランプ側シリンダ室３７とクランプ側シリンダ室３８とに区画されている。中空ピストン３３の中空孔２８側には、前記ドローバー１９の係脱部分３４と軸線方向で対向し互いに係脱する軸線対向部分としての係脱部分３９が設けてある。また、シリンダチューブ３５の外面にはメカバルブ１７が一体的に取り付けられており、シリンダチューブ３５に形成した流体給排ポートＡ１，Ｂ１にメカバルブ１７の給排ポートＡ，Ｂが直結してある。
【００１５】
メカバルブ１７は、図３、４に示すようにバルブボディ４０に段付きに形成されるスプール孔４１にスプール４２が摺動可能に嵌挿されている。スプール４２はその軸上に互いに離間して複数のランド４３，４４，４５，４６が設けられており、各ランド４３〜４６の径はスプール４２の軸部４７の径よりも大きく、スプール孔４１の小径孔内周面４８と摺接している。スプール４２の一端側の軸部４７ａはバルブボディ４０に設けたばね室４９に挿入されており、ばね室４９に介装されたばね５０がランド４６の下面に当接しスプール４２を図３、４において上方（主軸６軸線と垂直方向）に付勢している。スプール４２の他端側の軸部４７ｂはバルブボディ４０を貫通して突出しており、前記揺動レバー１８の切換用カムフォロア２２が当接する。スプール孔４１は、スプール４２の軸方向に間隔を有して、図示しない油圧源に接続される供給ポートＰと、シリンダチューブ３５の流体給排ポートＡ１にバルブボディ４０に設けられた流路５１を介して直結されクランプ側シリンダ室３８に接続する給排ポートＡと、シリンダチューブ３５の流体給排ポートＢ１にバルブボディ４０に設けられた流路５２を介して直結されアンクランプ側シリンダ室３７に接続する給排ポートＢと、図４、５のようにバルブボディ４０に設けられた流路５３で互いに連通され図示しないタンクに接続される２つの排出ポートＴ１，Ｔ２を含む。
【００１６】
スプール４２がばね５０により付勢された図３に示すクランプ作動位置にあるとき、ランド４４により排出ポートＴ１と給排ポートＡが、ランド４５により供給ポートＰと給排ポートＢが夫々遮断され、供給ポートＰと給排ポートＡが連通され、給排ポートＢと排出ポートＴ２が連通される。また、スプール４２がばね５０に抗して図６に示すアンクランプ作動位置に移動すると、ランド４４により供給ポートＰと給排ポートＡが、ランド４５により給排ポートＢと排出ポートＴ２が夫々遮断され、排出ポートＴ１と給排ポートＡが連通され、供給ポートＰと給排ポートＢが連通される。
【００１７】
次に動作について説明する。工具交換アーム１２が図８に実線で示す水平の待機位置から図８に２点鎖線で示す垂直のツールホルダ把持位置へ正方向へ９０°旋回し、ツールマガジン１０に割り出されたツールホルダ９と主軸６のツールホルダ９とを把持する。工具交換アーム１２の動作と連動して、図９の工具交換動作線図に示すように、カム体１３が回転し、工具交換アーム１２の把持位置でカム体１３により揺動レバー１８が下方に揺動しスプール４２の他端側の軸部４７ｂの端面を押すと、スプール４２は前記のようにばね５０に抗して図６に示すアンクランプ作動位置に移動し、排出ポートＴ１と給排ポートＡが連通され、供給ポートＰと給排ポートＢが連通され、圧油の供給が切換えられる。そして、直ちにアンクランプシリンダ１６の流体給排ポートＢ１からアンクランプ側シリンダ室３７に圧油が供給され、流体給排ポートＡ１からクランプ側シリンダ室３８の圧油が排出され、中空ピストン３３が軸線方向に前進する。この中空ピストン３３の移動により、中空ピストン３３の係脱部分３９がドローバー１９後端の係脱部分３４を押動してドローバー１９をアンクランプ方向に前進し、プルスタッド３０をアンクランプする。
【００１８】
ツールホルダ９がアンクランプされるタイミングで旋回軸１４が前進し、主軸６先端及びツールマガジン１０からツールホルダ９が抜き取られる。その後、工具交換アーム１２が１８０°正転し、次に旋回軸１４が後退して、ツールホルダ９が主軸６及びツールマガジン１０に挿入されて入換えが行われる。旋回軸１４の後退完了のタイミングでカム体１３の回転により揺動レバー１８が上方に揺動してスプール４２がばね５０に押され再び図３のクランプ動作位置に移動し、前記のように供給ポートＰと給排ポートＡ、給排ポートＢと排出ポートＴ２が夫々連通され、圧油供給が切換えられる。この圧油供給のポートの切換により、圧油が素早くアンクランプシリンダ１６のクランプ側シリンダ室３８に供給されると共にアンクランプ側シリンダ室３７から排出され、中空ピストン３３が軸線方向に後退すると共に皿ばね２９によりドローバー１９がクランプ方向に後退しツールホルダ９のプルスタッド３０をクランプする。また、中空ピストン３３の後退が完了すると、中空ピストン３３の係脱部分３９とドローバー１９の係脱部分３４とが離れる。次に主軸６のクランプ完了タイミングで、工具交換アーム１２が逆方向に９０°旋回し図８の二点差線で示すツールホルダ把持位置から図８の実線で示す待機位置に戻りツールホルダ９の交換動作が終了する。尚、本実施例では、各動作タイミングを前動作の完了後を後動作の開始としたが、勿論、各動作が干渉しない範囲で前動作の途中から後動作を開始してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本願発明の主軸工具の着脱装置を備えた工作機械の側面図である。
【図２】自動工具交換装置及び主軸を示す図である。
【図３】主軸後端部の断面図である。
【図４】メカバルブの排出ポートの連通を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】アンクランプ時の主軸後端部の断面図である。
【図７】アンクランプシリンダの駆動用の油圧回路図である。
【図８】交換アームの回転動作説明図である。
【図９】工具交換動作線図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  着脱装置
５  主軸ヘッド
６  主軸
９  ツールホルダ
１２  工具交換アーム
１６  アンクランプシリンダ
１７  メカバルブ
１８  操作部材（揺動レバー）
１９  ドローバー
２７  ホルダ装着孔
２９  クランプ用ばね（皿ばね）
３３  中空ピストン
３４，３９  係脱部分
３５  シリンダチューブ
Ａ，Ｂ  給排ポート
Ａ１，Ｂ１  流体給排ポート
【図１】
2005305619.tif 000003
【図２】
2005305619.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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