(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械のテーブルに搬入されたパレットを着脱可能にクランプするパレットクランプ装置において、
前記テーブルの軸心に沿ってテーブルに取り付けられたパレット支持体と、
パレットを外方より挿入可能に該パレットの下面に設けられ、軸心下方に向かって漸次縮径する第１のテーパ面を内径部に有する被クランプ部材と、
前記パレット支持体を嵌挿して設けられ、該パレット支持体内を流体圧で進退自在に動作するピストン体と、
前記ピストン体の一端に設けられ、軸心下方に向かって漸次縮径する第２のテーパ面を外径部に有するクランプ部材と、
外径部に円筒部及び前記第１のテーパ面に係合するテーパ面を有し、内径部に前記第２のテーパ面に係合するテーパ面を有し、周方向に分割した広狭自在な複数の分割片からなり、前記クランプ部材の外周に環状に配置したコレットと
前記コレットの外径部の円筒部に巻装され、コレットを中心方向に付勢する付勢部材と、
前記パレット支持体の上部に固着したシリンダカバーの上面に設けられ、前記コレットを広狭自在に案内する案内部とからなり、
前記ピストン体が流体圧により下降すると、前記クランプ部材の第２のテーパ面がコレット内径部のテーパ面に押圧係合し、コレットが前記案内部に沿って拡径することによりコレットの外径部のテーパ面が前記被クランプ部材の第１のテーパ面に押圧係合して、前記パレットをパレット支持体にクランプし、
ピストン体が流体圧により上昇すると、被クランプ部材の第１のテーパ面とコレットの外径部のテーパ面との係合が解除され、パレットをパレット支持体からアンクランプするとともに、コレットが前記付勢部材により縮径するように構成したことを特徴とするパレットクランプ装置。
【請求項２】
前記ピストン体はピストン体と前記パレット支持体との間に設けられたばねにより、上昇するようにした請求項第１項記載のパレットクランプ装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のワーク交換用パレットをテーブル上にクランプ・アンクランプ状態にすることができるパレットクランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ等の数値制御工作機械においては、多数個のワークを連続して自動運転により加工するために、ワークをパレットに積載し、テーブル上から加工済みのワークを積載したパレットを搬出し、代わりにパレットプールラインや準備ステーションにある未加工ワークを積載したパレットを前記テーブル上に搬入する目的で自動パレット交換装置（以下、「ＡＰＣ」という。）が使用されている。
【０００３】
このＡＰＣによりテーブル上に搬入されたパレットをクランプするには、テーブル上に上下動するパレットガイドを設け、そのパレットガイドの上端をＴ字状に形成し、パレット下面に形成されたＴ溝に係合させた後、パレットガイドを下降させてパレットをクランプする方法が一般的であった。また、最近ではパレット交換時間を短縮するため、テーブル上のパレットに直接交換動作を行うＡＰＣが考案されており、その場合、テーブル上に搬入されたパレットを下降させる動作で、パレットをテーブルのクランプ部材の係合位置に移載し、パレット下面に設けた被クランプ部材を押圧してクランプする方式が採用されている。このクランプ方式を採用したクランプ装置として、実公平２−６９６５号公報、実公平７−４６４３３号公報などの装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実公平２−６９６５号公報の方式では、固定軸先端部に形成した先細りテーパー面に沿ってスリ割りを設けた筒状のコレット部材を引き下げ、コレット部材の端部に形成したフランジ部を拡径することによりクランプする考案が開示されているが、クランプ及びアンクランプさせるために大きな引き下げストロークが必要であり、またスリ割りを利用して拡径、縮径するため薄肉部が必要なため、コレット部材の剛性が低く、大きなクランプ力を要する場合には不向きである。さらに、スリ割り部に応力が集中しコレット部材が破損しやすいという問題がある。
【０００５】
実公平７−４６４３３号公報には、ピストン体の一端に設けた複数個の係合溝にクランプ部材を係合させ、ピストン体の動作と連動してテーブル軸心と直交する方向にクランプ部材を進退するようにさせ、パレット下面に設けた被クランプ部材を押圧してパレットをクランプする装置が開示されているが、ピストン体の一端を円周方向に分割して複数個のクランプ部材を収納するために、連結部材、係合部材、係合案内部材等の構成部材が複雑な形状となり、クランプ部材の個数を多くすることができない。また、クランプ力を大きくするためには係合部材の傾斜角度を大きくする必要がある。なお、ピストン体の推力を大きくすることも考えられるが、油圧源の仕様により制限がある。このような構成の下では、被クランプ部材を環状に押圧することができず、周上に配置された点で押圧することになり、クランプ剛性を高くすることができない。さらに、クランプ力を大きくするため傾斜角を大きくしようとするとクランプ部材を必要量だけ進退させるに要する係合部材の傾斜面の長さを長くする必要があるが、実際上その長さに制限があること、及びパレット交換時間を短縮する上でパレットの上下動の移動量は、大きくすることができないなどの理由で、クランプ力を大きくすることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、クランプ剛性を高くするとともに、クランプ・アンクランプ動作に要する時間を短縮でき、かつ、安定した動作が得られるパレットクランプ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採った。すなわち、
工作機械のテーブルにパレットを着脱可能にクランプするパレットクランプ装置において、
前記テーブルの軸心に沿ってテーブルに取り付けられたパレット支持体と、
パレットを外方より挿入可能に該パレットの下面に設けられ、軸心下方に向かって漸次縮径する第１のテーパ面を内径部に有する被クランプ部材と、
前記パレット支持体を嵌挿して設けられ、該パレット支持体内を流体圧で進退自在に動作するピストン体と、
前記ピストン体の一端に設けられ、軸心下方に向かって漸次縮径する第２のテーパ面を外径部に有するクランプ部材と、
外径部に円筒部及び前記第１のテーパ面に係合するテーパ面を有し、内径部に前記第２のテーパ面に係合するテーパ面を有し、周方向に分割した広狭自在な複数の分割片からなり、前記クランプ部材の外周に環状に配置したコレットと
前記コレットの外径部の円筒部に巻装され、コレットを中心方向に付勢する付勢部材と、
前記パレット支持体の上部に固着したシリンダカバーの上面に設けられ、前記コレットを広狭自在に案内する案内部とからなり、
前記ピストン体が流体圧により下降すると、前記クランプ部材の第２のテーパ面がコレット内径部のテーパ面に押圧係合し、コレットが前記案内部に沿って拡径することによりコレットの外径部のテーパ面が前記被クランプ部材の第１のテーパ面に押圧係合して、前記パレットをパレット支持体にクランプし、
ピストン体が流体圧により上昇すると、被クランプ部材の第１のテーパ面とコレットの外径部のテーパ面との係合が解除され、パレットをパレット支持体からアンクランプするとともに、コレットが前記付勢部材により縮径するように構成した。
【０００８】
また、上述の手段において、前記ピストン体を上昇させるのに流体圧を用いずに、ピストン体下面とパレット支持体との間に設けられたばねの付勢力により上昇させ、前記パレットをパレット支持体からアンクランプするとともにコレットが前記付勢部材により縮径するように構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ＡＰＣによりテーブル上に搬入されたパレットをクランプするに際して、予めパレットが挿入できるようにクランプ部材の外周に環状に配置されたコレットを縮径させ、コレット上部の外径をパレット下面に設けた被クランプ部材の内径よりも小さくしておく。すなわち、テーブルの軸心に沿ってテーブルに取り付けられたパレット支持体内に進退自在に嵌挿されたピストン体を流体圧により上昇させ、ピストン体の一端に設けられたクランプ部材の外径部に形成した第２のテーパ面とコレット内径のテーパ面との係合を解除し、コレットの各分割片が付勢部材の付勢力によりパレット支持体の上部に固着したシリンダカバーの上面に設けられた案内部に沿って縮径し、コレットの上部外径寸法が被クランプ部材の内径寸法よりも小さくなるようにする。
【００１０】
この状態で、ＡＰＣにより、パレットに設けた位置決めピンとパレット支持体に設けたブッシュとが係合する位置までパレットをテーブル上方から下降させ、パレット支持体に載置させる。
【００１１】
次にピストン体を流体圧で下降させると、クランプ部材の第２のテーパ面がコレットの内径部のテーパ面を押圧し、コレットの各分割片が付勢部材に抗して前記案内部に沿って外方に向かって移動することによりコレットが拡径し、コレット外径部のテーパ面が被クランプ部材の第１のテーパ面を押圧し、パレットをクランプする。
【００１２】
パレットをアンクランプするには、前述のようにピストン体を上昇させてコレットを縮径させ、コレットと第１のテーパ面との押圧状態を解除するとともにコレット上部の外径を被クランプ部材の内径よりも小さくする。
【００１３】
他の発明では、ピストン体を上昇させるには、大きな力を要しないことに着目し、流体圧を用いずにピストン体下面とパレット支持体との間に設けたばねの付勢力によりピストン体を上昇させている。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する
【００１５】
まず、第１の実施例について図１ないし図５に基づいて説明する。図１は第１の実施例の断面図で、テーブル１の一部及びクランプ装置の全体を示す。図２は第１の実施例において、パレット２をアンクランプした状態を示すクランプ装置の要部断面図である。図３は第１の実施例において、パレット２をクランプした状態を示すクランプ装置の要部断面図である。図４はコレット分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・の平面図で、図５はそのＡ−Ａ断面図である。
なお、本実施例では、図１に示すようにパレット２をクランプしたパレット支持体３がテーブル１の軸心を中心に回転及び割り出しが可能なようにパレット支持体３の下部に一対のカップリング４及び歯車５が固着され、シリンダ６、ピストン７等がテーブル１との間に組み込まれているが、本発明とは直接の関係がないため説明は省略する。
【００１６】
図１ないし図３において、パレット支持体３には位置決めピン８が固着され、パレット２の下面には位置決めピン８と対応する位置にブッシュ９が固着されている。さらに、パレット２の下面には被クランプ部材１１がボルト１２により固着され、その内側には円形の空間部である凹部１０が形成されている。被クランプ部材１１の内径下部には軸心下方に向かって漸次縮径する第１のテーパ面１３が形成されている。
【００１７】
次に、テーブル１にはその軸心を中心に回転及び割り出しが可能なパレット支持体３が取り付けられ、パレット支持体３にはその軸心に沿ってシリンダ室１４ａ、１４ｂが形成され、シリンダ室１４ａ、１４ｂに連通する油路１５ａ、１５ｂが形成されている。また、パレット支持体３の上部にはシリンダカバー１６がボルト１７で固着され、シリンダ室１４ａ、１４ｂの一部を構成するとともに、シリンダカバー１６の上面には後述するコレット２３が縮径または拡径する際にコレット分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・を案内する環状の案内部１８が形成されている。シリンダカバー１６には、ワーク加工時の切り屑や切削剤がクランプ装置内部に侵入しないようにシール部材３１を取り付けている。
【００１８】
さらに、前記シリンダ室１４ａ、１４ｂにはピストン体１９が進退自在に嵌挿され、シリンダ室１４ａ、１４ｂに連通する油路１５ａ、１５ｂを介して供給される圧油によって上下動可能となっている。ピストン体１９の上部には軸心下方に向かって漸次縮径する第２のテーパ面２０を外径部に有するクランプ部材２１がボルト２２により固着されている。
【００１９】
前記クランプ部材の外周には、周方向に分割した広狭自在な複数のコレット分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・からなるコレット２３が環状に配置され、コレット２３の外径部には第１のテーパ面１３に係合するテーパ面２４と円筒部２６が形成され、コレット２３の内径部には第２のテーパ面２０と係合するテーパ面２７が形成されている。コレット２３の前記円筒部２６にはコレットの各分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・を軸心方向に移動させるように付勢する付勢部材２５が巻装されている。図２に示すように、コレット２３の内径部のテーパ面２７が第２のテーパ面２０に押圧されていない状態、すなわち、アンクランプの状態では縮径したコレット２３の上部の外径寸法は被クランプ部材１１の最小の内径寸法よりも小さくしておく。
【００２０】
以上に述べた第１の実施例について、その作用を説明する。まず、パレット２をパレット支持体３に載置する前に、クランプ装置を図２に示すようにアンクランプの状態にしておく。すなわち、図１及び図２において油路１５ｂを介してシリンダ室１４ｂに圧油を供給してピストン体１９を上昇させると、第２のテーパ面２０とコレット２３の内径部のテーパ面２７との係合が解除され、コレットの各分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・は付勢部材２５の付勢力により案内部１８に沿って軸心方向に向かって移動し、コレット２３の外径が縮径する。コレット２３の外径が縮径すると、コレット２３の外径部のテーパ面２４と第１のテーパ面１３との係合が解除され、アンクランプ状態になるとともに、縮径したコレット２３の上部外径寸法は次の工程でパレット支持体３に載置されるべきパレット２の下面に固着された被クランプ部材１１の最小の内径寸法よりも小さくなる。
【００２１】
この状態で、ＡＰＣ（図省略）によりパレット２をテーブル側に搬入し、上方から下降させると図１に示すように、パレット２の下面に固着したブッシュ９とパレット支持体３に固着した位置決めピン８とが係合し、パレット２は所定の位置に載置される。このとき同時にパレット２の下面に形成された凹部１０にクランプ部材２１及びコレット２３の上部が入り込む。
【００２２】
次に、図１及び図３において油路１５ａを介してシリンダ室１４ａに圧油を供給し、ピストン体１９及びクランプ部材２１を下降させると、クランプ部材２１の第２のテーパ面２０がコレット２３の内径部のテーパ面２７を押圧し、コレットの各分割片２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・が付勢部材２５の付勢力に抗して、案内部１８に沿って軸心から離れる方向に移動する。すなわち、コレット２３が拡径しテーパ面２４が第１のテーパ面１３を押圧し、パレット２を強固にパレット支持体３にクランプする。本実施例ではクランプ部材２１の外径部及びコレット２３の内径部には安定した動作を得るためテーパ面をそれぞれ２個所に設けているが、１個所でも同様である。
【００２３】
パレット２を交換するときは、前述したように油路１５ｂを介してシリンダ室１４ｂに圧油を供給してピストン体１９を上昇させ、アンクランプの状態にした後、ＡＰＣによりパレット２を上昇させ、交換する。
【００２４】
次に本発明の第２の実施例を説明する。
【００２５】
図６は、第２の実施例のクランプ装置の要部断面図で、パレット２をクランプした状態を示す。図６において、ばね２８はピストン体１９の下面とパレット支持体３の段部２９のそれぞれ対応する位置に複数個、円周上に設けられたばね収納部３０に取り付けられ、ピストン体１９を上昇させるように付勢されている。このばね２８を設けたことと、第１の実施例における油路１５ｂがないこと及びシリンダ室１４ｂには圧油を供給しないためシール部材を使用した密封構造にする必要はないことを除けば、他は第１の実施例の構成と同一である。
【００２６】
第２の実施例について、第１の実施例との相違点を中心にその作用を説明する。
まず、パレット２をパレット支持体３に載置するときは、図１及び図６において、油路１５ａへの圧油の供給を停止し、油路１５ａ内の圧力を大気圧にする。そうすると、ピストン体１９はばね２８の付勢力により上昇し、第１の実施例で述べたように、クランプ装置はアンクランプ状態になり、コレット２３は縮径する。
【００２７】
この状態で、ＡＰＣによりパレット支持体３に載置されたパレット２をクランプする作用は第１の実施例と同一である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明におけるパレットクランプ装置によれば、クランプ部材の第２のテーパ面とコレット内径部のテーパ面、及び被クランプ部材の第１のテーパ面とコレット外径部のテーパ面は、クランプ時にはそれぞれ環状に接触して押圧するため、クランプ剛性を高くすることができる。また、ピストン体の下降により、第２のテーパ面に押圧されたコレット分割片が第１のテーパ面を押圧してパレットをクランプする構成としており、傾斜面を介して力の伝達が行われているため、ピストン体の推力は傾斜面の楔作用により被クランプ部材を押圧するクランプ力として大きく作用し、クランプ力を増大させることができる。さらに、簡素な構成によりクランプ部材を有するピストン体を少しだけ上下動させるだけで確実なアンクランプ状態及びクランプ状態が得られるため、クランプ・アンクランプ動作を短時間で行うことができるとともに、故障の少ない安定したクランプ・アンクランプ動作を得ることができる。
【００２９】
ピストン体の下面とパレット支持体との間にばねを配置することにより、さらに構造を簡素にすることができ、かつ、上述と同一の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例の全体を示す断面図
【図２】第１の実施例においてパレットをアンクランプした状態を示す要部断面図
【図３】第１の実施例においてパレットをクランプした状態を示す要部断面図
【図４】コレットの平面図
【図５】コレットの断面図
【図６】第２の実施例においてパレットをクランプした状態を示す要部断面図
【符号の説明】
１  テーブル
２  パレット
３  パレット支持体
１１  被クランプ部材
１３  第１のテーパ面
１８  案内部
１９  ピストン体
２０  第２のテーパ面
２１  クランプ部材
２３  コレット
２５  付勢部材
【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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【図６】
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