JP4079517B2 - 工作機械主軸の工具固定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸の工具固定装置に関し、特に、工具の基端に係合するコレットに連係したドローバーを、圧縮ガスにより工具固定側へ付勢するように構成したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに切削加工等を施す工作機械の主軸には、先端部分にテーパ状の工具保持部が形成され、工具を工具保持部に固定解除可能に固定する工具固定装置が設けられている．一般的な工具固定装置は、工具保持部に装着される工具の基端に係合するコレットと、主軸内に挿通状に配設されコレットに連係したドローバーと、ドローバーを工具固定側（主軸の基端側）へ付勢する付勢機構と、付勢機構の付勢力に抗してドローバーを固定解除側（主軸の先端側）へ移動可能な解除機構等で構成されている。
【０００３】
前記解除機構によりドローバーが固定解除側へ駆動されると、コレットも固定解除側へ移動して係合待機状態（３又は４分割されたコレットの先端部分が開いた状態）になり、主軸の工具保持部に工具を脱着することが可能になる。この状態で、工具保持部に工具を装着するとその基端はコレットの内部側に位置し、次に、付勢機構の付勢力によりドローバーが工具固定側へ駆動されると、コレットも工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具はドローバーとコレットを介して作用する前記付勢力により工具保持部に押圧されて固定され、主軸と工具はそれらの接触部に作用する摩擦力により一体回転する。
【０００４】
ところで、従来の付勢機構は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔に、ドローバーの基端部に固定されピストン部材を所定ストローク移動可能に装着し、シリンダ孔からコレット側に延びたバネ収容孔に多数（例えば、２０〜３０個）の皿バネを積層状に装着し、これら多数の皿バネの弾性力でドローバーを工具固定側へ付勢している。工作機械の加工精度を確保する為には、工具を工具保持部に確実に引きつけて固定し、主軸と工具との一体回転を維持するように、固定保持部と工具の接触部に作用する摩擦力を大きくする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の工具固定装置では、多数の皿バネを積層してあり、多数の皿バネの製作誤差が累積される結果、設計通りの安定した付勢力を発揮させることが難しく、主軸のバネ収容孔に収容可能な皿バネの大きさにも制限があるので、ドローバーを安定した強力な付勢力で工具固定側へ付勢することが難しい。それ故、工具を工具保持部に強力に固定することが難しく、工具に過負荷が作用したとき主軸と工具との一体的回転を維持することも難しい。その結果、工作機械の加工精度が十分に高めることが難しいという問題がある。更に、多数の皿バネを装着する関係上、主軸を含めて工具固定装置が複雑な構造になり製作コストが高価になる。
【０００６】
本発明の目的は、ドローバーを安定した非常に大きな付勢力で工具固定側へ付勢可能にして工具を工具保持部に確実に固定するとともに、主軸を含め簡単な構造で製作コスト的に有利な工作機械主軸の工具固定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の工作機械主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸のテーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端に係合するコレットと、このコレットに連係したドローバーと、このドローバーを工具固定側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する固定工具装置において、前記付勢手段は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドローバーに外嵌されてドローバーと一体的に動くピストン部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対してコレット側のガス作動室に封入された圧縮ガスとを備え、前記ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段と、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口とを設けたものである。
【０００８】
解除手段によりドローバーが固定解除側へ駆動された状態で、工具保持部に工具を装着すると、その基端は係合待機状態（３又は４分割されたコレットの先端部分が開いた状態）のコレットの内部側に位置し、次に、ガス作動室に封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材とともにドローバーが工具固定側へ一体的に駆動されると、コレットも工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具はピストン部材とドローバーとコレットとを介して作用する前記付勢力により工具保持部に押圧されて固定される。
【０００９】
この工作機械主軸の工具固定装置においては、ガス作動室に封入された圧縮ガスによる安定した非常に大きな付勢力で、ドローバーを工具固定側へ付勢することができるため、工具を主軸の固定保持部に強力に押圧し固定できる。
ここで、ガス作動室とその外部との間を確実にシールし、ガス作動室の圧縮ガスが外部へ殆ど漏れないように構成することが可能である。また、工具固定装置を長時間繰り返し使用して、ガス作動室の圧縮ガスが外部へ漏れガス圧が低下したとしても、圧縮ガスをガス作動室に充填することにより、ドローバーを付勢する付勢力を初期の大きな値に復元することが可能である。
ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設けたため、主軸が回転している間でも、ギャップセンサにより検出される主軸の半径の変化と、温度センサにより検出される主軸の温度に基づいて、ガス作動室内のガス圧を検出できる。
そして、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたため、ガス圧検知手段により検出されたガス作動室内のガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からガス作動室に圧縮ガスを充填することができる。
【００１０】
請求項２の工作機械主軸の工具固定装置は、請求項１の発明において、ガス作動室はドローバーの移動ストロークよりも軸方向に長い作動室に形成されたことを特徴とするものである。それ故、ガス作動室の圧縮ガスに対する外部へ漏れた圧縮ガスの割合、即ち、ガス作動室内のガス圧の低下率を小さくすることができる。それ故、ガス作動室内のガス圧が急速に低下するのを防止することができる。その他請求項１と同様の作用を奏する。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
請求項３の工作機械主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸のテーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端に係合するコレットと、コレットに連係したドローバーと、ドローバーを工具固定側へ付勢する付勢手段と、付勢手段の付勢力に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置において、前記付勢手段は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドローバーに外嵌されてドローバーと一体的に動くピストン部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対してコレット側の作動室に装着された環状の金属性のベローズであって圧縮ガスが封入されピストン部材を工具固定側へ付勢するベローズとを備え、前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段と、ベローズ内に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口とを設けたものである。
【００１４】
解除手段によりドローバーが固定解除側へ駆動された状態で、工具保持部に工具を装着した後、ベローズに封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材とともにドローバーが工具固定側へ一体的に駆動されると、コレットも工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具はピストン部材とドローバーとコレットとを介して作用する前記付勢力により工具保持部に押圧されて固定される。この工作機械主軸の工具固定装置においては、請求項１と略同様の作用を奏するが、ベローズ内の圧縮ガスが外部へ漏れるのを極力防止することができる。
【００１５】
そして、前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設け、ベローズに圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたため、ガス圧検知手段により検出されたガス作動室内のガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からベローズに圧縮ガスを充填できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、工作機械の主軸の先端部の工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置に、本発明を適用した場合の一例である。
図１〜図３に示すように、複数のベアリング１ａを介して回転自在に支持された工作機械の主軸１には、先端部分に先端側程大径化するテーパ状の工具保持部２が形成され、工具４を工具保持部２に固定解除可能に固定する工具固定装置３が設けられている。
【００１７】
工具固定装置３は、工具保持部２に装着された工具４の基端の被係合部２２に係合するコレット５と、コレット５に連係したドローバー６と、ドローバー６を工具固定側（主軸１の基端側）へ付勢する付勢機構７と、付勢機構７の付勢力に抗してドローバー６を固定解除側（主軸１の先端側）へ駆動可能な解除機構８等で構成されている。
【００１８】
前記主軸１には、工具保持部２と、コレット５が収容される収容孔１０と、ドローバー６が挿通する挿通孔１１と、シリンダ孔４０とが、先端部から基端側へ直列状に形成され、主軸１の先端部にはスリーブ１３がその基端部分を外嵌螺合して固定され、主軸１の基端部には蓋部材１７が複数のボルト１７ａで固着されている。スリーブ１３の先端部分と主軸１の間には複数の孔１４が形成され、各孔１４には主軸１の先端側へ先端部を突出させた押圧部材１５の基端部が摺動自在に内嵌され、押圧部材１５は孔１４に装着された複数の板バネ１６で先端側へ付勢されている。但し、孔１４をリング状に形成して、複数の板バネ１６をリング状に一体化してもよい。
【００１９】
前記工具４は、基端側程小径化するテーパ軸部２０と、テーパ軸部２０の基端側に小径軸部２１を介して設けられた被係合部２２と、テーパ軸部２０の先端側に設けられた大径の円板部２３を有し、工具４を工具保持部２に装着すると、円板部２３に複数の押圧部材１５の先端側を押圧させた状態で、テーパ軸部２０が工具保持部２に面接触し、被係合部２２が収容孔１０に挿入される。
【００２０】
前記コレット５は、３又は４分割された分割体であって、図１の係合状態から図２の係合待機状態へ変形する弾性体であり、ドローバー６が挿通する軸孔３０と、軸孔３０の先端側に設けられ軸孔３０より大径の大径孔３１を有する。大径孔３１にはドローバー６の先端部に固着され係止部３３が内嵌され、図２の状態からドローバー６が基端側へ移動すると、軸孔３０と大径孔３１の境界の段部３２に係止部３３が係止され、コレット５も基端側へ移動する。図１の状態からドローバー６が先端側へ移動すると、コレット５は係合状態から係合待機状態へ変形するとともにその変形を介して先端側へ移動する。
【００２１】
前記付勢機構７は、主軸１の基端側部分に形成されたシリンダ孔４０と、ドローバー６に外嵌され且つシリンダ孔４０に所定ストローク移動可能に装着されピストン部４２とピストン部４２から先端側と基端側に延びる筒部４３，４４とを有するピストン部材４１を有し、シリンダ孔４０のうちのピストン部４１に対してコレット５側がガス作動室４５に形成されている。ガス作動室４５はドローバー６の移動ストロークよりも軸方向に長い大きな体積の作動室に形成され、ガス作動室４５には所定圧の圧縮ガス（例えば、１００Kg/cm2G の圧縮窒素ガス）が封入されている。尚、ガス作動室４５はＯリング５４，５５等によりシールされている。
【００２２】
筒部４３の先端部分は主軸１のシリンダ孔４０に連なる孔５０に移動可能に内嵌され、筒部４４は蓋部材１７に形成された孔５１に移動可能に内嵌されている。ドローバー６の基端部には主軸１の外部に臨む軸部材５３が固着され、軸部材５３から解除機構８の油圧シリンダ６７の駆動力が入力される。軸部材５３はドローバー６より大径に形成されており、筒部４４の基端部が軸部材５３に係止されて、ガス作動室４５の圧縮ガスによる付勢力がドローバー６に伝達される。
【００２３】
主軸１にはガス作動室４５に連通するガス通路６０が形成され、このガス通路６０の端部に、ガス作動室４５に圧縮ガスを充填できるチェック弁付きのガス充填口６１が設けられている。ガス作動室４５内のガス圧を検出するギャップセンサ６５と温度センサ６６（例えば赤外線センサ）を含むガス圧検知手段が設けられている。ギャップセンサ６５と温度センサ６６は、主軸１のうちのガス作動室４５に対応する部分の外周面に臨むように固定的に設けられ、ギャップセンサ６５により求めた主軸１の半径の変化と、温度センサ６６により求めた主軸１の温度に基づいて、ガス作動室４５内のガス圧を測定できる。
【００２４】
前記解除機構８は、主軸１の基端側に固定的に設けられ、油圧供給源を含む駆動制御部により駆動制御される油圧シリンダ６７を有し、ピストンロッド６７ａの先端部でドローバー６の基端部の軸部材５３を押動し、ドローバー６を固定解除側へ駆動するように構成してある。
【００２５】
工具固定装置３の作用・効果について説明する。
図１の状態から、解除機構８によりドローバー６が固定解除側へ駆動されると、図２に示すように、コレット５が固定解除側へ移動して係合待機状態（３又は４分割されたコレット５の先端部分が開いた状態）になり、工具保持部２に工具４を着脱することが可能になる。
【００２６】
この状態で、工具保持部２に工具４を装着すると工具４の被係合部２２がコレット５の内部側に位置し、次に、解除機構８の油圧シリンダ６７のピストンロッド６７ａを退入させると、ガス作動室４５に封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材４１とともにドローバー６が工具固定側へ一体的に移動して、図１に示すように、コレット５も工具固定側へ移動して工具４の被係合部２２に係合し、工具４はピストン部材４１とドローバー６とコレット５とを介して作用する前記付勢力により工具保持部２に押圧されて固定される。
【００２７】
工具固定装置３によれば、付勢機構７のガス作動室４５に封入された圧縮ガスにより、安定した非常に大きな付勢力でドローバー６を工具固定側へ付勢することが可能になる。また、工具固定装置３を長期間繰り返し使用してガス作動室４５の圧縮ガスが外部へ漏れガス圧が低下したとしても、圧縮ガスをチェック弁付きのガス充填口６１からガス作動室４５に充填することにより、ドローバー６を付勢する付勢力を初期の大きな値に復元することが可能になる。
【００２８】
それ故、工具４を工具保持部２に強力に押圧し固定することができるため、工具保持部２と工具４のテーパ部２９との間に作用する摩擦力が非常に大きくなり、工具４に過負荷が作用しても主軸１と工具４との一体的回転を維持でき、工作機械の加工精度を確実に高めることができる。しかも、主軸１を含めて工具固定装置３が簡単な構造になり製作コストを低減することができる。
【００２９】
ガス作動室４５をドローバー６の移動ストロークよりも軸方向に長い大きな体積の作動室に形成したので、ガス作動室４５の圧縮ガスに対する外部へ漏れた圧縮ガスの割合、即ち、ガス作動室４５内のガス圧の低下率を小さくすることができる。それ故、ガス作動室４５内のガス圧が急速に低下するのを防止できる。
ガス作動室４５の外側において主軸１の半径の変化を検出するギャップセンサ６５と、主軸１の温度を検出する温度センサ６６とを設けるので、主軸１が回転している間でも、ギャップセンサ６５により検出される主軸の半径の変化と、温度センサ６６により検出される主軸の温度に基づいて、ガス作動室４５内のガス圧を検出することができる。
【００３０】
次に、前記実施形態の別実施形態について図４を参照して説明する。別実施形態は、前記実施形態の付勢機構７を変更したものであり、前記実施形態と同じものには同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
工具固定装置３Ａの付勢機構７Ａは、ガス作動室４５にピストン部材４１の筒部４３が挿通する環状のステンレス製のベローズ７０を装着したものであり、このベローズ７０に圧縮ガスが封入されている。ピストン部材４１の筒部４４Ａと蓋部材１７の孔５１Ａとドローバー６の基端部に固着された軸部材５３Ａは、前記実施形態と比べてやや大径に形成され、ピストン部材４１のピストン部４２と筒部４４Ａに、ベローズ７０の内部に連通するガス通路７１が形成され、このガス通路７１の端部に、ベローズ７０に圧縮ガスを充填できるチェック弁付きのガス充填口７２が設けられている。
【００３２】
ベローズ７０とガス通路７１から圧縮ガスが漏れないようする為、ベローズ７０の基端面とピストン部４２の先端面とは強力に接着され、ベローズ７０とガス通路７１の接続部近傍にはシール７４が装着されている。また、筒部４４Ａにはガス充填口７２を開閉可能に閉じる封止プラグ７３が螺着されている。ベローズ７０をガス作動室４５内に組付けてから、ガス充填口７２から圧縮ガスを充填できるため、ベローズ７０を容易に組付けることができる。
【００３３】
コレット５が固定解除側へ移動した状態で、主軸１の工具保持部２に工具４を装着した後、ベローズ７０に封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材４１とともにドローバー６が工具固定側へ一体的に駆動されると、コレット５も工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具４は前記付勢力により工具保持部２に押圧されて固定される。この工具固定装置３Ａによれば、前記実施形態と略同様の作用・効果を奏するが、圧縮ガスをベローズ７０に封入したので、その圧縮ガスが外部へ漏れるのを極力防止することができる。
【００３４】
尚、前記実施形態の解除機構８、ギャップセンサ６５、温度センサ６６は図示省略している。但し、ギャップセンサ６５は、主軸１の基端側に固定的に設けられ、主軸の長さの変化を検出し、ベローズ７０内のガス圧を検出できるように構成してある。
【００３５】
尚、図示していないが、前記メイン実施形態において、前記実施形態のガス作動室４５の代わりに、ガス作動室４５より軸方向に短い（但し、ドローバー６の移動ストローク以上ある）小さなガス作動室を設けてもよい。この場合、ガス作動室から圧縮ガスが漏れないように、ガス作動室４５のシール性能を向上させることが望ましい。また、別実施形態においても、ガス作動室４５より軸方向に短い作動室を設け、この作動室内に軸方向にベローズを設けてもよい。
【００３６】
別実施形態において、圧縮ガスが封入されたベローズ７０をガス作動室４５内に組付けてもよい。この場合、ピストン部材４１のガス通路７１、チェック弁付きのガス充填口７２、封止プラグ７３、シール７４等を省略できるため、ピストン部材を非常に簡単な構造になるとともに、ベローズ７０の圧縮ガスが外部へ漏れるのを確実に防止することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の工作機械主軸の工具固定装置によれば、ガス作動室に封入された圧縮ガスによる安定した非常に大きな付勢力で、ドローバーを工具固定側へ付勢することができるため、工具を主軸の固定保持部に強力に押圧し固定することができ、固定保持部と工具と接触部に作用する摩擦力が非常に大きくなり、工具に過負荷が作用しても主軸と工具との一体的回転を維持でき、工作機械の加工精度を確実に高めることができ、しかも、主軸を含めて工具固定装置が簡単な構造になり製作コストを低減できる。
ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設け、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたので、主軸が回転している間でも、ギャップセンサにより検出される主軸の半径の変化と、温度センサにより検出される主軸の温度に基づいて、ガス作動室の圧縮ガスのガス圧を検出できる。そして、ガス圧検知手段により検出された前記ガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からガス作動室に圧縮ガスを充填することができる。
【００３８】
請求項２の工作機械主軸の工具固定装置によれば、請求項１と同様の効果を奏するが、ガス作動室をドローバーの移動ストロークよりも軸方向に長い作動室に形成したので、ガス作動室に封入されている圧縮ガスに対する外部へ漏れた圧縮ガスの場合、即ち、ガス作動室のガス圧の低下率を小さくすることができ、ガス作動室のガス圧が急速に低下するのを防止することができる。
【００３９】
【００４０】
【００４１】
請求項３の工作機械主軸の工具固定装置によれば、請求項１と同様に、ベローズに封入された圧縮ガスによる安定した非常に大きな付勢力で、ドローバーを工具固定側へ付勢することができるため、工具を主軸の固定保持部に強力に押圧し固定することができ、固定保持部と工具と接触部に作用する摩擦力が非常に大きくなり、工具に過負荷が作用しても主軸と工具との一体的回転を維持でき、工作機械の加工精度を確実に高めることができる他、圧縮ガスをベローズに封入したので、その圧縮ガスが外部へ漏れるのを極力防止することができる。
【００４２】
そして、ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設け、ベローズに圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたので、ガス圧検知手段により検出された前記ガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からガス作動室に圧縮ガスを充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の主軸と工具固定装置の縦断面図である。
【図２】前記主軸と工具固定装置（工具取外し状態）の縦断面図である。
【図３】前記主軸と工具固定装置の要部拡大断面図である。
【図４】別実施形態の工具固定装置の要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１ 主軸
２ 工具保持部
３，３Ａ 工具固定装置
４ 工具
５ コレット
６ ドローバー
７，７Ａ 付勢機構
８ 解除機構
４０ シリンダ孔
４１ ピストン部材
４２ ピストン部
４５ ガス作動室
６１，７２ ガス充填口
６５ ギャップセンサ
６６ 温度センサ
７０ ベローズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸の工具固定装置に関し、特に、工具の基端に係合するコレットに連係したドローバーを、圧縮ガスにより工具固定側へ付勢するように構成したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに切削加工等を施す工作機械の主軸には、先端部分にテーパ状の工具保持部が形成され、工具を工具保持部に固定解除可能に固定する工具固定装置が設けられている．一般的な工具固定装置は、工具保持部に装着される工具の基端に係合するコレットと、主軸内に挿通状に配設されコレットに連係したドローバーと、ドローバーを工具固定側（主軸の基端側）へ付勢する付勢機構と、付勢機構の付勢力に抗してドローバーを固定解除側（主軸の先端側）へ移動可能な解除機構等で構成されている。
【０００３】
前記解除機構によりドローバーが固定解除側へ駆動されると、コレットも固定解除側へ移動して係合待機状態（３又は４分割されたコレットの先端部分が開いた状態）になり、主軸の工具保持部に工具を脱着することが可能になる。この状態で、工具保持部に工具を装着するとその基端はコレットの内部側に位置し、次に、付勢機構の付勢力によりドローバーが工具固定側へ駆動されると、コレットも工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具はドローバーとコレットを介して作用する前記付勢力により工具保持部に押圧されて固定され、主軸と工具はそれらの接触部に作用する摩擦力により一体回転する。
【０００４】
ところで、従来の付勢機構は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔に、ドローバーの基端部に固定されピストン部材を所定ストローク移動可能に装着し、シリンダ孔からコレット側に延びたバネ収容孔に多数（例えば、２０〜３０個）の皿バネを積層状に装着し、これら多数の皿バネの弾性力でドローバーを工具固定側へ付勢している。工作機械の加工精度を確保する為には、工具を工具保持部に確実に引きつけて固定し、主軸と工具との一体回転を維持するように、固定保持部と工具の接触部に作用する摩擦力を大きくする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の工具固定装置では、多数の皿バネを積層してあり、多数の皿バネの製作誤差が累積される結果、設計通りの安定した付勢力を発揮させることが難しく、主軸のバネ収容孔に収容可能な皿バネの大きさにも制限があるので、ドローバーを安定した強力な付勢力で工具固定側へ付勢することが難しい。それ故、工具を工具保持部に強力に固定することが難しく、工具に過負荷が作用したとき主軸と工具との一体的回転を維持することも難しい。その結果、工作機械の加工精度が十分に高めることが難しいという問題がある。更に、多数の皿バネを装着する関係上、主軸を含めて工具固定装置が複雑な構造になり製作コストが高価になる。
【０００６】
本発明の目的は、ドローバーを安定した非常に大きな付勢力で工具固定側へ付勢可能にして工具を工具保持部に確実に固定するとともに、主軸を含め簡単な構造で製作コスト的に有利な工作機械主軸の工具固定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の工作機械主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸のテーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端に係合するコレットと、このコレットに連係したドローバーと、このドローバーを工具固定側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する固定工具装置において、前記付勢手段は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドローバーに外嵌されてドローバーと一体的に動くピストン部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対してコレット側のガス作動室に封入された圧縮ガスとを備え、前記ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段と、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口とを設けたものである。
【０００８】
解除手段によりドローバーが固定解除側へ駆動された状態で、工具保持部に工具を装着すると、その基端は係合待機状態（３又は４分割されたコレットの先端部分が開いた状態）のコレットの内部側に位置し、次に、ガス作動室に封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材とともにドローバーが工具固定側へ一体的に駆動されると、コレットも工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具はピストン部材とドローバーとコレットとを介して作用する前記付勢力により工具保持部に押圧されて固定される。
【０００９】
この工作機械主軸の工具固定装置においては、ガス作動室に封入された圧縮ガスによる安定した非常に大きな付勢力で、ドローバーを工具固定側へ付勢することができるため、工具を主軸の固定保持部に強力に押圧し固定できる。
ここで、ガス作動室とその外部との間を確実にシールし、ガス作動室の圧縮ガスが外部へ殆ど漏れないように構成することが可能である。また、工具固定装置を長時間繰り返し使用して、ガス作動室の圧縮ガスが外部へ漏れガス圧が低下したとしても、圧縮ガスをガス作動室に充填することにより、ドローバーを付勢する付勢力を初期の大きな値に復元することが可能である。
ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設けたため、主軸が回転している間でも、ギャップセンサにより検出される主軸の半径の変化と、温度センサにより検出される主軸の温度に基づいて、ガス作動室内のガス圧を検出できる。
そして、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたため、ガス圧検知手段により検出されたガス作動室内のガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からガス作動室に圧縮ガスを充填することができる。
【００１０】
請求項２の工作機械主軸の工具固定装置は、請求項１の発明において、ガス作動室はドローバーの移動ストロークよりも軸方向に長い作動室に形成されたことを特徴とするものである。それ故、ガス作動室の圧縮ガスに対する外部へ漏れた圧縮ガスの割合、即ち、ガス作動室内のガス圧の低下率を小さくすることができる。それ故、ガス作動室内のガス圧が急速に低下するのを防止することができる。その他請求項１と同様の作用を奏する。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
請求項３の工作機械主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸のテーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端に係合するコレットと、コレットに連係したドローバーと、ドローバーを工具固定側へ付勢する付勢手段と、付勢手段の付勢力に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置において、前記付勢手段は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドローバーに外嵌されてドローバーと一体的に動くピストン部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対してコレット側の作動室に装着された環状の金属性のベローズであって圧縮ガスが封入されピストン部材を工具固定側へ付勢するベローズとを備え、前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段と、ベローズ内に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口とを設けたものである。
【００１４】
解除手段によりドローバーが固定解除側へ駆動された状態で、工具保持部に工具を装着した後、ベローズに封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材とともにドローバーが工具固定側へ一体的に駆動されると、コレットも工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具はピストン部材とドローバーとコレットとを介して作用する前記付勢力により工具保持部に押圧されて固定される。この工作機械主軸の工具固定装置においては、請求項１と略同様の作用を奏するが、ベローズ内の圧縮ガスが外部へ漏れるのを極力防止することができる。
【００１５】
そして、前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設け、ベローズに圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたため、ガス圧検知手段により検出されたガス作動室内のガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からベローズに圧縮ガスを充填できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、工作機械の主軸の先端部の工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置に、本発明を適用した場合の一例である。
図１〜図３に示すように、複数のベアリング１ａを介して回転自在に支持された工作機械の主軸１には、先端部分に先端側程大径化するテーパ状の工具保持部２が形成され、工具４を工具保持部２に固定解除可能に固定する工具固定装置３が設けられている。
【００１７】
工具固定装置３は、工具保持部２に装着された工具４の基端の被係合部２２に係合するコレット５と、コレット５に連係したドローバー６と、ドローバー６を工具固定側（主軸１の基端側）へ付勢する付勢機構７と、付勢機構７の付勢力に抗してドローバー６を固定解除側（主軸１の先端側）へ駆動可能な解除機構８等で構成されている。
【００１８】
前記主軸１には、工具保持部２と、コレット５が収容される収容孔１０と、ドローバー６が挿通する挿通孔１１と、シリンダ孔４０とが、先端部から基端側へ直列状に形成され、主軸１の先端部にはスリーブ１３がその基端部分を外嵌螺合して固定され、主軸１の基端部には蓋部材１７が複数のボルト１７ａで固着されている。スリーブ１３の先端部分と主軸１の間には複数の孔１４が形成され、各孔１４には主軸１の先端側へ先端部を突出させた押圧部材１５の基端部が摺動自在に内嵌され、押圧部材１５は孔１４に装着された複数の板バネ１６で先端側へ付勢されている。但し、孔１４をリング状に形成して、複数の板バネ１６をリング状に一体化してもよい。
【００１９】
前記工具４は、基端側程小径化するテーパ軸部２０と、テーパ軸部２０の基端側に小径軸部２１を介して設けられた被係合部２２と、テーパ軸部２０の先端側に設けられた大径の円板部２３を有し、工具４を工具保持部２に装着すると、円板部２３に複数の押圧部材１５の先端側を押圧させた状態で、テーパ軸部２０が工具保持部２に面接触し、被係合部２２が収容孔１０に挿入される。
【００２０】
前記コレット５は、３又は４分割された分割体であって、図１の係合状態から図２の係合待機状態へ変形する弾性体であり、ドローバー６が挿通する軸孔３０と、軸孔３０の先端側に設けられ軸孔３０より大径の大径孔３１を有する。大径孔３１にはドローバー６の先端部に固着され係止部３３が内嵌され、図２の状態からドローバー６が基端側へ移動すると、軸孔３０と大径孔３１の境界の段部３２に係止部３３が係止され、コレット５も基端側へ移動する。図１の状態からドローバー６が先端側へ移動すると、コレット５は係合状態から係合待機状態へ変形するとともにその変形を介して先端側へ移動する。
【００２１】
前記付勢機構７は、主軸１の基端側部分に形成されたシリンダ孔４０と、ドローバー６に外嵌され且つシリンダ孔４０に所定ストローク移動可能に装着されピストン部４２とピストン部４２から先端側と基端側に延びる筒部４３，４４とを有するピストン部材４１を有し、シリンダ孔４０のうちのピストン部４１に対してコレット５側がガス作動室４５に形成されている。ガス作動室４５はドローバー６の移動ストロークよりも軸方向に長い大きな体積の作動室に形成され、ガス作動室４５には所定圧の圧縮ガス（例えば、１００Kg/cm2G の圧縮窒素ガス）が封入されている。尚、ガス作動室４５はＯリング５４，５５等によりシールされている。
【００２２】
筒部４３の先端部分は主軸１のシリンダ孔４０に連なる孔５０に移動可能に内嵌され、筒部４４は蓋部材１７に形成された孔５１に移動可能に内嵌されている。ドローバー６の基端部には主軸１の外部に臨む軸部材５３が固着され、軸部材５３から解除機構８の油圧シリンダ６７の駆動力が入力される。軸部材５３はドローバー６より大径に形成されており、筒部４４の基端部が軸部材５３に係止されて、ガス作動室４５の圧縮ガスによる付勢力がドローバー６に伝達される。
【００２３】
主軸１にはガス作動室４５に連通するガス通路６０が形成され、このガス通路６０の端部に、ガス作動室４５に圧縮ガスを充填できるチェック弁付きのガス充填口６１が設けられている。ガス作動室４５内のガス圧を検出するギャップセンサ６５と温度センサ６６（例えば赤外線センサ）を含むガス圧検知手段が設けられている。ギャップセンサ６５と温度センサ６６は、主軸１のうちのガス作動室４５に対応する部分の外周面に臨むように固定的に設けられ、ギャップセンサ６５により求めた主軸１の半径の変化と、温度センサ６６により求めた主軸１の温度に基づいて、ガス作動室４５内のガス圧を測定できる。
【００２４】
前記解除機構８は、主軸１の基端側に固定的に設けられ、油圧供給源を含む駆動制御部により駆動制御される油圧シリンダ６７を有し、ピストンロッド６７ａの先端部でドローバー６の基端部の軸部材５３を押動し、ドローバー６を固定解除側へ駆動するように構成してある。
【００２５】
工具固定装置３の作用・効果について説明する。
図１の状態から、解除機構８によりドローバー６が固定解除側へ駆動されると、図２に示すように、コレット５が固定解除側へ移動して係合待機状態（３又は４分割されたコレット５の先端部分が開いた状態）になり、工具保持部２に工具４を着脱することが可能になる。
【００２６】
この状態で、工具保持部２に工具４を装着すると工具４の被係合部２２がコレット５の内部側に位置し、次に、解除機構８の油圧シリンダ６７のピストンロッド６７ａを退入させると、ガス作動室４５に封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材４１とともにドローバー６が工具固定側へ一体的に移動して、図１に示すように、コレット５も工具固定側へ移動して工具４の被係合部２２に係合し、工具４はピストン部材４１とドローバー６とコレット５とを介して作用する前記付勢力により工具保持部２に押圧されて固定される。
【００２７】
工具固定装置３によれば、付勢機構７のガス作動室４５に封入された圧縮ガスにより、安定した非常に大きな付勢力でドローバー６を工具固定側へ付勢することが可能になる。また、工具固定装置３を長期間繰り返し使用してガス作動室４５の圧縮ガスが外部へ漏れガス圧が低下したとしても、圧縮ガスをチェック弁付きのガス充填口６１からガス作動室４５に充填することにより、ドローバー６を付勢する付勢力を初期の大きな値に復元することが可能になる。
【００２８】
それ故、工具４を工具保持部２に強力に押圧し固定することができるため、工具保持部２と工具４のテーパ部２９との間に作用する摩擦力が非常に大きくなり、工具４に過負荷が作用しても主軸１と工具４との一体的回転を維持でき、工作機械の加工精度を確実に高めることができる。しかも、主軸１を含めて工具固定装置３が簡単な構造になり製作コストを低減することができる。
【００２９】
ガス作動室４５をドローバー６の移動ストロークよりも軸方向に長い大きな体積の作動室に形成したので、ガス作動室４５の圧縮ガスに対する外部へ漏れた圧縮ガスの割合、即ち、ガス作動室４５内のガス圧の低下率を小さくすることができる。それ故、ガス作動室４５内のガス圧が急速に低下するのを防止できる。
ガス作動室４５の外側において主軸１の半径の変化を検出するギャップセンサ６５と、主軸１の温度を検出する温度センサ６６とを設けるので、主軸１が回転している間でも、ギャップセンサ６５により検出される主軸の半径の変化と、温度センサ６６により検出される主軸の温度に基づいて、ガス作動室４５内のガス圧を検出することができる。
【００３０】
次に、前記実施形態の別実施形態について図４を参照して説明する。別実施形態は、前記実施形態の付勢機構７を変更したものであり、前記実施形態と同じものには同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
工具固定装置３Ａの付勢機構７Ａは、ガス作動室４５にピストン部材４１の筒部４３が挿通する環状のステンレス製のベローズ７０を装着したものであり、このベローズ７０に圧縮ガスが封入されている。ピストン部材４１の筒部４４Ａと蓋部材１７の孔５１Ａとドローバー６の基端部に固着された軸部材５３Ａは、前記実施形態と比べてやや大径に形成され、ピストン部材４１のピストン部４２と筒部４４Ａに、ベローズ７０の内部に連通するガス通路７１が形成され、このガス通路７１の端部に、ベローズ７０に圧縮ガスを充填できるチェック弁付きのガス充填口７２が設けられている。
【００３２】
ベローズ７０とガス通路７１から圧縮ガスが漏れないようする為、ベローズ７０の基端面とピストン部４２の先端面とは強力に接着され、ベローズ７０とガス通路７１の接続部近傍にはシール７４が装着されている。また、筒部４４Ａにはガス充填口７２を開閉可能に閉じる封止プラグ７３が螺着されている。ベローズ７０をガス作動室４５内に組付けてから、ガス充填口７２から圧縮ガスを充填できるため、ベローズ７０を容易に組付けることができる。
【００３３】
コレット５が固定解除側へ移動した状態で、主軸１の工具保持部２に工具４を装着した後、ベローズ７０に封入された圧縮ガスの付勢力により、ピストン部材４１とともにドローバー６が工具固定側へ一体的に駆動されると、コレット５も工具固定側へ移動して工具の基端に係合し、工具４は前記付勢力により工具保持部２に押圧されて固定される。この工具固定装置３Ａによれば、前記実施形態と略同様の作用・効果を奏するが、圧縮ガスをベローズ７０に封入したので、その圧縮ガスが外部へ漏れるのを極力防止することができる。
【００３４】
尚、前記実施形態の解除機構８、ギャップセンサ６５、温度センサ６６は図示省略している。但し、ギャップセンサ６５は、主軸１の基端側に固定的に設けられ、主軸の長さの変化を検出し、ベローズ７０内のガス圧を検出できるように構成してある。
【００３５】
尚、図示していないが、前記メイン実施形態において、前記実施形態のガス作動室４５の代わりに、ガス作動室４５より軸方向に短い（但し、ドローバー６の移動ストローク以上ある）小さなガス作動室を設けてもよい。この場合、ガス作動室から圧縮ガスが漏れないように、ガス作動室４５のシール性能を向上させることが望ましい。また、別実施形態においても、ガス作動室４５より軸方向に短い作動室を設け、この作動室内に軸方向にベローズを設けてもよい。
【００３６】
別実施形態において、圧縮ガスが封入されたベローズ７０をガス作動室４５内に組付けてもよい。この場合、ピストン部材４１のガス通路７１、チェック弁付きのガス充填口７２、封止プラグ７３、シール７４等を省略できるため、ピストン部材を非常に簡単な構造になるとともに、ベローズ７０の圧縮ガスが外部へ漏れるのを確実に防止することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の工作機械主軸の工具固定装置によれば、ガス作動室に封入された圧縮ガスによる安定した非常に大きな付勢力で、ドローバーを工具固定側へ付勢することができるため、工具を主軸の固定保持部に強力に押圧し固定することができ、固定保持部と工具と接触部に作用する摩擦力が非常に大きくなり、工具に過負荷が作用しても主軸と工具との一体的回転を維持でき、工作機械の加工精度を確実に高めることができ、しかも、主軸を含めて工具固定装置が簡単な構造になり製作コストを低減できる。
ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設け、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたので、主軸が回転している間でも、ギャップセンサにより検出される主軸の半径の変化と、温度センサにより検出される主軸の温度に基づいて、ガス作動室の圧縮ガスのガス圧を検出できる。そして、ガス圧検知手段により検出された前記ガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からガス作動室に圧縮ガスを充填することができる。
【００３８】
請求項２の工作機械主軸の工具固定装置によれば、請求項１と同様の効果を奏するが、ガス作動室をドローバーの移動ストロークよりも軸方向に長い作動室に形成したので、ガス作動室に封入されている圧縮ガスに対する外部へ漏れた圧縮ガスの場合、即ち、ガス作動室のガス圧の低下率を小さくすることができ、ガス作動室のガス圧が急速に低下するのを防止することができる。
【００３９】
【００４０】
【００４１】
請求項３の工作機械主軸の工具固定装置によれば、請求項１と同様に、ベローズに封入された圧縮ガスによる安定した非常に大きな付勢力で、ドローバーを工具固定側へ付勢することができるため、工具を主軸の固定保持部に強力に押圧し固定することができ、固定保持部と工具と接触部に作用する摩擦力が非常に大きくなり、工具に過負荷が作用しても主軸と工具との一体的回転を維持でき、工作機械の加工精度を確実に高めることができる他、圧縮ガスをベローズに封入したので、その圧縮ガスが外部へ漏れるのを極力防止することができる。
【００４２】
そして、ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段を設け、ベローズに圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口を設けたので、ガス圧検知手段により検出された前記ガス圧が低下している場合には、チェック弁付きのガス充填口からガス作動室に圧縮ガスを充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の主軸と工具固定装置の縦断面図である。
【図２】前記主軸と工具固定装置（工具取外し状態）の縦断面図である。
【図３】前記主軸と工具固定装置の要部拡大断面図である。
【図４】別実施形態の工具固定装置の要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１ 主軸
２ 工具保持部
３，３Ａ 工具固定装置
４ 工具
５ コレット
６ ドローバー
７，７Ａ 付勢機構
８ 解除機構
４０ シリンダ孔
４１ ピストン部材
４２ ピストン部
４５ ガス作動室
６１，７２ ガス充填口
６５ ギャップセンサ
６６ 温度センサ
７０ ベローズ
Claims (3)
- 工作機械の主軸のテーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端に係合するコレットと、このコレットに連係したドローバーと、このドローバーを工具固定側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置において、
前記付勢手段は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドローバーに外嵌されてドローバーと一体的に動くピストン部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対してコレット側のガス作動室に封入された圧縮ガスとを備え、
前記ガス作動室に封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ガス作動室の外側において主軸の半径の変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段と、
ガス作動室に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口と、
を設けたことを特徴とする工作機械主軸の工具固定装置。 - 前記ガス作動室はドローバーの移動ストロークよりも軸方向に長い作動室に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の
- 工作機械の主軸のテーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端に係合するコレットと、このコレットに連係したドローバーと、このドローバーを工具固定側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置において、
前記付勢手段は、主軸の基端側部分に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドローバーに外嵌されてドローバーと一体的に動くピストン部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対してコレット側の作動室に装着された環状の金属性のベローズであって圧縮ガスが封入されピストン部材を工具固定側へ付勢するベローズとを備え、
前記ベローズに封入された圧縮ガスのガス圧に関連する物理量を検出するガス圧検知手段であって、ベローズの外側において主軸の長さの変化を検出するギャップセンサと、主軸の温度を検出する温度センサとを含むガス圧検知手段と、
ベローズ内に圧縮ガスを充填する為のチェック弁付きのガス充填口と、
を設けたことを特徴とする工作機械主軸の工具固定装置。
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