JP5987654B2 - フェイスクランプチャックおよび工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、旋盤等の工作機械に設けられて、ワークを軸方向にクランプするフェイスクランプチャック、およびこのフェイスクランプチャックを有する工作機械に関する。

図９に示すように、フェイスクランプチャック８は、円周方向に配された複数のチャック爪２０をワークＷの端面に押し当てて、ワークＷを軸方向にクランプする。各チャック爪２０は、フェイスクランプチャック８が設けられる主軸（図示せず）の軸方向（Ｚ軸方向）に進退自在なチャック爪取付部材２１にそれぞれ固定して取り付けられる。チャック爪取付部材２１は、カム機構（図示せず）により、進退に伴って主軸の軸方向と平行な回転中心Ｏ２回りに回転するようになっている。この構造により、チャック爪取付部材２１が進退することで、チャック爪２０が、図９において実線で示すワークＷをクランプする位置と鎖線で示すクランプしない位置間を進退しながら旋回する。チャック爪取付部材２１が回転する角度はカム機構により定まるので、チャック爪２０の旋回角度は一定である。

上記構造のフェイスクランプチャック８は、チャック本体８ａに設けられた当て面３４とチャック爪２０の押当て部２０ａとでワークＷを軸方向両側から挟み付けてクランプする。そのため、クランプすることが可能なワークＷの径の範囲が狭く、ワークＷの径が変わるたびに、ワーク径に応じたチャック爪２０に取り替える段取り替えが必要であった。一般的には、チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の取付角度を変えることで、旋回角度は同じのままでチャック爪２０の旋回範囲を調整する。取付角度は、回転方向の相対位置のことを言う。

このような段取り替えの煩雑さを解消するために、特許文献１に、チャック爪取付部材２１ごとチャック爪２０の角度を変更することにより、チャック爪２０の旋回範囲を調節可能としたフェイスクランプチャックが提案されている。この構成であると、チャック爪２０を取り替えることなく、異なる径のワークＷに対応することができる。

特開平５−２１２６０７号公報

しかし、特許文献１のものは、フェイスクランプチャック８の外部から伝達される動力により、チャック爪取付部材２１の角度を変更する。そのため、フェイスクランプチャック８の外部に角度変更用の動力源を設置しなければならず、コスト高となる。また、各チャッ爪取付部材２１を連動させるために、歯車装置等の連動機構をフェイスクランプチャック８の内部に設けなければならず、フェイスクランプチャック８が複雑で大型化する。

この発明の目的は、ワーク径が変わっても段取り替えをしなくて済み、構造を複雑化することなく、かつコスト増を招くことなく製作することができるフェイスクランプチャックを提供することである。
この発明の他の目的は、簡易な機構で、チャック爪取付部材に対するチャック爪の取付角度を変更可能とすることである。
この発明のさらに他の目的は、ワーク径が変わってもフェイスクランプチャックの段取り替えをしなくて済む工作機械を提供することである。

この発明のフェイスクランプチャックは、工作機械の主軸に取り付けられてワークをこのワークの表面と接触して前記主軸の軸方向にクランプするチャックであって、前記主軸の先端に設けられたチャック本体と、このチャック本体に対して前記主軸の軸方向に進退自在かつ前記主軸と平行な回転中心回りに回転自在に設置され、進退に伴って一定角度の範囲内で回転するチャック爪取付部材と、このチャック爪取付部材の先端に取り付けられて、前記チャック爪取付部材の前記回転中心から離れる方向に延びる形状であって、その先端が前記チャック爪取付部材の回転により前記主軸に対して内外に旋回するチャック爪とを備える。このチャック爪は、前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置を変更自在に取り付けられる。

この構成によると、チャック爪取付部材を進退させると、その進退に伴ってチャック爪取付部材が主軸と平行な回転中心回りに一定角度の範囲内で自転し、チャック爪取付部材に取り付けられたチャック爪が、ワークをクランプする位置とクランプしない位置間を進退しながら旋回する。チャック爪取付部材に対してチャック爪の回転方向の相対位置を変更させることで、旋回角度は同じのままでチャック爪の旋回範囲が調整される。これにより、クランプすることが可能なワークの径が変わる。このため、段取り替えをすることなく、異なる径のワークに対応することができる。

チャック爪取付部材に対するチャック爪の回転方向の相対位置の変更は、人力操作であってもよく、または、このフェイスクランプチャックが設置される工作機械の可動部の動作による操作であってもよい。つまり、上記相対位置の変更用の動力源を別途設けなくてよいので、低コストで製作することができる。また、それぞれのチャック爪ごとに上記相対位置を変更すればよいので、各チャック爪取付部材を連動させる連動機構を設けなくてもよく、構造が複雑にならない。

前記チャック爪は、常態ではこのチャック爪と前記チャック爪取付部材との間に生じる摩擦力により前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置が一定であるように固定され、前記回転中心回りに定められた大きさ以上の回転力が加わると前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置が変更される。
この構成の場合、チャック爪取付部材とチャック爪との回転中心回りの摩擦力の大きさを適正に設定することにより、特別な部品を用いない簡易な機構でありながら、チャック爪取付部材に対するチャック爪の回転方向の相対位置を変更可能とすることができる。

この発明の工作機械は、上記フェイスクランプチャックを有する主軸と、この主軸に支持されたワークに対して加工を行う工具を支持する工具支持体とを備える。この工作機械において、前記チャック爪に回転力受け部を設け、前記工具支持体に、前記主軸または前記工具支持体の定められた動作により前記回転力受け部に対して前記チャック爪取付部材の前記回転中心回りの回転力を付与する回転力付与部材を設ける。

この構成であると、工具支持体に設けられた回転力付与部材により、チャック爪に設けられた回転力受け部に対して、チャック爪取付部材の回転中心回りの回転力を付与することで、チャック爪取付部材に対するチャック爪の回転方向の相対位置を変更することができる。そのため、ワーク径が変わってもフェイスクランプチャックの段取り替えをしなくて済む。また、工作機械の可動部である主軸または工具支持体の動作を利用することで、チャック爪の相対位置変更用の動力源を不要とすることができる。

この発明のフェイスクランプチャックは、工作機械の主軸に取り付けられてワークをこのワークの表面と接触して前記主軸の軸方向にクランプするチャックであって、前記主軸の先端に設けられたチャック本体と、このチャック本体に対して前記主軸の軸方向に進退自在かつ前記主軸と平行な回転中心回りに回転自在に設置され、進退に伴って一定角度の範囲内で回転するチャック爪取付部材と、このチャック爪取付部材の先端に取り付けられて、前記チャック爪取付部材の前記回転中心から離れる方向に延びる形状であって、その先端が前記チャック爪取付部材の回転により前記主軸に対して内外に旋回するチャック爪とを備え、このチャック爪は、前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置を変更自在に取り付けられるものとしたため、ワーク径が変わっても段取り替えをしなくて済み、構造を複雑化することなく、かつコスト増を招くことなく製作することができる。

前記チャック爪は、常態ではこのチャック爪と前記チャック爪取付部材との間に生じる摩擦力により前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置が一定であるように固定され、前記回転中心回りに定められた大きさ以上の回転力が加わると前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置が変更されるものとされたため、簡易な機構で、チャック爪取付部材に対するチャック爪の取付角度を変更可能である。

この発明の工作機械は、フェイスクランプチャックを有する主軸と、この主軸に支持されたワークに対して加工を行う工具を支持する工具支持体とを備え、前記チャック爪に回転力受け部が設けられ、前記工具支持体に、前記主軸または前記工具支持体の定められた動作により前記回転力受け部に対して前記チャック爪取付部材の前記回転中心回りの回転力を付与する回転力付与部材を設けたため、ワーク径が変わってもフェイスクランプチャックの段取り替えをしなくて済む。

この発明の一実施形態に係るフェイスクランプチャックを有する工作機械の正面図である。 同工作機械の平面図である。 （Ａ）は同フェイスクランプチャックの正面図、（Ｂ）はその破断側面図である。 図３（Ｂ）のIV部拡大図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 同フェイスクランプチャックのチャック爪取付部材とチャック爪の連結部を示す正面図である。 （Ａ），（Ｂ）は同フェイスクランプチャックによりそれぞれ径が異なるワークをクランプした状態を示す正面図である。 同フェイスクランプチャックのチャック爪の角度を変更する操作の説明図である。 （Ａ）は従来のフェイスクランプチャックの正面図、（Ｂ）はその平面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１、図２は、この発明の一実施形態に係るフェイスクランプチャックを有する工作機械の正面図および平面図である。この工作機械１は１軸のタレット型旋盤であって、ワークＷを支持して回転させる主軸２と、この主軸２に支持されたワークＷに対して加工を行う工具Ｔを支持する工具支持体３とを備える。

主軸２は、軸心Ｏ１が前後方向（Ｚ軸方向）に沿う軸であって、ベッド５上に設置された主軸台６に回転自在に支持され、主軸モータ７により回転駆動される。主軸２の先端には、ワークＷを主軸２の軸方向にクランプするフェイスクランプチャック８が設けられている。このフェイスクランプチャック８については、後で詳しく説明する。

工具支持体３は、正面形状が多角形のタレットからなり、その外周の各平面部分に、工具ホルダ１０を介して各種工具Ｔおよび後述の回転力付与部材４２が取り付けられる。図１には各平面部分に取り付けられる複数の工具Ｔのうち一部の工具Ｔのみが表示され、図２ではすべての工具Ｔの図示が省略されている。回転力付与部材４２は、各平面部分の１箇所にだけ取り付けられる。工具支持体３は、タレット軸１１を介して、ベッド５上の送り台１２に回転割出可能に搭載されている。工具支持体３の回転割出は、送り台１２に搭載された割出用モータ１３により行われる。

前記タレット軸１１は、前記送り台１２に対して前後方向に進退自在であり、Ｚ軸モータ１４により進退駆動される。また、送り台１２は、ベッド５上のＸ軸案内１６に左右方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置され、Ｘ軸モータ１７により送りねじ機構１８を介して進退駆動される。これにより、工具支持体３は、前後方向および左右方向に移動可能である。回転する主軸２のフェイスクランプチャック８に把持されたワークＷに対して工具Ｔを当ててワークＷの加工を行い、工具支持体３を前後方向に移動させることで、工具Ｔを主軸２の軸方向に送り、工具支持体３を左右方向に移動させることで、工具ＴによるワークＷの切込み量を調整する。

図３（Ａ），（Ｂ）は、前記フェイスクランプチャック８の正面図および破断側面図である。フェイスクランプチャック８は、チャック本体８ａの前面部に、円周方向に等配で設けられた複数のチャック爪２０を有する。チャック本体８ａは、主軸２の先端面にボルト（図示せず）等で取り付けられる。各チャック爪２０は、主軸２の軸心Ｏ１の方向である前後方向（Ｚ軸方向）に進退自在なチャック爪取付部材２１の前端部に、後述する取付部２２により取り付けられている。チャック爪取付部材２１は、円形軸状であって、チャック本体８ａに固定された案内部２３に、前後方向に進退自在かつ回転中心Ｏ２回りに回転自在に支持されている。よって、各チャック爪取付部材２１は、主軸２の軸心Ｏ１回りの公転と、回転中心Ｏ２回りの自転とが可能である。

チャック本体８ａの中心には、前後方向に進退駆動されるクランプ軸２５が設けられている。このクランプ軸２５と各チャック爪取付部材２１の後端部とが、連結部材２７を介して連結されている。連動部材２７は、クランプ軸２５の進退運動をチャック爪取付部材２１へ伝達するが、連動部材２７に対してチャック爪取付部材２１は回転自在である。前記クランプ軸２５は、主軸２の内部に進退自在に設けられたドローバ２６の先端に連結され、ドローバ２６は、主軸２の後端に位置するエアシリンダ等のクランプ駆動源（図示せず）によって進退させられる。

図３（Ｂ）の部分拡大図である図４、およびそのＶ−Ｖ断面図である図５に、チャック爪取付部材２１の進退動作によってこのチャック爪取付部材２１を一定角度の範囲内で回転させる進退対応回転付与機構２８が示されている。この進退対応回転付与機構２８は、チャック爪取付部材２１の軸方向中央部の外周面に形成された案内溝２９と、前記案内部２３に設けられて前記案内溝２９に相対的に移動自在に嵌る案内ピン３０とで構成される。案内溝２９は、主軸２（図３（Ｂ））の軸方向に沿う前部２９ａと、軸方向に対して斜めになった後部２９ｂとでなる。案内ピン３０は、例えばつば付き形状であって、案内部２３に設けられた座繰り孔形状のピン孔３１に外周側から挿入され、つば部３０ａをピン孔３１の座繰り面３１ａに当接させ、止めねじ３２により固定される。

クランプ軸２５（図３（Ｂ））を進退駆動すると、各チャック爪取付部材２１が互いに同期して進退する。チャック爪取付部材２１の進退により、案内ピン３０が案内溝２９に沿って相対的に移動する。案内ピン３０が案内溝２９の前部２９ａを相対的に移動するときは、チャック爪取付部材２１が進退動作のみを行うが、案内ピン３０が案内溝２９の後部２９ｂを相対的に移動するときは、チャック爪取付部材２１は進退動作に伴って回転中心Ｏ２回りに自転する。このチャック爪取付案内部材２１の動作により、チャック爪２０は、図３において実線で示すワークＷをクランプするクランプ位置Ｐ１と、鎖線で示すワークＷクランプしない解放位置Ｐ２間を、進退しながら主軸２に対して内外に旋回する。旋回角度θは、例えば４０°程度である。

チャック爪２０は、チャック爪取付部材２１の回転中心Ｏ２から離れる方向に延びる形状であり、その先端のチャック本体８ａ側を向く面に、クランプ時にワークＷに押し当てられる鋼材等からなる押当て部２０ａが設けられている。チャック本体８ａの前部にはワーク当て部材３３が設けられ、このワーク当て部材３３の前面に、各チャック爪２０の押当て部２０ａと対向する当て面３４が設けられている。当て面３４は、正面から見て、押当て部２０ａの回転中心Ｏ２回りの旋回軌跡に対応する円弧形状である。

チャック爪取付部材２１へのチャック爪２０の取付部２２は、チャック爪取付部材２１の先端部に設けられた取付軸部３６にチャック爪２０の取付孔３７を嵌合させてある。そして、取付軸部３６の先端面に、円板状の抜け止め部材３８が、チャック爪２０に当接させてボルト等の固定具３９により固定されている。

図６に示すように、前記取付軸部３６は、外周面に軸方向に延びる多数の凸条３６ａが形成され、前記取付孔３７は、内周面に上記取付軸部３６の凸条３６ａと噛み合う多数の凸条３７ａが形状されている。常態では、取付軸部３６の凸条３６ａと取付孔３７の凸条３７ａとが噛み合うことで、凸条３６ａ，３７ａ間に生じる摩擦力によりチャック爪取付部材２１に対してチャック爪２０が回転方向の相対位置が一定であるように固定される。チャック爪２０に対して回転中心Ｏ２回りに定められた大きさ以上の回転力が加わると、取付軸部３６の凸条３６ａが取付孔３７の凸条３７ａを乗り越えることで、チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置が変更されるように、上記摩擦力の大きさが適正に設定されている。この取付部２２の構成は、特別な部品を用いない簡易な機構でありながら、チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置が変更可能である。

チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置を変更する手段として、図３に示すように、チャック爪２０の基部に、回転中心Ｏ２の長さ方向と直交する方向に突出する回転力受け部４１が設けられている。また、図１、図２に示すように、工具支持体３に、工具ホルダ１０を介して前記回転力付与部材４２が取り付けられる。回転力付与部材４２は、工具ホルダ１０に固定される基部４２ａと、この基部４２ａの両端から工具支持体３における外径方向に延びる一対の操作部４２ｂ，４２ｃとでなる正面形状コ字形である。操作部４２ｂ，４２ｃの対向面は、図の例のように、先端側へ行くほど互いの間隔が広がる形状であるのが望ましい。

この工作機械１におけるフェイスクランプチャック８によるワークＷのクランプの仕方について説明する。
まず、各チャック爪２０が図３において鎖線で示す解放位置Ｐ２にある状態で、ワークＷをワーク当て部材３３の当て面３４に押し当てる。このとき、図示しない芯出し機構により、ワークＷが芯出しされる。その状態で、クランプ軸２５を図３（Ｂ）の左側へ後退させることで、各チャック爪２０が後退しながら旋回して、実線で示すクランプ位置Ｐ１まで移動する。これにより、チャック爪２０の押当て部２０ａとワーク当て部材３３の当て面３４とでワークＷを前後に挟み付けて、ワークＷを主軸２の軸方向にクランプする。ワークＷを取り外すときは、クランプ軸２５を図３（Ｂ）の右側へ前進させて、各チャック爪２０を解放位置Ｐ２にさせることで、チャック爪２０が外方へ旋回してワークＷの取り出しが可能となる。

図３では、チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置が、クランプ位置Ｐ１においてチャック爪２０が主軸２の軸心Ｏ１の方向を向くように設定されている。この場合、チャック爪２０の先端の押当て部２０ａが、主軸２の軸心Ｏ１に対して最も内側に位置する。このため、図７（Ａ）のように、このフェイスクランプチャック８がクランプ可能なワーク径の範囲内における最小径のワークＷをクランプすることができる。

上記最小径よりも径の大きいワークＷをクランプする場合は、チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置を変更して、クランプ位置Ｐ１におけるチャック爪２０の向きを主軸２の軸心Ｏ１に対して角度を持たせる。例えば、図７（Ｂ）のように、チャック爪２０の先端の押当て部２０ａを、ワーク当て部材３３の当て面３４の範囲内における主軸２の軸心Ｏ１に対して最も外側に位置させると、このフェイスクランプチャック８がクランプ可能なワーク径の範囲内における最大径のワークＷをクランプすることができる。クランプ位置Ｐ１におけるチャック爪２０の向きを、図７（Ａ）に示す向きと図７（Ｂ）に示す向きの間の任意の向きとすることで、クランプ可能なワーク径の範囲内における任意径のワークＷをクランプすることができる。

チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置の変更は、次のように行う。すなわち、図８（Ａ）に示すように、変更しようとするチャック爪２０の回転力受け部４１と工具支持体３の回転力付与部材４２とが互いに対向するように、主軸２（図１、図２）の回転角度および工具支持体３の回転割出の角度を調整する。そして、工具支持体３をフェイスクランプチャック８に対して接近させて、回転力付与部材４２の一対の操作部４２ｂ，４２ｃ間に回転力受け部３１を位置させる。

この状態で、図８（Ｂ）に示すように、工具支持体３を回転割出の機能を利用して一定方向に回転させると、操作部４２ｂ（または４２ｃ）を介して、回転力受け部４１にチャック爪取付部材２１の回転中心Ｏ２回りの回転力が付与される。それにより、取付孔３７の凸条３７ａ（図６）が取付軸部３６の凸条３６ａ（図６）を乗り越えて、チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置が変更される。チャック爪２０の回転方向の相対位置を逆向きに変更する場合は、上記と逆向きに工具支持体３を回転させる。

このように、チャック爪取付部材２１に対してチャック爪２０の回転方向の相対位置を変更させることで、旋回角度は同じのままでチャック爪２０の旋回範囲が調整される。これにより、クランプすることが可能なワークＷの径が変わる。このため、段取り替えをすることなく、異なる径のワークＷに対応することができる。チャック爪取付部材２１に対するチャック爪２０の回転方向の相対位置の変更は、工具支持体３の回転割出の機能を利用して行うので、上記相対位置の変更用の動力源を別途設けなくてよく、フェイスクランプチャック８を低コストで製作することができる。また、それぞれのチャック爪２０ごとに上記相対位置を変更すればよいので、各チャック爪取付部材２１を連動させる連動機構を設けなくてもよく、構造が複雑にならない。

この実施形態の工作機械１は、主軸２は位置固定で工具支持体３が移動して加工を行う形態であるため、工具支持体３の動作でチャック爪２０の回転方向の相対位置を変更するが、工具支持体３は位置固定で主軸２が移動して加工を行う形態である場合、主軸２の動作でチャック爪２０の回転方向の相対位置を変更してもよい。また、場合によっては、人力操作によってチャック爪２０の回転方向の相対位置を変更してもよい。

１…工作機械
２…主軸
３…工具支持体
８…フェイスクランプチャック
８ａ…チャック本体
２０…チャック爪
２１…チャック爪取付部材
４１…回転力受け部
４２…回転力付与部材
Ｏ１…主軸の軸心
Ｏ２…回転中心
Ｔ…工具
Ｗ…ワーク

Claims (2)

1. 工作機械の主軸に取り付けられてワークをこのワークの表面と接触して前記主軸の軸方向にクランプするフェイスクランプチャックであって、
   前記主軸の先端に設けられたチャック本体と、
   このチャック本体に対して前記主軸の軸方向に進退自在かつ前記主軸と平行な回転中心回りに回転自在に設置され、進退に伴って一定角度の範囲内で回転するチャック爪取付部材と、
   このチャック爪取付部材の先端に取り付けられて、前記チャック爪取付部材の前記回転中心から離れる方向に延びる形状であって、その先端が前記チャック爪取付部材の回転により前記主軸に対して内外に旋回するチャック爪とを備え、
   このチャック爪は、前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置を変更自在に取り付けられ、前記チャック爪は、常態ではこのチャック爪と前記チャック爪取付部材との間に生じる摩擦力により前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置が一定であるように固定され、前記回転中心回りに定められた大きさ以上の回転力が加わると前記チャック爪取付部材に対する回転方向の相対位置が変更されるものとされた、
   フェイスクランプチャック。
2. 請求項１記載のフェイスクランプチャックを有する主軸と、この主軸に支持されたワークに対して加工を行う工具を支持する工具支持体とを備えた工作機械であって、
   前記チャック爪に回転力受け部が設けられ、前記工具支持体に、前記主軸または前記工具支持体の定められた動作により前記回転力受け部に対して前記チャック爪取付部材の前記回転中心回りの回転力を付与する回転力付与部材を設けた工作機械。

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