JPH034324B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動工具交換装置を有するマシニン
グセンタに利用して有効な工具着脱装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、この種の工具着脱装置として一般的に用
いられているプルスタツド方式では、工具を引き
込むための機構を必要とするため、構造的に複雑
化し、また工具保持がテーパ部のみで保持される
ため、工具把持剛性が低いという欠点を有してい
る。更に、このような方式では、工作機械の主軸
の軸線方向に比較的長い構造となるため、高速回
転での加工時には芯ぶれを発生するなど、性能の
低下をもたらす原因にもなつている。しかも、工
具保持部が長く大型であるため、工具交換時にお
いては工具保持部材が主軸の端部から完全に露出
するまでの寸法も長くなり、それだけ自動工具交
換装置のアーム寸法を充分に長くする必要があ
る。従つて、自動工具交換に要する時間も長くか
かつて能率を悪くする原因の一つになつている。

また従来においては、例えば実公昭60−29386
号公報に見られるように、正面中ぐり盤のような
面板式の工作機械においては、工具又は工具ホル
ダを面板に取り付けるようにした所謂面板方式の
工具着脱装置も提案されている。しかし、この方
式のものは正面中ぐり盤のような比較的低速回転
の工作機械では優れた機能を発揮できるが、一般
的な自動工具交換装置、所謂ATC装置を備え、
かつ主軸端構造を持つたマシニングセンタ等に利
用する場合には、次のような問題を生ずる。

(1) 工具装着部の側部に、工具着脱のための操作
部材を一体的に取り付けてあるため、回転時に
大きな偏荷重を受けることになり、高速回転で
の加工が不可能である。

(2) 同時に構造も複雑化するため、装置が高価に
なる。

(3) 工具交換時の制御装置も、機械自体の制御系
とは別個にATC装置専用のものが必要になる
ので、全体としても複雑化及び高価格化を免が
れ得ない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述のような従来装置の問題
点を改善し、自動工具交換時間を短縮すると共
に、工具把持剛性を高めて高速回転で加工できる
ようにすることにより加工能率や生産性を高め、
更に工具取付部の構造及び工具交換制御系を簡易
化できる低コストに工具着脱装置を提供すること
にある。

［発明の概要］ 上述の目的を達成するための本発明の要旨は、
シヤンク挿入孔・端面から突出する回転力伝達用
キー・外周面に設けた締付用雄ねじを有する主軸
と、前記シヤンク挿入孔に挿入するシヤンク部・
前記回転力伝達用キーと係合する凹部・前記主軸
の端面に圧接する圧接部を有する工具保持部材
と、内面に前記主軸の締付用雄ねじと螺合する雌
ねじを有し前記工具保持部材を軸方向にクランプ
して前記圧接部を前記主軸の端面に押圧するため
の締付用ナツトと、固定部に取り付けて工具着脱
時に前記締付用ナツトを前記主軸に対して回転方
向に固定するロツク手段とを備え、該ロツク手段
により前記締付用ナツトをロツクした状態で前記
主軸を所定角度だけ低速回転させることにより、
前記工具保持部材を前記主軸に対して着脱するよ
うに構成したことを特徴とする工具着脱装置であ
る。

［発明の実施例］ 本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図はマシニングセンタの主軸に例えば工具
としてボーリングバーを取り付けた状態を例示し
たものである。主軸１の端部には、工具保持部材
のシヤンク部を嵌合するためのテーパ状のシヤン
ク挿入孔２と、後述する締付用ナツトを螺合する
ための締付用雄ねじ３が設けられ、かつ主軸１の
端面には第２図に示すように、２個又は適当数の
キー溝４がシヤンク挿入孔２の周りに等間隔に設
けられている。各キー溝４の底面にはねじ穴５が
設けられ、ここに取付用ビス６が回転力伝達用キ
ー７を介してねじ込まれ、キー７は主軸１の先端
面よりも下方に突出した状態でキー溝４内に取り
付けられている。この主軸１の端部に装着される
工具保持部材８は、先端に工具Ｔを装着した円柱
部に続いて、自動工具交換時に交換マンピユレー
タのアームによつて把持されるＶ型グリツプ部９
と更に大径のフランジ１０を有し、その端部にシ
ヤンク挿入孔２内に挿入されるテーパ状のシヤン
ク部１１が形成され、フランジ１０の周囲には主
軸１のキー溝４に対応する切欠部１２が設けられ
ている。ただし、本実施例の場合には荷重は主と
してフランジ１０部分で受けるため、工具保持部
材のシヤンク部１１は、主にシヤンク挿入孔２へ
係合する時のガイドとして使用されるものであ
り、その長さは従来装置の約３分の２程度の長さ
とされている。

また、第３図、第４図に示すように、フランジ
１０の各切欠部１２の上面側、つまり主軸１側に
凹部１３が形成され、工具保持部材８をシヤンク
挿入孔２へ挿入したとき、回転力伝達用キー７が
これらの凹部１３に係合して工具保持部材８を回
転方向に固定するようになつている。工具保持部
材８の主軸１への着脱は主軸１の周囲に設けられ
た締付用ナツト１４を操作して行われ、この締付
用ナツト１４は第２図に示すように、概略的には
円環状になつており、その内面上方には主軸１の
締付用雄ねじ３と螺合する雌ねじ１５を、また下
方にはフランジ１０の外径より僅かに大きい内径
を有する内周面１６を有し、この内周面１６から
中心方向に向けて、工具保持部材８のフランジ１
０を主軸１の端部に押圧する凸部１７が、工具保
持部材８の切欠部１２に対応して突出して設けら
れている。

このような締付用ナツト１４を主軸１に螺合し
て装着しておき、凸部１７の位置に工具保持部材
８の切欠部１２を合わせて挿入することにより、
シヤンク挿入孔２へ工具保持部材８のシヤンク部
１１を嵌合することができる。締付用ナツト１４
の外周には、テーパ状のロツク孔１８が設けら
れ、このロツク孔１８から軸線方向に若干離れた
位置には検知用突起１９が設けられている。ロツ
ク孔１８は通常では第５図に示すように、主軸１
の一方のキー溝４に対して所定角度αだけ隔てら
れた位置に配置されている。

また第１図に示すように、工作機械の固定部つ
まりフレーム２０にロツク手段２１が取り付けら
れており、そのロツクピン２２の先端がロツク孔
１８に係合できるようになつている。本実施例の
場合は、ロツク手段２１には流体シリンダ機構が
用いられ、そのピストンロツドがロツクピン２２
として使用され、流体圧力がないときは内蔵のス
プリング２３によつてロツクピン２２を引き込ま
せるようにされている。第１図の電磁弁２４はこ
のロツク手段２１へ流体を供給又は排出する三方
弁から成る電磁弁を示している。ロツク手段２１
の近傍には、締付用ナツト１４の検知用突起１９
が近付いたとき、これを検知する例えば近接スイ
ツチから成る検知スイツチ２５が設けられてお
り、第６図に示すように締付用ナツト１４の検知
用突起１９と対向したときに、信号を電磁弁２４
の図示しない駆動装置に入力するようになつてい
る。

次に、上述の実施例における工具交換時の工具
着脱動作を説明する。先ず、主軸１の回転力伝達
用キー７の位置と、締付用ナツト１４のロツク孔
１８との位置関係は、工具取付状態において軸心
に対し角度αだけ離れた状態にあり、この位置関
係は不変である。

(1) この状態で主軸１が回転して加工が加われ、
加工が終了すれば主軸１が停止する。

(2) 次いで、NC装置から工具交換信号がATC装
置へ送信される。

(3) ATC装置の図示しない交換アームが移動し
て、第１図に示す工具保持部材８のＶ型グリツ
プ部９を把持する。

(4) 次に、主軸１が低速で回動を始め、締付用ナ
ツト１４の検知用突起１９が検知スイツチ２５
に接近すると、検知スイツチ２５からの信号に
よつて主軸１の回動を停止すると共に、電磁弁
２４を切換えてロツク手段２１のロツクピン２
２を前進させ、ロツクピン２２の先端部をロツ
ク孔１８に係合して、締付用ナツト１４を主軸
１の回転方向に固定する。

(5) 続いて、主軸１を逆方向の第７図の矢印Ｄ方
向に角度αだけ回動し、回転力伝達用キー７の
位置とロツク孔１８の位置とを合致させる。そ
れにより、工具保持部材８の切欠部１２と締付
用ナツト１４の凸部１７の位置が第８図に示す
ように合致する。

(6) ここで、ATC装置の交換アームを下降させ
れば、工具保持部材８は自重によつて共に下降
し主軸１から取り出される。

以上の手順によつて、使用済みの工具保持部材
８を取り外した後に、別の新しい工具保持部材８
を主軸１に装着する。この場合に、第７図、第８
図の状態にある締付用ナツト１４を介して主軸１
内へ挿入した後に、主軸１を第７図の矢印Ｄと反
対方向に角度αだけ回動させれば、締付用ナツト
１４の凸部１７がフランジ１０を押圧して取り付
けが完了する。この際に、検知スイツチ２５がオ
ンするまでの主軸１の低速回転位置及び主軸１の
角度αの回動量は、工作機械のオリエンテーシヨ
ン機能を用いるものであり、またクランプ完了は
例えばタイマ等によつて実施することができる。

このように、実施例では工具の着脱操作を主軸
１の回転を利用して行うため、従来のものよりも
制御が簡単になる。なお、締付用ナツト１４に設
けたロツク孔１８は、軸線方向に長くした長孔と
するか或いは長溝にするのが望ましい。その理由
は、工具保持部材８の着脱動作によつて締付用ツ
ト１４が軸線方向に移動するため、その分の余裕
を要するからである。

第９図、第１０図は他の実施例を示し、先の実
施例においては締付用ナツト１４に内側を向く凸
部１７を形成し、工具保持部材８のフランジ１０
に切欠部１２を設けるようにしたが、これらを逆
にして締付用ナツト１４に切欠部２６を有するフ
ランジ２が設けられ、工具保持部材８のフランジ
１０を除去して切欠部２６に嵌合する凸部２８が
設けられている。そして、凸部２８上には回転力
伝達用キー７が嵌入する凹部２９が設けられてい
る。

更に上述の実施例では、締付用雄ねじ３を主軸
１と一体に設けた場合を示したが、これを第１１
図、第１２図に例示するような別体構造にしても
よい。即ち、外周に雄ねじ３ａを有するスリーブ
部材３０を主軸１ａの端部に嵌合し、主軸１ａの
キー溝４ａとスリーブ部材３０に設けたキー溝４
ｂとを合致させて形成されたキー溝に、回転力伝
達用キー７ａを嵌め込んで取付用ビス６ａにより
締付ければ、主軸１ａにスリーブ部材３０と回転
力伝達用キー７ａとを同時に取り付けることがで
きる。この場合も、回転力伝達用キー７ａは主軸
１ａの端部から突出した状態に取り付けられるか
ら、第１図の場合と同様にトルク伝達機能を果す
ことができるが、スリーブ部材３０が交換可能で
あるため、雄ねじ３ａの寿命に関係なく主軸１の
寿命を長くできるし、また主軸１に雄ねじを加工
しなくてもよいという利点がある。

第１図の実施例では、位置決め固定手段として
空圧シリンダ機構のロツク手段２１を用いた例を
示したが、これはその他の手段を代替してもよ
い。また、以上の実施例では、工作機械側のオリ
エンテーシヨン機能を利用して、主軸１を所定方
向へ回動させたときに検知スイツチ２５によりそ
の位置を検知して、ロツク手段２１を駆動するよ
うに構成しているが、この検知スイツチ２５を用
いなくても、工作機械側のオリエンテーシヨン機
能のみの利用によつても実施することができる。
つまり、工作機械側のオリエンテーシヨン機能
は、主軸１を所定の角度位置に停止させることが
できるので、主軸１が所定角度回動したところ
で、ロツク手段の駆動信号を工作機械のNC等の
制御装置から出力しても同様に行うことができ
る。

更に、工具保持方式は実施例のような所謂クイ
ツクチエンジ方式のものが望ましく、また工具締
付部のねじは三角ねじ、台形ねじ、或いはボール
ねじやローラねじ等を採用することが可能ではあ
るが、締付け時の摩耗の点から考慮すれば台形ね
じのような形状のものが好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る工具着脱装置
は、次に列挙するような長所を有している。

(1) 従来のプルスタツド方式のものに比較して、
工具保持部材を工具先端に近い側で保持できる
ため、工具把持剛性が高くなる。

(2) 主軸の回転機能を工具の着脱に利用するた
め、工具取付部の構造が簡単になる。

(3) その結果、工具保持部の重量を従来よりも軽
くできるため、高速回転での加工が可能にな
り、生産性を大幅に向上することができる。

(4) また、工具保持部を軸方向に短かくできるた
め、自動工具交換用アームの移動距離つまり工
具着脱時の抜き出し方向の距離が短かくなり、
工具交換時間を短縮することができる。

(5) 制御面において、工作機械の主軸のオリエン
テーシヨン機能を工具交換に活用するため、工
具交換のための制御装置を簡易化することがで
き、全体として安価でかつ操作がし易くなる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る工具着脱装置の実施例を示
すものであり、第１図は第１の実施例を示す断面
図、第２図は各部材を分解した状態の斜視図、第
３図は第５図のＣ−Ｃ線に沿つた要部の断面図、
第４図は工具保持部材のフランジの一部の斜視
図、第５図は第１図のＡ−Ａ線に沿つた断面図、
第６図は同様にＢ−Ｂ線に沿つた断面図、第７
図、第８図は主軸とその位置決め固定手段の作用
を説明するための断面図、第９図、第１０図は他
の実施例の斜視図、第１１図は更に他の実施例の
主軸端部の分解斜視図、第１２図は第１１図の部
材を組立てた状態の断面図である。 １，１ａは主軸、２２はシヤンク挿入孔、３，
３ａは締付用雄ねじ、４はキー溝、７，７ａは回
転力伝達用キー、８は工具保持部材、９はＶ型グ
リツプ部、１０，２７はフランジ、１１はシヤン
ク部、１２，２６は切欠部、１３，２９は凹部、
１４は締付用ナツト、１５は雌ねじ、１６は内周
面、１７，２８は凸部、１８はロツク孔、１９は
検知用突起、２０はフレーム、２１はロツク手
段、２２はロツクピン、２４は電磁弁、２５は検
知スイツチ、３０はスリーブ部材である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シヤンク挿入孔・端面から突出する回転力伝
   達用キー・外周面に設けた締付用雄ねじを有する
   主軸と、前記シヤンク挿入孔に挿入するシヤンク
   部・前記回転力伝達用キーと係合する凹部・前記
   主軸の端面に圧接する圧接部を有する工具保持部
   材と、内面に前記主軸の締付用雄ねじと螺合する
   雌ねじを有し前記工具保持部材を軸方向にクラン
   プして前記圧接部を前記主軸の端面に押圧するた
   めの締付用ナツトと、固定部に取り付けて工具着
   脱時に前記締付用ナツトを前記主軸に対して回転
   方向に固定するロツク手段とを備え、該ロツク手
   段により前記締付用ナツトをロツクした状態で前
   記主軸を所定角度だけ低速回転させることによ
   り、前記工具保持部材を前記主軸に対して着脱す
   るように構成したことを特徴とする工具着脱装
   置。 ２ 前記工具保持部材は前記主軸締付用ナツトが
   所定の回転位置係にあるときのみ前記締付用ナツ
   トを通過し得るようにした特許請求の範囲第１項
   に記載の工具着脱装置。 ３ 前記ロツク手段は前記締付用ナツトの外周面
   に設けたロツク孔と、該ロツク孔に係合するロツ
   クピンとから成る特許請求の範囲第１項に記載の
   工具着脱装置。 ４ 前記ロツクピンは流体シリンダ機構により駆
   動するようにした特許請求の範囲第３項に記載の
   工具着脱装置。 ５ 前記締付用ナツトはその回転方向位置を検知
   手段により検知するようにした特許請求の範囲第
   １項に記載の工具着脱装置。 ６ 前記主軸の締付用雄ねじは前記主軸の端部に
   取り付けたスリーブ部材の外周面に設けるように
   した特許請求の範囲第１項に記載の工具着脱装
   置。