WO1998008641A1 - Tool attaching/detaching device - Google Patents

Description

糸田 β 工具着脱装置 技術分野

本発明は、 工作機械の主軸に工具を着脱するための工具着脱装置に関するもの である。 図面の簡単な説明

第 1図は従来例の正面図である。

第 2図は従来例の部分断面図である。

第 3図は機械主軸と共に示す第 1の実施例の部分断面図である。

第 4図は右側面図である。

第 5図は分解斜視図である。

第 6図はホルダ本体の部分断面図である。

第 7図はホルダ本体の右側面図である。

第 8図は第 4図の Α— Α線に沿つて切断した部分断面図である。

第 9図は第 4図の B— B線に沿つて切断した部分断面図である。

第】 0図は第 4図の C一 C線に沿って切断した部分断面図である。

第 1 1図は作用説明図である。

第 1 2図は第 2の実施例の要部断面図である。

第 1 3図は部分拡大図である。 背景技術

従来のこの種の工具着脱装置としては、 例えば日本実開昭 5 3 - 1 4 4 5 8 6 号公報、 日本特開昭 5 7 - 1 0 7 7 4 7号公報、 日本特開平 6 - 1 3 4 6 0 8号 公報等に開示されたものが知られている。 実開昭 5 3 - 1 4 4 5 8 6号公報のェ 具着脱装置では、 ホルダ本体が主軸にねじによつて締め付けられるようになつて いる。 また、 特開昭 5 7 - 1 0 7 7 4 7号公報の工具着脱装置では、 操作性の向 上が図られている。

そして、 特開平 6— 1 3 4 6 0 8号公報の工具着脱装置では、 例えば第 1図に 示すように主軸 1には本体 2が着脱自在に装着され、 木体 2には操作部 3と工具 取付部 4が設けられている。 また、 第 2図に示すように操作部 3では、 爪部 5 a を有する第 1の環部材 5が本体 1のフランジ部 2 aの外周に設けられ、 この第 1 の環部材 5の外周には第 2の環部材 6が設けられている。 本体 2のテーパ部 2 b と、 第 1の璟部材 5のストレート部 5 bと、 第 2の環部材 6のテーパ部 6 aとの 間にボール 7が配置され、 環部材 5、 6は圧縮ばね 8、 9により主軸 1側にそれ ぞれ付勢されている。

これにより、 第 2の環部材 6のテーパ部 6 aがボール 7を本体 2のテーパ部 2 bと第 1の環部材 5のストレート部 5 bの間に押し込むことにより、 第 1 の ί累 部材 5を丄具 Τ側に押圧すると共に本体 2を主軸 1側に押圧し、 本体 2のフラン ジ部 2 aと第 1の環部材 5の爪部 5 aが主軸 1の係止部 1 aに密接し、 主軸 1 と 本体 2の固定力が向上するようになっている。

しかしながら、 上述した従来例のうちの特開昭 5 7— 1 0 7 7 4 7号公報のェ 具着脱装置は、 操作性を実開昭 5 3 - 1 4 4 5 8 6号公報の工具着脱装置よりも 向上させることが可能である力 軸方向の耐荷重性を実開昭 5 3— 1 4 4 5 8 6 号公報の工具着脱装置よりも劣化させ、 本体に引張力が加わった場合には、 被加 ェ物に対する軸方向の寸法精度が安定しなかったり、 本体に高周波振動が発生し たり、 機械主軸や本体が容易に摩耗したりするという問題点を有している。 また、 特開平 6 - 1 3 4 6 0 8号公報の工具着脱装置は、 主軸 1に本体 2を装 着する際に、 工具取付部 4を保持して本体 2を押し込む必要があるため、 工具取 付部 4に取り付けた工具 Tが危険となる虞れがある。 更に、 本体 2の回転により ボール 7に遠心力が作用するため、 本体 2のテ一パ部 2 bに対するボール 7の押 圧力が減少し、 本体 2のフランジ部 2 aと第 1の環部材 5の爪部 5 aが主軸 1の 係止部 1 aに密接する力が弱まり、 本体 2が軸方向に移動してしまう虞れもあ る。

本発明の目的は、 上述した問題点を解消し、 主軸にホルダ本体を容易、 安全か つ強固に装着し得る工具着脱装置を提供することにある。 発明の開不

前部に工具を保持し後部を機械主軸の嵌合孔に嵌合し中間部にフランジ部を有 するホルダ本体と、 フランジ部の前方の外周に摺動自在に設けた第 1の操作環 と、 第 1の操作環の外周にスぺ一サを介して設け機械主軸の係止部に係止する係 止爪を冇する第 2の操作環と、 第 1の操作環を後方に付勢する付勢手段とを備え た工具着脱装置であって、 フランジ部には上下の切欠きと左右の切欠きを設け、 第 ]の操作環の後部には後方に向かって内方に傾斜する第 1のテーパ部を設ける と共に、 第 1のテーパ部の後部には前記左右の切欠きを通って機械主軸のキー溝 に嵌合するキー部を設け、 スぺーザの前部には軸方向に略直角な前面を設けると 共に後部には前記上下の切欠きに嵌合する突起を設け、 第 2の操作環の内面前部 には前方に向かって内方に傾斜する第 2のテ一パ部を設け、 第 1の操作環の第 1 のテーパ部とスぺーザの前面と第 2の操作環の第 2のテーパ部との間に多数の転 動部材を配置し、 第 2の操作環を把持してホルダ本体を機械主軸に着脱できるの で、 その操作を簡単に行うことが可能となる。 発明を実施するための最良の形態

本発明を第 3図〜第.1 3図に図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第 3図は工作機械の主軸 1 1 と共に示す第 1の実施例の部分断面図、 第 4図は 右側面図、 第 5図は分解斜視図であり、 主軸 1 1にはホルダ本体 1 2が着脱され るようになっている。 ホルダ本体 1 2の前部つまり主軸 1 1 と反対側には、 図示 しない工具を着脱するための工具着脱部 1 3が設けられ、 ホルダ本体 1 2の後部 つまり主軸 1 1側には、 工具の突出長を調節するための工具長調節部 1 4が設け られ、 ホルダ本体 1 2の略中間部には、 主軸 1 1にホルダ本体 1 2を着脱する際 に操作する操作部 1 5が設けられている。

主軸 1 1の軸心には、 ホルダ本体 1 2を嵌合する嵌合孔 1 1 aが設けられ、 嵌 合孔 1 1 aの開口部はテーパ孔 1 l bとされている。 主軸 1 1の先端部の外周に は環状溝 1 1 cが形成され、 この環状溝 1 1 cの前部は係止部 1 1 dとされてい る。 係止部 1 1 dの前面はホルダ本体 1 2の後述するフランジ部の後面が当接す る当接面〗 1 eとされ、 係止部 1 1 dの後面は後述する係止爪が係止する係止面 1 1 ίとされている。 そして、 係止部 1 1 dの左右側には 2個のキー溝 1 1 が 設けられている。

第 6図に示すようにホルダ本体 1 2には、 主軸 1 1の嵌合孔 1 1 aに嵌合する 嵌合部 2 1 と、 主軸 1 1のテ一パ孔 1 ] bに嵌合するテ一パ部 2 2と、 主軸 1 1 の当接面 1 1 eに当接するフランジ部 2 3と、 後述するストッパを嵌合するス 卜ッパ溝 2 4とが後部から順次に設けられている。 テーパ部 2 2を設けることに より振れに対する精度の向上が図られ、 第 7図に示すようにフランジ部 2 3に は、 上下の 2個の浅い切欠き 2 5 aと、 左右の 2個の深い切欠き 2 5 bとが形成 されている。 そして、 ホルダ本体 1 2の軸心の後部には縦構 2 6 aを備えたスト レー卜孔 2 6が形成され、 前部にはテーパ孔 2 7が設けられている。

なお、 ホルダ本体 1 2の軸方向の位置は、 フランジ部 2 3の後面 2 3 aと主軸 1 1の当接面 1 1 eの当接により決定される力 テーパ部 2 2とテーパ孔〗 l b の嵌合により決定されるようになっている。 従って、 フランジ部 2 3の後面 2 3 aと当接面 1 1 eの当接により、 ホルダ本体 1 2の軸方向位置が決定される 構造では、 テ一パ部 2 2とテーパ孔 1 l bは不要となる。

工具着脱部 1 3は例えばコレッ トチャックとされ、 ホルダ本体 1 2のテーパ孔 2 7にコレ、ソ 卜 3 1が嵌合されると共に、 ホルダ本体 1 2の外周にはナッ 卜 3 2 が螺合されている。 コレッ ト 3 1は連結環 3 3とボール 3 4によりナッ ト 3 2に 連結され、 ナッ ト 3 2の回転によってコレツ 卜 3 1が軸方向に駆動され、 ドリ ル、 エンドミル等の工具がコレツ 卜 3 1に保持されるようになっている。

工具長調節部 1 4では、 ストレート孔 2 6に摺動部材 3 5が嵌合され、 摺動部 材 3 5は縦溝 2 6 aに嵌合したキー 3 6によって回転が規制されている。 摺動部 材 3 5の前部には切欠き 3 5 aが形成され、 工具の後端が切欠き 3 5 aに嵌合さ れることにより工具の回転が規制されるようになっている。 そして、 ストレート 孔 2 6、 摺動部材 3 5の後方には、 ねじ 3 7と止め輪 3 8が順次に取り付けられ ている。

第 8図、 第 9図及び第 1 0図に示すように、 ホルダ本体】 2のフランジ部 2 3 の前方には第 1の操作環 4 1が軸方向に摺動自在に設けられている。 第 1の操作 環 4 1の内周面の前部には周溝 4 1 aが形成され、 この周溝 4 1 a内には圧縮ば ね 4 2が配置されている。 圧縮ばね 4 2の前部は、 スト、ソパ溝 2 4に嵌着された ストツバ 4 3により位置決めされ、 第 1の操作環 4 1は圧縮ばね 4 2により後方 に付勢されている。

第 1の操作環 4 1には、 後方に向かって内方に傾斜するテーパ部 4 4が延設さ れ、 このテ一パ部 4 4にはストレート部 4 5が延設されている。 ストレート部 4 5の後部の左右側には、 フランジ部 2 3の深い切欠き 2 5 bを貫通して主軸 1 1のキー溝 1 1 gに嵌合する 2個の駆動キー部 4 6が設けられている。 これら の駆動キー部 4 6は、 ホルダ本体 1 2の嵌合部 2 1を主軸 1 】の嵌合孔 1 1 aに 嵌合した際に、 駆動キー部 4 6がキ一溝 1 1 gに整合しないときは、 駆動キー部 4 6が主軸 1 1の当接面 1 1 eによって押圧され、 第 1の操作環 4 】が圧縮ばね

4 2の付勢力に杭して前方に駆動されるようになっている。 また、 駆動キー部 4 6がキ一溝 1 1 gに整合したときに、 駆動キー部 4 6は圧縮ばね 4 2の復元力 によりキー溝 1 1 gに嵌合し、 主軸 1 1の回転力がホルダ本体 1 2に伝達される ようになっている。

第 1の操作環 4 1の後方には、 第 2の操作環 5 1がスぺーサ 5 2 、 5 3を介し て設けられている。 第 2の操作環 5 1の後部には、 主軸 1 1の係止部 1 1 dに係 止する上下の 2個の係止爪 5 4が設けられている。 第 2の操作環 5 1の内面中央 部には、 第 1の鋼球 5 5の略半分を嵌合する上下の 2個の嵌合孔 5 6が形成さ れ、 第 2の操作環 5 1の内面前部には、 前方に向かって内方に傾斜するテーパ部

5 7が形成されている。

スぺーサ 5 2、 5 3同士は左右に対称とされ、 第 1の操作環 4 1の駆動キー部

4 6の幅を逃がして環状を形成するようになっている。 スぺーサ 5 2、 5 3には フランジ部 2 3の浅い切欠き 2 5 aに嵌合する突起 5 2 a、 5 3 aがそれぞれ形 成されている。 これらの突起 5 2 a、 5 3 aの近傍のスぺーサ 5 2、 5 3の外面 には、 第 1の鋼球 5 5の略半分を嵌合する長溝 5 2 b、 5 3 bがそれぞれ形成さ れている。 長溝 5 2 b、 5 3 bの長手方向は軸方向とされ、 第 2の操作環 5 1は 長溝 5 2 b、 5 3 bの範囲において軸方向に移動可能とされている。 また、 突起

5 2 a , 5 3 aがフランジ部 2 3の切欠き 2 5 aに嵌合することより、 スぺーサ 5 2 、 5 3の回転が規制され、 第 1の鋼球 5 5が嵌合孔 5 6に嵌合することによ り、 第 2の操作環 5 1の回転が規制されている。

ここで、 第 1の操作環 4 1のテーパ部 4 4と、 第 2の操作環 5 1のテーパ部 5 7と、 スぺーサ 5 2、 5 3の前面 5 2 c、 5 3 cとの間には、 多数の第 2の鋼 球 5 8が環状に配列されている。 そして、 これらの鋼球 5 8が切欠き 2 5 から 後方に抜け出すことを防止するため、 第 1の操作環 4 1のストレー卜部 4 5には ストツバ 5 9がスプリングピン 6 0により固定されている。 なお、 第 2の鋼球 5 8は、 怪方向に移動自在であればコロ形状、 楔形状等とすることも可能であ る。 また、 ストツバ 5 9は第 1の操作環 4 1の操作によつて鋼球 5 8の配列が乱 されることがないように固定される必要がある。

このような構成により、 主軸 1 1 にホルダ本体 1 2を装着する際には、 第 2の 操作環 5 1を把持し、 その係止爪 5 4を主軸 1 1のキ一溝 1 1 gに揷通し得るよ うにホルダ本体 1 2を回転し、 ホルダ本体 1 2の嵌合部 2 1を主軸 1 1の嵌合孔 】 1 aに嵌合する。 これにより、 係止爪 5 4がキー溝】 1 gを通過して環状溝 1 1 c内に進入し、 第 1の操作環 4 1の駆動キー部 4 6の後面 4 6 aが主軸 1 1 の当接面】 l eにより押圧され、 第】の操作環 4 1は圧縮ばね 4 2を圧縮させな がら前方に摺動する。 この状態でホルダ本体 1 2を任意の方向へ 9 0度だけ回転 させると、 第 1の操作環 4 〗の駆動キー部 4 6は、 キー溝 1 1 gに整合した後に 圧縮ばね 4 2の復元力によってキー溝 1 1 gに嵌合する。

同時に第 1 1図に示すように、 第 1の操作環 4 1が後方に摺動する際に、 第 2 の鋼球 5 8がテーパ部 4 4に乗り上がり、 第 2の操作環 5 1のテーパ部 5 7とス ぺーサ 5 2、 5 3の前面 5 2 c、 5 3 cとの間に押し入るようになる。 これによ り、 第 2の操作環 5 1が前方に移動すると共に、 スぺーサ 5 2、 5 3が後方に移 動し、 第 2の操作環 5 1の係止爪 5 4とホルダ本体 1 2のフランジ部 2 3とが主 軸 1 1の係止部】 1 dを強く挟持する。 そして、 ホルダ本体 ] 2が回転した際に は、 第 2の鋼球 5 8に怪方向の遠心力 F1が作 fflし、 その分力 F2がテーパ部 5 7を 更に強く押圧し、 フランジ部 2 3と係止爪 5 4が係止部 1 I dをより強い力で挟 持する。

一方、 主軸 1 1からホルダ本体 1 2を取り外す際には、 第 1の操作環 4 1を圧 縮ばね 4 2に抗して前方へ摺動させることにより、 第 1の操作環 4 1の駆動キー 部 4 6を主軸〗 1のキー溝 1 1 g力ゝらタ し、 その後にホルダ本体 1 2を任意の方 向に 9 0度だけ回転させる。 これにより、 第 2の操作環 5 1の係止爪 5 4と主軸 1 1のキー溝 1 1 gが整合するため、 ホルダ本体 1 2を主軸 1 1から引き抜くこ とが可能となる。

このように、 第〗の実施例では特別な工具を使闭することなく主軸 1 1にホル ダ本体 1 2を押し込み、 9 0度だけ回転するだけで主軸 1 1にホルダ本体〗 2を 装着できるので、 その操作を簡単に行うことが可能となる。 また、 操作部 1 5を 把持して主軸 1 1 にホルダ本体 1 2を押し込むので、 工具による負傷を防止でき また、 第 1の操作環 4 1のテ一パ部 4 4と、 第 2の操作環 5 1のテ一パ部 5 7 と、 スぺーサ 5 2、 5 3の前面 5 2 c、 5 3 cとの間に第 2の鋼球 5 8を配置す ると共に、 圧縮ばね 4 2の付勢力により剛球 5 8を外方に押圧するようにしたの で、 第 2の操作環 5 1を前方に押圧すると共にスぺーサ 5 2、 5 2を後方に押圧 することにより、 第 2の操作環 5 1の係止爪 5 4とホルダ本体 1 2のフランジ部 2 3とによって主軸 1 1の係止部 1 1 dを強く挟持することができ、 主軸 1 1に ホルダ本体 1 2を強固に装着することが可能となる。

更に、 ホルダ本体 1 2が回転した際に、 第 2の鋼球 5 8が遠心力によって第 2 の操作 ί員 5 1 と、 スぺーサ 5 2、 5 3をより強い力で押圧するので、 主軸 1 1 に ホルダ本体 1 2をより強固に装着することが可能となる。 この際に、 多数の第 2 の鋼球 5 8を配置したので、 1個当りの鋼球 5 8に対する負荷を減少させること ができ、 テ一パ部 4 4やテーパ部 5 7に圧痕が発生することを防止できる。 従って、 この第 1の実施例は主軸 1 1にホルダ本体 1 2を強固に装着すること ができるので、 軸方向の寸法精度を安定させることができると共に高周波振動の 発生を防止でき、 主軸 1 1やホルダ本体 1 2の摩耗等を防止することが可能とな る。 また加工不良を防止し、 工具の寿命を向上させ、 保守時間を短縮することが できるので、 コストの削減に貢献できる。 更に、 高速回転に対応できるので、 加 ェ能率を向上させることが可能となる。

そして、 第 1の操作環 4 1のテーパ部 4 4と、 第 2の操作環 5 】のテーパ部 5 7との傾斜角を変化させることにより、 圧縮ばね 4 2の設定荷重に対して本体 1 2の主軸 1 1への取付荷重を数倍にすることが可能となる。 逆に、 ホルダ本体 1 2に引張力が加わった場合でも、 圧縮ばね 4 2に加わる荷重は数分の一で済む ため、 耐引張力を向上させることができる。

第 1 2図は第 2の実施例の要部断面図であり、 第 1の実施例と同様な第 1の操 作環 4 1 と第 2の操作環 5 1の外面には、 第 3の操作環 6 1が設けられている。 また第 1 3図に示すように、 第 2の操作環 5 1の外面前部には軸方向に向かい後 緣に開 LJするキー溝 5 1 aが形成され、 第 3の操作環 Γ) 1の内面には、 第 2の操 作環 5 1のキ一溝 5 1 aに嵌合するキー部 6 1 aが形成されている。 そして、 第 3の操作環 6 1の回転方向はキ一溝 5 1 aとキ一 6 1 aの大きさによって規制さ れ、 軸方向はキ一溝 5 1 aとキー 6 1 aの長さによって規制されるようになって いる。

この第 2の実施例では、 第 1の実施例と同様な効果を得ることができる上に、 第 3の操作環 6 1を前方に摺動させることにより、 第 1の操作環 4 1を操作する ことが可能となり、 第】の操作環 4 1 と第 2の操作環 5 1を 1個の部材で操作す ることができる。

なお、 上述した第 1、 第 2の実施例では、 工具長調節部 1 4の摺動部材 3 5 に切欠き 3 5 aを設けたが、 回り止めのないドリルを使用する場合には切欠き 3 5 aを設ける必要はない。 また、 第 1の操作環 4 1 にストッパ 5 9をスブリン グピン 6 0により固定した力;、 第 1の操作環 4 1をフライス盤等によって形成す れば、 ストッパ 5 9を一体に成形することが可能となり、 別部材としてのストツ パ 5 9やピン 6 0を不要とすることができる。

更に、 以上説明した形は主軸 1 1が多軸機械のようにストレート形の場合であ り、 ホルダ本体 1 2の後端にテーパシャンクを設けることにより、 マシニングセ ンタにも適応させることが可能となる。 産業上の利用可能性

本発明に係る工具着脱装置は、 第 2の操作環を把持してホルダ本体を機械主軸 に着脱できるので、 その操作を簡単に行うことが可能となる。 また、 第 2の操作 部を把持して機械主軸にホルダ本体を押し込むので、 工具による負傷を防止でき る。

更に、 第】の操作環が付勢手段の付勢力によって後方に摺動した際に、 第 1の 操作環が転動部材を外方に押圧し、 転動部材がスぺーサを後方に押圧すると共に 第 2の操作環を前方に押圧するので、 機械主軸にホルダ本体を強固に装着するこ とが可能となる。

そして、 ホルダ本体が回転した際の転動部材の遠心力によって、 転動部材がス ぺーサを後方により強く押圧すると共に第 2の操作環を前方により強く押圧する ため、 主軸にホルダ本体をより強固に装着することが可能となる。

Claims

言青求の範 HI

1 . 前部に工具を保持し後部を機械主軸の嵌合孔に嵌合し中間部にフラン ジ部を有するホルダ本体と、 フランジ部の前方の外周に摺動自在に設けた第 1の 操作環と、 第】の操作環の外周にスぺ一サを介して設け機械主軸の係止部に係止 する係止爪を有する第 2の操作環と、 第 1の操作環を後方に付勢する付勢手段と を備えた工具着脱装置であって、 フランジ部には上下の切欠きと左右の切欠きを 設け、 第 1の操作璟の後部には後方に向かって内方に傾斜する第 1のテーパ部を 設けると共に、 第 1のテーパ部の後部には前記左右の切欠きを通って機械主軸の キー溝に嵌合するキー部を設け、 スぺ一ザの前部には軸方向に略直角な前面を設 けると共に後部には前記上下の切欠きに嵌合する突起を設け、 第' 2の操作環の内 面前部には前方に向かって内方に傾斜する第 2のテーパ部を設け、 第 1の操作環 の第 1のテニパ部とスぺーザの前面と第 2の操作環の第 2のテーパ部との間に多 数の転動部材を配置したことを特徴とする工具着脱装置。

2 . 前記上下の切欠きと左右の切欠きの深さが異なるようにした請求項 1 に記載の工具着脱装置。

3 . スぺーザには前記転動部材が前記左右の切欠きから抜け出ることを規 制するス卜ッパ部を一体又は別体に設けた請求項 1 又は 2に記載の工具着脱装 置。

4 . 第 1の操作環の第 1のテーパ部の傾斜角度と、 第 2の操作環の第 2の テーパ部の傾斜角度と、 前記付勢手段の付勢力とを変化させることにより、 第 2 の操作環の係止爪の係止力を調整した請求項 1〜3のうちの何れか 1つの請求項 に記載の工具着脱装置。

5 . 第 2の操作環の外周に第 3の操作環を設け、 第 2の操作環の外面には 軸方向に向かい後緣に開口するキー溝を形成すると共に、 第 3の操作環の内面に は前記キー溝に嵌合するキー部を設けた請求項 1〜4のうちの何れか 1つの請求 項に記載の工具着脱装置。