JP4202151B2 - Spindle tool fixing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸の工具固定装置に関し、特に、ドローバーの引張り力を増力して工具把持用のコレットに伝達可能なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、工作機械の主軸に工具又は工具ホルダを固定する工具固定装置の多くは、主軸の中心部に配設されたドローバーと、このドローバーの先端側部分に連結され工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なコレットと、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向に付勢可能で且つドローバーを主軸先端側へ押動可能な駆動手段とを備えており、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ駆動したときに、コレットで工具又は工具ホルダの基端部を把持しつつこれら工具又は工具ホルダを主軸基端側へ引き込んで工具を主軸に固定するように構成されている。
【0003】
ここで、ドローバーの引張り力を増力してコレットに伝達する増力機構を備えた工具固定装置も提案されている。例えば、特許文献1に記載の工具固定装置においては、周方向に分割された複数の分割片からなるコレットと、このコレットに外嵌する筒体が設けられ、コレットの基端部の内外周部に形成された2つの傾斜面と、ドローバーの先端側部分及び筒状体の基端部に夫々設けられ前記コレットの2つの傾斜面に係合可能な傾斜状の2つの傾斜面とで増力機構が構成されている。そして、駆動手段によりドローバーが主軸基端側に引張られたときには、係合関係にある2組の傾斜面によりドローバーの引張り力が増力されてコレットに伝達され、工具又は工具ホルダがコレットの先端部により把持された状態で引き込まれて、工具又は工具ホルダが主軸に固定されるようになっている。
【0004】
尚、コレットを構成する複数の分割片は、コレットの基端部に設けられたコイルバネにより径方向内側へ付勢されており、コレットがドローバーと共にスムーズに移動できるように構成されている。さらに、コレットよりも先端側には、主軸基端側へ突出し且つ放射状に形成された複数のコレット拡開突起を有するセパレータが設けられており、駆動手段の油圧シリンダ等によりドローバーが主軸先端側へ押動されたときには、コレットの先端部がセパレータのコレット拡開突起により押しひろげられて、コレットによる工具又は工具ホルダの把持状態が解除される。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−76105号公報(第4−7頁、図1−9)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献1に記載の工具固定装置においては、コレットの基端部において増力機構によりドローバーの引張り力が増力されるとともに、コレットの先端部にその増力された力が伝達されて工具又は工具ホルダが把持される。従って、このコレットによる把持動作を繰り返すにつれ、コレットの先端部と基端部の間の途中部には繰り返し応力が作用するため、場合によってはコレットに疲労破壊が生じる虞もあり、耐久性の面で不利である。
【0007】
さらに、ドローバーを主軸先端側へ押動して工具又は工具ホルダの把持を解除する際に、コレットを筒体に対してスムーズに主軸先端側へ移動させるために、複数の分割片を径方向内側へ付勢するコイルバネが必要になり、部品数が増えて製作コスト的に不利である。また、機械加工の際に主軸が高速回転するときなどに、様々な要因によりコイルバネに局所的に大きな力が作用すると、コイルバネが容易に破断してしまう虞がある。さらに、工具又は工具ホルダの固定を解除する際にコレットの先端部を拡げるために、放射状に設けられた複数のコレット拡開突起を有する複雑形状のセパレータが必要になり、構造が複雑になるし、製作コスト的にも不利である。
【0008】
さらに、コレットがドローバーの先端側に位置する増力機構の一部を構成しているため、必然的にコレットの長さが大きくなってしまう。そして、強度確保の為、工具ホルダを把持するコレット先端部の拡開状態における径を大きくすれば、コレットの増力機構の一部を構成しドローバーと係合する部分の強度も確保するために、コレット全体の径を大きくしなければならず、工具固定装置が大型化してしまう。
【0009】
本発明の目的は、増力機構によりドローバーの引張り力を増力して工具を主軸に強力に固定可能に構成するとともにコレットの耐久性を向上させること、簡単な構造で工具又は工具ホルダの把持状態を解除可能に構成すること、等である。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸の先端部分に装着される工具又は工具ホルダを主軸に固定する工具固定装置であって、周方向に分割された複数のコレット分割体からなり工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なコレットと、主軸の中心部に配設されたドローバーと、このドローバーとコレットとを連動連結する連結機構と、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢可能で且つドローバーを主軸先端側へ押動可能な駆動手段とを備えた工具固定装置において、前記連結機構は、前記ドローバーの先端側にドローバーに対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つ主軸基端側へ一体的に移動可能にコレットに連結された内側伝達部材と、この内側伝達部材とドローバーの先端部に外嵌され且つドローバーの引張り力を内側伝達部材に伝達可能な外側伝達部材と、前記コレットと外側伝達部材が内嵌可能な筒体と、前記ドローバーの引張り力を増力して外側伝達部材に伝達する増力機構とを備えたことを特徴とするものである。
【0011】
この工具固定装置により、主軸に工具又は工具を保持する工具ホルダを固定する場合には、工具又は工具ホルダを主軸の先端部分に装着した状態で、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ引っ張る。すると、連結機構によりドローバーに連動連結されたコレットも主軸基端側へ駆動されて連結機構の筒体に内嵌され、コレットの先端部が径方向内側に移動して工具又は工具ホルダの基端部がコレットに把持される。
【0012】
このとき、ドローバーの引張り力は、増力機構により増力された後、ドローバーの先端部に外嵌された外側伝達部材と、コレットに連結された内側伝達部材を介してコレットに伝達される。従って、工具又は工具ホルダを把持した状態でコレットが主軸基端側に強力に引き込まれて、工具又は工具ホルダが主軸に強力に固定される。
【0013】
請求項2の主軸の工具固定装置は、請求項1の発明において、前記内側伝達部材は、冷却液を通す為の管部材に外嵌される筒状部材に形成されたことを特徴とするものである。管部材は、機械加工時に工具等を冷却する冷却液を工具へ供給する為のものであり、この管部材に内側伝達部材が外嵌されるため、主軸内のスペースを有効に利用して内側伝達部材を配設することができる。
【0014】
請求項3の主軸の工具固定装置は、請求項1又は2の発明において、前記外側伝達部材は、周方向に分割された複数の分割伝達部材からなることを特徴とするものである。従って、周方向に分割された複数の分割伝達部材により、ドローバーの引張り力を内側伝達部材に周方向に均等に伝達することができる。
【0015】
請求項4の主軸の工具固定装置は、請求項1〜3の発明において、前記ドローバーを主軸先端側へ押動するとき、外側伝達部材が筒体に内嵌することを特徴とするものである。ドローバーが主軸先端側へ押動されたときには、ドローバーとともに外側伝達部材も主軸先端側へ移動して、外側伝達部材が筒体に内嵌される。
【0016】
請求項5の主軸の工具固定装置は、請求項1〜4の発明において、前記増力機構は、外側伝達部材の基端部の内面部に形成され基端側程小径化するように傾斜した第1傾斜面と、外側伝達部材の基端部の外面部に形成され基端側程大径化するように傾斜した第2傾斜面と、ドローバーの先端側部分の外周部に形成され前記第1傾斜面に係合する第3傾斜面と、筒体の基端部の内周部に形成され前記第2傾斜面と係合可能な第4傾斜面とを有することを特徴とするものである。
【0017】
駆動手段によりドローバーが主軸基端側へ引張られると、外側伝達部材の第1傾斜面がドローバーの第3傾斜面に係合して、第1、第3傾斜面によりドローバーの引張り力が増力されて、径方向外向きの力として第1傾斜面から外側伝達部材に伝達される。さらに、外側伝達部材の第2傾斜面が筒体の第4傾斜面に係合して、ドローバーから外側伝達部材の第1傾斜面に伝達された力が、第2、第4傾斜面によりさらに増力されて、主軸先端方向の力として筒体に伝達される。従って、外側伝達部材は、筒体から前記の増力された力と同じ大きさで主軸基端方向の反力を受けることになり、この反力が内側伝達部材を介してコレットにも伝達されて、工具又は工具ホルダがコレットにより確実に把持されて主軸に固定される。
【0018】
請求項6の主軸の工具固定装置は、請求項1〜5の何れかの発明において、前記各コレット分割体の基端部のうちの前記筒体に臨む部分に前記筒体側へ突出する突出部を設け、前記筒体の内周部に内側へ突出する環状突出部を設け、駆動手段によりコレットが押出し側へ解除駆動された際に、複数の突出部と環状突出部の当接により、複数のコレット分割体の基端部を径方向内側に移動させることにより複数のコレット分割体の先端部を拡開させて、複数のコレット分割体を把持解除させることを特徴とするものである。
【0019】
駆動手段によりドローバーが主軸先端側へ押動され、それに伴ってコレットも押出し側へ駆動されると、コレット分割体の外周部に形成された突出部が、筒体の内周部に形成された環状突出部に当接する。このとき、環状突出部により複数のコレット分割体の基端部が径方向内側へ駆動されることになり、それに伴って、コレット分割体の先端部が径方向外側へ移動して拡開するため、複数のコレット分割体による工具又は工具ホルダの把持状態が解除される。
【0020】
請求項7の工具固定装置は、請求項3の発明において、前記複数のコレット分割体に主軸基端側へ突出する複数の第1の突出係合部を設けるとともに、前記複数の分割伝達部材に主軸先端側へ突出する第2の突出係合部を設け、前記内側伝達部材に周方向に複数の溝部を形成し、複数の溝部に複数の第1、第2突出係合部を係合させて複数のコレット分割体と複数の分割伝達部材とが内側伝達部材に対して周方向に移動しないように構成したことを特徴とするものである。
【0021】
従って、複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が、内側伝達部材に対して周方向に移動しないように規制されるため、これら複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が主軸の軸心に対して対称な位置に配設されることになり、主軸の高速回転時における振動を極力防止できる。
【0022】
請求項8の主軸の工具固定装置は、請求項3の発明において、前記内側伝達部材と外側伝達部材に、これら両部材を連動連結する係合機構を設け、前記係合機構は、内側伝達部材の外周部に形成した環状係合溝と、前記複数の分割伝達部材の先端部に夫々形成されて環状係合溝に係合する複数の係合部とを有することを特徴とするものである。従って、駆動手段によりドローバーが主軸基端側へ引張られると、ドローバーの引張り力が増力機構で増力されてから複数の分割伝達部材に伝達される。ここで、複数の分割伝達部材の係合部が内側伝達部材の環状係合溝に係合しているため、これら複数の分割伝達部材から増力された力が内側伝達部材に伝達される。
【0023】
請求項9の主軸の工具固定装置は、請求項8の発明において、前記環状係合溝は、ドローバーの軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、複数の係合部の内面部も、前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されて環状係合溝に係合するように構成されたことを特徴とするものである。従って、環状係合溝のうちの前記軸心を含む断面が円弧状に形成された部分に、同じく前記断面が円弧状に形成された複数の係合部が係合して、係合部と環状係合溝との間の面圧を小さくして耐久性を向上させることができる。従って、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ引張る方向に付勢したときに、係合部と環状係合溝とを係合させつつ外側伝達部材の基端部を径方向外側にスムーズに移動させることができる。
【0024】
請求項10の主軸の工具固定装置は、請求項1〜9の何れかの発明において、前記駆動手段は、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢する弾性付勢部材と、この弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動する流体圧シリンダとを有することを特徴とするものである。この弾性付勢部材の付勢力が増力機構により増力されてコレットに伝達されるため、比較的小型の弾性付勢部材でも工具又は工具ホルダを強力に主軸に固定できるし、弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動してコレットの把持状態を解除する流体圧シリンダを小型化することも可能になる。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、横型マシニングセンタの主軸ユニットに本発明を適用した一例である。尚、図1の上下左右を上下左右として以下説明する。
図1〜図4に示すように、主軸ユニット1は、主軸2と、この主軸2を回転駆動する駆動モータ12を含むハウジング3と、主軸2に工具5aを保持する工具ホルダ5を固定解除可能に固定する工具固定装置4とを有する。
【0026】
主軸2の先端部分には、先端側程大径化するテーパ状のホルダ保持部2aが形成され、このホルダ保持部2aには、工具ホルダ5の基端側部分に形成されたテーパ状のシャンク部5bが係合可能である。主軸2は、ハウジング3内に配設されて、主軸2の両端側部分がベアリング10,11によりハウジング3に回転自在に支持されている。ハウジング3のモータ収容部には、ハウジング3に対して主軸2を回転駆動する駆動モータ12が組み込まれている。
【0027】
主軸2の内部には、前述のホルダ保持部2aとこのホルダ保持部2aの右端に連なる収容孔2bとが直列状に形成されている。工具ホルダ5は、ホルダ保持部2aに内嵌可能なシャンク部5bと、このシャンク部5bの基端部に形成された小径軸部5c及び被係合部5dと、シャンク部5bの先端側に形成され工具5aの交換時に図示しない自動工具交換装置により把持される大径の把持部5eとを有する。工具ホルダ5を主軸2に装着した状態では、シャンク部5bがホルダ保持部2aに密着状に係合し、被係合部5dが収容孔2bの先端部に臨む状態となる。そして、収容孔2bには、後述のドローバー21等、工具固定装置4の主要部が収容される。
【0028】
次に、工具固定装置4について説明する。
図1〜図7に示すように、工具固定装置4は、周方向に分割された4つのコレット分割体30からなり工具ホルダ5の基端部を把持可能なコレット20と、主軸2の中心部に配設されたドローバー21と、このドローバー21とコレット20とを連動連結する連結機構22と、ドローバー21を主軸2の基端側へ引張る方向へ付勢可能で且つドローバー21を主軸2の先端側へ押動可能な駆動機構23とを備えている。尚、ここで、図1〜図7は、主軸2の軸心よりも下側の断面が、上側の断面よりも周方向に45度ずれた面で切断した状態を示す断面図である。
【0029】
まず、コレット20について説明する。
図6〜図8に示すように、コレット20は、ホルダ保持部2aの右側において収容孔2b内に配設されている。図8(a)に示すように、コレット20の4つのコレット分割体30は周方向に並べて配設され、各コレット分割体30は側面視で略円弧状に形成されている。そして、これら4つのコレット分割体30は、夫々同様の構成を有するので、そのうちの1つについて以下説明する。
【0030】
図8に示すように、コレット分割体30の先端部には、径方向内側へ突出し工具ホルダ5の基端部の被係合部5dに係合して工具ホルダ5を把持する把持部30aと、把持部30aのすぐ右側の位置において径方向外側へ突出する突出部30bが形成されている。コレット分割体30の左右方向途中部の内側部分には、後述の連結機構22の内側伝達部材40の環状突出部45と係合する段部30cが形成され、コレット分割体30の右半部の内周部には、右方ほど径拡大側へ傾斜する傾斜面30dが形成されている。さらに、図6、図7に示すように、コレット分割体30の右端部(基端部)のうちの後述の第1筒体55に臨む部分には、第1筒体55側へ部分的に突出する鋼球31(突出部に相当する)が装着されている。
【0031】
さらに、各コレット分割体30には、その基端から右方(主軸基端側)へ突出する突出係合部30e(第1突出係合部)が形成されており、図8(a)に示すように、4つのコレット分割体30の4つの突出係合部30eは、周方向に90度ずれた位置に夫々設けられている。そして、図5〜図7に示すように、これら4つの突出係合部30eは、後述の連結機構22の内側伝達部材40に形成された4つの溝部46aに夫々係合し、4つのコレット分割体30は、内側伝達部材40に対して周方向に移動しないように規制されている。
【0032】
次に、ドローバー21について説明する。
図1〜図7に示すように、ドローバー21の先端側部分は、収容孔2bに装着された筒状部材32に摺動自在に内嵌され、さらに、ドローバー21の基端側部分に形成された環状のバネ受け部21aが収容孔2bに摺動自在に内嵌され、ドローバー21は収容孔2b内において主軸2に対して左右方向に相対移動可能に配設されている。このドローバー21の先端部には、後述の内側伝達部材40を部分的に収容する収容凹部21bと、この収容凹部21bの右端に連通するバネ収容孔21cが形成されている。ドローバー21の先端側部分のうち、収容凹部21bよりもやや右側部分の外周部には、後述の外側伝達部材41の第1傾斜面60に係合する第3傾斜面62が形成されている。ドローバー21の先端側には冷却液を通す為の管部材33が配設され、バネ収容孔21cには、管部材33が工具ホルダ5の基端に当接するように管部材33を左方へ付勢するコイルバネ34が配設されている。
【0033】
次に、連結機構22について説明する。
連結機構22は、ドローバー21の先端側にドローバー21に対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つ右方(主軸2の基端側)へ一体的に移動可能にコレット20に連結された内側伝達部材40と、この内側伝達部材40とドローバー21の先端部に外嵌され且つドローバー21の引張り力を内側伝達部材40に伝達可能な外側伝達部材41と、内側伝達部材40と外側伝達部材41を連動連結する係合機構42と、コレット20と外側伝達部材41が内嵌可能な筒体43と、ドローバー21の引張り力を増力して外側伝達部材41に伝達する増力機構44とを備えている。
【0034】
図6、図7、図9に示すように、内側伝達部材40は、冷却液を通す為の管部材33に外嵌される筒状部材に形成され、内側伝達部材40の右側1/3部分は、ドローバー21の先端部に形成された収容凹部21bに摺動自在に内嵌されている。図9に示すように、内側伝達部材40には、径方向外側へ突出する3つの環状突出部45,46,47が間隔を空けて形成されている。最も左側に位置する環状突出部45は、4つのコレット分割体30の段部30cと係合可能である。
【0035】
真ん中に位置する環状突出部46の外周部には、図9(b)に示すように、8つの溝部46a,46bが周方向に等分された位置に形成されている。この8つの溝部46a,46bのうち、図8(b)における環状突出部46の上下左右の4箇所に形成された4つの溝部46aには、4つのコレット分割体30の突出係合部30eが夫々係合している。一方、4つの溝部46aと周方向に位相が45度ずれた位置に形成された4つの溝部46bには、後述の外側伝達部材41の4つの分割伝達部材50の突出係合部50aが夫々係合している。2つの環状突出部46,47の間において、内側伝達部材40の外周部には、後述の環状係合溝40aも形成されている。
【0036】
図6、図7、図10に示すように、外側伝達部材41は、周方向に分割された4つの分割伝達部材50からなり、図5に示すように、4つの分割伝達部材50が4つのコレット分割体30に対して周方向に45度ずれた位置に配設された状態で、外側伝達部材41は内側伝達部材40とドローバー21に外嵌されている。
【0037】
図10に示すように、各分割伝達部材50には、その先端から左方(主軸先端側)へ突出する突出係合部50a(第2突出係合部)が形成され、図10(a)に示すように、4つの分割伝達部材50の4つの突出係合部50aは、周方向に90度ずれた位置に夫々設けられている。そして、図5〜図7に示すように、これら4つの突出係合部50aは、内側伝達部材40の4つの溝部46bに夫々係合し、4つの分割伝達部材50は、内側伝達部材40に対して周方向に移動しないように規制されている。
【0038】
分割伝達部材50の先端部には、内側伝達部材40の環状係合溝40aに係合する係合部50bが径方向内側へ突出するように形成され、さらに、分割伝達部材50の先端部の外面部には、後述の筒体43の内面部に密着状に係合する係合部材51が装着されている。
【0039】
分割伝達部材50の右端部には、径方向外側及び径方向内側に夫々突出する傾斜面形成部50cが設けられている。外側伝達部材41における4つの傾斜面形成部50cの内面部の左側部分には、右方(基端側)程小径化するように傾斜した環状の第1傾斜面60が形成され、前記4つの傾斜面形成部50cの外面部の左側部分には、右方程大径化するように傾斜した環状の第2傾斜面61が形成されている。
【0040】
係合機構42は、内側伝達部材40の外周部に形成した環状係合溝40aと、4つの分割伝達部材50の先端部に夫々形成されて環状係合溝40aに係合する4つの係合部50bとを有する。図9(a)に示すように、環状係合溝40aは、ドローバー21の軸心を含む断面が一部円弧状に形成されている。一方、図10(b)に示すように、係合部50bの内面部も、前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されて環状係合溝40aに係合するように形成されている。そして、この係合機構42により内側伝達部材40と外側伝達部材41とが連動連結されるため、後述の駆動機構23により、ドローバー21が主軸2の基端側へ引っ張られると、ドローバー21の引張り力が外側伝達部材41から内側伝達部材40に伝達されて、内側伝達部材40と外側伝達部材41が一体的に右方へ移動する。
【0041】
図6、図7に示すように、筒体43は、収容孔2bに内嵌された第1筒体55及び第2筒体56からなる。第1筒体55の先端部は収容孔2bの先端部に形成された段部2cと係合し、第2筒体56の基端面は筒状部材32の先端面に当接しており、筒体43は主軸2に対して相対移動不能に収容孔2b内に配設されている。
【0042】
第1筒体55の基端側部分の内周部には、内側へ突出する環状突出部55aが一体的に設けられている。後述の駆動機構23によりドローバー21が先端側へ押動され、コレット20が左方へ押出されたときには、4つのコレット分割体30に設けられた4つの鋼球31が環状突出部55aに当接する。ここで、前述したように、コレット分割体30の右半部の内周部には、右方ほど径拡大側へ傾斜する傾斜面30dが形成されているため、コレット分割体30の基端部と内側伝達部材40との間に隙間が存在することになる。従って、図2に示すように、4つの鋼球31が環状突出部55aに当接したときには、4つのコレット分割体30の基端部が径方向内側に移動するとともに、コレット分割体30の先端部が第1筒体55から左方へ飛び出して、把持部30aが径方向外側へ移動してコレット20による工具ホルダ5の把持状態が解除される。
【0043】
第2筒体56の基端部の内周部には、外側伝達部材41に形成された第2傾斜面61と係合可能な第4傾斜面63が形成されている。また、筒状部材32の先端部には凹部32aが形成されており、駆動機構23によりドローバー21が主軸2の基端側に引っ張られたときに、外側伝達部材41の傾斜面形成部50cが径方向外側に移動できるようになっている。
【0044】
図6、図7、図11に示すように、増力機構44は、外側伝達部材41の基端部の内面部に形成された第1傾斜面60と、外側伝達部材41の基端部の外面部に形成された第2傾斜面61と、ドローバー21の先端側部分の外周部に形成され第1傾斜面60に係合する第3傾斜面62と、筒体43の基端部の内周部に形成され第2傾斜面61と係合可能な第4傾斜面63とを有する。
【0045】
外側伝達部材41の傾斜面形成部50cが第4傾斜面63よりも左側(前側)に位置している状態で、駆動機構23によりドローバー21が右方へ引っ張られると、外側伝達部材41の第1傾斜面60がドローバー21の第3傾斜面62と係合しているため、筒体43内で外側伝達部材41がドローバー21と一体的に右方へ移動する。しかし、図6に示すように、外側伝達部材41の傾斜面形成部50cが筒体43から右側へ飛び出すと、凹部32aの内側に形成された空間において傾斜面形成部50cが径方向外側へ移動できるようになり、ドローバー21が外側伝達部材41に対して相対的に右方へ移動することで、第3傾斜面62により4つの分割伝達部材50を回動させて、それらの傾斜面形成部50cを径方向外側へ移動させる。
【0046】
図7に示すように、傾斜面形成部50cが径方向外側へ移動して、傾斜面形成部50cの第2傾斜面61が筒体43の第4傾斜面63に係合すると、ドローバー21の引張り力が外側伝達部材41及び内側伝達部材40を介してコレット20に伝達される。このとき、第1傾斜面60と第3傾斜面62の係合関係、及び、第2傾斜面61と第4傾斜面63の係合関係により、ドローバー21の引張り力が増力されてコレット20に伝達される。
【0047】
即ち、図11に示すように、ドローバー21の第3傾斜面62から外側伝達部材41の第1傾斜面60に伝達されるドローバー21の引張り力をF0、第3傾斜面62における垂直抗力をN0、第1傾斜面60及び第3傾斜面62の傾斜角度をθ、第1傾斜面60と第3傾斜面62の間の摩擦係数をμとしたときに、傾斜面形成部50cを径方向外側へ押しひろげる力F1は、F1=N0cosθ−μN0sinθとなる。ここで、N0=F0/sinθである。
【0048】
そして、このF1が外側伝達部材41の第2傾斜面61から筒体43の第4傾斜面63に作用する。第4傾斜面63における垂直効力をN1、第2傾斜面61及び第4傾斜面63の傾斜角度をφとすると、筒体43に水平方向に作用する力F2は、F2=N1cosφ−μN1sinφとなる。ここで、N1=F1/sinφである。このF2と同じ大きさの右向きの力が筒体43からの反力として外側伝達部材41に作用し、内側伝達部材40を介してコレット20を筒体43内に引き込むことになる。
【0049】
ここで、例えば、θ=φ=28°、μ=0.15とすると、F2=2.995F0となる。従って、ドローバー21の引張り力が増力されてその約3倍の力がコレット20に作用することになるため、コレット20で把持した工具ホルダ5を強固にホルダ保持部2aに引きつけて工具ホルダ5を固定することができる。
【0050】
次に、駆動機構23について説明する。
図1〜図4に示すように、駆動機構23は、ドローバー21を主軸2の基端側へ引張る方向へ付勢するコイルバネ70(弾性付勢部材)と、このコイルバネ70の付勢力に抗してドローバー21を主軸2の先端側へ押動する油圧シリンダ71とを有する。コイルバネ70は、ドローバー21の左右方向途中部に外嵌され、収容孔2b内において筒状部材32とバネ受け部21aとの間に配設されている。油圧シリンダ71は、ドローバー21の基端部に連結されてドローバー21を左方へ押動可能に構成されている。この油圧シリンダ71は、一般的な構成を有するものであるため、詳細な説明は省略する。
【0051】
次に、工具固定装置4の作用について説明する。
工具5aを保持した工具ホルダ5をホルダ保持部2aに固定する場合には、図2に示すように、工具ホルダ5をホルダ保持部2aに装着した状態で、駆動機構23の油圧シリンダ71から油圧を排出して、コイルバネ70の付勢力によりドローバー21を右方へ引っ張る。すると、図3、図6に示すように、ドローバー21の引張り力が第3傾斜面62から外側伝達部材41に伝達される。さらに、係合機構42により外側伝達部材41が内側伝達部材40と連動連結されているため、ドローバー21の引張り力が内側伝達部材40に伝達されて、内側伝達部材40に連結されたコレット20の4つのコレット分割体30が右方へ移動する。
【0052】
このとき、4つのコレット分割体30の把持部30aが夫々筒体43内に引き込まれて、これら4つの把持部30aが径方向内側に移動して工具ホルダ5の被係合部5dに夫々係合し、これら4つの把持部30aにより工具ホルダ5の基端部が把持される。
さらに、駆動機構23によりドローバー21が右方へ引っ張られると、図7に示すように、外側伝達部材41の傾斜面形成部50cが筒体43の外側へ移動して、凹部32aの内側に形成された空間において傾斜面形成部50cが径方向外側へ移動できるようになるため、ドローバー21が外側伝達部材41に対して相対的に右方へ移動しつつ第3傾斜面62により4つの分割伝達部材50を回動させて、それらの傾斜面形成部50cを径方向外側へ移動させる。このとき、係合機構42において、内側伝達部材40の環状係合溝40aが、ドローバー21の軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、分割伝達部材50の4つの係合部50bの内面部も前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されているため、係合部50bと環状係合溝40aとが係合した状態で4つの分割伝達部材50の傾斜面形成部50cが径方向外側へ移動しやすくなっている。
【0053】
傾斜面形成部50cが径方向外側へ移動すると、傾斜面形成部50cの第2傾斜面61が筒体43の第4傾斜面63に係合して、ドローバー21の引張り力が外側伝達部材41及び内側伝達部材40を介してコレット20に伝達される。このとき、増力機構44において、第1傾斜面60と第3傾斜面62とが係合するとともに、第2傾斜面61と第4傾斜面63とが係合することで、ドローバー21の引張り力が増力されてコレット20に伝達されるため、コレット20で把持した工具ホルダ5を強固にホルダ保持部2aに引き込んで固定することができる。
【0054】
工具ホルダ5の固定を解除する場合には、駆動機構23の油圧シリンダ71に油圧を供給して、コイルバネ70の付勢力に抗してドローバー21を左方へ押動する。すると、図6に示すように、ドローバー21が外側伝達部材41に対して相対的に左方へ移動し、ドローバー21の先端が内側伝達部材40の環状突出部47に当接して、内側伝達部材40とコレット20も左方へ移動する。このとき、外側伝達部材41の傾斜面形成部50cが径方向内側へ移動し、外側伝達部材41は内側伝達部材40と一体的に左方へ移動して筒体43に内嵌する。そして、4つのコレット分割体30が左方へ移動してこれらコレット分割体30の先端部が第1筒体55から左方へ飛び出し、4つのコレット分割体30に設けられた4つの鋼球31が第1筒体55の環状突出部55aに当接すると、4つのコレット分割体30の基端部が径方向内側に移動するとともに把持部30aが径方向外側へ移動してコレット20による工具ホルダ5の把持状態が解除される。
【0055】
以上説明した工具固定装置4によれば、次のような効果が得られる。
1)ドローバー21に作用した駆動機構23による引張り力は、増力機構44により増力されてから、外側伝達部材41と内側伝達部材40の2つの部材を介してコレット20に伝達されるので、工具ホルダ5を固定する際又はその固定を解除する際に、これら2つの部材に無理な力が作用することがなく、疲労破壊も生じにくいため、耐久性に優れる。
【0056】
また、コレット20と増力機構44(外側伝達部材41)とを別々に構成することで、前記特許文献1に記載のコレットのようにコレットが不必要に長くならず、コレット20と外側伝達部材41を適切な長さに設定できる。さらに、工具ホルダ5を把持するコレット20の把持部30aの径と、ドローバー21の先端部に外嵌する外側伝達部材41の径とを夫々別々に適切な大きさに設定することができるため、コレット20と外側伝達部材41の強度を確保しつつ、工具固定装置4を小型化することも可能になる。
【0057】
2)内側伝達部材40は、冷却液を通す為の管部材33に外嵌される筒状部材に形成されたので、主軸2内のスペースを有効に利用して内側伝達部材40を配設することができ、主軸2を小型化することが可能になる。
【0058】
3)外側伝達部材41は、周方向に分割された4つの分割伝達部材50からなるので、駆動機構23によりドローバー21を主軸2の基端側へ引っ張ったときに、このドローバー21の引張り力をコレット20に周方向に均等に伝達することができる。
【0059】
4)増力機構44は、外側伝達部材41に形成された第1、第2傾斜面60,61と、ドローバー21の先端側部分に形成され第1傾斜面60に係合する第3傾斜面62と、筒体43の基端部に形成され第2傾斜面61に係合可能な第4傾斜面63を有し、駆動機構23によりドローバー21を主軸2の基端側へ引っ張ったときに、第1傾斜面60と第3傾斜面62とを係合させるとともに、第2傾斜面61と第4傾斜面63とを係合させることにより、ドローバー21の引張り力を増力することができるので、増力機構44の構造を簡単にすることができる。
【0060】
5)駆動機構23によりコレット20を押出し側へ解除駆動したときに、4つのコレット分割体30に装着された4つの鋼球31と筒体43の内周部に形成された環状突出部55aとを当接させることで、4つのコレット分割体30の基端部を径方向内側に移動させて4つのコレット分割体30を把持解除させるので、非常に簡単な構造でコレット20よる工具ホルダ5の把持状態を解除できる。
【0061】
6)係合機構42において、内側伝達部材40の環状係合溝40aは、ドローバー21の軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、環状係合溝40aに係合する外側伝達部材41の4つの係合部50bも前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されているため、従って、駆動機構23によりドローバー21を主軸2の基端側へ引っ張ったときに、係合部50bと環状係合溝40aとを係合させつつ外側伝達部材41の傾斜面形成部50cを径方向外側にスムーズに移動させることができる。
【0062】
7)4つのコレット分割体30に夫々形成された4つの突出係合部30eと、外側伝達部材41の4つの分割伝達部材50に夫々形成された4つの突出係合部50aが、内側伝達部材40に形成された溝部46a,46bに夫々係合し、4つのコレット分割体30及び4つの分割伝達部材50は、内側伝達部材40に対して周方向に移動しないように規制されるため、これら4つのコレット分割体30及び4つの分割伝達部材50が主軸2の軸心に対して対称な位置に配設されることになり、主軸2の高速回転時における振動を極力防止できる。さらに、ドローバー21の引張り力が、外側伝達部材41、内側伝達部材40、コレット20を介して工具ホルダ5に対して周方向に均等に伝達されるため、工具ホルダ5を確実にホルダ保持部2aに固定できる。
【0063】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成のものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
1]コレット20の複数のコレット分割体30及び外側伝達部材41の複数の分割伝達部材50の分割数は4つに限るものではなく、主軸2の径やドローバー21の引張り力の強さ等の種々の条件により、適宜変更してもよい。
2]コレット分割体30に設けられた鋼球31の代わりに、径方向外側へ突出する突出部をコレット分割体30に対して一体的に設け、突出部を筒体43の環状突出部55aに当接させて複数のコレット分割体30を把持解除させるように構成してもよい。
【0064】
3]前記実施形態においては、工具5aを保持する工具ホルダ5をコレット20で把持して工具5aを主軸2に固定するようになっているが、工具5aを直接コレット20で把持するように構成してもよい。
4]前記実施形態においては、筒体43は第1筒体55と第2筒体56の2つの部材で構成されているが、これら第1筒体55と第2筒体56を一体的に形成して筒体を1部材で構成してもよい。
【0065】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、ドローバーの引張り力は、増力機構により増力されて外側伝達部材に伝達され、さらに、外側伝達部材から内側伝達部材を介してコレットに伝達されるため、工具や工具ホルダを固定する際又はその固定を解除する際に、コレットに力を伝達するこれら2つの部材に無理な力が作用せず、疲労破壊も生じにくいため、耐久性に優れる。
【0066】
また、コレットと増力機構(外側伝達部材)を別々に構成することで、前記特許文献1に記載のコレットのようにコレットが不必要に長くならず、コレットと外側伝達部材を適切な長さに設定できる。さらに、工具又は工具ホルダを把持するコレットの径と、ドローバーの先端部に外嵌する外側伝達部材の径とを夫々別々に適切な大きさに設定することができるため、コレットと外側伝達部材の強度を確保しつつ、工具固定装置を小型化することも可能になる。
【0067】
さらには、コレットと増力機構(外側伝達部材)を別々に構成したことで、工具又は工具ホルダの脱着、ドローバーの駆動、コレットによる工具又は工具ホルダの把持動作及び把持解除動作等の、工具固定装置の種々の作動タイミングを最適な組み合わせで設定することが容易になり、機械加工全体のサイクルタイムを短縮することも可能になる。
【0068】
請求項2の発明によれば、内側伝達部材は、冷却液を通す為の管部材に外嵌される筒状部材に形成されたので、主軸内のスペースを有効に利用して内側伝達部材を配設することができ、主軸を小型化することが可能になる。
【0069】
請求項3の発明によれば、外側伝達部材は、周方向に分割された複数の分割伝達部材からなるので、駆動機構によりドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢したときに、これら複数の分割伝達部材を介してドローバーの引張り力をコレットに周方向に均等に伝達することができる。
【0070】
請求項4の発明によれば、ドローバーを主軸先端側へ押動するときに、ドローバーとともに外側伝達部材も主軸先端側へ移動させて、外側伝達部材を筒体に内嵌させることができる。
【0071】
請求項5の発明によれば、増力機構は、外側伝達部材に形成された第1、第2傾斜面と、ドローバーの先端側部分に形成され第1傾斜面に係合する第3傾斜面と、筒体の基端部に形成され第2傾斜面に係合可能な第4傾斜面とを有し、第1傾斜面と第3傾斜面とを係合させるとともに、第2傾斜面と第4傾斜面とを係合させることにより、工具固定時のドローバーの引張り力を増力することができるので、増力機構の構造を簡単にすることができる。
【0072】
請求項6の発明によれば、駆動手段によりコレットが押出し側へ解除駆動された際に、複数のコレット分割体の複数の突出部と筒体の内周部に形成された環状突出部とを当接させることにより、複数のコレット分割体の基端部を径方向内側に移動させて複数のコレット分割体を拡開させて、複数のコレット分割体を把持解除させることができ、非常に簡単な構造でコレットの把持状態を解除することができる。
【0073】
請求項7の発明によれば、内側伝達部材の複数の溝部に、複数のコレット分割体の複数の第1突出係合部と、複数の分割伝達部材の複数の第2突出係合部とが夫々係合し、複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が内側伝達部材に対して周方向に移動しないように規制されるため、これら複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が主軸の軸心に対して対称な位置に配設されることになり、主軸の高速回転時における振動を極力防止できる。
【0074】
請求項8の発明によれば、内側伝達部材と外側伝達部材に設けられた係合機構は、内側伝達部材の外周部に形成した環状係合溝と、複数の分割伝達部材の先端部に夫々形成されて環状係合溝に係合する複数の係合部とを有し、環状係合溝に複数の係合部が夫々係合して内側伝達部材と外側伝達部材とが連動連結されるので、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ引っ張る際に、内側伝達部材と外側伝達部材とを一体的に主軸基端側へ移動させてドローバーの引張り力をコレットに確実に伝達して、工具又は工具ホルダを強力に固定できる。
【0075】
請求項9の発明によれば、内側伝達部材の環状係合部が、ドローバーの軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、環状係合部に係合する外側伝達部材の複数の係合部も前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されているため、係合部が環状係合溝に係合した状態で、外側伝達部材を内側伝達部材に対してスムーズに移動させることが可能になる。
【0076】
請求項10の発明によれば、弾性付勢部材の付勢力が増力機構により増力されてコレットに伝達されるため、比較的小型の弾性付勢部材でも工具又は工具ホルダを強力に主軸に固定できるし、弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動してコレットの把持状態を解除する流体圧シリンダを小型化することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る主軸ユニットの縦断面図である。
【図2】主軸ユニット(固定解除状態)の要部の縦断面図である。
【図3】主軸ユニット(固定動作中)の要部の縦断面図である。
【図4】主軸ユニット(固定状態)の要部の縦断面図である。
【図5】工具固定装置の主要部の斜視図である。
【図6】図3の一部拡大図である。
【図7】図4の一部拡大図である。
【図8】コレットを示す図であり、(a)は右側面図、(b)は(a)のA−A線断面図である。
【図9】内側伝達部材を示す図であり、(a)は縦断面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。
【図10】外側伝達部材を示す図であり、(a)は左側面図、(b)は(a)のC−C線断面図である。
【図11】増力機構の作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
2 主軸
4 工具固定装置
5a 工具
5 工具ホルダ
20 コレット
21 ドローバー
22 連結機構
23 駆動機構
30 コレット分割体
30e 突出係合部
31 鋼球
33 管部材
40 内側伝達部材
40a 環状係合溝
41 外側伝達部材
42 係合機構
43 筒体
44 増力機構
46a,46b 溝部
50 分割伝達部材
50a 突出係合部
50b 係合部
55a 環状突出部
60 第1傾斜面
61 第2傾斜面
62 第3傾斜面
63 第4傾斜面
70 コイルバネ
71 油圧シリンダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tool fixing device for a spindle, and more particularly to an apparatus capable of increasing a pulling force of a draw bar and transmitting it to a collet for gripping a tool.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, many tool fixing devices for fixing a tool or a tool holder to a spindle of a machine tool are connected to a draw bar disposed at the center of the spindle and a distal end portion of the draw bar, and a base end of the tool or the tool holder. A collet that can grip the portion, and a drive means that can urge the draw bar in the direction of pulling the draw bar toward the main shaft base side and that can push the draw bar toward the main shaft tip side. When the tool is driven, the tool or tool holder is gripped by the collet while the tool or tool holder is pulled toward the spindle proximal end side to fix the tool to the spindle.
[0003]
Here, a tool fixing device provided with a force-increasing mechanism for increasing the tensile force of the draw bar and transmitting it to the collet has also been proposed. For example, in the tool fixing device described in Patent Document 1, a collet composed of a plurality of divided pieces divided in the circumferential direction and a cylindrical body that is externally fitted to the collet are provided, and inner and outer peripheral portions of the base end portion of the collet And two inclined surfaces formed on the front end side portion of the draw bar and the proximal end portion of the cylindrical body and capable of engaging with the two inclined surfaces of the collet. Is configured. When the draw bar is pulled to the main shaft proximal end side by the driving means, the pulling force of the draw bar is increased by the two sets of inclined surfaces in the engagement relation and transmitted to the collet, and the tool or tool holder is transferred to the tip of the collet. The tool or the tool holder is fixed to the main shaft by being pulled in while being gripped by.
[0004]
In addition, the some division | segmentation piece which comprises a collet is urged | biased to radial inside by the coil spring provided in the base end part of the collet, and it is comprised so that a collet can move smoothly with a draw bar. Furthermore, a separator having a plurality of collet expanding protrusions that protrude radially toward the main shaft proximal side and is radially formed is provided on the front end side of the collet, and the draw bar is moved to the main shaft front end side by a hydraulic cylinder or the like of the driving means. When pushed, the tip of the collet is pushed and expanded by the collet expanding protrusion of the separator, and the gripping state of the tool or tool holder by the collet is released.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-76105 (page 4-7, FIG. 1-9)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the tool fixing device described in Patent Document 1, the pulling force of the draw bar is increased by the force-increasing mechanism at the base end of the collet, and the increased force is transmitted to the tip of the collet so that the tool or tool holder Is gripped. Therefore, as the gripping operation by the collet is repeated, stress is repeatedly applied to the middle part between the tip end part and the base end part of the collet. In some cases, the collet may be subject to fatigue failure. It is disadvantageous.
[0007]
Furthermore, when the draw bar is pushed to the spindle tip side to release the grip of the tool or tool holder, a plurality of divided pieces are radially inward to smoothly move the collet to the spindle tip side with respect to the cylinder. This requires a coil spring to be biased, which increases the number of parts and is disadvantageous in terms of production cost. In addition, when a large force is locally applied to the coil spring due to various factors, such as when the main shaft rotates at a high speed during machining, the coil spring may be easily broken. Furthermore, in order to expand the tip of the collet when releasing the tool or the tool holder, a separator having a complicated shape having a plurality of collet expanding protrusions provided radially is required, and the structure becomes complicated. This is also disadvantageous in terms of production cost.
[0008]
Furthermore, since the collet constitutes a part of the force-increasing mechanism located on the leading end side of the draw bar, the length of the collet inevitably increases. And, in order to ensure the strength, if the diameter in the expanded state of the collet tip that grips the tool holder is increased, in order to ensure the strength of the part that constitutes a part of the collet boosting mechanism and engages the draw bar, The diameter of the entire collet must be increased, and the tool fixing device becomes larger.
[0009]
The purpose of the present invention is to increase the drawbar's pulling force by the force-increasing mechanism so that the tool can be strongly fixed to the main shaft and to improve the durability of the collet, and the gripping state of the tool or tool holder can be improved with a simple structure. It is configured to be releasable.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The tool fixing device for a spindle according to claim 1 is a tool fixing device for fixing a tool or a tool holder attached to a tip portion of a spindle of a machine tool to the spindle, and a plurality of collet divisions divided in the circumferential direction. A collet made of a body and capable of gripping the base end of a tool or tool holder, a draw bar disposed in the center of the main shaft, a coupling mechanism for interlockingly connecting the draw bar and the collet, and the draw bar to the main shaft base side In a tool fixing device having a driving means capable of being biased in a pulling direction and capable of pushing the draw bar toward the main shaft tip side, the coupling mechanism is moved relative to the draw bar at the tip end side relative to the draw bar in the axial direction. An inner transmission member that is connected to the collet so as to be movable integrally with the main shaft proximal side, and is externally fitted to the inner transmission member and the leading end of the draw bar and is pulled by the draw bar. An outer transmission member capable of transmitting a force to the inner transmission member, a cylindrical body into which the collet and the outer transmission member can be fitted, and a force-increasing mechanism for increasing the tensile force of the draw bar and transmitting it to the outer transmission member It is characterized by this.
[0011]
When the tool or the tool holder for holding the tool is fixed to the main shaft by the tool fixing device, the draw bar is pulled to the main shaft base end side by the driving means while the tool or the tool holder is mounted on the front end portion of the main shaft. Then, the collet interlocked to the draw bar by the coupling mechanism is also driven to the main shaft proximal end side, and is fitted into the cylindrical body of the coupling mechanism, and the distal end of the collet moves radially inward to the proximal end of the tool or tool holder The part is gripped by the collet.
[0012]
At this time, the pulling force of the draw bar is increased by the force-increasing mechanism, and then transmitted to the collet via the outer transmission member that is externally fitted to the tip of the draw bar and the inner transmission member that is connected to the collet. Accordingly, the collet is strongly pulled toward the main shaft proximal side while holding the tool or the tool holder, and the tool or the tool holder is strongly fixed to the main shaft.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a tool fixing device for a spindle according to the first aspect of the invention, wherein the inner transmission member is formed as a cylindrical member that is externally fitted to a pipe member for passing a coolant. It is. The pipe member is for supplying coolant to the tool to cool the tool during machining, and the inner transmission member is externally fitted to the pipe member. A transmission member can be provided.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the spindle fixing tool device according to the first or second aspect, wherein the outer transmission member includes a plurality of divided transmission members divided in the circumferential direction. Accordingly, the pulling force of the draw bar can be evenly transmitted in the circumferential direction to the inner transmission member by the plurality of divided transmission members divided in the circumferential direction.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the main shaft tool fixing device according to the first to third aspects of the present invention, wherein when the draw bar is pushed toward the front end side of the main shaft, the outer transmission member is fitted into the cylindrical body. . When the draw bar is pushed to the front end side of the main shaft, the outer transmission member also moves to the front end side of the main shaft together with the draw bar, and the outer transmission member is fitted into the cylinder.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the main shaft tool fixing device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the force-increasing mechanism is formed on the inner surface portion of the base end portion of the outer transmission member and is inclined so that the diameter decreases toward the base end side. The first inclined surface, the second inclined surface formed on the outer surface portion of the proximal end portion of the outer transmission member and inclined so as to increase in diameter toward the proximal end side, and the outer peripheral portion of the distal end side portion of the draw bar. It has a 3rd inclined surface engaged with an inclined surface, and a 4th inclined surface which is formed in the inner peripheral part of the base end part of a cylinder, and can be engaged with the said 2nd inclined surface. .
[0017]
When the draw bar is pulled toward the main shaft proximal side by the driving means, the first inclined surface of the outer transmission member is engaged with the third inclined surface of the draw bar, and the pulling force of the draw bar is increased by the first and third inclined surfaces. Then, it is transmitted from the first inclined surface to the outer transmission member as a radially outward force. Further, the second inclined surface of the outer transmission member is engaged with the fourth inclined surface of the cylindrical body, and the force transmitted from the draw bar to the first inclined surface of the outer transmission member is further increased by the second and fourth inclined surfaces. The force is increased and transmitted to the cylinder as a force in the direction of the tip of the main shaft. Therefore, the outer transmission member receives a reaction force in the main shaft proximal direction with the same magnitude as the increased force from the cylinder, and this reaction force is transmitted to the collet via the inner transmission member. The tool or tool holder is securely held by the collet and fixed to the main shaft.
[0018]
A tool fixing device for a spindle according to claim 6 is the one according to claims 1 to 5. Any In the invention, a base end portion of each collet divided body The cylindrical body at a portion facing the cylindrical body A projecting portion projecting to the side, an annular projecting portion projecting inward to the inner peripheral portion of the cylindrical body, and a plurality of projecting portions and an annular projecting portion when the collet is driven to be released to the extrusion side by the driving means. By moving the base end portions of the plurality of collet divided bodies radially inward by the contact, the front end portions of the plurality of collet divided bodies are expanded, and the plurality of collet divided bodies are released from gripping. To do.
[0019]
When the draw bar is pushed toward the main shaft tip by the driving means, and the collet is also driven to the extrusion side along with that, a protruding portion formed on the outer peripheral portion of the collet divided body is formed on the inner peripheral portion of the cylindrical body. Abuts against the annular protrusion. At this time, the base end portions of the plurality of collet divided bodies are driven radially inward by the annular projecting portion, and accordingly, the distal end portion of the collet divided body moves radially outward and expands. The gripping state of the tool or tool holder by the plurality of collet divided bodies is released.
[0020]
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention of the third aspect, the plurality of collet divided bodies are provided with a plurality of first projecting engaging portions projecting toward the main shaft base end side, and the plurality of divided transmission members are provided with the plurality of collet divided bodies. A second projecting engagement portion projecting toward the front end of the main shaft is provided, a plurality of groove portions are formed in the circumferential direction on the inner transmission member, and a plurality of first and second projecting engagement portions are engaged with the plurality of groove portions. Thus, the plurality of collet divided bodies and the plurality of divided transmission members are configured not to move in the circumferential direction with respect to the inner transmission member.
[0021]
Accordingly, the plurality of collet divided bodies and the plurality of divided transmission members are regulated so as not to move in the circumferential direction with respect to the inner transmission member. Therefore, vibrations during high-speed rotation of the main shaft can be prevented as much as possible.
[0022]
According to a eighth aspect of the present invention, there is provided the main shaft tool fixing device according to the third aspect of the invention, wherein the inner transmission member and the outer transmission member are provided with an engagement mechanism that interlocks and connects both the inner transmission member and the inner transmission member. An annular engagement groove formed on the outer peripheral portion of the plurality of split transmission members, and a plurality of engagement portions that are respectively formed at the distal ends of the plurality of split transmission members and engage with the annular engagement groove. . Therefore, when the draw bar is pulled toward the main shaft base end by the driving means, the pulling force of the draw bar is increased by the force-increasing mechanism and then transmitted to the plurality of split transmission members. Here, since the engaging portions of the plurality of split transmission members are engaged with the annular engagement grooves of the inner transmission member, the force increased from the plurality of split transmission members is transmitted to the inner transmission member.
[0023]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the tool fixing device for a main shaft according to the eighth aspect of the invention, wherein the annular engagement groove is formed such that a cross section including the axis of the draw bar is partially arcuate, and inner surfaces of the plurality of engagement portions are also formed. The cross section including the shaft center is partly formed in an arc shape so as to be engaged with the annular engagement groove. Accordingly, a plurality of engaging portions having the same cross section formed in an arc shape are engaged with a portion of the annular engagement groove including a cross section including the shaft center formed in an arc shape. Durability can be improved by reducing the surface pressure between the annular engagement grooves. Accordingly, when the draw bar is urged in the direction of pulling the main shaft proximal side by the driving means, the base end portion of the outer transmission member is smoothly moved radially outward while engaging the engaging portion and the annular engaging groove. Can be made.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a tool fixing device for a spindle according to any one of the first to ninth aspects. And a fluid pressure cylinder that pushes the draw bar toward the tip end side of the main shaft against the urging force of the urging member. Since the urging force of the elastic urging member is increased by the force-increasing mechanism and transmitted to the collet, the tool or tool holder can be firmly fixed to the main shaft even with a relatively small elastic urging member, and the elastic urging member It is also possible to reduce the size of the fluid pressure cylinder that releases the collet gripping state by pushing the draw bar toward the tip end side of the spindle against the force.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described. This embodiment is an example in which the present invention is applied to a spindle unit of a horizontal machining center. In the following description, the top, bottom, left, and right in FIG.
As shown in FIGS. 1 to 4, the spindle unit 1 can unfix the
[0026]
A tapered
[0027]
Inside the
[0028]
Next, the
As shown in FIG. 1 to FIG. 7, the
[0029]
First, the
As shown in FIGS. 6-8, the
[0030]
As shown in FIG. 8, the tip of the collet split
[0031]
Further, each collet divided
[0032]
Next, the
As shown in FIGS. 1 to 7, the distal end portion of the
[0033]
Next, the
The
[0034]
As shown in FIGS. 6, 7, and 9, the
[0035]
As shown in FIG. 9 (b), eight
[0036]
As shown in FIGS. 6, 7, and 10, the
[0037]
As shown in FIG. 10, each split
[0038]
An
[0039]
An inclined
[0040]
The
[0041]
As shown in FIGS. 6 and 7, the
[0042]
An annular projecting
[0043]
A fourth
[0044]
As shown in FIGS. 6, 7, and 11, the force-increasing
[0045]
In the state where the inclined
[0046]
As shown in FIG. 7, when the inclined
[0047]
That is, as shown in FIG. 11, the tensile force of the
[0048]
And this F 1 Acts on the fourth
[0049]
For example, if θ = φ = 28 ° and μ = 0.15, then F 2 = 2.995F 0 It becomes. Accordingly, since the pulling force of the
[0050]
Next, the
As shown in FIGS. 1 to 4, the
[0051]
Next, the operation of the
When fixing the
[0052]
At this time, the gripping
Further, when the
[0053]
When the inclined
[0054]
When releasing the fixation of the
[0055]
According to the
1) Since the pulling force by the
[0056]
Further, by separately configuring the
[0057]
2) Since the
[0058]
3) Since the
[0059]
4) The force-increasing
[0060]
5) When the
[0061]
6) In the
[0062]
7) Four projecting
[0063]
Next, modified embodiments in which various modifications are made to the embodiment will be described. However, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
1] The number of divisions of the plurality of collet divided
2] Instead of the
[0064]
3] In the above embodiment, the
4] In the above-described embodiment, the
[0065]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the pulling force of the draw bar is increased by the force-increasing mechanism and transmitted to the outer transmission member, and further transmitted from the outer transmission member to the collet via the inner transmission member. When the holder is fixed or released, an excessive force does not act on these two members that transmit a force to the collet, and fatigue failure is not likely to occur. Therefore, the durability is excellent.
[0066]
Further, by configuring the collet and the force-increasing mechanism (outer transmission member) separately, the collet does not become unnecessarily long like the collet described in Patent Document 1, and the collet and the outer transmission member have an appropriate length. Can be set. Furthermore, since the diameter of the collet that holds the tool or the tool holder and the diameter of the outer transmission member that is fitted around the tip of the draw bar can be set to appropriate sizes, respectively, the collet and the outer transmission member It is also possible to reduce the size of the tool fixing device while ensuring the strength.
[0067]
Furthermore, by separately configuring the collet and the force-increasing mechanism (outer transmission member), the tool fixing device can be used to attach and detach the tool or tool holder, drive the draw bar, and grasp and release the tool or tool holder using the collet. It becomes easy to set the various operation timings in an optimal combination, and the cycle time of the whole machining can be shortened.
[0068]
According to the second aspect of the present invention, since the inner transmission member is formed on the cylindrical member that is externally fitted to the pipe member for allowing the coolant to pass therethrough, the inner transmission member is effectively used by utilizing the space in the main shaft. The main shaft can be reduced in size.
[0069]
According to the invention of
[0070]
According to the invention of
[0071]
According to the invention of
[0072]
According to the invention of claim 6, when the collet is driven to be released to the extrusion side by the driving means, the plurality of projecting portions of the plurality of collet divided bodies and the annular projecting portion formed on the inner peripheral portion of the cylindrical body, The By abutting, the base end portions of the plurality of collet divided bodies can be moved radially inward to expand the plurality of collet divided bodies and release the plurality of collet divided bodies. It is possible to release the collet gripping state with a simple structure.
[0073]
According to the seventh aspect of the present invention, the plurality of first projecting engagement portions of the plurality of collet split bodies and the plurality of second projecting engagement portions of the plurality of split transmission members are provided in the plurality of groove portions of the inner transmission member. Since the plurality of collet divided bodies and the plurality of divided transmission members are regulated so as not to move in the circumferential direction with respect to the inner transmission member, the plurality of collet divided bodies and the plurality of divided transmission members are It will be arrange | positioned in the symmetrical position with respect to an axial center, and the vibration at the time of the high speed rotation of a main axis | shaft can be prevented as much as possible.
[0074]
According to the eighth aspect of the present invention, the engagement mechanisms provided in the inner transmission member and the outer transmission member are respectively formed in the annular engagement groove formed in the outer peripheral portion of the inner transmission member and the distal end portions of the plurality of divided transmission members. A plurality of engagement portions that are formed and engage with the annular engagement groove, and the plurality of engagement portions engage with the annular engagement groove to interlock the inner transmission member and the outer transmission member. Therefore, when pulling the draw bar to the main shaft base end side by the driving means, the inner transmission member and the outer transmission member are moved integrally to the main shaft base end side to reliably transmit the draw bar's tensile force to the collet. Alternatively, the tool holder can be fixed firmly.
[0075]
According to the ninth aspect of the present invention, the annular engagement portion of the inner transmission member is formed such that a cross section including the axis of the draw bar is partially arcuate, and the plurality of engagements of the outer transmission member engaged with the annular engagement portion. Since the cross-section including the shaft center is also partially arc-shaped at the joint portion, the outer transmission member is smoothly moved relative to the inner transmission member in a state where the engagement portion is engaged with the annular engagement groove. It becomes possible.
[0076]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a spindle unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part of a spindle unit (fixed release state).
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part of a spindle unit (during a fixing operation).
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a main part of a spindle unit (fixed state).
FIG. 5 is a perspective view of a main part of the tool fixing device.
6 is a partially enlarged view of FIG. 3;
7 is a partially enlarged view of FIG. 4;
8A and 8B are views showing a collet, where FIG. 8A is a right side view, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
9A and 9B are diagrams showing an inner transmission member, in which FIG. 9A is a longitudinal sectional view, and FIG. 9B is a sectional view taken along line BB of FIG.
10A and 10B are diagrams showing the outer transmission member, where FIG. 10A is a left side view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the operation of the force-increasing mechanism.
[Explanation of symbols]
2 Spindle
4 Tool fixing device
5a Tool
5 Tool holder
20 Collet
21 Drawbar
22 Linking mechanism
23 Drive mechanism
30 Collet division
30e Protruding engagement part
31 steel balls
33 Pipe members
40 Inner transmission member
40a Annular engagement groove
41 Outer transmission member
42 Engagement mechanism
43 cylinder
44 Booster mechanism
46a, 46b groove
50 Split transmission member
50a Protruding engagement part
50b engagement part
55a Annular protrusion
60 First inclined surface
61 Second inclined surface
62 3rd inclined surface
63 4th inclined surface
70 Coil spring
71 Hydraulic cylinder
Claims (10)
前記連結機構は、
前記ドローバーの先端側にドローバーに対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つ主軸基端側へ一体的に移動可能にコレットに連結された内側伝達部材と、
この内側伝達部材とドローバーの先端部に外嵌され且つドローバーの引張り力を内側伝達部材に伝達可能な外側伝達部材と、
前記コレットと外側伝達部材が内嵌可能な筒体と、
前記ドローバーの引張り力を増力して外側伝達部材に伝達する増力機構と、
を備えたことを特徴とする主軸の工具固定装置。A tool fixing device for fixing a tool or a tool holder mounted on a distal end portion of a main spindle of a machine tool to the main spindle, and comprising a plurality of collet division bodies divided in the circumferential direction and gripping a base end portion of the tool or the tool holder Possible collet, drawbar arranged in the center of the main shaft, a coupling mechanism that interlocks and connects the drawbar and collet, and the drawbar can be biased in the direction of pulling the main shaft to the main shaft, and the drawbar is at the front end of the main shaft In a tool fixing device comprising a drive means that can be pushed to the right,
The coupling mechanism is
An inner transmission member disposed on the distal end side of the draw bar so as to be movable relative to the draw bar in an axial direction and connected to a collet so as to be integrally movable toward the main shaft base end side;
An outer transmission member that is externally fitted to the inner transmission member and the tip of the draw bar and that can transmit the draw bar's tensile force to the inner transmission member;
A cylindrical body in which the collet and the outer transmission member can be fitted;
A force-increasing mechanism that increases the pulling force of the draw bar and transmits it to the outer transmission member;
A tool fixing device for a spindle, comprising:
駆動手段によりコレットが押出し側へ解除駆動された際に、複数の突出部と環状突出部の当接により、複数のコレット分割体の基端部を径方向内側に移動させることにより複数のコレット分割体の先端部を拡開させて、複数のコレット分割体を把持解除させることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の主軸の工具固定装置。Said protrusion protruding into the cylindrical body side portion facing the tubular body of the base end portion of the collet divided body is provided, an annular protrusion protruding inward at the inner circumferential portion of the cylindrical body,
When the collet is driven to be released to the extrusion side by the driving means, a plurality of collet divisions are performed by moving the base end portions of the plurality of collet divided bodies radially inward by contact of the plurality of protrusions and the annular protrusions. The spindle tool fixing device according to any one of claims 1 to 5, wherein a tip end portion of the body is expanded to release gripping of the plurality of collet divided bodies.
前記係合機構は、内側伝達部材の外周部に形成した環状係合溝と、前記複数の分割伝達部材の先端部に夫々形成されて環状係合溝に係合する複数の係合部とを有することを特徴とする請求項3に記載の主軸の工具固定装置。The inner transmission member and the outer transmission member are provided with an engagement mechanism that interlocks and connects these two members,
The engagement mechanism includes an annular engagement groove formed on the outer peripheral portion of the inner transmission member, and a plurality of engagement portions that are formed at the distal ends of the plurality of divided transmission members and engage with the annular engagement groove. The tool fixing device for a spindle according to claim 3, comprising:
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