この発明は、例えば立形複合旋盤等の工作機械において、主軸装置に回転工具を取り付けるために用いられる主軸アタッチメントに関する。

工作機械の主軸アタッチメントとして、下記の特許文献1に示すように、主軸頭に主軸軸線周りに回転自在に連結されかつ回転工具を装備可能であるアタッチメント本体と、アタッチメント本体の主軸軸線周りの回転を拘束するように主軸頭にアタッチメント本体を結合している結合機構と、主軸頭にアタッチメント本体を主軸軸線方向に押圧させるようにアタッチメント本体に弾性力を作用させている圧縮ばねと、結合機構の結合を解除するように圧縮ばねの弾性力に抗して主軸頭からアタッチメント本体を離隔させる方向にアタッチメント本体をプレスするプレス手段と、主軸の回転を、常時、アタッチメント本体に装備した回転工具に伝達し、かつ、主軸の回転を、結合機構の結合を解除したときに、アタッチメント本体に伝達する伝達手段とを備えているものが知られている。 アタッチメント本体には、保持筒が、主軸軸線と同心状に支持されており、保持筒の軸線上をプルスタッド軸がのびている。プルスタッド軸の先端に、ドローバーのコレットにクランプされたプルスタッドが設けられている。圧縮ばねは、プルスタッド軸の基端に設けられたばね受けと、保持筒の内面にプルスタッド軸の長さの中程を取り囲むように設けられた環状ばね押えとの間に介在させられている。 また、保持筒の外面に駆動歯車が設けられているとともに、駆動歯車に噛み合わされた従動歯車が、回転工具を回転させるためのアタッチメント軸に設けられている。主軸の軸孔周面と合致させられた外面を有する筒状アーバーが、プルスタッド軸に、軸方向相対的移動自在かつ保持筒に主軸軸線周りの回転は拘束するが、主軸軸線方向の相対的移動は自由とするように連結されている。アーバーは、円環状フランジを有しており、フランジに、ドライブキー溝および旋回キーがフランジ周方向に間隔をおいて形成されている。前記の伝達手段は、主軸の先端面に設けられかつドライブキー溝に常時はめ入れられているドライブキーと、アタッチメント本体に設けられかつ結合機構の結合を解除したときに、旋回キーをはめ入れる旋回キー溝とを備えている。

ここで、工作機械の工具保持用ツーリングシステムとしては、いわゆるBTシャンクと称されるテーパ面のみでシャンク部を拘束するロングテーパシャンクが一般に採用されていたが、近年、例えばCAPTO(登録商標)やHSKといったテーパ面およびフランジ端面でシャンク部を拘束する2面拘束形ツールシャンクも増加している。 BTシャンクの場合、そのシャンク部の先端に取り付けられたプルスタッドが、ドローバーのコレットにクランプされて引き込まれることにより、主軸に結合されるようになっている。これに対して、2面拘束形ツールシャンクは、シャンク部が中空状となされていて、その内面側がドローバーのクランプ手段によりクランプされて引き込まれることにより、主軸に結合される。

特開2012−135831号公報

しかしながら、上述した従来の主軸アタッチメントでは、主軸に結合される部分が、プルスタッド軸とアーバーとで構成されており、このような分割構造では内面側でクランプすることができないので、2面拘束形ツールシャンクに対応した結合部を有する主軸には装着することができなかった。

この発明の目的は、主軸の結合部が2面拘束形ツールシャンクに対応した構造のものであっても、同主軸に装着して使用することができる、工作機械の主軸アタッチメントを提供することにある。

この発明による工作機械の主軸アタッチメントは、 主軸頭の端面に結合機構によって解除可能に結合されることにより主軸軸線周りの回転が拘束されるアタッチメント本体と、 アタッチメント本体内に軸線周りに回転可能に設けられかつ先端部に回転工具が装着されるアタッチメント軸と、 アタッチメント本体内に主軸軸線の延長上に位置する軸線周りに回転可能に設けられかつ伝動機構を介してアタッチメント軸に連結されている保持筒と、 保持筒にスプライン結合されかつ先端部が主軸軸孔に挿入されてドローバーのクランプ機構によりクランプされるシャンク部材と、 アタッチメント本体が主軸頭の端面に結合された状態では主軸の回転をアタッチメント本体に伝達せず、アタッチメント本体の結合が解除されたときに主軸の回転をアタッチメント本体に伝達する駆動切替機構とを備えており、 駆動切替機構が、シャンク部材にスプライン結合されかつ主軸端面に当接する当接部を有している可動部材と、アタッチメント本体に固定状に設けられている固定部材と、可動部材を主軸端面に向かって弾性的に付勢する第1付勢手段とよりなるものであって、互いに嵌め合せられる旋回キーおよび旋回キー溝のうちいずれか一方が可動部材に設けられ、同他方が固定部材に設けられており、アタッチメント本体の結合が解除された状態では、可動部材が、第1付勢手段によって、旋回キーおよび旋回キー溝が嵌め合せられる位置に付勢されており、アタッチメント本体が主軸頭の端面に結合された状態では、可動部材の当接部が主軸端面に当接して、可動部材が、第1付勢手段の付勢力に抗してアタッチメント本体に対して主軸端面と反対方向に相対移動させられることにより、旋回キーおよび旋回キー溝の嵌め合わせが外れるようになっているものである(請求項1)。 この発明の主軸アタッチメントによれば、主軸に結合される部分がシャンク部材によって構成されているので、主軸の結合部が2面拘束形ツールシャンクに対応した構造のものであっても、同主軸への装着が可能であり、また、可動部材、固定部材および第1付勢手段よりなる駆動切替機構により、主軸の回転をアタッチメント軸の先端部に装着された回転工具に伝達してワークの加工を行うモードと、主軸頭の端面との結合が解除されたアタッチメント本体に主軸の回転を伝達してアタッチメント本体を所望の割出角度に旋回させるモードとの間で、容易に切替を行うことができる。

この発明による工作機械の主軸アタッチメントにおいて、可動部材が、シャンク部材の外面にスプライン結合されている可動カラーよりなり、可動カラーの外周部に旋回キーが形成され、可動カラーの片面に主軸端面に向かってのびる突出部が形成され、突出部の先端が当接部となされており、固定部材が、アタッチメント本体の内面に固定状に設けられた固定カラーよりなり、固定カラーの内周部に旋回キー溝が形成されており、第1付勢手段が、可動カラーと保持筒の先端部との間に介在された第1圧縮ばねよりなる場合がある(請求項2)。 上記の場合、駆動切替手段が、可動カラー、固定カラーおよび第1圧縮ばねによって構成されているので、構造が単純化されて製造が容易となり、コストも抑えられる。

この発明による工作機械の主軸アタッチメントの好適な態様においては、保持筒内面の長さ中間部に環状内方突出部が形成され、シャンク部材の長さ中間部に、環状内方突出部に挿通可能な小径軸部が形成され、環状内方突出部とシャンク部材の基端部との間に、アタッチメント本体を主軸頭の端面に向かって弾性的に付勢する第2圧縮ばねが介在されている(請求項3)。 上記態様の主軸アタッチメントによれば、主軸頭の端面との結合が解除されたアタッチメント本体の荷重が、第1圧縮ばねによって受けられるので、アタッチメント本体を安定姿勢で旋回させることができる。

この発明による上記態様の工作機械の主軸アタッチメントにおいて、保持筒の環状内方突出部に、シャンク部材における小径軸部とそれよりも先端側部分との間の環状段差を受けて、シャンク部材のアンクランプ時の後退位置を規制する位置規制部が形成されているのが好ましい(請求項4)。 上記のような位置規制部が保持筒の環状内方突出部に形成されていれば、主軸の結合部が工具タタキ代の小さい2面拘束形ツールシャンクに対応した構造のものであっても、アンクランプ時のシャンク部材の位置が後退しすぎないように位置規制部によって規制されるので、主軸への結合を支障なく行うことが可能となる。

この発明の工作機械の主軸アタッチメントによれば、主軸の結合部が2面拘束形ツールシャンクに対応した構造を有している場合でも、同主軸に装着して回転工具によるワークの加工を支障なく行うことができる。

この発明による主軸アタッチメントのアタッチメント本体結合時の状態を示す垂直縦断面図である。

図1の要部拡大断面図である。

同主軸アタッチメントのアタッチメント本体結合解除時の状態を示す図2に相当する図である。

同主軸アタッチメントのアンクランプ時の状態を示す図2に相当する図である。

同主軸アタッチメントの可動カラーを示す斜視図である。

同主軸アタッチメントの固定カラーを示す斜視図である。

次に、この発明の実施形態を、図1〜図6を参照して説明する。 図1は、この発明による主軸アタッチメント(2)を、立形複合旋盤の主軸装置(1)に装着した状態を示すものである。

立形複合旋盤の主軸装置(1)は、垂直な主軸(11)と、主軸(11)を回転可能に支持している主軸頭(12)とよりなる。

主軸(11)は、2面拘束形ツールシャンクの1種であるCAPTO(登録商標)シャンクに対応した構造の結合部を有している。具体的には、主軸(11)の軸孔(13)の下端部に形成されているテーパ孔(131)が、CAPTO(登録商標)シャンクに対応するように、比較的緩い角度のショートテーパとなされている。また、軸孔(13)に収容されているドローバー(14)の下端部に、CAPTO(登録商標)シャンクの中空状ツールシャンク部の内面側をクランプするクランプ機構(15)が設けられている。

主軸頭(12)は、その下端面が主軸(11)の下端面よりも上方に位置するように設けられている。 主軸頭(12)には、後述する結合機構によるアタッチメント本体(20)の結合を解除するための押圧手段が設けられている。 押圧手段は、主軸頭(12)内に主軸(11)の軸線と同心状に形成されているシリンダ(16)と、シリンダ(16)に一部が上下摺動可能に嵌め入れられている略筒状のピストン(17)と、シリンダ(16)に圧油を供給してピストン(17)を昇降させる圧油供給手段(図示略)とよりなる。 ピストン(17)は、シリンダ(16)に嵌め入れられている上ピストン部(171)と、上ピストン部(171)の下面からシリンダ(16)の下壁を貫通して主軸頭(12)の下端面より突出するように下方にのびている下ピストン部(172)と、下ピストン部(172)の下面内周縁部から下方にのびているガイド筒部(173)とを有している。下ピストン部(172)およびガイド筒部(173)は、所定のクリアランスをあけて、主軸(11)の外周面下端部を取り囲むように設けられている。

主軸アタッチメント(2)は、主軸頭(12)の下端面に結合機構によって解除可能に結合されているアタッチメント本体(20)と、アタッチメント本体(20)内に主軸(11)軸線と直交する水平軸線周りに回転可能に設けられかつ先端部に回転工具(T)が装着されるアタッチメント軸(3)と、アタッチメント本体(20)内に主軸(11)軸線の延長上に位置する垂直軸線周りに回転可能に設けられかつ伝動機構を介してアタッチメント軸(3)に連結されている保持筒(4)と、保持筒(4)にスプライン結合されかつ上端部が主軸(11)の軸孔(13)に挿入されてドローバー(14)のクランプ機構(15)によりクランプされるシャンク部材(5)と、アタッチメント本体(20)が主軸頭(12)の下端面に結合された状態では主軸(11)の回転をアタッチメント本体(20)に伝達せず、アタッチメント本体(20)の結合が解除された状態ではアタッチメント本体(20)を旋回させるために主軸(11)の回転をアタッチメント本体(20)に伝達する駆動切替機構とを備えている。

アタッチメント本体(20)は、主軸(11)軸線と同心状である略垂直筒状のアタッチメント本体上部(21)と、主軸(11)軸線と直交する略水平筒状のアタッチメント本体下部(22)とを有している。 アタッチメント本体上部(21)の内周面には、下方に行くにつれて段階的に内径が小さくなるように、3つの水平環状の段差(211)(212)(213)が形成されている。 最上位の第1段差(211)は、ピストン(17)の下ピストン部(172)下端面を受ける受圧部となされている。 アタッチメント本体上部(21)の内周面のうち第1段差(211)と中間の第2段差(212)との間の部分は、ピストン(17)のガイド筒部(173)を案内するガイド面(214)となされている。

結合機構は、互いに噛み合わせられる第1噛合歯(121)および第2噛合歯(215)と、互いに係り合わせられる第1クランプ爪(174)および第2クランプ爪(216)とで構成されている。 第1噛合歯(121)は、主軸頭(12)の下端面に、主軸(11)軸線を中心とする円周上に一定のピッチで配列されるように、下向きに多数形成されている。第2噛合歯(215)は、アタッチメント本体上部(21)の上端面に、第1噛合歯(121)の配列と合致する配列で、上向きに多数形成されている。 第1クランプ爪(174)は、下ピストン部(172)の外周面下端部に、周方向に一定のピッチで配列されるように、径方向外向きに多数形成されている。第2クランプ爪(216)は、アタッチメント本体上部(21)の内周面における第1段差(211)よりも上方部分に、第1クランプ爪(174)の配列と合致する配列で、径方向内向きに多数形成されている。第2クランプ爪(216)は、アタッチメント本体(20)が所定の割出角度に旋回させられた状態において、隣り合う第1クランプ爪(174)どうしの間を上下方向に通過しうるようになっている。

アタッチメント軸(3)は、アタッチメント本体下部(22)の内周面に、軸受(B1)を介して水平状に取り付けられている。アタッチメント軸(3)の先端部は、アタッチメント本体下部(22)の一端開口を通じて外方に突出させられており、同先端部に回転工具(T)が着脱自在に装着されている。 アタッチメント軸(3)の基端部近傍には、伝動機構の一部をなす従動歯車(G1)が固定状に取り付けられている。

保持筒(4)は、アタッチメント本体上部(21)の内周面における最下位の第3段差(213)よりも下方部分に、軸受(B2)を介して取り付けられている。 保持筒(4)の下端部には、従動歯車(G1)と噛み合わせられて伝動機構を構成する駆動歯車(G2)が設けられている。 保持筒(4)内面の上端部には、第1スプライン部(41)が形成されている。 保持筒(4)内面の高さ中間部には、環状内方突出部(42)が形成されている。環状内方突出部(42)の上面には、その内周側部分に、筒状凸部(43)が形成されている。この筒状凸部(43)の上端面によって、シャンク部材(5)のアンクランプ時の下降位置(後退位置)を規制する位置規制部(44)が構成されている。 保持筒(4)上端面の外周縁部に、環状の立上り壁部(45)が形成されている。

シャンク部材(5)は、その上端部(先端部)に、主軸(11)のテーパ孔(131)に嵌め入れられるテーパシャンク部(51)と、テーパシャンク部(51)の下端に連なって径方向外方に突出するように形成されかつ上面が主軸(11)の下端面に当接させられるフランジ部(52)とを有している。 テーパシャンク部(51)は、上方開口筒状の凹所(511)を有しており、同凹所(511)の内周面に、クランプ機構(15)のクランプ爪(151)が係り止められる係止溝(512)が形成されている。 シャンク部材(5)の外周面の長さ中間部に、第1スプライン部(41)と嵌め合わせられる第2スプライン部(53)が形成されている。 シャンク部材(5)には、第2スプライン部(53)が形成されている部分と下端部(基端部)との間の部分に、保持筒(4)の環状内方突出部(42)に挿通可能な小径軸部(54)が形成されている。 シャンク部材(5)における小径軸部(54)とそれよりも上端側部分との間に、下向きの環状段差(55)が形成されている。シャンク部材(5)がアンクランプされた状態で、この環状段差(55)が環状内方突出部(42)上面の位置規制部(44)で受けられることにより、シャンク部材(5)の後退位置が主軸(11)の工具タタキ代の範囲内に収まるように規制される。 第2圧縮コイルばね(62)が、シャンク部材(5)の小径軸部(54)の周囲に緩く嵌められて、保持筒(4)の環状内方突出部(42)とシャンク部材(5)の基端部との間に介在されている。この第2圧縮コイルばね(62)により、アタッチメント本体(20)が上向きに付勢されている。

駆動切替機構は、シャンク部材(5)の外面にスプライン結合されている可動カラー(7)と、アタッチメント本体上部(21)の内面に固定状に設けられている固定カラー(8)と、可動カラー(7)を上向きに付勢している第1圧縮コイルばね(61)とよりなる。

図5に詳しく示すように、可動カラー(7)は、その内周縁から下方にのびる垂下筒部(71)を有している。垂下筒部(71)の内周面に、第3スプライン部(72)が形成されている。第3スプライン部(72)は、シャンク部材(5)外面におけるフランジ部(52)と第2スプライン部(53)との間の部分に形成された第4スプライン部(56)と嵌め合わせられている。 可動カラー(7)の外周縁部には、径方向外方に突出した2つの旋回キー(73)が、周方向に180°おきに形成されている。 可動カラー(7)の上面には、その幅中間部から上方にのびる筒状突出部(74)が形成されている。この筒状突出部(74)の上端が、主軸(11)の下端面に当接する当接部(741)となされている。

図6に詳しく示すように、固定カラー(8)は、その外周縁部から上下両方向に短くのびた周壁部(81)を有している。 この固定カラー(8)は、図1〜図4に示すように、周壁部(81)の下側部分が、アタッチメント本体上部(21)における第2段差(212)の外周縁部に形成された嵌入溝(217)に嵌め込まれて、その上面に嵌め込まれたリング状のストッパ(9)とともに、図示しない固定ボルト等によって、第2段差(212)に固定状に取り付けられている。 固定カラー(8)の内周縁部には、2つの旋回キー(73)とそれぞれ嵌め合わせられるように垂直方向にのびる2つの旋回キー溝(82)が、周方向に180°おきに形成されている。各旋回キー溝(82)の上端開口は、ストッパ(9)によって塞がれている。

第1圧縮コイルばね(61)は、可動カラー(7)の下面と保持筒(4)の上端面との間に介在させられており、可動カラー(7)を上向きに付勢している。 また、第1圧縮コイルばね(61)は、可動カラー(7)の垂下筒部(71)および保持筒(4)の立上り壁部(45)によって、上記位置から外れないように位置規制されている。

図4は、主軸アタッチメント(2)のアンクランプ時の状態を示している。 主軸アタッチメント(2)は、図示しないアタッチメント載置台の上に載置されており、主軸装置(1)と完全に切り離されている。 駆動切替機構の可動カラー(7)は、その上面の一部がストッパ(9)の下面に押し付けられるように、第1圧縮コイルばね(61)によって上向きに付勢されている。このとき、可動カラー(7)の旋回キー(73)は、固定カラー(8)の旋回キー溝(82)と嵌め合わせられている。これにより、アタッチメント本体(20)とシャンク部材(5)との相対回転が拘束されている。可動カラー(7)の筒状突出部(74)の上端、すなわち、当接部(741)は、シャンク部材(5)の上面よりも上方に突出している。

図1および図2は、主軸装置(1)に主軸アタッチメント(2)を取り付けて、回転工具(T)によりワークの加工を行うときの状態を示したものである。 アタッチメント本体上部(21)の上端面が、結合機構によって、主軸頭(12)の下端面に結合されており、これにより、アタッチメント本体(20)の主軸(11)軸線周りの回転が拘束されている。 より詳しく言うと、結合機構の第1噛合歯(121)および第2噛合歯(215)が、互いに噛み合わせられている。また、結合機構の第1クランプ爪(174)および第2クランプ爪(216)は、相互の回転方向の位置が一致させられており、第1クランプ爪(174)が第2クランプ爪(216)に下方から係り合わせられている。この際、シリンダ(16)内における上ピストン部(171)の下側スペースに圧油が供給されて、ピストン(17)がその昇降ストロークの上限近くに位置させられており、それによって第1クランプ爪(174)が第2クランプ爪(216)を下方から押圧している。 また、主軸(11)のテーパ孔(131)にシャンク部材(5)のテーパシャンク部(51)が挿入されて、テーパシャンク部(51)内側の係止溝(512)にドローバー(14)のクランプ機構(15)のクランプ爪(151)が係り止められ、この状態でドローバー(14)によりシャンク部材(5)が上方に引き込まれることにより、図1および図2に示すように、テーパシャンク部(51)がテーパ孔(131)に嵌め合わせられるとともに、シャンク部材(5)のフランジ部(52)上面が主軸(11)の下端面に当接させられる。 駆動切替機構の可動カラー(7)の当接部(741)は、シャンク部材(5)のフランジ部(52)上面が主軸(11)の下端面に当接する前に、主軸(11)の下端面に当接させられる。そして、この状態から、主軸アタッチメント(2)が更に上方に移動させられることで、第1圧縮コイルばね(61)が圧縮させられ、可動カラー(7)がアタッチメント本体(20)に対して主軸(11)端面と反対方向に相対移動させられる。これにより、可動カラー(7)および固定カラー(8)の位置が上下にずれて、旋回キー(73)と旋回キー溝(82)との嵌め合わせが外れる。 主軸(11)の回転は、シャンク部材(5)および保持筒(4)を介して、アタッチメント軸(3)に伝達され、回転工具(T)によりワークの加工が行われる。この際、主軸(11)の回転は、アタッチメント本体(20)には伝達されない。

図3は、アタッチメント本体(20)を旋回させるときの状態を示したものである。 図1および図2の状態から図3の状態に移行する場合、まず、シリンダ(16)内における上ピストン部(171)の上側スペースに圧油を供給して、ピストン(17)を降下させる。降下したピストン(17)は、その下ピストン部(172)の下端面で、アタッチメント本体(20)の受圧部(211)を押圧し、それによってアタッチメント本体(20)が降下させられる。アタッチメント本体(20)の降下に伴い、第1噛合歯(121)および第2噛合歯(215)の噛合が解除される。主軸頭(12)の下端面との結合が解除されたアタッチメント本体(20)は、主軸(11)の軸線周りに回転可能な状態となる。アタッチメント本体(20)の荷重は、第2圧縮コイルばね(62)によって受けられる。この第2圧縮コイルばね(62)の付勢力により、アタッチメント本体(20)の受圧部(211)はピストン(17)の下端面に押圧された状態に保持される。 一方、駆動切替機構では、アタッチメント本体(20)が降下することにより、可動カラー(7)および固定カラー(8)がほぼ同じレベルに位置させられ、旋回キー(73)と旋回キー溝(82)とが嵌め合わせられる。 これにより、主軸(11)の回転が、シャンク部材(5)、可動カラー(7)および固定カラー(8)を介して、アタッチメント本体(20)に伝達される状態となるので、主軸(11)を回転させて、アタッチメント本体(20)、ひいては回転工具(T)を所望の割出角度に旋回させることができる。

なお、上記の実施形態は、主軸(11)の結合部が、CAPTO(登録商標)シャンクに対応した構造のものであるが、CAPTO(登録商標)シャンク以外の2面拘束形ツールシャンク、例えばHSKシャンクに対応した結合部を有する主軸に対しても、上記と同様に、この発明による主軸アタッチメントを装着して使用することができる。 さらに、この発明による主軸アタッチメントは、主軸の結合部がBTシャンクに対応した構造のものである場合にも、同主軸に装着して使用することができる。

(1):主軸装置 (11):主軸 (12):主軸頭 (121):第1噛合歯(結合機構) (13):軸孔 (131):テーパ孔 (14):ドローバー (15):クランプ機構 (16):シリンダ (17):ピストン (174):第1クランプ爪(結合機構) (2):主軸アタッチメント (20):アタッチメント本体 (215):第1噛合歯(結合機構) (216):第2クランプ爪(結合機構) (3):アタッチメント軸 (4):保持筒 (42):環状内方突出部 (44):位置規制部 (5):シャンク部材 (51):テーパシャンク部 (52):フランジ部 (54):小径軸部 (55):環状段差 (61):第1圧縮コイルバね(第1付勢手段) (62):第2圧縮コイルバね(第2付勢手段) (7):可動カラー(可動部材) (73):旋回キー (741):当接部 (8):固定カラー(固定部材) (82):旋回キー溝 (G1):従動歯車(伝動機構) (G2):駆動歯車(伝導機構) (T):回転工具