CN103567794B - 工具保持件和工具保持件安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种当主轴旋转时实现两面定位状态的工具保持件和工具保持件安装结构。本发明的工具保持件安装结构，包括主轴（10）和工具保持件（20）。主轴具有顶端面（12b）和锥孔（11）。工具保持件具有锥柄部（21）和锷部端面（23）。在夹持状态下，在工具保持件的锷部端面和主轴的顶端面之间设置规定大小的间隙（D1）。由于该间隙的存在，在主轴的旋转状态下，主轴的锥孔随着主轴旋转的离心力而稍稍扩张，锥柄部进一步被向锥孔内牵引，工具保持件的锷部端面紧贴所述主轴的顶端面，与所述锥孔和所述锥柄部的紧密嵌合相辅，实现两面定位。

Description

工具保持件和工具保持件安装结构

技术领域

本发明涉及一种工具保持件安装结构和安装于旋转主轴的工具保持件，其中，所述工具保持件安装结构将设置有切削工具的工具保持件安装于具有自动工具交换装置的加工中心等工作机械的旋转主轴。

背景技术

例如，日本专利第2571325号公报（专利文献1）揭示了该种工具保持件安装结构。图4是对应所述公报的图5的附图，表示工具保持件安装于工作机械的主轴的结构。

用于具有自动工具交换装置的加工中心的工具保持件3包括锥柄部4和机械手（Manipulator）把持用锷5，用于工具自动交换的机械手把持用锷5邻接所述锥柄部4，并且与锥柄部4一体化形成。通过牵引螺栓向工作机械的主轴1的锥孔2内牵引并夹持所述工具保持件3。

根据JIS规格或ISO规格，使锥孔2和锥柄4的最大直径D、轴方向长度（基准尺寸）L等规格化，并且，预计一定程度的制作误差Δi，在主轴1的基准端面1a和工具保持件3的锷部5的端面5a之间设置规定的对向间隙Y并使其规格化。

根据上述结构，即使基准端面1a或锷部端面5a由于制作误差而向对向面稍稍突出，由于具有规定的对向间隙Y，因此基准端面1a和锷部端面5a不会相互抵接，能够使锥柄部4确实地紧密嵌合于锥孔2。

另一方面，由于切削负荷集中在锥柄部4，因此存在锥孔2和锥柄部4之间的紧贴面由于摩擦腐蚀现象等容易损耗的缺点。

为了解决上述缺点，可以形成以下结构，即，仅延伸对向间隙Y量的主轴1的基准端面1a和锷部端面5a，使锥孔2和锥柄部4互相紧密嵌合的同时，使基准端面1a和锷部端面5a互相紧贴。但是，由于容许存在制作误差Δi，例如主轴端面向前突出制作误差的量，在锥孔2和锥柄部4紧贴之前，主轴的端面将抵接工具保持件的锷部端面，因此锥孔和锥柄部之间将产生间隙，无法确实地向主轴安装工具保持件。

为了解决上述课题，日本专利第2571325号公报所揭示的发明提出了以下结构，即，比工业规格规定的容许制作误差Δi的数值多地分别延伸主轴侧端面和与其对向设置的锷部端面，并且，两延伸量α1、α2的和在所容许的对向间隙Y的数值范围内，所述主轴的侧端面和锷部端面互相向对向方向延伸并分别形成延伸端面，两延伸端面相互吻合，能够向主轴1安装工具保持件3。

在先技术文献

[专利文献1]日本专利第2571325号公报

发明内容

但是，日本专利第2571325号公报所揭示的发明并没有完全解决现有的课题。在所述公报中并未明确揭示，但向工作机械的主轴的锥孔内插入工具保持件时，在主轴端面和锷部端面之间需要存在间隙。其原因在于，在向锥孔内牵引并夹持工具保持件时，主轴产生弹性变形，比较插入时的位置，工具保持件将向轴方向被牵引0.01mm～0.03mm左右。

在插入工具保持件时，主轴端面和锷部端面之间存在间隙，在夹持状态下主轴端面紧贴锷部端面并且锥孔和锥柄部紧密嵌合的结构貌似较为理想，但实际上，该情况还存在有需要解决的课题。本发明的发明人以主轴随着主轴旋转的离心力产生的稍稍扩张为问题点。即，即使在夹持时实现两面定位状态，锥孔随着主轴旋转的离心力稍稍扩张，锥孔和锥柄部之间将产生细微的间隙。因此，当主轴旋转时，锥孔和锥柄部之间产生细微的间隙，仅有始终被向轴方向内侧牵引的工具保持件的锷部端面和主轴端面成为紧贴的端面紧贴状态。

本发明是鉴于以上的课题而创立的，其目的在于，提供一种在主轴旋转时实现两面定位状态的工具保持件安装结构。

本发明的工具保持件安装结构，包括工作机械的主轴和工具保持件。主轴具有顶端面和从该顶端面向轴方向内侧延伸的锥孔。所述工具保持件具有嵌合在所述主轴的锥孔内的锥柄部和与所述主轴的顶端面对向的锷部端面，在工具保持件的安装时，向锥孔内牵引工具保持件的锥柄部而将工具保持件夹持到主轴。

在向锥孔牵引工具保持件并夹持、并且主轴停止的状态下，在工具保持件的锷部端面和主轴的顶端面之间设置规定大小的间隙。由于所述规定大小的间隙的存在，当维持夹持状态并以通常的动作速度使主轴旋转时，主轴的锥孔随着主轴旋转的离心力而稍稍扩张，当锥孔和锥柄部之间产生细微的间隙时，始终受到向轴方向内侧的作用力的锥柄部将进一步被向锥孔内牵引，所述工具保持件的锷部端面紧贴所述主轴的顶端面，与所述锥孔和所述锥柄部的紧密嵌合相辅，实现两面定位。

优选的实施方式为，在完成操作后的所述两面定位状态下能够松开所述工具保持件的大小的范围内选择所述夹持状态下的所述工具保持件的锷部端面和所述主轴顶端面之间的间隙量。当间隙量过大时，例如由于切削时的切削热而主轴发热使锥孔较大地扩张，过度地向轴方向内侧牵引工具保持件的锥柄部，锥孔和锥柄部之间的结合力过强，自动工具交换装置进行交换操作时，将无法松开工具保持件。相反地，当间隙量过小时，锥孔和锥柄部无法紧密嵌合，仅有工具保持件的锷部端面和主轴顶端面之间成为端面紧贴状态。

优选在0.005mm～0.03mm的范围内选择夹持状态下的所述工具保持件的锷部端面和所述主轴顶端面之间的间隙量。主轴的旋转数例如大于等于500min^-1。

本发明的工具保持件，安装于锥孔在旋转时由于离心力而稍稍扩张的工作机械的主轴，具有锥柄部和锷部端面，其中，所述主轴具有顶端面和和从该顶端面向轴方向内侧延伸的所述锥孔，所述锥柄部嵌合于所述主轴的锥孔内，所述锷部端面与所述主轴的顶端面对向。其特征在于，在向主轴的锥孔内牵引并夹持所述锥柄部的状态下，所述锷部端面离开所述主轴顶端面并具有间隙，在所述主轴旋转的状态下，所述锷部端面紧贴所述主轴顶端面。

根据上述结构的工具保持件，当主轴旋转时，能够实现锥柄部的紧密嵌合和锷部端面的端面紧贴的两面定位。

附图说明

图1是表示向主轴的锥孔安装工具保持件的状态的截面图；

图2是表示向主轴的锥孔内牵引并夹持工具保持件的状态的截面图；

图3是表示主轴以通常速度旋转的状态的截面图；

图4是表示对应日本专利第2571325号公报的图5的图；

符号说明：

10、主轴

11、锥孔

12a、基准端面

12b、主轴延伸端面

20、工具保持件

21、锥柄部

22、锷部

23、锷部端面

30、牵引螺栓

具体实施方式

本发明特别适用于在主轴的锥孔内定位工具保持件的锥柄部的BT类型的工具保持件安装结构。

图1是表示向工作机械的主轴的锥孔安装工具保持件的状态的截面图。主轴10具有顶端面12a和锥孔11，其中，所述顶端面12a成为基准端面，所述锥孔11从顶端面12a向轴方向内侧延伸。

工具保持件20包括锥柄部21和锷部22，其中，所述锥柄部21嵌合于主轴10的锥孔11内，所述锷部22在工具自动交换时由机械手把持。所述锷部22具有与主轴10的顶端面12a对向的锷部端面23。

图1是表示向主轴10的锥孔11内插入安装工具保持件20的锥柄部21的状态。图1的状态表示利用牵引螺栓30，向锥孔11内牵引并夹持锥柄部21。图2是表示夹持后的状态。向主轴10的锥孔11内牵引并夹持工具保持件20的锥柄部21时，由于主轴10发生弹性变形，工具保持件20将比插入时的位置（图1所示的状态）向轴方向的内侧被牵引0.01mm～0.03mm左右。

如上所述，根据JIS规格或ISO规格，预计主轴或工具保持件的制作误差，在主轴10的基准端面12a和工具保持件20的锷部端面23之间设置规定的对向间隙并使其规格化。例如，BT30和BT40的对相间隙为2mm，BT50的对向间隙为3mm。

在使用时，为了实现主轴10的基准端面12a和工具保持件10的锷部端面23之间端面的紧贴状态，还有锥部分的紧密嵌合，例如，向锷部端面侧延伸主轴10的基准端面12a形成主轴延伸端面12b。主轴延伸端面12b的延伸量通过例如、[规格化的对向间隙]÷2-[夹持时的工具保持件的牵引量]来决定。如上所述，[夹持时的工具保持件的牵引量]为0.01～0.03左右。进而，对工具保持件20的锷部端面23也设置向主轴10的基准端面侧延伸的锷部延伸端面。其延伸量为例如以[规格化的对向间隙]÷2决定。像这样考虑到夹持时的工具牵引量地设置延伸端面，在向主轴安装工具保持件、进而向轴方向的内侧牵引并夹持工具保持件的状态下，能够实现主轴10的延伸端面和工具保持件20的锷部延伸端面之间的端面紧贴状态。

但是，向主轴牵引并夹持工具保持件10时能够实现端面紧贴状态的结构中，由于主轴以通常的动作速度旋转时受到离心力的影响，锥部分的紧密嵌合将被解除。本发明的发明人为了解决该课题，提出了下述的特有的结构。

在图1所示的状态，也就是向主轴10的锥孔11内插入工具保持件20的锥柄部21但并没有夹持的状态下，主轴10的延伸端面12b和锷部端面23之间存在间隙D0。所述间隙D0除了夹持时的工具保持件20的牵引量，还考虑到主轴旋转时锥孔的扩张而引起的工具保持件20的牵引量。

在图2所示的状态，也就是利用牵引螺栓30向主轴10的锥孔11内插入工具保持件20的锥柄部21并夹持的状态下，主轴10的延伸端面12b和锷部端面23之间存在间隙D1。所述间隙D1大于0但小于图1所示的间隙D0。所述间隙D1考虑到由于主轴旋转时锥孔的扩张而引起的工具保持件20的牵引量。

图2所示的在夹持状态下设置间隙D1是本发明的重要特征。随着工作机械的运转主轴10以通常的动作速度旋转时，由于离心力的影响，主轴10的锥孔11向直径的外侧方向稍稍扩大。因此，在图2所示的夹持状态下，即使消除间隙D1实现锥部分的紧密嵌合状态和端面部分端面的紧贴状态这两种状态（两面定位），当主轴10以通常的动作速度旋转时，锥部分的紧密嵌合解除，成为仅有端面部分的端面紧贴状态的一面定位。

本发明在图2所示的夹持状态，也就是向锥孔11内牵引工具保持件20并夹持、并且主轴10停止的状态下，在工具保持件20的锷部端面23和主轴10的延伸端面12b之间设置规定大小的间隙D1。间隙D1的大小通过以下方法选择，即，当主轴10以通常的动作速度旋转时，主轴的锥孔随着主轴旋转的离心力而稍稍扩张，锥孔和锥柄部之间的产生微小的间隙，由此，始终受到向轴方向内侧的作用力的锥柄部将进一步被向锥孔内牵引，工具保持件的锷部端面紧贴主轴的顶端面，能够实现锥部分的紧密嵌合状态和端面部分的端面紧贴状态这两种状态（两面定位）。

图3表示主轴10旋转，实现两面定位的状态。在图3所示的状态下，由于存在间隙D1，锥孔11随着主轴10的旋转产生的离心力而稍稍扩张，始终受到向轴方向内侧的作用力的锥柄部21将进一步被向锥孔11内牵引。在通常的动作时，能够实现主轴10的锥孔11和工具保持件20的锥柄部21之间的紧密嵌合状态，以及主轴10的延伸端面12b和工具保持件20的锷部端面23之间的端面紧贴状态的两面定位。

如BT规格，当主轴端面和锷部端面之间的对向间隙较大时，由于切削时的切削热而主轴发热使主轴的锥孔扩张，过度地向轴方向内侧牵引锥柄部21，锥孔11和锥柄部21之间的结合力过强。在此情况下，自动工具交换装置进行交换操作时，将无法松开工具保持件20。

在此，优选的实施方式为，在夹持状态下的工具保持件的锷部端面和主轴顶端面（延伸端面）之间的间隙量在加工操作完成后能够松开工具保持件的大小的范围内进行选择。相反地，如果在夹持状态下的锷部端面和主轴顶端面之间的间隙量过小，随着在加工动作时主轴旋转产生离心力的影响使锥孔扩大，锥孔和锥柄部无法紧密嵌合，仅有工具保持件的锷部端面和主轴顶端面之间成为端面紧贴状态。考虑到上述，夹持状态下的工具保持件的锷部端面和主轴顶端面之间的间隙量优选在0.005mm～0.03mm范围内进行选择。另外，主轴的旋转数为例如大于等于500min^-1。

为了实现主轴旋转时的两面定位，也可以使工具保持件单体成为规定的尺寸。也就是说，考虑到锥孔随着主轴10以通常的动作速度旋转时产生的离心力而稍稍扩张，对工具保持件单体做以下设计，即，在向主轴的锥孔内牵引并被夹持的状态下，锷部端面离开主轴的顶端面且两者间存在间隙，在主轴旋转的状态下，锷部端面与主轴的顶端面为紧贴状态。

另外，可以仅对主轴的基准端面设置延伸端面，也可以仅对锷部端面设置延伸端面，也可以对主轴的基准端面和锷部端面两者设置延伸端面。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限附图所示的实施方式。对于附图所示的实施方式，在与本发明的相同范围或均等范围内，能够追加各种修改或变形。

本发明能够有效适用于在加工操作时实现两面定位的工具保持件和工具保持件安装结构。

Claims (5)

1.一种工具保持件安装结构，其特征在于，

包括工作机械的主轴和工具保持件，其中，所述工作机械的主轴具有顶端面和从该顶端面向轴方向内侧延伸的锥孔，所述工具保持件具有嵌合在所述主轴的锥孔内的锥柄部和与所述主轴的顶端面对向的锷部端面，

在向所述锥孔内牵引所述锥柄部并向所述主轴夹持所述工具保持件的工具保持件安装结构中，在所述夹持状态下，所述工具保持件的锷部端面和所述主轴的顶端面之间具有规定大小的间隙，而所述规定大小的间隙因应于所述主轴的旋转状态下的所述主轴的锥孔的扩张，

由于所述规定大小的间隙的存在，在所述主轴旋转的状态下，主轴的锥孔随着主轴旋转的离心力稍稍扩张，所述锥柄部将被进一步向所述锥孔内牵引，所述工具保持件的锷部端面紧贴所述主轴的顶端面，与所述锥孔和所述锥柄部的紧密嵌合相辅，实现两面定位。

2.如权利要求1所述的工具保持件安装结构，其特征在于，

在完成操作后的所述两面定位状态下能够松开所述工具保持件的大小的范围内选择所述夹持状态下的所述工具保持件的锷部端面和所述主轴顶端面之间的间隙量。

3.如权利要求1或2所述的工具保持件安装结构，其特征在于，

在0.005mm～0.03mm的范围内选择所述夹持状态下的所述工具保持件的锷部端面和所述主轴顶端面之间的间隙量。

4.如权利要求1所述的工具保持件安装结构，其特征在于，

所述主轴的旋转数大于等于500min^-1。

5.一种工具保持件，安装于锥孔在旋转时由于离心力而稍稍扩张的工作机械的主轴，所述主轴具有顶端面和从该顶端面向轴方向内侧延伸的所述锥孔，其特征在于，

具有锥柄部和锷部端面，其中，所述锥柄部嵌合于所述主轴的锥孔内，所述锷部端面与所述主轴的顶端面对向，

在所述锥柄部被牵引至所述主轴的锥孔内而被夹持的状态下，所述工具保持件的所述锥柄部及所述锷部端面相对于所述锥孔及所述顶端面，具有实现规定动作的尺寸，

所述规定动作为：

在所述主轴为停止的状态下，所述锷部端面离开所述主轴顶端面并具有间隙，而所述间隙因应于所述主轴的旋转状态下的所述主轴的锥孔的扩张，

在所述主轴旋转的状态下，所述锥柄部被牵引至随着旋转的离心力稍稍扩张的所述锥孔内，而所述锷部端面紧贴所述主轴顶端面。