CN105171491A - 工具把持机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工具把持机构，该工具把持机构由工具支架和安装该工具支架的轴构成，且该轴固定于主轴装置的旋转轴。在工具支架以及轴的相互对置的面，多个磁铁分别以成对的方式配置在同心圆上，在工具支架相对于轴位于特定的相位时，该工具支架的磁铁与轴的磁铁互相吸附，在该相位工具支架相对于轴定位。

Description

工具把持机构

技术领域

本发明涉及用于把持机床的工具的工具把持机构。

背景技术

一般来说，在超精密加工机中，由于工具装卸时的精度、机械系统的大小等，工具自动更换系统不被采用。在进行光学部件的金属模加工的加工机中，一般利用一个工具进行加工，每次更换工具都进行工具的偏转调整或动平衡调整。

在超精密加工机所具备的流体轴承主轴安装有旋转工具。由于流体轴承主轴通过空气涡轮方式等高速旋转，所以主轴主体小型。因此，在主轴的轴设置复杂的工具更换的构造较困难。在超精密加工机的一部分中，工具更换采用了热压配合方式。但是，为此在机械内部或者周边设置接近500℃的热源，这从温度的稳定性方面来看不优选。特别是，在要求数纳米级的精度的超精密加工机中，工具更换难以采用热压配合方式。

另外，在超精密加工领域中，动平衡的调整在加工中很重要。在使主轴以每分钟数万转的旋转速度旋转来加工的情况下，偏转、振动对加工造成影响，所以需要进行数mg左右的平衡调整。因此，轴的偏移、工具的不平衡状态不能忽略。在超精密加工中经常使用的空气涡轮主轴中，在现状中无法自动地使工具和轴的相位一致，所以需要在将工具支架安装到轴后进行动平衡调整。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供在将工具支架安装到轴时，能够通过磁铁的配置使相位一致来安装的工具把持机构。

超精密加工机中的加工着眼于切削力小，在本发明中，采用利用磁铁的工具的装卸。在把持工具的工具支架和轴的各个对置的面设置磁铁，利用这些磁铁的吸引力把持工具支架。通过在工具支架的面将多个磁铁配置在圆周上，并且，在轴的面也将磁铁配置在圆周上，来确保针对轴的工具支架的吸引力，并且，在分别配置于工具支架以及轴的面的多个磁铁中，仅使一对与其他极性不同，从而使工具支架安装的相位确定。另一方面，在将工具支架从轴拆下的情况下，通过施加压力使空气等通过在轴内设置的孔来减弱磁力。

通过在超精密加工机搭载工具自动更换系统，能够自动地更换多个工具，所以能够实现长时间的加工。例如，能够自动地更换粗加工用的工具以及精加工用的工具，进行从粗加工到精加工连贯的加工。通过将多个磁铁配置成仅其中的一对与其他相反的极性，从而能够决定轴与工具支架的唯一的相位，所以通过利用预先使相位一致的工具支架和轴的组合进行平衡调整，从而在将工具支架安装到轴后，由于无需进行动平衡调整而能够立刻进行加工。

本发明提供的工具把持机构由能够安装工具的工具支架和安装该工具支架的轴构成，且该轴固定于主轴装置的旋转轴。上述工具支架以及上述轴具有相互对置的第一面以及第二面。并且，在上述工具支架的第一面配置至少两个磁铁，而且，该至少两个磁铁中的至少一个为与其他的磁铁不同的方向的磁极。另外，在上述轴的第二面，且在与配置于上述第一面的磁铁对应的位置，以在对该配置于第一面的磁铁吸引的方向上产生磁力的方式配置磁铁。

根据本发明，能够通过磁铁的配置来使这些轴和工具支架的相位一致而将工具支架安装到轴。另外，磁铁越大越多越增加吸引力，所以能够更强力地把持工具。另外，通过对配置在工具支架和轴的各个的面的多个磁铁准备仅其中一对与其他极性不同的组合(在轴的面将多个磁铁配置为，仅其中的一个使N极向上，其余为S极向上，在工具支架的面使多个磁铁为，仅其中的一个使S极向下，其余为N极向下。)，从而能够以唯一的相位的组合将工具支架结合到轴。这样，能够利用本发明提供的工具把持机构使工具和轴的相位一致，所以通过准备与工具的不平衡对应的工具支架，而不需要进行将工具支架安装到主轴之后的动平衡调整。

上述轴也可以经由流体轴承支承于主轴装置的旋转轴。根据该实施方式，通过轴被流体轴承(空气轴承等)的旋转阻力少的轴承支承，从而得到了轴通过磁力旋转这样的效果。在将工具支架自动地安装到轴时，在轴向工具支架接近时，轴通过该磁力旋转并在唯一的组合的相位停止，能够在工具支架与轴的相位一致的状态下安装。在空气涡轮主轴中机构部没有产生磁力的机构，无法定位固定，所以利用磁铁的定位有效。

也可以为上述工具支架以及上述轴具有成对的锥形状，将上述工具支架同轴地安装到上述轴。根据该实施方式，通过在工具支架和轴的双方设置锥形状，从而其锥形状部分成为引导，所以能够将工具支架同轴地安装到轴。

上述轴能够在与安装上述工具支架的面相反的一侧的端面具有朝向上述工具支架沿轴向贯通的贯通孔。根据该实施方式，通过在工具更换时从轴内的贯通孔的后方朝向工具支架施加空气等的压力，能够减弱工具支架与轴之间的磁力而容易分开。

配置于上述轴的第二面的磁铁能够相对于上述轴为轴对称。根据该实施方式，通过磁铁对于轴为轴对称，从而轴的不平衡的影响变少，不需要工具支架更换后的平衡调整。

通过本发明，能够提供在将工具支架安装到轴时，能够通过磁铁的配置使相位一致来安装的工具把持机构。

本发明的上述的以及其他的目的以及特征根据参照附图的以下的实施例的说明变得清楚。这些图中如下。

附图说明

图1是用于对构成本发明的工具把持机构的一个实施方式的工具支架和轴的各个的构造进行说明的剖视图。

图2是表示分别设置于工具支架和轴的多个磁铁中一对为与其他相反的极性的图。

图3是对在工具支架主体部和轴分别等间隔地将相同的形状的磁铁配置在同心圆上的例子进行说明的图。

图4是对使在工具支架和轴分别配置为定位用的一对磁铁的大小比其他大的例子进行说明的图。

图5是表示在轴和工具支架分别配置半月状的磁铁的例子的图。

图6是表示轴经由流体轴承能够旋转地支承于主轴装置的旋转轴的图。

图7是表示空气轴承的空气涡轮主轴(主轴装置)的内部构造的图。

图8是表示在工具支架和轴的接合部设置了锥形部的构造的图。

图9表示在工具支架2和轴3的接合部设置了锥形部的构造。

具体实施方式

使用图1对构成本发明的工具把持机构的一个实施方式的工具支架和轴的各个的构造进行说明。

把持工具1的工具把持机构由工具支架2和轴3构成，工具1安装于工具支架2。

工具支架2由工具支架主体部2d、以及在中心具有插入工具1的贯通孔2b的紧固部件2a构成。该紧固部件2a的贯通孔2b具有内径朝向工具支架主体部2d逐渐扩大的形状。另一方面，在紧固部件2a与贯通孔2b平行地设置有螺栓安装用的螺栓孔2c。另外，在工具支架主体部2d设置有爪部2e和贯通孔2f，还设置有用于固定安装于螺栓孔2c的螺栓的内螺纹(未图示)。由紧固部件2a的贯通孔2b和工具支架主体部2d的爪部2e形成楔构造。

对利用图1的工具支架2的工具1的把持进行说明。

首先，通过将工具支架主体部2d的爪部2e嵌合于紧固部件2a的贯通孔2b，来将紧固部件2a与工具支架主体部2d临时结合。接下来，将工具1插入紧固部件2a的贯通孔2b与工具支架主体部2d的贯通孔2f。将螺栓(未图示)安装到紧固部件2a的螺栓孔2c，通过紧固部件2a的贯通孔2b与工具支架主体部2d的爪部2e的楔构造将工具1固定于工具支架2。

轴3具备螺栓孔3a，通过螺栓(未图示)贯通该螺栓孔3a，从而固定于旋转驱动单元(未图示)的旋转轴。此外，在轴3设置有供工具1的端部插入的漏斗形状部3b。

在将工具支架主体部2d固定于轴3时对置的工具支架主体部2d的面和轴3的面分别安装有磁铁4a、5a、4b、5b。详细而言，在工具支架主体部2d的面，一个磁铁4a和多个磁铁5a配置于圆周上，在轴3的面，在与配置于工具支架主体部2d的面的磁铁4a、5a对应的位置，一个磁铁4b和多个磁铁5b也以在对磁铁4a、5a分别吸引的方向上产生磁力的方式配置于圆周上。

因此，在工具支架2与轴3之间，磁铁4a、5a与磁铁4b、5b的吸引力发挥作用，所以工具支架2向轴3的安装成为可能。在超精密加工机中切削力小，所以即使是通过磁铁4a、5a与磁铁4b、5b的结合也是足够的力，但是轴3的转速为每分钟数万转，所以优选磁铁4a、5a、4b、5b使用多个强力的钕磁铁。

图2是表示分别设置于工具支架2(工具支架主体部2d)和轴3的多个磁铁4a、5a、4b、5b中一对磁铁(设置于工具支架2的一个磁铁5a与设置于轴3的一个磁铁5b)为与其他的磁铁(磁铁4a、4b)相反的极性的图。即，设置于工具支架2的磁铁5a与设置于该工具支架2的其他的多个磁铁4a极性不同，设置于轴3的磁铁5b与设置于该轴3的其他的多个磁铁4b极性不同。

但是，如图3所示，若在工具支架主体部2d的面、在轴3的面均将多个相同的形状的(相同强度的)磁铁4a、5a、4b、5b等间隔地配置在同心圆上，则若工具支架2相对于轴3旋转位移一定角度，则成对的磁铁5a和磁铁5b也不能相互吸附，与其他的多个磁铁4b、4a的任一个排斥，其结果，不能进行工具支架2相对于轴3的定位。

即使在将磁铁4a、5a、4b、5b不等间隔地取随机的距离配置在同心圆上的情况下，在这些磁铁间的吸附比排斥多的情况下，工具支架2也在不是定位位置的位置与轴3结合。

图4是对使在工具支架2和轴3分别配置为定位用的一对磁铁的大小比其他大的实施方式进行说明的图。

配置于工具支架2的一个磁铁6a为比配置于该工具支架2的其他的多个磁铁7a磁力强(磁铁的形状大、或者磁力强)的磁铁，另外，配置于轴3的一个磁铁6b为比配置于该轴3的其他的多个磁铁7b磁力强(磁铁的形状大、或者磁力强)的磁铁。

如图4所示，在配置为定位用的一对磁铁6a、6b的大小比其他的磁铁7a、7b大的情况下，若工具支架2相对于轴3旋转位移一定角度从定位相位偏移，则此时的磁铁6a、6b在与其他的磁铁7a、7b之间产生排斥力，也不会利用磁铁6a和磁铁6b相互吸附。并且，如该图4所示，由于磁铁6a、7a、6b、7b未轴对称地配置，所以成为使固定轴3的主轴不平衡的重要因素，另外，吸附力也变弱。

图5表示在轴3和工具支架2分别配置半月状的磁铁8a、9a、8b、9b的例子。

若工具支架2相对于轴3从工具支架2的磁铁8a、9a与轴3的磁铁8b、9b对应的位置(定位的相位的位置)旋转一定角度，则成为磁铁8a、9a与磁铁8b、9b的吸附和排斥双方混合的状态，工具支架2成为对于轴3无法利用磁力结合的状态。

图6是表示轴经由流体轴承能够旋转地支承于主轴装置的旋转轴的图。

以工具支架的磁铁8a、9a与轴3的磁铁8b、9b相互产生排斥的方式将工具支架2相对于轴3定位，并且成为不旋转该工具支架2的状态，使该工具支架2接近被流体轴承支承的轴3，在工具支架2与轴3接合之前停止该工具支架2的接近。于是，在工具支架2的磁铁8a、9a与轴3的磁铁8b、9b之间吸引力较强地发挥作用的位置，轴3相对于工具支架2(保持为非旋转状态)旋转(箭头10所示的方向)，在轴3的旋转停止的状态下，工具支架2与该轴3结合(定位)。这样一来，工具支架2在定位的唯一的位置与轴3结合。

另外，能够在图6的轴3轴对称地配置多个磁铁，所以作为用于主轴的平衡、工具支架2的对轴3的定位的磁力也为理想的构造。在图6所示的轴3和工具支架2分别以图4或者图5所示的形态配置了磁铁8a、9a、8b、9b的情况下，也能够通过使工具支架2与轴3的相位一致来自动地更换安装了工具1的轴3。

通过该图6所示的构造，决定相位将加工用的工具1安装到工具支架2，预先准备粗加工用、精加工用等多个工具支架2。然后，使工具支架2与主轴的轴3的相位一致，并对于每一个预先进行主轴的动平衡调整。通过上述的磁铁的作用，工具支架2与轴3被结合，动平衡也调整完毕，所以能够在更换了工具支架2之后立刻开始加工。

若图6的工具支架2与轴3接近，则该轴3经由流体轴承能够旋转地支承于主轴装置的旋转轴，所以在分别设置于工具支架2和轴3的磁铁的吸引力产生的位置旋转。

如图5所示，在工具支架2与轴3的相对旋转的途中磁铁的吸附和排斥处于等分的情况下，在工具支架2与轴3的结合之前轴3的旋转暂时停止。因此，若在确认了轴3在该规定的定位的位置旋转之后将工具支架2与轴3结合，则能够进行工具支架2的对轴3的定位。

图7是表示空气轴承的空气涡轮主轴(主轴装置)的内部构造的图。

空气涡轮主轴20的旋转轴21被空气轴承23支承为能够旋转。轴3通过螺栓(未图示)固定于该旋转轴21的端面22。从空气轴承23排出的空气如图7的箭头24所示从涡轮用排气孔25向空气涡轮主轴20的外部释放。

具备了空气轴承23的空气涡轮主轴具有如下构造，即、来自空气轴承的空气如图8的箭头27所示，通过涡轮叶片26来通过涡轮用排气孔25。即使在驱动用涡轮停止时空气也流向涡轮。由此即使在涡轮停止时，也成为轴3自然旋转的状态。该自然地旋转的状态是容易通过磁力使相位一致的状态。

图9表示在工具支架2与轴3的接合部设置了锥形部的构造。

通过在工具支架2的工具支架主体部2d设置锥形部2g，能够将工具支架2与轴3同轴地连结。另外，在轴3设置有空气孔3c。在将工具支架2从轴3分开时，经由该空气孔3c将空气以箭头3d所示的方向供给至轴3内。被磁力吸附且工具支架主体部2d的锥形部2g嵌合于轴3的漏斗形状部3b的工具支架2无法从轴3简单地分开。因此，通过从外部对工具支架2施加力(从轴3内轴向地施加流体的压力、通过流体对设置于工具主体部2d与轴3的接合部2h的孔施加压力、或者用棒按压工具支架2等)，从而易于使轴3(漏斗形状部3b)从工具支架2(工具支架主体部2d的锥形部2g)分开。

Claims (5)

1.一种工具把持机构，由能够安装工具的工具支架和安装该工具支架的轴构成，且该轴固定于主轴装置的旋转轴，其特征在于，

上述工具支架以及上述轴具有相互对置的第一面以及第二面，

在上述工具支架的第一面配置至少两个磁铁，而且该至少两个磁铁中的至少一个为与其他的磁铁不同的方向的磁极，

在上述轴的第二面，且在与配置于上述第一面的磁铁对应的位置，以在对配置于该第一面的磁铁吸引的方向上产生磁力的方式配置磁铁。

2.根据权利要求1所述的工具把持机构，其特征在于，

上述轴经由流体轴承支承于主轴装置的旋转轴。

3.根据权利要求1或者2所述的工具把持机构，其特征在于，

上述工具支架以及上述轴具有成对的锥形状，且将上述工具支架同轴地安装到上述轴。

4.根据权利要求1或者2所述的工具把持机构，其特征在于，

上述轴在与安装上述工具支架的面相反的一侧的端面具有朝向上述工具支架沿轴向贯通的贯通孔。

5.根据权利要求1或者2所述的工具把持机构，其特征在于，

配置于上述轴的第二面的磁铁相对于上述轴为轴对称。