CN202491111U - 机床与刀柄 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供利用简单的结构可靠地防止借助刀柄安装在能够旋转的主轴上的车削刀具的旋转与移动，并且能够以较高的加工精度进行车削加工的机床及刀柄。该机床(1)在支承在主轴头(2)上并绕中心轴线旋转的主轴(20)的端部借助刀柄(30)安装旋转加工用与车削加工用的刀具(3)，其中，在用于保持刀具(3)的刀柄(30)的外周上设置朝向径向外方突出的止转凸缘(31)。在该止转凸缘(31)上形成在与刀柄(30)同轴的圆周上排列的两个卡合孔，使这些卡合孔分别与从主轴头(2)的下表面突出的两个卡合突起(23)相卡合，防止刀柄(30)的旋转与径向方向的移动。

Description

机床与刀柄

技术领域

本实用新型涉及将保持在刀柄上的刀具选择性地安装于主轴或自主轴卸下，并执行利用各个刀具进行的加工的机床及用于该机床的刀柄。

背景技术

机床自动交换安装在主轴上的刀具，同时执行利用各个刀具进行的多种加工。主轴支承在能够上升、下降的主轴头上，并且主轴在主轴马达的驱动下绕中心轴线旋转。机床实施钻孔、攻丝、铣削等利用旋转刀具进行的加工。旋转刀具(钻头、丝锥、端铣刀等)借助于刀柄安装在从主轴头突出的主轴的下端部上，一边与主轴头一起上升、下降一边旋转，从而对被加工件进行加工。

一部分机床作为交换用的刀具具有车削刀具。车削刀具是指将顶端按压在旋转的被加工件上来对被加工件的表面进行车削加工的刀具。车削刀具与旋转刀具一样借助于刀柄安装在主轴上而使用。通过锁定主轴马达来限制由主轴的旋转引起的车削刀具的旋转。

在加工中，车削刀具伴随着朝向被加工件的按压而受到各个方向的力，因此存在有单靠主轴马达的锁定不能够获得充分的止转效果这样的问题。为了应对该问题，存在有使车削刀具止转的各种结构(例如参照日本特开2005-329493号公报、日本实开平5-70842号公报、日本特开平11-10485号公报)。

日本特开2005-329493号公报所述的机床在用于保持车削刀具的刀柄上设有圆板状的凸缘，在凸缘的外周的在径向上相对的两个位置设有键槽。用于支承主轴的主轴头在下端设有键。在将车削刀具安装在主轴上时，上述键槽与各个键相卡合而限制刀柄的旋转，从而实现车削刀具的止转。

日本实开平5-70842号公报所述的机床在用于保持车削刀具的刀柄上设有销。主轴头设有能够与上述销相卡合的定位块。定位块利用液压缸体而突出或缩回，与安装在主轴上的刀柄的销相卡合，从而使车削刀具止转。

日本特开平11-10485号公报所述的机床在主轴头的内部将形成有许多齿的联轴器分别安装在主轴的外周与主轴头的内周。机床设有能够与两联轴器的齿相啮合的结合用联轴器。结合用联轴器设置在两联轴器的相对位置处并且能够利用液压或气压进行进入动作。结合用联轴器在安装车削刀具时进入，与主轴和主轴头的联轴器相啮合而限制主轴旋转，实现车削刀具的止转。

日本特开平11-10485号公报所述的机床是在主轴头的内部将具有高精度的齿的联轴器及结合用联轴器和利用液压或气压使结合用联轴器动作的缸体组装在一起复杂的结构，因此存在有制造成本增大的问题。

日本特开2005-329493号公报、日本实开平5-70842号公报所述的机床在主轴头的外部实现了止转，因此以简单的结构获得了止转效果。但是，日本实开平5-70842号公报的机床仅是销与定位块卡合在刀柄的周向的一处位置，不能够获得充分的止转效果。而且在加工中，难以强化相对于施加在车削刀具上的径向方向(相对于车削刀具的轴向垂直的方向)的力的刚性，难以防止由该力引起的车削刀具的移动，难以实现稳定的加工。

日本特开2005-329493号公报所述的机床在刀柄的周向的两处位置产生有键与键槽的卡合，能够获得充分的止转效果。但是，具有键槽的凸缘在刀柄的整周突出，存在有在交换刀具时与用于把持刀柄的把持件相干扰的问题。

而且，存在下述问题，即，刀柄所保持的车削刀具在键与键槽之间的卡合间隙的范围内产生微小的转动，利用车削刀具进行加工的加工精度降低。

日本特开2005-329493号公报所述的机床在安装车削刀具时沿一个方向旋转驱动主轴马达，将键与键槽保持为按压状态，但在加工中，施加在车削刀具上的旋转力的方向会发生变动，因此难以抑制微小的转动。

键与键槽在沿径向相对的两个位置处相卡合，没有针对键槽的深度方向的力的限制功能。因此，存在下述问题，即，在加工中，车削刀具在施加在各个方向上的径向方向的力的作用下沿键槽的深度方向移动，因与上述微小的转动的叠加作用而降低加工精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供利用简单的结构可靠地防止借助刀柄安装在能够旋转的主轴上的车削刀具的旋转与移动，并且能够以较高的加工精度进行车削加工的机床及刀柄。

技术方案1为一种机床，其将旋转刀具或使主轴的旋转停止而使用的车削刀具借助各自的刀柄选择性地相对于被主轴头所支承且绕自身的中心轴线旋转的主轴的端部装卸，利用上述主轴所安装的旋转刀具或车削刀具对被加工件进行加工，其特征在于，该机床具有：止转凸缘，其在用于保持上述车削刀具的刀柄的外周的一部分上朝向上述刀柄的径向外方突出；两个卡合孔，它们形成在上述止转凸缘的周向的不同位置处；两个卡合突起，它们能够分别与上述两个卡合孔相卡合，且该两个卡合突起从上述主轴头突出而成。

在刀柄的外周的一部分上设置朝向径向外方突出的止转凸缘，使从主轴头突出的两个卡合突起分别与形成在止转凸缘上的两个卡合孔相卡合来防止刀柄所保持的车削刀具的旋转与移动。卡合孔与卡合突起的卡合部分处于止转凸缘的角度范围内，即在径向上不相对的位置，能够可靠地防止由在加工中作用于各个方向上的径向方向的力引起的移动。止转凸缘能够配置为与移动而把持刀柄的把持部不相干扰，不会妨碍刀具交换。

技术方案2的机床的特征在于，上述卡合孔设置在由从该卡合孔的中心分别向上述刀柄的中心延伸的中心线形成的内角为85°以上且不满100°的位置处。

将止转凸缘的卡合孔设置在由从卡合孔的中心分别向刀柄的中心延伸的中心线形成的内角为85°以上且不满100°的位置处，能够利用至少一个卡合孔与卡合突起的卡合来可靠地防止由作用于各个方向上的径向方向的力引起的移动。

技术方案3的机床的特征在于，上述卡合突起具有朝向顶端缩径的缩径部，上述主轴头以能够使上述卡合突起滑动的方式支承上述卡合突起，且上述主轴头具有对卡合突起朝向顶端侧施力的施力部。

止转凸缘的卡合孔与卡合突起的缩径部的适当位置相抵接，克服施力部的作用力而上压卡合突起，从而与卡合突起无间隙地紧密卡合，可靠地防止了车削刀具的旋转与移动。

技术方案4的机床的特征在于，该机床还具有在装卸上述旋转刀具或车削刀具时移动而把持各自的刀柄的把持部，上述卡合突起设置在与供上述把持部移动的一侧相反的一侧。

从主轴头突出的卡合突起设置在与供把持刀柄的把持部移动的一侧相反的一侧。具有卡合孔的止转凸缘能够配置为不与把持部相干扰，不会妨碍刀具交换。

在技术方案5与技术方案7的刀柄中，上述卡合孔是沿上述刀柄的径向延伸的长孔。

在加工时产生的切屑有时卡在卡合孔内。在卡合孔与卡合突起相卡合时，在卡合孔与卡合突起之间几乎没有间隙。该切屑被夹在卡合孔与卡合突起之间。存在由于该切屑划坏了卡合孔与卡合突起而使卡合孔的位置在加工中偏移这样的问题。当卡合孔为长孔时，即使卡合孔与卡合突起相卡合，也由于在卡合孔与卡合突起之间存在有间隙，因此切屑从卡合突起与长孔之间落下。因此，卡合孔与卡合突起不会被划坏。

技术方案6的刀柄是安装在上述机床的主轴上的刀柄，其特征在于，该刀柄具有：止转凸缘，其在上述刀柄的外周的一部分上朝向上述刀柄的径向外方突出；两个卡合孔，它们形成在止转凸缘的周向的不同位置处。

利用将具有两个卡合孔的止转凸缘以朝向刀柄的径向外方突出的方式设置在刀柄上、将能够与各个卡合孔相卡合的两个卡合突起设置在主轴头上的简单的结构，能够可靠地防止刀柄的旋转与径向方向的移动，能够进行高加工精度的车削加工。止转凸缘能够排除与用于把持刀柄的把持部的干扰地进行配置，不会妨碍刀具交换。

附图说明

图1是概略表示机床的主要部分的结构的侧视图。

图2是从刀具的安装侧观察到的刀柄的立体图。

图3是从图2的相反侧观察到的刀柄的立体图。

图4是从后方观察止转凸缘与卡合突起的卡合部分的立体图。

图5是从下方观察止转凸缘与卡合突起的卡合部分的仰视图。

图6是卡合突起的支承构造的说明图。

具体实施方式

以下，基于表示本实用新型的实施方式的附图进行详细说明。以下说明中所使用的方向(前、后、上、下)在图1中用箭头表示。

如图1所示，机床1具有垂直竖立设置在基座10的上表面上的立柱11。立柱11用于支承主轴头2。主轴头2能够沿着设置在立柱11的前表面上的引导件向上下方向移动。立柱11具有沿上下方向延伸的进刀丝杠12。进刀丝杠12与固定在立柱11的上部的Z轴马达13相连结，在Z轴马达13的驱动下绕中心轴线旋转。主轴头2的后部与进刀丝杠12相螺纹接合。主轴头2根据由Z轴马达13驱动的进刀丝杠12的旋转而上升、下降。

主轴头2在其内部支承主轴20。主轴20与固定在主轴头2的上部的主轴马达21相连结，在主轴马达21的驱动下绕上下方向的中心轴线旋转。主轴20的下端部向主轴头2的下方突出，用于保持后述的刀具3。刀具3与主轴头2一起上升、下降。

刀库5用于容纳多个刀具3。刀具3不仅包括钻头、丝锥、端铣刀等旋转刀具，还包括使主轴20停止旋转而使用的车削刀具。立柱11支承向前方延伸的立柱罩14。立柱罩14在前端支承刀库5。刀库5位于主轴头2的前上部。刀库5具有圆板状的刀库主体50。刀库主体50在设置在刀库5的上部的刀库马达4的驱动下，以使前部朝下倾斜的轴线为中心旋转。

刀库主体50具有呈放射状朝向刀库主体50的径向外方延伸的多个刀具把持件51、51...(把持部)。刀库主体50在其外周以使刀具把持件51能够以沿刀库主体50的周向延伸的支承轴52为中心摆动的方式支承刀具把持件51。

公知的刀柄30用于保持刀具3。刀具把持件51具有分支为两股的顶端把持部。刀具把持件51通过将顶端把持部压入刀柄30的外周的保持槽34(参照图3)内，从而借助于刀柄30把持刀具3。在图1中位于上方位置的刀具把持件51表示把持有刀具3的状态。

在图1中，位于下方位置的刀具把持件51表示未把持刀具3的状态。刀具把持件51的顶端把持部具有能够绕横轴旋转的滚动辊53。滚动辊53在刀具把持件51未把持刀具3的状态下与设置在主轴头2的前表面上的引导板22相抵接，成为以支承轴52为中心向前方摆动的姿势。

主轴头2在加工时从原点位置(图1的主轴头2的位置)下降，在交换刀具时从原点位置上升。通过滚动辊53在引导板22的面上滚动，从而位于下方位置的刀具把持件51追随主轴头2的上升、下降而摆动。当主轴头2上升时，滚动辊53从引导板22的下端脱离。因此，刀具把持件51以支承轴52为中心向后方摆动，刀具把持件51的顶端把持部借助于刀柄30自前方把持主轴20所安装的刀具3。

主轴头2在完成刀柄30的把持后进一步上升。刀具把持件51所把持的刀柄30相对向下方移动，与刀具3一起从主轴20脱离。刀库主体50以该状态旋转，保持有接下来使用的刀具3的刀具把持件51位于主轴20的下方。

当主轴头2下降时，主轴20将刀柄30安装在下端部并且刀具把持件51向前方摆动。因此，顶端把持部成为未把持刀柄30的状态。

通过以上动作，机床1在主轴20与刀库5之间交换刀具3。机床1在立柱11前方的基座10上具有加工台15。安装在主轴20上的刀具3与主轴头2一起从原点位置下降，对加工台15上的被加工件进行加工。

当刀具3为旋转刀具时，安装在主轴20上的刀具3在主轴马达21的驱动下与主轴20一起旋转。被加工件固定在加工台15的上表面上，与加工台15一起沿左右方向和前后方向移动。与主轴20一起旋转的刀具3与主轴头2一起上升、下降而对加工台15上的被加工件进行加工。

当刀具3为车削加工用的车削刀具时，主轴20被锁定为非旋转状态。被加工件安装在设于加工台15上的旋转台(省略图示)上，利用旋转台的动作而旋转。刀具3与主轴头2一起下降，通过将顶端按压在旋转的被加工件上来对被加工件的表面进行车削加工。

图1表示将车削加工用的刀具3安装在主轴20上了的状态。刀具3的刀柄30具有朝向后方突出的止转凸缘31。主轴头2的下表面在主轴20的后方位置具有朝向下方突出的卡合突起23。止转凸缘31与卡合突起23通过将刀具3安装在主轴20上而卡合在一起。因此，止转凸缘31与卡合突起23防止了刀具3绕中心轴线的旋转及由径向方向的力引起的刀具的移动，机床1能够以较高的加工精度实施车削加工。

如图5所示，止转凸缘31是在俯视状态下呈三角形状的凸缘，并且将一个顶点附近利用多个固定螺栓32、32...固定在刀柄30的下表面上。如图2～图5所示，止转凸缘31设置在刀柄30的外周的一部分上，具体而言，设置为朝向刀柄30的径向外方突出。

止转凸缘31的两个卡合孔33、33排列形成在与刀柄30同轴的圆周上。卡合孔33、33形成在止转凸缘31的剩余的两个顶点附近，并且卡合孔33、33是沿径向延伸的长孔。卡合孔33、33的一侧向止转凸缘31的外周开口，但是该开口并不是必须的，也可以是在止转凸缘31内闭合的长孔。

与卡合孔33、33为圆形时卡合突起23、23与卡合孔33、33之间的间隙相比，在卡合孔33、33为长孔时卡合突起23、23与卡合孔33、33之间的间隙较大。卡在卡合孔33、33内的切屑从该间隙落下。因此，卡合突起23、23与卡合孔33、33不会被切屑划坏。

卡合孔33、33设置在从卡合孔33、33的中心分别向刀具3与刀柄30的中心延伸的中心线之间的角度在安装于主轴20上时成为后向的一侧为大约90°的位置。中心线之间的角度并不限于90°，能够在止转凸缘31的形成范围内适当地设定。该角度只要大于0°、不满180°即可，优选为85°以上、不满100°。当该角度为180°时，两个卡合孔33、33位于直线上。当作用在车削刀具上的径向方向(相对于车削刀具的轴向垂直的方向)的力在与该直线的方向相同的方向上时，卡合突起23、23在卡合孔33、33内相对移动，因此有时会产生不受到径向方向的力的情况。当该角度接近180°时，即使一个中心线与径向方向的力的朝向一致，但由于另一个中心线不与径向方向的力的朝向一致，因此能够接受到该力。但是，该角度越接近180°，卡合突起23、23与卡合孔33、33所受到的力越小。原因是，卡合突起23、23与卡合孔33、33所受到的力的分力(相互正交的方向的力)在该角度越接近180°时，中心线方向的力越大，卡合突起23、23与卡合孔33、33不能够接受到该较大的力。因此，当中心线正交时，即使一个中心线与径向方向的力的朝向一致，位于另一个中心线上的卡合突起23与卡合孔33也能够接受到全部径向方向的力。

如图4所示，卡合突起23、23从固定在主轴头2的下端圆筒部的外周上的各个支承块24、24向下方突出。为了能够与止转凸缘31的卡合孔33、33相卡合，卡合突起23、23的位置分别设定在与用于安装刀柄30的主轴20同轴的圆周上，并且设定在经过主轴20的中心并在后侧具有大约90°的打开角度的线上。

如图6所示，卡合突起23为中空的圆棒，位于设置在支承块24上的上下方向的支承孔25内。卡合突起23沿轴长度方向自由滑动。止挡螺栓26贯穿卡合突起23的中空部内。止挡螺栓26利用下端的螺纹部与卡合突起23的下部相结合，止挡螺栓26的头部与设置在支承孔25的中间部内周上的台阶部27的上表面相抵接。台阶部27的下表面与卡合突起23的上端部相对。支承块24在卡合突起23与台阶部27之间夹设压缩弹簧28(施力部)。

止挡螺栓26的头部与台阶部27相抵接，并且其下端与卡合突起23相结合，因此卡合突起23不会从支承块24脱落。卡合突起23从支承块24的下端突出。卡合突起23的突出部设有朝向端部呈锥状缩径的缩径部29。在施加在突出部上的朝上的力(图6的空心箭头)的作用下，卡合突起23克服压缩弹簧28的作用力而向上方移动。从下方卡合的止转凸缘31的卡合孔33抵接在缩径部29的某一位置处，卡合突起23以被向上方推压的状态与卡合孔33紧密地卡合。

如图4、图5所示，止转凸缘31的两个卡合孔33、33与各个卡合突起33、33相卡合，因此安装有支承块24的主轴头2限制止转凸缘31的旋转。因此，具有止转凸缘31的刀柄30及刀柄30所保持的车削加工用的刀具3不会因在加工中所施加的周向的作用力而旋转。

卡合孔33、33设置在从卡合孔33、33的中心分别向刀柄30与刀具3的中心延伸的中心线之间的角度为大约90°的位置。因此，即使在车削加工中的刀具3上施加有各个方向的径向方向的力，至少一个卡合孔23与卡合突起23也截住了这些径向方向的力。因此，卡合孔33与卡合突起23可靠地防止了刀具3的径向移动。利用在止转凸缘31的形成范围内适当设置的卡合孔33、33也能够获得同样的移动防止效果，但通过如实施方式所示地在中心线之间的角度为90°的位置设置卡合孔33、33，能够获得良好的移动防止效果。

车削加工用的刀具3在加工中所施加的任何力的作用下皆不移动，刀具3能够稳定且高精度地对被加工件进行加工。

止转凸缘31设置为在刀柄30的外周朝向径向外方突出，刀柄30在设置于主轴头2上的卡合突起23、23上卡合止转凸缘31的卡合孔33、33。止转凸缘31以向后方突出的方式安装在主轴20上。因此，在图5中如空心箭头所示，自前方移动的刀具把持件51的顶端把持部能够可靠地把持刀柄30而不与止转凸缘31相干扰，机床1能够可靠地在主轴20与刀库5之间交换刀具3。

对局部改变了以上所说明的实施方式而得到的变更方式进行说明。

1)刀库5并不限于实施方式所示的结构与配置，能够设为公知的适当的结构与配置。

2)止转凸缘31并不限于实施方式所示的三角形状，能够设为满足在刀柄30的外周朝向径向外方突出这样的条件的适当的形状。

3)向突出方向对卡合突起23施力的施力部并不限于压缩弹簧28，也可以是气压缸体等其他施力部。

Claims (7)

1.一种机床，其将旋转刀具或使主轴的旋转停止而使用的车削刀具借助各自的刀柄(30)选择性地相对于被主轴头(2)所支承且绕自身的中心轴线旋转的主轴(20)的端部装卸，利用上述主轴(20)所安装的旋转刀具或车削刀具对被加工件进行加工，其特征在于，该机床具有：

止转凸缘(31)，其在用于保持上述车削刀具的刀柄的外周的一部分上朝向上述刀柄的径向外方突出；

两个卡合孔(33、33)，它们形成在上述止转凸缘的周向的不同位置处；

两个卡合突起(23、23)，它们能够分别与上述两个卡合孔相卡合，且该两个卡合突起(23、23)从上述主轴头突出而成。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

上述卡合孔设置在由从该卡合孔的中心分别向上述刀柄的中心延伸的中心线形成的内角为85°以上且不满100°的位置处。

3.根据权利要求2所述的机床，其特征在于，

上述卡合突起具有朝向顶端缩径的缩径部(29)，上述主轴头以能够使上述卡合突起滑动的方式支承上述卡合突起，并且上述主轴头具有对该卡合突起朝向顶端侧施力的施力部。

4.根据权利要求3所述的机床，其特征在于，

该机床还具有在装卸上述旋转刀具或车削刀具时移动而把持各自的刀柄的把持部，

上述卡合突起设置在与供上述把持部移动的一侧相反的一侧。

5.根据权利要求4所述的机床，其特征在于，

上述卡合孔是沿上述刀柄的径向延伸的长孔。

6.一种刀柄，其安装在权利要求1或2的机床的主轴上，其特征在于，该刀柄具有：

止转凸缘，其在上述刀柄的外周的一部分上朝向上述刀柄的径向外方突出；

两个卡合孔，它们形成在上述止转凸缘的周向的不同位置处。

7.根据权利要求6所述的刀柄，其特征在于，

上述卡合孔是沿上述刀柄的径向延伸的长孔。

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