JP2002517321A - 工具受容体において工具を締付け固定するための装置 - Google Patents

工具受容体において工具を締付け固定するための装置

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Abstract

(57)【要約】 工具受容体（２）は受容空間（３）を有し、受容空間（３）内で工具（１）のシャンク（４）が締付け固定されている。工具（１）と工具受容体（２）の間の力の伝動経路内には、大きな緩衝作用を有する少なくとも１つの静力学的に撓み可能な要素（５,８）が挿入されている。緩衝性締付け固定により、工具（１）は工具受容体（２）に対し弾性的に撓むことができる。これにより、長い及び（または）非常に細身の工具であってもガタツキは生じない。工具シャンク（４）は、回転点としてのその締付け固定部位のまわりに傾動運動を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の前提概念に記載の、工具受容体において工具を締付け固
定するための装置に関するものである。
【０００２】 公知の締付け固定装置（図２を参照）では、工具１のシャンク４は、工具受容
体２の受容空間３内で、工具受容体２内に着座している締付け体９を用いて不動
に締付け固定される。たとえばエンドミルカッターまたはドリルロッド等の細身
の工具は、その曲げ剛性が小さく、システムダンピングのために加工中にしばし
ば大きな振幅の振動を行い、この振動はほとんどの場合再生性のガタツキという
形で生じる。このような振動は、工具の切削深さを浅くすることによってしか回
避できない。細身のエンドミルカッターは、たとえばポケットフライス削り、深
絞り工具および鍛造工具のフライス削り、並びに飛行機の組み込み部品の製造に
使用される。工具の曲げ振動に対する緩衝作用が小さいために工具がガタツキに
よって傾斜するときが荷重またはパワーの限界である。
【０００３】 I／d比＞４のドリルバーを用いた穿孔作業も、ガタツキによる傾斜によってそ
の能率が制限を受ける。このことは回転機械の定置の穿孔工具、並びに穿孔装置
およびフライス装置の回転穿孔工具に対してもいえる。
【０００４】 本発明の課題は、この種の締付け固定装置において、工具加工中のガタツキ振
動を、工具の負荷またはパワーを制限することなく回避することである。 この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部分によって解決される。
【０００５】 本発明による締付け固定装置では、工具と工具受容体の間の力の伝動経路内に
、大きな緩衝作用を有する少なくとも１つの静力学的に撓み可能な要素が挿入さ
れる。この緩衝性締付け固定により、工具は工具受容体に対し弾性的に撓むこと
ができる。大きな緩衝作用のために、長い及び（または）非常に細身の工具であ
ってもガタツキは生じない。これに対応する緩衝要素は、工具のシャンク端部と
工具受容体との最大相対運動部位に設けられる。本発明にしたがって締付け固定
することにより、工具シャンクは回転点としてのその締付け固定部位のまわりに
傾動運動を行なうことができる。
【０００６】 本発明の他の特徴は、他の請求項、以下の説明および図面から明らかである。 次に、本発明を図面に図示した２つの実施形態に関し詳細に説明する。 図１は、工具受容体２に受容されている工具１を概略的に示したものである。
工具１はたとえばエンドミルカッター、ドリルロッド等である。工具受容体２は
たとえばクイックリリーステーパー、ＨＳＫ、ＶＤＩシャフトとして形成されて
いる。工具１は工具受容体２を介して、工具１を回転可能に駆動するスピンドル
（図示せず）に受容される。工具受容体２は筒状の受容空間３を有し、該受容空
間３内へは工具１のシャンク４が突出している。工具１と工具受容体２の間の力
の伝動経路内には、静力学的に撓み可能な要素５が少なくとも１つ挿入される。
この撓み可能な要素５は所定の高さの緩衝部８を有している。工具シャンク４は
弾性的な締付け固定部位（回転点）のまわりに傾動する。この場合、シャンク自
由端は半径方向において最も遠くに変位する。シャンク端部６と受容空間３の内
壁７との最大相対運動のこの部位には、少なくとも１つの緩衝要素８が組み込ま
れている。緩衝要素８はスクイーズフィルムダンパが有利であるが、たとえばＯ
リングの形状のゴムダンパであってもよい。撓み可能な要素５（ダイヤフラムス
プリング、スパイラルスプリング、或いは他の弾性要素であってもよい）を介し
て工具シャンク４は工具受容体２内で弾性的に柔軟に締付け固定される。これに
より、工具シャンク４と、したがって工具１とは、この回転点としての締付け固
定部位のまわりに傾動運動を実施することができる。
【０００７】 図３は、このような工具締付け装置の第１実施形態を示したものである。工具
１のシャンク４はスリーブ９に受容されている。スリーブ９は、半径方向外側に
指向するフランジ１０によって工具受容体２の端面に取り外し可能に固定されて
いる。スリーブ９内には、その自由端に、シャンク４をわずかな間隔を持って取
り囲んでいる凹部１１が設けられている。凹部１１は、スリーブ９の端面のほう
へ開口している。
【０００８】 スリーブ９は、工具受容体２の受容空間３の内部で、環状空間１２によって取
り囲まれている。環状空間１２内には圧力媒体１３、有利にはオイルがある。環
状空間１２は、半径方向外側において受容空間３の内壁によって画成されている
。環状空間１２は、工具受容体２をわずかに越えてスリーブ９のフランジ１０内
まで延びている。
【０００９】 スリーブ９は、その底部１５により、受容空間３の底部１４に対し軸線方向に
わずかな間隔を持って対向している。スリーブ９の外径は底部１５を起点にして
減少しており、その結果底部１５のほうへ開口している、周回する凹部１６が形
成される。凹部１６内にはリング１７がある。リング１７の外径は受容空間３の
内径よりもわずかに小さく、その結果リング１７と受容空間３の内壁の間には、
幅狭のリング状の緩衝隙間１８が形成される。緩衝隙間１８は環状空間１２と連
通し、その中には圧力媒体がある。リング１７は、半径方向外側へ指向している
スリーブ９の環状肩部１９に接し、半径方向においてスリーブの外壁を越えて突
出している。これにより、環状空間１２は半径方向において緩衝隙間１８よりも
幅広である。
【００１０】 環状空間１２は軸線方向において工具受容体２をわずかに越えてスリーブ９の
フランジ１０内へ延びているので、周回している凹部１１と、環状空間１２の、
半径方向において隣接している部分との間に、幅狭の環状細条部が形成され、こ
の環状細条部が静力学的に撓み可能な要素５を形成している。この環状細条部状
の要素５により、工具１は半径方向に負荷されたときに工具受容体２に対し比較
的大きな運動を実施する。これに対応してシャンク端部は比較的大きな運動を実
施するので、工具受容体２の受容空間３内には、前述のオイル排除システム１２
,１８の形態で緩衝要素を設けることができる。環状空間１２内および緩衝隙間
１８内にある圧力媒体１３は、優れた緩衝を生じさせる。前述したように工具は
大きな緩衝を持って弾性的に締付け固定されるので、工具１のガタツキ振動を効
果的に抑制することができる。本発明による工具締付け固定装置は、曲げ剛性と
システム緩衝性が小さいために加工中にしばしば大きな振動振幅（再生性のガタ
ツキの形態で生じる）を実施するような細身の工具に特に適している。上述した
工具締付け固定装置を使用すると、工具１の大きな切削深さが可能になり、しか
もガタツキによる傾斜の恐れはない。工具としてＩ／ｄ比＞４のドリルバーを用
いた穿孔作業に対しても本発明による工具締付け固定装置は極めて適している。
工具が弾性的に且つ緩衝的に締付け固定されているためにガタツキによる傾斜が
生じないので、このように長い、薄いドリルバーの能率が損なわれない。
【００１１】 上述した圧力媒体排除システムの代わりに、工具受容体２の受容空間３内でシ
ャンク端部を静力学的に撓み可能な要素としての少なくとも１つのゴム要素等に
よって取り囲むようにしてもよい。このような機械的な部品によっても優れた緩
衝が得られる。
【００１２】 工具を弾性的に締付け固定することにより、工具尖端における半径方向の静力
学的全剛性は小さくなるが、工具受容体２と工具シャンク４との間で締付け強度
と緩衝を適宜整合させる際に、共振増大がかなり抑制され、たとえば５ファクタ
ないし５０ファクタ減少する。
【００１３】 工具１による加工の際に特別な要求があって、たとえば寸法公差に関する要求
があって、工具加工中の弾性的な締付けにより静力学的撓み性が増大することが
許されない場合には、締付けの弾性を除外してもよい。この場合もちろん、緩衝
作用が増大する利点は得られない。図４は、この種の弾性的な工具締付け構成の
１実施形態を示したものである。スリーブ９は前記実施形態よりも短く、円錐状
の側面２０を有し、側面２０の径はスリーブ９のフランジ１０のほうへ連続的に
増大している。これにより、工具受容体２の受容空間３の筒状の内壁とスリーブ
９の間に、フランジ１０の方向へ先細りになっている環状空間１２が形成され、
この環状空間１２のなかに圧力媒体１３が、有利にはオイルが存在する。この環
状空間１２は、受容空間３の底部１４の方向において、軸線方向に位置調整可能
なテーパースリーブ２１によって閉鎖されている。テーパースリーブ２１はその
筒状の外側面２２によって受容空間３の内壁に接している。またテーパースリー
ブ２１はそのスリーブ９側の端面に中央凹部２３を有している。中央凹部２３は
、スリーブ９の方向へ円錐状に拡大しており、スリーブ９の対応する円錐状の延
設部２４をわずかな間隔を持って取り囲んでいる。この延設部２４と中央凹部２
３の側壁および底部の間には緩衝空間２５が形成され、緩衝空間２５はスリット
状に形成され、環状空間１２と連通している。これによって緩衝スリット２５内
にも圧力媒体１３が存在する。
【００１４】 テーパースリーブ２１は、位置調整棒２７の自由端に設けられた担持体２６に
固定されている。位置調整棒２７は受容空間３内へ突出し、工具受容体２を貫通
するように延びている。これにより、円錐状の緩衝空間２５の広がりを調整する
ことができる。テーパースリーブ２１が図４の位置から上方へ移動すると、円錐
状の緩衝空間２５の広がりが大きくなる。これに応じて、その中にある圧力媒体
によって得られる緩衝作用が小さくなるが、全系の緩衝作用は増大する。位置調
整棒２７が図４の図示位置から下方へ移動すると、緩衝スリット２５のスリット
幅が小さくなる。スリット幅は、シャンク端部が工具受容体２でしっかりと締め
付け固定されるような程度に小さくすることができる。このように、テーパース
リーブ２１の形態の位置調整要素により、系の緩衝作用をその都度の使用例に最
適に適合させることができる。たとえば精密加工時のように、工具１を工具受容
体２において撓まないように締付け固定することを加工工程が要求する場合は、
緩衝スリット２５のスリット幅をゼロ近くに減少させることにより、工具の上端
をしっかりと締付け固定することができる。
【００１５】 図３と図４の両実施形態では、締付けスリーブ９のフランジ１０は工具受容体
２に対し密封されている。圧力媒体１３は、密閉された空間１３,１８,２５のな
かにあるか、或いは、工作機械（図示せず）から穴（図示せず）を介して供給で
きるような液圧媒体であるのが有利である。工具受容体２はそれぞれ工具交換体
のための把持溝２８を備えている。
【００１６】 図５は、緩衝せずに締め付けを行なう公知の標準的な締付け作用と、緩衝を行
なう上述した本発明による工具締付け作用との著しい相違を対比したものである。 上の図は、ステップ応答を示すグラフである。緩衝を行なわない工具締付け固
定の場合は、工具（オリジナルツール）は加工時に強く振動し、この振動は徐々
にしか減衰しない。この緩衝を行なわない振動により、加工中に工具がガタツク
ので不具合である。緩衝を行なう工具締付けの場合は全く別の特性を示す。緩衝作
用を受けている工具の振動は急速に減衰するので、工具が非常に長くて細い場合
でも、加工時に工具がガタツク危険はかなり少なくなる。
【００１７】 緩衝を行なわない工具締付けの場合は、工具に対しかなりの共振増大が生じる
が、緩衝を行なう工具締付けの場合には、共振増大は著しく抑制される（図５の
中央のグラフ）。
【００１８】 共振増大が抑制されることに対応して、緩衝を行なう工具締付けの際の撓み性
位置曲線の負の実成分も、緩衝を行なわない工具締付けの場合に比べて著しく減
少する。ガタツキなしで可能な切削深さはこの負の実成分に逆比例するので（図
５の下のグラフ）、緩衝を行なう工具締付けにより効率がかなり向上し、図示し
た実施形態においては、緩衝を行なわない工具締付けの場合よりもほぼ５ファク
タないし１０ファクタ向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による工具締付け固定装置の概略図である。
【図２】 公知の工具締付け固定装置の図１に対応する図である。
【図３】 本発明による工具締付け固定装置の実施形態の軸断面図である。
【図４】 本発明による工具締付け固定装置の他の実施形態の軸断面図である。
【図５】 公知の工具締付け固定装置と本発明による工具締付け固定装置との特性を対比
した図である。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】工具受容体の受容空間内で工具のシャンクを締付け固定するよ
    うにした、工具受容体において工具を締付け固定するための装置であって、 工具（１）と工具受容体（２）の間の力伝動経路内に、大きな緩衝作用を有す
    る少なくとも１つの静力学的に撓み可能な要素（５,８）が挿入されていること
    を特徴とする装置。
  2. 【請求項２】静力学的に撓み可能な要素（５,８）が、弾性締付け固定部位
    を有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】静力学的に撓み可能な要素（５,８）が、少なくとも部分的に
    締付けスリーブ（９）に設けられていることを特徴とする、請求項１または２に
    記載の装置。
  4. 【請求項４】締付けスリーブ（９）が、枢着部の形成のため、壁薄肉部を有
    していることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】壁薄肉部が締付けスリーブ（９）の環状細条部であることを特
    徴とする、請求項３または４に記載の装置。
  6. 【請求項６】工具（１）のシャンク（４）の自由端にして工具受容体（２）
    の受容空間（３）内に少なくとも１つの緩衝要素（８）が設けられていることを
    特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
  7. 【請求項７】緩衝要素（８）がスクイーズフィルムダンパーであることを特
    徴とする、請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】緩衝要素（８）がゴム弾性リングであることを特徴とする、請
    求項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】緩衝要素（８）のばねがダイヤフラムスプリング、スパイラル
    スプリングおよびこれに類したものであることを特徴とする、請求項６に記載の
    装置。
  10. 【請求項１０】緩衝要素（８）が圧力媒体、有利には液圧オイルを有してい
    ることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
  11. 【請求項１１】圧力媒体（１３）が、締付けスリーブ（９）を取り囲んでい
    る空間（１２）のなかに収納されていることを特徴とする、請求項１０に記載の
    装置。
  12. 【請求項１２】圧力媒体空間（１２）が緩衝隙間（１８,２５）と連通して
    いることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】緩衝隙間（２５）の広がりが調整可能であることを特徴とす
    る、請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】緩衝隙間（２５）が押圧体（２１）によって調整可能である
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】押圧体（２１）が、工具受容体（２）を軸線方向に貫通する
    位置調整棒（２７）によって軸線方向に位置調整可能であることを特徴とする、
    請求項１４に記載の装置。
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