JP2003260608A - U軸付工具ホルダの連結装置とこのu軸付工具ホルダによる球面・テーパー面加工方法 - Google Patents

U軸付工具ホルダの連結装置とこのu軸付工具ホルダによる球面・テーパー面加工方法

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JP2003260608A
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Junichi Yamashita
山下順一
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 U軸を駆動する進退ロッドが、主軸側のU軸
制御バーとの隙間なく連結するU軸付工具ホルダの連結
装置を提供する。 【解決手段】 連結装置40は、回転スピンドル5内に
配置された同心状の操作筒22を油圧ピストン等の軸心
方向への前進動により進退可能とし、この操作筒22の
先端内周のテーパー面22AでU軸制御バー17の先端
部に付設したコレット20の爪部20Aを外周側から絞
って進退ロッド15の後端部に付設したプルスタッド1
5Aを抱持させ、U軸制御バー17と進退ロッド15と
を隙間無く連結する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
装着される工具交換可能なU軸付工具ホルダに係り、特
に、主軸内のU軸制御バーと工具内の進退ロッドとの連
結に、隙間をなくしたU軸付工具ホルダの連結装置とこ
のU軸付工具ホルダを使用した加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、主軸との工具交換可能なU軸付工
具ホルダは、特開平5−277811号公報等に見るも
のが提案されている。この技術は、工具刃先を駆動制御
する際の駆動軸側と工具側との連結又は解除を容易に
し、且つ汎用性を高めると共に装置全体の小型化を図る
ものである。その構成は、機械主軸の内部に同心円状に
回転自在にかつ軸線方向移動可能にU軸を設置し、機械
主軸端部に装着される工具保持体の内部に軸線方向に摺
動可能なピストン部材を内蔵し、このピストン部材の上
端部に前記U軸の下端に接続し軸継手を介して前記U軸
の軸線方向運動により着脱される連結部を設け、前記ピ
ストン部材の運動によって刃具の径方向移動を行なうU
軸機構連結装置である。
【0003】上記特開平5−277811号公報による
と、U軸機構連結装置における連結部は、U軸の下端に
接続し軸継手を介して工具保持体の内部に軸線方向に摺
動可能なピストン部材とを繋ぎ、このU軸の軸線方向運
動により着脱させるものである。また、上記連結部は、
軸継手側の軸部に設けた環状溝に嵌合する鋼球を備えた
ものである。
【0004】従って、上記連結部は、U軸の軸線方向運
動により工具保持体の内部に軸線方向に摺動可能なピス
トン部材と着脱されることになる。特に、U軸を連結部
から遠ざかる軸線方向に引っ張ると、容易に離脱する構
造であることから、その繋ぎ部にガタや緩みによるバッ
クラッシュがあり、U軸刃部の正確な径方向制御が困難
である。また、工具保持体の内部に装備するピストン部
材は、特殊な構造である上に、U軸との連結部も特殊構
造にならざるを得ない。このため、汎用性のある主軸端
部への工具保持体の装着が出来ないし、工具保持体の自
体も、汎用性が低く高価となる。また、上記U軸付工具
ホルダを使用しての球面やテーパー面加工に形状歪みが
でき、高精度加工が期待できない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
U軸付工具ホルダと主軸間のU軸機構連結装置が持つ各
種の問題点に鑑みてなされたもので、U軸を駆動する進
退ロッドと主軸側のU軸制御バーとの隙間をなくして連
結するU軸付工具ホルダの連結装置を提供することを目
的とする。
【0006】更に、U軸制御バーをNC制御装置による
軸心方向の位置制御により、高精度加工が必要なテーパ
ー面加工や球面加工にも適用できるU軸付工具ホルダを
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1のU軸
付工具ホルダの連結装置は、回転スピンドル内の軸心位
置に配置したU軸制御バーと、U軸付工具ホルダ内に配
置したU軸の刃具位置を調節する進退ロッドとの連結装
置において、回転スピンドル内に配置された同心状の操
作筒を油圧ピストン等の軸心方向への前進動により進退
可能とし、この操作筒の先端内周のテーパー面でU軸制
御バーの先端部に付設したコレットの爪部を外周側から
絞って進退ロッドの後端部に付設したプルスタッドを抱
持させ、U軸制御バーと進退ロッドとを連結することを
特徴とする。
【0008】請求項2のU軸付工具ホルダによる球面加
工方法は、進退ロッドは、コレットとプルスタッドとの
連結手段で直結するU軸制御バーをNC制御装置からの
制御指令でZ軸モーターの送り量との補間制御によりU
軸方向(外径方向)への突出量を球面制御することを特徴
とする。
【0009】請求項3のU軸付工具ホルダによるテーパ
ー面加工方法は、進退ロッドは、コレットとプルスタッ
ドとの連結手段で直結するU軸制御バーをNC制御装置
からの制御指令でZ軸モーターの送り量との補間制御に
よりU軸方向(外径方向)への突出量をテーパー面制御す
ることを特徴とする。
【0010】
【作用】上記請求項1によると、回転スピンドル内の軸
心位置に配置したU軸制御バーと、U軸付工具ホルダ内
に配置したU軸の刃具位置を調節する進退ロッドとの連
結装置は、回転スピンドル内に配置された同心状の操作
筒を油圧ピストン等の軸心方向への前進動により進退可
能とし、この操作筒の先端内周のテーパー面でU軸制御
バーの先端部に付設したコレットの爪部を外周側から絞
って進退ロッドの後端部に付設したプルスタッドを抱持
させ、U軸制御バーと進退ロッドとを隙間やガタツキ無
く強固に連結する。
【0011】しかして、上記連結装置によると、U軸制
御バーと進退ロッドとを、コレットとプルスタッドとの
連結手段によって結合したから、U軸加工用工具ホルダ
はU軸制御が隙間とこれによるバックラッシュをなく
し、確実に動作できる。更に、U軸付工具ホルダの内部
構成が簡潔となり、工具交換動作をも的確に行わせるこ
とができる。
【0012】上記請求項2及び3のU軸付工具ホルダに
よる球面及びテーパー面加工方法によると、進退ロッド
はこれと連結装置で直結するU軸制御バーをNC制御装
置からの制御指令でZ軸モーターの送り量との補間制御
によりU軸方向(外径方向)への突出量が制御される。こ
れにより、ワークの中ぐり加工において、その内面を球
面やテーパー面等の任意断面形状が歪み無く高精度に加
工できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るU軸付工具ホ
ルダの連結装置とその周辺装置を、図面に示す実施形態
により説明する。図1と図2はU軸付工具ホルダを回転
スピンドルに連結する断面図である。図3はU軸制御バ
ーの進退位置調節機構の断面図である。図4はU軸を含
む各軸のNC制御系装置のブロック線図である。
【0014】図1は、回転スピンドル(主軸)5にU軸付
工具ホルダ10が装着され、コレット20の爪部20A
が、U軸付工具ホルダ10のプルスタッド15Aを解放
した「工具交換可能」状態を示している。また、図2
は、回転スピンドル5にU軸付工具ホルダ10が装着さ
れ、コレット20の爪部20Aが、U軸付工具ホルダ1
0のプルスタッド15Aを抱持した「工具交換不可能」
状態を示している。まず、回転スピンドル5は、主軸頭
1内に複数の軸受3により回転自在に支持され、駆動モ
ータMによって回転駆動される。(図4参照)。この回転
スピンドル5の前端部5Aには、スリーブ環7が複数本
のボルトBで嵌着されている。これで、スリーブ環7と
前端部5Aとで形成された内周面9は、例えば二面拘束
タイプのU軸付工具ホルダ10の係合部12を挿入・密
着させることができる。上記回転スピンドル5内には、
U軸付工具ホルダ10の係合部12を拘束するクランプ
管6が、同心状に軸方向へ移動可能に挿通されている。
上記クランプ管6は、図3に示すように、その後端に連
設した油圧シリンダC1内にある油圧ピストンP1によ
り軸方向へ進退駆動される。
【0015】これで、図1に示すように、クランプ管6
が前進時には、U軸付工具ホルダ10の係合部12内に
嵌る拘束スリーブ13を刃先側へ押動させ、この外周の
数カ所に設けた窪部13Aと係合部12の貫通孔12A
に係合するとともに、スリーブ環7の内周の窪部7Aと
の間に介在させた鋼球B1が窪部13A内に遊嵌してア
ンクランプ状態となっている。この時、U軸付工具ホル
ダの連結装置40は、U軸付工具ホルダ10の中心位置
における軸心方向に向けて設けた進退ロッド15が、そ
の尾端に突出したプルスタッド15Aを、U軸制御バー
17の先端部17Aに付設したコレット20の爪部20
Aから解放されて刃先側に前進している。また、上記回
転スピンドル5内となるクランプ管6の内側には、同心
状の操作筒22が挿通しており、この後端は、図3に見
るように、油圧シリンダC2内にある油圧ピストンP2
に連結されており、この油圧ピストンP2の軸方向への
後退動により操作筒22を後退動し、操作筒22の先端
内周のテーパー面22Aが爪部20Aから離反してい
る。
【0016】続いて、本発明におけるU軸付工具ホルダ
の連結装置40の連結状態を、図2と図3において説明
する。上記操作筒22は、図3に見るように、この油圧
ピストンP2の軸方向への前進動により前進しており、
この操作筒22の先端内周のテーパー面22Aで爪部2
0Aを外周側から絞ってプルスタッド15を抱持(保持)
している。この関係構成で、U軸制御バー17と進退ロ
ッド15とが隙間やガタツキ無く強固に連結される。上
記U軸制御バー17の進退位置制御は、図3に示す進退
位置調節機構SMによって行なわれる。上記U軸制御バ
ー17の尾端17Bは、軸受B2と中継体24を介して
移動体(ナット体)25に繋がれており、この移動体25
がU軸サーボモータUMのねじ軸27と螺合されてい
る。これにより、U軸サーボモータUMがねじ軸27を
正逆回転することにより、U軸制御バー17と進退ロッ
ド15とを一体に進退位置制御することができる。
【0017】上記進退ロッド15は、その先端側に設け
た傾斜部15Bを、上記U軸付工具ホルダ10の工具支
持部30に設けた軸心方向と直交方向の貫通孔30Aに
移動可能に嵌めたツール保持部31における斜面(カム
面)31Aに係合されている。このツール保持部31に
は、U軸の第2刃具H2を備え、外径方向に位置調節さ
れる。また、工具支持部30の先端における外径位置に
は、第1刃具H1が固着されている。しかして、上記進
退位置調節機構SMは、このU軸サーボモータUMが、
ねじ軸27を正逆回転させることで、U軸制御バー17
と一体の進退ロッド15を進退位置制御させ、この進退
ロッド15の先端部に設けたツール保持部31及び第2
刃具H2を、外径方向にその半径位置を微調節すること
ができる。
【0018】続いて、上記回転スピンドル5やU軸の進
退位置調節機構SM及びX,Y,Z軸サーボモータを制
御するNC制御系装置100を、図4に示すブロック線
図で説明する。NC制御装置50は、ワークWを載せた
テーブルTをX軸とY軸方向に駆動するX軸サーボモー
タXMとY軸サーボモータYMと接続されている。ま
た、主軸頭1をボールねじZ1でZ軸方向に駆動するZ
軸サーボモータZMが、補間制御部51を介してNC制
御装置50に接続されている。上記補間制御部51は、
U軸制御部52に対してZ軸サーボモータZMの制御パ
ルス数Pzに対応関連したU軸サーボモータUMの補間
用制御パルスPuをU軸サーボモータUMに出力する。
しかして、上記補間制御部51が、Z軸サーボモータZ
Mの制御パルス数Pzに対応関連してU軸サーボモータ
UMの補間用制御パルスPuを適宜に制御することで、
図5に示すようなワークW1の内周面を球面加工した
り、図6に示すようなワークW2の内周面をテーパー面
加工させることができる。
【0019】本発明におけるU軸付工具ホルダの連結装
置40の実施形態は、上記のように構成されており、以
下のように作用する。連結装置40は、回転スピンドル
5内の軸心位置に配置したU軸制御バー17と、U軸付
工具ホルダ10内に配置したU軸の第2刃具H2を外径
方向にその半径位置を微調節する進退ロッド15とを結
合・離脱させるものである。まず、進退ロッド15をU
軸制御バー17から離脱するには、図1に示すように、
クランプ管6を油圧シリンダC1内にある油圧ピストン
P1により前進させ、U軸付工具ホルダ10の内周面9
内に嵌る拘束スリーブ13を刃先側へ押動させる。これ
で、スリーブ環7の内周の窪部7Aとの間に介在する鋼
球B1が窪部13A内に遊嵌され、アンクランプ状態と
なる。続いて、U軸付工具ホルダの連結装置40は、油
圧シリンダC2内にある油圧ピストンP2を後退動させ
ることで操作筒22を後退動させる。これにより、操作
筒22の先端内周のテーパー面22Aが爪部20Aから
離反される。この結果、進退ロッド15の尾端に突出し
たプルスタッド15Aは、U軸制御バー17の先端部1
7Aに付設したコレット20の爪部20Aから解放さ
れ、刃先側に前進する。この状態において、U軸付工具
ホルダ10の工具交換動作が実行される。
【0020】次に、進退ロッド15をU軸制御バー17
と結合するには、図2に示すように、クランプ管6を油
圧シリンダC1内にある油圧ピストンP1により後退さ
せ、U軸付工具ホルダ10の内周面9内側に嵌る拘束ス
リーブ13を反刃先側へ押動させる。これで、スリーブ
環7の内周の窪部7Aとの間に介在する鋼球B1が窪部
13Aから窪部7Aに移動し、クランプ状態となる。続
いて、U軸付工具ホルダの連結装置40は、油圧シリン
ダC2内にある油圧ピストンP2を前進動させることで
操作筒22を前進動する。これにより、操作筒22の先
端内周のテーパー面22Aが爪部20Aに外周側から押
圧される。この結果、進退ロッド15の尾端に突出した
プルスタッド15Aは、U軸制御バー17の先端部に付
設したコレット20の爪部20Aを外周側から絞って進
退ロッド15の後端部に付設したプルスタッド15Aを
抱持させ、U軸制御バー17と進退ロッド15とを隙間
やガタツキ無く強固に連結する。
【0021】上記連結装置40は、U軸制御バー17と
進退ロッド15とを、コレット20とプルスタッド15
Aとの連結手段によっていから、隙間をなくし、確実な
動作を可能としたU軸加工用工具ホルダとなっている。
更に、上記連結手段は、汎用の工具ホルダをクランプ・
アンクランプする時のものと、同一構成を利用している
から、U軸付工具ホルダ10の内部構成が簡潔となり、
U軸制御バー17と進退ロッド15との結合・離脱作用
が確実に行なわれるとともに、工具交換動作を的確に行
わせることができる。
【0022】続いて、本発明のU軸付工具ホルダ10に
よる球面加工方法の実施形態について、図4と図5によ
り説明する。U軸付工具ホルダ10による球面加工方法
は、はじめに、進退ロッド15の進退量は、NC制御装
置50からの制御指令E1,E2を補間制御部51で補
間した補間制御指令E1´,E2´となる。この補間制
御指令E1´は、Z軸サーボモータZMの制御パルス数
PzとなってZ軸サーボモータZMの送り量ZEを制御
し、また補間制御指令E2´は、U軸サーボモータUM
の補間用制御パルスPuとなってU軸サーボモータUM
のU軸方向(外径方向)への突出量UEをU軸制御部52
の出力として実行される。上記補間制御指令E1´,E
2´により、図5に示すように、Z軸サーボモータZM
の送り量ZEに対応した補間制御でU軸サーボモータU
MのU軸方向(外径方向)への突出量UEが行なわれ、ワ
ークW1の内周面が球面Qに加工される。
【0023】しかして、上記U軸付工具ホルダ10によ
る球面加工方法によると、進退ロッド15がU軸制御バ
ー17と連結装置40を介して結合されているから、ワ
ークW1の中ぐり加工において、内面を任意断面形状の
球面Qに高精度に加工できる。
【0024】最後に、本発明のU軸付工具ホルダ10に
よるテーパー面加工方法の実施形態について、図4と図
6により説明する。U軸付工具ホルダ10によるテーパ
ー面加工方法は、はじめに、進退ロッド15の進退量
は、NC制御装置50からの制御指令E1,E2を補間
制御部51で補間した補間制御指令E1´,E2´とな
る。この補間制御指令E1´は、Z軸サーボモータZM
の制御パルス数PzとなってZ軸サーボモータZMの送
り量ZEを制御し、また補間制御指令E2´は、U軸サ
ーボモータUMの補間用制御パルスPuとなってU軸サ
ーボモータUMのU軸方向(外径方向)への突出量UEを
U軸制御部52の出力として実行される。上記補間制御
指令E1´,E2´により、図6に示すように、Z軸サ
ーボモータZMの送り量ZEに対応した補間制御でU軸
サーボモータUMのU軸方向(外径方向)への突出量UE
が行なわれ、ワークW2の内周面が球面Tに加工され
る。
【0025】しかして、上記U軸付工具ホルダ10によ
る球面加工方法によると、進退ロッド15がU軸制御バ
ー17と連結装置40を介して結合されているから、ワ
ークW2の中ぐり加工において、内面を任意断面形状の
球面Tに高精度に加工できる。
【0026】本発明のU軸付工具ホルダ10の連結装置
40とこのU軸付工具ホルダによる球面・テーパー面加
工方法は、上記実施形態に限定されない。例えば、U軸
付工具ホルダにおいて、第2刃具H2を外径方向に微調
節する構成を各種の公知手段のものと設計変更するこ
と。二面拘束タイプのU軸付工具ホルダに限定されな
い。更に、U軸付工具ホルダのクランプ・アンクランプ
機構も図示の構成に限定されず、各種の公知手段のもの
と設計変更することができる。そして、上記U軸制御バ
ー17の進退位置調節機構SMについても、各種の公知
手段のものと設計変更することができる。また、加工面
形状も、球面・テーパー面に限定されず、各種の任意加
工面形状に加工することができる。
【0027】
【発明の効果】請求項1によると、U軸付工具ホルダの
連結装置はU軸制御バーと進退ロッドとを、コレットと
プルスタッドとの連結手段によって結合したから、U軸
加工用工具ホルダはU軸制御が隙間をなくし、確実に動
作できる。更に、U軸付工具ホルダの内部構成が簡潔と
なり、工具交換動作をも的確に行わせることができる。
【0028】請求項2のU軸付工具ホルダによる球面加
工方法によると、進退ロッドはこれと連結装置で直結す
るU軸制御バーをNC制御装置からの制御指令でZ軸モ
ーターの送り量との補間制御によりU軸方向(外径方向)
への突出量が制御されるから、ワークの中ぐり加工にお
いて、その内面を球面の任意断面形状が歪み無く高精度
に加工できる。
【0029】請求項3のU軸付工具ホルダによる球面加
工方法によると、進退ロッドはこれと連結装置で直結す
るU軸制御バーをNC制御装置からの制御指令でZ軸モ
ーターの送り量との補間制御によりU軸方向(外径方向)
への突出量が制御されるから、ワークの中ぐり加工にお
いて、その内面をテーパー面の任意断面形状が歪み無く
高精度に加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のU軸付工具ホルダの連結装置と主軸の
断面図である。
【図2】本発明のU軸付工具ホルダの連結装置と主軸の
作用断面図である。
【図3】U軸制御バーにおける進退位置調節機構の断面
図である。
【図4】U軸を含む各軸のNC制御系装置のブロック線
図である。
【図5】U軸付工具ホルダを使用した球面加工の作用断
面図である。
【図6】U軸付工具ホルダを使用したテーパー面加工の
作用断面図である。
【符号の説明】
1 主軸頭 5 回転スピンドル(主軸) 6 クランプ管 7 スリーブ環 9 内周面 10 U軸付工具ホルダ 12 係合部 12A 貫通孔 13 拘束スリーブ 13A 窪部 15 進退ロッド 15A プルスタッド 15B 傾斜部 17 U軸制御バー 17A 先端部 20 コレット 20A 爪部 22 操作筒 22A テーパー面 25 移動体 27 ねじ軸 30 工具支持部 30A 貫通孔 31 ツール保持部 31A 斜面(カム面) 40 連結装置 50 NC制御装置 51 補間制御部 52 U軸制御部 C1,C2 油圧シリンダ E1,E2 制御指令 E1´,E2´ 補間制御指令 H1 第1刃具 H2 第2刃具 P1,P2 油圧ピストン Pu 補間用制御パルス Pz 制御パルス数 Q 球面 T テーパー面 ZE 送り量 ZM Z軸サーボモータ UM U軸サーボモータ UE 突出量 W1,W2 ワーク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転スピンドル内の軸心位置に配置した
    U軸制御バーと、U軸付工具ホルダ内に配置したU軸の
    刃具位置を調節する進退ロッドとの連結装置において、
    回転スピンドル内に配置された同心状の操作筒を油圧ピ
    ストン等の軸心方向への前進動により進退可能とし、こ
    の操作筒の先端内周のテーパー面でU軸制御バーの先端
    部に付設したコレットの爪部を外周側から絞って進退ロ
    ッドの後端部に付設したプルスタッドを抱持させ、U軸
    制御バーと進退ロッドとを連結することを特徴とするU
    軸付工具ホルダの連結装置。
  2. 【請求項2】 進退ロッドは、コレットとプルスタッド
    との連結手段で直結するU軸制御バーをNC制御装置か
    らの制御指令でZ軸モーターの送り量との補間制御によ
    りU軸方向(外径方向)への突出量を球面制御することを
    特徴とするU軸付工具ホルダによる球面加工方法。
  3. 【請求項3】 進退ロッドは、コレットとプルスタッド
    との連結手段で直結するU軸制御バーをNC制御装置か
    らの制御指令でZ軸モーターの送り量との補間制御によ
    りU軸方向(外径方向)への突出量をテーパー面制御する
    ことを特徴とするU軸付工具ホルダによるテーパー面加
    工方法。
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