JP2005224891A - ドリルホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械のメンテナンスの頻度を低減し、かつ機械寿命が延ばすことが可能な振動機構を備えたドリルホルダーを提供する。
【解決手段】工作機械の主軸Ｓに着脱自在に装着されるシャンク９を一端側に備えたホルダー本体３の他端側に、ドリルを取り付けるコレット１９を他端側に装着したスピンドル５の一端側がホルダー軸方向に摺動可能に挿入されている。スピンドル５はホルダー本体３と共に回転可能であり、ホルダー本体３の他端外周側には外装体７が回転自在に設けられている。外装体７の外周側には工作機械の固定部Ｌに係脱自在な回り止め手段６７が固設されている。外装体７の内周側にはスピンドル５の回転に伴ってスピンドル５をホルダー軸方向に振動させる振動手段９３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドリルを保持するドリルホルダーに関し、さらに詳しくは、振動機構を備えたドリルホルダーに関する。

ドリル切削加工では、通常、ドリルに振動を付与しながら切削加工を行うことで、切削油を切削中の孔内に効率よく供給すると共に切り屑を切断しながら効率よく排出させ、それにより仕上げ面の向上、ドリル摩耗や折損の低減を図るようにしている。

従来、このようにドリルに振動を与える切削装置として、例えば、フック継手による振動ドリル切削装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。主軸の先端にフック継手を備えた振動発生装置を固定し、主軸の回転に伴ってフック継手を上下に揺動させることで、切削中のドリルを振動させる構成になっている。しかし、ドリル切削加工にしか使えず、汎用性がない。

そこで、近年では、汎用の工作機械の主軸を軸方向にステップ送りすることで、切削加工中のドリルに振動を付与する方法が採られている。しかしながら、ステップ送りの頻度が高いため、主軸を軸方向に移動させるための案内面や送りネジ部分などの早期摩耗や損傷が発生し易く、従って、メンテナンスを頻繁に行う必要があり、また機械寿命が低下するという問題があった。
特公昭５２−４１９０８号公報

本発明の目的は、工作機械のメンテナンスの頻度を低減し、かつ機械寿命が延ばすことが可能な振動機構を備えたドリルホルダーを提供することにある。

上記目的を達成する本発明のドリルホルダーは、工作機械の主軸に着脱自在に装着されるシャンクを一端側に備えたホルダー本体の他端側に、ドリルを取り付けるコレットを他端側に装着したスピンドルの一端側をホルダー軸方向に摺動可能に挿入すると共に、該スピンドルを前記ホルダー本体と共に回転可能に構成し、該ホルダー本体の他端外周側に外装体を回転自在に設け、該外装体の外周側に前記工作機械の固定部に係脱自在な回り止め手段を固設する一方、内周側に前記スピンドルの回転に伴って該スピンドルをホルダー軸方向に振動させる振動手段を設けたことを特徴とする。

上述した本発明のドリルホルダーによれば、工作機械の主軸の回転に伴って回転するスピンドルをホルダー軸方向に振動させることができるので、スピンドルにコレットを介して取り付けたドリルを振動させることが可能になる。従って、機械側でドリルに振動を付与する必要がなくなるので、工作機械のメンテナンスの頻度を低減し、かつ機械寿命が延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜５は、本発明のドリルホルダーの一実施形態を示し、このドリルホルダー１は、工作機械の主軸Ｓに取り付けられる円筒状のホルダー本体３、ホルダー本体３に挿入されたスピンドル５、ホルダー本体３の外周側に配設した円筒状の外装体７を備えている。

ホルダー本体３は上下に延在し、工作機械の主軸Ｓに着脱自在に装着されるテーパー状のシャンク９を上端側（一端側）に有している。シャンク９に隣接するホルダー本体３の中間部外周側には、主軸Ｓに取り付けるための鍔部１０が形成されている。ホルダー本体３の上下に貫通する孔部１１内には、下端側（他端側）から上記スピンドル５が摺動自在に挿入されている。

スピンドル５の中間部に形成した凹部１３に、ホルダー本体３から突設したトルクピン１５が係合し、スピンドル５がホルダー本体３と共に回転可能になっている。スピンドル５の下端には工具装着孔１７が形成されている。ドリルを取り付けるためのコレット１９が工具装着孔１７の開口側に挿入され、ナット２１を介してスピンドル５の下端部に取り付けられている。

工具装着孔１７からスピンドル５の上端まで切削油供給用の孔部２３が延設され、その孔部２３の下側孔部壁面にシール用のＯリング２５を外装した円筒状のスリーブ２７が螺設されている。スリーブ２７内に形成した切削油供給路２９の下端が、装着されたドリルの切削油供給孔の後端に接続されるようになっている。

スピンドル５より上側の孔部１１内には、切削油供給路３１を内側に備えた上下に延在する円筒状のパイプ体３３が上下に移動自在に配設されている。パイプ体３３の上端部が孔部１１の壁面に螺設した第１リング体３５の孔３７内にシール用のＯリング３９を介して摺動自在に挿入されている一方、下端部がスピンドル５の上端部に形成した凹部４０の壁面に螺設した第２リング体４１の孔４３内にシール用のＯリング４５を介して摺動自在に挿通されている。Ｏリング３９，４５によるシール効果により、切削油が切削油供給路３１内のみを通ってスピンドル５の孔部２３に供給されるようにしてある。

パイプ体３３の外周側には円筒体４７が摺動自在に外装され、円筒体４７に外装したスプリング４９により円筒体４７を介してその下端に当接するスピンドル５を常時下方に付勢している。

外装体７は、ホルダー本体３の下端側の外周側に軸受５１を介して回転自在に設けられた円筒状の第１外装部５３と、この第１外装部５３の下端にボルト５５（図３参照）により固定された円筒状の第２外装部５７から構成されている。

第１外装部５３の上端面には環状に延在する凹凸部５９が形成されている。この凹凸部５９に狭い隙間を介して係合する環状の凹凸部６１を備えた環状ブロック６３がホルダー本体３の外周側にネジ６５により固定され、第１外装部５３と環状ブロック６３とをラビリングシール構造とすることで、第１外装部５３内にホルダー本体３との隙間から飛散した切削油などを浸入し難くしてある。

外装体７の外周側には、工作機械の固定部Ｌに係脱自在な回り止め手段６７が設けられている。回り止め手段６７は、第１外装部５３にボルト６９（図３参照）により固定されたブロック体７１を備えている。このブロック体７１には、上下方向に延在する貫通孔７３が形成され、この貫通孔７３内に固設した円筒状のカラー７５内に回り止め軸７７が摺動自在に配設されている。回り止め軸７７内には、切削油を別途供給するための通路７９が形成されている。

回り止め軸７７の中間部外周側には、ネジ８０（図２参照）により固定した回り止めキー８１が螺合している。回り止めキー８１とカラー７５との間にはスプリング８３が取り付けられている。回り止めキー８１を挿通するガイドボルト８５がブロック体７１の上面に植設され、このガイドボルト８５に沿って回り止め軸７７が上下に移動可能になっている。

回り止めキー８１の一端側部８７が、ホルダー本体３側に設けた環状ブロック６３の他端側に形成した切欠き凹部８９に係合し、この係合によりホルダー本体３に対して外装体７を回らないようにしている。回り止め軸７７が下方に移動して、回り止めキー８１の一端側部８７が切欠き凹部８９から外れ、第１外装部５３の切欠き凹部９１内に移動した時にホルダー本体３に対して外装体７が回転可能になる。

外装体７の内周側には、スピンドル５の回転に伴ってスピンドル５を上下方向（ホルダー軸方向）に振動させる振動手段９３が設けられている。この振動手段９３は、スピンドル５の外周側に配設された傾斜リング９５と、この傾斜リング９５の上側に隣接配置したガイド体９７を備えている。

傾斜リング９５は、図４に示すように、その一端側が外装体７の第２外装部５７の内周側にネジ９９により固定されたリング１０１にシャフト１０３により取り付けられ、リング１０１を介して第２外装部５７に取り付けられるようになっている。リング１０１の両貫通孔１０２ａ，１０２ｂに摺動自在でかつ回転自在に配置されたシャフト１０３にネジ１０５により固定された傾斜リング９５は、シャフト１０３を中心にして上下に揺動自在に配設されている。

傾斜リング９５の両側（図４の上下側）に形成した径方向に貫通する両孔部１０７には、外径側に突出するボールプランジャー１０９がそれぞれ螺設され、このボールプランジャー１０９の外側に不図示のバネにより付勢されたボール１１１がリング１０１の内周面に常時当接することで、傾斜リング９５をリング１０１から等距離となるように保持している。

傾斜リング９５は、その他端側が第２外装部５７の内周側に突出する下端カバー部１１３に形成した貫通孔１１５に回転自在に収容され、上方に突出するボール１１７上に載置され、ボール１１７の突出量を変えることにより、傾斜リング９５の上面（環状傾斜面）１３１の傾斜角度を変更可能にしている。

ガイド体９７は、軸受１１９を介してスピンドル５に回転自在に取り付けた環状体１２１を有している。この環状体１２１の傾斜リング９５に対向する下面に形成した孔部１２３にローラ（回転体）１２５が収容されている。ローラ１２５は、ネジ１２７により環状体１２１に固定された軸１２９に回転自在に取り付けられ、その下端が環状体１２１から突出して傾斜リング９５の上面１３１に当接している。スプリング４９によりスピンドル５が下方に付勢されているので、ローラ１２５は常時上面１３１に当接する。

環状体１２１には、スピンドル５の回転に伴って回転する遊星歯車機構１３３が連結されている。遊星歯車機構１３３は、環状体１２１の上側に隣接するスピンドル５の外周面部分に周方向に沿って所定の間隔で歯１３５を突設して形成した太陽歯車部１３７を有している。第１外装部５３の下端部内周側にリング体１３９が植込みボルト１４１により取り付けられ、そのリング体１３９の内周側に周方向に沿って所定の間隔で歯１４３を突設して形成した内歯歯車部１４５が設けられている。

図５に示すように、複数の遊星歯車１４７が太陽歯車部１３７と内歯歯車部１４５に噛合するように配設され、各遊星歯車１４７は、環状体１２１の上面に突出し、ボルト１４９により環状体１２１に固定された軸１５１に軸受１５３を介して回転自在に支持されている。

スピンドル５の回転により太陽歯車部１３７が回転すると、遊星歯車１４７が回転しながら内歯歯車部１４５に沿って移動し、その遊星歯車１４７の移動によりガイド体９７の環状体１２１が回転し、環状体１２１の回転によりガイド体９７のローラ１２５が転動しながら環状リング９５の上面１３１上を周方向に移動し、遊星歯車機構１３３の作動によりガイド体９７が環状リング９５の傾斜した上面１３１上を周方向に回転移動するようになっている。

ガイド体９７のローラ１２５の周回移動により、環状体１２１が上下に往復振動し、それにより環状体１２１と軸受１１９を介して連結されたスピンドル５が上下方向に往復振動する。遊星歯車機構１３３を介在させることで、スピンドル５が複数回回転した時にスピンドル５が１往復振動するようにしている。

第２外装部５７の下端カバー部１１３には、スピンドル５の振動量を調整するための振動量調整体１５５が取り付けられている。振動量調整体１５５はリング状に形成され、下端カバー部１１３の下面に形成した環状凹部１５７の外周側壁面に上下に移動可能に螺合している。振動量調整体１５５を上下に移動させることで、貫通孔１１５に回転自在に収容したボール１１７の上方への突出量を変更し、それにより傾斜リング９５の上面１３１の傾斜角度を変えることで、スピンドル５の振動量を調整できるようにしてある。

振動量調整体１５５の下面には、図３に示すように、振動量を示す目盛り１５９が設けられている。また、ネジ１６１により振動量調整体１５５を下端カバー部１１３に固定可能にしてあり、切削時の振動により、所定位置に調整した振動量調整体１５５が移動しないようにしている。

以下、上述した本発明のドリルホルダー１の作用について説明する。

ホルダー本体３のシャンク９を工作機械の主軸Ｓに取り付け、回り止め手段６７の回り止め軸７７を工作機械の固定部Ｌに係合させる。係合した際に固定部Ｌにより回り止め軸７７が下方に押されて移動し、回り止めキー８１が環状ブロック６３の切欠き凹部８９から外れて、ホルダー本体３と外装体７との回り止め状態が解除される。それにより、ホルダー本体３は主軸Ｓと共に回転し、外装体７は回り止め手段６７を介して固定部Ｌに係合するため、非回転の状態となる。

主軸Ｓが回転すると、ホルダー本体３と共にスピンドル５が回転する。スピンドル５の回転により太陽歯車部１３７が回転し、それに噛合する遊星歯車１４７が回転しながら内歯歯車部１４５に沿って移動する。遊星歯車１４７の移動によりガイド体９７の環状体１２１が回転し、それによりガイド体９７のローラ１２５が転動しながら環状リング９５の傾斜した上面１３１上を周方向に移動する。スプリング４９によりスピンドル５が下方に付勢されているので、ローラ１２５は常時上面１３１に当接しながら転動する。

ローラ１２５の周回移動により、環状体１２１が上下に往復振動し、それにより環状体１２１と軸受１１９を介して連結されたスピンドル５が上下に往復振動する。従って、コレット１９に取り付けられた不図示のドリルが上下に振動しながら切削加工を行うことができる。

このように本発明では、工作機械の主軸Ｓに着脱自在に装着されるシャンク９を上端側に備えたホルダー本体３の下端側に、ドリルを取り付けるコレット１９を下端側に装着したスピンドル５の上端側を上下方向に摺動可能に挿入すると共に、スピンドル５をホルダー本体３と共に回転可能に構成し、ホルダー本体３の下端外周側に回転自在に設けた外装体７の外周側に工作機械の固定部Ｌに係脱自在な回り止め手段６７を固設する一方、内周側にスピンドル５の回転に伴ってスピンドル５を上下方向に振動させる振動手段９３を設け、ドリルホルダー１を振動する構成にしたので、機械側でドリルに振動を付与するのを不要にすることができる。従って、工作機械のメンテナンス頻度を低減し、かつ機械寿命が延ばすことが可能になる。

本発明のドリルホルダーの一実施形態を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 図１の平面図である。 図１の下面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。

符号の説明

１ ドリルホルダー ３ ホルダー本体
５ スピンドル
７ 外装体
９ シャンク
１９ コレット
６７ 回り止め手段
９３ 振動手段
９５ 傾斜リング
９７ ガイド体
１２１ 環状体
１２５ ローラ（回転体）
１３１ 上面（環状傾斜面）
１３３ 遊星歯車機構
１３７ 太陽歯車部
１４５ 内歯歯車部
１４７ 遊星歯車
Ｌ 固定部
Ｓ 主軸

Claims (5)

1. 工作機械の主軸に着脱自在に装着されるシャンクを一端側に備えたホルダー本体の他端側に、ドリルを取り付けるコレットを他端側に装着したスピンドルの一端側をホルダー軸方向に摺動可能に挿入すると共に、該スピンドルを前記ホルダー本体と共に回転可能に構成し、該ホルダー本体の他端外周側に外装体を回転自在に設け、該外装体の外周側に前記工作機械の固定部に係脱自在な回り止め手段を固設する一方、内周側に前記スピンドルの回転に伴って該スピンドルをホルダー軸方向に振動させる振動手段を設けたドリルホルダー。
2. 前記振動手段は、前記スピンドルの外周側に配設され、かつ前記外装体に取り付けられた傾斜リングと、前記スピンドルに取り付けられ、かつ前記傾斜リングの環状傾斜面に当接するガイド体を有し、前記スピンドルの回転に伴って前記ガイド体が前記環状傾斜面上を周方向に移動することで前記スピンドルをホルダー軸方向に振動可能にした請求項１に記載のドリルホルダー。
3. 前記振動手段は、前記スピンドルの回転に伴って作動する歯車機構を有し、前記ガイド体を前記スピンドルに回転自在に取り付けると共に前記歯車機構に連結し、該歯車機構の作動により前記ガイド体が前記環状傾斜面上を周方向に移動する請求項２に記載のドリルホルダー。
4. 前記歯車機構は遊星歯車機構から構成され、前記スピンドルの外周面に形成された太陽歯車部と、円筒状の前記外装体の内周側に設けた内歯歯車部と、両歯車部に噛合する遊星歯車とを有し、前記ガイド体は、前記スピンドルに回転自在に取り付けられた環状体と、該環状体に回転自在に装着され、前記傾斜リングの環状傾斜面に当接する回転体とを有し、前記遊星歯車を前記環状体に回転自在に支持した請求項３に記載のドリルホルダー。
5. 前記スピンドルが複数回回転した時に該スピンドルがホルダー軸方向に１往復振動する請求項１，２，３または４に記載のドリルホルダー。

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