JP2005262419A - マシニングセンタの工具ホルダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スロッティング加工時に主軸を位置決めされた回転割出位置にに確実に固定すると共に、切削工具の刃先の潤滑、冷却、切削屑の排除等を効果的に行う。
【解決手段】 スロッティング加工用の切削工具１５を取り付け、スラスト荷重を支持可能な軸受８を介して案内部材７に回転自在に支持された工具ホルダ５を、主軸ヘッド１の主軸２に装着すると共に、案内部材７を調整ボルト２２ａ，２２ｂを介して主軸ヘッド１に支持し、工具ホルダ５を主軸２内の牽引手段６によって主軸２の軸方向へ牽引することにより、軸受８に予圧を付与した状態でワークのスロッティング加工を行う工具ホルダ装置Ａにおいて、工具ホルダ５と案内部材７との間には、スロッティング加工におけるワークの切削行程時に、案内部材７に対する工具ホルダ５の軸回りの相対回転を阻止するブレーキ手段Ｂを設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主軸に装着した切削工具に主軸の軸方向における往復運動を与えて内径キー溝、角穴、歯車、曲面等の加工をスロッティング加工により行うことができるマシニングセンタの工具ホルダ装置に関するものである。

従来、この種のマシニングセンタの工具ホルダ装置として、先端部にスロッティング加工用の切削工具を取り付けた工具ホルダを、スラスト荷重を支持可能な軸受を介して案内部材に回転自在に支持すると共に、前記案内部材に該案内部材をマシニングセンタの主軸ヘッドに支持する支持部材を取り付け、前記工具ホルダのシャンク部が、前記主軸ヘッドに主軸受で回転自在に支持した主軸に装着されて、該主軸内の牽引手段によって主軸の後方向へ牽引された際に、前記支持部材が、スラスト荷重を支持可能な前記軸受に予圧を付加した状態にし、かつスロッティング加工時に、前記切削工具によって生じる主軸後方へのスラスト荷重を前記案内部材を介して受け止め、該スラスト荷重が前記主軸受に作用しないようにし、また、前記切削工具の刃先に対して主軸ヘッドの前面に設けたクーラント噴射ノズルからクーラントを噴射させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２９３６２４号公報

しかしながら、マシニングセンタにおいては、主軸を回転させる主軸モータとして一般的に誘導電動機が使用されているが、この誘導電動機は同期速度に対するすべりで制御され、負荷に対するトルク発生に遅れが生じるトルク特性を有するため、例えば、鋼等の比較的に被切削抵抗値の高い被削材のワークを歯切り加工する場合、切削工具に生じる主軸回転方向への大きな切削抵抗が工具ホルダを介して主軸に伝達されて、該主軸が回転方向へ位置ずれを起こすことがあり、これに起因して、歯切り加工面に歯すじ方向の誤差が生じて加工精度が低下するおそれがあった。
また、主軸ヘッドに設けたクーラント噴射ノズルは、その噴射口と工具ホルダの切削工具までの間隔が離れているために、切削工具の形状、大きさが変わると、クーラントを切削工具の刃先に向けて的確に噴射させることができず、切削工具の刃先の潤滑、冷却、切削屑の排除等を効果的に行えない問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、スロッティング加工に伴って生ずる主軸の回転方向における切削抵抗が主軸に伝達するのを防ぎ、主軸モータが発生しうる保持トルクに依存せずに、スロッティング加工時に回転割出位置に位置決めされた主軸を該回転割出位置に確実に固定することができるマシニングセンタの工具ホルダ装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、スロッティング加工用の切削工具による加工点にクーラントを的確に噴射して、該切削工具の刃先の潤滑、冷却、切削屑の排除等を効果的に行うことができるマシニングセンタの工具ホルダ装置を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置は、先端部にスロッティング加工用の切削工具を取り付け、スラスト荷重を支持可能な軸受を介して案内部材に回転自在に支持された工具ホルダを、主軸ヘッドの主軸に装着すると共に、前記案内部材を該案内部材と前記主軸ヘッドとの間に設けた支持部材を介して主軸ヘッドに支持し、前記工具ホルダを前記主軸内の牽引手段によって主軸の軸方向へ牽引することにより、前記軸受に予圧を付与した状態でワークのスロッティング加工を行う工具ホルダ装置において、
前記工具ホルダと前記案内部材との間には、前記スロッティング加工におけるワークの切削行程時に、前記案内部材に対する工具ホルダの軸回りの相対回転を阻止するブレーキ手段を設けたことを特徴としている。

請求項２に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置は、請求項１に記載の工具ホルダ装置において、前記ブレーキ手段は、前記工具ホルダに取り付けたブレーキディスクと、前記案内部材に固定され、前記ブレーキディスクを挟み着けてその回転を止めるディスクブレーキとを備えたディスクブレーキ装置であることを特徴としている。

請求項３に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置は、請求項２に記載の工具ホルダ装置において、前記ディスクブレーキにエアシリンダで作動して前記ブレーキディスクを挟み着けるブレーキパッドが設けられ、また、前記案内部材に、前記工具ホルダの主軸への装着時に主軸ヘッドに当接して一方に移動して案内部材と工具ホルダとの相対回転を許容し、工具ホルダの主軸からの取り外し時にばねの付勢力により他方に移動して前記相対回転を阻止する回り止め手段が設けられ、さらに、該回り止め手段に主軸ヘッド側の圧縮空気供給装置から供給された圧縮エアを流す空気通路が設けられ、該空気通路内の圧縮エアを前記エアシリンダに流す空気通路が前記案内部材に設けられたことを特徴としている。

請求項４に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の工具ホルダ装置において、前記工具ホルダには、クーラント供給装置によって前記主軸の後端部から主軸の内部を通して主軸の前方に供給されたクーラントを先端側へ向けて流すクーラント用通路が設けられ、該クーラント用通路の先端には切削工具の切刃に向けてクーラントを噴射するクーラント噴射ノズルが設けられたことを特徴としている。

請求項５に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置は、請求項４に記載の工具ホルダ装置において、前記クーラント噴射ノズルは、前記工具ホルダの先端に切削工具を固定する中空の固定ボルトと、該固定ボルトの先端に所定の隙間をあけて固定され、固定ボルトの先端の周囲に前記中空孔と連絡する開口を形成する円板とを備えていることを特徴としている。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置によれば、前記スロッティング加工におけるワークの切削行程時に、ブレーキ手段によって工具ホルダが案内部材に対して回転方向の相対移動がしっかりと固定されるので、切削工具に作用する切削負荷によって工具ホルダに回転トルクが発生しても、該回転トルクは前記案内部材および支持部材を通して主軸ヘッドに強固に支持されることとなり、工具ホルダ自体が主軸の回転方向へ回転するのを確実に防止され、したがって、主軸モータの発生する保持トルクに依存せずに工具ホルダの回転を止めることができるので、切削工具が切削加工中に切削負荷によって主軸の回転方向のずれを生じることがなく、難削材でも高精度加工を行うことができる。

また、請求項２に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置によれば、ブレーキ手段を構造が簡単で小型にすることができ、かつディスクブレーキで強力にブレーキディスクを挟み着けて案内部材に対する工具ホルダの固定を強固に行うことができる。

また、請求項３に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置によれば、ディスクブレーキのエアシリンダに、主軸ヘッド側から供給された圧縮エアを、支持部材と案内部材の内部に設けた空気通路を通して供給するので、工具ホルダ装置は、その回りに付設する圧縮エア供給用の配管類を少なくて済み、切屑等の堆積が無く、配管類が損傷するおそれがなく、外形構造を簡単にすることができる。また、圧縮エアを使用するので、エアシリンダの作動が速く、高頻度のスロッティング加工の加工サイクルに対応して、工具ホルダの案内部材に対する固定、解除の動作を円滑、迅速に行うことができる。また、工具ホルダが主軸より取り外された際に、工具ホルダ内の残留流体の漏れを防止する手段が不要であり、さらに、電磁ブレーキの場合に必要な、主軸から切り離される案内部材側に対する切り離し可能な電源供給手段が不要となるので、構成が簡単で取り扱いがし易い利点がある。

また、請求項４に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置によれば、工具ホルダの内部を通してその前端部に設けたクーラント噴射ノズルに導き、該クーラント噴射ノズルからスロッティング加工用の切削工具に向けてクーラントを噴射するので、クーラント噴射ノズルと切削工具の切刃との間に障害物がなく、該切刃による加工点にクーラントを的確に噴射させることができ、該切刃の潤滑、冷却、切削屑の排除等を効果的に行うことができる。

また、請求項５に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置によれば、切削工具を工具ホルダに固定する固定ボルトの部分にクーラント噴射ノズルが形成されるので、切削工具とクーラント噴射ノズルとを組み合わせ部品として構成することにより、切削工具の切刃に対するクーラントの噴射を一層的確に行える切削工具とクーラント噴射ノズルの組み合わせを容易に設定することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置を添付図面を参照して説明する。図において、１は汎用のマシニングセンタの主軸ヘッドであり、該主軸ヘッド１には前後部の主軸受１ａ（後部の主軸受は図示せず）により主軸２が軸回りに回転自在に支持されている。該主軸２は、主軸ヘッド１に内蔵された、所謂、ビルトイン型の誘導電動機である主軸モータ（図示せず）によって回転され、かつ所定の回転割出位置に位置決め、固定されるようになっている。そして、前記主軸２に対し着脱される実施の形態に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置Ａが設けられている。
前記工具ホルダ装置Ａは、シャンク部３の後端側（図１で右端側）に前記主軸２のテーパ穴２ａに着脱自在に挿入されるテーパ軸部４を有する工具ホルダ５を備えている。

前記工具ホルダ５は、従来周知の工具ホルダと同様に、シャンク部３の中央部の外周に設けたフランジ５ａに、工具交換装置の工具グリッパＧに係合する環状の把持溝５ｂと、主軸２に固定された一対のキー２ｂに係合する一対のキー溝５ｃが形成されていると共に、前記テーパ軸部４の後端部に、工具ホルダ５が主軸２内に装着されたとき、前記主軸２内に設けたドローバー６ａとその先端のコレット（クランプ機構）６ｂ等とからなる従来周知の牽引手段６により、主軸２の軸方向後方（図１で右方）へ牽引されるドローボルト５ｄが固定されている。前記工具ホルダ５とドローボルト５ｄの中心軸線上には、主軸ヘッド１の後部から前記ドローバー６ａの軸孔６ｃを通して供給されたクーラントを流す軸孔（クーラント用通路）５ｅ，５ｆが相互に連絡して設けられている。

前記工具ホルダ５のシャンク部３の先端側には、正面視（図２参照）が概略菱形をした平板状の案内部材７が、その中心部の軸穴に装着した軸受（主軸２の後方側へのスラスト荷重を支持可能な軸受であるテーパローラベアリング）８を介して相対回転自在に装着されている。そして、工具ホルダ５は、前記シャンク部３の先端から前方へ突き出して設けた小径軸部３ａに嵌合され、ボルト９ａでシャンク部３の先端面に当接されて固定された円盤状のフランジ部材９の後面（図１で右側面）が、前記軸受８の先端面に当接されると共に、シャンク部３のフランジ５ａの前側（図１で左方）に装着したリテーナ１０が、前記案内部材７の後端面、具体的には、シャンク部３の外周に装着したオイルシール１１を保持するため案内部材７に固定したシール押さえ１２の後端面に当接されており、案内部材７に対して軸方向における自由な相対移動が阻止されるようになっている。

前記フランジ部材９の前面には、円板状のブレーキディスク１３が前記小径軸部３ａに中心部の軸孔を嵌合させて配置され、工具ホルダ部１４と一緒に複数本のボルト１３ａによって前記フランジ部材９に固定されている。前記工具ホルダ部１４は、前後にフランジ１４ａ，１４ｂを有する円筒状部材からなり、後部の軸穴１４ｃを前記小径軸部３ａに嵌合させ、前記ブレーキディスク１３を前記フランジ部材９とで挟むようにして、後部フランジ１４ｂに挿通した前記ボルト１３ａで前記フランジ部材９に固定されて、前記工具ホルダ５に一体的に結合されている。
前記工具ホルダ部１４の先端には、ピニオンカッタからなる切削工具１５が、その中心部の軸穴１５ａを工具ホルダ部１４の嵌合軸部１４ｄに嵌合させ、後面を前記前部フランジ１４ａの前端面に当接させて配置され、かつ前記工具ホルダ１４の前部に設けたねじ穴１４ｅにねじ部を螺合させた中空の固定ボルト１６により、座金１７を介して固定されて設けられている。前記フランジ部材９と工具ホルダ部１４は切削工具１５を保持する工具ホルダ５の一部を構成している。

前記固定ボルト１６の頭部１６ａには、その前面との間にスペーサ１８によって所定間隔の隙間１９をあけるようにして、前記頭部１６ａの外径より僅かに大きな直径を有する円板２０が、その周方向に等間隔をあけて配置された複数個のボルト２０ａによって固定されている。そして、前記固定ボルト１６の前端部の中央には中空孔（クーラント用通路）１６ｂに連絡した六角穴からなるスパナ掛け用穴（クーラント用通路）１６ｃが設けられ、前記工具ホルダ５の軸孔５ｅ側から供給されるクーラントが、前記工具ホルダ部１４の軸孔１４ｃ、中空孔１６ｂ、スパナ掛け用穴１６ｃを経て、前記円板１９の外周部から前記切削工具１５の切刃部に噴射されるようになっている。前記固定ボルト１６と前記スペーサ１８と前記円板２０とでクーラントを切削工具１５の切刃に向けて噴射させるクーラント噴射ノズル２１を構成している。

また、前記案内部材７の菱形の長径方向における１つの頂点部分７ａを除く３つの頂点部分７ｂ，７ｃ，７ｄには、前記工具ホルダ５の中心を中心とする円の周方向における等間隔位置に、それぞれ、外周にねじを形成した調整ボルト２２ａ，２２ｂ，２２ｂが、その先端側（図１で左端側）を案内部材７のねじ孔にねじ込まれて、ロックナット２３により固定されて取り付けられている。これらの調整ボルト２２ａ，２２ｂ２２ｂは、工具ホルダ５の軸方向に平行にして案内部材７から後端側（主軸ヘッド１側）に向けて延長されており、それらのうちの１つの調整ボルト２２ａ（図１、図２で下側のもの）は、主軸ヘッド１側の後端部（図１で右端部）にテーパ部２２ａ１が設けられている。各調整ボルト２２ａ，２２ｂ，２２ｂは、案内部材７に対するねじ込み量を調節して、その後端部の主軸２の軸方向における案内部材７からの突き出し長さを調整し得るようになっている。

そして、前記調整ボルト２２ａ，２２ｂ，２２ｂに対応する主軸ヘッド１の前面の３つの位置には、それぞれ、位置決め部材２４ａ，２４ｂ，２４ｂ（１つは図示されていない）がボルト、ねじ等で取り付けられている。１つの位置決め部材２４ａ（図１で下側のもの）には、前記調整ボルト２２ａのテーパ部２２ａ１の勾配に合致する勾配を有するテーパ溝２４ａ１が形成されており、工具ホルダ５が主軸２に装着されたとき、前記テーパ部２２ａ１がテーパ溝２４ａ１に嵌合され、前記調整ボルト２２ａを介して前記案内部材７が主軸ヘッド１に対して主軸２の軸方向と周方向に位置決めされ、また、他の２つの位置決め部材２４ｂ，２４ｂは、それらの先端の平面を前記調整ボルト２２ｂ，２２ｂの後端部に当接させて、前記案内部材の主軸方向への位置決めを行うようになっている。
前記調整ボルト２２ａ，２２ｂ，２２ｂと前記位置決め部材２４ａ，２４ｂ，２４ｂは前記案内部材７を主軸ヘッド１に支持する支持部材を構成している。

また、前記位置決め部材２４ａには、前記テーパ溝２４ａ１より工具ホルダ５の中心側に寄った位置に設けた嵌合穴２４ｃに挿通して取り付けた円筒状の受け金２５が、主軸２の軸方向の前側に突き出して設けられており、該受け金２５には前端面と後方外周部に開口する空気の流通孔２５ａが設けられ、該流通孔２５ａは、その後方外周部の開口を通して前記位置決め部材２４ａに設けた空気の流通孔２６に連絡されている。そして、前記位置決め部材２４ａの流通孔２６は、主軸ヘッド１に設けた空気の供給孔２７を介して、主軸ヘッド１に後部側等に設けた圧縮空気供給装置（図示せず）に連絡されている。
なお、前記受け金２５の流通孔２５ａは、位置決め部材２４ａの流通孔２６を介さずに、直接に前記供給孔２７に連絡させるようにしてもよい。この場合には、前記位置決め部材２４ａを設けずに、主軸ヘッド１の対応位置に直接にテーパ溝１７ｂを設けるようにしてもよい。

さらに、工具ホルダ５が主軸２に装着されて前記ドローボルト５ｄが前記牽引手段６により主軸２の軸方向の後方へ牽引されたとき、前記調整ボルト２２ａ，２２ｂ，２２ｂと前記位置決め部材２４ａ，２４ｂ，２４ｂとによって主軸ヘッド１に支持された前記案内部材７と前記フランジ部材９の後端面とにより、前記軸受８に予圧（予荷重）が付加され、前記リテーナ１０と案内部材７の後端面（シール押さえ１４の後端面）との間に僅かな隙間（例えば０．０３ｍｍ程度）があけられるようになっている。すなわち、案内部材７に装着した軸受８は、その外輪が主軸２の軸方向の後方への移動を固定され、その内輪がシャンク部３に嵌合されており、シャンク部３が主軸２内の牽引手段６により主軸２の軸方向の後方へ牽引されると、前記内輪の先端面がフランジ部材９の後端面（当接面）を介して前記軸方向の後方側へ押圧されることにより、周知の通りに軸受８に予圧が付加されるものである
また、前記案内部材７には工具ホルダ５の軸方向と平行に挿通穴７ｅがあけられ、該挿通穴７ｅには、先端側の外周部と後端面に開口を有する空気の流通孔（空気通路）２８ａを設けた回り止め部材（回り止め手段）２８が軸方向（工具ホルダ５の軸方向）に摺動自在に挿入されており、該回り止め部材２８の先端には回り止め部材の外径より大径の円板からなる回り止め駒（回り止め手段）２９がボルト２９ａで固定され、該回り止め部材２８の後端側には、径大部２８ｂと前記案内部材７の後端面との間に座金３０を介して圧縮ばね３１が装着されている。

そして、回り止め部材２８は、常時（工具ホルダが主軸から取り外されたとき）は、前記圧縮ばね３１により付勢されて後端側（他方）へ移動し、前記回り止め駒２９が前記フランジ部材９の外周に形成した円弧状の係合凹所（係合部）９ｂに係合され、案内部材７に対し工具ホルダ５の周方向における相対回転を阻止して両者の周方向の関係位置が一定に保持され、また、工具ホルダ５が主軸２に装着されたときは、後端が主軸ヘッド１に固定した受け金２５に当接されて軸方向の前方（一方）（図１で左方）へ移動し、前記回り止め駒２９が前記フランジ部材９の係合凹所９ｂから離脱されて前記係合が解除されることにより、案内部材７に対する工具ホルダ５の相対回転が許容され、主軸２の回転による切削工具１５の回転位相の移動（割出回転）が許容されるようになっている。なお、受け金２５を設ける代わりに、主軸ヘッド１の対応位置に直接に回り止め部材２８との当接面を形成し、該当接面に前記流通孔２８ａと連絡する前記供給孔２７を開口させるようにしてもよい。

また、前記案内部材７の菱形の長径方向における頂点部７ａの前面側（図１、図２で上側）には、空圧式のディスクブレーキ３２が、案内部材７に後面側から挿通したボルト３３により取り付けられている。該ディスクブレーキ３２は、前記ブレーキディスク１３の外周部を前後から挟むように配置した一対のエアシリンダ３２ａ，３２ａによって作動して前記ブレーキディスクを１３を締め付けてその回転を止めるブレーキパッドを設けたものであり、各エアシリンダ３２ａ，３２ａに圧縮エアを供給するエア配管３４，３４が接続されている。各エア配管３４，３４は、前記案内部材７に設けられた空気通路３６に連絡され、さらに前記回り止め部材２８の流通孔２８ａに連絡されている。すなわち、前記空気通路３６は、前記回り止め部材２８の流通孔２８ａに連絡された環状室３６ａと、一端側を流路３６ｂを介して前記環状室３６ａに連絡され、前記工具ホルダ５がある中心部側を迂回するようにして他端側を流路３６ｃに連絡する連絡流路３６ｄと、前記流路３６ｃに連絡された一対の出口流路３６ｅ，３６ｅとからなり、該出口流路３６ｅ，３６ｅが前記一対のエア配管３４，３４に管継ぎ手３７，３７を介して連絡されている。
なお、図中３８は、主軸ヘッド１に前面において主軸２の回りに適宜間隔をあけた設けた複数個（図１では１個のみ図示）のクーラント噴射ノズルであり、スロッティング用の切削工具以外の通常の切削工具でワークを切削するときに、該通常の切削工具の切刃にクーラントを噴射するものである。

次に、上記のように構成された工具ホルダ装置Ａの作用について説明する。
マシニングセンターによってワークに内径キー溝、角穴、セレーション、歯車等をスロッティング加工により形成する（図示の例では歯切り加工する）場合には、工具交換装置の工具グリッパＧで工具ホルダ５のフランジ５ａが把持され、工具ホルダ装置Ａが工具貯蔵装置から取り出されて主軸２の位置まで搬送され、前記シャンク部３のテーパ軸部４が前記主軸２のテーパ穴２ａに装着されると共に、前記工具ホルダ５のフランジ５ａのキー溝５ｃが主軸２に固定したキー２ｂに係合される。
このとき、前記案内部材７に取り付けられている調整ボルト２２ａと回り止め部材２８の工具ホルダ５の周方向における位置が、それぞれ、主軸ヘッド１に固定されている位置決め部材２４ａと受け金２５の位置と一致すると共に、他の調整ボルト２２ｂ，２２ｂｂと位置決め部材２４ｂ，２４ｂとの工具ホルダ５の周方向における位置が一致し、回り止め部材２８は、その後端が受け金２５に当接して軸方向の前方へ移動させられるので、前記回り止め駒２９がフランジ部材９の係合凹所９ｂから離脱し、案内部材７に対し工具ホルダ５が相対回転し得るようになる。同時に、回り止め部材２８の流通孔２８ａが受け金２５の流通孔２５ａと位置決め部材２４ａの流通孔２６とを介して主軸ヘッド１の前記供給孔２７に連絡される。

そして、前記主軸２内の牽引手段６が作動してそのコレット６ｂによってドローボルト５ｄを介して工具ホルダ５が後方へ牽引されると、前記調整ボルト２２ａの後端部のテーパ部２２ａ１が主軸ヘッド１に固定した位置決めブロック２４ａのテーパ溝２４ａ１に嵌合されると共に、他の調整ボルト２２ｂ，２２ｂの後端部が位置決め部材２４ｂ，２４ｂに当接して、前記案内部材７が主軸ヘッド１に対して、主軸２の軸方向と周方向に位置決め固定されて支持される。これにより、主軸ヘッド１に支持定された案内部材７と、後方へ牽引される工具ホルダ５に固定されたフランジ部材９とにより前記軸受８に予圧が付加され、前記工具ホルダ５に装着されたリテーナ１０との間に僅少な隙間があけられる。その際には、工具ホルダ５のドローボルト５ｄの後端と前記ドローバー６ａの前端とが当接して、それらに設けた軸孔５ｆ，６ｃが相互に液密に連通される。
このようにして、前記工具ホルダ５が主軸２に装着され、案内部材７の主軸ヘッド１に対する位置決め、固定が終了すると、主軸ヘッド１が主軸２の軸方向に往復駆動されて、主軸２とワーク（図示せず）との間に往復運動（スロッティング運動）が行われると共に、各往復運動に連係させた前記主軸モータ（図示せず）による主軸２の周方向への回転位相の移動（割出回転）と回転位相位置（割出回転位置）での位置決めが行われる。これによって、工具ホルダ部１４の先端部に固定した切削工具８の刃先に、スロッティング運動と回転位相の移動とによる切削動作が与えられ、ワークに対し、回転工具の３軸方向への送りによる切削動作では加工ができないキー溝、角穴、セレーション、歯車等のスロッティング加工（図示の例ではピニオン歯車、ラック等の刃切り加工）が行われる。

前記スロッティング加工中においては、前記主軸モータによる主軸２の回転位相の移動が行われてその位置決めが完了すると同時に、図示しない圧縮空気供給装置から主軸ヘッド１の供給孔２７を経て前記位置決め部材２４ａの流通孔２６に圧縮空気が供給され、該圧縮空気は、前記受け金２５と回り止め部材２８の各流通孔２５ａ，２８ａを通って案内部材７の環状室３６ａに入り、前記空気通路３６（３６ｂ，３６ｄ，３６ｃ，３６ｅ）を通ってエア配管３４，３４から前記ディスクブレーキ３２の各エアシリンダ３２ａ，３２ａに供給され、各エアシリンダ３２ａ内のブレーキパッドが前記ブレーキディスク１３を前後面から挟み着けてその回転を止めるので、前記工具ホルダ５（切削工具１５）が前記案内部材７に対して前記ブレーキディスク３２を介して回転方向に関して一体的に結合された状態となり、前記切削工具１５の切削負荷から工具ホルダ５に伝達する回転方向の負荷トルクは、前記案内部材７と前記調節ボルト２２ａと位置決め部材２４ａを介して主軸ヘッド１でしっかりと受け止められる。
したがって、スロッティング加工中に前記負荷トルクが主軸モータが発生する保持トルクを上まわような場合があっても、前記主軸モータが前記負荷トルクを主軸２を介して保持する必要がないので、スロッティング加工の切削行程において切削工具１５が工具ホルダ５の回転方向に微動することがなく、ワークの加工精度が低下するといった問題は生じない。

また、前記スロッティング加工中においては、図示しないクーラント供給装置が作動して、クーラントが主軸の後端部側から前記ドローバー６ａの軸孔６ｃを経て工具ホルダ５とドローボルト５ｄの軸孔５ｆ、５ｅに供給されるので、該クーラントは、工具ホルダ部１４の軸孔１４ｃと固定ボルト１６の中空孔１６ｂ、スパナ掛け用穴１６ｃとを経て、固定ボルト１６と円板２０との外周の隙間１９から放射方向に切削工具１５の切刃に向けて噴射され、該切刃の冷却、潤滑と切削屑の排除に働く。
なお、図示の例のように、切削工具１５がピニオンカッターの場合には、スロッティング運動の復工程が終了して往工程によるワークの切削動作に入る直前に、前記主軸モータによる主軸２（切削工具１５）の回転位相の移動が行われてその位置決めが完了すると同時に、前記ディスクブレーキ３２によるブレーキディスク１３の固定が行われ、往行程によるワークの切削動作が終了して復行程中に、前記ディスクブレーキ３２によるブレーキディスク１３の固定の解除が行われて、往行程の終了と同時に前記主軸モータによる主軸２（切削工具１５）の回転位相の移動が行われる。このような動作が繰り返えされてワークの歯切り加工が行われる。

前記スロッティング加工が終了すると、前記クーラント供給装置による工具ホルダ５に軸孔５ｅ，５ｆへのクーラントの供給が停止されると共に、圧縮空気供給装置による前記ディスクブレーキ３２への圧縮空気の供給が停止される。そして、主軸２が所定の回転角度位置に停止された後、主軸２内の牽引手段６のコレット６ｂが前進して工具ホルダ５のドローボルト５ｄを解放する。その後、工具交換装置の工具グリッパＧが工具ホルダ５のフランジ部５ａを把握して工具ホルダ５を主軸２から取り外す。その際、前記工具ホルダ５が主軸２から引き抜かれる動作に伴って、回り止め部材２８が圧縮ばね３１の付勢力により後方へ（主軸２側へ）移動されるので、前記回り止め部材２８に固定した回り止め駒２９がフランジ部材９の係合凹所９ｂに係合し、前記案内部材７に対する工具ホルダ５の相対回転を阻止し、両者の工具ホルダ５の周方向における一定の関係位置が保持される。主軸２から取り外された工具ホルダ５は、上記関係位置を保持した状態で工具グリッパＧにより工具貯蔵装置まで搬送されてそこに格納される。

前記切削工具１５のスロッティング運動による切削加工においては、前記の通り工具ホルダ５の主軸２への装着時に前記軸受８に予圧が付加されて、リテーナ１０と案内部材７の後端面との間に僅少な隙間があけられた状態になるので、切削工具１５から工具ホルダ５にかかる主軸２の軸方向の切削反力は、工具ホルダ部１４、フランジ部材９から軸受８を経て案内部材７、前記調整ボルト２２ａ，２２ｂを通して主軸ヘッド１に確実に支持され、工具ホルダ５を通して主軸２に作用することがなく、したがって、主軸２を支持する主軸受１ａにスロッティング加工に伴う過大なスラストの負荷がかかることはない。
なお、前記主軸受１ａの予圧の大きさの調整は、調整ボルト２２ａ，２２ｂの後端部の案内部材７から後方（主軸ヘッド１側）への突き出し長さを調整することにより行うことができる。

前記のように、実施の形態に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置Ａは、前記工具ホルダ５と、支持部材（調節ボルト２２ａ，２２ｂ，２２ｂと位置決め部材２４ａ，２４ｂ，２４ｂ）によって主軸ヘッド１に位置決め支持される前記案内部材７との間に、スロッティング加工におけるワークの切削行程時に、前記案内部材７に対する工具ホルダ５の軸回りの相対回転を阻止するブレーキ手段Ｂを設け、該ブレーキ手段Ｂを、前記工具ホルダ５に取り付けたブレーキディスク１３と、前記案内部材７に固定され、前記ブレーキディスク１３を両面からエアシリンダ３２ａ，３２ａで作動するブレーキパッドで挟み着けて、ブレーキディスク１３の回転を止める空圧式のディスクブレーキ３２とを備えたディスクブレーキ装置で構成されている。そして、前記案内部材７に設けた空気通路と、前記工具ホルダ５の主軸への着脱時に案内部材７と工具ホルダ５との相対回転の許容、阻止を行うための案内部材７に設けた回り止め手段（回り止め部材２８と回り止め駒２９）の内部に設けた空気通路（流通孔２８ａ）とによって、主軸ヘッド側の圧縮空気供給装置から供給された圧縮エアを前記エアシリンダに流すように構成されている。

したがって、実施の形態に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置Ａによれば、前記スロッティング加工におけるワークの切削行程時に、ブレーキ手段Ｂによって工具ホルダ５が案内部材７に対して回転方向の相対移動がしっかりと固定されるので、切削工具１５に作用する切削負荷によって工具ホルダ５に回転トルクが発生しても、該回転トルクは前記案内部材７および支持部材を通して主軸ヘッドに強固に支持されることとなり、工具ホルダ５自体が主軸２の回転方向へ回転するのを確実に防止され、これにより、主軸２を回転させる主軸モータの発生する保持トルクに依存せずに工具ホルダ５の回転を止めることができるので、切削工具１５が切削加工中に切削負荷によって主軸２の回転方向のずれを生じることがなく、難削材でも高精度加工を行うことができる。
また、ブレーキ手段Ｂは空圧式のディスクブレーキ装置であるから、構造が簡単で小型にすることができ、かつディスクブレーキ３２で強力にブレーキディスク１３を挟み着けて案内部材７に対する工具ホルダ５の固定を強固に行うことができる。しかも、前記ディスクブレーキ３２のエアシリンダ３２ａ，３２ａに対する圧縮エア供給用の配管類を工具ホルダ装置Ａの回りに多く付設する必要がなく、切屑等の堆積が無く、配管類が損傷するおそれがないと共に外形構造を簡単にすることができる。また、圧縮エアを使用するので、エアシリンダ３２ａ，３２ａの作動が速く、高頻度のスロッティング加工の加工サイクルに対応して、工具ホルダ５の案内部材７に対する固定、解除の動作を円滑、迅速に行うことができる。また、工具ホルダ５が主軸２より取り外された際に、工具ホルダ５内の残留流体の漏れを防止する手段が不要であり、構成が簡単で取り扱いがし易い利点がある。

また、実施の形態に係るマシニングセンタの工具ホルダ装置Ａによれば、前記工具ホルダ５に、クーラント供給装置によって前記主軸２の後端部から主軸の内部を通して主軸２の前方に供給されたクーラントを先端側へ向けて流すクーラント用通路（軸孔５ｅ，５ｆ軸穴１４ｃ、中空孔１６ｂ）が設けられると共に、該クーラント用通路の先端に切削工具１５の切刃に向けてクーラントを噴射するクーラント噴射ノズル２１が設けられ、該クーラント用ノズル２１が、前記工具ホルダ５の先端に切削工具１５を固定する中空の固定ボルト１６と、該固定ボルト１６の先端にスペーサ１８を介して所定の隙間１９をあけて固定し、固定ボルト１６の先端の周囲に前記中空孔１６ｂと連絡する開口を形成する円板２０とを備えた構成とされているので、クーラント噴射ノズル２１と切削工具１５の切刃との間に障害物がなく、該切刃による加工点にクーラントを的確に噴射させることができ、該切刃の潤滑、冷却、切削屑の排除等を効果的に行うことができる。また、切削工具１５とクーラント噴射ノズル２１とを組み合わせ部品として構成することにより、切削工具１５の切刃に対するクーラントの噴射を一層的確に行える切削工具１５とクーラント噴射ノズル２１の組み合わせを容易に設定することができる。

なお、前記実施の形態に係る工具ホルダ装置Ａにおいては、前記ブレーキディスク１３を、工具ホルダ５に固定してフランジ部材９を介して工具ホルダ５に取り付けるようにしたが、これに限らず、ブレーキディスク１３をフランジ部材９と一体に形成して工具ホルダ５に取り付けるようにしてもよい。また、前記工具ホルダ５（切削工具１５）が前記案内部材７に対して相対回転するのを阻止するブレーキ手段Ｂを、ブレーキディスク１３と該ブレーキディスク１３を一対のブレーキパッドで締め付けるディスクブレーキ３２とからなるディスクブレーキ装置として構成したので、ブレーキ手段Ｂが小型となり、強力な工具ホルダ５の回転阻止力を得ることができて好ましいが、これに限らず、シリンダで開閉動作する一対の鋏状のクランプレバーを１つないし複数個前記案内部材７に取り付け、該クランプレバーにより前記ブレーキディスク１３を両面側から挟み着ける構成のブレーキ装置としたり、電磁ブレーキ装置とすることもできる。電磁ブレーキ装置の場合には、主軸２から切り離される案内部材７に取り付けられる電磁ブレーキに対する電源供給手段の構成に工夫を要する。
また、前記調整ボルト２２ａ，２２ｂが案内部材７に取り付けられ、位置決め部材２４ａ，２４ｂが主軸ヘッド本体１に固定されているが、これに代えて、調整ボルト２２ａ，２２ｂを主軸ヘッド１に取り付け、位置決め部材２４ａ，２４ｂを案内部材７に固定するようにしてもよい。

本発明の一実施の形態におけるマシニングセンタの工具ホルダ装置の縦断面図である。 同じく切削工具の部分の図示を省略した正面図である。

符号の説明

１ 主軸ヘッド
２ 主軸
３ シャンク部
５ 工具ホルダ
５ｅ，５ｆ 軸孔（クーラント用通路）
６ 牽引手段
７ 案内部材
８ 軸受
９ フランジ部材
１３ ブレーキディスク
１４ 工具ホルダ部
１４ｃ 軸穴（クーラント用通路）
１５ 切削工具
１６ 固定ボルト
１６ｂ 中空孔（クーラント用通路）
１６ｃ スパナ掛け用穴（クーラント用通路）
１８ 円板
２１ クーラント噴射ノズル
２２ａ，２２ｂ 調整ボルト
２４ａ，２４ｂ 位置決め部材
２５ 受け金
２５ａ，２８ａ 流通孔（空気通路）
２６，２７ 供給孔
２８ 回り止め部材（回り止め手段）
２９ 回り止め駒（回り止め手段）
３２ ディスクブレーキ
３２ａ エアシリンダ
３６ 空気通路
Ａ 工具ホルダ装置
Ｂ ブレーキ手段

Claims (5)

1. 先端部にスロッティング加工用の切削工具を取り付け、スラスト荷重を支持可能な軸受を介して案内部材に回転自在に支持された工具ホルダを、主軸ヘッドの主軸に装着すると共に、前記案内部材を該案内部材と前記主軸ヘッドとの間に設けた支持部材を介して主軸ヘッドに支持し、前記工具ホルダを前記主軸内の牽引手段によって主軸の軸方向へ牽引することにより、前記軸受に予圧を付与した状態でワークのスロッティング加工を行う工具ホルダ装置において、
   前記工具ホルダと前記案内部材との間には、前記スロッティング加工におけるワークの切削行程時に、前記案内部材に対する工具ホルダの軸回りの相対回転を阻止するブレーキ手段を設けたことを特徴とするマシニングセンタの工具ホルダ装置。
2. 前記ブレーキ手段は、前記工具ホルダに取り付けたブレーキディスクと、前記案内部材に固定され、前記ブレーキディスクを挟み着けてその回転を止めるディスクブレーキとを備えたディスクブレーキ装置であることを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタの工具ホルダ装置。
3. 前記ディスクブレーキにエアシリンダで作動して前記ブレーキディスクを挟み着けるブレーキパッドが設けられ、また、前記案内部材に、前記工具ホルダの主軸への装着時に主軸ヘッドに当接して一方に移動して案内部材と工具ホルダとの相対回転を許容し、工具ホルダの主軸からの取り外し時にばねの付勢力により他方に移動して前記案内部材と工具ホルダとの相対回転を阻止する回り止め手段が設けられ、さらに、該回り止め手段に主軸ヘッド側の圧縮空気供給装置から供給された圧縮エアを流す空気通路が設けられ、該空気通路内の圧縮エアを前記エアシリンダに流す空気通路が前記案内部材に設けられたことを特徴とする請求項２に記載のマシニングセンタの工具ホルダ装置。
4. 前記工具ホルダには、クーラント供給装置によって前記主軸の後端部から主軸の内部を通して主軸の前方に供給されたクーラントを先端側へ向けて流すクーラント用通路が設けられ、該クーラント用通路の先端には切削工具の切刃に向けてクーラントを噴射するクーラント噴射ノズルが設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマシニングセンタの工具ホルダ装置。
5. 前記クーラント噴射ノズルは、前記工具ホルダの先端に切削工具を固定する中空の固定ボルトと、該固定ボルトの先端に所定の隙間をあけて固定され、固定ボルトの先端の周囲に前記中空孔と連絡する開口を形成する円板とを備えていることを特徴とする請求項４に記載のマシニングセンタの工具ホルダ装置。
   

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