JP2005516780A - チューナブル工具ホルダ - Google Patents

Abstract

動吸振器を備えたチューナブル工具ホルダ（10）であって、アブソーバマス（30）は、工具ホルダを動的にチューニングするために少なくとも一方が長手方向に可動である圧力板（50又は55）を用いる２つの弾力性サポート（40及び45）の間で押圧される。圧力板（50又は55）は、工具ホルダ（10）の一端で取り外し可能に取着された工具ホルダヘッド（60）の前面を貫通する調整ネジ（75）によって動かされる。

Description

本発明は、機械加工プロセスで生じる振動を抑制するためのチューナブル（チューニング可能な）工具ホルダ（tunable toolholder）に関し、更に詳細には、振動の抑制のために動吸振器（dynamic vibration absorber）を利用するチューナブル工具ホルダに関する。

金属切削作業中に、切削工具と工作物との間の任意の振動によって、工作物表面の粗末な仕上りや公差外に仕上った工作物というような望ましくない切削性能が導かれる場合がある。また、そのような振動が切削工具や関係する工作機械を損傷させる場合もある。

この振動を低減するために、金属除去率（metal removal rate）を減少させてもよい。しかし、このアプローチは製造を妨げるし、僅かな振動量しか減少させない。

切削工具は、典型的には工具ホルダ内部に取り付けられる。中ぐり棒（boring bar）のような工具ホルダの振動を除去する試みは、ソリッド・カーバイド（solid carbide）から製造される中ぐり棒を用いることを含む場合がある。ソリッド・カーバイドは、その固有の高密度のために、中ぐり棒に伝えられる振動及びチャタ（chatter）の量を減少させる。しかし、ソリッド・カーバイドは、極めて高価である。また、固有の高密度のソリッド・カーバイド棒によってチャタ及び振動が減少するが、それでも振動は容認できないレベルまで高まる場合がある。更に、ソリッド・カーバイドは、かなり脆弱であり、使用中やセットアップ中における中ぐり棒に対する僅かな衝撃によって、中ぐり棒をうっかり傷つけてしまう場合がある。

中ぐり棒の振動を減少させるための他の試みは、ゴムブッシュに支持された高密度材料の円柱状マス（cylindrical mass（質量体））から構成される特許文献１に開示されたアブソーバ（absorber）のような動吸振器を棒上又は棒内部に取り付けることを含む。最適に調整されるとき、このマスは、振動を消すために中ぐり棒に生じる振動に応じて揺動する。アブソーバは、工作物や中ぐり棒の回転する速度や中ぐり棒の長さや棒端に接続された切削工具のタイプに関して、中ぐり棒に適応するように調整され得る。そのような調整は、円柱状マスの対向端部に対して圧力板を長手方向に強制することによって行われ、これによってゴムブッシュがマスに押し付けられる。同時にこれによってマスの位置が変動して、中ぐり棒のダイナミクス（dynamics）を変えるためにゴムブッシュの剛性が変化する。

典型的には、圧力板の調整は、特許文献２に図示されたような中ぐり棒の後方部分によって行われるか、或いは、特許文献３の図１に示されたような工具ホルダの側方部分によって行われる。

これらの機構は、比較的大きな直径を有する中ぐり棒及び工具ホルダに適しているかもしれないが、工具ホルダが例えば１インチ（25.4mm）に満たないような小さな直径を有する場合、スペース的な制限のために、工具ホルダ後方側からのアクセスや工具ホルダ側面からのアクセスが困難になり易く、また、そのようなアクセスを提供する通路によって中ぐり棒構造が実質的に弱体化され易い。

また、特許文献３は、エンドミル１６のためのチューニング（調整）済みダンピングシステムに向けられたものであって、チューニングフィクスチャ２７は、ダンパーマス１９に作用するゴム状サポート２１ａに力を付与するための長手方向に配向された調整ネジを有する。しかし、ダンパーマスに対するサポートの調整後に、チューニングフィクスチャ２７は、取り外されて、様々の切削作業を実行するための切削ヘッドで置き換えられねばならない。ダンパーマス１９は、システム調整を定位置に固定するクランプネジ２３によるチューニングフィクスチャ２７の取り外し後において圧縮保持されねばならない。切削ヘッドが定位置にある間、システムのチューニングは固定され、それ以上の調整が為されない場合がある。

チューニングフィクスチャ２７は、チューニング作業中にエンドミル１６上に配置されており、一度システムがチューニングフィクスチャ２７を用いてチューニングされると、クランプネジ２３は、固定されねばならず、チューニングフィクスチャ２７は、取り外されて、適当な切削ヘッドで置き換えられねばならない。チューニングフィクスチャ２７は、機械加工中に切削ヘッドの存在をシミュレートするために切削ヘッドのマスのすぐ近くにマスがあるように寸法化される。その結果、異なる切削ヘッドが使用されたような場合、異なるマスを有する異なるチューニングフィクスチャ２７が要求されよう。
米国特許第3,774,730号明細書 米国特許第3,838,936号明細書 米国特許第5,518,347号明細書

小径工具のために使用され得るチューナブル工具ホルダを提供するためには、上記不都合の各々を部分的もしくは全体的に克服することが設計に求められる。

金属加工作業に用いられる工具ホルダは、前端部と後端部と長手軸線とを有するシャンクを有し、長手軸線に沿って該シャンク内をキャビティが延び、該キャビティがキャビティ壁を画成する。キャビティ内には、アブソーバマスが位置決めされ、アブソーバマスは、第１端部及び第２端部を有する。弾力性サポートは、アブソーバマスの各端部を規制し、キャビティ内にアブソーバマスを浮かせるように位置決めされる。弾力性サポートの各々の近傍のアブソーバマスの各端部には、圧力板が存在し、その内の少なくとも一方の圧力板が、アブソーバマスに各弾力性サポートを押し付けるように長手軸線に沿って移動可能である。工具ホルダヘッドは、切削工具を受け入れるように適合されるポケットを有し、前面及び後面を更に有し、ヘッドは、後面がシャンクの前端部に取り付けられる。調整ネジは、工具ホルダヘッドの前面を貫通し、シャンクの第１端部で弾力性サポートに対して所望の範囲内で長手軸線に沿って移動可能な圧力板を動かすように配向される。

機械加工プロセスで生じる振動等を効果的に抑制し得るチューナブル工具ホルダが得られる。

図１〜図３に注意を向けると、金属作業に使用される工具ホルダ１０は、前端部１７及び後端部１９を有するシャンク１５から構成される。長手軸線Ｌは、工具ホルダ１０の長さに沿って延びる。キャビティ２５は、長手軸線Ｌに沿ってシャンク１５内部に延びる。キャビティ２５は、キャビティ壁２７を形成する。

アブソーバマス３０は、キャビティ２５内に配置される。アブソーバマス３０は、第１端部３２と第２端部３４を有する。第１弾力性サポート４０は、アブソーバマス３０の第１端部３２を規制し、キャビティ２５内にマス３０を浮かせるようにキャビティ壁に対して位置決めされる。第２弾力性サポート４５は、アブソーバマス３０の第２端部３４を規制し、キャビティ２５内にマス３０を浮かせるようにキャビティ壁に対して位置決めされる。第１圧力板５０は、第１弾力性サポート４０の近傍のアブソーバマス３０の第１端部３２に位置決めされる。第２圧力板５５は、第２弾力性サポート４５の近傍のアブソーバマス３０の第２端部３４に位置決めされる。少なくとも１つの圧力板（本実施形態では、圧力板５０）は、アブソーバマス３０に対して弾力性サポート４０、４５の各々を圧迫するように長手軸線Ｌに沿って移動できる。

工具ホルダヘッド６０は、切削工具７０を受け入れるように適合されたポケット６５を有する。工具ホルダヘッド６０は、補助的に前面６２及び後面６４を有する。工具ホルダヘッド６０は、後面６４がシャンク１５の前端部１７に取り付けられる。

図２に目を向けると、調整ネジ７５は、工具ホルダヘッド６０を貫通し、シャンク１５の前端部１７で第１弾力性サポート４０に対して所望の範囲内で長手軸線Ｌに沿って圧力板５０を変位させるように配向される。次に、アブソーバマス３０は、第２弾力性サポート４５に押し付けられ、第２弾力性サポートは、同様に第２圧力板５５に押し付けられ、アブソーバマス３０に対する第１弾力性サポート４０及び第２弾力性サポート４５の両方の圧縮という状態がもたらされる。

第１圧力板５０に係合するために工具ホルダヘッド６０を貫通する調整ネジ７５は、単純な調整機構を提供するが、同時に、調整ネジ用のボアを提供するためにシャンク１５から材料が除かれるということがないので、シャンク１５の完全性は維持される。工具ホルダヘッド６０内に調整ネジ７５を組み込むことによって、調整ネジ７５用のボアを提供するために工具ホルダヘッド６０から材料が奪い去られる。更に、工具ホルダヘッド６０内にこの特徴を組み込むことによって、工具ホルダヘッド１０の残りの部分の製造及び組立が単純化される。

工具ホルダヘッド６０は、シャンク１５に取り外し可能に取着される。特に、工具ホルダヘッド６０の後面６４に向かっているのは、キャビティ壁２７のネジ部８５内に取着されるネジ部８０である。更に、工具ホルダヘッド６０は、シャンク１５の前端部１７に当接するためにネジ部８０から周方向に延出する肩部８２を含むこともできる。

調整ネジ７５は、ヘッド６０内のボア中心線ＣＬを有する接合調整ネジボア９０にネジ係合でき、ボア中心線ＣＬは、長手軸線Ｌに対して約10°〜80°の間の角度Ａを構成する。

図２に示すように、調整ネジ７５は、ポケット６５の下側の位置において工具ホルダヘッド６０の前面６２に進入し得る。調整ネジ７５がポケット上側で工具ホルダヘッド６０の前面６２に入るようにすることもできる。図２には其のような設計が示されていないが、それは上記開示内容の詳細から自明であり、そのような実施例の具象化はそれから明らかである。更に、調整ネジ７５が、前面６２から直接ではなく、工具ホルダヘッド６０の側部から所定角度で工具ホルダヘッド６０に進入するようにすることもできる。

図２に示されるように、調整ネジ７５は、前面５２に接触する扁平端７７を含むことができる。調整ネジ７５は、調整ネジ７５の扁平端７７と第１圧力板５０の前面５２との間に面一の接触状態を提供するように角度付けされ得る。

工具ホルダヘッド６０は、後端部１９に向かって開いているボアを有することができ、他方、工具ホルダヘッド６０の近傍の第１圧力板５０は、ボア９５内に嵌合・受容されて摺動できる突出部１００を有することができる。工具ホルダヘッド６０のボア９５と突出部１００との間の長手方向クリアランスは、シャンク１５のキャビティ２５内における第１圧力板５０の所定範囲の動きを満足させるべきである。

アブソーバマス３０は、弾力性サポート４０、４５の各々がアブソーバマス３０の第１端部３２及び第２端部３４を規制するように、第１端部３２及び第２端部３４の円錐面３３、３５を有することができる。また、圧力板５０、５５の各々は、第１弾力性サポート４０及び第２弾力性サポート４５を囲む内側向きの円錐面５３、５８を有することができる。

アブソーバマス３０の各端部３２、３４は、第１弾力性サポート４０及び第２弾力性サポート４５を位置決めして補助的にサポートするために円錐面３３、３５を越えて延びる円柱状突出部１０５、１０７を有することもできる。

調整ネジボア９０内に調整ネジ７５を確実に位置決めするために、調整ネジ７５は、調整ネジ７５のヘッド７９の溝７８にある少なくとも１つのＯリング１１０を有する。ヘッド７９は、対応レンチの挿入可能なヘッド７９内に延びる六角形キャビティ８１のような任意の数の一般的設計を用いて回転させることができる。Ｏリング１１０は、調整ネジ７５のヘッド７９を収容する調整ネジボア９０の壁１１２に接触するような寸法にされる。

弾力性サポート４０、４５は、ゴム材料又はエラストマ材料を含む様々の弾力性材料から形成することができる。この材料は、デュロメータＡスケール５０材料（a Durometer A Scale 50 material）から形成できる。

図３に目を向けると、ポケット６５は、ポケット６５内に取り付けられる切削工具（切削インサート）７０の中心ボア７２に嵌入するように意図される接合ネジ１１５を収容するために中に延びるネジ付きボア６７を有することができる。

図１に示されたシャンク１５は円筒状であり、工具ホルダヘッド６０が概ね中心線Ｌに沿って位置するが、図４及び５に示されるように、シャンク２１５が非円筒状であることや工具ホルダヘッド２６０がシャンク２１５に対してずれている（オフセットしている）ことも全く可能である。其のような構造によれば、アブソーバマス（図示せず）は、シャンク２１５内に延びるキャビティ内に取り付けられたままであることが好ましい。この実施形態の残りの特徴は、図１〜３に関連して既に説明した特徴と同様である。

本発明が或る実施形態に関して説明されたが、様々の変更、見直し、追加等が当業者にとって明らかになろう。総ての其のような修正、見直し、追加等は、添付請求項によってのみ制限される本発明の範囲に包含されるように意図される。

本実施形態では中ぐり棒である、工具ホルダの上面図である。 図１に示された工具ホルダの断面図である。 本発明に係る工具ホルダヘッドの斜視図である。 シャンクに対してヘッドがずれている、中ぐり棒の上面図である。 図４の矢印Ｖ−Ｖから見た側面図である。

Claims (18)

1. 金属加工作業に用いられる工具ホルダにおいて、
   （a）前端部と後端部と長手軸線を有するシャンクであって、長手軸線に沿って該シャンク内をキャビティが延び、該キャビティがキャビティ壁を画成する、前記シャンクと、
   （b）キャビティ内に位置決めされ、第１端部及び第２端部を有するアブソーバマスと、
   （c）アブソーバマスの各端部を規制し、キャビティ内にアブソーバマスを浮かせるように位置決めされる弾力性サポートと、
   （d）弾力性サポートの各々の近傍のアブソーバマスの各端部の圧力板であって、そのうちの少なくとも一方の圧力板が、アブソーバマスに各弾力性サポートを押し付けるように長手軸線に沿って移動可能である、前記圧力板と、
   （e）切削工具を受け入れるように適合されるポケットを有し、前面及び後面を更に有し、ヘッドの後面がシャンクの前端部に取り付けられる、工具ホルダヘッドと、
   （f）工具ホルダヘッドの前面を貫通し、シャンクの第１端部で弾力性サポートに対して所望の範囲内で長手軸線に沿って移動可能な圧力板を動かすように配向される調整ネジと、
   を含む工具ホルダ。
2. 工具ホルダヘッドは、シャンクに取り外し可能に取着される、請求項１に係る工具ホルダ。
3. 工具ホルダヘッドは、キャビティ壁のネジ部内に取着されるネジ部を有する、請求項２に係る工具ホルダ。
4. 工具ホルダヘッドは、シャンクの第１端部に当接するようにネジ部から周方向に延びる肩部を更に有する、請求項３に係る工具ホルダ。
5. 調整ネジは、ヘッド内の中心線を有する接合調整ネジボアにネジ係合し、該中心線は、長手軸線に対して10°〜80°の角度を形成する、請求項１に係る工具ホルダ。
6. 調整ネジは、ポケット下側のヘッドの前面に進入する、請求項５に係る工具ホルダ。
7. 調整ネジは、ポケット上側のヘッドの前面に進入する、請求項５に係る工具ホルダ。
8. 調整ネジは、圧力板の角度付けされた面に接触する扁平端部を有する、請求項１に係る工具ホルダ。
9. 工具ホルダヘッドは、シャンクの後端部に向かって開いているボアを有し、近傍の圧力板は、ボア内に嵌合・受容されて摺動可能である突出部を有する、請求項１に係る工具ホルダ。
10. 突出部とヘッドのボアとは、ボア内に所望範囲の圧力板を収容するのに十分な接合長さを有する、請求項９に係る工具ホルダ。
11. アブソーバマスは、各端部に円錐面を有し、弾力性サポートは、アブソーバマスの各端部を規制する、請求項１に係る工具ホルダ。
12. 各圧力板は、各弾力性サポートを囲む内側向きの円錐面を有する、請求項１１に係る工具ホルダ。
13. アブソーバマスの各端部は、両弾力性サポートを位置決めして補助的にサポートするために円錐面を越えて延びる円筒状突出部を更に有する、請求項１１に係る工具ホルダ。
14. 調整ネジは、その回りの少なくとも１つのＯリングを有し、該Ｏリングは、ボア内に調整ネジを摩擦取り付けするために調整ネジボアに接触する、請求項１に係る工具ホルダ。
15. 弾力性サポートは、エラストマから形成される、請求項１に係る工具ホルダ。
16. 弾力性サポートは、ゴムから形成される、請求項１に係る工具ホルダ。
17. ポケットは、ポケット内に取着される切削インサートの中心ボアに嵌入するように意図された接合ネジを収容するために中に延びるネジ付きボアを有する、請求項１に係る工具ホルダ。
18. 工具ホルダは、中ぐり棒である、請求項１に係る工具ホルダ。
    

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