JP2008105113A - Shrinkage fitting type tool holder - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、マシニングセンター、旋盤、研削盤等の工作機械に取り付けられる工具ホルダであって、この工具ホルダと工具との熱膨張率の差を利用して工具を締め付けて固定する焼き嵌め式の工具ホルダに関する。 The present invention is a tool holder attached to a machine tool such as a machining center, a lathe, a grinding machine, etc., and a shrink-fit type tool that fastens and fixes the tool by utilizing a difference in thermal expansion coefficient between the tool holder and the tool. Regarding the holder.
エンドミル等の工具を工作機械に取り付ける際に用いられる工具ホルダの一つとして焼き嵌め式ホルダがあり、この焼き嵌め式ホルダは、上記工具よりも熱膨張率の大きな素材からなり、この焼き嵌め式ホルダに上記工具よりもわずかに直径の小さい工具穴をあけ、これを数百度に加熱して、上記工具穴を拡径して上記工具を差し込み、これを冷却して上記工具穴を縮径し、その際の締め付け力によって上記工具を固定するものである(例えば、特許文献1参照)。
この焼き嵌め式ホルダは、他の締め付け機構を備えた工具ホルダ、例えば、工具穴に工具を嵌め込んで、ナットでその工具を締め付ける工具ホルダや、油圧により、工具の軸周りからその工具を締め付ける工具ホルダ等と比較して、工具を軸周りに回転させた際の振れ量が小さく(約3〜5μm)、しかも、従来の焼き嵌め式ホルダでは把持することが難しかった、直径が約6mm以下の小径工具でも確実に把持できることから、小型の部品を高精度に加工するために必要不可欠なツールとして広く用いられている。 This shrink-fit type holder is a tool holder having another tightening mechanism, for example, a tool holder in which a tool is inserted into a tool hole and the tool is tightened with a nut, or the tool is tightened from around a tool axis by hydraulic pressure. Compared to tool holders, etc., the amount of deflection when the tool is rotated around its axis is small (about 3 to 5 μm), and it is difficult to grip with a conventional shrink-fit holder, the diameter is about 6 mm or less Therefore, it is widely used as an indispensable tool for machining small parts with high accuracy.
近年は、機械部品がさらに小型化され、それに伴って機械加工に要求される精度も一層厳しくなり、従来は許容されていた3〜5μm程度の振れ量でも不十分なものとなってきている。 In recent years, machine parts have been further miniaturized, and accordingly, the accuracy required for machining has become more severe, and even a shake amount of about 3 to 5 μm, which has been allowed in the past, has become insufficient.
これを、二刃タイプのエンドミルを例にして説明すると、直径が0.5mmのエンドミルでは、工具メーカーが推奨している切削条件が、一刃あたりの切削量が2μmなので、エンドミル一回転あたり4μmの送りをかけることとなるが、例えば、振れ量が3μmの場合、エンドミルの一方の刃がワークを一気に4μm切削し、他方の刃はワークに接触しないまま空転する。そのため、一方の刃のみに過度の負担がかかり、エンドミルが折損したり、寿命が短くなったりする問題がある。
This will be explained using a two-blade type end mill as an example. For an end mill with a diameter of 0.5 mm, the cutting conditions recommended by the tool manufacturer are 2 μm for the cutting amount per blade, so 4 μm per rotation of the end mill. For example, when the runout amount is 3 μm, one blade of the end mill cuts the
つまり、少なくとも両方の刃がワークに接触するためには、上記エンドミルが半回転する間のこのエンドミルの送り量よりも上記振れ量が小さい必要があり、上述した直径が0.5mmのエンドミルの場合、その振れ量は少なくとも2μm以下でなければならず、さらに、両方の刃で安定して切削するためには、その振れ量は1μm以下であるのが好ましい。 In other words, in order for at least both of the blades to contact the workpiece, the deflection amount must be smaller than the feed amount of the end mill during the half rotation of the end mill. The runout must be at least 2 μm or less, and the runout is preferably 1 μm or less for stable cutting with both blades.
これまで、高精度加工に用いられてきた上記焼き嵌め式ホルダでも、工具の振れ量を1μm以下に抑制することは困難であり、部品設計がこの工具による加工能力の範囲内に制限されるという問題が生じている。 Until now, even with the above-described shrink-fit holder used for high-precision machining, it is difficult to suppress the deflection of the tool to 1 μm or less, and the part design is limited within the range of machining capability of this tool. There is a problem.
そこで、この発明は、焼き嵌め式ホルダに取り付けた工具の振れを1μm以下に抑制することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to suppress the deflection of the tool attached to the shrink-fit type holder to 1 micrometer or less.
上記の課題を解決するため、この発明は、工具のシャンクの外径よりも1〜7μm小さい内径の穴を形成した工具ホルダを用い、その工具ホルダを加熱して上記穴に工具を焼き嵌めして固定することとしたのである。
In order to solve the above problems, the present invention uses a tool holder in which a hole having an
この発明によると、工具ホルダに嵌め込んだ工具の振れ量を1μm以下に抑制することができ、加工の際にワークに対してこの工具の刃が安定して接するので、その刃に過度の負荷がかかって工具が折損したり、その寿命が低下したりするのを防止できる。 According to the present invention, the amount of deflection of the tool fitted in the tool holder can be suppressed to 1 μm or less, and the blade of this tool is in stable contact with the workpiece during processing. It is possible to prevent the tool from being broken and the life of the tool from being reduced.
この発明は、工作機械に接続する接続部と、工具交換の際にその交換器具の突部に係合するマニピュレータ保持部と、工具を把持する工具把持部からなる焼き嵌め式工具ホルダにおいて、工具を嵌め込む穴を形成した工具把持部を加熱して、上記穴に対する締め代が1〜7μmの上記工具をその穴に差し込み、焼き嵌めによってその工具を締め付けて固定する構成を採用できる。 The present invention relates to a shrink-fit tool holder comprising a connection portion connected to a machine tool, a manipulator holding portion that engages with a protrusion of the changer when changing a tool, and a tool holding portion that holds a tool. It is possible to employ a configuration in which a tool grip portion in which a hole for fitting a hole is formed is heated, the tool having a tightening allowance of 1 to 7 μm is inserted into the hole, and the tool is fastened and fixed by shrink fitting.
この締め代とは、上記工具を工具把持部から取り外した状態における、上記工具のシャンクの外径と、上記工具把持部に形成した穴の内径との差のことを指し、この締め代が大きくなるほど、上記シャンクは強く把持されることを意味する。 The tightening margin refers to the difference between the outer diameter of the shank of the tool and the inner diameter of the hole formed in the tool gripping portion when the tool is removed from the tool gripping portion. Indeed, this means that the shank is gripped strongly.
この締め代の大きさと振れ量の大きさとの間の定量関係については、これまで十分調査されていなかったため、締め代が異なる工具と焼き嵌め式工具ホルダを複数用意して、この定量関係について詳細に調査した。その結果、図1に示すように、締め代が大きくなるほど振れ量が大きくなる傾向があることが初めて明らかとなり、この定量関係に基づいて、最大締め代2を約7μmより小さくする(図中の白抜き矢印)ことによって振れ量を許容最大限1の1μm以下に抑制できると結論付けることができた。
Since the quantitative relationship between the size of the interference allowance and the amount of runout has not been sufficiently investigated so far, multiple tools and shrink-fit tool holders with different interference allowances are prepared, and this quantitative relationship is detailed. Investigated. As a result, as shown in FIG. 1, it becomes clear for the first time that the amount of deflection tends to increase as the tightening margin increases. Based on this quantitative relationship, the
この工具は、焼き嵌め式工具ホルダの締め付けによって生じた、両者の間の強い摩擦力によって把持されているので、この締め付け力が小さくなると、上記摩擦力が不足して、その工具の使用中に両者の間に滑りが生じるため加工ができない。そのため、滑りが生じない程度の締め付け力が必要であり、その締め付け力は、締め代を1μm以上とすることで確保できる。 Since this tool is gripped by a strong frictional force between the two caused by tightening of the shrink-fit tool holder, if the tightening force is reduced, the frictional force is insufficient and the tool is in use. Processing is not possible due to slippage between the two. Therefore, a tightening force that does not cause slipping is necessary, and the tightening force can be secured by setting the tightening margin to 1 μm or more.
以上より、上記工具と、その工具を嵌め込む焼き嵌め式工具ホルダとの間の締め代は1〜7μmの範囲とする必要がある。 From the above, the fastening allowance between the tool and the shrink-fit tool holder into which the tool is fitted needs to be in the range of 1 to 7 μm.
通常は、シャンクの加工時に生じる、その外径寸法の公差を考慮して、実作業上においては、締め代の狙い範囲を4〜7μmとするのが好ましい。 Usually, in consideration of the tolerance of the outer diameter that occurs during the processing of the shank, it is preferable that the target range of the tightening margin is 4 to 7 μm in actual work.
また、上記焼き嵌め式工具ホルダに嵌め込んだ工具の振れ量を小さくするためには、上記工具のシャンクの真円度及び円筒度が高いことも必要であり、具体的には、真円度及び円筒度がともに0.6μm以下であることが好ましい。 In addition, in order to reduce the amount of deflection of the tool fitted in the shrink-fit tool holder, it is also necessary that the roundness and cylindricity of the shank of the tool are high, specifically, roundness The cylindricity is preferably 0.6 μm or less.
この限定の理由は、接続部と工具把持部の同軸度が1μm以下の焼き嵌め式工具ホルダに、円筒度の異なる上記工具のシャンクを焼き嵌めし、その工具の振れ量を測定したところ、上記円筒度の精度によってその振れ量が変化し、この精度が上記の範囲内にある場合のみ、振れ量がその最大許容限の1μm以内に収まることが実験的に確認できたためである。 The reason for this limitation is that when the concentricity of the connecting portion and the tool gripping portion is 1 μm or less, the shank of the tool having a different cylindricity is shrink-fitted and the amount of deflection of the tool is measured. This is because it has been experimentally confirmed that the amount of shake varies within the above-mentioned range only when the amount of shake varies depending on the accuracy of the cylindricity and is within the above range.
また、上記工具のシャンクの真円度の限定の理由については、上記円筒度を0.5μm以下に抑えるためには、その工具の製作上、真円度も円筒度以上の精度に抑える必要があるためである。 In addition, regarding the reason for limiting the roundness of the shank of the tool, in order to suppress the cylindricity to 0.5 μm or less, it is necessary to suppress the roundness to an accuracy of cylindricity or more in manufacturing the tool. Because there is.
この工具ホルダに焼き嵌めした工具のシャンクの振れ量を真円度測定器にて測定したところ、円筒度が0.5μm、1.0μm、1.7μmの場合の最大振れ量が、それぞれ0.960μm、1.496μm、2.678μmであった。さらに、最大振れ量が最も小さかった円筒度が0.5μmのものについて、15箇所で振れ量を測定したところ、その平均が0.666μmであり、いずれの測定点においても、許容される1μmの振れ量を下回っていた。 When the runout of the shank of the tool shrink-fitted into the tool holder was measured with a roundness measuring device, the maximum runout when the cylindricity was 0.5 μm, 1.0 μm, and 1.7 μm was 0.7. They were 960 micrometers, 1.496 micrometers, and 2.678 micrometers. Further, when the slew amount was measured at 15 locations for the cylindricity having the smallest maximum shake amount of 0.5 μm, the average was 0.666 μm, and the allowable 1 μm at any measurement point. It was less than the shake amount.
なお、上記工具ホルダと、工具のシャンクとの間の適切な締め代を確保するために、上記シャンクの外径寸法は、JIS規格による公差h4の範囲内であることが好ましい。 In order to secure an appropriate tightening margin between the tool holder and the tool shank, the outer diameter of the shank is preferably within a tolerance h4 according to JIS standards.
上記公差をh4の範囲内とすると、例えば、直径が6mmの工具においては公差h4は−3μmから0μmの範囲であり、この公差の下限を−3μmとすれば、実作業での締め代の狙いを4μmとした際に、最低限1μmの締め代が得られ、必要な締め付け力が確保でき、また、上限を0μmとすれば、焼き嵌めの工程において、締め代をその上限の7μmに抑えることができるためである。 If the tolerance is within the range of h4, for example, in a tool having a diameter of 6 mm, the tolerance h4 is in the range of -3 μm to 0 μm. If the lower limit of this tolerance is set to -3 μm, the aim of tightening allowance in actual work When the thickness is set to 4 μm, a minimum tightening allowance of 1 μm can be obtained, and the necessary tightening force can be secured. If the upper limit is set to 0 μm, the allowance can be suppressed to the upper limit of 7 μm in the shrink fitting process. It is because it can do.
また、上記工具把持部に形成した穴の内径の真円度及び、この穴と上記シャンクの同軸度はともに1μm以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the roundness of the inner diameter of the hole formed in the tool gripping portion and the coaxiality of the hole and the shank are both 1 μm or less.
この限定の理由は、この同軸度が1μmの場合、上記工具のシャンクが理想的な円筒で、かつ、上記穴が真円とすると、工具を回転するとその振れ量は、許容最大限の1μmとなり、上記許容最大限の範囲内に収めるには少なくともこの同軸度を確保することが好ましいためである。 The reason for this limitation is that if the concentricity is 1 μm, the shank of the tool is an ideal cylinder, and if the hole is a perfect circle, the amount of deflection when the tool is rotated becomes the maximum allowable 1 μm. This is because it is preferable to secure at least this coaxiality so as to fall within the allowable maximum range.
この発明の一実施例を図2に示して説明すると、この焼き嵌め式工具ホルダ3は、工作機械の主軸に接続される接続部4と、工具交換の際にその交換器具の突部に係合するマニピュレータ保持部5と、工具6を把持する工具把持部7とからなり、この工具把持部7を加熱して、この工具把持部7に形成された穴に工具6を差し込み、この工具把持部7を冷却して差し込んだ工具6を固定する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. This shrink-
この工具6のシャンクにはストッパ8が設けられ、このストッパ8により上記差し込みが所定の深さに保たれる。
The shank of the
また、この工具6のシャンクの円筒度及び真円度を真円度測定器にて測定したところ、それぞれ0.513μm、0.197μmであり、工具把持部7の穴の真円度及び、接続部4の中心軸と上記穴の中心軸の同軸度を測定したところ、それぞれ0.398μm、0.322μmであり、いずれも上述した所定範囲内に収まっていた。ここで真円度とは、このシャンク及び上記穴の異なる8箇所で測定した中での最大値のことをいう。
Further, when the cylindricity and roundness of the shank of the
また、この工具6のシャンクと、焼き嵌め式工具ホルダ3との間の締め代は5μmであり、焼き嵌め後に工具回転時の振れ量を10箇所で測定したところ、その平均が0.655μmであり、いずれの測定点においても許容される1μmの振れ量を下回っていた。
Further, the tightening allowance between the shank of the
3 焼き嵌め式工具ホルダ
4 接続部
5 マニピュレータ保持部
6 工具
7 工具把持部
3 Shrink-
Claims (3)
工具(6)を嵌め込む穴を形成した工具把持部(7)を加熱して、上記穴に対する締め代が1〜7μmの上記工具(6)をその穴に差し込み、焼き嵌めによってその工具(6)を締め付けて固定したことを特徴とする焼き嵌め式工具ホルダ。 It consists of a connection part (4) connected to the machine tool, a manipulator holding part (5) to be engaged with the protrusion of the changer when changing the tool, and a tool holding part (7) for holding the tool (6). In the shrink-fit tool holder (3),
The tool gripping part (7) in which a hole for fitting the tool (6) is formed is heated, the tool (6) having a tightening margin of 1 to 7 μm is inserted into the hole, and the tool (6) is inserted by shrink fitting. ) Is fastened and fixed.
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