JP2008142856A - アーバ及び切削ヘッド交換式工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切削ヘッドの取付剛性を向上して、切削ヘッドの先端に設けられた切刃を有効に使用することができるアーバ及び切削ヘッド交換式工具を提供する。
【解決手段】工作機械の主軸端に着脱可能に取り付けられて切削ヘッドを保持するアーバ２０であって、軸線Ｌに沿って延びる筒状をなして前記主軸端に取り付けられる取付部２４と、取付部２４の先端側に位置して取付部２４よりも外周側に向けて大きく張り出した把持部２１と、把持部２１の先端側に前記切削ヘッドを着脱可能に装着するヘッド保持部３３とを有し、ヘッド保持部３３は、把持部２１の外周面２１Ｂの先端縁から径方向内側に向かうにしたがい漸次先端側に向けて突出するテーパ部２７と、前記切削ヘッドが当接される当接面２９と、当接面２９に開口するとともに軸線Ｌに沿って基端側に向けて延びる装着孔３０と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の主軸端に着脱可能に取り付けられて切削ヘッドを保持するアーバ、このアーバと前記切削ヘッドとが締結されてなる切削ヘッド交換式工具に関するものであり、特に、自動ツール交換システム（ＡＴＣ）を備えた工作機械に最適なものである。

従来、前述のアーバとしては、例えば特許文献１に記載されているように、軸線に沿って延びる概略多段円筒状をなし、工作機械の主軸端に取り付けられる取付部と、この取付部の先端側に位置してフランジ状に外周側に向けて大きく張り出したＡＴＣの交換アームに把持される把持部と、この把持部の先端面から先端側に向けて突出した装着筒部とを備えたものが提供されている。
また、特許文献２には、切削ヘッドに、基端側に向けて突出する装着軸部が設けられ、この装着軸部をシャンク部の先端に設けられた装着孔に螺着することで、シャンク部と切削ヘッドとを締結する切削ヘッド交換式工具が提供されている。
特開２００５−３０５６１８号公報 特開２００５−１４２０５号公報

ところで、特許文献１記載のアーバの装着筒部に特許文献２記載の前記装着孔を形成して前述の切削ヘッドを着脱可能に装着することにより、ＡＴＣを備えた工作機械に適用することが可能な切削ヘッド交換式工具を構成しようとすると、アーバにおいては、把持部から突出した装着筒部内に切削ヘッドを螺着させるための雌ネジ部が形成されることになるので、雌ネジ部の長さを確保するために装着筒部の長さを短くすることは困難となる。そして、この装着筒部の先端に特許文献２記載の切削ヘッドが装着されることになるので、そのような切削ヘッド交換式工具では、把持部の外周面の先端縁から切削ヘッドまでの距離、いわゆる切削ヘッドの突き出し長さが長くなってしまう。

また、装着筒部に雌ネジ部が設けられているので、肉厚の薄い部分で切削ヘッドを保持することになり、切削ヘッドの取付剛性が低下してしまう。さらに、装着軸部自体の剛性も低下することになり、切削ヘッド交換式工具全体の剛性も低下する。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、切削ヘッドの取付剛性を向上して、切削ヘッドの先端に設けられた切刃を有効に使用することができるアーバ及び切削ヘッド交換式工具を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明のアーバは、工作機械の主軸端に着脱可能に取り付けられて切削ヘッドを保持するアーバであって、軸線に沿って延びる筒状をなして前記主軸端に取り付けられる取付部と、該取付部の先端側に位置して前記取付部よりも外周側に向けて大きく張り出した把持部と、該把持部の先端側に前記切削ヘッドを着脱可能に装着するヘッド保持部とを有し、前記ヘッド保持部は、前記把持部の外周面の先端縁から径方向内側に向かうにしたがい漸次先端側に向けて突出するテーパ部と、前記切削ヘッドが当接される当接面と、前記当接面に開口するとともに前記軸線に沿って基端側に向けて延びる装着孔と、を備えていることを特徴としている。

また、本発明の切削ヘッド交換式工具は、前述のアーバと前記切削ヘッドとが締結されて構成される切削ヘッド交換式工具であって、前記切削ヘッドは、ヘッド本体と該ヘッド本体の基端面から基端側に向けて突出した装着軸部とを有し、前記装着軸部が前記アーバの前記装着孔内に挿入され、前記ヘッド本体の基端面が前記当接面に当接されて固定されていることを特徴としている。

この構成のアーバ及び切削ヘッド交換式工具によれば、ヘッド保持部が、把持部の外周面の先端縁から径方向内側に向かうにしたがい漸次先端側に向けて突出するテーパ部を備えているので、切削ヘッドが装着されるアーバの先端部分の肉厚が確保され、アーバの剛性を向上させることができる。また、切削ヘッドが、テーパ部又は把持部の部分で保持されることになるので、切削ヘッドの取付剛性を向上させることができる。

ここで、前記ヘッド保持部に、前記テーパ部の先端縁から先端側に向けて延びる装着筒部を形成し、該装着筒部の先端面を前記当接面としてもよい。
この場合、装着筒部の先端に切削ヘッドを装着することで切削ヘッドの突き出し長さが長くなるが、把持部の外周面の先端縁と装着筒部の後端部分との間にテーパ部が形成されて肉厚とされているので切削ヘッドの取付剛性を向上させることができる。

また、前記装着筒部の前記テーパ部の先端縁からの突出長さＨを、前記把持部の外径Ｄに対して、Ｈ≦０．５×Ｄに設定してもよい。
この場合、装着筒部の前記テーパ部の先端縁からの突出長さＨが把持部の外径Ｄに対してＨ≦０．５×Ｄとなるように構成されているので、この装着筒部の先端に装着された切削ヘッドの突き出し長さが短くなり、この切削ヘッド交換式工具の剛性を向上させることができる。

また、前記テーパ部の先端縁に連なるように前記当接面を形成してもよい。
この場合、装着筒部が設けられていないために、切削ヘッドの突き出し長さを短くすることができる。さらに、アーバの形状が簡単となり、このアーバを低コストで製作することができる。

また、前記テーパ部の先端縁に、前記軸線に直交する方向に延びる平坦面を形成し、該平坦面に基端側に向けて凹んだ収容凹部を設けて、この収容凹部の底面を前記当接面としてもよい。
この場合、切削ヘッドの装着軸部を装着孔に挿入するとともにヘッド本体の基端部分を収容凹部内に収容することができ、ヘッド本体の基端部分と収容凹部との嵌合によって、この切削ヘッドの位置ずれを防止することができる。

さらに、前記軸線に沿った断面において、前記テーパ部と前記軸線とがなす角度θを、 ３０°≦θ＜９０°の範囲内に設定してもよい。
この場合、前記角度θが、θ≧３０°とされているので、把持部の外周面の先端縁からの切削ヘッドの突き出し長さが徒に長くなることがなくなるとともにテーパ部の肉厚を確保して切削ヘッドの取付剛性を確実に向上させることができる。

本発明によれば、切削ヘッドの取付剛性を向上することにより、切削ヘッドの先端に設けられた切刃を有効に使用することができるアーバ及び切削ヘッド交換式工具を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図１及び図２に本実施形態であるアーバを、図３に切削ヘッドを備えた切削ヘッド交換式工具を示す。
図３に示す切削ヘッド交換式工具１０は、工作機械Ｍの主軸端に取り付けられるアーバ２０と、このアーバ２０に着脱可能に装着される切削ヘッド４０とを備えている。

アーバ２０は、図１に示すように、軸線Ｌに沿って延びる概略多段円筒状をなしており、軸線Ｌを中心として径方向外側に向けて突出した把持部２１を備えている。この把持部２１の軸線Ｌ方向中央部分には、外周面２１Ｂから径方向内側に向けて凹んだ環状溝２２が形成されている。また、把持部２１の環状溝２２よりも基端側（図１において右上側、図２において右側）部分には、軸線Ｌに沿って切り欠かれた一対の切欠凹部２３が軸線Ｌを中心として１８０°回転対称に設けられている。

この把持部２１の基端面２１Ａの中央部分には、工作機械Ｍの主軸端に取り付けられる取付部２４が軸線Ｌに沿って基端側に向けて延びるように設けられている。この取付部２４は、基端側に向かうにしたがい漸次径が小さくなるようなテーパ状に構成されている。また、この取付部２４には、図２に示すように、取付部２４の基端面２４Ａに開口して軸線Ｌに沿って延びる取付孔２５が穿設されている。この取付孔２５の一部が、工作機械Ｍの主軸端に取り付けるためのスタッドボルト１１を螺着するためのネジ孔２６とされている。
なお、本実施形態におけるアーバ２０は、いわゆるＢＴ形式の工作機械Ｍに対応したものであり、把持部２１及び取付部２４の形状、サイズは規格によって定められている。

把持部２１の先端側には、把持部２１の外周面２１Ｂの先端縁から径方向内側に向かうにしたがい漸次先端側に向けて突出するテーパ部２７と、このテーパ部２７の先端からさらに先端側に向けて軸線Ｌに沿って延びる装着筒部２８とが設けられている。なお、本実施形態においては、装着筒部２８は外径が一定とされた円筒状をなしている。

ここで、軸線Ｏに沿った断面においてテーパ部２７と軸線Ｏとがなす角度θは、３０ °≦θ＜９０°の範囲内となるように設定されており、本実施形態では、θ＝６０°に設定されている。
また、装着筒部２８のテーパ部２７先端からの突出長さＨは、把持部２１の直径Ｄに対して、Ｈ≦０．５×Ｄとされていて、本実施形態では、Ｈ＝０．２４×Ｄとされている。

また、装着筒部２８の先端面は、軸線Ｌに直交するように形成されており、後述する切削ヘッド４０のヘッド本体４１基端面が当接される当接面２９とされている。そして、この当接面２９には、軸線Ｌに沿って基端側に向けて延びる装着孔３０が開口させられている。この装着孔３０は、前記把持部２１の外周面２１Ｂの先端縁よりも基端側にまで達するように穿設されており、本実施形態では、図２に示すように、装着孔３０が前記取付孔２５の先端にまで達するように形成されており、装着孔３０と取付孔２５とが連通されている。

装着孔３０の先端側には、装着筒部２８の当接面２９に開口して一定の内径で基端側に延びる円形孔３１が形成されており、この円形孔３１よりも基端側に、僅かに内径の大きなヌスミ部を介して、円形孔３１よりも径の小さな雌ネジ部３２が形成されている。なお、本実施形態においては、雌ネジ部３２が把持部２１の外周面２１Ｂの先端縁よりも基端側にまで達するように形成されている。
これらテーパ部２７、装着筒部２８、装着孔３０の円形孔３１及び雌ネジ部３２が、ヘッド保持部３３を構成している。

切削ヘッド４０は、図３に示すように、装着筒部２８と略同径の概略円柱状をなすヘッド本体４１と、このヘッド本体４１の基端面４１Ａの中央部分から基端側に向けて延びる装着軸部４６と、を備えている。
ヘッド本体４１は、先端側及び径方向外側に向けて開口したチップポケット４２と、該チップポケット４２から基端側に向かうにしたがい漸次工具回転方向Ｔ後方側に向けてねじれる切屑排出溝４３と、前記チップポケット４２の工具回転方向Ｔ後方側の壁面に形成された取付座４４と、を備えている。なお、本実施形態では、これらチップポケット４２、切屑排出溝４３、取付座４４がそれぞれ一対ずつ軸線Ｌを中心として１８０°回転対称となるように配置されている。

この取付座４４には、切刃５２を備えたインサート５１が着脱可能に装着される。本実施形態では、図３に示すように、一対の取付座４４にそれぞれ、インサート５１の切刃５２が切削ヘッド４０の先端側及び外周側を向くように装着されており、この切削ヘッド４０はいわゆる２枚刃のエンドミルを構成するものである。
また、ヘッド本体４１の外周面２１Ｂのうち一対の切屑排出溝４３同士の間には、面取部４５が形成されている。

ヘッド本体４１の基端面４１Ａは、軸線Ｌに直交するように形成されており、その中央部分から基端側に向けて延びるように装着軸部４６が設けられている。この装着軸部４６には、ヘッド本体４１側に前記円形孔３１に嵌合可能な外径を有する円柱部４７が形成されるとともに、この円柱部４７の基端側に前記雌ネジ部３２に螺合可能な雄ネジ部４８が形成されている。
なお、この切削ヘッド４０には、装着軸部４６の基端面に開口してヘッド本体４１の内部にまで達するクーラント供給孔４９と、このクーラント供給孔４９から前記取付座４４に向けて延びる吐出孔５０とが穿設されている。

このような構成とされたアーバ２０と切削ヘッド４０とが、以下のようにして締結されて図３に示す切削ヘッド交換式工具１０が構成される。
アーバ２０の装着孔３０に切削ヘッド４０の装着軸部４６が挿入され、円形孔３１に円柱部４７が嵌合されるとともに前記雌ネジ部３２に前記雄ネジ部４８が螺合される。そして、ヘッド本体４１の基端面４１Ａと装着筒部２８の当接面２９とが互いに当接されて密着し、アーバ２０と切削ヘッド４０とが締結される。

この切削ヘッド交換式工具１０は、アーバ２０の基端側に設けられた取付孔２５にスタットボルト１１が螺着され、このスタットボルト１１を介して工作機械Ｍの主軸端に引き込まれることにより、前記取付部２４の外周面２１Ｂが主軸端の内周孔のテーパ面部と密着して主軸端に取り付けられる。なお、このとき前記切欠凹部２３には、主軸端に設けられた凸部が嵌合する。

そして、前記主軸端が回転されることにより切削ヘッド交換式工具１０も軸線Ｌを中心として工具回転方向Ｔに向けて回転され、さらに送りを与えられることで、切削ヘッド４０の先端側及び外周側に向けられたインサート５１の切刃５２によって被切削材を切削するものである。この切削加工の際には、工作機械Ｍから取付孔２５及び装着孔３０を通じて供給されたクーラントが、装着軸部４６の基端面に開口したクーラント供給孔４９及び吐出孔５０を介して切刃５２に向けて吐出される。

この構成のアーバ２０と切削ヘッド４０とが締結されてなる切削ヘッド交換式工具１０によれば、ヘッド保持部３３が、把持部２１の外周面２１Ｂの先端縁から径方向内側に向かうにしたがい漸次先端側に向けて突出するテーパ部２７を備えているので、切削ヘッド４０が装着されるアーバ２０の先端部分の肉厚が確保され、アーバ２０の剛性を向上させることができる。また、切削ヘッド４０が、テーパ部２７又は把持部２１といった肉厚の部分で保持されることになるので、取付剛性を向上させることができる。

さらに、装着筒部２８の前記テーパ部２７の先端縁からの突出長さＨが把持部２１の外径Ｄに対してＨ≦０．５×Ｄとなるように構成されているので、この装着筒部２８の先端に装着された切削ヘッド４０の突き出し長さが短くなる。
また、軸線Ｌに沿った断面において、前記テーパ部２７と軸線Ｌとがなす角度θが、 ３０°≦θ＜９０°の範囲内に設定されているので、把持部２１の外周面２１Ｂの先端縁からの切削ヘッド４０の突き出し長さが徒に長くなることがない。また、テーパ部２７の肉厚を確保することができる。

さらに、本実施形態においては、外周側に向けて大きく張り出した把持部２１に雌ネジ部３２を設けているので、アーバ２０の肉厚の厚い部分で雄ネジ部４８を締結して切削ヘッド４０を保持することになり、切削ヘッド４０を強固に保持してその取付剛性の向上を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態であるアーバ２０について説明する。図４及び図５に、本発明の第２の実施形態であるアーバ２０を、図６に切削ヘッドを備えた切削ヘッド交換式工具１０を示す。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
このアーバ２０は、装着筒部２８が形成されておらず、テーパ部２７の先端に前記当接面２９が形成されている。これらテーパ部２７、当接面２９、装着孔３０の円形孔３１及び雌ネジ部３２により、ヘッド保持部３３が構成されている。

この構成のアーバ２０を備えた切削ヘッド交換式工具１０においては、切削ヘッド４０の突き出し長さが短くなるので、切削ヘッド交換式工具１０の剛性が向上し、切削ヘッド４０の先端に装着されたインサート５１の切刃５２を有効に使用することができる。また、アーバ２０の形状が簡単となり、このアーバ２０を低コストで製作することができる。

次に、本発明の第３の実施形態であるアーバ２０について説明する。図７及び図８に、本発明の第３の実施形態であるアーバ２０を、図９に切削ヘッドを備えた切削ヘッド交換式工具１０を示す。なお、第１、第２の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
このアーバ２０は、テーパ部２７の先端中央部に軸線Ｌに直交する平坦面３４が形成され、この平坦面３４の中央部分に基端側に向けて凹んだ収容凹部３５が設けられている。そして、この収容凹部３５の底面が当接面２９とされ、装着孔３０が開口されている。ここで、収容凹部３５は、軸線Ｌに直交する断面が装着孔３０より大径の軸線Ｌを中心とした円形をなしている。本実施形態においては、装着孔３０に円形孔３１は形成されておらず、直接雌ネジ部３２が形成されている。これらテーパ部２７、収容凹部３５、装着孔３０の雌ネジ部３２により、ヘッド保持部３３が構成されている。

また、切削ヘッド４０のヘッド本体４１の基端側部分は、前記収容凹部３５に嵌合可能な外径の円柱状をなしており、このヘッド本体４１の基端面から延びる装着軸部４６には、円柱部４７が形成されずに雄ネジ部４８が形成されている。

この構成のアーバ２０を備えた切削ヘッド交換式工具１０においては、切削ヘッド４０の装着軸部４６を装着孔３０に挿入するとともにヘッド本体４１の基端部分を収容凹部３５内に収容することができ、取付剛性をさらに向上させることができる。また、ヘッド本体４１の基端部分と収容凹部３５との嵌合によって、この切削ヘッド４０の位置ずれを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、工作機械の主軸端への取付部をテーパ状に形成したいわゆるＢＴ形式のアーバとして説明したが、これに限定されることはなく、取付部の内部にアダプタを挿入するためのアダプタ孔を形成したいわゆるＨＳＫ形式のアーバやその他の形式のアーバであってもよい。

また、装着筒部の形状は、外径が一定な円柱状に限定されることはなく、先端側に向かうにしたがい縮径する円錐台状でもよいし、装着筒部の側壁が凹曲面状をなすように構成されていてもよい。
さらに、テーパ部の形状は、本実施形態に限定されることはなく、例えば、軸線に沿った断面において、軸線となす角度が異なる複数の傾斜面によって多段状に突出されていてもよいし、軸線に沿った断面の稜線が凸曲線状、凹曲線状をなしていてもよい。

また、切削ヘッドを、２つのインサートを備えた、いわゆる２枚刃エンドミルとして説明したが、これに限定されることはなく、切削ヘッドに設けられる切刃の形状、配置、枚数等は適宜設定することができる。また、インサートでなく切刃をろう付け等したものであってもよい。

本発明の第１の実施形態であるアーバの斜視図である。 図１に示すアーバの断面図である。 図１に示すアーバを備えた切削ヘッド交換式工具の側面部分断面図である。 本発明の第２の実施形態であるアーバの斜視図である。 図４に示すアーバの断面図である。 図４に示すアーバを備えた切削ヘッド交換式工具の側面部分断面図である。 本発明の第３の実施形態であるアーバの斜視図である。 図７に示すアーバの断面図である。 図７に示すアーバを備えた切削ヘッド交換式工具の側面部分断面図である。

符号の説明

１０ 切削ヘッド交換式工具
２０ アーバ
２１ 把持部
２１Ｂ 外周面
２４ 取付部
２７ テーパ部
２８ 装着筒部
２９ 当接面
３０ 装着孔
３３ ヘッド保持部
３４ 収容凹部
４０ 切削ヘッド
４１ ヘッド本体
４６ 装着軸部

Claims (7)

1. 工作機械の主軸端に着脱可能に取り付けられて切削ヘッドを保持するアーバであって、
   軸線に沿って延びる筒状をなして前記主軸端に取り付けられる取付部と、該取付部の先端側に位置して前記取付部よりも外周側に向けて大きく張り出した把持部と、該把持部の先端側に前記切削ヘッドを着脱可能に装着するヘッド保持部とを有し、
   前記ヘッド保持部は、前記把持部の外周面の先端縁から径方向内側に向かうにしたがい漸次先端側に向けて突出するテーパ部と、前記切削ヘッドが当接される当接面と、前記当接面に開口するとともに前記軸線に沿って基端側に向けて延びる装着孔と、を備えていることを特徴とするアーバ。
2. 前記ヘッド保持部には、前記テーパ部の先端縁から先端側に向けて延びる装着筒部が形成され、該装着筒部の先端面が前記当接面とされていることを特徴とする請求項１に記載のアーバ。
3. 前記装着筒部の前記テーパ部先端からの突出長さＨが、前記把持部の外径Ｄに対して、Ｈ≦０．５×Ｄの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のアーバ。
4. 前記テーパ部の先端縁に連なるように前記当接面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアーバ。
5. 前記テーパ部の先端縁には、前記軸線に直交する方向に延びる平坦面が形成され、該平坦面には基端側に向けて凹んだ収容凹部が設けられており、この収容凹部の底面が前記当接面とされていることを特徴とする請求項１に記載のアーバ。
6. 前記軸線に沿った断面において、前記テーパ部と前記軸線とがなす角度θが、３０°≦θ＜９０°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアーバ。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のアーバと前記切削ヘッドとが締結されて構成される切削ヘッド交換式工具であって、
   前記切削ヘッドは、ヘッド本体と該ヘッド本体の基端面から基端側に向けて突出した装着軸部とを有し、
   前記装着軸部が前記アーバの前記装着孔内に挿入され、前記ヘッド本体の基端面が前記当接面に当接されて固定されていることを特徴とする切削ヘッド交換式工具。

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