JP2009248206A - Method of mounting rotary tool, rotary tool, machine tool, and mounting device for rotary tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転工具の装着方法、回転工具、工作機械、回転工具の装着装置に係り、例えば、主軸を毎分数万〜数十万回転で超高速回転させて微細な加工を精度高く行うフライス盤等に、超微細ボールエンドミル等を取り付けるのに特に適した装着方法、その装着方法に適した回転工具、その回転工具の装着装置、及びこれを備えた工作機械に関する。 The present invention relates to a rotating tool mounting method, a rotating tool, a machine tool, and a rotating tool mounting device. For example, a spindle is rotated at an ultra-high speed at several tens of thousands to several hundred thousand rotations per minute to perform fine processing with high accuracy. The present invention relates to a mounting method particularly suitable for mounting an ultrafine ball end mill or the like on a milling machine, a rotary tool suitable for the mounting method, a mounting device for the rotary tool, and a machine tool equipped with the same.
近年、メゾスコピックマシンが注目されている。これは、従来の機械加工の精密マシンと、ナノテクノロジーを用いたいわゆるナノテクマシンとの中間のメゾスコピック領域の加工に適したマシンである。メゾスコピックマシンの厳密な定義はないが、ここでは、特に数μｍ〜数百μｍ程度の対象を加工するのに適したマシンをいう。 In recent years, mesoscopic machines have attracted attention. This is a machine suitable for processing a mesoscopic region intermediate between a conventional machined precision machine and a so-called nanotechnological machine using nanotechnology. Although there is no strict definition of a mesoscopic machine, here, it refers to a machine particularly suitable for processing an object of about several μm to several hundred μm.
例えば、ディンプルと呼ばれる微小なくぼみを規則的に配置したディンプルテクスチャが、光学やトライボロジー等の広範囲の分野で用いられている。また、マイクロチャンネルを用いて、ナノリッター（ｎＬ）からフェムトリッター（ｆＬ）の微小流体をハンドリングするマイクロ流体工学もバイオ関係などで活用されている。これらの場合、数十μｍの幅や深さのディンプルやマイクロチャンネルを形成するには、直接ワークを加工し、またはプレス若しくは成形のための型を正確に３次元的に造形する必要があった。 For example, dimple textures in which minute depressions called dimples are regularly arranged are used in a wide range of fields such as optics and tribology. In addition, microfluidics that uses microchannels to handle microfluids from nanoliters (nL) to femtritors (fL) has also been utilized for biotechnology and the like. In these cases, in order to form dimples and microchannels having a width and depth of several tens of μm, it was necessary to directly process a workpiece or to accurately mold a die for pressing or molding three-dimensionally. .
このような場合、半導体製造工程で採用されているリソグラフィ−で加工する方法も考えられるが、きわめてコストが高いばかりか、幅方向の精度は高くても深さ方向の精度は保証できないため、正確な３次元的造形が難しい。また、放電加工などもコストは低いがやはり正確な３次元的造形ができない。 In such a case, a method of processing by lithography used in the semiconductor manufacturing process may be considered, but not only is the cost high, but the accuracy in the depth direction cannot be guaranteed even if the accuracy in the width direction is high. 3D modeling is difficult. In addition, although electrical discharge machining is low in cost, accurate three-dimensional modeling cannot be performed.
この点、切削、研削による機械的加工によれば、理論的には正確な３次元的造形が可能であり、比較的コストも低く、多品種少量生産にも適している。
ここで、上記の様な精密な加工を行うために従来用いられてきた回転工具１０９を、図２０を参照して説明する。従来の回転工具１０９は、先端に直径φＤが数十〜数百μｍのボールエンドミルの刃部１９１を備えている。この刃部１９１を支持する軸部には、この工具を把持するためのストレートシャンク１９２が形成されている。このストレートシャンク１９２は、回転工具１０９を工作機械の主軸にクランプする部位で、テーパのない正確な円柱状の面が形成されている。このストレートシャンク１９２が、大型のツールホルダ（不図示）により直接的に（若しくはコレットなどを介して間接的に）把持される。さらに、このツールホルダには主軸に取り付けるためのテーパシャンクが形成されており、このテーパシャンクが主軸端のテーパ孔に引き込み機構で装着される。また、従来の回転工具１０９の基端部の周縁には、コレットなどに装着する場合に、回転工具１０９の基端部周縁と、コレットの挿入口周縁との干渉を防ぎ、傷付きを防止したり装着を容易にしたりするため、その軸線から４５度傾いた面取り部１９４が形成されることがある。これは、単に干渉を防ぐ為の面取りを目的に形成されたＣ面であって、角部を丸めたＲ面と代替することもできる加工である。
In this respect, according to mechanical processing by cutting and grinding, theoretically accurate three-dimensional modeling is possible, the cost is comparatively low, and it is also suitable for high-mix low-volume production.
Here, the
メゾスコピックマシンとして超精密加工をするには、このようなストレートシャンクを把持されたボールエンドミルのような回転工具を用い、必要な周速を得るため毎分数万から数十万回転で超高速回転させるのが一般的であるが、この場合、まず回転工具自体が高い精度を有することが不可欠であることはもちろんである。 In order to perform ultra-precision machining as a mesoscopic machine, a rotating tool such as a ball end mill holding a straight shank is used, and ultra-high-speed rotation is performed at several tens of thousands to several hundred thousand rotations per minute to obtain the necessary peripheral speed. In this case, it is essential that the rotary tool itself has high accuracy.
また、このような回転工具を回転させる工作機械のスピンドルは、高周波モータが内蔵され、４万〜３０万回転の高速でも振れが小さく回転できるように主軸の質量バランスが機械の運転状態での温度において精密に取られていなければならない。 In addition, the spindle of a machine tool that rotates such a rotating tool has a built-in high-frequency motor, and the spindle mass balance is the temperature at which the machine is in operation so that it can rotate with low vibration even at high speeds of 40,000 to 300,000 revolutions. Must be taken with precision.
加えて、工具や工作機械自体が精度高く調整されているばかりか、正確に回転工具を工作機械に装着して、超高速に回転する回転工具の振れを抑制することも不可欠である。ところで、本発明の発明者は、図１８に示すように回転工具の振れの大きさの差で大きく工具の寿命が変わることを実証しており、この観点からも振れを抑制することは重要である。ここでは、ボールエンドミルの切り込み量０．１ｍｍ、ピック量０．３ｍｍ、工具送り量０．１ｍｍ／刃、主軸回転数９５５０回転／分、切削速度２１２ｍ／分、傾斜角４５°で比較し、○で示したグラフは工具振れδ＝４１．３μｍ、□で示したグラフは工具振れδ＝９．８μｍである。これらを比較すると、切削距離、つまり工具の寿命が大きく異なり、この観点からも振れの抑制が重要であることが分かる。 In addition, it is indispensable not only to adjust the tool and the machine tool itself with high accuracy, but also to accurately control the runout of the rotating tool that rotates at a very high speed by mounting the rotating tool on the machine tool accurately. By the way, the inventor of the present invention has demonstrated that the tool life greatly changes due to the difference in the magnitude of the runout of the rotary tool as shown in FIG. 18, and it is important to suppress the runout from this viewpoint as well. is there. Here, in comparison with a ball end mill cutting amount of 0.1 mm, pick amount of 0.3 mm, tool feed amount of 0.1 mm / blade, spindle rotation speed of 9550 rpm, cutting speed of 212 m / minute, inclination angle of 45 °, The graph shown by □ is tool runout δ = 41.3 μm, and the graph shown by □ is tool runout δ = 9.8 μm. When these are compared, it can be seen that the cutting distance, that is, the tool life is greatly different, and that suppression of vibration is important from this viewpoint.
一般的にマシニングセンタに採用されているＡＴＣ（自動工具交換装置）のクランプ装置では、メゾスコピックマシンに比べはるかに大型の工具を対象としており、その負荷も大きく、回転数もすくない。そして工具のストレートシャンク部を把持固定する着脱手段を有したツールホルダが回転工具を直接保持（若しくはコレットなどを介して間接的に保持）し、そのツールホルダはテーパシャンクにより主軸端のテーパ孔に引き込み機構などにより装着される。そして、この大きなツールホルダごと工具を自動交換している。もし、このような質量の大きな自動交換可能なクランプ装置を用いて上述のような毎分数万から数十万回転で超高速回転させるボールエンドミルを保持すれば、回転バランスの悪さから工具の振れなどが生じやすく、μｍオーダーの振れに抑制するのは到底困難である。 In general, an ATC (automatic tool changer) clamping device employed in a machining center targets a much larger tool than a mesoscopic machine, and its load is large and the number of rotations is low. A tool holder having an attaching / detaching means for holding and fixing the straight shank portion of the tool directly holds the rotating tool (or indirectly through a collet), and the tool holder is formed into a taper hole at the spindle end by a taper shank. It is attached by a retracting mechanism. And the tool is automatically changed with this big tool holder. If a ball end mill that rotates at a high speed of tens of thousands to hundreds of thousands of revolutions per minute as described above is held using such a large mass automatic exchangeable clamping device, the tool swings due to poor rotation balance. Etc. are likely to occur, and it is extremely difficult to suppress the vibration to the order of μm.
そこで、特許文献１に記載の焼ばめ方式の工具のクランプ装置や、特許文献２に記載したこの焼ばめ方式のクランプ方法を熱の影響を抑制する工具クランプ装置が開示されている。
Therefore, a tool clamping device described in
図１９に示すように、特許文献１に記載の工具クランプ装置は、いわゆる焼ばめ方式といわれ、主軸１３３下端に取付けられたホルダ１０５及びホルダ１０５を把持して冷却するホルダ把持装置１２０Ａ、工具１０９を把持するとともに冷却する工具把持装置１２０Ｂ並びに高周波誘導加熱装置１０８で構成される工具着脱装置部１２０によりなっている。そして、高周波誘導加熱装置１０８でホルダ１０５のみを加熱して熱膨張させて、その間に工具１０９をホルダ１０５に挿入する。その後ホルダ１０５及び工具１０９を冷却することでホルダ１０５が熱収縮して工具１０９を強固にクランプする。
As shown in FIG. 19, the tool clamping device described in
この焼ばめ方式であれば、熱膨張、熱収縮を利用するため、従来のコレットなどと比較すれば工具のクランプ構造がシンプルでかつコンパクトにでき、ワークとの干渉も回避できる。さらに、工具のクランプも強固にできる。
しかしながら、特許文献１，２のような発明では、複雑な焼ばめの装置が必要となり、交換時間も加熱時間に加え、冷却時間が必要なため比較的長時間必要となる。
また、工具１０９やホルダ１０５の組織の不均質や、加熱冷却のムラなどの個体差から振れが生じたとしてもこれを調整するのが困難である。
However, in the inventions such as
In addition, even if vibrations occur due to individual differences such as inhomogeneous texture of the
さらに焼ばめ方式では、特許文献２に記載されたような熱対策がとられた構成としたところで、基本的にクランプ装置を加熱することから工具も加熱され工具の組織が軟化するなどの影響が不可避である。 Furthermore, in the shrink fitting method, the heat countermeasures described in Patent Document 2 are adopted. Basically, since the clamping device is heated, the tool is also heated and the tool structure is softened. Is inevitable.
一方、上述のようなメゾスコピックマシンであれば、回転工具の径が、３ｍｍ〜６ｍｍ程度のものが使用され、振れを抑制しつつ超高速回転させるものの、大型の回転工具のような大きな加工負荷は要求されない。そのため、クランプ装置は必要以上に大きな締め付け力は必要がない。 On the other hand, in the case of the mesoscopic machine as described above, a rotating tool having a diameter of about 3 mm to 6 mm is used, and although it rotates at a high speed while suppressing vibration, a large processing load such as a large rotating tool is large. Not required. Therefore, the clamping device does not need a larger tightening force than necessary.
本発明の課題は、回転工具の工作機械への着脱が極めて迅速かつ容易となる回転工具の装着方法、その装着方法に適した回転工具・装着装置、及び、これを備えた工作機械を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rotating tool mounting method that makes it possible to attach and detach a rotating tool to and from a machine tool very quickly, a rotating tool / mounting device suitable for the mounting method, and a machine tool including the same. There is.
併せて、超高速で回転させても工具の振れが抑制できる回転工具の装着方法、その装着方法に適した回転工具・装着装置、及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
加えて、確実に回転工具の保持ができる回転工具の装着方法、その装着方法に適した回転工具・装着装置、及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
In addition, it is an object of the present invention to provide a rotating tool mounting method capable of suppressing tool deflection even when rotated at an ultrahigh speed, a rotating tool / mounting apparatus suitable for the mounting method, and a machine tool including the same.
In addition, another object of the present invention is to provide a rotary tool mounting method capable of reliably holding the rotary tool, a rotary tool / mounting device suitable for the mounting method, and a machine tool including the same.
上記課題を解決するため、請求項１に記載の回転工具の装着方法では、先端部に設けた刃部と、基端部に設けた真空吸着可能な被吸着部と、基端方向に当接可能な面を有する被当接部と、中間部に設けた円柱形の軸部とを備えた回転工具、及び、駆動源により回転駆動される主軸と、前記被当接部の外形形状に対応した形状に形成され前記被当接部と当接可能な当接部を有し、前記主軸と同軸に主軸端に前記回転工具を被吸着部で吸着固定する吸着部と、前記吸着部に負圧を付与する負圧発生手段とを有する工作機械を備え、前記吸着部が前記基端部に設けられた被吸着部を負圧により吸着するとともに、前記当接部に前記被当接部を当接させることで、前記回転工具を回転可能に支持することを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, in the mounting method of the rotary tool according to
本発明によれば、被吸着部を吸着部が吸着し、被当接部が当接部に当接されることで回転工具を極めて容易に、かつ短時間で装着できる。
請求項２に記載の回転工具の装着方法では、請求項１に記載の回転工具の装着方法において、前記負圧発生手段は、前記回転工具の質量を支持する大きさ以上の負圧を前記被吸着部に与えることを要旨とする。
According to the present invention, it is possible to attach the rotary tool very easily and in a short time by adsorbing the adsorbed part by the adsorbing part and bringing the abutted part into contact with the abutting part.
The rotating tool mounting method according to claim 2, wherein the negative pressure generating means applies a negative pressure greater than a size that supports a mass of the rotating tool in the rotating tool mounting method according to
本発明によれば、負圧発生手段が、被吸着部に回転工具の質量を支持する大きさの負圧を与えることができるため、他の方法の固定手段なしで吸着部のみで回転工具を支持できる。 According to the present invention, the negative pressure generating means can apply a negative pressure large enough to support the mass of the rotary tool to the attracted part. I can support it.
請求項３に記載の回転工具の装着方法では、請求項１又は請求項２に記載の回転工具の装着方法において、前記負圧発生手段は、前記被吸着部に対する負圧を与える面積が、前記軸部断面積の２分の１以上であることを要旨とする。
In the mounting method of the rotary tool according to
本発明によれば、前記負圧発生手段が被吸着部に対する負圧を与える面積が、前記軸部の断面積の２分の１以上であるので、負圧を大きくしないで回転工具を安定して支持する付勢力を与えることができる。 According to the present invention, since the area where the negative pressure generating means applies the negative pressure to the attracted portion is more than half of the cross-sectional area of the shaft portion, the rotary tool can be stabilized without increasing the negative pressure. The biasing force to support can be given.
請求項４に記載の回転工具の装着方法では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記工作機械は、前記回転工具の被吸着部を吸着部に装着するための、前記回転工具の軸部を案内する筒状の案内部を備え、前記案内部は、前記回転工具の基端部を挿入可能な開口部を一端に備え、該案内部の他端は前記吸着部と連通され、回転工具の装着時には前記開口部が負圧の状態とされることで前記回転工具の基端部が前記開口部から吸引されて前記被吸着部が前記吸着部に吸着されることを要旨とする。
The rotating tool mounting method according to
本発明によれば、案内部を備えるため、回転工具の装着が極めて容易にすることができる。
請求項５に記載の回転工具の装着方法では請求項４に記載の回転工具の装着方法において、前記案内部は、前記回転工具が回転するときには、回転工具に対して非接触であることを要旨とする。
According to the present invention, since the guide portion is provided, the mounting of the rotary tool can be extremely facilitated.
The rotating tool mounting method according to
本発明によれば、回転工具が回転するときに、案内部が回転工具に対して接触しないので、回転を妨げることがないため、円滑な回転ができる。
請求項６に記載の回転工具の装着方法では、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記回転工具の前記被当接部は、前記軸部から基端部に向けて同心状に直径が小さくなる円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状を備えた形状に形成されたことを要旨とする。
According to the present invention, when the rotary tool rotates, the guide portion does not come into contact with the rotary tool.
The rotating tool mounting method according to
本発明では、円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状の被当接部により、回転工具が安定して装着できる。なお、従来の回転工具１０９の基端部の周縁に設けられたような面取り部は、単に干渉を防ぐ為の面取りを目的に形成されたＣ面であって、角部を丸めたＲ面と代替することもできる加工であり、この部分は、直接把持される部分ではなく、本発明の被当接部とは、まったく目的・作用・効果が異なる、別異の構成のものである。
In the present invention, the rotating tool can be stably mounted by the tapered contact portion of the cone shape or the truncated cone shape. The chamfered portion provided at the periphery of the base end portion of the
請求項７に記載の回転工具の装着方法では、請求項６に記載の回転工具の装着方法において、前記回転工具の軸部の直径が１０ｍｍ以下であり、前記被当接部のテーパ形状は、前記軸部の直径から基端部の直径の減少幅と、前記被当接部の軸方向の長さとの比が１：５０〜１：１０の範囲にあることを要旨とする。
In the mounting method of the rotary tool according to
本発明では、メゾスコピックマシンに使用できる径の回転工具において、テーパ比を１：５０〜１：１０とすることで、くさび効果で、小さな負圧でも安定した装着ができる。さらに、このバランスのテーパ比であると、小さな負圧でも十分な締結ができるとともに回転工具の分離に困難さが生じない。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。 In the present invention, in a rotary tool having a diameter that can be used in a mesoscopic machine, by setting the taper ratio to 1:50 to 1:10, it is possible to mount stably even with a small negative pressure due to the wedge effect. Furthermore, with this balanced taper ratio, sufficient fastening can be achieved even with a small negative pressure, and there is no difficulty in separating the rotary tools. If the negative pressure is small, the negative pressure generator can be made relatively compact.
請求項８に記載の回転工具の装着方法では、請求項６に記載の回転工具の装着方法において、前記回転工具の軸部の直径が３〜６ｍｍであり、前記被当接部のテーパ形状は、前記軸部の直径から基端部の直径の減少幅と、前記被当接部の軸方向の長さとの比が１：２０〜１：２の範囲にあることを要旨とする。
In the mounting method of the rotating tool according to
本発明によれば、メゾスコピックマシンに好適に使用できる３〜６ｍｍの径の回転工具において、テーパ比を１：２０〜１：２とすることで、くさび効果で、小さな負圧でも安定した装着ができる。さらに、このバランスのテーパ比であると、小さな負圧でも十分な締結ができるとともに回転工具の分離が容易である。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。 According to the present invention, in a rotary tool having a diameter of 3 to 6 mm that can be suitably used for a mesoscopic machine, by setting the taper ratio to 1:20 to 1: 2, a wedge effect can be stably mounted even with a small negative pressure. it can. Furthermore, with this balanced taper ratio, sufficient fastening can be achieved even with a small negative pressure, and the rotary tool can be easily separated. If the negative pressure is small, the negative pressure generator can be made relatively compact.
請求項９に記載の回転工具の装着方法では、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記負圧発生手段は、前記主軸内の軸心に設けられた流路を介して空気が排気されることにより負圧を発生させることを要旨とする。
The rotating tool mounting method according to
本発明によれば、簡易な設備で、かつ小さな装置で負圧を発生させることで、メゾスコピックマシンにふさわしいコンパクトな負圧発生手段とすることができる。
請求項１０に記載の回転工具の装着方法では、請求項９に記載の回転工具の装着方法において、前記主軸内に設けられた流路は、半径方向に開口された排気路を備え、真空カプラを介して負圧発生装置に接続されていることを要旨とする。
According to the present invention, it is possible to provide a compact negative pressure generating means suitable for a mesoscopic machine by generating a negative pressure with simple equipment and a small device.
The rotary tool mounting method according to
この発明では、半径方向に開口された排気路を用いることで、主軸の回転により遠心ポンプ同様の機能を発揮し、負圧発生手段の一部として機能する。また、真空カプラを備えることで、負圧発生手段外部に設けることができ、負圧発生手段は主軸とともに回転することがなく真空カプラを介して負圧を吸着部に与えることができるので、回転部分の質量を小さくできる。 In this invention, by using the exhaust passage opened in the radial direction, the function similar to the centrifugal pump is exhibited by the rotation of the main shaft and functions as a part of the negative pressure generating means. In addition, by providing a vacuum coupler, it can be provided outside the negative pressure generating means, and the negative pressure generating means can apply a negative pressure to the suction part via the vacuum coupler without rotating together with the main shaft. The mass of the part can be reduced.
請求項１１に記載の回転工具の装着方法では、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記工作機械の前記主軸端に配置されたツールホルダに前記回転工具の被当接部と当接する当接部が形成されるとともに、前記被吸着部と吸着可能な吸着部が形成され、前記回転工具は前記ツールホルダを介して前記主軸端に装着されることを要旨とする。
The rotating tool mounting method according to claim 11, wherein the rotating tool mounting method according to any one of
本発明では、主軸端にツールホルダを装着しているので、ツールホルダを異なるタイプに交換することで、多様な工具を主軸に装着することができる。
請求項１２記載の回転工具では、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いることを要旨とする。
In the present invention, since the tool holder is attached to the spindle end, various tools can be attached to the spindle by replacing the tool holder with a different type.
The gist of the rotary tool according to
本発明では、請求項１乃至請求項１１の発明の実施に好適な回転工具とすることができる。
請求項１３に記載の工作機械は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いることを要旨とする。
In this invention, it can be set as the rotary tool suitable for implementation of the invention of
A gist of a machine tool according to a thirteenth aspect is that the machine tool is used in the mounting method of the rotary tool according to any one of the first to eleventh aspects.
本発明では、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法が可能な工作機械とすることができる。
請求項１４に記載の工作機械の回転工具の装着装置は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いることを要旨とする。
In this invention, it can be set as the machine tool in which the mounting method of the rotary tool of any one of
The gist of a mounting tool mounting device for a machine tool according to claim 14 is used in the mounting method for a rotating tool according to any one of
本発明によれば、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法が実施できる装着装置とすることができる。
According to this invention, it can be set as the mounting apparatus which can implement the mounting method of the rotary tool of any one of
本発明によれば、回転工具の工作機械への着脱が極めて迅速かつ容易となる。また、超高速で回転させても工具の振れが抑制できる。さらに、確実に回転工具の保持ができる。 According to the present invention, attachment / detachment of a rotary tool to / from a machine tool becomes extremely quick and easy. Further, even if the tool is rotated at an ultra-high speed, the deflection of the tool can be suppressed. Furthermore, the rotary tool can be reliably held.
（第１の実施形態）以下、本発明を具体化した工作機械である立型のマシニングセンタ１と、回転工具９であるボールエンドミルの一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
(First Embodiment) An embodiment of a
（マシニングセンタ１）
図１は、マシニングセンタ１の概略を示す斜視図である。紙面左手前がマシニングセンタ１の正面であり、正面から見て右方向がＸ軸方向、上方向がＹ軸方向、背面方向（紙面右奥方向）をＺ軸方向とする。
(Machining center 1)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the
（ＣＮＣ制御部２３・操作パネル２２）
マシニングセンタ１は、床に水平に載置された機台１１が設けられるとともに、この機台１１の正面側左方には、タッチパネルからなる操作パネル２２が設けられ、内部に収容されたＣＮＣ（Computer Numerical Control）制御部２３のコンピュータを操作する。
(
The
（ワーク主軸１３）
機台１１上の正面中央側には水平なステージ１２が設けられるとともに、このステージ１２上にはワーク主軸１３が載置されている。そして、このワーク主軸１３に図示を省略したチャック機構でワークＷが保持される。
(Work spindle 13)
A
ステージ１２は、図示しないサーボ機構でＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の直線移動、及びＸ軸回り、Ｚ軸回りに回転移動などするように周知の方法でＣＮＣ制御されている。また、ワーク主軸１３にはチャック機構で保持されたワークＷが回転可能になっているおり、ワーク主軸１３に内蔵された図示しないモータがＣＮＣ制御されワークＷを回転駆動する。
The
（主軸頭１６）
機台１１の背面側には、コラム１５が立設されるとともに、このコラム１５の正面側に主軸頭１６が配置されている。この主軸頭１６は、スピンドル主軸３３を備えたスピンドルユニット３を支持し、図示しないサーボ機構でスピンドルユニット３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の直線移動、及びＸ軸回り、Ｚ軸回りに回転移動するように周知の方法でＣＮＣ制御されている。
(Spindle head 16)
A
したがって、本実施形態のマシニングセンタ１は、ワーク主軸１３及び回転工具のスピンドル主軸３３が多軸について変位可能で自由度が高く、多機能フライスとしての機能も併せ持つマシニングセンタであり、複雑な形状の精密金型などの製作ができるものである。
Therefore, the
これらは、２点鎖線で示す保護カバー２１が覆っている。
（ＡＴＣ）
ステージ１２のＸ軸方向（正面から見て右手）に隣接して、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer・自動工具交換装置）に用いる工具マガジン１９を備える。このターレット式の工具マガジン１９は、ターンテーブル状になっており、周縁部に交換用の回転工具が多数鉛直上方から挿入可能に構成されている。この工具マガジン１９は、工具マガジン駆動部２０により回転することができる。
These are covered by a
(ATC)
A
コラム１５の正面側には上下に並列して２本、Ｘ軸方向に平行なレール１８，１８が設けられており、主軸頭１６は、この一対のレール１８，１８に案内されて工具マガジン１９とスピンドル主軸３３が近接する位置まで移動され、工具マガジン駆動部２０を回転させることで、迅速に任意の回転工具９に交換することができる。工具交換の詳細は後述する。
On the front side of the
図２は、スピンドルユニット３を示す一部断面図である。図３は、スピンドル主軸３３と、ツールホルダ５と、ボールエンドミルからなる回転工具９の基端部との関係を示す組立図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the
（スピンドルユニット３）
図２に示すように、スピンドルユニット３のケーシング３１内にＤＣブラシレスモーターからなる高周波誘導電動機であるモータ３２が収容され、このモータ３２がスピンドル主軸３３を回転させる。スピンドルユニット３自体は、スピンドル主軸３３に切削液やエアを通す穴があるものであれば、周知の構成を改造して本発明のスピンドルユニット３を製作できる可能性があるが、スピンドルユニット３自体により振動・リップル・トルク変動等が生じると、本発明の効果が損なわれるので、精度及び剛性の高いものが望ましい。
(Spindle unit 3)
As shown in FIG. 2, a
（スピンドル主軸３３）
このスピンドル主軸３３は、図示しない複数の玉軸受けによりラジアル方向・スラスト方向から支持されている。
(Spindle spindle 33)
The spindle
このスピンドル主軸３３は、例えば、高周波で駆動され、６０，０００〜１２０，０００ｒｐｍ程度の超高速回転が可能となっており、スピンドル主軸３３自体の振れは、少なくとも２０，０００〜６０，０００ｒｐｍの範囲では、１μｍ未満の極めて小さい振れとなっている。
The spindle
スピンドル主軸３３は、全体としては概ね円筒状の形状で、その軸心に沿って内径５ｍｍの円形断面のエアの流路３４が内部に形成されており、スピンドル主軸３３の主軸端３３ａには下方に向けて下部開口３５を備える。
The spindle
（真空カプラ４）
また、図２に示すようにスピンドル主軸３３の上端は、非接触の真空カプラ４が形成されている。図３に示すようにスピンドル主軸３３の上端には流路３４の上部開口３６が形成されているが蓋体３７により密閉されている。また、上端のやや下方には鉛直方向の流路３４からスピンドル主軸３３を中心に対向する半径方向に一対の排気路３８，３８が穿設されており、スピンドル主軸３３の外周面に排気口３９，３９がそれぞれ開口されている。
(Vacuum coupler 4)
As shown in FIG. 2, a
図２、３に示すように、真空カプラ４は、全体が概ね円柱状に形成され、この排気口３９，３９をスピンドル主軸３３を中心に回転させたときの軌跡に対して、これを外側から取り巻くドーナツ型の空間４０が形成されており、この空間４０と外部に連通する吸引口４１が形成されている。スピンドル主軸３３は高速で回転するため、この排気路３８，３８に存在する空気は矢印方向に強い遠心力を受け、空間４０に強制的に排出される。つまり、この真空カプラ４自体も、遠心ポンプとしてスピンドル主軸３３内の流路３４に負圧を与えることに寄与している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
（工具取り外し機構）
本実施形態では、ツールホルダ５の通路５２に臨んだ回転工具９の基端面９４を負圧のみで吸着するものであるため、負圧を解除すれば、通常、回転工具の自重によりツールホルダ５から分離する。ところが、本発明の回転工具９の被当接部９３とツールホルダ５の当接部５３とが、テーパの程度や表面の粗度の程度などによる表面同士の摩擦、特にくさび効果による食いつき、鏡面同士の密着などにより当接したまま、回転工具９が自然落下しないことがある。そこで、本実施形態では、図示を省略した空気供給手段からスピンドルユニット３の流路３４、ツールホルダ５の通路５２に加圧した空気を供給することで負圧状態から加圧状態にして回転工具９の離脱を促す。この加圧状態は脈動させる方がより効果的に回転工具を分離できるので好ましい。
(Tool removal mechanism)
In the present embodiment, the
さらに、工具マガジン１９側で、回転工具の先端部を把持したり、工具に掛合部を設けて掛止し機械的に強制的に引き抜くようにすることもできる。
さらに本実施形態では、図２、図３に示すように、流路３４内にノックピン４３を設け、回転工具９の基端面９４を押圧して被当接部９３を当接部５３から押し出すようにしている。ノックピン４３は、流路３４内のスピンドル主軸３３の回転中心に沿って設けられ、蓋体３７の中央部に穿設された孔から、僅かな隙間を隔てて非接触で上方に突出する。ここにはノックピン可動機構４４が配置され、回転工具９を取り外すときには、ノックピン４３を下方に変位させて回転工具９の基端面９４に当接・押圧して、回転工具９を取り外す。
Furthermore, the
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a
このため、このノックピン４３による工具取り外し機構により、自動的に確実に回転工具を解除でき、ＡＴＣにより自動交換を確実に達成できる。その一方、ノックピン４３は、回転工具９、スピンドル主軸３３、蓋体３７のいずれにも非接触で、これらの円滑な回転を妨げることもない。そして、蓋体３７とは僅かな隙間を維持して負圧や加圧を損なわないように構成されている。
Therefore, the rotating tool can be automatically and reliably released by the tool removal mechanism using the
（真空発生器４２）
図２に示す、吸引口４１には、負圧発生装置である真空発生器（Vacuum generator）４２が接続されている。この真空発生器４２は、ノズルにより高速で噴出される圧縮空気により生じる流体の負圧を利用したものであり、工場内で供給される圧縮空気さえあれば極めて小さなスペースで負圧を発生することができる。例えば、商品名で「コンバム」（株式会社妙徳の登録商標）などが好適に使用できる。本実施形態では、供給空気圧力０．５ＭＰａで、−９０ｋＰａ程度の真空度に到達し、φ＝６ｍｍの回転工具９が良好に装着でき、加工中の保持に脱落、スリップなどの問題も生じなかった。
(Vacuum generator 42)
A
（ツールホルダ５）
図３に示すように、本実施形態では、当接部５３を形成するために、ツールホルダ５を用いており、回転工具９の主軸３３への装着は、ツールホルダ５を介して行っている。スピンドル主軸３３の主軸端３３ａには概ね円筒状のツールホルダ５がスピンドル主軸３３と同軸に固定されており、スピンドル主軸３３と一体に回転するようになっている。
(Tool holder 5)
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the
本実施形態では、一般のＡＴＣなどに用いられるような大型のものではなく、質量が小さく、回転バランスのよい専用のものを用いている。
なお、従来のツールホルダ５は、一般に、例えば、ＨＳＫシャンクやＫＭシャンクのような大型のものが挙げられるが、これは、本実施形態と比較して比較的おおきな回転工具９を用い、かつ、回転工具９が装着されたツールホルダごとＡＴＣで交換しており、ツールホルダにワンタッチの交換機能が必要であった。そのため、大型化は避けられなかった。
In the present embodiment, a dedicated one having a small mass and a good rotation balance is used instead of a large one used for a general ATC or the like.
The
一方、本実施形態では、回転工具９の交換は、回転工具９自体で行われるため、ツールホルダ自体はワンタッチで交換する機能は必要がない。そのため、ツールホルダ５を従来のツールホルダと比較して、著しく小さく、質量が少なく、回転バランスの良好なものとすることができた。
On the other hand, in the present embodiment, since the
ツールホルダ５は、円柱状の本体５１を備え、その上部が、ちょうどスピンドル主軸３３の下端に設けられた嵌合凹部３０に嵌合され、図示しないねじによりねじ止め固定される。
The
このツールホルダ５は、円柱状の本体５１の上部には、軸方向に断面が円形の通路５２が貫通され、下部には、下方に直径が大きくなるテーパ状の空間が当接部５３として形成されている。そしてスピンドル主軸３３の主軸端３３ａの下部開口３５と連通するようにこれと同径に、上部の開口部５４が形成されている。
In the
この当接部５３は、被当接部９３と当接するように回転工具９の被当接部９３のテーパ形状と密着するように、被当接部９３の外形形状に対応した形状に形成され、そのテーパ角度と真円度が正確に形成されるとともに、その表面が研磨される。
The
（回転工具９）
図４（ａ）〜（ｃ）は、回転工具９の例を示す図である。本発明の回転工具９としては、ボールエンドミル以外にスクエァ、ラジアス等のエンドミル、平フライスのほか、ドリル、タップ、リーマーなどのソリッド工具、及び、インサート等を着脱自在に装着して用いる刃先交換式のエンドミル、正面フライスなど、マシニングセンタ１で一般に用いられる回転工具として用いるものに広く適用できる。本実施形態では、このような中で、主軸を毎分数万〜数十万回転で超高速回転させて精密金型などの微細な加工を精度高く行う万能フライス盤等に、超微細ボールエンドミルを装着する際に特に適したメゾスコピックマシン用の超微細ボールエンドミルを例に説明する。
(Rotating tool 9)
4A to 4C are diagrams illustrating an example of the
回転工具９は、全体が概ね円柱状に形成され、先端部に設けられた刃部９１と、基端部に設けられた真空吸着可能な被吸着部として構成された基端面９４と、基端方向に当接可能にテーパ状に形成された面を有する被当接部９３と、中間部に設けられた円柱形の軸部とを備える。
The
（刃部９１）
上述のとおり、本発明の回転工具９の刃部９１は、切削用の切れ刃に限らず、研磨用の砥石を含むものである。
(Blade 91)
As described above, the
図４（ａ）に示す回転工具９は、本実施形態のメゾスコピックマシン用の超微細ボールエンドミルで、Ｘ軸方向やＺ軸方向の側面での切削に加えＹ軸方向にも切り込むことができる。刃先はここでは２枚刃であるが、３枚刃以上でもよく、刃部９１の先端は回転した軌跡が半球状となる。刃部９１の直径φＤは、図上では誇張して太く描かれているが、実際には極めて細く、毛髪よりも細い直径φＤ＝３０μｍである。また、ノーズ半径はＲ＝１５μｍである。
A
工具全体の材質は、例えば、構造用鋼、高速度工具鋼（ハイス）若しくは超微粒子超硬合金から構成される。刃部９１は、上記工具全体の材質と同一の高速度工具鋼や超硬合金で形成しても、刃部９１の先端部の切れ刃部分のみを、例えば、ＰＣＤ（多結晶焼結ダイヤモンド）若しくはｃＢＮ（Cubic Boron Nitride ・立方晶窒化ホウ素）から構成してもよい。
The material of the entire tool is composed of, for example, structural steel, high-speed tool steel (high speed), or ultrafine cemented carbide. Even if the
なお、図４（ａ）、（ｂ）のように、刃部９１と軸部９２との間に、テーパ部を設けるほか、図４（ｃ）のように、テーパ部の中途に平行部９５を設けてもよい。その工具の目的によりワークＷとの干渉の防止や、あるいは工具全体の質量の削減、工具の強度、工具の取り外しの掛止部の形成などから種々の形状を取り得る。
4A and 4B, a tapered portion is provided between the
（軸部９２）
図４の（ａ）〜（ｃ）は、いずれも共通して、回転工具９の軸部９２であるテーパのないストレートな形状の中間部の直径（従来の工具１０９（図２０参照）ではいわゆるシャンク径であるが、本発明の軸部９２は、従来の「シャンク」のように把持部として使用しないため、混乱を避けるため敢えて「シャンク」の語は使わない。）は、φｓ＝６ｍｍである。
(Shaft 92)
4 (a) to 4 (c) are common to all of the diameters of the intermediate portion of the straight portion without taper which is the
本実施形態の軸部９２は、把持されることもなく、回転が支持されることもないため、その形状は回転バランスさえよければ、制限はない。また、図示しない引き抜き用の掛止部となる溝や突起、突条などを設けてもよい。
Since the
（被当接部９３）
軸部９２から基端面９４にかけて、テーパ形状の被当接部９３が形成される。基端面９４の直径は、φｅ＝５ｍｍに形成される。詳細は後述する。
(Abutted part 93)
A
（基端面９４）
本発明において基端部とは、回転工具９の刃部９１のある端部とは反対の端部をいい、基端面９４のみならず、被当接部９３も含む。基端面９４は、基端部を構成する部分である、スピンドル主軸３３の回転軸と垂直な平面として形成されている。基端面９４は、ツールホルダ５に装着されている時には、負圧が付与されたツールホルダ５の通路５２に臨んでいる。このため、基端面９４は、被吸着部として通路５２の負圧により重力に抗する鉛直上方の方向の力を受ける。そのため、回転工具９はツールホルダ５に吸着固定される。
(Base end face 94)
In the present invention, the base end portion means an end portion opposite to the end portion where the
なお、基端面９４と被当接部９３の境界である基端面９４の周縁は、例えば、０．５ｍｍ程度のＣ面（面取り面）が軸線に対して、例えば４５度の角度で形成されてもよい。また、Ｃ面に換えてＲ面（曲面）としてもよい。
In addition, as for the periphery of the
（被当接部９３の形状）
次に、本発明のポイントである被当接部９３のテーパ形状について詳細に説明する。図４（ａ）に示す回転工具９では、軸部９２の直径φｓ＝６ｍｍで、基端面９４の直径φｅ＝５ｍｍである。そして被当接部９３の軸方向の長さＬｔ＝５ｍｍとなっており、回転工具９の被当接部９３は、軸部９２から基端部にかけて同心状に直径が小さくなる円錐台形状のテーパ形状に形成されている。そして、この形状は、図３のツールホルダ５の当接部５３の形状と嵌り合い、気密な状態で嵌合可能になっている。
(Shape of the contacted portion 93)
Next, the taper shape of the contacted
この被当接部９３は、精度を高めたり、気密性を向上させたり、表面の保護のため種々の表面処理がなされる。たとえば、研磨して鏡面仕上げにして気密性を高めたり、逆に表面粗度を粗くして、当接部５３とのスリップを減少させるようにしてもよい。
The contacted
図４（ａ）に示す回転工具９のテーパ形状は、軸部９２の直径φｓから基端面９４の直径φｅの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さとの比が、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：５＝１：５となっている。ここで、本願ではこの比、若しくはこの比の値を「テーパ比」ということにする。この場合は、テーパ比１／５となる。
The taper shape of the
本発明者の実験では、図４（ａ）に示す回転工具９では、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、加圧するまでもなく回転工具９は分離された。
In the experiment of the present inventor, in the
次に、図４（ｂ）に示す回転工具は、軸部９２の直径φｓ＝６ｍｍから基端面９４の直径φｅ＝５ｍｍの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔ＝１０ｍｍとの比が、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：１０＝１：１０となっている。この場合は、テーパ比１／１０となる。この場合は、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、装着時の挿入速度にもよるが、負圧を解除しても自然には抜けないものもあったため、手で分離を補助する必要があるものもあった。
Next, the rotating tool shown in FIG. 4B has a reduced width from the diameter φs = 6 mm of the
次に、図４（ｃ）に示す回転工具は、軸部９２の直径φｓ＝６ｍｍから基端面９４の直径φｅ＝５ｍｍの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔ＝２ｍｍとの比が、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：２＝１：２となっている。この場合は、テーパ比１／２となる。この場合でも、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、回転工具９は自重で分離した。
Next, the rotating tool shown in FIG. 4C has a reduced width from the diameter φs = 6 mm of the
同様に、テーパ比１／２０．０４７の回転工具９（図示しない）では、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、装着時の挿入速度にもよるが、負圧を解除しても自然には抜けずに手で分離を補助する必要があるものが多かった。このため、十分に実用可能であるが、ＡＴＣで使用するためには、何らかの分離手段を必要とする。
Similarly, in the rotary tool 9 (not shown) having a taper ratio of 1 / 20.047, the contacted
さらに、テーパ比１／５０の回転工具９（図示しない）では、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は極めて安定しており、負圧を解除した時には、装着時の挿入速度にもよるが、負圧を解除しても自然には抜けずに手で分離を補助する必要があるものが多かった。このテーパ比１／５０であれば、何らかの分離手段を必要とするものの、十分に実用可能である。
Further, in the rotary tool 9 (not shown) having a taper ratio of 1/50, the contacted
小さな負圧で、回転工具を保持するという観点からは、テーパ比１／１０以下が望ましい。なお、テーパ比１／２でも十分保持できるし、十分な負圧があればテーパ比２／１でも十分に実施できる。 From the viewpoint of holding the rotary tool with a small negative pressure, a taper ratio of 1/10 or less is desirable. It should be noted that even if the taper ratio is 1/2, the taper ratio can be sufficiently maintained, and if there is a sufficient negative pressure, the taper ratio of 2/1 can be sufficiently implemented.
また、分離が容易という観点からは、テーパ比１／２０以上が望ましい。さらに、テーパ比１／５以上であれば、ＡＴＣ等にも利用でき、テーパ比１／２であれば、ＡＴＣに最適である。 Further, from the viewpoint of easy separation, a taper ratio of 1/20 or more is desirable. Furthermore, if the taper ratio is 1/5 or more, it can be used for ATC and the like, and if the taper ratio is 1/2, it is optimal for ATC.
また、分離が容易という観点からは、１／５０以上であることが望ましい。これよりテーパ比が小さいと、加工作業中の安定性は高くても、回転工具９を当接部５３へ装着するときの力により、引き抜くときの力がくさび効果で非常に大きくなり、作業に困難を起こす可能性が大きくなる。また、被当接部９３の長さＬｔが長くなるとこれを支持する当接部５３の長さが長くなり、これに伴いツールホルダ５の長さが長くなったり、質量が大きくなったりする点も考慮される。
Further, from the viewpoint of easy separation, it is desirable to be 1/50 or more. If the taper ratio is smaller than this, even if the stability during the machining operation is high, the force when pulling out the
また、加工時の安定性という観点からは、テーパ比が１／２以下が望ましい。特に回転軸に直交する方向からの力がかかる平フライス、ボールエンドミルなどは、被当接部９３の長さＬｔの長さが長い方が有利となる。
From the viewpoint of stability during processing, the taper ratio is preferably ½ or less. In particular, a flat mill, a ball end mill, or the like to which a force from a direction orthogonal to the rotation axis is applied, is advantageous when the length Lt of the contacted
また、回転工具９の軸の直径φｓが１０ｍｍ以下であれば、自重が比較的小さく、基端面９４の面積で負圧を受けることで、十分に支持できる。
以上のことを勘案して、回転工具９の軸径が１０ｍｍ以下であれば、被当接部９３のテーパ形状は、軸部９２の直径φｓから基端面９４の直径φｅの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔとの比が（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：５０〜１：１０の範囲にあるものが好適に実施できることが、発明者の実験からわかった。
Further, if the diameter φs of the shaft of the
In consideration of the above, when the shaft diameter of the
特に、メゾスコピックマシンに好適に使用できる回転工具９の軸の直径がφｓ＝３〜６ｍｍのものは、比較的自重も軽く、かつ加工時の負荷も小さい。このことから、被当接部９３のテーパ形状は、軸部９２の直径φｓから基端部の直径φｅの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔとの比が（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：２０〜１：２の範囲にあるものが特に好適な実施ができることがわかった。
In particular, a
また、テーパ比１／２０〜２／１であれば、小さな負圧で回転工具９を保持しつつ、容易な分離も果たしたいという目的からは本発明の効果がバランスよく発揮でき、テーパ比１／１０〜１／２が好ましいバランスであり、特に、テーパ比１／５が負圧の効率と分離の容易さのバランスからベストであった。
Further, if the taper ratio is 1/20 to 2/1, the effect of the present invention can be exerted in a balanced manner for the purpose of achieving easy separation while holding the
（回転工具９の変更例）
次に、図５、図６を参照して回転工具９の変更例を説明する。図５は、被当接部９３ａが、回転工具９の軸心方向と直交する基端面９４の周縁に設けられた変更例、図６は、被当接部９３ａが基端面９４内に設けられる変更例を示す。
(Example of changing the rotating tool 9)
Next, an example of changing the
○ 上述のテーパ比は、φｓ−φｅ＝０の場合、若しくはＬｔ＝０の場合、言い換えれば、テーパ比＝（φｓ−φｅ）／Ｌｔの値が限りなく０若しくは∞といえる特殊な場合でも本発明の実施が可能である。 ○ The above taper ratio is the same when φs−φe = 0 or Lt = 0, in other words, even in a special case where the value of taper ratio = (φs−φe) / Lt is 0 or ∞. Implementation of the invention is possible.
言い換えると、実施形態と異なり、回転工具９の側面にテーパ状の被当接部９３を持たないものでも、荷重を支持できる十分大きな負圧を発生する負圧発生手段があり、かつ負圧による吸着に対していずれかの部分（基端面９４と同一面内にあるものを含む）で当接して位置を規制する被当接部９３ａがあれば十分実施可能である。したがって、このような形態でも本発明が適用でき、発明の効果が得られる範囲である。本発明の本質は、負圧による吸着を可能とする吸着部と被吸着部、吸着される回転工具の位置決めをする当接部と被当接部の存在である。
In other words, unlike the embodiment, there is a negative pressure generating means for generating a sufficiently large negative pressure capable of supporting a load even if the side surface of the
具体的には、図５に示すように、スピンドル主軸３３の下部開口３５の径をΦ＝５ｍｍとして、ツールホルダ５の当接部５３が内径Φ＝６ｍｍの断面積の変化のない、つまりテーパ形状のない形状とする。このとき、下部開口３５とツールホルダ５の中心を合わせる。そうすると、スピンドル主軸３３の下部開口３５の周縁が段付になる。回転工具９は基端面９４の周縁の部分９３ａを、この下部開口３５の周縁と当接させることになる。この場合は、基端面９４のスピンドル主軸３３と当接している部分９３ａが本発明の被当接部に相当する。また、基端面９４と当接しているスピンドル主軸３３の主軸端３３ａの下部開口３５の周縁部分が、本発明の当接部に相当する。なお、回転工具９の側面部分基端側９３ｂのツールホルダ５と接している部分である当接部５３ｂにより、回転工具９が回転中心からずれないようにツールホルダ５により位置が規制する規制手段として機能している。
Specifically, as shown in FIG. 5, the diameter of the
この実施形態では、テーパ形状がないため、装着するときのクリアランスがあり、回転中心の位置決めの精度は期待できないが、簡易な工具であれば、製造が容易で低コストで製造できる。 In this embodiment, since there is no taper shape, there is a clearance when mounting and positioning accuracy of the rotation center cannot be expected. However, a simple tool can be manufactured easily and at low cost.
○ 図６に示すように、さらに上記変更例においては、スピンドル主軸３３の流路３４とツールホルダ５の当接部５３の内径が同一、あるいは流路３４の内径がツールホルダ５の当接部５３の内径より大きい場合でもよい。この場合は、例えば、下部開口３５に、若しくはツールホルダ５の上端に直径方向にストッパとしてのピンを設ける等して、回転工具９の基端面９４に当接させて回転工具９が流路３４内に進入しないようにすればよい。この場合、このピンが基端面９４と当接している面が当接面５３ａとなり本発明の当接面に相当し、この当接面５３ａと当接している基端面９４の部分が被当接部９３ａとなり本発明の被当接部に相当する。
As shown in FIG. 6, in the modified example, the inner diameter of the
本変更例では、流路の内径Φ＝５ｍｍであっても、軸径Φ＝４ｍｍやΦ＝３ｍｍの回転工具９が使用できる。
以上のように、本発明者の実験の結論としては、テーパ比０若しくは∞でも、テーパ形状による位置決めの効果はない点、装着がやや容易ではない点、精度が低下する点などで望ましくはないが、実施は十分に可能であり、安価で装着が容易かつ迅速な回転工具９の装着方法を実施できる。
In this modified example, even when the inner diameter Φ of the flow path is 5 mm, the
As described above, the conclusion of the experiment by the present inventor is not desirable in that the taper shape has no positioning effect even if the taper ratio is 0 or ∞, the mounting is not easy, and the accuracy is lowered. However, it is possible to implement the method for mounting the
○ 上記実施形態の回転工具９は、工具の直径φｓ＝６ｍｍのメゾスコピックマシン用のボールエンドミルであったが、工具径は、この径に限定されないことはもちろんである。たとえば、工具の直径φｓ＝３ｍｍ、若しくはφｓ＝４ｍｍなどでも好適に実施できる。但し、工具の直径φｓ＝３ｍｍ、φｓ＝４ｍｍより小さい直径の回転工具では、軸受の面積が小さいため、被回転支持部の表面積が小さくなり、空気静圧軸受では、許容される軸受荷重が小さくなるため、注意が必要である。
The
また、工具の直径がφｓ＝１０ｍｍを超えると、工具重量と基端部の締結力のバランスが崩れ易くなる。つまり、重量は概ね直径の２乗に比例するが、真空吸着による締結力も概ね直径の２乗に比例するため、φｓ＝１０ｍｍを超えると大きな負圧が必要となり、装置が大掛かりになるというデメリットがある。また、φｓ＝１０ｍｍを超えるような工具であれば、従来のような締結方法でも従来技術に述べたような問題点は少ないので、本発明の回転工具の装着方法のメリットは比較的小さくなる。 Moreover, when the diameter of the tool exceeds φs = 10 mm, the balance between the tool weight and the fastening force of the base end portion is likely to be lost. In other words, the weight is approximately proportional to the square of the diameter, but the fastening force due to vacuum suction is also approximately proportional to the square of the diameter. Therefore, when φs = 10 mm is exceeded, a large negative pressure is required, and the apparatus becomes large. is there. Further, if the tool exceeds φs = 10 mm, there are few problems as described in the prior art even with the conventional fastening method, and the merit of the mounting method of the rotary tool of the present invention becomes relatively small.
（実験１）
次に、第１の実施形態の回転工具９の振れの精度について検証する。
振れの実験は、株式会社和井田製作所のメゾスコピックマシンＭＣＸ−０１において行った。回転工具としては、図９（ａ）、（ｂ）に示す直径φｓ＝６ｍｍ、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：１０、テーパ比１／１０のボールエンドミルを用いた。振れは、静電容量変位計（日本ＡＤＥ株式会社製のマイクロセンス型番５４３０）で工具の根本部分の回転時の振れを測定した。
(Experiment 1)
Next, the deflection accuracy of the
The run-out experiment was performed on a mesoscopic machine MCX-01 manufactured by Wada Corporation. As the rotary tool, a ball end mill having a diameter φs = 6 mm, (φs−φe): Lt = (6-5): 10, and a taper ratio of 1/10 shown in FIGS. 9A and 9B was used. The run-out was measured with a capacitance displacement meter (Microsense Model No. 5430, manufactured by Japan ADE Co., Ltd.) during rotation of the root portion of the tool.
一方、比較例１〜３は、従来のコレットにより軸部９２の部分を把持して装着した回転工具９を測定した。
On the other hand, Comparative Examples 1-3 measured the
（実施形態の効果）
（１） 本実施形態の回転工具９の装着方法によれば、負圧を付与された流路３４、通路５２に面した基端面９４が吸着され、被当接部９３が当接部５３に当接されることで回転工具９を極めて容易に、かつ短時間で装着できる。
(Effect of embodiment)
(1) According to the mounting method of the
（２） 真空発生器４２が、基端面９４に回転工具９の質量を支持する大きさの負圧を与えることができるため、他の方法の固定手段なしで通路５２の負圧のみで回転工具９を支持できる。
(2) Since the
（３） 真空発生器４２が基端面９４に対する負圧を与えるφ＝５ｍｍの円状の面の面積が、軸部９２のφ＝６ｍｍの断面積の２分の１以上であるので、負圧を大きくしないで回転工具を安定して支持する付勢力を与えることができる。
(3) Since the area of the circular surface of φ = 5 mm to which the
（４） 被当接部９３は、円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状であり、当接部５３の形状と密着し、回転工具９は、負圧により装着時に自律的に位置決めされるとともに、安定した保持がなされる。
(4) The contacted
（５） 回転工具９の軸径がφｓ＝３ｍｍ〜１０ｍｍ、特にφｓ＝６ｍｍであり、メゾスコピックマシンとして好適に適用できる。
（６） 刃部は、径φＤ＝２０〜４０μｍ、特にφＤ＝３０μｍで、メゾスコピックマシンとして好適に適用できる。
(5) The shaft diameter of the
(6) The blade portion has a diameter φD = 20 to 40 μm, particularly φD = 30 μm, and can be suitably applied as a mesoscopic machine.
（７）テーパ比（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：５０〜１：１０の範囲にあるため、くさび効果で、小さな負圧でも安定した装着ができる。さらに、このバランスのテーパ比であると、小さな負圧でも十分な締結ができるとともに回転工具９の分離に困難さが生じない。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。
(7) Since the taper ratio (φs−φe) is in the range of Lt = 1: 50 to 1:10, the wedge effect allows stable mounting even with a small negative pressure. Furthermore, with this balanced taper ratio, sufficient fastening can be achieved even with a small negative pressure, and there is no difficulty in separating the
（８） また、テーパ比（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：２０〜１：２とすることで、回転工具９の分離が容易である。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。
(8) Further, by setting the taper ratio (φs−φe): Lt = 1: 20 to 1: 2, the
（９） 真空発生器４２をイジェクターで構成したため、簡易な設備で、かつ小さな装置で負圧を発生させることで、メゾスコピックマシンにふさわしいコンパクトな負圧発生手段とすることができる。
(9) Since the
（１０） 半径方向に開口された排気路３８を用いることで、スピンドル主軸３３の回転により遠心ポンプ同様の機能を発揮し、負圧発生手段の一部として機能する。
（１１） また、真空カプラ４を備えることで、真空発生器４２を外部に設けることができ、負圧発生手段は主軸３３とともに回転することがなく真空カプラ４を介して負圧を基端面９４に与えることができるので、回転部分の質量を小さくできる。
(10) By using the
(11) Further, by providing the
（１２）スピンドル主軸３３の主軸端３３ａにツールホルダ５を装着しているので、ツールホルダ５を異なるタイプに交換することで、多様な回転工具９を主軸３３に装着することができる。また、スピンドル主軸３３の製造も容易となる。
(12) Since the
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図７を参照して説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態において、回転する回転工具９の軸部９２を覆うように案内部６を設けた点にある。ここでは、案内部６のみを説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is that, in the first embodiment, the
案内部６は、全体が筒状に設けられるとともにその内部に、挿入部６３を備え、スピンドル主軸３３の主軸端３３ａのツールホルダ５の下方に配置される。
この挿入部６３は、回転工具９の軸部９２と略同一形状の空間を有し、軸部９２の直径φｓより数十〜数百μｍ大きな内径となっている。そのため、回転工具９がツールホルダ５を介してスピンドル主軸３３に装着された状態では、回転工具９の軸部９２は、挿入部６３の内壁に接触することはない。
The
The
挿入部６３の下端は、回転工具９の基端部を挿入可能な挿入口７０を備える。挿入口７０の周縁は、角が削られてＣ面（面取面）若しくはＲ面（曲面）とになって、回転工具９の基端面９４周縁と干渉して、お互いが傷付かないように処理されている。この挿入部６３の上端部は、ツールホルダ５の下部開口５５と連通されている。但し、案内部６とツールホルダ５の間には間隙が設けられ、案内部６は回転するツールホルダ５と無接触で、ツールホルダ５が回転しても案内部６は、回転しない。
The lower end of the
スピンドル主軸３３の流路３４が真空発生器４２により負圧が付与されると、ツールホルダ５の当接部５３、通路５２にも負圧が生じる。また、ここに連通した案内部６の挿入部６３内にも負圧が生じる。このとき、回転工具９の基端部を挿入部６３の挿入口７０に挿入すると、回転工具９は、挿入部６３内に生じた負圧のため上方に吸引され、回転工具９は、基端面９４を先頭に挿入部６３内を上昇する。そして、回転工具９の被当接部９３は、ツールホルダ５の当接部５３に当接して、装着が完了する。また、必ずしも、このように負圧により回転工具９を上昇させなくても、負圧が小さい場合は、回転工具９を操作者が手動で、或いはロボットなどにより掴んで補助的に押し上げてもよい。いずれにしろ、回転工具９の基端部を、案内部６の挿入口７０に挿入して押し上げればワンタッチで装着が完了する。
When a negative pressure is applied to the
装着が完了したら、図示を省略したスピンドルモータを回転させて回転工具９を回転させる。装着後は、上述のとおり、当接部５３と被当接部９３の形状が嵌り合い位置が決められるので、回転工具９と挿入部６３の内壁は接触せず、案内部６が回転工具９の回転を妨げることはない。
When the mounting is completed, the spindle motor (not shown) is rotated to rotate the
一方、回転工具９の回転中に何らかの理由で回転工具９がツールホルダ５から外れたときでも、案内部６により規制され脱落して大きく移動することはなく、負圧がかかっていれば、回転工具９は負圧により装着時と同様に自動的に吸引されて修復される。
On the other hand, even if the
○ この場合に、回転している回転工具９の軸部９２と挿入部６３の内壁と不測の干渉する場合があるため、回転工具９の軸部９２及び案内部６の挿入部６３の内壁は、例えば、チタンコーティングなどにより、表面の硬度を高めたり、摩擦係数μを下げたり、或いは油性や固体の潤滑剤を塗布しておくのも望ましい。
In this case, since the
○ また、別例として、案内部６は、ボールベアリングなどを備えて、積極的に接触しつつ回転可能に支持するような構成でもよい。回転数が低い場合、高い精度が要求されない場合、後述する空気静圧軸受等が設備面・コスト面で採用できない場合にはこのような実施も可能である。
As another example, the
（１３） 以上説明したように、第２の実施形態に記載した発明によれば、上記第１の実施形態に記載された発明の効果（１）〜（１２）に加え、回転工具９の装着が容易で、かつ、不用意に回転中に装着が解除されても自動的に修復されるという効果がある。
(13) As described above, according to the invention described in the second embodiment, in addition to the effects (1) to (12) of the invention described in the first embodiment, the mounting of the
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図８〜図１３を参照して説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態において、案内部６が、空気静圧軸受を備えて、回転工具９の回転時に位置を規制して振れを抑制する点に特徴がある。第１の実施形態及び第２の実施形態と共通する構成は説明を省略して、異なる構成について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The third embodiment is characterized in that, in the second embodiment, the
（空気静圧軸受ユニット６１）
図８に示すように、案内部６のハウジング６２内には、回転工具９の軸部９２を案内しつつ回転可能に支持する回転支持部を構成する空気静圧軸受ユニット６１が設けられている。
(Aerostatic bearing unit 61)
As shown in FIG. 8, an
図９に示すように、空気静圧軸受ユニット６１は、スピンドル主軸３３と同軸に配置され、概ね円筒形のハウジング６２がスピンドルユニット３にねじで固定される。このとき案内部６はツールホルダ５に対して間隙が設けられ無接触状態である。
As shown in FIG. 9, the
ハウジング６２には、ツールホルダ５の当接部５３と連通する円柱形の空間である挿入部６３が形成され、挿入部６３の中心線は、スピンドル主軸３３の軸心と同一直線上に配置される。この挿入部６３の内径は、回転工具９の軸部９２の直径φｓよりも若干大きな内径となっており、回転工具と挿入部６３の間には、例えば５〜２０μｍ程度の隙間ができるようになっている。挿入部６３の下端に設けられた挿入口７０は、開口周縁がＣ面もしくはＲ面で面取り処理されて、回転工具９の挿入が容易になるとともに、挿入口７０及び回転工具９の基端周縁の保護が図られている。
The
この挿入部６３の内壁の回転工具９の基端側（上部）と先端側（下部）に対向する位置には、挿入部６３の空間を包むように円筒状の多孔質材料からなる軸受６４、６５が配置されている。この軸受６４、６５の多孔質材料としては、例えばステンレスの小球（ＳＵＳ３０４ビーズ）を焼結したものであり、微細な空気孔が無数に形成されている。
（空気供給手段８）
この軸受６４，６５には、所定の処理を経たクリーンエアが供給される。
図１０は、空気供給手段８の構成の一例を示すブロック図である。クリーンエアを供給する空気供給手段８として、例えば、以下のように構成される。まず、最初に冷凍式ドライヤ付きのオイルフリーコンプレッサ８１で加圧されたエアは、一旦サージタンクもしくはアキュムレータとなるタンク８２により蓄積される。そして、このタンク８２から供給される空気をダスト除去フィルタ８３で３μｍ程度までの大きさのダストを除去する。続いて、水分除去フィルタ８４で５μｍ程度の大きさの水分の粒を除去する。そして、オイルミスト除去フィルタ８５で０．０１μｍ程度の大きさのオイルミストを除去する。
(Air supply means 8)
The
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of the air supply means 8. The air supply means 8 for supplying clean air is configured as follows, for example. First, air first pressurized by an oil-free compressor 81 with a refrigeration dryer is temporarily accumulated in a
この空気供給手段８から空気温度調節器８６、空気供給路を経てカプラ８７によりスピンドルユニット３側に接続され供給空気として供給される。このカプラ８７は逆止弁を備えている。空気温度調節器８６には、水とヒータなどを用いた加熱及び冷却手段により各軸受６４，６５の多孔質体に供給する空気静圧軸受用空気の温度を所定の温度に調節する。なお、予め所定温度に制御されている高低２種類の空気の混合割合を調節して各多孔質体に供給する空気静圧軸受用空気の温度を所定の温度に調節する方式としてもよい。
The air supply means 8 is connected to the
さらに、スピンドルユニット３側には、ダスト、水分、油分を除去する３連のラインフィルタ８８が設けられ、残油量が０．００３ｐｐｍ程度に調整されている。
最後に、レギュレータ８９により０．５〜０．６ＭＰａ程度に減圧された空気が、カプラ９０を介してスピンドルユニット３の空気供給口（図２参照）から、図４に示すスピンドルユニット３内の空気供給路６７、空気静圧軸受ユニット６１内の空気供給路６８を介して軸受６４，６５に供給される。カプラ９０は逆止弁により、空気供給路６７，６８の急激な圧力低下がないようになっている。
Further, a
Finally, the air decompressed to about 0.5 to 0.6 MPa by the
空気供給路６８は、各軸受６４，６５の各部分の空気の圧力が等しくなるように、各２か所ずつで圧縮空気を供給している。なお、空気供給路６８の各軸受６４，６５に面した吐出口に連通するような周方向に溝を作り、圧縮空気の量を各軸受６４，６５に均一に供給するようにしてもよい。各軸受６４，６５に供給された空気は、空気静圧軸受ユニット６１のハウジング６２の上端面とツールホルダ５の間隙から、及び挿入部６３の下端面周縁の開放面から、及び回転工具９の軸部９２の中間部に対向する位置に形成された円筒状の排気空間６６に面する面を介して空気排出路６９から、それぞれから排出されている。なお、空気排出路６９の機能は空気溜りが生じないようにすることで、空気溜りができると、その部分の温度が空気せん断により高くなり種々の問題を引き起こすため、空気溜りが生じないように、前述の構成で、空気が各部分に均一に供給されてから均一に排気されるように条件が同じように設定されて各部分の空気の圧力は平均化されている。
The
空気静圧軸受の特質上、過荷重により回転工具９と軸受６４，６５が干渉すると、焼つきなどを生じる場合がある。この点について、多孔質絞りは、軸受剛性、軸受負荷能力が他の絞り形式（自成絞り、オリフィス絞り、表面絞り等）より大きい。これは、多孔質絞りにおいて生じる乱流を利用して軸を浮上させているため大気開放流量に達してもなお、軸受負荷能力を有している。そのため、本実施形態のような交換式の回転工具９のように回転工具９の軸部９２の直径や、その精度、真円度にばらつきがあるような場合でも、回転工具９と軸受６４，６５が直接干渉することが少ない。但し、望ましい隙間間隔は一般に他の絞り形式よりも狭い。
Due to the nature of the aerostatic bearing, if the
なお、このとき回転工具９と軸受６４，６５との電気的導通をテストして、もし導通があれば完全な空気層が形成されておらず、接触している、又は間隙に水分や異物が存在している可能性がある。そのため、空気静圧軸受ユニット６１内をエアブローなどで清浄・乾燥などしてその原因を取り除く。
At this time, the electrical continuity between the
モータにビルトインされた空気静圧軸受の場合は、軸の半径方向の荷重を支持するラジアル軸受と軸に平行な方向の荷重を支持するスラスト軸受を備えるが、本実施形態の回転工具９は、長手方向に挿入され、基端部が主軸に締結されるため、スラスト軸受は不要である。つまり、本実施形態の空気静圧軸受ユニット６１はラジアル方向の荷重のみ受ける。
In the case of an aerostatic bearing built in a motor, a radial bearing that supports a load in the radial direction of the shaft and a thrust bearing that supports a load in a direction parallel to the shaft are provided. Since it is inserted in the longitudinal direction and the base end portion is fastened to the main shaft, a thrust bearing is unnecessary. That is, the
（実験２） 上記のような構成において、まず、テーパ比１／５のときに、回転を変化させて振れを測定した。比較のため、同様の条件で、従来のシャンクを締め付けるタイプでも同じ回転数で振れを測定した。本実験では、この従来のＲＲＯ、ＮＲＲＯを基準に効果の評価を行った。その結果を表１に示す。 (Experiment 2) In the configuration as described above, first, when the taper ratio was 1/5, the rotation was changed and the shake was measured. For comparison, run-out was measured at the same rotational speed even with a conventional shank-tightening type under the same conditions. In this experiment, the effect was evaluated based on the conventional RRO and NRRO. The results are shown in Table 1.
そして、回転数を２０，０００ｒｐｍから６０，０００ｒｐｍの実施例４〜８は、ＲＲＯ＝１．０〜１．３の範囲で、むしろ回転数５０，０００ｒｐｍの実施例７が最も振れが少なくなっている。また、ＮＲＲＯ＝０．０６〜０．３９の範囲で、回転数３０，０００ｒｐｍの実施例５の一番振れが小さい。つまり、回転数と振れの大きさは比例関係にない。 In Examples 4 to 8 in which the rotational speed is 20,000 rpm to 60,000 rpm, RRO is in the range of 1.0 to 1.3, and rather, Example 7 in which the rotational speed is 50,000 rpm has the least fluctuation. Yes. In addition, in the range of NRRO = 0.06 to 0.39, the most shake of Example 5 at the rotation speed of 30,000 rpm is the smallest. That is, the rotational speed and the magnitude of the shake are not in a proportional relationship.
（実験３） 次に、表３は、テーパ比が１／５の場合（図４（ａ）参照）と１／１０の場合（図４（ｂ）参照）を比較した。回転数は２０，０００ｒｐｍの場合を比較した。そして、スピンドルの回転数を２０，０００ｒｐｍで、ボールエンドミルの被吸着部のテーパ比１／１０で、空気静圧軸受の圧力（以下、この実験で単に「圧力」という。）を０．５ＭＰａと０．９ＭＰａの場合、及びテーパ比１／５で、圧力が０．５ＭＰａの場合と比較すると、以下の表のようになった。比較例２は、従来のコレットである。 (Experiment 3) Next, Table 3 compares the case where the taper ratio is 1/5 (see FIG. 4A) and the case where the taper ratio is 1/10 (see FIG. 4B). The case where the rotation speed was 20,000 rpm was compared. The rotational speed of the spindle is 20,000 rpm, the taper ratio of the attracted portion of the ball end mill is 1/10, and the pressure of the aerostatic bearing (hereinafter simply referred to as “pressure” in this experiment) is 0.5 MPa. When compared with the case of 0.9 MPa and the taper ratio of 1/5 and the pressure of 0.5 MPa, the following table was obtained. Comparative Example 2 is a conventional collet.
さらに、実施例４のようにテーパ比１／５にした場合、圧力を０．５ＭＰａに下げてもＲＲＯは１．３μｍ、ＮＲＲＯは０．１５μｍとなった。
この実験から、テーパ比は、１／１０から１／５と大きくしてもＲＲＯは悪化せず、むしろＲＲＯは小さくなった。これは、テーパ比を大きくすることで、回転工具９の自由度が高まり、小さな圧力で空気静圧軸受による位置の規制が達成できているということが推測できる。
Further, when the taper ratio was 1/5 as in Example 4, RRO was 1.3 μm and NRRO was 0.15 μm even when the pressure was reduced to 0.5 MPa.
From this experiment, even when the taper ratio was increased from 1/10 to 1/5, the RRO did not deteriorate, but rather the RRO became smaller. It can be inferred that by increasing the taper ratio, the degree of freedom of the
なお、テーパ比１／５としても、回転工具がスピンドルに対してスリップするなどの問題はまったく生じなかった。
（実験まとめ）
以上の実験から、本実施形態のテーパ形状の当接部５３と被当接部９３による本実施形態の装着方法は、十分な締結力を示すとともに、容易な離脱ができることを確認した。
Even when the taper ratio was 1/5, there was no problem such as the rotating tool slipping with respect to the spindle.
(Summary of experiment)
From the above experiment, it was confirmed that the mounting method of the present embodiment using the tapered
また、空気静圧軸受による回転工具の振れの抑制は効果が大きく、従来のものと比較すると、本実施例の方法は極めて振れが少ない。
そして、締結は空気静圧軸受による位置の規制を受けやすいように、テーパ比を少なくとも１／１０、最も好ましくは１／５とすることで、空気静圧軸受を比較的小さな圧力で支持しても振れが効果的に抑制できることが分かった。
In addition, the suppression of the vibration of the rotary tool by the aerostatic bearing is very effective, and the method of this embodiment has very little vibration compared to the conventional one.
And, in order to be easily subjected to position regulation by the aerostatic bearing, the taper ratio is at least 1/10, most preferably 1/5, so that the aerostatic bearing is supported with a relatively small pressure. It was also found that runout can be effectively suppressed.
（マシニングセンタ１の使用方法）
本実施形態のマシニングセンタ１の使用方法を、図１１に示すフローチャートに沿って説明する。
(How to use the machining center 1)
A method of using the
まず、作業開始では、図１に示すマシニングセンタ１の主電源が投入され、操作パネル２２でＣＮＣ制御部２３のメインプログラムが起動される。そうすると、加工プログラムが読み込まれ、ワーク主軸１３のチャック（不図示）にワークＷが装着されると、このワークの位置・姿勢を認識する。
First, at the start of work, the main power supply of the
また、各種チェックプログラムが各器具の状態を点検する。そして、空気供給手段８で圧縮空気が蓄積され、空気静圧軸受ユニット６１（図２）にクリ−ンエアが供給される。以上で準備が完了する（Ｓ１）。 In addition, various check programs check the status of each instrument. Then, the compressed air is accumulated in the air supply means 8, and clean air is supplied to the aerostatic bearing unit 61 (FIG. 2). This completes the preparation (S1).
続いて、工具が装着される。図１に示す主軸頭１６は、レール１８，１８に案内されてコラム１５をＸ方向に移動し、工具マガジン１９の上方の工具交換位置に移動する（Ｓ２）。このとき、工具マガジン１９に収容された所定の回転工具９がＣＮＣ制御部２３により選択され、工具マガジン駆動部２０を駆動させて工具マガジン１９が回転される。そうすると、図１２に示すように、所定の回転工具９の基端面９４の真上に空気静圧軸受ユニット６１の挿入口７０が位置するような位置関係になる。
Subsequently, the tool is mounted. The spindle head 16 shown in FIG. 1 is guided by the
そして、主軸頭１６を下降させてスピンドル主軸３３を下降させる（Ｓ３）。そうすると、図７に示すように空気静圧軸受ユニット６１の挿入口７０に所定の回転工具９の基端部が挿入される。
Then, the spindle head 16 is lowered and the
このとき、もし、既にスピンドル主軸３３に工具が装着されている場合は、図示しない供給口から空気供給手段８からの圧縮空気をスピンドル主軸３３内に導入し空気を吐出して、工具を排出するが手順を行うが（ステップ不図示）、ここでは、加工の最初であるので、スピンドル主軸３３には回転工具９は装着されていない。そこで、真空発生器４２により負圧が発生され、スピンドル主軸３３内の流路３４、当接部５３に負圧を発生させる（Ｓ４）。
At this time, if the tool is already mounted on the spindle
そうすると、当接部５３に連通している空気静圧軸受ユニット６１の挿入部６３にも負圧が発生し、回転工具９の基端部は、挿入口７０から吸着され上昇する。空気静圧軸受ユニット６１にはすでにクリーンエアが供給されているため、回転工具９の軸部９２は、空気静圧軸受ユニット６１の軸受６４，６５には、直接接することなく図１３の矢印で示す方向に円滑に吸い込まれていく。
Then, a negative pressure is also generated in the
そうして、図９に示すように当接部５３に被当接部９３が密着した状態で、回転工具９が吸着される（Ｓ５）。
装着が完了したら、スピンドル主軸３３は回転を開始する（Ｓ６）。スピンドル主軸３３の回転に伴って、回転工具９も回転をする。
Then, as shown in FIG. 9, the
When the mounting is completed, the spindle
そして、スピンドル主軸３３は上昇され（Ｓ７）、図１に示す主軸頭１６は、レール１８，１８に案内されてコラム１５をＸ方向と逆の方向に移動し、ワークＷの所定の加工位置の上方に移動したら下降し、刃部９１は、ワークＷの加工位置に移動する（Ｓ８）。
Then, the spindle
そして、ＣＮＣ制御部２３により制御されながら加工を開始する（Ｓ９）。加工は、ワーク主軸１３を回転して、主軸頭１６を、ｘ，ｙ，ｚ方向にシフトしたり、ｚ軸と平行なＢ軸回りに回転させたりしてＣＮＣ制御によりワークを加工する。
Then, the machining is started while being controlled by the CNC control unit 23 (S9). Machining is performed by CNC control by rotating the
その回転工具９での加工が終了したら（Ｓ１０）、次の加工のための工具に交換するため、再び主軸頭１６は、レール１８，１８に案内されてコラム１５をＸ方向に移動し、工具マガジン１９の上方の工具交換位置に移動する。このとき、工具マガジン１９は、先に使用した回転工具９の収容される所定の位置になるようにＣＮＣ制御部２３が工具マガジン駆動部２０を駆動させて工具マガジン１９が回転される。そうすると、所定の工具収容位置の真上にスピンドル主軸３３に装着された回転工具９が位置する（Ｓ１１）。
When the machining with the
そして、主軸頭１６を下降させてスピンドル主軸３３を下降させる（Ｓ１２）。
そして、真空発生器４２による負圧の発生が停止され、スピンドル主軸３３内の流路３４、当接部５３に負圧の発生は停止される。図示しない供給口から空気供給手段８からの圧縮空気がスピンドル主軸３３内に導入されて空気を吐出して、また、図２に示すようにノックピン可動機構４４によりノックピン４３を加工させて、その下端を回転工具９の基端面９４に当接押圧する。このようにして被当接部９３と当接部５３のテーパ形状同士が食いついたような状態でも、確実に回転工具９の装着を解除させてマガジン１９の所定位置に戻すことで、ＡＴＣとしての機能を保証している。このように既にスピンドル主軸３３に装着されている回転工具９を排出する（Ｓ１４）。そして、まだそのワークに対して異なる回転工具９で作業が残っている場合は（Ｓ１５；ＮＯ）、Ｓ２〜Ｓ１４のステップを繰り返す。すべての加工が終了したら作業を終了する（Ｓ１５；ＹＥＳ）
（第３の実施形態の効果）上記実施形態のマシニングセンタ１及び回転工具９によれば、以下のような効果を得ることができる。
Then, the spindle head 16 is lowered to lower the spindle spindle 33 (S12).
Then, the generation of the negative pressure by the
(Effect of the third embodiment) According to the
（１４） 回転工具９の着脱が極めて迅速かつ容易となる。そのため、ＡＴＣにも好適に適用できる。
（１５） 回転工具９の装着時に、回転工具９は、空気静圧軸受ユニット６１には、直接接触することがなく、回転工具９も、空気静圧軸受ユニット６１も傷つけることは皆無である。
(14) The
(15) When the
（１６） 吸引により装着するため、装着は瞬時に行うことができる。
（１７） 装着に伴い、加熱の必要もなく、潤滑油や冷却水などの排出もなく、環境に対する影響もない。
(16) Since mounting is performed by suction, mounting can be performed instantaneously.
(17) With installation, there is no need for heating, no discharge of lubricating oil, cooling water, etc., and no impact on the environment.
（１８） 装着に当たっては熟練はもちろん、自動で行うことも容易で手作業自体も不要である。
（１９） テーパ形状により、自律的に正確な位置に装着ができる。
(18) In addition to being skilled in mounting, it is easy to perform automatically and does not require manual work itself.
(19) The taper shape allows autonomous mounting at an accurate position.
（２０） また、装着しても回転工具９は微動可能なため、空気静圧軸受により、回転時に姿勢が自己矯正され、装着自体の精度は問われない。
（２１） テーパ形状を利用しているため、くさび効果があり、固定力が増幅され小さな負圧でも大きな摩擦力を生じて、確実に回転工具９の保持ができ、スリップなども生じない。
(20) Since the
(21) Since the taper shape is used, there is a wedge effect, the fixing force is amplified, and a large frictional force is generated even with a small negative pressure, so that the
（２２） テーパ比を変えることで、保持力を調整することができる。
（２３） また、テーパ比を変えることで、回転工具９の負圧を解除した場合の保持力を調整でき、容易に分離できるテーパ比を選択することで、完全に自動的な回転工具９の分離ができる。
(22) The holding force can be adjusted by changing the taper ratio.
(23) Also, by changing the taper ratio, the holding force when the negative pressure of the
（２４） 超高速で回転させても、空気静圧軸受により強力かつ正確に工具の振れが抑制できる。
（２５） 装着が真空吸着のため、負圧の調整や、支持面積などにより、回転工具の姿勢の微調整が可能となり、回転しつつ回転支持構造により位置を矯正することで、極めて振れの精度を高くすることができる。
(24) Even when rotating at an ultra-high speed, the vibration of the tool can be suppressed strongly and accurately by the hydrostatic bearing.
(25) Since the attachment is vacuum suction, it is possible to finely adjust the posture of the rotary tool by adjusting the negative pressure and the support area, etc., and by correcting the position with the rotary support structure while rotating, extremely accurate shake Can be high.
（２６） 回転支持構造が空気静圧軸受によるため、以下のような効果がある。従来、空気静圧軸受は、ビルトインモータを備えたスピンドルの軸受等、軸を交換しないという前提で用いられており、軸を交換するという概念がなかった。本実施形態では、これを回転工具の支持に直接に用いる点で極めて革新的な技術思想である。 (26) Since the rotary support structure is an aerostatic bearing, the following effects are obtained. Conventionally, an aerostatic bearing has been used on the premise that the shaft is not exchanged, such as a spindle bearing provided with a built-in motor, and has no concept of exchanging the shaft. In this embodiment, this is a very innovative technical idea in that this is directly used for supporting the rotary tool.
（２７） ボールベアリングなどの軸受では、軸受と軸の間隔が狭く、一般にはこのような間隙しかない軸と軸受であると、軸を軸受に挿入することは困難であるといえるが、空気静圧軸受を用い負圧を利用した装着方法によリ、極めて間隙が狭くても容易に軸受に軸を貫通することができるようになった。 (27) In a bearing such as a ball bearing, the distance between the bearing and the shaft is narrow, and it is generally difficult to insert the shaft into the bearing if the shaft and the bearing have only such a gap. With a mounting method using negative pressure using a pressure bearing, the shaft can easily penetrate the bearing even if the gap is extremely narrow.
（２８） さらに、以下のような空気静圧軸受の種々の利点を享受できる。まず、無接触であるため、回転支持部は長寿命とすることができる。
（２９） また、粘性の極めて低い流体である空気により低摩擦であるため、発熱が小さいという効果がある。また、発熱しても排気され、また回転工具９を温度上昇させにくい。さらに、無負荷動力が小さく省エネ、極めて高回転でも振動・騒音も小さい。潤滑油や摩耗粉がなく清浄である。
(28) Furthermore, various advantages of the following hydrostatic bearing can be enjoyed. First, since there is no contact, the rotation support portion can have a long life.
(29) Further, since the friction is low due to the air having a very low viscosity, there is an effect that heat generation is small. Moreover, even if it generates heat, it is exhausted and it is difficult to raise the temperature of the
（３０） 特に本実施形態では、空気静圧軸受ユニット６１を回転工具９の位置規制手段として用いているが、回転工具９の軸部の誤差を空気層による部品精度平均化により、極めて高精度な位置を維持できる。
(30) In particular, in the present embodiment, the
（３１） また、空気層を有するため、回転工具９の軸部９２の径が異なってもその誤差を吸収することができる。
（３２） また、空気静圧軸受は、比較的大きな軸受荷重を支持できるため、横位置から荷重をうけるボールエンドミルなどに適用できるという効果もある。
(31) Moreover, since it has an air layer, even if the diameter of the
(32) In addition, since the hydrostatic bearing can support a relatively large bearing load, it can be applied to a ball end mill that receives a load from a lateral position.
（別例）なお、本実施形態は、以下のように構成してもよい。
○ 空気静圧軸受の多孔質材料としては、本実施形態のステンレスビーズ（ＳＵＳ３０４）を焼結したもの以外に、カーボン、セラミックス、樹脂または金属等の多孔質体その他の金属により構成したものにより構成することもできる。
○ 空気静圧軸受の絞りの方法は、本実施形態で説明した「多孔質絞り」の他、「自成絞り」、「オリフィス絞り」、「表面絞り」、「スロット絞り」、「毛細管絞り」などが知られており、それぞれ目的により使い分けることができる。
(Another example) The present embodiment may be configured as follows.
○ The porous material of the hydrostatic bearing is composed of a porous material such as carbon, ceramics, resin, metal, or other metal other than the sintered stainless steel beads (SUS304) of the present embodiment. You can also
○ In addition to the “porous restriction” described in this embodiment, the method of restricting the aerostatic bearing is “self-contained restriction”, “orifice restriction”, “surface restriction”, “slot restriction”, “capillary restriction”. Etc. are known and can be used properly according to the purpose.
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態において、主軸３３への装着方法が、負圧による吸着でなく、磁気等による装着である点に特徴がある。第１〜３の実施形態と共通する構成は説明を省略して、異なる構成について説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is characterized in that, in the third embodiment, the attachment method to the
回転工具９は、第３の実施形態と同様、先端部に刃部９１を備える。また、中間部には円柱状の軸部９２（被回転支持部）を備える。そして、基端部は、第３の実施形態のようなテーパ状の被当接部９３とその端面に形成された基端面９４を備える。
As in the third embodiment, the
マシニングセンタ１は、第３の実施形態と装着部を除けば、同様の構成である。
また、回転工具９は、軸部９２が被回転支持部として空気静圧軸受ユニット６１を備えた案内部６により回転可能に無接触で支持される。
The
Further, the
装着部であるツールホルダ５は、回転工具９の基端部の被当接部９３、基端面９４を被装着部として装着する。以下、装着部について実施態様に分けて説明する。
○ （実施態様１）本実施形態では、回転工具９は、第３の実施形態の回転工具９と共通するが、回転工具９の被当接部９３をツールホルダ５の当接部５３に磁力で固定される。磁石は、例えばネオジム磁石のような強力な永久磁石などをツールホルダ５の当接部５３に配置して、装着時には、被当接部９３が当接部５３に当接させて磁力で固定して装着する。また、離脱させるには、図２に示すようにノックピン可動機構４４によりノックピン４３で回転工具９の基端面９４を押し出して離脱させる。
The
(Embodiment 1) In this embodiment, the
また、外部から回転工具９を引き抜く場合は、主軸３３には、流路３４は必要がない。そのため、主軸３３を中実な軸としてもよい。また、流路３４を加工用のエア、切削油などの流路として用いてもよい。
Further, when the
○ （実施態様２）図１４は、第４の実施形態の本実施態様のツールホルダ５を示す図である。図１４に示すように、ツールホルダ５の内部に、回転工具９の基端部の周囲にコイル５６を配して、ツールホルダ５を磁心として構成する。そして、このコイルに電圧を印加した場合に、被当接部９３を当接部５３に当接させて磁力で固定して装着する。また、離脱させるには、コイルへの電圧の印加を停止する。
(Embodiment 2) FIG. 14 is a view showing the
○ （実施態様３）さらに、周知のコレットチャックのような構成でもよい。ただし、この場合は回転工具９が空気静圧軸受ユニット６１と干渉しないように、かつ、空気静圧軸受による矯正作用が働くように、回転工具９が外力により微動できるように構成する。たとえば、チャックの爪を弾性を持たせたようなものが挙げられる。小型が達成できればフローティングチャックのような構成が望ましい。
(Embodiment 3) Further, a configuration like a known collet chuck may be used. However, in this case, the
この場合でも、従来の構成と比較すると、空気静圧軸受の強力な位置矯正効果があり、回転工具９の振れを抑制できる。
（第４の実施形態の効果）
（３３）本実施形態では、空気静圧軸受ユニット６１を備えた案内部６により、回転する回転工具９を回転可能に支持しているため、回転工具９の基部における装着は、大きな負荷がかからない。さらに、空気静圧軸受による矯正効果から、回転工具９の装着の精度は要求されない。
Even in this case, compared with the conventional configuration, there is a strong position correction effect of the aerostatic bearing, and the vibration of the
(Effect of the fourth embodiment)
(33) In the present embodiment, since the
よって、真空発生器４２などの設備も不要で簡易な装置で、回転工具９の工作機械への着脱が極めて迅速かつ容易となる。
また、超高速で回転させても回転工具９の振れが抑制できる。
Therefore, installation of the
Moreover, even if it rotates at a super-high speed, the runout of the
以下、上記第３及び第４の実施形態から抽出される技術的思想を付記する。
（付記クレーム群Ａ）
（付記Ａ１）
先端部に刃部と、基端部に被装着部と、中間部に円柱状の被回転支持部として構成された軸部とを有する回転工具、及び、駆動源により回転駆動される主軸と、前記回転工具の被装着部を当該主軸端に同期回転可能に装着可能な装着部と、前記被回転支持部を案内しつつ回転可能に非接触で支持する空気静圧軸受から構成された回転支持部とを有する工作機械を備え、前記装着部が前記被装着部を装着するとともに、前記被回転支持部を前記回転支持部が当該回転工具に対して非接触で回転可能に支持することを特徴とする回転工具の装着方法。
The technical ideas extracted from the third and fourth embodiments will be described below.
(Additional claim group A)
(Appendix A1)
A rotary tool having a blade portion at the distal end portion, a mounted portion at the proximal end portion, and a shaft portion configured as a columnar rotated support portion at the intermediate portion, and a main shaft that is rotationally driven by a drive source, Rotation support composed of a mounting portion that can mount the mounted portion of the rotating tool on the main shaft end so as to be able to rotate synchronously, and an aerostatic bearing that supports the rotated support portion in a non-contact manner while guiding the rotation. A mounting tool for mounting the mounted portion, and the rotating support portion rotatably supporting the rotating support portion with respect to the rotating tool. How to install a rotating tool.
本発明では、空気静圧軸受により回転可能に支持されるため、装着部での負荷が小さくなり、その構造も簡易にできる。さらに、空気静圧軸受により位置が矯正され回転工具の振れを抑制できる。 In the present invention, since it is rotatably supported by the aerostatic bearing, the load on the mounting portion is reduced and the structure can be simplified. Further, the position is corrected by the aerostatic bearing, and the vibration of the rotary tool can be suppressed.
（付記Ａ２）
前記装着部は、前記回転工具による加工時に、前記回転支持部の空気静圧軸受の案内により当該回転工具の装着姿勢を矯正するため、当該回転工具の変位を許容して支持することを特徴とする付記Ａ１に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix A2)
The mounting portion is supported by allowing the displacement of the rotating tool to correct the mounting posture of the rotating tool by guiding the aerostatic bearing of the rotation support portion during processing by the rotating tool. The mounting method of the rotary tool as described in appendix A1.
本発明では、装着部が空気静圧軸受の姿勢矯正作用を活用でき、特に空気静圧軸受のメリットを発揮できる。
（付記Ａ３）
前記工作機械の空気静圧軸受は、前記回転工具の装着部を装着するため、前記回転工具の端部を挿入可能な開口部を一端に備え、該空気静圧軸受の他端は前記装着部と連通され、回転工具の装着時には前記空気静圧軸受に所定の圧力の空気が導入され、前記空気静圧軸受は前記回転工具に対して非接触の状態で、前記回転工具の被装着部を前記工作機械の装着部に案内することを特徴とする付記Ａ１又は付記Ａ２に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the mounting portion can utilize the posture correcting action of the aerostatic bearing, and in particular, the merit of the aerostatic bearing can be exhibited.
(Appendix A3)
The aerostatic bearing of the machine tool is provided with an opening into which an end of the rotary tool can be inserted in order to mount the mounting portion of the rotary tool, and the other end of the aerostatic bearing is the mounting portion. When the rotary tool is mounted, air of a predetermined pressure is introduced into the aerostatic bearing, and the aerostatic bearing is in a non-contact state with respect to the rotary tool, The method for mounting a rotary tool according to appendix A1 or appendix A2, characterized by guiding to a mounting portion of the machine tool.
本発明では、回転工具の装着が容易にできる。
（付記Ａ４）
前記空気静圧軸受と前記工具の被回転支持部との間隙が５〜２０μｍに形成されたことを特徴とする付記Ａ３に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, it is possible to easily mount the rotary tool.
(Appendix A4)
The mounting method of the rotary tool according to appendix A3, wherein a gap between the aerostatic bearing and the support part to be rotated of the tool is formed to 5 to 20 μm.
本発明では、回転工具と空気静圧軸受けとの間隔が適当であり効果的に回転工具の振れを抑えることができる。
（付記Ａ５）
前記空気静圧軸受の前記開口部周縁及び前記回転工具の被回転支持部の基端側周縁の一方若しくは双方に、面取り面若しくは曲面形状が形成されたことを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In this invention, the space | interval of a rotary tool and an aerostatic pressure bearing is suitable, and it can suppress the runout of a rotary tool effectively.
(Appendix A5)
Attached A1 to A4, wherein a chamfered surface or a curved surface shape is formed on one or both of the peripheral edge of the opening of the hydrostatic bearing and the peripheral edge of the base end of the rotating support portion of the rotary tool. The mounting method of the rotary tool of any one of Claims.
本発明によれば、回転工具の装着を容易にし、回転工具を傷などから保護できる。
（付記Ａ６）
前記空気静圧軸受は、多孔質絞りとして多孔質材料により構成されていることを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, mounting | wearing of a rotary tool can be made easy and a rotary tool can be protected from a damage | wound etc.
(Appendix A6)
The mounting method of the rotary tool according to any one of appendices A1 to A5, wherein the aerostatic bearing is made of a porous material as a porous throttle.
本発明では、絞り形式を多孔質絞りとすることで、空気静圧軸受の剛性を高めることができる。
（付記Ａ７）
前記多孔質材料はステンレスの小球を焼結したものであることを特徴とした付記Ａ６に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the rigidity of the aerostatic bearing can be increased by making the aperture type a porous aperture.
(Appendix A7)
The method for mounting a rotary tool according to appendix A6, wherein the porous material is obtained by sintering stainless steel spheres.
本発明では、回転工具を支持する多孔質絞りとして好適であり空気静圧軸受の剛性を高めることができる。
（付記Ａ８）
前記回転支持部は、前記回転工具を２か所で支持することを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ７のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, it is suitable as a porous restriction for supporting the rotary tool, and the rigidity of the aerostatic bearing can be increased.
(Appendix A8)
The rotary tool mounting method according to any one of appendices A1 to A7, wherein the rotary support portion supports the rotary tool at two locations.
本発明では、回転工具を無接触で安定して支持することができる。
（付記Ａ９）
前記駆動源は、２００００〜６００００ｒｐｍで主軸を回転させることを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ８のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the rotary tool can be stably supported without contact.
(Appendix A9)
The method of mounting a rotating tool according to any one of appendices A1 to A8, wherein the drive source rotates the spindle at 20000 to 60000 rpm.
本発明では、超高回転でも、好適に振れの少ない装置とすることができる。
（付記Ａ１０）
前記回転工具は、軸径が３ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ９に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, it is possible to obtain a device with less fluctuations even at ultra-high rotations.
(Appendix A10)
The rotary tool mounting method according to appendix A1 to appendix A9, wherein the rotary tool has a shaft diameter of 3 mm to 6 mm.
本発明では、メゾスコピックマシンに適した精度の高い加工装置を提供することができる。
（付記Ａ１１）
前記回転工具の被回転支持部の真円度精度が、０．２μｍ以内であることを特徴する付記Ａ１乃至付記Ａ１０のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, it is possible to provide a highly accurate processing apparatus suitable for a mesoscopic machine.
(Appendix A11)
The mounting method of the rotary tool according to any one of appendices A1 to A10, wherein the roundness accuracy of the rotated support portion of the rotary tool is within 0.2 μm.
回転工具の被回転支持部の真円度を高めることで回転工具の振れを抑制して工作精度を高めることができる。
（付記Ａ１２）
前記回転工具の被回転支持部は、硬化クロムメッキ、セラミックコーティング、チタンコーティング、固体潤滑性のある特殊カーボンのいずれかで表面が覆われていることを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ１１のいずれかに記載の回転工具の装着方法。
By increasing the roundness of the rotation support portion of the rotary tool, it is possible to suppress the deflection of the rotary tool and increase the work accuracy.
(Appendix A12)
Any one of appendix A1 to appendix A11, wherein the rotated support portion of the rotary tool is covered with one of hard chrome plating, ceramic coating, titanium coating, and special carbon having solid lubricity. The mounting method of the rotary tool as described in 2.
本発明では、回転工具と空気静圧軸受が接触することがあっても、潤滑性が高く相互に破損しにくい。
（付記Ａ１３）
前記回転工具の被装着部は、基端部に真空吸着可能な被吸着部と、基端方向に当接可能な面を有する被当接部とを備え、前記被当接部は、被回転支持部から基端部にかけて同心状に直径が小さくなる円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状を備えた形状に形成され、前記工作機械の装着部は、前記被当接部の外形形状に対応した形状に形成され前記被当接部と当接可能な当接部を有し、前記主軸と同軸に主軸端に前記被吸着部を吸着固定する吸着部と、前記吸着部に負圧を生じさせる負圧発生手段とを有することを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ１２のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, even if the rotary tool and the aerostatic bearing are in contact with each other, the lubricity is high and they are not easily damaged.
(Appendix A13)
The mounted portion of the rotary tool includes a suctioned portion that can be vacuum-sucked at a proximal end portion, and a contacted portion that has a surface that can be contacted in the proximal direction, and the contacted portion is rotated A conical or frustoconical tapered shape whose diameter decreases concentrically from the support portion to the base end portion, and the mounting portion of the machine tool has a shape corresponding to the outer shape of the abutted portion An adsorbing portion that is formed on the main shaft and is coaxial with the main shaft, adsorbs and fixes the adsorbed portion to the main shaft end, and generates a negative pressure in the adsorbing portion. It has a pressure generation means, The mounting method of the rotary tool of any one of appendix A1 thru | or appendix A12 characterized by the above-mentioned.
本発明では、回転工具を負圧により吸着するため、回転工具を容易に装着することができる。
（付記Ａ１４）
前記回転工具の前記被当接部は、前記軸部から基端部に向けて同心状に直径が小さくなる円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状を備えた形状に形成され、当該テーパ形状は、被回転支持部の直径から基端部の直径の減少幅と、被吸着部の軸方向の長さとの比が１：２０から２：１の範囲にあることを特徴とする付記Ａ１３に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, since the rotary tool is attracted by negative pressure, the rotary tool can be easily mounted.
(Appendix A14)
The abutted portion of the rotary tool is formed in a shape having a tapered shape of a cone or a truncated cone shape whose diameter decreases concentrically from the shaft portion toward the base end portion. The rotation according to appendix A13, characterized in that the ratio of the reduction width of the diameter of the base end portion from the diameter of the rotation support portion to the axial length of the attracted portion is in the range of 1:20 to 2: 1. How to install the tool.
本発明では、安定して回転工具を保持することができ、且つ回転工具を容易に着脱することができる。さらに、空気静圧軸受による矯正の効果が高く、振れを効果的に抑制できる。 In the present invention, the rotary tool can be stably held, and the rotary tool can be easily attached and detached. Further, the correction effect by the hydrostatic bearing is high, and the vibration can be effectively suppressed.
（付記Ａ１５）（当接部変形例：球面）
前記回転工具の被装着部が球面に形成されたことを特徴とする付記Ａ１３に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix A15) (Abutment Modification: Spherical Surface)
The mounting method of the rotary tool according to appendix A13, wherein the mounted portion of the rotary tool is formed into a spherical surface.
本発明では、回転工具の傾きに対しても、当接部と被当接部の当接が解除されにくい。
（付記Ａ１６）（当接部変形例：平面）
前記回転工具の被装着部が平面状に形成された当接部を備え他ことを特徴とする付記Ａ１３に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the contact between the contact portion and the contacted portion is not easily released even with respect to the inclination of the rotary tool.
(Supplementary Note A16) (Modification Example of Contact Part: Plane)
The mounting method of the rotary tool according to appendix A13, wherein the mounted portion of the rotary tool includes a contact portion formed in a planar shape.
本発明では、回転工具の加工が容易になる。
（付記Ａ１７）（装着部変形例：磁力発生手段）
前記工作機械の装着部は、磁力発生手段を備え、前記回転工具の被装着部が前記装着部で発生する磁力により締結されることを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ１２のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, processing of a rotary tool becomes easy.
(Appendix A17) (Mounting part modification: magnetic force generating means)
The attachment part of the machine tool includes a magnetic force generation unit, and the attachment part of the rotary tool is fastened by a magnetic force generated by the attachment part, according to any one of appendix A1 to appendix A12, How to install a rotating tool.
本発明では、磁力により回転工具を装着することができる。
（付記Ａ１８）（装着部変形例：機械的掛合）
前記工作機械の装着部と、前記回転工具の装着部は、機械的に係合可能に構成され、前記装着部は前記回転工具の変位を許容しながら当該工作機械を同期回転させるように支持することを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ１２のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the rotating tool can be mounted by magnetic force.
(Appendix A18) (Mounting part modification: mechanical engagement)
The mounting part of the machine tool and the mounting part of the rotary tool are configured to be mechanically engageable, and the mounting part supports the machine tool to rotate synchronously while allowing the displacement of the rotary tool. The mounting method of the rotary tool according to any one of appendices A1 to A12, characterized in that:
本発明では、装着を、掛け止めて行なったり、把持したりして行なうことができるが、回転支持部を備えるため、従来よりもその負担は小さく、装着部を簡易な構成とすることができる。 In the present invention, the mounting can be performed by holding or gripping, but since the rotation support portion is provided, the burden is smaller than in the prior art, and the mounting portion can be configured simply. .
（付記Ａ１９）（工作機械変形例）
前記工作機械は、マシニングセンタ、フライス盤、研削盤のいずれかであることを特徴とする付記Ａ１乃至付記Ａ１８のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix A19) (Machine Tool Modification)
The mounting method for a rotary tool according to any one of appendices A1 to A18, wherein the machine tool is any one of a machining center, a milling machine, and a grinding machine.
（付記Ａ２０）（工具変形例）
前記回転工具は、ミーリングカッタ、エンドミル、サイドカッタ、ボールエンドミルのいずれかである付記Ａ１乃至付記Ａ１８のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix A20) (Tool Modification)
The rotating tool mounting method according to any one of appendices A1 to A18, wherein the rotary tool is any one of a milling cutter, an end mill, a side cutter, and a ball end mill.
（付記Ａ２１）（回転工具クレーム）
付記Ａ１乃至付記Ａ２０のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる回転工具。
(Appendix A21) (Rotary tool claim)
The rotary tool used for the mounting method of the rotary tool of any one of appendix A1 thru | or appendix A20.
（付記Ａ２２）（工作機械クレーム）
付記１乃至付記Ａ２０のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械。
（付記Ａ２３）（装着装置クレーム）
付記Ａ１乃至付記Ａ２０のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械の回転工具の装着装置。
(Appendix A22) (Machine tool claims)
A machine tool used in the method for mounting a rotating tool according to any one of
(Appendix A23) (Mounting Device Claim)
A rotating tool mounting device for a machine tool used in the rotating tool mounting method according to any one of appendices A1 to A20.
（第５の実施形態）
図１４を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。第５の実施形態は、第３の実施形態において、案内部６が空気静圧軸受ユニット６１を備え、負圧により吸着された回転工具９を、空気静圧軸受で回転可能に支持しているのと異なり、第５の実施形態では、空気静圧軸受に替えて、他の軸受方法により、回転工具９を回転可能に支持する。以下、案内部６の異なる構成を実施態様に分けて説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, in the third embodiment, the
○ （実施態様４）案内部６は、精密磁気浮上軸受を備え、回転工具９を非接触で回転可能に支持している。図１５は、磁気軸受を模式的に示す図である。案内部６は、磁気軸受ユニット７１を備える。磁気軸受ユニット７１には、回転工具９を囲むように設けられたリング状の永久磁石７２と、その磁界の中にさらに磁界を形成するためのコイル７３，７４を備える。精密磁気浮上軸受は、反発型磁気軸受（受動型磁気軸受）であれば、磁気による反発力のみを用いて、軸を安定極にとどまらせることができる。
(Embodiment 4) The
○ （実施態様５）案内部６は、能動型磁気軸受としてもよい。能動型磁気軸受（ active magnetic bearing, AMB ）では、磁気による吸引力を発生させ、回転工具９を非接触で安定極にとどまらせる。なお、実施例４、実施例５ともに、コイル、永久磁石のいずれを用いてもよく、またこれらを組み合わせてもよい。
(Embodiment 5) The
なお、磁気軸受は特にコイルを用いるものは精緻な制御が可能であるが、装置が複雑で高価なものとなる。また、空気静圧軸受に比較すると動的な軸受剛性、軸受負荷能力は劣る。 In particular, a magnetic bearing using a coil can be precisely controlled, but the apparatus is complicated and expensive. In addition, the dynamic bearing rigidity and bearing load capacity are inferior compared to the aerostatic bearing.
○ （実施態様６）さらに、案内部６は、空気動圧軸受（ dynamic pressure gas-lubricated bearing ）でもよい。空気動圧軸受では、図１６に示すように、回転工具９の軸部９２にくさび状のパターン９６を刻んでおく。このパターン９６により回転工具９が回転すると、空気が粘性によって軸部９２のパターン９６の部分に引き込まれて、案内部６の挿入部６３の内壁との間に圧力が発生する。この圧力によって回転工具９の負荷を支える。なお、くさび状のパターン９６は、案内部６の挿入部６３の内壁の方に設けてもよい。
(Embodiment 6) Furthermore, the
空気動圧軸受では、第３の実施形態のような圧縮空気は供給する必要がなく、構造が簡単となる。また、空気動圧軸受は、空気静圧軸受よりも軸受剛性、軸受負荷能力が高いというメリットがあるが、停止時には全く機能しなくなる。 In the air dynamic pressure bearing, there is no need to supply compressed air as in the third embodiment, and the structure becomes simple. In addition, the air dynamic pressure bearing has an advantage of higher bearing rigidity and bearing load capacity than the aerostatic bearing, but does not function at all when stopped.
○ なお、上記の気体は空気に限らず窒素やヘリウムなどでもよい。
○ （実施態様７）そこで、磁気軸受と空気動圧軸受を組み合わせたものでもよい。停止時には、永久磁石を用いて浮上させ、回転時には空気動圧軸受として大きな軸受剛性を得ることができる。また、電気の供給や圧縮空気の供給も必要としない。
The above gas is not limited to air but may be nitrogen or helium.
(Embodiment 7) Therefore, a combination of a magnetic bearing and an air dynamic pressure bearing may be used. When stopped, a permanent magnet is used to levitate, and during rotation, a large bearing rigidity can be obtained as an air dynamic pressure bearing. Also, no electricity supply or compressed air supply is required.
○ （実施態様８）さらに、流体は気体に限らず潤滑油、水等の液体でもよい。
例えば、液体を用いた動圧流体軸受（FDB; Fluid Dynamic Bearing）などでもよい。ＦＤＢとは，シャフトとスリーブの隙間に流体を満たし，シャフトが回転することにより流体に発生する圧力を利用してシャフトが浮上する構造の軸受であり，非接触構造である点から回転精度や音，耐久性の点で優れている。
(Embodiment 8) Furthermore, the fluid is not limited to gas but may be liquid such as lubricating oil or water.
For example, a fluid dynamic bearing (FDB) using liquid may be used. FDB is a bearing that has a structure in which the shaft floats by using the pressure generated in the fluid when the shaft rotates by filling the gap between the shaft and the sleeve. ， Excellent in terms of durability.
○ （別例）上記各実施形態は、以下のようにしても実施できる。基端部は、テーパ状ではなく、図１７（ａ）に示すように半球状の被吸着部若しくは被当接部を備えたものであってもよい。本発明の吸着部と被吸着部は、スピンドルの主軸と同期して回転可能で、抜け落ちない程度の締結力があればよい。その一方で、回転支持部により姿勢が支持されるため、姿勢が傾動しやすい形状も好ましい。この場合、吸着部は半球状の当接部を備え、回転工具９はあらゆる方向にストレスなく傾動が可能となる。
(Another example) Each of the above embodiments can be implemented as follows. The base end portion is not tapered, and may have a hemispherical attracted portion or a contacted portion as shown in FIG. The attracting part and the attracted part of the present invention need only be able to rotate in synchronization with the main spindle of the spindle and have a fastening force that does not drop out. On the other hand, since the posture is supported by the rotation support portion, a shape in which the posture is easy to tilt is also preferable. In this case, the suction portion includes a hemispherical contact portion, and the
また、この形状は、第４の実施形態の実施例１、実施例２のような磁気により装着するものにも適用できる。
○ 同様に、半球状でなく、図１７（ｂ）に示すように、基端部を球面の一部としたものであれば、半球状のものと同様に傾動が容易になる。
In addition, this shape can be applied to a magnet that is mounted by magnetism as in Example 1 and Example 2 of the fourth embodiment.
Similarly, if the base end is a part of a spherical surface as shown in FIG. 17B instead of a hemispherical shape, tilting is facilitated as in the case of a hemispherical shape.
○ なお、回転工具９は、ボールエンドミルを例に挙げたが、刃部９１は、軸状の切削工具に限らず、例えば、図１７（ｃ）に示すような、円盤状の砥石による研削工具でもよい。
In addition, although the
○ 締結構造は、主軸端に取り付けたツールホルダに対してさらにツールアダプタを介して回転工具を取り付けるものでもよい。なお、このツールアダプタは、図１７（ｄ）に示すように、本発明の回転工具の被吸着部および被回転支持部を備え、刃部に替えていろいろな規格の工具保持部を備えたものでもよい。このように構成することでＡＴＣなどでも本発明を実施できることから、マシニングセンタとして工具の選択の余地が広がり加工内容が多彩となる。 (Circle) the fastening structure may attach a rotary tool via a tool adapter further with respect to the tool holder attached to the spindle end. In addition, as shown in FIG. 17 (d), this tool adapter includes the suctioned portion and the rotated support portion of the rotary tool of the present invention, and includes tool holding portions of various standards in place of the blade portion. But you can. With this configuration, the present invention can be implemented even with ATC and the like, so that there is room for selection of a tool as a machining center, and the contents of machining become diverse.
以下、第３及び第５の実施形態から抽出される技術的思想を付記する。
（付記クレーム群Ｂ）
（付記Ｂ１）（真空吸着＋回転支持）
先端部に刃部と、基端部に真空吸着可能な被吸着部と、基端方向に当接可能な面を有する当接部と、中間部に円柱状の被回転支持部として構成され軸部とを備えた回転工具、及び、駆動源により回転駆動される主軸と、前記当接部の外形形状に対応した形状に形成され前記当接部と当接可能な凹部を有し前記主軸と同軸に主軸端に前記回転工具を被吸着部で吸着固定する吸着部と、前記吸着部に負圧を付与する負圧発生手段と、前記被回転支持部を案内しつつ回転可能に支持する回転支持部とを有する工作機械を備え、前記吸着部が前記基端部に設けられた被吸着部を負圧により吸着するとともに、前記当接部を当接させることで、前記回転工具を回転可能に支持し、かつ、前記回転支持部が前記被回転支持部を回転可能に支持することを特徴とする回転工具の装着方法。
Hereinafter, technical ideas extracted from the third and fifth embodiments will be additionally described.
(Supplementary note group B)
(Appendix B1) (Vacuum adsorption + Rotation support)
A blade portion at the distal end, a suctioned portion that can be vacuum-sucked at the proximal end portion, an abutting portion having a surface that can be contacted in the proximal direction, and a column-shaped rotational support portion at the middle portion A rotating tool provided with a portion, a main shaft that is rotationally driven by a driving source, and a main shaft that has a recess that is formed in a shape corresponding to the outer shape of the abutting portion and can abut on the abutting portion. A suction part that sucks and fixes the rotary tool to the suction end at the spindle end coaxially, a negative pressure generating means that applies a negative pressure to the suction part, and a rotation that rotatably supports the rotation support part while guiding the rotation support part. A machine tool having a support portion, and the suction portion sucks the suction target portion provided at the base end portion by negative pressure, and the contact portion comes into contact with the rotation tool so that the rotary tool can be rotated. And the rotation support portion rotatably supports the rotated support portion. Method of mounting the rotary tool to be.
本発明では、負圧により回転工具を装着するため、きわめて容易に工作機械に装着でき、かつ、回転支持部で回転工具を回転可能に支持するため、横方向の耐荷重も大きくなるとともに、回転工具の振れを抑制することができる。 In the present invention, since the rotating tool is mounted by negative pressure, it can be mounted on a machine tool very easily and the rotating tool is rotatably supported by the rotation support portion. Tool deflection can be suppressed.
（付記Ｂ２）（回転支持部による姿勢矯正）
前記吸着部に吸着された回転工具の被吸着部は、前記回転支持部の案内により装着姿勢が矯正可能に装着されることを特徴とする付記Ｂ１に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix B2) (Posture correction by rotating support)
The mounting method of the rotary tool according to appendix B1, wherein the suctioned portion of the rotary tool sucked by the suction portion is mounted so that the mounting posture can be corrected by guidance of the rotation support portion.
本発明によれば、回転支持部により回転工具の振れが矯正できるため、より回転工具の振れが抑制でき工作精度上げることができる。
（付記Ｂ３）（被吸着部の負圧）
前記負圧発生手段は、前記回転工具の質量を支持する負圧を前記被吸着部に与えることを特徴とする付記Ｂ１に記載の回転工具の装着方法。
According to the present invention, since the runout of the rotary tool can be corrected by the rotation support portion, the runout of the rotary tool can be further suppressed and the work accuracy can be increased.
(Appendix B3) (Negative pressure of suctioned part)
The method of mounting a rotary tool according to appendix B1, wherein the negative pressure generating means applies a negative pressure that supports the mass of the rotary tool to the attracted portion.
本発明によれば、回転工具の質量を支持できる負圧を付与するため、他の固定方法の補助なしで回転工具を工作機械に装着できる。
（付記Ｂ４）（被吸着部の面積）
前記負圧発生手段は、前記被吸着部に対する負圧を与える面積が、前記軸部断面積の２分の１以上であることを特徴とする付記Ｂ１又は付記Ｂ２に記載の回転工具の装着方法。
According to the present invention, since the negative pressure capable of supporting the mass of the rotary tool is applied, the rotary tool can be mounted on the machine tool without the assistance of another fixing method.
(Appendix B4) (Area of adsorbed part)
The mounting method of the rotary tool according to Supplementary Note B1 or Supplementary Note B2, wherein the negative pressure generating means has an area for giving a negative pressure to the attracted part being at least half of the cross-sectional area of the shaft part. .
本発明によれば、負圧を受ける面積を大きくすることで回転工具が安定して装着される。
（付記Ｂ５）（テーパ形状特定）
前記回転工具の前記当接部は、被回転支持部から基端部にかけて同心状に直径が小さくなる円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状を備えた形状に形成されたことを特徴とする付記Ｂ１乃至付記Ｂ４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
According to the present invention, the rotary tool is stably mounted by increasing the area that receives the negative pressure.
(Appendix B5) (Taper shape specific)
Appendices B1 to B1, wherein the contact portion of the rotary tool is formed in a shape having a conical or truncated cone taper shape having a concentrically decreasing diameter from a support portion to be rotated to a base end portion. The mounting method of the rotary tool of any one of appendix B4.
本発明では、円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状の被当接部により、回転工具が安定して装着できる。
（付記Ｂ６）（回転支持部テーパ比特定）
前記テーパ形状は、被回転支持部の直径から基端部の直径の減少幅と、被吸着部の軸方向の長さとの比が１：２０から２：１の範囲にあることを特徴とする付記Ｂ５に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the rotating tool can be stably mounted by the tapered contact portion of the cone shape or the truncated cone shape.
(Appendix B6) (Specification of rotation support part taper ratio)
The taper shape is characterized in that a ratio of a decrease width of the diameter of the base end portion from the diameter of the support portion to be rotated and the axial length of the attracted portion is in the range of 1:20 to 2: 1. The mounting method of the rotary tool as described in appendix B5.
本発明では、テーパ比を１：２０〜２：１とすることで、くさび効果で、小さな負圧でも安定した装着ができる。さらに、このバランスのテーパ比であると、小さな負圧でも安定した装着ができるとともに回転工具の分離に困難さが生じない。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。 In the present invention, by setting the taper ratio to 1:20 to 2: 1, it is possible to mount stably even with a small negative pressure due to the wedge effect. Further, with this balanced taper ratio, stable mounting is possible even with a small negative pressure, and there is no difficulty in separating the rotary tools. If the negative pressure is small, the negative pressure generator can be made relatively compact.
（付記Ｂ７）（回転支持部テーパ比特定）
前記テーパ形状は、被回転支持部の直径から基端部の直径の減少幅と、被吸着部の軸方向の長さとの比が１：５から２：１の範囲にあることを特徴とする付記Ｂ５に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix B7) (Specification of rotation support portion taper ratio)
The taper shape is characterized in that a ratio of a decrease width of the diameter of the base end portion from the diameter of the support portion to be rotated and the axial length of the attracted portion is in the range of 1: 5 to 2: 1. The mounting method of the rotary tool as described in appendix B5.
本発明では、特に分離が容易であるとともに、空気静圧軸受に比較して耐荷重が小さく比較的矯正力が弱い磁気軸受や空気動圧軸受でも回転工具の位置の矯正が可能となる。
（付記Ｂ８）
前記回転支持部は、前記回転工具に対して非接触に構成されたことを特徴とする付記Ｂ１乃至付記Ｂ７のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, the position of the rotary tool can be corrected even with a magnetic bearing or an air dynamic pressure bearing that is particularly easy to separate and has a smaller load resistance and a relatively weak correction force compared to an aerostatic bearing.
(Appendix B8)
The rotation tool mounting method according to any one of appendices B1 to B7, wherein the rotation support portion is configured to be non-contact with the rotary tool.
本発明では、回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
（付記Ｂ９）
前記回転支持部は、流体により回転工具を支持する軸受により構成されたことを特徴とする付記Ｂ８に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, heat generation can be reduced without impeding the rotation of the rotary tool.
(Appendix B9)
The rotation tool mounting method according to appendix B8, wherein the rotation support portion includes a bearing that supports the rotation tool with a fluid.
本発明では、流体により回転工具を支持するため、固体に接触する軸受に比較して、回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
（付記Ｂ１０）
前記回転支持部の前記流体が気体であることを特徴とする付記Ｂ９に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, since the rotary tool is supported by the fluid, it is possible to reduce heat generation without impeding the rotation of the rotary tool as compared with the bearing that contacts the solid.
(Appendix B10)
The method for mounting a rotating tool according to appendix B9, wherein the fluid of the rotation support portion is a gas.
本発明では、気体により回転工具を支持するため、流体でもとくに回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
（付記Ｂ１１）
前記回転支持部の前記気体が空気であることを特徴とする付記Ｂ１０に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, since the rotary tool is supported by the gas, even with a fluid, the rotation of the rotary tool is not particularly disturbed, and heat generation can be reduced.
(Appendix B11)
The mounting method of the rotating tool according to appendix B10, wherein the gas of the rotating support portion is air.
本発明では、空気により回転工具を支持するため、気体の中でも安価で、かつ取り扱いも容易で、回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
（付記Ｂ１２）
前記回転支持部は、空気静圧軸受として構成されたことを特徴とする付記Ｂ１１に記載の回転工具の装着方法。
In the present invention, since the rotary tool is supported by air, it is inexpensive and easy to handle among gases, and it is possible to reduce heat generation without impeding the rotation of the rotary tool.
(Appendix B12)
The rotating tool mounting method according to appendix B11, wherein the rotation support portion is configured as an aerostatic bearing.
本発明では、空気静圧軸受により回転可能に支持されるため、装着部での負荷が小さくなり、その構造も簡易にできる。さらに、空気静圧軸受を用いるため軸受の剛性が高く、正確に振れを抑制できるとともに、矯正力が強いため、振れを効果的に抑制できる。 In the present invention, since it is rotatably supported by the aerostatic bearing, the load on the mounting portion is reduced and the structure can be simplified. Furthermore, since an air hydrostatic bearing is used, the bearing has high rigidity and can accurately suppress vibration, and since the correction force is strong, the vibration can be effectively suppressed.
（付記Ｂ１３）（負圧発生方法）
前記負圧発生手段は、前記主軸内の軸心に設けられた流路を介して空気が排気されることにより負圧を発生させることを特徴とする付記Ｂ１乃至付記Ｂ１２のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix B13) (Negative pressure generation method)
In any one of appendix B1 to appendix B12, the negative pressure generating means generates a negative pressure by exhausting air through a flow path provided at a shaft center in the main shaft. The mounting method of the described rotary tool.
本発明によれば、簡易な設備で、かつ小さな装置で負圧を発生させることで、メゾスコピックマシンにふさわしいコンパクトな負圧発生手段とすることができる。
（付記Ｂ１４）（真空カプラ）
前記主軸内に設けられた流路は、真空カプラを介して負圧発生装置に接続されていることを特徴とする付記Ｂ１３に記載の回転工具の装着方法。
According to the present invention, it is possible to provide a compact negative pressure generating means suitable for a mesoscopic machine by generating a negative pressure with simple equipment and a small device.
(Appendix B14) (Vacuum coupler)
The method for mounting a rotating tool according to appendix B13, wherein the flow path provided in the main shaft is connected to a negative pressure generator via a vacuum coupler.
この発明では、真空カプラを備えることで、負圧発生手段外部に設けることができ、負圧発生手段は主軸とともに回転することがなく真空カプラを介して負圧を吸着部に与えることができるので、回転部分の質量を小さくできる。 In this invention, by providing the vacuum coupler, it can be provided outside the negative pressure generating means, and the negative pressure generating means can apply a negative pressure to the suction portion via the vacuum coupler without rotating with the main shaft. The mass of the rotating part can be reduced.
（付記Ｂ１５）（ツールホルダ）
前記工作機械の被吸着部は、前記主軸端に配置されたツールホルダに凹部が形成され、前記回転工具は前記ツールホルダを介して前記主軸端に装着されることを特徴とする付記Ｂ１乃至付記Ｂ１４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
(Appendix B15) (Tool holder)
The attracted portion of the machine tool has a recess formed in a tool holder disposed at the spindle end, and the rotary tool is attached to the spindle end via the tool holder. The mounting method of the rotary tool of any one of B14.
本発明では、主軸端にツールホルダを装着しているので、ツールホルダを異なるタイプに交換することで、多様な工具を主軸に装着することができる。
（付記Ｂ１６）（回転工具）
付記Ｂ１乃至付記Ｂ１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる回転工具。
In the present invention, since the tool holder is attached to the spindle end, various tools can be attached to the spindle by replacing the tool holder with a different type.
(Appendix B16) (Rotary tool)
A rotary tool used for the mounting method of the rotary tool according to any one of appendices B1 to B15.
（付記Ｂ１７）（工作機械）
付記Ｂ１乃至付記Ｂ１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械。
(Appendix B17) (Machine Tool)
A machine tool used in the method for mounting a rotating tool according to any one of appendices B1 to B15.
（付記Ｂ１８）（工作機械の回転工具装着装置）
付記Ｂ１乃至付記Ｂ１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械の回転工具の装着装置。
(Appendix B18) (Rotary tool mounting device for machine tools)
A rotating tool mounting device for a machine tool used in the rotating tool mounting method according to any one of appendices B1 to B15.
（共通の別例）
○ ツールホルダ５は、円筒形のものを例に挙げたが、テーパ状のＢＴシャンク、ＮＴシャンクなどのような構成としてもよい。各発明に応じて種々の形状・形式に変更が可能である。
(Common another example)
O Although the
○ 本実施形態では、スピンドル主軸３３に、吸着部を構成する当接部５３を形成したツールホルダ５を介して、回転工具９を装着しているが、もちろんスピンドル主軸３３に吸着部を形成して直接装着するダイレクトチャッキングのようなものでもよい。
In the present embodiment, the
○ なお、主軸であるスピンドルの駆動源は、ＤＣブラシレスモーターからなる高周波誘導電動機に限らず各種電動機やエアタービンなどで構成してもよい。
○ 負圧発生手段は、実施形態のような真空発生器のほか、真空ポンプなどでも構成できる。また負圧を蓄積するエアタンク等を備えても良い。
In addition, the drive source of the spindle that is the main shaft is not limited to the high frequency induction motor that is a DC brushless motor, and may be constituted by various electric motors, an air turbine, or the like.
The negative pressure generating means can be constituted by a vacuum pump or the like in addition to the vacuum generator as in the embodiment. Moreover, you may provide the air tank etc. which accumulate | store negative pressure.
○ マシニングセンタ１は、立型のものを例としたが、もちろん横型のもので実施できる。
○ 本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限り、上記実施形態に限定されることなく、当業者により構成要素を付加され、省略され、置換されて実施できることは言うまでもない。
○ Although the
The present invention is not limited to the above-described embodiment without departing from the scope of the claims, and it goes without saying that constituent elements can be added, omitted, and replaced by those skilled in the art.
１…マシニングセンタ、３…スピンドルユニット、４…真空カプラ、５…ツールホルダ、６…案内部、８…空気供給手段、９…回転工具、１１…機台、１３…ワーク主軸、１２…ステージ、１５…コラム、１６…主軸頭、１８，１８…レール、１９…工具マガジン、２０…工具マガジン駆動部、２１…保護カバー、２２…操作パネル、２３…ＣＮＣ制御部、３２…（駆動源としての）モータ、３３…スピンドル主軸、３３ａ…主軸端、３４…流路、３５…下部開口、３６…上部開口、３７…蓋体、３８，３８…排気路、３９，３９…排気口、４０…空間、４１…吸引口、４２…負圧発生手段としての真空発生器、４３…ノックピン、５２…吸着部としての通路、５３（５３ｂ）…当接部、５４…開口部、５５…下部開口、６１…空気静圧軸受ユニット、６２…ハウジング、６３…挿入部、６４…軸受、６５…軸受、６６…排気空間、６７…空気供給路、６８…空気供給路、６９…空気排出路、７０…挿入口、８０…オイルフリーコンプレッサ、８２…タンク、８３…ダストフィルタ、８４…水分除去フィルタ、８５…オイルミストフィルタ、８６…空気温度調節器、８７…逆止弁、８８…ラインフィルタ、８９…レギュレータ、９０…逆止弁、９１…刃部、９２…軸部（被回転支持部）、９３（９３ａ）…被当接部、９４…基端面（被吸着部）、９５…平行部、φｅ…（基端部の）直径，φｓ…（軸部の）直径、φＤ…（刃部の）直径、Ｌｔ…当接部の長さ、Ｗ…ワーク。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
及び、駆動源（３２）により回転駆動される主軸（３３）と、前記被当接部（９３）の外形形状に対応した形状に形成され前記被当接部（９３）と当接可能な当接部（５３）を有し、前記主軸（３３）と同軸に主軸端（３３ａ）に前記回転工具（９）を被吸着部（９４）で吸着固定する吸着部（５２）と、前記吸着部（５２）に負圧を付与する負圧発生手段（４２）とを有する工作機械（１）を備え、
前記吸着部（５２）が前記基端部に設けられた被吸着部（９４）を負圧により吸着するとともに、前記当接部（５３）に前記被当接部（９３）を当接させることで、前記回転工具（９）を回転可能に支持することを特徴とする回転工具の装着方法。 A blade portion (91) provided at the distal end portion, a sucked portion (94) capable of being vacuum-sucked provided at the proximal end portion, and a contacted portion (93) having a surface capable of contacting in the proximal direction; A rotary tool (9) having a cylindrical shaft portion (92) provided in the middle portion,
The main shaft (33) that is rotationally driven by the drive source (32), and a contact that is formed in a shape corresponding to the outer shape of the abutted portion (93) and that can abut against the abutted portion (93). An adsorbing part (52) having a contact part (53) and adsorbing and fixing the rotary tool (9) to the main shaft end (33a) coaxially with the main axis (33) by an adsorbed part (94); A machine tool (1) having negative pressure generating means (42) for applying a negative pressure to (52),
The adsorbing portion (52) adsorbs the adsorbed portion (94) provided at the base end portion by negative pressure, and causes the abutting portion (53) to abut on the abutted portion (93). And mounting the rotary tool, wherein the rotary tool (9) is rotatably supported.
前記案内部（６）は、前記回転工具（９）の基端部（９４）を挿入可能な開口部（７０）を一端に備え、該案内部（６）の他端は前記（５４）吸着部と連通され、回転工具（９）の装着時には前記開口部（７０）が負圧の状態とされることで前記回転工具（９）の基端部（９４）が前記開口部（７０）から吸引されて前記被吸着部（９４）が前記吸着部（５４）に吸着されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。 The machine tool (1) has a cylindrical shape for guiding the shaft (92) of the rotary tool (9) for mounting the suctioned part (94) of the rotary tool (9) on the suction part (54). The guide part (6)
The guide portion (6) includes an opening (70) into which the base end portion (94) of the rotary tool (9) can be inserted, and the other end of the guide portion (6) is adsorbed to the (54). When the rotary tool (9) is mounted, the opening (70) is in a negative pressure state, so that the base end (94) of the rotary tool (9) is removed from the opening (70). The method of mounting a rotary tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the suctioned portion (94) is sucked and sucked by the suction portion (54).
前記被当接部（９３）のテーパ形状は、前記軸部（９２）の直径（φｓ）から基端部（９４）の直径（φｅ）の減少幅と、前記被当接部（９３）の軸方向の長さ（Ｌｔ）との比が１：５０〜１：１０の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の回転工具の装着方法。 The diameter (φs) of the shaft portion (92) of the rotary tool (9) is 10 mm or less,
The tapered shape of the abutted portion (93) is such that the diameter (φe) of the base end portion (94) decreases from the diameter (φs) of the shaft portion (92) and the abutted portion (93). The method for mounting a rotary tool according to claim 6, wherein a ratio with the length (Lt) in the axial direction is in a range of 1:50 to 1:10.
前記被当接部（９３）のテーパ形状は、前記軸部（９２）の直径（φｓ）から基端部（９４）の直径（φｅ）の減少幅と、前記被当接部（９３）の軸方向の長さ（Ｌｔ）との比が１：２０〜１：２の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の回転工具の装着方法。 The diameter (φs) of the shaft portion (92) of the rotary tool (9) is 3 to 6 mm,
The tapered shape of the abutted portion (93) is such that the diameter (φe) of the base end portion (94) decreases from the diameter (φs) of the shaft portion (92) and the abutted portion (93). The method for mounting a rotary tool according to claim 6, wherein a ratio with the length (Lt) in the axial direction is in a range of 1:20 to 1: 2.
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