JP2010538844A - 工具ホルダ、および工具ホルダを備える測定センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、工具ホルダ（２）、具体的には、工作機械のスピンドル（１）との接続部（５）を有する、測定センサ（３）用の工具ホルダ（２）に関する。工具ホルダ（２）は、スピンドル（１）用の接続部（５）から見ると材料部（６）を備え、該材料部は、工具ホルダ（２）の通常の基本材料とは、より小さい長手方向の膨張率αおよび／あるいはより低い熱伝導率λにより異なっている。本発明によれば、材料部（６）は、比較的熱い工具スピンドルから伝わる熱入力に起因する長手方向の変化を低減させるために、工具側上の工具ホルダ（２）の部分と、工具ホルダ（２）内に収容される、工具スピンドル（１）の工具（３）との間に、熱分離を形成する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、請求項１の前提部分に記載の工具ホルダ、および工具ホルダを備える測定センサに関する。
［従来技術］
例えば高速フライス加工などの高速機械加工用の工作機械は、通常、回転するスピンドルシャフトと該スピンドルシャフトが組み込まれたシャフトハウジングとを有するモータスピンドルとして知られるものを備えている。高速機械加工中におけるスピンドルシャフトの高い回転速度では、スピンドルシャフト、さらにはシャフトハウジングも熱くなる。したがって、スピンドルの固定されたシャフトハウジングには、冷却装置が具備されている。

しかしながら、冷却装置によって完全に放熱することはできない。したがって、工具スピンドルに固定された工具ホルダと、工具ホルダ内に取り付けられた工具とに熱が伝達する。工具ホルダを交換する場合、工具ホルダ、さらに同様に、工具ホルダ内に配置される例えば測定センサなどの工具は、当初は周囲温度である。

「熱い」スピンドルは、工具ホルダおよび挿入された工具を加熱する。このように熱が伝達する結果、工具ホルダと工具とが伸長される。寸法におけるこのような変化が検出されない場合、例えば測定などの処理工程において、工具の精度に関して悪影響が生じ得る。

スピンドルの線膨張は、例えば温度センサにより直接測定されることによって、考慮に入れられる。
［発明の目的および効果］
本発明が基づいている目的は、スピンドルから工具ホルダへの熱の流れの影響を低減させることである。

この目的は、請求項１および７の特徴により達成される。
従属請求項は、本発明の有利かつ好適な展開を特定している。
本発明は、まず、工作機械との接続部を備える、工作機械上に測定センサを取り付けるための工具ホルダから始まる。本工具ホルダは、スピンドル用の接続部から見ると、線膨張率αがより低く、かつ／あるいは熱伝導率λがより低いことにおいて工具ホルダの通常の基本材料とは異なる、材料部を備える。本発明の本質的な態様は、比較的熱い工具スピンドルから伝わる熱が伝達することによる長さの変化を低減させるために、材料部が、工具ホルダの工具側部分と、工具ホルダ内に収容された工具との間で、工具スピンドルから熱分離をもたらすことである。

この手法によって達成し得るのは、望ましくない多量の熱が工具ホルダ内に伝達することが全く起こらないこと、あるいは熱膨張、具体的には伸長が比較的小さいままであることである。したがって、熱膨張による寸法の変化を、機械加工作業にとって依然許容可能な量まで低減させることができる。例えば、材料部の位置と、材料部の寸法と、材料部の材料の選択とによって、工具ホルダの挿入後に、モータスピンドル上で工具が通常の温度状態にある限り、接続部からの工具ホルダの熱膨張は２μｍ未満の値まで低減する。

極端な場合、例えば測定センサに関する限り、材料部は完全な工具ホルダを備える。すなわち、そのような実施形態においては、工具ホルダが、線膨張率がより低く、かつ／あるいは熱伝導率がより低い材料により全体的に構成される。

本発明の１つの好ましい改良では、材料部は、５μｍ／ｍＫ未満の線膨張率α、および／あるいは１１Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導率を有する。工具ホルダ用の鋼の従来のタイプは、通常、１２μｍ／ｍＫから１６μｍ／ｍＫの間にある線膨張率を有している。したがって、本発明に係る材料部を用いることにより、熱の伝達が同じであっても、より低い膨張が達成され得る。さらに、例えば測定センサなどの材料部に続く領域への熱の伝達、および材料部への熱の伝達を、著しく遅らせることができる。その結果、例えば、測定センサは、許容可能な伸長を伴いながら、予め定められた時間内で測定作業を行うことができるため、測定精度が高くなる。

本発明の１つの好ましい改良では、材料部は工具ホルダを分割している。しかしながら、例えば測定センサへの破壊的な熱の伝達を回避するためには、材料部が、工具ホルダの断面全体に亘って延在しなくとも、一部の領域のみに亘って延在していれば十分であろう。ただし、工具ホルダの軸に対して横方向に工具ホルダを貫く少なくとも１つの連続断面について言えば、材料部が、軸方向に突出する断面の５０％を超えて延在することが好ましい。

工具ホルダの伸長に関する重要なパラメータは、材料部が配置される位置である。材料部が、接続部から見て工具ホルダ内の比較的遠くに配置される場合、材料部の範囲内において、接続部から見た工具ホルダの前方に位置する材料は、熱が伝達することで望ましくなく膨張する可能性がある。したがって、工具ホルダの基本材料が、特にスピンドルとの接触箇所において、工具ホルダにとって必要な固有の安定性をもたらすのに十分な厚さのみを依然保つように、材料部がスピンドルとの接続部の接触面から離れて位置することが、さらに提案されている。例えば、工具スピンドルのスピンドルノーズから距離Ａにある位置からは、工具ホルダが、より低い線膨張率および／あるいはより低い熱伝導率を有する材料で製造される。

さらに効果的な熱分離を達成するために、工具ホルダが、言わば「くりぬかれ」、以下において分離材料として規定される、より低い線膨張率および／あるいはより低い熱伝導率を有する材料を充填され、その分離材料はまた、工具ホルダに必要な安定性をもたらすのに十分な、予め定められた厚さの壁部のみが依然残る程度に、横断面において工具ホルダの境界領域へと延在してもよい。例えば、少なくとも横断面上において、分離材料に関して１０ｍｍ未満の壁厚が残る。８ｍｍ、５ｍｍ、あるいは３ｍｍであればさらに好ましい。分離材料は、例えば１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、あるいはそれ以上のミリメートルの長さに亘るなど、比較的広い領域に亘って軸方向に延在してもよい。適切な場合には、分離材料が測定センサまで達していてもよい。

望ましい低熱膨張を達成するために、スピンドルノーズの前面が位置する平面から材料部までの、分離材料における最短距離が１０ｍｍ以下であるように材料部を構成することが、さらに提案されている。その距離が８ｍｍ未満、適切な場合には５ｍｍ未満あるいはさらに好ましくは３ｍｍ未満であれば、効果はさらに向上する。
［図面］
本発明の例示的な実施形態は、図面に図示されているとともに、以下においてより詳細に説明され、さらなる効果および詳細が提示されている。

部分的に図示されたスピンドルホルダ内に挿入されている測定センサを備える工具ホルダの概略断面を示している。

［例示的な実施形態の説明］
図は、測定センサ３が配設されている接続部５を備える工具ホルダ２が取り付けられたスピンドル１を示している。測定センサ３は、加工対象物の正確な検出のために、例えば球状ルビーなど球状端部３ｂを備える測定端部３ａなどを有している。測定端部３ａは、高い精度で、再現可能な位置に、機械的に偏向可能に、測定センサ３に取り付けられることが好ましい。

測定センサ３とスピンドル１のスピンドルノーズ４との間に挿入しているのは、工具ホルダ２の通常の材料と比較して、より低い熱伝導率λおよび／あるいはより低い熱膨張率αを有する材料部６である。例示的な実施形態において、スピンドルノーズ４は、同時に、平面状のベアリング接触部５ａとの接触面を形成している。材料部６は、スピンドルノーズ４から距離Ａの位置にあり、長さｌに沿った全断面に亘って延在している。距離Ａは、スピンドル上の通常の温度条件下で、厚さＡを有する材料への熱の伝達による熱膨張が２μｍ以下であるように、寸法決めされるべきである。材料部６は、熱膨張率が５μｍ／ｍＫ°未満であることが好ましく、熱膨張率が２μｍ／ｍＫ°未満であることがさらに好ましい。熱伝導率は、１１Ｗ／ｍＫ°未満であることが好ましい。

このように、スピンドル１から工具ホルダへの熱の伝達、および回避不可能な熱の伝達による寸法の変化を、最終的に、スピンドルノーズからの工具ホルダの寸法の変化が許容可能な大きさでしか生じないような程度に防止することができる。したがって、測定センサ３が工具ホルダ２を介してスピンドル１内に挿入された場合、測定センサ３を用いて所望の精度で測定を行うことができる。
参照符号のリスト：
１ スピンドル
２ 工具ホルダ
３ 測定センサ
４ スピンドルノーズ
５ 接続部
５ａ 接触面
６ 材料部

Claims (7)

1. 工作機械のスピンドル（１）との接続部（５）を備え、工作機械上に工具、具体的には測定センサ（３）を取り付けるための工具ホルダ（２）であって、前記スピンドル（１）用の前記接続部（５）から見ると、工具ホルダ（２）の通常の基本材料とは、より低い線膨張率αおよび／あるいはより低い熱伝導率λという点で異なる材料部（６）を備える工具ホルダ（２）であって、
   前記材料部（６）は、比較的熱い工具スピンドルから熱が伝達することに起因する長さの変化を低減するために、前記工具ホルダ（２）の工具側部分および該工具ホルダ（２）内に収容される工具（３）と、前記工具スピンドル（１）との間における熱分離をもたらす
   ことを特徴とする工具ホルダ。
2. 請求項１に記載の工具ホルダであって、
   前記材料部（６）は、５μｍ／ｍＫ未満の線膨張率α、および／あるいは１１Ｗ／ｍＫ未満の熱伝導率λを有する
   ことを特徴とする工具ホルダ。
3. 先の請求項のうちの１つに記載の工具ホルダであって、
   該工具ホルダの軸に対して横方向に該工具ホルダを貫く少なくとも１つの連続断面において、前記材料部（６）が前記軸の方向に突出する断面の５０％を超えて延在する
   ことを特徴とする工具ホルダ。
4. 先の請求項のうちの１つに記載の工具ホルダであって、
   前記材料部（６）は、前記工具ホルダの予め定められた軸長ｌを超えて延在し、具体的には前記工具ホルダを分割する
   ことを特徴とする工具ホルダ。
5. 先の請求項のうちの１つに記載の工具ホルダであって、
   前記工具ホルダの前記基本材料が、該工具ホルダ（２）にとって必要な固有の安定性をもたらすのに依然十分な厚さを保つように、前記材料部（６）が、スピンドル（１）との前記接続部（５）の接触面（５ａ）から、すなわち前記工具ホルダの表面から、離れて位置している
   ことを特徴とする工具ホルダ。
6. 先の請求項のうちの１つに記載の工具ホルダであって、
   前記材料部（６）は、前記スピンドルノーズの前面が存在する平面から、前記材料部（６）までの分離材料における最短距離が１０ｍｍ以下であるように構成されている
   ことを特徴とする工具ホルダ。
7. 先の請求項のうちの１つに記載の工具ホルダを備える測定センサ。

Images