JP2012024918A - 工具保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】半径方向に微調整可能な切削チップを含み、加工対象品の加工中であってもヒステリシスなく連続的な切削チップの微調整を許容する工具保持器を提供する。
【解決手段】切削工具５８を保持するための小型工具保持器５０に関するものであって、切削工具５８は工具保持器５０の工具保持部内に取り付け可能であり、工具保持器５０は締結具によってツール支持体６８に取り付け可能であり、作動部４４がさらに設けられて切削工具５８が作動部４４によってツール支持体６８に対して調節可能である。作動部４４が加圧流体が供給され得る少なくとも１つの圧力チャンバ６４を含む一体型のアクチュエータ５２を備え、アクチュエータ５２の所定の位置にアクチュエータ５２の強度を低減する凹部が設けられていることにより、ツール支持体６８に対して切削工具５８を連続して調整することが可能であることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、工具保持器、具体的には、請求項１の前文で定義される小型工具保持器（ｓｈｏｒｔ ｔｏｏｌ ｈｏｌｄｅｒ）に関する。

工具保持器は、回転運動を発生する機械に動作可能に接続されて回転するツール支持体（ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏｏｌ）に、加工対象品を加工するための工具、具体的には、切削工具を接続する工具保持部を備えている。

この種の工具保持器は、具体的には、切削チップ、刃先交換式インサートまたは同様の機械加工用工具と、回転可能なツール支持体、例えば、ボーリングバーまたはラインボーリングバーとの間に位置している。
このツール支持体によって、切削工具は、切削工具の回転軸に対して半径方向または軸方向にアクチュエータにより微調整可能となっている。

このような調整手段は、従来技術において既に公知である。
例えば、ＤＥ１９８２７７７８Ｂ４には、回転ツールに取り付けられ、機械加工の目的で、切削チップを半径方向に微調整するのに使用可能な小型工具保持器が開示されている。
小型工具保持器の作動体の前方部分には、切削チップのための少なくとも１つの工具保持部が設けられ、小型工具保持器の両端部の間の領域では、締付ボルトのための貫通孔があり、この締付ボルトは、小型工具保持器をツールシャンク、具体的には、ボーリングバーに堅固に取り付けるために用いられている。
切削チップを支持するホルダ部分が、調整部によって、回転ツールの固定支持部分に対して弾性的に変位可能となっている。
工具保持部と作動部とは、１つの構造ユニットを形成している。
この目的のために、小型工具保持器は、開口を含み、かつ、調整移動範囲に沿って切削チップを調整している間に、切削チップが、切削刃に実質的に平行に変位するように平行な可撓性のばね配列を形成している。
ねじ山のない周辺部分に圧力領域を形成する調整ねじは、調整手段として設けられ、この領域は、小型工具保持器上の相補領域（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｚｏｎｅ）とともに１組のキーベッド（ｋｅｙ ｂｅｄ）を形成し、ツールシャンクは、調整ねじの直接支持体を構成している。
調整部は、例えば、ねじ回しによって調整設定され、これは回転ツールが非作動状態にある場合にのみ可能である。
さらに、調整ねじは不便なところに位置していることが多く、手が届きにくいため、工具によって調整部を調整することが難しくなる。

さらに、加圧流体によって、小型工具保持器内で切削チップを調整することを可能にする調整手段がすでに知られている。
しかし、この場合、調整移動範囲は止め具によって予め決定され、この止め具を調整することにより、従来技術文献であるＤＥ１９８２７７７８Ｂ４で開示された調整手段により得られるのと同じ利点を得られるようになる。
後者の圧力制御による調整手段においては、ピストンに作用する圧力によって、切削チップを半径方向に引き込んだ位置から、半径方向に突き出た位置まで変位させる。
調整移動範囲は、止め具を個々に位置決めすることによって予め決定される。

上記事実に基づいて、本発明の目的は、半径方向に微調整可能な切削チップを含み、加工対象品の加工中であってもヒステリシスなく連続的な切削チップの微調整を許容する工具保持器、具体的には、小型工具保持器を設計することである。

この目的は、請求項１の特徴記載部分によって達成される。

公知の設計では、小型工具保持器は、ツール支持体と切削工具との間に配置された作動部を備えている。
作動部は、ツール支持体に対する切削工具の位置を修正することができる。
切削工具は、工具保持部によって小型工具保持器に取り付けられている。

本発明によると、アクチュエータは、一体形成されたアクチュエータとして設けられている。
アクチュエータは、実際には剛性の高いアクチュエータに弾性を与えて少なくとも１つのばねとして機能するように、少なくとも１つの画定された材料強度低下領域（ａｒｅａ ｏｆ ｒｅｄｕｃｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を有している。
さらに、前述のアクチュエータ内には、加圧流体が供給される少なくとも１つの圧力チャンバが設けられていることにより、前述の切削工具の位置が加圧によって変化させられる。

本願で定義される切削工具とは、切削チップ、刃先交換式インサートまたは他の機械加工用工具である。

圧力チャンバが加圧されたことにより、工具を取り付け可能なアクチュエータの上部が機械上のツール支持体に対して再調整されるように、小型工具保持器のいくつかの部分に力が作用し、次に、切削工具が機械上のツール支持体に対して再調整される。

本発明の主な利点は、約８０μｍ〜１００μｍの間の全調整範囲にわたって１μｍの精度範囲内で、ヒステリシスなく連続的に切削工具を微調整可能なことであり、ツール支持体が加工対象品を加工動作している場合であっても調整可能であることである。

このように、アクチュエータを加圧することによって切削工具を自動的に連続して微調整することができる。
切削工具の微調整の間に生じる圧力値は、最大１８０バール、場合によっては、最大３００バールになることもある。
この圧力がさらに高くなることを防ぐために、圧力チャンバは、好適化された表面積を有してもよく、または、特定の必要条件に適合されてもよい。
圧力チャンバは、基本的には、水平断面領域の広い部分にわたって延びている。
圧力チャンバは、圧力チャンバの上部壁表面が、小型工具保持器の全表面領域の２／３〜４／５の間の値、具体的には３／４となり得るように形成されてもよい。

連続調整が可能であるため、本発明の工具保持器を用いて、例えば、１回転の残り角度範囲全体でなく特定の角度範囲全体に亘って、機械上のツール支持体の１回転当たりの速度に同期させて、切削チップをさらに半径方向に偏向させることにより、非円形または不規則形状の孔を開けることもできる。
この目的のためには、工具保持器に作用する加圧流体の圧力をツール支持体の速度に応じて周期的に変化させるだけでよい。

アクチュエータの材料強度低下領域は、加工中において明確に定義されるとともに正確な態様でアクチュエータが切削工具を位置決めすることができるように、アクチュエータの剛性に影響を与えるように選択されている。

したがって、アクチュエータの材料強度低下領域は、アクチュエータが加工対象品を通常に加工する間に生じた力に曝された場合であっても変形しないように設計されている。
その結果、アクチュエータを定義された態様で弾性的に回転または傾斜させるために用いられる力は、加工対象品の加工により生じる力よりも大幅に大きくならなければならない。

アクチュエータの一体設計の利点は、アクチュエータが実質的に汚染されないことである。
これによって、工具保持器の耐用年数とロバスト性の両方が向上する。

切削工具の調整は、アクチュエータの材料強度低下領域に依存して、動かないか、または、ツール支持体上に固定された下部に対して、小型工具保持器の上部を傾けるか、または、回動させることによって達成される。
このような傾斜運動または回動運動は、平行懸垂（ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）と比較して、回転するツール支持体に取り付けている間に生じるアンバランスを大幅に低減する。

特に有利な態様においては、工具保持部は、作動手段、具体的には、アクチュエータを備えた構造ユニットを形成し得る。
その結果、切削工具は、支持手段によってアクチュエータに直接取り付けることができる。

代替的な実施例では、工具保持部は、アクチュエータと別個に設けられたホルダの形態であってもよい。
この設計の場合、切削工具は、支持手段によってホルダに取り付けられ、次に、ホルダは着脱可能にアクチュエータに取り付けられる。
これにより、アクチュエータの製造および切削工具を交換する際の取り扱いが簡単になる。

本発明によると、工具保持器は、アクチュエータを締結具、具体的には、ボルトによりツール支持体に取り付けることによって、ツール支持体に接続されてもよい。
この目的のために、アクチュエータには孔が設けられ、この孔に挿入されたボルトがアクチュエータをツール支持体に接続する。
本実施例によって、複雑な締結手段を用いることなく、工具保持器をツール支持体に取り付けることができる。

特に有利な実施例において、アクチュエータの材料強度低下領域は、アクチュエータに形成された凹部または溝の形態であってもよい。
具体的には、このような凹部または溝は、アクチュエータの周囲に沿って延びる。

アクチュエータには、少なくとも２つの溝、具体的には、圧力チャンバの上で垂直方向に（取付表面に直交して）配置された第１の溝と、前述の圧力チャンバの下に位置する第２の溝とを形成することが好ましい。
これらの溝は、取付表面に平行に延びるよう形成されてもよい。
それぞれの溝幅は、圧力チャンバの幅の約１／４であることが好ましい。
さらに、第１の溝と第２の溝とが溝の約半分の深さまで圧力チャンバと横方向に重なり、圧力チャンバの幅が、最大で第１の溝と第２の溝の約半分の深さまで側壁に延びていることが好ましい。
さらに、第１の溝と第２の溝との隣接する縁部部分をおよそ溝の深さの寸法分だけ互いに間隔を空けるように配置することが好ましいとされている。

本発明の別の態様によると、加圧流体を圧力チャンバに供給可能にする凹部が、アクチュエータに設けられてもよい。
さらに、作動部は、上記アクチュエータ内に組み込まれたベントスクリューを備えていてもよい。

凹部は、加工を容易にする、または、圧力チャンバを形成するために、極めて大きく形成されてもよい。
凹部が大きくなると大量の加圧流体を必要とするという不具合には、上記の凹部内に充填材を挿入することで対応してもよい。

有利な実施例では、機械上に設けられたツール支持体は、ラインボーリングバーの形態であってもよい。
ラインボーリングバーは、特に、クランクシャフトの軸受内径面を加工するのに適しており、または、スラスト軸受を加工するのに使用されてもよい。

機械上のツール支持体は、具体的には、ボール旋盤の一部であってもよい。
さらに、加工対象品を機械加工するための同様の適用例が本発明の小型工具保持器について考えられる。

本発明のさらなる利点、特徴、および可能性のある適用例は、図面で図示された実施例と併せて、以下に続く説明から推測される。

明細書、特許請求の範囲および図面の全体を通して、用語および関連する符号は、符号についての同封のリストから明らかであるものとして使用される。

本発明による工具保持器のアクチュエータの斜視図である。 アクチュエータの断面図である。 アクチュエータの２つの図を示している。 アクチュエータの側面図である。 ドリルの斜視図である。 本発明による工具保持器を備えるドリルの断面図である。 ラインボーリングバーの斜視図である。

ここで、図１を参照して、小型工具保持器のアクチュエータ１０をより詳細に説明する。
前述のアクチュエータの外部形状は、基本的には、アクチュエータの特定の用途によって決定される。

本実施例のアクチュエータ１０の基本的形状は、長さが約５０ｍｍ、幅が３０ｍｍ、高さが２５ｍｍの直方体である。
この直方体の正面部分は丸みを帯びているので、半円形となっている。
小型工具保持器の上部には、切削工具（刃先交換式インサート、切削チップなど）のための工具保持部１２が設けられている。

切削工具は、アクチュエータ１０内を斜めに延びる取付ねじ用のねじ穴１４を用いて工具保持部１２内の所定の位置にねじで固定される。
さらに、圧力チャンバ２６と連通し、小型工具保持器の上部後方に位置する通気孔１６が存在する。
通気孔１６は、ベントスクリューによって閉鎖されてもよい。

上記アクチュエータ１０の下部には、アクチュエータ１０用の取付表面が設けられている。
この取付表面は、ねじによって、アクチュエータ１０、それゆえに、小型工具保持器をドリルスピンドルなどに取り付けられるため、アクチュエータ１０と小型工具保持器とをツール支持体上に確実に位置決めするために用いられる。
この目的のために、取付表面を通って延びる孔１８が設けられている。

さらに、前述のアクチュエータ１０の可撓性を確実なものにするために、アクチュエータ１０の側壁に３つの溝２０、２２、２４が設けられている。
これら溝形状の材料強度低下領域は、小型工具保持器の長手方向側面と半円形の正面部分とに沿って延びている。

第２の溝２２は、第１の溝２０と第３の溝２４のように、アクチュエータ１０の後方の平坦部分まで延びないことに留意すべきである。
また、材料強度低下領域は、アクチュエータ１０の後方の平坦部分には設けられていない。

図２は、図１の線Ａ−Ａに沿って切断されたアクチュエータ１０の断面図である。
図１と同様に、このアクチュエータ１０の断面図は、工具保持部１２と、アクチュエータ１０内に形成された第１の溝２０、第２の溝２２、第３の溝２４と、さらに、圧力チャンバ２６とを示している。

このように、第１の溝２０は、圧力チャンバ２６より上方において延び、第３の溝２４は、第１の溝２０と対称形であって圧力チャンバ２６より下方に設けられている。
この場合、第１の溝２０と第３の溝２４の深さは、約６ｍｍ〜７ｍｍの間であり、第１の溝２０と第３の溝２４の幅は、約３ｍｍである。
圧力チャンバ２６は、楕円形の凹部３０を考慮しない場合には、高さが約３ｍｍであり、幅が約２５ｍｍである。
第２の溝２２は、圧力チャンバ２６の高さに設けられ、長手方向側面と半円形の正面部分とに沿って延びている。
第２の溝２２の深さは、第１の溝２０と第３の溝２４の深さよりもかなり小さく、約０．５ｍｍになっている。
第２の溝２２によって、圧力チャンバ２６を加圧したときの側壁に生じる歪みを低減することができる。

さらに、圧力チャンバ２６へのアクセスを可能にする凹部３０が設けられている。
アクチュエータ１０では、溝状に窪んだ縁部２８が、凹部３０からわずかに間隔を空けている。
溝状に窪んだ縁部２８は、ツール支持体に対して、アクチュエータ１０の凹部３０と圧力チャンバ２６とを封止するために用いられる封止リングを収容する。
凹部３０は、圧力チャンバ２６の下端部まで延び得る充填材を用いて閉じられてもよい。
これによって、必要な加圧流体の量を制限することができる。

基本的には、加圧流体は、凹部３０を介して、または、充填材が使用される場合は充填材内に設けられた通路を介して、圧力チャンバ２６に供給される。
圧力チャンバ２６は、凹部３０の反対側にアンダーカット部分（ｕｎｄｅｒｃｕｔ ｐｏｒｔｉｏｎ）を有し、アンダーカット部分は、垂直方向では第１の溝２０と第３の溝２４とによって囲まれている。

第１の溝２０と第３の溝２４の横断面は、楕円形の凹部３０の上方の圧力チャンバ２６の横断面と実質的にそれぞれ同一である。
これは、これらの凹部３０を形成するのに同じ工具を用いることができるため、本発明による小型工具保持器の製造コストを明らかに削減するという点で好ましい。

個々の適用例に応じて、溝の位置と横断面と寸法だけでなく溝または圧力チャンバの数を変更してもよく、または、各溝が異なる位置と横断面と寸法とを有してもよい。

図３は、図２の線Ｂ−Ｂおよび線Ｃ−Ｃに沿って切断された断面図を示している。

線Ｂ−Ｂに沿った断面図は、凹部３０を越えて延びる圧力チャンバ２６の基本的な楕円形状を示している。
圧力チャンバ２６は、この断面図から推測されるように、アクチュエータ１０の表面積の大部分にわたって広がっている。

アクチュエータ１０の線Ｃ−Ｃに沿った断面図は、具体的には、ツール支持体を介して流体供給部への圧力チャンバ２６の接続を可能にするアクチュエータ１０内に設けられた凹部３０を示している。
凹部３０は、楕円形状である。
楕円形は、中央の矩形部分とそれに続く両側の半円形部分とから成っている。
本実施例では、楕円形の凹部３０は、流体供給部への供給に加えて、圧力チャンバ２６を形成するために必要な製造工具を配置するためにも使用される。

凹部３０は、この凹部３０からわずかに間隔を空けて溝状に窪んだ縁部２８によって取り囲まれている。
溝状に窪んだ縁部２８は、アクチュエータ１０の凹部３０と圧力チャンバ２６とを、ツール支持体と周囲に対して封止するために用いられる封止リングを収容する。

図４は、アクチュエータ１０の側面図である。
圧力チャンバ２６に対する第１の溝２０と第２の溝２２と第３の溝２４とによって構成される材料強度低下領域の特定の配置が、アクチュエータ１０の傾斜／回動軸３６の位置をもたらす。
図示した実施例では、この傾斜／回動軸３６は、圧力チャンバ２６の端部と平坦側面３４との間の狭い部分内の圧力チャンバ２６または第３の溝２４の高さレベルの近くにある。

加圧流体を圧力チャンバ２６に供給することにより、アクチュエータ１０の上部において工具保持部１２を下部の取付表面から離すように移動させようとする小型工具保持器のアクチュエータ１０内で作用する力が生じる。

このような溝を設けることにより、下部の取付領域に対する上部部分からの傾斜／回動軸３６の概略位置は、第２の溝２２の高さ近くになる。
回動運動は、アクチュエータ１０の端部に示される。
回動軸３６の最も離れた端部では、ツール支持体に対して、約１μｍの精度の最大８０μｍの相対運動が可能である。

図５は、本発明による小型工具保持器５０を備えるドリル４０を示した斜視図である。
ツール支持体６８は、フランジ７２によって回転シャフトに取り付けることができる。

図６は、本発明による小型工具保持器５０が組み込まれたボーリングバー４０の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。
この小型工具保持器５０は、油圧で調整可能なアクチュエータ５２を含んでいる。
前述のアクチュエータ５２内には、ベントスクリュー５４が挿入されている。
前述のベントスクリュー５４は、圧力チャンバ４６を閉鎖するため、流体システムの通気を可能にする。
前述のアクチュエータ５０の工具保持部４２は、ねじ６０によってアクチュエータ５２に取り付けられるホルダ５６を装着できるような形状を呈している。
切削チップ５８が、ねじ６０によって、ホルダ５６に堅固に取り付けられている。
調整するために、凹部６２と圧力チャンバ６４とが、一体型のアクチュエータ５２内に設けられている。
必要な加圧流体量を低減するために、充填材６６が凹部６２に挿入されている。
楕円形の充填材６６内の凹部によって、ツール支持体６８内に設けられた流体通路７０を介して、加圧流体を圧力チャンバ６４に供給することが可能となる。
このような構成により、加工対象品を加工している間、ツール支持体６８に対して、切削チップ５８を連続的に調整することが可能となる。
従来の工具と比較して、本発明の小型工具保持器５０を取り付けるツール支持体６８は、小型工具保持器５０の楕円形の凹部の領域において終端する圧力媒体供給部を設けるように、単に変更しさえすればよい。

図７は、本発明の５つの小型工具保持器９０、９２を有するラインボーリングバー８０の図である。
前述の小型工具保持器９０、９２は、図５を参照して説明した設計構成を有する。
ボーリングバー８２内に設けられた流体通路は、小型工具保持器の２つのグループを得るように設計されている。
第１グループの小型工具保持器９０、９０は、第１の加圧流体通路によって制御され、残りの３つの小型工具保持器９２、９２、９２には、第２の加圧流体通路から加圧流体が供給される。
その結果、両グループの小型工具保持器９０、９２は、加工中であっても必要に応じて、互いのグループとは無関係に偏向することができる。

１０・・・アクチュエータ
１２・・・工具保持部
１４・・・ねじ穴
１６・・・通気孔
１８・・・孔
２０・・・第１の溝
２２・・・第２の溝
２４・・・第３の溝
２６・・・圧力チャンバ
２８・・・縁部
３０・・・凹部
３６・・・傾斜／回動軸
４０・・・ドリル
４２・・・工具保持部
４４・・・作動部
５０・・・工具保持器
５２・・・アクチュエータ
５４・・・ベントスクリュー
５６・・・ホルダ
５８・・・切削チップ
６０・・・ねじ
６２・・・凹部
６４・・・圧力チャンバ
６６・・・充填材
６８・・・ツール支持体
７０・・・流体通路
７２・・・フランジ
８０・・・ラインボーリングバー
９０・・・小型工具保持器
９２・・・小型工具保持器

Claims (13)

1. 切削工具（５８）を保持するための工具保持器（５０、９０、９２）、具体的には、小型工具保持器において、
   前記切削工具（５８）が前記工具保持器（５０、９０、９２）の工具保持部（４２）内に取り付け可能で、前記工具保持器（５０、９０、９２）が締結具によってツール支持体（６８、８２）に取り付け可能で、作動部（４４）がさらに設けられ、前記切削工具（５８）が前記作動部（４４）によってツール支持体（６８、８２）に対して調節可能である工具保持器（５０、９０、９２）であって、
   前記作動部（４４）が、加圧流体が供給される少なくとも１つの圧力チャンバ（２６、６４）を有する一体型のアクチュエータ（１０、５２）を備え、
   該アクチュエータ（１０、５２）の材料強度を低減する凹部（２０、２２、２４）が、前記アクチュエータ（１０、５２）の所定の位置に設けられ、
   前記ツール支持体（６８、８２）に対して切削工具（５８）を連続的に調整することが可能であることを特徴とする工具保持器（５０、９０、９２）。
2. 前記凹部（２０、２２、２４）が、前記切削工具（５８）が傾斜または回動可能な傾斜軸または回動軸を前記アクチュエータ（１０、５２）内で得られるように選択されていることを特徴とする請求項１に記載の工具保持器。
3. 前記工具保持部（４２）が、前記作動部（４４）、具体的には、前記アクチュエータ（１０、５２）を備えた構造ユニットとして形成され、
   前記切削工具（５８）が、保持手段によって直接取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の工具保持器。
4. 前記工具保持部（４２）が、前記作動部（４４）とは別個のホルダ（５６）を備え、
   該ホルダ（５６）が、前記作動部（４４）、具体的には、前記アクチュエータ（１０、５２）に取り付けられ、
   前記切削工具（５８）が、前記ホルダ（５６）に取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工具保持器。
5. 前記締結具が、前記アクチュエータ（１０、５２）を備える構造ユニットを形成するとともに前記アクチュエータ（１０、５２）内に形成された孔によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の工具保持器。
6. 前記作動部（４４）が、前記アクチュエータ（１０、５２）の近くにベントスクリュー（５４）を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の工具保持器。
7. 前記凹部が、実質的に前記取付表面と平行に形成されてアクチュエータ（１０、５２）内に設けられた溝（２０、２２、２４）であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに１項に記載の工具保持器。
8. 前記工具保持器（５０、９０、９２）が、実質的には、前記作動部（４４）によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の工具保持器。
9. 前記切削工具が、切削チップ（５８）または刃先交換式インサートであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の工具保持器。
10. 前記加圧流体が、前記圧力チャンバ（３６）に凹部（３０）を通して供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の工具保持器。
11. 前記工具保持器が、前記回転ツール支持体（６８、８０）、具体的には、ボーリングバー上に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の工具保持器。
12. 前記ツール支持体（６８、８０）に沿って複数の小型工具保持器が、取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の工具保持器を有するツール支持体。
13. 前記工具保持器（５０、９０、９２）に油圧油を供給する中心通路（７０）が、前記ツール支持体（６８）内に設けられていることを特徴とする請求項１２記載の工具保持器を有するツール支持体。

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