JP2012030355A - 外部及び内部冷却媒体を備えたプルスタッドボルト及び関連する方法 - Google Patents

外部及び内部冷却媒体を備えたプルスタッドボルト及び関連する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】外部及び内部冷却媒体を備えたプルスタッドボルト及び関連する方法を提供する。
【解決手段】本システム及び方法は、スピンドル内でツールホルダをコレットに連結するためのプルスタッドボルトを使用することを含む。本プルスタッドボルトは、ツールホルダを受けかつ複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有する本体と、長手方向通路の端部の周りに配置されかつ空洞と接触状態になったシールリングと、空洞内に配置されたスプリングと、スプリングと接触状態になった球体とを含む。球体は、スプリングにより該球体に加えられる第1の力が長手方向通路を通って流れる流体により加えられる第2の力よりも小さい時に、シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように構成される。第1及び第2の力は、その加わる方向がほぼ反対である。
【選択図】 図5

Description

本明細書に開示した主題の実施形態は、総括的には機械加工装置に関し、より具体的には、機械加工装置内で使用するプルスタッドボルトに関する。
機械加工というのは一般的に、被加工物から材料を除去して所望の形状又はジオメトリを得るために使用される一群の処理(プロセス)を意味する。多くの場合、機械加工は、金属被加工物に対して実行して、特定の用途のための部品を形成する。機械加工プロセスの実施例には、フライス加工、旋盤加工及び穿孔加工が含まれる。フライス加工プロセスでは、その切削面を被加工物に対して当接させた状態で切削ツールを回転させて、金属を除去する。旋盤加工プロセスでは、切削ツールに対して被加工物を回転させる。穿孔加工の場合には、回転する切削ツールによって、孔を形成する。
歴史的には、これらの機械加工プロセスは、ほぼ手動の形態で始まった。技術が進歩するにつれて、動力発生及び機械加工の両方に関して、これらの機械加工プロセスは、例えば同一の形状又は切断を大量生産するのを可能にするカムの使用によって一層自動化された状態になってきた。カムにより、本技術は進歩し続けて、今日のより最新の機械工場では、プログラム可能機械が標準になってきた。プログラム可能機械の実施例は、コンピュータ数値制御(CNC)機械となり、このCNC機械は、単一の機械に、ジョブ間で再プログラムすることができる精密許容差機械加工を実行可能にする。
これらの機械加工プロセスは、切削ツールを使用して、その後に被加工物から除去される金属チップを形成する。この金属チップの形成及び除去は、切削ツール及び被加工物が互いに接触状態になっている時における該切削ツール及び被加工物間の相対運動により行なわれる。多くの場合に、切削ツール及び被加工物は互いに対して高速で作動しており、これにより、チップの形成に加えて、熱が発生する。切削ツールを冷却しかつ潤滑するために、多くの場合に、この作動区域内に流体を分散させる。
使用するプロセス及び実行する特定のジョブに応じて、流体、例えば冷却媒体は、切削ツールに対して内部的に又は外部的にかのいずれかで送給することができる。冷却媒体が内部的に加えられる場合には、冷却媒体は多くの場合に、機械の内部部分を通してまた次にツールホルダを通して送られ、かつ次に切削ツールに送給される。外側冷却媒体送給の場合には、冷却媒体は、ツールホルダ上の外部開口部又はフランジに送られ、かつ次に切削ツールに送給される。図1には、このケースの実施例を示している。ツールホルダ2は、プルスタッドボルト4に取付けられる。外部冷却媒体6が、ツールホルダ2に流入しかつチャネル8を通って流れた後に、ツールホルダ2から流出しかつ切削ツール(図示せず)を潤滑する。図2には、外部冷却媒体システムで使用するようになった従来型のプルスタッドボルト4(「DIN69872/B」とも呼ばれる)のより詳細な実施例を示している。それに代えて、冷却媒体はまた、機械スピンドル及び/又はツールホルダの一部ではない冷却媒体管路を介して外部的に送給することができる。
冷却媒体が内部的に加えられる場合には、冷却媒体は多くの場合に、機械の内部部分を通してツールホルダに送られ、かつ次に切削ツールに送給される。図3には、このケースの実施例を示している。プルスタッドボルト302が、ツールホルダ304に取付けられる。冷却媒体306が、プルスタッドボルト302に流入しかつチャネル308を通ってツールホルダ304内のチャネル310内に流れる。冷却媒体306は次に、切削ツール(図示せず)への途中でツールホルダ304から流出する。図4には、内部冷却媒体システムで使用するようになった従来型のプルスタッドボルト302(「DIN69872/A」とも呼ばれる)のより詳細な実施例を示している。異なる機械加工ジョブは異なる冷却媒体ニーズを必要とする可能性があるので、内部冷却媒体作動から外部冷却媒体作動に切替えるために必要な部品を有すること及び次に切替えを実行することにより、ジョブ間の中断時間が増大しまたコストが付加され、それにより、機械の全体作動効率が低下するおそれがある。加えて、内部冷却媒体作動のためのプルスタッドボルト302を外部冷却媒体作動のためのツールホルダ2と共に使用した場合には、冷却媒体がスピンドル内に流入しかつ乾燥状態を維持する必要がある電気部品を損傷させる可能性があるので、冷却媒体により生じた損傷が発生するおそれがある。
従って、機械効率を向上させるためのシステム及び方法が望ましい。
例示的な実施形態によると、スピンドル内でツールホルダをコレットに連結するためのプルスタッドボルトを提供する。本プルスタッドボルトは、複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有する本体と、長手方向通路の端部及び空洞間に配置されたシールリングと、空洞内に配置されたスプリングと、スプリングによって付勢されるように構成された球体とを含む。球体は、スプリングにより該球体に加えられる第1の力が長手方向通路を通って流れる流体により加えられかつ該第1の力とその加わる方向がほぼ反対である第2の力よりも小さい時に、シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように構成される。
別の例示的な実施形態によると、内部冷却媒体径路及び外部冷却媒体径路の両方を使用するプルスタッドボルトを組立てる方法を提供する。本方法は、ツールホルダを受けかつ複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有するように本体を構成するステップと、長手方向通路の端部及び空洞間にシールリングを配置するステップと、空洞内にスプリングを配置するステップと、スプリングによって付勢され、また該スプリングによりそれに加えられる第1の力が長手方向通路を通って流れる流体により加えられかつ該第1の力とその加わる方向がほぼ反対である第2の力よりも小さい時に、シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように球体を構成するステップとを含む。
さらに別の例示的な実施形態によると、少なくとも2つの冷却媒体径路を有するコンピュータ数値制御(CNC)機械を提供する。本CNC機械は、ドローイングボルトと内側スリーブとコレットとを備えたスピンドルと、ツールホルダと、プルスタッドボルトとを含む。プルスタッドボルトは、ツールホルダを受けかつ複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有する本体と、長手方向通路の端部及び空洞間に配置されたシールリングと、空洞内に配置されたスプリングと、スプリングによって付勢されるように構成された球体とを含む。球体は、スプリングにより該球体に加えられる第1の力が長手方向通路を通って流れる流体により加えられかつ該第1の力とその加わる方向がほぼ反対である第2の力よりも小さい時に、シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように構成される。
添付図面は、例示的な実施形態を示している。
外部冷却媒体適用法で使用するようになったツールホルダ及びプルスタッドボルトを示す図。 外部冷却媒体適用法で使用するようになったプルスタッドボルトを示す図。 内部冷却媒体適用法で使用するようになったツールホルダ及びプルスタッドボルトを示す図。 内部冷却媒体適用法で使用するようになったプルスタッドボルトを示す図。 例示的な実施形態による、ツールホルダをスピンドルに取付けるのに使用する部品を示す図。 例示的な実施形態による、内部及び外部冷却媒体作動の両方で使用するようになったプルスタッドボルトを示す図。 例示的な実施形態による、ツールホルダと噛合ったプルスタッドボルトの端部を示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルト内のスプリングの開放位置、閉鎖位置及びストロークを示す図。 例示的な実施形態による、外部冷却媒体作動における冷却媒体流れを示す図。 例示的な実施形態による、内部冷却媒体作動における冷却媒体流れを示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルトを示す図。 例示的な実施形態による、ツールホルダと噛合ったプルスタッドボルトの端部を示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルト内に設けられた部品を示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルト内に設けられた部品を示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルト内に設けられた部品を示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルト内に設けられた部品を示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルト内に設けられた部品を示す図。 例示的な実施形態による、内部又は外部冷却媒体流れのいずれかで作動させる方法のフローチャートを示す図。 例示的な実施形態による、プルスタッドボルトを組立てる方法のフローチャートを示す図。
例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、以下の図面と関連させている。異なる図面における同じ参照符号は、同じ又は同様の要素を特定している。さらに、図面は、必ずしも同一の縮尺で描いていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。それよりむしろ、本発明の技術的範囲は、提出した特許請求の範囲によって定まる。
明細書全体にわたる「1つの実施形態」又は「実施形態」という表現は、実施形態に関して説明した特定の特徴、構造又は特性が本開示した主題の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味している。従って、明細書全体にわたる様々な箇所における「1つの実施形態では」又は「実施形態では」という語句の表現は、必ずしも同一の実施形態を意味するものではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、1つ又はそれ以上の実施形態内であらゆる好適な方法で組合せることができる。
背景の項で説明したように、機械効率を向上させるためのシステム及び方法は、少なくとも実施可能な冷却媒体径路、例えば内部及び外部冷却媒体径路を備えた環境内でツールホルダ及びプルスタッドボルトを使用する機械にとって望ましい。次に、機械効率を向上させることができる例示的な実施形態を説明する前に、その中でツールホルダ504及びプルスタッドボルト502を使用する環境を図5に関連させて説明する。例示的な実施形態によると、機械スピンドル506は、ドローイングボルト508と、内側スリーブ510と、プルスタッドボルト502を締付けかつ保持するために使用するコレット512とを含む。機械スピンドル506は、例えばコンピュータ数値制御(CNC)機械内で使用する機械スピンドルとすることができる。
プルスタッドボルト502は、ネジを介してツールホルダ504に連結することができる。切削ツール(図示せず)は、プルスタッドボルト502に取付けられたツールホルダ504の端部の反対側にある該ツールホルダ504の端部に取付けられる。この例示的な実施形態には、冷却媒体通路514をさらに図示している。内部冷却媒体径路のみを備えたものとしてツールホルダ504を図示しているが、ツールホルダ504は、例えば図1に示すものと同様な外部冷却媒体径路を使用した変形形態のものとすることができる。この例示的なプルスタッドボルト502及び冷却媒体通路514に関連するより細部については、以下に説明する。
例示的な実施形態によると、図6及び図7には、内部又は外部冷却媒体流れ径路のいずれかを使用する適用法において使用することができるプルスタッドボルト502を示している。図6は、プルスタッドボルト502の長手方向断面図を示し、また図7は、複数の冷却媒体チャネル618がプルスタッドボルト502から流出する端面図である。図6に示すように、プルスタッドボルト502は、内部冷却媒体モードで作動している時に冷却媒体流れを受けかつ流すようになった長手方向通路604を具備した本体セクション602を含む。長手方向通路604の1つの端部には、該長手方向通路604の端部を囲みかつ空洞608と接触状態になったシールリング606が設けられる。シールリング606はまた、球体610が該シールリング606に対して着座した時に長手方向通路604を閉塞するような形状に該シールリング606を成形するようにして、該球体610と接触状態にすることができる。完全に着座した時に、球体610は、2つの可能性がある流れ方向のいずれの方向にも流体の送出を閉塞する。図6には、球体610のこの完全着座又は閉鎖位置を示しているが、他の例示的な実施形態によると、球体610は、スプリング612により加えられる力と比較した長手方向通路604を通って移動する冷却媒体の力に基づいて(図8に示しかつ下記により詳細に説明するような)冷却媒体の流れを可能にする他の位置、例えば開放位置に位置させることができる。
例示的な実施形態によると、球体610はスプリング612と接触状態になっており、スプリング612は次に、ワッシャリング614と接触状態になっている。ワッシャリング614はまた、別のリング、例えばシーガーリング616と接触状態になっている。複数の流体チャネル618はまた、空洞608に連結される。上記のように、図7は、複数の冷却媒体チャネルがプルスタッドボルト502から流出する端面図を示している。4つの流体チャネル618を示しているが、噛合いツールホルダ504内への所望の流体送出の必要性に応じて、その他の組合せを製作しかつ使用することができる。
上記のような例示的な実施形態によると、プルスタッドボルト502は、球体610の位置に基づいて開放又は閉鎖することができる。図8には、プルスタッドボルト502の開放及び閉鎖位置を示している。図8における上方のプルスタッドボルト502の図は、球体610がシールリング606上に着座しかつ長手方向通路604及び空洞608間における流体のアクセスを閉塞した状態になった閉鎖位置を示している。このことは、長手方向通路604を通して送出されかつ球体610に加えられるあらゆる流体の力F1がスプリング612により該球体610に加えられる力F2よりも小さい時に発生する。図8における下方のプルスタッドボルト502の図は、球体610がシールリング606上に着座しておらずかつ長手方向通路604及び空洞608間における流体のアクセスを閉塞していない状態になった開放位置を示している。このことは、長手方向通路604を通して送出されかつ球体610に加えられるあらゆる流体の力F1がスプリング612により該球体610に加えられる力F2よりも大きい時に発生する。図8には、例示的なプルスタッドボルト502の両方の位置つまり開放及び閉鎖位置を示している。球体610の位置の差は、例示的なストロークつまりスプリング612により移動される距離「d」、例えば5.0mm及び/又は3.0mm〜6.0mmの範囲を示している。例示的な実施形態によると、冷却媒体は約6バールの圧力下とすることができるが、他の例示的な実施形態によると、冷却媒体はその他の圧力下とすることができる。
例示的な実施形態によると、プルスタッドボルト502及びツールホルダ504は、図9に示すような外部冷却媒体構成で作動させることができる。矢印は、冷却媒体の流れの方向を示している。冷却媒体は、アダプタフランジ902の開口部を通してツールホルダに流入しかつツールホルダ504内の中心チャネル904に到達する。冷却媒体の大半は、出口906に向けて「下方に」流れて切削ツールを潤滑するようになる。しかしながら、冷却媒体の幾らかはプルスタッドボルト502に向けて「上方に」流れようとする可能性がある。プルスタッドボルト502に流入した時に冷却媒体は、着座球体610により閉塞されて機械スピンドル506内の電気部品が保護されるようになる。
別の例示的な実施形態によると、プルスタッドボルト502及びツールホルダ504は、図10に示すような内部冷却媒体構成で作動させることができる。矢印は、冷却媒体の流れの方向を示している。冷却媒体は、プルスタッドボルト502に流入しかつ長手方向通路604に沿って進む。球体610に加えられた冷却媒体の力F1は、該球体610に加えられたスプリング612の力F2よりも大きく、それにより球体610は開放位置に移動する。冷却媒体は次に、空洞608を通って複数の冷却媒体チャネル618に流れる。そこから、冷却媒体はツールホルダ504内の中心チャネル904内にかつ出口906に流れて切削ツールを潤滑するようになる。
例示的な実施形態によると、プルスタッドボルトは、下記で表1に示す寸法を使用して図11及び図12に合せて製作することができる。
しかしながら、他の例示的な実施形態によると、プルスタッドボルト502の寸法は、使用するツールホルダ504に適合するように修正して、所望の冷却媒体流れを保証しかつ所望のスプリング612を収容するようにすることができる。その他の寸法、公差、材料及び熱処理をDIN69872標準寸法から基準として選び出しかつ必要に応じて本明細書に記載した例示的な実施形態に適合するように修正することができる。
例示的な実施形態によると、プルスタッドボルト502内で使用するその他の部品を図13〜図17に示しており、ここでは、図13はシールリング606を示し、図14はスプリング612を示し、図15はワッシャリング614を示し、図16はシーガーリング616を示し、また図17は球体610を示している。図13〜図17に示す部品についての寸法及び材料の純粋に例示としての範囲は、下記で表2に示している。
しかしながら、他の例示的な実施形態によると、寸法は、使用するツールホルダ504に適合するように修正して、所望の冷却媒体流れを保証しかつ所望のスプリング612を収容するようにすることができる。同様に、使用する材料に対する修正も所望に応じて同様に加えることができる。
例示的な実施形態によると、図18のフローチャートに示すように、内部冷却媒体径路又は外部冷却媒体径路のいずれかを使用することができる機械加工装置を作動させる方法を提供する。本方法は、ステップ1800において、内部冷却媒体モードで作動している時に、スプリングにより球体に加えられる反対方向の第2の力よりも大きい第1の力を冷却媒体により球体に加えさせて内部冷却媒体径路を閉塞解除するのに十分な距離だけ該球体を移動させることによって、プルスタッドボルト内の内部冷却媒体径路を閉塞解除するステップと、ステップ1802において、外部冷却媒体モードで作動している時に、球体に加えられる全ての反対方向の力よりも大きい第2の力をスプリングにより該球体に加えさせ、それによりシールリング上に該球体を着座させて内部冷却媒体径路を閉塞させることによって、プルスタッドボルト内の内部冷却媒体径路を閉塞するステップとを含む。
例示的な実施形態によると、図19のフローチャートに示すように、内部冷却媒体径路又は外部冷却媒体径路のいずれかを使用することができるプルスタッドボルトを組立てる方法を提供する。本方法は、ステップ1902において、ツールホルダを受けかつ複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有するように本体を構成するステップと、ステップ1904において、長手方向通路の端部及び空洞間にシールリングを配置するステップと、ステップ1906において、空洞内にスプリングを配置するステップと、ステップ1908において、スプリングによって付勢され、また該スプリングによりそれに加えられる第1の力が長手方向通路を通って流れる流体により加えられかつ該第1の力とその加わる方向がほぼ反対である第2の力よりも小さい時に、シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように球体を構成するステップとを含む。
上記の例示的な実施形態は、本発明を限定するのではなくて、全ての点で本発明を例示することを意図している。従って、本発明では、本明細書に含まれる説明から当業者が引出すことができる詳細な実施形態にわたる多くの変形形態が可能である。全てのそのような変形形態及び修正形態は、特許請求の範囲により定まる本発明の技術的範囲及び技術思想の範囲内にあると考えられる。例えば、本明細書に記載した例示的な実施形態は、他のプルスタッドボルト、例えばDIN69871 IS 40−50−60及びその他に適用することができる。本出願の説明において使用している要素、操作又は命令は、そうであることを明確に記載していない限り、本発明にとって重要なもの又は必須なものと解釈してはならない。また、本明細書で使用する場合に、数詞のない表現は、1つ又はそれ以上のアイテムを包含することを意図している。
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲により定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言の範囲内の均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
2 ツールホルダ
4 プルスタッドボルト
6 外部冷却媒体
8 チャネル
302 プルスタッドボルト
304 ツールホルダ
306 冷却媒体
308 プルスタッドボルトのチャネル
310 ツールホルダのチャネル
502 プルスタッドボルト
504 ツールホルダ
506 機械スピンドル
508 ドローイングボルト
510 内側スリーブ
512 コレット
514 冷却媒体通路
602 本体セクション
604 長手方向通路
606 シールリング
608 空洞
610 球体
612 スプリング
614 ワッシャリング
616 シーガーリング
618 冷却媒体チャネル
902 アダプタフランジ
904 中心チャネル
906 出口
F1 流体の力
F2 スプリングの力

Claims (10)

  1. スピンドル内でツールホルダをコレットに連結するためのプルスタッドボルトであって、
    前記ツールホルダを受けかつ複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有する本体と、
    前記長手方向通路の端部及び空洞間に配置されたシールリングと、
    前記空洞内に配置されたスプリングと、
    前記スプリングによって付勢されるように構成された球体と、を含み、
    前記球体が、前記スプリングにより該球体に加えられる第1の力が前記長手方向通路を通って流れる流体により加えられかつ該第1の力とその加わる方向がほぼ反対である第2の力よりも小さい時に、前記シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように構成される、
    プルスタッドボルト。
  2. 前記球体と接触状態になった前記スプリングの端部と反対側の端部で該スプリングと接触状態になったワッシャと、
    前記ワッシャと接触状態になりかつ前記空洞の端部を形成したシーガーリングと、をさらに含む、
    請求項1記載のプルスタッドボルト。
  3. 前記球体が、その中に該プルスタッドボルトが配置された機械が外部冷却媒体流れを使用している時に、前記シールリング及び球体の両方と接触状態になる、請求項1記載のプルスタッドボルト。
  4. その中に該プルスタッドボルトが配置された機械が前記長手方向通路を通って流れる内部冷却媒体流れを使用している時に、前記球体及びシールリング間にギャップが存在する、請求項1記載のプルスタッドボルト。
  5. 前記シールリングが、表2に記載したものである、請求項1記載のプルスタッドボルト。
  6. 前記スプリングの特性が、表2に記載したものである、請求項1記載のプルスタッドボルト。
  7. 前記スプリングのストロークが、3〜6mmの範囲内にある、請求項1記載のプルスタッドボルト。
  8. 該プルスタッドボルトが、内部冷却媒体流れ又は外部冷却媒体流れを選択的に使用した機械加工作業を実行するコンピュータ数値制御機械内に配置される、請求項1記載のプルスタッドボルト。
  9. 少なくとも2つの冷却媒体径路を有するコンピュータ数値制御(CNC)機械であって、
    スピンドルと、
    ツールホルダと、
    プルスタッドボルトと、
    を含み、前記スピンドルが、
    ドローイングボルトと、
    内側スリーブと、
    コレットと、
    を含み、前記プルスタッドボルトが、
    前記ツールホルダを受けかつ複数の長手方向チャネルに流体連結された空洞に流体連結された長手方向通路を有する本体と、
    前記長手方向通路の端部及び空洞間に配置されたシールリングと、
    前記空洞内に配置されたスプリングと、
    前記スプリングによって付勢されるように構成され、また前記スプリングによりそれに加えられる第1の力が前記長手方向通路を通って流れる流体により加えられかつ該第1の力とその加わる方向がほぼ反対である第2の力よりも小さい時に、前記シールリングとの接触を喪失することによって該長手方向通路の端部を閉塞解除するように構成された球体と、を含む、
    CNC機械。
  10. ワッシャと接触状態になったシーガーリングをさらに含み、
    前記プルスタッドボルトが、表1に示した寸法であり、
    前記ワッシャが、前記球体と接触状態になった前記スプリングの端部と反対側の端部で該スプリングと接触状態になっており、
    前記ワッシャ、シーガーリング及びスプリングが、表2に示した寸法である、
    CNC機械。
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