JP2017170603A - Tool holder and tool machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具ホルダおよび工作機械に関する。 The present invention relates to a tool holder and a machine tool.
近年、材料の接合手法として摩擦攪拌接合が用いられている(特許文献1参照)。
摩擦攪拌接合では、回転する接合ツールを被接合物に押し当て、摩擦熱で被接合物を流動化させて接合する。
摩擦攪拌接合において、接合ツールは、摩擦攪拌接合装置の主軸に装着され、被接合物の表面と交差方向の回転軸を中心に回転駆動される。そして、回転状態のまま被接合物の表面の接合部分に沿って移動される。
In recent years, friction stir welding has been used as a material joining technique (see Patent Document 1).
In friction stir welding, a rotating welding tool is pressed against an object to be bonded, and the object to be bonded is fluidized by frictional heat and bonded.
In friction stir welding, a welding tool is mounted on a main shaft of a friction stir welding apparatus and is driven to rotate around a rotation axis that intersects the surface of the workpiece. And it moves along the joining part of the surface of a to-be-joined object with a rotation state.
摩擦攪拌接合装置では、接合ツールを高トルクで回転させつつ、軸移動(ツールの移動もしくはワークの移動)により、圧力をかけて摩擦熱を得るため、専用の装置が多用される。一方、主軸の回転、ツールの移動またはワークの移動であれば、汎用の工作機械で代行も可能である。
接合ツールとしては、例えば円柱状のホルダの下端面に、同軸で下向きに円錐状のピンを形成したものが用いられる。ピンの周囲には段差状のショルダが形成される。
摩擦攪拌接合の動作時には、ピンが被接合物の内部に圧入され、ショルダは被接合物の表面に向かい合う状態に維持される。
In the friction stir welding apparatus, a dedicated apparatus is frequently used to obtain frictional heat by applying pressure by rotating the welding tool with high torque and moving the axis (tool movement or workpiece movement). On the other hand, a general-purpose machine tool can be substituted if the spindle is rotated, the tool is moved, or the workpiece is moved.
As the welding tool, for example, a tool in which a conical pin is formed coaxially and downward on the lower end surface of a cylindrical holder is used. A stepped shoulder is formed around the pin.
During the friction stir welding operation, the pin is press-fitted into the workpiece and the shoulder is kept facing the surface of the workpiece.
前述のように、汎用の工作機械に接合ツールを装着して摩擦攪拌接合を行う場合、接合ツールを回転させつつ圧入するために、被接合物に強い力で押し付ける必要がある。このために、接合ツールを装着した主軸および主軸ヘッドには、回転軸線方向に強いスラスト力がかかる。通常、切刃により切削加工を行う汎用の工作機械では、このような強いスラスト力を想定しておらず、主軸軸受(メインベアリング)に十分なスラスト強度を確保していない工作機械では、主軸軸受に損傷を生じる可能性がある。
このような工作機械の主軸軸受における過剰な荷重負担は、摩擦攪拌接合に限らず、他の形態の切削においても生じる可能性があり、主軸軸受に対する荷重負担を緩和できる工具ホルダおよび工作機械の提供が望まれていた。
As described above, when performing a friction stir welding by attaching a welding tool to a general-purpose machine tool, it is necessary to press the welding tool with a strong force in order to press-fit while rotating the welding tool. For this reason, a strong thrust force is applied to the spindle and the spindle head on which the joining tool is mounted in the rotation axis direction. In general, general-purpose machine tools that perform cutting with a cutting blade do not assume such a strong thrust force. May cause damage.
Providing a tool holder and a machine tool that can alleviate the load burden on the spindle bearing, which may occur not only in friction stir welding but also in other forms of cutting. Was desired.
本発明の目的は、主軸軸受にかかる荷重負担を緩和できる工具ホルダおよび工作機械を提供することにある。 The objective of this invention is providing the tool holder and machine tool which can ease the load burden concerning a main shaft bearing.
本発明の工具ホルダは、工作機械の主軸ヘッドに支持された主軸に装着されるシャンク部と、前記シャンク部に一体的に設けられ、加工用ツールを装着可能な回転部と、前記回転部を回転自在に支持する軸受部と、前記軸受部を保持する軸受保持部と、を備え、前記軸受保持部は、前記主軸ヘッドに対向配置され、前記軸受部が受ける荷重を前記主軸ヘッドに伝達可能であることを特徴とする。 A tool holder according to the present invention includes a shank portion that is attached to a spindle supported by a spindle head of a machine tool, a rotating portion that is provided integrally with the shank portion and is capable of attaching a processing tool, and the rotating portion. A bearing portion that rotatably supports and a bearing holding portion that holds the bearing portion. The bearing holding portion is disposed to face the spindle head and can transmit a load received by the bearing portion to the spindle head. It is characterized by being.
本発明では、主軸に装着されたシャンク部が主軸で駆動されることで、回転部およびこれに装着された加工用ツールが回転される。そして、回転する加工用ツールを加工対象のワークに接触させることで加工を行うことができる。
ここで、ワークからの反力により、加工用ツールが装着された回転部には強い荷重負担が生じるが、この荷重は軸受部を介して軸受保持部へ伝達され、主軸ヘッドに伝達させて逃がすことができる。このため、主軸に強い荷重負担がかかることを回避でき、主軸軸受を安全に保つことができる。
In the present invention, when the shank portion mounted on the main shaft is driven by the main shaft, the rotating portion and the processing tool mounted on the rotating portion are rotated. Processing can be performed by bringing the rotating processing tool into contact with the workpiece to be processed.
Here, due to the reaction force from the workpiece, a heavy load is generated in the rotating part on which the machining tool is mounted. This load is transmitted to the bearing holding part via the bearing part, and is transmitted to the spindle head to be released. be able to. For this reason, it can avoid that a heavy load burden is applied to the main shaft, and the main shaft bearing can be kept safe.
本発明の工具ホルダにおいて、前記軸受保持部は、前記主軸ヘッドに対向する表面に、前記主軸ヘッドの端面に当接可能な当接部材を有し、前記当接部材は前記主軸を中心として周方向に複数が配列されていることが望ましい。 In the tool holder of the present invention, the bearing holding portion has a contact member capable of contacting the end surface of the spindle head on a surface facing the spindle head, and the contact member is arranged around the spindle. It is desirable that a plurality are arranged in the direction.
本発明では、当接部材を介して軸受部からの荷重を主軸ヘッドへと伝達できる。
さらに、当接部材が複数に分割され、全周に連続する場合よりも接触面積を縮小することができ、加工用ツールが発生させる高い熱が主軸ヘッドに伝導することを抑制できる。
In the present invention, the load from the bearing portion can be transmitted to the spindle head via the contact member.
Further, the contact area can be reduced as compared with the case where the contact member is divided into a plurality of parts and is continuous over the entire circumference, and high heat generated by the processing tool can be prevented from being conducted to the spindle head.
本発明の工具ホルダにおいて、前記当接部材は、前記主軸を中心として周方向に均等に配列されていることが望ましい。
本発明では、当接部材が周方向に均等に配列されていることで、主軸ヘッドに対する荷重の円周バランスを確保することができる。
In the tool holder according to the aspect of the invention, it is preferable that the contact members are evenly arranged in the circumferential direction around the main shaft.
In this invention, the circumferential balance of the load with respect to a spindle head can be ensured because the contact members are evenly arranged in the circumferential direction.
本発明の工具ホルダにおいて、前記回転部に冷媒通路が形成されていることが望ましい。
本発明では、加工用ツールから回転部へと伝導してくる熱を、冷媒通路を通る冷媒で冷却することができ、軸受部ないし主軸ヘッドへの熱の伝導も抑制できる。さらに、接合終了後のツール冷却も可能となり、接合再開までの時間を短縮できる。
In the tool holder of the present invention, it is desirable that a refrigerant passage is formed in the rotating portion.
In the present invention, heat conducted from the machining tool to the rotating part can be cooled by the refrigerant passing through the refrigerant passage, and conduction of heat to the bearing part or the spindle head can be suppressed. Furthermore, tool cooling after the end of bonding is possible, and the time until resumption of bonding can be shortened.
本発明の工具ホルダにおいて、前記加工用ツールは、摩擦攪拌接合用の接合ツールであり、前記軸受部は、スラスト軸受を有することが望ましい。
本発明では、回転する接合ツールを加工対象の被接合物に押し付けることで、摩擦攪拌接合を行うことができる。
ここで、被接合物からの反力により、接合ツールおよび回転部には強いスラスト力が生じるが、このスラスト力はスラスト軸受を介して軸受保持部へ伝達され、主軸ヘッドへと逃がすことができる。このため、主軸に強いスラスト力がかかることを回避でき、主軸軸受を安全に保つことができる。
In the tool holder of the present invention, it is preferable that the processing tool is a welding tool for friction stir welding, and the bearing portion has a thrust bearing.
In the present invention, friction stir welding can be performed by pressing a rotating welding tool against a workpiece to be processed.
Here, due to the reaction force from the object to be joined, a strong thrust force is generated in the welding tool and the rotating part, but this thrust force is transmitted to the bearing holding part via the thrust bearing and can be released to the spindle head. . For this reason, it can avoid that a strong thrust force is applied to the main shaft, and the main shaft bearing can be kept safe.
本発明の工作機械は、前述した本発明の工具ホルダが装着され、前記主軸ヘッドと前記軸受保持部との間には、廻り止めが形成されていることを特徴とする。
本発明の工作機械によれば、前述した本発明の工具ホルダと同様な効果を得ることができる。
The machine tool of the present invention is characterized in that the above-described tool holder of the present invention is mounted, and a detent is formed between the spindle head and the bearing holding portion.
According to the machine tool of the present invention, the same effect as the above-described tool holder of the present invention can be obtained.
本発明によれば、主軸軸受にかかる荷重負担を緩和できる工具ホルダおよび工作機械を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tool holder and machine tool which can ease the load burden concerning a main shaft bearing can be provided.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1および図2において、本実施形態の摩擦攪拌接合工具1は、工作機械の主軸ヘッド9に支持された主軸8に装着されて、被接合物7の摩擦攪拌接合を行うものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2, a friction stir welding tool 1 according to this embodiment is mounted on a
本実施形態の工作機械としては、主軸8の回転およびワーク(本実施形態では被接合物7だが工作機械として用いる際には被切削物)に対する主軸8の相対移動が可能な各種の形式が利用でき、主軸ヘッド9ないし摩擦攪拌接合工具1を、被接合物7に対して任意の位置へと移動可能である。
工作機械において、主軸8は主軸ヘッド9に回転自在に支持され、主軸ヘッド9に設置された図示しないモータにより回転駆動される。
As the machine tool of the present embodiment, various types capable of rotating the
In the machine tool, the
摩擦攪拌接合工具1は、摩擦攪拌接合用の接合ツール10を有するとともに、主軸8に装着するためのシャンク部20を有する。さらに、摩擦攪拌接合工具1は、接合ツール10およびシャンク部20を接続する回転部30と、主軸ヘッド9に接続される軸受保持部40と、軸受保持部40内に設置されて回転部30を回転自在に支持する軸受機構50を有する。
ここで、接合ツール10は本発明の加工用ツールであり、軸受保持部40は本発明の軸受保持部であり、軸受機構50は本発明の軸受部である。
これらのシャンク部20、回転部30、軸梅部である軸受機構50、軸受保持部である軸受保持部40により、本発明の工具ホルダ2が構成されている。
本実施形態においては、摩擦攪拌接合用の接合ツール10を工具ホルダ2に装着することにより、摩擦攪拌接合工具1が構成されている。
The friction stir welding tool 1 includes a
Here, the
The
In this embodiment, the friction stir welding tool 1 is configured by mounting the
接合ツール10は、摩擦攪拌接合用の工具であり、ツール本体11の先端にショルダ12およびピン13を有する。
接合ツール10は、回転状態で被接合物7に押し付けられることで、先端のピン13が被接合物7の材料を加熱溶融させつつ被接合物7内に圧入され、被接合物7の継ぎ目を溶融接合することができる。
The
When the
シャンク部20は、JISB6339−2:2011に定められた自動工具交換用7/24テーパシャンク(BTタイプ)とされ、同規格に対応するJISB6340−2:2011に基づく主軸8に着脱可能である。
シャンク部20は、テーパコーン21とプルスタッド22を有し、プルスタッド22で主軸8のテーパ孔の内部へと引き込まれる。そして、テーパコーン21がテーパ孔の内面に密着することで、主軸8に保持されて回転力を伝達可能となる。
The
The
回転部30は、円筒状のシャフト31を有する。シャフト31の主軸8側は、連続して前述したシャンク部20とされている。
シャフト31の接合ツール10側には、接合ツール10を固定するためのチャック32が形成されている。
チャック32は、接合ツール10のツール本体11を同軸に収容可能な筒状に形成され、筒状の部分には中心向きに複数のボルト321が設置されている。
ツール本体11を装着する際には、ツール本体11をチャック32の筒状の底部に押し当て、スラスト方向の力を受けられる状態とする。さらに、ボルト321により、ツール本体11を締め付けることで、接合ツール10をシャフト31に対して廻り止めしている。
The rotating
A
The
When the tool
軸受保持部40は、円筒状のケース41を有する。
図3にも示すように、ケース41の主軸8側の端面には、外周縁に沿って当接部材42がボルト421により固定されている。また、当接部材42の間隔の一部には、位置決め部材43がボルト431により固定されている。
The
As shown in FIG. 3, the
当接部材42は円弧状の部材であり、4つが等間隔で配置されている。
当接部材42は、摩擦攪拌接合工具1を主軸8に装着した状態で、主軸ヘッド9の端面の最も内側の部位に当接可能である。この状態では、当接部材42が主軸8と干渉することはない。
The
The
位置決め部材43は、一対の当接部材42の間に設置され、当接部材42よりも突出して形成されている。
主軸ヘッド9には、この位置決め部材43が収容可能な凹部432(図1参照)が形成され、摩擦攪拌接合工具1を主軸8に装着した状態では、位置決め部材43が凹部432に嵌合されることにより、軸受保持部40は主軸ヘッド9に対して所期の角度位置において廻り止めされる。
The positioning
The
軸受機構50は、一対のアンギュラローラ軸受51,52を背面合わせに設置して構成されている。アンギュラローラ軸受51,52は、多数のローラを、各々の回転軸線が回転部30の回転軸線に斜めに交差する方向で、それぞれ保持したものである。このようなアンギュラローラ軸受51,52は、中心軸線に沿う荷重を受けるスラスト軸受としての機能と、中心軸線と交差する方向の荷重を受けるラジアル軸受としての機能とを兼ね備えている。
The
なお、本実施形態では、軸受機構50をアンギュラローラ軸受51,52としたが、ボール式のアンギュラ軸受に替えてもよい。ただし、ローラ軸受のほうが高負荷に耐えうる。また、アンギュラ軸受ではなく、スラスト軸受とラジアル軸受とを組み合わせて代替してもよい。ただし、アンギュラ軸受のほうが省スペース化できる。また、アンギュラローラ軸受51,52のように一対とすることは必須ではなく、少なくとも接合ツール10側から主軸8側に向かう軸線方向に沿った荷重を、回転部より軸受保持部に負担できるスラスト軸受の機能を備えていればよい。
In the present embodiment, the
本実施形態の摩擦攪拌接合工具1には、図2に示すように、軸受保持部40および回転部30を巡る冷媒通路60が形成されている。
冷媒通路60は、当接部材42の一部に形成された導入部61と、ケース41内に形成された軸受保持部通路62および環状溝63と、シャフト31内に形成された可動部通路64および排出部65とを備えている。
導入部61は軸受保持部通路62に連通され、軸受保持部通路62は環状溝63に連通されている。環状溝63はケース41の内周面を一巡しており、可動部通路64はシャフト31がどのような角度位置であっても、環状溝63および軸受保持部通路62と連通される。排出部65は、シャフト31のシャンク部20際の外周面に開口されている。
As shown in FIG. 2, the friction stir welding tool 1 of the present embodiment is formed with a
The
The
従って、摩擦攪拌接合工具1を主軸8に装着した状態で、主軸ヘッド9側の冷媒供給ノズル(図示省略)が導入部61に接続されるように設定しておけば、導入部61に供給された冷媒が軸受保持部通路62から環状溝63、可動部通路64を経て排出部65から排出される。
冷媒が通されることで、接合ツール10から回転部30へと伝導される熱が冷却され、軸受機構50および軸受保持部40、ないしは主軸8および主軸ヘッド9へと伝導することが防止される。なお、冷媒としては、エア(空冷)が利用できる。熱を伝える流体であれば、クーラント(水冷)や、他のものでもかまわない。冷媒にクーラントを利用する場合、軸受部分の潤滑に影響を与えないように、クーラントの流路に配慮する必要がある。
Therefore, if the friction stir welding tool 1 is attached to the
By passing the coolant, the heat conducted from the joining
本実施形態においては、シャンク部20を主軸8に接続することで、摩擦攪拌接合工具1を工作機械に装着する。装着に伴って、軸受保持部40は、当接部材42で主軸ヘッド9の端面に当接され、位置決め部材43で位置決めされる。
この状態で、主軸ヘッド9および摩擦攪拌接合工具1を移動させ、接合ツール10を被接合物7に対向させる。そして、主軸8を回転させることで、シャンク部20、回転部30および接合ツール10が一体に回転駆動される。そして、接合ツール10を被接合物7に圧入した後、移動することで、摩擦攪拌接合を行うことができる。
In the present embodiment, the friction stir welding tool 1 is mounted on the machine tool by connecting the
In this state, the
ここで、被接合物7からの反力により、接合ツール10および回転部30には強いスラスト力が生じる。このスラスト力は、スラスト軸受の機能を有する軸受機構50を介して軸受保持部40へ伝達され、当接部材42から主軸ヘッド9へと逃がすことができる。このため、主軸8に強いスラスト力がかかることを回避でき、主軸ヘッド9において主軸8を支持する主軸軸受を安全に保つことができる。
Here, due to the reaction force from the
本実施形態では、当接部材42を介して、接合ツール10からのスラスト力を主軸ヘッド9へと伝達できる。
この際、当接部材42が周方向に均等に配列されていることで、主軸ヘッド9に対するスラストの円周バランスを確保することができる。
さらに、当接部材42が複数に分割され、全周に連続する場合よりも主軸ヘッド9との接触面積を縮小することができる。このため、接合ツール10の高熱が主軸ヘッド9に伝導することを抑制できる。
In the present embodiment, the thrust force from the joining
At this time, since the
Further, the contact area with the
本実施形態では、接合ツール10から回転部30へと伝導してくる熱を、冷媒通路60を通る冷媒で冷却することができ、軸受機構50から軸受保持部40ないし主軸ヘッド9への熱の伝導も抑制できる。
In this embodiment, the heat conducted from the joining
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した通り、接合ツール10およびシャンク部20は既存のものを採用することができ、これらはシャフト31から連続的に形成されても、別体のものを接続してもよい。
軸受機構50についても、本発明の軸受部としての機能が得られれば、その構造は適宜変更等することができる。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and the like within a scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
As described above, the joining
If the function as a bearing part of this invention is acquired also about the
当接部材42の配置および寸法は、実施にあたって適宜設計すればよく、強度的に問題がない範囲で主軸ヘッド9に対する接触面積を小さくすることが望ましい。当接部材42の配置は、主軸8の中心に対して点対称であることは、望ましいが必須ではなく、荷重バランスが確保できる程度のアンバランスは許容できる。
The arrangement and dimensions of the abutting
冷媒通路60は、軸受機構50を外側から冷却できるように、軸受保持部通路62がケース41を広く巡るように形成してもよい。
冷媒通路60としては、シャンク部20の中心を貫通する通路を設け、主軸8のセンタースルーで供給される冷媒を用いるようにしてもよい。
前記実施形態では、加工用ツールとして摩擦攪拌接合用の接合ツール10を用い、これを本発明に基づく工具ホルダ2に装着することで摩擦攪拌接合工具1を構成した。ただし、本発明の工具ホルダ2に装着される加工用ツールとしては、摩擦攪拌接合用の接合ツール10に限らず、切削加工用などの他の加工用ツールを装着することで切削工具を構成してもよい。
The
As the
In the said embodiment, the friction stir welding tool 1 was comprised by using the
本発明は、工具ホルダおよび工作機械に関し、汎用の工作機械を用いて主軸軸受の荷重負担が大きな加工を行う際に利用できる。 The present invention relates to a tool holder and a machine tool, and can be used when performing machining with a large load on a spindle bearing using a general-purpose machine tool.
1…摩擦攪拌接合工具、2…工具ホルダ、10…加工用ツールである接合ツール、11…ツール本体、12…ショルダ、13…ピン、20…シャンク部、21…テーパコーン、22…プルスタッド、30…回転部、31…シャフト、32…チャック、321…ボルト、40…軸受保持部、41…ケース、42…当接部材、421…ボルト、43…廻り止めを構成する位置決め部材、431…ボルト、432…廻り止めを構成する凹部、50…軸受部である軸受機構、51,52…アンギュラローラ軸受、60…冷媒通路、61…導入部、62…軸受保持部通路、63…環状溝、64…可動部通路、65…排出部、7…被接合物、8…主軸、9…主軸ヘッド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Friction stir welding tool, 2 ... Tool holder, 10 ... Joining tool which is a processing tool, 11 ... Tool main body, 12 ... Shoulder, 13 ... Pin, 20 ... Shank part, 21 ... Taper cone, 22 ... Pull stud, 30 Rotating part, 31 ... Shaft, 32 ... Chuck, 321 ... Bolt, 40 ... Bearing holding part, 41 ... Case, 42 ... Abutting member, 421 ... Bolt, 43 ... Positioning member constituting detent, 431 ... Bolt, 432... Recessed part constituting a detent, 50... Bearing mechanism as a bearing part, 51 and 52. Angular roller bearing, 60. Refrigerant passage, 61 .. introduction part, 62. Movable portion passage, 65 ... discharge portion, 7 ... object to be joined, 8 ... main shaft, 9 ... main shaft head.
Claims (6)
前記シャンク部に一体的に設けられ、加工用ツールを装着可能な回転部と、
前記回転部を回転自在に支持する軸受部と、
前記軸受部を保持する軸受保持部と、を備え、
前記軸受保持部は、前記主軸ヘッドに対向配置され、前記軸受部が受ける荷重を前記主軸ヘッドに伝達可能であることを特徴とする工具ホルダ。 A shank portion mounted on the spindle supported by the spindle head of the machine tool;
A rotating part provided integrally with the shank part and capable of mounting a processing tool;
A bearing portion that rotatably supports the rotating portion;
A bearing holding portion for holding the bearing portion,
The tool holder, wherein the bearing holding part is disposed to face the spindle head and can transmit a load received by the bearing part to the spindle head.
前記軸受部は、スラスト軸受を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の工具ホルダ。 The processing tool is a welding tool for friction stir welding,
The tool holder according to any one of claims 1 to 4, wherein the bearing portion includes a thrust bearing.
前記主軸ヘッドと前記軸受保持部との間には、廻り止めが形成されていることを特徴とする工作機械。 The tool holder according to any one of claims 1 to 5 is mounted,
A machine tool characterized in that a detent is formed between the spindle head and the bearing holding portion.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TWI761949B (en) * | 2020-09-14 | 2022-04-21 | 喬崴進科技股份有限公司 | Friction stir welding adapter and tool holder having a spindle torque transmission system |
JP7069984B2 (en) | 2018-04-03 | 2022-05-18 | 株式会社タンガロイ | Cover cutting tool |
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2016
- 2016-12-01 JP JP2016233977A patent/JP2017170603A/en active Pending
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