JP2023136201A - Tool holder and machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、工具とワークとを相対移動させながら加工を行う工作機械において、加工中に工具に発生する振動を抑制するために用いられる工具ホルダと、その工具ホルダを設けた工作機械とに関する。 The present disclosure relates to a tool holder used to suppress vibrations generated in the tool during machining in a machine tool that performs machining while moving a tool and a workpiece relative to each other, and a machine tool equipped with the tool holder.
回転可能なワークに工具を切り込ませ、工具及びワークを送りながら相対移動させて、ワークに加工を施すといった工作機械において、中ぐり加工のように、工具を大きな突出量で使用した場合、工具剛性の低下により、大きな加工振動(以後、びびりと表す)が発生することがあり、工具の欠損や加工面品位の不良などの問題を引き起こす。そこで、このびびりを抑制するための従来技術として、例えば非特許文献1には、すり割り工具ホルダとして保持剛性を向上させる発明が開示されている。また、特許文献1には、工具との間に摩擦を発生させる機構を工具ホルダに取り付けて、摩擦減衰の付加により減衰性を向上させる発明が開示されている。
In a machine tool that cuts into a rotatable workpiece and moves the tool and workpiece relative to each other while feeding the workpiece to process the workpiece, when the tool is used with a large overhang such as in boring, the tool The decrease in rigidity can cause large machining vibrations (hereinafter referred to as chatter), which can lead to problems such as tool breakage and poor machined surface quality. Therefore, as a conventional technique for suppressing this chatter, for example, Non-Patent
しかしながら、非特許文献1の方法では、使用する工具や加工条件に制約を受けることなく汎用的に使用できる一方で、保持剛性の向上による振動抑制効果に留まる。また、特許文献1の方法では、あらゆる工具において振動抑制効果が得られる一方で、工具着脱の度に調整が必要な上に、切粉が付着しやすい工具ホルダの外部に振動抑制機構があるために作業性に課題がある。
However, while the method of Non-Patent
そこで、本開示は、上記問題に鑑みなされたものであって、汎用的かつ従来構造と同様の作業性を保ちながらも振動抑制効果を有する工具ホルダ及び工作機械を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present disclosure was made in view of the above problems, and aims to provide a tool holder and a machine tool that are general-purpose and have a vibration suppressing effect while maintaining workability similar to conventional structures. It is.
上記目的を達成するために、本開示の第1の構成は、工作機械に設けられ、工具を保持可能な工具挿入穴を備えた工具ホルダであって、
前記工作機械に固定可能で、前記工具挿入穴を有する固定部と、
前記固定部に内蔵されて前記固定部よりも低剛性となる部分を含み、前記工具挿入穴に挿入された前記工具を当該工具の径方向外側から任意の圧力で押圧可能な減衰部と、を備えることを特徴とする。
なお、本開示において、「工具の径方向」とは、工具の厳密な径方向を含むと共に、工具の軸方向へ傾いた径方向も含む。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記減衰部は、前記固定部に連結される接続部と、前記接続部に連結されて前記低剛性となる部分を含み、前記工具に接触して前記工具を押圧する工具接触部と、から構成されることを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具接触部は、前記接続部に連結される弾性部と、前記弾性部に連結されて前記工具に接触する剛体部と、から構成され、前記弾性部は、前記固定部よりも低剛性であり、前記剛体部は、前記弾性部よりも高剛性であることを特徴とする。
第1の構成の別の態様は、上記構成において、前記工具接触部は、前記工具挿入穴の内径面から突出していると共に、その突出面には、前記内径面からの突出量が前記工具の先端側に比べて後端側の方が大きくなるように勾配が設けられていることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本開示の第2の構成は、工作機械であって、第1の構成の何れかに記載の工具ホルダを設けてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first configuration of the present disclosure is a tool holder provided in a machine tool and provided with a tool insertion hole capable of holding a tool,
a fixing part that can be fixed to the machine tool and has the tool insertion hole;
a damping part that includes a part that is built into the fixing part and has lower rigidity than the fixing part, and can press the tool inserted into the tool insertion hole with an arbitrary pressure from the outside in the radial direction of the tool; It is characterized by being prepared.
In the present disclosure, "the radial direction of the tool" includes not only the exact radial direction of the tool but also the radial direction inclined toward the axial direction of the tool.
Another aspect of the first configuration is that in the above configuration, the damping part includes a connecting part connected to the fixed part and a part connected to the connecting part and having the low rigidity, and the damping part is in contact with the tool. and a tool contact portion that presses the tool.
Another aspect of the first configuration is that in the above configuration, the tool contacting part includes an elastic part connected to the connecting part and a rigid part connected to the elastic part and contacting the tool. , the elastic part has lower rigidity than the fixed part, and the rigid body part has higher rigidity than the elastic part.
Another aspect of the first configuration is that in the above configuration, the tool contact portion protrudes from the inner diameter surface of the tool insertion hole, and the protrusion surface has a protruding amount from the inner diameter surface of the tool. It is characterized by a slope that is larger on the rear end side than on the front end side.
In order to achieve the above object, a second configuration of the present disclosure is a machine tool, and is characterized by being provided with the tool holder described in any one of the first configurations.
本開示によれば、あらゆる工具に対して、汎用的に高い振動抑制効果を得ることが可能となる。また、減衰部を固定部に接続した後は、減衰部が自動的に工具に押し当てられるため、工具着脱の度に調整を行う必要はなく、さらに減衰部が固定部に内蔵されていることで切粉が減衰部に付着する可能性も低減する。よって、既存の工具ホルダと変わらない作業性を保つことが可能となる。以上により、作業性を損ねることなく工具に対して汎用的に高い振動抑制効果を与えることが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a generally high vibration suppression effect for all tools. In addition, after the damping part is connected to the fixed part, the damping part is automatically pressed against the tool, so there is no need to make adjustments every time the tool is attached or removed.Furthermore, the damping part is built into the fixed part. This also reduces the possibility of chips adhering to the damping part. Therefore, it is possible to maintain the same workability as existing tool holders. As described above, it is possible to provide a general-purpose high vibration suppressing effect to tools without impairing workability.
まず、既存の工具ホルダ1の構造を図面に基づいて説明する。
図1は、工具ホルダ1の構成を示す概略構成図である。図2は、図1のA-A断面(前後上下方向で規定される面による断面)部分を示す概略構成図である。ここでは工具ホルダ1を、工作機械の一例である旋盤20の旋回タレット21に適用している。工具ホルダ1に把持される工具22は、横断面が略円形状で、先端にチップ23を備えている。便宜上図1における工具22の先端側(チップ23側)を前方、工具ホルダ1の上側を上方として説明する。
工具ホルダ1は、旋回タレット21の取付面に固定されるホルダ本体2を備えている。ホルダ本体2には、工具22の直径以上の内径を有する工具挿入穴3が、前後方向に貫通形成されている。工具挿入穴3を挟んでホルダ本体2の左右には、旋回タレット21の取付面に固定するためのホルダ固定用ボルト11,11・・が前後方向に3本ずつ配置されている。工具挿入穴3の上方でホルダ本体2の左右方向の中央には、前後に2本の工具固定用ボルト12,12が螺合されている。
First, the structure of the existing
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a
The
この工具ホルダ1に工具22を保持させる際は、ホルダ固定用ボルト11を用いてホルダ本体2を旋回タレット21に固定した後、工具固定用ボルト12を緩めた状態で工具22を後端から工具挿入穴3に挿し込む。続いて、ホルダ本体2からの突き出し量を調整しながら工具固定用ボルト12を締め込み、工具22を、工具固定用ボルト12との対面にある工具挿入穴3の内径面に押圧する。これにより工具22は、工具挿入穴3から突出した状態でホルダ本体2に固定される。
When holding the
次に、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、図1,2と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図3は、本開示の工具ホルダの一例である高減衰工具ホルダ31の構成を示す概略構成図である。図4は、高減衰工具ホルダ31に内蔵された減衰部33の構成を示す概略構成図である。図5は、図3のB-B断面部分(前後上下方向で規定される面による断面)における高減衰工具ホルダ31の工具取付前の状態を示す概略構成図である(断面を斜線で示す)。図6は、図3の工具挿入穴3の図5と同じ断面における高減衰工具ホルダ31の工具取付後の状態を示す概略構成図である。
Next, embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. However, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a high
高減衰工具ホルダ31は、固定部32と減衰部33とを備えている。固定部32は、図1の工具ホルダ1と同様に、ホルダ固定用ボルト11によって旋回タレット21に固定され、工具挿入穴3に挿入された工具22を工具固定用ボルト12によって固定可能である。
減衰部33は、固定部32に内蔵されている。減衰部33は、接続部34と、弾性部35と、剛体部36と、接続部用ボルト37とからなる。接続部34は弾性部35と、弾性部35は剛体部36とそれぞれ接着されている。接続部34は、接続部用ボルト37によって固定部32に接続される。これにより減衰部33は、固定部32に内蔵されて、工具挿入穴3に挿入された工具22と接触可能な状態となる。弾性部35と剛体部36とで工具接触部38が形成される。
The high
The
弾性部35は、固定部32及び接続部34よりも剛性の低い材質(ゴムや合成樹脂)で作られており、減衰部33に力が加わった際には反発力を発生しながら変形する。弾性部35の前後左右の外面は、減衰部33を収容する固定部32の内面と接触している。
剛体部36は、上面が、工具挿入穴3の内径面に沿った凹曲面となって、工具挿入穴3の内径面から突出している。但し、剛体部36は、減衰部33を固定部32に固定した状態で、工具挿入穴3の内径面からの前端側内径41の径方向の突出量が、工具挿入穴3の内径と工具22の外径との差分以下となるように設定されている。また、剛体部36の突出面には、工具挿入穴3の内径面からの前端側内径41の突出量に比べて、工具挿入穴3の内径面からの後端側内径42の突出量の方が大きくなるように、前下がりとなる勾配が設けられている。さらに、剛体部36の前後左右の外面と、固定部32の内面との間には、隙間が設けられている。
The
The upper surface of the
この構成により、減衰部33を固定部32に固定した状態でも、工具22を工具挿入穴3に挿し込む際に工具22の後端が剛体部36の前端面に当たることはない。また、工具22の後端が勾配のある剛体部36の上面に接触した場合には、弾性部35が径方向外側へ変形するため、継続して工具22を挿入することが可能である。
そして、最後に、図6に示すように、工具固定用ボルト12を締め込むことで、工具22が剛体部36を径方向外側へ押し込み、弾性部35がさらに変形する。よって、びびり発生時に相対振動が可能な程度の圧力で工具22と減衰部33とが密着する。
With this configuration, even when the damping
Finally, as shown in FIG. 6, by tightening the
以上の如く構成された高減衰工具ホルダ31は、固定部32を介して旋回タレット21に取り付けられ、工具22が工具挿入穴3に固定されると、工具22は高剛性に固定される。
そして、旋盤20では、ワークを回転させながら工具22を切り込ませ、工具22及びワークを送りながら相対移動させて、ワークに加工を行う。
この加工の際にびびりが発生すると、剛体部36と工具22との間に生じた相対振動による摩擦減衰、弾性部35と固定部32との間に生じた相対振動による摩擦減衰、弾性部35自体の変形による内部摩擦減衰が付与される。これにより、固定部32の強固な固定により工具22の位置が変化することなく、減衰部33の減衰効果によりびびりを抑制することが可能となる。
The high damping
In the
If chatter occurs during this machining, friction damping due to the relative vibration generated between the
このように、上記形態の高減衰工具ホルダ31は、旋盤20に固定可能で、工具挿入穴3を有する固定部32と、固定部32に内蔵されて固定部32よりも低剛性となる弾性部35を含み、工具挿入穴3に挿入された工具22を当該工具22の径方向外側から任意の圧力で押圧可能な減衰部33と、を備えている。
この構成によれば、あらゆる工具に対して、汎用的に高い振動抑制効果を得ることが可能となる。また、減衰部33を固定部32に接続した後は、減衰部33が自動的に工具22に押し当てられるため、工具22の着脱の度に調整を行う必要はない。さらに減衰部33が固定部32に内蔵されていることで切粉が減衰部33に付着する可能性も低減する。よって、既存の工具ホルダと変わらない作業性を保つことが可能となる。すなわち、高減衰工具ホルダ31によれば、作業性を損ねることなく工具22に対して汎用的に高い振動抑制効果を与えることが可能となる。
In this way, the high damping
According to this configuration, it is possible to obtain a generally high vibration suppressing effect for all tools. Furthermore, after the damping
減衰部33は、固定部32に連結される接続部34と、接続部34に連結される低剛性の弾性部35を含み、工具22に接触して工具22を押圧する工具接触部38と、から構成されている。
よって、減衰部33は、固定部32の内部で工具22を径方向外側から容易に押圧可能となる。
工具接触部38は、接続部34に連結される弾性部35と、弾性部35に連結されて工具22に接触する剛体部36と、から構成され、弾性部35は、固定部32よりも低剛性であり、剛体部36は、弾性部35よりも高剛性となっている。
よって、弾性部35による押圧力を剛体部36を介して工具22へ付与することができ、工具22に作用する押圧力の大きさを、弾性部35の材質及び形状、剛体部36の形状、工具固定用ボルト12の締め付けトルクなどにより調整することができる。
工具接触部38は、工具挿入穴3の内径面から突出していると共に、その突出面には、内径面からの突出量が工具22の先端側に比べて後端側の方が大きくなるように勾配が設けられている。
よって、工具22の後端部を前端部よりも大きな押圧力で押圧固定可能となる。
The damping
Therefore, the damping
The
Therefore, the pressing force by the
The
Therefore, the rear end portion of the
なお、本開示の高減衰工具ホルダ31に係る構成は、上記実施の形態に記載した態様に何ら限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。
例えば、上記実施形態において、減衰部33は、2列のホルダ固定用ボルト11や2本の工具固定用ボルト12の間にあるが、減衰部33とホルダ固定用ボルト11や工具固定用ボルト12との位置関係は変更可能である。一例として、減衰部33を工具固定用ボルト12よりも工具先端側に設けることができる。この場合、工具先端での静剛性は低下して加工精度は低下するものの、減衰部33で発生する相対変位は増加するため、より高い減衰性を得ることができる。
また、工具固定用ボルト12の前端に、銅合金や、ウレタン等の樹脂材料を設けてもよい。このように工具固定用ボルト12の前端に低剛性材料を設ければ、減衰効果をより高めることができる。
Note that the configuration of the high-damping
For example, in the above embodiment, the damping
Further, the front end of the
上記実施形態において、切粉や切削液を避けるために、減衰部33は固定部32の下側に設けられているが、固定部32のどの位置でもよい。一例として、固定部32の側面に減衰部33を設けることができる。この場合、耐久性は低下するものの、高減衰工具ホルダ31を取り付けた状態でも減衰部33の交換が可能なため、より高い作業性を得ることができる。
減衰部33による工具22の押圧方向は、工具22の厳密な径方向の外側からに限らない。工具22の軸方向の前後に多少傾いた径方向の外側から減衰部33が工具22を押圧するものであってもよい。
上記実施形態において、剛体部36の全体に勾配を設けているが、前端側内径41のエッジ部に面取りを行って、一部にのみ勾配を設けてもよい。
上記実施形態において、剛体部36に勾配を設けているが、工具22と剛体部36との間の圧力低下により減衰性が低下するものの、勾配を設けずに工具固定用ボルト12のみで工具22を減衰部33に押し当ててもよい。
In the above embodiment, the damping
The direction in which the damping
In the embodiment described above, the entire
In the above embodiment, the
一方、弾性部35は、切削液が付着すると、化学的作用により劣化が生じるおそれがある。また、弾性部35は、工具22等と接触すると摩耗が生じるおそれがある。
よって、接続部34と固定部32との接触面や、剛体部36と固定部32との隙間にOリングやパッキンなどを設けて、減衰部33の密閉性を向上させてもよい。このように密閉性を向上させると、弾性部35に切削液が付着しにくくなり、切削液の付着による弾性部35の劣化が抑制される。また、弾性部35が工具22と直接接触しないので、弾性部35の摩耗も効果的に防止可能となる。
剛体部36は必須ではない。耐久性は大きく低下するものの、剛体部36を設けずに、弾性部35と工具22を直接接触させてもよい。
その他、本開示の工具ホルダは、旋盤以外の工作機械にも適用できる。
On the other hand, if the cutting fluid adheres to the
Therefore, the sealing performance of the damping
In addition, the tool holder of the present disclosure can be applied to machine tools other than lathes.
1・・工具ホルダ、2・・ホルダ本体、3・・工具挿入穴、11・・ホルダ固定用ボルト、12・・工具固定用ボルト、20・・旋盤、21・・旋回タレット、22・・工具、23・・チップ、31・・高減衰工具ホルダ、32・・固定部、33・・減衰部、34・・接続部、35・・弾性部、36・・剛体部、37・・接続部用ボルト、38・・工具接触部、41・・前端側内径、42・・後端側内径。 1...Tool holder, 2...Holder body, 3...Tool insertion hole, 11...Holder fixing bolt, 12...Tool fixing bolt, 20...Lathe, 21...Swivel turret, 22...Tool , 23...Tip, 31...High damping tool holder, 32...Fixed part, 33...Dampening part, 34...Connecting part, 35...Elastic part, 36...Rigid body part, 37...For connecting part Bolt, 38...Tool contact part, 41...Inner diameter on front end side, 42...Inner diameter on rear end side.
Claims (5)
前記工作機械に固定可能で、前記工具挿入穴を有する固定部と、
前記固定部に内蔵されて前記固定部よりも低剛性となる部分を含み、前記工具挿入穴に挿入された前記工具を当該工具の径方向外側から任意の圧力で押圧可能な減衰部と、を備えることを特徴とする工具ホルダ。 A tool holder provided in a machine tool and equipped with a tool insertion hole capable of holding a tool,
a fixing part that can be fixed to the machine tool and has the tool insertion hole;
a damping part that includes a part that is built into the fixing part and has lower rigidity than the fixing part, and can press the tool inserted into the tool insertion hole with an arbitrary pressure from the outside in the radial direction of the tool; A tool holder comprising:
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