JP2585420Y2 - 刃先位置変更可能な切削工具装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は刃先位置変更可能な切削
工具装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】刃先位置変更可能な切削工具装置が従来
より知られている。例えば、図９，１０において、２１
０はアダプタであり、２１２はチップ２１４を保持する
チップホルダであり、２１６は図示しない工作機械の主
軸に設けられた孔に軸方向に移動可能に嵌合されたロッ
ドである。

【０００３】アダプタ２１０は、ボルト２２０によって
主軸に固定され、主軸と一体的に回転させられる。アダ
プタ２１０の中央部には主軸の回転軸線Ｌと平行かつ同
心の孔２２２が形成されている。孔２２２には回転偏心
体２２８がベアリング２３０を介して嵌合されている。
回転偏心体２２８は概して円筒状をなしており、底部２
３２と筒部２３４とを備えている。底部２３２には雌ね
じ孔２３６が形成されている。また、筒部２３４の周壁
の厚さは一様ではなく、肉厚部２３８と肉薄部２４０と
を備えている。すなわち、筒部２３４の内周側の円形断
面は、外周側の円形断面の中心線、すなわち、主軸およ
びアダプタ２１０の回転軸線Ｌから偏心しているのであ
る。

【０００４】チップホルダ２１２は、係合部２４４にお
いて移動部材２４６に固定されている。移動部材２４６
は、円筒部２５２と円板部２５４とを備えており、円筒
部２５２においてベアリング２５６を介して回転偏心体
２２８の内周部に嵌合されている。また、円筒部２５２
の内周側は嵌合孔２５８とされている。円板部２５４に
は半径方向に沿って図示しない長穴が形成され、ピン２
６０を介してアダプタ２１０に係合させられている。す
なわち、移動部材２４６はアダプタ２１０に対して半径
方向に相対移動可能に、かつ、相対回転不能に取り付け
られているのである。ロッド２１６の先端にはリード角
の大きい多条の雄ねじ部２６２が設けられており、雄ね
じ部２６２は回転偏心体２２８の雌ねじ孔２３６に螺合
され、嵌合孔２５８に嵌入させられている。ロッド２１
６は図示しないモータが連結され、ロッド２１６は駆動
装置により軸方向に移動させられる。

【０００５】以上のように構成された切削工具装置にお
いて、チップ２１４が図９に示す位置にある状態におい
て、ロッド２１６が軸方向に移動させられると回転偏心
体２２８が回転軸線Ｌ回りに回転させられる。それに伴
って移動部材２４６およびチップホルダ２１２が半径方
向にアダプタ２１０に対して相対移動させられ、チップ
２１４が図１０に示す位置に移動させられる。チップ２
１４の主軸の回転軸線Ｌに対する半径方向の位置が距離
ｄだけ内周側に移動させられるのである。また、主軸の
回転に伴ってアダプタ２１０，チップホルダ２１２，移
動部材２４６等回転部が一体的に回転させられる。

【０００６】しかし、上記切削工具装置は高速加工（回
転）に適さないという問題があった。チップホルダ２１
２および移動部材２４６が半径方向に移動させられるた
め、切削工具装置全体の回転軸線Ｌに対する動バランス
を保つことができないのである。たとえ、図９に示す状
態において回転軸線Ｌに対する動バランスがとられてい
ても、図１０に示す状態に変更されると、回転軸線Ｌに
対する動バランスがくずれるからである。したがって、
切削工具装置の回転速度が小さい間は、動バランスが保
たれていなくても遠心力が小さいためそれほど問題には
ならないが、回転速度が大きくなると遠心力が大きくな
るため切削精度の低下等の問題が生じるのである。

【０００７】一方、チップホルダ２１２および移動部材
２４６（工具保持体）をアダプタ２１０（工具装置本
体）に対して半径方向に移動させることなくチップ２１
４（切削工具の刃先）の半径方向における位置を変更す
る切削工具装置が、特開平３─３５９０６号公報に記載
されている。この切削工具装置は、(a) 工作機械の主軸
に取り付けられて主軸と一体的に回転させられ、回転軸
線と平行でかつ偏心した円形断面の第一嵌合部を備えた
工具装置本体と、(b) その工具装置本体の第一嵌合部に
第二嵌合部において相対回転可能に嵌合され、工具保持
部に刃先位置が前記第二嵌合部の中心線から偏心した状
態で切削工具を保持する工具保持体と、(c) それら工具
装置本体と工具保持体との相対回転位相を変更する位相
変更装置とを備えたものである。

【０００８】この切削工具装置においては、切削工具の
刃先の半径方向における位置が、工具装置本体と工具保
持体との相対回転位相を変更することによって変更され
る。すなわち、工具保持体を工具装置本体に対して半径
方向に移動させなくても刃先位置を変更することができ
るはずである。

【０００９】この特徴を利用すれば、工具保持体および
工具装置本体の主軸の回転軸線に対する動バランスが、
刃先位置が変更されても保たれるように製造することが
可能である。しかし、上記公報には、そのような思想が
記載されていない。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、以上の事情
を背景として、高速加工時において切削精度の低下を回
避し得る刃先位置の変更可能な切削工具装置を得ること
を課題としてなされたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そして、本考案の要旨
は、前記(a) 工具装置本体と、(b) 工具保持体と、(c)
位相変更装置とを含む刃先位置の変更可能な切削工具装
置において、工具保持体の第二嵌合部の中心線に対する
動バランスをとるとともに、工具保持体と工具装置本体
との組立体の工具装置本体の回転軸線に対する動バラン
スもとったことにある。

【００１２】

【作用】上記のように構成された切削工具装置におい
て、切削工具の刃先の半径方向における位置が、位相変
更装置が工具装置本体と工具保持体との相対回転位相を
変更することによって変更される。工具保持体を工具装
置本体に対して半径方向に移動させなくても切削工具の
刃先位置が変更されるのである。しかも、工具保持体の
第二嵌合部の中心線に対する動バランスがとられてお
り、工具保持体と工具装置本体との組立体の工具装置本
体の回転軸線に対する動バランスもとられているため、
切削工具の刃先位置が変更されても組立体の動バランス
が保たれる。

【００１３】

【考案の効果】以上のように本考案の切削工具装置によ
れば、刃先位置が変更されても動バランスを保つことが
できる。そのため、高速加工時にも、振動が起こること
が回避され、切削精度の低下が回避される。また、この
利点を特に有効に享受することができる用途の一つは、
直径が比較的大きく変わる段付孔の高速加工である。

【００１４】

【実施例】以下、本考案をドリル兼用中ぐり装置に適用
した場合の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、１０はドリル兼用中ぐり装置の主軸であ
る。主軸１０はベアリング１２，シール１４等を介して
ハウジング１６に回転可能に保持されている。主軸１０
のハウジング１６から突出した後端部にはＶプーリ１８
が相対回転不能に取り付けられている。ハウジング１６
は図２に示すようにスライド２０上に載置されており、
スライド２０の後部には複数本のボルト２２によって高
さ調節可能にプレート２４が取り付けられるとともに、
そのプレート２４上にモータ２６が載置されている。モ
ータ２６の出力軸にはＶプーリ２８が固定されており、
Ｖプーリ１８とＶプーリ２８とにＶベルト３０が巻き掛
けられることにより、モータ２６によって主軸１０が回
転させられるようになっている。

【００１５】主軸１０は軸方向に延びる中心穴３２を備
えており、ロッド３４が軸方向に移動可能に嵌合されて
いる。ロッド３４はピン３６によって２つの軸部材が連
結されたものである。中心穴３２の先端部は大径の嵌合
孔３７とされており、ここにアダプタ３８の嵌合突部４
０が精度よく嵌合されている。アダプタ３８は主軸１０
の端面４２にボルトにより固定されており、アダプタ３
８の嵌合突部４０とは反対側の端面４６には嵌合突部４
０と同心に嵌合突部４５が設けられている。この嵌合突
部４５に円筒状のケーシング４４が嵌合孔４７において
精度よく嵌合されボルトによりアダプタ３８に固定され
ている。すなわち、アダプタ３８は主軸１０に、嵌合突
部４０の中心線が主軸１０の軸心と一致した状態で取り
付けられ、ケーシング４４はアダプタ３８に、嵌合孔４
７の中心線がアダプタ３８の嵌合突部４５の中心線と一
致した状態で取り付けられることになる。また、これら
は互いにボルトによって固定され相対回転不能とされて
いるため、主軸１０，アダプタ３８およびケーシング４
４は、同一の回転軸線回りを一体的に回転する。この回
転軸線，すなわち、主軸１０の軸心，嵌合突部４０の中
心線，嵌合孔４７の中心線を符号Ｎ（図６参照）で表
す。

【００１６】ロッド３４の先端部は主軸１０の軸心Ｎに
対して一定量偏心させられた雄ねじ部４８とされてお
り、アダプタ３８を軸方向に貫通する段付の貫通穴５０
を通ってケーシング４４の偏心嵌合孔５１に嵌入させら
れている。偏心嵌合孔５１は前記嵌合穴４７に対して偏
心して形成されており、偏心嵌合孔５１の中心線Ｍは前
記回転軸線Ｎとは一致しない。雄ねじ部４８は４条ねじ
等の多条ねじとされており、ねじ山のリード角が大きく
設定されている。また、ロッド３４の雄ねじ部４８の基
端部近傍には面取り５２が４箇所に施され、貫通穴５０
の角穴部５３に嵌合されてロッド３４とアダプタ３８と
の相対回転が防止されている。

【００１７】雄ねじ部４８は、偏心孔５１内において、
偏心回転部材５４の嵌合軸部５５の中央部に形成された
貫通穴５６の雌ねじ孔部５８に螺合されている。偏心回
転部材５４は前記嵌合軸部５５と工具保持部５７とを備
えており、嵌合軸部５５において偏心嵌合孔５１にベア
リング６０，６２を介して雄ねじ部４８の軸心まわりに
回転可能に保持されている。すなわち、図６に示すよう
に、偏心回転部材５４の軸心（嵌合軸部５５の中心線）
は偏心嵌合孔５１の中心線Ｍと一致させられ、主軸１０
およびアダプタ３８の軸心Ｎに対して前記雄ねじ部４８
の偏心量と同量だけ偏心させられているのであり、雄ね
じ部４８の前進・後退によって、偏心回転部材５４がケ
ーシング４４に対して偏心した軸心Ｍのまわりに正・逆
両方向に回転させられる。

【００１８】また、偏心回転部材５４の工具保持部５７
は偏心嵌合孔５１から突出させられており、工具保持部
５７にはチップホルダ６８が固定されている。チップホ
ルダ６８は、先端部に切削工具たるチップ６４，６６を
嵌合軸部５５の中心線Ｍから偏心した状態で備えてい
る。偏心回転部材５４の貫通穴５６の雌ねじ孔部５８と
は反対側の端部には頭部が花弁形を成す係合部材７０の
軸部が嵌合されており、チップホルダ６８には、係合部
材７０の頭部と一定の相対位相では軸方向に嵌合・離脱
可能であるが、他の位相では嵌合・離脱不能である形状
の係合穴７２が形成されている。したがって、この係合
穴７２に係合部材７０を係合させ、偏心回転部材５４に
設けられた図示しない引込機構によって係合部材７０を
偏心回転部材５４内へ引き込むことにより、チップホル
ダ６８を偏心回転部材５４に固定し得るのであり、その
状態ではチップホルダ６８が偏心回転部材５４と一体的
に回転する。すなわち、本実施例においては、アダプタ
３８およびケーシング４４が工具装置本体７３を構成
し、チップホルダ６８および偏心回転部材５４等が工具
保持体７５を構成する。そして、偏心嵌合孔５１が第一
嵌合部であり、嵌合軸部５５が第二嵌合部である。工具
保持体７５は嵌合軸部５５の中心線Ｍに対して、後述の
ように、動バランスがとられた状態で嵌合軸部５５にお
いて偏心孔５１に嵌合され、工具装置本体７３と工具保
持体７５との組立体が、嵌合突部４０の中心線Ｎに対し
て動バランスがとられた状態で、嵌合突部４０において
主軸１０の嵌合孔３７に嵌合されている。

【００１９】図３および図４に拡大して示すように、チ
ップ６４，６６はチップホルダ６８のホルダ本体７４か
ら突出した小径のチップ保持部７６の先端部に取り付け
られている。チップ保持部７６の外周面には軸方向に延
びる切屑排出溝７８，８０が形成されている。チップ６
４，６６は各すくい面がほぼチップホルダ６８の軸心Ｍ
を含む一平面上に位置する状態で取り付けられているの
である。

【００２０】前記Ｖプーリ１８の後端にはケーシング１
００が固定されるとともに、ケーシング１００には更に
別のケーシング１０２が固定されている。ロッド３４の
後端部の外周面には、直径方向に隔たった４箇所に面取
り１０４が施され、ケーシング１０２に形成された矩形
の貫通穴１０６に相対回転不能に嵌合されることによっ
て、ロッド３４の主軸１０に対する回転が防止されてい
る。ケーシング１０２はハウジング１６から後方に延び
出させられたアーム１０８に固定のケーシング１１０と
相対回転可能に嵌合されている。

【００２１】ロッド３４には後端面から軸方向穴１１２
が形成されており、ここにねじ軸１１４の前端部が嵌入
させられている。ねじ軸１１４は、その後方に配設され
ているモータ１１６の出力軸１１８に連結されている。
一方、ケーシング１１０には軸方向に延びる貫通穴１２
０が形成されており、貫通穴１２０の内部には移動部材
１２２が摺動可能に嵌合されている。移動部材１２２は
軸方向穴１２４を備え、その後端部にはねじ軸１１４と
螺合されたナット１２６が固定されるとともに、前端部
においてベアリング１２８，１３０を介してロッド３４
を回転可能かつ軸方向に移動不能に保持している。

【００２２】したがって、モータ１１６によりねじ軸１
１４が回転させられれば、ナット１２６および移動部材
１２２が貫通穴１２０内を移動し、それに伴ってロッド
３４が軸方向に移動させられる。ロッド３４が前進させ
られれば、偏心回転部材５４が回転させられ、それに伴
ってチップホルダ６８も回転し、チップ６４が主軸１０
の半径方向外側に移動させられ、偏心回転部材５４が１
８０度回転させられたときに最も外側に位置する。ま
た、チップ６６は逆に最も主軸１０の軸心に近い状態と
なる。この１８０度の回転の最初と最後においては、チ
ップ６４，６６の先端が主軸１０の軸心と偏心回転部材
５４の軸心とを含む一平面上に位置するようにされてい
るのであり、この回転に伴うチップ６４，６６の先端の
主軸１０の半径方向における移動量は、上記両軸心の偏
心量の２倍である。逆にロッド３４が後退させられれ
ば、偏心回転部材５４およびチップホルダ６８が逆回転
させられ、チップ６４が主軸１０の半径方向内側へ、チ
ップ６６が半径方向外側へ移動させられる。このよう
に、チップ６４，６６の半径方向における位置が、偏心
回転部材５４およびチップホルダ６８の半径方向の移動
を伴うことなく変更されるのである。また、雄ねじ部４
８，雌ねじ孔部５８等が位相変更装置を構成しているの
である。

【００２３】ここで、動バランスについて説明する。動
バランスをとるためには、回転体の慣性主軸を回転軸に
一致させる必要があり、静バランスをとるためには、回
転体の重心を回転軸上にする必要がある。したがって、
動バランスをとれば静バランスがとられていることにな
る。本実施例においては、まず、図６に示すように、工
具保持体７５の嵌合軸部５５の中心線Ｍに対する動バラ
ンスを図示しない釣合い試験機を利用してとる。その
後、工具保持体７５を工具装置本体７３に嵌合し、工具
装置本体７３と工具保持体７５との組立体の嵌合突部４
０の中心線Ｎに対する動バランスをとる。そして、動バ
ランスがとられた状態の組立体を嵌合突部４０を嵌合孔
３７に嵌合し、ボルトによって端面４６に固定する。し
たがって、工具保持体７５の工具装置本体７３に対する
相対回転位相が変更されても、組立体の回転軸線Ｎに対
する動バランスが保たれることになる。

【００２４】釣合い試験機は、軸受け，モータ，不釣合
い検出装置等を備えたものであり、回転体を軸受けで支
持し、モータによって高速回転させる。その場合に生じ
る軸受けの振動が検出され、その検出値に基づいて不釣
合いが不釣合い検出装置によって検出される。回転体の
動バランスがとられていない場合には、回転体の回転に
伴って軸受けが振動させられる。その振動の位相および
振幅に基づいて不釣合いの方向（不釣合い面）および大
きさが演算により求められる。その結果に基づいて回転
体の偏心質量を調整するのである。本実施例において
は、工具保持本体７５においては、図６に示すＸ部付近
の一部を切削することによって質量バランスがとられ、
組立体においては、Ｙ部付近の一部を切削することによ
って質量バランスがとられるのである。

【００２５】図２において、ハウジング１６が載置され
たスライド２０は、ガイドレール１４０上を移動可能と
されている。ガイドレール１４０は、基台１４２上に設
けられた案内台１４４上に主軸１０の軸心に平行な方向
に配設されている。スライド２０の下側に、ブラケット
１４６によって取り付けられたナット１４８には、モー
タ１５０によって回転駆動される送りねじ１５２が螺合
されており、スライド２０が送りねじ１５２の回転によ
って案内台１４２上を移動させられることにより、ハウ
ジング１６が主軸１０の軸方向に送られるようになって
いる。

【００２６】モータ１１６および１５０は、図５に示す
制御装置１６０によって制御される。制御装置１６０
は、ＣＰＵ１６２，ＲＡＭ１６４およびＲＯＭ１６６を
備えており、エンコーダ１６８，１７０，モータ１１６
を駆動するための駆動回路１７２およびモータ１５０を
駆動するための駆動回路１７４が接続されている。制御
装置１６０は、それぞれエンコーダ１６８，１７０によ
り検出されるモータ１１６，１５０の回転量が目標回転
量と等しくなるように、駆動回路１７２，１７４を介し
てモータ１１６，モータ１５０を制御する。

【００２７】以上のように構成されたドリル兼用中ぐり
装置によって被加工物の穴あけおよび中ぐり加工を行う
場合には、制御装置１６０のＲＡＭ１６４に被加工物に
施すべき穴あけおよび中ぐり加工に関するデータを入力
することにより、モータ１１６，１５０が制御されて所
定の量ずつ回転し、チップ６４，６６が主軸１０の軸方
向および半径方向に移動させられて切削を行う。工具装
置本体７３はモータ２６の駆動によって回転させられ、
工具装置本体７３と一体的に工具保持体７５およびチッ
プ６４，６６等も回転させられる。

【００２８】チップ６４，６６が主軸１０と共に前進、
すなわち正方向に移動させられる際には、偏心回転部材
５４が一定量回転させられ、図７に示すように、一点鎖
線で示す主軸１０の軸心（回転軸線Ｎ）に対してチップ
６４がチップホルダ６８の軸心Ｍと同じ側に、また、チ
ップ６６が反対側に位置する状態とされ、主軸１０の回
転に伴ってチップ６４の先端が描く円軌跡の直径がチッ
プ６６のそれより大きくされる。すなわち、チップ６６
の最も外側の切刃ｅは、チップ６４の最も外側の切刃ａ
より半径方向においても軸方向においても引っ込んだ位
置にあるため、切削には関与しない。チップ６４の切刃
のうちａおよびｃで示す部分と、チップ６６の切刃のう
ちｂおよびｄで示す部分とにより被加工物の穴あけが行
われるのである。

【００２９】一方、チップ６４，６６が前進端に達した
後、後退、すなわち逆方向に移動させられる際には、図
８に示すように、主軸１０の軸心Ｎに対してチップ６６
がチップホルダ６８の軸心Ｍと同じ側に、また、チップ
６４が反対側に位置する状態とされる。これにより、チ
ップ６６の切刃ｆがチップ６４の切刃ａよりも半径方向
外側に位置させられ、前進時に切刃ａが描いた円軌跡の
直径Ａと後退時に切刃ｆの描く円軌跡の直径Ｆとの関係
がＡ＜Ｆとなり、切刃ｆによって、前進時にチップ６
４，６６によりあけられた穴の中ぐり加工が行われる。
すなわち、本実施例においては、主軸１０の１回の往復
移動により穴あけおよびその穴の中ぐりが行われるので
ある。

【００３０】この際、工具保持体７５の動バランスがと
られており、さらに、組立体の動バランスがもられてい
るため、チップ６４，６６が半径方向のどの位置にあっ
ても動バランスは保たれる。そのため、モータ２６の回
転数を大きくしても振動が起こることが回避され、切削
精度が低下させられることが良好に回避されるのであ
る。

【００３１】なお、上記実施例においては、工具保持体
７５の工具装置本体７３に対する回転が動力によって行
われるようにされていたが、手動で行われるようにして
もよい。また、必ずしも、嵌合突部を第一嵌合部とし、
嵌合孔を第二嵌合部とする必要はなく、逆にしてもよ
い。すなわち、工具保持体が有する嵌合突部を工具装置
本体が有する嵌合孔に嵌合させてもよいのである。

【００３２】さらに、上記実施例におけるドリル兼用中
ぐり装置においては、穴あけと中ぐりとの切り換えのた
めに刃先位置が変更されるようにされていたが、中ぐり
装置において、加工終了後、中ぐり工具を原位置へ戻す
場合に仕上げ面にかえりマークが付くことを回避するた
めのリトラクトや寸法公差を満たすための刃先位置の微
小調節等に本考案を適用することも可能である。その
他、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した
態様で本考案を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である切削加工装置の主要部
を示す正面断面図である。

【図２】上記装置の全体を示す正面図（一部断面）であ
る。

【図３】上記装置の刃具周辺を示す一部正面断面図であ
る。

【図４】上記装置の側面図である。

【図５】上記装置の電気制御部を示すブロック図であ
り、

【図６】上記装置の組立体の概略図である。

【図７】上記装置の刃具の切刃を拡大して示す正面図で
ある。

【図８】上記装置の刃具の切刃を拡大して示す正面図で
ある。

【図９】従来の切削工具装置の断面図である。

【図１０】従来の切削工具装置の断面図である。

【符号の説明】

１０ 主軸 ３８ アダプタ ４４ ケーシング ４８ 雄ねじ部 ５１ 偏心嵌合孔 ５４ 偏心回転部材 ５５ 嵌合軸部 ５８ 雄ねじ孔部 ６４，６６ チップ ６８ チップホルダ ７３ 工具保持体 ７５ 工具装置本体

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸に取り付けられて主軸と
   一体的に回転させられ、回転軸線と平行でかつ偏心した
   円形断面の第一嵌合部を備えた工具装置本体と、 その工具装置本体の第一嵌合部に第二嵌合部において相
   対回転可能に嵌合され、工具保持部に刃先位置が前記第
   二嵌合部の中心線から偏心した状態で切削工具を保持す
   る工具保持体と、 それら工具装置本体と工具保持体との相対回転位相を変
   更する位相変更装置とを含む刃先位置の変更可能な切削
   工具装置において、 前記工具保持体の前記第二嵌合部の中心線に対する動バ
   ランスをとるとともに、工具保持体と工具装置本体との
   組立体の工具装置本体の回転軸線に対する動バランスも
   とったことを特徴とする刃先位置の変更可能な切削工具
   装置。