JP2691887B2 - 工作機械の主軸ヘッド部構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は工作機械の主軸ヘッ
ド部の構造に関し、特に刃具の周面を包囲した筒部材を
簡易に脱着できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】主軸に固定されたホルダーや刃具の周面
を筒部材で包囲し、ワーク加工中に生成される切粉を、
強制的に発生させた吸引気流によりこの筒部材内の空間
を経て外方へ搬出するようにした工作機械が出現してい
る（例えば、実開昭６１−１２０４４５号公報、実開平
３−１１７５１８号公報及び実開平５−１２０５８号公
報参照）。

【０００３】この種の工作機械では切粉の処理は極めて
能率的に行えるのであるが、筒部材を設けたため、その
ままではホルダーに固定された刃具の交換装着が全く行
えないか、行えても狭隘なため煩わしいものとならざる
を得ないのであり、このため刃具の交換装着にさいして
は一般に筒部材を取り外すようになされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した事情から能率
的な刃具の交換装着のためには筒部材が簡便に脱着でき
ることが必要となる。

【０００５】ところが刃具がエンドミル、ドリル又はリ
ーマなどのように加工中に刃具軸方向へ変位されるもの
では筒部材は刃具に対しその軸方向へ変位されるように
支持されなればならないため、どうしてもその支持機構
が複雑化し、筒部材の脱着を容易に行うことは困難とな
るのである。

【０００６】本発明は斯かる困難性を克服して上記必要
に応えんとするもので、刃具軸方向へ変位するように装
着しなければならない筒部材であってもこれを簡便に取
り外せるようにして刃具の交換装着を能率的に行えるも
のとした工作機械の主軸ヘッド部構造を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では主軸ヘッド本体部材と同体に固定されホ
ルダの周面を包囲するものとなされた包囲体の周方向適
当間隔箇所から案内棒を主軸先側へ向け且つスプリング
などの押圧力に抗して主軸元側へ退避移動可能に延設す
るほか各案内棒の先部周面に特定巾の環状溝を形成し、
一方包囲体の前部からはホルダに固定された刃具の周面
を包囲するものとした筒部材を主軸方向の出入り自在に
延出させると共にこの筒部材の外周面に形成された鍔部
に各案内棒の先部の挿入される透孔を設け、各透孔の近
傍をなす鍔部肉厚部内に鍔部周面に開口された空所を形
成し、この空所内に前記透孔と合致される係止孔の設け
られた操作板をこれの一部が鍔部周面から張り出すよう
に挿入すると共に鍔部にスプリングなどの弾力に抗して
刃具回転面に沿った一定範囲内の揺動操作可能なように
軸着し、案内棒と鍔部の結合状態において係止孔の周面
部が係止孔及び透孔の特定位置に挿入された案内棒の環
状溝に嵌合され案内棒の抜け出しを規制する構成とな
す。

【０００８】上記刃具を交換装着した場合、筒部材の全
長はその交換装着された刃具の長さに適合させる必要が
生じるのであり、このため筒部材は本体部材と、これの
先端面に出入り調整可能に螺着された延長部材からなる
ものとなすのがよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１〜図６を参照しつつ説明する
と、１は主軸をなす回転軸で、軸受２及び止めリング部
材３などを介して主軸ヘッド本体部材４に回転自在に支
持されている。

【００１０】５は主軸１にボルト固定されたキーであ
り、６はシャンク部６ａを主軸に嵌合固定されたホルダ
である。

【００１１】ホルダ６の先端部にはチャック６ｂを設
け、このチャック６ｂを介して刃具（エンドミル）７が
固定されている。

【００１２】８はホルダ６の周面を取り巻くものとした
包囲体で、全体を概ね筒体となし、且つ主軸１側端面に
横壁部８ａを設け、これの反主軸側にホルダ６の周面を
取り囲むものとした案内孔８ｂを形成してなる。

【００１３】９ａ及び９ｂは横壁部８ａの内周の主軸側
となる径大部に嵌着された二つの軸受で、ホルダ６をそ
の軸回りへ回転自在に支持するものとなし、このさい軸
受９ａの主軸側端面は包囲体８の主軸端面にボルト固定
された抜止めリング板１０に係止させてある。

【００１４】横壁部８ａの反主軸側の端面にはリング溝
ｍが設けてあって、このリング溝ｍ内にシールパッキン
１１が嵌着してある。

【００１５】包囲体８の周壁部の特定箇所はホルダ６軸
と直交した横方向へ張り出させてあって、その内部に包
囲体８の案内孔８ｂ内空間と連続させた横吸引路１２及
び、この横吸引路１２と連続した縦吸引路１３が設けて
ある。そして１４は縦吸引路１３の端部に連続させて包
囲体８に固定してなる口金部材である。

【００１６】１５はホルダ６の長手方向中央箇所に外嵌
させた鍔部材で、一端は前記軸受９ｂの端面で支持さ
れ、他端はホルダ６のネジ部６ｅに螺着されたナット１
６によりワッシャ１７を介して係止されている。この鍔
部材１５は半径方向面をシールパッキン１１と密接さ
れ、ホルダ６の回転の許容された状態で横壁部８ａの内
外空間を気密状に仕切るものとなしてある。

【００１７】ホルダ６の長手方向途中に設けた突条部６
ｄの直径位置両端部には前記キー５・・の嵌合される切
欠ｋ・・が設けてあって、切欠ｋ・・とキー５・・の嵌
合により主軸１とホルダ６が一体的に結合されるものと
なしてある。この突条部６ｄは溝ｍｌを介して図示しな
い自動工具交換装置の工具交換アームと係合されるグリ
ップ部となされている。

【００１８】１８は突条部６ｄの特定箇所に係合されて
ホルダ６の回転中心軸廻り位置を特定位置に係止するた
めの係合片で、包囲体８に出入り自在に埋設された案内
棒１９、この案内棒１９を主軸１側へ弾圧するものとし
たスプリング２０、案内棒１９にこの係合片１８を固定
するためのボルト２１及びキャップ部材２２を介して、
主軸１方向への変位可能に支持されている。

【００１９】２３は筒部材で、案内孔８ｂに摺動変位自
在に嵌挿させた本体部材２３ａとこの本体部材２３ａの
先側にネジｍ２を介して出入り調整可能に螺合させた延
長部材２３ｂからなる。延長部材２３ｂは先端を刃具７
の中心へ向けて絞った形態となしてあって先端の中心箇
所に刃具７断面よりも幾分大きい直径となされた開口ｐ
が形成されたものとなす。このさい、延長部材２３ｂの
基端部は本体部材２３ａの鍔部ｓに装着した固定ネジ２
４で締結される構造となし、この固定ネジ２４の操作に
より延長部材２３ｂの張出寸法の調整がなされるものと
なすのがよい。

【００２０】８ｃは包囲体８周壁の肉厚部の周方向適当
間隔位置に形成されたホルダ８軸方向の案内孔で、通常
では３つ形成される。各案内孔８ｃは長手方向途中の適
当長さ部分ｐ１を径大部となされ、その他の部分の内周
面を摺動案内面となされている。

【００２１】各案内孔８ｃには案内棒２５が摺動変位自
在に嵌挿されており、その各々は図２などに示すように
摺動部分の途中と先側部分とに適当長さの小径部ｎ１、
ｎ２を形成すると共に先側の小径部ｎ２の先部にはさら
に小径の嵌挿部ｎ３を形成するほか、この嵌挿部ｎ３の
周面に特定巾の環条溝ｍ３を形成したものとなしてあ
る。

【００２２】２６は圧縮スプリングで案内孔８ｃの径大
部ｐ１と案内棒２５の小径部ｎ１とで形成された空間内
に位置され、その一端を案内孔８ｃの段部ｈ１で、他端
を案内棒２５の段部ｈ２で係止され、案内棒２５をその
先側へ向けて押圧するものとなしてある。２７は包囲体
８の先端面に固定した止めリング板で案内棒２５の抜出
しを規制するものとなしてある。

【００２３】一方、鍔部ｓの各案内棒２５と対応した箇
所には図２〜図４などに示すように刃具７方向の透孔２
８・・・が設けてあり、各透孔２８の近傍をなす鍔部肉
厚部内には鍔部周面に開口された空所ｓ１が形成されて
いる。

【００２４】２９はこの空所ｓ１内に開口から挿入され
た操作板で、前記透孔２８と合致される係止孔２９ａが
設けられ、一部２９ｂが鍔部周面から張り出すように位
置されると共に鍔部ｓに刃具７回転面に沿った一定範囲
内の揺動操作可能なように軸３０を介して装着されてい
る。このさい軸３０は筒状のスプリングピンとなされて
いる。３１は鍔部ｓの肉厚部に形成された孔内に挿入さ
れたスプリングで操作板２９を刃具回転半径の外方ｆ１
へ押圧するものとなしてある。ｇは鍔部ｓに固定され操
作板２９の長孔との関連で同板２９の揺動範囲を規制す
るものである。

【００２５】そして案内棒２５・・・と鍔部ｓの結合状
態では図５（ａ１）（ｂ１）に示すように透孔２８・・
・に嵌挿部ｎ３が挿入され、スプリング３１・・・力に
よる操作板２９・・・の揺動作用により係止孔２９ａ・
・・の周面部が環状溝ｍ３に嵌合した状態となるよにな
してある。

【００２６】ｋ１は本体部材２３ａに設けた切欠で、同
部材２３ａの摺動変位時にその内部空間が横吸引路１２
と連通状態となるようになすためのものである。

【００２７】３２は止めリング部材３に固定した口金板
であり、前記口金部材１４の左端面の当接される部位に
透孔３２ａを設けると共にこの孔３２ａの周囲に口金部
材１４と透孔３２ａを気密状に連通させるためのＯリン
グ３３を嵌着し、さらに透孔３２ａには図示しない空気
吸引装置に接続された吸引管３４を接続してある。

【００２８】３２ｂは口金板３２に形成された溝でキャ
ップ部材２２の嵌入により包囲体８のホルダ６軸廻りの
回転を規制するものとなしてある。

【００２９】上記の如く構成した本発明品の使用例及び
その作用を説明する。空気吸引装置の停止時には吸引管
３４から空気は吸引されず、筒部材２３は案内棒２５を
介してスプリング２６の弾力で刃具７先端側へ押し出さ
れ、刃具７の先端は図１に示すように筒部材２３の内方
へ没入した状態となる。

【００３０】作業開始に先立って空気吸引装置が作動を
開始されると、包囲体８内の空気は横吸引路１２、縦吸
引路１３、口金部材１４、透孔３２ａ及び吸引管３４を
通じて吸引排出され、これと同時に開口ｐからは空気が
吸引されるものとなり、このさい空気の流動抵抗により
包囲体８内空間は負圧となる。

【００３１】この負圧は筒部材２３を取り巻く大気圧と
の関連で筒部材２３をスプリング２６の弾力に抗して主
軸１側へ引き寄せる傾向となるが、この時点では空気の
流動抵抗は大きくないため筒部材２３は余り変位せず、
刃具７はいまだ筒部材２３の開口ｐから外方へ突出しな
い。

【００３２】この後、ワークを加工すベく筒部材２３の
先端をワークへ近接させると、筒部材２３の開口ｐがワ
ーク表面で被われる状態となるのであり、このさい開口
ｐからの空気の流入が制限されてその流動抵抗が増大す
るため、包囲体８内の負圧はさらに上昇し、筒部材２３
は一層強い力でスプリング２６力に抗して引き寄せられ
る。このため筒部材２３は主軸１側へ移動するが、この
移動量が大きくなると、開口ｐから流入する空気の流動
抵抗が減少し、開口ｐから包囲体８内に流入する空気の
量は再び増加する。これに関連して包囲体８内の負圧は
低下し、筒部材２３はスプリング２６力で刃具７先端側
へ戻るものとなり、これにより包囲体８内の負圧は再び
上昇し、結局、斯かる作動の繰り返しで筒部材２３はワ
ークから一定寸法離れた位置でスプリング２３力と釣り
合った状態に保持される。

【００３３】このような筒部材２３の作動はワークに対
する刃具７の切込み深さの大小に拘らず得られるものと
なり、したがって筒部材２３は加工中、常にワークから
一定長離れた状態となるのであり、これにより筒部材２
３とワークの接触により生じる虞のあるワークの損傷は
確実に防止されるものとなる。

【００３４】またワークの加工中には刃具７が切粉を生
成するものとなるが、この切粉は筒部材２３の先端とワ
ークとの間を経て開口ｐから吸引される空気の流れに乗
って連続的に包囲体８内に運ばれ、その後空気と共に吸
引管３４を経て特定の場所へ収集される。

【００３５】刃具７がエンドミルなどである場合、刃具
７はワークを切削しつつその表面に沿って移動するが、
このような場合も筒部材２３はワークから一定長離れた
状態となるため、筒部材２３がワーク表面を傷つけたり
或いは同表面の段部などに引っ掛かるような事態は生じ
ないのである。

【００３６】自動的な刃具交換のさいは口金板３２より
も右側となる部分、即ちホルダ６、包囲体８、筒部材２
３、刃具７、口金部材１４及び係合片１８などは刃具構
成品として一体的に取り扱われるのであり、即ち突条部
６ｄを工具交換アームに把握され一体的に移動される。
このさい、係合片１８はホルダ６の位置固定又はその解
除を行うものとなり、この作用と主軸１のオリエンテー
ション機能との関連で刃具構成品は主軸１との間で適正
に脱着操作されるものとなる。

【００３７】一方、状況によってはホルダ６に固定され
た刃具７のみを交換する必要が生じるが、このような場
合は作業者が各操作板２９の張出し部をスプリング３１
力に抗して例えば片手の三本の指などで同時に押圧操作
するなどして図５（ａ２）（ｂ２）に示すように係止孔
２９ａと透孔２８とを完全に合致させ、係止孔２９ａの
周面部と環状溝ｍ３との嵌合を解除するのであり、続い
てこの状態を保持したまま筒部材２３全体をその先側へ
移動させるのである。これにより各案内棒２５は図６に
示すようにスプリング２６力でその先側へ押圧移動され
た状態で透孔２８及び係止孔２９ａから抜け出るものと
なり、これにより筒部材２３は自由状態となると共にホ
ルダ６先部及び刃具７の周面は外部に露出された状態と
なる。この状態の下で作業者はチャック６ｂを解放操作
し、刃具７を交換装着する。なお案内棒２５が透孔２８
から抜き取られた後、解放状態となされた操作板２９は
図５（ａ３）（ｂ３）に示すような状態となる。

【００３８】この後は先の手順の逆を行って筒部材２３
を再装着する。このさい作業者は透孔２８及び係止孔２
９ａ内に各案内棒２５の嵌挿部ｎ３を押し込み、操作板
２９を解放するだけでよい。特に実施態様のものでは嵌
挿部ｎ３の根元の段部ｈ３（図２又は図６参照）が鍔部
ｓの片面と当接してその位置を特定するため鍔部ｓの刃
具７軸方向の位置決めに対する配慮は殆ど不要となり、
また嵌挿部ｎ３の先端が先細状になしてあるため嵌挿部
ｎ３を透孔２８内に押し込むだけでその先端が係止孔２
９ａ内に進入して操作板２９がスプリング３１力に抗し
て退避移動され、嵌挿部ｎ３が完全に進入したとき係止
孔２９ａの周面部が自動的に環状溝ｍ３に嵌合するもの
となる。

【００３９】このようにホルダ６はそのまま使用し刃具
７のみを交換すると一般に刃具７長さと筒部材２３の全
長とが適合しないものとなり、そのままでは前述したよ
うな適正な切粉吸引作用が得られないため、固定ネジ２
４を緩め操作して延長部材２３ｂを回転操作することに
より延長部材２３ｂの螺合量を変化させるようにする。

【００４０】図７は上記実施形態の変形例である。上記
のものと相違する箇所を説明すると、延長部材の先端面
２３ｂはワークｗと直接に当接させるための平面とな
し、この平面の円周方向適当間隔位置に適当な切欠ｋ２
・・・を形成したものとなしてある。

【００４１】刃具７の軸方向部位には螺旋状の通気孔７
ａを形成し、またホルダ６にはその軸方向部位に縦孔ｐ
２、そして直径方向部位に大気側と連通された横孔ｐ３
を形成してある。

【００４２】この実施形態のものではワークｗの加工
中、延長部材２３ｂの先端面がワークｗに密状に当接さ
れ、加工深さが変化すると、筒部材２３全体が刃具７軸
方向へ変位して対応する。包囲体８内空間は先のものに
準じて負圧となされるのであり、このため大気が横孔ｐ
３、縦孔ｐ２及び通気孔７ａを経て刃具７の先端面から
勢いよく吸引されるものとなり、このさいの空気流が切
粉の包囲体８内への移動を活発化させる。

【００４３】刃具７先端から吸引される空気量が不足し
た状態となることが起こり得るが、このようなときは包
囲体８内空間の負圧が大となって切欠ｋ２からより多く
の大気が吸引され前記不足を補うものとなる。

【００４４】この実施形態の筒部材も先の実施形態のも
のと本願発明思想上の実質的な差異はなく、同様に取り
扱われる。

【００４５】なお、刃具７の先端などから筒部材２３内
空間に圧縮空気を強制的に送り込むようにしたようなも
のも存在するが、このようなものも本発明の対象範囲内
である。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、包囲体に主軸方向の退
避移動可能に装着された筒部材の脱着処理を指による操
作板の揺動操作と筒部材全体の押し引き操作とによりワ
ンタッチ的に行うことが可能となり、刃具の簡便な交換
装着などが実現されるものである。

【００４７】請求項２に記載したものによれば、筒部材
の全長を交換装着後の刃具と簡便に適合させ得るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る工作機械の主軸ヘッド部を示し
（ａ）は正面視断面図で（ｂ）は側面図である。

【図２】工作機械の筒部材部分を示す斜視図である。

【図３】筒部材に関するものであって（ａ）は正面視断
面図で（ｂ）は側面図である。

【図４】図３（ｂ）のｘ−ｘ部断面図である。

【図５】筒部材の一部の作用説明図であって（ａ１）は
案内棒との結合状態を示す正面視断面図で（ｂ１）はそ
の側面図、（ａ２）は案内棒が鍔部の透孔に挿入される
ときの状態を示す正面視断面図で（ｂ２）はその側面
図、そして（ａ３）は案内棒が透孔内に存在しないとき
の正面視断面図で（ｂ３）はその側面図である。

【図６】筒部材を取り外した状態の主軸ヘッド部を示し
（ａ）は正面視断面図で（ｂ）は側面図である。

【図７】本発明の変形例を示す正面視断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸 ４ 主軸ヘッド本体部材 ６ ホルダ ７ 刃具 ８ 包囲体 ２３ 筒部材 ２３ａ 筒部材２３の本体部材 ２３ｂ 延長部材 ２５ 案内棒 ２６ スプリング ２８ 透孔 ２９ 操作板 ２９ａ 係止孔 ３０ 軸 ３１ スプリング ｍ３ 環状溝 ｓ 鍔部 ｓ１ 空所

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸ヘッド本体部材と同体に固定されホ
   ルダの周面を包囲するものとなされた包囲体の周方向適
   当間隔箇所から案内棒を主軸先側へ向け且つスプリング
   などの押圧力に抗して主軸元側へ退避移動可能に延設す
   るほか各案内棒の先部周面に特定巾の環状溝を形成し、
   一方包囲体の前部からはホルダに固定された刃具の周面
   を包囲するものとした筒部材を主軸方向の出入り自在に
   延出させると共にこの筒部材の外周面に形成された鍔部
   に各案内棒の先部の挿入される透孔を設け、各透孔の近
   傍をなす鍔部肉厚部内に鍔部周面に開口された空所を形
   成し、この空所内に前記透孔と合致される係止孔の設け
   られた操作板をこれの一部が鍔部周面から張り出すよう
   に挿入すると共に鍔部にスプリングなどの弾力に抗して
   刃具回転面に沿った一定範囲内の揺動操作可能なように
   軸着し、案内棒と鍔部の結合状態において係止孔の周面
   部が係止孔及び透孔の特定位置に挿入された案内棒の環
   状溝に嵌合され案内棒の抜け出しを規制することを特徴
   とする工作機械の主軸ヘッド部構造
2. 【請求項２】 筒部材が本体部材とこれの先端面に出入
   り調整可能に螺着された延長部材からなることを特徴と
   する請求項１記載の工作機械の主軸ヘッド部構造。