JP3814021B2 - Tool holding device for machine tools - Google Patents

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JP3814021B2
JP3814021B2 JP21580196A JP21580196A JP3814021B2 JP 3814021 B2 JP3814021 B2 JP 3814021B2 JP 21580196 A JP21580196 A JP 21580196A JP 21580196 A JP21580196 A JP 21580196A JP 3814021 B2 JP3814021 B2 JP 3814021B2
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和 渡部
洋三 有川
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日立ビアエンジニアリング株式会社
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具のテーパ面を主軸のテーパ面に当接させた状態でドローバーの先端に配置したコレット等の楔部材を工具のプルスタッドのフランジ面に係合させ、ドローバーを付勢して工具を主軸に保持するようにした工作機械の工具保持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は工具を保持した状態における工作機械の主軸頭の断面図である。1は工具あるいは工具を保持するホルダ(以下、両者を合わせて工具という。)で、外周にはテーパ面2が形成され、端部にはプルスタッド3が固定されている。なお、プルスタッド3のフランジ部3aの両端はそれぞれテーパ面3b,3cが形成されている。4は主軸で、先端部の内面にはテーパ面2と係合するテーパ面5が、また、内部には逃げ穴6と案内穴7が形成されている。8はコレットで、径方向に複数に分割され、ドローバー9により軸方向に位置決めされている。10は環状のばねで、コレット8を付勢している。11は皿ばねで、複数枚が軸方向に並べて配置され、ドローバー9を10〜12kNの力で図における右方に付勢している。なお、ドローバー9の図示しない他端には、エアシリンダが配置されている。
【0003】
以下、動作を説明する。工具1を交換するときには、図示しないエアシリンダを動作させ、皿ばね11に抗してドローバー9を左方へ移動させる。コレット8の先端が案内穴7から逃げ穴6に移動すると、図7に示すように、ばね10によりコレット8は径方向に開き、内径がフランジ部3aの外径より大きくなる。この状態で工具1を主軸4から外す。なお、工具1を主軸4から外し易すくするため、コレット8の内径がフランジ部3aの外径よりも大きくなった後、エアシリンダの移動端において、ドローバー9の先端9aでプルスタッド3の端面を僅かに(たとえば数十μmでもよい)押すようにしている。次に、別の工具1を主軸4内に挿入し、テーパ面2をテーパ面5に当接させてから、図示しないエアシリンダを上記とは逆の方向に動作させる。すると、皿ばね11によりドローバー9は右方に移動し、コレット8は逃げ穴6から案内穴7に移動する際にばね10に抗して閉じる。そして、、さらに右方に移動し、コレット8のフランジ部3aの内面8aがテーパ面3cに当接して、工具1を右方に付勢する。この結果、工具1のテーパ面2と主軸4のテーパ面5間の摩擦力により工具1と主軸4は一体になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、工具1が例えばエンドミルの場合、加工時、図示しない刃先には工具1を主軸4から引き抜く方向(図6における左向き)の力(以下、引き抜き力という。)が加わり、特に重切削の際、前記引き抜き力が皿ばね11の力よりも大きくなって、テーパ面2とテーパ面5が瞬間的に離間することがあった。そして、前記離間が発生すると、主軸4の回転力が工具1に伝達されないため、刃先を損傷した。また、前記離間が振動的に発生すると、テーパ面2とテーパ面5の接触面が摩耗しあるいは錆びが発生する、いわゆるフレッテイング(フレッテイング・コロージョン;擦過摩耗)が発生した。この場合、ばね11の付勢力を大きくすればフレッテイングを防止できるが、エアシリンダの能力を大きくする必要があった。
【0005】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、ドローバーの先端に配置した楔部材を工具のプルスタッドのフランジ面に係合させ、ドローバーを付勢して工具を主軸に保持するようにした工作機械の工具保持装置において、ドローバーを付勢する力が同一のままでも、刃先の損傷および主軸と工具のテーパ部のフレッテイングの発生を防止することができる工作機械の工具保持装置を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ドローバー(9)の先端に配置した楔部材(33)を工具(1)のプルスタッド(3)のフランジ面(3c)に係合させ、ドローバーを第1の付勢手段(11)により付勢して工具を主軸(4)に保持するようにした工作機械の工具保持装置において、
前記主軸(4)に形成した案内穴(7)に軸方向移動自在に嵌挿されると共に前記ドローバー(9)と一体に連結される位置決め手段(32)を設け、
前記楔部材(33)の外周面と前記位置決め手段(32)の内周面との間で、互に当接して楔作用をする接合部(32b,33f)を設け、
前記工具(1)を主軸(4)に保持する状態では、前記ドローバー(9)の付勢に基づく前記位置決め手段(32)の前記楔部材(33)に対する相対移動により、前記接合部(32b,33f)の楔作用に基づき前記楔部材(33)を前記フランジ面(3c)に係合すると共に、前記位置決め手段(32)が前記楔部材の拡がりを阻止して位置決めする。
【0007】
また、本発明は、前記楔部材(33)が、前記フランジ面(3c)に係合する第1のテーパ面(33c)と、前記接合部を構成する第2のテーパ面(33f)とを有し、
前記楔部材の第2のテーパ面(33f)の軸線に対する角(a)、前記第1のテーパ面(33c)の軸線に対する角(b)より小さく設定する。
【0008】
更に、本発明は、前記楔部材(33)の先端に第3のテーパ面(33)を設け、また前記主軸(4)に一体に当接部(31b)を設け、かつ前記楔部材(33)と前記ドローバー(9)との間に、前記楔部材の第3のテーパ面(33a)が前記当接部(31b)に当接するように付勢する第2の付勢手段(35)を介在し、前記ドローバーの工具解放方向の移動により、前記第2の付勢手段(35)の付勢に基づき前記楔部材(33)を前記主軸(4)に対して軸方向に相対移動して、前記第3のテーパ面(33a)前記当接部(31b)の当接により、該楔部材を、前記フランジ面(3c)から解放するように移動してなる。
【0010】
[作用]
以上構成に基づき、工具(1)を装着・保持するには、工具(1)のプルスタッド(3)を主軸(4)内に差込み、この状態で、ドローバー(9)を例えば皿ばね(11)の付勢により移動する。すると、該ドローバー(9)と一体の位置決め手段(シリンダケース)(32)が移動して、楔部材(コレット)(33)と位置決め手段の接合部(33f,33b)の楔作用により、楔部材(33)がプルスタッド(3)のフランジ面(3c)に係合する。
【0011】
この際、上記接合部を構成する楔部材の第2のテーパ面(33f)のなす角(a)が、前記フランジ面と係合する第1のテーパ面(33c)のなす角(b)より小さく設定してあり、前記ドローバー(9)の付勢力が、前記第2のテーパ面(33f)の楔作用により倍力されて、第1のテーパ面(33c)がフランジ面(3c)に係合する。また、工具(1)を主軸(4)から引き抜く方向に力が作用すると、前記第2のテーパ面(33f)により倍力されて位置決め手段(32)が主軸(4)の案内穴(7)に押付けられる。
【0012】
これにより、楔部材(33)が位置決め手段(32)により外方に拡がることを阻止されて位置決めされており、工具(1)を引き抜く方向の力は、工具(1)、プルスタッド(3)、フランジ面(3c)、第1のテーパ面(33c)、楔部材(33)、第3のテーパ面(33a)、当接部(31b)、コレットオープナ(31)、主軸(4)、テーパ面(5)そして工具のテーパ面(2)からなる閉ループ(R)を構成し、工具(1)が機械的ロックにより確実に保持される。
【0013】
一方、ドローバー(9)を例えばエアシリンダにより皿ばね(11)に抗して移動すると、例えばコレットホルダ(34)、ばね(35)を介して楔部材(コレット)(33)が移動し、その第3のテーパ面(33a)が、例えばボス(31)等の主軸に一体の当接部(33a)に当接し、楔部材(33)を外径方向に拡げてフランジ面(3c)との係合を解放する。この状態で、工具(1)を主軸(4)から取外すことが可能となる。
【0014】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、本発明の構成を何等限定するものではない。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施の形態を示す工具を保持した状態における工作機械の主軸頭の要部断面図、また、図2は工具を保持していない状態を示す工作機械の主軸頭の要部断面図、図3は主要部の拡大図、図4はコレットホルダの正面図である。なお、図6,7と同じものあるいは同一の機能のものは同一の符号を付してある。31はコレットオープナで、外周は主軸4の案内穴7に嵌合し、一端にボス31aが形成されている。31bはボス31aの端部に形成されたテーパ面、31cは穴で、その直径はフランジ部3aの外径よりも大きい。32は環状のシリンダケースで、外周は主軸4の案内穴7に嵌合し、一方の端部にはボス31aに外嵌する穴32aが形成されている。32bはテーパ面で、穴32aと穴32aよりも大径の穴32cとを接続している。そして、シリンダケース32は後端側で雌ねじ32dがドローバー9の雄ねじ9bに螺合し、ドローバー9と一体である。33はコレットで、詳細については後述する。34はコレットホルダで、外周はシリンダケースの穴32cに嵌合し、一方の側面にはコレット33を径方向に位置決めする半径方向に延びる3個の案内溝34aが設けてあり、内側に穴34bが形成されている。また、案内溝34aの底面34cは外径に向かって深くなる方向(テーパ面3c方向)のテーパ面に形成してある。なお、図4に示すように、案内溝34aの隣合う側面は互いに平行である。35は、コレットホルダ34とドローバー9のフランジ部9cとの間に縮設された皿ばねである。なお、図示していないドローバー9の後端側には、図6の場合と同様に、エアシリンダが配置されている。
【0016】
次に、図3に基づきコレット33の形状を詳細に説明する。なお、同図において、実線は工具1を保持している時の各部材の位置を、また、2点鎖線は工具1交換時におけるコレット33とシリンダケース32の位置を示している。始めに内側の形状を説明する。コレット33の先端はV字状に形成されており、テーパ面33aはコレットオープナのテーパ面31bと同一角度である。33bは軸と平行な面、33cはテーパ面3cと同一角度のテーパ面、33dはテーパ面33cと後端部33eとを接続する面で、軸と平行である。次にコレット33の外側の形状を説明する。33fはテーパ面で、該テーパ面33fが軸線とのなす角aは、前記テーパ面33cが軸線とのなす角bより小さく、例えば余接の値が1/2以下である。33gは軸と平行な面である。また、後端部33eは底面34cと同一角度のテーパ面である。そして、1個のコレット33は上記の各面が形成された環状部品を径方向に3分割し、さらに分割面を直径と平行に形成したもので、本実施の形態では3個のコレット33を円周方向に配置してある。なお、コレットが楔部材であり、シリンダケース32が楔部材の位置決め手段を構成している。
【0017】
以下、工具1を交換するときの動作を説明する。図示しないエアシリンダを動作させ、ドローバー9の後端を付勢すると、ドローバー9と一体のシリンダケース32が左方へ移動する。コレット33は皿ばね35により図の左方へ付勢されているから、穴32aの移動に伴ない、テーパ面33aとテーパ面31bおよび後端部33eが案内溝34aの底面34cにそれぞれ当接した状態で軸心から離れる方向に移動し、エアシリンダの移動端において、面33bはフランジ部3aの外径の外側に位置し、従来の場合と同様に、移動端の直前でドローバー9の先端9aがプルスタッド3の端面をたとえば数十μm押すようにしている。なお、エアシリンダの移動端において、コレットオープナ31の軸と直角の面31dとシリンダケース32の端面32eとの間および穴32cと面33gとの間にはそれぞれ隙間が形成されるように設定されている。
【0018】
次に、別の工具1を主軸4内に挿入し、そのテーパ面2を主軸4のテーパ面5に当接させてから、図示しないエアシリンダを上記とは逆の方向に動作させる。すると、ばね11によりドローバー9と一体にシリンダケース32が右方へ移動する。コレット33は先端がシリンダケースのテーパ面32bに当接しているから、テーパ面32bの移動に伴ない、皿ばね35に抗してテーパ面33aとテーパ面31bおよび後端部33eが案内溝34aの底面34cにそれぞれ当接した状態で軸心に近づく方向に移動する。そして、コレット33は、テーパ面33aの外端がテーパ面31bの外端と等しくなった後は、穴32aの端部がテーパ面33fに当接することにより、皿ばね35に抗してテーパ面31bに沿ってさらに移動し、テーパ面33cがプルスタッドのテーパ面3cに当接することにより、工具1を右方に付勢する。この結果、テーパ面2、テーパ面5間の摩擦力により工具1と主軸4は一体になる。なお、テーパ面33cがテーパ面3cに当接したとき、面33dとフランジ部3aの外径、および面33dと案内溝34aの内径方向の側面との間にはそれぞれ隙間が形成されるように構成されている。
【0019】
次に、機能について説明する。図示しない刃先に皿ばね11の力よりも大きい引き抜き力が加わると、コレット33は軸心から遠ざかる方向に移動しようとする。しかし、テーパ面33fには皿ばね11の力が加わっているため、例えばテーパ面33fのなす角aの余接の値がテーパ面33cのなす角bの余接の1/2の場合、引き抜き力が皿ばね11の力の2倍になるまでテーパ部2とテーパ部5は離間しない。さらに、コレット33がシリンダケース32により外方に拡がることを阻止されて位置決めされており、工具1からの上記引き抜き力は、図1のループRに示すように、プルスタッド3、テーパ面3c、テーパ面33c、コレット33、テーパ面33a、テーパ面31b、コレットオープナ31、主軸4、そしてテーパ面5,2、工具1の閉ループとなり、工具1は機械的ロックにより確実に保持される。
【0020】
図5は、本発明による工具保持装置と従来の工具保持装置のそれぞれに工具1を保持させ、保持した工具1を引き出す方向に付勢したときの引出力と、工具1の変位量を比較したものである。同図から明らかなように、従来の工具保持装置の場合は引出力が13kN付近を越えると、工具1を支持する力がさらばねの引張力とさらばねの剛性に依存する結果、変位量が急増する。これに対し、本発明による工具保持装置の場合は変位量が一様で従来の工具保持装置に比べて小さい。フレッティングは、変位量が大きいときに発生しやすいから、本発明による工具保持装置に依ればフレッティングがほとんど発生しない。
【0021】
なお、コレット33を軸方向と平行にして径方向に移動させる代わりに、コレットホルダ34に回転可能に支持させ、コレットホルダ34に支持させた状態で先端のV形の部分を径方向に開くように移動させることにより面31bとテーパ面3cの両者に係合させるように構成しても良い。また、コレットオープナ31を特に設けず、ボス31aを主軸4の内面に直接形成しても良い。また、コレット33は3分割に限らず、分割数を変更しても良い。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドローバーを付勢する皿ばねの力よりも大きい引き抜き力が刃先に加わっても、工具のテーパ面と主軸のテーパ面は離間しないから、ドローバーを付勢する力が同一のままでも、刃先の損傷および主軸と工具のテーパ部のフレッテイングの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す工具を保持した状態における工作機械の主軸頭の要部断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態を示す工具を保持していない状態における工作機械の主軸頭の要部断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態を示す主要部の拡大図である。
【図4】本発明の一実施の形態を示すコレットホルダの正面図である。
【図5】従来の装置と本発明による装置との引張り力に対する工具保持具の変化を示す図。
【図6】従来の工具を保持した状態における工作機械の主軸頭の断面図である。
【図7】従来の工具を保持していない状態における工作機械の主軸頭の断面図である。
【符号の説明】
1 工具
2,5 テーパ面
3 プルスタッド
3c フランジ面
4 主軸
9 ドローバー
31 ボス(コレットオープナ)
31c 当接部
32 (位置決め手段)シリンダケース
33 楔部材(コレット)
33a 第3のテーパ面
32b,33f 接合部(当接部、第2のテーパ面)
33c 第1のテーパ面
34 コレットホルダ
35 皿ばね
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a wedge member such as a collet disposed at the tip of the draw bar is engaged with the flange surface of the pull stud of the tool while the taper surface of the tool is in contact with the taper surface of the main shaft, and the draw bar is urged. The present invention relates to a tool holding device for a machine tool that holds a tool on a spindle.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the spindle head of the machine tool in a state where the tool is held. Reference numeral 1 denotes a tool or a holder for holding the tool (hereinafter referred to as a tool together), a tapered surface 2 is formed on the outer periphery, and a pull stud 3 is fixed to the end. Note that tapered surfaces 3b and 3c are formed at both ends of the flange portion 3a of the pull stud 3, respectively. Reference numeral 4 denotes a main shaft, and a tapered surface 5 that engages with the tapered surface 2 is formed on the inner surface of the tip, and a relief hole 6 and a guide hole 7 are formed inside. A collet 8 is divided into a plurality of parts in the radial direction and is positioned in the axial direction by a draw bar 9. An annular spring 10 biases the collet 8. A plurality of disc springs 11 are arranged side by side in the axial direction, and urge the draw bar 9 to the right in the figure with a force of 10 to 12 kN. An air cylinder is arranged at the other end (not shown) of the draw bar 9.
[0003]
The operation will be described below. When exchanging the tool 1, an air cylinder (not shown) is operated to move the draw bar 9 to the left against the disc spring 11. When the tip of the collet 8 moves from the guide hole 7 to the escape hole 6, as shown in FIG. 7, the collet 8 is opened in the radial direction by the spring 10, and the inner diameter becomes larger than the outer diameter of the flange portion 3a. In this state, the tool 1 is removed from the main shaft 4. In order to make it easy to remove the tool 1 from the main shaft 4, after the inner diameter of the collet 8 becomes larger than the outer diameter of the flange portion 3a, the end surface of the pull stud 3 at the distal end 9a of the draw bar 9 at the moving end of the air cylinder. Is slightly pushed (for example, it may be several tens of μm). Next, another tool 1 is inserted into the main shaft 4, the tapered surface 2 is brought into contact with the tapered surface 5, and then an air cylinder (not shown) is operated in the opposite direction. Then, the draw bar 9 is moved to the right by the disc spring 11, and the collet 8 is closed against the spring 10 when moving from the escape hole 6 to the guide hole 7. And it moves to the right further, the inner surface 8a of the flange part 3a of the collet 8 contacts the taper surface 3c, and urges the tool 1 to the right. As a result, the tool 1 and the main shaft 4 are united by the frictional force between the tapered surface 2 of the tool 1 and the tapered surface 5 of the main shaft 4.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the tool 1 is, for example, an end mill, a force (hereinafter referred to as a pulling force) in the direction of pulling out the tool 1 from the main shaft 4 (hereinafter referred to as a pulling force) is applied to the cutting edge (not shown) during machining, particularly during heavy cutting. The pulling force becomes larger than the force of the disc spring 11, and the tapered surface 2 and the tapered surface 5 may be instantaneously separated. And when the said separation | spacing generate | occur | produced, since the rotational force of the main shaft 4 was not transmitted to the tool 1, the blade edge was damaged. In addition, when the separation is generated in vibration, the contact surface between the tapered surface 2 and the tapered surface 5 is worn or rusted, so-called fretting (fretting / corrosion) occurs. In this case, fretting can be prevented by increasing the urging force of the spring 11, but it is necessary to increase the capacity of the air cylinder.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, engage a wedge member arranged at the tip of the draw bar with the flange surface of the pull stud of the tool, and urge the draw bar to hold the tool on the spindle. To provide a tool holding device for a machine tool that can prevent damage to the blade edge and fretting of the spindle and the taper portion of the tool even when the force for biasing the draw bar remains the same. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the wedge member (33) disposed at the tip of the draw bar (9) is engaged with the flange surface (3c) of the pull stud (3) of the tool (1), and the draw bar is moved to the first biasing means (11). In a tool holding device of a machine tool that is held by the main shaft (4) by being urged by
A positioning means (32) is provided which is inserted into a guide hole (7) formed in the main shaft (4) so as to be axially movable and is integrally connected to the draw bar (9),
Between the outer peripheral surface of the wedge member (33) and the inner peripheral surface of the positioning means (32), there are provided joint portions (32b, 33f) that contact each other and perform a wedge action,
In a state where the tool (1) is held on the main shaft (4), the joint (32b,) is caused by relative movement of the positioning means (32) with respect to the wedge member (33) based on the bias of the draw bar (9). The wedge member (33) is engaged with the flange surface (3c) based on the wedge action of 33f), and the positioning means (32) positions the wedge member while preventing the wedge member from spreading.
[0007]
In the present invention, the wedge member (33) includes a first tapered surface (33c) that engages with the flange surface (3c) and a second tapered surface (33f) that constitutes the joint portion. Have
The second tapered surface of the wedge member corner (a) with respect to the axis of (33f), is rather smaller set than the corner (b) relative to the axis of the first tapered surface (33c).
[0008]
Further, according to the present invention, a third tapered surface (33 a ) is provided at the tip of the wedge member (33), a contact portion (31b) is provided integrally with the main shaft (4), and the wedge member ( 33) and the draw bar (9), the second biasing means (35) for biasing the third taper surface (33a) of the wedge member so as to abut against the abutting portion (31b). interposing a, more movement of the tool releasing direction of the drawbar, relative movement in the axial direction the wedge member on the basis of the biases (33) relative to the spindle (4) of said second biasing means (35) The wedge member is moved so as to be released from the flange surface (3c) by the contact between the third tapered surface (33a) and the contact portion (31b).
[0010]
[Action]
Based on the above configuration, in order to mount and hold the tool (1), the pull stud (3) of the tool (1) is inserted into the main shaft (4), and in this state, the draw bar (9) is attached to, for example, a disc spring (11 ). Then, the positioning means (cylinder case) (32) integral with the draw bar (9) moves, and the wedge member acts by the wedge action of the wedge member (collet) (33) and the joint (33f, 33b) of the positioning means. (33) engages the flange surface (3c) of the pull stud (3).
[0011]
At this time, the angle (a) formed by the second tapered surface (33f) of the wedge member constituting the joint portion is larger than the angle (b) formed by the first tapered surface (33c) engaged with the flange surface. The biasing force of the draw bar (9) is boosted by the wedge action of the second tapered surface (33f), and the first tapered surface (33c) is engaged with the flange surface (3c). Match. Further, when a force acts in the direction of pulling out the tool (1) from the main shaft (4), the positioning means (32) is boosted by the second taper surface (33f) and the positioning means (32) is guided into the guide hole (7) of the main shaft (4). Pressed against.
[0012]
Thus, the wedge member (33) is positioned by being prevented from spreading outward by the positioning means (32), and the force in the direction of pulling out the tool (1) is determined by the tool (1) and the pull stud (3). , Flange surface (3c), first taper surface (33c), wedge member (33), third taper surface (33a), contact portion (31b), collet opener (31), main shaft (4), taper A closed loop (R) consisting of a surface (5) and a tapered surface (2) of the tool is constructed, and the tool (1) is securely held by a mechanical lock.
[0013]
On the other hand, when the draw bar (9) is moved against the disc spring (11) by an air cylinder, for example, the wedge member (collet) (33) is moved through the collet holder (34) and the spring (35), for example. The third taper surface (33a) comes into contact with a contact portion (33a) integrated with a main shaft such as a boss (31), for example, and the wedge member (33) is expanded in the outer diameter direction to form a flange surface (3c). Release the engagement. In this state, the tool (1) can be removed from the main shaft (4).
[0014]
In addition, although the code | symbol in the said parenthesis is for contrast with drawing, it does not limit the structure of this invention at all.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a cross-sectional view of a main part of a spindle head of a machine tool in a state where a tool is held according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a main part of the spindle head of a machine tool in a state where a tool is not held. FIG. 3 is an enlarged view of the main part, and FIG. 4 is a front view of the collet holder. 6 and 7 are given the same reference numerals. 31 is a collet opener, the outer periphery is fitted in the guide hole 7 of the main shaft 4, and a boss 31a is formed at one end. 31b is a tapered surface formed at the end of the boss 31a, 31c is a hole, and the diameter thereof is larger than the outer diameter of the flange portion 3a. Reference numeral 32 denotes an annular cylinder case, the outer periphery of which is fitted into the guide hole 7 of the main shaft 4, and a hole 32a that is fitted around the boss 31a is formed at one end. A tapered surface 32b connects the hole 32a and the hole 32c having a larger diameter than the hole 32a. The cylinder case 32 is integral with the draw bar 9 by a female screw 32 d screwed into the male screw 9 b of the draw bar 9 on the rear end side. Reference numeral 33 denotes a collet, which will be described in detail later. Reference numeral 34 denotes a collet holder. The outer periphery is fitted into a hole 32c of the cylinder case, and three guide grooves 34a extending in the radial direction for positioning the collet 33 in the radial direction are provided on one side surface. Is formed. Further, the bottom surface 34c of the guide groove 34a is formed in a tapered surface in a direction (tapered surface 3c direction) that becomes deeper toward the outer diameter. In addition, as shown in FIG. 4, the adjacent side surfaces of the guide groove 34a are parallel to each other. Reference numeral 35 denotes a disc spring which is contracted between the collet holder 34 and the flange portion 9 c of the draw bar 9. Note that an air cylinder is arranged on the rear end side of the draw bar 9 (not shown) as in the case of FIG.
[0016]
Next, the shape of the collet 33 will be described in detail with reference to FIG. In the figure, the solid line indicates the position of each member when the tool 1 is held, and the two-dot chain line indicates the position of the collet 33 and the cylinder case 32 when the tool 1 is replaced. First, the inner shape will be described. The tip of the collet 33 is formed in a V shape, and the tapered surface 33a has the same angle as the tapered surface 31b of the collet opener. 33b is a surface parallel to the axis, 33c is a tapered surface having the same angle as the tapered surface 3c, and 33d is a surface connecting the tapered surface 33c and the rear end portion 33e, and is parallel to the axis. Next, the outer shape of the collet 33 will be described. Reference numeral 33f denotes a tapered surface, and an angle a formed by the tapered surface 33f and the axis is smaller than an angle b formed by the tapered surface 33c and the axis, for example, the cotangent value is ½ or less. 33g is a plane parallel to the axis. The rear end portion 33e is a tapered surface having the same angle as the bottom surface 34c. One collet 33 is obtained by dividing the annular part on which each of the surfaces is formed into three in the radial direction, and further forming the divided surface in parallel with the diameter. It is arranged in the circumferential direction. The collet is a wedge member, and the cylinder case 32 constitutes a positioning means for the wedge member.
[0017]
Hereinafter, an operation when the tool 1 is replaced will be described. When an air cylinder (not shown) is operated and the rear end of the draw bar 9 is urged, the cylinder case 32 integrated with the draw bar 9 moves to the left. Since the collet 33 is urged to the left in the figure by the disc spring 35, the tapered surface 33a, the tapered surface 31b, and the rear end portion 33e abut against the bottom surface 34c of the guide groove 34a as the hole 32a moves. In this state, the surface 33b is located outside the outer diameter of the flange portion 3a at the moving end of the air cylinder, and the tip of the draw bar 9 is just before the moving end as in the conventional case. 9a pushes the end face of the pull stud 3 by, for example, several tens of μm. Note that, at the moving end of the air cylinder, a gap is formed between the surface 31d perpendicular to the axis of the collet opener 31 and the end surface 32e of the cylinder case 32 and between the hole 32c and the surface 33g. ing.
[0018]
Next, another tool 1 is inserted into the main shaft 4, the taper surface 2 is brought into contact with the taper surface 5 of the main shaft 4, and an air cylinder (not shown) is operated in the direction opposite to the above. Then, the cylinder case 32 moves rightward together with the draw bar 9 by the spring 11. Since the tip of the collet 33 is in contact with the taper surface 32b of the cylinder case, the taper surface 33a, the taper surface 31b, and the rear end portion 33e are opposed to the disc spring 35 along with the movement of the taper surface 32b. And move in a direction approaching the axis while being in contact with the bottom surface 34c. Then, after the outer end of the tapered surface 33a becomes equal to the outer end of the tapered surface 31b, the collet 33 has a tapered surface against the disc spring 35 by the end of the hole 32a coming into contact with the tapered surface 33f. The tool 1 moves further along 31b, and the tapered surface 33c abuts against the tapered surface 3c of the pull stud, thereby biasing the tool 1 to the right. As a result, the tool 1 and the main shaft 4 are united by the frictional force between the tapered surface 2 and the tapered surface 5. When the tapered surface 33c comes into contact with the tapered surface 3c, a gap is formed between the surface 33d and the outer diameter of the flange portion 3a, and between the surface 33d and the side surface in the inner diameter direction of the guide groove 34a. It is configured.
[0019]
Next, functions will be described. When a pulling force greater than the force of the disc spring 11 is applied to the blade tip (not shown), the collet 33 tends to move in a direction away from the axis. However, since the force of the disc spring 11 is applied to the tapered surface 33f, for example, when the cotangent value of the angle a formed by the tapered surface 33f is 1/2 of the cotangent value of the angle b formed by the tapered surface 33c, the taper surface 33f is pulled out. The taper portion 2 and the taper portion 5 are not separated until the force becomes twice the force of the disc spring 11. Further, the collet 33 is positioned by being prevented from spreading outward by the cylinder case 32, and the pulling force from the tool 1 is, as shown in the loop R of FIG. 1, a pull stud 3, a tapered surface 3c, The taper surface 33c, the collet 33, the taper surface 33a, the taper surface 31b, the collet opener 31, the main shaft 4, the taper surfaces 5 and 2, and the tool 1 are closed loops, and the tool 1 is securely held by a mechanical lock.
[0020]
FIG. 5 compares the pulling force when the tool 1 is held in each of the tool holding device according to the present invention and the conventional tool holding device and the held tool 1 is urged in the pulling direction and the displacement amount of the tool 1. Is. As can be seen from the figure, in the case of the conventional tool holding device, when the pulling force exceeds 13 kN, the force for supporting the tool 1 depends on the tension force of the spring spring and the rigidity of the spring spring. Increase rapidly. On the other hand, in the case of the tool holding device according to the present invention, the amount of displacement is uniform and smaller than that of the conventional tool holding device. Since fretting is likely to occur when the amount of displacement is large, the fretting hardly occurs according to the tool holding device of the present invention.
[0021]
Instead of moving the collet 33 in the radial direction in parallel with the axial direction, the collet holder 34 is rotatably supported so that the V-shaped portion at the tip is opened in the radial direction while being supported by the collet holder 34. It may be configured to be engaged with both the surface 31b and the taper surface 3c by being moved to. Further, the collet opener 31 is not particularly provided, and the boss 31 a may be directly formed on the inner surface of the main shaft 4. The collet 33 is not limited to three divisions, and the number of divisions may be changed.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if a pulling force greater than the force of the disc spring that biases the draw bar is applied to the cutting edge, the taper surface of the tool and the taper surface of the spindle are not separated from each other. Even if the urging force remains the same, damage to the blade edge and fretting of the spindle and the taper portion of the tool can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a spindle head of a machine tool in a state where a tool is held according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a spindle head of a machine tool in a state where a tool according to an embodiment of the present invention is not held.
FIG. 3 is an enlarged view of a main part showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a front view of a collet holder showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the change of the tool holder with respect to the tensile force between the conventional apparatus and the apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a spindle head of a machine tool in a state where a conventional tool is held.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a spindle head of a machine tool in a state where a conventional tool is not held.
[Explanation of symbols]
1 Tool 2, 5 Tapered surface 3 Pull stud 3c Flange surface 4 Spindle 9 Draw bar 31 Boss (Collet opener)
31c Abutting portion 32 (positioning means) cylinder case 33 wedge member (collet)
33a 3rd taper surface 32b, 33f Joint part (contact part, 2nd taper surface)
33c First tapered surface 34 Collet holder 35 Belleville spring

Claims (1)

ドローバーの先端に配置した楔部材を工具のプルスタッドのフランジ面に係合させ、ドローバーを第1の付勢手段により付勢して工具を主軸に保持するようにした工作機械の工具保持装置において、
前記主軸に形成した案内穴に軸方向移動自在に嵌挿されると共に前記ドローバーと一体に連結される位置決め手段を設け、
前記楔部材の外周面に形成した第2のテーパ面と前記位置決め手段の内周面との間で、互に当接して楔作用をする接合部を設け、
前記工具を主軸に保持する状態では、前記ドローバーの前記第1の付勢手段の付勢に基づく前記位置決め手段の前記楔部材に対する相対移動により、前記接合部の楔作用に基づき前記楔部材の内周面に形成した第1のテーパ面を前記フランジ面に係合すると共に、前記位置決め手段が前記楔部材の拡がりを阻止して位置決めしてなり、
前記楔部材の第2のテーパ面の軸線に対する角を、前記第1のテーパ面の軸線に対する角より小さく設定し、
前記楔部材の先端に第3のテーパ面を設け、また前記主軸に一体に当接部を設け、かつ前記楔部材と前記ドローバーとの間に、前記楔部材の第3のテーパ面が前記当接部に当接するように付勢する第2の付勢手段を介在し、
前記ドローバーの工具解放方向の移動により、前記第2の付勢手段の付勢に基づき前記楔部材を前記主軸に対して軸方向に相対移動して、前記第3のテーパ面と前記当接部との当接により、該楔部材の第1のテーパ面を、前記フランジ面から解放するように移動してなる、
ことを特徴とする工作機械の工具保持装置。
In a tool holding device for a machine tool, a wedge member disposed at a tip of a draw bar is engaged with a flange surface of a pull stud of a tool, and the draw bar is urged by a first urging means to hold the tool on the main shaft. ,
A positioning means is provided which is inserted into a guide hole formed in the main shaft so as to be axially movable and is integrally connected to the draw bar.
Between the second taper surface formed on the outer peripheral surface of the wedge member and the inner peripheral surface of the positioning means, a joint portion that abuts each other and performs a wedge action is provided,
In the state where the tool is held on the main shaft, the relative movement of the positioning means relative to the wedge member based on the bias of the first biasing means of the draw bar causes the inside of the wedge member based on the wedge action of the joint portion . The first taper surface formed on the peripheral surface is engaged with the flange surface, and the positioning means is positioned to prevent the wedge member from spreading ,
An angle with respect to the axis of the second tapered surface of the wedge member is set smaller than an angle with respect to the axis of the first tapered surface;
A third tapered surface is provided at the tip of the wedge member, a contact portion is provided integrally with the main shaft, and the third tapered surface of the wedge member is between the wedge member and the draw bar. Intervening second biasing means for biasing to contact the contact portion,
By moving the draw bar in the tool releasing direction, the wedge member is moved relative to the main shaft in the axial direction based on the bias of the second biasing means, and the third tapered surface and the contact portion The first tapered surface of the wedge member is moved so as to be released from the flange surface.
A tool holding device for a machine tool.
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