JP4124019B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切削工具を工作機械のスピンドルに着脱自在に装着するための工具ホルダに関し、特にホルダ本体のシャンク部がプリロードのかけられたテーパコーンを介して工作機械のスピンドルに装着される工具ホルダの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンター等の工作機械には、自動工具交換装置が設けられ、この自動工具交換装置により、切削工具を掴持した工具ホルダを工作機械のスピンドルに自動的に交換できるようにしている。
また、スピンドルに装着された工具ホルダのホルダ本体をスピンドル内に設けた引込み装置で後方へ引っ張り込むことにより、スピンドルのテーパ孔にホルダ本体のシャンク部を嵌合させ、これにより、工具ホルダをスピンドルに強固に固定する。このスピンドルと工具ホルダとの結合強度（結合剛性）は、加工精度に影響を与えるため、もしも、この結合剛性が小さいと重切削や高速回転に耐えられず、ビビリや振動及び工具の倒れや心振れ等が発生する要因となる。
【０００３】
このような工具ホルダは、一般に、ストレートシャンク部、フランジ部及びアーバを互いの軸線を一致させて後方から前方に向け有するホルダ本体と、上記ストレートシャンク部に該ストレートシャンク部の軸方向に移動可能に嵌合されたテーパコーンと、上記ストレートシャンク部の後端に螺着された、テーパコーンの抜け止め兼用のプルスタッドとを備え、上記テーパコーンは前端から後端に行くにしたがい小径となるテーパ外周面を有し、このテーパコーンの前端面と上記フランジ部との間には、テーパコーンをプルスタッドに圧接させる方向に付勢してテーパコーンにプリロードを付与する弾性部材が介在されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０８３２９１号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような工具ホルダに適用されるテーパコーンには、テーパコーン自体が径方向に弾性変形できるように、テーパコーンの軸線に対し緩い傾斜でテーパコーンの全長にわたって延在するスリ割りが形成されているため、テーパコーンの回転軸心に対する半径方向の質量分布が不ぞろいとなり、アンバランスなテーパコーンとなる。
そこで、従来においては、テーパコーン及びホルダ本体のバランス状態をバランシングマシンにより別々に調べ、アンバランスの場合は個別にバランス取りを行った後、テーパコーンをホルダ本体に組み付けるようにしている。
【０００６】
しかし、このような従来の工具ホルダでは、テーパコーンとホルダ本体をバランシングマシンにより個別にバランス取りを行った後に、テーパコーンをホルダ本体に組み付ける構成になっているため、工具ホルダのバランス取り工程が増大し、バランス取り作業が煩雑になるほか、コスト高になるという問題がある。
また、従来においては、テーパコーンをホルダ本体に組み付けた後にホルダ本体全体のバランス取りを行う方式も考えられる。しかしながら、シャンク部に嵌合されたテーパコーンはシャンク部の円周方向にも移動可能であるため、バランス取りが行われた後にテーパコーンがシャンク部の周方向にずれると、折角バランス取りされた工具ホルダ自体のバランスがくずれてしまい、工具ホルダ自体のバランス性能を保証できないというという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、テーパコーンを含むホルダ本体全体のバランス性能を確保できるとともに、バランス取り工程数を削減できるようにした工具ホルダを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、切削工具を工作機械のスピンドルに着脱可能に装着する工具ホルダであって、シャンク部と、このシャンク部の一端に互いの軸線を一致して設けたフランジ部と、前記フランジ部の反シャンク部に互いの軸線を一致して設けられ前記切削工具が保持されるアーバとを有するホルダ本体と、前記スピンドルに該スピンドルの前端から後方に行くにしたがい小径となるように形成したテーパ穴の内周面と等しいテーパ外周面を有するとともに前記シャンク部に該シャンク部の軸方向に移動可能に嵌合され、かつ軸線方向の全長に亘り斜めに形成したスリ割りを有する径方向に弾性変形可能なテーパコーンとを備え、前記テーパコーンは、前記テーパコーンの小径側端部における前記シャンク部の外周面と前記テーパコーンの内周面の相対向する箇所に前記シャンク部の軸線方向に延在して面対称に形成した一対の係合溝と、前記両係合溝に係合された回り止め部材を有し、ホルダ本体とテーパコーンとの周方向の位置関係（位相）を常に一定に保持してバランスを取るため、前記シャンク部に対して周回り方向への回転が阻止されるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の工具ホルダにおいて、前記テーパコーンが前記ホルダ本体に組み込まれた後のテーパコーンを含むホルダ本体全体のバランス取りを前記ホルダ本体に施すように構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１記載の工具ホルダにおいて、前記テーパコーンのスリ割り内に弗素系のゴムなどの弾性体を埋め込んだことを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１記載の工具ホルダにおいて、前記フランジ部と該フランジ部に対向する前記テーパコーンの端面との間に前記テーパコーンにプリロードを付与する弾性部材が介在されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態を示す工具ホルダの縦断側面図、図２は図１の工具ホルダを分解して示す側面図、図３は図１のＡ部分の拡大図、図４は図３の４−４線に沿う断面図である。
【００１２】
図１及び図２において、工具ホルダ１０は、これに掴持された切削工具１１を工作機械のスピンドル９に着脱可能に装着するためのもので、ホルダ本体１２、テーパコーン１３、プルスタッド１４、予圧用弾性部材１５、テーパコレット１６及びドローボルト１７などを備えている。
【００１３】
前記ホルダ本体１２は、図１及び図２に示すように、ストレートのシャンク部１２１と、このシャンク部１２１の一端に互いの軸線を一致して設けたフランジ部１２２と、このフランジ部１２２の反シャンク部１２１に互いの軸線を一致して設けられ、切削工具１１を保持するアーバ１２３とを含んで構成されている。また、シャンク部１２１の外周面には、図１及び図２に示すように、円周方向に蛇行するように連続する山形状の潤滑剤貯留溝１２１ａが形成され、この貯留溝１２１ａにグリースなどの潤滑剤が充填される。これにより、シャンク部１２１とこれに嵌合されたテーパコーン１３との軸方向の相対移動がスムーズにできるように構成されている。
【００１４】
前記フランジ部１２２の外周面には、自動工具交換装置のアーム（図示省略）が係脱可能に係合する台形溝１２２ａが形成され、フランジ部１２２のテーパコーン１３と相対向する後端面には環状凹部１２２ｂが形成され、この環状凹部１２２ｂ内には、後述の弾性部材１５が収容されている。
また、前記シャンク部１２１の軸心部には、プルスタッド１４が螺着される雌ねじ穴１２４が軸線方向に延在して同心に形成されている。なお、１２２ｃはキ−溝である。
【００１５】
前記アーバ１２３の軸心部には、アーバ１２３の先端面から奥部に行くに従い小径となるテーパ穴１２３ａ及び、このテーパ穴１２３ａに連通してフランジ部１２２に臨むように延在するストレート穴１２３ｂが軸線を一致して形成されており、このテーパ穴１２３ａ及びストレート穴１２３ｂには前記テーパコレット１６が挿着される。
前記ストレート穴１２３ｂと雌ねじ穴１２４との間に位置するホルダ本体１２の軸心部箇所には、シャンク部１２１の後端から雌ねじ穴１２４を通して挿入される前記ドローボルト１７が挿通されるボルト挿通穴１２５が形成されている。また、ドローボルト１７の軸心部にはクーラント供給通路１７１が軸方向に貫通するように形成されている。
【００１６】
したがって、切削工具１１をホルダ本体１２に挿着する場合は、切削工具１１のシャンク部１１ａを差し込んだテーパコレット１６をテーパ穴１２３ａ及びストレート穴１２３ｂに挿入し、しかる後、シャンク部１２１の後端からボルト挿通穴１２５に挿通したドローボルト１７をテーパコレット１６の後端軸心部に同心に形成した雌ねじ穴１６ａに螺合して締め付けることにより、テーパコレット１６をアーバ１２３のテーパ穴１２３ａに引き込む。これにより、切削工具１１はホルダ本体１２に挿着される。
【００１７】
前記テーパコーン１３は、図１及び図２に示すように、シャンク部１２１に該シャンク部１２１の軸方向に移動可能に、かつ円周方向には回転できないように嵌合されるもので、スピンドル９の前端から後方に行くにしたがい小径となるように形成したテーパ穴９Ａの内周面と等しい、例えば１／１０テーパのテーパ外周面１３１を有し、そして、テーパコーン１３のシャンク部１２１に対する周回り方向の回り止めは回り止め手段１８により行われるように構成されている。
前記回り止め手段１８は、図１〜図４に示すように、テーパコーン１３の小径側端部において、シャンク部１２１の外周面とテーパコーン１３の内周面の相対向する箇所に、シャンク部１２１の後端面から軸線方向に延在して面対称に形成した半割り状の一対の係合溝１８１ａ，１８１ｂと、この両係合溝１８１ａ，１８１ｂに係合することによりテーパコーン１３の円周方向の回転を阻止する回り止め部材１８２とを備えている。
【００１８】
また、前記テーパコーン１３には、図１及び図２に示すように、テーパコーン１３の軸線に対し緩い傾斜でテーパコーン１３の全長にわたって延在するスリ割り１３２が形成され、このスリ割り１３２によりテーパコーン１３が径方向に弾性変形できるようになっている。また、前記スリ割り１３２内には弗素系ゴムなどの弾性体１３３が埋め込まれている。この弾性体１３３はスリ割り１３２内に塵埃などが浸入されるのを防止する役目をする。
【００１９】
前記プルスタッド１４は、ホルダ本体１２のシャンク部１２１をスピンドル９のテーパ穴９Ａに引き込んでホルダ本体１２をスピンドル９に装着するとともにテーパコーン１３をシャンク部１２１に嵌合された状態に保持するためのものであって、図１及び図２に示すように、シャンク部１２１の雌ねじ穴１２４に後端側から螺着される雄ねじ部１４１と、この雄ねじ部１４１の後端に軸線を一致して一体に設けられ、かつテーパコーン１３の後端面に当接されるとともにシャンク部１２１の後端径より大きい径の鍔部１４２と、この鍔部１４２の反雄ねじ部１４１側に軸線を一致して一体に設けられた軸部１４３と、この軸部１４３の後端に設けた鍔状の係合部１４４とを備え、この係合部１４４、軸部１４３、鍔部１４２及び雄ねじ部１４１を含むプルスタッド１４の軸心部には、これを軸方向に貫通するクーラント供給通路１４５が形成されている。
このプルスタッド１４は、その雄ねじ部１４１をシャンク部１２１の後端側から差し込んで雌ねじ穴１２４に螺合し締め付けることにより、ホルダ本体１２に結合される。この時、テーパコーン１３の後端面とプルスタッド１４の鍔部１４２と間には、テーパコーン１３へのプリロードを調節する金属製のスペーサ１９が介在されている。
【００２０】
前記予圧用弾性部材１５は、テーパコーン１３にプリロードを付与するためのもので、図１及び図２に示すように、鋼板などの弾性金属板からなる複数の環状の皿ばね１５１と、環状の金属板などからなる薄板１５２とを重ね合わせて構成され、この弾性部材１５は、その少なくとも一部を前記環状凹部１２２ｂに収容した状態で、この環状凹部１２２ｂの底とテーパコーン１３の前端面との間に介在されている。
したがって、シャンク部１２１の後端に螺合したプルスタッド１４を締め付け方向に回転操作して、その鍔部１４２を予圧力調整用のスペーサ１９を介してテーパコーン１３の後端面に当接させ、かつテーパコーン１３の前端面を予圧用弾性部材１５に押し付けることにより、テーパコーン１３にプリロードを付与することができる。
【００２１】
前記工作機械のスピンドル９には、図１に示すように、スピンドル９のテーパ孔９Ａに装着された工具ホルダ１０を引き込むための引き込み手段８が設けられている。また、このスピンドル９には、そのテーパ孔９Ａにクーラントを供給するためのクーラント供給装置（図示略）や、クリーニング用エアを供給するための圧縮空気供給装置（図示略）が設けられている。
【００２２】
このように構成された工具ホルダ１０のバランス取りを行う場合は、ホルダ本体１２にテーパコーン１３、プルスタッド１４、予圧用弾性部材１５、テーパコレット１６及びドローボルト１７などを組み込んだ状態の工具ホルダ１０をバランシングマシンにセットして、工具ホルダ１０全体のアンバランスを試験し、その結果、工具ホルダ１０全体の回転軸心に対する半径方向の質量分布が不ぞろいとなって、工具ホルダ１０にアンバランスがある場合は、工具ホルダ１０全体のアンバランスの大きさと位相を決める。そして、このアンバランスの大きさと位相に応じて、例えば図１に示すような穴２０をホルダ本体１２のアーバ１２３に形成し、これにより、工具ホルダ１０全体のバランス取りが可能になる。
【００２３】
また、このようにバランス取りした工具ホルダ１０を使用する場合は、切削工具１１が差し込んだテーパコレット１６をドローボルト１７でテーパ穴１２３ａに引き込むことにより、切削工具１１をホルダ本体１２に挿着する。かかる状態の工具ホルダ１０を図示省略の自動工具交換装置により把持して、ホルダ本体１２のシャンク部１２１をテーパコーン１３ごと工作機械スピンドル９のテーパ穴９Ａ内に挿入する。次いで、スピンドル９内に設けた引き込み手段８の前端部をプルスタッド１４の係合部１４４に係合し、プルスタッド１４をスピンドル９の後側に引き込むことで、ホルダ本体１２のテーパコーン１３の外周面をスピンドル９のテーパ穴９Ａ内周面に密着させる。そして、プルスタッド１４をスピンドル９の後側に更に引き込むことにより、ホルダ本体１２のシャンク部１２１とシャンク部１２１に嵌めたテーパコーン１３も後側に引き込まれるので、このテーパコーン１３が縮径しながら軸方向に移動し、工具ホルダ１０をスピンドル９に強固に装着される。
なお、自動工具交換装置は、アームを適時にフランジ部１２２の台形溝１２２ａから外して、動作前の位置に復帰させる。
【００２４】
このような本実施の形態に示す工具ホルダによれば、ホルダ本体１２のシャンク部１２１にその軸方向に移動可能に嵌合されたテーパコーン１３を回り止め手段１８によりシャンク部１２１の周回り方向に回転できないようにしたので、ホルダ本体１２とテーパコーン１３との周方向の位置関係（位相）を常に一定に保持することができ、これにより、工具ホルダ１０全体のバランス取りをホルダ本体１２側で一回行うだけでテーパコーンを含むホルダ本体全体のバランス性能を確保できるとともに、工具ホルダ１０のバランス取り工程数を削減することができる。
【００２５】
次に、図５により本発明にかかる工具ホルダの他の実施に形態について説明する。
この図５において、上記図１及び図２と同一の構成要素には同一符号を付してその構成説明を省略し、図１及び図２と異なるところを重点に述べる。
この他の実施に形態において、図１及び図２と異なる点は、ホルダ本体１２のシャンク部１２１の後端部１２１ａをテーパコーン１３の後端面から所定の長さ突出させ、この後端部１２１ａの外周面には雄ネジ部１２１ｂを形成し、この雄ネジ部１２１ｂにはナット２１を螺合し、このナット２１を締め付け方向に回転操作して、これを予圧力調整用のスペーサ１９を介してテーパコーン１３の後端面に当接させ、かつテーパコーン１３の前端面を予圧用弾性部材１５に押し付けることにより、テーパコーン１３にプリロードを付与できるようにしたところにある。
【００２６】
このような図５に示す工具ホルダにおいても、ホルダ本体１２のシャンク部１２１にその軸方向に移動可能に嵌合されたテーパコーン１３を回り止め手段１８によりシャンク部１２１の周回り方向に回転できないようにしてあるから、上記図１及び図２と同様な作用効果が得られる。
【００２７】
なお、本発明の工具ホルダ１０におけるテーパコーン１３は、図１及び図２に示す構造のものに限定されないほか、回り止め手段１８の構成も上記実施の形態に示すものに限らず、請求項に記載した構成要件を逸脱しない範囲において種々に変更し、変形することができる。
また、ホルダ本体１２のシャンク部１２１は、上記実施の形態に示すようなストレートシャンク構造のものに限らず、テーパ付き構造のものでもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明の工具ホルダによれば、ホルダ本体のシャンク部にその軸方向に移動可能に嵌合されテーパコーンを回り止め手段によりシャンク部の周回り方向に回転できないようにしたので、ホルダ本体とテーパコーンとの周方向の位置関係（位相）を常に一定に保持することができ、これにより、工具ホルダ全体のバランス取りをホルダ本体側で一回行うだけでテーパコーンを含むホルダ本体全体のバランス性能を確保できるとともに、工具ホルダのバランス取り工程数を削減することができる。
【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ホルダの縦断側面図である。
【図２】 図１の工具ホルダを分解して示す側面図である。
【図３】 図１のＡ部分の拡大図である。
【図４】 図３の４−４線に沿う断面図である。
【図５】 本発明の他の実施の形態を示す工具ホルダの一部の縦断側面図である。
【符号の説明】
９ スピンドル
９Ａ テーパ穴
１０ 工具ホルダ
１１ 切削工具
１２ ホルダ本体
１２１ シャンク部
１２２ フランジ部
１２３ アーバ
１３ テーパコーン
１３１ テーパ面
１３２ スリ割り
１３３ 弾性体
１４ プルスタッド
１４１ 雄ねじ部
１４２ 鍔部
１５ 予圧用弾性部材
１６ テーパコレット
１７ ドローボルト
１８ 回り止め手段
１８１ａ，１８１ｂ 係合溝
１８２ 回り止め部材

Claims (4)

1. 切削工具を工作機械のスピンドルに着脱可能に装着する工具ホルダであって、
   シャンク部と、このシャンク部の一端に互いの軸線を一致して設けたフランジ部と、前記フランジ部の反シャンク部に互いの軸線を一致して設けられ前記切削工具が保持されるアーバとを有するホルダ本体と、
   前記スピンドルに該スピンドルの前端から後方に行くにしたがい小径となるように形成したテーパ穴の内周面と等しいテーパ外周面を有するとともに前記シャンク部に該シャンク部の軸方向に移動可能に嵌合され、かつ軸線方向の全長に亘り斜めに形成したスリ割りを有する径方向に弾性変形可能なテーパコーンとを備え、
   前記テーパコーンは、前記テーパコーンの小径側端部における前記シャンク部の外周面と前記テーパコーンの内周面の相対向する箇所に前記シャンク部の軸線方向に延在して面対称に形成した一対の係合溝と、前記両係合溝に係合された回り止め部材を有し、ホルダ本体とテーパコーンとの周方向の位置関係（位相）を常に一定に保持してバランスを取るため、前記シャンク部に対して周回り方向への回転が阻止されるようになっていることを特徴とする工具ホルダ。
2. 前記テーパコーンが前記ホルダ本体に組み込まれた後のテーパコーンを含むホルダ本体全体のバランス取りを前記ホルダ本体に施すように構成したことを特徴とする請求項１記載の工具ホルダ。
3. 前記テーパコーンのスリ割り内に弗素系のゴムなどの弾性体を埋め込んだことを特徴とする請求項１記載の工具ホルダ。
4. 前記フランジ部と該フランジ部に対向する前記テーパコーンの端面との間に前記テーパコーンにプリロードを付与する弾性部材が介在されていることを特徴とする請求項１記載の工具ホルダ。

Images