JP4348012B2 - 工具受容体において工具を締付け固定するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前提概念に記載の、工具受容体において工具を締付け固定するための装置に関するものである。
【０００２】
公知の締付け固定装置（図２を参照）では、工具１のシャンク４は、工具受容体２の受容空間３内で、工具受容体２内に着座している締付け体９を用いて不動に締付け固定される。たとえばエンドミルカッターまたはドリルロッド等の細身の工具は、その曲げ剛性が小さく、システムダンピングのために加工中にしばしば大きな振幅の振動を行い、この振動はほとんどの場合再生性のガタツキという形で生じる。このような振動は、工具の切削深さを浅くすることによってしか回避できない。細身のエンドミルカッターは、たとえばポケットフライス削り、深絞り工具および鍛造工具のフライス削り、並びに飛行機の組み込み部品の製造に使用される。工具の曲げ振動に対する緩衝作用が小さいために工具がガタツキによって傾斜するときが荷重またはパワーの限界である。
【０００３】
I／d比＞４のドリルバーを用いた穿孔作業も、ガタツキによる傾斜によってその能率が制限を受ける。このことは回転機械の定置の穿孔工具、並びに穿孔装置およびフライス装置の回転穿孔工具に対してもいえる。
【０００４】
本発明の課題は、この種の締付け固定装置において、工具加工中のガタツキ振動を、工具の負荷またはパワーを制限することなく回避することである。
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部分によって解決される。
【０００５】
本発明による締付け固定装置では、工具と工具受容体の間の力の伝動経路内に、大きな緩衝作用を有する少なくとも１つの静力学的に撓み可能な機構が挿入される。この緩衝性締付け固定により、工具は工具受容体に対し弾性的に撓むことができる。大きな緩衝作用のために、長い及び（または）非常に細身の工具であってもガタツキは生じない。これに対応する緩衝機構は、工具のシャンク端部と工具受容体との最大相対運動部位に設けられる。本発明にしたがって締付け固定することにより、工具シャンクは回転点としてのその締付け固定部位（静力学的に撓み可能な機構の少なくとも１つの第２の部分）のまわりに傾動運動を行なうことができる。
【０００６】
本発明の他の特徴は、他の請求項、以下の説明および図面から明らかである。
次に、本発明を図面に図示した２つの実施形態に関し詳細に説明する。
図１は、工具受容体２に受容されている工具１を概略的に示したものである。工具１はたとえばエンドミルカッター、ドリルロッド等である。工具受容体２はたとえばクイックリリーステーパー、ＨＳＫ、ＶＤＩシャフトとして形成されている。工具１は工具受容体２を介して、工具１を回転可能に駆動するスピンドル（図示せず）に受容される。工具受容体２は筒状の受容空間３を有し、該受容空間３内へは工具１のシャンク４が突出している。工具１と工具受容体２の間の力の伝動経路内には、静力学的に撓み可能な機構５，８が少なくとも１つ挿入される。この撓み可能な機構５，８は、第１の部分として、所定の高さの緩衝手段８を有している。工具シャンク４は、静力学的に撓み可能な機構の第２の部分としての、弾性的な締付け固定部位（後述する環状細条部）のまわりに傾動する。この場合、シャンク自由端は半径方向において最も遠くに変位する。シャンク端部６と受容空間３の内壁７との最大相対運動のこの部位には、少なくとも１つの緩衝手段８が組み込まれている。緩衝手段８はスクイーズフィルムダンパが有利であるが、たとえばＯリングの形状のゴムダンパであってもよい。撓み可能な機構５（ダイヤフラムスプリング、スパイラルスプリング、或いは他の弾性要素であってもよい）を介して工具シャンク４は工具受容体２内で弾性的に柔軟に締付け固定される。これにより、工具シャンク４と、したがって工具１とは、前記締付け固定部位のまわりに傾動運動を実施することができる。
【０００７】
図３は、このような工具締付け装置の第１実施形態を示したものである。工具１のシャンク４はスリーブ９に受容されている。スリーブ９は、半径方向外側に指向するフランジ１０によって工具受容体２の端面に取り外し可能に固定されている。スリーブ９内には、その自由端に、シャンク４をわずかな間隔を持って取り囲んでいる凹部１１が設けられている。凹部１１は、スリーブ９の端面のほうへ開口している。
【０００８】
スリーブ９は、工具受容体２の受容空間３の内部で、環状空間１２によって取り囲まれている。環状空間１２内には緩衝手段としての圧力媒体１３、有利にはオイルがある。環状空間１２は、半径方向外側において受容空間３の内壁によって画成されている。環状空間１２は、工具受容体２をわずかに越えてスリーブ９のフランジ１０内まで延びている。
【０００９】
スリーブ９は、その底部１５により、受容空間３の底部１４に対し軸線方向にわずかな間隔を持って対向している。スリーブ９の外径は底部１５を起点にして減少しており（縮径部）、その結果底部１５のほうへ開口している、周回する凹部１６が形成される。凹部１６内にはリング１７がある。リング１７の外径は受容空間３の内径よりもわずかに小さく、その結果リング１７と受容空間３の内壁の間には、幅狭のリング状の緩衝隙間１８が形成される。緩衝隙間１８は環状空間１２と連通し、その中には圧力媒体がある。リング１７は、半径方向外側へ指向しているスリーブ９の環状肩部１９に接し、半径方向においてスリーブの外壁を越えて突出している。これにより、環状空間１２は半径方向において緩衝隙間１８よりも幅広である。
【００１０】
環状空間１２は軸線方向において工具受容体２をわずかに越えてスリーブ９のフランジ１０内へ延びているので、周回している凹部１１と、環状空間１２の、半径方向において隣接している部分との間に、幅狭の環状細条部が形成され、この環状細条部が静力学的に撓み可能な機構の第２の部分５を形成している。この環状細条部状の要素５により、工具１は半径方向に負荷されたときに工具受容体２に対し比較的大きな運動を実施する。これに対応してシャンク端部は比較的大きな運動を実施するので、工具受容体２の受容空間３内には、前述のオイル排除システム１２,１８の形態で緩衝手段を設けることができる。環状空間１２内および緩衝隙間１８内にある圧力媒体１３は、優れた緩衝を生じさせる。前述したように工具は大きな緩衝を持って弾性的に締付け固定されるので、工具１のガタツキ振動を効果的に抑制することができる。本発明による工具締付け固定装置は、曲げ剛性とシステム緩衝性が小さいために加工中にしばしば大きな振動振幅（再生性のガタツキの形態で生じる）を実施するような細身の工具に特に適している。上述した工具締付け固定装置を使用すると、工具１の大きな切削深さが可能になり、しかもガタツキによる傾斜の恐れはない。工具としてＩ／ｄ比＞４のドリルバーを用いた穿孔作業に対しても本発明による工具締付け固定装置は極めて適している。工具が弾性的に且つ緩衝的に締付け固定されているためにガタツキによる傾斜が生じないので、このように長い、薄いドリルバーの能率が損なわれない。
【００１１】
上述した圧力媒体排除システムの代わりに、工具受容体２の受容空間３内でシャンク端部を静力学的に撓み可能な機構の第１の部分としての少なくとも１つのゴム要素等によって取り囲むようにしてもよい。このような機械的な部品によっても優れた緩衝が得られる。
【００１２】
工具を弾性的に締付け固定することにより、工具尖端における半径方向の静力学的全剛性は小さくなるが、工具受容体２と工具シャンク４との間で締付け強度と緩衝を適宜整合させる際に、共振増大がかなり抑制され、たとえば５ファクタないし５０ファクタ減少する。
【００１３】
工具１による加工の際に特別な要求があって、たとえば寸法公差に関する要求があって、工具加工中の弾性的な締付けにより静力学的撓み性が増大することが許されない場合には、締付けの弾性を除外してもよい。この場合もちろん、緩衝作用が増大する利点は得られない。図４は、この種の弾性的な工具締付け構成の１実施形態を示したものである。スリーブ９は前記実施形態よりも短く、円錐状の側面２０を有し、側面２０の径はスリーブ９のフランジ１０のほうへ連続的に増大している。これにより、工具受容体２の受容空間３の筒状の内壁とスリーブ９の間に、フランジ１０の方向へ先細りになっている環状空間１２が形成され、この環状空間１２のなかに圧力媒体１３が、有利にはオイルが存在する。この環状空間１２は、受容空間３の底部１４の方向において、軸線方向に位置調整可能なテーパースリーブ２１によって閉鎖されている。テーパースリーブ２１はその筒状の外側面２２によって受容空間３の内壁に接している。またテーパースリーブ２１はそのスリーブ９側の端面に中央凹部２３を有している。中央凹部２３は、スリーブ９の方向へ円錐状に拡大しており、スリーブ９の対応する円錐状の延設部２４をわずかな間隔を持って取り囲んでいる。この延設部２４と中央凹部２３の側壁および底部の間には緩衝空間２５が形成され、緩衝空間２５はスリット状に形成され、環状空間１２と連通している。これによって緩衝スリット２５内にも圧力媒体１３が存在する。
【００１４】
テーパースリーブ２１は、位置調整棒２７の自由端に設けられた担持体２６に固定されている。位置調整棒２７は受容空間３内へ突出し、工具受容体２を貫通するように延びている。これにより、円錐状の緩衝空間２５の広がりを調整することができる。テーパースリーブ２１が図４の位置から上方へ移動すると、円錐状の緩衝空間２５の広がりが大きくなる。これに応じて、その中にある圧力媒体によって得られる緩衝作用が小さくなるが、全系の緩衝作用は増大する。位置調整棒２７が図４の図示位置から下方へ移動すると、緩衝スリット２５のスリット幅が小さくなる。スリット幅は、シャンク端部が工具受容体２でしっかりと締め付け固定されるような程度に小さくすることができる。このように、テーパースリーブ２１の形態の位置調整要素により、系の緩衝作用をその都度の使用例に最適に適合させることができる。たとえば精密加工時のように、工具１を工具受容体２において撓まないように締付け固定することを加工工程が要求する場合は、緩衝スリット２５のスリット幅をゼロ近くに減少させることにより、工具の上端をしっかりと締付け固定することができる。
【００１５】
図３と図４の両実施形態では、締付けスリーブ９のフランジ１０は工具受容体２に対し密封されている。圧力媒体１３は、密閉された空間１３,１８,２５のなかにあるか、或いは、工作機械（図示せず）から穴（図示せず）を介して供給できるような液圧媒体であるのが有利である。工具受容体２はそれぞれ工具交換体のための把持溝２８を備えている。
【００１６】
図５は、緩衝せずに締め付けを行なう公知の標準的な締付け作用と、緩衝を行なう上述した本発明による工具締付け作用との著しい相違を対比したものである。
上の図は、ステップ応答を示すグラフである。緩衝を行なわない工具締付け固定の場合は、工具（オリジナルツール）は加工時に強く振動し、この振動は徐々にしか減衰しない。この緩衝を行なわない振動により、加工中に工具がガタツクので不具合である。緩衝を行なう工具締付けの場合は全く別の特性を示す。緩衝作用を受けている工具の振動は急速に減衰するので、工具が非常に長くて細い場合でも、加工時に工具がガタツク危険はかなり少なくなる。
【００１７】
緩衝を行なわない工具締付けの場合は、工具に対しかなりの共振増大が生じるが、緩衝を行なう工具締付けの場合には、共振増大は著しく抑制される（図５の中央のグラフ）。
【００１８】
共振増大が抑制されることに対応して、緩衝を行なう工具締付けの際の撓み性位置曲線の負の実成分も、緩衝を行なわない工具締付けの場合に比べて著しく減少する。ガタツキなしで可能な切削深さはこの負の実成分に逆比例するので（図５の下のグラフ）、緩衝を行なう工具締付けにより効率がかなり向上し、図示した実施形態においては、緩衝を行なわない工具締付けの場合よりもほぼ５ファクタないし１０ファクタ向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による工具締付け固定装置の概略図である。
【図２】 公知の工具締付け固定装置の図１に対応する図である。
【図３】 本発明による工具締付け固定装置の実施形態の軸断面図である。
【図４】 本発明による工具締付け固定装置の他の実施形態の軸断面図である。
【図５】 公知の工具締付け固定装置と本発明による工具締付け固定装置との特性を対比した図である。

Claims (9)

1. 工具受容体（２）の受容空間（３）内で工具（１）のシャンク（４）を締付け固定するようにした、工具受容体（２）において工具（１）を締付け固定するための装置であって、
   工具（１）と工具受容体（２）の間の力伝動経路内に、緩衝作用を有する少なくとも１つの静力学的に撓み可能な機構（５,８）が挿入され、受容空間（３）内に挿入されているシャンク（４）の自由端側に、受容空間（３）の内壁（７）に対し間隔をもって該受容空間（３）に挿着される締付けスリーブ（９）と受容空間（３）の内壁（７）との間に位置するように、静力学的に撓み可能な機構（５,８）の第１の部分として、緩衝作用を有する少なくとも１つの緩衝手段（８）が付設され、受容空間（３）の、シャンク（４）を挿入するための開口部に、静力学的に撓み可能な機構（５,８）の少なくとも１つの第２の部分（５）が付設され、第２の部分（５）は、シャンク（４）を弾性締付けし且つシャンク（４）を傾動可能に支持する部分として作用することを特徴とする装置。
2. 静力学的に撓み可能な機構の第１の部分としての緩衝手段（８）が、締付けスリーブ（９）と受容空間（３）の内壁（７）との間に配置されるスクイーズフィルムダンパーを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 静力学的に撓み可能な機構の第１の部分としての緩衝手段（８）が、締付けスリーブ（９）と受容空間（３）の内壁（７）との間に配置されるゴム弾性リングを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 静力学的に撓み可能な機構の第１の部分としての緩衝手段（８）が、締付けスリーブ（９）と受容空間（３）の内壁（７）との間に配置されるダイヤフラムスプリングまたはスパイラルスプリングを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 静力学的に撓み可能な機構の第１の部分としての緩衝手段（８）が、締付けスリーブ（９）と受容空間（３）の内壁（７）との間に配置される環状空間（１２）に充填される圧力媒体（１３）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 締付けスリーブ（９）が受容空間（３）内に挿入されているシャンク（４）の自由端側に縮径部を有し、該縮径部と受容空間（３）の内壁（７）との間に、前記環状空間（１２）と連通し且つ環状空間（１２）よりも幅狭の緩衝隙間（１８）が形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 締付けスリーブ（９）が、受容空間（３）内に挿入されているシャンク（４）の自由端側に、工具受容体（２）の軸線方向に先細りになっている延設部（２４）を有し、該延設部（２４）の形状に適合する凹部（２３）を備えたテーパスリーブ（２１）が締付けスリーブ（９）に対向配置され、テーパスリーブ（２１）の凹部（２３）の壁と締付けスリーブ（９）の延設部（２４）との間に、前記環状空間（１２）と連通する緩衝隙間（２５）が形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
8. テーパスリーブ（２１）が工具受容体（２）の軸線方向に移動可能であり、テーパスリーブ（２１）を工具受容体（２）の軸線方向に移動させることで前記緩衝隙間（２５）の隙間幅を調整可能であることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 静力学的に撓み可能な機構の第２の部分（５）が、シャンク（４）を挿入するための前記開口部側にシャンク（４）を取り囲むように締付けスリーブ（９）に形成された環状の凹部（１１）と受容空間（３）の内壁（７）との間に位置するように締付けスリーブ（９）に形成された、弾性撓み可能な環状細条部を含んでいることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。

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