JP4353710B2

JP4353710B2 - Tool holder

Info

Publication number: JP4353710B2
Application number: JP2003044795A
Authority: JP
Inventors: 文雄小幡; 一剛上原; 尚機岡本; 道夫森下
Original assignee: Tottori University; Showa Tool Co Ltd
Current assignee: Tottori University; Showa Tool Co Ltd
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP2004249441A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンドミル等の各種切削工具のびびり振動を減衰能の高い材料を用いて抑制するツールホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタの主軸に装着されるツールホルダは、一般にテーパシャンク部、フランジ部、及びツール保持部の構成部分から成る。使用する際は、テーパシャンク部を主軸端のシャンク挿入孔に挿入し、テーパシャンク部の後端部のプルスタッドを主軸内に組込まれているドローバによりシャンク挿入孔内に引き込み、テーパシャンク部の外周がシャンク挿入孔の内周に密着する一面拘束状態、又はシャンク挿入孔の内周に密着しかつフランジ部の後端面が主軸先端面に密着する二面拘束状態で取付けられる。
【０００３】
このようなツールホルダにより主軸に連結された切削工具に回転を与えて切削加工をする際に、切削抵抗によって切削工具が振動する場合があり、このような振動を抑制する対策が要望され、既に種々の提案がなされている。その一例として特許文献１の「ツールホルダ」が公知であり、このツールホルダは、「先端に切削工具が設けられるツールホルダであって、その材料が２３，０００ｋｇ／ｍｍ²以上のヤング率を有する高ヤング率材料から成る」というものである。このツールホルダは、深彫り加工等でツールホルダの長さが長くなると、ツールホルダの剛性が低下することにより加工時の振動が大きくなり、工具の破損と加工品精度の低下が生じ易くなって切削能率を下げる必要が生じることに対処しようとするものである。
【０００４】
このため、上記特許文献１のツールホルダでは、所定以上のヤング率を有する高ヤング率材料を用いて、ツールホルダの重量を増加させることなく剛性を高くし、長さを長くしたことによる振動の増大を抑制するようにしている。この場合、高ヤング率材料としては、炭素鋼もしくは合金鋼中にヤング率２４，０００ｋｇ／ｍｍ²以上の硬度粒子を５〜７０体積％含有しているものとされ、基地の炭素鋼もしくは高合金鋼として、構造用炭素鋼（ＪＩＳＳＣ材）、ニッケルクロム鋼（ＳＣＮ材）、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ材）、クロム鋼（ＳＣｒ材）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）、マンガン鋼（ＳＭｎ材）、マンガンクロム鋼（ＳＭｎＣ材）、炭素工具鋼（ＳＫ材）、高速度鋼（ＳＫＨ材）、合金工具鋼（ＳＫＳ、ＳＫＤ、ＳＫＴ材）、高炭素クロム軸受鋼（ＳＵＪ材）などが挙げられている。
【０００５】
振動抑制対策を施した他の例として特許文献２の「工具ホルダ」が公知である。この工具ホルダは、切削工具の保持部（切刃取付部材）とシャンク部との間の本体部分を別部材とし、別部材は相互に合着一体化してホルダを構成し、合着状態では前後の別部材相互間又は前、中、後各部材相互間で固有振動数の異なりが生じるように合着部に別材の介材物を介設したというものである。この工具ホルダの目的は、高速回転、高速進行の作業時に切削工具（カッタ）付近で生じる共振（共鳴）的振動を防止することにあり、このため上記の別材の介材物を介設している。この介材物は、実際の例では半径方向に延びる板状又は軸方向に延びる筒状の防振スリーブが用いられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１９８３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−７９７２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、工具ホルダの振動を抑制するため、特許文献１のように、ツールホルダをクロムモリブデン鋼ＳＣＭにより形成してツールホルダの剛性を高めるようにしているが、特にびびり振動ではこのような対策だけでは十分抑制できない。マシニングセンタの主軸が高速回転された場合、あるいは深堀り加工のためツール保持部が軸方向に長い場合にはびびり振動が生じ易く、そのびびり振動により加工精度が低下し、工具寿命が短くなることとなる。従って、高い加工精度が要求される場合には、切削条件を下げる必要が生じ、加工効率が低下することとなる。
【０００８】
又、特許文献２の工具ホルダではシャンク部、本体部分、保持部の間に別材の介材物を挿置し、固有振動数が個々に相違するようにしているが、それぞれの部材の固有振動数が高速回転による工具の振動から外れていても耐びびり振動の対策とはならないから、このような対策もやはり不十分である。
【０００９】
従って、加工効率の向上を図るためにはびびり振動の発生を抑制することが求められており、本発明者らはびびり振動の生じ難さ（耐びびり性）は切削工具を含むツールホルダの剛性と減衰比の積に依ることに着目して種々研究の結果、ツールホルダのツール保持部材料に制振材料を用いることにより、剛性は低下するが、減衰能は高められ、結果として耐びびり性に優れたツールホルダを得ることを見いだした。
【００１０】
この発明は、上記の問題に留意して、切削工具のびびり振動を、耐びびり性に優れた材質の部材を用いることにより有効に抑制し得るツールホルダを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、後端にテーパシャンク部を有し、先端部にツール保持部が設けられたツールホルダにおいて、上記ツール保持部を、上記テーパシャンク部側の中実部材からなる基準保持部と、切削工具取付側の制振保持部とを軸心方向に直列接続して構成し、上記制振保持部に上記切削工具を上記基準保持部に接触しないようにしつつ固定し、上記制振保持部をテーパシャンク部より減衰能の高い材料で構成するとともに、上記制振保持部を、用いられる高減衰性材料の耐びびり係数が最大となる付近で、かつ剛性値が最大剛性値の略５０％以上の値となる長さに設定したツールホルダとしたのである。
【００１２】
上記のように構成したツールホルダは、ツール保持部がテーパシャンク部の材料と異なる減衰能の高い材料部分とテーパシャンク部と同一の材料の部分から構成されることとなる。両部分の接続部は溶接等により一体に合着して所要長さのツール保持部が形成される。減衰能の高い材料の所定長さ部分は、高減衰能合金鋼材の耐びびり性が最大となる付近で、かつ剛性値が最大剛性値の略５０％程度以上の値となる長さに設定すればよい。
【００１３】
このように設定されるツールホルダは、ツール保持部の剛性は低下するが、減衰性が高められるため、結果として耐びびり性に優れたツールホルダを得ることができ、そのツールホルダに支持された切削工具ではびびり振動を効果的に抑制することができる。
【００１４】
上記減衰能の高い材料としては、代表的な例として銅Ｃｕ、マンガンＭｎを含む銅マンガン合金が挙げられるが、減衰能が同等で、かつ引張強度も一般の炭素鋼程度であれば他の合金鋼でもよい。
【００１５】
【実施の形態】
以下、この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は実施形態のツールホルダの概略形状を示す。図示のように、ツールホルダＡは工作機械の主軸端に形成されたシャンク挿入孔に挿入されるテーパシャンク部１と、このテーパシャンク部の大径端部に設けられたフランジ部２と、このフランジ部の先端面中央に設けられたツール保持部３とから成り、このツール保持部３の端には接続金具４を介して切削工具５が取付けられる。６は切刃である。ツール保持部３は、全長Ｌの長さの所定の中間接続部Ｐを境として、フランジ部寄りの基準保持部３ａと、所定長さで先端寄りに設けられる制振保持部３ｂとから成る。
【００１６】
基準保持部３ａと制振保持部３ｂは、中間接続部Ｐで溶接等により一体に合着されてツール保持部３が形成されている。制振保持部３ｂの長さｌｂは制振材料によって最適な長さがあり、それより長くすると剛性が劣化し、短くすると減衰効果が小さくなる。制振保持部３ｂを除く全体はＳＣＭ４１５等のクロムモリブデン鋼又はＳＫＤ６１等の合金工具鋼で一般に剛性の大きい材料が用いられるが、制振保持部３ｂは、図示の例では特に制振効果の高い高減衰能合金（以下Ｄ合金という。製品名Ｄ２０５２，大同特殊鋼（株）製）が用いられている。その化学成分、主な特性値、機械的性質は次の通りである。
【００１７】
【表１】

【００１８】
【表２】

【００１９】
【表３】

【００２０】
上記制振保持部３ｂの最適長さは、予めコンピュータにより有限要素法（ＦＥＭ）のプログラムで剛性と減衰比を求め、耐びびり性α（剛性Ｘ減衰比）に及ぼす長さｌｂの影響を解析して計算上の最適長さを設定し、最終的には後述する実験結果により決定する。計算方法の詳細については省略するが、最適長さ（計算モデル）は次のように設定する。まず、図２に示すように、計算対象のツールホルダモデルＭ₀を想定し、その寸法諸元を次のように設定する。
【００２１】
ツール保持部Ｌ：３６２ｍｍ（Ｌ）×４８φ（Ｄ_２）
制振保持部Ｍ_３ｂの長さｌｂ：０、９１、１８１、２７１、３６２ｍｍ（５種類）
基準保持部Ｍ_３ａの長さｌａ：Ｌ−ｌｂ
テーパシャンクＭ_１の長さｌ_１：１０４．８ｍｍ
フランジ部Ｍ_２の長さｌ_２：３５ｍｍ
フランジ部径の長さＤ_１：１００φｍｍ
断面積：Ａ＝１．８０９６×１０^−３ｍ^２
断面係数：Ｉ_Ｚ＝２．６０５８×１０^−７ｍ^４
但し、解析の条件は次の通りである。
【００２２】
【表４】

【００２３】
上記▲１▼、▲２▼について剛性Ｋ、減衰比ζに対する長さｌｂの影響を求めると図３、図４のようになる。図から分かるように、長さｌｂが長くなると剛性Ｋは低下し、減衰比ζは増加することが分かる。
【００２４】
さらに、耐びびり性α（びびり振動の生じ難さ）（＝Ｋ×ζ）に対する長さｌｂの影響を求めると図５のようになった。図中、ｌｂ＝０の場合をα＝１とする。図から、ｌｂ＝２７０ｍｍ近傍でαは最大となり、それより長くすると減少している。しかし、剛性低下が大きくなることを想定して、ｌｂ＝２００ｍｍとして後の試験は行われた。
【００２５】
試験の結果耐びびり性αが大幅に向上することが確認されたから、実施形態での高減衰能のＤ合金をツール保持部の一部長さに用いれば耐びびり性αが大幅に向上するが、その一部長さを設定する方法を要約すれば次の通りである。即ち、所定の高減衰能の合金を選定すると、その寸法諸元に基づいて剛性Ｋと減衰比ζ及び耐びびり性αを制振保持部の長さを種々に変化させて制振保持部長さの影響を求める。そして、耐びびり性αの最大となる長さと剛性Ｋの減少が略５０％となる長さとに留意してそのいずれかの長さを重視して制振保持部長さを設定する。
【００２６】
長さが長くなると一般に剛性Ｋは減少するが、選定される高減衰能の合金の特性として、耐びびり性αの最大となる長さでの剛性Ｋの減少が実際の使用時の加工状態に大きく影響を与えない程の絶対値を有する場合は、出来るだけ耐びびり性αが大きくなる長さに選定するのが好ましいが、剛性Ｋの減少の影響が実際の加工に影響を与える程であれば許容し得る剛性Ｋの最小値となる長さに設定することとなるからである。
【００２７】
【実施例】
上記構成のツールホルダの耐びびり性を評価するため、実施形態で設定された寸法諸元のツールホルダモデルＭ₀について剛性試験と減衰比の試験とを行った。
【００２８】
剛性試験では図６の試験装置を用いた。この試験装置はマシニングセンタのテーブル１０上に取付けられたクランプ治具１１によってツールホルダモデルＭ₀を支持し、マシニングセンタの主軸２０の先端にツールホルダモデルＭ₀の先端に荷重がかかるようにロードセル２１を取付け、テーブル１０を移動させることにより、ツールホルダモデルＭ₀の中心線に垂直な半径方向の荷重を与え、ツールホルダモデルＭ₀のツール保持部Ｍ_3bの先端の変位と、クランプ治具１１の移動量を電気マイクロメータ２２、２３で測定するようにしている。
【００２９】
減衰比の試験は図７の試験装置を用いた。この試験装置は、マシニングセンタのテーブル１０上にクランプ治具１１を固定し、そのクランプ治具１１に形成されたテーパ孔１２にツールホルダモデルＭ₀のテーパシャンク部Ｍ₁を挿入し、このテーパシャンクＭ₁をボルト１３の締付けによってテーパ孔１２内に引き込むようにしている。このときツールホルダモデルＭ₀に付与される引張り力はロードセル１４から出力される信号をアンプ１５に取り込み、その表示により確認を行うようにしている。
【００３０】
又、クランプ治具１１に取付けられるツールホルダモデルＭ₀のツール保持部Ｍ_3bの先端部外周に加速度センサ１６を取付け、その取付位置から１８０°位相がずれた位置にインパルスハンマ１７でインパルスを与え、加速度センサ１６から出力される信号をチャージアンプ１８で増幅し、インパルスと共にデータロガー１９で収録するようにしている。
【００３１】
剛性試験では図６に示すクランプ治具１１のテーパ孔１２内にテーパシャンク部Ｍ₁を挿入し、ボルト１３の締付けにより締付トルクＴｍ（２０Ｎｍ）を与えた後、テーブル１０を半径方向に移動させて主軸２０の先端部に取付けたロードセル２１にツール保持部Ｍ_3bの先端を押付けて、その先端に荷重Ｗを与え、ツール保持部Ｍ_3bの先端の変位とクランプ治具１１の移動量を電気マイクロメータ２２、２３で測定し、変位δと半径方向の荷重Ｗより剛性Ｋを求めた。図８はその測定結果による剛性Ｋの実測値である。図中ＳＣＭ４１５＋Ｄ２０５２の記号で示す値が、実施例のモデルＭ₀のものであり、同一寸法で材料の異なるものを比較例として示している。比較例として、ダイス鋼ＳＫＤ６１、ダクタイル鋳鉄ＦＣＤ６００、コンパクトパーミキュラ鋳鉄ＣＶ４００を用いた。なお、２つのグラフのうち、（ｂ）は実測データ、（ａ）はＳＫＤ６１鋼の値に基づいて（ｂ）のデータを正規化した値である。
【００３２】
一方、減衰比の試験に際し、図７に示すクランプ治具１１のテーパ孔１２内にテーパシャンク部Ｍ₁を挿入し、ボルト１３の締付けにより締付トルクＴｍ（２０Ｎｍ）を与えた。ツールホルダモデルＭ₀の先端にインパルスハンマ１７にて中心線に垂直なインパルスを与え、その衝撃を与えた位置から１８０°位相がずれた位置の加速度センサ１６により加速度を測定し、減衰比ζの値を算出した。図９はその測定結果による減衰比ζの実測値である。図中ＳＣＭ４１５＋Ｄ２０５２の記号で示す値が実施例のモデルＭ₀のものであり、同一寸法で材料の異なるものを比較例として示している。比較例の材料は図８の場合と同じである。
【００３３】
図１０は上述した減衰比の試験及び剛性の試験により得られた実測値に基づいて耐びびり性αについて算出し、グラフ化したものである。図８、９と同様に比較例についても算出して示している。この図から分かるように、モデルＭ₀の耐びびり性αはＳＫＤ６１製モデルと比較して１．９倍高くなった。但し、剛性は２２％低く、減衰比は約２．４倍に増大した。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この発明のツールホルダはテーパシャンクに続くツール保持部である所定長さ部分をテーパシャンクより減衰率の高い材料で構成したから、耐びびり性がより優れたツールホルダを得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のツールホルダの正面図
【図２】ツールホルダモデルの正面図
【図３】ツールホルダモデルの剛性に保持部長さが及ぼす影響のグラフ
【図４】ツールホルダモデルの減衰比に保持部長さが及ぼす影響のグラフ
【図５】ツールホルダモデルの耐びびり性に保持部長さが及ぼす影響のグラフ
【図６】ツールホルダモデルの剛性試験装置の一部切欠正面図
【図７】ツールホルダモデルの減衰比試験装置の一部切欠正面図
【図８】ツールホルダモデルの剛性試験の結果を示すグラフ
【図９】ツールホルダモデルの減衰比試験の結果を示すグラフ
【図１０】ツールホルダモデルの耐びびり性の結果を示すグラフ
【符号の説明】
１テーパシャンク部
２フランジ部
３ツール保持部
４接続金具
５切削工具
６切刃
Ａツールホルダ
Ｍ₀ ツールホルダモデル
Ｐ接続部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tool holder that suppresses chatter vibration of various cutting tools such as an end mill using a material having high damping ability.
[0002]
[Prior art]
A tool holder mounted on a spindle of a machining center is generally composed of components including a taper shank portion, a flange portion, and a tool holding portion. When using the taper shank, insert the taper shank into the shank insertion hole at the end of the main shaft, and pull the pull stud at the rear end of the taper shank into the shank insertion hole with the draw bar built into the main shaft. It is attached in a one-surface constrained state in which the outer periphery is in close contact with the inner periphery of the shank insertion hole, or in a two-surface constrained state in which the rear end surface of the flange portion is in close contact with the inner end of the main shaft.
[0003]
When cutting is performed by giving rotation to the cutting tool connected to the spindle by such a tool holder, the cutting tool may vibrate due to cutting resistance, and measures to suppress such vibration have been demanded. Various proposals have been made. As an example, the “tool holder” of Patent Document 1 is known, and this tool holder is “a tool holder in which a cutting tool is provided at the tip, and the material thereof has a Young's modulus of 23,000 kg / mm ² or more. It consists of a material with a high Young's modulus. If the tool holder becomes longer due to deep engraving, etc., the tool holder's rigidity will decrease and vibration during processing will increase, which can easily cause damage to the tool and decrease in workpiece accuracy. It is intended to address the need to reduce cutting efficiency.
[0004]
For this reason, the tool holder of Patent Document 1 uses a high Young's modulus material having a predetermined Young's modulus or higher, increases the rigidity without increasing the weight of the tool holder, and increases the length of the vibration. The increase is suppressed. In this case, as the high Young's modulus material, carbon steel or alloy steel contains 5 to 70% by volume of hardness particles having Young's modulus of 24,000 kg / mm ² or more. As steel, structural carbon steel (JIS SC material), nickel chromium steel (SCN material), nickel chromium molybdenum steel (SNCM material), chromium steel (SCr material), chromium molybdenum steel (SCM material), manganese steel (SMn material) ), Manganese chromium steel (SMnC material), carbon tool steel (SK material), high speed steel (SKH material), alloy tool steel (SKS, SKD, SKT material), high carbon chromium bearing steel (SUJ material), etc. It has been.
[0005]
As another example in which vibration suppression measures are taken, a “tool holder” of Patent Document 2 is known. In this tool holder, the main body part between the holding part (cutting blade mounting member) of the cutting tool and the shank part is a separate member, and the separate members are joined together to form a holder. In this case, a separate material is interposed in the attachment portion so that the natural frequency differs between the different members or between the front, middle, and rear members. The purpose of this tool holder is to prevent resonant vibration that occurs in the vicinity of the cutting tool (cutter) during high-speed rotation and high-speed progress work. For this reason, the above-mentioned separate material is interposed. ing. In the actual example, the intermediate material is a plate-like vibration-proof sleeve extending in the radial direction or a cylindrical shape extending in the axial direction.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-19839 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-79725
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to suppress the vibration of the tool holder, the tool holder is formed of chrome molybdenum steel SCM to increase the rigidity of the tool holder as in Patent Document 1, but this is particularly the case with chatter vibration. It is not possible to suppress it enough with simple measures. When the spindle of the machining center is rotated at high speed, or when the tool holder is long in the axial direction due to deep drilling, chatter vibration is likely to occur, which reduces machining accuracy and shortens the tool life. Become. Therefore, when high machining accuracy is required, it is necessary to lower the cutting conditions, and the machining efficiency is lowered.
[0008]
In addition, in the tool holder of Patent Document 2, separate materials are inserted between the shank part, the main body part, and the holding part so that the natural frequencies are individually different. Even if the frequency deviates from the vibration of the tool due to high-speed rotation, it is not a countermeasure against chatter vibration, so such a countermeasure is also insufficient.
[0009]
Therefore, in order to improve the machining efficiency, it is required to suppress the occurrence of chatter vibration. The present inventors have difficulty in generating chatter vibration (chatter resistance) because the rigidity of the tool holder including the cutting tool is reduced. As a result of various studies focusing on the product of the damping ratio and the damping ratio, the use of a damping material for the tool holder material of the tool holder reduces the rigidity but increases the damping capacity, resulting in chatter resistance. Found an excellent tool holder.
[0010]
This invention makes it a subject to provide the tool holder which can suppress effectively chatter vibration of a cutting tool by using the member of the material excellent in chatter resistance in consideration of said problem.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, as means for solving the above problems, has a tapered shank portion at the rear end, in the tool holder to the tool holding section is provided at the tip portion, the tool holding section, in the taper shank portion A reference holding part made of an actual member and a vibration damping holding part on the cutting tool mounting side are connected in series in the axial direction so that the cutting tool does not come into contact with the reference holding part in the vibration damping holding part. The damping holding part is made of a material having a higher damping capacity than the tapered shank part , and the damping holding part is rigid in the vicinity where the chattering coefficient of the high damping material used is maximized. The tool holder is set to a length that is approximately 50% or more of the maximum stiffness value .
[0012]
In the tool holder configured as described above, the tool holding portion is composed of a material portion having a high damping capacity different from the material of the tapered shank portion and a portion of the same material as the tapered shank portion. The connecting portions of both portions are integrally attached by welding or the like to form a tool holding portion having a required length. The predetermined length part of the material with high damping capacity is set to a length where the chattering resistance of the high damping capacity alloy steel is maximized and the rigidity value is about 50% or more of the maximum rigidity value. That's fine.
[0013]
The tool holder set in this way reduces the rigidity of the tool holder, but increases the damping property. As a result, a tool holder with excellent chatter resistance can be obtained and supported by the tool holder. With a cutting tool, chatter vibration can be effectively suppressed.
[0014]
A typical example of the material having a high damping capacity is a copper-manganese alloy containing copper Cu and manganese Mn. However, other alloys may be used as long as the damping capacity is equal and the tensile strength is similar to that of general carbon steel. Steel may be used.
[0015]
Embodiment
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic shape of the tool holder of the embodiment. As shown in the drawing, the tool holder A includes a tapered shank portion 1 inserted into a shank insertion hole formed at the spindle end of the machine tool, a flange portion 2 provided at a large diameter end portion of the tapered shank portion, The tool holding part 3 is provided at the center of the front end surface of the flange part, and a cutting tool 5 is attached to the end of the tool holding part 3 via a connection fitting 4. 6 is a cutting blade. The tool holding portion 3 includes a reference holding portion 3a near the flange portion and a vibration damping holding portion 3b provided near the tip with a predetermined length, with a predetermined intermediate connecting portion P having a length L as a boundary.
[0016]
The reference holding part 3a and the vibration damping holding part 3b are integrally joined by welding or the like at the intermediate connection part P to form the tool holding part 3. The length lb of the vibration damping holding portion 3b has an optimum length depending on the vibration damping material. If the length is longer than that, the rigidity is deteriorated, and if the length is shorter, the damping effect is reduced. The entire structure excluding the vibration suppression holding portion 3b is made of chromium molybdenum steel such as SCM415 or alloy tool steel such as SKD61, and generally has a high rigidity material. A high damping capacity alloy (hereinafter referred to as “D alloy”, product name D2052, manufactured by Daido Steel Co., Ltd.) is used. Its chemical composition, main characteristic values and mechanical properties are as follows.
[0017]
[Table 1]

[0018]
[Table 2]

[0019]
[Table 3]

[0020]
The optimum length of the vibration damping holding part 3b is calculated in advance by a computer using a finite element method (FEM) program to determine the rigidity and damping ratio, and the influence of the length lb on the chatter resistance α (rigidity X damping ratio) is analyzed. Then, the optimum length for calculation is set, and finally, it is determined by the experimental results described later. Although the details of the calculation method are omitted, the optimum length (calculation model) is set as follows. First, as shown in FIG. 2, a tool holder model M ₀ to be calculated is assumed, and the dimensions are set as follows.
[0021]
Tool holding portion L: 362 mm (L) × 48φ (D ₂ )
Length lb of the damping holder _{M 3b: 0, 91,181,271, 362} mm (5 kinds)
The length of the reference holder _{M 3a} la: L-lb
Taper shank M ₁ Length l ₁ : 104.8 mm
Flange part M ₂ Length l ₂ : 35 mm
Length of flange part diameter D ₁ : 100φmm
Cross-sectional area: A = 1.8096 × 10 ⁻³ m ²
Section _{^{modulus: I Z = 2.6058 × 10 -7}} m 4
However, the analysis conditions are as follows.
[0022]
[Table 4]

[0023]
When the influence of the length lb on the rigidity K and the damping ratio ζ is obtained for the above (1) and (2), the results are as shown in FIGS. As can be seen from the figure, as the length lb increases, the stiffness K decreases and the damping ratio ζ increases.
[0024]
Further, when the influence of the length lb on the chattering resistance α (difficulty of chatter vibration) (= K × ζ) is obtained, it is as shown in FIG. In the figure, α = 1 when lb = 0. From the figure, α becomes maximum near lb = 270 mm, and decreases when the length is longer than that. However, the subsequent test was performed assuming that lb = 200 mm, assuming that the reduction in rigidity is large.
[0025]
As a result of the test, it has been confirmed that the chatter resistance α is greatly improved. Therefore, if the high damping ability D alloy in the embodiment is used for a part of the length of the tool holding portion, the chatter resistance α is greatly improved. The method of setting the partial length is summarized as follows. That is, when an alloy having a predetermined high damping capacity is selected, the length of the damping holding portion is changed by varying the rigidity K, damping ratio ζ, and chatter resistance α based on the dimensional specifications. Find the impact of. In consideration of the maximum length of chattering resistance α and the length at which the decrease in rigidity K is approximately 50%, the length of the vibration damping holding portion is set with emphasis on either length.
[0026]
As the length becomes longer, the rigidity K generally decreases. However, as a characteristic of the selected high damping capacity alloy, the decrease in the rigidity K at the length that maximizes the chatter resistance α is the actual working condition during use. If it has an absolute value that does not greatly affect, it is preferable to select a length that increases the chatter resistance α as much as possible. However, as long as the effect of the decrease in rigidity K affects the actual machining. This is because the length becomes the minimum value of the allowable rigidity K.
[0027]
【Example】
In order to evaluate the chatter resistance of the tool holder having the above-described configuration, a rigidity test and a damping ratio test were performed on the tool holder model M ₀ having the dimensional specifications set in the embodiment.
[0028]
In the rigidity test, the test apparatus shown in FIG. 6 was used. In this test apparatus, a tool holder model M ₀ is supported by a clamp jig 11 mounted on a table 10 of a machining center, and a load cell 21 is attached to the tip of the spindle 20 of the machining center so that a load is applied to the tip of the tool holder model M _0. By attaching and moving the table 10, a radial load perpendicular to the center line of the tool holder model M ₀ is applied, the displacement of the tip of the tool holder M _3b of the tool holder model M ₀ , and the clamping jig 11 The amount of movement is measured by the

electric micrometers

22 and 23.
[0029]
The attenuation ratio was tested using the test apparatus shown in FIG. In this test apparatus, a clamp jig 11 is fixed on a table 10 of a machining center, a taper shank portion M ₁ of a tool holder model M ₀ is inserted into a taper hole 12 formed in the clamp jig 11, and this taper shank. M ₁ is pulled into the tapered hole 12 by tightening the bolt 13. In this case the tensile force applied to the tool holder model M ₀ takes a signal output from the load cell 14 to the amplifier 15, and to perform the confirmation by the display.
[0030]
The acceleration sensor 16 is attached to the outer periphery of the tip of the tool holder M _3b of the tool holder model M ₀ attached to the clamp jig 11, and an impulse hammer 17 applies an impulse at a position 180 ° out of phase from the attachment position. The signal output from the acceleration sensor 16 is amplified by the charge amplifier 18 and recorded by the data logger 19 together with the impulse.
[0031]
Rigid test inserts a tapered shank portion M ₁ in the tapered hole 12 of the clamp jig 11 shown in FIG. 6, after giving the tightening torque Tm (20 Nm) by tightening the bolt 13, moving the table 10 in the radial direction The tip of the tool holder M _3b is pressed against the load cell 21 attached to the tip of the spindle 20 and a load W is applied to the tip, and the displacement of the tip of the tool holder M _{3b and} the amount of movement of the clamp jig 11 are determined. Measured with the

electric micrometers

22 and 23, the stiffness K was determined from the displacement δ and the radial load W. FIG. 8 shows actual measurement values of the stiffness K based on the measurement results. Value indicated by the symbols in the figure SCM415 + D2052 is, is of model M ₀ Example is shown as a comparative example materials different things at the same dimensions. As comparative examples, die steel SKD61, ductile cast iron FCD600, and compact permicular cast iron CV400 were used. Of the two graphs, (b) is measured data, and (a) is a value obtained by normalizing the data of (b) based on the value of SKD61 steel.
[0032]
On the other hand, in the test of the damping ratio, the taper shank M ₁ was inserted into the taper hole 12 of the clamp jig 11 shown in FIG. 7, and the tightening torque Tm (20 Nm) was given by tightening the bolt 13. An impulse hammer 17 gives an impulse perpendicular to the center line to the tip of the tool holder model M ₀ , and the acceleration is measured by the acceleration sensor 16 at a position 180 ° out of phase from the applied position. The value was calculated. FIG. 9 shows measured values of the damping ratio ζ according to the measurement results. Value indicated by the symbols in the figure SCM415 + D2052 is intended model M ₀ Example is shown as a comparative example materials different things at the same dimensions. The material of the comparative example is the same as in FIG.
[0033]
FIG. 10 is a graph in which chatter resistance α is calculated based on actual measurement values obtained by the above-described attenuation ratio test and rigidity test. Similar to FIGS. 8 and 9, the comparative example is also calculated and shown. As can be seen from this figure, the chatter resistance α of the model M ₀ was 1.9 times higher than that of the model made by SKD61. However, the rigidity was 22% lower, and the damping ratio increased about 2.4 times.
[0034]
【The invention's effect】
As described above in detail, the tool holder of the present invention has a tool holding portion following the taper shank, which is made of a material having a higher damping factor than the taper shank. There is an effect that a holder can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a tool holder according to an embodiment. FIG. 2 is a front view of a tool holder model. FIG. 3 is a graph of an influence of a holder length on rigidity of the tool holder model. Fig. 5 is a graph of the effect of the holder length on the chatter resistance of the tool holder model. Fig. 6 is a partially cutaway front view of the tool holder model stiffness test apparatus. Part cutaway front view of tool holder model damping ratio test device [Fig. 8] Graph showing the result of tool holder model stiffness test [Fig. 9] Graph showing the result of tool holder model damping ratio test [Fig. 10] Tool Graph showing the results of chatter resistance of the holder model [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tapered shank part 2 Flange part 3 Tool holding part 4 Connection metal fitting 5 Cutting tool 6 Cutting blade A Tool holder M ₀ Tool holder model P Connection part

Claims

Rear end has a tapered shank portion (1), in the tool holder tool holding section (3) is provided at the distal end, said tool holding section (3), solid of the taper shank portion (1) side A reference holding part (3a) made of a member and a vibration damping holding part (3b) on the cutting tool (5) mounting side are connected in series in the axial direction, and the vibration damping holding part (3b) is connected to the cutting member. The tool (5) is fixed so as not to contact the reference holding part (3a), and the vibration damping holding part (3b) is made of a material having a higher damping capacity than the taper shank part (1) , and the vibration damping The holding portion (3b) is set in the vicinity where the chatter coefficient of the high-damping material used is maximized, and the rigidity value is set to a value that is approximately 50% or more of the maximum rigidity value. Tool holder.