JP4391619B2 - 工具保持装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研削加工に使用する砥石を保持する工具保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
砥石を保持する工具保持装置には、例えば、特開平８−１６８９０１号公報「みがき工具」に示されたものがある。このみがき工具は、同公報の図１によれば、みがき装置に装着するみがき工具基部１（符号は同公報に記載されたものを使用した）にシャンク部材２を嵌合し、このシャンク部材２に被せるようにスペーサ部材５、コイルバネ６及び砥石部材３の角筒体４を順に組付け、さらに、これらを筒状カバー部材７でカバーしたものである。
スペーサ部材５は、みがき工具の長さを調整するものであり、シャンク部材２との組合せにより工具の長さが調整可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構造では、シャンク部材２の外面に角筒体４並びに筒状カバー部材７を被せるため、筒状カバー部材７が太くなる。太いみがき工具では狭い溝を研削することはできない。
また、溝が深いと、砥石の突出し量が多く（シャンク部材２がより長く）なり、振動が拡大するため、短いシャンク部材２に較べ、所望の表面粗さを確保し難くなる。振動が拡大して表面粗さを確保できない場合は、手作業や新たな研削専用設備で研削する必要がある。
【０００４】
さらに、上記公報のみがき工具は、みがき装置にみがき工具基部１を装着して使用するものである。ワークを切削加工後、みがき装置までワークを運搬する必要があるとともに、みがき装置へのワークの取付け段取りも発生するから、手間がかかり、生産効率が悪い。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、砥石の突出し量が多くても所望の表面粗さが得られ、ワークの生産効率のよい工具保持装置を提供することにある。
【０００６】
【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は、先端に砥石を備えたロッドの基部に取り付けた砥石保持部材と、この砥石保持部材を収納すると共に切削油通路を備えたホルダ本体と、このホルダ本体に収納した砥石保持部材の抜き止めを図るためにホルダ本体に取付ける蓋状の砥石ガイドと、砥石保持部材をロッドの軸直角方向へ所定距離移動可能に収納するために、ホルダ本体若しくは砥石ガイドに形成した砥石保持部材の収納部と、砥石ガイドにロッドを貫通させ且つ、このロッドを軸直角方向移動可能に収納し、切削油通路から収納部に達した切削油を、ロッドとの間隙に流すとともにワークへ流すために開けた通孔とから工具保持装置を構成する。
【０００７】
工具保持装置をＮＣ（数値制御）工作機械に取付け、工具保持装置の中心部を通して砥石に切削油を供給しつつワークを研削する。切削油は切削油通路から砥石ガイドの通孔を通過し、通孔からワークへ至る。この際、砥石ガイドに開けた通孔に、ロッドを軸直角方向へ移動可能に収納し、ロッドを通孔との間隙に切削油を流すように構成したので、砥石に大きな外力が作用すると、ロッドは軸直角方向に移動する。ロッドが破損し難いので、工具保持装置を良好な状態に保つことができる。
【０００８】
また、切削油は良好な振動吸収剤となるので、砥石からロッドに伝わる振動を切削油で減衰させることができ、表面粗さの向上が図れる。
【０００９】
一般に、ワークに切削工具にて「切削加工」を施し、次に、研削工具にて「研削加工」を施し、この際に工具を交換するため、研削開始時に研削工具の位置調整又はＮＣ工作機械に情報を入力する必要があり、一台のＮＣ工作機械で工具を替えながら切削と研削を連続して実施するには困難な点がある。
この点、本発明では、切削油を介してロッドをフローチング保持したため、砥石をワークに倣わせることができ、この結果、一台のＮＣ工作機械で工具を替えながら切削と研削を連続して実施することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る工具保持装置の斜視図であり、工具保持装置１０は、研削工具である砥石１１を移動可能に保持するホルダであり、ＮＣ工作機械であるマシニングセンタ１２にホルダ本体１３を介して砥石１１を自動的に取付けるものである。次に、工具保持装置１０を具体的に説明する。
【００１１】
図２は本発明に係る工具保持装置の断面図であり、工具保持装置１０は、先端に砥石１１を備えたロッド１５の基部１６に取り付けた砥石保持部材２１と、この砥石保持部材２１を収納するホルダ本体１３と、このホルダ本体１３に収納した砥石保持部材２１の抜き止めを図るためにホルダ本体１３に取付ける蓋状の砥石ガイド２２とからなる。２３はスプリングである。
【００１２】
ホルダ本体１３は、テーパ状（例えば、ＪＩＳ−Ｂ６１０１）のシャンク部３１と、このシャンク部３１に隣接して形成したフランジ部３２と、このフランジ部３２に隣接して形成した筒部３３と、シャンク部３１から筒部３３に貫通させた切削油通路３４とからなる。Ｃ１はホルダ本体１３の軸中心を示す。
筒部３３は、テーパ状の嵌合孔３５と、この嵌合孔３５の終端部３６とを有するものである。
ロッド１５は、外径ｄ、長さＬ１であり、細長比（Ｌ１／ｄ）が大きいものである。Ｌ２は突出し量である。Ｃ２はロッド１５の軸中心を示す。
【００１３】
砥石保持部材２１は、本体４１と、この本体４１の中央に形成したロッド取付け孔４２と、このロッド取付け孔４２に貫通する２個の止め孔４３（１個のみ示す）と、ロッド取付け孔４２の外方に形成した２個の切削油孔４４（１個のみ示す）と、本体４１に形成した第１の二面部４５と、本体４１の端部に形成した掛合部４６とからなる。
【００１４】
砥石ガイド２２は、テーパ状の嵌合軸５１と、この嵌合軸５１の一端に形成した収納部５２と、他端に形成した鍔部５３と、この鍔部５３の中央にロッド１５を貫通させるために開けた通孔５４とからなる。５５はボルトである。Ｃ３は砥石ガイド２２の軸中心を示す。
【００１５】
嵌合軸５１は、テーパを筒部３３の嵌合孔３５と同一にしたものである。嵌合孔３５のテーパと嵌合軸５１のテーパを同一にすることで、ホルダ本体１３の軸中心Ｃ１に砥石ガイド２２の軸中心Ｃ３を容易に、且つ正確に合致させることができる。
【００１６】
収納部５２は、底部５６と、第２の二面部５７を形成したものであり、砥石保持部材２１をロッド１５の軸直角方向へ所定距離Ｓ１だけ移動可能に収納し、且つ軸方向へも移動可能で、なお且つ回転力を伝達するものである。
所定距離Ｓ１は、ホルダ本体１３の軸中心Ｃ１にロッド１５の軸中心Ｃ２が合致した状態で、第１の二面部４５から第２の二面部５７までの距離である。
【００１７】
通孔５４は、少なくともロッド１５の外径ｄに所定距離Ｓ１の２倍を加えた内径Ｄの孔である。Ｓ２は隙間である。
なお、収納部５２をホルダ本体１３に形成してもよい。
【００１８】
図３は図２の３−３線断面図であり、通孔５４にロッド１５を通し、通孔５４とロッド１５との間に隙間Ｓ２を形成し、４本のボルト５５・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）で砥石ガイド２２を取付けたことを示す。
【００１９】
図４は図２の４−４線断面図であり、砥石保持部材２１及び収納部５２の平面を示す。
止め孔４３，４３を対向させて形成し、この止め孔４３，４３に止めねじ５８，５８を捩じ込むことで、砥石保持部材２１にロッド１５を取付ける。
【００２０】
切削油孔４４，４４を対向して形成することにより、砥石ガイド２２側に切削油を導く。
第１の二面部４５の寸法を二面幅Ｗ１で形成し、第２の二面部５７の寸法を二面幅Ｗ２で形成することにより、所定距離Ｓ１を形成する。また、第２の二面部５７が第１の二面部４５に接触することで、回転力をロッド１５へ伝達する。
【００２１】
図５は本発明に係る砥石保持部材及び砥石ガイドの分解斜視図であり、砥石保持部材２１の本体４１に第１円部６１を形成し、この第１円部６１に二面幅Ｗ１で二面取り加工を実施し、本体４１にロッド取付け孔４２、切削油孔４４，４４、及び掛合部４６を形成し、受圧面６２を形成し、一方、収納部５２に第２円部６３を形成したことを示す。第１円部６１及び第２円部６３によって、所定距離Ｓ１（図４参照）を形成する。掛合部４６にスプリング２３を掛けることで、収納部５２の底部５６に砥石保持部材２１を押し付ける。
【００２２】
以上に述べた工具保持装置の作用を次に説明する。
図６は本発明に係る工具保持装置の第１作用図であり、ＮＣ工作機械によるワークの加工を示す。図左上に示すＸはテーブルの移動方向、ＹはＸに直交する軸、ＺはＸ，Ｙに直交する鉛直軸である。
ＮＣ工作機械であるところのマシニングセンタ１２は、ベース７１と、このベース７１にＸ軸方向に移動自在に取付けたテーブル７２と、このテーブル７２の両側から上部に配置したコラム７３と、このコラム７３に固定したクロスレール７４と、このクロスレール７４にＹ軸方向に移動自在に取付けた主軸部７５と、この主軸部７５にＺ軸方向に移動自在に設けた主軸７６と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸の移動（切削条件）を制御する制御盤７８及び操作盤７９と、複数の切削工具８１・・・を交換する自動工具交換装置（ＡＴＣ）８２とからなる。Ｗはテーブル７２上に取付けたワークである。
【００２３】
自動工具交換装置８２は、ツールマガジン８３とチェンジャアーム８４とからなり、ツールマガジン８３は複数の切削工具８１・・・を予め納めておくものである。
ツールマガジン８３に切削工具８１・・・及び工具保持装置１０（砥石１１取付け済）を収納し、制御部に作成済のＮＣプログラムを入力（オンライン又はＦＤ等）する。工具保持装置１０のホルダ本体をテーパ状のシャンク部及びフランジ部に形成したので、既製のツールマガジン８３と干渉することなく、ツールマガジン８３に容易に収納することができる。
【００２４】
図７（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る工具保持装置の第２作用図である。
（ａ）において、マシニングセンタ１２のテーブル７２の所定位置にワークＷをセットし、主軸７６（スピンドル）に切削工具８１を取付け、ワークＷを切削加工する。ワークＷの切削が完了すると、主軸７６は自動工具交換装置に至る。
【００２５】
（ｂ）において、自動工具交換装置８２で切削工具８１から工具保持装置１０へ工具交換を行う。具体的には、まず、自動工具交換装置８２内のチェンジャアーム８４の一端８５が切削工具８１を取付けたフランジ部８６に嵌合し、矢印▲１▼の如く下降し、主軸７６から切削工具８１を取り外す。次に、チェンジャアーム８４は矢印▲２▼の如く回転し、予めツールマガジンから抜き取り、他端８７に掛けておいた工具保持装置１０を主軸７６に臨ませる。続けて、チェンジャアーム８４は矢印▲３▼の如く上昇し、工具保持装置１０のシャンク部３１が主軸７６に嵌合し、砥石１１を取付ける。工具交換が完了すると、主軸７６は自動工具交換装置８２から離れ、ワークに向う。
【００２６】
工具保持装置１０にフランジ部３２を形成したので、自動工具交換装置８２で工具交換をすることができ、手間がかからない。また、シャンク部３１を形成したので、マシニングセンタ１２の主軸７６に工具保持装置１０を取付けることができる。
【００２７】
（ｃ）において、ワークＷに臨んだ工具保持装置１０は、ＮＣプログラムによって、続けて、ワークＷの研削加工を行う。
マシニングセンタ１２の切削工具でワークＷを切削加工し、切削工具から工具保持装置１０に工具交換し、続けて、工具保持装置１０でワークＷを研削加工する。マシニングセンタ１２のテーブル７２上で切削加工及び研削加工を実施するので、ワークＷを運搬する必要がなく、運搬する手間が省ける。
工具保持装置１０の軸中心（ホルダ本体１３の軸中心及び砥石ガイド２２の軸中心）は主軸７６と同心なので、切削工具のＮＣプログラムを利用することができ、容易に所定距離だけオフセットさせることができ、ＮＣプログラムの作成に時間がかからない。
【００２８】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る工具保持装置の第３作用図である。（ａ）は狭くて深い溝の平面の研削加工であり、（ｂ）は小さな凹凸の曲面の研削加工である。
（ａ）において、テーブル７２上のワークＷに臨んだ工具保持装置１０は、ＮＣプログラムによって、平面９１の研削加工を開始する。具体的には、マシニングセンタ１２の切削液供給装置により主軸７６中心から切削油９２を矢印▲４▼の如く給油する。切削油９２は切削油通路３４を通過し、砥石保持部材２１の切削油孔４４，４４を通り、砥石ガイド２２とロッド１５との隙間Ｓ２から矢印▲５▼の如く砥石１１に至る。
【００２９】
主軸７６を回転させると、第２の二面部５７が第１の二面部４５に接触し、砥石１１は回転する。主軸７６を下降（Ｚ軸方向）し、平面９１に砥石１１を接触させ、さらに、砥石保持部材２１が収納部５２の底部５６から距離Ｓ３だけ離れる位置まで主軸７６を送り（下降）、研削加工を行う。
【００３０】
切削油９２を供給すると、砥石保持部材２１の受圧面６２に圧力がかかるから、押付け力Ｆ１が発生し、Ｚ軸方向の研削抵抗に抗して砥石１１を押し付けることができる。砥石１１は僅かに摩耗し、擦り減るが、切削油９２が砥石１１を常に押し付けているから、主軸７６を微小な摩耗量に追従してＺ軸方向に送る必要がない。砥石１１が摩耗し、距離Ｓ３が小さくなったら、主軸７６を下降（Ｚ軸方向）させるだけでよい。その結果、主軸７６の送り（オフセット）制御が容易になるので、マシニングセンタ１２で研削加工を実施することができる。
【００３１】
また、切削油９２が砥石ガイド２２とロッド１５との隙間Ｓ２に至ると、ロッド１５に圧力が矢印▲６▼の如くかかるので、ロッド１５を軸中心に保持する力が発生し、Ｘ軸（又はＹ軸）方向の研削抵抗に抗し、保持する力Ｆ２によって砥石１１をフローチング保持することができ、研削加工を実施することができる。
同時に、切削油９２がロッド１５を受けつつロッド１５の振動を吸収するから、砥石１１の振動が極めて小さく、所望の表面粗さを得ることができる。従って、突出し量Ｌ２を多くしても、砥石１１の振動は極めて小さく、工具保持装置１０で狭くて深い溝を所望の表面粗さに仕上げることができる。
【００３２】
さらに、隙間Ｓ２から切削油９２を供給するので、切削油９２はロッド１５に沿って流れ、砥石１１に切削油９２を効率的に供給することができる。その結果、砥石の目詰りの抑制、切り粉除去及び冷却など切削油９２の機能を十分に発揮させることができる。
なお、切削油９２を供給するまでは、スプリング２３によって、収納部５２の底部５６に砥石保持部材２１を押付けるので、工具保持装置１０を組立る際や自動工具交換装置のツールマガジンに納める際に、工具保持装置１０を横若しくは上下に反転させても収納部５２から砥石保持部材２１が抜けることはない。
【００３３】
（ｂ）において、砥石１１が凸部９３に至ると、ロッド１５に大きな研削抵抗Ｆ３が生じる。砥石ガイド２２に所定距離Ｓ１及び隙間Ｓ２を形成したので、研削抵抗Ｆ３が切削油９２による保持する力Ｆ２より大きくなると、収納部５２に保持部材２１が接触しつつロッド１５は距離Ｘ１だけ偏心し、Ｘ軸方向の研削抵抗Ｆ３を吸収する。ロッド１５で大きな力を支持する必要がなく、振動が発生し難い。その際、最大に偏心したとしても、収納部５２がストッパとなるので、通孔５４にロッド１５は接触しない。通孔５４とロッド１５との間に切削油９２で油膜を形成するので、振動や異音の防止を図ることができる。
【００３４】
また、砥石保持部材２１に受圧面６２を形成し、この受圧面６２で切削油９２の圧力を受け、Ｚ軸方向の押付け力Ｆ１を制御するので、研削抵抗Ｆ４が切削油９２による押付け力Ｆ１より大きくなると、砥石１１及び砥石保持部材２１がとともに、距離Ｚ１だけ移動（Ｚ軸）し、Ｚ軸方向の研削抵抗Ｆ４を吸収する。ロッド１５にかかる大きな力を吸収するので、ロッド１５のビビリ（振動）や、砥石１１の押付け（切込み）過ぎを防止できる。凸部９３が高い場合は、主軸７６を制御するが、凸部９３が低い場合は、主軸７６を制御する必要がない。凸部９３を通過すると、スプリング２３が砥石保持部材２１を押すので、砥石保持部材２１は下り、砥石１１は仮想線の如くワークＷに倣いつつ研削加工を続ける。
【００３５】
その結果、主軸７６の上下（Ｚ軸）の送り制御の簡略化を図ることができ、主軸７６を複雑に制御（Ｚ軸のＮＣプログラムの作成）することなく、ワークＷに倣った研削加工ができる。
従って、工具保持装置１０を使用することによって、簡単にマシニングセンタ１２で研削加工を実施することができる。
【００３６】
さらに、工具保持装置１０によって、ＮＣ工作機械で手作業のような自由研削ができるから、作業者は研削姿勢を長時間続ける必要がなくなり、作業者の負担を軽減することができるとともに、研削加工の作業効率を向上させることができる。
そのうえ、研削抵抗の吸収に切削油９２を使用するので、特別な油圧装置や空圧装置を必要とせず、生産コストを低減できる。
【００３７】
工具保持装置１０によってマシニングセンタで研削加工ができるので、みがき専用の装置に較べ、多種類のワーク形状を研削加工することができ、生産効率が向上する。
切削加工のＮＣプログラムを利用して研削加工のＮＣプログラムを作成するので、みがき装置やロボット等のようにプログラム作成やティーチングの必要がなく、プログラム作成に手間がかからない。
【００３８】
尚、本発明の実施の形態に示した図５の収納部５２及び砥石保持部材２１の形態はこれに限定するものではなく、要はロッド１５がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動可能で、且つ回転力の伝達が可能であればよい。
Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動可能な所定距離Ｓ１を隙間Ｓ２より小さく（Ｓ１＜Ｓ２）形成したが、所定距離Ｓ１及び隙間Ｓ２の寸法は任意であり、所定距離Ｓ１を大きく（Ｓ１≧Ｓ２）しても差支えない。
また、テーパ状のシャンク部３１の形状は、ＮＣ工作機械に合せ任意である。ＮＣ工作機械はマシニングセンタに限定するものではなく、他のＮＣ工作機械でもよい。
砥石保持部材にロッドを止めねじで取付けたが、ロッドの取付け構成は任意である。例えば、砥石保持部材及びロッドにねじを形成し、取付けることも可能である。
切削油通路をホルダ本体の軸中心に形成したが、ＮＣ工作機械の違いによっては、ホルダ本体の軸直角方向に切削油通路を形成してもよく、ＮＣ工作機械の切削液供給装置から供給できる構成であればよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、砥石保持部材に砥石のロッドを取り付け、ホルダ本体に切削油通路を形成し、ホルダ本体に砥石ガイドを取付け、砥石ガイドに砥石保持部材の収納部及び通孔を、砥石保持部材をロッドの軸直角方向へ所定距離移動可能に且つ、ロッドを軸直角方向移動可能に収納し、切削油通路から収納部に達した切削油を、ロッドとの間隙に流すとともにワークへ流すように形成したので、切削油は通孔でロッドを支持し、切削油がロッドの振動を吸収し、砥石の振動を低減することができる。その結果、突出し量の多い砥石でもワークを所望の表面粗さに研削することができる。
【００４０】
また、ホルダ本体に切削油通路を備え、砥石保持部材に砥石のロッドを取付けたので、切削油の油圧は砥石保持部材をワーク側へ押付けるように作用し、ワークに砥石を押付けることができる。砥石の摩耗に追従してワークに砥石を一定に押付ける複雑な制御を必要としないので、ＮＣ工作機械で研削加工ができる。その結果、ＮＣ工作機械の切削工具でワークを切削後、切削工具から工具保持装置に工具交換し、続けて、砥石でワークの研削を行うことができる。ＮＣ工作機械のテーブル上で切削及び研削加工ができるので、従来のようにみがき装置へワークを運搬する必要がなく、さらに、ワークを取付ける段取りも必要なく、研削に手間がかからない。
従って、加工を集約し、ワークの生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具保持装置の斜視図
【図２】本発明に係る工具保持装置の断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図２の４−４線断面図
【図５】本発明に係る砥石保持部材及び砥石ガイドの分解斜視図
【図６】本発明に係る工具保持装置の第１作用図
【図７】本発明に係る工具保持装置の第２作用図
【図８】本発明に係る工具保持装置の第３作用図
【符号の説明】
１１…砥石、１３…ホルダ本体、１５…ロッド、１６…基部、２１…砥石保持部材、２２…砥石ガイド、３４…切削油通路、５２…収納部、５４…通孔、ｄ…ロッドの外径（外径）、Ｓ１…所定距離、Ｓ２…隙間。

Claims (1)

1. 先端に砥石を備えたロッドの基部に取り付けた砥石保持部材と、
   この砥石保持部材を収納すると共に切削油通路を備えたホルダ本体と、
   このホルダ本体に収納した砥石保持部材の抜き止めを図るためにホルダ本体に取付ける蓋状の砥石ガイドと、
   前記砥石保持部材を前記ロッドの軸直角方向へ所定距離移動可能に収納するために、前記ホルダ本体若しくは砥石ガイドに形成した砥石保持部材の収納部と、
   前記砥石ガイドに、前記ロッドを貫通させ且つ、このロッドを軸直角方向移動可能に収納し、前記切削油通路から前記収納部に達した切削油を、前記ロッドとの間隙に流すとともにワークへ流すために開けた通孔と、からなることを特徴とする工具保持装置。

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