JP4637217B2 - Tool shank and machine tool - Google Patents
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Description
本発明は、スルースピンドルクーラント機能を有するツールシャンクおよび工作機械に関する。 The present invention relates to a tool shank and machine tools having a through-spindle coolant function.
工作機械において、ドリルやエンドミルによる加工部にクーラント液を供給する方法として、工作機械の主軸から工具の刃先にわたる流路を形成し、工具の刃先に直接クーラント液を供給するスルースピンドルクーラント方式がある。従来の外部から加工部に向けてクーラント液を吹き付ける方法に比べて効率がよく、工具の寿命を延ばし、加工部の品質を向上させる効果もある。また、同様の構成の工作機械において、ドリル等の加工用工具を設けず、加工部に洗浄液を吹き付けてバリやまくれを除去する洗浄機として用いる場合もある。
しかしながら、自動工具交換機能を有する工作機械においては、主軸に対してツールシャンクが都度交換されるため、クーラント液や洗浄液(以下、これらを総称して流体という)の流路が分断されるので、その接合部分からの液漏れを防ぐ必要があり、特に高圧の流体を供給する際に問題となる。従来のツールシャンクおよび主軸の例として、図3(a)に一般的なBT規格の場合を、図3(b)に一般的なHSK規格の場合を示す。ただし、各図において上側がクランプ状態、下側がアンクランプ状態を示す。さらに文献1には、主軸内部に摺動可能な切削液連通管を設け、これをプルスタッドに圧接する主軸装置が提案されている。
However, in a machine tool having an automatic tool change function, since the tool shank is changed each time with respect to the main shaft, the flow path of coolant liquid and cleaning liquid (hereinafter collectively referred to as fluid) is divided. It is necessary to prevent liquid leakage from the joint portion, which is particularly problematic when supplying a high-pressure fluid. As an example of a conventional tool shank and spindle, FIG. 3A shows a general BT standard, and FIG. 3B shows a general HSK standard. However, in each figure, the upper side shows a clamped state, and the lower side shows an unclamped state. Further, Patent Document 1 proposes a spindle device in which a slidable cutting fluid communication pipe is provided inside the spindle and is pressed against a pull stud.
しかしながら、図3(a)のBT規格のツールシャンクS1および主軸M1の場合、クランプ状態ではプルスタッド103とクランプユニット122の間に隙間dがあいてしまい、そこから漏れ出た流体が空間部125に充満してツールシャンクS1全体を主軸M1から押し出す方向に圧力がかかるため、高圧の流体を供給することはできなかった。また、図3(b)のHSK規格のツールシャンクS2および主軸M2の場合、構造が複雑になるため、加工用のクーラント液を使用する場合はよいが、潤滑性の悪い洗浄液を使用する場合には不向きであった。また、クランプユニット222に設けたOリング208により、空間部225に流体が浸入することはないが、ツールを交換する度にツールがOリング208に衝突し、Oリング208が早期に磨耗してしまう点も問題であった。さらに、文献1の主軸装置は、シール部材9が常に切削液連通管11と接した状態であるので磨耗には強いが、主軸装置1内部に切削液連通管11の摺動機構を備えることで主軸装置1が大径化し、慣性モーメントの増加によって工作機械としての基本性能が損なわれ、またベアリング径等が大きくなって費用が高くなってしまうし、主軸の大径化を抑えようとすれば主軸を薄肉にするしかなく、供給流体の高圧化には不利である。また、シール部材の交換時には装置を停止して主軸を分解する必要があり、メンテナンス性が悪い。
However, in the case of the BT standard tool shank S1 and the main shaft M1 shown in FIG. 3A, in the clamped state, there is a gap d between the
本発明は、上記事情を鑑みたものであり、高圧の流体の供給に耐え、簡易かつ小型の構造でメンテナンス性の良好なツールシャンクおよび工作機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, withstand the supply of high pressure fluid, and to provide a good tool shank and machine tools for maintenance in a simple and compact construction.
本発明のうち請求項1の発明は、工作機械の主軸先端に設けたテーパ孔形状のツール装着部に装着し、主軸に備えた流路と連通する流路を通して流体が供給されるツールシャンクであって、前記ツール装着部に嵌合するテーパ部と、回転軸上に形成した中心孔と、プルスタッドと、接合管と、弾性部材とを備え、前記プルスタッドは、前記中心孔に基端側から挿入して固着され回転軸上に貫通孔を有し、前記接合管は、先端側端部の外径を他所より大きく形成して管頭部としてあり、前記貫通孔に先端側から挿入され軸方向に摺動可能で、前記管頭部外周にシール部材を備え、該シール部材が前記中心孔内周面と接しており、前記弾性部材は、前記中心孔内に配置され前記接合管を基端側へ付勢しており、前記接合管および前記中心孔が流路となることを特徴とする。 The invention according to claim 1 of the present invention is a tool shank that is mounted on a tool mounting portion having a tapered hole shape provided at the tip of a spindle of a machine tool, and fluid is supplied through a flow path communicating with the flow path provided on the spindle. A tapered portion that fits into the tool mounting portion, a center hole formed on the rotation shaft, a pull stud, a joining pipe, and an elastic member, and the pull stud is proximal to the center hole. Inserted from the side and fixed, has a through hole on the rotating shaft, and the joining tube is formed as a tube head with the outer diameter of the distal end side larger than the other part, and is inserted into the through hole from the distal end side And is slidable in the axial direction, and includes a seal member on the outer periphery of the tube head, the seal member is in contact with the inner peripheral surface of the center hole, and the elastic member is disposed in the center hole and The joint pipe and the center hole are flow paths. Characterized in that it comprises.
本発明のうち請求項2の発明は、請求項1記載のツールシャンクと、該ツールシャンクを装着した主軸とを備える工作機械であって、前記主軸は、内部に前記ツールシャンクをクランプするクランプユニットを備え、該クランプユニットは、略円筒形状の胴部と、該胴部外周から先端側へ延びるクランプ爪とを備え、該クランプ爪が前記プルスタッドに係合してツールシャンクをクランプした際に、前記接合管の基端側端部と前記胴部の先端側端部とが接合して流路を形成することを特徴とする。 A second aspect of the present invention is a machine tool comprising the tool shank according to the first aspect and a main shaft on which the tool shank is mounted, wherein the main shaft clamps the tool shank inside. The clamp unit includes a substantially cylindrical barrel portion and a clamp claw extending from the outer periphery of the barrel portion to the distal end side. When the clamp claw is engaged with the pull stud and clamps the tool shank, The proximal end of the joining tube and the distal end of the barrel are joined to form a flow path.
本発明によれば、管頭部に設けたシール部材が常に中心孔内面と接しており、ツールのクランプ・アンクランプ動作時にシール部材の変形が抑えられることから、磨耗が小さく、高圧の流体の供給にも耐えることができる。また、接合管は、流体の水圧がかからない状態では弾性部材によって基端側に付勢され、さらに流体が供給され水圧がかかる状態では、先端側端部に大径の管頭部を有しており基端側端面に対して先端側端面の面積が大きいことから、水圧によって基端側に付勢され、基端側端部がクランプユニットの胴部の先端側端部に押圧される。よって流体が高圧になるほどより強い力で接合されるので、液漏れが生じない。さらに、主軸ではなくツールシャンクに摺動可能な接合管を備えたことにより、主軸の大径化を防ぎ、かつツールシャンクはテーパ形状であるので内部に種々の機構を設けても厚肉に形成することができ、供給流体の高圧化に有利である。また、シール部材の磨耗時にはツールシャンクのみのメンテナンスで済み、メンテナンス性が良好である。 According to the present invention, the seal member provided on the pipe head is always in contact with the inner surface of the center hole, and deformation of the seal member is suppressed during the clamping / unclamping operation of the tool. Can withstand supply. In addition, the joining pipe is urged to the proximal end side by an elastic member in a state where the hydraulic pressure of the fluid is not applied, and has a large-diameter pipe head at the distal end side in a state where the fluid is supplied and the hydraulic pressure is applied Since the area of the distal end side end surface is larger than the proximal end side end surface, the proximal end side is biased by water pressure, and the proximal end end is pressed against the distal end end of the body of the clamp unit. Therefore, since the fluid is joined with a stronger force as the pressure becomes higher, liquid leakage does not occur. Furthermore, by providing a slidable joint tube on the tool shank instead of the main shaft, the main shaft is prevented from increasing its diameter, and the tool shank is tapered, so it can be formed thick even if various mechanisms are provided inside. This is advantageous for increasing the pressure of the supply fluid. Further, when the seal member is worn, only the tool shank needs to be maintained, and the maintainability is good.
本発明のツールシャンクおよび工作機械の具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。図1および図2は工作機械の断面図で、図1は先端のツールシャンクおよび主軸部分を拡大したもの、図2は全体を示したものである。ただし、図1においては(a)がクランプ状態、(b)がアンクランプ状態を示し、図2においては上側がクランプ状態、下側がアンクランプ状態を示す。なお、図中の右側が先端側、左側が基端側となる。
ツールシャンクSは、基端側に形成したテーパ部1と、回転軸上に形成した中心孔2と、プルスタッド3と、接合管4と、弾性部材5とを備える。プルスタッド3は、中心孔2に基端側から挿入して螺合することで固着されており、回転軸上には貫通孔6が形成されている。接合管4は、先端側端部の外径が他所より大きく、厚肉に形成されており、この厚肉部を管頭部7とする。そして、この接合管4が貫通孔6に先端側から挿入され、軸方向に摺動可能となっており、管頭部7がプルスタッド3の先端側端部に係止することで、接合管4がプルスタッド3から抜け落ちるのを防ぐ。管頭部7の外周にはOリングからなるシール部材8が備えてあり、これが中心孔2の内周面と接している。さらに、中心孔2の管頭部7より先端側にコイルバネからなる弾性部材5が挿入されており、接合管4を基端側へ付勢している。中心孔2はツールシャンクSの先端側に開口しており、開口部には流体の吐出口9が形成されており、これは加工部に流体を吹き付けてバリやまくれを除去する洗浄機として機能するものである。
一方、主軸Mは、先端側端部に形成したテーパ孔形状のツール装着部21と、ツール装着部21に連通する空間部25と、空間部25の基端側に連通する主軸孔26を有し、空間部25は主軸孔26よりも大径に形成されている。そして主軸Mは、ベアリング27を介してハウジング28に回動自在に保持されている。主軸孔26内には、ツールシャンクSをクランプするためのクランプユニット22を備えており、クランプユニット22は、略円筒形状の胴部23と、胴部23の外周から先端側へ延びるクランプ爪24とを備える。クランプ爪24は、先端側端部内側に形成した係合突起29と、先端側端部外側に形成した先端凸部30と、基端側端部外側に形成した基端凸部31とを有しており、主軸孔26内周面の基端凸部31に対応する位置には凸部26aが形成されている。クランプユニット22の基端側には中空のドローバー32が接続されており、ドローバー32には多層の皿バネ33が外挿してあり、ドローバー32を基端側へ付勢している。そしてドローバー32の基端側には中空油圧シリンダ34が接続されており、ドローバー32を軸方向に動かすことができる。さらに、中空油圧シリンダ34の基端側にはロータリージョイント35を介して流体供給装置36が接続されている。また、ハウジング28の側方にはモータ37が設けてある。モータ37の軸は主軸Mと直交しており、主軸Mに設けたかさ歯の主軸側歯車38と、モータ37の軸に設けたかさ歯のモータ側歯車39が噛み合い、モータ37が主軸Mを回転駆動する。
The specific configuration of the tool shank and machine tools of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are sectional views of the machine tool, FIG. 1 is an enlarged view of a tool shank and a main shaft portion at the tip, and FIG. 2 shows the whole. However, in FIG. 1, (a) shows a clamped state, (b) shows an unclamped state, and in FIG. 2, the upper side shows a clamped state and the lower side shows an unclamped state. In the drawing, the right side is the distal end side, and the left side is the proximal end side.
The tool shank S includes a tapered portion 1 formed on the base end side, a
On the other hand, the spindle M has a tapered hole-shaped tool mounting portion 21 formed at the tip end portion, a
次に、このように形成したツールシャンクおよび主軸における、ツールのクランプ・アンクランプ動作および流体の流路について説明する。まず、クランプ状態(図1(a))においては、ドローバー32が皿バネ33によって基端側に付勢され、これによりクランプ爪24の先端凸部30が主軸孔26の内周面に当接して、クランプ爪24の先端側が内側に閉じる。これにより係合突起29がプルスタッド3に係合して、ツールシャンクSをクランプする。この際、接合管4が弾性部材5によって基端側に付勢されており、接合管4の基端側端部がクランプユニット22の胴部23の先端側端部に押し付けられ、両者が連通して流路を形成している。そして、流路に流体が流れると各部にその水圧がかかるが、接合管4は管頭部7を有しており、基端側端面の面積に比べて先端側端面の面積が大きいことから、接合管4は水圧によって基端側に押圧されることになる。よって、流体の水圧が高くなればなるほど接合管4を基端側へ押し付ける力が強くなり、高圧の流体を供給する場合であっても接合部からの流体の漏洩が防がれる。なお、接合管4の基端側端部の外周部と胴部23の先端側端部の内周部をそれぞれ面取りしてあり、両面取り部を当接させることでより密着度を高めている。そしてこの状態で、流体供給装置36から、ロータリージョイント35、中空油圧シリンダ34、ドローバー32、クランプユニット22の胴部23、接合管4および中心孔2を経由して、吐出口9まで至る流路が形成される。
一方、ツールをアンクランプするには(図1(b))、中空油圧シリンダ34によりドローバー32を皿バネ33の付勢力に抗して先端側に移動させる。すると、クランプ爪24の基端凸部31が主軸孔26の内周面に形成した凸部26aに係合し、さらに先端凸部30が主軸孔26からより大径の空間部25へ逃れることで、クランプ爪24の先端側が外側に開く。これにより係合突起29がプルスタッド3を解放し、アンクランプ状態となる。
この一連のクランプ・アンクランプ動作において、管頭部7に設けたシール部材8は常に中心孔2の内周面に接した状態なので、変形が小さく磨耗に強い。また、主軸側にシール部材を設けた場合、ツールを交換しても常に同一のシール部材が機能し続けるので磨耗が早いが、本発明のようにツール側にシール部材を設ければ、シール部材が機能するのは当該ツールを使用している間だけであるから、結果として磨耗が遅く、交換が必要となるまでの期間は長くなる。さらに、交換に際してはツールシャンクのみのメンテナンスで済み、メンテナンス性が良好である。そして、ツールシャンクはテーパ形状であるので、内部に接合管等種々の機構を設けても厚肉に形成することができ、供給流体の高圧化に有利である。
Next, the clamping and unclamping operation of the tool and the fluid flow path in the tool shank and the main shaft formed as described above will be described. First, in the clamped state (FIG. 1A), the
On the other hand, in order to unclamp the tool (FIG. 1B), the hollow
In this series of clamping and unclamping operations, the seal member 8 provided on the pipe head portion 7 is always in contact with the inner peripheral surface of the
本発明は、上記の実施例に限定されない。実施例では吐出口を備えた洗浄機を示したが、ツールシャンクの先端に、流路を有するドリルやエンドミル等の工具を取り付けてもよい。また、工作機械の全体構成は上記のツールシャンクおよび主軸を備えるものであれば、どのようなものであってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, a cleaning machine having a discharge port is shown, but a tool such as a drill having a flow path or an end mill may be attached to the tip of the tool shank. Further, the overall configuration of the machine tool as long as it has the above tools shank and spindle may be of any type.
1 テーパ部
2 中心孔
3 プルスタッド
4 接合管
5 弾性部材
6 貫通孔
7 管頭部
8 シール部材
21 ツール装着部
22 クランプユニット
23 胴部
24 クランプ爪
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
It is a machine tool provided with the tool shank of Claim 1 , and the main axis | shaft which mounted | wore with this tool shank , Comprising : The said main axis | shaft is equipped with the clamp unit (22) which clamps the said tool shank inside, This clamp unit (22) ) Includes a substantially cylindrical body portion (23) and a clamp claw (24) extending from the outer periphery of the body portion (23) to the distal end side, and the clamp claw (24) is engaged with the pull stud (3). When the tool shank is clamped together, the base end side end portion of the joining pipe (4) and the tip end side end portion of the trunk portion (23) are joined to form a flow path. machine tools.
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