JP4896659B2

JP4896659B2 - 焼き嵌め式工具ホルダ

Info

Publication number: JP4896659B2
Application number: JP2006288424A
Authority: JP
Inventors: 春機溝口
Original assignee: MST Corp
Current assignee: MST Corp
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-10-24
Also published as: JP2008105113A

Description

この発明は、マシニングセンター、旋盤、研削盤等の工作機械に取り付けられる工具ホルダであって、この工具ホルダと工具との熱膨張率の差を利用して工具を締め付けて固定する焼き嵌め式の工具ホルダに関する。

エンドミル等の工具を工作機械に取り付ける際に用いられる工具ホルダの一つとして焼き嵌め式ホルダがあり、この焼き嵌め式ホルダは、上記工具よりも熱膨張率の大きな素材からなり、この焼き嵌め式ホルダに上記工具よりもわずかに直径の小さい工具穴をあけ、これを数百度に加熱して、上記工具穴を拡径して上記工具を差し込み、これを冷却して上記工具穴を縮径し、その際の締め付け力によって上記工具を固定するものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２８３１６２号公報

この焼き嵌め式ホルダは、他の締め付け機構を備えた工具ホルダ、例えば、工具穴に工具を嵌め込んで、ナットでその工具を締め付ける工具ホルダや、油圧により、工具の軸周りからその工具を締め付ける工具ホルダ等と比較して、工具を軸周りに回転させた際の振れ量が小さく（約３〜５μｍ）、しかも、従来の焼き嵌め式ホルダでは把持することが難しかった、直径が約６ｍｍ以下の小径工具でも確実に把持できることから、小型の部品を高精度に加工するために必要不可欠なツールとして広く用いられている。

近年は、機械部品がさらに小型化され、それに伴って機械加工に要求される精度も一層厳しくなり、従来は許容されていた３〜５μｍ程度の振れ量でも不十分なものとなってきている。

これを、二刃タイプのエンドミルを例にして説明すると、直径が０．５ｍｍのエンドミルでは、工具メーカーが推奨している切削条件が、一刃あたりの切削量が２μｍなので、エンドミル一回転あたり４μｍの送りをかけることとなるが、例えば、振れ量が３μｍの場合、エンドミルの一方の刃がワークを一気に４μｍ切削し、他方の刃はワークに接触しないまま空転する。そのため、一方の刃のみに過度の負担がかかり、エンドミルが折損したり、寿命が短くなったりする問題がある。

つまり、少なくとも両方の刃がワークに接触するためには、上記エンドミルが半回転する間のこのエンドミルの送り量よりも上記振れ量が小さい必要があり、上述した直径が０．５ｍｍのエンドミルの場合、その振れ量は少なくとも２μｍ以下でなければならず、さらに、両方の刃で安定して切削するためには、その振れ量は１μｍ以下であるのが好ましい。

これまで、高精度加工に用いられてきた上記焼き嵌め式ホルダでも、工具の振れ量を１μｍ以下に抑制することは困難であり、部品設計がこの工具による加工能力の範囲内に制限されるという問題が生じている。

そこで、この発明は、焼き嵌め式ホルダに取り付けた工具の振れを１μｍ以下に抑制することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、工具のシャンクの外径よりも１〜７μｍ小さい内径の穴を形成した工具ホルダを用い、その工具ホルダを加熱して上記穴に工具を焼き嵌めして固定することとしたのである。

この発明によると、工具ホルダに嵌め込んだ工具の振れ量を１μｍ以下に抑制することができ、加工の際にワークに対してこの工具の刃が安定して接するので、その刃に過度の負荷がかかって工具が折損したり、その寿命が低下したりするのを防止できる。

この発明は、工作機械に接続する接続部と、工具交換の際にその交換器具の突部に係合するマニピュレータ保持部と、工具を把持する工具把持部からなる焼き嵌め式工具ホルダにおいて、工具を嵌め込む穴を形成した工具把持部を加熱して、上記穴に対する締め代が１〜７μｍの上記工具をその穴に差し込み、焼き嵌めによってその工具を締め付けて固定する構成を採用できる。

この締め代とは、上記工具を工具把持部から取り外した状態における、上記工具のシャンクの外径と、上記工具把持部に形成した穴の内径との差のことを指し、この締め代が大きくなるほど、上記シャンクは強く把持されることを意味する。

この締め代の大きさと振れ量の大きさとの間の定量関係については、これまで十分調査されていなかったため、締め代が異なる工具と焼き嵌め式工具ホルダを複数用意して、この定量関係について詳細に調査した。その結果、図１に示すように、締め代が大きくなるほど振れ量が大きくなる傾向があることが初めて明らかとなり、この定量関係に基づいて、最大締め代２を約７μｍより小さくする（図中の白抜き矢印）ことによって振れ量を許容最大限１の１μｍ以下に抑制できると結論付けることができた。

この工具は、焼き嵌め式工具ホルダの締め付けによって生じた、両者の間の強い摩擦力によって把持されているので、この締め付け力が小さくなると、上記摩擦力が不足して、その工具の使用中に両者の間に滑りが生じるため加工ができない。そのため、滑りが生じない程度の締め付け力が必要であり、その締め付け力は、締め代を１μｍ以上とすることで確保できる。

以上より、上記工具と、その工具を嵌め込む焼き嵌め式工具ホルダとの間の締め代は１〜７μｍの範囲とする必要がある。

通常は、シャンクの加工時に生じる、その外径寸法の公差を考慮して、実作業上においては、締め代の狙い範囲を４〜７μｍとするのが好ましい。

また、上記焼き嵌め式工具ホルダに嵌め込んだ工具の振れ量を小さくするためには、上記工具のシャンクの真円度及び円筒度が高いことも必要であり、具体的には、真円度及び円筒度がともに０．６μｍ以下であることが好ましい。

この限定の理由は、接続部と工具把持部の同軸度が１μｍ以下の焼き嵌め式工具ホルダに、円筒度の異なる上記工具のシャンクを焼き嵌めし、その工具の振れ量を測定したところ、上記円筒度の精度によってその振れ量が変化し、この精度が上記の範囲内にある場合のみ、振れ量がその最大許容限の１μｍ以内に収まることが実験的に確認できたためである。

また、上記工具のシャンクの真円度の限定の理由については、上記円筒度を０．５μｍ以下に抑えるためには、その工具の製作上、真円度も円筒度以上の精度に抑える必要があるためである。

この工具ホルダに焼き嵌めした工具のシャンクの振れ量を真円度測定器にて測定したところ、円筒度が０．５μｍ、１．０μｍ、１．７μｍの場合の最大振れ量が、それぞれ０．９６０μｍ、１．４９６μｍ、２．６７８μｍであった。さらに、最大振れ量が最も小さかった円筒度が０．５μｍのものについて、１５箇所で振れ量を測定したところ、その平均が０．６６６μｍであり、いずれの測定点においても、許容される１μｍの振れ量を下回っていた。

なお、上記工具ホルダと、工具のシャンクとの間の適切な締め代を確保するために、上記シャンクの外径寸法は、ＪＩＳ規格による公差ｈ４の範囲内であることが好ましい。

上記公差をｈ４の範囲内とすると、例えば、直径が３ｍｍの工具においては公差ｈ４は−３μｍから０μｍの範囲であり、この公差の下限を−３μｍとすれば、実作業での締め代の狙いを４μｍとした際に、最低限１μｍの締め代が得られ、必要な締め付け力が確保でき、また、上限を０μｍとすれば、焼き嵌めの工程において、締め代をその上限の７μｍに抑えることができるためである。

また、上記工具把持部に形成した穴の内径の真円度及び、この穴と上記シャンクの同軸度はともに１μｍ以下であることが好ましい。

この限定の理由は、この同軸度が１μｍの場合、上記工具のシャンクが理想的な円筒で、かつ、上記穴が真円とすると、工具を回転するとその振れ量は、許容最大限の１μｍとなり、上記許容最大限の範囲内に収めるには少なくともこの同軸度を確保することが好ましいためである。

この発明の一実施例を図２に示して説明すると、この焼き嵌め式工具ホルダ３は、工作機械の主軸に接続される接続部４と、工具交換の際にその交換器具の突部に係合するマニピュレータ保持部５と、工具６を把持する工具把持部７とからなり、この工具把持部７を加熱して、この工具把持部７に形成された穴に工具６を差し込み、この工具把持部７を冷却して差し込んだ工具６を固定する。

この工具６のシャンクにはストッパ８が設けられ、このストッパ８により上記差し込みが所定の深さに保たれる。

また、この工具６のシャンクの円筒度及び真円度を真円度測定器にて測定したところ、それぞれ０．５１３μｍ、０．１９７μｍであり、工具把持部７の穴の真円度及び、接続部４の中心軸と上記穴の中心軸の同軸度を測定したところ、それぞれ０．３９８μｍ、０．３２２μｍであり、いずれも上述した所定範囲内に収まっていた。ここで真円度とは、このシャンク及び上記穴の異なる８箇所で測定した中での最大値のことをいう。

また、この工具６のシャンクと、焼き嵌め式工具ホルダ３との間の締め代は５μｍであり、焼き嵌め後に工具回転時の振れ量を１０箇所で測定したところ、その平均が０．６５５μｍであり、いずれの測定点においても許容される１μｍの振れ量を下回っていた。

この発明における工具と焼き嵌め式工具ホルダとの間の締め代と振れ量の関係を示す図この発明における一実施例を示す側面図

符号の説明

３焼き嵌め式工具ホルダ
４接続部
５マニピュレータ保持部
６工具
７工具把持部

Claims

工作機械に接続する接続部（４）と、工具交換の際にその交換器具の突部に係合させるマニピュレータ保持部（５）と、工具（６）を把持する工具把持部（７）からなる焼き嵌め式工具ホルダ（３）において、
上記工具のシャンクの外径の真円度及び円筒度を０．６μｍ以下とするとともに、上記接続部（４）と工具把持部（７）の回転軸の同軸度を１μｍ以下とし、その工具（６）を嵌め込む穴を形成した工具把持部（７）を加熱して、上記穴に対する締め代が１〜７μｍの上記工具（６）をその穴に差し込み、焼き嵌めによってその工具（６）を締め付けて固定して、このホルダに取り付けた工具の振れを１μｍ以下に抑制したことを特徴とする焼き嵌め式工具ホルダ。