JP5371458B2

JP5371458B2 - 主軸装置

Info

Publication number: JP5371458B2
Application number: JP2009010455A
Authority: JP
Inventors: 辰浩吉村; 賢治加納
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010167514A

Description

この発明は、工具ホルダを主軸に装着させるための主軸装置に関する。

図６を参照すると、工具ホルダ11と、工具ホルダ11を装着している主軸12とが示されている。

工具ホルダ11は、ISO規格のHSKタイプのもので、外面をテーパ状に形成した筒状シャンク21と、シャンク21の大径部に隣接しているフランジ22とを有している。フランジ22のシャンク21側の側面が主軸12先端面に密接させられることにより、主軸12に対して、工具ホルダ11の回転方向および軸方向の相対移動が規制されて、工具の位置決め精度を高めるようにしている。

さらに、工具ホルダ11が、逆位相で、主軸12に装着されることを防止するために、工具ホルダ11および主軸12には、以下の構成が採用されている。

図６に加えて、図７〜図９を参照すると、シャンク21の端面には２つの工具位相決め用第１キー溝31および第２キー溝32が１８０度の間隔で形成されている。第１キー溝31の深さD1＞第２キー溝32の深さD2である。第１キー溝31および第２キー溝32の幅Wは、等しい。第１キー溝31および第２キー溝32は、深さD1、D2のみを異にし、その他の形状は、互いに等しい。ここで、第１キー溝31について、詳細に説明し、第２キー溝32についての説明は省略する。

第１キー溝31は、相対する一対の側面31aおよびこれに直交させられた底面31bを有している。シャンク21の端面側から見て、シャンク21の外面および第１キー溝31の両側面31aとが交わる角には凸円弧状第１丸みR1が付けられている。第１キー溝31の両側面31aおよび底面31bの交りの両隅には、これにそってのびた凹円弧状第２丸みR2がそれぞれ形成されている。

主軸12は、シャンク21を挿入させた工具保持孔41を有している。工具保持孔41は、シャンク21外面に密着させられたテーパ孔41aと、テーパ孔41aの小径端に連続する円筒孔41bとよりなる。円筒孔41bの底には平坦状底面41cが拡がっている。

工具保持孔41内には、第１キー51および第２キー52が１８０度の間隔で形成されている。第１キー51および第２キー52は、互いに平行して、それぞれ、工具保持孔41の底面41cから先端に向かってその軸方向にのびかつ工具保持孔41の周面から内方に突出させられている。第１キー溝31に第１キー51が、第２キー溝32に第２キー52がそれぞれ嵌合させられている。第１キー51は、第１キー溝31の底面31bと第１間隙Gをおいて相対させられた先端面51aを有しかつ工具保持孔41の底面41cから先端面51aまでの距離に相当する高さH1を有している。第２キー52は、第２キー溝32の底面と第２間隙Gをおいて相対させられた先端面52aを有しかつ工具保持孔41の底面41cから先端面52aまでの距離に相当する高さH2を有している。

第１間隙G＝第２間隙Gである。第１キー51の高さH1＞第２キー52の高さH2である。

第１キー51および第２キー52は、高さH1、H2を除いて、同一形状のものである。以下、第１キー51についてのみ詳細に説明し、第２キー52についての詳細な説明は省略する。

図１０および図１１に詳細に示すように、第１キー51の先端面51aの両縁から円筒孔41b周面41cに向かって一対の側面51bがそれぞれ拡がっている。両側面51bおよび円筒孔41b周面の交わりの両隅には凹円弧状第３丸みR3がそれぞれ形成されている。第３丸みR3は、第１丸みR1と対応し、これよりも僅かだけ大きい。

深い第１キー溝31および高い第１キー51同士の嵌合は問題なく行われるが、もし仮に、浅い第２溝32に第１キー51が嵌合されようとしても、第１キー51の高さがあまってしまい、その嵌合を果たすことができなくなっている。もし仮に、第２キー溝52の深さおよび第１キー51の高さが適切でないと、そのキー溝52およびキー51が誤って嵌合されてしまう可能性がある。工具ホルダのクランプ動作を考慮すると、とくに、第１キー51の高さが重要である。

第１キー51の先端面51aおよび両側面51bの交わりの両角には４５度の面取りCが施されている。面取りCの長さ方向に関して、第１キー51の半径方向内側よりの部分では、面取りCに丸みR3が掛かっておらず、その部分では、面取りCの幅は、一定であるが、面取りCに丸みR3が掛かり始める部分から、工具保持孔周面41に近づくにしたがって、面取りCの幅は漸次狭められている。

このように、面取りCの幅が狭められている理由は、以下の通りである。

面取りCの加工は、ボールエンドミル（図示しない）によって行われる。ボールエンドミルは、主軸軸線と平行に工具保持孔41内に挿入される。面取り加工は、ボールエンドミル球面の面取り角度に相当する部分によって、キー51の先端面51aおよび両側面51bの交わりの両角にそって、工具保持孔41の中心に近い部分から、その周面に向かって行われる。上記面取り幅の狭い部分を加工する場合、そのまま、面取り幅を一定にしようとすると、ボールエンドミルが工具保持孔41の周面に食い込んで、その周面まで削り取ってしまうことになる。これを避けるためには、面取り幅を狭めざるを得ないのである。勿論、手作業等によって、面取りCの全長にわたって、一定の面取り幅を確保することは可能であろうが、主軸硬度が熱処理によって高められていることもあって、手作業による面取りは非常に面倒である。

第１キー溝31および第１キー51とが嵌合させられた際に、第２丸みR2と、面取りCとの関係が問題となる。このときの様子を、図１２および図１３に模式的に示している。

図１２では、面取りCが一定幅で行われた部分（図１１中、XII−XII線部分）を想定している。面取りCおよび丸みR2の大きさは、ほぼ等しく、丸みR2による肉盛りは、面取りCによって、キー51の角との干渉が避けられるようになっている。これに対して、図１３中では、面取りCの幅が、狭められた場合、極論として、零の場合を想定している（図１１中、XIII−XIII線部分相当）。第１キー51の角の部分がダブルハッチングHで示されており、この部分Hは丸みR2に食い込んでいる。換言するならば、丸みR2による肉盛がキーKの角と干渉させられている。

このような干渉部分が存在すると、工具ホルダ11を主軸12にクランプした際に、工具ホルダ11および主軸12に傷や変形を生じさせたり、無理にクランプすると、アンクランプの際に、工具ホルダ11を主軸12から外せない等の問題が生じる。

この発明の目的は、簡単な加工でもって、工具ホルダおよび主軸の干渉を避けることができる主軸装置を提供することにある。

この発明による主軸装置は、工具ホルダの筒状シャンクの端面に、工具位相決め用キー溝が形成されており、キー溝の両側面および底面の交りの両隅に、丸みがそれぞれ形成されており、主軸は、同シャンクを挿入するための工具保持孔を有しており、工具保持孔の周面に、工具保持孔の底から先端に向かってその軸方向にのびた内方突出状キーがその先端面をキー溝底面と相対させてキー溝と嵌合しうるように設けられており、キーの先端面の全体うち、工具保持孔の周面にそう一部に、同丸みとの干渉を避けるための切削部が形成されているものである。

この発明による主軸装置では、キー溝の底に形成された丸みとキーとの干渉を、キー先端面の切削部によって回避することができる。しかも、切削部がキー先端面の一部にだけ形成されているから、キーの高さ自体には変化は無く、逆位相で、工具ホルダが主軸に装着されることを防止できる。

さらに、切削部が、工具保持孔の軸線を中心とする円周上をのびた条溝であると、切削部を旋削によって簡単に加工することができる。

また、工具ホルダの筒状シャンクの端面に、上記キー溝よりも浅い深さをもつ別のキー溝が、上記キー溝と１８０度の間隔を隔てて形成されており、別のキー溝の両側面および底面の交りの両角に、丸みがそれぞれ形成されており、主軸工具保持孔の周面に、上記キーと平行にのびかつ上記キーよりも高さの低い別の内方突出状キーがその先端面を別のキー溝底面と相対させて別のキー溝と嵌合しうるように設けられており、別のキーの先端面の全体に、別のキー溝の丸みとの干渉を避けるための切削部が形成されていると、高いキーと同様に、低いキーについても、キー自体の高さそのものを低くすることによって、低いキーと、これと嵌合させられたキー溝の底に形成された丸みとの干渉を回避することができる。

この発明によれば、簡単な加工でもって、工具ホルダおよび主軸の干渉を避けることができる主軸装置が提供される。

この発明による主軸装置の縦断面図である。同主軸装置の主軸の工具保持孔の破砕断面を含む斜視図である。図１の一部を拡大して示す同工具保持孔内のキーの縦断面図である。同正面図である。この発明によるキー溝およびキーの干渉の様子を示す説明図である。従来技術による主軸装置の縦断面図である。同主軸装置の工具ホルダの斜視図である。同工具ホルダのシャンク端面側から見た背面図である。同工具ホルダのキー溝の断面図である。同主軸装置の主軸の工具保持孔の破砕断面を含む斜視図である。従来技術によるキーの図４相当の正面図である。従来技術によるキー溝およびキーの干渉の様子を示す説明図である。従来技術によるキー溝およびキーの干渉の別の態様を示す説明図である。

この発明の実施の形態を図１〜図５を参照しながらつぎに説明する。

図１を参照すると、工具ホルダ11と、工具ホルダ11を装着している主軸12とが示されている。

これらの工具ホルダ11および主軸12は、冒頭で説明した従来技術の構造と、以下に説明する相違点を除いて、基本的構造を同一とするものである。以下の説明において、従来技術と対応する部分には、同一の符号を付して、その説明は、省略する。

工具ホルダ11は、外面をテーパ状に形成した筒状シャンク21と、シャンク21の大径部に隣接しているフランジ22とを有している。

シャンク21の端面には２つの工具位相決め用第１キー溝31および第２キー溝32が１８０度の間隔で形成されている。

工具保持孔41内には、第１キー溝31に嵌合された第１キー51および第２キー溝32に嵌合された第２キー52が形成されている。

図２を参照すると、第１キー51の先端面51aの、円筒孔41b周面に隣接する部分には、旋削加工によって切削部を形成した条溝61が形成されている。先端面51aおよび両側面51bの交わりの両角には４５度の面取りCが施されている。条溝61および面取りCは、交差させられている。その交差部において、面取りCの一部は、削除されているが、条溝61が無いとすると、面取りCの形状は、冒頭の従来技術の項で説明した通り、面取りCに第３丸みR3が掛かり始める部分から、円筒孔41b周面に近づくにしたがって、面取りCの幅は漸次狭められることとなる。

図３および図４に詳細に示すように、条溝61は、工具保持孔41の軸線を中心として、工具保持孔41の周面にそって、円周上をのびた円弧状のものであって、工具保持孔41軸方向の深さAおよび工具保持孔41半径方向の幅Bを有している。条溝61の外側面側は、テーパ孔41a研削時の逃げ溝62の底と面一となされ、その内側面側は、２５度の角度でもって先拡がりに傾斜させられている。

ここで、第１キー溝31の底に形成された第２丸みR2と、第１キー51と干渉の関係を、図５を参照しながら検証する。図５は、従来技術の項の説明に用いた図１２および図１３に習って、図４中、V−V線相当部分を図解したものである。第２丸みR2の大きさより、条溝61の深さAは、若干浅く図示されている。条溝61の深さAを、図５に示す程度の大きさとすることによって、双方の干渉は、回避されることが理解できよう。

冒頭で説明した従来技術では、第１間隙G＝第２間隙Gであったが、本願発明では、図１に示すように、第１間隙G1＋δ＝第２間隙G2である。即ち、第１間隙G1よりも第２間隙G2の方が、「δ」だけ大である。δ≒深さAである。ここで、第１間隙G1は、従来技術の第１間隙G、第２間隙Gと等しい。このことは、第１キー52の先端面52aの全体にわたって条溝61に相当する切削部71が形成されていることを意味する（図１参照。）。

ここで、ISO規格により規定されている代表的なサイズであるHSK-A63に基づく、各部寸法の具体的数値を挙げるておく。

第１キー溝31の深さD1：10mm、第２キー溝32の深さD2：6mm、第１キー溝31および第２キー溝32の幅W：12.54mm、第１丸みR1：2.88mm、第２丸みR2：1.5mm、第３丸みR3：3mm、面取りC：1.5mmである。

これら各部寸法に対し、条溝61の深さAは、1.1mm、その幅Bは、3mmが好適である。δは、1mmである。

つぎに、条溝61の深さAおよび幅Bについて、具体的に検証する。条溝61の深さAを、面取りCの大きさ1.5mmとし、幅B、第３丸みR3の大きさ3mmとすれば、干渉の問題は各部の寸法の突き合わせから完全に解消されること想像される。しかしながら、加工上の手間のことを考慮すると、その深さAおよび幅Bは小さいことに超したことはない。とくに、条溝61の深さAは、0.5mm以上であれば、干渉の問題が生じないことが実験レベルでは確認されたが、安全を見ると、1mm程度とすることが好ましい。但し、これらの数値は、特定されるものでなく、適宜変更可能で、要は、工具ホルダと主軸との干渉を防止できる寸法であればよい。それら各部寸法の公差の積み重ねにより、最悪時の干渉量を求め、その分を切削すればよい。

この発明による主軸装置は、工具ホルダを主軸に装着させる際に、工具ホルダおよび主軸の干渉を避けることを達成することに適している。

11 工具ホルダ
12 主軸
21 シャンク
31、32 キー溝
31a キー溝側面
31b キー溝底面
41 工具保持孔
51、52 キー
51a キー先端面
61 切削部
R2 丸み

Claims

工具ホルダの筒状シャンクの端面に、工具位相決め用キー溝が形成されており、キー溝の両側面および底面の交りの両隅に、丸みがそれぞれ形成されており、主軸は、同シャンクを挿入するための工具保持孔を有しており、工具保持孔の周面に、工具保持孔の底から先端に向かってその軸方向にのびた内方突出状キーがその先端面をキー溝底面と相対させてキー溝と嵌合しうるように設けられており、キーの先端面の全体のうち、工具保持孔の周面にそう一部に、同丸みとの干渉を避けるための切削部が形成されており、切削部が、工具保持孔の軸線を中心とする円周上をのびた条溝である主軸装置。
工具ホルダの筒状シャンクの端面に、上記キー溝よりも浅い深さをもつ別のキー溝が、上記キー溝と１８０度の間隔を隔てて形成されており、別のキー溝の両側面および底面の交りの両角に、丸みがそれぞれ形成されており、主軸の工具保持孔の周面に、上記キーと平行にのびかつ上記キーよりも高さの低い別の内方突出状キーがその先端面を別のキー溝底面と相対させて別のキー溝と嵌合しうるように設けられており、別のキーの先端面の全体に、別のキー溝の丸みとの干渉を避けるための切削部が形成されている請求項１に記載の主軸装置。