JP5383569B2 - 工具ホルダ - Google Patents

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本発明は、工作機械の主軸にホルダを介して装着されたバニッシングリーマやドリル等の切削工具の刃先振れを修正することができる工具ホルダに関するものである。
工作機械加工において、高精度の加工を実現するには、切削工具の取付け精度を高精度に維持する必要がある。
一般に切削工具を工具ホルダでチャッキングする場合の精度は、切削工具のチャック部分から刃先方向へ所定距離離れた先端の振れ精度を指標としており、高精度の工具ホルダであっても、その振れ精度は3〜5μmである。すなわち、バニッシングリーマやドリル等の工具ホルダに高精度のチャックを用いても工具の刃先の振れを限りなくゼロに近づけることは困難である。そこで、工具の刃先の振れを修正できる工具ホルダが提案され実用に供されている(非特許文献1参照)。
従来の刃先振れ修正機構付き工具ホルダについて、図1を参照して説明する。
工具ホルダ1は、図1に示すように、図示省略の工作機械の主軸に装着されるテーパ付きのシャンク部2と、このシャンク部2の大径側端に形成された掴持用のフランジ3と、このフランジ3の反シャンク部側端に軸線を一致させて一体に設けられたアーバ4とを有し、このアーバ4の先端部にはコレットチャック5によりドリル等の切削工具6が取り付けられている。
また、アーバ4のフランジ3との連接部分にはアーバ4より径の大きい段部4aが形成され、この段部4aには刃先振れ修正機構を構成する回転リング7が回転可能に嵌合されている。また、回転リング7の段部4aと対向する箇所には固定ボルト8が半径方向に貫通して螺合され、この固定ボルト8により回転リング7を段部4aに固定できるようになっている。さらに、回転リング7のアーバ4の根元部分と対向する円周方向の4箇所には刃先振れ修正ねじ9がそれぞれ半径方向に貫通して螺合されている。
このような工具ホルダ1において、切削工具6の刃先振れを修正する場合は、切削工具6がチャッキングされた工具ホルダ1のシャンク部2を工作機械の主軸に装着し、次に切削工具6の先端外周面にテストインジケータ10を押し当てて主軸の回転中におけるテストインジケータ10の読みの最大差を切削工具6の刃先振れとして測定する。そして、この測定値から切削工具6の刃先振れが一番高くなる角度位置を検出する。その後、主軸の回転を止めて回転リング7を回転し、その刃先振れ修正ねじ9の1つを刃先振れが一番高くなった角度位置と対応するアーバ4の根元部分に合わせ、この位置に回転リング7を固定ボルト8より固定する。しかる後、刃先振れの一番高くなった角度位置のアーバ根元部に合わせた刃先振れ修正ねじ9を締付け、アーバ4を修正ねじ9の締付け方向に弾性変形させて切削工具6の刃先の芯ずれをその刃先振れが限りなくゼロに近づくように、テストインジケータ10を見ながらアーバ4を弾性変形させる。これにより、切削工具6の刃先振れを修正することができる。
次に、図2により従来の刃先振れ修正機構付き工具ホルダの他の例について説明する。
図2において、工具ホルダ12は、図示省略の工作機械の主軸に装着されるテーパ付きのシャンク部13と、このシャンク部13の大径側端に形成された掴持用のフランジ14と、このフランジ14の反シャンク部側端に軸線を一致させて一体に設けられたアーバ15とを有し、このアーバ15の先端部にはコレットチャック16によりドリル等の切削工具17が取り付けられている。
また、図2において、18は前記工具ホルダ12にコレットチャック16によりチャッキングされた切削工具17の刃先の振れを修正する振れ修正器である。
振れ修正器18は、アーバ15の先端部外周及びコレットチャック16のロックナット161の外周に着脱可能に装着されるリング部材181と、このリング部材181にリング部材181を半径方向に貫通するように螺合された押しねじ182とを備えている。
このような振れ修正器18を用いて切削工具6の刃先振れを修正する場合は、切削工具17がチャッキングされた工具ホルダ12のシャンク部13を工作機械の主軸に装着し、切削工具17の先端外周面にテストインジケータ19を押し当てて主軸の回転中におけるテストインジケータ19の読みの最大差を切削工具17の刃先振れとして測定する。この測定値から切削工具17の刃先の振れが一番高くなる角度位置を検出する。その後、主軸の回転を止めてリング部材181を回転し、その押しねじ182を刃先振れの一番高くなった角度位置と対応するロックナット161の外周部位に合わせる。その後、この外周部位を押しねじ182の締付けにより矢印方向に加圧する。これにより、切削工具17の刃先の芯ずれをその刃先振れが限りなくゼロに近づくように、テストインジケータ19を見ながら加圧する。これにより、切削工具6の刃先振れを修正できる。そして、振れの修正終了後は、振れ修正器18を工具ホルダ12から取り外す。
「21世紀のツーリング」平成12年11月2日発行 発行元・主催「日本工作機器工業会・技術振興委員会」
本発明は、工具の刃先振れを小さい力で容易に修正できるとともに高い振れ修正精度を安定に維持でき、かつホルダを軽量化とコンパクト化を可能にした刃先振れ修正機能付きの工具ホルダを提供する。
しかしながら、図1に示す工具ホルダ1では、アーバ4の根元部分に設けた刃先振れ修正機構の修正ねじ9によりアーバ4の根元部分をアーバ4のラジアル方向から押圧してアーバ4をラジアル方向に弾性変形させることで工具の刃先の芯ずれを修正するものであるため、刃先の振れ修正に大きな力が必要になる。したがって、このような従来の刃先振れ修正方式は小径刃物用の工具ホルダにしか適用できないという不具合があった。
また、図2に示す工具ホルダ12では、刃先の振れが修正された後に振れ修正器18を工具ホルダ12から取り外す方式になっているため、折角修正した刃先が元の振れ位置に戻ってしまう場合があり、刃先の振れ修正位置を安定に維持できないという問題がある。
本発明は,上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的は、工具の刃先振れを小さい力で容易に修正できるとともに高い振れ修正精度を安定に維持でき、併せてホルダのコンパクト化及び軽量化を可能にした刃先振れ修正機能付きの工具ホルダを提供することにある。
上記目的を達成するために発明は、工作機械の主軸に装着されるテーパ付きのシャンク部と、前記シャンク部の大径側端に該シャンク部の中心軸と軸線を一致して設けられたフランジ部と、前記フランジ部の反シャンク部側に該フランジ部の中心軸と軸線を一致して設けられたアーバと、前記アーバの反フランジ部側端部に設けられ前記端部に切削工具を着脱可能に掴持するチャックとを有し、前記切削工具の刃先振れを修正可能にした工具ホルダであって、前記アーバの前記フランジ部との連結基部の外周に回転可能に嵌合された刃先振れ修正用の調節リング部材と、前記アーバに設けられ前記調節リング部材を前記連結基部に回転可能に保持する止めリングを備え、前記調節リング部材に、該調節リング部材を厚さ方向に第1リング部と第2リング部に分離するスリットが前記調節リング部材の直径方向に延在して形成され、前記スリットの周方向の中間に位置する箇所に前記調節リング部材の外周面から軸心に行くに従い径が小さくなるテーパねじ孔が前記第1及び第2リング部の両者に亘って形成され、前記テーパねじ孔に螺合され前記調節リング部材の外周面から軸心に行くに従い径が小さくなるテーパ付きの刃先振れ修正用の調節ねじを更に備え、前記調節ねじを回転して前記テーパねじ孔に対しねじ込み方向及びねじ込み方向と逆の方向に移動することによる前記調節ねじのくさび作用で発生する前記第1リング部の押圧力により前記アーバを前記切削工具の刃先振れがゼロに近づくようにラジアル方向に弾性変形させるよう構成し、さらに前記スリットが形成されない残りの部分を前記第1リング部と第2リング部とを結合する結合部とし、前記結合部に前記調節リング部材の回転のアンバランスを解消するバランス調整孔が形成されていることを特徴とする。
本発明の工具ホルダによれば、工具の刃先振れを小さい力で容易に修正できるとともに高い振れ修正精度を安定に維持でき、かつ刃先振れ修正機構を簡単にでき、ホルダをコンパクト化及び軽量化することができる。さらに、結合部にバランス調整孔を設けることにより、調節リング部材の回転方向の重量アンバランスを容易に調整することができる。
従来における刃先振れ修正機構付き工具ホルダの一例を示す一部切り欠きの側面図である。 従来における刃先振れ修正機構付き工具ホルダの他の例を示す一部切り欠きの側面図である。 本発明にかかる刃先振れ修正機構付き工具ホルダの一例を示す一部切り欠きの側面図である。 本発明の工具ホルダに適用される刃先振れ修正用の調節リング部材の斜視図である。 の5−5線に沿う拡大断面図である。 図5の6−6線に沿う拡大断面図である。 図5の7−7線に沿う拡大断面図である。
以下、本発明にかかる刃先振れ修正機構付き工具ホルダの実施の形態について、図3及び図4を参照して詳細に説明する。なお、本発明にかかる刃先振れ修正機構付き工具ホルダは、以下に述べる実施の形態に限定されるものではない。
図3において、ドリルやバニッシングリーマ等の切削用の工具29を掴持する工具ホルダ100は、ホルダ本体31、及び刃先振れ修正用の調節リング部材32を有する。
ホルダ本体31は、図示省略した工作機械の主軸に挿着されるテーパ付きのシャンク部3101と、このシャンク部3101の大径側端部にシャンク部3101の中心軸と軸線を一致して形成したフランジ部3102と、このフランジ部3102の反シャンク部側端にフランジ部3102の中心軸と軸線を一致して設けられたアーバ3103と、このアーバ3103の反フランジ部側の先端部外周に形成された雄ねじ部3105に螺着され切削工具29を着脱可能に掴持するチャック3104とから構成されている。
調節リング部材32は、図3に示すように、アーバ3103のフランジ部3102との連結基部3103aの外周に回転可能に嵌合されている。また、アーバ3103の反フランジ部側で連結基部3103aと隣接する箇所の外周面には雄ねじ部3103bが形成され、この雄ねじ部3103bには止めリング36が螺着されている。この止めリング36は、調節リング部材32を連結基部3103aに回転可能に保持するものである。
調節リング部材32には、図4に示すように、調節リング部材32を厚さ方向に第1リング部3201と第2リング部3202に分離するスリット37が調節リング部材32の直径方向に延在して形成されている。このスリット37は、調節リング部材32の円周方向に全体の3/4の範囲にわたり形成される。そして、スリット37が形成されない残りの1/4の部分が第1リング部3201と第2リング部3202とを結合する結合部3204となる。
結合部3204から調節リング部材32の円周方向に180度離れたスリット37の周方向の中間に位置する箇所には、図4に示すように、調節リング部材32の外周面から軸心に行くに従い径が小さくなるテーパねじ孔33が第1リング部3201と第2リング部3202の両者に亘って形成されている。また、テーパねじ孔33には、調節リング部材32の外周面から軸心に行くに従い径が小さくなるテーパ付きの刃先振れ修正用の調節ねじ34が螺合されている。
さらに、調節ねじ34の螺合位置から調節リング部材32の円周方向に90度離れた2箇所には、調節リング部材32を連結基部3103aに固定するための固定ねじ35がそれぞれ螺合されている。
第1リング部3201と第2リング部3202との結合部3204には、調節リング部材32の回転のアンバランスを解消するための複数のバランス調整孔38が形成されている。このバランス調整孔38の個数及びその深さは、スリット37及び調節ねじ34が設けられることによって生じる調節リング部材32の回転方向の重量アンバランス状態に応じて適正に設定される。
また、工具ホルダ100は、調節ねじ34のテーパねじ孔33からの外方への抜け出しを防止する抜け止め機構39と、調節ねじ34のテーパねじ孔33へのねじ込み位置を保持する緩み止め機構40を備える。
抜け止め機構39は、図5及び図6に示すように、テーパねじ孔33の入り口寄りの内壁面に全周に亘り形成されたリング状溝3902と、このリング状溝3902に係合されたスナップリング3904とから構成されている。調節ねじ34の大径側外周縁部がスナップリング3904に係止することで、調節ねじ34のテーパねじ孔33からの抜け止めを可能にしている。
緩み止め機構40は、図5及び図7に示すように、テーパねじ孔33の軸線と直角に第2リング部3202側から第2リング部3202を厚さ方向に貫通して第1リング部3201内に達するように調節ねじ34と接する接線方向に延在して形成された有底の孔4002と、この孔4002に挿着され、調節ねじ34の外周面と圧接することで調節ねじ34の緩み止めを行う円柱状の緩み止め部材4004と、孔4002の開口に螺着され緩み止め部材4004の抜け出しを防止する押えねじ4006とから構成されている。緩み止め部材4004は、合成樹脂や硬質ゴムなどから構成される。
上記のように構成された本実施の形態に示す工具ホルダ100に掴持された切削工具29の刃先振れを修正する場合について説明する。
まず、アーバ3103の先端に切削工具29をチャック3104により掴持しておく。次いで、切削工具29が掴持された工具ホルダ30を図示省略した工作機械の主軸に装着する。しかる後、図3に示すように、切削工具29の刃部29bの先端外周面にテストインジケータ28を押し当て、主軸の回転中におけるテストインジケータ28の読みの最大差を切削工具29の刃先振れとして測定する。そして、この測定値から切削工具29の刃先振れが一番高くなる角度位置を検出する。
刃先振れが一番高くなる角度位置が検出されたならば、主軸の回転を止めて切削工具29の刃先振れが一番高くなった角度位置、例えば図5で示す角度位置P1で矢印A1に示す方向へ刃先が破線に示すように振れ、その振れが一番高くなって、切削工具29の刃先が図3の仮想線に示す位置にずれているとすると、まず、調節リング部材32をアーバ3103の軸回りに回転して、調節ねじ34を角度位置P1に合わせる。その後、調節リング部材32を固定ねじ35によりアーバ3103に固定する。この状態で、調節ねじ34を棒スパナ等の工具(図示せず)により、テーパねじ孔33に対しねじ込み方向またはねじ込み方向と逆の方向に回転させる。この場合、調節ねじ34がテーパねじ孔33にねじ込まれると、調節ねじ34のくさび作用により、第1リング部3201にこれを第2リング部3202から離間する方向の押圧力が発生する。この押圧力が止めリング36を介してアーバ3103に作用すると、アーバ3103は、フランジ部3102との連結基部3103aを支点にして図3の矢印A2で示すラジアル方向に弾性変形する。すなわち、切削工具29の刃先振れが限りなくゼロに近づくように、テストインジケータ28を見ながら調節ねじ34をねじ込み方向またはねじ込み方向と逆の方向に回転することにより、図3の仮想線に示す芯ずれ位置にあった切削工具29の刃先を実線に示す位置にくるように修正する。これにより、切削工具29の刃先振れ量d(μm)を限りなくゼロに近づくように修正することができる。
このような本実施の形態に示す工具ホルダよれば、調節ねじ34をテーパねじ孔33に対しねじ込み方向またはねじ込み方向と逆の方向に回転することにより、調節ねじ34のくさび作用で第1リング部3201に第2リング部3202から離間する方向の押圧力を発生させ、この押圧力を加減することにより、アーバ3103を切削工具29の刃先振れがゼロに近づくようにラジアル方向に弾性変形させるよう構成したので、切削工具29の刃先振れを小さい力で修正することができるとともに高い振れ精度を安定に維持することができる。
また、本実施の形態における刃先振れを修正機構は、厚さ方向に第1リング部3201と第2リング部3202に分離するスリット37を有する調節リング部材32と、テーパねじ孔33に螺合された調節ねじ34とから構成されるため、刃先振れ修正機構が簡単かつシンプルにでき、工具ホルダを軽量化及びコンパクト化できるほか、工具ホルダの低コスト化が可能になる。
また、本実施の形態によれば、第1リング部3201と第2リング部3202の結合部3204にバランス調整孔38を設けるだけで、調節リング部材32の回転方向の重量アンバランスを容易に調整することができる。
また、本実施の形態に示す工具ホルダよれば、抜け止め機構39を備えているので、調節ねじ34のテーパねじ孔33からの外方への抜け出しを防止することができる。
さらに、緩み止め機構40を備えているので、切削時の振動により調節ねじ34が抜け出し方向に回転するなどの調節ねじ34の緩みを防止でき、これにより、高い振れ精度を安定に維持することができる。
100 工具ホルダ
28 テストインジケータ
29 切削工具
31 ホルダ本体
3101 シャンク部
3102 フランジ部
3103 アーバ
3103a 連結基部
3103b 雄ねじ部
3104 チャック
32 調節リング部材
3201 第1リング部
3202 第2リング部
3204 結合部
33 テーパねじ孔
34 調節ねじ
35 固定ねじ
36 止めリング
37 スリット
38 バランス調整孔
39 抜け止め機構
40 緩み止め機構

Claims (5)

  1. 工作機械の主軸に装着されるテーパ付きのシャンク部と、前記シャンク部の大径側端に該シャンク部の中心軸と軸線を一致して設けられたフランジ部と、前記フランジ部の反シャンク部側に該フランジ部の中心軸と軸線を一致して設けられたアーバと、前記アーバの反フランジ部側端部に設けられ前記端部に切削工具を着脱可能に掴持するチャックとを有し、前記切削工具の刃先振れを修正可能にした工具ホルダであって、
    前記アーバの前記フランジ部との連結基部の外周に回転可能に嵌合された刃先振れ修正用の調節リング部材と、
    前記アーバに設けられ前記調節リング部材を前記連結基部に回転可能に保持する止めリングを備え、
    前記調節リング部材に、該調節リング部材を厚さ方向に第1リング部と第2リング部に分離するスリットが前記調節リング部材の直径方向に延在して形成され、
    前記スリットの周方向の中間に位置する箇所に前記調節リング部材の外周面から軸心に行くに従い径が小さくなるテーパねじ孔が前記第1及び第2リング部の両者に亘って形成され、
    前記テーパねじ孔に螺合され前記調節リング部材の外周面から軸心に行くに従い径が小さくなるテーパ付きの刃先振れ修正用の調節ねじを更に備え、
    前記調節ねじを回転して前記テーパねじ孔に対しねじ込み方向及びねじ込み方向と逆の方向に移動することによる前記調節ねじのくさび作用で発生する前記第1リング部の押圧力により前記アーバを前記切削工具の刃先振れがゼロに近づくようにラジアル方向に弾性変形させるよう構成し
    さらに前記スリットが形成されない残りの部分を前記第1リング部と第2リング部とを結合する結合部とし、前記結合部に前記調節リング部材の回転のアンバランスを解消するバランス調整孔が形成されている、
    ことを特徴とする工具ホルダ。
  2. 前記スリットは、前記調節リング部材の円周方向に全体の3/4の範囲にわたり形成されていることを特徴とする請求項1記載の工具ホルダ。
  3. 前記調節リング部材は、該調節リング部材を前記連結基部に固定する固定ねじを備えることを特徴とする請求項1または2記載の工具ホルダ。
  4. 前記調節ねじの前記テーパねじ孔からの抜け出しを防止する抜け止め機構を備えることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の工具ホルダ。
  5. 前記調節ねじの前記テーパねじ孔へのねじ込み位置を保持する緩み止め機構を備えることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の工具ホルダ。
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