JP5383569B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

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。 図３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３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４の何れか１項に記載の工具ホルダ。