JP6177602B2

JP6177602B2 - アダプタ

Info

Publication number: JP6177602B2
Application number: JP2013134197A
Authority: JP
Inventors: 洋一宮▲崎▼
Original assignee: 株式会社テクノ・エム
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: JP2015009286A

Description

本発明は、例えばＮＣ旋盤やマシニングセンタのような工作機械の、工具ホルダと工具の間に介在して、前記工具を前記工具ホルダに取り付けるアダプタに関する。

ＮＣ旋盤やマシニングセンタなどの工作機械は、加工の内容に応じて工具を取り替えて複雑な加工を行なう。そのために、これらの工作機械は工具を保持する工具ホルダを多数備える。一般的なＮＣ旋盤においては、工具ホルダはターレット型の刃物台に固定されて、刃物台を回転させることによって、必要な工具を選択して加工を行う。マシニングセンタにおいては、工具ホルダは、工具を保持した状態で工具マガジンに収容されていて、必要な工具を保持した工具ホルダが選択されて、主軸に装着される。

工具ホルダに保持される工具は様々であるが、工具が長くなると加工時に振動が発生しやすくなる。工具が振動すると加工品質が低下するので、工作機械において工具の振動を抑制する機構が求められている。例えば、特許文献１には、工具の背面に接触して振動エネルギーを減衰する減衰部材と、減衰部材の背面に接触して振動エネルギーを吸収する吸震ウエイト等を備える工具ホルダが開示されている。また、工具ホルダの内部に減衰装置を備えることは、特許文献２にも開示されている。

特開２０００−３０８９４１号公報特開２０１２−６１４１号公報

特許文献１等に記載の発明に依れば工具の振動が抑制され、加工品質が向上する。つまり、凹凸のない滑らかな切削面が得られる。

しかしながら、これらの発明に係る工具ホルダは、主として工作機械のメーカにおいて製造されるものであって、既存の工作機械において、ユーザが工具ホルダを製造したり、改造したりすることは難しいと言う問題がある。つまり、これらの発明を既存の工作機械に適用することは難しいと言う問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工具の振動を効果的に抑制できるアダプタであって、既存の工作機械あるいは工具ホルダを改造することなしに取り付けられて、しかも構造が簡単なアダプタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るアダプタは、工具が挿通される挿通穴を有して、工作機械の工具ホルダに挿入されるとともに、前記工具ホルダに挿入した場合に、前記工具ホルダの外部に露出する側の端部に第１のフランジを有する第１のスリーブと、前記工具が挿通される挿通穴を有して、前記第１のスリーブと連結されるとともに、前記第１のスリーブと連結された場合に、前記第１のフランジと対面する第２のフランジを有する第２のスリーブと、前記第１のフランジと前記第２のフランジの間に挟持される弾性体と、前記第１のフランジと前記第２のフランジを互いに締結して、前記弾性体を圧縮する締結手段を備えるとともに、前記第１のフランジと前記第２のフランジの間に空洞が形成されて、前記空洞に粘性流体が充填されている。

前記空洞は、前記第１のフランジと前記第２のフランジの何れか一方あるいは両方に形成された凹部によって形成されるようにしても良い。また、前記凹部の底面に凹凸面を形成しても良い。

前記弾性体は前記挿通穴と同心に配置されて前記工具を取り囲む環状弾性体であっても良いし、複数個の前記環状弾性体を同心配置するようにしても良い。

前記締結手段は、前記第１のフランジと前記第２のフランジを貫く複数のボルトであって、前記各ボルトと同心に配置されて前記各ボルトを取り囲む小環状弾性体を備えるようにしても良い。

本発明によれば、構造が簡単で、工具ホルダを改造することなしに取り付けることができるアダプタが提供されるので、既存の工作機械において工具の振動を抑制して、加工品質を向上させる効果がある。

本発明に係るアダプタの使用態様を示す外形図である。アダプタの構成を示す断面図である。第１のフランジの平面図である。アダプタを使用して切削加工したワークの表面粗さの計測結果である。アダプタを使用しないで切削加工したワークの表面粗さの計測結果である。本発明に係るアダプタの変形例を示す断面図である。本発明に係るアダプタの別の変形例を示す断面図である。本発明に係るアダプタの更に別の変形例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための具体的な形態を、図面を参照しながら説明する。

本発明に係るアダプタ１を、工具ホルダ２に、挿入・固定した状態を図１に示す。なお、工具ホルダ２は、図示しないＮＣ旋盤の刃物台に固定されていて、前記刃物台はいわゆるターレット型の刃物台であって、多数の工具ホルダ２を備えている。

図１に示すように、アダプタ１には工具３が挿入されていて、アダプタ１と工具３は、３本のボルト４で工具ホルダ２に固定されている。なお、工具３は、シャンク５の先端にインサート６を取り付けた切削工具である。また、インサート６は、例えば硬質合金や硬質焼結体を素材とする交換可能な切刃であって、チップとも呼ばれる。

次に図２及び図３を参照して、アダプタ１の詳細な構成を説明する。図２に示すように、アダプタ１は、第１のスリーブ７と第２のスリーブ８とからなり、第１のスリーブ７と第２のスリーブ８はボルト９で互いに緊結されている。

第１のスリーブ７は工具ホルダ２（図１参照）に挿入される円筒状の鋼製の部品であって、その中心に挿通穴１０が貫通していて、挿通穴１０には工具３のシャンク５が挿入される。第１のスリーブ７が工具ホルダ２に挿入されときに、工具ホルダ２の外部に露出する側の端部には、第１のフランジ１１が形成されている。また、第１のスリーブ７の工具ホルダ２に挿入される部位には、ボルト穴１２ａが形成されている。ボルト４（図１参照）は、工具ホルダ２の外側から挿入されて、工具ホルダ２に形成された図示しない雌ネジと螺合して、さらにボルト穴１２ａを通って挿通穴１０の中に入って、工具３のシャンク５に当接して、シャンク５を第１のスリーブ７に押し当てる。つまり、工具３（シャンク５）は、ボルト４でもって第１のスリーブ７に固定される。

第２のスリーブ８も円筒状の鋼製の部品であって、その中心に挿通穴１３が貫通していて、挿通穴１３には、工具３のシャンク５が挿入される。また、挿通穴１３の内面には、円環状の溝が２本形成され、該溝にＯリング１３ａ，１３ｂが保持される。Ｏリング１３ａ，１３ｂは挿通穴１３とシャンク５の間の隙間を塞いで、シャンク５の「ガタツキ」を防止するスペーサーとして機能するとともに、シャンク５の振動を抑制するダンパーとして機能する。第２のスリーブ８には雌ネジ穴１２ｂが形成されていて、図示しないボルトが、第２のスリーブ８の外側から雌ネジ穴１２ｂに挿入されて、雌ネジ穴１２ｂと螺合して、挿通穴１３の中に入って、工具３のシャンク５に当接して、シャンク５を第２のスリーブ８に押し当てる。アダプタ１を工具ホルダ２に取り付けた時に、工具ホルダ２に近い方に位置する第２のスリーブ８の端部には、第２のフランジ１４が形成されていて、第２のフランジ１４は、第１のスリーブ７と第２のスリーブ８を結合した時に第１のフランジ１１と対面して当接する。また、第２のフランジ１４と第１のフランジ１１の間には、Ｏリング１５，１６，１７が挟持されている。

ボルト９は、第２のフランジ１４から挿通されて、第１のフランジ１１に形成された雌ネジと螺合して、第１のスリーブ７と第２のスリーブ８を互いに緊結している。

図３に示すように、第１のフランジ１１の中心には挿通穴１０があって、挿通穴１０の周囲には、ボルト９と螺合する６個の雌ネジ穴１８が等間隔に放射状に配置されている。また、Ｏリング１５は第１のフランジ１１の外縁に沿って配置され、Ｏリング１６はフランジ１１の内縁にあって、挿通穴１０を取り囲んでいる。また、雌ネジ穴１８の周囲はＯリング１７によって、それぞれ取り囲まれている。Ｏリング１５，１６，１７は、一義的には、第１のスリーブ７と第２のスリーブ８が相対的に変位したときに、その変位を吸収する緩衝材として機能する。

また、第１のフランジ１１と第２のフランジ１４の間の隙間には、Ｏリング１５，１６によって、外部から液密に区画された空間１９が形成される。また、Ｏリング１７は空間１９と雌ネジ穴１８を液密に区画する。空間１９には、粘性流体、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニエルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル等のシリコーン系オイルが充填される。つまり、Ｏリング１５，１６，１７は該粘性流体がアダプタ１の外部に漏洩するのを防ぐシール材としても機能する。

アダプタ１はこのように構成されているので、アダプタ１を介して、工具３を工具ホルダ２に取り付けると、加工時の工具３の振動（いわゆる「ビビリ」）が抑制される。その結果、ＮＣ旋盤の加工品質が向上する。

アダプタ１の効果を確認するために、長さ約４００ｍｍのシャンクの先端にインサートを取り付けた工具を、アダプタ１を使用しないで工具台に直接取り付けて切削加工を行ない（ケース１）、加工後の表面粗さを計測した。また、比較のために、同じ工具を、アダプタ１を介して工具台に直接取り付けて切削加工を行ない（ケース２）、加工後の表面粗さを計測した。なお、ケース１において前記シャンクのアダプタ１から露出する長さ、つまり図１においてアダプタ１の左端からインサート６の尖端までの長さは約３００ｍｍであった。

また、ケース１及びケース２の加工条件は、下記の通りである。
加工対象：軟鋼製円筒状ワークの内径加工（φ１７５ｍｍ）
切削速度：２００ｍ／分（主軸回転速度３６４ｒｐｍ）
切削ピッチ：０．１５ｍｍ（送り速度５５ｍｍ／分）

ケース１及びケース２の計測結果を、それぞれ図４及び図５に示す。図４に示すように、ケース１の場合の算術平均粗さＲａが２．１３μｍであるのに対して、ケース２の場合は、図５に示すように、算術平均粗さＲａは７．２３μｍである。つまり、アダプタ１を使用すると、加工後のワークの表面粗さが約３分の１以下に改善される。なお、図４及び図５は、切削加工後のワークにポータブルの表面粗度計を当てて、ワークの長さ（円筒の中心軸）方向に走査して計測した結果を示していて、粗さ曲線は実寸で３．５ｍｍの区間における表面の凹凸を示している。また、図４における粗さ曲線の縦軸のスケールは図５の４倍になっていることに注意されたい。

このような効果をもたらすメカニズムを正確に説明することは難しいが、おおよそ、次の理由によるものと思われる。（１）工具３のシャンク５が第１のスリーブ７と第２のスリーブ８に挿通されているので、工具３の見かけの剛性が大きくなる。その結果、工具３の先端の振幅が小さくなる。また、工具３の固有振動数が高くなるので、共振を回避できる。（２）振動エネルギーが、空間１９に充填された粘性流体の温度変化や状態変化によって消費されるので、アダプタ１は一種のオイルダンパとして機能する。

アダプタ１は、図６に示すように構成されてもよい。すなわち、第２のスリーブ８の第２のフランジ１４には、環状のＯリング溝２８，２９が同心円状に形成されていて、Ｏリング溝２８，２９には、第１のＯリング３０と第２のＯリング３１がそれぞれ担持されている。第１のフランジ１１と第２のフランジ１４の間の隙間は、第１のＯリング３０と第２のＯリング３１によって、外部と区画されて空間３２が形成されている。そして、空間３２には、前述したような粘性流体が充填される。

また、図７に示すように、第１のフランジ１１と第２のフランジ１４に凹部３３，３４を形成して、空間３２の容積を大きくしてもよい。空間３２の容積を拡大すれば、粘性流体の量が大きくなるので、オイルダンパとして機能するアダプタ１が吸収できるエネルギーが大きくなる。

また、図８に示すように、凹部３３，３４の底面に凹凸を形成してもよい。なお、この凹凸（の山と谷）は、アダプタ１の中心軸回りに同心円状に配置されている。この凹凸は、空間３２内の粘性流体の流れを妨げる抵抗として機能するから、運動（振動）エネルギーの熱エネルギーへの変換が促進される。その結果、アダプタ１のオイルダンパとしての機能が向上する。

以上、本発明の実施形態の具体例を説明したが、本発明の技術的範囲は上記説明によっては限定されない。特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲において、自由に応用、変形、あるいは改良して実施することができる。

例えば、第１のフランジ１１と第２のフランジ１４の間に挟持される弾性体の具体例として、Ｏリング１５〜１７等を示したが、弾性体はＯリングには限定されない。第２のスリーブ８が第１のスリーブ７に対して、相対的に微小に変位することを許容する部材であれば、形状、形態および素材は限定されない。シート状のゴム材であってもよいし、あるいは施工時には液体であって施工後に固化する液状シール材を第１のフランジ１１あるいは第２のフランジ１４に塗布して、弾性体を形成するようにしてもよい。

また、第１のフランジ１１と第２のフランジ１４の間に形成された空洞（空間１９、３２）に充填される粘性流体の具体例として、シリコーン系オイルを示したが、粘性流体はシリコーン系オイルには限定されない。パラフィン系オイル、エステル系オイル、液状ゴムあるいは、その他の液体であってもよい。あるいは、液体に、当該液体と反応、溶解しない固体粒子が添加されてもよい。シリコーン系オイルに添加させる固体粒子としては、シリコーンレジン粉末、ポリメチルシルセスキオキサン粉末、湿式シリカ、乾式シリカ、ガラスビーズ、ガラスバルーン等が挙げられる。複数種の液体を混合したものに、複数種の固体粒子を添加して、粘性流体を構成してもよい。また、粘性流体は、その他の液体であってもよいし、グリース状、クリーム状の物質であってもよい。

また、凹部３３，３４の底面に形成される凹凸面の形状や配置は、上記実施形態に示された物には限定されない。例えば凹凸面（の山と谷）はアダプタ１の中心軸に対して放射状に配置されてもよいし、凹面と凸面が市松模様を描いて配置されてもよい。あるいは、凹面と凸面が不規則に配置されてもよい。

アダプタ１と工具３を工具ホルダ２に固定する手段として、ボルト４を例示したが、本発明はこれらによっては限定されない。そもそも、かかる連結手段は本発明の必須の構成要素ではない。例えば、工具ホルダ２に機械的なクランプを備えるようにしても良い。

また、上記実施形態の説明において、ＮＣ旋盤のターレット型の刃物台に固定された工具ホルダ２にアダプタ１を取り付ける例を示したが、本発明に係るアダプタはＮＣ旋盤に取り付けられるものには限定されない。本発明に係るアダプタは、工具マガジンに収容されていて、必要に応じて主軸に装着されるマシニングセンタの工具ホルダに取り付けることができるし、その他の工作機械の工具ホルダにも取り付けることができる。

また、図２等に示したアダプタ１の形状や寸法が、概念的、例示的なものであって、アダプタ１は、例えば、工具ホルダ２や工具３の形状や寸法、あるいは加工対象の形状や寸法に応じて自由に設計できることは言うまでもない。また、図１において示した工具ホルダ２や工具３の形状が、概念的、例示的なものであることは言うまでもない。

１アダプタ
２工具ホルダ
３工具
４ボルト
５シャンク
６インサート
７第１のスリーブ
８第２のスリーブ
９ボルト
１０挿通穴
１１第１のフランジ
１２ａボルト穴
１２ｂ雌ネジ穴
１３挿通穴
１３ａＯリング
１３ｂＯリング
１４第２のフランジ
１５Ｏリング
１６Ｏリング
１７Ｏリング
１８雌ネジ穴
１９空間
２８Ｏリング溝
２９Ｏリング溝
３０第１のＯリング
３１第２のＯリング
３２空間
３３凹部
３４凹部

Claims

工具が挿通される挿通穴を有して、工作機械の工具ホルダに挿入されるとともに、前記工具ホルダに挿入した場合に、前記工具ホルダの外部に露出する側の端部に第１のフランジを有する第１のスリーブと、
前記工具が挿通される挿通穴を有して、前記第１のスリーブと連結されるとともに、前記第１のスリーブと連結された場合に、前記第１のフランジと対面する第２のフランジを有する第２のスリーブと、
前記第１のフランジと前記第２のフランジの間に挟持される弾性体と、
前記第１のフランジと前記第２のフランジを互いに締結して、前記弾性体を圧縮する締結手段を備えるとともに、
前記第１のフランジと前記第２のフランジの間に空洞が形成されて、前記空洞に粘性流体が充填されている
アダプタ。
前記空洞は、前記第１のフランジと前記第２のフランジの何れか一方あるいは両方に形成された凹部によって形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアダプタ。
前記凹部の底面に凹凸面が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のアダプタ。
前記弾性体は、前記挿通穴と同心に配置されて前記工具を取り囲む環状弾性体である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアダプタ。
複数個の前記環状弾性体が同心配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載のアダプタ。
前記締結手段は、前記第１のフランジと前記第２のフランジを貫く複数のボルトであって、
前記各ボルトと同心に配置されて前記各ボルトを取り囲む小環状弾性体を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のアダプタ。