JP6431402B2 - 切削工具の固定構造 - Google Patents

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Description

本発明は、刃物台に対してドリル等の切削工具をスリーブを介して固定する切削工具の固定構造に関する。
例えばタレット旋盤は、刃物台であるタレットに複数の切削工具が取り付けられ、使用する切削工具が旋回割出しにより選択され、その切削工具により主軸に回転保持されたワークに対する加工が実行される。複数ある切削工具のうちドリルなどの切削工具は、工具ホルダに対してスリーブなどを介して固定される。そうした切削工具でワークを加工する場合、正確な寸法で加工するため工具の正確な位置決めが必要になる。例えば、ドリルによってワークに穴あけ加工を行う場合は、ドリルの軸心と主軸の軸中心とのズレ量、つまり芯高を±0.05mm程度にまで収めることが求められる。
この点、下記特許文献1では偏芯スリーブを使用した切削工具の固定構造が開示されている。すなわち、偏芯スリーブに軸心を有するドリル等が挿入され、偏芯スリーブの回転により芯高調整を行うものである。より具体的には、工具ホルダに円筒形状をした偏芯スリーブを挿入する円形の取り付け孔が形成され、偏芯スリーブは、外径円の中心と内径円の中心とがずれた偏心形状で形成されている。そして、偏芯スリーブを工具ホルダ内で回転させることにより、切削工具の軸心と重なる偏芯スリーブの内径円の中心が芯高方向に移動することにより芯高調整が行われる。
特開平9−225708号公報
しかし、前述したようにズレ量の許容範囲はミクロン単位であり、芯高調整は極めて微小な寸法の範囲内で行うものである。そのため、前記従来例の固定構造によれば、調整作業に伴うスリーブの取り扱いが容易になるとはいえ、調整自体は微細な作業である。従って、段取り替えなど、タレットに対して切削工具の着脱が行われる度に微細な調整作業が必要となり、その芯高調整に長い作業時間を要してしまっていた。また、前記従来例の固定構造に限らずこれまでの芯高調整には再現性がなかったため、切削工具を着脱させる度に同じ調整作業を繰り返し行わなければならなかった。
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、再現性を有する切削工具の固定構造を提供することを目的とする。
本発明に係る切削工具の固定構造は、刃物台の工具ホルダに形成された装着部に筒形状のスリーブが装着され、軸心を有する切削工具が、前記スリーブに挿入された状態で前記刃物台に固定されるようにしたものであって、前記スリーブは、円形断面からなる内側面と偶数の多角形断面からなる外側面とを有し、前記内側面を構成する円の中心から径方向に見て直行する前記外側面の複数の平面までの各々の距離が異なる調整距離として設定され、前記工具ホルダは、前記スリーブの外側面のうち特定の平面が位置決め方向に当てられる基準面が前記装着部に設けられ、前記切削工具が、前記特定の平面を前記工具ホルダの基準面に当てて位置決めされた状態の前記スリーブを介して前記刃物台に固定されるものである。
本発明によれば、複数ある外側面の平面のうち特定の平面を工具ホルダの装着部に形成された基準面に当ててスリーブが取り付けられ、そうして位置決めされたスリーブに切削工具が挿入され、刃物台に固定される。その際、スリーブの内側面を構成する円の中心から外側面の特定の平面までの調整距離によって、切削工具の軸心位置が調整されることになる。そのため、切削工具を固定する場合には、特定の平面を基準面に当てて取り付けることにより、切削工具の軸心位置を調整した一定の固定状態が再現できる。
8角形のタレットに対して一の切削工具を取り付けた平面図である。 切削工具の固定構造に用いられるスリーブの実施形態を示した斜視図である。 切削工具の固定構造の一実施形態を示した平面図である。 切削工具の固定構造の一実施形態を示した図3の図面右側から見た側面図である。 スリーブによる芯高調整のための構成を示した図である。 スリーブを使用した芯高調整を概念的に示した図である。 偏芯スリーブの参考例を示した斜視図である。
次に、本発明に係る切削工具の固定構造について、その一実施形態を以下に図面を参照しながら説明する。例えばNC旋盤では、主軸チャックに工作物(ワーク)が保持され、主軸の回転によってワークが回転し、そのワークに切削工具が当てられて所定の加工が行われる。そうしたNC旋盤では、刃物台であるタレットに複数の各種切削工具が取り付けられ、タレットの旋回割出しによって加工に応じた切削工具が選択される。図1は、8角形のタレットに対して一の切削工具を取り付けた平面図であり、特に切削工具として軸心を有するドリルに関するものが示されている。
タレット1にはドリル用の工具ホルダ2が装着され、その工具ホルダ2を介して切削工具が固定される。工具ホルダ2は、前記従来例のものと同様に、ドリルの取り付け方向に貫通した取付孔201が形成され、図は省略するが、そこにスリーブを介してドリルが装着される。例えば、円形の取付孔201の中心O1にドリルの軸心が重なるスリーブ(前記従来例のような偏芯スリーブでないもの)であれば、この中心O1を基準にドリルによる加工のための位置制御が行われる。従って、タレット1に取り付けた工具ホルダ2の位置、つまり取付孔201の中心O1を基準位置(主軸の軸中心)に一致させる必要がある。特に、NC旋盤がZ軸方向及びX軸方向の駆動制御を行う2軸旋盤であれば、駆動制御による加工調整ができないY軸方向は、取付段階で同方向の芯高調整が必要になる。
図1の場合、タレット1の取付辺に沿った方向がY軸方向である。そこで、中心O1が図示する寸法AだけY軸方向にずれていた場合には、そのズレを解消するための芯高調整が必要になる。従来では、工具ホルダ2をタレット1に対して取り付ける際、偏芯ピンを使用して芯高調整が行われたり、前記従来例のような偏芯スリーブを使用した芯高調整が行われていた。しかし、いずれの調整方法も再現性が無く、切削工具を取り付ける度に同じ調整作業を繰り返す必要があった。また、芯高調整はミクロン単位の調整が必要な微細な作業であるため、加工を実施するまでの調整作業に時間がかかってしまうほか、個人差が生じやすいものでもあった。
ところで、NC旋盤では、ワークの加工内容によって使用する切削工具などが異なるため、加工内容の切り替え時には切削工具の段取り替えが行われる。芯高調整は、そうした段取り替えの際に行われるが、その段取り替えでは、同じ工具ホルダやスリーブが繰り返し使用される。従って、寸法公差などによって生じる組み付け時のズレ量Aはほぼ一定である。それにも拘わらず同じ作業が繰り返えし行われ、特に偏芯ピンや偏芯スリーブを使用する従来の固定構造では、芯高調整に時間がかかっていたため加工効率を低下させる原因ともなっていた。そこで、本実施形態では、こうした微細な調整作業を繰り返し行う必要がない切削工具の固定構造を提案する。
具体的な構成を説明する前に、先ず切削工具の取り付けでは、ズレ量Aに対して許容値が設定されている。一方で、ずれ量Aを生じさせる工具ホルダ2など、固定構造に使用する部品の寸法公差は、加工精度の向上により一定範囲に抑えられるようになってきている。例えば、本実施形態の対象工具であるドリルの場合、ドリルの軸心に関するズレ量Aの許容値が±0.05mmであるのに対し、寸法公差などによる取り付け時の実際の最大取付誤差(最大ズレ量A)は±0.3mm程度にまで抑えられている。本実施形態では、こうした事実を踏まえて構成された切削工具の固定構造である。
図2は、本実施形態の固定構造に用いられるスリーブを示した斜視図である。このスリーブ10は、フランジ部11と筒形状部12とから構成されたものであり、内側には軸方向に貫かれた円柱状の取付孔13が形成されている。そして、特にスリーブ10の筒形状部12は、取付孔13を構成する内側面15が円形断面である一方、外側面16は8角形の断面によって形成されている。すなわちスリーブ10の外側面16には、円周方向に8つの平面が形成されている。
ドリルなどの軸心を有する切削工具は、その固定部分が取付孔13内に挿入され、スリーブ10を介して工具ホルダに対して固定される。そのため、スリーブ10のフランジ部11には、径方向に貫通した工具固定用のネジ孔21が形成され、筒形状部12には、工具ホルダに固定するためのボルトが通る貫通孔22が形成されている。貫通孔22は、筒形状部12の8面各々に2か所ずつ形成されている。ただし、隣り合う平面の貫通孔22同士が近いと、その間の肉が薄くなってスリーブ10の剛性を低下させてしまうため、隣り合う平面の貫通孔22は軸方向に位置がずれている。
次に、図3及び図4は、本実施形態の切削工具の固定構造を示した図であり、図3は平面図で、図4は図3の図面右側(Y軸方向)から見た側面図である。工具ホルダ30は、図1に示す工具ホルダ2と同様に、8角形のタレット1の一辺に固定されるものであり、その固定側とは反対の側面301側に切削工具6を取り付けるための装着部31が形成されている。装着部31は、Z軸方向(図面を貫く方向)に平行な壁面を有する溝形状の凹部である。なお、本実施形態では、タレット1の回転軸方向が主軸に平行なZ軸方向であり、タレット1の中心O3から見て旋回割出しされた切削工具6の方向がX軸方向であり、そうしたZ軸及びX軸に直交する方向がY軸方向である。
よって、切削工具6が旋回割出しされた図3の状態で見た場合、溝形状の装着部31は、Y軸方向に直交する2つの側面33,35と、その間に位置してY軸方向と平行になる1つの底面34とを有している。スリーブ10は、装着部31の中に筒形状部12が入れられ、フランジ部11が工具ホルダ30の側面302に当てられて取り付けられる。その際、装着部31内の筒形状部12は、外側面16の2つの平面が側面33と底面34に当てられるようにして位置決めされる。そして、側面35側からY軸方向に形成されたネジ孔24にボルト25がねじ込まれ、切削工具6及びスリーブ10が、そのボルト25によって工具ホルダ30に対しY軸方向に抑え付けられる。
工具ホルダ30には、Z軸方向に4つのネジ孔24が形成されているが、これはスリーブ10に形成された貫通孔22に対応させるためである。すなわち、スリーブ10の筒形状部12には隣り合う平面で貫通孔22の位置が異なり、軸方向に見て4箇所に貫通孔22が位置するためである。そして、このように4つのねじ孔24が存在するのは、8面ある外側面16の平面のうち一の平面だけを工具ホルダ30の側面33に当ててスリーブ10を固定するわけではないからである。
つまり、本実施形態では、スリーブ10の外側面16に形成された8つの平面のうち、選択された特定の平面160が装着部31の側面33に当てられることによって芯高調整が実行される。そのため、以下の説明では、スリーブ10の特定の平面160がY軸方向に当てられることになる装着部31の「側面33」を「基準面33」と記載することとする。また、特定の平面160は、スリーブ10に形成された8つの平面のうち、芯高調整により特定されたいずれか一つの面を示すものである。
ここで、図5は、スリーブ10による芯高調整のための構成を示した図である。スリーブ10は、8つの平面161〜168が円周方向に形成された外側面16と、円柱形状の部品挿入空間を構成する断面円形の内側面15とを有している。そして、このスリーブ10は、内側面15の円の中心O2から外側面16の各平面161〜168に直交する径方向に見た、中心O2から各平面161〜168までの距離が各々異なるように設計されている。先ず、中心O2から平面161までの距離L1は、工具ホルダ30の基準面33に平面161を当接させた場合に、切削工具6の軸心(中心O2に一致するものとする)と主軸の軸中心とのY軸方向のズレ量A(図1参照、以下同じ)がゼロになるように設定された調整距離である。ゆえに平面161はズレ量ゼロの調整面である。
次に、中心O2から平面162までの距離L2は、工具ホルダ30の基準面33に平面162を当接させた場合に、切削工具6の軸心と主軸の軸中心とのY軸方向のズレ量Aが0.05mmになるように設定された調整距離である。従って、平面162はズレ量Aが0.05mmの調整面である。同じように、中心O2から平面163までの距離L3は、ズレ量Aが0.15mmになるように設定された調整距離であり、中心O2から平面164までの距離L4は、Y軸方向のズレ量Aが0.25mmになるように設定された調整距離である。従って、平面163,164は、それぞれズレ量Aが0.15mm、0.25mmの調整面である。
なお、本実施形態では、基準面33から中心O2が遠ざかるYR方向のズレ量を正とし、反対に中心O2が基準面33に近づくYL方向のズレ量を負としている。そこで、中心O2から平面165までの距離L5は、平面161の反対に位置するズレ量がゼロになるように設定された調整距離であり、中心O2から各平面166,167,168までの距離L6,L7,L8は、それぞれズレ量Aが−0.05mm、−0.15mm、−0.25mmになるように設定された調整距離である。従って、平面165,166,167,168は、それぞれズレ量Aがゼロ、−0.05mm、−0.15mm、−0.25mmの調整面である。
このように、スリーブ10の各平面161〜168は、芯高調整のための調整面になっている。そこで、以下の説明では「平面」161〜168を「調整面」161〜168と記載することとする。また、調整面161〜168のうちいずれか一つの面を芯高調整によって特定した場合は、「調整面160」として説明する。
次に、図6は、スリーブ10を使用した芯高調整を概念的に示した図である。横軸中央にズレ量ゼロ(Y0)が位置し、左右両方向に離れるに従ってズレ量が大きくなるように示したものである。そして、横軸の下方にはズレ量に対する値が示され、横軸の上方には、ズレ量に対応する前述した調整面161〜168の各適応範囲が示されて。こうして範囲分わけされた各調整面161〜168における調整距離L1〜L8は、切削工具6のズレ量の許容値±0.05mmを基準に設定されている。具体的には、ズレ量がゼロの他、許容値である0.05mm、−0.05mm、そして許容値に対して許容値の倍数を更に整数倍(1倍,2倍,−1倍,−2倍)して加算した0.15mm、0.25mm、−0.15mm、−0.25mmである。
このように調整距離の設定に当たり許容値を整数倍しているが、本実施形態では2倍(−2倍)の0.25mm(−0.25mm)までである。これは前述したように、寸法公差などによる取り付け時の最大取付誤差が±0.3mm程度にまで抑えられているからである。従って、切削工具の組み付け想定誤差を±0.3mmとして設定し、スリーブ10の外側面16の調整面161〜168が8面で設計されている。しかし、仮に組み付け想定誤差を±0.2mmとしたのであれば調整面は6面で足り、組み付け想定誤差を±0.4mmとしたのであれば調整面は10面必要になる。従って、スリーブ10は、偶数の多角形断面によって外側面16が形成されるが、そこに存在する調整面の数は加工条件などによって異なることになる。
本実施形態による8角形断面の外側面16では、正負両方向に4段階に芯高調整が可能な構成になっている。その芯高調整作業は、例えば、主軸側の回転体にダイヤルゲージが取り付けられ、タレット1側には、図3に示すように工具ホルダ30に対してスリーブ10が固定される。このとき、8面ある外側面16は、ズレ量ゼロの調整面161が装着部31の基準面33に当てられている。そして、主軸側のダイヤルゲージがスリーブ10のフランジ部11の外周に接触しながら回転し、フランジ部11の偏心度が測定される。フランジ部11の偏芯度は、スリーブ10に装着される切削工具6の偏芯度でもあり、そこからY軸方向のズレ量が算出される。
その結果、例えば中心O2のズレ量が図6に示すY1であった場合、そのズレ量は±0.05mmの許容範囲内であるため、スリーブ10は、工具ホルダ30に対して調整面161を基準面33に当てた状態で図3に示すように固定される。一方、中心O2のズレ量が−0.05mm〜―0.1mmの間のY2であった場合、スリーブ10は、調整面162を基準面33に当てた状態で固定される。これにより、例えばY2の値が−0.08mmであれば、調整面162による調整距離L2が0.05mmであるため、中心O2が主軸の軸中心(Y0)側に移され、実際のズレ量が−0.03mmとなって許容範囲に収まることになる。
また、中心O2のズレ量が−0.1mm〜―0.2mmの間のY3であった場合、スリーブ10は、調整面163を基準面33に当てた状態で固定される。これにより、例えばY3の値が−0.17mmであれば、調整面163による調整距離L3が0.15mmであるため、中心O2が主軸の軸中心(Y0)側に移され、実際のズレ量が−0.02mmとなって許容範囲内に収まることになる。一方、Y3の値が−0.12mmであったとしたならば、調整面163を使用することにより、実際のズレ量が主軸の軸中心(Y0)を超えて0.03mmとなる。しかし、これでも許容範囲内に収まることになるため問題はない。
更に、中心O2のズレ量が−0.2mm〜―0.3mmの間のY4であった場合、スリーブ10は、調整面164を基準面33に当てた状態で固定される。これにより、例えばY4の値が−0.24mmであれば、調整面164による調整距離L4が0.25mmであるため、中心O2が主軸の軸中心(Y0)側に移され、実際のズレ量が0.01mmとなって許容範囲内に収まることになる。
このように、中心O2のズレ量が0〜−0.3mmの間の値であれば、調整面161〜164のいずれかを特定することにより芯高調整が行われる。なお、ここではズレ量が負の方向(図5に示すYL方向)に生じた場合を説明したが、正の方向(図5に示すYR方向)に生じたとしても同じであり、その場合には調整面166,167,168のいずれかが特定され、該当する調整面160が基準面33に当てられた固定が行われる。
こうして芯高調整が行われた後は、ドリルなど軸心を有する切削工具6が取り付けられる。その場合、図3及び図4に示すように、スリーブ10内に切削工具6の固定部分601が挿入され、工具ホルダ30のネジ孔24にボルト25が締め付けられる。ボルト25の締め付けにより、切削工具6を介してスリーブ10が基準面33に押し付けられ、工具ホルダ30に対して芯高調整に基づく切削工具6の取付が行われる。このときスリーブ10は、締め付けられたボルト25が貫通孔22を通ることによりZ軸方向の移動や周方向の回転が制限される。また、切削工具6は、そのスリーブ10に対してネジ孔21から締め付けられたボルトによって固定される。
そして、切削工具6の段取り替えなどでも、工具ホルダ30に対して図3及び図4に示すX軸方向にボルトが貫通し、そのボルトがタレット1に締結され工具ホルダ30が固定される。その工具ホルダ30には、前述したようにスリーブ10を介して切削工具6が取り付けられる。その際、スリーブ10の調整面160が既に行われた芯高調整により特定されていることで、タレット1、工具ホルダ30、スリーブ10および切削工具6による固定時の関係、つまり切削工具6の軸心が許容範囲内に位置決めされる固定状態が一義的に決定されている。
よって、本実施形態では、一度芯高調整作業を行うことによってスリーブ10の一の調整面160が特定できれば、次回の段取り替えからは芯高調整作業を繰り返し行うことなく切削工具6を取り付けることができる。すなわち、スリーブ10に印を付けて特定の調整面160が分かるようにしておけば、図3に示すように、当該特定の調整面160を基準面33に当てた取り付けを行うだけで前回の芯高調整が簡単に再現される。そのため、切削工具6の段取り替えを短時間に行うことができる。
また、芯高調整では、ズレ量に対して調整面160を特定してスリーブ10を取り付けるだけで、切削工具6の軸心を許容範囲内に収めることができる。そのため、本実施形態の固定構造によれば、従来例の偏芯スリーブのような微細な調整作業が必要なくなり、取り扱いが極めて簡単になるほか、芯高調整に個人差を生じさせることもない。そして、スリーブ10には、芯高調整を行うために8面の調整面161〜168が形成され、軸心のズレが正負両方向に生じた場合でも対応することができる。
〈参考例〉
ところで、本実施形態のスリーブ10は、筒形状部12を周方向に360度回転させ、どの調整面161〜168であっても基準面33に当てた固定が可能になっている。この点、前記特許文献1の従来例では、偏芯スリーブの筒形状部に対し周方向に長い長孔が形成され、その長孔を通したボルトが工具ホルダに締め付けられている。しかし、従来例のスリーブでは、長孔が偏芯スリーブを90度回転させるだけの長さでしかなかった。そこで、本実施形態とは別に、360度の回転により芯高調整が可能な偏芯スリーブを提案する。図7は、偏芯スリーブの参考例を示した斜視図である。
この偏芯スリーブ100は、フランジ部101と筒形状部102とを有し、筒形状部102の内径円の中心と外形円の中心とがずれている。そして、筒形状部102には軸方向の8箇所に、周方向に長い長孔121,122,131,132が形成されている。特に、この長孔121,122,131,132は、筒形状部102が周方向に360度回転した場合に、どの位置でも工具ホルダに固定できるようにしたものである。そのため、軸方向の位置が重なる2つずつの長孔121,122と長孔131,132とが各々一組となり、それぞれ周方向に90度分の長さを有し、90度ずれた位置に交互に形成されている。
一方、偏芯スリーブ100を装着する工具ホルダ2は、前記実施形態の工具ホルダ30のネジ孔24(図4参照)と同様に、4つのネジ孔が形成され、長孔121,122と長孔131,132に2つずつのネジ孔が対応している。従って、本参考例の偏芯スリーブ100は、筒形状部102を周方向に360度回転させ、どの回転角度であっても固定が可能である。
以上、本発明の部品回収装置の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、切削工具6が挿入されたスリーブ10をボルト25によって工具ホルダ30に固定する構造としたが、調整面160を基準面33に当てた状態で位置決めできるのであれば、こうした構造に限るものではない。
また、軸心を有する切削工具6としてドリルを例に挙げて説明したが、そのほか中ぐりバイトなどであってもよい。
1…タレット 2…工具ホルダ 6…切削工具 10…スリーブ 12…筒形状部 15…内側面 16…外側面 22…貫通孔 24…ネジ孔 30…工具ホルダ 33…基準面 160(161〜168)…調整面











Claims (4)

  1. 刃物台の工具ホルダに形成された装着部に筒形状のスリーブが装着され、軸心を有する切削工具が、前記スリーブに挿入された状態で前記刃物台に固定されるようにした切削工具の固定構造において、
    前記スリーブは、円形断面からなる内側面と偶数の多角形断面からなる外側面とを有し、前記内側面を構成する円の中心から径方向に見て直行する前記外側面の複数の平面までの各々の距離が異なる調整距離として設定され、
    前記工具ホルダは、前記スリーブの外側面のうち特定の平面が位置決め方向に当てられる基準面が前記装着部に設けられ、
    前記切削工具が、前記特定の平面を前記工具ホルダの基準面に当てて位置決めされた状態の前記スリーブを介して前記刃物台に固定されるものであることを特徴とする切削工具の固定構造。
  2. 前記スリーブの外側面に対応して設定された複数の調整距離は、前記切削工具の組み付け想定誤差の範囲内で段階的に変化することを特徴とする請求項1に記載する切削工具の固定構造。
  3. 前記切削工具の組み付けには、前記内側面を構成する円の中心と所定の基準点とのズレ量である組み付け誤差に関して許容値が設定され、
    前記スリーブに設けられた複数の調整距離は、前記ズレ量が、ゼロ、前記許容値、そして前記許容値に当該許容値の倍数を整数倍して加算した値となることを特徴とする請求項2に記載する切削工具の固定構造。
  4. 前記スリーブは、ネジ部材を貫通させるための貫通孔が各外側面に複数形成され、隣り合う前記外側面同士で見た場合に位置が異なっていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載する切削工具の固定構造。








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