JP6508012B2 - 工具ホルダおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
ここで、物体の「嵩」とは、物体自身が占める体積、物体表面に開口している穴の体積、および、物体内部にあって外部に対して閉塞している空隙の体積の合計である。「嵩密度」とは、物体の質量を嵩で割った値である。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態による工具ホルダを図1に示す。工具ホルダ10は、工作機械11の主軸12に取り付けられている。主軸12は、回転軸心AXまわりに回転駆動する被駆動軸である。
把持部20は、主軸12(図1参照)に把持される部分であり、円柱状に形成されている。
切削工具13は、回転軸心AXに対して径方向の片側へ突き出すように設けられている。切削部21は、上述の切削工具13の配置に対応するように構成される結果、回転軸心AXに対して非対称な形状となっている。
開口穴30Dは、軸部22のうち一方側35に含まれる部分に形成されている。開口穴30Dは、軸部22の端面28から軸方向へ延びている有底穴である。開口穴30Dの軸方向長さは、回転軸心AXに近いほど短い。
本実施形態の場合、被加工物15を切削する刃先部16は軸方向へ突き出すように取り付けられており、また、開口穴30は、切削部21に作用する加工負荷の作用方向と略同じ軸方向へ延びている。つまり、切削部21は、加工負荷の作用方向と略同じ方向へ延びる複数の中空柱が一体に設けられた構造体である。
以上説明したように、第1実施形態では、工具ホルダ10は、把持部20および切削部21を備える。把持部20は、工作機械11の主軸12に把持される。切削部21は、把持部20と一体に設けられており、回転軸心AXに対して非対称な形状であり、切削工具13が取り付けられる。そして、切削部21の一方側35の嵩密度は他方側36の嵩密度よりも小さい。
そのため、切削工具13付きの工具ホルダ10を回転軸心AXまわりに回転させたときの工具ホルダ10の振動が抑えられる。したがって、振動に起因して加工精度が低下することを抑制することができる。
このように粗部38の軸方向長さを変えることにより、重心Gが回転軸心AXに近づくように設計することが可能である。
このようにして一方側35の嵩密度を他方側36の嵩密度よりも小さくすることができる。
そのため、切削部21は、加工負荷の作用方向と略同じ方向へ延びる複数の中空柱が一体に設けられた構造体である。したがって、切削部21は、加工負荷に対する剛性が高められている。
そのため、切削部21の放熱性を向上させることができる。
したがって、工具ホルダ10に複数の開口穴30を設けつつも、切削加工時に工具ホルダ10が受ける切削抵抗に十分耐えうる剛性を確保することができる。
したがって、工具ホルダ10の高剛性化と軽量化とを両立させることができる。
したがって、開口穴30がドリルだけでは形成することができない複雑な形状の穴であっても、容易に形成可能である。また、把持部20および切削部21を成形した後に別工程で開口穴30を形成する必要がなく、製造工数を低減可能である。
本発明の第2実施形態では、図7に示すように、工具ホルダ40の切削部41は、3Dプリンタによって成形されており、複数種類の材料からなる一体成形品である。切削部41の軸部42のうち把持部20側は鉄系材料から構成されている。また、突出部43、および、軸部42のうち突出部43側はアルミニウム系材料から構成されている。図7中の二点鎖線L2は、鉄系材料とアルミニウム系材料との境界を示す。切削部41の一方側45の嵩密度は他方側46の嵩密度よりも小さい。
これにより切削工具13付きの工具ホルダ40の実際の重心が仮想重心よりも回転軸心AXに近づけられている。そのため、第1実施形態と同様に、回転時の振動を抑制することができる。
このように粗部48の軸方向長さを変えることにより、切削工具13付きの工具ホルダ40の重心が回転軸心AXに近づくように設計することが可能である。
本発明の第3実施形態では、図8、図9に示すように、工具ホルダ50の切削部51(軸部52および突出部53)の一方側55には、「バランス修正用穴」としての開口穴54が形成されている。一方側55の嵩密度は他方側56の嵩密度よりも小さい。
これにより切削工具13付きの工具ホルダ50の実際の重心Gが仮想重心Gvよりも回転軸心AXに近づけられている。そのため、第1実施形態と同様に、回転時の振動を抑制することができる。
このように開口穴54を設けることによって、工具ホルダ50の回転時に開口穴54内部に空気が流れるので、切削部51の放熱性が向上する。
このように粗部58の軸方向長さを変えることにより、切削工具13付きの工具ホルダ50の重心Gが仮想重心Gvよりも回転軸心AXに近づくように設計することが可能である。
そのため、切削部51は、加工負荷の作用方向と略同じ方向へ延びる複数の中空柱が一体に設けられた構造体である。したがって、切削部51は、加工負荷に対する剛性が高められている。
本発明の第4実施形態では、図10に示すように、工具ホルダ60の切削部61(軸部62および突出部63)の一方側65には、「バランス修正用穴」としての開口穴54および開口穴64が形成されている。一方側65の嵩密度は他方側66の嵩密度よりも小さい。
これにより切削工具13付きの工具ホルダ60の実際の重心Gが仮想重心Gvよりも回転軸心AXに近づけられている。そのため、第1実施形態と同様に、回転時の振動を抑制することができる。
このように開口穴54および開口穴64を設けることによって、切削部61内部で空気の触れる表面積が第3実施形態と比べて多くなる。また、切削部61内部に流入した空気が外部へ抜け出すための経路が多くなる。そのため、切削部61の放熱性が一層向上する。
本発明の第5実施形態では、図11に示すように、工具ホルダ90の切削部91(軸部92および突出部93)の一方側95には、「バランス修正用穴」としての閉塞空隙94A、94B、94C、94Dが形成されている。閉塞空隙94Aは、突出部23の先端部のうち回転方向の前方側であって、軸方向において凹部24に対して把持部20とは反対側に形成されている。閉塞空隙94Bは、突出部23の先端部のうち回転方向の後方側と、突出部23の中間部および基端部に形成されている。閉塞空隙94Cは、軸部92と突出部93との境界部分に形成されている。閉塞空隙94Dは、軸部92のうち一方側95に含まれる部分に形成されている。一方側95の嵩密度は他方側96の嵩密度よりも小さい。
これにより切削工具13付きの工具ホルダ90の実際の重心が仮想重心よりも回転軸心AXに近づけられている。そのため、第1実施形態と同様に、回転時の振動を抑制することができる。
このように外部に対して閉塞している穴を形成する第5実施形態は、外表面に開口している穴を形成する形態と比べると、工具ホルダ90の内部が腐食しないという利点がある。
このように粗部98の軸方向長さを変えることにより、切削工具13付きの工具ホルダ90の重心が仮想重心よりも回転軸心AXに近づくように設計することが可能である。
そのため、切削部91は、加工負荷の作用方向と略同じ方向へ延びる複数の中空柱が一体に設けられた構造体である。したがって、切削部91は、加工負荷に対する剛性が高められている。
そのため、切削部91の放熱性を向上させることができる。
本発明の第6実施形態では、図12に示すように、工具ホルダ100の切削部101(軸部102および突出部103)の一方側105は、3Dプリンタにより格子状に成形されている。図12には、一方側105の各部位を拡大して示している。格子の間隔は、回転軸心AXから離れるほど大きくなっている。
これにより切削工具13付きの工具ホルダ100の実際の重心が仮想重心よりも回転軸心AXに近づけられている。そのため、第1実施形態と同様に、回転時の振動を抑制することができる。
また、軸部102のうち一方側105に含まれる部分は、密部107と、密部107よりも嵩密度が小さい粗部108とから構成されている。粗部108には閉塞空隙104が形成されているが、密部107には閉塞空隙104Dが形成されていない。そして粗部108の軸方向長さは、回転軸心AXから径方向へ離れるほど長い。
このように粗部108の軸方向長さを変えることにより、切削工具13付きの工具ホルダ100の重心が仮想重心よりも回転軸心AXに近づくように設計することが可能である。
本発明の第7実施形態では、図13に示すように、工具ホルダ110の切削部111(軸部112および突出部113)の一方側115は、3Dプリンタにより成形されており、内部に気泡状の閉塞空隙114を有する。一方側115の空隙率は、回転軸心AXから離れるほど大きくなっている。一方側115が閉塞空隙114を有することから、一方側115の嵩密度は他方側116の嵩密度よりも小さい。しかも、一方側115の嵩密度は、回転軸心AXから径方向へ離れるほど小さい。
工具ホルダ110は、閉塞空隙114が気泡状である以外、工具ホルダ100と同様の構成であり、第6実施形態と同様の効果を得ることができる。
本発明の第8実施形態では、図14〜図18に示すように、工具ホルダ70は把持部20および切削部71を備える。切削部71には2つの切削工具13が取り付けられている。
切削部71は、把持部20側から順に設けられた基部72、工具取付部73および工具取付部74を有する。工具取付部73、74は、軸方向位置が互いに異なる箇所に設けられている。
本発明の他の実施形態では、開口穴および閉塞空隙は、切削部から把持部に亘って形成されてもよい。つまり、バランス修正用穴は、切削部だけでなく、把持部に形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、開口穴および閉塞空隙は、切削部の一方側だけでなく、他方側に形成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、切削部の一方側の粗部の軸方向長さは、径方向位置にかかわらず一定であってもよい。
本発明の他の実施形態では、開口穴および閉塞空隙は、直線状の穴に限らず、曲線状の穴であってもよいし、直線部と曲線部とが複合した穴であってもよい。
本発明の他の実施形態では、切削部のうち開口穴および閉塞空隙が形成されている部分は、ハニカム構造になっていなくてもよい。
第3実施形態では、切削部は、回転方向の接線方向に貫通する開口穴を有していた。これに対して、本発明の他の実施形態では、切削部は、回転方向の接線方向に延びるとともに、外表面に開口しておらず、外部に対して閉塞している閉塞空隙を有していてもよい。
第5、第6、第7実施形態では、切削部が有する閉塞空隙の中身は空間のみであった。これに対して、本発明の他の実施形態では、閉塞空隙の中身に、粉末焼結法により切削部を成形するときに溶かされなかった金属粉末が内包されていてもよい。
本発明の他の実施形態では、工具ホルダを3Dプリンタによって成形するとき、粉末焼結法以外の方法を用いてもよい。
本発明の他の実施形態では、工具ホルダは、中ぐり加工に限らず、他の加工に用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
11・・・工作機械
12・・・主軸
13・・・切削工具
15・・・被加工物
20・・・把持部
21、41、51、61、71、91、101、111・・・切削部
30、54、64、88、89・・・開口穴(バランス修正用穴)
35、45、55、65、85、95、105、115・・・一方側
36、46、56、66、86、96、106、116・・・他方側
87、94、104、114・・・閉塞空隙(バランス修正用穴)
Claims (13)
- 所定の回転軸心(AX)まわりに回転しながら被加工物(15)を切削する切削工具(13)、を保持する工具ホルダであって、
工作機械(11)の主軸(12)に把持される把持部(20)と、
前記把持部と一体に設けられており、前記回転軸心に対して非対称な形状であり、前記切削工具が取り付けられる切削部(21、41、51、61、71、91、101、111)と、
を備え、
前記切削部のうち、軸方向から見て前記回転軸心に対して最も突出している側を一方側(35、45、55、65、85、95、105、115)とし、前記回転軸心に対して前記一方側とは反対側を他方側(36、46、56、66、86、96、106、116)とすると、
前記一方側の嵩密度は、前記他方側の嵩密度よりも小さく、前記回転軸心から径方向へ離れるほど小さい工具ホルダ。 - 前記切削部は、軸部(22、42、52、62、92、102、112)と、当該軸部から径方向外側へ突き出している突出部(23、43、53、63、93、103、113)とを有し、
前記軸部のうち前記一方側に含まれる部分は、密部(37、47、57、97、107、117)と、当該密部よりも嵩密度が小さい粗部(38、48、58、98、108、118)とから構成され、
前記粗部の軸方向長さは、前記回転軸心から径方向へ離れるほど長い請求項1に記載の工具ホルダ。 - 前記一方側は、外部に対して閉塞している複数の閉塞空隙(87、94、104、114)を有する請求項1または2に記載の工具ホルダ。
- 前記切削工具は、前記被加工物を切削する刃先部が前記切削部から軸方向へ突き出すように取り付けられ、
前記閉塞空隙(94)は軸方向へ延びている請求項3に記載の工具ホルダ。 - 前記切削工具は、前記被加工物を切削する刃先部が前記切削部から径方向へ突き出すように取り付けられ、
前記閉塞空隙は前記工具ホルダの回転方向の接線方向へ延びている請求項3に記載の工具ホルダ。 - 複数の前記閉塞空隙(87、94、104、114)のうち少なくとも1つは、前記切削部が前記切削工具から受けた熱を放熱すべく、前記切削工具の近傍に設けられている請求項3〜5のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
- 前記一方側は、当該一方側の外表面に開口している複数の開口穴(30、54、64、88、89)を有する請求項1〜6のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
- 前記開口穴(54)は、前記工具ホルダの回転方向の後方から前方へ向かって開口している請求項7に記載の工具ホルダ。
- 前記切削工具は、前記被加工物を切削する刃先部が前記切削部から軸方向へ突き出すように取り付けられ、
前記開口穴(30、64)は軸方向へ延びている請求項7または8に記載の工具ホルダ。 - 前記切削工具は、前記被加工物を切削する刃先部が前記切削部から径方向へ突き出すように取り付けられ、
前記開口穴(54)は前記工具ホルダの回転方向の接線方向へ延びている請求項7または8に記載の工具ホルダ。 - 複数の前記開口穴(30、54、64、89)のうち少なくとも1つは、前記切削部が前記切削工具から受けた熱を放熱すべく、前記切削工具の近傍に設けられている請求項7〜10のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
- 所定の回転軸心(AX)まわりに回転しながら被加工物(15)を切削する切削工具(13)、を保持する工具ホルダであって、
工作機械(11)の主軸(12)に把持される把持部(20)と、
前記把持部と一体に設けられており、前記回転軸心に対して非対称な形状であり、前記切削工具が取り付けられる切削部(71)と、
を備え、
前記把持部および前記切削部が中実であると仮定した場合における前記切削工具付きの前記工具ホルダの重心を仮想重心(Gv)と定義すると、
前記切削部は、前記切削工具付きの前記工具ホルダの実際の重心(G)が前記仮想重心よりも前記回転軸心に近づくように形成された複数のバランス修正用穴(87、88、89)を有しており、
前記バランス修正用穴は、前記把持部とは反対側の一端が前記把持部側の他端と比べて前記工具ホルダの回転方向の前方に位置するように、前記回転軸心まわりに螺旋状に形成されている工具ホルダ。 - 工作機械(11)の主軸(12)に把持される把持部(20)と、前記把持部と一体に設けられており、前記回転軸心に対して非対称な形状であり、切削工具(13)が取り付けられる切削部(21、41、51、61、71、91、101、111)と、を備える工具ホルダの製造方法であって、
前記切削部のうち、軸方向から見て前記工具ホルダの回転軸心(AX)に対して最も突出している側を一方側(35、45、55、65、85、95、105、115)とし、前記回転軸心に対して前記一方側とは反対側を他方側(36、46、56、66、86、96、106、116)とすると、
前記一方側は、外表面に開口している開口穴(30、54、64、88、89)、および、外部に対して閉塞している閉塞空隙(87、94、104、114)の少なくとも一方を有し、
前記一方側の嵩密度は前記他方側の嵩密度よりも小さく、
前記切削部は3Dプリンタによって成形され、
前記開口穴および前記閉塞空隙は、前記切削部の成形時に同時に成形される工具ホルダの製造方法。
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