JP6998288B2

JP6998288B2 - 工具着座確認機能付き回転工具用主軸

Info

Publication number: JP6998288B2
Application number: JP2018204598A
Authority: JP
Inventors: 敏夫真壁
Original assignee: 日精ホンママシナリー株式会社
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: US20200130067A1; JP2020069566A; CN111112650A; CN111112650B; US11623315B2

Description

本発明は、複合旋盤回転工具用主軸（以下、回転工具用主軸と略記する。）、特に工具着座確認機能付き工具用主軸に関する。

バイトやフライスなどの工具を、主軸周りに回転させつつ被切削物を切削する複合旋盤が広く普及している。
回転工具は、工具ホルダを用いて回転工具用主軸に取付けられる。（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

図５は従来の技術の基本原理を説明する図である。
回転工具１０１が、工具ホルダ１０２に取付けられている。工具ホルダ１０２は、雄テーパー部１０３を備えている。
工具保持部１０４に、雄テーパー部１０３に対応する円錐穴１０５が設けられている。外部にタンク１０６が置かれ、このタンク１０６に液体１０７が満たされ、この液体１０７がポンプ１０８で汲み上げられる。ポンプ１０８の吐出口から流体供給路１１１が延び、流体供給路１１１の先端が円錐穴１０５に開口している。

この開口１１２は雄テーパー部１０３で塞がれる。塞がれると、流体供給路１１１の圧力がポンプ１０８の吐出圧と同じになる。
異物１１３が介在すると、円錐穴１０５に雄テーパー部１０３が密着しなくなり、液体１０７が外へ漏れる。すると、流体供給路１１１の圧力がポンプ１０８の吐出圧より低くなる。
流体供給路１１１の圧力を監視することで、工具ホルダ１０２が工具保持部１０４に正しく取付けられているか、否かが判る。

ところで、本発明者らが、特許文献１記載の構造を試したところ、次に述べる問題点が判明した。
雄テーパー部１０３に、微細な擦り傷が認められた。

工具ホルダ１０２を外し、工具ホルダ１０２側から円錐穴１０５を見たところ、図６（ａ）に示すように、開口１１２が見えた。
図６（ａ）のｂ－ｂ線断面図である図６（ｂ）に示すように、円錐穴１０５に開口１１２が開いている。
図６（ｃ）は、図６（ｂ）のｃ部拡大図であり、開口１１２の縁に、僅小な瘤１１４ができていた。

図６（ｄ）に示すように、円錐穴１０５へ繰り返して、雄テーパー部１０３を差し込むときに、雄テーパー部１０３の後端エッジが開口１１２の縁（うしろ縁）に当たったと推定される。この当たりが多数回になると成長して瘤１１４ができたと考えられる。
対策として、開口１１２に面取り加工を施してみた。改善されるが長期間使用すると瘤１１４が発生した。面取りは対策として不十分であることが判った。

瘤１１４が大きくなると、液体が漏れて、工具保持部１０３へ工具ホルダ１０２が正しく取付けられていないとの圧力情報が出されるため、瘤１１４を定期的又は随時除去する必要がある。この除去作業によりコストが嵩む。

諸費用の圧縮が求められる中、円錐穴に瘤が発生しないような、構造が求められる。

特開２００６－３３４６７６号公報

本発明は、円錐穴に瘤が発生しないような工具着座確認機能付き回転工具用主軸を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、回転工具を収納し、雄テーパー部を有する工具ホルダを、回転する回転工具用主軸であり、
先端に前記雄テーパー部に対応する円錐穴を有する中空主軸を備え、
この中空主軸に、前記雄テーパー部が前記円錐穴に正しく取付けられていることを検出する流体通路及び流体を吹き出す開口が設けられている工具着座確認機能付き回転工具用主軸において、
前記中空主軸は、コレットチャック機構を収納すると共に前記円錐穴を有する前半部分と、前記コレットチャック機構を操作するドローバーを後進させる皿ばねを収納するばね収納室を有する後半部分とからなり、
前記流体通路は、前記後半部分では、前記皿ばねの外周と前記ばね収納室の壁面との間の隙間で構成され、前記前半部分では、前記中空主軸の肉厚内に少なくとも２本設けられ、
前記前半部分における前記流体通路の入口は、前記ばね収納室の円筒面に設けられており、
前記開口は、前記円錐穴から外れた部位に設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の工具着座確認機能付き回転工具用主軸であって、
前記円錐穴から外れた部位は、前記円錐穴の小径端から延びる円筒部であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の工具着座確認機能付き回転工具用主軸であって、
前記開口は、吹き出した流体が前記雄テーパー部に衝突する位置に設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、開口は、円錐穴から外れた部位に設けられている。開口に雄テーパー部の後端エッジが当たる心配はない。当たらないため、有害な瘤が円錐穴に発生することはない。
すなわち、本発明により、円錐穴に瘤が発生しないような工具着座確認機能付き回転工具用主軸が提供される。
加えて、皿ばねの外周と、ばね収納室の壁面との間に、隙間を設け、この隙間に流体を流すようにした。これにより、中空主軸の後半部分は、肉を薄くすることができ、その分、皿ばねの外径を大きくすることができる。
さらに加えて、本発明では、流体通路は、中空主軸の肉厚内に少なくとも２本設けられ、前半部分における流体通路の入口は、ばね収納室の円筒面に設けられている。

請求項２に係る発明では、円錐穴から外れた部位は、円錐穴の小径端から延びる円筒部とした。雄テーパー部は回転軸に対して傾斜しているが、円筒部は回転軸に平行であるため、円筒部は雄テーパー部と密着しない。このような円筒部に開口を設けることで瘤の発生を防止することができる。
加えて、円錐穴に円筒部が連続しているため、中空主軸の加工費用が嵩まない。

請求項３に係る発明では、開口は、吹き出した流体が雄テーパー部に衝突する位置に設けられている。すなわち、開口の中心軸が、雄テーパー部と交差している。
円錐穴へ雄テーパー部を挿入するときで且つ挿入が完了していないときには、吹き出した流体は、雄テーパー部に当たり、雄テーパー部に沿って流れる。この流れで円錐穴と雄テーパー部を清掃することができる。

本発明に係る回転工具用主軸の断面図である。回転工具用主軸の作用図である。流体通路及び流体を吹き出す開口の作用図である。変更例に係る回転工具用主軸の断面図である。従来の技術の基本原理を説明する図である。従来の技術の問題点を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、工具ホルダ１０は、刃具とも呼ばれる回転工具１１を収納し、雄テーパー部１２を有すると共に尾部にプルスタッド１３を有する。
回転工具用主軸２０は、工具ホルダ１０を、設定された速度で回転する役割を果たす。

回転工具用主軸２０は、中空ラム２１と、この中空ラム２１に軸受２２、２３、２４を介して回転自在に収納される中空主軸３０と、この中空主軸３０に収納されるコレットチャック機構４０と、このコレットチャック機構４０を操作するドローバー５０と、このドローバー５０を前進させる油圧シリンダ６０と、ドローバー５０を後進させる皿ばね６１とを有する。

中空主軸３０は、先端に雄テーパー部１２に対応する円錐穴３１を有し、後半部分３７に、ばね収納室３２を有する。
コレットチャック機構４０は、中空主軸３０に収納されるコレット収納筒４１と、このコレット収納筒４１に内蔵される蟹鋏み状のコレット４２と、ドローバー５０に固定されコレット４２を開閉するコレット駆動部材４３とからなる。

ドローバー５０は、中空主軸３０に収納され、皿ばね６１を受けるばね受け部５１を有する。
皿ばね６１は、ばね収納室３２にて、ドローバー５０と中空主軸３０との間に配置される。

皿ばね６１を前方に配置することができるようになり、結果、皿ばね６１は、ドローバー５０の先端からばね受け部５１までの軸方向距離Ｌ１の少なくとも半分の距離Ｌ２に配置するようにした。皿ばね６１の枚数を増やすことで、ドローバー５０のストロークを増やすことができる。

ドローバー５０は、ばね受け部５１を有するバー本体５２と、このバー本体５２の先端に軸方向移動可能に取付けられた管状のノズル５３と、バー本体５２に収納されノズル５３を前方へ付勢するスプリング５４とからなる。この例では、ノズル５３の前進限は、コレット駆動部材４３で規定される。

バー本体５２及びノズル５３に、白抜き矢印で示すクーラント５５を流すクーラント流路５６が形成されている。クーラント５５は冷却液を兼ねた切削液を意味する。
工具ホルダ１０を介して回転工具１１にクーラント５５を供給すると、回転工具１１が効率よく冷却され且つ被切削物との間が効果的に潤滑され、高負荷切削が可能となる。

雄テーパー部１２が円錐穴３１に正しく取付けられていることを検出するための流体通路３３及び流体を吹き出す開口３４が、中空主軸３０の前半部分３５に設けられている。流体通路３３へは、矢印で示す流体３６が供給される。流体３６は空気が好適であるが、窒素などの不活性ガスやその他の液体であってもよい。

ところで、中空主軸３０の後半部分３７の肉厚内に、流体通路３３を設けることは差し支えないが、そうすると後半部分３７の肉厚を大きくする必要がある。本実施例では、皿ばね６１の外周と、ばね収納室３２の壁面との間に、隙間６２を設け、この隙間６２に流体３６を流すようにした。
これにより、中空主軸３０の後半部分３７は、肉を薄くすることができ、その分、皿ばね６１の外径を大きくすることができた。

実施例では、皿ばね６１の外径は、コレット収納筒４１の外径より大きく設定した。
皿ばね６１は、外径が大きくなると、許容撓みを大きくすることができ、比較的少ない枚数で大きなストロークを得ることができる。又は、枚数が決まっている場合には、応力が小さくなり、皿ばね６１への負担を軽減することができる。

別の観点から、本実施例によれば、ばね収納室３２の長さ（軸方向長さ）を小さくすることができると言える。
仮に、外径が小さい皿ばねは、１枚当たりの許容撓みが小さく、ばね力も小さい。所望の総撓み（ストローク）と所望のばね力を得るには、外径が小さい皿ばねの枚数を増やす必要がある。増やすと、ばね収納室３２が長くなる。
この点、本実施例のように、外径が大きな皿ばね６１を使用すると、皿ばね６１は、１枚当たりの許容撓みが大きく、ばね力も大きくなる。所望の総撓み（ストローク）と所望のばね力を得るには、皿ばね６１の枚数は少なくて済む。少なくなると、ばね収納室３２の長さが小さくなる。

次に、円錐穴３１に、雄テーパー部１２を当てるようにして、工具ホルダ１０を中空主軸３０に取付ける。プルスタッド１３は、コレット４２の間に挿入される。挿入されるプルスタッド１３がノズル５３に当たり、スプリング５４に抗してノズル５３を後退させる。

次に、油圧シリンダ６０の油圧をゼロにする。すると、皿ばね６１の弾発力により、ドローバー５０が図右（円錐穴３１から離れる方向）へ移動する。この移動により、コレット４２が縮径する。

図２に示すように、工具ホルダ１０が中空主軸３０に保持される。ノズル５３は、スプリング５４によりプルスタッド１３に付勢されているため、クーラント５５がコレット４２側に漏れることはない。
中空主軸３０が回されると、工具ホルダ１０を介して回転工具１１が回される。このときには、工具ホルダ１０でコレットチャック機構４０を介してドローバー５０が回される。すなわち、ドローバー５０と中空主軸３０とが一緒に回る。

ドローバー５０と中空主軸３０とを、キーなどの連結機構で機械的に連結していない。
図１においては、工具ホルダ１０が円錐穴３１に取付けられていないため、中空主軸３０を回しても、ドローバー５０は、一緒に回らない。図１では、原則として中空主軸３０を回さない。試験的に回す必要があるときは、工具ホルダ１０に相当するダミーホルダを、取付ければ、中空主軸３０とドローバー５０とを一緒に回すことができる。

次に、雄テーパー部１２が円錐穴３１に正しく取付けられていることを検出する機構（工具着座確認機能）及び検出する手順を説明する。
図３（ａ）は、図１の３ａ部拡大図である。
好ましくは、図３（ａ）に示すように、円錐穴３１の小径端３１ａから円筒部３８を延ばし、この円筒部３８に、開口３４を設ける。開口３４が円錐穴３１から外れた位置に設けられているため、開口３４が雄テーパー部１２で傷められる心配はない。

流体源６４から供給される流体（例えば空気）は、電磁弁６５で遮断されているため、流体通路３３の圧力は大気圧となる。
次に、図３（ｂ）に示すように、電磁弁６５を開くと、流体３６が流体通路３３を通り、開口３４から吹き出す。開口３４から吹き出すため、流体通路３３での圧力は高くならない。

次に、図３（ｃ）に示すように、円錐穴３１へ工具ホルダ１０を挿入すると、挿入完了直前において、開口３４の軸線が雄テーパー部１２と交差する。
すると、吹き出した流体３６が、雄テーパー部１２に衝突し、流れ方向を変えて円錐穴３１と雄テーパー部１２との間の隙間を高速で流れる。この高速の流れにより、円錐穴３１と雄テーパー部１２とを清掃する。このときも流体通路３３での圧力は高くならない。

図３（ｄ）は、図２の３ｄ部拡大図である。
図３（ｄ）に示すように、円錐穴３１に雄テーパー部１２が完全に挿入された状態であっても、開口３４は雄テーパー部１２で塞がれない。流体３６は、プルスタッド１３周りの閉空間６７に溜まる。

流体３６が漏れないため、閉空間６７及び流体通路３３での圧力は高くなる。そのことを圧力スイッチ６６で検出する。圧力スイッチ６６が切り替わることで、円錐穴３１に正しく雄テーパー部１２が取付けられたことを検出する。
圧力スイッチ６６は、圧力を測定する圧力センサであってもよい。しかし、圧力センサは高価である。この点、圧力スイッチ６６は、２接点スイッチであるため、安価である。

ところで、回転工具１１を頻繁に交換すると、図１と図２とが繰り返され、多数枚の皿板６１が、伸縮される。ある皿ばね６１と隣りの皿ばね６１とは直接接触しており、擦れ合うため僅かであるが発熱し、微量であるがコンタミ（ごみ）が発生する。
皿ばね６１の外周の隙間６２に流体を流すようにしたので、この流体で冷却し、コンタミの除去を図ることができる。

本発明の変更例を、図４に基づいて説明する。この変更例では、図３で説明した円筒部３８は設けない。
図４に示すように、円錐穴３１を、雄テーパー部１２に対応する長さに延ばす。そして、閉空間６７に開口３４を臨ませる。開口３４が円錐穴３１の外にあるため、開口３４の縁に瘤ができる心配はない。
ただし、開口３４の軸線が雄テーパー部１２から外れているため、開口３４からの流れが直接雄テーパー部１２に衝突することはない。しかし、閉空間６７に溜まった流体が二次的に円錐穴３１と雄テーパー部１２との間の隙間を流れるため、円錐穴３１と雄テーパー部１２との清掃は可能となる。

よって、開口３４の位置は、円錐穴３１から外れている位置であれば任意の箇所でよいが、好ましくは、図３の位置であれば、図３（ｃ）の作用効果が得られる。

尚、実施例では、皿ばね６１でドローバー５０を、後進させるようにしたが、ドローバー５０をコイルスプリングで後進させることや、油圧シリンダ６０で後進させるようにしてもよい。

また、実施例では、皿ばね６１の外径は、コレット収納筒４１の外径より大きくしたが、コレット収納筒４１の外径より小さくしてもよい。
また、実施例では、バー本体５２にクーラント流路５６を設けたが、クーラント流路５６を省略してもよい。省略した場合は、ノズル５３及びスプリング５４が不要となるため、ドローバー５０はバー本体５２だけで構成することができる。

本発明は、工具ホルダを、回転する工具着座確認機能付き回転工具用主軸に好適である。

１０…工具ホルダ、１１…回転工具、１２…雄テーパー部、２０…回転工具用主軸、３０…中空主軸、３１…円錐穴、３１ａ…円錐穴の小径端、３２…ばね収納室、３３…流体通路、３４…開口、３５…前半部分、３６…流体、３７…後半部分、３８…円筒部…、４０…コレットチャック機構、５０…ドローバー、６１…皿ばね、６２…隙間。

Claims

回転工具を収納し、雄テーパー部を有する工具ホルダを、回転する回転工具用主軸であり、
先端に前記雄テーパー部に対応する円錐穴を有する中空主軸を備え、
この中空主軸に、前記雄テーパー部が前記円錐穴に正しく取付けられていることを検出する流体通路及び流体を吹き出す開口が設けられている工具着座確認機能付き回転工具用主軸において、
前記中空主軸は、コレットチャック機構を収納すると共に前記円錐穴を有する前半部分と、前記コレットチャック機構を操作するドローバーを後進させる皿ばねを収納するばね収納室を有する後半部分とからなり、
前記流体通路は、前記後半部分では、前記皿ばねの外周と前記ばね収納室の壁面との間の隙間で構成され、前記前半部分では、前記中空主軸の肉厚内に少なくとも２本設けられ、
前記前半部分における前記流体通路の入口は、前記ばね収納室の円筒面に設けられており、
前記開口は、前記円錐穴から外れた部位に設けられていることを特徴とする工具着座確認機能付き回転工具用主軸。
請求項１記載の工具着座確認機能付き回転工具用主軸であって、
前記円錐穴から外れた部位は、前記円錐穴の小径端から延びる円筒部であることを特徴とする工具着座確認機能付き回転工具用主軸。
請求項１又は請求項２記載の工具着座確認機能付き回転工具用主軸であって、
前記開口は、吹き出した流体が前記雄テーパー部に衝突する位置に設けられていることを特徴とする工具着座確認機能付き回転工具用主軸。