JP7489902B2

JP7489902B2 - 工具ホルダ及び工作機械

Info

Publication number: JP7489902B2
Application number: JP2020188860A
Authority: JP
Inventors: 顕秀浜口; 俊介藤巻
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2040-11-12
Also published as: JP2022077830A

Description

本発明は、工具とワークとを相対移動させながら加工を行う工作機械において、加工中に工具に発生する振動を抑制する機能を有する工具ホルダと、当該工具ホルダを備える工作機械とに関するものである。

回転可能なワークに工具を支持させ、工具及びワークを送りながら相対移動させて、ワークに加工を施すといった工作機械において、中ぐり加工のように、工具を大きな突き出し量で使用する場合がある。このような工具を保持する工具ホルダには、すり割り構造を有した工具挿入穴に工具を差し込んでボルト締めすることで固定するものが知られている（非特許文献１参照）。
図１１は、従来のすり割り工具ホルダ３０の構成を示す概略構成図である。便宜上図１１における工具１０の先端側（チップ１１側）を前方、工具ホルダ３０の上側を上方として説明する。図１２は、図１１の断面Ｃ－Ｃ（前後上下方向で規定される面での断面）における、すり割り工具ホルダ３０の構成を示す概略構成図である。本事例では、旋回タレット２１を有する旋盤２０に適用した場合となっている。
すり割り工具ホルダ３０は、工具１０の直径以下の工具挿入穴３１と、工具挿入穴３１とすり割り工具ホルダ３０の外側と繋がり、工具１０の長手方向に対して貫通して開口したスリット３２を有している。さらに、すり割り工具ホルダ３０を旋回タレット２１の外周の取付面２２に固定するためのホルダ固定用ボルト３と、工具１０の円周方向の角度位置をすり割り工具ホルダ３０に対して固定するための工具位相固定用ボルト３３と、工具１０を挿入できるように工具挿入穴３１の直径を大きくするためのホルダ拡開用ボルト６とを備えている。
工具設定を行う際には、ホルダ拡開用ボルト６を締め込んでスリット３２の下面に押し当てて、工具挿入穴３１の直径を大きくして工具１０を後端から挿入する。次に、工具１０を所望の突き出し長さと角度位置に調整して、工具位相固定用ボルト３３を用いて工具１０の角度を固定する。最後に、ホルダ拡開用ボルト６を緩めた後で、ホルダ固定用ボルト３を締め込むことで、すり割り工具ホルダ３０を旋回タレット２１に固定するとともに、工具１０に対する接触圧力を高めて工具１０を固定する。

突き出し量が大きい工具１０を使用する場合、工具剛性の低下により、大きな加工振動（以後、びびりと表す）が発生することがあり、工具１０の欠損や加工面品位の不良などの問題を引き起こす。すり割り工具ホルダ３０では、工具位相固定用ボルト３３やホルダ固定用ボルト３による保持剛性を向上させればある程度の振動抑制効果は期待できるが、保持構造の向上には限界がある。
そこで、びびりを効果的に抑制するための従来技術として、特許文献１には、工具に減衰構造（制振ピース）を設けて振動減衰性を向上させる発明が開示されている。また、特許文献２には、制御により主軸の回転数を連続的に変動させる発明が開示されている。

「究極の防振工具」サンドビック株式会社コロマントカンパニー、第４頁「バイトのクランプ方法について」、［令和２年１０月１９日検索］、インターネット＜URL:https://www.sandvik.coromant.com/SiteCollectionDocuments/downloads/jp/brochures/CG-036J-R2_SilentTools.pdf＞

特開２００５－１７７９７３号公報特開昭４９－１０５２７７号公報

しかし、特許文献１の方法では、高い減衰性を得られる一方で、各工具に減衰構造を設ける必要があるため高価となり、汎用性に課題がある。また、特許文献２の方法では、あらゆる工具において振動抑制効果が得られる一方で、モータ性能の制約などにより、高速回転時では効果的な制御が行えなくなるなどの課題がある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みなされたものであって、低コストで汎用的でありながら、安定して高い振動抑制効果が得られる工具ホルダ及び工作機械を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち、第１の発明は、工作機械に設けられて工具挿入穴を有し、前記工具挿入穴に挿入された工具を固定手段によって固定する工具ホルダであって、
前記工具挿入穴の内面は、加工による振動が発生した際に前記工具ホルダに対する前記工具の相対移動を規制する固定力で前記工具を前記固定手段によって固定可能な工具固定部と、
前記工具固定部よりも低い固定力で前記工具を保持可能で、前記加工による振動が発生した際に前記工具ホルダに対する前記工具の相対移動を許容可能な工具接触部と、を含んでなり、
少なくとも前記工具接触部と連通するスリットが、前記工具挿入穴の軸線方向に沿って形成されていることを特徴とする。
第１の発明の別の態様は、上記構成において、前記工具接触部は、前記工具固定部よりも前記工具の先端側に設けられていることを特徴とする。
第１の発明の別の態様は、上記構成において、前記固定手段は、前記工具ホルダへのねじ込みにより前記工具を前記工具挿入穴に押圧固定する工具固定用ボルトであることを特徴とする。
第１の発明の別の態様は、上記構成において、前記スリットは、外部に開口していることを特徴とする。
第１の発明の別の態様は、上記構成において、前記工具接触部を径方向に拡開可能な拡開機構を備えることを特徴とする。
第１の発明の別の態様は、上記構成において、前記工具接触部の横断面形状は、前記工具の横断面形状と形状及び大きさが等しいか、或いは前記工具の横断面形状と形状が同じで大きさが小さいことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち、第２の発明は、工作機械であって、第１の発明の何れかに記載の工具ホルダを備えることを特徴とする。

本発明によれば、既存のすり割り工具ホルダと同程度の製作コスト、かつ、同程度の設定工数でも、あらゆる工具に対して汎用的に高い減衰性を安定して付与することができる。よって、低コストで汎用的でありながら、安定して高い振動抑制効果を得ることができ、高能率な加工を実現することができる。

工具ホルダの構成を示す概略構成図である。図１の断面Ａ－Ａにおける工具ホルダの構成を示す概略構成図である。図１の断面Ｂ－Ｂにおける工具ホルダの構成を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。工具ホルダの変更例を示す概略構成図である。既存の工具ホルダの構成を示す概略構成図である。図１１の断面Ｃ－Ｃにおける工具ホルダの構成を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、工具ホルダ１の構成を示す概略構成図である。便宜上図１における工具１０の先端側（チップ１１側）を前方、工具ホルダ１の上側を上方として説明する。図２は、図１の断面Ａ－Ａ（前後上下方向で規定される面での断面）における概略構成図である。図３は、図１の断面Ｂ－Ｂ（前後左右方向で規定される面での断面）における概略構成図である。本事例では、工具ホルダ１を、工作機械の一例である旋盤２０の旋回タレット２１に適用している。工具１０は、横断面が略円形状で、先端にチップ１１を備えている。
工具ホルダ１は、旋回タレット２１の外周の取付面２２に固定されるブロック状である。工具ホルダ１には、工具１０が後端から挿入される工具挿入穴２が、前後方向に貫通形成されている。工具挿入穴２を挟んで工具ホルダ１の左右には、工具ホルダ１を取付面２２に固定するホルダ固定用ボルト３，３・・が、前後方向に３本ずつ配置されている。
工具挿入穴２は、後側の工具固定部２Ａと、前側の工具接触部２Ｂとを同軸で有している。工具固定部２Ａは、工具１０の直径以上となる内径で形成されている。工具接触部２Ｂは、工具１０の直径以下となる内径で形成されている。

工具固定部２Ａの上側で工具ホルダ１には、工具挿入穴２に挿入された工具１０を上方から押圧固定するための２本の工具固定用ボルト４，４が、前後に配置されている。
工具ホルダ１の前部右側には、工具接触部２Ｂを工具ホルダ１の外側と連通させるスリット５が、取付面２２と平行に形成されている。スリット５の上側で工具ホルダ１には、ねじ込み操作によってスリット５の下面を押圧することで、工具接触部２Ｂの内径を拡開可能なホルダ拡開用ボルト６（拡開機構）が設けられている。但し、スリット５及びホルダ拡開用ボルト６は、工具ホルダ１の前部左側にあってもよい。

以上の如く構成された工具ホルダ１において、工具設定を行う際には、ホルダ固定用ボルト３を締め込んで、工具ホルダ１を旋回タレット２１の取付面２２に固定する。次に、ホルダ拡開用ボルト６を締め込んでスリット５の下面に押し当てて、工具接触部２Ｂの直径を拡げた状態とし、工具挿入穴２に工具１０を後端から挿入する。続いて、工具１０を所望の突き出し長さと角度位置に調整した後、工具固定用ボルト４を締め込み、工具固定部２Ａにおいて工具１０の後端を固定する。最後に、ホルダ拡開用ボルト６を緩めて、工具接触部２Ｂと工具１０とを接触させる。

こうして工具ホルダ１に固定された工具１０によって旋削加工を行う際、加工振動が発生すると、工具ホルダ１と工具１０とは、工具固定部２Ａでは相対移動しない高い固定力で保持されて固定され、工具接触部２Ｂでは相対移動を生じる程度の低い固定力で接触することになる。また、工具接触部２Ｂは、ボルトで締め込まれないため、作業者の設定方法に因らず、工具１０と工具挿入穴２との締め代で接触圧力が決まり、性能ばらつきを抑制することができる。これにより、加工時には、工具ホルダ１の後側での強固な固定により工具１０の位置が変化することなく、前側の接触領域において安定した摩擦減衰が生じて加工振動を抑制することが可能となる。

このように、上記形態の工具ホルダ１及び旋盤２０によれば、工具挿入穴２が、加工による振動が発生した際に工具ホルダ１に対する工具１０の相対移動を規制する固定力で工具１０を工具固定用ボルト４（固定手段）によって固定可能な工具固定部２Ａと、工具固定部２Ａよりも低い固定力で工具１０を保持可能で、加工による振動が発生した際に工具ホルダ１に対する工具１０の相対移動を許容可能な工具接触部２Ｂと、を含んでなる。
よって、既存のすり割り工具ホルダと同程度の製作コスト、かつ、同程度の設定工数でも、あらゆる工具に対して汎用的に高い減衰性を安定して付与することができる。よって、低コストで汎用的でありながら、安定して高い振動抑制効果を得ることができ、高能率な加工を実現することができる。

以下、変更例について説明する。
図４に示す工具ホルダ１Ａのように、工具挿入穴２の開口性を向上させるために、工具接触部２Ｂを挟んだスリット５の反対側に、工具接触部２Ｂと連通して外部に開口しないスリット５ａを前後方向に設けてもよい。外部に開口しないスリットは複数設けてもよい。
図５に示す工具ホルダ１Ｂは、工具接触部２Ｂの上側にも、工具接触部２Ｂと連通して外部に開口するスリット５ｂを前後方向に設けている。このようにスリットの数は増やしてもよい。
図６に示す工具ホルダ１Ｃは、前後方向に加え、スリット５の後端に連続する左右方向のスリット５ｃを形成している。
図７に示す工具ホルダ１Ｄは、工具ホルダ１Ｄの製造を容易にするために、スリット５の上側で工具接触部２Ｂの形成部分を分離した割り型７とし、割り型７をボルト等で組み付けることで工具ホルダ１Ｄを形成している。この割り型の数は増やしてもよい。

図８に示す工具ホルダ１Ｅは、図４のスリット５ａに加え、外側面に、スリット５ａと平行なスリット５ｄを前後方向に設けている。このように工具ホルダ１Ｅの外側にスリット５ｄを設けても、工具挿入穴２の開口性を向上させることができ、工具１０を押さえる力の調整も可能となる。なお、図８において、スリット５ａは省略することもできる。
図９に示す工具ホルダ１Ｆは、図６と異なり、上面に、スリット５の後端に連続しない左右方向のスリット５ｅを形成している。図８，９のように工具ホルダの外側に形成するスリットの方向は適宜変更可能である。
図１０に示す工具ホルダ１Ｇは、工具接触部２Ｂを工具ホルダ１Ｇの外側と連通させるスリット５を、取付面２２と平行でなく、後方へ向かうに従って取付面２２へ近づくように下向きに傾斜させて形成している。このようなスリット５の角度変更も可能である。この傾斜は、下向きでなく上向きであってもよい。
各変更例を適宜組み合わせることもできる。

一方、上記形態では、工具ホルダに対して、前側（工具接触部側）にのみスリットを設けているが、前側の工具接触部の穴径を後側の工具固定部の穴径よりも大きくした上で、既存のすり割り工具ホルダと同様に工具挿入穴の全長にわたりスリットを設けてもよい。この場合も工具固定部を工具固定用ボルトで締め込むことで、前側に、工具と工具ホルダとが相対移動可能な低い固定力で工具が保持される工具接触部を形成できる。
上記形態では、工具ホルダの外部に開口するスリットを設けているが、工具挿入穴に、工具ホルダの外部に開口しないスリットのみを設けて、同様の拡開変形を生じさせてもよい。
上記形態では、ホルダ拡開用ボルトを締め込んで工具挿入穴の直径を大きくして工具を挿入した後、ホルダ拡開用ボルトを緩めて工具を接触させているが、工具挿入穴の直径を工具の直径よりも大きくした上で、ボルトの締め込み等で工具挿入穴を小さくすることで接触させてもよい。
上記形態では、ホルダ拡開用ボルトを用いて工具ホルダを変形させているが、ばねや梃子などを用いて変形させてもよいことはいうまでもない。

上記形態では、工具固定部と工具接触部とを同軸で形成しているが、互いに中心がずれるように形成してもよい。工具固定部と工具接触部との穴径や両者の横断面形状も適宜変更可能である。特に横断面形状は、円形に限らず、楕円形や多角形等、工具の横断面形状に合わせて選択できる。
上記形態では、工具固定部を後側、工具接触部を前側にそれぞれ配置しているが、前後逆に配置してもよい。工具固定部を工具挿入穴の後部でなく中間部に配置し、その前側又は後側に工具接触部を配置してもよい。
その他、本発明の工具ホルダは、旋盤以外の工作機械にも適用できる。

１，１Ａ～１Ｇ・・工具ホルダ、２・・工具挿入穴、２Ａ・・工具固定部、２Ｂ・・工具接触部、３・・ホルダ固定用ボルト、４・・工具固定用ボルト、５，５ａ～５ｅ・・スリット、６・・ホルダ拡開用ボルト、７・・割り型、１０・・工具、２０・・旋盤、２１・・旋回タレット、２２・・取付面。

Claims

工作機械に設けられて工具挿入穴を有し、前記工具挿入穴に挿入された工具を固定手段によって固定する工具ホルダであって、
前記工具挿入穴の内面は、加工による振動が発生した際に前記工具ホルダに対する前記工具の相対移動を規制する固定力で前記工具を前記固定手段によって固定可能な工具固定部と、
前記工具固定部よりも低い固定力で前記工具を保持可能で、前記加工による振動が発生した際に前記工具ホルダに対する前記工具の相対移動を許容可能な工具接触部と、を含んでなり、
少なくとも前記工具接触部と連通するスリットが、前記工具挿入穴の軸線方向に沿って形成されていることを特徴とする工具ホルダ。
前記工具接触部は、前記工具固定部よりも前記工具の先端側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
前記固定手段は、前記工具ホルダへのねじ込みにより前記工具を前記工具挿入穴に押圧固定する工具固定用ボルトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具ホルダ。
前記スリットは、外部に開口していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の工具ホルダ。
前記工具接触部を径方向に拡開可能な拡開機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の工具ホルダ。
前記工具接触部の横断面形状は、前記工具の横断面形状と形状及び大きさが等しいか、或いは前記工具の横断面形状と形状が同じで大きさが小さいことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の工具ホルダ。
請求項１乃至６の何れかに記載の工具ホルダを備える工作機械。