JPH07266110A - 工作機械の工具保持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具のテーパー部及び主軸のテーパー部の磨
耗を抑制する。 【構成】 本発明に係る工作機械の工具保持構造は、工
作機械の主軸１２の先端に形成されたテーパー部１２ｔ
に対し、工具１４の背面に形成されたテーパー部１４ｓ
を係合させることにより、主軸１２に対して工具１４を
位置決めし、さらに、工具１４を連結部材１６により主
軸１２の側に引きつけることにより、その主軸１２に対
して工具１４を固定する工作機械の工具保持構造におい
て、工具１４が主軸１２に対して固定された状態で、工
具１４のテーパー部１４ｓの周囲に形成された受け面１
４ｕが主軸１２の先端面１２ｄに面接触するとともに、
主軸１２のテーパー部１２ｔと工具１４のテーパー部１
４ｓとの間には所定のクリアランスが設けられている。
これによって、加工中、工具１４に対して曲げモーメン
ト等が加わった場合でも、この力が工具１４の受け面１
４ｕで受けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸の先端
に形成されたテーパー部に対し、工具の背面に形成され
たテーパー部を係合させることにより、前記主軸に対し
て前記工具を位置決めし、さらに、前記工具を連結部材
により前記主軸側に引き付けることにより、その主軸に
対して前記工具を固定する工作機械の工具保持構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】これに関連する従来の技術が特開平５−
７７１２９号公報に記載されており、この概要が図３に
示されている。一般的に、多種類のワークの加工を行う
ラインでは、工具の取り替えが頻繁に行われる。このた
め、工具を工作機械に保持する構造は、工具の取り替え
が簡単に、かつ、自動的に行える構造が要求される。図
３に示される従来の工具保持構造は、工具の高速自動取
り替えを可能にするための構造であり、工作機械の主軸
２にはその中央にテーパー凹部２ｔが形成されている。
一方、工具４の背面には、主軸２のテーパー凹部２ｔと
等しい傾きを有するテーパーシャンク部４ｓが形成され
ており、このテーパーシャンク部４ｓが前記主軸２のテ
ーパー凹部２ｔに係合することにより、前記主軸２に対
する工具４の位置決めが行なわれる。また、前記主軸２
の内部軸方向にはドローバー（図示されていない）が軸
方向に変位できるように収納されており、そのドローバ
ーの先端に前記テーパーシャンク部４ｓのフランジ部４
ｆを把持するチャック６が装着されている。この構造に
より、前記チャック６がテーパーシャンク部４ｓのフラ
ンジ部４ｆを把持した状態で、ドローバーが前記工具４
を主軸２の方向に引き込むと、前記主軸２のテーパー凹
部２ｔと工具４のテーパーシャンク部４ｓとが密着状態
で面接触し、工具４は主軸２に対して位置決めされた状
態で堅固に固定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の工具保
持構造は、主軸２のテーパー凹部２ｔに対して工具４の
テーパーシャンク部４ｓを面接触させることにより、そ
の工具４を主軸２に固定する構造である。このため、前
記工具４を主軸２に対して確実に固定するためには、主
軸２の先端面２ｄと工具４の把持部４ｈの上面４ｕとの
間に隙間Ｄを設ける必要がある。しかしながら主軸２の
先端面２ｄと工具４の把持部４ｈの上面４ｕとの間に隙
間Ｄがあると、例えば、加工により工具４に対して曲げ
モーメント、即ち、軸に対して交差する方向の力による
モーメントＭが加わった場合に、この力を全てテーパー
シャンク部４ｓの側面Ｎで受けることになる。このた
め、工具４に大きな負荷をかけた状態で切削を継続させ
た場合等は、経時的にテーパーシャンク部４ｓおよび主
軸２のテーパー凹部２ｔに磨耗が生じて、主軸２に対す
る工具４の位置決め精度が低下する。また、主軸２の先
端面２ｄと工具４の把持部４ｈの上面４ｕとの間に隙間
Ｄがあることによって、前記曲げモーメントＭ等に起因
した振動が生じやすく、加工精度が低下する。本発明の
技術的課題は、工具のテーパーシャンク部の周囲面と主
軸の先端面とが面接触するようにして、これらの面で工
具に加わる曲げモーメントＭを受けるようにすることに
より、テーパーシャンク部および主軸のテーパー凹部に
力が加わり難くしてテーパーシャンク部等の磨耗を低減
させること、さらに、工具の振動も抑制しようとするも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段、作用、効果】

〔課題を解決するための請求項１に係る手段〕上記した
課題は、以下の特徴を有する工作機械の工具保持構造に
よって解決される。即ち、請求項１に係る工作機械の工
具保持構造は、工作機械の主軸の先端に形成されたテー
パー部に対し、工具の背面に形成されたテーパー部を係
合させることにより、前記主軸に対して前記工具を位置
決めし、さらに、前記工具を連結部材により前記主軸側
に引きつけることにより、その主軸に対して前記工具を
固定する工作機械の工具保持構造において、前記工具が
前記主軸に対して固定された状態で、前記工具のテーパ
ー部の周囲に形成された受け面が前記主軸の先端面に面
接触するとともに、主軸のテーパー部と工具のテーパー
部との間には所定のクリアランスが設けられる。なお、
前記クリアランスは加工誤差が生じない範囲の値に設定
されている。 〔請求項１に記載された発明の作用〕本発明によると、
工具が主軸に対して固定された状態で、工具のテーパー
部の周囲に形成された受け面と、主軸の先端面とは面接
触する。このため、例えば、加工により工具に対して曲
げモーメント、即ち、軸に対して交差する方向の力によ
るモーメントが加わった場合でも、この曲げモーメント
に起因した力が工具の受け面及び主軸の先端面で受けら
れる。さらに、主軸のテーパー部と工具のテーパー部と
の間には所定のクリアランスが設けられているために、
前記曲げモーメントに起因した力は工具のテーパー部及
び主軸のテーパー部には加わることはない。このため、
前記テーパー部が経時的に磨耗することはほとんどな
い。さらに、工具の受け面はテーパー部の周囲に形成さ
れており、この面が主軸の先端面に面接触している。即
ち、前記工具の背面は中心から半径方向に離れた部位が
主軸の先端面によって支持されており、かつ、主軸の先
端面と工具の背面との間には隙間がない。このために、
前記曲げモーメント等に起因した工具の振動が抑制され
る。また、工具が主軸に対して固定された状態で、主軸
のテーパー部と工具のテーパー部との間には所定のクリ
アランスが設けられるために、両テーパー部が工具の受
け面と主軸の先端面との面接触を妨げることはない。な
お、両テーパー部の間にクリアランスが設けられていて
も、工具の受け面と主軸の先端面とは面接触しているた
めに、加工中に工具が位置ずれを起こすことはない。 〔請求項１に記載された発明の効果〕本発明によると、
工具のテーパー部及び主軸のテーパー部が経時的に磨耗
することがないために、工具の位置決め精度が低下する
ことはない。また、加工中に工具の振動が抑制されるた
めに、加工精度が向上する。

【０００５】〔課題を解決するための請求項２に係る手
段〕上記した課題は、以下の特徴を有する工作機械の工
具保持構造によって解決される。即ち、請求項２に係る
工作機械の工具保持構造は、請求項１に記載された工作
機械の工具保持構造において、前記連結部材は、前記主
軸の内部軸方向に収納された棒状部材であってその先端
部には鉤部が形成されており、一方、工具の背面にも鉤
部が形成されており、前記連結部材が前記工具に対して
軸回りに所定角度だけ相対回動することにより、その連
結部材の鉤部と前記工具の鉤部とが係合する。 〔請求項２に記載された発明の作用〕本発明によると、
連結部材が工具に対して軸回りに所定角度だけ相対回動
することにより連結部材の鉤部と工具の鉤部とが係合し
て、前記連結部材と工具とが鉤部を介して連結される。
このため、従来のチャック方式のように、爪部を半径方
向に拡開させるための空間が不要になり、比較的小さな
空間で大型の連結部材を収納することが可能になる。し
たがって、主軸のサイズが同じであれば、従来よりも大
型の連結部材を装着することが可能になり、強力な引き
つけ力で工具を主軸に固定することができるようにな
る。 〔請求項２に記載された発明の効果〕本発明によると、
従来よりも工具の引きつけ力が向上するために、前記工
具に大きな負荷を加えることが可能になる。

【０００６】

【実施例】以下、図１、図２に基づいて、本発明の一実
施例に係る工作機械の工具保持構造について説明する。
ここで、図１は、主軸１２に切削工具１４が固定された
状態の縦断面図、図２は、図１のII-II 矢視図であり、
切削工具１４と連結部材であるドローバー１６との関係
を表す平面図である。前記切削工具１４は、図１に示さ
れるように、先端面及び内側面に複数の刃１４ｃを備え
る平面円形の多刃工具であり、その切削工具１４の背面
には縁の部分に一定の幅でリング状の受け面１４ｕが形
成されている。また、前記受け面１４ｕの半径方向内側
には、同じくリング状に所定の傾きでテーパー凸部１４
ｓが同軸に形成されている。さらに、前記テーパー凸部
１４ｓの半径方向内側には、花弁部１４ｆが形成されて
おり、その花弁部１４ｆの中心側に、図２に示されるよ
うに、内鉤部１４ｋと切欠き部１４ａとが周方向に45°
間隔で交互に設けられている。

【０００７】前記主軸１２は、前記切削工具１４を回転
させる部材であり、図１に示されるように、中央軸方向
に貫通孔１２ｈが形成されている。さらに、前記主軸１
２の先端部分では、貫通孔１２ｈの壁部が面取りされ
て、前記切削工具１４のテーパー凸部１４ｓと等しい傾
きのテーパー凹部１２ｔがリング状に形成されている。
ここで、主軸１２のテーパー凹部１２ｔは、前記切削工
具１４のテーパー凸部１４ｓと等しい径及び等しい幅で
形成されている。また、主軸１２には、テーパー凹部１
２ｔの周囲に所定の幅でリング状の先端面１２ｄが形成
されている。この構造により、切削工具１４のテーパー
凸部１４ｓが主軸１２のテーパー凹部１２ｔに係合し、
切削工具１４の受け面１４ｕが主軸１２の先端面１２ｄ
に面接触した状態で、前記切削工具１４は主軸１２に対
して同軸に位置決めされる。ここで、切削工具１４の受
け面１４ｕが主軸１２の先端面１２ｄに面接触した状態
で、切削工具１４のテーパー凸部１４ｓと主軸１２のテ
ーパー凹部１２ｔとの間には約 20 μm のクリアランス
が設けられる。

【０００８】前記主軸１２の貫通孔１２ｈの内部には、
その主軸１２と同軸に円柱形のドローバー１６が軸方向
に変位可能な状態で収納されている。前記ドローバー１
６の基端部は図示されていない動作機構に連結されてお
り、その動作機構の働きにより所定のタイミングで軸回
りに回動されるとともに軸方向に変位できるようになっ
ている。また、ドローバー１６の先端部には、周方向に
90°間隔で四個の花弁状の外鉤部１６ｋが設けられてい
る。前記ドローバー１６の外鉤部１６ｋは、図２（Ｂ）
に示されるように、切削工具１４の花弁部１４ｆに形成
された切欠き部１４ａよりも一回り小さく成形されてい
る。このため、前記外鉤部１６ｋの位相が切削工具１４
の切欠き部１４ａの位相と一致すると、ドローバー１６
は切削工具１４と無関係に軸方向に移動できるようにな
る。また、ドローバー１６の先端が切削工具１４の花弁
部１４ｆの内部に収納された状態で軸回りに45°回動し
て、図２（Ａ）に示されるように、外鉤部１６ｋの位相
が切削工具１４の内鉤部１４ｋの位相と一致すると、ド
ローバー１６が図１中上方に変位する際に外鉤部１６ｋ
と切削工具１４の内鉤部１４ｋとが当接し、前記切削工
具１４はドローバー１６に連結される。これによって、
ドローバー１６はその切削工具１４を主軸１２の側に引
きつけることができるようになる。ここで、ドローバー
１６の引き込み力は約 2トン〜4 トンに設定されてい
る。即ち、前記ドローバー１６等が本発明の連結部材に
相当する。

【０００９】次に、切削工具１４を主軸１２に固定する
手順を説明する。先ず、図示されていないオートツール
チェンジャーの工具把持アームが切削工具１４の外周部
を把持して、その切削工具１４のテーパー凸部１４ｓを
主軸１２のテーパー凹部１２ｔに係合させるとともに、
受け面１４ｕを主軸１２の先端面１２ｄに面接触させ
る。この状態で、ドローバー１６が軸回りに所定角度だ
け回動されて、ドローバー１６の外鉤部１６ｋの位相が
切削工具１４の切欠き部１４ａの位相に合わせられる。
次に、前記ドローバー１６が所定量だけ主軸の先端側に
移動して、その外鉤部１６ｋが切削工具１４の切欠き部
１４ａを通過し、ドローバー１６の先端が花弁部１６ｆ
の内側に収納される。この状態から、ドローバー１６が
軸回りに約45°回動されることにより、外鉤部１６ｋの
位相が切削工具１４の内鉤部１４ｋの位相に合わせられ
てドローバー１６と切削工具１４とが連結される。そし
て、前記ドローバー１６が約 2トン〜4 トンの力で切削
工具１４を主軸１２の方向に引き込むことにより、前記
切削工具１４は主軸１２に対して位置決めされた状態で
固定される。前記切削工具１４が主軸１２に対して固定
された状態では、切削工具１４の受け面１４ｕは主軸１
２の先端面１２ｄに密着状態で面接触し、切削工具１４
のテーパー凸部１４ｓと主軸１２のテーパー凹部１２ｔ
との間には約 20 μm のクリアランスが設けられる。ま
た、切削工具１４を主軸１２から取り外すには、上記と
逆の手順でドローバー１６を動作させる。

【００１０】本実施例によると、切削工具１４が主軸１
２に対して固定された状態で、切削工具１４のテーパー
凸部１４ｓの周囲に形成された受け面１４ｕと、主軸１
２の先端面１２ｄとは面接触する。このため、加工によ
り切削工具１４に対して曲げモーメント、即ち、軸に対
して交差する方向の力によるモーメントが加わった場合
でも、この曲げモーメントに起因した力は切削工具１４
の受け面１４ｕ及び主軸１２の先端面１２ｄで受けられ
る。さらに、主軸１２のテーパー凹部１２ｔと切削工具
１４のテーパー凸部１４ｓとの間には約 20 μm のクリ
アランスが設けられているために、前記曲げモーメント
に起因した力は切削工具１４のテーパー凸部１４ｓ及び
主軸１２のテーパー凹部１２ｔには加わることはない。
このため、前記テーパー凸部１４ｓ及びテーパー凹部１
２ｔが経時的に磨耗することはほとんどなく、切削工具
１４の位置決め精度が低下することはない。さらに、切
削工具１４の受け面１４ｕと主軸１２の先端面１２ｄと
が面接触しており、主軸１２と切削工具１４の背面との
間には隙間がないために、前記曲げモーメント等に起因
した切削工具１４の振動が抑制されて、加工精度が向上
する。

【００１１】また、切削工具１４が主軸１２に対して固
定された状態で、主軸１２のテーパー凹部１２ｔと切削
工具１４のテーパー凸部１４ｓとの間にはクリアランス
が設けられるために、両テーパー部１２ｔ，１４ｓが切
削工具１４の受け面１４ｕと主軸１２の先端面１２ｄと
の面接触を妨げることはない。なお、両テーパー部１２
ｔ，１４ｓの間にクリアランスが設けられていても、切
削工具１４の受け面１４ｕと主軸１２の先端面１２ｄと
は 2トン以上の力で面接触しているために、加工中に工
具が位置ずれを起こすことはない。

【００１２】さらに、ドローバー１６が切削工具１４に
対して軸回りに所定角度だけ回動することによりドロー
バー１６の外鉤部１６ｋと切削工具１４の内鉤部１４ｋ
とが係合して、前記ドローバー１６と切削工具１４とが
外鉤部１６ｋ、内鉤部１４ｋを介して連結される。この
ため、従来のチャック方式のように、爪部を半径方向に
拡開させるための空間が不要になり、比較的小さな空間
で大径のドローバー１６を収納することが可能になる。
したがって、主軸１２のサイズが同じであれば、従来よ
りも大型のドローバー１６を装着することが可能にな
り、強力な引きつけ力で切削工具１４を主軸１２に固定
することができるようになる。このため、切削工具１４
に大負荷を加えることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る工作機械の工具保持構
造を表す縦断面図である。

【図２】切削工具と連結部材であるドローバーとの関係
を表す平面図である。

【図３】従来の工作機械の工具保持構造を表す縦断面図
である。

【符号の説明】

１２ 主軸 １２ｄ テーパー凹部 １２ｄ 先端面 １４ 切削工具 １４ｓ テーパー凸部 １４ｕ 受け面 １４ｋ 内鉤部 １６ ドローバー（連結部材） １６ｋ 外鉤部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸の先端に形成されたテー
   パー部に対し、工具の背面に形成されたテーパー部を係
   合させることにより、前記主軸に対して前記工具を位置
   決めし、さらに、前記工具を連結部材により前記主軸側
   に引きつけることにより、その主軸に対して前記工具を
   固定する工作機械の工具保持構造において、 前記工具が前記主軸に対して固定された状態で、前記工
   具のテーパー部の周囲に形成された受け面が前記主軸の
   先端面に面接触するとともに、主軸のテーパー部と工具
   のテーパー部との間には所定のクリアランスが設けられ
   るとを特徴とする工作機械の工具保持構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された工作機械の工具保
   持構造において、 前記連結部材は、前記主軸の内部軸方向に収納された棒
   状部材であってその先端部には鉤部が形成されており、
   一方、工具の背面にも鉤部が形成されており、前記連結
   部材が前記工具に対して軸回りに所定角度だけ相対回動
   することにより、その連結部材の鉤部と前記工具の鉤部
   とが係合することを特徴とする工作機械の工具保持構
   造。