JPH088042Y2 - 工作機械の主軸における工具取付部の構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、工作機械の主軸におけ
る工具取付部の構造に係り、詳しくは該部の寿命を延長
させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】フライス盤、マシニングセンタあるいは
形彫機等の工作機械には、切削や切削加工に供されるフ
ライスや錐等の工具を回転駆動するための主軸が具えら
れている。主軸は主軸頭により回転自在に支持され、電
動モータ等により回動駆動される。主軸の先端には多く
の場合テーパ形状の工具取付穴が形成されており、この
工具取付穴に工具のシャンク部を嵌合・固定させるよう
になっている。

【０００３】図５にはフライス盤の全体を示し、図６に
はその主軸頭の構造を示す。これらの図において主軸１
は主軸頭２の中心部にラジアルローラベアリング３，４
とスラストボールベアリング５により強固に支持されて
いる。したがって、重切削等の場合に発生する大きな加
工分力を受けても主軸１は振れることなく所望の回転が
確保されるのである。

【０００４】一方、主軸１の先端部にはテーパ形状の工
具取付穴６が形成されており、この工具取付穴６に工具
（本図では工具ホルダ）７のテーパシャンク部（以降、
シャンク部と称する）７ａが嵌合する。シャンク部７ａ
の後端（図中右側）にはプルスタッド部７ｂが一体に形
成されており、このプルスタッド部７ｂを主軸１内に設
けられたチャック機構のコレット８がくわえるようにな
っている。

【０００５】チャック機構はコレット８の他、ドローバ
ー９と皿ばね群１０とから構成されており、ドローバー
９，コレット８を介して、皿ばね群１０のばね力でプル
スタッド部７ｂを図中右方に強力に引くことにより工具
７と主軸１との結合が行われる。工具７の交換はドロー
バー９の右端（図示せず）を油圧等で押し、コレット８
がプルスタッド部７ｂを開放することにより行われる。
そして、図示しない工具自動交換装置（以降、ＡＴＣ：
Automatic Tool Changerと称する）を具えたマシニング
センタ等においては、各種の加工に適した工具７をＡＴ
Ｃと上記チャック機構とを連動させて自動的に交換し、
様々な加工が連続して行えるようにしている。

【０００６】主軸１の工具取付穴６と工具７のシャンク
部７ａとのテーパ比は基本的に同一であり、工具取付穴
６側のテーパ比はゲージを用いて厳重に管理されてい
る。また、工具取付穴６の表面は工具７の交換や加工時
の微動に起因する摩耗を防止して加工精度を維持するべ
く、各種の表面硬化処理、例えばモリブデン鋼を用いた
窒化処理，高炭素鋼を用いた焼入処理，耐食鋼を用いた
浸炭処理等を施している。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】上述した表面硬化処理
による工具取付穴６の摩耗防止方法では、ある程度の効
果すなわち寿命が得られるものの、工具の交換頻度や稼
働率が高い場合には短期間（１〜３箇月）で加工精度が
保持できなくなり、テーパ面の再研磨が必要となる。そ
して、再研磨を重ねて行っても、へたり現象と微動摩耗
現象が次第に顕著になり、加工精度保持のため、遂に主
軸１を交換せざるを得なくなるというのが現状であっ
た。この交換作業は主軸頭２の分解等に多大な時間と工
数とを要し、さらに、交換部品（主軸１等）のコストも
高かった。また、交換頻度が高い場合には機械の稼働率
に与える影響も無視できず、早急な改善が求められてい
た。

【０００８】本考案は上記状況に鑑みなされたもので、
従来構造に比べて耐久性の優れた工具取付部の構造を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案による工作機械の
主軸における工具取付部の構造は、主軸の先端部に形成
されたテーパ形状の工具取付穴に工具のシャンク部を嵌
合させて当該工具を取付ける構造であって、該工具取付
穴を形成するテーパ面の該テーパ面に対して直交する方
向のばね定数を該工具取付穴の軸方向に関し変化させた
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】主軸の工具取付穴に工具のシャンク部が嵌合
し、工具が工作機械の主軸に取付けられる。工具取付穴
を形成するテーパ面のテーパ面に対して直交する方向の
ばね定数が工具取付穴の軸方向に沿って変化し、結果と
して、工具取付穴に対してシャンク部がばね定数の大き
い個所で強く接触して、工具が主軸に強固に取付けられ
る。

【００１１】すなわち、以上のような作用を生じさせる
ように構成することとしたのは、次のような理由によ
る。

【００１２】図６に示されたプルスタッド７ｂを強力に
引くことにより工具７と主軸１との間の結合が行われる
が、工具取付穴６の軸方向長さがある程度以上ないと、
工具７の主軸スピンドルとの同心度及び平行度等の工具
７の軸心精度が悪くなる。この一方、工具取付穴６の接
触面の軸方向長さが長いと、プルスタッド７ｂを強力に
引張っても工具取付穴６のテーパ面に発生する面圧は小
さいものとなる。従って、加工の際に生ずる外力が工具
７に作用すると、工具取付穴６の主軸端部である大径端
部に、工具取付穴６と工具７との間の嵌合面の分離及
び、剪断力の集中が生じる。つまり、プルスタッド引張
り時における面圧が低い現状のものは、大径端部に、分
離による開口と相対すべりが発生し、このような理由か
ら該部の耐久性が低いことが判明した。

【００１３】すなわち、本考案の構造として、例えば、
工具取付穴のテーパ面直角方向のばね定数を大径端部側
で大きくなるように変化させることとすれば、プルスタ
ッドの引張力がばね定数の大きな大径端部の部分に有効
に作用して、該部の面圧を大きくすることができる。従
って、加工外力が作用した時の該部の開口や相対すべり
の発生を防止でき、テーパ面の寿命を大幅に向上するこ
とが可能となる。なお、テーパ面は、従来の構造と同一
のため、工具の軸心精度は従来と同様となる。

【００１４】

【実施例】本考案の第１実施例を図面に基づき具体的に
説明する。尚、実施例の説明にあたっては、前述した従
来の例における部材と同一の部材に同一の符号を付し、
重複する説明を省略する。

【００１５】図１は、本実施例に係る主軸の工具取付部
の拡大半断面を示している。この図に表すように、主軸
１の先端部内周側の一部を円筒状に切欠いて嵌合面１ａ
を主軸１に形成する。この嵌合面１ａには、この面と嵌
合する外周面である嵌合面１１ｃを有したブシュ１１が
焼嵌めあるいは圧入等の方法で接合されており、ブシュ
１１の内周面にはテーパ形状をした工具取付穴１６が形
成されている。工具取付穴１６の右端部である小径端部
と左端部である大径端部との間のほぼ中央部から小径端
部の範囲にわたって、嵌合面１１ｃと工具取付穴１６の
テーパ面との間を同心円状に全円周切欠く切欠部１１ｂ
を設け、残された工具取付穴１６側の部分で薄肉テーパ
部１１ａを形成する。

【００１６】尚、工具取付穴１６及び嵌合面１ａ，１１
ｃは、従来と同様に表面硬化処理が施されている。

【００１７】次に、以上のような構成のブシュ１１を有
した主軸１による工具７の把持の際の作用について説明
する。

【００１８】すなわち、本実施例の構造によれば、工具
取付穴１６の中央部から小径端部にわたって片持状の構
造とした為、薄肉テーパ部１１ａのテーパ面に対して直
交する方向のばね定数（面圧／テーパ面に直交方向の変
位）を、大径端部では従来と同様に大きいままとしつ
つ、小径端部では小さくなるように変化させることが出
来た。従って、プルスタッド７ｂの引張力がばね定数の
大きな大径端部の部分に有効に作用して、この部分の面
圧を高くすることが可能となった。

【００１９】以上より、加工の際の外力作用時に、該部
の開口や相対的なすべりの発生を防止でき、テーパ面の
寿命を大幅に向上することができた。

【００２０】次に、本考案の第２実施例を図２に基づき
具体的に説明する。尚、実施例の説明にあたっては、前
述した従来の例における部材と同一の部材に同一の符号
を付し、重複する説明を省略する。

【００２１】図２は、本実施例に係る主軸の工具取付部
の拡大半断面を示している。この図に表すように、主軸
１の先端部外周側の一部を円環状に切欠いて嵌合面１ｂ
を主軸１に形成する。この嵌合面１ｂには、この面と嵌
合する内周面である嵌合面２１ｄを有したブシュ２１が
接合されており、ブシュ２１の内周側には、テーパ形状
をした薄肉テーパ部２１ａが形成されている。また、薄
肉テーパ部２１ａの右端部には、ばね定数を大きくする
為の厚肉部２１ｂが形成されている。

【００２２】すなわち、本実施例によれば、第１実施例
と同様に中央部から小径端部に向ってばね定数は小さく
なるが、厚肉部２１ｂを有する為、小径端部において若
干ばね定数が大きくなる。従って、工具取付穴２６の大
径端部と小径端部の２個所で工具７が強固に固着される
こととなる。

【００２３】以上より、本実施例は、小径端部でもばね
定数が大きくなることより、加工外力による曲げモーメ
ントが大きいような加工を行う頻度の高い工作機械に向
いている。

【００２４】次に、本考案の第３実施例を図３に基づき
具体的に説明する。尚、実施例の説明にあたっては、前
述した従来の例における部材と同一の部材に同一の符号
を付し、重複する説明を省略する。

【００２５】図３は、本実施例に係る主軸の工具取付部
の拡大半断面を示している。この図に表すように、主軸
１の先端部を円環状に切欠いて、図示しないねじ穴と嵌
合面１ｄを形成した取付部１ｃを主軸１に設ける。そし
て、この嵌合面１ｄに嵌合する嵌合面３１ｂを有すると
共にねじ軸が貫通する図示しない孔部が形成されたブシ
ュ３１が、主軸１に接合されており、ボルト１２が孔部
を貫通して主軸１のねじ孔に締結されて、主軸１にこの
ブシュ３１が固定されている。また、第１実施例及び第
２実施例と同様に工具取付穴３６を形成するテーパ面を
薄肉テーパ部３１ａが構成しており、前述と同様に作用
するので説明を省略する。

【００２６】次に、本考案の第４実施例を図４に基づき
具体的に説明する。尚、実施例の説明にあたっては、前
述した従来の例における部材と同一の部材に同一の符号
を付し、重複する説明を省略する。

【００２７】図４は、実施例に係る主軸の工具取付部の
拡大半断面を示している。この図に表すように、主軸１
の先端部を円環状に切欠いて溶接面１３ａと嵌合面１ｅ
を主軸１に形成する。そして、この嵌合面１ｅと嵌合す
る嵌合面４１ｂを有すると共に溶接面１３ａと対向して
溶接が行われる溶接対象面１３ｂを有するブシュ４１
が、この切欠れた部分に対応して位置している。すなわ
ち、主軸１の溶接面１３ａに対して溶接対象面１３ｂが
溶接されて溶接部１３が形成され、主軸１にブシュ４１
が強固に固定されることとなる。また、第１実施例から
第３実施例までと同様に工具取付穴４６を形成するテー
パ面を薄肉テーパ部４１ａが構成しており、これら実施
例と同様に作用するので説明を省略する。

【００２８】

【考案の効果】本考案によれば、工具取付穴のテーパ面
のばね定数を工具取付穴の軸方向に関して変化させた結
果、プルスタッドを引張って工具と主軸とを結合させた
場合、ばね定数の小さな部分は小さな面圧で外方に脹ら
み、ばね定数の大きな部分に大きな引張力が生じる。従
って、かかるばね定数の大きな部分に大きな面圧を発生
させることが可能となる。

【００２９】以上より、例えば工具取付穴の大径端部を
他の部分と比較してばね定数を大きくすると、小径端部
でテーパ面が膨らみ、小さな面圧となると共に、大径端
部に大きな面圧が発生することとなる。この為、工具を
結合した後、加工外力が作用しても、大径端部の開口に
よるたたき現象や相対すべりによるフレッティング摩耗
等を大幅に押えることが出来、工具取付穴の寿命を大き
く伸ばすことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例に係る主軸の工具取付部の
拡大半断面図である。

【図２】本考案の第２実施例に係る主軸の工具取付部の
拡大半断面図である。

【図３】本考案の第３実施例に係る主軸の工具取付部の
拡大半断面図である。

【図４】本考案の第４実施例に係る主軸の工具取付部の
拡大半断面図である。

【図５】本考案の実施例及び従来の技術が適用されるフ
ライス盤の全体斜視図である。

【図６】従来構造の主軸頭の一例を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 主軸 ２ 主軸頭 ６ 工具取付穴 ７ 工具 ７ａ テーパシャンク部 １１ ブシュ １１ａ 薄肉テーパ部 ２１ ブシュ ２１ａ 薄肉テーパ部 ３１ ブシュ ３１ａ 薄肉テーパ部 ４１ ブシュ ４１ａ 薄肉テーパ部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸の先端部に形成されたテーパ形状の
   工具取付穴に工具のシャンク部を嵌合させて当該工具を
   取付ける構造であって、該工具取付穴を形成するテーパ
   面の該テーパ面に対して直交する方向のばね定数を該工
   具取付穴の軸方向に関し変化させたことを特徴とする工
   作機械の主軸における工具取付部の構造。