JPH0890320A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工時に工具に生じる過負荷を感度良く検出
することにより、工具の破損防止を行う。 【構成】 ホルダ体２に工具保持体１０を円周方向と軸
方向に移動自在に支持し、支持軸１２の後端にカム溝１
６を削設し、カム溝１６と対向した位置にベアリング１
８等により回動自在なカム軸１７をカム溝１６内に転動
可能に嵌入し、ホルダ体２に工具保持体１０を軸方向前
方へ付勢する第１ばね１４と第２ばね９を夫々設け、ホ
ルダ体２と工具保持体１０の外周には互いに臨みあう変
位検出子２３と基準検出子２４を夫々設け、工具１１の
負荷状態に対応して変位検出子２３の円周方向ずれが適
位置範囲内か否かを検出するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、切削加工中の工具、
特にドリル、タップ等の折損及び過負荷を検知する工具
ホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドリル等による切削加工中に切粉の排出
が不良であると切削トルクが増えてドリルがねじ切れた
り、あるいはドリルが摩耗した状態で一定送りで加工す
ると過大なスラスト力を生じ、これによってドリルが座
屈することがあった。

【０００３】上記のような過大なトルク及びスラスト荷
重を検出する工具ホルダとして、特開平５−２３９５３
号があり、これは、ホルダ体と工具保持体の一方の部材
に設けた支持軸に他方の部材を円周及び軸方向に夫々移
動可能に支持し、この支持軸にカム溝を設け、このカム
溝に他方の部材と一体に設けたカム軸を摺動可能に嵌装
しホルダ体の中空孔に設けた負荷設定ばねで前記カム軸
とカム溝を介して工具保持体を軸方向前方と工具回転方
向へ付勢し、ホルダ体の外周と工具保持体の外周とに設
けた複数の検出子を互いに間に臨ませ、工具に生じた過
負荷を、工具保持体とホルダ体の所定量の回転ずれとし
て取出すようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の工具ホルダ
では工具に過負荷トルクが発生したとき、カム溝に対し
てカム軸が滑り案内され、工具保持体に対してホルダ本
体が工具回転方向に相対回転するとともに軸方向前方へ
相対移動するので、工具保持体即ち、工具には送りがか
からず、工具には、それ以上の負荷を生じないために、
工具を保護できる利点があるが、小径（直径１ｍｍ以
下）のドリルでは、正常切削時の切削トルクと、工具が
折損するときのねじり破壊トルクとが極めて接近してお
り、前記のように、カム軸に対してカム軸が滑り案内さ
れるものでは、その滑り摩擦による抵抗が大きく、切削
トルクを越えたねじり破壊トルクより僅かに小さい過負
荷トルクを負荷設定ばねで設定しておき、工具に生じる
トルクがその過負荷トルクとなっても、前記滑り摩擦に
よる抵抗によって、ホルダ本体と工具保持体が相対回転
せず、過負荷トルクを検知できないおそれがあった。

【０００５】また、前記のものでは、過負荷で相対回転
したホルダ本体と工具保持体とを負荷設定ばねのばね力
によりカム軸とカム溝を介して、元の回転方向位置に戻
しているが、この戻し回転を円滑に行うためには、カム
溝の軸線と直交する線に対する傾斜（リード角）を、滑
り摩擦で決定される摩擦角度以下に設定することはでき
ず、従来では工具保持体のホルダ本体に対する相対回転
に要する軸方向移動量が、前記滑り摩擦の摩擦角度に基
づいた値に設定してあり、工具による孔の深さ方向の寸
法誤差を一層少なくするためには、この軸方向移動量を
できるだけ小さくすることが望ましい。

【０００６】本願の課題は、前記従来の工具ホルダにお
けるカム溝とカム軸から成る変換機構を改良し、切削ト
ルクとねじり破損トルクが接近しているような場合で
も、確実に過負荷トルクを検知し得る工具折損予知感度
の高い工具ホルダであって、しかも、工具の軸方向移動
量を一層小さくし得る工具ホルダを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ホルダ体と工具保持体の
いずれか一方の部材の中心から他方の部材へ向けて突出
した支持軸に、他方の部材を円周方向と軸方向に夫々移
動可能に支持し、この支持軸に工具ホルダの回転軸線に
対して傾斜したカム溝を設け、このカム溝に他方の部材
に設けたカム軸を案内して、工具保持体のホルダ体に対
する軸方向移動と円周方向回動との間で移動方向を変換
する機構を構成し、この変換機構を介して、ホルダ体に
対して工具保持体を軸方向前方と工具回転方向とに付勢
する負荷設定ばねを設け、工具保持体にかかる過負荷を
工具保持体とホルダ体の所定量の回転ずれとして取り出
し可能とした工具ホルダにおいて、カム軸をカム溝に転
動案内させたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の工具ホルダでは、変換機構のカム軸を
カム溝に転動案内したことにより、カム溝のリード角を
滑り摩擦の場合に比べて小さく設定でき、軸方向移動量
を小さくでき、しかも転がり摩擦なので、その抵抗も小
さく、過負荷トルクを感度を良く検知することができ
る。

【０００９】

【実施例】次に図面において、本願の工具ホルダの実施
例について説明する。図１に示すように工具ホルダ１の
ホルダ体２は、工作機ＭＣの主軸ＳＰに嵌着されるテー
パーシャンク３ａが形成されたホルダ本体３の後部にプ
ルスタッド４を螺合し、ホルダ本体３の長手中間の把持
部３ｃから後述のホルダ体側の基準検出子２４を前方へ
突出形成している。ホルダ本体３の中心孔３ｂには、工
具回転軸線上に付勢部材６が軸方向へ移動自在に嵌装さ
れ、この付勢部材６は中心孔３ｂ内のプルスタッド４側
にあるボルト７に螺合されたダブルナット８との間に設
けた第２ばね９により前方に付勢されている。第２ばね
９は、ダブルナット４の位置を変えることで、そのばね
強さが調節される。第２ばね９は後述の第１ばね１４と
ともに負荷設定ばねを構成し、そのばね強さは、工具保
持体１０に保持された工具１１にかかるスラスト及びト
ルクの合成負荷の適正負荷範囲の下限以上の負荷範囲を
負担するように設定してある。適正負荷範囲とは使用さ
れる工具１１に対応して設定され、摩耗異常のない工具
による正常加工中にその工具に生じるスラスト及びトル
クの合成負荷範囲を示し、その下限値は正常工具で加工
可能な最低負荷、その上限値は許容最大負荷である。こ
の許容最大負荷は、本実施例では工具１１の突出量を小
さくしたことにより、スラスト方向の負荷に関して極め
て強くしてあるので、工具１１のねじり破壊トルクに設
定してある。又、ホルダ本体３の把持部３ｃ中心から前
方に支持筒部３ｄが突設してあり、支持筒部３ｄの基端
中心部には、中間付勢部材１３が軸方向移動自在に挿通
されている。中間付勢部材１３は図２に示すように、付
勢部材６の内部穴６ａ内に設けた第１ばね１４により前
方に付勢され、その先端が後述の支持軸１２の後端の摺
接面１５にスペーサ３３を介して当接して後述の工具保
持体１０を前方へ付勢している。

【００１０】中間付勢部材１３の後端面１３ａと付勢部
材６の内面６ｂとの間には、図２に示すように工具１１
が無負荷のときに所定間隔Ｌ₁の隙間が生じるようにし
てある。第１ばね１４は、無負荷状態で工具保持体１１
を前方に付勢して前記間隔Ｌ₁ を生じさせる弱いばね力
でよく、中間付勢部材１３の軸方向移動により第１ばね
１４が押圧されて後方に前記所定間隔Ｌ₁ たわんだと
き、そのばね力が適正負荷範囲の下限値以下となるよう
にしてある。

【００１１】次に、工具保持体１０は工具１１を保持す
るコレットチャック２０、支持軸１２、検出筒部１０ｂ
から構成され、検出筒部１０ｂと支持軸１２は締め付け
ナット２１により一体にされている。支持軸外周面１２
ａと前記支持筒部３ｄ中心の支持孔３ｅの間にはころが
り軸受２２が介在され、ホルダ体２に対して工具保持体
１０は回動自在かつ軸方向移動自在に支持されている。
尚、このころがり軸受２２は多数のボールを剛性の高い
保持器で転動自在に保持し螺旋状に配列した周知のもの
である。

【００１２】支持軸１２の後端には、図３に示すように
１８０度対称な位置にカム溝１６が削設してある。カム
溝１６の形状は図４に示すように、軸方向後方に向かっ
て下がり勾配となるように形成してある。また、前記ホ
ルダ体２の支持筒部３ｄには、カム溝１６の一方と対向
した位置にカム軸１７をベアリング１８を介して回動自
在に支持し、カム軸１７の先端部（被案内部材）がカム
溝１６内に転動可能に嵌入されている。これにより、工
具保持体１０のホルダ体２に対する軸方向移動と、工具
保持体１０のホルダ体２に対する円周方向移動との間で
の移動方向の変換機構１９が構成される。中心軸線Ｌに
対するカム溝１６の傾きは、カム軸１７がカム溝１６内
を転動するので、転がり摩擦に基づく極めて小さな傾斜
角となっており、その結果、ホルダ体２に対する工具保
持体１０の軸方向移動量が、従来に比べて小さくなって
いる。またカム溝１６の他方と対向してカム軸１７が設
けていないので回転バランスを取るため、カム軸１７を
設けた側のホルダ体外周が適宜切欠かれている。

【００１３】工具保持体１０側の検出筒部１０ｂ後端部
には複数個の変位検出子２３が円周方向に１２０度間隔
の等ピッチで３つ設けられている。１つの変位検出子２
３は隣合うホルダ体側の基準検出子２４間に臨んでい
る。この変位検出子２３の円周方向両縁が検出開始又は
検出終了を示す検出表示部２５，２６となっている。ま
た、前記ホルダ体側の複数の基準検出子２４は円周方向
に１２０度間隔の等ピッチで３つ形成されている。この
基準検出子２４は低段部２４ａと突出部２４ｂから成
り、低段部２４ａ、突出部２４ｂ及び変位検出子２３の
円周方向長さは夫々３０度に設定してある。基準検出子
２４の突出部２４ｂの円周方向両縁が検出開始又は検出
終了を示すもう一つの検出表示部３１、３２となってい
る。そして、過負荷スラスト荷重や過負荷トルクが無い
状態（図５の無負荷位置Ａ）では、第２ばね９のばね力
で前記変換機構１９を介して検出筒部１０ｂが図５のＺ
方向（回転方向と同じ）へ付勢されているので低段部２
４ａと変位検出子２３が当接した状態を保つ。この状態
では円周方向に隣合う基準検出子２４と変位検出子２３
の相対向する検出表示部（３２と２５及び３１と２６）
間の距離は３０度で一定である。またこの時のカム軸１
７の位置はカム溝１６に対して図４に示す実線位置であ
る。

【００１４】そしてこの工具ホルダ１では、許容最大負
荷が工具１１にかかるまでは、第２ばね９のばね力によ
り変位検出子２３と基準検出子２４とは相対回転位置Ｂ
（回動量α）から過負荷位置Ｃ（回動量β）までの適位
置範囲を保ちつつ回転し、また、過大なトルクが生じ
て、許容最大負荷が工具１１にかかると、工具保持体１
０がホルダ体２に対して相対回転するので、変位検出子
２３は変換機構１９により回転しつつ後退し、前記Ｚ方
向と逆方向に回転量β以上ずれるようになっている。
尚、図１に示すように近接スイッチ２７はスピンドルヘ
ッド２８の前面にブラケット２９を介して取付けられて
いる。

【００１５】次に、検出装置３０は、図示しない制御プ
ログラムなどを記憶した記憶部、制御プログラムに基づ
いて、演算、制御を行う演算部などから構成されてい
る。制御プログラムでは、特開平３−２４５９５０号に
開示されているように、近接スイッチ２７が、検出表示
部３２、２５間を検出しているときに、図示しない基準
パルス発生器で発生される細かな基準パルスを積算し、
これに続いて回転方向後方の検出表示部２６、３１間を
検出しているときに、カウントした基準パルス数の積算
値から基準パルスを減算していくことで、検出表示部３
２、２５間での相対回動量の倍の検出ずれ量を求めるよ
うにしてある。また、記憶部には、前記ずれ量として、
パルス数により０、２α、２βが入力部から入力、記憶
してあり、演算部で近接スイッチ２７からの信号に基づ
く変位検出子２３の基準検出子２４に対する検出ずれ量
と、この設定値を比較し、加工中に０なら折損、２α以
上２β以下なら正常、２βを越えたなら過負荷の各判別
信号を出力し、工具１１の状態を表示部に表示すると共
に、工具１１の負荷異常（折損、過負荷）に対しては、
工作機の機台制御装置に、対応する指令を出力し、加工
を中止して機台を停止させ、あるいは、主軸ヘッドをス
テップバック制御し、工具交換装置を必要に応じて制御
するようになっている。

【００１６】前記の構成による工具ホルダにおいて、工
具ホルダ１が回転するとホルダ体２の回転は工具保持体
１０に伝えられる。近接スイッチ２７からの検出子検出
信号が検出装置に入力される。機台制御装置からの主軸
ＳＰの位置情報により、工具１１の先端がワークに接触
しているタイミングであるかどうかを判別することによ
り加工中であるかを判別する。工具折損の無いとき、主
軸ヘッドが下降して工具１１の先端がワークに接触して
切削負荷がかかり、その結果軸方向に移動量Ｌ₁ 送られ
ると、中間付勢部材１３の後端面１３ａが付勢部材６の
内部孔６ａに当接して、工具１２に加わる負荷が切削可
能な最低負荷（適正負荷範囲の下限値）となり、加工が
開始される。加工中、負荷が正常であれば、変位検出子
２３と基準検出子２４の相対位置が適位置範囲を保って
回転する。そして、適位置範囲と判断されると、適正負
荷の判別信号を出力し、切削加工を続行する。また、工
具１１に過負荷トルクが生じると、工具保持体１０とホ
ルダ体２の相対回動量が回動量βを越え、これを近接ス
イッチ２７で検出して過負荷信号を出力する。この相対
回動と共に工具保持体１０に対してホルダ体２がカム溝
１６とカム軸１７の係合で軸方向前方に移動するが、カ
ム溝１６に対するカム軸１７の転がり移動による抵抗は
小さく、従って、通常切削トルクを僅かに越えたねじれ
破壊トルクを許容最大負荷としても、確実に相対回動し
て、これを検知できる。また、カム溝１６のリード角が
転がり摩擦に基づく小さな角であるので、軸方向移動量
も従来より小さくでき、加工孔深さに与える影響を小さ
くできる。そしてこの過負荷信号でステップバックし、
その回数が計数され、所定回数以上になれば機台の制御
装置に工具交換指令が出力され工具交換装置により工具
の交換が行なわれた後、再加工が行なわれる。この場合
ステップバック回数が所定回数以下であれば、工具交換
せずに再加工が行なわれる。又、加工中に工具１１が折
損すると、工具保持体１１は、加工中に生じていたスラ
スト荷重でたわんでいた第１ばね１４のばね力で無負荷
の状態となり、変位検出子２３は無負荷位置Ａに戻るの
で、相対回動量が０となって、工具折損と判断され、加
工を中止し、機台を停止する。

【００１７】図６で他の例を説明する。図６によれば、
ホルダ体２に一体に植設した軸本体１１７と、この軸本
体１１７の先端に回動自在に支持したリング１１８（被
案内部材）とからカム軸１１９を構成し、このリング１
１８をカム溝１６に転動案内させている。

【００１８】以下に、本発明の実施態様をまとめて記載
する。 （１）カム軸を他方の部材に回動自在に取付け、カム軸
の先端部をカム溝に転動案内したことを特徴とする請求
項１記載の工具ホルダ。 （２）カム軸を、他方の部材に一体に植設した軸本体
と、この軸本体先端に回動自在に支持したリングとから
構成し、このリングをカム溝に転動案内したことを特徴
とする請求項１記載の工具ホルダ。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明の工具ホルダで
は、変換機構のカム軸をカム溝に転動案内したことによ
り、カム溝のリード角を滑り摩擦の場合に比べて小さく
設定でき、しかも転がり摩擦なので、その抵抗も小さ
く、過負荷トルクを感度良く検知することができる。そ
して、リード角が小さくなるので、軸方向移動量を極め
て小さくすることができ、工具保持体とホルダ体の軸方
向移動量が加工孔深さに与える影響も小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】工具ホルダの断面図である。

【図２】図１のII部詳細説明図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】工具ホルダの変換機構の説明図である。

【図５】工具ホルダの変位検出子と基準検出子の円周方
向全周の展開図である。

【図６】他の例の変換機構部分の拡大図である。

【符号の説明】

１ 工具ホルダ、 ２ ホルダ体、 ３ ホルダ本体、
５ 検出リング、 ６ 付勢部材、 ９ 第２ばね、１
０ 工具保持体、 １１ 工具、 １３ 中間付勢部
材、１４ 第１ばね、 １９ 変換機構、 ２３ 変位
検出子、２４ 基準検出子、 ３０ 検出装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホルダ体と工具保持体のいずれか一方の
   部材の中心から他方の部材へ向けて突出した支持軸に、
   他方の部材を円周方向と軸方向に夫々移動可能に支持
   し、この支持軸に工具ホルダの回転軸線に対して傾斜し
   たカム溝を設け、このカム溝に他方の部材に設けたカム
   軸を案内して、工具保持体のホルダ体に対する軸方向移
   動と円周方向回動との間で移動方向を変換する機構を構
   成し、この変換機構を介して、ホルダ体に対して工具保
   持体を軸方向前方と工具回転方向とに付勢する負荷設定
   ばねを設け、工具保持体にかかる過負荷を工具保持体と
   ホルダ体の所定量の回転ずれとして取り出し可能とした
   工具ホルダにおいて、カム軸をカム溝に転動案内させた
   ことを特徴とする工具ホルダ。