JPH10138012A - 工具ホルダ - Google Patents

工具ホルダ

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JPH10138012A
JPH10138012A JP29662396A JP29662396A JPH10138012A JP H10138012 A JPH10138012 A JP H10138012A JP 29662396 A JP29662396 A JP 29662396A JP 29662396 A JP29662396 A JP 29662396A JP H10138012 A JPH10138012 A JP H10138012A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tip
tool
chuck
tool holder
outer peripheral
Prior art date
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Pending
Application number
JP29662396A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruki Mizoguchi
春機 溝口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MST Corp
Original Assignee
MST Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by MST Corp filed Critical MST Corp
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切削中の振動抑止効果が大きく、高精度の加
工が可能で、かつ、簡単な構成からなる工具ホルダを得
ること。 【解決課題】 工作機械の主軸に装着されるテーパ部1
1と、マニュピレータ保持部21と、軸部31と、切削
工具42を有するチャック41とからなる工具ホルダ。
軸部31には大径部32の外周面と小径部33の外周面
とを結ぶ段差面34が形成されている。この段差面34
はテーパ部11のゲージライン点Bと刃先点Aの中間に
位置し、切削中の振動を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具ホルダ、特
に、工作機械の主軸にマニュピレータによって着脱され
る工具ホルダに関する。
【0002】
【従来の技術と課題】一般に、マシニングセンタ、フラ
イス盤、旋盤、中ぐり盤等の工作機械では、ドリル、エ
ンドミル、タップ、ボーリング等の回転切削工具が使用
されている。それらの切削工具を保持し、かつ、主軸に
対してマニュピレータで着脱可能とするために工具ホル
ダが用いられている。
【0003】従来、この種の工具ホルダとしては、図1
3に示すように、工作機械の主軸に装着されるテーパ部
1と、先端に切削工具5を取り付けたチャック4を有す
る軸部2と、テーパ部1と軸部2との間に形成されたマ
ニュピレータ保持部3とから構成したものが知られてい
る。しかし、図13に示す工具ホルダでは、軸部2のび
びり振動が大きく、加工上高精度が出ない、曲げ剛性が
不充分である、仕上げ面が必ずしも満足できない等の問
題点を有し、益々高速化する工作機械の要求レベルに対
応できない。
【0004】そのため、実開平3−10310号公報に
は、軸部に超剛合金等の剛体を嵌装させることが開示さ
れている。しかし、これでは、加工工程や部品点数が増
加し、超剛合金が高価であることと相俟ってコストアッ
プを招来する。
【0005】
【発明の目的、構成及び効果】そこで、本発明の目的
は、切削中の振動抑止効果が大きく、高精度の加工が可
能で、かつ、簡単な構成からなる工具ホルダを提供する
ことにある。
【0006】以上の目的を達成するため、本発明に係る
工具ホルダは、工作機械の主軸に装備されるテーパ部の
ゲージラインから切削工具の先端又はチャックの先端外
周部までの中程に、軸部の先端側外周部と後端側外周部
とを結ぶ段差面を形成したことを特徴とする。
【0007】前記段差面によって、軸部の剛性が向上す
ると共に切削加工時におけるホルダの振動が吸収、抑止
される。その結果、加工上高精度が得られ、高速回転に
も効果的に対応できる。特に、軸部が小径で長いボーリ
ング加工用工具ホルダに最適であり、深穴加工が可能で
ある。また、軸部の剛性を高めるだけであれば、軸部全
体を大径化してもよいが、これでは小径孔の切削が不能
になると共に重量が増加する。しかし、本発明によれば
このような不具合を全て解消できる。さらに、本発明
は、軸部の外周面に段差面を形成するという簡単な構造
からなり、製作も容易であり、コストアップを招来する
ことは殆どない。
【0008】本発明における段差面は、軸心に沿った断
面において2次曲線又は直線、あるいはこれらの組み合
わせであってもよい。要は、切削加工時における軸部の
固有振動を吸収できればよい。本発明において、段差面
は、軸心に対して所定の傾斜角を有する二つの楕円曲線
の組み合わせにて構成することが好ましい。この場合、
二つの楕円曲線の接続点(中点)は、軸心方向において
テーパ部のケージラインから工具先端又はチャック先端
外周部までの距離の中間に位置すること、あるいは、軸
心と直交する方向において軸部の先端側外周部と後端側
外周部との中間に位置することが好ましい。
【0009】換言すれば、本発明に係る工具ホルダは、
前記段差面が工作機械の主軸の軸線に対して直交する面
と交差しているか、ゲージラインと工具先端又はチャッ
ク先端外周部とを結ぶ直線が前記段差面と交差している
ことが、振動吸収の点から好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る工具ホルダの
実施形態について添付図面を参照して説明する。
【0011】(第1実施形態の全体構成)図1、図2に
おいて、本発明の第1実施形態である工具ホルダは、テ
ーパ部11とマニュピレータ保持部21と軸部31とチ
ャック41とで構成されている。
【0012】テーパ部11はマシニングセンタ等の工作
機械の主軸に装着される部分であり、JIS,DIN,
ISO等の規格に適合したテーパを有している。符号1
2はゲージラインである。ゲージラインとは、通常、工
作機械の主軸のテーパ孔と嵌合する基準ラインをいう。
【0013】マニュピレータ保持部21は外周面にV字
状の溝部22を環状に形成した部分で、該溝部22が自
動工具交換装置のマニュピレータによって把持される。
さらに、保持部21の外周部には主軸側の位置決め爪が
嵌合する凹部23,23が形成されている。
【0014】軸部31は大径部32と小径部33と段差
面34とで構成されており、段差面34については後に
詳述する。チャック41は切削工具(例えば、超硬チッ
プ)42を固定するためのものであり、軸部31の先端
に着脱自在に取り付けられている。なお、チャック41
以外の前記テーパ部11、保持部21、軸部31は鋼材
から一体的に製作されている。
【0015】(段差面の形状)段差面34は、連続した
二つの楕円a,bからなる。この段差面34はゲージラ
イン12と切削工具42の刃先の中程に形成されてお
り、以下に示す特徴点のいずれかを満足していることが
好ましい。
【0016】(1)ゲージライン点Bと刃先点Aとを結
ぶ直線L1が二つの楕円a,bの接続点Eを通過する
(図3(A)参照)。 (2)直線L1によって区画される面積Z1,Z2が略等
しい。面積Z1,Z2は図3(B)にハッチングを付して
示す。 (3)ゲージライン点Bから接続点Eまでの距離x1
接続点Eから刃先点Aまでの距離x2が略等しい(図3
(C)参照)。 (4)小径部33の外周面から接続点Eまでの距離x3
と接続点Eから大径部32の外周面までの距離x4が略
等しい(図3(C)参照)。
【0017】(ゲージラインから刃先までの距離の設
定)次に、本第1実施形態において、ゲージライン12
から切削工具42の刃先までの距離を設定する計算式に
ついて説明する。
【0018】図4に示すように、刃先点Aを(0,
1)、ゲージライン点Bを(1,R)、二次曲線開始
点Cを(l1,k1)、二次曲線終了点Dを(l2,k2
及び線分CDの中点(接続点)Eを(x,y)とする。
さらに、線分ABをL1とし、L1は中点Eを通過するも
のとする。
【0019】ここで、前記r1,R,k1,k2の値が与
えられているとして、刃先点Aからケージライン点Bま
での距離lを算出する。まず、線分CDの中点Eの座標
(x,y)は、下式(1),(2)で求められる。 x=l1+{(l2−l1)/2} =(2l1+l2−l1)/2 =(l1+l2)/2 …(1) y=k1+{(k2−k1)/2} =(2k1+k2−k1)/2 =(k1+k2)/2 …(2)
【0020】直線L1は下式(3)で表わされる。 y1=a11+b1 …(3) ここで、a1=(R−r1)/l及びb1=r1を前式
(3)に代入すると、下式(4)が得られる。 y1={(R−r1)x1/l}+r1 ∴l=(R−r1)x1/(y1−r1) …(4)
【0021】直線L1は中点Eを必ず通過することか
ら、前式(4)に基づいて距離lは下式(5)によって
算出されることになる。 l=(R−r1)x/(y=r1) ={(R−r1)(l1+l2)/2}/[{(k1+k2)/2}−r1] ={(R−r1)(l1+l2)}/(k1+k2−2r1) …(5) 但し、 x=(l1+l2)/2 y=(l1+l2)/2
【0022】(特性の評価)前記図1に示した本発明品
と図13に示した従来品とで加工精度を比較すると、図
5に示すとおりである。図5(A)は本発明品の加工精
度を示し、図5(B)は従来品の加工精度を示す。
【0023】図6は切削工具の寿命を比較したものであ
り、切削時間に対する工具の摩耗量として表わしてい
る。被削材はS45C、工具はNX33サーメットを使
用した。切削条件は、V=250m/min、f=0.
1mm/rev、d=0.1mm、乾式である。
【0024】図7は工具ホルダの振動の大きさを示して
いる。図7(A)は本発明品の振動吸収特性を示し、図
7(B)は従来品の振動吸収特性を示す。前記図5、図
6で示したように、本発明品は従来品に比べて良好な加
工精度及び工具寿命を発揮している。これは図7に示す
ように振動吸収特性が優れていることに起因する。そし
て、本発明品において良好な振動吸収特性を得ることが
できるのは、軸部31を段差面34を有する大径部32
及び小径部33で構成した点にあり、段差面34が振動
吸収作用を奏する。
【0025】(第1実施形態における段差面の変形例)
図8に前記第1実施形態における段差面の種々の変形例
を示す。図8(A)は段差面34をテーパ形状とした
例、図8(B)は段差面34を軸心に対して垂直な面で
構成した例、図8(C)は段差面34を一つの円弧で構
成した例、図8(D)は段差面34を連続する二つの円
弧面で構成した例、図8(E)は段差面34をテーパと
円弧面で構成した例、をそれぞれを示す。
【0026】(第2、第3実施形態)図9、図10に本
発明の第2実施形態及び第3実施形態である工具ホルダ
を示す。これらの工具ホルダは軸部31の先端部分をチ
ャック41とし、このチャック41に切削工具としてエ
ンドミル43、ドリル44を取り付けたものである。
【0027】これらの工具ホルダにおいて、直線L1
ゲージライン点Bとチャック41の先端外周部Aとを結
ぶ直線である。即ち、前記第1実施形態における刃先点
Aをチャック41の先端外周部Aに置き換えれば、第1
実施形態での説明は全て第2、第3実施形態にも該当
し、振動吸収特性は良好であり、加工精度は高く、工具
寿命も長くなる。
【0028】さらに、前記第1実施形態と同じ構成の工
具ホルダにおいて、直線L1の基準点を刃先点Aからチ
ャック41の先端外周部Aに置き換えてもよい(図11
参照)。図11(A),(B),(C)は、前記図3
(A),(B),(C)に相当するもので、段差面34
がゲージライン12とチャック41の先端外周部の中程
に形成されていることを示す。そして、ゲージライン点
Bと外周部Aとを結ぶ直線L1が二つの楕円a,bの接
続点Eを通過すること(図11(A)参照)、直線L1
によって区画される面積Z1,Z2が略等しいこと(図1
1(B)参照)、ゲージライン点Bから接続点Eまでの
距離x1と接続点Eから外周部Aまでの距離x2が略等し
いこと、小径部33の外周面から接続点Eまでの距離x
3と接続点Eから大径部32の外周面までの距離x4が略
等しいこと(図11(C)参照)の少なくともいずれか
を満足することが好ましい。
【0029】なお、本発明において、チャックの先端外
周部とは、図12に示すように、チャック41の先端部
が面取りされている場合、面取りが小さければ図中A点
を意味する。しかし、面取りが大きかったり、チャック
外周部が変形している場合等では、外周面と端面が交差
する仮想点A’であってもよい。
【0030】なお、本発明に係る工具ホルダは前記実施
形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である工具ホルダを示す
側面図。
【図2】前記工具ホルダの段差面の説明図。
【図3】前記工具ホルダの段差面の特徴を示すための側
面図。
【図4】前記工具ホルダにおいて、ゲージラインから工
具刃先までの距離を計算するための説明用チャート図。
【図5】加工精度を示すグラフ。
【図6】工具寿命を示すグラフ。
【図7】振動吸収特性を示すグラフ。
【図8】前記第1実施形態における段差面の種々の変形
例を示す側面図。
【図9】本発明の第2実施形態である工具ホルダを示す
側面図。
【図10】本発明の第3実施形態である工具ホルダを示
す側面図。
【図11】前記工具ホルダの段差面の特徴を示すための
側面図。
【図12】チャック先端外周部の説明図。
【図13】従来の工具ホルダを示す側面図。
【符号の説明】
11…テーパ部 21…マニュピレータ保持部 31…軸部 32…大径部 33…小径部 34…段差面 41…チャック 42,43,44…切削工具

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 工作機械の主軸に装着されるテーパ部
    と、先端に切削工具取付け用のチャックを有する軸部
    と、前記テーパ部と前記軸部との間に形成されたマニュ
    ピレータ保持部とを備えた工具ホルダにおいて、 前記テーパ部のゲージラインから切削工具の先端までの
    中程に、前記軸部の先端側外周部と後端側外周部とを結
    ぶ段差面を形成したこと、 を特徴とする工具ホルダ。
  2. 【請求項2】 工作機械の主軸に装着されるテーパ部
    と、先端に切削工具取付け用のチャックを有する軸部
    と、前記テーパ部と前記軸部との間に形成されたマニュ
    ピレータ保持部とを備えた工具ホルダにおいて、 前記テーパ部のゲージラインから前記チャックの先端外
    周部までの中程に、前記軸部の先端側外周部と後端側外
    周部とを結ぶ段差面を形成したこと、 を特徴とする工具ホルダ。
  3. 【請求項3】 前記段差面が軸心に沿った断面において
    少なくとも一つの2次曲線からなることを特徴とする請
    求項1又は請求項2記載の工具ホルダ。
  4. 【請求項4】 前記段差面が前記主軸の軸心に対して直
    交する面と交差していることを特徴とする請求項1又は
    請求項2記載の工具ホルダ。
  5. 【請求項5】 ゲージラインと切削工具の先端又はチャ
    ックの先端外周部とを結ぶ直線が前記段差面と交差して
    いることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の工具
    ホルダ。
  6. 【請求項6】 ゲージラインから切削工具の先端又はチ
    ャックの先端外周部までの距離が以下の式を満足するこ
    と、 l={(R−r1)(l1+l2)}/(k1+k2−2
    1) l:ゲージラインから工具先端又はチャック先端外周部
    までの距離 R:ゲージラインの半径 r1:工具先端又はチャック先端外周部の半径 l1:工具先端又はチャック先端外周部から2次曲線開
    始点までの距離 l2:工具先端又はチャック先端外周部から2次曲線終
    了点までの距離 k1:2次曲線開始点の半径 k2:2次曲線終了点の半径 を特徴とする請求項3記載の工具ホルダ。
JP29662396A 1996-11-08 1996-11-08 工具ホルダ Pending JPH10138012A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011046675A3 (en) * 2009-10-13 2011-07-07 Kennametal Inc. Coupling mechanism for connecting a toolholder assembly and a machine tool
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