TWI713738B - 夾頭裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種：可正確且容易地設定作業流體之吐出方向的夾頭裝置。本發明的夾頭裝置，是被安裝於工作機械的旋轉主軸，用來握持工具(B)的夾頭裝置，其設有「可供作業流體流通於該夾頭裝置之內部的通路(3b)」、「本身是通路(3b)的前端開口，將前述作業流體朝向工具(B)吐出的吐出口(3a)」，來自於吐出口(3a)之作業流體的吐出方向，是與工具(B)的旋轉方向(Rd)相反的方向，以工具(B)的軸心方向作為基準，並以計算式所算出的角度θ，設定成對吐出口(3a)的中心之旋轉軌跡的切線方向形成傾斜。

Description

夾頭裝置

本發明是有關於可對工具提供作業流體的夾頭裝置。

夾頭裝置，被安裝於工作機械的旋轉主軸，用來固定工具。在這種夾頭裝置中，有必要設置作業流體的通路，於加工切削中由該通路對工具供給作業流體。這裡所稱的作業流體，是指以「由於與被加工材之間的摩擦而形成高溫之工具前端部」的冷卻、和「沖洗切屑」作為目的所供給的液體和氣體。為了可將這些作業流體供給至切削加工中的工具，而開發出實施了各種改良的夾頭裝置。

舉例來說，在專利文獻1所記載的夾頭裝置中，為了從噴嘴孔將作業流體朝工具的前端部吐出，噴嘴孔形成朝向工具的加工點形呈傾斜。在切削加工中由夾頭裝置所吐出的作業流體，作用夾頭裝置的旋轉力，然而，藉由使來自於噴嘴孔的作業流體朝向工具的軸心吐出，可 緩和夾頭裝置的旋轉力對吐出後之作業流體的影響。

但是，在專利文獻1所記載的夾頭裝置中，由於噴嘴孔被設在從工具分離的位置，因此在作業流體抵達工具之前，恐有分散的疑慮。為了解決該問題，而考慮譬如提高作業流體的吐出壓的作法。但是，在該場合中，有必要提高夾頭裝置整體的耐壓性能，而使得夾頭裝置的製造成本上升。此外，一旦提高吐出壓，工具所承受之作業流體的流體壓也將變高。因此，被供給至工具的作業流體將從工具回濺飛散，恐有作業流體未充分地到達工具之前端部的疑慮。

有鑑於此，本案的申請人在專利文獻2所記載的夾頭裝置中，提出一種：設置對工具供給作業流體的通路，並將作業流體的吐出方向設定成「與旋轉方向相反的方向」的構造。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]：日本特開2004-148429號公報

[專利文獻2]：日本特開2014-76537號公報

在專利文獻2所記載的夾頭裝置中，由於作業流體的吐出方向被設定於與旋轉方向相反的方向，因此能 更進一步緩和夾頭裝置的旋轉力作用於作業流體的影響。如此一來，可減少「吐出後的作業流體朝向工具之徑向外側飛散的量」，就結果而言，能對工具提供大量的作業流體。但是，除了能有效地減少上述之作業流體的飛散量之外，對於將「夾頭裝置中作業流體的吐出方向」設定成適當的方向，則有改善的空間。

本發明是有鑑於上述的問題所發展的發明，本發明的目的在於提供：可正確且容易地設定作業流體之吐出方向的夾頭裝置。

本發明之夾頭裝置，是被安裝於工作機械的旋轉主軸，用來握持工具的夾頭裝置，其特徵構造在於：設有「可供作業流體流通於該夾頭裝置之內部的通路」、「前述通路的前端開口，亦即將前述作業流體朝向前述工具吐出的吐出口」，來自於前述吐出口之前述作業流體的吐出方向，是與前述工具的旋轉方向相反的方向，以前述工具的軸心方向作為基準，並以下述計算式所算出的角度θ，設定成對前述吐出口之旋轉軌跡的切線方向形成傾斜。

n：夾頭裝置的轉速(min^-1)

Dc：由吐出口之中心的旋轉軌跡所形成之虛擬圓 的直徑(mm)

P：吐出口處的作業液壓(MPa)

π：圓周率

如同本構造，夾頭裝置，具備「在其內部可供作業流體流通的通路」、「連通於通路的吐出口」，並且，一旦來自吐出口之作業流體的吐出方向，是工具之旋轉方向的相反方向，便可緩和作用於作業流體之夾頭裝置的旋轉力。此外，在本構造中，來自吐出孔之作業流體的吐出方向，是以工具的軸心方向作為基準並以角度θ對吐出孔之旋轉軌跡的切線方向形成傾斜所設定，且如用來計算正確角度θ的計算式所顯示。因此，藉由採用根據計算式所算出的角度θ，可在夾頭裝置中正確且容易地設定作業流體的吐出方向。

本發明的其它特徵構造在於：前述吐出方向，被設定成朝向前述工具的軸心。

倘若如同本構造，將吐出方向設定成朝向工具的軸心，從吐出口所吐出的作業流體，變得容易朝工具供給。

本發明的其他特徵構造在於：當根據下述計算式所算出之「該夾頭裝置的旋轉在前述吐出口處的周速V」為1.9m/s~64.1m/s時，前述角度θ被設定為0.9度~55.9度。

[計算式2]V=(n×Dc×π)/(60×10³)[m/s]

n：夾頭裝置的轉速(min^-1)

Dc：由吐出口之中心的旋轉軌跡所形成之虛擬圓的直徑(mm)

π：圓周率

在本構造中，在根據計算式2所算出之「夾頭裝置的旋轉在吐出口處的周速V」、與用來設定作業流體之吐出方向的角度θ，特別限定了各自的數值範圍。在此，倘若對「用來算出周速V的計算式2」與「用來算出角度θ的計算式1」進行比較，分子皆為(n×Dc×π)，而周速V與角度θ存在以下的比例關係：隨著周速變大，角度θ也變大。因此，藉由執行周速V與角度θ的連帶(associates)，能容易地設定基於周速V之適當的角度θ。

1‧‧‧本體

1b‧‧‧夾頭筒

1d‧‧‧前端面

3a‧‧‧吐出口

3b‧‧‧冷卻劑噴出路徑(通路)

3b2‧‧‧局部領域

3b3‧‧‧局部領域

A‧‧‧夾頭裝置

B‧‧‧工具

D‧‧‧工具直徑

Dc‧‧‧由吐出口之中心的旋轉軌跡所形成之虛擬圓的直徑

Rd‧‧‧旋轉方向

Q‧‧‧軸心

S‧‧‧虛擬圓

θ‧‧‧使作業流體的吐出方向朝旋轉方向的切線方向傾斜的角度

θ2‧‧‧使作業流體的吐出方向朝軸心傾斜的角度

θ3‧‧‧以軸心方向作為基準之作業流體的吐出角度

第1圖：夾頭裝置的側視圖。

第2圖：說明作業流體之吐出方向的立體圖。

第3圖：說明夾頭裝置中吐出口之位置的圖。

第4圖：說明用來設定作業流體之吐出方向的角度θ的圖。

第5圖：說明朝向工具之軸心吐出作業流體的角度θ2的圖。

第6圖：顯示其他實施形態之通路及吐出口的圖。

第7圖：顯示其他實施形態之通路及吐出口的圖。

根據圖面說明本發明之夾頭裝置的一種實施形態。

第1圖所示的夾頭裝置A，是在工作機械的旋轉主軸，將旋轉主軸的軸心與夾頭裝置A的軸心Q安裝成同軸。此外，在夾頭裝置A，工具B(請參考第2圖)是從第1圖的右側插入並握持，而形成與軸心Q同軸心。如此一來，主軸的軸心與工具B的軸心形成一致。

夾軸裝置A的本體1，具備：夾頭本體1a、夾頭筒1b、柄(shank)1c。夾頭筒1b，形成於夾頭本體1a的前端側。柄1c形成於夾頭本體1a的後端側，並被安裝於工作機械的旋轉主軸。

在夾頭筒1b，用來握持工具B(請參考第2圖)的孔部(圖面中未顯示)，沿著軸心Q的方向形成。如第2圖所示，在夾頭筒1b的內部，設有可供冷卻劑(作業流體的其中一例)流通的冷卻劑噴出路徑3b(通路的其中一例)。冷卻劑噴出路徑3b，延伸設置於軸心Q的方向，並連通於「額外設置於夾頭筒1b的冷卻劑供給通路(圖面中未顯示)」。冷卻劑供給通路，譬如是貫穿本體1的內部，沿著本體1的軸心方向所形成的流路。冷卻劑噴出路徑3b，在本體1的周方向配置複數個(在本實施形態中為兩個冷卻劑噴出路徑3b)。在各冷卻劑噴出路徑3b之本體1的前端部，形成有吐出口3a。亦即，在本體1(夾頭筒1b)的前端面，具備複數個形成圓形的吐出口3a(本實施形態中為兩個吐出口3a)。 藉由將複數個吐出口3a等間隔地配置於本體1的周方向，可均等地將冷卻劑噴射於工具B的周圍。

在此，為了確實地將冷卻劑供給至工具B，有必要在「被設於本體1之前端部的吐出口3a」，正確地設定冷卻劑的吐出方向。在從夾頭裝置A的吐出口3a朝工具B吐出冷卻劑的場合中，吐出後的冷卻劑，夾頭裝置A的旋轉變得越高速，便受到夾頭裝置A之旋轉力的大幅影響。因此，吐出後的冷卻劑從工具B的軸心Q朝分離方向飛散。有鑑於此，如第2圖所示，將從吐出口3a吐出之冷卻劑的吐出方向，設定成與工具B(夾頭裝置A)之旋轉方向Rd的相反方向。具體地說，如第2圖所示，冷卻劑的吐出方向，被設定成：相對於吐出口3a之旋轉方向Rd的周速V，朝旋轉方向Rd的相反方向作用周速Vy。冷卻劑的吐出方向，是藉由以下的方式設定：以特定的角度θ，朝向「以工具B的軸心Q的方向作為基準使夾頭裝置A旋轉時，吐出口3a之中心的旋轉軌跡(虛擬圓S)的切線方向(周速Vy的方向)」形成傾斜。

如此一來，使冷卻劑的吐出方向，形成與工具B(夾頭裝置A)之旋轉方向Rd的相反方向，並藉由正確地設定「以切削工具之軸心Q的方向作為基準而形成傾斜的角度θ」，可抵消夾頭裝置A之旋轉力對所吐出之冷卻劑的影響。如此一來，即使在夾頭裝置A以高速旋轉的場合中，從吐出口3a所吐出的冷卻劑，其朝工具B之徑向外側的飛散受到抑制。在此，考慮用來算出「抑制冷卻劑之前述飛 散用的角度θ」的計算式。

流通於夾頭裝置A內部之冷卻劑的平均流速Vav(m/s)，可藉由採用吐出口3a的冷卻劑壓P(MPa)，而由以下的計算式3算出。

夾頭裝置A的旋轉所產生之吐出口3a處的周速V(m/s)，是依據夾頭裝置A的轉數n(min^-1)、由吐出口3a中心的旋轉軌跡所形成之虛擬圓S的直徑Dc(mm)(請參考第3圖)、圓周率π，由以下的計算式4所求取。

[計算式4]V=(n×Dc×π)/(60×10³)

在此，使來自吐出口3a的冷卻劑朝向工具B吐出的角度θ3(請參考第2圖)，是依據「以軸心Q的方向作為基準，在吐出口3a之旋轉軌跡的切線方向中，被設定成朝旋轉方向Rd之相反方向傾斜的角度θ(請參考第2圖、第4圖)」、與「設定成從吐出口3a，以軸心Q的方向作為基準，朝面向軸心Q的方向(Vx方向)傾斜的角度θ2(請參考第2圖、第5圖)」，由以下的計算式5所求取。

另外，從吐出口3a所吐出之冷卻劑的速度向量(Velocity vector)，被分解成：從吐出口3a朝向工具B之軸心Q的速度向量Vx；在旋轉軌跡(虛擬圓S)之切線方向， 速度向量V之相反方向的速度向量Vy；工具B之軸心Q方向的速度向量Vz，速度Vx、Vy、Vz，是由採用角度θ、θ2、θ3的下述計算式6~計算式8所分別求取。

[計算式6]V_X=Vav×cos θ3×tan θ2

[計算式7]Vy=Vav×cos θ3×tan θ

[計算式8]Vz=Vav×cos θ3

旋轉方向Rd的速度向量V、與旋轉方向Rd之相反方向的速度向量Vy相等，且在Vx>0的場合中，由於吐出方向的速度向量Vxy，僅形成速度向量Vx，因此冷卻劑朝向工具B的軸心Q吐出。

為了使冷卻劑朝向工具B的前端中心吐出而設定的角度θ2，是依據從夾頭裝置A突出之工具B的長度而變化。但是，工具B為了加工工件等而需要適當的長度，故即使在一般設定的角度θ2較大的場合，也是15度的程度。假設，在角度θ2為15度以下的場合中，為cosθ3≒cosθ，其誤差範圍為4%以下。

藉由無視該誤差，形成cosθ3=cosθ，並代入用來算出旋轉方向之相反方向的速度(周速)Vy的上述計算式7，可獲得下述的計算式9。

[計算式9]Vy=Vav×cosθ×tanθ=Vav×sinθ

在旋轉方向Rd的周速V與反向之旋轉方向的周速Vy相等的場合中，藉由將上述之計算式4的周速V代入上述的計算式9，而獲得下述的計算式10。藉由將上述計算式3的Vav(流通於夾頭裝置A內部之冷卻劑的平均流速)代入計算式10，而導出計算式11，並能從計算式11導出用來求取角度θ的下述計算式12。

[計算式10](n×Dc×π)/(60×10³)=Vav×sinθ

n：夾頭裝置的轉速(min^-1)

Dc：由吐出口之中心部的旋轉軌跡所形成之虛擬圓的直徑(mm)

P：吐出口處的作業液壓(MPa)

π：圓周率

亦即，在夾頭裝置A中，當設定冷卻劑的吐出方向之際，藉由依據上述計算式12所算出的角度θ，可形成：來自於吐出口3a的冷卻劑朝向工具B之軸心Q的方向吐出。

不僅如此，藉由正確地設定角度θ2，並設定成「冷卻劑的吐出方向朝向工具B的軸心Q」，容易使吐出口3a所吐出的冷卻劑朝向工具B供給。

〔實施例1〕

夾頭裝置A所握持之工具B的工具直徑D在3mm以下~32mm之間變更。夾頭裝置A的轉數，是對應於切削速度100~500m/min的範圍所設定。但是，倘若工具直徑D成為3mm以下，為了符合切削速度100~500m/min，對應於高速旋轉的特殊工作機械變得需要。因此，在工具直徑D為3mm以下的場合中，夾頭裝置A的轉數，在一般性的工作機械中，可設定成10,000~50,000min^-1。

對應於工具直徑D，設定「由吐出口3a之中心部的旋轉軌跡所形成的虛擬圓S之直徑Dc的範圍」、與「夾頭裝置A之轉數n的範圍」。吐出口3a的冷卻劑壓(作業流體壓)P，維持3~7MPa。根據這些數值所算出的周速V及角度θ的範圍如表1所示。

〔實施例2〕

展示一種使用「即使加大工具直徑D，也不須降低夾頭裝置A的轉數，能以高速使夾頭裝置A旋轉」之特殊工具機械的場合的例子。在3mm以下~32mm之間變更工具直徑D，對應於工具直徑D，設定「由吐出口3a之中心部的旋轉軌跡所形成之虛擬圓S的直徑Dc」的範圍。夾頭裝置A的轉數n，維持25,000~35,000min^-1的範圍。吐出口3a的冷卻劑壓(作業流體壓)P，維持3~7MPa。根據這些數值所算出的周速V及角度θ的範圍如表2所示。

[其他實施形態]

(1)本發明的夾頭裝置，被安裝於工作機械的旋轉主軸，只要是用來握持工具的夾頭裝置，便能不受限於其形式而實施。

(2)夾頭裝置A的冷卻劑的吐出口3a，並不侷限於設在夾頭筒1b的前端面1d，亦可對應於握持工具B的形態，而設置於螺帽構件和筒夾，或者亦可設置在連接於夾頭筒1b的前端面1d和筒夾等的蓋構件。如此一來，冷卻劑的吐出口3a，並不侷限於上述的實施形態，在可達成本發明之目的的範圍內，能任意地設置。

(3)在上述的實施形態中，列舉了冷卻劑噴出路徑3b構成整體對軸心Q形成傾斜的例子。取而代之的是，亦可如第6圖所示，使冷卻劑噴出路徑3b中，連設於吐出口3a的局部領域3b2，基於角度θ沿著吐出方向而對軸心Q形成傾斜。在第6圖中，局部領域3b2，相對於吐出口 3a的直徑d，被設定成3倍的長度。如此一來，為了使冷卻劑基於角度θ沿著吐出方向吐出，局部領域3b2的流路長度，最好為吐出口3a之直徑d的3倍以上。亦可如第7圖所示，藉由使冷卻劑噴出路徑3b中，連設於吐出口3a之局部領域3b3的流路較其他的流路更窄，使冷卻劑基於角度θ沿著吐出方向吐出。在第7圖中，局部領域3b3形成：隨著朝向吐出口3a接近就越窄。

如此一來，使冷卻劑噴出路徑3b中，連設於吐出口3a的局部領域3b2、3b3，基於角度θ而沿著吐出方向形成，藉此，可將來自於吐出口3a的冷卻劑，朝向工具B吐出。此外，一旦冷卻劑噴出路徑3b僅局部領域3b2、3b3沿著冷卻劑的吐出方向形成，在冷卻劑噴出路徑3b中，局部領域3b2、3b3以外的其他領域，譬如可沿著夾頭裝置A的軸心方向形成。如此一來，即便是用來設定冷卻劑之吐出方向的角度θ較大的場合，也能縮小冷卻劑噴出路徑3b在夾頭裝置A之周方向上的佔有領域。其結果，可輕易地在夾頭裝置A中配置冷卻劑噴出路徑3b。

[產業上的利用性]

本發明，可廣泛地用於對工具提供作業流體的夾頭裝置。

B‧‧‧工具

Q‧‧‧軸心

Rd‧‧‧旋轉方向

V‧‧‧周速

Vav‧‧‧冷卻劑的平均流速

Vx‧‧‧周速(速度向量)

Vy‧‧‧周速(速度向量)

Vz‧‧‧周速(速度向量)

θ‧‧‧使作業流體的吐出方向朝旋轉方向的切線方向傾斜的角度

θ2‧‧‧使作業流體的吐出方向朝軸心傾斜的角

θ3‧‧‧以軸心方向作為基準之作業流體的吐出角度

1‧‧‧本體

1b‧‧‧夾頭筒

1d‧‧‧前端面

3a‧‧‧吐出口

3b‧‧‧冷卻劑噴出路徑(通路)

Claims (3)

1. 一種夾頭裝置，是被安裝於工作機械的旋轉主軸，用來握持工具的夾頭裝置，其設有：通路，可供作業流體流通於該夾頭裝置的內部；及吐出口，為前述通路的前端開口，將前述作業流體朝向前述工具吐出，來自於前述吐出口之前述作業流體的吐出方向，是與前述工具的旋轉方向相反的方向，以前述工具的軸心方向作為基準，並以下述計算式所算出的角度θ，設定成對前述吐出口的中心之旋轉軌跡的切線方向形成傾斜，

   

   n：夾頭裝置的轉速(min ^-1)Dc：由吐出口之中心的旋轉軌跡所形成之虛擬圓的直徑(mm)P：吐出口處的作業液壓(MPa)π：圓周率。
2. 如請求項1所記載的夾頭裝置，其中前述吐出方向，被設定成朝向前述工具的軸心。
3. 如請求項1或請求項2所記載的夾頭裝置，其中當根據 下述計算式所算出之該夾頭裝置的旋轉在前述吐出口處的周速V為1.9m/s~64.1m/s時，前述角度θ被設定為0.9度~55.9度，[計算式2]V=(n×Dc× π)/(60×10 ³)[m/s]n：夾頭裝置的轉速(min ^-1)Dc：由吐出口之中心的旋轉軌跡所形成之虛擬圓的直徑(mm)π：圓周率。

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