WO2001076815A1 - Structure de montage de porte-outil - Google Patents

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WO2001076815A1
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main shaft
elastic
mounting hole
mounting structure
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PCT/JP2000/002339
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Inventor
Hiroshi Miyazawa
Original Assignee
Pascal Kabushiki Kaisha
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    • B23B31/02Chucks
    • B23B31/08Chucks holding tools yieldably
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q7/04Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting by means of grippers
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    • Y10T409/30Milling
    • Y10T409/309352Cutter spindle or spindle support

Definitions

  • the present invention relates to a tool holder mounting structure capable of strongly fixing a tool holder to a main shaft of a machine tool.
  • a tool holder for holding a tool is attached to a tip portion of a spindle, and the tool is rotated by the spindle to machine a workpiece.
  • the main spindle is provided with a retracting mechanism that retracts the shank part of the tool holder by pulling it into the taper hole of the spindle.
  • the tool holder includes a tool holding portion for mounting a tool, a shank portion having a taper outer peripheral surface, a pull stud fixed to a shank portion, and a flange portion having a diameter larger than a taper hole. .
  • the shank portion is a tenon of the main shaft. It is fitted and fixed in the hole.
  • Recent machine tools are required to have high machining accuracy with an error of 1 ⁇ m or less.
  • machining is being performed while rotating the spindle at a high speed of 3000 to 40,000 rpm. Therefore, vibration is likely to occur between the spindle rotating at a high speed and the tool holder, which causes a reduction in processing accuracy.
  • the tool holder flange is in close contact with the tip of the spindle while the shank of the tool holder is in close contact with the taper hole of the spindle. Since it is impossible at all, it is not possible for the conventional ordinary tool holder to have a structure in which the flange portion comes into contact with the front end surface of the spindle.
  • the tool holder disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 08-108302 has a holder body having a shank portion and a flange portion, and is externally fitted to the shank portion so as to be relatively movable in the axial direction, and has the same shape as the taper hole.
  • the sleeve includes a sleeve having a one-piece outer peripheral surface, and an elastic member mounted between the flange portion and the sleeve.
  • the sleeve is divided at a part in the circumferential direction, and an elastic body is mounted in the gap.
  • the sleeve is pressed toward the base end side of the main shaft via the elastic member, is reduced in diameter, is engaged with the taper hole, and is also connected to the shank portion.
  • an inner groove is formed in a part of the circumferential direction instead of the sleeve divided in a part of the circumferential direction in the tool holder of the above-mentioned publication. It has a sleeve.
  • an annular groove is formed at the boundary between the shank and the flange.
  • a part of the flange portion is formed in a thin portion.
  • the flange functions as a counterspan while the flange is in contact with the tip surface of the main shaft, and is slightly elastically deformed, and the shank is engaged with the tapered hole.
  • the flange portion is slightly elastically deformed in a state of being in contact with the front end surface of the main shaft, and the shank portion is engaged with the tapered hole.
  • most of the shank has a structure that is almost the same as that of the conventional shank, and therefore has almost the same problem as the conventional tool holder.
  • An object of the present invention is to elastically mount the entire shank portion of the tool holder on the inner surface of the mounting hole of the spindle.
  • the present invention provides a structure in which a tool holder for holding a tool is removably mounted in a tapered mounting hole of a main shaft of a machine tool, wherein the tool holder is provided with a shank having an outer peripheral surface of a taper.
  • a plurality of resilient engagement portions which are in contact with the outer peripheral surface of the taper of the tool holder and are slightly elastically deformable in the radial direction are provided, and the shank portion is attached to the main shaft.
  • the tool holder is fixed to the main shaft in a state where the tool holder is fitted in the hole and the plurality of elastic engaging portions are elastically deformed in the radial direction.
  • the plurality of elastic engagement portions provided on the inner surface of the mounting hole of the main spindle abut on the outer peripheral surface of the taper of the shank portion of the tool holder and are slightly elastically deformed in the radial direction.
  • the part is fitted and fixed in the mounting hole.
  • the plurality of elastic engaging portions are elastically deformed in the radial direction and are brought into close contact with the tapered outer peripheral surface of the shank portion, and the entire shank portion is entirely and uniformly applied to the inner surface of the mounting hole via these elastic engaging portions. Can be fitted.
  • the tool holder can be strongly and elastically fixed and held on the main spindle, even when the main spindle rotates at high speed, vibration of the main spindle and the tool holder can be suppressed, and the precision of machining can be greatly improved.
  • a plurality of annular grooves are formed at predetermined intervals in the axial direction on the inner surface of the mounting hole of the main shaft, and the plurality of annular grooves and the plurality of elastic engaging portions are alternately arranged in the axial direction. It is desirable to form a plurality of elastic engagement portions integrally with the main shaft by forming a plurality of annular grooves.
  • the elastic engaging portion is inclined with respect to a plane orthogonal to the axis of the main shaft. In this case, it is desirable to incline the elastic engaging portion so that the inner circumferential side shifts toward the larger diameter side of the tapered shape of the mounting hole. Further, the elastic engaging portion may be formed in parallel with a plane orthogonal to the axis of the main shaft. It is desirable that a plurality of vertical grooves extending in the length direction of the mounting hole be formed symmetrically with respect to the axial center in an inner surface portion of the mounting hole of the main shaft.
  • the tool holder When the tool holder is mounted on the spindle, it is desirable to provide the tool holder with an elastic flange portion which abuts on the front end surface (outer end surface) of the spindle and is elastically deformed in the axial direction.
  • the elastic flange portion may be formed in an annular shape, an annular recessed groove may be formed inside the elastic flange portion in the axial direction, and an annular groove may be formed outside the elastic flange portion in the axial direction.
  • the plurality of elastic engagement portions may be constituted by a plurality of flange members fixed to an inner surface portion of the mounting hole of the main shaft.
  • the shape of the cross section perpendicular to the axis of the mounting hole and the shank is changed to a non-circular shape capable of transmitting the rotational torque. It may be formed.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a part of a spindle and a tool holder
  • FIG. 2 is a view taken in the direction of arrow II in FIG. 1
  • FIG. 4 is a side view
  • FIG. 4 is a view taken in the direction of arrow IV in FIG. 3
  • FIG. 5 is an enlarged view of a main part in FIG.
  • FIGS. 6 to 12 are drawings according to the modified embodiment
  • FIGS. 6 and 7 are longitudinal sectional views of a part of the spindle and the tool holder
  • FIGS. 8 to 10 are longitudinal sections of a main part of the spindle and the tool holder.
  • Fig. 11, Fig. 11 and Fig. 12 are longitudinal sectional views of the main spindle and the tool holder, which are cut along a vertical plane perpendicular to the axis.
  • This embodiment is an example in which the present invention is applied to a structure in which a tool holder is detachably attached to a main shaft of a machine tool having an automatic tool changer such as a machining center.
  • a tapered mounting hole 3 is formed at the tip of the spindle 1 so that the diameter increases toward the tip, and the axis a of the spindle 1 is aligned with the axis of the mounting hole 3. It is common and the tip surface of the main shaft 1 is formed as a smooth surface orthogonal to the axis a.
  • Mounting hole inside spindle 1 A receiving hole 4 communicating with 3 is formed.In this receiving hole 4, there is provided a collet 5 at the end of a draw bar of a draw-in mechanism for drawing the shank portion 1 2 of the tool holder 2 into the mounting hole 3 of the main shaft 1 and fixing it. Is housed.
  • the tool holder 2 has a holder main body 10, a fastening bolt 20, and a pull screw 25.
  • the holder body 10 has a tool holding portion 11 for mounting the tool T, a shank portion 12 having a taper outer surface 12 a with a larger diameter toward the distal end (right side in FIG. 1), and a mounting hole 3.
  • the tool holding part 11, the shank part 12, and the flange part 13 are formed integrally with each other.
  • a taper hole 10a Inside the holder body 10, there are a taper hole 10a, an insertion hole 10b, and a screw hole 10c from the distal end (right side in Fig. 1) to the proximal end (left side in Fig. 1). They are formed in series.
  • the fastening port 20 passes through the through hole 1Ob from the screw hole 10c, and the screw portion protrudes into the tapered hole 10a.
  • the connecting projection at the base end of the tool T is engaged with the taper hole 10a, screwed to the fastening bolt 20 and fastened to the tool holder 2. That is, the tool holding portion 11 is composed of the tapered hole 10a, the through hole 10b, the fastening bolt 20, and the like.
  • the pull rod 25 is screwed into the screw hole 10 c from the base end side of the holder body 10, and the flange 25 a is fixed to the shank 12 by contacting the flange 25 a.
  • the collet 5 is engaged with the engaging portion 25b at the base end of the pull stud 25, and the shank portion 12 is retracted by pulling a draw bar (not shown) to the left in FIG.
  • a through hole 25 c through which the hexagon wrench rod can pass, and a hexagon hole 20 a for engaging the tip of the hexagon wrench rod and rotating the fastening bolt 20 are also formed. .
  • the inner surface of the mounting hole 3 of the spindle 1 can be slightly elastically deformed in the radial direction by contacting the tapered outer surface 12a of the tool holder 2 at multiple positions in the axial direction.
  • a plurality of elastic engaging portions 6 are provided.
  • a plurality of annular grooves 6a are formed in the inner surface of the mounting hole 3 of the main shaft 1 at predetermined intervals in the axial direction, and the plurality of annular grooves 6a and the plurality of elastic engaging portions 6 alternate in the axial direction.
  • the plurality of elastic engaging portions 6 It is formed integrally with 2.
  • Each elastic engaging portion 6 is a sufficiently hard elastic member having a large elastic constant.
  • the plurality of elastic engaging portions 6 are inclined so that the inner circumferential side of the elastic engaging portions 6 shifts toward the larger diameter side of the tapered shape of the mounting hole 3 (the right side in FIG. 1) with respect to a plane perpendicular to the axis of the main shaft 1. are doing.
  • the plurality of annular grooves 6a are also formed as inclined grooves that shift to the larger diameter side of the tapered shape of the mounting hole 3 toward the inner peripheral side.
  • the inner peripheral radius of the plurality of elastic engaging portions 6 is the outer peripheral surface of the taper of the tool holder 2.
  • Two vertical grooves 6 b (see FIG. 2) extending in the longitudinal direction of the mounting hole 3 are formed in the inner surface of the mounting hole 3 of the main shaft 1 symmetrically with respect to the axial center.
  • each elastic engaging portion 6 is divided into two in the circumferential direction, and each divided portion of the elastic engaging portion 6 is formed over an arc of about 170 degrees on the inner circumference of the mounting hole 3.
  • a key for transmitting a rotational torque from the spindle 1 to the tool holder 2 may be mounted on each of the vertical grooves 6b. When the tool holder 2 is mounted on the spindle 1, these keys engage with the key groove (not shown) of the tool holder 2 and
  • It can be configured to be able to transmit one force and rotation torque to the tool holder 2.
  • an engagement groove 13a with which an arm of the automatic tool changer can be engaged is formed on an outer peripheral portion of the flange portion 13 of the tool holder 2.
  • the base end of the flange portion 13 has a large annular elastic constant that, when the tool holder 2 is mounted on the main shaft 1, abuts against the front end surface (outer end surface) of the main shaft 1 and elastically deforms in the axial direction.
  • An elastic flange portion 14 is provided.
  • the elastic flange portion 14 is formed in parallel with a plane orthogonal to the axis of the main shaft 2, and has an annular contact portion which is bent to the proximal end at the outer peripheral end thereof and can contact the distal end surface of the main shaft 1.
  • 14 a is provided.
  • An annular recess groove 14 b is formed inside the elastic flange portion 14 in the axial direction, and an annular groove 14 c is formed outside the elastic flange portion 14 in the axial direction.
  • the elastic constant of 14 can be set appropriately.
  • the elastic flange portion 14 is also in a state of being elastically deformed and is in close contact with the tip end surface of the main shaft 1.
  • the plurality of elastic engaging portions 6 are elastically deformed in the radial direction to come into contact with the outer peripheral surface 12 a of the taper of the tool holder 2, and the elastic flange portion 14 is elastically deformed so that the tip of the spindle 1 is deformed.
  • the elastic flange portion 14 is formed in a ring shape at a position where the radial distance from the axis a is large, it is very effective in suppressing elastic deformation and vibration of the tool holder 2, and Stability can be improved.
  • a plurality of elastic engaging portions 6 are provided at a plurality of positions in the axial direction of the inner surface of the mounting hole 3 of the main shaft 1, so that the entire shank portion 1 and 2 can be securely applied to the inner surface of the mounting hole 3 with an even force as a whole. Can be fitted. Since a plurality of annular grooves 6a are formed at predetermined intervals in the axial direction in the inner surface of the mounting hole 3 of the main shaft 1, a plurality of elastic engagement portions 6 can be formed integrally with the main shaft 1, The number of parts can be reduced and the structure can be simplified.
  • the plurality of elastic engagement portions 6 are inclined with respect to a plane orthogonal to the axis, and Since two vertical grooves 6b are formed in the inner surface of the perforated hole 3 to divide each elastic engaging portion 6, the elastic constants of the plurality of elastic engaging portions 6 are made somewhat smaller to facilitate elastic deformation. can do. Moreover, the two vertical grooves 6b formed symmetrically with respect to the axial center can be used as key grooves for mounting a key connected to the tool holder 2 so as to transmit torque.
  • the plurality of elastic engaging portions 6 are inclined so that the inner peripheral side shifts toward the larger diameter side of the mounting hole 3 so that the tool holder 2 is mounted in the mounting hole 3 as shown in FIG. In this state, the plurality of elastic engagement portions 6 are also elastically deformed toward the large diameter side of the tapered shape. In this state, the inner peripheral surfaces of the plurality of elastic engaging portions 6 are fastened to the tapered outer peripheral surface 12a of the tool holder 2 by friction, so that the return force of the elastic engaging portions 6 is based on the tool holder 2. Acts as a force to move to the end (left side in Fig. 1). This has the effect of increasing the retraction force for pulling the tool holder 2 toward the proximal end, and is advantageous in terms of miniaturization of the bowing mechanism.
  • a plurality of elastic engagement portions 6A are formed on the main shaft 1A in parallel with a plane orthogonal to the axis of the main shaft 1A.
  • a plurality of annular grooves parallel to a plane orthogonal to the axis of the main shaft 1A are formed in the inner surface of the mounting hole 3A of the main shaft 1A. 6c are formed at predetermined intervals in the axial direction.
  • the plurality of elastic engagement portions 6A When the shank portion 12 is driven by the draw bar of the retraction mechanism, the plurality of elastic engagement portions 6A receive a force from the shank portion 12 in the direction perpendicular to the inner surface of the mounting hole 3A, so that the radius It is slightly elastically deformed in the direction. 2) As shown in FIG. 7, a plurality of elastic engaging portions 6B are formed on the main shaft 1B, and the plurality of elastic engaging portions 6B are formed on a surface orthogonal to the axis of the main shaft 1B. The innermost side, the hole of the mounting hole 3B. It is inclined so as to shift to the smaller diameter side of the shape.
  • annular grooves 6c are formed at predetermined intervals in the axial direction so as to be inclined toward the inner diameter side so that the tapered shape of the mounting hole 3B shifts to the smaller diameter side.
  • the elastic engaging portions 6B and the annular grooves 6c are alternately arranged in the axial direction, and the elastic engaging portions 6B are formed integrally with the main shaft 1B.
  • the plurality of elastic engagement portions are constituted by a plurality of flange-shaped members 6C fixed in grooves on the inner surface of the mounting hole 3C of the main shaft 1C.
  • the plurality of flange-shaped members 6C are inclined with respect to a plane perpendicular to the axis of the main shaft 1C such that the inner circumferential side shifts toward the tapered large-diameter side of the mounting hole 3C.
  • each flange-shaped member 6C may be formed in an annular shape, or may be formed in a plurality of divided bodies having axial symmetry.
  • a flange-shaped member projecting in substantially the same direction as the elastic engaging portion 6A or the elastic engaging portion 6B may be provided.
  • the tool holder 2D is formed by omitting the elastic flange portion 14, the lug groove 14a, and the inclined groove 14b of the tool holder 2, and the tip surface of the spindle 1 and the elastic flange. It is configured such that a gap remains between the portion 14.
  • the elastic flange portion 14E of the tool holder 2E is located on the smaller diameter side of the tapered shape of the mounting hole 3E toward the outer periphery with respect to the surface orthogonal to the axis of the main shaft 1C. It is inclined to move to.
  • the elastic flange portion 14E integrally with the holder main body 10E, it is inclined on both sides in the axial center direction of the elastic flange portion 14E so that the outer peripheral side is shifted toward the tapered small diameter side.
  • a slack groove 14 d and an annular groove 14 e are formed.
  • the mounting hole 3F of the main shaft 1F provided with a plurality of elastic engagement portions 6F and the cross-sectional shape orthogonal to the axis of the shank portion 1 2F of the tool holder 1F Are formed in a triangular shape which is a non-circular shape.
  • This triangular shape is a shape in which three protruding portions 31 are formed every 120 degrees outside the inscribed reference circle 30, and these protruding portions 31 form the mounting holes 3 F of the main shaft 1 F.
  • three vertical grooves 6 f are formed axially symmetrically at the corners of the inner surface of the mounting hole 3 F of the main shaft 1 F.
  • the shape of the cross section perpendicular to the axis of the main shaft 1 G provided with a plurality of elastic engagement portions 6 G and the shank portion 1 2 G of the tool holder 1 G are formed in a square shape which is a non-circular shape.
  • This quadrangular shape is a shape in which four protrusions 33 are formed every 90 degrees on the outside of the inscribed reference circle 32. Rotational torque can be transmitted to the part 12 G without using a key.
  • four vertical grooves 6 g are formed axially symmetrically at the corners of the inner surface of the mounting hole 3 G of the main shaft 1 G.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the axis of the mounting hole and the shank is not limited to the non-circular shapes shown in Figs. 11 and 12, and it is possible to use various non-circular shapes with axial symmetry. It is.
  • the plurality of elastic engaging portions may be configured such that the radial width of the elastic hole becomes longer as it is located on the larger diameter side of the tapered shape of the mounting hole.

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Description

明 細 書 工具ホルダ取付け構造 技術分野
本発明は工具ホルダを工作機械の主軸に強力に固定できるようにした工具ホル ダ取付け構造に関する。 背景技術
従来、 ボール盤、 フライス盤、 マシニングセンター等の工作機械では、 主軸の 先端部分に工具を保持する工具ホルダが取付けられ、 主軸により工具を回転させ ワークに機械加工が施される。 主軸に工具ホルダを交換可能に固定する為に、 ¾ 軸のテ一パ穴に、 工具ホルダのシャンク部を引込んで固定する引込み機構が主軸 に設けられている。
前記工具ホルダは、 工具を取付ける為の工具保持部、 テ一パ外周面を有するシ ヤンク部、 シャンク部に固定されたプルスタッド、 テ一パ穴よりも大径のフラン ジ部を備えている。 前記引込み機構により工具ホルダを引込み側へ駆動して、 シ ヤンク部が主軸のテ一ノ、。穴に嵌合固定される。
最近の工作機械は、 誤差 1〃m以下の高い加工精度が要求され、 しかも、 3000 0〜40000 r p mもの高速回転で主軸を回転させながら機械加工を行うようにな つてきている。 そのため、 高速回転する主軸と工具ホルダに振動が生じ易く、 加 ェ精度の低下要因となる。 その加工精度の低下を防止する為には、 工具ホルダの シャンク部の全体を主軸のテーパ穴に密着させて固定力を強化することが望まし レ、。 しかし、 主軸のテーパ穴の機械加工誤差や工具ホルダの機械加工誤差があり 、 工作機械使用中における工具の発熱に起因して主軸も工具ホルダも熱膨張する ため、 工具ホルダのシャンク部の全体を主軸のテーパ穴に密着状態に嵌合させて 強固に固定することは殆ど不可能である。 しかも、 工具ホルダのシャンク部を主 軸のテ一パ穴に密着させながら、 工具ホルダのフランジ部を主軸の先端面に密着 させることは到底不可能であるから、 従来の通常の工具ホルダにおいては、 その フランジ部を主軸の先端面に当接させる構造にはなつていない。
次に、 先行技術に該当する種々の工具ホルダについて説明する。
特開平 8— 1 0 8 3 0 2号公報の工具ホルダは、 シャンク部とフランジ部を有 するホルダ本体、 シャンク部に軸心方向へ相対移動可能に外嵌され且つテ一パ穴 と同テ一パ形状の外周面を有するスリーブ、 フランジ部とスリ一ブの間に装着さ れた弾性部材を備えている。 スリーブは周方向の一部で分割され、 その隙間に弾 性体が装着されている。 引込み機構により工具ホルダが弓 I込まれると、 フランジ 部が主軸の先端面に当接する。 スリーブは弾性部材を介して主軸の基端側へ押圧 され縮径してテ一パ穴に係合され、 シャンク部にも結合される。 特開平 9一 2 4 8 7 2 7号公報の工具ホルダは、 前記公報の工具ホルダにおいて、 周方向の一部 で分割したスリ一ブの代わりに、 周方向の一部に内溝を形成したスリ一ブを設け たものである。
これらの工具ホルダでは、 引込み機構により工具ホルダが引込まれるとスリー ブが全体的に縮径する。 それ故、 スリーブのテーパ外周面をテ一パ穴に隙間なく 密着させて嵌合固定できない虞があり、 その外周部全体をほぼ均等な力でテーパ 穴の内面に結合させることが難しい。 しかも、 部品点数が多く構造も複雑になり 製作コス卜が高価になる。
特開平 7— 9 6 4 3 7号公報の工具ホルダにおいては、 シャンク部とフランジ 部の境界部分に環状溝が形成されている。 この環状溝を形成することにより、 フ ランジ部の一部が薄肉部に形成されている。 引込み機構により工具ホルダが引込 まれると、 フランジ部が主軸の先端面に当接した状態で皿パネとして機能して微 小に弾性変形し、 シャンク部がテーパ穴に係合される。 この工具ホルダでは、 引 込み機構により工具ホルダが引込まれると、 フランジ部が主軸の先端面に当接し た状態で微小に弾性変形して、 シャンク部がテーパ穴に係合される。 しかし、 こ のシャンク部の大部分は従来のシャンク部と殆ど変わらない構造であるため、 従 来の工具ホルダとほぼ同様の課題が生じる。
本発明の目的は、 主軸の取付穴の内面に工具ホルダのシャンク部の全体を弾性 的に強固に嵌合固定可能な工具ホルダ取付け構造を提供すること、 工具ホルダの フランジ部を主軸の外端面に弾性的に当接可能にして振動しにくくして安定性を 高めた工具ホルダ取付け構造を提供することである。 発明の開示
本発明は、 工具を保持する工具ホルダを工作機械の主軸のテーパ状の取付穴に 取外し可能に取付ける構造において、 前記工具ホルダにテ一パ外周面を有するシ ヤンク部を設け、 前記主軸の取付穴の内面部分の軸心方向複数位置に、 工具ホル ダのテ一パ外周面に当接して半径方向に微小に弾性変形可能な複数の弾性係合部 を設け、 前記シャンク部を主軸の取付穴に嵌合させ、 複数の弾性係合部を半径方 向に弾性変形させた状態で、 工具ホルダを主軸に固定するように構成したことを 特徴とするものである。
この工具ホルダ取付け構造では、 主軸の取付穴の内面部分に設けられた複数の 弾性係合部が、 工具ホルダのシャンク部のテーパ外周面に当接し半径方向に微小 に弾性変形した状態で、 シャンク部が取付穴に嵌合固定される。 つまり、 複数の 弾性係合部を半径方向に弾性変形させてシャンク部のテーパ外周面に密着させ、 これら弾性係合部を介してシャンク部の全体を全体的に均等な力で取付穴の内面 に嵌合させることができる。 こうして、 工具ホルダを主軸に強力に弾性的に固定 保持できるため、 主軸が高速回転する場合でも、 主軸と工具ホルダが振動するの を抑制でき、 機械加工の精度を格段に高めることができる。
前記主軸の取付穴の内面部分に複数の環状溝を軸心方向に所定間隔おきに形成 し、 これら複数の環状溝と複数の弾性係合部とを軸心方向に交互に配置し、 これ ら複数の環状溝を形成することにより複数の弾性係合部を主軸と一体的に形成す ることが望ましい。
前記弾性係合部を、 前記主軸の軸心と直交する面に対して傾斜させることが望 ましい。 この場合、 前記弾性係合部を、 内周側ほど取付穴のテ一パ形状の大径側 へ移行するように傾斜させることが望ましい。 また、 前記弾性係合部を、 前記主 軸の軸心と直交する面と平行に形成してもよい。 前記主軸の取付穴の内面部分に、 取付穴の長さ方向に延びる複数の立溝を軸心 対称に形成することが望ましい。
前記工具ホルダを主軸に装着した状態において、 主軸の先端面(外側端面) に 当接して軸心方向に弾性変形する弾性フランジ部を工具ホルダに設けることが望 ましい。 この場合、 前記弾性フランジ部を環状に形成し、 この弾性フランジ部の 軸心方向内側に環状のぬすみ溝を形成し、 前記弾性フランジ部の軸心方向外側に 環状の溝を形成してもよい。
前記複数の弾性係合部を、 前記主軸の取付穴の内面部分に固定された複数の鍔 状部材で構成してもよレ、。 前記主軸の取付穴からシャンク部にキーを用いること なく回転トルクを伝達可能とする為に、 取付穴とシャンク部の軸心と直交する断 面の形状を、 回転トルク伝達可能な非円形形状に形成してもよい。 図面の簡単な説明
図 1〜図 5は本発明のメイン実施形態に係る図面であり、 図 1は主軸の一部と 工具ホルダの縦断面図、 図 2は図 1の I I矢視図、 図 3は工具ホルダの側面図、 図 4は図 3の IV矢視図、 図 5は図 1の要部拡大図である。 図 6〜図 1 2は変更形態 に係る図面であり、 図 6、 図 7は主軸の一部と工具ホルダの縦断面図、 図 8〜図 1 0は主軸と工具ホルダの要部の縦断面図、 図 1 1、 図 1 2は軸心と直交する鉛 直面で切断した主軸と工具ホルダの縦断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態は、 マシニングセン夕一等の工具自動交換装置を備えた工作機械の 主軸に工具ホルダを取外し可能に取付ける構造に、 本発明を適用した場合の一例 である。
図 1、 図 2に示すように、 主軸 1の先端部分には先端側程大径化するテ一パ状 の取付穴 3が形成され、 主軸 1の軸心 aは取付穴 3の軸心と共通であり、 主軸 1 の先端面は軸心 aと直交する平滑面に形成されている。 主軸 1の内部には取付穴 3に連通する収容孔 4が形成され、 この収容孔 4には工具ホルダ 2のシャンク部 1 2を主軸 1の取付穴 3に引込んで固定する引込み機構のドロ一バーの先端のコ レツト 5が収容されている。
図 1、 図 3、 図 4に示すように、 工具ホルダ 2は、 ホルダ本体 1 0と、 締結ボ ルト 2 0と、 プルス夕ッド 2 5とを有する。 ホルダ本体 1 0は、 工具 Tを取付け る為の工具保持部 1 1、 先端側 (図 1における右側) ほど大径化するテ一パ外周 面 1 2 aを有するシャンク部 1 2、 取付穴 3よりも大径のフランジ部 1 3を備え 、 これら工具保持部 1 1とシャンク部 1 2とフランジ部 1 3とは一体形成されて レ o
ホルダ本体 1 0の内部には、 テ一パ穴 1 0 a、 挿通孔 1 0 b、 ネジ穴 1 0 cが 先端側 (図 1の右側) から基端側 (図 1の左側) へ向かって直列状に形成されて いる。 締結ポルト 2 0はネジ穴 1 0 cの方から揷通孔 1 O bを揷通し、 そのネジ 部がテーパ穴 1 0 aに突出している。 工具 Tの基端の連結凸部がテ一パ穴 1 0 a 係合され、 締結ボルト 2 0に螺合されて工具ホルダ 2に締結されている。 つまり 、 工具保持部 1 1は、 テーパ穴 1 0 aと揷通孔 1 0 bと締結ボルト 2 0などで構 成されている。
プルス夕ッド 2 5は、 ホルダ本体 1 0の基端側からネジ穴 1 0 cに螺合され、 その鍔部 2 5 aをシャンク部 1 2に当接させて固定されている。 プルスタツド 2 5の基端部の係合部 2 5 bにコレツト 5を係合させ、 図示外のドローバーを図 1 の左方へ引っ張ることにより、 シャンク部 1 2が引き込まれる。 尚、 6角レンチ 棒が揷通可能な揷通孔 2 5 c、 6角レンチ棒の先端部を係合させ締結ボルト 2 0 を回動させる為の 6角穴 2 0 aも形成されている。
図 1、 図 2に示すように、 主軸 1の取付穴 3の内面部分の軸心方向複数位置に は、 工具ホルダ 2のテーパ外周面 1 2 aに当接して半径方向へ微小に弾性変形可 能な複数の弾性係合部 6が設けられている。 主軸 1の取付穴 3の内面部分に複数 の環状溝 6 aが軸心方向に所定間隔おきに形成され、 これら複数の環状溝 6 aと 複数の弾性係合部 6とが軸心方向に交互に配置されている。 主軸 1の取付穴 3の 内面部分に複数の環状溝 6 aを形成することにより、 複数の弾性係合部 6が主軸 2と一体的に形成されている。 各弾性係合部 6は、 大きな弾性定数を有し十分に 硬い弾性部材となっている。
複数の弾性係合部 6は、 主軸 1の軸心と直交する面に対して、 内周側ほど取付 穴 3のテ一パ形状の大径側 (図 1の右側) へ移行するように傾斜している。 複数 の環状溝 6 aも内周側ほど取付穴 3のテーパ形状の大径側へ移行する傾斜溝に形 成されている。 複数の弾性係合部 6の内周半径は、 工具ホルダ 2のテ一パ外周面
2 aを嵌合可能に先端側に位置するものほど大径である。
主軸 1の取付穴 3の内面部分には、 取付穴 3の長さ方向に延びる 2本の立溝 6 b (図 2参照) が軸心対称に形成されている。 これにより、 各弾性係合部 6は周 方向に 2分割され、 弾性係合部 6の各分割部は取付穴 3の内周約 1 7 0度円弧に 亙って形成されている。 2本の立溝 6 bを形成して各弾性係合部 6を 2分割する ことにより、 大きな弾性定数の弾性係合部 6を弾性変形し易くし、 弾性定数を幾 分小さくすることができる。 尚、 これら立溝 6 bに、 主軸 1から工具ホルダ 2に 回転トルクを伝達する為のキーを夫々装着してもよい。 工具ホルダ 2を主軸 1に 装着したとき、 これらキーが工具ホルダ 2のキー溝 (図示略) に係合して、 主軸
1力、ら回転トルクを工具ホルダ 2に伝達可能に構成できる。
図 1、 図 3、 図 5に示すように、 工具ホルダ 2のフランジ部 1 3の外周部分に は、 工具自動交換装置のアームが係合可能な係合溝 1 3 aが形成されている。 フ ランジ部 1 3の基端部分には、 工具ホルダ 2を主軸 1に装着するとき、 主軸 1の 先端面 (外側端面) に当接して軸心方向に弾性変形する環状の大きな弾性定数を もつ弾性フランジ部 1 4が設けられている。
弾性フランジ部 1 4は、 主軸 2の軸心と直交する面と平行に形成され、 その外 周端部に基端側へ屈曲して主軸 1の先端面に当接可能な環状の当接部 1 4 aが設 けられている。 この弾性フランジ部 1 4の軸心方向内側には環状のぬすみ溝 1 4 bが形成され、 弾性フランジ部 1 4の軸心方向外側には環状溝 1 4 cが形成され ている。 ぬすみ溝 1 4 bと環状溝 1 4 cを形成することにより、 弾性フランジ部
1 4の弾性定数を適切に設定することができる。
前記主軸 1に工具ホルダ 2を取付ける構造の作用 ·効果について説明する。 主軸 1の取付穴 3に工具ホルダ 2のシャンク部 1 2を挿入したとき、 シャンク 部 1 2が複数の弾性係合部 6に当接する前に、 弾性フランジ部 1 4が主軸 1の先 端面に当接する。 次に、 引込み機構のドローバーの先端のコレット 5により工具 ホルダ 2のシャンク部 1 2を主軸 1の基端側へ引込んでいくと、 弾性フランジ部 1 4の弾性変形と複数の弾性係合部 1 3の弾性変形が進行して、 シャンク部 1 2 が取付穴 3に嵌合固定される。 このとき、 図 5に実線で示すように、 複数の弾性 係合部 6が工具ホルダ 2のテーパ外周面 1 2 aに当接した後に、 図 5に鎖線で示 すように、 複数の弾性係合部 6が半径方向に微小に弾性変形し、 その状態で、 シ ヤンク部 1 2が取付穴 3に嵌合固定される。 つまり、 複数の弾性係合部 6を半径 方向に弾性変形させて工具ホルダ 2のテーパ外周面 1 2 aに密着させ、 これら弾 性係合部 6を介してシャンク部 1 2の全体を全体的に均等な力で取付穴 3の内面 に係合させることができる。
しかも、 工具ホルダ 2を主軸 1に固定した状態では、 弾性フランジ部 1 4も弾 性変形した状態で主軸 1の先端端面に密着した状態になる。 このように、 複数の 弾性係合部 6を半径方向に弾性変形させて工具ホルダ 2のテ一パ外周面 1 2 aに 当接させ、 弾性フランジ部 1 4を弾性変形させて主軸 1の先端端面に当接させた 状態にして、 工具ホルダ 2を主軸 1に強力に固定保持することができる。 その結 果、 主軸 1が高速回転する場合でも、 主軸 1と工具ホルダ 2に振動が発生しにく くなり、 機械加工精度を確実に高めることができる。 特に、 弾性フランジ部 1 4 は軸心 aからの半径距離の大きい位置に環状に形成されているため、 工具ホルダ 2の弾性変形や振動を抑制するうえで非常に有効であり、 工具ホルダ 2の安定性 を高めることができる。
主軸 1の取付穴 3の内面部分の軸心方向複数位置に複数の弾性係合部 6を設け たので、 シャンク部 1 2の全体を全体的に均等な力で取付穴 3の内面に確実に嵌 合することができる。 主軸 1の取付穴 3の内面部分に複数の環状溝 6 aを軸心方 向に所定間隔おきに形成したので、 複数の弾性係合部 6を主軸 1と一体的に形成 することができ、 部品点数を少なくし構造を簡単化できる。
複数の弾性係合部 6を軸心と直交する面に対して傾斜させ、 また、 主軸 1の取 付穴 3の内面部分に 2本の立溝 6 bを形成して、 各弾性係合部 6を分断したので 、 複数の弾性係合部 6の弾性定数を幾分小さくして弾性変形し易くすることがで きる。 しかも、 軸心対称に形成された 2本の立溝 6 bを、 工具ホルダ 2にトルク 伝達可能に連結するキーを装着するキー溝として利用することができる。
複数の弾性係合部 6は、 内周側ほど取付穴 3のテーパ形状の大径側へ移行する ように傾斜しているので、 図 5に示すように、 工具ホルダ 2を取付穴 3に装着し た状態で、 複数の弾性係合部 6は前記テーパ形状の大径側へも弾性変形する。 こ の状態で、 複数の弾性係合部 6の内周面は工具ホルダ 2のテーパ外周面 1 2 aに 摩擦により締結状態となるので、 弾性係合部 6の復帰力は工具ホルダ 2を基端側 (図 1の左方) へ移動させる力として働く。 工具ホルダ 2を基端側へ引き込む引 込み力を強くする作用があり、 弓 [込み機構の小型化の面で有利である。
ここで、 前記の引込み機構を解除して、 工具ホルダ 2を主軸 1から取り外す場 合に、 コレット 5を解除すると、 弾性フランジ部 1 4の復帰力で、 工具ホルダ 2 が図 1の右方へ微小に移動し、 複数の弾性係合部 6の弾性変形が解除されるため 、 工具ホルダ 2を自動工具交換装置のアームにより取り外すことができる。 但し、 工具ホルダ 2を主軸 1に装着する際に、 複数の弾性係合部 6と弾性フラ ンジ部 1 4とがほぼ同時に主軸 1に当接するように構成してもよく、 或いは、 複 数の弾性係合部 6が弾性フランジ部 1 4よりも先に主軸 1に当接するように構成 してもょレ、0
次に、 変更形態について説明する。 但し、 前記メイン実施形態と基本的に同じ ものには同一符号を付して説明を省略する。
1〕 図 6に示すように、 主軸 1 Aには、 複数の弾性係合部 6 Aが主軸 1 Aの軸 心と直交する面と平行に形成されている。 これら弾性係合部 6 Aを主軸 1 Aに一 体形成する為に、 主軸 1 Aの取付穴 3 Aの内面部分に、 主軸 1 Aの軸心と直交す る面と平行な複数の環状溝 6 cが、 軸心方向に所定間隔おきに形成されている。 シャンク部 1 2を引込み機構のドロ一バーにより引込み駆動するとき、 複数の 弾性係合部 6 Aには、 シャンク部 1 2から取付穴 3 Aの内面と垂直な方向の力を 受けるため、 半径方向へ微小に弾性変形する。 2〕 図 7に示すように、 主軸 1 Bには複数の弾性係合部 6 Bが形成され、 これ ら複数の弾性係合部 6 Bは、 主軸 1 Bの軸心と直交する面に対して、 内周側ほど 取付穴 3 Bのテ一ノ、。形状の小径側へ移行するように傾斜している。 主軸 1 Bの取 付穴 3 Bの内面部分に、 内周側ほど取付穴 3 Bのテーパ形状の小径側へ移行する ように傾斜する環状溝 6 cが、 軸心方向に所定間隔おきに形成され、 弾性係合部 6 Bと環状溝 6 cとが軸心方向に交互に配置され、 これら弾性係合部 6 Bが主軸 1 Bに一体形成されている。 シャンク部 1 2を引込み機構のドローバーにより引 込み駆動するとき、 複数の弾性係合部 6 Bには、 シャンク部 1 2から取付穴 3 B の内面と垂直な方向の力を受けるため、 半径方向へ微小に弾性変形する。 工具ホ ルダ 2を取り外す際に、 複数の弾性係合部 6 Bの弾性復帰力と、 弾性フランジ部 1 4の弾性復帰力で、 工具ホルダ 2が図 7の右方へ微小に移動するため、 工具ホ ルダ 2の取り外しの面で有利である。
3〕 図 8に示すように、 複数の弾性係合部が、 主軸 1 Cの取付穴 3 Cの内面部 分の溝に固定された複数の鍔状部材 6 Cで構成されている。 複数の鍔状部材 6 C は、 主軸 1 Cの軸心と直交する面に対して、 内周側ほど取付穴 3 Cのテ一パ形状 の大径側へ移行するように傾斜している。 尚、 各鍔状部材 6 Cを環状に構成して もよいし、 軸心対称となる複数の分割体に構成してもよい。 また、 これら鍔状部 材 6 Cの代わりに、 前記弾性係合部 6 A又は弾性係合部 6 Bとほぼ同方向へ張り 出す鍔状部材を設けてもよい。
4〕 図 9に示すように、 工具ホルダ 2 Dは、 前記工具ホルダ 2における弾性フ ランジ部 1 4、 ぬすみ溝 1 4 a、 傾斜溝 1 4 bを省略し、 主軸 1の先端面と弾性 フランジ部 1 4との間に隙間が残るように構成したものである。
5〕 図 1 0に示すように、 工具ホルダ 2 Eの弾性フランジ部 1 4 Eは、 主軸 1 Cの軸心と直交する面に対して、 外周側ほど取付穴 3 Eのテーパ形状の小径側へ 移行するように傾斜している。 この弾性フランジ部 1 4 Eをホルダ本体 1 0 Eに 一体形成するために、 弾性フランジ部 1 4 Eの軸心方向両側に、 外周側ほど前記 テ一パ形状の小径側へ移行するように傾斜するぬすみ溝 1 4 dと環状溝 1 4 eが 形成されている。 6〕 図 1 1に示すように、 複数の弾性係合部 6 Fを設けた主軸 1 Fの取付穴 3 Fと、 工具ホルダ 1 Fのシャンク部 1 2 Fの軸心と直交する断面の形状が、 非円 形形状である三角形的形状に形成されている。 この三角形的形状は内接基準円 3 0の外側に 1 2 0度おきに 3つの突出部 3 1を形成した形状であり、 これらの突 出部 3 1により、 主軸 1 Fの取付穴 3 Fからシャンク部 1 2 Fにキ一を用いるこ となく回転トルクを伝達することができる。 尚、 主軸 1 Fの取付穴 3 Fの内面部 分の角部に 3本の立溝 6 f が軸心対称に形成されている。
7〕 図 1 2に示すように、 複数の弾性係合部 6 Gを設けた主軸 1 Gの取付穴 3 Gと、 工具ホルダ 1 Gのシャンク部 1 2 Gの軸心と直交する断面の形状が、 非円 形形状である四角形的形状に形成されている。 この四角形的形状は内接基準円 3 2の外側に 9 0度おきに 4つの突出部 3 3を形成した形状であり、 これらの突出 部 3 3により、 主軸 1 Gの取付穴 3 Gからシャンク部 1 2 Gにキーを用いること なく回転トルクを伝達することができる。 尚、 主軸 1 Gの取付穴 3 Gの内面部分 の角部の角部に 4本の立溝 6 gが軸心対称に形成されている。 尚、 取付穴とシャ ンク部の軸心と直交する断面の形状については、 図 1 1、 図 1 2の非円形形状以 外に、 軸心対称となる種々の非円形形状とすることが可能である。
8〕 複数の弾性係合部の径方向幅は、 取付穴のテ―パ形状の大径側に位置する ものほど長くなるように構成してもよい。
9〕 前記立溝を省略することが可能である。 また、 弾性係合部の数や厚さ、 各 弾性係合部を形成する周方向の領域等については適宜設定可能である。
1 0〕 その他、 本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、 前記実施形態や変更形態に 種々の変更を付加した形態で実施することも可能であるし、.種々の工作機械に装 備される工具ホルダを主軸に取付る構造に本発明を適用することが可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 工具を保持する工具ホルダを工作機械の主軸のテーパ状の取付穴に取外し可 能に取付ける構造において、
前記工具ホルダにテ一パ外周面を有するシャンク部を設け、
前記主軸の取付穴の内面部分の軸心方向複数位置に、 工具ホルダのテ一パ外周 面に当接して半径方向に微小に弾性変形可能な複数の弾性係合部を設け、 前記シャンク部を主軸の取付穴に嵌合させ、 複数の弾性係合部を半径方向に弾 性変形させた状態で、 工具ホルダを主軸に固定するように構成したことを特徴と する工具ホルダ取付け構造。
2 . 前記主軸の取付穴の内面部分に複数の環状溝が軸心方向に所定間隔おきに形 成され、 これら複数の環状溝と複数の弾性係合部とが軸心方向に交互に配置され 、 これら複数の環状溝を形成することにより複数の弾性係合部が主軸と一体的に 形成されたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の工具ホルダ取付け構造。
3 . 前記弾性係合部は、 前記主軸の軸心と直交する面に対して傾斜していること を特徴とする請求の範囲第 2項に記載の工具ホルダ取付け構造。
4 . 前記弾性係合部は、 内周側ほど取付穴のテーパ形状の大径側へ移行するよう に傾斜していることを特徵とする請求の範囲第 3項に記載の工具ホルダ取付け構 造。
5 . 前記弾性係合部は、 前記主軸の軸心と直交する面と平行に形成されているこ とを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の工具ホルダ取付け構造。
6 . 前記主軸の取付穴の内面部分に、 取付穴の長さ方向に延びる複数の立溝が軸 心対称に形成されたことを特徵とする請求の範囲第 4項に記載の工具ホルダ取付 け構造。
7 . 前記工具ホルダを主軸に装着した状態において、 主軸の外側端面に当接して 軸心方向に弾性変形する弾性フランジ部を工具ホルダに設けたことを特徴とする 請求の範囲第 1項〜第 6項の何れかに記載の工具ホルダ取付け構造。
8 . 前記弾性フランジ部は環状に形成され、 この弾性フランジ部の軸心方向内側 には環状のぬすみ溝が形成され、 前記弾性フランジ部の軸心方向外側には環状の 傾斜溝が形成されたことを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の工具ホルダ取付 け構造。
9 . 前記複数の弾性係合部は、 前記主軸の取付穴の内面部分に固定された複数の 鍔状部材で構成されたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の工具ホルダ取 付け構造。
1 0 . 前記主軸の取付穴からシャンク部にキーを用いることなく回転トルクを伝 達可能とする為に、 取付穴とシャンク部の軸心と直交する断面の形状が、 回転ト ルク伝達可能な非円形形状に形成されたことを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 6項の何れかに記載の工具ホルダ取付け構造。
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