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技術 工具ホルダ

出願人 株式会社牧野フライス製作所
発明者 玉川英史
出願日 2018年12月27日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-245880
公開日 2020年7月9日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-104220
状態 特許登録済
技術分野 工作機械の治具 フライス加工 バイト、中ぐり工具、ホルダ及びタレット
主要キーワード 対数螺旋 三次元プリンタ 渦巻き形 錘部材 アルキメデス 工具装着穴 テーパ穴 直線動作
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年7月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

振動抑制効果の一層高工具ホルダを提供する。

解決手段

工作機械主軸に装着される工具把持する工具ホルダ10が、工作機械の主軸のクランプ機構で該主軸に把持される工具ホルダ把持部と、工具ホルダの中心軸線Oに沿って工具ホルダ把持部より先端側に工具ホルダ把持部と一体で形成されたボス部18と、工具ホルダの中心軸線に沿ってボス部に形成された工具装着穴20と、工具装着穴の周囲に工具ホルダの中心軸線を中心として螺旋状に延びるようにボス部に形成された少なくとも1本の渦巻溝24、26とを具備する。

概要

背景

回転工具主軸に取り付け、テーブルにワークを取り付けて、主軸を回転させつつワークに対して相対移動させ、ワークを加工するタイプの工作機械では、工具ホルダを用いて回転工具を主軸に装着するようにしている。

近時、工作機械の分野では主軸の高速化が進められている一方で、高い加工精度が要求されるようになっている。主軸の高速化に伴い、特に高周波数領域で、加工中に共振によるびびり振動のような振動が発生することがある。

特許文献1には、工具ホルダの中空部内に工具ホルダとは固有振動数が異なる錘部材を収容し、中空部の周壁面と錘部材外周面との間にばね部材を配置して、振動の発生を防止した工具ホルダが記載されている。

概要

振動抑制効果の一層高い工具ホルダを提供する。工作機械の主軸に装着される工具把持する工具ホルダ10が、工作機械の主軸のクランプ機構で該主軸に把持される工具ホルダ把持部と、工具ホルダの中心軸線Oに沿って工具ホルダ把持部より先端側に工具ホルダ把持部と一体で形成されたボス部18と、工具ホルダの中心軸線に沿ってボス部に形成された工具装着穴20と、工具装着穴の周囲に工具ホルダの中心軸線を中心として螺旋状に延びるようにボス部に形成された少なくとも1本の渦巻溝24、26とを具備する。

目的

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、振動の抑制効果が一層高い工具ホルダを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

工作機械主軸に装着される工具把持する工具ホルダにおいて、工作機械の主軸のクランプ機構で該主軸に把持される工具ホルダ把持部と、工具ホルダの中心軸線に沿って工具ホルダ把持部より先端側に工具ホルダ把持部と一体で形成されたボス部と、工具ホルダの中心軸線に沿ってボス部に形成された工具装着穴と、工具装着穴の周囲に工具ホルダの中心軸線を中心として渦巻状に延びるようにボス部に形成された少なくとも1本の渦巻溝と、を具備することを特徴とした工具ホルダ。

請求項2

工具ホルダの中心軸線に関して対称に配置された2本の渦巻溝を備える請求項1に記載の工具ホルダ。

請求項3

一端において工具装着穴の底面に開口し工具ホルダの中心軸線に沿って延びる軸方向通路と、工具ホルダの中心軸線に関して半径方向に渦巻溝を横断して延びる複数の径方向通路とを更に備え、径方向通路が、各々の一端において軸方向通路に開口しており、径方向通路を介し渦巻溝が軸方向通路に連通するようにした請求項1に記載の工具ホルダ。

請求項4

工具ホルダ把持部とボス部との間で半径方向に突出したフランジ部を更に備え、該フランジ部は、その外周面に沿って延びる周溝が形成されている請求項1に記載の工具ホルダ。

技術分野

0001

本発明は、工作機械主軸に装着される工具把持する工具ホルダに関する。

背景技術

0002

回転工具を主軸に取り付け、テーブルにワークを取り付けて、主軸を回転させつつワークに対して相対移動させ、ワークを加工するタイプの工作機械では、工具ホルダを用いて回転工具を主軸に装着するようにしている。

0003

近時、工作機械の分野では主軸の高速化が進められている一方で、高い加工精度が要求されるようになっている。主軸の高速化に伴い、特に高周波数領域で、加工中に共振によるびびり振動のような振動が発生することがある。

0004

特許文献1には、工具ホルダの中空部内に工具ホルダとは固有振動数が異なる錘部材を収容し、中空部の周壁面と錘部材外周面との間にばね部材を配置して、振動の発生を防止した工具ホルダが記載されている。

先行技術

0005

特開2007−290047号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1の工具ホルダでは、切削加工中の振動を抑制する効果が小さい問題がある。また、工具ホルダの固有振動数を調節するために、錘部材の重量や形状、また、ばね部材のばね定数のように多くのパラメータを調整する必要があることから、固有振動数の調節がむずかしい問題がある。
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、振動の抑制効果が一層高い工具ホルダを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

上述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械の主軸に装着される工具を把持する工具ホルダにおいて、工作機械の主軸のクランプ機構で該主軸に把持される工具ホルダ把持部と、工具ホルダの中心軸線に沿って工具ホルダ把持部より先端側に工具ホルダ把持部と一体で形成されたボス部と、工具ホルダの中心軸線に沿ってボス部に形成された工具装着穴と、工具装着穴の周囲に工具ホルダの中心軸線を中心として渦巻き状に延びるようにボス部に形成された少なくとも1本の渦巻溝とを具備する工具ホルダが提供される。

発明の効果

0008

本発明によれば、工具ホルダ把持部とボス部とを一体に形成し、ボス部に渦巻溝を形成することによって、振動抑制効果の高い工具ホルダが提供される。また、本発明の工具ホルダは、工具ホルダ把持部とボス部とを一体に形成されているので、三次元プリンタにより一体的に製作することが可能であるので、有限要素法のような解析手法によって事前に固有振動数を求めることが容易であり、渦巻溝の形状や本数、工具ホルダの中心軸線を中心とした螺旋角度範囲等を種々に変更しながらシミュレーションによって、振動抑制効果の一層高い工具ホルダを提供することが可能となる。また、本発明の工具ホルダは、二面拘束型の工具ホルダ(HSKホルダ)や、プルスタッドを有したBTシャンク工具ホルダの形状に三次元プリンタにより製作することができるので、既存の工具マガジン工具交換装置とを備えたマシニングセンタのような工作機械で利用可能である。

図面の簡単な説明

0009

本発明の好ましい実施形態による工具ホルダの縦断面図である。
図1の工具ホルダをボス部側から見た端面図である。
図1において、矢視線III-IIIに沿う断面図である。
工具を装着した状態で示す図1の工具ホルダの側面図である。
工具を装着した状態で示す図1の工具ホルダの端面図である。
本発明の工具ホルダを利用可能な工作機械の略示図である。

実施例

0010

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。先ず、図6を参照して、本発明の工具ホルダを利用可能な工作機械の一例を説明する。
図6において、工作機械100は横形マシニングセンタを構成しており、複数の工具Tを収納する工具マガジン120と、工具マガジン120に収納された工具Tの1つと、工作機械100の主軸108の先端に装着された工具Tとを交換する工具交換装置140を備える。工作機械100、工具マガジン120および工具交換装置140はカバー130によって包囲されている。工具Tはエンドミルのような回転工具であるが、本明細書では単に工具Tと記載する。

0011

カバー130は、その内部を加工室134と工具収納室136とに分割する隔壁132を具備している。工作機械100は、ワークを加工する加工室134内に配置され、工具マガジン120および工具交換装置140は工具収納室136内に配置される。隔壁132には、加工室134と工具収納室136との間で工具を移動するための開口部132aが形成されており、隔壁132には、開口部132aを開閉するためのシャッタ132bが配置されている。

0012

工具マガジン120は円板状に形成されたベース部材122を具備している。ベース部材122は、半径方向外方に開口し周方向等角度間隔で配設された複数の凹部からなる受容部124を有しており、該受容部124の各々に工具ホルダ10を介して工具が保持される。

0013

工具交換装置140は、工具マガジン120と工作機械100との間に配設され、交換アーム142と、シフタ144とを具備している。交換アーム142の両端には工具を把持するグリッパ142a、142bが設けられている。交換アーム142は、主軸108の回転軸線の方向に進退する直線動作と、主軸108の回転軸線に対して垂直な平面(鉛直平面)内で90°または180°回転する回転動作が可能となっている。

0014

シフタ144は、工具マガジン120と交換アーム142との間で水平方向に往復動可能に設けられている。シフタ144は、工具マガジン120の待機位置121にある工具を工具マガジン120から受け取り、該工具を工具授受位置146へ移送する。また、シフタ144は、反対に、工具授受位置146において交換アーム142から工具を受け取り、該工具を待機位置121に配置されている工具マガジン120の受容部124に装着する。

0015

図1図3において、本発明の好ましい実施形態による工具ホルダ10は、工具ホルダ把持部として中空テーパ部12、フランジ部14およびボス部18を有している。テーパ部12は、工作機械の主軸108に形成されたテーパ穴(図示せず)に装着される。より詳細には、主軸108内には、複数のコレット(図示せず)と、該複数のコレットに連結されたドローバー(図示せず)と、該ドローバーを主軸の中心軸線に沿って前後方向に駆動する皿ばね(図示せず)を有したクランプ機構が配設されている。クランプ機構の複数のコレットがテーパ部12の中空部12a内に配置され、中空部12aの内面12bからテーパ部12をテーパ穴の内面12bに押圧することによって、テーパ部12が工作機械の主軸108に把持される。

0016

なお、本例では、工具ホルダ10は、二面拘束型の工具ホルダ(HSKホルダ)であるが、プルスタッド(図示せず)を有したBTシャンク工具ホルダであってもよい。その場合、クランプ機構は、プルスタッドに係脱可能に設けられたドローバー(図示せず)と、該ドローバーを主軸108の回転軸線に沿って前後方向に駆動する皿ばね(図示せず)とを備えている。

0017

フランジ部14は、工作機械100の主軸108の端面に当接する当接面14aと、フランジ部14の外周面に形成された周溝16を有している。周溝16は工具マガジンの受容部124および交換アーム142のグリッパ142a、142bと係合可能となっている。

0018

ボス部18は、工具ホルダ10の中心軸線Oに沿ってフランジ部14からテーパ部12の反対側(先端側)に突出している。ボス部18には、中心軸線Oに沿って工具装着穴20が形成されている。工具装着穴20に工具Tのシャンク部が挿入される。例えば、工具ホルダ10のボス部を加熱して工具装着穴20を広げ、工具Tのシャンク部を挿入して、工具ホルダ10を冷却することによって、焼き嵌め式に工具Tを工具ホルダ10に装着することができる。或いは、工具装着穴20内に、工具Tのシャンク部を把持するコレットチャック(図示せず)を組み込んでもよい。

0019

ボス部18の外周面18aと、工具装着穴20の内周面20aとの間には、少なくとも1本の、本例では2本の渦巻き形または螺旋状の溝24、26(以下、渦巻溝24、26と記載する)が形成されている。渦巻溝24、26は中心軸線Oを中心として540°(巻き数=1.5)に亘って延設されている。渦巻溝24、26の本数や中心軸線Oを中心とした渦巻溝24、26の角度範囲(巻き数)はこれに限定されず、実験等を通じて、振動が小さく或いは除去されるように、適宜決定することができる。また、本例では、渦巻溝24、26は、アルキメデスの螺旋(代数螺旋)状に形成されているが、ベルヌーイの螺旋(対数螺旋)状に形成してもよい。更には、渦巻溝24、26は、インボリュート曲線に沿って延在するように形成してもよい。

0020

工具ホルダ10には、また、中心軸線Oに沿って延設された軸方向通路28が形成されている。軸方向通路28によって、工具装着穴20はテーパ部12の中空部12aに連通する。工具ホルダ10には、更に、複数の径方向通路30が形成されている。径方向通路30は、渦巻溝24、26の底部に隣接した部分を横断して半径方向に延びている。径方向通路30によって、渦巻溝24、26は軸方向通路28に連通する。

0021

本実施形態によれば、工具Tのシャンク部を受容する工具装着穴20の周囲に渦巻溝24、26を形成したので、渦巻溝24、26が形成されている領域は剛性、特に半径方向の剛性が低くなり、工具Tは、渦巻溝24、26の内側で工具装着穴20より外側の領域と共に半径方向に弾性支持されることとなる。本発明では、図2では二点鎖線の円22の内側の領域を工具把持部、そして円22の外側の領域を支持部と称する。円22は、渦巻溝24、26と交差することなく、渦巻溝24、26に接する最大の円とすることができる。

0022

本実施形態によれば、工具Tおよび工具把持部を支持部によって半径方向に弾性支持することによって、渦巻溝24、26を備えていない場合と比較して、工具Tを含めた工具ホルダ10の固有振動数を下げることができる。渦巻溝24、26の本数、形状、溝幅、中心軸線Oを中心とした渦巻溝24、26の角度範囲(巻き数)を変更することによって、上記固有振動数を調節することができる。渦巻溝24、26の形状は、工具ホルダ10の中心軸線Oに関して対象であることが好ましい。また、工具Tを弾性支持することによって、主軸108を通じて工作機械100側から工具Tに伝搬される振動を除去または低減することが可能となる。

0023

また、テーパ部12の中空部12a、軸方向通路28、径方向通路30を介して圧縮空気を渦巻溝24、26に供給することによって、加工中に発生する加工液の液滴やミスト、または切削屑の渦巻溝24、26内への進入を防止することが可能となる。この目的のための圧縮空気は、主軸108内に配設された管路を介して供給されるテーパ穴清掃用の圧縮空気を用いることができる。圧縮空気を用いたテーパ穴の清掃は、工作機械の分野では常用されている。

0024

工具ホルダ10は、例えば、工具ホルダ把持部としてのテーパ部12とボス部18とが一体に形成されているので、三次元プリンタを用いてSUS316やマルエージング鋼といった素材で製作することができる。また、本発明において、工具ホルダ10は、フランジ部14を必ずしも備えていなくともよく、工具ホルダ把持部としてのテーパ部12と、ボス部18とが隣接して一体に形成されていてもよい。

0025

10工具ホルダ
12テーパ部
12a内面
12a中空部
12b 内面
14フランジ部
14a 当接面
16周溝
18ボス部
18a外周面
20工具装着穴
20a内周面
22 円
24渦巻溝
26 渦巻溝
28軸方向通路
30径方向通路
100工作機械
108主軸
120工具マガジン
121待機位置
122ベース部材
124受容部
130カバー
132隔壁
132a 開口部
132bシャッタ
134加工室
136工具収納室
140工具交換装置
142交換アーム
142aグリッパ
142b グリッパ
144シフタ
146 工具授受位置

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