JP2011230217A - 工具のびびり防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 工具に発生するびびり振動を抑えることができ、びびり振動の要因となる振動エネルギーの大きさに応じた調整が容易で、各工具に対する汎用性が高い工具のびびり防止装置を提供する。
【解決手段】 この工具のびびり防止装置１０は、工作機械に使用される。びびり防止装置１０は、装置本体１１と接触部材１２と押付け力調整機構１３とを備える。装置本体１１は、工具支持体１に取付けられこの工具支持体１に装着された工具３０の外周に配置される。接触部材１２は、加工に伴って工具３０に発生する振動に対して抵抗となる方向に摩擦力が生じるように工具３０に接触させられる。押付け力調整機構１３は、接触部材１２を工具３０に押付け、かつその押付け力を調整する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、工作機械において、工具に発生するびびり振動を抑えるために使用される工具のびびり防止装置に関する。

旋盤等に用いられる切削工具の一つとして、ボーリングバーと呼ばれる内径加工用のものがある。このボーリングバーは、工具ホルダ等の工具支持体からオーバーハングさせた片持ち梁形状で使用されるため、切削条件によってはびびり振動と呼ばれる振動が発生し易く、加工精度が低下するという問題がある。

上記びびり振動対策として、摩擦減衰を利用してびびり振動の要因となる振動エネルギーを吸収させる提案がなされている。例えば特許文献１は、工具支持体と切削工具とを連結するボルト部材の内部にフリクションダンパ部を移動自在に設け、このフリクションダンパ部を接触対象であるキャップ部に押付けた構成であって、切削工具の振動に対しフリクションダンパ部が慣性によって異なる位相で振動し、フリクションダンパ部とキャップ部の滑り摩擦により切削工具の振動エネルギーを吸収させる。特許文献１では、磁力でフリクションダンパ部をキャップ部に押付けているが、ばね等による弾性付勢力で押付けても良い。また、特許文献２は、切削工具に弾性体を介してウェイトを装着し、切削工具の振動エネルギーを弾性体内の摩擦減衰により吸収させる。

特開２００７−２１００８８号公報 実開平１−１１７８０３号公報

特許文献１のように、フリクションダンパ部の慣性力を利用して摩擦力を発生させるのは、必要な大きさの摩擦力を得るためにフリクションダンパ部の質量をかなり大きくしなければならず、実際の工具支持体や切削工具に組込むのは難しい。また、振動エネルギーの大きさに応じて、フリクションダンパ部をキャップ部に押付ける磁力や弾性付勢力を調整する場合、磁石やばねの部品交換が必要である。そのため、磁力または弾性付勢力の異なる複数の磁石やばねを用意しておかなければならず、しかも微調整が難しい。

特許文献２のように、切削工具自体にびびり振動を防止する防振機構を設けるのは、専用の切削工具となり、切削工具が高価になる。また、市販の切削工具は使用できないので、汎用性が低い。

この発明の目的は、工具に発生するびびり振動を抑えることができ、びびり振動の要因となる振動エネルギーの大きさに応じた調整が容易で、市販の工具にも適用可能な工具のびびり防止装置を提供することである。
この発明の他の目的は、工具に発生する振動に対して抵抗となる方向の摩擦力を微調整可能にすることである。
この発明のさらに他の目的は、前記摩擦力が作用する方向の剛性が高く、摩擦力に対する抵抗力が強い構造とすることである。
この発明のさらに他の目的は、簡素な構造とすることである。

この発明の工具のびびり防止装置は、工作機械に使用される工具のびびり防止装置であって、工具支持体に取付けられこの工具支持体に装着された工具の外周に配置される装置本体と、加工に伴って前記工具に発生する振動に対して抵抗となる方向に摩擦力が生じるように前記工具に接触させられる接触部材と、この接触部材を前記工具に押付け、かつその押付け力を調整可能な押付け力調整機構とを備える。ここで言う「工具支持体」は、工具ホルダまたは刃物台のことである。

この構成によると、押付け力調整機構により、接触部材が工具に押付けられる。それにより、工具と接触部材間に、加工に伴って工具に発生する振動に対して抵抗となる方向に摩擦力が生じる。この摩擦力による摩擦減衰で、びびり振動の要因となる振動エネルギーが吸収される。接触部材を工具に押付ける押付け力を、適正な摩擦減衰が得られる大きさとなるように押付け力調整機構で調整することにより、振動エネルギーを消滅させてびびり振動を抑制させられる。

この発明において、前記接触部材における前記工具との接触部が、前記押付け力調整機構により前記工具に押付けられる方向に弾性変形可能であるのが良い。
接触部材の接触部が工具を押付ける方向に弾性変形可能であれば、押付け力調整機構による押付け力の大きさにおける広い範囲で摩擦力を発生させることができる。つまり、押付け力の大きさの変化に比べて摩擦力の大きさの変化が小さい。よって、押付け力の変更による摩擦力の微調整がし易い。但し、弾性変形し易すぎると、押付け力を付与しても摩擦力が発生しないので、接触部が適度に弾性変形するように設定する。

例えば、前記接触部材は、前記接触部とこの接触部を支持する主部とを有し、前記接触部は前記主部に対し、前記摩擦力の作用する方向に延びるスリットを介して、前記工具に押付けられる方向に隔てられ、前記スリットの端の連結部で前記主部に連結された形状とすることができる。
接触部材が上記形状であると、接触部は摩擦力の作用する方向の厚みが薄いため、摩擦力の作用する方向と交差する方向の剛性が低く、押付け力調整機構による押付け力で適度の弾性変形を生じさせることができる。一方、接触部は摩擦力の作用する方向には長いため、同方向の剛性は高く、摩擦力に対する抵抗力が強い。

この発明において、前記押付け力調整機構は、前記接触部材を前記工具に押付ける力を調整する機能と、前記接触部材を前記装置本体に取付ける機能とを有するのが良い。
押付け力調整機構に接触部材を装置本体に取付ける機能を持たせることにより、接触部材を装置本体に取付けるための部材を別に設ける必要がなく、びびり防止装置の構成を簡素にできる。

この発明の工具のびびり防止装置は、工作機械に使用されるものであり、工具支持体に取付けられこの工具支持体に装着された工具の外周に配置される装置本体と、加工に伴って前記工具に発生する振動に対して抵抗となる方向に摩擦力が生じるように前記工具に接触させられる接触部材と、この接触部材を前記工具に押付け、かつその押付け力を調整可能な押付け力調整機構とを備えるため、工具に発生するびびり振動を抑えることができ、びびり振動の要因となる振動エネルギーの大きさに応じた調整が容易で、汎用性の高い市販の工具にも適用可能である。

前記接触部材における前記工具との接触部が、前記押付け力調整機構により前記工具に押付けられる方向に弾性変形可能である場合は、工具に発生する振動に対して抵抗となる方向の摩擦力を微調整可能である。

前記接触部材は、前記接触部とこの接触部を支持する主部とを有し、前記接触部は前記主部に対し、前記摩擦力の作用する方向に延びるスリットを介して、前記工具に押付けられる方向に隔てられ、前記スリットの端の連結部で前記主部に連結された形状である場合は、前記摩擦力が作用する方向の剛性が高く、摩擦力に対する抵抗力が強い。

前記押付け力調整機構は、前記接触部材を前記工具に押付ける力を調整する機能と、前記接触部材を前記装置本体に取付ける機能とを有する場合は、簡素な構造にすることができる。

この発明の一実施形態にかかる工具のびびり防止装置を備えた工具支持体の正面図である。 同工具支持体の側面図である。 同工具支持体の平面図である。 同びびり防止装置の一部破断正面図である。 同びびり防止装置を用いた工作機械の部分平面図である。 この発明の異なる実施形態にかかる工具のびびり防止装置の正面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる工具のびびり防止装置の正面図である。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１〜図３は、この発明の工具のびびり防止装置を備えた工具支持体を示す。図の工具支持体は工具ホルダ１である。工具ホルダ１は、旋盤等の工作機械のタレット刃物台４２（図１、図２）に取付けられるものであり、回転するワークに対し固定して使用される工具３０が装着される。工具３０は、例えば内径切削加工用の工具であるボーリングバーである。工具３０は、シャンク部３０ａの先端に切刃を有している。工具３０のシャンク部３０ａは、断面形状が円形とされる。工具３０が刃物台に直接取付けられる場合は、刃物台が工具支持体となる。

工具ホルダ１は、ベース部２の四隅に設けたボルト孔３に挿通したボルト（図示せず）により、タレット刃物台４２の外周面に取付けられる。工具ホルダ１は、タレット刃物台４２の軸心の方向であるＺ軸方向（図２）に延びる円形の貫通孔である工具装着孔４を有し、この工具装着孔４内にスリーブ部材３１を介して工具３０のシャンク部３０ａの基部３０ａａが装着される。詳しくは、工具装着孔４の内周に嵌合するスリーブ部材３１の筒状部３１ａがスリーブ固定ねじ３２で工具ホルダ１に固定され、工具装着孔４の外部に位置するスリーブ部材３１のフランジ部３１ｂに前記基部３０ａａが工具固定ねじ３３で固定される。なお、スリーブ部材３１を用いずに、工具ホルダ１の工具装着孔４内に工具３０を直接装着してもよい。

工具ホルダ１の工具先端側の端面には、工具のびびり防止装置１０が取付けられる。びびり防止装置１０は、図４に示すように、工具ホルダ１に装着された工具３０のシャンク部３０ａの外周に配置される装置本体１１と、工具３０のシャンク部３０ａを挟んで前記装置本体１１に対向して配置され一部が工具３０のシャンク部３０ａの外周面に接触させられる接触部材１２と、接触部材１２を装置本体１１に取付けると共に、接触部材１２を工具３０のシャンク部３０ａに押付ける力を調整する押付け力調整機構１３とを備える。

装置本体１１および接触部材１２は、共に肉厚が同一の板材であり、金属、例えば鋼材からなる。装置本体１１は、工具３０のシャンク部３０ａが嵌り込む程度の半径の半円形凹部１４を有し、この半円形凹部１４内に工具３０のシャンク部３０ａが位置するように配置される。

接触部材１２は、工具３０と接触する部分である接触部１５と、この接触部１５を支持する主部１６とを有する。接触部１５と主部１６とは、接触部１５と工具３０との接線の方向（Ｘ軸方向）に延びるスリット１７を介して隔てられており、スリット１７の両端の周辺部である連結部１８で互いに連結されている。スリット１７の両端部１７ａは、応力集中を避けるために円形に形成されている。接触部１５は直線形の帯状で、スリット１７の長さ方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）の幅が狭いため、Ｙ軸方向の剛性が低く、Ｙ軸方向に弾性変形可能である。一方、接触部１５はスリット１７の長さ方向（Ｘ軸方向）には長いため、Ｘ軸方向の剛性は高い。Ｙ軸方向は、押付け力調整機構１３により接触部材１２を工具３０に押付ける方向であり、Ｘ軸方向は、接触部材１２を工具３０に押付けることで生じる摩擦力の作用する方向である。接触部１５と工具３０の接触点Ｐは、接触部１５の長さ方向の中央であり、工具３０の中心ＯからＹ軸方向に延ばした直線Ｌ上に位置する。

押付け力調整機構１３は、装置本体１１に設けられ装置本体１１と接触部材１２の並び方向（Ｙ軸方向）に延びる貫通孔である調整ボルト孔２０、接触部材１２に設けられ前記調整ボルト孔２０と同軸上に位置する調製ねじ孔２１、および調整ボルト２２で構成される。調整ボルト孔２０の側から調製ボルト２２を挿入し、その調整ボルト２２の先端のねじ部２２ａを調整ねじ孔２１に螺合させることで、接触部材１２を装置本体１１に取付ける。調整ボルト２２の頭部２２ｂは、調整ボルト孔２０における調整ボルト２２を挿入した側の開口の周縁部に当接させる。また、調整ボルト２２の調整ねじ孔２１へのねじ込み量を調整することで、接触部材１２を工具３０に押付ける押付け力が調整される。この押付け力の方向は、Ｙ軸方向すなわち摩擦力の作用する方向と直交する方向である。そのため、押付け力調整機構１３の押付け力により摩擦力を効率良く発生させることができる。図例では、工具３０を挟んで両側に２つの押付け力調整機構１３が設けられているが、１つの押付け力調整機構１３で、接触部材１２の装置本体１１への取付けと押付け力の調整とを行わせるようにしてもよい。

装置本体１１および接触部材１２には、それぞれ厚み方向（図４において紙面に直交する方向）に貫通する取付ねじ挿通孔２３が設けられている。この取付ねじ挿通孔２３に挿通した取付ねじ２４（図１〜図３）により、装置本体１１および接触部材１２が工具ホルダ１にそれぞれ取付けられる。なお、装置本体１１および接触部材１２を工具ホルダ１に取付けた状態において、装置本体１１および接触部材１２がＸ軸方向およびＹ軸方向にある程度移動可能であるように、取付ねじ挿通孔２３の内径は取付ねじ２４の外径よりも大きくしてある。

図５は、上記工具ホルダ１を用いた工作機械の一例を概略的に示す部分平面図である。この工作機械４０はタレット旋盤であって、主軸４１およびタレット刃物台４２を備える。主軸４１は、その先端に主軸チャック４３を有し、この主軸チャック４３でワークＷを把持して回転駆動される。タレット刃物台４２は、回転中心軸が主軸４１の軸心と平行であり、図示しない送り台を介して主軸４１の軸心に沿う方向（Ｚ軸方向）と主軸４１の軸心に直交する水平方向（Ｘ軸方向）とに移動可能とされる。タレット刃物台４２は正面形状が多角形のドラム状のものであり、各角間の周面部分からなる各工具ステーションに工具ホルダ１を介して工具３０が取付けられる。図５では、一つの工具ステーションにボーリングバーからなる工具３０を取付けた状態を示している。工具３０は、工具ホルダ１から主軸４１の軸心およびタレット刃物台４２の回転中心と平行な方向に突出するように取付けられている。この工作機械４０による上記工具３０を用いるワークＷの加工では、ワークＷの先端面における凹部Ｗａの内径面加工が行われる。

工具３０は工具ホルダ１に片持ち梁状に取付けられているため、加工時に切り込み方向のびびり振動が発生し易い。しかし、工具ホルダ１にびびり防止装置１０を設けたことにより、上記びびり振動を抑える効果が得られる。びびり防止装置１０の作用および効果について詳しく説明する。

押付け力調整機構１３の調整ボルト２２を調整ねじ孔２１に適度に締め込むことにより、接触部材１２の接触部１５が工具３０に押付けられる。それにより、工具３０と接触部材１２間に、工具３０に発生する振動に対して抵抗となる方向（Ｘ軸方向）に摩擦力が生じる。この摩擦力による摩擦減衰で、びびり振動の要因となる振動エネルギーが吸収される。接触部材１２を工具３０に押付ける押付け力を、摩擦減衰が得られる適正な大きさに設定することにより、振動エネルギーを消滅させてびびり振動を抑制させられる。前記押付け力は、調整ボルト２２の調整ねじ孔２１へのねじ込み量を変更することにより調整可能である。

接触部材１２の接触部１５は、押付け方向であるＹ軸方向に弾性変形可能であるため、押付け力調整機構１３による押付け力の大きさにおける広い範囲で摩擦力を発生させることができる。つまり、押付け力の大きさの変化に比べて摩擦力の大きさの変化が小さい。よって、押付け力の変更による摩擦力の微調整がし易い。一方で、接触部材１２の接触部１５は摩擦力の作用する方向であるＸ軸方向の剛性が高いため、摩擦力に対する抵抗力が強い。

図６は、上記例とは接触部材の形状が異なるびびり防止装置を示す。このびびり防止装置１０の接触部材１２は、スリット１７の一端の連結部１８だけで接触部１５と主部１６とが互いに連結されている。この形状であっても、押付け力の方向（Ｙ軸方向）に弾性変形可能で、かつ摩擦力の作用する方向（Ｘ軸方向）の剛性を適度に保持させることができる。

図７は、接触部材の形状がさらに異なるびびり防止装置を示す。このびびり防止装置１０の接触部材１２は、円形の開口２５によって接触部１５と主部１６とを押付け方向に隔てている。この場合も、スリット１７（図４、図６）を設けた接触部材１２には及ばないものの、接触部１５を弾性変形させる効果は得られる。

上記各実施形態は、ボーリングバー等の長尺な工具を装着する工具ホルダ等の工具支持体に設けたびびり防止装置について説明したが、この発明の工具のびびり防止装置は、角バイト等の他の工具を装着する工具支持体にも適用できる。

１…工具ホルダ（工具支持体）
１０…びびり防止装置
１１…装置本体
１２…接触部材
１３…押付け力調整機構
１５…接触部
１６…主部
１７…スリット
１８…連結部
３０…工具

Claims (4)

1. 工作機械に使用される工具のびびり防止装置であって、工具支持体に取付けられこの工具支持体に装着された工具の外周に配置される装置本体と、加工に伴って前記工具に発生する振動に対して抵抗となる方向に摩擦力が生じるように前記工具に接触させられる接触部材と、この接触部材を前記工具に押付け、かつその押付け力を調整可能な押付け力調整機構とを備える工具のびびり防止装置。
2. 前記接触部材における前記工具との接触部が、前記押付け力調整機構により前記工具に押付けられる方向に弾性変形可能である請求項１に記載の工具のびびり防止装置。
3. 前記接触部材は、前記接触部とこの接触部を支持する主部とを有し、前記接触部は前記主部に対し、前記摩擦力の作用する方向に延びるスリットを介して、前記工具に押付けられる方向に隔てられ、前記スリットの端の連結部で前記主部に連結された請求項２に記載の工具のびびり防止装置。
4. 前記押付け力調整機構は、前記接触部材を前記工具に押付ける力を調整する機能と、前記接触部材を前記装置本体に取付ける機能とを有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の工具のびびり防止装置。