JP3789323B2

JP3789323B2 - 工具ホルダ

Info

Publication number: JP3789323B2
Application number: JP2001218442A
Authority: JP
Inventors: 真一井上
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP2003025175A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に装着される工具ホルダ、特に、主軸の工具装着孔と当接するテーパ部と主軸の端面と当接するフランジ部とを有した、いわゆる２面拘束形式の工具ホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フライス盤、マシニングセンタ、旋盤等の工作機械では、工具を取り付けた工具ホルダを介して主軸に工具を装着することが一般的である。この工具ホルダは主軸側に配置されるその基端部にテーパ部を備えており、このテーパ部を主軸側に設けられた工具装着孔に挿入、保持することによって、心合わせを行いつつ、工具ホルダが主軸に装着される。
【０００３】
一般に、上記工具ホルダには、工具ホルダを主軸に装着したときにテーパ部の円錐状外周面のみが主軸のテーパ孔すなわち工具装着孔の内周面と当接するＢＴシャンクタイプと、テーパ部に続けて主軸から離れる側にフランジ部を備え、工具ホルダを主軸に装着したときにテーパ部の外周面が主軸の工具装着孔の内周面と当接すると共に主軸側に位置するフランジ部が主軸の端面と当接する２面拘束タイプ（いわゆるＨＳＫシャンクタイプ）とがある。ＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダは、例えば実開平７−４００５３号公報に開示されている。
【０００４】
また、工具によるワーク加工の際、工具は工具ホルダを介して大きな回転力を付与されると同時にワークからも大きな反作用を受けるので、工具ホルダ内で工具が回転してしまい、工具に伝達される主軸の回転力の損失が生じる恐れがある。こうした回転力の損失を防止するために、特開昭６１−７１９０４号公報には、工具と工具ホルダとを結合する際に工具ホルダの工具当接面に設けた位置決めピンを工具の工具ホルダ当接部に設けられた孔に挿入することにより工具と工具ホルダとの位置決めを行うようにした工具と工具ホルダとの間の軸方向結合装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダの中には、主軸の工具装着孔と当接するテーパ部が短く且つ主軸との位置決めを行うキーがなく、工具ホルダ自体を主軸の工具装着孔とテーパ部及び主軸の端面とフランジ部との摩擦力のみで主軸に対して保持しているものがある。このようなＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダは位置決めキーがないため回転バランスがよく、主軸の回転中に工具ホルダが回転ぶれを起こさないという利点がある。
【０００６】
しかしながら、位置決めキーを備えていないＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダは、主軸の工具装着孔とテーパ部及び主軸の端面とフランジ部との摩擦力のみで保持されているので、主軸や工具ホルダに振動が発生した場合や工具の許容値以上の力が誤って加えられた場合や切削のびびり振動が発生した場合には、摩擦係数が下がり、工具ホルダが主軸の工具装着孔内で滑り回転を起こし、主軸の回転力の損失を起こし得る。さらに、工具ホルダが工具装着孔内で回転してしまうと、工具ホルダを主軸に係合するためのドローバー先端部のコレットを破損させ得るという問題も生じる。
【０００７】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、主軸の工具装着孔内での滑り回転を防止するようにした工具ホルダを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、工具ホルダのフランジ部の当接面から主軸に向かって延びるピンを主軸の端面に対応して設けられたピン受容孔に挿入することにより、主軸に対する工具ホルダの回転止めを行うようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、工作機械の主軸に着脱可能に装着され、前記主軸との間に位置決めキーのない２面拘束形式の工具ホルダであって、工具が取り付けられるシャンク部と、前記シャンク部に続けて設けられ、前記主軸の端面と当接する当接面を有するフランジ部と、前記フランジ部に続けて設けられ、前記主軸に形成されたテーパ状の工具装着孔の内周面と当接し、中空になった内側には前記主軸に設けられている工具ホルダ着脱機構と係合可能な周状傾斜面を有して成るテーパ部と、前記主軸の端面に複数個等配で形成されたピン受容孔の位置に対応して前記フランジ部の当接面に複数個等配であけた孔に前記当接面から突出するように挿入固着され、前記主軸への前記工具ホルダの装着時に前記ピン受容孔に受容されて、前記主軸に対する前記工具ホルダの回転止めを行う複数個等配の割りピン又はスプリングピンとを具備するようにした工具ホルダが提供される。
【００１１】
工具ホルダから主軸へ向かって延びるピンを主軸のピン受容孔に挿入することにより、主軸に対する工具ホルダの回転が防止される。また、従来の主軸にピン受容孔のみを設ければ、本発明の工具ホルダを使用することができ、他のＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダを主軸に装着することを妨げることもない。さらに、ピンを複数個等配に設けることにより、回転バランスのよい工具ホルダとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施態様を説明する。
【００１３】
図１は本発明による工具ホルダを装着した主軸先端付近の断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は工具ホルダのピンと主軸のピン受容孔を示す一部拡大断面図である。
【００１４】
図１を参照すると、主軸１３の前方部が間座１５により相互に離間して配置されている一対の軸受１７で、主軸１３の後方部が図示しない軸受により、工作機械の主軸頭１１に回転可能に支持されており、主軸１３の先端部には工具ホルダ１９を装着するテーパ孔形状の工具装着孔２１が形成されている。また、工具装着孔２１の底部には収容空間２３が形成されており、該収容空間２３から後方（すなわち、主軸１３の基端側）へ向けて主軸１３の回転軸線２５に沿って中心孔２７がさらに形成されている。後述するように、これらの工具装着孔２１、収容空間２３及び中心孔２７には、主軸１３に工具ホルダ１９を着脱自在に装着する機構が設けられている。
【００１５】
本発明の工具ホルダ１９は、例えばボールエンドミル等の工具２９が取り付けられるシャンク部１９ａと、このシャンク部１９ａに続けて設けられたフランジ部１９ｂと、このフランジ部１９ｂに続けて設けられた円錐状外周面を有したテーパ部１９ｃとを備えている。フランジ部１９ｂは、シャンク部１９ａよりも半径方向に大きい部分であり、主軸１３へ工具ホルダ１９を装着するときに主軸１３の端面３１と当接するように配置された環状の当接面３３を有している。なお、フランジ部１９ｂは環状の当接面３３が確保できれば必ずしもシャンク部１９ａよりも半径方向に大きくなっている必要はない。テーパ部１９ｃは、主軸１３へ工具ホルダ１９を装着するときに、対応した形状の主軸１３のテーパ状の工具装着孔２１に挿入され、円錐状の外周面が工具装着孔２１の内周面と当接するようになっている。また、テーパ部１９ｃはその内部が中空であり、先端部の内周には、半径方向内側へ突出している隆起部３５が形成され、隆起部３５の軸線方向内側に周状傾斜面３５ａが形成されている。
【００１６】
工具ホルダ１９の着脱は主軸１３に設けられた工具ホルダ着脱機構により行うことができ、公知の様々な工具ホルダ着脱機構が使用され得る。
【００１７】
図１に示されている実施態様では、主軸１３の中心孔２７内には主軸１３の回転軸線２５に沿って進退自在なドローバー３７が設けられている。また、工具装着孔２１及び収容空間２３には、これらにまたがるようにしてチャック爪３９が配設されている。ドローバー３７の先端部の外周の軸線方向内側に形成された周状傾斜面３５ａがチャック爪３９の後部内周の軸線方向内側に形成された周状傾斜面と係合している一方、チャック爪３９の前部外周の軸線方向内側に形成された周状傾斜面が工具ホルダ１９の隆起部３５の軸線方向内側に形成された周状傾斜面３５ａと係合しており、主軸１３の中心孔２７内のドローバー３７を後方（図中右側）へ引き込むことにより、チャック爪３９を介して工具ホルダ１９のテーパ部１９ｃを工具装着孔２１に引き込み固定するようになっている。
【００１８】
なお、ドローバー３７は主軸１３の中心孔２７内に設けられた皿ばねなどの戻しばね４１によって主軸１３の後方側へ引き込まれるように常時付勢されており、工具ホルダ１９を主軸１３から着脱する際には、作動手段（不図示）によりドローバー３７を前方へ押し出して、チャック爪３９の前部外周に形成された周状傾斜面と工具ホルダ１９のテーパ部１９ｃの内周に形成された周状傾斜面３５ａとの係合を解除させることにより行う。
【００１９】
このような主軸１３の工具ホルダ着脱機構は公知のものであるので、ここではこれ以上詳細には説明しない。
【００２０】
上記のようなＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダを使用する場合、工具ホルダ１９は、そのフランジ部１９ｂの当接面３３と主軸１３の端面３１との間及び工具ホルダ１９のテーパ部１９ｃの外周面と主軸１３の工具装着孔２１の内周面との間の摩擦のみにより主軸１３に保持されている。したがって、主軸１３や工具ホルダ１９に振動が発生したり、工具２９に大きな力が加えられたり、切削のびびり振動が発生したりした場合、摩擦係数が下がり主軸１３の工具装着孔２１内で工具ホルダ１９が回転してしまい、主軸１３から工具ホルダ１９に伝達される回転力の損失を招く恐れがある。
【００２１】
そこで、本発明の工具ホルダ１９は、フランジ部１９ｂの当接面３３から工具ホルダ１９の回転軸線２５に沿って主軸１３へ向かって（すなわち、シャンク部１９ａとは逆方向へ）突出しているピン４３をさらに備えている。図１及び図２においては工具ホルダ１９の回転軸線２５の周りに１８０度間隔で２本のピン４３が配置されている。もちろん、３本以上のピン４３が当接面３３に設けられてもよい。複数のピン４３が設けられる場合、図２に示されているように、ピン４３はフランジ部１９ｂの当接面３３において工具ホルダ１９の回転軸線２５の周りに等角度間隔で配置されることが好ましい。このように等角度間隔でピン４３を設けることにより、工具ホルダ１９の回転バランスが維持され、回転ぶれが生じにくくなる。ピン４３は、例えばフランジ部１９ｂの当接面３３にドリル孔を形成し、このドリル孔に割りピンやスプリングピンを挿入することにより、既存の工具ホルダ１９に容易に追加することができる。ここで、割りピンやスプリングピンを用いることは重要である。それは、中実のピンをドリル孔に打ち込むと端面が盛り上がり、変形する恐れがあるからである。
【００２２】
主軸１３の端面３１には、上記工具ホルダ１９に設けられたピン４３の位置に対応して、ピン受容孔４５が形成されており、工具ホルダ１９が主軸１３に装着されたときに、工具ホルダ１９に設けられたピン４３を受容するようになっている。図１においては主軸１３の回転軸線２５の周りに１８０度間隔で２つのピン受容孔４５が形成されている。もちろん、工具ホルダ１９に３本以上のピン４３が設けられる場合には主軸１３側にも、対応した数のピン受容孔４５が対応した配置で設けられる。ピン受容孔４５はピン４３よりも大きな直径を有していることが好ましい。また、ピン４３及びピン受容孔４５のピン挿入口には、案内テーパが設けられているのが好ましい。ピン４３の案内テーパは両側にあってもよい。
【００２３】
本発明の工具ホルダ１９が主軸１３に装着されたときに、工具ホルダ１９のピン４３が主軸１３の端面に形成されたピン受容孔４５に受容されるので、工具ホルダ１９と主軸１３との接触面の摩擦が低下したとき又は工具に大きな力が作用したときでも、工具ホルダ１９と主軸１３との間での滑り回転の発生が防止される。また、主軸１３にピンが設けられている訳ではないので、本発明の工具ホルダに対応した主軸に対して従来のＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダを装着することも可能である。
【００２４】
ここで、工具ホルダ１９を主軸１３に装着するときに、ピン４３とピン受容孔４５との主軸１３の回転軸線２５周りの位置決めは、例えば工具交換時の主軸１３の位置（角度）オリエンテーションで行っている。すなわち、工具ホルダ１９を工具マガジンのポットに装着すると、割り出し穴により位置決めが行われる。そして、その位相を維持したままで工具交換アームに受け渡され、工具交換アームはその位相がずれるのを防止しながら最終的に主軸１３に工具ホルダ１９を装着するようにしている。
【００２５】
以上、図１〜図３に示されている構造のＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダ１９を例として本発明の特徴を説明したが、本発明の工具ホルダは、主軸の端面と当接するフランジ部の当接面にピンを設けたことを特徴とするものであり、公知の他の構造のＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダであっても、フランジ部の当接面にピンを設けることで本発明の工具ホルダを実現することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダにピンを設ける一方、主軸にはピン受容孔を形成するのみで、主軸装置に大がかりな改造を行うことなく、安価に主軸の工具装着孔内での工具ホルダの回転を防止することができる。また、主軸にはピン受容孔が新たに形成されるのみであるので、本発明の工具ホルダに対応した主軸に対する公知のＨＳＫシャンクタイプの工具ホルダの装着を妨げることもない。
【００２７】
さらに、ピンを工具ホルダの回転軸線周りに複数個等配に配置すれば、工具ホルダの回転バランスを損ねることもなく、回転安定性のよい工具ホルダが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工具ホルダを装着した主軸先端付近の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】工具ホルダのピンと主軸のピン受容孔を示す一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１３…主軸
１９…工具ホルダ
１９ａ…シャンク部
１９ｂ…フランジ部
１９ｃ…テーパ部
２１…工具装着孔
２９…工具
３１…端面
３３…当接面
４３…ピン
４５…ピン受容孔

Claims

工作機械の主軸に着脱可能に装着され、前記主軸との間に位置決めキーのない２面拘束形式の工具ホルダであって、
工具が取り付けられるシャンク部と、
前記シャンク部に続けて設けられ、前記主軸の端面と当接する当接面を有するフランジ部と、
前記フランジ部に続けて設けられ、前記主軸に形成されたテーパ状の工具装着孔の内周面と当接し、中空になった内側には前記主軸に設けられている工具ホルダ着脱機構と係合可能な周状傾斜面を有して成るテーパ部と、
前記主軸の端面に複数個等配で形成されたピン受容孔の位置に対応して前記フランジ部の当接面に複数個等配であけた孔に前記当接面から突出するように挿入固着され、前記主軸への前記工具ホルダの装着時に前記ピン受容孔に受容されて、前記主軸に対する前記工具ホルダの回転止めを行う複数個等配の割りピン又はスプリングピンと、
を具備することを特徴とした工具ホルダ。