JPH10328906A - 工具の２面拘束構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸のベアリングにかかる負荷を軽減し、加
工の高速化、高能率化に資する工具の２面拘束構造を提
供する。 【解決手段】 テーパシャンク２３とフランジ部２４を
有する工具と、工具のフランジ部２４が接触する拘束面
２６を有する拘束部材１４と、テーパシャンク２３が挿
入されるテーパ穴２０を有する主軸端面部とからなり、
工具のテーパシャンク２３のテーパ部を主軸端面部のテ
ーパ穴２０の内周面に接触させるとともに、フランジ部
２４を拘束部材１４の拘束面２６に接触させ、これらの
２面によって工具を拘束する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
などの工作機械における工具の２面拘束構造に係り、特
に、主軸のベアリングへの負荷を軽減できるようにした
工具の２面拘束構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マシニングセンタの工具として
は、７／２４テーパのＢＴシャンクが標準的な工具とし
て広く使用されてきている。近年のマシニングセンタの
高速化、高能率化の進展は、従来のＢＴシャンクでは解
決が困難な問題を提起している。特に、ＢＴシャンクの
場合、主軸が高速回転すると、主軸のテーパ穴口元が遠
心力により広がるということが種々の問題を引き起こ
す。主軸のテーパ穴口元がわずかでも広がると、工具の
支持剛性が低下し、刃先精度が低下すること、また、工
具がクランプ力によって引き込まれて刃先の位置精度が
変わったり、工具が抜けなくなることが指摘されてい
る。

【０００３】そこで、最近では、前記の問題を解決し、
従来のＢＴシャンクに替わる工具として、２面拘束工具
が注目されている。この２面拘束工具は、テーパ部だけ
でなく、フランジ部を主軸端面部に接触させて、テーパ
穴およびフランジ部の２面を拘束できるようにした工具
である。

【０００４】ＢＴシャンクは、テーパ部だけを拘束する
ため、主軸が高速回転してテーパ穴口元が広がると、支
持剛性の低下や工具クランプ力により工具が引き込まれ
るのに対して、２面拘束工具では、テーパ穴口元が広が
っても、主軸端面で支持されるため、支持剛性が保持さ
れるとともに工具が引き込まれない。

【０００５】２面拘束工具としては、図３および図４に
示す工具がある。図３に示す工具は、ＨＳＫタイプと呼
ばれる２面拘束型工具である。２はテーパシャンク、３
はフランジ部である。テーパーシャンクは、薄肉円筒状
のもので、内側に工具のクランプ機構のコレットが係合
する段部４が形成されている。このＨＳＫタイプの工具
では、テーパシャンクのショートテーパ２ａが主軸のテ
ーパー穴に密着するとともに、フランジ部３の下面３ａ
が主軸の端面に密着するようになっている。

【０００６】図４に示す工具は、ＮＣ５タイプと呼ばれ
る２面拘束工具である。このＮＣ５タイプの工具は、テ
ーパシャンク５にスリット付きのテーパコーン６が外嵌
するようになっている。このテーパコーン６の外周面
は、主軸のテーパ穴に密着する。フランジ部７の下面７
ａについては、主軸端面との接触面になっているのは、
ＨＳＫタイプと同じであるが、テーパコーン６の端面と
対向するように、切削振動の減衰効果を高めるために皿
ばね８が設けられている。

【０００７】このＮＣ５タイプの工具では、工具のテー
パ部にスリット式のテーパコーン６と皿ばね８とを組み
合わせることによって、切削振動の減衰効果を高めて刃
具寿命を向上させることができる。また、テーパコーン
６は、工具を主軸にクランプした時に、軸方向に微少量
だけ摺動できるので、無理な弾性変形がない。このた
め、フランジ部下面とテーパーコーン６のテーパ面の２
面の密着性を向上させることが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２面拘
束工具では、２面を主軸に同時に密着させるために、工
具のテーパ部を変形させる必要がある。特に、ＨＳＫタ
イプの場合、薄肉のテーパ部の変形が大きい。このこと
は、主軸の側からみれば、工具テーパ部が変形するとき
に大きな力が主軸に作用することを意味する。この力
は、主軸を支持するベアリングに大きな負荷をかけ超精
密な主軸の保持に悪影響を及ぼす。

【０００９】テーパコーン６を採用しているＮＣ５タイ
プの工具の場合、ＨＳＫタイプに較べれば、テーパ部の
変形も少なくベアリングへの負荷が低減される。しか
し、テーパーコーン６は、非常に精密な部品であるた
め、テーパ径が小さくなるほど、製作が困難となる。現
在のところ、小径の２面拘束工具は提供されていない。

【００１０】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、工具の２面を拘束する際に主軸
端面部にかかる負荷を軽減し、加工の高速化、高能率化
に資する工具の２面拘束構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、工具をクランプ力により引き込み、工
具のテーパ部とフランジ部を主軸端面部に接触させ、前
記工具を２面で拘束するようにした工具の２面拘束構造
において、テーパシャンクとフランジ部を有する工具
と、前記工具のフランジ部が接触する拘束面を有する拘
束部材と、前記工具のテーパシャンクが挿入されるテー
パ穴を有する主軸端面部とからなり、前記工具のテーパ
シャンクのテーパ部を前記主軸端面部のテーパ穴の内周
面に接触させるとともに、前記フランジ部を前記拘束部
材の拘束面に接触させ、これらの２面によって工具を拘
束するようにしたことを特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、テーパシャンクのテーパ
部が当たるテーパ穴の内周面を一の拘束面とし、フラン
ジ部が当たる拘束部材の拘束面を他の拘束面として、２
面によって工具が拘束される。この２面拘束により、主
軸の高速回転によりテーパ穴が拡がっても、フランジ部
が拘束部材により拘束されているため、工具の支持剛性
が保たれる。

【００１３】また、本発明では、工具の２面拘束を実現
するために、工具のフランジ部を主軸とは別体の拘束部
材に当てるようにしているので、従来のように、工具テ
ーパ部を主軸テーパ穴の内周面に、工具フランジ部を主
軸端面というように、２面とも同時に主軸に直接当てる
ために工具の一部が変形する構造と較べて、主軸端面部
に無理な力の作用する度合いが小さくなる。

【００１４】本発明による工具の２面拘束構造では、拘
束部材としては、主軸の前部ベアリングを保持するベア
リング押え部材を利用することができる。好適な実施の
形態によれば、主軸端面部は、前記ベアリング押え部材
と、このベアリング押え部材の内側に設けられ前記テー
パ穴を有するスリーブとからなり、切削振動の減衰効果
を高めるために、前記スリーブを工具の反クランプ方向
に付勢する皿ばねを設けることが好ましい。

【００１５】また、本発明による工具の２面拘束構造で
は、拘束部材を前記工具のテーパシャンクとフランジ部
との間に取り付けられ主軸の端面に当接するリング状の
部材とするようにしてもよい。このような構成の２面拘
束構造は、小径のテーパ径の工具にも対応できる。

【００１６】前記の２面拘束構造の好ましい実施形態に
よれば、前記リング状部材およびフラン部にワークホル
ダを嵌合させることができる。この場合、切削振動の減
衰効果を高めるために、前記ワークホルダと、工具のフ
ランジ部との間に皿ばねを設けることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による工具の２面拘
束構造の一実施形態について、添付の図面を参照して説
明する。図１は、本発明の第１の実施形態を示す。参照
符号１０は主軸、１１はケーシングを示している。１２
は主軸１０を回転自在に支持するベアリングのうち、前
部ベアリングである。主軸１０の先端部には、埋込ボル
ト１５を用いてベアリング押さえ部材１４が固定されて
いる。このベアリング押さえ部材１４の外側には、蓋１
７が取り付けられている。ベアリング押さえ部材１４と
蓋１７の間には、シール部材１６が装着されている。一
方、ベアリング押さえ部材１４の内側には、テーパ穴２
０を有するスリーブ１８が嵌合するようになっている。
この実施の形態では、主軸１０の端面部をベアリング押
さえ部材１４、スリーブ１８を用いて構成し、この端面
部に工具２２が締結される。

【００１８】工具２２は、そのホルダ部には、工具のテ
ーパ部である中実のテーパシャンク２３と、フランジ部
２３とが形成されている。テーパシャンク２３とテーパ
穴２０は、相等しいテーパが形成されている。フランジ
部２３には、主軸端面部に突き当たる平坦面２５が形成
されている。

【００１９】主軸端面部を構成するベアリング押さえ部
材１４の端面は、フランジ部２４の平坦面２５に接触し
て工具２２を拘束する２面のうち一の拘束面２６となっ
ている。他方、スリーブ１８のテーパ穴２０の内周面
は、テーパシャンク２３のテーパ部と接触して工具２２
を拘束するもう一つの拘束面として作用する。

【００２０】この実施の形態では、主軸１０の端面に
は、円環状の溝２６が形成されている。この溝２６に
は、切削振動を減衰させるための皿ばね２７が設けられ
ている。この皿ばね２７は、スリーブ１８の後端部に設
けられているカラー２８に当接し、常時その弾性力によ
ってスリーブ１８を工具２２の主軸軸方向で反クランプ
方向に付勢するようになっている。

【００２１】主軸１０に工具をクランプする機構として
は、工具２２に設けてあるプルスタッド３０と、図示し
ないクランプ力発生機構と連結されているドローバー３
２と、その先端のコレット３１が設けられている。プル
スタッド３０をコレット３１により把持し、ドローバー
３２をクランプ力で引っ張ることにより、工具２２は主
軸端面部にクランプされるようになっている。

【００２２】以上のように構成される工具の２面拘束構
造では、テーパシャンク２３のテーパ部が当たるテーパ
穴２０の内周面を一の拘束面とし、フランジ部２４の平
坦面２５が当たる拘束面２６を他の拘束面として、２面
によって工具２２が拘束される。この２面拘束により、
主軸１０の高速回転によりテーパ穴２０が拡がっても、
フランジ部２４が拘束されているため、工具２２の支持
剛性を保つことができる。また、皿ばね２７は、高い支
持剛性を維持しながらの切削振動の減衰効果を高める。

【００２３】また、工具２２のテーパ部およびフランジ
部２５をそれぞれ別の部材に当てるようにしているの
で、従来のように、工具テーパ部を主軸テーパ穴の内周
面に、工具フランジ部を主軸端面というように、２面と
も同時に主軸に直接当てる構造と較べて、主軸端面部に
無理な力の作用する度合いが小さくなる。しかも、中実
のテーパシャンク２３を用いるため、薄肉のテーパシャ
ンクを採用した従来のＨＳＫタイプの２面拘束工具に較
べて、テーパ部の変形がないだけ、２面を密着させる際
の主軸端面部への負荷が低減される。このため、ベアリ
ング１２に悪影響を及ぼすことなく、２面の密着性を保
つことができる。

【００２４】次に、本発明の第２の実施形態について、
図２を参照して説明する。この図２において、図１と同
一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な
説明は省略する。図２において、４０は、主軸１０の端
面部に取り付けられる工具の全体を示す。この実施の形
態では、テーパ穴４１は、主軸１０の端面部に直接に形
成されている。工具４０は、中実のテーパシャンク４２
と、フランジ部４３との一体構造の工具である。この工
具４０には、ワークホルダ４４の本体部４５が嵌合する
ようになっている。この場合、ワークホルダ４４の本体
部４５には、段付きの穴部４６が形成されている。この
穴部４６の奥の一段目の穴に工具４０のフランジ部４３
が嵌合する。

【００２５】工具４０のフランジ部４３とテーパシャン
ク４２の間には、周回する溝４７が形成されている。こ
の溝４７には、工具４０のフランジ部４３が接触する拘
束面４７を有するリング形の拘束部材４８が嵌まり合う
ようになっている。この拘束部材４８は、段付き穴部４
６の二段目の大径の穴にちょうど嵌まるようになってい
る。なお、ワークホルダ４４の本体部４５と拘束部材４
８とは、埋込ボルト（図示せず）により締結されてい
る。また、ワークホルダ４４の本体部４５と拘束部材４
８とは、面一の面をもって主軸１０の端面に当接するよ
うになっている。この実施の形態では、工具４０のフラ
ンジ部４３の端面と、ワークホルダ４４の段付き穴部４
６の底面との間にできる空間に切削振動を減衰させるた
めの皿ばね５０が組み込まれている。

【００２６】以上のように構成される第２実施形態によ
る２面拘束構造では、テーパシャンク４２のテーパ部が
当たるテーパ穴４１の内周面を一の拘束面とし、フラン
ジ部４３が当たる拘束部材４８の拘束面４７を他の拘束
面として、２面によって工具４０が拘束される。

【００２７】工具４０のテーパ部は、直接、主軸１０の
テーパ穴４１の内周面に密着するけれども、フランジ部
４３は、主軸１０とは別体の部材で端面部を構成する拘
束部材４８の突き当て面に密着するように構成されてい
る。したがって、工具の２面とも同時に主軸の端面部に
直接当てる構造と較べて、主軸端面部に無理な力の作用
する度合いが小さくなり、ベアリング１２に悪影響を及
ぼすことなく、２面の密着性を保つことができる。

【００２８】また、この第２実施形態の２面拘束構造で
は、主軸１０のテーパ穴４１の内径および工具４０をテ
ーパシャンク４２の小径化も、従来のＮＣ５タイプのよ
うに、コーンスリーブを採用したものに較べて比較的容
易であるという利点がある。なお、第２実施形態では、
工具４２にワークホルダ４４を取り付ける例を挙げて説
明したが、ワークホルダ４４を用いる形態に限定される
ものではない。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、主軸端面部に無理な力をかけずに、したがっ
て主軸のベアリングなどに悪影響を及ぼさずに工具を２
面拘束できるので、工具の支持剛性を高め、機械加工の
高速化、高能率化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による工具の２面拘束構造の一実施形態
を示す断面図。

【図２】本発明による工具の２面拘束構造の他の実施形
態を示す断面図。

【図３】従来技術による２面拘束工具の一例を示す断面
図。

【図４】他の従来例による２面拘束工具の断面図。

【符号の説明】

１０ 主軸 １１ ハウジング １２ 前部ベアリング １４ ベアリング押え部材（拘束部材） １８ スリーブ ２０ テーパ穴 ２２ 工具 ２３ テーパシャンク ２４ フランジ部 ２６ 拘束面 ２７ 皿ばね ３０ プルスタッド ３１ コレット ３２ ドローバー ４０ 工具 ４１ テーパ穴 ４２ テーパシャンク ４３ フランジ部 ４４ ワークホルダ ４７ 拘束面 ４８ リング状部材（拘束部材） ５０ 皿ばね

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工具をクランプ力により引き込み、工具の
   テーパ部とフランジ部を主軸端面部に接触させ、前記工
   具を２面で拘束するようにした工具の２面拘束構造にお
   いて、 テーパシャンクとフランジ部を有する工具と、 前記工具のフランジ部が接触する拘束面を有する拘束部
   材と、 前記工具のテーパシャンクが挿入されるテーパ穴を有す
   る主軸端面部とからなり、 前記工具のテーパシャンクのテーパ部を前記主軸端面部
   のテーパ穴の内周面に接触させるとともに、前記フラン
   ジ部を前記拘束部材の拘束面に接触させ、これらの２面
   によって工具を拘束するようにしたことを特徴とする工
   具の２面拘束構造。
2. 【請求項２】前記拘束部材は、主軸の前部ベアリングを
   保持するベアリング押え部材からなることを特徴とする
   請求項１に記載の工具の２面拘束構造。
3. 【請求項３】前記主軸端面部は、前記ベアリング押え部
   材と、このベアリング押え部材の内側に設けられ前記テ
   ーパ穴を有するスリーブとからなり、前記スリーブを工
   具の反クランプ方向に付勢する皿ばねを設けたことを特
   徴とする請求項２に記載の工具の２面拘束構造。
4. 【請求項４】前記拘束部材は、前記工具のテーパシャン
   クとフランジ部との間に取り付けられ主軸の端面に当接
   するリング状の部材からなることを特徴とする請求項１
   に記載の工具の２面拘束構造。
5. 【請求項５】前記リング状部材およびフランジ部にワー
   クホルダを嵌合させ、前記ワークホルダと、工具のフラ
   ンジ部との間に皿ばねを設けたことを特徴とする請求項
   ４に記載の工具の２面拘束構造。