CN100344407C - 工具夹 - Google Patents

Abstract

一种可强力地固定保持在主轴(2)上的工具夹(1)。该工具夹(1)是在柄部(12)外周部分的轴心方向多个位置上，设有与锥状孔(3)的内面(12a)抵接、沿半径方向可稍微弹性变形的多个弹性卡合部(13)。在使多个弹性卡合部(13)沿半径方向弹性变形的状态下，与锥状孔(3)的内面紧贴，通过这些弹性卡合部(13)，用均等的力大致整体性地将柄部(12)与锥状孔(3)的内面结合。并且，在此状态下，使弹性凸缘部(15)弹性变形，从而牢固地与主轴(2)的前端面抵接。

Description

工具夹

技术领域

本发明涉及可强力固定在机床主轴上的工具夹。

背景技术

以往，钻床、铣床、加工中心等的机床是将保持工具的工具夹安装在主轴的前端部分上，通过主轴转动工具来对工件进行机械加工的。为了将工具可更换地固定在主轴上，在主轴上设有将工具夹的柄部导入主轴的锥状孔内予以固定用的导入机构。

所述工具夹具有：安装工具用的工具保持部、具有锥状外周面的柄部、固定在柄部上的拉出型栓头(プルスタツド)、以及直径大于锥状孔的凸缘部。由所述导入机构将工具夹向导入侧驱动，将柄部嵌合固定在主轴的锥状孔内。

最近的机床要求误差为1μm以下的高加工精度，并能在30000～40000rpm的高速运转中一边使主轴旋转一边进行机械加工。为此，高速运转的主轴和工具夹容易产生振动，成为降低加工精度的主要原因。为防止降低其加工精度，最好是将工具夹的整个柄部与主轴的锥状孔紧贴以强化固定力。然而，由于存在着主轴的锥状孔的机械加工误差和工具夹的机械加工误差，机床使用中的工具发热会引起主轴和工具夹一起热膨胀，因此，要将工具夹的整个柄部与主轴的锥状孔嵌合成紧贴状态进行牢牢固定则几乎是不可能的。并且，要想在将工具夹的柄部与主轴的锥状孔紧贴的同时又使工具夹的凸缘部与主轴的前端面紧贴是根本不可能的，因此，在传统的普通工具夹中，不存在将其凸缘部与主轴前端面抵接的结构。

下面说明在现有技术中适用的各种工具夹。

特开平8-108302号公报的工具夹包括：具有柄部和凸缘部的夹具本体、沿轴心方向可相对移动地外嵌在柄部上并具有与锥状孔相同的锥形外周面的套筒、以及安装在凸缘部与套筒间的弹性构件。套筒在周向的局部上分割开，在其间隙中装有弹性体。在由导入机构导入工具夹时，凸缘部与主轴的前端面抵接。套筒通过弹性构件向主轴的基端侧推压而缩径，与锥状孔卡合，也与柄部结合。特开平9-248727号公报的工具夹是在上述公报的工具夹中，不采用在周向的局部上分割的套筒，而是在周向的局部设置形成有内槽的套筒。

这些工具夹在由导入机构导入工具夹时，套筒整体性缩径。由此，使套筒的锥状外周面无间隙地与锥状孔紧贴，往往不能进行嵌合固定，难以用大致均等的力将其整个外周面与锥状孔的内面结合。并且，零件数多，结构也复杂，制作成本高。

特开平7-96437号公报的工具夹是在柄部和凸缘部的边界部分形成环状槽。通过形成这种环状槽，使凸缘部的局部形成薄壁部。在使用这种工具时，一旦由导入机构导入工具夹，则在凸缘部与主轴的前端面抵接的状态下，起到碟形弹簧的功能而产生微小的弹性变形，柄部被卡合在锥状孔内。这种工具夹在由导入机构导入工具夹时，在凸缘部与主轴的前端面抵接的状态下，产生微小的弹性变形，将柄部与锥状孔卡合。但是，由于该柄部大部分的结构与传统的柄部基本没有变化，因此，存在着与以往的工具夹基本同样的问题。

发明内容

本发明目的在于，提供将整个柄部弹性而又牢固地可与主轴安装孔的内面嵌合固定的工具夹以及凸缘部可弹性地与主轴的外端面抵接、不易产生振动、提高稳定性的工具夹。

本发明的工具夹具有安装工具用的工具保持部和可装卸地与机床主轴的锥状孔进行嵌合固定的柄部，其特征在于，在所述柄部外周部分的轴心方向多个位置上，与所述柄部一体地设有与锥状孔的内面抵接、沿半径方向可略微弹性变形的多个弹性卡合部，将所述柄部与主轴的锥状孔嵌合，在使多个弹性卡合部沿半径方向弹性变形的状态下固定在主轴上。

在该工具夹上，多个弹性卡合部与锥状孔的内面抵接，在沿半径方向略微弹性变形的状态下，柄部被嵌合固定在锥状孔内。即，可使多个弹性卡合部沿半径方向弹性变形，与锥状孔的内面紧贴，通过这些弹性卡合部，可用均等的力将整个柄部与主轴的锥状孔嵌合。这样，由于可将工具夹强力地固定保持在主轴上，因此，即使在主轴高速运转时，也可缓和主轴上发生的振动，可提高机械加工的精度。

在此，最好是在所述柄部的外周部分，沿轴心方向以所定间隔形成多个环状槽，将这些多个环状槽与多个弹性卡合部相互交替地沿轴心方向配置，通过形成这些多个环状槽，使多个弹性卡合部与柄部一体形成。

最好是使所述弹性卡合部相对与所述柄部的轴心正交的面而倾斜。在此场合，最好是将所述弹性卡合部倾斜成越是外周侧越向柄部的锥状的小径侧方向移行的形态。但也可将所述弹性卡合部形成与所述柄部轴心的正交的面相平行的状态。

最好在所述柄部的外周部分，轴心对称地形成沿柄部的长度方向延伸的多个立槽。

在安装在所述主轴上的状态下，最好设置与主轴的外侧端面抵接、沿轴心方向弹性变形的弹性凸缘部。在此场合，所述弹性凸缘部形成环状，在该弹性凸缘部的轴心方向内侧形成环状的退刀槽，在所述弹性凸缘部的轴心方向外侧形成环状的倾斜槽。

所述多个的弹性卡合部既可由固定在所述柄部外周部分上的多个凸缘状构件构成，也可采用安装在所述柄部的外周部分上的多个板簧构成所述多个弹性卡合部。

为了在不使用键的情况下可从所述主轴的锥状孔向柄部传递旋转扭矩，也可将锥状孔和与柄部的轴心正交的截面形状作成可传递旋转扭矩的非圆形状。

附图说明

图1～图6为本发明的主要实施形态的示图，图1为包括主轴的局部在内的工具夹的纵剖视图，图2为图1的工具夹侧视图，图3为图2的III向视图，图4为图2的IV-IV线剖视图，图5为图3的V-V线剖视图、图6为弹性卡合部的放大图，图7～图13为变更形态的示图，图7～图9为包括主轴的局部在内的工具夹的纵剖视图，图10和图11为包括主轴的局部在内的工具夹要部的纵剖视图，图12和图13为以与轴心正交的垂直面剖切后的主轴和工具夹的纵剖视图。

具体实施方式

下面，参照图纸说明本发明的实施形态。

本实施形态是本发明适用于在加工中心等的具有工具自动更换装置的机床中装备的工具夹时的一例。

图1表示在机床主轴2上安装有工具夹1的状态。在主轴2的前端部分形成逐渐向前端侧直径扩大的锥状孔3，主轴2的轴心a和锥状孔3的轴心共用。主轴2的前端面形成与轴心a正交的平滑面。在主轴2的内部，形成与锥状孔3连通的收容孔4，在该收容孔4中，收容有将工具夹1的柄部12导入主轴2的锥状孔3中进行固定的导入机构的牵引杆前端的开口夹套5。

如图1～图5所示，工具夹1具有夹具本体10、紧固螺栓20和拉出型栓头25。夹具本体10具有安装工具T用的工具保持部11、可装卸地与锥状孔3嵌合固定的柄部12、设在柄部12外周部分上的多个弹性卡合部13、以及直径比锥状孔3大的凸缘部14。这些工具保持部11、柄部12、多个弹性卡合部13和凸缘部14一体形成。

在夹具本体10的内部，从前端侧向基端侧直列状地形成锥状孔10a、贯通孔10b和螺孔10c。紧固螺栓20从螺孔10c一方***贯通孔10b，其螺纹部向锥状孔10a伸出。工具T的基端的连结凸部与锥状孔10a卡合，与紧固螺栓20螺合后紧固在工具夹1上。即，工具保持部11由锥状孔10a、贯通孔10b和紧固螺栓20等构成。

拉出型栓头25从夹具本体10的基端侧与螺孔10c螺合，使其凸缘部25a与柄部12抵接而被固定。通过将开口夹套5与拉出型栓头25的基端部的卡合部25b卡合，将未图示的牵引杆向图1的左方拉伸，就可将柄部12导入。另外，还形成有可贯通六角扭转棒的贯通孔25c以及与六角扭转棒的前端部卡合、转动紧固螺栓20用的六角孔20a。

如图1～图5所示，多个弹性卡合部13被设置在柄部12外周部分的轴心方向的多个位置上，与锥状孔3的内面抵接且可向半径方向略微弹性变形。在柄部12的外周部分，沿轴心方向以所定间隔形成多个环状槽12a，这些多个环状槽12a和多个凸缘状的弹性卡合部13沿轴心方向相互交替状配置。通过在柄部12的外周部分上形成多个环状槽12a而使多个弹性卡合部13与柄部12一体形成。

多个弹性卡合部13相对与柄部12的轴心的正交的面而倾斜成越是外周侧越向柄部12(或锥状孔3)的锥状的小径侧(即向图1中的左方)方向移行的形态。各弹性卡合部13虽然具有较大的弹性常数，但通过前述的倾斜，多少会弹性变形。当然，弹性卡合部13轴心方向的厚度应适当地设定为合适的弹性常数。多个环状槽12a也形成为越是外周侧越向柄部12的锥状的小径侧方向移行形态的倾斜槽。在多个弹性卡合部13与锥状孔3的嵌合方面，多个弹性卡合部13离轴心a的半径是越位于前端侧(图1中的右侧)尺寸越大。多个环状槽12a的底部离轴心的位置大体保持一定的半径。因此，多个弹性卡合部13的径向宽度是越靠近柄部12的锥状的大径侧位置，尺寸越大。但最前端侧的弹性卡合部13由于是在环状槽12a与后述的退刀槽15a之间形成，因此其宽度稍许小一点。

在所述柄部12的外周部分，轴心对称地形成向柄部12的长度方向延伸的2个立槽12b。由此，各弹性卡合部13在周向上分割为两半，弹性卡合部13的各分割部以170度圆弧状形成在柄部12的外周部分。由于形成2个立槽12b，并将各弹性卡合部13分割为两半，故容易使弹性卡合部13弹性变形(使大的弹性常数略微减小)。在此，在主轴2的锥状孔3的内面部，固定地设置2个键6，一旦将工具夹1安装在主轴2上，这些键6就分别与2个立槽12b卡合，可通过这2个键6从主轴2向工具夹1传递旋转扭矩。

凸缘部14的外周部分一体形成有可与工具自动更换装置的支臂卡合的卡合槽14a。在凸缘部14的基端部分，设有环状的具有较大弹性常数的弹性凸缘部15，该弹性凸缘部15在安装于主轴2上的状态下，与主轴2的前端面(外侧端面)抵接、沿轴心方向弹性变形。弹性凸缘部15呈环状，倾斜成越是外周侧越向基端侧(图1的左方)移行的形态。在弹性凸缘部15的轴心方向内侧形成环状的退刀槽15a，在弹性凸缘部15的轴心方向外侧形成环状的倾斜槽15b。由于形成了退刀槽15a和倾斜槽15b，故可略微减小弹性凸缘部15的较大的弹性常数，容易弹性变形。

下面说明该安装工具夹1的作用和效果。

将工具夹1的柄部12***主轴2的锥状孔3内，通过导入机构的开口夹套5而强力地导向主轴2的基端侧。这样，如图6的实线所示，在多个弹性卡合部13与锥状孔3的内面抵接后，多个弹性卡合部13如图5的点划线所示，沿半径方向略微弹性变形，在此状态下，柄部12嵌合固定在锥状孔3内。即，使多个弹性卡合部13沿半径方向弹性变形，与锥状孔3的内面紧贴，通过这些弹性卡合部13，用均等的力可将整个柄部12整体性地与锥状孔3的内面嵌合，从而牢固并可装卸地进行固定。

并且，在将工具夹1安装在主轴2上时，在多个弹性卡合部13与锥状孔3的内面抵接之前，弹性凸缘部15与主轴2的前端面抵接，在通过导入机构将拉出型栓头25导入时，弹性凸缘部15一边弹性变形，一边将柄部12导向左方，使多个弹性卡合部13向半径方向弹性变形，将所有的弹性卡合部13与锥状孔3的内面紧贴状地进行嵌合固定，具有较大弹性常数的弹性凸缘部15也弹性变形，在与主轴2的前端端面抵接的状态下，可强力地将工具夹1固定保持在主轴2上。结果是主轴2与工具夹1之间的微小间隙消失，形成整个柄部12与锥状孔3牢固嵌合的状态，因此，即使在主轴2高速回转的场合，主轴2和工具夹1也不容易产生振动，可进一步提高机械加工精度。特别是由于弹性凸缘部15在离轴心a的半径距离大的位置上，与主轴2的前端端面卡合，因此，可非常有效地抑制工具夹1的挠曲和振动，提高工具夹1的稳定性。

由于在柄部12的外周部分的轴心方向的多个位置上设有多个弹性卡合部13，因此，可用均等的力将整个柄部12整体性地与锥状孔3的内面牢固固定。由于在柄部12的外周部分以所定间隔沿轴心方向形成了多个环状槽12a，因此，可将多个凸缘状的弹性卡合部13与柄部12一体形成，可减少零件数，使结构简单化。由于使多个弹性卡合部13相对与轴心正交的面倾斜，并在柄部12的外周部分形成2个立槽12b，将各弹性卡合部13分断，因此，可向多个弹性卡合部13施加适度的弹性。并且，可将形成轴心对称的2个立槽12b作为键槽，用于安装与主轴2连结的可传递扭矩的键6。

由于多个弹性卡合部13倾斜成越是外周侧越向柄部12的锥状的小径侧方向移行的形态，因此，如图6所示，在将工具夹1安装在锥状孔3内的状态下，多个弹性卡合部13也向所述锥状的小径侧方向弹性变形。在此状态下，由于多个弹性卡合部13的外周面作成利用摩擦而与锥状孔3内面形成紧固状态，因此，弹性卡合部13的回复力作为将工具夹1向基端侧移动的力而起作用。即，加强了将工具夹1导入基端侧的导向力，故可减小导入机构的驱动力。

在将工具夹1从主轴2取下时，若解除导入机构的驱动力，则利用弹性凸缘部15的弹性回复力而可使工具夹1向脱出侧略微移动，以解除多个弹性卡合部13的弹性变形，故可通过自动工具更换装置的支臂将工具夹1取出。另外，既可根椐需要而进一步加大弹性凸缘部15的轴心方向的厚度，也可根椐需要省略退刀槽15a。

但是，在将工具夹1安装在锥状孔3内时，也可使多个弹性卡合部13和弹性凸缘部15大致同时与主轴2抵接、或者也可使多个弹性卡合部13比弹性凸缘部15先与主轴2抵接。

下面说明变更形态。对与前述主要实施形态基本相同的部位标记相同的符号，省略其说明。

1〕、在图7的工具夹1A中，多个弹性卡合部13A与柄部12A的轴心a正交的面形成平行。在柄部12A的外周部分，沿轴心方向以所定间隔形成与柄部12A的轴心a正交的面相平行的多个环状槽12c。由此，这些弹性卡合部13A与柄部12A一体形成。弹性凸缘部15A与柄部12A的轴心a正交的面形成平行，在其外周端部上设有向基端侧弯曲、可与主轴2的前端面抵接的抵接部15c。在弹性凸缘部15A的基端侧凹设有环状的退刀槽15d，在弹性凸缘部15A的前端侧形成与柄部12A的轴心a正交的面相平行的环状槽15e。由此，弹性凸缘部15A与凸缘部14一体形成。在对工具夹1A进行导入驱动的状态下，由于与锥状孔3垂直的力作用于这些弹性凸缘部15A的外周面，因此，这些弹性凸缘部15A也呈略微向半径方向弹性变形的状态。

2〕、在图8的工具夹1B中，多个弹性卡合部13B相对与柄部12B的轴心a正交的面而倾斜成越是外周侧越向柄部12B的锥状的大径侧方向移行的形态。为了使这些弹性卡合部13B与柄部12B一体形成，在柄部12B的外周部分，沿轴心方向以所定间隔形成有倾斜成越是外周侧越向柄部12B的锥状的大径侧方向移行形态的多个环状槽12d。在将该工具夹1B与主轴2的锥状孔3嵌合固定的状态下，多个弹性卡合部13B向半径方向略微弹性变形，但在此状态下，从这些弹性卡合部13B会产生一种欲使工具夹1向图8的右方移动的力。因此，有利于将工具夹1从主轴2取下。

3〕、图9的工具夹1C是在前述的主要实施形态的工具夹1中，省略了弹性凸缘部15、退刀槽15a和倾斜槽15b。

4〕、在图10的工具夹1D中，多个弹性卡合部由固定在柄部12D外周部分的环状槽上的多个凸缘构件13D构成。多个凸缘构件13D相对与柄部12D的轴心正交的面而倾斜成越是外周侧越向柄部12B的锥状的小径侧方向移行的形态。另外，各凸缘构件13D既可是环状结构，也可构成轴心对称的多个分割体。另外，也可不用这些凸缘构件13D，而是设置将所述弹性卡合部13A或弹性卡合部13B大体向同一方向伸出的凸缘构件。

5〕、在图11的工具夹1E中，多个弹性卡合部由安装在柄部12E外周部分上的、具有较大弹性常数的多个环状碟形弹簧13E构成。多个碟形弹簧13E的截面为并列的锯齿状，设置成相邻的碟形弹簧13E的端部相互间接触的状态。在柄部12E的外周部，形成可与这些多个碟形弹簧13E的内端部磨擦结合的滚花部12e。

6〕、如图12所示，包括主轴的锥状孔3F和工具夹1F的多个弹性卡合部13F在内的、与柄部12F的轴心正交的截面形状作成非圆状的三角形状。该三角形状是一种在内接基准圆30的外侧上每隔120度形成3个伸出部31的形状，利用这些3个伸出部31，可从主轴的锥状孔3F向柄部12F传递旋转扭矩，不再需要使用键。另外，在柄部12F的外周部分的角部，轴心对称地形成有3个立槽12f。

7〕、如图13所示，包括主轴的锥状孔3G和工具夹1G的多个弹性卡合部13G在内的、与柄部12G的轴心正交的截面形状作成非圆状的四角形状。该四角形状是一种在内接基准圆32的外侧上每隔90度形成4个伸出部33的形状。与图12的工具夹1F一样，通过4个伸出部33，可从主轴的锥状孔3G向柄部12G传递旋转扭矩，不再需要使用键。又，在柄部12G的外周部分的角部，轴心对称地形成有4个立槽12g。另外，对于锥状孔和与柄部的轴心正交的截面形状，除了图12和图13的非圆状以外，可制成轴心对称的各种非圆形状。

8〕、可以省略在前述弹性卡合部13～13C上形成的立槽。又，对于弹性卡合部的个数和厚度以及形成各弹性卡合部的周向的区域等可适当设定。

9〕、其它方面，在不脱离本发明宗旨的范围内，也可在前述实施形态和变更形态中附加各种变更的形态下实施，并且，本发明还可适用于各种机床中装备的工具夹。

Claims (11)

1、一种工具夹，具有：安装工具用的工具保持部以及可装卸地与机床主轴的锥状孔进行嵌合固定的柄部，其特征在于，

在所述柄部外周部分的轴心方向多个位置上，与所述柄部一体地设有与锥状孔的内面抵接、沿半径方向可稍微弹性变形的多个弹性卡合部，

将所述柄部与主轴的锥状孔嵌合，在使多个弹性卡合部沿半径方向弹性变形的状态下，固定在主轴上。

2、如权利要求1所述的工具夹，其特征在于，在所述柄部的外周部分，沿轴心方向以所定间隔形成多个环状槽，将这些多个环状槽与多个弹性卡合部相互交替地沿轴心方向配置。

3、如权利要求2所述的工具夹，其特征在于，使所述弹性卡合部相对与所述柄部的轴心正交的面而倾斜。

4、如权利要求3所述的工具夹，其特征在于，所述弹性卡合部倾斜成越是外周侧越向柄部的锥状的小径侧方向移行的形态。

5、如权利要求2所述的工具夹，其特征在于，所述弹性卡合部形成与所述柄部的轴心的正交的面相平行。

6、如权利要求4所述的工具夹，其特征在于，在所述柄部的外周部分，轴心对称地形成有沿柄部的长度方向延伸的多个立槽。

7、如权利要求1至6中任一项所述的工具夹，其特征在于，设有在安装于所述主轴上的状态下与主轴的外侧端面抵接、沿轴心方向弹性变形的弹性凸缘部。

8、如权利要求7所述的工具夹，其特征在于，所述弹性凸缘部形成环状，在该弹性凸缘部的轴心方向内侧形成环状的退刀槽，在所述弹性凸缘部的轴心方向外侧形成环状的倾斜槽。

9、如权利要求1所述的工具夹，其特征在于，所述多个弹性卡合部由固定在所述柄部外周部分上的多个凸缘构件构成。

10、如权利要求1所述的工具夹，其特征在于，所述多个弹性卡合部由安装在所述柄部外周部分上的多个板簧构成。

11、如权利要求1至6中任一项所述的工具夹，其特征在于，为了在不使用键的情况下而可从所述主轴的锥状孔向柄部传递旋转扭矩，将锥状孔与柄部的轴心正交的截面形状形成可传递旋转扭矩的非圆形状。

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