JP2005034964A

JP2005034964A - 工具ホルダ

Info

Publication number: JP2005034964A
Application number: JP2003275779A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ishikawa; 均石川; Satoshi Fujiwara; 吏志藤原
Original assignee: NT Tool Corp
Current assignee: NT Tool Corp
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】ケースの側から回転中の主軸に対して流体を供給する場合、ケースの内周面側と、主軸の外周面側との間に環状流路を、またその環状流路よりも軸中心近くに第２の環状流路を具備させ、それらの環状流路にケースの側から流体を注入することにより、回転させる主軸に対する流体の受け渡しを順調ならしめるようにする。
【解決手段】主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路に対してケースの側から流体を供給できるように主軸周面には流体受入孔１８を備え、ケース４０の内周面と、主軸２０の外周面との間には第１環状流路１７を形成し、第１環状流路１７よりも軸中心に近くには第２環状流路１９を具備させ、かつ、この第２環状流路１９には、上記第１環状流路１７から工具Ｃに向けて流通させる流体を、この第２環状流路１９を経由して流通可能にさせてある工具ホルダ。
【選択図】図１

Description

この発明は、切削工具を工作機械のスピンドルに装着するための工具ホルダに係り、特に、工作機側から供給される潤滑用又は冷却用の流体を主軸内を通して切削工具の切削部に供給する構造を備えた工具ホルダに関する。

従来の工具ホルダは、工作機械のスピンドルに対する装着部を備える主軸と、主軸の中間部を回転可能に支持するケースとを備え、上記主軸における前部には、工具装着部を備え、工作機械から受け取った流体を、前記ケースの内側に設けた流体送出口から、主軸内において半径方向に向けて設けられている流体通路を通して軸芯位置に備えさせる流体通路に供給し、その供給される切削油を刃先部より噴出しつつ切削を行わせることにより、刃先部の冷却と潤滑を図り、切削工具の耐用寿命を延ばすと共に仕上げ面を良好にし得るようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２７７８７６号公報（図１、図２、図３，図５）

この従来の工具ホルダでは、工作機械のスピンドルの回転速度が比較的低速の場合は、上記主軸の外周側から、冷却用の流体を所定圧力でもって供給すれば、上記主軸内において半径方向に向けて設けられている流体通路を通して軸芯位置に備えさせる流体通路に順調に供給できる。
しかしながら、工作機械のスピンドルの回転速度が今日のように高速化すると、上記主軸内において半径方向に向けて設けられている流体通路内の流体には、ケースの側からポンプの加圧力を利用して軸芯位置に向けて押し込む通常の押込力と、遠心力の作用によって外周方向へ放出する力との、相反する力が加わり、軸芯位置に備えさせる流体通路に向かう流体の量と力とが減少し、刃先部の冷却効率が低下する大きな問題点があった。
またこのような、軸芯位置に備えさせる流体通路に向かう流体の量と力とが減少する問題点は、工作機械のスピンドルの回転速度があまり高速ではない回転速度で回転している場合でも、冷却用の流体を加圧する圧力が低下する場合にも発生する。

本件出願の目的は、フレームの側から回転中の主軸に対して流体を供給して刃先部の冷却を効率よく行うことができるようにした工具ホルダを提供しようとするものである。
他の目的は、フレームの側から回転中の主軸に対して流体を供給する場合、ケースの内周面側と、その内周面側に対向する位置にある上記主軸の外周面側との間に環状流路を具備させ、その環状流路にフレームの側から流体を注入することにより、回転させる主軸に対する流体の受け渡しを順調ならしめるようにした工具ホルダを提供しようとするものである。
他の目的は、上記第１番目の環状流路よりも軸中心に近くなるように内側に寄せた位置に、もう一つの第２番目の環状流路を具備させ、かつ、この第２番目の環状流路には、上記第１番目の環状流路から上記工具装着部に装着される工具に向けて流通させる流体を、この第２番目の環状流路を経由して流通可能に、上記主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路を連通させ、主軸を高速回転させるときに、或いは主軸に向けて供給される流体の加圧力が低下したときに、上記第２番目の環状流路と軸芯位置に備えさせる流体通路との間の放射方向に設けられる流体通路に対する遠心力の影響を減少させ、上記従来品の問題点を解決するようにした工具ホルダを提供しようとするものである。
他の目的は、主軸を回転させるときに、その回転力を利用して、フレームの側から回転中の主軸中心に向かおうとする流体に力を与えることができるようにした工具ホルダを提供しようとするものである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。

本願発明における工具ホルダは、後部には、工作機械のスピンドルに対する装着部を備え、前部には、工具装着部を備え、中間部においては、工具装着部に装着される工具に向けて流体を供給する為に、主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路に対してケースの側から流体を受け入れて供給できるようにケースの内周面に向けて開口させる流体受入孔を備えている主軸と、前記主軸を、主軸の中間部において回転可能に支持するケースと、前記工作機械から受け取った流体を、上記流体受入孔に送る為に前記ケースの内側に設けた流体送出口とを備える工具ホルダにおいて、上記ケースの内周面側と、その内周面側に対向する位置にある上記主軸の外周面側との間には第１環状流路を具備させ、かつ、この第１環状流路には、上記流体送出口から第１環状流路に流入させる流体を、第１環状流路を経由して上記流体受入孔に流入可能に上記流体送出口と上記流体受入孔とを夫々連通させ、さらに、上記主軸には、上記第１環状流路よりも軸中心に近くなるように内側に寄せた位置に第２環状流路を具備させ、かつ、この第２環状流路には、上記第１環状流路から上記工具装着部に装着される工具に向けて流通させる流体を、この第２環状流路を経由して流通可能に、上記第１環状流路と、上記主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路とを夫々連通させたものである。

また好ましくは、上記第１環状流路と、それよりも軸中心に近くなるように内側に寄せた位置に設けられている第２環状流路とを連通させる流体受入孔における第１環状流路に対する開口部の形状は、主軸回転どきに第１環状流路の流体を第２環状流路に向けて掬い込み可能に開口部の後縁における外周側が先行するように斜状に構成したものであればよい。

また好ましくは、上記第２環状流路と、主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路とを連通させる流体通過路の第２環状流路に対する開口部の形状は、主軸回転どきに第２環状流路の流体を主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路に向けて掬い込み可能に開口部の後縁における外周側が先行するように斜状に構成したものであればよい。

以上のように本願発明は、静的に設けられるケース４０の内周面側と、その内周面側に対向する位置にある回転自在の主軸２０の外周面側との間に、第１環状流路１７を具備させ、この第１環状流路にケースの内側に固定的に設けられる流体送出口４２を連通させてあるから、ケースの内側に固定的に設けた流体送出口４２からでも、高速回転中の主軸に設けられている流体の通路１８に対して流体を連続的に供給できる効果がある。

その上本願発明にあっては、主軸２０を極めて高速で回転させることによって主軸の周辺に大きな遠心力が作用する状態となり、主軸の外周面側に位置する第１環状流路１７から主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路２４に向けて流体を直線的に向かわせることに支障が出る状況下にあっても、
主軸２０には、上記第１環状流路１７よりも軸中心に近い内側位置で、比較的遠心力の作用が小さい位置に、第２環状流路１９を具備させ、この第２環状流路１９から、上記主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路２４に流体を供給するものであるから、主軸２０を極めて高速で回転させても、上記主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路２４に対する流体の供給は、遠心力による悪影響を受けること少なく、極めてスムーズに行うことができる特長があり、工具装着部２５の先端に装着する工具Cに対して安定的に流体を供給できる画期的効果がある。

更に本願発明にあって、主軸２０の軸芯位置に備えさせる流体通路２４に連なる流体受入孔１８における環状流路（１７及び／又は１９）に対する開口部（18a及び／又は23a）の形状を、主軸回転どきに環状流路の流体を内側に向けて掬い込み可能に構成する場合においては、主軸の高速回転力を利用して、ケース４０の側から回転中の主軸中心に向かおうとする流体に力を与えることができ、この点からしても、主軸の高速回転時、遠心力による悪影響を受けること少なく、極めてスムーズに流体を軸中心に向かわせることができる効果が生まれる。

以下本願の実施の形態を図面に基づいて説明する。Ａはマシニングセンタ等の通常用いられている周知の工作機本体の存在を示す。Ｂは上記本体に工具を取付ける為の工具ホルダ、Ｃは工具を示すものである。

工作機本体Ａは周知のもので、２はフレーム、３はスピンドル、５はホルダ装着孔で、テーパ状に形成してある。６はフレーム２に取付けた給液用の台、７はその先端部に設けた凹穴、９は流体通過用の道（孔）で、流体を加圧して供給する為のポンプに周知の如く連結してある。尚上記流体としは、例えば切削油、水、気体状のミストと称され流体、或いはクーラント等と呼ばれる流体状のものがあり、本件明細書中においてはそれらの個々を簡便のため流体と称する。

次に工具ホルダＢについて説明する。
工具ホルダＢは、スピンドル３によって回転される主軸２０と、ベアリング４１を介して主軸２０の中間部を回転可能に支持するケース４０と、フレーム２の給液用の台６の凹穴７に嵌合され、かつケース４０に連結されている受流体筒３１とを備える。
このケース４０には、前記工作機械Aの流体通過用の道９から受け取る流体を、主軸２０の流体受入孔１８に送る為に前記ケースの内側に設けた流体送出口４２を備える。具体的には、工作機械Ａの流体通過用の道９から受け取った流体を、ケース４０に向けて送るための受流体伝送手段３０と、受流体伝送手段３０とケース４０における上記流体送出口４２とを連結する受流体用の部材と、ケース４０と主軸２０との間に設けられ、受流体伝送手段３０から供給される流体に対するシール機構とが備えられる。

次に主軸２０について説明する。主軸２０の後部には、工作機械本体Ａのスピンドル３におけるホルダ装着孔５対する装着部２１として、嵌合可能にしたテーパ形状の突子（シャンク）２１を備える。
前部には、周知の任意構成による工具装着部２５が設けられている。この工具装着部２５には任意の工具が着脱自在に装着でき、しかも工具の先端又は工具の周辺から流体を噴出可能な構成にしてある。工具装着部としては、例えば流体路を備えるもので、工具Ｃの装着を可能にした受具２５ａを備えた工具装着孔２５が設けられている。
主軸２０の中間部においては、図示しない周知のマニュピレータの爪が嵌合する溝２２ａを有するホルダ把持部材２２を備える。
さらに主軸２０の中間部においては、工具装着部２５に装着される工具Cに向けて（工具Cの刃先、或いは刃先の周辺に向けて）流体を供給する為に、主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路２４と、流体通路２４に対してケース４０の側から流体を受け入れできるようにケース４０の内周面に向けて開口させる流体受入孔１８を備えている。

更に主軸２０には、上記ケース４０の内周面側に対向する位置に対して、上記ケース４０の内周面側と上記主軸の外周面側との間に、流体を環状に配置する為に環状の流路（第１環状流路１７）の一面を形成する。この環状の流路は、図示のように静的に位置するケース４０の内周面側を凹ませて形成しても、回転（例えば500RPM~10000RPM~20000RPM〜で回転）する上記主軸20の外周面側を凹ませて形成してもこれらは相対的な構成であるから支障はない。
この第１環状流路１７には、上記流体送出口４２からの流体を、上記流体受入孔１８に流入可能に上記流体送出口４２と上記流体受入孔１８とを夫々連通させる。

このように構成すると、静的に位置するケース４０の内周面側の一つまたは複数の流体送出口４２から噴出する流体は、第１環状流路に流入し、高速回転中の主軸２０の周囲に位置する第１環状流路内を満たす。一方、高速回転中の主軸２０にあっては一つまたは複数の流体受入孔１８が高速で回転しているので第１環状流路内の流体を連続的に受け入れることができる。
特にこの場合、上記流体受入孔１８の開口部の形状が、図４の場合とは異なり、図２のように第１環状流路１７に対する開口部の後縁18a（回転方向２９に対して後方となる開口縁）における形状が、主軸回転どきに第１環状流路１７の流体を掬い込み可能になるように構成してあると、第１環状流路１７の流体に対して半径方向（内側方向）の成分を生じさせる。これにより第１環状流路１７の流体を第２環状流路１９の流路に向けて強制的に掬い込むようになる。図２の開口部の構成は、高速回転中の主軸２０にあって、遠心力の弊害に打ち勝つために、開口部の後縁18aにおける外周側が先行するように斜状18bに構成してある。

上記主軸２０には、上記第１環状流路１７よりも軸中心に近くなるように内側に寄せた位置に同軸的に環状の流路が得られるように第２環状流路１９が形成してある。この第２環状流路１９は、図１に現れているように主軸２０の本体部材20aにおける外周に、耐摩耗性の高いスチール製の筒状体１５を一体的に装着し、それの内面側に環状の流路１９を形成することによって構成されている。
この第２環状流路１９には、上記第１環状流路１７から上記工具装着部２５に装着される工具Cに向けて流通させる流体を、この第２環状流路１９を経由して流通可能に、上記第１環状流路１７に通じる１つ又は複数の流体受入孔１８と、上記主軸２０の軸芯位置に備えさせる流体通路２４に連通させてある１つ又は複数の流体通過路２３とを夫々連通させてある。

上記第２環状流路１９は、軸芯位置にある流体通路２４から半径方向には比較的近い位置にある。従って半径方向に伸びる上記流体通過路２３は、半径方向には短かくなる。流体通過路２３が軸芯位置から近いと遠心力の作用は比較的少ない。即ち遠心力は、回転軸心からの距離と座標系の角速度の2乗との積に比例するから、上記軸芯位置から近い位置にある流体通過路２３は、遠い位置にある流体受入孔１８の場合よりも遠心力の影響は極めて小さくなる。
しかしながら、上記流体通過路２３の開口部の形状を、図４の場合とは異なり、図２のようにしておくと、遠心力の悪影響はさらに少なくなる。
上記流体通過路２３の開口部の形状を第２環状流路１９に対する開口部の後縁23a（回転方向に対して後方となる開口縁）における形状が、主軸回転どきに第２環状流路１９の流体を掬い込み可能になるように構成してあると、第２環状流路１９の流体に対して半径方向（内側方向）の成分を生じさせる。
これにより第２環状流路１９の流体を主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路２４に向けて強制的に掬い込むようになる。
図２の開口部の構成は、高速回転中の主軸２０にあって、流体通過路２３に対する遠心力の弊害を少なくするために、開口部の前縁２３ｅを図示の如く開放させ、後縁23aにおいては外周側が先行するように斜状23bに構成しておくとよい。

次に、受流体伝送手段３０は、給液用の台６の凹穴７に嵌合される受流体筒３１と、この受流体筒３１を軸方向摺動自在に保持すると共ケース４０の側に固定される保持筒３２とから構成されている。
上記ケース４０は、図１に示す様に、図示左側部分にベアリング４１，４１を内嵌して主軸２０を回転自在とする状態で一体化させてある。また広く知られているように中央より右側部分にシールケース３５を配し、そこにシール３６を抜き差し交換可能に備えさせてある。上記ケース４０と、これの外周位置に固着してある保持筒３２との間には、流体道４６が介設されており、流体室３８からの流体を流体送出口４２に流通可能にしてある。

次に上記構成のものの使用方法及び使用状態を説明する。
上記構成の工具ホルダＢは、マガジン内に収納されている状態では係止片３７が嵌合凹部２６に嵌合して主軸２０の回転が阻止されている。上記工具ホルダＢを工作機本体Ａに装着する場合には、主軸２０の突子２１をスピンドル３の装着孔５に向けその軸線方向に挿入し周知の如く連結する。すると受流体伝送手段３０の受流体筒３１は給液用の台６に当接して保持筒３２の内部に向けて押し動かされ、その結果、係止片３７が嵌合凹部２６からはずれ、主軸２０の回転が自在の状態となる。

上記装着状態においてスピンドル３が回転すると主軸２０が一体に回転し、工具Ｃも一体に回転して周知の切削加工がなされる。主軸２０の回転数は、一般的には１分当たり例えば５００〜１００００近辺である。さらには２００００回転に向けたもの、更にはそれ以上に向けたものもある。
その過程において給液用の台６の流体道９を通して送られてくる流体は受流体筒３１内に流入し、前述の通り、流体室３８、流体道４６等を通ってシールケース３５の内側、ケース４０の内側に至り、さらに、ケース４０の流体送出口４２からの流体は、第１環状流路１７，流体受入孔１８，第２環状流路１９，流体通過路２３，流体通路２４，流体孔４３を経由して工具Cに向けて流通し、工具Cの刃先４５の周辺、或いは工具の流体路４４を通過して刃先から勢いよく噴射する。この流体によって、切削作業中の工具Ｃの潤滑乃至は冷却が行われる。

次に、前述の図１、図２の工具とは流体受入孔１８、流体通過路２３の構成の点において異なる例を示す図３、図４について説明する。なお、図３、図４の説明に当り、前述の図１、図２と同符号を用いた構成、部材等の機能、性質、特徴等は、以下に於て加える新規な部材構成、組合せ等の説明に係わる事項を除き、前述した説明と同旨と理解できるので、重複する説明は一部省略する。
図３、図４において、流体受入孔１８、流体通過路２３の構成は、共に第１環状流路１７に開口する開口縁18dの構成と、第２環状流路１９に開口する開口縁23dの構成が前述の図１、図２の工具ホルダＢの場合とは、図示のように半径方向にストレートに開口している点で異なっている。
このように構成した場合においても、第２環状流路１９がなく、かつ、流体受入孔１８と流体通過路２３とが一本に連通している従来構成の工具ホルダに比較して、高速回転時における流体の流れに対する遠心力の影響は改善されており、即ち、工具Ｃから噴出する流体の流れには大幅な改善が見られる。

工作機本体と工具ホルダの縦断面図。 II−II位置断面図。工具ホルダの縦断面図。 IV−IV位置断面図。

符号の説明

A・・・工作機本体、
B・・・工具ホルダ、
C・・・工具、
２・・・フレーム、
３・・・スピンドル、
１７・・・第１環状流路、
１８・・・流体受入孔、流体の通路
１９・・・第２環状流路、
２０・・・主軸、
２１・・・突子（シャンク）、
２３・・・流体通過路、
２４・・・流体通路、
２５・・・工具装着部、
３０・・・受流体伝送手段、
４０・・・ケース、
４２・・・流体送出口、
４３・・・流体孔。

Claims

後部には、工作機械のスピンドルに対する装着部を備え、前部には、工具装着部を備え、中間部においては、工具装着部に装着される工具に向けて流体を供給する為に、主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路に対してケースの側から流体を受け入れて供給できるようにケースの内周面に向けて開口させる流体受入孔を備えている主軸と、
前記主軸を、主軸の中間部において回転可能に支持するケースと、
前記工作機械から受け取った流体を、上記流体受入孔に送る為に前記ケースの内側に設けた流体送出口とを備える工具ホルダにおいて、
上記ケースの内周面側と、その内周面側に対向する位置にある上記主軸の外周面側との間には第１環状流路を具備させ、かつ、この第１環状流路には、上記流体送出口から第１環状流路に流入させる流体を、第１環状流路を経由して上記流体受入孔に流入可能に上記流体送出口と上記流体受入孔とを夫々連通させ、さらに、
上記主軸には、上記第１環状流路よりも軸中心に近くなるように内側に寄せた位置に第２環状流路を具備させ、かつ、この第２環状流路には、上記第１環状流路から上記工具装着部に装着される工具に向けて流通させる流体を、この第２環状流路を経由して流通可能に、上記第１環状流路と、上記主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路とを夫々連通させてあることを特徴とする工具ホルダ。
上記第１環状流路と、それよりも軸中心に近くなるように内側に寄せた位置に設けられている第２環状流路とを連通させる流体受入孔における第１環状流路に対する開口部の形状は、主軸回転どきに第１環状流路の流体を第２環状流路に向けて掬い込み可能に開口部の後縁における外周側が先行するように斜状に構成してあること特徴とする請求項１記載の工具ホルダ。
上記第２環状流路と、主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路とを連通させる流体通過路の第２環状流路に対する開口部の形状は、主軸回転どきに第２環状流路の流体を主軸の軸芯位置に備えさせる流体通路に向けて掬い込み可能に開口部の後縁における外周側が先行するように斜状に構成してあることを特徴とする請求項１又は２記載の工具ホルダ。