JP2011011298A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】マシニングセンタなどの工作機械のスピンドルに係合固定される工具を保持する工具ホルダの軽量化を図ることにより、より高速な加工を実現することを課題とする。
【解決手段】切削工具を工作機械のスピンドルに着脱可能に形成され、前記スピンドルのテーパー孔に係合するテーパーシャンク部１０と、テーパーシャンク部１０の先端側に設けられる把持のためのフランジ部２０と、フランジ部２０の先端側に設けられる切削工具を固定するホルダ部３０とからなる工具ホルダにおいて、少なくとも、前記テーパーシャンク部１０主要部とホルダ部３０主要部とをアルミニウム合金を母材として一体に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マシニングセンタなどの工作機械のスピンドルに係合固定される、工具を保持する工具ホルダに関する。

従来、マシニングセンタなどの工作機械のスピンドルに固定する工具ホルダは鋼材により形成されていた。

ところで、近年、工作機械のスピンドル回転の高速化や小型工作機械による径の大きな切削工具による精密加工など、難易度の高い加工が要求されている。このような要求に対して、従来の鋼製の工具ホルダは、重量が大きくなるために、高速での使用に限度があり、振動によるビビリが発生するなど、このような要求に応じることは困難であった。
本発明は、このような問題に鑑みて、高速回転などにも対応できるように、工具ホルダの重量を軽減することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、切削工具を工作機械のスピンドルに着脱可能に装着する工具ホルダであって、前記スピンドルのテーパー孔に係合するテーパーシャンク部と、テーパーシャンク部の先端側に設けられる把持のためのフランジ部と、フランジ部の先端側に設けられる切削工具を固定するホルダ部とからなり、少なくとも、前記テーパーシャンク部主要部とホルダ部主要部とはアルミニウム合金を母材として一体に形成されるものである工具ホルダである。
請求項２に記載の発明は、前記工具ホルダにおいて、前記テーパーシャンク部主要部とホルダ部主要部に加えて前記フランジ部もアルミニウム合金を母材として一体に形成されるものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の工具ホルダにおいて、前記フランジ部は、前記テーパーシャンク部及びホルダ部に対して軸方向に摺動可能に固定されるとともに、前記スピンドルへの装着時に、弾性体によって前記スピンドル先端に押し付けられるように形成されるものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の工具ホルダにおいて、前記フランジ部は、前記アルミニウム合金により形成されるものである。
請求項５に記載の発明は、前記工具ホルダにおいて、当該工具ホルダは、チップと、チップを固定するヘッド部とからなるフライスカッターを工具として保持するものであって、前記テーパーシャンク部主要部とホルダ主要部に加えて前記ヘッド部もアルミニウム合金を母材として一体に形成されるものである。
請求項６に記載の発明は、前記工具ホルダにおいて、前記アルミニウム合金により形成される部分は、表面の硬度を高める表面改質処理を行ったものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の工具ホルダにおいて、前記表面改質処理がニッケルメッキ皮膜の形成によるものである。

請求項１に記載の発明は、工具ホルダの大部分を占めるテーパーシャンク部とホルダ部とをアルミニウム合金により形成することで、工具ホルダ全体の重さを軽量化することができ、高速回転によるビビリなどが低減されるので、加工におけるスピンドルの回転限度を高めることができる。
請求項２に記載の発明は、フランジ部も一体にアルミニウム合金により形成することで、さらに軽量化を図ることができる。
請求項３に記載の発明は、テーパーシャンク部とフランジ部の双方がスピンドルに接触するので、工具ホルダが安定し、ビビリが低減できるので、やはり加工時のスピンドルの回転限度を高めることができる。
請求項４に記載の発明は、摺動するフランジ部もアルミニウム合金により形成することで、さらに全体の軽量化を図ることができるとともに、フランジ部が軽量化されることにより高速回転によるフランジ部の破断を抑制することができる。
請求項５に記載の発明は、フライスカッターのヘッド部もアルミニウム合金により一体に形成することで、フライスカッターを含めた工具ホルダ全体をさらに軽量化することができる。
請求項６に記載の発明は、アルミニウム合金部分に表面改質処理をすることで、強度を高めることができ、また、表面の傷をつきにくくすることができる。
請求項７に記載の発明は、ニッケルメッキ皮膜の形成とすることで、厚膜の皮膜形成が可能となり、強度を確保しやすい。

（ａ）は、実施形態１に係る工具ホルダの正面図であり、（ｂ）は当該工具ホルダの底面図である。 （ａ）は、実施形態２に係る工具ホルダの一部破断正面図であり、（ｂ）は当該工具ホルダの底面図である。 （ａ）は、実施形態３に係る工具ホルダの一部破断正面図であり、（ｂ）は当該工具ホルダの底面図である。 （ａ）は、実施形態４に係る工具ホルダの一部破断正面図であり、（ｂ）は当該工具ホルダの底面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１（ａ）に実施形態１に係る工具ホルダＡの正面図を示し、（ｂ）に工具ホルダＡの底面図を示す。工具ホルダＡは、マシニングセンタのスピンドルに工具を固定するためのホルダであり、スピンドルのテーパー孔に係合するテーパーシャンク部１０と、工具交換時に把持するために設けられるフランジ部２０と、工具を固定するホルダ部３０とから構成されている。ホルダ部３０は、ここでは、工具としてフェイスミルを固定するものであり、円形の台座面に、フェイスミルの背面の嵌合穴に係合し、中央にネジ穴が形成された円柱状の係合凸部３１が設けられるとともに、周り止めのためのキー３２、３２が固定されている。

工具ホルダＡは、テーパーシャンク部１０、フランジ部２０、ホルダ部３０のキー３２、３２を除いた部分は、アルミニウム合金を母材として一体に削り出されたものである。ここで使用されるアルミニウム合金はいわゆる７０００系と言われる超々ジュラルミンが用いられる。超々ジュラルミンは、アルミニウム、亜鉛（５．１〜６．１％）、マグネシウム（２．１〜２．９％）、銅（１．２〜２％）からなる合金であり、鋼（Ｓ４５Ｃ）と同等の強度を有しながら比重は約３分の１であり、工具ホルダＡ全体を強度を維持しつつ軽量化を図ることができる。

さらに、工具ホルダＡには、表面改質処理として無電解ニッケルめっきが施されている。具体的には、特許第3555928号に記載の方法を用いることで、皮膜の厚さが約２０μの高硬度表面改質処理が施されている。これにより、工具ホルダ表面に傷が生じることが抑制され、さらなる強度を確保することができる。
このように工具ホルダＡは、強度を維持しながら全体として軽量であるので、高速回転による使用の実現、ビビリ発生の抑制、振動の吸収、大径のフェイスミルの使用の実現などの効果を奏することができる。

（実施形態２）
図２（ａ）に実施形態２に係る工具ホルダＢの一部破断正面図を示し、（ｂ）に工具ホルダＢの底面図を示す。工具ホルダＢも、マシニングセンタのスピンドルに工具を固定するためのホルダであり、テーパーシャンク部１０と、フランジ部４０と、ホルダ部３０とから構成されている。工具ホルダＢの工具ホルダＡとの相違点は、フランジ部４０は、テーパーシャンク部１０およびホルダ部２０と一体ではなく分離したリング体により形成され、軸方向に摺動可能に形成されている点である。具体的には、フランジ部４０は、テーパーシャンク部１０先端からホルダ部３０の基端との間に形成される円筒部分に係合するリング体であり、ホルダ部３０基端面に設けられる皿バネ４１により、基端側に押圧され、通常のフランジよりもやや基端側に突出している。これにより、工具ホルダＢをスピンドルに装着すると、スピンドルの先端面にフランジ部４０が当接し、皿バネ４１によりフランジ部４０はスピンドル先端面に押し付けられ、フランジ部４０の基端面とテーパーシャンク部１０との２箇所で工具ホルダＢは面接触することとなり、より安定した固定を実現することができる。
工具ホルダＢのテーパーシャンク部１０とホルダ部３０は工具ホルダＡと同様のアルミニウム合金を母材として一体に削りだされたものである。また、フランジ部４０も工具ホルダＡと同様のアルミニウム合金により形成されている。これらのアルミニウム合金は、やはり、工具ホルダＡと同様の表面改質処理がなされている。
工具ホルダＢは、フランジ部４０とテーパーシャンク部１０の２箇所によるスピンドルへの当接による安定と、全体をアルミニウム合金にすることによる軽量化の相乗効果により、高速回転でも安定した加工を実現することができ、また、フランジ部４０が軽量であることから、高速回転によるフランジ部の破断を抑制することができる。

（実施形態３）
図３（ａ）に実施形態３に係る工具ホルダＣの一部破断正面図を示し、（ｂ）に工具ホルダＣの底面図を示す。工具ホルダＣは、マシニングセンタのスピンドルに工具を固定するためのホルダであり、テーパーシャンク部１０と、フランジ部２０と、ホルダ部５０を有する。工具ホルダＣは、テーパーシャンク部１０と、フランジ部２０に関しては、実施形態１に係る工具ホルダＡと同じである。工具ホルダＣと工具ホルダＡとの違いは、工具ホルダＣでは工具としてのフェイスミルの本体となるチップ６１を固定するヘッド部分６０がホルダ部５０と一体に形成されている点である。
このように工具の主要部分であるヘッド部６０とホルダ部５０をアルミニウム合金により一体とすることで、さらに、軽量化と剛性を確保することができるので、より安定した高速切削加工を実現することができる。

（実施形態４）
図４（ａ）に実施形態２に係る工具ホルダＤの一部破断正面図を示し、（ｂ）に工具ホルダＤの底面図を示す。工具ホルダＤは、実施形態２に係る工具ホルダＢのテーパーシャンク部１０、フランジ部４０を有し、実施形態３に係る工具ホルダＣと同様にホルダ部５０とフェイスミルのヘッド部６０とが一体に形成されている。
このような構成により、工具ホルダＤは実施形態２に係る工具ホルダＢのように２箇所によるスピンドルへの当接による安定と、実施形態３に係る工具ホルダＣのように、工具の主要部分であるテーパーシャンク部１０、ヘッド部６０とホルダ部５０とをアルミニウム合金により一体とすることによる軽量化と剛性の向上を得ることができ、やはり安定した高速切削加工を行うことができる。

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 工具ホルダ
１０ テーパーシャンク部
２０、４０ フランジ部
３０、５０ ホルダ部
６０ ヘッド部

Claims (7)

1. 切削工具を工作機械のスピンドルに着脱可能に装着する工具ホルダであって、
   前記スピンドルのテーパー孔に係合するテーパーシャンク部と、テーパーシャンク部の先端側に設けられる把持のためのフランジ部と、フランジ部の先端側に設けられる切削工具を固定するホルダ部とからなり、
   少なくとも、前記テーパーシャンク部主要部とホルダ部主要部とはアルミニウム合金を母材として一体に形成されるものである工具ホルダ。
2. 前記テーパーシャンク部主要部とホルダ部主要部に加えて前記フランジ部もアルミニウム合金を母材として一体に形成されるものである請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記フランジ部は、前記テーパーシャンク部及びホルダ部に対して軸方向に摺動可能に固定されるとともに、前記スピンドルへの装着時に、弾性体によって前記スピンドル先端に押し付けられるように形成されるものである請求項１に記載の工具ホルダ。
4. 前記フランジ部は、前記アルミニウム合金により形成される請求項３に記載の工具ホルダ。
5. 前記工具ホルダは、チップと、チップを固定するヘッド部とからなるフライスカッターを工具として保持するものであって、
   前記テーパーシャンク部主要部とホルダ主要部に加えて前記ヘッド部もアルミニウム合金を母材として一体に形成されるものである
   請求項１から４のいずれか１項に記載の工具ホルダ。
6. 前記アルミニウム合金により形成される部分は、表面の硬度を高める表面改質処理を行ったものである請求項１から５のいずれか１項に記載の工具ホルダ。
7. 前記表面改質処理は、ニッケルメッキ皮膜の形成によるものである請求項６に記載の工具ホルダ。

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