JP2014521528A - 工作機械用工具ヘッド - Google Patents

Abstract

本発明は、工具ヘッド軸線（５）のまわりに回転可能な本体（２）と、前記工具ヘッド軸線（５）に対し横方向に直線移動可能に前記本体（２）に沿ってスライダガイド（８）で案内されているスライダ（６）とを備え、前記スライダ（６）が、切削工具と該スライダ（６）を前記本体（２）に締め付け固定するためのクランプ装置（４８）とを受容している工作機械用工具ヘッドに関する。本発明によれば、前記クランプ装置（４８）は、前記工具ヘッド軸線（５）に対し平行に位置調整可能なクランプ体（５０）を有し、該クランプ体（５０）は、クランプ位置において、クランプ力（Ｆ_Ｎ）の導入のもとに前記スライダ（６）の滑り面（４６）を前記スライダガイド（８）の案内面（４４）に対し押圧させる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念による工作機械用工具ヘッドに関するものである。

特許文献１から、切削工具を受容するためのスライダを備えた、工作機械に使用するための工具ヘッドが知られている。スライダを位置調整するため、該スライダに形成された斜歯と噛み合っている位置調整スピンドルが設けられている。

スライダを切削工具とともに冒頭で述べた種類の工具ヘッド内で正確に位置調整できるようにするには、工具ヘッド内でスライダを可能な限り遊びなしに、しかも摩擦を少なくして案内することが必要である。案内が不正確であると、スライダで受容されている切削工具が工作機械内でひとりでに変位して正義をできないことがある。たとえば主軸が２００００回転／分の回転数範囲で回転すると、スライダは、遠心力および切削力として切削工具に作用する大きな力に曝されている。スライダがひとりでに変位するのは、特に、切削工具が工作物と係合していないときである。スライダを大きなクランプ力で固定する際に問題になるのは、スライダの位置精度および位置検知精度が損なわれることである。

欧州特許第０４９１７２４Ｂ１号明細書

そこで、本発明の課題は、技術水準で知られている装置をさらに改善して、高回転数で工作物を切削加工する際に発生するような非常に大きな切削力および遠心力でもスライダを精確に位置調整でき、使用中に精密に位置決め状態を維持するような、スライダを備えた工具ヘッドを提供することである。

この課題を解決するため、請求項１に記載した構成要件の組み合わせが提案される。本発明の有利な構成および更なる構成は従属項から明らかである。

本発明は、スライダに、工具ヘッド軸線に対し平行に作用するクランプ力をほぼ変形なしに作用させるという考え方から出発している。これに対応して、本発明によれば、クランプ装置が工具ヘッド軸線に対し平行に位置調整可能なクランプ体を有し、該クランプ体は、クランプ位置で、ランプ力の導入のもとにスライダの案内面をスライドガイドの案内面に対し押圧させる。クランプ装置を用いてスライダに導入可能なクランプ力の方向が工具ヘッド軸線に対し平行であることで、スライダをクランプする際に発生する変形力（工具ヘッド軸線に対し横方向に延びる力成分を持つ）を小さくすることができる。また、これにより、スライダをスライダガイド内で固定する際にスライダに作用するクランプ力の方向は変化せず、且つスライダは締め付け固定の際にスライダガイド内で変位しない。

有利には、クランプ体は、工具ヘッド軸線に対し側方に間隔を持つように本体内に形成されるリニアガイド内で位置調整可能であり、その結果力の導入方向は正確に定義されている。

更なる有利な構成によれば、クランプ体は、２面レバーとしてスライダにクランプ力を導入するために、スライダ側の当接面と本体側当接面とに当接している。この処置により、大きな力を工具ヘッド軸線に対し平行に、工具ヘッドに形成されたスライダガイドに導入することができる。

力の伝達のためには、スライダ側の当接面と本体側当接面とが１つの共通の面内にあり、または、互いに平行な面内にあり、且つクランプ体が、スライダと本体とに力を伝達させるための、基面から突出する締め付けスキッドを有しているのが好ましい。

クランプ体をスライダの当接面と本体の当接面とに押圧させるため、クランプ装置は、クランプ体に係合し且つ本体に好ましくはその端面からねじ込み可能なクランプねじを含んでいる。このようなクランプねじを用いて、スライダに作用するクランプ力を簡単且つ非常に正確に調整することができる。

クランプ装置が、クランプ体で支持される弾性要素、特にクランプ力を減衰生成させるための皿ばねを有していることにより、締め付け固定の際にスライダに作用するクランプ力は穏やかに上昇し、その結果スライダが締め付け固定の際に変位したり、スライダガイド内で変位したりすることがない。

有利には、クランプ体の位置調整軸線と工具ヘッド軸線とはスライダの移動方向に対し垂直な面を定義している。

本発明の他の重要な観点は、スライダの移動方向において工具ヘッド軸線に対し間隔をもって配置される、スライダの位置検知用の測定装置にある。この位置決めによって、可能な限り正確な位置特定に対するスライダクランプの悪影響を十分回避できる。

この場合、測定装置の中心とクランプ体の位置調整軸線とが工具ヘッド軸線に対しほぼ同じ間隔で位置しているのが好ましい。「ほぼ同じ間隔」とは、１０％以下の間隔の差と理解すべきである。

確実な測定に関する他の改善態様は、測定装置が、スライダガイドの、工具ヘッド軸線に対し垂直な面内にある領域で、スライダの位置を検知することによって達成できる。

測定装置が、スライダの絶対位置検知を行なうための位置検知センサ素子を有しているのも有利である。このように構成すると、特にオフの状態での測定装置の自動的な調整ブレが回避され、目標位置からの幾分のずれも確実に測定されて表示される。

この目的のため、測定装置は、有利には２次元の位置分解能型フォトダイオードを、点光源によって生じた光点の位置検知のために有していてよい。光源はスライダまたは本体に配置されていてよく、他方逆に位置検知光センサは本体またはスライダで受容される。測定装置がたとえば容量性または誘導性の距離測定システムを含んでいてもよい。

有利には、本体内に、スライダに対し互いに逆方向に強制連結される不平衡補償用の少なくとも１つのバランスウェイト部材が配置されている。この場合、クランプ体がスライダに対してのみ作用し、バランスウェイト部材が本体の回転時の遠心力の作用でセルフロックすることによって、格別な構造的利点を達成することができる。

本体内に形成されているスライダ用スライダガイドが、スライダとオーバーラップしている１つまたは複数の細条部を有するカバー要素または補強部材によって、拡開を防止されていることにより、回転数が高い場合でも、工具ヘッド内でのスライダの確実な着座が保証され、従って精密で振動のない工作物の加工が保証される。

本体がスライダへ延在する中央孔を有し、該中央孔がスライダ内に延在している通路に対する開口部を有していれば、スライダに受容されている切削工具に本体を通じて冷却潤滑剤を作用させることが可能である。

有利には、リニアガイド内でスライダを移動させるため、スライダを復帰力に抗して移動させる位置調整装置が設けられている。前記復帰力は、本体で支持されてスライダに作用する力発生手段を用いて発生させる。力発生手段はたとえばばねであってよい。スライダ用の位置調整装置としては、特に回転可能なスリーブが適している。スリーブは、ねじ山により、スライダと連結されてピンとして形成されている接続要素に作用し、該接続要素は工具ヘッド軸線と交わっている位置調整軸線に沿って移動可能である。有利には、ピンは歯付き部分を有し、該歯付き部分は、スライダに形成されてこれに対して補完的な歯付き部分と噛み合い、スライダとピンとを相対回転不能に結合させる。これにより、たとえばスライダがブロックしたときにスライダのための位置調整装置に誤ってオーバートルクが導入された際、ピンがスライダから外れるのを回避することができる。スライダの変位を工具ヘッド軸線に対し横方向に接ているのが有利であり、この場合クランプ装置を用いてスライダに導入可能な法線力は工具ヘッド軸線に対し平行な力成分を持つ。これにより、スライダのための位置調整装置がクランプ力によって負荷されないことを達成できる。

有利には、スライダは高強度アルミニウムから成っている。スライダは酸化層を備えた硬化表面を有しているのが好ましい。

さらに、スライダが切削工具を固定するための、規格が異なる複数のインターーフェースを備えているのが好ましい。この場合、工具ヘッドでは、異なるインターフェース規格に対応する種々の切削工具を作動させることができる。

次に、本発明を図面に図示した実施形態に関して詳細に説明する。
スライダを備えた工具ヘッドの側面図である。 スライダを備えた工具ヘッドの他の側面図である。 工具ヘッドの平面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶによる工具ヘッドの断面図である。 図３の線Ｖ−Ｖによる工具ヘッドの断面図である。 スライダ用の位置調整装置を拡大して示した図５の部分図である。 図１の線ＶＩＩ−ＶＩＩによる工具ヘッドの断面図である。 工具ヘッド内に設けた測定装置の図である。 図３の線ＩＸ−ＩＸによる工具ヘッドの断面図である。 図２の線Ｘ−Ｘによる工具ヘッドの断面図である。 図５の線ＸＩ−ＸＩによる工具ヘッドの断面図である。

図１および図２に図示した工具ヘッド１は、切削工具を受容するために用いられ、工作機械の回転主軸に接続するために設計されている。工具ヘッド１は本体２を含み、該本体２には可動スライダ６が受容されている。スライダ６は、本体２に形成されたスライダガイド８で直線運動可能に案内され、詳細に図示していない切削工具を受容するために歯付き部分７を有している。本体２は、主軸に接続するために嵌合ピン４を備えている。工具ヘッド１は工具ヘッド軸線５を有し、該工具ヘッド軸線５は、工作機械の回転主軸に接続したときに回転軸線として作用する。

図３が示すように、スライダ６用のスライダガイド８はカバー要素１０を含んでいる。スライダ６はスライダガイド８内でカバー要素１０の下で案内されている。カバー要素１０は細条部１２，１４を有し、これら細条部はスライダ６を覆い、ねじ１５，１７を用いて本体２に固定されている。カバー要素１０は、本体２内でスライダ６用のスライダガイド８を安定化させる。

スライダ６内には、切削工具のシリンダシャンクを受容するための孔１６が形成されている。孔１６を設けることで、異なるインターフェースを用いて切削工具をスライダ６で受容することが可能になる。さらに、スライダ６内には、図４が示しているように、第１のクランプ機構のための繰り抜き部１８と、これに対してずらして配置される第２のクランプ機構のための繰り抜き部２０とが設けられている。

スライダガイド８は滑り軸受として形成されている。図５が示すように、スライダガイド８は案内面４３，４４を備えている。案内面４３，４４はスライダ６の滑り面４５，４６に当接している。

工具ヘッド１は変位可能なバランスウェイト８２，８４を含んでいる。バランスウェイト８２，８４はスライダ６と連結されている。バランスウェイト８２，８４は、工具ヘッド内でスライダ６が変位することによって生じる不平衡を補償するために用いる。

工具ヘッド１はスライダ６のための位置調整装置１１を含んでいる。位置調整装置１１は、六角棒スパナのための係合部３３を有するねじブシュ２６を含んでいる。このように六角棒スパナを用いて位置調整装置１１を操作することができる。

ねじブシュ２６は、ねじ２５を介してスライダ６に固定されているねじピン２２に対して作用する。ねじピン２２は、ねじブシュ２６に形成されている雌ねじと噛み合う雄ねじを有している。ねじブシュ２６を回転させることにより、スライダ６を二重矢印２７に対応して移動軸線２９に沿って移動させることができる。前記の歯付き部分によりねじピン２２とスライダ６とは相対回転不能に結合され、その結果たとえばスライダがブロックされたときにねじブシュ２６に誤ってオーバートルクを導入したときにも、スライダとねじピン２２とを自動的に解除させることはできない。

ねじブシュ２６はボトル形状を備えた部分３０を有し、この部分３０は皿ばね３２に抗して工具ヘッド１の本体２で支持されている。皿ばね３２は、ねじブシュ２６の部分３０を矢印３４の方向において、本体２に固定されているカバー要素３５に対し押圧させている。

工具ヘッド１の本体２内には、嵌合ピン４を貫通している孔１９が設けられている。孔１９はスライダガイド８内のスライダ６へ延びている。そこで孔１９はスライダ６内に形成された通路２３の漏斗状部分２１に開口している。通路２３は、スライダ６に設けた切削工具受容用の孔１６を、本体２内に設けた孔１９と結合させている。従って、嵌合ピン４内に延在している孔１９を通じて、工具ヘッド１の冷却潤滑剤を、スライダ６で受容されている切削工具に供給することができる。この場合、スライダ６内に形成されている通路２３の、孔１９のほうへ拡大している漏斗状部分２１は、工具ヘッド１内の本体２に沿ってスライダ６が変位する際に、切削工具へ冷却潤滑剤を通過させるための有効開口横断面が、実質的にスライダ６の位置調整に依存せず、冷却潤滑剤を貫流させるために好ましい調和的な延在態様を形成するよう保証している。

図６は、スライダガイド８の案内面４４を備えた、工具ヘッド１内のスライダ６の一部分を示している。案内面４４には、本体２で受容されているクランプ装置４８を用いて、スライダ６を本体２内に固定するクランプ力Ｆ_Ｎを作用させることができる。クランプ装置４８により生じるクランプ力Ｆ_Ｎは、スライダ６の滑り面４６を案内面４４に対して押圧させる。クランプ装置４８を用いてスライダ６内に導入可能なクランプ力Ｆ_Ｎの方向は、工具ヘッド軸線５に対し平行である。スライダ６は、回転軸線５に対しても、クランプ装置４８によりスライダ６内に導入可能なクランプ力Ｆ_Ｎの方向に対しても垂直な移動軸線２９を備えたスライドガイド８内で直線移動可能に案内されている。

クランプ装置４８はクランプ体５０を有し、クランプ体５０は、工具ヘッド軸線５に対し平行な移動軸線５４を備えるように本体２内に形成されたリニアガイド５２内に配置されている。リニアガイド５２内で直線移動可能に案内されるクランプ体５０は、スライダ６に形成された繰り抜き部５６内へ突出している。クランプ体５０は、クランプ力Ｆ_Ｎをスライダ６内へ導入するため、スライダ６に形成された当接面５８と本体２に形成された当接面６０とに当接している。このため、クランプ体５０はその基面に段状の締め付けスキッドを有し、その結果位置公差をより好適に補償可能である。当接面６０はスライダ６に設けた当接面５８に対し平行である。クランプ装置４８はクランプ体５０に係合するクランプねじ６２を含んでいる。クランプねじ６２は、本体２に形成されたねじ山６３に係合している。クランプねじ６２は、六角棒スパナにより、カバー要素１０内に設けた孔５３によって位置調整することができる。クランプねじ６２を用いると、クランプ体５０は、スライダ６に設けた当接面５８と本体２に設けた当接面６０とに押圧させることができる。合目的には、クランプ体５０に設けた当接面５８，６０は丸くまたは球状に実施されていてよく、これによって作用を及ぼされる対向面の公差を補償することができる。

クランプねじ６２は、クランプ体５０に当接している皿ばね６５に作用するねじ頭６４を有している。皿ばね６５は、クランプねじ６２を占めたときにクランプ体５０によってスライダ６に導入されるクランプ力Ｆ_Ｎを徐々に常時上昇させることを保証している。クランプねじ６２の軸線６６と工具ヘッド軸線５とは、スライダ６の移動方向２９に対し垂直な面を定義している。

図４が示すように、工具ヘッド１は、スライダ６の位置調整を検知するための測定装置３６を含んでいる。測定装置３６は、スライダ６の一部分７４に設けた凹部７５内に固定されている光源３７を含んでいる。この光源３７には、本体２で受容されているＰＳＤ(Position Sensitive Device)素子３８が付設されている。ＰＳＤ素子は位置を検知する光センサを含んでいる。ＰＳＤ素子３８を用いて光源３７の位置を電子的に検知でき、よってスライダ６の位置を電子的に検知できる。

図７に図示した、工具ヘッド軸線５に対し平行なｚ軸７１を有するスライダ固定の座標系では、ｘ軸７７に対し平行に工具ヘッド軸線５を通って繰り抜き部５６側へ延びる直線８３がクランプ装置４８を貫通している。このような座標系において、スライダ６の凹部７５は、この座標系のｙ軸７９に対し平行で工具ヘッド軸線５と交わる直線８１上に配置されている。この場合、繰り抜き部５６とこの座標系のｚ軸との間隔は、ほぼスライダ６の凹部７６と座標系のｚ軸との間隔に相当している。この処置は、スライダ６の締め付け固定がスライダ６の本体を凹部７５の領域で座標系のｙ軸７９の方向へ変形されないことを保証する。従って、一方では測定装置３６は、他方ではクランプ装置４８は、工具ヘッド１の互いに異なる主剛性軸線内にある。

測定装置３６は、スライダガイド８の領域７０でスライダ６の位置を検知する。領域７０では、図４に図示した、スライダガイド８内にあるスライダ６の滑り面７２は、工具ヘッド軸線５に対し垂直な面内にある。スライダ６の一部分に設けた凹部７５は、滑り面７２によって取り囲まれている。

スライダ６の、部分７４を取り囲んでいる領域では、スライダ６の本体は中実であり、凹部または孔によって脆弱化されていない。これにより、測定装置３６によって検知される測定信号がスライダ内に導入されるクランプ力Ｆ_Ｎに依存しないことが達成される。

図８は、工具ヘッド１の測定装置３６の概略図である。測定装置３６内の光源３７は、ＰＳＤ素子３８の位置検知光センサ７８上に光点８０を生成させる。測定装置３６は評価回路１０２と接続されている。評価回路１０２により、光センサ７８上での光点８０の位置の情報を含んでいる２次元電圧信号Ｑ１（Ｕ_１，Ｕ_２）を検出することができる。

バランスウェイト８２，８４をスライダ６と連結させるため、工具ヘッド１は、図９および図１０に見て取れる２つの回動レバー８６，８８を含んでいる。回動レバー８６，８８は本体２内に設けた軸８７，８９で回動可能に支持されている。回動レバー８６，８８によりバランスウェイト８２，８４はスライダ６と逆方向で強制連結されている。これにより、バランスウェイト８２，８４はスライダ６が移動するときに不平衡状態を生じさせる。

図１１は、バランスウェイト８２，８４を、工具ヘッド軸線５に対し垂直な面で切断した縦断面図である。バランスウェイト８２，８４は筒状の側面を有し、工具ヘッド１の本体に設けた孔９０，９２内で案内されている。その中でバランスウェイトは、回動レバー８６，８８によるスライダ６との連結により、二重矢印９５の方向において互いに逆方向にスライダ６に沿って移動する。

工具ヘッド１がバランスウェイト８２，８４の重心９１，９３で工具ヘッド軸線５のまわりに回転する際に作用する遠心力Ｆ_Ｆは法線力成分Ｆ_ＦＮを持ち、該法線力成分は、バランスウェイトを、工具ヘッド１の本体２に設けた孔９０，９２の、外側へ向いている領域に対し押圧させる。回動レバー８６，８８の幾何学的形態によって定義される、バランスウェイト８２，８４に対する変位範囲内で、法線力成分Ｆ_ＦＮは摩擦力Ｆ_Ｒを生じさせる。この摩擦力は、バランスウェイト８２，８４が孔９０，９２内で自動的に移動することに対し反作用を及ぼす。摩擦力Ｆ_Ｒは、孔９０，９２の軸線９７，９９の方向で重心９１，９３で作用する、遠心力Ｆ_Ｆの成分Ｆ_Ｓよりも、常に大きい。これにより、孔９０，９２内でのバランスウェイト８２，８４のセルフロックガイドが得られる。

Claims (17)

1. 工具ヘッド軸線（５）のまわりに回転可能な本体（２）と、前記工具ヘッド軸線（５）に対し横方向に直線移動可能に前記本体（２）に沿ってスライダガイド（８）で案内されているスライダ（６）とを備え、前記スライダ（６）が、切削工具と該スライダ（６）を前記本体（２）に締め付け固定するためのクランプ装置（４８）とを受容している工作機械用工具ヘッドにおいて、
   前記クランプ装置（４８）が、前記工具ヘッド軸線（５）に対し平行に位置調整可能なクランプ体（５０）を有し、該クランプ体（５０）が、クランプ位置において、クランプ力（Ｆ_Ｎ）の導入のもとに前記スライダ（６）の滑り面（４６）を前記スライダガイド（８）の案内面（４４）に対し押圧させることを特徴とする工具ヘッド。
2. 前記クランプ体（５０）が、前記工具ヘッド軸線（５）に対し側方に間隔を持つように前記本体（２）内に形成されるリニアガイド（５２）内で位置調整可能であることを特徴とする、請求項１に記載の工具ヘッド。
3. 前記クランプ体（５０）が、２面レバーとして前記スライダ（６）にクランプ力（Ｆ_Ｎ）を導入するために、スライダ側の当接面（５８）と本体側当接面（６０）とに当接していることを特徴とする、請求項１または２に記載の工具ヘッド。
4. 前記スライダ側の当接面（５８）と前記本体側当接面（６０）とが１つの共通の面内にあり、または、互いに平行な面内にあることを特徴とする、請求項３に記載の工具ヘッド。
5. 前記クランプ体（５０）が、前記スライダ（６）と前記本体（２）とに力を伝達させるための、基面から突出する締め付けスキッドを有していることを特徴とする、請求項１または４に記載の工具ヘッド。
6. 前記クランプ装置（４８）が、前記クランプ体（５０）に係合し且つ前記本体（２）に好ましくはその端面からねじ込み可能なクランプねじ（６２）を含んでいることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
7. 前記クランプ装置（４８）が、前記クランプ体（５０）で支持される弾性要素、特にクランプ力（Ｆ_Ｎ）を減衰生成させるための皿ばね（６５）を有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
8. 前記クランプ体（５０）の位置調整軸線（６６）と前記工具ヘッド軸線（５）とが前記スライダ（６）の移動方向（２９）に対し垂直な面を張っていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
9. 前記スライダ（６）の移動方向（２９）において前記工具ヘッド軸線（５）に対し間隔をもって配置される、前記スライダ（６）の位置検知用の測定装置（３６）が設けられていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
10. 前記測定装置（３６）と前記クランプ体（５０）の位置調整軸線（６６）とが前記工具ヘッド軸線（５）に対しほぼ同じ間隔で位置していることを特徴とする、請求項９に記載の工具ヘッド。
11. 前記測定装置（３６）が、前記スライダガイド（８）の、前記工具ヘッド軸線（５）に対し垂直な面内にある領域で、前記スライダ（６）の位置を検知することを特徴とする、請求項９または１０に記載の工具ヘッド。
12. 前記測定装置（３６）が、前記スライダ（６）の絶対位置検知を行なうための位置検知センサ素子を有していることを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
13. 前記測定装置（３６）が、点光源（３７）により生成させた光点（８０）の位置を検知するための位置分解能型光センサ（７８）を有していることを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
14. 前記本体（２）内に、前記スライダ（６）に対し互いに逆方向に強制連結される不平衡補償用の少なくとも１つのバランスウェイト部材（８２，８４）が配置され、前記クランプ体（５０）が前記スライダ（６）に対してのみ作用し、前記バランスウェイト部材（８２，８４）が前記本体（２）の回転時の遠心力の作用でセルフロックすることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
15. 前記スライダガイド（８）が、前記スライダ（６）と少なくとも部分的にオーバーラップして前記本体内に固定されている補強部材（１０）により安定化されていることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
16. 前記スライダ（６）に受容されている切削工具に冷却潤滑剤を作用させるため、前記本体（２）が前記スライダ（６）へ延在する中央孔（１９）を有し、該中央孔が前記スライダ（６）内に延在している通路（２３）に対する開口部を有していることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の工具ヘッド。
17. 前記スライダ（６）に設けた前記通路（２３）が、前記本体（２）の前記中央孔（１９）のほうへ好ましくは漏斗状に拡大している、冷却潤滑剤を支障なく誘導するための部分（２１）を有していることを特徴とする、請求項１６に記載の工具ヘッド。

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