(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に工具を着脱可能に固定する工具把持手段を備えたホルダ本体と、工具把持手段で把持した工具の背面に接触して振動を減衰する減衰部材と、この減衰部材の背面に接触し振動エネルギーを吸収する吸震ウエイトと、この吸震ウエイトを前記減衰部材を介して工具へ押圧する弾性部材と、この弾性部材をホルダ本体に止めるスプリング端固定部材とからなる工具ホルダ構造。
【請求項２】
請求項１記載の工具ホルダと、この工具ホルダを工作機械のスピンドルに取り付ける為のシャンクと、このシャンクをスピンドルに抜差しするためにシャンクに形成した把持用フランジとからなり、前記スピンドルからシャンクを脱着すること、シャンクから工具ホルダを脱着すること、工具ホルダから工具を脱着することのいずれかが自在に行えることを特徴とする工具保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば切削工具の振動を減衰することのできる工具ホルダ構造及び工具保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワークに深溝を加工するときに、溝の深さに応じた長さの切削工具を使用するが、切削工具が長くなると切削時に振動が発生し易くなる。切削工具に振動が発生すると、切削工具の寿命が短くなり、また深溝の加工精度を十分に確保することができない虞がある。
この問題を解消するために、例えば特開平６−３１５０７号公報の「旋削工具」が提案されており、この技術の要旨を次図に示す
【０００３】
図６は従来の工具の断面図であり、ホルダ本体１００に収納穴１０１を形成し、ウエイト１０２を弾性体１０３でヘッド１０５に取り付け、収納穴１０１内に粘流体１０７を充填した状態でヘッド１０５をホルダ本体１００にねじ結合して収納穴１０１にウエイト１０２を収納する。このヘッド１０５は切刃１０８を備える。
【０００４】
切刃１０８でワークを加工する際に、工具に振動が発生してウエイト１０２が固有の振動数（以下、固有振動数という）で振動する。従って、ウエイト１０２の固有振動数をホルダ本体１００の固有振動数に一致させ、かつウエイト１０２の周期がホルダ本体１００の周期と逆相になるようにウエイト１０２を振動させることによりホルダ本体１００の振動を減衰することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ヘッド１０５には弾性体１０３を介してウエイト１０２が取り付けられているので、ヘッド１０５を交換する場合には、ウエイト１０２の固有振動数を再度調整しなければならない。このため、ヘッド１０５の交換には時間がかかる。
従って、ヘッド１０５に取り付けた切刃１０８が損耗しても、切刃１０８の交換に時間がかかり、切刃１０８を簡単に交換することができない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、防振用の工具の交換を簡単に行うことができる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１は、先端に工具を着脱可能に固定する工具把持手段を備えたホルダ本体と、工具把持手段で把持した工具の背面に接触して振動を減衰する減衰部材と、この減衰部材の背面に接触し振動エネルギーを吸収する吸震ウエイトと、この吸震ウエイトを前記減衰部材を介して工具へ押圧する弾性部材と、この弾性部材をホルダ本体に止めるスプリング端固定部材とから工具ホルダ構造を構成する。
【０００８】
ホルダ本体に振動が発生すると、減衰部材及び弾性部材で支えた吸震ウエイトが振動してホルダ本体の振動を減衰することができる。また、工具の背面に減衰部材が接触しているので、工具に発生した振動を減衰部材で減衰させることができる。
さらに、工具をホルダ本体に工具把持手段で取り付ける構成にしたので、工具の脱着を簡単に行うことができる。このため、例えば工具の切刃が損耗したとき、時間をかけないで新たな工具と交換することができる。
【０００９】
請求項２は、請求項１記載の工具ホルダと、この工具ホルダを工作機械のスピンドルに取り付ける為のシャンクと、このシャンクをスピンドルに抜差しするためにシャンクに形成した把持用フランジとからなり、スピンドルからシャンクを脱着すること、シャンクから工具ホルダを脱着すること、工具ホルダから工具を脱着することのいずれかが自在に行えることを特徴とする。
【００１０】
スピンドルからシャンクを外して、シャンクから工具ホルダを外すことができるので、シャンクを交換して工具ホルダを他の工作機械に適合させることができる。
また、工具ホルダから工具を簡単に取外すことができるので、例えば工具の切刃が損耗しても、新たな工具と交換して工具ホルダを継続して使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る工具保持装置を使用するＮＣ工作機械の斜視図であり、図左上に示すＸはテーブルの移動方向、ＹはＸに直交する軸、ＺはＸ，Ｙに直交する鉛直軸である。
【００１２】
ＮＣ工作機械１は、ベース２ａにＸ軸方向に移動自在に取付けたテーブル２ｂと、このテーブル２ｂの両側から上部に配置したコラム３と、このコラム３に固定したクロスレール４と、このクロスレール４にＹ軸方向に移動自在に取付けた主軸部５ａと、この主軸部５ａにＺ軸方向に移動自在に設けた主軸５ｂと、この主軸５ｂに取り付けた本発明に係る切削工具装置１０と、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸の移動（切削条件）を制御する制御盤６ａ及び操作盤６ｂと、切削工具装置１０ａ・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を交換する自動工具交換装置７とからなる。８はテーブル２ａ上に取付けたワークである。
【００１３】
自動工具交換装置７は、ツールマガジン７ａとチェンジャアーム７ｂとからなり、ツールマガジン７ａは切削工具装置１０ａ・・・を予め納めておくものであり、チェンジャアーム７ｂは主軸５ｂの切削工具装置１０をツールマガジン７ａの切削工具装置１０ａ・・・と交換するものである。
以下に、本発明に係る切削工具装置１０を説明する。
【００１４】
図２は本発明に係る工具保持装置の断面図である。
工具保持装置１０は、工具１２を保持する工具ホルダ２０と、この工具ホルダ２０を工作機械のスピンドル５８に取り付ける為のシャンク６０と、このシャンク６０をスピンドル５８に抜差しするためにシャンク６０に形成した把持用フランジ６３とからなる。
工具１２は、例えば球状の底刃１２ａをもつボールエンドミルであって、鋳造金型等のワークに深溝を加工するものである。
【００１５】
工具ホルダ２０は、工具１２を着脱可能に固定する工具把持手段２２を先端３０ａに備えたホルダ本体３０と、工具把持手段２２で把持した工具１２の背面１３に接触して振動を減衰する減衰部材４０と、この減衰部材４０の背面４１に接触し振動エネルギーを吸収する吸震ウエイト４５と、この吸震ウエイト４５を減衰部材４０を介して工具１２へ押圧する弾性部材としてのスプリング５０と、このスプリング５０の他端５１をホルダ本体３０に止めるスプリング端固定部材５５とからなる。
【００１６】
工具把持手段２２は、ホルダ本体３０のテーパ穴３５にコレットチャック２３を差し込んで、コレットチャック２３の外周テーパ面２３ａをテーパ穴３５の内周テーパ面３５ａに接触させ、コレットチャック２３の先端溝２３ｂに押付リング２５の内周２５ａを差し込み、押付リング２５の外周に連結リング２６でナット２７を連結し、ナット２７をホルダ本体３０の先端ねじ部３４にねじ結合したものである。
【００１７】
このため、把持ナット２７を締め付けると、押付リング２５を介してコレットチャック２３をホルダ本体３０側に押し付け、コレットチャック２３の外周テーパ面２３ａをホルダ本体３０の内周テーパ面３５ａに押し付け、コレットチャック２３を縮径して工具１２を把持することができる。
また、把持ナット２７を緩めることにより、コレットチャック２３を拡径して工具１２を簡単に取り外すことができる。
【００１８】
工具１２をホルダ本体３０にコレットチャック２３で取り付ける構成にしたので、工具１２の脱着を簡単に行うことができる。このため、例えば工具１２の切刃１２ａが損耗したとき、時間をかけないで新たな工具１２と交換することができる。
【００１９】
ホルダ本体３０は、把持用フランジ６３にボルト３１で取り付け可能なフランジ３２を形成し、後端外周にシャンク６０のテーパ穴６５に差し込むためのテーパ部３３を形成し、先端外周にナット２７をねじ結合するための先端ねじ部３４を形成し、先端にコレットチャック２３を差し込むためのテーパ穴３５を形成し、テーパ穴３５の後方に工具１２を差し込むための差込穴３６を形成し、差込穴３６の後方に減衰部材４０、吸震ウエイト４５、スプリング５０、スプリング端固定部材５５をこの順に直列に収納するための収納穴３７を形成し、収納穴３７の後端にスプリング端固定部材５５をねじ結合するためのねじ部３８を形成した筒形部材である。
ホルダ本体３０は、ボルト３１を緩めることでシャンク６０から取り外すことができる。
【００２０】
減衰部材４０は、ウレタンゴムなどの弾性変形可能な有機高分子樹脂で円板上に形成し、ホルダ本体３０の収納穴３７の先端３７ａに前面４２を接触させた部材であって、前面４２に工具１２の背面１３を押し付けたものである。
工具１２の背面１３に減衰部材４０を押し付けることにより、工具１２に発生した振動を減衰部材４０まで伝えて、減衰部材４０で減衰することができる。
吸震ウエイト４５は、収納穴３７に移動自在に収納して前面４６を減衰部材４０の背面４１に押し付け、背面４７をスプリング５０で押し付けた超強力鋼製の円柱体であって、減衰部材４０及びスプリング５０で振動可能に支えた部材である。
【００２１】
このため、一例として吸震ウエイト４５の質量や、減衰部材４０及びスプリング５０のばね定数を所定値に設定することにより、吸震ウエイト４５をホルダ本体３０の固有振動数と同じ固有振動数で振動させ、且つホルダ本体３０の周期とは逆相の周期で振動させることができる。
【００２２】
シャンク６０は、図１に示す主軸５ｂのスピンドル５８に差込むための外周テーパ部６１を形成し、前端にシャンク６０をスピンドル５８に抜差しするときに把持する把持用フランジ６３を形成し、前端にホルダ本体３０のテーパ部３３を差し込むためのテーパ穴６５を形成したものである。
５９はシャンク６０にねじ結合したつかみ部であり、５９ａ，５９ａはつかみ部６０を掴む爪である。従って、爪５９ａ，５９ａをつかみ部６０から解放することにより、シャンク６０を取り外すことができる。
【００２３】
このため、工具保持装置１０は、スピンドル５８からシャンク６０を脱着すること、シャンク６０から工具ホルダ２０を脱着すること、工具ホルダ２０から工具１２を脱着することのいずれかが自在に行える。
【００２４】
従って、シャンク６０を交換することにより、工具ホルダ２０を他の工作機械に取り付けることができる。このため、工具ホルダ２０を複数の工作機械に汎用的に使用することができる。
また、工具ホルダ２０から工具１２を簡単に取り外すことができるので、例えば工具１２の切刃が損耗しても、新たな工具１２と交換して工具ホルダ２０を継続して使用することができる。
【００２５】
以上に述べた本発明に係る工具ホルダ構造の作用を説明する。なお、減衰部材４０は有機高分子樹脂であるが、作用を理解しやすくするためにばね部に置き換えて説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る工具ホルダ構造の第１作用説明図であり、ホルダ本体３０に発生した振動を減衰する例を説明する図である。
（ａ）において、工具保持装置１０を矢印▲１▼の如く回転させながら矢印▲２▼の如く移動して工具１２でワーク８を加工する。このとき、工作機械側の振動が矢印▲３▼の如くシャンク６０からホルダ本体３０に伝わり、ホルダ本体３０は白抜き矢印▲４▼の如く振動する。吸震ウエイト４５は弾性変形可能な減衰部材４０及びスプリング５０で支えているので、吸震ウエイト４５は静止した状態を保つ。
【００２６】
（ｂ）において、吸震ウエイト４５は静止した状態を保つことで、減衰部材４０が伸長して、スプリング５０が収縮する。従って、吸震ウエイト４５は白抜き矢印▲５▼の如く振動する。同時にホルダ本体３０は白抜き矢印▲６▼の如く（ａ）と逆方向に振動する。
【００２７】
（ｃ）において、減衰部材４０が収縮して、スプリング５０が伸長する。従って、吸震ウエイト４５は白抜き矢印▲７▼の如く振動する。同時にホルダ本体３０は白抜き矢印▲８▼の如く（ｂ）と逆方向に振動する。
従って、この条件で吸震ウエイト４５を振動させることによりホルダ本体３０の振動を減衰することができる。
【００２８】
図４は本発明に係る工具ホルダ構造の第２作用説明図であり、工具１２に発生した振動を減衰する例を説明した図である。
工具保持装置１０を矢印▲１▼の如く回転させながら矢印▲２▼の如く移動して工具１２でワーク８を加工する。このとき、工具１２が白抜き矢印の如く振動して、この振動が矢印▲９▼の如く工具１２の背面１３から減衰部材４０に伝わる。従って、減衰部材４０で工具１２に発生した振動を減衰することができる。
【００２９】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る工具ホルダの減衰状態を説明するグラフであり、（ａ）は減衰手段を備えない工具保持装置の振動加速度を「比較例」として示し、（ｂ）は図１〜図３で説明した工具保持装置１０の振動加速度を「実施例」として示した。縦軸は加速度（Ｇ）を示し、横軸は加工時間（Ｔ）を示す。
【００３０】
切削条件は、工具の突出長さＬを８０ｍｍ、工具の回転数Ｒを１２０００ｒｐｍとして、鋳造金型に切削深さ６７．５ｍｍの深溝を粗加工し、このときに工具に発生する加速度Ｇを計測し、さらに加工精度を確認した。
（ａ）は、工具の最大加速度は３．１Ｇであり、ワークの加工精度を十分に高め難いことが判った。
（ｂ）は、工具の最大加速度は０．９Ｇであり、（ａ）の最大加速度３．１Ｇと比較すると約１／３に減衰して、ワークの加工精度を十分に高めることができることが判った。
【００３１】
前記実施例では、工具保持装置１０を工作機械に横向きにセットした例を説明したが、縦向きにセットしても同様な効果を得ることができる。
減衰部材４０をウレタンゴムなどの弾性変形可能な有機高分子樹脂で形成した例を説明したが、その他の弾性変形可能な樹脂で形成してもよく、またスプリングを使用してもよい。
弾性部材５０は、スプリングを使用した例を説明したが、樹脂などの弾性部材を使用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、工具をホルダ本体にコレットチャックで取り付ける構成にしたので、工具の脱着を簡単に行うことができる。このため、例えば工具の切刃が損耗したとき、時間をかけないで新たな工具と交換することができるので、使い勝手がよくなる。
【００３３】
また、ホルダ本体に振動が発生すると、減衰部材及び弾性部材で支えた吸震ウエイトが振動してホルダ本体の振動を減衰することができる。また、工具の背面に減衰部材が接触しているので、工具に発生した振動を減衰部材で減衰することができる。このように、ホルダ本体及び工具の各々の振動を減衰することができるので、切削工具の寿命を長くすることができ、また深溝の加工精度を高めることができる。
【００３４】
請求項２は、スピンドルからシャンクを脱着すること、シャンクから工具ホルダを脱着すること、工具ホルダから工具を脱着することのいずれかが自在に行える。このため、スピンドルからシャンクを外して、シャンクから工具ホルダを外すことができるので、シャンクを交換して工具ホルダを他の工作機械に適合させることができる。この結果、工具ホルダを複数の工作機械に汎用的に使用することができる。
また、工具ホルダから工具を簡単に取外すことができるので、例えば工具の切刃が損耗しても、新たな工具と交換して工具ホルダを継続して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具保持装置を使用するＮＣ工作機械の斜視図
【図２】本発明に係る工具保持装置の断面図
【図３】本発明に係る工具ホルダ構造の第１作用説明図
【図４】本発明に係る工具ホルダ構造の第２作用説明図
【図５】本発明に係る工具ホルダの減衰状態を説明するグラフ
【図６】従来の旋削工具の断面図
【符号の説明】
１０…工具保持装置、１２…工具、１３…工具の背面、２０…工具ホルダ、２２…工具把持装置、３０…ホルダ本体、４０…減衰部材、４１…減衰部材の背面、４５…吸震ウエイト、５０…弾性部材（スプリング）、５１…他端、５５…スプリング端固定部材、５８…スピンドル、６０…シャンク、６３…把持用フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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