JPH0351053Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は、工具ホルダーのテーパー柄部構造に
関するものである。

＜従来の技術＞ マシニングセンター部の工具自動交換装置付き
の回転工具保持用の工具ホルダー１と、工作機械
の主軸２との結合部は、第４図に示すように構成
されている。即ち、主軸２はクイル３内に軸受４
を介して支持されており、またこの主軸２には主
軸穴５付きの主軸ノーズ６と、ボール７を有する
クランプ棒８等が設けられている。ホルダー１は
主軸穴５に嵌脱自在なテーパー柄部９を有し、そ
のテーパー柄部９の小端側先端にプルスタツドボ
ルト１０が螺合されている。プルスタツドボルト
１０はボルト頭１１を有し、このボルト頭１１を
クランプ棒８に挿入してクランプ棒８を引込んだ
ときに、ボール７がボルト頭１１に係合してホル
ダー１を固定できるようになつている。

ところで、工作機械の加工能力は、本体の大き
さ（最大加工寸法）に適応した主軸２の切削能力
が望まれる。即ち、主軸２の出力（モーター回転
力）に応じた主軸穴５の大きさと、この主軸穴５
に嵌合するホルダー１との結合部の切削動力伝達
性能が、その機械の加工能力を限定する。主軸穴
５は一般にテーパーシヤンク規格として標準化さ
れている。ホルダー１と主軸穴５とを結合するテ
ーパー面は、切削抵抗力に対応する剛性力を保持
し、他方、ホルダー１の軸芯線と主軸２の軸芯線
が可能な限り一致するように同芯精度の維持機能
を受持つている。尚、切削抵抗力は、回転工具の
回転方向の力と、工具の先端に掛かる曲げ応力に
伴う切削抵抗力との２方向に掛かり、テーパー面
の摩擦力に対応出来ない回転力の場合は、主軸端
とホルダー金具側面等の間にドライブキー１２等
を介して伝達され、他方、曲げを伴う切削力はテ
ーパー面で保持される。従つて、主軸穴５のテー
パー面とホルダー１側のテーパー柄部９のテーパ
ー面は、できるだけ全面密着当りが望ましく、密
着面積の低下は機械の加工能力の性能低下に重大
な要因となる。

マシニングセンターの普及に伴い、主軸穴５の
テーパーは機械メーカー各社が同一テーパー穴精
度を目標に努力し、各ホルダー１は保持工具メー
カーが精度向上に努力している。この両者はホル
ダー１の小端部のねじ穴にプルスタツドボルト１
０をねじ込むと、自動工具交換装置によつて自動
的に着脱使用される。

主軸穴５のテーパーに適合したテーパー面を持
つホルダー１にプルスタツドボルト１０をねじ込
むと、ボルトのねじ込み部１３のテーパー小端部
の肉厚がうすいため、第５図に示す如く、ねじ締
付力によりテーパー面（小端外周面）が微かに膨
脹し増径部１４ができる。プルスタツドボルト１
０をねじ込まないときの主軸穴５とのテーパー当
りが正常でも、プルスタツドボルト１０をねじ込
んだ後のテーパー当りは小端部当りとなり、テー
パー柄部９の大端部は微かに隙間を持つた保持状
態となり、工具ホルダー先端部の振れ精度及び曲
げ剛性の低下により保持力が低下し、切削中のビ
ビリ振動の発生による加工面精度、工具刃先寿命
の低下等精能低下はさけられない。この影響をで
きるだけさけるため、各持分に於いて工夫されて
いるが、それぞれ短所を含む対応策となつてい
る。

例えば、第６図或いは第７図に示すようなものが
ある。即ち、第６図は、プルスタツドボルト１０
をホルダー１のテーパー柄部９の小端側にねじ込
んだときに増径する増径部分Ａが、主軸穴５のテ
ーパー面と当らないように、主軸穴５の軸方向の
長さＢをテーパー柄部９の長さよりも短かくした
ものである。

第７図は、主軸穴５側のテーパー角度を正規角
度とする一方、テーパー柄部９のテーパー面加工
のとき、予めプルスタツドボルト１０のねじ込み
による膨脹分を加味して小端側テーパー面を小径
にしておき、プルスタツドボルト１０のねじ込み
後の増径部１４が主軸穴５のテーパー面に当り、
ホルダー１の先端振れがくるわないようにしたも
のである。

＜考案が解決しようとする問題点＞ しかしながら、前者の第６図の場合には、ホル
ダー１等の振れ精度はプルスタツドボルト１０に
より影響されないが、ホルダー１先端に掛かる切
削曲げ応力に対し、主軸穴５の短くなつた分だけ
確実に剛性力が低下し、最大切削能力の低下をき
たすという問題がある。

また後者の第７図の場合には、プルスタツドボ
ルト１０のねじ込みの締付力を一定にしても、増
径部１４が完全に一定量増径するとは限らず、バ
ラツキがあるため、個々の精度は安定しない欠点
があり、またテーパー柄部９の中央部のテーパー
当りが弱く、その分だけ剛性力が弱くなる欠点が
ある。

＜問題点を解決するための手段＞ 本考案は、このような従来の問題点を解決する
ためのものであつて、そのための具体的手段とし
て、工作機械の主軸穴に結合されるテーパー柄部
の小端側にプルスタツドボルトをねじ込んで成る
工具ホルダーにおいて、テーパー柄部の小端側
に、プルスタツドボルトのねじ込みによる増径量
と同量だけ減径して成るクラウニング部を設けた
ものである。

＜作用＞ ホルダー１のテーパー柄部９の小端側を予めク
ラウニング成形して小径としているから、プルス
タツドボルト１０のねじ込み後の増径部分によつ
て振れ精度の低下をまねくことがない。またホル
ダー１の先端に掛かる切削抵抗による曲げ応力に
対しては、クラウニング部１５が押圧されてテー
パー面全域に亘つて負荷を受け持つことになる。

＜実施例＞ 以下、図示の実施例について本考案を詳述する
と、第１図に示すように、ホルダー１のテーパー
柄部９を、大端側から小端側に行く程徐々に小径
となる正規テーパー角度とし、このテーパー柄部
９の小端側のプルスタツドボルト１０のねじ込み
によつて増径する部分の軸方向の幅（約５〜20mm
程）を、増径量（約0.03〜0.05mm）に対応する膨
脹分だけクラウニング状に取り除いてクラウニン
グ部１５としている。このクラウニング部１５
は、第２図の如くテーパー柄部９の他の部分と同
一テーパー角度となる縮径テーパー状としたもの
でも良いし、また第３図の如く他の部分よりもテ
ーパー角度を大にしたものでも良い。

このホルダー１は正規のテーパー角度と長さを
持つ主軸穴５に結合させる。するとホルダー１の
クラウニング部１５を除くテーパー面は、正規の
テーパー角度であるから、主軸穴５と最適な密着
テーパー当り面を保持し、従つて、ホルダー先端
の振れも最適な振れ精度が得られる。この場合、
両者のテーパー当り長さはクラウニング部１５で
は当り面が弱いので、その分だけ短かくなり、全
面当りの場合より剛性力は低くなる。

しかし、この剛性力は第６図や第７図の場合と
比較すると、次の通りである。

ホルダー先端の振れ精度は、本考案の場合、テ
ーパー角度が正規であるから、第６図のものと同
等である。しかし、第７図の場合には低下する。

即ち、ホルダー先端に掛かる曲げ応力に対する
結合部の剛性は、切削力が軽切削から中切削と順
次曲げ応力が増大し、機械出力の最大附近では曲
げ応力も最大となり、対応するテーパー結合部へ
の剛性力も最高となる。従つて、加工内容と振れ
及び曲げ剛性との関係は、軽切削で切削抵抗が小
さい加工、即ち、切削量が少なく加工面ができる
だけきれいな表面粗さを必要とする仕上加工の場
合では、ホルダー先端には大きな力が掛からず、
先端の振れが小さい高精度加工が行われる。従つ
て、この場合、本考案と第６図のものは振れ精
度、剛性とも良好であるが、第７図のものは振れ
が低下する為劣る。

次に重切削の場合は、ホルダー先端に掛かる曲
げ応力は増大し、最高の切削力に近づくと、加工
面はホルダーや刃具及び主軸の変形が集積されて
相当歪んだ加工面となる。従つて、荒加工が主眼
となり、加工精度よりも切削量を競う剛性力比較
となる。

本考案の場合、ホルダー先端に切削力が一定以
上加わると、次にクラウニング部１５が主軸穴５
のテーパー面と密着し始め、曲げ応力に応じて主
軸穴５のテーパー全域にわたつて対応し、その剛
性力はその機械の能力最大を発揮する。しかし、
第７図のものは軽切削も重切削もテーパー柄部９
の大端及び小端の両端のみで保持し、第６図のも
のよりはテーパーの長さの長い分が有利である
が、仕上加工時に難がある。

なお、第７図のものは、軽切削力加工のときは
両端部のみのテーパー面保持で曲げ応力を受け、
切削力が増大すると、順次テーパー中央部の未接
触部が対応しながら、その応力に応じて密着し、
密着面積に比例した剛性力を得ることができる。

仕上軽切削においては、高速回転による振動
等、動バランスからの振れ精度が重要となるが、
これについては本考案は第６図のものと同様に最
適である。しかし、第７図のものは振れ精度のバ
ラツキが大である。

また荒加工重切削においては、重切削は一般に
低速回転傾向であるから、振れ精度による影響よ
り使用する刃具の最大出力（切削屑排出量）をで
きるだけ多く出力する為の切削抵抗による曲げ剛
性に十分耐え得るテーパー部の結合構造が望まれ
る。

＜考案の効果＞ 本考案によれば、テーパー柄部の小端側に、プ
ルスタツドボルトのねじ込みによる増径量と同量
だけ減径して成るクラウニング部を設けているか
ら、小端側にプルスタツドボルトをねじ込みと、
該クラウニング部が増径し、テーパー面全長にわ
たつて主軸穴のテーパー面に当接することにな
り、剛性の向上、振れ精度の向上が図れるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２
図及び第３図は同要部の変形例を示す正面図、第
４図は従来例を示す断面図、第５図は従来例の説
明用の正面図、第６図及び第７図は別の従来例を
示す断面図である。 １……工具ホルダー、２……主軸、５……主軸
穴、９……テーパー柄部、１０……プルスタツド
ボルト、１５……クラウニング部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 工作機械の主軸穴に結合されるテーパー柄部の
   小端側にプルスタツドボルトをねじ込んで成る工
   具ホルダーにおいて、テーパー柄部の小端側に、
   プルスタツドボルトのねじ込みによる増径量と同
   量だけ減径して成るクラウニング部を設けたこと
   を特徴とする工具ホルダーのテーパー柄部構造。