JPS60207736A - 工作機械の工具取付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工具ホルダのテーパシャンクを受入れる切
頭円錐状受孔が形成され、この受孔の周縁ヲ囲む環状端
面含有する工作機械の工具取付装置に関する。

スピンドルヘッド（ＤＩＮ　２０７９　）と、工具ホル
ダのテーパシャンク（ＤＩＮ　２０８０　）との間で最
も頻繁に使用される結合構造が、今日の高山カニ外機械
の全加工力を工具へ問題なく伝達するのに最早や適して
いないことが判明している。

ＤＩＮ　２０８０にもとづ（Ｉ８０　テーパ５０を例に
とると、テーパぞ部の最大直径が約７０１１１１である
のに対して、テーパシャンクを受入れるスピンドルの外
径は１２８ｎである。し九がって、工具に作用する横方
向力のすべてが、工作機械の工具スピンドルに比較して
薄いチー・ぞシャンクによってスピンドルへ伝達されな
ければならない。このような構成では、切頭円錐状受孔
内でテーパシャンクがゆるむことがないので、スピンド
ル内に設けられ、テーパシャンクを受孔内へ引込む保持
手段によって、極めて高いレベルの保持力を発生させる
必要がある。自動工具交換機能付工作機械すなわちマシ
ニングセンタの場合、工具交換動作を行なう際、上記保
持手段によってテーパ９シヤンクをゆるめることができ
なければならない、そのため、ダイアフラム形ばね作動
式締付爪がしばしば使用さｒしる。ダイアフラム形ばね
が負荷から解放されると、これらの爪が、テーパシャン
クの端部の頭付ボルトの頭部背後へ接近し、残余の力で
もってチー／瘤シャンクを受孔内へ引込む。この動作が
終ると、ダイアフラム形ばねのバイアスレベルが極めて
高くても、引込力は相当減少して、スピンドルからかな
り突出している工具に作用する半径方向の大きな切削力
により、チー・９シヤンクはスピンドル内の受孔中で一
時的にゆるめられることになる。しかし、このときチャ
タ−リングが発生するという欠点がある。さらにチー／
ぐシャンクの最大直径はスピンドルの外径よりかなシ小
さい。工具ホルダの曲げ強さはそれが締めつけられてい
ないときの最小直径で決まるかう、工具ホルダの曲げ強
さはチーＪＲシャンクツ最大直径のみに依存する。

また公知の穿孔工具（ドイツ特許第３，１０８，４３９
号）によると、工具のヘッド部は、工具ホルダ内の円筒
状嵌合孔に係入する円筒状スピゴット部を有する。円筒
状嵌合孔の領域で、工具ホルダは半径方向反対側に延在
する２個の雌ねじ部を有し、各雌ねじ部には円錐状凹部
が形成された締付ねじがねじ込まれる。スピゴット部の
横孔内に半径方向に移動自在な締付ピンが設けられる。

この締付ピンの各端部に円錐状突起が形成され、これら
突起が締付ねじの円錐状凹部と協働する。雌ねじ部の軸
線と横孔の軸線とは以下のような配置関係にある。すな
わち、一方の締付ねじが締付ゆられると、この締付ねじ
が締付ピンに作用して、スピゴット部を囲む環状面を工
具ホルダの端面へ押し付ける。この結合構造によれば、
取付精度、交換精度が向上し、高レベルのトルクを伝達
でき、極めて高い曲げ強さを有する結合構造が穿孔工具
の部品間で得られる。しかしながら、公知の穿孔工具で
は、工具ホルダ自身がテーパシャンクラ有シ、こ１７）
−／ヤングによって工作機械の工具スピンドルに嵌入さ
れるので、工具ホルダを工作機械工具スピンドルへ結合
するに際し先に述べたような問題が発生する。

この発明は上記のような従来の装置の問題を解決するも
のであシ、工作機械の工具スピンドルと工具ホルダとの
間の結合の曲げ抵抗力を高め、高レベルのトルク伝達を
可能とし、必要に応じて従来のテーノぞシャンクを具備
した工具ホルダのスピンドルヘッドの嵌入、ｔ−も可能
にした取付装置を提供する。

この発明によると、切頭円錐状受孔の領域において、ス
ピンドルヘッドは第１工具のテーパシャンクに換えて円
筒状スピゴット部を有する第２工具ホルダの円筒状スピ
ゴット部を受入れる円筒状嵌合孔を有し、この嵌合孔の
直径が切頭円錐状受孔の最大直径より若干小さく、かつ
端面から測った嵌合孔の端部まで軸方向長さが切頭円錐
状受孔の端部までの軸方向長さよシ短かく、円筒状嵌合
孔の領域において、スピンドルヘッドは半径方向反対向
きに延びる２個の雌ねじ部を有し、６雌ねじ部には円錐
状突起または円錐状凹部が形成された締付けねじが螺合
し、スピゴット部の横孔には締付ピンが半径方向に移動
自在に設けられ、この締付ピンの各端部に円錐状凹部ま
たは円錐状突起が形成され、咳凹部および突起はそれぞ
れ締付ねじの円錐状突起または円錐状凹部と協働し、雌
ねじの軸の端′面からの距離は横孔の軸が工具ホルダの
環状面からの距離よりも若干大きくて、締付ねじの一方
を締付けると、この締付ねじは締付ピンに作用して環状
面と端面とを互いに近づける方向へ押圧する。

この発明は、このために工作機械のスピンドルヘッド内
に切頭円錐状受孔と、円筒状嵌合孔とを設けることによ
って、従来のテーパシャンクを具備した第１工具ホルダ
または円筒状スピゴット部と、その中に半径方向に移動
自在に設けた締付ピンとを具備した第２工具ホルダをス
ピンドルへ選択的に嵌入させるようにしたものである。

工具の使用者はテーパシャンクを具備した従来の第１工
具ホルダを継続して用いて回転または曲げモーメントが
それ根太ぎくない作業を行うことができる。さらに使用
者は、円筒状スピゴット部によシスピンドルヘッドの円
筒状嵌合孔内に直接受入れらｎる第２工具ホルダも選択
的に使用することもできる。この工具ホルダを用いれば
、スピンドルヘッドと工具ホルダとの間に曲げに強くか
つ高トルクの伝達が可能な結合が得られる。すなわち、
締付ねじの軸と締付フランジピンの軸との間の軸方向ず
れのために、有効な軸方向力成分により締付ねじは軸方
向にも動かされ、大きなパイアスカでもって工具ホルダ
の環状面をスピンドルヘッドの端面へ押圧する。環状面
と端面とが互いに強く合体するので、これらの面での摩
擦係合を介してトルクの大部分が伝達される。トルクの
残９０部分は締付ねじと締付ピ／とＫよシ伝達さルる。

また、環状面が端面に確実に係着するとき、工具に作用
する横方向の力が、これらの面によってスピンドルの比
較的大きな直径部分へ伝達されることも重要である。こ
れにより工具スピンドルと工具ホルダとの間の結合が曲
げに対し非常に強くなる。すなわち加工時における工具
の振動が少なく、工作機械のＡワーの工具への伝達が良
好に行なわれ、さらに工具に対する片持梁りの長さも増
大できる。そして切削効率が高まシ、加工時間が短縮さ
れる。他の利点として、締付動作に関係すると共に、頻
繁な工具交換によシ疲労する可能性のあるすべての素子
、すなわち締付ねじまたは締付ｅ７を簡単に交換できる
ことがあげられる。

以下に実施例によシこの発明の詳細な説明する。

工作機械の工具スピンドル１は主軸台２内に回転自在に
取付けられている。スピンドルｌのヘッド１ａに切頭円
錐状受孔３ｍ、３ｂが形成されている。受孔３ｍ、３ｂ
はＤＩＮ　２０７９　または対応するＩＳＯ規格に相当
する形状のものでおる。受孔３ａの周縁は、スピンドル
の軸Ａに対して直角に延びる平坦な環状端面４で囲まれ
ている。

受孔３ｍ、３ｂの領域において、スピンドルヘッド１ａ
はこれらと同心の円筒状嵌合孔５を有する。嵌合孔５の
直径りは受孔３ｍ、３ｂの最大直径Ｄ１よシ若干小さい
。端面４から測つて、嵌合孔５の端部までの長さＬは、
受孔３ｂの端部までの軸方向長さＬｌよｐ短かい。

嵌合孔５の直径りの選択に際しては、端面４と嵌合孔５
の先端との間に軸方向で充分な長さがあり、かつ第３図
に示す第１工具ホルダ２０のテーパシャンク６を確実に
支持するのに適した部分３ａが形成されるようにしなけ
ればならない。嵌合孔５の直径りは受孔３１の最大直径
Ｄ１の約４〜１０％、好ましくは約６．５％だけ小さい
とよいことが判明している。ｌ５Ｏ−５０によるチー／
ぞの場合には、受孔３ａの最大直径Ｄ　Ｉ　Ｆｉ６９．
８５　ｍｙｔｔである。嵌合孔５の直径’ｉ６５．５順
に選択したとすると、受孔３畠の軸方向長さは約１４−
９１１１である。テーパシャンク６の前端を適切に支持
するには、これだけの長さがあれば充分である。

テーパシャンク６の後港も受孔３ｂで支持されている嵌
合孔５は受孔の全長Ｌ１に亘って延びていない。端面４
から測って、嵌合孔５の端部までの軸方向長さＬは受孔
３ｂの端部までの軸方向長さＬｌの約１７２〜２／３に
する必要がある。これＫよシ、テーパシャンク６の後端
を充分に支持で印る受孔３ｂが形成される。

さらに嵌合孔５の領域において、スピンドルヘッド１ａ
Ｋは半径方向反対側に延びる２個の雌ねじ部７．８が形
成され、台錐ねじ部７，８に締付ねじ９．ｌＯが半径方
向からねじ込まれる。ｍ付ねじ９は円錐状突起９ａを有
し、締付ねじｌＯは切頭円錐状凹部１０＆を有する。雌
ねじ部７，８の軸線Ａ１は端面４からａｌだゆ離間して
いる。

工具ホルダ１１の円筒状スピゴット部１２が極めて僅か
なすきまを介して（実際は殆んどすきまがない）嵌合孔
５に嵌入される。この工具ホルダ１１の自由端１１１に
は例えば穿孔ヘッド、内側丸削シ工具、ミーリング工具
、リーマまたはブローチその他のような工具が装着され
る。これらの工具は工具ホルダ１１へ固定さ几るか、交
換可能に取付けられる。また中間部材を介して接続して
もよい。

スピゴット部１２に形成した横孔１３に、円筒状締付−
ン１４ｔ−半径方向に変位自在に取付げる。締付ピン１
４の一端には円錐状突起１４ｍが形成され、この突起で
切願円錐状凹部１０ｍに係合する。他端には切頭円錐状
凹部１４ｂが形成され、ここに円錐状突起部９ａが係合
する。

横孔１３の軸線Ａ２の距離ａ２は前述の距離ａ１より若
干小さい。

工具ホルダ１１を冷媒供給リングで囲んでもよい。工具
ホルダ１１が回転ホルダの場合、冷媒供給リングは静止
して配置される。この冷媒供給リングを介して、工具ホ
ルダの軸方向孔１５ａへ供給された冷却流体は工具の切
刃へ導びかれる。

工具を交換するには、締付ねじの前端の円錐状突起９ａ
が嵌合孔５から離脱するまで４付ねじ９を緩めるだけで
よい。これに伴い、締付ピン１４０円錐状端部１４畠が
円錐状凹部１０ｍから離脱するまで締付ピン１４を横孔
１３内で移動できるので、工具ホルダｌｌを左方向へ動
かしてスピンドルヘッド１ａからはずすことができる。

次に他の工具の工具ホルダ１１を嵌合すれば・スピゴッ
ト部１２が嵌合孔５に係合する。受孔３ａの直径Ｄ１は
嵌合孔５の直径りよりも外側へ増大しているので、受孔
３ａはスピゴット部１２の挿入動作を容易にしている。

しかして締付ねじ９が半径方向内方へ向ってねじ部７へ
ねじ込まれると、円錐状突起９ａが締付ピン１４を半径
方向へ移動するので、締付ピン１４の円錐状突起１４＆
が締付ねじｌＯの凹部１０ｍに再び係合する。締付ねじ
９０半径方向に有効な締付力が締付ねじＩＯＫ等しい大
きさの反対方向の反作用力を発生する。軸線ＡＩ、Ａ２
が軸方向で互いＫずれているから、２個の締付ねじ９．
１０のそれぞれが等しい大きさの軸方向力成分を発生す
る。したがって、給付ねじ９の突起の円錐角が９０°　
の場合、この締付ねじの締付力により全体の締付力が倍
増さｎると共に、工具ホルダ１１の環状面１６が端面４
へ押圧される、この時の押圧力は半径方向の締付力の２
倍である。第１図から明らかなように、環状面１６の外
径は端面４の外径に等しくスピンドルヘッド１ａの直径
にほぼ対応する。したがって、工具ホルダ１１は、これ
らの面１６．４を介し極めて広い範囲でスピンドルヘッ
ド１ａにより支持される。このようにして、曲げに対し
て強くかつがたつきが殆んどない結合が２個の部材間に
得られる。かかる構成例はこの発明の重要な特徴をなす
。

円錐状突起９＆を有する締付ねじ９、円錐状凹部１０ａ
ｔ−ｉする締付ねじ１０、および一端に円錐状突起１４
ａを備え、他端に円錐状凹部１４ｂを設けて、ねじ９，
１０に対応する締付ビン１４を使用することは、実際上
特に有利であることが判明している。しかしながら、こ
の構成の変形例として、両締付ねじにそれぞれ円錐状凹
部を形成し、締付ビンの両端にそれぞ几対応する突起を
形成してもよい。逆に両締付ねじに円錐状突起を形成し
、締付ビンの両端に円錐状凹部を形成してもよい。

次に第２図の他の実施例について説明する。

受孔３ｍ、３ｂおよび嵌合孔５ｔ−有するスピンドルヘ
ッドＩＳは、第１図の実施例のものと全く同一である。

スピンドルヘッドｌａに対向する工具ホルダ１１′の端
部も工具ホルダ１１のそれと同一構造なので、第１図と
同じ符号を付して説明を省略する。しかしこの実施例で
は、工具ホルダ１１′の前端部に嵌合孔１７と、この嵌
合孔１７の範囲で半径方向反対向きの２個の雌ねじ’９
１８．１９とが形成される。そして締付ねじ９．１０に
対応する締付ねじが雌ねじ部１８．１９にねじ込まれる
。嵌合孔１７の直径Ｄ２を選択するに際しては、ドイツ
特許第３．１０８，４３９号に示したミーリング工具、
内側丸削シ工具または穿孔ヘッドのスピゴット部（図示
せず）が嵌合孔１７に係着すること、まｆｃは工具と工
具ホルダの間に挿入される可能性のおる中間部材のスピ
ゴット部が嵌合孔１７に係着すること等の要件を満足す
るようにする。

工具ホルダ１１’は、前述のドイツ特許第３，１０８，
３号による工具とこの発明による工具スピンドルとの間
で、いわばアダプタの働きをするので、結合寸法もそれ
に見合うように定められる。工具ホルダ１１’は冷媒供
給リング１Ｂ’ｉ具備しているので、１個の同一工具ホ
ルダ１１’と１個の同一冷媒供給リングを用いることＫ
よって、切刃に対する内部冷媒供給形の種々の工具を結
合できるという利点がある。

最後にこの発明によれば、ＤＩＮ　２０ＢＧにもとづき
テーパシャンクを有する公知の工具ホルダ２ｏｔｓ第３
図に示すようにこの発明の工作機械工具スピンドルへ固
着することができる。

すなわち締付ねじ９，１０’ｌｉ動かして、従来から用
いられている２個の半径方向反対向きのエントレインメ
ント部材２１ｔ−１端面部４に設けた対応の溝２２内へ
公知のように嵌着する。そして、工具ホルダ２０のエン
トレインメントフランジ２０ｍに設けた溝２３内ヘエン
トレインメント部材２１が挿入される。次にテーパシャ
ンク内にねじ込まれた引張棒２５、またはレイね荷重締
付はコレット（図示せず）によってテーノぞシャンク６
を受孔３１１，３ｂへ引込むと、このテーパシャンク６
は受孔３ｍ、３ｂで支持される。続いて、工具ホルダの
周りに同心状に配置された冷媒供給リング２６から冷媒
が供給される。

工具ホルダ１１には、横孔とその中の締付ピ／とを具備
し前方に突出した別のスピゴット部を嵌合孔１７の代り
に設けてもよい。このような構造の工具ホルダは、ドイ
ツ特許第３，１０８，４３８号に示す原理とは逆の運動
の工具′ｔ−受けるのに適している。なぜならこのよう
な工具はスピゴット部の代りに嵌合孔を有し、半径方向
反対向きの２個の雌ねじを具備しているからでめる。

すでに述べたように、この種の工具は工具父換装置と組
合せて使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１拠施例の部分断面図、第２図
は、この発明の第２実施例の部分断面図、第３図は、前
記両実施例の工具スピンドルに従来の工具のテーパシャ
ンクを装着した状態を示す部分断面図である。 １・・・工具スピンドル　ｌａ−・・スピンドルヘッド
２・・・主軸台　３ｍ、３ｂ・・・切頭円錐状受孔４・
・・環状端面　５・・・円筒状嵌合孔６・・・テーパシ
ャンク　τ８・・・雌ねじ部９．１０・・・締付ねじ　
９ｓＬ・・・円錐状突起１０＆・・・円錐状凹部　１１
，１１’・・・第２工具ホルダ１２・・・円筒状スピゴ
ット部五３・・・横孔１４・・・締付ピン　１４ａ・・
・円錐状凹部１４ｂ・・・円錐状突起　五６・・・環状
面２０・・・第１工具ホルダ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　第１工具ホルダ（２０）のテーパシャンク（６）
   を受入れる切頭円錐状受孔（ａｍ、３ｂ）　が形成され
   たスピンドルヘッド（１＆）と、受孔（３ａ）の周縁を
   周む環状端面（４）とを有する工具スピンドル（１）の
   受孔（３ｇ、　３　ｂ　）の領域において、スビｙ）’
   ルヘッド（１ｍ）が前記テーパシャンクに換えて円筒状
   スピゴット部（１２）を有する第２工具ホルダ（１１，
   １１’）のスピゴット部（１２）を受入れる円筒状嵌合
   孔（５）を有し、との嵌合孔（５）の直径（Ｄ）が受孔
   （３ａ）の最大直径（ＤＩよシ若干小さく、端面（４）
   から測った嵌合孔（５）の端部までの軸方向長さく勾が
   受孔（３ｂ）の端部の軸方向長さくＬｌ）よフ短かく、
   嵌合孔（５）の領域において、スピンドルヘッド（１ａ
   ）は半径方向反対向きに延びる２個の雌ねじ部（７，５
   ）ｔ−有し、各雌ねじ部（７，８）には円錐状突起（９
   ａ）または円錐状凹部（１０ｍ）が形成された締付ねじ
   （９，１０）が螺合し、スピゴット部（１２）の横孔（
   １３）には締付ピン（１４）が半径方向に移動自在に設
   けらｎｌこの締付ピンの各端部に円錐状凹部（１４ｍ）
   または円錐状突起（１４ｂ）が形成され、該凹部（１４
   ｍ）および突起（１４ｂ）はそれぞれ締付ねじ（９，１
   ０）の円錐状突起（９ａ）または円錐状凹部（１０ｍ）
   と協働し、雌ねじ部（７，８）の軸線（Ａｌ　）の端面
   （４）からの距離（ａｌ）は、横孔（１３）の軸Ｍ　（
   Ａ２）の工具ホルダ（１１，１１’）の環状面（１りか
   ら距離（ａ２）よりも若干大きくて、締付ねじ（９，１
   ０）の一方を締付けると、この締付ねじは締付ピン（１
   ４）に作用して環状面（１６）と端面（４）と金互いに
   近づける方向へ押圧すること？！−特徴とする工作機械
   の工具取付装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、嵌合孔（５）の直
   径（Ｄ）が受孔（３ｍ、３ｂ）の最大直径（ＤＩ　）よ
   シ約４〜１０％好ましくは約６．５％だけ小さいことを
   特徴とする工具取付装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、端面
   （４）から測った嵌合孔（５）の端部までの軸方向長さ
   Ｌが、受孔（３ｂ）の端部までの軸方向長さくＬｌ）の
   約１７２〜２／３であることを特徴とする工具取付装置
   。 ４、特許請求の範囲第１項において、一方の締付ねじ（
   １りが円錐状凹部（１０ａ）を有し、他方の締付ねじ（
   ９）が円錐状突起（９ａ）　を有し、これに対応して締
   付ピン（１４）の一端に円錐状突起（１４ｍ）が、他端
   に円錐状凹部（１４ｂ）が形成されていることを特徴と
   する工具取付装置。