专利名称：工具夹安装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及可将工具夹强力固定在机床主轴上的工具夹安装结构。
背景技术：
以往，钻床、铣床、加工中心等的机床是将保持工具的工具夹安装在主轴的前端部分上，通过主轴转动工具来对工件进行机械加工的。为了将工具可更换地固定在主轴上，在主轴上设有将工具夹的柄部导入主轴的锥状孔进行固定用的导入机构。
所述工具夹具有安装工具用的工具保持部、具有锥状外周面的柄部、固定在柄部上的拉出型栓头(プルスタツド)、以及直径大于锥状孔的凸缘部。由所述导入机构将工具夹向导入侧驱动，将柄部嵌合固定在主轴的锥状孔内。
最近的机床要求误差为1μm以下的高加工精度，并能在30000～40000rpm的高速运转中一边使主轴旋转一边进行机械加工。为此，高速运转的主轴和工具夹容易产生振动，成为降低加工精度的主要原因。为防止降低其加工精度，最好是将工具夹的整个柄部与锥状孔紧贴以强化固定力。然而，由于存在着主轴的锥状孔的机械加工误差和工具夹的机械加工误差，机床使用中的工具发热会引起主轴和工具夹一起热膨胀，因此，要将工具夹的整个柄部与主轴的锥状孔嵌合成紧贴状态并牢牢固定则几乎是不可能。并且，要想在将工具夹的柄部与主轴的锥状孔紧贴的同时又使工具夹的凸缘部与主轴的前端面紧贴是根本不可能的，因此，在传统的普通工具夹中，不存在将其凸缘部与主轴前端面抵接的结构。
下面说明在现有技术中适用的各种工具夹。
特开平8-108302号公报的工具夹包括具有柄部和凸缘部的夹具本体、沿轴心方向可相对移动地外嵌在柄部上并具有与锥状孔相同的锥形外周面的套简、以及安装在凸缘部与套筒间的弹性构件。套筒在周向的局部上分割开，在其间隙中装有弹性体。在由导入机构导入工具夹时，凸缘部与主轴的前端面抵接。套筒通过弹性构件向主轴的基端侧推压而缩径，与锥状孔卡合，也与柄部结合。特开平9-248727号公报的工具夹是在上述公报的工具夹中，不采用在周向的局部上分割的套筒，而是在周向的局部设置形成有内槽的套筒。
这些工具夹在由导入机构导入工具夹时，套筒整体性缩径。由此，使套筒的锥状外周面无间隙地与锥状孔紧贴，往往不能进行嵌合固定，难以用大致均等的力将其整个外周面与锥状孔的内面结合。并且，零件数多，结构也复杂，制作成本高。
特开平7-96437号公报的工具夹是在柄部和凸缘部的边界部分形成环状槽。通过形成这种环状槽，使凸缘部的局部形成薄壁部。在由导入机构导入工具夹时，在凸缘部与主轴的前端面抵接的状态下，起到碟形弹簧的功能而产生微小的弹性变形，柄部被卡合在锥状孔内。这种工具夹在由导入机构导入工具夹时，在凸缘部与主轴的前端面抵接的状态下，产生微小的弹性变形，将柄部与锥状孔卡合。但是，由于该柄部大部分的结构与传统的柄部基本没有变化，因此，存在着与以往的工具夹基本同样的问题。
本发明目的在于，提供将工具夹的整个柄部弹性而又牢固地可与主轴安装孔的内面嵌合固定的工具夹安装结构，同时提供将工具夹的凸缘部可弹性地与主轴的外端面抵接、不易产生振动、提高稳定性的工具夹安装结构。
发明概述本发明是一种可装卸地将保持工具的工具夹安装在机床主轴的锥状安装孔中的结构，其特征在于，在所述工具夹上设有具有锥状外周面的柄部，在所述主轴的安装孔的内面部分的轴心方向多个位置上，设有与工具夹的锥状外周面抵接、沿半径方向可稍许弹性变形的多个弹性卡合部，将所述柄部与主轴的安装孔嵌合，在使多个弹性卡合部沿半径方向弹性变形的状态下，将工具夹固定在主轴上。
在该工具夹安装结构中，设在主轴的安装孔的内面部分上的多个弹性卡合部在与工具夹的锥状外周面抵接、沿半径方向稍许弹性变形的状态下，将工具夹嵌合固定在主轴上。即，可使多个弹性卡合部沿半径方向弹性变形，并与柄部的锥状外周面紧贴，通过这些弹性卡合部，而可用均等的力将整个柄部整体性地与安装孔的内面嵌合。这样，由于可将工具夹强力而又弹性地固定保持在主轴上，因此，即使在主轴高速运转时，也可抑止工具夹的振动，可进一步提高机械加工的精度。
最好是在所述主轴的安装孔的内面部分沿轴心方向、以所定间隔形成多个环状槽，将其多个环状槽与多个弹性卡合部相互交替地沿轴心方向配置，通过形成这些多个环状槽，使多个弹性卡合部与主轴一体形成。
最好是使所述弹性卡合部相对与所述主轴的轴心正交的面而倾斜。在此场合，最好是将所述弹性卡合部倾斜成越是内周侧越向安装孔的锥状的大径侧方向移行的形态。又，也可将所述弹性卡合部形成与所述主轴的轴心的正交的面相平行的状态。
最好在所述主轴的安装孔的内面部分，轴心对称地形成沿安装孔的长度方向延伸的多个立槽。
在将所述工具夹安装在主轴上的状态下，最好是在工具夹上设置与主轴的前端面(外侧端面)抵接并沿轴心方向弹性变形的弹性凸缘部。在此场合，也可将所述弹性凸缘部形成环状，在该弹性凸缘部的轴心方向内侧形成环状的退刀槽，在所述弹性凸缘部的轴心方向外侧形成环状的槽。
所述多个的弹性卡合部也可由固定在所述主轴的安装孔内面部分的多个凸缘构件构成。为了不在柄部使用键的情况下可从所述主轴的安装孔传递旋转扭矩，也可将安装孔和与柄部的轴心正交的截面形状作成可传递旋转扭矩的非圆形状。
图纸的简单说明
图1～图5为本发明的主要实施形态的示图，图1为主轴的局部和工具夹的纵剖视图，图2为图1的II向视图，图3为工具夹的侧视图，图4为图3的IV向视图，图5为图1的要部放大图，图6～图12为变更形态的示图，图6、图7为主轴的局部和工具夹的纵剖视图，图8～图10为主轴和工具夹的要部纵剖视图，图11、图12为以与主轴正交的垂直面剖切后的主轴和工具夹的纵剖视图。
实施本发明的最佳形态下面，参照图纸说明本发明的实施形态。
本实施形态是本发明适用于在加工中心等的具有工具自动更换装置的机床主轴上可装卸地安装工具夹的结构时的一例。
如图1和图2所示，在主轴1的前端部分形成逐渐向前端侧直径扩大的锥状安装孔3，主轴1的轴心a和安装孔3的轴心共用，主轴1的前端面形成与轴心a正交的平滑面。在主轴1的内部，形成与安装孔3连通的收容孔4，在该收容孔4中，收容有将工具夹2的柄部12导入主轴1的安装孔3中予以固定用的导入机构的牵引杆前端的开口夹套5。
如图1、图3和图4所示，工具夹2具有夹具本体10、紧固螺栓20和拉出型栓头25。夹具本体10具有安装工具T用的工具保持部11、具有逐渐向前端侧(图1中的右侧)直径扩大的锥状外周面12a的柄部12、以及直径比安装孔3大的凸缘部13，这些工具保持部11、柄部12和凸缘部13一体形成。
在夹具本体10的内部，形成有从前端侧(图1中的右侧)向基端侧(图1中的左侧)直列状的锥状孔10a、贯通孔10b、螺孔10c。紧固螺栓20从螺孔10c一方插入贯通孔10b，其螺纹部伸出在锥状孔10a中。工具T的基端的连结凸部与锥状孔10a卡合，与紧固螺栓20螺合后紧固在工具夹2上。即，工具保持部11由锥状孔10a、贯通孔10b和紧固螺栓20等构成。
拉出型栓头25从夹具本体10的基端侧与螺孔10c螺合，使其凸缘部25a与柄部12抵接而被固定。通过将开口夹套5与拉出型栓头25的基端的接合部25b卡合，将未图示的牵引杆向图1的左方拉伸，就可将柄部12导入。另外，还形成有可贯通六角扭转棒的贯通孔25c以及与六角扭转棒的前端部卡合使紧固螺栓20转动用的六角孔20a。
如图1和图2所示，在主轴1的安装孔3的内面部分的轴心方向的多个位置上，设有与工具夹2的锥状外周面12a抵接并可向半径方向稍许弹性变形的多个弹性卡合部6。在主轴1的安装孔3的内面部分，沿轴心方向以所定间隔形成多个环状槽6a，多个环状槽6a和多个弹性卡合部6沿轴心方向相互交替状配置。通过在主轴1的安装孔3的内面部分形成多个环状槽6a，而使多个弹性卡合部6与主轴2一体形成。各弹性卡合部6具有较大的弹性常数，是一种非常硬的弹性构件。
多个弹性卡合部6相对与主轴1的轴心的正交的面而倾斜成越是内周侧越向安装孔3的锥状的大径侧(图1的右侧)方向移行的形态。多个环状槽6a也形成越是内周侧越向安装孔3的锥状的大径侧方向移行的形态。多个弹性卡合部6的内周半径是越向工具夹2的可嵌合锥状外周面2a的前端侧位置，尺寸越大。
在主轴1的安装孔3的内面部分，轴心对称地形成有沿安装孔3的长度方向延伸的2个立槽6b(参照图2)。由此，各弹性卡合部6在周向上被分割为两半，弹性卡合部6的各分割部互相形成安装孔3的内周约170度圆弧状。通过形成2个立槽b，将各弹性卡合部6分割为两半，就可使大的弹性常数的弹性卡合部6容易弹性变形，可稍许减小弹性常数。另外，在这些立槽6b上也可分别安装从主轴1向工具夹2传递旋转扭矩用的键。在将工具夹2安装在主轴1上后，这些键与工具夹2的键槽(未图示)卡合，可从主轴1向工具夹2传递旋转扭矩。
如图1、图3和图5所示，在工具夹2的凸缘部13的外周部分，形成有可与工具自动更换装置的支臂卡合的卡合槽13a。在凸缘部的基端部分，设有在将工具夹2安装在主轴1上时与主轴1的前端面(外侧端面)抵接、沿轴心方向弹性变形、环状的具有弹性常数的弹性凸缘部14。
弹性凸缘部14与主轴1的轴心的正交的面形成平行，在其外周端部设有向基端侧弯曲、可与主轴1的前端面抵接的环状抵接部14a。在该弹性凸缘部14的轴心方向内侧形成环状的退刀槽14b，在弹性凸缘部14的轴心方向外侧形成环状槽14c。通过形成退刀槽14b和环状槽14c，就可适当设定弹性凸缘部14的弹性常数。
下面说明在所述主轴1上安装工具夹2结构的作用与效果。
在将工具夹2的柄部12插入主轴1的安装孔3时，在使柄部12与多个弹性卡合部6抵接之前，弹性凸缘部14与主轴1的前端面抵接。接着，一旦由导入机构的牵引杆前端的开口夹套5将工具夹2的柄部12导向主轴1的基端侧，则引起弹性凸缘部14的弹性变形和多个凸缘部13的弹性变形，而将弹性凸缘部14与安装孔3嵌合固定。此时，如图5的实线所示，在多个弹性卡合部6与工具夹2的锥状外周面12a抵接后，多个弹性卡合部6如图5的点划线所示，沿半径方向稍许弹性变形，在此状态下，柄部12被嵌合固定在安装孔3内。即，使多个弹性卡合部6沿半径方向弹性变形，与工具夹2的锥状外周面12a紧贴，通过这些弹性卡合部6而可用均等的力将整个柄部12整体性地与安装孔3的内面卡合。
并且，在将工具夹2固定在主轴1上的状态下，弹性凸缘部14也在弹性变形的状态下与主轴1的前端端面紧贴。这样，可使多个弹性卡合部6在沿半径方向弹性变形后与工具夹2的锥状外周面12a抵接，弹性凸缘部14在弹性变形后与主轴1的前端端面抵接，在此状态下强力地将工具夹2固定保持在主轴1上。结果是，即使在主轴1高速运转时，主轴1和工具夹2也不容易产生振动，可确实提高机械加工精度。特别是由于弹性凸缘部14在离轴心a的半径距离大的位置上形成环状，故可非常有效地抑制工具夹2的弹性变形和振动，可提高工具夹2的稳定性。
由于在主轴1的安装孔3的内面部分的轴心方向的多个位置上设有多个弹性卡合部6，因此，可用均等的力将整个柄部12整体性地与安装孔3的内面牢固嵌合。由于在主轴1的安装孔3的内面部分以所定间隔沿轴心方向形成了多个环状槽6a，因此可将多个弹性卡合部6与主轴1一体形成，可减少零件数，使结构简单化。
由于使多个弹性卡合部6相对与轴心正交的面倾斜，并在主轴1的安装孔3的内面部分形成2个立槽6b，将各弹性卡合部6分断，因此，可将多个弹性卡合部6的弹性常数稍许减小而容易弹性变形。并且，可将形成轴心对称的2个立槽6b作为键槽，用于安装与工具夹2连结并可传递扭矩的键。
由于多个弹性卡合部6倾斜成越是内周侧越向安装孔3的锥状的大径侧方向移行的形态，因此，如图5所示，在将工具夹2安装在安装孔3内的状态下，多个弹性卡合部6也向所述锥状的大径侧方向弹性变形。在此状态下，由于多个弹性卡合部6的内周面作成利用磨擦而与工具夹2的锥状外周面12a形成紧固状态，因此，弹性卡合部6的回复力作为将工具夹2向基端侧(图1的左方)移动的力而起作用。具有加强将工具夹2导向基端侧的导向力的作用，有利于导入机构的小型化。
在此，在解除所述的导入机构、将工具夹2从主轴1上取下时，若解除开口夹套5，则利用弹性凸缘部14的回复力而可使工具夹2向图1的右方略微移动，以解除多个弹性卡合部6的弹性变形，故可通过自动工具更换装置的支臂将工具夹2取出。
但是，在将工具夹2安装在主轴1上时，也可使多个弹性卡合部6和弹性凸缘部14大致同时与主轴1抵接、或者也可使多个弹性卡合部6比弹性凸缘部14先与主轴1抵接。
下面说明变更形态。对与前述主要实施形态基本相同的部位标记相同的符号，省略其说明。
1〕、如图6所示，在主轴1A上，多个弹性卡合部6A与主轴1A的轴心正交的面形成平行。为了使这些弹性卡合部6A与主轴1A一体形成，在主轴1A的安装孔3A的内面部分，沿轴心方向以所定间隔而形成与主轴1A的轴心正交的面平行的多个环状槽6c。
在由导入机构的牵引杆对柄部12进行导入驱动时，由于在多个弹性卡合部6A上，从柄部12受到与安装孔A的内面垂直的方向的力，因此，向半径方向稍许弹性变形。
2〕、如图7所示，在主轴1B上形成多个弹性卡合部6B，这些多个弹性卡合部6B相对与主轴1B的轴心正交的面而倾斜成越是内周侧越向安装孔3B的锥状的小径侧方向移行的形态。在主轴1B的安装孔3B的内面部分，沿轴心方向以所定间隔形成有倾斜成越是内周侧越向安装孔3B的锥状的小径侧方向移行形态的环状槽6c，弹性卡合部6B和环状槽6c沿轴心方向相互交替状配置，这些弹性卡合部6B与主轴1B一体性形成。在由导入机构的牵引杆对柄部12进行导入驱动时，由于在多个弹性卡合部6B上，从柄部12受到与安装孔3B的内面垂直的方向的力，因此，向垂直方向稍许弹性变形。在取下工具夹2时，由于可利用多个弹性卡合部6B的弹性回复力和弹性凸缘部14的弹性回复力而使工具夹2向图7的右方略微移动，因此，有利于工具夹2的取出。
3〕、如图8所示，多个弹性卡合部6由固定在主轴1C的安装孔3C的内面部分的槽内的多个凸缘构件6C构成。多个凸缘构件6C相对与主轴1C的轴心正交的面而倾斜成越是内周侧越向安装孔3C的锥状的大径侧方向移行的形态。另外，各凸缘构件6C既可是环状，也可是轴心对称的多个分割体。并且，也可不使用这些凸缘构件6C，改为设置大体与所述弹性卡合部6A或弹性卡合部6B相同方向伸出的凸缘构件。
4〕、如图9所示，工具夹2D的结构是省略了所述工具夹2上的弹性凸缘部14、退刀槽14a和倾斜槽14b，在主轴1的前端面与弹性凸缘部14之间留有间隙。
5〕、如图10所示，工具夹2E的弹性凸缘部14E相对与主轴1C的轴心正交的面而倾斜成越是外周侧越向安装孔3E的锥状的小径侧方向移行的形态。为了使其弹性凸缘部14E与夹具本体10E一体形成，在弹性凸缘部14E的轴心方向两侧，形成有倾斜成越是外周侧越向安装孔3的锥状的小径侧方向移行形态的退刀槽14d和环状槽14e。
6〕、如图11所示，设有多个弹性卡合部6F的主轴1F的安装孔3F与工具夹1F的柄部12F的轴心正交的截面形状形成非圆状的三角形状。该三角形状是一种在内接基准圆30的外侧上每隔120度形成3个突出部31的形状，利用这些突出部31，可从主轴1F的安装孔3F传递旋转扭矩，不再需要在柄部12F上使用键。另外，在主轴1F的安装孔3F的内面部分的角部，轴心对称地形成有3个立槽6f。
7〕、如图12所示，设有多个弹性卡合部6G的主轴1G的安装孔3G与工具夹1G的柄部12G的轴心正交的截面形状形成非圆状的四角形状。该四角形状是一种在内接基准圆32的外侧上每隔120度形成4个凸出部33的形状，利用这些凸出部33，可从主轴1G的安装孔3G传递旋转扭矩，不再需要在柄部12G上使用键。又，在主轴1G的安装孔3G的内面部分的角部，轴心对称地形成有4个立槽6g。另外，对于安装孔和与柄部的轴心正交的截面形状，除了图11和图12的非圆状以外，可制成轴心对称的各种非圆形状。
8〕、多个弹性卡合部的径向宽度也可采用越向安装孔的锥状的大径侧而越长的结构。
9〕、可以省略前述的立槽。并且，对于弹性卡合部的个数和厚度以及形成各弹性卡合部的周向的区域等可适当设定。
10〕、其它方面，在不脱离本发明宗旨的范围内，也可在前述实施形态和变更形态中附加各种变更的形态下实施，并且，本发明还可适用于将各种机械加工中装备的工具夹安装在主轴上的结构。
权利要求
1.一种工具夹安装结构，是一种可装卸地将保持工具的工具夹安装在机床主轴的锥状安装孔中的结构，其特征在于，在所述工具夹上设有具有锥状外周面的柄部，在所述主轴的安装孔的内面部分的轴心方向多个位置上，设有与工具夹的锥状外周面抵接、沿半径方向可稍许弹性变形的多个弹性卡合部，将所述柄部与主轴的安装孔嵌合，在使多个弹性卡合部沿半径方向弹性变形的状态下，将工具夹固定在主轴上。
2.如权利要求1所述的工具夹安装结构，其特征在于，在所述主轴的安装孔的内面部分沿轴心方向以所定间隔形成多个环状槽，将其多个环状槽与多个弹性卡合部相互交替地沿轴心方向配置，通过形成这些多个环状槽，而使多个弹性卡合部与主轴一体形成。
3.如权利要求2所述的工具夹安装结构，其特征在于，使所述弹性卡合部相对与所述主轴的轴心正交的面而倾斜。
4.如权利要求3所述的工具夹安装结构，其特征在于，所述弹性卡合部倾斜成越是内周侧越向安装孔的锥状的大径侧方向移行的形态。
5.如权利要求2所述的工具夹安装结构，其特征在于，所述弹性卡合部形成与所述主轴的轴心的正交的面相平行。
6.如权利要求4所述的工具夹安装结构，其特征在于，在所述主轴的安装孔的内面部分，轴心对称地形成沿安装孔的长度方向延伸的多个立槽。
7.如权利要求1至6中任一顶所述的工具夹安装结构，其特征在于，在将所述工具夹安装在主轴上的状态下，在工具夹上设置与主轴的外侧端面抵接、沿轴心方向弹性变形的弹性凸缘部。
8.如权利要求7所述的工具夹安装结构，其特征在于，所述弹性凸缘部形成环状，在该弹性凸缘部的轴心方向内侧形成环状的退刀槽，在所述弹性凸缘部的轴心方向外侧形成环状的倾斜槽。
9.如权利要求1所述的工具夹安装结构，其特征在于，所述多个的弹性卡合部由固定在所述主轴的安装孔内面部分的多个凸缘构件构成。
10.如权利要求1至6中任一项所述的工具夹安装结构，其特征在于，为了不在柄部上使用键的情况下可从所述主轴的安装孔传递旋转扭矩，安装孔和与柄部的轴心正交的截面形状形成可传递旋转扭矩的非圆形状。
全文摘要
提供一种可强力地将工具夹(2)固定保持在主轴(1)上的工具夹安装结构。在所述主轴(1)的安装孔(3)的内面部分的轴心方向多个位置上,设有与工具夹(3)的锥状外周面(12a)抵接、沿半径方向可稍许弹性变形的多个弹性卡合部(6)。在使多个弹性卡合部(6)沿半径方向弹性变形的状态下,与工具夹(3)的锥状外周面(12a)紧贴,通过这些弹性卡合部(6),可大致整体性地用均等的力将柄部(12)与安装孔(3)的内面结合。并且,在此状态下,使弹性凸缘部(14)弹性变形,而牢固地与主轴(1)的前端面抵接。
文档编号B23B31/00GK1354707SQ00808594
公开日2002年6月19日 申请日期2000年4月10日 优先权日2000年4月10日
发明者宫泽洋 申请人:帕斯卡株式会社