热装式工具架的制作方法
【专利摘要】切削工具（30）从插入侧前端形成有所需长度的平面（32），在该平面后端部形成有周向的槽（33）。若将该切削工具插入卡盘部（2）的保持孔（20），则突起（21）通过平面与保持孔内周面之间的空间（S）到达槽，若从该状态使切削工具旋转，则突起沿槽的长度方向移动而卡止于该槽侧缘，通过该卡止来进行切削工具相对于卡盘部的防脱。并且在防脱用突起到达槽内后，止转用突起（22）位于平面内，随着切削工具的旋转而进入空间（S）的端部，通过该进入来进行切削工具相对于卡盘部的止转。将工具架（A）在两突起（21、22）之间分割，该分割体（1、2）通过电子束焊接而接合。
【专利说明】热装式工具架【技术领域】
[0001]本发明涉及可拆装地安装于加工中心等机床的热装式工具架。
【背景技术】
[0002]参照例如示出本发明的一个实施方式的图1对将切削工具安装于加工中心的工具架A进行说明，则该工具架A是将能够相对于加工中心的主轴拆装的柄部I与卡盘部2经由操作把持部3形成为一体的构成。
[0003]在该工具架A中，近年来，由于主轴的高速旋转化，希望在高精度且稳固地把持切削工具30并且具有刚性的基础上，提高旋转平衡等性能，作为满足该要求的方法，以热装式将切削工具30安装于上述卡盘部2的方法受到注目(参照专利文献I~4)。
[0004]另一方面，由于近年来的技术的高度化，在航空航天相关、原动机相关等中，多采用铝合金部件、钛合金等难切削材料加工部件。例如，飞机的框架、翼肋、舱壁等铝构造部件、该框架组件、边框等钛构造部件、以及原动机的叶片、叶轮等。
[0005]高效地加工上述难切削材料的机床(加工中心)在进行铝加工的情况下，主轴转速达到33000rpm以上，主轴电动机输出功率达到80kW (100马力)以上，在进行钛加工的情况下，主轴扭矩达到1500Nm以上，承担上述条件的部件成为产品。
[0006]另外，在加工方法中，现有的具有3轴(上下、左右、前后的轴移动)的加工中心加工效率差，而活用给3轴附加了旋转轴(A轴、B轴)的5轴控制加工中心的情况增加。
[0007]在上述难切削材料的加工，特别是利用5轴控制加工中心对难切削材料进行高速加工过程中，切削工具架的把持力(把持扭矩)成为问题。
[0008]该把持力是能够承载切削工具30在切削时承受的切削负载的力，该把持力越高则在高效化方面越有利。换句话说，工具架的把持力(把持扭矩)越大则切削能力越高，越小则切削能力越低。此时，为了实现高效化，而以设定较高的工具架的刚性(增大把持部外径，缩短有效长等)，还设定较高的切削工具的刚性(缩短突出量，超硬制等)的情况为前提。这样，把持力的重要之处在于，能够取得较大的切削量，增大进给量，换句话说提高加工效率，对于生产性和成本产生较大的影响。
[0009]此处，在铝加工中，越提高切削速度则越能够期待高效加工。另外，铝合金与钢相比材料强度低，因此也取得较大的切削量。为此，以最大限度提高切削除去量的方式设定加工条件，但加工中易产生大的震颤(振动)。若该工具架、切削工具承受大的震颤(振动)，则即使依靠考虑了适应性的把持力，也容易出现工具架与切削工具之间打滑，从而切削工具脱落的情况。
[0010]另外，在钛加工中，钛的机械强度较高，导热率(散热性)较低，并且与其他的金属亲和性较好，易与氧气、氮气反应。因此，被分类为难切削材料加工。并且，生成钛特有的锯齿状的切屑，这是由于切削力变动而引起的现象，随着该变动而产生大的“震颤”。由此，会在短时间内消耗切 削工具，磨损的切削工具使切削扭矩增大，引起切削工具打滑、脱落。
[0011]并且，在飞机相关的部件加工中，切削巨大的被切削材料来制造部件的情况较多，因此该被切削材料昂贵，由于切削工具脱落导致过度切削而无法修正，所以产生莫大的损害。
[0012]因此，现状是，无法充分地发挥原本期待的安全系数设定高、降低加工条件等的高效加工。
[0013]如上述那样，热装式在主轴的高速旋转化、高精度且稳固地把持切削工具30、提高刚性、以及旋转平衡等性能方面优秀，因此在模具加工的领域中，以深雕加工为中心多使用细长且锥形形状的热装式支架。主要的理由可举例有，加工物与支架之间的干扰较少而能够设定比较短的切削工具，从而刚性高且有助于提高的加工精度和工具寿命(专利文献I参照)。
[0014]但是，即使是上述锥形形状的热装式支架，在代表飞机相关的铝的高效加工、钛等难切削材料加工的领域中，也无法实现能够充分满足在一部分提高效果的模具加工那样的情况。
[0015]专利文献1:日本特开2009-45716号公报
[0016]专利文献2:日本特表2009-533234号公报
[0017]专利文献3:日本特开2001-150221号公报
[0018]专利文献4:日本专利第3932216号公报
[0019]专利文献5:日本特开平05-26264号公报
[0020]专利文献6:日本特开平05-126170号公报
[0021]在上述航空航天相关、原动机等的铝合金、钛的高效加工中，需要尽可能缩短工具架全长，将切削工具的突出量设定为最小限度，并且绝对不会脱落的对策。
[0022]此处，支架对切削工具的把持力，为切削扭矩的十几倍，为拉拔分力的约30倍，在作业中，使切削工具相对于支架在其轴向、周向(旋转方向)移动，主要是由于切削工具的支点处的弯曲力矩。因此，为了提高支架的把持力，主要是阻止该切削工具的拔出和旋转。
[0023]作为防止该切削工具从支架拔出和旋转的方法，有在切削工具的插入轴部的外周面形成其周向的槽，将从支架外周面向切削工具保持孔内表面突出的滚珠嵌合于该槽，通过该嵌合来进行切削工具相对于支架的防脱以及止转的方法(参照专利文献2的摘要、图1?图22)。
[0024]另外，作为其他的方法，有在切削工具的插入端与支架的保持孔内端形成突起或者供该突起嵌合的槽，通过该嵌合来进行切削工具相对于支架的止转的方法(参照专利文献3的图8)。
[0025]但是，前者的防脱和止转方法由于槽的宽度与滚珠径大致相同，所以在将切削工具插入支架保持孔而将滚珠嵌合于槽时，滚珠难以顺畅地进入槽开口，并且，在使切削工具相对于支架旋转时，由于槽也在轴向延伸弯曲，所以有滚珠无法在槽内顺畅地移动的问题。并且，切削工具相对于支架的对位是通过工具插入端与支架保持孔内端之间的抵接来进行的(参照专利文献2的图12等)，因此滚珠定位于槽中途而能够在该槽内移动，因此上述防脱和止转效果不充分。另外，无法容易地在切削工具外周面高精度地形成在轴向弯曲的槽。
[0026]后者的止转方法，由于基于切削工具的插入端的突起与支架的保持孔内端的槽之间的嵌合，所以在将切削工具插入支架保持孔而将突起嵌合于槽时，有突起难以顺畅地进入槽的问题。并且，无法发挥防脱作用。
【发明内容】
[0027]本发明在以上的实际情况下，依靠其他的构造，首先以切削工具相对于支架的防脱为第I课题，接着以切削工具相对于支架的止转为第2课题，以能够容易地构成上述构造为第3课题。
[0028]为了实现上述第I课题，本发明取代上述弯曲槽，在切削工具的插入部外周面形成以切削工具轴向的平面切除得到的平面，支架保持孔内表面的突起通过该切除得到的平面与保持孔内周面之间的空间并在平面上沿轴向移动后，嵌合于与该平面连续的切削工具周向的槽。
[0029]由于支架的保持孔为圆筒状，切削工具的插入部为圆柱状，所以若将切削工具插入上述保持孔，则在上述平面与保持孔内周面之间形成剖面大致月牙状的空间，由于该空间的开口较宽，所以只要突起碰到其开口缘的其中一个，便能够容易地识别该突起位于开口的情况。因此，仅使工具略微旋转，便能够将突起容易地导入该空间，之后，若突起到达上述槽内并使切削工具相对于卡盘部绕其轴心旋转，则在槽的长度方向移动而卡止于该槽侧缘。通过该卡止来进行切削工具相对于卡盘部的防脱。
[0030]作为本发明的结构，能够采用如下结构，S卩，一种热装式工具架，其具备能够相对于机床拆装的柄部、和通过热装式保持切削工具的卡盘部，切削工具在向该上述柄部的圆筒状保持孔插入的圆柱状插入部外周面，从插入侧前端形成有所需长度的以切削工具轴向的平面切除得到的平面，并且与该平面连续地形成有切削工具周向的槽，上述热装式工具架的特征在于，在上述切削工具保持孔的内表面上设有防脱用突起，若将切削工具插入上述保持孔，则上述防脱用突起通过平面与保持孔内周面之间的空间到达上述槽内，从该状态使切削工具绕其轴心相对于卡盘部旋转，由此上述防脱用突起沿上述槽的长度方向移动而卡止于该槽侧缘，通过该卡止来进行切削工具相对于卡盘部的防脱。
[0031]在该结构中，以在工具插入端到达保持孔内端前突起嵌合于上述槽、或与工具插入端到达保持孔内端同时突起嵌合于上述槽的方式适当地设定上述平面的所需长度。在前者的情况下，通过突起嵌合于槽来进行工具相对于卡盘部在轴向的定位，在后者的情况下，通过工具插入端抵接于保持孔内端来进行该定位。
[0032]另外，在上述槽未延伸至切削工具周向整周，而延伸至周向一部分的情况下(延伸至周向的中途的情况下)，使上述突起嵌合于上述槽并到达该槽的长度方向的端部，若该到达的端部为支架的反切削旋转方向的端部，则通过该突起与槽端之间的卡止来进行切削工具的止转。并且，若该槽趋向该槽端而缓缓变浅，则突起缓缓进入槽内表面，通过该进入对于切削工具产生紧固作用而有效地防止切削工具晃荡，并且进行切削工具的止转。如果不实现止转作用，那么无需使突起卡止于槽端。
[0033]上述防脱用突起与槽在其长度方向正交的剖面可以考虑半圆形、三角形等，但优选形成为考虑了嵌合公差的相同形状。若形成为相同形状，则紧密嵌合而难以产生晃荡。
[0034]此处，至少直到切削工具的插入侧前端所到达的位置具有切削工具保持孔，该切削工具插入端通常收纳于卡盘部内，但还有到达柄部内的情况，在这种情况下，该柄部内也包含孔。
[0035]作为用于实现上述第I课题的本发明的其他的结构，能够采用以下结构，即，热装式工具架具备能够相对于机床拆装的柄部、和通过热装式保持切削工具的卡盘部，在卡盘部的保持孔的切削工具插入侧端面，螺钉固定有与切削工具的槽卡合的限位器，利用该限位器来防止从卡盘部拔出切削工具；或在卡盘部的保持孔的切削工具插入端部，设有供切削工具的插入端部的外螺纹或者内螺纹旋合的内螺纹或者外螺纹，通过该旋合来进行切削工具相对于卡盘部的防脱，并且防止切削工具相对于卡盘部旋转。
[0036]该旋合的方法只要使旋合方向形成为反切削旋转方向，便也能够发挥切削工具的止转功能。
[0037]为了实现上述第2课题，本发明与上述同样，取代上述弯曲槽，在切削工具的插入部外周面形成以工具轴向的平面切除得到的平面，支架保持孔内表面的突起位于该切除得到的平面与保持孔内周面之间的空间内。
[0038]如上述那样，由于支架的保持孔为圆筒状，切削工具的插入部为圆柱状，所以在上述平面与保持孔内周面之间形成有剖面大致月牙状的空间，如果在突起进入该空间内的状态下，使切削工具相对于支架旋转，那么上述突起进入该月牙状空间的端部侧的保持孔内周面与工具平面之间，从而有效地防止工具相对于支架旋转。此时，还通过该进入发挥不小的切削工具的防脱作用，并且还对于切削工具产生紧固作用而有效地防止切削工具晃荡。
[0039]如果该止转用突起的与切削工具轴向正交的剖面形成为朝向切削工具的轴心突出的三角形形状，那么若使切削工具相对于卡盘部绕轴心旋转，则止转用突起进入上述平面与保持孔内周面之间的剖面大致月牙状的空间的端部，因此该止转效果较高。此时，该三角形形状的端部只要与空间的月牙形状的端部形状相同(参照本申请图4)，便更可靠地实现该进入。
[0040]作为本发明的一个结构能够采用以下结构，即热装式工具架具备能够相对于机床拆装的柄部、和通过热装式保持切削工具的卡盘部，上述切削工具在向该上述柄部的圆筒状保持孔插入的圆柱状插入部外周面从插入侧前端形成有所需长度的以切削工具轴向的平面切除得到的平面，在卡盘部的切削工具保持孔的内表面上设有止转用突起，若将切削工具插入上述保持孔，则止转用突起进入平面与保持孔内周面之间的空间，从该状态使切削工具绕其轴心相对于卡盘部旋转，由此止转用突起在空间内绕切削工具轴移动而进入该空间端部，通过该进入来进行切削工具相对于卡盘部的止转。
[0041]作为用于实现上述第2课题的本发明的其他的结构，能够采用以下结构，S卩，热装式工具架具备能够相对于机床拆装的柄部、和通过热装式保持切削工具的卡盘部，在卡盘部的切削工具保持孔的内表面设有周向的单向离合器，若将切削工具插入保持孔，则单向离合器的滚子抵接于切削工具的插入部外周面，单向离合器允许切削工具相对于支架反切削旋转。
[0042]在该结构中，通过单向离合器的滚子的进入也能够获得防脱效果。
[0043]另外，实现该第2课题的结构在实现上述第I课题的结构中也能够采用，例如在设有防脱用突起、单向离合器或者限位器的结构、以及使切削工具旋合于卡盘部的结构中，能够采用以下结构，即，在卡盘部的切削工具保持孔的内表面上进一步设置止转用突起，在上述防脱用突起到达上述槽内后，该止转用突起位于平面内，使切削工具绕其轴心相对于卡盘部旋转，由此上述止转用突起进入上述平面与上述切削工具保持孔内表面之间的空间端部，通过该进入来防止切削工具相对于卡盘部旋转。[0044]并且，对于实现第2课题的结构还能够采用现有的侧锁，例如在设有止转用突起或者单向离合器的结构中，能够采用以下结构，即，热装式工具架具备能够相对于机床拆装的柄部、和通过热装式保持切削工具的卡盘部，切削工具在向该上述卡盘部的圆筒状保持孔插入的圆柱状插入部外周面，从插入侧前端形成有所需长度的以切削工具轴向的平面切除得到的平面，在卡盘部的切削工具保持孔的内表面上设有止转用突起，并且设有从卡盘部的外周面到上述保持孔的侧销，在将切削工具以止转用突起到达平面内的方式插入保持孔后，使切削工具绕其轴心相对于卡盘部旋转，由此止转用突起进入空间的端部的平面与切削工具保持孔内表面之间，通过该进入来防止切削工具相对于卡盘部旋转，在该状态下，拧入侧销并使之抵接于切削工具的外周面的凹部来防止从卡盘部拔出切削工具。
[0045]在上述各结构中，止转用突起与防脱用突起、防脱用突起与单向离合器，位于切削工具轴向的前后的其中一侧即可。其中，在防脱用突起位于后侧(保持孔的工具插入端侧)的情况下，自上述槽或单向离合器作为后侧，直到该位置为止，形成平面。
[0046]另外，对于上述各突起能够采用上述剖面三角形形状、半圆形等各种形状，并且其形成方法当然也能够采用各种方法例如通过切削、焊接、嵌合等而在保持孔内周面或者内端面直接形成突起的方法，使销从卡盘部外周面嵌入上述空间，通过该销与平面之间的抵接也防止切削工具相对于卡盘部旋转。此时，使该平面与销轴向形成为相同方向，由此容易将销插入空间(参照图11?图17)。
[0047]为了实现上述第3课题，本发明分割柄部与卡盘部使两者独立，并使该分割的两者接合。对于该接合能够采用摩擦焊接、TIG焊接、电子束焊接等各种方法，但若采用电子束焊接，则在具有能够实现稳固的接合和量产性的优点的基础上，提高柄部与卡盘部的接合精度，卡盘部相对于柄部轴芯能够进行偏芯以及倾斜极少的接合。
[0048]上述各突起形成于保持孔的内侧深处位置，因此在柄部与卡盘部未分割而形成为一体的情况下，该突起的加工(形成)是从与柄部的保持孔连续的开口或者卡盘部的保持孔开口插入切削工具来进行的，所以该作业复杂，精度也易产生问题。与此相对，只要分割柄部与卡盘部，便能够从该分割面的开口进行上述突起的加工，从该开口到加工位置的距离也变短，因此作业也变得容易，精度也易确保。
[0049]另外，在使多个部件接合的情况下，通常，毛坯材料彼此、或者前加工后的接合较多，但本发明中的柄部与卡盘部的槽、突起需要在精加工以及热处理后进行，在该加工处理后使柄部与卡盘部接合，因此优选基于上述电子束焊接等的高精度的接合。
[0050]此时，只要该分割面与突起较近，便能够从该分割面的保持孔开口形成突起，因此如果该分割面与突起的形成位置越近越优选。另外，在设有两个在上述周向槽中嵌合的防脱用突起与止转用突起的情况下，只要在该两突起之间进行分割，便在柄部与卡盘部分别形成两突起，因此其形成变得容易。通常，突起在对卡盘部的保持孔进行切削加工时，留下其突起部分形成保持孔，之后，将环状突起切削成所需的大小(长度)，但若在同一部件在前后具有两个突起，则在形成一个突起后，形成另一个突起时，该先形成的突起变成阻碍，则突起形成复杂。装填单向离合器的情况也是，与从保持孔的切削工具插入端面进行相比，从分割面进行装填更容易。
[0051]此外，如上述那样，热装式在旋转平衡的性能方面优秀，因此在本发明中，上述各突起、平面、槽、单向离合器、限位器、销等以往不具有的部件，在绕切削工具轴心的等分位置大小相同、重量相同，不会导致上述旋转平衡性能降低而优选。
[0052]本发明如以上那样依靠以往不具有的结构来进行切削工具相对于卡盘部的防脱、止转，因此能够获得该方法的制造性能等优秀等的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]图1是本发明的一个实施方式的主剖视图。
[0054]图2是该实施方式的局部切开分解立体图。
[0055]图3示出向该实施方式的工具架装填的一个切削工具，图3(a)是主视图，图3(b)是俯视图，图3 (C)是左视图。
[0056]图4是该实施方式的图1的a-a线剖视作用图，图4 Ca)表示切削工具的插入初期，图4 (b)表示使切削工具旋转的装填后。
[0057]图5是该实施方式的图1的b-b线剖视作用图，图5 Ca)表示切削工具的插入初期，图5 (b)表示使切削工具旋转的装填后。
[0058]图6表不其他的实施方式，图6 (a)是局部主剖视图，图6 (b)是图6 (a)的X-X线剖视图。
[0059]图7是其他的实施方式的局部主剖视图。
[0060]图8表示其他的实施方式，图8 Ca)是局部主剖视图，图8 (b)是该右视图，图8(c)是切削工具的主视图，图8 Cd)是将切削工具装填于工具架的主要部分剖视图。
[0061]图9表示其他的实施方式，图9 (a)是局部主剖视图，图9 (b)是切削工具的局部主视图，图9 (c)是将切削工具装填于工具架的主要部分剖视图。
[0062]图10表示其他的实施方式，图10 Ca)是局部主剖视图，图10 (b)是切削工具的局部主剖视图，图10 (C)是将切削工具装填于工具架的主要部分剖视图。
[0063]图11 (a)是其他的实施方式的主剖视图，图11 (b)、图11 (C)是其作用说明图。
[0064]图12是其他的实施方式的主剖视图。
[0065]图13 Ca)是其他的实施方式的主要部分主剖视图，图13 (b)是该切削工具的主视图。
[0066]图14 Ca)是其他的实施方式的工具架的局部主剖视图，图14 (b)是该切削工具的主要部分主视图，图14 (c)是将切削工具装填于该工具架的主要部分主剖视图。
[0067]图15 Ca)是其他的实施方式的工具架的局部主剖视图，图15 (b)是该切削工具的主要部分主剖视图，图15 (c)是将切削工具装填于该工具架的主要部分主剖视图。
[0068]图16是其他的实施方式的主剖视图。
[0069]图17 Ca)是其他的实施方式的工具架的局部主剖视图，图17 (b)是该切削工具的左视图，图17 (c)是该切削工具的主要部分主视图。
[0070]图18是其他的实施方式的主剖视图。
[0071]图19是切削工具的防脱槽的其他各例的局部俯视图。
[0072]图20表示向各实施方式的工具架装填的其他的切削工具，图20 (a)是主视图，图20 (b)是俯视图，图20 (c)是图20 (a)的左视图，图20 (d)是图20 (b)的左视图。
[0073]图21是基于该切削工具的剖视作用图，图21 (a)表示切削工具的插入初期，图21(b)表示使切削工具旋转的装填后。【具体实施方式】
[0074]图1?图4示出一个实施方式，本实施方式的工具架A是将能够相对于加工中心的主轴拆装的柄部I与反圆锥台状卡盘部2经由自动工具交换装置(ATC)用操作把持部(V凸缘部)3形成为一体而成的。
[0075]该柄部I与卡盘部2以使操作把持部3处于柄部侧的方式分割，如图2所示，该分割面的卡盘部侧形成为圆筒状嵌合凸部的形状，柄部侧形成为圆筒状嵌合凹部的形状，在上述圆筒状嵌合凸部端面与圆筒状嵌合凹部内端面之间产生有空隙。该柄部I与卡盘部2之间的接合是通过电子束焊接来进行的。卡盘部2与柄部I之间的嵌合能够使卡盘部2侧为凹部，使柄部I侧为凸部来获得。
[0076]另外，从卡盘部2的前端面(图1中右端面)到操作把持部3沿轴心圆柱状地形成切削工具30的保持孔20。该保持孔20的最小径(上述前端面开口径)略小于切削工具30的插入部(被把持部)31的直径，通过加热使卡盘部2热膨胀(使保持孔20扩径)将切削工具30插入保持孔20并进行冷却，由此通过热装将切削工具30稳固地支承固定于卡盘部2。作为能够实现该稳固的热装的卡盘部2 (柄部1、操作把持部3)的材料，例如使用专利文献4所记载的材料。
[0077]在卡盘部2的分割面附近的保持孔20内表面上相对于卡盘部轴心对称地设有两个防脱用突起21。对于该突起21而言，在切削加工保持孔20时，首先在该孔20周围形成整周的剖面半圆形突条，接下来通过切除该突条的周围的一部分而使顶面呈直线状形成为与切削工具轴向正交的剖面半圆形。另外，该突起21的个数只要绕轴心形成为等间隔即可，也可以为三个、四个等，但与后述的切削工具30的平面32个数相同。
[0078]另一方面，在柄部2 (操作把持部3)的分割面附近的保持孔20内表面，同样也相对于卡盘部(柄部)对称地设有两个与切削工具轴向正交的剖面三角形止转用突起22。该突起22形成为与突起21同样，其个数也只要绕轴心形成为等间隔即可，也可以为与平面32个数相同的三个、四个等。这样等间隔地设置是为了获取旋转时的平衡。
[0079]该两突起21、22的切削工具周向的中心线相对于该工具轴心错开45度。图中，4是冷却剂管道6 (参照图17)的安装用内螺纹，5是设于支架的防滑销，该销5卡止于主轴端面防止支架相对于主轴滑动(旋转)。
[0080]被安装在本实施方式的工具架A的切削工具30是大径例如径:12?32mm的立铣刀，在向其保持孔20插入的插入部31的端部外周面相对于工具轴心对称地设有两个平面32。
[0081]该平面32形成为以工具轴向的平面切除切削工具插入部31外周面的形状，若插入部31嵌入(插入)保持孔20，则由于保持孔20为圆筒状，切削工具的插入部31为圆柱状，所以在平面32与保持孔内周面之间形成有剖面大致月牙状的空间S。在该平面32的后端(卡盘部2前端侧)连续形成有切削工具30的相同心圆周向的剖面半圆形槽33。
[0082]若将该切削工具30如图2的箭头那样插入卡盘部2 (工具架A)的保持孔20，则由于平面32与保持孔内周面之间的剖面大致月牙状的空间S的开口较宽，所以只要突起21碰到其开口缘的其中一个，便能够容易地识别该突起21定位于开口的情况，仅使切削工具30略微旋转，便能够如图5 Ca)所示地将突起21容易地导入该空间S的中央。[0083]若该突起21通过平面32，则切削工具插入部端面到达突起21，但突起21与突起22错开上述45度，若存在该错位，则如图4 (a)所示，突起22进入月牙状的空间S的一端，切削工具插入部端面抵接于保持孔20的内壁，由此决定切削工具30从工具架A的突出量。此时，突起21从平面32位于槽33内，处于该位置时的突起21与槽33紧密嵌合并允许槽33内的向槽长方向的移动，不允许向槽33的宽度方向(切削工具30的轴向)的移动(参照图1)。
[0084]此外，平面32成为将切削工具30锁定(安装)于工具架A时的基准面，并且成为推出(卸下)切削工具时的基准面，因此优选在卡盘部2的端面设置显示(与突起21对应的)平面32相对于保持孔20的位置的刻痕等标记，用以能够顺利地实现上述突起21、22相对于空间S的导入和拉出作用。
[0085]若从该图4、图5 Ca)的状态使切削工具30向反切削旋转方向(该图中为右旋)旋转，则如图5 (b)所示，突起21在槽33内移动而卡止于该槽33的缘部，通过该卡止来发挥切削工具30从卡盘部2脱出(保持孔20)的防脱功能。另一方面，如图4 (b)所示，突起22在空间S内移动而进入另一端。通过该进入来发挥防止切削工具30相对于卡盘部2在切削方向(图1的箭头旋转方向)旋转的止转功能，并且还对于切削工具30产生紧固作用而有效地防止切削工具30晃荡。此时，止转用突起22与切削工具轴向正交的剖面三角形的空间S的另一端形状相同(参照图4 (b))，并进入该空间S的另一端内，因此有效地发挥该止转。
[0086]向该工具架A装填切削工具30，与以往同样是在加热工具架A (卡盘部2、操作把持部3的一部分)使之热膨胀将保持孔20扩径的状态下进行的。
[0087]因此，若工具架A冷却，则在上述突起21卡止于槽33的缘部，突起22进入空间S的端部的状态下，通过将切削工具30热装于工具架A来稳固地进行装填，并且可靠地进行切削工具30相对于卡盘部2的防脱和止转。即，使把持力稳固。
[0088]从工具架A卸下切削工具30是通过在加热该工具架A使之热膨胀将保持孔20扩径后，使切削工具30与上述作用相反地旋转而将其拔出来进行的。
[0089]此外，由于向保持孔20插入切削工具30，所以需要将两突起21、22导入空间S，因此考虑空间S的大小(径向的深度)等，以使该导入顺利地进行的方式适当地决定两突起2U22的切削工具周向的错开角度。此时，突起22只要进入空间S，便由于切削工具A旋转而进入该空间S的端部来发挥止转作用。
[0090]在图6示出其他的实施方式,该工具架A如该图所示地在保持孔20的内表面与其轴心对称地设有销25代替突起21、22。该销25呈圆柱状，将销25插入贯通卡盘部2的孔25a，在该孔25a的两端拧入螺钉25b来进行防脱。
[0091]若以使平面32与销25对应的方式将切削工具30插入该工具架A (卡盘部2)的保持孔20，则销25 —边在平面32上滑动一边通过空间S内并到达槽33，若使切削工具30旋转，则销25从平面32移动嵌入槽33内。通过该嵌入来发挥切削工具30相对于卡盘部2的防脱功能。
[0092]此时，即使槽33未延伸至周向整周，而缺少一部分，只要销25抵接于该缺少部的槽端，便通过该抵接来发挥切削工具30相对于卡盘部2的防脱以及止转功能。另外，即使未形成有槽33，也通过将销25定位于平面32，发挥切削工具30相对于卡盘部2的止转功能，并且还通过销25向空间S内进入来发挥防脱功能。
[0093]并且，对于本实施方式而言，由于从卡盘部2的外周面插入销25，所以易形成该插入孔25a，因此卡盘部2与柄部I不必分割。即，能够形成为同一部件。另外，销25即使不为圆柱状，只要在平面32上滑动即可，因此还能够形成为四棱柱状等多棱柱状。
[0094]此外，在图1的实施方式中，即使未设置突起21、槽33，也通过突起22进入保持孔内周面与平面32之间来发挥切削工具30相对于卡盘部2的止转功能，并且通过该进入而发挥不小的切削工具的防脱作用。
[0095]在图7中进一步示出其他的实施方式，该工具架A在卡盘部2的保持孔20内周面设有单向离合器(One-way clutch) 40,利用该离合器40阻止切削工具30相对于卡盘部2在切削旋转方向旋转。即，若将切削工具30插入上述保持孔20，则单向离合器40的滚子41抵接于切削工具的插入部31外周面，单向离合器40允许切削工具30相对于工具架A (卡盘部2)在反切削方向旋转，但在切削方向旋转时，滚子41进入与切削工具30之间的间隙而阻止切削工具30相对于卡盘部2旋转。单向离合器40的构造适当地选择专利文献5、6等所示的以往公知的构造。
[0096]此外，对于本实施方式而言，在保持孔20内表面形成环状凹部，将单向离合器40嵌入该凹部，因此易形成该凹部，因此卡盘部2与柄部I不必分割。即，能够形成为同一部件。
[0097]另外，在本实施方式中，只要在切削工具30形成上述平面32，将以一半埋入的方式设于保持孔20的内表面的滚子41等轴向长的突起导入利用该平面32形成的空间S，便由于切削工具A的旋转而使该突起进入该空间S的端部来发挥止转作用。
[0098]在图8中进一步示出其他的实施方式，该工具架A未如上述各实施方式那样地设有突起21、22、平面32等，而在卡盘部2的保持孔20的切削工具插入侧端面，螺钉固定有与切削工具30的槽34卡合的限位器45。
[0099]该限位器45分割为两部分，但也可以任意分割为两部分以上例如分割为3部分或者4部分等，优选该分割片大小(重量)相同，来取得旋转时的平衡。此时，只要能够获得平衡，例如在分割为4部分的情况下，可以将省略了两个部件后的其他的两个部件在周围等间隔地设置等省略一部分。
[0100]在本实施方式中，如该图(d)所示，在将切削工具30装填于保持孔20后，利用小螺钉45a螺钉固定限位器45，由此将该限位器45嵌合于切削工具30的槽(阶差)34，防止从卡盘部2拔出切削工具30。此时，只要将槽34形成于周围一部分例如上述平面32等，便能够通过使限位器45抵接于该槽端来发挥止转功能。此时，限位器45的内侧孔(切削工具30的穿过孔)也与该槽形状配合(例如缺少了圆形的一部分(弧状部)的形状)。
[0101]在图9、图10中进一步示出其他的实施方式，该工具架A未同样如上述各实施方式那样地设置突起21、22、平面32等，而在卡盘部保持孔20的切削工具插入端部，设有供切削工具30的插入端部的外螺纹35或者内螺纹36旋合的内螺纹46或者外螺纹47。该内螺纹46或者外螺纹47是通过使上述冷却剂管道6的前端部延长至保持孔20内，并利用形成于该延长部的冷却剂管道7、7'构成的。
[0102]在本实施方式中，如两图(C)所示，在向保持孔20装填切削工具30时，通过使各螺钉35、36、46、47旋合来进行切削工具30相对于卡盘部2的防脱。此时，只要该旋合方向为反切削方向，便也能够实现止转作用。另外，该旋合是通过在将切削工具30热装于工具架A后，拧入冷却剂管道7、7'(安装于图1中的柄)来进行的。
[0103]在上述各实施方式中，还能够代替上述突起22使用销22a发挥止转功能。S卩，在图1的实施方式中，如图11所示，在柄部I侧的分割面，通过拧入、嵌合等适当的方法以突出状态设置与突起22位置相同的销22a，与上述同样，若将切削工具30以使该平面32与突起21以及销22a对应的方式插入卡盘部2 (工具架A)的保持孔20，使切削工具插入部端面抵接于保持孔20的内壁后，使切削工具30旋转，则突起21在槽33内移动而卡止于该槽33的缘部，通过该卡止来发挥切削工具30从卡盘部2 (保持孔20)的防脱功能，并且销22a在空间S内移动而进入该端(该图(b)?该图(C))。通过该进入来发挥切削工具30相对于卡盘部2在切削方向的止转功能。
[0104]另外，在图6所示的实施方式中如图12所示，在图8所示的实施方式中如图13所示，在图9所示的实施方式中如图14所示,在图10所示的实施方式中如图15所示,分别将销22a以突出状态设于柄部I侧的分割面，由此同样能够发挥止转功能。此时，在图12的实施方式中，切削工具30为形成有平面32以及槽33的图3所示的切削工具，在图13的实施方式中，切削工具30为形成有该图(b)所示的平面32的切削工具，在图14、图15的实施方式中，切削工具30为形成有图14 (b)或者图15 (b)所示的平面32的切削工具。
[0105]此外，在图13的实施方式中，能够将切削工具30插入卡盘部2的保持孔20使之旋转并使销22a进入保持孔20的内表面与平面32之间后，进行热装将切削工具30固定于卡盘部2，之后安装限位器45 ;或进行上述进入后，安装限位器45，之后，进行热装将切削工具30固定于卡盘部2。
[0106]在图7的实施方式中，如图16所示，在柄部I侧的分割部设置上述突起21，切削工具30只要是形成有平面32以及槽33的图3所示的切削工具30，便与上述同样能够发挥防脱功能。此时，能够代替突起21采用图6的销25的结构。
[0107]并且，作为切削工具30的防脱功能，如图17所示，与现有的侧锁功能同样，能够利用从卡盘部2外周面拧入的销21a来进行。此时，如该图(b )、该图(c )所示，在切削工具30形成供该销21a前端抵接的平面32a。在本实施方式中，止转功能能够依靠图示的销22a、或突起22、22a来实现。
[0108]柄部I并不局限于上述各实施方式的HSK形状，当然能够形成为以往公知的各种形状例如图17所示的BT形状等。止转突起22也如该图所示还能够形成于卡盘部2侧的保持孔20的内表面。
[0109]槽33的剖面形状并不局限于圆弧状，形成为图19 (a)所示的剖面三角形、该图19(b)所示的同梯形形状等任意形状，另外，嵌入该槽33的突起21的剖面形状等以及进入空间S的端部的突起22的剖面形状等，只要能够发挥将槽33定位于突起21后，突起21与槽33紧密嵌合而允许槽33内的向槽长方向的移动，但不允许向槽33的宽度方向(切削工具30的轴向)的移动的作用便任意。
[0110]并且，不使上述槽33延伸至周向整周，而能够如图20所示使之延伸至反切削方向中途，若延伸至该中途，则通过突起21卡止于该槽端来实现旋转防止作用。因此，不需要止转突起22。此时，若槽33为剖面圆弧状、剖面三角形等，趋向其槽端而缓缓变浅、宽度变窄，则如图21 (a)?该图21 (b)所示，若将切削工具30嵌合于卡盘部2的保持孔20并使之在切削方向旋转，则突起21进入槽33内表面，对于切削工具30产生紧固作用而有效地防止切削工具30晃荡。其中，即使槽33的深度和宽度直至其槽端相同，也能够发挥防脱和旋转防止作用。
[0111]此外，在切削工具30 —边承受大的弯曲力，一边进行重切削加工时，在把持切削工具30的切削工具30的圆柱状插入部与卡盘部2的圆筒状保持孔20之间，确认有在切削方向滑动的现象。在特定为这种加工的情况下，也可以使止转用突起22、22a的位置向切削方向侧适当地变更。例如也可以以图4的突起22进入保持孔20的内表面与平面32之间的状态进行切削加工。在为单向离合器40的情况下，该止转方向为切削方向。
[0112]另外，本发明的工具架并不局限于5轴控制，当然在2轴控制、3轴控制、或者6轴控制等5轴控制以上的多轴控制中也能够使用。
[0113]这样，应考虑到本次公开的实施方式的全部方面均为例示而不进行限制。本发明的范围如权利要求书所示，并意图包括与权利要求书均等的意思以及范围内的全部变更。
[0114]附图标记说明:
[0115]I…柄部；2…卡盘部；3…操作把持部;20…卡盘部的切削工具保持孔;21、25…防脱用突起；22、22a…止转用突起；30…切削工具；31…切削工具的保持孔插入部；32…平面；33...周向槽；34...防脱用槽；35…外螺纹；36…内螺纹；40…单向离合器；41...单向离合器的滚子;45…防脱用限位器;46…内螺纹;47`…外螺纹义…工具架;S...空间。
【权利要求】
1.一种热装式工具架(A)，其具备能够相对于机床拆装的柄部(I )、和通过热装式保持切削工具(30)的卡盘部(2)，所述切削工具(30)在向该所述卡盘部(2)的圆筒状保持孔(20)插入的圆柱状插入部(31)外周面，从插入侧前端形成有所需长度的以切削工具轴向的平面切除得到的平面(32)，并且与该平面(32)连续地形成有切削工具周向的槽(33)，所述热装式工具架(A)的特征在于， 在所述切削工具保持孔(20)的内表面上，沿切削工具轴向前后设有防脱用突起(21)和止转用突起(22)， 若将所述切削工具(30)插入所述保持孔(20)，则所述防脱用突起(21)通过所述平面(32)与所述保持孔内周面之间的空间(S)到达所述槽(33)内，从该状态使切削工具(30)绕其轴心相对于卡盘部(2)旋转，由此所述防脱用突起(21)沿所述槽(33)的长度方向移动而卡止于该槽侧缘，通过该卡止来进行切削工具(30)相对于卡盘部(2)的防脱，并且， 在所述防脱用突起(21)到达所述槽(33)内后，所述止转用突起(22)位于平面(32)内，使切削工具(30 )绕其轴心相对于所述卡盘部(2 )旋转，由此所述止转用突起(22 )进入所述空间(S)的端部的所述平面(32)与所述切削工具保持孔(20)内表面之间，通过该进入来防止切削工具(30)相对于卡盘部(2)旋转。
2.根据权利要求1所述的热装式工具架，其特征在于， 所述止转用突起(22)的与切削工具轴向正交的剖面形成为朝向切削工具轴的轴心突出的三角形形状。
3.根据权利要求1所述的热装式工具架，其特征在于， 在所述卡盘部(2)的切削工具保持孔(20)的内表面，沿切削工具轴向前后设有代替所述止转用突起(22)的该保持孔周向的单向离合器(40)与所述防脱用突起(21)， 若将所述切削工具(30)插入所述保持孔(20)，则所述单向离合器(40)的滚子(41)抵接于切削工具(30)的插入部(31)外周面，所述单向离合器(40)允许切削工具(30)相对于卡盘部(2)在反切削方向旋转。
4.根据权利要求1?3中的任一项所述的热装式工具架，其特征在于， 将工具架(A)在所述防脱用突起(21)与止转用突起(22)之间的相对于所述防脱用突起(21)靠柄部(I)侧进行分割，或者将工具架(A)在所述单向离合器(40)与防脱用突起(21)之间进行分割，使该分割体(1、2)接合。
【文档编号】B23B31/117GK103781579SQ201280040940
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年8月22日
【发明者】沟口春机 申请人:日本恩司迪公司