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工作機械 コモンズ

国内特許コード P110005595
整理番号 H17-018-2
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-239371
公開番号 特開2007-245328
登録番号 特許第4714878号
出願日 平成18年9月4日(2006.9.4)
公開日 平成19年9月27日(2007.9.27)
登録日 平成23年4月8日(2011.4.8)
優先権データ
  • 特願2006-038958 (2006.2.16) JP
発明者
  • 小幡 文雄
  • 上原 一剛
出願人
  • 国立大学法人鳥取大学
発明の名称 工作機械 コモンズ
発明の概要

【課題】 工作機械主軸にツールホルダを把持して高速回転させた場合、テーパ面同士の良好な接触状態を維持することができなくなる。このような高速回転数域でも耐びびり性が低下しない工作機械主軸およびツールホルダを提供する。
【解決手段】 ツールホルダ1の一端に形成したテーパシャンク部6を工作機械主軸の端部に形成されたテーパ穴8に嵌合することにより、ツールホルダを把持する工作機械において、テーパ部9の材料の比重がテーパシャンク部6の材料の比重より小さく、かつテーパ部およびテーパシャンク部の材料のヤング率をいずれも鋳鉄のヤング率以上とする。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要


自動車部品金型のように加工体積が大きい金型を高効率で切削加工するための一つの方法として、工作機械に大出力で高回転数の主軸モータを搭載し、主軸回転数を高くして加工する方法が採用される。しかし、工作機械の主軸回転数を高速化することによって、加工中にびびり振動が発生しやすくなるなど、高速化を妨げる様々な問題が頻出することが知られている。



工作機械主軸の高速化に伴うこのような問題を回避するためには、工作機械主軸およびツールホルダの耐びびり性を向上させる必要があるが、特に、近年、高速回転中に工作機械主軸およびツールホルダの耐びびり性が不足するといった問題が顕著になってきた。一般的に工作機械主軸およびツールホルダの耐びびり性はそれらの剛性と振動減衰性の積で表され、これらのいずれかもしくは両方の特性を改善することによって、工作機械主軸およびツールホルダの耐びびり性を向上させることができると考えられている。



さらに又、主軸の高速回転中時にツールホルダのテーパシャンク部と工作機械主軸のテーパ部の接触状態が悪化することによる剛性の低下が、高速回転時の工作機械主軸およびツールホルダの耐びびり性を低下させる原因の一つとなっていると考えられている(例えば、非特許文献1参照。)。



近年、ツールホルダテーパ面と工作機械主軸テーパ穴の接触状態が主軸の高速回転域でも良好な状態を維持するため、二面拘束型のツールホルダが提案されている(例えば、非特許文献2参照。)。この二面拘束型ツールホルダの特徴は、工作機械主軸に把持したときに工作機械主軸とツールホルダをテーパ面同士で接触させるほか、主軸端面でツールホルダのフランジ部と接触させるため、二つの接触面でツールホルダを工作機械主軸に拘束できる構造になっている。しかし、二面拘束型のツールホルダでは、テーパ面や接触面に切削屑をかみ込みやすく、工作機械主軸とツールホルダの接触状態が悪化した場合、二面拘束状態を維持することが難しく、従来の二面拘束型でないツールホルダより耐びびり性が低下するといった症状が報告されるようになってきた。



このように、従来は、主として静止状態に着目してツールホルダおよび工作機械主軸の設計がなされてきたが、主軸回転数の高速化に伴って、高速回転中における主軸およびツールホルダの状態が十分考慮されて設計されたたツールホルダおよび工作機械主軸が求められるようになってきている。

【非特許文献1】安東広之・小幡文雄・上原一剛、2005年度精密工学会鳥取地方学術講演 会講演論文集、31-32。

【非特許文献2】清水伸二・熊切洋平・坂本治久、2005年度精密工学会春季大会学術講演 会講演論文集、713-714。

産業上の利用分野


本発明は、主として金型などの難削材料の加工に用いられる工作機械、特にその主軸構造およびツールホルダに関する発明であって、主軸回転数が高速化してもツールホルダの把持力の低下が少なく、耐びびり性の高い主軸構造およびツールホルダを提供する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ツールホルダの一端に形成した、機械構造用合金鋼であるクロムモリブデン鋼よりなるテーパシャンク部を工作機械主軸の端部に形成されたテーパ穴に嵌合することにより、上記ツールホルダを把持する工作機械において、上記テーパ穴を構成するテーパ部を鋼で構成するとともに、当該テーパ部の上記ツールホルダ側の端面近傍の外周に切欠部を設け、上記切欠部に上記テーパシャンク部の材料の比重より28%以上小さく、かつ上記テーパ部および上記テーパシャンク部の材料のヤング率以上であるセラミックス製挿入リングを嵌合したことを特徴とする工作機械。

【請求項2】
ツールホルダの一端に形成した、機械構造用合金鋼であるクロムモリブデン鋼よりなるテーパシャンク部を工作機械主軸の端部に形成されたテーパ穴に嵌合することにより、上記ツールホルダを把持する工作機械において、上記テーパ穴を構成するテーパ部を鋼で構成するとともに、当該テーパ部の上記ツールホルダ側の端面近傍の外周に切欠部を設け、上記切欠部に上記テーパシャンク部の材料の比重より28%以上小さく、かつ上記テーパ部および上記テーパシャンク部の材料のヤング率以上であるアルミナセラミックス製挿入リングを嵌合したことを特徴とする工作機械。

【請求項3】
ツールホルダの一端に形成した、機械構造用合金鋼であるクロムモリブデン鋼よりなるテーパシャンク部を工作機械主軸の端部に形成されたテーパ穴に嵌合することにより、上記ツールホルダを把持する工作機械において、上記テーパ穴を構成するテーパ部を機械構造用合金鋼であるクロムモリブデン鋼で構成するとともに、当該テーパ部の上記ツールホルダ側の端面近傍の外周に切欠部を設け、上記切欠部に上記テーパシャンク部の材料の比重より28%以上小さく、かつ上記テーパ部および上記テーパシャンク部の材料のヤング率以上であるセラミックス製挿入リングを嵌合したことを特徴とする工作機械。

【請求項4】
ツールホルダの一端に形成した、機械構造用合金鋼であるクロムモリブデン鋼よりなるテーパシャンク部を工作機械主軸の端部に形成されたテーパ穴に嵌合することにより、上記ツールホルダを把持する工作機械において、上記テーパ穴を構成するテーパ部を機械構造用合金鋼であるクロムモリブデン鋼で構成するとともに、当該テーパ部の上記ツールホルダ側の端面近傍の外周に切欠部を設け、上記切欠部に上記テーパシャンク部の材料の比重より28%以上小さく、かつ上記テーパ部および上記テーパシャンク部の材料のヤング率以上でアルミナセラミックス製挿入リングを嵌合したことを特徴とする工作機械。
産業区分
  • 切削
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006239371thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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