JP-2026515062-A - 旋削用途のための工具保持デバイス及びそのような工具保持デバイスを備える旋盤

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Abstract

開示されるのは、旋削加工機のための工具保持デバイス（１）であって、工具保持デバイスは、ハウジング（２）及び第１の振動機構（５）を備え、第１の振動機構（５）は、工具（２８）を保持するための工具ホルダ（１２）であって、工具ホルダ（１２）は振動体軸受（２６）を備える、工具ホルダ（１２）と、一端部で工具ホルダ（１２）に当接し、他端部でハウジング（２）に当接する少なくとも１つの弾性要素（４）と、ハウジング（２）と工具ホルダ（１２）とに接続されており、工具ホルダ（１２）を移動可能に埋め込むために使用されるモーションリンク（８）と、ハウジング（２）に取り付けられ、かつ工具ホルダ（１２）の振動体軸受（２６）に側面（２１）で当接するパルススピンドル（１０）であって、側面（２１）は実質的に円筒形であり、かつ少なくとも１つの凹凸（２２）によって中断されている、パルススピンドル（１０）と、を備える。少なくとも１つの弾性要素（４）は、パルススピンドル（１０）の回転がパルススピンドル（１０）の側面（２１）の凹凸（２２）に起因して工具ホルダ（１２）に振動を発生させるように、パルススピンドル（１０）の側面（２１）に向かって工具ホルダ（１２）を振動体軸受（２６）で押すために配置される。パルススピンドル（１０）は、パルススピンドル（１０）の長手方向軸線（ａ）に沿って変位可能となるように、ハウジング（２）に変位可能に取り付けられ、少なくとも１つの凹凸（２２）は、パルススピンドル（１０）の長手方向軸線（ａ）に沿って見た場合に傾斜した形状の表面（２２）であるため、パルススピンドル（１０）と振動体軸受（２６）との間の接触点が、長手方向軸線（ａ）に沿って選択可能であり、振動の振幅が変更可能かつ調整可能である。

Inventors

リンドヴァル、マッツ
リドホルム、スヴァンテ

Assignees

ビビコアーエービー

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240507
Priority Date: 20230508

Claims (16)

旋削加工機のための工具保持デバイス（１）であって、前記工具保持デバイスは、ハウジング（２）及び第１の振動機構（５）を備え、前記第１の振動機構（５）は、工具（２８）を保持するための工具ホルダ（１２）であって、前記工具ホルダ（１２）は振動体軸受（２６）を備える、工具ホルダ（１２）と、一端部で前記工具ホルダ（１２）に当接し、他端部で前記ハウジング（２）に当接する少なくとも１つの弾性要素（４）と、前記ハウジング（２）と前記工具ホルダ（１２）とに接続されており、前記工具ホルダ（１２）を移動可能に埋め込むために使用されるモーションリンク（８）と、前記ハウジング（２）に取り付けられたパルススピンドル（１０）であって、前記パルススピンドル（１０）は側面（２１）を備え、前記側面（２１）は、実質的に円筒形であり、かつ少なくとも１つの凹凸（２２）によって中断されている、パルススピンドル（１０）とを備え、前記少なくとも１つの弾性要素（４）は、前記振動体軸受（２６）が前記側面（２１）に当接することにより、前記パルススピンドル（１０）の回転が、前記パルススピンドル（１０）の前記側面（２１）の前記凹凸（２２）に起因して、前記工具ホルダ（１２）に振動を発生させるように、前記パルススピンドル（１０）の前記側面（２１）に向かって前記工具ホルダ（１２）を押すために配置されており、前記パルススピンドル（１０）は、前記パルススピンドル（１０）の長手方向軸線（ａ）に沿って変位可能となるように、前記ハウジング（２）に変位可能に取り付けられ、前記少なくとも１つの凹凸（２２）は、前記パルススピンドル（１０）の長手方向軸線（ａ）に沿って見た場合に傾斜した形状の表面（２２）であるため、前記パルススピンドル（１０）と前記振動体軸受（２６）との間の接触点が、前記長手方向軸線（ａ）に沿って選択可能であり、振動の振幅が変更可能かつ調整可能である、工具保持デバイス（１）。
前記工具ホルダ（１２）は、前記工具（２８）が送り方向（ＦＤ）に送られるときにブランク（１０８，１０８’）から生じる切削力（ＲＦ）に起因して生成される反切削力（ＲＦ’）が、前記パルススピンドル（１０）によって吸収されるように、前記工具（２８）を様々な向きに保持及び固定するように設計されている、請求項１に記載の工具保持デバイス（１）。
前記工具ホルダ（１２）は、２つのモーションリンク（８）によって前記ハウジング（２）に取り付けられる、請求項１に記載の工具保持デバイス（１）。
前記モーションリンク（８）は、振動可能な膜である、請求項３に記載の工具保持デバイス（１）。
前記パルススピンドル（１０）が、前記側面（２１）上に１つ又は複数の凹凸（２２）を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の工具保持デバイス（１）。
前記側面（２１）の一部は、ゼロ振幅を有する振動を選択することができるように、凹凸（２２）の無い、円周に沿って均一に整った円筒状である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の工具保持デバイス（１）。
前記工具ホルダ（１２）は第１の部分（２４）及び第２の部分（２５）を備え、前記第１の部分（２４）は前記振動体軸受（２６）を備え、前記モーションリンク（８）が前記第１の部分に接続されており、前記第２の部分（２７）が、前記工具ホルダ（１２）及び前記工具（２８）を含む工具保持部分であり、前記第１の部分（２４）と前記第２の部分（２７）とが、互いに対して枢動可能である、請求項３に記載の工具保持デバイス（１）。
前記第２の部分（２７）は、前記工具（２８）を保持及び調整するための調整機構（３２）を備える、請求項７に記載の工具保持デバイス（１）。
請求項１に記載の工具保持デバイス（１）は、モータを更に備え、前記パルススピンドル（１０）は前記モータによって駆動される、工具保持デバイス（１）。
請求項１に記載の工具保持デバイス（１）は、前記パルススピンドル（１０）が前記旋削加工機の回転アダプタから駆動可能となるように、回転伝達部を備える、工具保持デバイス（１）。
請求項１に記載の工具保持デバイス（１）は、第２の振動機構（５’）を備え、前記第２の振動機構（５’）は、工具（２８）を保持するための工具ホルダ（１２’）であって、前記工具ホルダ（１２）は振動体軸受（２６）を備える、工具ホルダ（１２’）と、一端部で前記工具ホルダ（１２’）に当接し、他端部で前記ハウジング（２）に当接する少なくとも１つの弾性要素（４’）と、前記ハウジング（２’）と前記工具ホルダ（１２’）とに接続されており、前記工具ホルダ（１２’）を移動可能に埋め込むために使用されるモーションリンク（８’）と、前記ハウジング（２’）に取り付けられたパルススピンドル（１０’）であって、前記パルススピンドル（１０’）は実質的に円筒形であり、少なくとも１つの凹凸（２２’）によって中断された側面（２１’）を備える、パルススピンドル（１０’）と、を備え、前記少なくとも１つの弾性要素（４’）は、前記振動体軸受（２６’）が前記側面（２１’）に当接することにより前記パルススピンドル（１０’）の回転が前記パルススピンドル（１０’）の前記側面（２１’）の前記凹凸（２２’）に起因して前記工具ホルダ（１２’）に振動を発生させるように、前記パルススピンドル（１０’）の前記側面（２１’）に向かって前記工具ホルダ（１２’）を押すために配置されており、前記第１の振動機構（５）によって生成された第１の振動方向（ｖ１）が前記第２の振動機構（５’）によって生成された第２の振動方向（ｖ２）に対して角度を付けて向けられるように、前記第２の振動機構（５’）が前記第１の振動機構（５）の前記工具ホルダ（１２）に接続されている、工具保持デバイス（１）。
請求項１１に記載の工具保持デバイス（１）は支持構造体（３５）を備え、前記第１の振動機構（５）及び前記第２の振動機構（５’）の各振動体軸受（２６，２６’）が、対応する工具ホルダ（１２，１２’）の一部である別個のケーシングに取り付けられており、各ケーシングが、前記第１及び第２の振動機構（５，５’）の前記モーションリンク（８，８’）にそれぞれ連結され、前記支持構造体（３５）は、前記第１の振動機構（５）の前記ケーシングに接続され、前記第１の振動機構（５’）は前記支持構造体（３５）に取り付けられている、工具保持デバイス（１）。
前記第１の振動機構（５）及び前記第２の振動機構（５’）の前記パルススピンドル（１０，１０’）の長手方向が、互いに平行に向けられる、請求項１１に記載の工具保持デバイス（１）。
前記第１の振動方向（ｖ１）と前記第２の振動方向（ｖ２）との間の前記角度（α）は、９０度したがって垂直になるように選択される、請求項１１に記載の工具保持デバイス（１）。
請求項１１に記載の工具保持デバイス（１）は、歯車装置（１５）をさらに備え、前記第１の振動機構（５）及び前記第２の振動機構（５’）のそれぞれの前記パルススピンドル（１０，１０’）は、前記歯車装置（１５）を介して互いに相互接続される、工具保持デバイス（１）。
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の工具保持デバイス（１）を備える旋盤。

Description

本発明は、旋盤機の分野に関し、特に、概して旋削用途のための、より具体的には旋盤機のための工具保持デバイスに関する。旋盤又は旋削加工機を使用してワークピースを製造する場合、典型的には、ブランクは旋盤の回転スピンドルに固定的に接続されている。材料の除去は、周方向のパターン又は形状を含む最終ワークピースを生成するために、工具が回転するブランクに打ち込まれるときに起こる。旋盤を使用して製造されたワークピースは、機械製造、工具製造、インプラント用医療産業、車両産業などにおいて広く使用されている。工具は、キャリッジに取り付けられ、このキャリッジは、回転スピンドル及びそれと共に回転するブランクに沿って移動することができる。典型的には、旋盤の回転スピンドル及びそれと共に回転するブランクによって画定される長手方向は、座標系のｚ方向と平行である。座標系のｘ方向は、回転スピンドルによって規定される長手方向軸線に対して垂直である。傾斜形状、丸みを帯びた形状、又は他の円形対称形状を生成するために、工具を、ｚ方向、ｘ方向、又はそれらの組み合わせのいずれかで送ることができる。ブランクは、金属、木材、プラスチック、鉱物、石などの旋削可能な材料で作られる。金属及びプラスチックなどのこれらの材料の少なくともいくつかは、問題を引き起こす可能性のある長い削り屑又は切り屑を生成する可能性がある。このような長い薄片又は削り屑／切り屑は、旋削プロセスをかなり妨げる可能性がある。長い削り屑又は切り屑は、ワークピース及び／又は工具の切削インサートを損傷させることによって実際の旋削を妨げる可能性があり、ワークピース又は工具の損傷、並びにそれに伴う品質問題及び／又は工具を交換する必要があることによる関連するメンテナンスダウンタイムをもたらす。最後に、このような長い削り屑又は切り屑は、典型的には螺旋形状であり、束になって塊になる傾向があり、これは、冷却液の分配に問題をもたらす可能性があり、これは、場合により冷却液が使用され、束又は塊が、冷却液がワークピースに向かって方向決めされるノズルなどを詰まらせることがあるためである。ノズルを詰まらせる代わりに、塊又は束が、噴射方向を誤らせることもあり、したがって冷却液がワークピース又は工具に到達しない。切り屑が束になって塊になると、他の詰まりが生じることがある。削り屑をより小さい破片及び小片に破断するために振動（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）又は振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を提供する努力がなされてきた。しかしながら、従来技術では、振動を発生させるためには、通常、工具ポスト又はタレットを保持するキャリッジ又はクロススライド全体が前後に移動させられなければならない。しかしながら、キャリッジは比較的重いため、振動を発生させるのに限界があり、これは機械効率の低下及びメンテナンスダウンタイムへの潜在的な曝露をもたらす。加えて、振動を発生させるための既存の解決策は、典型的には、かなり大きな質量、例えば工具及びフレームを備えるキャリッジ全体をｘ方向又はｚ方向に沿って移動させようとする。これは慣性力をもたらし、生成することができる周波数及び振幅を制限し、これは、切削速度及びそれに伴う生産性を制限する。本発明の目的は、効率を改善し、切り屑のサイズ特に切り屑の長さを低減し、メンテナンスダウンタイムを低減し、信頼性の高い、旋盤又は旋削加工機のための工具保持デバイスを提供することである。上記の問題点を踏まえ、本発明の発明者は、パルススピンドルを使用して振動を発生させるための機械的な解決策を使用できることを発見し、このパルススピンドルは、少なくとも１つの凹凸を有する側面と、少なくとも１つの弾性要素、したがって、ばね、油圧シリンダ若しくは空気圧シリンダ、エラストマー、又は任意の他の好適なタイプの弾性要素と、好ましくは単一方向若しくは一方向に、移動可能であるが弾力性のある方法で保持される工具ホルダと、を備え、これにより、少なくとも１つの弾性要素が、パルススピンドルが回転しているときに凹凸が工具ホルダ内に振動を発生させるように、パルススピンドルの側面に向かって工具ホルダを押圧する。本発明者らは、凹凸が、円錐状に又は傾斜形状表面に形成されている場合に、パルススピンドルをその長手方向軸線に沿って変位させることによって振幅を調整することができるように、振動の振幅調整を生成することが可能であることを更に発見した。この調整は、手動で行われてもよく、又はサーボモータなどを使用する制御システムを介して自動制御で行われてもよい。本発明者らは、２つの振動システム又は機構を組み合わせ、それによって、工具に２つの異なる方向に振動を提供することが可能であることを更に発見した。これは、旋削工具の振動方向を旋削工具の任意の切削方向に調整できることを意味し、これは、傾斜面又は球面又はそれらの組み合わせなどの非常に滑らかな表面を有する多くの表面形状を実現できることを意味する。明細書では、旋削加工機のための工具保持デバイスが開示される。工具保持デバイスは、ハウジング及び第１の振動機構を備える。第１の振動機構は、工具を保持するための工具ホルダであって、前記工具ホルダは振動体軸受を備える、工具ホルダと、一端部で工具ホルダに当接し、他端部でハウジングに当接する少なくとも１つの弾性要素と、ハウジングと工具ホルダとに接続されており、工具ホルダを移動可能に埋め込むために使用されるモーションリンクと、ハウジングに埋め込まれたパルススピンドルと、を備え、パルススピンドルが、実質的に円筒形であり、少なくとも１つの凹凸によって中断された側面を備える。少なくとも１つの弾性要素は、振動体軸受が側面に当接することにより、パルススピンドルの回転がパルススピンドルの側面の凹凸に起因して工具ホルダに振動を発生させるように、パルススピンドルの側面に向かって工具ホルダを押すために配置される。上記の旋削加工機のための工具保持デバイスを使用して、旋盤において、長い切り屑及び長い削り屑をより短くより小さい破片に効果的に破断することができる。概ね、凹凸は、パルススピンドルを長手方向に変位させることによって振幅を調整することができるように成形され得る。更に、パルススピンドルの側面は、より高い周波数の振動又はパルスを発生させるために、側面上にいくつかの凹凸を含み得る。１つ又は複数の凹凸が、側面から突出していてもよく、又は側面から内側へ形成されていてもよい。パルススピンドルは、その長手方向軸線に沿って変位させることができ、また、これにより、少なくとも１つの凹凸は、パルススピンドルの長手方向軸線に沿って見て、円錐状に傾斜した形状の機械加工された面である。このようにして、パルススピンドルと振動体軸受との間の接触点が、長手方向軸線に沿って選択することができ、それに伴って、振動の振幅が変更可能かつ調整可能である。振幅を調整する能力は、以下の理由で旋回に関して有益である。典型的には、工具は送り込みを施され、これは、典型的には、１回転当たりの送り量で与えられ、したがって、例えば、旋盤の回転スピンドル、したがってワークピースの１回転当たり０．５ｍｍのｚ移動となる。これは、ワークピースひいては旋盤の回転スピンドルが１回転する間に、工具が送り込み方向に０．５ｍｍ移動することを意味する。それに伴って、（長い）切り屑をより短い断片に破断するためには、１パルスの振幅は、少なくとも０．５ｍｍ、好ましくはそれよりも少し大きい必要がある。パルスの周波数及びそれに伴うパルススピンドルの回転速度は、切り屑の長さに影響を及ぼし、一般的に、周波数が高いほど、切り屑は短くなるが、当業者が理解するように、ある特定の実用的限界がある。これにより、本開示の実施形態は、振幅を送り込み量に応じて調整することができるため、大きな利点を有する。加えて、周波数を変更することにより、生成された切り屑の長さを調整及び制御することもできる。パルススピンドルの側面の周囲に沿って２つ以上の凹凸／傾斜面を設けることによって、又はパルススピンドルの回転速度を増加させることによって、周波数を変更することができる。上記から、ｍ／分単位の切削速度又はワークピース上の時限当たりの周辺距離が、切り屑又は削り屑の長さに影響を及ぼすことが更に明らかになる。切断速度が速いほど、チップは長くなる。パルスの周波数及び切削速度が切り屑の長さに影響を及ぼす一方で、切り屑に破断を発生させるためには、振幅を、送り込み量に対して調整する必要がある。本明細書に提示される工具保持デバイスは、パルスの周波数及び振幅の両方を互いに独立して調整することを可能にする。モーションリンクは、振動方向を操縦し制御するように設計された１つ又はいくつかのデバイスを備え得る。そのようなデバイスは、積層ばね又は膜として具現化され得る。モーションリンクの他の実施形態は、リニアガイドとして設計されてもよい。そのようなリニアガイドは、本体を移動させねばならない移動に平行に向けられたガイドレールと、そのガイドレール上に移動可能に配置されたスレッド又はスライダと、を備えてもよい。モーションリンクは、弾力性がある、弾性の材料で作られてもよく、又は少なくとも１つの方向において前方及び後方への移動を可能にする機構として少なくとも設計されてもよい。しかしながら、モーションリンクの主な目的は、振動方向及び移動を操縦及び制御することである。良好に機能することが証明されている１つの解決策は、ハウジング又はフレームから工具ホルダまで接続した１つ又はいくつかの膜であり、これにより、膜によって画定された平面が、振動移動方向に対して垂直に向けられる。したがって、振動の移動又は振動方向は、膜によって画定された平面の垂線に対して少なくともほぼ平行に向けられる。しかしながら、このような設計は、上述のモーションリンクの解決策のいずれかによっても実現することができ、それに伴い膜に限定されないことは明らかである。振動体軸受は、玉軸受であってもよい。一実施形態では、工具ホルダは、工具が送り方向に送られるときにブランクから生じる切削力に起因して生成される反切削力が、パルススピンドルによって吸収されるように、工具を様々な向きに保持及び固定するように設計されてもよい。上記は、工具保持デバイスの柔軟性の向上をもたらし得る。一実施形態では、工具ホルダは、好ましくは２つのモーションリンク、より好ましくは４つのモーションリンクによってハウジングに埋め込まれてもよい。上記は、安定性を高め、それと共に精度を高めることができる。また、上記は工具保持デバイスの堅牢性も向上させることもできる。モーションリンクは、ハウジング及び工具ホルダに固定された膜であってもよい。膜は、例えば、鋼又は任意の他のタイプの好適な材料など、弾力性があり耐久性のある材料から作られ得る。膜又はモーションリンクは、中立位置にあるときに予張力付与されてもよい。前述したように、膜の目的は、膜によって画定された平面の垂線に沿って、振動移動を特定の方向に向けることである。他の方向では、膜は、工具ホルダを少なくとも多かれ少なかれ固定した状態に保つ。別の実施形態では、パルススピンドルは、側面に２つ以上の凹凸を含んでもよく、凹凸は、パルススピンドルの長手方向に対して見て、好ましくは円錐形状面又は傾斜面である。これは、パルス及び振動の周波数の増加につながる可能性がある。更に別の実施形態では、パルススピンドルの側面の一部は、ゼロ振幅を有する振動を選択することができるように、凹凸が無く、円周に沿って均一に整った円筒状である。上記は、最後の微細切削が、滑らかな表面を生成するために、振動がオフに切り替えられた状態又は振幅がゼロに等しい状態で行われるべきであることが多いため好都合である。