JP5020619B2 - 偏心位置決めが行われる焼き嵌めチャック - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の、工作機、特に円筒状、特に真円筒状の工具用の焼き嵌めチャック−工具収容部の形態の工作機に工具を固定するためのクランプ装置と、焼き嵌めチャックを用いて工具を締め付けるためのクランプ装置と、に関する。

今日、切削加工による金属加工品は、高度に自動化された工作機で製造される。この場合、使用されるクランプおよび把持システムが、加工物の質および製造過程の効率に対して重要な影響を及ぼす。このクランプおよび把持システムの内部では、挿入工具が締め付けられており、このクランプおよび把持システム自体もまた、工作機の対応の収容部、たとえば規格化された円筒シャフト収容部またはＨＳＫ（中空シャフト円錐）トング内に保持されている。

焼き嵌めチャック−工具収容部によって、三つ爪チャックまたは連動チャック（Dehnfuttern）等の従来のクランプ手段と比べて、工具／工具収容部のユニットの剛性を向上させることができ、かつ、伝達可能なトルクを増加させることができる。これによって、加工物の表面の改良、製造精度の向上、工具の寿命の延長を可能にすることもできるし、また、たとえばいわゆるハイスピードカッティング（ＨＳＣ）の場合のような回転数および送り速度（Vorschubgeschwindigkeiten）が非常に高い製造方法を実現することもできるようになる。

焼き嵌めチャック内に挿入工具を締め付けるための市販の装置には、たとえば熱風または誘導コイルを用いる加熱器が設けられており、それにより、（まだ冷たいままの）工具を工具収容部の空洞部に挿入することができるようになっている。工具−収容部の冷却およびそれに付随する焼き嵌めの後で、工具が締め付け固定される。このようにして、工具−工具収容部の嵌合部の嵌合公差（Paarungstoleranzen）を小さくし、それに応じて工具の着座を強固にすることができる。

この種の冒頭に記載した形式のクランプ装置、特に焼き嵌めチャック、および焼き嵌め装置とも呼ばれるクランプ装置は、たとえば特許文献１および特許文献２に記載されている。

まだ冷たいままの工具を汚れのついていない状態で焼き嵌めチャックに着座させることができるようにするために、工具シャフトは通常面取り部を有している。挿入工程を軽減するために、工具シャフトを収容する目的で設けられている、特許文献２に記載の焼き嵌めチャックの切り欠き部は、導入部分を有している。この導入部分によって、まだ冷たいままの工具シャフトを工具収容部に対して予め位置決めすることができるようになる。

公知の例では、焼き嵌め部分または焼き嵌めチャックの温度が十分に高くなりそれによって内側切り欠き部の幅または直径がシャフトの外側サイズに達してそれを上回るようになるまで、導入部分が工具を保持する、という構成になっている。工具と、よって焼き嵌めチャックとを、焼き嵌め装置内で垂直方向に向けると、重力の作用下で工具が焼き嵌めチャック内に摺入する。

ただし、このように自動的かつ制御されずに行われる工具の移動が望ましくない場合があり得る、ということが分かっている。たとえば、工具切刃と、よって工具のシャフトとを、焼き嵌めチャックに対して極めて正確な載置状態で位置決めして、工具を容易に自動的に挿入することが重要な場合である。
独国特許出願公開第１０１３８１０７号明細書 欧州特許第８３０９１７号明細書

したがって、本発明の課題は、工具を工作機に固定するためのクランプ装置、特に円筒状、特に真円筒状の工具用の焼き嵌めチャック−工具収容部の形態のクランプ装置、を提供することである。このクランプ装置では、焼き嵌めの前であっても工具を簡単に操作することが保証されており、それと同時に工具を焼き嵌めチャックの内側切り欠き部内に導入する本来の工程に関する制御も依然として可能である。さらなる課題は、工具の焼き嵌め工程の際の操作を改善することができる焼き嵌め装置を提供することである。

上記課題は、クランプ装置に関しては請求項１の特徴によって解決され、焼き嵌め装置に関しては請求項６の特徴によって解決される。

本発明によると、円筒状、特に真円筒状のシャフト工具用の焼き嵌めチャック−工具収容部であって、工作機への接続用の固定シャフトと、熱膨張可能な焼き嵌め部分であって、工具シャフトを好ましくは心出しした状態で収容するための内側切り欠き部、および段を介して内側切り欠き部に前置されるとともにわずかな軸方向距離を有するプレ位置決め部分を有する、焼き嵌め部分と、を備える、焼き嵌めチャック−工具収容部が提供される。プレ位置決め部分は、内側切り欠き部に対して偏心されていることが特徴である。これによって、好ましくは円柱状のシャフト工具である工具を依然として簡単に予め位置決めすることができる、という利点がもたらされる。この工具は、焼き嵌めチャックの焼き嵌め工程中に段に安定した状態で支持される。

内側切り欠き部の膨張が十分に進行しても、工具が自動的にかつ制御されていない状態で下方に落下するということはない。工具は、まずは段の最大幅の位置から離れた方向に傾倒し、それにより、いわばわずかに傾斜することになる。この状態の工具は、手で把持し得るか、または、たとえばロボットもしくは操作アームが一体化された押圧プレート等の操作装置によって、所定の最終位置に達するまで内側切り欠き部内に移動され得る。この場合、たとえ鋳込材料の切削加工の場合等の難しい条件下であっても、工具の取り付け部分が、プレ位置決め部分の領域に汚れが生じるおそれがあるほど大きな容量を有することがない、というさらなる利点が生じる。その理由は、断面が三日月形状（sichelfoermige）のこの空間は、軸方向長さがわずか数ミリの場合には、数百分の一ミリのオーダーの径方向距離を有する。したがって、焼き嵌め接続を解除および形成する際の汚れによって惹起される問題が生じなくなる。本発明による機構の特別な利点は、比較的大径の工具、特にＶＨＭ工具をチャックに挿入しなくてはならない場合に特に生じる。これらの工具はかなりの重量を有するので、今までは、すなわち従来の焼き嵌めチャック−工具収容部では、工具が重力の作用下で自動的に下方に摺動することによって調節部材に対してかなりの衝撃が加えられていた。本発明によって、この不都合な効果を排除することができるようになる。

好適な構成が従属請求項の主題である。

プレ位置決め部分および内側切り欠き部がそれぞれ、真円筒状表面から形成されている場合に、特に有利な状況となる。

面取り部によって段に勾配が付けられている場合には、予め加熱した内側切り欠き部に工具を容易に押入または摺入することができるようになる。

請求項６の主題は、本発明による焼き嵌めチャック−工具収容部内に工具を締め付けるための有利な焼き嵌め装置である。この焼き嵌め装置は、工具が予め位置決めされた状態でほぼ垂直方向を向いている焼き嵌めチャックを加熱するための加熱装置と、焼き嵌めチャックの上方に位置決め可能な、工具用の操作装置と、を備える。この場合、焼き嵌め装置の特徴は、たとえば当接プレートおよび／または場合によっては把持装置を備える心出しガイド等の操作装置が、焼き嵌めチャックを加熱する工程の際に工具が傾倒運動することができるように、工具と協働する、という点である。

焼き嵌め装置が、加熱された焼き嵌めチャックの内側切り欠き部内に工具を正確な大きさの分だけ軸方向に移動させるための装置を有していることが有利である。この装置は、本出願人により先に出願され公開されるとともにその開示が本出願に明示的に援用される特許文献１の出願に記載されている調整装置であり得る。

以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１では、詳細には図示しない焼き嵌め装置に対して位置合わせされている、円筒状、特に真円筒状のシャフト工具用の焼き嵌めチャック−工具収容部に符号１０が付されている。この焼き嵌めチャック−工具収容部は、たとえば詳細には図示しない中空シャフト円錐の形態の固定シャフト１２を有する。この固定シャフト１２を介して、工作機への接続が行われる。熱膨張可能な焼き嵌め部分が１４で示されている。この焼き嵌め部分は、挿入すべき工具の外径に合わせて作成された、好ましくは研磨加工された内側切り欠き部１６を有している。この内側切り欠き部１６は、詳細には図示しない工具シャフトを心出しした状態で収容するためのものである。内側切り欠き部１６は、真円筒状表面から形成されている。内側切り欠き部１６の軸は、Ａ１６で示されている。

この内側切り欠き部１６は、直径Ｄ１６を有している。この直径Ｄ１６は、工具の外径に適合されており、それにより、焼き嵌めによる着座を保証している。内側切り欠き部１６には、段１８を介してプレ位置決め部分２０が前置されている。このプレ位置決め部分２０は、たとえば数ミリメートルのわずかな軸方向距離ＥＡを有している。

プレ位置決め部分２０は、同様に真円筒状表面から形成されているが、ただし、軸Ｅ２０を有している。この軸Ｅ２０は、軸Ｅ１６に対して偏心量Ｅ／２分だけ平行にずれている。プレ位置決め部分２０の内径Ｄ２０（図４および図５を参照せよ）は、内側切り欠き部１６の内径１６よりもわずかに大きくなっており、それにより、冷たい状態の工具をまだ冷たいままの焼き嵌めチャック１０に挿入して遊嵌させることができる。

この状態が図２に示されている。工具または工具シャフトが２２で示されている。この工具または工具シャフトは、偏心されたプレ位置決め部分２０内に着座しており、それにより、好ましくは面取りされている自身の端面側２４が段１８に当接することになる。段は、面１６および２０の偏心によって成立する三日月形状（図４を参照せよ）を有しており、この三日月形状の最大幅は、二倍の偏心量、すなわちＥに相当する。工具シャフトの軸Ａ２２は、内側切り欠き部１６の軸Ａ１６に対して量Ｅ／２分だけずれている。

図中では、偏心量は当然誇張して図示されている。偏心量は、通常の工具シャフト直径の場合には、数百分の一ミリのオーダーの大きさでしかない。これに応じて、段１８の幅もまた小さくなっている。

段１８には、詳細には図示されていない面取り部によって、さらに勾配が付けられていてもよい。

焼き嵌め装置内で焼き嵌めチャック１４が加熱されると、内側切り欠き部１６とプレ位置決め部分２０とが膨張する。工具シャフトを三日月形状の段１８に載置しても、工具が内側切り欠き部１６内に摺入することはない。工具は、図３で誇張して図示されているように、側方において段の最大距離（大きさＥ）から離れた方向にわずかに「傾倒」する。

この瞬間に、測定アーム−当接プレートの形態の、工具２２用の操作装置３０が作動し始める。この操作装置は、焼き嵌めチャック１４の上方に位置決め可能であり、かつ、図３では点線で描かれている。工具２２は、矢印３２で示されているように、制御された状態で下方に押圧または移動されて事前に膨張している内側切り欠き部１６内へ入る。その際に、本出願人により既に出願され公開されるとともにその開示が本願に明示的に援用される特許文献１に記載されているように、工具２２を、測定装置によって制御された状態で、駆動可能な調節体３４で支持してもよい。

代替的に、工具を手動で操作することもできる。たとえば、工具を孔１６内に摺入させるためには、工具にわずかに触れるとともに焼き嵌めチャックを加熱すれば十分である、ということが分かっている。

焼き嵌め装置のスタンド３６に心出しガイドが設けられていてもよい。この場合、この心出しガイドは、わずかな側方への傾倒運動を妨げないようになっていなくてはならない。

このようにして、加熱された焼き嵌めチャック１４の内側切り欠き部１６内に工具２２を正確な大きさの分だけ軸方向に移動させるための装置を備える焼き嵌め装置が成立する。この場合、比較的大径のＶＨＭ工具等の重い工具を締め付けなくてはならない場合であっても、構成部材が保護される。

図４には、図１ないし図３の焼き嵌めチャック１０の端面図が拡大縮尺で示されている。同図からは、最大幅Ｅとは反対側で内側切り欠き部１６の内側表面に無段階に移行する三日月形状の段１８が分かる。この図は正確な縮尺にはなっておらず、三日月形状の段は非常に誇張して描かれている。工具を焼き嵌めチャック内に挿入した後であっても切り欠き部１６の内壁と工具のシャフトとの間に残存している三日月形状の体積の最大径方向サイズは、この体積内に汚れが蓄積するのを排除することができるかまたは制御可能とすることができるように小さくなっている。これによって、保守点検を最小限に抑えつつ機能信頼性が高められる。

図５には、一変更形態が図示されている。この形態においては、焼き嵌め部分の内側切り欠き部１１６とプレ位置決め部分１２０との間の偏心量（Ｅ２−Ｅ１）／２は、この場合には小さくなっているので、値Ｅ１とＥ２との間で幅が変化する環状段１１８を有している。

焼き嵌めチャックの概略図である。 工具が着座した状態で示すまだ冷たいままの焼き嵌めチャックの端面側を示す概略図である。 図２の焼き嵌めチャックが加熱された場合の、焼き嵌めチャックおよび工具から成る機構の図である。 図１〜図３の焼き嵌めチャックの端面側を拡大縮尺で示した図である。 焼き嵌めチャックの一変更形態の端面側を示す図である。

符号の説明

１０ 焼き嵌めチャック
１２ 固定シャフト
１４ 焼き嵌め部分
１６ 内側切り欠き部
１８ 段
２０ プレ位置決め部分
２２ 工具
２４ 端面側
３０ 操作装置
３２ 矢印
３４ 調節体
３６ スタンド
１１６ 内側切り欠き部
１１８ 環状段
１２０ プレ位置決め部分
Ａ１６ 内側切り欠き部の軸
Ａ２２ 工具の軸
Ｄ１６ 内側切り欠き部の直径
ＥＡ 軸方向距離
Ｅ 偏心量
Ｅ／２ 偏心量
Ｅ２０ 軸
（Ｅ２−Ｅ１）／２ 偏心量

Claims (8)

1. 円筒状のシャフト工具用の焼き嵌めチャック−工具収容部であって、
   工作機への接続用の固定シャフト（１２）と、
   熱膨張可能な焼き嵌め部分（１４）であって、工具シャフト（２２）を心出しした状態で収容するための内側切り欠き部（１６）、および段（１８；１１８）を介して前記内側切り欠き部に前置されるとともに所定の軸方向距離（ＥＡ）を有するプレ位置決め部分（２０；１２０）を有する、焼き嵌め部分と、を備える、焼き嵌めチャック−工具収容部において、
   前記プレ位置決め部分（２０；１２０）は、前記内側切り欠き部（１６；１１６）に対して偏心していることを特徴とする、焼き嵌めチャック−工具収容部。
2. 請求項１に記載の焼き嵌めチャック−工具収容部において、
   前記プレ位置決め部分（２０；１２０）は、真円筒表面から形成されていることを特徴とする、焼き嵌めチャック−工具収容部。
3. 請求項１または２に記載の焼き嵌めチャック−工具収容部において、
   前記内側切り欠き部（１６；１１６）は、真円筒表面から形成されていることを特徴とする、焼き嵌めチャック−工具収容部。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の焼き嵌めチャック−工具収容部において、
   偏心量は、前記プレ位置決め部分（２０）の内径と前記切り欠き部（１６）の内径との差の半分に相当することを特徴とする、焼き嵌めチャック−工具収容部。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の焼き嵌めチャック−工具収容部において、
   前記段（１８）は面取り部によって勾配が付けられていることを特徴とする、焼き嵌めチャック−工具収容部。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の焼き嵌めチャック−工具収容部内に工具を締め付けるための焼き嵌め装置であって、
   工具（２２）が予め位置決めされた状態で垂直方向を向いている焼き嵌めチャック（１０）を加熱するための加熱装置と、
   前記焼き嵌めチャック（１０）の上方に位置決め可能な、前記工具（２２）用の操作装置（３０）と、を備える焼き嵌め装置において、
   前記操作装置は、前記焼き嵌めチャック（１０）を加熱する工程の際に前記工具（２２）が傾倒運動することができるように、前記工具（２２）と協働することを特徴とする、焼き嵌め装置。
7. 請求項６に記載の焼き嵌め装置において、
   加熱された前記焼き嵌めチャック（１０）の内側切り欠き部（１６）内に前記工具（２２）を正確な大きさの分だけ軸方向に移動させるための装置（３０、３４）を備えたことを特徴とする、焼き嵌め装置。
8. 請求項６または７に記載の焼き嵌め装置において、
   前記操作装置は、当接プレート（３０）または心出しガイドであることを特徴とする、焼き嵌め装置。

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