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JP2005088183A - Tool holder - Google Patents

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JP2005088183A
JP2005088183A JP2003363876A JP2003363876A JP2005088183A JP 2005088183 A JP2005088183 A JP 2005088183A JP 2003363876 A JP2003363876 A JP 2003363876A JP 2003363876 A JP2003363876 A JP 2003363876A JP 2005088183 A JP2005088183 A JP 2005088183A
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Japan
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tool
machining
tool holder
spindle
machine tools
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JP2003363876A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Maeda
俊一 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that machine tools such as large-sized NC machine tools, machining centers require more machining time as compared with machine tools such as small-sized NC machine tools, machining centers in the case wherein a machining spindle repeats a linear motion to make a part a large number of machining works on a workpiece because the size and the weight of spindles are large compared with those of the machine tools such as the small-sized NC machine tools, the machining centers, and a motor power to drive has a large output so that the linear acceleration/deceleration time constant of the machining spindle becomes large. <P>SOLUTION: A tool holder mounted in a main spindle of the machine tool such as the NC machine tool, the machining center integrates an actuator that moves linearly and whose acceleration/deceleration time constant is small and a spindle that moves rotatively so that the travel time of a machining tool is shortened by driving the integrated actuator for making the fine machining works. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械で使用するツールホルダで、ツールホルダの内部に、駆動機構を有するツールホルダに関する。  The present invention relates to a tool holder used in a machine tool such as an NC machine tool or a machining center, and relates to a tool holder having a drive mechanism inside the tool holder.

従来のツールホルダは、図3に示すように、加工ツールをツールホルダに直接取付けて、NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸にセットして使用するものがある(例えば、非特許文献1参照)。また、NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸と異なる回転が必要な場合は、図4に示すように、ツールホルダの内部に電動もしくはエア駆動で回転するスピンドルを配置しているものや、変速機を配置しているものがある(例えば、非特許文献2参照)。
「黒田精工株式会社 ツーリングカタログ No.KT127−C」P37、2000年2月 「大昭和精機株式会社 総合カタログVol.3 ツーリング編 No.130−3−0202−2」P187、P188、2002年2月
As shown in FIG. 3, a conventional tool holder is used by directly attaching a machining tool to a tool holder and setting it on a spindle of a machine tool such as an NC machine tool or a machining center (for example, Non-Patent Document 1). reference). In addition, when a rotation different from the spindle of a machine tool such as an NC machine tool or a machining center is required, as shown in FIG. 4, a spindle that is rotated by electric or air drive is arranged inside the tool holder, Some have a transmission (see, for example, Non-Patent Document 2).
“Kuroda Seiko Co., Ltd. Touring Catalog No. KT127-C” P37, February 2000 “Daise Showa Seiki Co., Ltd. General Catalog Vol.3 Touring No. 130-3-0202-2” P187, P188, February 2002

近年、半導体等の製造装置や金型等は大型化する傾向にあり、これらの装置で使用する部品も大きくなっている。これに伴って、部品を加工するNC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械も大型化する傾向にある。一方、半導体等の製造装置や金型等で使用する部品は、サイズの大小に係らず、微細加工を必要とする部分が多く、大型工作機械であっても多数の微細加工を行う必要がある。ところが、大型工作機械は小型工作機械に比べて各可動部位の寸法・重量が大きく、これを駆動する電動機の出力も大きくなっている。従って、図6に示す大型工作機械の早送り速度Sに対する直線加減速時定数T2は、図5に示す小型工作機械の早送り速度Sに対する直線加減速時定数T1に比べて大きくなっており、この結果、同一距離を移動して加工する場合は、大型工作機械で加工する方が、小型工作機械で加工するよりも時間を要するという問題がある。  In recent years, manufacturing apparatuses and molds for semiconductors and the like have a tendency to increase in size, and parts used in these apparatuses are also increasing. Along with this, machine tools such as NC machine tools and machining centers for machining parts tend to increase in size. On the other hand, parts used in manufacturing apparatuses such as semiconductors and dies, regardless of the size, have many parts that require fine processing, and it is necessary to perform many fine processing even for large machine tools. . However, the size and weight of each movable part is larger in the large machine tool than the small machine tool, and the output of the electric motor that drives the movable part is also large. Therefore, the linear acceleration / deceleration time constant T2 with respect to the rapid feed speed S of the large machine tool shown in FIG. 6 is larger than the linear acceleration / deceleration time constant T1 with respect to the rapid feed speed S of the small machine tool shown in FIG. When machining by moving the same distance, there is a problem that machining with a large machine tool requires more time than machining with a small machine tool.

本発明は、NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械で使用するツールホルダの内部に、加減速時定数が小さい直線運動をするアクチュエータと回転運動をするスピンドルとの多軸の駆動機構を内蔵することを特徴とする。  The present invention incorporates a multi-axis drive mechanism including a linearly moving actuator having a small acceleration / deceleration time constant and a rotating spindle within a tool holder used in a machine tool such as an NC machine tool or a machining center. It is characterized by.

請求項2に記載の発明は、本発明のツールホルダを、NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸に着脱する時に、自動工具交換装置を用いて行うことを可能とするもので、ツールホルダの位置決め機構を配置してある。この位置決め機構の部分には、本発明のツールホルダに内蔵された機構を駆動するための用力を供給する接続口と、内蔵された機構を制御するための信号を通信するコネクタを配置している。  The invention according to claim 2 makes it possible to use an automatic tool changer when attaching / detaching the tool holder of the present invention to / from a spindle of a machine tool such as an NC machine tool or a machining center. The positioning mechanism is arranged. In this positioning mechanism portion, a connection port for supplying a working force for driving the mechanism built in the tool holder of the present invention and a connector for communicating a signal for controlling the built-in mechanism are arranged. .

請求項3に記載の発明は、ツールホルダの先端に加工ツールを容易に交換できるコレットとチャックを配置してある。また、クーラントや切削液を本発明のツールホルダ内部を介して吐出すると共に、クーラントや切削液及び切削中の屑が本発明のツールホルダ内部に進入することを防止するシールを配置している。  According to a third aspect of the present invention, a collet and a chuck capable of easily exchanging the processing tool are arranged at the tip of the tool holder. Further, a seal is disposed to discharge the coolant and cutting fluid through the inside of the tool holder of the present invention and prevent the coolant, cutting fluid and cutting waste from entering the inside of the tool holder of the present invention.

本発明のツールホルダは、加工ツールを、回転運動をするスピンドルの先端に取り付けてあり、回転運動をするスピンドルは、加減速時定数が小さい直線運動をするアクチュエータで駆動している。従って、直線運動を伴う微細加工を行う時は、ツールホルダ内部の直線運動をするアクチュエータが、高速で移動するため、大型工作機械の主軸を直接駆動させながら加工するよりも、加工ツールの移動速度が速い。この結果、加工時間が短縮できる効果がある。  In the tool holder of the present invention, a machining tool is attached to the tip of a spindle that performs rotational movement, and the spindle that performs rotational movement is driven by an actuator that performs linear movement with a small acceleration / deceleration time constant. Therefore, when performing fine machining with linear motion, the actuator that moves linearly inside the tool holder moves at a high speed, so the moving speed of the machining tool is faster than machining while driving the spindle of a large machine tool directly. Is fast. As a result, the processing time can be shortened.

請求項2に記載の発明は、本発明のツールホルダを、自動工具交換装置を用いて、容易にNC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に取付けることができ、ツールホルダの交換による作業ロスを最少にできる。更に、スピンドルとアクチュエータの駆動用力と制御信号は、ツールホルダに設けたコネクタを介して行うことができる。また、工作機械のコントローラから直接に駆動用力と制御信号を受けて動作する場合、工作機械のコントローラとツールコントローラが通信しながら動作する場合、ツールコントローラで単独に動作する場合、の何れにも対応した制御ができる。  According to the second aspect of the present invention, the tool holder of the present invention can be easily attached to a machine tool such as an NC machine tool or a machining center using an automatic tool changer, and work loss due to tool holder replacement is minimized. Can be. Furthermore, the driving force and control signal for the spindle and actuator can be transmitted via a connector provided on the tool holder. Also, it can be operated by receiving drive force and control signals directly from the machine tool controller, when the machine tool controller and the tool controller operate while communicating, or when operated independently by the tool controller. Control.

請求項3に記載の発明は、加工ツールを短時間かつ容易に交換できる。また、本発明のツールホルダから、クーラントもしくは切削液を直接吐出することで、工作機械の主軸周辺をコンパクトにできる。更に、スピンドルが直線運動する部分にはシールを配置してあり、クーラント、切削液、切削屑等が本発明のツールホルダ内部に進入することを防止し、ツールホルダの耐久性が向上する。  According to the third aspect of the present invention, the processing tool can be easily replaced in a short time. Moreover, the periphery of the spindle of the machine tool can be made compact by directly discharging coolant or cutting fluid from the tool holder of the present invention. Furthermore, a seal is disposed at a portion where the spindle moves linearly, preventing coolant, cutting fluid, cutting waste and the like from entering the inside of the tool holder of the present invention, and improving the durability of the tool holder.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1実施例First embodiment

図1に、スピンドルとリニアアクチュエータを内蔵したツールホルダの断面図を示す。  FIG. 1 shows a sectional view of a tool holder incorporating a spindle and a linear actuator.

スピンドル1は、スピンドルホルダ2に固定され、リニアアクチュエータ3により、ガイド4を案内として図の上下方向に直線運動する。スピンドル1の先端には、コレット5とナット6により保持された加工ツール7が取り付いている。スピンドル1とリニアアクチュエータ3の駆動用力と制御信号は、スピンドルの駆動と信号ケーブル9及びリニアアクチュエータの駆動と信号ケーブル8を介してツールホルダAの位置決めコネクタ10に接続され、外部に設置されたツールコントローラDから供給される駆動用力と制御信号により動作する。また、クーラントまたは切削液はツールホルダAの内部を経由して吐出口15より供給される。シール12は、クーラントや切削液ならびに切削屑がツールホルダAの内部に進入しない様に配置している。  The spindle 1 is fixed to the spindle holder 2 and linearly moves in the vertical direction in the figure by the linear actuator 3 using the guide 4 as a guide. A machining tool 7 held by a collet 5 and a nut 6 is attached to the tip of the spindle 1. The driving force and control signal of the spindle 1 and the linear actuator 3 are connected to the positioning connector 10 of the tool holder A through the driving of the spindle and the signal cable 9 and the driving and signal cable 8 of the linear actuator. It operates by the driving force and control signal supplied from the controller D. Further, coolant or cutting fluid is supplied from the discharge port 15 via the inside of the tool holder A. The seal 12 is arranged so that coolant, cutting fluid, and cutting waste do not enter the inside of the tool holder A.

図2に、工作機械と本発明のツールホルダの正面図を示す。  FIG. 2 shows a front view of the machine tool and the tool holder of the present invention.

本発明のツールホルダAは、工作機械Bの自動工具交換装置Cにより、工作機械Bの主軸13に取付けられる。ツールホルダAを工作機械Bの主軸13に取付ける時、ツールホルダAのX,Y,Z方向の位置決めはテーパーシャンク11で行い、回転方向は位置決めコネクタ10で行う。ツールホルダAの位置決めコネクタ10と工作機械Bのコネクタ14の接続が完了すると、工作機械BのコントローラEとツールホルダAのコントローラDが通信を開始する。その後、工作機械Bの主軸13が所定の加工位置に移動すると共に、ツールホルダAのスピンドル1が回転し、リニアアクチュエータ3が図の上下方向に移動しながら加工を行う。  The tool holder A of the present invention is attached to the spindle 13 of the machine tool B by an automatic tool changer C of the machine tool B. When the tool holder A is attached to the spindle 13 of the machine tool B, the tool holder A is positioned in the X, Y, and Z directions by the taper shank 11 and the rotation direction is determined by the positioning connector 10. When the connection between the positioning connector 10 of the tool holder A and the connector 14 of the machine tool B is completed, the controller E of the machine tool B and the controller D of the tool holder A start communication. Thereafter, the spindle 13 of the machine tool B moves to a predetermined machining position, the spindle 1 of the tool holder A rotates, and machining is performed while the linear actuator 3 moves in the vertical direction in the figure.

第2実施例Second embodiment

図7に、スピンドルとサーボモータを内蔵したツールホルダの断面図を示す。  FIG. 7 shows a cross-sectional view of a tool holder with a built-in spindle and servo motor.

スピンドル1は、スピンドルホルダ2aに固定され、サーボモータ16とカップリング17により結合されたボールネジ18により、ガイド4を案内として図の上下方向に直線運動する。スピンドル1の先端には、コレット5とナット6により保持された加工ツール7が取り付いている。スピンドル1とサーボモータ16の駆動用力と制御信号は、スピンドルの駆動と信号ケーブル9及びサーボモータの駆動と信号ケーブル19を介してツールホルダFの位置決めコネクタ10に接続され、外部に設置されたツールコントローラDから供給される駆動用力と制御信号により動作する。また、クーラントまたは切削液はツールホルダFの内部を経由して吐出口15より供給される。シール12は、クーラントや切削液ならびに切削屑がツールホルダFの内部に進入しない様に配置している。  The spindle 1 is fixed to the spindle holder 2a and linearly moves in the vertical direction in the figure with the guide 4 as a guide by a ball screw 18 coupled by a servo motor 16 and a coupling 17. A machining tool 7 held by a collet 5 and a nut 6 is attached to the tip of the spindle 1. The driving force and control signal of the spindle 1 and the servo motor 16 are connected to the positioning connector 10 of the tool holder F through the driving of the spindle and the signal cable 9 and the driving and signal cable 19 of the servo motor, and the tool installed outside. It operates by the driving force and control signal supplied from the controller D. Further, coolant or cutting fluid is supplied from the discharge port 15 via the inside of the tool holder F. The seal 12 is arranged so that coolant, cutting fluid, and cutting waste do not enter the inside of the tool holder F.

本発明のツールホルダ断面図とコントローラを示した第1実施例の図である。  It is the figure of 1st Example which showed the tool holder sectional drawing and controller of this invention. 本発明のツールホルダの縮小図と工作機械を示した正面図である。  It is the front view which showed the reduced view of the tool holder of this invention, and the machine tool. 従来のツールホルダを示した正面図である。  It is the front view which showed the conventional tool holder. 従来の回転運動をするスピンドルを内蔵したツールホルダを示した正面図である。  It is the front view which showed the tool holder which incorporated the spindle which performs the conventional rotational motion. 小型工作機械の主軸の加減速動作を示したグラフである。  It is the graph which showed the acceleration / deceleration operation | movement of the main axis | shaft of a small machine tool. 大型工作機械の主軸の加減速動作を示したグラフである。  It is the graph which showed the acceleration / deceleration operation | movement of the spindle of a large sized machine tool. 本発明のツールホルダ断面図とコントローラを示した第2実施例の図である。  It is the figure of 2nd Example which showed the tool holder sectional drawing and controller of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 スピンドル
2 スピンドルホルダ
2a スピンドルホルダ
3 リニアアクチュエータ
4 ガイド
5 コレット
6 ナット
7 加工ツール
8 リニアアクチュエータの駆動と信号ケーブル
9 スピンドルの駆動と信号ケーブル
10 位置決めコネクタ
11 テーパーシャンク
12 シール
13 工作機械の主軸
14 工作機械のコネクタ
15 吐出口
16 サーボモータ
17 カップリング
18 ボールネジ
19 サーボモータの駆動と信号ケーブル
A 本発明のツールホルダ
B 工作機械
C 自動工具交換装置
D ツールホルダのコントローラ
E 工作機械のコントローラ
F 本発明のツールホルダ
S 早送り速度
T1 小型工作機械の直線加減速時定数
T2 大型工作機械の直線加減速時定数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spindle 2 Spindle holder 2a Spindle holder 3 Linear actuator 4 Guide 5 Collet 6 Nut 7 Machining tool 8 Linear actuator drive and signal cable 9 Spindle drive and signal cable 10 Positioning connector 11 Taper shank 12 Seal 13 Machine tool spindle 14 Machine tool Connector of machine 15 Discharge port 16 Servo motor 17 Coupling 18 Ball screw 19 Servo motor drive and signal cable A Tool holder B Machine tool C Automatic tool changer D Tool holder controller E Machine tool controller F Tool holder S Rapid feed rate T1 Linear acceleration / deceleration time constant for small machine tools T2 Linear acceleration / deceleration time constant for large machine tools

Claims (3)

NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に使用するためのツールホルダで、ツールホルダの内部に、直線運動をするアクチュエータと回転運動をするスピンドルとの多軸の運動機構を内蔵するツールホルダ。A tool holder for use in machine tools such as NC machine tools and machining centers. A tool holder that incorporates a multi-axis motion mechanism including an actuator that performs linear motion and a spindle that performs rotational motion inside the tool holder. NC工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に、手動あるいは自動工具交換装置で着脱が可能であり、ツールホルダの位置決めと、駆動用力の供給及び制御信号の接続機構を有し、工作機械のコントローラからの信号、または工作機械のコントローラとツールコントローラの通信による信号、またはツールコントローラ単独の信号、の何れかで動作する請求項1に記載のツールホルダ。It can be attached to and detached from machine tools such as NC machine tools and machining centers manually or with an automatic tool changer. It has a tool holder positioning, drive force supply and control signal connection mechanism. The tool holder according to claim 1, wherein the tool holder operates on either a signal, a signal by communication between a controller of the machine tool and the tool controller, or a signal of the tool controller alone. 加工ツールを容易に交換できるチャック機能を有し、クーラント液や切削液をツールホルダの内部を経由して加工部分に吐出すると共に、クーラント液や切削液及び切削時に発生する屑が、ツール内部に進入することを防止するシールを有する請求項1または請求項2に記載のツールホルダ。It has a chuck function that allows easy replacement of the machining tool, and discharges coolant and cutting fluid to the machining part via the inside of the tool holder, while coolant and cutting fluid and debris generated during cutting are contained inside the tool. The tool holder according to claim 1, further comprising a seal that prevents entry.
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