JP2022110244A - 工具ホルダ、工具主軸ユニット及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で固定工具に加わる加工負荷を受け止めることができる工具ホルダ、工具主軸ユニット及び工作機械を提供する。【解決手段】固定工具７０に用いられる工具ホルダ７１は、回転工具と固定工具７０の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニット５０のボディ５１に嵌まり、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めるように形成される嵌合凸部を備える。これにより、簡易な構成で固定工具に加わる加工負荷を受け止めることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、工具ホルダ、工具主軸ユニット及び工作機械に関する。

従来、工具台にツールスピンドルを設け、ツールスピンドルに取り付けられた工具で切削加工、穴開け加工又はフライス加工を行う工作機械が知られている。例えば、ツールスピンドルに切削工具が取り付けられる場合には、切削工具のツールスピンドルに対する回転を規制した状態で切削工具に加わる加工負荷を受け止める必要がある。例えば、特許文献１に記載のターニングセンタ用ツールスピンドルの定位置割出装置は、油圧シリンダにより環状ピストンが上下することにより第１～第３カップリング部の嵌合状態を変化させてツールスピンドルをロック又はアンロックさせる。ツールスピンドルをロックした状態では、第１～第３カップリング部が切削工具に加わる加工負荷を受け止める。

特許第４１２７７３７号公報

上記特許文献１に記載の構成においては、切削工具に加わる加工負荷を受け止めるために、第１～第３カップリング部及び油圧シリンダが必要となり、構成が複雑となっていた。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で固定工具に加わる加工負荷を受け止めることができる工具ホルダ、工具主軸ユニット及び工作機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る工具ホルダは、固定工具に用いられる工具ホルダであって、回転工具と前記固定工具の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニットのボディに嵌まり、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具に加わる加工負荷を前記ボディで受け止めるように形成されるホルダ嵌合部を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る工具主軸ユニットは、回転工具と固定工具の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニットであって、装着された前記回転工具とともに回転可能に支持されるスピンドルと、前記スピンドルを回転させる駆動源と、前記スピンドルを収容するボディと、を備え、前記ボディは、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具の工具ホルダが嵌まり、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具に加わる加工負荷を前記ボディで受け止めるように形成されるボディ嵌合部を備える。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る工作機械は、前記工具ホルダ、及び前記工具ホルダに保持される工具部を有する前記固定工具と、前記固定工具が装着される前記工具主軸ユニットと、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具によりワークを加工するために、前記ワークを回転させるワーク回転部と、を備える。

本発明によれば、簡易な構成で固定工具に加わる加工負荷を受け止めることができる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の正面図である。 本発明の一実施形態に係る工作機械の平面図である。 本発明の一実施形態に係る固定工具が装着された工具主軸ユニットの断面図である。 図３の一部の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る回転工具が装着された工具主軸ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態に係る工具ホルダ、カップリング部及びスピンドルの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る工具ホルダ、カップリング部及びスピンドルの断面図である。 本発明の一実施形態に係る（ａ）は固定工具の側面図であり、（ｂ）は固定工具の背面図である。 本発明の一実施形態に係る工具主軸ユニットの正面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る工作機械について、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、ターニングセンタである工作機械１は、工作機械１全体の台であるベッドＳと、第１主軸１１を有する第１主軸ユニット１０と、第２主軸２１を有する第２主軸ユニット２０と、第２主軸移動機構２５と、工具移動機構４２と、Ｂ軸回転機構４５と、工具主軸ユニット５０と、工具マガジン６０と、制御部３００と、を備える。
以下では、第１主軸１１及び第２主軸２１の回転軸に沿う軸線方向をＺ軸方向と規定し、Ｚ軸方向に直交する高さ方向をＸ軸方向と規定し、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向と規定する。

第１主軸ユニット１０は、ワークＷを把持しつつ回転させる。具体的には、第１主軸ユニット１０は、第１主軸１１と、第１主軸１１を回転可能に支持する第１主軸台１２と、を備える。第１主軸１１は、ワークＷの一端を把持する。第１主軸台１２には、第１主軸１１を回転させるワーク回転用モータ（図示せず）が内蔵されている。第１主軸ユニット１０は、ベッドＳに対して移動不能に構成される。

第２主軸ユニット２０は、Ｚ軸方向に第１主軸ユニット１０と向かい合う位置に設けられている。第２主軸ユニット２０は、ワークＷの他端を把持する第２主軸２１と、第２主軸２１を回転可能に支持する第２主軸台２２と、を備える。第２主軸台２２には、第２主軸２１を回転させるワーク回転用モータ（図示せず）が内蔵されている。

第２主軸移動機構２５は、図２に示すように、第２主軸ユニット２０をＹ軸方向（Ｙ２軸方向）に移動させるＹ移動機構２５Ｙと、図１に示すように、第２主軸ユニット２０をＸ軸方向（Ｘ２軸方向）に移動させるＸ移動機構２５Ｘと、第２主軸ユニット２０をＺ軸方向（Ｚ２軸方向）に移動させるＺ移動機構２５Ｚと、を備える。

工具移動機構４２は、図２に示すように、工具主軸ユニット５０をＹ軸方向（Ｙ１軸方向）に移動させるＹ移動機構４２Ｙと、図１に示すように、工具主軸ユニット５０をＸ軸方向（Ｘ１軸方向）に移動させるＸ移動機構４２Ｘと、工具主軸ユニット５０をＺ軸方向（Ｚ１軸方向）に移動させるＺ移動機構４２Ｚと、を備える。
なお、図２に示すように、Ｚ移動機構２５ＺのＺ軸方向に移動するスライド台２５ＳとＺ移動機構４２ＺのＺ軸方向に移動するスライド台４２Ｓは、ベッドＳ上にＺ軸方向に延びる共通のレール２９に沿って移動する。

Ｘ移動機構２５Ｘ，４２Ｘ、Ｙ移動機構２５Ｙ，４２Ｙ及びＺ移動機構２５Ｚ，４２Ｚは、それぞれ、モータ、ボールねじ及びナットを有し、モータの回転力をボールねじ及びナットにより直線運動に変換することにより、対応する第２主軸ユニット２０又は工具主軸ユニット５０を直線的に移動可能な構成からなる。

Ｂ軸回転機構４５は、工具主軸ユニット５０をＢ軸方向に回転させる。Ｂ軸方向は、Ｙ軸方向に沿う回転軸を中心とした回転方向である。

工具マガジン６０は、互いに異なる種類の複数の工具７０，８０を保持し、工具主軸ユニット５０との間で工具７０，８０を授受する。工具マガジン６０は、第１主軸台１２の上方に位置する。
詳しくは、工具マガジン６０は、工具支持部６１と、駆動部６２と、を備える。
工具支持部６１は、略円環状をなし、Ｚ軸方向に沿って延びる回転軸を中心に回転可能に支持される。工具支持部６１には、工具支持部６１の外周側に位置し、工具支持部６１の径方向外側に向けて開口するＵ字状の工具把持溝が工具支持部６１の回転方向に並ぶように形成されている。この工具把持溝は、工具７０，８０をＺ軸方向に沿う向きに把持する。
駆動部６２は、例えば、モータを有し、工具支持部６１を回転軸を中心に回転させる。

工具主軸ユニット５０は、例えば、ツールスピンドルであり、図３に示すように、固定工具７０を軸回転不能に固定的に支持し、図５に示すように、回転工具８０を軸回転可能に支持する。固定工具７０は、例えば、ターニング工具であり、回転工具８０は、例えば、ミリング工具である。
図３に示すように、工具主軸ユニット５０は、ボディ５１と、複数の軸受け５５と、スピンドル５２と、モータ５３と、クランプ機構５４と、を備える。
ボディ５１は、ボディ本体部５１ａと、カップリング部５１ｂと、を備える。
ボディ本体部５１ａは、スピンドル５２の中心軸Ｉに沿う方向に延びる筒状をなす。ボディ本体部５１ａは、ボディ本体部５１ａの内部空間にて複数の軸受け５５を介してスピンドル５２を軸回転可能に支持する。

スピンドル５２は、中心軸Ｉに沿って延びる略円筒状をなす。図６及び図７に示すように、スピンドル５２は、スピンドル５２の先端面に形成される複数の凸部５２ａを備える。凸部５２ａは、スピンドル５２の先端側に向けて突出した直方体をなし、カップリング部５１ｂよりも先端側に位置する。複数、本例では２つの凸部５２ａは、中心軸Ｉを中心とした周方向Ｃにおいて等角度間隔、本例では１８０°間隔で配置されている。
図７に示すように、スピンドル５２は、スピンドル５２の先端側の内周面に形成されるホルダ収容部５２ｂを備える。ホルダ収容部５２ｂは、スピンドル５２の先端側に向かうにつれて径が大きくなる傾斜面を有する孔部である。ホルダ収容部５２ｂには、後述する工具ホルダ７１，８１のテーパ部７２，８２（図３及び図５参照）が収容される。

図３に示すように、モータ５３は、ボディ本体部５１ａの内部空間におけるスピンドル５２の外周に設けられ、スピンドル５２を中心軸Ｉを中心に回転させる。
カップリング部５１ｂは、ボディ本体部５１ａの先端側の開口部を塞ぐようにボディ本体部５１ａの先端に固定される。カップリング部５１ｂは、中心軸Ｉを中心としたリング状をなす。
図７に示すように、カップリング部５１ｂの中央部には、中心軸Ｉに沿って延びる貫通孔５１ｈが形成されている。貫通孔５１ｈにはスピンドル５２の先端部が通過する。
図６に示すように、カップリング部５１ｂの先端面には円環凸部５１ｃが形成される。円環凸部５１ｃは、貫通孔５１ｈの周囲を囲むように形成される。円環凸部５１ｃには固定工具７０の後述する嵌合凸部７４ｂが嵌まる複数の嵌合凹部５１ｄが形成されている。

図９に示すように、複数、本例では４つの嵌合凹部５１ｄは、中心軸Ｉを中心とした周方向Ｃに等角度間隔、本例では９０°間隔で配置されている。各嵌合凹部５１ｄは、周方向Ｃに沿って延びる。
図６に示すように、各嵌合凹部５１ｄは、周方向Ｃの両側の側面である傾斜面５１ｆを備える。１つの嵌合凹部５１ｄの２つの傾斜面５１ｆは、１つの嵌合凹部５１ｄの底面に近づくにつれて、すなわち、カップリング部５１ｂに近づくにつれて、２つの傾斜面５１ｆの間の距離が小さくなるように傾斜する。

クランプ機構５４は、固定工具７０のクランプ部７６（図３参照）又は回転工具８０のクランプ部８６（図５参照）をスピンドル５２内に引き込んでクランプする。
図３に示すように、クランプ機構５４は、ドローバー５４ａと、ピストン５４ｂと、ばね収容部５４ｃと、第１ばね５４ｄと、受け部５４ｅと、第２ばね５４ｆと、複数のボール５４ｇと、カバー５４ｋと、キャップ５４ｍと、エア供給部５４ｈと、を備える。

ドローバー５４ａは、中心軸Ｉに沿って延びる円筒状をなし、スピンドル５２内で中心軸Ｉに沿う方向に移動可能に設けられる。ドローバー５４ａの先端部には、複数のボール５４ｇがドローバー５４ａの径方向に移動可能に嵌め込まれている。複数のボール５４ｇは、ドローバー５４ａの位置に応じて、固定工具７０のクランプ部７６を把持（クランプ）したり、この把持を解除（アンクランプ）したりする。

受け部５４ｅは、ドローバー５４ａの後端に固定され、スピンドル５２の後端よりも後端側に突出している。
第２ばね５４ｆは、スピンドル５２内であって、ドローバー５４ａの外周に設けられる。第２ばね５４ｆは、受け部５４ｅをドローバー５４ａとともに後端側に付勢する。第２ばね５４ｆは、例えば、皿ばねである。

ばね収容部５４ｃは、ボディ本体部５１ａの後端に取り付けられ、スピンドル５２の後端の周囲を囲む円環状をなす。
キャップ５４ｍは、ばね収容部５４ｃの後端側に設けられ、ボディ本体部５１ａの後端側を塞ぐ。キャップ５４ｍ内にはピストン５４ｂが設けられている。ピストン５４ｂは、中心軸Ｉに沿う方向においてばね収容部５４ｃに対向して位置する。第１ばね５４ｄは、ピストン５４ｂとばね収容部５４ｃの間に設けられ、ピストン５４ｂをばね収容部５４ｃから離れる方向に付勢する。第１ばね５４ｄは、例えば、コイルばねである。ピストン５４ｂとばね収容部５４ｃのそれぞれには、第１ばね５４ｄの中心軸Ｉに沿う方向の両端が嵌まる凹部が形成されている。

ピストン５４ｂは、ピストン５４ｂの後面の中央に位置する被押圧部５４ｂ１を備える。被押圧部５４ｂ１は、キャップ５４ｍの中央に形成される貫通孔５４ｍ１に嵌まる。
カバー５４ｋは、キャップ５４ｍの後面に貫通孔５４ｍ１を覆うように取り付けられる。キャップ５４ｍの内部には、エア供給部５４ｈからのエアが供給されるエア供給路５４ｍ２が形成されている。エア供給路５４ｍ２の一端はカバー５４ｋと被押圧部５４ｂ１の間のエア供給空間５４ｍ３に繋がり、エア供給路５４ｍ２の他端はキャップ５４ｍの外周面に到達する。エア供給路５４ｍ２の他端には管５９を介してエア供給部５４ｈが接続されている。
なお、クランプ機構５４のうちピストン５４ｂ、ばね収容部５４ｃ、第１ばね５４ｄ、カバー５４ｋ、キャップ５４ｍ及びエア供給部５４ｈは、ドローバー５４ａを中心軸Ｉに沿う方向に移動させるドローバー駆動機構として機能する。このドローバー駆動機構を含むクランプ機構５４の作用については後述する。

図８（ａ）に示すように、固定工具７０は、ワークを加工する工具部７３と、工具部７３を保持する工具ホルダ７１と、を備える。工具部７３は、例えば、切削バイトである。
工具ホルダ７１は、テーパ部７２と、回転規制部７４と、工具保持部７５と、クランプ部７６と、被保持溝部７８と、を備える。
工具保持部７５は、工具部７３の基端部を把持する。被保持溝部７８は、固定工具７０の中心軸Ｉに沿って工具保持部７５と回転規制部７４の間に位置し、外周面の全周に亘って溝が形成された円板状をなす。工具保持部７５は、上述した工具支持部６１（図１参照）の工具把持溝に嵌まる。

回転規制部７４は、ボディ５１（図３参照）に嵌合することにより、固定工具７０の回転を規制した状態で固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めるように形成される。回転規制部７４は、固定工具７０の中心軸Ｉに沿ってテーパ部７２と被保持溝部７８の間に位置する。
図６に示すように、回転規制部７４は、円板部７４ａと、複数の嵌合凸部７４ｂと、複数の溝部７４ｃと、を備える。
円板部７４ａは、中心軸Ｉを中心とした円板状に形成されている。
複数の溝部７４ｃは、円板部７４ａの外周側に凹状に形成されている。複数の溝部７４ｃは、円板部７４ａの径方向の外側に向かって開口する。
図８（ｂ）に示すように、複数、本例では２つの溝部７４ｃは、中心軸Ｉを中心とした周方向Ｃに等角度間隔、本例では１８０°間隔に配置されている。溝部７４ｃにはスピンドル５２の凸部５２ａ（図６参照）が嵌まる。

図６に示すように、複数の嵌合凸部７４ｂは、カップリング部５１ｂの複数の嵌合凹部５１ｄに嵌まることにより固定工具７０のカップリング部５１ｂに対する回転を規制した状態で固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めることを可能とする。
図８（ａ），（ｂ）に示すように、複数の嵌合凸部７４ｂは、それぞれ円板部７４ａの後面の外周側に位置し、中心軸Ｉに沿う方向及び周方向Ｃに延び、周方向Ｃに沿って並べられる。複数、本例では４つの嵌合凸部７４ｂは、等角度間隔、本例では、９０°間隔で配置される。周方向Ｃに並ぶ２つの嵌合凸部７４ｂの中間位置に１つの溝部７４ｃが設けられている。
各嵌合凸部７４ｂは、周方向Ｃの両側に位置する側面である傾斜面７４ｂ１を備える。
１つの嵌合凸部７４ｂの２つの傾斜面７４ｂ１は、中心軸Ｉに沿う方向において、円板部７４ａから遠ざかるにつれて互いに近づくように傾斜する。言い換えると、嵌合凸部７４ｂは、中心軸Ｉに直交する方向から見て台形状をなす。
図６に示すように、傾斜面７４ｂ１は、カップリング部５１ｂの嵌合凹部５１ｄの傾斜面５１ｆに周方向Ｃに面接触する。

図８（ａ），（ｂ）に示すように、テーパ部７２は、円板部７４ａの後面に位置し、中心軸Ｉに沿って延び、後端側に向かうにつれて径が小さくなる円錐台で形成される。
図７に示すように、テーパ部７２は、スピンドル５２のホルダ収容部５２ｂに収容される。テーパ部７２の外周面とホルダ収容部５２ｂの内周面の間には隙間Ｓｐが形成されている。よって、固定工具のテーパ部７２とスピンドル５２のホルダ収容部５２ｂは接触していない。言い換えると、隙間Ｓｐが形成されるように、図６に示すように、嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄが嵌合している。
図８（ａ）に示すように、クランプ部７６は、テーパ部７２の後端面に固定されている。クランプ部７６は、中心軸Ｉに沿って延びる柱状をなす。クランプ部７６は、クランプ部７６の後端に位置する球状部７６ａを備える。

図５に示すように、回転工具８０は、ワークを加工する工具部８３と、工具部８３を保持する工具ホルダ８１と、を備える。工具部８３はドリル等である。工具ホルダ８１は、上述したテーパ部７２と同様のテーパ部８２と、上述した工具保持部７５と同様の工具保持部８５と、上述したクランプ部７６と同様のクランプ部８６と、上述した被保持溝部７８と同様の被保持溝部８８と、を備える。
以下、回転工具８０について固定工具７０との相違点を中心に説明する。
回転工具８０の工具ホルダ８１は、スピンドル５２の凸部５２ａが嵌まる溝部７４ｃと同様の溝部を有するものの、固定工具７０と異なって嵌合凸部７４ｂを有しない。回転工具８０の工具ホルダ８１の溝部にスピンドル５２の凸部５２ａが嵌まることにより、スピンドル５２の回転が回転工具８０に伝達される。また、回転工具８０の工具ホルダ８１がスピンドル５２の先端に嵌め込まれた状態で、回転工具８０のテーパ部８２の外周面とホルダ収容部５２ｂの内周面は面接触している。

図１に示すように、制御部３００は、第１主軸ユニット１０、第２主軸ユニット２０、第２主軸移動機構２５、工具移動機構４２、Ｂ軸回転機構４５、工具主軸ユニット５０及び工具マガジン６０を制御する。制御部３００は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによる処理の手順を定義したプログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）等を備える。

次に、クランプ機構５４により固定工具７０又は回転工具８０をクランプしているクランプ状態について説明する。クランプ状態においては、図３に示すように、エア供給部５４ｈからはエア供給路５４ｍ２及びエア供給空間５４ｍ３にエアが供給されない。このため、ピストン５４ｂは、第１ばね５４ｄからの付勢力を受けて受け部５４ｅとは離れた状態となる。この状態では、第２ばね５４ｆの付勢力によりドローバー５４ａが後端側（図３の右側）に位置する。このため、図３及び図５に示すように、複数のボール５４ｇが固定工具７０のクランプ部７６又は回転工具８０のクランプ部８６を挟み込んだ状態が維持され、クランプ機構５４により固定工具７０又は回転工具８０が工具主軸ユニット５０にクランプされる。この際、複数のボール５４ｇがクランプ部７６，８６の球状部７６ａ，８６ａに引っ掛かることにより、固定工具７０又は回転工具８０が工具主軸ユニット５０から抜け止め状態となる。

次に、クランプ機構５４がクランプ状態からアンクランプ状態に切り替えられる際の作用について説明する。
図３に示すように、エア供給部５４ｈは、制御部３００（図１参照）による制御のもと、エア供給路５４ｍ２及びエア供給空間５４ｍ３にエアを供給する。これにより、ピストン５４ｂの被押圧部５４ｂ１がエア供給空間５４ｍ３内に供給されたエアにより押される。よって、ピストン５４ｂが第１ばね５４ｄの付勢力に抗して受け部５４ｅに接触し、受け部５４ｅをドローバー５４ａとともに第２ばね５４ｆの付勢力に抗して押す。これにより、図４の矢印Ｊ１に示すように、ドローバー５４ａはボール５４ｇとともに先端側に移動する。よって、図４の一点鎖線で示すように、ボール５４ｇがスピンドル５２の先端側の内周面に形成される凹部５２ｃに到達する。これにより、ボール５４ｇがクランプ部７６を押す力が解除されて、固定工具７０又は回転工具８０がアンクランプされる。このアンクランプ状態においては、固定工具７０又は回転工具８０が工具主軸ユニット５０から取り外し可能となる。

次に、固定工具７０を工具主軸ユニット５０に装着する際の作用について説明する。
クランプ機構５４がアンクランプ状態にあるときに、固定工具７０のクランプ部７６をドローバー５４ａの先端側に挿入しつつ、工具ホルダ７１の複数の嵌合凸部７４ｂをカップリング部５１ｂの複数の嵌合凹部５１ｄに対向させ、工具ホルダ７１の溝部７４ｃにスピンドル５２の凸部５２ａを対向させた状態とされる。そして、クランプ機構５４がアンクランプ状態からクランプ状態に切り替えられる。詳しくは、エア供給部５４ｈは、制御部３００による制御のもと、エア供給路５４ｍ２及びエア供給空間５４ｍ３へのエアの供給を停止する。これにより、ピストン５４ｂは、第１ばね５４ｄからの付勢力を受けて受け部５４ｅとは離れ、図４の矢印Ｊ２に示すように、ドローバー５４ａはボール５４ｇとともに後端側へ移動する。このボール５４ｇの後端側への移動時にボール５４ｇが球状部７６ａに引っ掛かることにより、クランプ部７６、ひいては工具ホルダ７１が工具主軸ユニット５０内に引き込まれ、複数のボール５４ｇの間にクランプ部７６がクランプされる。この工具ホルダ７１が工具主軸ユニット５０内に引き込まれる際に、工具ホルダ７１の複数の嵌合凸部７４ｂがカップリング部５１ｂの複数の嵌合凹部５１ｄに嵌まり、工具ホルダ７１の溝部７４ｃにスピンドル５２の凸部５２ａが嵌まる。この際、嵌合凸部７４ｂの位置と嵌合凹部５１ｄの位置が周方向Ｃにずれていても、嵌合凸部７４ｂの傾斜面７４ｂ１が嵌合凹部５１ｄの傾斜面５１ｆにより案内されるため、嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄの嵌合が容易となる。以上で、固定工具７０の工具主軸ユニット５０への装着が完了となる。この装着が完了した状態では、嵌合凸部７４ｂの各傾斜面７４ｂ１と嵌合凹部５１ｄの各傾斜面５１ｆが面接触して固定工具７０の工具主軸ユニット５０に対する回転が規制されて、固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めることが可能となる。

また、この装着が完了した状態では、周方向Ｃにおける工具ホルダ７１の溝部７４ｃとスピンドル５２の凸部５２ａの間には隙間が形成されている。この隙間が形成されることにより、溝部７４ｃとスピンドル５２が嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄの嵌合に影響を与えづらくなる。
さらに、この装着が完了した状態では、図７に示すように、テーパ部７２の外周面とホルダ収容部５２ｂの内周面の間には隙間Ｓｐが形成されている。この隙間Ｓｐが形成されることにより、テーパ部７２とホルダ収容部５２ｂが嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄの嵌合に影響を与えづらくなる。
固定工具７０の工具主軸ユニット５０への装着が完了した状態で、モータ５３によりスピンドル５２に回転力が加わったとしても、スピンドル５２の凸部５２ａが工具ホルダ７１の溝部７４ｃの内面を押すものの、嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄの嵌合、すなわち、傾斜面７４ｂ１と傾斜面５１ｆの面接触により、工具ホルダ７１が工具主軸ユニット５０に対して回転することが抑制される。よって、スピンドル５２からの回転力は、嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄを介してカップリング部５１ｂ及びボディ本体部５１ａで受け止められる。

一方、図５に示すように、回転工具８０が工具主軸ユニット５０に装着されると、テーパ部７２の外周面とホルダ収容部５２ｂの内周面の間には隙間Ｓｐが形成されずに接触した状態となる。また、工具ホルダ８１の溝部にスピンドル５２の凸部５２ａが嵌まり、回転工具８０が回転する際にはスピンドル５２の凸部５２ａが溝部の内面に接触することにより、スピンドル５２の回転が回転工具８０に伝達される。

次に、制御部３００により実行される加工処理について説明する。制御部３００は、事前に作成されたＮＣプログラムに従って、この加工処理を実行する。
図１に示すように、制御部３００は、第１主軸１１により把持されたワークＷを工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０又は回転工具８０により加工する。例えば、工具主軸ユニット５０に固定工具７０が装着されている場合、制御部３００は、第１主軸１１をワークＷとともに軸回転させつつ、工具移動機構４２を介して固定工具７０をＺ軸方向に送ることにより、ワークＷの外周面を切削する。この際、固定工具７０に加わる加工負荷は、嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄを介してカップリング部５１ｂ及びボディ本体部５１ａで受け止められる。
次に、制御部３００は、第２主軸移動機構２５を介して第２主軸２１を第１主軸１１に対向する位置まで移動させ、第１主軸１１から第２主軸２１へワークＷを受け渡す。そして、制御部３００は、第２主軸２１により把持されたワークＷを図示しない刃物台に装着された工具によりワークＷを加工し、この加工済みのワークＷを外部に排出する。以上で、加工処理を終了する。

次に、制御部３００によって実行される、工具マガジン６０に収容される工具７０，８０を工具主軸ユニット５０に装着する工具装着処理について説明する。この工具装着処理は、上述した加工処理の一部として行われてもよい。以下では、固定工具７０を工具主軸ユニット５０に装着する例について説明する。
まず、図１に示すように、制御部３００は、駆動部６２を介して工具支持部６１を回転させて、工具支持部６１に支持される固定工具７０を工具交換位置Ｐｃに移動させる。工具交換位置Ｐｃは、工具支持部６１の最下部に位置する。

次に、制御部３００は、Ｂ軸回転機構４５を介して工具主軸ユニット５０をＢ軸方向に回転させ、工具主軸ユニット５０の先端側を工具マガジン６０に向けて、工具移動機構４２を介して工具主軸ユニット５０の先端を工具交換位置ＰｃにＺ軸方向に対向させる。
そして、制御部３００は、クランプ機構５４をクランプ状態からアンクランプ状態に切り替えたうえで、工具移動機構４２を介して工具主軸ユニット５０を工具マガジン６０に支持された固定工具７０にＺ軸方向に近づけて、図３に示すように、固定工具７０のクランプ部７６をドローバー５４ａの先端側に挿入する。次に、制御部３００は、クランプ機構５４をアンクランプ状態からクランプ状態に切り替える。これにより、上述したように、固定工具７０が工具主軸ユニット５０へ装着される。
そして、制御部３００は、工具移動機構４２を介して工具主軸ユニット５０を工具支持部６１の径方向外側、本例では下側に移動させて、固定工具７０を工具支持部６１から外す。以上で、工具装着処理が終了となる。

次に、制御部３００によって実行される、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０又は回転工具８０を工具マガジン６０に収容する工具収容処理について説明する。この工具収容処理は、上述した加工処理の一部として行われてもよい。以下では、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０を工具マガジン６０に収容する例について説明する。
まず、図１に示すように、制御部３００は、駆動部６２を介して工具支持部６１を回転させて、工具支持部６１の工具７０，８０が装着されていない工具把持溝を工具交換位置Ｐｃに移動させる。次に、制御部３００は、工具移動機構４２を介して工具主軸ユニット５０に装着される固定工具７０を工具交換位置Ｐｃに対して工具支持部６１の径方向外側、本例では下側に移動させる。そして、制御部３００は、工具移動機構４２を介して工具主軸ユニット５０に装着される固定工具７０を工具交換位置Ｐｃに対して工具支持部６１の径方向内側、本例では上側に移動させて、工具支持部６１の工具把持溝にて固定工具７０の工具ホルダ７１を把持させる。この状態で、制御部３００は、クランプ機構５４をクランプ状態からアンクランプ状態に切り替えたうえで、工具移動機構４２を介して工具主軸ユニット５０を工具支持部６１からＺ軸方向に遠ざける。これにより、固定工具７０が工具主軸ユニット５０から離れ、固定工具７０が工具支持部６１の工具把持溝に収容される。以上で、工具収容処理が終了となる。

（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）固定工具７０に用いられる工具ホルダ７１は、回転工具８０と固定工具７０の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニット５０のボディ５１に嵌まり、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めるように形成されるホルダ嵌合部の一例である嵌合凸部７４ｂを備える。
この構成によれば、工具ホルダ７１の嵌合凸部７４ｂが工具主軸ユニット５０のボディ５１に嵌合するという簡易な構成で、加工時に固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めることができる。このため、工具主軸ユニット５０の内部機構にこの加工負荷が加わることが抑制される。特に、特許文献１に記載の構成と異なり、工具主軸ユニット５０内に固定工具７０に加わる加工負荷を受け止める複雑な構成が不要となる。

（２）ボディ５１は、凹状で形成されるボディ嵌合部の一例である嵌合凹部５１ｄを有するカップリング部５１ｂを備える。嵌合凸部７４ｂは、嵌合凹部５１ｄに嵌まる凸状で形成される。嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄは、それぞれ固定工具７０の中心軸Ｉに対して傾斜し、中心軸Ｉを中心とした周方向Ｃに互いに接触する傾斜面５１ｆ，７４ｂ１を備える。
この構成によれば、傾斜面５１ｆ，７４ｂ１が中心軸Ｉに対して傾斜しつつ接触するため、傾斜面５１ｆ，７４ｂ１の間の隙間を小さくすることができ、周方向Ｃにおける工具ホルダ７１と工具主軸ユニット５０の位置ずれを小さくすることができる。
また、カップリング部５１ｂは、ボディ５１のボディ本体部５１ａに取り付けられている。このため、固定工具７０の工具ホルダ７１はカップリング部５１ｂを介してボディ本体部５１ａに確実に固定される。

（３）嵌合凸部７４ｂは、中心軸Ｉに沿ってカップリング部５１ｂに向けて延びる凸状をなし、周方向Ｃに沿って湾曲した形状をなす。嵌合凸部７４ｂの２つの傾斜面７４ｂ１は、嵌合凸部７４ｂの周方向Ｃの両側の側面であり、カップリング部５１ｂに向かうにつれて互いに近づくように傾斜する。嵌合凹部５１ｄは、嵌合凸部７４ｂに対応した凹状をなす。
この構成によれば、固定工具７０を工具主軸ユニット５０に装着する際に、周方向Ｃにおける嵌合凸部７４ｂと嵌合凹部５１ｄの位置ずれがあっても、嵌合凸部７４ｂが嵌合凹部５１ｄに進入しやすく、また、この挿入途中に傾斜面５１ｆ，７４ｂ１同士が摺動することにより、固定工具７０が周方向Ｃに工具主軸ユニット５０に対して精度高く位置決めされる。よって、固定工具７０の工具主軸ユニット５０への着脱を繰り返しても、固定工具７０の刃先位置を同じ位置とすることができる。これにより、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０によるワークＷの加工精度が高まる。

（４）回転工具８０と固定工具７０の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニット５０は、装着された回転工具８０とともに回転可能に支持されるスピンドル５２と、スピンドル５２を回転させる駆動源の一例であるモータ５３と、スピンドル５２を収容するボディ５１と、を備える。ボディ５１は、固定工具７０の工具ホルダ７１が嵌まり、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めるように形成される嵌合凹部５１ｄを備える。
この構成によれば、工具主軸ユニット５０のボディ５１の嵌合凹部５１ｄが工具ホルダ７１に嵌合するという簡易な構成で、加工時に固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めることができる。

（５）工作機械１は、工具ホルダ７１、及び工具ホルダ７１に保持される工具部７３を有する固定工具７０と、固定工具７０が装着される工具主軸ユニット５０と、工具主軸ユニット５０に装着された固定工具７０によりワークＷを加工するために、ワークＷを回転させるワーク回転部の一例である第１主軸１１又は第２主軸２１と、を備える。
この構成によれば、上述したように、簡易な構成で、加工時に固定工具７０に加わる加工負荷をボディ５１で受け止めることができる。

なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。

（変形例）
上記実施形態においては、工具主軸ユニット５０は、ターニングセンタに適用されていたが、工作機械であればターニングセンタに限らず、例えば、マシニングセンタに適用されてもよい。このマシニングセンタは、工具主軸ユニット５０に固定工具７０が装着された状態で、ワークが固定されるテーブルを回転させることによりワークの加工を行う。

上記実施形態においては、工作機械１は、第１主軸ユニット１０及び第２主軸ユニット２０を備えていたが、第１主軸ユニット１０及び第２主軸ユニット２０の何れか一方が省略されてもよい。

上記実施形態においては、工具ホルダ７１には嵌合凸部７４ｂが形成され、ボディ５１には嵌合凹部５１ｄが形成されていたが、これに限らず、工具ホルダ７１には嵌合凹部が形成され、ボディ５１には嵌合凸部が形成されていてもよい。さらに、工具ホルダ７１及びボディ５１には周方向Ｃにおいて嵌合凸部と嵌合凹部が交互に並べられてもよい。
上記実施形態においては、嵌合凸部７４ｂ及び嵌合凹部５１ｄは、それぞれ中心軸Ｉに直交する方向から見て台形形状をなしていたが、これに限らず、例えば、三角形をなしていてもよい。

上記実施形態においては、嵌合凹部５１ｄは傾斜面５１ｆを備え、嵌合凸部７４ｂは傾斜面７４ｂ１を備えていたが、これに限らず、傾斜面５１ｆ，７４ｂ１は、中心軸Ｉに沿って延びる非傾斜面であってもよい。

上記実施形態における第１主軸ユニット１０、第２主軸ユニット２０及び工具主軸ユニット５０の移動方向は適宜変更可能である。例えば、第１主軸ユニット１０はＺ軸方向に移動可能に構成されてもよい。

上記実施形態においては、駆動源の一例であるモータ５３は、ボディ５１の内部に設けられていたが、これに限らず、ボディ５１の外部に設けられていてもよい。

１…工作機械、１０…第１主軸ユニット、１１…第１主軸、１２…第１主軸台、２０…第２主軸ユニット、２１…第２主軸、２２…第２主軸台、２５…第２主軸移動機構、２５Ｓ，４２Ｓ…スライド台、２５Ｘ，４２Ｘ…Ｘ移動機構、２５Ｙ，４２Ｙ…Ｙ移動機構、２５Ｚ，４２Ｚ…Ｚ移動機構、２９…レール、４２…工具移動機構、４５…Ｂ軸回転機構、５０…工具主軸ユニット、５１…ボディ、５１ａ…ボディ本体部、５１ｂ…カップリング部、５１ｃ…円環凸部、５１ｄ…嵌合凹部、５１ｆ，７４ｂ１…傾斜面、５１ｈ，５４ｍ１…貫通孔、５２…スピンドル、５２ａ…凸部、５２ｂ…ホルダ収容部、５２ｃ…凹部、５３…モータ、５４…クランプ機構、５４ａ…ドローバー、５４ｂ…ピストン、５４ｂ１…被押圧部、５４ｃ…ばね収容部、５４ｄ…第１ばね、５４ｅ…受け部、５４ｆ…第２ばね、５４ｇ…ボール、５４ｈ…エア供給部、５４ｋ…カバー、５４ｍ…キャップ、５４ｍ２…エア供給路、５４ｍ３…エア供給空間、５５…軸受け、５９…管、６０…工具マガジン、６１…工具支持部、６２…駆動部、７０…固定工具，８０…回転工具、７１，８１…工具ホルダ、７２，８２…テーパ部、７３，８３…工具部、７４…回転規制部、７４ａ…円板部、７４ｂ…嵌合凸部、７４ｃ…溝部、７５，８５…工具保持部、７６，８６…クランプ部、７６ａ，８６ａ…球状部、７８，８８…被保持溝部、３００…制御部、Ｃ…周方向、Ｉ…中心軸、Ｓ…ベッド、Ｗ…ワーク、Ｐｃ…工具交換位置、Ｓｐ…隙間

Claims (5)

1. 固定工具に用いられる工具ホルダであって、
   回転工具と前記固定工具の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニットのボディに嵌まり、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具に加わる加工負荷を前記ボディで受け止めるように形成されるホルダ嵌合部を備える、
   工具ホルダ。
2. 前記ボディは、凹状及び凸状の何れか一方で形成されるボディ嵌合部を有するカップリング部を備え、
   前記ホルダ嵌合部は、前記ボディ嵌合部に嵌まる凹状及び凸状の何れか他方で形成され、
   前記ホルダ嵌合部と前記ボディ嵌合部は、前記固定工具の中心軸に対して傾斜し、前記中心軸を中心とした周方向に互いに接触する傾斜面を備える、
   請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記ホルダ嵌合部は、前記中心軸に沿って前記カップリング部に向けて延びる凸状をなし、前記中心軸を中心とした周方向に沿って湾曲した形状をなし、
   前記ホルダ嵌合部の２つの前記傾斜面は、前記ホルダ嵌合部の前記周方向の両側の側面であり、前記カップリング部に向かうにつれて互いに近づくように傾斜し、
   前記ボディ嵌合部は、前記ホルダ嵌合部に対応した凹状をなす、
   請求項２に記載の工具ホルダ。
4. 回転工具と固定工具の何れかを選択的に装着可能な工具主軸ユニットであって、
   装着された前記回転工具とともに回転可能に支持されるスピンドルと、
   前記スピンドルを回転させる駆動源と、
   前記スピンドルを収容するボディと、を備え、
   前記ボディは、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具の工具ホルダが嵌まり、前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具に加わる加工負荷を前記ボディで受け止めるように形成されるボディ嵌合部を備える、
   工具主軸ユニット。
5. 請求項１から３の何れか１項に記載の工具ホルダ、及び前記工具ホルダに保持される工具部を有する前記固定工具と、
   前記固定工具が装着される前記工具主軸ユニットと、
   前記工具主軸ユニットに装着された前記固定工具によりワークを加工するために、前記ワークを回転させるワーク回転部と、を備える、
   工作機械。

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