JP2008213064A - 深穴加工方法および装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】クーラントの飛散を防止するとともに、切り屑を効率よく排出することを可能にする深穴加工方法を提供する。
【解決手段】外部標準圧クーラント供給回路２５からクーラントをワークＷに向けて噴出しながら、深穴加工開始位置まで主軸を送り、深穴加工を開始後、外部標準クーラント供給回路２５を閉じ、主軸標準圧クーラント供給回路２３を開き、クーラントを供給しながら所定の中間深さまで深穴を加工し、中間深さまで加工した時点で、主軸標準圧クーラント供給回路２３を閉じ、高圧クーラント供給回路３０を開いて高圧のクーラントを供給しながら、最終深さまで深穴を加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、深穴加工方法および装置に係り、特に、ガンドリルでワークに深穴を加工するときに、加工段階に応じてクーラントの供給を最適化できる深穴加工方法および装置に関する。
ワークに穴をあける加工では工具にドリルが用いられるが、ワークに穴を深く加工するには、ガンドリルが幅広く利用されている。例えば、自動車のインストパネルやバンパーのような大型の樹脂成形品を成形する金型を加工する場合、押出ピンを入れるスライドコア穴や、冷却穴をする場合には、ガンドリルによる深穴加工が行われる。
ガンドリルによる深穴加工では、穴が深くなるにつれてガンドリルの先端までクーラントが届き難くなること、切り屑の排出が難しくなる等の特有の問題がある。
従来、ガンドリルによって深穴加工をする場合、クーラントをガンドリルの内部を軸方向に延びる通路を通して先端から高圧で噴出させることにより、クーラントを加工点に供給し、切り屑を排出させている。
しかしながら、従来は、深穴加工の開始から高圧のクーラントを吹き付け、加工の途中もクーラントの圧力は一定であるので、クーラントがワークにあたって飛散しすぎ、また、穴が深くなると切り屑の排出効果が小さいという問題がある。とりわけ、自動車のインストパネルやバンパーの成形に用いるような大型の金型に加工する深穴にもなると、７００ｍｍ以上もの長さのあるガンドリルを使用するため、切り屑の排出が困難になる。
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、深穴加工の進行段階に応じて、クーラントの圧力を高圧、通常圧に切り換えたり、クーラントの流量を大容量に切換えたり、ガンドリルの内部を通して送る内部クーラントやガンドリルの外部からクーラントを噴出する外部クーラントを使い分けるようにして、クーラントの飛散を防止するとともに、切り屑を効率よく排出することを可能にする深穴加工方法および装置を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、主軸にガンドリルを装着した工作機械で、ワークに深穴加工を行う深穴加工方法において、主軸内部を通り前記ガンドリル先端まで延びるクーラント通路に標準圧力のクーラントを供給する主軸標準圧クーラント供給回路と、主軸外部に設置したノズルに標準圧力のクーラントを供給する外部標準圧クーラント供給回路と、前記主軸のクーラント通路に合流し、前記標準圧力よりも高圧のクーラントを供給する高圧クーラント供給回路と、からなるクーラント供給回路を主軸に接続し、前記外部標準圧クーラント供給回路からクーラントをワークに向けて噴出しながら、深穴加工開始位置まで主軸を送る工程と、前記深穴加工を開始後、前記外部標準クーラント供給回路を閉じ、主軸標準圧クーラント供給回路を開き、クーラントを供給しながら所定の中間深さまで深穴を加工する工程と、前記中間深さまで加工した時点で、主軸標準圧クーラント供給回路を閉じ、高圧クーラント供給回路を開いて高圧のクーラントを供給しながら、最終深さまで深穴を加工する工程と、からなることを特徴とするものである。
また、本発明は、ガンドリルでワークに深穴加工を行う深穴ＮＣ加工装置において、主軸外部に設置したノズルに標準圧力のクーラントを供給する外部標準圧クーラント供給回路と、主軸内部を通り前記ガンドリル先端まで延びるクーラント通路に標準圧力のクーラントを供給する主軸標準圧クーラント供給回路と、前記主軸のクーラント通路に合流し、前記標準圧力よりも高圧のクーラントを供給する高圧クーラント供給回路と、前記主軸標準圧クーラント供給回路、外部標準圧クーラント供給回路、高圧クーラント供給回路のうち、選択的に単独または任意の組み合わせで回路を開閉する回路切替手段と、プログラムで指定された工程順序に従って前記回路切替手段の開閉切替操作を行うシーケンスコントローラと、を備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、深穴加工の進行段階に応じて、クーラントの圧力を高圧、通常圧に切り換えたり、流量を増量させたり、ガンドリルの内部を通して送る内部クーラントやガンドリルの外部からクーラントを噴出する外部クーラントを使い分けるようにして、クーラントの飛散を防止するとともに、切り屑を効率よく排出することができ、どんなに深い穴でもクーラントの供給状態を最適化しながら加工することができる。
以下、本発明による深穴加工装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態による深穴加工装置を示す。この実施形態は、本発明を横中ぐり盤に適用した実施形態である。
図１において、参照番号１０は、横中ぐり盤の主軸頭である。主軸頭１０は、図示しないコラムに上下方向に移動自在に設置されている。１２はワークＷが載置されるテーブルを示す。Ｘ軸は、テーブル１２の前後方向の運動を制御する軸で、Ｙ軸は主軸頭１０の上下方向の運動を制御する軸である。Ｚ軸は、テーブル１２の左右方向の運動を制御する軸である。
主軸頭１０には、主軸１４が水平な姿勢で設けられている。ワークＷに深穴１５を加工する場合、主軸１４には工具としてガンドリル１６が装着される。この実施形態では、ワークＷは自動車のバンパーやインストパネルを成形する大型の金型であり、深穴１５として冷却穴を長手方向に貫通させる。ちなみに、この実施形態のような深穴加工に用いるガンドリルは、７００ｍｍ以上の長さのものが用いられる。
本実施形態では、次のようなクーラントの供給回路が構成されている。
図１において、参照番号２０は、クーラントの入った第１タンクを示し、参照番号２１は、同じくクーラントを貯留する第２タンクを示す。
第１タンク２０のクーラントは、標準圧用ポンプ２２によって、標準圧力例えば、８ｋｇ／ｃｍ2の圧力で、主軸標準圧クーラント供給回路２３に供給される。この主軸標準圧供給回路２３は、継手２４を介して主軸１４の後端と接続され、主軸１４および工具ホルダ２８、ガンドリル１６内部を同軸に延びる通路が形成されている。
また、標準圧用ポンプ２２は、クーラントを標準圧力で外部標準圧クーラント供給回路２５にも供給するようになっている。この外部標準圧クーラント供給回路２５は、主軸１４の外部に設置したノズル２６にクーラントを供給する。このノズル２６からはワークＷにおいて深穴１５の加工開始点に向けてクーラントが噴出される。
他方、第２タンク２１には、高圧用ポンプ２７が設けられており、この高圧用ポンプ２７から標準圧力に対して相対的に高圧のクーラントが高圧クーラント供給回路３０に供給される。この実施形態では、クーラント供給の圧力は１６ｋｇ／ｃｍ2である。高圧クーラント供給回路３０では、配管３１が工具ホルダ２５に取り付けられたスイベル継手３２まで延びており、高圧のクーラントは、ガンドリル１６の内部通路を通ってその先端から噴出される。なお、高圧クーラント供給回路３０は、分岐路３３を介して主軸標準圧クーラント供給回路２３に合流するようになっている。
このように、３種類のクーラント供給回路が設けられており、これらの回路を選択的に単独または任意の組み合わせで回路を開閉する回路切替手段として、以下のような電磁方向制御弁３４、３５、３６が設けられている。
このうち、電磁方向制御弁３６は、外部標準圧クーラント供給回路２５を開閉するとともに、クーラントに替えてエア供給管３４から供給されるエアに切り替えるための方向制御弁である。電磁方向制御弁３５は、主軸標準圧クーラント供給回路２０を開閉するとともに、分岐路３２を介して高圧クーランク供給回路３０を主軸標準圧クーラント供給回路２３に合流させるように流路を切り替える。電磁方向制御弁３４は、高圧クーラント供給回路３０を開閉する。これらの電磁方向制御弁３４、３５、３６の開閉切替操作や、標準圧用ポンプ２２、高圧用ポンプ２７の起動、停止操作は、シーケンスコントローラ３９が行う。なお、図１において、参照番号４０は、ＮＣ装置を示す。
本実施形態による深穴加工装置は以上のように構成されるものであり、次に、図２を参照しながら、深穴加工の工程について説明する。
図２は、深穴１５をワークＷに加工する工程でのクーラントの切替動作の順序を示す。このワークＷでは、先に上下方向に延びる縦方向の穴４２が加工されていて、その後、パイロット穴４３から横方向にワークを貫通する深穴１５を加工する。深穴４２を加工するための加工プログラムでは、深穴を加工しつつクーラントの供給を制御する機能がＧコードに割り当てられており、例えば、次のような書式のＧコードとして記述される。
Ｇ５５５ Ｘ＿Ｙ＿Ｚ＿Ｒ＿Ｈ＿Ｄ＿Ｖ＿Ｆ＿Ｌ＿Ｅ＿
ここで、 Ｘ：深穴中心のＸ座標値
Ｙ：深穴中心のＹ座標値
Ｚ：深穴の最終Ｚ座標値
Ｒ：切削送りの開始位置
Ｈ：ガンドリルの撓み量
Ｌ：ガンドリルの工具長
Ｄ：Ｄ1は加工開始位置、Ｄ3は中間深さ
Ｖ：穴４２の位置
Ｆ：送り速度
Ｅ：エアブロー
このように記述されたプログラムをＮＣ装置４０が解析し、深穴加工の進展に応じて位置制御を実行するとともに、シーケンスコントローラ３９は、図２に示されるような順序にしたがってクーラントの供給回路を切り換える操作を行う。
そこで、以下、具体的に、深穴加工の工程を順を追って説明する。
まず、図２において、図示しない初期位置から切削送り開始位置Ｒまで早送りを行う。この早送りの間は、ガンドリル１６の回転は停止したままであり、また、すべてのクーラント供給回路は閉じている。
ガンドリル１６の先端が切削送り開始位置Ｒに到達すると、主軸１４は所定の回転数で逆回転され、指定された切削送り速度で減速してＺ軸方向に送られる。また、同時に、外部標準圧クーラント供給回路２５が開かれ、ノズル２６から標準圧力のクーラントが加工点に向けて噴出される。
この間、主軸１４は逆回転しているので、パイロット穴４３に臨むときに、ガンドリル１６の刃先がワークＷに食い付くのを回避できる。また、外部のノズル２６から標準圧のクーラントが噴き付けられるので、クーラントが飛び散り過ぎるのを防止できる。
ガンドリル１６の先端がパイロット穴４３に入り、パイロット穴４３の底に到達するまでの途中位置、すなわち、ワークＷの端面からＤ1／２の距離の位置で、電磁方向制御弁３５、３６が切り替わり、外部標準圧クーラント供給回路２５が閉じ、主軸標準圧クーラント供給回路２３が開かれる。これにより、ガンドリル１６の先端から標準圧のクーランクが噴出される。また、主軸１４の回転は正回転に切り替わる。
ガンドリル１６がさらに送られると、加工開始位置Ｄ1から切削を開始する。以後、主軸標準圧クーラント供給回路２３から供給されるクーラントにより、ガンドリル１６の刃先は冷却され、切屑が排出される。
やがて、ガンドリル１６が指定された中間深さの位置、すなわちワークの端面からＤ3の距離にある位置に到達すると、電磁方向制御弁３４、３５が切り替わり、主軸標準圧クーラント供給回路２３が閉じて、その替わりに、高圧クーラント供給回路３０が開かれる。これにより、標準圧よりも高い圧力のクーラントがガンドリル１６の先端から噴出される。なお、穴の深さ等の条件によっては、主軸標準圧クーラント供給回路２５と高圧クーラント供給回路３０を共に開くようにして、よりクーラントの流量を多くしてもよい。
以後、深穴加工が進行するが、穴１５が深くなっても高圧のクーラントがガンドリル１６の先端から加工点に噴出されるので、切屑の排出は良好に行われる。また、クーラントは高圧の上に遠心力が加わるので、より切屑の排出性を高めることが可能になる。
次に、既存の穴４２と交差する手前の位置Ｖ1に到達すると、クーラントの圧力を減圧するため、電磁方向制御弁３４、３５が切り替わって、高圧クーラント供給回路３０が閉じるともに主軸標準圧クーラント供給回路２３が開く。これにより、ガンドリル１６の先端が穴４２に突き抜けるときには、クーラントは減圧されているので、クーラントが穴４２から過度に飛び散るのを未然に回避することができる。
その後、穴４２を通り過ぎて、深穴加工が再開されると、電磁方向制御弁３４、３５が切り替わり、主軸標準圧クーラント供給回路２３が閉じて高圧クーラント供給回路３０が開き、高圧のクーラントが供給される。以後、高圧のクーラントが供給されながら、最終深さＰまで深穴が加工される。
ワークＷを突き抜ける手前では、送り速度が減速されるとともに、高圧クーラント供給回路３０が閉じて主軸標準圧クーラント供給回路２３が開き、この切り換えにより、クーラントの供給圧力が減圧される。
最終深さまで到達して深穴加工が終了した後、主軸標準圧クーラント供給回路２３が閉じ、クーラントの供給が停止される。その替わりに、電磁方向制御弁３６が切り替わって主軸標準圧クーラント供給回路２３にエア供給管３７が接続され、クーラントに替ってガンドリル１６からはエアが噴出される。
以後、噴き出したエアにより穴１５をクリーニングしながら、ガンドリル１６は深穴から逃げ、完全に抜け出たところでエアが停止され、その後、初期位置まで戻ることになる。
以上、本発明によるガンドリル加工装置について、横中ぐり盤に適用した実施形態について説明したが、本発明は、深穴を水平方向に加工する場合に限定されず、鉛直方向、あるいは斜めに深穴を加工する場合にも適用することができる。
本発明一実施形態による深穴加工装置の構成説明図である。 同深穴加工装置による深穴加工でのクーラント切替動作を順序を示す説明図。
符号の説明
１０ 主軸頭
１２ テーブル
１４ 主軸
１５ 深穴
１６ ガンドリル
２２ 標準圧用ポンプ
２３ 主軸標準圧クーラント供給回路
２５ 外部標準圧クーラント供給回路
２６ ノズル
３０ 高圧クーラント供給回路
３４ 電磁方向制御弁
３５ 電磁方向制御弁
３６ 電磁方向制御弁
３９ シーケンスコントローラ

Claims (7)

  1. 主軸にガンドリルを装着した工作機械で、ワークに深穴加工を行う深穴加工方法において、
    主軸内部を通り前記ガンドリル先端まで延びるクーラント通路に標準圧力のクーラントを供給する主軸標準圧クーラント供給回路と、主軸外部に設置したノズルに標準圧力のクーラントを供給する外部標準圧クーラント供給回路と、前記主軸のクーラント通路に合流し、前記標準圧力よりも高圧のクーラントを供給する高圧クーラント供給回路と、からなるクーラント供給回路を主軸に接続し、
    前記外部標準圧クーラント供給回路からクーラントをワークに向けて噴出しながら、深穴加工開始位置まで主軸を送る工程と、
    前記深穴加工を開始後、前記外部標準クーラント供給回路を閉じ、主軸標準圧クーラント供給回路を開き、クーラントを供給しながら所定の中間深さまで深穴を加工する工程と、
    前記中間深さまで加工した時点で、主軸標準圧クーラント供給回路を閉じ、高圧クーラント供給回路を開いて高圧のクーラントを供給しながら、最終深さまで深穴を加工する工程と、
    からなることを特徴とする深穴加工方法。
  2. ワークには深穴加工に先立ってパイロット穴を加工しておき、ガンドリルの先端部が前記パイロット穴に臨む位置まで主軸を早送りし、その後送り速度を切削送りの速度に減速し逆回転しながら切削開始点まで送り、切削開始点から主軸を正回転させることを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
  3. 加工中の深穴が既存の穴と交差する位置の手前で、前記高圧クーラント供給回路から主軸標準圧クーラント供給回路に切り換え、クーラントの供給圧力を減圧することを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
  4. 前記ワークを突き抜ける手前で、送り速度を減速するとともに、前記高圧クーラント供給回路から主軸標準圧クーラント供給回路に切り換え、クーラントの供給圧力を減圧することを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
  5. 深穴加工を終了後、前記外部標準圧クーラント供給回路からエアを供給しながら、ガンドリルを深穴から逃がすことを特徴とする請求項１に記載の深穴加工方法。
  6. ガンドリルでワークに深穴加工を行う深穴ＮＣ加工装置において、
    主軸外部に設置したノズルに標準圧力のクーラントを供給する外部標準圧クーラント供給回路と、
    主軸内部を通り前記ガンドリル先端まで延びるクーラント通路に標準圧力のクーラントを供給する主軸標準圧クーラント供給回路と、
    前記主軸のクーラント通路に合流し、前記標準圧力よりも高圧のクーラントを供給する高圧クーラント供給回路と、
    前記主軸標準圧クーラント供給回路、外部標準圧クーラント供給回路、高圧クーラント供給回路のうち、選択的に単独または任意の組み合わせで回路を開閉する回路切替手段と、
    プログラムで指定された工程順序に従って前記回路切替手段の開閉切替操作を行うシーケンスコントローラと、
    を備えたことを特徴とする深穴加工装置。
  7. 前記シーケンスコントローラは、
    深穴加工開始位置まで主軸を早送りする工程では、前記外部標準圧クーラント供給回路を開き、
    前記深穴加工を開始後、所定の中間深さまで加工する工程では、前記加工開始位置で前記外部標準クーラント供給回路を閉じ、主軸標準圧クーラント供給回路を開き、
    前記中間深さから最終深さまで深穴を加工する工程では、前記中間深さ位置で、主軸標準圧クーラント供給回路を閉じ、高圧クーラント供給回路を開くことを特徴とする請求項６に記載の深穴加工装置。
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