JP2015116621A - ドリル加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、加工時のロータシャフトの振動モードの励起を確実に検出できるようにすることを目的とするものである。
【解決手段】
被加工物を加工するためのドリル７を回転させるスピンドル５と、当該スピンドル５と前記被加工物８を３次元方向に相対移動させる機構とを有するドリル加工装置において、前記スピンドル５の振動を測定する振動計１４と、当該振動計１４からの測定信号のうちの特定の周波数成分が所定の大きさを超えたことを検出する手段２３、２４とを備えることを特徴とするドリル加工装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば高速に回転するドリルによってプリント基板に穴明けを行うためのドリル加工装置に関する。

図６は、プリント基板用の通常のドリル加工装置の全体構成を示す図である。被加工物となるプリント基板８を載置するテーブル１は前後Ｘ方向に移動可能に設置され、Ｘ軸駆動部２により駆動される。スライド板３はテーブル１の上方に左右Ｙ方向に移動可能に設置され、Ｙ軸駆動部４により駆動される。スピンドル５はスライド板３に上下Ｚ方向に移動可能に設置され、Ｚ軸駆動部６により駆動される。ドリル７はスピンドル５に回転自在に保持されている。テーブル１とスライド板３がそれぞれＸ方向、Ｙ方向に移動することで、プリント基板８の穴明け位置上方にドリル７が位置決めされる。位置決め後、スピンドル５が下降して、ドリル７が回転しながらプリント基板８に切り込み、穴明け加工が行われる。テーブル１とスライド板３の位置決め動作と、ドリル７の上下動作を繰り返すことで、必要な加工パターンの穴明け加工が行われる。Ｘ軸駆動部２、Ｙ軸駆動部４、Ｚ軸駆動部６は全体の動作を制御する制御装置９により制御される。制御装置９は入出力装置１０により操作される。

図７は、上記のドリル加工装置におけるスピンドル５の断面図である。スピンドル５は、先端にドリル７を取り付けるロータシャフト１１と、ロータシャフト１１を回転自在に支持する静圧空気軸受構造の空気軸受１２と、ロータシャフト１１を回転させるモータ１３とから構成される。空気軸受１２は、ラジアル空気軸受１２a、１２bによりロータシャフト１１を径方向に支持し、スラスト空気軸受１２cにより軸方向に支持している。モータ１３は、ロータシャフト１１の中央に形成されたロータ１３aと、ロータ１３aに対向する位置に設置されたステータ１３bより構成される。

図８は、ロータシャフト１１の振動モードを説明するための図である。（a）はロータシャフト１１とドリル７の中心軸を示し、（b）は円筒モードの、（c）は円錐モードの、（d）は曲げ１次モードの、（e）は曲げ２次モードの中心軸の様子をそれぞれ示す。
加工時、ドリル７の先端に切削力や不釣り合いによる遠心力が働き、ロータシャフト１１が加振され、条件によってはロータシャフト１１の振動モードが励起される。あまり大きな振動が発生すると、図６における空気軸受１２において、本来は非接触状態で高速回転するロータシャフト１１が受け部と接触し、傷によるバランスの悪化や、かじり、焼き付きなどを引き起こす。

従来、上記のような静圧空気軸受の異常検出方法として、特許文献１に開示されるように、主軸の回転数を検出し、主軸回転数指令値と送り速度に応じて決められた回転数下限値とを比較し、主軸回転数の検出値が回転数下限値以下になれば、主軸異常であると判定するようにしたものがある。

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、ロータシャフトの振動モードが励起される状況において、必ずしも回転数が低下するとは限らず、異常を検出できない可能性がある。

特開2000-141170号公報

そこで本発明の目的は、加工時のロータシャフトの振動モードの励起を確実に検出できるようにすることにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載のドリル加工装置においては、被加工物を加工するためのドリルを回転させるスピンドルと、当該スピンドルと前記被加工物を３次元方向に相対移動させる機構とを有するドリル加工装置において、前記スピンドルの振動を測定する振動計と、当該振動計からの測定信号のうちの特定の周波数成分が所定の大きさを超えたことを検出する手段とを備えることを特徴とする。

また請求項２に記載のドリル加工装置においては、被加工物を加工するためのドリルを回転させるスピンドルと、当該スピンドルと前記被加工物を３次元方向に相対移動させる機構とを有するドリル加工装置において、前記スピンドルに契合して前記被加工物を押圧するプレッシャフットの振動を測定する振動計と、当該振動計からの測定信号のうちの特定の周波数成分が所定の大きさを超えたことを検出する手段とを備えることを特徴とする。

また請求項３に記載のドリル加工装置においては、請求項１又は２のいずれかに記載のドリル加工装置において、前記スピンドルの共振周波数を前記特定の周波数成分とすることを特徴とする。

本発明によれば、加工時のロータシャフトの振動モードの励起を確実に検出できるようになり、スピンドルの損傷を防止することができる。

本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。 図１における振動計から出力される振動測定信号の処理を説明するための図である。 図２におけるバンドパスフィルタの特性を示す図である。 本発明の一実施例の動作を説明するための図である。 本発明の他の実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。 通常のドリル加工装置の全体構成を示す図である。 図６におけるスピンドルの断面図である。 図６におけるロータシャフトの振動モードを説明するための図である。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例の構成を示す図である。図１において、図６と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。ドリル７を保持したスピンドル５には振動計１４が設置されており、ここで穴明け加工中の振動を測定し、振動測定信号を出力する。スピンドル５の先端部に係合するプレッシャフット１５は、図示を省略するシリンダを介して、スピンドル５とは独立にＺ方向に移動自在に支持されている。プレッシャフット１５の下端には、ブッシュ１６が保持されている。被加工物となるプリント基板８はテーブル１に固定されている。穴明け加工の際、プレッシャフット１５はドリル７に先んじて下降し、その下端にあるブッシュ１６がプリント基板８に押圧力を加えた状態となってその浮き上がりを防ぐ。穴明け加工時に発生する切り屑は、プレッシャフット１５の内側空間から側面の配管１７を介して集塵機１８に回収される。

図２は、振動計１４から出力される振動測定信号の処理を説明するための図である。振動計１４から出力される振動測定信号２２は、バンドパスフィルタ２３と判別回路２４を経由して、図６で説明した制御装置９に送られる。バンドパスフィルタ２３は、後述する帯域の周波数を通過させるものである。判別回路２４は、バンドパスフィルタ２３から出力される周波数成分が所定のレベルを超えていたら、それを検出し異常検出信号２５を出力するものである。

図３は、上記バンドパスフィルタ２３の特性を示す図である。周波数ｆ１は図８（d）に示すロータシャフト１１の曲げ１次モードの共振周波数、周波数ｆ２は図８（e）に示すロータシャフト１１の曲げ２次モードの共振周波数であり、バンドパスフィルタ２３の通過帯域は、曲げ１次モードと曲げ２次モードの共振周波数ｆ１とｆ２を含むように設定されている。これら共振周波数ｆ１とｆ２は、あらかじめ実機にて測定して求めておいても良いし、設計値や推測値を使用しても良い。また、図８（b）、（c）に示す円筒モードや円錐モード、更に高次の振動モードの共振周波数を含む通過帯域を追加しても良い。

図４は、本実施例の動作を説明するための図である。ドリル７の先端の高さがプリント基板８の上面より低い位置にある場合、ドリル７はプリント基板８を加工中か、またはプリント基板８に加工した穴を通過中である。この際、ドリル７を介してロータシャフト１１が加振され、この振動はスピンドル５に伝わるので、それが振動計１４で測定される。その時のドリル７の上下動作の様子を（a）に、その時の振動計１４の振動測定信号を（b）に、その時のバンドパスフィルタ２３の出力を（c）に、それぞれ示す。
制御装置９は、判別回路２４からの異常検出信号２５を受信したら、加工を中止するか、又はスピンドル５の回転数や送り速度を低下させる。こうすることで、ロータシャフト１１の振動モードに由来するスピンドル５の損傷を防止できる。

図５は、本発明の他の実施例の構成を示す図である。実施例１との違いは、振動計２６をプレッシャフット１５に設置したことである。図５において、図１と同じもの又は同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本実施例においても、ドリル７の先端の高さがプリント基板８の上面より低い位置にある場合、ドリル７はプリント基板８を加工中か、またはプリント基板８に加工した穴を通過中であるが、この際、ロータシャフト１１の加振はドリル７を介してプリント基板８に伝わり、この振動はブッシュ１６を介してプレッシャフット１５に伝わるので、それが振動計２６で測定される。振動計２６から出力される振動測定信号の処理は、上記の実施例１の場合と同様である。こうすることで、ロータシャフト１１の振動モードに由来するスピンドル５の損傷を防止できる。

本実施例では、振動計２６がプレッシャフット１５に設置されているため、スピンドル５に振動計を設置する必要がなく、スピンドル５の交換が必要な際にも、その交換が容易になる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

５・・・スピンドル
７・・・ドリル
９・・・制御装置
８・・・プリント基板
１１・・・ロータシャフト
１２・・・空気軸受
１４、２６・・・振動計
１５・・・プレッシャフット
２３・・・バンドパスフィルタ
２４・・・判別回路

Claims (3)

1. 被加工物を加工するためのドリルを回転させるスピンドルと、当該スピンドルと前記被加工物を３次元方向に相対移動させる機構とを有するドリル加工装置において、前記スピンドルの振動を測定する振動計と、当該振動計からの測定信号のうちの特定の周波数成分が所定の大きさを超えたことを検出する手段とを備えることを特徴とするドリル加工装置。
2. 被加工物を加工するためのドリルを回転させるスピンドルと、当該スピンドルと前記被加工物を３次元方向に相対移動させる機構とを有するドリル加工装置において、前記スピンドルに係合して前記被加工物を押圧するプレッシャフットの振動を測定する振動計と、当該振動計からの測定信号のうちの特定の周波数成分が所定の大きさを超えたことを検出する手段とを備えることを特徴とするドリル加工装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載のドリル加工装置において、前記スピンドルの共振周波数を前記特定の周波数成分とすることを特徴とするドリル加工装置。
   
   

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