JP2015188956A - 製造方法、加工装置及びドリル - Google Patents

Abstract

【課題】径の異なる穴を加工するに際して、ドリルを交換することなく、穴付きの部品を製造すること。【解決手段】本発明の加工装置は、切削工具を回転駆動する加工ユニットと、前記加工ユニットを前記切削工具の軸方向に移動可能な移動ユニットと、を備え、前記切削工具は、第一の穴を形成する第一のドリルと、前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、前記加工ユニットは、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの前記軸方向の相対位置を変化させる相対移動機構を備える。【選択図】 図３

Description

本発明はワークに穴を形成する技術に関する。

径が異なる穴をワークに加工する方法として、例えば、特許文献１〜３に開示された技術が提案されている。特許文献１には、複数種類の段付きのドリルを用いて段付き穴を加工する方法が開示されている。特許文献２及び３には径の異なる複数の刃を備えたドリルにより、穴を加工する方法が開示されている。

特開２００４−３３７９９７号公報 特開２００６−０８２４２０号公報 特許第５１５１５０１号公報

特許文献１の方法は、ドリルの交換を必要とするため、加工時間が長くなる場合がある。特許文献２及び３の方法は、径の異なる複数の刃を一体に構成したドリルであるため、穴の深さ等が異なる場合には、ドリルの組み換えが必要とされ、やはりドリルの交換が必要となる。

本発明の目的は、径の異なる穴を加工するに際して、ドリルを交換することなく、穴付きの部品を製造することにある。

本発明によれば、ワークに対して切削工具により二種類の穴を形成することで、穴付きの部品を製造する製造方法であって、前記切削工具が、第一の穴を形成する第一のドリルと、前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、前記製造方法は、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が、第一のドリルの先端が第二のドリルの先端から突出した第一の相対位置に調整された状態で、前記第一のドリルにより、前記ワークに前記第一の穴を形成する第一の加工工程と、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置を、前記第一のドリルの先端が前記第二のドリルに収容されているか、又は、前記第一の相対位置と比較して、前記第二のドリルの先端からの前記第一のドリルの先端の突出量が小さい第二の相対位置に調整する調整工程と、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が前記第二の相対位置に調整された状態で、前記第二のドリルにより、前記ワークに前記第二の穴を形成する第二の加工工程と、を備える、ことを特徴とする製造方法が提供される。

また、ワークに対して切削工具により段付き穴を形成することで、穴付きの部品を製造する製造方法であって、前記切削工具が、第一の穴を形成する第一のドリルと、前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、前記製造方法は、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が、第一のドリルの先端が第二のドリルの先端から突出した第一の相対位置に調整された状態で、前記第一のドリルにより、前記ワークに前記第一の穴を形成する第一の加工工程と、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置を、前記第一の相対位置と比較して、前記第二のドリルの先端からの前記第一のドリルの先端の突出量が小さい第二の相対位置に調整する調整工程と、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が前記第二の相対位置に調整された状態で、前記第二のドリルにより前記第一の穴と同心の前記第二の穴を形成し、前記段付き穴を形成する第二の加工工程と、を備える、ことを特徴とする製造方法が提供される。

また、本発明によれば、切削工具を回転駆動する加工ユニットと、前記加工ユニットを前記切削工具の軸方向に移動可能な移動ユニットと、を備え、前記切削工具は、第一の穴を形成する第一のドリルと、前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、前記加工ユニットは、前記第一のドリルと前記第二のドリルとの前記軸方向の相対位置を変化させる相対移動機構を備える、ことを特徴とする加工装置が提供される。

また、所定のドリルの内側に配設されるドリルであって、軸方向の一方端部側に形成され、加工装置に固定される装着部と、軸方向の他方端部側に形成され、ワークに穴を加工する刃部と、前記装着部と前記刃部との間に形成され、前記所定のドリルの軸方向の移動を案内する案内部と、を備える、ことを特徴とするドリルが提供される。

また、所定のドリルの外側に配設されるドリルであって、前記所定のドリルが挿通される軸方向に延びる貫通孔と、軸方向の一方端部側に形成され、加工装置に固定される装着部と、軸方向の他方端部側に形成され、ワークに穴を加工する刃部と、を備える、ことを特徴とするドリルが提供される。

本発明によれば、径の異なる穴を加工するに際して、ドリルを交換することなく、穴付きの部品を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る加工システムの概略図。 （Ａ）〜（Ｄ）は切削工具の説明図。 本発明の一実施形態に係る加工装置の斜視図。 図３の加工装置の分解斜視図。 図３のIII-III線断面図。 （Ａ）は切削工具の先端検出例の説明図、（Ｂ）は制御ユニットのブロック図。 （Ａ）及び（Ｂ）は加工例の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は加工例の説明図。 加工例の説明図。 （Ａ）〜（Ｆ）は他の加工例の説明図。 （Ａ）〜（Ｆ）は他の加工例の説明図。 （Ａ）〜（Ｄ）は他の加工例の説明図。 （Ａ）〜（Ｆ）は他の加工例の説明図。

図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図においてＸ、Ｙは互いに直交する水平方向を示し、Ｚは上下方向を示す。

＜加工システム＞
図１は本発明の一実施形態に係る加工システム１００の概略図である。加工システム１００は、ワークＷに対して切削工具Ｔで穴を形成することで穴付きの部品を製造するシステムであり、加工装置１と、加工装置１を移動する移動装置１０１と、を備える。

ワークＷは、本実施形態の場合、板状の部材Ｗ１と板状の部材Ｗ２との積層体であり、水平姿勢で準備される。穴を形成するワークとしては、様々なワークを対象とすることができる。例えば、鋼板、建材用パネル、構造用の鉄鋼材又は木材、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド等を挙げることができる。

移動装置１０１は、一対の支柱部１０１ｂと、一対の支柱部１０１ｂ間に架設された梁部１０１ａとを備え、一対の支柱部１０１ｂは、Ｙ方向に延びるレール１０１ｃ上をレール１０１ｃに沿って移動可能となっている。梁部１０１ａには複数の加工装置１が支持されており、一対の支柱部１０１ｂがレール１０１ｃ上を移動することで、複数の加工装置１を同時に水平に移動することができ、ワークＷの複数部位に同時に穴の加工作業を行うことができる。また、各加工装置１は、梁部１０１ａの長手方向（図１中ではＸ方向）に沿ってスライド移動自在に設けても良い。これによって、加工装置１間の各離間距離を任意の値に設定することができる。

なお、本実施形態では、移動装置１０１を複数の加工装置１を同時に移動する直動機構を備えたガントリー型のロボットとしたが、個々の加工装置１毎に設けられ、加工装置１を３次元的に移動する多関節アーム型のロボットとしてもよい。

＜切削工具＞
図２（Ａ）〜（Ｄ）を参照して切削工具Ｔの構成について説明する。図２（Ａ）は切削工具Ｔの正面図、図２（Ｂ）は切削工具Ｔの先端側の部分の拡大図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）のI-I線断面図、図２（Ｄ）は図２（Ｃ）のII-II線断面図である。

切削工具Ｔは、切削可能な穴径が異なる二種類のドリルＴ１、Ｔ２を組み合わせて構成されている。ドリルＴ１とドリルＴ２とは、ドリルＴ１がドリルＴ２の内側に配設され、ドリルＴ２がドリルＴ１の外側に配設される関係にある。

ドリルＴ１は相対的に小径の穴を形成するドリルである。ドリルＴ１は、全体として円柱状の部材であり、刃部Ｔ１１、装着部Ｔ１２、案内部Ｔ１３とを備える。刃部Ｔ１１は、ドリルＴ１の前方側となる先端Ｔ１ａから一定の範囲に渡って形成され、ワークＷに穴を形成する刃の部分である。ここで言う先端Ｔ１ａとは、ドリルの先端部における逃げ面の部分を意味している。装着部Ｔ１２は、加工装置１に固定される部分であり、ドリルＴ１の後方側となる後端から一定の範囲に渡って形成されている。ドリルＴ１はその軸方向がＺ方向となるように加工装置１に固定され、使用時に先端Ｔ１ａはドリルＴ１の下端に位置することになる。案内部Ｔ１３は、刃部Ｔ１１と装着部Ｔ１２との間に形成されており、ドリルＴ２の軸方向の移動を案内する。本実施形態の場合、装着部Ｔ１２と案内部Ｔ１３とは同径の円柱形状としているが、他の形状（例えば、多角形）であってもよく、また、装着部Ｔ１２と案内部Ｔ１３とが異径の円柱形状であってもよいし、異形状であってもよい。

ドリルＴ２は相対的に大径の穴を形成するドリルである。ドリルＴ２は、全体として円筒状の部材であり、刃部Ｔ２１、装着部Ｔ２２、貫通穴Ｔ２３とを備える。刃部Ｔ２１は、ドリルＴ２の前方側となる先端Ｔ２ａから一定の範囲に渡って形成され、ワークＷに穴を形成する刃の部分である。ここで言う先端Ｔ２ａとは、ドリルの先端部における逃げ面の部分を意味している。装着部Ｔ２２は、加工装置１に固定される部分であり、ドリルＴ２の後方側となる後端から一定の範囲に渡って形成されている。本実施形態の場合、刃部Ｔ２１と装着部Ｔ２２とが、それぞれドリルＴ２の全長の約半分ずつ形成されている。貫通穴Ｔ２３はドリルＴ２の軸方向に延びて形成されており、ドリルＴ２を軸方向に貫通する穴である。ドリルＴ２はその軸方向がＺ方向となるように加工装置１に固定され、使用時に先端Ｔ２ａはドリルＴ２の下端に位置することになる。

貫通穴Ｔ２３にはドリルＴ１が挿通され、ドリルＴ２がドリルＴ１の周りを囲むようにして、ドリルＴ１とドリルＴ２とは同軸上に設けられる。本実施形態の場合、貫通穴Ｔ２３は、ドリルＴ１の刃部Ｔ１１及び案内部Ｔ１３の外径よりも僅かに大きい穴径とされる。案内部Ｔ１３と貫通穴Ｔ２３とは、互いの軸方向の移動を案内する関係にある。ドリルＴ１とドリルＴ２とはそれらの相対位置が変化するように、互いに軸方向にスライド自在である。この結果、ドリルＴ２の先端Ｔ２ａから突出するドリルＴ１の先端Ｔ１ａの突出量Ｌを０〜所定量まで変化させることができる。

ドリルＴ１とドリルＴ２との相対位置としては、例えば、以下の例が想定される。

まず、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａは貫通穴Ｔ２３内に完全に収容された状態であり、Ｌ＝０の場合である。専らドリルＴ２のみで加工を行う場合の相対位置である。

次に、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが僅かにドリルＴ２の先端Ｔ２ａから突出した状態であり、Ｌ＝逃げ面が形成された先端部の突出長さである。ドリルＴ２での加工の際にドリルＴ１の先端Ｔ１ａを利用する場合、或いは、ポンチ穴として利用する凹部を形成する場合等の相対位置である。

次に、ドリルＴ１の刃部Ｔ１１の周面が露出した状態であり、Ｌ＞逃げ面が形成された先端部の突出長さである。この場合、刃部Ｔ１１の全体が露出した場合と一部が露出した場合とがあり得る。ドリルＴ１で加工を行う場合、或いは、ドリルＴ２で加工を行う際に、ドリルＴ１をガイドとして利用する場合等の相対位置である。

＜加工装置＞
図３〜図６（Ａ）を参照して加工装置１について説明する。図３は切削工具Ｔを装着した状態での加工装置１の斜視図、図４は切削工具Ｔを装着した状態での加工装置１の分解斜視図である。図５は図３のIII-III線断面図である。図６（Ａ）は切削工具Ｔの先端検出例の説明図である。

加工装置１は、駆動ユニット２と、移動ユニット３と、多機能ユニット４と、支持ユニット５とを備える。

＜駆動ユニット＞
駆動ユニット２は、駆動機構２１と、ドリル支持ユニット２２と、ドリル支持ユニット２３と、相対移動機構２４と、を備える。

駆動機構２１は、切削工具Ｔを回転駆動する駆動力を出力する。駆動機構２１は、例えば、電動モータ等の駆動源を備え、必要に応じて駆動源の出力を減速する減速機を設けてもよい。本実施形態の場合、速度制御可能なモータを採用しており、切削工具Ｔおよび加工対象となるワークＷの材質に応じた最適な加工速度になるように速度制御が行われる。

ドリル支持ユニット２２は、ドリルＴ１を支持するユニットである。ドリル支持ユニット２２は、回転部材２２１と、回転部材２２１をＺ軸周りに回転自在に支持する回転支持部材２２２とを備える。回転支持部材２２２は筒状の部材であり、この回転支持部材２２２の内部空間に回転部材２２１が挿通される。

回転部材２２１は、連結部２２１ａと、装着部２２１ｂと、係合部２２１ｃとを備える。連結部２２１ａは、ドリルＴ１の軸方向（Ｚ方向。以下同じ）で一方の端部（上側）に設けられている。連結部２２１ａには駆動機構２１の出力軸が連結され、駆動機構２１の回転力が伝達される。これにより、回転部材２２１はＺ軸周りに回転する。

装着部２２１ｂは、ドリルＴ１の軸方向で他方の端部（下側）に設けられている。装着部２２１ｂは、ドリルＴ１の装着部Ｔ１２を固定するチャックを備え、ドリルＴ１は装着部２２１ｂに着脱可能に取り付けられる。

係合部２２１ｃは、連結部２２１ａと装着部２２１ｂとの間の位置に設けられている。係合部２２１ｃは後述するように回転部材２３１の係合部２３１ａと係合して、駆動機構２１の回転力を回転部材２３１に伝達する。

ドリル支持ユニット２３は、ドリルＴ２を支持するユニットである。ドリル支持ユニット２３は、回転部材２３１と、回転部材２３１をＺ軸周りに回転自在に支持する回転支持部材２３２とを備える。回転支持部材２３２は筒状の部材であり、筒状の筒体部２３２ａと、筒体部２３２ａにおける他方端部（図４中では下端部）に設けられるフランジ部２３２ｂとを備える。この筒体部２３２ａの内部空間に回転部材２３１が挿通される。

回転部材２３１は、係合部２３１ａと、装着部２３１ｂとを備える。係合部２３１ａは、ドリルＴ２の軸方向（Ｚ方向。以下同じ）で一方の端部（上側）に設けられており、本実施形態の場合、回転部材２３１の上端面に開口した開口部として形成されている。装着部２３１ｂは、ドリルＴ２の軸方向で他方の端部（下側）に設けられている。装着部２３１ｂは、ドリルＴ２の装着部Ｔ２２を固定するチャックを備え、ドリルＴ２は装着部２３１ｂに着脱可能に取り付けられる。筒体部２３２ａの内部空間には、回転部材２３１の装着部２３１ｂの側が挿通される。

回転部材２３１は、回転部材２２１から回転力が伝達されて回転する。回転力の伝達は、回転部材２２１の係合部２２１ｃと回転部材２３１の係合部２３１ａとの係合により行われる。回転部材２２１と回転部材２３１とは同軸上に配置される。図５に示すように、係合部２２１ｃは略四角形の断面形状を有しており、係合部２３１ａは係合部２２１ｃと略同形状の開口部を有しており、係合部２２１ｃが、係合部２３１ａに挿入、嵌合され、両者は嵌め合い（すきまばめ）の関係にある。

このため、回転部材２２１と回転部材２３１とのＺ方向の相対移動は許容されるが、回転部材２２１と回転部材２３１とのＺ軸周りの相対回転は許容されない。したがって、駆動機構２１の回転力は、回転部材２２１を介して回転部材２３１に伝達されることになる。本実施形態では、係合部２２１ｃと係合部２３１ａとの結合態様が嵌め合いの場合を例に挙げたが、Ｚ方向の相対移動を許容しながら回転力を伝達できれば、どのような結合態様であってもよい。例えば、キー溝結合、スプライン結合であっても良い。

相対移動機構２４は、回転部材２２１と回転部材２３１とをＺ方向に相対移動させる機構である。本実施形態では回転部材２３１側を移動させる構成としている。回転部材２２１と回転部材２３１とを相対移動させることで、ドリルＴ１とドリルＴ２との軸方向の相対位置を変化させることができ、したがって、上述した突出量Ｌを変化させることができる。

相対移動機構２４は、支持部２４１と、支持部２４１をＺ方向に移動する移動部２４２、２４２を備える。支持部２４１は、回転支持部材２３２を固定する部材であり、回転支持部材２３２を介して回転部材２３１を回転自在に支持する。支持部２４１は、互いに結合される支持部材２４１ａと、支持部材２４１ｂとを備える。支持部材２４１ａは回転支持部材２３２が装着される凹部２４１ａ’と、回転支持部材２３２を軸方向の装着位置に規定する規定部２４１ａ”とを備え、支持部材２４１ｂは回転支持部材２３２が装着される凹部２４１ｂ’を備える。これら凹部２４１ａ’、２４１ｂ’により回転支持部材２３２を挟み込むようにして回転支持部材２３２を固定し、規定部２４１ａ”によってフランジ部２３２ｂを規定することで軸方向の位置を規定する。

移動部２４２，２４２は支持部２４１をＺ方向に移動する移動機構であり、本実施形態の場合、Ｘ方向に離間して二つの移動機構を併設しているが一つであってもよい。本実施形態の場合、移動部２４２は電動シリンダ等のアクチュエータであり、Ｚ方向に延びるロッド２４２ａをＺ方向に進退させる機構である。ロッド２４２ａの下端には支持部２４１が接続されており、二つの移動部２４２を同期的に駆動することで支持部２４１をＺ方向に移動（昇降）し、ドリルＴ２のＺ方向の位置を調整すると共に、ドリルＴ２による穴加工時の推進力を最適に制御することができる。この移動を円滑に行うため、支持部材２４１ａの背面には、後述するレール部５３、５３と係合するスライダ２４１ｃ、２４１ｃが設けられている。

＜支持ユニット＞
支持ユニット５は、加工ユニット２及び多機能ユニット４を支持するユニットである。支持ユニット５は、ベース部材５０、支持部５１、支持部５２、５２、レール部５３、５３及びレール部５４を備える。

ベース部材５０は板状の部材であり、その一面に支持部５１、支持部５２、５２、レール部５３、５３及びレール部５４が固定されている。支持部５１は駆動機構２１を支持する。支持部５２、５２は、それぞれ、移動部２４２、２４２を支持する。これにより、相対移動機構２４が支持ユニット５に支持される。

レール部５３、５３はＺ方向に延設されており、スライダ２４１ｃ、２４１ｃのＺ方向の移動を案内する。これにより支持部２４１がＺ方向に円滑に昇降可能となる。レール部５４はＺ方向に延設されており、多機能ユニット４のスライダ４１と係合して多機能ユニット４のＺ方向の移動を案内する。なお、多機能ユニット４がレール部５４から落下することを防止するため、その降下量を規制する不図示のストッパが設けられている。

＜移動ユニット＞
移動ユニット３は支持ユニット５をＺ方向に移動する機構である。支持ユニット５をＺ方向に移動することで、加工ユニット２及び多機能ユニット４がＺ方向に移動することになる。加工ユニット２を降下させることで、切削工具ＴをワークＷに当接させ加工することが可能となる。

移動ユニット３は、移動体３１と、支柱３２とを備える。支柱３２は、移動体３１をＺ方向に移動する機構を内蔵する。このような機構は、例えば、電動モータ等の駆動源と、駆動源の駆動力を移動体３１に伝達する伝達機構（例えばボールねじ機構やベルト伝動機構等）とから構成することができる。本実施形態の場合の駆動源は、エンコーダを含むサーボモータを採用しており、移動体３１の移動を任意の位置に移動制御することができる。支持ユニット５は移動体３１に固定され、移動体３１の移動により支持ユニット５が移動し、ドリルＴ１をＺ方向の所定の位置に調整し、ドリルＴ１による穴加工時の推進力を最適に制御することができる。

＜多機能ユニット＞
多機能ユニット４は、ワークＷにおける加工部位の周囲を囲包し、負圧吸引される内部空間を形成する吸引空間形成ユニットとしての機能と、ワークＷに対する切削工具Ｔの先端位置を検出する検出ユニットとしての機能とを有している。

多機能ユニット４は、スライダ４１と、本体ユニット４２と、接続機構４３とを備える。スライダ４１は、上述したとおり、レール部５４と係合してＺ方向にスライド自在であり、多機能ユニット４はレール部５４にＺ方向にスライド自在に支持される。

接続機構４３は、スライダ４１に対して吸引空間形成ユニットを含む本体ユニット４２を移動可能に接続する蝶番機構である。本実施形態の場合、後述する当接部４４を加工軸上の作業位置と加工軸から離脱した退避位置との間で移動可能に構成する。具体的には、接続機構４３の回転軸４３ａの周りに、当接部４４を含む本体ユニット４２全体が、作業位置と退避位置との間で回動される。これにより、加工ユニット２や本体ユニット４２のメンテナンス等の（本実施形態の場合、それぞれのドリルの交換を行う）場合に、当接部４４を退避位置に移動させることでドリルの交換作業性を向上する。

多機能ユニット５は、吸引空間形成ユニットとしての構成として、中空の当接部４４と、中空の中間部４２２と、中空のダクト部４２３とを備え、これらの内部空間は連通している。

当接部４４は、図６（Ａ）に示すように、ワークＷに対する切削工具Ｔの加工部位の周囲を囲包するよう、下方が開放した箱状をなしており、その下面がワークＷの上面に当接する。当接部４４は、負圧吸引される内部空間４２１を形成する吸引空間形成部としても機能する。当接部４４の上壁及び底壁には、切削工具Ｔが通過可能な開口部４４ａ、４４ｂが形成されている。

ダクト部４２３の上端部には、ポンプ等の吸引装置がホースを介して接続される（不図示）。吸引装置の駆動により吸引空間形成部４２１の内部空間を負圧吸引する。これにより切削工具Ｔによる加工作業の際に生じる加工屑を外部に排出することができ、作業部位を清潔に維持できる。

多機能ユニット５は、検出ユニットとしての構成として、当接部４４と、センサ４５とを備える。センサ４５は、切削工具Ｔの先端を検出するセンサであり、本実施形態では、発光素子４５ａと受光素子４５ｂとを備える光センサである。発光素子４５ａと受光素子４５ｂは、開口部４４ａを挟むようにして当接部４４の上壁に設けられている。

図６（Ａ）を参照してセンサ４５による切削工具Ｔの先端の検出例について説明する。加工の際、状態Ｓ１に示すように、切削工具Ｔ及び当接部４４が共にワークＷの上方に離間した状態から、移動ユニット３によって支持ユニット５が降下される。これにより、加工ユニット２及び多機能ユニット５は降下し、まずは状態Ｓ２に示すように、当接部４４がワークＷの上面に当接（着地）する。当接部４４の寸法は既知であるので、ワークＷの上面からセンサ４５の検出位置Ｓまでの高さＨも既知の高さである。支持ユニット５が更に降下されると、加工ユニット２は更に降下するものの、多機能ユニット５は既にワークＷに当接しているため、これ以上、降下しない。すると、状態Ｓ３に示すように切削工具Ｔの先端（ここではドリルＴ１の先端）が検知位置Ｓを通過する。切削工具Ｔの先端がセンサ４５で検知されてからの、支持ユニット５の降下量によって、切削工具ＴとワークＷとの距離を演算することができ、加工する穴の深さ等を制御することができる。

＜制御ユニット＞
図６（Ｂ）は加工装置１の制御ユニット６のブロック図である。本実施形態の場合、制御ユニット６は加工システム１００全体の制御を行う。

制御ユニット６は、ＣＰＵ等の処理部６１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部６２と、外部デバイスを構成する入力デバイス６５および出力デバイス６４と処理部６１とをインターフェースするインターフェース部６３と、を含む。インターフェース部６３には、ホストコンピュータとの通信を行う通信インターフェースも含まれる。ホストコンピュータは、例えば、加工システム１００が配置された製造設備全体を制御するコンピュータである。

処理部６１は記憶部６２に記憶されたプログラムを実行し、入力デバイス６５から入力される情報（例えばセンサの検知結果）や、ホストコンピュータの指示に基づいて、出力デバイス６４を制御する。入力デバイス６５には、例えば、センサ４５等が含まれる。出力デバイス６４には、例えば、駆動機構２１の駆動源、移動部２４２、移動ユニット３等の各駆動源等が含まれる。そして、処理部６１は、それぞれの駆動源となるモータの回転速度や回転力による推進力を制御する。

＜制御例＞
制御ユニット６の処理部６１が実行する加工装置１の制御例について説明する。図７〜図９は、ワークＷに対して切削工具Ｔにより段付き穴を形成して穴付きの部品を製造する場合を例示している。概説すると、まず、ドリルＴ１で小径の穴を形成し、続いてドリルＴ２で小径の穴の周りに同心で大径の穴を形成する。その間、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。以下、詳細を説明する。

まず、小径の穴の深さに応じた突出量Ｌとなるように、相対移動機構２４によってドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。移動ユニット３により支持ユニット５を降下し、加工ユニット２と多機能ユニット４とを降下させる。図６（Ａ）で説明したように、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが検出されると、駆動機構２１を駆動して切削工具Ｔを回転し、更に加工ユニット２を降下させる。これにより図７（Ａ）に示すようにワークＷおよびドリルＴ１のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ１によってワークＷに穴を形成する。ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇し、図７（Ｂ）に示すように切削工具ＴをワークＷから一旦退避させる。ワークＷには穴ｈ１が形成されている。同図の例では、穴ｈ１は、ワークＷ１を貫通してワークＷ２の上部に到達した穴である。

次に、ドリルＴ２で穴を形成するために、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。図７（Ａ）に示した小径の穴の加工時における突出量をＬａとすると、相対位置調整後の突出量ＬｂはＬａと異なる突出量とする。例えば、０≦Ｌｂ＜Ｌａの範囲内で選択される突出量Ｌｂとし、小径の穴の加工時の相対位置と比較して、突出量Ｌｂが小さくなる相対位置とすることができる。

ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置の調整は、相対移動機構２４によって行う。図８（Ａ）の例では、移動部２４２、２４２を駆動して支持部２４１を降下し、Ｌｂ＜Ｌａとなるように相対位置を調整している。こうして、ドリルＴ１とドリルＴ２との相対位置を、小径穴の加工時の相対位置とは異なる相対位置に調整する。調整可能な相対位置は、小径穴の加工時の相対位置と、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａがドリルＴ２に収容される相対位置との間の相対位置で、突出量Ｌが小さくなる相対位置とすることができる。

移動ユニット３により支持ユニット５を降下させ、図８（Ｂ）に示すように、加工ユニット２を再び降下させる。これによりワークＷおよびドリルＴ２のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ２によってワークＷに穴を形成する。ドリルＴ２の先端Ｔ２ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇させ、図９に示すように切削工具ＴをワークＷから退避させる。ワークＷには穴ｈ１と穴ｈ２とからなる段付き穴ｈが形成される。

このように、本実施形態では、ドリルＴ１とドリルＴ２との相対位置を変更できるため、径の異なる穴を備える穴付き部品を製造するに際して、ドリルを交換する必要がない。また、ドリルＴ１とドリルＴ２との相対位置を変更できるので、異なる深さの穴を備える穴付き部品を製造するに際しても、ドリルの交換が不要である。また、ドリルＴ１およびドリルＴ２のサイズに応じた最適な回転速度および推進力により穴加工を行うことができる。

以下、他の加工例について説明する。図１０は、ポンチ穴として事前に窪みを形成して段付き穴を形成する例を示している。

まず、図１０（Ａ）に示すように、窪みの形成に適した相対位置にドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。ここでは突出量ＬをＬ１にしており、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａがドリルＴ２の先端Ｔ２ａから僅かに突出した状態としている。ドリルＴ１の突出量Ｌを小さくすることで、大きくした場合よりもドリルＴ１の先端の振れ幅をドリルＴ２により抑制し、ワークＷの目的位置に精度よくドリルＴ１の先端を位置付けすることができる。

次に、移動ユニット３により支持ユニット５を降下させ、図１０（Ｂ）に示すように、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａをワークＷの表面に当接させる。このとき、切削工具Ｔは回転させることが好ましい。

支持ユニット５を上昇させ、切削工具ＴをワークＷから一旦退避させる。図１０（Ｃ）に示すようにワークＷの上面には窪みｈ０が形成される。次に、ドリルＴ１で小径の穴を形成するために、図１０（Ｃ）に示すように、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。突出量Ｌ２は、小径の穴の深さに応じた突出量であり、Ｌ２＞Ｌ１の関係にある。

駆動機構２１を駆動して切削工具Ｔを回転させ移動ユニット３により支持ユニット５を降下させる。これにより図１０（Ｄ）に示すようにワークＷおよびドリルＴ１のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ１によってワークＷに穴が形成される。ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇させ、図１０（Ｅ）に示すように切削工具ＴをワークＷから退避させる。ワークＷには穴ｈ１が形成される。

続いてドリルＴ２で穴を形成するために、図１０（Ｅ）に示すようにドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。同図の例では突出量ＬをＬ３としている。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の関係は、例えば、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３である。

移動ユニット３により支持ユニット５を降下させ、図１０（Ｆ）に示すように、加工ユニット２を再び降下させる。これによりワークＷおよびドリルＴ２のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ２によってワークＷに穴が形成される。ドリルＴ２の先端Ｔ２ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇させ、図９に示した段付き穴ｈと同様の穴が形成される。

次に、ドリルＴ１による穴加工後、ドリルＴ１を上昇（ワークＷから離脱）させずにドリルＴ２による穴加工（連続穴加工）を行うことも可能である。図１１は、その説明図である。

以下、他の加工例について説明する。図１１は、図１０と同様にポンチ穴として事前に窪みを形成して段付き穴を形成した後、ドリルＴ１による穴加工後、連続してドリルＴ２による穴加工を行って段付き穴を形成する例を示している。

まず、図１１（Ａ）に示すように、窪みの形成に適した相対位置にドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。ここでは突出量ＬをＬ１にしており、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａがドリルＴ２の先端Ｔ２ａから僅かに突出した状態としている。ドリルＴ１の突出量Ｌを小さくすることで、大きくした場合よりもドリルＴ１の先端の振れ幅をドリルＴ２により抑制し、ワークＷの目的位置に精度よくドリルＴ１の先端を位置付けすることができる。

次に、移動ユニット３により支持ユニット５を降下させ、図１１（Ｂ）に示すように、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａをワークＷの表面に当接させる。このとき、切削工具Ｔは回転させることが好ましい。

次に、切削工具ＴをワークＷから一旦退避させる。図１１（Ｃ）に示すようにワークＷの上面には窪みｈ０が形成される。次に、ドリルＴ１で小径の穴を形成するために、図１１（Ｃ）に示すように、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。突出量Ｌ２は、小径の穴の深さに応じた突出量であり、Ｌ２＞Ｌ１の関係にある。

駆動機構２１を駆動して切削工具Ｔを回転させ移動ユニット３により支持ユニット５を降下させる。これにより図１１（Ｄ）に示すようにワークＷおよびドリルＴ１のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ１によってワークＷに穴が形成される。ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが所定の深さに達すると、図１１（Ｅ）に示すように連続してドリルＴ２で穴を形成するために、切削工具Ｔを回転させたままドリルＴ１の位置は移動させずに（支持ユニット５を上昇させずに）、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。つまり、移動部２４２を移動させてドリルＴ２を降下させる。同図の例では突出量ＬをＬ３’としている。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３’の関係は、例えば、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３’である。

このように相対位置を調整することでドリルＴ１による穴加工を行うと共に、ドリルＴ１による穴加工完了後、切削工具Ｔを回転させたままドリルＴ１の位置を移動させずにドリルＴ２の移動を行う際のガイドを兼ねてドリルＴ２による穴加工を行うことでドリルＴ１による穴の芯とドリルＴ２による穴の芯を精度高く一致させることができる。

図１１（Ｆ）に示すように、移動部２４２、２４２により支持部２４１を降下させながらドリルＴ２による穴加工を行う。これによりワークＷおよびドリルＴ２のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ２によってワークＷに穴が形成される。ドリルＴ２の先端Ｔ２ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇させ、図９に示した段付き穴ｈと同様の穴が形成される。

なお、図１１の実施形態においては、窪み加工から段付き穴加工に関する工程を連続して説明したが、窪み加工を行わずに、いきなり穴加工を行ってもよい。

次に、ドリルＴ２で穴を加工する場合に、ドリルＴ１を、ガイドとして利用する場合について図１２を参照して説明する。図１２（Ａ）はドリルＴ１により小径の穴ｈ１の加工が終了し、ドリルＴ１とドリルＴ２との相対位置を調整している段階を示している。ここでは、突出量ＬをＬ４としている。突出量Ｌ４は例えば穴ｈ１の深さより小さくなる範囲で、なるべく大きな値とする。

続いて、図１２（Ｂ）に示すように、移動ユニット３により支持ユニット５を降下させ、
先ず、ドリルＴ１を穴挿入ガイドとして使用し、ドリルＴ１を穴ｈ１に挿入する。これによって、当然、ドリルＴ１の中心と穴ｈ１の中心が完全に一致する。このとき、ドリルＴ１とドリルＴ２とは同心に設けられていることから、結果として、ドリルＴ２の中心と穴ｈ１の中心が完全に一致する。また、ワークＷに対する穴ｈ１の傾きと、ワークＷに対するドリルＴ１の傾きとが完全に一致する。

次に、ドリルＴ１をドリルＴ２のスライドガイドとして使用し、突出量Ｌ４を徐々に小さくしてゆく。このとき、ドリルＴ１とドリルＴ２は同心に保たれたまま、ドリルＴ２がドリルＴ１に沿ってスライド前進されるため、ドリルＴ２の中心と穴ｈ１の中心がずれることはない。また、ワークＷおよびドリルＴ２のサイズに応じた最適な速度および推進力で穴加工作業が行われる。その結果、図１２（Ｃ）に示すように、ドリルＴ２の中心と穴ｈ１の中心の一致を精度良く保ったまま、最適な速度および推進力でドリルＴ２の先端を穴ｈ１の上部開口にあてがうことができる。

その後、図１２（Ｄ）に示すように、ドリルＴ２の切削深さに応じて、突出量Ｌ４を当初設定した突出量Ｌ４から更に小さくしていく。これにより、ドリルＴ２により穴ｈ１の上部開口から穴奥に向かって徐々に穴ｈ２が形成され、段付き穴（穴Ｈ１及び穴ｈ２）が形成される。図１２（Ｄ）の段階では突出量Ｌ＝０となっている。これにより、ドリルＴ１が穴ｈ１を余計に深く加工してしまうことを防止しながら、切削工具Ｔの振れを防止でき、ドリルＴ２による穴の加工精度を向上できる。すなわち、本実施形態によれば、２つのドリルＴ１、Ｔ２を用いてワークＷに穴加工を行った際に、穴ｈ１の中心と穴ｈ２の中心が完全に一致し、かつ、ワークＷに対する穴ｈ１の傾きとワークＷに対する穴ｈ２の傾きが完全に一致した段付き穴を形成することができる。

次に、上述した例はいずれも段付き穴を加工する加工例であるが、位置が離れた二種類の穴を形成することも可能である。図１３はその説明図である。なお、上述した段付き穴の加工例における制御は、位置が離れた二種類の穴の加工にも適宜適用可能である。
する。

ここでは、ドリルＴ１で小径の穴を形成し、別の位置にドリルＴ２で大径の穴を形成する場合を説明する。まず、図１３（Ａ）に示すように、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。突出量Ｌ５は、小径の穴の深さに応じた突出量である。

駆動機構２１を駆動して切削工具Ｔを回転して移動ユニット３により支持ユニット５を降下させる。これにより図１３（Ｂ）に示すようにワークＷおよびドリルＴ１のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ１によってワークＷに穴を形成する。ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇させ、図１３（Ｃ）に示すように切削工具ＴをワークＷから退避させる。ワークＷには穴ｈ１１が形成される。

また、移動装置１０１により大径の穴の形成位置に加工装置１を移動させる。更に、ドリルＴ２で穴を形成するために、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。図１３（Ｃ）の例では突出量Ｌ＝０としている。

移動ユニット３により支持ユニット５を降下し、図１３（Ｄ）に示すように、加工ユニット２を再び降下させる。これによりワークＷおよびドリルＴ２のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ２によってワークＷに穴を形成する。ドリルＴ２の先端Ｔ２ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇する。穴１１と異なる位置に、径の異なる穴ｈ１２が形成される。

図１３（Ｃ）、（Ｄ）の例では突出量Ｌ＝０としたが、この場合、ドリルＴ２の先端Ｔ２ａにおいて、ワークＷの切削力が不十分となる場合がある。そこで、突出量Ｌ＞０とすることもできる。図１３（Ｅ）、（Ｆ）はその一例を示す。

穴ｈ１１の加工後、図１３（Ｅ）に示すように、移動装置１０１により大径の穴の形成位置に加工装置１を移動させ、更に、ドリルＴ１とドリルＴ２の相対位置を調整する。図１２（Ｅ）の例では突出量Ｌ＝Ｌ６としている。突出量Ｌ６は、例えば、Ｌ６＜Ｌ５とし、特に、ドリルＴ１の先端Ｔ１ａが露出する程度とすることができる。

移動ユニット３により支持ユニット５を降下させ、図１２（Ｆ）に示すように、加工ユニット２を再び降下させる。これによりワークＷおよびドリルＴ２のサイズに応じた最適な速度および推進力でドリルＴ２によってワークＷに穴が形成される。ドリルＴ１の先端Ｔ１ａがドリルＴ２の先端Ｔ２ａから突出しているので、より安定した加工を行える。ドリルＴ２の先端Ｔ２ａが所定の深さに達すると、支持ユニット５を上昇させる。穴１１と異なる位置に、径の異なる穴ｈ１２が形成される。

Ｗ ワーク、Ｔ 切削工具、Ｔ１ ドリル、Ｔ２ ドリル、１ 加工装置、２ 加工ユニット、２４ 相対移動機構

Claims (14)

1. ワークに対して切削工具により二種類の穴を形成することで、穴付きの部品を製造する製造方法であって、
   前記切削工具が、
   第一の穴を形成する第一のドリルと、
   前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、
   前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、
   前記製造方法は、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が、第一のドリルの先端が第二のドリルの先端から突出した第一の相対位置に調整された状態で、前記第一のドリルにより、前記ワークに前記第一の穴を形成する第一の加工工程と、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置を、前記第一のドリルの先端が前記第二のドリルに収容されているか、又は、前記第一の相対位置と比較して、前記第二のドリルの先端からの前記第一のドリルの先端の突出量が小さい第二の相対位置に調整する調整工程と、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が前記第二の相対位置に調整された状態で、前記第二のドリルにより、前記ワークに前記第二の穴を形成する第二の加工工程と、を備える、
   ことを特徴とする製造方法。
2. ワークに対して切削工具により段付き穴を形成することで、穴付きの部品を製造する製造方法であって、
   前記切削工具が、
   第一の穴を形成する第一のドリルと、
   前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、
   前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、
   前記製造方法は、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が、第一のドリルの先端が第二のドリルの先端から突出した第一の相対位置に調整された状態で、前記第一のドリルにより、前記ワークに前記第一の穴を形成する第一の加工工程と、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置を、前記第一の相対位置と比較して、前記第二のドリルの先端からの前記第一のドリルの先端の突出量が小さい第二の相対位置に調整する調整工程と、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が前記第二の相対位置に調整された状態で、前記第二のドリルにより前記第一の穴と同心の前記第二の穴を形成し、前記段付き穴を形成する第二の加工工程と、を備える、
   ことを特徴とする製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法であって、
   前記第二の加工工程では、前記第二のドリルの先端からの前記第一のドリルの先端の突出量を小さくしながら前記第二の穴を形成する、
   ことを特徴とする製造方法。
4. 請求項２に記載の製造方法であって、
   前記第一の加工工程の前に、前記段付き穴を形成する位置に窪みを加工する窪み加工工程を更に備え、
   前記窪み加工工程では、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの相対位置が、前記第一のドリルの先端が前記第二のドリルの先端よりも突出し、かつ、前記第一の相対位置と比較して、前記第二のドリルの先端からの前記第一のドリルの先端の突出量が小さくなるように調整された状態で、前記第一のドリルにより前記窪みを加工する、
   ことを特徴とする製造方法。
5. 切削工具を回転駆動する加工ユニットと、
   前記加工ユニットを前記切削工具の軸方向に移動可能な移動ユニットと、を備え、
   前記切削工具は、
   第一の穴を形成する第一のドリルと、
   前記第一の穴よりも大径の第二の穴を形成する第二のドリルと、を備え、
   前記第二のドリルは、前記第一のドリルの周りに同軸上に設けられ、かつ、前記第一のドリルと前記第二のドリルとは、これらの相対位置が変化するように、軸方向にスライド自在であり、
   前記加工ユニットは、
   前記第一のドリルと前記第二のドリルとの前記軸方向の相対位置を変化させる相対移動機構を備える、
   ことを特徴とする加工装置。
6. 請求項５に記載の加工装置であって、
   前記加工ユニットは、
   前記第一のドリルを支持する第一の回転部材と、
   前記第一の回転部材を回転させる駆動機構と、
   前記第二のドリルを支持する第二の回転部材と、を備え、
   前記第一の回転部材は、
   前記駆動機構の回転力が伝達される、前記軸方向で一方の端部と、
   前記第一のドリルが取付けられる、前記軸方向で他方の端部と、を備え、
   前記第二の回転部材は、
   前記第一の回転部材から回転力が伝達される、前記軸方向で一方の端部と、
   前記第二のドリルが取付けられる、前記軸方向で他方の端部と、を備える、
   ことを特徴とする加工装置。
7. 請求項６に記載の加工装置であって、
   前記第二の回転部材の前記一方の端部には、前記第一の回転部材が係合する係合部が設けられ、
   前記係合部と前記第一の回転部材とは、前記第一の回転部材と前記第二の回転部材との前記軸方向の相対移動を許容し、かつ、前記第一の回転部材の回転を前記第二の回転部材に伝達する形状を有している、
   ことを特徴とする加工装置。
8. 請求項７に記載の加工装置であって、
   前記相対移動機構は、
   前記第二の回転部材を、回転自在に支持する支持部と、
   前記支持部を前記軸方向に移動する移動部と、を備える、
   ことを特徴とする加工装置。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の加工装置であって、
   ワークに対する前記切削工具の先端位置を検出する検出ユニットと、
   前記検出ユニットの検出結果に基づいて、前記加工ユニット及び前記移動ユニットを制御する制御ユニットと、を更に備える、
   ことを特徴とする加工装置。
10. 請求項９に記載の加工装置であって、
    前記検出ユニットは、
    ワークに当接する当接部と、
    前記当接部に設けられ、前記第一のドリルの先端を検出するセンサと、を備え、
    前記当接部は、前記移動ユニットに対して前記軸方向にスライド自在に支持される、
    ことを特徴とする加工装置。
11. 請求項５〜１０のいずれか１項に記載の加工装置であって、
    ワークにおける加工部位の周囲を囲包し、負圧吸引される内部空間を形成する吸引空間形成ユニットを更に備え、
    前記吸引空間形成ユニットは、前記第一のドリル及び前記第二のドリルが通過可能な開口部を備える、
    ことを特徴とする加工装置。
12. 請求項５〜１１のいずれか１項に記載の加工装置と、
    前記加工装置を移動する移動装置と、を備える、
    ことを特徴とする加工システム。
13. 所定のドリルの内側に配設されるドリルであって、
    軸方向の一方端部側に形成され、加工装置に固定される装着部と、
    軸方向の他方端部側に形成され、ワークに穴を加工する刃部と、
    前記装着部と前記刃部との間に形成され、前記所定のドリルの軸方向の移動を案内する案内部と、を備える、
    ことを特徴とするドリル。
14. 所定のドリルの外側に配設されるドリルであって、
    前記所定のドリルが挿通される軸方向に延びる貫通孔と、
    軸方向の一方端部側に形成され、加工装置に固定される装着部と、
    軸方向の他方端部側に形成され、ワークに穴を加工する刃部と、を備える、
    ことを特徴とするドリル。

Images