JP2561723B2 - ステップフィード加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はステップフイード加工方法に係り、特に、た
とえば、プリント板のスルーホール加工のような、小径
ドリルによる深穴加工においても、ドリルの折損を未然
に防止することができるステップフイード加工方法に関
するものである。

［従来の技術］ 従来、ステップフイード法を採用した加工方法におけ
る、ドリルの折損を防止する方法としては、スピンドル
駆動用の電動機の消費電力が、ドリルに加わる負荷の程
度によって変化する現象を利用し、前記消費電力の変化
を検知する検知機構からの指令によって、ドリルの前
進，後退およびその速度を自動的に制御するものが知ら
れている。

なお、この種の方法として関連するものには、特開昭
53−125689号公報が挙げられる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来技術は、簡便な方法であるという利点は
あるが、ドリルに加わるトルクがかなり大きい値でない
と感度良く検出できず、スピンドル駆動用の電動機のロ
ータの回転慣性が大きいために応答が良くないという問
題点があった。言い替えれば、太径のドリルを用いた低
速加工にしか適用できないものであった。

たとえば、プリント板のスルーホール加工のように、
直径がφ0.4mmにも満たない微小径の穴をあける場合に
は、一般に50000〜80000r/minで1000〜2000mm/min程度
の高速加工が行なわれるにもかかわらず、加工中に発生
するトルクは0.5N・cm程度の小さいものである。また、
ドリル強度も低いため微小トルクを応答良く検出しなけ
れば直ちにドリルの破損につながる。したがって、前記
したような従来技術は、検出感度と応答性の点から、こ
のような小径ドリルによる深穴加工へは適用することが
できないものであった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、本発明の目的は、ドリルに加わるトルク
の検出感度が高く、精度の高いステップフィードが可能
で、小径ドリルによる深穴加工においても、ドリルの折
損を未然に防止することができるステップフィード加工
方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係るステップフ
ィード加工方法の構成は、ドリルをスピンドルによって
保持し、切り込み用モータによって前記ドリルをステッ
プフィードしながら、該ドリルで、テーブル上に載置し
た被加工物の穴あけ加工を行ない、前記ドリルの過負荷
が検知されたときに、該ドリルの送りを停止するように
したステップフィード加工方法において、 前記ドリルと前記スピンドルとの間に、 薄肉円筒の側面上に、該薄肉円筒の外周部の一部を残
してスリットを入れ、前記薄肉円筒をその高さ方向に３
つの部分に分けたスリットリングを介挿し、 前記ドリルに負荷されたトルクを、前記スリットリン
グの高さ方向に３分割した中間リングの半径方向変位と
して検出することができる変位計を設け、 穴あけ加工中に、前記変位計で検出したトルク値が、
予め設定したしきい値を超えたとき、切り込み用モータ
によって前記ドリルを急速後退せしめてその負荷を解除
したのち、再び前記切り込み用モータによって前記ドリ
ルをステップフィードすることを繰り返すようにしたも
のである。

さらに詳しくは、次のとおりである。

薄肉円筒の側面上に、この円筒の高さ方向を３分割す
るように互いに位相の180度ずれた方向から、円筒側面
の一部を残して二本のスリットを設け、該薄肉円筒の上
下両端にできたリグにトルクを加えると中間のリングが
半径方向に変位する構造のスリットリングを、ドリルを
保持するためのチャックと当該チャックをドリルと共に
回転させるスピンドルとの間に設け、 前記スリットリングの中間リングの半径方向変位量を
非接触で検出するためのセンサと、 該センサの出力があらかじめ設定しておいたしきい値
を超えるとオーバーロード信号を発生するためのオーバ
ーロード検出器と、 ドリルの切り込みを制御するための切り込み用モータ
駆動装置とを備えたドリル穴あけ機を用い、 前記ドリルによる深穴加工中にトルクの上昇によるス
リットリングの中間リングの半径方向変位量がしきい値
を超えたときに、前記オーバーロード検出器から出力さ
れるオーバーロード信号に基づき、切り込み用モータに
よりドリルを急速後退し、このドリルに加わった負荷を
解除した後、再び切り込みを行なうサイクルを自動的に
繰り返すことにより、ドリルの折損を未然に防止するよ
うにしたものである。

［作用］ スリットリングは、一端がドリルを保持するためのチ
ャックの外周に、他端がドリルをチャックと共に回転さ
せるスピンドルのロータに、それぞれ固定されている。
そして、チャックの外周と前記ロータとの間には、チャ
ックの半径方向の曲がりと軸方向の動きは規制するが、
ロータに対する相対的な回転に関しては自由になるよう
にベアリングが挿入されている。

より詳しく述べれば、スリットリングは、後述する第
３図に示すように、薄肉円筒の側面上に、該薄肉円筒の
外周部の一部であるリング連接部ｌを残して該薄肉円筒
を軸方向に３つの部分に分割したものである。このスリ
ットリングの例えば下リング10cの端面を固定して上リ
ング10aを円筒軸回りにわずかに回転させると、下側の
連接部ｌにねじれが発生するため、中間リング（中リン
グ10b）が連接部ｌを支点としてほぼ円形の断面を保っ
た状態で後述する第４図に示すように変位する。下側の
支点のねじれがわずかでも、中間リングがそのねじれ角
に支点から中間リングの中心までの距離を乗じた量だけ
増幅されて半径方向に変位するものである。

これにより、わずかなトルクに対してもチャックとロ
ータは容易に相対回転し、スリットリングの中間リング
は半径方向に比較的大きく変位する。この変位量を非接
触変位計を用いて、電圧の変化として静止側から検出す
るため、微小トルクを感度良く検出することができる。

オーバロード検出器は、前記中間リングの変位量をス
ピンドル一回転どこに検知し、さらにその値をホールド
し、それがあらかじめ設定したしきい値を超えると、オ
ーバーロード信号をドリルの切り込み用モータ駆動装置
に対して出力する働きをする。この信号により、切り込
み制御に割込みをかけ、ドリルの送りを急停止させたの
ち、後退させるため、ドリルには過負荷がかかることは
なく、ドリル切損を未然に防止することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、この実施に使用されるドリ
ル穴あけ機を用いて説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係るステップフイ
ード加工方法の実施に使用されるドリル穴あけ機を示す
略示構成図、第２図は、第１図における、ドリルを保持
したスピンドルの要部を示す要部斜視図、第３図は、第
２図におけるメリットリングの詳細を示す斜視図、第４
図は、第３図における中央リングの変形状態を示す平面
図、第５図は、第１図に係るドリル穴あけ機の、穴あけ
加工中における出力信号図である。

まず、このドリル穴あけ機の構成を説明する。

第１図において、３は、切り込み用モータ、２は、こ
の切り込み用モータ３を制御することができる切り込み
用モータ駆動装置、４は、切り込みテーブル、13は、切
り込み軸位置決め用テーブル、11は、この切り込み軸位
置決め用テーブル13の位置決めを行なうための切り込み
軸位置決め用モータ、15は、このモータ11を制御するこ
とができる切り込み軸位置決め用モータ駆動装置、14は
ベースである。

６はドリル、５は、このドリル６を保持することがで
きる。スピンドルロータ5aを有するスピンドル、10は、
ドリル６とスピンドル５との間に介挿されたスリットリ
ング（詳細後述）7a,7bは、このスリットリング10の半
径方向変位を検出することができる非接触変位計、８
は、この非接触変位計7a,7bで検出した変位を増幅する
ための増幅器、９は、予め“しきい値”を設定してお
き、増幅器８からの変位計出力8aに基づいて、オーバー
ロード信号9cを出力することができるオーバーロード検
出器、16は、このオーバーロード信号9cを入力したと
き、切り込み用モータ駆動装置２を介して切り込み用モ
ータ３へ、停止指令、次いで後退指令2aを与えることが
できるNC制御装置、12は操作盤である。

前記スリットリング10は、その詳細を第3,4図を用い
て説明すると、薄肉円筒の側面上に、この円筒の高さ方
向を３分割するように互いに位相の180度ずれた方向か
ら、リング連接部l,lを残して２本のスリットs,sを入
れ、この薄肉円筒の上，下にできた上リング10a,下リン
グ10cへトルク22（たとえば、数ｇ・cm程度の微小トル
ク）を加えたときに、歪リングに係る中間リング10b
（以下中リング10bという）が半径方向へ変位する（す
なわち、第４図の破線位置10b′へ変位する）ように構
成したものである。

第２図において、20は、ドリル６を固定するためのコ
レットチャック、21は、このコレットチャック20を保持
するためのコレットホルダであり、前記スリットリング
10は、このコレットホルダ21とスピンドルロータ5aとに
よって、ドリル６とスピンドル５との間に介挿されてい
る。すなわち、スリットリング10の上リング10aがスピ
ンドルロータ5aと、下リング10cがコレットホルダ21と
固定されている。また、図示してないが、コレットホル
ダ21の外周とスピンドルロータ5aの内周との間には玉軸
受が挿入されており、この玉軸受は、加工中にドリル６
へトルクが加わると、コレットホルダ21とスピンドルロ
ータ5aとはスリットリング10を介して相対的に自在に回
転することができるが、ドリル６の軸芯とスピンドルロ
ータ5aの軸芯とは外力によってずれないように拘束する
役目を果たしている。

そして、前記非接触変位計の一方7aは、スリットリン
グ10の中リング10bの側面と対向するように配設され、
他方7bは、そのリング連接部ｌと対向するように配設さ
れており、7aは、中リング10bの半径方向変位量を、7b
は、スリットリング10の１回転を、それぞれ検出するこ
とができるようになっている。

このように構成したドリル穴あけ機を使用して、本発
明の第１の実施例に係るステップフイード加工方法を、
第１〜第５図を参照しながら説明する。

オーバーロード検出器９に、しきい値9b（第５図）を
設定する。この“しきい値"9bは、ドリル６を折損しな
い最大許容トルクに対応する、中リング10bの半径方向
変位量である。

ここで、ドリル穴あけ機をONにすると、切り込み用モ
ータ３によってドリル６がステップフイードされ、被加
工物（図示せず）の穴あけ加工が開始される。ドリル６
の先端位置6a（第５図）が前記被加工物の深さ方向へ前
進し、穴あけ加工が進行する。この穴あけ加工中、被接
触変位計7bによって、スリットリング10の１回転を表わ
すトリガ信号1aが連続的に検出される。ドリル６にトル
クが加わると、スリットリング10の中リング10bが、リ
ング連接点l,lを支点として半径方向へ変位し、その変
位量が（ドリルのトルク値に相当する）が非接触変位計
7aによって検出され、増幅器８が増幅されて、変位検出
力8aとなる。この変位計出力8aを入力したオーバーロー
ド検出器８は、そのピーク値9aをホールドする。そし
て、このピーク値9aが、しきい値9bを超えた瞬間に、オ
ーバーロード信号9cが、オーバーロード検出器９からNC
制御装置16へ出力される。これを受けてNC制御装置16か
ら、切り込み用モータ３に対して、停止指令、次いで後
退指令2aが与えられる。そして、第５図の6aに示すよう
に、ドリル先端が被加工物から完全に抜き出る状態まで
ドリル６を後退させて、ドリル溝内に詰った切り屑が排
出されたのち、再び切削が継続される。この過程を穴が
貫通するまで自動的に繰り返すことで、ドリル６の折損
を未然に検知し、且つ防止しながら、ステップフイード
加工を行なうことができる。このようにして、所定個数
の穴の加工を終了したとき、ドリル穴あけ機がOFFにな
る。

以上説明した本実施例によれば、穴あけ加工中に、非
接触変位計7aで検出した、トルク値に係る中リング半径
方向変位が、予め設定した“しきい値"9bを超えたと
き、切り込み用モータ３によってドリル９を急速後退せ
しめてその負荷を解除したのち、再びステップフイード
をするようにしたので、ドリル６の折損を未然に防止
し、穴あけ加工の信頼性が高い、という効果がある。

特に、本実施例によれば、ドリル６に加わるトルクの
検出感度が高いので、精度の高いステップフィードが可
能である。また、ドリル６のすぐ近くに設けた非接触変
位計7a,7bの信号によりステップフィード加工するの
で、応答性に優れている。

なお、本実施例においては、回転信号を、スリットリ
ング10のリング連接点ｌを利用して非接触変位計7bで一
回転ごとに検出するようにしたのが、回転計あるいは回
転駆動用電動機からの信号など、従来から実施されてい
るいずれの手段によるものでもよい。また、検出のタイ
ミングも、特に一回転ごとに限ることはなく、穴あけ加
工中のトルクの変化速度に応じて変えればよいものであ
る。

以下、他の実施例を説明する。

第６図は、本発明の第２の実施例に係るステップフイ
ード加工方法の実施に使用されるドリル穴あけ機を示す
略示構成図、第７図は、第６図に係るドリル穴あけ機
の、穴あけ加工中における出力信号図である。

各図において、第1,5図と同一番号を付したものは同
一部分である。そして、第６図において、19は、その上
に被加工物を載置固定することができるテーブル、17
は、このテーブル（すなわち、被加工物）を切り込み方
向へ制御するためのモータ、18は、その駆動装置であ
る。この駆動装置18は、NC制御装置16へ接続されてお
り、オーバーロード検出器９からオーバーロード信号9c
が出力されたとき、モータ17へテーブル制御モータ電圧
18aを出力して、テーブル19をドリル６に対して急速後
退させることができるものである。

この実施例によれば、穴あけ加工中に、オーバーロー
ド信号9cが出力されると、切り込み用モータ３が停止
し、モータ17によってテーブル19がドリル６に対して相
対的に後退して、ドリル先端位置は、第７図の6aのよう
に相対移動する。

これにより、ドリル６の折損を未然に防止するステッ
プフイード加工を実施することができる、という効果が
ある。

第８図は、本発明の第３の実施例に係るステップフイ
ード加工方法を実施したドリル穴あけ機の、穴あけ加工
中における出力信号図である。

この実施例は、前記第１図に係るドリル穴あけ機を使
用するものであるが、非接触変位計7aで検出した、トル
ク値に係る中央リング半径方向変位が、常に、予め設定
した“一定値”に係る“しきい値"9bになるように、切
り込み用モータ３によって、ドリル６の切り込み速度を
制御するようにしたものである。

すなわち、非接触変位計7aからの出力のピークホール
ド値9aが“しきい値"9bを超えた瞬間に、パルス状のオ
ーバーロード信号9cがNC制御装置16へ与えられる。NC制
御装置16は、この信号9cを受けて、切り込み用モータ駆
動装置２へ減速指令を出し、切り込み用モータ３の速度
を、所定のプログラムに従って順次下げる。

一般に、ドリルに加わるトルクの値は、切り込み速度
が小さいほど低下することが知られているので、ドリル
６に過負荷が生じたとき、第８図の2aで示すように、切
り込み用モータ３の速度を順次下げることにより、トル
ク一定の制御を行なうことができ、ドリル６の折損を防
止することができる。

この実施例によれば、過負荷が加わったときもドリル
６を後退させないので、切り込み速度が低下しても加工
能率は低下しない、という利点がある。

第９図は、本発明の第４の実施例に係るステップフイ
ード加工方法の実施に使用される、複数本のドリルを有
するドリル穴あけ機の一例を示す略示構成図である。

この第９図において、第１図と同一番号を付したもの
は同一部分である。そして、２′は、第２の切り込み用
モータ駆動装置、３′は、第２の切り込み用モータ、
４′は、第２の切り込みテーブル、５′は、第２のスピ
ンドル、６′は、第２のドリルである。

このように、複数本（本実施例では２本）のドリル6,
6′を有するドリル穴あけ機においても、その一本のド
リル６側のみにスリットリング10を装着し、このドリル
６のみに前記第１の実施例と同様のステップフイード加
工を行なわせ、これに同期させて他のすべてのドリルの
切り込みを制御することで、すべてのドリルの折損を未
然に防止するステップフイード加工を実施することがで
きる。

なお、複数台のドリル穴あけ機がある場合にも、それ
らのうちのどれか１つのドリル側にスリットリング10を
装着し、このドリルのみに前記第１の実施例と同様のス
テップフイード加工を行なわせ、これに同期してすべて
の穴あけを制御するようにすれば、複数台のドリル穴あ
け機のドリル折損を未然に防止するステップフイード加
工を実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明によれば、小径ドリ
ルによる深穴加工において、トルクの増加によるドリル
の折損を未然に防止しながら自動穴あけができるので、
次のような効果がある。

ドリルに加わるトルクの検出感度が高いので、精度の
高いステップフィードが可能である。

ドリルのすぐ近くに設けたセンサの信号によりステッ
プフィード加工するので、応答性に優れている。

穴あけ加工の信頼性が高く、高歩留まりである。

最適の切り込み深さを自動的に決定しながら加工でき
るので、穴あけ加工が高能率である。

これを要するに、ドリルに加わるトルクの検出感度が
高く、精度の高いステップフィードが可能で、小径ドリ
ルによる深穴加工においても、ドリルの折損を未然に防
止することができるステップフィード加工方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係るステップフイー
ド加工方法の実施に使用されるドリル穴あけ機を示す略
示構成図、第２図は、第１図における、ドリルを保持し
たスピンドルの要部を示す要部斜視図、第３図は、第２
図におけるスリットリングの詳細を示す斜視図、第４図
は、第３図における中央リングの変形状態を示す平面
図、第５図は、第１図に係るドリル穴あけ機の、穴あけ
加工中における出力信号図、第６図は、本発明の第２の
実施例に係るステップフイード加工方法の実施に使用さ
れるドリル穴あけ機を示す略示構成図、第７図は、第６
図に係るドリル穴あけ機の、穴あけ加工中における出力
信号図、第８図は、本発明の第３の実施例に係るステッ
プフイード加工方法を実施したドリル穴あけ機の、穴あ
け加工中における出力信号図、第９図は、本発明の第４
の実施例に係るステップフイード加工方法の実施に使用
される、複数本のドリルを有するドリル穴あけ機の一例
を示す略示構成図である。 3,3′……切り込み用モータ、5,5′……スピンドル、6,
6′……ドリル、7a,7b……非接触変位計、9b……しきい
値、10……スリットリング、10b……中リング、16……N
C制御装置、19……テーブル、ｓ……スリット。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドリルをスピンドルによって保持し、切り
   込み用モータによって前記ドリルをステップフィードし
   ながら、該ドリルで、テーブル上に載置した被加工物の
   穴あけ加工を行ない、前記ドリルの過負荷が検知された
   ときに、該ドリルの送りを停止するようにしたステップ
   フィード加工方法において、 前記ドリルと前記スピンドルとの間に、 薄肉円筒の側面上に、該薄肉円筒の外周部の一部を残し
   てスリットを入れ、前記薄肉円筒をその高さ方向に３つ
   の部分に分けたスリットリングを介挿し、 前記ドリルに負荷されたトルクを、前記スリットリング
   の高さ方向に３分割した中間リングの半径方向変位とし
   て検出することができる変位計を設け、 穴あけ加工中に、前記変位計で検出したトルク値が、予
   め設定したしきい値を超えたとき、切り込み用モータに
   よって前記ドリルを急速後退せしめてその負荷を解除し
   たのち、 再び前記切り込み用モータによって前記ドリルをステッ
   プフィードすることを繰り返す ことを特徴とするステップフィード加工方法。
2. 【請求項２】変位計で検出したトルク値が、常に、予め
   設定した一定値になるように、切り込み用モータによっ
   てドリルの切り込み速度を制御することを特徴とする請
   求項１記載のステップフィード加工方法。
3. 【請求項３】ドリルをスピンドルによって保持し、切り
   込み用モータによって前記ドリルをステップフィードし
   ながら、該ドリルで、テーブル上に載置した被加工物の
   穴あけ加工を行ない、前記ドリルの過負荷が検知された
   ときに、該ドリルの送りを停止するようにしたステップ
   フィード加工方法において、 前記ドリルと前記スピンドルとの間に、 薄肉円筒の側面上に、該薄肉円筒の外周部の一部を残し
   てスリットを入れ、前記薄肉円筒をその高さ方向に３つ
   の部分に分けたスリットリングを介挿し、 前記ドリルに負荷されたトルクを、前記スリットリング
   の高さ方向に３分割した中間リングの半径方向変位とし
   て検出することができる変位計を設け、 穴あけ加工中に、前記変位計で検出したトルク値が、予
   め設定したしきい値を超えたとき、前記テーブルをドリ
   ルに対して急速後退せしめる ことを特徴とするステップフィード加工方法。