JP2642797B2

JP2642797B2 - 穴加工方法およびその装置

Info

Publication number: JP2642797B2
Application number: JP3121598A
Authority: JP
Inventors: 茂喜藤原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH04360705A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として細径穴をドリ
ルによって形成する穴加工方法およびその装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、細径穴を形成するドリルは弾性
変形しやすい（曲がりやすい）ものであるから、ドリル
の先端がワークの表面に対して傾いた状態で接触する
と、ドリルの先端がワークの表面で滑り、加工すべき穴
の位置がずれるという問題が生じる。また、細径のドリ
ルは弾性限界が小さく折損しやすいという問題もある。

【０００３】このような問題を解決する方法として、特
開昭６１−２４４４０４号公報には、ワークＷに加工す
べき穴Ｈａの深さがドリル１の直径の６倍以上である場
合に、図１１（ａ）に示すように、加工すべき穴Ｈａの
深さよりも短い予備加工用のドリル１ａで下穴Ｈを形成
し、その後、図１１（ｂ）に示すように、穴Ｈａの深さ
以上の長さを有した加工用のドリル１を用いて下穴Ｈに
合うように所望の穴Ｈａを形成する方法が開示されてい
る。このような下穴Ｈを形成するドリル１ａは、弾性変
形が少ないから、穴Ｈａの位置精度が向上するのであ
る。また、下穴Ｈを形成したことによって、ドリル１に
無理な力が作用せず弾性変形が少なくなるから、折損の
機会も減少するのである。

【０００４】一方、細径のドリルの折損を防止する装置
としては、特開昭６１−３０３１０号公報に開示された
ものがある。これは、図１２に示すように、ドリル１を
回転させるスピンドルモータ２の軸方向の微小変位を非
接触で検出する変位センサ７をハウジング１２に固定
し、変位センサ７の出力に基づいてドリル１に作用して
いる軸方向の力を推定し、この力が所定値を越えないよ
うに制御するものである。すなわち、図１３に示すよう
に、変位センサ７の出力は増幅変換回路２５を通りスピ
ンドルモータ２の変位量に対応した電圧が比較回路２６
に入力される。比較回路２６には、スピンドルモータ２
の変位量の上限値を設定するための基準電圧を発生する
基準電圧発生回路２７が接続される。比較回路２６の出
力はハウジング１２をドリル１の軸方向に移動させる送
りモータ２８の制御に用いられ、図１４に示すように、
スピンドルモータ２の変位量が比較的小さく、変位量に
対応する電圧が基準値より低い間は送りモータ２８を進
めてドリル１による穴加工を行い、スピンドルモータ２
の変位量が大きくなって変位量に対応する電圧が基準値
以上になると、変位量が０になるように送りモータ２８
を戻し、再び送りモータ２８を進めて切削するという動
作を繰り返すようにしてある。要するに、ドリル１のス
ラスト方向の荷重が所定値を越えないようにして、ドリ
ル１の折損を防止するのである。

【０００５】さらに、細径のドリルの折損を防止する方
法としては、特開昭６２−１６２４０５号公報に開示さ
れたものもある。これは、ドリルの切削トルクを検出
し、切削トルクが所定値以上になるとスピンドルモータ
を軸方向に移動させる送りモータを戻してドリルを加工
中の穴から抜き、切屑を除去した後に、送りモータを進
めて切削を継続することによって、ドリルの折損を防止
しているものである。この構成では、スピンドルモータ
とドリルとを磁気継手を介して結合し、磁気継手におけ
るスピンドルモータ側とドリル側との回転位相の差が、
切削トルクが大きくなるほど大きくなることを利用して
切削トルクを検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例のう
ち、特開昭６１−２４４４０４号公報に開示されている
ものは、下穴を形成した後に実際の穴加工を施すから、
ドリルの交換作業が必要であって、穴の位置精度を高め
るには、交換後のドリルの位置を正確に一致させること
が必要である。すなわち、ワークの位置決めをするＸＹ
テーブルに位置精度の高いものを用いる必要があり、装
置が非常に高価になるという問題がある。

【０００７】また、特開昭６１−３０３１０号公報や特
開昭６２−１６２４０５号公報に開示されているもので
は、ドリルに作用するスラスト方向の力やドリルの切削
トルクに基づいてスピンドルモータを送りモータによっ
てドリルの軸方向に移動させるだけであるから、穴の位
置精度を向上させる点については考慮されていないもの
であった。

【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ワークに対して細径の穴を比較的安価な装置
で位置精度よく形成することができ、しかも、ドリルに
大きな荷重や切削トルクが作用しないようにしてドリル
の折損を防止することができる穴加工方法およびその装
置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、穴加工を施すワークの表面に
衝突によるくぼみ状の下穴が形成されるようにワークの
表面を高速回転するドリルの先端で突いた直後に、ドリ
ルのワークに対する接触圧を一旦緩和し、その後、ドリ
ルのワークに対する接触圧を高めてワークを切削するの
である。

【００１０】請求項２の発明では、下穴にドリルの先端
が接触しているときにドリルに作用する軸方向に直交す
る面内での力を検出し、この力が小さくなる向きにドリ
ルの先端の位置を調節するのである。請求項３の発明で
は、ワークの切削中にドリルに作用する軸方向の力を検
出し、この力が所定値以上になるとドリルの先端部をワ
ークから離して切屑を除去した後に、再び切削を開始す
るのである。

【００１１】請求項４の発明では、ワークの切削中にド
リルに作用するトルクを検出し、このトルクが所定値以
上になるとドリルの先端部をワークから離して切屑を除
去した後に、再び切削を開始するのである。請求項５の
発明では、ワークの切削中にドリルに作用する軸方向の
力およびトルクを検出し、少なくともいずれか一方が所
定値以上になるとドリルの先端部をワークから離して切
屑を除去した後に、再び切削を開始するのである。

【００１２】請求項６の発明では、ドリルと平行な回転
軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータと、ス
ピンドルモータの回転軸の周方向に離間して配設されス
ピンドルモータに機械的に結合されていてそれぞれ回転
軸の接線にほぼ沿う方向についてスピンドルモータを直
進移動させる３個以上の第１のアクチュエータと、スピ
ンドルモータおよび第１のアクチュエータをスピンドル
モータの回転軸の方向について直進移動させる第２のア
クチュエータと、スピンドルモータの回転軸に直交する
面内での平行移動および回転移動による変位とスピンド
ルモータの回転軸の方向の変位とを検出する変位センサ
と、変位センサの出力に基づいてスピンドルモータを所
定位置に保持するように第１のアクチュエータおよび第
２のアクチュエータの移動量をフィードバック制御する
制御手段とを備え、制御手段は、スピンドルモータを高
速回転させた状態でドリルの先端をワークの表面に衝突
させてくぼみ状の下穴を形成した直後にスピンドルモー
タの下方への押圧力を緩和し、その後、押圧力を上昇さ
せるように第２のアクチュエータを制御するのである。

【００１３】請求項７の発明では、ドリルと平行な回転
軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータと、ス
ピンドルモータの回転軸に直交する面内でスピンドルモ
ータに吸引力を作用させるようにスピンドルモータの回
転軸の周方向に離間して配設された３個以上の電磁石
と、スピンドルモータおよび電磁石をスピンドルモータ
の回転軸の方向について直進移動させるアクチュエータ
と、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行
移動による変位とスピンドルモータの回転軸の方向の変
位とを検出する変位センサと、変位センサの出力に基づ
いてスピンドルモータを所定位置に保持するように電磁
石およびアクチュエータの移動量をフィードバック制御
する制御手段とを備え、制御手段は、スピンドルモータ
を高速回転させた状態でドリルの先端をワークの表面に
衝突させてくぼみ状の下穴を形成した直後にスピンドル
モータの下方への押圧力を緩和し、その後、押圧力を上
昇させるようにアクチュエータを制御するのである。

【００１４】請求項８の発明では、ドリルと平行な回転
軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータと、ス
ピンドルモータをスピンドルモータの回転軸の方向につ
いて直進移動させるアクチュエータと、スピンドルモー
タの回転軸の方向の変位を検出する変位センサと、変位
センサの出力に基づいてスピンドルモータを回転軸の方
向における所定位置に保持するようにアクチュエータの
移動量をフィードバック制御する制御手段とを備え、制
御手段は、スピンドルモータを高速回転させた状態でド
リルの先端をワークの表面に衝突させてくぼみ状の下穴
を形成した直後にスピンドルモータの下方への押圧力を
緩和し、その後、押圧力を上昇させるようにアクチュエ
ータを制御するのである。

【００１５】

【作用】請求項１の方法によれば、高速回転するドリル
の先端でワークの表面を瞬間的に突くことによってポン
チを打つ場合と同様にしてワークの表面でのドリルの滑
りを生じないようにくぼみ状の下穴をワークに形成する
ことができ、その後に、下穴に合わせてワークを切削す
るので、下穴を形成していることによってドリルの先端
がワークの表面で滑るのを防止することができ、穴の位
置精度が向上するのである。また、下穴を形成するにも
かかわらずドリルの交換を必要としないから、切削を開
始するときのドリルの位置と下穴の位置とのずれがほと
んど生じないのであって、従来のように、下穴形成用の
ドリルと切削用のドリルとを交換する場合に比較して穴
の位置精度を向上させることができるのである。さら
に、下穴を形成する際に高速回転させたドリルの先端に
よってワークを突いた後にドリルへの押圧力をただちに
緩和するので、下穴の形成時にドリルが弾性変形したり
折損したりすることが少なくなるのである。

【００１６】請求項２の方法によれば、下穴にドリルの
先端が接触しているときにドリルに作用する軸方向に直
交する面内の力を検出し、この力が小さくなる向きにド
リルの先端位置を調節するので、切削を開始するときに
下穴とドリルの先端との位置が多少ずれていても、下穴
の中心位置にドリルの先端位置が自動的に合わせられる
のであって、穴の位置精度が一層向上するのである。

【００１７】請求項３ないし請求項５の方法は、ドリル
の折損を防止するための望ましい方法である。ドリルの
折損の可能性の判断基準として、ドリルの軸方向の力の
変化を採用すれば雑音との識別が容易になり、ドリルの
トルクの変化を採用すれば雑音との識別はやや困難にな
るが感度が高くなり正確な判定が行える。請求項６ない
し請求項８の構成によれば、ドリルと平行な回転軸を有
しドリルを回転駆動するスピンドルモータの回転軸の方
向についてスピンドルモータを変位させるアクチュエー
タと、スピンドルモータの回転軸の方向における変位量
を検出する変位センサと、変位センサの出力に基づいて
アクチュエータの移動量をフィードバック制御する制御
手段とを備え、制御手段が、スピンドルモータを高速回
転させた状態でドリルの先端をワークの表面に衝突させ
てくぼみ状の下穴を形成した直後にスピンドルモータの
下方への押圧力を緩和し、その後、押圧力を上昇させる
ようにアクチュエータを制御するので、ドリルの先端で
ワークを突くことによって下穴を形成した後に、ドリル
の先端を下穴に合わせてワークの表面でのドリルの滑り
を防止することができ、しかも、変位センサの出力に基
づいてアクチュエータをフィードバック制御することに
よって、ドリルの先端位置を正確に制御してドリルの折
損を防止することができるのである。

【００１８】とくに請求項７の構成では、スピンドルモ
ータを回転軸の方向に直交する面内においてスピンドル
モータに吸引力を作用させる３個以上の電磁石を用いる
ことによって、回転軸に直交する面内でのドリルの先端
位置を調節するので、スピンドルモータの位置を固定す
るための保持力が大きく取れるのであって、スピンドル
モータの揺れを少なくして穴の加工精度を高めることが
できるのである。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）穴加工装置は、図５に示すように、基本的
には、ワークが載置されるＸＹテーブル１１と、ＸＹテ
ーブル１１の上面に対して直交する方向に移動するハウ
ジング１２を移動させるＺテーブル１３とを装置本体１
０に備えている。

【００２０】ハウジング１２の中には、図４に示すよう
に、ドリル１を回転させるスピンドルモータ２などが収
納される。ここにおいて、ハウジング１２が移動する方
向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交する一つの面をＸＹ平面
として直交座標系を定める。また、スピンドルモータ２
の回転軸はＺ方向に一致するように配置される。スピン
ドルモータ２の外周面にはスピンドルモータ２の軸方向
に直交する円板状の支持板３ａが固着される。支持板３
ａの厚み方向の両側には、内部に圧縮空気が流通する一
対の通気管３ｂが配設され、通気管３ｂにおいて支持板
３ａとの対向面に形成された吹出口３ｃから吐出される
圧縮空気により支持板３ａが両通気管３ｂから離間した
状態で支持される。このように、支持板３ａと一対の通
気管３ｂとにより空気軸受３が構成される。スピンドル
モータ２を空気軸受３で支持したことにより、スピンド
ルモータ２は摩擦力をほとんど受けることなくＸＹ平面
の中での平行移動および回転移動が可能になる。

【００２１】スピンドルモータ２の外周面にはモータホ
ルダ４が挿着され、モータホルダ４の外周面には、周方
向に離間した３箇所にそれぞれリニア直流アクチュエー
タ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動子である可動コイル５ａが結
合される。各アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、いわ
ゆるボイスコイルモータと称するものであって、固定子
となる断面日字形のヨーク５と、ヨーク５ｂの中央片に
対してスライド自在に挿着された筒状の可動コイル５ａ
とを備える。可動コイル５ａは、合成樹脂等よりなる角
筒状のコイルボビンにコイル巻線を巻装して形成され
る。また、ヨーク５ｂの適所（たとえば、図４の上下両
脚片の内側面）には、ヨーク５ｂの両脚片の内側面と中
央片の上下両面とが異磁極になるように永久磁石（図示
せず）が配設される。したがって、可動コイル５ａに通
電すれば、通電電流に比例したローレンツ力が生じて可
動コイル５ａが電流に向きに応じた方向に移動する。こ
こにおいて、ヨーク５ｂの中央片は、スピンドルモータ
２におけるアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとの結合位
置の接線方向にほぼ沿うように配置される。スピンドル
モータ２の回転軸の径方向については、可動コイル５ａ
の内側空間の幅がヨーク５ｂの中央片の幅よりも大きく
設定されており、可動コイル５ａは、スピンドルモータ
２の回転軸の径方向においてもヨーク５ｂに対して移動
できるようになっている。したがって、各アクチュエー
タ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａへの通電電流を制
御することによって、スピンドルモータ２の位置を回転
軸に直交する面内で調節できることになる。本実施例の
構成では、スピンドルモータ２の回転軸をＺ軸方向に一
致させているから、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの
制御によって、ドリル１の先端の位置をＸＹ平面に平行
な面内で平行移動させるともに、Ｚ軸の回りに回転移動
させることができるのである。

【００２２】ところで、スピンドルモータ２のＸＹ平面
に平行な面内での変位量、すなわち、ドリル１の先端の
ＸＹ平面に平行な面内での変位量は、モータホルダ４に
各アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに対応する位置で固
着した検出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの相対距離を検出する
変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃによって検出される。変位
センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃには、検出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃ
との距離を光学的に測定するものや、金属で形成した検
出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃに対して変位センサ７Ａ，７Ｂ，
７Ｃから高周波電界を作用させることにより渦電流損の
大きさに基づいて距離を検出するものなどを用いること
ができる。

【００２３】上述した通気管３ｂとアクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃのヨーク５ｂとは、図４における上側の
通気管３ｂの上にヨーク５ｂを載置する形で一体に結合
され、変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃはアクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃのヨーク５ｂに対して固定される。通気
管３ｂは、アーム８ａを介して円筒状の空気軸受８に結
合される。空気軸受８は、スピンドルモータ２の軸方向
（Ｚ軸方向）に配設されハウジング１２に固定された一
対のガイド軸８ｂに外挿され、空気軸受８の内周面に圧
縮空気を吐出することによって、空気軸受８の内周面と
ガイド軸８ｂの外周面とを離間させた状態でガイド軸８
ｂの軸方向に移動できるようになっている。したがっ
て、スピンドルモータ２は、摩擦力をほとんど受けるこ
となくＺ軸方向、すなわち、回転軸の軸方向に移動でき
るのである。

【００２４】スピンドルモータ２の軸方向（Ｚ軸方向）
におけるドリル１とは反対側の端面には、スピンドルモ
ータ２の軸方向に進退するリニア直流アクチュエータ９
の可動コイル９ａが結合される。アクチュエータ９の固
定子となるヨーク９ｂは、円筒状に形成されているので
あって、形状が異なっている点を除けば上述したアクチ
ュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃと同様の構成を有している。
スピンドルモータ２の端部には検出片６Ｄが固着され、
スピンドルモータ２の軸方向における検出片６Ｄの変位
が検出できるように、検出片６Ｄに対向する位置には変
位センサ７Ｄが配設される。すなわち、変位センサ７Ｄ
は、スピンドルモータ２のＺ軸方向の変位を検出するこ
とができるのである。アクチュエータ９のヨーク９ｂお
よび変位センサ７Ｄは、ハウジング１２に固定される。
ここで、上記構成のアクチュエータ９では、可動コイル
９ａへの通電電流の大きさに応じてＺ軸方向の力が決定
されるのであって、移動量は制御することができないも
のであるから、ドリル１がワークＷから受ける反力とア
クチュエータ９の下方への押圧力とを拮抗させたり、ア
クチュエータ９の出力をハウジング１２に一端を固定し
たばね（図示せず）のばね力と拮抗させたりすることに
よって、移動量を制御するようになっている。また、ア
クチュエータ９には、Ｚ軸方向において拮抗する２力を
発生させるような構造のものを用いてもよい。この種の
アクチュエータとしては、Ｚ軸方向に離間した一対の電
磁石の間に可動子を配置し、各電磁石と可動子との間の
吸引、反発力を調節することによって、可動子の位置を
任意の位置に設定するような構造のものがある。

【００２５】以上の構成によれば、アクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａへの通電量の制御によ
って、ドリル１の先端を、ＸＹ平面に平行な面内で平行
移動させるとともに、Ｚ軸の回りで回転移動させること
ができるのである。また、アクチュエータ９の可動コイ
ル９ａへの通電量の制御によって、Ｚ軸方向の平行移動
ができるのである。このような位置の制御を行うには、
図６に示すように、変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ
により検出された変位量に基づいて、制御回路２０にお
いて、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への通電量
をフィードバック制御すればよい。制御回路２０には、
変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの出力を取り込み、
また、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への制御量
を出力するインタフェース２０ａ、アクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への制御量を増幅する増幅回路２０
ｂ、変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの出力値に基づ
いて制御量を発生させる演算制御部２０ｃ、制御量の目
標値などを設定する入力部２０ｄ、各部への給電を行う
電源２０ｅなどが設けられる。ここに、４個のアクチュ
エータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９に対する制御量は、相互の
影響を考慮して設定する必要があるから、制御量を求め
るには多変数の行列演算が必要であって、この要求を満
たすために、演算制御部２０ｃとしては高速演算が可能
なマイクロコンピュータが用いられる。また、上述した
ように、スピンドルモータ２は、ＸＹ平面に平行な面内
では空気軸受３によって支持され、Ｚ軸方向の移動時に
は空気軸受８によって案内されているから、移動時に雑
音成分がほとんど発生しないのであり、変位センサ７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの出力に雑音成分が混入せず、こ
のことによっても位置制御が正確に行えるのである。

【００２６】ところで、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５
Ｃ，９の可動コイル５ａ，９ａの駆動力Ｆは、可動コイ
ル５ａ，９ａの巻数をｎ、可動コイル５ａ，９ａに流れ
る電流をＩ、永久磁石による磁束密度をＢ、磁界中の可
動コイル５ａ，９ａの長さをＬとすれば、Ｆ＝ｎ・Ｉ・Ｂ・Ｌとなるのであって、可動コイル５ａ，９ａの駆動力は通
電電流の大きさに比例するから、各アクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９の各可動コイル５ａ，９ａへの通電
電流の大きさを調節すれば、コンプライアンスも調節す
ることができる。とくに、アクチュエータ９によってド
リル１のスラスト方向におけるコンプライアンスを調節
することができるから、ワークＷの材質によってコンプ
ライアンスを制御することが可能になり、たとえば、不
純物の多い材料や複合材料などを切削する際に、硬い部
分は低速で送り、柔らかい部分は高速で送るというよう
な制御も可能になるのである。また、各可動コイル５
ａ，９ａへの通電電流と発生する力とが比例するから、
フィードバック制御によって位置を保持しているときの
通電電流の大きさは外力に比例することになり、外力の
変化をアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への通電電
流の変化として容易に検出することができるのである。

【００２７】上記構成の装置を用いてプリント基板等の
ワークＷに対して穴加工を施すには、図１に示すような
手順で動作させる。まず、スピンドルモータ２を起動し
てドリル１を高速回転させた状態で、図２（ａ）のよう
に、アクチュエータ９を駆動してドリル１の先端を下方
に移動させてワークＷの表面を突く（ステップ１０
０）。このときの力は、図２（ｂ）に示すように、ワー
クＷの表面に窪みとしての下穴Ｈが形成される程度の大
きさに設定する。その直後に、アクチュエータ９による
下方への押圧力を緩和してドリル１が折損するのを防止
する（ステップ１０１）。また、押圧力を緩和する程度
は、ドリル１の応力の作用やドリル１の先端のワークＷ
の表面での滑りによって、ドリル１の先端の位置がずれ
ない程度に設定する。こうして下穴Ｈが形成された後、
アクチュエータ９による下方への押圧力を高めてドリル
１によるワークＷの切削を開始する（ステップ１０
２）。このような手順で穴加工を施せば、ドリル１がワ
ークＷの表面で滑ったり曲がったりするのを最小限に止
めることができ、形成される穴の位置精度を高くするこ
とができるのである。

【００２８】一方、押圧力を緩和したときに、図３のよ
うに、ドリル１の先端が下穴Ｈの位置からわずかでもず
れた場合には、ドリル１にＸＹ平面に平行な面内での力
Ｓが作用するから、ドリル１が弾性変形することにな
る。このような弾性変形が発生すると、穴の位置精度が
下がるから、ドリル１が一直線になるように、ドリル１
の先端が下穴Ｈの中央に位置するように位置を修正する
ことが必要である。そこで、ドリル１に作用するＸＹ平
面に平行な面内での力を、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，
５Ｃの通電電流の変化として検出し（ステップ１０
３）、この力が小さくなる方向にアクチュエータ５Ａ，
５Ｂ，５Ｃの通電電流を制御してＸＹ平面に平行な面内
でのドリル１の先端位置を調節する（ステップ１０
４）。要するに、ドリル１のＸＹ平面に平行な面内での
力を極小にするような位置にドリル１の位置を調節する
のであって、これによって下穴Ｈの中心にドリル１の先
端の位置を合わせるのである。ここで、Ｚ軸回りでのト
ルクが増大するか、Ｚ軸方向の力が増大するときには、
ドリル１の先端が下穴Ｈの位置に合致していない状態で
あるから、さらに、ＸＹ平面内でのドリル１の位置を調
節する（１０５）。

【００２９】以上のようにして、ドリル１の位置決めが
正確になされた後は、Ｚ軸方向の力が所定値以上である
かどうかを判定し（ステップ１０６）、折損のおそれが
あれば、ドリル１を後退させて（ステップ１０７）、切
屑を除去した後（ステップ１０８）、加工を再開する
（ステップ１０９）。切削中にＺ軸方向の力か、Ｚ軸回
りのトルクが急減すれば（ステップ１１０）、穴が貫通
したものとして穴加工を終了する。このように、ドリル
１に折損のおそれがあるときには、ドリル１を後退させ
て折損の主原因である切屑を除去してから加工を再開す
るようにしているから、ドリル１の折損を防止すること
ができるのである。ここで、Ｚ軸方向の力の大きさは、
アクチュエータ９の通電電流の変化として検出すること
が可能である。また、ドリル１の上下の移動は、アクチ
ュエータ９によってもよいが、通常は、ハウジング１２
の上下移動によって行う。

【００３０】（実施例２）本実施例では、図７に示すよ
うに、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの代わりに、Ｘ
Ｙ平面内で互いに直交する２直線（通常は、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向とに設定される）の上にそれぞれ対になるよう
に配置した４個の電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５
Ｄを用いるとともに、各直線の方向の変位を検出する２
個の変位センサ１７Ａ、１７Ｂを用いた点で実施例１と
相違している。

【００３１】各電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ
は、一直線上に配列されたもの同士が対になるように励
磁され、対になる電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５
Ｄがそれぞれスピンドルモータ２に作用させる吸引力の
拮抗作用によって、スピンドルモータ２の位置決めがな
される。各電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄがそ
れぞれスピンドルモータ２に作用させる吸引力Ｆは、電
磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄのコイルに通電さ
れる電流をＩ、電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ
とスピンドルモータ２との距離をＤ、電磁石１５Ａ，１
５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄとスピンドルモータ２との間の空
間に固有な定数をＱとすれば、Ｆ＝ＱＩ²／Ｄ² になるのであって、距離Ｄを小さくすれば、非常に大き
な吸引力が得られるものである。したがって、コンプラ
イアンスを大きくとることが可能になる。また本実施例
では、Ｚ軸の回りでの回転はできないが、スピンドルモ
ータ２の軸方向はＸＹ平面に直交する方向に固定されて
いるから、ＸＹ平面での移動のみでＺ軸の回りで回転さ
せなくとも同じ位置調節範囲を得ることができる。他の
構成および動作は実施例１と同様であるから説明を省略
する。

【００３２】（実施例３）本実施例は、図８に示すよう
に、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃおよび空気軸受３
を省略し、Ｚ軸方向のスピンドルモータ２の変位を検出
する手段としてリニアエンコーダ１８を用いた点で異な
っている。この構成では、Ｚ軸方向の位置調節のみを行
うのであって、実施例１の動作として示した図１のステ
ップ１０３からステップ１０５の動作は行えないが、ド
リル１によってワークＷを突いて下穴Ｈを形成した後、
ドリル１の押圧力を一旦弱め、ドリル１を交換すること
なく切削が行えるから、実施例１ほどではないにしても
穴の位置精度を高めることができるものである。他の構
成および動作は実施例１と同様であるから説明を省略す
る。

【００３３】ところで、上記各実施例ではドリル１によ
る切削中におけるドリル１の折損を防止するために、図
１のステップ１０６からステップ１１０の処理を行って
いるものであって、ドリル１が折損するおそれがあるか
どうかの判定は、ドリル１に作用するＺ軸方向の力の大
きさによって判定している。ドリル１が折損するかどう
かの判定は、図９のステップ１０６ａに示すように、Ｚ
軸の回りでのトルクの大きさによって判定してもよく、
また、図１０のステップ１０６ｂに示すように、Ｚ軸方
向の力の大きさとＺ軸の回りでのトルクの大きさとを総
合して判定してもよい。Ｚ軸の回りでのトルクの変化に
ついては、スピンドルモータ２の負荷電流の変化によっ
て検出することができる。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明では、上述のように、高
速回転するドリルの先端でワークの表面を瞬間的に突く
ことによって衝突によるくぼみ状の下穴をワークに形成
した後に、下穴に合わせてワークを切削するので、下穴
を形成していることによってドリルの先端がワークの表
面で滑るのを防止することができ、穴の位置精度が向上
するという利点がある。また、下穴を形成するにもかか
わらずドリルの交換を必要としないから、切削を開始す
るときのドリルの位置と下穴の位置とのずれがほとんど
生じないのであって、従来のように、下穴形成用のドリ
ルと切削用のドリルとを交換する場合に比較して穴の位
置精度を向上させることができるという効果を奏するの
である。さらに、下穴を形成する際に高速回転させたド
リルの先端によってワークを突いた後にドリルへの押圧
力をただちに緩和するので、下穴の形成時にドリルが弾
性変形したり折損したりすることが少なくなるのであ
る。要するに、ドリルをポンチのように用いて衝突によ
る下穴を形成するから滑りによる位置ずれがなく、しか
も、ドリルのワークに対する接触力を一旦緩和すること
でドリルの折損を防止し、さらには下穴に位置合わせを
してドリルで切削するからワークに位置ずれのないよう
に穴をあけることができるという効果がある。

【００３５】請求項２の発明によれば、下穴にドリルの
先端が接触しているときにドリルに作用する軸方向に直
交する面内の力を検出し、この力が小さくなる向きにド
リルの先端位置を調節するので、切削を開始するときに
下穴とドリルの先端との位置が多少ずれていても、下穴
の中心位置にドリルの先端位置が自動的に合わせられる
のであって、穴の位置精度が一層向上するという効果を
奏する。

【００３６】請求項３ないし請求項５の発明のように、
ドリルの折損の可能性の判定基準として、ドリルのスラ
スト方向の力の変化を採用すれば雑音との識別が容易に
なり、ドリルのトルクの変化を採用すれば雑音との識別
はやや困難になるが感度が高くなり正確な判定が行え
る。請求項６ないし請求項８の発明では、ドリルと平行
な回転軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータ
の回転軸の方向についてスピンドルモータを変位させる
アクチュエータと、スピンドルモータの回転軸の方向に
おける変位量を検出する変位センサと、変位センサの出
力に基づいてアクチュエータの移動量をフィードバック
制御する制御手段とを備え、制御手段が、スピンドルモ
ータを高速回転させた状態でドリルの先端をワークの表
面に衝突させてくぼみ状の下穴を形成した直後にスピン
ドルモータの下方への押圧力を緩和し、その後、押圧力
を上昇させるようにアクチュエータを制御するので、ド
リルの先端でワークを突くことによって下穴を形成した
後に、ドリルの先端を下穴に合わせてワークの表面での
ドリルの滑りを防止することができ、しかも、変位セン
サの出力に基づいてアクチュエータをフィードバック制
御することによって、ドリルの先端位置を正確に制御し
てドリルの折損を防止することができるという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す動作説明図である。

【図２】実施例１を示す下穴の形成過程を示す工程図で
ある。

【図３】実施例１を示す下穴とドリルとの位置関係を示
す図である。

【図４】実施例１を示す一部切欠斜視図である。

【図５】実施例を示す全体構成の斜視図である。

【図６】実施例を示す制御回路のブロック図である。

【図７】実施例２を示す一部切欠斜視図である。

【図８】実施例３を示す斜視図である。

【図９】実施例の他の動作例を示す動作説明図である。

【図１０】実施例のさらに他の動作例を示す動作説明図
である。

【図１１】従来の穴加工方法を示す工程図である。

【図１２】従来の穴加工装置を示す断面図である。

【図１３】従来の穴加工装置を示す概略構成図である。

【図１４】図１３に対応する穴加工装置の動作説明図で
ある。

【符号の説明】

１ドリル２スピンドルモータ３空気軸受５Ａアクチュエータ５Ｂアクチュエータ５Ｃアクチュエータ７Ａ変位センサ７Ｂ変位センサ７Ｃ変位センサ７Ｄ変位センサ９アクチュエータ２０制御回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】穴加工を施すワークの表面に衝突による
くぼみ状の下穴が形成されるようにワークの表面を高速
回転するドリルの先端で突いた直後に、ドリルのワーク
に対する接触圧を一旦緩和し、その後、ドリルのワーク
に対する接触圧を高めてワークを切削することを特徴と
する穴加工方法。
【請求項２】下穴にドリルの先端が接触しているとき
にドリルに作用する軸方向に直交する面内での力を検出
し、この力が小さくなる向きにドリルの先端の位置を調
節することを特徴とする請求項１記載の穴加工方法。
【請求項３】ワークの切削中にドリルに作用する軸方
向の力を検出し、この力が所定値以上になるとドリルの
先端部をワークから離して切屑を除去した後に、再び切
削を開始することを特徴とする請求項１または請求項２
記載の穴加工方法。
【請求項４】ワークの切削中にドリルに作用するトル
クを検出し、このトルクが所定値以上になるとドリルの
先端部をワークから離して切屑を除去した後に、再び切
削を開始することを特徴とする請求項１または請求項２
記載の穴加工方法。
【請求項５】ワークの切削中にドリルに作用する軸方
向の力およびトルクを検出し、少なくともいずれか一方
が所定値以上になるとドリルの先端部をワークから離し
て切屑を除去した後に、再び切削を開始することを特徴
とする請求項１または請求項２記載の穴加工方法。
【請求項６】ドリルと平行な回転軸を有しドリルを回
転駆動するスピンドルモータと、スピンドルモータの回
転軸の周方向に離間して配設されスピンドルモータに機
械的に結合されていてそれぞれ回転軸の接線にほぼ沿う
方向についてスピンドルモータを直進移動させる３個以
上の第１のアクチュエータと、スピンドルモータおよび
第１のアクチュエータをスピンドルモータの回転軸の方
向について直進移動させる第２のアクチュエータと、ス
ピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行移動お
よび回転移動による変位とスピンドルモータの回転軸の
方向の変位とを検出する変位センサと、変位センサの出
力に基づいてスピンドルモータを所定位置に保持するよ
うに第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータ
の移動量をフィードバック制御する制御手段とを備え、
制御手段は、スピンドルモータを高速回転させた状態で
ドリルの先端をワークの表面に衝突させてくぼみ状の下
穴を形成した直後にスピンドルモータの下方への押圧力
を緩和し、その後、押圧力を上昇させるように第２のア
クチュエータを制御することを特徴とする穴加工装置。
【請求項７】ドリルと平行な回転軸を有しドリルを回
転駆動するスピンドルモータと、スピンドルモータの回
転軸に直交する面内でスピンドルモータに吸引力を作用
させるようにスピンドルモータの回転軸の周方向に離間
して配設された３個以上の電磁石と、スピンドルモータ
および電磁石をスピンドルモータの回転軸の方向につい
て直進移動させるアクチュエータと、スピンドルモータ
の回転軸に直交する面内での平行移動による変位とスピ
ンドルモータの回転軸の方向の変位とを検出する変位セ
ンサと、変位センサの出力に基づいてスピンドルモータ
を所定位置に保持するように電磁石およびアクチュエー
タの移動量をフィードバック制御する制御手段とを備
え、制御手段は、スピンドルモータを高速回転させた状
態でドリルの先端をワークの表面に衝突させてくぼみ状
の下穴を形成した直後にスピンドルモータの下方への押
圧力を緩和し、その後、押圧力を上昇させるようにアク
チュエータを制御することを特徴とする穴加工装置。
【請求項８】ドリルと平行な回転軸を有しドリルを回
転駆動するスピンドルモータと、スピンドルモータをス
ピンドルモータの回転軸の方向について直進移動させる
アクチュエータと、スピンドルモータの回転軸の方向の
変位を検出する変位センサと、変位センサの出力に基づ
いてスピンドルモータを回転軸の方向における所定位置
に保持するようにアクチュエータの移動量をフィードバ
ック制御する制御手段とを備え、制御手段は、スピンド
ルモータを高速回転させた状態でドリルの先端をワーク
の表面に衝突させてくぼみ状の下穴を形成した直後にス
ピンドルモータの下方への押圧力を緩和し、その後、押
圧力を上昇させるようにアクチュエータを制御すること
を特徴とする穴加工装置。