JP2793921B2 - Drilling method and apparatus - Google Patents

Drilling method and apparatus

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JP2793921B2
JP2793921B2 JP12158891A JP12158891A JP2793921B2 JP 2793921 B2 JP2793921 B2 JP 2793921B2 JP 12158891 A JP12158891 A JP 12158891A JP 12158891 A JP12158891 A JP 12158891A JP 2793921 B2 JP2793921 B2 JP 2793921B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for forming a small hole mainly by a drill.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In general, a drill for forming a small diameter hole is easily elastically deformed (easy to bend). Problem occurs in that the position of the hole to be machined shifts due to slipping on the surface of the substrate. Also, there is a problem that a small diameter drill has a small elastic limit and is easily broken.

【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、加工すべき穴Ha
の深さがドリル1の直径の6倍以上である深穴加工の際
に、図13(a)に示すように、加工すべき穴Haの深
さよりも短いドリル1aで下穴Hを形成し、その後、図
13(b)に示すように、所定の長さのドリル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。
[0003] As a method for solving such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-244404 discloses a hole Ha to be machined.
As shown in FIG. 13 (a), a deep hole H is formed with a drill 1a shorter than the depth of a hole Ha to be machined, when a deep hole having a depth of 6 times or more the diameter of the drill 1 is formed. Then, as shown in FIG. 13 (b), a method of forming a desired hole Ha so as to match a prepared hole H using a drill 1 having a predetermined length is disclosed. Drill 1a for forming such a prepared hole H
In the above, since the elastic deformation is small, the positional accuracy of the hole Ha is improved. Also, by forming the pilot hole H, an excessive force does not act on the drill 1 and elastic deformation is reduced, so that the chance of breakage is also reduced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記方法では、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、ドリル
の交換前後においてワークとドリルとの位置関係を正確
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。
In the above-mentioned method, the actual drilling is performed after the pilot hole is formed. Therefore, it is necessary to replace the drill. It is necessary to exactly match the positional relationship between the workpiece and the drill. In other words, it is necessary to use an XY table for positioning the work with a high position accuracy, and there is a problem that the apparatus becomes very expensive.

【0005】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ワークに下穴を形成した後に下穴にドリルの
位置を合わせて切削を行う場合において、位置合わせが
正確かつ自動的に行えるようにした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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem. When a drill is formed by aligning a drill with a prepared hole after forming a prepared hole in a work, the positioning is accurately and automatically performed. It is an object of the present invention to provide a hole drilling method and an apparatus therefor.

【0006】[0006]

【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、加工すべき穴の深さよりも短
く弾性変形の少ない予備加工用のドリルを用いてワーク
の表面に下穴を形成した後、穴の深さ以上の長さの加工
用のドリルを用いて切削を行う穴加工方法において、加
工用のドリルの先端がワークの下穴付近に接触している
ときにドリルに作用する外力のうちドリルの軸方向に直
交する面内の分力を検出し、この分力が小さくなる向き
にドリルの先端位置を移動させるのである。
According to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, a drill for pre-machining, which is shorter than the depth of a hole to be machined and has little elastic deformation, is used to lower the surface of the work. After forming a hole, in a hole drilling method that performs cutting using a drill for machining with a length equal to or greater than the depth of the hole, when the tip of the drill for machining is in contact with the vicinity of the pilot hole of the work Of the external force acting on the drill is detected in the plane perpendicular to the axial direction of the drill, and the tip position of the drill is moved in a direction in which the component is reduced.

【0007】請求項2の発明では、加工用のドリルによ
る切削中に、ドリルに作用するスラスト方向の力とドリ
ルの切削トルクとの少なくともいずれか一方を検出し、
検出値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3の発明では、下穴の切削中に、予備加工
用のドリルに作用する軸方向の力とドリルの切削トルク
との少なくともいずれか一方を検出し、検出値が所定値
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。
In the invention of claim 2, at least one of a thrust force acting on the drill and a cutting torque of the drill is detected during cutting by the processing drill,
When the detected value exceeds a predetermined value, the tip of the drill is separated from the work to remove chips, and then cutting is started again. In the invention according to claim 3, at least one of the axial force acting on the drill for preliminary machining and the cutting torque of the drill is detected during the preparation of the prepared hole, and when the detected value is equal to or larger than a predetermined value, the drill is drilled. After the tip is separated from the work to remove chips, cutting is started again.

【0008】請求項4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スピンドル
モータに機械的に結合され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
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、アクチュエータへの通電電流の変化
に基づいてドリルの軸方向に直交する面内でドリルに作
用する外力の分力の変化を検出し、この分力が小さくな
る向きにアクチュエータへの通電電流を制御してスピン
ドルモータの位置を調節するのである。
According to a fourth aspect of the present invention, a spindle motor having a rotating shaft parallel to the drill and driving the drill to rotate, and a spindle motor which is mechanically coupled to the spindle motor at a distance in the circumferential direction of the rotating shaft of the spindle motor to rotate the drill motor. Move the spindle motor straight in a direction substantially along the tangent of the shaft 3
A plurality of actuators, a displacement sensor for detecting displacement due to parallel and rotational movements in a plane orthogonal to the rotation axis of the spindle motor, and an actuator for holding the spindle motor at a predetermined position based on an output of the displacement sensor. Control means for feedback-controlling the movement amount of the drill, the control means detects a change in a component force of an external force acting on the drill in a plane orthogonal to the axial direction of the drill based on a change in a current supplied to the actuator. Then, the position of the spindle motor is adjusted by controlling the current supplied to the actuator so that the component force becomes smaller.

【0009】請求項5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に配置されたボ
ールジョイントを介して一端部がスピンドルモータに機
械的に結合され、スピンドルモータの回転軸に直交する
別の面内で定位置に固定されたボールジョイントを他端
部に備えた少なくとも3本の互いに平行な支軸と、スピ
ンドルモータに対して回転軸に直交する一つの面内で互
いに交差する方向であってスピンドルモータの回転軸の
中心に向かう向きの押圧力を作用させる少なくとも2個
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による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、ア
クチュエータへの通電電流の変化に基づいてドリルの軸
方向に直交する面内でドリルに作用する外力の分力の変
化を検出し、この分力が小さくなる向きにアクチュエー
タへの通電電流を制御してスピンドルモータの位置を調
節するのである。
According to the fifth aspect of the present invention, one end is provided via a spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and driving the drill to rotate, and a ball joint disposed in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor. At least three parallel spindles mechanically coupled to the spindle motor and having, at the other end, a ball joint fixed at a fixed position in another plane orthogonal to the rotation axis of the spindle motor; And at least two actuators for applying a pressing force in a direction intersecting each other in one plane orthogonal to the rotation axis and directed toward the center of the rotation axis of the spindle motor, and orthogonal to the rotation axis of the spindle motor. Sensor that detects displacement due to parallel movement in a plane to be moved, and holds the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor Control means for feedback-controlling the amount of movement of the actuator, wherein the control means detects a change in a component force of an external force acting on the drill in a plane orthogonal to the axial direction of the drill based on a change in a current supplied to the actuator. This is detected, and the current supplied to the actuator is controlled in such a direction as to reduce the component force to adjust the position of the spindle motor.

【0010】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に直交する面内でスピンドルモ
ータへの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、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行
移動による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所定位置に保持する
ように電磁石によるスピンドルモ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、電磁
石への通電電流の変化に基づいてドリルの軸方向に直交
する面内でドリルに作用する外力の分力の変化を検出
し、この分力が小さくなる向きに電磁石への通電電流を
制御してスピンドルモータの位置を調節するのである。
According to a sixth aspect of the present invention, a spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and rotating the drill is provided, and a suction force is applied to the spindle motor in a plane orthogonal to the rotation axis of the spindle motor. Three or more electromagnets spaced apart in the circumferential direction of the rotation axis of the spindle motor, a displacement sensor for detecting displacement due to parallel movement in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor, and an output of the displacement sensor Control means for feedback-controlling the amount of movement of the spindle motor by the electromagnet so as to hold the spindle motor at a predetermined position based on the control signal. Changes in the component force of the external force acting on the drill in the surface to be drilled, and controls the current flowing to the electromagnet in the direction in which the component force is reduced so that the spindle It is to adjust the position of the over data.

【0011】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
ータへの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、スピンドルモータを回転軸の軸方向の回りで回転さ
せる回転アクチュエータと、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
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
よび回転アクチュエータによるスピンドルモータの移動
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、電磁石への通電電流の変化に基づいてドリルの軸
方向に直交する面内でドリルに作用する外力の分力の変
化を検出し、この分力が小さくなる向きに電磁石への通
電電流を制御してスピンドルモータの位置を調節するの
である。
According to a seventh aspect of the present invention, a spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and driving the drill to rotate, and applying a suction force to the spindle motor in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor. Three or more electromagnets spaced apart in the circumferential direction of the rotation axis of the spindle motor, a rotation actuator for rotating the spindle motor around the rotation axis, and an in-plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor A displacement sensor that detects displacement due to parallel and rotational movements in the control unit, and a control unit that performs feedback control on the amount of movement of the spindle motor by the electromagnet and the rotary actuator so as to hold the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor. Control means, based on the change in the current flowing through the electromagnet, the surface orthogonal to the axial direction of the drill In detecting a change of an external force component force acting on the drill, it is to adjust the position of the spindle motor by controlling the current supplied to the electromagnet the force component in the smaller orientation.

【0012】[0012]

【作用】請求項1の方法によれば、加工用のドリルの先
端がワークの下穴付近に接触しているときにドリルに作
用する外力のうち、ドリルの軸方向に直交する面内の分
力が小さくなる向きにドリルの先端位置を移動させるの
で、ドリルの先端を下穴の中心に正確に一致させること
ができ、穴の位置精度が高まるとともに、位置合わせの
自動化が容易になり、しかも、ドリルに下穴とのずれに
よる弾性変形が生じるのを防止できるから、ドリルの折
損を防止できるのである。
According to the method of the first aspect, of the external force acting on the drill when the tip of the drill for machining is in contact with the vicinity of the prepared hole of the drill, a part in a plane orthogonal to the axial direction of the drill is included. Since the tip of the drill is moved in the direction in which the force is reduced, the tip of the drill can be precisely aligned with the center of the pilot hole, increasing the accuracy of the hole position and facilitating the automatic alignment, and In addition, it is possible to prevent the drill from being elastically deformed due to a deviation from the prepared hole, thereby preventing breakage of the drill.

【0013】請求項2および請求項3の方法は、望まし
い実施態様であって、下穴の切削中や加工用のドリルに
よる切削中において、ドリルが折損する前にドリルの折
損の主原因である切屑を除去することができ、ドリルの
折損を防止できるのである。また、切屑の存在に起因し
たドリルの弾性変形を少なくすることができるので、穴
の加工精度が高くなるのである。
The method of claims 2 and 3 is a preferred embodiment and is the main cause of breakage of the drill before the drill breaks during cutting of the pilot hole or cutting by a working drill. Chips can be removed, and breakage of the drill can be prevented. Further, since the elastic deformation of the drill due to the presence of the chips can be reduced, the machining accuracy of the hole is increased.

【0014】請求項4ないし請求項7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を少なくとも平行移動させる駆
動手段と、スピンドルモータ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
所定位置に保持するように駆動手段の移動量をフィード
バック制御する制御手段とを備えていて、制御手段が、
駆動手段への負荷の変化に基づいてドリルの軸方向に直
交する面内でドリルに作用する外力の分力が小さくなる
向きに駆動手段を制御してスピンドルモータの位置を調
節するので、ドリルの先端が下穴の中心に自動的に合わ
せられて位置合わせに手間がかからないのである。しか
も、穴の位置精度が高くなるとともに、ドリルの折損が
防止されるのであって、位置合わせのために精度の高い
高価なXYテーブルを用いる必要がないのである。
According to the constitutions of claims 4 to 7,
A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and driving the drill to rotate; a driving unit for moving the spindle motor at least in parallel in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor; and a displacement sensor for detecting a displacement of the spindle motor. Control means for performing feedback control of the movement amount of the drive means so as to hold the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor, and the control means comprises:
The position of the spindle motor is adjusted by controlling the drive means in a direction in which the component force of the external force acting on the drill is reduced in a plane orthogonal to the axial direction of the drill based on the change in the load on the drive means. The tip is automatically aligned with the center of the pilot hole, eliminating the hassle of positioning. In addition, the hole position accuracy is increased, and the breakage of the drill is prevented, so that it is not necessary to use a high-precision and expensive XY table for the alignment.

【0015】[0015]

【実施例】(実施例1) 穴加工装置は、図4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ハウジング12を移動させ
るZテーブル13とを装置本体10に備えている。
Embodiment 1 (Embodiment 1) As shown in FIG. 4 , a drilling apparatus basically includes an XY table 11 on which a workpiece is placed, and a housing in a direction orthogonal to the upper surface of the XY table 11. The apparatus main body 10 is provided with a Z table 13 for moving the apparatus 12.

【0016】ハウジング12の中には、図3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軸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
3a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。
As shown in FIG. 3 , a spindle motor 2 for rotating the drill 1 is housed in the housing 12. Here, a direction in which the housing 12 moves is defined as a Z-axis direction, and one surface orthogonal to the Z-axis direction is defined as an XY plane to define an orthogonal coordinate system. In addition, spindle motor 2
Are arranged so as to coincide with each other in the Z-axis direction. A disk-shaped support plate 3 a orthogonal to the axial direction of the spindle motor 2 is fixed to the outer peripheral surface of the spindle motor 2. A pair of ventilation pipes 3b through which compressed air flows are disposed on both sides in the thickness direction of the support plate 3a, and are discharged from an outlet 3c formed on a surface of the ventilation pipe 3b facing the support plate 3a. The support plate 3a is supported by the compressed air while being separated from the two ventilation pipes 3b. Thus, the air bearing 3 is constituted by the support plate 3a and the pair of ventilation pipes 3b. By supporting the spindle motor 2 with the air bearing 3, the spindle motor 2 can be translated and rotated in the XY plane with little frictional force.

【0017】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3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が電流の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ついてもヨーク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。
A motor holder 4 is inserted into the outer peripheral surface of the spindle motor 2, and movers of linear DC actuators 5 A, 5 B, and 5 C are respectively provided on the outer peripheral surface of the motor holder 4 at three locations separated in the circumferential direction. The movable coil 5a is connected. Each of the actuators 5A, 5B and 5C is a so-called voice coil motor, and has a cylindrical yoke 5 serving as a stator and a cylindrical shape slidably inserted into a central piece of the yoke 5b. Moving coil 5a
And The movable coil 5a is formed by winding a coil winding around a rectangular cylindrical coil bobbin made of synthetic resin or the like. In addition, permanent magnets (not shown) are provided at appropriate places of the yoke 5b (for example, the inner surfaces of the upper and lower legs in FIG. 3 ) so that the inner surfaces of the two legs and the upper and lower surfaces of the center piece have different magnetic poles. ) Is arranged. Therefore, when the movable coil 5a is energized, a Lorentz force proportional to the energizing current is generated, and the movable coil 5a moves in a direction corresponding to the direction of the current. Here, the center piece of the yoke 5b is disposed so as to be substantially along the tangential direction of the coupling position of the spindle motor 2 with the actuators 5A, 5B, 5C. In the radial direction of the rotating shaft of the spindle motor 2, the movable coil 5a
The width of the inner space is set larger than the width of the central piece of the yoke 5b, and the movable coil 5a can move relative to the yoke 5b also in the radial direction of the rotation shaft of the spindle motor 2. Therefore, the position of the spindle motor 2 can be adjusted in a plane orthogonal to the rotation axis by controlling the current supplied to the movable coil 5a of each of the actuators 5A, 5B, 5C. In the configuration of the present embodiment, since the rotation axis of the spindle motor 2 is made to coincide with the Z-axis direction, the position of the tip of the drill 1 is parallelized in a plane parallel to the XY plane by controlling the actuators 5A, 5B, and 5C. It can be moved around and rotated around the Z axis.

【0018】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。
The displacement of the spindle motor 2 in a plane parallel to the XY plane, that is, the displacement of the tip of the drill 1 in a plane parallel to the XY plane, is stored in the motor holder 4 by the actuators 5A and 5B. , 5C are detected by displacement sensors 7A, 7B, 7C for detecting the relative distances to the detection pieces 6A, 6B, 6C fixed at the positions corresponding to the positions. The displacement sensors 7A, 7B, 7C include detection pieces 6A, 6B, 6C.
And the displacement sensors 7A, 7B, and 6C, which are optically measuring the distance to the detection pieces 6A, 6B, and 6C.
A device that detects a distance based on the magnitude of eddy current loss by applying a high-frequency electric field from 7C can be used.

【0019】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3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。この
ように、通気管3b、ヨーク5b、変位センサ7A,7
B,7Cは機械的に結合された状態で、ハウジング12
に固定される。
The above-described vent pipe 3b and actuator 5
The yokes 5b of A, 5B, and 5C are integrally coupled with the yoke 5b on the upper ventilation pipe 3b in FIG. 3 , and the displacement sensors 7A, 7B, and 7C are connected to the actuator 5a.
A, 5B, and 5C are fixed to the yokes 5b. Thus, the ventilation pipe 3b, the yoke 5b, the displacement sensors 7A, 7
B and 7C are mechanically connected to each other,
Fixed to

【0020】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。このような位置の制御を行うには、
図5に示すように、変位センサ7A,7B,7C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の出力を取り込み、また、アクチュエ
ータ5A,5B,5C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5A,5B,5Cへの通電
電流を増幅する増幅回路20b、変位センサ7A,7
B,7C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20
d、各部への給電を行う電源20e、Zテーブル13の
送り速度や移動方向を制御するための送りモータ28を
駆動するドライバ20fなどが設けられる。ここに、3
個のアクチュエータ5A,5B,5C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、空気軸受
3によって支持されているから、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7A,7B,7
C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。
According to the above configuration, the actuator 5
By controlling the amount of current supplied to the movable coils 5a of A, 5B, and 5C, the tip of the drill 1 can be translated in a plane parallel to the XY plane and can also be rotated around the Z axis. To perform such position control,
As shown in FIG. 5 , based on the displacement amounts detected by the displacement sensors 7A, 7B, 7C, the control circuit 20
What is necessary is just to feedback-control the amount of electricity to the actuators 5A, 5B, 5C. The control circuit 20 takes in the outputs of the displacement sensors 7A, 7B, 7C, outputs an amount of control to the actuators 5A, 5B, 5C, and amplifies the current supplied to the actuators 5A, 5B, 5C. Circuit 20b, displacement sensors 7A, 7
An operation control unit 20c for generating a control amount based on output values of B and 7C, an input unit 20 for setting a target value of the control amount, and the like.
d, a power supply 20e for supplying power to each unit, a driver 20f for driving a feed motor 28 for controlling a feed speed and a moving direction of the Z table 13, and the like are provided. Where 3
Since the control amounts for the actuators 5A, 5B, and 5C need to be set in consideration of the mutual influence, a multivariable matrix operation is required to obtain the control amounts. A microcomputer capable of high-speed operation is used as the operation control unit 20c. Further, as described above, since the spindle motor 2 is supported by the air bearing 3, almost no noise components are generated during the movement, so that the displacement sensors 7A, 7B, 7
No noise component is mixed into the output of C, and this also enables accurate position control.

【0021】ところで、アクチュエータ5A,5B,5
Cの可動コイル5aの駆動力Fは、可動コイル5aの巻
数をn、可動コイル5aへの通電電流を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5A,5
B,5Cの各可動コイル5a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。
また、各可動コイル5a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。
The actuators 5A, 5B, 5
The driving force F of the movable coil 5a of C is n, the number of turns of the movable coil 5a, the current flowing through the movable coil 5a is I, the magnetic flux density of the permanent magnet is B, and the length of the movable coil 5a in the magnetic field is L.
Then, F = n の I ・ B5L, and the driving force of the movable coil 5a is proportional to the magnitude of the energizing current.
By adjusting the magnitude of the current supplied to each of the movable coils 5a of B and 5C, the compliance can be adjusted.
Further, since the energizing current to each movable coil 5a and the generated force are proportional, the magnitude of the energizing current when the position is held by the feedback control is proportional to the external force. It can be easily detected as a change in current.

【0022】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方法は、基本的には従来
の技術で説明した方法と同様であって、図1に示すよう
に、加工すべき穴の深さよりも短いドリルを用いて下穴
を形成し(ステップ100)、その後、加工すべき穴の
深さよりも長い通常のドリルに交換して(ステップ10
1)、穴を切削するのである(ステップ102)。従来
の技術では、ドリルを交換した後に下穴の位置とドリル
の位置とを正確に合わせるのが困難であることに問題を
有していたが、本実施例では、この問題点を解決するた
めに、図2に示すように、ドリル1の先端が下穴Hに接
触したときにドリル1に作用する外力についてXY平面
に平行な面内の成分Sの変化をアクチュエータ5A,5
B,5Cの通電電流の変化として検出し(ステップ10
2)、この外力が小さくなる方向にアクチュエータ5
A,5B,5Cへの通電電流を制御することによってX
Y平面に平行な面内でのドリル1の先端の位置を調節す
るのである(ステップ103)。こうして、外力のXY
平面に平行な面内での成分Sが極小になる位置を、ドリ
ル1の先端が下穴Hの中心に一致した位置であるとみな
して切削する。
The method of forming a hole in a work W such as a printed circuit board using the apparatus having the above configuration is basically the same as the method described in the prior art, and as shown in FIG. A pilot hole is formed using a drill shorter than the depth of the hole to be machined (step 100), and then replaced with a normal drill longer than the depth of the hole to be machined (step 10).
1) A hole is cut (step 102). In the prior art, there was a problem that it was difficult to accurately match the position of the prepared hole with the position of the drill after replacing the drill, but in the present embodiment, in order to solve this problem, As shown in FIG. 2, the change of the component S in the plane parallel to the XY plane with respect to the external force acting on the drill 1 when the tip of the drill 1 comes into contact with the prepared hole H is determined by the actuators 5A and 5A.
B, 5C is detected as a change in the flowing current (step 10).
2) The actuator 5 moves in the direction in which the external force is reduced.
X is controlled by controlling the current supplied to A, 5B and 5C.
The position of the tip of the drill 1 in a plane parallel to the Y plane is adjusted (step 103). Thus, the external force XY
A position where the component S is minimized in a plane parallel to the plane is regarded as a position where the tip of the drill 1 coincides with the center of the prepared hole H, and cutting is performed.

【0023】このように、アクチュエータ5A,5B,
5Cの通電電流の制御によってXY平面に平行な面内で
の位置を調節するので、高精度のXYテーブル11を必
要とせず、しかも、下穴Hに対するドリル1の位置調節
が自動的に行われることになる。すなわち、精密な位置
制御ができるにもかかわらず装置に要するコストが従来
よりも低減でき、しかも、位置合わせが自動化されてい
て手間がかからないのである。
As described above, the actuators 5A, 5B,
Since the position in the plane parallel to the XY plane is adjusted by controlling the 5C conduction current, a highly accurate XY table 11 is not required, and the position of the drill 1 with respect to the prepared hole H is automatically adjusted. Will be. In other words, the cost required for the apparatus can be reduced as compared with the conventional apparatus despite the fact that precise position control can be performed, and the alignment is automated, so that no labor is required.

【0024】(実施例2)本実施例では、図6および図
7に示すように、スピンドルモータ2に固着した支持板
3aに対向する形でハウジング12に固定された固定板
8を設け、この固定板8と支持板3aとの間を、それぞ
れ両端部にボールジョイント8aを有した3本以上(こ
こでは、4本)の平行な支軸8bで連結している。した
がって、支持板3aは、固定板8と平行を保った状態で
移動できることになる。ここにおいて、支持板3aが移
動すれば固定板8との距離が変化するものであるが、本
発明の目的を達成するためのXY平面に平行な面内での
移動範囲は微小であるから、固定板8との距離の変化は
無視できる。また、支持板3aの周囲には周方向に離間
して2個以上のアクチュエータ15A,15Bが、支持
板3aを径方向において支持板3aの中心に向かって押
圧できるように配置されている。ここに、両アクチュエ
ータ15A,15Bは、駆動方向が互いに交差するよう
に配置される。ここにおいて、固定板8はハウジング1
2に固定され、アクチュエータ15A,15Bは、アー
ム8cを介して固定板8に結合されている。
(Embodiment 2) In this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, a fixed plate 8 fixed to a housing 12 is provided so as to face a support plate 3a fixed to a spindle motor 2. The fixed plate 8 and the support plate 3a are connected by three or more (here, four) parallel support shafts 8b each having a ball joint 8a at both ends. Therefore, the support plate 3a can move while maintaining the parallel state with the fixed plate 8. Here, if the support plate 3a moves, the distance from the fixed plate 8 changes. However, the movement range in a plane parallel to the XY plane for achieving the object of the present invention is very small. The change in the distance from the fixed plate 8 can be ignored. Two or more actuators 15A and 15B are arranged around the support plate 3a in the circumferential direction so as to be able to press the support plate 3a in the radial direction toward the center of the support plate 3a. Here, both actuators 15A and 15B are arranged so that the driving directions intersect each other. Here, the fixing plate 8 is the housing 1
2, the actuators 15A and 15B are connected to the fixed plate 8 via the arms 8c.

【0025】アクチュエータ15A,15Bは、図8に
示すように、コイルボビンにコイル巻線を巻装した円筒
状の可動コイル15aと、固定子となるヨーク15b
と、ヨーク15bに固着された永久磁石15cとを有す
る。ヨーク15bは、有底円筒状の外筒と、外筒の内側
で外筒の底面の中央部に一体に立設した中柱とを有す
る。外筒の内周面には永久磁石15cが円筒状になるよ
うに配置され、永久磁石15cは、永久磁石15cの内
周面と中柱の外周面とが異磁極になるように着磁されて
いる。永久磁石15cの内周面と中柱の外周面とは離間
しており、この空間内に可動コイル15aの一端部が挿
入される。したがって、各アクチュエータ15A,15
Bの可動コイル15aへの通電電流を制御すれば、XY
平面に平行な面内でのドリル1の先端の位置を調節でき
るのである。
As shown in FIG. 8, the actuators 15A and 15B include a cylindrical movable coil 15a in which a coil winding is wound around a coil bobbin, and a yoke 15b serving as a stator.
And a permanent magnet 15c fixed to the yoke 15b. The yoke 15b has a bottomed cylindrical outer cylinder, and a middle pillar that is integrally erected inside the outer cylinder at the center of the bottom surface of the outer cylinder. A permanent magnet 15c is arranged on the inner peripheral surface of the outer cylinder so as to be cylindrical, and the permanent magnet 15c is magnetized so that the inner peripheral surface of the permanent magnet 15c and the outer peripheral surface of the middle pillar have different magnetic poles. ing. The inner peripheral surface of the permanent magnet 15c is separated from the outer peripheral surface of the middle column, and one end of the movable coil 15a is inserted into this space. Therefore, each of the actuators 15A, 15A
By controlling the current supplied to the movable coil 15a of B, XY
The position of the tip of the drill 1 in a plane parallel to the plane can be adjusted.

【0026】支持板3aの周囲には周方向に離間しアク
チュエータ15A,15Bとは径方向の反対側に位置す
るようにして、2個以上の変位センサ17A,17Bが
アーム8dを介して固定板8に固定される。制御回路2
0では、変位センサ17A,17Bの出力に基づいて、
スピンドルモータ2を所定の位置に保持するように、ア
クチュエータ15A,15Bの可動コイル15aへの通
電電流をフィードバック制御するのである。また、ドリ
ル1がワークWに接触したときにドリル1に作用する外
力のXY平面に平行な面内での力の変化は、アクチュエ
ータ15A,15Bへの通電電流の変化として検出され
るのである。
Around the support plate 3a, two or more displacement sensors 17A and 17B are fixed via an arm 8d so as to be circumferentially separated from each other and radially opposite to the actuators 15A and 15B. It is fixed to 8. Control circuit 2
At 0, based on the outputs of the displacement sensors 17A and 17B,
The current supplied to the movable coils 15a of the actuators 15A and 15B is feedback-controlled so that the spindle motor 2 is maintained at a predetermined position. Further, a change in the external force acting on the drill 1 when the drill 1 comes into contact with the workpiece W in a plane parallel to the XY plane is detected as a change in the current supplied to the actuators 15A and 15B.

【0027】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。 (実施例3)本実施例では、図9に示すように、アクチ
ュエータ5A,5B,5Cの代わりに、XY平面に平行
な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25A,25B,25C,25D
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27A、27Bを用いた点で実施例1と相
違している。
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore the description is omitted. (Embodiment 3) In this embodiment, as shown in FIG. 9, instead of the actuators 5A, 5B, and 5C, two straight lines orthogonal to each other in a plane parallel to the XY plane (normally, the X axis direction and the Y axis direction).
Four electromagnets 25A, 25B, 25C, 25D arranged in pairs on the
This embodiment differs from the first embodiment in that two displacement sensors 27A and 27B for detecting displacement in the direction of each straight line are used.

【0028】各電磁石25A,25B,25C,25D
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25A,25B,25C,25
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25A,25B,25C,25D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25A,25B,25C,25Dのコイルに通電さ
れる電流をI、電磁石25A,25B,25C,25D
とスピンドルモータ2との距離をD、電磁石25A,2
5B,25C,25D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平面に平行な面内での移動のみで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。また、ドリル1に作用する外力のうちのXY平
面に平行な面内の成分の変化は、電磁石25A,25
B,25C,25Dへの通電電流の変化として検出でき
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。
Each electromagnet 25A, 25B, 25C, 25D
Are excited so that those arranged on a straight line form a pair, and the paired electromagnets 25A, 25B, 25C, 25
The spindle motor 2 is positioned by the antagonism of the suction force applied to the spindle motor 2 by D. The attraction force F applied to the spindle motor 2 by each of the electromagnets 25A, 25B, 25C, 25D is represented by I, the current flowing through the coils of the electromagnets 25A, 25B, 25C, 25D, and the electromagnets 25A, 25B, 25C, 25D.
The distance between the motor and the spindle motor 2 is D, and the electromagnets 25A, 2
Assuming that a constant specific to the space between 5B, 25C, 25D and the spindle motor 2 is Q, then F = QI 2 / D 2. It is obtained. Therefore, it is possible to increase compliance. Further, in this embodiment, rotation about the Z axis is not possible, but since the axial direction of the spindle motor 2 is fixed in a direction orthogonal to the XY plane, the Z axis can only be moved in a plane parallel to the XY plane. The same position adjustment range can be obtained without rotating around the axis. The change in the component of the external force acting on the drill 1 in the plane parallel to the XY plane is determined by the electromagnets 25A and 25A.
B, 25C, and 25D can be detected as a change in the current flowing through them. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

【0029】(実施例4)本実施例では、図10に示す
ように、スピンドルモータ2を回転軸の回りに回転させ
る回転アクチュエータ9を負荷した点で実施例3と相違
している。また、変位センサ7A,7B,7Cは、実施
例1と同様に、スピンドルモータ2の外周面に突設され
た検出片6A,6B,6Cとの距離を検出できるように
配置されている。
(Embodiment 4) This embodiment is different from Embodiment 3 in that a rotary actuator 9 for rotating the spindle motor 2 around a rotation axis is loaded as shown in FIG. Further, the displacement sensors 7A, 7B, 7C are arranged so as to be able to detect the distance from the detection pieces 6A, 6B, 6C protruding from the outer peripheral surface of the spindle motor 2 as in the first embodiment.

【0030】回転アクチュエータ9は、図11に示すよ
うに、固定子となる円筒状のヨーク9aの中に円柱状の
永久磁石9bを配置し、ヨーク9aと永久磁石9bとの
間に形成された空間内で筒状の可動コイル9cを小範囲
で回転させるように構成される。永久磁石9bの着磁方
向および可動コイル9cの巻回方向は、ローレンツ力に
よってコイル9cが回転できるように設定されているこ
とはいうまでもない。このような回転アクチュエータ9
を用いることによって、スピンドルモータ2を回転軸の
回りに回転させることができるから、実施例3の構成で
はできなかったZ軸の回りでのドリル1の先端の回転移
動が可能になるのである。また、このような回転アクチ
ュエータ9を用いれば、ドリル1の回転によって生じる
トルクの反力によってスピンドルモータ2が回転しよう
とするのを阻止することができ、ドリル1のトルクの変
化を回転アクチュエータ9への通電電流の変化によって
検出することが可能になる。この構成によっても実施例
1と同様の位置制御が可能になるのである。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。
As shown in FIG. 11, the rotary actuator 9 has a columnar permanent magnet 9b disposed in a cylindrical yoke 9a serving as a stator, and is formed between the yoke 9a and the permanent magnet 9b. It is configured to rotate the cylindrical movable coil 9c in a small range in the space. It goes without saying that the magnetization direction of the permanent magnet 9b and the winding direction of the movable coil 9c are set so that the coil 9c can be rotated by Lorentz force. Such a rotary actuator 9
By using, the spindle motor 2 can be rotated around the rotation axis, so that the tip of the drill 1 can be rotationally moved about the Z axis, which was not possible with the configuration of the third embodiment. Further, if such a rotary actuator 9 is used, it is possible to prevent the spindle motor 2 from trying to rotate due to the reaction force of the torque generated by the rotation of the drill 1, and a change in the torque of the drill 1 is transmitted to the rotary actuator 9. Can be detected by a change in the energizing current. With this configuration, the same position control as that of the first embodiment can be performed. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

【0031】ところで、上記各実施例では、切削を開始
するときに、下穴とドリルの先端との位置を自動的に合
わせることを説明したが、切削開始後には、ドリル1の
折損を防止するために、以下のような操作を行うのが望
ましい。すなわち、図12に示すように、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10
5)、折損のおそれがあれば、ドリル1を後退させて
(ステップ106)、切屑を除去した後(ステップ10
7)、加工を再開する(ステップ108)。このように
して穴を加工し、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109)、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。また、切屑を除去することによって切削トルクが
大きくならないようにしているから、ドリル1の弾性変
形によって穴の位置精度が低下することを防止できるの
である。ここで、Z軸方向の力の大きさの変化は、Zテ
ーブル13を駆動する送りモータ28の負荷電流の変化
に基づいて検出すればよい。
By the way, in each of the embodiments described above, the position of the pilot hole and the tip of the drill is automatically adjusted when cutting is started. However, after starting cutting, breakage of the drill 1 is prevented. Therefore, it is desirable to perform the following operation. That is, as shown in FIG. 12, it is determined whether the force in the Z-axis direction is equal to or more than a predetermined value (step 10).
5) If there is a risk of breakage, the drill 1 is retracted (step 106), and chips are removed (step 10).
7), the processing is restarted (step 108). When the hole is machined in this way, and the force in the Z-axis direction or the torque around the Z-axis sharply decreases (step 109), the hole machining is terminated assuming that the hole has penetrated. As described above, when there is a possibility that the drill 1 may be broken, the drill 1 is retracted to remove chips which are the main cause of the breakage, and then processing is restarted. You can do it. Further, since the cutting torque is prevented from increasing by removing the chips, it is possible to prevent the positional accuracy of the hole from being lowered by the elastic deformation of the drill 1. Here, the change in the magnitude of the force in the Z-axis direction may be detected based on the change in the load current of the feed motor 28 that drives the Z table 13.

【0032】上述したような切削中のドリル1の折損を
防止する操作は、下穴を形成するときにも行うことがで
きる。すなわち、図12に示すように、Z軸方向の力の
大きさの変化を検出し(ステップ110)、ドリルに折
損のおそれがあるときには、ドリルを後退させて(ステ
ップ111)、切屑を除去した後に(ステップ11
2)、加工を再開する(ステップ113)。下穴を形成
する過程でもこのような操作を行うことによって、下穴
形成用のドリルの折損を防止できるのはもちろんのこ
と、下穴の位置精度の向上にもつながるのである。下穴
の加工が終了した後には(ステップ114)、ドリルを
交換して切削を行えばよい。
The operation for preventing breakage of the drill 1 during cutting as described above can also be performed when forming a pilot hole. That is, as shown in FIG. 12, a change in the magnitude of the force in the Z-axis direction is detected (Step 110), and when there is a risk of breakage of the drill, the drill is retracted (Step 111) to remove chips. Later (Step 11
2), processing is restarted (step 113). By performing such an operation in the process of forming the pilot hole, it is possible to prevent breakage of the drill for forming the pilot hole and to improve the positional accuracy of the pilot hole. After the preparation of the prepared hole is completed (step 114), the drill may be changed to perform cutting.

【0033】ドリル1が折損する可能性の判定は、Z軸
の回りのトルクの大きさで判定してもよく、また、Z軸
方向の力の大きさとZ軸の回りのトルクの大きさとを併
用して判定してもよい。Z軸の回りのトルクの大きさの
変化は、スピンドルモータ2の負荷電流の変化で検出す
ることができ、さらに、実施例1の構成であれば、アク
チュエータ5A,5B,5Cへの通電電流の変化を利用
でき、実施例4の構成であれば回転アクチュエータ9へ
の通電電流の変化を利用できる。
The possibility of the breakage of the drill 1 may be determined based on the magnitude of the torque around the Z axis, and the magnitude of the force in the Z axis direction and the magnitude of the torque around the Z axis may be determined. The determination may be made in combination. A change in the magnitude of the torque around the Z axis can be detected by a change in the load current of the spindle motor 2, and in the configuration of the first embodiment, the change in the current supplied to the actuators 5A, 5B, and 5C can be detected. The change can be used, and the configuration of the fourth embodiment can use the change in the current supplied to the rotary actuator 9.

【0034】[0034]

【発明の効果】請求項1の方法によれば、上述のよう
に、加工用のドリルの先端がワークの下穴付近に接触し
ているときにドリルに作用する外力のうち、ドリルの軸
方向に直交する面内の分力が小さくなる向きにドリルの
先端位置を移動させるので、ドリルの先端を下穴の中心
に正確に一致させることができ、穴の位置精度が高まる
とともに、位置合わせの自動化が容易になるという利点
がある。しかも、ドリルに下穴とのずれによる弾性変形
が生じるのを防止できるから、ドリルの折損を防止でき
るのである。
According to the method of the first aspect, as described above, of the external forces acting on the drill when the tip of the drill for processing is in contact with the vicinity of the prepared hole of the workpiece, the axial direction of the drill is included. The tip of the drill is moved in a direction that reduces the component force in the plane perpendicular to the hole, so that the tip of the drill can be precisely aligned with the center of the prepared hole, increasing the hole position accuracy and improving the alignment. There is an advantage that automation becomes easy. In addition, it is possible to prevent the drill from being elastically deformed due to a deviation from the prepared hole, thereby preventing breakage of the drill.

【0035】請求項2および請求項3の方法によれば、
下穴の切削中や加工用のドリルによる切削中において、
ドリルが折損する前にドリルの折損の主原因である切屑
を除去することができ、ドリルの折損を防止できるので
ある。また、切屑の存在に起因したドリルの弾性変形を
少なくすることができるので、穴の加工精度が高くなる
という効果を奏するのである。
According to the method of claims 2 and 3,
While cutting a pilot hole or cutting with a drill for machining,
Chips, which are the main cause of the breakage of the drill, can be removed before the drill breaks, and the breakage of the drill can be prevented. Further, since the elastic deformation of the drill due to the presence of the chips can be reduced, there is an effect that the machining accuracy of the hole is increased.

【0036】請求項4ないし請求項7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を少なくとも平行移動させる駆
動手段と、スピンドルモータ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
所定位置に保持するように駆動手段の移動量をフィード
バック制御する制御手段とを備えていて、制御手段が、
駆動手段への負荷の変化に基づいてドリルの軸方向に直
交する面内でドリルに作用する外力の分力の変化を検出
し、この分力が小さくなる向きに駆動手段を制御してス
ピンドルモータの位置を調節するので、ドリルの先端が
下穴の中心に自動的に合わせられて位置合わせに手間が
かからないという利点がある。しかも、穴の位置精度が
高くなるとともに、ドリルの折損が防止されるのであっ
て、位置合わせのために精度の高い高価なXYテーブル
を用いる必要がないという効果を奏するのである。
According to the structure of claims 4 to 7,
A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and driving the drill to rotate; a driving unit for moving the spindle motor at least in parallel in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor; and a displacement sensor for detecting a displacement of the spindle motor. Control means for performing feedback control of the movement amount of the drive means so as to hold the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor, and the control means comprises:
A change in the component force of the external force acting on the drill in a plane orthogonal to the axial direction of the drill is detected based on a change in the load on the driving means, and the driving means is controlled in a direction in which the component force is reduced to control the spindle motor. Since the position of the drill is adjusted, the tip of the drill is automatically adjusted to the center of the prepared hole, so that there is an advantage that it takes no trouble to perform the alignment. In addition, the position accuracy of the hole is increased, and the breakage of the drill is prevented, so that there is no need to use a high-precision and expensive XY table for the alignment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1を示す動作説明図である。FIG. 1 is an operation explanatory diagram showing a first embodiment.

【図2】実施例1の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the first embodiment.

【図3】実施例1を示す一部切欠斜視図である。FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing the first embodiment.

【図4】実施例を示す全体構成の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the overall configuration showing the embodiment.

【図5】実施例を示す制御回路のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a control circuit showing an embodiment.

【図6】実施例2を示す一部切欠斜視図である。FIG. 6 is a partially cutaway perspective view showing a second embodiment.

【図7】実施例2を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment.

【図8】実施例2に用いるアクチュエータを示し、
(a)は縦断面図、(b)は横断面図である。
FIG. 8 shows an actuator used in the second embodiment,
(A) is a longitudinal sectional view, (b) is a transverse sectional view.

【図9】実施例3を示す一部切欠斜視図である。FIG. 9 is a partially cutaway perspective view showing a third embodiment.

【図10】実施例4を示す一部切欠斜視図である。FIG. 10 is a partially cutaway perspective view showing a fourth embodiment.

【図11】実施例4に用いる回転アクチュエータを示
し、(a)は平面図、(b)は一部切欠側面図である。
11A and 11B show a rotary actuator used in a fourth embodiment, where FIG. 11A is a plan view and FIG. 11B is a partially cutaway side view.

【図12】本発明の他の動作例を示す動作説明図であ
る。
FIG. 12 is an operation explanatory view showing another operation example of the present invention.

【図13】従来の穴加工方法を示す工程図である。FIG. 13 is a process chart showing a conventional hole drilling method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 20 制御回路 Reference Signs List 1 drill 2 spindle motor 3 air bearing 5A actuator 5B actuator 5C actuator 7A displacement sensor 7B displacement sensor 7C displacement sensor 20 control circuit

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23B 35/00 B23B 47/34 B23B 49/00 B23Q 15/12Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B23B 35/00 B23B 47/34 B23B 49/00 B23Q 15/12

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 加工すべき穴の深さよりも短く弾性変形
の少ない予備加工用のドリルを用いてワークの表面に下
穴を形成した後、穴の深さ以上の長さの加工用のドリル
を用いて切削を行う穴加工方法において、加工用のドリ
ルの先端がワークの下穴付近に接触しているときにドリ
ルに作用する外力のうちドリルの軸方向に直交する面内
の分力を検出し、この分力が小さくなる向きにドリルの
先端位置を移動させることを特徴とする穴加工方法。
1. A drill for forming a hole having a length equal to or longer than the depth of a hole after forming a pilot hole on the surface of a workpiece using a drill for preliminary processing which is shorter than the depth of the hole to be processed and has less elastic deformation. In the hole drilling method where cutting is performed using a drill, the component force in the plane orthogonal to the axial direction of the drill among the external forces acting on the drill when the tip of the drill is in contact with the vicinity of the prepared hole A hole drilling method comprising: detecting and moving the tip of a drill in a direction in which the component force is reduced.
【請求項2】 加工用のドリルによる切削中に、ドリル
に作用するスラスト方向の力とドリルの切削トルクとの
少なくともいずれか一方を検出し、検出値が所定値以上
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記載の穴加工方法。
2. During cutting by a drill for processing, at least one of a thrust force acting on the drill and a cutting torque of the drill is detected. 2. The method according to claim 1, wherein cutting is started again after removing chips from the workpiece.
【請求項3】 下穴の切削中に、予備加工用のドリルに
作用する軸方向の力とドリルの切削トルクとの少なくと
もいずれか一方を検出し、検出値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と請
求項2とのいずれかに記載の穴加工方法。
3. A method for detecting at least one of an axial force acting on a drill for pre-machining and a cutting torque of a drill during cutting of a pilot hole, and detecting a tip of the drill when a detected value is equal to or more than a predetermined value. 3. The method according to claim 1, wherein the cutting is started again after removing the chips by separating the portion from the workpiece.
【請求項4】 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スピンドルモータに機械的に結
合され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、
アクチュエータへの通電電流の変化に基づいてドリルの
軸方向に直交する面内でドリルに作用する外力の分力の
変化を検出し、この分力が小さくなる向きにアクチュエ
ータへの通電電流を制御してスピンドルモータの位置を
調節することを特徴とする穴加工装置。
4. A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and rotating the drill, and a spindle motor which is mechanically coupled to the spindle motor at a distance in a circumferential direction of the rotation axis of the spindle motor, and is substantially connected to a tangent of the rotation axis. Three or more actuators for linearly moving the spindle motor in a direction along the axis, a displacement sensor for detecting displacement due to translation and rotation in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor, and a spindle based on the output of the displacement sensor Control means for feedback controlling the amount of movement of the actuator so as to hold the motor at a predetermined position, the control means comprising:
Based on the change in the current flowing through the actuator, the change in the component force of the external force acting on the drill in a plane perpendicular to the axial direction of the drill is detected, and the current flowing through the actuator is controlled in such a direction as to reduce the component force. A hole drilling device characterized in that the position of a spindle motor is adjusted by means of a spindle motor.
【請求項5】 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に配置されたボールジョイントを介
して一端部がスピンドルモータに機械的に結合され、ス
ピンドルモータの回転軸に直交する別の面内で定位置に
固定されたボールジョイントを他端部に備えた少なくと
も3本の互いに平行な支軸と、スピンドルモータに対し
て回転軸に直交する一つの面内で互いに交差する方向で
あってスピンドルモータの回転軸の中心に向かう向きの
押圧力を作用させる少なくとも2個のアクチュエータ
と、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行
移動による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、アクチュエータへの
通電電流の変化に基づいてドリルの軸方向に直交する面
内でドリルに作用する外力の分力の変化を検出し、この
分力が小さくなる向きにアクチュエータへの通電電流を
制御してスピンドルモータの位置を調節することを特徴
とする穴加工装置。
5. A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and driving the drill to rotate, and one end mechanically connected to the spindle motor via a ball joint disposed in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor. At least three mutually parallel support shafts having, at the other end, a ball joint fixed to a fixed position in another plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor, and a rotation shaft with respect to the spindle motor. At least two actuators that apply a pressing force in a direction intersecting with each other in one plane perpendicular to the center and toward the center of the rotation axis of the spindle motor; A displacement sensor for detecting displacement due to parallel movement, and an actuator for holding the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor Control means for feedback-controlling the movement amount of the drill, the control means detects a change in a component force of an external force acting on the drill in a plane orthogonal to the axial direction of the drill based on a change in a current supplied to the actuator. A hole drilling device wherein the position of a spindle motor is adjusted by controlling a current supplied to an actuator in a direction in which the component force is reduced.
【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
転軸に直交する面内でスピンドルモータへの吸引力を作
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
タの回転軸に直交する面内での平行移動による変位を検
出する変位センサと、変位センサの出力に基づいてスピ
ンドルモータを所定位置に保持するように電磁石による
スピンドルモ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、電磁石への通電電流の変
化に基づいてドリルの軸方向に直交する面内でドリルに
作用する外力の分力の変化を検出し、この分力が小さく
なる向きに電磁石への通電電流を制御してスピンドルモ
ータの位置を調節することを特徴とする穴加工装置。
6. A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and rotating the drill, and a rotation axis of the spindle motor acting on the spindle motor in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor. Three or more electromagnets spaced apart in the circumferential direction of the spindle motor, a displacement sensor for detecting displacement due to parallel movement in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor, and a spindle motor based on the output of the displacement sensor Control means for feedback-controlling the amount of movement of the spindle motor by the electromagnet so as to keep the spindle at a predetermined position, the control means comprising: The change of the component force of the external force acting on the spindle is detected, and the position of the spindle motor is adjusted by controlling the current supplied to the electromagnet so that the component force decreases. A hole drilling device characterized in that:
【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への吸引力を作
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
タを回転軸の軸方向の回りで回転させる回転アクチュエ
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回転アクチュエ
ータによるスピンドルモ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、電磁石への通
電電流の変化に基づいてドリルの軸方向に直交する面内
でドリルに作用する外力の分力の変化を検出し、この分
力が小さくなる向きに電磁石への通電電流を制御してス
ピンドルモータの位置を調節することを特徴とする穴加
工装置。
7. A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and driving the drill to rotate, and a rotation axis of the spindle motor acting on the spindle motor in a plane perpendicular to the rotation axis of the spindle motor. Three or more electromagnets spaced apart in the circumferential direction, a rotary actuator for rotating the spindle motor around the axis of the rotating shaft, and a parallel movement in a plane orthogonal to the rotating axis of the spindle motor; A displacement sensor for detecting displacement due to rotational movement, and control means for feedback-controlling the amount of movement of the spindle motor by the electromagnet and the rotary actuator so as to hold the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor. Acts on the drill in a plane perpendicular to the axial direction of the drill based on changes in the current flowing through the electromagnet A hole drilling device which detects a change in a component force of an external force, and controls a current supplied to an electromagnet in a direction in which the component force is reduced to adjust a position of a spindle motor.
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