JP3363958B2 - ドリル加工方式 - Google Patents

ドリル加工方式

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は数値制御工作機械を用い
てワークに穴を開けるドリル加工方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】数値制御工作機械においてドリル加工
は、加工プログラム上で指令した切削条件としての主軸
回転数、送り量に実際の主軸回転数及び送り量が一致す
るように、主軸及び送り軸の回転を制御して行ってい
る。
【０００３】ところで、ドリルの刃先形状は加工を繰り
返していくなかで、徐々に変化していく。これにより適
正な切削条件も順次変化してゆくが、あえて加工プログ
ラム上で条件を変更しない限り、送り量は一定で加工が
行われる。これにより、ドリルの負担は徐々に変化し
て、加工穴の不良が発生し、場合によってはドリルの折
損に至る。
【０００４】また、仮にドリルの負担が非常に小さい場
合でも、送り量一定であるために効率の悪い場合が発生
する。そこで、ドリルに必要以上の負担を掛けないよう
にする適応制御方式が以前からいくつか提案されてい
る。
【０００５】例えば、本出願人は、特開平４−２４００
１１号公報において、主軸に取り付けたアーバ内にドリ
ルの負荷トルクを検出する負荷センサを設け、その検出
信号が設定負荷レベル以上になったとき、一旦ドリルを
後退させ、送り量を変更して再度ドリル加工を継続する
方法を提案した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来方
法において、制御対象として扱われるものは、プログラ
ム指令による切削送り速度（Ｆ）であり、このＦを制御
することにより間接的にドリルの負荷トルクを制御する
ため、必ずしもドリルの負荷が適正に制御されていると
は言えなかった。
【０００７】また、ドリルに掛かる負荷トルクは、加工
穴の深さやドリル溝部と加工穴内壁間の切粉の量などの
影響で常に大きく変動している。上記従来の方法におい
ては、この負荷トルクに上限を設定して、その負荷トル
クに影響するＦを積極的に変えていこうとするものであ
ったため、負荷トルクの変動自体はその設定負荷レベル
内で大きく許され、場合によっては、異常負荷検出→ド
リル退避の処理よりも、負荷トルクの変動の方が急激過
ぎてドリル退避以前にドリルが折損してしまうこともあ
った。これに対処すべく、設定負荷レベルを十分に低く
設定すると、それに合わせてＦも小さくする必要があ
る。そのため、穴加工に長時間を要するようになり、加
工効率が悪化してしまう。
【０００８】また、Ｆの指令が自動的に変更されていく
ために、オペレータはその時点でのＦ指令値を正確に把
握することも困難であった。本発明はこのような点に鑑
みてなされたものであり、ドリルの負荷を適正に制御す
ることができるドリル加工方式を提供することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、数値制御工作機械を用いてワークに穴を
開けるドリル加工方式において、ドリルとワークとの間
で発生するドリルの送り軸方向の切削反力を推定する切
削反力推定手段と、前記切削反力推定手段による推定切
削反力が所定の指令パターンに追従しているか否かを監
視する切削反力監視手段と、前記推定切削反力が前記指
令パターンに追従していないとき前記推定切削反力を前
記指令パターンに追従させるべく前記ドリルの送り軸の
トルクを制御する送り軸トルク制御手段と、を有するこ
とを特徴とするドリル加工方式が、提供される。
【００１０】
【作用】切削反力推定手段はドリルとワークとの間で発
生する軸方向の切削反力を推定する。切削反力監視手段
は切削反力推定手段が推定した推定切削反力が所定の指
令パターンに追従しているか否かを監視し、推定切削反
力がその指令パターンに追従していないとき、送り軸ト
ルク制御手段は、推定切削反力を指令パターンに追従さ
せるべくドリルの送り軸のトルクを制御する。この送り
軸のトルク制御により、ドリルとワークとの間で発生す
る切削反力は指令パターンに従って変化する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のドリル加工方式を実施するため
の数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図
である。図において、１０は数値制御装置（ＣＮＣ）で
ある。プロセッサ１１は数値制御装置（ＣＮＣ）１０全
体の制御の中心となるプロセッサであり、バス２１を介
して、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを読
み出し、このシステムプログラムに従って、数値制御装
置（ＣＮＣ）１０全体の制御を実行する。ＲＡＭ１３に
は一時的な計算データ、表示データ等が格納される。Ｒ
ＡＭ１３にはＤＲＡＭが使用される。ＣＭＯＳ１４には
加工プログラム及び各種パラメータ等が格納される。Ｃ
ＭＯＳ１４は、図示されていないバッテリでバックアッ
プされ、数値制御装置（ＣＮＣ）１０の電源がオフされ
ても不揮発性メモリとなっているので、それらのデータ
はそのまま保持される。
【００１２】インタフェース１５は外部機器用のインタ
フェースであり、紙テープリーダ、紙テープパンチャ
ー、紙テープリーダ・パンチャー等の外部機器３１が接
続される。紙テープリーダからは加工プログラムが読み
込まれ、また、数値制御装置（ＣＮＣ）１０内で編集さ
れた加工プログラムを紙テープパンチャーに出力するこ
とができる。
【００１３】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６はＣＮＣ１０に内蔵され、ラダー形式で作
成されたシーケンスプログラムで機械を制御する。すな
わち、加工プログラムで指令された、Ｍ機能、Ｓ機能及
びＴ機能に従って、これらをシーケンスプログラムで機
械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から機
械側に出力する。この出力信号は機械側のマグネット等
を駆動し、油圧バルブ、空圧バルブ及び電気アクチュエ
ータ等を作動させる。また、機械側のリミットスイッチ
及び機械操作盤のスイッチ等の信号を受けて、必要な処
理をして、プロセッサ１１に渡す。
【００１４】グラフィック制御回路１８は各軸の現在位
置、アラーム、パラメータ、画像データ等のディジタル
データを画像信号に変換して出力する。この画像信号は
ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表示装置２６に送られて
表示される。インタフェース１９はＣＲＴ／ＭＤＩユニ
ット２５内のキーボード２７からのデータを受けて、プ
ロセッサ１１に渡す。
【００１５】インタフェース２０は手動パルス発生器３
２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルスを受
ける。手動パルス発生器３２は、ここでは図示されてい
ない機械操作盤に実装され、手動で機械稼働部を精密に
位置決めするのに使用される。
【００１６】軸制御回路４１〜４３はプロセッサ１１か
らの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアン
プ５１〜５３に出力する。サーボアンプ５１〜５３はこ
の移動指令を受けて、各軸のサーボモータ６１〜６３を
駆動する。Ｚ軸の送りを制御するサーボモータ６３はボ
ールねじ６４を回転させて、スピンドルモータ７３に接
続された主軸ヘッド７４のＺ軸方向での位置及び送り速
度を制御する。また、サーボモータ６３には、位置検出
用のパルスコーダ６３１が内蔵されており、このパルス
コーダ６３１から位置信号がパルス列として軸制御回路
４３にフィードバックされる。ここでは図示されていな
いが、Ｘ軸の送りを制御するサーボモータ６１、Ｙ軸の
送りを制御するサーボモータ６２にも、上記サーボモー
タ６３と同様に位置検出用のパルスコーダが内蔵され、
そのパルスコーダから位置信号がパルス列としてフィー
ドバックされる。場合によっては、位置検出器として、
リニアスケールが使用される。また、このパルス列をＦ
／Ｖ（周波数／速度）変換することにより、速度信号Ｘ
１ｚを生成することができる。
【００１７】軸制御回路４３は、ここでは図示されてい
ないプロセッサを備えてソフトウェア処理を行い、その
機能の一部にオブザーバ４１０を有している。オブザー
バ４１０は、上記の速度信号Ｘ１ｚ等を受けてサーボモ
ータ６３に働く外乱負荷トルクＹｚを推定する。その推
定外乱負荷トルクＹｚ（以下「外乱負荷トルクＹｚ」と
いう）はＣＰＵ１１に送られ、ＣＰＵ１１はその外乱負
荷トルクＹｚを読み取って所定の処理を行う。上記オブ
ザーバ４１０及びＣＰＵ１１が行う処理についての詳細
は後述する。
【００１８】スピンドル制御回路７１はスピンドル回転
指令及びスピンドルのオリエンテーション等の指令を受
けて、スピンドルアンプ７２にスピンドル速度信号を出
力する。スピンドルアンプ７２はこのスピンドル速度信
号を受けて、スピンドルモータ７３を指令された回転速
度で回転させる。また、オリエンテーション指令によっ
て、所定の位置にスピンドルを位置決めする。
【００１９】スピンドルモータ７３には歯車あるいはベ
ルトを介してポジションコーダ８２が結合されている。
したがって、ポジションコーダ８２はスピンドルモータ
７３に同期して回転し、帰還パルスを出力し、その帰還
パルスはインタフェース８１を経由してプロセッサ１１
によって読み取られる。この帰還パルスは他の軸をスピ
ンドルモータ７３に同期させて移動させ、穴開け等の加
工を行うために使用される。また、この帰還パルスをＦ
／Ｖ（周波数／速度）変換することにより、速度信号Ｘ
１ｓを生成することができる。
【００２０】スピンドル制御回路７１は、軸制御回路４
３と同様に、オブザーバ７１０を有している。オブザー
バ７１０は、上記の速度信号Ｘ１ｓ等を受けてスピンド
ルモータ７３に働く外乱負荷トルクＹｓを推定する。そ
の推定外乱負荷トルクＹｓ（以下「外乱負荷トルクＹ
ｓ」という）はＣＰＵ１１に送られ、ＣＰＵ１１はその
外乱負荷トルクＹｓを読み取って所定の処理を行う。上
記オブザーバ７１０及びＣＰＵ１１が行う処理について
の詳細は後述する。
【００２１】スピンドルモータ７３の主軸ヘッド７４に
は、ドリル７５が取り付けられている。ドリル７５の回
転制御はスピンドルモータ７３によって行われる。また
ドリル７５のＺ軸方向での位置及び送り速度の制御は、
上記主軸ヘッド７４を介してサーボモータ６３によって
行われる。
【００２２】ドリル７５は、サーボモータ６３によって
Ｚ軸方向に送られてワーク９１に対して穴開け加工を行
う。このワーク９１は、テーブル９２に固定されてお
り、そのテーブル９２は、ここではその機構を図示して
いないが、上述したＸ軸サーボモータ６１及びＹ軸サー
ボモータ６２によってそれぞれＸ方向、Ｙ方向に移動制
御される。
【００２３】次に、上述した外乱負荷トルクＹｚを推定
するオブザーバ４１０、及び外乱負荷トルクＹｓを推定
するオブザーバ７１０について説明する。図３は外乱負
荷トルクを推定するためのオブザーバのブロック図であ
る。このブロック図に示した処理は、上述したように、
軸制御回路４３のオブザーバ４１０及びスピンドル制御
回路７１のオブザーバ７１０において実行される。オブ
ザーバ４１０及び７１０は、同一の構成を有しているの
で、ここではオブザーバ４１０について説明し、オブザ
ーバ７１０の説明は省略する。
【００２４】オブザーバ４１０が推定する外乱負荷トル
クＹｚは、サーボモータ６３の全トルクから加減速のた
めの加減速トルクを除いたものとなり、本実施例のドリ
ル加工の場合はドリル７５とワーク９１との間で発生す
る軸方向のスラスト反力（切削反力）と等価である。
【００２５】また、オブザーバ７１０が推定する外乱負
荷トルクＹｓは、スピンドルモータ７３の全トルクから
加減速のための加減速トルクを除いたものとなり、切削
負荷トルク、機構部の摩擦トルク等の外乱負荷トルクを
含むものである。ただし、加工条件やワークの材質等が
一定であれば、切削負荷トルク以外のトルクについて
は、所定の計算手法で除外することができる。そこで、
本実施例では、外乱負荷トルクＹｓを切削負荷トルクと
同等のものとして取り扱うこととする。
【００２６】図において、電流指令値Ｕ１ｚは、上述し
たプロセッサ１１からの移動指令を受けてサーボモータ
６３に出力されるトルク指令値であり、要素４０１に入
力されてサーボモータ６３を駆動する。サーボモータ６
３の出力トルクには演算要素４０２において、外乱負荷
トルクＸ２が加算される。演算要素４０２の出力は要素
４０３によって、速度信号Ｘ１ｚとなる。ここで、Ｊは
サーボモータ６３のイナーシャである。
【００２７】一方、電流指令値Ｕ１ｚはオブザーバ４１
０に入力される。オブザーバ４１０は電流指令値Ｕ１ｚ
とサーボモータ６３の速度Ｘ１ｚから、外乱負荷トルク
を推定する。なお、ここではサーボモータ６３の速度制
御については省略し、外乱負荷トルクを推定するための
演算のみを説明する。電流指令値Ｕ１ｚは要素４１１で
（Ｋｔ／Ｊ）をかけられ、演算要素４１２へ出力され
る。演算要素４１２では、後述する演算要素４１４から
の帰還信号を加え、さらに、演算要素４１３で演算要素
４１５からの帰還信号を加算する。演算要素４１２及び
４１３の出力単位は加速度である。演算要素４１３の出
力は積分要素４１６に入力され、サーボモータ６３の推
定速度ＸＸ１として出力される。
【００２８】推定速度ＸＸ１と実速度Ｘ１ｚとの差を演
算要素４１７で求め、その差分を演算要素４１４及び４
１５にそれぞれ帰還する。ここで、比例要素４１４は比
例定数Ｋ１を有する。比例定数Ｋ１の単位はｓｅｃ-1で
ある。また、積分要素４１５にも積分定数Ｋ２を有す
る。積分定数の単位はｓｅｃ-2である。
【００２９】積分要素４１５の出力（ＸＸ２／Ｊ）は図
より、以下の式で求められる。 （ＸＸ２／Ｊ）＝（Ｘ１ｚ−ＸＸ１）・（Ｋ２／Ｓ） ＝（Ｘ２／Ｊ）・〔Ｋ２／（Ｓ2 ＋Ｋ１・Ｓ＋Ｋ２）〕 したがって、極が安定するように定数Ｋ１，Ｋ２を選択
すると上記の式は、以下の式となる。
【００３０】（ＸＸ２／Ｊ）≒（Ｘ２／Ｊ） ＸＸ２≒Ｘ２ すなわち、外乱負荷トルクＸ２をＸＸ２で推定できる。
ただし、積分要素４１５の出力は推定外乱負荷トルクＸ
Ｘ２をＪで除した推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）であり、比
例要素４２０によって電流値に変換されるが、トルク表
示をするために、この電流値を推定外乱負荷トルクＹｚ
で表示する。ここで、Ｊは先の要素４０３のＪと同じサ
ーボモータ６３のイナーシャであり、Ｋｔは要素４０１
のトルク定数と同じである。Ａは係数であり、１以下の
数値であり、推定加速度（ＸＸ２／Ｊ）を補正するため
の係数である。このように、オブザーバ４１０を用いて
サーボモータ６３の外乱負荷トルクＹｚ（Ｘ２）が推定
できる。
【００３１】スピンドルモータ７３の外乱負荷トルクＹ
ｓも、同様にしてオブザーバ７１０を用いて推定でき
る。この場合、オブザーバ７１０は、電流指令値Ｕ１ｓ
とスピンドルモータ７３の速度信号Ｘ１ｓから外乱負荷
トルクＹｓを推定する。電流指令値Ｕ１ｓは、プロセッ
サ１１からのスピンドル回転指令を受けてスピンドルモ
ータ７３に出力されるトルク指令値である。
【００３２】これらの推定外乱負荷トルクＹｚ及びＹｓ
は、勿論推定値であるが、これらの推定外乱負荷トルク
Ｙｚ，Ｙｓを外乱負荷トルクＹｚ，Ｙｓと称して以下の
説明を行う。
【００３３】ＣＰＵ１１は、上述したように、この外乱
負荷トルクＹｚ、すなわちドリル７５とワーク９１との
間に発生するスラスト反力（切削反力）を監視し、その
スラスト反力Ｙｚが所定の制御パターン（指令パター
ン）に追随して変化するように制御する。
【００３４】図４はスラスト反力の制御パターンの一例
を示す図である。図に示すように、スラスト反力ＦＴｐ
のうち、時間ｔ1 〜ｔ2 間及び時間ｔ3 〜ｔ4 間のスラ
スト反力ＦＴｐをＦＴｐ2 で表し、一定に保持される時
間ｔ2 〜ｔ3 間のスラスト反力ＦＴｐをＦＴｐ1 で表
す。時間ｔ1 〜ｔ2 間のスラスト反力ＦＴｐ2 の時定数
はｔαであり、時間ｔ3 〜ｔ4 間のスラスト反力ＦＴｐ
2 の時定数はｔβである。また、制御パターンとして定
められたスラスト反力ＦＴｐ1 及びＦＴｐ2 に対する上
限の変更割合をｋｆｕ、下限の変更割合をｋｆｌとす
る。図に示したような制御パターンが予め各種決定され
て上述したＣＭＯＳ１４に格納されている。ＣＰＵ１１
は、この制御パターンをベースにしてスラスト反力の制
御を行う。
【００３５】図５は本発明の処理手順を示すフローチャ
ートである。図において、Ｓに続く数値はステップ番号
を示す。ＣＰＵ１１は、この処理手順に従って、スラス
ト反力の制御を行う。 〔Ｓ１〕スラスト反力のオブザーバ４１０による推測が
正確に行われるように、停止中のＺ軸の自重を計測して
おく。 〔Ｓ２〕加工プログラム上での各指令値を読み込む。ま
た、ＣＭＯＳ１４に格納された制御パターンからスラス
ト反力ＦＴｐの指令値を読み込む。 〔Ｓ３〕加工開始位置にドリルを移動させる。 〔Ｓ４〕穴開け加工を開始する。また、オブザーバ４１
０による外乱トルクＹｚ（以下、「スラスト反力Ｙｚ」
という）の推定を開始する。 〔Ｓ５〕加工プログラム上で指令されたスラスト反力Ｆ
Ｔｐ1 の値と、時定数ｔα、ｔβから加減速時のスラス
ト反力ＦＴｐ2 を算出する。 〔Ｓ６〕オブザーバ４１０が推定したスラスト反力Ｙｚ
が、制御パターンを読み取って指令されたスラスト反力
ＦＴｐ（ＦＴｐ1 、ＦＴｐ2 ）より小さいか否かを判別
する。小さいときは次のステップＳ７に、そうでなけれ
ばステップＳ９にそれぞれ進む。 〔Ｓ７〕推定したスラスト反力Ｙｚが、スラスト反力Ｆ
Ｔｐに下限側の変更割合の値ｋｆｌを掛けた値（ｋｆｌ
×ＦＴｐ）より小さいか否かを判別する。小さいときは
次のステップＳ８に進み、そうでなければステップＳ１
１にスキップする。 〔Ｓ８〕スラスト反力ＦＴｐにスラスト上昇割合の値ｋ
2 を掛けて、指令値としてのスラスト反力ＦＴｐを増加
させ、より所定の制御パターンに追随できるようにす
る。 〔Ｓ９〕推定したスラスト反力Ｙｚが、スラスト反力Ｆ
Ｔｐに上限側の変更割合の値ｋｆｕを掛けた値（ｋｆｕ
×ＦＴｐ）より大きいか否かを判別する。大きいときは
次のステップＳ１０に進み、そうでなければステップＳ
１１にスキップする。 〔Ｓ１０〕スラスト反力ＦＴｐにスラスト減少割合の値
ｋ2 を掛けて、指令値としてのスラスト反力ＦＴｐを減
少させ、より所定の制御パターンに追随できるようにす
る。このステップＳ７〜ステップＳ１０によって、スラ
スト反力ＦＴｐは、図４のｋｆｕ×ＦＴｐ2 とｋｆｌ×
ＦＴｐ2 との間、及びｋｆｕ×ＦＴｐ1 とｋｆｌ×ＦＴ
ｐ1 との間に保持され、指令された制御パターンに追随
して変化することになる。 〔Ｓ１１〕推定したスラスト反力Ｙｚが指令値としての
スラスト反力ＦＴｐに追随するように、送り軸であるサ
ーボモータ６３へのトルク指令値を制御し、ドリル加工
を行う。その結果、ドリル先端位置がＺ軸方向での指令
位置に到達したか否かを判別する。到達していれば本プ
ログラムを終了し、そうでなければステップＳ５に戻
る。
【００３６】図１は本発明の原理ブロック図である。切
削反力推定手段１は、サーボモータ（送り軸）６３の速
度信号Ｘ１ｚとサーボモータ６３へのトルク指令値Ｕ１
ｚを基にしてサーボモータ６３に働く外乱トルクＹｚを
推定する。ドリル加工の場合、この切削反力Ｙｚはドリ
ル７５とワーク９１との間で発生する切削反力と等価で
ある。切削反力監視手段２は、切削反力推定手段１が推
定した外乱トルクＹｚが所定パターンに追従しているか
否かを監視し、外乱トルクＹｚがその所定パターンに追
従していないとき、送り軸トルク制御手段３は、外乱ト
ルクＹｚを所定パターンに追従させるべくサーボモータ
（送り軸）６３のトルクを制御する。この送り軸のトル
ク制御により、ドリル７５とワーク９１との間で発生す
る切削反力は所定パターンに従って変化する。
【００３７】次にスラスト反力Ｙｚを監視して行うドリ
ルの破損検出について説明する。図６はドリルの破損検
出を実行する処理手順を示すフローチャートである。図
において、Ｓに続く数値はステップ番号を示す。 〔Ｓ２１〕加工中にスラスト反力Ｙｚの検出があるか否
かを判別する。スラスト反力Ｙｚが検出される場合は、
そのままプログラムを終了し、検出されない場合はステ
ップＳ２２に進む。 〔Ｓ２２〕スラスト反力Ｙｚが検出されないため、ドリ
ルが折損していると判別し、送りの停止またはドリルの
交換を指令する。
【００３８】なお、上記の説明では、スラスト反力Ｙｚ
の検出があるか否かを判別するようにしたが、スラスト
反力Ｙｚが所定の値より小さいか否かを判別するように
構成してもよい。
【００３９】次にスラスト反力Ｙｚ制御により可能とな
るドリルの寿命管理について説明する。この寿命管理
は、スラスト反力Ｙｚ制御によりドリルに掛かる負担が
一定に保持されるという条件下では、ドリルの刃先の摩
耗等により加工能率が低下していくとそれは加工時間の
長期化として現れることを利用したものである。
【００４０】図７はドリルの寿命管理を実行する処理手
順を示すフローチャートである。 〔Ｓ３１〕ドリルによる穴加工を５回行ったときの平均
の加工時間Ｔを算出する。 〔Ｓ３２〕加工時間Ｔが、基準加工時間Ｔ0 を４０％上
回ったか、すなわち基準加工時間×１．４の値より大き
いか否かを判別する。大きいときはステップＳ３３に、
そうでなければそのままプログラムを終了する。なお、
ここで、基準時間Ｔ0 は、ドリルが新しいときの加工時
間を多数回（例えば３０回〜１００回）計測しそれを平
均したものである。 〔Ｓ３３〕加工に長時間を要した場合であり、この場合
はドリルが寿命に達しているとして送りの停止またはド
リルの交換を指令する。
【００４１】なお、上記の説明では、平均の加工時間Ｔ
を基準と比較するようにしたが、加工速度を基準の加工
速度と比較するように構成してもよい。以上述べたよう
に、本実施例では、推定したスラスト反力Ｙｚが、所定
の制御パターンに追随して変化するように送り軸（Ｚ軸
のサーボモータ６３）へのトルク指令値を制御する。こ
のため、例えば熟練した作業者が卓上ボール盤を使用し
て行うハンドル操作のように、ＣＮＣ側からスラスト反
力に応じて送り力を調整しながらドリル加工を行うこと
ができる。したがって、ドリルに対して負担を過度にか
けないで、ドリル加工を行うことができる。
【００４２】また、そのスラスト反力Ｙｚを監視するこ
とにより、ドリルの破損を的確に検出することができ
る。さらに、スラスト反力Ｙｚ制御によりドリルに掛か
る負担が一定に保持されるという条件下では、ドリルの
刃先の摩耗等により加工能率が低下していくとそれは加
工時間の長期化として現れることを利用して、ドリルの
寿命を的確に検出することもできる。
【００４３】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図８は本発明の第２の実施例の原理ブロック図であ
る。本実施例では、図１に示した原理ブロック図に対し
て、さらに、主軸切削トルク推定手段４、主軸切削トル
ク監視手段５及び指令パターン変更手段６が設けられ
る。
【００４４】主軸切削トルク推定手段４は、ドリル７５
を回転駆動するスピンドルモータ７３の切削負荷トルク
を上記オブザーバ７１０において推定する。主軸切削ト
ルク監視手段５は、主軸切削トルク推定手段４による推
定切削負荷トルクＹｓが所定トルク以上になったか否か
を監視する。そして、指令パターン変更手段６は、主軸
切削トルク監視手段５が推定切削負荷トルクＹｓが所定
トルク以上になったと判別したとき、予め設定されてい
るスラスト反力Ｙｚの制御パターンを変更する。この制
御パターンの変更は、制御パターンにおけるスラスト反
力指令値ＦＴＰを一律に一定割合αだけ低減するように
行われる。
【００４５】図９は制御パターン変更の説明図である。
オブザーバ７１０による推定切削負荷トルクＹｓが、図
９（Ａ）に示すように、時刻ｔ1 において所定トルクＹ
ｓ0を超えたとき、制御パターンは、図９（Ｂ）に示す
ように、その後のスラスト反力指令値ＦＴＰは、一律に
係数α（＜１）が掛けられて一定割合だけ低減させられ
る。
【００４６】このように、スピンドル側の直接的な切削
負荷トルクをＹｓとして推定し、そのＹｓが所定トルク
以上になったとき、スラスト反力指令値ＦＴＰを低減す
るので、ドリル７５に無理な切削負荷を掛けることな
く、そのときのドリルの負荷状態に見合った適切な穴加
工を行うことができる。
【００４７】上記の説明では、スラスト反力Ｙｚの制
御、及びスピンドルモータ７３の推定切削負荷トルクの
監視、制御パターンの変更をＣＮＣ側で行うようにした
が、これをＰＭＣ側あるいは、外部の制御装置で行うよ
うに構成することもできる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、推定し
た切削反力が、所定の制御パターンに追随して変化する
ように送り軸へのトルク指令値を制御するように構成し
た。このため、例えば熟練した作業者が卓上ボール盤を
使用して行うハンドル操作のように、ＣＮＣ側から切削
反力に応じて送り力を調整しながらドリル加工を行うこ
とができる。したがって、ドリルに対して負担を過度に
かけないで、ドリル加工を行うことができる。
【００４９】また、ドリル側の切削負荷トルクをも推定
して、その推定切削負荷トルクが所定トルク以上になっ
たとき、切削反力の制御パターンを変更するようにした
ので、ドリルに無理な切削負荷を掛けることなく、その
ときのドリルの負荷状態に見合った適切な穴加工を行う
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】本発明のドリル加工方式を実施するための数値
制御装置（ＣＮＣ）のハードウェアのブロック図であ
る。
【図３】オブザーバのブロック図である。
【図４】スラスト反力の制御パターンの一例を示す図で
ある。
【図５】本発明の処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図６】ドリルの破損検出を実行する処理手順を示すフ
ローチャートである。
【図７】ドリルの寿命管理を実行する処理手順を示すフ
ローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施例の原理ブロック図であ
る。
【図９】制御パターン変更の説明図である。
【符号の説明】
１ 切削反力推定手段 ２ 切削反力監視手段 ３ 送り軸トルク制御手段 １０ ＣＮＣ １１ ＣＰＵ １４ ＣＭＯＳ ４３ 軸制御回路 ６３ サーボモータ ７１ スピンドル制御回路 ７３ スピンドルモータ ７４ 主軸ヘッド ７５ ドリル ８２ ポジションコーダ ９１ ワーク ４１０，７１０ オブザーバ ６３１ パルスコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−190612（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−312046（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−58950（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−177255（ＪＰ，Ｕ) 特公 平１−12625（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 B23Q 17/00 - 23/00 G05B 19/18 - 19/46

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 数値制御工作機械を用いてワークに穴を
    開けるドリル加工方式において、 ドリルとワークとの間で発生するドリルの送り軸方向の
    切削反力を推定する切削反力推定手段と、 前記切削反力推定手段による推定切削反力が所定の指令
    パターンに追従しているか否かを監視する切削反力監視
    手段と、 前記推定切削反力が前記指令パターンに追従していない
    とき前記推定切削反力を前記指令パターンに追従させる
    べく前記ドリルの送り軸のトルクを制御する送り軸トル
    ク制御手段と、 を有することを特徴とするドリル加工方式。
  2. 【請求項２】 前記切削反力推定手段は前記送り軸に速
    度指令を出力する軸制御回路内に設けられることを特徴
    とする請求項１記載のドリル加工方式。
  3. 【請求項３】 前記送り軸の送り速度が所定速度より低
    いとき前記ドリルは寿命に達しているとして前記送り軸
    による送りの停止または前記ドリルの交換を指令する工
    具寿命対応手段を有することを特徴とする請求項１記載
    のドリル加工方式。
  4. 【請求項４】 前記切削反力が所定値より低いとき前記
    ドリルは破損しているとして前記送り軸による送りの停
    止または前記ドリルの交換を指令する工具破損対応手段
    を有することを特徴とする請求項１記載のドリル加工方
    式。
  5. 【請求項５】 数値制御工作機械を用いてワークに穴を
    開けるドリル加工方式において、 ドリルとワークとの間で発生するドリルの送り軸方向の
    切削反力を推定する切削反力推定手段と、 前記切削反力推定手段による推定切削反力が所定の指令
    パターンに追従しているか否かを監視する切削反力監視
    手段と、 前記推定切削反力が前記指令パターンに追従していない
    とき前記推定切削反力を前記所定パターンに追従させる
    べく前記ドリルの送り軸のトルクを制御する送り軸トル
    ク制御手段と、 前記ドリルの主軸の切削負荷トルクを推定する主軸切削
    トルク推定手段と、 前記主軸切削トルク推定手段による推定切削負荷トルク
    が所定トルク以上になったか否かを監視する主軸切削ト
    ルク監視手段と、 前記主軸切削トルク監視手段が前記推定切削負荷トルク
    が前記所定トルク以上になったと判別したとき前記指令
    パターンを変更する指令パターン変更手段と、 を有することを特徴とするドリル加工方式。
  6. 【請求項６】 前記指令パターン変更手段は前記推定切
    削負荷トルクが前記所定トルク以上になったとき前記指
    令パターンにおける切削反力指令値を一律に一定割合だ
    け低減することを特徴とする請求項５記載のドリル加工
    方式。
  7. 【請求項７】 前記主軸切削トルク推定手段は前記主軸
    に速度指令を出力するスピンドル制御回路内に設けられ
    ることを特徴とする請求項５記載のドリル加工方式。
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