JP3961848B2 - 穴あけ加工装置および穴あけ加工方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、穴あけ加工方法および穴あけ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置や液晶表示装置の製造プロセスに使用されるCVD(Chemical Vapour Deposition)装置等では、各種ガスをチャンバ内に供給するための小径の穴が多数加工されたシャワープレートが用いられる。
このシャワープレートは、たとえば、アルミニウム合金やステンレススチール等の金属材料で形成された数〜十数mm程度の厚さの板材に0.1〜3mm程度の小径の穴を多数形成したものである。
このようなシャワープレートの加工は、たとえば、ドリルによる切削加工が一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなシャワープレートの穴あけ加工においては、穴径が0.1〜3mm程度と小さいため、ドリルが折損することがある。さらに、シャワープレートの材料として、アルミニウム合金やステンレススチール等の難削材を用いた場合やドリルの回転速度を非常に高めた場合等にはドリルはさらに折損しやすい。穴あけ加工の途中でドリルが折損して穴の中に折損したドリルの一部が残存すると、これを除去するのが難しく、ワークを製品として使用することができない。このため、ドリルが折損した場合はワークを廃棄する必要があり、コストが嵩みやすいという不利益が存在した。
【0004】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、小径の穴あけ加工中に折損したドリルをワークから容易に除去可能な穴あけ加工方法および装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の穴あけ加工装置は、主軸と、前記主軸に着脱され、当該主軸の回転によりワークに穴あけ加工するドリルを備える穴あけ用工具と、前記主軸に着脱され、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機を備え、当該発電機により発電された電力を使用し、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する放電加工用工具とを有する。
【0006】
好適には、本発明の穴あけ加工装置は、前記放電加工用工具により折損したドリルをワークから除去する際に、前記ワークを加工液中に浸漬させ、当該ワークに対する放電加工が可能な状態にする段取手段をさらに有する。
【0007】
さらに好適には、前記放電加工用工具は、前記ワークに前記ドリルにより形成された穴内に挿入可能な直径を有する放電電極を備えている。
【0008】
好適には、前記穴あけ用工具は、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機と、前記電動機により駆動されるドリルとを有する。
【0009】
さらに好適には、本発明の穴あけ加工装置は、前記穴あけ用工具と前記放電加工用工具とを前記主軸に対して着脱する自動工具交換手段をさらに有する。
【0010】
本発明の穴あけ加工方法は、ドリルを備える穴あけ用工具を主軸に装着し、当該主軸とワークとを相対移動させて前記ドリルによりワークに穴あけ加工し、前記穴あけ加工工程中に前記ドリルが折損し、当該ドリルの一部がワーク内に残存した場合に、前記穴あけ用工具に代えて前記主軸に当該主軸側から供給される動力により発電する発電機を備える放電加工用工具を装着し、前記発電機により発電された電力を使用して、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する。
【0011】
本発明では、主軸に装着した穴あけ加工用工具によりワークに穴あけをしているときに、ドリルが折損しこのドリルの一部がワーク内に残存すると、切削加工を中止し、主軸に穴あけ加工用工具に代えて放電加工用工具が装着される。そして、主軸とワークとが相対的に位置決めされながら、放電加工用工具によりワーク内に残存したドリルが放電加工により除去される。残存したドリルが除去されたのちは、主軸に穴あけ加工用工具を再び装着され、ワークへの穴あけ加工が行われる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
マシニングセンタ1は、工作機械本体2と、数値制御装置(NC装置)250と、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)150とを備えている。
図1において、工作機械本体2は、門型のコラム38の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール37を備えており、このクロスレール37上を移動可能に支持されたサドル44を介してラム45が鉛直方向(Z軸方向)に移動可能に設けられている。
【0013】
サドル44には、水平方向にクロスレール37内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸41が螺合している。送り軸41の一端部には、サーボモータ19が接続されており、送り軸41はサーボモータ19によって回転駆動される。
送り軸41の回転駆動によって、サドル44はY軸方向に移動可能となり、これによってラム45のY軸方向の移動および位置決めが行われる。
【0014】
さらに、サドル44には、鉛直方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸42がねじ込まれている。送り軸42の端部には、サーボモータ20が接続されている。
サーボモータ20によって送り軸42が回転駆動され、これによりサドル44に移動可能に設けられたラム45のZ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【0015】
ラム45内には、主軸モータ31が内蔵され、この主軸モータ31はラム45に回転自在に保持された主軸46を回転駆動する。
主軸46の先端には、後述する穴あけ加工用工具や放電加工用工具等の工具Tが装着される。
ラム45の下方には、テーブル35がX軸方向に移動可能に設けられている。テーブル35には、図示しないねじ部が形成されており、これにX軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ18が接続されている。
テーブル35は、サーボモータ18の回転駆動によってX軸方向の移動および位置決めが行われる。
このテーブル35には、加工液槽600が固定されており、この加工液槽600内にワークWが設置されている。
【0016】
また、2本の門型コラム38には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸32aをクロスレール昇降用サーボモータ32によって回転駆動することによりクロスレール37は昇降する。
自動工具交換装置(ATC)39は、主軸46に対して各種工具Tを自動交換する。
この自動工具交換装置39は、たとえば、図示しないマガジンにエンドミル、ドリル等の各種加工具を工具ホルダによって保持した工具Tを収納しており、主軸46に装着された工具Tを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Tを主軸46に工具交換アームによって装着する。
【0017】
NC装置250は、上記のサーボモータ18,19,20およびクロスレール昇降用サーボモータ32の駆動制御を行う。
NC装置250は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順に従って、サーボモータ18,19,20による工具Tとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、NC装置250は、加工プログラムにおいて、たとえば、Sコードで規定された主軸モータ31の回転数(単位時間当りの回転数)を解読することにより主軸46の回転数の制御を行う。
さらに、NC装置250は、NCプログラムにおいて、たとえば、Mコードで規定された工具Tの交換動作を解読することにより、各種工具Tの自動交換を実行する。
【0018】
PLC150は、NC装置250および操作パネル200と接続されている。このPLC150は、予め決められたシーケンスプログラムに従って、マシニングセンタ1の起動、停止を行ったり、操作パネル200の表示部を点灯、消灯する信号を出力する等の各種シーケンス制御を行う。
また、PLC150は、主軸モータ31を駆動制御する主軸モータドライバ157と接続されている。PLC150は、主軸モータ31の起動、停止および速度制御を行うための制御指令を主軸モータドライバ157に出力する。なお、PLC150は各種シーケンス制御を行う。
【0019】
加工液供給/回収装置900は、テーブル35に設置された加工液槽600内に放電加工に必要な加工液を供給するとともに、加工液槽600に供給された加工液を回収可能となっている。
【0020】
穴あけ加工用工具
図2は、本発明の一実施形態に係る穴あけ加工用工具の構成を示す断面図である。この穴あけ加工用工具は、上記のマシニングセンタ1の主軸46に自動工具交換装置39によって着脱される。
図2において、穴あけ加工用工具160は、ドリル100と、このドリル100を保持するホルダ161とから構成される。
【0021】
ホルダ161は、装着部162と、ケース部材166,167および168からなるケース165と、発電機170と、電動機180と、ドリル保持部190と、回り止め部材185とを備えている。
【0022】
装着部162は、把持される把持部162aと、上記の主軸46の先端部に形成されたテーパスリーブ46aに装着されるテーパシャンク部162bと、このテーパシャンク部162bの先端部に形成されたプルスタッド162cと、ケース部材166に回転自在に保持される軸部162dとを備えている。
【0023】
装着部162の把持部162aは、上記した自動工具交換装置39の工具交換アームによって、自動工具交換装置39のマガジンから主軸46に装着される際および主軸46から自動工具交換装置39のマガジンへ搬送される際に把持される。
【0024】
装着部162のテーパシャンク部162bは、主軸46のテーパスリーブ46aに装着されることによって、中心軸が主軸46の中心軸と同心になる。
【0025】
装着部162のプルスタッド162cは、装着部162が主軸46のテーパスリーブ46aに装着されると、主軸46に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸46に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【0026】
装着部162の軸部162dは、ケース部材166の内周に複数の軸受172を介して回転自在に保持されている。軸受172には、密封玉軸受が用いられる。
【0027】
ケース部材167の内周には、保持部材173を介して発電機170および電動機180が保持されている。
発電機170は、入力軸171が装着部162の軸部162dと同心に連結されており、この発電機170には主軸146の回転力が装着部162を介して伝達される。
発電機170には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【0028】
電動機180には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。この電動機180は、図3に示すように、導電ケーブルWx,Wy,Wzによって、発電機170と接続されており、発電機170で発電された電力が導電ケーブルWx,Wy,Wzを通じて供給され、駆動される。
【0029】
ドリル保持部190は、回転軸191と、この回転軸191と電動機180の回転軸181とを連結するカップリング193と、回転軸191の先端部に固定されたドリル装着部材195とを有する。
【0030】
回転軸191は、ケース部材168の内周に複数の軸受192を介して回転自在に保持されている。軸受192には、密封玉軸受が用いられる。
回転軸191の先端側は、ケース部材168に抜け止め部材194によって抜け止めされている。
【0031】
ドリル100は、ドリル装着部材195に保持されており、このドリル100はワークを穴あけ加工する。本実施形態では、ドリル100に直径が0.1〜3mm程度の比較的小径のものを使用する。
【0032】
ケース部材166,167および168は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材166,167および168がケース165を構成している。
ケース部材166の外周には、回り止め部材185が設けられている。
回り止め部材185は、装着部162が主軸46のテーパスリーブ46aに装着されることにより、主軸46側の、たとえば、ラム45等の非回転部47に形成された嵌合穴47aに先端185aが挿入される。
これにより、ケース部材166、すなわち、ケース165は、主軸46が回転しても回転が規制される。
【0033】
次に、本実施形態に係る穴あけ加工用工具160の動作の一例について説明する。
まず、自動工具交換装置39によって、ドリル装着部195にドリル100を保持した穴あけ加工用工具160を主軸46に装着する。
穴あけ加工用工具160は、回り止め部材185の先端部185aが非回転部47の嵌合穴47aに嵌合挿入され、ケース165の回転が規制される。
【0034】
この状態から、主軸46を回転数N0 で回転させると、穴あけ加工用工具160の装着部162が回転し、主軸46の回転力が発電機170に伝達される。
これにより、発電機170は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【0035】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数fは、三相同期発電機の極数をP1 とし、主軸46の回転数をN0 〔min-1〕とすると、次式(1)によって表される。
【0036】
【数1】
f=P1 ×N0 /120〔Hz〕 …(1)
【0037】
従って、主軸46を回転数N0 で回転させると、上記(1)式で表される周波数fの三相交流電力が電動機180に供給される。
【0038】
ここで、電動機180に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がP2 とすると、三相誘導電動機は三相交流の1サイクルで2/P2 回転することから、滑りがない時の三相誘導電動機の同期速度N1 は、次式(2)で表される。
【0039】
【数2】
N1 =120×f/P2 〔min-1〕 …(2)
【0040】
従って、主軸46の回転数N0 に対するドリル100の回転数N1 は次式(3)によって表される。
【0041】
【数3】
N1 =N0 ×P1 /P2 〔min-1〕 …(3)
【0042】
(3)式からわかるように、主軸46の回転数N0 は、上記(3)式で表される回転数N1 に変速される。
(3)式で示すように、三相同期発電機の極数P1 と三相誘導電動機の極数P2 との比を適宜設定することにより、主軸46の回転数N0 に対するドリル100の回転数N1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、主軸46の回転数N0 を増速したい場合には、極数比P1 /P2 を1より大きくし、減速したい場合には、極数比P1 /P2 を1より小さくなるように、三相同期発電機の極数P1 および三相誘導電動機の極数P2 を予め選択すればよい。
【0043】
たとえば、主軸46の最大回転数Nmax が3000min-1であるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸46の回転数は上記の最大回転数Nmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸46の最大回転数Nmax が3000min-1のマシニングセンタ1を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、ドリル100の回転数を、たとえば、30000min-1に増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ1の自動工具交換装置39のマガジンに穴あけ加工用工具160を予め収容しておく。なお、穴あけ加工用工具160は、増速比が10となるように、上記の極数比P1 /P2 が10である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させる。
【0044】
自動工具交換装置39によって、主軸46に穴あけ加工用工具160を自動装着する。
主軸46を主軸モータ31を駆動して回転させるが、穴あけ加工用工具160に保持されたドリル100の回転数は、主軸46の回転数によって制御する。すなわち、NC装置250にダウンロードするNCプログラムにおいて、主軸46の回転数をSコードで指定することにより、ドリル100の回転数を規定しておく。すなわち、NC装置250は、主軸46の回転数を制御することにより、ドリル100の回転数を制御する。
たとえば、ドリル100を30000min-1で回転させたい場合には、NCプログラムにおいてSコードで主軸46の回転数を3000min-1に指定しておく。
【0045】
主軸46を3000min-1で回転させると、発電機170は主軸46の回転数および極数P1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機180は、発電機170から供給される三相交流によって駆動され、ドリル100は、略30000min-1の回転数で回転する。
【0046】
上記のように、ドリル100が増速された状態で、テーブル35に固定されたワークに対してドリル100(主軸46)を加工プログラムに従って相対移動させることにより、ワークへの穴あけが行われる。
【0047】
これにより、たとえば、主軸46の最大回転数が制限されるマシニングセンタ1を使用した場合に、主軸46の最大回転数を越える回転数でドリル100を回転させてワークの高速加工が可能となる。
【0048】
放電加工用工具
図4は、本発明の一実施形態に係る放電加工用工具の構成を示す断面図である。
図4において、放電加工用工具60は、放電電極400と、この放電電極400を保持するホルダ61とから構成される。なお、この放電加工用工具60は、上記のマシニングセンタ1の主軸46に自動工具交換装置39によって着脱される。
【0049】
ホルダ61は、装着部材62と、軸受保持部材66と、ケース67と、軸受保持部材68と、回り止め部材85と、絶縁部材69と、電極保持部材90と、回路基板89と、発電機70とを有している。
【0050】
装着部材62は、把持部62aと、上記の主軸46の先端部に形成されたテーパスリーブ46aに装着されるテーパシャンク部62bと、このテーパシャンク部62bの先端部に設けられたプルスタッド62cと、軸受保持部材66および68によって軸受72および73を介して回転自在に保持される軸部62dとを備えている。
【0051】
装着部材62の把持部62aは、上記した自動工具交換装置39の工具交換アームによって、自動工具交換装置39のマガジンから主軸46に装着される際および主軸46から自動工具交換装置39のマガジンへ搬送される際に把持される。
【0052】
装着部材62のテーパシャンク部62bは、主軸46のテーパスリーブ46aに装着されることによって、中心軸が主軸46の中心軸と同心になる。
【0053】
装着部材62のプルスタッド62cは、装着部材62が主軸46のテーパスリーブ46aに装着されると、上述した主軸46に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。
【0054】
装着部材62の軸部62dには、発電機70のロータ70aが固定されている。
【0055】
ケース67は円筒状の部材からなり、ステンレス等の金属材料で形成されている。このケース67の内周には、発電機70のステータ70bがロータ70aに対向する位置に固定されている。
【0056】
発電機70は、装着部62の軸部62dに固定されたロータ70aが回転することにより発電する。この発電機70には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【0057】
軸受保持部材66および68は、環状の部材からなり、内周に軸受72および73をそれぞれ保持している。これらの軸受保持部材66および68は、ケース67の内周に嵌合し、ボルト等の締結手段によってケース67に締結されている。
【0058】
回路基板89は、軸受保持部材68の下側の空間内に配置されている。この回路基板89は、後述する整流回路、電流制御回路等の各種電気回路が形成されており、発電機70のステータ70bの三相巻線に接続されているとともに、導電線91によって放電電極400に接続されている。また、回路基板89はケース67を基準電位としている。
【0059】
絶縁部材69は、環状の部材からなり、たとえば、セラミックスで形成されている。この絶縁部材69は、ケース67の下端部に嵌合し、ケース67に固定されている。絶縁部材69は、電極保持部材90とケース67との間を電気的に絶縁する。
【0060】
電極保持部材90は、上端部が絶縁部材69の内周に嵌合しており、フランジ部90fが絶縁部材69のフランジ部69fにボルト等の締結手段によって締結されている。電極保持部材90は、中心部に貫通孔90hを備えており、導電線91はこの貫通孔90hを通じて放電電極400に接続されている。
電極保持部材90は、ステンレス等の金属材料で形成されており、先端部に放電電極400を交換可能に保持している。
【0061】
回り止め部材85は、ケース67の外周にボルト等の締結手段によって固定されている。回り止め部材85は、ステンレス等の金属材料で形成されている。
この回り止め部材85は、装着部材62のテーパシャンク62bが主軸46のテーパスリーブ46aに装着されることにより、主軸46側の、たとえば、ラム45等の非回転部47に形成された嵌合穴47aに先端85aが挿入される。
これにより、ケース67は、主軸46が回転しても回転が規制される。
【0062】
非回転部47に形成された嵌合穴47a内には、接触端子47bが設けられており、この接触端子47bは接地されている。このため、回り止め部材85の先端85aが嵌合穴47aに挿入されると、接触端子47bと回り止め部材85の先端85aとが接触する。これにより、ケース67が接地される。
【0063】
放電電極400は、電極保持部材90に軸方向に沿って保持されており、この放電電極400はドリル100が折損した場合にワークに残存したドリル100を放電加工により除去するのに用いられる。このため、放電電極400の軸部はドリル100の直径に合わせて、たとえば、0.1〜3mm程度の比較的小径を有する。
放電電極400の形成材料には、たとえば、銅−タングステン合金、銀−タングステン合金、銅−グラファイト、アルミニウム、鉄、黄銅等の材料が用いられる。また、放電電極400は、切削加工によって軸状に形成されている。
【0064】
図5は、放電加工用工具60の電気系の機能ブロック図である。
図5に示すように、放電加工用工具60は、発電機70および放電電極400に加えて、整流回路500および電流制御回路700を備えている。
整流回路500および電流制御回路700は、上記した回路基板89に形成されている。
【0065】
整流回路500は、発電機70が発電した三相交流が導電ケーブル70U,70V,70Wを通じて供給される。この整流回路500は、三相交流を所定電圧の直流に変換し、電流制御回路700に供給する。
【0066】
電流制御回路700は、整流回路500で整流された電力を、放電加工に必要な所定電圧の直流電力に変換して放電電極400に供給する。この電流制御回路700は、トランジスタにより放電電極400に供給する電流を制御し、たとえば、パルス状に電圧を放電電極400に印加する。
【0067】
次に、上記構成のマシニングセンタ1を用いたシャワープレートの穴あけ加工の一例について説明する。
まず、図6に示すように、テーブル35上に設置された加工液槽600内にプレート状のワークWを穴あけ加工が可能な状態で設置する。なお、加工液槽600内には加工液は供給されていない。
ワークWは、たとえば、アルミニウム合金等の金属板からなり、1000×1000mmで厚さ10mm程度の寸法を有する。このワークWに直径0.7mmの比較的小径の貫通穴を15000個程度形成する。
また、主軸46に穴あけ加工用工具160を装着し、主軸46を所定の回転数で回転させることによりドリル100を穴あけ加工に必要な回転数で駆動する。この状態で、主軸46をx−y水平面内で所望の位置に位置決めしながら、鉛直方向zに昇降させてワークWに穴あけ加工する。
【0068】
次に、上記の動作により、たとえば、図7に示すように、ワークWに貫通穴hを加工している途中で、ドリル100が折損し、ワークW内にドリル100の一部が残存してしまった場合について説明する。
ドリル100は小径であり、特に、ドリル100を数万回転/分のような高い回転数で回転させるとドリル100は折損することがある。
【0069】
ドリル100が折損した場合には、図8に示すように、ワークWを収容している加工液槽600内に加工液PLを加工液供給/回収装置900により供給する。
加工液PLは、電気的に絶縁性を有しており、たとえば、絶縁油が用いられる。
図8に示すように、加工液供給/回収装置900から加工液槽600内に加工液PLを供給し、ワークWの全体が加工液PL中に浸漬された状態にする。なお、ワークWは接地されている。
【0070】
一方、図8に示すように、主軸46には穴あけ加工用工具160に代えて放電加工用工具60を装着し、主軸46を所定の回転数で回転させる。
主軸46を回転させると、放電加工用工具60の装着部材62が回転し、発電機70のロータ70aがステータ70bに対して回転する。
これにより、発電機70は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【0071】
発電機70が発電した電力は、整流回路500において整流され、電流制御回路700に供給される。電流制御回路700は、所定電圧の直流電力を放電電極400に印加する。
【0072】
放電電極400に所定電圧の直流電力が印加された状態で、NC装置250にダウンロードされたNCプログラムにしたがって、放電加工用工具60をワークWのドリル100が残存する箇所に向けて鉛直方向zに下降させる。
【0073】
放電加工用工具60を下降させ、放電電極400がワークWに残存したドリル100に接近すると、放電電極400とドリル100との間で最も絶縁耐力の小さい部分で加工液PLが絶縁破壊を起こし放電が発生する。発生した放電は、すぐにアーク放電となり、放電は安定する。放電電極400とドリル100とには、アーク柱から局所的に非常に大きなエネルギーが流入するため、アーク柱近傍の放電電極400とドリル100とは急激に加熱され蒸発または溶融する。
これにより、図9に示すように、ワークW内に残存したドリル100の除去が行われる。なお、放電電極400は、直径がドリル100の直径と同じ、あるいは、若干小さいものを選択する必要がある。放電電極400の直径がドリル100の直径よりも大きいと、ワークWに加工された穴の径が放電電極400の加工により所定寸法よりも拡大してしまう可能性があるからである。
【0074】
放電電極400により、ワークW内に残存したドリル100を除去したのちには、放電加工用工具60をワークWから離隔させ、主軸46に放電加工用工具60に代えて穴あけ加工用工具160を再び装着する。
また、この工具の交換作業とともに、加工液供給/回収装置900により加工液槽600から加工液PLを回収し、加工液槽600内を空の状態にする。
【0075】
次いで、上記と同様の手順で、穴あけ加工用工具160によりワークWのドリル100が除去された箇所の穴あけ加工を行う。
【0076】
以上のように、本実施形態によれば、主軸46の回転により自ら発電した電力を用いて放電加工を行う放電加工用工具60をマシニングセンタ1に装備し、この放電加工用工具60を穴あけ加工用工具160に代えて主軸46に自動装着することにより、穴あけ加工中に折損によりワークWに残存したドリル100を簡易に除去することができる。
また、本実施形態によれば、穴あけ加工装置としてのマシニングセンタ1において、ドリル100による穴あけ加工と放電加工による折損したドリル100の除去とを行うことができ、作業効率を高めることができる。すなわち、ワークWを穴あけ加工装置から放電加工装置に移しかえる必要がない。
【0077】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、放電加工用工具60や穴あけ加工用工具160の発電機の動力源として主軸46の回転を用いる場合について説明したが、たとえば、主軸46内から圧縮空気を放電加工用工具60や穴あけ加工用工具160に供給し、この圧縮空気のエネルギーを利用して発電する構成とすることも可能である。
また、上述した実施形態では、穴あけ加工用工具として発電機および電動機を内蔵するものを説明したが、発電機および電動機を内蔵せず主軸46の回転により直接回転されるドリルを備える工具を使用することも可能である。
【0078】
また、上述した実施形態では、本発明の穴あけ加工装置として工作機械の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば、産業用ロボットやパラレルリンク機構を用いた加工機にも適用可能である。
【0079】
図10は、パラレルリンク機構を用いた加工機の一例を示す図である。
加工機402は、遮蔽壁FL内に設けられたパラレルリンク機構410と、クランプ装置460とを備えており、クランプ装置460に穴あけ加工用工具60と放電加工用工具160とが着脱される。
遮蔽壁FL内のベース上には可動テーブル403が設置されており、この可動テーブル403に加工すべきワークWが設置されている。
【0080】
パラレルリンク機構410は、ベースBS上に立設された遮蔽壁FLに支持された固定板415と、この固定板415にボールジョイント411U,411Vおよび411Wを介して姿勢を変更自在に保持され外周面にねじが形成された複数のリンク409U,409Vおよび409Wと、これらリンク409U,409Vおよび409Wの先端にボールジョイント412U,412Vおよび412Wを介して連結された移動板421と、各ボールジョイント411U,411Vおよび411Wにそれぞれ固定されたモータ417U,417Vおよび417Wと、リンク409U,409Vおよび409Wにそれぞれ螺合しモータ417U,417Vおよび417Wによって回転されるナット部材419U,419Vおよび419Wとを有している。
【0081】
上記構成のパラレルリンク機構410は、モータ417U,417Vおよび417Wを適宜回転させることにより、固定板415と移動板421とを接続しているリンク49U,49Vおよび49Wが図10に示す各矢印方向に移動し、固定板415と移動板421との間が伸縮する。リンク49U,49Vおよび49Wの伸縮を適宜行わせることにより、移動板421の位置および姿勢が制御される。
【0082】
図10に示すように、パラレルリンク機構410の移動板421の上面側には、サーボモータ490が設置され、下面側にはクランプ装置460が設置されている。
クランプ装置460は、穴あけ加工用工具60および放電加工用工具160を保持するとともに、これら工具に内蔵された発電機にサーボモータ490の回転を伝達する役割を果たす。
このクランプ装置460は、油圧源400と管路によって接続されており、油圧源400からの高圧の作動油をクランプ装置460に供給可能となっている。クランプ装置460は、高圧の作動油の供給によって、穴あけ加工用工具60または放電加工用工具160を解放する。
工具交換装置450は、クランプ装置460に対する穴あけ加工用工具60および放電加工用工具160の着脱作業を行う。この工具交換装置450は、穴あけ加工用工具60および放電加工用工具160を保持可能な工具ポッド431を矢印A1およびA2で示す方向に移動可能に保持している。工具交換装置450は、工具交換時には、遮蔽壁FLに設けられた開閉扉429が開かれた状態で工具ポッド431を遮蔽壁FL内に進入させる。
【0083】
上記構成の加工機402において、パラレルリンク機構により穴あけ加工用工具60の位置を変更しながらにワークWに穴あけ加工を行い、ドリルが折損してワークWに残った場合には、放電加工用工具160をクランプ装置460に装着し、上述した実施形態と同様にドリルの放電加工による除去を行うことができる。
【0084】
図11は、本発明を適用可能な産業用ロボットの一例を示す断面図である。此の産業用ロボットは、いわゆる水平多関節形ロボットであって、種々の作業に適用可能な汎用のロボットである。
この産業用ロボット1は、ロボット本体702と、クランプ装置790とを有し、クランプ装置790に穴あけ用工具60および放電加工用工具160が着脱される。
【0085】
ロボット本体702は、基準面G上に設置されたベース部703と、このベース部703に旋回自在に保持された第1旋回部704と、この第1旋回部704に旋回可能に保持された第2旋回部706と、この第2旋回部706によって矢印A1およびA2で示す昇降方向に昇降可能に保持された昇降部材741と、この昇降部材741の中心部に挿入された駆動軸751とを有する。
【0086】
ベース部703は、その内腔にコントローラ721およびサーボモータ731を収納している。
コントローラ721は、サーボモータ731および後述するサーボモータ732,733および734を所要のソフトウエアに基づいて駆動制御することにより、ロボット本体702の動作を制御する。コントローラ721には、ティーチングイペンダント722が接続されており、このティーチングイペンダント722を操作することにより、ロボット本体702の所定の動作を教示する。
【0087】
サーボモータ731は、ベース部703内に固定されており、サーボモータ731の回転軸731aが第1旋回部704に連結されている。この回転軸731aが回転することにより第1旋回部704が当該回転軸731aを中心に水平方向に沿って旋回する。
また、ベース部703には、可撓性を有するパイプ708の一端が接続され、パイプ708の他端は第2旋回部706に接続されている。このパイプ708は、ベース部703と第2旋回部706との間で必要な電気配線、信号線等の経路を構成している。
【0088】
第2旋回部706は、その内腔にサーボモータ732および733を収納している。
サーボモータ732は、第2旋回部706内に固定されており、その回転軸732aは、第1旋回部704に連結されている。この、回転軸732aが回転することにより第2旋回部706が第1旋回部704に対して当該回転軸732aを中心に水平方向に沿って旋回する。
サーボモータ733は第2旋回部706内に固定されており、サーボモータ733の回転軸733aに伝達車745が固定されている。
【0089】
昇降部材741は、円筒状の部材からなり、外周に図示しないねじが形成されている。この昇降部材741は、第2旋回部706内に固定された支持部材739に回転自在に支持された伝達部材740の内周に形成された図示しないねじに螺合している。したがって、昇降部材741は伝達部材740の回転に応じて昇降方向A1またはA2の向きに昇降する。
【0090】
伝達部材740と上記した伝達車745との間には、ベルト742が巻き付けられている。このベルト742は、サーボモータ733による伝達車745の回転を伝達部材740に伝達する。
昇降部材741の上端部には、サーボモータ734が固定されている。このサーボモータ734の回転軸734aは、カップリング750を介して円筒状部材である昇降部材741の内部に挿入された駆動軸751と連結されている。
また、昇降部材741の下端部には、クランプ装置790を固定するための取付部材741eが設けられている。
【0091】
駆動軸751の下端部は、クランプ装置790まで延びている。この駆動軸751は、昇降部材741の内周に軸受を介して回転自在に保持されている。
クランプ装置790は、上述したクランプ装置460と全く同様の機能を有し、工具を保持するとともに、駆動軸751の回転力を工具に内蔵された発電機に伝達する役割を果たす。また、クランプ装置460作動油の供給を受けて工具を解放する。
【0092】
上記構成のロボット本体702を作業プログラムにしたがって動作させ、穴あけ加工用工具60をワークに対して移動位置決めしながらワークの穴あけ加工を行う。
穴あけ加工用工具60と放電加工用工具160との交換は、たとえば、ティーチングペンダント722を用いて、所定の収容場所に収容された工具の位置をティーチングしておき、工具の交換の際には、教示したティーチングプログラムを呼び出しこれを実行する。このとき、クランプ装置790の移動位置決め動作とクランプ装置790のクランプ/アンクランプ動作との協動により、工具の着脱が可能となる。
【0093】
【発明の効果】
本発明によれば、小径の穴あけ加工中に折損したドリルをワークから容易に除去可能となり、加工能率を向上させるとともに加工コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置としてのマシニングセンタの構成図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る穴あけ加工用工具の構成を示す断面図である。
【図3】電動機180と発電機170との電気的な接続関係を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る放電加工用工具の構成を示す断面図である。
【図5】放電加工用工具60の電気系の機能ブロック図である。
【図6】本発明の穴あけ加工方法の手順を説明するための図である。
【図7】ワークWに折損したドリルが残存した状態を示す断面図である。
【図8】ワークWに残存したドリルを除去する手順を説明するための図である。
【図9】ワークWに残存したドリルを放電電極により除去している状態を示す断面図である。
【図10】本発明を適用可能なパラレルリンク機構を用いた加工機の一例を示す図である。
【図11】本発明を適用可能な産業用ロボットの一例を示す図である。
【符号の説明】
1…マシニングセンタ
40…自動工具交換装置
46…工具装着部材
60…放電加工用工具
160…穴あけ加工用工具
61…ホルダ
62…装着部材
65…ケース
70,170…発電機
80,180…電動機
100…ドリル
400…放電電極
600…加工液槽
900…加工液供給/回収装置
250…NC装置
Claims (10)
- 主軸と、
前記主軸に着脱され、当該主軸の回転によりワークに穴あけ加工するドリルを備える穴あけ用工具と、
前記主軸に着脱され、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機を備え、当該発電機により発電された電力を使用し、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する放電加工用工具と
を有する穴あけ加工装置。 - 前記放電加工用工具により折損したドリルをワークから除去する際に、前記ワークを加工液中に浸漬させ、当該ワークに対する放電加工が可能な状態にする段取手段をさらに有する
請求項1に記載の穴あけ加工装置。 - 前記放電加工用工具は、前記ワークに前記ドリルにより形成された穴内に挿入可能な直径を有する放電電極を備えている
請求項1または2に記載の穴あけ加工装置。 - 前記穴あけ用工具は、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機と、
前記電動機により駆動されるドリルと
を有する請求項1〜3のいずれかに記載の穴あけ加工装置。 - 前記穴あけ用工具と前記放電加工用工具とを前記主軸に対して着脱する自動工具交換手段をさらに有する
請求項1〜4のいずれかに記載の穴あけ加工装置。 - ドリルを備える穴あけ用工具を主軸に装着し、当該主軸とワークとを相対移動させて前記ドリルによりワークに穴あけ加工し、
前記穴あけ加工工程中に前記ドリルが折損し、当該ドリルの一部がワーク内に残存した場合に、前記穴あけ用工具に代えて前記主軸に当該主軸側から供給される動力により発電する発電機を備える放電加工用工具を装着し、
前記発電機により発電された電力を使用して、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する
穴あけ加工方法。 - 前記放電加工用工具を前記主軸に装着するとともに、前記ワークを加工液中に浸漬させ、当該ワークに対する放電加工が可能な状態にする
請求項6に記載の穴あけ加工方法。 - 前記ドリルの除去に、前記ワークに当該ドリルにより形成された穴内に挿入可能な直径を有する放電電極を用いる
請求項6または7に記載の穴あけ加工方法。 - 前記主軸側から供給される動力により発電する発電機、前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機および前記電動機により駆動されるドリルを備える穴あけ用工具を前記ワークへの穴あけ加工に用いる
請求項6〜8のいずれかに記載の穴あけ加工方法。 - 前記穴あけ用工具および前記放電加工用工具の前記主軸に対する着脱を自動工具交換手段により行う
請求項6〜9のいずれかに記載の穴あけ加工方法。
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-
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