JP5323605B2

JP5323605B2 - ワークの切削加工方法

Info

Publication number: JP5323605B2
Application number: JP2009178900A
Authority: JP
Inventors: 幸宏山田; 伸彦鈴木
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP2011031332A

Description

本発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を有する加工機を用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の位置を検出し、指令位置および指令速度を指示して被加工物と工具を相対的に移動させる加工方法に関する。

近年、プリント基板の加工穴径が年々小さくなっており、加工に使用するドリルの小径化が進んでいる。そのため、効率的に穴明け加工を行うようにスピンドルの回転速度が増加し、現在では最高回転速度が１００,０００ｍｉｎ^−１を超えるものが主流となっている。

しかしながら、プリント基板の穴加工には、小径穴だけでなく大径穴の加工も必要であり、前記のようなスピンドルで大径のドリルを使って穴加工を行うことがある。一般に、最高回転速度の高いスピンドルはトルクが小さいため、加工時の切削負荷により加工中のスピンドルの回転が停止し、加工する大径穴が未貫通穴となる。そして、このような回転の停止が頻発すると、ローターシャフトがスラスト軸受けに接触してスピンドルが破損してしまう。また、大径ドリルは、小径ドリルに比べて、刃長が長く再研磨が容易で研磨回数も多いため、再研磨によって切れ刃に若干の鈍りが残ることが多い。従って、使用者が切れ刃の鈍りを意識せずに再研磨した大径ドリルを穴加工に使用した場合、切削負荷が大きな状態で穴加工を行うことになる。

図５は従来の穴明け加工に係る貫通不良の加工動作と加工結果を説明する図である。

同図において、６１はドリル、６２は被加工物（以下、ワークという。）、６３は下板、６４はテーブル、６５はワーク内部で加工が止まった穴（以下、未貫通穴という。）である。ワーク６２上方からテーブル６４上に複数枚載置されたワーク６２を全て貫通し、下板の一部まで切削して再びワーク６２上方に上昇するように、穴あけ加工動作の指令を指示した場合、切削負荷によりワーク６２内部でドリル６１が停止し、未貫通穴６５が形成され、貫通不良となる。

そこで、大径穴を加工する場合には、まず小径穴を明け、目的の穴径に達するまでドリル径を徐々に大きくする方法（以下、下穴加工という。）や、目的の穴径の３分の１程度の径のドリルを用いて小径穴を明け、その小径穴を、目的の穴径内で円を描くように連ねて大径穴を明けるという方法（以下、サークル加工という。）や、穴明け加工時にドリルの下降を１回で行う（以下、シングル加工という。）のではなく、穴明け加工時にドリルの下降を数回に分けて下降させ、下降の都度少しずつ加工するという方法（以下、ステップ加工という。）や、前記ステップ加工を改良したステップＤｗｅｌｌ加工（特許文献１）が用いられている。

特開２００３−３３４７０８

しかし、下穴加工には、「基板の種類によっては幾重にも下穴を明ける必要が生じ、その度にドリル交換を行うので加工時間を要する」などの問題が、サークル加工には、「小径の穴加工の回数が多く必要となるため、加工時間を要するばかりか、ドリルの寿命も非常に短くなる」などの問題があった。また、従来のステップ加工では、ステップ（切込深度、切込時間など）を設定しなければならず、加工時に全てのステップが完了するまでに比較的長い加工時間を要していた。また、ステップＤｗｅｌｌ加工は、下穴加工やサークル加工より短時間で加工ができるが、シングル加工やステップ加工に比べて６〜７倍程度の加工時間を要していた。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、最高回転速度の高いスピンドルで大径のドリルを使ってシングル加工を行った場合、穴の未貫通及びスピンドル破損を防止することができる加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を有する加工機を用いて、ワークをＸ、Ｙ軸で位置決めして、ドリルをＺ軸方向に下降させ、ワークに穴加工する加工方法において、Ｚ軸に位置を指令し、前記Ｚ軸の応答位置を検出し、前記Ｚ軸に指令した位置が目標位置に到達してから既定時間内に、前記Ｚ軸の応答位置が既定範囲内に到達したかを判定し、到達しない場合は、ドリルを一旦切込開始位置まで上昇させ前記Ｚ軸への位置指令手順から繰り返し、前記繰り返しが予め指定された回数を超える前に前記既定時間内に前記応答位置が前記既定範囲内に到達した場合は、前記ドリルを次の加工位置に移動させ、前記予め指定された回数を超えたときアラームを出し加工動作を停止させる、ことを特徴とする。

この場合、加工時の切削負荷によってスピンドルの回転が停止しても、再度穴加工動作を予め指定された回数繰り返し行うので穴の未貫通を防ぐことが可能である。また、予め指定された回数を超えたとき加工動作を終了しアラーム停止するので、スピンドルの回転停止が頻発することによるスピンドルの破損を防止することが可能である。

本発明により、最高回転速度の高いスピンドルで大径のドリルを使って穴加工を行う場合でも、大口径の穴を未貫通なく比較的短時間で加工でき、しかもスピンドルの寿命を長くすることができる。

本発明に係る正常な貫通穴の加工動作を説明する図である。本発明に係る繰り返し加工の動作を説明する図である。本発明に係る一連の動作を表すフローチャートである。本発明に係る正常な貫通穴の加工動作と加工結果を説明する図である。本発明に係る貫通不良の加工動作と加工結果を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明に係る正常な貫通穴の加工動作を説明する図である。

同図に、時間（横軸）と、Ｚ軸の位置（縦軸）の関係を示す。図中の二重線矢印と点線矢印は、制御装置（図示せず）からＺ軸に指令した位置（以下、指令位置という。）を、曲線は、図示を省略するスピンドルの位置検出器で検出したスピンドルの位置、即ちＺ軸から応答があった位置（以下、応答位置という。）をそれぞれ示す。Ｚ軸の切込開始位置はワークの上面に予め定められた位置であり、時間軸の原点はスピンドルが切込開始位置から下降を開始する直前である。指令位置が、切込開始位置から切削送り速度で下降するように指令を開始し、ドリルなどの工具が基板に接触して加工開始する位置である基板上面を通過して、Ｚ軸の最下端目標位置（以下、指令の目標位置という。）まで指令位置が到達し、制御装置内のプログラム上のタイマーが作動する。タイマーが作動してから予め定められた時間（以下、既定時間という。）経過する前に、応答位置が予め定められた指令の目標位置からのＺ軸の移動範囲（以下、既定範囲という。）内に到達しているため、切込開始位置まで上昇速度でＺ軸を上昇するように指令し、応答位置が切込開始位置まで上昇して穴加工動作を終了する。その後、ドリルを次の加工位置に移動させる。

図２は本発明に係る繰り返し加工の動作を説明する図であり、図１と同じものは説明を省略する。

切込開始位置より、一定の切削送り速度で指令の目標位置まで指令位置が到達し、到達後、既定時間内に、応答位置が既定範囲内に到達しないため、切込開始位置までＺ軸を上昇するように指令し、応答位置が切込開始位置まで上昇した回数が、予め指定された回数（以下、指定回数という。）を超えていなければ加工動作を繰り返す。指定回数を超えている場合は、切削負荷が過大として、アラームを出して加工動作を停止する。

このように、本発明の実施形態では、Ｚ軸を切込開始位置まで戻すようにしたので、基板からドリルを完全に引き抜くことができ、基板中にドリルが残った状態で加工動作を繰り返すことはないので、基板に加工状態の良い穴を加工することができる。また、切込開始位置から指令の目標位置まで下降させることで、十分な切削送り速度で基板にドリルを切り込ませるため、基板に加工状態の良い穴を加工することができる。

図３は本発明に係る一連の動作を表すフローチャートであり、図１および図２と同じものは説明を省略する。

まず、手順Ｓ１でＸ、Ｙ軸を制御して、ドリルをワーク上の加工位置に移動する。

次に、指令の目標位置に指令位置が到達しているかを手順Ｓ２で判断する。手順Ｓ２において、指令位置が指令の目標位置に到達した場合には手順Ｓ３に移行し、指令位置が指令の目標位置に到達しなかった場合には再び手順Ｓ２の処理を行う。

指令位置が指令の目標位置に到達した時、タイマーがスタートする。

手順Ｓ３では、タイマーが既定時間内かどうかを判断する。既定時間内の場合は手順Ｓ４に移行し、既定時間を経過した場合は手順Ｓ６に移行する。

手順Ｓ４では応答位置が既定範囲内かどうかを判断する。既定範囲内の場合には穴加工は正常に行われているとして手順Ｓ５に移行し、既定範囲内でない場合には手順Ｓ３に移行する。

手順Ｓ５では、全ての穴加工が終了したかどうかを判断する。全ての穴加工が終了した場合には本発明にかかる一連の動作を終了し、全ての穴加工が終了していない場合は手順Ｓ１に移行してドリル及びワークを次の加工位置に相対的に移動させた後、Ｓ２の処理を行い、再び本発明にかかる一連の動作を繰り返す。

手順Ｓ６では、指定回数を超えたかどうかを判断する。指定回数を超えた場合は手順Ｓ７に移行し、手順Ｓ７でアラームを出してから手順Ｓ８に移行し、手順Ｓ８で加工を停止してから本発明に係る一連の動作を終了する。指定回数を超えていない場合は、再び手順Ｓ２の処理を行う。

図４は本発明に係る正常な貫通穴の加工動作と加工結果を説明する図である。

同図において、５１はドリル、５２はワーク、５３は下板、５４はテーブル、５５はワークを下板まで貫通した穴（以下、貫通穴という。）である。ドリル５１の回転数は３００,０００ｍｉｎ^−１以上、最大径はφ６.４５ｍｍである。既定時間内に応答位置が既定範囲内に到達したため、ワーク５２上の切込開始位置に配置したドリル５１が、ワーク５２を貫通し下板５３の内部にまで到達し、切込開始位置まで上昇することで、貫通穴５５が形成される。

Ｓ１〜Ｓ８処理手順

Claims

Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を有する加工機を用いて、ワークをＸ、Ｙ軸で位置決めして、ドリルをＺ軸方向に下降させ、ワークに穴加工する加工方法において、
Ｚ軸に位置を指令し、
前記Ｚ軸の応答位置を検出し、
前記Ｚ軸に指令した位置が目標位置に到達してから既定時間内に、前記Ｚ軸の応答位置が既定範囲内に到達したかを判定し、
到達しない場合は、ドリルを一旦切込開始位置まで上昇させ前記Ｚ軸への位置指令手順から繰り返し、
前記繰り返しが予め指定された回数を超える前に前記既定時間内に前記応答位置が前記既定範囲内に到達した場合は、前記ドリルを次の加工位置に移動させ、
前記予め指定された回数を超えたときアラームを出し加工動作を停止させる、
ことを特徴とする加工方法。