JP5622463B2 - 穴あけ加工制御方法および穴あけ加工装置 - Google Patents
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Description
このような穴あけ加工装置によりワークに穴が形成される場合、ワークの形成材料の材質や穴の深さなどに応じて、加工精度や加工効率の向上または切削工具の保護を図る観点から、ワークと工具との間での回転運動の回転速度または送り運動の送り速度を含む加工条件が、予めパターン化されて設定され(例えば、特許文献2参照)、また、穴あけ加工中の工具に作用する負荷トルクに応じて設定される(例えば、特許文献3〜5参照)。さらに、深い穴を形成するために、工具を暫定的に後退させて切粉を排出した後に、再度前進させるステップフィード加工が行われることもある(例えば特許文献2,3)。
また、強度に優れ、かつ軽量な複合材料の普及に伴い、複合材料、例えば、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics 炭素繊維強化プラスチック)と金属とで構成される積層体などの積層構造を有する部材に穴あけ加工が施された構造物も多くなっている。
さらに、本発明は、穴あけ加工装置のコスト削減を図ること、および、穴が形成されたワークの品質の向上を図ることを目的とする。
これによれば、異なる材質の材料で形成されている所定数の形成領域を有するワークにおいて、穴あけ加工が行われる2以上の加工対象層が、工具に作用する負荷トルクの検出を通じて自動的に判定され、さらに判定された各加工対象層に対しては、加工条件決定手段が決定する加工対象層毎に対応した加工条件で穴あけ加工を行うことができる。この結果、穴が形成される2以上の加工対象層について、各加工対象層の厚さに対応させて、送り方向での加工対象層の位置を加工対象層毎に予め設定することや、送り運動の送り量を加工対象層が切り替わる度に設定する必要がないので、穴あけ加工の効率の向上が可能になる。
また、工具が、ワークの所定の減速加工対象層内での貫通間際位置から、所定の減速加工対象層を貫通するまでは、該所定の減速加工対象層に対する加工前進速度よりも低速の低速前進速度で送り運動が行われるので、所定の減速加工対象層におけるバリやケバなどの品質低下形状の発生を抑制できて、穴が形成されたワークの品質が向上する。
所定の減速加工対象層とは、前記穴の終端開口が形成される加工終了層であってもいいし、加工終了層以外の加工対象層である特定加工対象層であってもよい。
請求項2記載の発明は、ワークと前記ワークに穴を形成する工具との間で相対的な回転運動および相対的な送り運動を行わせる駆動装置を制御する制御装置を備える穴あけ加工装置による穴あけ加工制御方法において、前記ワークは、材質が異なる材料により形成されていることで区分され複数である所定数の形成領域を有し、前記制御装置による前記駆動装置の駆動制御工程は、前記工具に作用する負荷トルクを検出する負荷トルク検出ステップと、前記ワークに対する穴あけ加工の加工開始を判定する加工開始判定ステップと、2以上の前記形成領域を、前記加工開始と前記負荷トルクの変化とに基づいて、前記送り運動の方向である送り方向に配列されている2以上の加工対象層として穴あけ加工の順にそれぞれ判定する加工対象層判定ステップと、前記加工対象層判定ステップで判定された前記加工対象層を形成している材料に対応した前記回転運動の回転速度および前記送り運動の送り速度を決定する加工条件決定ステップとを含み、前記工具は、前記2以上の加工対象層に亘って前記穴を形成し、前記制御装置には、前記加工対象層に対応して、前記送り運動のステップフィード加工を行うためのステップフィード用負荷トルクとステップフィード用加工時間との関係が設定され、前記制御装置は、前記ステップフィード加工における前記ワークと前記工具との当接を前記負荷トルクの変化に基づいて判定することを特徴とする。
これによれば、2以上の加工対象層の少なくとも1つに深穴加工が必要になる場合にも、加工屑を除去しながら穴あけ加工を行うステップフィード加工が行われるので、材質が異なる材料で形成された所定数の形成領域を有するワークに対して、高精度の穴あけ加工が可能になる。しかも、負荷トルクを利用してワークと工具との当接、したがって穴あけ加工の再開が判定されるので、ワークと工具とが当接するまでの送り量の設定が不要になって、加工効率の向上に寄与する。
これによれば、加工対象層を判定するために検出される負荷トルクを利用して穴あけ加工の加工開始が判定されるので、該加工開始を判定するための専用の検出手段が不要になり、穴あけ加工装置のコスト削減が可能になる。また、送り方向での工具の初期位置とワークとの間の距離の調整やワークと工具とが当接するまでの送り量の設定が不要になるので、加工効率の向上に寄与する。
これによれば、加工条件決定ステップで決定された先行加工対象層での送り速度がスラスト力低減用前進速度まで減速されることにより、後続加工対象層に作用するドリルのスラスト力が低減するので、該スラスト力の作用による後続加工対象層の撓みが抑制されて、先行加工対象層および後続加工対象層間での層間剥離の発生を抑制できて、穴が形成されたワークの品質が向上する。
これによれば、負荷トルクの相対値であるトルク変動率の変化に基づいて加工対象層が判定されるので、負荷トルクの絶対値の変化に応じて加工対象層を判定する場合に比べて、経年変化による工具の摩耗時にも、加工対象層の良好な判定精度を確保できる。
これによれば、加工対象層判定ステップで判定された加工対象層に穴あけ加工が開始される際に、該加工対象層における回転速度または送り速度が、加工対象層判定ステップでの加工対象層の判定直前の回転速度または送り速度から徐々に変化した後に前記設定回転速度または前記設定送り速度に達するので、穴の加工精度が向上して、ワークの品質が向上する。
前記2以上の加工対象層(51a〜56a;61a,62a,61b)は、予め設定された所定の減速加工対象層(56a,61b)を有し、前記駆動制御工程は、前記加工終了層(56a,61b)において前記工具(4)が当該所定の減速加工対象層(56a,61b)を貫通する間際の貫通間際位置(Pa)にあることを判定する貫通間際判定ステップ(S15,S21)と、前記送り速度(F)を所定の減速加工対象層(56a,61b)での加工前進速度よりも低速の低速前進速度とする送り速度減速ステップ(S24)と、を実行し、前記制御装置(15)は、前記工具(4)が前記貫通間際位置(Pa)から所定の減速加工対象層(56a,61b)を貫通するまで前記低速前進速度で前進するように前記駆動装置(7,8)を制御することを特徴とする。
これによれば、請求項1記載の発明と同様の作用および効果が奏される。
さらに、本発明によれば、穴あけ加工装置のコスト削減が可能になり、また穴が形成されたワークの品質の向上が可能になる。
図1を参照すると、本発明の実施形態に係る穴あけ加工装置1は、ワーク50が位置決めされて固定される載置台3とワーク50に貫通穴である穴70を形成する切削用の工具としてのドリル4とを備える穴あけ加工機2と、穴あけ加工機2を制御する制御装置15とを備える。制御装置15は、中央演算処理装置を備える制御盤16と、穴あけ加工機2による加工条件およびワーク50に関する情報を含む加工データを作業者が予め設定するための操作部としての操作盤17とを備える。操作盤17を通じて入力された前記加工データは、制御装置15の記憶装置に記憶される。
ラム6、両モータ7,8および両伝達機構9,10は、ハウジング5内に収納される。ドリル4は、主軸用伝達機構9および主軸モータ7を介してラム6に保持され、送りモータ8に駆動されてラム6、主軸モータ7および主軸用伝達機構9と共に送り方向に移動する。
ここで、送り方向は、主軸用伝達機構9が備える主軸9aの回転中心線でもあるドリル4の回転中心線に平行であり、穴あけ加工の方向である前進方向と、前進方向とは反対方向の後退方向とからなるとする。
また、送りモータ8は、該送りモータ8に作用するトルクを制限するトルクリミッタ8aを有する。トルクリミッタ8aは、前記トルクの上限値であるリミット値を設定するための力(例えば磁気力)を調整することにより、該リミット値を変更可能になっている。
送り用伝達機構10は、送りモータ8の回転軸に減速機構10aを介して連結されたボールネジ10cおよび該ボールネジ10cに螺合するボールナット10dから構成されるボールネジ機構10bと、ラム6に連結されると共にボールナット10dと一体に送り方向に移動するサポータ10eとを備え、送りモータ8の回転運動を、送り方向でのラム6、主軸モータ7、主軸9a、チャック9bおよびドリル4の並進運動に変換する。このため、ドリル4は、送りモータ8により駆動されて、送り方向に最大ストロークAの範囲で移動可能である。図1(b)には、最大ストロークAだけ移動したときのドリル4、チャック9bおよびラム6の各一部が二点鎖線で示されている。
そして、第1〜第6形成層51〜56は、穴70が形成される部位である第1〜第6加工対象層51a〜56aをそれぞれ有する。したがって、各加工対象層51a〜56aは、穴70が形成されたワーク50において該穴70の周辺部位である。
また、ワーク50を形成する異なる材質の2以上の材料の種類の組合せは任意であり、送り方向で隣接する加工対象層の材料の種類の組合せも任意である。
検出部20は、送り運動をする部材であるドリル4(または主軸9a)の、送り方向での位置を検出する送り位置検出手段21と、送り運動の過程においてドリル4に作用する負荷トルクTを検出する負荷トルク検出手段22と、回転運動をするドリル4(または主軸9a)の回転速度S(図2(c)参照)として主軸モータ7の主軸回転速度を検出する主軸回転速度検出手段23と、ドリル4(または主軸9a)の送り速度F(図2(c)参照)としての送りモータ8の送り回転速度を検出する送り速度検出手段24とを備える。
この実施形態において、送り方向でのドリル4の位置は、ドリル4と一体に送り方向に移動するサポータ10e、ラム6および主軸9a(いずれも図1参照)の、送り方向での位置と等価である。
ここで、主軸駆動制御手段41および送り駆動制御手段42は、駆動制御手段を構成すると共に、加工条件決定手段34により決定された回転速度Sおよび送り速度Fが得られるように、それぞれ主軸モータ7および送りモータ8を制御する。
ここで、加工対象層51a〜56aの配置は、ワーク50における穴あけ加工の順であり、前進方向での配置である。また、加工条件には、穴あけ加工機2の作動中であって、非加工時における穴あけ加工装置1の作動条件も含まれるとする。
ここで、貫通間際工程は、ドリル4が貫通間際位置Paから加工終了位置Pfに達するまでの工程であり、アプローチ工程は、ドリル4が初期位置Psからワーク50に当接するまでの工程であり、原点復帰工程は、ドリル4が加工終了位置Pfから初期位置Psに戻るまでの工程である。
一方、低速前進速度は、加工終了層である第6加工形成層56aでの加工前進速度よりも低速であり、スラスト力低減用前進速度は、各加工前進速度よりも低速である。
図2(c)には、設定加工回転速度S1〜S6および設定加工前進速度F1〜F6の一例である数値が括弧内に示されている。
加工開始判定手段31は、負荷トルク検出手段22により検出された負荷トルクTに基づいてワーク50とドリル4との当接を判定する。具体的には、ドリル4が初期位置Psから前進を開始してワーク50に当接するまで、アプローチ距離Dsを前進する間の負荷トルクTがほぼゼロの状態から、ドリル4と第1加工対象層51aとの当接に起因して負荷トルクTが加工開始用所定トルク以上になったとき、ドリル4がワーク50に当接したと判定し、したがって加工開始(すなわち、食いつき時)を判定する。
つまり、第1加工対象層51a以外の加工対象層52a〜56aについては、送り方向で互いに接する加工対象層51a,52a;52a,53a;53a,54a;54a,55a;55a,56a同士において、穴あけ加工が先行して行われる先行加工対象層を加工中のドリル4に作用する負荷トルクTの変化に基づいて、該先行加工対象層に続く後続加工対象層が判定され、この判定工程が、後続加工対象層が加工終了層(この実施形態では第6加工対象層56a)となるまで繰り返される。
ここで、前記所定変動率は、先行加工対象層および後続加工対象層の組合せに応じて、各加工対象層51a〜56aの形成材料に基づいて予め設定されている。
このスラスト力低減用前進速度は、後続加工対象層の形成材料や厚さ、および先行加工対象層での送り速度Fなどに基づいて、後続加工対象層の撓みを抑制する観点から設定される。
ステップフィード加工判定手段35は、負荷トルク検出手段22により検出された負荷トルクTがステップフィード用負荷トルクである場合、検出部20を構成する時間計測手段(図示されず)により該ステップフィード用負荷トルクに対応したステップフィード用加工時間が経過したことが検出されたとき、ステップフィード加工開始条件が成立したと判定する。
このステップフィード加工では、ドリル4が一時的に後退するステップフィード時後退工程における送り方向でのステップフィード時後退位置は初期位置Psに設定される。別の例として、該ステップフィード時後退位置が、ドリル4の先端4aが、ワーク50内の位置、または初期位置Psよりもワーク50に近い位置を占めるように設定されてもよい。
ここで、品質低下形状とは、バリ、ケバまたは後記層間剥離など、ドリル4がワーク50を貫通した際に発生して、ワーク50の品質を低下させる形状である。
ここで、前記所定回転速度は、設定アプローチ回転速度Ssおよび第1加工対象層51aでの設定加工回転速度S1よりも低速であり、前記所定送り速度は、設定アプローチ前進速度Fsおよび設定加工前進速度F1よりも低速である。
また、別の例として、加工対象層判定手段33により第1加工対象層51aが判定されたときに、ドリル4が、一旦、所定距離(例えば、1mm)だけ後退した後に、オーバーライド制御が行われてもよい。
そして、穴あけ加工が、高い硬度の材質の加工対象層から、より低い硬度の材質の加工対象層に移行する場合には、回転速度Sおよび送り速度Fの少なくとも一方の速度が硬度に応じて漸増するように、各モータ7,8がオーバーライド制御される。
また、穴あけ加工が、低い硬度の材質の加工対象層から、より高い硬度の材質の加工対象層に移行する場合には、回転速度Sおよび送り速度Fの少なくとも一方の速度が硬度に応じて漸減するように、各モータ7,8がオーバーライド制御される。
そして、この実施形態において、主軸駆動制御手段41は、穴あけ加工の開始時に、加工対象層判定手段33により判定された直後の第1加工対象層51aにおける回転速度Sが、一旦、設定アプローチ回転速度Ssおよび設定加工回転速度S1よりも低速の前記所定回転速度に減速された後、第1加工対象層51aに対して設定された設定加工回転速度S1まで、前記所定回転速度から徐々に増加するように、主軸モータ7をオーバーライド制御する。別の例として、穴あけ加工開始時のオーバーライド制御では、回転速度Sが、前記所定回転速度を経ることなく、直ちに設定加工回転速度S1とされてもよい。
同様に、送り駆動制御手段42は、穴あけ加工の開始時に、第1加工対象層51aにおける送り速度Fが、一旦、設定アプローチ前進速度Fsよりも低速の前記所定送り速度に減速された後、第1加工対象層51aに対して設定された設定加工前進速度F1まで、前記所定送り速度から徐々に増加するように、送りモータ8をオーバーライド制御する。
また、主軸駆動制御手段41は、ワークでの穴あけ加工中に、加工対象層判定手段33により判定された直後の加工対象層52a〜56aにおける回転速度Sが、加工対象層52a〜56aに対して設定された設定加工回転速度S2〜S6まで、加工対象層判定手段33による判定直前の回転速度Sである設定加工回転速度S1〜S5から徐々に増加(すなわち、漸増)または徐々に減少(すなわち、漸減)するように、主軸モータ7をオーバーライド制御する。
同様に、送り駆動制御手段42は、ワークでの穴あけ加工中に、加工対象層判定手段33により判定された直後の加工対象層52a〜56aにおける送り速度Fが、加工対象層52a〜56aに対して設定された設定送り速度である設定加工前進速度F2〜F6まで、加工対象層判定手段33による判定直前の送り速度Fである設定加工前進速度F1〜F5またはスラスト力低減用設定前進速度から徐々に増加または徐々に減少するように、送りモータ8をオーバーライド制御する。
例えば、オーバーライド制御時の第1〜第6加工対象層51a〜56aでの回転速度Sおよび送り速度Fは、加工対象層判定手段33により第1〜第6加工対象層51a〜56aが判定される直前のアプローチ層Lsおよび穴あけ加工中の第1〜第5加工対象層51a〜55a(穴あけ加工の順で隣接する2つの加工対象層の前記先行加工対象層に相当。)での前記設定回転速度および前記設定送り速度に基づいて、または、加工対象層判定手段33により第1〜第6加工対象層51a〜56aが判定された直後の第1〜第6加工対象層51a〜56a(穴あけ加工の順で隣接する2つの加工対象層の前記後続加工対象層に相当。)での前記設定回転速度および前記設定送り速度に基づいて、それぞれ設定される。
このため、オーバーライド制御時の回転速度Sおよび送り速度Fの設定の際にベースとなる前記設定回転速度および前記設定送り速度の一例として、加工対象層判定手段33により判定される直前・直後の加工対象層(穴あけ加工の順で隣接する2つの加工対象層に相当。)において、前記設定回転速度および前記設定送り速度が大きい方の加工対象層での前記設定回転速度および前記設定送り速度を常に選定することもできる。
なお、図2(b)に示されるように、ドリル4は、その先端4aから肩4b(ドリル4の外径が最大となる部位)まで外径が変化する錐形状部4cを有する。このため、オーバーライド制御は、錐形状部4cの長さLtが各加工対象層51a〜56aの厚さよりも短い場合に、各加工対象層51a〜56aにおいて、長さLt以下の所定厚さ範囲で行われることが好ましい。そこで、オーバーライド制御が行われる場合には、加工対象層51a〜56aの厚さ考慮してドリルを選定する、または、ドリル4と加工対象層51a〜56aの厚さとに応じてドリル4とワーク50とを組み合わせる必要がある。
具体的には、回転停止状態にあったドリル4が初期位置Psから前進を開始するとき、送りモータ8は、アプローチ工程(または、加工開始前層)において、送り速度Fの加速度は、ワーク50に対して穴あけ加工が行われているときの加工時加速度よりも小さいアプローチ工程時加速度に設定される。これにより、送りモータ8に供給される電流の急増を抑制できる。
また、送り駆動制御手段42は、ドリル4がワーク50に当接した時点でのドリル4に作用する衝撃を低減するために、アプローチ工程(または、アプローチ層Ls)において、および、ステップフィード時後退工程で一時的に後退したドリル4がワーク50に再度当接するまで前進するステップフィード時アプローチ工程において、トルクリミッタ8aのリミット値は、ワーク50を加工しているときの加工時リミット値よりも小さいアプローチリミット値に設定される。
このマスキング処理には、モータ電流値を検出しないこと、または検出されたモータ電流値を平均値の算出から除外することが含まれる。このマスキング処理により、負荷トルクTの検出に対してノイズとなるモータ電流値が無視されるので、負荷トルク検出手段22の検出精度が向上する。
操作盤17を通じて、ワーク50における第1〜第6加工対象層51a〜56aの配置および回転速度Sおよび送り速度Fなどの加工条件を含む前記加工データが設定され、次いで穴あけ加工機2の作動が開始された後、負荷トルク検出ステップとしてのステップS11で、負荷トルク検出手段22により、ドリル4に作用する負荷トルクTが、穴あけ加工機2の作動中、常時検出される。
トルク変動率ΔTが所定変動率未満であるとき、ステップS19に進んで、ステップフィード加工開始条件が成立したか否かが判定され、該加工開始条件が成立したときには、ステップS20でステップフィード加工が行われる。ステップS19で、前記加工開始条件が成立しないとき、ステップS16に進み、ステップS16〜S18が実行されて、第1加工対象層51aの穴あけ加工が続行される。
そして、ステップS13で加工対象層が第6加工対象層56aであると判定され、ステップS15で現在の加工対象層が加工終了層であると判定されて、ステップS21に進む。
ドリル4は、加工終了位置Pfに達するまで設定低速前進速度Ffに維持されて、第6加工対象層56aに穴あけ加工を行い、穴70がワーク50を貫通した後には、加工終了位置Pfに向かって前進する。そして、ステップS25において、送り位置検出手段21によりドリル4が加工終了位置Pfに達したことが検出されると、ステップS26に進んで、加工条件決定手段34が送り速度Fを設定復帰後退速度に決定して、ドリル4が高速の設定復帰後退速度で初期位置Psまで後退する。
また、ステップS15,S21は、貫通間際判定ステップを構成する。したがって、該貫通間際判定ステップには、加工終了層を判定する加工終了層判定ステップであるステップS15と、負荷トルクTが所定減少率以上で減少したことを判定する負荷トルク減少判定ステップであるステップS21とが含まれる。
さらに、ステップS24は、送り速度Fを加工終了層での加工前進速度よりも低速の低速前進速度とする送り速度減速ステップを構成し、ステップS25は、ドリル4がワーク50を貫通して穴あけ加工を終了する加工終了位置Pfを検出する加工終了位置Pf検出ステップを構成する。
異なる材質の材料により形成されていることで区分される所定数の形成層51〜56を有するワーク50に穴70を形成する穴あけ加工装置1は、その制御装置15による主軸モータ7および送りモータ8の駆動制御工程において、加工対象層判定手段33が、負荷トルク検出手段22により検出された負荷トルクTの変化と加工開始判定手段31により判定された加工開始とに基づいて、2以上の加工対象層51a〜56aを穴あけ加工の順にそれぞれ判定し、加工条件決定手段34が、加工対象層判定手段33により判定された加工対象層51a〜56aの形成材料に対応した設定加工回転速度S1〜S6および設定加工前進速度F1〜F6を決定し、主軸駆動制御手段41および送り駆動制御手段42は、ドリル4が、設定加工回転速度S1〜S6および設定加工前進速度F1〜F6で、2以上の加工対象層51a〜56aに亘って穴70を形成するように、主軸モータ7および送りモータ8を制御する。
これにより、前記所定数の形成層51〜56を有するワーク50において、穴あけ加工が行われる2以上の加工対象層51a〜56aが、ドリル4に作用する負荷トルクTの検出を通じて自動的に判定され、しかも判定された各加工対象層51a〜56aに対しては、加工条件決定手段34が決定する加工対象層51a〜56a毎に対応した加工条件で穴あけ加工を行うことができる。この結果、穴70が形成される2以上の加工対象層51a〜56aについて、各加工対象層51a〜56aの厚さに対応させて、送り方向での加工対象層51a〜56aの位置を加工対象層51a〜56a毎に予め設定することや、送り運動の送り量を加工対象層51a〜56aが切り替わる度に設定する必要がないので、加工対象層毎に設定された加工条件での穴あけ加工が容易になり、加工効率の向上が可能になる。
これにより、2以上の加工対象層51a〜56aを有するワーク50において、加工対象層判定手段33により加工終了層である第6加工対象層56aが自動的に判定され、しかも加工対象層51a〜56aを判定するために検出される負荷トルクTを利用して第6加工対象層56aにおけるドリル4の貫通間際位置Paが判定されるので、貫通間際位置Paを判定するための専用の検出手段が不要になり、穴あけ加工装置1のコストの削減が可能になる。さらに、貫通間際位置Paを判定するための送り量の設定が不要になって、加工効率の向上に寄与する。
これにより、先行加工対象層での送り速度Fがスラスト力低減用前進速度まで減速されることにより、後続加工対象層に作用するドリル4のスラスト力が低減するので、該スラスト力の作用による後続加工対象層の撓みの発生の防止または撓みの減少により、該撓みが抑制されて、先行加工対象層および後続加工対象層間での層間剥離(すなわち、品質低下形状)の発生を抑制できて、穴70が形成されたワーク50の品質が向上する。
これにより、加工対象層判定手段33により判定された各加工対象層51a〜56aに穴あけ加工が開始される際に、該加工対象層51a〜56aにおける回転速度Sおよび送り速度Fが、加工対象層判定手段33による各加工対象層51a〜56aの判定直前の回転速度Sおよび送り速度Fから徐々に変化した後に前記設定回転速度および前記設定送り速度に達するので、穴70の加工精度が向上して、ワーク50の品質が向上する。
これにより、2以上の加工対象層51a〜56aの少なくとも1つに深穴加工が必要になる場合にも、加工屑を除去しながら穴あけ加工を行うステップフィード加工が行われるので、材質が異なる材料で形成された所定数の形成領域を有するワーク50に対して、高精度の穴あけ加工が可能になる。しかも、負荷トルクTを利用してワーク50と工具との当接、したがって穴あけ加工の再開が判定されるので、ワーク50とドリル4とが当接するまでの送り量の設定が不要になって、加工効率の向上に寄与する。
工具は、ドリル4以外の周知の穴あけ工具であってもよい。
穴70は、前記実施形態では、所定数の層を有するワーク50において該所定数の層に亘って形成されたが、前記所定数以外の2以上の加工対象領域(または加工対象層)に渡って形成されてもよい。穴70は、貫通穴でなく、該穴70の終端部が閉塞された穴、すなわち有底穴でもよい。
駆動装置は、ワーク50に、または、ワーク50および工具の両者に、回転運動および送り運動の少なくとも一方の運動をさせてもよい。例えば、主軸駆動装置は、ドリル4の代わりに、主軸9aを介してワーク50を回転駆動してもよく、また、送り駆動装置によりワーク50が駆動される場合、送り位置検出手段21は、送り方向でのワーク50の位置を検出する。
負荷トルク検出手段22は、送りモータ8および主軸モータ7の少なくとも一方を駆動するためのモータ駆動信号値を検出するものであってよい。
ハウジング5は支持台に送り方向に移動可能に支持され、送り駆動装置が、ハウジング5および主軸駆動装置を一体に送り方向に駆動可能に該支持台に固定されてもよい。
材料の組合せは、複数の種類の金属、金属と合成樹脂、複数の複合材料であってもよい。非金属層は、繊維強化プラスチック以外のプラスチックであってもよく、またプラスチック以外の材料であってもよい。
駆動装置は、電動モータの代わりにエアモータであってもよく、その場合、モータ駆動信号値は、エアの圧力である。
つまり、所定の減速加工対象層は、穴70の終端開口71が形成される加工終了層であってもいいし、加工終了層以外の加工対象層である特定加工対象層であってもよい。
より具体的には、送り方向での位置として、操作盤17を通じて予め設定された貫通間際位置Paを送り位置検出手段21で検出することにより、ワーク50の2以上の加工対象層が、穴70の終端部が形成される加工終了層と、加工終了層以外の加工対象層である特定加工対象層とを有し、駆動制御工程は、工具が特定加工対象層を貫通する間際の貫通間際位置Paにあることを判定する貫通間際判定ステップと、加工前進速度を特定加工対象層での加工前進速度よりも低速の低速前進速度とする送り速度減速ステップとを含み、制御装置15は、ドリル4が貫通間際位置Paから特定加工対象層を貫通するまで低速前進速度で前進するように送りモータ8を制御する。
これにより、工具が、ワーク50の加工終了層以外の特定加工対象層内での貫通間際位置Paから、該特定加工対象層を貫通するまで、該特定加工対象層に対する加工前進速度よりも低速の低速前進速度で送り運動が行われるので、貫通間際位置Paから特定加工対象層を貫通するまでの工具の送り運動に起因するスラスト力により、前進方向で特定加工対象層に隣接する加工対象層が撓むことが抑制されて、特定加工対象層と該隣接加工対象層との間での層間剥離の発生を抑制できて、穴70が形成されたワーク50の品質が向上する。また、特定加工対象層の形成材料自体が、例えば複合材料としての繊維強化プラスチックが繊維層の積層構造を有する場合には、該繊維層間の剥離が防止される。
オーバーライド制御時の第2〜第6加工対象層52a〜56aにおける回転速度Sは、該回転速度Sの漸増または漸減を経ることなく、それぞれ第2〜第6加工対象層52a〜56aでの設定加工回転速度S2〜S6であってもよい。
なお、前記した加工装置および加工制御方法は、単層の材料で形成されているワークに対しても、前記形成領域を、送り方向での位置に応じて区分された領域とすることで、適用可能である。
2 穴あけ加工機
4 ドリル
7 主軸モータ
8 送りモータ
15 制御装置
21 送り位置検出手段
22 負荷トルク検出手段
31 加工開始判定手段
33 加工対象層判定手段
34 加工条件決定手段
35 ステップフィード加工判定手段
36 スラスト力低減用判定手段
37 貫通間際判定手段
50,60 ワーク
70 穴
Pf 加工終了位置
Pa 貫通間際位置
S1〜S6 設定加工回転速度
F1〜F6 設定加工前進速度
Ff 設定低速前進速度
Claims (8)
- ワークと前記ワークに穴を形成する工具との間で相対的な回転運動および相対的な送り運動を行わせる駆動装置を制御する制御装置を備える穴あけ加工装置による穴あけ加工制御方法において、
前記ワークは、材質が異なる材料により形成されていることで区分され複数である所定数の形成領域を有し、
前記制御装置による前記駆動装置の駆動制御工程は、前記工具に作用する負荷トルクを検出する負荷トルク検出ステップと、前記ワークに対する穴あけ加工の加工開始を判定する加工開始判定ステップと、2以上の前記形成領域を、前記加工開始と前記負荷トルクの変化とに基づいて、前記送り運動の方向である送り方向に配列されている2以上の加工対象層として穴あけ加工の順にそれぞれ判定する加工対象層判定ステップと、前記加工対象層判定ステップで判定された前記加工対象層を形成している材料に対応した前記回転運動の回転速度および前記送り運動の送り速度を決定する加工条件決定ステップとを含み、
前記工具は、前記2以上の加工対象層に亘って前記穴を形成し、
前記2以上の加工対象層は、予め設定された所定の減速加工対象層を有し、
前記駆動制御工程は、前記所定の減速加工対象層において前記工具が当該所定の減速加工対象層を貫通する間際の貫通間際位置にあることを判定する貫通間際判定ステップと、前記送り速度を前記所定の減速加工対象層での加工前進速度よりも低速の低速前進速度とする送り速度減速ステップとを含み、
前記制御装置は、前記工具が前記貫通間際位置から前記所定の減速加工対象層を貫通するまで前記低速前進速度で前進するように前記駆動装置を制御することを特徴とする穴あけ加工制御方法。 - ワークと前記ワークに穴を形成する工具との間で相対的な回転運動および相対的な送り運動を行わせる駆動装置を制御する制御装置を備える穴あけ加工装置による穴あけ加工制御方法において、
前記ワークは、材質が異なる材料により形成されていることで区分され複数である所定数の形成領域を有し、
前記制御装置による前記駆動装置の駆動制御工程は、前記工具に作用する負荷トルクを検出する負荷トルク検出ステップと、前記ワークに対する穴あけ加工の加工開始を判定する加工開始判定ステップと、2以上の前記形成領域を、前記加工開始と前記負荷トルクの変化とに基づいて、前記送り運動の方向である送り方向に配列されている2以上の加工対象層として穴あけ加工の順にそれぞれ判定する加工対象層判定ステップと、前記加工対象層判定ステップで判定された前記加工対象層を形成している材料に対応した前記回転運動の回転速度および前記送り運動の送り速度を決定する加工条件決定ステップとを含み、
前記工具は、前記2以上の加工対象層に亘って前記穴を形成し、
前記制御装置には、前記加工対象層に対応して、前記送り運動のステップフィード加工を行うためのステップフィード用負荷トルクとステップフィード用加工時間との関係が設定され、
前記制御装置は、前記ステップフィード加工における前記ワークと前記工具との当接を前記負荷トルクの変化に基づいて判定することを特徴とする穴あけ加工制御方法。 - 前記制御装置は、前記加工開始判定ステップにおいて、前記ワークと前記工具との当接を前記負荷トルクの変化に基づいて判定することにより前記加工開始を判定することを特徴とする請求項1または請求項2記載の穴あけ加工制御方法。
- 前記穴は、前記ワークを貫通する貫通穴であり、
前記2以上の加工対象層は、前記穴の終端開口が形成される加工終了層を有し、
駆動制御工程は、前記工具が前記ワークを貫通して穴あけ加工を終了する加工終了位置を検出する加工終了位置検出ステップを含み、
前記貫通間際判定ステップは、前記加工終了層を判定する加工終了層判定ステップと、前記負荷トルクが所定減少率以上で減少したことを判定する負荷トルク減少判定ステップとを含み、
前記制御装置は、前記貫通間際判定ステップにおいて、前記加工終了層において前記所定減少率以上の前記負荷トルクの減少が判定されたとき、前記工具が前記貫通間際位置にあると判定することを特徴とする請求項1記載の穴あけ加工制御方法。 - 前記2以上の加工対象層において、穴あけ加工の順に先後の位置関係で隣接して配列されている2つの前記加工対象層を先行加工対象層および後続加工対象層とするとき、
前記駆動制御工程は、前記先行加工対象層の穴あけ加工中に、前記負荷トルクが所定トルク以上になったときに、前記工具によるスラスト力を低減すべく前記先行加工対象層での前記送り速度よりも低速のスラスト力低減用前進速度とするスラスト力低減ステップを含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の穴あけ加工制御方法。 - 前記制御装置は、前記加工対象層判定ステップにおいて、前記負荷トルクに対する前記負荷トルクの変動トルク量の割合であるトルク変動率の絶対値が所定変動率以上であるか否かに基づいて前記各加工対象層を判定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の穴あけ加工制御方法。
- 前記制御装置は、前記加工対象層判定ステップで判定された直後の前記加工対象層における前記回転速度または前記送り速度が、前記加工条件決定ステップで決定された設定回転速度または設定送り速度まで、前記加工対象層判定ステップでの判定直前の前記回転速度または前記送り速度から徐々に増加または徐々に減少するように、前記駆動装置を制御することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の穴あけ加工制御方法。
- ワークの2以上の加工対象層に亘って穴を形成する工具と、前記ワークと前記工具との間で相対的な回転運動および相対的な送り運動を行わせる駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置とを備える穴あけ加工装置において、
前記ワークは、材質が異なる材料により形成されていることで区分され複数である所定数の形成領域を有し、
前記制御装置は、前記工具に作用する負荷トルクを検出する負荷トルク検出手段と、前記ワークに対する穴あけ加工の加工開始を判定する加工開始判定手段と、2以上の前記形成領域を、前記加工開始と前記負荷トルクの変化とに基づいて、前記送り運動の方向である送り方向に配列されている2以上の加工対象層として穴あけ加工の順にそれぞれ判定する加工対象層判定手段と、前記加工対象層判定手段で判定された前記加工対象層を形成している材料に対応した回転速度および送り速度を決定する加工条件決定手段と、前記工具が前記2以上の加工対象層に亘って前記穴を形成するように前記回転速度の前記回転運動および前記送り速度の前記送り運動を行わせるように前記駆動装置を制御する駆動制御手段を備え、
前記2以上の加工対象層は、予め設定された所定の減速加工対象層を有し、
前記駆動制御手段は、前記所定の減速加工対象層において前記工具が当該所定の減速加工対象層を貫通する間際の貫通間際位置にあることを判定する貫通間際判定ステップと、前記送り速度を前記所定の減速加工対象層での加工前進速度よりも低速の低速前進速度とする送り速度減速ステップと、を実行し、
前記制御装置は、前記工具が前記貫通間際位置から前記所定の減速加工対象層を貫通するまで前記低速前進速度で前進するように前記駆動装置を制御することを特徴とする穴あけ加工装置。
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