JP6004994B2 - 穴あけ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガイドブッシュを適用して被加工物の穴あけを行う穴あけ加工方法に関する。

従来、被加工材（ワーク）に深穴を形成する場合、工具としてドリルを用いて穴あけ加工を施す穴あけ加工機が一般的に用いられている。このような穴あけ加工機において、工具長さＬと工具径Ｄの比であるＬ／Ｄが５以上となる長尺ドリルを用いる場合や、ワークの加工端面が傾斜や凹凸が存在する場合、加工開始時の工具振れを防止する目的で下穴加工を施すことが一般的である。

また、サイクルタイムを短縮する目的で、特許文献１に開示されているように、下穴の代用となるガイドブッシュを適用することが公知である。ガイドブッシュは、ドリル外径に対しプラス交差の中空形状を有しており、穿孔開始時におけるドリル先端のガイドとして、食付き振動によるドリル刃先の破損、加工穴の直進性不良を防止する役割を持っている。

ガイドブッシュは、ドリル側面に備え付けたガイドパッドおよび刃先側面が当たることにより、徐々に摩耗し内径が広がっていく。このため、摩耗量が一定を越えたタイミングでガイドブッシュ本体を交換する。

ガイドブッシュの芯とドリル軸芯（工具軸芯）の位置合わせは±数十μｍと非常に高い精度が求められており、軸芯ズレの大きい状態で組み付けしてドリル加工をおこなうと、加工開始時のドリル先端が大きく振動し、ガイドブッシュとの衝突による刃先損傷や食付き不良による加工穴の直進性不良が発生する。

この芯ズレに対し、ガイドブッシュの据え付け後に加工機本体側の主軸に測定用のてこ式ダイヤルゲージを取り付け、主軸軸芯とガイドブッシュ軸芯とのズレ量を測定した後、主軸を移動するか、またはそれを支持するテーブルを移動することによりガイドブッシュの芯合わせを行うことが一般的である。

特開２００５−１２５４５０号公報

しかし、上記手法による軸芯合わせでは、精度出しに時間がかかり、また、ガイドブッシュを据え付けるベースブロックが撓んだり平行度が出ないことにより、精度がとれない場合、軸芯合わせそのものが不可能となる。

また上記手法による軸芯合わせは、ドリルが加工面（すなわちガイドブッシュの径方向）に対し二次元的に動くことが前提となっており、ワークに対して常に定まった方向にのみ加工する一軸の工作機械の場合、軸芯合わせのみのために可動軸を増加させることが必要であり、設備コストの上昇に繋がり好ましくない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、主軸軸芯とガイドブッシュ軸芯との軸芯合わせの必要がない穴あけ加工方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、主軸を有するとともに、ドリルを装着する前記主軸の装着部を有し、前記装着部に装着されたドリルを回転・送り可能な装置本体と、被加工材を支持する被加工材支持部とを具備する穴あけ加工装置により、被加工材に穴を開ける穴あけ加工方法であって、前記被加工材支持部に支持された被加工材の先端部に対応する位置に、前記装置本体に固定された状態でガイドブッシュ形成用ブロックを配置し、前記装着部にガイド穴形成用ドリルを取り付けて、該ガイド穴形成用ドリルにより前記ガイドブッシュ形成用ブロックに、穴あけ加工のための加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するガイド穴を形成することで、ガイドブッシュを形成し、次いで、前記装着部に前記加工用ドリルを取り付けて、前記加工用ドリルにより、前記ガイド穴にガイドされた状態で、前記被加工材の穴あけ加工を行うことを特徴とする穴あけ加工方法を提供する。

本発明の第２の観点では、主軸を有するとともに、ドリルを装着する前記主軸の装着部を有し、前記装着部に装着されたドリルを回転・送り可能な装置本体と、被加工材を支持する被加工材支持部とを具備する穴あけ加工装置により、被加工材に穴を開ける穴あけ加工方法であって、前記被加工材支持部に支持された被加工材の先端部に対応する位置に、前記装置本体に固定された状態でガイドブッシュ形成用ブロックを配置し、前記装着部にガイド穴形成用ドリルを取り付けて、該ガイド穴形成用ドリルにより前記ガイドブッシュ形成用ブロックにガイド穴を形成し、前記ガイド穴に穴あけ加工のための加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するスリーブを嵌め込むことでガイドブッシュを形成し、次いで、前記装着部に前記加工用ドリルを取り付けて、前記加工用ドリルにより、前記スリーブの内壁にガイドされた状態で、前記被加工材の穴あけ加工を行うことを特徴とする穴あけ加工方法を提供する。

穴あけ加工装置として、前記主軸の一軸のみを移動軸とするものに対して有効である。

本発明によれば、被加工材の先端部に対応する位置に装置本体に固定された状態でガイドブッシュ形成用ブロックを配置し、装着部にガイド穴形成用ドリルを取り付けて、ガイド穴形成用ドリルによりガイドブッシュ形成用ブロックに、穴あけ加工のための加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するガイド穴を形成するので、ガイドブッシュ軸芯は主軸軸芯と合った状態となる。このため、主軸軸芯とガイドブッシュ軸芯との軸芯合わせを行う必要がない。これにより、軸芯合わせに費やしていた時間を省略することができ、ベースブロックの据え付け精度を高くする必要がなく、さらに、一軸のみを移動軸とする加工装置の場合に、軸芯合わせのみのために可動軸を増加させる必要がない。

本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置に用いるクランプ装置を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置に用いるガイドブッシュの一例を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置に用いるガイドブッシュの他の例を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置に用いるガイドブッシュをベースブロックに固定した状態の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置に用いるガイドブッシュをベースブロックに固定した状態の他の例を示す図である。 本発明の穴あけ加工方法の一例における工程を説明するための図である。 本発明の穴あけ加工方法の他の例における工程を説明するための図である。 本発明の穴あけ加工方法のさらに他の例における工程を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置を示す平面図、図２はそのクランプ装置を示す模式図である。

穴あけ加工装置１は、一軸の加工装置として構成され、主軸（加工軸）を有するとともに、ドリルを装着する主軸の装着部となるクイル１１を有し、クイル１１に装着されたドリル１２を回転・送り可能な装置本体１０を有している。装置本体１０は、クイル１１を回転させる回転駆動部を有する主軸ヘッド１３と、主軸ヘッド１３を主軸方向に移動させ、ドリル１２を送る送り機構（図示せず）とを有している。

また、穴あけ加工装置１は、丸棒状のワーク（被加工材）２０をクランプするクランプ装置１４と、ワーク２０の加工端側（先端部）の外周に設けられたワークストッパ１５と、加工端側の中心部に設けられたガイドブッシュ１６と、スプラッシュガード１７とを有している。なお、クイル１１には、目的に応じた種々のドリルを装着することが可能となっている。

なお、ワーク２０は、丸棒状のものに限るものではない。

クランプ装置１４は、図２に示すように、上側の昇降Ｖブロック１４ａと、下側の固定Ｖブロック１４ｂとを有し、昇降Ｖブロック１４ａを下降させることによりワーク２０をクランプし、ワーク２０の長手方向の軸が主軸の中心軸Ｏに一致するようにワーク２０を固定する。なお、左右からＶブロックで挟むものであってもよい。

ガイドブッシュ１６は、図３に示すように、初期状態ではガイド穴が形成されていない無垢のブロック３１としてワーク２０の加工端側の中心部において装置本体１０のベースブロック３０上に固定し、装着部であるクイル１１にドリル１２としてガイド穴形成用ドリルを装着し、このガイド穴形成用ドリルによりガイド穴１９を形成したものを用いる。ガイド穴１９は、その後の穴あけ加工の際の加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するように形成される。

また、ガイドブッシュ１６としては、図４に示すように、ガイド穴形成用ドリルによりガイド穴１９を形成し、さらにガイド穴１９にスリーブ２１を嵌め込んだものを用いることもできる。スリーブを用いることにより摩耗により交換する部品をスリーブだけにすることができる。スリーブ２１を装着する際には、ガイド穴はスリーブが精度良く嵌められる径を有するように形成され、スリーブ２１としては、その後の穴あけ加工の際の加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するものを用いる。

ガイドブッシュ１６は、摩耗によりまたはワークの変更（異形材対応）により交換する必要があるため、交換可能部品としてベースブロック３０に対して着脱可能に取り付けられる。

ガイドブッシュ１６を形成するためのブロック３１は、ガイド穴形成用ドリルにより穿孔した部分がガイド穴になるから、位置決めの必要はなくベースブロック３０に固定されていればよく、固定の方法は問わない。ただし、ガイドブッシュ１６を取り外した後に元の位置に戻せるような固定方法が好ましい。例えば、図５に示すように、ベースブロック３０にガイドブッシュ１６を形成するためのブロック３１を嵌める矩形状の凹部３２を形成し、この凹部３２の底面３３および一方の側面３４にブロック３１の底面３５および一方の側面３６をあてた状態、すなわち二面で拘束した状態でねじ等により固定する方法を好適に用いることができる。また、図６に示すように、ベースブロック３０にテーパー状の凹部４２を形成し、テーパー状のブロック４１を嵌めるようにする方法も好適に用いることができる。

次に、以上のような構成を有する穴あけ加工装置による穴あけ加工を行う方法について図７を参照しながら説明する。

まず、ワーク２０が搬送ローラー（図示せず）によりクランプ装置１４へ挿入され、ワークストッパ１５に当たり停止したのち、搬送ローラーが降下し、丸棒状のワーク２０はクランプ装置１４の固定Ｖブロック１４ｂに着座する。この状態で、クランプ装置１４の昇降Ｖブロック１４ａを下降させることにより、ワーク２０の固定と水平方向のセンタリングを行う。このとき、図７（ａ）に示すように、ワーク２０の加工端側（先端部）の中心部には、ガイドブッシュ１６を形成するためのブロック３１を装置本体１０のベースブロック３０上に固定されるように設けておく。

この状態で、図７（ｂ）に示すように、装着部であるクイル１１にガイド穴形成用ドリル１２ａを装着し、次いで図７（ｃ）に示すように、ブロック３１にガイド穴１９を形成し、ガイドブッシュ１６を形成する。このとき、ガイド穴１９は、その後の穴あけ加工の際に用いる加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するように形成される。この場合、ガイド穴形成用ドリル１２ａは、ブロック３１の幅にガイド穴１９を形成できればよく、短尺のものでよいため、加工開始時のドリルの振れ等は生じない。

このようにしてガイド穴１９を形成した後、図７（ｄ）に示すように、クイル１１に加工用ドリル１２ｂを装着し、加工用ドリル１２ｂにより、ガイドブッシュ１６のガイド穴１９にガイドされた状態でワーク２０の穴あけ加工を行う。このとき、加工用ドリル１２ｂを低回転にしてガイドブッシュ１６のガイド穴１９に挿入し、加工を開始する。ワークにクランプが食付く際、加工端面に凹凸があったり、工具の剛性が弱かったりした場合、ドリル径方向の切削反力がドリル剛性に対し十分に打ち消されず、ドリル先端部が振動を起こそうとするが、ガイドブッシュ１６があるため、切削反力はガイドブッシュ機構により受け止められる。

加工終了後、ワーク２０から加工用ドリル１２ｂを抜き、クランプ装置１４のクランプを解除し、搬送ローラーを上昇させ、ワーク２０を搬出する。ＡＴＣ（自動工具交換装置）等を用いてドリルを交換する際以外は、加工用ドリル１２ｂはガイドブッシュ機構に挿入したままである。

ブロック３１にガイド穴１９を形成する際に、図８に示すような手法を用いてもよい。すなわち、最初に、図８（ａ）に示すように、クイル１１に下穴加工用ドリル１２ｃを装着して粗加工し、下穴１９ａを形成した後、図８（ｂ）に示すように、ボーリング加工用ドリル１２ｄに付け替えて、仕上げ加工としてのボーリング加工を行ってガイド穴１９を形成してもよい。この際には、下穴加工用ドリル１２ｃおよびボーリング加工用ドリル１２ｄの両方がガイド穴形成用ドリルとなる。

また、図７（ｃ）または図８のようにしてガイド穴１９を形成した後、図９（ａ）に示すように、スリーブ２１を嵌め込み、その後図９（ｂ）に示すように、加工用ドリル１２ｂによりワーク２０の穴あけ加工を行ってもよい。この際には、ガイド穴１９の内径が加工用ドリルの加工径（＝スリーブ２１の内径）に対して必ずプラス公差になるように加工を行い、好ましくはＨ７公差まで加工を行う。このようにスリーブ２１を用いる場合には、スリーブ２１がガイド穴１９に対してガタつかないようにするため、上述の図８のように仕上げ加工を行うことが好ましい。

なお、ガイドブッシュ１６がクランプ装置１４などと連結された状態である場合も存在するが、そのような場合には、ワーク２０の重量によりガイドブッシュ１６自体が沈み込む可能性があるため、平均的な重量の丸鋼片を載せ、クランプ荷重を掛けた状態でガイド穴１９の加工を行うことが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、ワーク２０の先端部に対応する位置に配置され、装置本体１０に固定された状態のガイドブッシュ１６を有し、ガイドブッシュ１６は、ワーク２０の先端部に設けられたブロック３１に、装着部であるクイル１１に装着されたガイド穴形成用ドリル１２ａにより形成されたガイド穴１９を有するので、ガイドブッシュ１６の軸芯は主軸の軸芯と合った状態となる。このため、主軸の軸芯とガイドブッシュ１６の軸芯との軸芯合わせを行う必要がない。これにより、軸芯合わせに費やしていた時間を省略することができ、また、ベースブロック３０の据え付け精度を高くする必要もない。さらに、本実施形態のように、移動軸が一軸の加工装置の場合に、軸芯合わせのみのために可動軸を増加させる必要がない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では一軸の加工装置を例にとって説明したが、本発明は二軸以上の加工装置にも適用可能である。

１ 穴あけ加工装置
１０ 装置本体
１１ クイル（装着部）
１２ ドリル
１２ａ ガイド穴形成用ドリル
１２ｂ 加工用ドリル
１２ｃ 下穴加工用ドリル
１２ｄ ボーリング加工用ドリル
１３ 主軸ヘッド
１４ クランプ装置
１５ ワークストッパ
１６ ガイドブッシュ
１７ スプラッシュガード
１９ ガイド穴
２０ ワーク（被加工材）
２１ スリーブ
３０ ベースブロック
３１，４１ ブロック
３２，４２ 凹部

Claims (3)

1. 主軸を有するとともに、ドリルを装着する前記主軸の装着部を有し、前記装着部に装着されたドリルを回転・送り可能な装置本体と、被加工材を支持する被加工材支持部とを具備する穴あけ加工装置により、被加工材に穴を開ける穴あけ加工方法であって、
   前記被加工材支持部に支持された被加工材の先端部に対応する位置に、前記装置本体に固定された状態でガイドブッシュ形成用ブロックを配置し、
   前記装着部にガイド穴形成用ドリルを取り付けて、該ガイド穴形成用ドリルにより前記ガイドブッシュ形成用ブロックに、穴あけ加工のための加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するガイド穴を形成することで、ガイドブッシュを形成し、
   次いで、前記装着部に前記加工用ドリルを取り付けて、前記加工用ドリルにより、前記ガイド穴にガイドされた状態で、前記被加工材の穴あけ加工を行うことを特徴とする穴あけ加工方法。
2. 主軸を有するとともに、ドリルを装着する前記主軸の装着部を有し、前記装着部に装着されたドリルを回転・送り可能な装置本体と、被加工材を支持する被加工材支持部とを具備する穴あけ加工装置により、被加工材に穴を開ける穴あけ加工方法であって、
   前記被加工材支持部に支持された被加工材の先端部に対応する位置に、前記装置本体に固定された状態でガイドブッシュ形成用ブロックを配置し、
   前記装着部にガイド穴形成用ドリルを取り付けて、該ガイド穴形成用ドリルにより前記ガイドブッシュ形成用ブロックにガイド穴を形成し、前記ガイド穴に穴あけ加工のための加工用ドリルの加工径に嵌め合う内径を有するスリーブを嵌め込むことでガイドブッシュを形成し、
   次いで、前記装着部に前記加工用ドリルを取り付けて、前記加工用ドリルにより、前記スリーブの内壁にガイドされた状態で、前記被加工材の穴あけ加工を行うことを特徴とする穴あけ加工方法。
3. 前記穴あけ加工装置は、前記主軸の一軸のみを移動軸とするものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の穴あけ加工方法。

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