JP6466232B2

JP6466232B2 - Ｂｔａ深穴加工機

Info

Publication number: JP6466232B2
Application number: JP2015081034A
Authority: JP
Inventors: 山寛弥杉; 地治彦菊; 林博之小; 田敦司多
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2035-04-10
Also published as: JP2016198860A

Description

本発明は、深穴加工を行うＢＴＡ深穴加工機に関する。

従来より、ＢＴＡ深穴加工機という深穴加工機が広く用いられている。ＢＴＡの名称は、ドイツ、英国、フランス、スウェーデン及び米国の間でかつてＢｏｒｉｎｇ＆ＴｒｅｐａｎｎｉｎｇＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＢＴＡ）を組織し、工具の規格定形、作業条件の基準化に努め、相互に技術情報の交換を行い、この方式の一層の開発を目的として啓蒙を行ったことに由来している。具体的には、ＢＴＡ深穴加工機は、内部に流路が形成された筒状のドリル（ボーリングバーとも言う）によってワークを加工する。加工においては、ドリルの外周面とワークの被削面との間に高圧の切削液が供給される。当該切削液は、発生する切粉をドリルの内部に形成された流路を通じて外部に排出させる機能の他、ドリルを冷却する機能、切削点の潤滑機能等を担っている。

ＢＴＡ深穴加工機によるワークの設置方法には、２つのタイプがある。工具と同心に回転されるようにワークをチャックにより固定する方法と、ワークをテーブル上に載置する方法である。後者の方法の方が、ワークの形状の自由度が高い。また、後者の方法であれば、ワークを複数並列に設置しておいて、工具の軸線方向に対して垂直な面に沿ってテーブルを移動させることによって、複数の深穴加工を実現することもできる。

ワークをテーブル上に載置する具体的な方法としては、テーブル上に設置された一対のＶブロックを用いる方法が一般的である。この場合、一対のＶブロック上にワークが載置され、例えばボルト等の締結具によって当該一対のＶブロックの上方からワークが締付固定される。

特公平７−４６８９号公報

テーブル上にワークを設置する場合、貫通孔を加工する際に、工具がワークを貫通する際に高圧の切削液が飛散して周囲を汚してしまうことを防止するために、工具がワークを貫通する位置を覆うように、予めシール部材がワークに対して液密に当接配置される。

具体的には、特公平７−４６８９号公報（特許文献１）に開示されているように、ワークストッパ手段（８）がシール部材である押し付け部材（８３）をワーク（Ｗ）に対して押圧しておくことにより、工具（４）がワーク（Ｗ）を貫通する際に高圧の切削液が飛散して周囲を汚してしまうことを防止している（図５参照）。

ここで、強固にワークを固定しようとして締結具の締付力を大きくしすぎると、ワークが変形してしまうおそれがある。

一方、締結具による締付力が小さいと、シール部によるワークへの押圧力（一定値に保たれる）によってワークが加工前に移動してしまうことがある。これを防止するためには、当該ワークが移動しないような小さな値に当該押圧力を抑えておく必要があり、場合によって、シール部のシール効果が十分でないという問題があった。

本発明は、以上のような問題に鑑みて、締結具による締付力が小さい場合であっても、シール部のシール効果を十分に実現することができるＢＴＡ深穴加工機を提供することを課題とする。

本発明は、ワークの一方の側に配置され、他方の側の端部から一方の側の領域まで延びる流路が内部に形成された筒状の工具と、前記工具の一方の側の少なくとも一部を支持して当該工具をその軸線周りに回転させる工具回転機構と、前記工具回転機構を支持する主軸台と、前記主軸台を前記工具の軸線方向に移動させる主軸台移動機構と、前記ワークの加工時に、前記ワークの被削面と前記工具との間に切削液を供給すると共に、当該切削液を前記流路を介して前記工具の他方の側の端部から一方の側の領域へと環流させる切削液供給装置と、前記ワークの他方の側に当接されるシール部と、前記シール部を前記工具の軸線方向に移動させるシール部移動機構と、前記ワークの加工時に、当該ワークに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を評価する押圧力評価手段と、前記押圧力評価手段の評価結果に基づいて前記シール部移動機構を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記押圧力に対応して、前記ワークの静止状態を維持するような力で当該ワークを他方の側から一方の側へ押圧するように前記シール部移動機構を制御するようになっていることを特徴とするＢＴＡ深穴加工機である。

本発明によれば、ワークの深穴加工時に、ワークに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力に対応してワークの静止状態を維持するような力でワークを他方の側から一方の側へ押圧することにより、ワークに対する締結具による締付力が小さい場合であっても、ワークが加工前に移動してしまうことが防止されるため、シール部のシール効果を十分に実現することができる。

好ましくは、前記制御手段は、前記押圧力に対応して、前記押圧力評価手段において評価された押圧力と同一の大きさで当該前記押圧力とは反対方向の力で前記ワークを他方の側から一方の側へ押圧するように前記シール部移動機構を制御するようになっている。

この場合、ワークに対する締結具による締付力が極めて小さい場合、更には、ワークを締結具で締結しない場合であっても、ワークが加工前に移動してしまうことが防止されるため、シール部のシール効果を十分に実現することができる。

また、好ましくは、前記押圧力評価手段は、前記工具回転機構が前記工具を回転させる際に当該工具回転機構を通流する電流を検出する第１のセンサと、前記主軸台移動機構が前記主軸台を移動させる際に当該主軸台移動機構を通流する電流を検出する第２のセンサと、前記切削液の供給圧力を検出する第３のセンサと、前記第１乃至第３のセンサの各検出結果に基づいて、前記押圧力を評価する評価本体部と、を有している。

この場合、ワークに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を正確に評価することができるため、ワークの静止状態を確実に維持することができる。

好ましくは、前記切削液供給装置は、前記工具によって貫通されている内部孔と、当該内部孔から切削液供給口に至る流路と、を有すると共に、前記ワークの一方の側に当接可能であって、前記工具の軸線方向に移動可能な圧力台と、前記圧力台の前記切削液供給口と切削液供給源とを接続する切削液供給管と、を有している。

この場合、いわゆるシングルチューブ方式の工具（ドリル）を使用しての深穴加工において、被削面と工具との間に切削液を確実に供給することができる。

また、好ましくは、前記押圧力評価手段は、前記圧力台が前記ワークを押圧する力を検出する第４のセンサを更に有しており、前記評価本体部は、前記第１乃至第４のセンサの各検出結果に基づいて前記押圧力を評価するようになっている。

この場合、いわゆるシングルチューブ方式の工具（ドリル）を使用しての深穴加工において、ワークに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を正確に評価することができるため、ワークの静止状態を確実に維持することができる。

更に、好ましくは、前記圧力台は、前記内部孔の一方の側の領域において、前記工具の回転を許容すると共に当該工具との間で液密状態を維持するシール部材を有している。

この場合、ワークに対する深穴加工中に、圧力台の一方の側の領域から切削液が漏れてしまうことを防止することができる。

本発明によれば、ＢＴＡ深穴加工機によるワークの深穴加工時に、ワークに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力に対応してワークの静止状態を維持するような力でワークを他方の側から一方の側へ押圧することにより、ワークに対する締結具による締付力が小さい場合であっても、ワークが加工前に移動してしまうことが防止されるため、シール部のシール効果を十分に実現することができる。

本発明の一実施の形態のＢＴＡ深穴加工機の概略正面図である。図１のＢＴＡ深穴加工機の切削液供給装置の概略断面図である。図１のＢＴＡ深穴加工機のシール部の概略断面図である。図１のＢＴＡ深穴加工機の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。従来のＢＴＡ深穴加工機のシール部及びワーク周辺を示す概略正面図である。

以下に、添付の図面を参照して本発明の一実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態のＢＴＡ深穴加工機１００の概略正面図である。図１に示すように、ＢＴＡ深穴加工機１００は、加工機２００と、当該加工機２００を制御する制御装置３００と、を有している。

本実施の形態の加工機２００は、深穴加工の対象となるワークＷの設置位置（ワークＷの設置方法については後述される）の一方の側（図１においては右側）に配置され、他方の側（図１においては左側）端部から一方の側の領域（例えば、一方の側の端部。但し、端部でなくてもよい）まで延びる流路（図示は省略されている）が内部に形成された、筒状の工具１０を有している。また、本実施の形態の加工機２００は、工具１０の一方の側の少なくとも一部を支持して当該工具１０をその軸線周りに回転させる工具回転機構１１と、工具回転機構１１を支持する主軸台２０と、主軸台２０を工具１０の軸線方向に移動させる主軸台移動機構２１と、を有している。更に、本実施の形態の加工機２００は、加工時においてワークＷの被削面と工具１０との間に切削液を供給すると共に、当該切削液を前記流路を介して工具１０の他方の側の端部から一方の側の領域へと環流させる切削液供給装置３０と、を有している。また、本実施の形態の加工機２００は、ワークＷの他方の側に当接されるシール部４０と、シール部４０を工具１０の軸線方向に移動させるシール部移動機構４１と、を有している。本実施の形態では、主軸台２０及びシール部移動機構４１は、ベッド８０上に支持されている。

図２は、図１のＢＴＡ深穴加工機１００の切削液供給装置３０の概略断面図である。図２に示すように、本実施の形態の切削液供給装置３０は、工具１０によって貫通されている円筒状の内部孔３２と、当該内部孔３２から当該切削液供給装置３０の下方外面に露出する切削液供給口３４に至る流路３３と、を有すると共に、ワークＷの一方の側（右側）に当接可能であって、工具１０の軸線方向に移動可能な圧力台３１を有している。また、切削液供給装置３０は、当該圧力台３１の切削液供給口３４と切削液供給源３５とを接続する切削液供給管３６を有している。本実施の形態では、切削液供給装置３０は、例えば１〜１．５ＭＰａの圧力で切削液を供給するようになっている。

また、本実施の形態の内部孔３２（切粉の回収回路の一部を構成する）は、内径２５０ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、内部孔３２は、図２に示すように、一方の側の領域（右側領域）において、工具１０の回転を許容すると共に工具１０との間で液密状態を維持する環状のシール部材３７を有している。更に、本実施の形態では、圧力台３１の他方の側の領域において、当該圧力台３１とワークＷとの間で液密状態を維持する環状のシール部材３８が設けられている。

図３は、図１のＢＴＡ深穴加工機１００のシール部４０及びシール部移動機構４１の概略断面図である。図３に示すように、本実施の形態のシール部４０は、一方の側の端部が解放された内径１４０ｍｍ、深さ７５ｍｍの有底円筒形状を有しており、当該一方の側の端部は、ワークＷに液密状態を維持するように当接されるようになっている。

また、本実施の形態のシール部移動機構４１は、シリンダ４２と当該シリンダ４２の内部に摺動可能に嵌入されたピストン４３と、を有する油圧式の押圧シリンダである。シール部移動機構４１は、後述される制御装置３００に接続されており、当該制御装置３００によって、ピストン４３がシリンダ４２に対して軸線方向に摺動され得るようになっている。すなわち、制御装置３００によって、シール部４０がシリンダ４２に対して軸線方向に移動され得るようになっている。本実施の形態のシール部移動機構４１は、シール部４０を介してワークＷを例えば３０００Ｎの力で押圧することができる。

本実施の形態の加工機２００は、制御装置３００によって制御されるようになっている。図１のＢＴＡ深穴加工機１００の制御装置３００の概略的な構成を示すブロック図が、図４に示されている。

図４に示すように、本実施の形態の制御装置３００は、ワークＷの加工時に、当該ワークＷに対して一方の側（右側）から他方の側（左側）に向かって与えられている押圧力を評価する押圧力評価手段５０と、押圧力評価手段５０の評価結果に基づいてシール部移動機構４１を制御する制御手段６０と、を備えている。

本実施の形態の押圧力評価手段５０は、工具回転機構１１が工具１０を回転させる際に当該工具回転機構１１を通流する電流を検出する第１のセンサ５１と、主軸台移動機構２１が主軸台２０を移動させる際に当該主軸台移動機構２１を通流する電流を検出する第２のセンサ５２と、切削液の供給圧力を検出する第３のセンサ５３と、圧力台３１がワークＷを押圧する際に、圧力台３１を移動させる圧力台移動機構７０を通流する電流を検出する第４のセンサ５４と、を有している。また、押圧力評価手段５０には評価本体部５５が設けられており、当該評価本体部５５は、第１の電流センサ５１、第２の電流センサ５２、第３の圧力センサ５３及び第４の電流センサ５４の各検出結果に基づいて、ワークＷに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を評価するようになっている。

具体的には、例えば、評価本体部５５には、第１の電流センサ５１の検出結果、第２の電流センサ５２の検出結果、第３の圧力センサ５３の検出結果、及び、第４の電流センサ５４の検出結果と、それら各検出結果に対応する状態下で一方の側（右側）から他方の側（左側）へとワークＷに対して実際に与えられている力と、を対応付けるデータテーブル（あるいは４入力１出力の関数）が格納されている。このデータテーブルは、例えば、実際の実験に基づいて予め作成され得る。

評価本体部５５は、このテーブルを参照することにより、第１乃至第４のセンサ５１乃至５４の検出結果に基づいて、ワークＷに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を評価するようになっている。

更に、本実施の形態の制御手段６０は、以上のようにして評価された押圧力に対応して、ワークＷの静止状態を維持するような力で、具体的には、押圧力評価手段５０において評価された押圧力と同一の大きさで当該押圧力とは反対方向の力で、ワークＷを他方の側から一方の側へ押圧するようにシール部移動機構４１を制御するようになっている。

次に、本実施の形態のＢＴＡ深穴加工機１００の作用について説明する。

まず、シール部４０と圧力台３１との間に、ワークＷが設置される。本実施の形態では、工具１０の軸線方向からの位置ずれを防止するべく、テーブル上に載置されたＶブロック（不図示）上にワークＷが載置される。

次に、シール部移動機構４１及び圧力台移動機構７０によって、シール部４０及び圧力台３１がワークＷに向かって共に移動される。そして、当該シール部４０及び当該圧力台３１によってワークＷが挟持され、工具１０の軸線方向におけるワークＷの加工前の位置決めが完了する。

この状態から、深穴加工が開始される。すなわち、工具回転機構１１によって工具１０がその軸線回りに回転されると共に、主軸台移動機構２１が起動されて、主軸台２０が他方の側に向かって移動される。すなわち、工具１０がワークＷに向かって移動される。回転する工具１０がワークＷに当接することで、当該ワークＷに対する深穴加工が開始される。工具１０とワークＷとの当接に先行して、切削液供給装置３０により工具１０とワークＷの被削面との間に高圧（１〜１．５ＭＰａ）の切削液が供給される。当該切削液は、切削液供給源３５から、切削液供給管３６及び流路３３を介して、圧力台３１の内部孔３２に供給され（図２参照）、当該内部孔３２を通流して工具１０とワークＷの被削面との間に流入する。当該切削液は、工具１０を冷却する機能を担う。また、当該切削液は、加工により発生される切粉を巻き込んで（飲み込んで）、工具１０の内部に形成された流路（不図示）を介して工具１０の一方の側の領域（例えば一方の側の端部に設けられた排出口（不図示））へと排出される。

ワークＷの深穴加工の間、ワークＷには、工具１０等により、一方の側から他方の側に向かう押圧力が与えられている。当該押圧力は、ワークＷの材料特性に依存する加工時の抵抗及び工具１０のワークＷに対する送り速度等による工具１０起因の力の他、圧力台３１からの力や高圧の切削液による力も影響する。このような押圧力を評価するために、本実施の形態の押圧力評価手段５０は、第１の電流センサ５１によって、工具回転機構１１（工具回転モータ）が工具１０を回転させる際に当該工具回転機構１１を通流する電流を検出し、第２の電流センサによって、主軸台移動機構２１（主軸台移動モータ）が主軸台２０を移動させる際に当該主軸台移動機構２１を通流する電流を検出し、第３の圧力センサ５３によって、切削液の供給圧力を検出し、第４の電流センサ５４によって、圧力台移動機構７０（圧力台移動モータ）が圧力台３１を移動させる際に当該圧力台移動機構７０を通流する電流を検出する。

以上の検出結果は、評価本体部５５に伝送される。そして、当該評価本体部５５は、例えば評価本体部５５に格納されている前述のデータテーブルを参照することにより、ワークＷに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を評価する。

評価本体部５５により評価された押圧力は、制御手段６０にリアルタイムで伝送される。そして、当該制御手段６０は、評価本体部５５により評価された押圧力と同一の大きさで当該押圧力とは反対方向の力で、ワークＷを他方の側から一方の側へ押圧するようにシール部移動機構４１を制御する。この結果、ワークＷの深穴加工の間、ワークＷに対する一方の側から他方の側に向かう押圧力と他方の側から一方の側へのシール部移動機構４１による力とのバランスがとられることにより、ワークＷの静止状態が維持される。

以上のような本実施の形態によれば、ワークＷの深穴加工時に、ワークＷに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力に対応してワークＷの静止状態を維持するような力、具体的には、押圧力評価手段５０において評価された押圧力と同一の大きさで当該押圧力とは反対方向の力で、ワークＷを他方の側から一方の側へ押圧することにより、ワークＷに対する締結具による締付力が小さい場合、更には、ワークＷを締結具で締結しない場合であっても、ワークＷが加工前に移動してしまうことが防止される。このため、シール部４０のシール効果を十分に実現することができる。

また、押圧力評価手段５０は、工具回転機構１１を通流する電流を検出する第１の電流センサ５１、主軸台移動機構２１を通流する電流を検出する第２の電流センサ５２、切削液の供給圧力を検出する第３の圧力センサ５３、及び、圧力台移動機構７０を通流する電流を検出する第４の電流センサ５４、の各検出結果に基づいて押圧力を評価することにより、ワークＷに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を正確に評価することができるため、ワークＷの静止状態を確実に維持することができる。

更に、切削液供給装置３０は、工具１０によって貫通されている内部孔３２と当該内部孔３２から切削液供給口３４に至る流路３３とを有すると共にワークＷの一方の側に当接可能であって工具１０の軸線方向に移動可能な圧力台３１と、当該圧力台３１の切削液供給口３４と切削液供給源３５とを接続する切削液供給管３６と、を有していることにより、いわゆるシングルチューブ方式の工具（ドリル）を使用しての深穴加工において、被削面と当該工具との間に切削液を確実に供給することができる。

また、圧力台３１が、内部孔３２の一方の側の領域において、工具１０の回転を許容すると共に当該工具１０との間で液密状態を維持するシール部材３７を有していることにより、ワークＷに対する深穴加工中に、圧力台３１の一方の側の領域から切削液が漏れてしまうことを防止することができる。

なお、本実施の形態では、シール部４０を支持するピストン４３が、ベッド８０に固定されたシリンダ４２に対して移動するようになっているが、シリンダ４２にシール部４０を支持させベッド８０に対してピストン４３を固定することにより、シール部４０を支持するシリンダ４２が、ベッド８０に固定されたピストン４３に対して移動するようになっていてもよい。

また、押圧シリンダでなくても、例えば、シール部４０の他方の側が当該シール部４０と共に移動可能な移動体（前記実施の形態におけるピストン４３の代替物）により一体的に支持され、且つ、当該移動体が工具の軸線方向に延びるレール上において移動可能に支持されていてもよい。この場合、シール部移動機構は、制御手段６０によって制御されて、ワークＷに与えられている押圧力に対応してワークＷの静止状態を維持するような力でワークＷを他方の側から一方の側へ押圧するように、シール部４０を一体的に支持する移動体を工具１０の軸線方向に移動させるようになっている。

１０工具
１１工具回転機構
２０主軸台
２１主軸台移動機構
３０切削液供給装置
３１圧力台
３２内部孔
３３流路
３４切削液供給口
３５切削液供給源
３６切削液供給管
３７シール部材
３８シール部材
４０シール部
４１シール部移動機構
４２シリンダ
４３ピストン
５０押圧力評価手段
５１第１電流センサ
５２第２電流センサ
５３圧力センサ
５４第３電流センサ
５５評価本体部
６０制御手段
７０圧力台移動機構
８０ベッド
１００ＢＴＡ深穴加工機
２００加工機
３００制御装置
４工具
７ワーククランプ手段
８ストッパ手段
８３押し付け部材
Ｗワーク

Claims

ワークの一方の側に配置され、他方の側の端部から一方の側の領域まで延びる流路が内部に形成された筒状の工具と、
前記工具の一方の側の少なくとも一部を支持して当該工具をその軸線周りに回転させる工具回転機構と、
前記工具回転機構を支持する主軸台と、
前記主軸台を前記工具の軸線方向に移動させる主軸台移動機構と、
前記ワークの加工時に、前記ワークの被削面と前記工具との間に切削液を供給すると共に、当該切削液を前記流路を介して前記工具の他方の側の端部から一方の側の領域へと環流させる切削液供給装置と、
前記ワークの他方の側に当接されるシール部と、
前記シール部を前記工具の軸線方向に移動させるシール部移動機構と、
前記ワークの加工時に、当該ワークに対して一方の側から他方の側に向かって与えられている押圧力を評価する押圧力評価手段と、
前記押圧力評価手段の評価結果に基づいて前記シール部移動機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記押圧力に対応して、前記ワークの静止状態を維持するような力で当該ワークを他方の側から一方の側へ押圧するように前記シール部移動機構を制御するようになっている
ことを特徴とするＢＴＡ深穴加工機。
前記制御手段は、前記押圧力に対応して、前記押圧力評価手段において評価された押圧力と同一の大きさで当該押圧力とは反対方向の力で前記ワークを他方の側から一方の側へ押圧するように前記シール部移動機構を制御するようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載のＢＴＡ深穴加工機。
前記押圧力評価手段は、
前記工具回転機構が前記工具を回転させる際に当該工具回転機構を通流する電流を検出する第１のセンサと、
前記主軸台移動機構が前記主軸台を移動させる際に当該主軸台移動機構を通流する電流を検出する第２のセンサと、
前記切削液の供給圧力を検出する第３のセンサと、
前記第１乃至第３のセンサの各検出結果に基づいて、前記押圧力を評価する評価本体部と、
を有している
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＢＴＡ深穴加工機。
前記切削液供給装置は、
前記工具によって貫通されている内部孔と、当該内部孔から切削液供給口に至る流路と、を有すると共に、前記ワークの一方の側に当接可能であって、前記工具の軸線方向に移動可能な圧力台と、
前記圧力台の前記切削液供給口と切削液供給源とを接続する切削液供給管と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＢＴＡ深穴加工機。
前記押圧力評価手段は、前記圧力台が前記ワークを押圧する力を検出する第４のセンサを更に有しており、
前記評価本体部は、前記第１乃至第４のセンサの各検出結果に基づいて、前記押圧力を評価するようになっている
ことを特徴とする請求項４に記載のＢＴＡ深穴加工機。
前記圧力台は、前記内部孔の一方の側の領域において、前記工具の回転を許容すると共に当該工具との間で液密状態を維持するシール部材を有している
ことを特徴とする請求項４または５に記載のＢＴＡ深穴加工機。