JPH05301147A - 旋盤及び旋盤における小径ドリル加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 旋盤の刃物台の送り力を正確に検出すること
ができる新たな技術手段を提供することにより、ワーク
の正確な位置に正確な方向の小孔を能率良く加工できる
ようにした旋盤とその加工方法を提供する。 【構成】 タレット刃物台５の送りモータ７、８のサー
ボ制御装置２１に、出力トルク制御手段２７と、位置指
令ａと位置フィードバック信号ｂとの差信号である位置
偏差ｃを検出する手段３１と、位置偏差ｃと設定値ｄと
を比較する比較手段３３とを設ける。そして、小径ドリ
ル１２をワーク１４に接近させ、送りモータ８の出力ト
ルクを制限した状態で位置偏差ｃを監視しながらタレッ
ト刃物台５を低速で進出させ、位置偏差ｃの増大が検出
された時点で送りモータ８に与える位置指令ａを固定
し、この状態で位置偏差ｃが低下するまで待機し、その
後送りモータ８の出力トルクを増大させてタレット刃物
台５を進出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、タレット刃物台の送
りモータの制御手段に特徴がある旋盤および当該旋盤を
用いてワークに小径ドリル加工をする方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ装置で制御される旋盤の刃物台は、
通常サーボ制御装置で制御される送りモータで主軸（Ｚ
軸方向）および主軸直角方向（Ｘ軸方向）に移動され位
置決めされる。サーボ制御装置は、ＮＣ装置から与えら
れる位置指令とパルスエンコーダなどによって検出され
る位置フィードバック信号との差信号に基いて、移動時
および停止時の刃物台の速度および位置を制御してい
る。

【０００３】旋盤の主軸に把持されたワークに小孔を穿
孔するときには、タレット刃物台５の工具ホルダ１１に
装着した小径ドリル１２をワーク１４に対向させ、タレ
ット刃物台５をワークに向けて進出させることにより行
われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】小径のドリル加工にお
いては、ドリル１２の先端がワーク１４に食い込むとき
に、ドリル１２が曲がる、ドリルの先端が踊る、ドリル
の先端がワークに斜めに食い込んで曲がった穴が明いて
しまうなどの問題があり、時にはチッピングに到る場合
もある。この現象を防止するためには、ドリル１２の先
端がワーク１４の表面に当接するときのドリル１２の進
出速度を非常に遅くする必要があり、加工時間が長くな
る問題があった。

【０００５】この発明は、旋盤の刃物台の送り力を正確
に検出することができる新たな技術手段を提供すること
により、旋盤による小径ドリル加工時のドリルのチッピ
ングを防止してワークの正確な位置に正確な方向の小孔
を加工できるようにすることを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の旋盤は、タレ
ット刃物台５の送りモータ７及び／又は８のサーボ制御
装置２１に当該送りモータ７、８の送り力検出手段を設
けている。この送り力検出手段は、上記送りモータ７、
８の出力トルクを設定する出力トルク制御手段２７と、
当該送りモータのサーボ制御装置２１に与えられる位置
指令ａとパルスエンコーダ１３などによって検出される
位置フィードバック信号ｂとの差信号である位置偏差ｃ
を検出する位置偏差検出手段３１と、検出された位置偏
差ｃがその設定値ｄに達したときに制御出力ｅを生成す
る比較手段３３とを備えたものとしている。

【０００７】一般的には、タレット刃物台５の２方向の
送りモータ７及び８に送り力検出手段を設けるが、例え
ば下記小孔の加工が主軸方向又は主軸直角方向の一方向
のみしか行われない旋盤では、Ｚ軸方向又はＸ軸方向の
何れか一方の送りモータ７又は８のみに送り力検出手段
を設けたものとすることも可能である。

【０００８】上記旋盤を用いてワーク１４に小孔を穿孔
するときは、タレット刃物台５に装着された小径ドリル
１２の先端を主軸１に把持されたワーク１４の表面に接
近させてドリル１２を回転させた後、タレット刃物台５
のＸ軸方向送りモータ８（ワークに主軸直角方向の小孔
を開ける場合）又はＺ軸方向送りモータ７（ワークに主
軸方向の小孔を開ける場合）の出力トルクを制限した状
態で上記位置偏差ｃを監視しながらタレット刃物台５を
低速でワーク１４に接近させ、上記位置偏差ｃの増大が
検出された時点で上記送りモータ８又は７に与える位置
指令ａを固定し、この状態で位置偏差ｃが低下するまで
待機し、その後上記送りモータ８又は７の出力トルクを
増大させて所望の加工位置までタレット刃物台５を進出
させる。

【０００９】

【作用】サーボ制御装置２１は、ＮＣ装置２２から与え
られる位置指令ａとパルスエンコーダ１３等から与えら
れる位置フィードバック信号ｂとの差信号（位置偏差）
ｃが０になるように送りモータ７、８を駆動している。
従って負荷が送りモータ７、８の出力トルクを上回って
送りモータ７、８が停止ないしスローダウンしたときに
は、ＮＣ装置２２からの位置指令ａが変化し続けるにも
かかわらず、位置フィードバック信号ｂがそれに追従で
きなくなり、位置偏差（絶対値）ｃが急激に増加する。

【００１０】このとき、刃物台５には、出力トルク制御
手段２７で制限された出力トルクに対応する作用力が負
荷に対向する方向に与えられている。またこの状態で送
りモータ７、８に停止指令を与えて位置指令ａを固定す
ると、上記作用力が与えられ続け、負荷が解除され又は
負荷に抗して刃物台５が移動したときに、位置偏差（絶
対値）ｃが低下する。

【００１１】本発明の小径ドリル加工方法は、上記作用
を利用したもので、小径ドリル１２が振れ回りや曲がり
を生じないでワーク１４の表面を切削可能な範囲の弱い
力で刃物台５が送られるように送りモータ７、８の出力
トルクを制限している。そのため、小径ドリル１２の先
端がワーク１４に当接したときに小径ドリル１２の送り
速度は停止または停止に近い速度まで低下する。

【００１２】そして位置指令ａを固定して位置偏差ｃが
低下するまでは待機することにより、小径ドリル１２の
先端が弱い押し付け力のもとでワーク１４の表面に小さ
な穴を明けるのを待つ。そしてこの小さな穴により小径
ドリル１２の先端の移動や傾きが防止されるようになる
と位置偏差ｃが低下するから、その後正規の送り力と送
り速度で孔加工を行う。

【００１３】このように本発明の方法では、従来の手作
業による小径ドリル加工に準じた孔明け動作が実現さ
れ、特に刃先の切込み開始時には、ＮＣ装置２２からの
能動的な送りによらず、ドリルの切刃の状態やワークの
表面硬さに応じた受動的な送り速度で加工が行われ、熟
練した作業者による加工に近い動作で加工が行われる。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の旋盤の一実施例を示すブロ
ック図である。主軸１は図示されていないベッドと実質
上一体の主軸台２に軸支されており、その先端にチャッ
ク３が装着される。

【００１５】タレット４を備えた刃物台５は、主軸方向
（Ｚ軸方向）に摺動自在なスライド台６に主軸直角方向
（Ｘ軸方向）に摺動自在に装着され、スライド台６及び
刃物台５にはそれぞれＺ軸方向送りモータ７及びＸ軸方
向送りモータ８によって正逆転駆動される送りネジ９及
び１０が螺合している。タレット４は回転工具ホルダ１
１を備えた工具装着ステーションを有しており、その工
具ホルダ１１にはＸ軸方向の小径ドリル１２が装着され
ている。

【００１６】Ｚ軸方向およびＸ軸方向送りモータ７、８
は、サーボ制御装置２１によって制御されている。図１
にはＸ軸方向送りモータ８のサーボ制御系のみが示され
ている。サーボ制御装置２１は差分検出器２４、補償回
路２５及びパワーアンプ２６を備えており、ＮＣ装置２
２から与えられる位置指令ａと送りモータ８に装着され
たパルスエンコーダ１３から与えられる位置フィードバ
ック信号ｂとの差信号（位置指令）ｃを補償回路２５に
与え、補償回路２５は位置偏差ｃに基づく速度指令を算
出して速度フィードバック信号との差信号をパワーアン
プ２６に与えている。パワーアンプ２６から出力される
電流は、最大電流設定器２７の設定値で制限される。Ｎ
Ｃ装置２２はこの設定値を必要なタイミングで増減す
る。

【００１７】差分検出器２４から出力される位置偏差ｃ
は、位置偏差検出手段３１で検出されている。一方位置
偏差の増減を検出する際の比較対象となる設定値ｄは、
位置偏差設定手段３２に設定され、プラス側とマイナス
側の設定値＋ｄと−ｄが個別に設定される。比較器３３
は検出された位置偏差ｃが設定値ｄに達したときに制御
出力ｅを出力する。

【００１８】位置偏差検出手段３１、位置偏差設定手段
３２および比較手段３３は、実際にはＮＣ装置２２のプ
ログラムとして構成される。サーボ制御装置２１から位
置偏差ｃを取り出すことができないときは、ＮＣ装置２
２の位置指令ａとパルスエンコーダ１３等の位置フィー
ドバック信号ｂを位置偏差検出手段３１に入力し、その
差分として位置偏差ｃを検出する。

【００１９】図２はこの発明の方法による小径ドリル加
工方法を示すフローチャートで、刃物台５をＺ軸および
Ｘ軸方向に高速移動させて小径ドリル１２をワークの孔
加工位置に対向させた後、Ｘ軸方向送りモータ８にトル
ク制限をかけた状態で刃物台５を低速で進出させて小径
ドリル１２をワーク１４に接近させる。そして位置偏差
ｃの増大が検出されたら、サーボ制御装置に与える位置
指令ａを固定して送りを停止し、この状態で位置偏差ｃ
が減少するまで待機する。位置偏差の減少が検出された
ら、すなわち上記待機動作中に小径ドリル１２の先端が
ワーク１４に完全に食い込んだところで、トルク制限を
解除し、刃物台５を所定速度で所定量前進させ、孔底ま
で加工を行う。

【００２０】以上の実施例では、ワークに主軸直角方向
の小孔を加工する場合について述べたが、ワークに主軸
方向の小孔を加工するときには、タレット４に主軸方向
の小径ドリルを装着して上記と同様な手順でＺ軸方向送
りモータ７を制御してやればよい。

【００２１】この発明の方法で小径ドリル加工を行うと
きには、刃物台５の送りを停止してから位置偏差ｃが減
少するまでの待機時間はドリルの切れ味によって異な
り、ドリルの切れ味が悪くなれば当然加工時間が長くな
る。このことを利用すれば、高度な工具寿命管理が可能
である。

【００２２】すなわち工具が交換された直後のツールカ
ウンタが０を示しているときの加工時間を記憶し、この
加工時間より設定量ないし割合以上加工時間が長くなっ
たときに工具寿命と判断する。つまり加工時間がたとえ
ば１２０％となったときに工具寿命とすることにより、
加工条件が変わっても寿命データを変更する必要がなく
なり、より簡単な作業で正確な工具寿命管理を行うこと
が可能になる。

【００２３】図２のステップ３５以下の動作は、この工
具寿命管理のためのもので、孔底までの加工が終わった
後、加工開始時のタイムクリアからの経過時間を記憶
し、ツールカウンタが０であればその時間を設定値とし
て記憶し、次のサイクルに移る。ツールカウンタが０で
なければ、計測した加工時間と上記設定値とを比較し
て、設定％以上加工時間が長くなっているかどうかを判
定し、長くなっていなければ次の加工に移り、長くなっ
ていれば警報を出して作業者に工具の交換を要請する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来チッピングが発生する、あるいは加工時間が長
くかかる、等の問題があった小径ドリル加工が、人間の
手作業による加工、すなわちドリルの先端をゆっくりワ
ークに当て、小さな孔が明くまで弱い力でワークにドリ
ルを押し付け、小さな孔が明いたらドリルに力を加えて
最後まで孔明けを行うという動作が自動的に実現され、
工具に振れ回りや曲がりを生じさせることなく、小径ド
リル加工を正確にかつ速やかに行うことができるという
効果がある。

【００２５】さらにこの発明の方法による加工の加工時
間を計測することにより、工具寿命をより簡単に管理で
きるという特徴がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を示すブロック図

【図２】小径ドリル加工方法のフローチャート

【符号の説明】

５ タレット刃物台 ８ Ｘ軸方向送りモータ 12 小径ドリル 14 ワーク 21 サーボ制御装置 27 最大電流設定器 31 位置偏差検出手段 33 比較手段 ａ 位置指令 ｂ 位置フィードバック信号 ｃ 位置偏差 ｄ 設定値 ｅ 制御出力

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タレット刃物台(5) の送りモータ(7) 及
   び／又は(8) がサーボ制御されている旋盤において、上
   記送りモータの送り力検出手段を備えており、当該送り
   力検出手段は、上記送りモータの出力トルクを設定する
   出力トルク制御手段(27)と、当該送りモータのサーボ制
   御装置(21)に与えられる位置指令(a)と位置フィードバ
   ック信号(b) との差信号である位置偏差(c) を検出する
   位置偏差検出手段(31)と、検出された位置偏差(c) がそ
   の設定値(d) に達したときに制御出力(e) を生成する比
   較手段(33)とを備えている、旋盤。
2. 【請求項２】 タレット刃物台(5) に装着された小径ド
   リル(12)でワーク(14)に小孔を穿孔する旋盤における小
   径ドリル加工方法において、ドリル(12)の先端をワーク
   (14)に接近させてドリル(12)を回転させた後、上記ドリ
   ル(12)の軸線方向にタレット刃物台(5) を移動させる送
   りモータ(8) の出力トルクを制限した状態で請求項１記
   載の位置偏差(c) を監視しながらタレット刃物台(5) を
   低速でワーク(14)に接近させ、上記位置偏差(c) の増大
   が検出された時点でタレット刃物台(5) に与える位置指
   令(a) を固定し、この状態で位置偏差(c) が低下するま
   で待機し、その後上記送りモータ(8) の出力トルクを増
   大させて所望の加工位置までタレット刃物台(5) を進出
   させることを特徴とする、旋盤における小径ドリル加工
   方法。