JPH06270139A - 硬脆性材の穴加工方法 - Google Patents

硬脆性材の穴加工方法

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JPH06270139A
JPH06270139A JP5066426A JP6642693A JPH06270139A JP H06270139 A JPH06270139 A JP H06270139A JP 5066426 A JP5066426 A JP 5066426A JP 6642693 A JP6642693 A JP 6642693A JP H06270139 A JPH06270139 A JP H06270139A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】硬脆材料における穴加工方法で、技術分野はセ
ラミックスを使用する自動車,エレクトロニクス等工業
製品全般であり、技術課題は高精度・高速長寿命の研削
加工をコア砥石,コレットチャック,内部通液を用いて
実用化し、加工時の異常を研削抵抗で事前に検出する穴
加工システム。 【構成】コア砥石,コレットチャック,内部通液の3つ
を構成することによって加工可能となり、ドリル振れ1
5μm以内,慣らし加工によって更に高能率を達成した
ものであり、負荷検出をすることによって砥石の異常を
同時に検出しながら加工を行うものである。 【効果】硬脆材料において最適な穴加工方法を実現可能
としたものである。コア砥石の長寿命化,高精度穴明
け,高速穴明けを可能にし、加工そのものを金属と同等
レベルへ向上させ経済性を著しく向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス等の硬脆材
料において、冷却及び切粉排出のための内部通液方式で
コア砥石を用いた穴加工を行う時に用いる工具の保持と
内部通液のシール性を兼ね備えた特殊ホルダを用いた穴
加工方法とコア砥石負荷を検出することにより異常を判
断するシステムを持った硬脆材穴加工方法に関するもの
である。 本発明は硬脆材料を利用する自動車,エレク
トロニクス等のあらゆる工業製品分野の穴加工技術を対
象とする。
【0002】
【従来の技術】セラミックス等の硬脆材料に穴加工(特
に小径)を行うにはダイヤモンドを砥粒とした加工が主
流である。その中で遊離砥粒と固定砥粒とがあり、前者
の場合例えば「機械技術」第35巻第2号に示す超音波
加工があるが、加工精度を維持するための工具寿命と加
工能率低下の関係及び遊離砥粒方式では砥粒の処理の問
題があった。一方後者には研削加工があり、軸付砥石が
代表的だが、この場合の加工は砥石が中実であり、加工
穴全体を除去するため冷却方法が難しいために砥石が短
寿命であった。この軸付砥石の難点を解決できると予想
されたのが中空でパイプ状のコア砥石であった。しか
し、このコア砥石を使った加工法を有効に使うには内部
通液とコア砥石を保持するコレットチャックとコア砥石
の3つを構成する必要があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では特に加工
能率が多数の穴加工をするには問題があった。また、コ
ア砥石についてはセラミックスのような硬脆材対象で40
kgf/cm2以上の高圧の内部通液が使えるようなコレット
チャックが存在しなかった。
【0004】本発明は、工具にコア砥石を用いることに
より冷却及び切粉排出は内部通液方式が可能となるた
め、効果的な穴加工実用化が可能となる。また、コア砥
石は中空で研削面積が小さいため、加工除去体積が小さ
く、その分能率の良い加工が可能となり、その優れた加
工方法を提供するものである。また、その具体的な加工
法としてドリル振れの管理やコア砥石加工面を均一化す
る技術的手段を工夫することによって、より高能率な加
工を提供することができる。
【0005】また、加工時における負荷を検出すること
により、コア砥石及び加工品質の異常を事前に判断する
制御方式も兼ね備えた穴加工システムを同時に提供す
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には硬脆性材料の穴加工にコア砥石を用いる研削加工を
採用する。本発明の特徴はコア砥石を高精度に保持(取
付後の砥石振れ15μm以下)し、且つ内部通液をシー
ルできる特殊コレットチャックを用いることにある。こ
れらコア砥石,内部通液,コレットチャックを有効に構
成し、且つ加工プロセスを工夫することによって高精度
で高能率な加工となる。この加工プロセスの工夫とは内
部通液圧力を40kgf/cm2以上とし、第1穴目から穴数
Nまでは穴加工入口部加工速度F1(深さΔhmmまで)
Δh以降は加工速度F2とし、N+1穴目からはF3(>
2F2)で加工する。コア砥石をワーク穴加工中に慣ら
しを行い、N+1穴目から高速度F3で加工することを
実施する。
【0007】次に負荷検出については、研削抵抗検出セ
ンサーをテーブル内に埋め込むことによって加工時の負
荷を加工実時間で検出するものであり、その負荷の変化
を制御するものである。
【0008】
【作用】このコア砥石を用いた加工は、コア砥石を高精
度に保持する方法と、内部通液を有効に利用するための
シール性が重要である。前者については、パイプに変形
を与えずに高精度に保持すると同時に研削時の負荷に耐
えるだけの保持力が必要である。そのためには保持部分
はピンバイス型とすることによって前記した内容を満足
できるものである。後者については、コレットチャック
の高圧内部通液入口部にOリングを用いたシールと、ピ
ンバイスの締め付けによるシールを用いて内部通液の完
全シールを行っている。
【0009】負荷検出については、加工テーブル上の任
意の加工位置であっても検出できるように研削抵抗検出
センサーをテーブル内に埋め込んだものである。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。
【0011】尚、今回の実施例ではHv1100セラミ
ックス,対象φ2mm,深さ4mmの止まり穴を加工した。
加工時の回転数は10000回/分,砥石の周速は63
m/分,冷却用研削液は水溶性のもので行った。尚、図
1は本発明に使用した装置の概略図を示したものであ
る。コレットチャック1は装置主軸に組み込んだ状態で
あり、コア砥石2をチャックし、内部に高圧の研削液を
流している。また、コア砥石2の研削抵抗を検出するた
めに研削抵抗センサ内蔵真空チャックテーブル3上に被
加工物を乗せて加工を行うものである。
【0012】図2,3,4は本加工における3種類のコ
レットチャックを示したものである。このコレットチャ
ックのポイントはコア砥石の保持精度とシール性であ
る。図2の場合はすり割りタイプであり、保持精度にポ
イントを置いたものであるが、シール性が悪くすり割り
部をエポキシ樹脂を用いてシール性を高めてみたが、内
部通液圧が10〜20kgf/cm2と小さくシール性が充分
ではなかった。図3の場合はシール性にポイントを置い
たものである。すり割りが無い分シール性は良く40kg
f/cm2の内部通液圧が得られた。しかし、保持方法がエ
ポキシ樹脂による接着のため保持力が充分でなく加工時
にコア砥石が沈んでいく現象が起こる。一方、本発明で
効果が得られた図4の場合は、この両者の利点を兼ね備
えたコレットチャックである。この詳細を図5に示す。
通液入口側はOリング7によってシール性を保ってい
る。また、通液出口側にあたるすり割り部分は、コア砥
石のパイプを現合により調整しているため、チャックと
コア砥石の隙間は5μm程である。また、コア砥石はす
り割り部より漏れないように、すり割り部以上(l1)挿
入する。更に、シール性を高めるために締め付けナット
6で締め付ける(例えば90kgf/cm2)ことによって、
チャックとコア砥石の隙間を最小にしている。これでシ
ール性は40kgf/cm2と充分となる。尚、コレットの材
質はCRDが良好でSKS材ではピンバイス部が取扱い
等により折れることが発生した。
【0013】次に保持したときの振れ精度が問題であ
り、寿命や加工品質(入口チィッピング,カケが発生す
る)に効いてくるものである。図6は振れと寿命の関係
をまとめたものである。振れ15μm以内であれば寿命
も延びていることが分かる。また、当然のように振れが
大きいと加工品位は劣ってチィッピングやカケが発生す
る。したがって、振れ精度15μm以内であれば寿命及
び加工品位共に安定した穴加工が提供できる。一方、内
部通液の影響を調べたものが図7である。この結果から
も明らかなように低圧であると寿命も延びてないことが
言える。よって、内部通液圧は40kgf/cm2以上が効果
的である。次に穴加工1穴目〜N穴目まではコア砥石自
身のバラツキ(ダイヤ砥粒の先端形状の違い等)がある
ために、セラミックスワークに発生するチィッピングを
防ぐために入口喰付部(深さΔhmm)はコア砥石の進入
速度を低速F1mm/minで送りΔhmm以降はF2(>5
1)mm/minで加工する。N+1穴目からは、コア砥石
の当初のバラツキが取れてくる。このようなバラツキの
取れたコア砥石を用いると、新品砥石では入口喰付部を
低速で送っていたのに対し、コア砥石進入速度を初めか
ら高速F3(>2F2>5F1)mm/minで送ることができ
る。実際では図8のように加工時間を短くすることが可
能である。これらを総合すると加工の難しい硬脆材料に
おいても高精度で高能率な加工が実現できるものであ
る。
【0014】次に負荷検出システムについて説明する。
図9は本発明に使用したテーブルの研削抵抗検出センサ
の配置場所を示したものである。ここで研削抵抗(F
n)は垂直方向成分力である。このように4つのセンサ
を用いて図9のような位置に置くことによって全域のど
の位置においても加工時の研削抵抗(Fn)を検出でき
るようにしたものである。尚、本実施例では負荷の出力
は4つの負荷センサーの総和により出力している。この
センサ4個をテーブル寸法Lに対しL1を0.1L,L2
を0.8L,W1は0.2W,W2は0.6Wで実施例で
はL400mm,W270mm,深さ方向取付位置12mm内
部のところへ、例えば垂直力検出90kN分解能0.01
Nの水晶圧電式力変換センサで測定可能となった。(セ
ンサ1ヶの形状φ34.5mm,厚さ12mm)この負荷検
出を用いて加工した合成の研削抵抗特性値Fn−nの関
係例を図10に示す。基準研削抵抗(Fn−nカーブ)
を実験より実測設定し、それに対して異常現象を実験確
認し±20[N]の上限値と下限値を設定することによ
って、コア砥石の異常を事前に発見するシステムであ
る。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明はセラミック
ス等の硬脆材料において穴加工を行う際、コア砥石,コ
レットチャック,内部通液を用いることによって高精度
で高能率な加工が実現可能であると同時に負荷検出を行
うことにより安全性も考慮された総合的な穴加工法であ
る。従来超音波加工では精度維持や冷却のための工具上
下動作等で3分/穴だった加工能率が20倍に効率向
上。また、コア砥石加工でも速度で2〜2.5倍,コア
砥石寿命も4.5倍以上となった。更に、事前にコア砥
石の異常検出が可能となったことによりワークへのダメ
ージを前もって予防できる効果があり、経済性で効果が
ある。加工能率向上は加工時間短縮のみに滞まらず生産
設備台数の削減に直結し効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用した装置の概略図を示す。
【図2】3分割コレットチャックの斜視図である。
【図3】樹脂固定用コレットチャックの斜視図である。
【図4】本発明コレットチャックの斜視図である。
【図5】本発明コレットチャックの平面図及び側面図で
ある。
【図6】コア砥石の軸振れδと砥石寿命の実験データで
ある。
【図7】内部通液圧と砥石寿命の実験データである。
【図8】加工穴数と加工時間の関係データである。
【図9】研削抵抗センサ組み込みテーブルの平面図であ
る。
【図10】穴加工数と合成研削抵抗の関係データであ
る。
【符号の説明】
1…コレットチャック 2…コア砥石 3…研削抵抗セ
ンサ内蔵真空チャックテーブル 4…3分割コレットチ
ャック 5…樹脂接着コレットチャック 6…締め付けナット 7…Oリング 8…内部通液用コ
ネクタ 9…研削抵抗センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B28D 1/14 9029−3C (72)発明者 荻野 博之 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社日立 製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 塩川 武次 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社日立 製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 佐々木 秀昭 神奈川県秦野市堀山下1番地株式会社日立 製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パイプ状コア砥石の中央部空間に高圧で研
    削液を内部通液しながら穴加工することを特徴とする硬
    脆性材の穴加工方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のコア砥石を固定保持するピ
    ンバイスコレットチャックにおいて、シール継手を有
    し、この継手側より高圧研削液を印加し、チャックした
    砥石側へ貫通させることを特徴とするコレットチャッ
    ク。
  3. 【請求項3】請求項2のコレットチャックにコア砥石を
    取付けた状態で振れ精度δを15μm以下に管理すること
    を特徴とするコア砥石付コレットチャックを用いた硬脆
    性材の穴加工方法。
  4. 【請求項4】穴加工を実施する時、加工第1穴目から所
    定の穴数N穴目までは加工入口部(深さΔhmm)は進入
    加工速度F1で加工し、Δh以降の穴深さ部は加工速度
    2(F2>5F1)で加工し、その後穴数N+1穴目か
    らはF3(F3>2F2>5F1)で加工することを特徴と
    する加工速度制御式穴加工方法。
  5. 【請求項5】コア砥石の負荷抵抗を加工エリアの任意の
    場所においても検出することのできる真空チャック式研
    削抵抗負荷センサ付加工テーブルを有することを特徴と
    する穴加工方法。
  6. 【請求項6】前記テーブル上で穴加工を行うことによっ
    てコア砥石及び穴品質の異常発生を検出することを特徴
    とする請求項5記載の穴加工方法。
  7. 【請求項7】穴加工時の研削抵抗値が基準研削抵抗値
    (Fn)と加工穴数(n)の特性カーブより所定値以上
    に外れた場合にアラームを出し加工を停止することを特
    徴とする請求項6記載の穴加工方法。
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