JPH084965B2 - 穴明装置及び制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、ガンドリル式運転・ステップ式運転がで
き、ドリルと切削材の衝突、食付かない空回り現象、ド
リルの切削スピードをロッドの送りスピードが上回る速
度のアンバランス等を解決して、mm単位小径ドリルによ
る穴明けが可能な穴明装置であり、その穴明装置によっ
てmm単位小径の深穴明けを可能とするステップ式運転の
制御方法に関するものである。

（ロ）従来の技術 従来の穴明装置は、原動機とドリルの回転は完全に一
体関係にあり、ドリルとロッドの進行は一体的であり、
速送りから切削速度に一気に減速する中間停止制御には
ロッドをロックするブレーキ制御が看られた。ドリルを
原動機で回転させ、これをシリンダーのロッドで速送り
で前進させ、切削材の寸前で切削速度に減速し、ドリル
先端の刃で切削材を切削して穴明けする。

穴明装置でステップ式運転をするには、機械式制御と
コンピュータ制御の２つの制御方法が看られる。

mm単位小径ドリルの穴明けには、気圧シリンダーのロ
ッドを高速で油圧シリンダーのロッドに打当て、その衝
撃で瞬間的に切削するハイドローなる方法が看られる。

（ハ）発明が解決しようとする課題 ガンドリル式運転に限らずステップ式運転でも、ロッ
ドの送り速度とドリルの切削速度のバランスが一致しな
いため、ドリルの刃先の摩耗が大きく、mm単位の小径ド
リルの場合破損してしまう。

機械式制御によるステップ送りは、切削位置からどれ
だけ手前で減速するかと一回の切削量は常に同じで変わ
らない。しかし、ロッドの移動距離が長くなるほど加速
度を増して高速となるため、制動距離も長くなる。ま
た、横向にして使用する場合と縦向にして使用する場合
では穴明装置の自重による加速度が変化するので制動距
離は更に長くなる。切削量もドリルの種類や摩耗状態、
切削材の質によって夫々微妙な差異がある。それらの条
件が変っても同じパターンの制御を繰り返すだけであ
る。調整はできない。ドリルと切削材が衝突を起すた
め、刃先を大きく摩耗し、mm単位の小径ドリルの場合曲
るなどの破損を生じる。穴明け作業は微妙で、条件によ
ってパターンを変える必要がある。

コンピュータ制御によるステップ送りは、全ての条件
を計算した数値を基にコンピュータにプログラムをイン
プットしてロッドブレーキによる中間停止制御を行い、
切削量を決めている。ロッドの減速は、実際と計算では
２〜0.2mmの誤差がある。また、横向にして使用する場
合と縦向にして使用する場合では穴明装置の自重による
加速度が変化するので計算通りにブレーキは働かなくな
り、もっと大きな誤差が出る。また速送りの距離が長く
なるほど加速度が増す。切削量もドリルの種類や摩耗状
態、切削材の質によって夫々微妙な差異がある。それら
の条件が変る度に専門家に依頼してコンピュータのプロ
グラムを変更しなくてはならなかった。また、運転中の
調整はできない。ドリルと切削材が衝突を起すため、刃
先を大きく摩耗し、mm単位の小径ドリルの場合曲るなど
の破損を生じる。穴明け作業は微妙で、コンピュータの
予定通りには行かない。

従来の穴明装置では、2mm以下の小径ドリルの深穴明
けは困難である。小径ドリルによく使用されるハイドロ
ー方式も同じことで、ドリルの刃先が瞬間的に高速で切
削材に衝突し発熱を起こし摩耗が激しいことがその理由
として挙げられる。ドリルが細くなるほど衝撃に耐えら
れず破損しやすい。

現在、1mm小径ドリルによる深穴明けができる穴明装
置はない。カタログ上に記載されていても、実際には切
削できずにドリルが破損することがしばしば起こる。回
転する刃先が切削材の表面（或は穴底）で空回りし食付
かない学問的な定説な未だないが、高速で回転するmm単
位ドリルの刃先の先端が切削材との摩擦によって瞬時に
高温となり、マッキング（表面硬化）を起し、切削不能
となるものと思われる。

この発明は、送り速度と切削速度のバランスをとるこ
とができ、mm単位小径ドリルによる穴明けができ、ガン
ドリル式運転とステップ式運転ができ、運転中でも状況
を見て数値の変更が簡単にでき、中間停止制御の誤差が
0.05mmの高精度である穴明装置と、その穴明装置で1mm
小径ドリルによる深穴明けも可能であるステップ式運転
の制御方法を提供することを目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明は、原動機、原動機の回転を伝導切離自在な
電磁クラッチ、電磁クラッチと連動したチャックホルダ
ー、チャックホルダーに保持されたドリルから成る回転
装置と、 穴明けに伴ないドリルの刃先に一定以上の力が加わる
とロッドに対してチャックホルダーがドリルの軸方向に
後退し、力が弱まるとチャックホルダーが復元に向い伸
縮するクッション装置と、 ロッドと一体形成された仕切弁を内設するシリンダー
の後方流出入口はポンプの一端に、前方流出入口は流れ
を切替える電磁弁で流出容量の大きい速送り管と切削速
度を調節する絞弁を設けた切削送り管に分岐してポンプ
の他端に接続された構造を有する圧力制御装置と、 ドリルの始動位置からの距離をロッドと連動して計測
した数値をスケールカウンタに表示させ、ドリルを引戻
す度毎にその時の最高数値を次のステップにおけるドリ
ルの刃先が切削材に接触すると同時に電磁クラッチを入
れて原動機の回転を伝導させる切削開始位置として電磁
クラッチ制御カウンタに数値入力するスケール装置と、 ドリルの位置に連動したスケール装置の数値を表示す
るスケールカウンタと、ドリルの刃先が切削材に接触す
る切削開始位置からどれだけ手前で速送りから切削送り
に切替えるかを数値入力し運転中でも調整できる電磁弁
切替制御カウンタと、ドリルを引戻す度毎にその時の最
高数値を次のステップにおけるドリルの刃先が切削材に
接触すると同時に電磁クラッチを入れて原動機の回転を
伝導させる切削開始位置としてスケール装置から自動で
数値入力される電磁クラッチ制御カウンタと、切削開始
位置からどれだけ切削したならば引戻すかを数値入力し
運転中でも調整できる切削量設定カウンタを有し、スケ
ールカウンタの数値に基づいてドリルの位置が電磁弁切
替制御カウンタ設定数値に達すると同時に速送り速度か
ら切削速度に減速させる電気信号を、またドリルの刃先
が切削材に接触する切削開始位置でもある電磁クラッチ
制御カウンタ設定数値に達すると同時に電磁クラッチを
入れて原動機の回転をドリルに伝導させる電気信号を、
また切削量設定カウンタ設定数値に達すると同時にドリ
ルを始動位置まで速送り速度で引戻させる電気信号を夫
々シーケンサ装置へ出力するカウンタ装置と、 カウンタ装置等から入力される各電気信号と組込まれ
た動作プログラムに応じて、電磁弁・電磁クラッチ・ポ
ンプ等を作動させる信号を出力するシーケンサ装置とか
ら構成されることを特徴とする穴明装置に関するもので
ある。

また、この発明は前記穴明装置で、特にmm単位小径ド
リルで深穴を明ける場合に必要となるステップ式運転
を、 先ず、電磁クラッチ制御カウンタにドリルの始動位置
からドリルの刃先が切削材に接触する切削開始位置迄の
スケールカウンタの数値をそのまま入力し、その電磁ク
ラッチ制御カウンタの数値からどれだけ手前で電磁弁切
替を作動させるかを電磁弁切替制御カウンタに入力し、
電磁クラッチ制御カウンタの数値からどれだけ奥まで切
削するかを切削量設定カウンタに入力して始動させ、 次に、シーケンサ装置から出力される信号により、ポ
ンプで後方流出入口側に加圧し電磁弁で速送り管から流
出させてドリルを始動位置から速送り速度で前進させ、
電磁弁切替制御カウンタに数値入力した位置で流出を切
削送り管に切替えて切削速度に減速し、電磁クラッチ制
御カウンタに数値入力した位置つまりドリルの刃先が切
削材に接触する切削開始位置に達すると同時に電磁クラ
ッチを入れ原動機の回転をドリルに伝導させて切削を開
始し、クッション装置でロッドの送り速度とドリルの切
削速度のアンバランスを吸収しながら切削を進め、切削
量設定カウンタに数値入力した位置まで切削したならば
電磁弁を速送り管に切替えてポンプで前方流出入口側に
加圧し後方流出入口側から流出させてドリルを始動位置
まで速送り速度で引戻し、切粉を穴から外へ排出し、 次に、ドリルを引戻す度毎にその時の穴底迄のスケー
ルカウンタの最高数値を次のステップにおいてドリルの
刃先が切削材に接触すると同時に電磁クラッチを入れ原
動機の回転を伝導させる切削開始位置として電磁クラッ
チ制御カウンタに自動的に数値入力し、シーケンサ装置
により電磁クラッチを切りドリルの回転を原動機から一
旦切離し、 前記送り作業と引戻し作業を繰返し、 運転中に穴明装置の切削状況に応じて、電磁弁切替制
御カウンタや電磁クラッチ制御カウンタの各数値、切削
送り管の絞弁等を調整する、以上の過程で実施すること
を特徴とする制御方法に関するものである。

（ホ）作用 上記のように構成された穴明装置の圧力制御装置はシ
リンダー７の出口側制御という方法によって速送りから
スムーズに減速し切削速度になることができ、設置方向
が縦向横向どちらの場合でも中間停止制御の誤差は0.05
mmの高精度であることが実験で明らかになった。

また、クッション装置６により、ロッド５の送り速度
がドリル４の切削速度を上回りドリル４の刃先に一定以
上の力が加わった場合はチャックホルダー３がドリル４
の軸方向に後退し、ドリル４の切削速度がロッド５の送
り速度を上回り力が弱まるとチャックホルダー３が復元
に向い伸縮する。ロッド５とドリル４の速度のアンバラ
ンスを吸収しながら切削が進む。

また、コンピュータを用いずにスケール装置16で実際
の数値をとり、カウンタ装置21で運転の条件を設定し、
シーケンサ装置20で各部を作動させる動作プログラムに
よって信号の出力をし、切削送り管14の絞弁13を独立し
て調整するという方法を用いているので、切削状態を見
ながら運転中に減速位置・切削速度・切削量等の数値の
変更が簡単にできる。

また、ガンドリル式運転は切削量を大きく設定すれば
実施できる。

また、ステップ送り運転による切粉の排出と、速送り
速度から減速そして切削速度という速度制御によりドリ
ル４と切削材23を衝突させないことと、切削位置に達す
ると同時に電磁クラッチ２により原動機１の回転をドリ
ル４に伝導して切削を開始することと、ロッド５とドリ
ル４の速度のアンバランスを吸収しながら切削すること
により、従来は不可能だった2mm以下の小径ドリルで深
穴を明けることができる。1mmドリルによる深穴明けに
も成功した。速度制御により刃先の摩耗も少ない。

ドリル４の刃先が切削材23に接触すると同時に電磁ク
ラッチ２で原動機１の回転を伝導するとmm単位小径ドリ
ルであっても刃先が切削材23に必ず食付くようになるそ
の理由を述べる。電磁クラッチ２を入れた瞬間にドリル
４と原動機１が連結されるとドリル４の回転は加速度的
に上昇し、一定時間経過後に安定した高速回転に達す
る。回転速度がまだ遅い段階に切削が始まるため、高熱
によるマッキング現象は起こらず、刃先は空回りせずに
食付く。

また、シーケンサ装置20とカウンタ装置21を用い、電
磁弁切替制御カウンタ17と切削量設定カウンタ19の数値
は自分で設定し、電磁クラッチ制御カウンタ18の数値は
自動的に穴底までのスケールカウンタ15の最高数値が次
の切削位置として入力されるため、カウンタ装置21から
の信号とシーケンサ装置20に組込まれた動作プログラム
によって、穴明装置のステップ式運転を実施することが
できる。

（ヘ）実施例 この発明に係る実施例を添付図面に基づいて説明する
が、これに限定されるべきものでないことはいうまでも
ない。

図中１は電磁クラッチ２の一方に連結された原動機、
３は電磁クラッチ２のもう一方にフレキシブルなシャフ
トを介して連結されたチャックホルダー、４はチャック
ホルダー３に保持されたドリルであり、全体が回転装
置。

図中６はチャックホルダー３の台がドリル４の刃先に
一定以上の力が加わるとドリル４の軸方向にロッド５上
をスライドして後退し、力が弱まると復元に向かうクッ
ション装置。クッション装置６はロッド５の先端に配設
される。図示しないが、チャックホルダー３の後方の回
転軸が一定以上の力が加わるとドリル４の軸方向に後退
し、力が弱まると復元に向かうシリンダーであるクッシ
ョン装置でもよい。

図中７は後方流出入口８にポンプ９の一端、前方流出
入口10は流れを切替える電磁弁11で流出容量の大きい速
送り管12と切削速度を調節する絞弁13を設けた切削送り
管14に分岐してポンプ９の他端に接続され、ロッド５と
一体形成された仕切弁を内設したシリンダーであり、全
体が圧力制御装置。

図中16はロッド５と連動するバーを有し、カウンタ装
置21まで配線を接続したスケール装置。

図中21はスケール装置16から入力された数値を表示す
るスケールカウンタ15と、減速を電磁クラッチ２を入れ
る何mm手前で作動させるかを設定する電磁弁切替制御カ
ウンタ17と、電磁クラッチ２を入れる位置つまり切削位
置がロッド５の始動位置から何mmのところであるかを設
定する電磁クラッチ制御カウンタ15と、切削位置から何
mm切削するのかを設定する切削量設定カウンタを配設
し、シーケンサ装置20まで配線が接続されたカウンタ装
置。

図中20はカウンタ装置21等から入力された信号に応
じ、電磁弁11・電磁クラッチ２・ポンプ９等を作動させ
る信号を出力する動作プログラムが組込まれたシーケン
サ装置。ここでは図示しないが、カウンタ装置21以外に
も、クッション装置６にセンサーを設置しておいて危険
信号がシーケンサ装置20に入力されるとドリル４の摩耗
の進行状態が判断されて、設定した切削量の手前であっ
てもドリル４を引戻して交換することもできる。

図中22は、全ての電磁弁11を開放して、ロッド５を強
制的に移動させるための歯車付レバーであり、手動式運
転時以外は図示するように歯車は浮いた状態なので自動
式運転の支障にはならない。

（ト）発明の効果 この発明は以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

第１に、ガンドリル式運転・ステップ式運転ができ
る。

第２に、送り速度と切削速度のアンバランスを吸収し
ドリルが破損しないようバランスをとって切削すること
ができる。

第３に、シリンダーの前方流出入口つまり出口側を制
御するという方法によって速送りからスムーズに減速し
切削速度になることができ、設置方法が縦向横向どちら
の場合でも誤差が約0.05mmの高精度の中間停止制御をす
ることができる。

第４に、スケール装置でロッドの実際の距離を測り、
カウンタ装置で運転の条件を設定し、シーケンサ装置で
各部を作動させる動作プログラムによって信号の出力を
し、切削送り管の絞弁を独立して調整するという方法を
用いているので、切削状態を見ながら運転中に減速位置
・切削速度・切削量等の数値の変更を簡単にすることが
できる。また、高精度であるに拘らず操作が簡単でしか
も製作費が安い。素人でも操作することができる。

第５に、本願発明の制御方法によれば、ステップ式運
転、速送り速度から減速そして切削速度という速度制御
と、ドリルの刃先が空回りせずによく食付く電磁クラッ
チ制御により、ドリルの摩耗を減少させることができ、
従来は損傷の連続で実際の穴明けは不可能であった１〜
2mmの小径ドリルによる深穴明けを行うことができる。

第６に、シーケンサ装置とカウンタ装置を用い、電磁
弁切替制御カウンタと切削量設定カウンタの数値を自分
で設定し、電磁クラッチ制御カウンタの数値は自動的に
穴底までのスケールカウンタの最高数値を次の切削位置
として入力し、カウンタ装置からの信号とシーケンサ装
置に組込まれた動作プログラムによって本願穴明装置の
ステップ式運転を実施することができる。

以上のように、この発明に係る穴明装置及び制御方法
は、穴明装置の分野において画期的な装置や方法を用
い、非常に優れた性能を発揮することができ、その産業
的価値は非常に高いものであると云わねばならない。

【図面の簡単な説明】

添付図面はこの発明に係る穴明装置の一実施例をあらわ
す概略図です。 図中の主な符号 １……原動機、２……電磁クラッチ、３……チャックホ
ルダー、４……ドリル、５……ロッド、６……クッショ
ン装置、７……シリンダー、８……後方流出入口、９…
…ポンプ、10……前方流出入口、11……電磁弁、12……
速送り管、13……絞弁、14……切削送り管、15……スケ
ールカウンタ、16……スケール装置、17……電磁弁切替
制御カウンタ、18……電磁クラッチ制御カウンタ、19…
…切削量設定カウンタ、20……シーケンサ装置、21……
カウンタ装置、22……歯車付レバー、23……切削材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】以下の各装置から構成されたことを特徴と
   する穴明装置 （ａ）原動機（１）、原動機（１）の回転を伝導切離自
   在な電磁クラッチ（２）、電磁クラッチ（２）と連動し
   たチャックホルダー（３）、チャックホルダー（３）に
   保持されたドリル（４）から成る回転装置 （ｂ）穴明けに伴ないドリル（４）の刃先に一定以上の
   力が加わるとロッド（５）に対してチャックホルダー
   （３）がドリル（４）の軸方向に後退し、力が弱まると
   チャックホルダー（３）が復元に向い伸縮するクッショ
   ン装置（６） （ｃ）ロッド（５）と一体形成された仕切弁を内設する
   シリンダー（７）の後方流出入口（８）はポンプ（９）
   の一端に、前方流出入口（10）は流れを切替える電磁弁
   （11）で流出容量の大きい速送り管（12）と切削速度を
   調節する絞弁（13）を設けた切削送り管（14）に分岐し
   てポンプ（９）の他端に接続された構造を有する圧力制
   御装置 （ｄ）ドリル（４）の始動位置からの距離をロッド
   （５）と連動して計測した数値をスケールカウンタ（1
   5）に表示させ、ドリル（４）を引戻す度毎にその時の
   最高数値を次のステップにおけるドリルの刃先が切削材
   に接触すると同時に電磁クラッチを入れて原動機の回転
   を伝導させる切削開始位置として電磁クラッチ制御カウ
   ンタ（18）に数値入力するスケール装置（16） （ｅ）ドリルの位置に連動したスケール装置（16）の数
   値を表示するスケールカウンタ（15）と、ドリルの刃先
   が切削材に接触する切削開始位置からどれだけ手前で速
   送りから切削送りに切替えるかを数値入力し運転中でも
   調整できる電磁弁切替制御カウンタ（17）と、ドリル
   （４）を引戻す度毎にその時の最高数値を次のステップ
   におけるドリルの刃先が切削材に接触すると同時に電磁
   クラッチを入れて原動機の回転を伝導させる切削開始位
   置としてスケール装置（16）から自動で数値入力される
   電磁クラッチ制御カウンタ（18）と、切削開始位置から
   どれだけ切削したならば引戻すかを数値入力し運転中で
   も調整できる切削量設定カウンタ（19）を有し、スケー
   ルカウンタ（15）の数値に基づいてドリルの位置が電磁
   弁切替制御カウンタ（17）設定数値に達すると同時に速
   送り速度から切削速度に減速させる電気信号を、またド
   リルの刃先が切削材に接触する切削開始位置でもある電
   磁クラッチ制御カウンタ（18）設定数値に達すると同時
   に電磁クラッチを入れて原動機の回転をドリルに伝導さ
   せる電気信号を、また切削量設定カウンタ（19）設定数
   値に達すると同時にドリル（４）を始動位置まで速送り
   速度で引戻させる電気信号を夫々シーケンサ装置（20）
   へ出力するカウンタ装置（21） （ｆ）カウンタ装置（21）等から入力される各電気信号
   と組込まれた動作プログラムに応じて、電磁弁（11）・
   電磁クラッチ（２）・ポンプ（９）等を作動させる信号
   を出力するシーケンサ装置（20）
2. 【請求項２】請求項１記載の穴明装置で、特にmm単位小
   径ドリルで深穴を明ける場合に必要となるステップ式運
   転を、以下のような過程で実施することを特徴とする制
   御方法 （ａ）電磁クラッチ制御カウンタ（18）にドリル（４）
   の始動位置からドリル（４）の刃先が切削材（23）に接
   触する切削開始位置迄のスケールカウンタ（15）の数値
   をそのまま入力し、その電磁クラッチ制御カウンタ（1
   8）の数値からどれだけ手前で電磁弁（11）切替を作動
   させるかを電磁弁切替制御カウンタ（17）に入力し、電
   磁クラッチ制御カウンタ（18）の数値からどれだけ奥ま
   で切削するかを切削量設定カウンタ（19）に入力して始
   動させる。 （ｂ）シーケンサ装置から出力される信号により、ポン
   プで後方流出入口（８）側に加圧し電磁弁（11）で速送
   り管（12）から流出させてドリル（４）を始動位置から
   速送り速度で前進させ、電磁弁切替制御カウンタ（17）
   に数値入力した位置で流出を切削送り管（14）に切替え
   て切削速度に減速し、電磁クラッチ制御カウンタ（18）
   に数値入力した位置つまりドリル（４）の刃先が切削材
   （23）に接触する切削開始位置に達すると同時に電磁ク
   ラッチ（２）を入れ原動機（１）の回転をドリル（４）
   に伝導させて切削を開始し、クッション装置（６）でロ
   ッド（５）の送り速度とドリル（４）の切削速度のアン
   バランスを吸収しながら切削を進め、切削量設定カウン
   タ（19）に数値入力した位置まで切削したならば電磁弁
   （11）を速送り管（12）に切替えてポンプ（９）で前方
   流出入口（10）側に加圧し後方流出入口（８）側から流
   出させてドリル（４）を始動位置まで速送り速度で引戻
   し、切粉を穴から外へ排出する。 （ｃ）ドリル（４）を引戻す度毎にその時の穴底迄のス
   ケールカウンタ（15）の最高数値を次のステップにおい
   てドリルの刃先が切削材に接触すると同時に電磁クラッ
   チを入れ原動機の回転を伝導させる切削開始位置として
   電磁クラッチ制御カウンタ（18）に自動的に数値入力
   し、シーケンサ装置により電磁クラッチ（２）を切りド
   リル（４）の回転を原動機（１）から一旦切離す。 （ｄ）前記（ｂ）と（ｃ）を繰返す。 （ｅ）運転中に穴明装置の切削状況に応じて、電磁弁切
   替制御カウンタ（17）や電磁クラッチ制御カウンタ（1
   8）の各数値、切削送り管（14）の絞弁（13）等を調整
   する。