JPH10128607A - 多軸ドリルヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 個々のドリルを被加工材の傾斜や屈曲した被
加工面に対応させて進退させることができ、必要最小限
の送り量での加工を可能として加工時間を短縮化できる
と共にドリルの剛性低下を来すことがなく、効率良い穴
あけ加工が可能な多軸ドリルヘッドを提供する。 【解決手段】 多軸ドリルヘッド１０は、ドリル２１を
結合保持する複数のドリルシャフト２２を備え、該ドリ
ルシャフト２２は、シリンダチューブ２４と共に油圧シ
リンダを構成するシリンダロッドに相当する支持スリー
ブ２３に、回転自在且つ軸方向には移動不能に支持され
ると共に、駆動ギア２５にスプラインを介して軸方向に
移動可能に嵌合しており、油圧シリンダの作用によって
軸方向に移動駆動されると共に、駆動ギア２５の回転に
よって回転駆動されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のドリル保持
軸を備え、送り方向に対して傾斜した被加工面に対して
一度の送り動作で複数の穴あけ加工を行う多軸ドリルヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】多数の穴が一定の位置関係で並設される
被加工材では、その穴あけ作業を一軸のドリルヘッドで
個々に行っていたのでは多大な工数を要するため、多軸
のドリルヘッドを備えた加工装置が用いられる。

【０００３】多軸ドリルヘッドは、図１０にその一例の
概念構成断面図を示すように、端部にドリル２１を支持
するドリルシャフト２２が、それぞれ所定位置関係で配
設された軸受部材１５によって回転自在且つ軸方向には
移動不能に支持され、軸受部材１５から突出するドリル
シャフト２２の後端に固定された駆動ギア２５が、加工
装置本体側に設けられた図示しない回転駆動手段と連結
される駆動シャフト１３とギア列１６を介して連係され
て構成されている。各ドリルシャフト２２の支持するド
リル２１の突出量は等しく設定され、当該多軸ドリルヘ
ッド全体がドリル２１の軸方向と平行に送り移動される
ことによって同時に穴あけ加工を行うことができるよう
になっているものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成の多軸ドリルヘッドでは、被加工材の被加工部位
（穴あけ部位）が多軸ドリルヘッドの送り方向に対して
傾斜面であったり曲面であった場合、加工に必要な送り
量より多く送り駆動しなければならないと共にその分ド
リルを長くしなければならないという問題がある。

【０００５】即ち、例えば図１１に概念断面図を示すよ
うに、一定の肉厚で球面状の被加工材２に多軸ドリルヘ
ッド１０によって穴あけ加工を行う場合、各ドリル２１
の先端とその対応する被加工面２Ａとの距離（間隔）が
異なるため、ドリルヘッド１０を送り移動して被加工面
２Ａの球状の中心寄りに位置するドリル２１Ａが被加工
面２Ａに達して加工を開始した時点では外側に位置する
ドリル２１Ｂは被加工面２Ａに達しておらず、中心寄り
に位置するドリル２Ａによる加工がある程度進行した状
態で初めて被加工面２Ａに達して加工を開始することと
なる。従って、中心寄りに位置するドリル２Ａによる穴
あけ加工が終了した（穴が貫通した）後も外側に位置す
るドリル２Ｂによる穴あけ加工が終了するまでドリルヘ
ッド１０の送りを継続しなければならず、個々のドリル
２１がその穴あけに必要とする送り量：ｌ以上にドリル
ヘッド１０を送らなければならないと共に中央寄りのド
リル２１Ａはその送り量：ｌ＋αに対応した長さでなけ
ればならない。

【０００６】その結果、加工時間が増大すると共に、ド
リルの径に対する長さの比が大きくなって剛性が低下す
ることから切削能力が低下するという問題がある。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、個々のドリルを被加工材の傾斜や屈
曲した被加工面に対応させて進退させることができ、必
要最小限の送り量での加工を可能として加工時間を短縮
化できると共にドリルの剛性低下を来すことがなく、効
率良い穴あけ加工が可能な多軸ドリルヘッドを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る多軸ドリルヘッドは、ドリルを結合保持して回
転する複数のドリル保持軸を備え、加工装置に移動可能
に支持されて、その送り移動によって当該送り方向に対
して傾斜した被加工面に同時に複数の穴あけ加工を行う
多軸ドリルヘッドであって、前記ドリル保持軸は、油圧
シリンダのシリンダロッド内に回転自在且つ軸方向には
移動不能に挿通支持されると共に後端が回転駆動ギアに
スプラインを介して軸方向に移動可能に嵌合し、前記油
圧シリンダによって軸方向に前後移動操作可能であると
共に、前記駆動ギアの回転によって回転駆動されるよう
に構成されていることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明に係る多軸ドリル
ヘッドを用いる加工装置の概念構成図，図２は多軸ドリ
ルヘッドの一構成例の側面図，図３はそのＡ矢視図，図
４は図１の縦断面図である。

【００１０】図示加工装置１は、門型のコラム１Ａに主
軸ヘッド１Ｂが水平平面内で縦横（Ｘ−Ｙ方向）に移動
可能に支持されると共に、この主軸ヘッド１Ｂに多軸ド
リルヘッドが装着されて上下（Ｚ方向）に送り駆動され
るようになっており、各移動は数値制御によって行われ
るようになっているものである。そして、被加工材２の
球形の表面２Ａに多数の穴を開口形成する。

【００１１】多軸ドリルヘッド１０は、円柱状のヘッド
ケース１１の前面側に、５組のドリル機構２０（２０
Ｃ，２０Ｓ）を備えて構成されている。これら５組のド
リル機構２０の配置は、その４組２０Ｓが正方形の頂点
位置に配設されると共にその中央に一組２０Ｃが配設さ
れ、中央のドリル機構２０Ｃと周囲のドリル機構２０Ｓ
との間隔が全て等しく設定されているものである。ま
た、周囲のドリル機構２０Ｓは、そのドリル２１の先端
位置を検知するためのセンサ機構３０を備えている。

【００１２】ドリル機構２０は、図５にその拡大図を示
すように、ドリル２１を支持するドリル保持軸としての
ドリルシャフト２２が支持スリーブ２３内に回転自在且
つ軸方向には移動不能に挿通支持されると共に、この支
持スリーブ２３がヘッドケース１１の前面板１１Ａに立
設されたシリンダチューブ２４によって支持されて構成
されている。

【００１３】支持スリーブ２３より突出するドリルシャ
フト２２の先端部にドリル２１が装着され、また、支持
スリーブ２３より突出する後端部は、図５には示さない
がヘッドケース１１の内部に配設された駆動ギア２５に
スプライン構造で嵌合している。

【００１４】中央のドリル機構２０Ｃの駆動ギア２５Ｃ
は、その装置本体側にシャフト部２５Ａが延設されてそ
の先端にギア２６が固定され、このギア２６がヘッドケ
ース１１内に配設されたギア列１２と連係している。ギ
ア列１２は接続シャフト１３を介して加工装置１側の図
示しない駆動手段と連係するようになっており、加工装
置１側の駆動手段によって駆動ギア２５Ｃが回転駆動さ
れるようになっている。

【００１５】周囲に配設されたドリル機構２０Ｓの駆動
ギア２５は、アイドルギア１４を介して中央のドリル機
構２０Ｃの駆動ギア２５Ｃと連係しており、これによっ
て全てのドリル機構２０の駆動ギア２５が同期して回転
駆動されるようになっている。つまり、駆動ギア２５Ｃ
が回転することによって全てのドリル機構２０のドリル
シャフト２２が回転駆動され、全てのドリル機構２０の
ドリル２１が回転駆動されるようになっているものであ
る。

【００１６】支持スリーブ２３は、円柱状であってベア
リング２７を介してドリルシャフト２２を回転自在且つ
軸方向には移動不能に支持し、その外周にはシリンダチ
ューブ２４の内周面に所定の公差で嵌合する大径のピス
トン部２３Ａが形成されている。

【００１７】シリンダチューブ２４は、内部に円柱状の
シリンダが形成されており、このシリンダの両端開口部
に支持スリーブ２３の外周に嵌合した断面形状楔形の位
置決めリング２８が固定リング２９によって押圧固定さ
れ、これによってシリンダ内に挿置された支持スリーブ
２３が調芯されて軸方向に摺動移動可能に支持されると
共にシリンダの両端開部が密閉され、シリンダ内は支持
スリーブ２３のピストン２３Ａによって二室（前進側シ
リンダ室２４Ａ，後退側シリンダ室２４Ｂ）に分割され
ている。これら両シリンダ室２４Ａ，２４Ｂには、図６
に回路図を示す油圧回路４０が接続されており、当該油
圧回路４０を介して供給される油圧によってピストン２
３Ａ（即ち支持スリーブ２３＝ドリルシャフト２２＝ド
リル２１）が軸方向に移動操作されるようになってい
る。

【００１８】つまり、シリンダチューブ２４と支持スリ
ーブ２３が油圧シリンダを構成し、そのシリンダロッド
に相当する支持スリーブ２３内にドリルシャフト２２が
挿通支持されて構成されているものであり、支持スリー
ブ２３に移動に伴ってドリルシャフト２２も移動してそ
の先端に装着されたドリル２１が進退する。このドリル
シャフト２２の移動によっても、その後端はスプライン
構造によって駆動ギア２５と結合しているため、駆動ギ
ア２５によって回転駆動される状態で進退移動が許容さ
れる。

【００１９】油圧回路４０は、油圧ポンプ４１からの油
圧が、各ドリル機構２０にそれぞれ備えられた切替弁４
２に供給され、該切替弁４２は、油圧をドリル機構２０
の両シリンダ室２４Ａ，２４Ｂの何れかに択一的に供給
すると共に他方のシリンダ室２４Ｂ，２４Ａからは排出
し、又は、両シリンダ室２４Ａ，２４Ｂを閉鎖すること
ができるように構成されている。これにより切替弁４２
の操作によって、ドリル機構２０の支持スリーブ２３
（即ちドリル２１）を進退移動駆動すると共に所定位置
で移動不能に停止させることができるようになっている
ものである。この切替弁４２は、加工装置１の図示しな
い制御装置によって一括制御されるようになっている。

【００２０】センサ機構３０は、シリンダチューブ２４
から突出する支持スリーブ２３の先端部に、ブラケット
３１を介してロータリーアクチュエーター３２が装着さ
れ、このロータリーアクチュエーター３２によって揺動
駆動されるセンサアーム３３の先端にセンサ３４を支持
して構成されている。

【００２１】センサ３４は、例えば二つの接点を備えて
当該接点が金属等の導電性部材に接触することによる接
点間の導通によって部材との接触を検知したり、又は、
リミットスイッチ等の対象部材との接触による物理的操
作によってその存在を検知するものであって、ロータリ
ーアクチュエーター３２の駆動によるセンサアーム３３
の揺動によって、ドリル２１の先端の前部に位置する作
用位置と、当該状態から図２中想像線で示すようにセン
サアームが１８０゜揺動した状態である退避位置との間
で移動可能となっている。

【００２２】このセンサ３４による検知情報は加工装置
１の図示しない制御装置に入力され、ロータリーアクチ
ュエーター３２の駆動（センサアームの揺動）はこの制
御装置によって制御されるようになっている。

【００２３】上記のごとく構成された多軸ドリルヘッド
１０は、加工装置１の制御装置によって下記のごとき工
程で制御駆動され、合理的な穴あけ加工を行うことがで
きる。

【００２４】まず、図７（Ａ）に示すように、中央のド
リル機構２０Ｃのドリル２１Ｃをその進退ストロークの
丁度中央に位置させると共に、周囲のドリル機構２０Ｓ
のドリル２１Ｓは最も後退させ、センサ３４はドリル２
１Ｓの前面部に位置する状態とする。この状態では、中
央のドリル機構２０Ｃのドリル２１Ｃの先端が周囲のド
リル機構２０Ｓのドリル２１Ｓの先端より突出する。以
後、加工装置１は、中央のドリル機構Ｃのドリル２１Ｃ
の先端を基準として数値制御を行う。

【００２５】そして、多軸ドリルヘッド１０を、数値制
御によって加工位置に移動させ、図７（Ｂ）に示すよう
に中央のドリル機構２０Ｃのドリル２１Ｃの先端が、被
加工部材２の表面２Ａと所定の間隔：Ｌ１となるまで数
値制御によって前進させて停止させる。

【００２６】その後、周囲のドリル機構２０Ｓのドリル
２１Ｓを前進させ、図７（Ｃ）に示すように、センサ３
４が被加工材２を検知すると前進を停止させて移動不能
とする。この停止位置は、それぞれのドリル２１Ｓによ
って異なり、このようにして全てのドリル機構２０Ｓの
ドリル２１Ｓが位置決めされた状態では、各ドリル機構
２０のドリル２１の先端は、被加工材２の表面２Ａの曲
面に倣った状態となる。

【００２７】次に、図７（Ｄ）に示すように一旦多軸ド
リルヘッド１０を後退させて、センサ３４を退避状態と
させた後、早送り（数値制御）によって中央のドリル機
構２０Ｃのドリル２１Ｃが被加工材２の表面２Ａに当接
する寸前まで前進させる。これによって、図８（Ａ）に
示すように他のドリル機構２０Ｓのドリル２１Ｓも同様
に被加工材２の表面２Ａに当接する寸前の状態となり、
ここで全てのドリル機構２０のドリル２１を回転駆動す
ると共に数値制御によって適正な切削速度で送り移動さ
せて穴あけ加工し、加工終了後は早送りによって後退さ
せて次の加工位置に移動し、以下、上記工程を繰り返す
ものである。

【００２８】このように、予め全てのドリル２１の先端
位置を被加工材２の表面２Ａに対応させて位置させた後
穴あけ加工を行うことにより、図８（Ｂ）に示すように
必要最小限の送り量で加工を行うことができ、無駄な送
りが不要となって加工時間の短縮が可能となると共に、
ドリル２１の長さが長くなることによる剛性低下もな
く、効率の良い穴あけ加工が可能となるものである。

【００２９】尚、上記構成例は、全てのドリル機構２０
のドリル２１を進退可能に構成したものであるが、上述
のごとき工程で穴あけ加工制御した場合には、中央のド
リル機構２０Ｃのドリル２１Ｃは可動とする必要はな
く、図９に示すように可動機構を省略してヘッドケース
１１に支持された円筒状の支持スリーブ２３′内にドリ
ル２１を支持するドリルシャフト２２が回転自在且つ軸
方向に移動不能に支持された構成としても良いものであ
る。

【００３０】また、上記構成例におけるセンサ３４を用
いることなく構成することもできる。そのような構成で
各ドリル機構２０のドリル２１を被加工部材２の表面２
Ａに倣った状態とするには、中央のドリル機構２０Ｃの
ドリル２１Ｃを移動不能に構成するか又は上記構成例と
同様にその進退ストロークの丁度中央に位置させると共
に、周囲のドリル機構２０Ｓのドリル２１Ｓを最大限前
方側に突出させた状態とした後、油圧を作用させない状
態で周囲のドリル機構２０Ｓの切替弁４２を後退側に切
り替えて後退側シリンダ室２４Ｂへの作動油の流入を許
容すると共に前進側シリンダ室２４Ａからの作動油の排
出を許容する状態として、中央のドリル機構２０Ｃのド
リル２１Ｃを基準としてその先端が被加工部材２と当接
する位置まで多軸ドリルヘッド１０を前進させる。これ
により、多軸ドリルヘッド１１の前進に伴って被加工部
材２に当接した周囲のドリル機構２０Ｓのドリル２１Ｓ
は後退操作されることとなり、基準である中央のドリル
機構２０Ｃのドリル２１Ｃが被加工部材２に当接する状
態では、全てのドリル機構２０のドリル２１が被加工部
材２の表面２Ａに倣った状態となるものである。

【００３１】更に、中央のドリル機構２０Ｃのドリル２
１Ｃが移動可能なものでは、ドリル２１Ｃが移動ストロ
ークの略中央に位置する状態を検知する検知手段を設け
ておくことにより、全てのドリル機構２０のドリル２１
を最大限前方側に突出させた状態とした後、油圧を作用
させない状態で切替弁４２を後退側に切り替えて後退側
シリンダ室２４Ｂへの作動油の流入を許容すると共に前
進側シリンダ室２４Ａからの作動油の排出を許容する状
態として、中央のドリル機構２０Ｃのドリル２１Ｃを検
知手段が検知するまで多軸ドリルヘッド１１を前進させ
れば、全てのドリル機構２０のドリル２１が被加工部材
２の表面の曲面に倣った状態と成し得る。

【００３２】また、被加工部材２の表面を近似的に平面
と見なし得るものでは、中央のドリル機構２０のドリル
２１を移動不能に構成するか又は上記構成例と同様にそ
の進退ストロークの丁度中央に位置させると共に、油圧
回路４０のドレンへの通路に開閉弁を設け、周囲のドリ
ル機構２０のドリル２１をその移動ストロークの中央に
位置させて油圧を作用させない状態で切替弁を前進側シ
リンダ室２４Ａが連通する側に切り替えると共に開閉弁
を閉鎖して、中央のドリル機構２０のドリル２１を基準
とする数値制御によって多軸ドリルヘッド１０を中央の
ドリル機構２０のドリル２１の先端が被加工部材２に当
接するまで移動させることにより、先に当接した周囲の
ドリル機構２０Ｓのドリル２１Ｓが後退することによっ
てその前進側シリンダ２４Ａから排出された作動油がド
リル２１が被加工部材２に当接していない他の周囲のド
リル機構２０Ｓの前進側シリンダ２４Ａに供給されてそ
のドリル２１Ｓを前進操作することとなり、周囲のドリ
ル機構２０Ｓの間でドリル２１Ｓの前進と後退が平均化
されて行われ、全てのドリル機構２０のドリル２１を被
加工部材２の表面に倣った状態と成し得るものである。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明に係る多軸
ドリルヘッドによれば、ドリルを保持するドリル保持軸
が油圧シリンダのシリンダロッド内に回転自在且つ軸方
向には移動不能に挿通支持されて油圧シリンダによって
軸方向に移動操作可能であるため、油圧シリンダによっ
て各ドリル保持軸を移動させて個々のドリルを被加工材
の傾斜や屈曲した被加工面に対応させて進退させること
ができ、必要最小限の送り量での加工を可能として加工
時間を短縮化できると共にドリルの剛性低下を来すこと
がなく、効率良い穴あけ加工が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多軸ドリルヘッドを適用する加工
装置の概念構成図である。

【図２】本発明に係る多軸ドリルヘッドの一構成例の側
面図である。

【図３】図２のＡ矢視図である。

【図４】図１の縦断面図である。

【図５】ドリル機構の拡大断面図である。

【図６】多軸ドリルヘッドの駆動油圧回路図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は多軸ドリルヘッドによる穴あ
け加工工程を示す説明図である。

【図８】（Ａ），（Ｂ）は図７の続きの多軸ドリルヘッ
ドによる穴あけ加工工程を示す説明図である。

【図９】中央のドリルを移動不能とした多軸ドリルヘッ
ドの断面図である。

【図１０】従来例としての多軸ドリルヘッドの断面図で
ある。

【図１１】従来例の多軸ドリルヘッドによる球面加工の
問題点の説明図である。

【符号の説明】

１ 加工装置 ２ 被加工部材 ２Ａ 表面（被加工面） １０ 多軸ドリル機構 ２０ ドリル機構 ２３ 支持スリーブ（シリンダロッド） ２５ 駆動ギア（回転駆動ギア）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドリルを結合保持して回転する複数のド
   リル保持軸を備え、加工装置に移動可能に支持されて、
   その送り移動によって当該送り方向に対して傾斜した被
   加工面に同時に複数の穴あけ加工を行う多軸ドリルヘッ
   ドであって、 前記ドリル保持軸は、油圧シリンダのシリンダロッド内
   に回転自在且つ軸方向には移動不能に挿通支持されると
   共に後端が回転駆動ギアにスプラインを介して軸方向に
   移動可能に嵌合し、前記油圧シリンダによって軸方向に
   前後移動操作可能であると共に、前記駆動ギアの回転に
   よって回転駆動されるように構成されていることを特徴
   とする多軸ドリルヘッド。