JPH11170105A

JPH11170105A - 工具折損停止機能を有するｎｃ装置

Info

Publication number: JPH11170105A
Application number: JP34309797A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Akiyama; 山守秋; Tsutomu Watanabe; 辺力渡; Koichi Kikuchi; 池幸一菊
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-06-29
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: JP3276598B2

Abstract

(57)【要約】【課題】工具折損などの異常の生じた軸は、直ちに停
止させるが、他の正常な軸はそのまま加工を続行できる
ようにする。【解決手段】本発明のＮＣ装置は、並列軸のいずれか
の軸に生じる工具折損を検知する工具折損検知手段と、
工具折損検知手段から与えられる折損信号に基づき、前
記並列軸のうち工具折損の生じた主軸がいずれの軸であ
るかを判断し、工具折損情報を発生する手段と、工具折
損情報に基づいて、工具折損の発生した当該軸について
のみ残移動量をゼロにして並列軸の移動量指令をサーボ
制御部に分配する分配部と、工具折損情報が与えられた
場合に、並列軸のうち工具折損の発生していない他の軸
の移動を停止させるため、ブロックストップをすべきブ
ロックを判断するブロックストップ判断手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、穴あけ加工機に用
いられるＮＣ装置に係り、特に、並列に設けられた複数
の主軸を備える穴あけ加工用工作機械のＮＣ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ドリルに回転と送りを与え、工作物に穴
をあける加工や、リーマによる穴仕上げ加工を行う工作
機械には、ボール盤やマシニングセンタの汎用機の他
に、穴あけ専用機がある。この種の穴あけ加工作業で
は、制御対象が穴の位置や深さなど比較的単純である
が、機械部品の加工の中で最も多い加工である。また、
一つの工作物に多数の穴を能率的に加工しなければなら
ないことも多い。例えば、蒸気タービンの給水加熱機に
用いられる管板は、加熱管の端部が挿入される多数の深
穴をもっている機械部材であるが、この管板のような特
定の機械部品向けの穴あけに特化した穴あけ専用機もあ
る。

【０００３】ところで、ＮＣ工作機械において、加工プ
ログラム上の各ブロックに現れる複数軸からなる補間指
令を実行するためには、そのブロックにおいてそれぞれ
の軸が正常に動作する必要がある。いずれかの軸に異常
が発生した場合には、そのブロックで指令した加工軌跡
の実現は不可能となる。例えば、Ｘ−Ｚの合成送り（補
間）中にＺ軸に異常が発生した場合には、ＮＣ装置は、
Ｘ軸とＺ軸を共に停止させ、Ｘ−Ｚの合成送りそのもの
を中断させている。

【０００４】また、ボーリングヘッドを複数台備えてい
る穴あけ専用機のように、Ｚ軸に複数の並列な軸を有す
る工作機械では、そのＺ軸の並列軸のうち、１の主軸に
異常が発生すれば、並列軸の全部を停止させているのが
現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】穴あけ加工の場合、深
穴になるほどドリルに作用する切削抵抗は大きくなり、
切削異常や工具折損などの異常が発生する危険性が高く
なる。特に、給水加熱機の管板のように多数の深穴を加
工する場合には、繰り返し連続して深穴を加工していく
ので、それだけにＺ軸に異常の生じる可能性が高くな
る。

【０００６】しかしながら、従来は、Ｚ軸の並列軸のう
ち、１つの軸でも工具折損が生じると、他の正常に動作
している軸もいっしょに加工途中で停止させてしまって
いた。このため、異常の発生した軸を復旧してから加工
を再開すると、正常な軸についても加工中断のところか
ら加工を始めなければならず効率がきわめて悪かった。

【０００７】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、工具折損などの異常の生じた軸
は、直ちに停止させるが、他の正常な軸はそのまま加工
を続行できるようにしたＮＣ装置および穴あけ加工機を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、並列軸であるＺ軸を含む複数軸を数値
制御する工作機械のＮＣ装置において、前記並列軸のい
ずれかの軸に生じる工具折損を検知する工具折損検知手
段と、前記工具折損検知手段から与えられる折損信号に
基づき、前記並列軸のうち工具折損の生じた主軸がいず
れの軸であるかを判断し、工具折損情報を発生する手段
と、前記工具折損情報に基づいて、工具折損の発生した
当該軸についてのみ残移動量をゼロにして並列軸の移動
量指令をサーボ制御部に分配する分配部と、前記工具折
損情報が与えられた場合に、並列軸のうち工具折損の発
生していない他の軸の移動を停止させるため、ブロック
ストップをすべきブロックを判断するブロックストップ
判断手段と、を具備することを特徴とするものである。

【０００９】また、前記ブロックストップ判断手段は、
Ｚ軸以外の軸についての移動指令を含むブロックを停止
するブロックと判断し、このブロックの指令移動量を分
配部に渡さないようにしたことを特徴とする。

【００１０】前記異常検知手段は、実施形態によれば、
主軸の回転負荷または送り負荷をサーボモータ電流値か
ら検出し、設定値を一定時間越えた時に異常を検知す
る。

【００１１】また、本発明は主軸頭に複数のボーリング
ヘッドを備え、前記ボーリングヘッドの主軸が並列軸
（Ｚ軸）として数値制御される穴あけ加工機において、
前記並列軸のいずれかの軸に生じる工具折損を検知する
工具折損検知手段と、前記工具折損検知手段から与えら
れる折損信号に基づき、前記並列軸のうち工具折損の生
じた主軸がいずれの軸であるかを判断し、工具折損情報
を発生する手段と、前記工具折損信号に基づいて、工具
折損の発生した当該軸についてのみ残移動量をゼロにし
て並列軸の移動量指令をサーボ制御部に分配する分配部
と、前記工具折損情報が与えられた場合に、並列軸のう
ち工具折損の発生していない他の軸の移動を停止させる
ため、ブロックストップをすべきブロックを判断するブ
ロックストップ判断手段とを有するＮＣ装置を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を深穴加工の専用機
に適用した一実施の形態について、添付の図面を参照し
ながら説明する。図１は、穴あけ加工機の全体を示す外
形図である。この穴あけ加工機１０は、蒸気タービン加
熱機の管板等の深穴加工を自動的に能率よく行うための
専用機である。１１は深穴が多数加工される蒸気タービ
ン加熱機の管板である。１２は定盤で、管板１１は治具
１３によって垂直に立てられて所定位置に固定されてい
る。

【００１３】穴あけ加工機１０は、大きく分けてベッド
１４と、コラム１５と、主軸頭１６の３つの部分から構
成されている。コラム１５は、ベッド１４上を水平に
（Ｘ軸）移動し、主軸頭１６は、コラム１５に沿って垂
直に（Ｙ軸）移動する。図１では、主軸頭１６が下降限
の位置に描かれており、二点鎖線で示す位置は、主軸頭
１６の上昇限位置である。これらのコラム１６のＸ軸の
移動、主軸頭１６のＹ軸の移動は、ＮＣ装置により位置
決め制御される。

【００１４】この実施形態の穴あけ加工機１０の主軸頭
１６は、Ｚ軸に平行に移動するボーリングヘッド２０を
３台備えている。これらのボーリングヘッド２０は、そ
れぞれ主軸であるボーリングバー２２をＺ軸に平行に移
動させる軸方向送り用のサーボモータを個別に備えてい
る。これらのＺ1 、Ｚ2 、Ｚ3 からなるＺ軸の並列軸の
移動は、ＮＣ装置によって並列に位置決め・直線切削制
御されるようになっている。

【００１５】なお、図１において、２４はクーラントが
貯留されるクーラントタンクであり、２６は、クーラン
ト廃液からクーラントと切屑を分離するクーラント分離
装置を示している。

【００１６】次に、本実施形態の穴あけ加工機１０にお
けるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の駆動系統について、図２および
図３を参照しながら説明する。図２はＸ軸の駆動系統を
示す図である。３０は、コラム１５をＸ軸に平行に送る
ボールネジ３１を回転駆動するＸ軸サーボモータであ
る。このＸ軸サーボモータ３０の回転動力は歯車列３２
を介してボールネジ３１に伝達される。このボールネジ
３１には、コラム１５のスライド台１５ａの底部に取り
付られたナット３３が螺合し、ボールネジ３１の回転運
動はコラム１５をＸ軸に平行に送る直進運動に転換され
る。

【００１７】図３は、Ｙ軸、Ｚ軸の駆動系統を示す図で
ある。３４は主軸頭１６をＹ軸に平行に上下にコラム１
５に沿って送るボールネジ３６を回転駆動するＹ軸サー
ボモータである。この場合、Ｙ軸サーボモータ３４の回
転動力は、歯車列３８を介してボールネジ３６に伝達さ
れ、主軸頭１６側に取り付けられているナット４０によ
って、主軸頭１６をＹ軸にそって送る直進運動に転換さ
れる。

【００１８】次に、主軸頭１６内に設けられているボー
リングヘッド２０について説明する。

【００１９】図３には、並列軸Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ３のボー
リングヘッドのうち、Ｚ1 軸のボーリングヘッド２０が
示されている。他の２台のボーリングヘッドも同一に構
成されるものであり、図３では省略されている。

【００２０】このボーリングヘッド２０は、Ｚ軸送り用
のＺ軸サーボモータ４２と、スライドベース４４と、主
軸台４６などから構成されている。Ｚ軸サーボモータ４
２は、ボールネジ４８に連結され、このボールネジ４８
にスライドベース４４に取り付けられているナット４９
が螺合するようになっている。Ｚ軸サーボモータ４２
は、減速歯車を介さずに直接ボールネジ４８を駆動し、
これによりボーリングヘッド２０の早送りが可能になっ
ている。

【００２１】主軸台４６は、スライドベース４４によっ
て担持されている。この主軸台４６には、ボーリングバ
ー２２を回転駆動するビルトインモータ５０が組み込ま
れており、このビルトインモータ５０はステータ５０
ａ、ロータ５０ｂから構成されている。また、主軸台４
６の先端部には圧力頭５２が設けられている。この圧力
頭５２には、クーラントが供給され、このクーラントは
加工物へはボーリングバー２２と切削される穴の壁との
間からドリルに送られ、切屑はクーラントとともにボー
リングバー２２の内径部を流れて回収されるようになっ
ている。主軸頭１６に三台設けられている各ボーリング
ヘッド２０は、真ん中のボーリングヘッド２０の基準と
して、任意の位置に位置決めおよびクランプされるよう
に、主軸頭１６には心間調整装置が組み込まれている。
この心間調整装置により、各ボーリングヘッド２０の心
間距離は自動的に調整することができる。

【００２２】５３が心間調整装置を駆動するサーボモー
タである。このサーボモータ５３の回転動力は、２つ一
組のウォームギア５４、５４を介してＹ軸に平行に２本
設けられたロッド５５、５５に伝達される。それぞれロ
ッド５５には、ボールネジ５６ａ、５６ｂが連結されて
いる。この場合、ボールネジ５６ａ、５６ｂは、互いに
逆ネジになっている。また、ボールネジ５６ａには、一
番上のボーリングヘッド２０に設けられているナット５
７ａが螺合し、ボールネジ５６ｂには、一番下のボーリ
ングヘッド２０に設けられているナット５７ｂが螺合す
るようになっている。したがって、ボールネジ５６ａ、
５６ｂが逆ネジになっていることから、真ん中のボーリ
ングヘッド２０を基準として、これに上下のボーリング
ヘッド２０を互いに接近する方向および離間する方向に
移動させることができ、これにより、各ボーリングヘッ
ド２０の心間距離を高精度に調整することができる。

【００２３】次に、図４は、穴あけ加工機１０を数値制
御するＮＣ装置６０のブロック構成図を示す。

【００２４】Ｐは、管板１１の穴あけ加工に関する数値
情報で示される加工指令情報を記述した加工プログラム
である。この加工プログラムＰは、ＮＣ装置６０に読み
込まれると記憶部６１に記憶される。プログラム解析部
６２は、記憶部６１から加工指令情報を逐次読み出し、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動量、送り速度の指令を演算処理
する。この指令は、分配部６３によってサーボ部６４の
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸サーボ制御部６４ａ乃至６４ｃ
に分配される。

【００２５】各軸のサーボ制御部６４ａ乃至６４ｃは、
フィードバックした検出値と、Ｘ軸指令値、Ｙ軸指令
値、Ｚ軸指令値を比較し、指令値との偏差がゼロになる
ように指令を増幅してＸ軸サーボモータ３０、Ｙ軸サー
ボモータ３４、Ｚ軸サーボモータ４２に出力するように
なっている。

【００２６】６６は、穴あけ加工のあらかじめ決められ
た順序に従って、穴あけ加工機１０の各部を動作させる
シーケンスコントローラである。このシーケンスコント
ローラ６６は、主軸すなわちボーリングバー２２の回転
負荷および送り負荷を検出し、これらの負荷の増大から
工具折損を検知するための手段としてメータリレー６８
を備えている。穴あけ加工の場合、工具折損には、主軸
の回転負荷に起因する折損と、送り負荷に起因する折損
とがある。なお、本発明においては、工具折損の意義に
は、上記の意味での折損と切削異常によって負荷が著し
く増大することも含めて使っている。

【００２７】メータリレー６８は、ビルトインモータ５
０に流れる電流を検出することにより、主軸の回転負荷
を間接的に検出し、あらかじめ設定されている異常負荷
に対応する電流の設定値を一定時間越えた時に作動して
オンとなり、折損検知信号をＮＣ装置６０の移動停止判
断部７０に出力する。また、メータリレー６８は、並列
軸Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ3 の各サーボモータ４２に流れる電流
の大きさから、送り負荷を間接的に検出し、主軸が回転
中であってかつあらかじめ設定されている異常送り負荷
に対応する電流の設定値を一定時間越えた場合にオンと
なって、折損検知信号を移動停止判断部７０に出力す
る。

【００２８】移動停止判断部７０は、折損検知信号に基
づき並列軸Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ3 のうち実際に工具折損が生
じた軸がいずれの軸であるかどうかを判断し、その結果
が折損情報として発生する。この折損情報は、分配部６
３とブロックストップ部７２に出力される。

【００２９】以下、図５を参照しながら、移動停止判断
部７０およびブロックストップ部７２の動作について説
明する。

【００３０】まず、加工プログラムＰに次のような指令
があったとする。Ｇ００Ｚ１００Ｇ０１Ｚ５０．Ｆ２００（ａ）Ｇ０４Ｆ０（ｂ）Ｇ００Ｚ１００（ｃ）Ｘ１００（ｄ）Ｇ８１Ｒ８０．Ｚ５０．Ｆ２００（ｅ）Ｙ１００（ｆ）Ｇ８０（ａ）のブロックは、主軸をそれぞれ並列軸Ｚ1 、Ｚ2
、Ｚ3 に沿って送り速度２００で、５０の移動量で移
動させて深穴１１ａ、１１ｂ、１１ｃをあけるという指
令である。この指令によりドリル２２ａ、２２ｂ、２２
ｃにより管板１１に深穴１１ａ、１１ｂ、１１ｃが切削
されていく。

【００３１】この並列軸並列軸Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ3 の移動
中に、図５（ａ）まで切削したところで、Ｚ2 軸の工具
２２ｂが折損したものとする。この工具２２ｂの折損
は、メータリレー６８から与えられる折損検知信号がオ
ンになることでただちに検知される。この検知信号から
移動停止判断部７０は、工具折損の生じたのがＺ2 軸で
あると判断する。そして、その折損情報が導入された分
配部６３は、ただちにＺ２軸の移動を停止するべく、こ
の時点でのＺ2 軸の残移動量のみをゼロにクリアして、
移動指令をＺ軸サーボ制御部６４ｃに分配する。これに
より、ただちに、Ｚ2 軸は停止する。

【００３２】他方、他の正常に動作しているＺ１、Ｚ3
軸については、そのまま移動指令をゼロにクリアするこ
となく指令された移動量が分配される。この結果、工具
２２ａ、２２ｃによりそのまま深穴１１ａ、１１ｃの切
削は進行し、Ｚ１、Ｚ3 軸については指令された移動量
を移動する。最終的に、図５（ｂ）に示す深さまで、深
穴１１ａ、１１ｃが加工される。この間、Ｚ2 軸は停止
したままである。

【００３３】やがて、ブロック（ｂ）の指令によりＺ1
、Ｚ3 軸の工具２２ａ、２２ｃは、穴底で停止し、続
くブロック（ｃ）の指令にしたがって、点線で示すＺ軸
上の初期位置に復帰する。なお、この間、Ｚ2 軸は停止
していることは変わらない。こうして、折損の発生して
いないＺ1 、Ｚ3 軸では、指令された通りに加工が完了
する。

【００３４】次いで、すでに工具折損情報が与えられて
いるブロックストップ判断部７２は、ブロック（ｄ）の
指令がくると、このブロック（ｄ）の指令の中にＺ軸以
外のＸ軸についての移動指令、つまり次の穴あけ加工の
ためにコラム１５を移動させる指令があることから、こ
のブロック（ｄ）がブロックストップをすべきブロック
と判断する。この判断の結果、分配部６３には、解析部
６２から移動量の指令が渡されなくなる。したがって、
Ｚ1 、Ｚ3 軸は、初期位置に復帰した後、ブロック
（ｄ）の実行を開始することなく停止する。

【００３５】こうして、並列軸Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ3 がいず
れも停止したあと、折損したＺ2 軸の工具２２ｂをマニ
ュアル運転で加工途中の深穴２２ｂから引き上げ、折損
した工具ｂを新しいものと交換する。

【００３６】なお、ブロック（ｅ）のような穴あけ固定
サイクルの加工を行っているときに、いずれかの並列軸
Ｚ1 、Ｚ2 、Ｚ3 が折損したときも同様に、折損軸はた
だち停止し、他の正常な軸は固定サイクル終了後に停止
する。

【００３７】以上、本発明について、好適な実施の形態
を挙げて説明したが、本発明は、穴あけ専用機だけでな
く、例えば、多軸ヘッドをもつボール盤などの並列軸に
より穴あけ加工を行える工作機械にも適用することが可
能である。また、上述の実施形態では、工具の折損をモ
ータの電流から間接的に検知しているが、振動を検出す
ることにより検知するようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、工具折損などの異常の生じた軸は、直ちに停
止し、他の正常な軸はそのまま加工を続行できるように
したので、工作物に多数の不可穴を自動的にあける加工
の効率を向上させることができる。また、並列軸用の複
数の１軸ＮＣ装置を特に設けることなく、工具折損の生
じた軸を停止できるので、ＮＣシステムの複雑化を回避
し、コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による深穴加工機の外観
図。

【図２】同実施形態による深穴加工機のＸ軸の駆動系統
を示す模式図。

【図３】同実施形態による深穴加工機のＹ軸、Ｚ軸の駆
動系統を示す模式図。

【図４】本発明の一実施形態によるＮＣ装置のブロック
構成図。

【図５】穴あけ加工時の並列軸の移動を示す説明図。

【符号の説明】

１０穴あけ加工機１１管板１２定盤１３治具１４ベッド１５コラム１６主軸頭２０ボーリングヘッド２２ボーリングバー（主軸）２２ａ〜２２ｃ工具３０Ｘ軸サーボモータ３４Ｙ軸サーボモータ４２Ｚ軸サーボモータ４４スライドベース４６主軸台５０ビルトインモータ６０ＮＣ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】並列軸であるＺ軸を含む複数軸を数値制御
する穴あけ加工機用のＮＣ装置において、前記並列軸のいずれかの軸に生じる工具折損を検知する
工具折損検知手段と、前記工具折損検知手段から与えられる折損信号に基づ
き、前記並列軸のうち工具折損の生じた主軸がいずれの
軸であるかを判断し、工具折損情報を発生する手段と、前記工具折損情報に基づいて、工具折損の発生した当該
軸についてのみ残移動量をゼロにして並列軸の移動量指
令をサーボ制御部に分配する分配部と、前記工具折損情報が与えられた場合に、並列軸のうち工
具折損の発生していない他の軸の移動を停止させるた
め、ブロックストップをすべきブロックを判断するブロ
ックストップ判断手段と、を具備することを特徴とする
工具折損停止機能を有するＮＣ装置。
【請求項２】前記ブロックストップ判断手段は、Ｚ軸以
外の軸についての移動指令を含むブロックを停止するブ
ロックと判断し、このブロックの指令移動量を分配部に
渡さないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
工具折損停止機能を有するＮＣ装置。
【請求項３】前記工具折損検知手段は、主軸の回転負荷
または送り負荷をサーボモータ電流値から検出し、設定
値を一定時間越えた時に工具折損を検知するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の工具折損停止機能を
有するＮＣ装置。
【請求項４】主軸頭に複数のボーリングヘッドを備え、
前記ボーリングヘッドの主軸が並列軸（Ｚ軸）として数
値制御される穴あけ加工機において、前記並列軸のいずれかの軸に生じる異常を検知する工具
折損検知手段と、前記工具折損検知手段から与えられる
折損信号に基づき、前記並列軸のうち工具折損の生じた
主軸がいずれの軸であるかを判断し、工具折損情報を発
生する手段と、前記工具折損情報に基づいて、工具折損
の発生した当該軸についてのみ残移動量をゼロにして並
列軸の移動量指令をサーボ制御部に分配する分配部と、
前記工具折損情報が与えられた場合に、並列軸のうち工
具折損の発生していない他の軸の移動を停止させるた
め、ブロックストップをすべきブロックを判断するブロ
ックストップ判断手段とを有するＮＣ装置を備えたこと
を特徴とする穴あけ加工機。