KR20140002602A

KR20140002602A - 천공가공 제어방법 및 천공가공장치

Info

Publication number: KR20140002602A
Application number: KR1020137003478A
Authority: KR
Inventors: 히데키 우치우조; 노부히코 기타무라; 다카미치 이와모토; 고시로 사카모토
Original assignee: 가부시키가이샤 스기노 마신
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2014-01-08
Also published as: CA2804863C; EP2591870B1; JP5622463B2; EP2591870A4; EP2591870A1; RU2013103039A; BR112013000640A2; US9333563B2; US20130189043A1; RU2570267C2; CA2804863A1; KR101676092B1; CN103153508B; CN103153508A; BR112013000640B1; WO2012005356A1; JP2012016793A

Abstract

[과제] 상이한 재질의 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되는 복수의 형성영역을 갖는 워크에 구멍을 형성하기 위해서, 구멍이 형성되는 2 이상의 가공 대상층을 드릴에 작용하는 부하 토크에 의거하여 자동적으로 판별 가능하게 하는 동시에, 가공 대상층별로 설정된 가공조건으로의 천공가공의 용이화 및 가공 효율의 향상을 도모한다. [해결수단] 상이한 재질의 재료로 구분되는 형성층(51∼56)을 갖는 워크(50)에 구멍(70)을 형성하는 천공가공장치에 있어서, 가공 대상층 판정수단은, 천공가공의 개시와 드릴(4)에 작용하는 부하 토크의 변화에 의거하여 가공 대상층(51a∼56a)을 천공가공 순으로 판정하고, 가공조건 결정수단은, 각 가공 대상층(51a∼56a)의 형성 재료에 대응한 설정가공 회전속도 및 설정가공 전진속도를 결정하며, 구동 제어 수단은, 드릴(4)이 설정가공 회전속도 및 설정가공 전진속도로 구멍(70)을 형성하도록, 주축 모터 및 이송 모터를 제어한다.

Description

천공가공 제어방법 및 천공가공장치{PIERCING CONTROL METHOD AND PIERCING DEVICE}

본 발명은, 워크와 공구와의 상대적인 회전운동·이송운동에 의해, 워크에 구멍을 형성하는 천공가공 제어방법 및 천공가공장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 상이한 재질의 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되는 복수의 형성영역을 갖는 워크(예를 들면, 적층체)에 구멍을 형성하는 천공가공 제어방법 및 천공가공장치에 관한 것이다.

워크에 구멍을 형성하기 위해서, 워크와 공구(예를 들면, 드릴)에 상대적인 회전운동 및 이송운동을 행하게 하는 구동장치를 구비하는 천공가공장치는 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼5 참조).

이러한 천공가공장치에 의해 워크에 구멍이 형성되는 경우, 워크의 형성 재료의 재질이나 구멍의 깊이 등에 따라서, 가공 정밀도나 가공 효율의 향상 또는 절삭 공구의 보호를 도모하는 관점에서, 워크와 공구와의 사이에서의 회전운동의 회전속도 또는 이송운동의 이송속도를 포함하는 가공조건이, 미리 패턴화되어 설정되고(예를 들면, 특허문헌 2 참조), 또한, 천공가공중의 공구에 작용하는 부하(負荷) 토크(torque)에 따라 설정된다(예를 들면, 특허문헌 3∼5 참조). 또한, 깊은 구멍을 형성하기 위해서, 공구를 잠정적으로 후퇴시켜 절삭분을 배출한 후에, 다시 전진시키는 스텝 피드 가공이 행하여지기도 한다(예를 들면 특허문헌 2, 3).

일본국 공개특허 2009-50942호 공보 일본국 공개특허 평5-50311호 공보 일본국 특허공고 평5-21683호 공보 일본국 공개특허 2004-1120호 공보 일본국 공개특허 2002-120219호 공보

그런데, 천공가공의 대상이 되는 워크가, 상이한 재질의 재료에 의해 형성됨으로써 구분되는 복수의 형성영역을 갖는 경우(예를 들면, 서로 접하는 층이 상이한 재질의 재료에 의해 형성됨으로써 구분되는 복수의 형성층으로 구성되는 적층체인 경우), 가공 정밀도나 가공 효율의 향상, 공구의 보호, 또는 가공 후의 워크의 품질(예를 들면, 버어(burr)의 유무) 향상 등의 관점에서 각 영역을 형성하는 재료에 적합한 가공조건으로 천공가공을 행하는 것이 바람직하다.

또한, 강도가 우수하고, 경량인 복합재료의 보급에 수반하여, 복합재료, 예를 들면, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics 탄소섬유 강화 플라스틱)과 금속으로 구성되는 적층체 등의 적층 구조를 갖는 부재에 천공가공이 실시된 구조물도 많아지고 있다.

그러나, 이와 같이 상이한 재질의 재료에 의해 형성됨으로써 구분되는 복수의 영역을 갖는 워크에 대해서, 각 형성영역에서의 천공가공을 개시할 때마다, 작업자가, 이 형성영역에 대응하는 가공조건의 설정이나 미리 설정된 가공조건의 선택을 행하는 것으로는, 노력이 들어, 가공 효율의 저하를 초래한다. 또한, 구멍이 워크를 관통하는 경우의 버어나 흠집(scuff) 등의 발생이나, 서로 접하는 형성영역간 또는 층간에서의 박리의 발생 등, 구멍이 형성된 워크의 품질을 저하시키는 형상의 발생을 방지하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상이한 재질의 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되는 복수의 형성영역을 갖는 워크에 구멍을 형성하기 위해서, 구멍이 형성되는 2 이상의 가공 대상층을 자동적으로 판별 가능하게 하는 동시에, 가공 대상층별로 설정된 가공조건에서의 천공가공의 용이화 및 가공 효율의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 천공가공장치의 비용 삭감을 도모하는 것, 및, 구멍이 형성된 워크의 품질의 향상을 도모하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은, 워크(50,60)와 상기 워크(50,60)에 구멍(70)을 형성하는 공구(4)와의 사이에서 상대적인 회전운동 및 상대적인 이송운동을 행하게 하는 구동장치(7,8)를 제어하는 제어장치(15)를 구비하는 천공가공장치에 의한 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 워크(50,60)는, 재질이 상이한 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되어 복수인 소정수의 형성영역(51∼56; 61,62)을 갖고, 상기 제어장치(15)에 의한 상기 구동장치(7,8)의 구동 제어 공정은, 상기 공구(4)에 작용하는 부하 토크(T)를 검출하는 부하 토크 검출 스텝(S11)과, 상기 워크(50,60)에 대한 천공가공의 가공 개시를 판정하는 가공개시 판정스텝(S12)과, 2 이상의 상기 형성영역(51∼56; 61,62)을, 상기 가공 개시와 상기 부하 토크(T)의 변화에 의거하여, 상기 이송운동의 방향인 이송방향으로 배열되어 있는 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)으로서 천공가공 순으로 각각 판정하는 가공 대상층 판정 스텝(S13,S18)과, 상기 가공 대상층 판정 스텝(S13,S18)에서 판정된 상기 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)을 형성하고 있는 재료에 대응한 상기 회전운동의 회전속도(S) 및 상기 이송운동의 이송속도(F)를 결정하는 가공조건 결정 스텝(S14)을 포함하며, 상기 공구(4)는, 상기 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)에 걸쳐서 상기 구멍(70)을 형성하는 천공가공 제어방법이다.

이에 의하면, 상이한 재질의 재료로 형성되어 있는 소정수의 형성영역을 갖는 워크에서, 천공가공이 행하여지는 2 이상의 가공 대상층이, 공구에 작용하는 부하 토크의 검출을 통해서 자동적으로 판정되고, 또한 판정된 각 가공 대상층에 대해서는, 가공조건 결정수단이 결정하는 가공 대상층별로 대응한 가공조건으로 천공가공을 행할 수 있다. 이 결과, 구멍이 형성되는 2 이상의 가공 대상층에 대해서, 각 가공 대상층의 두께에 대응시켜, 이송방향에서의 가공 대상층의 위치를 가공 대상층별로 미리 설정하는 것이나, 이송운동의 이송량을 가공 대상층이 바뀔 때마다 설정할 필요가 없기 때문에, 천공가공의 효율의 향상이 가능하게 된다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 제어장치(15)는, 상기 가공개시 판정스텝(S12)에서, 상기 워크(50,60)와 상기 공구(4)와의 맞닿음을 상기 부하 토크(T)의 변화에 의거하여 판정함에 의해 상기 가공 개시를 판정하는 것이다.

이에 의하면, 가공 대상층을 판정하기 위해서 검출되는 부하 토크를 이용하여 천공가공의 가공 개시가 판정되므로, 이 가공 개시를 판정하기 위한 전용의 검출수단이 불필요하게 되어, 천공가공장치의 비용 삭감이 가능하게 된다. 또한, 이송방향에서의 공구의 초기 위치와 워크와의 사이의 거리의 조정이나 워크와 공구가 맞닿을 때까지의 이송량의 설정이 불필요하게 되므로, 가공 효율의 향상에 기여한다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 구멍(70)은, 상기 워크(50,60)를 관통하는 관통 구멍이고, 상기 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)은, 상기 구멍(70)의 종단 개구(終端開口,71)가 형성되는 가공 종료층(56a,61b)을 가지며, 상기 구동 제어 공정은, 상기 가공 종료층(56a,61b)에서 상기 공구(4)가 상기 워크(50,60)를 관통하기 직전의 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것을 판정하는 관통 직전 판정 스텝(S15,S21)과, 상기 공구(4)가 상기 워크(50,60)를 관통하여 천공가공을 종료하는 가공 종료 위치(Pf)를 검출하는 가공 종료 위치 검출 스텝(S25)과, 상기 이송속도(F)를 상기 가공 종료층(56a,61b)에서의 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 하는 이송속도 감속 스텝(S24)을 포함하고, 상기 제어장치(15)는, 상기 공구(4)가 상기 관통 직전 위치(Pa)로부터 상기 가공 종료 위치(Pf)까지 상기 저속 전진속도로 전진하도록 상기 구동장치(7,8)를 제어하는 것이다.

이에 의하면, 공구가, 워크의 가공 종료층내에서의 관통 직전 위치로부터, 워크를 관통하여 가공 종료 위치에 도달할 때까지는, 이 가공 종료층에 대한 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 이송운동이 행하여지므로, 구멍의 종단 개구가 개구되는 가공 종료층에서의 버어나 흠집 등의 품질 저하 형상의 발생을 억제할 수 있어, 구멍이 형성된 워크의 품질이 향상된다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 3에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 관통 직전 판정 스텝(S15,S21)은, 상기 가공 종료층(56a,61b)을 판정하는 가공 종료층 판정 스텝(S15)과, 상기 부하 토크(T)가 소정 감소율 이상으로 감소한 것을 판정하는 부하 토크 감소 판정 스텝(S21)을 포함하고, 상기 제어장치(15)는, 상기 관통 직전 판정 스텝(S15,S21)에서, 상기 가공 종료층(56a,61b)에서 상기 소정 감소율 이상의 상기 부하 토크(T)의 감소가 판정되었을 때, 상기 공구(4)가 상기 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것으로 판정하는 것이다.

이에 의하면, 2 이상의 가공 대상층을 갖는 워크에서, 가공 대상층 판정 스텝에 의해 가공 종료층이 자동적으로 판정되고, 더욱이 가공 대상층을 판정하기 위해서 검출되는 부하 토크를 이용하여 이 가공 종료층에서의 공구의 관통 직전 위치가 판정되므로, 관통 직전 위치를 판정하기 위한 전용의 검출수단이 불필요하게 되어, 천공가공장치의 비용 삭감이 가능하게 된다. 또한, 관통 직전 위치를 판정하기 위한 이송량의 설정이 불필요하게 되어, 가공 효율의 향상에 기여한다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)에서, 천공가공 순으로 앞뒤의 위치 관계에서 인접하여 배열되어 있는 2개의 상기 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)을 선행 가공 대상층 및 후속 가공 대상층으로 할 때, 상기 구동 제어 공정은, 상기 선행 가공 대상층의 천공가공중에, 상기 부하 토크(T)가 소정 토크 이상으로 되었을 때, 상기 공구(4)에 의한 추력(thrust force, 推力)을 저감할 수 있도록 상기 선행 가공 대상층에서의 상기 이송속도(F)보다 저속인 추력 저감용 전진속도로 하는 추력 저감 스텝(S16,S17)을 포함하는 것이다.

이에 의하면, 가공조건 결정 스텝에서 결정된 선행 가공 대상층에서의 이송속도가 추력 저감용 전진속도까지 감속됨에 의해, 후속 가공 대상층에 작용하는 드릴의 추력이 저감되므로, 이 추력의 작용에 의한 후속 가공 대상층의 휘어짐이 억제되고, 선행 가공 대상층 및 후속 가공 대상층 사이에서의 층간 박리의 발생을 억제할 수 있어, 구멍이 형성된 워크의 품질이 향상된다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 제어장치(15)는, 상기 가공 대상층 판정 스텝(S13,S18)에서, 상기 부하 토크(T)에 대한 상기 부하 토크(T)의 변동 토크량의 비율인 토크 변동률(ΔT)의 절대치가 소정 변동률 이상인지 아닌지에 의거하여 상기 각 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)을 판정하는 것이다.

이에 의하면, 부하 토크의 상대치인 토크 변동률의 변화에 의거하여 가공 대상층이 판정되므로, 부하 토크의 절대치의 변화에 따라 가공 대상층을 판정하는 경우에 비해, 경년(經年) 변화에 의한 공구의 마모시에도, 가공 대상층의 양호한 판정 정밀도를 확보할 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 제어장치(15)에는, 상기 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)에 대응하여, 상기 이송운동의 스텝 피드 가공을 행하기 위한 스텝 피드용 부하 토크와 스텝 피드용 가공시간과의 관계가 설정되고, 상기 제어장치(15)는, 상기 스텝 피드 가공에서의 상기 워크(50,60)와 상기 공구(4)의 맞닿음을 상기 부하 토크(T)의 변화에 의거하여 판정하는 것이다.

이에 의하면, 2 이상의 가공 대상층 중 적어도 1개에 심공(深孔) 가공이 필요하게 되는 경우에도, 가공칩을 제거하면서 천공가공을 행하는 스텝 피드 가공이 행하여지므로, 재질이 상이한 재료로 형성된 소정수의 형성영역을 갖는 워크에 대해서, 고정밀도의 천공가공이 가능하게 된다. 더욱이, 부하 토크를 이용하여 워크와 공구의 맞닿고, 따라서 천공가공의 재개가 판정되므로, 워크와 공구가 맞닿을 때까지의 이송량의 설정이 불필요하게 되어, 가공 효율의 향상에 기여한다.

청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 천공가공 제어방법에 있어서, 상기 제어장치(15)는, 상기 가공 대상층 판정 스텝(S13,S18)에서 판정된 직후의 상기 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)에서의 상기 회전속도(S) 또는 상기 이송속도(F)가, 상기 가공조건 결정 스텝(S14)에서 결정된 설정 회전속도(S1∼S6) 또는 설정 이송속도(F1∼F6)까지, 상기 가공 대상층 판정 스텝(S13,S18)에서의 판정 직전의 상기 회전속도(S) 또는 상기 이송속도(F)로부터 서서히 증가 또는 서서히 감소하도록, 상기 구동장치(7,8)를 제어하는 것이다.

이에 의하면, 가공 대상층 판정 스텝에서 판정된 가공 대상층에 천공가공이 개시될 때, 이 가공 대상층에서의 회전속도 또는 이송속도가, 가공 대상층 판정 스텝에서의 가공 대상층의 판정 직전의 회전속도 또는 이송속도로부터 서서히 변화한 후에 상기 설정 회전속도 또는 상기 설정 이송속도에 도달하므로, 구멍의 가공 정밀도가 향상되고, 워크의 품질이 향상된다.

청구항 9에 기재된 발명은, 워크(50,60)에 구멍을 형성하는 공구(4)와, 상기 워크(50,60)와 상기 공구(4)와의 사이에서 상대적인 회전운동 및 상대적인 이송운동을 행하게 하는 구동장치(7,8)와, 상기 구동장치(7,8)를 제어하는 제어장치(15)를 구비하는 천공가공장치에 있어서, 상기 워크(50,60)는, 재질이 상이한 재료에 의해 형성되어 있음에 의해 구분되는 복수인 소정수의 형성영역(51∼56; 61,62)을 갖고, 상기 제어장치(15)는, 상기 공구(4)에 작용하는 부하 토크(T)를 검출하는 부하 토크 검출수단(22)과, 상기 워크(50,60)에 대한 천공가공의 가공 개시를 판정하는 가공 개시 판정수단(31)과, 2 이상의 상기 형성영역(51∼56; 61,62)을, 상기 가공 개시와 상기 부하 토크(T)의 변화에 의거하여, 상기 이송운동의 방향인 이송방향으로 배열되어 있는 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)으로서 천공가공 순으로 각각 판정하는 가공 대상층 판정수단(33)과, 상기 가공 대상층 판정수단(33)으로 판정된 상기 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)을 형성하고 있는 재료에 대응한 회전속도(S) 및 이송속도(F)를 결정하는 가공조건 결정수단(34)과, 상기 공구(4)가 상기 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a; 61a,62a,61b)에 걸쳐서 상기 구멍(70)을 형성하도록 상기 회전속도(S)의 상기 회전운동 및 상기 이송속도(F)의 상기 이송운동을 행하게 하도록 상기 구동장치(7,8)를 제어하는 구동 제어수단(41,42)을 구비하는 천공가공장치이다.

이에 의하면, 청구항 1에 기재된 발명과 동일한 작용 및 효과가 얻어진다.

본 발명에 의하면, 상이한 재질의 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되는 복수의 형성영역을 갖는 워크에 구멍을 형성하기 위해서, 구멍이 형성되는 2 이상의 가공 대상층의 자동적인 판별이 가능하게 되는 동시에, 가공 대상층별로 설정된 가공조건에서의 천공가공이 용이하게 되어, 가공 효율의 향상이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 천공가공장치의 비용 삭감이 가능하게 되고, 또한 구멍이 형성된 워크의 품질 향상이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 천공가공장치의 일부를 모식적으로 나타내는 도면으로서, (a)는 천공가공장치의 주요부 정면도이고, (b)는 (a)의 화살표 b로 본 도면이다.
도 2는 도 1의 천공가공장치에 의해 가공되는 워크를 설명하는 도면으로서, (a)는 워크의 주요부 단면을 나타내고, (b)는 (a)의 드릴의 선단 부근의 확대도이며, (c)는 워크의 가공 대상층마다의 재료, 설정 회전속도 및 설정 이송속도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 천공가공장치의 제어반(制御盤)의 주요부 블록도이다.
도 4는 도 1의 천공가공장치의 제어반에 의한 구동장치의 구동 제어 공정의 주요부를 설명하는 플로차트의 일부이다.
도 5는 도 4의 플로차트의 잔부이다.
도 6은 도 1의 천공가공장치로 가공되는 다른 워크의, 도 2(a)에 상당하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 관한 천공가공장치(1)는, 워크(50)가 위치 결정되어 고정되는 재치대(載置臺,3)와 워크(50)에 관통 구멍인 구멍(70)을 형성하는 절삭용의 공구로서의 드릴(4)을 구비하는 천공가공기(2)와, 천공가공기(2)를 제어하는 제어장치(15)를 구비한다. 제어장치(15)는, 중앙 연산 처리장치를 구비하는 제어반(16)과, 천공가공기(2)에 의한 가공조건 및 워크(50)에 관한 정보를 포함하는 가공 데이터를 작업자가 미리 설정하기 위한 조작부로서의 조작반(操作盤,17)을 구비한다. 조작반(17)을 통해서 입력된 상기 가공 데이터는, 제어장치(15)의 기억장치에 기억된다.

천공가공기(2)는, 재치대(3) 및 드릴(4)외에, 지지대 또는 로봇(도시되지 않음)에 고정되어 지지되는 하우징(5)과, 하우징(5)에 설치된 가이드 부재(도시되지 않음)에 의해 안내되어 이송방향으로 평행하게 왕복운동 가능한 유지체로서의 램(6)과, 램(6)에 설치되어 드릴(4)을 회전 구동하는 주축(主軸) 구동장치로서의 전동모터인 주축 모터(7)와, 램(6)을 이송방향으로 구동하는 이송 구동장치로서의 전동 모터인 이송 모터(8)와, 주축 모터(7)의 회전을 드릴(4)에 전달하는 주축용 전달 기구(9)와, 이송 모터(8)의 구동력을 램(6)에 전달하는 전송용 전달 기구(10)를 구비한다.

램(6), 양 모터(7,8) 및 양 전달 기구(9,10)는, 하우징(5)내에 수납된다. 드릴(4)은, 주축용 전달 기구(9) 및 주축 모터(7)를 사이에 두고 램(6)에 유지되고, 이송 모터(8)에 구동되어 램(6), 주축 모터(7) 및 주축용 전달 기구(9)와 함께 이송방향으로 이동한다.

여기서, 이송방향은, 주축용 전달 기구(9)가 구비하는 주축(9a)의 회전 중심선이기도 한 드릴(4)의 회전 중심선에 평행하고, 천공가공의 방향인 전진방향과, 전진방향과는 반대방향인 후퇴방향으로 이루어지는 것으로 한다.

주축 모터(7)는, 드릴(4)에 회전 절삭 운동인 회전운동을 행하게 함에 의해, 워크(50)와 드릴(4)의 사이에서 상대적인 회전운동을 행하게 하고, 이송 모터(8)는, 드릴(4)에 이송운동을 행하게 함에 의해, 워크(50)와 드릴(4)의 사이에서 상대적인 이송운동을 행하게 한다. 여기서, 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)는, 천공가공기(2)의 구동장치를 구성한다.

또한, 이송 모터(8)는, 이 이송 모터(8)에 작용하는 토크를 제한하는 토크 리미터(8a)를 갖는다. 토크 리미터(8a)는, 상기 토크의 상한치인 한계치를 설정하기 위한 힘(예를 들면 자기력(磁氣力))을 조정함에 의해, 그 한계치를 변경 가능하게 되어 있다.

주축용 전달 기구(9)는, 주축 모터(7)의 회전축에 연결된 주축(9a)과, 이 주축(9a)과 일체로 회전되도록 주축(9a)의 선단에 설치되어 드릴(4)이 착탈 가능하게 장착되는 척(9b)을 구비한다. 주축 모터(7) 및 주축(9a)은, 통 형상의 램(6)내에 수납된다.

이송용 전달 기구(10)는, 이송 모터(8)의 회전축에 감속 기구(10a)를 사이에 두고 연결된 볼 나사(10c) 및 이 볼 나사(10c)에 나사 결합되는 볼 너트(10d)로 구성되는 볼 나사 기구(10b)와, 램(6)에 연결되는 동시에 볼 너트(10d)와 일체로 이송방향으로 이동하는 서포터(10e)를 구비하고, 이송 모터(8)의 회전운동을, 이송방향에서의 램(6), 주축 모터(7), 주축(9a), 척(9b) 및 드릴(4)의 병진(竝進) 운동으로 변환한다. 이 때문에, 드릴(4)은, 이송 모터(8)에 의해 구동되어, 이송방향으로 최대 스트로크 A의 범위에서 이동 가능하다. 도 1(b)에는, 최대 스트로크 A만큼 이동했을 때의 드릴(4), 척(9b) 및 램(6)의 각 일부가 이점쇄선으로 나타나 있다.

도 2를 더불어 참조하면, 워크(50)는, 상이한 재질의 재료에 의해 형성됨으로써 구분되어 복수인 소정수의, 여기에서는 6개의 형성영역으로서의 형성층(51∼56)으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 적층체로서, 천공가공의 가공 개시측으로부터 차례로, 제 1 ∼ 제 6 형성층(51∼56)을 갖는다. 제 1 ∼ 제 6 형성층(51∼56)에서, 드릴(4)의 이송방향으로 인접하는 형성층(51,52; 52,53; 53,54; 54,55; 55,56)끼리는 서로 접촉되어 있다.

제 1, 3, 5 형성층(51,53,55)은, 제 1 재료인 제 1 금속으로서의 티탄 합금 또는 티탄을 재료(도 2(c)에서는 티탄으로 표시)로서 형성되고, 제 2, 6 형성층(52,56)은, 제 2 재료인 제 2 금속으로서의 알루미늄 합금 또는 알루미늄을 재료(도 2(c)에서는 알루미늄으로 표시)로서 형성되며, 제 4 형성층(54)은, 제 3 재료인 비금속 재료로서의 복합재료, 여기에서는 CFRP가 재료로서 형성되어 있다.

그리고, 제 1 ∼ 제 6 형성층(51∼56)은, 구멍(70)이 형성되는 부위인 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)을 각각 갖는다. 따라서, 각 가공 대상층(51a∼56a)은, 구멍(70)이 형성된 워크(50)에서 이 구멍(70)의 주변 부위이다.

또한, 워크(50)를 형성하는 상이한 재질의 2 이상 재료의 종류의 조합은 임의이며, 이송방향으로 인접하는 가공 대상층의 재료의 종류의 조합도 임의이다.

도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 드릴(4)이, 천공가공을 개시하기 위해서 전진을 개시하는 초기 위치(Ps)로부터, 천공가공이 종료되고 드릴(4)의 전진이 종료되는 가공 종료 위치(Pf)까지의 거리를 가공 스트로크 B로 할 때, 이 가공 스트로크 B내에는, 워크(50)와, 드릴(4)이 초기 위치(Ps)(즉, 전진 개시 위치)로부터 워크(50)의 제 1 가공 대상층(51a)에 맞닿을 때까지의 어프로치층(Ls)과, 드릴(4)이 워크(50)의 제 6 가공 대상층(56a)을 관통한 후에 제 6 가공 대상층(56a)으로부터 가공 종료 위치(Pf)(즉, 전진 종료 위치)에 도달할 때까지의 관통 후 전진층(Lf)이 존재한다. 어프로치층(Ls) 및 관통 후 전진층(Lf)은, 워크(50)에서의 천공가공의 대상으로 되는 층에 상당하지 않는 비가공층인 공기층이다.

또한, 구멍(70)은, 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)의 각각을 관통하여, 제 1 가공 대상층(51a)으로부터 제 6 가공 대상층(56a)에 걸쳐서 관통되어 형성된다. 이 때문에, 제 1 가공 대상층(51a)은, 워크(50)에서 천공가공이 개시되는 가공 개시층이며, 제 6 가공 대상층(56a)은, 구멍(70)의 종단부로서의 종단 개구(71)가 형성되어 천공가공이 종료되는 가공 종료층이다.

도 3을 참조하면, 제어반(16)(도 1 참조)은, 천공가공기(2)의 상태를 검출하는 검출부(20)와, 각 모터(7,8)의 작동을 제어하는 제어부(30)를 구비한다.

검출부(20)는, 이송운동을 하는 부재인 드릴(4)(또는 주축(9a))의, 이송방향에서의 위치를 검출하는 이송위치 검출수단(21)과, 이송운동의 과정에서 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)를 검출하는 부하 토크 검출수단(22)과, 회전운동을 하는 드릴(4)(또는 주축(9a))의 회전속도(S)(도 2(c) 참조)로서 주축 모터(7)의 주축 회전속도를 검출하는 주축 회전속도 검출수단(23)과, 드릴(4)(또는 주축(9a))의 이송속도(F)(도 2(c) 참조)로서의 이송 모터(8)의 이송 회전속도를 검출하는 이송속도 검출수단(24)을 구비한다.

부하 토크 검출수단(22)은, 이송 모터(8)를 구동하기 위한 모터 구동 신호치인 전류치(이하, 「모터 전류치」라고 한다.)를 검출하여 드릴(4)의 부하 토크(T)를 검출한다. 더 구체적으로는, 모터 전류치를 소정의 일정시간 간격마다 소정의 샘플링 회수에 걸쳐서 샘플링하고, 이 샘플링 회수에서의 이동 평균법에 의한 평균치를 부하 토크(T)로 한다.

도 2를 더불어 참조하면, 예를 들면 엔코더에 의해 구성되는 이송위치 검출수단(21)은, 원점으로서의 초기 위치(Ps)를 검출하는 동시에, 이 초기 위치(Ps)에 대한 이송방향에서의 드릴(4)의 위치를 검출한다. 여기서, 초기 위치(Ps)는, 드릴(4)의 선단(4a)이 이송방향으로 워크(50)로부터 소정의 어프로치 거리(Ds)만큼 이격된 위치로서 미리 설정된다. 또한, 이송위치 검출수단(21)은, 드릴(4)에 의한 천공가공의 가공 종료 위치(Pf)를 검출한다. 이 가공 종료 위치(Pf)는, 이 실시 형태에서는, 워크(50)를 관통한 드릴(4)의 선단(4a)이, 이송방향으로 워크(50)로부터 소정의 관통 거리(Df)만큼 이격된 위치이다.

이 실시 형태에서, 이송방향에서의 드릴(4)의 위치는, 드릴(4)과 일체로 이송방향으로 이동하는 서포터(10e), 램(6) 및 주축(9a)(모두 도 1 참조)의, 이송방향에서의 위치와 등가이다.

제어부(30)는, 워크(50)와 드릴(4)의 맞닿음을 판정함으로써 천공가공의 가공 개시를 판정하는 가공개시 판정수단(31)과, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)에 의거하여 부하 토크(T)의 토크 변동률 ΔT를 산출하는 토크 변동률 산출수단(32)과, 워크(50)를 형성하고 있는 제 1 ∼ 제 6 형성층(51∼56) 중의 2 이상의 형성층, 이 실시 형태에서는 제 1 ∼ 제 6 형성층(51∼56)의 6개의 형성층을, 이송운동의 방향인 이송방향으로 배열되어 있는 2 이상의, 여기에서는 6개의 가공 대상층인 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)으로서, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)의 변화에 의거하여 천공가공 순으로 판정하는 가공 대상층 판정수단(33)과, 각 가공 대상층(51a∼56a)을 형성하고 있는 재료에 대응한 각 가공 대상층(51a∼56a)에서의 회전운동의 회전속도(S)인 가공 회전속도 및 이송운동의 이송속도(F)인 가공 전진속도를 포함하는 가공조건을 결정하는 가공조건 결정수단(34)과, 스텝 피드 가공을 행하기 위한 스텝 피드 가공 판정수단(35)과, 이송운동하는 드릴(4)이 워크(50)에 가해지는 추력을 저감해야 할 가공 상태를 판정하는 추력 저감용 판정수단(36)과, 천공가공중의 드릴(4)이 워크(50)를 관통하기 직전의 이송방향에서의 위치인 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것을 판정하는 관통 직전 판정수단(37)과, 부하 토크 검출수단(22)에 의한 부하 토크(T)의 검출 조건을 천공가공기(2)의 상태에 따라서 변경하는 검출조건 변경수단(38)과, 인버터를 갖는 동시에 주축 모터(7)의 회전속도(따라서, 회전속도(S))를 제어하는 주축 구동 제어수단(41)과, 서보 앰프를 갖는 동시에 이송 모터(8)의 회전속도(따라서, 이송속도(F))를 제어하는 이송구동 제어수단(42)을 구비한다.

여기서, 주축 구동 제어수단(41) 및 이송구동 제어수단(42)은, 구동 제어 수단을 구성하는 동시에, 가공조건 결정수단(34)에 의해 결정된 회전속도(S) 및 이송속도(F)를 얻을 수 있도록, 각각 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)를 제어한다.

도 2를 참조하면, 조작반(17)(도 1(a) 참조)은, 예를 들면 터치 패널식인 것으로서, 작동·정지 스위치, 입력부 및 표시부를 구비한다. 작업자는, 상기 입력부를 통해서, 워크(50)에서 구멍(70)이 형성되는 부위인 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)의 배치를 포함하는 워크(50)에 관한 데이터와, 회전속도(S)의 설정 회전속도 및 이송속도(F)의 설정 이송속도 등의 천공가공에 적합한 가공조건에 관한 데이터와, 초기 위치(Ps), 가공 종료 위치(Pf) 및 스텝 피드시 후퇴 위치를 포함하는 이송방향에서의 위치 데이터를 포함하는 상기 가공 데이터를, 설정치로서 입력한다.

여기서, 가공 대상층(51a∼56a)의 배치는, 워크(50)에서의 천공가공의 순서이며, 전진방향에서의 배치이다. 또한, 가공조건에는, 천공가공기(2)의 작동중으로서, 비가공시에서의 천공가공장치(1)의 작동 조건도 포함되는 것으로 한다.

상기 설정 회전속도에는, 드릴(4)이 각 가공 대상층(51a∼56a)을 천공가공할 때의 가공 대상층(51a∼56a)별 가공 회전속도인 설정가공 회전속도(S1∼S6)와, 관통 직전 공정시의 관통 직전용 회전속도인 관통 직전용 설정 회전속도(Sf)와, 어프로치 공정시의 어프로치 회전속도인 설정 어프로치 회전속도(Ss)와, 원점 복귀 공정시의 복귀 회전속도인 설정 복귀 회전속도가 포함된다. 어프로치 회전속도는, 각 가공 대상층(51a∼56a)의 가공 회전속도보다 고속이다.

여기서, 관통 직전 공정은, 드릴(4)이 관통 직전 위치(Pa)로부터 가공 종료 위치(Pf)에 도달할 때까지의 공정이고, 어프로치 공정은, 드릴(4)이 초기 위치(Ps)로부터 워크(50)에 맞닿을 때까지의 공정이며, 원점 복귀 공정은, 드릴(4)이 가공 종료 위치(Pf)로부터 초기 위치(Ps)로 돌아올 때까지의 공정이다.

또한, 설정 이송속도에는, 드릴(4)이 각 가공 대상층(51a∼56a)을 천공가공할 때의 가공 대상층(51a∼56a)별 가공 이송속도인 설정가공 전진속도(F1∼F6), 관통 직전 공정에서의 관통 직전용 이송속도인 설정 저속 전진속도(Ff), 어프로치 공정에서의 어프로치 전진속도인 설정 어프로치 전진속도(Fs), 원점 복귀 공정에서의 복귀 후퇴 속도인 설정 복귀 후퇴 속도, 드릴(4)에 의한 추력을 제한할 때의 추력 저감용 전진속도인 추력 저감용 설정 전진속도, 및, 스텝 피드 가공시에 드릴(4)이 후퇴 및 전진할 때의 각각의 스텝 피드시 후퇴 속도인 스텝 피드시 설정 후퇴 속도 및 스텝 피드시 어프로치 전진속도인 스텝 피드시 설정 어프로치 전진속도가 포함된다.

어프로치 전진속도, 복귀 후퇴 속도, 스텝 피드시 어프로치 전진속도 및 스텝 피드시 후퇴 속도는, 각 가공 전진속도보다 고속이다. 설정 어프로치 전진속도(Fs), 설정 원점 복귀 후퇴 속도, 스텝 피드시 설정 어프로치 전진속도 및 스텝 피드시 설정 후퇴 속도는, 동일하게 설정되어도 좋고, 여기에서는 이송 모터(8)에서의 최고속도로 설정된다.

한편, 저속 전진속도는, 가공 종료층인 제 6 가공 형성층(56a)에서의 가공 전진속도보다 저속이며, 추력 저감용 전진속도는, 각 가공 전진속도보다 저속이다.

도 2(c)에는, 설정가공 회전속도(S1∼S6) 및 설정가공 전진속도(F1∼F6)의 일례인 수치가 괄호 안에 나타나 있다.

도 2, 도 3을 참조하여, 제어부(30)에 관해서 더 설명한다.

가공개시 판정수단(31)은, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)에 의거하여 워크(50)와 드릴(4)의 맞닿음을 판정한다. 구체적으로는, 드릴(4)이 초기 위치(Ps)로부터 전진을 개시하여 워크(50)에 맞닿을 때까지, 어프로치 거리(Ds)를 전진하는 동안의 부하 토크(T)가 거의 제로상태로부터, 드릴(4)과 제 1 가공 대상층(51a)의 맞닿음에 기인하여 부하 토크(T)가 가공 개시용 소정 토크 이상으로 되었을 때, 드릴(4)이 워크(50)에 맞닿은 것으로 판정하고, 따라서 가공 개시(즉, 바이팅(biting)시)를 판정한다.

토크 변동률 ΔT는, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 최신의 부하 토크(T)(이하, 「최신 부하 토크」라고 함)와 이 최신 부하 토크의 직전에 검출된 부하 토크(T)(이하 「직전 부하 토크」라고 함)에 의거하여 산출되고, 더 구체적으로는, 직전 부하 토크에 대한 변동 토크량(즉, 최신 부하 토크와 직전 부하 토크의 차이)의 비로서 산출된다.

가공 대상층 판정수단(33)은, 가공개시 판정수단(31)에 의해 가공 개시가 판정되었을 때, 제 1 가공 대상층(51a)을 최초의 가공 대상층으로 판정한다. 또한, 가공 대상층 판정수단(33)은, 제 1 가공 대상층(51a)이 판정된 후, 워크(50)에서 천공가공 순으로 앞뒤의 위치 관계로 인접하여 배열되어 있는 2개의 가공 대상층(예를 들면, 제 1, 제 2 가공 대상층(51a,52a), 제 2, 제 3 가공 대상층(52a,53a), 제 3, 제 4 가공 대상층(53a,54a) 등)을 선행 가공 대상층(예를 들면, 제 1 가공 대상층(51a)) 및 후속 가공 대상층(예를 들면, 제 2 가공 대상층(52a))으로 할 때, 선행 가공 대상층에 천공가공을 하고 있는 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)가, 이 선행 가공 대상층에서의 가공조건에서의 천공가공시의 토크 변동률 ΔT의 절대치가 소정 변동률 이상으로 변동되었을 때, 가공 대상층이, 선행 가공 대상층으로부터, 천공가공 순으로 선행 가공 대상층의 뒤에 위치하는 후속 가공 대상층으로 바뀌었다고 판정된다.

그리고, 가공 대상층 판정수단(33)은, 가공개시 판정수단(31)에 의해 가공 개시가 판정된 후에 있어서의 소정 변동률 이상의 부하 토크(T)의 변동의 발생 회수와, 조작반(17)을 통해서 미리 설정된 워크(50)의 가공 대상층(51a∼56a)의 배치에 의거하여, 상기 최초의 가공 대상층(즉, 제 1 가공 대상층(51a)) 이외에 워크(50)가 갖는 나머지 5개의 가공 대상층인 제 2 ∼ 제 6 가공 대상층(52a∼56a)(즉, 제 2 ∼ 제 6 형성층(52∼56)이기도 하다.)을 판정한다.

이와 같이 하여, 제 1 가공 대상층(51a) 이외의 가공 대상층(52a∼56a)을 판정하는 판정 공정이, 제 1, 제 2 가공 대상층(51a,52a)의 사이, 제 2, 제 3 가공 대상층(52a,53a)의 사이, 제 3, 제 4 가공 대상층(53a,54a)의 사이, 제 4, 제 5 가공 대상층(54a,55a)의 사이 및 제 5, 제 6 가공 대상층(55a,56a)의 사이에서 차례로 행하여져, 워크(50)에서의 각 가공 대상층(51a∼56a)이 천공가공 순으로 각각 판정된다.

즉, 제 1 가공 대상층(51a) 이외의 가공 대상층(52a∼56a)에 대해서는, 이송방향으로 서로 접하는 가공 대상층(51a,52a; 52a,53a; 53a,54a; 54a,55a; 55a,56a)끼리에 있어서, 천공가공이 선행해서 행하여지는 선행 가공 대상층을 가공중인 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)의 변화에 의거하여, 이 선행 가공 대상층에 이어지는 후속 가공 대상층이 판정되고, 이 판정 공정이, 후속 가공 대상층이 가공 종료층(이 실시 형태에서는 제 6 가공 대상층(56a))으로 될 때까지 반복된다.

여기서, 상기 소정 변동률은, 선행 가공 대상층 및 후속 가공 대상층의 조합에 따라서, 각 가공 대상층(51a∼56a)의 형성 재료에 의거하여 미리 설정되어 있다.

그리고, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 천공가공이 개시되는 가공 대상층(51a∼56a)이 판정되었을 때, 가공조건 결정수단(34)은, 가공 대상층(51a∼56a)에서의 회전속도(S) 및 이송속도(F)를 결정하기 위해서 제어장치(15)의 상기 기억장치에 기억된 설정 회전속도 및 설정 이송속도를 검색하고, 회전속도(S) 및 이송속도(F)를, 각 가공 대상층(51a∼56a)에 대응하는 설정가공 회전속도(S1∼S6) 및 설정가공 전진속도(F1∼F6)로 결정하여, 각 가공 대상층(51a∼56a)의 천공가공이 적합한 가공조건으로 행하여진다.

추력 저감용 판정수단(36)은, 상기 선행 가공 대상층 및 상기 후속 가공 대상층의 조(組)에서, 선행 가공 대상층의 천공가공중에, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)가 미리 설정된 추력 저감용 소정 토크 이상으로 되는 가공 상태를 판정한다. 추력 저감용 판정수단(36)에 의해 추력 저감용 소정 토크 이상의 부하 토크(T)가 드릴(4)에 작용하고 있는 것으로 판정되었을 때, 가공조건 결정수단(34)은, 이송속도(F)를, 선행 가공 대상층에 대응하여 결정된 설정가공 전진속도보다 저속인 추력 저감용 전진속도인 추력 저감용 설정 전진속도로 결정한다.

이 추력 저감용 전진속도는, 후속 가공 대상층의 형성 재료나 두께, 및 선행 가공 대상층에서의 이송속도(F) 등에 의거하여, 후속 가공 대상층의 휘어짐을 억제하는 관점에서 설정된다.

또한, 각 가공 대상층(51a∼56a)에서의 천공가공중에 스텝 피드 가공을 행하는 경우를 위한 스텝 피드시 설정 부하 토크 및 스텝 피드시 설정가공시간이, 상기 가공 데이터의 일부를 구성하는 스텝 피드 가공 개시 조건으로서, CFRP로 형성된 제 4 가공 대상층(54a)을 제외한 각 가공 대상층(51a∼53a,55a,56a)에 대응하여, 조작반(17)을 통해서 미리 설정된다.

스텝 피드 가공 판정수단(35)은, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)가 스텝 피드용 부하 토크인 경우, 검출부(20)를 구성하는 시간 계측 수단(도시되지 않음)에 의해 이 스텝 피드용 부하 토크에 대응한 스텝 피드용 가공시간이 경과된 것이 검출되었을 때, 스텝 피드 가공 개시 조건이 성립되었다고 판정된다.

그리고, 스텝 피드 가공 판정수단(35)에 의해 스텝 피드 가공 개시 조건이 성립되었다고 판정되었을 때, 가공조건 결정수단(34)은, 회전속도(S)를 가공중인 가공 대상층에서의 설정가공 회전속도로 유지하는 한편, 이송속도(F)를, 스텝 피드시 설정 후퇴 속도 및 스텝 피드시 설정 어프로치 전진속도로 결정하여, 스텝 피드 가공이 행하여진다.

그리고, 스텝 피드 가공에서의 워크(50)와 드릴(4)의 맞닿음은, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)의 변화에 의거하여, 스텝 피드용 가공 재개 판정수단에 의해 판정된다. 더 구체적으로는, 이 스텝 피드용 가공 재개 판정수단은, 스텝 피드시 어프로치 공정에서의 부하 토크(T)가, 스텝 피드 가공에서의 후퇴가 개시된 시점에서 가공중의 가공 대상층과 드릴(4)의 맞닿음에 기인하여 스텝 피드시 소정 토크 이상으로 되었을 때, 드릴(4)이 워크(50)에 맞닿은 것으로 판정하고, 따라서 천공가공이 재개를 판정한다.

이 스텝 피드 가공에서는, 드릴(4)이 일시적으로 후퇴하는 스텝 피드시 후퇴 공정에 있어서의 이송방향에서의 스텝 피드시 후퇴 위치는 초기 위치(Ps)에 설정된다. 다른 예로서, 이 스텝 피드시 후퇴 위치가, 드릴(4)의 선단(4a)이, 워크(50)내의 위치, 또는 초기 위치(Ps)보다 워크(50)에 가까운 위치를 차지하도록 설정되어도 좋다.

드릴(4)이 워크(50)의 관통 직전 위치(Pa)에 가까워지면, 가공 종료층인 제 6 가공 대상층(56a)에서 가공 잔부(殘部)의 두께가 감소됨에 의해, 부하 토크(T)가 작아진다. 따라서, 관통 직전 판정수단(37)은, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 가공 대상층이 제 6 가공 대상층(56a)이라고 판정되어 있고, 또한, 부하 토크(T)에 의거하여 부하 토크 변동률 산출수단(32)에 의해 산출된 토크 변동률 ΔT가 소정 감소율 이상의 감소율인 것으로 판정되었을 때, 드릴(4)이 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것으로 판정된다. 상기 소정 감소율은, 제 6 가공 대상층(56a)의 형성 재료, 제 6 가공 대상층(56a)에서의 가공 회전속도 및 가공 전진속도, 가공 잔부의 두께 등에 의거하여 실험이나 시뮬레이션에 의해 얻을 수 있다.

그리고, 관통 직전 판정수단(37)에 의해 드릴(4)이 관통 근방 위치에 있는 것으로 판정되었을 때, 가공조건 결정수단(34)은, 회전속도(S) 및 이송속도(F)를, 관통 직전용 설정 회전속도 및 설정 저속 전진속도(Ff)로 각각 결정하고, 설정가공 전진속도(F6)가 설정 저속 전진속도(Ff)까지 감속된다. 이 실시 형태에서는, 관통 직전용 설정 회전속도는, 제 6 가공 대상층(56a)에서의 설정가공 회전속도(S6)로 유지되지만, 다른 예로서, 설정가공 회전속도(S6)보다 저속으로 설정되어도 좋고, 그 경우에는 품질 저하 형상의 발생 방지 효과를 높일 수 있다.

여기서, 품질 저하 형상이란, 버어, 흠집 또는 후기 층간 박리 등, 드릴(4)이 워크(50)를 관통했을 때에 발생하여, 워크(50)의 품질을 저하시키는 형상이다.

설정 저속 전진속도(Ff)는, 품질 저하 형상의 발생을 방지하는 관점에서 설정되어, 제 6 가공 대상층(56a)의 재질에 따라서 설정된다. 또한, 설정 저속 전진속도(Ff)는, 드릴(4)이 워크(50)를 관통한 후에, 가공 종료 위치(Pf)에 도달할 때까지 일정하게 유지된다. 다른 예로서, 설정 저속 전진속도(Ff)는, 관통 직전 위치(Pa)로부터 가공 종료 위치(Pf)에 도달할 때까지의 동안에, 품질 저하 형상이 발생하지 않는 것을 조건으로 하여, 제 6 가공 대상층(56a)에서의 설정 전진속도보다 저속인 범위내에서 변화되어도 좋다. 예를 들면, 저속 전진속도가 커지도록 조정함으로써, 품질 저하 형상의 발생을 방지하면서, 가공시간의 단축이 가능하게 된다.

또한, 가공조건 결정수단(34)은, 어프로치 공정시에는, 이송속도(F)를 설정 어프로치 전진속도(Fs)로 결정하고, 드릴(4)이 가공 종료 위치(Pf)에 도달한 후의 원점 복귀 공정시에는, 이송속도(F)를 설정 복귀 후퇴 속도로 결정한다.

주축 구동 제어수단(41)은, 주축 회전속도 검출수단(23)에 의해 검출된 주축 회전속도에 의거하여 드릴(4)이 설정가공 회전속도(S1∼S6)로 회전운동을 하도록, 주축 모터(7)를 피드백 제어한다. 마찬가지로, 이송구동 제어수단(42)은, 이송속도 검출수단(24)에 의해 검출된 이송 회전속도에 의거하여 드릴(4)이 설정 전진속도로 이송운동을 하도록 이송 모터(8)를 피드백 제어한다.

또한, 주축 구동 제어수단(41) 및 이송구동 제어수단(42)은, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 가공 대상층(51a∼56a)이 판정된 직후에, 회전속도(S) 및 이송속도(F) 중 적어도 일방의 속도를, 가공 대상층(51a∼56a)에 대해서 설정된 설정가공 회전속도(S1∼S6) 및 설정가공 전진속도(F1∼F6)와는 다른 값으로 설정 가능하도록, 각 모터(7,8)를 제어(이하, 「오버라이드(override) 제어」라고 한다.) 한다.

더 구체적으로는, 드릴(4)이 어프로치층(Ls)을 전진하여 워크(50)에 맞닿아, 워크(50)의 천공가공(여기에서는, 제 1 가공 대상층(51a)의 천공가공)이 개시될 때(즉, 바이팅할 때)에는, 회전속도(S) 및 이송속도(F) 중 적어도 일방의 속도가, 어프로치층(Ls)에서의 설정 어프로치 회전속도(Ss) 및 설정 어프로치 전진속도(Fs)로부터, 일단, 소정 회전속도 및 소정 이송속도까지 각각 감속된 후, 제 1 가공 대상층(51a)에서의 설정가공 회전속도(S1) 및 설정가공 전진속도(F1)까지 각각 점증(漸增)되도록, 각 모터(7,8)가 오버라이드 제어된다.

여기서, 상기 소정 회전속도는, 설정 어프로치 회전속도(Ss) 및 제 1 가공 대상층(51a)에서의 설정가공 회전속도(S1)보다 저속이며, 상기 소정 이송속도는, 설정 어프로치 전진속도(Fs) 및 설정가공 전진속도(F1)보다 저속이다.

또한, 다른 예로서, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 제 1 가공 대상층(51a)이 판정되었을 때, 드릴(4)이, 일단, 소정 거리(예를 들면, 1㎜)만큼 후퇴한 후에, 오버라이드 제어가 행하여져도 좋다.

그리고, 천공가공이, 높은 경도의 재질의 가공 대상층으로부터, 보다 낮은 경도의 재질의 가공 대상층으로 이행되는 경우에는, 회전속도(S) 및 이송속도(F) 중 적어도 일방의 속도가 경도에 따라서 점증되도록, 각 모터(7,8)가 오버라이드 제어된다.

또한, 천공가공이, 낮은 경도의 재질의 가공 대상층으로부터, 더 높은 경도의 재질의 가공 대상층으로 이행하는 경우에는, 회전속도(S) 및 이송속도(F) 중 적어도 일방의 속도가 경도에 따라 점감(漸減)되도록, 각 모터(7,8)가 오버라이드 제어된다.

<천공가공 개시시의 오버라이드 제어>

그리고, 이 실시 형태에서, 주축 구동 제어수단(41)은, 천공가공의 개시시에, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정된 직후의 제 1 가공 대상층(51a)에서의 회전속도(S)가, 일단, 설정 어프로치 회전속도(Ss) 및 설정가공 회전속도(S1)보다 저속인 상기 소정 회전속도로 감속된 후, 제 1 가공 대상층(51a)에 대해서 설정된 설정가공 회전속도(S1)까지, 상기 소정 회전속도로부터 서서히 증가하도록, 주축 모터(7)를 오버라이드 제어한다. 다른 예로서, 천공가공 개시시의 오버라이드 제어에서는, 회전속도(S)가, 상기 소정 회전속도를 거치지 않고, 바로 설정가공 회전속도(S1)로 되어도 좋다.

마찬가지로, 이송구동 제어수단(42)은, 천공가공의 개시시에, 제 1 가공 대상층(51a)에서의 이송속도(F)가, 일단, 설정 어프로치 전진속도(Fs)보다 저속인 상기 소정 이송속도로 감속된 후, 제 1 가공 대상층(51a)에 대해서 설정된 설정가공 전진속도(F1)까지, 상기 소정 이송속도로부터 서서히 증가하도록, 이송 모터(8)를 오버라이드 제어한다.

<천공가공중에서의 오버라이드 제어>

또한, 주축 구동 제어수단(41)은, 워크에서의 천공가공중에, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정된 직후의 가공 대상층(52a∼56a)에서의 회전속도(S)가, 가공 대상층(52a∼56a)에 대해서 설정된 설정가공 회전속도(S2∼S6)까지, 가공 대상층 판정수단(33)에 의한 판정 직전의 회전속도(S)인 설정가공 회전속도(S1∼S5)로부터 서서히 증가(즉, 점증) 또는 서서히 감소(즉, 점감)되도록, 주축 모터(7)를 오버라이드 제어한다.

마찬가지로, 이송구동 제어수단(42)은, 워크에서의 천공가공중에, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정된 직후의 가공 대상층(52a∼56a)에서의 이송속도(F)가, 가공 대상층(52a∼56a)에 대해서 설정된 설정 이송속도인 설정가공 전진속도(F2∼F6)까지, 가공 대상층 판정수단(33)에 의한 판정 직전의 이송속도(F)인 설정가공 전진속도(F1∼F5) 또는 추력 저감용 설정 전진속도로부터 서서히 증가 또는 서서히 감소하도록, 이송 모터(8)를 오버라이드 제어한다.

그리고, 회전속도(S) 및 이송속도(F)가 서서히 증가 또는 서서히 감소하는 것의 정도, 즉 속도의 점증 또는 점감의 정도는, 상기 설정 회전속도, 상기 설정 이송속도, 가공 대상층(51a∼56a)을 형성하는 재료의 재질(예를 들면, 경도) 등을 고려하여, 가공 정밀도 향상의 관점에서 설정된다.

예를 들면, 오버라이드 제어시의 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)에서의 회전속도(S) 및 이송속도(F)는, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)이 판정되기 직전의 어프로치층(Ls) 및 천공가공중의 제 1 ∼ 제 5 가공 대상층(51a∼55a)(천공가공 순으로 인접하는 2개의 가공 대상층의 상기 선행 가공 대상층에 상당)에서의 상기 설정 회전속도 및 상기 설정 이송속도에 의거하여, 또는, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)이 판정된 직후의 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)(천공가공 순으로 인접하는 2개의 가공 대상층의 상기 후속 가공 대상층에 상당)에서의 상기 설정 회전속도 및 상기 설정 이송속도에 의거하여, 각각 설정된다.

이 때문에, 오버라이드 제어시의 회전속도(S) 및 이송속도(F)의 설정시에 기초가 되는 상기 설정 회전속도 및 상기 설정 이송속도의 일례로서, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정되기 직전·직후의 가공 대상층(천공가공 순으로 인접하는 2개의 가공 대상층에 상당)에서, 상기 설정 회전속도 및 상기 설정 이송속도가 큰 쪽의 가공 대상층에서의 상기 설정 회전속도 및 상기 설정 이송속도를 항상 선정할 수도 있다.

아울러, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 드릴(4)은, 그 선단(4a)으로부터 어깨(4b)(드릴(4)의 외경이 최대로 되는 부위)까지 외경이 변화하는 송곳 형상부(4c)를 갖는다. 이 때문에, 오버라이드 제어는, 송곳 형상부(4c)의 길이 Lt가 각 가공 대상층(51a∼56a)의 두께보다 짧은 경우에, 각 가공 대상층(51a∼56a)에서, 길이 Lt 이하인 소정 두께 범위에서 행하여짐이 바람직하다. 따라서, 오버라이드 제어가 행하여지는 경우에는, 가공 대상층(51a∼56a)의 두께를 고려하여 드릴을 선정한다, 또는, 드릴(4)과 가공 대상층(51a∼56a)의 두께에 따라서 드릴(4)과 워크(50)를 조합할 필요가 있다.

또한, 이송구동 제어수단(42)은, 이송 회전속도의 가속도 제어에 의한 이송속도(F)의 가속도 제어와, 토크 리미터(8a)(도 1(b) 참조)의 리미터치의 제어를 행한다.

구체적으로는, 회전 정지상태에 있던 드릴(4)이 초기 위치(Ps)로부터 전진을 개시할 때, 이송 모터(8)는, 어프로치 공정(또는, 가공 개시 전층)에서, 이송속도(F)의 가속도는, 워크(50)에 대해서 천공가공이 행하여지고 있을 때의 가공시 가속도보다 작은 어프로치 공정시 가속도로 설정된다. 이에 의해, 이송 모터(8)에 공급되는 전류의 급증을 억제할 수 있다.

또한, 이송구동 제어수단(42)은, 드릴(4)이 워크(50)에 맞닿은 시점에서의 드릴(4)에 작용하는 충격을 저감하기 위해서, 어프로치 공정(또는, 어프로치층(Ls))에서, 및, 스텝 피드시 후퇴 공정에서 일시적으로 후퇴한 드릴(4)이 워크(50)에 다시 맞닿을 때까지 전진하는 스텝 피드시 어프로치 공정에서, 토크 리미터(8a)의 한계치는, 워크(50)를 가공하고 있을 때의 가공시 한계치보다 작은 어프로치 한계치로 설정된다.

부하 토크 검출수단(22)에 의한 검출 기능을 변경하는 검출조건 변경수단(38)은, 어프로치 공정 및 스텝 피드시 어프로치 공정에서, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 소정 시간 간격마다 행하여지는 상기 샘플링 회수를, 천공가공중의 샘플링 회수보다 적어지도록 변경한다. 이에 의해, 워크(50)와 드릴(4)의 맞닿음에 기인하는 모터 전류치의 변화(따라서, 부하 토크(T)의 변화)를 민감하게 검출할 수 있으므로, 워크(50)와 드릴(4)의 맞닿음의 검출이 신속화되어, 천공가공의 개시시에 있어서의 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)의 제어 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 검출조건 변경수단(38)은, 토크 변동률 ΔT의 절대치가 소정 변동률 이상으로 되는 가공 대상층의 스위칭시에, 스위칭 직후의 모터 전류치의 급격한 변동에 기인하는 가공층 판정수단에 의한 가공 대상층의 오판정을 방지하기 위해서, 및, 스텝 피드 가공에서의 스텝 피드시 후퇴 공정으로부터 스텝 피드시 어프로치 공정으로의 이행 직후의 모터 전류치의 급격한 변동에 기인하는 가공층 판정수단에 의한 가공 대상층의 오판정을 방지하기 위해서, 마스킹 처리를 행한다.

이 마스킹 처리에는, 모터 전류치를 검출하지 않을 것, 또는 검출된 모터 전류치를 평균치의 산출로부터 제외할 것이 포함된다. 이 마스킹 처리에 의해, 부하 토크(T)의 검출에 대해서 노이즈로 되는 모터 전류치가 무시되므로, 부하 토크 검출수단(22)의 검출 정밀도가 향상한다.

도 1 내지 도 3을 필요에 따라서 참조하면서, 주로 도 4, 도 5를 참조하여, 천공가공장치(1)에 의한 천공가공 제어방법에 있어서, 제어장치(15)에 의해 실행되는 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)의 구동 제어 공정에 대해 설명한다.

조작반(17)을 통해서, 워크(50)에서의 제 1 ∼ 제 6 가공 대상층(51a∼56a)의 배치 및 회전속도(S) 및 이송속도(F) 등의 가공조건을 포함하는 상기 가공 데이터가 설정되고, 이어서 천공가공기(2)의 작동이 개시된 후, 부하 토크 검출 스텝으로서의 스텝(S11)에서, 부하 토크 검출수단(22)에 의해, 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)가, 천공가공기(2)의 작동중, 상시 검출된다.

이어서, 가공개시 판정스텝으로서의 스텝(S12)에서는, 초기 위치(Ps)로부터 워크(50)를 향하여 어프로치층(Ls)을 전진하고 있는 드릴(4)의 부하 토크(T)가 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출되어, 가공개시 판정수단(31)에 의해 이 부하 토크(T)가 가공 개시용 소정 토크 이상으로 변화했는지 아닌지가 판정된다. 가공개시 판정수단(31)은, 부하 토크(T)가 가공 개시용 소정 토크 이상으로 되었을 때, 드릴(4)이 워크(50)에 맞닿은 것으로 판정하고, 따라서 천공가공기(2)에 의한 가공 개시인 것으로 판정하고, 부하 토크(T)가 가공 개시용 소정 토크 미만일 때, 드릴(4)이 어프로치 공정에 있는 것으로 판정한다.

스텝(S13)에서, 가공 대상층 판정수단(33)은, 스텝(S12)에서 가공개시 판정수단(31)이 가공 개시인 것을 판정함으로써, 그 직후에 행하여지는 천공가공의 가공 대상층이 제 1 가공 대상층(51a)인 것으로 판정하고, 이어서 스텝(S14)에서, 가공조건 결정수단(34)이 제 1 가공 대상층(51a)에 대응하는 설정가공 회전속도(S1) 및 설정가공 전진속도(F1)를 결정한다. 그리고, 주축 구동 제어수단(41) 및 이송구동 제어수단(42)은, 드릴(4)이 설정가공 회전속도(S1) 및 설정가공 전진속도(F16)로 구동되도록 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)를 제어하여, 제 1 가공 대상층(51a)에 천공가공이 행하여진다.

이어서, 스텝(S15)에서는, 스텝(S13)에서 판정된 가공 대상층이 가공 종료층(이 실시 형태에서는, 제 6 가공 대상층(56a))인지 아닌지가 판정된다. 이번의 경우, 가공 대상층은 제 1 가공 대상층(51a)으로서 제 6 가공 대상층(56a)은 아니기 때문에, 스텝(S16)으로 진행되고, 추력 저감용 판정수단(36)에 의해, 선행 가공 대상층인 제 1 가공 대상층(51a)을 가공중의 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)가 추력 저감용 소정 토크 이상인지 아닌지가 판정된다. 추력 저감용 소정 토크 이상의 부하 토크(T)가 드릴(4)에 작용하고 있는 것으로 판정되었을 때, 스텝(S17)에서, 후속 가공 대상층인 제 2 가공 대상층(52a)에 드릴(4)의 추력에 기인하여 휘어짐이 발생하는 것을 방지 또는 억제하기 위해서, 가공조건 결정수단(34)은, 제 1 가공 대상층(51a)에서의 설정가공 전진속도(F1)보다 저속인 추력 저감용 설정 전진속도로 결정한다.

스텝(S16)에서, 제 1 가공 대상층(51a)을 가공중의 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)가 추력 저감용 소정 토크 미만일 때, 스텝(S18)으로 진행되고, 가공 대상층 판정수단(33)은, 토크 변동률 산출수단(32)에 의해 산출된 토크 변동률 ΔT의 절대치가 소정 변동률 이상인지 아닌지를 판정한다.

토크 변동률 ΔT가 소정 변동률 미만일 때, 스텝(S19)으로 진행되고, 스텝 피드 가공 개시 조건이 성립되었는지 아닌지가 판정되어, 이 가공 개시 조건이 성립되었을 때에는, 스텝(S20)에서 스텝 피드 가공이 행하여진다. 스텝(S19)에서, 상기 가공 개시 조건이 성립되지 않을 때, 스텝(S16)으로 진행되고, 스텝(S16∼S18)이 실행되어, 제 1 가공 대상층(51a)의 천공가공이 속행된다.

스텝(S18)에서, 토크 변동률 ΔT의 절대치가 소정 변동률 이상인 것으로 판정되면, 스텝(S13)에서, 가공 대상층 판정수단(33)은, 가공 대상층이 제 1 가공 대상층(51a)으로부터 제 2 가공 대상층(52a)으로 스위칭된 것으로 판정하고, 스텝(S14)에서, 가공조건 결정수단(34)이 제 2 가공 대상층(52a)에 대응하는 설정가공 회전속도(S2) 및 설정가공 전진속도(F2)를 결정하여, 주축 구동 제어수단(41) 및 이송구동 제어수단(42)에 의해 각각 제어되는 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)가 드릴(4)을 설정가공 회전속도(S2) 및 설정가공 전진속도(F2)로 구동하고, 제 2 가공 대상층(52a)에 천공가공이 행하여진다.

이하, 스텝(S15)에서 가공 대상층이 제 6 가공 대상층(56a)(즉, 가공 종료층)인 것으로 판정될 때까지, 스텝(S13∼S20)이 반복 실행되고, 제 3∼제 6 가공 대상층(53a∼56a)까지가 순차로 판정된다.

그리고, 스텝(S13)에서 가공 대상층이 제 6 가공 대상층(56a)인 것으로 판정되고, 스텝(S15)에서 현재의 가공 대상층이 가공 종료층인 것으로 판정되어, 스텝(S21)으로 진행된다.

따라서, 스텝(S13,S18)은, 워크(50)의 형성층(51∼56)을 이송방향으로 배열되어 있는 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)으로서 천공가공 순으로 각각 판정되는 가공 대상층 판정 스텝을 구성하고, 스텝(S14)은, 이 가공 대상층 판정 스텝에서 판정된 가공 대상층(51a∼56a)을 형성하고 있는 재료에 대응한 회전운동의 회전속도(S) 및 이송운동의 이송속도(F)를 결정하는 가공조건 결정 스텝을 구성한다. 또한, 스텝(S16,S17)은, 드릴(4)에 의한 후속 가공 대상층에 작용하는 추력을 저감할 수 있도록 선행 가공 대상층에서의 가공 전진속도보다 저속인 추력 저감용 전진속도로 하는 추력 저감 스텝을 구성한다.

스텝(S21)에서는, 관통 직전 판정수단(37)은, 토크 변동률 ΔT가 소정 감소율 이상의 감소율인지 아닌지를 판정하고, 부하 토크(T)가 소정 감소율 이상으로 감소되어 있지 않을 때, 관통 직전 위치(Pa)에 도달하지 않은 것으로 판정하고, 스텝(S22)으로 진행하여 스텝(S19,S20)과 동일하게 스텝 피드 가공 개시 조건의 성립시에 스텝 피드 가공이 행하여지고, 이 가공 개시 조건의 불성립시에는, 스텝(S21)에서 부하 토크(T)가 소정 감소율 이상으로 감소한 것으로 판정되어 드릴(4)이 관통 직전 위치(Pa)에 도달한 것으로 판정될 때까지, 설정가공 회전속도(S6) 및 설정가공 전진속도(F6)로 제 6 가공 대상층(56a)에 천공가공이 행하여진다.

스텝(S21)에서 드릴(4)이 관통 직전 위치(Pa)에 도달한 것으로 판정되면, 스텝(S24)으로 진행되어, 가공조건 결정수단(34)이 이송속도(F)를 설정 저속 전진속도(Ff)로 결정하고, 회전속도(S)가 설정가공 회전속도(S6)로 유지된 상태에서, 이송속도(F)가 설정가공 전진속도(F6)로부터 설정 저속 전진속도(Ff)로 감속된다.

드릴(4)은, 가공 종료 위치(Pf)에 도달할 때까지 설정 저속 전진속도(Ff)로 유지되어, 제 6 가공 대상층(56a)에 천공가공을 행하고, 구멍(70)이 워크(50)를 관통한 후에는, 가공 종료 위치(Pf)를 향하여 전진한다. 그리고, 스텝(S25)에서, 이송위치 검출수단(21)에 의해 드릴(4)이 가공 종료 위치(Pf)에 도달한 것이 검출되면, 스텝(S26)으로 진행하고, 가공조건 결정수단(34)이 이송속도(F)를 설정 복귀 후퇴 속도로 결정하여, 드릴(4)이 고속의 설정 복귀 후퇴 속도로 초기 위치(Ps)까지 후퇴한다.

여기서, 스텝(S19,S20) 및 스텝(S22,S23)은, 스텝 피드 가공을 행하기 위한 스텝 피드 가공 스텝을 구성한다.

또한, 스텝(S15,S21)은, 관통 직전 판정 스텝을 구성한다. 따라서, 이 관통 직전 판정 스텝에는, 가공 종료층을 판정하는 가공 종료층 판정 스텝인 스텝(S15)과, 부하 토크(T)가 소정 감소율 이상으로 감소한 것을 판정하는 부하 토크 감소 판정 스텝인 스텝(S21)이 포함된다.

또한, 스텝(S24)은, 이송속도(F)를 가공 종료층에서의 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 하는 이송속도 감속 스텝을 구성하고, 스텝(S25)은, 드릴(4)이 워크(50)를 관통하여 천공가공을 종료하는 가공 종료 위치(Pf)를 검출하는 가공 종료 위치(Pf)검출 스텝을 구성한다.

다음으로, 전술한 바와 같이 구성된 실시 형태의 작용 및 효과에 대해 설명한다.

상이한 재질의 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되는 소정수의 형성층(51∼56)을 갖는 워크(50)에 구멍(70)을 형성하는 천공가공장치(1)는, 그 제어장치(15)에 의한 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)의 구동 제어 공정에서, 가공 대상층 판정수단(33)이, 부하 토크 검출수단(22)에 의해 검출된 부하 토크(T)의 변화와 가공개시 판정수단(31)에 의해 판정된 가공 개시에 의거하여, 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)을 천공가공 순으로 각각 판정하고, 가공조건 결정수단(34)이, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정된 가공 대상층(51a∼56a)의 형성 재료에 대응한 설정가공 회전속도(S1∼S6) 및 설정가공 전진속도(F1∼F6)를 결정하며, 주축 구동 제어수단(41) 및 이송구동 제어수단(42)은, 드릴(4)이, 설정가공 회전속도(S1∼S6) 및 설정가공 전진속도(F1∼F6)로, 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)에 걸쳐서 구멍(70)을 형성하도록, 주축 모터(7) 및 이송 모터(8)를 제어한다.

이에 의해, 상기 소정수의 형성층(51∼56)을 갖는 워크(50)에서, 천공가공이 행하여지는 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)이, 드릴(4)에 작용하는 부하 토크(T)의 검출을 통해서 자동적으로 판정되고, 더욱이 판정된 각 가공 대상층(51a∼56a)에 대해서는, 가공조건 결정수단(34)이 결정되는 가공 대상층(51a∼56a)별로 대응한 가공조건으로 천공가공을 행할 수 있다. 이 결과, 구멍(70)이 형성되는 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)에 대해서, 각 가공 대상층(51a∼56a)의 두께에 대응시켜, 이송방향에서의 가공 대상층(51a∼56a)의 위치를 가공 대상층(51a∼56a)별로 미리 설정하는 것이나, 이송운동의 이송량을 가공 대상층(51a∼56a)이 스위칭될 때마다 설정할 필요가 없기 때문에, 가공 대상층별로 설정된 가공조건에서의 천공가공이 용이하게 되어, 가공 효율의 향상이 가능하게 된다.

제어장치(15)의 가공개시 판정수단(31)은, 워크(50)와 공구의 맞닿음을 부하 토크(T)의 변화에 의거하여, 부하 토크(T)가 가공 개시용 소정 토크 이상인 것으로 판정함으로써, 가공 개시를 판정한다. 이에 의해, 가공 대상층 판정수단(33)이 가공 대상층(51a∼56a)을 판정하기 위해서 검출되는 부하 토크(T)를 이용하여 천공가공의 가공 개시가 판정되므로, 이 가공 개시를 판정하기 위한 전용의 검출수단이 불필요하게 되어, 천공가공장치(1)의 비용 삭감이 가능하게 된다. 또한, 이송방향에서의 드릴(4)의 초기 위치(Ps)와 워크(50)의 사이의 어프로치 거리(Ds)의 조정이나 워크(50)와 공구가 맞닿을 때까지의 이송량의 설정이 불필요하게 되므로, 가공 효율의 향상에 기여한다.

또한, 드릴(4)의 이송속도(F)에 관해서, 어프로치 공정에서의 어프로치 전진속도, 원점 복귀 공정에서의 복귀 후퇴 속도, 스텝 피드 가공에서의 스텝 피드시 어프로치 전진속도 및 스텝 피드시 후퇴 속도는, 각 가공 대상층(51a∼56a)에서의 가공 전진속도보다 고속이므로, 가공시간을 단축할 수 있어, 가공 효율이 향상된다.

제어장치(15)에 의한 구동 제어 공정에서, 관통 직전 판정수단(37)이, 가공 종료층인 제 6 가공 대상층(56a)에서 드릴(4)이 워크(50)를 관통하기 직전의 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것을 판정하고, 드릴(4)이, 워크(50)의 제 6 가공 대상층(56a)내에서의 관통 직전 위치(Pa)로부터, 워크(50)를 관통하여 가공 종료 위치(Pf)에 도달할 때까지는, 제 6 가공 대상층(56a)에 대한 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 이송운동이 행하여지도록 이송속도(F)가 감속되므로, 구멍(70)의 종단 개구(71)가 개구되는 가공 종료층에서의 버어 등의 품질 저하 형상의 발생을 억제할 수 있어, 구멍(70)이 형성된 워크(50)의 품질이 향상된다.

제어장치(15)에 의한 구동 제어 공정에서, 관통 직전 판정수단(37)은, 가공 대상층 판정수단(33)이 가공 종료층을 판정하고, 토크 변동률 ΔT에 의거하여 부하 토크(T)가 소정 감소율 이상으로 감소한 것으로 판정했을 때, 드릴(4)이 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것으로 판정한다.

이에 의해, 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)을 갖는 워크(50)에서, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 가공 종료층인 제 6 가공 대상층(56a)이 자동적으로 판정되고, 더욱이 가공 대상층(51a∼56a)을 판정하기 위해서 검출되는 부하 토크(T)를 이용하여 제 6 가공 대상층(56a)에서의 드릴(4)의 관통 직전 위치(Pa)가 판정되므로, 관통 직전 위치(Pa)를 판정하기 위한 전용의 검출수단이 불필요하게 되어, 천공가공장치(1)의 비용 삭감이 가능하게 된다. 또한, 관통 직전 위치(Pa)를 판정하기 위한 이송량의 설정이 불필요하게 되어, 가공 효율의 향상에 기여한다.

워크(50)의 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a)에서, 천공가공 순으로 앞뒤의 위치 관계로 인접하여 배열되어 있는 2개의 가공 대상층(51a,52a; 52a,53a; 53a,54a; 54a,55a; 55a,56a)을 선행 가공 대상층 및 후속 가공 대상층으로 할 때, 제어장치(15)의 구동 제어 공정에서, 추력 저감용 판정수단(36)이, 선행 가공 대상층의 천공가공중에, 부하 토크(T)가 추력 저감용 소정 토크 이상인 것으로 판정되었을 때, 가공조건 결정수단(34)이, 드릴(4)에 의한 추력을 저감할 수 있도록, 가공 전진속도를 선행 가공 대상층에서의 설정가공 전진속도(F1∼F6)보다 저속인 추력 저감용 설정 전진속도로 결정한다.

이에 의해, 선행 가공 대상층에서의 이송속도(F)가 추력 저감용 전진속도까지 감속됨에 의해, 후속 가공 대상층에 작용하는 드릴(4)의 추력이 저감되므로, 이 추력의 작용에 의한 후속 가공 대상층의 휘어짐의 발생의 방지 또는 휘어짐의 감소에 의해, 그 휘어짐이 억제되고, 선행 가공 대상층 및 후속 가공 대상층 사이에서의 층간 박리(즉, 품질 저하 형상)의 발생을 억제할 수 있어, 구멍(70)이 형성된 워크(50)의 품질이 향상된다.

가공 대상층 판정수단(33) 및 관통 직전 판정수단(37)은, 부하 토크(T)에 대한 부하 토크(T)의 변동 토크량의 비율인 토크 변동률 ΔT에 의거하여, 각 가공 대상층(51a∼56a) 및 관통 직전 위치(Pa)를 각각 판정하므로, 부하 토크(T)의 절대치의 변화에 따라 가공 대상층(51a∼56a)을 판정하는 경우에 비해, 경년 변화에 의한 공구의 마모시에도, 가공 대상층(51a∼56a)의 양호한 판정 정밀도를 확보할 수 있다.

주축 구동 제어수단(41)은, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정된 직후의 가공 대상층(51a∼56a)의 회전속도(S)가, 제 1 가공 대상층(51a)에 관해서는, 상기 판정의 직전의 회전속도(S)인 설정 어프로치 회전속도(Ss)로부터, 상기 소정 회전속도를 거쳐 설정가공 회전속도(S1)까지, 및 제 2 ∼ 제 6 가공 대상층(52a∼56a)에 관해서는, 제 1 ∼ 제 5 설정가공 회전속도(S1∼S5)로부터 제 2 ∼ 제 6 설정가공 회전속도(S2∼S6)까지, 점증 또는 점감되도록, 주축 모터(7)를 오버라이드 제어한다. 마찬가지로, 이송구동 제어수단(42)은, 상기 판정 직후의 가공 대상층(51a∼56a)의 이송속도(F)가, 제 1 가공 대상층(51a)에 관해서는, 상기 판정 직전의 이송속도(F)인 설정 어프로치 전진속도(Fs)로부터, 상기 소정 이송속도를 거쳐 설정가공 전진속도(F1)까지, 및 제 2 ∼ 제 6 가공 대상층(52a∼56a)에 관해서는, 제 1 ∼ 제 5 설정가공 전진속도(F1∼F5) 또는 추력 저감용 설정 전진속도로부터, 제 2 ∼ 제 6 설정가공 전진속도(F2∼F6)까지, 서서히 증가 또는 서서히 감소되도록, 이송 모터(8)를 오버라이드 제어한다.

이에 의해, 가공 대상층 판정수단(33)에 의해 판정된 각 가공 대상층(51a∼56a)에 천공가공이 개시될 때, 이 가공 대상층(51a∼56a)에서의 회전속도(S) 및 이송속도(F)가, 가공 대상층 판정수단(33)에 의한 각 가공 대상층(51a∼56a)의 판정 직전의 회전속도(S) 및 이송속도(F)로부터 서서히 변화한 후에 상기 설정 회전속도 및 상기 설정 이송속도에 도달하므로, 구멍(70)의 가공 정밀도가 향상되고, 워크(50)의 품질이 향상된다.

가공 대상층(51a∼56a)에 대응하여, 이송운동의 스텝 피드 가공을 행하기 위한 스텝 피드용 부하 토크와 스텝 피드용 가공시간과의 관계가 미리 설정되고, 제어장치(15)가 구비하는 상기 스텝 피드용 가공 재개 판정수단은, 스텝 피드 가공에서의 워크(50)와 드릴(4)의 맞닿음을 부하 토크(T)의 변화에 의거하여 판정한다.

이에 의해, 2 이상의 가공 대상층(51a∼56a) 중 적어도 1개에 심혈(深穴) 가공이 필요하게 되는 경우에도, 가공칩을 제거하면서 천공가공을 행하는 스텝 피드 가공이 행하여지므로, 재질이 상이한 재료로 형성된 소정수의 형성영역을 갖는 워크(50)에 대해서, 고정밀도의 천공가공이 가능하게 된다. 더욱이, 부하 토크(T)를 이용하여 워크(50)와 공구의 맞닿음, 이에 따라 천공가공의 재개가 판정되므로, 워크(50)와 드릴(4)이 맞닿을 때까지의 이송량의 설정이 불필요하게 되어, 가공 효율의 향상에 기여한다.

제어장치(15)의 상기 기억장치에는, 조작반(17)으로부터의 조작에 의해, 천공가공기(2)의 작동 개시 전에, 구멍(70)이 형성되는 순서로의 가공 대상층(51a∼56a)의 배치와, 각 가공 대상층(51a∼56a)에서의 회전속도(S)의 설정치인 설정 회전속도 및 이송속도(F)의 설정치인 설정 이송속도가 기억되므로, 회전속도(S) 및 이송속도(F)를, 가공 대상층(51a∼56a)의 스위칭때마다 설정할 필요가 없어, 가공 효율의 향상이 가능하게 된다.

이하, 전술한 실시 형태의 일부의 구성을 변경한 실시 형태에 대해서, 변경된 구성에 관해서 설명한다.

공구는, 드릴(4)이외의 주지의 천공 공구이어도 좋다.

구멍(70)은, 상기 실시 형태에서는, 소정수의 층을 갖는 워크(50)에서 그 소정수의 층에 걸쳐서 형성되었지만, 상기 소정수 이외의 2 이상의 가공 대상 영역(또는 가공 대상층)에 걸쳐 형성되어도 좋다. 구멍(70)은, 관통 구멍이 아니라, 이 구멍(70)의 종단부가 폐색된 구멍, 즉 바닥이 있는 구멍이어도 좋다.

구동장치는, 워크(50)에, 또는, 워크(50) 및 공구의 양자에, 회전운동 및 이송운동 중 적어도 일방의 운동을 시켜도 좋다. 예를 들면, 주축 구동장치는, 드릴(4) 대신에, 주축(9a)을 사이에 두고 워크(50)를 회전 구동해도 좋고, 또한, 이송 구동장치에 의해 워크(50)가 구동되는 경우, 이송위치 검출수단(21)은, 이송방향에서의 워크(50)의 위치를 검출한다.

부하 토크 검출수단(22)은, 이송 모터(8) 및 주축 모터(7) 중 적어도 일방을 구동하기 위한 모터 구동 신호치를 검출하는 것이어도 좋다.

하우징(5)은 지지대에 이송방향으로 이동 가능하게 지지되고, 이송 구동장치가, 하우징(5) 및 주축 구동장치를 일체로 이송방향으로 구동 가능하게 이 지지대에 고정되어도 좋다.

재료의 조합은, 복수의 종류의 금속, 금속과 합성수지, 복수의 복합재료이어도 좋다. 비금속층은, 섬유강화 플라스틱 이외의 플라스틱이어도 좋고, 또한 플라스틱 이외의 재료이어도 좋다.

구동장치는, 전동 모터 대신에 에어 모터이어도 좋고, 그 경우, 모터 구동 신호치는, 에어의 압력이다.

워크는, 재질이 상이한 부재가 인서트된 것이어도 좋다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 워크(60)는, 모재에, 이 모재를 형성하는 재료와는 상이한 재질의 재료가 매설되는 복수의 형성영역(61,62)을 갖는 것이어도 좋고, 종단 개구(71)를 갖는 구멍(70)이 형성되는 주변 부위가 제 1 ∼ 제 3 가공 대상층(61a,62a,61b)으로서, 국부적으로 적층 구조를 형성하고 있어도 좋다. 여기서, 제 3 가공 대상층(61b)은, 가공 종료층이다.

관통 직전 판정수단(37)은, 이송방향에서의 위치로서, 가공 종료층 이외의 가공 대상층인 특정 가공 대상층을 관통하기 직전에서의 관통 직전 위치(Pa)를 판정하는 것이어도 좋다. 더 구체적으로는, 이송방향에서의 위치로서, 조작반(17)을 통해서 미리 설정된 관통 직전 위치(Pa)를 이송위치 검출수단(21)으로 검출함에 의해, 워크(50)의 2 이상의 가공 대상층이, 구멍(70)의 종단부가 형성되는 가공 종료층과, 가공 종료층 이외의 가공 대상층인 특정 가공 대상층을 갖고, 구동 제어 공정은, 공구가 특정 가공 대상층을 관통하기 직전의 관통 직전 위치(Pa)에 있는 것을 판정하는 관통 직전 판정 스텝과, 가공 전진속도를 특정 가공 대상층에서의 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 하는 이송속도 감속 스텝을 포함하고, 제어장치(15)는, 드릴(4)이 관통 직전 위치(Pa)로부터 특정 가공 대상층을 관통할 때까지 저속 전진속도로 전진하도록 이송 모터(8)를 제어한다.

이에 의해, 공구가, 워크(50)의 가공 종료층 이외의 특정 가공 대상층내에서의 관통 직전 위치(Pa)로부터, 이 특정 가공 대상층을 관통할 때까지, 이 특정 가공 대상층에 대한 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 이송운동이 행하여지므로, 관통 직전 위치(Pa)로부터 특정 가공 대상층을 관통할 때까지의 공구의 이송운동에 기인하는 추력에 의해, 전진방향으로 특정 가공 대상층에 인접하는 가공 대상층이 휘는 것이 억제되고, 특정 가공 대상층과 이 인접 가공 대상층과의 사이에서의 층간 박리의 발생을 억제할 수 있어, 구멍(70)이 형성된 워크(50)의 품질이 향상된다. 또한, 특정 가공 대상층의 형성 재료 자체가, 예를 들면 복합재료로서의 섬유강화 플라스틱이 섬유층의 적층 구조를 갖는 경우에는, 이 섬유층간의 박리가 방지된다.

가공 종료층이 복합재료(예를 들면, CFRP)로 형성되어도 좋다. 이 경우, 저속 전진속도로 전진함에 의해, 종단 개구(71)의 둘레가장자리에서의 흠집의 발생이나, 복합재료 자체가 갖는 적층 구조에서의 층간 박리의 방지가 가능하게 된다. 또한, 상기 특정 가공 대상층의 형성 재료 자체가, 예를 들면 복합재료로서의 섬유강화 플라스틱이 섬유층의 적층 구조를 갖는 경우에는, 이 섬유층간의 박리가 방지된다.

오버라이드 제어시의 제 2 ∼ 제 6 가공 대상층(52a∼56a)에서의 회전속도(S)는, 이 회전속도(S)의 점증 또는 점감을 거치지 않고, 각각 제 2 ∼ 제 6 가공 대상층(52a∼56a)에서의 설정가공 회전속도(S2∼S6)이어도 좋다.

아울러, 상기한 가공장치 및 가공 제어방법은, 단층의 재료로 형성되어 있는 워크에 대해서도, 상기 형성영역을, 이송방향에서의 위치에 따라 구분된 영역으로 함으로써, 적용 가능하다.

1 : 천공가공장치
2 : 천공가공기
4 : 드릴
7 : 주축 모터
8 : 이송 모터
15 : 제어장치
21 : 이송 위치 검출수단
22 : 부하 토크 검출수단
31 : 가공 개시 판정수단
33 : 가공 대상층 판정수단
34 : 가공조건 결정수단
35 : 스텝 피드 가공 판정수단
36 : 추력 저감용 판정수단
37 : 관통 직전 판정수단
50, 60 : 워크
70 : 구멍
Pf : 가공 종료 위치
Pa : 관통 직전 위치
S1∼S6 : 설정가공 회전속도
F1∼F6 : 설정가공 전진속도
Ff : 설정 저속 전진속도

Claims

워크와 상기 워크에 구멍을 형성하는 공구와의 사이에서 상대적인 회전운동 및 상대적인 이송운동을 행하게 하는 구동장치를 제어하는 제어장치를 구비하는 천공가공장치에 의한 천공가공 제어방법에 있어서,
상기 워크는, 재질이 상이한 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되어 복수인 소정수의 형성영역을 갖고,
상기 제어장치에 의한 상기 구동장치의 구동 제어 공정은, 상기 공구에 작용하는 부하 토크를 검출하는 부하 토크 검출 스텝과, 상기 워크에 대한 천공가공의 가공 개시를 판정하는 가공개시 판정스텝과, 2 이상의 상기 형성영역을, 상기 가공 개시와 상기 부하 토크의 변화에 의거하여, 상기 이송운동의 방향인 이송방향으로 배열되어 있는 2 이상의 가공 대상층으로서 천공가공의 순으로 각각 판정하는 가공 대상층 판정 스텝과, 상기 가공 대상층 판정 스텝에서 판정된 상기 가공 대상층을 형성하고 있는 재료에 대응한 상기 회전운동의 회전속도 및 상기 이송운동의 이송속도를 결정하는 가공조건 결정 스텝을 포함하며,
상기 공구는, 상기 2 이상의 가공 대상층에 걸쳐서 상기 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 가공개시 판정스텝에서, 상기 워크와 상기 공구의 맞닿음을 상기 부하 토크의 변화에 의거하여 판정함에 의해 상기 가공 개시를 판정하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구멍은, 상기 워크를 관통하는 관통 구멍이고,
상기 2 이상의 가공 대상층은, 상기 구멍의 종단 개구가 형성되는 가공 종료층을 가지며,
상기 구동 제어 공정은, 상기 가공 종료층에서 상기 공구가 상기 워크를 관통하기 직전의 관통 직전 위치에 있는 것을 판정하는 관통 직전 판정 스텝과, 상기 공구가 상기 워크를 관통하여 천공가공을 종료하는 가공 종료 위치를 검출하는 가공 종료 위치 검출 스텝과, 상기 이송속도를 상기 가공 종료층에서의 가공 전진속도보다 저속인 저속 전진속도로 하는 이송속도 감속 스텝을 포함하고,
상기 제어장치는, 상기 공구가 상기 관통 직전 위치로부터 상기 가공 종료 위치까지 상기 저속 전진속도로 전진하도록 상기 구동장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 3 항에 있어서, 상기 관통 직전 판정 스텝은, 상기 가공 종료층을 판정하는 가공 종료층 판정 스텝과, 상기 부하 토크가 소정 감소율 이상으로 감소한 것을 판정하는 부하 토크 감소 판정 스텝을 포함하고,
상기 제어장치는, 상기 관통 직전 판정 스텝에서, 상기 가공 종료층에서 상기 소정 감소율 이상의 상기 부하 토크의 감소가 판정되었을 때, 상기 공구가 상기 관통 직전 위치에 있는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2 이상의 가공 대상층에서, 천공가공 순으로 앞뒤의 위치 관계로 인접하여 배열되어 있는 2개의 상기 가공 대상층을 선행 가공 대상층 및 후속 가공 대상층으로 할 때,
상기 구동 제어 공정은, 상기 선행 가공 대상층의 천공가공중에, 상기 부하 토크가 소정 토크 이상으로 되었을 때, 상기 공구에 의한 추력을 저감할 수 있도록 상기 선행 가공 대상층에서의 상기 이송속도보다 저속인 추력 저감용 전진속도로 하는 추력 저감 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 가공 대상층 판정 스텝에서, 상기 부하 토크에 대한 상기 부하 토크의 변동 토크량의 비율인 토크 변동률의 절대치가 소정 변동률 이상인지 아닌지에 의거하여 상기 각 가공 대상층을 판정하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치에는, 상기 가공 대상층에 대응하여, 상기 이송운동의 스텝 피드 가공을 행하기 위한 스텝 피드용 부하 토크와 스텝 피드용 가공시간의 관계가 설정되고,
상기 제어장치는, 상기 스텝 피드 가공에서의 상기 워크와 상기 공구의 맞닿음을 상기 부하 토크의 변화에 의거하여 판정하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 가공 대상층 판정 스텝에서 판정된 직후의 상기 가공 대상층에서의 상기 회전속도 또는 상기 이송속도가, 상기 가공조건 결정 스텝에서 결정된 설정 회전속도 또는 설정 이송속도까지, 상기 가공 대상층 판정 스텝에서의 판정 직전의 상기 회전속도 또는 상기 이송속도로부터 서서히 증가 또는 서서히 감소하도록, 상기 구동장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 천공가공 제어방법.
워크에 구멍을 형성하는 공구와, 상기 워크와 상기 공구의 사이에서 상대적인 회전운동 및 상대적인 이송운동을 행하게 하는 구동장치와, 상기 구동장치를 제어하는 제어장치를 구비하는 천공가공장치에 있어서,
상기 워크는, 재질이 상이한 재료에 의해 형성되어 있음으로써 구분되어 복수인 소정수의 형성영역을 갖고,
상기 제어장치는, 상기 공구에 작용하는 부하 토크를 검출하는 부하 토크 검출수단과, 상기 워크에 대한 천공가공의 가공 개시를 판정하는 가공 개시 판정수단과, 2 이상의 상기 형성영역을, 상기 가공 개시와 상기 부하 토크의 변화에 의거하여, 상기 이송운동의 방향인 이송방향으로 배열되어 있는 2 이상의 가공 대상층으로서 천공가공의 순으로 각각 판정하는 가공 대상층 판정수단과, 상기 가공 대상층 판정수단으로 판정된 상기 가공 대상층을 형성하고 있는 재료에 대응한 회전속도 및 이송속도를 결정하는 가공조건 결정수단과, 상기 공구가 상기 2 이상의 가공 대상층에 걸쳐서 상기 구멍을 형성하도록 상기 회전속도의 상기 회전운동 및 상기 이송속도의 상기 이송운동을 행하게 하도록 상기 구동장치를 제어하는 구동 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 천공가공장치.