JP5243073B2 - 深穴切削装置制御システム - Google Patents

Description

本発明は、深穴切削装置制御システムに関する。

一般的に、深穴加工の切削能率は、工具系の能力よりも、加工中に切削穴内部に発生する切り屑の外部への排出能力に大きく依存する。このため、深穴切削装置では、中空状ボーリングバーを用いると共に、ボーリングヘッドに排出用開口部を設け、切り屑を切刃部へ供給されるクーラントと共に排出用開口部から該ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにしている。しかして、切刃部へのクーラントの供給は、中空状ボーリングバー１０の内部を通して行う内部供給方式と、図１のように中空状ボーリングバー１０の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔを通して行う外部供給方式とがある。なお、切削加工は、ボーリングバー１０側を回転させる場合と、被削材Ｗ側を回転させる場合とがある。

前記外部供給方式について図１を用いて説明すると、外部供給方式では、中空状ボーリングバー１０を油密に包囲するクーラント供給ジャケット１１を用い、このジャケット１１を、シールリング１２を介して被削材Ｗに押接した状態で、導入口１３から該ジャケット１１内にクーラントＣを高圧で供給する。そして、該高圧で供給されたクーラントＣをボーリングバー１０の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔよりボーリングヘッド１４の切刃１５側へ供給する。このように供給したクーラントＣは、発生する切り屑Ｓと共にボーリングヘッド１４の切刃１５に臨む排出用開口部１６からボーリングバー１０の中空部１７内に流入し、外部へ排出するようになっている。

そして、このような外部供給方式を用いて被削材Ｗを切削するには、ボーリングバー１０を主軸ユニット５に連結し、該主軸ユニット５内のモータ（図示せず）を回転駆動させることによって、ボーリングバー１０が回転し、その回転によってボーリングヘッド１４の切刃１５で被削材Ｗの切削が行われるようになっている。そしてさらに、主軸ユニット５の下部に設けられた送り機構６が、該送り機構６の一端部に設けられた送り用モータ６ａの回転駆動によって矢印Ｆ方向に移動し、該送り機構６の移動によって、深穴切削装置１が矢印Ｆ方向に移動することで、被切削材Ｗの深穴切削が行われるようになっている。

ところで、上記のような深穴切削を行っていた場合、切削進行により穴の深さが深くなるにつれて管内抵抗が次第に大きくなり、深穴切削中に深穴切削装置１の切刃１５が欠損したり、また、切り屑Ｓが詰まったりというような不具合が発生する場合がある。このような不具合が発生した場合に、主軸ユニット５内のモータ（図示せず）と送り用モータ６ａを停止させずにいると、不具合が発生した深穴切削装置１が送り機構６とともに矢印Ｆ方向に移動し、不具合が発生した深穴切削装置１で被削材Ｗの深穴切削が行われるようになるから、被削材Ｗが実用に耐えうるようなものでなくなり破棄しなければならなくなり、それによって莫大な損害を生じるという問題が生じていた。

そのため、上記のような問題点を防止する手段として、深穴切削装置１の深穴切削を停止させる安全装置が知られている。安全装置としては、ボーリングバー１０を主軸ユニット５に連結して回転駆動させる際のトルク量、送り用モータ６ａの推力を表すトルク量、又は、クーラントＣの供給圧力を監視する方法が知られている。

しかし、上記の安全装置において、ボーリングバー１０を主軸ユニット５に連結して回転駆動させる際のトルク量、送り用モータ６ａの推力を表すトルク量を監視する安全装置では、深穴切削装置１で被削材Ｗを切削する深穴の直径が１２ｍｍ以下の場合、径が小径であるため正常状態で動作しているトルク量と、異常状態で動作しているトルク量の差が少ないため検出しにくいという問題が生じていた。

そこで、径が小径の場合は、深穴切削装置１の正常状態と異常状態との違いが明確に表れるクーラントＣの供給圧力を監視する安全装置が知られている。つまり、深穴切削中に深穴切削装置１の切刃１５が欠損したり、また、切り屑Ｓが詰まったりというような不具合が発生する場合、クーラントＣの供給圧が異常に高くなるため、その圧力を監視することで深穴切削装置１の深穴切削を停止させようとするものである。しかし、この安全装置では、オペレーターが、安全装置につきっきりで、加工深さに応じて手動で安全装置を操作することとなり、それがために、オペレーターの力量によるところが非常に大きい。そのため、安全装置を操作するオペレーターによっては深穴切削装置１が異常状態であっても、深穴切削装置１の深穴切削を停止させることができず、被削材Ｗを破棄しなければならないということが多々あり、安全装置としての役割を果たしていないという問題が生じていた。なお、内部供給方式も、外部供給方式と、クーラントの供給方法が異なるだけであるため、上述したような、同様の問題が生じていた。

そのため、このような小径の深穴切削にはガンドリル方式が採用されている。ガンドリル方式とは、図示は省略するが、切屑排出用のＶ溝部を形成した中空状のドリルを使用し、ドリルシャンク内部を通して高圧のクーラントを切刃先端部に送り込み、切刃で生成された切屑を高圧のクーラントで破断し、Ｖ溝部から強制的に排出する方法で、径が細くて深い穴を精度良く明けることができるものである。しかし、このガンドリル方式では、ガンドリルシャンクの側面部に切屑排出用Ｖ溝部を形成しているため、ドリル全体の剛性が低く、捩れ及び曲げモーメントに対して弱く、それがために切削加工速度を上記のような深穴切削装置１の約１／３程度迄落とさざるを得ず、作業能率が非常に悪いという問題が生じていた。

本発明は、上記の点に鑑み、クーラントの供給圧を監視し、深穴切削装置に異常が発生した場合に、確実に深穴切削装置の深穴切削を停止させることで、小径の深穴切削においても深穴切削装置を使用することで作業能率を向上させることができるシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、被削材Ｗを加工する深穴切削装置１と、該深穴切削装置１にクーラントＣを供給するポンプ機構２と、該ポンプ機構２から供給されるクーラントＣの供給圧を監視する圧力センサー４と、前記深穴切削装置１が被削材Ｗを加工する際に、前記圧力センサー４で監視したクーラントＣの供給圧の圧力値が幾らであれば異常値でないかをあらかじめ設定させ、該設定させた値を前記圧力センサー４で監視したクーラントＣの供給圧の圧力値が超えた場合に前記深穴切削装置１に異常が発生したとして被削材Ｗの加工を停止させる異常信号を生成する制御装置７とを備えてなるものとしている。

又、本発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、主軸ユニット５と送り機構６をさらに備え、前記主軸ユニット５は、前記深穴切削装置１の後端部と連結され、該連結された深穴切削装置１を回転駆動させるモータを備え、前記制御装置７から出力した異常信号によって前記モータの回転駆動を停止させる機能を備えてなり、前記送り機構６は、前記主軸ユニット５の下部に設けられ、該送り機構６の一端部には送り用モータ６ａを設けてなり、前記制御装置７から出力した異常信号によって、前記送り用モータ６ａの回転駆動を停止させる機能を備えてなるものとしている。

更に又、本発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、前記ポンプ機構２は、前記制御装置７から出力した異常信号によって、クーラントＣの供給を停止させる機能をさらに備えてなるものとしている。
特に本発明の特徴とする点は、前記圧力センサーで監視したクーラントの供給圧の圧力値が幾らであれば異常値でないかをあらかじめ設定する際の設定値は、前記深穴切削装置が被削材を加工する際の加工深さに比例して設定されてなることである。

請求項２の発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、前記制御装置７は、前記圧力センサー４で監視したクーラントＣの供給圧の圧力値が正常であるか異常であるかを知らせる異常シグナルタワー８をさらに備えてなるものとしている。

請求項１の発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、ポンプ機構２から深穴切削装置１に供給するクーラントＣの供給圧を圧力センサー４で常に監視し、制御装置７では、圧力センサー４で示される圧力値が幾らであれば異常値であるかをあらかじめ設定させる。その設定後、前記制御装置７は、圧力センサー４の圧力値が、該制御装置７にあらかじめ設定させておいた異常値を超えれば深穴切削装置１が異常であると判断し、異常信号を生成する。そして、その異常信号によって、深穴切削装置１での被削材Ｗの加工を停止させればよいから、従来の安全装置のようにオペレーターの力量によるところがなく、確実に深穴切削装置１の深穴切削を停止させることができる。それがために、小径の深穴切削においても深穴切削装置１を使用することでき、作業能率を向上させることができる。

又、本発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、主軸ユニット５は内部に深穴切削装置１を回転駆動させるモータを備え、そのモータを前記制御装置７から出力した異常信号によって停止させる機能を備えていることから、被削材Ｗの切削を停止させることができる。そしてさらに、送り機構６は前記主軸ユニット５の下部に設けられ、該送り機構６の一端部には送り用モータ６ａを設けてなるから、該送り用モータ６ａの回転駆動によって送り機構６が移動し、その移動と共に上部に設けられてなる主軸ユニット５も移動し、さらに主軸ユニットに連結された深穴切削装置１も移動することとなるから、被削材Ｗの深穴切削が可能となる。そして、前記送り用モータ６ａには、前記制御装置７から出力した異常信号によって、前記送り用モータ６ａの回転駆動を停止させる機能を備えているから、異常信号によって送り機構６が停止することで深穴切削装置１も停止するため、被削材Ｗの深穴切削を停止させることができる。それがために、より確実に深穴切削装置１の深穴切削を停止させることができる。

更に又、本発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、ポンプ機構２は、被削材Ｗの深穴切削を停止後、クーラントＣの供給を停止させることができるため、無駄なエネルギー損失を抑えることができる。
特に本発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、前記圧力センサーで監視したクーラントの供給圧の圧力値が幾らであれば異常値でないかをあらかじめ設定する際の設定値は、前記深穴切削装置が被削材を加工する際の加工深さに比例して設定されてなるため、例え切削加工進行により加工穴の加工深さが深くなるにつれて管内抵抗が増大し、深穴内に供給されるクーラントの供給圧力が刻々増大しても、その加工深さに対応するクーラントの供給圧力があらかじめ設定されているため、圧力センサー４が制御装置７に加工穴の加工深さに比例して設定させておいた前記異常値を超えれば異常信号が生成され、深穴切削加工途上の管内抵抗に影響されることなく、深穴切削装置１の深穴切削加工作業を正確に停止させることができる。

請求項２の発明に係る深穴切削装置制御システムによれば、異常シグナルタワー８を備えることによって、深穴切削装置１に異常が発生したか否かを作業員がすぐに判断することができる。

以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明すると、図１は本発明の一実施形態を表す概略構成を示す図である。図において、深穴切削装置制御システムは、被削材Ｗを加工する深穴切削装置１と、ポンプ機構２と、クーラントＣが蓄えられているクーラントタンク３と、圧力センサー４と、主軸ユニット５と、送り機構６と、送り用モータ６ａと、制御装置７と、異常シグナルタワー８と、からなる。

ポンプ機構２は、深穴切削装置１の導入口１３へ、クーラントタンク３からクーラントＣを一定量供給するものである。そしてさらに、制御装置７から異常信号が出力された場合には、クーラントＣを深穴切削装置１の導入口１３へ供給するのを停止する機能を備えているものである。なお、クーラントＣを供給する量は、被削材Ｗを切削する深穴の直径によって変化する。例えば、被削材Ｗを切削する深穴の直径が２０ｍｍである場合は、毎秒８０リットルのクーラントＣの供給量を必要とする。

圧力センサー４は、ポンプ機構２から一定量吐出されるクーラントＣの供給圧力を監視し、その圧力値を制御装置７に出力する。この圧力値は、例えば、被削材Ｗを切削する深穴の直径が２０ｍｍである場合に、毎秒８０リットルのクーラントＣの供給量が必要となる。それがために、被削材Ｗを深穴切削装置１で深穴切削していくと穴の深さが深くなるにつれて管内抵抗が次第に高くなるから、加工深さが２００ｍｍになったときには、毎秒８０リットルのクーラントＣを供給するために、ポンプ機構２の圧力が２０ＫＰＡの圧力へ変化する。そして、加工深さが４００ｍｍになったときには、さらに、管内抵抗が高くなるため、毎秒８０リットルのクーラントＣを供給するには、ポンプ機構２の圧力が２０ＫＰＡよりも高くなり５０ＫＰＡの圧力となる。このような圧力値が圧力センサーで監視され、制御装置７に出力される。

主軸ユニット５は、深穴切削装置１のボーリングバー１０を連結することができる機能を備え、そして、該主軸ユニット５内のモータ（図示せず）を回転駆動させることによって、ボーリングバー１０を回転させることができるものである。そしてさらに、制御装置７から異常信号が出力された場合には、前記主軸ユニット５内のモータ（図示せず）の回転駆動を停止させる機能を備えているものである。

送り機構６は、主軸ユニット５の下部に設けられ、一端部に送り用モータ６ａが設けられている。この送り機構６の一端部に設けられた送り用モータ６ａが回転駆動することによって、送り機構６が矢印Ｆ方向に移動することとなり、深穴切削装置１も矢印Ｆ方向に移動することとなる。そしてさらに、送り用モータ６ａには、制御装置７から異常信号が出力された場合に、モータの回転駆動を停止させる機能が備えられている。

制御装置７は、前記圧力センサー４から出力された圧力値が正常であるか否かを解析し、異常な圧力値であると判断した場合には、深穴切削装置１の切刃１５が破損しているか、切り屑Ｓが詰まっていることから深穴切削装置１に異常が発生したと考えられる。そのため、送り用モータ６ａと主軸ユニット５内のモータ（図示せず）を停止させるべく、異常信号を送り用モータ６ａ及び主軸ユニット５に出力する。この異常信号によって、送り用モータ６ａ及び主軸ユニット５内のモータ（図示せず）の回転駆動が停止するから、確実に深穴切削装置１の被削材Ｗの深穴切削を停止させることができる。また、異常信号をポンプ機構２に出力すれば、ポンプ機構２はクーラントＣを深穴切削装置１の導入口１３へ供給するのを停止させるため、無駄なエネルギー損失を抑えることができる。

異常シグナルタワー８は、異常ランプ８ａと正常ランプ８ｂを備えている。前記圧力センサー４から出力された圧力値が正常であれば正常ランプ８ｂが点灯し、異常な圧力値であった場合には異常ランプ８ａが点灯し、深穴切削装置１に異常が発生したことを迅速に作業員に知らせることが可能となる。

さらに詳しく、図２を用いて制御装置７について説明すると、図２は、制御装置７のブロック図である。図において、制御装置７は、入力部７０と、記憶部７１と、比較部７２と、異常信号生成部７３と、出力部７４とからなる。

入力部７０は、入力キーが設けられており、該入力キーの操作によって異常高圧設定値を設定することができる。異常高圧設定値とは、ある加工深さに対応する圧力、つまり、ポンプ機構２から一定量吐出されるクーラントＣの供給圧力がある値を超えたときは、深穴切削装置１に異常が発生したと判断される値のことである。例えば、加工深さが２００ｍｍになったときは、毎秒８０リットルのクーラントＣを供給するために、ポンプ機構２の圧力が２０ＫＰＡの圧力となるから、異常高圧設定値としては、多少の誤差を考慮して２５ＫＰＡを設定しておき、２５ＫＰＡを超えたときには、深穴切削装置１に異常が発生したと判断することとなる。なお、入力された異常高圧設定値は、出力部７４のモニターに入力値が表示されるため、異常高圧設定値を入力する作業者は、入力値を確認しながら異常高圧設定値を入力することができ誤入力の防止を図ることができる。

記憶部７１は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等からなるもので、前記入力部７０で設定された異常高圧設定値が格納されている。比較部７２は、記憶部７１に格納された異常高圧設定値と、圧力センサー４から出力された圧力値とを比較し、異常高圧設定値を超えた値となっているか否かを比較し、その結果を異常信号生成部７３に出力する。

異常信号生成部７３は、圧力センサー４から出力された圧力値が異常高圧設定値を超えた値となっていた場合には、異常信号（例えば「１」信号）を生成し、出力部７４に出力することで、出力部７４のモニターに異常が発生したことを表示させる。そして、前記異常信号を、出力部７４とは別に異常シグナルタワー８に出力することで異常ランプ８ａを点灯させることとなる。さらに、送り用モータ６ａと主軸ユニット５内のモータ（図示せず）を停止させるべく、異常信号を送り用モータ６ａ及び主軸ユニット５に出力することで、確実に深穴切削装置１の被削材Ｗの深穴切削を停止させることができる。また、異常信号をポンプ機構２に出力することで、ポンプ機構２は、クーラントＣを深穴切削装置１の導入口１３へ供給するのを停止させる。

また、異常信号生成部７３で、異常高圧設定値より圧力センサー４から出力された圧力値が低い値と判断した場合には、正常信号（例えば「０」信号）を生成し、出力部７４に出力することで、出力部７４のモニターに正常動作していることを表示させる。そして、前記正常信号を、出力部７４とは別に異常シグナルタワー８に出力することで正常ランプ８ｂを点灯させることとなる。さらに、送り用モータ６ａと主軸ユニット５内のモータ（図示せず）に出力することで、深穴切削装置１の被削材Ｗの深穴切削を停止させずに続行させ、ポンプ機構２に出力すれば、ポンプ機構２を停止させず、クーラントＣを深穴切削装置１の導入口１３へ一定量供給させることとなる。

さらに、図３を用いて、詳細に異常高圧設定値について説明すると、図３は深穴切削装置１の加工時圧力と異常高圧設定値との関係をグラフに表したものである。（ａ）は、深穴切削装置１が正常状態であることを表し、（ｂ）は深穴切削装置１が異常状態であることを表す。異常高圧設定値は、表から明らかなように、一次関数で表わされており、深穴切削装置１の加工時圧力は曲線で表わされている。

例えば、加工深さが２００ｍｍになったとき、異常高圧設定値を２５ＫＰＡと設定していた場合、深穴切削装置１の加工時圧力が２５ＫＰＡを超えていないため、正常動作であると制御装置７内の異常信号生成部７３が判断し、異常シグナルタワー８は正常ランプ８ｂが点灯する状態となる。それがために、送り用モータ６ａと主軸ユニット５内のモータ（図示せず）は停止せず、深穴切削装置１によって被削材Ｗの深穴切削が行われることとなる。また、ポンプ機構２についても、引き続きクーラントＣを深穴切削装置１の導入口１３へ一定量供給することとなる。

加工深さが４００ｍｍになったとき、異常高圧設定値を５５ＫＰＡと設定していた場合、深穴切削装置１の加工時圧力が５５ＫＰＡを超えているため、異常動作であると制御装置７内の異常信号生成部７３が判断し、異常シグナルタワー８は異常ランプ８ａが点灯する状態となる。それがために、送り用モータ６ａと主軸ユニット５内のモータ（図示せず）は停止し、深穴切削装置１による被削材Ｗの深穴切削が停止することとなる。また、ポンプ機構２についても、クーラントＣを深穴切削装置１の導入口１３へ供給するのを停止することとなる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、ポンプ機構２から深穴切削装置１に供給するクーラントＣの供給圧を圧力センサー４で常に監視する。そして、圧力センサー４で監視した圧力値が、制御装置７内の記憶部７１に格納された異常高圧設定値を超えた場合に、制御装置７内の異常信号生成部７３から異常信号が出力され、その信号によって深穴切削装置１での被削材Ｗの加工を停止させているから、従来の安全装置のようにオペレーターの力量によるところがなく、確実に深穴切削装置１の深穴切削を停止させることができる。それがために、小径の深穴切削においても深穴切削装置１を使用することでき、作業能率を向上させることができる。

さらに、前記異常信号を使用して深穴切削装置１を停止させるために、主軸ユニット５内のモータを停止させる機能と、送り機構６を移動させることができる送り用モータ６ａを停止させる機能とを備えているから、それがために、より確実に深穴切削装置１の深穴切削を停止させることができる。

さらに、ポンプ機構２は、前記異常信号によって深穴切削装置１へのクーラントＣの供給を停止させる機能を備えているから、無駄なエネルギー損失を抑えることができる。

さらに、異常シグナルタワー６を備えているから、深穴切削装置１に異常が発生したか否かを作業員がすぐに判断することができる。

なお、他の実施形態として本発明のシステムは、内部供給方式の
深穴切削装置にも適用が可能である。さらに、被削材Ｗ側を回転させる深穴加工に対しても適用が可能である。

また、小径の深穴切削に限らず、穴の直径が１２ｍｍ以上の深穴を切削する場合に使用しても有効である。

本発明の一実施形態を表す概略構成を示す図である。 本発明に係る制御装置のブロック図である。 深穴切削装置の加工時圧力と異常高圧設定値との関係をグラフに表した図である。

Ｗ 被削材
１ 深穴切削装置
２ ポンプ機構
４ 圧力センサー
５ 主軸ユニット
６ 送り機構
６ａ 送り用モータ
７ 制御装置
８ 異常シグナルタワー

Claims (2)

1. 被削材を加工する深穴切削装置と、
   該深穴切削装置にクーラントを供給するポンプ機構と、
   該ポンプ機構から供給されるクーラントの供給圧を監視する圧力センサーと、
   前記深穴切削装置が被削材を加工する際に、前記圧力センサーで監視したクーラントの供給圧の圧力値が幾らであれば異常値でないかをあらかじめ設定させ、該設定させた値を前記圧力センサーで監視したクーラントの供給圧の圧力値が超えた場合に前記深穴切削装置に異常が発生したとして被削材の加工を停止させる異常信号を生成する制御装置とを備えてなる深穴切削装置制御システムであって、
   該深穴切削装置制御システムに主軸ユニットと送り機構をさらに備え、前記主軸ユニットは、前記深穴切削装置の後端部と連結され、該連結された深穴切削装置を回転駆動させるモータを備え、前記制御装置から出力した異常信号によって前記モータの回転駆動を停止させる機能を備えてなり、
   前記送り機構は、前記主軸ユニットの下部に設けられ、該送り機構の一端部には送り用モータを設けてなり、前記制御装置から出力した異常信号によって、前記送り用モータの回転駆動を停止させる機能を備えてなり、
   前記ポンプ機構は、前記制御装置から出力した異常信号によって、クーラントの供給を停止させる機能をさらに備え、
   前記圧力センサーで監視したクーラントの供給圧の圧力値が幾らであれば異常値でないかをあらかじめ設定する際の設定値は、前記深穴切削装置が被削材を加工する際の加工深さに比例して設定されてなる深穴切削装置制御システム。
2. 請求項１に記載の深穴切削装置制御システムにおいて、前記制御装置は、前記圧力センサーで監視したクーラントの供給圧の圧力値が正常であるか異常であるかを知らせる異常シグナルタワーをさらに備えてなる深穴切削装置制御システム。

Images