JPH03281113A - マシンニングセンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、マシニングセンタの工具と工作物の相対的な
３次元位置決めが可能な工作機械における穴加工時の切
込み制御に係わり、特に工具や工作物が損傷を受けるこ
とのないマシニングセンタに関する。

［従来の技術］ トリルによる穴加工では、工具の折れの防止が重要な課
題になっている。ドリルの折れの主な原因は、穴加工中
に切り屑がつまり、ドリルに加わる切削抵抗が増大する
ためである。ドリルの折れを防止するため、穴加工中の
切削抵抗、特にトルクを検出し、予め設定したしきい値
と比較して。

これを越えたときに切込みを停止し、異常発生の警報に
より作業者に知らせる方法。さらには切込みを停止し、
ドリルを引き戻し、切削抵抗増大の原因となっている切
り肩を排除した後、切削点まで早送りし、そこから再び
切込みを開始する方法が知られている。

後者に関する従来の切込みの制御法としては、例えば特
開昭５１−９３４８４号公報に記載されているような発
明がある。この発明は第６図に示すように、トルク検出
機能を備えたドリル回転用スピンドル５１を、油圧ピス
トン５２により駆動されるテーブル５３上に搭載した構
造となっていた。そして、このテーブル全体を工作物側
へ送って穴加工を行い、検出トルクが予め設定したしき
い値を越えたとき、Ｊ１記テーブル５３を駆動する油圧
ピストン５２のバルブ５４を切り換えて、テーブル全体
を引き戻していた。

この従来方式ではテーブル全体の重量が重く。

また油圧によりテーブル５３を駆動しているため、トル
クがしきい値を越えてから、テーブル５３を引き戻すま
での時間が長くかかり、速い切込みでのドリルの折損防
止に対する配慮がされていなかった。

また、応答速度を向−ヒさせるため、例えば特開昭６３
−１９６３４７号公報に記載されたような発明がある。

この発明は第７図に示すように、切込みを行う第１テー
ブル６１上に、通常は前進位置にあり、ｌ−ルクがしき
い値を越えたときのみ急速後退する第２テーブル６２を
搭載し、この第２テーブル６２上に、１−リルを旋回さ
せてそれに加わるトルクを検出する機能を備えたスピン
ドル６３を搭載していた。

まず位置決めと切込みを第１テーブル６１で行い、トル
クが予め設定したしきい値を越えたとき、第１テーブル
６１はその位置で停止し、第２テーブル６２を急速後退
させ、切り屑を排出した後、第２テーブル６２を前進端
まで戻す。そして第２テーブル６２が初期の位置に戻る
と、再び第１テーブル６１が送られて穴加工が継続され
るようになっていた。

この方式では、トルクがしきい値を越えたとき、第１テ
ーブル６】の停止と、第２テーブル６２を急速後退させ
るという複雑な制御が必要になる。

また、マシニングセンタ等の大型の工作機械では、テー
ブル２台とスピンＩベルを合わせると重量が重くなるた
め、第１テーブル６２の急速停止時にテーブルを支持し
ているコラムに振動が生し、穴径が広がったり、ドリル
が折れたりするほか、切込一 み停止までのオーバランが大きくなる等の問題があった
。

さらにまた、第８図に示すようなマシニングセンタも提
案されている（特開昭６２−１５０４８号公報）。この
図において、７１は主軸、７２は主軸７１の回転を支え
るベアリングの押え部、７３は工具ホルダ、７４はカバ
一部材、７５はドリル、７６はモータである。

この発明に係るマシニングセンタは、ドリル７５の回転
をモータ７６で行なっているが、ドリル７５の前後進動
作をテーブル（図示せず）で行なっている。そのため移
動する重量がやはり重く、イナーシャがあるため、迅速
性に欠けるという問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、マシニ
ングセンタの大型の工作機械でも、切込み停止、ドリル
引き戻し時間の短い、マシニングセンタを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 前述の目的を達成するため、本発明はテーブルと５その
テーブル上に取付けられた主軸と、その主軸の先端部に
変換可能に取付けられた「其ホルダと、その工具ホルダ
に取付けられた切削工具とを備えたマシニングセンタに
おいて、前記主軸が回転しないで、前記工具ホルダに、
切削工具を回転する回転駆動源と、切削工具を工作物に
対して前進または後進するｉＪ後進手段と、切削工具の
１−ルクを検出するトルク検出手段とを設け、前記トル
ク検出手段からの検出値が所定のしきい値を越えると、
前記前後進手段による切削工具の前進を停止して、直ち
に切削工具を工作物から抜け出るまで後進させる前後進
制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

［作用］ マシニングセンタ等の３次元位置決め用テーブルにより
工作物と工具の相対的な位置を決め、切込みは工具ホル
ダ内の切込み機構により行う。このときトルクセンサに
より工具に加わるトルクを検出し、この値が予め設定し
たしきい値を越えたとき、工具ホルダ内のスピンドルの
みを切込み停止、後退、前進の制御を行う。

工具ホルダ内のスピンドルは比較的重量が軽いので応答
性が良くなる。

［実施例］ 本発明の実施例を図により説明する。

第１図に本発明による工具ホルダを示す。ドリル１５を
把握するコレットチャック部２１がベアリング２３．２
３’　により、高速回転するロータ１０内に支持されて
いる。コレットチャック部２１への回転力は、トルクに
より変形する弾性リング２２を介して伝えられる。ロー
タ１ｏはベアリング２４．．２４’　、２４”によりス
ピンドル２５内に支持され、高周波モータ３１により高
速回転される。

スピンドル２５は直線ガイド３２およびボールネジ部２
６を介して工具ホルダ９内に配置されて、モータ３０に
より駆動されるナツト２７の旋回により軸方向に摺動す
るように支持されている。

なお、図中の２８．２８’はベアリング、３３は非接触
変位計、３４はナツト２７に一体に設けられ１周方向に
多数のスリット（図示せず）を有するパルスエンコーダ
、３５は工具ホルダ９内に固定されて前記パルスエンコ
ーダ３４と対向する反射型のフォトセンサである。

次に、ドリル１５のトルク検出について第２図ないし第
４図を用いて説明する。第２図に示すように、前記ロー
タ１０とコレットチャック部２１との間には弾性リング
２２が架設されている。

この弾性リング２２は第３図に示すように下側リング部
２２ａと、中間リング部２２ｂと、上側リング部２２ｃ
と、前記下側リング部２２ａと中間リング部２２ｂとを
連結する幅狭の第１連結部２２ｄと、中間リング部２２
ｂと上側リング部２２Ｃとを連結する第２連結部２２ｅ
とから構成されている。この第１連結部２２ｄと第２連
結部２２ｅとは、周方向の反対位置に対向して設けられ
ており、２２ｆは下側リング部２２ａと中間リング部２
２ｂとの間、ならびに中間リング部２２ｂと上側リング
部２２ｃとの間に形成されたスリット− である。

第２図に示すように前記上側リング部２２ｃがロータ１
０と連結し、下側リング部２２ａがコレットチャック部
２１に連結して、中間リング部２２ｂがフリーな状態に
あり、非接触変位計３３と対向している。

第４図（ａ）はドリル１５が回転していない状態を、同
図（ｂ）はドリル１５が回転している状態をそれぞれ示
している。同図（ａ）に示すようにドリル１５が回転し
ていない状態では、中間リング部２２ｂは上、下リング
部２２ａ、２２ｃと同一直線上にあり、非接触変位計３
３から所定の距離前れている。

そしてドリル１５に駆動力が付与されて回転すると、同
図（ｂ）に示すように中間リング部２２ｂが径方向に弾
性変形し、非接触変位計３３の方に近づく。この中間リ
ング部２２ｂの変位量を非接触変位計３３で検出するこ
とにより、ドリル１５にかかるトルクを測定することが
できる。

この非接触変位計３３としては、弾性リング２２を磁性
材料で作り、電磁気的に中間リング部２２ｂに渦電流を
発生せしめ、それを変位計３３の方で起電力として検出
する方法、静電容量的に変位を検出する方法、反射式光
センサを用いて光学的に変位を検出する方法、歪ゲージ
を用いて変位を検出する方法、あるいはトーションバネ
のねしり量から変位を検出する方法などがある。

第４図にマシニングセンタによる穴加工時の切込み制御
系のブロック線図を示す。工作物８を搭載するＸテーブ
ル４、Ｙテーブル３、先端に」１記工具ホルダ９が取付
けられている主軸７を搭載しているＺテーブル２、及び
これらｘ、ｙ、ｚテーブル４，３．２を制御するＭＣ制
御装置１４、上記工具ホルダ９内にあるトルク検出用の
非接触変位計３３からの信号を受信するトルク検出回路
１１、トルク検出回路１１からのトルク信号を受信し、
予め設定したしきい値と比較し、トルクがしきい値を越
えたときオーバロート信号を出力する比較回路１２、こ
のオーバロート信号により工具ホルダ９内のスピンドル
２５の軸方向の駆動を制御する切込み制御回路１３から
構成される。

いま、ＭＣ制御装置１４によりＸ、Ｙ、Ｚテーブル４，
３．２をモータ５”、５’　、５により即動して工作物
８の穴加工しようとする位置の上面へドリル１５を移動
させる。スピンドル２５内の高周波モータ３１により、
ロータ１−０を高速回転させながら、切込み制＃回路１
３によりモータ３０を即動し２、ナツト２７を旋回させ
てスピンドル２５を工作物８側へ送る。

Ｉくリル１５が工作物８へ予め設定した速度で切り込ん
で、加工が開始されると、ドリル１５に加わるトルクが
上昇する。このトルクをトルク検出回路１１により検出
し、比較回路１２によりしきい値と比較され、これを越
えたときオーバロード信号が切込み制御回路１３へ出力
される。切込み制御回路１３はオーバロード信号を受信
すると、直ちにモータ３０によりナツト２７の旋回を停
止し、逆回転させてスピンドル２５を高速で引き戻す。

スピンドル２５が切込み前の位置にまで後退するとナツ
ト２７の旋回を停止する。このときド＝１１− リル１５は工作物８から外れ、ドリル１５に付随して上
昇した切り屑は、遠心力あるいはエアーブロー等により
排除される。

次に、再びナツト２７を旋回して、スピン１ヘル２５を
オーバロート信号発生位置まで早送りし、オーバロード
信号発生位置から切込み速度で送って、穴加工を続行す
る。そして１ヘルクの検出値がしきい値を越えた時、−
上記の操作を繰り返しながら所要の穴深さまで穴加工を
行う。

所要深さまで穴加］−を行い、スピンドル２５を切込み
前の位置まで引き戻すと、ＭＣ制＃装置１４によりＸ、
Ｙ、Ｚテーブル４，３．２を即動して、次の穴加工位置
まで１−リル１５と工作物８を相対的に移動する。そし
て上記と同様の操作により穴加工を繰り返す。

［発明の効果］ 本発明により、マシニングセンタのように主軸系の重置
が重い工作機械においてもドリルが折れることなく高能
率な穴加−「が１−Ｉ■能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマシニングセンタ用工具ホルダの断面
図、第２図はその工具ホルダの要部拡大断面図、第３図
は弾性リングの側面図、第４図（ａ）。 （ｂ）はトルク検出原理の説明図、第５図はマシニング
センタによる穴加工制御系のブロック線図である。 第６図は第１従来例の油圧制御回路図、第７図は第２従
来例の穴加工機の一部側面図、第８図は第３従来例の要
部断面図である。 １・・　マシニングセンタ本体、７・　・主軸、９・・
・・工具ホルダ、１０・・・・・スピンドル、１】・・
・１−ルク検出回路、１−２・・・比較回路、１３・・
・・切込み制御回路、１４・・・・ＭＣ制御装置、１５
・・・・・ドリル、２１・・・・・コレットチャック部
、２２・・・弾性リング、２３・・・・・ベアリング、
２５・・・・・ロータ、２６　・・ボールネジ部、２７
・・・・・ナラ１−１３０・・・モータ、３１　・・・
高周波モータ、３２・・・・・・直線ガイド、３３・・
・・・・非接触変位計。 Ａシー 未 図 第３ 図 ２ 第４ 図 （ａ） 第 ８ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）テーブルと、そのテーブル上に取付けられた主軸
   と、その主軸の先端部に変換可能に取付けられた工具ホ
   ルダと、その工具ホルダに取付けられた切削工具とを備
   えマシニングセンタにおいて、前記主軸が回転しないで
   、 前記工具ホルダに、切削工具を回転する回転駆動源と、
   切削工具を工作物に対して前進または後進する前後進手
   段と、切削工具のトルクを検出するトルク検出手段とを
   設け、前記トルク検出手段からの検出値が所定のしきい
   値を越えると、前記前後進手段による切削工具の前進を
   停止して、直ちに切削工具を工作物から抜け出るまで後
   進させる前後進制御手段とを備えたことを特徴とするマ
   シニングセンタ。