JPH0516962B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、材質の異なる被加工物に対してド
リル加工、タツプ加工等の各種穴加工を行うに際
し、一つの工具を複数回ステツプさせて一つの穴
の加工を実行する工作機械における各種穴加工の
ステツプ加工装置に関するものである。

［従来の技術及びその問題点］ 一般にドリル加工時には切粉の切断と切削油に
よるドリル刃先の冷却のためにステツプフイード
方式で加工を行うのが通常である。

ところが、孔の入口部に比べ、孔の奥部は切粉
の排出に難があり、切削油も届きにくいので、切
込量を次第に小さくする必要がある。

従来、切込量低減の方法として、特開昭58−
223508号公報にNC工作機械のドリル加工方法が
提案されている。この方法は、加工に先立つて一
定の切込量と一定の切込低減係数とを入力し、初
回のみ前記入力された切込量で切込、第２回目以
降は各回毎にワークに実際の切込深さを総和で前
記切込量低減係数を除算して、その商と前記入力
した一定の切込量とを比較し、その値の小さい方
を当該回の切込量として加工を行うようにしたも
のである。

しかしながら、加工条件（工具径や被加工物の
材質等）を判断して、経験的に最初の切込量及び
切込低減係数を定める必要があるため専門的知識
を必要とし、非熟練者にとつては使いづらいとい
う問題点がある。

また、穴あけ加工機械にトルク検出装置を設け
て、所定のトルクを検出したときステツプフイー
ドさせ最適な切込量で加工を行わせる構成とする
ことも可能であるが、トルク検出装置を含めた加
工機械の価格が高くなるという問題点がある。

さらに、種々の異なる材質の被加工物毎に、使
用が想定される全ての工具の工具径のそれぞれに
対して、各ステツプ毎の最適切込量を設定し、こ
れをメモリにテーブル形式で記憶させ、使用する
工具の工具径を指定することによりステツプフイ
ードさせ最適な切込量で加工を行わせることも可
能である。

しかしながら、上記方法では記憶させるデータ
の数が膨大な量となるため、メモリの記憶容量が
多大となつて現実的ではないという問題点があ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、上記の問題点を解消するためにな
されたものであり、工具径及び被加工物の材質に
応じて切込送り量を変えることができる工作機械
における各種穴加工のステツプ加工装置を提供す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明によれば、第１図に示すごとく、被加
工物に対し、ドリル加工、タツプ加工等の各種穴
加工を行うに際し、一つの工具を複数回ステツプ
させて一つの穴の加工を実行する工作機械におけ
る各種穴加工のステツプ加工装置において、所定
の加工具をステツプさせて前記被加工物を予め切
込加工した時に決定されるとともに、ステツプ回
数の増加に伴つて次第に減衰する切込量と加工具
の工具径との比を、前記ステツプ回数毎に切込送
り量定数としてそれぞれ記憶し、前記所定材質の
被加工物の切込送り量定数に対し、前記被加工物
とは異なる材質の被加工物毎の切込送り量定数の
材質係数をそれぞれ記憶する記憶手段５０１と、
所望の加工具の工具径、加工深さ及び被加工物の
材質を設定する設定手段５０２と、設定された材
質の前記材質係数とステツプ回数毎に対応する切
込送り量定数とを前記記憶手段５０１から読み出
すと共に、その材質係数と切込送り量定数と前記
設定手段５０２により設定された工具径とを積算
して実際の切込量を演算する演算手段５０３と、
演算された切込量に従つて切込加工を実行する加
工実行手段５０４と、前記演算手段５０３による
演算と前記加工実行手段５０４による加工の実行
とを、前記設定手段５０２により設定された加工
深さの加工が完了するまで必要なステツプ回数繰
返す制御手段５０５とを備えたことを特徴とする
工作機械における各種穴加工のステツプ加工装置
が提供される。

［作用］ 上記の構成の発明によれば、所定の加工具をス
テツプさせて前記被加工物を予め切込加工した時
に決定されるとともに、ステツプ回数の増加に伴
つて次第に減衰する切込量と加工具の工具径との
比が、ステツプ回数毎の切込送り量定数としてそ
れぞれ記憶手段５０１に記憶され、また該記憶手
段５０１には所定材質の被加工物の切込送り量定
数に対し、前記被加工物とは異なる材質の被加工
物毎の切込送り量定数の材質係数がそれぞれ記憶
される。そして所望の加工具の工具径、加工深さ
及び被加工物の材質が設定手段５０２により設定
されると、設定された材質の前記材質係数と対応
するステツプ回数毎の切込送り量定数が前記記憶
手段５０１から読み出され、演算手段５０３は前
記設定された工具径及び読み出された切込送り量
定数と材質係数とを積算して、ステツプ回数毎に
実際の切込量を演算し、加工実行手段５０４がそ
の実際の切込量に従つて切込加工を実行する。そ
して、制御手段５０５は前記演算手段５０３の演
算と、加工実行手段５０４の加工とを制御して、
前記設定手段５０２により設定された加工深さの
加工が完了するまで必要なステツプ回数を繰返
す。

［発明の背景］ 本発明は、特定の材質（S45C）のワークにド
リル加工した時に、ドリルのトルクが所定の値に
なつた時に加工を停止し、その時の孔の深さを切
込量Ｌとして測定し、その切込量Ｌを切込回数Ｎ
毎に記録し、各々の切込量Ｌをドリル径Ｄで整理
除算した値を求めたものであり、その値が第４図
のグラフである。一方、タツプ加工の場合に同様
の測定を行つた結果が第５図のグラフである。

この発明の実施例においては、経験則に基づ
き、工具径Ｄが小さいときは切込量Ｌが小さく、
工具径Ｄが大きいときは切込量Ｌが大きいこと
や、切込回数Ｎが大きくなる程切込量Ｌの伸びが
小さくなること等が判明しているため、平均的な
ドリル径で測定を行つた第４図図示の切込送り量
定数Ｌ／Ｄを代表値として、他の工具径ｄの場合
にもその切込量ｌ＝ｄ×Ｌ／Ｄとして便宜上使用
することとしたものである。

更に、材質毎の係数（以下材質係数という）に
ついては、アルミニユウムAl、鋳鉄品FC及びス
テンレスSUSについて同様な実験を行い、第１
回目の切込み（Ｎ＝１）の時、工具径Ｄのドリル
による機械構造用炭素鋼S45Cの切込量Ｌが５と
なることから、Ｎ＝１におけるＬ／Ｄを代表値と
し、他の材質についても同様にＮ＝１における
Ｌ／Ｄを代表値として、各材質係数を求めた結果
が第２図である。第２図図示の材質係数(K)は単な
るサンプルデータであるが、本発明の実施例はそ
の材質係数を一定値としたものである。本発明の
主眼は、特定の材質例えばS45Cに関するＬ／Ｄ
のテーブルと、材質各々に対する材質係数とを持
つのみで、材質各々に対するステツプ毎の切込量
が求まるので、メモリ容量が小になるという効果
を得る点にある。なお、各材質についてのステツ
プ毎の切込量は、特定の材質についての切込量ｌ
と材質係数(K)との積（ｌ×Ｋ）により求めること
ができる。また、タツプ加工についても同様であ
る。

［実施例］ 次に、図に示す実施例についてこの発明の構成
を説明する。

第３図はこの発明の実施例の構成を示すブロツ
ク図であり、符号１は本発明の記憶手段５０１を
なすランダムメモリであり、切込送り量定数、タ
ツプ切込送り量定数、ドリル切込送り量定数、前
記材質係数等を記憶することができるものであ
る。また、ランダムメモリ（RAM）１は、キー
ボード４によつて入力する加工プログラムなども
記憶することができるものである。加工プログラ
ムの編集は、被加工物の材質、工具径（孔径）な
どの図面データーを入力するステツプ、加工順を
選定するステツプ、工具パターンの変更ステツ
プ、工具の割当て・変更ステツプ、切削条件の変
更ステツプ、プログラムとメモリの使用量と空き
の表示・削除・整列ステツプ、および外部プログ
ラム記憶装置との入出力ステツプなどの各ステツ
プをキーボード４を操作して前記RAM１に入力
することにより行なわれる。符号２は、本発明の
設定手段５０２、演算手段５０３及び制御手段５
０５等をなす中央処理装置（CPU）である。

３は加工具をステツプフイードさせるべく移送
制御するための本発明の加工実行手段５０４の主
要部分をなすリードオンリメモリ（ROM）であ
り、実際の切込量はRAM１に記憶されたステツ
プ回数毎の切込送り量定数と工具径及び材質係数
との積を前記演算手段５０３により演算して求め
られる。５，６は本発明の加工実行手段５０４の
実体を成すもので、５は工具送りを行う送りモー
タ、６は工具を所要の回転速度で回転させるため
の主軸モータである。

第４図は機械構造用炭素鋼S45Cをドリル加工
するための切込み送り量定数を示すグラフ、第５
図は炭素鋼S45Cをタツプ加工するときの切込み
送り量定数を示すグラフであり、いずれも横軸に
は切込み回数Ｎがとられている。

第６図はこの実施例になる工具自動交換装置を
備えた工作機械の構造を示しており、符号７は送
りモータ５によつて回転される送りねじであり、
８は送りねじ７によつて往復駆動される主軸ヘツ
ドである。主軸ヘツド８上には主軸モータ６が取
付けられており、９はこの主軸モータ６によつて
回転駆動される主軸、１０は主軸９に取付けられ
たドリルなどの加工具である。１１は工具マガジ
ンであり、フレーム１２に対し主軸９の軸線方向
に移動可能に支持された工具支持台１３の上に、
回転割出し可能に支持されている。

第７図はこの実施例になる工作機械の外観を示
す斜視図であり、符号５は送りモータ、６は主軸
モータ、１１は工具マガジンであり、この工具マ
ガジン１１にはカバーが被せられている。１２は
フレームであり、このフレーム１２には、キーボ
ード４を備えたコンピユータ１４が支持アーム１
５によつて固定されている。このコンピユータ１
４には、陰極線管（CRT）画面１６が設けられ
ており、内部には前記RAM１、CPU２、ROM
３などが収納されている。コンピユータ１４は画
面１６の表示をコントロールする機能をも有す
る。

第８図はコンピユータ１４の正面図である。こ
のコンピユータ１４の、キーボード４にはプログ
ラム編集キー４１、テンキー４２および設定キー
４３などが設けられており、CRT画面１６に表
示される問いかけに応じて加工プログラムを編集
することができるようになつている。

〔作動〕

次に、この実施例になる工作機械の作動を、第
８図図示のコンピユータ１４内にプログラムされ
た第９図に示すフローチヤートを併用して説明す
る。

第８図図示のキーボード４におけるところの、
プログラム編集モードキー４１が押されると、プ
ログラム画面が選択され、第１０図に示すごと
く、画面１６に７つのメニユーが表示される。ま
た、それぞれのメニユー番号の発光ダイオード
LEDが点滅する。いま、一例として、孔径４mm、
加工深さ45mm、早送り量20mmにて、材質がアルミ
ニウムAlである被加工物をドリル加工する場合
には、メニユー番号(1)の加工データモードを入力
すべきであるため、カーソル１６ａで要求される
ごとく、第８図図示のテンキー４２の番号(1)キー
を押し、また設定キー４３を押して入力を行う。
加工データモードを入力すると、第１１図図示の
表示が画面１６に表われ、カーソル１６ａでプロ
グラムNo.を要求してくる。また、輝点１６ｂが点
滅する。そこで、プログラムNo.を（1000）とした
ときは、テンキー４２により（1000）と入力し、
また設定キー４３を押す。プログラムNo.がプログ
ラム表示エリアに移り、画面１６は第１２図図示
に変り、加工原点のＸ値が要求されるので、加工
原点のＸ軸の値がすでにわかつている場合は数値
を入力するが、不明の場合は設定キー４３を押
す。続いて、加工原点のＹ軸の値が要求されるの
で、同様にして設定キー４３を押すと画面１６は
第１３図図示に変る。ここでは、ワーク数の入力
が要求されるため、ワークが１個である場合に
は、テンキー４２により(1)を入力し、また設定キ
ー４３を押す。もし、ワーク数（４個まで可能）
を２個以上に設定すると、それぞれのピツチが要
求されてくる。画面１６は第１４図図示に変り、
ワーク材質を入力することが要求されるため、材
質がアルミニウムAlであるため、画面１６下部
のメニユーから番号(4)を選択し、第８図図示のテ
ンキー４２により番号(4)を入力するとともに設定
キー４３を押す。画面１６は第１５図図示に変
り、第１工程の加工の種類を入力することが要求
されるため、第１工程では外側のドリル穴を加工
する場合であるので、工程番号(2)および「設定」
を入力する。続いて、画面１６は第１６図図示に
変り、穴径を入力することがカーソル１６ａによ
り要求されるため、テンキー４２によつてこの数
値（4.0mm）を入力しかつ設定キー４３を押す。

以上の操作によつて、穴径4.0mmのドリル加工
を材質がアルミニウムAlよりなる被加工物に行
うことができるようになる。なお、実際にドリル
加工を行う場合には、さらに仕上面粗さ、加工パ
ターンについては円周上にドリル加工するのかま
たは四角上か直線上であるのか、またそのピツ
チ・角度など、縦軸（Ｚ軸）寸法については通し
穴であるか盲穴であるか、また加工深さ（この実
施例では45mm）・ワーク高さ・復帰高さなどは何
mmであるか、などを同様にして入力することが必
要である。

このようにして、ドリル加工のプログラム編集
が終了すると、第９図図示のフローチヤートによ
るドリル加工を始めることができる。第９図にお
いて、ドリル径（４mm）および材質（Al）を求
める命令１０１が確認されるとプログラムがスタ
ートし、命令１０２により材質係数Ｋ（＝2.0）が
読み出され、命令１０３において主軸モータ６が
回転される。命令１０４により送り開始となり、
第４図図示のワーク直前P₁まで送りモータ５に
よる早送りがなされる。命令１０５において第４
図図示のグラフから切込み回数１回目の切込送り
量定数（5.0）が読み出され、命令１０６では１
回目の切込送り量定数Ｌ／Ｄ（5.0）とドリル径Ｄ
（4.0mm）と材質係数Ｋ（2.0）との積が求められ、
１回目の送り目（40.0）mmが演算される。分岐命
令１０７においては、１回目の送り量（40.0）mm
が加工深さ（45）mmより大きいが否かが演算さ
れ、否定NOとの結果が得られると命令１０８に
進む。命令１０８においては、１回目の送り量
（40.0）mmだけ切削送り速度により切込みが行な
われる。命令１０９では切込み回数Ｎが１と登録
される。次に、命令１１０により切込み回数Ｎが
Ｎ＋１と登録され、命令１１１ではドリルがワー
ク直前P₁まで早送りで後退される。命令１１２
においては、前回の切込み量（40.0）mm−裕度l_T
（1.0）mmの所まで早送りでドリルが前進され、命
令１１３においては、第４図図示のグラフよりＮ
（＝２）回目の切込み送り量定数（9.5）を読み出
す。命令１１４においては、Ｎ（＝２）回目の切
込み送り量定数Ｌ／Ｄ（9.5）と材質係数（2.0）、
ドリル径Ｄ（4.0）との積から前回の送り量
（40.0）mmを減算し、さらに裕度l_T（1.0）mmを加算
することにより、Ｎ（＝２）回目の送り量（37）
mmが演算される。分岐命令１１５では、Ｎ（＝２）
回目の切込み送り量定数（9.5）×ドリル径Ｄ（４
mm）×材質係数Ｋ（2.0）（＝76mm）が加工深さ（45
mm）より大きくはないかとの演算が行われ、肯定
YESとの結果が得られれば、命令１１７へ進む
ことになる。また、否定NOとの結果が得られる
と命令１１６へ進み、Ｎ回目の送り量だけ切削送
り速度により切込みがなされ、命令１１０にリタ
ーンされる。そして、命令１１０から命令１１４
までが繰返し実行され、分岐命令１１５において
Ｎ回目までの送り量が加工深さ（45mm）より大き
いか否かという演算によつて、肯定YESの結果
が得られると命令１１７に進むことになる。この
実施例では、命令１１５において演算される２回
目の送り量が76mmとなり、加工深さ（45mm） より大きくなるため、すでに２回目の演算時に分
岐命令１１５において肯定YESとの演算結果が
得られることとなる。したがつて、命令１１７に
より加工深（45mm）まで切込みがなされ、命令１
１８によりドリルが原点へ早戻りで復動される。
最後に、命令１１９において主軸停止が行われ、
一連のドリル加工プログラムが終了（エンド）と
なる。なお、分岐命令１０７において、１回目の
送り量が加工深さより大きいか否かという演算に
よつて肯定YESとの結果が得られれば、命令１
１７に飛び命令１１７から命令１１９が優先的に
実行される。

この第一の実施例によれば、ドリル加工につい
て高度な知識を持たない者でも、被加工物の材質
に応じて、常に最適な切込み送り量に変えること
ができるから、ドリル加工に際してのステツプフ
イード回数を適正な回数にすることができ、効率
良くドリル加工を行うことができるという利点が
ある。

設計図面には最終的な仕上り寸法が記載されて
いるだけであるので、通常の数値制御（NC）工
作機械を用いて実際に加工する時には、ワークを
どこの位置に移動すればよいか、その移動の速度
は、どの工具を使つて加工するのか、主軸の回転
数はどれだけにするか等の項目をプログラマが解
釈し、更にNC言語に直し、プログラムを機械に
入力することが必要であるため、NCプログラマ
は加工技術とNC言語の知識を持つていることが
要求され、限られた人間となる不便さがあるが、
この実施例による工作機械においては、NC言語
を使用しておらず、しかも切削条件等の入力をプ
ログラム編集操作と分離しているから、プログラ
ミング時には図面を正しく読める人間であればプ
ログラム編集ができるという利点がある。つま
り、プログラマは加工の最終工程と関連寸法を
CRT画面の問いかけに対して順次入力すればよ
いから、機械使用者によるプログラミングが簡単
になるという利点がある。そして、その加工のた
めの工具の順序、切削条件、工具の選択等は別途
その機械のデータとして入力することができる。
また、そのデータを各プログラム用に変更し、プ
ログラムの一部として保管することができるなど
の利点がある。

〔第二の実施例〕

上記の第一の実施例においてはドリル加工を行
う場合について説明したが、第二の実施例とし
て、タツプ加工についても同一構成の機械を用い
て同様な手順により加工を行うことができる。第
１７図にタツプ加工を行う場合のフローチヤート
を示す。第１７図図示フローチヤートによるタツ
プ加工を行うためには、第１工程と同様にしてタ
ツプ加工を第８図図示のコンピユータ１４におけ
る画面１６の問いかけに応じてプログラム編集す
ると、自動的に下穴加工に続いてタツプ加工が行
われる。

第１７図図示によるタツプ加工のためのフロー
チヤートは、第９図図示のドリル加工のフローチ
ヤートと殆んど同じであるが、命令２１０に続い
て命令２１１では、創成されたねじ山を崩さない
ように主軸逆転によりタツプの復動が行われるこ
とと、切粉排出が少ないため第５図図示のごとく
裕度LTだけ復動が行なわれることが主に異なる。
また、命令２１７により加工深さまで切込みが行
われたのち、命令２１８においては原点へ主軸逆
転で復動が行われる。しかして、この第二の実施
例によれば、タツプ径に応じて切込送り量を常に
最適値に変えることができるから、ステツプフイ
ード回数を適正な回数に減少させることができ効
率良く迅速にタツプ加工を行うことができるとい
う利点がある。

〔その他の実施例〕

なお、第一の実施例および第二の実施例におい
て、ドリル加工とタツプ加工をそれぞれ説明した
が、座付穴加工および座付タツプ加工などについ
ても本発明機械により同様に効率が高い加工を行
うことができる。また、本発明はNC言語によつ
てプログラミングを行う通常のNC工作機械また
はその他の工作機械においても良好に実施するこ
とができる。

〔効果〕

以上述べたように、この発明の工作機械におけ
る各種穴加工のステツプ加工装置は、所定の材質
の被加工物を所定の加工具でステツプフイードさ
せて穴加工した時の各ステツプ毎の減衰する切込
量と工具径との比を、切込送り量定数としてメモ
リに記憶させこれをステツプ毎に順次読み出すと
ともに、前記メモリに記憶した前記被加工物とは
異なる材質の被加工物毎の切込み送り量定数の材
質係数を読み出し、前記使用工具径と積算して実
際の切込量を算出して、設定された加工穴深さま
でステツプフイードさせるようにしたもので、使
用工具径毎に切込量を設定して記憶するための大
容量のメモリが必要でないから低価格であるとと
もに、メモリに対するアクセスが迅速となつて効
率のよい穴加工が可能となる。

また、所望の被加工物の材質、加工具の工具径
及び加工深さを設定するだけ穴加工できるから、
熟練者でなくとも手軽に使用できる等の優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は材質毎の係
数を示すチヤート、第３図はこの発明の第一の実
施例の構成を説明するためのブロツク図、第４図
はドリル加工を行うための切込み送り量定数を示
すグラフ、第５図はタツプ加工時の切込み送り量
定数を示すグラフ、第６図は工作機械の構造を示
す断面図、第７図は同じく外観を示す斜視図、第
８図はコンピユータの正面図、第９図は作動説明
に供するフローチヤート、第１０図乃至第１６図
はプログラム編集状態を示すコンピユータの画面
の正面図、第１７図は第二の実施例の作動説明に
供するフローチヤートである。 １……ランダムメモリ（RAM）、２……中央
処理装置（CPU）、３……リードオンリメモリ
（ROM）、５……送りモータ、６……主軸モー
タ、５０１……記憶手段、５０２……設定手段、
５０３……演算手段、５０４……加工実行手段、
５０５……制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被加工物に対し、ドリル加工、タツプ加工等
   の各種穴加工を行うに際し、一つの工具を複数回
   ステツプさせて一つの穴の加工を実行する工作機
   械における各種穴加工のステツプ加工装置におい
   て、 所定の加工具をステツプさせて前記被加工物を
   予め切込加工した時に決定されるとともに、ステ
   ツプ回数の増加に伴つて次第に減衰する切込量と
   加工具の工具径との比を、前記ステツプ回数毎に
   切込送り量定数としてそれぞれ記憶し、前記所定
   材質の被加工物の切込み送り量に対し、前記被加
   工物とは異なる材質の被加工物毎の切込み送り量
   定数の材質係数をそれぞれ記憶する記憶手段と、 所望の加工具の工具径、加工深さ及び被加工物
   の材質を設定する設定手段と、 設定された材質の前記材質係数とステツプ回数
   毎に対応する切込送り量定数とを前記記憶手段か
   ら読み出すと共に、その切込送り量定数と前記設
   定手段により設定された工具径と材質係数とを積
   算して実際の切込量を演算する演算手段と、 演算された切込量に従つて切込加工を実行する
   加工実行手段と、 前記演算手段による演算と前記加工実行手段に
   よる加工の実行とを、前記設定手段により設定さ
   れた加工深さの加工が完了するまで必要なステツ
   プ回数繰返す制御手段と を備えたことを特徴とする工作機械における各種
   穴加工のステツプ加工装置。