(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と、
前記主軸に着脱され、当該主軸の回転によりワークに穴あけ加工するドリルを備える穴あけ用工具と、
前記主軸に着脱され、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機を備え、当該発電機により発電された電力を使用し、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する放電加工用工具と
を有する穴あけ加工装置。
【請求項２】
前記放電加工用工具により折損したドリルをワークから除去する際に、前記ワークを加工液中に浸漬させ、当該ワークに対する放電加工が可能な状態にする段取手段をさらに有する
請求項１に記載の穴あけ加工装置。
【請求項３】
前記放電加工用工具は、前記ワークに前記ドリルにより形成された穴内に挿入可能な直径を有する放電電極を備えている
請求項１または２に記載の穴あけ加工装置。
【請求項４】
前記穴あけ用工具は、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機と、
前記電動機により駆動されるドリルと
を有する請求項１〜３のいずれかに記載の穴あけ加工装置。
【請求項５】
前記穴あけ用工具と前記放電加工用工具とを前記主軸に対して着脱する自動工具交換手段をさらに有する
請求項１〜４のいずれかに記載の穴あけ加工装置。
【請求項６】
ドリルを備える穴あけ用工具を主軸に装着し、当該主軸とワークとを相対移動させて前記ドリルによりワークに穴あけ加工し、
前記穴あけ加工工程中に前記ドリルが折損し、当該ドリルの一部がワーク内に残存した場合に、前記穴あけ用工具に代えて前記主軸に当該主軸側から供給される動力により発電する発電機を備える放電加工用工具を装着し、
前記発電機により発電された電力を使用して、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する
穴あけ加工方法。
【請求項７】
前記放電加工用工具を前記主軸に装着するとともに、前記ワークを加工液中に浸漬させ、当該ワークに対する放電加工が可能な状態にする
請求項６に記載の穴あけ加工方法。
【請求項８】
前記ドリルの除去に、前記ワークに当該ドリルにより形成された穴内に挿入可能な直径を有する放電電極を用いる
請求項６または７に記載の穴あけ加工方法。
【請求項９】
前記主軸側から供給される動力により発電する発電機、前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機および前記電動機により駆動されるドリルを備える穴あけ用工具を前記ワークへの穴あけ加工に用いる
請求項６〜８のいずれかに記載の穴あけ加工方法。
【請求項１０】
前記穴あけ用工具および前記放電加工用工具の前記主軸に対する着脱を自動工具交換手段により行う
請求項６〜９のいずれかに記載の穴あけ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、穴あけ加工方法および穴あけ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置や液晶表示装置の製造プロセスに使用されるＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)装置等では、各種ガスをチャンバ内に供給するための小径の穴が多数加工されたシャワープレートが用いられる。
このシャワープレートは、たとえば、アルミニウム合金やステンレススチール等の金属材料で形成された数〜十数ｍｍ程度の厚さの板材に０．１〜３ｍｍ程度の小径の穴を多数形成したものである。
このようなシャワープレートの加工は、たとえば、ドリルによる切削加工が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなシャワープレートの穴あけ加工においては、穴径が０．１〜３ｍｍ程度と小さいため、ドリルが折損することがある。さらに、シャワープレートの材料として、アルミニウム合金やステンレススチール等の難削材を用いた場合やドリルの回転速度を非常に高めた場合等にはドリルはさらに折損しやすい。穴あけ加工の途中でドリルが折損して穴の中に折損したドリルの一部が残存すると、これを除去するのが難しく、ワークを製品として使用することができない。このため、ドリルが折損した場合はワークを廃棄する必要があり、コストが嵩みやすいという不利益が存在した。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、小径の穴あけ加工中に折損したドリルをワークから容易に除去可能な穴あけ加工方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の穴あけ加工装置は、主軸と、前記主軸に着脱され、当該主軸の回転によりワークに穴あけ加工するドリルを備える穴あけ用工具と、前記主軸に着脱され、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機を備え、当該発電機により発電された電力を使用し、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する放電加工用工具とを有する。
【０００６】
好適には、本発明の穴あけ加工装置は、前記放電加工用工具により折損したドリルをワークから除去する際に、前記ワークを加工液中に浸漬させ、当該ワークに対する放電加工が可能な状態にする段取手段をさらに有する。
【０００７】
さらに好適には、前記放電加工用工具は、前記ワークに前記ドリルにより形成された穴内に挿入可能な直径を有する放電電極を備えている。
【０００８】
好適には、前記穴あけ用工具は、前記主軸側から供給される動力により発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機と、前記電動機により駆動されるドリルとを有する。
【０００９】
さらに好適には、本発明の穴あけ加工装置は、前記穴あけ用工具と前記放電加工用工具とを前記主軸に対して着脱する自動工具交換手段をさらに有する。
【００１０】
本発明の穴あけ加工方法は、ドリルを備える穴あけ用工具を主軸に装着し、当該主軸とワークとを相対移動させて前記ドリルによりワークに穴あけ加工し、前記穴あけ加工工程中に前記ドリルが折損し、当該ドリルの一部がワーク内に残存した場合に、前記穴あけ用工具に代えて前記主軸に当該主軸側から供給される動力により発電する発電機を備える放電加工用工具を装着し、前記発電機により発電された電力を使用して、折損により前記ワークに残存するドリルを放電加工により除去する。
【００１１】
本発明では、主軸に装着した穴あけ加工用工具によりワークに穴あけをしているときに、ドリルが折損しこのドリルの一部がワーク内に残存すると、切削加工を中止し、主軸に穴あけ加工用工具に代えて放電加工用工具が装着される。そして、主軸とワークとが相対的に位置決めされながら、放電加工用工具によりワーク内に残存したドリルが放電加工により除去される。残存したドリルが除去されたのちは、主軸に穴あけ加工用工具を再び装着され、ワークへの穴あけ加工が行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
マシニングセンタ１は、工作機械本体２と、数値制御装置（ＮＣ装置）２５０と、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１５０とを備えている。
図１において、工作機械本体２は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００１３】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００１４】
さらに、サドル４４には、鉛直方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００１５】
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、後述する穴あけ加工用工具や放電加工用工具等の工具Ｔが装着される。
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
このテーブル３５には、加工液槽６００が固定されており、この加工液槽６００内にワークＷが設置されている。
【００１６】
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用サーボモータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンにエンドミル、ドリル等の各種加工具を工具ホルダによって保持した工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００１７】
ＮＣ装置２５０は、上記のサーボモータ１８，１９，２０およびクロスレール昇降用サーボモータ３２の駆動制御を行う。
ＮＣ装置２５０は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順に従って、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置２５０は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸モータ３１の回転数（単位時間当りの回転数）を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
さらに、ＮＣ装置２５０は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００１８】
ＰＬＣ１５０は、ＮＣ装置２５０および操作パネル２００と接続されている。このＰＬＣ１５０は、予め決められたシーケンスプログラムに従って、マシニングセンタ１の起動、停止を行ったり、操作パネル２００の表示部を点灯、消灯する信号を出力する等の各種シーケンス制御を行う。
また、ＰＬＣ１５０は、主軸モータ３１を駆動制御する主軸モータドライバ１５７と接続されている。ＰＬＣ１５０は、主軸モータ３１の起動、停止および速度制御を行うための制御指令を主軸モータドライバ１５７に出力する。なお、ＰＬＣ１５０は各種シーケンス制御を行う。
【００１９】
加工液供給／回収装置９００は、テーブル３５に設置された加工液槽６００内に放電加工に必要な加工液を供給するとともに、加工液槽６００に供給された加工液を回収可能となっている。
【００２０】
穴あけ加工用工具
図２は、本発明の一実施形態に係る穴あけ加工用工具の構成を示す断面図である。この穴あけ加工用工具は、上記のマシニングセンタ１の主軸４６に自動工具交換装置３９によって着脱される。
図２において、穴あけ加工用工具１６０は、ドリル１００と、このドリル１００を保持するホルダ１６１とから構成される。
【００２１】
ホルダ１６１は、装着部１６２と、ケース部材１６６，１６７および１６８からなるケース１６５と、発電機１７０と、電動機１８０と、ドリル保持部１９０と、回り止め部材１８５とを備えている。
【００２２】
装着部１６２は、把持される把持部１６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク部１６２ｂと、このテーパシャンク部１６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド１６２ｃと、ケース部材１６６に回転自在に保持される軸部１６２ｄとを備えている。
【００２３】
装着部１６２の把持部１６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
【００２４】
装着部１６２のテーパシャンク部１６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
【００２５】
装着部１６２のプルスタッド１６２ｃは、装着部１６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【００２６】
装着部１６２の軸部１６２ｄは、ケース部材１６６の内周に複数の軸受１７２を介して回転自在に保持されている。軸受１７２には、密封玉軸受が用いられる。
【００２７】
ケース部材１６７の内周には、保持部材１７３を介して発電機１７０および電動機１８０が保持されている。
発電機１７０は、入力軸１７１が装着部１６２の軸部１６２ｄと同心に連結されており、この発電機１７０には主軸１４６の回転力が装着部１６２を介して伝達される。
発電機１７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【００２８】
電動機１８０には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。この電動機１８０は、図３に示すように、導電ケーブルＷｘ，Ｗｙ，Ｗｚによって、発電機１７０と接続されており、発電機１７０で発電された電力が導電ケーブルＷｘ，Ｗｙ，Ｗｚを通じて供給され、駆動される。
【００２９】
ドリル保持部１９０は、回転軸１９１と、この回転軸１９１と電動機１８０の回転軸１８１とを連結するカップリング１９３と、回転軸１９１の先端部に固定されたドリル装着部材１９５とを有する。
【００３０】
回転軸１９１は、ケース部材１６８の内周に複数の軸受１９２を介して回転自在に保持されている。軸受１９２には、密封玉軸受が用いられる。
回転軸１９１の先端側は、ケース部材１６８に抜け止め部材１９４によって抜け止めされている。
【００３１】
ドリル１００は、ドリル装着部材１９５に保持されており、このドリル１００はワークを穴あけ加工する。本実施形態では、ドリル１００に直径が０．１〜３ｍｍ程度の比較的小径のものを使用する。
【００３２】
ケース部材１６６，１６７および１６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材１６６，１６７および１６８がケース１６５を構成している。
ケース部材１６６の外周には、回り止め部材１８５が設けられている。
回り止め部材１８５は、装着部１６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端１８５ａが挿入される。
これにより、ケース部材１６６、すなわち、ケース１６５は、主軸４６が回転しても回転が規制される。
【００３３】
次に、本実施形態に係る穴あけ加工用工具１６０の動作の一例について説明する。
まず、自動工具交換装置３９によって、ドリル装着部１９５にドリル１００を保持した穴あけ加工用工具１６０を主軸４６に装着する。
穴あけ加工用工具１６０は、回り止め部材１８５の先端部１８５ａが非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入され、ケース１６５の回転が規制される。
【００３４】
この状態から、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転させると、穴あけ加工用工具１６０の装着部１６２が回転し、主軸４６の回転力が発電機１７０に伝達される。
これにより、発電機１７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００３５】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同期発電機の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転数をＮ0 〔ｍｉｎ-1〕とすると、次式（１）によって表される。
【００３６】
【数１】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕      …（１）
【００３７】
従って、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機１８０に供給される。
【００３８】
ここで、電動機１８０に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とすると、三相誘導電動機は三相交流の１サイクルで２／Ｐ2 回転することから、滑りがない時の三相誘導電動機の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００３９】
【数２】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕    …（２）
【００４０】
従って、主軸４６の回転数Ｎ0 に対するドリル１００の回転数Ｎ1 は次式（３）によって表される。
【００４１】
【数３】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕    …（３）
【００４２】
（３）式からわかるように、主軸４６の回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機の極数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ2 との比を適宜設定することにより、主軸４６の回転数Ｎ0 に対するドリル１００の回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、主軸４６の回転数Ｎ0 を増速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数Ｐ2 を予め選択すればよい。
【００４３】
たとえば、主軸４６の最大回転数Ｎmax が３０００ｍｉｎ-1であるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸４６の回転数は上記の最大回転数Ｎmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸４６の最大回転数Ｎmax が３０００ｍｉｎ-1のマシニングセンタ１を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、ドリル１００の回転数を、たとえば、３００００ｍｉｎ-1に増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに穴あけ加工用工具１６０を予め収容しておく。なお、穴あけ加工用工具１６０は、増速比が１０となるように、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させる。
【００４４】
自動工具交換装置３９によって、主軸４６に穴あけ加工用工具１６０を自動装着する。
主軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、穴あけ加工用工具１６０に保持されたドリル１００の回転数は、主軸４６の回転数によって制御する。すなわち、ＮＣ装置２５０にダウンロードするＮＣプログラムにおいて、主軸４６の回転数をＳコードで指定することにより、ドリル１００の回転数を規定しておく。すなわち、ＮＣ装置２５０は、主軸４６の回転数を制御することにより、ドリル１００の回転数を制御する。
たとえば、ドリル１００を３００００ｍｉｎ-1で回転させたい場合には、ＮＣプログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転数を３０００ｍｉｎ-1に指定しておく。
【００４５】
主軸４６を３０００ｍｉｎ-1で回転させると、発電機１７０は主軸４６の回転数および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機１８０は、発電機１７０から供給される三相交流によって駆動され、ドリル１００は、略３００００ｍｉｎ-1の回転数で回転する。
【００４６】
上記のように、ドリル１００が増速された状態で、テーブル３５に固定されたワークに対してドリル１００（主軸４６）を加工プログラムに従って相対移動させることにより、ワークへの穴あけが行われる。
【００４７】
これにより、たとえば、主軸４６の最大回転数が制限されるマシニングセンタ１を使用した場合に、主軸４６の最大回転数を越える回転数でドリル１００を回転させてワークの高速加工が可能となる。
【００４８】
放電加工用工具
図４は、本発明の一実施形態に係る放電加工用工具の構成を示す断面図である。
図４において、放電加工用工具６０は、放電電極４００と、この放電電極４００を保持するホルダ６１とから構成される。なお、この放電加工用工具６０は、上記のマシニングセンタ１の主軸４６に自動工具交換装置３９によって着脱される。
【００４９】
ホルダ６１は、装着部材６２と、軸受保持部材６６と、ケース６７と、軸受保持部材６８と、回り止め部材８５と、絶縁部材６９と、電極保持部材９０と、回路基板８９と、発電機７０とを有している。
【００５０】
装着部材６２は、把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に設けられたプルスタッド６２ｃと、軸受保持部材６６および６８によって軸受７２および７３を介して回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。
【００５１】
装着部材６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
【００５２】
装着部材６２のテーパシャンク部６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
【００５３】
装着部材６２のプルスタッド６２ｃは、装着部材６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、上述した主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。
【００５４】
装着部材６２の軸部６２ｄには、発電機７０のロータ７０ａが固定されている。
【００５５】
ケース６７は円筒状の部材からなり、ステンレス等の金属材料で形成されている。このケース６７の内周には、発電機７０のステータ７０ｂがロータ７０ａに対向する位置に固定されている。
【００５６】
発電機７０は、装着部６２の軸部６２ｄに固定されたロータ７０ａが回転することにより発電する。この発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が用いられる。
【００５７】
軸受保持部材６６および６８は、環状の部材からなり、内周に軸受７２および７３をそれぞれ保持している。これらの軸受保持部材６６および６８は、ケース６７の内周に嵌合し、ボルト等の締結手段によってケース６７に締結されている。
【００５８】
回路基板８９は、軸受保持部材６８の下側の空間内に配置されている。この回路基板８９は、後述する整流回路、電流制御回路等の各種電気回路が形成されており、発電機７０のステータ７０ｂの三相巻線に接続されているとともに、導電線９１によって放電電極４００に接続されている。また、回路基板８９はケース６７を基準電位としている。
【００５９】
絶縁部材６９は、環状の部材からなり、たとえば、セラミックスで形成されている。この絶縁部材６９は、ケース６７の下端部に嵌合し、ケース６７に固定されている。絶縁部材６９は、電極保持部材９０とケース６７との間を電気的に絶縁する。
【００６０】
電極保持部材９０は、上端部が絶縁部材６９の内周に嵌合しており、フランジ部９０ｆが絶縁部材６９のフランジ部６９ｆにボルト等の締結手段によって締結されている。電極保持部材９０は、中心部に貫通孔９０ｈを備えており、導電線９１はこの貫通孔９０ｈを通じて放電電極４００に接続されている。
電極保持部材９０は、ステンレス等の金属材料で形成されており、先端部に放電電極４００を交換可能に保持している。
【００６１】
回り止め部材８５は、ケース６７の外周にボルト等の締結手段によって固定されている。回り止め部材８５は、ステンレス等の金属材料で形成されている。
この回り止め部材８５は、装着部材６２のテーパシャンク６２ｂが主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端８５ａが挿入される。
これにより、ケース６７は、主軸４６が回転しても回転が規制される。
【００６２】
非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａ内には、接触端子４７ｂが設けられており、この接触端子４７ｂは接地されている。このため、回り止め部材８５の先端８５ａが嵌合穴４７ａに挿入されると、接触端子４７ｂと回り止め部材８５の先端８５ａとが接触する。これにより、ケース６７が接地される。
【００６３】
放電電極４００は、電極保持部材９０に軸方向に沿って保持されており、この放電電極４００はドリル１００が折損した場合にワークに残存したドリル１００を放電加工により除去するのに用いられる。このため、放電電極４００の軸部はドリル１００の直径に合わせて、たとえば、０．１〜３ｍｍ程度の比較的小径を有する。
放電電極４００の形成材料には、たとえば、銅−タングステン合金、銀−タングステン合金、銅−グラファイト、アルミニウム、鉄、黄銅等の材料が用いられる。また、放電電極４００は、切削加工によって軸状に形成されている。
【００６４】
図５は、放電加工用工具６０の電気系の機能ブロック図である。
図５に示すように、放電加工用工具６０は、発電機７０および放電電極４００に加えて、整流回路５００および電流制御回路７００を備えている。
整流回路５００および電流制御回路７００は、上記した回路基板８９に形成されている。
【００６５】
整流回路５００は、発電機７０が発電した三相交流が導電ケーブル７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗを通じて供給される。この整流回路５００は、三相交流を所定電圧の直流に変換し、電流制御回路７００に供給する。
【００６６】
電流制御回路７００は、整流回路５００で整流された電力を、放電加工に必要な所定電圧の直流電力に変換して放電電極４００に供給する。この電流制御回路７００は、トランジスタにより放電電極４００に供給する電流を制御し、たとえば、パルス状に電圧を放電電極４００に印加する。
【００６７】
次に、上記構成のマシニングセンタ１を用いたシャワープレートの穴あけ加工の一例について説明する。
まず、図６に示すように、テーブル３５上に設置された加工液槽６００内にプレート状のワークＷを穴あけ加工が可能な状態で設置する。なお、加工液槽６００内には加工液は供給されていない。
ワークＷは、たとえば、アルミニウム合金等の金属板からなり、１０００×１０００ｍｍで厚さ１０ｍｍ程度の寸法を有する。このワークＷに直径０．７ｍｍの比較的小径の貫通穴を１５０００個程度形成する。
また、主軸４６に穴あけ加工用工具１６０を装着し、主軸４６を所定の回転数で回転させることによりドリル１００を穴あけ加工に必要な回転数で駆動する。この状態で、主軸４６をｘ−ｙ水平面内で所望の位置に位置決めしながら、鉛直方向ｚに昇降させてワークＷに穴あけ加工する。
【００６８】
次に、上記の動作により、たとえば、図７に示すように、ワークＷに貫通穴ｈを加工している途中で、ドリル１００が折損し、ワークＷ内にドリル１００の一部が残存してしまった場合について説明する。
ドリル１００は小径であり、特に、ドリル１００を数万回転／分のような高い回転数で回転させるとドリル１００は折損することがある。
【００６９】
ドリル１００が折損した場合には、図８に示すように、ワークＷを収容している加工液槽６００内に加工液ＰＬを加工液供給／回収装置９００により供給する。
加工液ＰＬは、電気的に絶縁性を有しており、たとえば、絶縁油が用いられる。
図８に示すように、加工液供給／回収装置９００から加工液槽６００内に加工液ＰＬを供給し、ワークＷの全体が加工液ＰＬ中に浸漬された状態にする。なお、ワークＷは接地されている。
【００７０】
一方、図８に示すように、主軸４６には穴あけ加工用工具１６０に代えて放電加工用工具６０を装着し、主軸４６を所定の回転数で回転させる。
主軸４６を回転させると、放電加工用工具６０の装着部材６２が回転し、発電機７０のロータ７０ａがステータ７０ｂに対して回転する。
これにより、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００７１】
発電機７０が発電した電力は、整流回路５００において整流され、電流制御回路７００に供給される。電流制御回路７００は、所定電圧の直流電力を放電電極４００に印加する。
【００７２】
放電電極４００に所定電圧の直流電力が印加された状態で、ＮＣ装置２５０にダウンロードされたＮＣプログラムにしたがって、放電加工用工具６０をワークＷのドリル１００が残存する箇所に向けて鉛直方向ｚに下降させる。
【００７３】
放電加工用工具６０を下降させ、放電電極４００がワークＷに残存したドリル１００に接近すると、放電電極４００とドリル１００との間で最も絶縁耐力の小さい部分で加工液ＰＬが絶縁破壊を起こし放電が発生する。発生した放電は、すぐにアーク放電となり、放電は安定する。放電電極４００とドリル１００とには、アーク柱から局所的に非常に大きなエネルギーが流入するため、アーク柱近傍の放電電極４００とドリル１００とは急激に加熱され蒸発または溶融する。
これにより、図９に示すように、ワークＷ内に残存したドリル１００の除去が行われる。なお、放電電極４００は、直径がドリル１００の直径と同じ、あるいは、若干小さいものを選択する必要がある。放電電極４００の直径がドリル１００の直径よりも大きいと、ワークＷに加工された穴の径が放電電極４００の加工により所定寸法よりも拡大してしまう可能性があるからである。
【００７４】
放電電極４００により、ワークＷ内に残存したドリル１００を除去したのちには、放電加工用工具６０をワークＷから離隔させ、主軸４６に放電加工用工具６０に代えて穴あけ加工用工具１６０を再び装着する。
また、この工具の交換作業とともに、加工液供給／回収装置９００により加工液槽６００から加工液ＰＬを回収し、加工液槽６００内を空の状態にする。
【００７５】
次いで、上記と同様の手順で、穴あけ加工用工具１６０によりワークＷのドリル１００が除去された箇所の穴あけ加工を行う。
【００７６】
以上のように、本実施形態によれば、主軸４６の回転により自ら発電した電力を用いて放電加工を行う放電加工用工具６０をマシニングセンタ１に装備し、この放電加工用工具６０を穴あけ加工用工具１６０に代えて主軸４６に自動装着することにより、穴あけ加工中に折損によりワークＷに残存したドリル１００を簡易に除去することができる。
また、本実施形態によれば、穴あけ加工装置としてのマシニングセンタ１において、ドリル１００による穴あけ加工と放電加工による折損したドリル１００の除去とを行うことができ、作業効率を高めることができる。すなわち、ワークＷを穴あけ加工装置から放電加工装置に移しかえる必要がない。
【００７７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、放電加工用工具６０や穴あけ加工用工具１６０の発電機の動力源として主軸４６の回転を用いる場合について説明したが、たとえば、主軸４６内から圧縮空気を放電加工用工具６０や穴あけ加工用工具１６０に供給し、この圧縮空気のエネルギーを利用して発電する構成とすることも可能である。
また、上述した実施形態では、穴あけ加工用工具として発電機および電動機を内蔵するものを説明したが、発電機および電動機を内蔵せず主軸４６の回転により直接回転されるドリルを備える工具を使用することも可能である。
【００７８】
また、上述した実施形態では、本発明の穴あけ加工装置として工作機械の場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。
たとえば、産業用ロボットやパラレルリンク機構を用いた加工機にも適用可能である。
【００７９】
図１０は、パラレルリンク機構を用いた加工機の一例を示す図である。
加工機４０２は、遮蔽壁ＦＬ内に設けられたパラレルリンク機構４１０と、クランプ装置４６０とを備えており、クランプ装置４６０に穴あけ加工用工具６０と放電加工用工具１６０とが着脱される。
遮蔽壁ＦＬ内のベース上には可動テーブル４０３が設置されており、この可動テーブル４０３に加工すべきワークＷが設置されている。
【００８０】
パラレルリンク機構４１０は、ベースＢＳ上に立設された遮蔽壁ＦＬに支持された固定板４１５と、この固定板４１５にボールジョイント４１１Ｕ，４１１Ｖおよび４１１Ｗを介して姿勢を変更自在に保持され外周面にねじが形成された複数のリンク４０９Ｕ，４０９Ｖおよび４０９Ｗと、これらリンク４０９Ｕ，４０９Ｖおよび４０９Ｗの先端にボールジョイント４１２Ｕ，４１２Ｖおよび４１２Ｗを介して連結された移動板４２１と、各ボールジョイント４１１Ｕ，４１１Ｖおよび４１１Ｗにそれぞれ固定されたモータ４１７Ｕ，４１７Ｖおよび４１７Ｗと、リンク４０９Ｕ，４０９Ｖおよび４０９Ｗにそれぞれ螺合しモータ４１７Ｕ，４１７Ｖおよび４１７Ｗによって回転されるナット部材４１９Ｕ，４１９Ｖおよび４１９Ｗとを有している。
【００８１】
上記構成のパラレルリンク機構４１０は、モータ４１７Ｕ，４１７Ｖおよび４１７Ｗを適宜回転させることにより、固定板４１５と移動板４２１とを接続しているリンク４９Ｕ，４９Ｖおよび４９Ｗが図１０に示す各矢印方向に移動し、固定板４１５と移動板４２１との間が伸縮する。リンク４９Ｕ，４９Ｖおよび４９Ｗの伸縮を適宜行わせることにより、移動板４２１の位置および姿勢が制御される。
【００８２】
図１０に示すように、パラレルリンク機構４１０の移動板４２１の上面側には、サーボモータ４９０が設置され、下面側にはクランプ装置４６０が設置されている。
クランプ装置４６０は、穴あけ加工用工具６０および放電加工用工具１６０を保持するとともに、これら工具に内蔵された発電機にサーボモータ４９０の回転を伝達する役割を果たす。
このクランプ装置４６０は、油圧源４００と管路によって接続されており、油圧源４００からの高圧の作動油をクランプ装置４６０に供給可能となっている。クランプ装置４６０は、高圧の作動油の供給によって、穴あけ加工用工具６０または放電加工用工具１６０を解放する。
工具交換装置４５０は、クランプ装置４６０に対する穴あけ加工用工具６０および放電加工用工具１６０の着脱作業を行う。この工具交換装置４５０は、穴あけ加工用工具６０および放電加工用工具１６０を保持可能な工具ポッド４３１を矢印Ａ１およびＡ２で示す方向に移動可能に保持している。工具交換装置４５０は、工具交換時には、遮蔽壁ＦＬに設けられた開閉扉４２９が開かれた状態で工具ポッド４３１を遮蔽壁ＦＬ内に進入させる。
【００８３】
上記構成の加工機４０２において、パラレルリンク機構により穴あけ加工用工具６０の位置を変更しながらにワークＷに穴あけ加工を行い、ドリルが折損してワークＷに残った場合には、放電加工用工具１６０をクランプ装置４６０に装着し、上述した実施形態と同様にドリルの放電加工による除去を行うことができる。
【００８４】
図１１は、本発明を適用可能な産業用ロボットの一例を示す断面図である。此の産業用ロボットは、いわゆる水平多関節形ロボットであって、種々の作業に適用可能な汎用のロボットである。
この産業用ロボット１は、ロボット本体７０２と、クランプ装置７９０とを有し、クランプ装置７９０に穴あけ用工具６０および放電加工用工具１６０が着脱される。
【００８５】
ロボット本体７０２は、基準面Ｇ上に設置されたベース部７０３と、このベース部７０３に旋回自在に保持された第１旋回部７０４と、この第１旋回部７０４に旋回可能に保持された第２旋回部７０６と、この第２旋回部７０６によって矢印Ａ１およびＡ２で示す昇降方向に昇降可能に保持された昇降部材７４１と、この昇降部材７４１の中心部に挿入された駆動軸７５１とを有する。
【００８６】
ベース部７０３は、その内腔にコントローラ７２１およびサーボモータ７３１を収納している。
コントローラ７２１は、サーボモータ７３１および後述するサーボモータ７３２，７３３および７３４を所要のソフトウエアに基づいて駆動制御することにより、ロボット本体７０２の動作を制御する。コントローラ７２１には、ティーチングイペンダント７２２が接続されており、このティーチングイペンダント７２２を操作することにより、ロボット本体７０２の所定の動作を教示する。
【００８７】
サーボモータ７３１は、ベース部７０３内に固定されており、サーボモータ７３１の回転軸７３１ａが第１旋回部７０４に連結されている。この回転軸７３１ａが回転することにより第１旋回部７０４が当該回転軸７３１ａを中心に水平方向に沿って旋回する。
また、ベース部７０３には、可撓性を有するパイプ７０８の一端が接続され、パイプ７０８の他端は第２旋回部７０６に接続されている。このパイプ７０８は、ベース部７０３と第２旋回部７０６との間で必要な電気配線、信号線等の経路を構成している。
【００８８】
第２旋回部７０６は、その内腔にサーボモータ７３２および７３３を収納している。
サーボモータ７３２は、第２旋回部７０６内に固定されており、その回転軸７３２ａは、第１旋回部７０４に連結されている。この、回転軸７３２ａが回転することにより第２旋回部７０６が第１旋回部７０４に対して当該回転軸７３２ａを中心に水平方向に沿って旋回する。
サーボモータ７３３は第２旋回部７０６内に固定されており、サーボモータ７３３の回転軸７３３ａに伝達車７４５が固定されている。
【００８９】
昇降部材７４１は、円筒状の部材からなり、外周に図示しないねじが形成されている。この昇降部材７４１は、第２旋回部７０６内に固定された支持部材７３９に回転自在に支持された伝達部材７４０の内周に形成された図示しないねじに螺合している。したがって、昇降部材７４１は伝達部材７４０の回転に応じて昇降方向Ａ１またはＡ２の向きに昇降する。
【００９０】
伝達部材７４０と上記した伝達車７４５との間には、ベルト７４２が巻き付けられている。このベルト７４２は、サーボモータ７３３による伝達車７４５の回転を伝達部材７４０に伝達する。
昇降部材７４１の上端部には、サーボモータ７３４が固定されている。このサーボモータ７３４の回転軸７３４ａは、カップリング７５０を介して円筒状部材である昇降部材７４１の内部に挿入された駆動軸７５１と連結されている。
また、昇降部材７４１の下端部には、クランプ装置７９０を固定するための取付部材７４１ｅが設けられている。
【００９１】
駆動軸７５１の下端部は、クランプ装置７９０まで延びている。この駆動軸７５１は、昇降部材７４１の内周に軸受を介して回転自在に保持されている。
クランプ装置７９０は、上述したクランプ装置４６０と全く同様の機能を有し、工具を保持するとともに、駆動軸７５１の回転力を工具に内蔵された発電機に伝達する役割を果たす。また、クランプ装置４６０作動油の供給を受けて工具を解放する。
【００９２】
上記構成のロボット本体７０２を作業プログラムにしたがって動作させ、穴あけ加工用工具６０をワークに対して移動位置決めしながらワークの穴あけ加工を行う。
穴あけ加工用工具６０と放電加工用工具１６０との交換は、たとえば、ティーチングペンダント７２２を用いて、所定の収容場所に収容された工具の位置をティーチングしておき、工具の交換の際には、教示したティーチングプログラムを呼び出しこれを実行する。このとき、クランプ装置７９０の移動位置決め動作とクランプ装置７９０のクランプ／アンクランプ動作との協動により、工具の着脱が可能となる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、小径の穴あけ加工中に折損したドリルをワークから容易に除去可能となり、加工能率を向上させるとともに加工コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る穴あけ加工装置としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る穴あけ加工用工具の構成を示す断面図である。
【図３】電動機１８０と発電機１７０との電気的な接続関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る放電加工用工具の構成を示す断面図である。
【図５】放電加工用工具６０の電気系の機能ブロック図である。
【図６】本発明の穴あけ加工方法の手順を説明するための図である。
【図７】ワークＷに折損したドリルが残存した状態を示す断面図である。
【図８】ワークＷに残存したドリルを除去する手順を説明するための図である。
【図９】ワークＷに残存したドリルを放電電極により除去している状態を示す断面図である。
【図１０】本発明を適用可能なパラレルリンク機構を用いた加工機の一例を示す図である。
【図１１】本発明を適用可能な産業用ロボットの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
４０…自動工具交換装置
４６…工具装着部材
６０…放電加工用工具
１６０…穴あけ加工用工具
６１…ホルダ
６２…装着部材
６５…ケース
７０，１７０…発電機
８０，１８０…電動機
１００…ドリル
４００…放電電極
６００…加工液槽
９００…加工液供給／回収装置
２５０…ＮＣ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003961848.tif 000007
【図７】
0003961848.tif 000008
【図８】
0003961848.tif 000009
【図９】
0003961848.tif 000010
【図１０】
0003961848.tif 000011
【図１１】
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