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Title:
DEEP-HOLE BORING APPARATUS CONTROL SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/118948
Kind Code:
A1
Abstract:
This aims to provide a system for monitoring the supply pressure of a coolant thereby to interrupt the deep-hole boring operation of a deep-hole boring apparatus, if troubled, reliably so that the deep-hole boring apparatus can be used efficiently even in the operation to bore a deep hole of a small diameter. The deep-hole boring apparatus control system comprises the deep-hole boring apparatus (1) for working a workpiece (W), a pump mechanism (2) for feeding a coolant (C) to the deep-hole boring apparatus (1), a pressure sensor (4) for monitoring the supply pressure of the coolant (C) fed from the pump mechanism (2), and a control device (7). When the deep-hole boring apparatus (1) works the workpiece (W), the control device (7) presets what value of the supply pressure of the coolant (C) monitored by the pressure sensor (4) is not abnormal. If the preset value is exceeded by the value of the supply pressure of the coolant (C) monitored by the pressure sensor (4), the control device (7) decides that the deep-hole boring apparatus (1) has been troubled, and generates an abnormal signal to interrupt the working of the workpiece (W).

Inventors:
NOMURA TAKUJI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/070909
Publication Date:
October 01, 2009
Filing Date:
November 18, 2008
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Assignee:
UNITAC INC (JP)
NOMURA TAKUJI (JP)
International Classes:
B23B47/00; B23Q11/00; B23Q11/10
Foreign References:
JPH0373249A1991-03-28
JP2003062711A2003-03-05
JPH08221135A1996-08-30
Attorney, Agent or Firm:
FUJIKAWA, Tadashi et al. (JP)
Tadashi Fujikawa (JP)
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Claims:
 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。
 請求項1に記載の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る深穴切削装置制御システム。
 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てなる深穴切削装置制御システム。
 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。
Description:
深穴切削装置制御システム

 本発明は、深穴切削装置制御システムに する。

 一般的に、深穴加工の切削能率は、工具 の能力よりも、加工中に切削穴内部に発生 る切り屑の外部への排出能力に大きく依存 る。このため、深穴切削装置では、中空状 ーリングバーを用いると共に、ボーリング ッドに排出用開口部を設け、切り屑を切刃 へ供給されるクーラントと共に排出用開口 から該ボーリングバーの内部を通して外部 排出するようにしている。しかして、切刃 へのクーラントの供給は、中空状ボーリン 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 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 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 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 トCを高圧で供給する。そして、該高圧で供 されたクーラントCをボーリングバー10の外 面と切削穴Hの内周面との間隙Tよりボーリ グヘッド14の切刃15側へ供給する。このよう 供給したクーラントCは、発生する切り屑S 共にボーリングヘッド14の切刃15に臨む排出 開口部16からボーリングバー10の中空部17内 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 被削材Wを切削するには、ボーリングバー10 主軸ユニット5に連結し、該主軸ユニット5 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 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 てさらに、主軸ユニット5の下部に設けられ 送り機構6が、該送り機構6の一端部に設け 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 、被削材Wの深穴切削が行われるようになっ いる。

 ところで、上記のような深穴切削を行っ いた場合、切削進行により穴の深さが深く るにつれて管内抵抗が次第に大きくなり、 穴切削中に深穴切削装置1の切刃15が欠損し 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 モータ(図示せず)と送り用モータ6aを停止さ ずにいると、不具合が発生した深穴切削装 1が送り機構6とともに矢印F方向に移動し、 具合が発生した深穴切削装置1で被削材Wの 穴切削が行われるようになるから、被削材W 実用に耐えうるようなものでなくなり破棄 なければならなくなり、それによって莫大 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 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、 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 ングバー10を主軸ユニット5に連結して回転 動させる際のトルク量、送り用モータ6aの 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 状態で動作しているトルク量と、異常状態 動作しているトルク量の差が少ないため検 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 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 置が知られている。つまり、深穴切削中に 穴切削装置1の切刃15が欠損したり、また、 り屑Sが詰まったりというような不具合が発 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 のである。しかし、この安全装置では、オ レーターが、安全装置につきっきりで、加 深さに応じて手動で安全装置を操作するこ となり、それがために、オペレーターの力 によるところが非常に大きい。そのため、 全装置を操作するオペレーターによっては 穴切削装置1が異常状態であっても、深穴切 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 とが多々あり、安全装置としての役割を果 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 トの供給方法が異なるだけであるため、上 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 ガンドリル方式が採用されている。ガンド ル方式とは、図示は省略するが、切屑排出 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 から強制的に排出する方法で、径が細くて い穴を精度良く明けることができるもので る。しかし、このガンドリル方式では、ガ ドリルシャンクの側面部に切屑排出用V溝部 形成しているため、ドリル全体の剛性が低 、捩れ及び曲げモーメントに対して弱く、 れがために切削加工速度を上記のような深 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 供給圧を監視し、深穴切削装置に異常が発 した場合に、確実に深穴切削装置の深穴切 を停止させることで、小径の深穴切削にお ても深穴切削装置を使用することで作業能 を向上させることができるシステムを提供 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 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 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 供給圧を監視する圧力センサー4と、前記深 切削装置1が被削材Wを加工する際に、前記 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 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 せる異常信号を生成する制御装置7とを備え なるものとしている。

 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、請求項1に記載の深穴切削 置制御システムに主軸ユニット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 穴切削装置1の後端部と連結され、該連結さ 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 よって前記モータの回転駆動を停止させる 能を備えてなり、前記送り機構6は、前記主 ユニット5の下部に設けられ、該送り機構6 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。

 請求項3の発明に係る深穴切削装置制御シ ステムによれば、請求項1に記載の深穴切削 置制御システムにおいて、前記ポンプ機構2 、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 さらに備えてなるものとしている。

 請求項4の発明に係る深穴切削装置制御シ ステムによれば、請求項1に記載の深穴切削 置制御システムにおいて、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 供給圧の圧力値が正常であるか異常である を知らせる異常シグナルタワー8をさらに備 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 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 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 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 常であると判断し、異常信号を生成する。 して、その異常信号によって、深穴切削装 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 がために、小径の深穴切削においても深穴 削装置1を使用することでき、作業能率を向 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、主軸ユニット5は内部に深 切削装置1を回転駆動させるモータを備え、 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 きる。そしてさらに、送り機構6は前記主軸 ニット5の下部に設けられ、該送り機構6の 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 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 ニットに連結された深穴切削装置1も移動す 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、 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 機能を備えているから、異常信号によって り機構6が停止することで深穴切削装置1も 止するため、被削材Wの深穴切削を停止させ ことができる。それがために、より確実に 穴切削装置1の深穴切削を停止させることが できる。

 請求項3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は、被削材Wの 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。

 請求項4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 ることによって、深穴切削装置1に異常が発 したか否かを作業員がすぐに判断すること できる。

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

符号の説明

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

 以下に本発明の好適な実施形態を図面に 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 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 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 、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 量供給するものである。そしてさらに、制 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 するのを停止する機能を備えているもので る。なお、クーラントCを供給する量は、被 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20 mmである場合は、毎秒80リットルのクーラン 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 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 径が20mmである場合に、毎秒80リットルのク ラントCの供給量が必要となる。それがため 、被削材Wを深穴切削装置1で深穴切削して くと穴の深さが深くなるにつれて管内抵抗 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 ったときには、さらに、管内抵抗が高くな ため、毎秒80リットルのクーラントCを供給 るには、ポンプ機構2の圧力が20KPAよりも高 なり50KPAの圧力となる。このような圧力値 圧力センサーで監視され、制御装置7に出力 れる。

 主軸ユニット5は、深穴切削装置1のボー 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 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 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 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 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 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 れている。

 制御装置7は、前記圧力センサー4から出 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、 穴切削装置1の切刃15が破損しているか、切 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 せず)を停止させるべく、異常信号を送り用 ータ6a及び主軸ユニット5に出力する。この 常信号によって、送り用モータ6a及び主軸 ニット5内のモータ(図示せず)の回転駆動が 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 プ機構2はクーラントCを深穴切削装置1の導 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 常ランプ8bを備えている。前記圧力センサ 4から出力された圧力値が正常であれば正常 ンプ8bが点灯し、異常な圧力値であった場 には異常ランプ8aが点灯し、深穴切削装置1 異常が発生したことを迅速に作業員に知ら 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 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 部70と、記憶部71と、比較部72と、異常信号 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 設定することができる。異常高圧設定値と 、ある加工深さに対応する圧力、つまり、 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 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 超えたときには、深穴切削装置1に異常が発 したと判断することとなる。なお、入力さ た異常高圧設定値は、出力部74のモニター 入力値が表示されるため、異常高圧設定値 入力する作業者は、入力値を確認しながら 常高圧設定値を入力することができ誤入力 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 、前記入力部70で設定された異常高圧設定 が格納されている。比較部72は、記憶部71に 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 力された圧力値が異常高圧設定値を超えた 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 、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 。さらに、送り用モータ6aと主軸ユニット5 のモータ(図示せず)を停止させるべく、異 信号を送り用モータ6a及び主軸ユニット5に 力することで、確実に深穴切削装置1の被削 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 、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 値より圧力センサー4から出力された圧力値 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 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 となる。さらに、送り用モータ6aと主軸ユ ット5内のモータ(図示せず)に出力すること 、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 、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 1の加工時圧力と異常高圧設定値との関係を ラフに表したものである。(a)は、深穴切削 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 高圧設定値は、表から明らかなように、一 関数で表わされており、深穴切削装置1の加 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、 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 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 1によって被削材Wの深穴切削が行われるこ となる。また、ポンプ機構2についても、引 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 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 73が判断し、異常シグナルタワー8は異常ラ 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( 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 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 力値が、制御装置7内の記憶部71に格納され 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 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 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 装置1を停止させるために、主軸ユニット5 のモータを停止させる機能と、送り機構6を 動させることができる送り用モータ6aを停 させる機能とを備えているから、それがた に、より確実に深穴切削装置1の深穴切削を 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 停止させる機能を備えているから、無駄な 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 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 ムは、内部供給方式の深穴切削装置にも適 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 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。