JPH04360705A - Drilling method and device thereof - Google Patents
Drilling method and device thereofInfo
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- JPH04360705A JPH04360705A JP12159891A JP12159891A JPH04360705A JP H04360705 A JPH04360705 A JP H04360705A JP 12159891 A JP12159891 A JP 12159891A JP 12159891 A JP12159891 A JP 12159891A JP H04360705 A JPH04360705 A JP H04360705A
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、主として細径穴をドリ
ルによって形成する穴加工方法およびその装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates primarily to a method and apparatus for forming a small diameter hole using a drill.
【０００２】0002
【従来の技術】一般に、細径穴を形成するドリルは弾性
変形しやすい（曲がりやすい）ものであるから、ドリル
の先端がワークの表面に対して傾いた状態で接触すると
、ドリルの先端がワークの表面で滑り、加工すべき穴の
位置がずれるという問題が生じる。また、細径のドリル
は弾性限界が小さく折損しやすいという問題もある。[Prior Art] Generally, a drill for forming a small diameter hole is easily elastically deformed (easily bent), so if the tip of the drill comes into contact with the surface of the workpiece in an inclined state, the tip of the drill will bend against the surface of the workpiece. The problem arises that the hole slips on the surface and the position of the hole to be machined shifts. Another problem is that small-diameter drills have a small elastic limit and are easily broken.
【０００３】このような問題を解決する方法として、特
開昭６１−２４４４０４号公報には、ワークＷに加工す
べき穴Ｈａの深さがドリル１の直径の６倍以上である場
合に、図１１（ａ）に示すように、加工すべき穴Ｈａの
深さよりも短い予備加工用のドリル１ａで下穴Ｈを形成
し、その後、図１１（ｂ）に示すように、穴Ｈａの深さ
以上の長さを有した加工用のドリル１を用いて下穴Ｈに
合うように所望の穴Ｈａを形成する方法が開示されてい
る。このような下穴Ｈを形成するドリル１ａは、弾性変
形が少ないから、穴Ｈａの位置精度が向上するのである
。また、下穴Ｈを形成したことによって、ドリル１に無
理な力が作用せず弾性変形が少なくなるから、折損の機
会も減少するのである。As a method for solving such problems, Japanese Patent Laid-Open No. 61-244404 discloses that when the depth of the hole Ha to be drilled in the workpiece W is six times or more the diameter of the drill 1, As shown in FIG. 11(a), a prepared hole H is formed with a preliminary drilling drill 1a that is shorter than the depth of the hole Ha to be machined, and then, as shown in FIG. 11(b), the depth of the hole Ha is A method of forming a desired hole Ha to match a prepared hole H using a machining drill 1 having the above length is disclosed. Since the drill 1a for forming such a pilot hole H has little elastic deformation, the positional accuracy of the hole Ha is improved. Furthermore, by forming the prepared hole H, no unreasonable force is applied to the drill 1 and elastic deformation is reduced, so the chance of breakage is reduced.
【０００４】一方、細径のドリルの折損を防止する装置
としては、特開昭６１−３０３１０号公報に開示された
ものがある。これは、図１２に示すように、ドリル１を
回転させるスピンドルモータ２の軸方向の微小変位を非
接触で検出する変位センサ７をハウジング１２に固定し
、変位センサ７の出力に基づいてドリル１に作用してい
る軸方向の力を推定し、この力が所定値を越えないよう
に制御するものである。すなわち、図１３に示すように
、変位センサ７の出力は増幅変換回路２５を通りスピン
ドルモータ２の変位量に対応した電圧が比較回路２６に
入力される。比較回路２６には、スピンドルモータ２の
変位量の上限値を設定するための基準電圧を発生する基
準電圧発生回路２７が接続される。比較回路２６の出力
はハウジング１２をドリル１の軸方向に移動させる送り
モータ２８の制御に用いられ、図１４に示すように、ス
ピンドルモータ２の変位量が比較的小さく、変位量に対
応する電圧が基準値より低い間は送りモータ２８を進め
てドリル１による穴加工を行い、スピンドルモータ２の
変位量が大きくなって変位量に対応する電圧が基準値以
上になると、変位量が０になるように送りモータ２８を
戻し、再び送りモータ２８を進めて切削するという動作
を繰り返すようにしてある。要するに、ドリル１のスラ
スト方向の荷重が所定値を越えないようにして、ドリル
１の折損を防止するのである。On the other hand, as a device for preventing breakage of a small-diameter drill, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 30310/1983. As shown in FIG. 12, a displacement sensor 7 that non-contact detects minute displacements in the axial direction of a spindle motor 2 that rotates a drill 1 is fixed to a housing 12, and the drill 1 is detected based on the output of the displacement sensor 7. The system estimates the axial force acting on the shaft and controls the force so that it does not exceed a predetermined value. That is, as shown in FIG. 13, the output of the displacement sensor 7 passes through an amplification conversion circuit 25, and a voltage corresponding to the amount of displacement of the spindle motor 2 is input to a comparison circuit 26. A reference voltage generation circuit 27 that generates a reference voltage for setting an upper limit value of the displacement amount of the spindle motor 2 is connected to the comparison circuit 26 . The output of the comparison circuit 26 is used to control the feed motor 28 that moves the housing 12 in the axial direction of the drill 1, and as shown in FIG. 14, the amount of displacement of the spindle motor 2 is relatively small, and the voltage corresponding to the amount of displacement is is lower than the reference value, the feed motor 28 is advanced to drill the hole with the drill 1, and when the amount of displacement of the spindle motor 2 increases and the voltage corresponding to the amount of displacement exceeds the reference value, the amount of displacement becomes 0. The operation of returning the feed motor 28 and advancing the feed motor 28 again to perform cutting is repeated. In short, the drill 1 is prevented from breaking by preventing the load in the thrust direction of the drill 1 from exceeding a predetermined value.
【０００５】さらに、細径のドリルの折損を防止する方
法としては、特開昭６２−１６２４０５号公報に開示さ
れたものもある。これは、ドリルの切削トルクを検出し
、切削トルクが所定値以上になるとスピンドルモータを
軸方向に移動させる送りモータを戻してドリルを加工中
の穴から抜き、切屑を除去した後に、送りモータを進め
て切削を継続することによって、ドリルの折損を防止し
ているものである。この構成では、スピンドルモータと
ドリルとを磁気継手を介して結合し、磁気継手における
スピンドルモータ側とドリル側との回転位相の差が、切
削トルクが大きくなるほど大きくなることを利用して切
削トルクを検出している。Furthermore, as a method for preventing breakage of a small-diameter drill, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 162405/1983. This detects the cutting torque of the drill, and when the cutting torque exceeds a predetermined value, moves the spindle motor in the axial direction.The feed motor is returned to remove the drill from the hole being processed, and after removing chips, the feed motor is turned off. This prevents the drill from breaking by advancing and continuing cutting. In this configuration, the spindle motor and the drill are coupled via a magnetic coupling, and the difference in rotational phase between the spindle motor side and the drill side in the magnetic coupling increases as the cutting torque increases. Detected.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例のうち
、特開昭６１−２４４４０４号公報に開示されているも
のは、下穴を形成した後に実際の穴加工を施すから、ド
リルの交換作業が必要であって、穴の位置精度を高める
には、交換後のドリルの位置を正確に一致させることが
必要である。すなわち、ワークの位置決めをするＸＹテ
ーブルに位置精度の高いものを用いる必要があり、装置
が非常に高価になるという問題がある。[Problems to be Solved by the Invention] Among the above-mentioned conventional examples, the one disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 61-244404 involves drilling the actual hole after forming the pilot hole, so there is no need to replace the drill. In order to improve the accuracy of hole positioning, it is necessary to accurately match the position of the replaced drill. That is, it is necessary to use an XY table with high positional accuracy for positioning the workpiece, which causes the problem that the apparatus becomes very expensive.
【０００７】また、特開昭６１−３０３１０号公報や特
開昭６２−１６２４０５号公報に開示されているもので
は、ドリルに作用するスラスト方向の力やドリルの切削
トルクに基づいてスピンドルモータを送りモータによっ
てドリルの軸方向に移動させるだけであるから、穴の位
置精度を向上させる点については考慮されていないもの
であった。[0007] Furthermore, in the devices disclosed in JP-A-61-30310 and JP-A-62-162405, the spindle motor is fed based on the force in the thrust direction acting on the drill and the cutting torque of the drill. Since the drill is simply moved in the axial direction by a motor, no consideration has been given to improving the positional accuracy of the hole.
【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ワークに対して細径の穴を比較的安価な装置
で位置精度よく形成することができ、しかも、ドリルに
大きな荷重や切削トルクが作用しないようにしてドリル
の折損を防止することができる穴加工方法およびその装
置を提供しようとするものである。[0008] The present invention aims to solve the above-mentioned problems, and it is possible to form a small diameter hole in a workpiece with high positional accuracy using a relatively inexpensive device, and moreover, it does not require a large load or a large load on the drill. It is an object of the present invention to provide a hole drilling method and apparatus that can prevent the drill from breaking by not applying cutting torque.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、穴加工を施すワークの表面に
くぼみ状の下穴が形成されるようにワークの表面を高速
回転するドリルの先端で突いた直後に、ドリルのワーク
に対する接触圧を一旦緩和し、その後、ドリルのワーク
に対する接触圧を高めてワークを切削するのである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the invention as claimed in claim 1 rotates the surface of the workpiece at high speed so that a hollow-shaped prepared hole is formed on the surface of the workpiece to be drilled. Immediately after striking with the tip of the drill, the contact pressure of the drill against the workpiece is temporarily relieved, and then the contact pressure of the drill against the workpiece is increased to cut the workpiece.
【００１０】請求項２の発明では、下穴にドリルの先端
が接触しているときにドリルに作用する軸方向に直交す
る面内での力を検出し、この力が小さくなる向きにドリ
ルの先端の位置を調節するのである。請求項３の発明で
は、ワークの切削中にドリルに作用する軸方向の力を検
出し、この力が所定値以上になるとドリルの先端部をワ
ークから離して切屑を除去した後に、再び切削を開始す
るのである。[0010] In the invention of claim 2, when the tip of the drill is in contact with the pilot hole, the force acting on the drill in a plane orthogonal to the axial direction is detected, and the drill is moved in the direction in which this force is reduced. Adjust the position of the tip. In the invention of claim 3, the axial force acting on the drill while cutting the workpiece is detected, and when this force exceeds a predetermined value, the tip of the drill is separated from the workpiece to remove chips, and then cutting is started again. It begins.
【００１１】請求項４の発明では、ワークの切削中にド
リルに作用するトルクを検出し、このトルクが所定値以
上になるとドリルの先端部をワークから離して切屑を除
去した後に、再び切削を開始するのである。請求項５の
発明では、ワークの切削中にドリルに作用する軸方向の
力およびトルクを検出し、少なくともいずれか一方が所
定値以上になるとドリルの先端部をワークから離して切
屑を除去した後に、再び切削を開始するのである。In the fourth aspect of the invention, the torque acting on the drill while cutting the workpiece is detected, and when this torque exceeds a predetermined value, the tip of the drill is separated from the workpiece to remove chips, and then cutting is started again. It begins. In the invention of claim 5, the axial force and torque acting on the drill while cutting the workpiece are detected, and when at least one of them exceeds a predetermined value, the tip of the drill is separated from the workpiece and the chips are removed. , and start cutting again.
【００１２】請求項６の発明では、ドリルと平行な回転
軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータと、ス
ピンドルモータの回転軸の周方向に離間して配設されス
ピンドルモータに機械的に結合されていてそれぞれ回転
軸の接線にほぼ沿う方向についてスピンドルモータを直
進移動させる３個以上の第１のアクチュエータと、スピ
ンドルモータおよび第１のアクチュエータをスピンドル
モータの回転軸の方向について直進移動させる第２のア
クチュエータと、スピンドルモータの回転軸に直交する
面内での平行移動および回転移動による変位とスピンド
ルモータの回転軸の方向の変位とを検出する変位センサ
と、変位センサの出力に基づいてスピンドルモータを所
定位置に保持するように第１のアクチュエータおよび第
２のアクチュエータの移動量をフィードバック制御する
制御手段とを備え、制御手段は、スピンドルモータを高
速回転させた状態でドリルの先端をワークの表面に衝突
させた直後にスピンドルモータの下方への押圧力を緩和
し、その後、押圧力を上昇させるように第２のアクチュ
エータを制御するのである。[0012] In the invention of claim 6, there is provided a spindle motor which has a rotational axis parallel to the drill and rotates the drill, and a spindle motor which is arranged at a distance in the circumferential direction of the rotational axis of the spindle motor and is mechanically coupled to the spindle motor. three or more first actuators each configured to move the spindle motor linearly in a direction substantially along a tangent to the rotational axis; and a second actuator that moves the spindle motor and the first actuator linearly in the direction of the rotational axis of the spindle motor. an actuator, a displacement sensor that detects displacement due to parallel and rotational movement in a plane orthogonal to the rotation axis of the spindle motor, and displacement in the direction of the rotation axis of the spindle motor; and control means for feedback controlling the amount of movement of the first actuator and the second actuator so as to hold the drill at a predetermined position, and the control means moves the tip of the drill to the surface of the workpiece while the spindle motor is rotating at high speed. The second actuator is controlled to reduce the downward pressing force of the spindle motor immediately after the collision, and then to increase the pressing force.
【００１３】請求項７の発明では、ドリルと平行な回転
軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータと、ス
ピンドルモータの回転軸に直交する面内でスピンドルモ
ータに吸引力を作用させるようにスピンドルモータの回
転軸の周方向に離間して配設された３個以上の電磁石と
、スピンドルモータおよび電磁石をスピンドルモータの
回転軸の方向について直進移動させるアクチュエータと
、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行移
動による変位とスピンドルモータの回転軸の方向の変位
とを検出する変位センサと、変位センサの出力に基づい
てスピンドルモータを所定位置に保持するように電磁石
およびアクチュエータの移動量をフィードバック制御す
る制御手段とを備え、制御手段は、スピンドルモータを
高速回転させた状態でドリルの先端をワークの表面に衝
突させた直後にスピンドルモータの下方への押圧力を緩
和し、その後、押圧力を上昇させるようにアクチュエー
タを制御するのである。In the seventh aspect of the invention, there is provided a spindle motor which has a rotational axis parallel to the drill and rotates the drill, and a spindle motor which has a rotational axis parallel to the drill and which rotates the drill, and a spindle motor which applies a suction force to the spindle motor in a plane perpendicular to the rotational axis of the spindle motor. three or more electromagnets spaced apart in the circumferential direction of the rotational axis of the motor; an actuator that moves the spindle motor and the electromagnet in a straight line in the direction of the rotational axis of the spindle motor; and a surface perpendicular to the rotational axis of the spindle motor. A displacement sensor that detects displacement due to parallel movement within the shaft and displacement in the direction of the rotation axis of the spindle motor, and feedback of the amount of movement of the electromagnet and actuator to hold the spindle motor in a predetermined position based on the output of the displacement sensor. and a control means for controlling the spindle motor, the control means reduces the downward pressing force of the spindle motor immediately after the tip of the drill collides with the surface of the workpiece while the spindle motor is rotating at high speed, and then the pressing force The actuator is controlled to raise the
【００１４】請求項８の発明では、ドリルと平行な回転
軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータと、ス
ピンドルモータをスピンドルモータの回転軸の方向につ
いて直進移動させるアクチュエータと、スピンドルモー
タの回転軸の方向の変位を検出する変位センサと、変位
センサの出力に基づいてスピンドルモータを回転軸の方
向における所定位置に保持するようにアクチュエータの
移動量をフィードバック制御する制御手段とを備え、制
御手段は、スピンドルモータを高速回転させた状態でド
リルの先端をワークの表面に衝突させた直後にスピンド
ルモータの下方への押圧力を緩和し、その後、押圧力を
上昇させるようにアクチュエータを制御するのである。[0014] In the invention of claim 8, there is provided a spindle motor which has a rotation axis parallel to the drill and rotates the drill, an actuator which moves the spindle motor linearly in the direction of the rotation axis of the spindle motor, and a rotation axis of the spindle motor. a displacement sensor that detects displacement in the direction of the axis of rotation, and a control means that feedback-controls the amount of movement of the actuator so as to hold the spindle motor at a predetermined position in the direction of the rotation axis based on the output of the displacement sensor, the control means Immediately after the tip of the drill collides with the surface of the workpiece with the spindle motor rotating at high speed, the downward pressing force of the spindle motor is relaxed, and then the actuator is controlled to increase the pressing force. .
【００１５】[0015]
【作用】請求項１の方法によれば、高速回転するドリル
の先端でワークの表面を瞬間的に突くことによってくぼ
み状の下穴をワークに形成した後に、下穴に合わせてワ
ークを切削するので、下穴を形成していることによって
ドリルの先端がワークの表面で滑るのを防止することが
でき、穴の位置精度が向上するのである。また、下穴を
形成するにもかかわらずドリルの交換を必要としないか
ら、切削を開始するときのドリルの位置と下穴の位置と
のずれがほとんど生じないのであって、従来のように、
下穴形成用のドリルと切削用のドリルとを交換する場合
に比較して穴の位置精度を向上させることができるので
ある。さらに、下穴を形成する際に高速回転させたドリ
ルの先端によってワークを突いた後にドリルへの押圧力
をただちに緩和するので、下穴の形成時にドリルが弾性
変形したり折損したりすることが少なくなるのである。[Operation] According to the method of claim 1, after a concave-shaped pilot hole is formed in the workpiece by momentarily poking the surface of the workpiece with the tip of a high-speed rotating drill, the workpiece is cut to match the pilot hole. Therefore, by forming a pilot hole, it is possible to prevent the tip of the drill from slipping on the surface of the workpiece, and the positioning accuracy of the hole is improved. In addition, since the drill does not need to be replaced even though the pilot hole is formed, there is almost no deviation between the drill position and the pilot hole position when cutting starts, unlike conventional methods.
This makes it possible to improve the accuracy of hole positioning compared to the case where the drill for forming the prepared hole and the drill for cutting are replaced. Furthermore, since the pressing force on the drill is immediately relieved after the tip of the drill rotates at high speed and pierces the workpiece when forming the pilot hole, the drill does not become elastically deformed or break when forming the pilot hole. It becomes less.
【００１６】請求項２の方法によれば、下穴にドリルの
先端が接触しているときにドリルに作用する軸方向に直
交する面内の力を検出し、この力が小さくなる向きにド
リルの先端位置を調節するので、切削を開始するときに
下穴とドリルの先端との位置が多少ずれていても、下穴
の中心位置にドリルの先端位置が自動的に合わせられる
のであって、穴の位置精度が一層向上するのである。According to the method of claim 2, when the tip of the drill is in contact with the pilot hole, a force in a plane perpendicular to the axial direction that acts on the drill is detected, and the drill is moved in a direction in which this force is reduced. Since the position of the tip of the drill is adjusted, even if the position of the pilot hole and the tip of the drill are slightly misaligned when starting cutting, the position of the tip of the drill will be automatically aligned with the center position of the pilot hole. This further improves the accuracy of hole positioning.
【００１７】請求項３ないし請求項５の方法は、ドリル
の折損を防止するための望ましい方法である。ドリルの
折損の可能性の判定基準として、ドリルの軸方向の力の
変化を採用すれば雑音との識別が容易になり、ドリルの
トルクの変化を採用すれば雑音との識別はやや困難にな
るが感度が高くなり正確な判定が行える。請求項６ない
し請求項８の構成によれば、ドリルと平行な回転軸を有
しドリルを回転駆動するスピンドルモータの回転軸の方
向についてスピンドルモータを変位させるアクチュエー
タと、スピンドルモータの回転軸の方向における変位量
を検出する変位センサと、変位センサの出力に基づいて
アクチュエータの移動量をフィードバック制御する制御
手段とを備え、制御手段が、スピンドルモータを高速回
転させた状態でドリルの先端をワークの表面に衝突させ
た直後にスピンドルモータの下方への押圧力を緩和し、
その後、押圧力を上昇させるようにアクチュエータを制
御するので、ドリルの先端でワークを突くことによって
下穴を形成した後に、ドリルの先端を下穴に合わせてワ
ークの表面でのドリルの滑りを防止することができ、し
かも、変位センサの出力に基づいてアクチュエータをフ
ィードバック制御することによって、ドリルの先端位置
を正確に制御してドリルの折損を防止することができる
のである。The methods of claims 3 to 5 are desirable methods for preventing breakage of the drill. If changes in the force in the axial direction of the drill are used as criteria for determining the possibility of drill breakage, it will be easier to distinguish it from noise, but if changes in the torque of the drill are used, it will be somewhat difficult to distinguish it from noise. becomes more sensitive and can make accurate judgments. According to the configuration of claims 6 to 8, an actuator that displaces the spindle motor in the direction of the rotation axis of the spindle motor that has a rotation axis parallel to the drill and rotates the drill, and an actuator that displaces the spindle motor in the direction of the rotation axis of the spindle motor a displacement sensor that detects the amount of displacement in the workpiece, and a control means that feedback controls the amount of movement of the actuator based on the output of the displacement sensor. Immediately after colliding with the surface, the downward pressing force of the spindle motor is relaxed,
After that, the actuator is controlled to increase the pressing force, so after forming a pilot hole by poking the workpiece with the tip of the drill, the tip of the drill is aligned with the pilot hole to prevent the drill from slipping on the surface of the workpiece. Moreover, by feedback-controlling the actuator based on the output of the displacement sensor, it is possible to accurately control the position of the tip of the drill and prevent breakage of the drill.
【００１８】とくに請求項７の構成では、スピンドルモ
ータを回転軸の方向に直交する面内においてスピンドル
モータに吸引力を作用させる３個以上の電磁石を用いる
ことによって、回転軸に直交する面内でのドリルの先端
位置を調節するので、スピンドルモータの位置を固定す
るための保持力が大きく取れるのであって、スピンドル
モータの揺れを少なくして穴の加工精度を高めることが
できるのである。In particular, in the structure of claim 7, three or more electromagnets are used to apply an attractive force to the spindle motor in a plane perpendicular to the direction of the rotation axis. Since the position of the tip of the drill is adjusted, a large holding force for fixing the position of the spindle motor can be obtained, and the shaking of the spindle motor can be reduced and the accuracy of hole machining can be improved.
【００１９】[0019]
（実施例１）穴加工装置は、図５に示すように、基本的
には、ワークが載置されるＸＹテーブル１１と、ＸＹテ
ーブル１１の上面に対して直交する方向に移動するハウ
ジング１２を移動させるＺテーブル１３とを装置本体１
０に備えている。(Embodiment 1) As shown in FIG. 5, the hole drilling device basically includes an XY table 11 on which a work is placed, and a housing 12 that moves in a direction perpendicular to the top surface of the XY table 11. The Z table 13 to be moved and the device main body 1
Prepared for 0.
【００２０】ハウジング１２の中には、図４に示すよう
に、ドリル１を回転させるスピンドルモータ２などが収
納される。ここにおいて、ハウジング１２が移動する方
向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交する一つの面をＸＹ平面
として直交座標系を定める。また、スピンドルモータ２
の回転軸はＺ方向に一致するように配置される。スピン
ドルモータ２の外周面にはスピンドルモータ２の軸方向
に直交する円板状の支持板３ａが固着される。支持板３
ａの厚み方向の両側には、内部に圧縮空気が流通する一
対の通気管３ｂが配設され、通気管３ｂにおいて支持板
３ａとの対向面に形成された吹出口３ｃから吐出される
圧縮空気により支持板３ａが両通気管３ｂから離間した
状態で支持される。このように、支持板３ａと一対の通
気管３ｂとにより空気軸受３が構成される。スピンドル
モータ２を空気軸受３で支持したことにより、スピンド
ルモータ２は摩擦力をほとんど受けることなくＸＹ平面
の中での平行移動および回転移動が可能になる。As shown in FIG. 4, the housing 12 houses a spindle motor 2 for rotating the drill 1 and the like. Here, an orthogonal coordinate system is defined in which the direction in which the housing 12 moves is the Z-axis direction, and one plane perpendicular to the Z-axis direction is the XY plane. In addition, spindle motor 2
The rotation axis of is arranged to coincide with the Z direction. A disk-shaped support plate 3a that is orthogonal to the axial direction of the spindle motor 2 is fixed to the outer peripheral surface of the spindle motor 2. Support plate 3
A pair of ventilation pipes 3b through which compressed air flows are arranged on both sides in the thickness direction of a, and the compressed air is discharged from the air outlet 3c formed on the surface facing the support plate 3a in the ventilation pipes 3b. The support plate 3a is supported in a state separated from both the ventilation pipes 3b. In this way, the air bearing 3 is configured by the support plate 3a and the pair of ventilation pipes 3b. By supporting the spindle motor 2 with the air bearing 3, the spindle motor 2 can be translated and rotated in the XY plane without being subjected to almost any frictional force.
【００２１】スピンドルモータ２の外周面にはモータホ
ルダ４が挿着され、モータホルダ４の外周面には、周方
向に離間した３箇所にそれぞれリニア直流アクチュエー
タ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動子である可動コイル５ａが結
合される。各アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、いわ
ゆるボイスコイルモータと称するものであって、固定子
となる断面日字形のヨーク５と、ヨーク５ｂの中央片に
対してスライド自在に挿着された筒状の可動コイル５ａ
とを備える。可動コイル５ａは、合成樹脂等よりなる角
筒状のコイルボビンにコイル巻線を巻装して形成される
。また、ヨーク５ｂの適所（たとえば、図４の上下両脚
片の内側面）には、ヨーク５ｂの両脚片の内側面と中央
片の上下両面とが異磁極になるように永久磁石（図示せ
ず）が配設される。したがって、可動コイル５ａに通電
すれば、通電電流に比例したローレンツ力が生じて可動
コイル５ａが電流に向きに応じた方向に移動する。ここ
において、ヨーク５ｂの中央片は、スピンドルモータ２
におけるアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとの結合位置
の接線方向にほぼ沿うように配置される。スピンドルモ
ータ２の回転軸の径方向については、可動コイル５ａの
内側空間の幅がヨーク５ｂの中央片の幅よりも大きく設
定されており、可動コイル５ａは、スピンドルモータ２
の回転軸の径方向においてもヨーク５ｂに対して移動で
きるようになっている。したがって、各アクチュエータ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａへの通電電流を制御
することによって、スピンドルモータ２の位置を回転軸
に直交する面内で調節できることになる。本実施例の構
成では、スピンドルモータ２の回転軸をＺ軸方向に一致
させているから、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの制
御によって、ドリル１の先端の位置をＸＹ平面に平行な
面内で平行移動させるともに、Ｚ軸の回りに回転移動さ
せることができるのである。A motor holder 4 is inserted into the outer circumferential surface of the spindle motor 2, and movable elements of linear DC actuators 5A, 5B, and 5C are mounted on the outer circumferential surface of the motor holder 4 at three locations spaced apart in the circumferential direction. A moving coil 5a is coupled. Each of the actuators 5A, 5B, and 5C is a so-called voice coil motor, and includes a yoke 5 which serves as a stator and has a Japanese-letter cross section, and a cylindrical motor which is slidably inserted into the center piece of the yoke 5b. Moving coil 5a
Equipped with. The movable coil 5a is formed by winding a coil winding around a rectangular cylindrical coil bobbin made of synthetic resin or the like. In addition, permanent magnets (not shown) are placed at appropriate locations on the yoke 5b (for example, on the inner surfaces of both the upper and lower leg pieces in FIG. 4) so that the inner surfaces of both the leg pieces of the yoke 5b and the upper and lower surfaces of the center piece have different magnetic poles. ) will be placed. Therefore, when the movable coil 5a is energized, a Lorentz force proportional to the applied current is generated, and the movable coil 5a moves in a direction corresponding to the direction of the current. Here, the center piece of the yoke 5b is connected to the spindle motor 2.
The actuators 5A, 5B, and 5C are arranged substantially along the tangential direction of the coupling position with the actuators 5A, 5B, and 5C. In the radial direction of the rotation axis of the spindle motor 2, the width of the inner space of the moving coil 5a is set larger than the width of the center piece of the yoke 5b, and the moving coil 5a
It is also possible to move relative to the yoke 5b in the radial direction of the rotating shaft. Therefore, by controlling the current supplied to the movable coil 5a of each actuator 5A, 5B, 5C, the position of the spindle motor 2 can be adjusted in a plane perpendicular to the rotation axis. In the configuration of this embodiment, since the rotation axis of the spindle motor 2 is aligned with the Z-axis direction, the position of the tip of the drill 1 is aligned in a plane parallel to the XY plane by controlling the actuators 5A, 5B, and 5C. It can be moved and rotated around the Z axis.
【００２２】ところで、スピンドルモータ２のＸＹ平面
に平行な面内での変位量、すなわち、ドリル１の先端の
ＸＹ平面に平行な面内での変位量は、モータホルダ４に
各アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに対応する位置で固
着した検出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの相対距離を検出する
変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃによって検出される。変位
センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃには、検出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃ
との距離を光学的に測定するものや、金属で形成した検
出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃに対して変位センサ７Ａ，７Ｂ，
７Ｃから高周波電界を作用させることにより渦電流損の
大きさに基づいて距離を検出するものなどを用いること
ができる。By the way, the amount of displacement of the spindle motor 2 in a plane parallel to the XY plane, that is, the amount of displacement of the tip of the drill 1 in a plane parallel to the , 5C are detected by displacement sensors 7A, 7B, and 7C that detect the relative distances from the detection pieces 6A, 6B, and 6C fixed at positions corresponding to the positions corresponding to the positions corresponding to the detection pieces 6A, 6B, and 6C. The displacement sensors 7A, 7B, 7C have detection pieces 6A, 6B, 6C.
Displacement sensors 7A, 7B, 7B for optically measuring the distance to the detection pieces 6A, 6B, 6C made of metal, etc.
It is possible to use a device that detects distance based on the magnitude of eddy current loss by applying a high frequency electric field from 7C.
【００２３】上述した通気管３ｂとアクチュエータ５Ａ
，５Ｂ，５Ｃのヨーク５ｂとは、図４における上側の通
気管３ｂの上にヨーク５ｂを載置する形で一体に結合さ
れ、変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃはアクチュエータ５Ａ
，５Ｂ，５Ｃのヨーク５ｂに対して固定される。通気管
３ｂは、アーム８ａを介して円筒状の空気軸受８に結合
される。空気軸受８は、スピンドルモータ２の軸方向（
Ｚ軸方向）に配設されハウジング１２に固定された一対
のガイド軸８ｂに外挿され、空気軸受８の内周面に圧縮
空気を吐出することによって、空気軸受８の内周面とガ
イド軸８ｂの外周面とを離間させた状態でガイド軸８ｂ
の軸方向に移動できるようになっている。したがって、
スピンドルモータ２は、摩擦力をほとんど受けることな
くＺ軸方向、すなわち、回転軸の軸方向に移動できるの
である。The above-mentioned ventilation pipe 3b and actuator 5A
, 5B, and 5C are integrally connected to each other by placing the yoke 5b on the upper ventilation pipe 3b in FIG. 4, and the displacement sensors 7A, 7B, and 7C are connected to the actuator 5A.
, 5B, and 5C are fixed to the yoke 5b. The ventilation pipe 3b is connected to a cylindrical air bearing 8 via an arm 8a. The air bearing 8 is mounted in the axial direction of the spindle motor 2 (
By discharging compressed air to the inner circumferential surface of the air bearing 8, the inner circumferential surface of the air bearing 8 and the guide shaft are The guide shaft 8b is separated from the outer peripheral surface of the guide shaft 8b.
It can be moved in the axial direction. therefore,
The spindle motor 2 can move in the Z-axis direction, that is, in the axial direction of the rotating shaft, without being subjected to almost any frictional force.
【００２４】スピンドルモータ２の軸方向（Ｚ軸方向）
におけるドリル１とは反対側の端面には、スピンドルモ
ータ２の軸方向に進退するリニア直流アクチュエータ９
の可動コイル９ａが結合される。アクチュエータ９の固
定子となるヨーク９ｂは、円筒状に形成されているので
あって、形状が異なっている点を除けば上述したアクチ
ュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃと同様の構成を有している。
スピンドルモータ２の端部には検出片６Ｄが固着され、
スピンドルモータ２の軸方向における検出片６Ｄの変位
が検出できるように、検出片６Ｄに対向する位置には変
位センサ７Ｄが配設される。すなわち、変位センサ７Ｄ
は、スピンドルモータ２のＺ軸方向の変位を検出するこ
とができるのである。アクチュエータ９のヨーク９ｂお
よび変位センサ７Ｄは、ハウジング１２に固定される。
ここで、上記構成のアクチュエータ９では、可動コイル
９ａへの通電電流の大きさに応じてＺ軸方向の力が決定
されるのであって、移動量は制御することができないも
のであるから、ドリル１がワークＷから受ける反力とア
クチュエータ９の下方への押圧力とを拮抗させたり、ア
クチュエータ９の出力をハウジング１２に一端を固定し
たばね（図示せず）のばね力と拮抗させたりすることに
よって、移動量を制御するようになっている。また、ア
クチュエータ９には、Ｚ軸方向において拮抗する２力を
発生させるような構造のものを用いてもよい。この種の
アクチュエータとしては、Ｚ軸方向に離間した一対の電
磁石の間に可動子を配置し、各電磁石と可動子との間の
吸引、反発力を調節することによって、可動子の位置を
任意の位置に設定するような構造のものがある。Axial direction of spindle motor 2 (Z-axis direction)
A linear DC actuator 9 that moves back and forth in the axial direction of the spindle motor 2 is disposed on the end face opposite to the drill 1 .
A moving coil 9a is coupled to the moving coil 9a. The yoke 9b serving as the stator of the actuator 9 is formed in a cylindrical shape, and has the same configuration as the actuators 5A, 5B, and 5C described above, except that the shape is different. A detection piece 6D is fixed to the end of the spindle motor 2,
A displacement sensor 7D is disposed at a position facing the detection piece 6D so that the displacement of the detection piece 6D in the axial direction of the spindle motor 2 can be detected. That is, the displacement sensor 7D
can detect the displacement of the spindle motor 2 in the Z-axis direction. The yoke 9b of the actuator 9 and the displacement sensor 7D are fixed to the housing 12. Here, in the actuator 9 having the above configuration, the force in the Z-axis direction is determined according to the magnitude of the current flowing to the movable coil 9a, and the amount of movement cannot be controlled. To counteract the reaction force that 1 receives from the work W and the downward pressing force of the actuator 9, or to counterbalance the output of the actuator 9 with the spring force of a spring (not shown) whose one end is fixed to the housing 12. The amount of movement is controlled by Furthermore, the actuator 9 may have a structure that generates two opposing forces in the Z-axis direction. In this type of actuator, a mover is placed between a pair of electromagnets spaced apart in the Z-axis direction, and the position of the mover can be arbitrarily adjusted by adjusting the attraction and repulsion between each electromagnet and the mover. There is a structure that allows it to be set at the position of
【００２５】以上の構成によれば、アクチュエータ５Ａ
，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａへの通電量の制御によっ
て、ドリル１の先端を、ＸＹ平面に平行な面内で平行移
動させるとともに、Ｚ軸の回りで回転移動させることが
できるのである。また、アクチュエータ９の可動コイル
９ａへの通電量の制御によって、Ｚ軸方向の平行移動が
できるのである。このような位置の制御を行うには、図
６に示すように、変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄに
より検出された変位量に基づいて、制御回路２０におい
て、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への通電量を
フィードバック制御すればよい。制御回路２０には、変
位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの出力を取り込み、ま
た、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への制御量を
出力するインタフェース２０ａ、アクチュエータ５Ａ，
５Ｂ，５Ｃ，９への制御量を増幅する増幅回路２０ｂ、
変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの出力値に基づいて
制御量を発生させる演算制御部２０ｃ、制御量の目標値
などを設定する入力部２０ｄ、各部への給電を行う電源
２０ｅなどが設けられる。ここに、４個のアクチュエー
タ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９に対する制御量は、相互の影響
を考慮して設定する必要があるから、制御量を求めるに
は多変数の行列演算が必要であって、この要求を満たす
ために、演算制御部２０ｃとしては高速演算が可能なマ
イクロコンピュータが用いられる。また、上述したよう
に、スピンドルモータ２は、ＸＹ平面に平行な面内では
空気軸受３によって支持され、Ｚ軸方向の移動時には空
気軸受８によって案内されているから、移動時に雑音成
分がほとんど発生しないのであり、変位センサ７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄの出力に雑音成分が混入せず、このこと
によっても位置制御が正確に行えるのである。According to the above configuration, the actuator 5A
, 5B, and 5C, the tip of the drill 1 can be moved in parallel in a plane parallel to the XY plane and rotated around the Z axis. Further, by controlling the amount of current applied to the movable coil 9a of the actuator 9, parallel movement in the Z-axis direction can be achieved. In order to perform such position control, as shown in FIG. What is necessary is to perform feedback control on the amount of current applied to. The control circuit 20 includes an interface 20a that receives the outputs of the displacement sensors 7A, 7B, 7C, and 7D, and outputs control amounts to the actuators 5A, 5B, 5C, and 9;
an amplifier circuit 20b that amplifies the control amount to 5B, 5C, and 9;
A calculation control section 20c that generates a control amount based on the output values of the displacement sensors 7A, 7B, 7C, and 7D, an input section 20d that sets a target value of the control amount, etc., a power source 20e that supplies power to each section, etc. are provided. . Here, since the control amounts for the four actuators 5A, 5B, 5C, and 9 need to be set in consideration of their mutual influence, multivariable matrix calculations are required to obtain the control amounts. In order to meet this requirement, a microcomputer capable of high-speed calculation is used as the calculation control section 20c. Furthermore, as described above, the spindle motor 2 is supported by the air bearing 3 in a plane parallel to the XY plane, and is guided by the air bearing 8 when moving in the Z-axis direction, so most noise components are generated during movement. Therefore, the displacement sensors 7A, 7
Noise components are not mixed into the outputs of B, 7C, and 7D, and this also allows accurate position control.
【００２６】ところで、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５
Ｃ，９の可動コイル５ａ，９ａの駆動力Ｆは、可動コイ
ル５ａ，９ａの巻数をｎ、可動コイル５ａ，９ａに流れ
る電流をＩ、永久磁石による磁束密度をＢ、磁界中の可
動コイル５ａ，９ａの長さをＬとすれば、Ｆ＝ｎ・Ｉ・
Ｂ・Ｌ
となるのであって、可動コイル５ａ，９ａの駆動力は通
電電流の大きさに比例するから、各アクチュエータ５Ａ
，５Ｂ，５Ｃ，９の各可動コイル５ａ，９ａへの通電電
流の大きさを調節すれば、コンプライアンスも調節する
ことができる。とくに、アクチュエータ９によってドリ
ル１のスラスト方向におけるコンプライアンスを調節す
ることができるから、ワークＷの材質によってコンプラ
イアンスを制御することが可能になり、たとえば、不純
物の多い材料や複合材料などを切削する際に、硬い部分
は低速で送り、柔らかい部分は高速で送るというような
制御も可能になるのである。また、各可動コイル５ａ，
９ａへの通電電流と発生する力とが比例するから、フィ
ードバック制御によって位置を保持しているときの通電
電流の大きさは外力に比例することになり、外力の変化
をアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，９への通電電流の
変化として容易に検出することができるのである。By the way, the actuators 5A, 5B, 5
The driving force F of the moving coils 5a and 9a of C and 9 is given by the number of turns of the moving coils 5a and 9a being n, the current flowing through the moving coils 5a and 9a being I, the magnetic flux density due to the permanent magnet being B, and the moving coil 5a in the magnetic field. , 9a is L, then F=n・I・
Since the driving force of the movable coils 5a and 9a is proportional to the magnitude of the energizing current, each actuator 5A
, 5B, 5C, and 9, the compliance can also be adjusted by adjusting the magnitude of the current applied to each of the moving coils 5a, 9a. In particular, since the actuator 9 can adjust the compliance of the drill 1 in the thrust direction, it is possible to control the compliance depending on the material of the work W. For example, when cutting materials with many impurities or composite materials, etc. This makes it possible to control hard parts to be fed at low speed and soft parts to be fed at high speed. Moreover, each moving coil 5a,
Since the current applied to 9a is proportional to the force generated, the magnitude of the current applied when the position is held by feedback control is proportional to the external force, and the change in external force is reflected by the actuators 5A, 5B, 5C. , 9 can be easily detected as a change in the current flowing through them.
【００２７】上記構成の装置を用いてプリント基板等の
ワークＷに対して穴加工を施すには、図１に示すような
手順で動作させる。まず、スピンドルモータ２を起動し
てドリル１を高速回転させた状態で、図２（ａ）のよう
に、アクチュエータ９を駆動してドリル１の先端を下方
に移動させてワークＷの表面を突く（ステップ１００）
。このときの力は、図２（ｂ）に示すように、ワークＷ
の表面に窪みとしての下穴Ｈが形成される程度の大きさ
に設定する。その直後に、アクチュエータ９による下方
への押圧力を緩和してドリル１が折損するのを防止する
（ステップ１０１）。また、押圧力を緩和する程度は、
ドリル１の応力の作用やドリル１の先端のワークＷの表
面での滑りによって、ドリル１の先端の位置がずれない
程度に設定する。こうして下穴Ｈが形成された後、アク
チュエータ９による下方への押圧力を高めてドリル１に
よるワークＷの切削を開始する（ステップ１０２）。こ
のような手順で穴加工を施せば、ドリル１がワークＷの
表面で滑ったり曲がったりするのを最小限に止めること
ができ、形成される穴の位置精度を高くすることができ
るのである。In order to drill a hole in a workpiece W such as a printed circuit board using the apparatus having the above-mentioned configuration, the procedure shown in FIG. 1 is followed. First, with the spindle motor 2 started to rotate the drill 1 at high speed, the actuator 9 is driven to move the tip of the drill 1 downward to poke the surface of the workpiece W, as shown in FIG. 2(a). (Step 100)
. The force at this time is, as shown in Fig. 2(b), the workpiece W
The size is set to such an extent that a prepared hole H as a depression is formed on the surface of the hole. Immediately after that, the downward pressing force by the actuator 9 is relaxed to prevent the drill 1 from breaking (step 101). Also, the degree to which the pressing force is alleviated is
The position of the tip of the drill 1 is set to such an extent that the position of the tip of the drill 1 does not shift due to the stress of the drill 1 or the tip of the drill 1 slipping on the surface of the workpiece W. After the prepared hole H is formed in this way, the downward pressing force by the actuator 9 is increased and cutting of the workpiece W by the drill 1 is started (step 102). By performing hole processing in this manner, slipping or bending of the drill 1 on the surface of the workpiece W can be minimized, and the positional accuracy of the hole to be formed can be increased.
【００２８】一方、押圧力を緩和したときに、図３のよ
うに、ドリル１の先端が下穴Ｈの位置からわずかでもず
れた場合には、ドリル１にＸＹ平面に平行な面内での力
Ｓが作用するから、ドリル１が弾性変形することになる
。このような弾性変形が発生すると、穴の位置精度が下
がるから、ドリル１が一直線になるように、ドリル１の
先端が下穴Ｈの中央に位置するように位置を修正するこ
とが必要である。そこで、ドリル１に作用するＸＹ平面
に平行な面内での力を、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５
Ｃの通電電流の変化として検出し（ステップ１０３）、
この力が小さくなる方向にアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，
５Ｃの通電電流を制御してＸＹ平面に平行な面内でのド
リル１の先端位置を調節する（ステップ１０４）。要す
るに、ドリル１のＸＹ平面に平行な面内での力を極小に
するような位置にドリル１の位置を調節するのであって
、これによって下穴Ｈの中心にドリル１の先端の位置を
合わせるのである。ここで、Ｚ軸回りでのトルクが増大
するか、Ｚ軸方向の力が増大するときには、ドリル１の
先端が下穴Ｈの位置に合致していない状態であるから、
さらに、ＸＹ平面内でのドリル１の位置を調節する（１
０５）。On the other hand, if the tip of the drill 1 deviates even slightly from the position of the pilot hole H when the pressing force is relaxed, as shown in FIG. Since the force S acts, the drill 1 is elastically deformed. When such elastic deformation occurs, the positional accuracy of the hole decreases, so it is necessary to correct the position so that the tip of the drill 1 is located in the center of the prepared hole H so that the drill 1 is aligned in a straight line. . Therefore, the force acting on the drill 1 in a plane parallel to the XY plane is applied to the actuators 5A, 5B, 5.
Detected as a change in the current flowing through C (step 103),
Actuators 5A, 5B,
5C is controlled to adjust the position of the tip of the drill 1 in a plane parallel to the XY plane (step 104). In short, the position of the drill 1 is adjusted to a position that minimizes the force in a plane parallel to the XY plane of the drill 1, and this aligns the tip of the drill 1 with the center of the prepared hole H. It is. Here, when the torque around the Z-axis increases or the force in the Z-axis direction increases, the tip of the drill 1 is not aligned with the position of the prepared hole H.
Furthermore, adjust the position of drill 1 within the XY plane (1
05).
【００２９】以上のようにして、ドリル１の位置決めが
正確になされた後は、Ｚ軸方向の力が所定値以上である
かどうかを判定し（ステップ１０６）、折損のおそれが
あれば、ドリル１を後退させて（ステップ１０７）、切
屑を除去した後（ステップ１０８）、加工を再開する（
ステップ１０９）。切削中にＺ軸方向の力か、Ｚ軸回り
のトルクが急減すれば（ステップ１１０）、穴が貫通し
たものとして穴加工を終了する。このように、ドリル１
に折損のおそれがあるときには、ドリル１を後退させて
折損の主原因である切屑を除去してから加工を再開する
ようにしているから、ドリル１の折損を防止することが
できるのである。ここで、Ｚ軸方向の力の大きさは、ア
クチュエータ９の通電電流の変化として検出することが
可能である。また、ドリル１の上下の移動は、アクチュ
エータ９によってもよいが、通常は、ハウジング１２の
上下移動によって行う。After the drill 1 has been accurately positioned as described above, it is determined whether the force in the Z-axis direction is greater than or equal to a predetermined value (step 106), and if there is a risk of breakage, the drill is removed. 1 is retracted (step 107), chips are removed (step 108), and machining is restarted (
Step 109). If the force in the Z-axis direction or the torque around the Z-axis suddenly decreases during cutting (step 110), it is assumed that the hole has penetrated and the hole machining is terminated. In this way, drill 1
When there is a risk of breakage, the drill 1 is moved back to remove chips, which are the main cause of breakage, before machining is restarted, so it is possible to prevent the drill 1 from breaking. Here, the magnitude of the force in the Z-axis direction can be detected as a change in the current flowing through the actuator 9. Although the drill 1 may be moved up and down by the actuator 9, it is usually moved by moving the housing 12 up and down.
【００３０】（実施例２）本実施例では、図７に示すよ
うに、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの代わりに、Ｘ
Ｙ平面内で互いに直交する２直線（通常は、Ｘ軸方向と
Ｙ軸方向とに設定される）の上にそれぞれ対になるよう
に配置した４個の電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５
Ｄを用いるとともに、各直線の方向の変位を検出する２
個の変位センサ１７Ａ、１７Ｂを用いた点で実施例１と
相違している。(Embodiment 2) In this embodiment, as shown in FIG. 7, in place of the actuators 5A, 5B, and 5C,
Four electromagnets 15A, 15B, 15C, and 15 are arranged in pairs on two straight lines (usually set in the X-axis direction and Y-axis direction) that are perpendicular to each other in the Y plane.
D and detect the displacement in the direction of each straight line 2
This embodiment differs from the first embodiment in that two displacement sensors 17A and 17B are used.
【００３１】各電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ
は、一直線上に配列されたもの同士が対になるように励
磁され、対になる電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５
Ｄがそれぞれスピンドルモータ２に作用させる吸引力の
拮抗作用によって、スピンドルモータ２の位置決めがな
される。各電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄがそ
れぞれスピンドルモータ２に作用させる吸引力Ｆは、電
磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄのコイルに通電さ
れる電流をＩ、電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ
とスピンドルモータ２との距離をＤ、電磁石１５Ａ，１
５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄとスピンドルモータ２との間の空
間に固有な定数をＱとすれば、
Ｆ＝ＱＩ２ ／Ｄ２
になるのであって、距離Ｄを小さくすれば、非常に大き
な吸引力が得られるものである。したがって、コンプラ
イアンスを大きくとることが可能になる。また本実施例
では、Ｚ軸の回りでの回転はできないが、スピンドルモ
ータ２の軸方向はＸＹ平面に直交する方向に固定されて
いるから、ＸＹ平面での移動のみでＺ軸の回りで回転さ
せなくとも同じ位置調節範囲を得ることができる。他の
構成および動作は実施例１と同様であるから説明を省略
する。[0031] Each electromagnet 15A, 15B, 15C, 15D
The electromagnets 15A, 15B, 15C, and 15 are excited so that the electromagnets arranged in a straight line form a pair.
The positioning of the spindle motor 2 is achieved by the antagonistic effects of the attraction forces that D act on the spindle motor 2. The attractive force F that each electromagnet 15A, 15B, 15C, and 15D exerts on the spindle motor 2 is the current applied to the coils of the electromagnets 15A, 15B, 15C, and 15D.
and the distance between the spindle motor 2 and the electromagnet 15A, 1.
If Q is a constant specific to the space between 5B, 15C, 15D and the spindle motor 2, then F=QI2/D2, and if the distance D is made small, a very large suction force can be obtained. It is something. Therefore, it becomes possible to achieve greater compliance. Further, in this embodiment, rotation around the Z-axis is not possible, but since the axial direction of the spindle motor 2 is fixed in a direction perpendicular to the XY plane, rotation around the Z-axis is possible only by movement on the XY plane. The same position adjustment range can be obtained without the need for The other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, so their explanations will be omitted.
【００３２】（実施例３）本実施例は、図８に示すよう
に、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃおよび空気軸受３
を省略し、Ｚ軸方向のスピンドルモータ２の変位を検出
する手段としてリニアエンコーダ１８を用いた点で異な
っている。この構成では、Ｚ軸方向の位置調節のみを行
うのであって、実施例１の動作として示した図１のステ
ップ１０３からステップ１０５の動作は行えないが、ド
リル１によってワークＷを突いて下穴Ｈを形成した後、
ドリル１の押圧力を一旦弱め、ドリル１を交換すること
なく切削が行えるから、実施例１ほどではないにしても
穴の位置精度を高めることができるものである。他の構
成および動作は実施例１と同様であるから説明を省略す
る。(Embodiment 3) In this embodiment, as shown in FIG. 8, actuators 5A, 5B, 5C and air bearing 3
is omitted, and a linear encoder 18 is used as a means for detecting the displacement of the spindle motor 2 in the Z-axis direction. In this configuration, only the position adjustment in the Z-axis direction is performed, and the operations from step 103 to step 105 in FIG. 1 shown as the operation of Embodiment 1 cannot be performed. After forming H,
Since the pressing force of the drill 1 is temporarily weakened and cutting can be performed without replacing the drill 1, the positional accuracy of the hole can be improved even though it is not as good as in the first embodiment. The other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, so their explanations will be omitted.
【００３３】ところで、上記各実施例ではドリル１によ
る切削中におけるドリル１の折損を防止するために、図
１のステップ１０６からステップ１１０の処理を行って
いるものであって、ドリル１が折損するおそれがあるか
どうかの判定は、ドリル１に作用するＺ軸方向の力の大
きさによって判定している。ドリル１が折損するかどう
かの判定は、図９のステップ１０６ａに示すように、Ｚ
軸の回りでのトルクの大きさによって判定してもよく、
また、図１０のステップ１０６ｂに示すように、Ｚ軸方
向の力の大きさとＺ軸の回りでのトルクの大きさとを総
合して判定してもよい。Ｚ軸の回りでのトルクの変化に
ついては、スピンドルモータ２の負荷電流の変化によっ
て検出することができる。By the way, in each of the above embodiments, in order to prevent the drill 1 from breaking during cutting, the processes from step 106 to step 110 in FIG. Whether or not there is a risk is determined based on the magnitude of the force acting on the drill 1 in the Z-axis direction. As shown in step 106a in FIG. 9, the determination as to whether the drill 1 will break is made by
It may be determined by the magnitude of the torque around the axis,
Alternatively, as shown in step 106b in FIG. 10, the determination may be made by combining the magnitude of the force in the Z-axis direction and the magnitude of the torque around the Z-axis. Changes in torque around the Z-axis can be detected by changes in the load current of the spindle motor 2.
【００３４】[0034]
【発明の効果】請求項１の発明では、上述のように、高
速回転するドリルの先端でワークの表面を瞬間的に突く
ことによってくぼみ状の下穴をワークに形成した後に、
下穴に合わせてワークを切削するので、下穴を形成して
いることによってドリルの先端がワークの表面で滑るの
を防止することができ、穴の位置精度が向上するという
利点がある。また、下穴を形成するにもかかわらずドリ
ルの交換を必要としないから、切削を開始するときのド
リルの位置と下穴の位置とのずれがほとんど生じないの
であって、従来のように、下穴形成用のドリルと切削用
のドリルとを交換する場合に比較して穴の位置精度を向
上させることができるという効果を奏するのである。さ
らに、下穴を形成する際に高速回転させたドリルの先端
によってワークを突いた後にドリルへの押圧力をただち
に緩和するので、下穴の形成時にドリルが弾性変形した
り折損したりすることが少なくなるのである。[Effects of the Invention] In the first aspect of the invention, as described above, after forming a concave pilot hole in the workpiece by momentarily poking the surface of the workpiece with the tip of a drill rotating at high speed,
Since the workpiece is cut to match the pilot hole, the drill tip can be prevented from slipping on the surface of the workpiece by forming the pilot hole, which has the advantage of improving hole positioning accuracy. In addition, since the drill does not need to be replaced even though the pilot hole is formed, there is almost no deviation between the drill position and the pilot hole position when cutting starts, unlike conventional methods. This has the effect that the positional accuracy of the hole can be improved compared to the case where the drill for forming the prepared hole and the drill for cutting are replaced. Furthermore, since the pressing force on the drill is immediately relieved after the tip of the drill rotates at high speed and pierces the workpiece when forming the pilot hole, the drill does not become elastically deformed or break when forming the pilot hole. It becomes less.
【００３５】請求項２の発明によれば、下穴にドリルの
先端が接触しているときにドリルに作用する軸方向に直
交する面内の力を検出し、この力が小さくなる向きにド
リルの先端位置を調節するので、切削を開始するときに
下穴とドリルの先端との位置が多少ずれていても、下穴
の中心位置にドリルの先端位置が自動的に合わせられる
のであって、穴の位置精度が一層向上するという効果を
奏する。According to the second aspect of the invention, when the tip of the drill is in contact with the pilot hole, the force in the plane perpendicular to the axial direction that acts on the drill is detected, and the drill is moved in the direction in which this force is reduced. Since the position of the tip of the drill is adjusted, even if the position of the pilot hole and the tip of the drill are slightly misaligned when starting cutting, the position of the tip of the drill will be automatically aligned with the center position of the pilot hole. This has the effect of further improving the positional accuracy of the holes.
【００３６】請求項３ないし請求項５の発明のように、
ドリルの折損の可能性の判定基準として、ドリルのスラ
スト方向の力の変化を採用すれば雑音との識別が容易に
なり、ドリルのトルクの変化を採用すれば雑音との識別
はやや困難になるが感度が高くなり正確な判定が行える
。請求項６ないし請求項８の発明では、ドリルと平行な
回転軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータの
回転軸の方向についてスピンドルモータを変位させるア
クチュエータと、スピンドルモータの回転軸の方向にお
ける変位量を検出する変位センサと、変位センサの出力
に基づいてアクチュエータの移動量をフィードバック制
御する制御手段とを備え、制御手段が、スピンドルモー
タを高速回転させた状態でドリルの先端をワークの表面
に衝突させた直後にスピンドルモータの下方への押圧力
を緩和し、その後、押圧力を上昇させるようにアクチュ
エータを制御するので、ドリルの先端でワークを突くこ
とによって下穴を形成した後に、ドリルの先端を下穴に
合わせてワークの表面でのドリルの滑りを防止すること
ができ、しかも、変位センサの出力に基づいてアクチュ
エータをフィードバック制御することによって、ドリル
の先端位置を正確に制御してドリルの折損を防止するこ
とができるという利点がある。[0036] As in the invention of claims 3 to 5,
If the change in the force in the thrust direction of the drill is used as the criterion for determining the possibility of drill breakage, it will be easier to distinguish it from noise, but if the change in the torque of the drill is used, it will be somewhat difficult to distinguish it from noise. becomes more sensitive and can make accurate judgments. The invention according to claims 6 to 8 provides an actuator that displaces the spindle motor in the direction of the rotation axis of the spindle motor that has a rotation axis parallel to the drill and rotates the drill, and an actuator that displaces the spindle motor in the direction of the rotation axis of the spindle motor. A displacement sensor that detects the amount of movement, and a control means that feedback controls the amount of movement of the actuator based on the output of the displacement sensor. Immediately after the collision, the actuator is controlled to reduce the downward pressing force of the spindle motor and then increase the pressing force, so after forming a pilot hole by poking the workpiece with the tip of the drill, It is possible to prevent the drill from slipping on the surface of the workpiece by aligning the tip with the pilot hole, and by controlling the actuator in feedback based on the output of the displacement sensor, the position of the tip of the drill can be accurately controlled and drilled. It has the advantage of being able to prevent breakage.
【図１】実施例１を示す動作説明図である。FIG. 1 is an operation explanatory diagram showing a first embodiment.
【図２】実施例１を示す下穴の形成過程を示す工程図で
ある。FIG. 2 is a process diagram showing the process of forming a prepared hole according to Example 1.
【図３】実施例１を示す下穴とドリルとの位置関係を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between a prepared hole and a drill according to the first embodiment.
【図４】実施例１を示す一部切欠斜視図である。FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing Example 1. FIG.
【図５】実施例を示す全体構成の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of the overall configuration of the embodiment.
【図６】実施例を示す制御回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a control circuit showing an embodiment.
【図７】実施例２を示す一部切欠斜視図である。7 is a partially cutaway perspective view showing Example 2. FIG.
【図８】実施例３を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing Example 3.
【図９】実施例の他の動作例を示す動作説明図である。FIG. 9 is an operation explanatory diagram showing another operation example of the embodiment.
【図１０】実施例のさらに他の動作例を示す動作説明図
である。FIG. 10 is an operation explanatory diagram showing still another operation example of the embodiment.
【図１１】従来の穴加工方法を示す工程図である。FIG. 11 is a process diagram showing a conventional hole machining method.
【図１２】従来の穴加工装置を示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing a conventional hole processing device.
【図１３】従来の穴加工装置を示す概略構成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a conventional hole processing device.
【図１４】図１３に対応する穴加工装置の動作説明図で
ある。FIG. 14 is an explanatory diagram of the operation of the hole machining device corresponding to FIG. 13;
１ ドリル ２ スピンドルモータ ３ 空気軸受 ５Ａ アクチュエータ ５Ｂ アクチュエータ ５Ｃ アクチュエータ ７Ａ 変位センサ ７Ｂ 変位センサ ７Ｃ 変位センサ ７Ｄ 変位センサ ９ アクチュエータ ２０ 制御回路 1 Drill 2 Spindle motor 3 Air bearing 5A Actuator 5B Actuator 5C Actuator 7A Displacement sensor 7B Displacement sensor 7C Displacement sensor 7D Displacement sensor 9 Actuator 20 Control circuit
Claims (8)
の下穴が形成されるようにワークの表面を高速回転する
ドリルの先端で突いた直後に、ドリルのワークに対する
接触圧を一旦緩和し、その後、ドリルのワークに対する
接触圧を高めてワークを切削することを特徴とする穴加
工方法。[Claim 1] Immediately after poking the surface of the workpiece with the tip of a drill rotating at high speed so that a hollow-shaped pilot hole is formed on the surface of the workpiece to be drilled, the contact pressure of the drill against the workpiece is temporarily relieved. , and then cutting the workpiece by increasing the contact pressure of the drill against the workpiece.
きにドリルに作用する軸方向に直交する面内での力を検
出し、この力が小さくなる向きにドリルの先端の位置を
調節することを特徴とする請求項１記載の穴加工方法。[Claim 2] Detects the force in a plane perpendicular to the axial direction that acts on the drill when the tip of the drill is in contact with the prepared hole, and adjusts the position of the tip of the drill in a direction that reduces this force. The hole processing method according to claim 1, characterized in that:
方向の力を検出し、この力が所定値以上になるとドリル
の先端部をワークから離して切屑を除去した後に、再び
切削を開始することを特徴とする請求項１または請求項
２記載の穴加工方法。[Claim 3] Detects the axial force acting on the drill while cutting the workpiece, and when this force exceeds a predetermined value, removes the tip of the drill from the workpiece to remove chips, and then starts cutting again. The hole drilling method according to claim 1 or claim 2, characterized in that:
ルクを検出し、このトルクが所定値以上になるとドリル
の先端部をワークから離して切屑を除去した後に、再び
切削を開始することを特徴とする請求項１または請求項
２記載の穴加工方法。4. A torque acting on the drill during cutting of the workpiece is detected, and when the torque exceeds a predetermined value, the tip of the drill is removed from the workpiece to remove chips, and then cutting is started again. The hole drilling method according to claim 1 or claim 2.
方向の力およびトルクを検出し、少なくともいずれか一
方が所定値以上になるとドリルの先端部をワークから離
して切屑を除去した後に、再び切削を開始することを特
徴とする請求項１または請求項２記載の穴加工方法。5. The axial force and torque acting on the drill during cutting of the workpiece are detected, and when at least one of them exceeds a predetermined value, the tip of the drill is removed from the workpiece, chips are removed, and then the axial force and torque are detected again. 3. The hole drilling method according to claim 1, further comprising the step of starting cutting.
回転駆動するスピンドルモータと、スピンドルモータの
回転軸の周方向に離間して配設されスピンドルモータに
機械的に結合されていてそれぞれ回転軸の接線にほぼ沿
う方向についてスピンドルモータを直進移動させる３個
以上の第１のアクチュエータと、スピンドルモータおよ
び第１のアクチュエータをスピンドルモータの回転軸の
方向について直進移動させる第２のアクチュエータと、
スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行移動
および回転移動による変位とスピンドルモータの回転軸
の方向の変位とを検出する変位センサと、変位センサの
出力に基づいてスピンドルモータを所定位置に保持する
ように第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエー
タの移動量をフィードバック制御する制御手段とを備え
、制御手段は、スピンドルモータを高速回転させた状態
でドリルの先端をワークの表面に衝突させた直後にスピ
ンドルモータの下方への押圧力を緩和し、その後、押圧
力を上昇させるように第２のアクチュエータを制御する
ことを特徴とする穴加工装置。6. A spindle motor having a rotational axis parallel to the drill and rotating the drill; and a spindle motor which is spaced apart in the circumferential direction of the rotational axis of the spindle motor and is mechanically coupled to the spindle motor and rotates. three or more first actuators that move the spindle motor linearly in a direction substantially along a tangent to the axis; a second actuator that moves the spindle motor and the first actuator linearly in the direction of the rotation axis of the spindle motor;
A displacement sensor detects displacement due to parallel and rotational movement in a plane orthogonal to the rotation axis of the spindle motor and displacement in the direction of the rotation axis of the spindle motor, and the spindle motor is moved to a predetermined position based on the output of the displacement sensor. and control means for feedback controlling the amount of movement of the first actuator and the second actuator so as to hold the workpiece, and the control means causes the tip of the drill to collide with the surface of the workpiece while the spindle motor is rotating at high speed. A hole drilling device characterized in that the second actuator is controlled to immediately reduce the downward pressing force of the spindle motor and then increase the pressing force.
回転駆動するスピンドルモータと、スピンドルモータの
回転軸に直交する面内でスピンドルモータに吸引力を作
用させるようにスピンドルモータの回転軸の周方向に離
間して配設された３個以上の電磁石と、スピンドルモー
タおよび電磁石をスピンドルモータの回転軸の方向につ
いて直進移動させるアクチュエータと、スピンドルモー
タの回転軸に直交する面内での平行移動による変位とス
ピンドルモータの回転軸の方向の変位とを検出する変位
センサと、変位センサの出力に基づいてスピンドルモー
タを所定位置に保持するように電磁石およびアクチュエ
ータの移動量をフィードバック制御する制御手段とを備
え、制御手段は、スピンドルモータを高速回転させた状
態でドリルの先端をワークの表面に衝突させた直後にス
ピンドルモータの下方への押圧力を緩和し、その後、押
圧力を上昇させるようにアクチュエータを制御すること
を特徴とする穴加工装置。7. A spindle motor that rotationally drives the drill and has a rotation axis parallel to the drill, and a spindle motor that has a rotation axis that is parallel to the drill so as to apply a suction force to the spindle motor in a plane orthogonal to the rotation axis of the spindle motor. Three or more electromagnets spaced apart in the circumferential direction, an actuator that moves the spindle motor and the electromagnets in a straight line in the direction of the rotational axis of the spindle motor, and parallel movement in a plane orthogonal to the rotational axis of the spindle motor. a displacement sensor that detects the displacement caused by the rotational axis of the spindle motor and a displacement in the direction of the rotation axis of the spindle motor; and a control means that feedback-controls the amount of movement of the electromagnet and the actuator so as to hold the spindle motor at a predetermined position based on the output of the displacement sensor. The control means is configured to reduce the downward pressing force of the spindle motor immediately after the tip of the drill collides with the surface of the workpiece while the spindle motor is rotating at high speed, and then increases the pressing force. A hole processing device characterized by controlling an actuator.
回転駆動するスピンドルモータと、スピンドルモータを
スピンドルモータの回転軸の方向について直進移動させ
るアクチュエータと、スピンドルモータの回転軸の方向
の変位を検出する変位センサと、変位センサの出力に基
づいてスピンドルモータを回転軸の方向における所定位
置に保持するようにアクチュエータの移動量をフィード
バック制御する制御手段とを備え、制御手段は、スピン
ドルモータを高速回転させた状態でドリルの先端をワー
クの表面に衝突させた直後にスピンドルモータの下方へ
の押圧力を緩和し、その後、押圧力を上昇させるように
アクチュエータを制御することを特徴とする穴加工装置
。8. A spindle motor having a rotation axis parallel to the drill and rotationally driving the drill, an actuator that moves the spindle motor linearly in the direction of the rotation axis of the spindle motor, and an actuator that moves the spindle motor in the direction of the rotation axis of the spindle motor. A displacement sensor for detecting displacement, and a control means for feedback controlling the movement amount of the actuator so as to hold the spindle motor at a predetermined position in the direction of the rotation axis based on the output of the displacement sensor, and the control means controls the spindle motor at high speed. Hole drilling characterized by controlling the actuator so that the downward pressing force of the spindle motor is relaxed immediately after the tip of the drill collides with the surface of the workpiece in a rotating state, and then the pressing force is increased. Device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3121598A JP2642797B2 (en) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | Drilling method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3121598A JP2642797B2 (en) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | Drilling method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360705A true JPH04360705A (en) | 1992-12-14 |
| JP2642797B2 JP2642797B2 (en) | 1997-08-20 |
Family
ID=14815222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3121598A Expired - Lifetime JP2642797B2 (en) | 1991-05-28 | 1991-05-28 | Drilling method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642797B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06320314A (en) * | 1993-03-15 | 1994-11-22 | Matsushita Electric Works Ltd | Hole drilling method |
| JPH106113A (en) * | 1996-06-26 | 1998-01-13 | Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad | Automatic drilling machine for small hole machining |
| JP2010158729A (en) * | 2009-01-06 | 2010-07-22 | Toyota Motor Corp | Analysis program for cutting resistance |
Citations (2)
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| JPS62264812A (en) * | 1986-05-14 | 1987-11-17 | Hitachi Seiko Ltd | Drilling method for printed circuit board |
| JPS63207531A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-26 | Res Dev Corp Of Japan | Automatic assembly hand |
-
1991
- 1991-05-28 JP JP3121598A patent/JP2642797B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2642797B2 (en) | 1997-08-20 |
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