特開 2023-180411 ブローチ盤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023180411

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】ブローチ盤

(51)【国際特許分類】

   B23D 41/08 20060101AFI20231214BHJP

   B23D 37/00 20060101ALI20231214BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

B23D41/08

B23D37/00

B23Q17/09 C

B23Q17/09 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022093708

(22)【出願日】2022-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】中川 雅人

(72)【発明者】

【氏名】小島 健太郎

【テーマコード（参考）】

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C029CC03

3C029DD11

(57)【要約】

【課題】ブローチ加工における更なる省エネルギー化を図り、且つブローチのチッピングを早期に発見することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかるブローチ盤１００の構成は、外周に多数の刃１１２を備えたブローチ１１０とワーク１０２とを相対的に移動させてワーク１０２を切削するブローチ盤１００において、ブローチ１１０またはワーク１０２を移動させるサーボモータ１２０と、サーボモータ１２０の動作の制御および負荷トルクの検出を行う数値制御部２１０と、数値制御部２１０で動作させるブローチ加工のプログラムである加工プログラム２４０の設定値を補正する演算部２３０とを備え、演算部２３０は、数値制御部が検出した負荷トルクからブローチの刃がワークに最初に接触する接触位置を取得し、接触位置におけるブローチとワークとの相対速度が設定速度となるように加工プログラム２４０の設定値を補正する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周に多数の刃を備えたブローチとワークとを相対的に移動させて前記ワークを切削するブローチ盤において、
前記ブローチまたは前記ワークを移動させるサーボモータと、
前記サーボモータの動作の制御および負荷トルクの検出を行う数値制御部と、
前記数値制御部で動作させるブローチ加工のプログラムである加工プログラムの設定値を補正する演算部とを備え、
前記演算部は、
前記数値制御部が検出した前記負荷トルクから前記ブローチの刃が前記ワークに最初に接触する接触位置を取得し、
前記接触位置における前記ブローチと前記ワークとの相対速度が設定速度となるように前記加工プログラムの前記設定値を補正することを特徴とするブローチ盤。

【請求項2】

前記演算部は、前記多数の刃のうち前記ワークに最初に接触する刃である第１刃が接触すべき位置を過ぎても該第１刃の前記接触位置が取得できなかった場合に、前記第１刃の刃欠異常と判断することを特徴とする請求項１に記載のブローチ盤。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外周に多数の刃を備えたブローチとワークとを相対的に移動させて前記ワークを切削するブローチ盤に関する。

【背景技術】

【0002】

ブローチ盤は、ブローチと呼ばれる工具を使って工作物の表面や穴の内面などを削る工作機械である。ブローチは、長手の棒状の工具で、外周に多数の刃が並んだ構造になっている。特にブローチは、直線運動するときにすべての刃が工作物に触れるよう、先端側の刃（荒刃）から末端側の刃（仕上刃）に向かって次第に寸法が大きくなっている。ブローチ盤は、ブローチを直線方向に一度駆動させるだけで工作物の荒削りから仕上げ削りまでを完了させることができる。

【0003】

上述したブローチを用いたブローチ加工方法としては例えば特許文献１は、「本体の外周に軸方向に多数の刃が配置され、前記刃が前記本体の外周面に形成されたねじれ溝に沿って配設された内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタであって、前記ブローチカッタのねじれ溝が複数条のねじれ溝とされている内面加工用ねじれ刃溝ブローチカッタを用いた高速ブローチ加工方法」が開示されている。

【0004】

特許文献１の高速ブローチ加工方法は、「前記複数条のねじれ溝の条数と同数以上のノズルを設け、ブローチ静止時においてぞれぞれの前記ノズルが相対する前記ねじれ溝にクーラントが供給されるように配置し、かつ、前記ノズルより供給量２ｃｃ～１２ｃｃ／ｈｏｕｒ／１ノズルの微量ミストを供給しながら切削速度を２０～６０ｍ／ｍｉｎで加工すること」を特徴としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３６９４２１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の高速ブローチ加工方法によれば、実切削荷重を減らすことができる他、加工効率を向上させることができるためブローチ加工時の省エネに寄与することできる。しかしながら、近年では更なる省エネルギー化の推進が求められており、特許文献１にはその観点において改善が検討されている。また他の課題としてブローチ盤では、高速ブローチ加工を行う際にブローチにおいて最初にワークに接触する刃が欠ける、いわゆるチッピングが発生することがある。最初の刃が欠けると、その次の刃における負荷が大きくなり、チッピングの連鎖が生じてしまう。このためブローチ盤では、ブローチのチッピングを早期に発見することが重要である。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、ブローチ加工における更なる省エネルギー化を図り、且つブローチのチッピングを早期に発見することが可能なブローチ盤を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかるブローチ盤の代表的な構成は、外周に多数の刃を備えたブローチとワークとを相対的に移動させてワークを切削するブローチ盤において、ブローチまたはワークを移動させるサーボモータと、サーボモータの動作の制御および負荷トルクの検出を行う数値制御部と、数値制御部で動作させるブローチ加工のプログラムである加工プログラムの設定値を補正する演算部とを備え、演算部は、数値制御部が検出した負荷トルクからブローチの刃がワークに最初に接触する接触位置を取得し、接触位置におけるブローチとワークとの相対速度が設定速度となるように加工プログラムの設定値を補正する。

【0009】

上記演算部は、多数の刃のうちワークに最初に接触する刃である第１刃が接触すべき位置を過ぎても第１刃の前記接触位置が取得できなかった場合に、第１刃の刃欠異常と判断するとよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ブローチ加工における更なる省エネルギー化を図り、且つブローチのチッピングを早期に発見することが可能なブローチ盤を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本実施形態にかかるブローチ盤を説明する図である。

【図2】加工時の経過時間における図１のブローチの速度および負荷トルクの波形を示す図である。

【図3】図１に示す制御装置によるブローチ盤の動作制御について説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

図１は、本実施形態にかかるブローチ盤１００を説明する図である。本実施形態のブローチ盤１００は、外周に多数の刃１１２を備えたブローチ１１０とワーク１０２とを相対的に移動させてワーク１０２を切削する工作機械である。本出願において、ブローチ１１０の多数の刃１１２のうち、ワーク１０２に最初に接触する予定の刃を第１刃１１２ａとする。すなわち、第１刃１１２ａは最も小径の刃とは限らない。

【0014】

図１に示すように本実施形態のブローチ盤１００は、ブローチ１１０、サーボモータ１２０、およびそれらを制御する制御装置２００を含んで構成される。サーボモータ１２０は、ブローチ１１０またはワーク１０２を移動させる駆動源である。なお図１では、サーボモータ１２０がブローチ１１０をワーク１０２に対して移動させる構成を例示するが、これに限定するものではなく、サーボモータ１２０がワーク１０２を移動させる構成とすることも可能である。

【0015】

制御装置２００は、数値制御部２１０、サーボ制御部２２０、演算部２３０、加工プログラム２４０、および記憶装置２５０を含んで構成される。

【0016】

数値制御部２１０は、サーボモータ１２０の動作の制御および負荷トルクの検出を行う。詳細には数値制御部２１０は、サーボモータ１２０の負荷トルクを常時監視し、サーボモータ１２０の制御量をサーボ制御部２２０に出力する。サーボモータ１２０の位置は、サーボモータ１２０に取り付けられたエンコーダ（不図示）または外部スケールによって取得され、数値制御部２１０にフィードバックされる。

【0017】

また数値制御部２１０はサーボモータ１２０の負荷トルク（負荷電流値）を常時取得して、数値制御部２１０内のメモリにそれぞれの位置、速度、負荷トルクを格納する。サーボ制御部２２０は、数値制御部２１０から出力された制御量を駆動信号としてサーボモータ１２０に出力する。

【0018】

演算部２３０は、数値制御部２１０で動作させる加工プログラム２４０の設定値（下記では時定数を例示）を補正するためのプログラムである。後述するように演算部２３０は、数値制御部２１０が検出した負荷トルクからブローチ１１０の刃１１２がワーク１０２に最初に接触する、すなわち第１刃１１２ａがワーク１０２に接触する接触位置を取得する。また演算部２３０は、接触位置におけるブローチ１１０とワーク１０２の相対速度が設定速度となるように加工プログラムの設定値（時定数）を補正する。

【0019】

加工プログラム２４０は、ブローチ加工のプログラムであり、例えばＮＣプログラムを例示することができる。記憶装置２５０は、ハードディスクなどの記憶装置であり、ワーク１０２の諸元の形状や設定トルクを記憶している。また記憶装置２５０には、ブローチ１１０の刃１１２（第１刃１１２ａ）のワーク１０２への接触を判別する閾値のテーブルである設定トルクテーブル２５２が格納されている。また設定トルクテーブル２５２には、第１刃１１２ａの接触位置および接触時速度が記憶されている。

【0020】

図２は、加工時の経過時間における図１のブローチ１１０の速度および負荷トルクの波形を示す図である。図２の上段は、ブローチ１１０の速度および負荷トルクの波形の全体図である。図２の下段は、図２の上段の部分拡大図である。

【0021】

図２に例示するように、サーボモータ１２０を駆動開始すると（タイミングｔ０）、ブローチ１１０の速度が急速に上昇し、加速の負荷により負荷トルク（負荷電流）が大幅に上昇する。ブローチ１１０の速度がある程度上昇すると（タイミングｔ１）、負荷トルクは下降し始める。そしてブローチ１１０の速度（すなわちブローチ１１０とワーク１０２との相対速度）が設定速度Ｖ（図２では６０ｍ／ｍｉｎを例示）に到達する（タイミングｔ２）。駆動開始のタイミングｔ０から設定速度Ｖに到達するタイミングｔ２までの時間は、時定数ａとして入力する設定値である。

【0022】

その後、ブローチの刃１１２（第１刃１１２ａ）がワーク１０２に接触すると（タイミングｔ３）、ブローチ１１０に対してワーク１０２から負荷がかかるため、下降していた負荷トルクが上昇する。このことから、ブローチ１１０とワーク１０２との相対速度が設定速度Ｖに到達した後に負荷トルクの上昇が検出されたら、そのタイミングがブローチ１１０の刃１１２（第１刃１１２ａ）がワーク１０２に最初に接触した接触位置（厳密にはブローチ１１０の位置。以下、接触位置Ｌと称する）であるということがわかる。

【0023】

図３は、図１に示す制御装置２００によるブローチ盤１００の動作制御について説明するフローチャートである。まず数値制御部２１０は、加工プログラム２４０および記憶装置２５０を参照してブローチ加工における加工条件を設定し、その加工条件に基づいて、第１刃１１２ａの接触位置Ｌ、接触位置Ｌにおける負荷トルクの閾値Ｗ（図２参照）、設定速度Ｖ、時定数ａを設定する（ステップＳ３０２）。

【0024】

負荷トルクの閾値Ｗは下限値であり、この閾値Ｗを超えることによってブローチ１１０の第１刃１１２ａがワーク１０２に接触したことを検出することができる。なお、ステップＳ３０２における加工条件としては、ワーク１０２およびその材質、そのブローチ加工に用いられるブローチ１１０の種類、切削条件等を例示することができる。

【0025】

加工条件の設定が完了したら、サーボ制御部２２０は、サーボモータ１２０を駆動してブローチ加工を開始する（ステップＳ３０４）。それと並行して数値制御部２１０は、ブローチ１１０の現在位置Ｌｎおよびブローチ１１０の実トルクＷｎ（現在の負荷トルク）を継続的に取得する（ステップＳ３０６）。

【0026】

続いて演算部２３０は、ステップＳ３０６において２１０が検出した実トルクＷｎが負荷トルクの閾値Ｗ以上であるかを判断する（ステップＳ３０８）。すなわちステップＳ３０８では、演算部２３０は、数値制御部２１０が検出した実トルクＷｎからブローチ１１０の刃１１２（第１刃１１２ａとは限らない）がワーク１０２に接触したか否かを監視している。

【0027】

実トルクＷｎが閾値Ｗ未満であった場合（ステップＳ３０８のＮＯ）、まだ刃１１２がワーク１０２に接触していないことを意味する。そこで演算部２３０は、ブローチ１１０の現在位置Ｌｎが接触位置Ｌ（第１刃１１２ａが接触する予定の位置）を超えているかを判断する（ステップＳ３１４）。ブローチ１１０の現在位置Ｌｎが接触位置Ｌを超えていなかった場合（ステップＳ３１４のＮＯ）、第１刃１１２ａがワーク１０２に未到達であるので、制御装置２００はステップＳ３０６、Ｓ３０８、Ｓ３１４の処理をループする。

【0028】

ステップＳ３１４においてブローチ１１０の現在位置Ｌｎが第１刃１１２ａの接触位置Ｌを超えていた場合（ステップＳ３１４のＹＥＳ）、演算部２３０は、第１刃１１２ａが接触すべき位置を過ぎても第１刃１１２ａの接触位置が取得できなかったとして刃欠異常（第１刃１１２ａが欠けている）と判断する（ステップＳ３１６）。

【0029】

ステップＳ３０８において実トルクＷｎが閾値Ｗ以上であった場合（ステップＳ３０８のＹＥＳ）、演算部２３０は、第１刃１１２ａがワーク１０２に接触したと判断する。ステップＳ３０８では現在位置Ｌｎが接触位置Ｌを超えていないので、ステップＳ３０８で検出する接触は第１刃１１２ａである。そして数値制御部２１０は、ブローチ１１０の現在位置Ｌｎ（検出された第１刃１１２ａとワーク１０２との接触位置）における現在速度Ｖｎ（ブローチ１１０とワーク１０２の相対速度）を取得する（ステップＳ３１０）。

【0030】

演算部２３０は、現在速度Ｖｎが設定速度Ｖとなっているかを判断する（ステップＳ３１２）。現在速度Ｖｎが設定速度Ｖとなっていたら（ステップＳ３１２のＹＥＳ）、２００処理終了する。現在速度Ｖｎが設定速度Ｖとなっていなかったら（ステップＳ３１２のＮＯ）、演算部は、ワーク１０２と第１刃１１２ａとの接触が検知された際の現在速度Ｖｎ（上述した相対速度）が設定速度Ｖとなるように加工プログラム２４０の設定値を補正する（ステップＳ３１８）。

【0031】

ステップＳ３１８において補正する設定値としては、例えば時定数ａが挙げられる。時定数ａの補正値は、「設定されている時定数ａ×（現在速度Ｖｎ／設定速度Ｖ）」の式から算出することができる。なお、補正する設定値としては、時定数ａに限らず、ブローチ加工時のブローチ１１０の加速度等の他の条件や項目であってもよい。

【0032】

上記説明したように本実施形態のブローチ盤１００によれば、ブローチ１１０の第１刃１１２ａがワーク１０２に接触した際の現在速度Ｖｎに基づいて加工プログラム２４０の設定値を補正する。これにより、闇雲に速度を上げるのではなく（時定数ａを小さくするのではなく）、設定速度を満たすように必要最小限に補正することができる。したがってブローチ盤１００における消費電力を最適化し、ブローチ加工における更なる省エネルギー化を図ることができる。

【0033】

また同時に、実トルクＷｎが閾値Ｗ以上でなかった際にブローチ１１０の現在位置Ｌｎが接触位置Ｌを超えているかを判断することにより、第１刃１１２ａのチッピングを早期に発見することができ、ブローチ盤１００の信頼性の向上を図ることが可能となる。

【0034】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0035】

本発明は、外周に多数の刃を備えたブローチとワークとを相対的に移動させて前記ワークを切削するブローチ盤として利用することができる。

【符号の説明】

【0036】

１００…ブローチ盤、１０２…ワーク、１１０…ブローチ、１１２…刃、１１２ａ…第１刃、１２０…サーボモータ、２００…制御装置、２１０…数値制御部、２２０…サーボ制御部、２３０…演算部、２４０…加工プログラム、２５０…記憶装置、２５２…設定トルクテーブル

【図1】

【図2】

【図3】