JP4080249B2

JP4080249B2 - 加工方法

Info

Publication number: JP4080249B2
Application number: JP2002162464A
Authority: JP
Inventors: 一雄渡辺; 孝彦山下; 靖伊藤; 勝浩長沢
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP2004009161A; US7130715B2; TW200513339A; TWI245679B; US20040128816A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを載置するテーブルと工具を保持する主軸とを互いに直角なＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対的に移動させてワークを加工する加工方法および加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、プリント基板加工機の構成図である。
【０００３】
同図において、プリント基板１は、下板９を介してテーブル２の上面に固定されている。テーブル２は、Ｘ軸駆動装置３により前後（Ｘ）方向に移動自在である。ドリル４を保持したスピンドル５は、Ｚ軸駆動装置６により上下（Ｚ）方向に移動自在である。Ｚ軸駆動装置６はＹ軸駆動装置７により、左右（Ｙ）方向に移動自在である。Ｘ軸駆動装置３、Ｙ軸駆動装置７およびＺ軸駆動装置６はそれぞれ図示を省略する位置検出器を備えており、フィードバック制御により指定する位置（座標）に精度良く位置決めすることができる。
【０００４】
加工をするときには、Ｘ軸駆動装置３およびＹ軸駆動装置７を動作方向に移動させてドリル４の軸線を穴明け位置８の軸線上に位置決めした後、Ｚ軸駆動装置６によりスピンドル５を指定する高さまで下降させ、目的の位置に穴を明ける。穴の加工が終了したら、スピンドル５を上昇させ、ドリル４を待機位置に戻す。以下、上記の動作を加工が終了するまで繰り返す。したがって、加工時間はＸ、Ｙ方向の移動時間とＺ方向の移動時間の和で算出される。
【０００５】
ドリル４の待機位置は、切粉の排出を確実に行うと共に水平方向の移動時にプリント基板１と干渉することを防止するため、先端がプリント基板１の表面から予め定める距離だけ離れた位置に指定される。待機位置におけるドリル４先端からプリント基板１の表面までの距離はエアーカット量Ｌａと呼ばれ、その値は経験に基づいて決定されることが多い。
【０００６】
図９は、横軸を時間軸として移動位置指令とＸ軸駆動装置３の実際の位置（応答）との関係を示す図であり、図１０は、移動位置指令とＺ軸駆動装置６の実際の位置（応答）との関係を示す図である。
【０００７】
図９に示すように、Ｘ軸移動位置指令に対しＸ軸駆動装置３の位置応答は遅れる。また、停止時においては、位置応答が目標位置に対して振動（オーバシュートやアンダシュート）し、Ｘ軸駆動装置３は徐々に目標位置に近づく。Ｘ軸移動位置指令が目標位置に達してからＸ軸駆動装置３が所定の許容位置誤差範囲内に安定するまでの時間を整定時間Ｔｓという。また、Ｙ軸駆動装置７の動作は上記Ｘ軸駆動装置３の場合と同じである。
【０００８】
一方、図１０に示すように、Ｚ軸駆動装置６はＸ軸駆動装置３に比べて負荷が軽量であるため、位置応答のＺ軸移動位置指令に対する遅れ（位置偏差）は小さく、また加速時間が短いので、略加工条件として指定された速度で下降し、加工が終了すると最高速度で上昇する。
【０００９】
図１１は、加工速度を向上させることができる加工手順の説明図である。加工時間を短縮し、かつ加工精度を向上させるためには、同図に示すように、ドリル４の軸線が穴明け位置８の軸線上に位置決めされたとき、すなわち整定時間Ｔｓが経過した時にドリル４をプリント基板１に切り込ませればよい。
【００１０】
そこで、本願出願人は、特願２０００−３６５３７４号において、テーブル２およびドリル４がＸＹ方向に移動する場合の移動距離と速度および加速度とからドリル４の軸線を加工位置に位置決めするタイミングを算出し、整定時間Ｔｓの終了に合わせてドリル４先端をプリント基板上面に到達させることを提案した。
【００１１】
すなわち、Ｚ軸駆動装置６の速度を定速度とし、かつ指令に対する位置応答の遅れがないとすると、ドリル４が基板上面に到達時間するまでの移動時間Ｔａは、Ｚ軸駆動装置６の下降速度Ｖｚとエアカット量Ｌａとから式１で求められる。
【００１２】
Ｔａ＝Ｌａ／Ｖｚ・・・・・式１
そこで、Ｔｓ＝Ｔａの場合はＸ軸指令終了と同時に、また、Ｔｓ＞Ｔａの場合はＸ軸指令終了から時間（Ｔｓ−Ｔａ）経過後に、また、Ｔａ＞Ｔｓの場合はＸ軸指令終了の時間（Ｔａ−Ｔｓ）前に、Ｚ軸駆動装置６の下降を開始させる。
【００１３】
なお、次の加工位置に移動する場合には、Ｘ軸駆動装置３とＹ軸駆動装置７を同時に動作させるので、次の加工位置に遅く到着する側の駆動装置に対して、Ｚ軸の動作開始タイミングを決定する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の技術によって得られるタイミングは理論上のタイミングであり、実際の加工装置は特性にばらつきがある。また、同一の加工装置においても例えば移動方向や移動開始位置等によって特性が変化する。さらに、保守状態や設置された環境によっても特性が変化する。このため、加工精度を維持するためには、実際に加工したプリント基板の穴明け位置精度を測定する必要があり、必ずしも加工能率を向上できるとは限らなかった。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、加工装置の加工能率及び加工品質を向上させることができる加工方法を提供するにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、ワークと工具とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ方向に位置決めして前記ワークを加工する際、当該加工に先立ち、前記工具と前記ワークを前記工具の軸線と直角な２方向に相対的に移動させることにより前記２方向に関する移動位置指令と当該移動位置指令に基づいて実際に移動した位置及び時間との関係を示す位置応答を求め、移動位置指令が終了し、前記実際の位置における前記工具の静止状態が所定範囲内に整定するまでの間の位置応答の前記位置と時間との関係に基づいて前記工具を前記軸線方向に移動させる移動開始時期を定める加工方法であって、前記位置応答を求めるため、前記２方向に移動させる移動開始点の座標、移動方向、移動速度、移動加速度および移動距離を規定する移動条件を予め複数通り定めておき、加工に先立ち、加工時における移動条件と前記予め定められた複数通りの移動条件とを対比して前記予め定められた移動条件に基づく位置応答の中から加工時における移動条件と一致するあるいは最も近い移動条件に対応する位置応答を選定し、選定された前記位置応答の整定時間に基づいて、前記工具の移動速度および移動開始位置の少なくとも一方を制御し、前記工具の最適な軸線方向の移動開始時期を設定することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るＸ軸制御装置の接続図、図２は本発明に係るＮＣ制御装置の処理ブロック図であり、図８と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
ＮＣ制御装置５１は、駆動制御装置５２に位置指令を出力し、駆動制御装置５２からテーブル２の位置応答を受け取る。駆動制御装置５２はＮＣ制御装置５１からの指令に基づき、Ｘ軸駆動装置３を動作させてテーブル２を位置決めする。位置検出器５４は、テーブル２の現在位置を駆動制御装置５２に出力する。
【００２１】
図２に示すように、ＮＣ制御装置５１は、後述する検査条件が記載された検査プログラムや加工を行うための加工プログラム等を記憶する記憶装置６１、プログラム読出し・解析部６２、パターン・整定時間記憶部６３、パターンマッチング判定部６４、動作指令作成部６５、応答解析部６６、アラーム表示部６７、制御パラメータ設定部６８および切り換え部７０等を備えている。
【００２２】
次に、本実施の形態の動作を説明する。なお、切り換え部７０はａ側に接続されている。
【００２３】
ステップ１：
加工指令を受けたＮＣ制御装置５１は、記憶装置６１から予め入力されている検査プログラムを読出した後、パターンマッチング判定部６４をスルーして動作指令作成部６５により駆動制御装置５２に対する指令を作成し、サーボアンプ５３を介してＸ軸駆動装置３を動作させる。
【００２４】
検査プログラムには、例えば表１に示すように、Ｘ軸駆動装置３およびＹ軸駆動装置７毎に、速度、加速度、移動方向、移動開始座標値、停止位置座標値等の停止時の特性を左右する因子が指定されている。なお、表１に示す場合は、加速度を一定値とする場合である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
ステップ２：
１つの検査プログラムを実行すると、Ｘ軸駆動装置３の応答を応答解析部６６によって解析し、整定時間Ｔｓを算出する。整定時間Ｔｓの算出方法としては、例えば、位置偏差量が所定の許容値以内に所定の時間留まった場合に整定したと判断するようにして、移動位置指令終了時点から位置偏差量が所定の許容値以内に入った時までの時間を計時すればよい。
【００２７】
なお、応答解析部６６で算出した整定時間Ｔｓおよび図９で説明した応答波形のオーバシュート量やアンダシュート量が予め定めた規定値を超える場合は、アラーム表示部６７により警告を表示して、装置に異常が発生していることを作業者に通知する。
【００２８】
ステップ３：
上記検査条件と得られた整定時間Ｔｓをセットにして、パターン・整定時間記憶部６３に記憶する。
【００２９】
ステップ４：
他の検査条件が残っている場合は、ステップ１〜ステップ３の動作を繰返し、検査条件と得られた整定時間Ｔｓをセットにして、パターン・整定時間記憶部６３に記憶する。
【００３０】
以上の動作が終了したら、実際の加工に移る。
【００３１】
ステップ５
次に、ＮＣ制御装置５１は、記憶装置６１から実際の加工プログラムを読出し、プログラム読出し・解析部６２によりその内容を解析する。
【００３２】
ステップ６：
パターンマッチング判定部６４により、解析した移動動作とパターン・整定時間記憶部６３に保持された検査条件に基づく移動動作とのマッチング判定を行い、一致または最も近い検査条件の整定時間Ｔｓを記憶部６３から読出す。
【００３３】
ステップ７：
動作指令作成部６５では、エアーカット量ＬａとＺ軸下降速度Ｖｚとから式１によりドリル４の基板上面到達時間Ｔａを求め、記憶部６３から読出された整定時間Ｔｓを用いて最適なＺ軸下降タイミングｔを算出し、駆動制御装置５２に対する指令を作成する。
【００３４】
ステップ８：
駆動制御装置５２は、ステップ７で作成された指令に基づいてＸ軸駆動装置３を動作させる。
【００３５】
以下、加工が終了するまで、ステップ５〜ステップ８の動作を繰り返す。
【００３６】
次に、切り換え部７０のｂ側が接続されている場合、すなわち制御パラメータ設定部６８が接続された場合の動作を説明する。
【００３７】
制御パラメータ設定部６８が接続されている場合は、アラームを表示することに代えて、制御パラメータ設定部６８に予め記憶された制御パラメータ群を選択して駆動制御装置に現在設定されている制御パラメータと置き換える。その後、再度ステップ１、ステップ２を実施してその時の応答波形を観測する。そして、応答波形のオーバシュート量及びアンダシュート量等が予め定める規定値以内になるパラメータ群が存在する場合は、置き換えた制御パラメータを用いて加工を行う。また、所望の結果が得られない場合は、さらに他の制御パラメータに置き換える。そして、上記の動作を繰返しても適正なパラメータ群が存在しない場合は、装置に何らかの異常が発生したかあるいは装置の設置状態が悪化したためであるので、アラーム表示部により警告を表示して装置に異常が発生していることを通知する。
【００３８】
次に、図３〜図７を参照しながら、Ｚ軸駆動装置６の動作を説明する。なお、図３〜図７は、いずれも時間軸を横軸としてドリルの位置を示したものである。
【００３９】
具体例１：Ｔａ＞Ｔｓであった場合
従来の技術の場合、ドリルは図３に点線で示すように速度Ｖｚで下降される。一方、本発明の場合、同図に実線で示すように、下記の式２で求められる速度Ｖｚ１（Ｖｚ１＞Ｖｚ）でドリル４を下降させるので、加工能率を向上させることができる。
【００４０】
Ｖｚ１≧Ｌａ／Ｔｓ・・・・・式２
なお、上記ではＺ軸駆動装置６に応答の遅れがないとしたが、実際にはＺ軸駆動装置６にも応答の遅れが存在する。そこで、図４に示すように、ステップ７において求めた移動時間Ｔａに遅れ時間Ｔｄを加えた値に基づいて最適なＺ軸下降タイミングｔを算出してドリルを下降させることにより、加工精度を低下させることなく加工能率を向上させることができる。
【００４１】
また、ドリル４の下降速度を変えることに代えて、移動時間Ｔａと整定時間Ｔｓの差分Ｔｃを下記の式３により求め、図５に実線で示すように、エアーカット量Ｌａを距離Ｌｃだけ短くしておく。そして、ドリルをその位置から下降させることにより、同図に点線で示す従来技術の場合に比べて加工能率を向上させることができる。
【００４２】
Ｌｃ＝Ｖｚ（Ｔａ−Ｔｓ）・・・・・式３
具体例２：加工精度が要求される場合、
加工精度が要求される場合は、図６に実線で示すように、予め整定許容範囲を狭めておく。そして、この状態で整定時間Ｔｓを観測することにより、加工精度を向上させると共に、加工能率を向上させることができる。
【００４３】
また、加工精度がそれほど要求されない場合は、同図に点線で示すように、予め整定許容範囲を広くしておくことにより加工能率を向上させることができる。
【００４４】
ところで、従来は、ドリル４が基板から抜け出す時間については考慮されていなかった。しかし、ドリル４が基板から抜け出すと同時にＸ軸駆動装置３およびＹ軸駆動装置７を動作させることにより、加工能率を向上させることができる。
【００４５】
この実施形態では、ステップ２において算出した整定時間Ｔｓおよび応答波形のオーバシュート量やアンダシュート量が所定の規定値から外れている場合は、装置に異常が発生していることを作業者に通知するようにしたので、加工不良を未然に防ぐことができる。
【００４６】
次に、Ｚ軸移動装置の動作を基準にしてＸ軸移動装置とＹ軸移動装置を制御する場合について説明する。
【００４７】
加工時、Ｚ軸駆動装置６（またはドリルを保持する主軸）の位置を検出する位置検出器の出力を参照し、ドリル４が加工深さに達した位置を起点としてプリント基板の表面まで上昇する時間を計算すると共に、Ｚ軸駆動装置の位置応答に基づいてＺ軸駆動装置６の応答の遅れを求める。そして、図７に実線で示すように、ドリル４の先端がプリント基板の表面から切削距離Ｌｄに到達した時点を起点としてドリルの先端がプリント基板の表面に達するまでの時間とＺ軸駆動装置の応答の遅れを加えた時間が経過した時点で、Ｘ軸駆動装置３およびＹ軸駆動装置７を動作させる。
【００４８】
このようにすると、ドリル４がプリント基板１から完全に離れた状態でＸ軸駆動装置３およびＹ軸駆動装置７を動作させるので、ドリル４の折損を防止することができると共に、同図に点線で示す従来技術の場合に比べて加工能率を向上させることができる。
【００４９】
なお、本発明は、加工精度および加工速度を向上させることができるだけでなく、以下の場合にも有効である。
【００５０】
すなわち、据付け時に整定時間Ｔｓを求め、出荷時に予め測定した整定時間Ｔｓと比較することにより、据付け状態の善し悪しが判定できる。
【００５１】
また、移動開始点の座標値によって整定時間Ｔｓが大きく異なる場合は、装置を支えている土台の特定位置に支障のあることを簡易に判定できる。
【００５２】
さらに、応答波形のオーバシュート量・アンダシュート量および整定時間Ｔｓから装置の揺れを判定することができるので、設置状態や床剛性を推定することもできる。
【００５３】
なお、本発明は、テーブルをＸ、Ｙの２方向に移動させる加工装置にも適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、加工に先立ち、加工装置を予め定める条件で実際に動作させることにより現在の加工装置の状態を的確に把握し、その結果に基づいて加工動作を行うので、高速でしかも高精度な加工が実現できる。
【００５５】
また、据付け時の設置状態や経年変化などによる精度悪化や設置状態の変化を検知できるため、加工不良を未然に防ぐことができるだけでなく、メンテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ軸制御装置の接続図である。
【図２】本発明に係るＮＣ制御装置の処理ブロック図である。
【図３】本発明におけるドリル４とＸ軸移動装置との関係を示す図である。
【図４】本発明におけるドリル４とＸ軸移動装置との関係を示す図である。
【図５】本発明におけるドリル４とＸ軸移動装置との関係を示す図である。
【図６】本発明におけるドリル４とＸ軸移動装置との関係を示す図である。
【図７】本発明におけるドリル４とＸ軸移動装置との関係を示す図である。
【図８】プリント基板加工機の構成図である。
【図９】移動位置指令とＸ軸駆動装置の実際の位置の関係を示す図である。
【図１０】移動位置指令とＺ軸駆動装置の実際の位置の関係を示す図である。
【図１１】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
２テーブル
３Ｘ軸駆動装置
５１ＮＣ制御装置

Claims

ワークと工具とを互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ方向に位置決めして前記ワークを加工する際、当該加工に先立ち、前記工具と前記ワークを前記工具の軸線と直角な２方向に相対的に移動させることにより前記２方向に関する移動位置指令と当該移動位置指令に基づいて実際に移動した位置及び時間との関係を示す位置応答を求め、移動位置指令が終了し、前記実際の位置における前記工具の静止状態が所定範囲内に整定するまでの間の位置応答の前記位置と時間との関係に基づいて前記工具を前記軸線方向に移動させる移動開始時期を定める加工方法であって、
前記位置応答を求めるため、前記２方向に移動させる移動開始点の座標、移動方向、移動速度、移動加速度および移動距離を規定する移動条件を予め複数通り定めておき、加工に先立ち、加工時における移動条件と前記予め定められた複数通りの移動条件とを対比して前記予め定められた移動条件に基づく位置応答の中から加工時における移動条件と一致するあるいは最も近い移動条件に対応する位置応答を選定し、選定された前記位置応答の整定時間に基づいて、前記工具の移動速度および移動開始位置の少なくとも一方を制御し、前記工具の最適な軸線方向の移動開始時期を設定することを特徴とする加工方法。
予め前記位置応答を変更するために移動条件として駆動制御装置で使用する制御パラメータを準備しておき、求められた前記位置応答における整定時間が予め定める規定値以内になるまで制御パラメータを使用し、前記規定値以内にならない場合には、前記規定値以内になるまで前記制御パラメータを変更して位置応答における整定時間を求める動作を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の加工方法。