JP2003181722A - タッピング加工装置及びタッピング加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タッピング加工時における主軸と送り軸の同
期誤差を減らす。 【解決手段】 予め設定されたタップ切込深さ及びねじ
ピッチに応じて主軸と送り軸の位置指令パターンを演算
して記憶する第１ステップと、前記記憶した位置指令パ
ターンに基づいて主軸及び送り軸を同期運転する第２ス
テップと、前記同期運転時に主軸の実際の回転位置と送
り軸の実際の送り位置とから主軸と送り軸の同期誤差を
演算する第３ステップと、次回以降のタッピング加工時
の同期誤差を減らすべく、前記演算した同期誤差に応じ
て前記位置指令パターンを補正する第４ステップとによ
って得られた位置指令パターンに基づいて工作物にタッ
ピング加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作物にねじ山を
切るためのタップが取り付けられた主軸と前記主軸をそ
の軸方向に進退移動させる送り軸とを同期制御してタッ
プ加工するタップ加工装置及びタップ加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ドリルにより加工した下穴にタッピング
加工を行う際、タップを回転する主軸の一回転あたりの
主軸軸方向への送り軸移動量はタップのピッチによって
一義的に定まる。即ち、理想的なタップ加工においては
送り軸移動量ＦとタップのピッチＰ及び主軸回転数Ｓが
下記の条件を満足している。Ｆ＝Ｐ×Ｓこの条件が満足
されない場合には、工具の破損やねじ山の潰れを招く恐
れがある。

【０００３】従来のタップ加工では、主軸を回転させる
主軸モータの制御と送り軸を駆動する送り軸モータの制
御とはそれぞれ独立して行われていたので、必ずしも上
記の条件を満足していたわけではなかった。特に、タッ
プを正回転させてねじ山を切るタッピングサイクルの終
了時およびタップを逆回転させてタップを戻す逆タッピ
ングサイクルの開始時には、主軸と送り軸の加減速が独
立に行われるため、常に上記の条件を満足させることが
困難となる。このため、タップを支持するチャックの内
部にスプリングを設け、ネジのピッチと主軸の１回転あ
たりの送り量が一致しなくても、このスプリングによっ
てずれを吸収するようにした加工方法が使用されてい
た。

【０００４】これに対し、近年のＮＣ制御装置の発達に
より、主軸モータと送り軸モータとの同期制御が一般的
に行われるようになり、前述したような特殊なチャック
を使用しなくても、タップ加工を行えるようになった。
このような同期制御方法としては、主軸の回転指令値と
実際の回転位置との回転偏差を送り軸移動量に換算し、
この換算値に基づいて送り軸の位置指令値を補正するこ
とにより送り軸を追従させ、主軸と送り軸を精度よく同
期させる制御方法が知られている。（例えば特開昭６４
−５８４２５号公報等）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな同期制御方法による場合には、サーボ系の遅れや機
械のイナーシャ又は摺動抵抗若しくは切削抵抗等により
発生した主軸の位置偏差に対し送り軸を追従させるには
以下の手順を踏まなければならない。即ち、主軸の回
転偏差を検知し、検知した回転偏差を軸移動量に換算
し、この換算値に基づいて送り軸指令値を補正し、
補正した送り軸指令値に従って送り軸の速度指令値を演
算し、速度指令値をサーボアンプに送信し、速度指
令に基づいて送り軸モータ電流を制御して、送り軸の
位置を追従させるという手順によるため、主軸に回転偏
差が発生してから送り軸がこれに追従するまでに時間的
な遅れが生じる。この遅れが許容範囲内であれば問題は
ないが、主軸の回転偏差が累積して大きくなると送り軸
が追従しきれなくなり、工具の破損やねじ山の潰れを招
く恐れがある。

【０００６】主軸の位置偏差は、一般に主軸回転速度が
速ければ速いほど、機械のイナーシャ又は摺動抵抗若し
くは切削抵抗等の影響を受けて大きくなる。このため、
主軸の回転速度を主軸モータの能力よりもかなり低速に
抑え、大きな回転偏差が生じないようにすることが必要
であった。この結果、タッピング加工の能率向上の妨げ
になっていた。

【０００７】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、主軸モータの回転速度を従来よりも
高速にした場合でも主軸と送り軸の同期誤差を抑え、高
速・高精度なタッピング加工を実現できるタッピング加
工装置及びタッピング加工方法を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ここで、本発明を完成す
るに至った経緯について説明する。本発明者らは前述の
課題を解決すべく鋭意研究し、タッピングサイクルの開
始時から逆タッピングサイクルの終了時までの主軸と送
り軸の同期誤差量を繰り返し測定した結果、この同期誤
差量は毎回ある一定のパターンを有していることを発見
した。これは、機械負荷の慣性力や摺動抵抗及びサーボ
系の遅れ等は略一定であり、切削抵抗等も加工の度に大
きく変わるものではないため、タップ切込深さ及びねじ
ピッチに基づいて演算された一定の位置指令データに基
づいて主軸及び送り軸を制御する限り、毎回同じような
同期誤差が発生するためであると説明できる。

【０００９】この結果から、発明者らは測定された同期
誤差を相殺するように前記位置指令データを補正し、こ
の補正した位置指令データに基づいて主軸及び送り軸を
制御すれば、同期誤差の発生を抑えることができるとの
知見を得た。この知見に基づいて本発明を完成するに至
ったのである。

【００１０】請求項１及び６に記載の発明では、設定さ
れたタップ切込深さ及びねじピッチに応じて主軸と送り
軸の位置指令データを演算し、この位置指令データに基
づいて主軸と送り軸を同期制御するとともに、主軸の回
転位置と送り軸の送り位置とから主軸と送り軸の同期誤
差を演算し、演算した同期誤差に基づいて前記位置指令
データを補正することとした。これにより、同期誤差が
少なくなる方向に補正された位置指令データに基づいて
同期制御を行うので、同期誤差を減少させることができ
る。

【００１１】一般に同期誤差は各軸を高速に駆動する程
大きくなるが、本発明によれば同期誤差を減少させるこ
とができるので、主軸及び送り軸を従来よりも高速に駆
動することが可能となる。

【００１２】請求項２に記載の発明では、補正された位
置指令データに基づいて次回以降の同期制御を行うの
で、前回よりも同期誤差の発生を抑えることができる。

【００１３】請求項３に記載の発明では、位置指令デー
タに基づいた主軸及び送り軸の同期制御と、同期制御時
に発生した同期誤差の演算と、この同期誤差に基づく位
置指令データの補正とを繰り返し行うこととした。これ
により、一回の位置指令データの補正では解消しきれな
かった同期誤差に基づいて、さらに位置指令データを補
正し、より理想的な位置指令データを得る。

【００１４】請求項４に記載の発明では、繰り返し手段
による繰り返しが進むに従って、前記演算した同期誤差
量に対する位置指令データの補正幅を徐々に少なくする
こととした。これは、突発的に発生した外乱等によって
位置指令データを過度に若しくは誤った方向に補正して
しまった場合でも、この影響が残ったまま位置指令デー
タが確定されることをできるだけ避けるための措置であ
る。例えば、演算した同期誤差と同じ幅で位置指令デー
タを補正する場合、位置指令データの誤った補正が繰り
返しの初期段階で発生した場合には、その後の繰り返し
処理の過程で徐々に是正されていく。しかし、所定の繰
り返し回数の終了近くになって大きな外乱が発生した場
合には、この影響が是正されないまま、位置指令データ
が確定してしまう場合がある。これを避けるため、既に
何回も繰り返しをして得られた位置指令データに対して
は、これを大きく補正しないようにするのである。な
お、演算した同期誤差に対する位置指令データの補正幅
を少なくする方法としては、繰り返しの進行に伴って値
が小さくなる係数を同期誤差に乗じて得られた値によっ
て補正をするものや、補正幅の制限値（最大値）を繰り
返しの進行に伴って減縮していくもの等が考えられる。

【００１５】請求項５に記載の発明では、工作物への加
工を行わない空運転時の同期誤差に応じて前記位置指令
データを補正することとした。これにより、外乱の主な
発生源である切削抵抗等の影響を除外する。即ち、移動
台や主軸等に作用する慣性力や摺動抵抗などの装置自体
の影響による追従遅れ、及び、サーボ演算処理により発
生するサーボ系の遅れに起因して発生する同期誤差のよ
うに、比較的安定して発生する同期誤差を正確に把握す
る。また、実際の加工を行わなくても位置指令データを
補正することも可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１はタッピング加工装置を示した構成
図である。主軸１０にはタップ１１が取り付けられてお
り、主軸１０は移動台１２に回転可能に支承されてい
る。主軸１０は主軸モータ１３の回転軸に連結され、回
転駆動されるように構成されている。

【００１７】移動台１２に固定されたナット１７が、基
台１５のボールネジ１６に螺合されている。ボールネジ
１６は、送り軸モータ１８に連結されており、送り軸モ
ータ１８が回転するとボールネジ１６がこれに伴って回
転し、移動台１２が主軸１０の軸方向に進退移動する。
主軸１０の前方にはワークＷが図略のクランプ装置によ
り固定されており、主軸１０が回転しながら前進する
と、ワークＷに予め加工された下穴Ｗ１の内側にタッピ
ング加工が行われる。主軸モータ１３と送り軸モータ１
８はタップ１１のねじピッチに合わせて同期制御され
る。

【００１８】主軸モータ１３の回転位置を示す信号が主
軸モータ１３に設けられたエンコーダ１４から主軸用ド
ライブユニット２０に送られる。この信号に対して所定
の処理を施すことにより、主軸の実際の位置を検出する
ことができる。同様に、送り軸モータ１８の回転位置を
示す信号が送り軸モータ１８に設けられたエンコーダ１
９から送り軸用ドライブユニット２１に送られ、送り軸
の実際の位置を検出することができる。

【００１９】主軸用ドライブユニット２０、送り軸用ド
ライブユニット２１は数値制御装置３０に接続されてい
る。これらドライブユニットは数値制御装置３０からの
速度指令を受けてモータに駆動電流を供給する。また、
数値制御装置３０は、エンコーダによって検出したモー
タの回転位置をこれらドライブユニットを経由して受け
取る。

【００２０】数値制御装置３０にはＰＬＣ４０が接続さ
れ、ＰＬＣ４０には操作盤５０が接続されている。オペ
レータが操作盤５０を操作すると、その操作内容がＰＬ
Ｃ４０を介して数値制御装置３０に送られる。

【００２１】また、数値制御装置３０には周辺装置６０
が着脱自在に接続され、周辺装置６０を用いてユーザー
が作成・編集したＮＣプログラムや各種パラメータ等が
数値制御装置３０に書き込まれる。タッピング加工装置
の制御手順及びタップ１１のねじピッチやタップ切込深
さ、タップ加工時の主軸回転速度等のタッピング加工に
関するパラメータは、このＮＣプログラム中に記述され
ている。

【００２２】数値制御装置３０の構成を図２に示す。図
２に示すように数値制御装置３０はメインＣＰＵ３１
と、システムプログラムを記憶したＲＯＭ３２と、ＮＣ
プログラム等を記憶するＲＡＭ３３と、外部機器との通
信を行うＩ／Ｆ（インタフェース）３４とを主として構
成されている。ＲＡＭ３３には、ＮＣプログラムを記憶
するＮＣプログラム記憶領域３３１と、前記同期制御時
における主軸と送り軸の位置指令データを記憶する位置
指令データ記憶領域３３２と、前記同期制御時における
主軸と送り軸の実際の位置データを記憶する位置データ
記憶領域３３３と、これら各軸の位置データの差である
同期誤差を記憶する同期誤差データ記憶領域３３４とが
設けられている。

【００２３】数値制御装置３０には、モータの制御を行
う制御用回路としてドライブ回路３５が設けられてい
る。ドライブ回路３５はドライブユニット２０及び２１
と接続されている。ドライブ回路３５は、メインＣＰＵ
３１からの位置指令を受け、この位置指令にモータを追
従させるべくドライブユニットへの速度指令を行う。ま
た、ドライブ回路３５は、エンコーダで検出されたモー
タの回転位置データをドライブユニットから受信してメ
インＣＰＵ３１へ伝達する。メインＣＰＵ３１とドライ
ブ回路３５の間にはＤＰ−ＲＡＭ（ＤｕａｌＰｏｒｔ−
ＲＡＭ）３６が設けられている。このＤＰ−ＲＡＭ３６
を介してメインＣＰＵ３１とドライブ回路３５の間のデ
ータ授受が行われる。

【００２４】次に、前述した数値制御装置３０において
行われる制御処理について説明する。タッピング加工
は、図３に例示するように、下穴Ｗ１の手前に設定され
たレファレンス点Ｒにタップ１１の先端が達するまで主
軸１０を早送りし、このレファレンス点Ｒから下穴Ｗ１
の終端点Ｚまでは主軸モータ１３と送り軸モータ１８と
を同期制御して実行される。即ち、Ｆ（送り軸移動量）
＝Ｐ（タップのピッチ）×Ｓ（主軸回転数）の関係が常
に満たされるように、主軸モータ１３と送り軸モータ１
８とを制御してタッピング加工を行う。タップ１１の先
端が終端点Ｚまで達したら、主軸モータ１３と送り軸モ
ータ１８とを逆方向に同期制御してタップ１１の先端を
レファレンス点Ｒまで移動し、レファレンス点Ｒからは
早送りで原点Ｓまで戻す。これにて一回のタッピング加
工を終了する。

【００２５】ＲＡＭ３３のＮＣプログラム記憶領域３３
１に記憶されているタッピング加工を指示をするＮＣプ
ログラムブロックの一例を次に示す。 『Ｇ８４ Ｚ３００ Ｒ１００ Ｆ１．２ Ｓ５００
Ｑ０．１』 ここで、「Ｇ８４」はタッピングサイクルを表すコード
である。また、「Ｚ」は終端点の座標を、「Ｒ」はレフ
ァレンス点の座標を、「Ｆ」はタップのピッチを、
「Ｓ」は主軸回転速度を、「Ｑ」は終端点でのドゥエル
時間を示す識別子である。上記のＮＣプログラムブロッ
クは、座標１００のレファレンス点まで早送りした後に
座標３００の終端点まで主軸回転速度５００ｒｐｍで同
期制御すべきことを意味し、タップのピッチは１．２ｍ
ｍ、終端点でのドゥエル時間は０．１秒であることを示
す。

【００２６】ＮＣプログラム記憶領域３３１には、主軸
モータ１３と送り軸モータ１８を逆方向に同期制御して
レファレンス点Ｒまで戻す逆タッピングサイクルを指示
するＮＣプログラムブロックも記憶されている。この一
例を次に示す。 『Ｇ８５ Ｒ１００ Ｆ１．２ Ｓ５００』 「Ｇ８５」は逆タッピングサイクルを示すコードであ
る。「Ｒ」、「Ｆ」、「Ｓ」が示す内容は上記タッピン
グサイクルの場合と同じである。従って、このＮＣプロ
グラムブロックは、座標１００のレファレンス点まで主
軸回転速度５００ｒｐｍの同期制御で戻し、タップのピ
ッチは１．２ｍｍであることを示す。

【００２７】また、主軸モータ１３と送り軸モータ１８
の特性や、これらモータの負荷の質量及びボールネジ１
６のねじピッチ等の各種パラメータは、ＲＡＭ３３の所
定の領域に別途記憶されている。

【００２８】以下、本発明のタッピング加工装置におけ
る処理方法を順を追って説明する。 （第１ステップ：位置指令データの演算及び記憶）タッ
ピング加工に先立って、メインＣＰＵ３１の処理によ
り、上述したＮＣプログラムブロックの内容及び各種パ
ラメータからタッピング加工時の位置指令データを演算
し、位置指令データ記憶領域３３２に記憶する。この処
理内容について説明する。タッピング加工においては、
加工時間を短縮するため、及び、レファレンス点Ｒから
ワークＷへのタッピング加工が始まるまでに主軸回転速
度が安定するように、主軸がＮＣプログラムで指定され
た主軸回転速度に達するまでの時間及びこの主軸回転速
度から停止するまでの加減速時間は短い方が良い。即
ち、モータの特性や負荷の質量等の諸条件から実現可能
な最大の加速度で加速及び減速することが望まれる。し
かしながら、前述したように主軸モータ１３と送り軸モ
ータ１８は同期して動作しなければならないから、最大
加速度が低い方のモータの最大加速度でもう一方のモー
タの加速度が制限される。従って、主軸モータ１３と送
り軸モータ１８のそれぞれについて実現可能な最大の加
速度を求め、このうち低い方の加速度で両方のモータを
制御することとなる。

【００２９】レファレンス点Ｒ及び終端点Ｚの座標、主
軸回転速度、及び終端点でのドゥエル時間は予めＮＣプ
ログラムで指定されているので、タッピング加工時にお
ける加速度が定まれば送り軸モータ１８の位置指令デー
タは一義的に求められる。この送り軸モータ１８の位置
指令データを前述の式（Ｆ＝Ｐ×Ｓ）の関係に基づいて
主軸回転位置に換算すれば主軸モータ１３の位置指令デ
ータとなる。こうして求めた位置指令データは所定の制
御周期毎の位置指令値として、配列変数の形で位置指令
データ記憶領域３３２に記憶される。送り軸モータ１８
の位置指令値を記憶する配列変数Ｃｍ（ｎ）のデータ例
を図４に示す。

【００３０】（第２ステップ：同期制御）次に、位置指
令データに基づいて主軸モータ１３及び送り軸モータ１
８を同期制御してタッピング加工を行う手順について説
明する。タッピング加工が開始されると、メインＣＰＵ
３１は位置指令データ記憶領域３３２に記憶した位置指
令データに基づいて位置指令値をＤＰ−ＲＡＭ３６に書
き込む。ドライブ回路３５はこの位置指令値にモータを
追従させるべくドライブユニットへの速度指令を行う。
具体的には、ドライブユニットから受け取ったモータの
実際の回転位置データとメインＣＰＵ３１から指示され
た位置指令値とを比較して、その差を位置偏差として演
算し、この位置偏差に応じた速度指令をドライブユニッ
トへ送る。即ち、位置偏差が大きければ、位置指令値に
モータを追従させるべく、速度指令値を大きくするので
ある。これにより、ドライブユニットはモータへ供給す
る電流を増加させ、その結果モータのトルクが増して位
置偏差を小さくするように制御する。このような手順に
より、位置指令データ記憶領域３３２に記憶された位置
指令データに対し、主軸モータ１３及び送り軸モータ１
８が各々の負荷に応じた位置偏差をもって追従して行く
のである。

【００３１】（第３ステップ：同期誤差演算）主軸モー
タ１３と送り軸モータ１８は、完全に同期した位置指令
データに基づいて制御しても、制御の対象となる負荷が
異なるので、動作時の位置偏差は異なることになる。そ
の様子を図５（ａ）に示す。なお、この図においては、
主軸の位置指令値及び測定位置を、前述の式（Ｆ＝Ｐ×
Ｓ）の関係に基づいて、送り軸位置指令値及び測定位置
に換算して表している。

【００３２】図５（ａ）において、実線は位置指令値、
破線は送り軸の実際の位置、一点鎖線は主軸の実際の位
置（の換算値）を示す。時間軸のＴｃは所定の制御周期
を示すものである。実際の制御周期は図５（ａ）に示さ
れる時間幅よりも細かいが、説明のために拡大して図示
してある。

【００３３】一般には送り軸よりも主軸の方が指令位置
に対する追従性が悪いので、図５（ａ）のように送り軸
の位置偏差よりも主軸の位置偏差の方が大きくなる。送
り軸の位置と主軸の位置との差（図５（ａ）の矢印線の
長さに相当）が同期誤差量である。

【００３４】この同期誤差を求めるために、所定の制御
周期Ｔｃ毎に主軸及び送り軸の実際の位置を記憶する手
順を図６のフローチャートに基づいて説明する。上記第
２ステップでの同期制御の実行中に、メインＣＰＵ３１
は各モータの現在値を所定の制御周期Ｔｃ毎にドライブ
回路３５から読み出し（Ｓ１００）、ＲＡＭ３３の位置
データ記憶領域３３３に記憶する。Ｓ１１０は主軸の現
在値を位置データ記憶領域３３３上の配列変数Ｐ１（）
に記憶する処理であり、Ｓ１２０は送り軸の現在値を同
じく位置データ記憶領域３３３上の配列変数Ｐ２（）に
記憶する処理である。Ｓ１３０ではＰ１（）、Ｐ２（）
の引数ｎをインクリメントする。なお、ｎは予め「１」
に初期化されている。Ｓ１３０ではｎの値がｍに代入さ
れる。これらの処理は一回のタッピング加工が終了する
まで制御周期毎に繰り返される。タッピング加工が終了
した時点では、ｍにはｎの最大値が記憶されていること
になる。

【００３５】これにより、一回のタッピング加工におけ
る制御周期毎の主軸及び送り軸の実際の位置データがＲ
ＡＭ３３の位置データ記憶領域３３３に記憶される。

【００３６】一回のタッピング加工が終わると、図７に
示すフローチャートに従って制御周期毎の同期誤差を演
算する。Ｓ２００ではｎの値を「１」に初期化し、Ｓ２
１０で各制御周期毎の同期誤差を演算する。即ち、送り
軸位置Ｐ２（ｎ）から主軸位置Ｐ１（ｎ）を引いた値
（同期誤差）をＰｅ（ｎ）に代入する。次にＳ２２０で
ｎをインクリメントする。Ｓ２３０で全ての同期誤差演
算が終了したかをチェックし、終了していなければＳ２
１０とＳ２２０の処理を繰り返す。演算した同期誤差Ｐ
ｅ（ｎ）はＲＡＭ３３の同期誤差データ記憶領域３３４
に記憶される。

【００３７】これにより、一回のタッピング加工におけ
る制御周期毎の主軸と送り軸との同期誤差データがＲＡ
Ｍ３３の同期誤差データ記憶領域３３４に記憶される。

【００３８】（第４ステップ：位置指令データ補正）次
に、第３ステップで求めた同期誤差をもとに、第１ステ
ップで記憶した位置指令データを補正する。この補正は
送り軸モータ１８の位置指令データを補正するものでも
良いし、主軸モータ１３の位置指令データを補正するも
のでも良い。若しくはこの両方を補正するものでも良
い。例として送り軸モータ１８の位置指令データを補正
する場合について説明する。

【００３９】この補正は図８のフローチャートに従って
行われる。Ｓ３００でｎの値を「１」に初期化し、Ｓ３
１０で送り軸モータ１８の位置指令値Ｃｍ（ｎ）から同
期誤差Ｐｅ（ｎ）を引いた値をＣｍ（ｎ）に代入する。
即ち、図５（ａ）に示したように主軸に対して送り軸が
進んでいるので、同期誤差分を送り軸指令値から減算す
ることにより、主軸の実際の動きに送り軸の動きが一致
するように送り軸の指令値を遅らせるのである。この処
理をｎ＝１〜ｍまで繰り返す（Ｓ３２０、Ｓ３３０）。
この位置指令値の補正を概念的に示したものが図５
（ｂ）である。

【００４０】以上、説明した第１〜第４ステップによ
り、同期誤差が少なくなるように補正された位置指令デ
ータを得ることができるので、次回以降の加工時におけ
る同期誤差を少なくすることができる。一般に同期誤差
は主軸及び送り軸を高速に動かすほど大きくなるため、
従来はモータの容量・性能に比較して低めの速度設定を
しなければならなかった。上記説明した方法によれば、
モータを高速に動かすことにより大きな同期誤差が発生
しても、その同期誤差を少なくするように位置指令デー
タを補正するので、次回以降の加工時には同期誤差の発
生を抑えることができる。このため、高速・高精度な加
工が可能となる。

【００４１】この補正は１回だけでなく、複数回繰り返
し行うとより効果的である。即ち、補正後の位置指令デ
ータに基づいて再度同期制御を行い、その際の同期誤差
に応じて位置指令データを補正することを繰り返せば、
さらに理想的な位置指令データを得ることができる。

【００４２】ところで、同期制御時には何らかの原因で
主軸又は送り軸に外乱が発生することがある。外乱が発
生するとその外乱によって発生した位置偏差が同期誤差
として測定され、この同期誤差に基づいて位置指令値の
不適当な補正をしてしまうことがある。所定の繰り返し
回数の初期段階で外乱が発生した場合には、その後の補
正で理想的な位置指令データに近づいて行くが、繰り返
し終了間際に発生した外乱による位置指令データの乱れ
は修正されないまま確定してしまう場合がある。

【００４３】これを防ぐためには、繰り返しが進むに従
って、同期誤差量に対する位置指令値の補正量の割合を
徐々に少なくするとよい。つまり、図８のＳ３１０では
演算した同期誤差量Ｐｅ（ｎ）が即ち位置指令値Ｃｍ
（ｎ）の補正量であったが、繰り返しの回数が進むにつ
れて同期誤差量Ｐｅ（ｎ）に対する位置指令値Ｃｍ
（ｎ）の補正量を減縮するのである。これにより、繰り
返しの途中で発生した外乱によって位置指令データが乱
れても、その乱れが最後まで残ることを防止することが
できる。

【００４４】補正量を少なくする処理方法としては、測
定した同期誤差に乗ずる係数を徐々に小さくするもので
も良いし、補正量の制限値（最大値）をカウント値に応
じて減縮するものでも良い。前者の処理方法による位置
指令データ補正手順のフローチャート例を図９に、後者
の処理方法による位置指令データ補正手順のフローチャ
ート例を図１０に示す。

【００４５】図９において、ｋは予め初期値が設定され
た係数である。Ｓ４００からＳ４３０の処理により、ｎ
＝１〜ｍについて位置指令値の補正が終了すると、Ｓ４
４０で「ｋ←ｋ×０．８」とされ、次回の位置指令デー
タ補正時におけるＳ４１０ではこの変更されたｋと同期
誤差Ｐｅ（ｎ）を乗算した値で位置指令値Ｃｍ（ｎ）を
補正する。このように繰り返しの度に、測定した同期誤
差量に対する位置指令値補正量の比率を小さくする。

【００４６】図１０は位置指令値の補正量の制限値（最
大値）を繰り返しのカウント値に応じて減縮する位置指
令データの補正処理のフローチャートである。図１０に
おいて、ＬＩＭ０は補正量制限値が設定された定数であ
り、ＬＩＭはＣＮＣ３０の立ち上がり時にＬＩＭ０の値
に初期化されている。Ｓ５１０で同期誤差Ｐｅ（ｎ）が
Ｐｅに代入され、Ｓ５２０でＰｅの絶対値がＬＩＭを超
えていないかを判定する。超えていればＳ５３０でＰｅ
の絶対値がＬＩＭの値になる。つまりＰｅが正の値であ
ればＰｅ＝ＬＩＭに、Ｐｅが負の値であればＰｅ＝−Ｌ
ＩＭとなる。即ち、Ｓ５２０及びＳ５３０で同期誤差Ｐ
ｅの絶対値がＬＩＭまでに制限され、Ｓ５４０ではこの
絶対値が制限されたＰｅで位置補正値Ｃｍ（ｎ）を補正
する。変数ＣＮＴはＳ５７０で繰り返しの度にインクリ
メントされる繰り返し回数カウンタであり、Ｓ５８０で
このＣＮＴに反比例するようにＬＩＭの値を更新する。
即ち、繰り返し回数カウンタＣＮＴが大きくなるに従っ
てＬＩＭの値は反比例して小さくなって行き、位置指令
データの補正幅の上限が限られてゆく。

【００４７】なお、図９及び図１０では繰り返し回数が
進む都度、測定した同期誤差に対する位置指令値補正量
の許容値を小さくする処理方法の例を示したが、このよ
うな方法に限らず、所定の繰り返し回数（例えば５回）
繰り返しを行う度にこの許容値を小さくするものでもよ
い。

【００４８】また、繰り返しの回数はユーザーが指定す
るものでも良いし、システムで予め決められた回数だけ
繰り返すものでも良い。あるいは、同期誤差が所定の許
容範囲内に収まるまで繰り返すようにしても良い。

【００４９】図１１に繰り返しの実行回数に伴って同期
誤差が小さくなっていく様子の一例を示す。

【００５０】第２ステップでの同期制御は、実際にワー
クＷにタッピング加工を行うものでも良いし、ワークＷ
のない空運転の状態で行うものでも良い。実際にタッピ
ング加工を行う場合には切削抵抗まで含めた同期誤差を
測定できる。

【００５１】一方、空運転による場合には、工作物の違
いによって生じる誤差や切削時の外乱の影響を排除し、
移動台や主軸等に作用する慣性力や摺動抵抗などの装置
自体の影響による追従遅れ、及び、ドライブ回路３５や
ドライブユニットのサーボ処理により発生するサーボ系
の遅れによって発生する同期誤差を的確に測定すること
ができる。また、実際に加工を行わなくても位置指令デ
ータを補正することが可能となるため、ＮＣプログラム
で比較的高速な主軸回転速度を指定した場合でも、工具
の破損やねじ山の潰れを招くことなく、補正された位置
指令データを得ることができる。従って、まず、空運転
により位置指令データを補正し、その後、実際にタッピ
ング加工を行ってさらに位置指令データを補正するよう
にすれば、工具の破損やねじ山の潰れを招くことなく、
理想的な位置指令データを得ることができる。

【００５２】なお、本実施の形態では、一回のタッピン
グサイクル及び逆タッピングサイクルにおける同期制御
時の主軸及び送り軸の実際の位置を記憶しておき、後か
ら同期誤差を演算して位置指令パターンの補正を行って
いたが、これらの処理は同期制御と並行して行ってもよ
い。即ち、図６から図１０に示すフローチャートの処理
は、同期制御と並行して行っても良い。

【００５３】また、第４ステップの位置指令データ補正
においては、第３ステップで求めた同期誤差を基に数制
御周期先の位置指令データを補正し、この補正された位
置指令データに基づいてその回の同期制御をするように
してもよい。この処理は、例えば図８に示すフローチャ
ートのＳ３１０の左辺「Ｃｍ（ｎ）」の引数ｎに所定の
整数ｘを加算し、「Ｃｍ（ｎ＋ｘ）」とすること等によ
り実現できる。

【００５４】

【発明の効果】以上、述べたように請求項１又は６記載
の発明によれば、予め記憶した位置指令データに基づい
て主軸及び送り軸を同期制御し、この同期制御時にモニ
タした各軸の実際の位置から同期誤差を求め、この同期
誤差に基づいて前記位置指令データを補正するので、同
期誤差を減少させることができる。このため、高速・高
精度な加工が可能となる。

【００５５】請求項２記載の発明によれば、上記の効果
に加え、補正された位置指令データに基づいて次回以降
の同期制御を行うので、次回以降の同期制御時の同期誤
差を減少させることができる。

【００５６】請求項３記載の発明によれば、上記の効果
に加え、位置指令データに基づいた主軸及び送り軸の同
期制御と、同期制御時に発生した同期誤差の演算と、こ
の同期誤差に基づく位置指令データの補正を繰り返し行
うこととしたので、より理想的な位置指令データを得る
ことができる。

【００５７】請求項４記載の発明によれば、上記の効果
に加え、繰り返しが進むに従って、前記演算した同期誤
差量に対する位置指令データの補正量の割合を徐々に少
なくすることとしたので、繰り返しがある程度進んだ段
階で発生した外乱の影響が、最後まで位置指令データに
残ることを抑えることができる。

【００５８】請求項５記載の発明によれば、上記の効果
に加え、工作物への加工を行わない空運転時をしたとき
の同期誤差に応じて前記位置指令データを補正するの
で、移動台や主軸等に作用する慣性力や摺動抵抗などの
装置自体の影響による追従遅れ、及び、サーボ演算処理
により発生するサーボ系の遅れ等の要因によって発生す
る同期誤差を的確に測定することができる。また、実際
の加工を行わなくても、上記の要因によって発生する同
期誤差を減少させる位置指令データを得ることができる
ので、まず、空運転により位置指令データを補正し、そ
の後、実際にタッピング加工を行ってさらに位置指令デ
ータを補正するようにすれば、工具の破損やねじ山の潰
れを招くことなく、より理想的な位置指令データを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるタッピング加工装
置の構成図

【図２】数値制御装置の構成を示したブロック図

【図３】タッピング加工における動作を示した説明図

【図４】位置指令値データの具体例を示した説明図

【図５】同期誤差演算及び指令位置補正の概念を示した
説明図

【図６】主軸及び送り軸の位置を記憶する処理手順を示
したフローチャート

【図７】同期誤差を計算し記憶する処理手順を示したフ
ローチャート

【図８】位置指令値を補正し記憶する処理手順を示した
フローチャート

【図９】位置指令値を補正し記憶する処理手順の変形例
を示したフローチャート

【図１０】位置指令値を補正し記憶する処理手順の変形
例を示したフローチャート

【図１１】本発明の効果の一例を示す説明図

【符号の説明】

１０ 主軸 １１ タップ １２ 移動台 １３ 主軸モータ １８ 送り軸モータ ２０ 主軸用ドライブユニット ２１ 送り軸用ドライブユニット ３０ 数値制御装置 ４０ プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ） ５０ 操作盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H269 AB06 BB03 BB05 EE10 HH07 JJ06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タップが取り付けられた主軸を駆動する主
   軸モータと前記主軸をその軸方向に進退移動させる送り
   軸を駆動する送り軸モータとを同期制御して工作物にタ
   ッピング加工を行うタッピング加工装置において、 予め設定されたタップ切込深さ及びねじピッチに基づい
   て前記主軸と前記送り軸の位置指令データを演算する位
   置指令データ演算手段と、 前記位置指令データを記憶部に記憶する位置指令データ
   記憶手段と、 前記記憶部に記憶した位置指令データに基づいて前記主
   軸モータ及び前記送り軸モータを同期制御する同期制御
   手段と、 前記同期制御時に前記主軸の実際の回転位置と前記送り
   軸の実際の送り位置とから前記主軸と前記送り軸の同期
   誤差を演算する同期誤差演算手段と、 前記同期制御時の同期誤差を減らすため、前記同期誤差
   演算手段により演算した同期誤差に基づいて前記記憶部
   に記憶した位置指令データを補正する位置指令データ補
   正手段とを備えたことを特徴とするタッピング加工装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載のタッピング加工装置であっ
   て、 前記同期制御手段は、前記補正された位置指令データに
   基づいて次回以降の同期制御をすることを特徴とするタ
   ッピング加工装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のタッピング加工装置
   であって、 前記同期制御手段と前記同期誤差演算手段と前記位置指
   令データ補正手段とを繰り返し動作させる繰り返し手段
   を備えたことを特徴とするタッピング加工装置。
4. 【請求項４】請求項３記載のタッピング加工装置であっ
   て、 前記位置指令データ補正手段は、繰り返しの実行回数に
   伴って、前記演算した同期誤差に対する位置指令データ
   の補正量の許容値を徐々に少なくすることを特徴とする
   タッピング加工装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至４の何れか一つに記載のタッ
   ピング加工装置であって、 前記位置指令データ補正手段は、前記同期制御手段にて
   工作物への加工を行わない空運転時をしたときの前記同
   期誤差に基づいて前記位置指令データを補正することを
   特徴とするタッピング加工装置。
6. 【請求項６】タップが取り付けられた主軸を駆動する主
   軸モータと前記主軸をその軸方向に進退移動させる送り
   軸を駆動する送り軸モータとを同期制御して工作物にタ
   ッピング加工を行うタッピング加工方法において、 予め設定されたタップ切込深さ及びねじピッチに応じて
   前記主軸と前記送り軸の位置指令データを演算して記憶
   する第１ステップと、 前記記憶した位置指令データに基づいて前記主軸モータ
   及び前記送り軸モータを同期制御する第２ステップと、 前記同期制御時に主軸の実際の回転位置と前記送り軸の
   実際の送り位置とから前記主軸と送り軸の同期誤差を演
   算する第３ステップと、 タッピング加工時の同期誤差を減らすべく、前記演算し
   た同期誤差に基づいて前記位置指令データを補正する第
   ４ステップとによって得られた位置指令データに基づい
   て工作物にタッピング加工を行うことを特徴とするタッ
   ピング加工方法。