JP2007319971A - ねじ切り加工方法及び工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ切りサイクル時間を短くして、ねじ切り加工時間を短縮することができるねじ切り加工方法及び工作機械を提供する。
【解決手段】ワーク２１を軸線の周りで回転させながら、工具２４をワーク２１の外周面と対応する加工動作開始位置Ｐ１、加工送り開始位置Ｐ２、加工送り終了位置Ｐ３及びねじ切り退避位置Ｐ４へ順に移動させて、ワーク２１の外周面にねじ切り加工を行う。このねじ切り加工において、加工送り開始位置Ｐ２、加工送り終了位置Ｐ３及びねじ切り退避位置Ｐ４にて、工具２４の移動を転換する際に、工具２４をＺ軸方向移動とＸ軸方向移動とに同時移動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ワークの外周面にねじ切り加工を行うためのねじ切り加工方法及びそのねじ切り加工を可能にした工作機械に関するものである。

従来、旋盤等の工作機械において、ワークの外周面にねじ切り加工を行う場合には、例えば、図１１に示すような方法が採用されていた。すなわち、ワーク４１を図示しない主軸に装着した状態で自身の中心軸線の周りに一方向へ回転させながら、ねじ切り用バイト等の工具４２をワーク４１の軸線と直交する方向（Ｘ軸方向）及びワーク４１の軸線方向（Ｚ軸方向）へ移動させる。そして、Ｘ軸方向への切り込み位置を中心軸線側に向かって徐々に変更しながら、つまり切り込み深さを深くしながら、工具４２の移動のサイクルを複数回行うことにより、ワーク４１の外周面にねじ切り加工を行うようにしている。

この場合、図１１及び図１２に示すように、前記工具４２は加工動作開始位置Ｐ１から加工送り開始位置Ｐ２までＸ軸方向へ早送りで移動された後、加工送り開始位置Ｐ２から加工送り終了位置Ｐ３までＺ軸方向へねじリードに合わせた加工送り速度で移動される。さらに、加工送り終了位置Ｐ３からねじ切り退避位置Ｐ４までＸ軸方向へ早送りで移動された後、ねじ切り退避位置Ｐ４から加工動作開始位置Ｐ１までＺ軸方向へ早送りで復帰移動される。以上のように、図１１及び図１２の従来技術においては、工具４２がＸ，Ｚ方向の１軸方向に２回ずつ移動される。

一方、工作機械において、工具等の移動体を２軸方向に同時に移動制御する方法としては、例えば特許文献１に開示されるような方法が従来から提案されている。この特許文献１に記載の方法では、移動体を直線状移動経路の外側領域で、円弧状軌跡を描いて移動させるようにして、移動体の急激な加減速が行われないようにしている。
特開２００６−２４１７４号公報

ところで、図１１及び図１２に示す従来のねじ切り加工方法では、前記位置Ｐ１，Ｐ２間、Ｐ２，Ｐ３間、Ｐ３，Ｐ４間及びＰ４，Ｐ１間の移動時間をそれぞれｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４とすると、工具４２が移動される１サイクル分のねじ切り加工時間ｔ０は、最低でも単純にｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４となる。しかも、工具４２は各位置Ｐ１〜Ｐ４において直角に方向転換されるため、それらの各位置Ｐ１〜Ｐ４において、工具移動が停止されるのは避けることができず、加工時間に停止時間が加算される。

以上のように、図１１及び図１２に示す従来のねじ切り加工においては、工具４２の移動時間が、工具移動停止時間を含むＸ，Ｚ軸上の移動時間の単純加算であるため、ねじ切り加工時間Ｔが長くなる。特に、ワーク４１がチタンのような難削材であると、１サイクルにおける工具４２のＸ軸方向の切り込み量が制限されるため、切り込みサイクル数が多くなり、１サイクルの加工時間が長くなると、結果としてトータルのねじ切り加工時間Ｔが大幅に長くなるという問題があった。

また、前記特許文献１に記載の方法においては、移動体が同時に２軸方向において移動されるが、その移動体は直線状移動経路の外側領域で円弧状軌跡を描いて膨らむように遠回りして移動されるようになっているため、この方法をねじ切り加工の工具送りに応用しても、ねじ切り加工時間を大幅に短縮することはできない。つまり、この特許文献１の技術を図１１及び図１２の従来技術に適用した場合は、ねじ切り１サイクルについて、位置Ｐ３から位置Ｐ４への移動で減速した場合と早送りで移動し続けた場合との差分しか期待できない。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ねじ切りサイクル時間を短くして、ねじ切り加工時間を短縮することができるねじ切り加工方法及び工作機械を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本願のねじ切り加工方法に係る請求項１に記載の発明は、ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具を加工送り開始位置方向に前進移動させ、次いで、加工送り開始位置からワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させることにより工具を加工送りして、その工具により回転中のワークに対してねじ切り加工を施し、引き続き、ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具を退避位置方向に後退移動させ、さらに、ワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させて工具を復帰移動させるねじ切り加工方法において、前記工具の加工送り範囲の端部における加減速領域の位置と、ねじ外径とのうちの少なくとも一方をもとに同時移動開始位置を設定し、その同時移動開始位置からワーク軸線方向及びその軸線と直交する２方向に同時移動されるように工具とワークの相対移動を行うことを特徴とする。

この発明において、ワークの軸線方向等に沿う各方向への工具の移動は、工具とワークとの間の相対移動を指すものとし、すなわち工具及びワークのうちの少なくとも一方が他方に対して移動することを指すものとする。従って、工具及びワークのうちのいずれか一方のみが移動しても、あるいは双方が移動してもよく、要するに、相対移動により工具とワークとの位置関係が変化すればよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記同時移動を構成する２方向移動のうちの少なくとも一方向の移動を早送りで行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記復帰移動と前進移動との同時移動を実行させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の発明において、加工送りの終了側における同時移動領域を、前記加工送りと後退移動との両移動が実行される前半領域部と、後退移動と復帰移動との両移動が実行される後半領域部とにより構成したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記後半領域は、ワークのねじ部の外周を軸線方向に通る延長線の外周側に設定されることを特徴とする。
工作機械に係る請求項６に記載の発明においては、ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具が加工送り開始位置方向に前進移動され、次いで、加工送り開始位置からワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させることにより工具が加工送りされて、その工具により回転中のワークに対してねじ切り加工が施され、引き続き、ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具が退避位置方向に後退移動され、さらに、ワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させることにより工具が復帰移動されるように、工具の移動を制御する制御手段を設けた工作機械において、前記制御手段は、前記工具の加工送り範囲の端部における加減速領域の位置と、ねじ外径とのうちの少なくとも一方をもとに同時移動開始位置を設定し、その同時移動開始位置からワーク軸線方向及びその軸線と直交する２方向に同時移動されるように工具とワークの相対移動を行わせる制御を実行することを特徴とする。

従って、この発明において、ねじ切り加工時に、加工送り範囲の端部に対応した同時移動開始位置から工具がワーク軸線方向及びその軸線と直交する２方向に同時移動されため、工具が加工動作開始点等において、工具とワークとの干渉を避けつつ円弧に近似した曲線軌跡を描いて近回りで移動されて、１サイクルのねじ切りサイクル時間を短くすることができ、複数回のねじ切りサイクルによるねじ切り加工時間を短縮することができる。

また、同時移動を構成する２方向移動のうちの少なくとも一方向の移動を早送りで行うようにすれば、ねじ切り加工時間をさらに短縮できる。

以上のように、この発明によれば、工具とワークとの不要な干渉を避けつつねじ切りサイクル時間を短くして、ねじ切り加工時間を短縮することができるという効果を発揮する。

（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態の工作機械では、ワーク２１はその先端側にねじ部２１ｂを有するとともに、ねじ部２１ｂの基端側には環状の逃げ溝２１ａが形成されている。そして、ワーク２１が図２に示す主軸台２２上の主軸２３に装着されて、その主軸２３の回転により自身の中心軸線の周りで一方向に連続回転されるとともに、主軸台２２の移動により前記中心軸線と平行な軸線方向（Ｚ軸方向）へ移動される。

これに対して、ねじ切り用バイト等の工具２４は図２に示す刃物台２５上に搭載されて、その刃物台２５の移動によりワーク２１の軸線と直交する方向（Ｘ軸方向）へ、すなわちワークの軸線と直角に交差する面に沿って移動される。そして、ワーク２１が回転されながら、ワーク２１及び工具２４の移動により、工具２４がワーク２１に対してねじ切り加工のためにＸ軸方向及びＺ軸方向に相対移動される。このとき、工具２４のＸ軸方向への切り込み位置は、ねじ切りサイクル毎に同Ｘ軸方向への移動が延長されてワーク２１の中心軸線に向かって徐々に変更される。このようにして、ねじ切り加工のためのワーク２１及び工具２４の相対移動が複数サイクル（例えば、数回〜数十回）繰り返し行われることにより、回転中のワーク２１の外周面の所定範囲にねじ切り加工が行われて、ねじ部２１ｂが形成される。なお、以上のように、ワーク２１と工具２４との間の相対移動は、以降の説明においては、工具２４がワーク２１に対して単独でＸ軸方向及びＺ軸方向に移動するものとして説明する。

すなわち、図１及び図３に示すように、前記工具２４は、ワーク２１の外周面からＸ軸方向へ所定距離ｑだけ退避したところに位置する加工動作開始位置Ｐ１から加工送り開始位置方向へその加工送り開始位置Ｐ２までＸ軸方向に沿って早送りで前進移動された後、加工送り開始位置Ｐ２から加工送り終了位置Ｐ３に向かってＺ軸方向に沿ってねじリードに合わせた前記早送りより遅い加工送りで移動される。さらに、工具２４は加工送り終了位置Ｐ３付近からねじ切り退避位置Ｐ４方向に向かってＸ軸方向へ早送りで移動された後、ねじ切り退避位置Ｐ４付近から加工動作開始位置Ｐ１方向に向かいＺ軸方向に沿って早送りで復帰移動されて、１サイクルの動作が終了する。そして、このサイクルが複数回繰り返されるごとに、加工送り開始位置Ｐ２の位置がＸ軸方向においてワーク２１の中心軸線側へ徐々に近付けられて、ワーク２１の外周面に対する切り込み位置が変更される。

次に、前記ワーク２１のねじ切り加工に際して、工具２４の相対移動等を制御するための制御装置について説明する。図２に示すように、この制御装置２７は、制御手段を構成し、ＣＰＵ（中央演算装置）２８、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）２９、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３０、入力部３１、表示部３２、主軸回転制御回路３３、主軸送り制御回路３４及び工具送り制御回路３５を備えている。前記入力部３１は数値キー等を有するキーボードから構成され、ねじ切り加工の開始に際してワーク２１の種類や外径寸法のデータ、ねじリード等を含む加工データがこの入力部３１から入力される。表示部３２は液晶ディスプレイ等の表示装置からなり、入力部３１から入力されたデータ等の各種のデータを表示する。

前記ＲＯＭ２９には、ねじ切り加工時に工具２４及びワーク２１を動作させてそれらを相対移動させたりするための制御プログラムが格納されている。ＲＡＭ３０は、ＣＰＵ２８にて演算された工具２４の移動位置データや、入力部３１から入力されたワーク２１に関するデータ等を一時的に記憶する。

ＣＰＵ２８は、ねじ切り加工に際して、後述するように、工具２４の加速度等のデータから加工送り範囲の両端部における加減速領域δ１，δ２の長さを演算するとともに、この加減速領域δ１，δ２に基づいて工具２４のＸ軸方向とＺ軸方向との同時移動を開始するための同時移動開始位置を演算する。そして、ＣＰＵ２８は、算出した位置データに基づいて、工具２４をＸ，Ｚ軸の２軸方向において同時に移動させる。なお、前記加減速領域δ１，δ２のうち、加工送り開始側の加減速領域δ１は、プラスの加減速（加速）領域，加工送り終了側の加減速領域δ２はマイナスの加減速（減速）領域である。

そして、図１及び図３に示すように、ねじ切り加工時における工具２４の移動に際して、工具２４のＺ軸方向への加工送りは、加工送り開始位置Ｐ２にて加速が開始されるとともに、ねじ部２１ｂの端面と前記位置Ｐ２との間の位置Ｐ２ａにおいてねじ切りのための定常速度に達する。そして、ねじ切り終了にともない、加工送り終了位置Ｐ３とねじ部２１ｂの端面との間の位置Ｐ３ａにて減速が開始される。このため、定常速度域である位置Ｐ２ａ，Ｐ３ａとの間は、有効ねじ切り領域αとなって、ねじ部２１ｂに対しては所定の加工送り速度で正確なリードのねじ切り加工が行われる。これに対し、有効ねじ切り領域αの両端の位置Ｐ２と位置Ｐ２ａとの間、及び、位置Ｐ３と位置Ｐ３ａとの間においては、加速または減速領域であるため、工具送りは、ねじのリードに対して対応しない不完全ねじ領域となる。この不完全ねじ領域である加減速領域δ１，δ２では、どのような軌跡で工具送りが行われても有効ねじ切り領域αで加工される有効ねじ部のねじ精度に影響を与えることがない。そして、有効ねじ切り領域αがねじ部２１ｂを確実に包含するように、加工送り開始位置Ｐ２とねじ部２１ｂの端面との間及びねじ部２１ｂの端面と加工送り終了位置Ｐ３との間には、前記加減速領域δ１，δ２の長さより長い空走領域Ｄ１，Ｄ２が確保される。つまり、前記ねじ切り加工における加工送り開始位置Ｐ２及び加工送り終了位置Ｐ３の空走領域Ｄ１，Ｄ２の長さは、この加減速領域δ１，δ２の長さよりも余裕を持って、
Ｄ１＝Ｄ２＞δ１＝δ２
となるように設定される。

そして、前記ＣＰＵ２８は、ねじ切り加工に際して前記加減速領域δ１，δ２のワーク軸線方向における長さを、工具２４のＺ軸方向への送り速度、加減速度、加減速方式等の送り制御パラメータに基づいて算出する。すなわち、加減速方式が直線加減速方式で、サーボの遅れの少ないフィードフォワード制御の場合、主軸２３（つまりワーク２１）の回転数をＮ（１／ｓｅｃ）、ねじリードをＬ（ｍｍ）とすると、送り速度Ｆは、Ｎ・Ｌ（ｍｍ／ｓｅｃ）として算出される。また、加減速時間をｔ（ｓｅｃ）とすると、加減速領域δ１，δ２はそれぞれＦ・ｔ／２として算出される。

ここで、加工送り開始位置Ｐ２側の加減速領域δ１の長さは、図４の工具２４の復帰移動を示す三角波状の速度カーブに対応した点Ａ１，Ａ２，Ａ３内の面積に相当し、加工送り終了位置Ｐ３側の加減速領域δ２の長さは、工具２４の加工送り移動を示す同図の台形波状の速度カーブに対応した点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３内の面積に相当する。

そして、前記ＣＰＵ２８は、加工動作開始位置Ｐ１、加工送り終了位置Ｐ３及びねじ切り退避位置Ｐ４にそれぞれ対応して、工具２４の移動方向をＸ軸方向とＺ軸方向との間で転換する際に、算出した加減速領域δ１，δ２の長さまたはあらかじめＲＡＭ３０に設定されたねじ外径のデータに基づいて、工具２４をＸ軸方向とＺ軸方向とに同時移動させるための同時移動開始位置の位置データを算出する。

すなわち、工具２４をねじ切り退避位置Ｐ４付近から加工動作開始位置Ｐ１付近を経て加工送り開始位置Ｐ２に早送りで前進移動させる際に、工具２４の移動方向を加工動作開始位置Ｐ１付近においてＺ軸方向からＸ軸方向に転換させるとき、Ｚ軸方向の移動とＸ軸方向との早送りの同時移動を開始させるためのＺ軸座標上の同時移動開始位置Ｐ１ａを加減速領域δ１の長さを加工動作開始位置Ｐ１の位置データに基づいて算出する。具体的には、加工動作開始位置Ｐ１より加減速領域δ１だけ手前に同時移動開始位置Ｐ１ａを設定する。

また、工具２４の移動方向を同時移動開始位置としての減速開始位置Ｐ３ａを経た後においてＺ軸方向からＸ軸方向に転換させるとき、位置Ｐ３ａを、加工送り終了位置Ｐ３の位置データに基づいて算出する。具体的には、加工送り終了位置Ｐ３より加減速領域δ２だけ手前に位置Ｐ３ａを設定する。

また、工具２４を加工送り終了位置Ｐ３付近からねじ切り退避位置Ｐ４に向かって早送りでＸ軸方向に移動させる際に、工具２４の移動方向をねじ切り退避位置Ｐ４付近においてＸ軸方向からＺ軸方向に転換させるとき、Ｘ軸方向の移動と同時にＺ軸方向の早送りの移動を開始させるための同時移動開始位置としてのＸ軸座標上の位置Ｐ４ａを、ワーク２１のねじ外径を示すデータに基づいて算出する。具体的には、その位置Ｐ４ａをねじ部２１ｂの外周面から軸線方向に延長された線上とする。この実施形態においては、工具２４が加工送りから復帰移動へ移行する領域において、前記位置Ｐ４ａを境にして加工送り側を前半領域部，復帰移動側を後半領域部とする。

そして、ＣＰＵ２８は、前記のように算出した位置Ｐ３ａ，Ｐ４ａ，Ｐ１ａの位置データに基づいて、工具２４の２軸方向の同時移動が実行されるように、主軸送り制御回路３４及び工具送り制御回路３５に作動指令を出力することにより、図２に示す主軸送り駆動装置３７及び工具送り駆動装置３８を介して、主軸台２２及び刃物台２５を作動させる。これにより、図１に示すように、工具２４は加工送り終了位置Ｐ３、ねじ切り退避位置Ｐ４及び加工動作開始位置Ｐ１付近において、ねじ部２１ｂの端部を周回する円弧に近似した曲線軌跡を描いて近回りで相対移動される。なお、前記主軸２３，主軸台２２及び刃物台２５の移動を駆動するモータ（図示しない）は、それぞれエンコーダ（図示しない）を有し、これらのエンコーダからの出力により、ワーク４１及び工具４２の位置が監視される。

次に、前記のような構成の工作機械において、ワーク２１にねじ切り加工を行う場合の動作について説明する。
さて、この工作機械において、主軸２３にワーク２１を装着した状態で、ねじ切り加工運転が開始されると、ＣＰＵ２８の制御に基づいて、主軸２３が回転されてワーク２１が自身の中心軸線の周りで連続回転される。それとともに、工具２４のＸ軸，Ｙ軸方向への移動が図５のフローチャートに示す各ステップ（以下単にＳという）において制御される。その結果、工具２４がワーク２１に対して移動されて、ワーク２１の外周面にねじ切り加工が行われ、図１に示す所定範囲にわたる長さのねじ部２１ｂが形成される。なお、図５のフローチャートは、ＲＯＭ２９に格納されたプログラムがＣＰＵ２８の制御のもとに進行するものである。また、ＲＡＭ３０には、ワーク２１の外径，軸線方向長さ，工具２４の送り移動加速度，早送り加減速度や早送り速度等の各種データがあらかじめ記憶されている。

すなわち、ねじ切り加工運転が開始されると、図５のＳ１において、工具２４が退避位置である加工動作開始位置Ｐ１に位置決めされる。次のＳ２においては、有効ねじ切り領域αの両端部における加工送り開始位置Ｐ２側の加減速領域δ１及び加工送り終了位置Ｐ３側の加減速領域δ２のワーク軸線方向における長さが算出される。続いて、Ｓ３においては、加工送り終了位置Ｐ３に対応して工具２４の減速を開始するとともに、ねじ切り退避位置Ｐ４に向かって工具２４のＸ軸方向へ移動を開始させるＺ軸座標上の位置Ｐ３ａが、加工送り終了位置Ｐ３側の加減速領域δ２の長さに基づいて算出される。Ｓ４においては、加工送り開始位置Ｐ２に向かって工具２４のＸ軸方向へ移動を開始させるＺ軸座標上の位置Ｐ１ａが、加工送り開始位置Ｐ２側の加減速領域δ１の長さに基づいて算出される。

その後、Ｓ５においては、１回目のねじ切り加工動作が開始され、工具２４が加工動作開始位置Ｐ１から加工送り開始位置Ｐ２までＸ軸方向へ早送りで移動されて、Ｘ軸座標上の所定の切り込み位置，すなわち所定の切り込み深さに相当する加工送り開始位置Ｐ２に位置決めされる。次のＳ６においては、工具２４がねじリードに合わせた加工送りで、加工送り開始位置Ｐ２から加工送り終了位置Ｐ３に向かってＺ軸方向へ移動されて、ワーク２１の外周面のねじ切り加工が行われる。そして、Ｓ７においては、工具２４が加工送り終了位置Ｐ３よりも加減速領域δ２だけ手前側に位置するＺ軸座標上の位置Ｐ３ａに到達したか否かが判別され、位置Ｐ３ａに到達した場合には次のＳ８に進行する。Ｓ８においては、工具２４のＺ軸方向への移動が終了する前に、位置Ｐ３ａからＸ軸方向への移動が開始されて、工具２４がねじ切り退避位置Ｐ４に向かって早送りで移動される。なお、図１に示すように、ワーク２１のねじ切り加工部の基部には逃げ溝２１ａが形成されているため、工具２４とワーク２１とが干渉することはない。

従って、図１に示すように、前記Ｚ軸座標上の位置Ｐ３ａ以降では、工具２４が、Ｚ軸方向への加工送り速度からの減速移動とＸ軸方向への早送りとの２軸方向の同時移動状態で、加工送り終了位置Ｐ３よりも近回りの円弧に近似した曲線軌跡を描いて移動される。そして、工具２４のＺ軸方向の移動位置が加工送り終了位置Ｐ３と同一のＺ軸線上に達したとき、すなわち、工具２４のＺ軸方向への移動が終了したときには、工具２４がＸ軸方向へ位置Ｐ３ｂまで移動されている。

続いて、図５のＳ９においては、工具２４のＸ軸方向の移動位置がワーク２１のねじ外径に相当するＸ軸座標上の位置Ｐ４ａを越えたか否かが判別され、位置Ｐ４ａを越えた場合には次のＳ１０に進行する。Ｓ１０においては、工具２４のＸ軸方向への移動が終了する前に、Ｚ軸方向への移動が開始されて、工具２４が加工動作開始位置Ｐ１に向かって早送りで移動される。

従って、図１に示すように、前記Ｘ軸座標上の位置Ｐ４ａ以降では、工具２４がＸ軸方向とＺ軸方向との２軸方向の早送り同時移動状態で、ねじ切り退避位置Ｐ４よりも近回りの円弧に近似した曲線軌跡を描いて移動される。この場合、工具２４のＸ軸方向への移動位置が前記位置Ｐ４ａに達するまでの移動量は、図４の速度カーブに対応する点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３間の三角形面積に相当する。また、図１に示すように、前記位置Ｐ４ａ以降の移動領域がワーク２１のねじ外径よりも外側にあるため、工具２４が近回り移動されても、工具２４とワーク２１とが干渉することはない。そして、工具２４がねじ部２１ｂの外周面から所定距離ｑに達したところで、工具２４はＸ軸方向への移動が停止され、Ｚ軸方向へ早送りで復帰移動される。

次に、図５のＳ１１においては、所定サイクル数のねじ切り加工が終了したか否かが判別され、加工が終了していない場合にはＳ１２に進行する。Ｓ１２においては、ワーク２１の外周面に対するＸ軸方向への新たなねじ切り込み量を加えた次回の加工送り開始位置Ｐ２の位置が算出される。続いて、Ｓ１３においては、工具２４が加工送り開始位置Ｐ２よりも加減速領域δ１だけ手前側に位置するＺ軸座標上の位置Ｐ１ａに到達したか否かが判別され、位置Ｐ１ａに到達した場合には次のＳ１４に進行する。Ｓ１４においては、工具２４のＺ軸方向への移動が終了する前に、Ｘ軸方向への移動が開始されて、工具２４が加工送り開始位置Ｐ２に向かって早送りで移動される。

従って、図１に示すように、前記Ｚ軸座標上の位置Ｐ１ａ以降では、工具２４がＺ軸方向とＸ軸方向との２軸方向の早送りの同時移動状態で、加工動作開始位置Ｐ１の内側における近回りの円弧に近似した曲線軌跡を描いて移動される。そして、この場合、工具２４のＺ軸方向とＸ軸方向との２軸方向同時移動の領域は、工具２４とワーク２１とが干渉する領域の外側に位置するため、工具２４とワーク２１との干渉を避けることができる。

その後は、前記Ｓ５に戻って、工具２４が加工送り開始位置Ｐ２に位置決めされる。この加工送り開始位置Ｐ２は、前回のねじ切り加工時の加工送り開始位置Ｐ２よりもＸ軸方向に切り込まれた位置となっている。そして、これ以降は、前記Ｓ６〜Ｓ１４の動作が繰り返し行われて、工具２４が複数回サイクル加工移動されて、ワーク２１の外周面にねじ切り加工が行われる。そして、前記Ｓ１１の判別において、複数回のねじ切り加工が終了すると、Ｓ１５に進行して、工具２４は加工動作開始位置Ｐ１に位置決めされて停止され、ワーク２１の回転が停止されて、ねじ切り加工運転が終了する。

以上のように、この実施形態の工作機械のねじ切り加工時には、加工送り開始位置Ｐ２、加工送り終了位置Ｐ３及びねじ切り退避位置Ｐ４において、工具２４の移動方向が転換される際に、工具２４がＸ軸方向とＺ軸方向との２軸方向で同時移動される。従って、図３及び図４に示すように、図１２に示す従来のねじ切り加工における送り速度の時間変化に比較して、前記各位置Ｐ２〜Ｐ４での同時移動の移動時間ｔａ，ｔｂ，ｔｃ分だけ加工時間が短縮される。

すなわち、従来のねじ切り加工における１サイクル分のねじ切りサイクル時間をｔ０とすると、この実施形態のねじ切り加工における初回の１サイクル分のねじ切りサイクル時間ｔ０ｘ１は、ｔ０ｘ１＝ｔ０−ｔｂ−ｔｃとなる。また、２回目以降の１サイクル分のねじ切りサイクル時間ｔ０ｘ２は、ｔ０ｘ２＝ｔ０−ｔａ−ｔｂ−ｔｃとなる。さらに、従来のねじ切り加工における加工全体のねじ切り加工時間をＴとし、ねじ切り回数をＮとすると、この実施形態のねじ切り加工における加工全体のねじ切り加工時間Ｔｘは、Ｎ・ｔ０−Ｎ（ｔｂ＋ｔｃ）−（Ｎ−１）ｔａとなる。従って、この実施形態においては、ねじ切り加工時間Ｔｘを従来のねじ切り加工時間Ｔと比較して、Ｎ（ｔｂ＋ｔｃ）＋（Ｎ−１）ｔａ分だけ短縮することができる。

以上に述べた実施形態の効果は以下の通りである。
（１） 工具２４の復帰移動終了位置と加工動作開始位置との間及び加工送り終了位置と復帰移動開始位置との間との間において、加工精度に影響を与えず、しかも、工具２４とワーク２１との干渉を回避できる開始点から、工具２４がＸ軸方向と、Ｙ軸方向とに同時移動されて、工具２４が曲線軌跡を描いて移動されため、工具２４とワーク２１との干渉を回避しつつ、加工時間を短縮できる。

（２） 工具２４の同時移動領域において、位置Ｐ１側からの前進移動，位置Ｐ３側からの後退移動及び位置Ｐ４側からの復帰移動が早送りで行われるため、加工時間の短縮にさらに寄与できる。

（２） ねじ切り範囲の外側における加工送り範囲の両端部に加減速領域δ１，δ２をそれぞれ設定し、その加減速領域δ１，δ２内に同時移動領域が設定されるため、ねじ切り領域内においては、ワーク２１の軸線方向において一定速の加工送り速度で正確な送り移動を得ることができて、高精度なねじ切り加工を実現できる。

（３） 加工送り終了側における同時移動領域を、前記加工送りと後退との同時移動領域である前半領域部と、後退と復帰との同時移動領域である後半領域部とにより構成しているため、工具２４の移動方向が１８０度変転される場合も、反転に要する時間を短縮できる。

（４） 後半領域がワーク２１のねじ切り部の外周を軸線方向に通る延長線の外周側に設定されるため、工具２４が大きな曲率の曲線で方向転換しても、工具２４とワーク２１との干渉を回避できる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第２実施形態では、工具２４のＸ軸方向への移動が前記第１実施形態よりも高速で行われる場合や、ねじの切込み量が少ない場合に適用される。このため、図６〜図８に示すように、加工送り終了側における加工送り終了位置Ｐ３付近において、Ｚ軸座標上の位置Ｐ３ａでＸ軸方向への移動が開始されて、工具２４が２軸方向の同時移動状態で移動される際に、工具２４の移動位置が加工送り終了位置Ｐ３と同一のＺ軸線上の位置Ｐ３ｂに達したとき、既にワーク２１のねじ外径よりも外側に配置されるようになっている。そして、この位置Ｐ３ｂから直ちにＺ軸方向への戻り移動が開始されて、工具２４が２軸方向の同時移動状態でねじ切り退避位置Ｐ４を近回りして加工動作開始位置Ｐ１に向かって移動されるようになっている。従って、この第２実施形態においては、第２領域の前半領域部と後半領域部とが位置Ｐ３ｂを境にして配置される。

この第２実施形態のねじ切り加工においては、図７及び図８に示すように、工具２４のＺ軸方向への送り速度が、加工送りの減速状態から早送りの加速状態に連続して移行されることになる。よって、この第２実施形態のねじ切り加工の場合と、図１２に示す従来のねじ切り加工の場合とを比較すると、前記加工送り終了位置Ｐ３及びねじ切り退避位置Ｐ４における同時移動の移動時間ｔｄ、及び前記第１実施形態と同様の加工送り開始位置Ｐ２における同時移動の移動時間ｔａだけ加工時間が短縮される。

すなわち、従来のねじ切り加工における１サイクル分のねじ切りサイクル時間をｔ０とすると、この実施形態のねじ切り加工における初回の１サイクル分のねじ切りサイクル時間ｔ０ｙ１は、ｔ０−ｔｄとなる。また、２回目以降の１サイクル分のねじ切りサイクル時間ｔ０ｙ２は、ｔ０−ｔａ−ｔｄとなる。さらに、従来のねじ切り加工における加工全体のねじ切り加工時間をＴとし、ねじ切り回数をＮとすると、この実施形態のねじ切り加工における加工全体のねじ切り加工時間Ｔｙは、Ｎ・ｔ０−Ｎｔｄ−（Ｎ−１）ｔａとなる。従って、この第２実施形態によれば、ねじ切り加工時間Ｔｙを従来のねじ切り加工時間Ｔに比較して、Ｎｔｄ＋（Ｎ−１）ｔａ分だけ短縮することができる。

（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第３実施形態においては、図９に示すように、前記第１実施形態のワーク２１とは異なって、ねじ部２１ｂの基部に逃げ溝２１ａが設けられていないワーク２１に対してねじ切り加工を行う際に、加工送り終了位置Ｐ３付近でねじ切りを切り上げるチャンファリング加工を行うようにしている。なお、チャンファリング加工とは、ねじ切りの最後に、Ｘ軸とＺ軸とで同期送りを行い、Ｃ面あるいはＲ面の面取りを行う加工である。この実施形態のチャンファリング加工部分は、同期送りを行う通常のチャンファリング加工と異なり、きれいなＲ面またはＣ面形状とはならないが、元々不完全ねじ部の領域である為、切り上げ形状が多少異なっていても、ねじ精度に影響はない。この場合、工具２４が加工送り終了位置Ｐ３よりも加減速領域δ２の長さ分だけ手前側の位置Ｐ３ａに達した時点から、ねじ切り退避位置Ｐ４に向かってＸ軸方向への工具２４の早送り移動が開始されることによって、チャンファリング加工が施される。この第３実施形態では、このチャンファリング加工部分が前記第１実施形態と同様な前半領域部となる。

従って、この第３実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記各実施形態においては、ワーク２１をＺ軸方向に移動させるとともに、工具２４をＸ軸方向に移動させて、工具２４をワーク２１に対してＺ軸及びＸ軸方向へ相対移動させるようになっているが、ワーク２１と工具２４とのいずれか一方のみをＺ軸及びＸ軸方向へ移動させるように構成すること。

・ 図１０に示すように、工具２４の移動方向を前記各実施形態の逆方向とすること（図１０は、第１実施形態おいて工具の移動方向を逆にした例を示す）。すなわち、加工動作開始位置Ｐ１がねじ部２１ｂの基端側に、加工送り終了位置Ｐ３がねじ部２１ｂの先端側になるように、工具２４の移動経路を設定すること。このようにしても、前記各実施形態と同様な効果を得ることができる。

・ 前記各実施形態では、加減速領域δ１，δ２の長さを演算により算出するようにしたが、工具２４の加速度等のパラメータに対応したテーブルを作成しておき、そのテーブルのデータに従って加速，減速領域δ１，δ２の長さ等を設定すること。

・ 加工動作開始位置Ｐ１、加工送り終了位置Ｐ３、退避位置Ｐ４のうちの１箇所または２箇所においてのみ工具２４をＸ軸方向と、Ｚ軸方向とに同時移動させること。
・ 前記各実施形態においては、外ねじのねじ切りにおいてこの発明を具体化したが、内ねじのねじ切りにおいて具体化すること。この場合は、工具２４の位置Ｐ４から位置Ｐ１への退避移動がねじ孔内で行われることになる。

・ 工具２４のＸ軸方向，Ｚ軸方向の同時移動領域を加減速領域全体ではなく、その全範囲の９０％等、一部のみとすること。
・ 退避位置Ｐ４でも加減速領域δ２に基づいて同時移動開始位置を定めること。

（他の技術的思想）
以下に、この発明の技術的思想であって、請求項に記載されていない技術的思想を以下に述べる。

（Ａ） 制御手段は、同時移動を構成する２方向移動のうちの少なくとも一方向の移動を早送りで行わせることを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
（Ｂ） 制御手段は、復帰移動と前進移動との同時移動を行わせることを特徴とする請求項６に記載の工作機械。

（Ｃ） 制御手段は、加工送り範囲の終了側における同時移動領域を、加工送りと後退移動との両移動が実行される前半領域部と、後退移動と復帰移動との両移動が実行される後半領域部とにより構成させることを特徴とする請求項６，前記技術的思想（Ａ），（Ｂ）項に記載の工作機械。

（Ｄ） 前記後半領域は、ワークのねじ切り部の外周を軸線方向に通る延長線の外周側に設定されることを特徴とする前記技術的思想（Ｃ）項に記載の工作機械。

第１実施形態の工作機械におけるねじ切り加工方法を示す部分正面図。 図１の工作機械の回路構成を示すブロック図。 図１のねじ切り加工方法における送り速度と時間との関係を示すグラフ。 図３の一部を拡大して示すグラフ。 図１の工作機械におけるねじ切り加工動作を示すフローチャート。 第２実施形態の工作機械におけるねじ切り加工方法を示す部分正面図。 図６のねじ切り加工方法における送り速度と時間との関係を示すグラフ。 図７の一部を拡大して示すグラフ。 第３実施形態の工作機械におけるねじ切り加工方法を示す部分正面図。 変形例におけるねじ切り加工方法を示す部分正面図。 従来の工作機械におけるねじ切り加工方法を示す部分正面図。 図１１のねじ切り加工方法における送り速度と時間との関係を示すグラフ。

符号の説明

２１…ワーク、２１ｂ…ねじ部、２４…工具、２７…制御手段を構成する制御装置、２８…ＣＰＵ、Ｐ１…加工動作開始位置、Ｐ２…加工送り開始位置、Ｐ３…加工送り終了位置、Ｐ４…ねじ切り退避位置、Ｐ１ａ…同時移動開始位置、Ｐ３ａ…同時移動開始位置、Ｐ４ａ…同時移動開始位置、δ１…加減速領域、δ２…加減速領域。

Claims (6)

1. ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具を加工送り開始位置方向に前進移動させ、
   次いで、加工送り開始位置からワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させることにより工具を加工送りして、その工具により回転中のワークに対してねじ切り加工を施し、
   引き続き、ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具を退避位置方向に後退移動させ、
   さらに、ワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させて工具を復帰移動させるねじ切り加工方法において、
   前記工具の加工送り範囲の端部における加減速領域の位置と、ねじ外径とのうちの少なくとも一方をもとに同時移動開始位置を設定し、その同時移動開始位置からワーク軸線方向及びその軸線と直交する２方向に同時移動されるように工具とワークの相対移動を行うことを特徴とするねじ切り加工方法。
2. 前記同時移動を構成する２方向移動のうちの少なくとも一方向の移動を早送りで行うことを特徴とする請求項１に記載のねじ切り加工方法。
3. 前記復帰移動と前進移動との同時移動を実行させることを特徴とする請求項１または２に記載のねじ切り加工方法。
4. 加工送りの終了側における同時移動領域を、前記加工送りと後退移動との両移動が実行される前半領域部と、後退移動と復帰移動との両移動が実行される後半領域部とにより構成したことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のねじ切り加工方法。
5. 前記後半領域は、ワークのねじ部の外周を軸線方向に通る延長線の外周側に設定されることを特徴とする請求項４に記載のねじ切り加工方法。
6. ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具が加工送り開始位置方向に前進移動され、次いで、加工送り開始位置からワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させることにより工具が加工送りされて、その工具により回転中のワークに対してねじ切り加工が施され、引き続き、ワークの軸線と交差する面に沿って工具とワークとを相対移動させることにより、工具が退避位置方向に後退移動され、さらに、ワークの軸線方向に沿って工具とワークとを相対移動させることにより工具が復帰移動されるように、工具の移動を制御する制御手段を設けた工作機械において、
   前記制御手段は、前記工具の加工送り範囲の端部における加減速領域の位置と、ねじ外径とのうちの少なくとも一方をもとに同時移動開始位置を設定し、その同時移動開始位置からワーク軸線方向及びその軸線と直交する２方向に同時移動されるように工具とワークの相対移動を行わせる制御を実行することを特徴とする工作機械。

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