JP2010201571A

JP2010201571A - 可変ピッチネジの再加工方法及びその装置

Info

Publication number: JP2010201571A
Application number: JP2009050775A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sato; 和行佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】可変ピッチネジの再加工を行うことが出来るＮＣ装置を得る。
【解決手段】ネジ切り開始位置から前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより得られたこの計測位置における計測軸方向位置までの軸方向距離Ｌ、主軸回転数Ｓ、ネジピッチＰ及びピッチ増加量Ｋに基づいて計測軸方向位置を工具が通る時の送り軸速度Ｆを算出し、この算出した送り軸速度に基づいて計測位置の主軸角度Ａ１°を算出し、この算出した主軸角度Ａ１°と前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより得られたこの計測位置における計測主軸角度Ａ０°とに基づいて、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量Ａを、算出する再加工補正量算出部２と、この補正量算出部２にて算出された補正量Ａに基づいて可変ピッチネジ切り再加工を開始するネジ切り処理部３とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、数値制御(Numerical Control;以下ＮＣという)装置で制御される工作機械により可変ピッチネジを再加工する方法及びその装置に関するものである。

ＮＣ装置を用いたネジ切り加工は、チャックでネジを切るワークを固定した主軸を回転させることにより、ネジを切るワークを回転させ、この状態で、サーボモータを駆動して工具を軸方向に送ることで実現される。この時、サーボモータは主軸の回転に同期して工具を主軸1回転当りネジピッチ量だけ軸方向に送ることでネジが加工される。また、主軸一回転内の基準点位置で発生する基準点信号に基づいて工具の送りを開始することで、複数回ネジ切り加工を行っても、刃物はワーク上の同じネジ溝を通り、ネジ山を傷つけることはない。

加工したネジワークは、チャックから外したあと、寸法や精度の確認などの検査を行う。このとき、検査結果が悪く、再度仕上げ加工を行いたいなど、再度ネジ切り加工をしようとする場合、ネジワークをチャックに再度取り付け、ネジ切り加工を行う。このとき、前回加工時と再加工時で、主軸とネジワークの位相(主軸の基準点位置に対するネジワークの角度)が異なると、基準点信号を基に工具の送りを開始しても、工具は前回加工時と同じネジ溝を通ることが出来ず、ネジ山を傷つけてしまう。このようなネジの再加工を行うための技術として、再度チャックに取り付けたネジワークのネジ溝位置を計測してネジ切り開始点を自動で補正する機能がある。（特許文献参照)

特開平５-１５８５１６号公報（図１〜図４、段落番号００１０〜００２２）

特許文献に示す従来のネジ切り再加工方法では、図８に示すネジのピッチが等しい等ピッチネジにしか対応しておらず、図２に示す主軸一回転ごとにピッチが一定量ずつ増加または減少する、いわゆる可変ピッチネジといわれるネジの再加工は行うことができなかった。
なお、従来のネジ切り再加工方法は、主軸一回転あたりの工具の送り量が常に一定であることや、ネジ切り中の送り軸速度が常に一定であることを前提に成り立っているため、可変ピッチネジのような、主軸一回転あたりの工具の送り量が常に変化し、送り軸速度も常に変化しているネジの再加工には対応していないことは明らかである。

この発明は、前記問題を解決するためになされたもので、可変ピッチネジに対しても、ねじ山を崩すことなく、容易にネジの再加工を行うことが出来る可変ピッチネジを再加工する方法及びその装置を得ることを目的としている。

本発明における可変ピッチネジの再加工方法は、可変ピッチネジが施されたワークを機械の主軸に取付け、工具を所定の送り速度で送り軸方向に移動させて前記可変ピッチネジの再加工を行う方法において、前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより、この計測位置における計測軸方向位置と主軸の基準点位置からの計測主軸角度とを得る段階と、ネジ切り開始位置から前記計測軸方向位置までの軸方向距離、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて計測軸方向位置を工具が通る時の送り軸速度を算出し、この算出した送り軸速度に基づいて計測位置の主軸角度を算出し、この算出した主軸角度と前記計測主軸角度とに基づいて、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量を、算出する補正量算出段階と、この補正量に基づいて可変ピッチネジ切り再加工を開始する段階と、を有するものである。

また本発明における可変ピッチネジの再加工装置は、工具を所定の送り速度で送り軸方向に移動させて、機械の主軸に取付けられたワークに施された可変ピッチネジの再加工を行う装置において、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量を算出する補正量算出手段と、この補正量算出手段にて算出された補正量に基づいて可変ピッチネジ切り再加工を開始する手段とを備えてなるものである。

また本発明における可変ピッチネジの再加工装置は、前記補正量算出手段が、ネジ切り開始位置から前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより得られたこの計測位置における計測軸方向位置までの軸方向距離、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて計測軸方向位置を工具が通る時の送り軸速度を算出し、この算出した送り軸速度に基づいて計測位置の主軸角度を算出し、この算出した主軸角度と前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより得られたこの計測位置における計測主軸角度とに基づいて、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量を、算出するものである。

この発明によれば、ねじ山を崩すことなく、可変ピッチネジの再加工を行うことができるため、不良ワークの再加工による不良品の低減や、加工物の精度向上等の効果がある。

この発明の実施例１に係るＮＣ装置の構成図である。この発明の実施例１に係る可変ピッチネジの説明図である。この発明の実施例１に係るネジ計測の説明図である。この発明の実施例１に係る可変ピッチネジの送り軸速度と送り軸位置との関係図である。図４における計測位置Ｚ０を含む1ピッチ分を拡大した図である。この発明の実施例１に係る可変ピッチネジの送り軸速度と主軸角度との関係図である。この発明の実施例１に係るネジ切り処理部のフローチャートである。等ピッチネジの説明図である。

実施例１
以下この発明の実施例１を、図１〜図７を用いて説明する。
なおこの実施例１は、本発明に係る可変ピッチネジの再加工方法を、ＮＣ装置に適用した例を示すものである。
またこの実施例１における再加工は、ＮＣ加工プログラム、機械、工具、再ネジ切りする際、工具が停止している位置、主軸回転数などの条件が、前回加工時と同一であることを前提としている。

図１は実施例１に係るＮＣ装置の要部を示す構成図で、プログラム解析処理部１と、補正量算出手段である再加工補正量算出部２と、補正量に基づいて可変ピッチネジ切り再加工を開始する手段であるネジ切り処理部３と、このネジ切り処理部３の演算結果を、工具を軸方向（Ｚ軸方向）に動作させるサーボモータ７及び主軸を回転させる主軸モータ５の各駆動部（図示せず）に出力する駆動部通信処理部４と、により構成されている。
なお、主軸エンコーダ９は、主軸の回転数と基準点位置信号（１回転毎に出力される）とを、ネジ切り処理部３に入力している。また計測情報８の詳細は図３を用いて後述する。また、再加工補正量算出部２の詳細動作は図４〜図６を用いて、またネジ切り処理部３の詳細動作は図７を用いて後述する。

図２は本発明での再加工対象である可変ピッチネジの、ピッチが増加する場合の説明図である。Ｐがピッチ(mm/rev)、Ｋが一回転あたりのピッチ増加量(mm/rev)であり、ネジ溝間隔が徐々に広がっていく。なお、ピッチ増加量が負の場合、ネジ溝間隔が徐々に狭まっていく。
また、この可変ピッチネジを加工する場合、ＮＣ加工プログラムには、主軸回転数指令（Ｓ○○）の他に、例えば、Ｇ３４Ｚ○○ Ｆ○○ Ｋ○○; と指令される。
なお、Ｇ３４は可変ピッチネジ加工のためのＧ指令、Ｚ○○は可変ピッチネジの軸方向長さ指令、Ｆ○○はネジピッチ指令、Ｋ○○はネジピッチ増加量である。
またこの可変ピッチネジを加工する場合、ＮＣ装置では、主軸回転数指令Ｓ、ネジピッチ指令Ｐ、ネジピッチ増加量Ｋを用いて、工具を軸方向に移動させるための送り速度が演算される。
このような可変ピッチネジを加工したワークを再加工する場合、機械の主軸に設けられたチャックにてワークを把持するが、前回加工時と再加工時で、主軸とネジワークの位相(主軸の基準点位置に対するネジワークの角度)が異なるのが一般的で、この位相差の補正を行わないと、正確に再ネジ加工ができない。このため、先ず次の処理を行う。

即ち、図３に示すように、再加工を行うワークを主軸に取付けられたチャックで固定しておき、再加工を行う工具を任意のネジ溝位置に位置させたときの機械原点からの軸方向位置Ｚ０（mm）と、その位置でワークを回転させ、工具がネジ溝にぴったりと合致する状態になったときの主軸角度Ａ０°（主軸の基準点位置からの角度）とを計測する。そしてその計測した値をＮＣ装置のメモリ（またはＮＣ装置外部の記憶装置）に計測情報８として保存しておく。なお、この計測は再加工を行うワークにつき一箇所のみ行う。

このように処理した後、図１のＮＣ装置を動作させ、次のように可変ピッチネジを加工したワークを再加工する。
即ち、プログラム解析処理部１が加工プログラム中の可変ピッチネジ加工指令（Ｇ３４Ｚ○○ Ｆ○○ Ｋ○○）を解析し、可変ピッチネジのピッチＰ,一回転あたりのピッチ増加量Ｋを作成する。
次に、再加工補正量算出部２では、加工プログラムで指令された主軸回転数指令Ｓ、前記計測によりＮＣ装置のメモリに計測情報８として保存された機械原点からの軸方向位置Ｚ０（mm）、計測された主軸角度Ａ０°、プログラム解析処理部１にて作成されたピッチＰ、ピッチ増加量Ｋから、前回加工時と再加工時の位相差（補正量）を下記のように算出する。

なお、図４〜図６は再加工用補正量算出方法の原理説明図である。図４はねじ加工時の送り軸位置と送り軸速度の関係図である。等ピッチネジはねじ切り中の送り軸速度が一定であるのに対し、可変ピッチネジは送り軸位置により、送り軸速度が変化していることが分かる。
また、図５は図４中のＺ０を含む可変ピッチネジの１ピッチ分を拡大した、計測位置Ｚ０と、計測位置での送り軸速度Ｆの関係図である。この図から、計測位置Ｚ０からその位置における送り軸速度Ｆが求められることが分かる。
また、図６は送り軸速度Ｆと主軸の角度の関係図で、計測位置Ｚ０を通るときの主軸角度Ａ1°を求めることができる。
なお、図６において、Ａは位相差が０の場合の送り軸速度に対応する主軸角度、Ｂは再加工時の場合の送り軸速度に対応する主軸角度を示し、計測位置Ｚ０を通るときの主軸角度Ａ1°（ワークと主軸との相対角度が前加工と同じ取付け状態と仮定したときに、計測した刃物位置に刃物がネジ溝にぴったりと一致するように、主軸を回転させたときの主軸の回転位置)と、計測された主軸角度Ａ０°との差分を補正すれば、ネジ山を崩すことなく可変ピッチネジの再加工ができることが理解されよう。

まず、計測情報８中の機械座標原点からの軸方向位置Ｚ０（mm）と機械座標原点からのネジ切り開始位置Ｚ(mm)とから、ネジ切り開始位置Ｚから軸方向位置Ｚ０までの距離Ｌ(mm)を算出する。なお、この算出結果を正の値にするため、絶対値を取る。
Ｌ＝Ｚ０−Ｚの絶対値
次に、軸方向位置Ｚ０を工具が通る時の送り軸速度Ｆ(mm/min)を算出する。
Ｆは下記式にて算出される。
Ｆ＝（√Ｐ^２＋２ＫＬ）×Ｓ
なお、左記の式の丸括弧箇所は「ルート（Ｐ^２＋２ＫＬ）」の意味である。
また、前記式で、Ｐはピッチ(mm/rev)、Ｋはピッチ増分(mm/rev/rev)、Ｌはネジ長さ(mm)、Ｓは主軸回転速度(rev/min)である。

次にこの送り軸速度Ｆ、主軸回転数指令Ｓ、ピッチＰ、ピッチ増加量Ｋから、図６に示すように計測位置主軸角度Ａ1°を、下記式にて求める。
Ａ1°＝((Ｆ-(Ｐ×Ｓ))/Ｋ)の余り×３６０°
このようにして、計測位置における主軸角度Ａ1°が求められる。
次に計測角度Ａ０°と、算出した主軸角度Ａ1°から、補正量Ａを算出する。
Ａ＝Ａ０−Ａ1
なお、Ａを算出した結果が負の値となった場合、主軸一回転にあたる３６０°をＡが正の値になるまで加算する。

実際の加工では、送り軸の加減速遅れＤ1、サーボの応答遅れＤ２、主軸回転パルスの取得から演算完了までの演算遅れＤ３といった要因があるので、これらの補正を行う必要がある。
それぞれの遅れは下記式にて算出される。
Ｄ1＝（Ｐ×Ｓ×Ｔ）/（２×６０）
Ｄ2＝（Ｐ×Ｓ）/(Ｇ×６０)
Ｄ3＝（Ｐ×Ｓ×Δt）/６０
Ｔは送り軸の時定数(sec)、Ｇはサーボ位置ループゲイン(１/sec)、Δtは演算遅れ時間(sec)である。
これらの合計を補正量Ｄ(°)へ変換する。
Ｄ＝((Ｄ1＋Ｄ２＋Ｄ３)/(Ｐ×Ｓ)の余り)×３６０°

以上のように、計測データから求めた補正量Ａと、遅れによる補正量Ｄの合計が最終補正量となる。なお、補正量Ｄは遅れであるため、Ａに対して負の方向に働く。よって最終補正量は下記式で算出される。
最終補正量＝Ａ−Ｄ
また、最終補正量は角度から、主軸エンコーダ６から入力されるパルス数へと単位変換する。

ネジ切り処理部３では、図７に示すフローチャートの処理を周期的に行っている。これは周期時間あたりの主軸移動量を主軸位置増分パルス(ΔI)として取得し、そのパルスから工具送り量を算出している。これにより、主軸の回転に同期して工具の送り量が算出される。なお、ΔＩが０の場合、工具送り量も０となる。

次に図７を用いてネジ切り処理部３の動作について説明する。
ステップ１０において、主軸エンコーダ６より１回転毎に出力される基準点位置信号が検出されたか否かを判断し、基準点位置信号が検出されない場合、処理を終了する。即ち、基準点位置信号が検出されるまで、ステップ１０、終了、の処理を繰り返す。そしてある周期の処理時に、ステップ１０において基準点位置信号が検出された場合、ステップ１１に移行する。
ステップ１１では、主軸エンコーダ６から主軸増分パルスΔＩを取得し、ステップ１２に移行する。

ステップ１２では、再加工モードであるか否かを判断し、再加工モードでない場合、ステップ１８に移行する。即ち、ステップ１２において再加工モードであると判断されるまで、ステップ１０〜ステップ１２、ステップ１８〜終了、の動作を繰返す。なお、このステップ１０〜ステップ１２、ステップ１８〜終了、の動作は、再ネジ切り加工を行わない、通常のネジ切り加工時の動作である。また、再加工モードの設定は、操作盤（図示せず）より設定される。
ステップ１２で、再加工モードであると判断されたとき、ステップ１３に移行する。
ステップ１３では、前記算出した補正量の有無を判断し、その補正量が０より小さい場合、ステップ１８に移行する。
なお、この補正量は、位相差、送り軸加減速遅れなどを考慮して算出した最終の補正量である。また、ステップ１３からステップ１８に移行する場合は、前記算出した補正量にて補正をかけて再ネジ加工を開始した後の場合や、前記補正量を算出したがその補正量が０であった場合である。

ステップ１３で、前記算出した補正量が０より大きい場合、ステップ１４に移行する。
ステップ１４では前記補正量−ΔＩの減算処理を行い、ステップ１５に移行する。
ステップ１５では、ステップ１４で減算処理された補正量が０より小さいか否かを判断し、補正量が０より大きい場合、ステップ１７に移行する。
ステップ１７ではΔＩ＝０として、ステップ１８に移行する。
また、ステップ１５で、ステップ１４で減算処理された補正量が０より小さくなったと判断された場合、ステップ１６に移行する。
ステップ１６では、ステップ１４で減算処理され０より小さくなった補正量を絶対値化しこれをΔＩとして、ステップ１８に移行する。

ステップ１８では、ΔＰ＋（ΔＩ/ＲＥＶ）×Ｋなる式を用いて、現在のピッチΔＰを算出し、ステップ１９で、（ΔＩ/ＲＥＶ）×ΔＰなる式を用いて工具送り量ΔＬを算出し、駆動部通信処理部４を介してサーボモータの駆動部（図示せず）に出力してサーボモータ７を駆動制御する（工具を送り制御する）。

なお、ステップ１７より移行したステップ１８、ステップ１９では、ΔＰ＝０、ΔＩ＝０であるため、工具の送り量を０として終了する。このため、工具を移動させるサーボモータ７は動作しない（ネジ切り加工を開始しない）。即ち、ステップ１４で減算処理された補正量が０より小さくなったと判断されるまで、ステップ１０〜ステップ１５、ステップ１７の動作を繰返すため、その間は工具を移動させるサーボモータ７は動作しない。

また、ステップ１６より移行したステップ１８では、補正量の余り分に相当する、ステップ１１における主軸増分パルスΔＩより小さいΔＩ分を用いて現在のピッチΔＰを算出し、ステップ１９では、ステップ１１における主軸増分パルスΔＩより小さいΔＩに相当する工具送り量ΔＬを算出し、駆動部通信処理部４を介してサーボモータの駆動部（図示せず）に出力し、サーボモータ７を駆動制御する。即ち、ステップ１６より移行したステップ１８、ステップ１９では、補正量の余り分だけの工具送り量でサーボモータ７の駆動を開始するので、極めて精度よく可変ピッチネジの再加工を開始できる。

なお、その後の周期では、ステップ１３で補正量が無いと判断され、ステップ１８に移行し、ステップ１８では、ステップ１１における主軸増分パルスΔＩから工具送り量を算出し、駆動部通信処理部４を介してサーボモータの駆動部（図示せず）に出力し、サーボモータ７を駆動制御する。
この結果、再加工時は基準点信号検出後、補正量分だけネジ切りの送り開始を遅らせることが出来るようになり、再加工モードで前回加工時と同じ可変ピッチネジ切りプログラムを運転することで、自動でネジ切り開始タイミングを調整し、可変ピッチネジの再加工を行うことができる。

以上説明したように、この実施例１によれば、ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより、この計測位置における計測軸方向位置と主軸の基準点位置からの計測主軸角度とを得、ネジ切り開始位置から前記計測軸方向位置までの軸方向距離、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて計測軸方向位置を工具が通る時の送り軸速度を算出し、この算出した送り軸速度に基づいて計測位置の主軸角度を算出し、この算出した主軸角度と前記計測主軸角度との差分を可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量として、可変ピッチネジ切り再加工を開始するようにしたので、可変ピッチネジに対しても、ねじ山を崩すことなく容易にネジの再加工を行うことが出来るようになる。

この発明に係わる可変ピッチネジの再加工方法及びその装置は、可変ピッチネジの再加工を行う場合に用いられるのに適している。

１プログラム解析処理部、２再加工補正量算出部、３ネジ切り処理部、５主軸モータ、６主軸エンコーダ、７サーボモータ

Claims

可変ピッチネジが施されたワークを機械の主軸に取付け、工具を所定の送り速度で送り軸方向に移動させて前記可変ピッチネジの再加工を行う方法において、前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより、この計測位置における計測軸方向位置と主軸の基準点位置からの計測主軸角度とを得る段階と、ネジ切り開始位置から前記計測軸方向位置までの軸方向距離、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて計測軸方向位置を工具が通る時の送り軸速度を算出し、この算出した送り軸速度に基づいて計測位置の主軸角度を算出し、この算出した主軸角度と前記計測主軸角度とに基づいて、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量を、算出する補正量算出段階と、この補正量に基づいて可変ピッチネジ切り再加工を開始する段階と、を有する可変ピッチネジの再加工方法。
前記補正量算出段階の主軸角度は、前記算出した送り軸速度、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチネジの再加工方法。
工具を所定の送り速度で送り軸方向に移動させて、機械の主軸に取付けられたワークに施された可変ピッチネジの再加工を行う装置において、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量を算出する補正量算出手段と、この補正量算出手段にて算出された補正量に基づいて可変ピッチネジ切り再加工を開始する手段とを備えてなる可変ピッチネジの再加工装置。
前記補正量算出手段は、ネジ切り開始位置から前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより得られたこの計測位置における計測軸方向位置までの軸方向距離、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて計測軸方向位置を工具が通る時の送り軸速度を算出し、この算出した送り軸速度に基づいて計測位置の主軸角度を算出し、この算出した主軸角度と前記ワークの可変ピッチネジの所定位置を計測することにより得られたこの計測位置における計測主軸角度とに基づいて、可変ピッチのネジ切り開始タイミングを補正する補正量を、算出するものであることを特徴とする請求項３に記載の可変ピッチネジの再加工装置。
前記補正量算出手段の主軸角度は、前記算出した送り軸速度、主軸回転数、ネジピッチ及びピッチ増加量に基づいて算出することを特徴とする請求項４に記載の可変ピッチネジの再加工装置。