JP2629728B2 - ねじ加工装置 - Google Patents

ねじ加工装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はタップ盤に代表されるねじ加工装置に関す
る。
[従来の技術] 従来、NC装置を適用したねじ加工装置におけるタッピ
ング動作の制御は、加工しようとするねじのピッチに合
わせて送り指令と回転指令とをNC装置内で生成するのみ
で行い、送りモータと主軸回転モータとはそれぞれ独立
のサーボ系として制御されていた。そして、回転モータ
の反転時などに生ずる送り量と回転量とのずれは、タッ
プ工具と主軸との間にタッパーを介在させ、そのタッパ
ーの機械的な伸縮により吸収していた。このため、ねじ
加工の速度がタッパーの性能により制限されたり、タッ
パーの伸縮による力のためねじの精度が低下したりする
という問題点があった。
そこで、主軸の実際の回転を検出し、その検出された
回転量に従って送りモータを駆動するものとか、実際の
送り量を検出し、その送り量に従って回転モータを駆動
するものなど、送りモータと回転モータとを同期させて
制御する装置が提案されている。これらの装置は送りと
回転との同期精度が高いため、ほとんどの場合タッパー
を用いることなくねじ加工を行うことができる。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、近年、加工時間の短縮化がさらに要請
され、ねじ加工においてもタップ工具の限界に近い高速
加工が行なわれる場合がある。このような場合、たとえ
ば主軸の回転位置に従って送りモータを駆動する従来の
装置では、主軸が実際に回転したことを検出した後に送
りモータへの指令が出るため、追従送りを生じ、ねじ加
工精度の向上に限界を生ずるという問題点があった。特
に、ねじ加工深さの浅い加工、又は工具を小さなステッ
プ幅でステップさせながら行う加工では、送り及び回転
の速度が一定になる以前の過渡状態における加工が多く
なるため、追従遅れによる誤差が大きな問題点になる。
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、主軸の回転に対する送りの追従性を向上させ、
タップ工具の限界に近いような高速タップ加工時におい
ても、精度の高いねじ加工を行うことができるねじ加工
装置を提供することを目的とする。
[問題点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では、主軸の回転位
置を検出する回転位置検出手段と、機械の送り位置を検
出する送り位置検出手段とを備え、主軸を回転する回転
モータ)と送りを駆動する送りモータとを同期運転して
タッピング加工動作を行うねじ加工装置において、回転
指令値と検出された主軸の回転位置との回転偏差を演算
する回転偏差演算手段と、その回転偏差に従って、回転
モータを駆動する回転駆動手段と、前記回転偏差からね
じピッチに基づいて相当する送り指令値を演算する送り
指令値演算手段と、検出された主軸の回転量からねじピ
ッチに基づいて相当する送り補正値を演算する送り補正
値演算手段と、その送り補正値と検出された機械の送り
位置との送り偏差を演算する送り偏差演算手段と、その
送り偏差により前記送り指令値を補正する補正手段と、
その補正手段により補正された送り指令値に従って送り
モータを駆動する送り駆動手段とを備えることを特徴と
するねじ加工装置が提供される。
[作用] 上記の構成によれば、主軸の回転は通常の位置フィー
ドバックがかけられ、回転指令値により独立して制御さ
れる。
一方、機械の送りは主軸の回転に追従して同期するよ
うに制御され、その送り指令値は回転偏差に従って演算
される。回転偏差は回転駆動手段に回転速度を指令する
値と考えられるから、主軸の実際の回転量ではなく回転
指令速度に従って送り指令値が出力されることになる。
それ故、送り指令値は主軸のこれからの回転量を予測し
た値となるため、送りの主軸への過渡的な追従性が向上
する。また、送り補正値演算手段、送り偏差演算手段、
及び補正手段により、前記送り指令値が実際の回転量に
従って補正されるから、送り位置と回転位置との定常的
な誤差が開くことがなく、精度を向上させることができ
る。
[実施例] 本発明の実施例について図面に従って具体的に説明す
る。
ねじ加工装置の機械本体1はたて型のタップ盤をなす
ものであり、基台2に直立配置したコラム3にスライダ
4を介して主軸ヘッド5が上下に摺動自在に支持され、
主軸ヘッド5はボールねじ6に係合されている。ボール
ねじ6はACサーボモータからなる送りモータ7に連結さ
れて回転駆動され、主軸ヘッド5を昇降する。送りモー
タ7には、回転速度を検出するタコゼネレータ(TG2
8と、回転位置を検出するパルスゼネレータ(PG2)9
とが設けられている。パルスゼネレータ9は主軸ヘッド
5の送り位置を検出する送り位置検出手段をなす。
主軸ヘッド5には主軸11が回転自在に軸支され、回転
モータ12により回転駆動される。回転モータ12はACサー
ボモータからなり、回転速度を検出するタコゼネレータ
(TG1)13と、回転位置を検出するパルスゼネレータ(P
G1)14が設けられている。パルスゼネレータ14は主軸11
の回転位置を検出する回転位置検出手段をなす。
主軸11の下端にはタップ工具15がタッパーを介するこ
となく直接取付けられ、下孔16の明けられた被加工物17
にねじ加工を施す。
主軸11を回転制御する回転系(S軸と称する)の制御
回路について説明する。
入力装置21から入力されたデータに基づき、演算器22
において回転指令値Sが演算され、回転速度に応じたパ
ルス列として回転偏差カウンタ23に出力される。回転偏
差カウンタ23には位置フィードバックパルスとして、回
転モータ12の回転角に応じたパルスがパルスゼネレータ
14から入力される。回転偏差カウンタ23では回転指令値
Sとパルスゼネレータ14で検出された主軸11の回転位置
sとの偏差E(S)=S−sを演算し、その回転偏差E
(S)を速度指令として回転サーボアンプ24に出力す
る。回転サーボアンプ24には速度フィードバック信号と
してタコゼネレータ13からの実際の速度に応じた信号V
(s)が入力され、速度ループ系を構成して回転モータ
12を駆動する。上記の回転系(S軸)の制御回路は通常
の回転制御に用いられる回路構成と同じである。
次に、主軸ヘッド5を上下する送り系(Z軸と称す
る)の制御回路について説明する。送り系では、送り指
令値Zが入力装置21からのデータではなく、回転偏差カ
ウンタ23からの回転偏差E(S)に基づいて演算され制
御される。
回転偏差カウンタ23からの回転偏差E(S)は送り指
令値演算器25に入力される。送り指令値演算器25では予
め入力装置21から入力され演算器22を経由して与えられ
るねじ加工のねじピッチPとボールねじ6のリードLと
から、回転偏差E(S)をP/L倍し、回転偏差E(S)
に相当する送り指令値Z=E(S)・P/Lを演算する。
そして、この送り指令値Zを加算器26を経由して送りサ
ーボアンプ27に出力する。送り指令値Zは回転偏差E
(S)、即ち、回転サーボアンプ24への速度指令値に相
当するものとされるから、この送り指令値Zは主軸11の
回転を予測したものとなる。
加算器26では送り指令値Zの補正が行なわれる。すな
わち、主軸ヘッド5の送り位置Zを検出するパルスゼネ
レータ9からのパルスは送り偏差カウンタ28に入力され
る。一方、回転量sを検出するパルスゼネレータ14から
のパルスは送り補正値演算器29に入力され、ねじ加工の
ねじピッチPとボールねじのリードLとから回転量sを
P/L倍し、回転量sに相当する送り補正値r(s)を演
算して送り偏差カウンタ28に出力する。送り偏差カウン
タ28では、上記送り補正値r(s)と主軸ヘッド5の送
り位置zとの送り偏差E(z)を演算し、加算器26に出
力する。加算器26では、送り指令値演算25からの送り指
令値Zを送り偏差E(z)により補正し、補正された送
り指令値R(Z)=Z+E(z)を送りサーボアンプ27
に出力する。
送りサーボアンプ27には速度フィードバック信号とし
て、タコゼネレータ8からの速度に応じた信号V(z)
が入力され、速度ループ系を構成して送りモータ7を補
正された送り指令値R(Z)に従って駆動する。
上記の制御回路は、サーボアンプ24,27を除き、ディ
ジタル演算を行う回路であり、演算器22、偏差カウンタ
23,28、送り指令値演算器25,送り補正値演算器29、加算
器26等は、マイクロコンピュータを用いた内部演算処理
として実現される。
入力装置21からねじのピッチ、送りストローク(タッ
プ深さ)、回転速度などのデータを入力することによ
り、回転モータ12が駆動され、回転モータ12に従動して
送りモータが同期して回転駆動され、ねじ加工が行なわ
れる。
本実施例は、回転偏差E(S)を基礎にして、送りモ
ータ7を同期運転するものであるから、回転量sを基礎
にして同期運動を行う従来の装置に比べて、過渡的な追
従遅れを大幅に減少させることができた。
たとえば、径6mm、ピッチ1.0(M6,P1.0)、タップ深
さ12mmのねじ加工を3,000rpmという高速回転で行った場
合の実験結果によれば、ねじの回転位置を基礎としたね
じの送り方向(Z軸)の進み遅れの誤差を、従来の装置
に対して本実施例装置では、約20%減少させることがで
きた。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明は上記の構成を有し、回
転偏差からねじピッチに基づいて相当する送り指令値を
演算する手段を備え、その送り指令値に基づいて送りモ
ータを同期運転するものであるから、回転位置に対する
機械の送り位置の追従性がよく、精度の高い高速ねじ加
工を行うことができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に係るねじ加工装置の制御回路を示すブロ
ック図である。 図中、7は送りモータ、9はパルスゼネレータ(送り位
置検出手段)、11は主軸、12は回転モータ、14はパルス
ゼネレータ(回転位置検出手段)、23は偏差カウンタ
(回転偏差演算手段)、24は回転サーボアンプ、25は送
り指令値演算器、26は加算器(補正手段)、27は送りサ
ーボアンプ、28は偏差カウンタ(送り偏差演算手段)、
29は送り補正値演算器である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主軸(11)の回転位置を検出する回転位置
    検出手段(14)と、機械の送り位置を検出する送り位置
    検出手段(9)とを備え、主軸(11)を回転する回転モ
    ータ(12)と送りを駆動する送りモータ(7)とを同期
    運転してタッピング加工動作を行うねじ加工装置におい
    て、 回転指令値と検出された主軸(11)の回転位置との回転
    偏差を演算する回転偏差演算手段(23)と、 その回転偏差に従って、回転モータ(12)を駆動する回
    転駆動手段(24)と、 前記回転偏差からねじピッチに基づいて相当する送り指
    令値を演算する送り指令値演算手段(25)と、 検出された主軸(11)の回転位置からねじピッチに基づ
    いて相当する送り補正値を演算する送り補正値演算手段
    (29)と、 その送り補正値と検出された機械の送り量との送り偏差
    を演算する送り偏差演算手段(28)と、 その送り偏差により前記送り指令値を補正する補正手段
    (26)と、 その補正手段(26)により補正された送り指令値に従っ
    て送りモータ(7)を駆動する送り駆動手段(27)と を備えることを特徴とするねじ加工装置。
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