JP2769252B2 - ねじ切り加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はねじ切り加工装置、特
に旋盤等の工作機械を用いて大径あるいは特殊ねじ切り
加工を被加工物の回転中心とは異なる位置に施すことを
簡単に行うためのねじ切り加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物を主軸に取付けられたチャック
で把持して回転させ、この被加工物に対向する刃物台に
取付けた切削工具を、被加工物の回転に直角な切り込み
方向（Ｘ軸）と該回転に平行な送り方向（Ｚ軸）に駆動
制御して所要の加工を行う旋盤が汎用工作機械として広
く用いられている。

【０００３】このような旋盤におけるねじ切り加工は、
図９に示すように刃物台１にねじ切りバイト２を取付
け、刃物台１をＸ軸方向にＸ送りモータ６及びＸ送りね
じ７で送り駆動することにより所定の切り込みを設定
し、また、上記刃物台１をＺ軸方向にＺ送りモータ８及
びＺ送りねじ９による所定のピッチでチャック３に把持
された被加工物４の回転位相と同期させて送り制御する
ことにより行われる。

【０００４】また最近、図１０に示すように、刃物台１
側に回転工具主軸１０を搭載するとともに、被加工物４
が把持されたチャック３を回転させる主軸の回転位相
（θ１）を制御して、複合的な加工を行う複合加工型旋
盤が登場しているが、このような旋盤では、回転工具主
軸１０に装着されたタップ１１あるいはダイス（図１０
の例ではタップ）を用い、主軸駆動装置とＸ軸駆動装置
により割り出された任意の位置Ｐにねじ切り加工を行う
ことができる。図１０の例では被加工物４の回転中心０
とは非同心な位置Ｐにタッピングされた例を示してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来装置においては、被加工物を回転させてねじ切り
バイトにより雌ねじまたは雄ねじを加工する場合、任意
の径や任意のピッチのねじ切り加工はできるものの被加
工物の回転中心以外の任意の位置にねじ切り加工をする
ことはできなかった。

【０００６】また前記の複合加工型旋盤によるタッピン
グ加工においては、被加工物の回転中心以外の任意の位
置にねじ切り加工ができるものの、タップによって決ま
る径やピッチでしか加工ができなかった。特に、呼び径
Ｍ１００程度の大径ねじや可変ピッチねじ、テーパねじ
の加工は不可能であった。

【０００７】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、従来不可能であった被加工物の
回転中心以外の任意の位置に大径ねじ切り加工あるいは
特殊ねじ切り加工を効率よく高精度でかつ安価に実現可
能なねじ切り加工装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被加工物をチャックに把持しこれを旋回
する主軸と、回転工具主軸を搭載した刃物台とを備えた
加工機械でねじ切り加工を行う際に、被加工物の回転位
相と回転工具主軸の回転位相及び刃物台のＸ，Ｚ２軸方
向の合計４軸を同期して駆動することによって所望の大
径あるいは特殊ねじ切り加工を被加工物の任意の位置に
施すことを可能にしたことを特徴とする。

【０００９】すなわち、本発明においては、被加工物は
主軸に取り付けられたチャックに把持され、この主軸に
対向して設けられた刃物台に搭載された回転工具主軸に
はねじ切りバイトが取り付けられている。

【００１０】前記被加工物は主軸により比較的低速度で
回転位相（θ１）を制御しながら回転駆動可能であり、
前記回転工具主軸は比較的低速度で回転位相（θ２）を
制御しながら回転駆動可能であり、さらに、刃物台の
Ｘ，Ｚ２軸も位置制御されている。

【００１１】そして、前記主軸回転、回転工具主軸回
転、刃物台のＸ，Ｚ方向送りの各駆動装置は、ねじ切り
バイトが所定の切り込み量で被加工物の内周または外周
に接するようにし、かつ所定のピッチで送られるよう
に、数値制御装置によって同期制御されている。

【００１２】

【作用】従って、本発明によれば、ねじ切り加工の際に
は、前記回転工具主軸は比較的ゆっくりとした低速度で
位相制御されながら回転駆動され、この結果、ねじ切り
バイトの回転位相が常時制御される。

【００１３】そして、このとき、前記回転工具の回転位
相と同期して前記被加工物の回転位相及び前記回転工具
を搭載した刃物台のＸ方向位置とが駆動制御され、この
結果、ねじ切りバイトは所望の切り込み量で被加工物の
下穴あるいは下軸に内接あるいは外接することができ
る。

【００１４】そして、このような送り駆動中、回転工具
主軸を搭載した刃物台はＺ方向に送り制御され、この結
果、所望の大径ねじ切り加工あるいは特殊ねじ切り加工
を行うことができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。

【００１６】図１には本発明に係わるねじ切り加工装置
の主要部が示されており、被加工物４はチャック３に把
持され、この被加工物４及びチャック３は主軸台５を介
して主軸モータ（図２に示すモータ１１）によって駆動
される。この主軸台５に対向して回転工具主軸１０が刃
物台１に回転自在に設けられ、この回転工具主軸１０は
刃物台１内に実装された回転工具主軸モータ（図２に示
すモータ１２）によって駆動される。

【００１７】従って、この回転工具主軸１０はエンドミ
ルやドリル等を所望の回転数制御で駆動して、通常のミ
ーリング加工及びドリル加工等を行うことが可能であ
る。

【００１８】本発明のおいて特徴的なことは、これら被
加工物４及び回転工具主軸１０がねじ切り加工に際して
は回転位相（θ１，θ２）制御されながら、比較的低速
度で回転駆動可能なことであり、またこのねじ切り加工
時には図１で簡略的に示されているように、ねじ切りバ
イト２が刃物台１のＺ方向とは直交方向に取り付けられ
ていることである。

【００１９】前記刃物台１は、Ｘ送りモータ６及びＸ送
りねじ７によってＸ軸方向に送り駆動され、同様にＺ送
りモータ８及びＺ送りねじ９によりＺ軸方向に送り駆動
される。このように、刃物台１がＸ，Ｚの直交２軸方向
に位置制御しながら送り駆動されることにより、ねじ切
り加工に際してはＺ軸送りにてねじピッチが定められ
る。

【００２０】図２は本発明におけるねじ切り加工装置の
全体的な構成が示されており、前記各モータ６，８，１
１，１２をそれぞれ送り制御するために、各モータ６，
８，１１，１２の回転位相はそれぞれ位相検出器１３，
１４，１５，１６により検出され、対応する制御装置１
７，１８，１９，２０にこの検出位相が供給されてい
る。前記各位相検出器１３，１４，１５，１６は例えば
モータ主軸に近接配置されたロータリーエンコーダ等か
ら形成されている。

【００２１】従って、各制御装置１７，１８，１９，２
０はそれぞれ対応するモータ６，８，１１，１２の位相
を常時監視しながら該モータを駆動制御することがで
き、被加工物４及び工具回転主軸１０の回転位相及び刃
物台１のＸ，Ｚ座標を制御することが可能となる。

【００２２】前記各制御装置２０，１８，１７，１９は
数値制御装置８０から送出される軸移動信号Ｓθ２，Ｓ
Ｚ，ＳＸ，Ｓθ１によって同期制御されており、この結
果、前記回転工具主軸１０が回転位相制御されながら一
回転する間に、これと同期して前記被加工物４の回転位
相と刃物台１のＸ軸方向位置を回転工具主軸１０の中心
が被加工物４の所定の位置に中心があって所定の径で円
軌跡を描くように創成制御する。このため、ねじ切りバ
イト２と被加工物４との相対速度差による切削速度でね
じ切り加工が行われることとなり、ねじ切りバイト２の
先端は通常のねじ切り加工と同様にねじの円弧に対して
常に直角方向に対向させることが可能となる。

【００２３】そして、この回転工具主軸１０と刃物台１
のＸ軸及び被加工物４の回転位相との組み合わせ駆動に
より、ねじ切りバイト２は所定の切り込み量で被加工物
４の内周または外周に接して所望の大径ねじあるいは可
変ピッチ、テーパねじ等の加工が行われる。

【００２４】図３は前記各モータ１３，１４，１５，１
６の制御装置１７，１８，１９，２０に対して同期制御
を行う数値制御装置８０の構成を示す図であり、紙テー
プ等の形態の加工プログラム８１が加工プログラム入力
部８２を介して読み込まれ加工プログラム保存部８３に
保存される。この加工プログラム保存部８３に保存され
ている加工プログラム８１がブロック単位毎に加工プロ
グラム解釈部８４に読み込まれて解釈され、加工プログ
ラム８１の中の送り移動指令が抽出されて軸移動演算部
８５に送出される。前記送り移動指令は軸移動演算部２
４に読み込まれて演算され、各軸毎に軸移動信号Ｓθ
１，Ｓθ２，ＳＸ，ＳＺが求められて前記各モータ１
３，１４，１５，１６の制御装置１７，１８，１９，２
０に送出される。

【００２５】なお、前記軸移動演算８５では、使用する
工具の径等のデータを初期的に設定し格納する工具デー
タ初期設定・格納部８６からのデータを取り込んで軸移
動信号を演算する。

【００２６】次に、軸移動演算部８５内で行われる前記
各軸の軸移動信号の発生方法について説明する。ｘをＸ
軸の位置、Ａを被加工物４の回転中心０から加工するね
じ穴４ａの中心Ｐまでの距離、ｒを加工するねじの半
径、ｄをねじ切りバイト２の回転半径（回転工具主軸１
０の回転中心からバイト刃先までの距離）、θ１を被加
工物４の回転位相、θ２をねじ切りバイト２の回転位
相、とすると、位置ｘ、回転位相θ１は下記に示す数式
１００，１０１で表される。

【００２７】 ｘ＝Ａｃｏｓθ１＋（ｒ−ｄ）ｃｏｓθ２ …１００ θ１＝ｓｉｎ^-1［｛（ｒ−ｄ）ｓｉｎθ２｝／Ａ］ …１０１ 数式１００，１０１において、距離Ａ、半径ｒは加工プ
ログラムにより与えられる値であり、回転半径ｄは使用
する工具により予め初期値として入力されている値であ
る。

【００２８】また、ねじのピッチを決めるＺ軸の位置ｚ
は、加工プログラムより与えられる指定ピッチｐとねじ
切りバイト２の回転位相θ２とにより、下記に示す数式
１０２により表される。

【００２９】 ｚ＝θ２・ｐ …１０２ 従って、軸移動演算部８５内での各軸の軸移動信号の算
出は図４に示すような手順で算出される。すなわち、ま
ず回転位相θ２を決め（ステップＳＴ４−１）、次に数
式１０１により回転位相θ１を算出し（ステップＳＴ４
−２）、さらに数式１００により位置ｘを算出する（ス
テップＳＴ４−３）。また、同時にＺ軸の位置ｚが数式
１０２によって算出される（ステップＳＴ４−４）。

【００３０】なお、本発明においてはねじ切り加工開始
時のねじ切りバイトの回転位相を特定の位相にすること
が可能で、これを加工プログラムにより指定することが
できる。

【００３１】図５は被加工物４に雌ねじを加工する時の
加工状態を示すもので、回転工具主軸１０の回転位相が
位相制御されてθ２ａ，θ２ｂ，θ２ｃと進むのに従
い、これと同期して被加工物４の回転位相はθ１ａ，θ
１ｂ，θ１ｃと進み、さらに刃物台１のＸ軸はｘａ，ｘ
ｂ，ｘｃと移動する様子が示されている。

【００３２】図６はねじ切りバイト２の刃先の平面的な
軌跡を示すもので、ねじ切りバイト２が１周するときの
Ｘ軸との位置関係が示されている。なお、図５，６にお
いて、ねじ切りバイト２は矢印３１で示されている。

【００３３】図７はねじ切りバイト２の回転位相θ２が
０度、９０度，１８０度及び２７０度の時の加工する雌
ねじの下穴４ａの位置関係を示すもので、それぞれのね
じ切りバイト２の回転位相θ２に対し、被加工物４の回
転位相θ１は、θ１０，θ１１，θ１０，θ１２という
ように位相制御される。すなわち、被加工物４の回転位
相はθ１１からθ１２の間を往復する。

【００３４】前記ねじ切りバイト２の一回転に対して、
図８に示すように刃物台１がＺ軸方向に所定のピッチｐ
だけ同期して送られるもので、数値制御装置８０がこの
送り量を予め設定している。

【００３５】従って、前回転工具主軸１０と被加工物４
との同期位置を制御し、また刃物台１のＺ軸方向の送り
ピッチを制御することによって、所望の大径ねじ、可変
ピッチねじ、テーパねじ等の特殊ねじを加工することが
できる。

【００３６】なお、以上の説明は雌ねじの加工を例にし
たが、雄ねじの加工でも同様な方法でねじ切りバイト２
を下軸の外周に接するように前記各軸を同期制御すれば
よく、基本的な概念は全く同じでりあり詳細な説明を省
略する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のねじ切り加工では不可能であった被加工物の回転
中心とは異なる位置に中心を持つ大径ねじや可変ピッチ
あるいはテーパねじ等の特殊ねじを高速かつ高精度にか
つ特殊な工具を使用することなく安価なねじ切りバイト
により加工することのできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るねじ切り加工装置の主要部を示す
斜視図である。

【図２】図１のねじ切り加工装置の制御部を示す概略構
成図である。

【図３】数値制御装置の構成を示すブロック図である。

【図４】軸移動信号の算出手順を示すフローチャートで
ある。

【図５】雌ねじの加工状態図である。

【図６】ねじ切りバイトが１周するときのＸ軸との位置
関係図である。

【図７】ねじ切りバイトの回転位置と雌ねじの下穴との
位置関係図である。

【図８】ねじ切りバイトの１回転に対する刃物台のＸ軸
方向の送り量との関係図である。

【図９】従来のねじ切り加工装置の斜視図である。

【図１０】従来の他のねじ切り加工装置の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 刃物台 ２ ねじ切りバイト ３ チャック ４ 被加工物 ５ 主軸台 １０ 回転工具主軸

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物を把持するチャックが取り付け
   られた主軸と、 ねじ切りバイトが工具軸と直交方向に取付け可能な回転
   工具主軸を搭載した刃物台と、 前記被加工物を回転位相（θ１）制御しながら低速度で
   回転駆動可能な主軸駆動装置と、 前記回転工具主軸を回転位相（θ２）制御しながら低速
   度で回転駆動可能な回転工具主軸駆動装置と、 前記被加工物に対し切り込み方向（Ｘ軸）と送り方向
   （Ｚ軸）に前記刃物台を位置制御しながら送り駆動可能
   な刃物台送り駆動装置と、 前記回転工具主軸が一回転する間に前記ねじ切りバイト
   が所定の切り込み量で被加工物の内周または外周に接す
   るように前記回転工具主軸の回転位相と前記主軸の回転
   位相と刃物台の切り込み方向位置とを同期して制御する
   と同時に該制御時に該刃物台を送り方向に所定のねじピ
   ッチ分だけ同期して駆動する数値制御装置と、 を備えたことを特徴とするねじ切り加工装置。
2. 【請求項２】 ねじ切り加工開始時点のねじ切りバイト
   の回転位相が特定の位相に指令可能であることを特徴と
   する請求項１記載のねじ切り加工装置。