JP4037087B2

JP4037087B2 - Thread cutting control method and control device for numerically controlled machine tool and numerically controlled machine tool incorporating the same

Info

Publication number: JP4037087B2
Application number: JP2001340065A
Authority: JP
Inventors: 正藤縄; 昭秀金谷
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: JP2003136332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、少なくとも１つの主軸および少なくとも１つのねじ切り工具を装着できる刃物台を有する数値制御工作機械のねじ切り制御方法、およびそれを実施する制御装置とその制御装置を組み込んだ数値制御工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ旋盤やＮＣフライス盤等の数値制御工作機械において、円柱状の被加工材（ワーク）の外周面あるいは円筒状又は穴あきの被加工材の内周面にねじ加工（ねじ切り）を行う際には、図４に示すように、回転する被加工材３０にねじ切り用の工具（刃物）４０を接触させながら、その被加工材３０の回転に同期してその軸線Ａに平行なＺ軸方向に工具４０を移動させて行う。
しかし、工具４０を軸線Ａに沿う方向へ移動させるには、その工具４０を取り付けた図示しない刃物台を軸線Ａに沿う方向へ移動させるが、その駆動用モータの加減速に時間を要するため、工具４０が停止状態から一定速度になるまでの時間および工具が一定速度から停止状態になるまでの時間は、ねじ３１のピッチが不正になる部分（不完全ねじ部）３１ｂができてしまう。
【０００３】
この不完全ねじ部３１ｂの発生は広く認知されており、実際の加工プログラムにおいて確保すべき不完全ねじ部の距離を計算で求めるのが一般的になっている。また数値制御装置の仕様としても、これら計算式が一般に公開されている。
近年、刃物の高剛性化や主軸の高回転化が進む中で、旋削による切削条件（回転数、送り速度）が向上している。本来、ねじ切りにおいても、被加工材を回転させる主軸を高回転にして、工具の送り速度を上げることによって切削時間を短くすることが望まれる。
【０００４】
しかし、工具の送り速度を上げるとその分だけ加速に時間がかかり、主軸の回転速度に対して工具の送り速度が追従しなくなるため、図４に示した不完全ねじ部３１ｂが長くなる。そのため、主軸の回転数を低くせざるを得ないのが現状である。また、工具の送り速度の加減速を向上させても、加減速時間を０にすることはできない。
【０００５】
通常、ねじ切り加工は繰り返し切削動作を行う。ねじ山が高くなればなるほどその繰り返し回数は増える。したがって、既に切削したねじに対して再び刃物を接触させることになるが、被加工材の回転と位相すなわち回転角がずれないように制御する必要がある。
ところが、工具（刃物）が停止状態から一定速度になるまでの時間、および刃物が一定速度から停止状態になるまでの時間は、工具の送り速度が変化しているため、被加工材との位相を完全に合わせることができず、この場合ねじ山が潰れるなどの現象となり、やはり不完全ねじ部を生成してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した理由により、ねじの切り始め部分においては、図５に示すように、ピッチが不正になる部分（不完全ねじ部）をアプローチＤａとして確保する必要がある。このアプローチＤａをとることは、加工をしていない時間が増えることになり、１部品あたりの加工時間が増えることにもなる。
また、加工する部品の形状や長さや切削室の大きさから、必要なアプローチを確保できない場合もある。
【０００７】
ねじの切り上げ部分（切り終わり部分）は材料が存在するため、切り上げ距離を確保できないことが多い。この場合、出来上がったねじに不完全ねじ部が生じるだけでなく、工具４０に余分な力がかかるため、工具４０の寿命が短くなってしまう。
従来のモータの加速は、オーバーシュートなど副作用を発生しない限界まで調整されており、これ以上、単純に速度のみを上げることはできない。また加減速時間を０にすることは困難である。
【０００８】
この発明は、このような従来のＮＣ工作機械におけるねじ切り加工時の問題を改善するためになされたものであり、ねじ切り加工時には、ねじ切り用の工具を移動させるモータをねじ切り加工における最適な調整値で調整して動作制御できるようにして、加工速度を向上させ、ねじの切り始め部分のアプローチを短くし、ねじの切り上げ部分においても加工精度を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明による数値制御工作機械のねじ切り制御方法は、少なくとも１つの主軸および少なくとも１つのねじ切り工具を装着できる刃物台を有する数値制御工作機械のねじ切り制御方法であって、上記の目的を達成するため、次のようにすることを特徴とする。
上記数値制御工作機械によるねじ切り加工時に上記主軸および刃物台を駆動する各モータの最適な調整値を予め求めて、変数データのねじ切り用のファイルとして保存しておく。
そして、上記数値制御工作機械が加工プログラム実行中にねじ切り加工を行う際には、実行中のプログラムで上記各モータの調整に使用する変数データを、上記予め保存したねじ切り用のファイルの変数データに入れ換える。
【００１０】
上記ねじ切り用のファイルの変数データは、ねじ切り以外の加工時に使用する変数データと比べて、少なくとも前記刃物台を駆動するモータの加減速時間を短くするか、それと共に応答性を高める変数データとする。
上記数値制御工作機械が加工プログラム実行中にねじ切り加工を行うか否かの判別を、実行中の加工プログラムの指令の種別によって行うようにすることができる。
【００１１】
また、この発明による数値制御工作機械の制御装置は、少なくとも１つの主軸および少なくとも１つのねじ切り工具を装着できる刃物台を有する数値制御工作機械の制御装置であって、上記の目的を達成するため、次の手段を設けたことを特徴とする。
すなわち、上記数値制御工作機械によるねじ切り加工時に上記主軸および刃物台を駆動する各モータの予め求められた最適な調整値を、変数データのねじ切り用のファイルとして保存する記憶手段と、
上記数値制御工作機械が加工プログラム実行中にねじ切り加工を行うか否かを判別するねじ切り判別手段と、
該手段がねじ切り加工を行うと判別したときには、前記予め保存したねじ切り用のファイルの変数データを読み出して、実行中のプログラムで上記各モータの調整に使用する変数データをその読み出した変数データと入れ換える手段とを設けたものである。
【００１２】
そして、上記記憶手段が記憶するねじ切り用のファイルの変数データは、ねじ切り以外の加工時に使用する変数データと比べて、少なくとも上記刃物台を駆動するモータの加減速時間を短くするか、それとともに応答性を高める変数データとする。
上記ねじ切り判別手段は、実行中の加工プログラムの指令の種別によってねじ切り加工を行うか否かを判別する手段であるとよい。
【００１３】
この発明による数値制御工作機械は、上述した制御装置を組み込んで、ねじ切り加工時に主軸および刃物台を駆動する各モータが、ねじ切りに最適な動作状態に制御されるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１はこの発明の一実施形態である数値制御工作機械（以下「ＮＣ工作機械」という）の主として制御装置側の概略構成を示すブロック図であり、図２はその主として工作機械（例えば旋盤）側の要部構成を示す図である。
図１に示すＮＣ工作機械の制御装置１は、数値制御装置であり、コントロールユニット２、入力部３、表示部４、外部記憶装置５、およびモータ制御部６によって構成されている。その他、この発明に直接関係しない部分の構成は図示および説明を省略している。コントロールユニット２は、ＣＰＵ７とＲＯＭ８およびＲＡＭ９とバス１０からからなり、マイクロコンピュータを構成している。
【００１５】
ＣＰＵ７は各種の演算・処理機能を有する中央処理装置であり、ＲＯＭ８に格納されている動作プログラムによって動作してこのコントロールユニット２および制御装置１の全体を統括制御し、ＲＡＭ９に格納されたＮＣプログラムにしたがってモータ制御部６の各部を制御する。
ＲＯＭ８はリードオンリ・メモリであり、ＣＰＵの動作プログラムおよび、この発明によるねじ切り加工時の制御に使用する各モータの調整値を示す変数データのファイル（その詳細は後述する）等の固定データを予め格納している。
ＲＡＭ９は、ランダムアクセス・メモリであり、実行する加工プログラム（ＮＣプログラム）やその実行中の加工プログラムで各モータの調整に使用する変数データ（その詳細は後述する）等を一時的に記憶するとともに、ＣＰＵ７のワーキングメモリとしても使用される。
【００１６】
入力部３と表示部４は、このＮＣ工作機械の図示しない操作盤に設けられている。その入力部３は、このＮＣ工作機械の各種の機能を選択したり必要な情報を入力したりするためのスイッチやボタン、および自動プログラミング装置やパーソナルコンピュータからＮＣプログラムを入力するためのインタフェースなども含んでいる。
表示部４は、ＣＲＴや液晶ディスプレイであり、このＮＣ工作機械の操作に必要な各種の情報や入力情報および実際の加工状況などの情報を表示する。
外部記憶装置５は、ハードディスク装置やＦＤドライブ装置あるいはＭＯドライブ装置等の大容量の記憶媒体を用いる装置であり、予め種々の加工プログラム（ＮＣプログラム）や前述したねじ切り加工を含む各条件毎の各モータの調整値を示す変数データのファイルを格納しておくこともできる。
【００１７】
これらを接続するバス１０は、データバスとコントロールバスとアドレスバスとによって構成されている。
モータ制御部６は、図１に実線で示すように、少なくとも１つの主軸回転制御部である第１主軸回転制御部１１と、少なくとも１つの刃物台移動制御部である第１刃物台移動制御部１２とを有し、それぞれ第１主軸回転駆動源（主軸モータ）２１および第１刃物台駆動機構（モータ）２２の駆動を制御する。すなわち、この制御装置１が制御する工作機械２０は、少なくとも１つの主軸（スピンドル）と少なくとも１つのねじ切り工具を装着できる刃物台を有している。
【００１８】
さらに、工作機械２０が移動可能な背面主軸等の第２主軸を有する場合には、その第２主軸回転駆動源２３を制御する第２主軸回転制御部１３と、第２主軸駆動機構２４を制御する第２主軸移動制御部１４を、それぞれ図１におけるモータ制御部６に破線で示すように設ける。また、工作機械２０の刃物台に回転工具を取り付けられる場合には、その回転工具回転駆動源２５を制御する回転工具回転制御部１５を、同じくモータ制御部６に破線で示すように設ける。
このモータ制御部６も、コントロールユニット２とバス１０によって接続されている。
【００１９】
図２は工作機械２０側の最も単純な構成例を、モータ制御部６との間の信号の入出力関係と共に示している。
モータ制御部６の第１主軸回転制御部１１によって制御される第１主軸回転駆動源２１は、主軸（スピンドル）２１０を回転させる主軸モータであり、主軸２１０に設けられたチャック２１１によって保持する被加工材料（ワーク）３０を高速で回転させる。その主軸モータ２１には、回転検出器２１２が取り付けられており、主軸モータ２１の主軸２１０が一定角度回転する毎にパルス信号を発生し、第１主軸回転制御部１１へフィードバックする。この主軸モータ２１及びチャック２１１を備えた主軸２１０は、図示を省略しているベッドに配設されている。
【００２０】
第１刃物台駆動機構２２は、刃物台（ＸＺテーブル機構に保持されている）２２０をＸ軸方向（図では垂直方向）に移動させるためのＸ軸送りモータ２２１ｘと送りねじ２２２ｘ、およびその刃物台をＺ軸方向（図では水平方向）に移動させるためのＺ軸送りモータ２２１ｚと送りねじ２２２ｚ等によって構成されている。
そのＸ軸送りモータ２２１ｘには回転検出器２２３ｘが装着されており、Ｚ軸送りモータ２２１ｚには、回転検出器２２３ｚが装着されている。
【００２１】
モータ制御部６の第１刃物台移動制御部１２は、図２に示すようにＸ軸送り制御部１２ｘとＺ軸送り制御部１２ｚとを有している。そして、そのＸ軸送り制御部１２ｘは、その出力制御信号によってＸ軸送りモータ２２１ｘの回転を制御し、回転検出器２２３ｘからの送りねじ２２２ｘの回転速度に比例する周波数のパルス信号をフィードバック信号として入力する。
一方、Ｚ軸送り制御部１２ｚは、その出力制御信号によってＺ軸送りモータ２２１ｚの回転を制御し、回転検出器２２３ｚからの送りねじ２２２ｚの回転速度に比例する周波数のパルス信号をフィードバック信号として入力する。
【００２２】
そして、この第１刃物台駆動機構２２によって、刃物台２２０に取り付けた工具（刃物）４０をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動させ、主軸２１０のチャック２１１に保持されて回転されるワーク３０を加工する。
この例では、刃物台２２０に１つの工具４０のみを取り付けているが、一般にターレット式刃物台を使用して、その周囲に放射状に多数の工具、例えば各種の外径削り用バイト、内径削り用バイト、ねじ切り用バイト、突切り用バイト、回転工具であるドリルなどを取り付け、それらのいずれかを任意に選択して使用できるようにしている。この実施形態においても、ターレット式刃物台を使用して、加工プログラムの実行中に工具を自動的に交換できるものとする。
【００２３】
次に、このＮＣ工作機械における制御装置１によるこの発明に係るねじ切り制御方法について説明する。
まず、この発明によるＮＣ工作機械のねじ切り制御方法の概略を箇条書きにして説明する。
１）ねじ切り加工時においては、刃物台移動用モータの加減速時間を短くするような設定にする。
２）ねじ切り加工時においては、刃物台移動用モータの加減速の間においても、被加工材の回転と同期できるように設定する。
３）ねじ切り加工時においては、少なくとも上記１）の設定データを使用するために、通常の切削加工時と調整用の変数データを入れ換えて使用できるようにする。
４）そのために、ねじ切り専用の変数データ（パラメータ）を別に持つようにする。
【００２４】
ねじ切りという切削の条件に特化してモータの調整を行い、その設定値をねじ切り加工時に使用すれば、現状の不完全ねじ部に対して改善を加えることができる。但し、この設定で全ての加工を行うことは振動や発熱といった弊害を生じることになる。その理由は、速度の変化に対して敏速に反応する（レスポンスを上げる）ために、アイドル状態でも常に高い電流を流すなどの制御をするためである。
【００２５】
次に、図１および図２によって説明したＮＣ工作機械にこの発明によるねじ切り制御方法を実施する場合の例を、具体的に説明する。
まず、このＮＣ工作機械によるねじ切りの加工は、図２に示した刃物台２２０の工具４０としてねじ切り用工具（刃物）を選択して、主軸２１０によって回転される被加工材３０の外周面にねじ切りを行うものとする。
そのねじ切り加工時に、主軸２１０を回転させる主軸モータ２１と、刃物台２２０をＸ軸方向およびＺ軸方向へ駆動するＸ軸送りモータ２２１ｘとＺ軸送りモータ２２１ｚの最適な調整値を計算あるいは実測によって求め、その各調整値を変数データのファイルとして、例えばファイルＳＡ−７，ファイルＴＡ−７とそれぞれファイル名を付けて、図１に示したコントロールユニット２内のＲＯＭ８、あるいは外部記憶装置５に記憶させて保存しておく。
【００２６】
なお、コントロールユニット２内のＲＡＭ９には、加工プログラム実行中にＣＰＵ７によって使用され、各モータの動作を直接左右する調整データが格納されている領域（変数データ領域）は１つだけであり、通常はそこに従来のＮＣ工作機械の制御装置と同様に、加工条件および使用条件のどれを優先するかによって決定された標準の調整データ（変数データ）が格納されている。
表１は、その標準の変数データの例を示し、このデータも書き換えられ後、再び書き戻せるように、例えばファイルＳＡ−０，ファイルＴＡ−０とそれぞれファイル名を付けて、前述のＲＯＭ８あるいは外部記憶装置５に記憶させて保存しておく。
表２は、ねじ切り加工用のファイルＳＡ−７，ファイルＴＡ−７の変数データの例を示す。
これらの表において、主軸の１軸目は主軸モータ２１、刃物台の１軸目はＸ軸送りモータ２２１ｘ、２軸目はＺ軸送りモータ２２１ｚに対する各データである。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
ここで変数データとは以下のようなものを言う。
○最大速度（早送り速度）：モータを回転させて軸移動させる際の速度の最大値であり、単位はｍｍ／ｓｅｃ
○加減速時間（時定数）：モータを停止状態から最大速度までの加速に要する時間であり、単位はｍｓｅｃ（ミリ秒）
応答性（ゲイン）：モータの回転開始時の追従力や反力に対する応答力などの増加量であり、相対比例値である。
補正（ロストモーション補正など）：特殊な条件下で見られる傾向を補う機能であり、相対比例値である。
【００３０】
表２に示すねじ切り加工用の変数データは、表１に示す標準の変数データと比べて、特に刃物台駆動用の各モータの加減速時間をかなり短くし、応答性も大幅に高くしている。
ねじ切り加工時には、このねじ切り加工用の変数データを、図１に示したＣＰＵ７が、ＲＯＭ８あるいは外部記憶装置５から読み出して、ＲＡＭ９内の変数データを入れ換える（書き換える）。
変数データを入れ換える方法に複数の方法があり、変数データ入れ換え方法の選択を表示部４の画面によって行う。
【００３１】
図３に表示部４によるその変数データ入れ換え方法の選択画面の一例を示す。この例では、画面の中から［自動］，［プログラム指令］，［操作］のいずれか一つを選択することができる。
ここで「自動」とは、加工プログラムの指令やモータの状態に応じて変数データの入れ換えを自動的に行う方法である。
「プログラム指令」とは、加工プログラムの中で変数データの入れ換えを指示する指令を与える方法である。
【００３２】
「操作」とは、機械操作時に変数データの入れ換えを指示する操作を行う方法である。
選択した入れ換え方法に従って、ねじ切り加工を行うか否かを判別しながら、ねじ切り用あるいは標準のファイルの調整データ（変数データ）を選び、ＲＡＭ９に格納されている変数データを入れ換える。なお、ねじ切り以外の加工条件や使用条件、あるいはその組み合わせに対する変数データもファイル名を付けて保存し、必要に応じてその変数データを読み出して、ＲＡＭ９に格納されている変数データを入れ換えるようにしてもよい。
【００３３】
さらに、刃物台２２０のＺ軸送りモータ２２１ｚの加減速の間においても、被加工材料３０の回転と同期できるように、Ｚ軸送りモータ２２１ｚの起動時から工具４０のＺ軸方向への送り速度が一定になるまで、主軸モータ２１の回転を下げて、Ｚ軸送りモータ２２１ｚと同期させてその回転数を上げるように制御するとなおよい。
【００３４】
[加工プログラムによる変数データ入れ換えの例]
ここで、図３に示した選択画面で「プログラム指令」を選択した場合の、加工プログラムによる変数データの入れ換え方法の具体例を説明する。
この例では、図２に示した刃物台２２０がターレット式刃物台で、そのＴ０４位置にねじ切り用工具が取り付けられているものとする。
【００３５】
加工プログラム（ＮＣプログラム）
Ｍ３Ｓ１＝５０００
Ｔ０４００
Ｍ１０７
Ｘ１３．０
Ｇ９２Ｘ１１．５Ｚ−８０Ｆ０．７
Ｘ１１．１
Ｘ１０．９６
Ｘ１０．９６
Ｇ０Ｘ１３．０
【００３６】
この加工プログラムの実行中に、ツール指令のＴコードであるＴ０４００が図１におけるＣＰＵ７に読み込まれると、ターレット式刃物台を回転させてねじ切り工具を選択し、次の補助指令のＭコードであるＭ１０７を読み込むと、ファイルＳＡ−７とファイルＴＡ−７のねじ切り加工用の変数データをＲＯＭ８から読み出し、ＲＡＭ９に格納されている変数データを入れ換える。
この例では、ＭコードのＭ１０７の最後の数値「７」は、ファイル名の数値を示しており、ＣＰＵ７はこれによってファイルＳＡ−７とファイルＴＡ−７のねじ切り加工と判別して、その各ファイルの変数データをＲＯＭ８から読み出して、ＲＡＭ９の変数データを入れ換える。
したがって、その後に開始される旋削加工中は、表２に示した「ねじ切り」の変数データに基づいて、各モータの調整がなされる。
【００３７】
このねじ切り加工が終了し、次のツール指令のＴコードでねじ切り用工具以外の工具を選択すると、次の補助指令のＭコードで、ＣＰＵ７がファイルＳＡ−０とファイルＴＡ−０の標準ファイルの変数データをＲＯＭ８から読み出し、ＲＡＭ９に格納されている変数データを入れ換える（元のデータに戻す）。
なお、この例では加工プログラム中の補助指令のＭコードによって、ねじ切り加工の判別およびそのファイルの変数データの読み出しと入れ換えを行うようにしたが、ツール指令のＴコードによってもねじ切り加工を行うことを判別できるので、このＴコードによってＣＰＵ７がＲＡＭ９の変数データの入れ換えを行うようにしてもよい。
【００３８】
このねじ切り制御方法によれば、図５に示したねじ切りのアプローチＤａを短くして、ねじ切り加工の作業効率を高めることができる。また、図４に示した従来のねじ切り加工による不完全ねじ部３１ｂの長さは、主軸の回転数によっても異なるが、主軸の回転数を５０００ｒｐｍにしてねじ切り加工をした場合、７〜８ピッチとなっていた。それが、この発明のねじ切り制御方法を実施することによって、不完全ねじ部を２〜３ピッチに減らすことができる。
【００３９】
この発明による数値制御工作機械の制御装置においては、図１におけるＲＯＭ８あるいは外部記憶装置５が、このＮＣ工作機械によるねじ切り加工時に主軸および刃物台を駆動する各モータの予め求められた最適な調整値を、変数データのねじ切り用のファイルとして保存する記憶手段である。
また、ＣＰＵ７が、このＮＣ工作機械が加工プログラム実行中にねじ切り加工を行うか否かを判別するねじ切り判別手段の機能と、該手段がねじ切り加工を行うと判別したときには、上記予め保存したねじ切り用のファイルの変数データを読み出して、実行中のプログラムで上記各モータの調整に使用する変数データをその読み出した変数データと入れ換える手段の機能とを果している。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、数値制御工作機械におけるねじ切り加工時に、各軸を駆動する各モータに対してねじ切り加工に最適な調整を行い、その調整値を元に動作制御することができるので、加工速度を向上させることができる。しかも、ねじの切り始めの部分のアプローチを短くし、ねじの切り上げ部分においても加工精度を向上させることができる。振動や熱の発生を抑え、工具（刃物）の寿命を延ばすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態である数値制御工作機械の主として制御装置側の概略構成を示すブロック図である。
【図２】同じくその主として工作機械側の要部構成を示す図である。
【図３】図１における表示部４による変数データ入れ換え方法の選択画面の一例を示す図である。
【図４】従来のＮＣ工作機械によるねじ切り加工によって不完全ねじ部が生じることの説明図に供する図である。
【図５】不完全ねじ部が生じないようにアプローチをとることの説明に供する図である。
【符号の説明】
１：制御装置２：コントロールユニット
３：入力部４：表示部
５：外部記憶装置６：モータ制御部
７：ＣＰＵ８：ＲＯＭ９：ＲＡＭ
１０：バス１１：第１主軸回転制御部
１２：第１刃物台移動制御部２０：工作機械
２１：第１主軸回転駆動源（主軸モータ）
２２：第１刃物台駆動機構
３０：被加工材（ワーク）
４０：工具（ねじ切り用工具）
２１０：主軸２２０：刃物台
２２１ｘ：Ｘ軸送りモータ
２２１ｚ：Ｚ軸送りモータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a threading control method for a numerically controlled machine tool having a tool post on which at least one spindle and at least one threading tool can be mounted, a control device for implementing the method, and a numerically controlled machine tool incorporating the control device.
[0002]
[Prior art]
In numerically controlled machine tools such as NC lathes and NC milling machines, when performing threading (threading) on the outer peripheral surface of a cylindrical workpiece (workpiece) or the inner peripheral surface of a cylindrical or perforated workpiece, As shown in FIG. 4, the tool 40 in the Z-axis direction parallel to the axis A is synchronized with the rotation of the workpiece 30 while the threading tool (blade) 40 is brought into contact with the rotating workpiece 30. To move.
However, in order to move in a direction along the tool 40 in the axial A, but is moved in a direction along the tool rest (not shown) attached to the tool 40 to the axis A, since it takes time to acceleration and deceleration of the drive motor, A portion (incomplete screw portion) 31b in which the pitch of the screw 31 is incorrect is formed during the time until the tool 40 is stopped from the fixed state and the time until the tool is stopped from the constant speed.
[0003]
Generation | occurrence | production of this incomplete thread part 31b is recognized widely, and it is common to obtain | require the distance of the incomplete thread part which should be ensured in an actual machining program by calculation. Also, these calculation formulas are open to the public as specifications of the numerical control device.
In recent years, the cutting conditions (the number of revolutions and the feed rate) by turning have been improved as the rigidity of the cutter and the rotation of the spindle have been increased. Originally, also in thread cutting, it is desirable to shorten the cutting time by increasing the main shaft for rotating the workpiece and increasing the feed rate of the tool.
[0004]
However, when the tool feed rate is increased, the time required for acceleration increases, and the tool feed rate does not follow the rotational speed of the main shaft, so that the incomplete thread portion 31b shown in FIG. 4 becomes longer. Therefore, the current situation is that the rotational speed of the main shaft must be lowered. Further, even if the acceleration / deceleration of the feed rate of the tool is improved, the acceleration / deceleration time cannot be reduced to zero.
[0005]
Usually, the threading process repeatedly performs a cutting operation. The higher the thread, the greater the number of repetitions. Therefore, although the blade is brought into contact with the already cut screw, it is necessary to control so that the phase of the workpiece, that is, the rotation angle does not shift.
However, the time until the tool (blade) changes from a stopped state to a constant speed, and the time until the tool changes from a constant speed to a stopped state, because the tool feed rate changes, the phase with the workpiece Cannot be perfectly matched, and in this case, the screw thread is crushed, resulting in an incomplete thread.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
For the above-described reason, it is necessary to secure, as approach Da, a portion where the pitch is incorrect (incomplete thread portion) as shown in FIG. Taking this approach Da increases the time during which machining is not performed and also increases the machining time per part.
Moreover, a required approach may not be ensured from the shape and length of the parts to be processed and the size of the cutting chamber.
[0007]
Since there is a material in the rounded up portion (cutting end portion) of the screw, the rounded distance cannot often be secured. In this case, not only an incomplete thread portion is generated in the completed screw, but also an extra force is applied to the tool 40, so that the life of the tool 40 is shortened.
The acceleration of the conventional motor is adjusted to the limit that does not cause side effects such as overshoot, and it is not possible to simply increase the speed any more. It is difficult to set the acceleration / deceleration time to zero.
[0008]
The present invention has been made in order to improve the problem at the time of threading in such a conventional NC machine tool, and at the time of threading, a motor for moving a tool for threading is adjusted with an optimum adjustment value in threading. The purpose is to improve the machining speed by making adjustments and to control the operation, to shorten the approach of the thread cutting start portion, and to improve the machining accuracy even at the thread cutting portion.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A threading control method for a numerically controlled machine tool according to the present invention is a threading control method for a numerically controlled machine tool having a tool post on which at least one spindle and at least one threading tool can be mounted. It is characterized as follows.
Optimum adjustment values of the motors that drive the spindle and the tool post during threading by the numerically controlled machine tool are obtained in advance and stored as a threading file of variable data.
When the numerically controlled machine tool performs threading while the machining program is being executed, the variable data used for adjustment of each motor in the running program is converted into the variable data of the previously stored threading file. Replace.
[0010]
Variable data files for the threading, compared with the variable data to be used in processing other than threading, shorten the motor acceleration and deceleration times for driving at least the tool rest, and variable data to enhance the response with it .
Whether or not the numerically controlled machine tool performs threading during execution of the machining program can be determined according to the type of instruction of the machining program being executed.
[0011]
A control device for a numerically controlled machine tool according to the present invention is a control device for a numerically controlled machine tool having a tool post to which at least one spindle and at least one threading tool can be mounted, in order to achieve the above object, The following means are provided.
That is, storage means for storing the optimum adjustment value obtained in advance for each motor that drives the spindle and the tool post at the time of threading by the numerically controlled machine tool as a file for threading variable data;
A threading determining means for determining whether the numerically controlled machine tool performs threading during execution of the machining program;
When it is determined that the means performs threading, the variable data in the previously stored threading file is read, and the variable data used for adjusting each motor in the program being executed is replaced with the read variable data. Means.
[0012]
Then, the variable data file for threading the storage means stores, as compared with the variable data to be used in processing other than threading, shorten the motor acceleration and deceleration times for driving at least the tool rest, the response with it Variable data that enhances the performance .
The thread cutting determination means may be a means for determining whether or not to perform thread cutting according to the type of command of the machining program being executed.
[0013]
A numerically controlled machine tool according to the present invention incorporates the above-described control device so that each motor that drives the spindle and the tool post during threading is controlled to an optimum operating state for threading.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration mainly on the control device side of a numerically controlled machine tool (hereinafter referred to as “NC machine tool”) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 mainly shows a machine tool (for example, a lathe). It is a figure which shows the principal part structure of the side.
The NC machine tool control device 1 shown in FIG. 1 is a numerical control device, and includes a control unit 2, an input unit 3, a display unit 4, an external storage device 5, and a motor control unit 6. Other configurations not directly related to the present invention are not shown and described. The control unit 2 includes a CPU 7, a ROM 8, a RAM 9, and a bus 10, and constitutes a microcomputer.
[0015]
The CPU 7 is a central processing unit having various arithmetic and processing functions. The CPU 7 operates according to the operation program stored in the ROM 8 to control the entire control unit 2 and the control device 1 and controls the NC program stored in the RAM 9. Each part of the motor control unit 6 is controlled according to the above.
ROM 8 is a read-only memory that stores in advance fixed data such as a CPU operation program and a variable data file (details will be described later) indicating adjustment values of each motor used for control during threading according to the present invention. is doing.
The RAM 9 is a random access memory, and temporarily stores a machining program (NC program) to be executed and variable data (details will be described later) used for adjusting each motor in the machining program being executed. It is also used as a working memory for the CPU 7.
[0016]
The input unit 3 and the display unit 4 are provided on an operation panel (not shown) of this NC machine tool. The input unit 3 includes switches and buttons for selecting various functions of the NC machine tool and inputting necessary information, and an interface for inputting an NC program from an automatic programming device or a personal computer. Contains.
The display unit 4 is a CRT or a liquid crystal display, and displays various information necessary for operation of the NC machine tool, input information, and information such as an actual machining status.
The external storage device 5 is a device that uses a large-capacity storage medium such as a hard disk device, an FD drive device, or an MO drive device, and has various machining programs (NC programs) and various conditions for each condition including the above-described thread cutting. It is also possible to store a variable data file indicating motor adjustment values.
[0017]
The bus 10 for connecting them includes a data bus, a control bus, and an address bus.
As shown by a solid line in FIG. 1, the motor control unit 6 includes a first spindle rotation control unit 11 that is at least one spindle rotation control unit, and a first tool post movement control unit that is at least one tool post movement control unit. 12 and controls the driving of the first spindle rotation drive source (spindle motor) 21 and the first tool post drive mechanism (motor) 22, respectively. That is, the machine tool 20 controlled by the control device 1 has a tool post on which at least one spindle (spindle) and at least one threading tool can be mounted.
[0018]
Further, when the machine tool 20 has a second main spindle such as a movable rear main spindle, the second main spindle rotation control unit 13 that controls the second main spindle rotation drive source 23 and the second main spindle drive mechanism 24 are controlled. The second spindle movement control unit 14 is provided in the motor control unit 6 in FIG. Further, when a rotary tool can be attached to the tool post of the machine tool 20, a rotary tool rotation control unit 15 for controlling the rotary tool rotation drive source 25 is provided in the motor control unit 6 as indicated by a broken line.
This motor control unit 6 is also connected to the control unit 2 by a bus 10.
[0019]
FIG. 2 shows the simplest configuration example on the machine tool 20 side, together with signal input / output relationships with the motor control unit 6.
The first spindle rotation drive source 21 controlled by the first spindle rotation control unit 11 of the motor control unit 6 is a spindle motor that rotates the spindle (spindle) 210 and is to be held by a chuck 211 provided on the spindle 210. The work material (workpiece) 30 is rotated at a high speed. A rotation detector 212 is attached to the spindle motor 21, and a pulse signal is generated every time the spindle 210 of the spindle motor 21 rotates by a certain angle, and is fed back to the first spindle rotation control unit 11. The spindle 210 including the spindle motor 21 and the chuck 211 is disposed on a bed (not shown).
[0020]
The first tool post drive mechanism 22 includes an X-axis feed motor 221x and a feed screw 222x for moving the tool post (held by the XZ table mechanism) 220 in the X-axis direction (vertical direction in the figure), and the tool thereof. It comprises a Z-axis feed motor 221z and a feed screw 222z for moving the table in the Z-axis direction (horizontal direction in the figure).
A rotation detector 223x is attached to the X-axis feed motor 221x, and a rotation detector 223z is attached to the Z-axis feed motor 221z.
[0021]
The first tool post movement control unit 12 of the motor control unit 6 includes an X-axis feed control unit 12x and a Z-axis feed control unit 12z as shown in FIG. The X-axis feed control unit 12x controls the rotation of the X-axis feed motor 221x by the output control signal, and a pulse signal having a frequency proportional to the rotation speed of the feed screw 222x from the rotation detector 223x is used as a feedback signal. input.
On the other hand, the Z-axis feed controller 12z controls the rotation of the Z-axis feed motor 221z by the output control signal, and inputs a pulse signal having a frequency proportional to the rotation speed of the feed screw 222z from the rotation detector 223z as a feedback signal. To do.
[0022]
Then, the first tool post driving mechanism 22 moves the tool (tool) 40 attached to the tool post 220 in the X-axis direction and the Z-axis direction, and the work 30 that is held and rotated by the chuck 211 of the spindle 210 is rotated. Process.
In this example, only one tool 40 is attached to the tool post 220. In general, a turret type tool post is generally used, and a large number of tools such as various types of outer diameter cutting tools and inner diameter cutting tools are radially provided around the tool post. A cutting tool, a thread cutting tool, a parting tool, a rotary tool drill or the like is attached, and any one of them can be selected and used. Also in this embodiment, it is assumed that the tool can be automatically changed during execution of the machining program using the turret tool post.
[0023]
Next, the threading control method according to the present invention by the control device 1 in this NC machine tool will be described.
First, an outline of the threading control method for an NC machine tool according to the present invention will be described in bulleted form.
1) At the time of threading, the setting is made to shorten the acceleration / deceleration time of the tool post moving motor.
2) At the time of threading, it is set so that it can be synchronized with the rotation of the workpiece even during acceleration / deceleration of the tool for moving the tool post.
3) At the time of threading, in order to use at least the setting data of 1), the variable data for adjustment can be used interchangeably with that at the time of normal cutting.
4) For this purpose, variable data (parameters) dedicated to thread cutting are provided separately.
[0024]
If the motor is adjusted specifically for the cutting condition of threading and the set value is used during threading, it is possible to improve the current incomplete thread. However, performing all the processing with this setting causes problems such as vibration and heat generation. The reason is to control such that a high current always flows even in an idle state in order to react quickly (increase response) to a change in speed.
[0025]
Next, an example in which the threading control method according to the present invention is applied to the NC machine tool described with reference to FIGS. 1 and 2 will be specifically described.
First, in the threading process by the NC machine tool, a threading tool (tool) is selected as the tool 40 of the tool post 220 shown in FIG. 2, and threading is performed on the outer peripheral surface of the workpiece 30 rotated by the spindle 210. Shall be performed.
By calculating or measuring the optimum adjustment values of the spindle motor 21 that rotates the spindle 210, the X-axis feed motor 221x that drives the tool post 220 in the X-axis direction and the Z-axis direction, and the Z-axis feed motor 221z during the threading process. Each adjustment value is obtained as a variable data file, for example, file SA-7 and file TA-7, and each file name is given and stored in the ROM 8 or the external storage device 5 in the control unit 2 shown in FIG. Let me save it.
[0026]
The RAM 9 in the control unit 2 has only one area (variable data area) that is used by the CPU 7 during execution of the machining program and stores adjustment data that directly affects the operation of each motor. As in the conventional NC machine tool control apparatus, standard adjustment data (variable data) determined by prioritizing which of the machining conditions and the usage conditions is stored therein.
Table 1 shows an example of the standard variable data. For example, the file SA-0 and the file TA-0 are respectively given file names so that the data can be rewritten and rewritten, and the ROM 8 or the external device described above is provided. The data is stored in the storage device 5 and stored.
Table 2 shows an example of variable data of the file SA-7 and the file TA-7 for thread cutting.
In these tables, the first axis of the spindle is the spindle motor 21, the first axis of the tool post is the X-axis feed motor 221x, and the second axis is the data for the Z-axis feed motor 221z.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Table 2]

[0029]
Here, variable data refers to the following.
○ Maximum speed (rapid feed speed): The maximum speed when rotating the motor to move the axis. The unit is mm / sec.
○ Acceleration / deceleration time (time constant): Time required to accelerate the motor from the stopped state to the maximum speed. The unit is msec (millisecond).
Responsiveness (gain): An increase amount of a follow-up force at the start of rotation of the motor and a response force with respect to a reaction force, and is a relative proportional value.
Correction (lost motion correction, etc.): A function that compensates for the tendency seen under special conditions, and is a relative proportional value.
[0030]
Compared with the standard variable data shown in Table 1, the variable data for thread cutting shown in Table 2 significantly shortens the acceleration / deceleration time of each motor for driving the turret and greatly increases the responsiveness. .
At the time of threading, the CPU 7 shown in FIG. 1 reads the variable data for threading from the ROM 8 or the external storage device 5, and replaces (rewrites) the variable data in the RAM 9.
There are a plurality of methods for replacing the variable data, and the variable data replacement method is selected on the screen of the display unit 4.
[0031]
FIG. 3 shows an example of a selection screen for the variable data replacement method by the display unit 4. In this example, one of [Automatic], [Program command], and [Operation] can be selected from the screen.
Here, “automatic” is a method of automatically replacing variable data in accordance with a machining program command or a motor state.
The “program command” is a method of giving a command for instructing replacement of variable data in the machining program.
[0032]
“Operation” is a method of performing an operation to instruct replacement of variable data during machine operation.
While determining whether or not to perform threading according to the selected replacement method, adjustment data (variable data) for threading or a standard file is selected, and variable data stored in the RAM 9 is replaced. It should be noted that variable data for processing conditions other than thread cutting, usage conditions, or combinations thereof is also saved with a file name, the variable data is read out as necessary, and the variable data stored in the RAM 9 is replaced. Also good.
[0033]
Further, the feed speed of the tool 40 in the Z-axis direction from the start of the Z-axis feed motor 221z so that it can be synchronized with the rotation of the workpiece 30 even during acceleration / deceleration of the Z-axis feed motor 221z of the tool post 220. It is even better to control the spindle motor 21 to decrease in rotation until it becomes constant and to increase the rotation speed in synchronization with the Z-axis feed motor 221z.
[0034]
[Example of variable data replacement by machining program]
Here, a specific example of a method of replacing variable data by the machining program when “program command” is selected on the selection screen shown in FIG. 3 will be described.
In this example, it is assumed that the tool post 220 shown in FIG. 2 is a turret type tool post, and a threading tool is attached to the position T04.
[0035]
Machining program (NC program)
M3 S1 = 5000
T0400
M107
X13.0
G92 X11.5 Z-80 F0.7
X11.1
X10.96
X10.96
G0 X13.0
[0036]
During execution of this machining program, when T0400, which is the T code of the tool command, is read by the CPU 7 in FIG. 1, the turret tool post is rotated to select the threading tool, and M107, which is the M code of the next auxiliary command. Is read from the ROM 8 and the variable data stored in the RAM 9 is exchanged.
In this example, the last number of the M107 M-code "7" indicates the value of the file name, CPU 7 is to determine the result threading file SA-7 and file TA-7 thereto, each The variable data of the file is read from the ROM 8, and the variable data in the RAM 9 is replaced.
Therefore, during the turning process started thereafter, each motor is adjusted based on the variable data of “thread cutting” shown in Table 2 .
[0037]
When this threading is completed and a tool other than the threading tool is selected with the T code of the next tool command, the CPU 7 uses the M code of the next auxiliary command to change the variables in the standard files of file SA-0 and file TA-0. Data is read from the ROM 8 and the variable data stored in the RAM 9 is replaced (returned to the original data).
In this example, the threading process is discriminated and the variable data of the file is read and replaced by the auxiliary command M code in the machining program. However, the threading process is also performed by the tool command T code. Since the determination can be made, the CPU 7 may replace the variable data in the RAM 9 with the T code.
[0038]
According to this threading control method, the threading approach Da shown in FIG. 5 can be shortened to increase the working efficiency of threading. Further, the length of the incomplete thread portion 31b obtained by the conventional threading process shown in FIG. 4 varies depending on the rotational speed of the main shaft. It was. By implementing the threading control method of the present invention, the incomplete thread portion can be reduced to 2 to 3 pitches.
[0039]
In the numerically controlled machine tool control device according to the present invention, the ROM 8 or the external storage device 5 in FIG. Is stored as a variable data threading file.
In addition, when the CPU 7 determines that the NC machine tool performs the threading process while the machining program is being executed, and the threading determining means determines that the NC machine tool performs the threading process, the CPU 7 stores the above-described threading-preserving function. The function of the means which reads the variable data of this file, and replaces the variable data used for adjustment of each said motor with the read variable data in the program under execution is performed.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, at the time of threading in a numerically controlled machine tool, each motor that drives each axis is optimally adjusted for threading, and operation control is performed based on the adjusted value. Therefore, the processing speed can be improved. In addition, the approach at the beginning of the thread cutting can be shortened, and the machining accuracy can be improved even at the thread cutting-up section. Generation of vibration and heat can be suppressed, and the tool (blade) life can be extended.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration mainly on a control device side of a numerically controlled machine tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a configuration of main parts mainly on the machine tool side.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a selection screen for a variable data replacement method by the display unit 4 in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram for explaining that an incomplete thread portion is generated by threading with a conventional NC machine tool.
FIG. 5 is a diagram for explaining that an approach is taken so that an incomplete thread portion does not occur.
[Explanation of symbols]
1: Control device 2: Control unit 3: Input unit 4: Display unit 5: External storage device 6: Motor control unit 7: CPU 8: ROM 9: RAM
10: Bus 11: First spindle rotation control unit 12: First tool post movement control unit 20: Machine tool 21: First spindle rotation drive source (spindle motor)
22: 1st tool post drive mechanism 30: Work material (workpiece)
40: Tool (thread cutting tool)
210: Spindle 220: Tool post 221x: X-axis feed motor 221z: Z-axis feed motor

Claims

A thread control method for a numerically controlled machine tool having a tool post on which at least one spindle and at least one thread cutting tool can be mounted,
Optimum adjustment values of the motors that drive the spindle and the tool post at the time of threading by the numerically controlled machine tool are obtained in advance, and saved as a threading file of variable data,
When the numerically controlled machine tool performs thread cutting during execution of a machining program, variable data used for adjustment of each motor in the running program is replaced with variable data in the previously stored thread cutting file. e,
The variable data of the file for thread cutting is variable data for shortening at least the acceleration / deceleration time of the motor that drives the tool post as compared with variable data used during machining other than thread cutting. Machine threading control method.

The variable data in the file for threading is variable data that shortens at least the acceleration / deceleration time of the motor that drives the tool post and improves responsiveness as compared with variable data used during machining other than thread cutting. The threading control method according to claim 1.

3. The numerically controlled machine tool according to claim 1, wherein whether or not the numerically controlled machine tool performs thread cutting during execution of the machining program is determined according to a command type of the machining program being executed. Threading control method.

A control device for a numerically controlled machine tool having a tool post on which at least one spindle and at least one threading tool can be mounted,
Storage means for storing optimum adjustment values obtained in advance for each motor that drives the spindle and the tool post during threading by the numerically controlled machine tool as a file for threading variable data;
Thread cutting determination means for determining whether the numerical control machine tool performs thread cutting during execution of a machining program;
When it is determined that the means performs threading, the variable data in the file for threading stored in advance is read, and the variable data used for adjustment of each motor in the program being executed is replaced with the read variable data. The variable data of the file for threading stored in the storage means is a variable that shortens at least the acceleration / deceleration time of the motor that drives the tool post as compared with variable data used during machining other than thread cutting. A control device for a numerically controlled machine tool characterized by being data .

The variable data of the file for thread cutting stored in the storage means is a variable that shortens at least the acceleration / deceleration time of the motor that drives the tool post and increases the responsiveness as compared with variable data used during machining other than thread cutting. 5. The numerically controlled machine tool control device according to claim 4 , wherein the control device is data.

The numerically controlled machine tool control device according to claim 4 or 5 , wherein the thread cutting determination means is a means for determining whether or not to perform thread cutting according to a type of a command of a running machining program.

A numerically controlled machine tool incorporating the control device according to any one of claims 4 to 6 .