JP4709588B2 - ネジ切削加工制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ切り切削加工工程からネジ切り終了までのネジ切削加工制御方法およびその装置に関する。

従来のネジ切り加工方法は、主軸を一定の回転数指令（Ｓ１）で回転させ、送り軸を主軸回転数指令（Ｓ１）とネジピッチ指令（Ｐ）の乗算値で移動させ、ネジ切削加工を行っていた。この時の、送り軸速度（Ｚｖ１）は次式で表される。
Ｚｖ１＝Ｓ１×Ｐ …………………… （式１）
図６は従来技術によるネジ切削加工装置の制御ブロック図である。主軸６は、主軸回転制御部５により主軸回転数指令（Ｓ１）に回転制御される。送り軸は、主軸位置検出部８から検出した主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）の変化量（ΔＡＰＡ−Ｓ）とネジピッチ指令（Ｐ）を乗算した送り軸（Ｚ軸）移動量（ΔＺ＝（ΔＡＰＡ−Ｓ）×Ｐ）に基づいて位置制御される。この制御方法によって、主軸と送り軸の同期が取れた状態でネジ切り加工が行われる（例えば、特許文献１参照）。そして、図８に示すように、主軸回転数に同期して送り軸が駆動され、ネジ切り工具２１によってネジ切りが行われる。一方、図７に示すように、ネジ切り工程を終了させるには、送り軸を停止させることが必要であるが、ある一定の送り速度で駆動されている送り軸を停止させるには一定の減速時間が必要である。送り軸は、振動の発生やオーバーシュートの問題を避けるために一定の送り軸加減速時定数（Ｔｚ）で規定される時間をかけて、一定の送り速度から停止まで減速される。一方、主軸は一定の回転数（Ｓ１）で回転制御されていることから、ネジ切り工程の終了時には主軸と送り軸の同期が取れなくなり、この部分に不完全ネジ部が形成される。この不完全ネジ部の長さは、送り軸が停止するまでの送り軸停止距離（ｄ１）と等しく、主軸回転数指令（Ｓ１）、ネジピッチ指令（Ｐ）、送り軸加減速時定数（Ｔｚ）から、次式
ｄ１＝Ｓ１×Ｐ×Ｔｚ／２ …………………… （式２）
で計算される距離となる。（図７のハッチング部分の面積）

特開２００４−２０９５５８号公報

上述した、従来の加工方法によれば、ネジ切削工具の切削速度を確保するため、主軸回転数指令（Ｓ１）を高くするほど送り軸の移動速度も速くなり（Ｓ１×Ｐ）、送り軸が停止する際の送り軸停止距離（ｄ１）すなわち不完全ネジ部の長さも長くなる。この送り軸停止距離（ｄ１）すなわち不完全ネジ部の長さは、ネジピッチ指令（Ｐ）および送り軸加減速時定数（Ｔｚ）を一定とした時、式２からわかるように主軸回転数指令（Ｓ１）に比例する。換言すれば主軸回転数指令（Ｓ１）を高くするほど不完全ネジ部が長くなる。そして、上記送り軸加減速時定数（Ｔｚ）は大型機ほど長くなる傾向があることから、高速切削の可能な大型機ほど不完全ネジ部長さが長くなってしまう。一方、不完全ネジ部を短くしようとすると、図７に示すように主軸回転数、送り軸速度を遅くする必要があった。主軸回転数を先の高い回転数（Ｓ１）から遅い回転数（Ｓ２）にすると不完全ネジ部の長さは、ｄ１＝Ｓ１×Ｐ×Ｔｚ／２からｄ２＝Ｓ２×Ｐ×Ｔｚ／２に短くなる。しかし、ネジ切削工具の切削速度を十分に確保できず、ネジの切削加工の時間が長くなるといった課題があった。そこで、本発明の目的は、ネジ切削加工終了部分の不完全ネジ部を抑制しつつ、ネジ切削工具の切削速度を十分に確保したネジ切削加工を実現することにある。また本発明の目的は、ネジ切削加工終了部分に不完全ネジ部を抑制しつつ、ネジ切削加工時間の短縮を実現することにある。

本発明のネジ切削加工制御方法は、ワークを回転させる主軸と、ネジ切り工具を主軸に沿った方向に移動させる送り軸と、主軸回転数指令に応じて主軸を回転させる主軸回転制御手段と送り軸を駆動制御する送り軸駆動制御手段と、主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）を検出する主軸位置検出手段と、を含み、前記主軸の回転と送り軸駆動により、ワークにネジ切削加工を行い、前記主軸と前記送り軸の同期関係を保持しつつ前記主軸回転数の変更に応じて前記送り軸速度を変更することができるネジ切削加工制御方法において、前記主軸回転数を第１の回転数に保持し、前記主軸回転数に同期する第１の送り速度で前記送り軸を駆動制御する第１のネジ切り切削加工工程と、前記主軸回転数を第１の回転数よりも回転数の低い第２の回転数に保持し、前記送り軸を減速、停止させるネジ切り切削加工終了工程と、前記第１のネジ切り切削加工工程と前記ネジ切り切削加工終了工程との間に、前記主軸回転数を前記第１の回転数から第２の回転数まで減速し、前記主軸回転数の減速に同期して送り軸速度を減速する減速ネジ切り切削加工工程とを有し、減速ネジ切り切削加工工程において、前記主軸位置検出手段により得られる実主軸回転移動量（ΔＳ）とネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動速度指令（Ｚｖ）を算出し、前記移動速度指令（Ｚｖ）と送り軸を加減速するための送り軸加減速時定数（Ｔｚ）とから送り軸移動速度に相関して発生する加減速追従誤差（εｚ）を算出し、前記加減速追従誤差（εｚ）を主軸位置に換算して相対位相誤差（εｓ）を算出し、前記主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）から前記相対位相誤差（εｓ）を減算して擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）を算出し、前記擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）と前記ネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動量を算出して、送り軸を駆動制御してネジ切削加工を行うこと、を特徴とする。ここで、前記減速ネジ切り切削加工工程は、前記主軸回転数を前記第２の回転数に減速した後、前記主軸回転数を前記第２の回転数に保持し、前記主軸回転数に同期する第２の送り速度で前記送り軸を駆動制御する第２のネジ切り切削工程を含むこと、としても好適であるし、送り軸位置がネジ切り切削加工終了工程終了位置より所定の距離手前に来た時に、前記第１のネジ切り切削加工工程を減速ネジ切り切削加工工程に変更すること、としても好適であるし、送り軸位置がネジ切り切削加工終了工程開始位置より所定の距離手前に来た時に、前記第１のネジ切り切削加工工程を減速ネジ切り切削加工工程に変更すること、としても好適であるし、前記減速ネジ切り切削加工工程は、ネジ切り工具によってワークに完全ねじ部を形成するために必要な最低限界切削速度まで切削速度を低減することとしても好適であるし、前記減速ネジ切り切削加工工程において、切削速度の減速度を、前記主軸と前記送り軸の位相同期関係を保持しうる最大減速度としたこととしても好適である。

本発明のネジ切削加工装置は、ワークを回転させる主軸と、ネジ切り工具を主軸に沿った方向に移動させる送り軸と、主軸回転数指令に応じて主軸を回転させる主軸回転制御部と、送り軸の移動量を算出するネジ切り切削加工制御部と、送り軸を駆動制御する送り軸駆動制御部と、前記主軸と前記送り軸の同期関係を保持しつつ前記主軸回転数の変更に応じて前記送り軸速度を変更するための主軸と送り軸の位相誤差補償値を計算する、主軸−送り軸位相誤差補償値計算部と前記主軸回転制御部とネジ切り切削加工制御部に、第1のネジ切り切削加工工程、減速ネジ切り切削加工工程、ネジ切り切削加工終了工程の、それぞれの工程に対応する主軸回転数指令とネジ切り指令を出力するプログラム解析部と、を備え、主軸回転と送り軸移動により、ワークにネジ切削加工を行うネジ切削加工装置であって、送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程開始位置より所定の距離手前の減速ネジ切り切削加工工程開始位置を設定する設定手段と、前記送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程開始位置を設定する設定手段と、前記減速ネジ切り切削加工工程開始位置において、前記第1のネジ切り切削加工工程を前記減速ネジ切り切削加工工程に変更する変更手段と、
前記ネジ切り切削加工終了工程開始位置において、前記減速ネジ切り切削加工工程をネジ切り切削加工終了工程に変更する手段と、を有するネジ切り切削加工工程変更制御部と、を有し、前記プログラム解析部は、第1のネジ切り切削加工工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を第1の回転数に保持する回転数指令を出力し、ネジ切り切削加工制御部に前記主軸回転数に同期するネジ切り指令を出力し、減速ネジ切り切削加工工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を前記第1の回転数から前記第１の回転数よりも回転数の低い第２の回転数まで減速する回転数指令を出力し、ネジ切り切削加工制御部に前記主軸回転数の減速に同期するネジ切り指令を出力し、ネジ切り切削加工終了工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を第２の回転数に保持し、前記送り軸を減速、停止させるネジ切り指令を出力すること、を特徴とする。ここで、減速ネジ切り切削加工工程開始位置は、送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程終了位置より所定の距離手前であること、としても好適である。さらに、ネジ切り切削加工制御部は、主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）を検出する主軸位置検出手段と、該主軸位置検出手段により得られる実主軸回転移動量（ΔＳ）とネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動量を算出し、主軸−送り軸位相誤差補償値計算部は、前記実主軸回転移動量（ΔＳ）から実主軸回転数（Ｓｖ）を算出する実主軸回転数算出手段と、実主軸回転数（Ｓｖ）と前記ネジピッチ指令（Ｐ）とから前記送り軸の移動速度指令（Ｚｖ）を算出する送り軸移動速度指令算出手段と、該移動速度指令（Ｚｖ）と送り軸を加減速するための送り軸加減速時定数（Ｔｚ）とから送り軸移動速度に相関して発生する加減速追従誤差（εｚ）を算出する加減速追従誤差算出手段と、前記加減速追従誤差（εｚ）から主軸位置に換算した相対位相誤差（εｓ）を算出する位相誤差補償値算出手段と、前記主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）から前記相対位相誤差（εｓ）を減算し擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）を算出する減算手段と、を有し、送り軸駆動制御部は、前記擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）と前記ネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動量を算出し、送り軸を駆動制御すること、としても好適である。

本発明においては、主軸回転数に同期して送り軸を駆動制御する高速ネジ切り切削加工工程と、送り軸を減速、停止させるネジ切り切削加工終了工程との間に、主軸回転数の減速に同期して送り軸速度の減速制御を行う減速ネジ切り切削加工工程を設けたことにより、主軸回転数を低下させた状態からネジ切削加工終了工程に入ることが出来るため、送り軸停止距離を短くすることができるようになり、ネジの切り終わり部分の不完全ネジ部の長さを短くすることができるという効果がある。また、ネジ切削工具の切削速度を十分に確保したネジ切削加工を長く取れることから全体の切削時間を短縮する効果がある。上記の高速ネジ切り切削加工工程の減速ネジ切り切削加工工程への変更を、送り軸位置がネジ切り切削加工終了工程終了位置より所定の距離手前に来た時に行うこと、あるいは、送り軸位置がネジ切り切削加工終了工程開始位置より所定の距離手前に来た時に行うこととしても同様の効果が得られる。

以下、本発明の第１の実施形態の制御ブロックを図１により説明する。プログラム解析部１は、加工プログラムを解析し、ネジピッチ（Ｐ）が含まれたネジ切削指令をネジ切削制御部２へ出力し、高速の第１の主軸回転数指令（Ｓ１）、低速の第２の主軸回転数指令（ＳＥ）を主軸回転数選択部１０へ出力し、ネジ切り切削加工終了工程開始位置と所定の距離（Ｌ２）を切り上げ位置検出部１１に出力する。ネジ切り切削加工工程変更制御部１２は切り上げ位置検出部１１、および主軸回転数選択部１０から構成される。切り上げ位置検出部１１はプログラム解析部１からのネジ切り切削加工終了工程開始位置と所定の距離（Ｌ２）と送り軸位置信号から主軸回転数選択信号を出力する。主軸回転数選択部１０は上記主軸回転数選択信号に基づいて、プログラム解析部１からの高速の第１の主軸回転数指令（Ｓ１）、低速の第２の主軸回転数指令（ＳＥ）のうちどちらの回転数指令を主軸回転制御部５に出力するかを選択する。主軸６は、主軸回転制御部５により回転制御される。主軸位置は主軸位置検出器（ＰＧ）７により検出され、主軸位置検出部８は主軸位置検出器７からの信号を用いて主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）を検出する。主軸−送り軸位相誤差補償値算出部９は上記の主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）と送り軸加減速時定数（Ｔｚ）から主軸と送り軸の位相誤差の補償値を算出し擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）を出力する。ネジ切削制御部２は位相補償された、擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）に基づいて、擬似主軸位置の変化量（ΔＡＰＡ−Ｓ’）とネジピッチ（Ｐ）を乗算した送り軸（Ｚ軸）移動量（ΔＺ）を算出し、送り軸位置制御部３へ出力する。送り軸位置制御部３は、送り軸移動量（ΔＺ）に基づいて、送り軸４を位置制御する。

本発明によるネジ切削加工制御方法の第１の実施形態による、ネジ切削加工装置の動作を図１、図３、図４にて説明する。ネジ切削制御部２は、主軸−送り軸位相誤差補償値算出部９からの擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）に基づき主軸が所定の回転角（マーカ位置）に達したのち送り軸を起動する。送り軸の起動において、送り軸は振動やオーバーシュートを避けるため一定の送り軸加減速時定数Ｔｚにより規定される時間をかけて所定の送り軸速度に到達する。送り軸が所定の送り軸速度に達した後、擬似主軸位置の変化量（ΔＡＰＡ−Ｓ’）とネジピッチ（Ｐ）を乗算した送り軸（Ｚ軸）移動量（ΔＺ）に基づいて、送り軸４が制御される。主軸と送り軸の位相の誤差は、主軸−送り軸位相誤差補償値算出部９において算出される相対位相誤差を用いて補償され、主軸と送り軸の位相の同期が保持される。この制御によって、図３に示すように、主軸が一定の回転数（Ｓ１）で回転しているとき送り軸速度はネジピッチを（Ｐ）として（Ｓ１×Ｐ）となり、主軸と送り軸の同期が取れた状態でネジ切り加工が行われる。そして、主軸、送り軸ともに一定の速度によって高速ネジ切り切削加工が行われる。送り軸が移動していくと、その位置は送り軸位置信号として切り上げ位置検出部１１に入力される。一方、切り上げ位置検出部１１は、プログラム解析部１からのネジ切り切削加工終了工程開始位置の入力からネジ切り切削加工終了工程開始位置を設定し、ネジ切り切削加工終了工程開始位置と所定の距離（Ｌ２）の入力から、減速ネジ切り切削加工工程の開始位置を設定する。ここで、ネジ切り切削加工終了工程開始位置は図４に示すように、減速ネジ切り工程の終了位置であり、完全ネジ部の終端位置となる点である。上記の送り軸位置が、この減速ネジ切り切削加工の開始位置に到達すると、切り上げ位置検出部１１は主軸回転数選択信号を出力する。この信号を受けた主軸回転数選択部１０は、主軸回転制御部５に出力する回転数指令を高速の第１の主軸回転数（Ｓ１）から、低速の第２の主軸回転数（ＳＥ）に変更する。主軸回転制御部５はネジ切り切削加工終了工程開始位置において、変更された第２の主軸回転数になるように、主軸速度の減速を開始する。換言すれば、図４に示す減速ネジ切り切削加工距離（ｄ２）の間に高速の第１の主軸速度から低速の第２の主軸速度に減速する。このとき、一定の減速度で減速が行われる場合には、減速度は、減速ネジ切り時間をＴＥ１として、（Ｓ１×Ｐ−ＳＥ×Ｐ）／ＴＥ１となる。 送り軸は、擬似主軸位置の変化量（ΔＡＰＡ−Ｓ’）とネジピッチ（Ｐ）を乗算した送り軸（Ｚ軸）移動量（ΔＺ）に基づいて制御される。主軸が減速されると、擬似主軸位置の変化量（ΔＡＰＡ−Ｓ’）少なくなってくるので、送り軸の移動量（ΔＺ）も低下し、送り軸の速度も低下してくる。このとき、主軸−送り軸位相誤差補償値算出部９は、ネジ切削加工中の主軸回転数の変化に対して加減速追従誤差（εｚ）を算出し、加減速追従誤差（εｚ）から主軸位置に換算した相対位相誤差（εｓ）を算出し、主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）から主軸位置に換算した相対位相誤差（εｓ）を減算して擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）を算出する。これにより、速度変動時の主軸と送り軸の位相関係の同期が図られ、高速ネジ切り切削工程のみならず、減速ネジ切り切削工程においても完全ネジ部が形成される（図４参照）。

ここで、上記の主軸−送り軸位相誤差補償値算出部９での、主軸位置に換算した相対位相誤差（εｓ）の算出方法について説明する。主軸位置検出部８から出力された主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）より主軸回転移動量（ΔＳ）を算出し、これから実際の主軸回転数（Ｓｖ）を算出する。この実主軸回転数（Ｓｖ）とネジピッチ（Ｐ）より送り軸の移動指令（Ｚｖ）は次式にて計算される。
Ｚｖ＝Ｓｖ×Ｐ ……………………（式３）
主軸が所定の位置（マーカ位置）を起点とした送り軸位置との位相を位相差ゼロとした時、主軸が所定の位置から送り軸が加速し定常速度に達した時の加減速追従位相誤差（εｚ）は、この送り軸の移動指令（Ｚｖ）と送り軸加減速時定数（Ｔｚ）から次の式４にて計算される。
εz＝Ｚｖ×Ｔｚ／２ = Ｓｖ×Ｐ×Ｔｚ／２ ……………………（式４）
したがって、マーカ位置を起点とした送り軸位置との位相差をゼロとするよう送り軸を立ち上げるには、マーカ位置を加減速追従誤差（εｚ）に相当する角度分を補償制御することによりマーカ位置と位置レベルで同期することになる。加減速追従誤差（εｚ）は下記の数式５により、主軸位置に換算した相対位相誤差（εｓ）に換算することができる。
εｓ＝３６０×Ｓｖ×Ｔｚ／２ ……………………（式５）
ここで、３６０は主軸一回転分の移動角度（単位は度）を示す。

主軸回転数は上記のように送り軸と同期しながら減速され、ネジ切り切削加工終了工程開始位置において、第２の主軸速度（ＳＥ）となり、ネジ切り切削加工終了工程に入る。ネジ切り工程を終了するには、送り軸を停止させることが必要であるが、ある一定の送り速度で駆動されている送り軸を停止させるには一定の減速時間が必要である。送り軸は、起動の時と同様、振動の発生やオーバーシュートの問題を避けるために一定の送り軸加減速時定数（Ｔｚ）で規定される時間をかけて、一定の送り速度から停止まで減速される。ネジ切り終了時の主軸と送り軸の速度の関係を図３に示す。ネジ切り切削加工終了工程開始の時の主軸速度は、第２の主軸速度（ＳＥ）であり、送り軸速度は（ＳＥ×Ｐ）であるから、送り軸加減速時定数（Ｔｚ）の間に、送り軸は下記の式で示される送り軸停止距離（ｄ）だけ移動する。
ｄ＝ＳＥ×Ｐ×Ｔｚ／２ …………………… （式６）
そして、送り軸加減速時定数（Ｔｚ）たった時に、送り軸速度はゼロに達し、ネジ切り切削加工は終了する。このとき主軸回転速度は（ＳＥ）はそのまま保持されるので上記の送り軸停止距離（ｄ）の不完全ネジ部が形成される。しかし、低速からネジ切り切削加工終了工程に入っているので、形成される不完全ネジ部の長さは従来技術のものに比較して格段に短くなるという効果がある。

本発明の第２の実施形態を図２に示す。第１の実施形態と同様の部分には同様の記号を用い説明を省略する。プログラム解析部１は、ネジ切り切削加工終了工程終了位置（ＺＥ）と切り上げ距離（Ｌ）を切り上げ位置検出部１１に出力する。ここでネジ切り切削加工終了位置（ＺＥ）は図４に示すように送り軸が停止し、ネジ切り切削加工が終了する位置である。また、切り上げ距離（Ｌ）は図４に示すように、送り軸停止距離（ｄ）と減速ネジ切り切削加工距離（ｄ２）の合計の長さである。ネジ切り切削工程変更制御部１２は切り上げ位置検出部１１、および主軸回転数選択部１０から構成される。切り上げ位置検出部１１はプログラム解析部１からのネジ切り切削加工終了工程終了位置（ＺＥ）と切り上げ距離（Ｌ）と送り軸位置信号から主軸回転数選択信号を出力する。ネジ切り切削工程が開始され、送り軸が移動していくと、その位置は送り軸位置信号として切り上げ位置検出部１１に入力される。一方、切り上げ位置検出部１１は、プログラム解析部１からのネジ切り切削加工終了工程終了位置（ＺＥ）と切り上げ距離（Ｌ）の入力から、減速ネジ切り切削加工の開始位置を設定する。また、切り上げ位置検出部１１は、送り軸加減速時定数（Ｔｚ）と第２の主軸回転数（ＳＥ）とネジピッチ（Ｐ）から送り軸停止距離（ｄ）を前記の式６によって計算し、ネジ切り切削加工終了工程終了位置（ＺＥ）からこの送り軸停止距離（ｄ）を減じた位置をネジ切り切削加工終了工程開始位置として設定する。送り軸位置が、この減速ネジ切り切削加工の開始位置に到達すると、切り上げ位置検出部１１は主軸回転数選択信号を出力する。この信号を受けた主軸回転数選択部１０は、主軸回転制御部５に出力する回転数指令を高速の第１の主軸回転数（Ｓ１）から、低速の第２の主軸回転数（ＳＥ）に変更する。主軸回転制御部５はネジ切り切削加工終了工程開始位置において、変更された第２の主軸回転数（ＳＥ）になるように、主軸速度の減速を開始する。以下、本発明の第１の実施形態と同様に、ネジ切り切削加工終了工程開始位置から送り軸が減速停止される。これにより、第１の実施形態と同様、形成される不完全ネジ部の長さは従来技術のものに比較して格段に短くなるという効果がある。

本発明の第３の実施形態を図５によって説明する。第１の実施形態では、減速ネジ切り切削加工における主軸の減速は、送り軸がネジ切り切削加工終了工程開始位置に達すると同時に、低速の第２主軸回転数（ＳＥ）になるように制御されている。しかし、制御の誤差などから、主軸の減速完了時点と送り軸のネジ切り切削加工終了工程開始位置への到達時点がずれることがある。このような場合には、制御の安定性を高めるために、主軸回転数の減速を送り軸がネジ切り切削加工終了工程開始位置に達する前に終了させる。本発明の第３の実施例では、主軸回転制御部５により主軸の減速がネジ切り切削加工終了工程開始位置よりも手前の位置で完了するように減速制御する。換言すれば、図４の減速ネジ切り切削加工工程距離（ｄ２）の距離より短い距離にて主軸速度を高速の第１の主軸回転数（Ｓ１）から低速の第２の主軸速度（ＳＥ）に減速させる。このとき、一定の減速度で減速が行われる場合には、減速度は、減速ネジ切り時間をＴＥ１、低速ネジ切り時間をＴＥ２として、（Ｓ１×Ｐ−ＳＥ×Ｐ）／（ＴＥ１−ＴＥ２）となる。図５に示すように、主軸、送り軸の減速は、送り軸がネジ切り切削加工終了工程開始位置に到達する前に完了し、主軸は第２の主軸回転数（ＳＥ）にて一定回転数に制御され、送り軸は（ＳＥ×Ｐ）で一定送り速度に駆動制御される。この工程を低速ネジ切り切削工程という。低速ネジ切り切削工程は、送り軸がネジ切り切削加工終了工程開始に到達するまで継続される。この時間を低速ネジ切り時間ＴＥ２という。上記の方法によって、制御の安定性を高める効果があり、また、ネジ切り切削加工終了工程開始前に確実に主軸速度を低速の第２の主軸回転数とすることができることから、送り軸停止距離（ｄ）すなわち不完全ネジ部の長さを式６によって計算される長さ以下にすることができるという効果がある。また、全体の制御の安定性をより高めるために、低速ネジ切り切削工程を減速ネジ切り切削加工終了工程の間に複数回実施するようにしてもよい。

本発明の第４の実施形態は、主軸回転速度を切削速度の最低限界速度まで低減することである。図３から図５に示すように、不完全ネジ部の長さは上記の式６にて計算される長さになる。この長さは式６からわかるようにネジ切り切削加工終了工程開始時の主軸回転数、つまり低速の第２の主軸回転数（ＳＥ）に比例する。このことから、第２の主軸回転数をできるだけ低くすることによって、不完全ネジ部の長さを短くすることができる。一方、ネジ切り切削加工終了工程に入る前の減速ネジ切り切削工程では完全ネジ部の切削がされていることから、切削速度を一定以上に保つ必要がある。そこで、第２の主軸回転数（ＳＥ）を切削速度の最低限度まで低減することによって、不完全ネジ部の長さを短くすることができる。たとえば、超鋼バイトによって炭素鋼のワークに対してネジ切りを行う場合には、７０（ｍ／ｍｉｎ）から２００（ｍ／ｍｉｎ）の切削速度とすることができる。そこで、高速ネジ切りの第１の主軸回転数（Ｓ１）を高速切削速度の２００（ｍ／ｍｉｎ）に対応する回転数として、第２の主軸回転数（ＳＥ）を最低の７０（ｍ／ｍｉｎ）に対応する回転数にすることによって、第１の実施形態よりもさらに低い主軸回転数でネジ切り切削加工終了工程に入ることができることから、より不完全ネジ部の長さを短くすることができる。そして、ネジ切り切削加工終了工程の時間を短くし、高速ネジ切り切削加工工程の割合を大きくすることができることから、ネジ切り切削時間の短縮が図れる効果がある。

本発明の第５の実施形態は、上記の主軸回転数の減速度を位相関係を保持しうる最大減速度とすることである。上記で述べたように、送り軸は、振動の発生やオーバーシュートの問題を避けるために一定の送り軸加減速時定数（Ｔｚ）で規定される時間をかけて、加速、減速を行うようになっている。この加速、減速の最大値は速度ゼロから一定の高速の送り速度Ｓ１×Ｐまで達するときとその逆に高速の送り速度Ｓ１×Ｐから速度ゼロまで減速するときに発生し、以下の式で表される。
Ａｚ＝Ｓ１×Ｐ／Ｔｚ …………………… （式７）
そこで、減速切削加工の減速度を上記式７にて規定される減速度とすることにより、振動やオーバーシュートを避けつつ、短時間で減速をすることが可能となる。これによって、減速ネジ切り切削加工工程の時間を短縮することができるとともに、高速ネジ切り切削工程の割合を高くとることができ、全体切削加工時間の短縮化を図れる効果がある。

本発明のネジ切削加工装置の第１の実施形態を示すブロック図である。 本発明のネジ切削加工装置の第２の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における制御動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態におけるネジ切削加工の動作説明図である。 本発明の第４の実施形態における制御動作を示すタイムチャートである。 従来技術によるネジ切削加工装置の制御ブロック図である。 従来技術のネジ切り切削の制御動作を示すタイムチャートである。 従来技術のネジ切削加工の動作説明図である。

符号の説明

１ プログラム解析部、２ ネジ切削制御部、３ 送り軸位置制御部、４ 送り軸、 ５主軸回転制御部、６ 主軸、７ 主軸位置検出器、８ 主軸位置検出部、９ 主軸−送り軸位相誤差補償値算出部、１０ 主軸回転数選択部、１１ 切り上げ位置検出部、１２ ネジ切り切削加工工程変更制御部。

Claims (9)

1. ワークを回転させる主軸と、
   ネジ切り工具を主軸に沿った方向に移動させる送り軸と、
   主軸回転数指令に応じて主軸を回転させる主軸回転制御手段と送り軸を駆動制御する送り軸駆動制御手段と、
   主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）を検出する主軸位置検出手段と、を含み、
   前記主軸の回転と送り軸駆動により、ワークにネジ切削加工を行い、前記主軸と前記送り軸の同期関係を保持しつつ前記主軸回転数の変更に応じて前記送り軸速度を変更することができるネジ切削加工制御方法において、
   前記主軸回転数を第１の回転数に保持し、前記主軸回転数に同期する第１の送り速度で前記送り軸を駆動制御する第１のネジ切り切削加工工程と、
   前記主軸回転数を第１の回転数よりも回転数の低い第２の回転数に保持し、前記送り軸を減速、停止させるネジ切り切削加工終了工程と、
   前記第１のネジ切り切削加工工程と前記ネジ切り切削加工終了工程との間に、前記主軸回転数を前記第１の回転数から第２の回転数まで減速し、前記主軸回転数の減速に同期して送り軸速度を減速する減速ネジ切り切削加工工程とを有し、
   減速ネジ切り切削加工工程において、前記主軸位置検出手段により得られる実主軸回転移動量（ΔＳ）とネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動速度指令（Ｚｖ）を算出し、前記移動速度指令（Ｚｖ）と送り軸を加減速するための送り軸加減速時定数（Ｔｚ）とから送り軸移動速度に相関して発生する加減速追従誤差（εｚ）を算出し、前記加減速追従誤差（εｚ）を主軸位置に換算して相対位相誤差（εｓ）を算出し、前記主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）から前記相対位相誤差（εｓ）を減算して擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）を算出し、前記擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）と前記ネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動量を算出して、送り軸を駆動制御してネジ切削加工を行うこと、
   を特徴とするネジ切削加工制御方法。
2. 前記減速ネジ切り切削加工工程は、
   前記主軸回転数を前記第２の回転数に減速した後、前記主軸回転数を前記第２の回転数に保持し、前記主軸回転数に同期する第２の送り速度で前記送り軸を駆動制御する第２のネジ切り切削工程を含むこと、
   を特徴とする請求項１に記載のネジ切削加工制御方法。
3. 送り軸位置がネジ切り切削加工終了工程終了位置より所定の距離手前に来た時に、前記第１のネジ切り切削加工工程を減速ネジ切り切削加工工程に変更すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のネジ切削加工制御方法。
4. 送り軸位置がネジ切り切削加工終了工程開始位置より所定の距離手前に来た時に、前記第１のネジ切り切削加工工程を減速ネジ切り切削加工工程に変更すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載のネジ切削加工制御方法。
5. 前記減速ネジ切り切削加工工程は、ネジ切り工具によってワークに完全ねじ部を形成するために必要な最低限界切削速度まで切削速度を低減すること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のネジ切削加工制御方法。
6. 前記減速ネジ切り切削加工工程において、切削速度の減速度を、前記主軸と前記送り軸の位相同期関係を保持しうる最大減速度としたこと、
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のネジ切削加工制御方法。
7. ワークを回転させる主軸と、
   ネジ切り工具を主軸に沿った方向に移動させる送り軸と、
   主軸回転数指令に応じて主軸を回転させる主軸回転制御部と、
   送り軸の移動量を算出するネジ切り切削加工制御部と、
   送り軸を駆動制御する送り軸駆動制御部と、
   前記主軸と前記送り軸の同期関係を保持しつつ前記主軸回転数の変更に応じて前記送り軸速度を変更するための主軸と送り軸の位相誤差補償値を計算する、主軸−送り軸位相誤差補償値計算部と
   前記主軸回転制御部とネジ切り切削加工制御部に、第１のネジ切り切削加工工程、減速ネジ切り切削加工工程、ネジ切り切削加工終了工程の、それぞれの工程に対応する主軸回転数指令とネジ切り指令を出力するプログラム解析部と、を備え、主軸回転と送り軸移動により、ワークにネジ切削加工を行うネジ切削加工装置であって、
   送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程開始位置より所定の距離手前の減速ネジ切り切削加工工程開始位置を設定する設定手段と、
   前記送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程開始位置を設定する設定手段と、
   前記減速ネジ切り切削加工工程開始位置において、前記第１のネジ切り切削加工工程を前記減速ネジ切り切削加工工程に変更する変更手段と、
   前記ネジ切り切削加工終了工程開始位置において、前記減速ネジ切り切削加工工程をネジ切り切削加工終了工程に変更する手段と、を有するネジ切り切削加工工程変更制御部と、を有し、
   前記プログラム解析部は、第１のネジ切り切削加工工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を第１の回転数に保持する回転数指令を出力し、ネジ切り切削加工制御部に前記主軸回転数に同期するネジ切り指令を出力し、
   減速ネジ切り切削加工工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を前記第１の回転数から前記第１の回転数よりも回転数の低い第２の回転数まで減速する回転数指令を出力し、ネジ切り切削加工制御部に前記主軸回転数の減速に同期するネジ切り指令を出力し、
   ネジ切り切削加工終了工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を第２の回転数に保持し、前記送り軸を減速、停止させるネジ切り指令を出力すること、
   を特徴とするネジ切削加工装置。
8. ワークを回転させる主軸と、
   ネジ切り工具を主軸に沿った方向に移動させる送り軸と、
   主軸回転数指令に応じて主軸を回転させる主軸回転制御部と、
   送り軸の移動量を算出するネジ切り切削加工制御部と、
   送り軸を駆動制御する送り軸駆動制御部と、
   前記主軸と前記送り軸の同期関係を保持しつつ前記主軸回転数の変更に応じて前記送り軸速度を変更するための主軸と送り軸の位相誤差補償値を計算する、主軸−送り軸位相誤差補償値計算部と
   前記主軸回転制御部とネジ切り切削加工制御部に、第１のネジ切り切削加工工程、減速ネジ切り切削加工工程、ネジ切り切削加工終了工程の、それぞれの工程に対応する主軸回転数指令とネジ切り指令を出力するプログラム解析部と、を備え、主軸回転と送り軸移動により、ワークにネジ切削加工を行うネジ切削加工装置であって、
   送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程終了位置より所定の距離手前の減速ネジ切り切削加工工程開始位置を設定する設定手段と、
   前記送り軸位置のネジ切り切削加工終了工程開始位置を設定する設定手段と、
   前記減速ネジ切り切削加工工程開始位置において、前記第１のネジ切り切削加工工程を前記減速ネジ切り切削加工工程に変更する変更手段と、
   前記ネジ切り切削加工終了工程開始位置において、前記減速ネジ切り切削加工工程をネジ切り切削加工終了工程に変更する手段と、を有するネジ切り切削加工工程変更制御部と、を有し、
   前記プログラム解析部は、第１のネジ切り切削加工工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を第１の回転数に保持する回転数指令を出力し、ネジ切り切削加工制御部に前記主軸回転数に同期するネジ切り指令を出力し、
   減速ネジ切り切削加工工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を前記第１の回転数から前記第１の回転数よりも回転数の低い第２の回転数まで減速する回転数指令を出力し、ネジ切り切削加工制御部に前記主軸回転数の減速に同期するネジ切り指令を出力し、
   ネジ切り切削加工終了工程では、前記主軸回転制御部に前記主軸回転数を第２の回転数に保持し、前記送り軸を減速、停止させるネジ切り指令を出力すること、
   を特徴とするネジ切削加工装置。
9. ネジ切り切削加工制御部は、主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）を検出する主軸位置検出手段と、該主軸位置検出手段により得られる実主軸回転移動量（ΔＳ）とネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動量を算出し、
   主軸−送り軸位相誤差補償値計算部は、前記実主軸回転移動量（ΔＳ）から実主軸回転数（Ｓｖ）を算出する実主軸回転数算出手段と、実主軸回転数（Ｓｖ）と前記ネジピッチ指令（Ｐ）とから前記送り軸の移動速度指令（Ｚｖ）を算出する送り軸移動速度指令算出手段と、該移動速度指令（Ｚｖ）と送り軸を加減速するための送り軸加減速時定数（Ｔｚ）とから送り軸移動速度に相関して発生する加減速追従誤差（εｚ）を算出する加減速追従誤差算出手段と、前記加減速追従誤差（εｚ）から主軸位置に換算した相対位相誤差（εｓ）を算出する位相誤差補償値算出手段と、前記主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ）から前記相対位相誤差（εｓ）を減算し擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）を算出する減算手段と、を有し、
   送り軸駆動制御部は、前記擬似主軸位置（ＡＰＡ−Ｓ’）と前記ネジピッチ指令（Ｐ）とから送り軸の移動量を算出し、送り軸を駆動制御すること、
   を特徴とする請求項７または８に記載のネジ切削加工装置。

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