JP5523875B2 - ねじ切り制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御工作機械を用いてワークにねじ切りを行う方法に関し、特に、ねじ切り加工を切り上げる動作において不完全ねじ部を短くするための方法に関する。

従来、図１〜図４に示すようなねじ切り方法が知られている。図１は、ねじ切り加工を行うＮＣ旋盤等の数値制御装置の構成を機能的に示す。この数値制御装置１は、プログラム解析部２とねじ切削制御部３とを備えている。プログラム解析部２は、加工プログラムを解析し、主軸回転数指令を主軸速度制御部４に出力して、主軸駆動モータ５を制御する。

ねじ切削制御部３は、プログラム解析部２が加工プログラムからねじ切り指令を読み出したときに、ねじ切り指令に含まれるピッチ、切込量等のねじ切削情報と、主軸駆動モータ５に付属のパルスジェネレータ（ＰＧ）８から入力した主軸回転位置情報とに基づいて、Ｘ軸位置制御部９とＺ軸位置制御部１０とを制御する。

Ｘ軸位置制御部９は、指令された切込量で工具がワークを切削するように、Ｘ軸の位置指令を作成し、Ｘ軸加減速制御部１１に出力する。Ｚ軸位置制御部１０は、指令されたピッチの送り速度で工具がワークを切削するように、Ｚ軸の位置指令を主軸の回転に同期して時々刻々変化する指令値として作成し、Ｚ軸加減速制御部１２に出力する。

そして、Ｘ軸およびＺ軸の加減速制御部１１，１２が、加減速定数記憶部１３から読み出した加減速定数を用いて、Ｘ軸駆動モータ６およびＺ軸駆動モータ７の加減速を制御する。なお、加減速定数は、２軸同期送りに備え、加減速性能の低いＺ軸の許容加速度が記憶部１３に予め記憶され、ねじ切り加工の切り上げ動作に際して、Ｘ軸とＺ軸の加減速時間一定制御（移動平均法による加減速）に使用される。

図２、図３は、ねじ切削制御部３によって制御されるねじ切り方法を示す。一般に、ねじ切りサイクルは４つの動作ａ〜ｄからなっている。動作ａでは、工具Ｔを主軸軸線Ａと直角なＸ軸方向に移動し、ねじ切り開始点に位置決めする（図３：Ｓ１）。動作ｂでは、主軸（図示略）の回転に同期し、工具Ｔを主軸軸線Ａと平行なＺ軸方向へ所定の送り速度で移動し、主軸に保持されたワークＷを工具Ｔで切削する（Ｓ２）。

動作ｃでは、工具ＴをワークＷから離してＸ軸方向に退避させるという動作、いわゆる切り上げ動作を行う（Ｓ３）。動作ｄでは、工具ＴをＺ軸方向へ後退させ、ねじ切りサイクルの基準点に戻す（Ｓ４）。なお、ワークＷにテーパーねじを加工する場合は、動作ｂにおいて、Ｚ軸とＸ軸の２軸同期送りが行われる。

図４は、従来のねじ切り方法によるＸ軸とＺ軸の速度変化を示す。実線は数値制御装置１の速度指令を示し、破線が加減速時間一定制御による補間後速度を示す。Ｘ軸とＺ軸の加減速性能は、通常、質量の小さい移動体（刃物台）を駆動するＸ軸の方が質量の大きい移動体（サドルと刃物台）を駆動するＺ軸よりも高いが、Ｘ軸とＺ軸の加減速時間は同じ値Ｔａに設定されている。

動作ｃでは、工具ＴはＸ軸方向に切り上げ動作のために加速されるが、Ｚ軸方向には送りを停止するために減速される。したがって、工具ＴがワークＷから完全に離れるまでの期間、Ｚ軸の送りが正規のねじピッチと相違し、有効ねじ部の末端に不完全ねじ部が発生する。

特許文献１には、有効ねじ部の外に空走領域を設定し、ねじ切り後の工具を空走領域までオーバーランさせ、工具がワークと接触しない状態で切り上げ動作を行う方法が提案されている（同文献：段落００２３参照）。

特開２００７−３１９９７１号公報

ところで、不完全ねじ部は、正規のねじピッチでないため、極力短くすることが望まれる。そこで、切り込み軸であるＸ軸の加減速性能を高め、工具Ｔの切り上げ動作を速めることで、不完全ねじ部を短縮する方法が考えられる。しかし、テーパーねじ加工等、Ｘ軸とＺ軸の送り速度を同期制御しなければならず、補間後の加減速時間を短縮し加減速度を高めようとすると、２軸共に加減速性能を高める必要がある。しかし、Ｘ軸の加減速性能はＺ軸の加減速性能に制約され高めることができず、不完全ねじ部を短縮させることが困難になるという問題点があった。

なお、特許文献１のねじ切り方法は、有効ねじ部の外で切り上げ動作を行うので、不完全ねじ部は発生しないが、有効ねじ部の外に空走領域を設定できない形状のワークでは効を奏さず、また、工具をオーバーランさせる必要があって、ねじ切りサイクルの時間が長くなる問題がある。

本発明の目的は、Ｘ軸の加減速性能のみを高めることにより、不完全ねじ部を簡易に短縮できるねじ切り方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のねじ切り制御方法は、主軸の回転に同期し、工具を主軸軸線と平行なＺ軸方向へ移動し、主軸に保持したワークを工具で切削するねじ切り動作と、ねじ切り動作後、工具を主軸軸線と直交するＸ軸方向に退避移動させる切り上げ動作とを含み、工具は、Ｘ軸及びＺ軸の加減速時間が同じ値Ｔａに設定される加減速時間一定制御により加減速されるねじ切り制御方法において、切り上げ動作において、Ｘ軸の加速度がＺ軸の許容加速度α１より大きくＸ軸の許容加速度α２より小さくなる速度指令Ｖｅを、Ｘ軸の実速度がＸ軸の許容最大速度Ｖｍａｘ以内となる時間Ｔｅだけ指令し、その後加減速時間一定制御における加減速時間Ｔａが経過するまでの時間（Ｔａ−Ｔｅ）は速度指令をゼロで出力することにより、補間後の加減速時間Ｔａを変更することなく、Ｘ軸の切り上げ動作の加速度を制御することを特徴とする。

また、本発明のねじ切り制御方法は、上記切り上げ動作の速度指令Ｖｅを次式１より求め、切り上げ動作の指令時間Ｔｅを次式２より求めることを特徴とする。
Ｖｅ＝（α２／α１）×Ｖｍａｘ・・・式１
Ｔｅ＝（α１／α２）×Ｔａ・・・式２

本発明のねじ切り制御方法は、切り上げ動作において、Ｘ軸に大きな切り上げ速度を指令して、Ｘ軸の加速度をＺ軸の減速度よりも大きくする制御を行うので、工具をワークから素早く離し、不完全ねじ部を簡易に短縮できるという効果がある。

工作機械の数値制御装置を示すブロック図である。 一般的なねじ切りサイクルを示す概略図である。 従来のねじ切り方法を示すフローチャートである。 従来の方法によるＸ，Ｚ軸の速度変化を示すタイムチャートである。 本発明のねじ切り方法の一実施形態を示すフローチャートである。 図５に示す切り上げ速度と指令時間を求める計算式の補足説明図である。 本発明の方法によるＸ，Ｚ軸の速度変化を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を図５〜図７に基づいて説明する。本発明のねじ切り方法は、図２に示すねじ切りサイクルの動作ｃ、つまり切り上げ動作において従来の方法と相違する。その他の動作ａ，ｂ，ｄ、並びに数値制御装置１（図１参照）の構成は従来と同様である。

数値制御装置１のプログラム解析部２が加工プログラムからねじ切り指令を読み出すと、ねじ切削制御部３は、図５に示すステップＳ１１で、切り上げ動作に際してＸ軸に指令する切り上げ速度Ｖｅを次式１より算出し、続くステップ１２で、切り上げ速度Ｖｅの指令時間Ｔｅを次式２より算出する。

Ｖｅ＝（α２／α１）×Ｖｍａｘ・・・式１
Ｔｅ＝（α１／α２）×Ｔａ・・・式２
α１：Ｚ軸の許容加速度
α２：Ｘ軸の許容加速度
Ｖｍａｘ：Ｘ軸の許容最大速度
Ｔａ：Ｘ軸とＺ軸の加減速時間（加減速時間一定制御における加減速時間）

ここで、切り上げ速度Ｖｅは、図６に示すように、所定の加減速時間Ｔａ内に行われる加減速時間一定制御において、Ｘ軸の実際の加速度（補間後加速度）をＸ軸の許容加速度α２に一致させるための指令速度であり、この実施形態では、Ｘ軸の許容最大速度Ｖｍａｘよりも大きな値に設定されている。このため、指令時間Ｔｅは、加減速時間Ｔａの開始からＸ軸の実速度（補間後速度）が許容最大速度Ｖｍａｘに達するまでの時間に設定され、指令時間Ｔｅが経過した時点から加減速時間Ｔａが終了するまでの間はＸ軸の速度指令値がゼロに保持される。

上記演算処理が終了すると、工具Ｔをねじ切り開始点に位置決めし（図２：動作ａ）、Ｚ軸方向に移動する工具ＴでワークＷにねじを切削し（動作ｂ）、その後に切り上げ動作に移行して、工具ＴをＸ軸方向に退避させる（動作ｃ）。この切り上げ動作において、ねじ切削制御部３は、指令時間Ｔｅの時間内は切り上げ速度ＶｅをＸ軸位置制御部９を介してＸ軸加減速制御部１１に指令し、Ｘ軸の加速度が大きくなるような制御を行う。

具体的には、図５に示すステップＳ１３で、切り上げ速度ＶｅをＸ軸に指令し、ステップＳ１４で、指令時間Ｔｅの経過を監視する。指令時間Ｔｅが経過すると、ステップＳ１５で、Ｘ軸の速度指令値をゼロに保持し、ステップ１６で、加減速時間Ｔａの終了を確認する。そして、加減速時間Ｔａが終了すると、ステップＳ１７で、工具ＴをＸ軸の終端まで退避させるための移動指令を出力する。その後、工具Ｔをねじ切りサイクルの基準点に戻す動作に移行する（図２：動作ｄ）。

図７は、上記ねじ切り方法によるＸ軸とＺ軸の速度変化を示すタイムチャートであるが、Ｘ軸の切り上げ動作ｃにおいて従来（図４参照）と相違している。動作ｃでは、加減速時間Ｔａの開始と同時にＸ軸の許容最大速度Ｖｍａｘより大きな切り上げ速度Ｖｅが指令され、指令時間Ｔｅが経過すると、（Ｔａ−Ｔｅ）時間だけ速度指令をゼロとし、工具Ｔが許容最大速度Ｖｍａｘで退避する。その後、Ｘ軸の残りの距離に相当する移動指令（Ｖｆ×Ｔｆ）が指令され、これにより工具ＴがＸ軸の退避位置に到達する。

したがって、この実施形態のねじ切り方法は、Ｘ軸に許容最大速度Ｖｍａｘより大きな切り上げ速度Ｖｅを実速度が許容最大速度Ｖｍａｘを越えない時間Ｔｅ指令するだけの簡易な数値制御技術によって、Ｘ軸の加速度を大きくし、工具ＴをワークＷから素早く引き離して、不完全ねじ部を短縮できる。また、Ｘ軸を暴走させることなく、切り上げ動作を高速化できるという利点もある。

なお、上記実施形態では、Ｘ軸の加速度が許容加速度α２と一致するように切り上げ速度指令Ｖｅを求めたが、Ｚ軸の許容加速度α１より大きくＸ軸の許容加速度α２より小さい範囲の加速度により切り上げ速度指令Ｖｅを求め、その速度指令Ｖｅを実速度が許容最大速度Ｖｍａｘを越えない時間Ｔｅ指令するようにしてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、数値制御装置の構成やねじ切り制御方法の手順を適宜に変更して実施することも可能である。

１ 数値制御装置
２ プログラム解析部
３ ねじ切削制御部
４ 主軸速度制御部
５ 主軸駆動モータ
６ Ｘ軸駆動モータ
７ Ｚ軸駆動モータ
９ Ｘ軸位置制御部
１０ Ｚ軸位置制御部
１１ Ｘ軸加減速制御部
１２ Ｚ軸加減速制御部
１３ 加減速定数記憶部
Ａ 主軸軸線
Ｔ 工具
Ｗ ワーク

Claims (2)

1. 主軸の回転に同期し、工具を主軸軸線と平行なＺ軸方向へ移動し、主軸に保持したワークを工具で切削するねじ切り動作と、ねじ切り動作後、工具を主軸軸線と直交するＸ軸方向に退避移動させる切り上げ動作を含み、前記工具は、Ｘ軸及びＺ軸の加減速時間が同じ値Ｔａに設定される加減速時間一定制御により加減速されるねじ切り制御方法において、
   前記切り上げ動作において、Ｘ軸の加速度がＺ軸の許容加速度α１より大きくＸ軸の許容加速度α２より小さくなる速度指令Ｖｅを、Ｘ軸の実速度がＸ軸の許容最大速度Ｖｍａｘ以内となる時間Ｔｅだけ指令し、その後前記加減速時間一定制御における加減速時間Ｔａが経過するまでの時間（Ｔａ−Ｔｅ）は速度指令をゼロで出力することにより、補間後の加減速時間Ｔａを変更することなく、Ｘ軸の切り上げ動作の加速度を制御するねじ切り制御方法。
2. 前記切り上げ動作の速度指令Ｖｅを次式１より求め、前記切り上げ動作の指令時間Ｔｅを次式２より求める請求項１記載のねじ切り制御方法。
   Ｖｅ＝（α２／α１）×Ｖｍａｘ・・・式１
   Ｔｅ＝（α１／α２）×Ｔａ・・・式２

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