JPH03117515A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分骨） 本発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、主
軸にタッパを取付け、このタッパの回転及びＺ軸の送り
を制御することによりタッピング加工を行なうようにな
りている数値制御装置に関する。

（従来の技術） マシニングセンタ等においてタッピング加工を行なう場
合、主軸に取付けたタッパの回転とタッパの送りを制御
するＺ軸の送り速度とを精度よく同期させることが必要
である。そこで、主軸の回転指令及びＺＩＩＩｌＩＩの
移動指令を同期させることにより、主軸位置及びｚ！１
ｉｌ１１位置を同期制御し、タッピング加工を行なうと
いう制御方法が実現されている（例えば特開昭６３−１
２３６０５号公報等）６第５図はそのブロック構成を示
しており、指令人力部１は切込深さＡ及びねじピッチＰ
を位置指令発生部２に与えると共に、主軸回転速度指令
ＳＲＭを時定数決定手段３に与える。位置指令発生部２
は主軸の回転位置指令ＳＲＰ及びこれに同期したｚＩｌ
ｌｌの回転位置指令ＺＩＩＰを出力し、そわぞれ主・軸
制御部ＳＣ及びＺ軸制御部ＺＣに入力する。主軸制御部
ＳＣ及びＺ軸制御部ＺＣはぼぼ同一の構成となっており
、位置指令発生部２より人力された回転位置指令ＳＲＰ
及びＺＲＰをそれぞれ加減速処理部１０Ｓ及びｉｏｚで
加減速処理するが、主軸及びＺ軸の同期を保つために時
定数決定手段３で決定された時定数丁。に基づいて同一
の加減速を行なう、主軸子−夕４Ｓには速度検出器５Ｓ
及び位置検出器６Ｓが接続され、速度検出器５Ｓからの
主軸速度検出信号ＳＳＳが速度検出部１３Ｓを経て加減
算器１４Ｓに入力され、位置検出器６Ｓからの主軸位置
検出信号ＳＰＳが減算器１１５に入力されている。また
、Ｚ＠モータ４１には位置検出器５Ｚが接続されており
、この位置検出器５ｚからのＺＩＴＩｈ位置検出位置検
出４３炉ｚｐｓ１１７、に入力されると共に、速度検出
部１３２で得られたＺＩＩＮｌｌ速度検出信号が加減算
器１１１Ｚに人力されている。加減速処理部１０５及び
１０２の出力はそれぞれ微分器１５５及びｉｓｚで微分
されて速度成分となって後に加減算器１４ｓ及び１４Ｚ
に加算され、減算器１１５及び１１Ｚの減算結果である
誤差はそれぞれ位置誤差増幅器１２Ｓ及び１２２で増幅
されて後に加減算器１４５及び１４１に入力され、その
加減算結果が電力増幅器１６ｓ及び１６２を介１７て主
軸モータ４Ｓ及びＺ１＋ｌＩＩモータ４ｚを駆動するよ
うになっている。

このような装置の制御方法において、主軸を駆動する主
軸モータ４Ｓ及びＺ＠を駆動するＺ軸モータ４ｚの出力
トルクが有限であることから、主軸の加速度及びＺ軸の
加速度は常に所定量以下に制御されなければならない。

そこで、これらの主軸モータ４Ｓ及びＺ軸モータ４Ｚに
与えられる位置指令ｓｎｐ及び７ＩＩＰに対し、所定の
加減速時定数に応じて加減速処理を行なうことによって
加速度を所望の値に抑えるという制御方法が一般的であ
る。そして、主軸及びＺ軸の位置を同期制御するという
目的から、主軸及びＺ軸は当然同一の加減速時定数でも
って加減速処理される。

なお、第５図における加減速時定数丁。は、オペレータ
が指令入力部１によって人力した主軸回転速度指令ＳＲ
Ｍに応じて時定数決定手段３により決定される。

（発明が解決しようとする課題） 上述した様な加減速時定数Ｔ。は、従来指令された主軸
回転速度指令ＳＲＭに到達するための加速時間に応じて
固定量が設定され、制御されることが一般的であった。

しかしながら、主軸モータ４Ｓは第６図に示すように一
般的に基底回転速度Ｎ８以上では出力トルクτが低下し
、そのためユーザが例えば上限速度１’ｓａｘ付近の主
軸回転速度Ｎを指令した場合は、基底回転速度Ｎｌ！１
以下では上限速度Ｎ□８に比べてはるかに高い加速度が
得られるにもかかわらず、非常に長い、つまり大きな加
減速時定数を設定しなければならなかった。その結果、
タッピング加工時において、このような長い時定数を設
定した場合、第７図の特性■に示すように実際の主軸回
転速度は上限速度Ｎ□８には到達せず、しかも長い加減
速時定数のために加工時間が非常に長くなるという問題
があった。

この場合、主軸モータ４Ｓは実際には低い回転速度で回
転１ノでおり、この実際の回転速度においては、第６図
に示すように十分に大きな出力トルクτを出すことがで
きるという点に着目すれば主軸の回転速度指令を低く設
定し、併せて加減速時定数を小さく（短く）設定するこ
とによって、第７図の特性■に示すように加工時間を短
縮することが可能である。しかしながら、主軸回転速度
指令を低くし過ぎても高くし過ぎても加工時間が長くな
るため、オペレータがその都度最適な回転速度Ｎを算出
し指令することが必要となる。この作業はオペレータに
とって非常に面倒であり、またプログラムミスも誂発し
易いという問題がある。

以上要するに、マシニングセンタ等でタッピング加工を
行なう際、主軸及びＺ軸にそれぞれ同期した位置指令を
与えることにより、Ｚ＠及び主軸を同期制御するという
同期タッピングが実現されているが、この様な制御方法
において、主軸とＺ軸に対する位置指令はそれぞれ同一
の加減速処理を行なうことが必要であり、またその加減
速時定数は指令された速度に応じて決定されることが一
般的である。しかしながら、もし高い回転数を指令する
と、長い加減速時定数が選定されるために実、際の主軸
回転数は指令値に達することができないばかりか、加工
時間が非常に長（なるという問題があった。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本
発明の目的は、上記問題点を解決し、いかなるタッピン
グ加工においても加工時間を最短とする加減速時定数を
自動的に選定することにより、高速で高精度なタッピン
グ加工を実現できる数値制御装置を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 本発明は、主軸の回転指令及びＺ軸の移動指令を同期さ
せることにより主軸位置及びＺ軸位置を同期制御し、タ
ッピング加工を行なう数値制御装置に関するもので、本
発明の上記目的は、指定されたタップ切込深さ及びねじ
ピッチに応じて加減速時定数を決定する時定数決定手段
を設け、前記加減速時定数に基づいて前記主軸及びＺ＠
Ｉｌの加減速制御を行なうことによって達成される。

（作用） 本発明は、主軸とＺ軸に対する指令を同期させることに
より同期タッピングを行なう数値制御装置において、タ
ッパの切込深さ及びねじピッチから加減速時定数を決定
する加減速時定数決定手段を設けると共に、この加減速
時定数決定手段で決定された加減速時定数によって主軸
及びＺ軸の加減速制御を行なう。タッピング加工時に、
指定されたタップ切込深さ及びねじピッチに応じて加工
時間を最短とする様な加減速時定数が自動的に選定され
るため、いかなるタッピング加工においても高速な加工
を行なうことができる。また、ユーザがタッパ切込深さ
とねじピッチとを指令するだけで、常に加工時間が最短
となる様なタッピング加工を実現することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例を第５図に対応させて示すブ
ロック図である。オペレータは指令人力部１を介して加
ニブログラム、加工データ等を人力し、人力された加工
データの中から抽出されたタッパの切込深さｌ及びねじ
ピッチＰは、位置指令発生部２及び時定数決定手段４に
入力される。

位置指令発生部２は主軸の回転位置指令ＳＲＰとそれに
同期したＺ釉の位置指令ＺＲＰを出力し、それぞれ主軸
制御部ＳＣ及びＺ＠制御部ＺＣに入力する。

主軸制御部ＳＣ及びＺｌｔｈ制御部ＺＣでは、位置指令
ＳＲＰ及びＺＲＰをそれぞれ加減速処理部１０ｓ及び１
０２により加減速処理するが、この際主軸及びＺ軸の同
期を保つために、時定数決定手段４が決定して出力する
加減速時定数Ｔで同一の加減速を行なう。

ここで、時定数決定手段４が加減速時定数Ｔを決定する
アルゴリズムについて説明する。タッピング加工を行な
う際の主軸回転速度のタイムチャートは第３図に示す通
りであり、図より明らかなように加減速時定数をＴ、主
軸回転速度をＮとすると、主軸の加速度αは α＝　Ｎ／Ｔ　　　　　　　　　　・・・・・・（１）
で表わされる。そして、主軸モータ４Ｓの回転速度Ｎが
基底回転速度Ｎ６以下の場合は、第６図に示した様に、
モータトルクが一定であることから、主軸加速度αも一
定であり、これをＡ（定数）とすれば α＝Ｎ／Ｔ＝Ａ　　　・・・・・・（２）である。ここ
で、第３図において主軸の回転計Ｓについｒ考えると、
こねは図の三角形の面積Ｓに等しく Ｓ−αＴ２＝　ＡＴ’ ・・・・・・（３） である。ここで、主軸回転量Ｓの意味は、主軸が起動−
停止する間に何回回転したかを表わしており１、り・ン
ビ°ングカロ］二においてはＳ−４／Ｐ ・・・・・・（４） である。

よって、 （３） 及び（４） 式より ρ／Ｐ＝ＡＴ’ であるから、 加減速時定数Ｔは ＝ＪＴ口τ「τｒ［β叩 ・・・・・・（５） となる。

以上より、時定数決定手段４がタクバ切込深さ１及びね
じピッチＰより上記（５）式に基づいて加減速時定数Ｔ
を決定することにより、主軸モータ４Ｓが出力１ノ得る
最大の加速度で加速−減速を行なうため、最短時間で加
工を行なうことができる。

さらに、主１１ｉＩｈモータ４Ｓの回転速度が基底回転
速度Ｎ、を超える場合について説明するａ簡単のため、
主軸モータ４Ｓの回転速度と主軸の回転速度とが等１．
いものと仮定すると、主軸子−タ４Ｓが丁度基底回転速
度Ｎ８に達するための条件は、基底回転速度Ｎａまでの
加速度をＡとして Ｓ＝　　、Ｑ、／Ｐ≧　ＮＢ’／八　　　　　　・・・
・・・　（６）である。すなわち、切込深さ１及びねじ
ピッチＰの関係が上記（６）式を満たす場合、主軸モー
タ４Ｓは基底回転速度ＮＢ以上となる。そして、この範
囲において、主軸モータ４Ｓの出力トルクτは第６図に
示ｌノた様に回転速度Ｎと共に低下し、第３図に 示す加速度αは α　＝へ／Ｎ （Ｎ＞Ｎａ） ・・・・・・（７） て・ある。

ここで、 主軸回転速度Ｎは第３図より Ｎ　＝　Ｓ／Ｔ ・・・・・・（８） であるから、 （７） 及び（８） 式より となる。

よって、 前記（３）　、　（４） 式及び（９） 式より ｌ　　Ａ −＝−・Ｔ３ Ｐ　　　℃ となり、 となる。なお、主軸モータ４Ｓが基底回転速度Ｎ８を超
える領域において前記（７）式が成り立つ場合は、第３
図の様に加速から即座に減速して加工する場合に加工時
間が最短となる。

以上のアルゴリズムにより時定数決定手段４は加減速時
定数Ｔを決定するが、このアルゴリズムをフローチャー
トに表わすと第２図に示す様になる。すなわち、先ず切
込深さ１．ネジピッチＰ及び主軸加速度Ａ、基底回転速
度Ｎｉより前記（８）式のρ／Ｐ≧Ｎ、′／＾？を判定
しくステップＳｌ）　、　ｕ／Ｉ’がＮＢ’／＾よりも
小さければ（５）式によって時定数Ｔの演算を行なう（
ステップ５２）。また、ステップＳ１でｊ２／ＰがＮＢ
’／Δ以上であれば（１０）式に従って時定数Ｔを演算
する（ステップＳ３）。

上述の様にして決定された加減速時定数Ｔは加減速処理
部１０５及び１０７．に入力され、それぞれ主軸回転位
置指令ＳＲＰ及びＺ軸回転位置指令ＺＲＰの加減速処理
を行なう。そして、加減速処理された主φ（ｈ及びＺ軸
の位置指令はそれぞれ減算器１１５及び１１７．に入力
され、主軸位置フィードバック信号ｓｐｓ及びＺＩＦ＋
Ｉ＋１位置フィードバック信号ＺＰＳにより、それぞれ
位濯のフィードバック制御が行なわれる。なお、主軸制
御部ＳＣ及びＺ＠制御部ＺＣの他の構成要素は前述した
如く公知技術によるものである。

なお、以上の実施例で説明した様なアルゴリズムの他に
、時定数決定手段４は第４図の特性■で示す様に切込深
さ１．ねじピッチＰ及び加減速時定数Ｔの関係を前記（
５）式及び（１０）式の関係、つまり図中の特性■に近
似させた折れ線による関数データテーブルを利用するな
どして実現することも可能である。この場合、タップ切
込深さ及びねじピッチに応じて、これをアドレスデータ
として予め求められているデータテーブルの時定数Ｔを
読出す。

また、前記（５）式及び（ｌＯ）式の関係式を例えば下
記のような近似式で近似し、時定数Ｔを決定することも
可能である。即ち、第２図のステップＳ２においては、 また、 ステップＳ３においては、 なる近似式で時定数丁を決定する。

（発明の効果） 以上のように本発明の数値制御装置によれば、いかなる
タッピング加工を行なう際においても、タッピング加工
に最低限必要なタッパ切込深さ及びねじピッチを指令す
るだけで、加工時間が最短となる様な加減速時定数が自
動的に選定され、オペレータは主軸の回転速度の指令を
人力する必要がないため、オペレータが加ニブログラム
を入力する際の操作性を大きく改善し、しかも加工能率
を１１大眼に上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
時定数決定手段のアルゴリズムを説明するフローチャー
ト、第３図は主軸回転速度のタイムチャート、第４図は
加減速時定数を決定するための関数データテーブルの例
を示す図、第５図は従来の数値制御装置の一例を示すブ
ロック図、第６図は主軸を駆動する主軸モータの一般的
な速度トルク特性図、第７図はタッピング加工を行なう
際の動作を説明するための主軸回転速度のタイムチャー
トである。 １・・・指令人力部、２・・・位置指令発生部、３．４
・・・時定数決定手段、ＳＣ・・・主軸制御部、ＺＣ・
・・Ｚ軸制御部、１０５．ＩＯＺ・・・加減速処理部、
４Ｓ・・・主軸モータ、４Ｚ・・・Ｚ軸モータ。 第２図 主軸回転速度 第６図 第４図 回転速度 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主軸の回転指令及びＺ軸の移動指令を同期させるこ
   とにより主軸位置及びＺ軸位置を同期制御し、タッピン
   グ加工を行なう数値制御装置において、指定されたタッ
   プ切込深さ及びねじピッチに応じて加減速時定数を決定
   する時定数決定手段を設け、前記決定された加減速時定
   数に基づいて前記主軸及びＺ軸の加減速制御を行なうよ
   うにしたことを特徴とする数値制御装置。 ２、前記時定数決定手段が、前記タップ切込深さ及び前
   記ねじピッチに応じて読出し可能な加減速時定数のデー
   タテーブルで成っている請求項２に記載の数値制御装置
   。 ３、前記時定数決定手段が、前記加減速時定数をＴ、前
   記タップ切込深さをｌ、ねじピッチをＰ、Ｋを定数とす
   るとき、前記主軸を駆動する電動機の回転数が基底回転
   数以下の範囲においてはＴ＝√（Ｋ・ｌ／ｐ）であり、
   前記回転数が前記基底回転数以上の範囲においてはＴ＝
   ＾３√［Ｋ・（ｌ／ｐ）＾２］なる関係、若しくはその
   近似式に基づいて前記加減速時定数を決定するようにな
   っている請求項１に記載の数値制御装置。