JPH03178721A

JPH03178721A - 数値制御工作機械の同期タッピング装置

Info

Publication number: JPH03178721A
Application number: JP31911389A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kitagawa; 北河　勝義
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1991-08-02
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH0796165B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、マシニングセンタ等の工作機械において主軸
にタッパを取りつけ、このタッパの回転位相とＺ軸の送
りを同期制御することにより、タッピング加工を行う数
値制御工作機械の同期タッピング装置に関する。

［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う場合
、主軸に取り付けられたタッパの回転位相とタッパの送
りを制御するＺ軸の位置を精度よく同期させることが必
要である。

そこで、主軸の回転位相と２軸の位置を指令信号で開明
させ、主軸制御装置及びＺ軸制御装置が前記各々の指令
に対して正確に主軸及びＺ軸を追従させることにより、
精度の良い同期制御を実現し、タッピング加工を行うと
いう制御方法が一般的に実現されている。

第７図にこのようなタッピングを行う従来のシステムの
ブロック図を示す。１は、主軸制御装置ＡＳＺ軸制御装
置Ｂに対して同期した位置指令ＣＯＮθ、Ｃ０Ｎｚを出
力する位置指令部で、前記装置Ａ、Ｂは指令ＣＯＮθ、
Ｃ０Ｎｚに従って、主軸及びＺ軸を同期制御する。

この従来の同期タッピング制御方式では、主軸を駆動す
る主軸モータＭθ及びＺ軸を駆動する２軸モ一タＭｚの
出力トルクが有限であることから主軸の加速度並びにＺ
軸の加速度は、常に所定量以下になるように制御する必
要がある。したがって、主軸モータＭθならびにＺ軸モ
ータＭｚの各々の制御装置に与えられる位置指令に対し
、加減速処理部２ａ、２ｂが所定の加減速時定数により
加減速処理を行うことによって、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。さらに、主軸とＺ
軸は、常時同期させる必要があるため、同一の加減速時
定数で制御されなければならない。

［発明が解決しようとする課題］以上のべた従来の同期タッピング制御方式によるタッピ
ング時の主軸モータ速度ならびにトルク指令値は第２図
（ａ）、　　（ｂ）に示すタイミングチャートのような
変化を示す。

第２図において、（ａ）は呼び径Ｍ３乃至Ｍ１０１００
比較的小径のタッピング時の主軸回転数Ｎと主軸トルク
’ｌ’Ｑ４を示す波形であり、（ｂ）は、呼び径Ｍ２Ｏ
乃至Ｍ５０程度の比較的大径のタッピング時の主軸回転
数Ｎと主軸トルクＴＱｌを示す波形である。

第２図（ａ）のタイミングチャートに示すように、比較
的小径のタッピングでは、タッピング加工時の所要トル
クは、無視できる程極めて小さい。

これに対し、第２図（ｂ）に示すように比較的大径のタ
ッピングでは、タッピング加工時の所要トルクが同図に
示す主軸モータが最大に出力し得るトルクリミットレベ
ル（ＴＱＬ）に対し、さほど余裕を確保できない領域ま
で増大することがある。

なお、第２図（ｂ）において、主ｆ由モータトルク指令
値が図示の如くタッピング加工開始時点ｔ、より徐々に
均油していくのは第３図に示すようにタッパの先端が細
くなっており、下穴に対する切込み量がＺ軸の移動に応
じて大きくなっていくからである。

さて、第２図（ｂ）に示したような、呼び径Ｍ２Ｏ乃至
Ｍ５０程度の比較的大径のタッピングを行う場合におい
て、タッピングの加工回数を重ねていくと、タッパが徐
々に摩耗してくるため、第４図に示すように、加工所要
トルクが徐々に大きくなる。そして、このまま、続けて
タッピング加工回数を重ねていくと、主軸モータトルク
指令値は、遂には主軸モータが最大に出力し得るトルク
リミットレベル（ＴＱＬ）にまで達するようになる。

また、前記のようなタッパ摩耗による過負荷の他にタッ
ピング下穴加工の径が小さすぎるなど不適切な場合にも
、トルクリミットレベル（ＴＱＬ）に達するような過負
荷状態になることがある。

さて、このような過負荷状態になった時、従来の同期タ
ッピング制御方式では、主軸を指令回転位相１こ従って
正確に追従させる１立置制御が不能となるため、指令回
転位冬目と実際の回転位相の差、すなわち追従誤差（Ｄ
　Ｉ　Ｆ）が急激に増大し、ＤＩＦ値を監視することに
よって追従昇常状態を検知する主軸制御装置内のアラー
ム回路が動作して、即時主軸モータの停止処理を実行す
る。

これと同時に、前記アラーム回路が動作したことが主軸
制御装置並びにＺ軸制御装置に位置指令を発する位置指
令部に伝達され、これを受けた位置指令部はＺ軸制御装
置に対しても停止り処理を実行し、Ｚ輔を速やかに停止
上させる。

以上述べた停止Ｉｌ処Ｐ１１は、アラーム発生時の緊急
停止り処理のため一般に主軸並びにＺ軸が各々別個に最
短時間で停止するようになっている。したがって、主軸
とＺ軸の同期性が著しく崩れることになる。この結果、
タッパが破損したり、タッパを保持するミーリングチャ
ックやワークの固定材まで損傷させることがある。

本発明は、上記課題に鑑み為されたものであり、本発明
の目的は、前記課題を解決し、工具や治具を損傷させる
ことのない安全な大径ねじの同期タッピング装置を実現
するものである。

［課題を角￥決するための手段］」二記目的を達成するために、本発明１は、主軸モータ
が最大に出力し得るトルクリミットレベル（ＴＱＬ）に
対し、所定のマージン（たとえばＴＱＬの１０％〜１５
％）を見込んだタッピング過負荷監視トルクレベル（Ｔ
ＱＯＬ）を設定し、タッピング加工中の主軸モータのト
ルク指令値が前記Ｔ　Ｑ　ＯＬを超過したときにこのト
ルクＴＱＯＬと主軸ならびに主軸モータのそれぞれのイ
ナーシャ値とから減速特定数（ｔ　ｄｅｃ）を求め、該
時定数により主軸とＺ輔の開明制御状態を保ちながら、
減速・停止させることを特徴とする。

また、本発明２は前記過負荷部の動作により主軸及びＺ
軸を停止させた後、主軸及びＺ軸に対してタッピングモ
ード開始点までタッパを戻す位置指令を出力する復帰指
令発生部を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明３は、減速前の主軸回転数をＮ。

あらかじめ設定される過負荷監視トルクレベルをＴＱＯ
Ｌ、主軸モータのイナーシャ値をＪＭ、主軸自体のイナ
ーシャ値をＪＬとするとき減速時定数（ｔ　＋ｉｅｃ　
）を以下の数式％式％）により求めることを特徴とする。

［作用］従って、本発明によれば、タッパの摩耗や不適疋な加千
条件等により主軸モータのトルクリミットレベルを超過
する桟な過負荷タッピング加工を行った時、トルクリミ
ットレベルを超過して主軸のｔｉ！１転位Ｆ転位細目制
御となる前に、過負荷状態を検出し、主軸とＺ軸の同期
制御が可能な状態で安全停！［、させることがでる。

また、本発明によれば、前記停止制御か行われた後に、
主軸及びＺ軸をタッピングモード開始点まで復帰させて
次のタッピング動作を迅速に行うことを可能とする。

［実施例］以下、本実施例の奸適な実地例を図面に従って説明する
。

第１図は本発明の一夫施例を示すブロック図である。

１は位置指令部であり、主軸制御装置Ａ、　Ｚ軸制御装
置Ｂに対し同期した位置指令ＣＯＮθ。

Ｃ０Ｎｚを指令する。主軸制御装置ＡとＺ軸制御装置Ｂ
ではそれぞれの位置指令を加減速処理部２ａ、２ｂによ
り加減速処理するが、主軸とＺ軸の同期性を保つために
加減速定数は同一としている。

加減速処理された主軸、Ｚ軸の位置指令は、減算器１４
ａ、１４ｂに人力され、主軸の回転位相検出器１５から
の位相検出信号、Ｚ軸の位置検出器１１からの位置検出
信号を前記位置指令がらそれぞれ減算し、位置のフィー
ドバック制御が行われる。

また、第１図中、８は主軸モータ、９はエンコーダ、１
５は主軸回転位相検出器、１ｏはＺ軸モータ、１１はＺ
軸戊置険出器である。

主軸制御装置Ａにおいて、主軸位置指令は微分器３ａに
て速度指令に変換され、また位置指令と主軸回転位ト［
１との位置誤差信号は減算器１４ａから誤差増幅器４ａ
を介して出力され、さらに速度検出器６ａによるエンコ
ーダ９から得られた速度信号がそれぞれ演算され、速度
アンプ５ａを介してパワーアンプ７ａに供給される。こ
のパワーアンプ７ａは主軸モータ８に所望の駆動電流を
供給する。

同様に、Ｚ軸制御装置Ｂにも前記主軸制御装置Ａと同様
に、微分器３ｂ、誤差増幅器４ｂ、速度検出器６ｂ、速
度アンプ５ｂ、パワーアンプ７ｂが設けられており、従
来と同様の速度及び位置制御がそれぞれの主軸モータ８
及びＺ軸モータ１０に対して行われている。

本発明において特徴的なことは、主軸モータ８の過負荷
状態を事前に検出して所定の減速時定数で主軸及びＺ軸
を停止制御することにあり、以下に本実施例における特
徴的な構成を説明する。

１２は主軸モータの過負荷検出部であり、ここに主軸制
御装置Ａから主軸モータトルク指令ＴＱ４が入力され、
過負荷検出部１２内に設定された過負荷監視トルクレベ
ルＴＱＯＬと比較することにより過負荷監視を行う。

トルク指令”ｌ”Ｑ４ｉがレベルＴＱＯＬを超過すると
、過負荷検出部１２から位置指令部１に対して過負荷信
号ＯＬが出力され、位置指令部１は主軸制御装置Ａ及び
Ｚ軸制御装置Ｂに対する位置指令の発生を停止する。

さらに、この時、時定数演算部１３は、以下に示す手段
で決定した時定数ｔ　ｄｅｃを２ａ、２ｂに設定し、こ
の時定数を用いて主軸及びＺ軸の同期性を保ちながら停
止させる。

いま、求めるべき時定数をｔｄｅｃ、主軸の同転数をＮ
１主軸モータのイナーシャをＪＭ、主軸のイナーシャを
ＪＬとすると、ｔ　ｄｅｃはＮ（ＪＭ＋ＪＩ、）ｔｄｃｃ　−・・・（１）ＸＴＱＯＬに求められる。

以上述べたような手段により求められた時定数を用いて
過負荷時に主軸及びＺ軸の停止処理を行うと主軸モータ
の速度及びトルク波形は第５図に示すようになる。

なお、以上の停止処理後、タッパが加工穴の中に挿入し
たままで放置するのは好ましくないので、位置指令部１
はワーク上面より数ミリ上に位置するタッピング開始点
まで主軸及びＺ軸を反転させながら戻すべく復帰指令を
発生する。

この時、加減速処理部２ａ、２ｂの特定数は、過負荷停
止時に設定された（１）式による時定数から通常時に用
いられる時定数に戻し、これにより前記反転動作が行わ
れる。

以上述べたタッピング過負荷時の一連の処理を第６図の
フローチャートに示す。

タッピング動作が開始されるとステップ１０１において
、過負荷検出部１２は常時主軸モータトルク指令ＴＱ４
を過負荷監視トルクレベルＴＱＯＬと比較し、この監視
レベルを越えたときにステップ１０２により減速時定数
ｔ　ｄｃｃを算出する。

この減速時定数ｔ　ｄｅｃはただちに主軸及びＺ軸の加
減速処理部２ａ、２ｂに設定される。

次にステップ１０３において、前記過負荷検出部１２は
位置指令部１に対して主軸及びＺ軸への位置指令停止を
指示し、この結果、主軸制御装置Ａ及びＺ軸制御装置Ｂ
は前記時定数演算部１３によって設定された減速時定数
にて同期状態で減速停止作用を行う。

装置が停止すると、ステップ１０４において、加減速処
理部２ａ、２ｂの時定数を前記減速時定数から通常の時
定数に戻し、ステップ１０５において、主軸及びＺｌｄ
ｌを反転しタッピング開始点まで復帰動作を行う。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、特に呼び径Ｍ２Ｏ乃
至Ｍ５０のいわゆる大径タップの加工において、タッパ
の摩擦や加工条件の不適正等により過負荷となったとき
、あらかじめ設定されろ過負６：Ｉ監視トルクレベルと
加工中のトルク指令値を比較することにより、過負荷状
態を検出するので、主軸とＺ軸の同期性を保ったまま停
止させることができ、工具、治具または機械を損傷させ
ることなく安全なタッピング加工が可能となる。

そして、本発明が、前記停止時に過負荷監視トルクレベ
ルと主軸モータのイナーシャ値と主軸自体のイナーシャ
値とから求められる減速時定数を設定して、主軸モータ
のトルク指令値がそのリミットレベルに達して主軸回転
位相制御が不能となることがないように安全な停止制御
を行う。さらに、本発明によれば、前記過負Ｇ７時の停
止作用が行われた後、主軸及びＺ軸はタッピング開始点
まで迅速に複画制御される。

【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、同期タッピング中の主軸モータ速度及びトルク指令
値の変化を示すタイムチャー１・で、（ａ）は呼び径Ｍ
３乃至ＭＩＯ程度の小径の加工を行う場合のタイムチャ
ート、（ｂ）は呼び径Ｍ２Ｏ乃至Ｍ５０程度の大径の加
工を行う場合のタイムチャート、第３図は、タッパの形状を示す断面図、第４図は、タッ
ピング加工回数の増加と共に主軸モータのトルク指令値
が増加していくことを示す図、第５図は、本発明により負荷過大なるタッピングを行っ
た時の主軸モータ速度、トルク指令値の変化を示すタイ
ムチャート、第６図は、本発明の動作の流れを示すフローチャート、第７図は、υＬ来のシステムのブロック図である。１　・・・　位置指令部２ａ、２ｂ　　・・・　加減速処理部１４ａ、１４ｂ　　−減算器、５ａ、５ｂ　　・・・　速度アンプ８　・・・　主軸モータ９　・・・　エンコーダ１０　・・・　Ｚ輔モータ１１　・・・　Ｚ輔位置険出器１２　・・・　過負荷検出部１３　・・・　過負６′、ｉ停止処理部ｔ　ｄｃｃ・・
・　減速時定数

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主軸の回転位相とＺ軸の進み距離を同期させてタ
ッピングを行う数値制御工作機械の同期タッピング装置
において、主軸モータのトルク指令値があらかじめ設定された過負
荷監視トルクレベルを超過したことを検出する過負荷検
出手段と前記あらかじめ設定された過負荷監視トルクレベルと主
軸モータのイナーシャ値と主軸自体のイナーシャ値とか
ら、主軸モータのトルク指令値がそのリミットレベルに
達して主軸回転位相制御が不能となることがないような
減速時定数を演算する時定数演算手段と、前記過負荷検出時に主軸制御装置とＺ軸制御装置に対し
、前記時定数演算手段により求められた時定数を用い、
減速、停止処理を行う停止手段と、を備えたことを特徴
とする数値制御工作機械の同期タッピング装置。
（２）請求項（１）記載の同期タッピング装置において
、前記過負荷検出及び停止動作により、主軸及びＺ軸を停
止させた後、主軸及びＺ軸に対して、タッピングモード
開始点までタッパを戻す位置指令を出力する復帰指令発
生手段を備えたことを特徴とする数値制御工作機械の同
期タッピング装置。
（３）請求項（１）記載の同期タッピング装置において
、減速時定数（ｔｄｅｃ）は、減速前の主軸回転数をＮ）
あらかじめ設定される過負荷監視トルクレベルをＴＱＯ
Ｌ、主軸モータのイナーシャ値をＪＭ、主軸自体のイナ
ーシャ値をＪＬとするとき以下の数式ｔｄｅｃ＝Ｎ（ＪＭ＋ＪＬ）／２×ＴＱＯＬにより求め
ることを特徴とする数値制御工作機械の同期タッピング
装置。