JPH05146948A - ねじ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送りモータと回転モータとの駆動バランスを
のズレを減少させ、ねじ加工工具の限界に近いような高
速ねじ加工時においても、精度の高いねじ加工を行うこ
とができるねじ加工装置を提供すること。 【構成】 主軸を上下に送る送りモータを駆動する送り
指令値Ｚｓが加減速演算器に入力される。送り指令値Ｚ
ｓは加減速演算器により指令速度を目標として任意の曲
線で加減速する送り指令値Ｚに変換される。送り速度に
応じて滑らかに加減速する送り指令値Ｚはパルス列とし
て送り偏差カウンタに出力され、送りモータが駆動され
て主軸ヘッドが送られ、送りモータに従動して回転モー
タが同期して回転駆動されて主軸が回転してタップ工具
により被加工物にねじ加工が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、先端にねじ加工工具が
装着された主軸を被加工物に対して接近させるための送
りモータと、前記送りモータにより送られた主軸の送り
位置を検出する送り位置検出手段と、その送り位置検出
手段により検出された主軸の送り位置と送り速度や送り
長さを含む送り指令との送り偏差を演算する送り偏差演
算手段と、その送り偏差に従って、送りモータを駆動す
る送りモータ駆動手段と、主軸を回転させるための回転
モータと、送りの速度，加速度を算出し、その各算出値
とねじピッチとに基づいて回転指令値を演算する回転指
令値演算手段と、前記回転モータにより回転された主軸
の回転位置を検出する回転位置検出手段と、その回転位
置検出手段により検出された主軸の回転位置と回転指令
値との回転偏差を演算する回転偏差演算手段と、その回
転偏差に従って、回転モータを駆動する回転モータ駆動
手段とを有するねじ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のねじ加工装置について
は、特開昭６３−２５１１２１号公報に記載されている
ものがあり、以下その概略構成を説明する。

【０００３】図３に示すように、ねじ加工装置の機械本
体１はたて型のタップ盤をなすものであり、基台２に直
立配置したコラム３にスライダ４を介して主軸ヘッド５
が上下に摺動自在に支持され、主軸ヘッド５はボールね
じ６に係合されている。ボールねじ６はＡＣサーボモー
タからなる送りモータ７に連結されて回転駆動され、主
軸ヘッド５を昇降する。送りモータ７には、回転速度を
検出するタコゼネレータ８と、回転位置を検出するパル
スゼネレータ９とが設けられている。パルスゼネレータ
９は主軸ヘッド５の送り位置を検出する送り位置検出手
段をなす。

【０００４】主軸ヘッド５には主軸１１が回転自在に軸
支され、回転モータ１２により回転駆動される。回転モ
ータ１２はＡＣサーボモータからなり、回転速度を検出
するタコゼネレータ１３と、回転位置を検出するパルス
ゼネレータ１４とが設けられている。パルスゼネレータ
１４は主軸１１の回転位置を検出する回転位置検出手段
をなす。

【０００５】主軸１１の下端にはタップ工具１５が取り
付けられ、下孔１６の明けられた被加工物１７にねじ加
工を施す。

【０００６】主軸ヘッド５を上下する送り系（Ｚ軸と称
する）の制御回路について説明する。

【０００７】入力装置２１に入力されたデータに基づ
き、演算器２２において時間ｔに対する送り速度に応じ
た送り指令値Ｚが演算され、送り速度に応じたパルス列
として送り偏差カウンタ２３（送り偏差演算手段）に出
力される。ここで、図４に示すように、送り指令値Ｚは
指令速度を目標として直線で加減速している。送り偏差
カウンタ２３には位置フィードバックパルスとして、送
りモータ７の回転角に応じたパルスがパルスゼネレータ
９から入力される。送り偏差カウンタ２３では送り指令
値Ｚより読みだされる指定位置とパルスゼネレータ９で
検出された機械の送り位置ｚとの偏差Ｅ（Ｚ）＝Ｚ−ｚ
を演算し、その送り偏差Ｅ（Ｚ）を速度指令として送り
サーボアンプ２４（送りモータ駆動手段）に出力する。
送りサーボアンプ２４には速度フィードバック信号とし
てタコゼネレータ８からの実際の速度に応じた信号ｖ
（ｚ）が入力され、速度ループ系を構成して送りモータ
７を駆動する。上記の送り系（Ｚ軸）の制御回路は通常
の送り制御に用いられる回路構成と同じである。

【０００８】次に、主軸１１を回転制御する回転系（Ｒ
軸と称する）の制御回路について説明する。回転系で
は、回転指令値Ｒが入力装置２１から直接与えられるの
ではなく、送り偏差Ｅ（Ｚ）から算出され制御される。

【０００９】送り偏差カウンタ２３からの送り偏差Ｅ
（Ｚ）は加速度演算器４５に入力される。加速度演算器
４５では送り偏差Ｅ（Ｚ）から送りの加速度Ａ（ε）＝
ｄ／ｄｔ×Ｅ（Ｚ）を演算し、その加速度Ａ（ε）を加
算器４６に出力する。加算器４６には、送り偏差カウン
タ２３からの送り偏差Ｅ（Ｚ）が入力され、加算器４６
は、送り偏差Ｅ（Ｚ）と送り偏差Ｅ（Ｚ）の加速度Ａ
（ε）を加算し、回転指令値演算器４７に出力する。送
り偏差Ｅ（Ｚ）は実際の送り速度ｖ（ｚ）に対応した値
になるから、加算器４６の出力は送りの速度と加速度を
加え合わせたもの（Ｅ（Ｚ）＋ｄ／ｄｔ×Ｅ（Ｚ））に
なる。回転指令値演算器４７では、予め入力装置２１か
ら入力され演算器２２を経由して与えられるねじ加工の
ピッチＰとボールねじ６のリードＬから、加算器４６の
出力をＬ／Ｐ倍し回転指令値Ｒ＝Ｌ／Ｐ×（Ｅ（Ｚ）＋
ｄ／ｄｔ×Ｅ（Ｚ））を算出する。加速度演算器４５，
加算器４６及び回転指令値演算器４７により回転指令値
演算手段を構成している。

【００１０】回転指令値演算器４７から出力される回転
指令値Ｒは、送り速度と加速度を加え合わせたものに相
当する値となるから、主軸ヘッド５のこれからの移動を
予測した回転指令値になる。そして、この回転指令値Ｒ
は加算器２８を経由して回転サーボアンプ２９（回転モ
ータ駆動手段）に出力される。

【００１１】加算器２８では回転指令値Ｒの補正が行わ
れる。すなわち、主軸１１の回転位置ｒを検出するパル
スゼネレータ１４からのパルスは回転偏差カウンタ３０
（回転偏差演算手段）に入力される。一方、送り位置ｚ
を検出するパルスゼネレータ９からのパルスは回転補正
値演算器３１に入力され、ねじ加工のねじピッチＰとボ
ールねじ６のリードＬとから送り位置ｚをＬ／Ｐ倍し、
送り位置ｚに相当する回転補正値ｒ（ｚ）＝Ｌ／Ｐ×ｚ
を演算して回転偏差カウンタ３０に出力する。回転偏差
カウンタ３０では、上記回転補正値ｒ（ｚ）と主軸１１
の回転位置ｒとの回転偏差Ｅ（ｒ）を演算し、加算器２
８に出力する。加算器２８では、回転指令値演算器４７
からの回転指令値Ｒを回転偏差Ｅ（ｒ）により補正し、
補正された回転指令値Ｒ（Ｅ）＝Ｒ＋Ｅ（ｒ）を回転サ
ーボアンプ２９に出力する。

【００１２】回転サーボアンプ２９には速度フィードバ
ック信号として、タコゼネレータ１３からの速度に応じ
た信号ｖ（ｒ）が入力され、速度ループ系を構成して回
転モータ１２を補正された回転指令値Ｒ（Ｅ）に従って
駆動する。

【００１３】上記の制御回路は、サーボアンプ２４，２
９を除き、デジタル演算を行う回路であり、演算器２
２，送り偏差カウンタ２３，３０，加速度演算器４５，
加算器４６，回転指令値演算器４７，回転補正値演算器
３１、加算器２８等は、マイクロコンピュータを用いた
内部演算処理として実現される。

【００１４】入力装置２１にねじのピッチ，送りのスト
ローク（タップ深さ），送り速度などのデータを入力す
ることにより、送りモータ７が駆動され、送りモータ７
に従動して回転モータ１２が同期して回転駆動され、ね
じ加工が行われる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】フィードバック制御を
行ってモータを駆動している装置では、指令信号に対す
るモータの駆動には遅れを生じることが知られており、
特に、加速度が変化する部分において大きく遅れを生じ
る。このため、送りモータ７の送り偏差と送り偏差の加
速度を加算した値にしたがって回転モータ１２を駆動す
る上述した構成のねじ加工装置では、指令信号の加速度
に変化があると、送りモータ７が信号に対して大きく遅
れを生じ、回転モータ１２と送りモータ７との駆動バラ
ンスがズレてねじ加工精度の悪くするといった問題点が
あった。特に、ねじ加工深さの浅い加工、又は工具を小
さなステップ幅でステップさせながら行う加工を高速化
すると、主軸ヘッド５の送り及び主軸１１の回転におけ
る加速度の変化が激しくなり、サーボ制御などでモータ
を駆動する場合などは、追従遅れによる誤差が大きな問
題点となる。

【００１６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、送りモータと回転モータとの駆
動バランスをのズレを減少させ、ねじ加工工具の限界に
近いような高速ねじ加工時においても、精度の高いねじ
加工を行うことができるねじ加工装置を提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では、先端にねじ加工工具が装着された主軸を
被加工物に対して接近させるための送りモータと、前記
送りモータにより送られた主軸の送り位置を検出する送
り位置検出手段と、その送り位置検出手段により検出さ
れた主軸の送り位置と送り速度や送り長さを含む送り指
令との送り偏差を演算する送り偏差演算手段と、その送
り偏差に従って、送りモータを駆動する送りモータ駆動
手段と、主軸を回転させるための回転モータと、送りの
速度，加速度を算出し、その各算出値とねじピッチとに
基づいて回転指令値を演算する回転指令値演算手段と、
前記回転モータにより回転された主軸の回転位置を検出
する回転位置検出手段と、その回転位置検出手段により
検出された主軸の回転位置と回転指令値との回転偏差を
演算する回転偏差演算手段と、その回転偏差に従って、
回転モータを駆動する回転モータ駆動手段とを有するね
じ加工装置において、前記送り指令に基づき主軸の送り
速度が指令速度を目標として任意の連続曲線で加減速す
るように送り指令を修正して前記送り駆動手段に出力す
る加減速演算手段を備えている。

【００１８】

【作用】上記の構成を有する本発明のねじ加工装置で
は、加減速演算手段が前記送り指令に基づき主軸の送り
速度が指令速度を目標として任意の連続曲線で加減速す
るように送り指令を修正して前記送り駆動手段に出力す
る。このため、送りモータと回転モータとの駆動バラン
スのズレを減少させ、ねじ加工工具の限界に近いような
高速ねじ加工時においても、精度の高いねじ加工を行う
ことができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００２０】但し、従来技術と同一の部材については、
同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００２１】図１に示すように、入力装置２１に入力さ
れたデータに基づき、演算器２２において送り速度に応
じた送り指令値Ｚｓ（図２（ａ）参照）が演算され加減
速演算器５０（加減速演算手段）に出力される。加減速
演算器５０は送り指令値Ｚｓに応じて指令速度を目標と
して任意の曲線で加減速する送り指令値Ｚ（図２（ｂ）
参照）を出力する。ここで、加減速演算器５０には、基
準送り速度に対する時間による速度変化量が記憶されて
おり、加減速演算器５０は送り指令値Ｚｓが入力される
と、前記速度変化量を送り指令値Ｚｓの指令速度に応じ
て所定倍した送り指令値Ｚを出力する。

【００２２】送り速度に応じて滑らかに加減速する送り
指令値Ｚはパルス列として送り偏差カウンタ２３に出力
される。

【００２３】そして、従来技術と同様の処理が行われ
て、送りモータ７が駆動されて主軸ヘッド５が送られ、
送りモータ７に従動して回転モータ１２が同期して回転
駆動されて主軸１１が回転してタップ工具１５により被
加工物１７にねじ加工が行われる。

【００２４】このように構成されたねじ加工装置では、
送り指令値Ｚが滑らかに加減速する任意の曲線であるの
で、加速度の変化が小さくなり送りモータ７の指令信号
に対する追従性が一定となり、回転モータ１２と送りモ
ータ７との駆動バランスのズレを減少することができ
る。また、前記回転補正値演算器３１から算出される回
転補正値ｒ（ｚ）と、パルスゼネレータ１４から検出さ
れる回転位置ｒとにより回転偏差Ｅ（ｒ）を算出し、そ
の算出値より回転指令値Ｒを補正しているので、回転位
置と送り位置との定常的な誤差が開くことがなく精度を
向上させる効果をもつ。

【００２５】以上述べた実施例では、送り偏差Ｅ（Ｚ）
に基づいて送りの加速度を算出し、その加速度Ａ（Ｅ）
により回転指令値Ｒを算出したが、送り速度と加速度を
他の値から算出し制御することも可能である。例えば、
パルスゼネレータ９により検出された実際の主軸ヘッド
５の送り位置ｚに基づいて算出したり、演算器２２から
の送り指令値Ｚに基づいて算出してもよい。

【００２６】尚、本実施例では、加減速演算器５０に
は、基準送り速度に対する時間による速度変化量が記憶
されており、加減速演算器５０は前記速度変化量を送り
指令値Ｚｓの指令速度に応じて所定倍して指令速度を目
標とした任意の曲線で加減速する送り指令値Ｚを出力し
ているが、加減速演算器は、他の方法によって送り指令
値Ｚｓの指令速度を目標として任意の曲線で加減速する
送り指令値Ｚを出力してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のねじ加工装置によれば、送り速度を指令速度まで
任意の曲線で加減速して送り指令値を算出しているの
で、送り指令値の加速度の変化が小さくなり送りモータ
の指令信号に対する追従性が一定となり、回転モータと
送りモータとの駆動バランスのズレを減少することがで
きる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すねじ加工装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】（ａ）は加減速演算器に入力される信号を示す
説明図である。（ｂ）は加減速演算器から出力される信
号を示す説明図である。

【図３】従来技術のねじ加工装置の構成を示すブロック
図である。

【図４】従来技術の主軸送りの信号を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

７ 送りモータ ９ パルスゼネレータ １２ 回転モータ １４ パルスゼネレータ ２３ 送り偏差カウンタ ２４ 送りサーボアンプ ２９ 回転サーボアンプ ３０ 回転偏差カウンタ ４５ 加速度演算器 ４６ 加算器 ４７ 回転指令値演算器 ５０ 加減速演算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端にねじ加工工具が装着された主軸を
   被加工物に対して接近させるための送りモータと、前記
   送りモータにより送られた主軸の送り位置を検出する送
   り位置検出手段と、その送り位置検出手段により検出さ
   れた主軸の送り位置と送り速度や送り長さを含む送り指
   令との送り偏差を演算する送り偏差演算手段と、その送
   り偏差に従って、送りモータを駆動する送りモータ駆動
   手段と、主軸を回転させるための回転モータと、送りの
   速度，加速度を算出し、その各算出値とねじピッチとに
   基づいて回転指令値を演算する回転指令値演算手段と、
   前記回転モータにより回転された主軸の回転位置を検出
   する回転位置検出手段と、その回転位置検出手段により
   検出された主軸の回転位置と回転指令値との回転偏差を
   演算する回転偏差演算手段と、その回転偏差に従って、
   回転モータを駆動する回転モータ駆動手段とを有するね
   じ加工装置において、 前記送り指令に基づき主軸の送り速度が指令速度を目標
   として任意の連続曲線で加減速するように送り指令を修
   正して前記送り駆動手段に出力する加減速演算手段を備
   えたことを特徴とするねじ加工装置。