JPH06155163A - 数値制御旋盤におけるネジ切り制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】数値制御旋盤における精密ネジ切り加工。 【構成】主軸２の基準姿勢に対する姿勢角度φを検出す
る角度検出器２６を設けておき、ネジ切り加工時、該主
軸２の回転により角度検出器２６が出力する信号Ｓ１に
より主軸回転角度算出部２０に、主軸２がどれだけ回転
したかの積算角度量を示す主軸回転角度θを演算積算さ
せて、該主軸回転角度θに応じてネジ切り補間部１４
に、刃物台７の主軸２に対する位置を位置検出器３０、
３１を介して移動制御させる形で、工具６のＸ軸、Ｚ軸
移動を分配補間させる。刃物台７は、工具６の刃先６ａ
が主軸回転角度θに対応する位置に配置するよう送られ
るので、主軸回転速度の変更、変動に追従して、精密な
ネジが切削される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、精密なネジ切り加工を
行うことが出来る、数値制御旋盤におけるネジ切り制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来のネジ切り加工に適用され
る制御方法の一例を示すブロック図、図１２は従来のネ
ジ切り加工サイクルの一例を示すフローチャート図であ
る。従来、数値制御旋盤においてネジ切り加工を行う際
には、主軸角度位置に対応させた形の関数を用いて工具
の送り速度を決定し、当該送り速度に基づき工具駆動軸
を分配移動させていく方法が用いられている。即ち、図
１１に示すように、主制御部４０が主軸速度指令ωを介
して、主軸駆動制御部４１に主軸アクチュエータ４２を
所定の回転数Ｎで駆動させる。その結果、主軸即ちワー
クがある基準点から３６０度回転したところで、該主軸
アクチュエータ４２に接続された位置検出器４３が１回
転信号ＳＰを出力する。そして、当該１回転信号ＳＰを
トリガとしてネジ切り補間部４４に、加工開始からの経
過時間ｔに対して軸配分を行わせる形で、Ｚ軸、Ｘ軸方
向それぞれに対する工具移動量を補間させて工具移動を
開始し、Ｚ軸駆動指令ｚｒとＸ軸位置指令ｘｒを介し
て、Ｚ軸駆動制御部４５とＸ軸駆動制御部４６にＺ軸駆
動装置４５とＸ軸駆動装置４６の駆動を制御させる。即
ち、図１２に示すように、主軸の回転が主軸速度指令ω
に対応した所定の回転数Ｎに到達して、１回転信号ＳＰ
が検出されたところで、工具駆動軸分配を行い、工具を
Ｚ軸及びＸ軸方向にそれぞれ経過時間ｔに対して所定の
量づつ移動させる形で、加工開始位置から終点まで送る
動作を、所定のネジ形状が形成されるまで繰返す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、工具６の移動が時間ｔに対して比例した形で制御さ
れるので、ネジ山を適正なリードで切削形成するには、
ワークの回転も、時間ｔに対して一定に保持する必要が
生じ、加工開始から終了までの間、主軸の回転数Ｎを所
定の値に固定しておかなけらばならず、これを加工サイ
クル中に任意の値にシフトすることは出来ない。このた
め、加工すべきワークに不規則なテーパや異形断面が形
成されている場合には、ワーク被加工部間で周速（即ち
被加工部の刃に対する速度）に少しづつ差異が生じてし
まうために、均質な加工仕上げ状態が得られず、従って
こうしたネジ切り加工方法は、複雑な形状のワークには
なかなか適応仕切れない。また、荒削りと仕上げ削りと
で主軸回転数Ｎを任意の値に調整して、これを一連の加
工サイクルで完了させるようなことは出来なかった。さ
らに、主軸の回転数Ｎは、無負荷時定常振動や或いは特
殊ネジ加工等による高負荷を受けることによりこれが変
動することを完全に避けることは出来ず、この場合従来
方式では、工具が当該変動に追従することなく経過時間
ｔに対して与えられた量だけ移動してしまうので、工具
刃の切込位置、即ちこれにより形成されるネジ溝がずれ
て、ネジの加工精度が悪くなる危惧があった。従って、
こうしたネジ切り加工方法では、精密なネジ加工を行う
ことは難しかった。

【０００４】そこで本発明は、上記事情に鑑み、主軸回
転数の変更、変動に対して工具の移動量をこれに追従さ
せ得るようにして、精密なネジ加工が出来るようにし
た、数値制御旋盤におけるネジ切り制御装置を提供する
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、回転自
在な主軸（２）と該主軸（２）に対して相対移動自在な
刃物台（７）を有し、前記主軸（２）に保持されたワー
ク（５）に対して前記刃物台（７）を相対移動させるこ
とによって、該刃物台（７）に装着された工具（６）に
より該ワーク（５）にネジ（５ｂ）を形成し得る数値制
御旋盤（１）において、前記主軸（２）の基準姿勢に対
する該主軸（２）の回転時における姿勢角度φを検出す
る姿勢角度検出手段（２６）を設け、前記姿勢角度検出
手段（２６）から出力される信号Ｓ１により、前記主軸
（２）の積算回転角度量θを演算し得る積算回転角度演
算手段（２０）を設け、前記積算回転角度演算手段（２
０）が演算する前記主軸（２）の積算回転角度量θに応
じて、前記刃物台（７）の前記主軸（２）に対する位置
を移動制御する刃物台移動制御手段（１２、１３、１
４、３０、３１）を設けて、構成される。なお、（ ）
内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的
なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘
束されるものではない。以下の作用の欄についても同様
である。

【０００６】

【作用】上記した構成により、本発明は、刃物台移動制
御手段（１２、１３、１４、３０、３１）は、主軸
（２）の積算回転角度量θに対応した位置に工具（６）
を配置させるように、刃物台（７）移動を制御するよう
に作用する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本発明によるネジ切り制御装置の一実施例が
適用された数値制御旋盤の一例を示す図、図２は図１に
示すネジ切り制御装置を用いたネジ切り加工の一例を示
す図、図３は図１に示すネジ切り制御装置の制御状態を
示す制御ブロック図、図４は図２に示すネジ切り加工時
における工具の軸配分の補間パターンの一例を示す図、
図５は図４に示す補間パターンに用いるためのワークの
テーパを求める図、図６は本発明によるネジ切り制御装
置によるネジ切り加工の流れ図、図７は主軸の回転時に
おける主軸姿勢角度と主軸回転角度を示す図、図８は主
軸とワークの姿勢角度を示す図、図９は図２に示すネジ
切り加工時における工具刃のテーパネジ切削動作を示す
拡大図、図１０は図２に示すネジ切り加工時における主
軸速度の変化様態を示す図である。

【０００８】数値制御旋盤１は、図１に示すように、Ｚ
軸を回転中心として回転自在な主軸２を有しており、主
軸２にはチャック３が、その中心を該主軸２に一致させ
た形で主軸２と共に回転駆動自在に設けられている。チ
ャック３にはネジを切削加工すべきワーク５が、図１矢
印Ａ、Ｂ方向に示す該主軸２の回転軸であるＺ軸を回転
中心として回転自在な形で把持固定されており、主軸２
には該主軸２を回転駆動させ得る主軸アクチュエータ２
５が接続されている。また、主軸２には該主軸２の姿勢
角度検出手段であるパルスエンコーダ等からなる角度検
出器２６が、該主軸２の姿勢角度φ、即ち所定の基準姿
勢に対してその回転時に０〜２πの範囲で時々刻々と変
化させる形の主軸の姿勢角度φを、パルスＳ１等の信号
を出力することにより検出し得る形で設けられている。

【０００９】一方、主軸２の図１右方には、ネジ切りバ
イト即ち工具６が着脱自在に装着された刃物台７が、該
主軸２の軸心方向であり矢印Ａ、Ｂ方向に示すＺ軸方
向、及びこれに交差する方向である矢印Ｃ、Ｄ方向に示
すＸ軸方向にそれぞれ移動駆動自在な形で、即ち主軸２
に対して相対移動自在な形で設けられており、刃物台７
にはＸ軸アクチュエータ２７とＺ軸アクチュエータ２９
が、該刃物台７をＸ軸及びＺ軸方向に移動駆動させ得る
形で、それぞれ設けられている。Ｘ軸アクチュエータ２
７とＺ軸アクチュエータ２９には、それぞれ、公知の位
置検出用のエンコーダ等からなる位置検出器３０、３１
が、刃物台７の所定の基準点即ちこれに装着された工具
６の主軸２に対するＸ軸、Ｚ軸位置を検出し得る形で設
けられている。

【００１０】ところで、数値制御旋盤１にはネジ切り加
工制御装置９が、主軸２と工具６を制御駆動させ得る形
で設けられており、ネジ切り加工制御装置９は、図１に
示すように、主制御部１０を有している。主制御部１０
には入力部１１、Ｘ軸駆動制御部１２、Ｚ軸駆動制御部
１３、ネジ切り補間部１４、主軸速度指令部１５、主軸
駆動制御部１６、加工プログラム解析部１７、テープリ
ーダ１８、メモリ１９、主軸回転角度算出部２０、分配
開始角度検出部２１等が接続しており、入力部１１には
前記刃物台７の位置検出器３０、３１及び前記主軸２の
角度検出器２６がそれぞれ接続されている。なお、Ｘ軸
駆動制御部１２には駆動回路３２を介して前記Ｘ軸アク
チュエータ２７が、Ｚ軸駆動制御部１３には駆動回路３
３を介して前記Ｚ軸アクチュエータ２９が、主軸駆動制
御部１６には駆動回路３５を介して前記主軸アクチュエ
ータ２５が、それぞれ接続されている。即ち、ネジ切り
加工制御装置９は、主軸２が、主軸速度指令ωを介して
設定された主軸回転角速度に対応した回転数Ｎで回転し
たとき、該主軸２の姿勢角度φ（即ち、例えば図２又は
図８に示す主軸２において任意の基準点Ｐ１が所定の位
置に配置した状態における基準姿勢に対して、該主軸２
がその回転動作により該基準点Ｐ１を該所定の位置から
角度φをなす位置に配置させた際の、前記所定の位置に
対する基準点Ｐ１のなす角度φ）を検出し得る形の姿勢
角度検出手段である角度検出器２６が、信号Ｓ１を出力
する形で、該姿勢角度φをリアルタイムに検出し、該姿
勢角度φを積算回転角度演算手段である主軸回転角度算
出部２０に積算累計させることにより主軸２の積算回転
角度量（即ち加工開始から主軸２がどれだけ回転した
か）を表す主軸回転角度θを演算算出し、該主軸回転角
度θに応じてこれに工具６の位置を追従させた形で、刃
物台移動制御手段である前記Ｘ軸駆動制御部１２、Ｚ軸
駆動制御部１３、ネジ切り補間部１４、及び位置検出器
３０、３１等を介して、刃物台７の主軸２に対する位置
を移動駆動制御し得るように構成されているものであ
る。

【００１１】数値制御旋盤１は以上のような構成を有し
ているので、該数値制御旋盤１を用いて、ワーク５にネ
ジ切り加工するには、予めテープリーダ１８等を介して
読み取られ、ネジ切り加工制御装置９のメモリ１９に格
納されたネジ切り加工に必要とされる加工プログラムを
加工プログラム解析部１７に解析させて、切削すべきワ
ーク５をネジ切り形成していく。ネジ切り加工に際し、
まず、主制御部１０は加工プログラムに指令された速度
指令、即ち、ワーク５の素材母線形状に対応させてこれ
を加工するに適した周速に基づき、図３に示すように、
主軸駆動制御部１６に主軸速度指令ωを送る。これを受
けた主軸駆動制御部１６は主軸アクチュエータ２５を駆
動させて、主軸２を所定の回転数Ｎで回転させる。する
と、主軸２に設けられた角度検出器２６は、該主軸２の
回転によりその基準姿勢に対する姿勢角度φを検出する
が、該主軸２の姿勢角度φは図７に示すように、主軸２
が１回転（３６０度）回転する毎に０に戻る。そこで、
主軸回転角度算出部２０は、角度検出器２６が信号Ｓ１
を介して検出する姿勢角度φを積算累計し、これを逐次
更新していく形で、主軸回転角度θを演算算出する。そ
して、主軸回転角度θが所定の値に到達したところで、
分配開始角度検出部２１は分配開始信号Ｓ２を発信し、
該信号Ｓ２をトリガとして工具６の軸分配即ち刃物台７
のＸ軸及びＺ軸方向への移動が開始される。この際、分
配開始信号Ｓ２の立上りによって、主軸回転角度算出部
２０は、該算出部２０が演算算出する主軸回転角度θの
値を０に初期化する。すると、回転角度算出部２０が算
出する主軸回転角度θは、分配開始信号Ｓ２により工具
６の分配が開始されてからの主軸２の積算回転量が累計
算出された形になる。そこでネジ切り補間部１４は、回
転角度算出部２０が演算算出する主軸回転角度θに従っ
て、工具６の位置を分配補間して、Ｘ軸駆動制御部１２
とＺ軸駆動制御部１３にそれぞれ、該工具６が装着され
た刃物台７を所定の位置に移動させるためのＸ軸位置指
令ＸｒとＺ軸位置指令Ｚｒを逐次送信する。するとＸ軸
位置指令Ｘｒ、Ｚ軸位置指令Ｚｒをそれぞれ受けたＸ軸
駆動制御部１２とＺ軸駆動制御部１３は、該指令値に対
応した分づつＸ軸アクチェータ２７とＺ軸アクチェータ
２９をそれぞれ駆動させる。すると、これにより、工具
６が装着された刃物台７は、その加工開始から加工終了
までの位置が、主軸２に保持されたワーク５が加工開始
からどれだけ回転したかを表す形の主軸回転角度θに応
じてこれに追従した形で移動制御される。

【００１２】そこで例えば、数値制御旋盤１を用いて、
図２に示すようなコーン状に形成されたワーク５の図２
右部に示す先細り側にテーパネジを切削形成する例を以
下に述べる。通常、ワーク５にテーパネジを形成する際
には、図２に示すように、該ワーク５の図２矢印Ｂ方向
側端面５ａから長さＬ２分だけ完全ネジ部５ｂを形成す
ると共に、さらに若干長さＬ３分余長をとる形で、不完
全ネジ部５ｃを形成する。即ち、該テーパネジの切削に
際しては、加工プログラムを介して、工具６が、切削開
始点ＰＯの加工開始から該工具６の刃先６ａが端面５ａ
に当接する以前の位置ｚａまでの送り加速領域ＷＡで加
速し、位置ｚａから完全ネジ部５ｂの終点に対応する位
置ｚｂまでの送り一定領域ＷＢで主軸回転角度θに対し
て送り量が一定となるようにし（即ち送り一定領域ＷＢ
の全域において工具６はワーク５にネジを形成するに適
した移動動作を行う）、さらに不完全ネジ部５ｃの終点
に対応する位置ｚｃまでの送り減速領域ＷＣで減速する
ように、該工具６が装着された刃物台７の送り動作を制
御する。

【００１３】従って、ワーク５にテーパネジを形成する
に際し刃物台７は、図９に示すように、まず該刃物台７
に装着された工具６の刃先６ａが、ワーク５のテーパに
沿ってその端面５ａから所定の距離Ｌ１だけ矢印Ｂ方向
側に離れた位置から、加工プログラムに基づき決められ
た１回の切込深さＤ１分だけ矢印Ｄ方向に移動したＸ軸
位置、即ち、後述するように所定の回数繰り返されるう
ちの第１回目の切込においては加工開始位置である切削
開始点Ｐ０₁から分配開始される形で、ここＰ０₁に移動
位置決めされる。そして、刃物台７は、送り一定領域Ｗ
Ｂにおいて、主軸２に装着されたワーク５が１回転する
毎に、Ｚ軸方向に沿ってネジのリードＬ分だけ矢印Ａ方
向に移動し且つＸ軸方向に沿ってワーク５のテーパに対
応した分だけ矢印Ｃ方向に移動する形で移動制御され
る。すると、ワーク５が１回転する動作の間に、前述の
主軸回転角度θは２πだけ増大する形になるので、主軸
回転角度θが２π増大する毎に、工具６の刃先６ａがテ
ーパに沿ってネジのリードＬ分だけＺ軸方向にθの増加
に比例して送られる。こうして、該刃先６ａが切削開始
点Ｐ０₁から図９左方に図示されない加工終了点まで１
回送られる動作の間にこれが切り込む深さＤ１分だけワ
ーク５に所定の形状のネジが切削形成される。そこで、
再び工具６の刃先６ａを、第１回目の切削開始点Ｐ０₁
からさらにＸ軸方向に沿って１回の切込深さＤ１分だけ
矢印Ｄ方向に移動した位置Ｐ０₂に移動位置決めしてか
ら、上述したと同様の刃物台送り動作によりワーク５を
切削し、当該刃物台７の送りによるネジ切削動作を所定
のネジ溝深さＤＰに到達するまで、所定の回数繰返すこ
とにより、所定形状の完全ネジ部５ｂが切削加工され
る。

【００１４】そこでまず、ネジ切り加工制御装置９の主
制御部１０は、加工プログラム解析部１７に解析させた
加工プログラムに基づき、Ｘ軸駆動制御部１２とＺ軸駆
動制御部１３に刃物台７を、位置検出器３０、３１を介
して矢印Ａ、Ｂ方向（Ｚ軸方向）及び矢印Ｃ、Ｄ方向
（Ｘ軸方向）に移動位置決めさせて、これにより、工具
６を、図２に示すように、切削すべきワーク５の端面５
ａから距離Ｌ１だけ図２右方に離した形で、所定の基準
位置即ち切削開始点Ｐ０に、工具６の基準点である例え
ば刃先６ａを位置決めする。この状態から、ネジ切り加
工制御装置９は、ワーク５のテーパ形状及びネジの形状
等に基づき、図６に示すテーパネジ切削サイクルプログ
ラムＰＳＰによって、主軸速度指令部１５に主軸速度指
令ωを発信させる形で主軸２の回転を開始して、ワーク
５のネジ切り加工を行っていく。

【００１５】即ち、主軸速度指令部１５は、図１０に示
すように、加工開始から分配開始信号Ｓ２が発信される
までの間、一定の値ω１をなす速度指令ωを発信し続
け、主軸２は該速度指令値ω１に対応した所定の回転数
Ｎで回転する。（これ迄の間、工具６が装着された刃物
台７の分配移動は未だ開始されていない。）そして、分
配開始角度検出部２１を介して分配開始信号Ｓ２が発信
されたところで、主軸速度指令部１５は、主軸速度指令
ωの値を図１０直線で示すように、該ワーク５のテーパ
形状に対応させた形で分配して減少させる。（これと同
時に刃物台７が前述したように送られる。）すると、主
軸２は、分配開始信号Ｓ２が発信されてから、工具６の
刃先６ａが送り一定領域ＷＢを移動する間、ワーク５の
テーパ形状に対応した形で減少する主軸速度指令ωの指
令値に対応して、その回転数Ｎが徐々に減少する形で回
転駆動される。（即ち主軸速度指令ωの値は、刃物台７
に接続された位置検出器３０、３１が検出する工具６の
基準位置に対応した形で指示されていく。）これにより
主軸２に装着されているワーク５は、その外周面が工具
６の刃先６ａに対して一定の速度をなす形で回転し、即
ち、工具６が前述した送り一定領域ＷＢを移動する間、
ワーク５の周速は所定の値に保持される。なお、ネジ切
り加工中には、主軸速度指令ωに対応する主軸回転数と
主軸２の回転数が対応せずに、主軸２が主軸速度指令部
１５が指示した指令値から若干ずれた回転数Ｎで（例え
ば図１０矢印ＰＭ位置において点線で示すように）回転
して、これにより、主軸回転角度θが加工開始からの経
過時間と対応しない場合がある。しかし、工具６が装着
された刃物台７の送り動作は、その詳細をさらに後述す
るように、該経過時間に一切呼応することなく主軸２即
ちワーク５が加工開始から実際にどれだけ回転したかを
示す形の、主軸回転角度θに応じて工具６の位置が分配
補間される形で移動制御されることにより、当該主軸２
の回転数Ｎの変動に対応した分だけ主軸回転角度θの増
大割合もまた変動して、該角度θの増大割合の変動に刃
物台７の送り移動量が追従する形になるので、工具６の
ワーク５に対する刃先６ａ切込位置は、これがずれるこ
となく該ワーク５の常に的確な被加工位置に当接して、
ネジ切削動作が行われる。なお、工具６の刃先６ａが加
工終了点Ｐ２に到達して、刃物台７の前述した１回の移
動送り動作が終了し、再び前述したように切込深さを更
新して刃物台移動動作を繰返す場合には、再び主軸速度
指令部１５が、一定の値ω１をなす速度指令ωを発信
し、これに応じて主軸２が所定の回転数Ｎで回転する。
こうして、主軸２は速度指令ωの発信により、その指令
値に応じた回転数Ｎで回転するが、その一方で、刃物台
７は、該主軸２の回転によって増大する主軸回転角度θ
に応じた位置に工具６の刃先６ａが配置するように、そ
の送りが分配補間された形で移動制御される。

【００１６】ワーク５にテーパネジを切削形成するに用
いられる前出のテーパネジ切削サイクルプログラムＰＳ
Ｐにおいては、まず図６ステップＳＴ１で、例えば先に
述べたように図１０に示した指令値ω１を主軸速度指令
部１５に発信させる形で、主軸初期速度指令を出す。す
ると、主軸駆動制御部１６は、駆動回路３５を介して主
軸アクチュエータ２５を駆動させて、これにより主軸２
及びこれに装着されたワーク５は、主軸軸心であるＺ軸
を中心として図２矢印Ｅ方向に、該主軸速度指令値ω１
に対応した所定の回転数Ｎで回転開始する。主軸２の回
転動作により、主軸２に接続されている角度検出器２６
は、該主軸２の基準姿勢に対する姿勢角度φをリアルタ
イムで検出し、当該姿勢角度φを図７に示すように、パ
ルスＳ１を介して逐次連続的に入力部１１に伝送する。
即ち、角度検出器２６は、図７に示すように、主軸２が
図２に示す基準点Ｐ１に対して１回転する動作の間に、
その姿勢角度φを、該主軸２の基準点Ｐ１における基準
姿勢に対して０から２πに増大させて、また、該主軸２
が１回転して基準姿勢と同一姿勢に復元することにより
該姿勢角度φを０に戻す様子をパルスを介して逐次更新
する形で連続的に検知し、当該姿勢角度φの変化様態
を、図７点線で示すようにアナログ状に出力する形で検
出する。従って、入力部１１に入力される姿勢角度φ
は、主軸２が１回転する毎に１巡する形で逐次更新され
る。そこで、これを受けた主軸回転角度算出部２０は、
主軸２の姿勢角度φを積算する形で主軸回転角度θを演
算し、当該回転角度θを、加工の進行により入力部１１
にパルスＳ１が入力される毎に更新していく形で、図７
直線で示すように逐次算出する。そして、主軸回転角度
算出部２０が算出する主軸２の回転角度θがワーク５に
テーパネジを形成するに適した分配開始角度Ｋπ（図７
に図示）に到達したなら、分配開始角度検出部２１は分
配開始信号Ｓ２を発信する。

【００１７】そこで、テーパネジ切削サイクルプログラ
ムＰＳＰにおいては、先に述べたように図６ステップＳ
Ｔ１で主軸速度指令が指示されて後、まず図６ステップ
ＳＴ２で、主軸２の初期速度、即ち該主軸２の回転数Ｎ
が前記主軸速度指令値ω１に対応した所定の値に到達保
持されたことを確認する。そして、図６ステップＳＴ３
により、信号Ｓ２を介して分配開始角度Ｋπ（図７に図
示）が検出されたことを確認する。そして、分配開始信
号Ｓ２をトリガとして、刃物台７の移動即ち工具６の軸
分配を開始させる。（なお、分配開始信号Ｓ２の立上り
により、主軸２の積算回転角度量である主軸回転角度θ
は０に初期化される。） この状態から、テーパネジ切削サイクルプログラムＰＳ
Ｐは、図６ステップＳＴ４により主軸速度指令部１５に
主軸速度指令ωを、図１０に示すように工具６の刃先６
ａ位置に応じた値で発信させて、主軸２を該速度指令ω
の指令値に対応した回転数Ｎで回転させ、ステップＳＴ
５により主軸回転角度算出部２０に主軸回転角度θを演
算算出させ、ステップＳＴ６により該主軸回転角度θに
対応した形で、後述する補間パターンに基づきネジ切り
補間部１４に工具駆動軸分配を行わせ、該ネジ切り補間
部１４が分配補間したＸ軸、Ｚ軸位置に工具６を移動位
置決めする形で刃物台７を送る動作を、ステップＳＴ７
により工具６の刃先６ａが図２に図示する加工終了点Ｐ
２に到達するまで、フィードバックしながら繰返してい
く。（なお、ワーク５に完全ネジ部５ｂを所定形状に形
成するには、以上の図６ステップＳＴ１からステップＳ
Ｔ７までの工程に基づく主軸２の回転駆動及び、刃物台
７の図２に示す加工開始点Ｐ０から加工終了点Ｐ２迄の
送り移動動作を、該完全ネジ部５ｂが図９に図示した所
定のネジ溝深さＤＰに到達するまで、刃先６ａの切込深
さを更新増大させつつ繰返していく。） 従って、ワーク加工中における工具６が装着された刃物
台７は、ネジ切り補間部１４により分配補間された形の
Ｘ軸、Ｚ軸方向位置に、Ｘ軸駆動制御部１２、Ｚ軸駆動
制御部１３、位置検出器３０、３１等を介して移動され
る。従って、該工具６が装着された刃物台７の送り動作
は、工具駆動軸の分配開始信号Ｓ２が検出されてからの
主軸２の積算回転角度量である主軸回転角度θに対応
し、その増分に比例した形で制御される。

【００１８】ところで、ネジ切り加工制御装置９の加工
プログラム解析部１７は、ワーク５に図２に示すような
テーパネジを切削形成するに際し、後述する（１）から
（６）式に基づき図４に示すような工具６の軸分配の補
間パターンをネジ切り補間部１４に与えている。これに
よって、ネジ切り補間部１４は、分配開始信号Ｓ２が検
出されて後、主軸２が回転することにより回転角度θを
増大させるのに対して、工具６の刃先６ａを図４ＬＩＮ
Ｅ１又はＬＩＮＥ２に示すＺ軸、Ｘ軸位置に移動位置決
めするように、刃物台７の移動量を軸分配する。なお、
図４に示す補間パターンにおける主軸回転角度θは、図
７に示すように、工具軸分配開始時、即ち分配開始信号
Ｓ２が発信された時点において初期化されることによ
り、０からスタートするものである。即ち、ネジ切り補
間部１４は、工具６の刃先６ａ位置が、図２に示す切削
開始点Ｐ０位置において主軸回転角度θ＝０のときに図
２に示す（０、０）位置に、送り加速領域ＷＡの終点位
置において主軸回転角度θ＝θａのときに（ｘａ、ｚ
ａ）位置に、送り一定領域ＷＢの終点位置において主軸
回転角度θ＝θｂのときに（ｘｂ、ｚｂ）位置に、送り
減速領域ＷＣの終点即ち加工終了点Ｐ２において主軸回
転角度θ＝θｃのときに（ｗｃ、ｚｃ）位置に配置する
ように、工具駆動軸を分配補間、即ち刃物台７のＸ軸ア
クチュエータ２７とＺ軸アクチュエータ２９の駆動量を
分配補間する。従って、工具６は、主軸２の回転数Ｎの
変更、変動に拘らず、該主軸２即ちワーク５が加工開始
からどれだけ回転したかを示す形の主軸回転角度θに対
応した位置に、その刃先６ａが常に位置するように、該
工具６が装着された刃物台７の主軸２に対する位置が移
動制御される。

【００１９】なお、ネジ切り補間部１４は、以下に述べ
る補間パターン式に基づき、工具６の刃先６ａの主軸２
に対する位置を主軸回転角度θに追従させる形で、刃物
台７の移動量を軸分配している。まず、図４ＬＩＮＥ１
に示される刃物台７（即ち工具６）のＺ軸の補間パター
ンは、工具６のＺ軸方向への最大加速度ａｚと、ネジ５
ｂのリードＬと、工具刃先６ａが送り加速領域ＷＡに対
応する領域を移動する間における主軸２の最大回転角速
度ωn（実施例においては速度指令値ω１に対応してい
る）に基づき、主軸２の総回転量である主軸回転角度θ
をパラメータとする形で、送り領域ＷＡにおいては
（１）式により、送り一定領域ＷＢにおいては（２）式
により、送り減速領域ＷＣにおいては（３）式により補
間されて、これにより、Ｚ軸駆動制御部１３、駆動回路
３３を介してＺ軸アクチュエータ２９の駆動量が制御さ
れる。 Ｚ＝Ｃ₁θ² （θ＝０〜θａ） …………（１） Ｚ＝Ｃ₂θ＋Ｃ₃ （θ＝θａ〜θｂ） …………（２） Ｚ＝−Ｃ₁（θ−θｃ）²＋ｚｃ （θ＝θｂ〜θｃ）…………（３） ただし、 Ｃ₁＜ａｚ／（２（ωn）²） Ｃ₂＝Ｌ／２π Ｃ₃＝−Ｃ₂ ²／４Ｃ₁

【００２０】一方、図４ＬＩＮＥ２に示される刃物台７
（即ち工具６）のＸ軸の補間パターンは、工具６のＸ軸
方向への最大加速度ａｘと、工具刃先６ａが送り加速領
域ＷＡに対応する領域を移動する間における主軸２の最
大回転角速度ωn（実施例においては速度指令値ω１に
対応している）と、ワーク５のテーパの傾きＴに基づ
き、主軸２の総回転量である主軸回転角度θをパラメー
タとする形で、送り領域ＷＡにおいては（４）式によ
り、送り一定領域ＷＢにおいては（５）式により、送り
減速領域ＷＣにおいては（６）式により補間されて、こ
れにより、Ｘ軸駆動制御部１２、駆動回路３２を介して
Ｘ軸アクチュエータ２７の駆動量が制御される。 Ｘ＝Ｃ₄θ² （θ＝０〜θａ） …………（４） Ｘ＝Ｃ₅θ＋Ｃ₆ （θ＝θａ〜θｂ） …………（５） Ｘ＝−Ｃ₄（θ−θｃ）²＋ｘｃ （θ＝θｂ〜θｃ）…………（６） ただし、 Ｃ₄＜ａｘ／（２（ωｎ）²） Ｃ₅＝Ｔ・Ｃ₂ Ｃ₆＝−Ｃ₅ ²／４Ｃ₄ なお、テーパの傾きＴは、図５に示すように、ワーク５
におけるテーパ部の最大径を２ｘｔとし、長さをｚｔと
するとき、公知のように、 Ｔ＝ｘｔ／ｚｔ で求められる。

【００２１】こうして、ネジ切り補間部１４は、工具６
のＸ軸、Ｚ軸方向への最大加速度ａｘ、ａｚ、主軸２の
最大回転角速度ωn、ワーク５のテーパＴ、ネジ５ｂの
リードＬ等に基づいて、主軸回転角度算出部２０が算出
する主軸回転角度θをパラメータとする補間パターンに
より、工具６が装着された刃物台７の移動位置を分配補
間する。従って、ネジ切り制御装置９は、上記した
（１）〜（６）式に基づき、ネジ切り補間部１４に、工
具６の刃先６ａを主軸回転角度θに対応させて刃物台７
の移動位置を制御していく形で、ネジ５ｂの切削加工を
行うが、当該（１）〜（６）式に示す補間パターンには
加工開始からの経過時間が関与することがなく、即ち刃
物台７の移動位置はこれに装着された工具６の位置が主
軸回転角度θに常時追従する形で、該回転角度θに的確
に対応している。従って、主軸２の回転数Ｎがいくら変
動した場合においても、常に工具６の刃先６ａは主軸２
の回転角度θに対応して、ワーク５の所定の被加工位置
に当接する形で配置されることが出来る。

【００２２】例えば、前述したように図１０矢印ＰＭで
示す点線箇所、即ち主軸速度指令値ω２が出されてから
主軸速度指令値ω３が出されるまでの間に、主軸２の回
転に変動が生じ、即ちその回転数Ｎが該指令値ω３より
も落ちてしまった場合には、これに応じて図４に示す主
軸回転角度θは、該指令値ω２が出されたときのこれに
対応した主軸回転角度θω₂から、該指令値ω３が出さ
れるための主軸回転角度θω₃に到達する迄に、所定の
時間より多くの時間が必要とされる。しかし、この間、
工具６刃先６ａのみがθω₃に対応した位置である図４
に示す（Ｘω₃、Ｚω₃）に先送りされることはなく、該
工具６刃先６ａが（Ｘω₃、Ｚω₃）位置に移動するタイ
ミングは、主軸回転角度θが値θω₃に到達する時間の
遅れ分だけ遅れて、常に主軸回転角度θと工具６の刃先
６ａ位置が対応する形になるよう、刃物台７の移動が制
御されていく。

【００２３】こうして、ワーク５には、該ワーク５を把
持している主軸２の回転動作と、工具６の送り動作によ
り完全ネジ部５ｂ等により構成される所定形状のネジ
が、その切込深さ分Ｄ１だけ正確に切削されるが、この
際、該工具６の送り動作は、切削経過時間とは無関係に
ワーク５の回転角度θに追従する形で行われることによ
り（特に、送り一定領域ＷＢにおいては、回転角度θと
工具刃先のＸ、Ｚ位置は、（２）、（５）式により、θ
の一次関数となるように制御される）、主軸２の回転数
Ｎに、定常振動や高負荷等による変動があった場合にお
いても、工具６の切込位置、即ち刃先６ａが当接すべき
ワーク５の被加工部の位置がずれてしまうことなく、常
に主軸回転角度θに対応した正確な位置にこれが位置決
めされる形で、精密なネジ溝が切削形成される。なお、
工具６の刃先６ａは常にワーク５における所定の被加工
位置即ち、加工プログラム上に設定された所定の回転角
度θに対応した位置に的確に移動位置決めすることが出
来るので、ネジ切り加工中に主軸２の回転数Ｎを任意に
シフトさせることも出来る。すると、角度検出器２６が
検出する主軸２の姿勢角度φは、図８に示すように、ワ
ーク５が如何様に形成されている場合でも該ワーク５の
姿勢角度φと一致するので、主軸２の回転数Ｎを適宜シ
フトさせることにより、ワーク５の被加工部の工具刃先
６ａに対する相対速度を、任意に調整制御することが出
来、これにより、円滑な工具送り動作が保証されて、ワ
ーク５が複雑な形状を呈する場合においてもその被加工
部間で差異のない均質な加工が得られる。また、数値制
御旋盤１においてワーク５にネジ切り加工を施す際に
は、前述したように工具６の刃先６ａを切削開始点Ｐ０
から加工終了点Ｐ２まで移動させる動作を所定のネジ溝
深さが形成されるまで所定回数繰返すが、この際、一連
の加工サイクルにおいて、切削速度、即ち主軸２の回転
数Ｎと、工具６の切込み量Ｄ１を、荒削りと仕上げ削り
とで任意の値に調整、変更するように加工プログラムを
予め組んでおき、これにより一層精密な仕上げを得るこ
とも可能である。

【００２４】また、ワーク５に多条ネジを形成するに
は、前記分配開始角度Ｋπを所定の値づつシフトしてい
けば良く、即ち単に、分配開始角度検出部２１に分配開
始信号Ｓ２を発信させるタイミングを、これを行う回転
角度θをずらす形で所定の値づつ遅らせていきながら、
工具６を加工開始点Ｐ０から終了点Ｐ２まで送る動作を
繰返すだけで、正確且つ精密な多条ネジ加工が行われ得
る。従って、切削開始時における、工具６のワーク５の
端面５ａに対する位置を、図２に図示するＬ１を大小さ
せる形でいちいち加工開始点Ｐ０を変更する必要はない
ので、多条ネジ形成に関する制御を行うための加工プロ
グラム中に新たなパラメータが増加することはない。ま
た、常に同じ位置の加工開始点Ｐ０から工具６の刃先６
ａを送り始めることが出来るので、空切削動作が増大す
る懸念がなく、主軸２の回転及び工具６の送り移動動作
は効率的に行われ、これにかかる時間は極力少なくてす
む。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転自在な主軸２と該主軸２に対して相対移動自在な刃
物台７を有し、前記主軸２に保持されたワーク５に対し
て前記刃物台７を相対移動させることによって、該刃物
台７に装着された工具６により該ワーク５に完全ネジ部
５ｂ等のネジを形成し得る数値制御旋盤１において、前
記主軸２の基準姿勢に対する該主軸２の回転時における
姿勢角度φを検出する角度検出器２６等の姿勢角度検出
手段を設け、前記姿勢角度検出手段から出力される信号
Ｓ１により、前記主軸２の回転角度θ等の積算回転角度
量を演算し得る主軸回転角度算出部２０等の積算回転角
度演算手段を設け、前記積算回転角度演算手段が演算す
る前記主軸２の積算回転角度量に応じて、前記刃物台７
の前記主軸２に対する位置を移動制御するＸ軸駆動制御
部１２、Ｚ軸駆動制御部１３、ネジ切り補間部１４、位
置検出器３０、３１等の刃物台移動制御手段を設けて構
成したので、刃物台移動制御手段は、主軸２の積算回転
角度量に対応した位置に工具６を配置させるように、刃
物台７移動を制御することが出来る。従って、主軸２の
回転数Ｎに変動が生じた場合には、主軸２の積算回転角
度量の増大速度にも加減が生じるが、この際、工具６
は、加工開始からの経過時間等に呼応することなく、常
に主軸２の積算回転角度量に対応した位置に配置するよ
うに刃物台７が移動制御されることにより、該主軸２の
回転数Ｎの変動に対して刃物台７即ち工具６の移動量が
追従する形で、常にその刃先６ａが主軸２に保持された
ワーク５においてこれが切削すべき所定の位置に当接し
て、正確な切込位置にネジ切削を施すことが出来る。故
に工具６は、その切込位置が主軸２の回転数Ｎの変動に
よりずれてこれにより加工精度の低下が生じることな
く、精密なネジ切り加工を行うことが出来る。また、刃
物台移動制御手段を介しての刃物台７の移動制御によ
り、工具６は加工開始からの経過時間と無関係に主軸２
の積算回転角度量に対応した位置に配置されるので、本
発明においては主軸２の回転数Ｎを、その加工サイクル
中においても任意の値に設定変更することが出来る。従
って、ワークに不規則なテーパや異形断面が形成されて
いる場合においても、ワーク被加工部間でその切削速度
に差異を生じさせることなく、その被加工部形状に応じ
て主軸速度を任意の値にシフトさせた形でネジを正確に
形成するこが出来る。これにより素材母線形状やネジの
リードに対応して所定の周速になるよう主軸回転と工具
の送りを調整制御することが、厳密に出来るので、常に
均質なネジ切り加工状態を得ることが出来る。故に、そ
の径が被加工部によって異なる複雑な形状のワークに対
してテーパネジや正面ネジ、或いは多条ネジ等の特殊ネ
ジを切削する場合にも、ワーク被加工部とこれに当接す
る工具刃先を適切な相対速度に調整保持する形で周速制
御して、高精度なネジ切り加工を行うことが出来る。或
いは、一連のネジ切り加工工程において、荒削りと仕上
げの段階とで、主軸２の回転数Ｎを設定変更してこれに
刃物台移動を追従させる形で、工具側の送り速度を加減
することにより、切削速度を加工条件に適した任意の値
に調整して、より一層木目細かい精密な仕上げ状態を得
ることも容易に可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるネジ切り制御装置の一実施例が適
用された数値制御旋盤の一例を示す図である。

【図２】図１に示すネジ切り制御装置を用いたネジ切り
加工の一例を示す図である。

【図３】図１に示すネジ切り制御装置の制御状態を示す
加工制御ブロック図である。

【図４】図２に示すネジ切り加工時における工具の軸配
分の補間パターンの一例を示す図である。

【図５】図４に示す補間パターンに用いるためのワーク
のテーパを求める図である。

【図６】本発明によるネジ切り制御装置によるネジ切り
加工の流れ図である。

【図７】主軸の回転時における主軸姿勢角度と主軸回転
角度を示す図である。

【図８】主軸とワークの姿勢角度を示す図である。

【図９】図２に示すネジ切り加工時における工具刃のテ
ーパネジ切削動作を示す拡大図である。

【図１０】図２に示すネジ切り加工時における主軸速度
の変化様態を示す図である。

【図１１】従来のネジ切り加工に適用される制御方法の
一例を示すブロック図である。

【図１２】従来のネジ切り加工サイクルの一例を示すフ
ローチャート図である。

【符号の説明】

１……数値制御旋盤 ２……主軸 ５……ワーク ５ｂ……ネジ（完全ネジ部） ６……工具 ７……刃物台 ９……ネジ切り制御装置（ネジ切り加工制御装置） １２……刃物台移動制御手段（Ｘ軸駆動制御部） １３……刃物台移動制御手段（Ｚ軸駆動制御部） １４……刃物台移動制御手段（ネジ切り補間部） ３０、３１……刃物台移動制御手段（位置検出器） ２０……積算回転角度検出手段（主軸回転角度検出部） ２６……姿勢角度検出手段（角度検出器）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転自在な主軸と該主軸に対して相対移動
   自在な刃物台を有し、 前記主軸に保持されたワークに対して前記刃物台を相対
   移動させることによって、該刃物台に装着された工具に
   より該ワークにネジを形成し得る数値制御旋盤におい
   て、 前記主軸の基準姿勢に対する該主軸の回転時における姿
   勢角度を検出する姿勢角度検出手段を設け、 前記姿勢角度検出手段から出力される信号により、前記
   主軸の積算回転角度量を演算し得る積算回転角度演算手
   段を設け、 前記積算回転角度演算手段が演算する前記主軸の積算回
   転角度量に応じて、前記刃物台の前記主軸に対する位置
   を移動制御する刃物台移動制御手段を設けて構成した、
   数値制御旋盤におけるネジ切り制御装置。