JPH07112322A - タッピング加工制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ネジピッチと周速に応じて加減速制御を行う
ことにより、高速時のオーバーシュート等を防止すると
共に低速時の加工時間を短縮化できるタッピング加工制
御装置を提供する。 【構成】 主軸１０の回転指令及びＺ軸２０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うタッピング加工制御装置に
おいて、時定数決定回路４は、指定されたタップのネジ
ピッチｐ及び周速Ｆに応じて加減速時定数Ｔを決定し、
加減速制御回路６，１６は、決定された加減速時定数Ｔ
に基づいて主軸１０及びＺ軸２０の加減速制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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うタッピング加
工制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、タッピング加工において、その加
工時間を短縮化することが強く要求されている。特に、
アルミニウム等の金属をタッピング加工する場合には、
単に加工時間の短縮化のみならず、高い加工精度が要求
されるため主軸の回転速度とＺ軸の送り速度を正確に同
期させなければならない。そのために、従来のフローテ
ィングタッパを使用したタッピング加工に替え、例え
ば、Ｚ軸移動の指令パルスから主軸回転の指令パルスを
生成することにより主軸とＺ軸を同期させるねじ加工装
置が、特開昭６３−２５１１２１号公報に開示されてい
る。また、主軸回転の指令パルスからＺ軸移動の指令パ
ルスを生成することにより主軸とＺ軸を同期させるねじ
加工装置が、特開昭６４−５８４２５号公報に開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のタッピング加工においては、主軸モータの駆動開始後
設定された回転速度に到達するまでに要する時間即ち時
定数は、その設定速度が高速か低速かにかかわらず絶え
ず一定値を用いていたため、この設定速度の高低によっ
て不都合が生じていた。例えば、時定数が大きい場合、
主軸の回転速度を低速に設定すると、駆動モータの容量
限界を下回る小さな加速度となるため、加工時間が長く
なるという問題があった。一方、時定数が小さい場合、
主軸の回転速度を低速に設定する際には駆動モータの性
能を最大限活用することができるため良好であるが、高
速に設定する際には駆動モータの容量限界を越えた負荷
が課せられることがあり、オーバーシュート等の不具合
が発生するという問題があった。

【０００４】一方、タッピング加工に際して、標準的な
タップの周速はタップ工具の種類や加工対象の材質に基
づいて工作機の雑誌等から知ることができるため、特に
作業経験の浅い作業者にとっては、周速を設定すること
により上記不具合の発生を防止できるタッピング加工制
御装置の開発が望まれていた。

【０００５】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、ネジピッチと周速に応じて加減
速制御を行うことにより、高速時のオーバーシュート等
を防止すると共に低速時の加工時間を短縮化できるタッ
ピング加工制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のタッピング加工制御装置は、図１に例示した
ように、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
ピング加工を行うタッピング加工制御装置において、指
定されたタップのネジピッチ及び周速に応じて加減速時
定数を決定する時定数決定手段Ｍ１と、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
を行う加減速制御手段Ｍ２と、を備えたことを要旨とす
る。

【０００７】例えば、前記時定数決定手段Ｍ１は、加減
速時定数をＴ、指定されたタップのネジピッチによって
決定されるピッチ依存定数をＰ、周速をＦ、タッピング
加工制御装置によって決定される定数をＫとするとき
に、 Ｔ＝ＫＰＦ により時定数を決定してもよい。

【０００８】このとき、前記時定数決定手段Ｍ２は、指
定されたタップのネジピッチに応じて決定されるピッチ
依存定数Ｐをデータテーブルとして備えていてもよい。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明のタッピング加工制
御装置は、指定されたタップのネジピッチ及び周速に応
じて時定数決定手段Ｍ１が加減速時定数を決定し、この
加減速時定数に基づき加減速制御手段Ｍ２が主軸及びＺ
軸の加減速制御を行う。

【００１０】標準的なタップの周速はタップ工具の種類
や加工対象の材質に基づいて工作機の雑誌等から知るこ
とができるため、作業経験の浅い作業者にとっては、主
軸の回転速度を設定するよりネジピッチと周速とを設定
した方が容易である。従って、設定作業の効率が向上す
る。

【００１１】また、周速が同じ場合、指定されたタップ
のネジピッチが小さいときには主軸の回転速度が大きく
なるため加減速時定数を大きく決定することによってオ
ーバーシュート等を防止し、逆に、ネジピッチが大きい
ときには主軸の回転速度が小さくなるため加減速時定数
を小さく決定することによってタッピング加工時間を短
縮化する。一方、指定されたタップのネジピッチが同じ
場合、周速が大きいときは主軸の回転速度が大きくなる
ため加減速時定数を大きく決定することによってオーバ
ーシュート等を防止し、逆に、周速が小さいときは主軸
の回転速度が小さくなるため加減速時定数を小さく決定
することによってタッピング加工時間を短縮化する。こ
のように、ネジピッチと周速とを設定することにより主
軸の回転速度に応じて加減速時定数を変更し、高速時の
オーバーシュート等を防止すると共に低速時の加工時間
を短縮化する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体化した好適な実施例につ
いて図面を参照して説明する。図２は、タッピング加工
制御装置を表す概略構成図である。演算器２は、入力装
置１から入力されたデータに基づき加工プログラム上の
記述によって決まる指令値を出力する。指令値として
は、タップのネジピッチｐ及び周速Ｆが出力される。

【００１３】パルス分配回路３は、タップのネジピッチ
ｐ及び周速Ｆに応じて主軸１０の回転を行うための分配
パルスＰｓ及びＺ軸２０の移動を制御する分配パルスＰ
ｚを出力する。いうまでもなく、分配パルスＰｓ，Ｐｚ
は、主軸１０の回転とＺ軸２０の移動とが加工するネジ
のリードに応じて同期するように計算される。

【００１４】時定数決定回路４は、表１に示すように、
メートル並目ネジのネジピッチｐに対応するピッチ依存
定数Ｐのデータテーブルであるピッチ依存定数テーブル
を備えており、タップのネジピッチｐが指令されるとこ
れに対応したピッチ依存定数Ｐが選択される。

【００１５】

【表１】

【００１６】このテーブルのピッチ依存定数Ｐは、メー
トル並目ネジの規格によりピッチに対応する呼び径を参
照し決定している。表２にメートル並目ネジの呼び径と
ピッチとの関係を例示する。

【００１７】

【表２】

【００１８】表２において、例えばピッチが０．２５の
場合等のように同じピッチで複数の呼び径が存在する場
合は、最も小さい呼び径を参照してピッチ依存定数Ｐを
決定している。従って、あるピッチｐが決まると参照す
べき呼び径Ｄがただ一つ決まる。あるピッチｐとそれに
対応する参照すべき呼び径Ｄについては、表２の参照の
欄に○印を表示した。尚、表１に掲げたピッチ依存定数
Ｐは、ピッチｐと参照すべき呼び径Ｄとの対応から、下
式により求めたものである。

【００１９】Ｐ＝１／πＤ … 時定数決定回路４は、タッピング加工時の加減速時定数
Ｔを次式によって決定する。 Ｔ＝ＫＰＦ … Ｋは主軸モータ９によって決まる定数であり、次式に
よって決定される。

【００２０】 Ｋ＝ＴＩＭＥ＿ＭＡＸ／ＲＰＭ＿ＭＡＸ … ここで、ＲＰＭ＿ＭＡＸはタッピング加工時の主軸の最
高回転速度であり、使用する主軸モータ９によって決ま
る定数である。また、ＴＩＭＥ＿ＭＡＸは主軸の最高回
転速度でタッピング加工を行ったときの加減速時定数で
あり、同じく使用する主軸モータ９によって定まる定数
である。上式によって与えられるＫの値は、タッピン
グ加工時に主軸モータ９に余分な負荷を与えないための
限界値であり、これより小さい値を用いることはできな
い。

【００２１】尚、表２において、あるピッチに対して複
数の呼び径が存在する場合に最も小さい呼び径を参照し
てピッチ依存定数Ｐを決定したのは、加減速時定数Ｔが
大きい方を選択することによりタッピング加工時のオー
バーシュート等を確実に防止するためである。

【００２２】主軸モータ９の加減速制御回路６は、加減
速時定数Ｔ及び分配パルスＰｓに基づいて加減速制御を
行う。主軸モータ９の加減速制御回路６からの出力パル
スＱｓは、エラーカウンタ７へ送られ、エラーカウンタ
７をカウントアップする。エラーカウンタ７は、この出
力パルスＱｓによってカウントアップされ、後述の帰還
パルスＲｓによってカウントダウンされる。従って、エ
ラーカウンタ７の内部には出力パルスＱｓと帰還パルス
Ｒｓとの差分があり、これを図示しないＤＡコンバータ
でアナログ指令信号に変換する。このアナログ指令信号
は主軸ドライブ回路８に送られ、主軸ドライブ回路８は
主軸モータ９を回転制御する。主軸モータ９は図示しな
いギア等で主軸１０に結合されており、これによって主
軸１０は回転する。主軸１０には直結またはギア結合に
よってパルスゼネレータ１１が結合されており、主軸１
０の回転に応じて帰還パルスＲｓを発生する。この帰還
パルスＲｓは上述したようにエラーカウンタ７に出力さ
れる。なお、図２においては速度帰還ループは省略して
ある。これらは公知の方法で速度帰還ループを構成して
いる。

【００２３】一方、Ｚ軸モータ１９の加減速制御回路１
６は、加減速時定数Ｔ及び分配パルスＰｚに基づいて加
減速制御を行う。Ｚ軸モータ１９の加減速制御回路１６
からの出力パルスＱｚは、エラーカウンタ１７へ送ら
れ、エラーカウンタ１７をカウントアップする。エラー
カウンタ１７は、この出力パルスＱｚによって、カウン
トアップされ後述の帰還パルスＲｚによってカウントダ
ウンされる。従って、エラーカウンタ１７の内部には出
力パルスＱｚと帰還パルスＲｚの差分があり、これを図
示していないＤＡコンバータでアナログ指令信号に変換
する。このアナログ指令信号はＺ軸ドライブ回路１８に
送られ、Ｚ軸ドライブ回路１８はＺ軸モータ１９を回転
制御する。Ｚ軸モータ１９は図示しないギアなどでＺ軸
２０に結合されており、これによって、Ｚ軸２０が移動
する。Ｚ軸２０にはパルスゼネレータ２１が結合されて
おり、Ｚ軸モータ１９の回転に応じて帰還パルスＲｚを
発生する。この帰還パルスＲｚは上述したようにエラー
カウンタ１７に出力される。なお、図２においては速度
帰還ループは省略してある。これらは公知の方法で速度
帰還ループを構成している。

【００２４】次に、加減速時定数Ｔを決定する具体例に
ついて説明する。作業者は、タップのネジピッチｐ、周
速Ｆ等必要なデータを入力装置から入力する。ここで
は、アルミ素材にＭ５．０（ピッチ０．８）をタッピン
グ加工する場合を例に挙げて説明する。表１よりメート
ル並目ネジのピッチｐが０．８のときピッチ依存定数Ｐ
は０．０６４である。また、アルミ材質のタップ工具の
周速Ｆは３０．３に設定されているものとし、主軸モー
タ９の最高回転速度ＲＰＭ＿ＭＡＸは６０００（ｒｐ
ｍ）、主軸の最高回転速度でタッピング加工を行ったと
きの加減速時定数ＴＩＭＥ＿ＭＡＸは１５０（ｍｓｅ
ｃ）であるとする。

【００２５】このとき、加減速時定数Ｔは式より、 Ｔ＝０．０６４×３０．３×１０００×１５０／６００
０＝４８（ｍｓｅｃ） となる。同様に、Ｍ３．０（ピッチ０．５）のとき、加
減速時定数Ｔは Ｔ＝０．１０６×３０．３×１０００×１５０／６００
０＝８０（ｍｓｅｃ） となる。

【００２６】以上の本実施例のタッピング加工制御装置
によれば、以下の効果が得られる。 (1) 標準的なタップの周速は、タップ工具の種類や加工
対象の材質に基づいて工作機の雑誌等から知ることがで
きるため、作業経験の浅い作業者にとっては、主軸の回
転速度を直接入力するよりもネジピッチと周速を入力す
る方が容易である。このため、データを入力する作業の
効率が向上する。 (2) 主軸の回転速度Ｎは次式で表される。

【００２７】Ｎ＝Ｆ／πＤ … 従って、周速Ｆが同じ場合であっても、指定されたタッ
プのネジピッチｐが小さいときには参照される呼び径Ｄ
は小さいため（表２参照）、式から主軸の回転速度Ｎ
は大きくなる。このとき、時定数決定回路４は式から
加減速時定数Ｔを大きい値に決定するため、主軸モータ
９の容量限界を超えることはなくオーバーシュート等が
防止される。一方、ネジピッチｐが大きいときには参照
される呼び径Ｄは大きいため（表２参照）、式から主
軸の回転速度Ｎは小さくなる。このとき、時定数決定回
路４は式から加減速時定数Ｔを小さい値に決定するた
め、低速時のタッピング加工時間を短縮化できる。

【００２８】また、指定されたタップのネジピッチｐが
同じ場合であっても、周速Ｆが大きいときは時定数決定
回路４が式から加減速時定数Ｔを大きい値に決定する
ため、主軸モータ９の容量限界を超えることはなくオー
バーシュート等が防止される。一方、周速Ｆが小さいと
きは時定数決定回路４が加減速時定数Ｔを小さい値に決
定するため、低速時のタッピング加工時間を短縮化でき
る。

【００２９】尚、本発明は上記実施例に何ら限定される
ことなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の態様で実施できることはいうまでもない。例えば、上
記演算器２、時定数決定回路４、加減速制御回路６，１
６、エラーカウンタ７，１７の各機能を周知のＣＰＵ、
ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるコンピュータ制御部の機能と
して実現することもできる。このとき、表１のピッチ依
存定数テーブルはＲＡＭに格納されており、必要に応じ
ていつでも参照することができるように構成することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明のタッピング加工制御装置によれば、ネジピッチ
と周速に応じて加減速制御を行うことにより、高速時の
オーバーシュート等を防止すると共に低速時の加工時間
を短縮化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のタッピング加工制御装置の基本的構
成を例示したブロック図である。

【図２】 タッピング加工制御装置を表す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１・・・入力装置、 ２・・・演算器、３
・・・パルス分配回路、 ４・・・時定数決定回
路、６・・・加減速制御回路、 ７・・・エラー
カウンタ、８・・・主軸ドライブ回路、 ９・・・
主軸モータ、１０・・・主軸、 １１・
・・パルスゼネレータ、１６・・・加減速制御回路、
１７・・・エラーカウンタ、１８・・・Ｚ軸ドライ
ブ回路、 １９・・・Ｚ軸モータ、２０・・・Ｚ軸、
２１・・・パルスゼネレータ、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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うタッピング加工制御装置にお
   いて、 指定されたタップのネジピッチ及び周速に応じて加減速
   時定数を決定する時定数決定手段と、 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う加減速制御手段と、 を備えたことを特徴とするタッピング加工制御装置。
2. 【請求項２】 前記時定数決定手段は、加減速時定数を
   Ｔ、指定されたタップのネジピッチによって決定される
   ピッチ依存定数をＰ、周速をＦ、タッピング加工制御装
   置によって決定される定数をＫとするときに、 Ｔ＝ＫＰＦ により時定数を決定することを特徴とする請求項１記載
   のタッピング加工制御装置。
3. 【請求項３】 前記時定数決定手段は、指定されたタッ
   プのネジピッチに応じて決定されるピッチ依存定数Ｐを
   データテーブルとして備えていることを特徴とする請求
   項２記載のタッピング加工制御装置。