JPH1015733A

JPH1015733A - ねじ加工制御装置

Info

Publication number: JPH1015733A
Application number: JP17771596A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Tsutsui; 克典筒井
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】先端側の穴あけ部に続いてねじ切り部を備え
た単一の複合工具１５により、被加工物１７に穴開け加
工とねじ切り加工とを連続的に実行するときのねじ加工
精度等を向上させる。【解決手段】ねじ加工制御装置の主要制御回路Ｂの関
数発生器から、穴開け動作に対する第１のピッチからな
る第１関数と、ねじ切り動作時に対する第２のピッチか
らなる第２関数とを選択し、且つ主軸回転速度を設定す
ることにより、演算結果のそれぞれ同期させた送り速度
にて被加工物１７に向かって複合工具１５を移動させ、
穴あけ加工に続いてねじ切り加工を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数値制御装置（以
下、ＮＣ装置と称する）を搭載した工作機械のねじ加工
の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図１に示すように、穴あけ加
工及びねじ切り加工を実行するための例えば数値制御装
置ＮＣ付きの立形ボール盤１は、基台２に直立配置され
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はコラム３の立て軸
（Ｚ軸）に平行に配置されたボールねじ６に螺合されて
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
動させる。

【０００３】送りモータ７は回転数を検出するためのタ
コゼネレータ８と、回転位置を検出するためのパルスゼ
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（昇降位置）を検出する送り位
置検出手段をなす。主軸ヘッド５には、主軸１１が回転
自在に軸支されており、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ためのタコゼネレータ１３と、回転
位置を検出するためのパルスゼネレータ１４とが設けら
れている。

【０００４】ところで、通常穴あけ動作の制御では、前
記主軸１１の回転数と主軸ヘッド５の送り速度とは非同
期であるので、送りモータ７と回転モータ１２との各々
の高速回転化、高送り速度化により高速ドリル加工を実
行する一方、ねじ切り動作制御では、タップ（工具）の
ピッチと主軸１１の回転数との積が送り軸６の回転によ
る主軸ヘッド５のＺ軸方向への送り速度と一致するよう
に制御していた。そして、被加工物１７にタップ（ねじ
切り加工工具）を用いて雌ねじ部を形成加工する場合、
まず、前記主軸１１の下端に装着したドリル（穴あけ加
工工具）にて下穴１６を穿設しておき、次いでタップ１
５′にてねじ成形加工を施すというように、二種類の工
具を交換して使用すると、その交換動作の時間だけ作業
所要時間が長くなり、作業効率が悪いという問題があっ
た。

【０００５】そこで、先端側の穴あけ部に続いてねじ切
り部を備えた複合工具を主軸に装着したまま、まず被加
工物１７に下穴１６を貫通穿設し、続いてその下穴１６
に雌ねじ部を創成するというように１本の工具で穴あけ
とねじ切りとを連続して実行することが考えられた。こ
の方法による場合、穴あけ作業とねじ切り作業との間で
工具の交換動作を必要とせず、その分非切削時間が短く
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように下穴１６を穿設するための主軸の回転数と送り速
度とが非同期である穴あけ動作から、精度の良いねじ加
工のための主軸の回転数と送り速度とを同期させるとい
うねじ切り作業に一時停止させずに切換移行すると、そ
の切換中で同期がずれてしまい、タップ部のねじ歯部分
が欠損したり、被加工物のねじ創成開始部分に所定のピ
ッチのねじが創成できなくなるという問題があった。

【０００７】本発明は、これらの問題を解決すべくなさ
れたものであって、穴あけ部とねじ切り部とを１本の工
具に備えた複合工具を使用して、工作機械の回転を一時
停止することなく、且つ精度の良いねじ加工を実行でき
る制御装置を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明のねじ加工制御装置は、先端
側の穴あけ部に続いてねじ切り部を備えた単一の複合工
具と、被加工物とを相対的に一軸線の周りに回転させる
回転手段と、前記一軸線と同方向に前記被加工物と前記
複合工具とを相対的に移動させる送り駆動手段とを備え
た工作機械のねじ加工制御装置において、送り移動距離
とピッチとによる関数を発生させる関数発生手段を備
え、前記関数発生手段にて予め設定された第１関数にて
送り駆動手段を作動して穴あけ動作を実行し、続いて予
め設定された第２関数にてねじ切り動作を実行すること
を特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のねじ加工制御装置において、前記第１関数及び
第２関数は、各々予め設定された第１のピッチ及び第２
のピッチにそれぞれ同期させた送り速度及び主軸回転速
度を求めるように構成されているものである。さらに、
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記
載のねじ加工制御装置において、前記第１関数から第２
関数へ移行するとき、予め定められた時定数により、漸
近的に移行させるように制御するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明を具体化した実施形
態につて説明する。図２は前記図１と同様の工作機械と
しての立形ボール盤１と数値制御装置ＮＣの主要制御回
路Ｂのブロック図を示すものであり、立形ボール盤１の
基台２に直立配置されたコラム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はコラム３の立て軸（Ｚ軸）に平行に配置されたボー
ルねじ６に螺合されている。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を昇降動させる。

【００１１】送りモータ７は回転数を検出するためのタ
コゼネレータ８と、回転位置を検出するためのパルスゼ
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（昇降位置）を検出する送り位
置検出手段をなす。主軸ヘッド５には、主軸１１が回転
自在に軸支されており、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ためのタコゼネレータ１３と、回転
位置を検出するためのパルスゼネレータ１４とが設けら
れている。

【００１２】そして主軸１１の下端には、先端側の穴あ
け部に続いてねじ切り部を備えた単一の複合工具１５を
タッパーを介することなく、直接装着されており、基台
２上に固定された被加工物１７に下穴１６を穿設し、そ
れに連続してねじ加工を施すようになっている。なお、
この複合工具１５の先端側の穴開け部としてドリル、リ
ーマ、エンドミル等があり、ねじ切り部としてはタップ
がある。

【００１３】図３は、数値制御装置ＮＣのシステムブロ
ック図であり、工作機械としての立形ボール盤１全体を
制御するためのＣＰＵ５０と、制御プログラムが記憶さ
れたＲＯＭ（読み出し専用メモリ）５１と、各種データ
が格納されるＲＡＭ（随時読み書き可能メモリ）５２
と、加工プログラムやパラメータ等が記憶されている不
揮発性メモリ５３と、ＣＲＴや液晶表示装置等の表示装
置５４とその表示制御回路５５と、キーボード等の入力
装置５６とその入力制御回路５７と、前記送りモータ７
及び回転モータ１２の各サーボアンプ５８，５９を制御
するための主要制御回路Ｂと、データ及び指令信号の伝
送のためのバス６０等からなる。

【００１４】前記主要制御回路Ｂの構成について、図２
を参照しながらさらに詳述する。まず、主軸ヘッド５を
上下動させる送り系（Ｚ軸系と称する）について説明す
ると、入力装置５６から入力されたデータ（後述する）
に基づいて演算器２２において送り指令値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に出力される。送り偏差カウンタ２３には位置フイ
ードバックとして、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とパルスゼネレータ９で検出
された主軸ヘッド５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５８に出力する。送りサーボアンプ５
８には速度フイードバック信号として、タコゼネレータ
８からの実際の送り速度Ｖ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。

【００１５】主軸１１を回転制御する回転系（Ｒ軸系と
称する）について説明すると、回転系では回転指令値Ｒ
が入力装置５６から直接与えられるのではなく、前記送
り指令値Ｚから算出されて制御される。即ち、演算器２
２からの送り指令値Ｚは加速度演算器２５に入力され
る。加速度演算器２５では単位時間当たりの送り指令速
度ΔＺから送りの加速度Ａ（Ｚ）＝ｄ／ｄｔ＊ΔＺを演
算し、その加速度Ａ（Ｚ）を加算器２６に出力する。加
算器２６の他方の入力には、パルスゼネレータ９からの
送りフイードバックパルスが入力される。加算器２６で
は、単位時間当たりの実際の送り量Δｚと送り指令値Ｚ
の加速度Ａ（Ｚ）を加算し、回転指令演算器２７に出力
する。単位時間当たりの実際の送り量Δｚは実際の送り
速度ｖ（ｚ）に対応した値になるから、加算器２６の出
力は、送り速度と加速度とを加え合わせたもの（＝Δｚ
＋ｄ／ｄｔ＊ΔＺ）になる。

【００１６】回転指令値演算器２７では予め入力装置５
６から入力されて、演算器２２を経由して与えられるボ
ールねじ６のリードＬと、関数発生器４０が発生させた
関数値Ｐ（ｚ）とから加算器２６の出力をＬ／Ｐ（ｚ）
倍し、回転指令値Ｒ１＝Ｌ／Ｐ（ｚ）＊（Δｚ＋ｄ／ｄ
ｔ＊ΔＺ）を算出することになる。回転指令値演算器２
７から出力される回転指令値Ｒ１は、送り速度と加速度
と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の以降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Ｒ１は、加算器２８を経由して回転
サーボアンプ５９に出力される。この場合、加算器２８
では回転指令値Ｒ１の補正が実行される。即ち、主軸１
１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に入力される一方、送り
量ｚを検出するパルスゼネレータ９からのパルスは回転
補正演算器３１に入力され、ボールねじ６のリードＬ
と、関数発生器４０が発生させた関数値Ｐ（ｚ）とから
送り量ｚをＬ／Ｐ（ｚ）倍し、送り量ｚに相当する回転
補正値ｒ（ｚ）＝（Ｌ／Ｐ（ｚ））＊ｚを演算して回転
偏差カウンタ３０に入力する。回転偏差カウンタ３０で
は、前記回転補正値ｒ（ｚ）と主軸１１の回転位置ｒと
の回転偏差Ｅ（ｒ）を演算して、加算器２８に出力す
る。加算器２８では回転指令値演算器２７からの回転指
令値Ｒ１を回転偏差Ｅ（ｒ）により補正し、その補正さ
れた回転指令値Ｒ（Ｅ）＝Ｒ１＋Ｅ（ｒ）を回転サーボ
アンプ５９に出力するのである。

【００１７】そして、回転サーボアンプ５９には速度フ
イードバック信号として、タコゼネレータ１３から検出
された速度に応じた信号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）に従って駆動するのである。なお、前記関数発
生器４０が発生させる関数値Ｐ（ｚ）は、実施例では、
穴あけ動作時の第１関数Ｐ１（ｚ）＝Ｐ１（一定ピッ
チ）、及びねじ切り動作時の第２関数Ｐ２（ｚ）＝Ｐ２
（ねじ切り加工のピッチ、一定）とし、Ｐ１＜Ｐ２とす
る。

【００１８】そして、通常ねじ切り動作では、ピッチ
（Ｐ）×主軸回転数（Ｒｓ）＝主ヘッドの送り速度Ｖ
（ｚ）という関係にあるので、このＰ，Ｒｓ，Ｖ（ｚ）
の３つの値のうち２つを指定すれば、残りの１つが計算
により自動的に求めることができる。そこで、実施例で
は、入力装置５６から、Ｘ＝被加工物に対する穴あけのＸ座標指令値Ｙ＝被加工物に対する穴あけのＹ座標指令値Ｚｂ＝ねじ切り動作の穴底位置のＺ座標指令値Ｚｒ＝加工工具１５の戻り点のＺ座標指令値第１関数Ｐ１（ｚ）＝Ｐ１（一定ピッチ）指令値Ｖ１＝第１の主ヘッドの送り速度Ｖ（ｚ）指令値第２関数Ｐ２（ｚ）＝Ｐ２（ねじ切り加工のピッチ、一
定）指令値Ｖ２＝第２の主ヘッドの送り速度Ｖ（ｚ）指令値Ｗ＝前記関数（ピッチ）の切り換え位置指令値の値を入力する。

【００１９】前記ピッチ（Ｐ）×主軸回転数（Ｒｓ）＝
主ヘッドの送り速度Ｖ（ｚ）という同期動作を実行させ
るので、演算から第１の主軸回転数Ｒｓ１＝Ｖ１／Ｐ１
と第２の主軸回転数Ｒｓ２＝Ｖ２／Ｐ２とが得られる。
図４は、前記入力値に基づいて、横軸を時間経過で示す
雌ねじ形成制御を模式的に示したものであり、往路は穴
あけ動作に続いてねじ切り動作を実行する復路ではねじ
切り動作だけで被加工物１７に形成された雌ねじ部から
加工工具１５を抜き出す。従って、主軸回転数は縦軸の
上方側で正回転、下方は逆回転を示し、Ｚ軸速度（送り
速度）は縦軸の上方は、被加工物１７に接近するＺ軸の
下向き方向への送り速度を示し、縦軸の下方はＺ軸の上
向き方向への送り速度を示す。また、穴あけ動作からね
じ切り動作に移行するときの変化率は、所定のＴ時間
（時定数）を要して実行される。ここで、時定数とは今
の速度から指令速度に至までの所要時間をいう。この時
定数を含めて穴あけ動作を完了する。

【００２０】以上のようにして、所定のデータを入力す
ることにより、送りモータ７が駆動され、この送りモー
タ７に従動して回転モータ１２が同期して回転駆動さ
れ、穴あけとタップ加工とが連続して行われるのであ
る。前述の関数発生器４０で発生される関数は、予め種
々のパターンのものが記憶されており、入力装置５６で
選択して使用する。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明の
ねじ加工制御装置は、先端側の穴あけ部に続いてねじ切
り部を備えた単一の複合工具と、被加工物とを相対的に
一軸線の周りに回転させる回転手段と、前記一軸線と同
方向に前記被加工物と前記複合工具とを相対的に移動さ
せる送り駆動手段とを備えた工作機械のねじ加工制御装
置において、送り移動距離とピッチとによる関数を発生
させる関数発生手段を備え、前記関数発生手段にて予め
設定された第１関数にて送り駆動手段を作動して穴あけ
動作を実行し、続いて予め設定された第２関数にてねじ
切り動作を実行することを特徴とするものである。

【００２２】このように穴あけ動作の最初から、所定の
予め設定された第１関数に基づいて送り駆動手段を駆動
させることにより、ねじ加工制御装置では送り駆動手段
と回転手段とが同期されて駆動しているから、後続する
ねじ切り動作にて予め設定された第２関数に基づいて送
り駆動手段を駆動する動作への同期移行が円滑になり、
ねじ切り加工の精度が向上すると共に、穴あけ動作から
ねじ切り動作へ連続的に短時間で移行でき、加工時間を
短縮できて作業効率を大幅に向上させることができると
いう顕著な効果を奏する。

【００２３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のねじ加工制御装置において、前記第１関数及び
第２関数は、各々予め設定された第１のピッチ及び第２
のピッチにそれぞれ同期させた送り速度及び主軸回転速
度を求めるように構成されているものである。このよう
に、ピッチを基準にして第１関数及び第２関数を設定す
ると、ねじ切り加工の工具のピッチと合わせ易く、入力
作業も簡単となりるという効果を奏するのである。

【００２４】さらに、請求項３に記載の発明は、請求項
１または請求項２に記載のねじ加工制御装置において、
前記第１関数から第２関数へ移行するとき、予め定めら
れた時定数により、漸近的に移行させるように制御する
ものである。前記第１関数から第２関数へ移行すると
き、ステップ関数的な変化を与えると送り駆動手段や回
転手段に急激な速度変更を強いることになり、負荷の急
増にて工作機械、複合工具や被加工物に悪影響を与える
が、本発明のように、予め定められた時定数により、漸
近的に第１関数から第２関数へ移行させる制御を実行す
ることにより、工作機械、複合工具や被加工物に与える
負荷の変化が緩やかとなるので、これらに対する悪影響
を大幅に低減させ、被加工物に創成できる雌ねじ部の精
度も向上するという効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術における数値制御装置付きの立形ボ
ール盤の概略説明図である。

【図２】本発明に従う主要制御回路と立形ボール盤とを
示す説明図である。

【図３】数値制御装置の機能ブロック図である。

【図４】制御のタイムチャートである。

【符号の説明】

ＮＣ数値制御装置Ｂ主要制御回路１立形ボール盤５主軸ヘッド６ボールねじ７送りモータ１１主軸１２回転モータ１５複合工具５０ＣＰＵ５１ＲＯＭ５２ＲＡＭ５３不揮発性メモリ５６入力装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端側の穴あけ部に続いてねじ切り部を
備えた単一の複合工具と、被加工物とを相対的に一軸線
の周りに回転させる回転手段と、前記一軸線と同方向に
前記被加工物と前記複合工具とを相対的に移動させる送
り駆動手段とを備えた工作機械のねじ加工制御装置にお
いて、送り移動距離とねじのピッチとによる関数を発生
させる関数発生手段を備え、前記関数発生手段にて予め
設定された第１関数にて送り駆動手段を作動して穴あけ
動作を実行し、続いて予め設定された第２関数にてねじ
切り動作を実行することを特徴とするねじ加工制御装
置。
【請求項２】前記第１関数及び第２関数は、各々予め
設定された第１のピッチ及び第２のピッチにそれぞれ同
期させた送り速度及び主軸回転速度を求めるように構成
されていることを特徴とする請求項１に記載のねじ加工
制御装置。
【請求項３】前記第１関数から第２関数へ移行すると
き、予め定められた時定数により、漸近的に移行させる
ように制御することを特徴とする請求項１または請求項
２に記載のねじ加工制御装置。