JPH11245118A

JPH11245118A - ネジ加工制御装置

Info

Publication number: JPH11245118A
Application number: JP10050731A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Tsutsui; 克典筒井
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-14
Also published as: US6111382A

Abstract

(57)【要約】【課題】送り速度と主軸回転数との同期誤差を生じる
ことがなく、被加工物に加工精度の高いネジ形成を短時
間に実行できるネジ加工制御装置を提供する。【解決手段】演算器２２は、まず、非同期制御のＺ軸
系及び主軸系を制御して、複合工具１５の穴あけ部によ
る穴あけ加工を被加工物１７に施させ、複合工具１５の
ネジ切り部が被加工物１７に到達する切換地点から、同
期制御のＺ軸系及び主軸系を制御して、複合工具１５の
ネジ切り部によるネジ切り加工を被加工物１７に施させ
る。従って、穴あけ加工時には、非同期制御を用いて、
ネジ切り加工時には、同期制御を用いるように制御を切
り換えており、従来とは異なり、主軸モータ１２にはＺ
軸モータ７の時間遅れの影響がなく、主軸１１の回転に
うねりを生じないので、被加工物１７に加工精度の高い
ネジ形成を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物に穴をあ
けてネジを切るための穴あけ部及びネジ切り部を有する
複合工具を用いて、被加工物へのネジ形成を行うネジ加
工制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被加工物へネジを形成するネジ加
工制御装置として、穴あけ加工とネジ切り加工とを連続
して一度に行うことができるように、先端部分に穴をあ
けるドリル状の穴あけ部が形成され、続いてネジを切る
タップ状のネジ切り部が形成された複合工具を用いるも
のがある。

【０００３】このようなネジ加工制御装置としては、複
合工具を取り付けた主軸の回転数と、複合工具を相対的
に移動させる立て軸（Ｚ軸ともいう）の送り速度とを同
期させる同期制御を行いつつ、穴あけ加工制御時と、ネ
ジ切り加工制御時とで、Ｚ軸の送り速度及び主軸の回転
数を切り替える制御を行うものが提案されている（特開
平１０−１５７３３号）。

【０００４】このネジ加工制御装置では、Ｚ軸送り速度
からネジ加工のピッチを除して主軸回転数を生成するこ
とで、Ｚ軸送り速度と主軸回転数とを同期させる同期制
御を行い、また、関数発生器によりネジ加工のピッチ
を、穴あけ加工制御時とネジ切り加工制御時とでは異な
るようにすることで、Ｚ軸送り速度及び主軸回転数を、
穴あけ加工制御時とネジ切り加工制御時とでそれぞれに
要求される速度及び回転数になるように制御している。

【０００５】このネジ加工制御装置によれば、穴あけ加
工とネジ切り加工との間で工具の交換作業を必要としな
いことから、穴あけ工具とネジ切り工具との二つの工具
を用いてネジを形成する場合に比べると、ネジ形成に必
要な時間が短く、作業効率がよい。さらには、穴あけ加
工とネジ切り加工とで異なるＺ軸送り速度及び主軸回転
数になるように制御可能であるから、Ｚ軸送り速度及び
主軸回転数を、穴あけ加工時とネジ切り加工時とで適切
な速度及び回転数にすることができ、素早くネジ形成加
工を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
同期制御における主軸の制御は、Ｚ軸の制御に基づいて
行っているので、Ｚ軸の送り速度の指令（Ｚ軸指令送り
速度）に対して時間遅れが生じてしまい、主軸の回転数
は時間遅れの影響を受けてうねりを生じ、結果として加
工精度がよくないといったことが起こる。つまり、例え
ば、加工の始めから終わりまで主軸の回転数に変化を伴
わない、Ｚ軸送り速度及び主軸回転数が一定である同期
制御を行うのであれば、時間遅れが生じることもない
が、上記ネジ加工制御装置では、関数発生器により、ネ
ジ加工のピッチを変化させて、穴あけ加工制御時と、ネ
ジ切り加工制御時とでは主軸の回転数が異なるようして
いるので、穴あけ加工制御時のピッチから、ネジ切り加
工制御時のピッチへ変えた際に、主軸の回転数はネジ切
り加工制御に必要な回転数に達しても、上記時間遅れの
影響から即時にその回転数に一定に収束せず、例えば、
オーバーシュートをするなどして、うねりを生じてしま
う。結果として被加工物に形成されたネジの加工精度が
よくないといったことが起こるのである。

【０００７】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、送り速度と主軸回転数との同期
誤差を生じることがなく、被加工物に加工精度の高いネ
ジ形成を短時間に実行できるネジ加工制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発
明の効果】上記の目的を達成するためになされた本発明
の請求項１記載のネジ加工制御装置は、被加工物に穴を
あけてネジを切るための穴あけ部及びネジ切り部を有す
る複合工具を端部に取り付けた主軸を回転させる回転手
段と、前記被加工物及び複合工具を前記主軸の長手方向
に相対的に移動させる送り駆動手段とを備えたネジ加工
制御装置において、前記回転手段及び送り駆動手段を各
々独立に駆動制御する非同期制御手段と、前記回転手段
及び送り駆動手段を同期させて駆動制御する同期制御手
段と、前記被加工物にネジを切るために、まず、前記非
同期制御手段を制御して、前記穴あけ部による穴あけ加
工を前記被加工物に施させ、少なくとも前記複合工具の
ネジ切り部が前記被加工物に到達するまでには、前記非
同期制御手段による制御から前記同期制御手段による制
御に切り換えて、前記ネジ切り部によるネジ切り加工を
前記被加工物に施させる切換制御手段とを備えることを
特徴とする。

【０００９】請求項１記載のネジ加工制御装置によれ
ば、切換制御手段が、非同期制御手段を制御して、穴あ
け部による穴あけ加工を被加工物に施させ、少なくとも
複合工具のネジ切り部が被加工物に到達するまでには、
同期制御手段を制御して、ネジ切り部によるネジ切り加
工を被工作物に施させる。

【００１０】この結果、従来のように、加工工程の全て
を同期制御で行いつつ、関数発生器を用いて、ネジ加工
のピッチを変化させて、穴あけ加工時と、ネジ切り加工
時とでは主軸の回転数が異なるようしている制御に比
べ、請求項１記載のネジ加工制御装置では、切換制御手
段が、穴あけ加工時には、非同期制御を用いて、ネジ切
り加工時には、同期制御を用いるように制御を切り換え
ており、ネジ加工のピッチを切り換える必要がないこと
から、回転手段には送り駆動手段の時間遅れの影響がな
く、主軸の回転にうねりを生じないので、被加工物に加
工精度の高いネジ形成を可能にする。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のネ
ジ加工制御装置において、前記切換制御手段は、前記送
り駆動手段の送り速度が前記ネジ切り加工に必要な目標
速度に到達した後に、前記非同期制御手段による制御か
ら、前記同期制御手段による制御へ切り換えることを特
徴とすることを特徴とする。

【００１２】請求項２記載のネジ加工制御装置によれ
ば、切換制御手段が、回転手段の現状の回転数に合わせ
た同期制御を行う際に最適な送り駆動手段の送り速度に
て、非同期制御手段による制御から、同期制御手段によ
る制御へ切り換えることから、非同期制御から同期制御
への切り換えを無理なく行い、被加工物に加工精度の高
いネジの形成を可能とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項２記載のネ
ジ加工制御装置において、前記切換制御手段は、加工開
始または前記送り駆動手段の送り速度が目標速度に達し
た後から計時を開始し、前記送り駆動手段の送り速度が
前記目標速度で安定したとされる予め定められた待機時
間の経過後に、前記非同期制御手段による制御から、前
記同期制御手段による制御へ切り換えることを特徴とす
る。

【００１４】請求項３記載のネジ加工制御装置によれ
ば、送り駆動手段の応答遅れを考慮して、所定の待機時
間だけ、非同期制御から同期制御への制御の切り換えを
待機させるので、同期制御中の送り駆動手段と回転手段
との同期誤差を発生させず、加工精度をより向上させる
ことができる。

【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載のネジ加工制御装置において、前記非同期
制御手段は、前記回転手段及び送り駆動手段をそれぞれ
最大加速度で加減速するように制御し、前記同期制御手
段は、前記回転手段あるいは送り駆動手段のどちらかの
内の小さい方の最大加速度で、前記回転手段及び送り駆
動手段を加減速するように制御することを特徴とする。

【００１６】請求項４記載のネジ加工制御装置によれ
ば、穴あけ加工を施すために同期制御手段を制御する際
には、回転手段及び送り駆動手段をそれぞれ最大加速度
で加減速させるので、加工時間を短縮させることがで
き、ネジ切り加工を施すために同期制御手段を制御する
際には、回転手段及び送り駆動手段のどちらかの内の小
さい方の最大加速度で、回転手段及び送り駆動手段を加
減速するので、回転手段または駆動手段に必要以上の負
荷を掛けることがなく、これらの消耗を早めるのを防止
する。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかに記載のネジ加工制御装置において、前記同期制
御手段による制御が完了して前記被加工物にネジが形成
された後、前記複合工具を加工開始の初期地点まで復帰
させる際には、前記切換制御手段が、前記ネジ切り部に
よるネジ切り加工を行った区間を、前記同期制御手段に
よる制御にて復帰させ、前記穴あけ部による穴あけ加工
を行った区間を、前記非同期制御手段による制御にて復
帰させることを特徴とする。

【００１８】請求項５記載のネジ加工制御装置によれ
ば、複合工具を初期値点まで復帰させる際には、穴あけ
部による穴あけ加工を行った区間を、非同期制御手段に
よる制御にて復帰させることで、同期制御手段による制
御にて全ての復帰行程を行うよりも、送り駆動手段の送
り速度を高速にすることができ、ネジ形成加工の迅速化
を図ることができる。

【００１９】

【実施例】以下、実施例について図面を参照しながら説
明する。図１は、実施例のネジ加工制御装置の概略を示
すブロック図である。ネジ加工制御装置の一実施例であ
る数値制御装置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が上下に摺動自在となるように支持され、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
ルネジ６に螺合されている。ボールネジ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、送り
モータ７の送り速度を検出するためのタコゼネレータ８
と、送りモータ７の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（昇降位置）を検出する。

【００２０】また、主軸１１は、主軸ヘッド５に回転自
在に軸支され、ＡＣサーボモータからなる主軸モータ１
２により回転駆動される。主軸モータ１２には、主軸モ
ータ１２の回転速度を検出するためのタコゼネレータ１
３と、主軸モータ１２の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。

【００２１】そして、主軸１１の下端には、複合工具１
５がタッパーを介することなく、直接装着されている。
この複合工具１５は、基台２上に固定された被加工物１
７に、穴あけ加工と、続いてネジ切り加工を施し、ネジ
１６を形成するためのもので、先端側の穴あけ部に続い
て、ネジ切り部を備えている。なお、この複合工具１５
の先端側の穴あけ部は、ドリル、リーマ、エンドミル等
の形状に形成され、ネジ切り部は、タップ等の形状に形
成されているものである。

【００２２】次に、立形ボール盤１の制御回路について
説明する。この立形ボール盤１の制御回路は、送りモー
タ７を駆動させるＺ軸サーボアンプ５８と、主軸モータ
１２を駆動させる主軸サーボアンプ５９と、入力装置５
６から入力された各種パラメータを有する加工指令に基
づいて、Ｚ軸サーボアンプ５８及び主軸サーボアンプ５
９を制御する数値制御装置ＮＣとを備えている。

【００２３】数値制御装置ＮＣは、非同期制御及び同期
制御を行うことが可能であり、非同期制御は、演算器２
２と、偏差カウンタ２３、３０と、加算器２８、２９
と、により実行され、同期制御は、上記の構成に加え
て、加速度演算器２５と、加算器２６と、回転指令演算
器２７とにより実行される。そして、数値制御装置ＮＣ
では、非同期制御及び同期制御を切換スイッチ６１ａ及
び６１ｂにより切り換えて実行する構成となっている。

【００２４】切換スイッチ６１ａ及び６１ｂは、非同期
制御を行う結線か、もしくは同期制御を行う結線に切り
換えることができるスイッチである。次に、非同期制御
を行う構成について詳述する。なお、切換スイッチ６１
ａ及び６１ｂに演算器２２から切換信号Ｃが入力され
て、演算器２２と、偏差カウンタ３０及び加算器２８と
が接続された状態となっているものとする。

【００２５】主軸ヘッド５を上下させる送り系（Ｚ軸
系、または非同期制御のＺ軸系ともいう）は、偏差カウ
ンタ２３と、加算器２９と、Ｚ軸サーボアンプ５８と、
演算器２２とから構成される。そして、このＺ軸系で
は、まず、入力装置５６から入力された加工指令に基づ
いて演算器２２が送り指令値Ｚを算出し、送り速度に応
じたパルス列として偏差カウンタ２３に出力する。

【００２６】偏差カウンタ２３には、位置フィードバッ
ク信号である送りモータ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。そして、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、加算器２９に出力する。

【００２７】加算器２９では、偏差Ｅ（ｚ）と送り指令
値Ｚとを加算し、速度指令Ｅ（Ｚ）としてＺ軸サーボア
ンプ５８に出力する。なお、加算器２９では、偏差Ｅ
（ｚ）に送り指令値Ｚを加え、速度指令Ｅ（Ｚ）を算出
しているが、これはフィードフォワード制御であって、
送り指令値Ｚに対して送りモータ７の動作の遅れを少な
くする働きを持っている。

【００２８】Ｚ軸サーボアンプ５８には、速度指令Ｅ
（ｚ）と、速度フィードバック信号としてタコゼネレー
タ８からの実際の送り速度Ｖに応じた信号ｖ（ｚ）とが
入力され、速度指令Ｅ（Ｚ）と信号ｖ（ｚ）とに基づき
送りモータ７を駆動する。こうして、Ｚ軸系では、送り
速度ループ系を構成して、送りモータ７を制御する。

【００２９】また、主軸１１を回転制御するＲ軸系（主
軸系、または非同期制御の主軸系ともいう）は、偏差カ
ウンタ３０と、加算器２８と、主軸サーボアンプ５９と
から構成されている。そして、この主軸系では、まず、
Ｚ軸系と同様に、入力装置５６から入力された加工指令
に基づいて演算器２２が回転指令値Ｒを算出し、回転数
に応じたパルス列として切換スイッチ６１ａを介して偏
差カウンタ３０に出力する。

【００３０】偏差カウンタ３０には、回転フィードバッ
ク信号として、主軸モータ１２の回転角に応じたパルス
がパルスゼネレータ１４から入力される。そして、偏差
カウンタ３０では、回転指令値Ｒとパルスゼネレータ１
４で検出された主軸１１の回転位置ｒとの偏差Ｅ（ｒ）
＝Ｒ−ｒを演算し、加算器２８に出力する。

【００３１】加算器２８では、偏差Ｅ（ｒ）と、切換ス
イッチ６１ｂを介して入力された回転指令値Ｒを加算
し、回転指令Ｒ（Ｅ）として主軸サーボアンプ５９に出
力する。主軸サーボアンプ５９には、回転指令Ｒ（Ｅ）
と、速度フィードバック信号としてタコゼネレータ１３
からの実際の回転速度Ｖに応じた信号ｖ（ｒ）とが入力
され、回転指令Ｒ（Ｅ）と信号ｖ（ｒ）とに基づき主軸
モータ１２を駆動する。こうして、主軸系では、回転速
度ループ系を構成して、主軸モータ１２を制御する。

【００３２】次に、同期制御を行う構成について詳述す
る。なお、切換スイッチ６１ａ及び６１ｂに演算器２２
から切換信号Ｃが入力されて、回転補正演算器３１と偏
差カウンタ３０とが接続されると共に、回転指令演算器
２７と加算器２８とが接続された状態になっているもの
とする。

【００３３】主軸ヘッド５を上下させるＺ軸系（同期制
御のＺ軸系ともいう）は、非同期制御の構成と同一であ
り、演算器２２が送り指令値ＱＺを算出し、偏差カウン
タ２３へ送ることのみが異なる。演算器２２では、入力
装置５６から入力された加工指令に基づいて、主軸の最
高回転速度Ｒｍ、主軸の最高回転速度に達するに要する
最小時間Ｒｔ、Ｚ軸の最高移動速度Ｚｍ、Ｚ軸の最高位
動速度に達するに要する最小時間Ｚｔを算出し、そし
て、最高回転速度Ｒｍを最小時間Ｒｔで除した値である
主軸の最大加速度Ａｒと、最高移動速度Ｚｍを最小時間
Ｚｔで除した値であるＺ軸の最大加速度Ａｚを算出す
る。さらに、主軸の最大加速度ＡｒとＺ軸の最大加速度
Ａｚとを比較していずれか小さい方を加速度Ａとして、
この加速度Ａに基づいた送り指令値ＱＺ算出し、偏差カ
ウンタ２３へ送る。つまり、演算器２２では、同期制御
において、主軸モータ１２と送りモータ７とを同期運転
させる必要があるが、いずれのモータも容量を超えてし
まうことがないように、両モータの小さい方の加速度Ａ
に基づいた送り指令値ＱＺを算出しているのである。

【００３４】偏差カウンタ２３では、送り指令値ＱＺ
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）＝ＱＺ−ｚを演算し、加算器
２９に出力する。加算器２９では、偏差（ｚ）と送り指
令値Ｚとを加算し、速度指令Ｅ（Ｚ）としてＺ軸サーボ
アンプ５８に出力する。

【００３５】Ｚ軸サーボアンプ５８は、速度指令Ｅ
（ｚ）と、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）とが入力され、速度指令Ｅ（Ｚ）と
信号ｖ（ｚ）とに基づき送りモータ７を駆動する。ま
た、主軸１１を回転制御する主軸系（同期制御の主軸系
ともいう）は、回転補正演算器３１と、偏差カウンタ３
０と、加算器２６、２８と、加速度演算器２５と、回転
指令演算器２７と、主軸サーボアンプ５９と、演算器２
２とから構成される。

【００３６】そして、この主軸系では、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２２
からの送り指令値ＱＺ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ΔＱＺから送りの加速度Ａ（Ｚ）＝ｄ／ｄｔ×ΔＱ
Ｚ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
からの回転フィードバック信号が入力される。

【００３７】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）とを加算
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×ΔＱＺ）
になる。

【００３８】回転指令演算器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
ールネジ６のリードＬと、ピッチＰとから加算器２６の
出力をＬ／Ｐ倍し、回転指令値Ｒ１＝Ｌ／Ｐ×（Δｚ＋
ｄ／ｄｔ×ΔＱＺ）を算出することになる。回転指令演
算器２７から出力される回転指令値Ｒ１は、送り速度と
加速度とを加えた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。

【００３９】そして、この回転指令値Ｒ１は、切換スイ
ッチ６１ｂ及び加算器２８を経由し、主軸サーボアンプ
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、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３
１に入力される。

【００４０】回転補正演算器３１では、ボールネジ６の
リードＬと、ピッチＰとから送り位置ｚをＬ／Ｐ倍した
回転補正値ｒ（ｚ）＝（Ｌ／Ｐ）×ｚを演算し、切換ス
イッチ６１ａを介して偏差カウンタ３０に出力する。偏
差カウンタ３０では、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。

【００４１】加算器２８では、回転指令演算器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Ｒ（Ｅ）＝Ｒ１＋Ｅ１（ｒ）を主
軸サーボアンプ５９に出力するのである。そして、主軸
サーボアンプ５９には、回転指令Ｒ（Ｅ）と、速度フィ
ードバック信号としてタコゼネレータ１３から検出され
た回転速度Ｖに応じた信号ｖ（ｒ）とが入力され、回転
指令Ｒ（Ｅ）と信号ｖ（ｒ）とに基づき主軸モータ１２
を駆動する。

【００４２】次に、本実施例の立形ボール盤１の演算器
２２によって行われる被加工物１７に穴あけ加工及びネ
ジ切り加工（ネジ形成加工）の制御処理について図２の
フローチャート、図３のタイムチャート、図４の動作模
式図を参照しながら説明する。なお、立形ボール盤１で
は、演算器２２に予め記憶されているか、または操作者
によって演算器２２に入力された加工プログラムにて、
各種制御を実現させており、本実施例のネジ形成加工も
加工プログラムの一つとして実現されているものであ
る。

【００４３】ここで、加工プログラムを説明する前に、
ネジ形成加工の加工プログラムを実行させる加工指令に
ついて説明する。そして、加工指令は、例えば以下のよ
うなものである。なお、Ｇ＊＊は、ネジ形成加工の加工
プログラムを実行させるコマンド名である。

【００４４】Ｇ＊＊ＺＲＩＳＬＱＰＷＧ＊＊に続く部分がネジの仕様を決めるパラメータに相
当する。各パラメータは、Ｚ：ネジ底のＺ軸位置Ｒ：複合工具１５のＺ軸初期位置Ｉ：ネジ切り加工区間でのネジピッチＳ：ネジ切り加工区間での主軸回転数Ｌ：Ｚ点からＲ点へ戻る時の主軸回転数Ｑ：Ｚ軸送り速度変更点（Ｒ点からの距離）Ｐ：Ｑ点でのドウエル時間Ｗ：穴あけ加工区間のＺ軸速度を表す。なお、Ｐのドウエル時間に関しては、操作者は
省略してしまっても構わない。また、Ｌの主軸回転数も
省略してしまっても構わず、省略した場合には、Ｓの主
軸回転数が用いられる。

【００４５】そして、演算器２２は、上記の加工指令を
入力されると、加工指令に基づいて、ネジ形成加工の加
工プログラムを実行し、送り指令値Ｚ、ＺＱ、回転指令
値Ｒ、ネジピッチＰ、切換信号Ｃのそれぞれを所定の時
間にて所定の回路に出力し、Ｚ軸系及び主軸系を制御す
る。

【００４６】まず、非同期制御を行うために、切換スイ
ッチ６１ａ及び６１ｂへ、切換信号Ｃを入力して、切換
スイッチ６１ａ及び６１ｂを非同期制御が行われる接続
状態にする。そして、ステップ（以下、ｓと記す）１０
では、複合工具１５がＺ軸初期位置Ｒ（図４参照）へ来
るように送り指令値Ｚを偏差カウンタ２３、加算器２９
へ出力してＺ軸系を駆動させて位置決めする。

【００４７】次に、ｓ２０では、主軸モータ１２を最大
加速度で加速させて、主軸１１が回転数Ｓ（ｒｐｍ）に
なるように回転指令値Ｒを偏差カウンタ３０、加算器２
８へ出力する。従って、主軸系は、回転指令値Ｒに合わ
せて、時間Ｔ０から時間Ｔ１までの間に、主軸モータ１
２を最大加速度で加速させて、主軸１１の回転数をＳに
する。

【００４８】次に、時間Ｔ１にて、ｓ３０では、送りモ
ータ７を最大加速度で加速させて、Ｚ軸を送り速度Ｗ
（ｍｍ／ｍｉｎ）でＱ点まで移動するように送り指令値
Ｚを偏差カウンタ２３、加算器２９へ出力する。従っ
て、Ｚ軸系は、送り指令値Ｚに合わせて、時間Ｔ１から
時間Ｔ２までの間に、送りモータ７を最大加速させて、
Ｚ軸の送り速度をＷにする。そして、時間Ｔ２から時間
Ｔ３までの間に、複合工具１５がＲ点からＱ点まで移動
し、複合工具１５の穴あけ部にて、被加工物１７に穴あ
け加工を行う。

【００４９】次に、時間Ｔ３にて、複合工具１５がＱ点
（図４参照）まで到達し、ｓ４０では、送りモータ７を
最大加速度で加速させて、Ｚ軸送り速度を目標速度Ｉ×
Ｓ（ｍｍ／ｍｉｎ）となるように送り指令値Ｚを偏差カ
ウンタ２３、加算器２９へ出力する。従って、Ｚ軸系
は、送り指令値Ｚに合わせて、時間Ｔ３から時間Ｔ４ま
での間に、送りモータ７を最大加速させて、Ｚ軸送り速
度を目標速度Ｉ×Ｓにする。このｓ４０の制御では、Ｚ
軸送り速度を、非同期制御による穴あけ加工に要求され
る速度Ｗから、非同期制御によるネジ切り加工に要求さ
れる速度Ｉ×Ｓに変更している。

【００５０】次に、時間Ｔ４にて、ｓ５０では、タイマ
による計時をスタートさせ、ｓ６０では、タイマによる
計時が一定の待機時間を経過したか否か判定する。待機
時間を経過した場合には、ｓ７０を実行し、そうでない
場合にはｓ６０で待機する。このｓ５０及び６０にて一
定時間待機する理由は、送りモータ７が送り指令値Ｚに
応答するまでの遅れを考慮するための待機時間であり、
待機時間は送りモータ７が持つモータ固有の遅れ時間で
ある。この待機時間は次式によって定まる。

【００５１】待機時間（ｓｅｃ）＝送りモータ７の遅れ
時間＝｛１００−Ｚ軸フィードフォワード量（％）｝／｛１００×Ｚ軸位置ループゲイン（ｓｅｃ^-1）｝一般に送り指令値Ｚに対し、ゲイン定数分だけ時間遅れ
が生じるので、その時間分だけ待つことになる。更に、
フィードフォワード制御を行っているので、その分も考
慮される。

【００５２】次に、時間Ｔ５にて、複合工具１５が切換
地点（時間Ｔ５に複合工具１５が到達する地点、また、
複合工具１５のネジ切り部が被加工物に到達する地点、
図４参照）に到達し、ｓ７０では、切換スイッチ６１ａ
及び６１ｂに切換信号Ｃを出すと共に、送り指令値ＱＺ
を偏差カウンタ２３、加算器２９へ出力して、非同期制
御から同期制御に切り換える。従って、Ｚ軸系、主軸系
は、送り指令値ＱＺに合わせて駆動する。このｓ７０か
ら、複合工具１５のネジ切り部にて、被加工物１７にネ
ジ切り加工を開始する。

【００５３】次に、時間Ｔ６にて、ｓ８０では、主軸回
転数及びＺ軸送り速度のどちらかの小さい方の最大加速
度で、主軸回転数及びＺ軸送り速度を減速させるよう
に、送り指令値ＱＺを偏差カウンタ２３、加算器２９へ
出力する。従って、Ｚ軸系、主軸系は、送り指令値ＱＺ
に合わせて、時間Ｔ６から時間Ｔ７までの間に、送りモ
ータ７及び主軸モータ１２を最大加速度の小さい方に合
わせて減速させて停止させる。

【００５４】次に、時間Ｔ７にて、複合工具１５のネジ
切り部がＺ点（図４参照）に到達し、ｓ９０では、同期
制御のまま復路の行程の制御を行う。具体的には、主軸
回転数及びＺ軸送り速度のどちらかの小さい方の最大加
速度で、主軸回転数及びＺ軸送り速度を加速させると共
に、主軸回転数はＬ（ｒｐｍ）、Ｚ軸送り速度はＩ×Ｌ
（ｍｍ／ｍｉｎ）となるように、送り指令値ＱＺを偏差
カウンタ２３、加算器２９へ出力する。また、時間Ｔ８
にて、主軸回転数及びＺ軸送り速度のどちらかの小さい
方の最大加速度で、主軸回転数及びＺ軸送り速度を減速
させるように、送り指令値ＱＺを偏差カウンタ２３及び
加算器２９に出力する。従って、Ｚ軸系、主軸系は、時
間Ｔ７から時間Ｔ９に掛けて、主軸回転数はＬで、Ｚ軸
送り速度はＩ×Ｌとなるように制御され、複合工具１５
はＲ点まで戻る。

【００５５】本実施例の効果について説明する。従来の
ように、加工工程の全てを同期制御で行いつつ、関数発
生器を用いて、ネジ加工のピッチを変化させて、穴あけ
加工時と、ネジ切り加工時とでは主軸の回転数が異なる
ようしている制御に比べ、立形ボール盤１では、ネジ形
成加工プログラム処理により、穴あけ加工時には、非同
期制御を用いて、ネジ切り加工時には、同期制御を用い
るように制御を切り換えており、ネジ加工のピッチを切
り換える必要がないことから、主軸系にはＺ軸系の時間
遅れの影響がなく、主軸１１の回転にうねりを生じない
ので、被加工物に加工精度の高いネジ形成を可能にす
る。

【００５６】また、ネジ形成加工プログラムの処理によ
り、非同期制御のＺ軸系を制御して、送り速度変更点Ｑ
で、送りモータ７の送り速度を目標速度に変更すること
から、主軸モータ１２の現状の回転数に合わせた同期制
御を行う際に最適な送りモータ７の送り速度にて、非同
期制御から同期制御へ切り換えることが可能となり、非
同期制御から同期制御への切り換えを無理なく行い、被
加工物に加工精度の高いネジの形成を可能とする。

【００５７】また、ネジ形成プログラムの処理により、
Ｚ軸系の応答遅れを考慮して、所定の待機時間だけ、非
同期制御から同期制御への制御の切り換えを待機させる
ので、同期制御中の送りモータ７と主軸モータ１２との
同期誤差を発生させず、加工精度をより向上させること
ができる。

【００５８】また、穴あけ加工を施すために非同期制御
のＺ軸系及び主軸系を制御する際には、主軸モータ１２
及び送りモータ７をそれぞれ最大加速度で加減速させる
ので、加工時間を短縮させることができ、ネジ切り加工
を施すために同期制御のＺ軸系及び主軸系を制御する際
には、主軸モータ１２及び送りモータ７のどちらかの内
の小さい方の最大加速度で、主軸モータ１２及び送りモ
ータ７を加減速するので、主軸モータ１２または送りモ
ータ７に必要以上の負荷を掛けることがなく、これらの
消耗を早めるのを防止する。

【００５９】なお、本実施例と請求項との対応をまとめ
ると、主軸モータ１２が回転手段に、送りモータ７が送
り駆動手段に、非同期制御のＺ軸系及び主軸系が非同期
制御手段に、同期制御のＺ軸系及び主軸系が同期制御手
段に、演算器２２が行うネジ形成の加工プログラムの処
理が、切り換え制御手段に、それぞれ相当する。

【００６０】なお、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
種々なる態様にて実施できることはいうまでもない。例
えば、本実施例では、同期制御を行う際には、送りモー
タ７に主軸モータ１２を追従させる制御を行ったが、こ
の逆、即ち、主軸モータ１２に送りモータ７を追従させ
る制御を行ってもよい。

【００６１】また、ネジ形成の加工プログラムのｓ５０
及びｓ６０にて、待機する待機時間を、操作者が任意に
修正できるように、加工指令へその旨を指示するパラメ
ータを加えても良い。これは、加工時の温度などの諸条
件によって、送りモータ７の応答遅れにずれが発生し、
できあがったネジの加工精度の低下があった場合、操作
者が、この待機時間を変更させることで、加工精度の低
下を防ぐためのものである。

【００６２】また、ネジ形成の加工プログラムにおける
タイマの計時による制御切換の待機（時間Ｔ４から時間
Ｔ５までの待機）は、送りモータ７が目標速度に到達し
た時間Ｔ４にて、開始されているが、これは、特に時間
Ｔ４に開始されてなくとも、送りモータ７の応答遅れが
収束するまで待機するのが目的であるから、予めネジ形
成加工プログラムによる加工開始にタイマの計時を開始
して、時間Ｔ５まで待機するようにしてもよい。

【００６３】また、ネジ形成の加工プログラムでは、被
加工物にネジが形成された後、複合工具１５をネジ底地
点Ｚから初期地点Ｒまで復帰させる際に、同期制御を行
っているが、これに限らず、往路の制御のように復路に
関しても、複合工具１５のネジ切り部によるネジ切り加
工を行った区間を、同期制御にて復帰させ、複合工具１
５の穴あけ部による穴あけ加工を行った区間を、非同期
制御にて復帰させるようにしてもよい。

【００６４】この結果、複合工具１５を初期地点Ｒまで
復帰させる際には、複合工具１５の穴あけ部による穴あ
け加工を行った区間を、非同期制御にて復帰させること
で、同期制御にて全ての復路行程を行うよりも、送りモ
ータ７の送り速度を高速にすることができ、ネジ形成加
工の迅速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のネジ加工制御装置の概略を示すブロ
ック図である。

【図２】実施例のネジ形成加工プログラムを示すフロ
ーチャートである。

【図３】実施例のネジ形成加工を説明するためのタイ
ムチャートである。

【図４】実施例のネジ形成加工を説明する動作模式図
である。

【符号の説明】

１…立形ボール盤、７…送りモータ、１１…主軸、１２
…主軸モータ、１５…複合工具、２２…演算器、２３、
３０…偏差カウンタ、２５…加速度演算器、２６、２
８、５９…加算器、２７…回転指令演算器、２９…加算
器、３１…回転補正演算器、５８…Ｚ軸サーボアンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物に穴をあけてネジを切るための
穴あけ部及びネジ切り部を有する複合工具を端部に取り
付けた主軸を回転させる回転手段と、前記被加工物及び複合工具を前記主軸の長手方向に相対
的に移動させる送り駆動手段とを備えたネジ加工制御装
置において、前記回転手段及び送り駆動手段を各々独立に駆動制御す
る非同期制御手段と、前記回転手段及び送り駆動手段を同期させて駆動制御す
る同期制御手段と、前記被加工物にネジを切るために、まず、前記非同期制
御手段を制御して、前記穴あけ部による穴あけ加工を前
記被加工物に施させ、少なくとも前記複合工具のネジ切
り部が前記被加工物に到達するまでには、前記非同期制
御手段による制御から前記同期制御手段による制御に切
り換えて、前記ネジ切り部によるネジ切り加工を前記被
加工物に施させる切換制御手段とを備えることを特徴と
するネジ加工制御装置。
【請求項２】請求項１記載のネジ加工制御装置におい
て、前記切換制御手段は、前記送り駆動手段の送り速度が前
記ネジ切り加工に必要な目標速度に到達した後に、前記
非同期制御手段による制御から、前記同期制御手段によ
る制御へ切り換えることを特徴とすることを特徴とする
ネジ加工制御装置。
【請求項３】請求項２記載のネジ加工制御装置におい
て、前記切換制御手段は、加工開始または前記送り駆動手段
の送り速度が目標速度に達した後から計時を開始し、前
記送り駆動手段の送り速度が前記目標速度で安定したと
される予め定められた待機時間の経過後に、前記非同期
制御手段による制御から、前記同期制御手段による制御
へ切り換えることを特徴とするネジ加工制御装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のネジ加
工制御装置において、前記非同期制御手段は、前記回転
手段及び送り駆動手段をそれぞれ最大加速度で加減速す
るように制御し、前記同期制御手段は、前記回転手段あ
るいは送り駆動手段のどちらかの内の小さい方の最大加
速度で、前記回転手段及び送り駆動手段を加減速するよ
うに制御することを特徴とするネジ加工制御装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載のネジ加
工制御装置において、前記同期制御手段による制御が完了して前記被加工物に
ネジが形成された後、前記複合工具を加工開始の初期地
点まで復帰させる際には、前記切換制御手段が、前記ネ
ジ切り部によるネジ切り加工を行った区間を、前記同期
制御手段による制御にて復帰させ、前記穴あけ部による
穴あけ加工を行った区間を、前記非同期制御手段による
制御にて復帰させることを特徴とするネジ加工制御装
置。