JPS6210776B2 - - Google Patents

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JPS6210776B2
JPS6210776B2 JP54107893A JP10789379A JPS6210776B2 JP S6210776 B2 JPS6210776 B2 JP S6210776B2 JP 54107893 A JP54107893 A JP 54107893A JP 10789379 A JP10789379 A JP 10789379A JP S6210776 B2 JPS6210776 B2 JP S6210776B2
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motor
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は、数種の機械加工を自動的に行なうこ
とができるマシニングセンタの工具交換機構にお
けるタツピング動作の改良に関する。
（従来の技術） 輪郭制御によるフライス削り、各種の固定サイ
クルによる穴明けやタツピングなどができるマシ
ニングセンタが開発され、多くの工場で使用され
るようになつた。このマシニングセンタによるタ
ツピング動作は、スピンドルにタツプを装着した
後、ｚ軸の送りモータを動作させて被切削材にあ
けられた穴の入口にタツプの先端を近ずけ、スピ
ンドルを回転させながらｚ軸の送りモータを引続
いて動作させてタツプを穴の中に切り込ませて穴
の内面にねじを切る。所定長だけねじ切りしたと
ころでスピンドルを逆回転させるとともにｚ軸の
送りモータを逆回転させてタツプを抜き去る。
（発明が解決しようとする問題点） ところで、従来のマシニングセンタによるタツ
ピング動作は、ピンドルモータの回転速度とｚ軸
の送りモータによるテーブルの送り速度とを関連
付けて制御しておらず、単にたとえばスピンドル
の回転回数のみを計算して、その値に応じてｚ軸
の送りモータの回転回数（送り量）を決めるよう
にしていた。ところが、このようにスピンドルモ
ータと送りモータとが各々独立して速度制御され
るものでは、それらが指令された回転回数どうり
に動作している限りは不都合が生じないが、実際
には被切削材の種類や穴の深さなどで規定される
切削速度に起因する誤差により、次の様な種々の
不都合が生じる。すなわち、(1)ｚ軸の送りモータ
停止後、スピンドルメータが減速されて停止する
までに時間を要し、その間もタツプのねじ切りが
続けられるため、タツプが伸びる。(2)実際のスピ
ンドルモータの回転回数と設定回転数との間に誤
差分があるため、タツプが突込み時に伸び、引上
げ時に縮む。(3)スピンドルモータが、減速または
停止中にｚ軸の送りモータが逆転してタツプを逆
方向に引張り、タツプが伸びる。(4)スピンドルモ
ータが逆転加速中にｚ軸の送りモータが逆転して
いてタツプを逆方向に引張ることによりタツプが
伸びる。こうした不都合が生じる場合があつて、
ネジ山をいためたりネジの寸法精度を悪くする原
因になつていた。また、タツプに無理な力が加わ
るため、高価なタツプを破損させるような不都合
も生じていた。
本発明は、上述の如き従来の欠点を改善する新
規な発明であつて、その目的はタツピング動作を
行なうことができるマシニングセンタにおいて、
ｚ軸の送りモータの送り速度とスピンドルモータ
の回転速度とを関連ずけて同期的に制御を行な
い、指令回転数との誤差分により生じるタツプの
伸縮を無くして加減速制御時などでもタツピング
動作を指令どうりに正確に行ない、かつねじ切り
の終了位置で確実にタツプとテーブルとを同時停
止せしめるような電動機の同期運転制御方式を提
供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、ねじ穴を加工するいわゆるタ
ツピング動作を行なう工具を備えたマシニングセ
ンタにおいて、機械主軸の回転位置を検出する検
出器と、この検出器から帰還される位置信号を受
けて前記機械主軸を回転させる主軸駆動用の第１
の電動機を駆動制御する第１の運転制御部と、被
切削物を移動させるテーブルを運転する第２の電
動機を駆動制御する第２の運転制御部と、前記機
械主軸の停止角度を設定し前記検出器の位置信号
との偏差信号を第１の運転制御部に出力して主軸
を停止制御する定位置停止制御装置と、前記第２
の運転制御部に設けられ前記第１の電動機の回転
速度信号を受けて機械主軸の回転速度とねじピツ
チとの積を演算する演算回路とを備え、前記演算
された積に第２の電動機によるテーブル移動速度
を一致させることを特徴とする電動機の同期運転
制御方式が提供される。
（作用） 本発明に係るタツピング動作の原理は、次の通
りである。
タツピング加工を行なう際、第１図に示すよう
に、テーブル１がタツピング動作時に被切削材２
を押し上げ、また切削が終了したとき被切削材２
を引き下す速度すなわちｚ軸方向の送り速度を
fm〔mm／min〕、主軸の回転速度すなわちタツプ
３の回転速度をNs〔rpm〕、ねじ４のピツチをＰ
とすれば、これらの間に、 fm＝Ns・Ｐ ………(1) という関係が常に得られれば、タツプ３は伸び縮
みせずに穴５の中にねじを切りながら押し進み、
タツプ３が逆転したときにも同様に伸び縮みせず
に引き抜かれるわけである。そこで、本発明にお
いては、タツピング動作を行なうに当り、まずタ
ツプの深さdtとピツチＰからタツプ３が切削を開
始してから終了するまでの回転回数Ｎを割り出し
（Ｎ＝dt／Ｐ）、かつ全切削長ｌを次式により算出
する。
π×ｄ×Ｎ＝ｌ（ｄ：タツプ直径） ………(2) 一方、タツピング加工時、タツプの回転速度
Nsはいくらでも上げられるというものではな
く、タツプの硬さや被切削材の材質により切削速
度Vcというものが決められており、ちなみに通
常の止め穴のタツピング時の切削速度は８ｍ／
min以下、軽金属の被切削材でタツプが超硬の場
合の切削速度は25ｍ／min以下である。そして、
この切削速度により切削時間Ｔを下記(3)式より得
る。
Ｔ＝ｌ／Vc ………(3) この(3)式のｌに(2)式を代入し、Ｎ／Ｔ＝Nsの
Ｔに(3)式を代入して、次式によりNsを得る。
Ns＝Vc／πｄ ………(4) このようにしてタツプの回転速度Nsを得た
後、(1)式によりｚ軸方向の送り速度fmを回転速
度Nsに同期せしめてタツピング動作を行なうも
のである。
（実施例） 第２図は、タツピング動作を行なうにあたり、
ｚ軸方向の送り速度fmと回転速度Nsを(1)式によ
り関係付けるための制御装置を示すブロツク図で
あり、図中１１は主軸制御用の速度制御ユニツ
ト、１２は主軸用の直流電動機、１３は直流電動
機１２の回転速度を検出する速度計発電機、１４
は主軸を所定位置に停止させるための定位置停止
制御回路で、機械主軸の停止角度を設定する函数
発生器と、この設定角度と主軸の位置信号との偏
差を演算する演算器とから構成される。１５はタ
ツパ１６を取り付ける主軸機構であり、その主軸
１７は直流電動機１２にベルト１８により結合さ
れている。１９はレゾルバで、直流電動機１２に
結合されている。２０は切換スイツチである。２
１は速度指令電圧発生回路であり、数値制御装置
２２からの指令データNsc、Ｎにより、第３図に
示すように、タツプ３の回転回数Ｎが０から［Ｎ
−ｍ］回までは、指令データNscに対応する速度
指令電圧ＶCMDのアナログ信号を発生し、［Ｎ−
ｍ］回以降［Ｎ−１］回までは漸時、速度指令電
圧ＶCMDの値を減少せしめるアナログ信号を発生
する。そして［Ｎ−１］回に達したとき、切換ス
イツチ２０をａ側からｂ側に切換える信号を発生
する。なお、タツプの回転回数の計数は、たとえ
ばレゾルバ１９からの信号を利用する。２３は演
算回路であり、数値制御装置２２から指令された
ピツチ数Ｐと、レゾルバ１９からの信号により算
出した直流電動機１２の回転速度すなわちタツプ
３の回転速度Nsとの積をとつてｚ軸方向の送り
速度fmを算出するとともに、該速度fmに基ずい
てパルスを分配し該速度fmのデジタル値を出力
する。２４は位置制御装置で、演算回路２３から
刻々送られて来るデジタル値をセツトする可逆カ
ウンタと該デジタル値をアナログの速度信号に変
換するデジタル−アナログ変換器（以下Ｄ−Ａ変
換器と呼ぶ）とからなる。２５は速度制御ユニツ
ト、２６はｚ軸方向の送りモータで、直流電動機
からなる。２７はｚ軸方向の送りモータ２６の回
転速度を検出する速度計発電機、２８はパルスコ
ーダである。
次に本発明の動作について説明する。
まず、数値制御装置２２から前述の如く穴の深
さ、被切削材の材質などを考慮して決められた主
軸すなわちタツプの指令データNsc、Ｎが与えら
れ、該回転速度の指令データNscはＶCMDとして
切換スイツチ２０に出力され、また回転回数の指
令データＮは減算カウンタ２１ａにセツトされ
る。切換スイツチ２０を通して速度制御ユニツト
１１に速度指令信号ＶCMDが与えられると、直流
電動機１２は回転を始め、その回転速度Nsは速
度計発電機１３により検出されて速度制御ユニツ
ト１１の入力側に帰還されて速度制御ループを形
成し、直流電動機１２は指令された速度に一致す
る回転速度Nsで回転する。そして、直流電動機
１２の回転は、レゾルバ１９にて検出され、演算
回路２３と減算カウンタ２１Ａに加えられる。
一方、演算回路２３には、数値制御装置２２か
らピツチＰが与えられており、該演算回路２３に
回転速度信号Nsが与えられると、該演算回路２
３内でただちに演算（Ns×Ｐ）が行なわれ、そ
の演算結果は刻々位置制御装置２４の可逆カウン
タに送り込まれるとともにそのデジタル値はＤ−
Ａ変換器でアナログ値に変換されて速度制御ユニ
ツト２５に加えられ、ｚ軸方向の送りモータ２６
は指令された回転速度で回転して、テーブル１は
ｚ軸方向の送り速度［fm＝Ns×Ｐ］をもつて上
昇する。そして、ｚ軸方向の送りモータ２６の回
転速度は速度計発電機２７にて検出されて速度制
御ユニツト２５の入力側に帰還されて速度制御ル
ープを形成し、ｚ軸方向の送りモータ２６は指令
された回転速度にて回転する。またｚ軸方向の送
りモータ２６の回転はパルスコーダ２８でテーブ
ル１の位置信号として受け取られ、パルスコーダ
２８からの位置信号は位置制御装置２４の入力側
に帰還されて通常の位置制御が行なわれる。した
がつて、テーブル１の上昇運動はとりもなおさず
タツプ３の回転速度Nsに［fm／Ｐ］なる関係を
もつて同期しているものであり、このため、穴５
の中を切削しながら進行するタツプ３には延びあ
るいは縮みという無理な力は加わらない。
タツプ３が［Ｎ−ｍ］回だけ回転すると、減算
カウンタ２１Ａから出力される信号により回転速
度の指令データNscは第３図に示すように漸時減
少を始める。このため、ｚ軸方向の送りモータ２
６も減速を始めるが、該モータ２６は常にタツプ
３の実際の回転速度Nsに同期しているので、タ
ツプ３に無理な力は加わらない。
速度指令電圧発生回路２１に内蔵されている減
算カウンタ２１Ａの計数値が［Ｎ−１］になる
と、スイツチ駆動回路２１Ｂが動作し、切換スイ
ツチ２０をｂ側に切換える。定位置停止制御回路
１４は、たとえばレゾルバを用いた函数発生器
と、該函数発生器の出力とレゾルバ１９の出力と
を比較し、その偏差を出力するアンプとを備えて
いる。そして、定位置停止制御回路１４からはタ
ツプの停止角度をあらかじめ設定しておいた函数
発生器とレゾルバ１９の偏差値が出力され、該信
号は速度制御ユニツト１１に加えられ、直流電動
機１２を函数発生器とレゾルバ１９の偏差が少な
くなる方向にゆつくり回転させる。そして、その
偏差が零になると、直流電動機１２は停止する。
そして、この定位置停止制御系は、速度制御ユニ
ツト１１を利用して閉ループが形成されているた
め、定位置停止制御回路１４の出力が零である限
り直流電動機１２はあたかもブレーキを掛けられ
た如く剛性をもつて定位置に停止され、その状態
は保持される。
すなわち、切換スイツチ２０をｂ側に切換える
ことで、定位置停止制御回路１４は主軸制御用の
速度制御ユニツト１１と接続され、機械主軸に装
着されるタツプ３のキー溝を所定角度で剛性をも
つて停止させる。
なお、ねじ切りが終了したならば、数値制御装
置２２からの指令で切換スイツチ１０がａ側に切
換えられるとともに、直流電動機１２が逆転され
てタツプが引き抜かれるが、この動作においても
ｚ軸方向の送りモータ２６は、［fm＝Ns×Ｐ］の
関係をもつて運転されるため、タツプは伸び縮み
せずスムースに引き抜かれることになる。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明はタツピン
グ動作を行なう工具を備えたマシニングセンタに
おいて、主軸機構に取付けたタツプの回転速度
Nsと被切削材を移動させるテーブルの送り速度
fmとを、fm＝Ns×Ｐ（Ｐはねじのピツチ）の関
係を保持して同期させたので、ねじ切りの際タツ
プに何ら伸縮力が働かず、円滑なねじ切りが行な
われる。このため、形成されたねじ穴の寸法精度
を従来のものに比べて向上させることができるほ
か、タツプを損傷させるようなことはなくなつ
た。
しかも、機械主軸の停止角度を任意に設定で
き、かつ検出器で検出された位置との偏差信号
を、主軸を駆動制御する第１の運転制御部に出力
して帰還させているので、主軸の停止制御が正確
に行なえ、ねじ切りの終了位置で確実にタツプと
テーブルとを同時停止せしめるような電動機の同
期運転制御が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、タツピング動作を説明するための部
分断面図、第２図は、本発明の一実施例を示すブ
ロツク図、第３図は、タツプの回転速度と回転回
数との関係を示す特性図である。 図中１はテーブル、２は被切削材、３はタツ
プ、４はねじ、５は穴、１１は速度制御ユニツ
ト、１２は直流電動機、１３は速度計発電機、１
４は定位置停止制御回路、１５は主軸機構、１６
はタツパ、１７は主軸、１８はベルト、１９はレ
ゾルバ、２０は切換スイツチ、２１は速度指令電
圧発生回路、２２は数値制御装置、２３は演算回
路、２４は位置制御装置、２５は速度制御ユニツ
ト、２６はｚ軸方向の送りモータ、２７は速度計
発電機、２８はパルスコーダである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ ねじ穴を加工するいわゆるタツピング動作を
    行なう工具を備えたマシニングセンタの電動機の
    同期運転制御方式において、機械主軸の回転位置
    を検出する検出器と、この検出器から帰還される
    位置信号を受けて前記機械主軸を回転させる主軸
    駆動用の第１の電動機を駆動制御する第１の運転
    制御部と、被切削物を移動させるテーブルを運転
    する第２の電動機を駆動制御する第２の運転制御
    部と、前記機械主軸の停止角度を設定し前記検出
    器の位置信号との偏差信号を第１の運転制御部に
    出力して主軸を停止制御する定位置停止制御装置
    と、前記第２の運転制御部に設けられ前記第１の
    電動機の回転速度信号を受けて機械主軸の回転速
    度とねじピツチとの積を演算する演算回路とを備
    え、前記演算された積に第２の電動機によるテー
    ブル移動速度を一致させることを特徴とする電動
    機の同期運転制御方式。
JP10789379A 1979-08-24 1979-08-24 Synchronous operation control system for electric motor Granted JPS5633249A (en)

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DE8080302915T DE3070806D1 (en) 1979-08-24 1980-08-22 Control system for synchronising machine tool motors for tapping operations

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JP10789379A JPS5633249A (en) 1979-08-24 1979-08-24 Synchronous operation control system for electric motor

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JPS5633249A JPS5633249A (en) 1981-04-03
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ID=14470732

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US (1) US4353018A (ja)
EP (1) EP0025652B1 (ja)
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