JPWO2004069459A1

JPWO2004069459A1 - ネジ切り制御方法及びその装置

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Publication number: JPWO2004069459A1
Application number: JP2004567876A
Authority: JP
Inventors: 貴久田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: CN1741873A; DE10393839T5; JP4511949B2; WO2004069459A1; US7123984B2; US20060047357A1; CN100411792C

Abstract

主軸の回転に同期してネジ切り軸を移動制御するネジ切り加工動作を同一箇所で複数回実行するときに、プログラムされた指令を補正せずにネジ溝のずれを防止し、加工精度を向上させるとともに工具の寿命を長くするネジ切り制御方法及びその装置を提供する。数値制御装置に主軸１回転基準信号と主軸位置カウンタが入力されると、主軸位置算出手段１０３により現在の主軸位置が算出され、この算出された主軸位置から主軸位置補正手段１０４にて主軸１回転基準信号と制御周期との差分を補正量１０８として求め補正する。そしてネジ切り軸補間開始検出手段１０５が、主軸１回転基準信号と制御周期が同期したかを監視し、同期した時に各軸補間手段１０６によりネジ切り軸の補間を開始するようにした。

Description

本発明はネジ切り制御方法及びその装置に関するものである。

従来の数値制御（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ；以下ＮＣという）装置では、ワークを保持する主軸を一定回転させ、主軸に取り付けられたエンコーダからの主軸の回転量を検出し、指令されたネジリードに比例するネジ切り軸の移動量を計算して移動制御していた。
また、ワークに対してネジを作成するときには、一般的に、工具の切り込み量を変えながらネジ切り加工を数回繰り返して実行するが、これは、主軸１回転基準位置信号を基準としてネジ切り軸の補間開始を制御していた。しかしながら、主軸１回転基準位置信号とＮＣの制御周期ＩＴが同期していないため、同一のネジに対し２回以上繰り返し加工を行う場合、実際の切込位置のばらつきが発生することがあった。
また、ネジ切り開始時に生じたばらつきにより、ネジ切り終点付近の切り上げパスがばらつくため、ネジ終端部の不完全ネジ部が長くなり、ばらつき分を含む不完全ネジ長を考慮する必要があった。更に、ネジ切り終点付近の切り上げパスのばらつきによって生じる切削負荷の変動により、終点付近のネジ精度が低下し、この切削負荷の変動によりバイトの寿命が短くなることもあった。
この課題について第６図〜第８図を用いて詳述すると、次のとおりである。
即ち、第８図に示すように、ネジ切り加工は、主軸に取り付けられたワークを一定回転させ、刃物を一定の所定の位置に設定されたねじ切り開始位置からネジ切り軸方向に移動させることによって実施する。
そして従来のネジ切り制御では、第６図に示すように、ネジ切り時の主軸位置を、主軸一回転に一度、主軸に設置されたエンコーダより出力される主軸１回転基準位置信号をトリガとしてカウント動作が開始されるネジ切り時主軸位置カウンタで求めている。なお、このネジ切り時主軸位置カウンタは、毎回転送り制御時に使用される主軸位置カウンタより作り出しており、所定数カウントする毎にカウントをクリアし、再度カウントを開始するカウンタである。
ネジ切り制御は主軸１回転基準位置信号を基準としてネジ切り軸の補間開始を制御するが、このとき、ネジ切り軸の移動量は、ある一定周期間隔（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行されるＮＣ装置の補間処理内で算出され、補間１回目のネジ切り軸移動量は、
ＦΔＴ_０＝（ΔＰ_０÷Ｐ）×Ｌ
（ΔＰ_０：１回目の主軸位置変化量［パルス数］、Ｐ：主軸１回転当たりのパルス数、Ｌ：ネジリード）
となる。
ここで、主軸回転周期と制御周期ＩＴが非同期であるため、ΔＰ_０の値にばらつきが発生し、補間１回目のネジ切り軸移動量ＦΔＴ_０にもばらつきが発生する。このばらつきが、ネジ切り開始時のばらつきとなり、最終的には、第８図に示すような切り上げ開始時のばらつきとなり、切り上げパスが一定とならなくなる。なお、第７図は、補間１回目のネジ切り軸移動量ＦΔＴ_０がばらつくと、補間最終回のネジ切り軸移動量ＦΔＴ_１がどのようにばらつくかを示す図である。
このような問題点を解決しようとするものとして特開平５−４６２３６号公報に開示される技術が提案されているが、これは主軸１回転基準信号に同期するようにサーボ用の制御周期を変更するものである。しかしながら、上記技術ではネジ切り加工の直前に制御周期を変更するためにハードウェア（Ｈ／Ｗ）的に特別な機構が必要となり、Ｈ／Ｗの構成が複雑になるといった欠点がある。

この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、従来のＨ／Ｗを変更することなく工具の切り込み量を変えながらネジ切り加工を数回繰り返して実行する場合においても、ネジ切り開始時のばらつきが発生せずに精度良くネジ切り加工ができるネジ切り制御方法及びその装置を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、この発明に係るネジ切り制御方法は、主軸の現位置を算出する段階と、この算出された主軸の現位置と前記主軸の１回転基準信号に基づいて、ネジ切り軸及び主軸の制御周期に前記主軸の１回転基準信号を同期させるための主軸位置補正量を生成出力する段階と、この生成出力された主軸位置補正量で位置補正された主軸の１回転基準信号と制御周期の同期を確認し、ネジ切り軸の補間開始信号を出力する段階と、この出力された補間開始信号によりネジ切り軸への指令を出力する段階とを有するものである。
このため従来のＨ／Ｗを変更することなく、現在の主軸位置カウンタ値と主軸１回転基準位置から主軸の位置を補正することにより、主軸の回転周期と制御周期を一致させることができる。これにより、工具の切り込み量を変えながらネジ切り加工を数回繰り返して実行する場合においても、ネジ切り開始時及びネジ切り終点付近のばらつきを発生させることがないため、ネジ切り加工精度が向上する。そして、ネジ切り終点パスが一定になることにより、切削負荷の変動が少なくなり、バイトの寿命が長くなる。
またこの発明のネジ切り制御方法は、主軸の回転数が低下する方向に主軸の位置を補正するようにしたものである。
このため、主軸の最高回転数以下で補正し、安全にネジ切り加工を行うことができる。
またこの発明のネジ切り制御方法は、主軸の１回転基準信号と制御軸及び主軸の制御周期との偏差が所定値以下であり、且つ主軸回転数が指定値以下である時には、主軸の回転数が上がる方向に主軸の位置を補正するようにしたものである。
このため、補正に必要な時間が短縮されサイクルタイムが短くなる。
またこの発明のネジ切り制御方法は、主軸位置補正量を、主軸の回転変動を所定の変動以内とするために、主軸最大補正量以下として算出するようにしたものである。
このため、主軸の速度変動が抑えられ、精度不良及び主軸アラームの発生を抑えることができる。
またこの発明のネジ切り制御方法は、前記主軸位置補正量を、ネジ切り開始角度を含むようにしたものである。
このため、任意の角度からネジ切り加工を開始することができる。
またこの発明の数値制御装置は、主軸の現位置を算出する主軸位置算出手段と、前記主軸位置算出手段から算出された主軸の現位置と前記主軸の１回転基準信号に基づいて、ネジ切り軸及び主軸の制御周期に前記主軸の１回転基準信号を同期させるための主軸位置補正量を生成出力する主軸位置補正手段と、前記主軸位置補正手段により生成出力された主軸位置補正量で位置補正された主軸の１回転基準信号と制御周期の同期を確認し、ネジ切り軸の補間開始信号を出力するネジ切り軸補間開始信号出力手段と、前記ネジ切り軸補間開始信号出力手段から出力された補間開始信号により、ネジ切り軸への指令を出力する各軸補間手段を有するものである。
このため従来のＨ／Ｗを変更することなく、現在の主軸位置カウンタ値と主軸１回転基準位置から主軸の位置を補正することにより、主軸の回転周期と制御周期を一致させることができる。これにより、工具の切り込み量を変えながらネジ切り加工を数回繰り返して実行する場合においても、ネジ切り開始時及びネジ切り終点付近のばらつきを発生させることがないため、ネジ切り加工精度が向上する。そして、ネジ切り終点パスが一定になることにより、切削負荷の変動が少なくなり、バイトの寿命が長くなる。
またこの発明の数値制御装置は、前記主軸位置補正手段を、主軸の回転数が低下する方向に主軸の位置を補正するものとしたものである。
このため、主軸の最高回転数以下で補正し、安全にネジ切り加工を行うことができる。
またこの発明の数値制御装置は、前記主軸位置補正手段を、前記主軸の１回転基準信号と制御軸及び主軸の制御周期の偏差が所定値以下であり、且つ主軸回転数が指定値以下である時には主軸の回転数が上がる方向に主軸の位置を補正するものとしたものである。
このため、補正に必要な時間が短縮されサイクルタイムが短くなる。
またこの発明の数値制御装置は、前記主軸位置補正手段を、主軸の回転変動を所定の変動以内とするために、主軸位置の補正量を最大補正量以下として算出するものとしたものである。
このため、主軸の速度変動が抑えられ、精度不良及び主軸アラームの発生を抑えることができる。
またこの発明の数値制御装置は、前記主軸位置補正手段の算出する主軸位置補正量を、ネジ切り開始角度を含むものとしたものである。
このため、任意の角度からネジ切り加工を開始することができる。

第１図は本発明の実施の形態１に係るＮＣ装置の一構成例を示すブロック図である。
第２図は本発明の実施の形態１に係るネジ切り制御を説明する図である。
第３図は本発明の実施の形態１に係る効果を説明する図である。
第４図は本発明の実施の形態１に係るネジ切り制御の処理を説明する図である。
第５図は本発明の実施の形態１に係るネジ切り制御の処理手順を示すフローチャートである。
第６図は従来のネジ切り制御を説明する図である。
第７図は従来のネジ切り制御によるネジ切り位置のばらつき例を説明する図である。
第８図はネジ切り方法を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を第１図〜第５図に基づいて説明する。
本発明に係る実施の形態１は、第２図に示すように主軸回転周期を制御周期ＩＴに一致させるため、制御周期ＩＴと主軸１回転基準位置信号とのずれ分を補正するように主軸の回転を一瞬減速させ、主軸回転周期と制御周期ＩＴを同期させる。そして、主軸１回転基準位置信号と制御周期ＩＴが一致していることを確認した後にネジ切り軸の移動量を発生させるようにしたものである。これにより、第３図に示すように、ネジ切り開始時の補間１回目の移動量は、ネジ切り加工を複数回繰り返しても、ネジ切り開始時及びネジ切り終了時の軸移動量が常に一定となり、ばらつきが解消される。
次に前記制御を行うための詳細について説明する。
即ち、第１図は、本発明の実施の形態１に係るＮＣ装置の全体構成を示すブロック図である。
第１図において、メモリに格納された加工プログラム１１０は、プログラム解析手段１０１により１ブロックずつ読み取られ、移動量、速度などはＧ指令とともに読み出される。このプログラム解析手段１０１で解析された情報を基に、ある一定の制御周期ＩＴ（例えば１０ｍｓｅｃ）で処理が行われる補間処理部１０２にて、各軸（ワークを回転させる主軸及びネジ切りバイトを移動させる軸）の単位時間（例えば１０ｍｓｅｃ）当たりの移動量が出力される。
そして、一定の周期間隔で処理が行われる補間処理部１０２内では、主軸１回転基準信号とねじ切り時主軸位置カウンタ（毎回転送り制御時に使用される主軸位置カウンタより作り出されるとともに、主軸一回転に一度、主軸に設置されたエンコーダより出力される主軸１回転基準位置信号をトリガとしてカウント動作が開始され、且つ所定数カウントする毎にカウントをクリアし、再度カウントを開始するカウンタ）が入力され、主軸位置算出手段１０３により現在の主軸位置（角度）が算出され、この算出された主軸位置から主軸位置補正手段１０４にて主軸１回転基準信号と制御周期との差分を補正量１０８として求め、そしてこの補正量１０８を、主軸最大補正量１１２内に収まるように分割して出力する。
なお、主軸最大補正量１１２とは、１度に補正量を主軸に出力すると主軸の回転速度変動が大きくなりアラームとなるためこれを考慮して設定される、制御周期単位当たり補正できる最大値で、制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓ（第２図参照）に相当する。
次にネジ切り軸補間開始検出手段１０５では、主軸１回転基準信号と制御周期が同期したか監視し、同期した場合には、各軸補間手段１０６によりネジ切り軸の補間を行う。
なお、主軸位置補正手段１０４にて求められた補正量１０８にネジ切り開始角度１１４を加えることにより、ネジ切り開始位置をシフトすることが可能となる。
但し、ネジ切り開始位置をシフトするのは、再生ネジ（既にネジ切りされたネジを再度ネジ切りして使用するネジ）を製作する場合等であって、ネジ切りされていないワークから新規にネジ切りを行う場合には、通常このネジ切り開始位置をシフトすることはしない。
次に、本実施の形態１に関わる主軸回転周期と制御周期を同期させ、基準位置信号と制御周期が一致していることを確認した後、ネジ切り軸の移動量を発生させる処理手順を、主に第５図に示すフローチャートを参照して説明する。
一定周期毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に処理が繰り返し実行される補間処理部１０２では、プログラム解析手段１０１により出力された加工プログラム１１０の１ブロック毎の情報を基にして、現在の指令がネジ切り指令かどうか判定し（ステップＳ１００）、ネジ切り指令ではない場合にはそのまま処理を終了する。
現在の指令がネジ切り指令である場合には、第１図で示された主軸回転周期と制御周期が同期しているかどうかを表す同期完了フラグ１０７を参照する（ステップＳ１１０）。ここで、同期完了フラグ１０７がオンしている、つまり、主軸回転周期と制御周期が同期している場合には、ネジ切り軸の補間を開始し、ネジ切り軸の移動量
ＦΔＴｚ＝（ΔＰｚ÷Ｐ）×Ｌ
（ΔＰｚ：１回目の主軸位置変化量［パルス数］、Ｐ：主軸１回転当たりのパルス数、Ｌ：ネジリード）
を求める（ステップＳ１９０）。そして、求めたネジ切り軸の移動量ＦΔＴｚを指令値として出力する（ステップＳ２００）。
次に、同期完了フラグ１０７がオフしている、つまり、主軸回転周期と制御周期が同期していない場合には、第４図で示された現在の主軸位置である点Ａ（主軸の補間開始信号を監視しこの主軸の補間開始信号と一致する位置）を、主軸一回転内でクランプされた値として求め直すために、
現在の主軸位置カウンタ値（点Ａ）−前回の基準位置（点Ｂ：グリッド長）
の計算を行う（ステップＳ１２０）。
なお、この計算結果より得られた値が、主軸１回転基準位置と制御周期ＩＴとの間のズレ量（＝補正量１０８）となる。
そして、先に求めた主軸一回転内でクランプされた点Ａの値に第１図で示されたネジ切り開始角度１１４を加えて（ステップＳ１３０）、次の主軸１回転基準位置となる点Ｃ（後述するように、前記補正量１０８にて主軸回転を減速制御した後は制御周期ＩＴと一致する筈の位置）と比較する（ステップＳ１４０）。ここで、比較した結果が一致した場合には同期完了フラグ１０７をオンさせる（ステップＳ１８０）。
なお、ネジ切り開始角度１１４が角度で指令される場合には、その角度をカウンタ値に変換した後、加える。また、ネジ切り開始位置をシフトする必要がない場合には、ステップＳ１３０は不要である。
また、ステップＳ１４０において、ネジ切り軸の補間開始前においては、主軸１回転基準信号と制御周期が同期していないのが一般的であるので、通常はステップＳ１５０に移行する。
次に、比較した結果が異なる場合には、先に求めた主軸一回転内でクランプされた現在の主軸位置カウンタ値（＝補正量１０８）（点Ａ）を前記主軸最大補正量１１２と比較し（ステップＳ１５０）、この現在の主軸位置カウンタ値が主軸最大補正量１１２より少ない場合には、第２図に示される主軸指令回転数から求められた制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓから主軸位置カウンタ値を差し引き、制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓｃとし（ステップＳ１７０）、主軸を減速させる。また、主軸一回転内でクランプされた現在の主軸位置カウンタ値が第１図の主軸最大補正量１１２より大きい場合には、制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓから主軸最大補正量１１２を差し引き、制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓｃとし（ステップＳ１６０）、主軸を減速させる。なお、ステップＳ１６０で補正しきれない補正分については、ステップＳ１００〜Ｓ１６０の処理を繰返し、この最終的にステップＳ１７０の処理に移行させることにより、主軸の回転周期と制御周期を一致させる。
このようにして、本実施の形態１では、現在の主軸位置カウンタ値と主軸１回転基準位置とに基づいて主軸を減速させ主軸の位置を補正することにより、主軸の回転周期と制御周期を一致させることができ、これによりネジ切り開始時のネジ切り軸移動量を常に一定させることができる。
実施の形態２．
また、前記実施の形態１では、主軸の回転を減少させる方向に主軸の位置を補正したが、前記現在の主軸位置カウンタ値（点Ａ）が基準位置より反回転方向の近くにあり、かつ現在の主軸位置カウンタ値（点Ａ）と基準位置との間の差、即ち、補正値Ｒ＝主軸１回転分のパルス値−１回転内の位置カウンタ値
が、第１図に示した主軸回転上昇幅上限値１１３（主軸移動量ＦΔＴｓに補正値Ｒを加えても速度変動があまり大きくならず、主軸アラームとならない値）以内であり、且つ主軸移動量ＦΔＴｓに補正値Ｒを加えても所定の主軸回転数以上にならない場合には、制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓに前述の補正値Ｒを加えたものを制御周期単位当たりの主軸移動量ＦΔＴｓｃとし、主軸を増速させることにより主軸の回転周期と制御周期を一致させてもよい。

以上のようにこの発明に係るネジ切り制御方法及びその装置は、同一のネジに対し２回以上繰り返し加工を行う場合のネジ切り制御方法及びその装置として用いられるのに適している。

Claims

主軸の回転に同期して刃物またはワークを移動させ、ワークにネジ溝を加工するネジ切り制御方法において、前記主軸の現位置を算出する段階と、この算出された主軸の現位置と前記主軸の１回転基準信号に基づいて、ネジ切り軸及び主軸の制御周期に前記主軸の１回転基準信号を同期させるための主軸位置補正量を生成出力する段階と、この生成出力された主軸位置補正量で位置補正された主軸の１回転基準信号と制御周期の同期を確認し、ネジ切り軸の補間開始信号を出力する段階と、この出力された補間開始信号によりネジ切り軸への指令を出力する段階とを有することを特徴とするネジ切り制御方法。
主軸の回転数が低下する方向に主軸の位置を補正することを特徴とする請求の範囲１に記載のネジ切り制御方法。
主軸の１回転基準信号と制御軸及び主軸の制御周期との偏差が所定値以下であり、且つ主軸回転数が指定値以下である時には、主軸の回転数が上がる方向に主軸の位置を補正することを特徴とする請求の範囲１に記載のネジ切り制御方法。
主軸位置補正量を、主軸の回転変動を所定の変動以内とするために、主軸最大補正量以下として算出することを特徴とする請求の範囲１に記載のネジ切り制御方法。
前記主軸位置補正量は、ネジ切り開始角度を含むことを特徴とする請求の範囲１に記載のネジ切り制御方法。
主軸の回転に同期して刃物またはワークを移動させ、ワークにネジ溝を加工する数値制御装置において、前記主軸の現位置を算出する主軸位置算出手段と、前記主軸位置算出手段から算出された主軸の現位置と前記主軸の１回転基準信号に基づいて、ネジ切り軸及び主軸の制御周期に前記主軸の１回転基準信号を同期させるための主軸位置補正量を生成出力する主軸位置補正手段と、前記主軸位置補正手段により生成出力された主軸位置補正量で位置補正された主軸の１回転基準信号と制御周期の同期を確認し、ネジ切り軸の補間開始信号を出力するネジ切り軸補間開始信号出力手段と、前記ネジ切り軸補間開始信号出力手段から出力された補間開始信号により、ネジ切り軸への指令を出力する各軸補間手段を有することを特徴とする数値制御装置。
前記主軸位置補正手段は、主軸の回転数が低下する方向に主軸の位置を補正することを特徴とする請求の範囲６に記載の数値制御装置。
前記主軸位置補正手段は、前記主軸の１回転基準信号と制御軸及び主軸の制御周期の偏差が所定値以下であり、且つ主軸回転数が指定値以下である時には主軸の回転数が上がる方向に主軸の位置を補正することを特徴とする請求の範囲６に記載の数値制御装置。
前記主軸位置補正手段は、主軸の回転変動を所定の変動以内とするために、主軸位置の補正量を最大補正量以下として算出することを特徴とする請求の範囲６に記載の数値制御装置。
前記主軸位置補正手段の算出する主軸位置補正量は、ネジ切り開始角度を含むことを特徴とする請求の範囲６に記載の数値制御装置。