WO2004087359A1 - ネジ切り制御方法及びその装置 - Google Patents

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Yuji Mizukami
Hiroshi Hashimoto
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a threading control method and an apparatus therefor, and more particularly to a threading control of a machine tool controlled by a numerical control (NC) device.
  • N numerical control
  • thread cutting using an NC device holds a screw work with a chuck provided on the main shaft, rotates the main shaft to rotate the screw work, and is driven by a feed support motor.
  • the tool is moved by moving the tool (byte) in the axial direction (Z-axis direction) in synchronization with the rotation of the spindle, but between the rotation of the spindle and the Z-axis movement of the tool. If not synchronized, the dimensional accuracy of the screw will be reduced, or a double screw will be formed by finishing, or the thread will be damaged. '
  • the feed speed of the blade is also multiplied by a predetermined value in order to synchronize the rotation of the spindle with the feed of the blade.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-177252 discloses a technique for preventing a screw phase shift by varying the rotation speed of a feed motor by taking into account the amount of support delay.
  • This technology measures the amount of phase shift in the thread groove of the thread that occurs when the screw is re-machined when re-machining the screw, as well as the amount of delay in the servo system of the numerically controlled machine tool and the calculation delay of the numerically controlled device.
  • Time (the amount of delay from the detection of pulse data of the spindle speed to the completion of the calculation) is calculated, and the phase shift is calculated based on the phase shift, the calculated delay of the servo system, and the calculated delay time. Amount, and based on this phase shift amount, adjust the phase of the screw part and rework the screw part. It is.
  • the phase shift amount is determined by detecting the phase shift amount ⁇ i (band) of the screw portion caused by re-attachment of the work, the delay amount S D (mm) of the support system, and the pulse data of the spindle speed. From the delay amount Sl until the calculation is completed and the feed speed F of the sample, the true phase shift amount ⁇ 5 is calculated as follows.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-99020 discloses the above technology.
  • the prior art (the technology disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-177252) considers only the delay of the servo system, so that the servo feed speed A (during screw finishing) and the servo feed speed B As shown in Fig. 6, when the acceleration time constant is the same at the time (during screw roughing) and at the servo feed speed A (during screw finishing) and at the sample feed speed B (screwed). During rough machining), the screw phase shift occurred due to the acceleration / deceleration time constant.
  • the amount of phase shift of the screw portion caused by reattachment of the work is also considered. Since only the amount of delay from the detection of the pulse data to the completion of the calculation is taken into account, a thread phase shift 44 occurs due to the acceleration / deceleration time constant as shown in FIG.
  • Fig. 7 shows an example of a linear acceleration / deceleration pattern, where 41 is the command feed speed pattern on the step specified by the program, and 42 is the acceleration / deceleration of the command by a specific number Tc.
  • the output speed pattern to the servo that has been activated, 4 3 is after the response delay of the servo , 45 represents a phase shift amount due to a response delay of the support, and 44 represents a screw phase shift amount due to an acceleration / deceleration time constant. Disclosure of the invention
  • the present invention is intended to solve the above-described problems. Even when the feed speed of the feed shaft changes (in the case of roughing and finishing), the screw work once removed from the machine is again used. It is an object of the present invention to provide a threading control method and a threading control method capable of improving threading accuracy even when the screw is set on a machine and the screw is refinished by another machine.
  • the thread cutting control method of the present invention changes the thread cutting start timing based at least on the support axis acceleration time constant of the feed shaft.
  • the thread cutting control device of the present invention is configured to include means for changing a thread cutting start timing based on a servo axis acceleration time constant of a feed shaft. For this reason, even if the feed speed of the feed shaft changes, if the screw is removed from the machine and then set on the machine again for screw machining, or if the screw is to be refinished on another machine (previous machining) In the case of mechanical characteristics such as gain and time constant that are different from those of the machine that was used, the error based on the servo axis acceleration time constant can be corrected, so that the thread cutting accuracy can be improved.
  • the thread cutting control method of the present invention changes the thread cutting start timing based on at least the constant of acceleration of the feed shaft and the mechanical error.
  • the thread cutting control device of the present invention is configured to include a means for changing a thread cutting start timing based on a support axis acceleration time constant of a feed shaft and a mechanical error.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example according to Embodiments 1 and 2 of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation according to the first and second embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of a screw phase shift amount vs. spindle speed for describing Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a thread cutting start timing when correcting the thread cutting phase according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a threading phase shift when the threading speed is changed.
  • FIG. 7 is a diagram showing the delay due to the support shaft acceleration time constant and the response delay of the servo.
  • Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • Embodiment 1 of the present invention in the control of an NC device having a threading function and a spindle override function, a spindle speed command value instructed in a threading program for machining a plurality of times and an actual value changed by the spindle override.
  • the difference in the servo tracking delay and the difference in the travel distance due to the servo acceleration time constant are converted to the spindle angle.
  • the machining program memory 1 shown in FIG. 1 stores a machining program (a machining program including a thread cutting command for machining a plurality of times) in advance, and when the machining program 1 is executed, the machining program is executed.
  • the data is sequentially read from the processing program memory 1 by the analysis unit 2 and analyzed.
  • the thread cutting calculator 3 calculates the feed speed of the threading servo axis for the spindle command ⁇ number of rotations.
  • the spindle override input from the operation board 7 is converted into the rotation ratio of the spindle rotation speed by the spindle override calculation unit 8, and the spindle rotation is performed by the spindle angle calculation unit 4 together with the result calculated by the threading calculation unit 3.
  • a movement start command is output to the control axis drive section 6 to drive the support motor 10 to move the support axis.
  • the spindle speed command is output to the spindle motor 11 to drive the spindle (the axis that rotates the work).
  • the spindle speed is detected by the spindle encoder 9 and fed back to the spindle angle calculator 4.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the control operations performed by the threading calculation section 3 and the spindle angle calculation section 4.
  • Step 1 is an operation for calculating the feed rate of the service performed in the threading calculation unit 3
  • Steps 2 to 10 are overrides performed in the spindle angle calculation unit 4. The operation of changing the threading start timing in response to the change is described.
  • the spindle rotation speed command value and the screw pitch command value are output from the machining program analysis unit 2.
  • the feed speed of the servo axis is determined by the threading calculation unit 3.
  • First Prodala The feed rate at the system command value is calculated in step 1 using the following formula.
  • the spindle angle calculation unit 4 calculates the amount by which the threading start timing is delayed.
  • the support feed speed at the time of the spindle override n% sent from the spindle override calculation unit 8 is obtained in step 2.
  • the following formula is obtained from the rotation ratio of the spindle speed.
  • the spindle angle calculation unit 4 sets the spindle rotation angle for adjusting the threading start timing to 0, and outputs a command to start the servo axis movement to the control axis drive unit 6 without changing the evening timing.
  • the machining program analysis unit 2 outputs the spindle speed command value and the screw pitch command value to the threading calculation unit 3.
  • the feed speed of the servo shaft is determined by the threading operation part 3.
  • the feed rate at the program command value is calculated in step 1 using the following formula.
  • the spindle angle calculation unit 4 calculates the amount by which the threading start timing is delayed.
  • the servo feed speed at the time of the spindle override n% sent from the spindle override calculator 8 is obtained in step 2.
  • the following formula is obtained from the rotation ratio of the spindle speed.
  • Servo feed speed B (thigh / sec) Thread pitch command value (band / rev) X
  • step 4 there is a delay in the following of the servo, and the following equation is calculated in step 4.
  • Servo follow-up delay A (mm) Servo feed speed AZ Servo position loop gain
  • Servo follow-up delay B (thigh) Servo feed speed B / Sapo position loop gain
  • the result of this calculation is used in step 6 described later.
  • the servo position loop gain used in calculating the difference in the following delay of the servo is obtained by reading the servo position loop gain stored in a memory (not shown). Further, the main shaft angle calculation unit 4 calculates a delay due to the servo shaft acceleration time constant.
  • the support axis acceleration time constant sets the time required to reach the command feed speed, the servo feed speed A, as shown in Fig. 6. Note that, for this servo axis acceleration time constant, the sensor axis acceleration time constant stored in a memory (not shown) is read and used.
  • the servo axis acceleration time constant is machine-specific data determined by the mechanical characteristics and is not a numerical value that changes with each machining. Therefore, the amount of movement with respect to time changes depending on the feed speed of the support. The amount of change is calculated in step 5 using the following formula.
  • the travel distance to reach the servo feed speed A is given by the following formula.
  • Travel distance A (band) Servo feed speed AX Acceleration time constant / 2
  • the moving distance B until the servo feed speed B is reached is as follows.
  • Traveling distance B (band) Servo feed speed B X Acceleration time constant Z 2
  • the difference in travel distance due to the acceleration time constant of the support the travel distance A—the travel distance B (the amount of screw phase shift in the shaded area in FIG. 6),
  • the threading start timing is calculated from the difference in the servo following delay (step 4) calculated by the spindle angle calculator 4 and the difference in the travel distance due to the servo acceleration time constant (step 5).
  • step 6 the amount of displacement of the positional relationship between the threaded portion and the tip of the blade is calculated in step 6 using the following equation.
  • Displacement (thigh) difference in delay in following the servo + difference in travel distance due to the acceleration time constant of the servo
  • the threading start point is moved by this amount of displacement, machining can be performed without displacement of the positional relationship between the threaded portion and the cutting tool.
  • the machining start point is moved. By changing the threading start timing without performing this, machining without displacement of the positional relationship between the threaded part and the cutting tool is performed. Next, a method for that will be described.
  • step 7 the deviation is converted into a spindle angle.
  • this spindle angle is converted to the threading start timing time by the following formula in step 8.
  • the spindle speed when machining screws is the programmed spindle speed. (rps) X 100 / n, so the following equation is obtained.
  • Threading start timing time (s) Spindle angle / (Program spindle speed (rps) X 100 / n)
  • step 9 the main spindle angle calculation section 4 outputs a command to start the movement of the rough axis to the control axis drive section 6 with a delay of the threading start timing time (s).
  • a delay of the threading start timing time (s) for example, start moving the servo axis in the Z-axis direction in synchronization with one rotation signal (Z-phase signal) generated every one rotation of the spindle.
  • the spindle rotation is fed back from the encoder 9 to the spindle angle calculation unit 4 and the time for the screw turning start timing time (s) after one rotation signal (Z phase signal) comes What is necessary is just to output the command to start the movement of the servo axis to the control axis drive unit 6 with a delay.
  • this second embodiment shows an embodiment in which the mechanical error is corrected. is there.
  • the mechanical error is the difference between the command position generated until the blade moves due to static frictional force and inertia force at the start of the blade movement and the actual tip position of the blade.
  • changing the spindle spindle from 50% to 150% changes as shown in Fig. 3 and is constant regardless of the feed speed of the servo axis.
  • the positional relationship between the threaded portion and the tip of the blade may be displaced. Enter the offset amount at that time from operation board 7 as a parameter.
  • the input parameter value is stored in the parameter memory 5.
  • the value of the inclination parameter is sent to the spindle angle calculator 4.
  • the spindle angle calculation unit 4 corrects the threading start position by further adding the calculation result of the following equation to the shift amount calculated in the first embodiment (step 6).
  • Displacement proportional to speed difference in support feed speed X slope parameter + offset parameter
  • machining can be performed without displacement of the positional relationship between the threaded portion and the cutting tool.
  • machining is started. By changing the start timing of threading without moving the point, machining without displacement of the positional relationship between the threaded part and the tip of the blade is performed. A method for that will be described.
  • this spindle angle is converted into a threading start timing time.
  • the spindle speed at the time of machining the screw is programmed spindle speed (rps) x 100 / n, so the following formula is used.
  • Threading start timing time (s) Spindle angle / (Program spindle speed (rps) X 100 / n)
  • the main shaft angle calculation unit 4 outputs a command to start the movement of the servo shaft to the control shaft drive unit 6 by sending a time corresponding to the thread cutting start timing time (s).
  • Embodiment 3 As described above, by changing the threading start timing, it is possible to perform processing without displacement of the positional relationship between the screw portion and the tip of the blade, and it is possible to further increase the processing accuracy. Embodiment 3.
  • the calculation elements for eliminating the deviation of the positional relationship between the screw portion and the tip of the blade the following are used: a servo tracking delay, a servo acceleration time constant, and a mechanical error.
  • a servo tracking delay As described above, there is also an internal calculation delay error of the NC unit as an element that causes a deviation in the positional relationship between the screw and the tip of the blade. Needless to say, the accuracy will be further improved if it is considered as an arithmetic element for eliminating the deviation.
  • Embodiment 4 the screw work once removed from the machine This is an embodiment for correcting the amount of phase shift between the spindle, the tool, and the work caused by re-finishing with another machine when the screw is machined with the machine set to a screw.
  • a machining program (a machining program including a threading command for performing machining a plurality of times) is stored in advance in the machining program memory 1 shown in FIG. 4, and when this additional program 1 is executed, the machining program is executed.
  • the data is sequentially read from the processing program memory 1 by the analysis unit 2 and analyzed.
  • the threading calculating unit 3 calculates the feed speed of the threading servo shaft with respect to the spindle speed.
  • the servo feed speed F. (thigh / sec) is synchronized with the spindle speed sent from the spindle encoder 9, so that the screw pitch command value is PIT (mm / rev) and the spindle speed is S ( rps) gives the following equation:
  • the start timing of thread cutting is controlled by the spindle angle calculation unit 4.
  • the spindle angle calculation unit 4 monitors the position of the spindle obtained from the spindle encoder 9, and outputs the command to start the movement of the servo axis to the control axis drive unit 6 when the position of the spindle reaches a specific position. Move 1 0.
  • the start timing is shifted from the following error amount caused by re-attaching the work once removed in order to refinish the screw.
  • the deviation of the start timing is determined by the spindle angle calculation unit 4 by the phase deviation ⁇ i (band) of the screw part, the delay amount S D (nun) of the servo system, and the spindle rotation speed that occur when the work is remounted.
  • Calculate the true phase shift amount ⁇ 5 t from the remainder of the value obtained by adding the delay Sacc from the detection of the pulse data to the completion of the calculation to the delay Sacc due to the acceleration / deceleration of the machine and the servo feed speed F. . That is, the remainder of ( ⁇ 5 i + Sl + SD + Sacc) ZF is obtained as the true phase shift distance ⁇ 5 1 (band).
  • Sacc is as follows in the case of linear acceleration / deceleration.
  • Tc the acceleration / deceleration time constant (acceleration time constant).
  • the Sapo system delay amount S beta (thigh) and delay amount S 1 from the detection of Parusude Isseki spindle speed up computation completion is calculated as disclosed in JP-A Sho 62-99020.
  • the acceleration / deceleration time constant is stored in a memory (not shown), and is read from the memory during the calculation.
  • the main shaft angle calculator 4 calculates the start timing from the phase shift amount, and adjusts the start timing.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the thread cutting start timing when correcting the thread cutting phase.
  • the time of one revolution of the spindle is the time indicated by 53.
  • the thread cutting start timing is set to the value 0 in the feedback count of the encoder 9, that is, the timing of 50, 51, 52, etc.
  • Encoder feedback count increment at time t s ENC t s is as follows.
  • ENC t s S X t s / Remainder of ENCmax
  • thread cutting starts at the timing 20, 21 and 22 earlier by the time ts, that is, when the count value is at the position of ENCmax-ENCts (the control axis drive unit 6
  • the control axis drive unit 6 By outputting the movement command and driving the servo motor 10 to start the movement of the blade, it is possible to correct the phase shift due to the reworking of the screw without shifting the threading start position.
  • the thread cutting control method and the apparatus according to the present invention can be used for roughing and finishing of a screw, for setting a screw work once removed from a machine to a machine again, and for screwing, for another machine. It is suitable to be used as a thread cutting control method and a device used in the case of refinishing a screw.

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Abstract

主軸速度を可変にしても、ネジ山を傷めたり、ネジの寸法精度を低下させたりすることがないよう、主軸の回転に同期して刃物またはワークを送り軸方向に移動させてネジ切り加工を行うネジ切り制御装置において、ネジ切り演算部３と主軸角度演算部４とを設け、送り軸のサーボ軸加速時定数に基づいてネジ切り開始タイミングを変更するようにした。

Description

明 細 書 ネジ切り制御方法及びその装置 技術分野
本発明はネジ切り制御方法及びその装置に係り、 特に数値制御 （Numerical Control；以下 N Cという）装置等により制御される工作機械のネジ切り制御に 関するものである。 背景技術
N C装置を用いたネジ切り加工は、 周知のとおり、 ネジワークを主軸に設け られたチヤックにて保持するとともに、 主軸を回転させてネジワークを回転さ せ、 且つ送りサ一ポモータで駆動されるサーポ軸にて移動させられる刃物 （バ イト） を、 主軸の回転と同期するように軸線方向 （Z軸方向） に移動させるこ とにより行うが、 主軸の回転と刃物の Z軸方向移動との間に同期がとれていな いと、 ネジの寸法精度が低下したり、 或いは仕上げ加工により二重ネジが形成 されたり、 ネジ山が傷められたりする。 '
このため、 ネジ切り加工は、 例えば主軸の 1回転毎に発生する 1回転信号に 基づいて刃物を Z軸方向に移動開始するとともに、 主軸の回転と刃物の送りを 同期させる必要がある。
また、例えば荒加工から仕上げ加工に移行する際、主軸の回転速度が所定倍さ れた場合、 主軸の回転と刃物の送りを同期させるため刃物の送り速度も所定倍 されるが、 この時、荒加工時における刃物の送り速度（低速）のサーポ遅れと、 仕上げ加工時における刃物の送り速度 （高速） のサーポ遅れに差が生じ、 ネジ 位相ズレが生じる。
このため、 特開昭 58- 177252号公報には、 仕上げ加工時の送りモータの実速 度が f L (仕上げ時の送り速度） に到達するまでのサーボ遅れ量が d L (= f L Z k、 k ：サーボ系のゲイン） 、 主軸回転速度が となるとき、 仕上げ加 ェ前の刃物停止位置を、 ワークより前記 d Lだけ離すことにより、 1回転信号 発生後回転角 Θ Lにおいて一定速度 f Lに到達し、 回転角度 0 Lから一定速度 f Lでネジ切りが開始され、 また荒加工の送りモータの実速度が f s (荒加工 時の送り速度、 f s < f L) に到達するまでのサーポ遅れ量が d s (= f s / k、 k ：サ一ポ系のゲイン） 、 主軸回転速度が 0 sとなるとき、 荒加工前の刃 物停止位置を、 ワークより前記 d sだけ離すことにより、 1回転信号発生後回 転角 において一定速度 f sに到達し、 回転角度 から一定速度 f sでネ ジ切りが開始されるものが開示されている。
また、 前記の考え方を用いて、 ネジ切り開始前の刃物停止位置を、 仕上げ加 ェ時及び荒加工時とも同一位置としても、 主軸の 1回転信号の発生位置を制御 することにより、 仕上げ加工の時、 回転角度 から一定速度 f Lでネジ切り が開始され、 また荒仕上げ加工の時、 回転角度 から一定速度 f sでネジ切 りが開始されるものが開示されている。
即ち、 特開昭 58-177252号公報には、 サ一ポ遅れ量を考慮することにより、 送りモータの回転速度を可変にしても、 ネジ位相ズレを防止する技術が開示さ れている。
また、ネジの再加工に関する先行技術として、特開昭 62- 99020号公報に開 示されている技術がある。
この技術は、 ネジを再加工する際に、 ネジ取り付け時に発生するネジ部のネ ジ溝の位相ズレ量を測定するとともに、 数値制御工作機械のサーポ系の遅れ量 と、 数値制御装置の演算遅れ時間 （主軸回転数のパルスデータの検出から演算 完了までの遅れ量） とを演算して求め、 前記位相ズレ、 上記演算されたサーポ 系の遅れ及び上記演算された演算遅れ時間に基づいて位相ズレ量を求め、 この 位相ズレ量に基づいて上記ネジ部の位相を合わせて上記ネジ部を再加工するも のである。
なお、 前記位相ズレ量は、 ワークの再取り付けで発生するネジ部の位相ズレ 量 δ i (匪)、 サ一ポ系の遅れ量 S D (mm)、 及び主軸回転数のパルスデ一夕の検出 から演算完了までの遅れ量 Sl、 サ一ポの送り速度 Fから、 以下のように真の位 相ズレ量 <5 を求める。
6 t = ( δ ί + Sl + S D) /Fの剰余
ここで、 Fは以下のようにもとまる。
F=ネジピッチ指令 X主軸回転数
特開昭 62-99020号公報には以上のような技術が開示されている。
ところで、 従来のもの （特開昭 58- 177252号公報に開示の技術） では、 前述 したように、 ネジ位相ズレを防止するためサ一ポ系の遅れしか考慮されておら ず、 今なぉネジ位相ズレが発生すると言う問題点があった。
因みに前記従来のもの （特開昭 58-177252号公報に開示の技術） は、 サーポ 系の遅れしか考慮されていないので、 サーポ送り速度 Aの時 （ネジ仕上げ加工 時） とサーポ送り速度 Bの時 （ネジ荒加工時） とで加速時定数が同じである場 合、 第 6図に示すように、 サーポ送り速度 Aの時 （ネジ仕上げ加工時） とサ一 ポ送り速度 Bの時 （ネジ荒加工時） とで、 加減速時定数によるネジ位相ズレが 生じた。
また、特開昭 62-99020号公報に開示されているネジの再加工の技術において も、 ワークの再取り付けで発生するネジ部の位相ズレ量、 サ一ポ系の遅れ量、 及び主軸回転数のパルスデータの検出から演算完了までの遅れ量しか考慮され ていないので、 第 7図に示すように、 加減速時定数によるネジ位相ズレ 4 4が 生じた。
なお、 第 7図は、 直線型の加減速パターンの例で、 4 1はプログラムによつ て指令されたステップ上の指令送り速度パターン、 4 2は指令に対して、 特定 数 Tcで加減速させたサーボへの出力速度パターン、 4 3はサーボの応答遅れ後 におけるサーポの動作速度パターン、 4 5はサ一ポ応答遅れによる位相ズレ量、 4 4は加減速時定数によるネジ位相ズレ量である。 発明の開示
本発明は上記のような問題点を解決するためのもので、 （荒加工と仕上げ加 ェ等の場合において） 送り軸の送り速度が変化しても、 また一度機械より取り 外したネジワークを再度機械にセットしてネジ加工したり、 他の機械でネジの 再仕上げを行つたりする場合においても、 ネジ切り加工精度を向上できるネジ 切り制御方法及びその装置を得ることを目的とする。
このため本発明のねじ切り制御方法は、 少なくとも送り軸のサ一ポ軸加速時 定数に基づいてネジ切り開始タイミングを変更するものである。
また、 本発明のねじ切り制御装置は、 送り軸のサーポ軸加速時定数に基づい てネジ切り開始タイミングを変更する手段を備える構成としたものである。 このため、 送り軸の送り速度が変化しても、 また一度機械より取り外したネ ジワークを再度機械にセットしてネジ加工したり、 他の機械でネジの再仕上げ を行ったりする場合 （前回加工した機械とは違うゲイン ·時定数等の機械特性 の場合） においても、 サーポ軸加速時定数に基づく誤差を補正できるので、 ネ ジ切り加工精度を向上できる。
また、 本発明のねじ切り制御方法は、 少なくとも送り軸のサーポ軸加速時定 数及び機械的誤差に基づいてネジ切り開始タイミングを変更するものである。
また、 本発明のねじ切り制御装置は、 送り軸のサ一ポ軸加速時定数及び機 械的誤差に基づいてネジ切り開始タイミングを変更する手段を備える構成とし たものである。
このため、 送り軸の送り速度が変化しても、 また一度機械より取り外したネ ジワークを再度機械にセットしてネジ加工したり、 他の機械でネジの再仕上げ を行ったりする場合においても、 サ一ポ軸加速時定数に基づく誤差を補正でき るので、 ネジ切り加工精度を向上できる。 また、 刃物の移動し始めに静的摩擦 力 ·慣性力等により刃物が動作するまでに発生する指令位置と実際の刃物の先 端位置との差である機械誤差を補正することが出来、 よって、 更にネジ切り加 ェ精度を向上できる。 . 図面の簡単な説明
第 1図は本発明の実施の形態 1、 2に係る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、 2に係る動作を説明するためのフローチヤ 一卜である。
第 3図は本発明の実施の形態 2を説明するための、 ネジ位相ズレ量一主軸速 度の特性図である。
第 4図は本発明の実施の形態 4に係る構成例を示すブロック図である。
第 5図は本発明の実施の形態 4に係る、 ネジ切りの位相を補正する場合のネ ジ切り開始タイミングを説明する図である。
第 6図はネジ切り速度を変化させた場合のネジ切り位相ズレの説明図である。 第 7図はサ一ポ軸加速時定数による遅れと.サーポ応答遅れを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
実施の形態 1 .
以下、 本発明の実施の形態 1を、 第 1図及び第 2図を用いて説明する。
本発明の実施の形態 1では、 ネジ切り機能と主軸オーバライド機能を有する N C装置の制御において、 複数回加工するネジ切りプログラムに指令されてい る主軸回転数指令値と、 主軸オーバライドにより変更された実際に加工する主 軸回転数値との差分から発生するサ一ボ軸の送り速度の変化量に対して、 サー ポ追従遅れ量の差分及びサーポ加速時定数による移動量の差分を主軸角度に換 算し、 ネジ切り開始タイミングをずらすことにより、 主軸回転数をネジ切り開 始前に主軸オーバライドにより変更してもネジ部と刃物の先端との間の位置関 係をずらさないようにしている。
即ち、 第 1図に示す加工プログラムメモリ 1には、 予め加工プログラム （複 数回加工するネジ切り指令を含む加工プログラム） が格納されており、 この加 ェプログラム 1が実行されると、 加工プログラム解析部 2により加工プロダラ ムメモリ 1より順次読み出されて解析される。 ネジ切り指令の場合、 ネジ切り 演算部 3で主軸指令 Θ転数に対するネジ切りサーボ軸の送り速度が演算される。 操作ボード 7より入力された主軸オーバライドは、 主軸オーバライド演算部 8により主軸回転数の回転比率へと変換され、 ネジ切り演算部 3で演算された 結果と合わせて、 主軸角度演算部 4で主軸回転数が変化したことによるネジ部 と刃物の先端との間における位置関係のズレ量を計算して、 ネジ切り開始タイ ミングを変更し、 サーボ軸 （刃物を Z軸方向に移動させる送り軸） の移動開始 指令を制御軸駆動部 6に出力しサ一ポモータ 1 0を駆動してサーポ軸を移動さ る。 また、 主軸速度指令は主軸モータ 1 1に出力され、 主軸 （ワークを回転さ せる軸） を駆動する。 なお、 主軸の回転数は主軸エンコーダ 9にて検出され、 主軸角度演算部 4にフィードバックされる。
また、 第 2図は、 ネジ切り演算部 3及び主軸角度演算部 4で実施される制御 動作をフローチャートにて説明したものである。
なお、 第 2図において、 ステップ 1は、 ネジ切り演算部 3にて実施されるサ ーポの送り速度を求める動作、 ステップ 2〜ステップ 1 0は、 主軸角度演算部 4にて実施されるオーバライド変化に対するネジ切り開始タイミングを変化さ せる動作を説明してある。
この様に構成された N C装置で、 まず、 操作ボード 7より主軸オーバライド 1 0 0 %、 つまりプログラム主軸回転数どおりの時の動作について説明する。 加工プログラム解析部 2より主軸回転数指令値とネジピッチ指令値が出力さ れてくる。 ネジ切り演算部 3にてサーボ軸の送り速度を決める。 まずプロダラ ム指令値での送り速度は、 下記演算式を用いてステツプ 1で計算する。
サーポ送り速度 A (皿 n/sec) =ネジピッチ指令値（顏 /rev) x プログラム主 軸回転数（rps)
次に、 主軸角度演算部 4にてネジ切り開始タイミングを遅らせる量を計算す る。 まず、 主軸オーバライド演算部 8より送られてくる主軸ォ一バライド n % 時のサ一ポ送り速度をステップ 2にて求める。主軸回転数の回転比率より下記、 演算式になる。
サーボ送り速度 B (匪/ sec) =ネジピッチ指令値（讓 /rev) x プログラム主 軸回転数（rps) X n / 1 0 0
今回は、 主軸オーバライド n = 1 0 0 %について説明するので、 サーポ送り 速度 =サ一ポ送り速度 Bであると、 ステップ 3にて判定する。 その結果、 主軸 角度演算部 4ではネジ切り開始タイミングを調整するための主軸回転角度は 0 となり、 夕イミングを変化させずにサーポ軸の移動開始指令を制御軸駆動部 6 に出力する。
次に、 操作ボード 7より主軸オーバライド n %、 つまりプログラム主軸回転 数の n Z l 0 0指令の時の動作について説明する。
加工プロダラム解析部 2より、 主軸回転数指令値とネジピッチ指令値がネジ 切り演算部 3に出力されてくる。 ネジ切り演算部 3にてサーポ軸の送り速度を 決める。 まずプログラム指令値での送り速度は、 下記演算式をステップ 1で計 算する。
サ一ポ送り速度 A (mm/sec) =ネジピッチ指令値（腿/ rev) x プログラム主 軸回転数（rps)
次に、 主軸角度演算部 4にてネジ切り開始タイミングを遅らせる量を計算す る。 まず、 主軸オーバライド演算部 8より送られてくる主軸オーバライド n % 時のサーポ送り速度をステップ 2にて求める。主軸回転数の回転比率より下記、 演算式になる。 サーポ送り速度 B (腿/ sec) =ネジピッチ指令値 (匪/ rev) X プログラム主 軸回転数（rps) X n Z 1 0 0
今回は、 主軸回転数の回転比率 n %なので、
サーポ送り速度 Α-サ一ポ送り速度 B X 1 0 0 / n
の関係が成り立ち、
サーポ送り速度 A≠サーポ送り速度 B
であると、 ステップ 3にて判定し、 ステップ 4〜ステップ 9の処理を行う。 ま ず、 サーポの追従遅れ量があり、 以下の演算式をステップ 4で計算する。 サ一ボの追従遅れ量 A (mm) =サーポ送り速度 AZサーポ位置ループゲイン サーポの追従遅れ量 B (腿) =サ一ポ送り速度 B /サ一ポ位置ループゲイン その結果、 サ一ポの追従遅れ量の差は、 以下の演算式になる。
サ一ポの追従遅れ量の差 (匪） =サーポの追従遅れ量 A—サーポの追従遅れ量
B
= ( 1 - n / 1 0 0 ) X サーポ送り速度 A / サーポ位置ループゲイン なおこの演算結果は、 後述するステップ 6にて使用する。 また、 このサ一ポ の追従遅れの差を演算するとき用いられるサーポ位置ループゲインは、 図示し ないメモリに記憶されているサーボ位置ループゲインを読み出して使用する。 更に、 主軸角度演算部 4でサーポ軸加速時定数による遅れを計算する。 一般 にサ一ポ軸加速時定数は、 第 6図に示すとおり指令速度であるサーポ送り速度 Aに到達するまでの時間を設定する。 なお、' このサーポ軸加速時定数は、 図示 しないメモリに記憶されているサ一ポ軸加速時定数を読み出して使用する。 ま た、 このサーボ軸加速時定数は、 機械特性によって決まる機械固有のデータで あって、 加工毎に変化する数値ではないため、 サ一ポの送り速度により時間に 対し移動する量が変化する。 変化する量は以下の計算式にてステップ 5にて計 算する。 サーポ送り速度 Aに達するまでの移動距離は、 下式になる。
移動する距離 A (匪) =サーポ送り速度 A X 加速時定数 / 2 また、 操作ボード 7より主軸オーバライド n %の指示が来た場合のサーポ送 り速度 Bに達するまでの移動距離 Bは、 以下の式になる。
移動する距離 B (匪) =サーポ送り速度 B X 加速時定数 Z 2 つまり、 サーポ送り速度が変化すると、
サ一ポ加速時定数による移動距離の差 = 移動する距離 A—移動する距離 B (第 6図の斜線部分のネジ位相ズレ量） 、
この距離だけネジ部と刃物の先端の位置関係がズレることになる。 その為、 ネ ジワークと刃先位置を同じタイミングで加工する必要がある場合は、 この量を 補正しないと時間当たりの移動量が違うため同じ軌跡を通過することが出来な レ^ この演算結果は、 後述するステップ 6にて使用する。
主軸角度演算部 4で演算した、 サーポ追従遅れの差 （ステップ 4 ) とサーポ 加速時定数による移動距離の差 （ステップ 5 ) から、 ネジ切り開始タイミング を演算する。
まず、 ネジ部と刃物の先端との間における位置関係のズレ量は、 下式でステ ップ 6にて計算する。
ズレ量 (腿） = サーポ追従遅れの差 + サ一ポ加速時定数による移動距 離の差
このズレ量だけ、 ネジ切り開始点を移動させれば、 ネジ部と刃物との間にお ける位置関係のズレの無い加工が出来るが、 本発明の実施の形態 1では、 加工 開始点を移動させずにネジ切り開始タイミングを変化させることで、 ネジ部と 刃物との間における位置関係のズレの無い加工を行う。 その為の方法について 次に説明する。
まず、 このズレ量をステップ 7で主軸角度に変換する。
主軸角度（rev) = ズレ量 / ネジピッチ指令値 (匪/ rev)
次に、 この主軸角度をネジ切り開始タイミング時間に下記計算式にてステツ プ 8で変換する。 ネジを加工する時の主軸回転数は、 プログラム主軸回転数 (rps) X 1 0 0 / nなので以下の式になる。
ネジ切り開始タイミング時間（s) =主軸角度 / (プログラム主軸回転数 (rps) X 1 0 0 / n )
主軸角度演算部 4はステップ 9にて、 このネジ切り開始タイミング時間（s) 分だけ時間を遅らせてサ一ギ軸の移動開始指令を制御軸駆動部 6に出力する。 なお、ネジ切り開始タイミング時間（s)分だけ時間を遅らせるには、例えば主 軸の 1回転毎に発生する 1回転信号 （Z相信号） に同期してサーポ軸を Z軸方 向に移動開始するように設定されている場合、 主軸の回転をエンコーダ 9より 主軸角度演算部 4にフィードバックし、 1回転信号 （Z相信号） が来てからネ ジ切り開始タイミング時間（s)分だけ時間を遅らせてサーボ軸の移動開始指令 を制御軸駆動部 6に出力するようにすればよい。
• この様に、 ネジ切り開始タイミングを変化させることによりネジ部と刃物と の間における位置関係のズレの無い加工を行う。 ' 実施の形態 2 .
次に本発明の実施の形態 2を、 第 1図〜第 3図を用いて説明する。
実施の形態 1に関して機械的な誤差を持つ場合は、 更に機械的な誤差の補正 を行う必要があるが、 この実施の形態 2はその機械的な誤差の補正を行う実施 の形態を示すものである。 なお、 機械的誤差とは、 刃物の移動し始めに静的摩 擦力 ·慣性力等により刃物が動作するまでに発生する指令位置と実際の刃物の 先端位置との差の量である。
この機械的誤差は、 第 3図に示す主軸回転数変化によるサ一ポの送り速度の サ一ボ送り速度の差 =サーポ送り速度 A ― サーポ送り速度 B
に比例して増減するネジ切り位相ズレ量が発生する。
この位相ズレを補正する方法について説明する。 まず、 実施の形態 1によって説明した方法でネジ切り加工を行い、 この時、 操作ポート 7から主軸オーバライドを、 例えば 5 0 %〜1 5 0 %まで変化させ て加工する。 その場合、 加工機械の個体差によっては、 主軸オーバライドを例 えば 5 0 %〜1 5 0 %まで変化させることにより、 第 3図に示すように変化す る、 サーポ軸の送り速度に比例したネジ部と刃物の先端との間における位置関 係のズレ量 （ネジ位相ズレ量） が発生する場合がある。 その量を別途計測器等 で測定する。 測定時の速度毎に、 ネジ部と刃物の先端との間における位置関係 のズレ量をプロットしていく。 そのプロットした点を直線で結ぶと、 第 3図に 示 ようなサ一ポの送り速度に比例したズレ量が得られる。 その時の直線関数 の傾きを操作ボード 7からパラメ一夕として入力する。 入力した傾きパラメ一 夕値をパラメ一タメモリ 5に記憶させる。 その傾きパラメ一夕値をネジ切り演 算部 3に送る。
また、 加工機械の個体差によっては、 主軸ォ一バライドを、 例えば 5 0 %〜 1 5 0 %まで変化させることにより、 第 3図に示すように変化する、 サーボ軸 の送り速度に依らず一定したネジ部と刃物の先端との間における位置関係のズ レ量が発生する場合がある。 その時のオフセット量を操作ボード 7からパラメ —夕として入力する。 入力した傾きパラメ一夕値をパラメ一夕メモリ 5に記憶 させる。 その傾きパラメ一夕値を主軸角度演算部 4に送る。， 主軸角度演算部 4 では、 実施の形態 1で演算したズレ量 （ステップ 6 ) に、 更に以下の式の演算 結果を加え、 ネジ切り開始位置を補正する。
速度に比例したズレ量 = サ一ポ送り速度の差 X 傾きパラメ一夕 + オフセッ卜パラメ一夕
この速度に比例したズレ量だけ、 ネジ切り開始点を移動させれば、 ネジ部と 刃物との間における位置関係のズレの無い加工が出来るが、 本発明の実施の形 態 2では、 加工開始点を移動させずにネジ切り開始タイミングを変化させるこ とで、 ネジ部と刃物の先端との間における位置関係のズレの無い加工を行う。 その為の方法について説明する。
まず、 このズレ量を主軸角度演算部 4のステップ 7で主軸角度に変換する。 主軸角度（rev) = ズレ量 / ネジピッチ指令値（mm/rev)
次に、 この主軸角度をネジ切り開始タイミング時間に変換する。 ネジを加工 する時の主軸回転数は、プログラム主軸回転数（rps) X 1 0 0 / nなので以下の 式になる。
ネジ切り開始タイミング時間（s) =主軸角度 / (プログラム主軸回転数 (rps) X 1 0 0 / n )
主軸角度演算部 4は、このネジ切り開始タイミング時間 (s)分だけ時間を送ら せてサーポ軸の移動開始指令を制御軸駆動部 6に出力する。
この様に、 ネジ切り開始タイミングを変化させることによりネジ部と刃物の 先端との間における位置関係のズレの無い加工を行うことができ、 更に加工精 度を高めることが出来る。 実施の形態 3 .
前記実施の形態 1 , 2においては、 ネジ部と刃物の先端との間における位置 関係のズレを無くするための演算要素として、 サーポ追従遅れ、 サーポ加速時 定数、 及び機械的誤差を用いるものについて説明したが、 ネジ部と刃物の先端 との間における位置関係のズレを発生させる要素として、 N C装置の内部演算 遅れ誤差もあるので、 この要素もネジ部と刃物の先端との間における位置関係 のズレを無くするための演算要素として考慮すれば、 更に精度がよくなること は言うまでもない。 実施の形態 4.
最後に本発明の実施の形態 4を、 第 4図及び第 5図を用いて説明する。 なお、 この実施の形態 4は、 一度機械より取り外したネジワークを再度機械 にセットしてネジ加工する場合、 あるいは、 他の機械で再仕上げを行うことに より生じる主軸と工具とワークの位相ズレ量を補正するための実施の形態であ る。
即ち、 第 4図に示す加工プログラムメモリ 1にほ、 予め加工プログラム （複 数回加工 るネジ切り指令を含む加工プログラム） が格納されており、 この加 ェプログラム 1が実行されると、 加工プログラム解析部 2により加工プロダラ ムメモリ 1より順次読み出されて解析される。 ネジ切り指令の場合、 ネジ切り 演算部 3で主軸指令回転数に対するネジ切りサーポ軸の送り速度が演算される。
このサーポ送り速度 F . (腿/ sec)は、 主軸エンコーダ 9より送られてくる主軸 回転数に同期して動作させるため、 ネジピッチ指令値を PIT (mm/rev)、 主軸回 転数を S (rps)とすると、 下記の演算式になる。
F=PITX S
ねじ切りの開始タイミングは、 主軸角度演算部 4により制御される。 主軸角 度演算部 4は、 主軸エンコーダ 9から得られる主軸の位置を監視し、 主軸の位 置が特定の位置に来たら、サーポ軸の移動開始指令を制御軸駆動部 6に出力し、 サーポモータ 1 0を移動させる。
この実施の形態 4では、 ネジの再仕上げのため、 一度はずしたワークを再度 取り付けることにより生じた下記の誤差量から、 開始タイミングをずらす。 開 始タイミングのズレ量は、 主軸角度演算部 4により、 上記ワークの再取り付け で発生するネジ部の位相ズレ量 δ i (匪)、 サーポ系の遅れ量 S D (nun)及び主軸回 転数のパルスデータの検出から演算完了までの遅れ量 S1に、その機械の加減速 による遅れ Saccを加えた値に、サーポ送り速度 Fで除した余りにより、真の位 相ズレ量 <5 tを求める。即ち、 （<5 i + Sl + S D+ Sacc) ZFの剰余が真の位相ズレ 量の距離 <5 1 (匪）として求まる。 ここで、 Sacc は、 直線加減速の場合、 以下の ようになる。
Sacc=F X Tc/ 2 ここで、 Tcは加減速時定数 （加速時定数） である。
なお、上記ワークの再取り付けで発生するネジ部の位相ズレ量 (蘭）は、実 測して図示しないメモリに格納しておき t 前記演算時に前記メモリより読み込 む。またサーポ系の遅れ量 S β (腿)及び主軸回転数のパルスデ一夕の検出から演 算完了までの遅れ量 S 1は、 例えば特開昭 62-99020号公報の開示のように演算 する。 また、 加減速時定数 は、 図示しないメモリに格納しておき、 前記演算 時に前記メモリより読み込む。
そして前記求めた真の位相ズレ量 δ t に基づいて主軸角度演算部 4で、 位相 のズレ量から開始のタイミングを演算し、 開始タイミングを調整する。
なお、 開始タイミング t sの調整時間は、 以下のようにして求まる。
t s = S t/F
そしてこの t s を用いて第 5図に示すようにネジ切り開始タイミングを調整 する。
即ち、 第 5図はネジ切りの位相を補正する場合のネジ切り開始タイミングを 説明する図である。エンコーダ 9のカウンタ 1回転のカウンタ値を ENCmaxとす ると、 主軸 1回転する時間は 5 3で示される時間である。 ネジ切りでは、 位相 を合わせる必要があるので、 ここでは、 例として、 ネジ切りの開始タイミング をエンコーダ 9のフィードバックカウン夕における値 0の時、 即ち、 5 0 , 5 1， 5 2といったタイミングでネジ切りを開始すれば （サーポモー夕を起動す れば） 、 位相合わせが可能である。
再加工のためには、 このネジ切り開始タイミングを、 前記位相ズレ量を考慮 した量だけずらす必要がある。時間 t sでのエンコーダのフィードバックカウン 夕の増分量 ENC t sは、 以下のようになる。
ENC t s = S X t s/ENCmaxの余り
従って、 ネジ切り開始タイミングを ENC t sだけ早い位置、 即ち、 カウン夕値 が ENCmax— ENC t sで開始すれば、 ワークの再取り付けによる位相ズレをなくす ことができる。
このため、 第 5図のように時間 tsだけ早いタイミング 2 0、 2 1、 2 2の時 間、 即ち、 カウン夕値が ENCmax— ENCt sの位置でネジ切りを開始 （制御軸駆動 部 6に移動指令を出力し、 サーポモータ 1 0を駆動して刃物の移動を開始） す ることにより、 ネジ切り開始位置をずらすことなく、 ネジの再加工による位相 のズレを補正することができる。 ·
なお、 この実施の形態 4においても、 実施の形態 2で説明した機械的誤差を 考慮すれば、 更にネジ加工精度が向上する。 産業上の利用可能性
以上のように本発明に係るネジ切り制御方法及びその装置は、 ネジを荒加工 と仕上げ加工する場合、 一度機械より取り外したネジワークを再度機械にセッ トしてネジ加工する場合、 他の機械でネジの再仕上げ加工を行う場合等におい て使用される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

請 求 の 範 囲
1 . 主軸の回転に同期して刃物またはワークを送り軸方向に移動させてネジ切 り加工を行うネジ切り制御方法において、 少なくとも送り軸のサ一ポ軸加速時 定数に基づいてネジ切り開始タイミングを変更することを特徴とするネジ切り 制御方法。
2 . 主軸の回転に同期して刃物またはワークを送り軸方向に移動させてネジ切 り加工を行うネジ切り制御方法において、 少なくとも送り軸のサーポ軸加速時 定数及び機械的誤差に基づいてネジ切り開始タイミングを変更することを特徴 とするネジ切り制御方法。 '
3 . 主軸の回転に同期して刃物またはワークを送り軸方向に移動させてネジ切 り加工を行うネジ切り制御装置において、 送り軸のサ一ポ軸加速時定数に基づ いてネジ切り開始タイミングを変更する手段を備えてなるネジ切り制御装置。
4 . 主軸の回転に同期して刃物またはワークを送り軸方向に移動させてネジ切 り加工を行うネジ切り制御装置において、 送り軸のサーポ軸加速時定数及び機 械的誤差に基づいてネジ切り開始タイミングを変更する手段を備えてなるネジ 切り制御装置。
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