WO2021235374A1 - タップ加工を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置 - Google Patents

タップ加工を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置 Download PDF

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庸士 大西
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ファナック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a numerical control device, and more particularly to a numerical control device that controls tapping for forming a female thread on the inner surface of a prepared hole formed in a work by a fixed cycle based on a machining program.
  • tapping is known as a process for forming a female screw on the inner surface of a prepared hole formed in a work.
  • a groove is cut in the inner surface of the formed pilot hole. Therefore, if the rotation of the tap tool and the range of the cutting amount are not properly controlled, the load on the tap tool becomes excessive and the tap tool breaks. There was a problem of doing it.
  • Patent Document 1 discloses a tap processing control device for a machine tool using a digital spindle motor controlled by a digital control circuit as a spindle motor.
  • the tap processing control device feedback-controls the position of the digital spindle motor based on the feedback signal from the pulse coder output according to the rotation of the digital spindle motor, and outputs the speed command to the digital control circuit. It has the means. Then, the tapping processing control device linearly interpolates the digital control circuit of the digital spindle motor and the servo circuit of the servo motor that moves the tool in the axial direction by an interpolation circuit according to the pitch amount of the screw to be processed.
  • the digital spindle motor and the servo motor are driven in synchronization with each other to distribute the pulse, and the digital spindle motor and the servo motor are rotated in the normal direction to perform tap processing by a certain amount, and then the digital spindle motor and the servo motor are performed. Is reversed, and the tap processing control is performed by a fixed cycle in which the reciprocating operation of retreating the tap by a distance less than the fixed amount is repeated. According to this tapping control technology, chips are eliminated from the tapped holes, the resistance applied to the tapping tool is reduced, and tapping is facilitated, so that the tapping tool is less likely to break. Has been done.
  • the number of cuts and the number of cuts are made when the cutting operation by the machining tool is divided into multiple times in order to reduce the load applied to the machining tool.
  • the distance of the return operation of the machining tool becomes long, which may increase the execution time of the entire machining. That is, if the depth of cut each time is increased, the return stroke after machining is simply lengthened, so that the return time of the machining tool becomes long.
  • the problem that the entire machining time becomes long becomes more remarkable.
  • the total feed movement amount of the tap tool is reduced by adjusting the execution order of each step or the depth of cut in each step, and as a result, the tap tool is fixed.
  • the fixed cycle calculation unit includes a fixed cycle calculation unit that analyzes the data and generates a command data string including a plurality of command data based on the analysis result, and the fixed cycle calculation unit is the entire tap tool for the work commanded by the fixed cycle command.
  • the surplus amount calculation unit that calculates the surplus notch amount based on the notch amount of the tap tool and the notch amount of the tap tool once for the work, and the feed movement of the tap tool according to the command data string based on the surplus cut amount.
  • a command data string adjusting unit that adjusts the order or cut amount of command data included in the command data string so that the total amount is reduced is included.
  • the command data string adjusting unit may include an order changing unit that changes the order of the command data included in the command data string so that the command data for commanding the cutting feed of the excess cut amount is executed first. ..
  • the command data string adjusting unit commands the cutting feed with the cutting amount of one tap tool for the work commanded by the fixed cycle command.
  • a surplus amount redistribution unit for distributing the surplus cut amount may be provided for the data.
  • the command data string adjusting unit measures the load torque of the spindle motor to which the tap tool is attached when the last command data of the command data string is executed, and the range in which the load torque does not exceed a preset torque threshold value.
  • the surplus amount redistribution unit may be provided by adding the surplus cut amount to the cut amount of the last command data.
  • the moving distance of the return operation of the tap tool can be shortened without the operator consciously changing the cutting amount. Therefore, as a result, the execution time for the control of tapping can be shortened. Further, since the remaining steps are redistributed if they can be redistributed, the number of cuts in the fixed cycle can be reduced as compared with the conventional operation, and the execution time can be further shortened.
  • FIG. 1A It is a figure which shows the cutting operation when the cutting amount q'of the remainder step is distributed to the normal cutting amount q. It is the same as FIG. 1A, and is the figure which shows the cutting operation by a tap processing cycle command when the remainder step is executed as the last step. It is a figure which shows the cutting operation when the cutting amount q'of the remainder step is added to the normal cutting amount q of the last block. It is a figure which shows the main part structure of the numerical control apparatus by one Embodiment of this invention. It is a figure which shows the schematic function of the numerical control apparatus by one Embodiment of this invention. It is a schematic flowchart which shows the operation when the execution order of each step of a fixed cycle is adjusted.
  • the numerical control device of the present invention executes the execution order of each step of the fixed cycle or each step when executing the fixed cycle command in the control of tapping for forming a female thread on the inner surface of the prepared hole formed in the workpiece by the fixed cycle.
  • the depth of cut in the tap tool so that the amount of movement of the tap tool is the shortest, the execution time of the fixed cycle is shortened as a result.
  • a prepared hole having a predetermined depth is formed in advance on the work, and a female screw is formed on the inner surface of the prepared hole with a tap tool. This includes the case of using a drill tap tool in which a drill for drilling and a tap for threading are integrally formed, and a case where a pilot hole is formed by a drill and a thread is cut by a tap at the same time with one cut.
  • FIGS. 1A to 4B exemplify a case where a prepared hole PH having a predetermined depth is formed in the work W in advance in controlling tapping, and a tap tool that rotates coaxially with the prepared hole PH.
  • a female screw having a screw depth z is formed on the inner surface of the prepared hole PH.
  • the rotary motor that rotates the tap tool T and the feed motor that feeds the tap tool T are synchronously controlled.
  • the tap tool T is rotated forward at the time of cutting feed for forming the female screw, and the tap tool T is reversed at the time of returning the tool to return the tap tool T to the return point Pr.
  • FIG. 1A shows the cutting operation of the tap tool according to the tapping cycle command when the cutting amount q (the cutting amount in the remainder step is q') and the remainder step is executed as the last step.
  • the machining cycle of tapping shown in FIG. 1A performs the following operations. Operation 1: Fast forward the tap tool T from the start point Ps to the return point Pr. Operation 2: While rotating the tap tool T in the normal direction, the tap tool T is fed at a constant cutting speed by the depth of cut q from the return point Pr. Operation 3: In order to temporarily remove the load of the tap tool T, the tap tool T is reversed and returned to the return point Pr at the same speed as at the time of cutting.
  • Operation 4 The tap tool T is fed at a constant cutting speed from the return point Pr while rotating the tap tool T in the normal direction with the cutting amount 2q added by the cutting amount q from the previous cutting depth.
  • Operation 5 While reversing the tap tool T, the tap tool T returns to the return point Pr at the same speed as when cutting.
  • Operation 6 While rotating the tap tool T in the normal direction, the tap tool T is fed at a constant cutting speed by the depth of cut 2q + q'from the return point Pr.
  • Operation 7 While reversing the tap tool T, the tap tool T returns to the return point Pr at the same speed as at the time of cutting.
  • Operation 8 Move from the return point Pr to the start point of the next machining or the origin of the tool.
  • FIG. 1B is a typical example of execution by the numerical control device of the present invention, in which the execution order is changed so that the remainder step is executed first without changing the depth of cut from FIG. 1A. ..
  • the machining cycle of tapping in a typical example of the present invention operates as follows. Operation 1: Fast forward the tap tool T from the start point Ps to the return point Pr. Operation 2: While rotating the tap tool T in the normal direction, the tap tool T is fed at a constant cutting speed by the depth of cut q'from the return point Pr. Operation 3: In order to temporarily remove the load of the tap tool T, the tap tool T is reversed and returned to the return point Pr at the same speed as at the time of cutting.
  • Operation 4 The tap tool T is fed at a constant cutting speed from the return point Pr while rotating the tap tool T in the normal direction with the cutting amount q'+ q added by the cutting amount q from the previous cutting depth.
  • Operation 5 While reversing the tap tool T, the tap tool T returns to the return point Pr at the same speed as when cutting.
  • Operation 6 While rotating the tap tool T in the normal direction, the tap tool T is fed at a constant cutting speed by the depth of cut q'+ 2q from the return point Pr.
  • Operation 7 While reversing the tap tool T, the tap tool T returns to the return point Pr at the same speed as at the time of cutting.
  • Operation 8 Move from the return point Pr to the start point of the next machining or the origin of the tool.
  • the movement amount q'in the surplus step is executed a plurality of times. It is possible to reduce the total amount of movement as compared with the case where the remainder step is executed last.
  • FIG. 2A and 2B are diagrams for explaining a modified example in which the cutting amount at each step is increased in the control of tapping by the numerical control device of the present invention.
  • FIG. 2A shows a cutting operation according to the same tapping cycle command as in FIG. 1B.
  • FIG. 2B shows a cutting operation when the cutting amount at one time is increased by a with respect to FIG. 2A.
  • a ⁇ q ′ / 2 is set.
  • the total movement amount of the tap tool T is compared.
  • the total movement amount in the case of FIG. 2A is 6q + 6q'as in the case of FIG. 1B.
  • the increment a of the cut amount per one time is set to be smaller than the cut amount q'of the remainder step.
  • the remainder step is executed first, and the cut amount for each cutting operation is increased by a smaller than the cutting amount q'of the remainder step. If so, the total amount of movement becomes smaller. As a result, it is possible to further shorten the execution time of tapping.
  • the remainder step is not executed at least last, the total movement amount of the tap tool will be smaller than when the remainder step is executed last. It is not always necessary to execute the extra steps at the very beginning, but if you execute the extra steps in the earliest possible order, the total movement amount of the tap tool will be shorter, so the extra steps will be performed as early as the situation allows. It is good to execute.
  • FIGS. 3A and 3B a method of adjusting the depth of cut in each step of the fixed cycle by the numerical control device of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • cutting is performed with the cutting amount of the tap tool T once with respect to the work W commanded by the tapping cycle command.
  • the cut amount q'in the remainder step is distributed to the command data that commands the feed.
  • FIG. 3A is the same as FIG. 1A, and shows the cutting operation by the tapping cycle command when the remainder step is executed as the last step
  • FIG. 3B shows the cutting amount q'of the remainder step as the normal cutting feed. The cutting operation when the cutting amount q is distributed is shown.
  • the total movement amount of the tap tool T is compared.
  • the total movement amount in the case of FIG. 3A is 10q + 2q'as in the case of FIG. 1A.
  • the total movement amount in the case of FIG. 3B is originally such that the cut amount q'in the remainder step is distributed by q'/ 2 with the number of cuts being 2.
  • the cut amount q'of the remainder step does not exceed the preset threshold value q1
  • the cut amount q' is distributed by the number of repetitions of the cutting feed to reduce the number of machining repetitions and the total movement amount.
  • the cut amount of the remaining step does not necessarily have to be equally distributed to the other steps, and may be added collectively to the last step, a small cut amount is used for the first step, and a large cut amount is used for the subsequent steps. The amount may be distributed.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams illustrating a method of adjusting the depth of cut in each step of a fixed cycle different from the above.
  • the load torque of the spindle motor to which the tap tool T is attached is measured at the time of executing the last command data of the command data string for commanding each cutting feed, and the load torque is set in advance.
  • the cut amount q'of the remainder step is added to the cut amount of the last command data and distributed so as not to exceed the set torque threshold Tt.
  • FIG. 4A is the same as FIG. 1A, and shows a cutting operation according to a tapping cycle command when the remainder step is executed as the last step.
  • FIG. 1A shows a cutting operation according to a tapping cycle command when the remainder step is executed as the last step.
  • FIG. 4B shows a cutting operation when the cutting amount q'of the remainder step is added to the cutting amount q of the normal cutting feed of the last block.
  • the cutting operation shown in FIG. 4B shows a cutting operation when the cutting amount q'of the remainder step is added to the cutting amount q of the normal cutting feed of the last block.
  • the total movement amount in the case of FIG. 4A is 10q + 2q'as in the case of FIG. 1A.
  • the total movement amount in the case of FIG. 4B is originally distributed by adding the cutting amount q'in the remainder step to the second cutting operation which is the final step.
  • FIG. 5 is a hardware configuration diagram showing a main part of the numerical control device according to the embodiment of the present invention.
  • the CPU 11 included in the numerical control device 1 is a processor that controls the numerical control device 1 as a whole.
  • the CPU 11 reads the system program stored in the ROM 12 via the bus 20, and controls the entire numerical control device 1 according to the system program.
  • Temporary calculation data, display data, various data input by the operator via the display / MDI unit 70, and the like are stored in the RAM 13.
  • the SRAM 14 is backed up by a battery (not shown), and is configured as a non-volatile memory in which the storage state is maintained even when the power of the numerical control device 1 is turned off.
  • a machining program to be described later, a machining program read via the interface 15, a machining program input via the display / MDI unit 70, and the like are stored in the SRAM 14. Further, various system programs for executing the editing mode processing required for creating and editing the machining program and the adjustment processing of each step of the fixed cycle described above are written in the ROM 12 in advance.
  • Various machining programs such as a machining program for executing the present invention can be input via the interface 15 and the display / MDI unit 70 and stored in the SRAM 14.
  • the interface 15 is an interface for connecting the numerical control device 1 and an external device 72 such as an adapter. Machining programs, various parameters, etc. are read from the external device 72 side. Further, the machining program edited in the numerical control device 1 can be stored in the external storage means via the external device 72.
  • the PLC (programmable logic controller) 16 is a sequence program built in the numerical control device 1 and signals to an auxiliary device of a machine tool (for example, an actuator such as a robot hand for tap tool replacement) via an I / O unit 17. Is output and controlled. Further, it receives signals from various switches of the operation panel installed in the main body of the machine tool, performs necessary signal processing, and then passes the signals to the CPU 11.
  • the display / MDI unit 70 is a manual data input device equipped with a display, a keyboard, and the like, and the interface 18 receives commands and data from the keyboard of the display / MDI unit 70 and passes them to the CPU 11.
  • the interface 19 is connected to an operation panel 71 provided with a manual pulse generator or the like.
  • the axis control circuits 30 to 32 of each axis receive the movement command amount of each axis from the CPU 11, and output the command of each axis to the servo amplifiers 40 to 42.
  • the servo amplifiers 40 to 42 receive this command and drive the servomotors 50 to 52 of each axis.
  • Servo motors 50 to 52 of each axis have a built-in position / speed detector, and the position / speed feedback signal from this position / speed detector is fed back to the axis control circuits 30 to 32 to perform position / speed feedback control. .. In the block diagram, the feedback of position and speed is omitted.
  • the spindle control circuit 60 receives a spindle rotation command to the machine tool and outputs a spindle speed signal to the spindle amplifier 61. Upon receiving this spindle speed signal, the spindle amplifier 61 rotates the spindle motor 62 of the machine tool at the commanded rotation speed to drive the tap tool.
  • a position coder 63 is coupled to the spindle motor 62 by a gear, a belt, or the like, and the position coder 63 outputs a feedback pulse in synchronization with the rotation of the spindle, and the feedback pulse is read by the CPU 11.
  • FIG. 6 shows a method of adjusting the execution order of each step in the fixed cycle of tapping or a method of adjusting the depth of cut in each step as a system program for the numerical control device 1 shown in FIG.
  • the numerical control device 1 includes a command analysis unit 100, a fixed cycle calculation unit 110, an interpolation unit 120, a servo control unit 130, a spindle command execution unit 140, and a spindle control unit 150.
  • the fixed cycle calculation unit 110 further includes a surplus calculation unit 111, and a command data sequence adjusting unit 112 including at least one of the reordering unit 113 and the surplus redistribution unit 114.
  • the command analysis unit 100 sequentially reads blocks from the divided program 200 stored in the memory and analyzes them.
  • the command analysis unit 100 creates command data that commands the movement of each axis based on the analysis result, and the created command data is used as the interpolation unit 120. Output to (broken arrow in FIG. 6).
  • the command analysis unit 100 creates spindle command data to command the spindle motor 62 based on the analysis result, and the created spindle command.
  • the data is output to the spindle command execution unit 140 (broken arrow in FIG. 6).
  • the command analysis unit 100 synchronizes the commands of the servomotors 50 to 52 of each axis and the spindle motor 62 in tapping, and the forward rotation and the reverse rotation are the same rotation and movement operations in cutting feed and tool return. It has a function to control so as to become. Further, when the analyzed block is a block that commands a fixed cycle, the command analysis unit 100 outputs the analysis result to the fixed cycle calculation unit 110.
  • the fixed cycle calculation unit 110 sequentially generates command data for commanding the path of the tap tool T based on the analysis result of the fixed cycle command received from the command analysis unit 100, and is based on each command value by the fixed cycle command. For example, a series of command data sequences such as a series of cutting feed and tool return shown in FIGS. 1A to 4B are generated.
  • the surplus amount calculation unit 111 calculates the notch amount q'of the remainder step, and the command data is based on the calculated notch amount q'of the surplus step.
  • the column adjusting unit 112 executes the adjusting method for each step of the fixed cycle described with reference to FIGS. 1A to 4B described above, and adjusts the command data string.
  • the command data sequence adjusting unit 112 includes an order changing unit 113 for executing the method of adjusting the execution order of each step illustrated in FIGS. 1A, 1B, 2A, and 2B, and FIG. 3A, FIG. 3B, FIG. 4A, and FIG. 4B. Any adjustment that includes at least one of the surplus redistribution units 114 that executes the method of adjusting the depth of cut in each step exemplified in the above, and is applicable to the fixed cycle command analyzed by the command analysis unit 100. Adjust the command data string by executing the method. When the command data string adjusting unit 112 can execute a plurality of adjusting methods, the command data string adjusting unit 112 may select the adjusting method that can shorten the execution time of the fixed cycle most among the respective adjusting methods.
  • the interpolation unit 120 uses an interpolation cycle to input points on the command path commanded by the command data (column) based on the command data output by the command analysis unit 100 or the command data sequence output by the fixed cycle calculation unit 110. After generating the interpolation data calculated by interpolation, acceleration / deceleration processing is performed on the interpolation data to adjust the speed of each drive axis for each interpolation cycle, and the interpolation data adjusted for acceleration / deceleration is used in the servo control unit 130. Output to. In particular, in tapping, the moving speeds during normal rotation due to cutting feed and reverse rotation due to tool return are controlled to have the same ratio in synchronization with the rotation speed of the tap tool T. Then, the servo control unit 130 controls the drive units (servo motors 50 to 52) of each axis of the machine to be controlled based on the output of the interpolation unit 120 via the servo amplifiers 40 to 42.
  • the spindle command execution unit 140 rotates the spindle motor commanded by the spindle command data (column) based on the spindle command data output by the command analysis unit 100 or the spindle command data string output by the fixed cycle calculation unit 110. (Forward rotation and reverse rotation) -Generates data related to stoppage and outputs it to the spindle control unit 150. Then, the spindle control unit 150 controls the spindle motor 62 included in the machine to be controlled based on the output of the spindle command execution unit 140 via the spindle amplifier 61.
  • FIG. 7 is a schematic flowchart showing the operation flow of the fixed cycle calculation unit 110 when the execution order of each step of the fixed cycle of tapping is adjusted by the order changing unit 113. Also in FIG. 7, a case where a pilot hole PH is formed in advance in the work W is illustrated.
  • the surplus amount calculation unit 111 calculates the quotient (number of repetitions) m and the remainder q'by dividing the screw depth z from the return point Pr commanded by the block of the fixed cycle to the screw bottom by the depth of cut q. And temporarily store it in memory.
  • the initial value of the number of cuts n by the cut amount q is set to 0.
  • the order changing unit 113 first commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for fast-forwarding the tap tool T from the start point Ps to the machining position (return point Pr).
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • the order changing unit 113 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for cutting and feeding the work W by the depth of cut q'while rotating the tap tool T in the normal direction. do.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • the order changing unit 113 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • the order changing unit 113 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for cutting and feeding the work by the depth of cut q while rotating the tap tool T in the normal direction.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • the order changing unit 113 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • the order changing unit 113 adds 1 to the value of n.
  • the order changing unit 113 causes the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for cutting and feeding the work by the above-mentioned new cutting amount while rotating the tap tool T in the normal direction. Command.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • the order changing unit 113 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the order change unit 113.
  • n be the value obtained by adding 1 to n.
  • FIG. 8 shows an operation flow of the fixed cycle calculation unit 110 when the surplus amount reallocation unit 114 adjusts the cut amount (equal distribution) in each step of the fixed cycle of tapping using the cut amount threshold value q1.
  • It is a schematic flow chart which shows. As in the case of FIG. 7, a case where a pilot hole PH is formed in advance in the work W is illustrated.
  • the surplus amount calculation unit 111 calculates the screw depth z from the return point Pr commanded by the block of the fixed cycle to the screw bottom as the quotient (number of repetitions) m obtained by dividing the screw depth z by the depth of cut q and the remainder q'. And temporarily store it in memory.
  • Step SB02 The initial value of the number of cuts n according to the cut amount q is set to 0.
  • the surplus amount reallocation unit 114 determines whether or not the cut amount q'of the surplus step calculated in step SB01 is smaller than the preset cut threshold value q1.
  • the surplus amount reallocation unit 114 first commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for fast-forwarding the tap tool T from the start point Ps to the machining position (return point Pr).
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 is a fixed cycle calculation unit so as to output command data for cutting the work by the depth of cut q + q'/ m while rotating the tap tool T in the normal direction. Command 110.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus reallocation unit 114 adds 1 to the value of n.
  • the surplus amount reallocation unit 114 is a fixed cycle calculation unit so as to output command data for cutting and feeding the work by the above-mentioned new depth of cut while rotating the tap tool T in the normal direction.
  • Command 110 The fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • n be the value obtained by adding 1 to n.
  • 9A and 9B show a fixed cycle calculation when the surplus amount reallocation unit 114 adjusts the depth of cut in each step in the fixed cycle of tapping using the torque threshold value Tt of the load torque of the spindle motor 62. It is a schematic flowchart which shows the flow of operation of a part 110. As in the case of FIG. 7, a case where a pilot hole PH is formed in advance in the work W is illustrated.
  • the surplus amount reallocation unit 114 executes the operation until immediately before distributing the surplus amount (that is, the number of repetitions m-1 immediately before the number of repetitions m).
  • the surplus amount calculation unit 111 calculates the screw depth z from the return point Pr commanded by the block of the fixed cycle to the screw bottom as the quotient (number of repetitions) m obtained by dividing the screw depth z by the depth of cut q and the remainder q'. And temporarily store it in memory.
  • the initial value of the number of cuts n by the cut amount q is set to 0.
  • the surplus amount reallocation unit 114 first commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for fast-forwarding the tap tool T from the start point Ps to the machining position (return point Pr).
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 causes the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for cutting and feeding the work by the depth of cut q'while rotating the tap tool T in the normal direction. Command.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • Step SC06 The surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T, and ends this process.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 is a fixed cycle calculation unit so as to output command data for cutting feed to cut the new cut amount to the work while rotating the tap tool T in the normal direction.
  • Command 110 The fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • n be the value obtained by adding 1 to n.
  • the surplus amount reallocation unit 114 executes an operation with the final number of iterations n for distributing the surplus amount.
  • the surplus amount reallocation unit 114 causes the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for cutting and feeding the work by the depth of cut q + q'while rotating the tap tool T in the normal direction. The command is given and the process proceeds to step SC18.
  • the fixed cycle calculation unit 110 starts outputting command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 measures the value of the load torque of the spindle motor 62 fed back from the spindle amplifier 61.
  • Step SC19 The surplus amount reallocation unit 114 determines whether or not the load torque value of the spindle motor 62 measured in step SC18 exceeds a preset torque threshold value Tt. If the load torque value does not exceed the preset torque threshold value Tt, the process shifts to step SC20, and if it exceeds, the process shifts to step SC21. [Step SC20] The surplus amount reallocation unit 114 determines whether or not the cutting feed operation executed in step SC17 is completed based on the command data output from the fixed cycle calculation unit 110. When the cutting feed operation is completed, the process shifts to step SC24, and when it is not completed, the process returns to step SC18 to continue measuring the load torque of the spindle motor 62.
  • Step SC21 The surplus amount reallocation unit 114 instructs the interpolation unit 120 to interrupt the cutting feed operation.
  • Step SC22 The surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • Step SC23 The surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for cutting and feeding the work to the bottom of the hole while rotating the tap tool T in the normal direction. ,
  • the process proceeds to step SC24.
  • the fixed cycle calculation unit 110 starts outputting command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the surplus amount reallocation unit 114 commands the fixed cycle calculation unit 110 to output command data for returning the tool to the return point Pr while reversing the tap tool T.
  • the fixed cycle calculation unit 110 outputs command data according to the command of the surplus amount reallocation unit 114.
  • the moving distance of the return operation of the tap tool can be shortened without the operator consciously changing the cutting amount, as compared with the conventional operation. Therefore, as a result, the execution time for the control of tapping can be shortened. Further, even if the number of cutting operations does not change when the cutting amount is increased, the total moving distance is shortened, and as a result, the total execution time by tapping can be shortened. Further, since the remaining steps are redistributed if they can be redistributed, the number of cuts in the fixed cycle can be reduced as compared with the conventional operation, and the execution time can be further shortened.

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Abstract

数値制御装置（１）は、指令解析部（１００）により加工プログラム（２００）に含まれる固定サイクル指令を解析し、固定サイクル演算部（１１０）に解析結果を出力する。固定サイクル演算部（１１０）は、解析結果に基づいて複数の指令データを含む指令データ列を生成する。固定サイクル演算部（１１０）は、固定サイクル指令により指令されるワークに対するタップ工具の全体の切込み量およびワークに対する１回のタップ工具の切込み量に基づいて余りの切込み量を算出する余量算出部（１１１）と、余りの切込み量に基づいて、指令データ列によるタップ工具の送り移動量の合計が少なくなるように、指令データ列に含まれる指令データの順番または切込み量を調整する指令データ列調整部（１１２）と、を含む。

Description

タップ加工を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置
　本発明は、数値制御装置に関し、特に固定サイクルによりワークに形成した下穴の内面に雌ネジを形成するタップ加工を、加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置に関する。
　従来、ワークに形成した下穴の内面に雌ネジを形成する加工として、タップ加工が知られている。タップ加工では、形成した下穴の内面に溝を切り込む加工を行うため、タップ工具の回転と切り込み量の範囲を適切に制御しないと、タップ工具への負荷が過大となって、タップ工具が折損してしまうという問題があった。
　こうしたタップ工具の折損を抑制するために、例えば特許文献１には、主軸モータに、デジタル制御回路によって制御されるデジタルスピンドルモータを使用した工作機械のタップ加工制御装置が開示されている。前記タップ加工制御装置は、前記デジタルスピンドルモータの回転に応じて出力するパルスコーダからのフィードバック信号に基づいて、該デジタルスピンドルモータの位置をフィードバック制御し、速度指令を前記デジタル制御回路へ出力する位置制御手段を備えている。そして、前記タッピング加工制御装置は、前記デジタルスピンドルモータのデジタル制御回路、及び、工具を軸方向に移動させるサーボモータのサーボ回路へ、加工するねじのピッチ量に応じて、補間回路により直線補間してパルス分配し、前記デジタルスピンドルモータと前記サーボモータを同期して駆動し、前記デジタルスピンドルモータと前記サーボモータを正転させてタップ加工を一定量行い、その後、前記デジタルスピンドルモータと前記サーボモータを逆転させて、前記一定量より少ない距離だけタップを後退させる往復動作を繰り返し行う固定サイクルによりタップ加工制御を行う。
このタップ加工制御技術によれば、タップ加工した穴から切屑が排除されて、タップ工具に加わる抵抗を少なくし、タップ加工を容易にしたため、タップ工具が折れることが少なくなるとの効果が得られるとされている。
特開昭６２－２２４５２０号公報
　タップ加工に限らず、例えば固定サイクルによるドリル加工によってワークに穴あけを行う場合では、加工工具に掛かる負荷を低減するために、加工工具による切込み動作を複数回に分けたときに、切込み回数と切込み量の組合せにより、加工工具の戻り動作の距離が長くなることで、加工全体の実行時間が長くなってしまうことがある。すなわち、１回ごとの切込み量を大きくすると、加工後の戻りのストロークが単純に長くなることから、加工工具の戻り時間が長くなる。特にタップ加工のように、タップ工具の戻り動作においてもタップ工具の回転と移動を同期する必要がある場合には、全体の加工時間が長くなる問題がより顕著に現れる。
　これらの経緯から、固定サイクルによるタップ加工の制御において、加工時間の増大を抑制できる数値制御装置が求められている。
　本発明では、固定サイクルによるタップ加工の制御において、各ステップの実行順序の調整、または各ステップにおける切込み量の調整を行うことにより、タップ工具の送り移動量の合計を小さくし、結果として、固定サイクル全体の実行時間を短縮する機能を数値制御装置に設けることにより、上記課題を解決する。
　そして、本発明による数値制御装置の一態様は、固定サイクルによりワークに形成した下穴の内面に雌ネジを形成するタップ加工を加工プログラムに基づいて制御し、前記加工プログラムに含まれる固定サイクル指令を解析し、解析結果に基づいて複数の指令データを含む指令データ列を生成する固定サイクル演算部を備え、前記固定サイクル演算部は、前記固定サイクル指令により指令される前記ワークに対するタップ工具の全体の切込み量およびワークに対する１回のタップ工具の切込み量に基づいて余りの切込み量を算出する余量算出部と、前記余りの切込み量に基づいて、前記指令データ列による前記タップ工具の送り移動量の合計が少なくなるように前記指令データ列に含まれる指令データの順番または切込み量を調整する指令データ列調整部と、を含む。
　前記指令データ列調整部は、前記余りの切込み量の切削送りを指令する指令データを最初に実行するように前記指令データ列に含まれる指令データの順番を変更する順序変更部を備えてもよい。
　前記指令データ列調整部は、前記余りの切込み量が予め設定された切込み閾値を越えない場合、前記固定サイクル指令により指令されるワークに対する１回のタップ工具の切込み量で切削送りを指令する指令データに対して、前記余りの切込み量を分配する余量再配分部を備えてもよい。
　前記指令データ列調整部は、前記指令データ列の最後の指令データの実行時に前記タップ工具が取り付けられた主軸モータの負荷トルクを計測し、前記負荷トルクが予め設定されたトルク閾値を越えない範囲で前記最後の指令データの切込み量に対して前記余りの切込み量を上乗せする余量再配分部を備えてもよい。
　本発明により、従来動作と比べて、オペレータが意識して切込み量を変更しなくとも、タップ工具の戻り動作の移動距離を短くすることができる。このため、結果としてタップ加工の制御に対する実行時間を短縮することができる。また、余りステップを再分配可能であれば再分配するので、従来動作に比べて固定サイクルの切込み回数を減らすことができ、実行時間をさらに短縮することができる。
数値制御装置が制御する固定サイクルの各ステップの実行順序の調整方法を説明する図である（余りステップを最後のステップとして実行）。 本発明の数値制御装置が制御する固定サイクルの各ステップの実行順序の調整方法を説明する図である（余りステップを最初のステップとして実行）。 図１Ａと同一のタップ加工サイクル指令による切込み動作を示す図である。 本発明の数値制御装置によるタップ加工の制御において、図２Ａに対して各ステップの切込み量を大きくした場合を説明する図である。 図１Ａと同一で、余りステップを最後のステップとして実行した場合のタップ加工サイクル指令による切込み動作を示す図である。 余りステップの切込量ｑ’を通常の切込量ｑに分配した場合の切込み動作を示す図である。 図１Ａと同一で、余りステップを最後のステップとして実行した場合のタップ加工サイクル指令による切込み動作を示す図である。 余りステップの切込量ｑ’を最後のブロックの通常の切込量ｑに加えた場合の切込み動作を示す図である。 本発明の一実施形態による数値制御装置の要部構成を示す図である。 本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能を示す図である。 固定サイクルの各ステッのプの実行順序の調整を行う場合の動作を示す概略的なフローチャートである。 固定サイクルの各ステップにおける切込み量の調整（等分配）を、切込み閾値を用いて行う場合の動作を示す概略的なフローチャートである。 固定サイクルの各ステップにおける切込み量の調整を、主軸モータのトルク閾値を用いて行う場合の動作を示す概略的なフローチャート（１）である。 固定サイクルの各ステップにおける切込み量の調整を、主軸モータのトルク閾値を用いて行う場合の動作を示す概略的なフローチャート（２）である。
　以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
　本発明の数値制御装置は、固定サイクルによるワークに形成した下穴の内面に雌ネジを形成するタップ加工の制御における固定サイクル指令を実行する際に、固定サイクルの各ステップの実行順序または各ステップにおける切込み量を、タップ工具の移動量が最短となるように調整することにより、結果として固定サイクルの実行時間を短縮する。
　なお、「ワークに形成した下穴の内面に雌ネジを形成する」動作には、ワークに予め所定深さの下穴を形成しておき、その下穴の内面にタップ工具で雌ネジを形成する場合や、穴あけするドリルとネジ切りするタップを一体に形成したドリルタップ工具を用いて、ドリルによる下穴形成とタップによるネジ切り加工を１度の切込みで同時に行う場合等が含まれる。
　図１Ａ，図１Ｂ、図２Ａ，図２Ｂ、図３Ａ，図３Ｂ、図４Ａ，及び、図４Ｂを用いて、本発明の数値制御装置によって実行される固定サイクルの各ステップの実行順序の調整方法を説明する。
　なお、図１Ａ～図４Ｂは、タップ加工の制御を行うにあたり、ワークＷには予め所定深さの下穴ＰＨを形成した場合を例示しており、前記下穴ＰＨと同軸に回転するタップ工具Ｔで切り込むことにより、下穴ＰＨの内面にネジ深さｚの雌ネジを形成する。
　また、タップ加工においては、タップ工具Ｔを回転させる回転モータとタップ工具Ｔを送る送りモータとを同期制御する。そのタップ加工の一例として、雌ネジを形成する切削送り時にはタップ工具Ｔを正転させ、タップ工具Ｔを復帰点Ｐｒに戻す工具戻り時にはタップ工具Ｔを逆転させる。
＜第１の実施形態＞
　図１Ａは、切込み量ｑ（余りステップにおける切込み量はｑ’）としたときに、余りステップを最後のステップとして実施した場合の、タップ加工サイクル指令によるタップ工具の切込み動作を示している。図１Ａに示すタップ加工の加工サイクルは、以下のような動作を行う。
動作１：開始点Ｐｓから復帰点Ｐｒまでタップ工具Ｔを早送りする。
動作２：タップ工具Ｔを正転させつつ、復帰点Ｐｒから切込み量ｑだけタップ工具Ｔを一定の切削速度で送る。
動作３：タップ工具Ｔの負荷を一時的に抜くために、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒまで切込み時と同一の速度で戻る。
動作４：前回の切込み深さからさらに切込み量ｑだけ追加した切込み量２ｑで、タップ工具Ｔを正転させつつ、復帰点Ｐｒからタップ工具Ｔを一定の切削速度で送る。
動作５：タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒまで切込み時と同一の速度で戻る。
動作６：タップ工具Ｔを正転させつつ、復帰点Ｐｒから切込み量２ｑ＋ｑ’だけタップ工具Ｔを一定の切削速度で送る。
動作７：タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒまで切込み時と同一の速度で戻る。
動作８：復帰点Ｐｒから次の加工の開始点あるいは工具原点に移動する。
　一方、図１Ｂは、本発明の数値制御装置が実行する代表的な一例であり、図１Ａから切込み量は変更せずに、余りステップを最初に実行するように実行順序を変更したものである。本発明の代表的な一例におけるタップ加工の加工サイクルは、以下のような動作を行う。
動作１：開始点Ｐｓから復帰点Ｐｒまでタップ工具Ｔを早送りする。
動作２：タップ工具Ｔを正転させつつ、復帰点Ｐｒから切込み量ｑ’だけタップ工具Ｔを一定の切削速度で送る。
動作３：タップ工具Ｔの負荷を一時的に抜くために、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒまで切込み時と同一の速度で戻る。
動作４：前回の切込み深さからさらに切込み量ｑだけ追加した切込み量ｑ’＋ｑで、タップ工具Ｔを正転させつつ、復帰点Ｐｒからタップ工具Ｔを一定の切削速度で送る。
動作５：タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒまで切込み時と同一の速度で戻る。
動作６：タップ工具Ｔを正転させつつ、復帰点Ｐｒから切込み量ｑ’＋２ｑだけタップ工具Ｔを一定の切削速度で送る。
動作７：タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒまで切込み時と同一の速度で戻る。
動作８：復帰点Ｐｒから次の加工の開始点あるいは工具原点に移動する。
　ここで、図１Ａ及び図１Ｂの場合それぞれでのタップ工具Ｔの総移動量を比較すると、図１Ａの場合は、
　（総移動量）＝２×｛ｑ＋２ｑ＋（２ｑ＋ｑ’）｝＝１０ｑ＋２ｑ’
となる。これに対して、図１Ｂの場合は、
　（総移動量）＝２×｛ｑ’＋（ｑ’＋ｑ）＋（ｑ’＋２ｑ）｝＝６ｑ＋６ｑ’
となる。
　このとき、移動量ｑ’は余りステップの移動量であるから、ｑ＞ｑ’となる。そのため、図１Ｂに示す総移動量は図１Ａに示す総移動量よりも小さくなる。
　すなわち、タップ加工の加工サイクルにおいて、余りステップを少なくとも下穴ＰＨの深さに対応する最後のステップとして実行しなければ、当該余りステップでの移動量ｑ’を複数回実行することとなるため、余りステップを最後に実行する場合に比べて総移動量を小さくすることが可能となる。
　図２Ａ，図２Ｂは、本発明の数値制御装置によるタップ加工の制御において、各ステップでの切込み量を大きくした変形例について説明する図である。
　図２Ａは、図１Ｂと同一のタップ加工サイクル指令による切込み動作を示している。また、図２Ｂは、図２Ａに対して１回の切込み量をａだけ大きくした場合の切込み動作を示している。ただし、ａ≦ｑ’／２とする。
　このとき、図２Ａ及び図２Ｂの場合それぞれでのタップ工具Ｔの総移動量を比較する。図２Ａの場合の総移動量は、図１Ｂの場合と同様に６ｑ＋６ｑ’である。これに対して、図２Ｂの場合の総移動量は、
　（総移動量）＝２×｛（ｑ’－２ａ）＋（ｑ’－２ａ＋ｑ＋ａ）＋（ｑ’－２ａ＋ｑ＋ａ＋ｑ＋ａ）｝＝６ｑ＋６（ｑ’－ａ）
となる。
　ここで、１回あたりの切込み量の増分ａは余りステップの切込み量ｑ’よりも小さく設定されている。このため、上記の方法により固定サイクルの各ステップの実行順序を調整して余りステップを最初に実行し、１回の切込み動作ごとの切込み量を余りステップの切込み量ｑ’より小さいａだけ増加させた場合、さらに総移動量が小さくなる。その結果、タップ加工の実行時間をさらに短縮することが可能となる。
　なお、複数回の工具戻りを含む加工ステップの制御において、余りステップは少なくとも最後に実行しないようにすれば、余りステップを最後に実行した場合と比較してタップ工具の総移動量は小さくなるので、必ずしも一番最初に余りステップを実行する必要はないが、なるべく早い順番で余りステップを実行するようにした方がタップ工具の総移動量は短くなるため、状況が許す限り早い段階で余りステップを実行するようにするとよい。
＜第２の実施形態＞
　次に、図３Ａ，図３Ｂを用いて本発明の数値制御装置による固定サイクルの各ステップにおける切込み量の調整方法を説明する。
　第２の実施形態では、余りステップでの切込み量ｑ’が予め設定された切込み閾値ｑ１を越えない場合、タップ加工サイクル指令により指令されるワークWに対する１回のタップ工具Ｔの切込み量で切削送りを指令する指令データに対して、余りステップでの切込み量ｑ’を分配する。
　図３Ａは、図１Ａと同一で、余りステップを最後のステップとして実行した場合のタップ加工サイクル指令による切込み動作を示しており、図３Ｂは、余りステップの切込み量ｑ’を通常の切削送りの切込み量ｑに分配した場合の切込み動作を示している。
　このとき、図３Ａ及び図３Ｂの場合それぞれでのタップ工具Ｔの総移動量を比較する。図３Ａの場合の総移動量は、図１Ａの場合と同様に１０ｑ＋２ｑ’である。これに対して、図３Ｂの場合の総移動量は、本来であれば余りステップでの切込み量ｑ’は、切込み回数を２としてｑ’／２ずつ分配されるため、
　（総移動量）＝２×｛（ｑ＋ｑ’／２）＋２×（ｑ＋ｑ’／２）｝＝６ｑ＋３ｑ’となる。
　このように、余りステップの切込み量ｑ’が予め設定された閾値ｑ１を越えない場合、当該切込み量ｑ’を切削送りの繰り返し数で分配することにより、加工繰り返し回数を削減して総移動量を小さくし、結果として実行時間を短縮することが可能となる。
　なお、余りステップの切込み量は必ずしも他のステップに等しく分配する必要はなく、最後のステップにまとめて追加してもよいし、最初のステップには少ない切込み量を、後のステップには多い切込み量を分配してもよい。
＜第３の実施形態＞
　図４Ａ，図４Ｂは、上記とは異なる固定サイクルの各ステップにおける切込み量の調整方法を説明する図である。
　第３の実施形態では、１回ごとの切削送りを指令する指令データ列の最後の指令データの実行時において、タップ工具Ｔが取り付けられた主軸モータの負荷トルクを計測し、当該負荷トルクが予め設定されたトルク閾値Ｔｔを越えない範囲となるように、最後の指令データの切込み量に対して余りステップの切込み量ｑ’を上乗せして分配する。
　図４Ａは、図１Ａと同一で、余りステップを最後のステップとして実行した場合のタップ加工サイクル指令による切込み動作を示している。図４Ｂは、余りステップの切込み量ｑ’を最後のブロックの通常の切削送りの切込み量ｑに加えた場合の切込み動作を示している。
　ここで、図４Ｂに示す切込み動作では、その一例として、最後のステップである２回目の切込み動作時に負荷トルクがトルク閾値Ｔｔを越えない場合は、切込み量に関わらず、切込み動作を続行するようにする。
　これにより、余りステップが十分に小さければ、穴底に到達するまで負荷トルクはトルク閾値Ｔｔを越えず、図４Ｂに示すように２回目の切込み動作で穴底までの雌ネジの形成が可能になる。
　このとき、図４Ａ及び図４Ｂの場合それぞれでのタップ工具Ｔの総移動量を比較すると、図４Ａの場合の総移動量は、図１Ａの場合と同様に１０ｑ＋２ｑ’である。これに対して、図４Ｂの場合の総移動量は、本来であれば余りステップでの切込み量ｑ’を最後のステップである２回目の切込み動作に追加して分配されるため、
　（総移動量）＝２×｛ｑ＋（２ｑ＋ｑ’）｝＝６ｑ＋２ｑ’
となる。
　このように、加工サイクルの最後のステップを実施中の負荷トルクが所定のトルク閾値Ｔｔを越えていない場合、余りステップの切込み量ｑ’を当該最後のステップにおける切削送りに追加して分配することにより、加工ステップでの総移動量を小さくし、結果として実行時間を短縮することが可能となる。
　以下では、上記のタップ加工の固定サイクルにおける各ステップの実行順序の調整方法または各ステップにおける切込み量の調整方法を実装した数値制御装置の構成について説明する。
　図５は、本発明の一実施形態による数値制御装置の要部を示すハードウェア構成図である。数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。
　ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを、バス２０を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。
　ＳＲＡＭ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＳＲＡＭ１４中には、インタフェース１５を介して読み込まれた後述する加工プログラムや表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。
　また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や上記した固定サイクルの各ステップの調整処理を実行するための各種のシステムプログラムが予め書き込まれている。
　本発明を実行する加工プログラム等の各種加工プログラムはインタフェース１５や表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力し、ＳＲＡＭ１４に格納することができる。
　インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２との接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。
　また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械の補助装置（例えば、タップ工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。
　さらに、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
　表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。
　各軸の軸制御回路３０～３２はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０～４２に出力する。サーボアンプ４０～４２はこの指令を受けて、各軸のサーボモータ５０～５２を駆動する。
　各軸のサーボモータ５０～５２は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０～３２にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、ブロック図では、位置・速度のフィードバックについては省略している。
　スピンドル制御回路６０は、工作機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械の主軸モータ６２を指令された回転速度で回転させ、タップ工具を駆動する。
　主軸モータ６２には歯車あるいはベルト等でポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
　図６は、上記のタップ加工の固定サイクルにおける各ステップの実行順序の調整方法、または、各ステップにおける切込み量の調整方法を、図５に示した数値制御装置１に対してシステムプログラムとして実装した場合の、概略的な機能ブロック図を示している。
　数値制御装置１は、指令解析部１００、固定サイクル演算部１１０、補間部１２０、サーボ制御部１３０、スピンドル指令実行部１４０、スピンドル制御部１５０を備える。
　また、固定サイクル演算部１１０は、余量算出部１１１、および順序変更部１１３と余量再配分部１１４との少なくともいずれかを含む指令データ列調整部１１２をさらに備える。
　指令解析部１００は、メモリに記憶される分割されたプログラム２００からブロックを順次読み出して解析する。指令解析部１００は、解析したブロックが通常の移動を指令するブロックである場合には、解析結果に基づいて各軸の移動を指令する指令データを作成し、作成した該指令データを補間部１２０へと出力する（図６中の破線矢印）。
　また、指令解析部１００は、解析したブロックが主軸モータ６２の回転を指令するブロックである場合には、解析結果に基づいて主軸モータ６２に指令する主軸指令データを作成し、作成した該主軸指令データをスピンドル指令実行部１４０へと出力する（図６中の破線矢印）。
　このとき、指令解析部１００は、タップ加工における各軸のサーボモータ５０～５２と主軸モータ６２との指令を同期させて、切削送り及び工具戻りにおいて正転及び逆転が同一の回転及び移動動作となるように制御する機能を有する。
　また、指令解析部１００は、解析したブロックが固定サイクルを指令するブロックである場合には、解析結果を固定サイクル演算部１１０へと出力する。
　固定サイクル演算部１１０は、指令解析部１００から受け付けた固定サイクル指令の解析結果に基づいて、タップ工具Ｔの経路を指令する指令データを順次生成するとともに、固定サイクル指令による各指令値に基づいて、例えば図１Ａ～図４Ｂに示した一連の切削送り及び工具戻り等の指令データ列を生成する。
　このとき、固定サイクル演算部１１０は、指令データ列を生成する際、余量算出部１１１により余りステップの切込み量ｑ’を算出し、算出した余りステップの切込み量ｑ’に基づいて、指令データ列調整部１１２が前掲した図１Ａ～図４Ｂを用いて説明した固定サイクルの各ステップの調整方法を実行し、指令データ列の調整を行う。
　指令データ列調整部１１２は、図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ，図２Ｂに例示した各ステップの実行順序の調整方法を実行する順序変更部１１３と、図３Ａ，図３Ｂ，図４Ａ，図４Ｂに例示した各ステップにおける切込み量の調整方法を実行する余量再配分部１１４との少なくともいずれかを含んでおり、指令解析部１００が解析した固定サイクル指令に対して適用可能ないずれかの調整方法を実行することにより指令データ列の調整を行う。
　指令データ列調整部１１２は、複数の調整方法を実行可能である場合には、それぞれの調整方法の内で、固定サイクルの実行時間を最も短縮できる調整方法を選択するようにしても良い。
　補間部１２０は、指令解析部１００が出力した指令データ、または固定サイクル演算部１１０が出力した指令データ列に基づいて、該指令データ（列）により指令される指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成した上で、該補間データに対して補間周期毎の各駆動軸の速度を調整する加減速処理を行い、加減速の調整が為された補間データをサーボ制御部１３０へ出力する。
　特に、タップ加工においては、切削送りによる正転時と工具戻りによる逆転時の移動速度は、タップ工具Ｔの回転速度と同期して同一の比率となるように制御される。
　そして、サーボ制御部１３０は、補間部１２０の出力に基づいて制御対象となる機械の各軸の駆動部（サーボモータ５０～５２）をサーボアンプ４０～４２を介して制御する。
　スピンドル指令実行部１４０は、指令解析部１００が出力した主軸指令データ、または固定サイクル演算部１１０が出力した主軸指令データ列に基づいて、該主軸指令データ（列）により指令される主軸モータの回転（正転及び逆転）・停止に係るデータを生成し、スピンドル制御部１５０へと出力する。
　そして、スピンドル制御部１５０はスピンドル指令実行部１４０の出力に基づいて制御対象となる機械が備える主軸モータ６２を、スピンドルアンプ６１を介して制御する。
　図７は、順序変更部１１３によりタップ加工の固定サイクルの各ステップの実行順序の調整を行う場合の固定サイクル演算部１１０の動作の流れを示す概略的なフローチャートである。なお、図７においても、ワークＷには予め下穴ＰＨが形成されている場合を例示する。
［ステップＳＡ０１］余量算出部１１１は、固定サイクルのブロックで指令される復帰点Ｐｒからネジ底までのネジ深さｚを切込み量ｑで割った商（繰り返し回数）ｍと余りｑ’を算出し、一時的にメモリに記憶する。
［ステップＳＡ０２］切込み量ｑによる切込み回数ｎの初期値を０とする。
［ステップＳＡ０３］順序変更部１１３は、最初にタップ工具Ｔを開始点Ｐｓから加工位置（復帰点Ｐｒ）へ早送りする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ０４］順序変更部１１３は、余りステップの切込み量ｑ’が０（すなわちｑ’＝０）であるか否かを判定する。０である場合にはステップＳＡ０７へ処理を移行し、０でない場合にはステップＳＡ０５へ処理を移行する。
［ステップＳＡ０５］順序変更部１１３は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークＷに対して切込み量ｑ’だけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ０６］順序変更部１１３は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ０７］順序変更部１１３は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して切込み量ｑだけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ０８］順序変更部１１３は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ０９］順序変更部１１３はｎの値に１を加算する。
［ステップＳＡ１０］順序変更部１１３は、メモリに記憶されているｍの値がｎ以下（すなわちｍ＜＝ｎ）であるか否かを判定する。ｎ以下である場合には本処理を終了し、ｎ以下でない場合にはステップＳＡ１０へ処理を移行する。
［ステップＳＡ１１］順序変更部１１３は、ｎがメモリに記憶されているｍとなる（すなわちｎ＝ｍ）までステップＳＡ１１～ステップＳＡ１３を繰り返し実行する。
［ステップＳＡ１２］順序変更部１１３は、前回の切削送り時の切込み量にさらにｑだけ加算して、新たな切込み量として設定する。
［ステップＳＡ１３］順序変更部１１３は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して上記の新たな切込み量だけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ１４］順序変更部１１３は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻りする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、順序変更部１１３の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＡ１５］ｎに１を加算した値をｎとする。
　図８は、余量再配分部１１４によりタップ加工の固定サイクルの各ステップにおける切込み量の調整（等分配）を、切込み量閾値ｑ１を用いて行う場合の、固定サイクル演算部１１０の動作の流れを示す、概略的なフローチャートである。なお、図７の場合と同様に、ワークＷには予め下穴ＰＨが形成されている場合を例示する。
［ステップＳＢ０１］余量算出部１１１は、固定サイクルのブロックで指令される復帰点Ｐｒからネジ底までのネジ深さｚを切込み量ｑで割った商（繰り返し回数）ｍと余りｑ’として算出し、一時的にメモリに記憶する。
［ステップＳＢ０２］切込み量ｑによる切込み回数ｎの初期値を０とする。
［ステップＳＢ０３］余量再配分部１１４は、ステップＳＢ０１で算出した商ｍと余りステップの切込み量ｑ’とのいずれかが０であるか否か（すなわちｍ＝０あるいはｑ’＝０であるかどうか）を判定する。いずれかが０である場合にはステップＳＢ０５へ処理を移行し、いずれも０でない場合にはステップＳＢ０４へ処理を移行する。
［ステップＳＢ０４］余量再配分部１１４は、ステップＳＢ０１で算出した余りステップの切込み量ｑ’が、予め設定された切込み閾値ｑ１よりも小さいか否かを判定する。切込み閾値ｑ１よりも小さい場合にはステップＳＢ０６へ処理を移行し、切込み閾値ｑ１以上である場合にはステップＳＢ０５へ処理を移行する。
［ステップＳＢ０５］余量再配分部１１４は、ステップＳＢ０１で設定された商ｍあるいは余りｑ’に基づいた固定サイクルの指令データ列を生成して出力するように固定サイクル演算部１１０に指令し、本処理を終了する。すなわち、ｍ＝０の場合は余りｑ’だけ切込む切削送りを実行する。ｑ’＝０の場合は切込み量ｑを１回ごとに積算しながら切削送りをｎ回繰り返し実行する。なお、ステップＳＢ０４で切込み量ｑ’がｑ１以上である（すなわちｑ’≧ｑ１である）場合、ステップＳＢ０５では、図７で示したフローと同様の動作を実行する。
［ステップＳＢ０６］余量再配分部１１４は、最初にタップ工具Ｔを開始点Ｐｓから加工位置（復帰点Ｐｒ）へ早送りする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＢ０７］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して切込み量ｑ＋ｑ’／ｍだけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＢ０８］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＢ０９］余量再配分部１１４は、ｎの値に１を加算する。
［ステップＳＢ１０］余量再配分部１１４は、メモリに記憶されているｍの値がｎ以下（すなわちｍ＜＝ｎ）であるか否かを判定する。ｎ以下である場合には本処理を終了し、ｎ以下でない場合にはステップＳＢ１１へ処理を移行する。
［ステップＳＢ１１］余量再配分部１１４は、ｎがメモリに記憶されているｍとなる（すなわちｎ＝ｍ）までステップＳＢ１２～ステップＳＢ１４を繰り返し実行する。
［ステップＳＢ１２］余量再配分部１１４は、前回の切削送り時の切込み量にさらにｑ＋ｑ’／ｍだけ加算したものを、新たな切込み量として設定する。
［ステップＳＢ１３］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して上記した新たな切込み量だけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＢ１４］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＢ１５］ｎに１を加算した値をｎとする。
　図９Ａ及び図９Ｂは、余量再配分部１１４により、タップ加工の固定サイクルにおける各ステップにおける切込み量の調整を、主軸モータ６２の負荷トルクのトルク閾値Ｔｔを用いて行う場合の、固定サイクル演算部１１０の動作の流れを示す、概略的なフローチャートである。なお、図７の場合と同様に、ワークＷには予め下穴ＰＨが形成されている場合を例示する。
　まず、図９Ａに示すフローチャートでは、余量再配分部１１４が余量を分配する直前（すなわち繰り返し回数ｍの１つ前の繰り返し回数ｍ－１）までの動作を実行する。
［ステップＳＣ０１］余量算出部１１１は、固定サイクルのブロックで指令される復帰点Ｐｒからネジ底までのネジ深さｚを切込み量ｑで割った商（繰り返し回数）ｍと余りｑ’として算出し、一時的にメモリに記憶する。
［ステップＳＣ０２］切込み量ｑによる切込み回数ｎの初期値を０とする。
［ステップＳＣ０３］余量再配分部１１４は、最初にタップ工具Ｔを開始点Ｐｓから加工位置（復帰点Ｐｒ）へ早送りする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ０４］余量再配分部１１４は、メモリに記憶されているｍの値が０（すなわちｍ＝０）であるか否かを判定する。０である場合にはステップＳＣ０５へ処理を移行し、０でない場合にはステップＳＣ０７へ処理を移行する。
［ステップＳＣ０５］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して切込み量ｑ’だけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ０６］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令して本処理を終了する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ０７］余量再配分部１１４は、メモリに記憶されているｍの値が１（すなわちｍ＝１）であるか否かを判定する。１である場合にはステップＳＣ１７へ処理を移行し、１でない場合にはステップＳＣ０８へ処理を移行する。
［ステップＳＣ０８］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して切込み量ｑだけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ０９］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令して本処理を終了する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ１０］余量再配分部１１４は、ｎの値に１を加算する。
［ステップＳＣ１１］余量再配分部１１４は、ｎがメモリに記憶されているｍ－１以上かどうかを判定する。ｎがｍ－１以上（すなわちｍ－１＜＝ｎ）の場合にはステップＳＣ１７へ処理を移行し、ｎがｍ－１以上でない場合には、ステップＳＣ１２へ処理を移行する。
［ステップＳＣ１２］余量再配分部１１４は、ｎがメモリに記憶されているｍ－１となる（すなわちｎ＝ｍ－１）までステップＳＣ１３～ステップＳＣ１５を繰り返し実行する。
［ステップＳＣ１３］余量再配分部１１４は、前回の切削送り時の切込み量にさらにｑだけ加算して、新たな切込み量として設定する。
［ステップＳＣ１４］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して上記した新たな切込み量を切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ１５］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ１６］ｎに１を加算した値をｎとする。
　続いて、図９Ｂに示すフローでは、余量再配分部１１４が余量を分配する最後の繰り返し数ｎでの動作を実行する。
［ステップＳＣ１７］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して切込み量ｑ＋ｑ’だけ切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令し、処理をステップＳＣ１８へ移行する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データの出力を開始する。
［ステップＳＣ１８］余量再配分部１１４は、スピンドルアンプ６１からフィードバックされる主軸モータ６２の負荷トルクの値を計測する。
［ステップＳＣ１９］余量再配分部１１４は、ステップＳＣ１８で計測した主軸モータ６２の負荷トルク値が予め設定されたトルク閾値Ｔｔを越えているか否かを判定する。負荷トルク値が予め設定されたトルク閾値Ｔｔを越えていない場合にはステップＳＣ２０へと処理を移行し、越えている場合にはステップＳＣ２１へと処理を移行する。
［ステップＳＣ２０］余量再配分部１１４は、固定サイクル演算部１１０から出力される指令データに基づいて、ステップＳＣ１７で実行した切削送り動作が完了したか否かを判定する。切削送り動作が完了した場合にはステップＳＣ２４へ処理を移行し、終了していない場合にはステップＳＣ１８へ戻って主軸モータ６２の負荷トルクの計測を継続する。
［ステップＳＣ２１］余量再配分部１１４は、補間部１２０に対して切削送り動作を中断するように指令する。
［ステップＳＣ２２］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
［ステップＳＣ２３］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを正転させつつ、ワークに対して穴底まで切込む切削送りをする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令し、処理をステップＳＣ２４へ移行する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データの出力を開始する。
［ステップＳＣ２４］余量再配分部１１４は、タップ工具Ｔを逆転させつつ、復帰点Ｐｒへ工具戻しする指令データを出力するように、固定サイクル演算部１１０に指令する。固定サイクル演算部１１０は、余量再配分部１１４の指令に従って指令データを出力する。
　このような構成を備えた数値制御装置では、従来動作と比べて、オペレータが意識して切込み量を変更しなくともタップ工具の戻り動作の移動距離を短くすることができる。このため、結果としてタップ加工の制御に対する実行時間を短縮することができる。また、切込み量を大きくした際に切込み動作の回数が変わらなかったとしても、総移動距離が短くなるため、結果としてタップ加工による総実行時間を短縮することができる。また、余りステップを再分配可能であれば再分配するので、従来動作に比べて固定サイクルの切込み回数を減らすことができ、実行時間をさらに短縮することができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
　　１　数値制御装置
　　１１　ＣＰＵ
　　１２　ＲＯＭ
　　１３　ＲＡＭ
　　１４　ＳＲＡＭ
　　１５　インタフェース
　　１６　ＰＬＣ
　　１７　Ｉ／Ｏユニット
　　１８　インタフェース
　　１９　インタフェース
　　２０　バス
　　３０，３１，３２　軸制御回路
　　４０，４１，４２　サーボアンプ
　　５０，５１，５２　サーボモータ
　　６０　スピンドル制御回路
　　６１　スピンドルアンプ
　　６２　主軸モータ
　　６３　ポジションコーダ
　　７０　表示器／ＭＤＩユニット
　　７１　操作盤
　　７２　外部機器
１００　指令解析部
１１０　固定サイクル演算部
１１１　余量算出部
１１２　指令データ列調整部
１１３　順序変更部
１１４　余量再配分部
１２０　補間部
１３０　サーボ制御部
１４０　スピンドル指令実行部
１５０　スピンドル制御部
２００　プログラム

Claims (4)

  1. 　固定サイクルによりワークに形成した下穴の内面に雌ネジを形成するタップ加工を加工プログラムに基づいて制御する数値制御装置において、
    　前記加工プログラムに含まれる固定サイクル指令を解析し、解析結果に基づいて複数の指令データを含む指令データ列を生成する固定サイクル演算部を備え、
    　前記固定サイクル演算部は、
    　前記固定サイクル指令により指令されるワークに対するタップ工具の全体の切込み量およびワークに対する１回のタップ工具の切込み量に基づいて、余りの切込み量を算出する余量算出部と、
    　前記余りの切込み量に基づいて、前記指令データ列による前記タップ工具の送り移動量の合計が少なくなるように、前記指令データ列に含まれる指令データの順番または切込み量を調整する指令データ列調整部と、
    を含む数値制御装置。
  2. 　前記指令データ列調整部は、前記余りの切込み量の切削送りを指令する指令データを最初に実行するように、前記指令データ列に含まれる指令データの順番を変更する順序変更部をさらに含む
    請求項１に記載された数値制御装置。
  3. 　前記指令データ列調整部は、前記余りの切込み量が予め設定された切込み閾値を越えない場合、前記固定サイクル指令により指令されるワークに対する１回のタップ工具の切込み量で切削送りを指令する指令データに対して、前記余りの切込み量を分配する余量再配分部をさらに含む
    請求項１に記載された数値制御装置。
  4. 　前記指令データ列調整部は、前記指令データ列の最後の指令データの実行時に前記タップ工具が取り付けられた主軸モータの負荷トルクを計測し、前記負荷トルクが予め設定されたトルク閾値を越えない範囲で、前記最後の指令データの切込み量に対して前記余りの切込み量を上乗せする余量再配分部をさらに含む
    請求項１に記載された数値制御装置。
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