特開 2017-185619 タップ加工の制御方法及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-185619(P2017-185619A)

(43)【公開日】2017年10月12日

(54)【発明の名称】タップ加工の制御方法及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   B23G 1/02 20060101AFI20170919BHJP

   B23G 1/16 20060101ALI20170919BHJP

   B23Q 15/00 20060101ALI20170919BHJP

【ＦＩ】

   B23G1/02 A

   B23G1/16 A

   B23Q15/00 J

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-57776(P2017-57776)

(22)【出願日】2017年3月23日

(31)【優先権主張番号】特願2016-73431(P2016-73431)

(32)【優先日】2016年3月31日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】宮下 宗仁

(72)【発明者】

【氏名】勝又 健次

(57)【要約】

【課題】同期タップ加工における加工時間の短縮を実現可能なタップ加工の制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】変速手段を内蔵するモータ１４により駆動される回転主軸１２に装着されたタップ１８の回転動作と、ワークＷに対するタップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、ワークにタップ加工を行うタップ加工の制御方法が、タップ加工に先立ち、タップの加工距離、低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの加速度、並びに低速高トルク駆動と高速低トルク駆動のそれぞれに対する最高回転速度を読み込む段階、読み込んだデータに基づいて、一つのタップ穴に対する低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間ＴＬ、ТＨを算出する段階、並びに算出したタップ加工時間の短い方の回転速度でタップ穴に対してタップ加工を行う段階、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

低速高トルク駆動と高速低トルク駆動とを切り替え可能な変速手段を内蔵するか又は前記変速手段に連結されたモータにより駆動される回転主軸に装着されたタップの回転動作と、ワークに対する前記タップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、前記ワークにタップ加工を行うタップ加工の制御方法において、
タップ加工に先立ち、前記タップの加工距離、前記低速高トルク駆動時及び前記高速低トルク駆動時のそれぞれの加速度、並びに前記低速高トルク駆動と前記高速低トルク駆動のそれぞれに対する最高回転速度を読み込む段階、
読み込んだデータに基づいて、一つのタップ穴に対する前記低速高トルク駆動時及び前記高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間を算出する段階、並びに
算出した前記タップ加工時間の短い方の回転速度で前記タップ穴に対してタップ加工を行う段階、を含むことを特徴としたタップ加工の制御方法。

【請求項2】

前記変速手段は、モータの切り替え可能な低速巻線及び高速巻線であるか、又は前記モータに連結される機械式の２段変速機である、請求項１に記載のタップ加工の制御方法。

【請求項3】

前記タップの加工距離は加工プログラムから読み込まれる、請求項１又は２に記載のタップ加工の制御方法。

【請求項4】

前記算出する段階において算出された前記低速高トルク駆動時及び前記高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間を表示する段階を更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタップ加工の制御方法。

【請求項5】

前記算出したタップ加工時間の短い方の回転速度と加工プログラムの指令回転速度とが異なるときは、前記算出したタップ加工時間の短い方の回転速度が指令回転速度となるよう加工プログラムを書き替える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタップ加工の制御方法。

【請求項6】

低速高トルク駆動と高速低トルク駆動とを切り替え可能な変速手段を内蔵するか又は前記変速手段に連結されたモータにより駆動される回転主軸に装着されたタップの回転動作と、ワークに対する前記タップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、前記ワークにタップ加工を行う際のタップ加工の制御を行うタップ加工制御装置において、
タップ加工に先立ち、前記タップの加工距離、前記低速高トルク駆動時及び前記高速低トルク駆動時のそれぞれの加速度、並びに前記低速高トルク駆動と前記高速低トルク駆動のそれぞれに対する最高回転速度を読み込んで記憶する読込み記憶部、
読み込んだデータに基づいて、一つのタップ穴に対する前記低速高トルク駆動時及び前記高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間を算出するとともに、
算出した前記タップ加工時間の短い方の回転速度で前記タップ穴に対するタップ加工を指示する演算処理部、を具備することを特徴としたタップ加工制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータにより駆動される回転主軸に装着されたタップの回転動作と、ワークに対するタップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、ワークにタップ加工を行う、いわゆる同期タップ加工の制御方法及び制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

工作機械の主軸モータには巻線切替モータが広く使用されている。巻線切替モータの内部には低速巻線と高速巻線が設けられていて、それらは加工プログラムから主軸に指令される回転速度の高低に応じて切り替えられる。主軸モータは、主軸を、低速巻線により低速高トルク駆動し、高速巻線により高速低トルク駆動することができる。巻線切替モータではなく、主軸モータの出力軸に連結された機械式の２段変速機によっても、同様に主軸を低速高トルク駆動又は高速低トルク駆動できることはよく知られている。ところで、巻線切替モータを有する工作機械を使って、同期タップ加工が広く実施されている。

【0003】

同期タップ加工を効率的に実施するねじ加工装置が特許文献１に記載されている。但し、特許文献１の工作機械の主軸モータは、巻線切替モータではなく、また２段変速機にも連結されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３１３６８５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

巻線切替モータを有する工作機械を使って同期タップ加工を実施する場合、加工プログラム作成者は、できるだけ主軸の回転速度を上げて加工時間を短くしたいと考えて、主軸の指令回転速度を高くする傾向がある。但し、主軸の回転速度を上げれば単純にタップ加工時間が短くなるわけではない。タップ加工時間は、タップの加工距離等の様々な条件に左右される。しかしながら、低速巻線側の回転速度と高速巻線側の回転速度のどちらを利用した方が加工時間短縮の観点から有利であるのかを、加工プログラム作成者が正確に短時間で決めることは困難であった。そのため、従来は加工時間の観点から不利な選択がなされた場合も多くあったことが推察される。

【0006】

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、同期タップ加工における加工時間の短縮を実現可能なタップ加工の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の目的を達成するために、本発明によれば、低速高トルク駆動と高速低トルク駆動とを切り替え可能な変速手段を内蔵するか又は変速手段に連結されたモータにより駆動される回転主軸に装着されたタップの回転動作と、ワークに対するタップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、ワークにタップ加工を行うタップ加工の制御方法において、タップ加工に先立ち、タップの加工距離、低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの加速度、並びに低速高トルク駆動と高速低トルク駆動のそれぞれに対する最高回転速度を読み込む段階、読み込んだデータに基づいて、一つのタップ穴に対する低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間を算出する段階、並びに
算出したタップ加工時間の短い方の回転速度でタップ穴に対してタップ加工を行う段階、を含むタップ加工の制御方法が提供される。

【0008】

さらに、上述の目的を達成するために、本発明によれば、低速高トルク駆動と高速低トルク駆動とを切り替え可能な変速手段を内蔵するか又は変速手段に連結されたモータにより駆動される回転主軸に装着されたタップの回転動作と、ワークに対するタップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、ワークにタップ加工を行う際のタップ加工の制御を行うタップ加工制御装置において、タップ加工に先立ち、タップの加工距離、低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの加速度、並びに低速高トルク駆動と高速低トルク駆動のそれぞれに対する最高回転速度を読み込んで記憶する読込み記憶部、読み込んだデータに基づいて、一つのタップ穴に対する低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間を算出するとともに、算出したタップ加工時間の短い方の回転速度でタップ穴に対してタップ加工を指示する演算処理部、を具備するタップ加工制御装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によると、径や深さの異なる多数のタップ加工箇所があったとしても、それら全てのタップ加工箇所について最短の加工時間が得られる主軸の回転速度を加工プログラム作成者の手を煩わせることなく正確に決定することが可能になる。実際、低速高トルク駆動による場合と高速低トルク駆動による場合の加工時間の差が１秒以下である場合もしばしばであるが、そのような僅かな差であっても、タップ加工箇所の多い例えば自動車エンジンのシリンダブロックのようなワークに対しては加工時間短縮の大きな効果を生み出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法を実施する工作機械の主軸頭の正面図である。

【図2】ある一つのタップ穴に対して同期タップ加工を行った場合の、主軸モータの低速巻線及び高速巻線による回転速度の時間的な変化を模式的に示すグラフである。

【図3】本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法のフロー図である。

【図4】本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法を実施する別の工作機械の主軸頭の正面図である。

【図5】本発明の他の実施形態における、主軸モータのトルクと回転速度との関係線図である。

【図6】本発明の他の実施形態における、主軸モータの出力と回転速度との関係線図である。

【図7】本発明の他の実施形態における、主軸回転の加速度と回転速度との関係線図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法について説明する。
図１に、本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法を実施することのできる立形の工作機械の主軸頭１０の模式的な正面図が示されている。主軸頭１０の内部には主軸１２をＣ_Ｓ軸方向に回転させる主軸モータ１４が内蔵されている。主軸１２の先端にはタップ１８が装着されている。主軸モータ１４は巻線切替モータであって、その巻線１６は、切替可能な低速巻線と高速巻線とから構成されている。低速巻線と高速巻線は本発明における変速手段である。低速巻線を利用すると相対的に低速高トルク駆動が可能になり、高速巻線を利用すると相対的に高速低トルク駆動が可能になる。工作機械は主軸頭１０をＺ軸方向に駆動するＺ軸送りモータ（図示せず）を具備するＺ軸駆動装置（図示せず）も具備している。

【0012】

主軸モータ１４とＺ軸送りモータは、ワークＷにあけられた下穴１９に対して同期タップ加工を行うために、制御装置からの指令を受けて主軸１２のＣｓ軸方向の回転とＺ軸方向の送りとが同期するように制御される。本実施形態では、同期タップ加工の際のＺ軸送りモータの制御は公知のやり方で実施されるので説明は省略し、主軸モータ１４の制御方法について説明する。

【0013】

図２は、ある一つのタップ穴に対して同期タップ加工（以下、単に「タップ加工」ということがある）を行った場合の、主軸モータ１４の低速巻線及び高速巻線による回転速度Ｖの時間的な変化を模式的に示すグラフである。図中、低速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｌと高速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｈが示されている。これら到達回転速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｈは、あるタップ穴の加工中の回転速度の最大値であって、指令回転速度になり得るものである。低速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｌは予め定められた巻線切替速度Ｖｓ以下の値をとり、高速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｈは巻線切替速度Ｖｓを超える値をとる。

【0014】

図２においては、台形波が低速巻線を利用した場合を示し、三角波が高速巻線を利用した場合を示している。但し、低速巻線を使った場合でも三角波の場合があり、また高速巻線を使った場合でも台形波の場合がある。三角波になるか台形波になるかは、例えばタップ加工距離等の条件によって決まる。

【0015】

図２からは、低速巻線による低速高トルク駆動及び高速巻線による高速低トルク駆動が可能であることがわかる。また、図２からは、速度０から高速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｈに到達するには高速巻線だけが用いられることがわかる。換言すると、途中の例えば巻線切替速度Ｖｓまでは低速巻線が使われてその後高速巻線に切り替えられるわけではないことがわかる。

【0016】

図２では、タップ加工の行程の往路の回転速度がプラス側に示され、復路のそれがマイナス側に示されている。図２における往路と復路の波形は点ＢＰに関して点対称である。点ＢＰは、回転速度が０の位置を示し、したがってタップ１８の行程の最下位値に対応している。図２の加速時間Ｔａ_Ｌ、Ｔａ_Ｈと減速時間Ｔｄ_Ｌ、Ｔｄ_Ｈはそれぞれ等しくはなく、加速時間Ｔａ_Ｌ、Ｔａ_Ｈが減速時間Ｔｄ_Ｌ、Ｔｄ_Ｈよりも短い。これは、低速巻線と高速巻線の両方に当てはまる。また、図２の台形又は三角形の往路と復路の面積の合計がタップ加工の際のタップ１８の往復の加工距離あるいは総回転回数Ｒｔを示している。タップ１８の総回転回数Ｒｔは、加工プログラムから読み込まれるタップ１８の加工距離とピッチから算出できる。ここで、タップ１８の加工距離とは、Ｚ軸送り軸が同期送りを行っている間のタップ１８のＺ軸方向の移動距離を意味し、タップ１８の先端がワークＷの表面に接触するまでの移動距離も含んでいる。

【0017】

図２で示される例では、低速巻線の加工時間ＴＬが高速巻線の加工時間ＴＨよりも短い。従って、図２が想定するタップ穴に対しては、低速巻線による到達回転速度Ｖ_Ｌをタップ１８の回転速度として主軸モータ１４に指令することが加工時間短縮の観点から有利であることが分かる。但し、低速巻線を利用したときと高速巻線を利用したときのどちらの加工時間が短くなるかは、使用するモータの加速度特性、タップ１８の加工距離の長短すなわち総回転回数Ｒｔの多寡、モータのそれぞれの巻線利用時の最大回転速度、及びタップ１８の許容周速度等の複数の条件によって異なってくる。本発明の実施形態による方法は、それら複数の条件を考慮して、最短の加工時間を生み出す主軸回転速度を決定することができる。

【0018】

以下、本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法について、その一例を示す図３のフロー図等を参照して以下に説明する。この制御方法は、工作機械の機械制御装置の構成要素として準備されたタップ加工制御装置によって実施される。

【0019】

タップ加工制御装置は、最初に、ＮＣパラメータを読み込む（ステップＳ１０）。ここで読み込まれるＮＣパラメータは、低速巻線に対する最高回転速度Ｖｓ及び高速巻線に対する最高回転速度Ｖｍａｘ、並びに低速及び高速巻線利用時のそれぞれの加速度αａ、αｄである。低速巻線に対する最高回転速度Ｖｓは巻線切替速度Ｖｓとも呼ばれる。

【0020】

次に、低速及び高速巻線利用時のそれぞれの、例えば１０［rev/min］程度のステップで配列された回転速度Ｖ_ｉ（ｉは１からｎの整数）毎の加速時間Ｔａと減速時間Ｔｄ及び加減速回転回数Ｒｇを計算する（ステップＳ２０）。加速時間Ｔａと減速時間Ｔｄ及び加減速回転回数Ｒｇは、回転速度Ｖ_ｉ毎の既知の加速度αａ又はαｄに基づいて計算される。計算結果は表としてタップ加工制御装置内に保存される。表１及び表２はそのように作成された表であって、表１は低速巻線、表２は高速巻線の場合の表である。表１におけるＶｓは巻線切替速度すなわち低速巻線を利用した場合の設定された最高回転速度を表し、表２におけるＶｍａｘは高速巻線の最高回転速度を表している。

【表1】

【表2】

【0021】

ところで主軸モータ１４の加速度は、本実施形態では、モータの出しうる最大の出力（トルク）を使って加減速するため厳密には必ずしも一定ではなく、特に低速巻線では加速度が一定ではない回転速度の領域も利用され、また速度指令に対する遅れ時間も存在すること等から、上述したように例えば１０［rev/min］程度のステップの回転速度毎に、予め入手した加速度のデータを基に加速時間Ｔａと減速時間Ｔｄ及び加減速回転回数Ｒｇが算出されて、表としてタップ加工制御装置内に保存される。これによって加減速回転回数Ｒｇの算出の精度が高まるとともに全体の処理時間を短縮することが可能になる。

【0022】

次に、工具データ及び加工プログラムを読み込む（ステップＳ３０）。具体的には、タップ１８の、径、加工距離、ピッチ、及び許容周速度が加工プログラムから読み込まれる。

【0023】

次に、タップ１８の加工距離とピッチから、加工に必要な回転回数、即ち総回転回数Ｒｔを算出する（ステップＳ４０）。総回転回数Ｒｔは、本来は図２のグラフの往路と復路の領域の合計に相当するものであるが、前記往路と復路の領域は点ＢＰに関して対称で等しいので、ここでは往路における回転回数を総回転回数Ｒｔとして説明する。

【0024】

次に、低速巻線及び高速巻線使用時のそれぞれの到達回転速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｈを決定する（ステップＳ５０）。より詳しくは、ここでは、可能な到達回転速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｈの最大値を決定する。到達回転速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｈは、低速巻線については総回転回数Ｒｔと巻線切替速度に関する加減速回転回数Ｒｇｓとの大小関係によって、及び高速巻線については総回転回数Ｒｔと最高回転速度Ｖｍａｘに関する回転回数Ｒｇｍａｘとの大小関係に応じて以下の（１）〜（４）のやり方で決定される。

【0025】

最初に低速巻線を利用した場合の可能な到達回転速度Ｖ_Ｌの最大値を決定する。
（１）Ｒｔ≧Ｒｇｓの場合
この場合の到達回転速度Ｖ_Ｌは、巻線切替速度Ｖｓとタップ１８の許容回転速度Ｖｃの小さい方と決定される。ここで、タップ１８の許容回転速度Ｖｃは、タップ１８の許容周速度に基づいて決められた値である。
（２）Ｒｔ＜Ｒｇｓの場合
この場合の到達回転速度Ｖ_Ｌは、表１の回転速度Ｖ_ｉとタップ１８の許容回転速度Ｖｃの小さい方と決定される。
そこで、表１のＶ_ｉを選択するために、総回転回数Ｒｔを満たす表１の加減速回転回数Ｒｇ_ｉＬを選択する。より詳しくは、総回転回数Ｒｔ以下であり且つ総回転回数Ｒｔに最も近い加減速回転回数Ｒｇ_ｉＬを表１から選択する。そして、選択した加減速回転回数Ｒｇ_ｉＬに対応する回転速度Ｖ_ｉとタップ１８の許容回転速度Ｖｃの小さい方を低速巻線の場合の到達回転速度Ｖ_Ｌとする。なお、この場合、選択した加減速回転回数Ｒｇ_ｉＬは必要な総回転回数Ｒｔとは通常は一致しないので、その差分を考慮して到達回転速度Ｖ_Ｌを微修正することが好ましい。

【0026】

次に、高速巻線を利用した場合の可能な到達回転速度Ｖ_Ｈの最大値を決定する。
（３）Ｒｔ≧Ｒｇｍａｘの場合
この場合の到達回転速度Ｖ_Ｈは、最高指令回転速度Ｖｍａｘとタップ１８の許容回転速度Ｖｃの小さい方と決定される。
ここで、Ｒｇｍａｘは、表２に示されるように、最高回転速度Ｖｍａｘに関する加減速回転回数である。
（４）Ｒｔ＜Ｒｇｍａｘの場合
この場合の主軸１２の到達回転速度Ｖ_Ｈは、表２の回転速度Ｖ_ｉとタップ１８の許容回転速度Ｖｃの小さい方と決定される。
そこで、表２のＶ_ｉを選択するために、総回転回数Ｒｔを満たす表２の加減速回転回数Ｒｇ_ｉＨを選択する。より詳しくは、総回転回数Ｒｔ以下であり且つ総回転回数Ｒｔに最も近い加減速回転回数Ｒｇ_ｉＨを表２から選択する。そして、選択した加減速回転回数Ｒｇ_ｉＨに対応する回転速度Ｖ_ｉとタップ１８の許容回転速度Ｖｃの小さい方を高速巻線の場合の到達回転速度Ｖ_Ｈとする。なお、この場合、選択した加減速回転回数Ｒｇ_ｉＨは必要な総回転回数Ｒｔとは通常は一致しないので、その差分を考慮して到達回転速度Ｖ_Ｈを微修正することが好ましい。

【0027】

次に、決定された低速巻線及び高速巻線それぞれの到達回転速度Ｖ_Ｌ、Ｖ_Ｈ、及びそれに対応する加速時間Ｔａ_Ｌ、Ｔａ_Ｈと減速時間Ｔｄ_Ｌ、Ｔｄ_Ｈ、及び総回転回数Ｒｔから低速巻線の場合の加工時間ＴＬ及び高速巻線の場合の加工時間ＴＨを計算する（ステップＳ６０）。

【0028】

計算した加工時間ＴＬ及びТＨを例えば機械制御装置の表示装置に表示してもよい。なお、ここで得られる加工時間ＴＬ及びТＨは往路の時間であるが、往路と復路の合計時間が必要であれば求めた時間を２倍すればよい。

【0029】

次に、計算された低速巻線による加工時間ＴＬと高速巻線による加工時間ＴＨの大小を比較して（ステップＳ７０）、低速巻線による加工時間ＴＬが高速巻線による加工時間ＴＨ以下であれば、ステップＳ５０で決定された低速巻線による到達回転速度Ｖ_Ｌを主軸回転速度として送出し（ステップＳ８０）、そうではなく高速巻線による加工時間ＴＨが低速巻線による加工時間ＴＬ未満であればステップＳ５０で決定された高速巻線による到達回転速度Ｖ_Ｈを主軸回転速度として送出する（ステップＳ９０）。本実施形態では、選択された到達回転速度Ｖ_Ｌ又はＶ_Ｈは加工プログラムへ送出され、加工プログラムが書き替えられる。その結果、タップ加工時間の短い方の主軸回転速度でタップ加工が行われる。但し、選択された到達回転速度Ｖ_Ｌ又はＶ_Ｈの情報を表示するだけで加工プログラムを書き替えない実施形態も本発明において可能である。

【0030】

本実施形態のタップ加工の制御方法によると、径や深さの異なる多数のタップ加工箇所があったとしても、それら全てのタップ加工箇所について最短の加工時間が得られる主軸１２の回転速度を加工プログラム作成者の手を煩わせることなく正確に決定することが可能になる。実際、低速巻線による場合と高速巻線による場合の加工時間の差が１秒以下である場合もしばしばであるが、そのような僅かな差であっても、タップ加工箇所の多い例えば自動車エンジンのシリンダブロックのようなワークＷに対しては大きな効果を生み出すことができる。

【0031】

前述の実施形態においては、処理時間を短縮する等の目的で、所定のステップ間隔の回転速度Ｖ_ｉ毎に加減速回転回数Ｒｇ等を算出して表１及び表２として準備していたが、本発明においては、モータの各巻線の加速度のデータ等が定まっているなら、そのような表を準備することなく各巻線の最短の加工時間ＴＬ及びＴＨを算出する他の実施形態も可能であることが理解されよう。

【0032】

加工時間ＴＬ及びＴＨを算出する他の実施形態を説明する。図５は、代表的な工作機械の主軸モータのトルクと回転速度との関係線図であり、図６は、主軸モータの出力と回転速度との関係線図である。これらの線図は工作機械において既知のものである。また、主軸に最大タップが取り付けられたときの主軸モータに作用する負荷イナーシャＩ[Kgm²]も既知の一定の値である。任意の主軸回転速度Ｖｎ[rev/min]におけるトルクをｔ[Nm]、出力をＰ[W]及び加速度をα[rev/s²]とすると、次の２つの式が成り立つ。
Ｉ・α＝ｔ （１）
ｔ＝６０・Ｐ／Ｖｎ （２）
式（１）及び（２）から
α＝ｔ／Ｉ＝６０・Ｐ／Ｉ・Ｖｎ （３）
となる。
図５又は図６と式（３）を用いて、加速度と主軸回転速度との関係を線図に表すと図７のようになる。

【0033】

図５〜図７の各線図で、低速巻線の線図と高速巻線の線図とが交差するときの回転速度を巻線切替速度Ｖｓと設定している。図７において、回転速度がＶｓまでの領域では低速巻線の加速度線図に沿った加速度で主軸を回転させ、回転速度がＶｓを超えた領域では高速巻線の加速度線図に沿った加速度で主軸を回転させるのが加工時間上有利である。つまり、主軸モータの最大出力特性で加速するのが加工時間上有利である。図７の各巻線の加速度線図に沿った加速度と主軸回転速度を用いて、主軸の回転速度の時間的変化を模式的に示す図２のようにして、低速巻線で加工したときの加工時間ＴＬと高速巻線で加工したときの加工時間ＴＨの演算を行う。このとき各巻線の往路の折れ線と横軸の時間Ｔ軸とで囲まれる面積が加工距離に相当する。便宜上、減速度は加速度の符号を反転させた値を用いる。復路は上下対象の形とし各加工時間ＴＬ、ＴＨの値を算出する。算出した加工時間ＴＬ、ＴＨの小さい方の巻線を選択する。ただし、タップの許容周速度に基づいて決められた許容回転速度Ｖｃを超えないようにしなければならない。このように主軸トルク又は主軸出力と負荷イナーシャとの関係から加速度を求め、その加速度を用いて各巻線の最短の加工時間ＴＬ及びＴＨを算出することができる。

【0034】

図３のステップＳ１０の説明で、最初に読み込むＮＣパラメータの一つに低速及び高速巻線利用時のそれぞれの加速度があると記載したが、通常、ＮＣパラメータは実機調整によって主軸モータの出力上限に余裕を加味して決定する。これに代えて、ＮＣパラメータの低速及び高速巻線利用時のそれぞれの加速度を、他の実施形態で説明したとおり、主軸トルク又は主軸出力と負荷イナーシャとの関係から算出することもできる。

【0035】

図４に、本発明の実施形態によるタップ加工の制御方法を実施することのできる別の立形の工作機械の主軸頭２０の模式的な正面図が示されている。この例の工作機械には、巻線切替モータは使用されておらず、その代わり、外付けの主軸モータ２４の動力が機械式の２段変速機２６を介して主軸２２に伝達される。主軸２２の先端にはタップ１８が装着されている。２段変速機２６は切替可能な低速ギア２６ａと高速ギア２６ｂを含んでいる。主軸２２は、低速ギア２６ａにより低速高トルク駆動され、高速ギア２６ｂにより高速低トルク駆動される。このように、低速ギア２６ａ及び高速ギア２６ｂは、前述の説明における巻線切替モータ１６の低速巻線及び高速巻線に対応するものであるので、図４の工作機械で実施した場合の説明は省略する。

【0036】

本発明は、タップ加工制御装置として実施することも可能である。
実施形態によるタップ加工制御装置（図示せず）は、低速高トルク駆動と高速低トルク駆動とを切り替え可能な巻線切替モータにより駆動される回転主軸に装着されたタップの回転動作と、ワークに対するタップの回転軸線方向の相対送り動作とを同期させて、ワークにタップ加工を行う際の加工制御を行うものである。

【0037】

この実施形態によるタップ加工制御装置は、タップ加工に先立ち、タップの加工距離、タップの許容周速度、低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの加速度α、並びに低速高トルク駆動と高速低トルク駆動のそれぞれに対する最高回転速度Ｖｓ、Ｖｍａｘを読み込んで記憶する読込み記憶部を具備する。更にタップ加工制御装置は、読み込んだデータに基づいて、一つのタップ穴に対する低速高トルク駆動時及び高速低トルク駆動時のそれぞれの最短のタップ加工時間ＴＬ及びＴＨを算出するとともに、算出したタップ加工時間ＴＬ及びＴＨの短い方の回転速度Ｖ_Ｌ又はＶ_Ｈでタップ穴に対するタップ加工を指示する演算処理部を具備する。

【0038】

演算処理部は、読み込まれた加速度のデータα及び各巻線の最高回転速度Ｖｓ、Ｖｍａｘから、例えば１０［rev/min］程度のステップで配列された回転速度Ｖ_ｉ毎の加速時間Ｔａと減速時間Ｔｄ及び加減速回転回数Ｒｇを計算して、前述の表１及び表２を作成し、その表のデータを読み込み記憶部に記憶させるように構成されている。更に、演算処理部は、最短のタップ加工時間ＴＬ及びＴＨを算出するために、低速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｌと高速巻線の到達回転速度Ｖ_Ｈを前述したやり方で決定するようにも構成されている。

【符号の説明】

【0039】

１０ 主軸頭
１４ 主軸モータ
１６ 巻線
１８ タップ
Ｒｔ 総回転回数
Ｔａ_Ｌ 低速巻線の加速時間
Ｔａ_Ｈ 高速巻線の加速時間
Ｔｄ_Ｌ 低速巻線の減速時間
Ｔｄ_Ｈ 高速巻線の減速時間
Ｖｓ 巻線切替速度
Ｖ_Ｌ 低速巻線の到達回転速度
Ｖ_Ｈ 高速巻線の到達回転速度
ＴＬ 低速巻線の加工時間
ＴＨ 高速巻線の加工時間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】