(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】工作機械の制御装置および工作機械の制御方法
(51)【国際特許分類】
G05B 19/416 20060101AFI20231205BHJP
B23Q 15/00 20060101ALI20231205BHJP
G05B 19/18 20060101ALI20231205BHJP
B23G 1/16 20060101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
G05B19/416 K
B23Q15/00 303B
G05B19/18 C
B23G1/16 D
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019201367
(22)【出願日】2019-11-06
(65)【公開番号】P2021076955
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-07-20
(73)【特許権者】
【識別番号】390008235
【氏名又は名称】ファナック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118913
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生
(74)【代理人】
【識別番号】100142789
【弁理士】
【氏名又は名称】柳 順一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100163050
【弁理士】
【氏名又は名称】小栗 眞由美
(74)【代理人】
【識別番号】100201466
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 邦彦
(72)【発明者】
【氏名】竹内 直也
(72)【発明者】
【氏名】高原 徹志
【審査官】亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－１２０３１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０８５５３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１８１７２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２３７９２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２８２８２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｂ １９／１８ － １９／４６
Ｂ２３Ｑ １５／００
Ｂ２３Ｇ １／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークを保持するテーブルと、タップ加工用の工具を保持する主軸と、前記テーブルおよび前記主軸を該主軸の長手軸に平行な第１方向に相対移動させる第１送りモータと、前記テーブルおよび前記主軸を前記長手軸に交差する第２方向に相対移動させる第２送りモータと、前記主軸を前記長手軸回りに回転させる主軸モータとを備える工作機械の制御装置であって、前記第１送りモータを制御して前記工具の先端を前記ワークから退避した退避点と前記ワークの所定の深さ位置との間で移動させ、前記第２送りモータを制御して前記ワークの複数のタップ位置のそれぞれを前記工具に対して位置決めし、前記主軸モータを制御して前記工具の回転を制御する制御部を備え、
該制御部は、
前記工具を正方向に回転させながら前記工具の先端を前記退避点から前記所定の深さ位置まで移動させることによって一の前記タップ位置にタップ加工を施すタップ工程と、
前記工具を逆方向に回転させながら前記工具の先端を前記所定の深さ位置から前記退避点まで停止させることなく移動させることによって前記工具を前記ワークから引き抜く引き抜き工程と、
次の前記タップ位置を前記工具に対して位置決めすると共に、前記工具の回転方向を前記逆方向から前記正方向に切り替える位置決め工程と、を順番に繰り返し、
さらに、前記制御部は、
前記引き抜き工程において前記工具の先端が前記ワークと前記退避点との間の基準点を通過すると同時に前記位置決め工程の前記ワークおよび前記工具の相対移動を開始し、
前記タップ工程において前記工具の先端が前記基準点を通過すると同時に前記位置決め工程の前記ワークおよび前記工具の相対移動を完了し、
前記一のタップ位置から前記次のタップ位置までの前記第２方向の距離に基づいて、前記タップ工程における前記ワークおよび前記工具の相対移動の加速の完了のタイミングと、前記引き抜き工程における前記ワークおよび前記工具の相対移動の減速の開始のタイミングとを制御する、工作機械の制御装置。
【請求項2】
前記タップ工程および前記引き抜き工程において、前記制御部は、前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の相対速度を切削送り速度まで加速し、前記ワークおよび前記工具を前記切削送り速度で相対移動させ、前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の相対速度を前記切削送り速度から減速させる、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
【請求項3】
前記タップ工程における加速時間の長さと前記引き抜き工程における減速時間の長さとの合計が前記位置決め工程の位置決め時間の長さ以下である場合、前記制御部は、
前記引き抜き工程において、前記工具の先端が前記基準点を通過すると同時に前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の相対速度の減速を開始し、
前記タップ工程において、前記工具の先端が前記基準点を通過すると同時に前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の相対速度の加速を完了する、請求項１または請求項２に記載の工作機械の制御装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記タップ工程における前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の加速度および前記引き抜き工程における前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の減速度をそれぞれ、サイクルタイムが増大しない範囲内で最大加速度および最大減速度よりも低減する、請求項３に記載の工作機械の制御装置。
【請求項5】
前記タップ工程における加速時間の長さと前記引き抜き工程における減速時間の長さとの合計が前記位置決め工程の位置決め時間の長さよりも長い場合、前記制御部は、
前記引き抜き工程において、前記工具の先端が前記基準点を通過する前に前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の相対移動の減速を開始し、
前記タップ工程において、前記工具の先端が前記基準点を通過した後に前記ワークおよび前記工具の前記第１方向の相対速度の加速を完了する、請求項１または請求項４に記載の工作機械の制御装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記工具の先端が前記引き抜き工程において前記基準点を通過してから次の前記タップ工程において前記基準点を通過するまでの時間の長さが、前記位置決め時間の長さと同一となるように、前記引き抜き工程における前記減速の開始のタイミングを制御する、請求項５に記載の工作機械の制御装置。
【請求項7】
ワークを保持するテーブルと、タップ加工用の工具を保持する主軸と、前記テーブルおよび前記主軸を該主軸の長手軸に平行な第１方向に相対移動させる第１送りモータと、前記テーブルおよび前記主軸を前記長手軸に交差する第２方向に相対移動させる第２送りモータと、前記主軸を前記長手軸回りに回転させる主軸モータとを備える工作機械の制御方法であって、前記第１送りモータを制御して前記工具の先端を前記ワークから退避した退避点と前記ワークの所定の深さ位置との間で移動させ、前記第２送りモータを制御して前記ワークの複数のタップ位置のそれぞれを前記工具に対して位置決めし、前記主軸モータを制御して前記工具の回転を制御する制御方法であり、
前記工具を正方向に回転させながら前記工具の先端を前記退避点から前記所定の深さ位置まで移動させることによって一の前記タップ位置にタップ加工を施すタップ工程と、
前記工具を逆方向に回転させながら前記工具の先端を前記所定の深さ位置から前記退避点まで停止させることなく移動させることによって前記工具を前記ワークから引き抜く引き抜き工程と、
次の前記タップ位置を前記工具に対して位置決めすると共に、前記工具の回転方向を前記逆方向から前記正方向に切り替える位置決め工程と、を順番に繰り返し、
さらに、
前記引き抜き工程において前記工具の先端が前記ワークと前記退避点との間の基準点を通過すると同時に前記位置決め工程の前記ワークおよび前記工具の相対移動を開始し、
前記タップ工程において前記工具の先端が前記基準点を通過すると同時に前記位置決め工程の前記ワークおよび前記工具の相対移動を完了し、
前記一のタップ位置から前記次のタップ位置までの前記第２方向の距離に基づいて、前記タップ工程における前記ワークおよび前記工具の相対移動の加速の完了のタイミングと、前記引き抜き工程における前記ワークおよび前記工具の相対移動の減速の開始のタイミングとを制御する、工作機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工作機械の制御装置および工作機械の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ワークにタップ加工を行う工作機械が知られている（例えば、特許文献１から３参照。）。特許文献３には、ワークに対して工具を滑らかに連続する経路に沿って移動させることによってタップ加工のサイクルタイムを短縮することができる工作機械の制御方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１８７７９９号公報
【文献】特開２０１１－０７３０６９号公報
【文献】特開平０９－１２０３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ワークの複数のタップ位置に順番にタップ加工を行う場合、タップ位置間の距離等の加工条件に応じて、サイクルタイムの向上に適した工具の移動の制御は異なる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、ワークを保持するテーブルと、タップ加工用の工具を保持する主軸と、前記テーブルおよび前記主軸を該主軸の長手軸に平行な第１方向に相対移動させる第１送りモータと、前記テーブルおよび前記主軸を前記長手軸に交差する第２方向に相対移動させる第２送りモータと、前記主軸を前記長手軸回りに回転させる主軸モータとを備える工作機械の制御装置であって、前記第１送りモータを制御して前記工具の先端を前記ワークから退避した退避点と前記ワークの所定の深さ位置との間で移動させ、前記第２送りモータを制御して前記ワークの複数のタップ位置のそれぞれを前記工具に対して位置決めし、前記主軸モータを制御して前記工具の回転を制御する制御部を備え、該制御部は、前記工具を正方向に回転させながら前記工具の先端を前記退避点から前記所定の深さ位置まで移動させることによって一の前記タップ位置にタップ加工を施すタップ工程と、前記工具を逆方向に回転させながら前記工具の先端を前記所定の深さ位置から前記退避点まで停止させることなく移動させることによって前記工具を前記ワークから引き抜く引き抜き工程と、次の前記タップ位置を前記工具に対して位置決めすると共に、前記工具の回転方向を前記逆方向から前記正方向に切り替える位置決め工程と、を順番に繰り返し、さらに、前記制御部は、前記引き抜き工程において前記工具の先端が前記ワークと前記退避点との間の基準点を通過すると同時に前記位置決め工程の前記ワークおよび前記工具の相対移動を開始し、前記タップ工程において前記工具の先端が前記基準点を通過すると同時に前記位置決め工程の前記ワークおよび前記工具の相対移動を完了し、前記一のタップ位置から前記次のタップ位置までの前記第２方向の距離に基づいて、前記タップ工程における前記ワークおよび前記工具の相対移動の加速の完了のタイミングと、前記引き抜き工程における前記ワークおよび前記工具の相対移動の減速の開始のタイミングとを制御する、工作機械の制御装置である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】一実施形態に係る工作機械の概略構成図である。
【図2】一実施形態に係る工作機械の制御方法によるワークおよび工具の相対移動を説明する図である。
【図3】第１制御モードにおける、ワークに対する工具の移動経路と工具の移動速度とを説明する図である。
【図4】第２制御モードにおける、ワークに対する工具の移動経路と工具の移動速度とを説明する図である。
【図5】第１制御モードにおける主軸（Ｚ軸）およびテーブル（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表すグラフである。
【図6】第２制御モードにおける主軸（Ｚ軸）およびテーブル（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表すグラフである。
【図7】第１制御モードにおける、ワークに対する工具の移動経路と工具の移動速度との変形例を説明する図である。
【図8】比較例における主軸（Ｚ軸）およびテーブル（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表すグラフである。
【図9】他の比較例における主軸（Ｚ軸）およびテーブル（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、一実施形態に係る工作機械１について図面を参照して説明する。
工作機械１は、例えば、複数の工具を収納する工具マガジンと、一の工具を保持する主軸とを備え、工具マガジンと主軸との間で工具を自動交換する機能を有するマシニングセンタである。
工作機械１は、例えば、複数の工具を収納する工具マガジンと、一の工具を保持する主軸とを備え、工具マガジンと主軸との間で工具を自動交換する機能を有するマシニングセンタである。
【0008】
工作機械１は、図１に示されるように、工具Ｔを保持する主軸２と、ワークＷを保持するテーブル３と、主軸２を該主軸２の長手軸回りに回転させる主軸モータ４と、主軸２をテーブル３に対してＺ方向（第１方向）に移動させるＺ軸送りモータ（第１送りモータ）５と、テーブル３を主軸２に対してＸ方向（第２方向）に移動させるＸ軸送りモータ（第２送りモータ）６と、モータ４，５，６を制御する制御装置７とを備える。
Ｚ方向は、主軸２の長手軸に平行な方向であり、Ｘ方向は、主軸２の長手軸に直交する方向である。
Ｚ方向は、主軸２の長手軸に平行な方向であり、Ｘ方向は、主軸２の長手軸に直交する方向である。
【0009】
主軸２は、鉛直方向に配置され、図示しない支持機構によって鉛直方向に移動可能に支持されている。したがって、図１の工作機械１において、Ｚ方向は鉛直方向であり、Ｘ方向は水平方向である。主軸２は、下端部に工具Ｔを保持している。工具Ｔは、図２に示されるように、ワークＷに形成された下穴Ｈにねじを切るタップ加工用である。工具Ｔは、主軸２と同軸であり、主軸２と一体的に回転し移動する。
テーブル３は、主軸２の下方に水平に配置されている。テーブル３の上面上に載置されたワークＷは、図示しない治具によってテーブル３に固定されている。
テーブル３は、主軸２の下方に水平に配置されている。テーブル３の上面上に載置されたワークＷは、図示しない治具によってテーブル３に固定されている。
【0010】
主軸モータ４は、主軸２の上端に接続されたスピンドルモータである。
Ｚ軸送りモータ５およびＸ軸送りモータ６は、それぞれサーボモータである。テーブル３をＹ方向に移動させるためのＹ軸送りモータがさらに設けられていてもよい。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に直交する水平方向である。
Ｚ軸送りモータ５およびＸ軸送りモータ６は、それぞれサーボモータである。テーブル３をＹ方向に移動させるためのＹ軸送りモータがさらに設けられていてもよい。Ｙ方向は、Ｚ方向およびＸ方向に直交する水平方向である。
【0011】
制御装置７は、例えば、数値制御装置である。制御装置７は、記憶部７ａおよび制御部７ｂを有する。
記憶部７ａは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびその他の記憶装置を有する。記憶部７ａには、図２に示されるように、ワークＷの複数のタップ位置Ｐｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ，ｎ＋１，…）の下穴Ｈに順番にタップ加工を行うための加工プログラムが格納されている。タップ位置Ｐｉは、相互に間隔ΔＰを空けてＸ方向に配列している。
記憶部７ａは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびその他の記憶装置を有する。記憶部７ａには、図２に示されるように、ワークＷの複数のタップ位置Ｐｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ，ｎ＋１，…）の下穴Ｈに順番にタップ加工を行うための加工プログラムが格納されている。タップ位置Ｐｉは、相互に間隔ΔＰを空けてＸ方向に配列している。
【0012】
制御部７ｂは、中央演算処理装置のようなプロセッサを有する。制御部７ｂは、加工プログラムに従ってモータ４，５，６に制御指令を送信することによって、主軸２およびテーブル３の動作を制御し、複数のタップ位置Ｐｉの下穴Ｈに順番に工具Ｔによるタップ加工を実行させる。
【0013】
具体的には、制御部７ｂは、主軸モータ４を制御することによって、主軸２および工具Ｔの回転方向および回転速度を制御する。
また、制御部７ｂは、Ｚ軸送りモータ５を制御することによって、工具Ｔの先端を所定のＲ’点（退避点）と、下穴Ｈの底に相当するワークＷの所定の深さ位置との間で往復移動させるように、主軸２を繰り返しＺ方向に下降および上昇させる。Ｒ’点は、ワークＷの上面よりも上方の位置であり、各タップ位置Ｐｉのタップ加工後に工具Ｔの先端が退避する位置である。
また、制御部７ｂは、Ｘ軸送りモータ６を制御することによって、複数のタップ位置Ｐｉのそれぞれを工具Ｔの鉛直下方に位置決めするように、テーブル３を繰り返しＸ方向に移動および一時停止させる。
また、制御部７ｂは、Ｚ軸送りモータ５を制御することによって、工具Ｔの先端を所定のＲ’点（退避点）と、下穴Ｈの底に相当するワークＷの所定の深さ位置との間で往復移動させるように、主軸２を繰り返しＺ方向に下降および上昇させる。Ｒ’点は、ワークＷの上面よりも上方の位置であり、各タップ位置Ｐｉのタップ加工後に工具Ｔの先端が退避する位置である。
また、制御部７ｂは、Ｘ軸送りモータ６を制御することによって、複数のタップ位置Ｐｉのそれぞれを工具Ｔの鉛直下方に位置決めするように、テーブル３を繰り返しＸ方向に移動および一時停止させる。
【0014】
次に、加工プログラムに従った制御部７ｂによるモータ４，５，６の制御方法について詳細に説明する。
制御部７ｂは、図２に示されるように、タップ工程Ｓ１、引き抜き工程Ｓ２および位置決め工程Ｓ３を順番に繰り返す。図２には、後述する第１制御モードでのワークＷに対する工具Ｔの相対移動の経路が示されている。
制御部７ｂは、図２に示されるように、タップ工程Ｓ１、引き抜き工程Ｓ２および位置決め工程Ｓ３を順番に繰り返す。図２には、後述する第１制御モードでのワークＷに対する工具Ｔの相対移動の経路が示されている。
【0015】
タップ工程Ｓ１において、制御部７ｂは、一のタップ位置Ｐｎが工具Ｔに対してＸ方向に位置決めされた状態で主軸２を正方向に回転させながら主軸２を下降させ、正方向に回転する工具Ｔの先端をＲ’点から所定の深さ位置まで下降させる。これにより、一のタップ位置Ｐｎの下穴Ｈにタップ加工が施される。
【0016】
ここで、制御部７ｂは、工具Ｔの先端がＲ’点からの移動を開始すると同時に主軸２のＺ方向の加速を開始して主軸２を切削送り速度まで加速する。続いて、制御部７ｂは、主軸２を切削送り速度で下降させ、その後、所定の深さ位置において工具Ｔの先端のＺ方向の速度がゼロになるように主軸２をＺ方向に切削送り速度から減速させる。切削送り速度は、主軸２の回転数および工具Ｔのピッチによって決まる。例えば、切削送り速度は、主軸２の最高回転数に対応する速度である。
また、制御部７ｂは、主軸２のＺ方向の加速と同期して主軸２の回転を加速し、主軸２のＺ方向の減速と同期して主軸２の回転を減速させる。
また、制御部７ｂは、主軸２のＺ方向の加速と同期して主軸２の回転を加速し、主軸２のＺ方向の減速と同期して主軸２の回転を減速させる。
【0017】
次に、引き抜き工程Ｓ２において、制御部７ｂは、工具Ｔの先端が所定の深さ位置に達したときに主軸２の回転を停止させ、その後、主軸２を逆方向に回転させる。続いて、制御部７ｂは、主軸２を逆方向に回転させながら主軸２を上昇させ、工具ＴのＺ方向の移動を一度も停止させることなく、工具Ｔの先端を所定の深さ位置からＲ点まで上昇させる。これにより、工具Ｔは、下穴Ｈから抜かれ、工具Ｔの先端がワークＷと干渉しない高さまで退避する。
【0018】
ここで、制御部７ｂは、工具Ｔの先端が所定の深さ位置からの移動を開始すると同時に主軸２のＺ方向の加速を開始して主軸２を切削送り速度まで加速する。続いて、制御部７ｂは、主軸２を切削送り速度で上昇させ、その後、Ｒ’点において工具Ｔの先端のＺ方向の速度がゼロになるように主軸２をＺ方向に切削送り速度から減速させる。
また、制御部７ｂは、主軸２のＺ方向の加速と同期して主軸２の回転を加速し、主軸２のＺ方向の減速と同期して主軸２の回転を減速させる。
また、制御部７ｂは、主軸２のＺ方向の加速と同期して主軸２の回転を加速し、主軸２のＺ方向の減速と同期して主軸２の回転を減速させる。
【0019】
次に、位置決め工程Ｓ３において、制御部７ｂは、テーブル３を早送りでＸ方向に移動させ、工具Ｔの鉛直下方に次のタップ位置Ｐｎ＋１を位置決めする。また、制御部７ｂは、主軸２の回転方向を逆方向から正方向に切り替える。
早送りにおいて、Ｘ軸送りモータ６は、早送り速度でテーブル３をＸ方向に移動させる。早送り速度は、Ｘ軸送りモータ６が達成することができるテーブル３の最高速度である。また、早送りにおいて、Ｘ軸送りモータ６は、Ｘ軸送りモータ６の最大加速度でテーブル３を早送り速度まで加速させ、Ｘ軸送りモータ６の最大減速度でテーブル３を早送り速度から減速させる。
早送りにおいて、Ｘ軸送りモータ６は、早送り速度でテーブル３をＸ方向に移動させる。早送り速度は、Ｘ軸送りモータ６が達成することができるテーブル３の最高速度である。また、早送りにおいて、Ｘ軸送りモータ６は、Ｘ軸送りモータ６の最大加速度でテーブル３を早送り速度まで加速させ、Ｘ軸送りモータ６の最大減速度でテーブル３を早送り速度から減速させる。
【0020】
また、制御部７ｂは、引き抜き工程Ｓ２の終了前に位置決め工程Ｓ３を開始する。
具体的には、制御部７ｂは、引き抜き工程Ｓ２において上昇する工具Ｔの先端が所定のＲ点（基準点）を通過すると同時に、位置決め工程Ｓ３のテーブル３の移動を開始させる。Ｒ点は、ワークＷの上面とＲ’点との間の位置であり、ワークＷの上面よりも上方の位置である。例えば、ワークＷの上面とＲ点との間のＺ方向の間隔は、１ｍｍ～５ｍｍである。これにより、工具Ｔの先端がＲ点からＲ’点に到達するまで主軸２のＺ方向の移動およびテーブル３のＸ方向の移動が時間的にオーバラップし、Ｒ点からＲ’点までの間のワークＷに対する工具Ｔの先端の移動経路は、円弧状または略円弧状となる。
具体的には、制御部７ｂは、引き抜き工程Ｓ２において上昇する工具Ｔの先端が所定のＲ点（基準点）を通過すると同時に、位置決め工程Ｓ３のテーブル３の移動を開始させる。Ｒ点は、ワークＷの上面とＲ’点との間の位置であり、ワークＷの上面よりも上方の位置である。例えば、ワークＷの上面とＲ点との間のＺ方向の間隔は、１ｍｍ～５ｍｍである。これにより、工具Ｔの先端がＲ点からＲ’点に到達するまで主軸２のＺ方向の移動およびテーブル３のＸ方向の移動が時間的にオーバラップし、Ｒ点からＲ’点までの間のワークＷに対する工具Ｔの先端の移動経路は、円弧状または略円弧状となる。
【0021】
また、制御部７ｂは、位置決め工程Ｓ３の終了前に次のタップ工程Ｓ１を開始する。
具体的には、制御部７ｂは、次のタップ工程Ｓ１において下降する工具Ｔの先端がＲ点を通過すると同時に位置決め工程Ｓ３のタップ位置Ｐｎ＋１の位置決めが完了するように、工具Ｔの下降を開始させる。これにより、工具Ｔの先端がＲ’点からＲ点に到達するまでテーブル３のＸ方向の移動および主軸２のＺ方向の移動が時間的にオーバラップし、Ｒ’点からＲ点までの間のワークＷに対する工具Ｔの先端の移動経路は、円弧状または略円弧状となる。
また、制御部７ｂは、タップ工程Ｓ１において工具Ｔが正方向に回転しながら工具Ｔの先端がＲ点を通過するように、位置決め工程Ｓ３において、主軸２の回転方向を制御する。
具体的には、制御部７ｂは、次のタップ工程Ｓ１において下降する工具Ｔの先端がＲ点を通過すると同時に位置決め工程Ｓ３のタップ位置Ｐｎ＋１の位置決めが完了するように、工具Ｔの下降を開始させる。これにより、工具Ｔの先端がＲ’点からＲ点に到達するまでテーブル３のＸ方向の移動および主軸２のＺ方向の移動が時間的にオーバラップし、Ｒ’点からＲ点までの間のワークＷに対する工具Ｔの先端の移動経路は、円弧状または略円弧状となる。
また、制御部７ｂは、タップ工程Ｓ１において工具Ｔが正方向に回転しながら工具Ｔの先端がＲ点を通過するように、位置決め工程Ｓ３において、主軸２の回転方向を制御する。
【0022】
さらに、制御部７ｂは、図３および図４に示されるように、タップ工程Ｓ１における主軸２のＺ方向の加速の完了のタイミングと、引き抜き工程Ｓ２における主軸２のＺ方向の減速の開始のタイミングとを、タップ位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１間のＸ方向の距離ΔＰに基づいて、第１制御モードおよび第２制御モードのいずれかで制御する。このように距離ΔＰに応じた制御モードを使用することによって、距離ΔＰに関わらず、前述した円弧状または略円弧状の移動軌跡を実現することができる。
第１制御モードおよび第２制御モードのいずれを選択するかは、例えば、加工プログラムに基づいて制御部７ｂによって自動で決定されるか、または、ユーザによって決定され制御装置７に設定される。
第１制御モードおよび第２制御モードのいずれを選択するかは、例えば、加工プログラムに基づいて制御部７ｂによって自動で決定されるか、または、ユーザによって決定され制御装置７に設定される。
【0023】
図３および図４において、実線の矢印は、一定の切削送り速度での工具Ｔの移動軌跡を表し、破線の矢印は、減速中の工具Ｔの移動軌跡を表し、一点鎖線の矢印は、加速中の工具Ｔの移動軌跡を表している。
図５は、第１制御モードにおける主軸２（Ｚ軸）およびテーブル３（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表している。図６は、第２制御モードにおける主軸２（Ｚ軸）およびテーブル３（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表している。図５および図６において、横軸は時間である。
図５は、第１制御モードにおける主軸２（Ｚ軸）およびテーブル３（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表している。図６は、第２制御モードにおける主軸２（Ｚ軸）およびテーブル３（Ｘ軸）の速度および位置の時間変化を表している。図５および図６において、横軸は時間である。
【0024】
第１制御モードは、図３に示されるように、タップ位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１間の距離ΔＰが比較的遠い場合に選択される。具体的には、第１制御モードは、タップ工程Ｓ１での主軸２のＺ方向の加速時間の長さと引き抜き工程Ｓ２での主軸２のＺ方向の減速時間の長さとの合計が、位置決め工程Ｓ３の位置決め時間の長さ以下である場合に選択される。
【0025】
主軸２のＺ方向の減速時間は、主軸２の速度が切削送り速度からゼロまで所定の減速度で減速するのに要する時間である。所定の減速度は、例えば、Ｚ軸送りモータ５の最大減速度である。主軸２のＺ方向の加速時間は、主軸２の速度がゼロから切削送り速度まで所定の加速度で加速するのに要する時間である。所定の加速度は、例えば、Ｚ軸送りモータ５の最大加速度である。
位置決め時間の長さは、位置決め工程Ｓ３において、テーブル３が移動を開始してから、次のタップ位置Ｐｎ＋１が工具Ｔに対して位置決めされてテーブル３が停止するまでの時間の長さである。
位置決め時間の長さは、位置決め工程Ｓ３において、テーブル３が移動を開始してから、次のタップ位置Ｐｎ＋１が工具Ｔに対して位置決めされてテーブル３が停止するまでの時間の長さである。
【0026】
第１制御モードにおいて、制御部７ｂは、引き抜き工程Ｓ２において、工具Ｔの先端がＲ点を通過すると同時に主軸２のＺ方向の減速を開始する。また、制御部７ｂは、タップ工程Ｓ１において、工具Ｔの先端がＲ点を通過すると同時に主軸２のＺ方向の加速を完了する。
【0027】
第２制御モードは、図４に示されるように、タップ位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１間の距離ΔＰが比較的近い場合に選択される。具体的には、第２制御モードは、タップ工程Ｓ１での主軸２のＺ方向の加速時間の長さと引き抜き工程Ｓ２での主軸２のＺ方向の減速時間の長さとの合計が、位置決め工程Ｓ３の位置決め時間の長さよりも長い場合に選択される。
【0028】
第２制御モードにおいて、制御部７ｂは、引き抜き工程Ｓ２において、工具Ｔの先端がＲ点を通過する前に主軸２のＺ方向の減速を開始する。また、制御部７ｂは、タップ工程Ｓ１において、工具Ｔの先端がＲ点を通過した後に主軸２のＺ方向の加速を完了する。距離ΔＰが短い程、減速を開始するタイミングは早くなる。好ましくは、制御部７ｂは、工具Ｔの先端が引き抜き工程Ｓ２においてＲ点を通過してから次のタップ工程Ｓ１においてＲ点を通過するまでの時間の長さが、位置決め時間の長さと同一となるように、引き抜き工程Ｓ２における主軸２の減速の開始のタイミングを制御する。
【0029】
次に、工作機械１の作用について説明する。
制御部７ｂは、Ｘ軸送りモータ６によってテーブル３のＸ方向の移動と一時停止とを繰り返すことによって、ワークＷの複数のタップ位置Ｐｉを順番に工具Ｔの鉛直下方に位置決めする。また、制御部７ｂは、主軸モータ４によって主軸２および工具Ｔを回転させながら、テーブル３の動作と同期させて、Ｚ軸送りモータ５によって主軸２のＺ方向の下降と上昇とを繰り返す。これにより、複数のタップ位置Ｐｉの下穴Ｈに順番に工具Ｔによってタップ加工が施される。
制御部７ｂは、Ｘ軸送りモータ６によってテーブル３のＸ方向の移動と一時停止とを繰り返すことによって、ワークＷの複数のタップ位置Ｐｉを順番に工具Ｔの鉛直下方に位置決めする。また、制御部７ｂは、主軸モータ４によって主軸２および工具Ｔを回転させながら、テーブル３の動作と同期させて、Ｚ軸送りモータ５によって主軸２のＺ方向の下降と上昇とを繰り返す。これにより、複数のタップ位置Ｐｉの下穴Ｈに順番に工具Ｔによってタップ加工が施される。
【0030】
ここで、工具Ｔの先端がＲ’点とＲとの間でＺ方向に移動する期間において、主軸２のＺ方向の移動とテーブル３のＸ方向の移動とが時間的にオーバラップする。これにより、引き抜き工程Ｓ２が全て終了した後に次の位置決め工程Ｓ３を開始し、位置決め工程Ｓ３が全て終了した後にタップ工程Ｓ１を開始する場合と比較して、サイクルタイムの短縮を図ることができる。
【0031】
また、上昇する主軸２の減速のタイミングおよび下降する主軸２の加速の完了のタイミングが、タップ位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１間の距離ΔＰに応じた制御モードで制御される。このような制御によって、距離ΔＰに関わらず、タップ位置Ｐｎからタップ位置Ｐｎ＋１までのワークＷに対する工具Ｔの移動軌跡が滑らかに連続する、すなわち、工具Ｔが一時停止することなくタップ位置Ｐｎからタップ位置Ｐｎ＋１までワークＷに対して移動する。これにより、距離ΔＰに関わらずテーブル３を常に早送りで移動させることができ、サイクルタイムのさらなる短縮を図ることができる。
【0032】
図８は、図３の第１制御モードによる制御方法の比較例を示し、図９は、図４の第２制御モードによる制御方法の比較例を示している。
図８において、引き抜き工程Ｓ２の終了と同時に位置決め工程Ｓ３が開始し、位置決め工程Ｓ３の終了と同時にタップ工程Ｓ１が開始する。
図９において、引き抜き工程Ｓ２において、工具Ｔの先端がＲ点を通過すると同時に主軸２の減速が開始し、タップ工程Ｓ１において、工具の先端がＲ点を通過すると同時に主軸２の加速が完了する。
図３と図８との比較および図４と図９との比較から、本実施形態の第１制御モードおよび第２制御モードによってサイクルタイムが短縮されることが分かる。
図８において、引き抜き工程Ｓ２の終了と同時に位置決め工程Ｓ３が開始し、位置決め工程Ｓ３の終了と同時にタップ工程Ｓ１が開始する。
図９において、引き抜き工程Ｓ２において、工具Ｔの先端がＲ点を通過すると同時に主軸２の減速が開始し、タップ工程Ｓ１において、工具の先端がＲ点を通過すると同時に主軸２の加速が完了する。
図３と図８との比較および図４と図９との比較から、本実施形態の第１制御モードおよび第２制御モードによってサイクルタイムが短縮されることが分かる。
【0033】
また、ワークＷの上面よりも上方にＲ点が設定され、Ｒ点よりも上方において工具Ｔの先端の移動経路が円弧状または略円弧状になる。これにより、ワークＷの厚さのばらつきに関わらず、円弧状または略円弧状の経路に沿って移動する工具Ｔの先端が下穴Ｈの開口部の角と干渉することを防止することができる。
【0034】
上記実施形態において、第１制御モードでのＲ点とＲ’点との間での主軸２のＺ方向の加速度および減速度をそれぞれ、サイクルタイムが増大しない範囲内で最大加速度および最大減速度よりも低減してもよい。
減速度が最大減速度よりも小さい場合、主軸２の減速距離が長くなるため、Ｒ点とＲ’点との間のＺ方向の距離はより大きくなり、工具Ｔの先端はより上方の位置まで退避する。
加速度および減速度が大きい程、加速時および減速時のＺ軸送りモータ５の消費電力および発熱が大きくなる。主軸２の加速度および減速度を低減することによって、Ｚ軸送りモータ５の消費電力および発熱を抑制することができる。
減速度が最大減速度よりも小さい場合、主軸２の減速距離が長くなるため、Ｒ点とＲ’点との間のＺ方向の距離はより大きくなり、工具Ｔの先端はより上方の位置まで退避する。
加速度および減速度が大きい程、加速時および減速時のＺ軸送りモータ５の消費電力および発熱が大きくなる。主軸２の加速度および減速度を低減することによって、Ｚ軸送りモータ５の消費電力および発熱を抑制することができる。
【0035】
例えば、図２において、タップ位置Ｐｎ，Ｐｎ＋１間に、主軸２がテーブル３に対してＸ方向に直線移動する期間が存在する。一方、図７に示されるように、低減された減速度で主軸２を減速し、その後、低減された加速度で直ちに主軸２の加速を開始したとしても、サイクルタイムは図２の場合と同じである。
【0036】
Ｒ点とＲ’点との間での減速度および加速度は、例えば、図７に示されるように、Ｒ点とＲ’点との間でのワークＷに対する工具Ｔの移動経路が、直線を含まず、滑らかな円弧状または略円弧状の曲線になるように、決定される。これにより、減速と加速との間で主軸２の移動速度を、サイクルタイムの延長を引き起こさない範囲で最大限緩やかに変化させ、消費電力および発熱をより効果的に抑制することができる。
【0037】
上記実施形態において、第２方向がＸ方向であることとしたが、第２方向は、Ｚ方向に直交する任意の方向であってもよい。すなわち、第２方向は、Ｙ方向であってもよく、または、ＸおよびＹの両方向であってもよい。
一例として、複数のタップ位置ＰｉがＹ方向に配列する場合、制御部７ｂは、位置決め工程Ｓ３において、Ｙ軸送りモータ（第２送りモータ）を制御し、テーブル３をＹ方向に移動させてもよい。
他の例として、複数のタップ位置ＰｉがＸ方向およびＹ方向に２次元的に配列する場合、制御部７ｂは、位置決め工程Ｓ３において、Ｘ軸送りモータ６およびＹ軸送りモータの両方を同時に制御し、テーブル３をＸ方向およびＹ方向の両方に移動させてもよい。
一例として、複数のタップ位置ＰｉがＹ方向に配列する場合、制御部７ｂは、位置決め工程Ｓ３において、Ｙ軸送りモータ（第２送りモータ）を制御し、テーブル３をＹ方向に移動させてもよい。
他の例として、複数のタップ位置ＰｉがＸ方向およびＹ方向に２次元的に配列する場合、制御部７ｂは、位置決め工程Ｓ３において、Ｘ軸送りモータ６およびＹ軸送りモータの両方を同時に制御し、テーブル３をＸ方向およびＹ方向の両方に移動させてもよい。
【0038】
上記実施形態において、テーブル３が、主軸２の長手軸に交差するＸ方向およびＹ方向に移動することとしたが、主軸２およびテーブル３のＸ方向およびＹ方向の相対移動は、主軸２およびテーブル３のいずれか一方または両方の移動によって達成されればよい。同様に、上記実施形態において、主軸２が、主軸２の長手軸に平行なＺ方向に移動することとしたが、主軸２およびテーブル３のＺ方向の相対移動は、主軸２およびテーブル３のいずれか一方または両方の移動によって達成されればよい。
例えば、送りモータ５，６に代えて、テーブル３をＺ方向に移動させる第１送りモータと、主軸２をＸ方向およびＹ方向に移動させる第２送りモータとが設けられていてもよい。
例えば、送りモータ５，６に代えて、テーブル３をＺ方向に移動させる第１送りモータと、主軸２をＸ方向およびＹ方向に移動させる第２送りモータとが設けられていてもよい。
【0039】
また、上記実施形態において、第１方向が鉛直方向（Ｚ方向）であり、第２方向が水平方向（Ｘ方向およびＹ方向）であることとしたが、第１方向および第２方向の具体的な方向は工作機械の仕様に応じて適宜変更可能である。例えば、主軸２が水平に配置される工作機械の場合、第１方向が水平方向であり、第２方向が、第１方向に交差する任意の方向であってもよい。
【符号の説明】
【0040】
１ 工作機械
２ 主軸
３ テーブル
４ 主軸モータ
５ Ｚ軸送りモータ（第１送りモータ）
６ Ｘ軸送りモータ（第２送りモータ）
７ｂ 制御部
Ｈ 下穴
Ｐｎ，Ｐｎ＋１ タップ位置
Ｒ’ 退避点
Ｒ 基準点
Ｔ 工具
Ｗ ワーク
２ 主軸
３ テーブル
４ 主軸モータ
５ Ｚ軸送りモータ（第１送りモータ）
６ Ｘ軸送りモータ（第２送りモータ）
７ｂ 制御部
Ｈ 下穴
Ｐｎ，Ｐｎ＋１ タップ位置
Ｒ’ 退避点
Ｒ 基準点
Ｔ 工具
Ｗ ワーク
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】