JP6415623B2 - Control method and control device for tapping - Google Patents
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Description
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。 The present invention is a so-called synchronous tapping process that performs tapping on a workpiece by synchronizing the rotation operation of a tap mounted on a rotating spindle driven by a motor and the relative feed operation of the tap with respect to the workpiece in the rotation axis direction. The present invention relates to a control method and a control apparatus.
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。 Winding switching motors are widely used as spindle motors for machine tools. A low-speed winding and a high-speed winding are provided inside the winding switching motor, and they are switched according to the rotational speed commanded from the machining program to the main shaft. The main shaft motor can drive the main shaft at a low speed and a high torque with a low speed winding and a high speed and a low torque with a high speed winding. It is well known that the main shaft can be driven at low speed and high torque or at high speed and low torque by a mechanical two-stage transmission connected to the output shaft of the main shaft motor instead of the winding switching motor. By the way, synchronous tapping is widely performed using a machine tool having a winding switching motor.
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。 Patent Document 1 discloses a screw machining apparatus that efficiently performs synchronous tapping. However, the spindle motor of the machine tool of Patent Document 1 is not a winding switching motor and is not connected to a two-stage transmission.
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。 When performing synchronous tapping using a machine tool with a coil switching motor, the machining program creator wants to increase the spindle rotation speed as much as possible to shorten the machining time and increase the spindle command rotation speed. Tend. However, increasing the rotation speed of the spindle does not simply shorten the tapping time. The tap processing time depends on various conditions such as a tap processing distance. However, it is difficult for the machining program creator to accurately determine in a short time whether the rotation speed on the low-speed winding side or the rotation speed on the high-speed winding side is advantageous from the viewpoint of shortening the machining time. Met. For this reason, it is presumed that there have been many cases where disadvantageous selection has been made from the viewpoint of machining time.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a tap machining control method and a control device capable of reducing machining time in synchronous tap machining.
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巻線切替えにより行う変速手段を内蔵する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、低速巻線及び高速巻線利用時のそれぞれの、所定のステップで配列されたモータの回転速度毎の加速時における加速度、加速時間、加速中の回転回数、減速時における加速度、減速時間、減速中の回転回数、並びに加速中の回転回数と減速中の回転回数との和である加減速回転回数の各値を対応させた表を予め作成する段階、タップ加工に先立ち、タップの加工距離、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、作成した表と読み込んだデータとに基づいて、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。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, rotation of a tap mounted on a rotating spindle driven by a motor having a built-in speed change means that performs low-speed high-torque driving and high-speed low-torque driving by switching windings. In the tap processing control method for performing tap processing on the work by synchronizing the operation and the relative feed operation of the tap in the rotation axis direction with respect to the work, at each predetermined step when using the low speed winding and the high speed winding. Acceleration, acceleration time, number of rotations during acceleration, acceleration during deceleration, deceleration time, number of rotations during deceleration, number of rotations during acceleration and number of rotations during deceleration the step of creating a table that associates each value of acceleration and deceleration rotation number is the sum of the advance, prior to tapping, machining distance of the tap, low speed and high torque driving and the high-speed low torque to the parallel beauty Step of reading the maximum speed for each of the dynamic, based on the read data and tables created, and calculates the respective shortest tapping time for low speed high torque during driving and high-speed low-torque drive to one of the tap hole There is provided a tapping control method including a step and tapping a tapped hole at a rotation speed with a shorter calculated tapping time.
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巻線切替えにより行う変速手段を内蔵する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、予め作成した低速巻線及び高速巻線利用時のそれぞれの、所定のステップで配列されたモータの回転速度毎の加速時における加速度、加速時間、加速中の回転回数、減速時における加速度、減速時間、減速中の回転回数、並びに加速中の回転回数と減速中の回転回数との和である加減速回転回数の各値を対応させた表を記憶すると共に、タップ加工に先立ち、タップの加工距離、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記憶部、記憶部の表と読み込んだデータとに基づいて、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する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。 Furthermore, in order to achieve the above-described object, according to the present invention, a tap mounted on a rotating spindle driven by a motor incorporating a speed change means for performing low speed high torque drive and high speed low torque drive by switching windings. and rotation of, by synchronizing the relative feeding operation of the rotational axis of the tap relative to the workpiece, the tapping control apparatus for controlling tapping in performing tapping on the workpiece, the slow winding and fast previously prepared Acceleration during acceleration, acceleration time, number of rotations during acceleration, acceleration during deceleration, deceleration time, number of rotations during deceleration, as well as acceleration at each rotation speed of the motors arranged in predetermined steps when using windings, and stores the table showing the correspondence of the values of acceleration and deceleration rotation number is the sum of the rotation number during deceleration rotation number during acceleration prior to tapping, the processing of the tap Away, maximum speed you store Loading the Symbol憶部for each low-speed high torque drive and high-speed low-torque drive to the parallel beauty, on the basis of the read and the table storage unit data, low-speed high torque for one tap hole A tapping process comprising: an arithmetic processing unit that calculates the shortest tapping time for driving and high-speed low-torque driving, and instructs tapping for a tapped hole at the shorter rotation speed of the calculated tapping time. A control device is provided.
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。 According to the present invention, even if there are a large number of tapping locations with different diameters and depths, the rotation speed of the spindle that can obtain the shortest machining time for all tapping locations is troubled by the machining program creator. It is possible to make an accurate determination without any problem. Actually, the difference in machining time between low-speed and high-torque driving and high-speed and low-torque driving is often 1 second or less, but even such a small difference has many tapping points. For workpieces such as cylinder blocks of automobile engines, a great effect of shortening the machining time can be produced.
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ＣＳ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。
Hereinafter, a tap processing control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a schematic front view of a
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。
The
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ＶＬと高速巻線の到達回転速度ＶＨが示されている。これら到達回転速度ＶＬ、ＶＨ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ＶＬ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ＶＨは巻線切替速度Ｖｓを超える値をとる。
FIG. 2 shows the rotation speed V of the
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。 In FIG. 2, the trapezoidal wave shows the case where the low-speed winding is used, and the triangular wave shows the case where the high-speed winding is used. However, even when a low-speed winding is used, there is a case of a triangular wave, and even when a high-speed winding is used, there is a case of a trapezoidal wave. Whether it is a triangular wave or a trapezoidal wave is determined by conditions such as the tapping distance.
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ＶＨ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。 It can be seen from FIG. 2 that low-speed high-torque driving with a low-speed winding and high-speed low-torque driving with a high-speed winding are possible. Further, FIG. 2 shows that only the high-speed winding is used to reach the ultimate rotational speed V H of the high-speed winding from the speed 0. In other words, it can be understood that the low-speed winding is used until the winding switching speed Vs in the middle and the high-speed winding is not switched thereafter.
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ＴａＬ、ＴａＨと減速時間ＴｄＬ、ＴｄＨはそれぞれ等しくはなく、加速時間ＴａＬ、ＴａＨが減速時間ＴｄＬ、ＴｄＨ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。
In FIG. 2, the rotational speed of the forward path of the tapping process is shown on the plus side, and that of the return path is shown on the minus side. The forward and backward waveforms in FIG. 2 are point symmetric with respect to the point BP. The point BP indicates a position where the rotational speed is 0, and therefore corresponds to the lowest value of the stroke of the
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ＶＬ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。
In the example shown in FIG. 2, the processing time TL for the low-speed winding is shorter than the processing time TH for the high-speed winding. Therefore, for the tap hole assumed in FIG. 2, it is advantageous from the viewpoint of shortening the machining time to command the
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。 Hereinafter, a tapping process control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to a flowchart of FIG. 3 showing an example thereof. This control method is implemented by a tap machining control device prepared as a component of a machine control device of a machine tool.
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。 The tapping processing control device first reads NC parameters (step S10). The NC parameters read here are the maximum rotation speed Vs for the low-speed winding and the maximum rotation speed Vmax for the high-speed winding, and the respective accelerations αa and αd when using the low-speed and high-speed windings. The maximum rotation speed Vs for the low-speed winding is also called a winding switching speed Vs.
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Ｖｉ（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Ｖｉ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。
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。
By the way, in the present embodiment, the acceleration of the
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。
Next, tool data and a machining program are read (step S30). Specifically, the diameter, machining distance, pitch, and allowable peripheral speed of the
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。 Next, the number of rotations required for processing, that is, the total number of rotations Rt is calculated from the processing distance and pitch of the tap 18 (step S40). The total number of rotations Rt originally corresponds to the sum of the forward and return areas in the graph of FIG. 2, but the forward and return areas are symmetrically equal with respect to the point BP. This will be described as the total number of rotations Rt.
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ＶＬ、ＶＨ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ＶＬ、ＶＨの最大値を決定する。到達回転速度ＶＬ、ＶＨ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。 Next, each of the arrival rotational speed V L of the low speed winding and a high speed winding used to determine the V H (step S50). More specifically, here, the maximum values of the possible rotation speeds V L and V H are determined. The ultimate rotational speeds VL and VH are determined by the magnitude relationship between the total number of rotations Rt for the low-speed winding and the number of acceleration / deceleration rotations Rgs for the coil switching speed, and the total number of rotations Rt and the maximum rotational speed for the high-speed winding. It is determined by the following methods (1) to (4) according to the magnitude relationship with the rotation number Rgmax with respect to Vmax.
最初に低速巻線を利用した場合の可能な到達回転速度ＶＬ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ＶＬ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ＶＬは、表１の回転速度Ｖｉ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Ｖｉ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ＲｇｉＬ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ＲｇｉＬを表１から選択する。そして、選択した加減速回転回数ＲｇｉＬに対応する回転速度Ｖｉ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ＶＬとする。なお、この場合、選択した加減速回転回数ＲｇｉＬ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ＶＬを微修正することが好ましい。
First, the maximum possible rotational speed V L when using a low-speed winding is determined.
(1) When Rt ≧ Rgs In this case, the ultimate rotational speed V L is determined to be the smaller of the winding switching speed Vs and the allowable rotational speed Vc of the
(2) Rt <reaches rotational speed V L of this case Rgs is determined to smaller allowable rotation speed Vc of the rotational speed V i and the
Therefore, in order to select V i in Table 1, the acceleration / deceleration rotation frequency Rg iL in Table 1 that satisfies the total rotation frequency Rt is selected. More particularly, selected from Table 1 closest deceleration rotation number Rg iL the total rotation number Rt or less and the total number of rotations Rt. Then, the arrival speed V L when the smaller allowable rotation speed Vc of the rotational speed V i and the
次に、高速巻線を利用した場合の可能な到達回転速度ＶＨ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ＶＨ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ＶＨは、表２の回転速度Ｖｉ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Ｖｉ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ＲｇｉＨ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ＲｇｉＨを表２から選択する。そして、選択した加減速回転回数ＲｇｉＨに対応する回転速度Ｖｉ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ＶＨとする。なお、この場合、選択した加減速回転回数ＲｇｉＨ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ＶＨを微修正することが好ましい。
Next, the maximum value of the reachable rotational speed V H when using the high-speed winding is determined.
(3) In the case of Rt ≧ Rgmax In this case, the reached rotation speed V H is determined to be the smaller of the maximum command rotation speed Vmax and the allowable rotation speed Vc of the
Here, as shown in Table 2, Rgmax is the number of acceleration / deceleration rotations with respect to the maximum rotation speed Vmax.
(4) Rt <reaches rotational speed V H of the
Therefore, in order to select V i in Table 2, the acceleration / deceleration rotation frequency Rg iH in Table 2 that satisfies the total rotation frequency Rt is selected. More specifically, an acceleration / deceleration rotation number RgiH that is equal to or less than the total rotation number Rt and is closest to the total rotation number Rt is selected from Table 2. Then, the arrival speed V H when the smaller allowable rotation speed Vc of the rotational speed V i and the
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ＶＬ、ＶＨ、及びそれに対応する加速時間ＴａＬ、ＴａＨと減速時間ＴｄＬ、ＴｄＨ、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）。 Next, from the determined rotational speeds V L and V H of the determined low-speed winding and high-speed winding, acceleration times Ta L and Ta H corresponding thereto, deceleration times Td L and Td H , and the total number of rotations Rt The machining time TL for the low-speed winding and the machining time TH for the high-speed winding are calculated (step S60).
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。 The calculated machining time TL and ТH may be displayed on a display device of the machine control device, for example. The machining times TL and ТH obtained here are the times of the forward path, but if the total time of the forward path and the return path is necessary, the obtained time may be doubled.
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ＶＬ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ＶＨ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ＶＬ又はＶＨ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ＶＬ又はＶＨ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。 Next, a comparison is made between the calculated machining time TL for the low-speed winding and the machining time TH for the high-speed winding (step S70), and if the machining time TL for the low-speed winding is less than or equal to the machining time TH for the high-speed winding. For example, the ultimate rotational speed VL by the low-speed winding determined in step S50 is sent out as the main spindle rotational speed (step S80). Otherwise, the machining time TH by the high-speed winding is less than the machining time TL by the low-speed winding. if the arrival rotational speed V H by high winding determined in step S50 is sent as a spindle rotation speed (step S90). In the present embodiment, the selected ultimate rotational speed V L or V H is sent to the machining program, and the machining program is rewritten. As a result, tapping is performed at the spindle rotation speed with the shorter tapping time. However, an embodiment in which the machining program is not rewritten only by displaying information on the selected ultimate rotational speed V L or V H is also possible in the present invention.
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。
According to the tap machining control method of the present embodiment, even if there are a large number of tap machining locations having different diameters and depths, the rotational speed of the
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Ｖｉ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。 In the foregoing embodiments, for the purpose of shortening the processing time, had been prepared as Tables 1 and 2 to calculate the acceleration and deceleration rotation number Rg like every rotational speed V i of the predetermined step interval, In the present invention, if the acceleration data of each winding of the motor is determined, other embodiments for calculating the shortest machining times TL and TH of each winding without preparing such a table are possible. It will be understood.
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。
Another embodiment for calculating the machining times TL and TH will be described. FIG. 5 is a relationship diagram between the torque and the rotation speed of the spindle motor of a typical machine tool, and FIG. 6 is a relationship diagram between the output of the spindle motor and the rotation speed. These diagrams are known in machine tools. The load inertia I [Kgm 2 ] acting on the spindle motor when the maximum tap is attached to the spindle is also a known constant value. If the torque at an arbitrary spindle speed Vn [rev / min] is t [Nm], the output is P [W], and the acceleration is α [rev / s 2 ], the following two equations are established.
I · α = t (1)
t = 60 · P / Vn (2)
From the formulas (1) and (2), α = t / I = 60 · P / I · Vn (3)
It becomes.
FIG. 7 shows the relationship between the acceleration and the spindle rotation speed in a diagram using FIG. 5 or FIG. 6 and equation (3).
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。 In each of the diagrams of FIGS. 5 to 7, the rotation speed when the diagram of the low-speed winding and the diagram of the high-speed winding intersect is set as the winding switching speed Vs. In FIG. 7, the spindle is rotated at an acceleration along the acceleration diagram of the low-speed winding in the region where the rotational speed is up to Vs, and at an acceleration along the acceleration diagram of the high-speed winding in the region where the rotational speed exceeds Vs. It is advantageous in terms of machining time to rotate the main shaft. That is, it is advantageous in terms of machining time to accelerate with the maximum output characteristic of the spindle motor. Using the acceleration along the acceleration diagram of each winding in FIG. 7 and the spindle rotation speed, machining when machining with a low-speed winding is schematically performed as shown in FIG. The time TL and the machining time TH when machining with high-speed winding are calculated. At this time, the area surrounded by the broken line of the forward path of each winding and the time T axis on the horizontal axis corresponds to the machining distance. For convenience, a value obtained by inverting the sign of acceleration is used for the deceleration. The return path is assumed to be the shape of the vertical object, and the values of the machining times TL and TH are calculated. The winding with the smaller calculated machining time TL, TH is selected. However, the allowable rotational speed Vc determined based on the allowable peripheral speed of the tap must not be exceeded. Thus, the acceleration can be obtained from the relationship between the spindle torque or the spindle output and the load inertia, and the shortest machining times TL and TH of each winding can be calculated using the acceleration.
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。 In the description of step S10 in FIG. 3, it has been described that one of the NC parameters to be read first includes the respective accelerations when using the low-speed and high-speed windings. Normally, the NC parameter is adjusted to the upper limit of the spindle motor output by adjusting the actual machine. Decide with a margin. Instead of this, the respective accelerations when using the low-speed and high-speed windings of the NC parameter can be calculated from the relationship between the spindle torque or the spindle output and the load inertia, as described in other embodiments.
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。
FIG. 4 shows a schematic front view of a
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。
The present invention can also be implemented as a tapping process control device.
A tap machining control device (not shown) according to an embodiment is configured to rotate a tap mounted on a rotary spindle driven by a winding switching motor that can switch between a low speed high torque drive and a high speed low torque drive, Processing control when performing tap processing on a workpiece is performed in synchronization with the relative feed operation of the tap in the rotation axis direction.
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ＶＬ又はＶＨ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。 Prior to tapping, the tap machining control device according to this embodiment includes a tapping distance, an allowable circumferential speed of the tap, acceleration α during low speed high torque driving and high speed low torque driving, and low speed high torque driving and high speed. A reading storage unit is provided for reading and storing the maximum rotation speeds Vs and Vmax for each of the low torque drives. Furthermore, the tapping process control device calculates the shortest tapping time TL and TH at the time of low speed high torque driving and high speed low torque driving with respect to one tapped hole based on the read data, and the calculated tapping process. An arithmetic processing unit is provided for instructing tapping with respect to the tapped hole at the rotation speed V L or V H which is the shorter of the times TL and TH.
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Ｖｉ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ＶＬと高速巻線の到達回転速度ＶＨを前述したやり方で決定するようにも構成されている。 Arithmetic processing unit, the maximum rotational speed Vs of the read acceleration data α and windings, the Vmax, for example, 10 [rev / min] of about acceleration time Ta and the deceleration time for each rotational speed V i arranged in step Td and the number of acceleration / deceleration rotations Rg are calculated, the above-described Table 1 and Table 2 are created, and the data of the tables are read and stored in the storage unit. Further, the arithmetic processing unit may determine the ultimate rotational speed V L of the low-speed winding and the ultimate rotational speed V H of the high-speed winding in the manner described above in order to calculate the shortest tapping time TL and TH. It is configured.
１０ 主軸頭
１４ 主軸モータ
１６ 巻線
１８ タップ
Ｒｔ 総回転回数
ＴａＬ 低速巻線の加速時間
ＴａＨ 高速巻線の加速時間
ＴｄＬ 低速巻線の減速時間
ＴｄＨ 高速巻線の減速時間
Ｖｓ 巻線切替速度
ＶＬ 低速巻線の到達回転速度
ＶＨ 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
10
Claims (5)
低速巻線及び高速巻線利用時のそれぞれの、所定のステップで配列されたモータの回転速度毎の加速時における加速度、加速時間、加速中の回転回数、減速時における加速度、減速時間、減速中の回転回数、並びに加速中の回転回数と減速中の回転回数との和である加減速回転回数の各値を対応させた表を予め作成する段階、
タップ加工に先立ち、前記タップの加工距離、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、
前記作成した表と読み込んだデータとに基づいて、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。 Rotation operation of a tap mounted on a rotating spindle driven by a motor with a built-in speed change means that performs low-speed high-torque drive and high-speed low-torque drive by winding switching , and relative feed operation in the rotation axis direction of the tap with respect to the workpiece In the tap processing control method for performing the tap processing on the workpiece,
Acceleration during acceleration, acceleration time, number of rotations during acceleration, acceleration during deceleration, deceleration time, during deceleration when using low-speed winding and high-speed winding for each of the motors arranged in a predetermined step A step of preparing a table in advance corresponding to each value of the number of rotations of acceleration and deceleration and the number of acceleration / deceleration rotations that is the sum of the number of rotations during deceleration
Prior to tapping, machining distance of the taps, the step of reading the maximum speed for each of the low-speed high-torque drive of the high-speed low-torque drive to the parallel beauty,
Based on the read data and the table mentioned above created, the step of calculating the time of the low-speed high torque drive to one of the tapped hole and the respective shortest tapping time for the high-speed low-torque drive, and calculated the tapping A tapping process control method comprising: tapping the tapped hole at a rotational speed with a shorter time.
予め作成した低速巻線及び高速巻線利用時のそれぞれの、所定のステップで配列されたモータの回転速度毎の加速時における加速度、加速時間、加速中の回転回数、減速時における加速度、減速時間、減速中の回転回数、並びに加速中の回転回数と減速中の回転回数との和である加減速回転回数の各値を対応させた表を記憶すると共に、タップ加工に先立ち、前記タップの加工距離、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記憶部、
前記記憶部の表と読み込んだデータとに基づいて、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。 Rotation operation of a tap mounted on a rotating spindle driven by a motor with a built-in speed change means that performs low-speed high-torque drive and high-speed low-torque drive by winding switching , and relative feed operation in the rotation axis direction of the tap with respect to the workpiece In the tapping process control device that controls tapping when performing tapping on the workpiece,
Acceleration, acceleration time, number of rotations during acceleration, acceleration during deceleration, deceleration time for each rotation speed of motors arranged in a predetermined step when using low-speed winding and high-speed winding created in advance In addition, a table that associates each value of the number of rotations during deceleration and the number of acceleration / deceleration rotations that is the sum of the number of rotations during acceleration and the number of rotations during deceleration is stored, and the tap processing is performed prior to the tap processing. distance, SL you store reads the maximum speed for each of the low speed and high torque drive to the high speed low torque drive to the parallel beauty憶部,
On the basis of the read and the table of the storage unit data, and calculates the respective shortest tapping time of the low speed high torque during driving and during the high-speed low-torque drive to one tap hole,
A tapping control apparatus comprising: an arithmetic processing unit that instructs tapping with respect to the tapped hole at a rotation speed with a shorter calculated tapping time.
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