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JP2575894B2 - 数値制御装置 - Google Patents

数値制御装置

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JP2575894B2
JP2575894B2 JP1253666A JP25366689A JP2575894B2 JP 2575894 B2 JP2575894 B2 JP 2575894B2 JP 1253666 A JP1253666 A JP 1253666A JP 25366689 A JP25366689 A JP 25366689A JP 2575894 B2 JP2575894 B2 JP 2575894B2
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JP
Japan
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acceleration
time constant
spindle
deceleration
axis
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JP1253666A
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JPH03117515A (ja
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勝義 北河
元澄 由良
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OOKUMA KK
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OOKUMA KK
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、
主軸にタッパを取付け、このタッパの回転及びZ軸の送
りを制御することによりタッピング加工を行なうように
なっている数値制御装置に関する。
(従来の技術) マシニングセンタ等においてタッピング加工を行なう
場合、主軸に取付けたタッパの回転とタッパの送りを制
御するZ軸の送り速度とを精度よく同期させることが必
要である。そこで、主軸の回転指令及びZ軸の移動指令
を同期させることにより、主軸位置及びZ軸位置を同期
制御し、タッピング加工を行なうという制御方法が実現
されている(例えば特開昭63−123605号公報等)。
第5図はそのブロック構成を示しており、指令入力部
1は切込深さl及びねじピッチPを位置指令発生部2に
与えると共に、主軸回転速度指令SRMを時定数決定手段
3に与える。位置指令発生部2は主軸の回転位置指令SR
P及びこれに同期したZ軸の回転位置指令ZRPを出力し、
それぞれ主軸制御部SC及びZ軸制御部ZCに入力する。主
軸制御部SC及びZ軸制御部ZCはほぼ同一の構成となって
おり、位置指令発生部2より入力された回転位置指令SR
P及びZRPをそれぞれ加減速処理部10S及び10Zで加減速処
理するが、主軸及びZ軸の同期を保つために時定数決定
手段3で決定された時定数T0に基づいて同一の加減速を
行なう。主軸モータ4Sには速度検出器5S及び位置検出器
6Sが接続され、速度検出器5Sからの主軸速度検出信号SS
Sが速度検出部13Sを経て加減算器14Sに入力され、位置
検出器6Sからの主軸位置検出信号SPSが減算器11Sに入力
されている。また、Z軸モータ4Zには位置検出器5Zが接
続されており、この位置検出器5ZからのZ軸位置検出信
号ZPSが減算器11Zに入力されると共に、速度検出部13Z
で得られたZ軸速度検出信号が加減算器14Zに入力され
ている。加減速処理部10S及び10Zの出力はそれぞれ微分
器15S及び15Zで微分されて速度成分となって後に加減算
器14S及び14Zに加算され、減算器11S及び11Zの減算結果
である誤差はそれぞれ位置誤差増幅器12S及び12Zで増幅
されて後に加減算器14S及び14Zに入力され、その加減算
結果が電力増幅器16S及び16Zを介して主軸モータ4S及び
Z軸モータ4Zを駆動するようになっている。
このような装置の制御方法において、主軸を駆動する
主軸モータ4S及びZ軸を駆動するZ軸モータ4Zの出力ト
ルクが有限であることから、主軸の加速度及びZ軸の加
速度は常に所定量以下に制御されなければならない。そ
こで、これらの主軸モータ4S及びZ軸モータ4Zに与えら
れる位置指令SRP及びZRPに対し、所定の加減速時定数に
応じて加減速処理を行なうことによって加速度を所望の
値に抑えるという制御方法が一般的である。そして、主
軸及びZ軸の位置を同期制御するという目的から、主軸
及びZ軸は当然同一の加減速時定数でもって加減速処理
される。
なお、第5図における加減速時定数T0は、オペレータ
が指令入力部1によって入力した主軸回転速度指令SRM
に応じて時定数決定手段3により決定される。
(発明が解決しようとする課題) 上述した様な加減速時定数T0は、従来指令された主軸
回転速度指令SRMに到達するための加速時間に応じて固
定量が設定され、制御されることが一般的であった。
しかしながら、主軸モータ4Sは第6図に示すように一
般的に基底回転速度NB以上では出力トルクτが低下し、
そのためユーザが例えば上限速度Nmax付近の主軸回転速
度Nを指令した場合は、基底回転速度NB以下では上限速
度Nmaxに比べてはるかに高い加速度が得られるにもかか
わらず、非常に長い、つまり大きな加減速時定数を設定
しなければならなかった。その結果、タッピング加工時
において、このような長い時定数を設定した場合、第7
図の特性に示すように実際の主軸回転速度は上限速度
Nmaxには到達せず、しかも長い加減速時定数のために加
工時間が非常に長くなるという問題があった。
この場合、主軸モータ4Sは実際には低い回転速度で回
転しており、この実際の回転速度においては、第6図に
示すように十分に大きな出力トルクτを出すことができ
るという点に着目すれば主軸の回転速度指令を低く設定
し、併せて加減速時定数を小さく(短く)設定すること
によって、第7図の特性に示すように加工時間を短縮
することが可能である。しかしながら、主軸回転速度指
令を低くし過ぎても高くし過ぎても加工時間が長くなる
ため、オペレータがその都度最適な回転速度Nを算出し
指令することが必要となる。この作業はオペレータにと
って非常に面倒であり、またプログラムミスも誘発し易
いという問題がある。
以上要するに、マシニングセンタ等でタッピング加工
を行なう際、主軸及びZ軸にそれぞれ同期した位置指令
を与えることにより、Z軸及び主軸を同期制御するとい
う同期タッピングが実現されているが、この様な制御方
法において、主軸とZ軸に対する位置指令はそれぞれ同
一の加減速処理を行なうことが必要であり、またその加
減速時定数は指令された速度に応じて決定されることが
一般的である。しかしながら、もし高い回転数を指令す
ると、長い加減速時定数が選定されるために実際の主軸
回転数は指令値に達することができないばかりか、加工
時間が非常に長くなるという問題があった。
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、
本発明の目的は、上記問題点を解決し、いかなるタッピ
ング加工においても加工時間を最短とする加減速時定数
を自動的に選定することにより、高速で高精度なタッピ
ング加工を実現できる数値制御装置を提供することにあ
る。
(課題を解決するための手段) 本発明は、主軸の回転指令及びZ軸の移動指令を同期
させることにより主軸位置及びZ軸位置を同期制御し、
タッピング加工を行なう数値制御装置に関するもので、
本発明の上記目的は、指令されたタップ切込深さ及びね
じピッチに応じて加減速時定数を決定する時定数決定手
段であって、前記加減速時定数をT、前記タップ切込深
さをl、ねじピッチをP、Kを定数とするとき、前記主
軸を駆動する電動機の回転数が基底回数以下の範囲にお
いては であり、前記回転数が前記基底回数以上の範囲において
なる関係、若しくはその近似式、若しくはその近似式に
相当するデータテーブルであって前記タップ切込深さ及
び前記ねじピッチに応じて読出し可能な加減速時定数の
データテーブルに基づいて、前記加減速時定数を決定す
る時定数決定手段を設け、前記決定された加減速時定数
に基づいて前記主軸及びZ軸の加減速制御を行なうこと
によって達成される。
(作用) 本発明は、主軸とZ軸に対する指令を同期させること
により同期タッピングを行なう数値制御装置において、
タッパの切込深さ及びねじピッチから加減速時定数を決
定する加減速時定数決定手段を設けると共に、この加減
速時定数決定手段で決定された加減速時定数によって主
軸及びZ軸の加減速制御を行なう。タッピング加工時
に、指定されたタップ切込深さ及びねじピッチに応じて
加工時間を最短とする様な加減速時定数が自動的に選定
されるため、いかなるタッピング加工においても高速な
加工を行なうことができる。また、ユーザがタッパ仕込
深さとねじピッチとを指令するだけで、常に加工時間が
最短となる様なタッピング加工を実現することができ
る。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
第1図は本発明の一実施例を第5図に対応させて示す
ブロック図である。オペレータは指令入力部1を介して
加工プログラム,加工データ等を入力し、入力された加
工データの中から抽出されたタッパの切込深さl及びね
じピッチPは、位置指令発生部2及び時定数決定手段4
に入力される。位置指令発生部2は主軸の回転位置指令
SRPとそれに同期したZ軸の位置指令ZRPを出力し、それ
ぞれ主軸制御部SC及びZ軸制御部ZCに入力する。主軸制
御部SC及びZ軸制御部ZCでは、位置指令SRP及びZRPをそ
れぞれ加減速処理部10S及び10Zにより加減速処理する
が、この際主軸及びZ軸の同期を保つために、時定数決
定手段4が決定して出力する加減速時定数Tで同一の加
減速を行なう。
ここで、時定数決定手段4が加減速時定数Tを決定す
るアルゴリズムについて説明する。タッピング加工を行
なう際の主軸回転速度のタイムチャートは第3図に示す
通りであり、図より明らかなように加減速時定数をT,主
軸回転速度をNとすると、主軸の加速度αは α=N/T ……(1) で表わされる。そして、主軸モータ4Sの回転速度Nが基
底回転速度NB以下の場合は、第6図に示した様に、モー
タトルクが一定であることから、主軸加速度αも一定で
あり、これをA(定数)とすれば α=N/T=A ……(2) である。ここで、第3図において主軸の回転量Sについ
て考えると、これは図の三角形の面積Sに等しく S=αT2=AT2 ……(3) である。ここで、主軸回転量Sの意味は、主軸が起動→
停止する間に何回回転したかを表わしており、タッピン
グ加工においては S=l/P ……(4) である。よって、(3)及び(4)式より l/P=AT2 であるから、加減速時定数Tは となる。
以上より、時定数決定手段4がタッパ切込深さl及び
ねじピッチPより上記(5)式に基づいて加減速時定数
Tを決定することにより、主軸モータ4Sが出力し得る最
大の加速度で加速→減速を行なうため、最短時間で加工
を行なうことができる。
さらに、主軸モータ4Sの回転速度が基底回転速度NB
超える場合について説明する。簡単のため、主軸モータ
4Sの回転速度と主軸の回転速度とが等しいものと仮定す
ると、主軸モータ4Sが丁度基底回転速度NBに達するため
の条件は、基底回転速度NBまでの加速度をAとして S=l/P≧NB 2/A ……(6) である。すなわち、切込深さl及びねじピッチPの関係
が上記(6)式を満たす場合、主軸モータ4Sは基底回転
速度NB以上となる。そして、この範囲において、主軸モ
ータ4Sの出力トルクτは第6図に示した様に回転速度N
と共に低下し、第3図に示す加速度αは α=A/N(N>NB) ……(7) である。ここで、主軸回転速度Nは第3図より N=S/T ……(8) であるから、(7)及び(8)式より となる。よって、前記(3),(4)式及び(9)式よ
となり、 となる。なお、主軸モータ4Sが基底回転速度NBを超える
領域において前記(7)式が成り立つ場合は、第3図の
様に加速から即座に減速して加工する場合に加工時間が
最短となる。
以上のアルゴリズムにより時定数決定手段4は加減速
時定数Tを決定するが、このアルゴリズムをフローチャ
ートに表わすと第2図に示す様になる。すなわち、先ず
切込深さl,ネジピッチP及び主軸加速度A,基底回転速度
NBより前記(8)式のl/P≧NB 2/A?を判定し(ステップS
1)、l/PがNB 2/Aよりも小さければ(5)式によって時
定数Tの演算を行なう(ステップS2)。また、ステップ
S1でl/PがNB 2/A以上であれば(10)式に従って時定数T
を演算する(ステップS3)。
上述の様にして決定された加減速時定数Tは加減速処
理部10S及び10Zに入力され、それぞれ主軸回転位置指令
SRP及びZ軸回転位置指令ZRPの加減速処理を行なう。そ
して、加減速処理された主軸及びZ軸の位置指令はそれ
ぞれ減算器11S及び11Zに入力され、主軸位置フィードバ
ック信号SPS及びZ軸位置フィードバック信号ZPSによ
り、それぞれ位置のフィードバック制御が行なわれる。
なお、主軸制御部SC及びZ軸制御部ZCの他の構成要素は
前述した如く公知技術によるものである。
なお、以上の実施例で説明した様なアルゴリズムの他
に、時定数決定手段4は第4図の特性で示す様に切込
深さl,ねじピッチP及び加減速時定数Tの関係を前記
(5)式及び(10)式の関係、つまり図中の特性に近
似させた折れ線による関数データテーブルを利用するな
どして実現することも可能である。この場合、タップ切
込深さ及びねじピッチに応じて、これをアドレスデータ
として予め求められているデータテーブルの時定数Tを
読出す。
また、前記(5)式及び(10)式の関係式を例えば下
記のような近似式で近似し、時定数Tを決定することも
可能である。即ち、第2図のステップS2においては、 また、ステップS3においては、 なる近似式で時定数Tを決定する。
(発明の効果) 以上のように本発明の数値制御装置によれば、いかな
るタッピング加工を行なう際においても、タッピング加
工に最低限必要なタッパ切込深さ及びねじピッチを指令
するだけで、加工時間が最短となる様な加減速時定数が
自動的に選定され、オペレータは主軸の回転速度の指令
を入力する必要がないため、オペレータが加工プログラ
ムを入力する際の操作性を大きく改善し、しかも加工能
率を最大限に上げることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
時定数決定手段のアルゴリズムを説明するフローチャー
ト、第3図は主軸回転速度のタイムチャート、第4図は
加減速時定数を決定するための関数データテーブルの例
を示す図、第5図は従来の数値制御装置の一例を示すブ
ロック図、第6図は主軸を駆動する主軸モータの一般的
な速度トルク特性図、第7図はタッピング加工を行なう
際の動作を説明するための主軸回転速度のタイムチャー
トである。 1……指令入力部,2……位置指令発生部、3,4……時定
数決定手段、SC……主軸制御部、ZC……Z軸制御部、10
S,10Z……加減速処理部、4S……主軸モータ、4Z……Z
軸モータ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主軸の回転指令及びZ軸の移動指令を同期
    させることにより主軸位置及びZ軸位置を同期制御し、
    タッピング加工を行なう数値制御装置において、指令さ
    れたタップ切込深さ及びねじピッチに応じて加減速時定
    数を決定する時定数決定手段であって、前記加減速時定
    数をT、前記タップ切込深さをl、ねじピッチをP、K
    を定数とするとき、前記主軸を駆動する電動機の回転数
    が基底回数以下の範囲においては であり、前記回転数が前記基底回数以上の範囲において
    なる関係、若しくはその近似式、若しくはその近似式に
    相当するデータテーブルであって前記タップ切込深さ及
    び前記ねじピッチに応じて読出し可能な加減速時定数の
    データテーブルに基づいて、前記加減速時定数を決定す
    る時定数決定手段を設け、前記決定された加減速時定数
    に基づいて前記主軸及びZ軸の加減速制御を行なうよう
    にしたことを特徴とする数値制御装置。
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JP5778801B2 (ja) * 2014-01-23 2015-09-16 ファナック株式会社 工作機械の数値制御装置
JP7053523B2 (ja) * 2019-03-14 2022-04-12 ファナック株式会社 産業用機械の数値制御システム

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JPS63123605A (ja) * 1986-11-12 1988-05-27 Fanuc Ltd タツピング加工制御装置
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