(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを回転する回転軸と、工具を送る送り軸との同期動作によって前記ワークに形成されるネジのネジピッチを算出するシステムであって、
前記回転軸の回転角度を検出する第１の検出部と、
前記送り軸の移動量を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部によって検出された前記回転角度と、前記第２の検出部によって検出された前記移動量とに基づいて、前記ワークにネジを形成したときの前記回転軸の１回転毎の前記移動量を算出する算出部と、を備える、システム。
【請求項２】
前記算出部によって算出された前記１回転毎の移動量を表示する表示部をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記算出部は、予め定められた前記回転角度を始点として前記１回転毎の移動量を算出する、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記予め定められた回転角度は、前記ワークのネジ切り加工を開始した時点における前記回転軸の回転角度である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記算出部は、前記１回転毎の移動量の最小値、最大値、および平均値の少なくとも１つをさらに算出する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸および送り軸を備える工作機械によってワークに形成されたネジのネジピッチを算出するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークを回転させる回転軸と、該ワークを加工する工具を該ワークに対して移動させる送り軸とを備える数値制御加工システムにおいて、送り軸の理想移動量と実際の移動量の誤差を算出し、該誤差を監視または検証することによって、加工されたネジの精度を把握する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２６１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、実際に形成されたネジのネジピッチからは、上述したような送り軸の理想移動量と実際の移動量との誤差の影響を読み取ることができないので、実際のネジピッチと上記誤差とを対応付けて比較検証することができなかった。
【０００５】
このため、形成されたネジピッチに不適当な変動があった場合に、該変動が、回転軸および送り軸の制御に起因するのか、または、回転軸および送り軸の制御以外の要因に起因するのかを判断することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様において、ワークを回転する回転軸と、工具を送る送り軸との同期動作によってワークに形成されるネジのネジピッチを算出するシステムは、回転軸の回転角度を検出する第１の検出部と、送り軸の移動量を検出する第２の検出部と、第１の検出部によって検出された回転角度と、第２の検出部によって検出された移動量とに基づいて、ワークにネジを形成したときの回転軸の１回転毎の移動量を算出する算出部とを備える。
【０００７】
このシステムは、算出部によって算出された１回転毎の移動量を表示する表示部をさらに備えてもよい。算出部は、予め定められた回転角度を始点として１回転毎の移動量を算出してもよい。
【０００８】
予め定められた回転角度は、ワークのネジ切り加工を開始した時点における回転軸の回転角度であってもよい。算出部は、１回転毎の移動量の最小値、最大値、および平均値の少なくとも１つをさらに算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る加工システムのブロック図を示す。
【図２】ワークに対するネジ切り加工を説明するための図である。
【図３】ネジ切り加工されたワークを示す。
【図４】本発明の一実施形態に係る、ネジピッチを算出するためのシステムの原理を説明するためのグラフであって、縦軸は、回転軸の回転角度を示し、横軸は、送り軸の移動量を示す。
【図５】予め定められた回転角度を説明するための図であって、ワークを軸方向から見た図である。
【図６】図５に示すワークを径方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る加工システム１０について説明する。なお、以下の説明における軸方向は、後述する回転軸２０およびワークＷの回転軸線に沿う方向を示す。
【００１１】
加工システム１０は、ワークＷにネジ切り加工を施すためのシステムであって、制御部１２、第１の駆動部１４、第２の駆動部１６、ワークＷを加工する工具１８、ワークＷに固定された回転軸２０、および、工具１８に固定された送り軸２２を備える。
【００１２】
制御部１２は、第１の駆動部１４および第２の駆動部１６を、互いに同期して動作するように制御する。第１の駆動部１４は、例えばサーボモータから構成され、制御部１２からの指令に応じて、回転軸２０を回転軸線Ｏの周りに回転させる。該回転軸２０が回転されるのに伴って、ワークＷは、回転軸２０と一体となって回転軸線Ｏの周りに回転駆動される。
【００１３】
第２の駆動部１６は、制御部１２からの指令に応じて、送り軸２２をワークＷに沿って移動させる。本実施形態においては、第２の駆動部１６は、送り軸２２を軸方向に移動させる。例えば、第２の駆動部１６は、サーボモータと、該サーボモータの出力シャフトの回転を軸方向の移動に変換するボール螺子機構とから構成される。代替的には、第２の駆動部１６は、リニアモータから構成される。
【００１４】
第２の駆動部１６によって送り軸２２が移動されるのに伴って、工具１８は、送り軸２２と一体となってワークＷに沿って移動する。工具１８は、ワークＷを加工するときに、該ワークＷの外周面に押し当てられ、該ワークＷの外周面にネジ２６を形成する。
【００１５】
加工システム１０は、ワークＷに形成されたネジ２６のネジピッチを算出するためのシステム３０をさらに備える。このシステム３０は、第１の検出部３２、第２の検出部３４、および算出部３６を備える。第１の検出部３２は、回転軸２０の回転角度θを検出し、制御部１２に送信する。第１の検出部３２は、例えば、エンコーダ、またはホール素子によって構成される。
【００１６】
第２の検出部３４は、送り軸２２の移動量ξを検出し、制御部１２に送信する。本実施形態においては、第２の検出部３４は、送り軸２２の軸方向の移動量ξを検出する。例えば、第２の駆動部１６がサーボモータから構成されている場合、第２の検出部３４は、該サーボモータの回転角度を検出するエンコーダを含む。
【００１７】
この場合、第２の検出部３４は、エンコーダによって検出された回転角度θを、送り軸２２の軸方向の移動量ξに変換して、制御部１２に送信する。代替的には、第２の駆動部１６がリニアモータから構成されている場合、第２の検出部３４は、送り軸２２の移動量ξを直接計測可能な変位センサを含んでもよい。
【００１８】
本実施形態においては、制御部１２は、算出部３６としての機能を有する。制御部１２は、算出部３６として機能して、第１の検出部３２から受信した回転軸２０の回転角度θと、第２の検出部３４から受信した送り軸２２の移動量ξとに基づいて、ワークＷに形成した実際のネジピッチに対応する、制御上のネジピッチを算出する。なお、この機能については、後述する。
【００１９】
システム３０は、記憶部３８および表示部４０をさらに備える。記憶部３８は、例えばＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等により構成される、電気的に消去および記録が可能な不揮発性メモリである。
【００２０】
制御部１２は、記憶部３８と通信し、記憶部３８にデータを記録し、または記憶部３８からデータを消去する。表示部４０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等によって構成され、制御部１２から画像データを受信し、該画像データに応じた画像を表示する。
【００２１】
次に、図１〜図３を参照して、加工システム１０によってワークＷをネジ切り加工する方法について説明する。ワークＷをネジ切り加工する場合、制御部１２は、第１の駆動部１４に指令を送り、ワークＷを回転させる。
【００２２】
次いで、制御部１２は、第２の駆動部１６に指令を送り、ワークＷの外周面に押し当てるように配置された工具１８を、図２中の矢印４６に示すように軸方向へ移動させる。そうすると、工具１８は、図２の軌道２４に示すように、ワークＷの外周面上を螺旋状に相対移動し、ワークＷの外周面に図３に示すような複数のネジ２６の溝を形成する。
【００２３】
これらネジ２６は、ネジピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎを有するように、ワークＷの加工を開始した時点から順次形成される。これらネジピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎの各々は、ワークＷを１回転（すなわち、３６０°回転）させたときの、工具１８の軸方向の移動距離２８（図２）に相当する。
【００２４】
ネジ切り加工を行うとき、制御部１２は、第１の検出部３２から受信した回転角度θを参照して、第２の駆動部１６による送り軸２２の移動量ξを制御する。具体的には、制御部１２は、受信した回転角度θに、同期比＝（予め定められたネジピッチの目標値ＰＲｅｆに相当する送り軸２２の移動指令）／（３６０°）を乗算した値を算出する。
【００２５】
そして、制御部１２は、算出された該値に相当する移動指令を第２の駆動部１６に送信する。このようにして、制御部１２は、目標値ＰＲｅｆでワークＷにネジ２６を形成すべく、回転軸２０の回転角度θと同期して送り軸２２の移動量ξを制御する。
【００２６】
しかしながら、実際にワークＷに形成されるネジ２６のネジピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎは、様々な要因によって、目標値ＰＲｅｆから外れるように変動する場合がある。ここで、本実施形態に係るシステム３０は、回転軸２０の回転角度θと、送り軸２２の移動量ξとに基づいて、実際のネジピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎに対応する、制御上のネジピッチを算出する。
【００２７】
以下、システム３０の機能について説明する。なお、理解の容易の観点から、実際にネジ切り加工が開始された時点における回転角度θを０°とする。制御部１２は、ネジ切り加工が開始された後、第１の検出部３２および第２の検出部３４を介して、回転軸２０の回転角度θと、該回転角度θに対応する送り軸２２の移動量ξ（θ）とを計測する。この移動量ξ（θ）は、回転軸２０をθだけ回転させたときの、送り軸２２の移動量ξを示す。
【００２８】
制御部１２は、第１の検出部３２および第２の検出部３４から受信した回転角度θおよび移動量ξ（θ）を、記憶部３８に記憶する。一例として、制御部１２は、予め定められた回転角度θ（例えば１０°）毎に送り軸２２の移動量ξ（θ）を計測し、記憶部３８に記憶する。このようにして、回転角度θと移動量ξ（θ）とは、互いに対応付けられて記憶部３８に記憶される。
【００２９】
次いで、制御部１２は、算出部３６として機能して、取得した回転角度θおよび移動量ξ（θ）に基づいて、回転軸２０の１回転毎の移動量を算出する。具体的には、制御部１２は、回転角度θ＝３６０°×ｎ（ｎは正の整数）に対応する移動量ξ（３６０°×ｎ）を記憶部３８から読み出し、１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を、以下の式１に従って算出する。
Ｐ（ｎ）＝ξ（３６０°×ｎ）−ξ（３６０°×（ｎ−１））・・・（式１）
【００３０】
この概念について、図４のグラフを参照して詳細に説明する。図４の原点Ｏは、ネジ切り加工を開始した時点を示す。図４中のＰ（１）に示す値は、上述の式１にｎ＝１を代入して算出される値であって、回転軸２０がネジ切り加工開始時点から３６０°だけ回転したときの、送り軸２２の移動量ξ（３６０°）に等しい。
【００３１】
このＰ（１）は、第１周目のネジ２６（すなわち、図３の左端のネジ２６）が形成される間に制御部１２から第１の駆動部１４および第２の駆動部１６に送信された指令値と相関する値であって、実際に形成されたネジピッチＰ１に対応する、制御上のネジピッチＰ（１）と見做すことができる。
【００３２】
一方、図４中のＰ（２）は、上述の式１にｎ＝２を代入して算出される値である。具体的には、Ｐ（２）は、回転軸２０が７２０°回転したときの移動量ξ（７２０°）から、移動量ξ（３６０°）を減算することによって得られた値である。
【００３３】
このＰ（２）は、第２周目のネジ２６（すなわち、図３の左から２番目のネジ２６）が形成される間に制御部１２から第１の駆動部１４および第２の駆動部１６に送信された指令値と相関する値であって、実際のネジピッチＰ２に対応する、制御上のネジピッチＰ（２）と見做すことができる。
【００３４】
同様に、図４中のＰ（３）は、上述の式１にｎ＝３を代入して算出される値である。具体的には、Ｐ（３）は、回転軸２０が１０８０°回転したときの移動量ξ（１０８０°）から、移動量ξ（７２０°）を減算することによって得られた値である。
【００３５】
このＰ（３）は、第３周目のネジ２６（すなわち、図３の左から３番目のネジ２６）が形成される間に制御部１２から第１の駆動部１４および第２の駆動部１６に送信された指令値と相関する値であって、実際のネジピッチＰ３に対応する、制御上のネジピッチＰ（３）と見做すことができる。
【００３６】
このように、本実施形態に係るシステム３０においては、制御部１２は、算出部３６として機能し、上述の式１を用いて、回転軸２０の１回転毎の移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）（すなわち、制御上のネジピッチＰ（１）〜Ｐ（ｎ））を算出する。このようにして算出された移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）を以下の表１に示す。
【００３７】
【表１】
0005845321.tif 000002
【００３８】
また、制御部１２は、算出された移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）の最大値、最小値、および平均値をさらに算出する。このようにして算出された最大値、最小値、および平均値を以下の表２に示す。
【００３９】
【表２】
0005845321.tif 000003
【００４０】
制御部１２は、表１および表２に示すデータを、記憶部３８に記憶する。そして、制御部１２は、該データを表示部４０に表示させる。これにより、使用者は、回転軸２０の回転数ｎと、該回転数ｎに対応する移動量Ｐ（ｎ）を把握することができる。その結果、使用者は、実際に形成されたネジ２６のネジピッチＰ１〜Ｐｎと、移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）（すなわち、制御上のネジピッチ）とを比較することが可能となる。
【００４１】
このように、ネジピッチＰｎと移動量Ｐ（ｎ）とを比較することによって、使用者は、実際のネジピッチＰ１〜Ｐｎに不適当な変動が見られた場合に、該変動の要因を特定するための１つの判断材料とすることができる。この機能について、以下に説明する。
【００４２】
仮に、実測したネジピッチＰ１〜Ｐｎと、算出された移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）とを比較した結果、ネジピッチＰ１〜Ｐｎの変動と、移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）の変動とに、同様の傾向が見られたとする（例えば、Ｐ１〜Ｐ３＜ＰＲｅｆ＜Ｐ４〜Ｐｎ、且つ、Ｐ（１）〜Ｐ（３）＜ＰＲｅｆ＜Ｐ（４）〜Ｐ（ｎ））。
【００４３】
上述したように、Ｐ（ｎ）は、第ｎ周目のネジ２６が形成される間に制御部１２から第１の駆動部１４および第２の駆動部１６に送信された指令値と相関する、制御上のネジピッチＰ（ｎ）である。したがって、ＰｎとＰ（ｎ）との間に同様の傾向が見られた場合、ピッチ変動の原因は、制御部１２による第１の駆動部１４および第２の駆動部１６の制御にある可能性が高い。
【００４４】
したがって、この場合においては、使用者は、制御部１２から第１の駆動部１４および第２の駆動部１６に送信される指令値を調整することによって、実際のネジピッチＰ１〜Ｐｎの変動を制御できる可能性が高いものと判断できる。
【００４５】
一方、仮に、実測したネジピッチＰ１〜Ｐｎの変動と、算出された移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）の変動との間に同様の傾向が見られなかったとする。この場合、ピッチ変動の原因は、例えばワークＷの剛性の不均一さやワークＷへの異物の付着等といった、制御部１２による制御以外の機械的要因によるものである可能性が高い。したがって、この場合においては、使用者は、機械的要因に対応した対策を講じる必要があると判断できる。
【００４６】
このように、使用者は、ネジピッチＰｎと移動量Ｐ（ｎ）とを比較することによって、実際のネジピッチＰ１〜Ｐｎに不適当な変動が生じていた場合に、該変動の要因を特定する判断材料とすることができる。これにより、使用者は、このような不適当な変動を低減すべく、効率的に対策を講じることができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、使用者は、表１および表２に示すようなデータテーブルを、表示部４０を介して視認することができる。これにより、使用者は、実際のネジピッチＰｎと算出された移動量Ｐ（ｎ）とを、より効果的に比較検証することができる。
【００４８】
なお、上述の実施形態においては、理解の容易の観点から、ネジ切り加工が開始された時点でのワークＷの回転角度を０°とし、θ＝０°を基準（始点）として、１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を算出した場合について述べた。しかしながら、これに限らず、制御部１２は、予め定められた回転角度θＳ１を基準として、１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を算出してもよい。この構成について、図５および図６を参照して説明する。
【００４９】
図５中の点線４２は、加工システム１０が動作を開始した時点における、工具１８のワークＷに対する位置を示している。この時点において、制御部１２は、回転軸２０、送り軸２２、第１の検出部３２、および第２の検出部３４の動作を開始し、回転角度θおよび移動量ξに係るデータを取得し始める。
【００５０】
一方、回転軸２０が、予め定められた回転角度θＳ１だけ回転した状態においては、図５および図６中の点線４４に示すように、工具１８は、点線４２に示す位置よりもθＳ１だけ、ワークＷに対して相対的に回転した位置に配置される。
【００５１】
使用者は、この回転角度θＳ１を基準として１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を算出すべく、制御部１２に指令することができる。制御部１２は、使用者から該指令を受け付けると、以下の式２に従って、１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を算出する。
Ｐ（ｎ）＝ξ（θＳ１＋３６０°×ｎ）−ξ（θＳ１＋３６０°×（ｎ−１））・・・（式２）
【００５２】
これにより、制御部１２は、回転角度θＳ１の位置から１回転する毎の移動量Ｐ（１）、Ｐ（２）、・・・Ｐ（ｎ）を算出できる。そして、使用者は、これら移動量Ｐ（１）、Ｐ（２）、・・・Ｐ（ｎ）と、図６に示す点線４４の位置における、実際のネジピッチネジピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・Ｐｎとを、比較することができる。
【００５３】
なお、上述した予め定められた回転角度θＳ１は、実際にネジ切り加工が開示された時点での、回転軸２０の回転角度として設定されてもよい。この場合、使用者は、ネジ２６の始点を基準として、ネジピッチＰｎの変動を評価することができる。
【００５４】
さらには、制御部１２は、複数の予め定められた回転角度θＳ１、θＳ２、・・・θＳｎを基準として、１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を算出してもよい。一例として、以下の表３に、回転角度θＳ１〜θＳ４を基準として、１回転毎の移動量Ｐ（ｎ）を算出した場合のデータテーブルを示す。
【００５５】
【表３】
0005845321.tif 000004
【００５６】
この場合において、制御部１２は、複数の予め定められた回転角度θＳ１〜θＳｎを基準として算出された移動量Ｐ（ｎ）の最小値、最大値、および平均値を、さらに算出してもよい。一例として、以下の表４に、表３に示すθＳ１〜θＳ４に対応するＰ（ｎ）の最大値、最小値、および平均値を示す。
【００５７】
【表４】
0005845321.tif 000005
【００５８】
このように、本実施形態によれば、使用者は、複数の回転角度θＳ１〜θＳｎを基準として移動量Ｐ（ｎ）を算出し、回転角度θＳ１〜θＳｎの位置でのネジピッチの変動を評価することができる。これにより、使用者は、ネジピッチの変動をさらに詳細に分析することができる。
【００５９】
なお、上述の実施形態においては、システム３０が表示部４０を備え、算出された移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）を、表示部４０に表示する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、システム３０は、表示部４０を備えていなくてもよい。例えば、システム３０は、表示部４０の代わりに、算出した移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）をプリント媒体に印刷することによって、使用者に報知してもよい。
【００６０】
また、システム３０は、算出した移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）を、ネットワークを介して、外部機器に送信してもよい。また、システム３０は、算出した移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）を、使用者に報知することなく、データとして記憶しておくだけでもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態においては、システム３０が記憶部３８を備えている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、例えば、システム３０は、算出した移動量Ｐ（１）〜Ｐ（ｎ）を、ネットワークを介して外部機器に送信し、該外部機器内に記憶させてもよい。
【００６２】
また、上述した実施形態においては、システム３０の算出部３６が、加工システム１０の制御部１２に組み込まれている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、算出部３６を、制御部１２とは別の独立した要素として構成してもよい。
【００６３】
以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る。しかしながら、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。
【００６４】
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０    加工システム
１２    制御部
１４    第１の駆動部
１６    第２の駆動部
２０    回転軸
２２    送り軸
３０    システム
３２    第１の検出部
３４    第２の検出部
３６    算出部
３８    記憶部
４０    表示部
【要約】
【課題】ネジピッチの変動の要因を判断することが困難であった。
【解決手段】ネジピッチを算出するシステム３０は、回転軸２０の回転角度を検出する第１の検出部３２と、送り軸２２の移動量を検出する第２の検出部３４と、第１の検出部３２によって検出された回転角度と、第２の検出部３４によって検出された移動量とに基づいて、ワークＷにネジを形成したときの回転軸２０の１回転毎の上記移動量を算出する算出部３６とを備える。
【選択図】図１【図１】
0005845321.tif 000006
【図２】
0005845321.tif 000007
【図３】
0005845321.tif 000008
【図４】
0005845321.tif 000009
【図５】
0005845321.tif 000010
【図６】
0005845321.tif 000011