(57)【要約】【課題】加工面に傾きがある場合であっても所望の精度を保ったリジットタップ加工が可能な数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御装置１は、予め設定された主軸とタップ方向を少なくともいずれかの軸とするワーク座標系の各軸との間の許容同期誤差である第１許容同期誤差を記憶するパラメータ記憶部２１０と、加工面の傾斜角を取得する前処理部１１０と、第１許容同期誤差と加工面の傾斜角とに基づいて、主軸と送り軸との許容同期誤差である第２許容同期誤差を決定する許容同期誤差決定部１４０と、第２許容同期誤差に基づいて主軸と送り軸との同期誤差を監視する同期誤差監視部１５０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転させる主軸と、該工具をワークに対して相対的に移動させる少なくとも直線２軸の送り軸とを備えた加工機を制御する数値制御装置であって、前記加工機の機械座標系の少なくともいずれかの軸に対して傾いた加工面に、該加工面に垂直に正対するタップ方向に前記工具を移動させてリジッドタップ加工を行う数値制御装置において、
予め設定された、前記主軸の回転と、前記タップ方向を少なくともいずれかの軸とするワーク座標系の各軸の移動との間の許容同期誤差である第１許容同期誤差を記憶するパラメータ記憶部と、
前記加工面の傾斜角を取得する前処理部と、
前記第１許容同期誤差と前記傾斜角とに基づいて、前記主軸と前記送り軸との許容同期誤差である第２許容同期誤差を決定する許容同期誤差決定部と、
前記第２許容同期誤差に基づいて前記主軸と前記送り軸との同期誤差を監視する同期誤差監視部と、
を備えた数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御装置に関し、特に加工面の傾きに応じて主軸との許容同期誤差の閾値を変更する機能を有する数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ穴を加工する場合、送り軸（タップ軸）による工具の移動と、主軸による工具の回転とを同期して切削するリジッドタップ加工がある（例えば、特許文献１等）。リジッドタップ加工では、タップ軸として直線送り軸３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のいずれかを通常使用するが、この場合、傾いた加工面に対して垂直にリジッドタップ加工をする場合には、ワーク座標系を傾けて、加工面に直交する軸方向にタップを行なう。例えば、図４に例示されるように、ワークの各面の内で機械座標系のＸＹ平面に対して平行な面Ａに対してリジットタップ加工をする際には、Ｚ軸により工具を移動させて加工が行われる。これに対して、図５に例示されるように、ワークの各面の内で機械座標系の軸に対して平行でない面Ｂに対してリジットタップ加工をする場合には、ワーク座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’を機械座標系に対して傾けて、Ｚ’軸により工具を移動させて（機械座標系ではＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸で工具を移動させて）加工が行われる。
【０００３】
リジットタップ加工では、それぞれの軸の間の同期に誤差が生じると、工具の破損やネジ山の潰れ等を招く恐れがある。その為、リジットタップ加工におけるタップ動作時には、タップ軸の間の許容移動誤差量の他に、主軸とタップ軸の各軸との間の許容同期誤差量を予め定めておき、各軸の間の同期の誤差が許容できる誤差量を超えた場合には、アラームなどを発生させて加工を止めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０１９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
機械座標系の軸に対して傾斜しているワーク面に対してリジッドタップ加工をする場合、図５で説明したように、タップ動作での工具の移動は、機械座標系における基本３軸の合成動作で実現されている。一方で、上記した許容同期誤差量は、従来技術では機械座標系において許容できる誤差として定義される。その為、加工するワーク面が機械座標系の軸に対して傾きが無い場合には、定められた許容同期誤差量を用いて主軸に対するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の誤差と、設定された許容同期誤差閾値（Ｘerr，Ｙerr，Ｚerr）とを比較判定することで、加工するねじ穴に所望の精度が保てているか判断することができるが、加工するワーク面が機械座標系の軸に対して傾いている場合に、主軸と各軸との許容同期誤差閾値をそれぞれ一律に設定し、これを機械座標系で判定してしまうと、傾斜面を加工する際に所望の精度が保たれているかを正しく判断できなくなるという課題がある。
【０００６】
例えば、図５に示される傾斜面である面Ｂに対するリジッドタップ加工を考える。図５において、ワーク座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’はワークの傾斜面（面Ｂ）に合わせて機械座標系に対して傾けたものであり、Ｘ’軸とＹ軸とは平行であり、Ｚ’軸とＺ軸のなす角は６０°である。この場合、タップ軸であるＺ’軸方向の動作は、Ｘ軸とＺ軸の動作の合成によってのみ決まる。ここで、（Ｘerr，Ｙerr，Ｚerr）＝（３００，３００，５００）と設定されているとすると、図４に示すように面Ａを加工する場合にはＺ軸がタップ軸となり、主軸とＺ軸との同期誤差が５００を超えない場合にはその加工は許容され、所望の制度が出ていることが確認できる。しかしながら、図５に示すように面Ｂを加工する場合にはＺ’軸がタップ軸となり、Ｚ’方向の移動距離に対するＺ軸の成分比率はＺ軸がタップ軸の場合に比べて小さいので、Ｚ軸に対して設定された同期誤差をそのまま設定すると、所望の精度で加工ができているかどうかを確認することができなくなる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、加工面に傾きがある場合であっても所望の精度を保ったリジットタップ加工が可能な数値制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の数値制御装置では、傾斜面のリジッドタップ加工時に、タップ方向の移動距離に対する各移動軸の成分比率によって、主軸との許容同期誤差の閾値を自動的に変更する機能を設けることで、上記課題を解決する。
【０００９】
そして、本発明の一態様は、工具を回転させる主軸と、該工具をワークに対して相対的に移動させる少なくとも直線２軸の送り軸とを備えた加工機を制御する数値制御装置であって、前記加工機の機械座標系の少なくともいずれかの軸に対して傾いた加工面に、該加工面に垂直に正対するタップ方向に前記工具を移動させてリジッドタップ加工を行う数値制御装置において、予め設定された、前記主軸の回転と、前記タップ方向を少なくともいずれかの軸とするワーク座標系の各軸の移動との間の許容同期誤差である第１許容同期誤差を記憶するパラメータ記憶部と、前記加工面の傾斜角を取得する前処理部と、前記第１許容同期誤差と前記傾斜角とに基づいて、前記主軸と前記送り軸との許容同期誤差である第２許容同期誤差を決定する許容同期誤差決定部と、前記第２許容同期誤差に基づいて前記主軸と前記送り軸との同期誤差を監視する同期誤差監視部と、を備えた数値制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、傾斜面のリジッドタップ加工時に、タップ方向の移動距離に対する各移動軸の成分比率によって、主軸との許容同期誤差の閾値を自動的に変更することで、加工中に所望の精度を満たしているか確認できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって駆動制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。
【図２】一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。
【図３】許容同期誤差の算出方法について説明する図である。
【図４】従来技術によるリジットタップ加工について説明する図である。
【図５】機械座標系に対して傾いた加工面に対するリジットタップ加工について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を実現するための数値制御装置の構成例を示す。ただし、本発明の数値制御装置の構成は下記の例に限定されるものではく、本発明の目的を実現可能なものであれば、どのような構成を採用しても良い。
【００１３】
図１は一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって駆動制御される加工機の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本実施形態による数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。
【００１４】
不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれたＮＣプログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力されたＮＣプログラムに加えて、許容同期誤差等の加工条件を含むデータなどが記憶されている。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラム等は、利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、ＮＣプログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理や、その他の必要とされる処理を実行するための各種のシステム・プログラム（許容同期誤差変更機能のためのシステム・プログラムを含む）があらかじめ書き込まれている。
【００１５】
インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からはＮＣプログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集したＮＣプログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
【００１６】
表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。
【００１７】
加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる各系統の加工機に備えられた送り軸の数だけ用意される。例えば、ワークの傾斜した面を加工できるリジットタップ加工機の場合、送り軸としてワークと工具とを相対的に移動させる直線軸（少なくとも２軸）の他に、リジットタップ加工をする対象となるワークの傾斜面に対して工具を垂直に正対させるための回転軸があるため、その分だけ軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が用意される。
【００１８】
スピンドル制御回路６０は、製造機械への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、製造機械のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
【００１９】
図２は、本発明の干渉回避機能を実現するためのシステム・プログラムを図１で示した数値制御装置１に実装した場合の、本発明の一実施形態による数値制御装置の要部を示す概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、加工機の制御機能及び許容同期誤差変更機能のためのシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、指令解析部１００、前処理部１１０、サーボ制御部１２０、スピンドル制御部１３０、許容同期誤差決定部１４０、同期誤差監視部１５０を備え、また、不揮発性メモリ１４上には作業者により設定された主軸と送り軸との許容同期誤差を記憶するパラメータ記憶部２１０が確保されている。パラメータ記憶部２１０に記憶される各送り軸の許容同期誤差は、ワーク座標系における許容同期誤差として設定される。パラメータ記憶部２１０に記憶される各送り軸の許容同期誤差は、予め作業者により表示器／ＭＤＩユニット７０等を介して設定されていても良い。
【００２０】
指令解析部１００は、不揮発性メモリ１４に記憶されたＮＣプログラム２００に含まれる指令ブロックを読み出して、読み出した指令ブロックを解析し、制御対象となる送り軸（サーボモータ５０により駆動される）及び主軸（スピンドルモータ６２により駆動される）を駆動するための指令データを作成する。
【００２１】
前処理部１１０は、指令解析部１００により作成された指令データに基づいて公知の補間処理や加減速処理を行い、処理が行われたデータをサーボ制御部１２０、スピンドル制御部１３０に対して出力する。また、前処理部１１０は、これから行われる送り軸及び主軸の制御が傾斜面におけるリジットタップ加工のためのものである場合、回転軸の傾き等に基づいて機械座標系ＸＹＺに対するワーク座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’の傾斜角を求め、求めた傾斜角を許容同期誤差決定部１４０へと出力する。なお、前処理部１１０が傾斜角を求める手法は回転軸の傾きに基づくもの以外にも、例えば基準面を定義して該基準面に対する傾きを傾斜書くとする手法など、様々な方法が考えられるが、ワークの傾斜面の向きを一意に定めることが可能な傾斜角の定義方法であればどのようなものを採用しても良い。
【００２２】
サーボ制御部１２０及びスピンドル制御部１３０は、前処理部１１０から受けたデータに基づいて制御対象となる軸を駆動するサーボモータ５０、スピンドルモータ６２をそれぞれ制御する。また、サーボ制御部１２０及びスピンドル制御部１３０は、サーボモータ５０、スピンドルモータ６２からフィードバックされた各モータの位置を同期誤差監視部１５０へと出力する。なお、図２では省略しているが、サーボ制御部１２０及びサーボモータ５０は制御対象となる送り軸の数だけ存在する。
【００２３】
許容同期誤差決定部１４０は、パラメータ記憶部２１０に予め設定された主軸と送り軸（本実施形態ではＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸）との許容同期誤差と、前処理部１１０から受けた機械座標系ＸＹＺに対するワーク座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’の傾斜角とに基づいて、実際に機械座標系で使用する許容同期誤差を決定し、決定した機械座標系で使用する許容同期誤差を同期誤差監視部１５０へと出力する。
【００２４】
図３を用いて、許容同期誤差決定部１４０による機械座標系で使用する許容同期誤差の算出方法の一例を説明する。図３は、機械座標系ＸＹＺと、機械座標系に対して傾いたワーク座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’を例示したものである。図３において、ワーク座標系は、機械座標系をＺ軸周りにワーク座標系回転角αだけ回転させ、回転後のＹ軸（Ｙ’軸）周りにワーク座標系回転角βだけ回転させたものとして定義している。また、Ｚ’軸をタップ軸とする。この時、タップ軸の移動ベクトルをベクトルｐとした場合、傾斜面に対するタップ動作時の各軸の変化量は次の数１式で表すことができる。
【００２５】
【数１】
2019101926.tif 000003
【００２６】
ここで、数１式から、傾斜面に対するタップ加工時のタップ方向の移動距離に対する各送り軸の成分比率が判るので、タップ方向の主軸との同期誤差をＥtとして、Ｅtを基準に各送り軸の成分比率によって機械座標系の各軸に対して許容同期誤差を分配すると、各主軸と各送り軸との許容同期誤差（Ｘerr、Yerr、Zerr）は以下の数２式で表すことができる。
【００２７】
【数２】
2019101926.tif 000004
【００２８】
そして、タップ方向の移動距離に対する各送り軸の成分比率が１００％の時、（Ｘ軸と平行な方向のタップ、Ｙ軸と平行な方向のタップ、Ｚ軸と平行な方向のタップ）における主軸と各送り軸との許容同期誤差をそれぞれＥx、Ｅy、Ｅzとすると、各送り軸の成分比率を考慮した許容同期誤差は以下の数３式で表すことができる。
【００２９】
【数３】
2019101926.tif 000005
【００３０】
なお、数２式、数３式は、回転中心の軸によって変わり、それぞれ６通り存在する。例えば、ワーク座標系が、機械座標系に対してＺ軸周りのワーク座標系回転角αだけ回転し、回転後のＸ軸（Ｘ’軸）周りにワーク座標系回転角βだけ回転させたものである場合（Ｘ軸と平行な方向のタップ、Ｙ軸と平行な方向のタップ、Ｚ軸と平行な方向のタップ）における主軸と各送り軸との許容同期誤差をそれぞれＥx、Ｅy、Ｅzとすると、各送り軸の成分比率を考慮した許容同期誤差は以下の数４式で表すことができる。
【００３１】
【数４】
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【００３２】
例えば、図５で例示した傾斜面Ｂに対するリジットタップ加工を行う場合において、予め許容同期誤差が（Ｅx，Ｅy，Ｅz）＝（３００，３００，５００）に設定され、ワーク座標系が、機械座標系に対してＺ軸周りのワーク座標系回転角α＝９０°だけ回転し、回転後のＸ軸（Ｘ’軸）周りにワーク座標系回転角β＝６０°だけ回転させたものである場合、数４式より各軸の成分比率を考慮した許容同期誤差は（Ｘerr、Yerr、Zerr）＝（２６０，０，２５０）となる。
【００３３】
同期誤差監視部１５０は、サーボ制御部１２０、スピンドル制御部１３０から取得した主軸及び各送り軸の位置を監視し、主軸と各送り軸との間の同期誤差が、許容同期誤差決定部１４０が決定した許容同期誤差内に収まっているか否かを監視する。同期誤差監視部１５０は、主軸と各送り軸との間の同期誤差が許容同期誤差を超えた場合には、アラーム等を発生させる。数値制御装置１は、アラームの発生を検知した場合には、その旨を表示器／ＭＤＩユニット７０に表示し、ＮＣプログラム２００の実行（リジットタップ加工）を停止するようにしても良い。なお、同期誤差監視部１５０は、許容同期誤差が０の送り軸については同期誤差監視対象にしないようにしても良いし、又は予め最低許容同期誤差を設定しておき、当該軸については同期誤差が最低許容同期誤差以内に収まるかを監視するようにしても良い。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  数値制御装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  不揮発性メモリ
１５，１８，１９  インタフェース
１６  ＰＭＣ
１７  Ｉ／Ｏユニット
２０  バス
３０  軸制御回路
４０  サーボアンプ
５０  サーボモータ
６０  スピンドル制御回路
６１  スピンドルアンプ
６２  スピンドルモータ
６３  ポジションコーダ
７０  表示器／ＭＤＩユニット
７１  操作盤
７２  外部機器
１００  指令解析部
１１０  前処理部
１２０  サーボ制御部
１３０  スピンドル制御部
１４０  許容同期誤差決定部
１５０  同期誤差監視部
２００  ＮＣプログラム
２１０  パラメータ記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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