(57)【要約】【課題】めねじの加工作業の効率を向上できるタップ加工装置の提供。【解決手段】駆動軸５ａに回転を付与するモータ５と、このモータ５と一体に回転しつつ上下方向に摺動自在なタップ１とを備え、前記モータ５の正転駆動によりワークＷの下穴Ｗｓに押し付けられた前記タップ１を前記下穴Ｗｔへ螺入し、前記モータ５の逆転駆動により螺入した前記タップ１を加工しためねじＷｔから抜き取るタップ加工装置において、前記タップ１を回転自在に支持するとともに前記下穴Ｗｔに接近あるいは離反する方向へ往復移動自在な移動手段６と、前記タップ１の摺動を所定の位置で検出するクッション検出手段１７とを備えて成り、前記クッション検出手段１７の出力信号に基づき前記モータ５を正転駆動から逆転駆動へ切り替える制御装置を備えて成ることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に回転を付与する回転駆動源と、前記駆動軸に接続され一体に回転する回転軸と、この回転軸に挿通されるとともに回転軸と一体に回転しつつ摺動自在なタップホルダと、このタップホルダの先端に取り付けられたタップと、前記タップホルダを前進させる方向へ付勢するばねと、から成る先端ツールおよび前記回転駆動源に正転あるいは逆転の駆動を指令する制御装置を備え、前記回転駆動源の正転駆動によりワークの下穴に押し付けられた前記タップを前記下穴へ螺入し、前記回転駆動源の逆転駆動により螺入した前記タップを加工しためねじから抜き取るタップ加工装置において、
前記先端ツールを支持するとともに前記タップを前記下穴に接近あるいは離反する方向へ往復移動自在な移動手段と、
前記タップホルダが前記回転軸に対して所定の位置に摺動したことを検出するクッション検出手段とを備えて成り、
前記制御装置は、前記クッション検出手段の出力信号に基づき前記回転駆動源を正転駆動から逆転駆動へ切り替えることを特徴とするタップ加工装置。
【請求項２】
前記移動手段は、その往路最終端を検出する下死点検出センサを備えて成り、
前記制御装置は、前記駆動軸に掛かる回転方向の負荷を検出する回転負荷検出手段と、前記駆動軸の回転角度を検出する回転角度検出手段とを備え、前記回転駆動源の正転駆動する区間を第１螺入工程および第２螺入工程に分け前記第２螺入工程の開始を前記回転負荷検出手段により検出した検出回転負荷が予め設定した設定回転負荷を越えた時点で行うように前記回転駆動源を駆動制御して成ることを特徴とする請求項１に記載のタップ加工装置。
【請求項３】
前記先端ツールが前記移動手段の復路中間付近まで復帰したことを検出するプレート復帰検出センサと、前記先端ツールの往復移動速度が高速あるいは低速となるように切り替わる往復移動速度切替手段とを備え、
前記制御装置は、前記プレート復帰検出センサの出力信号により前記タップが加工しためねじから係合を解かれた高さまで復帰したことを判断し、前記往復移動速度切替手段に往復移動速度を切り替える旨の信号を発し、前記先端ツールの復帰速度を低速から高速へ切り替える駆動制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタップ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにタップを螺入してめねじを形成するタップ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のタップ加工装置は、特許文献１に示されており、回転駆動源の回転を受けて所定のピッチで昇降および回転する回転軸と、この回転軸とともに回転しかつこの回転軸に沿って摺動自在なタップホルダと、このタップホルダの外周に固定され凹部と凸部とを交互に放射状に配してなる回転子と、この回転子の凸部を検出可能かつ前記回転軸の昇降に併せて移動する回転検出センサと、前記タップホルダを常時下方へ付勢するばねと、前記タップホルダに保持されたタップとを備えて成る。また、前記回転軸の下降前の位置（以下、上死点という）を検出する上死点検出センサおよび前記回転軸の下降後の位置（以下、下死点という）を検出する下死点検出センサがそれぞれ配されている。
【０００３】
このように構成された従来のタップ加工装置は、前記タップが所定のピッチで下降するとともに所定の速度で回転するため、下方にセットされたワークの下穴にこのタップが螺入され、ワークにめねじを加工できる。また、従来のタップ加工装置は、前記タップと前記下穴とが位置ズレしていると、前記タップがワークの表面に当接して下穴に螺入されないため、タップはワークの表面で空転する。この時、前記回転軸は下方へ移動しているため、前記回転検出センサが前記回転子を検出しなくなる。よって、従来のタップ加工装置は、タップがワークに乗り上げたことを即座に検出し、前記回転駆動源の回転を停止して、めねじの加工が中断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-315094号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のタップ加工装置は、１つの回転駆動源の駆動によりタップの回転動作と昇降動作とを行うため、前記回転駆動源の回転数を低く設定するとタップの回転速度が低くなるとともにタップの下降速度も低くなる。よって、めねじの加工に係る時間が増大する問題がある。また、この問題を解決するため、前記回転駆動源の回転数を高く設定することが考えられるが、この場合であるとタップの回転速度が高くなるためタップと下穴とが喰い付く時点で急激なトルクの上昇が生じ易い。よって、タップと下穴とが喰い付く時点で前記タップが破損し易いという新たな問題がある。つまり、従来のタップ加工装置は、１つの回転駆動源の駆動によりタップの回転動作と昇降動作とを行うため、タップの回転速度と昇降速度とは個別に設定できないという問題があった。
【０００６】
また、タップと下穴との位置ズレが一時的に生じる場合、つまり、タップがワークの表面に当接してから数回転だけ空転した後、タップホルダと前記回転軸との隙間等により前述した位置ズレが解消することがある。つまり、前述の数回転だけ空転する状況とは、前記回転検出センサが前記回転子の前記凸部を検出し続けている状況であり、前記タップホルダが上方へ若干摺動する。このタップホルダの摺動量は、この後のタップが下穴に螺入されている間も変わらないため、前記回転駆動源の回転角度を予め設定してめねじ加工する場合は、加工しためねじの深さが所定の深さよりも前記摺動量だけ浅くなる。よって、従来のタップ加工装置は、めねじの加工深さを高精度に管理できない問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて創成されたものであり、めねじの加工に係る作業効率を向上できるタップ加工装置の提供を目的とする。
【０００８】
この目的を達成するため、本発明のタップ加工装置は、駆動軸に回転を付与する回転駆動源と、前記駆動軸に接続され一体に回転する回転軸と、この回転軸に挿通されるとともに回転軸と一体に回転しつつ摺動自在なタップホルダと、このタップホルダの先端に取り付けられたタップと、前記タップホルダを前進させる方向へ付勢するばねと、から成る先端ツールおよび前記回転駆動源に正転あるいは逆転の駆動を指令する制御装置を備え、前記回転駆動源の正転駆動によりワークの下穴に押し付けられた前記タップを前記下穴へ螺入し、前記回転駆動源の逆転駆動により螺入した前記タップを加工しためねじから抜き取るタップ加工装置において、前記先端ツールを支持するとともに前記タップを前記下穴に接近あるいは離反する方向へ往復移動自在な移動手段と、前記タップホルダが前記回転軸に対して所定の位置に摺動したことを検出するクッション検出手段とを備えて成り、前記制御装置は、前記クッション検出手段の出力信号に基づき前記回転駆動源を正転駆動から逆転駆動へ切り替えることを特徴とする。なお、前記移動手段は、その往路最終端を検出する下死点検出センサを備えて成り、前記制御装置は、前記駆動軸に掛かる回転方向の負荷を検出する回転負荷検出手段と、前記駆動軸の回転角度を検出する回転角度検出手段とを備え、前記回転駆動源の正転駆動する区間を第１螺入工程および第２螺入工程に分け前記第２螺入工程の開始を前記回転負荷検出手段により検出した検出回転負荷が予め設定した設定回転負荷を越えた時点で行うように前記回転駆動源を駆動制御して成ることが望ましい。また、前記先端ツールが前記移動手段の復路中間付近まで復帰したことを検出するプレート復帰検出センサと、前記先端ツールの往復移動速度が高速あるいは低速となるように切り替わる往復移動速度切替手段とを備え、前記制御装置は、前記プレート復帰検出センサの出力信号により前記タップが加工しためねじから係合を解かれた高さまで復帰したことを判断し、前記往復移動速度切替手段に往復移動速度を切り替える旨の信号を発し、前記先端ツールの復帰速度を低速から高速へ切り替える駆動制御を行うことが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のタップ加工装置は、前記タップの昇降動作を前記移動手段の駆動により行う一方、前記タップの回転動作を回転駆動源の駆動により行っているため、タップの昇降動作と、回転動作とを個別に設定できる利点がある。これにより、前記タップが下穴に当接するまでの下降速度を高速に設定するとともに前記タップの回転速度を低速に設定できるため、めねじの加工に係る作業時間を短縮でき、かつ、前記タップの破損を低減できる。また、本発明のタップ加工装置は、前記クッション検出手段の出力信号に基づき、前記タップの回転方向を正転から逆転へと切り替えることができるため、前記タップの螺入する深さを高精度で管理できる利点もある。
【００１０】
さらに、本発明のタップ加工装置は、前記回転駆動源の正転駆動を第１螺入工程と第２螺入工程に分けて制御しているため、タップが下穴に喰い付くまでの第１螺入工程とそれ以降の第２螺入工程とのタップの回転数を個別に設定できる。これにより、第１螺入工程であれば前記タップを低速回転させ、第２螺入工程であればタップを高速回転させることができる。よって、前記第１螺入工程においては、タップは、低速回転するので下穴に導入される際に破損し難く、前記第２螺入工程においては、前記タップは、高速回転するので下穴へ短時間に螺入される。これにより、本発明のタップ加工装置は、めねじ加工中のタップの破損を低減した上でめねじ加工に係る時間を短縮できる利点もある。
【００１１】
また、本発明のタップ加工装置は、前記プレート復帰検出センサによりタップが加工しためねじから係合を解かれたことを検出すると、復帰する前記移動手段の復帰速度を低速から高速へ切り替える。よって、前記移動手段の復帰時間が従来に比べて大幅に短縮する利点もある。さらに、前記移動手段の復帰速度が低速から高速へ切り替えられるのは、上述したようにタップが加工しためねじから係合を解かれた状態となってからであるため、タップは、その軸方向に引き延ばされるような過大な力を受けない。よって、前記移動手段の上昇時におけるタップの破断がない利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るタップ加工装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の状態からめねじ加工動作が進行した状態を示す正面図である。
【図３】図２の状態からめねじ加工動作が進行した状態を示す正面図である。
【図４】図３の状態からめねじ加工動作が進行した状態を示す正面図である。
【図５】図１の要部断面図である。
【図６】本発明に係るタップ加工装置のめねじ加工時におけるタップに掛かるトルク波形を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ところで、本発明のタップ加工装置は、前記タップ１が正転することで前記下穴Ｗｓに螺入され、この後、タップ１が逆転することで加工しためねじＷｔから抜き取られる一連の動作を行っている。本発明においては、一連のめねじ加工工程が、タップ１が下穴Ｗｓに螺入される区間である螺入工程と、タップ１が加工しためねじＷｔから抜き取られる区間である抜取工程とに分けられ、さらに、前記螺入工程は、図６に示すようにタップ１が下穴Ｗｓに喰い付くまでの区間である第１螺入工程と、タップ１が下穴Ｗｓに喰い付いた以降の区間である第２螺入工程とに分けられている。
【００１４】
本発明のタップ加工装置について、図１ないし図６を用いて以下に説明する。本発明のタップ加工装置は、ワークＷの下穴Ｗｓに螺入されるタップ１を回転自在に備えた先端ツール１０と、この先端ツール１０を昇降自在に支持した移動手段６と、前記タップ１を所定の回転角度や回転数で回転させる制御装置９とから構成される。
【００１５】
前記先端ツール１０は、回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ（以下、単にモータ５という）と、このモータ５の駆動軸５ａに接続された軸継手１１と、この軸継手１１と一体に回転する回転軸３と、この回転軸３を挿通可能な摺動穴２ａを備えたタップホルダ２と、このタップホルダ２の先端に脱着可能なタップ１とを備える。また、前記回転軸３には、回転軸３の延びる方向に対して直交するようにピン１０が圧入されており、このピン１０は、前記タップホルダ２の長穴２ｃに係合する長さに設定されている。これにより、前記タップホルダ２は、前記長穴２ｃの範囲で摺動するとともに前記回転軸３と一体に回転するよう構成される。さらに、前記タップホルダ２は、ばね４で常時下方に付勢されており、前記ピン１０が前記長穴２ｃの最上部に押し当てられ、常時は前述の摺動が規制されている。これにより、前記タップ１の先端がワークＷの表面に押し当てられた場合、前記タップ１を把持したタップホルダ２は、前記ばね４を撓ませ前記回転軸３の上部側へ摺動する。
【００１６】
前記モータ５は、前記駆動軸５ａを正転あるいは逆転可能であり、さらに、前記駆動軸５ａの回転駆動時に掛かる負荷電流を適宜検出可能である一方、前記駆動軸５ａの回転角度を適宜検出可能に構成されている。また、前記モータ５が検出した前記負荷電流および前記検出回転角度は、後述する制御装置９にそれぞれ適宜送信されている。
【００１７】
前記移動手段６は、ベース１２に配されたレール１３に沿って摺動自在な摺動ブロック１４，１４と、この摺動ブロック１４，１４に取り付けられたプレート１５と、このプレート１５に固定され前記回転軸３を回転自在に支持する支持プレート２１と、前記支持プレート２１を昇降自在に駆動するエアシリンダ１６とを備えてなる。さらに、前記移動手段６は、前記タップホルダ２に配された鍔部２ｂを検出してタップホルダ２の摺動状態を検出可能なクッション検出手段１７と、前記プレート１５の移動経路側方に配されたプレート復帰検出センサ１８とを備えてなる。また、前記プレート復帰検出センサ１８は、前記プレート１５の上端に配された検出ドグ１９を検出可能に構成されており、この検出ドグ１９を検出する位置は、前記タップ１が加工しためねじＷｔから係合を解かれるとともに前記クッション検出手段１７が前記鍔部２ｂを検出した位置になるよう図４に示すように調整されている。
【００１８】
前記エアシリンダ１６は、伸縮自在なロッド１６ｃと、このロッド１６ｃが図１に示すように上限位置であることを検出する上死点検出センサ１６ａと、前記ロッド１６ｃが図２および図３に示すように下限位置であることを検出する下死点検出センサ１６ｂとを備えて成る。つまり、前記上限位置にあるロッド１６ｃは、作動前の状態である一方、下限位置にあるロッド１６ｃは、最も伸びた状態となっている。さらに、前記エアシリンダ１６は、図示しない電磁弁に接続されており、この電磁弁は、減圧弁等を介して低圧に設定されたエアを前記エアシリンダ１６に供給する電磁弁と、減圧弁等を介して高圧に設定されたエアを前記エアシリンダ１６に供給する電磁弁とから構成されている。なお、これら電磁弁および前記減圧弁等を含むエア回路で構成されるものが特許請求の範囲に記載の往復移動速度切替手段である。これにより、前記先端ツール１０は、前記エアシリンダ１６の作動を受けて低速で上昇あるいは下降したり、高速で上昇することができる。
【００１９】
前記制御装置９は、前記モータ５と、前記エアシリンダ１６を作動させる前記電磁弁と、前記上死点検出センサ１６ａおよび下死点検出センサ１６ｂと、前記プレート復帰検出センサ１８とをそれぞれ接続して成る。さらに、この制御装置９は、前記モータ５の前記負荷電流から前記駆動軸５ａに掛かる回転負荷を検出し、この検出した検出回転負荷と予め設定されている設定回転負荷とを比較する回転負荷検出手段７と、上述した各工程（第１螺入工程、第２螺入工程、抜取工程）毎の前記駆動軸５ａの回転角度を検出し、この検出回転角度と各工程毎に予め設定されている設定回転角度とを比較する回転角度検出手段８と、これら回転負荷検出手段７および回転角度検出手段８を接続した制御部９ａとから構成される。
【００２０】
前記制御部９ａは、上述した第１螺入工程、第２螺入工程、抜取工程毎の前記モータ５の駆動条件を予め記憶可能に構成されている。つまり、前記駆動条件は、各工程における前記駆動軸５ａの回転数、駆動軸５ａの最大回転角度（前記設定回転角度に相当する）、駆動軸５ａに掛かる最大回転負荷（前記設定回転負荷に相当する）である。これにより、前記モータ５が各工程毎に異なる条件で駆動する。
【００２１】
次に、本発明のタップ加工装置の作用について以下に説明する。図示しない作業者の操作により、前記制御部９ａから上述した低圧のエアを供給する前記電磁弁へ作動指令が発せられる。これにより、前記電磁弁から前記エアシリンダ１６に低圧のエアが供給され、前記ロッド１６ｃが伸びる方向へ作動し、前記タップ１の先端が前記下穴Ｗｓへ押し付けられる。この時、前記鍔部２ｂは、前記クッション検出手段１７に検出されない位置まで摺動しており、この状態が図２に示す状態である。このように、前記ロッド１６ｃが伸び切れば、この旨を示す信号が前記下死点検出センサ１６ｂから前記制御部９ａへ出力される。
【００２２】
前記制御部９ａは、前記下死点検出センサ１６ｂの出力信号を受けて前記第１螺入工程の駆動条件に基づき前記モータ５を低速で正転駆動させる。これにより、前記タップ１は低速で正転してその先端が既に当接している前記下穴Ｗｓに喰い付けば前記検出回転負荷が上昇する。この時、前記回転負荷検出手段７は、第１螺入工程における前記検出回転負荷と前記設定回転負荷（以下、喰い付きトルクＴｓという）とを比較し、前記検出回転負荷が前記喰い付きトルクＴｓを越えていれば、前記制御部９ａは、前記第２螺入工程の駆動条件に基づいて前記モータ５を正転駆動させる。
【００２３】
一方、前述の第１螺入工程における比較において、前記検出回転負荷が前記喰い付きトルクＴｓを越えていなければ、前記回転角度検出手段８は、第１螺入工程における前記検出回転角度と前記設定回転角度とを比較する。この回転角度の比較により前記検出回転角度が前記設定回転角度を超えていなければ、前記制御部９ａは、引き続き前記第１螺入工程の駆動条件に基づき前記モータ５を正転駆動させる。よって、一時的にタップ１が空転して下穴Ｗｓに螺入されない場合であっても、前記設定回転角度を越えるまではタップ１が回転するため、即座にめねじ加工を中断するようなことがない。一方、前記検出回転角度が前記設定回転角度を越えていれば、前記制御部９ａは、前記モータ５に回転停止指令を送って第１螺入工程を完了させる。
【００２４】
また、前記制御部９ａは、第１螺入工程の完了直後に前記モータ５を前記第２螺入工程の駆動条件に基づき高速で正転駆動させ、第２螺入工程を開始する。これにより、下穴Ｗｓに喰い付いているタップ１は、高速で回転し前記下穴Ｗｓの奥方へと螺入され、前記タップホルダ２が高速で回転しつつ前記ばね４の付勢を受けて下方へ摺動する。この時、前記回転負荷検出手段７は、前記第２螺入工程における設定回転負荷と検出回転負荷とを比較しており、この比較により前記検出回転負荷が前記設定回転負荷を越えていないか判断する。これが越えていなければ前記制御部９ａは、前記クッション検出手段１７から前記鍔部２ｂを検出した旨の信号が出力されているか確認し、この信号が出力されている場合、前記抜取工程の駆動条件に基づきモータ５を逆転駆動させる。なお、この第２螺入工程から抜取工程に切り替わる時点が図３に示す状態である。
【００２５】
また、前記回転負荷検出手段７は、前述の第２螺入工程における比較において、前記検出回転負荷が前記設定回転負荷を越えていれば、この時点で前記制御部９ａへ前記モータ５を駆動停止する旨の信号を送るため、この信号を受けた制御部９ａは、前記モータ５を即座に回転停止させる。これにより、めねじ加工によって生じる切り粉が下穴Ｗｓに付着するなど、通常よりも異常な回転負荷が生じる場合は、即座にめねじ加工を中断でき、タップ１の破損を未然に防止できる。
【００２６】
次に、前記抜取工程に移行すれば、前記制御部９ａは、前記モータ５を前記抜取工程の駆動条件に基づき高速で逆転駆動させるとともに低圧のエアを供給する電磁弁を作動させる。これにより、前記タップ１は、前記モータ５により加工しためねじＷｔから係合を解かれる方向に回転（逆転）しつつ前記エアシリンダ１６により上方へ弱い力で引き上げられる。また、この抜取工程において、前記ロッド１６ｃの上昇速度は、前記タップ１の逆転によってタップ１が上昇する速度よりも高くなるように設定されているため、前記回転軸３と前記タップホルダ２との位置関係は、図４に示すように前記ピン１０が前記長穴２ｃの上部に位置した常時の状態となっている。よって、前記ロッド１６ｃの上昇によりタップ１およびこれと係合しているめねじＷｔには、エアシリンダ１６の発揮する力が伝えられ、前記タップ１には上方へ引き上げられる力が作用する。しかし、上述したようにエアシリンダ１６には低圧のエアが供給されているため、タップ１に作用する力が弱い。このため、抜取工程において、前記タップ１が加工しためねじＷｔと係合していても、前記タップ１はエアシリンダ１６の作動により破損することがなく、前記めねじＷｔもタップ１の上昇する力で破壊されることもない。
【００２７】
このように、逆転するタップ１が加工しためねじＷｔから完全に抜けると、図４に示すように前記プレート復帰検出センサ１８が前記検出ドグ１９を検出する。この検出により、前記制御部９ａは、上述した高圧のエアをエアシリンダ１６に供給する指令を前記電磁弁へ送る。これにより、前記ロッド１６ｃは高速で上昇し、図１に示す位置つまり前記上死点検出センサ１６ａがＯＮする位置まで復帰して抜き取り工程を完了する。したがって、前記抜取工程において、タップ１がめねじＷｔから完全に抜けるまでは高速で回転し、しかも、タップ１がめねじＷｔから完全に抜けた後は前記ロッド１６ｃが高速で復帰するため、抜取工程に係る作業時間を短縮できる。
【符号の説明】
【００２８】
１      タップ
２      タップホルダ
２ａ    摺動穴
２ｂ    鍔部
３      回転軸
４      ばね
５      回転駆動源
６      移動手段
７      回転負荷検出手段
８      回転角度検出手段
９      制御装置
９ａ    制御部
１６    エアシリンダ
１６ａ  上死点検出センサ
１６ｂ  下死点検出センサ
１７    クッション検出手段
１８    プレート復帰検出センサ
１９    検出ドグ
Ｔｓ    喰い付きトルク
Ｗ      ワーク
Ｗｓ    下穴
Ｗｔ    めねじ
【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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【図６】
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