WO2013118169A1

WO2013118169A1 - 数値制御装置

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Publication number: WO2013118169A1
Application number: PCT/JP2012/000826
Authority: WO
Inventors: 浩司寺田; 正一嵯峨▲崎▼
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-15
Also published as: US20130204427A1; DE112012004962T5; TW201333650A; CN103348295A; JPWO2013118169A1; US9122265B2; CN103348295B; JP5240412B1; TWI474142B

Abstract

　同時同期タップ指令を解析する同時同期タップ指令処理手段(１６)と、メインセットとサブセットのＳ１軸、Ｓ２軸の加減速時定数を比較して長い方の時定数を選択するタップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段(２１)と、タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段(２１)により選択された主軸時定数、指令された主軸回転数に基づいてＸ軸の加減速移動量を計算して指令した位置に移動させる穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段(２２)と、穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段の出力である穴あけ軸の移動量とピッチから計算してタップ主軸を穴あけ軸に同期させる同期タップ補間処理手段(２３)とタップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段の出力であるタップ主軸回転量を同期側に同期データとして転記するタップ主軸同期処理手段(５５)とを設けた。

Description

数値制御装置

　この発明は、数値制御（Numerical　Control、以下ＮＣと略すことがある）装置によって制御する数値制御旋盤によるワークの加工技術に関するものである。更に詳しくは、旋盤加工に於いて、ＸＺ平面に垂直、且つＸ軸方向と垂直に交わる平面上で、Ｘ座標軸からＹ軸方向に離れた位置に穴あけ等の加工を行う偏心加工に関するものである。

　従来、複合加工旋盤の型式の一つとしてＸ（ワーク半径方向）Ｚ（ワーク軸方向）平面に直交する、付加軸としてのＹ軸を有し、Ｘ座標軸からＹ軸方向に離れた位置に穴あけ等の加工を行なえるようにしたものがある。
　またこれとは異なる形式の一つとして、ワークを把持して回転位置制御されるＣ軸と、当該Ｃ軸中心方向に接離するように位置制御されるＸ軸と、同様にＣ軸の軸線方向に移動するＺ軸と、前記Ｘ軸とＺ軸によって駆動される、前記Ｃ軸の軸線に直角に任意角度に回転可能なタレット軸（Ｈ軸）を有するものがある。この様な旋盤では通常のワーク円柱表面への旋削加工の他に、ワークの円周方向を実際には存在しない仮想Ｙ軸により平面加工することができる。この加工は円形断面の一部を直線的に切り落とし、Ｄの文字に似た断面となることからＤカットと呼ばれる。

　更に、前記Ｄカット加工をワークの表裏二面に行えば、円形断面の両側を切り落とした形に加工する、ダブルＤカット（加工されたワークの断面がスパナの開口部のようになることからスパナカットと呼ばれることもある）となる。これは、従来の機械で前記Ｄカットを同一ワークに２回施せば同じ形状が加工できる。

　前記後者の形式による機械で前記Ｄカット加工を実現するためには、Ｃ軸に把持したワークの半径方向に、中心から任意の距離だけ離れた平面を想定し、Ｃ軸中心方向に対してはＨ軸上の回転工具をＣ軸中心方向に向け、Ｃ軸中心から離れた位置に対しては、その方向に工具が向くようにＨ軸を回転させるとともに、この工具に垂直になるようにＣ軸を回転させる。この時にはＣ軸中心とＨ軸中心を結ぶ線からＹ軸方向に外れた位置が加工点になるので、加工面と工具先端が離れることになる。従ってこの距離を算出し、Ｈ軸中心をＣ軸中心方向（Ｘ軸方向）に移動させる必要がある。この様な一連の制御をＣ軸のワーク円周上に想定した面の一端から他端まで連続して仮想Ｙ軸上の速度が指令速度になるように行うことにより所望の加工が実現できる。Ｘ軸は前述のように工具先端（＝加工点）のワーク中心からの距離にしたがって位置制御される。

　前記加工を実現するためにＣ軸回動と工具（タレット軸）の首振りを機械で同期制御したものが特許文献１に、前記と類似の動作をする、全サーボ制御による構成を一つのセットとし、これを６セット纏めた機械の構成および作動方法が特許文献２に開示されている。これらの文献では機械の構造や各部の動作が説明されており、これらの制御により所謂Ｄカット加工や、Ｄカット面の平面に穴あけなどを行うことができる。

　また、前記Ｄカットに似た加工内容が特許文献３に図示されているが、Ｘ、Ｚ、主軸／Ｃ軸、固定角度割出タレットで構成される機械であるので、Ｙ軸制御が行なえない。従って、ワーク外径部に穴あけを行なった場合、穴の方向は全てワーク中心に向かうことになり、Ｄカット面やスパナカット面の平面に垂直な穴あけを行うことはできない。

特公平３－０３３４４１号公報　（関連記述：第８ページ第１６欄３２行目乃至第９ページ第１７欄２８行目、第９ページ第１８欄１８行目乃至第１０ページ第１９欄２９行目、第３図、第４図）特開２０００－２１８４２２号公報　（関連記述：第５ページ第７欄２５行目乃至同３４行目、第１０ページ第１８欄２５行目乃至第１１ページ第１９欄３２行目、図７乃至図１１）特開昭６０－０４４２３９号公報　（関連記述：第５ページ第４欄乃至第６ページ第２欄１７行目、第１０図の外径点加工の線形状（１ｅ））

　図７に示すような従来の一組のＸＺＨＣ軸及び同期タップ主軸Ｓ軸から成る機械構成に於いては、ワークを把持するＣ軸を中心にしてＸ軸方向に移動可能なように、Ｘ軸方向の円周方向（ワークの半径方向）に首振りができるタレット軸（Ｈ軸）が配されており、Ｈ軸は任意の角度に回転制御できる。所謂この機械は実際の軸としてＹ軸が無くてもあたかもＹ軸があるように制御でき、即ち仮想Ｙ軸制御ができる。
　この構成によりＨ軸とＣ軸を同期して等角度回転させ、更にＨ軸をＸ軸方向に、前記回転に同期して回転工具を接離させることによってＤカット加工や、ワーク中心から離れた位置に平面を仮想し、当該平面に垂直な方向への切削や穴あけ等の加工動作を行なわせることができる。

　前記の様な構成の機械で、加工されたＤカット面に対して例えば同期タップ加工を行うには、Ｃ軸、Ｈ軸、Ｘ軸の協調によるＸ軸方向送りと、工具進行方向がＹ軸に対して垂直になる様に角度を維持するＣ軸とＨ軸の同期回転、回転工具用主軸であるＳ軸のタップ工具をねじピッチと送り速度に合わせて回転させる同期回転制御が必要となる。
　従来、ＸＺＨＣ軸及び同期タップ主軸Ｓ軸から成る１セットの構成の機械では、通常の同期タップと同様の制御で同期タップ加工が行なえるが、スパナカットされた両面に同時に二つの同期タップ加工を行うには、図１に示すように、Ｈ２、Ｘ２、Ｓ２軸を有する工具台を、既に存在する前記工具台（Ｈ１、Ｘ１、Ｓ１軸を有する工具台）に対し、ワークを介して点対称位置に追加する必要がある。なお、Ｚ軸は工具とワークとの間で相対的な関係にあるため、Ｚ軸は工具台側、ワーク保持側のどちらに設けられてもよいが、一般的には工具台側に設けられる。
　ところが、このように単純に工具台を追加したとしても、二つの工具台の動作の同期及び二つの工具台上の二つの回転工具用主軸の同期を取らなければ、適切な同期タップ加工を行うことができない。

　また、二つのタップ工具を同じ速度パターンで工具軸方向に駆動し、円周方向に回転駆動させるには、同一名称の軸でも異なった仕様のモータが使われて加減速パターンや加減速時定数が異なっている可能性があるので、これらを一致させる必要がある。なお、同期タップ主軸には特に注意しなければねじ山が潰れてしまうことがある。

　本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、ワークを回転させる一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｈ１軸及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｈ２軸及びＳ２軸から成るサブセットとを、点対称に配置した機械を制御することにより、ワークの直径方向両面への同期タップ加工を精度よく同時に行うことができる数値制御装置を提供することを目的とする。

　本発明の数値制御装置は、一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｈ１軸及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｈ２軸及びＳ２軸から成るサブセットとを、点対称に配置した機械を制御する数値制御装置において、前記メインセットとサブセット夫々のＳ１軸、Ｓ２軸の加減速時定数を比較して長い方の時定数を選択するタップ主軸（Ｓ１，Ｓ２）時定数選択手段と、前記タップ主軸（Ｓ１，Ｓ２）時定数選択手段により選択された主軸時定数、指令された主軸回転数に基づいてＸ１軸の加減速移動量の計算、加減速処理する穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段と、前記穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段から出力されたＸ１軸移動量からタップ主軸の回転量を計算するタップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段と、前記タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段で計算されたタップ主軸回転量を同期側に同期データとして転記するタップ主軸（Ｓ２）同期処理手段とを設け、メインセット側のＸ１軸、Ｈ１軸、Ｓ１軸の駆動データで、サブセット側のＸ２軸、Ｈ２軸、Ｓ２軸を駆動することにより、Ｃ１軸に把持したワークの直径方向両面への同期タップ加工を同時に行うよう前記機械を制御するものである。

　また、本発明の数値制御装置は、一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｈ１軸及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｈ２軸及びＳ２軸から成るサブセットとを、点対称に配置した機械を制御する数値制御装置において、複数の工具主軸を同時に駆動して同期タップ加工を行なう同時同期タップ指令を新たに設定すると共に、前記同時同期タップ指令を解析処理する同時同期タップ指令処理手段と、前記メインセットとサブセット夫々のＳ１軸、Ｓ２軸の加減速時定数を比較して長い方の時定数を選択するタップ主軸（Ｓ１，Ｓ２）時定数選択手段と、前記タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段により選択された主軸時定数、指令された主軸回転数に基づいてＸ軸の加減速移動量を計算、加減速処理する穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段と、前記穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段から出力されたＸ軸移動量からタップ主軸の回転量を計算するタップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段と、前記タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段で計算されたタップ主軸回転量を同期側に同期データとして転記するタップ主軸（Ｓ２）同期処理手段とを設け、メインセット側のＸ１軸、Ｈ１軸の駆動データでサブセット側のＸ２軸、Ｈ２軸を駆動するとともに、Ｓ１軸、Ｓ２軸については同時同期タップ指令中に指定された基準／同期指定により基準に指定されたＳ軸駆動データで同期側Ｓ軸を駆動することにより、Ｃ１軸に把持したワークの直径方向両面への同期タップ加工を同時に行うよう前記機械を制御するものである。

　この発明によれば、両セットの夫々の回転工具駆動部のサーボモータが振動を起こさない最大トルクで無理の無い確実な同時同期タップ加工制御が行うことができる。従って、従来の約半分の時間でワーク両面に同時に同期タップ加工が完了するので、生産性が約二倍になるという産業上の顕著な効果がある。

　また、この発明によれば、両セットの何れの主軸を基準にするかを選択でき、且つ夫々の回転工具駆動部のサーボモータが振動を起こさない最大トルクで無理の無い確実な同時同期タップ加工制御が行うことができる。従って、従来の約半分の時間でワーク両面に同時に同期タップ加工が完了するので、生産性が約二倍になるという産業上の顕著な効果がある。

本発明の実施例１に係る、仮想Ｙ軸制御による同時同期タップ加工の動作例と加工プログラム例を示す図である。本発明の実施例１に係る、仮想Ｙ軸制御による同時同期タップ動作の詳細説明図である。本発明の実施例１に係る、仮想Ｙ軸制御による同時同期タップ制御のフローチャートである。本発明の実施例１に係る数値制御装置の一構成例を示すブロック図である。本発明の実施例１に係る同期タップ主軸用加減速パラメータの一例を示す図である。一般的な傾き一定多段加減速パターンの一例を示す図である。仮想Ｙ軸制御を行う機械の基本軸構成例を示す図である。

実施例１．
　以下、本発明の実施例１について図１乃至図７を用いて説明する。
　図１は本発明の実施例１による、ワークを位置制御して回転させる一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｚ１軸、第一のタレット軸（Ｈ１軸）及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｚ２軸、第二のタレット軸（Ｈ２軸）及びＳ２軸から成るサブセットとを、点対称に配置した機械を制御して行う、ワークに施されたスパナカットの両面（裏表面）に同時に同期タップ加工の動作例とそのプログラム例を示したものである。ここでは先ず両面同時にタップの下穴を開け、続いて両面同時にタップ加工を行なっているが、加工プログラムはタップ加工に関する部分のみを示している。なお、タップ加工は主軸を回転させるだけでタップの推進力により自動的に切り込むフローティングタップを用いる方法ではなく、同期タップ主軸チャックでタップビット（タップ工具）を把持し、タップの回転と送りを同期させてＮＣ装置で切込制御する同期タップまたはリジッドタップによるものである。
　また、Ｚ軸の作動方向はＸＹ平面およびＨ軸、Ｃ軸の作動面に垂直な方向であり、本発明の実施例１の基本的な動作に影響することは無いので、軸名として挙げても動作等についての説明は割愛する。

　この一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｚ１軸、第一のタレット軸（Ｈ１軸）及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｚ２軸、第二のタレット軸（Ｈ２軸）及びＳ２軸から成るサブセットとを、点対称に配置した機械のために、同じ数の駆動部を設けた場合、二組のＸＺＨＳ軸に同じ指令、例えばメインの組の移動量をそのまま対向して配置された他の組に与えれば、工具および工具取り付が完全に等しく、且つ工具補正量等も等しい時（両タレットに、寸法諸元が同一の二つの工具を、同等に取り付けている時）に限り、動きとしてはスパナカットされた両面の、点対称の位置に同時穴あけやタップ加工を行なえることになる。実際の同時同期タップに於いては、同期タップ主軸用モータの仕様が異なっていたり負荷が異なっていたりする場合には夫々に適した加減速パラメータ等が設定されているが、同時に同期タップを行うときは、これらのパラメータも最適なものに統一する必要がある。
　従って、二組のＸＨＺＳ軸夫々の移動量を計算し、加減速などのパラメータを選択して設定し直し、この二組を移動開始のタイミングも含めて完全に同期して作動させなければならない。

　本発明の実施例１は、前記新規構成の機械を前記のように制御することにより、基準となるＣ１軸、Ｘ１軸、Ｚ１軸、タレット軸であるＨ１軸及び同期タップ主軸Ｓ１軸のセット（メインセットとする）による表面（ワークの一所定面）への例えば仮想Ｙ軸制御を用いて同期タップ加工を行うと共に、前記メインセットに同期してＨ２軸を駆動し、Ｘ２軸、Ｚ２軸、Ｈ２軸、Ｓ２軸のセット（サブセットとする）による裏面（前記表面に対してワークの直径方向で反対側の面）への同期タップ加工を同時に行う、同時同期タップ加工ができるようにするものである。
　また、図１には、各系統のプログラム例を挙げているが、この中のシーケンス番号Ｎ１０１～Ｎ１０３の付されたブロックの内容に基づき基準軸と同期軸が同じ動きをして同時に同期タップ加工を行ない、表裏同時に同期タップ加工ができることになる。ここではワークを把持したＣ１軸を中心にしてメインセットとサブセットのタレット軸が対向して配置される。
　また、この機械で同時同期タップ加工を行うには仮想Ｙ軸加工（制御）が必要であるが、仮想Ｙ軸加工の事前の準備として、タップ工具に工具交換し、ワークを回転させる軸をＣ軸制御モードに切り換えておくことが必要である。

　図１に示す機械で同時に同期タップ加工を行うには、図１に示すように、先ず、工具方向と仮想平面Ｘ軸方向を平行にする（各系統毎にＧ０Ｘｘ１Ｈ０Ｃ０；を指令する）。この指令によりＣ１軸中心からＸ軸方向にｘ１離れた位置に工具先端（中心）が位置決めされ、Ｈ軸とＣ軸は０度に位置決めされる（図１の(1)の状態）。

　メイン、サブ両セットについて前記位置決めを実行した上で、メインセット（系統１　＄１）の加工プログラムで仮想Ｙ軸補間モード指令（ここでは例えばＭ１２１とする）を指令して仮想Ｙ軸補間モードを確立する。続いて二つの系統で同時に同期して仮想Ｙ軸加工を行うために、仮想Ｙ軸同期指令（ここでは例えばＭ１３１とする）を与える。また、メインセットとサブセット（系統２　＄２）とを同期待ち合わせさせる指令（例えば「！」指令を用い、メインセットに「！２」、サブセットに「！１」を指令すれば、メインセットとサブセットとが同期待ち合わせすることになる）を与える（図１の(2)の状態）。

　次に加工開始位置（仮想Ｙ軸の座標値）への位置決め指令を行うと、ワーク端面の座標系上に設定された仮想Ｙ軸位置に工具刃先中心が位置するようにＣ軸の角度を計算し、Ｃ軸とＨ軸を回転させると共にＨ軸中心がＸ軸上で移動する。更にＤカット面上のＣ軸中心からの偏心量を指令すると、図２（ａ）に示すように仮想Ｙ軸上のＸｐ_１の位置に工具先端が一致するように工具中心を移動する（図１では(3)の状態）。なお、図１のプログラム例では、Ｇ００　Ｘ５０　Ｙ５０指令が、前記各指令に相当する。次に同時同期タップ指令（Ｇ８４　Ｘ１０．Ｆ１．Ｓ１＝Ｓ２　Ｓ１００．,Ｒ２）のＸ座標値を読み取り、終点（タップ穴底）位置であるＸｕ_１（図１のプログラム例ではＸ１０）までタップビットを前進させ、同時にＸ軸の制御単位時間当たりの移動量に対応した角度だけ主軸を回転させながらタップ加工を実行する。図２（ｂ）に示すように穴底ｐ_２（＝Ｘｕ_１）に達すると、続いて工具主軸を逆転させてタップビットを逆転させながら引き抜き、ｐ_１の位置に戻ったところで同期タップ加工は完了する（図１の(4)の状態）。続いて（図１のプログラム例ではＧ００　Ｘ５０　Ｙ０を指令して）ワークと工具が干渉しない位置に工具を退避させると共に工具方向と仮想平面Ｘ軸方向を一致させる（図１の(5)の状態）。そして仮想Ｙ軸同期キャンセル指令（同様にここでは例えばＭ１３０）を指令し、更に仮想Ｙ軸補間モードキャンセル（例えばＭ１２０）を指令して仮想Ｙ軸制御モードを終了する（図１の(6)の状態）。最後に（図１のプログラム例ではＧ００　Ｘ１００を指令して）、タップビットを搭載したタレットを初期位置に復帰させる（図１の(7)の状態）。

　以上のようにしてメインセット（系統１）への１同期タップ加工工程の加工プログラムで、表裏両面に同時に同期タップ加工が行なえることとなるが、この制御が行なえるのは前述したようにメインセットとサブセットの夫々のタレット軸に、寸法的諸元が同一の工具が等しく装着された場合に限られる。同時同期タップ加工に於いて、サブセットはメインセットで計算された制御・駆動データを用いる。またこれらは仮想軸から実軸への座標変換を行って、メインセット側で計算されたＸ１軸データはＸ２軸へ、Ｈ１軸データはＨ２軸及びＣ１軸に、Ｓ１軸データはＺ１軸と同期化処理を行なった後でＳ２軸に入力することにより、メインセット、セブセット及びＣ１軸は同時同期タップ加工の動作を行うことができる。

　加工プログラム中で加工終点位置（穴底位置）が指定されると、同様にｐ_２が求められ、ｐ_１とｐ_２を結ぶ線を仮想ＸＹ平面上で直線補間する。更に当該移動量を最終的にはＸ軸とＨ軸（回転軸）とＣ軸（回転軸）の実軸位置に変換して各軸のサーボ制御部に出力し、サーボモータを駆動する。これによりタレットの実軸Ｘ軸方向の上下移動とＣ軸に把持されたワークの回転、タレット軸のＣ軸方向への位置制御が協調して行なわれる。その結果、ワークの中心から指定距離だけ離れた位置で、半径方向と直角な面に垂直に穴あけやタップ送り等の移動制御を行うことができる。
　なお、図２に示すような仮想Ｙ軸の偏心穴に於ける穴の開始点と底位置はＨ軸中心と工具先端中心を結ぶ直線上にあるが、図２（ａ）の状態でＨ軸をＣ軸中心方向に単に平行移動させただけでは図２（ｂ）のようにはならず、底位置までズレが生じて断面が長穴となり、正しい加工ができない。従って仮想Ｙ軸における偏心位置での深さ方向への切込みには、Ｈ軸のＣ軸方向への位置制御だけではなく、Ｈ軸Ｃ軸間の距離に応じてＨ軸及びＣ軸の回転角度を変化させる必要がある。

　図３は実施例１のＮＣ装置による同時同期タップ加工を行うためのフローチャートの一例である。
　Ｓｔｅｐ１で加工プログラムを読み込み、Ｓｔｅｐ２で仮想Ｙ軸に関するプログラム命令を解読し、所定の処理プログラムを実行する。仮想Ｙ軸に関する命令としては仮想Ｙ軸補間モードオン／オフ、この実施例ではＭ１２１／Ｍ１２０をこれに充てる。このＭ１２１により仮想ＸＹ軸平面での補間演算を可能とし、通常の旋盤としてのＸＺ平面による加工と、仮想Ｙ軸を用いた制御ができる加工とを選択する切換処理部を作動させる。また、Ｍ１２１／Ｍ１２０は外部出力され、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）により外部入力信号として再度ＮＣ装置に入力する方法を採用しているが、ＮＣ装置内部で切り換えるようにすることも可能である。

　また他の命令としては仮想Ｙ軸で二つのタレット軸の同期制御を行うためのＭ１３１（仮想Ｙ軸同期オン／オフ）がある。このＭ１３１を指定することによりＨ２軸はＨ１軸データにより駆動されると解釈し、Ｍ１３０でキャンセルされ、夫々が独立して駆動されることになる。
　更にＳｔｅｐ１で読み込んだ加工プログラム中の同期タップ指令Ｇ８４はオリエント指令付同期タップであり、Ｇ８４ＸｘＦｐＳｓ，Ｒ２；というフォーマットで指令され、Ｆｐはピッチ、Ｓｓは主軸回転数、“，Ｒ２”はオリエント後同期タップを開始することを表し、標準的な命令であるが、標準的な命令には無いＳ２＝Ｓ１、またはＳ１＝Ｓ２という指定を追加することにより、Ｓ１，Ｓ２の二つある同期タップ主軸のどちらを基準として同期タップを行うかを指定することができる。

　Ｓｔｅｐ３では二つの同期タップ主軸Ｓ１，Ｓ２の、例えば図５に例示するような多段加減速の各段の同期タップ切換え主軸回転速度と同期タップ加減速時定数を比較し、加速度が緩やかな最適な同時同期タップ加減速時定数、同時同期タップ切換え主軸回転速度を選定し、同時同期タップ最適多段加減速選定メモリの各段に格納する。同期タップ主軸には加減速時間を最短にして加工効率を上げるために、図６に示すような多段加減速制御が適用されることが多いが、これは最大トルクで駆動制御できる方法であり、夫々の軸についてパラメータ設定される。

　Ｓｔｅｐ４ではＳｔｅｐ３で同時同期タップ最適多段加減速選定メモリに設定された各段の同時同期タップ時定数、同時同期タップ切換え主軸回転速度から、加減速中の主軸回転速度が同時同期タップ切換え主軸回転速度以下かつ同時同期タップ切換え主軸回転速度以上となる段を検索し、その段に設定されている同時同期タップ時定数とその段の主軸回転範囲から加減速移動量（回転角度）を計算する。前記で算出された加減速移動量（回転角度）とピッチで決まるＸ１軸の加速度移動量を求め、指令位置（穴底位置）に停止するように加減速処理する。

　Ｓｔｅｐ５ではＳｔｅｐ４で加減速処理したＸ１軸移動量（ＦｄＴ）を、同一の制御単位時間当たりのＳ１軸回転角度（ＦｄＴ）に変換する。

　Ｓｔｅｐ６では、仮想座標系のＸ１軸座標値をＸ１、Ｈ１、Ｃ１の実軸座標値に座標変換して、前回の制御時間単位の実軸座標値の差から実軸Ｘ１、Ｈ１、Ｃ１の移動量（ＦｄＴ）を算出する。

　Ｓｔｅｐ７では前記Ｓｔｅｐ５で変換された同期タップ実軸用のＳ１軸回転角度（ＦｄＴ）をコピーしてＳ２軸の同期移動量とする。
また前記Ｓｔｅｐ６で変換されたＸ１、Ｈ１の実軸移動量（ＦｄＴ）をコピーして、同期側タレットのＸ２軸、Ｈ２軸の同期移動量とする。
本実施例ではメインセットを基準側、サブセットを同期側に指定した制御を行なっているが、二つの同期タップ主軸Ｓ１，Ｓ２の基準・同期を逆にしたい場合には、同時同期タップ指令中に“Ｓ２＝Ｓ１”を指令すればＳ２軸が基準側に、Ｓ１軸が同期側に設定され、Ｓ２軸用に計算されたＳ２軸回転角度（ＦｄＴ）がＳ１軸用にコピーされ、Ｓ１軸の同期移動量とする。

　Ｓｔｅｐ８では前記処理により同期タップ主軸Ｓ１，Ｓ２、同期タップ穴あけ軸の座標変換後の実軸Ｘ１、Ｈ１、Ｃ１と同期側の同期タップ穴あけ軸の実軸Ｘ２、Ｈ２用実軸移動量（ＦｄＴ）をサーボ制御部に出力する。
　以上の処理により仮想Ｙ軸制御の複合旋盤による同時同期タップ加工が実現できるが、更なる詳細については図４を用いて後述する。

　なお、表裏同時同期タップ加工の加工プログラムでは夫々の側の動作は同じであるので、指令プログラムは第１系統にのみ指令し、第２系統の軸は第１系統の指令を利用する。実際の同時同期タップ加工における他の動作の開始や終了等との時間的な関係は、同期待ち合わせ指令（図１加工プログラム例で示す「！○」指令）等を用いることによって制御される。

　図４は実施例１によるＮＣ装置の構成の一例を示すブロック図である。
　１はＮＣ装置、２は入力操作部、３は入力制御部、４はメモリ、５はパラメータ記憶部、６は加工プログラム格納部、７は共有エリア、８は画面表示データ記憶部、９は画面処理部、１０は表示部である。１１は解析処理部、１２は機械制御信号処理部、１３はＰＬＣ、１４は仮想Ｙ軸補間モード信号処理手段、１５は仮想Ｙ軸同期信号処理手段、１６は同時同期タップ指令処理手段、１７は補間処理部、１８はＸ１／Ｙ１／Ｃ１軸補間手段、１９はＸ２／Ｙ２軸補間処理手段、２０は同時同期タップ補間処理手段、２１はタップ主軸（Ｓ１，Ｓ２）時定数選択手段、２２は穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段、２３はタップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段、２４は軸データ出力部である。３１乃至３７は夫々Ｘ１、Ｘ２、Ｈ１、Ｈ２、Ｃ１、Ｓ１、Ｓ２軸のサーボ制御部、４１乃至４７は夫々Ｘ１、Ｘ２、Ｈ１、Ｈ２、Ｃ１、Ｓ１、Ｓ２軸のサーボモータである。また、５１は仮想Ｙ軸制御処理部、５２は仮想Ｙ軸制御切換処理部、５３は基準タレット仮想Ｙ軸座標変換処理手段、５４は同期側タレット同期処理手段（Ｘ２、Ｈ２）、５５はタップ主軸（Ｓ２）同期処理手段である。

　次に動作について説明する。ＮＣ装置１はオペレータが操作する入力操作部２のスイッチ信号の変化等を入力制御部３が検知し、メモリ４内のパラメータ記憶部５、加工プログラム格納部６、共有エリア７、画面表示データエリア８等の各所にアクセスしてメモリ内容を変更する書き込みや読み取り等の信号を与える。画面表示データエリア８の所定のアドレスに格納されている各種表示データは画面処理部９によって読み出され、表示部１０上の所定の位置にデータの表示を行う。

　パラメータ記憶部５に記憶されているパラメータには、図５に示す同期タップ主軸用加減速時定数パラメータや、ＮＣ装置の仕様を決定したり、機械制御したりするのに必要な条件データ等が含まれる。加工プログラムは少なくとも一つのワークを加工するのに必要な、機械の動作内容や刃物の移動経路等がＮＣ装置の解読できるフォーマットで記述し、格納されている。共有エリア７は加工プログラムの解析や機械動作を制御中のシステム制御に必要な一時的なデータ等が記憶される。また、画面表示データエリア８には入力操作部２で指定された、オペレータが必要とする現在位置情報、主軸回転情報、ＮＣ装置の制御モード、各種選択信号の出力状態等の各種データを格納している。

　解析処理部１１は前記加工プログラム格納部６に記憶されている加工プログラムの内の、指定されたプログラムを先頭から順次読み出し、各種ＮＣ指令毎に指定された処理手順によって、パラメータ５を参照し、処理中のデータ等を共有エリア７に一時記憶しながらプログラムを解析し実行して行く。
　機械制御信号処理部１２は、解析処理部１１からメモリ４に出力される機械周辺装置の制御に関する情報を読み取り、ＰＬＣ１３に出力してラダー回路に制御情報を与え、図示しない外部入出力信号Ｉ／Ｆから各種オン／オフ等の制御信号を機械側に出力する。また、ＰＬＣ１３からＮＣの各種処理部への制御用に入力される信号や機械側から入力される外部信号をメモリ４内の共有エリア７に書き込み、ＮＣ装置の制御に作用させ、ＮＣ装置及び機械の制御が正しく進行するように作動する。

　仮想Ｙ軸補間モード信号処理手段１４は、例えば仮想Ｙ軸補間モードのオン／オフをＮＣ装置の外部から入力される選択信号によって切り換える場合に、機械制御信号処理部１２に入力される外部信号を受け付け、所定のパラメータをセットまたはリセットする。この切換制御は加工プログラム中の命令によってＮＣ装置内部で処理することもできる。本発明に於いては補助指令（Ｍ１２１及びＭ１２０）でオン／オフ信号に変換してＮＣ装置に入力する方法を用いている。

　仮想Ｙ軸同期信号処理手段１５は、例えば仮想Ｙ軸補間モード中に二つの系統（タレット１、タレット２）で同時に同期して仮想Ｙ軸加工を行うために、仮想Ｙ軸同期オン／オフをＮＣ装置の外部から入力される選択信号によって切り換える場合に、機械制御信号処理部１２に入力される外部信号を受け付け、所定のパラメータをセットまたはリセットする。二つの系統で同時に同期して仮想Ｙ軸加工を行うために、仮想Ｙ軸同期指令を与えるが、ここでは仮想Ｙ軸補間モードと同様に補助指令（Ｍ１３１及びＭ１３０）でオン／オフ信号に変換してＮＣ装置に入力する方法を用いている。

　解析処理部１１内にある同時同期タップ指令処理手段１６は、従来からある同期タップ加工を二つの系統のタレット軸を用いてワークの直径方向の両面に同時に行なえるようにするための同時同期タップ命令を解読する。同時同期タップ加工を最も簡単に行うには、少なくとも図２ａに示すように、Ｃ軸を中心に対向して配置された二つのタレット軸の同期タップ主軸に同一のタップビットを等しく取り付け、二つのタレット軸のワーク中心からの位置（Ｘ軸）及びタレット軸の回転は基準側の系統の補間により求め、基準側となったＸ、Ｈ軸の駆動データを用いて同期側Ｘ，Ｈ軸を同期駆動すればよい。ワークを回転させるＣ軸も基準軸であるＨ軸の駆動データを用いて同期駆動することにより同時同期制御の動きが実現できる。

　補間処理部１７は、Ｘ１／Ｙ１／Ｃ１軸補間処理手段１８、Ｘ２／Ｙ２軸補間処理手段１９、同時同期タップ補間処理手段２０から構成されている。同時同期タップ補間処理手段２０はタップ主軸（Ｓ１，Ｓ２）時定数選択手段２１、穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段２２、タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段２３から成る。
ここで、本発明の実施例１の説明に於いては、ワーク長さ方向であるＺ軸については仮想Ｙ軸制御加工には直接の関与は無いので、Ｚ軸に関する図面記載や動作説明は割愛する。また、同時同期タップ加工を実行するまでに工具を加工開始点まで移動させるプログラムが必要であるが、ここでは図２ａのように、指令位置に対して工具補正された工具中心がｐ_１に位置決めされているものとして説明する。

　通常の旋盤としての加工制御に於いては補間処理部１７内の図示しないＸ１，Ｚ１，Ｃ１軸とＸ２，Ｚ２軸の補間処理手段を用い、加工プログラムから求められる相対移動量に直線や円弧等の補間処理を行ない、これらの出力データを軸データ出力部２４に出力し、各軸のサーボ制御部３１乃至３７に入力し、該サーボ制御部３１乃至３７が出力する駆動電力によってサーボモータ４１乃至４７を回転駆動する。これによって制御対象機械である旋盤のＸＺ軸、主軸、Ｃ軸、同期タップ主軸などを駆動して所望の加工を行なわせる。

　仮想Ｙ軸制御時には、外部から入力される仮想Ｙ軸補間モード信号によって仮想Ｙ軸制御切換処理部５２が作動し、前記補間処理部１７の補間計算結果を仮想Ｙ軸制御処理部５１で使用できるように切り換える。仮想Ｙ軸制御処理部５１は基準側タレット仮想Ｙ軸座標変換処理手段５３、同期側タレット同期処理手段(Ｘ２、Ｈ２)５４、タップ主軸(Ｓ２)同期処理手段５５から成る。

　タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段２１は二つの同期タップ主軸Ｓ１，Ｓ２の、例えば図５に示すような主軸回転速度と加減速時定数パラメータからＳ１、Ｓ２の同じ主軸回転速度に於ける加減速時定数を比較し、長い方（緩やかな方）の値を例えば同時同期タップ最適多段加減速選定メモリ（パラメータ記憶部５）の所定の場所に格納する。同期タップ主軸には加減速時間を最短にして加工効率を上げるために、多段加減速制御が適用されることが多い。これは例えば図６に示すように夫々が徐々に緩やかになる傾き一定の直線加減速を複数回に分けて行うことにより最大トルクで駆動制御できるものである。これらに対応できるように各同期タップ主軸には図５に示すように、同期タップ用として同期タップ加減速時定数及び同期タップ切換え主軸回転速度が多段加減速制御用に所定段数分設定できるようになっている。図５の例では３段の多段加減速設定であるが、多段加減速の段数を限定したものではない。本処理では多段加減速の場合、Ｓ１，Ｓ２軸の同じ主軸回転速度に於ける加減速時定数を比較し、長い方の値と加減速時定数が切換わる主軸回転速度を前記同時同期タップ最適多段加減速選定メモリ（パラメータ記憶部５）の対応段に格納する。また、図５と図６において、例えば図５の同時同期タップ加減速定数１が図６のt1に対応し、また図５の同時同期タップ加減速時定数２が図６のt2に対応し、例えば図５の同時同期タップ切換え主軸回転速度１が図６のs1に対応し、図５の同時同期タップ切換え主軸回転速度２が図６のs2に対応する。

　穴あけ軸（Ｘ１）加減速手段２２は、前記タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段２１で最適多段加減速選定メモリに設定した各段の同時同期タップ時定数、同時同期タップ切換え主軸回転速度から、制御単位時間毎に加減速中の主軸回転速度が同時同期タップ切換え主軸回転速度以下かつ同時同期タップ切換え主軸回転速度以上となる段を検索し、その段に設定されている同時同期タップ時定数とその段の主軸回転範囲から加減速移動量（回転角度）を計算する。例えば図６の場合、０～ｓ１の主軸回転速度領域での加減速移動量 = ｓ１／ｔ１、ｓ１～ｓ２の主軸回転速度領域での加減速移動量＝（ｓ２－ｓ１）／ｔ２と計算する。前記で算出された加減速移動量（回転角度）とピッチで決まるＸ１軸の加速度移動量を求め、指令位置（穴底位置）に停止するように加減速処理する。

　タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段２３は、前記穴あけ軸（Ｘ１）加減速手段２２から出力される、Ｘ１軸の加減速処理された制御単位時間毎の移動量（ＦｄＴ）に基づき、下記（式１）によりこの移動量（ＦｄＴ）の移動中に回転すべき同期タップ主軸の移動量（回転角度）を計算する。
回転角度（ｒ／ｄＴ）＝Ｘ１移動量（mm／ｄＴ) ÷ねじピッチ（mm／ｒ）　…（式１）

基準側タレット仮想Ｙ軸座標変換処理手段５３は、前記穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段２２から出力される、仮想座標系のＸ１軸の移動量（ＦｄＴ）を前回のＸ１軸のＸ１軸の仮想座標系の座標値に加算して今回のＸ１軸の仮想座標系の座標値を算出する。続いて仮想座標系のＸ１軸の座標値を座標変換してＸ１軸とＨ１軸（回転軸）とＣ１軸（回転軸）の実軸位置に変換する。前記計算した実軸位置から前回制御単位時間の実軸位置との差を計算することでＸ１軸、Ｈ１軸、Ｃ１軸の実軸移動量（ＦｄＴ）を軸データ出力部２４に出力する。

同期側タレット同期処理手段（Ｘ２、Ｈ２）５５は前記基準側タレット仮想Ｙ軸座標変換処理手段５３から出力されたＸ１軸の実軸移動量（ＦｄＴ）をサブセット側のＸ２軸
にコピーし、軸データ出力部２４に出力する。また同様にＨ１軸の実軸移動量（ＦｄＴ）をサブセット側Ｈ２軸にコピーし、軸データ出力部２４に出力する。
これによりメインセットに同期してサブセット側も図２の仮想座標系上の同期タップ開始位置Ｘｐ_１と穴底位置Ｘｐ_２を結ぶ線上を直線移動する。

タップ主軸(S2)同期処理手段５５は、前記タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段２３で基準側として変換されたＳ１軸回転角度（ＦｄＴ）をＳ２軸にコピーし、軸データ出力部２４に出力する。
　仮想座標系のＸ１軸とタップ主軸Ｓ１軸を同期制御し、仮想座標系のＸ１軸を実軸のＸ１、Ｈ１、Ｃ１に変換し、メインセット側でＹ軸がない機械に於いてＹ軸方向に偏心した位置で同期タップ加工を可能とする。更にメインセット側に対してサブセット側のＸ２軸、Ｈ２軸、Ｓ２軸を同期制御することで、２系統のタレットを有する仮想Ｙ軸制御機を用いてスパナカットされた両面に同期タップ加工を同時に行うことができるが、前記構成は一例であり、各種変形が可能である。

　前記説明では多段加減速を用いるものについて説明しているが、１段の直線加減速や指数加減速でも同様である。但し、何れの場合についてもＸ軸、Ｈ軸、Ｃ軸は全て時定数やサーボ応答ゲインを予め同じ値に設定する必要がある。

　この発明に係る数値制御装置は、一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｚ１軸、第一のタレット軸（Ｈ１軸）及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｚ２軸、第二のタレット軸（Ｈ２軸）及びＳ２軸から成るサブセットとを点対称に配置した機械を、数値制御して同期タップ加工するのに適している。

　６　加工プログラム、７　共有エリア、１１　解析処理部、１２　機械制御信号処理部、１３　ＰＬＣ、１４　仮想Ｙ軸補間モード信号処理手段、１５　仮想Ｙ軸同期信号処理手段、１６　同時同期タップ指令処理手段、２０　同時同期タップ補間手段、２１　タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段、２２　穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段、２３　タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段、５１　仮想Ｙ軸制御処理部、５２　仮想Ｙ軸制御切換処理部、５３　基準側タレット仮想Ｙ軸座標変換処理手段、５４同期タレット同期処理手段（Ｘ２、Ｈ２）、５５　タップ主軸（Ｓ２）同期処理手段。

Claims

　一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｈ１軸及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｈ２軸及びＳ２軸から成るサブセットとを、対向に配置した機械を制御する数値制御装置において、
　前記メインセットとサブセット夫々のＳ１軸、Ｓ２軸の加減速時定数を比較して長い方の時定数を選択するタップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段と、前記タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段により選択された主軸時定数、指令された主軸回転数に基づいてＸ１軸の加減速移動量の計算、加減速処理する穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段と、前記穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段の出力であるＸ軸移動データからタップ主軸の回転量を計算するタップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段と、前記タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段で計算されたタップ主軸回転量を同期側に同期データとして転記するタップ主軸（Ｓ２）同期処理手段とを設け、仮想座標系のＸ軸の指令により座標変換してメインセット側のＸ１軸、Ｈ１軸、Ｃ１軸の駆動データで、サブセット側のＸ２軸、Ｈ２軸、Ｓ２軸を駆動することにより、Ｃ１軸に把持したワークの両面への同期タップ加工を同時に行うよう前記機械を制御することを特徴とする数値制御装置。
　一つのＣ１軸に対して、Ｘ１軸、Ｈ１軸及びＳ１軸から成るメインセットと、Ｘ２軸、Ｈ２軸及びＳ２軸から成るサブセットとを、対向に配置した機械を制御する数値制御装置において、
　複数の工具主軸を同時に駆動して同期タップ加工を行なう同時同期タップ指令を新たに設定すると共に、前記同時同期タップ指令を解析処理する同時同期タップ指令処理手段と、前記メインセットとサブセット夫々のＳ１軸、Ｓ２軸の加減速時定数を比較して長い方の時定数を選択するタップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段と、前記タップ主軸（Ｓ１、Ｓ２）時定数選択手段により選択された主軸時定数、指令された主軸回転数に基づいてＸ１軸の加減速移動量の計算、加減速処理する穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段と、前記穴あけ軸（Ｘ１）加減速処理手段の出力であるＸ軸移動データからタップ主軸の回転量を計算するタップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段と、前記タップ主軸（Ｓ１）～穴あけ軸（Ｘ１）同期処理手段で計算されたタップ主軸回転量を同期側に同期データとして転記するタップ主軸（Ｓ２）同期処理手段とを設け、仮想座標系のＸ軸の指令により座標変換してメインセット側のＸ１軸、Ｈ１軸、Ｃ１軸の駆動データで、サブセット側のＸ２軸、Ｈ２軸、Ｓ２軸を駆動することにより、Ｃ１軸に把持したワークの両面への同期タップ加工を同時に行うよう前記機械を制御することを特徴とする数値制御装置。