リジッドタップの使い方

2026-11-05。この機械（7I76EU、主軸は A6-RS で 2:1、Z は閉ループのステッピング）で、リジッドタップを使う方法を調べて決めた。公式の文書とフォーラムを読んだ。Gemini の検索も手がかりに使った。Gemini の答えは、原典で確かめたものだけを使った。[原典] は公式の文書か製品の資料。[フォーラム] は利用者の報告。[計算] は仮定を置いた試算。

結論

• G33.1 を使う。G84 は使わない。LinuxCNC の G84 は主軸と同期しない。フローティングのホルダを使い、穴底で止まる前提のサイクル。[原典]
• 主軸の 1 回転 1 発のセンサは、やはり必要。同じ穴で G33.1 を繰り返すとき（ペック）は、索引で位置がそろう。サーボの Z 相は主軸 1 回転に 2 回出るので、索引に使えない。
• 穴底で、指令より約 0.4〜0.8 mm 深く入る。タップの太さによらず、ほぼ一定。止まり穴は、この分と食付きの分だけ下穴を深くする。[計算]
• ホルダは、シンクロ用（微少フロート付き）を 1 本買う。普通の ER コレットで丸いシャンクをつかむのはやめる。
• M3〜M8 は常用する。M10 は短い時間なら使える。M12 以上はスレッドミルを使う。これは今までの方針どおり。主軸のトルクは、サーボのトルク制限で 約 12 N·m に抑えている。S45C の M10 は制限を超えることがあるので、スレッドミルを第一にする。
• 最初は切削速度 5 m/min（M10 で 160 rpm）で、通り穴から始める。
• スレッドミルは同期が要らない。ピッチは X・Y・Z のヘリカルの補間で決まり、主軸は回るだけ。リジッドタップを立ち上げる前から使え、ねじの径も後から合わせられる（7 節）。

1. LinuxCNC のリジッドタップ（G33.1）

書き方は G33.1 Z- K- I- $-。[原典]

動きの順番（公式の文書から）。[原典]

1. 主軸の索引を待ち、主軸の回転に合わせて指令の深さまで下がる。
2. 指令の深さで主軸の反転を指令する（I があれば速さを上げる）。
3. 主軸が実際に止まって反転するまで、同期したまま指令の深さより先へ進む。
4. 主軸に合わせて開始の高さまで戻り、もう一度反転を指令する。
5. 主軸が止まって反転するまで、少し上へ行き過ぎる。
6. 同期を外して開始の高さへ戻る。

• 主軸が回っていないと G33.1 は誤りになる。主軸の速さで Z の速さの上限を超えるときも誤りになる。[原典]
• spindle.0.at-speed が真になるまで、同期の動きは始まらない。spindle.0.revs は主軸のエンコーダの位置へ、spindle.0.index-enable はエンコーダの index-enable へつなぐ。[原典]
• 公式の文書には、G84 と G74 について「同期しない。フローティングのホルダで穴底で止まるため」と警告がある。[原典]
• INI の [SPINDLE_0] には主軸の加速度の項目がない（最高と最低の速さ、増分だけ）。反転の速さは、主軸の stepgen の maxaccel で決まる。[原典]

2. 信号のつなぎ方

HAL の例。番号は X が 2 本、Y、Z で stepgen の 00〜03 を使い、主軸を 04 とした場合。数値は立ち上げで決める。

# 主軸：速度モードの stepgen
setp hm2_7i76e.0.stepgen.04.control-type 1
setp hm2_7i76e.0.stepgen.04.position-scale [SPINDLE_0]STEP_SCALE   # パルス／主軸 1 回転
setp hm2_7i76e.0.stepgen.04.maxaccel 50                            # 主軸 rev/s²。反転の速さ
net spindle-vel-cmd  spindle.0.speed-out-rps => hm2_7i76e.0.stepgen.04.velocity-cmd
net spindle-on       spindle.0.on            => hm2_7i76e.0.stepgen.04.enable

# 主軸の位置：A/B はサーボから、索引は主軸のセンサから
setp hm2_7i76e.0.encoder.00.scale [SPINDLE_0]ENCODER_SCALE         # カウント／主軸 1 回転
net spindle-revs     hm2_7i76e.0.encoder.00.position    => spindle.0.revs
net spindle-vel-fb   hm2_7i76e.0.encoder.00.velocity    => spindle.0.speed-in
net spindle-index    hm2_7i76e.0.encoder.00.index-enable <=> spindle.0.index-enable

# 速さの到達：指令とエンコーダの速さを比べる（端子を使わない）
loadrt near
addf near.0 servo-thread
net spindle-vel-cmd  => near.0.in1
net spindle-vel-fb   => near.0.in2
setp near.0.scale 1.05
setp near.0.difference 0.2
net spindle-at-speed near.0.out => spindle.0.at-speed

• エンコーダの scale：サーボの分周の出力を 1 回転 N 線にすると、4 逓倍で 4N カウントになる。主軸 1 回転では 8N カウントになる（2:1）。手で主軸を 1 回転させて、spindle.0.revs が 1.0 増えることを確かめる。M3 で増える向きにならなければ、符号を逆にする。
• 索引のセンサ：主軸の 50T のプーリーに、ねじの頭などの目印を 1 つ付ける。これを近接センサで見る。7I76EU のエンコーダの入力は 5 V 系のため、24 V の信号は直接入れられない（同相の範囲 −7〜+12 V）。センサが NPN のオープンコレクタなら、センサを 12〜24 V で動かす。出力を 5 V へ引き上げて入れる（推定。センサとジャンパの設定は配線のときに確かめる）。
• サーボのエンコーダの出力は雑音が多いという報告がある。[フォーラム] 差動のまま、より線で入れる。エンコーダのフィルタは残す。
• 入出力の端子は 1 本も増えない（センサは 7I76EU のエンコーダの索引の入力を使う）。

3. 穴底での行き過ぎ

反転を指令してから主軸が止まるまでの回転分だけ、Z も下がる。[原典の動きからの計算]

行き過ぎ ＝ ピッチ × 回転数 / 60 × 止まるまでの時間 / 2

切削速度を同じにすると、太いタップほど回転が下がり、ピッチが上がるので、行き過ぎはタップの太さによらず、ほぼ同じになる。

• 単位は mm。止まるまでの時間は、stepgen の maxaccel で決まる。maxaccel 50 rev/s² なら、320 rpm から 0.11 秒で止まる。[計算]
• 反転に要るモーターのトルクは小さい。回転部の慣性をモーター軸で 1×10⁻³ kg·m²（仮定。ロータ、プーリー、主軸、ホルダの合計で、実際の値は未確認）とすると、トルクは 0.6 N·m 程度になる。これは最大 11 N·m に比べて小さい。[計算] 反転を速くするときの制約は、回生の電圧と Z の追従にある。
• Z に要る加速度は 100 mm/s² 未満になる。送りの加速度の設定より十分小さい見込み。I2 で戻ると、開始の高さでの反転では加速度が 2 倍になる。
• 止まり穴の下穴の深さ ＝ 有効ねじの深さ ＋ 食付き（スパイラルタップで 約 2.5 山）＋ 行き過ぎ（0.4〜0.8）＋ 余裕 1 mm。行き過ぎは、立ち上げのときに halscope で測った値に置き換える。
• 通り穴は、行き過ぎを気にしなくてよい。この機械の仕事は板の穴あけが多いので、通り穴から使い始める。

4. 同期のずれの出どころ

実例：7I92H と AC サーボ（ステップ／方向）の主軸で G33.1 を動かした報告がある。この例では I3 で Z の追従の誤りが出て、I1.5 では出なかった。[フォーラム] 7I76 と ±10 V のサーボ主軸（1:1.8、A/B はサーボ、索引は主軸）で M3〜M6 を常用している報告もある（AC Servo as Spindle）。制御の構成は 制御と電気の構成。

5. タップとホルダ

ホルダ（決定）

• 工具メーカーは、マシニングセンタの同期送りでも、微少補正のあるシンクロ用ホルダを勧めている（Gemini の報告。原典は未読）。この機械は Z の遅れが未確認なので、なおさら要る。
• ホルダ 1 本はラックの 1 か所を使う。工具交換のラック の本数に含める。
• ホルダの型番は、手持ちのタップのシャンク径と、ラックの長さで選ぶ。発注の前に、型番と付属のコレットを確かめる。

タップと条件

• 通り穴：ポイントタップ（切りくずを前へ出す）。止まり穴：スパイラルタップ。手持ちを使う。
• 切削速度：OSG の A-SFT は中・高炭素鋼（S45C）で 5〜15 m/min を推奨し、15 m/min 以上は同期送りの機械を勧めている（水溶性の油剤の前提）。[原典] Yamawa の表では、低炭素鋼（SS41 など）でスパイラル 8〜13、ポイント 10〜20、中炭素鋼（C25〜C45）でスパイラル 6〜12、ポイント 8〜14 m/min。不水溶性の油の前提で、水溶性なら 30% 下げるとある。[原典] この機械は 5 m/min から始め、問題がなければ 10 m/min へ上げる。
• 油剤：この機械には切削液の装置がないので、タップ用の油を刷毛か滴下で付ける。
• ペック：タップのメーカーは、原則 1 回で切ることを勧めている（Gemini の報告）。深さが径の 2 倍を超える止まり穴だけ、下のペックを使う。ステンレスをペックで切ると、ねじが太ったという報告がある。[フォーラム]

トルク

単位は N·m。トルク制限は、ベルトの力から決めた値（制御と電気の構成）。制限に当たるとサーボが遅れ、Z が主軸に付いて行くので、ねじは崩れずに止まる見込み（推定）。

トルクの見積もりが違う理由

• 目安の式は、「削り取る体積 × 比切削抵抗」の仕事から出したトルクと同じ形になる。1 回転で削る体積は、めねじの溝の断面（下穴とねじの外径の間の約半分）× ピッチ。M10 では約 10.9 mm² × 1.5 mm ＝ 16 mm³ になる。これに 1900 を掛けて 2π で割ると 4.9 N·m になる。式の 5.3 とほぼ同じ。[計算]
• 実際のタップのトルクはこれより大きくなる。理由は 3 つ。
  1. 切りくずが薄い。食付きの 2.5〜5 山と溝の数に切削が分かれるので、1 刃の切込みは 0.1 mm 前後になる。比切削抵抗は切りくずが薄いほど上がるので、穴あけの 1900 より大きい（推定）。
  2. 食付きの後ろのねじ山が、めねじの面とこすれる。式には入っていない。
  3. 止まり穴では切りくずが詰まり、摩耗によっても増える。
• Yamawa のタップの種類の比べでは、ハンドタップを 100 とすると、スパイラルタップは 70〜75、ポイントタップは 60〜65 になる。[原典] ポイントタップが一番小さい。
• 判断：SS400 では目安の式の 1〜2 倍、S45C では 1.6〜3 倍を見込む。SS400 では、今までの「M10 は短い時間なら使える、M12 以上はスレッドミル」という判断を変えない。S45C の M10 はトルク制限を超えることがあるので、スレッドミルを第一にする。立ち上げのときに A6-RS のトルク表示で実測し、この表を置き換える。

6. G コードの書き方

G21 G90 G17 G40 G80
G0 X50 Y30                  (穴の位置へ。XY は G33.1 に書かない)
G0 Z3                       (開始の高さ。主軸の加速と同期に余裕を見る)
S160 M3                     (M10、5 m/min)
G33.1 Z-15 K1.5             (M10×1.5。止まり穴なら 0.4〜0.8 深く入る)
G0 Z10
M5

ペック（同じ穴で深さを増やして G33.1 を繰り返す）。G33.1 は毎回開始の高さへ戻り、索引で位置がそろう。

o<peck_tap> sub
  (#1 最終の深さ  #2 ピッチ  #3 1 回の深さ  #4 開始の高さ)
  #<z> = #4
  G0 Z#4
  o100 while [#<z> GT #1]
    #<z> = [#<z> - #3]
    o101 if [#<z> LT #1]
      #<z> = #1
    o101 endif
    G33.1 Z#<z> K#2
  o100 endwhile
o<peck_tap> endsub

• Fusion の LinuxCNC 用の後処理は、タップを G33.1 で出す（フォーラムで、エンコーダのない人が困っているという報告がある）。[フォーラム] この機械ではそのまま使える。
• G33.1 の間は、送りの上書きと送りの一時停止が効かない。止めたいときは非常停止になり、タップが穴に残る。
• I（戻りの倍率）は、最初は使わない。立ち上げの後に 1.5 から試す。

7. スレッドミル（同期が要らない方法）

2026-11-05 に追記。M12 以上と S45C の M10 はスレッドミルにする方針なので、この機械でうまく切れるかを確かめた。

同期が要らない理由

• 主軸は M3 で決まった速さで回るだけ。主軸の位置は使わないので、エンコーダ、索引のセンサ、at-speed のどれも要らない。リジッドタップの立ち上げ（2 節、8 節）が終わる前から使える。
• ねじのピッチは、X・Y・Z の補間だけで決まる。G2/G3 に Z を書くとヘリカル（らせん）の動きになる。1 周で Z を 1 ピッチ上げる（図 4）。3 軸は LinuxCNC の同じ軌道の計算で一緒に動く。そのため、Z の進みは円の角度に比例する。[原典]（G2/G3 の Z の書き方）
• Z がいつも同じだけ遅れても、ピッチは変わらない。ねじの位相が少しずれるだけ。リジッドタップで心配した「反転のときの Z の遅れ」は、スレッドミルでは起きない（穴の中で反転しない）。
• 工具の力は小さい。1 刃形の工具は、1 回に 1 山の一部しか削らない。トルク制限（約 12 N·m）に当たる心配はない。[計算の見込み]

代わりに効くこと

• ねじの大きさを後から合わせられる。タップにない利点。ゲージがきついときは、プログラムの「径の足し」を 0.01〜0.02 mm ずつ増やす（下の G コード）。工具半径補正（G41/G42）でも合わせられる。
• 工具が折れても、穴の中で抜けなくなることは少ない。タップが穴に残るのと比べて、後の始末が楽（推定）。

回転数と送り

OSG の AT-2（スレッドミル）の表では、低炭素鋼（C 0.25% まで）で 115〜180 SFM（約 35〜55 m/min）、中炭素鋼（C 0.25〜0.45%）で 260〜525 SFM（約 79〜160 m/min）、1 刃の送り 0.0004〜0.0028 in（約 0.01〜0.07 mm）。エアブローの前提で、機械と保持の剛性で条件を調整するようにとある。[原典] AT-2 は左刃（M4 で回す）の工具である。そのため、数値は目安として使い、買う工具の表で決め直す。

• 主軸の最高回転は 3000 rpm。工具径は例で、買う工具で決まる。工具は下穴の径（M10 なら 8.376 mm 以上）より細くないと入らない。[計算]
• S45C の小さいねじは、推奨の速さに届かない。3000 rpm で遅めに削ることになる。超硬の工具を遅く回すと、寿命と仕上げが落ちることがある（推定）。S45C の M8 以下は、まずタップ（M8 はトルクの制限の内側、5 節）を使う。
• 送りは、工具の中心の速さで書く。中心の送り ＝ 刃先の送り ×（ねじの外径 − 工具径）/ ねじの外径。M10 を φ8 で切ると、刃先の 1/5 になる。[計算]
• 例：SS400 の M10、φ8 の 3 枚刃、1600 rpm（40 m/min）、1 刃 0.03 mm（剛性を見て下のほう）。刃先の送り 144 mm/min、中心の送り 約 29 mm/min。深さ 15 mm（11 周）で 1 回 約 2.5 分、2 回と仕上げで 約 7 分。[計算] タップより遅い。そのため、穴の数が多い SS400 の M10 以下はタップのほうが向く。

G コード

1 刃形（1 周で 1 ピッチを切る工具）のサブ。下から上へ G3 で回る（右ねじを M3 の右刃の工具で切るときのダウンカット）。図 4 の動きになる。

o<thread_mill> sub
  (#1 X  #2 Y  #3 ねじの外径  #4 ピッチ  #5 工具径)
  (#6 ねじの下端の Z  #7 ねじの上端の Z  #8 径の足し  #9 送り：工具の中心)
  #<r> = [[#3 + #8 - #5] / 2]           (工具の中心の円の半径)
  #<n> = [FIX[[#7 - #6] / #4] + 1]      (周の数。上端を必ず越える)
  G0 X#1 Y#2
  G0 Z[#7 + 2]
  G1 Z#6 F[#9 * 5]                       (下穴の中を中心で下りる)
  #<z> = [#6 + #4 / 2]
  G3 X[#1 + #<r>] Y#2 Z#<z> I[#<r> / 2] J0 F#9      (入り：半円)
  #<k> = 0
  o110 while [#<k> LT #<n>]
    #<z> = [#<z> + #4]
    G3 X[#1 + #<r>] Y#2 Z#<z> I[0 - #<r>] J0          (1 周で 1 ピッチ)
    #<k> = [#<k> + 1]
  o110 endwhile
  G3 X#1 Y#2 Z[#<z> + #4 / 2] I[0 - #<r> / 2] J0    (出：半円で中心へ)
  G0 Z[#7 + 2]
o<thread_mill> endsub

G21 G90 G17 G40 G80 G64 P0.005
S1600 M3                                 (SS400、φ8、40 m/min)
o<thread_mill> call [50] [30] [10] [1.5] [8] [-15] [0] [-0.3] [29]   (1 回目：径を 0.3 小さく)
o<thread_mill> call [50] [30] [10] [1.5] [8] [-15] [0] [0] [29]      (2 回目：仕上げ)
o<thread_mill> call [50] [30] [10] [1.5] [8] [-15] [0] [0] [29]      (同じ径でもう 1 回：たわみの分)
G0 Z10
M5

• I と J は円の中心までの増分（G91.1、既定）。XY は絶対（G90）。
• G64 P0.005 で、周のつなぎ目を丸めすぎないようにする。G61 でもよい。
• 止まり穴の下穴は、ねじの下端より工具の先の形の分（1 ピッチ程度）深くする。
• 工具によっては左刃（M4 で回す）のものがある。そのときは回す向きと G2/G3 の向きを、工具の説明に合わせる。
• ねじゲージ（通り・止まり）で確かめる。きつければ「径の足し」を増やす。合った値を、工具ごとに控えておく。

判断

• スレッドミルは、この機械でうまく切れる見込み。同期の問題はない。影響するのは XY の円の正確さと工具のたわみ。どちらもねじの公差より小さいか、後から合わせられる。
• M12 以上は全部スレッドミル、S45C の M10 もスレッドミルを第一にする方針は、そのまま。SS400 の M10 以下で穴が多いときは、時間の短いタップを使う。
• 立ち上げ：精度のいる穴の加工方法 の SS400 の φ25 のヘリカルの試験で、円の正確さを先に測る。その後、SS400 の端材に M12 を切り、ねじゲージで確かめる。リジッドタップより先にできる。

8. 立ち上げの手順

1. 主軸の向きと scale。手で主軸を 1 回転させる。spindle.0.revs が 1.0 増えることを確かめる。M3 で正に増えること。
2. 索引。主軸を回す。index-enable を立てると 1 回転以内に落ちることを確かめる。
3. 反転。M3 と M4 を切り替える。A6-RS が過電圧で止まらないことを確かめる。止まるなら maxaccel を下げるか回生抵抗を見直す。ステップの主軸で急に止めて過電圧になった報告がある。[フォーラム]
4. 空中で G33.1。halscope で spindle.0.revs、Z の指令と実位置、joint.N.f-error を取る。行き過ぎと反転のときの Z の遅れを測る。表の行き過ぎを測った値に置き換える。
5. SS400 の端材の通り穴で M6、M8、M10。ねじゲージで確かめる。
6. 止まり穴。測った行き過ぎで下穴を深くしてから。
7. M3〜M5。折れやすいので最後に。

• G33.1 の途中で止まったあとは、次のプログラムの先頭で G80 などのモードを全部指定し直す。止まったあとに、同期しない速い動きが出たという報告がある。[フォーラム]
• タップが穴に残ったときの戻し方を、試験の前に決めておく。手で主軸を逆に回しながら Z を少しずつ上げるか、ホルダごと外す。

9. 不確かな点

• A6-RS の分周の出力の設定と、差動の出力のレベル。マニュアルで確かめる。
• Z（閉ループのステッピング）の、反転のときの遅れ。実機で測るまで分からない。
• 回転部の慣性と、反転のときの回生の電圧。
• シンクロ用ホルダの型番、コレット、価格。MISUMI の価格は検索の抜粋で、ページは読んでいない。
• タップのトルクの実測値。目安の式と Yamawa の資料からの逆算とで、1〜3 倍の差がある（5 節）。Yamawa の実測の棒グラフには単位が書かれていない。
• 7I76EU と A6-RS の組み合わせでリジッドタップに成功した報告は、まだ見つけていない（近い構成の成功例はある）。
• スレッドミル：買う工具の型番、刃数、推奨の条件。XY の半径 1 mm 前後の小さい円の正確さ。Z のボールネジの等級。6H の公差の値は ISO の原典を読んでいない（7 節）。

10. 出典

• LinuxCNC G-Codes（G33.1、G84）。2.10 の文書。
• motion(9)（spindle.M.* のピン）
• INI Configuration（[SPINDLE_n]）
• Rigid peck tapping（G33.1 を繰り返すペック、助走の距離と at-speed の確認）
• emc-users：G33.1 error（7I92H と AC サーボの主軸、I3 で追従の誤り、行き過ぎを測って深さから引く方法）
• G33.1 rigid taping on a mill leads to a couple unexpected events（XY を書いたときの動き、止まったあとの動き）
• Non rigid tapping（Fusion の後処理が G33.1 を出す。検索の抜粋）
• OSG A-SFT のチラシ（切削速度。検索の抜粋）
• Yamawa European Catalogue 2021 の技術資料：タッピングトルク（実測、タップの種類の比べ）、ロールタップのトルクの式、切削速度の表
• OSG A Brand AT-2 Speeds & Feeds（スレッドミルの切削速度と送り、左刃、エアブローの前提）
• Gemini（検索付き）の 4 つの問い：G33.1 の使い方、サーボ主軸の経験、ホルダ、SS400 の条件。手がかりとして使い、原典で確かめたものだけを本文に入れた。