JP2009526296A - 工作機械の摩耗状態を算定するためのシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、工作機械の摩耗状態を算定するためのシステムに関する。このシステムは、 制御装置を含む工作機械と、生産制御コンピュータと、工具データベースと、工作機械の制御装置、生産制御コンピュータおよび工具データベースにその都度データ接続を介して接続されるシミュレーションコンピュータとを有する。シミュレーションコンピュータが、実際の機械データ、製造データおよび工具データの考慮のもとにシミュレーション過程によって工作機械の消耗状態を表すデータを求め、データ接続を介して表示ユニットまたは他のプロセスに供給するように設けられている。

Description

本発明は、工作機械の摩耗状態を算定するためのシステムに関する。

工作機械の運転時には使用工具に摩耗が生じる。例えば丸削り、フライス削りまたはドリルあけのような負荷種類および加工方法に応じて工具ジオメトリが変化する。この変化は、工作機械により製造される工作物に影響を及ぼす。この工具ジオメトリ変化は、ある一定の程度まで、工作機械の制御装置によって補償アルゴリズムの助けにより補償することができる。この場合に、現在の工具ジオメトリの検出および測定された摩耗補正量に依存した加工経過の変更が行なわれる。

それについての例が摩耗によって短くなったフライスヘッドである。この種の場合には、工具中心が加工中に正確にその都度必要な個所に位置決めされるように、工作機械の制御装置が工具補正データを変更する。

しかしながら、工作機械の制御装置は、限られた範囲内でしか、この種の工具摩耗を補償することができない。例えば、その都度存在する数値制御装置のプログラムによって予め与えられているフライス軌道の一般的な経過は変更することはできない。これは、例えばフライス直径またはフライスヘッド外形の摩耗に起因した変化によって、製造される工作物が、工作機械の制御装置により行われる工具補正にもかかわらず、目標ジオメトリと相違する結果となる。

製造される工作物の品質を一定に保つと同時に新しい工具のためのコストをできる限り低く保つために、工具の交換のための最も有利な時点を認識することが望ましい。

このために明確な摩耗量を確認することは既に公知である。これらの値は一般に使用者の経験値に基づく。

更に、変化する工具ジオメトリをともなう加工プロセスはシミュレーション可能である。これに関して、例えば変化する工具ジオメトリの入力も可能にする多数のＮＣ検証ツール、例えば「Ｖｅｒｃｕｔ」、「Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ−ＮＸ」および「Ｔｅｃｎｏｍａｔｒｉｘ」が知られている。この入力ならびに種々のシミュレーションパラメータおよびシミュレーションされるモデルの保存は手動にて行なわれ、したがって非常に高コストである。

本発明の課題は、工作機械およびそれの工具をできるだけ正確に記述するデータを迅速かつ簡単に準備することを可能にする工作機械の摩耗状態を算定するためのシステムを提供することにある。

この課題は、請求項１に記載された特徴を有するシステムによって解決される。本発明の有利な実施形態および発展形態は従属の請求項において提供される。

本発明によれば、シミュレーション過程のために必要なデータが、データ接続、特にインターネットまたはイントラネットを介して「オンライン」にて関連構成要素から得られる実際の機械データ、製作データおよび工具データであるシステムが提供される。これらのデータがシミュレーションコンピュータに伝送される。そこにおいて、工作機械の摩耗状態を表すデータを求めるために現実に即したシミュレーションが行なわれる。

摩耗状態を表すデータがデータ接続を介して表示ユニットに供給され、そこにおいて表示される。そこにおいてデータは、例えば、工具交換が行なわれるべきか否か、すなわち工具交換がなおも延期されてもよいかどうかを判定する生産責任者によって調べられる。これに対する代替または追加として、摩耗状態を表すデータは他のプロセスにも、例えば工具管理にも伝達されるとよい。

実際において、工作機械、工具製造者、そしてしばしばシミュレーションコンピュータ製造者も、場所的に遠く離れている。これにともなう問題が、有利なやり方で、上述の構成要素がインターネットまたはイントラネットを介して互いに接続されていることによって解決される。

工作機械の摩耗状態を表すデータが表示される表示ユニットは、コンピュータの一部であり、コンピュータのキーボードにより任意の時点で照会信号が入力可能であり、その結として、工作機械の摩耗状態を表すデータの伝達および／または表示がもたらされる。シミュレーションコンピュータおよび上述のコンピュータは場所的に互いに遠くに離なされて配置されている場合には、それらは、有利なやり方では、インターネットまたはイントラネットを介して互いに接続されている。

工具データベースが、請求項４に記載されているように、工具製造者の会社内に配置されている場合に、有利なやり方では、生産制御コンピュータにおける工具データベースの高コストの保管が必要でない。

本発明の他の利点はシミュレーション過程のために必要なデータが能率的に実際のプロセスから入手されることにある。更に、シミュレーションの助けにより、工具摩耗の不正確さもしくは偏差がどの程度であるか、そしてそれがなおもその都度予め与えられた許容誤差の範囲内にあるかどうかの記録、解析および可視化をすることができる。更に、本発明によるシステムにより、シミュレーションによって、工作物のジオメトリ誤差が摩耗するまたは摩耗した工具によってひき起こされたかどうかをチェックすることができる。

特に、本発明によるシステムにより、工作機械の工具寿命の最適化が達成される。これは、整備作業のより正確な計画可能性に基づいた機械利用率の改善を意味する。摩耗した工具を交換しなければならない時点をより正確に決定することができる。それによって、コストを節減し、製造される工具の品質が保証される。

以下において本発明についての実施例を図に基づいて説明する。図は工作機械の摩耗状態を算定するためのシステムの概略図を示す。

図示されたシステムは、制御装置２を含む工作機械１を有する。更に工作機械は工具３を有し、工具３には、例えば旋盤、フライスヘッドおよびドリル工具が属する。工作機械１は生産制御コンピュータ４に接続されていて、生産制御コンピュータ４において製造データが使用可能である。これには、例えば生産計画、整備データ、機械モデルに関する情報ならびにＮＣプログラムが属する。

工作機械１は工作物の製造のために設けられ、この製造は工作機械の工具の使用にもとに行なわれる。

工作機械の運転中に工具の使い古しもしくは摩耗が起きる。この摩耗によって工具のジオメトリが変化する。このジオメトリ変化は制御装置２によって補償アルゴリズムの助けによりある程度まで補償される。しかしながら、摩耗が進むと工具のジオメトリ変化は、この補償アルゴリズムによっては補償することができず、工具交換が行なわれなければならない。

図示のシステムは、摩耗した工具が交換されなければならない時点を比較的正確に決定することを可能にする。

この目的のためにシミュレーションコンピュータ６が設けられていて、これにより工作機械において行なわれる生産プロセスが現実に則してシミュレーションされる。このシミュレーションは工作機械制御装置のエミュレーションならびに運動学的機械特性を正確に摸擬することのできるＣＡＭシステムの使用のもとに行なわれる。

シミュレーションコンピュータ６は、データ接続５を介して、生産制御コンピュータ４、工作機械の制御装置２および工具データベース７に接続されている。これらのデータ接続は、それぞれインターネットまたはイントラネットである。

とりわけ、少なくとも工具データベース７は工具製造者の会社内に配置されていて、インターネットを介してシミュレーションコンピュータ６に接続されている。

シミュレーションコンピュータ６と、工具製造者の会社内に配置されている工具データベース７との接続は、例えば工具製造者によって提供されるウェブサービスによって、シミュレーション過程のためのシミュレーションコンピュータにて必要とされる工具データをオンラインにて呼び出すことを可能にする。これらの整備データに属するのは、とりわけ工具の目標ジオメトリに関する指定およぶ工具の物理学的特性に関する指定である。

図示された実施例の場合には、シミュレーションコンピュータ６が、生産制御コンピュータ４および工作機械の制御装置２からも場所的に離されて配置されていて、上述の構成要素にインターネットを介して接続されている。

シミュレーションコンピュータ６と生産制御コンピュータ４との間に存在するデータ接続５を介して、シミュレーションコンピュータは、シミュレーション過程の実行のために必要とする製造データをオンラインにて呼び出す。これらの製造データに属するのが、とりわけ機械モデル、生産計画およびＮＣプログラムに関する指定である。

シミュレーションコンピュータ６と工作機械の制御装置２との間に存在するデータ接続５を介して、シミュレーションコンピュータは、シミュレーション過程の実行のために必要とする工作機械に関する機械データをオンラインにて呼び出す。これらの機械データに属するのが、とりわけ工具識別番号および工具の新たに測定されたジオメトリに関する指定である。

シミュレーションコンピュータ６は、供給されるデータを工作機械１により実行される製造プロセスの現実に即したモデルに伝達し、モデルに導かれるこれらの実際の機械データ、製造データおよび工具データの考慮のもとに工作機械の摩耗状態を表すデータを算定すべくシミュレーション過程を実行する。

これらの摩耗状態を表すデータは、他のデータ接続５を介して、キーボード９およびディスプレイ１０を有するコンピュータ８に伝達され、このコンピュータのディスプレイ１０に表示される。例えば、摩耗状態を表すデータは工具の偏差体積算定に基づく。

ディスプレイ１０に表示されたデータは、操作者１１、例えば生産責任者に、工具交換が必要であるか否かという趣旨で判定を支援する。

更に、ディスプレイ１０には、操作者に工具測定時に起こり得る工具継続使用の結末を知らせるデータが表示されるとよい。

上述のシステムを用いて、シミュレーション過程により、製造された工作物のジオメトリ誤差が実際に摩耗するまたは既に摩耗した工具に起因しているか否かを検査することも可能である。

特に、本発明によるシステムは工作機械の工具寿命を最適化することを可能にする。これは、整備作業のより正確な計画可能性に基づく工作機械の利用率改善という利点を有する。摩耗した工具を交換する時点を正確に決定することができる。それによってコストを節減し、その都度の工具により製作される工作物の品質を保証することができる。

シミュレーションコンピュータ６は、シミュレーション過程の全体を自動的に実行できることが好ましい。これは、ソフトウェアＡＰＩまたは進行ルーチンの使用のもとで行なわれる。

本発明の有利な構成は、コンピュータのキーボード９によりにより照会信号を入力することにある。この照会信号はデータ接続５を介してシミュレーションコンピュータ６に伝送される。シミュレーションコンピュータ６は、この照会信号の受信への応答として、工作機械の摩耗状態を表す所望のデータを用意し、当該データを双方向データ接続５を介してコンピュータ８へ伝送し、そのコンピュータ８の画面１０においてそれらのデータが表示される。

それにもかかわらず、本発明は、シミュレーションコンピュータにより製造プロセスの現実に即したシミュレーションが行なわれる工作機械の摩耗状態の算定のためのシステムを描写する。このシミュレーションの場合には、関連するシミュレーションパラメータがオンラインにてデータ接続を介して関与するシステム構成要素から関連させられる。このシミュレーションパラメータがシミュレーションコンピュータに伝送され、現実に即したシミュレーション環境の助けによりシミュレーションが行なわれる。しかる後に、得られた結果はコンピュータに伝送され、そのコンピュータのディスプレイに表示されるか、または他のプロセスに伝達される。

本発明によるシステムにおいて多数のシミュレーションモジュールが使用可能であることが好ましい。多数のシミュレーションモジュールは、シミュレーションコンピュータ６によって、工具交換のためのその都度の望まれる判定基準に応じて、完全なシミュレーションソフトウェアパッケージを成すように構成される。例えば、次のシミュレーションモジュールが設けられている。
制御装置シミュレーションによる工作物における工具経路の復元をともなう簡単な損傷シミュレーションのためのモジュール、
本来の制御装置周波数の使用のもとでの工具経路のより正確なシミュレーションのためのモジュール、
運動学的シミュレーションに基づく幾何学的な機械特性の付加的なシミュレーションを行なうためのモジュール、
動力学的シミュレーションに基づく機械の駆動および制御回路の動特性の付加的なシミュレーションを行なうためのモジュール、
例えば変形および熱発生に関した機械構造の構造動特性の付加的なシミュレーションを行なうためのモジュール。

これらのシミュレーションモジュールから、所望のどおりに、その都度設定される要求を満たす完全なシミュレーションソフトウェアパッケージを組み立てることができる。

工作機械の摩耗状態を算定するためのシステムの概略図

符号の説明

１ 工作機械
２ 制御装置
３ 工具
４ 生産制御コンピュータ
５ データ接続
６ シミュレーションコンピュータ
７ 工具データベース
８ コンピュータ
９ キーボード
１０ ディスプレイ
１１ 操作者

Claims (9)

1. 制御装置（２）を含む工作機械（１）と、
   生産制御コンピュータ（４）と、
   工具データベース（７）と、
   工作機械の制御装置、生産制御コンピュータおよび工具データベースにその都度データ接続（５）を介して接続されるシミュレーションコンピュータ（６）と、
   を有する工作機械の摩耗状態を算定するためのシステムであって、
   シミュレーションコンピュータが、実際の機械データ、製造データおよび工具データの考慮のもとにシミュレーション過程によって工作機械の消耗状態を表すデータを求め、データ接続を介して表示ユニット（１０）または他のプロセスに供給するシステム。
2. データ接続（５）がインターネットまたはイントラネットである請求項１記載のシステム。
3. 表示ユニット（１０）がコンピュータ（８）の一部であり、消耗状態を表すデータの伝達および／または表示が、コンピュータの操作ユニット（９）による照会信号の入力への応答として行なわれる請求項１又は２記載のシステム。
4. 工具データベース（７）が工具生産者のもとに配置されている請求項１乃至３の１つに記載のシステム。
5. シミュレーションコンピュータ（６）が、工作機械により行なわれる製造プロセスの現実に即したモデルに、シミュレーションコンピュータ（６）に供給されるデータを伝達するように設けられている請求項１乃至４の１つに記載のシステム。
6. シミュレーションコンピュータ（６）が、シミュレーション過程を自動的に行なうように設けられている請求項１乃至５の１つに記載のシステム。
7. シミュレーションコンピュータ（６）が、シミュレーション過程ソフトウェアＡＰＩまたは進行ルーチンを介して実行するように設けられている請求項６記載のシステム。
8. 工作機械の摩耗状態を表すデータが、使用される工具の差体積計算に基づく請求項１乃至７の１つに記載のシステム。
9. シミュレーションの実施のために使用されるシミュレーションソフトウェアが多数のシミュレーションモジュールの形で与えられ、多数のシミュレーションモジュールがシミュレーションコンピュータ（６）によって１つの完全なシミュレーションソフトウェアパッケージに組み立てられる請求項１乃至８の１つに記載のシステム。

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