JP2010099777A - 加工機械の消費エネルギー表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】加工機械において、消費エネルギー量を効率よく削減できるようにする。
【解決手段】消費エネルギー表示装置は、複数の動作でワークを加工する加工機械の表示装置であって、エネルギー量算出部42と、表示部20aと、を備えている。エネルギー量算出部42は、動作毎に設定された単位時間当たりのエネルギー消費量と動作をしている時間とに基づいて各動作の消費エネルギー量を算出する。表示部20aは、算出されたエネルギー量を動作毎に表示する。
【選択図】図4

Description

本発明は、表示装置、特に、複数の動作でワークを加工する加工機械の消費エネルギー表示装置に関する。
最近、地球環境を守る上で二酸化炭素の削減を工場でも行うことが広く求められている。工作機械等の加工機械の動力源には、通常の電気や油圧とともに圧縮空気が広く使用されている。このような動力源を用いて稼働する加工機械の分野においても、二酸化酸素を削減するために消費エネルギーの削減が要請されている。
従来、加工機械に要する消費エネルギーを削減するために、工作機械(加工機械の一例)全体の使用電力量を監視可能な使用電力表示装置(消費エネルギー表示装置の一例)を備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
従来の消費エネルギー表示装置では、加工機械全体の総使用電力量やその使用効率などを表示している。
特開2002−243776号公報
従来の消費エネルギー表示装置では、加工機械全体の電力使用に関する消費エネルギー量は表示できる。しかし、消費エネルギー量を削減する際に、加工機械全体の消費エネルギー量を見ただけでは、どのようにどこをどのように削減すれば良いのか分からない。このため、加工機械全体の消費エネルギー量を見ただけでは、消費エネルギー量を効率良く削減しにくい。
本発明の課題は、加工機械において、消費エネルギー量を効率良く削減できるようにすることにある。
本発明に係る加工機械の消費エネルギー表示装置は、複数の動作でワークを加工する加工機械の表示装置であって、エネルギー量算出手段と、表示手段と、を備えている。エネルギー量算出手段は、動作毎に設定された単位時間当たりのエネルギー消費量と動作をしている動作時間とに基づいて各動作の消費エネルギー量を算出する。表示手段は、算出されたエネルギー量を動作毎に分けて表示する。
この消費エネルギー表示装置では、動作毎に予め設定された単位時間当たりのエネルギー消費量にそれぞれの動作が動作している時間を乗算して動作毎の消費エネルギー量が算出される。そして、算出された消費エネルギー量が表示手段に動作毎に表示される。
ここでは、加工機械の動作毎に消費エネルギー量が表示されるので、消費エネルギー量を動作毎に細かく表示できる。これにより、加工機械の消費エネルギー量の削減を図る上で動作毎に個別に対処でき、消費エネルギー量を効率良く削減できる。
動作時間は、実際に動作を行ったときの経過時間であっても良い。この場合には、動作時間が例えば加工プログラムで設定された時間ではなく実際の動作で経過した時間であるので、負荷の変動等により動作時間が変動しても、消費エネルギー量を精度良く算出することができる。
エネルギー量の単価の入力を受け付ける単価入力受付手段をさらに備え、表示手段は、各動作の消費エネルギー量に単価を乗算しエネルギーコストをさらに表示しても良い。この場合には、消費エネルギー量に加えてエネルギーコストも表示されるので、消費エネルギー量の削減に加えてコストの削減も動作毎に個別に行いやすくなる。
本発明によれば、加工機械の動作毎に消費エネルギー量が表示されるので、消費エネルギー量を動作毎に細かく表示できる。これにより、加工機械の消費エネルギー量の削減を図る上で動作毎に個別に対処でき、消費エネルギー量を効率良く削減できる。
1.加工機械の全体構成
図1及び図2において、本発明の一実施形態を搭載した加工機械1は、例えば、CNC平行2軸旋盤である。加工機械1は、例えば、ワークWや工具Tの搬送や、機械加工等の複数の動作でワークWを加工するものである。加工機械1は、旋盤本体10と、旋盤本体10の後述する主軸部26a,26bとワークWを搬入・搬出するためのローダ12と、ローダ12からワークWを受け取るための搬出コンベア14と、加工後の切粉を排出するチップコンベア16と、ローダ12及び旋盤本体10の間でワークWを受け渡しする反転装置18と、を備えている。また、加工機械1には、旋盤本体10、ローダ12及び反転装置18を操作するための操作盤20と、操作盤20により操作可能な制御盤22と、が設けられている。
2.旋盤本体の構成
旋盤本体10は、フレーム部24と、フレーム部24に平行に並設された、モータ駆動される1対の主軸部26a,26bと、主軸部26a,26bの外側に配置されたモータ駆動されるタレット部28a,28bと、を有している。
フレーム部24の前部には左右に開く1対のシャッター24a,24bが設けられている。シャッター24a,24bは後述するエアーシリンダ51a,51b(図3参照)により開閉駆動されている。なお、図1では、シャッター24a,24bが開いた状態を示し、図2では、閉じた状態を示している。シャッター24a,24bには、シャッター24a,24bの開状態及び閉状態を検出するための図示しない開センサ及び閉センサが設けられている。
フレーム部24のシャッター24aの左側上部には、加工機械1が使用する電力(kWh)を計測可能な電力計49と、加工機械1に後述するコンプレッサ48から供給される圧縮空気の流量を積算可能な流量計50が装着されている。流量計50は、積算流量(Nm)に加えて単位時間(例えば1分)当たりの流量(例えばNm/min)を測定可能である。
フレーム部24の背面には、操作盤20により操作される制御盤22が収納される制御ボックス23(図2)が設けられている。制御ボックス23の側部(例えば、図1及び2では左側)には、空圧パネル25が設けられている。空圧パネル25には、エアーシリンダ51a,51b等の空圧機器を制御するための切換弁と、フィルターや減圧弁やオイラー等の補機類等と、がまとめて取り付けられている。空圧パネル25の逆側のフレーム部24の背面は、図2に示すように、油圧ユニット38が設けられている。油圧ユニット38はモータにより駆動される。
主軸部26a,26bには、ワークWを保持可能なチャック27a,27bが設けられており、チャック27a,27bは、それぞれモータにより回転駆動されてワークWを回転させることができる。したがって、主軸部26a,26bには全部で2台のモータが搭載されている。チャック27a,27bは、図示しない油圧シリンダにより開閉してワークWをチャックする。チャック27a,27bの上方には、チャック27a,27bの着座面に付着した切粉を飛ばすためのエアーブローノズル53a,53bが設けられている。また、チャック27a,27bには、ワークWが正常に取り付けられているか否かを検出するための圧縮空気を利用した後述する着座センサ54a,54b(図3参照)が設けられている。着座センサ54a,54bは、チャック27a,27bにワークWにより塞がれるように設けられた空気噴出口55a,55bの圧力が所定値に達したか否かを検出する。この検出結果により、ワークWがチャック27a,27bに正常に装着されたか否かが判断される。
タレット部28a,28bには、ワークWを旋削加工するための複数の工具T及びワークWを計測する計測具等を取り付け可能である。タレット部28a,28bは、工具を選択するために回転方向にモータ駆動されるとともに、複数(例えば8から10)の回転位置で油圧により位置決め可能である。タレット部28a,28bは、切り込み方向(ワークWと接近・離反する方向)と、送り方向(主軸部26a,26bの軸方向)とにモータ駆動により移動可能である。したがって、タレット部28a,28bには、全部で6台のモータが搭載されている。タレット部28a,28bには、加工中のワークWの切粉をエアーパージするための後述するエアーパージノズル56a,56b(図3参照)が設けられている。
3.ローダの構成
ローダ12は、旋盤本体10の2つの主軸部26a,26bの並設方向(図1及び図2の左右方向)に沿って延びる門型のガイドレール30と、ガイドレール30に案内される台車部32と、を有している。台車部32には、昇降アーム32aが設けられ、昇降アーム32aの先端には、ワークWを保持する2つのチャック32b,32cが設けられている。台車部32は、モータ駆動によりガイドレール30に沿って移動する。昇降アーム32aは、モータ駆動により上下に移動可能である。また、昇降アーム32aは、モータ駆動により主軸部26a,26bと接離する方向に移動可能である。したがってローダ12には、全部で3台のモータが搭載されている。チャック32c,32cは、主軸部26a,26bのチャック27a,27b及び搬出コンベア14とワークWを受け渡し可能なように45度傾いた平面と垂直な軸回りに回転する。チャック32b,32cは、後述するエアーシリンダ52a,52bにより開閉する。チャック32b,32cの開閉の終了は、図示しない開閉確認用のセンサにより判断できる。
4.搬送コンベアの構成
搬出コンベア14は、加工が終了したワークWをローダ12から受け取ってローダ12の搬送方向と交差する方向(図2の上下方向)にワークWを搬送する。搬出コンベア14は、例えば、1対の無端チェーンを有するチェーンコンベアである。
5.反転装置の構成
反転装置18は、ローダ12及び2つのチャック27a,27bとの間でワークWを受け渡し可能であり、かつワークWを180度反転可能である。反転装置18は、ワークWを保持可能な1対のチャック34a,34bを有している。チャック34a,34bは、後述するエアーシリンダ57a,57bにより開閉する。各チャック34a,34bは主軸部26a,26bの上方に配置されている。両チャック34a,34bは、チャック面が対向するように90度反転可能である。この反転は、後述するエアーシリンダ58a,58bにより行われる。また、チャック34aはチャック34bに接近・離反する方向にシフト(往復移動)可能である。この動作は後述するエアーシリンダ59により行われる。これにより、2つのチャック34a,34bの間でワークWを受け渡し可能であるとともに、ワークWを180度反転できる。チャック34a,34bの開閉、反転・復帰及び往復動作のそれぞれの終了は、図示しないそれぞれの確認用のセンサで判断できる。
6.操作盤の構成
操作盤20は、主に旋盤本体10を数値制御するとともにローダ12を制御するためのものである。また、操作盤20は、操作盤20は、操作しやすい高さで、フレーム部24に上下の軸回りに、例えば90度程度旋回可能に取り付けられている。操作盤20は上部に配置された液晶ディスプレイからなる表示部20aと、表示部20aを除く部分に配置された操作キー部20bと、を有している。
7.空圧回路の構成
加工機械1の空圧回路図を図3に示す。なお、図3に示す空圧回路図には、切換弁と制御対象の空圧機器のみを図示し、エアーフィルタやオイラーや減圧弁や消音器等の補機類の図示を省略している。各切換弁には、圧力を調整するための減圧弁が設けられており、供給圧力が最適になるように調整されている。
図3において、複数のエアーシリンダや複数のノズルを含む空圧機器には、工場に設置された空圧源としてのコンプレッサ48から圧縮空気が供給される。コンプレッサ48から供給された圧縮空気は、流量計50を通過して各切換弁に供給される。
シャッター24a,24bの開閉用のエアーシリンダ51a,51bには、速度調整弁61a,61bを介して切換弁71a,71bに接続されている。切換弁71a,71bは、5ポート3位置のノーマルオープンのダブルソレノイドバルブである。このため、手動でシャッター24a,24bを開閉可能である。
エアーブローノズル53a,53bは、切換弁73a,73bに接続されている。切換弁73a,73bは、2位置3ポートのノーマルクローズのシングルソレノイドバルブである。
着座センサ54a,54b及び空気噴出口55a,55bは、切換弁74a,74bに接続されている。切換弁74a,74bは、2位置3ポートのノーマルオープンのシングルソレノイドバルブである。着座センサ54a,54bは、前述したように所定の圧力(例えば0.3MPa)でオンする圧力スイッチであり、チャック27a,27bに正常にセットされ、ワークWにより空気噴出口55a,55bが確実に塞がれるとオンするスイッチである。
エアーパージノズル56a,56bは、タレット部28a,28bの回転しない部分に主軸部26a,26bに向けて配置されている。エアーパージノズル56a,56bは、切換弁75a,75bに接続されている。切換弁75a,75bは、2位置3ポートのノーマルクローズのシングルソレノイドバルブである。
ローダ12のチャック32b,34cの開閉用のエアーシリンダ52a,52bは、切換弁72a,72bに接続されている。切換弁72a,72bは、5ポート3位置のノーマルクローズドのダブルソレノイドバルブである。
反転装置18のチャック34a,34bの開閉用のエアーシリンダ57a,57bは、切換弁77a,77bに接続されている。切換弁77a,77bは、5ポート3位置のノーマルクローズドのダブルソレノイドバルブである。
反転装置18のチャック34a,34bの反転用のエアーシリンダ58a,58bは、速度調整弁62a,62bを介して切換弁78に一括接続されている。したがって、チャック34a,34bは概ね同時に反転及び復帰動作を行う。切換弁78は、5ポート3位置のノーマルクローズドのダブルソレノイドバルブである。チャック34aのシフト(往復移動)用のエアーシリンダ59は、速度調整弁63を介して切換弁79に接続されている。切換弁79は、5ポート3位置のノーマルクローズドのダブルソレノイドバルブである。
8.制御盤の構成
制御盤22は、加工機械1及びローダ12を数値制御する機能と、加工機械1の動作毎の消費エネルギー量を表示する機能と、を有している。以下の説明では消費エネルギーの表示機能について主に説明する。
制御盤22には、図4に示すように、操作盤20の表示部20a及び操作キー部20bが接続されている。また、着座センサ54a,54bと流量計50と電力計49と、が接続されている。
制御盤22は、1又は複数のマイクロコンピュータを有する制御部40と、空圧駆動回路43と、電気駆動回路44と、記憶部45と、を有している。空圧駆動回路43には、切換弁71a,71b〜79が接続されている。
電気駆動回路44には、各部に搭載されたモータ及び各種計測機器やセンサ類等を含む電気機器80が接続されている。電気駆動回路44は、主軸部26a,26の小計2台のモータ、タレット部28a,28bの小計6台のモータ、ローダ12の小計3台のモータ、搬出コンベア14の小計1台のモータ、チップコンベア16の小計1台のモータ、及び油圧ユニット38の小計1台の合計14台のモータを駆動する。
記憶部45には動作毎の単位時間当たりのエネルギー消費量や電力や圧縮空気などのエネルギーの単価や電力や圧縮空気を使用したときの二酸化炭素排出量への換算値等の各種の情報を記憶することができる。
記憶部45に記憶される単位時間当たりのエネルギー消費量は、例えば圧縮空気の場合、加工機械の製造工場での試運転時等に、切換弁を一つずつ動作させてそのときの単位時間(例えば1秒)当たりの流量を流量計50で測定し、それを記憶すれば良い。また、電気の場合、それぞれの動作をしたときの電力を電力計49で測定し、そのときの経過時間から単位時間(例えば1秒)当たりの電力(kWh)を求め、それを記憶すれば良い。
制御部40は、機能構成として、加工機械1及びローダ12を数値制御する数値制御部41と、消費エネルギー量算出部(消費エネルギー量算出手段の一例)42と、単価入力受付部46と、を有している。消費エネルギー量算出部42は、加工機械1の動作毎の単位時間当たりのエネルギー消費量とその動作をしている経過時間とから各動作の消費エネルギー量を算出する。算出した各動作の消費エネルギー量は、操作盤20の表示部(表示手段の一例)20aに表示される。
本発明の消費エネルギー表示装置は、前述した消費エネルギー量算出部42と、単価入力受付部46と、表示部20aとで構成されている。この実施形態では、動作時間は、実際に動作していた時間である。例えば、搬送や加工等に要する動作時間は、搬送時や加工時の各種のセンサのオンオフをタイマにより計測して得ることができる。また、エアーブロー等の空圧に関する動作時間は、切換弁のオンオフをタイマにより計測して得ることができる。このような動作時間計測用のタイマが消費エネルギー量算出部42に設けられている。
9.消費エネルギーの表示動作
次に消費エネルギー表示処理の流れを説明する。
この消費エネルギー表示処理では、コストを算出する表示処理を行う際には、電力や圧縮空気の単価等を、操作キー部20bを用いて入力する。単価入力画面の一例を図5に示す。
図5では、単価入力画面では電力料金の単価と、圧縮空気(エアー)料金の単価(1Nm当たり)と、二酸化炭素排出量を表示するための電力CO換算値(1kWh当たり)と、エアーCO換算値(1Nm当たり)とを入力可能である。電力料金や電力CO換算値は、電力会社によって異なるため、電力会社毎に定められた数値を入力する。例えば、中部電力の場合、現在の電力料金の単価は1kWh当たり15円であり、電力CO換算値は、1kWh当たり0.470である。エアー料金及びエアーCO換算値は、工場のコンプレッサにより定められ、例えば1Nm当たり1.5円である。エアーCO換算値は、例えば1Nm当たり0.047である。
これらの単価の入力が受け付けられると、それが記憶部45に記憶される。また、各動作の単位時間当たりのエネルギー消費量も前述したように予め記憶部45に記憶されている。
加工機械1が動作すると、消費エネルギー表示処理がスタートする。この実施形態の消費エネルギー表示処理では、図6の消費エネルギー表示画面に示すように、電力と圧縮空気とに分けて消費エネルギーを表示部20aに表示する。また、加工機械1の動作に対して、電力では、加工機械1の全体の電力消費量である機械総電力量と、自動運転電力や停止時電力や加工時電力等のように加工機械1の大まかな動作による電力消費量と、を表示している。また、圧縮空気では、加工機械1の全体のエアー消費量である機械総エアー量と、エアーパージやエアーブローやローダ12や反転装置18などの搬送等の大まかな動作によるエアー消費量と、を表示している。
例えば、加工機械1の操作盤20の操作キー部20bにある運転準備ボタンが操作されると、電源がオンされ、操作盤等や稼働中である旨を示す回転等が点灯する。これらの動作の動作時間が1秒であり、単位時間当たりの電力使用量が1kW/secであるとすると、動作時間と単位時間当たりの電力使用量とが乗算されて消費エネルギー量が算出される。さらに算出された消費エネルギー量に単価が乗算されて、そのコストとして15円が演算される。この演算結果は、停止時電力に加算される。
自動モードに移行し、加工プログラムが開始されると、その加工プログラムで、例えばワークWに10kWh/secの加工を1秒間行ったとすると、10kWhの消費エネルギー量が算出され、そのコストとして150円が算出される。この演算結果は、自動運転電力に加算される。
加工後、10Nm/secのエアーブローを2秒間行ったとすると、そのコストとして300円が算出される。この演算結果はエアーブローに加算される。
最後にローダ12によるワークWの搬送により10kWh/secの動作が1秒間行われ、50Nm/secのチャック動作が2秒間行ったとすると、電力のコストとして150円が、エアーのコストとして150円がそれぞれ算出され自動運転電力と、搬送にそれぞれの演算結果が加算される。
図6は、これらの種々の加工動作を12時間行った場合の表示画面の一例である。これにより、それぞれの動作の電力とエアーの消費量、CO排出量、及びコストを表示できる。この表示画面を見ることにより、加工機械1の全体の消費エネルギー量だけではなく、個別の動作の消費エネルギー量を把握することができる。
10.特徴
(1)
この消費エネルギー表示装置では加工機械1の動作毎に消費エネルギー量が表示されるので、消費エネルギー量を動作毎に細かく表示できる。これにより、加工機械の消費エネルギー量の削減を図る上で動作毎に個別に対処でき、消費エネルギー量を効率良く削減できる。
(2)
動作時間は実際に動作を行ったときの経過時間である。この場合には、例えば、加工プログラムで設定されたタイマ値等を用いると、負荷の変動等により実際の動作時間より短かったり長かったりすることがある。しかしこの実施形態では、加工プログラムで設定された時間ではなく実際の動作で経過した時間であるので、負荷の変動等により動作時間が変動しても、消費エネルギー量を精度良く算出することができる。
(3)
消費エネルギー量の単価の入力を受け付ける単価入力受付部46を備え、表示部20aで、各動作の消費エネルギー量に単価を乗算してエネルギーコストを表示している。この場合には、消費エネルギー量に加えてエネルギーコストも表示されるので、消費エネルギー量の削減に加えてコストの削減も動作毎に個別に行いやすくなる。
11.他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(1)
前記実施形態では、実際の動作時間により消費エネルギー量を算出したが、加工プログラムに記載された動作時間により消費エネルギーを算出しても良い。
(2)
前記実施形態では、CNC平行2軸旋盤を加工機械として例示したが、本発明は、少なくとも電力及び圧縮空気のいずれかを使用するすべての加工機械、例えば工作機械全般やプレス機械等に適用できる。
(3)
前記実施形態では、加工機械1の操作盤20にある表示部20aに消費エネルギー量を表示し、操作盤20操作キー部20bで単価入力を行ったが、専用の制御部、表示部及び操作部を設けても良い。
本発明は、圧縮空気や力を利用する加工機械において、消費エネルギー量を細かく表示できるため、電力や圧縮空気を利用する加工機械の分野において有用である。
本発明の一実施形態が採用された加工機械の正面図。 その加工機械の平面図。 それに使用される空圧機器及び切換弁を示す空圧回路図。 加工機械の制御系の構成を示すブロック図。 単価入力画面の一例を示す図。 消費エネルギー量の表示画面の一例を示す図。
符号の説明
1 加工機械
10 旋盤本体
12 ローダ
14 搬出コンベア
16 チップコンベア
18 反転装置
20 操作盤
20a 表示部(表示手段の一例)
20b 操作キー部
22 制御盤
23 ボックス
24 フレーム部
24a シャッター
25 空圧パネル
26a 主軸部
27a チャック
27b チャック
28a タレット部
28b タレット部
30 ガイドレール
32 台車部
32a アーム
32b チャック
32c チャック
34a チャック
34b チャック
38 油圧ユニット
40 制御部
41 数値制御部
42 消費エネルギー量算出部
43 空圧駆動回路
44 電気駆動回路
45 記憶部
46 単価入力受付部
48 コンプレッサ
49 電力計
50 流量計
51a エアーシリンダ
52a エアーシリンダ
53a エアーブローノズル
54a 着座センサ
55a 空気噴出口
56a エアーパージノズル
57a エアーシリンダ
58a エアーシリンダ
59 エアーシリンダ
61a 速度調整弁
61b 速度調整弁
62a 速度調整弁
63 速度調整弁
71a 切換弁
72a 切換弁
73a 切換弁
74a 切換弁
75a 切換弁
77a 切換弁
78 切換弁
79 切換弁
80 電気機器
T 工具
W ワーク

Claims (3)

  1. 複数の動作でワークを加工する加工機械の消費エネルギー表示装置であって、
    前記動作毎に設定された単位時間当たりのエネルギー消費量と前記動作をしている動作時間とに基づいて前記各動作の消費エネルギー量を算出するエネルギー量算出手段と、
    前記算出されたエネルギー量を前記動作毎に分けて表示する表示手段と、
    を備えた加工機械の消費エネルギー表示装置。
  2. 前記動作時間は、実際に前記動作を行ったときの経過時間である、請求項1に記載の加工機械の消費エネルギー表示装置。
  3. 前記エネルギー消費量の単価の入力を受け付ける単価入力受付手段をさらに備え、
    前記表示手段は、前記各動作の消費エネルギー量に前記単価を乗算しエネルギーコストをさらに表示する、請求項1または2に記載の加工機械の消費エネルギー表示装置。
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