JP2010523345A - 工具マガジンおよび中間格納ステーションを含む工作機械の制御 - Google Patents

Abstract

本発明は、マガジン内のCNC制御およびPLC制御ならびに工作機械が分離されたソフトウェアアプリケーションにより調整されることを特徴とする、工作機械を制御するための方法に関する。

Description

本発明は、工具マガジン内のCNCコントローラおよびPLCコントローラおよび工作機械を分離されたコントローラを用いて調整し、工作機械を制御することに関する。

複雑な製品加工の操業では、加工対象物を完成させるために各工具が特別なサブタスクに取り組むため、多くの異なった加工工具が求められる。このために、機械加工の中心には、統合された工具マガジンがある。
電子制御の下では、各加工ステップのために特定の工具が選択され、工作機械の支軸が交換される。次の加工ステップはこの工具を利用して実行される。この動作は加工対象物が完成するまで繰り返される。
各工具の交換中は、交換が完全に終了するまでは、加工操作は中断される。交換時間は、マガジン（チェーン、マトリックス）の種類、利用されるアクセス方法（系統的またはカオス的方法）および設置される工具の数により異なる。準備時間を含めた各工具の交換のための現実的な時間は、３０秒から１２０秒である。

次の工具のための待機時間は、一般的に内部のコンピュータ化された数値コントローラ（CNCコントローラ）のような後続の工具を供給するためのマガジン運搬装置に指示を出す命令のコーディングにより短くできる。次の交換命令では、支軸と運搬装置との間の工具だけが交換される。運搬時間が免除されるため、これは大幅に早くなる。
しかしながら、この最適化の優位性は、工具の経路が短いことおよび工具の加工順序が短いこと、つまりマガジンの準備時間より工具の加工時間が短い場合、全く機能しなくなる。
これらの待機時間を最小限にするために、長い時間の工具の加工中にいくつかの望ましい数の後続の工具を可能な限り支軸に近づけて一時的に保持（中間格納ステーション）および／または提供することは有利である。

このやりかたの工作機械内の積み下ろし方法が、例えばＷＯ２００６／０５０５５１ Ａ２に示される。この方法によれば、マガジンからの工具は、最初に中間格納ステーションに引き継がれ、工作機械内の運搬中には交換装置を利用して中間格納ステーションおよび工作機械またはそこに差し込まれたものから同時に取り出される。この方法には、一貫性のない工程の結果として起こる遅延という不利点があり、よって工具の加工操作のコストを上げる。
ＥＰ ０６４５７２１ Ａ１はプレゼンテーションの重複を避けた、異なるマルチメディアの制御およびに構成に関するものである。
個々のプレゼンテーションは、個々のメモリに格納され、プレイバック装置に結合される。メモリプレイバック装置は中央コンピュータにより制御される（図１）。
ＤＥ ６０１０４４７６ Ｔ２は、カムおよびカム従動子を噛み合わせることにより交換アームを回転させることができる工具交換装置を示している。図５に示されるように、数値コントローラは、コンピュータ化された数値コントローラ（CNC）、プログラム可能な論理コントローラ（PLC）および入力／出力インターフェイスを持つ。
ＥＰ ０５５３６２１ Ａ２は、工作機械のためのプログラム可能なコンピュータコントローラを示す。CNCコントローラおよび製品の間の第一適応制御モジュールは機械化され、機械機能を制御するための適応コントローラの制御命令は、CNC部および第一適応制御モジュール間のインターフェイスを介して、CNC部から第一適応制御モジュールに送信され、CNC部からの制御命令は、データ入力装置を利用して影響を与える。
ＤＥ ６９８２８９４７ Ｔ２は、完全な工作機械を備えた柔軟な生産システムを示す。工作機械の主軸頭での加工のための個々の製品運搬装置が、制御装置５０を利用して示される。

本発明の目的は、実際の工程で待機時間が少ししか起こらないように製品を加工するための工具を含む工作機械の制御である。

工作機械の積み下ろしの制御方法であって、マガジンからの工具は最初に中間格納ステーションまたは供給領域に引き継がれ、そこから工作機械に供給され、工具は工作機械の運搬中の装置交換を利用して中間格納ステーションおよび工作機械またはそこに差し込まれたものから取り除かれ、工具マガジン内のCNCコントローラおよびPLCコントローラを調整し、分離されたコントローラを用いて工作機械を制御する前記方法が見いだされた。
本発明の範囲内において、マガジンおよび工作機械にはそれぞれ、分離されたCNCコントローラおよびPLCコントローラ、または共通のCNCコントローラおよびPLCコントローラが備えられる。望ましくはデュアルチャンネルのような、マルチチャンネルコントローラが好適に利用される。

図１は、マガジン、工作機械、コントローラの関係の概略図。 図２は、４つのアームを持つ中間格納ステーションの例を利用した、工作機械の積み下ろしのための配置を示した図。 図３は、４つのアームを備えた中間格納ステーションを利用した場合の望ましい工具交換順序を示した図。

本発明に従って結びつく個々の要素の方法は、図１の概略図を利用して説明される。
マガジン１および支軸を備えた工作機械２のそれぞれには、CNCコントローラおよびPLCコントローラ４、５、６および７が備えられる。これは異なるチャンネルを備えたコントローラでもよい。電子的な要素は分離されたコントローラ３を利用して調整される。このコントローラはソフトウェアアプリケーションである。これは同様にCNCコントローラに統合されてもよい（オペレーティングシステム（ＯＳ）次第である）。電子コントローラ３はしたがって、CNCコントローラ４により組織されたマガジン１の現在の状態に関する信号（情報）を受信する。同じ方法で、コントローラ３は、工作機械の支軸の現在の状況に関する信号（情報）を含み、その必要性はPLCコントローラ７により決定される。この情報に基づいて、電子コントローラ３は、それ自体は公知である運搬装置、中間格納ステーションおよび交換装置を利用して、マガジンからの工具の除去および返還、ならびに支軸への装脱の制御のためのPLCコントローラ５および７を利用する。

本発明による方法の助けを借りて、支軸内の工具を交換する時の時間ロスの総計は、マガジンから支軸に工具が運搬された結果としての時間ロスがないため、工具の除去および挿入に必要な時間の総計にまで減らされる。得られた時間の総計は、要求された製品を費用対効果の良好な方法で製造することを可能にする。
それ自体は公知である、プログラム可能な論理コントローラ（PLC）は、自動化技術の制御および調整目的に利用される電子回路部分組立品である。
PLC技術は、ビット、バイトまたはワード結合のために原則的に最適化されたプロセッサ構造を持つ。例えばProfibusのようなフィールドバスを介して異なるコントローラを互いに接続する時に、異なるアドレスを指定する場合には特別な注意が必要である。ビット、バイトまたはワードの処理は、望ましい順序を決定するプログラムを用いて制御される機械またはシステムに適応され、メモリに格納される。
PLCコントローラは、一般的にプログラミング装置およびコントローラ間の通信のためのソフトウェアと共に提供される。プログラミングは、例えばPC上またはオーダーメードのシステム上のWindows（登録商標）/Linuxの下でのアプリケーションのようなプログラミング装置を利用してもたらされる。ここで提供されるいわゆる設定は、プログラミング中にコントローラに読み込まれる。それは利用者に消去されるか上書きされるまでメモリに残る。

本発明の範囲内では、用語CNC技術（コンピュータ化された数値制御）は、工作機械の電子制御を意味するものであると理解される。
それ自体は公知であるコンピュータ化された数値コントローラ（CNC）は工作機械の制御ための電子装置である。
支持点位置は工作機械内で短い時間でCNCプログラムから補間される。これらの支持点は、最高速度を得られるよう留意しつつ各座標のための異なる基準として利用される。機械はある特定の限度内でしか、あらかじめ定めた加速度に従うことはできず、また加速度の一時的な変化も制限される必要があることは考慮されなければならない。
CNC工作機械は、コントローラに直接統合されたコンピュータを利用して制御され、位置、回転（角度）および状態センサーを利用して“実際の状態”を決定し、CNCプログラムから計算された“望ましい状態”への内挿をした後に、モーターおよび他の制御される機械的要素を制御する。この場合、ミリ秒単位での補正が達成され、この結果、高いレベルの精度が高いスピードでもたとえ複雑な形状の場合でも保障される。
本発明によれば、分離されたコントローラが、マガジンおよび工作機械内のCNCコントローラおよびPLCコントローラを調整するために利用される。

制御は、工作機械のある瞬間における加工プログラムから利用されている全ての工具を読み取ることにより特徴付けられる。ある瞬間における機械の状態に沿って望ましい順序にこれらの工具を設置する操作、これらを中間格納ステーション／準備領域で利用可能にすることおよび中間格納ステーション／準備領域からどの工具を再びマガジン領域に戻すかを決定することは、好ましくは以下のように起こる。
工作機械の加工プログラムが開始された時、最初にCNCプログラムの構造が初期化される。既存のCNCデータはその構造内で消去される。
CNCのメインプログラムおよびすべての含まれるサブプログラムが決定されCNCコントローラから読み出される。これらのCNCデータは次の利用のために構造の内部に格納される。
その状態をさらに評価するために、工作機械で動作するCNCプログラムのプログラムポインタが決定される。この目的のために、CNCプログラムが決定され、現在のCNCプログラムが特定されなければならない。様々な方法が利用できる。
・CNCコントローラは、動作中のCNCプログラムでの位置を決定するための直接的な機能を持つ。
・CNCコントローラには、利用できる機能がなく、この場合、この機能は利用可能な手段を利用してシミュレートされなければならない。

プログラムポインタが決定された場合、CNC構造は後続工具のために探索される。この場合、探索は加工操作に利用されるすべてのサブプログラム中の現在位置から行われる。発見されたすべての工具は“後続リスト”に記録される。
動的実行過程では、工具は運搬システム内に在ったり、または支軸位置にあったりするので、すべての工具が常にマガジン格納内のそれらの場所に在るというわけではない。
システム内のこれらの工具およびこれらの位置が決定されなければならない。その結果は“状態リスト”に記録される。
交換ストアが空の場合、交換ストア内のどの位置に後続の工具が格納されるかは重要ではない。交換ストアにすでに工具がある場合、どの工具が交換ストアに残らないといけないか、およびどの工具が交換ストア内で交換されなければならないかに関しての決定がされなければならない。

“状態リスト”および“後続リスト”がこの判断のための基準を形成する。２つのリストの内容は、すでに前の段階で現在のデータと共に更新されている。
本発明の範囲内で、分離された電子コントローラは、支軸内の工具を交換するための優先順位を決定するために利用される。交換ストア内の位置は優先順位を伴った判断のために重要である。
そして状態リストの優先順位は評価され上書きされる。交換ストア内のすべての工具の位置は、それらが直近の加工操作には重要ではないので、工具に適合されるかまたは交換される。他のすべての工具はすぐに支軸の中に挿入される。さらに最大数の補充交換操作は、マガジン内の位置の数を数えることにより決定される。この方法は単純で、希望するどんな数の位置を有するストアの交換にでも利用できる。本方法によれば、如何なるコンピュータ言語にも、簡単なやりかたでアルゴリズムを導入可能である。
可能性のある補充工具の数が分かった場合、補充リストが生成される。この場合、状態リスト内の要素がすでに利用可能かどうか決定するために、後続リスト内の第一要素から始めて、照合が実行される。利用が未だ不可能な場合は、その要素は補充リストにコピーされる。さもなければ、検査は後続リストの最後に達するかまたは補充リストが最大の数の要素を含むまで、後続リスト内の次の要素へと繰り返される。

運搬装置の追加的な運搬操作の準備が整った場合、補充リストが処理される。この場合、補充リストの第一要素が取り除かれ、運搬の指示が生成される。運搬が成功すると、その要素はリストから消去される。結果的に、他のすべての要素が上方へ移動する。この操作は、補充リストが空になるかまたは追加のPLC事象が検出されるまで繰り返される。
PLC事象とは、例えば工具交換の完了、CNCの停止または誤り検知である。
プログラムが終了した（事象：プログラム停止）場合、内部の整頓作業は工作機械内で行われなければならない。この場合、とりわけ、時間内のこの位置に関係のないすべてのリストの内容消去が為される。

工作機械の積み下ろしのための配置を、４つのアームを持つ中間格納ステーション（図２）の例を利用して説明をしてみる。
個々の工具１０は、CNC制御およびPLC制御が備えられたマトリックスマガジン９内の個々の格納場所に位置される。工具は、可動式グリッパー１２を備えた可動式運搬装置１１を用いて、マガジン９から中間格納ステーション１４に移動される。運搬装置１２の可能性のある移動は矢印を使って示される。
工具１５は、４つのアームを備えた中間格納ステーション１４内に格納される。
工具１７は、交換装置１６を利用して中間格納ステーション１４から取り外され、位置１９で支軸１８の中に挿入される。
本発明の範囲内で、４つのアームを備えた中間格納ステーションを利用した場合の望ましい工具交換順序は、図３を利用して説明される。
図３では、工具交換操作の各状態は横座標２１に示され、CNCコードの交換順序は縦座標２０に示される。図の各欄は、中間格納ステーションの位置を記号で表している。
後続の工具が完全に提供された場合に保存される、マガジンから交換ストアへの運搬装置の運搬行路が図に見られる。CNCプログラムは２４回の工具の交換を必要とするが、その内の１２回だけが中間格納ステーションのバッファリングの結果として実際に運搬される。

参照記号リスト：

1. マガジン
2. 支軸を備えた工作機械
3. 電子コントローラ（PC）
4. マガジン内のCNCコントローラ（１）
5. マガジン内のPLCコントローラ（１）
6. 工作機械内のCNCコントローラ（２）
7. 工作機械内のPLCコントローラ（２）
8. 信号の交換
9. マトリックスマガジン
10. マトリックスマガジン内の工具（９）
11. 工具のための可動式運搬装置
12. 工具のための保持アーム
13. 保持アーム内の工具
14. ４つのアームを持つ中間格納ステーション
15. 中間格納ステーション内の工具
16. 交換装置
17. 交換装置内の工具のためのグリッパー
18. 工作機械内の支軸
19. 支軸内の工具
20. 工具交換の操作状態
21. CNCコードの交換順序

Claims (3)

1. 最初にマガジンから中間格納ステーションまたは供給領域に引き継がれ、そこから工作機械に供給される、工具の積み下ろしを制御する方法であって、
   工具は、工作機械への運搬中に、中間格納ステーション／供給領域および工作機械または挿入された場所から交換装置を利用して取り出され、
   マガジンおよび工作機械にはそれぞれCNCコントローラおよびPLCコントローラが備えられ、これらの要素は分離されたコントローラを利用して調整されることを特徴とする。
2. マガジンおよび工作機械は、それぞれ分離されたCNCコントローラおよびPLCコントローラ、または共通のCNCコントローラおよびPLCコントローラが備えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. マガジンおよび工作機械の共有CNC制御およびPLC制御のためにマルチチャネルコントローラが利用されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。

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