JP2015203968A - 複数の主軸を備えた複合旋盤の機械状態表示装置 - Google Patents

複数の主軸を備えた複合旋盤の機械状態表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の主軸を備えた複合旋盤の機械やワークの状態を操作盤のディスプレイに表示する装置に関し、機械の動作状態を直感的に理解することができるデザインの優れた表示装置を提供する。機械状態に影響を及ぼす設定や指令を制御器に容易に教示ないし指示することが可能な上記装置を得る。【解決手段】複数の主軸と刃物台の３次元図形を、操作盤のディスプレイに設けた常時表示領域に表示する。主軸の図形及び刃物台の図形は、実機の主軸及び刃物台の配置態様に応じた配置とし、各刃物台の主軸選択状態を各刃物台図形から主軸図形に向く矢印図形で表示する。矢印図形は、その矢印が指す主軸図形に向けて動いているように表示する。【選択図】図４

Description

この発明は、複数の主軸を備えた複合旋盤の機械やワークの状態、例えば主軸や回転工具軸の回転状態、刃物台の主軸選択状態などを操作盤のディスプレイに表示する装置に関するものである。
ワーク加工時に切削液や切粉が工場内に飛散しないように工作機械にはカバーが設けられている。このカバーには機械内部を見るための窓が設けられているが、オペレータが操作盤を操作しながらこの窓から機械全体の状態を視認するのは困難である。そこで操作盤のディスプレイにオペレータに機械状態を通知するための表示画面が設けられる。
図７は、従来の機械状態の表示画面の一例を示した図で、主軸軸線の上下に刃物台を備えた２主軸対向旋盤の表示画面の例である。画面には対向する２個の主軸及び刃物台を模式的に示す２次元図形４１ａ、４１ｂ及び４２ａ、４２ｂが表示されており、主軸の回転数や刃物台に装着した回転工具の回転数を示す数値４３ａ、４３ｂ、４４ａなどが表示されている。刃物台図形から主軸図形に向けた矢印図形４５ａａ〜４５ｂｂは、それぞれの刃物台の主軸選択状態、すなわち各刃物台がどちらの主軸に把持されたワークの加工を行うかを示す図形である。
ＮＣ旋盤は、タレットの割り出しや工具交換装置によって刃物台毎に必要な工具を交換しながら加工を行うようになっている。ドリルやフライスなどの回転工具を用いる加工を可能にした複合旋盤では、刃物台に回転工具の駆動装置を設けかつ回転工具の交換もできるようにしなければならない。また、複雑な形状のワークを加工するには、多種類の工具が必要である。
複数の主軸と刃物台とを備えた複合旋盤において、回転工具を装着可能な刃物台と旋削加工専用の刃物台とを設け、かつそれらの刃物台が複数の主軸に把持されたワークのいずれの加工をも行うことができる構成とすれば、機械コストをあまり高くすることなく、回転工具を用いた加工が可能でかつ使用できる工具の数も多い複合旋盤を実現できる。
ＮＣ旋盤は、加工プログラムに記載された加工手順に従って、素材から完成品までの一連の加工を連続的かつ自動的に行うが、この自動運転モードの他に、加工プログラムに記載された工程を工程毎に又は途中工程から行う工程別運転モードや手動運転モードなども準備されている。
生産性や加工品質の向上のために、加工プログラムを書き換えたり、新規な製品の加工を行うときは、加工プログラムが正しく記述されているかどうかを確認したり、工具とワークの干渉やオーバーロードなどに起因する異常停止やアラームを防止するためにテスト加工を行うことが不可欠であり、このテスト加工の際に工程別運転モードが使用される。
複数の刃物台を備えた旋盤の加工プログラムは、刃物台毎に作成し実行される。図７で説明したような２主軸対向旋盤では、上刃物台が回転工具で図の左側のワークの加工を行っている間に、下刃物台が図の右側のワークの旋削加工を行うというように、各刃物台の待ち時間が最小になるように、どちらの刃物台でどの工程を行うかを案分して、それぞれの刃物台の加工プログラムを作成している。
自動運転時や工程別運転時にワークの加工途中で機械が停止したとき、機械はそのとき実行していた工程を記憶し、機械が再起動されたときに、その工程の最初から加工動作を再開するようになっている。加工途中における機械の停止が素材寸法の不良やプログラムミスによる誤切削により生じたときは、加工途中のワークを新しい素材に交換して機械を再起動する必要がある。
複数の主軸を備えた旋盤では、複数の主軸でそれぞれの側のワークを加工しており、通常は１個のワークの加工不良で機械が停止する。このとき、問題が生じたワークを新しい素材に交換して機械を再起動させた場合、新しい素材に対しては、最初から加工を行わなければならない一方、他のワークに対しては、機械が停止したときの工程の最初から加工を行ってやればよいこととなる。制御器は、どの主軸のワークがどのようなワークに交換されたかを認識することができないので、加工途中でワークを交換したときは、どの状態のワークに交換されたかを制御器に教示する必要がある。
また、ワークのロードアンロードや主軸間でのワークの受け渡し時にこれらの動作と干渉しないように各刃物台を退避させる位置や、各刃物台の工具について工具オフセット値を制御器に登録するときは、その登録の際の刃物台の位置を制御器に認識させることによって行われる。複数の主軸を備えた旋盤では、それらの登録値がどの主軸に対する登録値であるかを制御器に指示する必要がある。
従来は、制御器に対するこれらの教示や指示は、操作盤からコマンドを入力するか、あるいはディスプレイに表示されるコマンドを選択することによって行われていたが、操作が面倒であるという問題があった。
前述したように、機械状態を操作盤のディスプレイに表示することは、従来から行われていた。しかし、従来の表示は、文字と２次元図形を使用したモノクロの表示であり、デザイン性が劣るというだけでなく、視覚的変化に乏しくて直感的な理解が難しく、機械状態が変化したときの表示の変化を見逃しやすいという問題があつた。
また、機械状態を簡略化した図形や記号で表示する為、それらの意味内容を覚えるまでは表示の意味が理解し難く、未熟なオペレータが誤操作をしやすいなどの問題があった。
更に、機械がワークの加工途中で停止してオペレータがワークを交換したときや、工具オフセット値を設定するときの制御器に対する教示作業や指示作業が面倒で、それらの作業に高度な熟練を必要とすると共に、誤操作を生じやすいという問題があった。
この発明は、機械の動作状態を直感的に理解することができ、従って機械状態が変化したときにその変化を容易確実にオペレータに認識させることが可能な、デザイン的にも優れた機械状態の表示装置を提供することを第１の課題としている。
またこの発明は、機械状態に影響を及ぼす設定や指令を制御器に容易に教示ないし指示することが可能な機械状態の表示画面を提供することを目的として、刃物台の主軸選択状態や再起動時におけるワークの状態をワンタッチで指示することができる機械状態表示装置を提供することを第２の課題としている。
この発明の機械状態表示装置は、複数の主軸２１（２１ａ、２１ｂ）と複数の刃物台２２（２２ａ、２２ｂ）の３次元図形を、操作盤１４のディスプレイ１１に設けた常時表示領域１２に表示する。常時表示領域１２は、機械の自動及び手動運転中に常時表示される領域である。主軸の３次元図形（以下、「主軸図形」と言う。）１（１ａ、１ｂ）及び刃物台の３次元図形（以下、「刃物台図形」と言う。）２（２ａ、２ｂ）は、実機の主軸２１及び刃物台２２の配置態様に応じた配置とし、各刃物台２２の主軸選択状態を各刃物台図形２ａ、２ｂから主軸図形１ａ、１ｂに向く矢印図形５（５ａａ、５ａｂ、５ｂａ、５ｂｂ）で表示する。矢印図形５は、その矢印が指すそれぞれの主軸図形に向けて動いているように表示する。
また、主軸２１が回転しているときは、その回転情報をＮＣ装置から取得して、実機の主軸２１の回転方向に合わせて当該主軸図形１を低速で回転する動画として表示する。
更に好ましくは、ＮＣ装置から加工指令を取得して、各刃物台２２に対する加工指令が旋削加工指令かミーリング加工指令かにより、対応する刃物台に表示した工具の３次元図形（以下、「工具図形」と言う。）６としてバイトの３次元図形（以下、「バイト図形」と言う。）６ｂかドリルの３次元図形（以下、「ドリル図形」と言う。）６ａを選択して表示する。また、ドリル図形６ａを表示したときは、実機における当該工具の回転方向に対応する方向の矢印７を当該工具の近傍に表示する。
操作盤のディスプレイ１１のパネルがタッチパネルであれば、複数の状態のワークの３次元図形（以下、「ワーク図形」と言う。）９（９ａ〜９ｄ）を配置した画面であって、当該ワーク図形の何れかがタップされたときに、タップされたワーク図形に対応するワークの状態を制御器に教示するコマンドを生成するワーク状態選択画面１８を準備し、主軸図形１ａ、１ｂがタップされたときに、当該画面１８をディスプレイに表示するようにすれば、いずれかの主軸のワークを交換したときのオペレータの操作が簡単になり、誤操作の虞を軽減できる。
また、刃物台図形から主軸図形に向かう矢印図形５ａａ〜５ｂｂを主軸を切り換えるコマンドの起動ボタンとしてやれば、刃物台の主軸選択状態を手動で切り換える操作をワンタッチで行うことができるようになる。このとき、当該刃物台の主軸選択状態が矢印図形５の表示状態の変換で確認できるので、刃物台の退避位置を設定するときや工具オフセット値を設定するときのオペレータの作業を単純化できると共に、誤操作を可及的に防止できる。
複数の主軸を備えた旋盤の主要機械要素である主軸２１及び刃物台２２が実機の配置状態に応じた配置の３次元図形１として表示され、その回転状態や主軸選択状態が動画として表示されるので、オペレータは、機械状態を直感的に把握することができ、機械状態を誤認する虞を低減できる。
また、刃物台図形の工具図形６をバイト図形６ｂとドリル図形６ａで表示することにより、当該刃物台の現時点の加工が旋削加工かミーリング加工かをオペレータが直感的に認識でき、主軸回転の動画表示と共に表示することにより、工具と主軸動作の両方を容易に確認できる。
更に、ワークが交換されたときの制御器へのワーク状態の教示や刃物台の主軸選択状態の変更をコマンドの入力や選択操作ではなく、機械状態を示す表示要素をワンタッチすることでＮＣ装置に教示ないし指示することができるから、操作性が向上してオペレータの作業能率が大幅に向上し、誤操作も防止できるという効果がある。
この発明が適用される工作機械の一例を示す模式図 図１の工作機械のディスプレイ画面を示す図 図１の工作機械の制御系を示すブロック図 機械状態表示要素の詳細を示す図 ワーク状態選択画面の一例を示す図 刃物台の主軸選択状態の図４に示す状態からの切り換わりを示す図 従来の機械状態表示要素の一例を示す図
次に、２個のタレット刃物台を備えた２主軸対向複合旋盤を例にして、この発明の実施形態を説明する。図１に示した実施例の旋盤は、主軸軸線ａ上で対向する左右の主軸台２３ａ、２３ｂと、これらの主軸台に軸支された主軸２１ａ、２１ｂとを備えており、主軸軸線ａを挟んでオペレータから見て奥上側と手前下側とにタレット刃物台２２ａ、２２ｂを備えている。主軸台の一方（右主軸台）２３ｂは、他方（左主軸台）２３ａに向けて進退可能で両主軸間でのワークの受け渡しを行うとき、左主軸に向けて接近及び離隔する。
上刃物台２２ａは、工具の切込み方向であるＸ軸方向、主軸軸線と平行なＺ軸方向及び図の紙面直角方向であるＹ軸方向に移動位置決め可能かつドリルやミリングカッタなどの回転工具を装着可能で、これらの回転工具を駆動する工具駆動モータが搭載されている。一方、下刃物台２２ｂは、工具駆動モータを備えておらず、旋削加工のみを行う刃物台で、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にのみ移動位置決め可能である。
図２は、工作機械の操作盤に設けたディスプレイ画面を示した図である。ディスプレイ１１は、機械状態表示要素１０を配置した常時表示領域１２と、各種の画面を切り換え表示する主領域１３とに区画されている。機械の運転中、常時表示領域１２の表示要素は、主領域１３の画面が切り換えられたときにも切り換えられないで常時表示されるようになっている。
常時表示領域１２には、機械状態の表示要素１０と、刃物台の送りモータ、主軸モータ、工具モータなどの加工に関連するモータの負荷を表示するモータ負荷表示要素３１（３１ａ、３１ｂ）と、各刃物台の原点状態を表示する原点状態表示要素３２（３２ａ、３２ｂ）と、オーバライド値表示要素３３とが配置されている。モータ負荷表示要素３１と原点状態表示要素３２とは、刃物台毎に一つの表示要素が設けられている。
図３は、この発明を実施するハードウェアのブロック図である。工作機械２０を制御するＮＣ装置は、ＮＣ部１７とＰＣ部１５を備えており、インタフェースＩ／Ｆを介してデータの授受が行われる。加工プログラムや機械の仕様は、ＮＣ部１７に設定されている。図では、ＮＣ部が機械側に、ＰＣ部が操作盤側に描かれているが、必ずしもこのように分離して設置される訳ではない。
ＰＣ部１５は、画面表示アプリケーション１６を含んでおり、この部分に登録された機械状態表示プログラムやモータ負荷表示プログラムなどによって、ディスプレイ１１に機械状態表示要素１０やモータ負荷表示要素３１、原点状態表示要素３２、オーバライド値表示要素３３などが表示される。
機械状態表示要素１０の詳細は、図４に示されている。機械状態表示要素１０には、左右の主軸図形１ａ、１ｂと、上下の刃物台図形２ａ、２ｂとが実機の配置状態と同じ配置関係で配置されており、左右の主軸図形１ａ、１ｂの下に主軸回転数を表示する数値表示領域３ａ、３ｂが設けられている。また、上下の刃物台図形２ａ、２ｂの間に楕円を上下に分割して上下の刃物台の工具回転数を示す数字表示領域４ａ、４ｂが設けられている。この実施例では、下刃物台２２ｂは工具駆動モータを備えていないので、対応する数字表示領域４ｂは、空欄になっている。
上下の刃物台図形２ａ、２ｂから左右の主軸図形１ａ、１ｂに向かう矢印図形５ａａ〜５ｂｂは、表示時点で選択されているそれぞれの刃物台の選択主軸を示しており、選択された主軸に向かう矢印図形がその方向に向かって動いて見えるように動画表示されている。工具図形６として、上刃物台図形には回転工具としてのドリル図形６ａが、下刃物台図形には旋削工具としてのバイト図形６ｂが表示されている。上刃物台のドリル図形６ａの近傍には、その回転方向を示す矢印７が表示されている。この実施例の図では、回転工具をストレートホルダを介して装着したときと、アングルホルダを介して装着したときとの２つのドリル図形が同時に表示され、それぞれの工具の回転方向を示す矢印が表示されている。
ＮＣ装置の指令により主軸が回転すると、機械状態表示プログラムは、その回転指令をＮＣ部から取得し、指令されている回転方向に従って主軸図形のチャック爪８ａ、８ｂをそれぞれの主軸図形の軸線を中心軸とする楕円上で移動させて、主軸回転を動画として表示する。図の手前側に表示されているチャック爪８ａ、８ｂを上方へ移動させるか、下方へ移動させるかにより、主軸の回転方向を表示する。
図４に示した状態は、上刃物台の回転工具によって左主軸に把持されたワークの加工を行い、下刃物台の旋削工具によって右主軸に把持されたワークの加工を行う状態を示している。加工の進行に伴って次工程に移動したとき、その新しい工程が反対側のワークの加工工程であると、矢印図形５が新しいワークの側を向いて動いて見えるように矢印図形５の表示状態が切り換えられる（図６参照）。
また、上刃物台の工具が回転工具から旋削工具に交換されたときは、工具図形がドリル図形からバイト図形に変換され、回転方向を示す矢印７が消える。
図のディスプレイパネルはタッチパネルで、主軸図形１ａ、１ｂが図５に示すワーク状態選択画面１８を呼び出すアイコンとなっている。すなわち、主軸図形１ａ、１ｂをタップすることにより、ワーク状態選択画面１８を表示するプログラムが起動されて、ディスプレイ上に当該図面が表示される。
ワーク状態選択画面１８には、素材９ａ、加工途中品９ｂ、完成品９ｃ及び残材９ｄが模式的に３次元図形として表示されており、これらの図形９ａ〜９ｄをタップすることによってＮＣ装置に当該側の主軸に把持されているワークが素材であるか加工途中品であるか、完成品であるか又は残材であるかを指令する。ＮＣ装置は、その指令に基づいて次に機械が起動されたときの加工開始工程及びスキップする工程を決定して加工動作を行う。
例えば、加工工程の途中で機械が停止し、左主軸側の加工途中品を素材に交換し、ワーク状態選択画面１８を呼び出して素材図形９ａをタップして機械を再起動したときは、停止した工程（ＮＣ装置が記録している。）の最初の状態に達するまで、右側のワークに対する加工工程をスキップして左側のワークに対する加工のみが最初から順に行われ、停止した工程の開始時点に達した後、加工プログラムに記述した通りの手順で左右のワークに対する加工が行われる。
上下の刃物台図形２ａ、２ｂから主軸図形１ａ、１ｂに向いた矢印図形５ａａ〜５ｂｂは、対応する刃物台の選択主軸を切り換えるコマンドを生成して実行するアイコンとなっている。すなわち、図４の状態で上刃物台図形２ａから右主軸図形１ｂに向く矢印図形５ａｂをタップすると、矢印図形５ａａ、５ａｂの表示状態が変換されて、図６に示すように、矢印図形５ａｂが右主軸図形１ｂを向いて動いているように表示される。これにより刃物台の退避原点の設定時や工具オフセット設定時の選択主軸の切り換えをワンタッチで行うことが可能になる。
１（１ａ、１ｂ） 主軸図形
２（２ａ、２ｂ） 刃物台図形
５（５ａａ〜５ｂｂ） 矢印図形
６（６ａ、６ｂ） 工具図形
７ 矢印
９（９ａ〜９ｄ） ワーク図形
１０ 機械状態表示要素
１１ ディスプレイ
１２ 常時表示領域
１４ 操作盤
１８ ワーク状態選択画面
２１（２１ａ、２１ｂ） 主軸
２２（２２ａ、２２ｂ） 刃物台

Claims (4)

  1. 操作盤のディスプレイに設けた常時表示領域と、実機における複数の主軸及び刃物台の配置に合わせて前記常時表示領域に配置した当該主軸及び刃物台の３次元図形とを備え、各主軸の回転方向に合わせて当該主軸に対応する３次元図形を低速回転する動画として表示し、各刃物台の主軸選択状態を当該刃物台の３次元図形から選択されている主軸の３次元図形に向く矢印図形で表示することを特徴とする、複数の主軸を備えた複合旋盤の機械状態表示装置。
  2. ＮＣ装置から工具駆動モータを備えた刃物台に対する加工指令が旋削加工指令であるかミーリング加工指令であるかの情報を取得し、当該刃物台における工具を表示する図形としてバイトの３次元図形又はドリルの３次元図形を表示し、ドリルの３次元図形を表示したときには対応する工具の回転方向をドリル図形の近傍の矢印で表示することを特徴とする、請求項１記載の機械状態表示装置。
  3. 操作盤のディスプレイパネルがタッチパネルである複数の主軸を備えた複合旋盤の機械状態表示装置において、前記矢印図形が当該矢印が向く側の主軸を選択させるプログラムの起動ボタンである、請求項１又は２記載の機械状態表示装置。
  4. 前記主軸の３次元図形が、加工状態が異なる複数のワークの３次元図形を表示した画面を表示するプログラムの起動ボタンであり、前記ワークの３次元図形が、各３次元図形が示す状態のワークが当該主軸に装着されていることをＮＣ装置に教示するボタンであることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の機械状態表示装置。
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