JP2017146859A - 数値制御工作機械の加工時間予測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工時間を一括で予測することができ、それらの予測された加工時間を容易に比較することができ、加工時間短縮作業を効率化することができる数値制御工作機械による加工時間予測装置を提供すること。【解決手段】本発明の加工時間予測装置１は、複数の数値制御工作機械のそれぞれの加工時間に関連する制御パラメータである機械構成−時間データを記憶しており、複数の数値制御工作機械の内の第１の数値制御工作機械でＮＣ指令２に基づいて行われる加工に要する加工時間を予測する加工時間予測部１００と、複数の数値制御工作機械のそれぞれの機械構成−時間データとに基づいて、複数の数値制御工作機械の内の第１の数値制御工作機械以外の数値制御工作機械でＮＣ指令２に基づいて行われる加工に要する加工時間を計算する機械構成差分時間計算部９０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、加工時間予測装置に関し、特に複数の数値制御工作機械による加工時間を予測する加工時間予測装置に関する。

数値制御工作機械による加工時間をあらかじめ予測することは、工作機械を効率的に運用するために重要である。ここでいう加工時間とは、数値制御工作機械における工具の移動による加工に掛かる時間である。数値制御工作機械による加工の効率化やコストカットを目的とした加工プログラムの加工時間短縮は、加工現場におけるテーマとなっている。

このような加工時間を短縮する作業を効率的に行うために、作成した加工プログラムの加工時間を予測する機能を備えた加工時間予測装置がある。加工時間予測装置では、実際の加工を行うことなく加工時間を計算により求めることができる。加工時間は数値制御工作機械の機械構成（時定数などのパラメータ設定やＭ，Ｓ，Ｔ，Ｂ補助機能に掛かる時間）によって変化するが、従来からある加工時間予測装置においても、機械構成を考慮した予測は可能である（例えば、特許文献１〜３）。

特開２０１２−０９３９７５号公報 特開２００５−３０１４４０号公報 特開２００７−０２５９４５号公報

前述したように、数値制御工作機械の機械構成を考慮した予測は可能であるが、予測の対象となる機械構成は数値制御工作機械１台のみの機械構成であり、機械構成が異なる場合は加工時間予測をその都度実行しなければならず、複数の異なる機械構成上で予測される加工時間の比較を容易におこなうことができない。

そこで本発明の目的は、加工時間を一括で予測することができ、それらの予測された加工時間を容易に比較することができ、加工時間短縮作業を効率化することができる数値制御工作機械による加工時間予測装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、ＮＣ指令に基づいて複数の数値制御工作機械で行われる加工に要する加工時間を一括して算出する加工時間予測装置であって、前記複数の数値制御工作機械のそれぞれの加工時間に関連する制御パラメータである機械構成−時間データを記憶する機械構成−時間データ記憶部と、前記ＮＣ指令と、前記機械構成−時間データ記憶部に記憶される前記複数の数値制御工作機械の内の第１の数値制御工作機械の機械構成−時間データとに基づいて、前記第１の数値制御工作機械で前記ＮＣ指令に基づいて行われる加工に要する加工時間を予測する加工時間予測部と、前記ＮＣ指令から解読されたＮＣ指令データの内で、機械構成によって加工時間に影響を与えるＮＣ指令データをカウントするＮＣ指令データカウント部と、前記機械構成−時間データ記憶部に記憶された機械構成−時間データと、前記加工時間予測部が予測した加工時間と、前記ＮＣ指令データカウント部がカウントした機械構成によって加工時間に影響を与えるＮＣ指令データとに基づいて、前記複数の数値制御工作機械の内の前記第１の数値制御工作機械以外の数値制御工作機械で前記ＮＣ指令に基づいて行われる加工に要する加工時間を計算する機械構成差分時間計算部と、を備えたことを特徴とする加工時間予測装置である。

本発明により、複数の機械構成上において、加工時間を一括で予測することができ、それら予測された加工時間を容易に比較することができ、加工時間短縮作業を効率化することが可能な数値制御工作機械による加工時間の予測方法および予測装置を提供することができる。

本発明による予測加工時間の算出方法について説明する図である。 本発明の一実施形態による加工時間予測装置の機能ブロック図である。 図２の加工時間予測装置による加工時間予測の例を示す図である。 図２の加工時間予測装置による複数の数値制御工作機械の加工時間予測の全体的な概要を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明の加工時間予測装置は、加工プログラムに基づいて実行される加工に係る時間である加工時間が、数値制御工作機械の機械構成によって変化しない加工時間である固定的加工時間と、数値制御工作機械の機械構成によって変化する加工時間である構成依存加工時間とから成ることを利用し、複数台の数値制御工作機械のそれぞれの加工プログラムに基づく加工の加工時間を予測する際に、１台の数値制御工作機械について予測した加工時間に基づいて、他の工作機械における加工時間を予測する。本発明の加工時間予測装置は、加工プログラムに含まれるＮＣ指令について、それぞれの数値制御工作機械の機械構成によって加工時間に影響を与える部分に関するデータの値（距離や回数）をカウントして保持し、保持した値と各数値制御工作機械の機械構成によって定まる各値（後述する機械構成−時間データ）とに基づいて各数値制御工作機械における構成依存加工時間を算出し、算出した構成依存加工時間を用いて、１台の数値制御工作機械について予測した加工時間から他の工作機械における加工時間を予測する。

上記した、数値制御工作機械の機械構成によって変化する加工時間としては、送り指令の開始点および終了点における加減速時間、数値制御工作機械に設定されている送り速度を用いた場合の送り指令に掛かる時間、Ｍ，Ｓ，Ｔ，Ｂ補助機能に掛かる時間などが挙げられる。例えば、数値制御工作機械では送り指令に基づいて軸の移動を行う際に、当該軸の移動速度は図１に例示されるように制御されるが、図１において加速および減速に掛ける時間である時定数Ｔは数値制御工作機械のパラメータとして設定された時定数が用いられる。また、送り指令において加工プログラム内で送り速度Ｆが指定されていない場合には、これも数値制御工作機械のパラメータとして設定されている送り速度が用いられる。その為、本発明の数値制御工作機械は、加工プログラム内で指令される軸の加速および減速の回数（それぞれ、概ね送り指令が実行される回数と一致する）や、（加工プログラム内で送り速度が指令されていない）送り指令の定速移動部分の距離などをカウントして保持し、保持した各値に各数値制御工作機械のパラメータ値とから、ＮＣプログラムの実行時における加速および減速に掛かる構成依存加工時間や、加工プログラムの実行時における定速移動部分に掛かる構成依存加工時間などを算出することができる。同様に、他の構成依存加工時間も、加工プログラムに含まれるＮＣ指令に基づいてカウントされた加工時間に影響を与える部分に関するデータの値と数値制御工作機械の機械構成によって定まる各値とに基づいて算出するようにする。

図２は、本発明の一実施形態による加工時間予測装置１を説明するブロック図である。加工時間予測装置１は、ＮＣ指令解読部１０、速度制約処理部２０、セグメントデータ生成部３０、中間メモリ（バッファ）４０、セグメント移動時間計算部５０、移動外時間計算部６０、全加工時間計算部７０を含む加工時間予測部１００と、更に、ＮＣ指令データカウント部８０と、機械構成差分時間計算部９０と、機械構成−時間データ記憶部１１０とを備える。

加工時間予測部１００に含まれる各機能手段は、特許文献１に開示される機能手段と同様の機能を備える。
ＮＣ指令解読部１０は、ＮＣ指令（加工プログラム）２を入力として受け取り、その内容を解読してＮＣ指令（加工プログラム）２に記述されるブロック毎の指令データに分割してブロックデータを生成する。入力されるＮＣ指令２は、ＣＮＣ（数値制御装置）に入力されるものと同じであり、テキストファイルやＣＮＣのプログラムメモリに記憶されたバイナリデータなど、その形式は問わない。

ブロックデータは元のＮＣ指令（加工プログラム）２を構成する各ブロックの指令内容を表したもので、ブロックの始点と終点の位置の情報、始点から終点までの経路の種類（直線、円弧など）と経路を決める情報（円弧の場合の中心位置など）、ブロックを移動する時の工具の速度情報が含まれる。

速度制約処理部２０は、大域速度制約処理部２１、局所速度制約処理部２２、および、データ量依存速度制約処理部２３を含む。
大域速度制約処理部２１は、ＮＣ指令（加工プログラム）２において指令される指令速度Ｖｃと工具経路の曲率に応じて予め決められた速度Ｖｉａを比較し、小さい方の値を上限速度Ｖｌｉｍとする。指令速度Ｖｃのデータと工具経路の曲率のデータはＮＣ指令解読部１０で生成されるブロックデータに基づく。工具経路の曲率に応じて予め決められた速度Ｖｉａのデータは図示しないメモリに記憶しておく。速度オーバライドがかかった状態での工具の移動時間を算出する場合は、指令速度Ｖｃの代わりに指令速度Ｖｃにオーバライドの比率を乗じた速度を用いる。局所速度制約処理部２２とデータ量依存速度制約処理部２３は、セグメントデータを利用するので、後述する。

セグメントデータ生成部３０はＮＣ指令解読部１０で生成されたブロックデータを受け取り、各ブロックの始点から終点までの工具経路をセグメントへ分割する。この分割方法は、指令速度Ｖｃに所定の係数ｋまたは工具経路の曲率に基づいて決めた係数を乗じて分割速度Ｖｄを決め、分割速度Ｖｄに所定の時間τを乗じて得られる距離Ｖｄ・τを分割間隔として、ブロック始点から順次セグメントを切り出して行く。このようにして生成された個々のセグメントは工具経路の微小な切片である。セグメントの長さをＬとすると、Ｌ＝Ｖｄ・τで表すことができる。所定の時間τは補間周期ないしそれより長い時間とする。

切り出された微小な切片は、セグメントデータとして中間メモリ（バッファ）４０に蓄積（格納）される。中間メモリ４０に蓄積（格納）されるセグメントデータは、セグメントの長さＬ、セグメントの方向（始点から終点に向かうベクトル）、前記上限速度と局所速度制約処理部２２で求めたコーナ速度Ｖｒを含む。

局所速度制約処理部２２は、セグメントデータ生成部３０によって生成されたセグメントについて、隣り合うセグメントの間の速度差、加速度差、および、加加速度がそれぞれ予め設定された許容値以下に収まる速度の中で最大の速度を求め、その速度を隣り合うセグメントの接続点におけるコーナ速度Ｖｒとする。なお、工具経路の曲率を大域速度制約処理部２１で考慮する代わりに、局所速度制約処理部２２で考慮してもよい。このようにして値が設定されたセグメントデータは、中間メモリ（バッファ）４０に蓄積（格納）される。

データ量依存速度制約処理部２３は、セグメントデータの数によって決まる工具の移動速度に対する制約を取り入れて、算出した加工時間の精度を向上させるための手段である。これは、例えばＮＣ指令の先読みを行う先読み処理部によって読み込まれたデータ数によって速度に対する制約が決まることを、加工時間の予測装置において再現するために備わった処理部である。
データ量依存速度制約処理部２３は、中間メモリ（バッファ）４０に蓄積された末尾のセグメント（最も後に生成されたセグメント）の終点で所定の速度Ｕａになるとして、中間メモリ（バッファ）４０の先頭のセグメントへ向かって減速曲線と呼ぶ速度の変化を表す速度カーブＵ（ｔ）を形成する。工具は速度カーブＵ（ｔ）以上の速度では移動することはできないので、該Ｕ（ｔ）を許容速度と称する。通常、所定の速度Ｕａは０とするが、有限の値でもよい。

セグメント移動時間計算部５０は、中間メモリ（バッファ）４０の先頭からセグメントデータを順に取り出し、そのセグメントの移動に要する時間を計算する。
移動外時間計算部６０は、ＮＣ指令解読部１０が解読したＮＣ指令２のブロックデータに基づいて、工具停止指令がなされたときの停止時間や、Ｍ指令、Ｓ指令、Ｔ指令などの移動指令以外の命令の実行時間である移動外時間を計算する。
そして、全加工時間計算部７０は、セグメント移動時間計算部５０が計算した各セグメントの移動に要する時間と、移動外時間計算部６０が計算した移動外時間とを合算した全加工時間を計算する。

ここまで説明してきた加工時間予測部１００に含まれる各機能手段は、後述する機械構成−時間データ記憶部１１０に記憶される機械構成−時間データ３を用いて、ＮＣ指令２に基づく１つの数値制御工作機械での加工に要する加工時間を予測することができる。なお、上記で説明した各機能手段については、既に特許文献１などにより公知となっているため、本明細書での更なる詳細な説明は省略する。

ＮＣ指令データカウント部８０では、ＮＣ指令２に基づいてＮＣ指令解読部１０によって解読されたＮＣ指令データの内で、機械構成によって加工時間に影響を与えるＮＣ指令データについて、その値（距離や回数）をカウントして保持する。一例として図３に示すように、ＮＣ指令データカウント部８０は、ＮＣ指令２内で送り速度が指定されていない早送り指令（Ｇ００）、切削送り指令（Ｇ０１）の定速移動部分の総距離や、時定数がかかった回数（それぞれの時定数に基づいて軸の加速、減速制御が行われた回数）、各補助機能が指令された回数などをカウントする。これらの各値は、ＮＣ指令解読部１０がＮＣ指令２を解読した結果であるＮＣ指令データを参照することで特定することができる。以下では、カウントされたＮＣ指令データｎを数１式のように表す。

機械構成−時間データ記憶部１１０に記憶される機械構成−時間データ３は、「加工時間に関連する数値制御工作機械の制御パラメータ」によって構成される。機械構成−時間データ３は、異なる機械構成の数に応じて複数個用意される。図３に示す例では、数値制御工作機械Ａ，Ｂ，Ｃが持つそれぞれの機械構成−時間データｔ_A，ｔ_B，ｔ_Cが用意されている。それぞれの機械構成−時間データｔ_A，ｔ_B，ｔ_Cは、「数値制御装置に設定されている加工時間に関連するパラメータ（例えば、デフォルトの早送り速度の逆数や、デフォルトの切削送り速度の逆数、各種時定数など）」と「Ｍ指令、Ｓ指令、Ｔ指令、Ｂ指令などの補助機能に掛かる時間データ」によって構成されている。ここで、機械構成−時間データｔ_Nは以下の数２式のように表す。

機械構成−時間データ３は、オペレータが加工時間の予測対象となる各数値制御工作機械に対して実験などを行ってそれぞれの数値制御工作機械の機械構成−時間データ３を取得しておき、取得した機械構成−時間データ３を予め機械構成−時間データ記憶部１１０に記憶しておくようにしても良い。

機械構成差分時間計算部９０は、従来技術を用いて予測された基準となる数値制御工作機械による加工時間である基準加工時間Ｔ₀と、ＮＣ指令データカウント部８０でカウントされたＮＣ指令データｎと、機械構成−時間データｔ_A，ｔ_B，ｔ_Cとを用いて、基準となる数値制御工作機械と他の数値制御工作機械との間の加工時間の差分を計算する。ここで、数値制御工作機械Ａにおいて予測される加工時間Ｔ_Aは、以下の数３式により計算することができる。数３式において、ｔ₀は基準となる数値制御工作機械における機械構成−時間データであり、ｎとｔ₀との内積は基準となる数値制御工作機械における構成依存加工時間、ｎとｔ_Aとの内積は工作機械Ａにおける構成依存加工時間となる。

なお、いずれの数値制御工作機械を基準となる数値制御工作機械としても良い。例えば、数値制御工作機械Ａ，Ｂ，Ｃについて加工時間を予測する際には、数値制御工作機械Ａを基準となる数値制御工作機械としたうえで、従来技術を用いて数値制御工作機械Ａの加工時間Ｔ₀（＝Ｔ_A）を予測し、基準となる機械構成−時間データｔ₀（＝ｔ_A）に基づいて数３式を用いて数値制御工作機械Ｂ，Ｃの加工時間を計算するようにしても良い。また、数値制御工作機械Ｂ，Ｃを基準となる数値制御工作機械としても良い。

上記した構成を用いることにより、図４に示すように、それぞれ異なる機械構成を備えた複数の数値制御工作機械について、予め各数値制御工作機械の機械構成−時間データを取得しておくことにより、１台の数値制御工作機械による加工時間を予測するだけで他の数値制御工作機械における加工時間も一括して算出することができるようになり、また、これら複数の数値制御工作機械による加工時間を一括して比較することができるようになる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１ 加工時間予測装置
２ ＮＣ指令
３ 機械構成−時間データ
１０ ＮＣ指令解読部
２０ 速度制約処理部
２１ 大域速度制約処理部
２２ 局所速度制約処理部
２３ データ量依存速度制約処理部
３０ セグメントデータ生成部
４０ 中間メモリ
５０ セグメント移動時間計算部
６０ 移動外時間計算部
７０ 全加工時間計算部
８０ ＮＣ指令データカウント部
９０ 機械構成差分時間計算部
１００ 加工時間予測部
１１０ 機械構成−時間データ記憶部

Claims (1)

1. ＮＣ指令に基づいて複数の数値制御工作機械で行われる加工に要する加工時間を一括して算出する加工時間予測装置であって、
   前記複数の数値制御工作機械のそれぞれの加工時間に関連する制御パラメータである機械構成−時間データを記憶する機械構成−時間データ記憶部と、
   前記ＮＣ指令と、前記機械構成−時間データ記憶部に記憶される前記複数の数値制御工作機械の内の第１の数値制御工作機械の機械構成−時間データとに基づいて、前記第１の数値制御工作機械で前記ＮＣ指令に基づいて行われる加工に要する加工時間を予測する加工時間予測部と、
   前記ＮＣ指令から解読されたＮＣ指令データの内で、機械構成によって加工時間に影響を与えるＮＣ指令データをカウントするＮＣ指令データカウント部と、
   前記機械構成−時間データ記憶部に記憶された機械構成−時間データと、前記加工時間予測部が予測した加工時間と、前記ＮＣ指令データカウント部がカウントした機械構成によって加工時間に影響を与えるＮＣ指令データとに基づいて、前記複数の数値制御工作機械の内の前記第１の数値制御工作機械以外の数値制御工作機械で前記ＮＣ指令に基づいて行われる加工に要する加工時間を計算する機械構成差分時間計算部と、
   を備えたことを特徴とする加工時間予測装置。