JP2018086712A - 工具摩耗予測装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に精度良く工具の摩耗量を推定することができる工具摩耗予測装置およびその方法を提供する。【解決手段】工作機械に設置した工具の摩耗量を予測する工具摩耗予測装置であって、入力された加工データに基づいて前記工具の予測工具摩耗量を算出する工具摩耗量予測部と、前記加工データに基づいた値と前記工作機械から取得したデータに基づいた値とを比較し、当該比較した結果に基づいて前記予測工具摩耗量を修正する工具摩耗量修正処理部と、を備えることを特徴とする。NCプログラムに連動して時系列の加工パタンデータと予測工具摩耗量を算出するNCシミュレーション部と、設備状態と連動した実切削時間取得手段と、取得した実切削時間から工具摩耗量を算出する摩耗量算出手段と、予測工具摩耗量を修正する摩耗量修正手段と、修正した工具摩耗量に基づいて工具交換タイミングを判断する工具交換判定部を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、工具摩耗予測装置およびその方法に関する。

本技術分野の背景技術として、国際公開２０００／１２２６０公報（特許文献１）がある。この公報には、「NCプログラムを用いて加工するときに、工具情報、切削条件情報及び前記NCプログラムに基づいて加工シミュレーションを行った結果得られる切削工具状況情報を求め、一方実切削時の工具摩耗量を実測し、上記各情報から工具摩耗量を推定して、工具の使用許可を判定する工具管理方法。」と記載されている（要約参照）。

国際公開２０００／１２２６０

前記特許文献１では、ＮＣプログラムから抽出した工具情報および切削条件情報に応じた工具摩耗に対する摩耗定数を決定している。そして、ＮＣプログラムで加工シミュレーションを行う場合に、当該ＮＣプログラムから抽出した工具情報と切削条件情報、および、工具摩耗定数を用いて工具摩耗量を推定している。また、この算出した工具摩耗量と実加工時に得られた実切削工具摩耗量とを比較し、摩耗定数を修正することで、推定する工具摩耗量の精度向上を図っている。

しかしながら、特許文献１の方法では、各ＮＣプログラム毎に摩耗定数を設定することになるため、加工中に予め設定したＮＣプログラムと異なる加工条件で加工する工程を加えたり、新たなＮＣプログラムを作成した場合には、その都度ＮＣプログラムに対応した摩耗定数の決定を含むデータベースを新たに作成しなくてはならない。そのため、加工条件を作業者の判断で変更することが多い加工現場では、十分なデータベースを構築することができず、精度よく工具摩耗量を推定することは難しい。特に、一つのＮＣプログラムが長くなる（切削時間が長くなる）大物を加工する場合、それは顕著になる。

また、特許文献１の方法では、実切削工具摩耗量の測定において、ＣＣＤカメラなどを各装置毎に設置する必要があり、工場内にある全設備に適用する場合にはコストが課題になる場合もある。

そこで、本発明は、簡易に精度良く工具の摩耗量を推定することができる工具摩耗予測装置およびその方法を提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

その一例をあげるならば、工作機械に設置した工具の摩耗量を予測する工具摩耗予測装置であって、入力された加工データに基づいて前記工具の予測工具摩耗量を算出する工具摩耗量予測部と、前記加工データに基づいた値と前記工作機械から取得したデータに基づいた値とを比較し、当該比較した結果に基づいて前記予測工具摩耗量を修正する工具摩耗量修正処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易に精度良く工具の摩耗量を推定することができる工具摩耗予測装置およびその方法を提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の工具摩耗予測装置の構成図の一例 実施例１の工作機械5の構成要素の概要 実施例１の直線移動による切削加工の説明図の一例 実施例１のNCシミュレーションの加工パスとそれによって加工された被削材の形状の図の一例 実施例１の予測工具摩耗グラフの一例の図 実施例１のNCシミュレーションの加工パスに新たな加工パスを追加した場合の加工パスとそれらにより実際に加工した被削材の形状の一例 実施例１の新たな加工パスを追加した予測工具摩耗グラフの一例 実施例１の鋳物の被削材の図の一例 実施例１の鋳物の予測工具摩耗グラフと実際の工具摩耗グラフの一例 実施例１の工具摩耗量予測処理を示すフローチャートの一例 実施例１の工具の代表的な摩耗を説明する図の一例 実施例１の主軸モータの駆動電流値を計測して切削負荷を計測する一例 実施例１の工具摩耗テーブルの一例 実施例２の工具摩耗量予測処理を示すフローチャートの一例 実施例２のNCシミュレーションの加工パスとそれにより加工された被削材の形状の一例 実施例２のNCシミュレーションの加工パスにおける工具摩耗予測グラフの一例 実施例２のNCシミュレーションの加工パスに新たな加工パスを追加した場合の加工パスとそれにより実際に加工された被削材の形状の一例 実施例２のNCシミュレーションの加工パスに新たな加工パスを追加した場合の工具摩耗予測グラフの一例 実施例３の工具摩耗量予測処理を示すフローチャートの一例 実施例４の工具摩耗予測装置の構成図の一例 実施例５の工具摩耗予測装置の構成図の一例 実施例６の加工諸元異常設定自動判別装置の構成図の一例

以下、実施例を、図面を用いて説明する。

本実施例では、実加工機の実切削時間から工具摩耗量を算出して、NCシミュレーションによる予測摩耗量を都度修正する事で、工具交換時期の判定精度を向上する工具摩耗予測装置の例を説明する。

図１は、本実施例の工具摩耗予測装置の構成図の一例である。

工具摩耗予測装置99は、入出力装置1、NCシミュレータ2、記憶装置3、ネットワーク4、工作機械5、センサ部6、実切削工具摩耗量算出部7、工具摩耗量修正処理部8、工具交換判定部9、工具摩耗量予測部10、を有する。ネットワーク4は、入出力装置1、NCシミュレータ2、記憶装置3、工具摩耗量修正処理部8、工具交換判定部9、工具摩耗量予測部10をそれぞれ接続している。

入出力装置1は、ユーザからの加工データの入力を受け付ける。加工データは、例えばNCプログラムなどである。

NCシミュレータ2は、入力部1で受け付けられたNCプログラムをロードし、加工シミュレーションを実行する。

工具摩耗量予測部10は、NCシミュレータ2でロードしたNCプログラムの情報から、工具回転数、工具送り速度などの加工諸元を取得する。また、工具摩耗量予測部10は、NCシミュレータ2の実行結果から、径切込み量、軸切込み量、接触面積、切削体積、切削距離、加工時間などの加工状態を逐次取得し、それぞれ取得した情報および摩耗量初期値に基づいて工具摩耗量を算出する。

記憶装置3は、工具摩耗量予測部10で算出した工具摩耗量を予測工具摩耗量31として保存する。

図2に、本発明に基づく実施例の工作機械5の構成要素の概要を示す。なお、本実施例では3軸制御の機械加工装置を例に説明するが、制御軸数や装置構成はこれに限られるものではない。

工作機械5は、筐体200、加工工具205、加工工具205を保持して回転させる主軸204、主軸204をZ軸方向（垂直方向）に移動させる主軸ステージ203、被削材206、被削材を保持してXY軸方向（水平方向）に移動させるテーブル207、XYZ軸方向の移動制御や主軸回転制御せしめるためのNC制御装置202、を有する。

本発明に基づく実施例の工作機械5は、一般的な3軸制御の工作機械であり、加工工具205を回転させて被削材206に切り込み、被削材206の一部を除去する事によって、被削材206の形状を加工するものである。

なお、上記した工作機械5は一例であり、これに限られるものではない。

次に、図3を用いて、直線移動による切削加工を説明する。図3は、実施例１の直線移動による切削加工の説明図の一例である。加工工具205は、図示しない駆動モータにより、中心軸の周りに矢印303の方向に回転されており、この状態で被削材206に切り込みを与えて矢印304の方向に移動する。これにより被削材には、305、306に示した切削面が形成され、切削加工が行われる。

次に、図4、図5を用いて、NCシミュレータ2、工具摩耗量予測部10、予測工具摩耗量31による、NCシミュレーションと工具摩耗量予測を説明する。図4は、実施例１のNCシミュレーションの加工パスとそれによって加工された被削材の形状の図の一例を示す。なお、図４の被削材の形状は実際に加工してできた形状ではなく、NCシミュレータ2上での加工シミュレーションで形成した形状である。

図4の被削材400は、図3の被削材206をZ軸方向から見下ろした状態を表している。加工パス420は図示されないNCプログラムにより指示される、加工工具205の移動経路を表す。加工工具205が平面に移動し、上の加工パス420にから順に加工パス420に沿って等高線加工を行う。これにより被削材400表面には、設計形状410が形成される。

図5は、図４の加工を、NCシミュレータ2を用いて予めシミュレーション計算し、工具摩耗量予測部10を用いて加工時間の進捗にともなう予測工具摩耗量520の変化を表した、予測工具摩耗グラフ500の一例を表している。記憶装置3には、予測工具摩耗量31としてこの予測工具摩耗量520が保存される。

予測工具摩耗グラフ500の例では、加工終了ポイント430において予測工具摩耗量520は摩耗限界510に対して摩耗余裕530があり、加工中は加工工具205の交換は不要と判断できる。この判断は、工具交換判定部9にて行われる。

すなわち、工具交換判定部9は、工具摩耗量予測部10での加工シミュレーションに基づいて算出された予測工具摩耗量と予め定めた摩耗限界（上限値）とを比較し、その予測工具摩耗量が摩耗限界以上となっているかどうかで、工具の交換の要否を判定する。工具交換判定部9は、工具の交換が要であると判定した場合、例えば入出力装置1にその結果を出力して表示させ、ユーザに工具の交換が要であることを知らせる。

これにより、入力したNCプログラムで実際に被削材を加工する前に、工具の交換の要否がわかるので、加工中に工具が破損することを予防することができる。

次に、図6、図7を用いて、実際の加工時において、加工現場でNCプログラムで設定した加工パスに新たな加工パスを追加した際に発生する問題について説明する。図6は、実施例１のNCシミュレーションの加工パス（図4に示した加工パス）に新たな加工パスを追加した場合の加工パスとそれらにより実際に加工した被削材の形状の図の一例を示す。

図6の被削材600は、図4と同様に図3の被削材206をZ軸方向から見下ろした状態を表している。加工工具205が平面に移動し、上の加工パス620から順に加工パス620に沿って等高線加工を行う。このとき、図示されないNCプログラムにより指示された加工パス620に加え、装置のオペレータの判断により、加工パス630、640、650、...が追加されたとする。

なお、ここでいう図示されないNCプログラムは、上述した加工パス420と同じNCプログラムである。

これは例えば、設計形状410を高精度に加工したい場合などに、加工装置の特性を考慮し、装置のオペレータが判断してNCプログラムを書き換えて新たな加工パスを追加した場合である。

図7は、図6の加工時における実際の工具摩耗量を測定した際の、加工時間の進捗にともなう実際の工具摩耗量720（実工具摩耗量）の変化を表した、実工具摩耗グラフ700の一例を表している。図5における予測工具摩耗量グラフと比較して、この実工具摩耗グラフ700の例では、加工パスが追加されたために予測工具摩耗量よりも工具の摩耗が進んでいる。これにより、加工終了ポイント660よりも前の加工ポイント670において、実工具摩耗量720は摩耗限界510に達している事がわかる。

しかし、実際に加工を行う前の加工シミュレーションでは、図5に示すように、事前のNCシミュレータ2による予測工具摩耗グラフ500により、工具交換は不要と判断されている。そのため、オペレータの判断によりNCプログラムに新たな加工パスを加えたことで、実工具摩耗量720が、加工中に工具交換の必要な摩耗限界730に達してしまい、加工工具205の交換をしていなかった場合、工具の破損や被削材600の加工異常などを生む可能性がある。

次に、図8、図9を用いて、鋳物の加工時において、被削材毎に表面形状が異なるため発生する問題について説明する。図8は、実施例１の鋳物の被削材の図の一例を示す。

図8の被削材800は、鋳造した管を輪切りにした状態を表している。被削材800は時計回りに回転し、加工工具805が遠心方向に近づきながら、管の表面を平面に削る加工を行う。このとき、被削材800には、設計時には意図されなかった寸法誤差810、表面のざらつき820、鋳込み口830などの、設計データからのばらつきが存在する。

これは例えば、鋳造品の製造工程に起因する。このため、実際の切削は、被削材から離れた外周から徐々に中心方向に加工工具805を近づける加工パス840を設定し、切削を行う。

図9は、実施例１の鋳物の予測工具摩耗グラフと実際の工具摩耗グラフの一例の図を示す。図9の900は、図9の加工を、NCシミュレータ2を用いて予めシミュレーション計算し、工具摩耗量予測部10を用いて加工時間の進捗にともなう予測工具摩耗量905の変化を表した、予測工具摩耗グラフの一例を表している。これに対し、図9の940は、図8の加工時における実際の工具摩耗量を測定した際の、加工時間の進捗にともなう実工具摩耗量の変化を表した、実工具摩耗量920、910の一例を表している。

実工具摩耗グラフ940の例では、グラフ900における予測工具摩耗量905に対して被削材表面の外径切削時の磨耗量920分が加わっていることがわかる。この摩耗量920は、被削材の寸法誤差810や表面のざらつき820により、シミュレーションでは考慮していない加工が行われていることで発生している。

以上のように、実切削時間は被削材ごとに異なるため、実工具摩耗量と正確に一致する予測工具摩耗量の事前予測は難しい。また、この場合も同様に、実工具摩耗量910が、加工中に工具交換の必要な摩耗限界930に達する場合があり、加工工具805の交換をしていない場合、工具の破損や被削材800の加工異常などを生む可能性がある。

次に、これらの課題に対し、図10を用い、本発明の実施例1に係る工具摩耗量予測装置およびその方法による、工具交換時期の判定精度向上処理について説明する。

図10は、実施例１の工具摩耗量予測処理を示すフローチャートの一例である。

先ず、ステップ1002では、入出力装置１を介して処理対象とするNCプログラムの入力を受け付ける。ステップ1002では、受け付けたNCプログラムについてNCシミュレータ2がＮＣシミュレーションを実行する。ステップ1003では、工具摩耗量予測部10にて予測工具摩耗量31を算出し、記憶装置3に算出した予測工具摩耗量31を保存する。

ここで、工具摩耗量予測部10における、NCシミュレーションの結果から工具摩耗量を予測する処理の一実施の形態について説明する。NCシミュレータ2が処理間隔ΔdだけNCシミュレーションを実行し、ＮＣシミュレーションの結果から工具摩耗量予測部10が加工条件および加工状態を取得する。取得した加工状態の情報から処理間隔Δｄの区間で工具が被削材を切削したかを判断し、切削していれば、取得した加工条件、加工状態に基づき、処理間隔Δｄの区間での工具摩耗進展量ΔＶＢを算出する。この処理を繰り返し、前記算出した工具摩耗進展量ΔＶＢをそれまでの処理で算出した工具摩耗量ＶＢに加算する。

ここで処理間隔Δｄは、工具の移動距離（メートルまたはインチ）だけでなく、工具刃先が実際に加工した距離である摺動距離（メートルまたはインチ）や、加工時間（秒または分）、切削体積（立方メートルまたは立法インチ）などが採用可能である。

図3に示すように、1つまたは複数のカッターが付いた回転工具が回転数S(rpm)で回転しながら、送り速度F(mm/min)で進むことで被削材を切削している。また、このときの軸切り込みおよび径切り込みの量は、図3に示すように定義している。

図11は、実施例１の工具の代表的な摩耗を説明する図の一例を示す。図11に示すように、工具1101の代表的な摩耗として、逃げ面摩耗1102、すくい面摩耗1103があり、工具摩耗の判断基準として、逃げ面摩耗1102の最大幅ＶＢを用いる事が一般的である。

ただし、工具摩耗量予測部10が予測する工具摩耗量は逃げ面摩耗1102に限定されない。たとえば、カッター底面部の逃げ面摩耗VB’や、逃げ面摩耗の平均値VBAVE、すくい面摩耗の深さや幅などが採用可能である。

また、図3においては、丸型のカッターを用いているが、カッター形状として、四角や三角などの多角形型、菱形、さらにそれらの角部にテーパや円弧を付けたものなどが採用可能である。また、交換式のカッターだけでなく、工具と刃が一体形状となっている工具なども採用可能である。

図10のステップ1004では、受け付けたNCプログラムについて工作機械5においてNCプログラムを1行実行する。

ステップ1005では、センサ部6を用いて実切削時間を取得する。センサ部6は、振動センサやひずみセンサなど、切削状態が取得可能ないかなる手段も適用出来る。一例として、例えば切削力測定センサを用い、テーブル207や主軸ステージ203に内蔵したり、被削材206とテーブル207の間に挟みこむように配置するなどして、加工工具205に加わる切削中の負荷を切削力として検出することでも切削状態を取得できる。

また、図12に、センサ部6において実切削時間を取得する処理のその他の一実施の形態として、主軸モータの駆動電流値を計測して切削負荷を計測する一例を示す。加工工具205を回転させる主軸204、主軸204に内蔵された主軸モータ（図示無し）を駆動するスピンドルモータ1200がある場合に、配線1201に電流計1202を接続し、信号処理装置1203にて駆動電流値から切削負荷を計算する。

ステップ1006では、ステップ1005で得られた実切削時間から工具摩耗量を算出する。図1では実切削工具摩耗量算出部7がステップ1006の処理を行う。すなわち、実切削工具摩耗量算出部7は、工作機械5からデータを取得し、その取得したデータに基づいて実工具摩耗量を算出する。具体的な処理については以下に述べる。

実切削工具摩耗量算出部7は、実切削時間算出部71、工具摩耗DB72、加工諸元抽出部75、実切削工具摩耗量算出部73 、算出摩耗量DB74、を有する。先ず、実切削時間抽出部71が、センサ部6で得られた切削負荷データを用い、実際に刃が切削材に当たっている、もしくは当たっていない状態を判断し、実切削時間を取得する。

工具摩耗DB72には、予め実験的に求められた工具の摩耗量が登録されている。工具摩耗量は例えば、グラフ、テーブル、関数などとして登録されている。図13は工具摩耗ＤＢ72に登録された工具摩耗テーブル1300の一例を示しており、対象とする被削材材質、工具型番、工具径、カッターＲなどの情報と、カッターの刃数、回転数、送り速度、切削速度、径切り込み量、軸切り込み量などの加工条件と、加工時間毎の工具摩耗量が関連づけられて登録されている。

なお、図13においては、加工時間毎の工具摩耗量を登録しているが、工具の移動距離や、工具刃先が実際に加工した距離である摺動距離、切削体積ごとの工具摩耗量などが登録データとして採用可能である。

加工諸元抽出部75は、工作機械5から、加工座標、回転数、送り速度などの加工諸元を逐次取得する。工具摩耗算出部73は、実切削時間抽出部71から得られた実切削時間と、加工諸元抽出部75から得られた工作機械5の加工座標、回転数、送り速度などの加工諸元、そして工具摩耗DB72に基づき、工具摩耗量を算出する。そして、実切削工具摩耗量算出部73 は、算出した工具摩耗量を摩耗量初期値に加算し、工具摩耗量として算出摩耗量DB74へ記録する。

以上がステップ1006での処理である。

ステップ1007では、事前にNCシミュレータ2で求めた予測工具摩耗量31と算出摩耗量DB74に保存された算出摩耗量が一致しているかどうか判断をする。もし不一致ならば、ステップ1008において以降の工具摩耗量予測処理における摩耗量初期値を修正する。摩耗量初期値の修正は、今回の実加工で得られた実工具摩耗量を今回の加工シミュレーションで得られた推測工具摩耗量に加算することで行ってもよいし、実工具摩耗量と推測工具摩耗量との差分を推測工具摩耗量に加算することで行ってもよい。

この摩耗量初期値は、次回以降に取得する工具摩耗量予測部10での予測工具摩耗量、または、実切削工具摩耗量算出部7での実工具摩耗量の初期値として用いられる。すなわち、摩耗量初期値に、次回の加工における予測工具摩耗量、または、実工具摩耗量を加えることで、その工具におけるトータルの予測工具摩耗量、または、実工具摩耗量を得る。

なお、工具交換後の摩耗量初期値は、工具交換時に設定することができる。新しい工具にした場合は摩耗量初期値は０と設定すればよいし、使用途中の工具に交換した場合はこれまでの工具摩耗量を設定すればよい。

図1においては、工具摩耗量修正処理部8がステップ1007、1008を実施する。具体的には、工具摩耗量修正処理部8は、予測工具摩耗量31を参照し、算出摩耗量DB74に保存した算出摩耗量と不一致ならば、予測工具摩耗量31のうちNCプログラムの当該行の予測工具摩耗量を算出摩耗量DB74に保存した算出摩耗量に修正し、修正した工具摩耗量を記憶装置3に修正工具摩耗量32として保存する。

ステップ1007において、工具摩耗量が不一致と判定される一例としては、図8に示す鋳物の加工が挙げられる。設計時には意図されなかった寸法誤差810、表面のざらつき820、鋳込み口830などの設計データからのばらつきがあるため、NCシミュレーションと同一座標を切削した場合に、NCシミュレーションでは記録されない外形切削時の摩耗量920が算出摩耗量DB74に算出摩耗量として記録される事となる。

よって、ステップ1008において、推測工具摩耗量がゼロであるので、これに外形切削時の摩耗量920を加算し、以降の摩耗量初期値として、代入する。これにより、設計時には意図されなかった箇所を全て切削した後には、予測工具摩耗量905は、実際の工具摩耗量910のように外径切削時の摩耗量920を初期値としてシフトしていることとなる。

ステップ1008において摩耗量初期値を修正した場合、工具摩耗の推移を、入出力装置1に表示しても良い。一例としては、加工時間の進捗にともなう実工具摩耗量の変化のグラフ940のような表示となる。

ステップ1009では工具交換が必要かどうか判断を行う。図1の例では工具交換判定部9がこのステップを実施する。例えばNCプログラム1行を処理する度に（一つの加工パスに沿って加工する度に）得られる修正工具摩耗量32に対して、次に実行するNCプログラム1行の処理（もしくは次の一つの加工パスに沿って加工する）で得られる予測工具摩耗量31を加算し、その工具摩耗量が図9の実際の実工具摩耗量グラフ940の摩耗限界930に到達することが予見できた場合、ステップ1010にて工具交換コードを挿入し、工作機械5において工具交換を実施する。なお、摩耗限界930の値は入出力装置1からパラメータとしてユーザが任意に設定可能である。

ステップ1011にてNCプログラムの終了か判定し、終了でなければステップ1004に戻りNCプログラムを引続き実行し、NCプログラムの末端まで来た場合は、ステップ1012に遷移し、本処理を終了する。

以上のように、本実施例による処理では、NCプログラム1行を処理する度に（一つの加工パスに沿って加工する度に）、予測工具摩耗量と実工具摩耗量とが一致しているか確認し、一致していなければ、今回流したNCプログラム1行分の実工具摩耗量を予測工具摩耗量に足すことで、加工プロセス中であっても予測工具摩耗量の高精度化を達成することができる。以降の実施例でも、言及しないかぎり、NCプログラム1行または加工パス１本毎に予測工具摩耗量を修正している。もちろん、これは一例であって、NCプログラム1行に限定されるわけでなく、数行のNCプログラムを処理する度に予測工具摩耗量を修正するようにしてもよい。

本実施例によれば、鋳物において寸法公差が±10数ミリあり、表面もザラついているなど、シミュレーションと実物で加工時間に差がある場合や、熟練者により加工諸元（送り量や主軸回転数など）が現場で最適化され、予測した摩耗量との間に誤差が生じる場合など、NCシミュレーションのみによる摩耗予測が困難である従来の課題に対し、以下の効果を奏することができる。

すなわち、NC加工シミュレーションで加工時間、予測工具摩耗量を得るとともに、センサで取得した実切削時間から工具摩耗量を算出し、これらの予測工具摩耗量と実工具摩耗量とを比較することで、シミュレーションで得た予測工具摩耗量を次のNCプログラムでのシミュレーションおよび実加工の前に修正し、使用中の工具のトータルにおける工具摩耗量のシミュレーションと実切削の差異を自動的に低減することができる。その結果、シミュレーションによる予測工具摩耗量と実工具摩耗量はほぼ一致することになるので、実加工前の加工シミュレーションによる予測工具摩耗量の精度が向上し、予測工具摩耗量が摩耗限界に達したかどうかで判定する工具交換時期の判定精度が向上する。

従って、本実施例によれば、加工シミュレーションでは摩耗限界に達していなかったが、実際に加工したら摩耗限界に達してしまっていたという事態を防ぐことができるようになる。そのため、加工中の工具破損や加工異常等による加工失敗を防止し、不良品発生を回避することができるとともに、製造コストの削減に寄与することができる。

本実施例では、実加工機の実切削時間から工具摩耗量を算出して、NCシミュレーションによる予測摩耗量を都度修正する事で、工具交換時期の判定精度を向上する工具摩耗予測装置のうち、NCシミュレーションと実加工の差異を、切削座標から自動判定する一実施例を説明する。

図14は、第2の実施例に係る工具摩耗量予測処理を示すフローチャート1400の一例である。フローチャート1400は、図10のフローチャート1000のステップ1007が、NCシミュレータ2と工作機械5の間での加工座標の一致、不一致を判定する処理へ変わっており、それ以外は全て同一であり、説明を省略する。

ステップ1401において、加工座標が不一致と判定される一例を、図15、図16に示す等高線加工の例で説明する。図15(A)は、実施例２のNCシミュレーションの加工パスとそれにより加工された被削材の形状の一例を示す。図15(B)は、実施例２のNCシミュレーションの加工パスにおける工具摩耗予測グラフの一例を示す。図16(A)は、実施例２のNCシミュレーションの加工パスに新たな加工パスを追加した場合の加工パスとそれにより加工された被削材の形状の一例を示す。図16(B)は、実施例２のNCシミュレーションの加工パスに新たな加工パスを追加した場合の工具摩耗予測グラフの一例を示す。

図15(A)の被削材1500においては、NCプログラムにて加工パス1501、1502、...、1507と指定し等高線加工を実施する。そして、NCシミュレータ2と工具摩耗量予測部10により、図15(B)に示すように、シミュレーションによる予測工具摩耗量はグラフ1510のように見積もられる。

一方、図16(A)の被削材1600のように、現場にて加工パス1604を追加して実際に加工したとする。これは、現場の判断により、装置の加工特性などから、所望の加工精度達成のため、現場でNCプログラムを変更するなどとし、加工パスを追加する事があるからである。

この場合、NCプログラムにより加工シミュレーションでは想定していない加工パス1604による工具摩耗が存在することになる。従って、加工シミュレーションでは、図15(B)に示すように、全加工パスを終えても予測工具摩耗量は摩耗限界に達しないと判定していても、実際に加工をすれば、図16(B)に示すように、加工パス1606の途中で工具の摩耗量が摩耗限界に達する可能性がある。

そこで、本実施例では、加工シミュレーションによる工具摩耗量の予測において、加工パス1604が、予め設定していたNCプログラムの加工パスと座標が一致していない場合、一致しない加工パス1604分の実工具摩耗量分を、加工パス1603までの予測工具摩耗量に加算して修正する。その結果、図15(B)と比較し、区間ｃ-2(1611)を追加して加工パス1604分の実際の実工具摩耗量分が加算されるので、図16(B)における予測工具摩耗量に示すとおりになる。そして、加工パス1604の加工後は、各加工パスによる実加工前毎に行う各加工パスでの予測工具摩耗量を算出・加算していくことで、図16(B)の加工パス1606(区間(e)1612)にて摩耗限界に達することが予測される。

なお、上述した加工座標が一致しない場合の予測工具摩耗量の修正は、工具摩耗量修正処理部8で行っている。

また、加工シミュレーションによる予測工具摩耗量の算出は、各加工パスによる実加工を行う前に行い、加工シミュレーションで得た予測工具摩耗量が摩耗限界に達していなければ、加工シミュレーションを行った加工パスでの加工を実際に行い、摩耗限界以上であれば工具交換コードを挿入する。

これにより、ステップ1009にて加工パス1606(区間(e)1612)で工具交換が必要と判定でき、ステップ1010にて工具交換コードを挿入し、加工パス1606での実加工を行う前に工作機械5において工具交換を実施することができる。

本実施例によれば、NCプログラムの加工パスにおける座標と実際の加工による加工パスとの一致/不一致を検出して実工具摩耗量で修正することができる。すなわち、実施例１と同様に、加工データ（NCプログラム）に基づいた値（実施例１では予測工具摩耗量）と工作機械から取得したデータに基づいた値（実施例１では実工具摩耗量）とを比較し、それらが一致しない場合に実工具摩耗量を用いて予測工具摩耗量を修正することができる。これにより、実施例１と同様の効果を奏することができる。

次に、加工データに基づいた値と工作機械から取得したデータに基づく値が加工時間（切削時間）である場合について、実施例３で説明する。

本実施例では、実加工機の実切削時間から実工具摩耗量を算出して、NCシミュレーションによる予測工具摩耗量を都度修正する事で、工具交換時期の判定精度を向上する工具摩耗予測装置のうち、NCシミュレーションと実機の差異を、切削時間から自動判定する一実施例を説明する。

図17は、実施例3における工具摩耗量予測処理示すフローチャート1700の一例である。フローチャート1700は、図10のフローチャート1000のステップ1007が、NCシミュレータ2と工作機械5の間での実切削時間の一致、不一致を判定する処理へ変わっており、それ以外は全て同一であり、説明を省略する。

ステップ1701において加工時間が不一致と判定される一例は、例えば図8に示す鋳物の加工が挙げられる。設計時には意図されなかった寸法誤差810、表面のざらつき820、鋳込み口830などの、設計データからのばらつきがあるため、加工シミュレーションにおける切削時間と実切削時間に差異が発生する。

このように、加工シミュレーションにおける切削時間と実切削時間とが一致しない場合、工具摩耗量修正処理部8において、実切削時間と加工シミュレーションの切削時間の差違の分、予測工具摩耗量に実切削時間分の実工具摩耗量を加算して予測工具摩耗量を修正する。これにより、加工中の工具破断を予防することができる。

従って、本実施例によれば、上述したNCシミュレーションのみによる摩耗予測が困難である従来の課題に対し、その誤差を修正し、予測工具摩耗量の精度を向上することができる。

本実施例では、実加工機の実切削時間から実工具摩耗量を算出して、NCシミュレーションによる予測工具摩耗量を都度修正する事で、工具交換時期の判定精度を向上する工具摩耗予測装置のうち、工具摩耗予測結果を生産管理システムに転送し、設備の作業計画を生成することで、作業計画に従って設備を制御し、生産効率を向上する一実施例を示す。

図18は、実施例4における工具摩耗予測装置の構成図の一例である。工具摩耗予測装置1899は、図1の工具摩耗予測装置99に生産管理システム1800を接続したものであり、それ以外は全て同一であり、説明を省略する。

生産管理システム1800は、ネットワーク4を介して、予測工具摩耗量31、修正工具摩耗量32を取得し、生産シミュレーションを実行する。生産シミュレーションは、例えば複数設備の稼動状態から生産工程の時間推移を模擬し、製造物間の処理優先度を決めるための計算を行う。また、生産シミュレーションの実行結果から生産計画を生成し、ネットワーク4を介して作業者や設備に指示を送信する。

NCシミュレーションのみによる摩耗予測が困難である従来の課題に対し、NC加工シミュレーションで加工時間、予測工具摩耗量を得て、センサで設備の実切削時間を取得し、センサで取得した実切削時間から工具摩耗量を算出し、シミュレーションで得た予測工具摩耗量を修正する。これにより、シミュレーションと実加工の差異を、切削座標や実切削時間から自動判定し、実切削時間から工具摩耗量を算出して、予測摩耗量を都度修正することができ、工具交換時期の判定精度を向上させることができる。そして、これらを生産管理システムに反映させることで、加工失敗による不良品発生を回避することができるとともに、製造コストの削減に寄与する。

従って、本実施例によれば、修正工具摩耗量32は総切削時間、工具交換タイミング、工具交換回数などを高精度に予測でき、工具摩耗予測結果を生産管理システムに転送することで生産シミュレーションを高精度化でき、設備の作業計画を生成して、作業計画に従って設備を制御し、生産効率を向上する事ができる。

本実施例では、実加工機の実切削時間から実工具摩耗量を算出して、NCシミュレーションによる予測工具摩耗量を都度修正する事で、工具交換時期の判定精度を向上する工具摩耗予測装置のうち、摩耗限界に至近の場合に加工停止信号を発生する一実施例を説明する。

図19は、実施例5における工具摩耗予測装置の構成図の一例である。工具摩耗予測装置1999は、図1の工具摩耗予測装置99の工具交換判定部9に代わり加工停止発報部1900をネットワーク4に接続したものであり、それ以外は全て同一であり、説明を省略する。

加工停止発報部1900は、予測工具摩耗量が予め定めた摩耗限界からの許容範囲に達した場合に、工作機械5に対して加工停止の信号を出力する。これにより、加工失敗による不良品発生を回避することができるとともに、製造コストの削減に寄与する。

本実施例では、NCシミュレーションと実加工機の実切削時間とを比較して送り速度など加工諸元を計算し、異常設定の場合は切削異常と判定しアラートを発生する、また、生産管理システムから設備や作業者に停止命令を送信する装置の、一実施例を説明する。

図20は、実施例6の工具摩耗予測装置の構成図の例である。工具摩耗予測装置2099は、図1の工具摩耗予測装置99に対し、加工諸元算出部207を持ち、算出加工諸元2032を加えたもので、それ以外の同一符号については全て同一であり、説明を省略する。

本実施例では、加工現場においてNCプログラム通りの諸元ではなく加工する場合や、熟練者により加工諸元（送り量や主軸回転数など）が現場で最適化された場合において、誤った加工諸元の値を設定してしまうことを想定している。

加工諸元算出部207は、NC加工シミュレーションから加工時間を得るとともに、センサ部6を介して設備の実切削時間を取得する。加工諸元算出部207は、取得した実切削時間から加工諸元を算出し、生産管理システム1800などに保存されている加工諸元の正常範囲設定値と比較して異常設定の場合は切削異常と判定しアラートを発生する、または、生産管理システムから設備や作業者に停止命令を送信させる。

これにより、加工失敗による不良品発生を回避することができるとともに、製造コストの削減に寄与する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

99、1899、1999、2099…工具摩耗予測装置、１…入出力装置、2…NCシミュレータ、3…記憶装置、4…ネットワーク、5…工作機械、6…センサ部、7…実切削工具摩耗量算出部、8…工具摩耗量修正処理部、9…工具交換判定部、10…工具摩耗量予測部、71…実切削時間抽出部、72…工具摩耗DB、73…工具摩耗量算出部、74…算出摩耗量、75…加工諸元抽出部

Claims (15)

1. 工作機械に設置した工具の摩耗量を予測する工具摩耗予測装置であって、
   入力された加工データに基づいて前記工具の予測工具摩耗量を算出する工具摩耗量予測部と、
   前記加工データに基づいた値と前記工作機械から取得したデータに基づいた値とを比較し、当該比較した結果に基づいて前記予測工具摩耗量を修正する工具摩耗量修正処理部と、
   を備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
2. 請求項１に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記工作機械から取得したデータに基づいて前記工具で実加工した場合の実工具摩耗量を算出する実切削工具摩耗算出部を備え、
   前記工具摩耗量修正処理部は、前記予測工具摩耗量と前記実工具摩耗量とを比較して一致しない場合、前記予測工具摩耗量に前記実工具摩耗量を加算することを特徴とする工具摩耗予測装置。
3. 請求項１に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記加工データに基づいた値、および、前記工作機械から取得したデータに基づいた値は、加工時間、または、加工座標であることを特徴とする工具摩耗予測装置。
4. 請求項３に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記工作機械から取得したデータに基づいて前記工具で実加工した場合の実工具摩耗量を算出する実切削工具摩耗算出部を備え、
   前記工具摩耗量修正処理部は、前記加工データに基づいた値と前記工作機械から取得したデータに基づいた値が一致しない場合、前記予測工具摩耗量に前記実工具摩耗量を加算することを特徴とする工具摩耗予測装置。
5. 請求項１に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記予測工具摩耗量が予め定めた上限値を超える場合に前記工具の交換が必要であることを出力する工具交換判定部を備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
6. 請求項１に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記予測工具摩耗量に基づいて前記工作機械の作業計画を計画する生産管理システムを備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
7. 請求項５に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記予測工具摩耗量、または、前記工具の交換が必要であることを表示する入出力部を備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
8. 請求項１に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記予測工具摩耗量が予め定めた上限値を超える場合、前記工作機械の加工を停止させる加工停止発報部を備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
9. 請求項１に記載の工具摩耗予測装置であって、
   前記工作機械に設けられたセンサ部から前記工具による実切削時間を抽出する実切削時間抽出部と、
   前記実切削時間から加工諸元を算出し、当該加工諸元と加工データを比較し、当該比較した結果に基づいて加工異常の信号を出力する加工諸元算出部と、
   を備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
10. 工作機械に設置した工具の摩耗量を予測する工具摩耗予測方法であって、
    入力された加工データに基づいて前記工具の予測工具摩耗量を算出する工具摩耗量予測工程と、
    前記加工データに基づいた値と前記工作機械から取得したデータに基づいた値とを比較し、当該比較した結果に基づいて前記予測工具摩耗量を修正する工具摩耗量修正処理工程と、
    を備えることを特徴とする工具摩耗予測方法。
11. 請求項１０に記載の工具摩耗予測装置であって、
    前記工作機械から取得したデータに基づいて前記工具で実加工した場合の実工具摩耗量を算出する実切削工具摩耗算出工程を備え、
    前記工具摩耗量修正処理工程では、前記予測工具摩耗量と前記実工具摩耗量とを比較して一致しない場合、前記予測工具摩耗量に前記実工具摩耗量を加算することを特徴とする工具摩耗予測方法。
12. 請求項１０に記載の工具摩耗予測方法であって、
    前記加工データに基づいた値、および、前記工作機械から取得したデータに基づいた値は、加工時間、または、加工座標であることを特徴とする工具摩耗予測方法。
13. 請求項１２に記載の工具摩耗予測方法であって、
    前記工作機械から取得したデータに基づいて前記工具で実加工した場合の実工具摩耗量を算出する実切削工具摩耗算出行工程を備え、
    前記工具摩耗量修正処理工程では、前記加工データに基づいた値と前記工作機械から取得したデータに基づいた値が一致しない場合、前記予測工具摩耗量に前記実工具摩耗量を加算することを特徴とする工具摩耗予測方法。
14. 請求項１０に記載の工具摩耗予測方法であって、
    前記予測工具摩耗量が予め定めた上限値を超える場合に前記工具の交換が必要であることを出力する工具交換判定工程を備えることを特徴とする工具摩耗予測装置。
15. 請求項１０に記載の工具摩耗予測方法であって、
    前記工作機械に設けられたセンサ部から前記工具による実切削時間を抽出する実切削時間抽出工程と、
    前記実切削時間から加工諸元を算出し、当該加工諸元と加工データを比較し、当該比較した結果に基づいて加工異常の信号を出力する加工諸元算出工程と、
    を備えることを特徴とする工具摩耗予測方法。

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