JP2021012542A - 機械加工管理方法及び機械加工管理システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、別の視点では、特許文献1の技術では、工作機械の経時変化に伴う加工精度の低下を解消することが困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的の一つは、工作機械が自動で測定できない、工作機械の状態を確認するための情報は容易にクラウドサーバに収集することを促進することにある。また、本発明の目的の別な一つは、工作機械の経時変化に伴う加工精度の低下の解消を支援することにある。本発明の他の目的は以後明らかになるであろう。
一観点に係る、工作機械を管理する管理計算機は、プログラムを格納する保管モジュールと、演算モジュールと、を有する。ここで、工作機械は、少なくとも第1軸の方向と、第2軸の方向と、に移動可能なステージを有し、加工プログラムにしたがって加工処理を行う機械である。ここで、第1軸及び前記第2軸は、加工プログラムによって工具パスを記述するときに指定する軸である。そして管理計算機は、(1)工作機械の主軸に関し、第1軸に沿った剛性値に関する第1の値を、受信し、(2)工作機械の主軸に関し、第2軸に沿った剛性値に関する第2の値を、受信し、(3)第1の値と第2の値と、を管理計算機に接続する計算機に表示させる。
図1は、一実施形態に係る機械加工管理システムの全体構成図である。
*工具の刃先又は根元を固定し、板バネの要領で所定の力で固定されていない部分を押す。そしてその時の変位を測定する。
なお、工具の剛性は上記方法以外にも工具の形状と材料に基づいて計算してもよい。また、工具の剛性の経時変化は工具メーカが提供した値を用いてもよい。
*主軸に剛性が明らかになっている工具又は棒を固定する。そして当該工具又は棒の固定端とは反対側の位置を所定の力で押し、その時の変位を測定する。そして、工具や棒の影響を測定結果からキャンセルして、最後に主軸の剛性を計算する。なお、決められた所定の力で押す代わりとして、工具又は棒に対してひずみゲージを貼り付け、工具又は棒を押したときの力を測定してもよい。
*主軸に剛性が明らかになっている工具又は棒を固定する。そして当該工具又は棒をステージ(又はステージ上の治具やワークでもよい)と接触させ、工具又は棒に加わる力をひずみゲージで測定する。その後ステージを所定量移動させた後に、工具又は棒に加わる力をひずみゲージで測定する。そして、工具や棒の影響を測定結果からキャンセルし、最後に主軸の剛性を計算する。
保管モジュール12は、加工者アカウントテーブルと、工作機械管理テーブルと、工具管理テーブルと、ワーク情報テーブルと、工作機械メーカ管理テーブルと、工具メーカ管理テーブルと、加工NCプログラム管理テーブルと、情報提供ルールテーブルと、生成プログラムと、管理プログラムとを格納する。なお、保管モジュール12は、これ以外の情報を格納してもよい。次の段落から各テーブルやプログラムの詳細について説明する。なお、各情報、又は各情報の一部の項目は省略してもよい。
*加工者を識別するID(加工者ID)。
*加工者のパスワード。このパスワードは、クラウドサーバ10で加工者を認証するために使用される。
*加工者名。
*加工者の連絡先情報。連絡先情報は、加工者の電話番号や、電子メールアドレスを含んでもよい。
*加工者の住所。
*工作機械を識別するID(工作機械ID)。
*工作機械の管理者のID(管理者ID)。工作機械の管理者とは、工作機械の所有者であってもよく、工作機械の使用する権利を有している者であってもよく、本実施形態では、加工者2がこれに対応し、管理者IDは、加工者IDとなる。
*工作機械の設置場所。
*工作機械に関して測定された値。例えば、測定値と、測定された日時との組を複数含んでいてもよい。
*工作機械についての静的な値。静的な値としては、例えば、工作機械の型番等がある。
*工作機械メーカ名。ただし、例えば、型番や工作機械IDで工作機械メーカ4を特定できる場合は、工作機械メーカ名はなくてもよい。
*工具のID(工具ID)。
*工具の装着先の工作機械のID。
*工具の型番。
*工作機械で工具について測定された値。例えば、測定値と、測定された日時との組を複数含んでいてもよい。
*工具メーカ名。ただし、例えば、型番や工具IDで工具メーカ5を特定できる場合は、工作メーカ名はなくてもよい。
*工具の形状。
*ワークのID(ワークID)。
*ワークの材質。
*ワークの形状(切削前の形状)。
*ワークの切削抵抗。
*工作機械メーカのID(工作機械メーカID)。
*工作機械メーカのパスワード。このパスワードは、クラウドサーバ10が工作機械メーカを認証するために使用される。
*工作機械の測定値に関する閾値情報。ここで、閾値情報としては、工作機械メーカ4の工作機械20で同じ場合には、1つの閾値情報でよく、例えば、工作機械20ごとに閾値情報が異なる場合には、工作機械20の型番に対応させた閾値情報とすればよい。
*工具メーカのID(工具メーカID)。
*工具メーカのパスワード。このパスワードは、クラウドサーバ10が工具メーカ5を認証するために使用される。
*加工NCプログラムの生成を示すID(加工NCプログラム生成ID)。
*加工NCプログラムを生成した日時情報
*加工NCプログラムの生成に用いた加工基礎データ。
*生成された加工NCプログラム。
*情報管理者のID。情報管理者は、加工者、工作機械メーカ、設計者のいずれか1以上である。情報の種別によって情報管理者は異なっている。
*情報提供先のID。
*情報提供可能な情報の種別。例えば、工作機械20の主軸の剛性値等。
次に、工作機械20について詳細に説明する。
管理プログラム(厳密には、管理プログラムを実行するプロセッサ)は、工作機械20の測定データや剛性値については、この工作機械20を管理する加工者の加工者計算機28には送信するが、他の加工者の加工者計算機28に対しては送信しないように制御する、すなわち、送信を拒否するように制御する。これにより、他の加工者に、工作機械20の測定データや剛性値の情報が渡ってしまうことを適切に防止できる。なお、本実施形態では、管理プログラムは、情報提供ルールテーブルに登録されている情報の提供に該当する場合には、例外的に情報を送信する。
図6は、一実施形態に係る加工者計算機に表示される測定データ入力画面の一例を示す図である。測定データ入力画面60は、測定モジュール29によりクラウドサーバ10に対して測定データを送信することができない場合に、測定データをクラウドサーバ10に登録できるようにするための画面である。なお、この画面を使用する場合には、測定モジュール29が、測定データを表示する表示部を有している必要がある。
図7は、一実施形態に係る設計者計算機に表示される加工依頼画面の一例を示す図である。
図8は、一実施形態に係る工作機械メーカ計算機に表示される剛性値・閲覧管理画面の一例を示す図である。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。また、下記で説明した処理は組み合わせて用いてもよい。
上記実施形態において、工具管理テーブルの少なくとも一部の情報については、工具メーカ計算機51を介して工具メーカ側が入力するようにしてもよい。また、ワーク管理テーブルの少なくとも一部の情報については、材料メーカ(ワークメーカ)の図示しないワークメーカ計算機を介して、ワークメーカ側が入力するようにしてもよい。このようにすると、クラウドサーバ10の管理者がこれらを入力しないで済む。
未補正NCプログラムを用いて加工NCプログラムを生成する処理として、生成プログラムは、図9及び下記に示す処理を行ってもよい。
*(ステップA1)選択工作機械の構成物の剛性や形状と、ワークの加工前の形状と、製品形状と、未補正NCプログラムと、ワークの切削抵抗と、の少なくとも一部情報を用いた、加工中の物理現象のシミュレーションを行う。これにより、選択工作機械の構成物の加工中の変形を考慮してワークの加工中の形状を予測する。なお、当該シミュレーションはたとえば有限要素法を用いた変形解析プログラムにより行うことが考えられるが、他のプログラムで行ってもよい。図11にシミュレーションモデルを示す。図11では、切削抵抗F_rが生じたことで工具の刃先がδ変位した場合、切削抵抗F_rを打ち消す力は、工具を板バネとみなしたときの復元力(工具の剛性が関係)F_bと、主軸をねじりバネとみなしたときの復元力(モーメントともみなせる。主軸の剛性値が関係)F_sと、に基づいて生じるモデルを示している。このようなモデルに基づけば、刃先の変位δが得られ、ワークの加工中の形状が予測できる。
*(ステップA2)ワークの予測形状とワークの目標形状との比較に基づいて誤差を算出する。なお、ワークの目標形状とは、加工中に選択工作機械の構成物の変形がない場合の、加工中のワーク形状である。なお、ステップA1の刃先の変位δを誤差とみなす場合は、本ステップは省略してもよい。
*(ステップA3)当該誤差を解消する記述(前述の工具径補正、工具長補正、工具摩耗補正、送り速度、切削速度等)を未補正NCプログラムに追加または変更し、加工NCプログラムとして格納する。
未補正NCプログラムを用いて加工NCプログラムを生成する処理として、生成プログラムは、図10及び下記に示す処理を行ってもよい。なお、下記ステップは上記ステップA1乃至A3と組み合わせてもよい。
*(ステップB1)機械学習プログラムに、教育データで教育する。教育データは、例えば、工作機械の構成物の剛性、ワークの切削抵抗、過去に加工したときのNCプログラム、ワークの加工前の形状、製品形状、加工後の製品形状との誤差が考えられるが、他の値を追加したり、代用として用いたりしてもよい。
*(ステップB2)選択工作機械の構成物の剛性や形状と、ワークの加工前の形状と、製品形状と、未補正NCプログラムと、ワークの切削抵抗と、の少なくとも一部を機械学習プログラムに入力し、誤差を取得する。
*(ステップB2)当該誤差を解消する記述(前述の工具径補正、工具長補正、工具摩耗補正、送り速度、切削速度等)を未補正NCプログラムに追加または変更し、加工NCプログラムとして格納する。
上記説明において、プロセッサが行っていた処理の一部又は全部を、ハードウェア回路で行うようにしてもよい。また、上記実施形態における各種プログラムは、プログラムソースからインストールされてよい。プログラムソースは、プログラム配布サーバ又は不揮発性の記憶メディア(例えば可搬型の記憶メディア)であってもよい。
見方を変えると、クラウドサーバ10への入力や出力、及び内部での剛性値のデータ保持形式としては、工作機械の構成物に加わる力と変位(回転も含む)の関係を示す定数であればよい。これまで説明してきたばね定数[N/m]は一表現形式にすぎず、変位や復元力で管理してもよい。たとえば、変位については、クラウドサーバ10や測定モジュールで当該変位を生じる前提である「基準の力」を共有すれば、ばね定数に相当する扱いが可能である。同様に、復元力については、クラウドサーバ10や測定モジュールで当該復元力を生じる前提である「基準の変位」を共有すれば、ばね定数に相当する扱いが可能である。
Claims (14)
- 加工プログラムを実行して加工処理を行う複数の工作機械を管理するための管理計算機による機械加工管理方法であって、
前記管理計算機は、
(1)前記工作機械の構成物の測定情報を受信し、
(2)前記工作機械に実行させる加工プログラムを生成するための基となる加工基礎データを受信し、
(3)1以上の前記工作機械の中の所定の工作機械の前記測定情報と前記加工基礎データとに基づいて、前記加工プログラムを生成し、
(4)生成した前記加工プログラムを送信し、
(5)前記工作機械の構成物の測定情報を、前記工作機械のメーカの計算機である工作機械メーカ計算機に送信する
機械加工管理方法。 - 請求項1に記載の機械加工管理方法において、
複数の前記工作機械は、複数の加工者のいずれかに使用されており、
複数の前記工作機械は、複数の工作機械のメーカのいずれかにより製造されており、
前記測定情報には、前記工作機械の主軸の剛性情報を含み、
前記管理計算機は、
(6)一の加工者の加工者計算機に表示させた画面に対する前記一の加工者が使用する前記工作機械の構成物の測定情報の入力に基づいて、前記一の加工者の使用する前記工作機械の構成物の測定情報を受信して、前記工作機械と関連付けて格納し、
(7)前記加工基礎データを含む加工プログラムの生成リクエストを受信した場合に、
(7−1)複数の工作機械から加工を行う工作機械を特定し、
(7−2)特定された前記工作機械の前記測定情報の前記主軸の剛性情報に基づいて、前記工作機械で加工を行うための加工プログラムを生成し、
(7−3)生成した前記加工プログラムを送信し、
前記管理計算機は、更に、
(8)一の工作機械を使用する加工者以外の加工者の加工者計算機に対して、前記一の工作機械の前記測定情報の送信を拒否し、
(9)前記一の工作機械のメーカの工作機械メーカ計算機に対しての、前記一の工作機械の前記測定情報の送信を許可し、前記一の工作機械のメーカ以外のメーカの工作機械メーカ計算機に対しての、前記一の工作機械の前記測定情報の送信を拒否する
機械加工管理方法。 - 請求項2に記載の機械加工管理方法において、
前記管理計算機は、
複数の前記工作機械メーカ計算機から、それぞれの工作機械のメーカの前記工作機械の主軸の剛性を評価するための閾値情報を受信し、
前記複数の前記工作機械の中のいずれかの工作機械の前記主軸の剛性情報に基づく剛性が閾値情報を下回った場合に、前記工作機械のメーカの前記工作機械メーカ計算機に対して、前記工作機械の前記主軸の剛性が閾値情報を下回ったこと、及び前記工作機械を使用している加工者への連絡先を特定可能な連絡先情報を送信する、
機械加工管理方法。 - 請求項2に記載の機械加工管理方法において、
前記管理計算機は、
前記工作機械に使用する工具の形状及び工具の剛性について、前記工作機械に付属する工具のメーカの計算機である前記工具メーカ計算機から受信し、前記工作機械により加工するワークの材料を提供するメーカの計算機であるワークメーカ計算機から前記ワークの材料の切削抵抗を受信し、
前記加工プログラムを、前記工具の形状及び工具の剛性、及びワークの材料の切削抵抗に基づいて生成する、
機械加工管理方法。 - 請求項1に記載の機械加工管理方法において、
前記工作機械は、主軸とワークとを少なくとも互いに交わる2方向に相対的に移動可能であり、
前記管理計算機は、
前記測定情報として、前記工作機械の前記主軸についての前記2方向の各々に対する剛性情報を受信する、
機械加工管理方法。 - 請求項1に記載の機械加工管理方法において、
前記管理計算機は、
前記(1)において、前記工作機械の構成物の測定情報を、前記工作機械の内部又は外部に設けられ、前記工作機械の構成物の測定情報を取得する測定モジュールから受信し、
前記(4)において、生成した前記加工プログラムを、前記所定の工作機械に送信する、
機械加工管理方法。 - 加工プログラムを実行して加工処理を行う1以上の工作機械と、前記工作機械により加工を行う加工者の計算機である加工者計算機と、前記工作機械を管理する管理計算機と、前記工作機械のメーカの計算機である工作機械メーカ計算機とを備える機械加工管理システムであって、
前記管理計算機は、
(1)前記工作機械の構成物の測定情報を取得し、
(2)前記工作機械に実行させる加工プログラムを生成するための基となる加工基礎データを受信し、
(3)1以上の前記工作機械の中の所定の工作機械の前記測定情報と前記加工基礎データとに基づいて、前記加工プログラムを生成し、
(4)生成した前記加工プログラムを送信し、
(5)前記工作機械の構成物の測定情報を、前記工作機械のメーカの前記工作機械メーカ計算機に送信する
機械加工管理システム。 - 請求項7に記載の機械加工管理システムにおいて、
複数の加工者の前記加工者計算機と、
複数の工作機械のメーカの前記工作機械メーカ計算機と、を含み、
前記測定情報には、前記工作機械の主軸の剛性情報を含み、
前記管理計算機は、
(6)一の加工者の前記加工者計算機に表示させた画面に対する前記一の加工者の使用する前記工作機械の構成物の測定情報の入力に基づいて、前記一の加工者の使用する前記工作機械の構成物の測定情報を受信して、前記工作機械と関連付けて格納し、
(7)前記加工基礎データを含む加工プログラムの生成リクエストを受信した場合に、
(7−1)複数の工作機械から加工を行う工作機械を特定し、
(7−2)特定した前記工作機械の前記測定情報の前記主軸の剛性情報に基づいて、前記工作機械で加工を行うための加工プログラムを生成し、
(7−3)生成した前記加工プログラムを送信し、
前記管理計算機は、更に、
(8)一の工作機械を使用する加工者以外の加工者の加工者計算機に対して、前記一の工作機械の前記測定情報の送信を拒否し、
(9)前記一の工作機械のメーカの工作機械メーカ計算機に対しての、前記一の工作機械の前記測定情報の送信を許可し、前記一の工作機械のメーカ以外のメーカの工作機械メーカ計算機に対しての、前記一の工作機械の前記測定情報の送信を拒否する
機械加工管理システム。 - 請求項8に記載の機械加工管理システムにおいて、
前記管理計算機は、
複数の前記工作機械メーカ計算機から、それぞれの工作機械のメーカの前記工作機械の主軸の剛性を評価するための閾値情報を受信し、
前記複数の前記工作機械の中のいずれかの工作機械の前記主軸の剛性情報に基づく剛性が閾値情報を下回った場合に、前記主軸の剛性が閾値情報を下回った前記工作機械のメーカの前記工作機械メーカ計算機に対して、前記工作機械の前記主軸の剛性が閾値情報を下回ったこと、及び前記工作機械を使用している加工者への連絡先を特定可能な連絡先情報を送信する、
機械加工管理システム。 - 請求項8に記載の機械加工管理システムにおいて、
前記工作機械に付属する工具のメーカの計算機である工具メーカ計算機と、前記工作機械により加工するワークの材料を提供するメーカの計算機であるワークメーカ計算機とを含み、
前記管理計算機は、
前記工作機械に使用する工具の形状及び工具の剛性について、前記工具メーカ計算機から受信し、前記ワークの材料の切削抵抗について、前記ワークメーカ計算機から受信し、
前記加工プログラムを、前記工具の形状及び工具の剛性、及びワークの材料の切削抵抗に基づいて生成する、
機械加工管理システム。 - 請求項7に記載の機械加工管理システムにおいて、
前記工作機械は、主軸とワークとを少なくとも互いに交わる2方向に相対的に移動可能であり、
前記管理計算機は、
前記測定情報として、前記工作機械の前記主軸についての前記2方向の各々に対する剛性の情報を受信する、
機械加工管理システム。 - 請求項7に記載の機械加工管理システムにおいて、
前記管理計算機は、
前記(1)において、前記工作機械の構成物の測定情報を、前記工作機械の内部又は外部に設けられ、前記工作機械の構成物の測定情報を取得する測定モジュールから受信し、
前記(4)において、生成した前記加工プログラムを、前記所定の工作機械に送信する、
機械加工管理システム。 - 所定のワークを加工する、1以上の工作機械と、前記工作機械とネットワークを介して接続されている管理計算機と、を有する機械加工管理システムであって、
前記機械加工管理システムは、前記工作機械の内部、又は、外部に、前記工作機械の構成物の測定情報を取得するための測定モジュールを備え、
前記管理計算機は、
(1)前記測定モジュールにより取得された前記工作機械の構成物の測定情報を受信し、
(2)前記工作機械の構成物の測定情報又は前記工作機械の構成物の測定情報を表示させるための表示用情報を、前記工作機械のメーカの計算機に送信する
機械加工管理システム。 - 工作機械を管理する管理計算機であって、
前記管理計算機は、プログラムを格納する保管モジュールと、演算モジュールと、を有し、
前記工作機械は、少なくとも第1軸の方向と、第2軸の方向と、に移動可能なステージを有し、加工プログラムにしたがって加工処理を行う機械であり、前記第1軸及び前記第2軸は、前記加工プログラムによって工具パスを記述するときに指定する軸であり、
前記演算モジュールは、前記プログラムによって:
(1)前記工作機械の主軸に関し、前記第1軸に沿った剛性値を特定可能な第1の値を、受信し、
(2)前記主軸に関し、前記第2軸に沿った剛性値を特定可能な第2の値を、受信し、
(3)前記第1の値及び前記第2の値と、を前記管理計算機に接続する計算機に表示させる、
管理計算機。
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