JP3686336B2 - 工具摩耗データを作成し、工具摩耗量を推定し、工具の使用判定を行う方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ＮＣプログラムに従ってワークの加工を行うときに、使用する工具の摩耗データを作成し、必要な加工における工具摩耗量を推定し、またこの加工に対して選択された工具を使用してよいか否かを判定する方法、特に加工と工具摩耗を互いに関連づけて、適応制御されたシミュレーションによって工具摩耗量を推定し、この推定摩耗量を実測値として比較校正し、またこの工具摩耗量を工具の寿命データベースと比較して寿命管理を行う改良された方法に関するものである。
背景技術
従来、ＮＣプログラムを用いてワークを加工する際、人間が工具を目で見てその工具摩耗の状態を確認し工具の寿命を予測したり、加工中の切削音や、加工後の表面荒さ等を測定し寿命を予測していた。そして、この予測からその工具を使用するか否かを判断していた。また、工具の寿命管理機能を有する工作機械制御装置では、その機能を利用しその工具の使用可否を判断していた。従来の寿命管理機能では、工具の切削時間や使用回数、切削距離のみを基準に工具の寿命をカウントする管理の方法をとり、加工中リアルタイムに使用中工具の切削時間や使用回数、切削距離をカウントし、そのデータがある既定値に到達した時点で寿命が尽きたと判断し、別の工具に交換するといった動作を自動的に行うものであった。前記既定値としては、工具メーカーよりある条件下でのテストデータをもとに工具カタログ等に記載されるが、すべての切削条件下でのデータとはなっておらず、またその値も不確かなものに過ぎない。
そして、従来の作業者による予測のみでは、その判断基準があいまいであり、熟練作業者でも正確にその寿命を予測する事ができず、加工中に工具折損、チッピング等を起こしてしまう結果となっていた。
また、寿命管理機能によれば、既定値を標準化しておけば作業者のレベルに拘わらずある程度一定の確率で工具折損等を防ぐ事ができた。しかし、予測ができないため、加工中に寿命が尽きてしまうという事を回避することはできず、前者同様、加工中に工具折損、チッピング等を起こしてしまう結果となっていた。
本発明は、工具の寿命を、実加工前に、シミュレーションレベルで精度よく予測し、工具折損、チッピング等を起こさないようにする改良された工具管理方法を提案するものである。
発明の開示
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから切削状況情報を得る工程と、実切削時の工具摩耗量を実測する工程と、前記各工程から得られた情報に基づいて工具切削長と工具摩耗量とを関連づけた工具摩耗データベースを作成する工程と、からなることを特徴とする。
また、本発明は、ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから切削状況情報を得る工程と、実切削加工されたワークの面荒さを測定する工程と、前記各工程から得られた情報に基づいて工具切削長と工具摩耗量とを関連づけた工具摩耗データベースを作成する工程と、からなることを特徴とする。
更に本発明は、ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから切削状況情報を得る工程と、実切削時の工具摩耗量を実測する工程と、前記各工程から得られた情報に基づいて工具切削長と工具摩耗量とを関連づけた工具摩耗データベースを作成する工程と、工具摩耗データベースを用いて、実加工する前に、当該加工を行った時の工具摩耗量を推定する工程と、からなることを特徴とする。
更に本発明は、ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから切削状況情報を得る工程と、実切削時の工具摩耗量を実測する工程と、前記各工程から得られた情報に基づいて工具切削長と工具摩耗量とを関連づけた工具摩耗データベースを作成する工程と、工具摩耗データベースを用いて、実加工する前に当該加工を行った時の工具摩耗量を推定する工程と、推定された工具摩耗量と工具寿命データベースとを比較して、実加工の許可を与える工程と、からなることを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、工具の寿命を最大限に引き出すことで工具の損失をおさえ、加工中の工具折損等による不良ワークの削減による生産性の向上と面荒さの均一化等による品質の向上を促す事ができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る工具管理方法の好適な実施形態を示すブロック図である。
図２は、本発明で用いられる工具データベースの一例を示す図である。
図３は、本発明に用いられる切削条件データベースの一例を示す図である。
図４は、本発明に用いられる切削状況データベースの一例を示す図である。
図５は、本発明に用いられる摩耗量データベースの一例を示す図である。
図６は、図５の摩耗量データベースから、切削長と摩耗量との関係をグラフにした一例を示す図である。
図７は、本発明に用いられる加工面荒さデータベースの一例を示す図である。
図８は、図７に示した加工面荒さデータベースから、切削長に対する面荒さの一例をグラフで示した図である。
図９は、工具寿命データベースの一例を示す図である。
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、本発明を実施した好適な実施形態におけるＮＣプログラムの一例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
図１には、本発明に係る工具管理方法を適用した好適な実施形態の全体構成のブロック図が示されている。
図１において、ＮＣ制御部１０には、ワーク形状及び必要な加工を行うためのＮＣプログラムが入力される。ＮＣ制御部１０は、ＮＣプログラム解析部１１及び加工シミュレーション部１２を含み、ＮＣプログラム解析部１１はＮＣプログラムとワーク形状を解析して、工具情報及び切削条件情報を抽出し、これらを工具データベース１３及び切削条件データベース１４へ出力し、これを記憶する。ＮＣプログラム解析部１１による前記工具情報及び切削条件情報の解析は、本出願人が平成８年１１月７日に出願したＰＣＴ／ＪＰ９６／０３２６４出願に詳細に記載されている。この従来出願においては、抽出された工具情報及び切削条件情報に、加工現場におけるノウハウを加味してＮＣプログラムに反映させているが、本発明においては、ＮＣプログラム解析部１１は単にワーク形状とＮＣプログラムの両者から工具情報及び切削条件情報を抽出した状態でそれぞれのデータベース１３と１４に記憶している。工具データベース１３に記憶された工具情報の一例が図２に、また切削条件データベース１４に記憶されている切削条件情報の一例が図３に示されている。
前記ＮＣ制御部１０には、更に加工シミュレーション部１２が設けられており、入力されたワーク形状及びＮＣプログラムがＮＣプログラム解析部１１によって解析された後、必要な情報が加工シミュレーション部１２に送られ、実加工を行うことなく、加工シミュレーション部１２において、刃先ポイントごとの切削量、切削長積算、衝突回数を有する加工状況情報が生成される。この加工状況情報は、加工シミュレーション部１２から切削状況データベース１５へ送られ、前述した各情報が記憶される。前記加工シミュレーション部１２のシミュレーション作用は、本出願人により平成８年１１月７日付にて出願されたＰＣＴ／ＪＰ９６／０３２６６出願に記載されている。従って、加工シミュレーション部１２により、実際の必要な加工をする前に、当該加工における切削状況、特に工具の摩耗に関する必要な情報がデータベース１５に蓄積される。この切削状況データベース１５の一例が図４に示されている。
前記工具データベース１３、切削条件データベース１４及び切削状況データベース１５の各種情報は、推定工具摩耗量算出部１６に送られ、与えられたＮＣプログラムによって加工したときの、工具の摩耗量、即ち外周刃逃げ面摩耗幅、直径減摩耗量、底コーナ摩耗量などを求めることができ、またこのときに工具情報及び切削条件情報に応じて工具摩耗に対する適切な摩耗定数を決定することができる。このような摩耗量及び摩耗定数は算出部１６内に設けられている工具摩耗データベース１７に記憶される。前述した工具データベース１３、切削条件データベース１４及び切削状況データベース１５と同様に、この工具摩耗データベース１７も書き換え可能な記憶機能を有し、ＮＣ制御部１０に供給される条件に応じて、必要な情報を順次蓄積することができる。
本発明において特徴的なことは、前述したＮＣプログラムに基づいて抽出される工具情報、切削条件情報及び加工シミュレーションにより求められる切削状況情報に加えて、実加工時に得られる実切削工具摩耗量を工具摩耗データベース１７に反映させていることであり、このために、数値制御工作機械の加工部近傍にはＣＣＤカメラなどを用いた実測部２１が設けられている。この実測部２１では、全ての加工工程における工具の摩耗を実測してもよく、或いは必要な加工時のみに実測を行ってもよい。また、実測部２１は、工具の必要な摩耗量を実測するばかりでなく、加工されたワークの面荒さを実測するためにも用いられる。これらの工具摩耗量或いはワークの面荒さ実測値は、工具摩耗データベース１７に供給される。
従って、工具摩耗データベース１７においては、前述した加工シミュレーションによる摩耗量及び摩耗定数と、実際の摩耗量とを比較することができ、この比較値から所定の許容値以上であった場合には、その条件下の定数を工具摩耗データベース１７に反映させ、摩耗量及び摩耗定数の修正を行う。
従って、本発明によれば、加工の各段階において、実加工を行う前の摩耗量の推定を行うことができるとともに、実際の加工を行う都度、工具摩耗量推定値を修正して、実際の加工に適応した工具摩耗データベース１７を作成することができる。
以上のようにして、ＮＣプログラム、加工シミュレーション及び加工実測値から生成された工具摩耗データベース１７の一例が図５に示されており、この例によれば、工具の切削長に対する摩耗量が実測値を反映した情報として示されている。そして、この摩耗データベースは図６のように切削長に対する特定の工具の摩耗量として出力され、特定工具の特定切削条件下において図６のような摩耗軌跡をたどることが明確となる。
また、工具摩耗データベース１７には、ワークの加工面荒さデータベースも蓄積されており、この一例が図７に示されており、特定工具の特定切削条件下における切削長に対する面荒さの変化が情報として蓄積される。
図８には、特定の工具における特定の切削条件下における切削長に対する面荒さの変化がグラフ化されており、これにより、工具の使用時間に応じてワークの面荒さが劣化していくことが明確に理解される。
そして、本発明によれば、このようにして作成された工具摩耗データベース１７の内容により、以降のＮＣ加工を行うときに、あらかじめ工具の摩耗量を高い精度で推定することが可能となる。
図１において、推定工具摩耗量算出部１６の工具摩耗データベース１７の情報は推定摩耗量記憶部１８に記憶され、個別のＮＣプログラムによりＮＣ加工が行われるときの工具の推定摩耗量が抽出される。従って、従来の作業者による目視の予測或いは寿命管理機能をもった数値制御装置よりも遥かに正確な工具推定摩耗量を知ることが可能となる。
本発明においては、更に前記推定摩耗量記憶部１８の情報は工具使用可否決定部１９に送られ、この決定部１９に設けられている工具寿命データベース２０の情報と比較され、これから使用に供される工具がＮＣプログラムによって規定されている加工に適するか否かの判定が行われる。工具寿命データベース２０は通常の場合、工具メーカーから提供され、その一例が図９に示されている。
本発明においては、前述した工具の推定摩耗量、即ち推定摩耗量記憶部１８に記憶された情報を工具メーカーから提供された工具寿命データベース２０と比較して当該工具の使用許可に対する判定を行うことができる。
工具使用可否決定部１９は、図９に示されるように、工具メーカーから提供された寿命データベースに、推定摩耗量を対比させ、当該工具の使用可否の決定を行う。図９においては、工具の使用頻度が少ないために、Ｔコード１から３１の全てに対して工具の使用許可が与えられている。なお、図９から明らかなように、工具摩耗量は工具の摩耗量そのものと各設定ポイントにおける工具とワークとの衝突回数が摩耗データとして採用されている。図９において、工具摩耗量或いは工具衝突回数がそれぞれの寿命量を超える場合には、当該工具の使用が拒否される。
本発明において、前述した工具の使用可否決定は、各工程ごとに行うことも可能であり、また必要に応じていくつかの工程を組み合わせたブロック化した状態で行うことも可能である。
また、本発明によれば、前述した図８に示されるように、加工面荒さデータベースを基に推定面荒さを算出し、当該加工工程の前にその工具で加工した場合の推定面荒さを画面等に表示し、作業者に工具の使用可否を知らせることも可能となる。
図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃには、ＮＣ加工におけるＮＣプログラムの一例が示されており、このようなＮＣプログラムに対して本発明を適用した場合の工具管理方法を以下に具体的に説明する。
▲１▼ サンプルＮＣプログラム実行中（加工中）、６０行目のブロックが実行された時Ｔ５（Ｔは加工を示す）が指令された時点で実際にＴ５で加工されるブロックを検索する。以下１ブロックずつ解析しＭ６（Ｍは工具交換を示す）がないか調べる。６８行目にＭ６指令があるため６９行目からＴ５が実行されると判断する。
▲２▼ 次に以下また１ブロックずつ解析する。７１行目にＴ６があるため次のＭ６が来るまでＴ５が実行されると判断できる。次に、１ブロックずつ解析し９７行目にＭ６を発見する。
▲３▼ ここで、Ｔ５が６９行目から９７行目で加工を行う事が判断できる。
▲４▼ 次に、６９行目から９７行目までをＮＣプログラム解析部１１と加工シミュレーション部１２に引き渡す。
▲５▼ ＮＣプログラム解析部１１より図３（切削条件データベース）の切削条件Ｎｏ．６のブロックが出力される。また、加工シミュレーション部１２より図４（切削状況データベース）の切削条件Ｎｏ．６に結び付けられたブロックが出力される。
▲６▼ 図９に示す寿命データベースよりＴ５の摩耗量は現在０．０７ｍｍであることがわかる。
▲７▼ 次に図５の摩耗データベースより切削条件Ｎｏ．６の項目を抽出し、摩耗量０．０７ｍｍの切削長が５ｍとわかる。
▲８▼ ▲５▼で加工シミュレーション部１２より出力された切削条件Ｎｏ．６に結び付けられた切削長が３ｍであるため、▲７▼で求めた現在までの切削長と合計すると８ｍとなる。図６の摩耗データベースのグラフより切削長８ｍの摩耗量は０．０９ｍｍであることが判断できる。よって推定摩耗量は０．０９ｍｍとなる。
次に衝突回数について説明する。
▲９▼ 前記▲５▼の図４（切削状況データベース）の切削条件Ｎｏ．６に結び付けられたブロックで、刃先ポイント毎の衝突回数で最大値が２２３２１回であることがわかる。図９の寿命データベースのＴ５で現在衝突回数は１２３００回であるため和は３４６２１回となる。
▲１０▼ 前記▲８▼、▲９▼の推定摩耗量・推定衝突回数と寿命データベースのＴ５の寿命摩耗量・寿命衝突回数とを比較し推定摩耗量が寿命摩耗量に達していないかどうか、また推定衝突回数が寿命衝突回数に達していないかどうかを判断し、両方とも達していなければ加工可能と判断する。もし、達している場合はメッセージを表示し、Ｔ５が実際にＭ６で工具交換された時点で加工を一時停止するか、もしくは予備工具が登録されている場合には予備工具を呼び出しその予備工具で加工する。

Claims (6)

1. ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、
   ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから計算工具切削長を含む切削状況情報を得る工程と、
   前記各工程から得られた情報に基づいて推定工具摩耗量を算出する工程と、
   前記計算工具切削長と前記推定工具摩耗量とを関連付けた工具摩耗データベースを作成する工程と、
   実切削時の工具摩耗量を実測する工程と、
   実切削時の工具摩耗量を前記工具摩耗データベースに反映させる工程と、
   からなる工具摩耗データ作成方法。
2. ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、
   ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから計算工具切削長を含む切削状況情報を得る工程と、
   前記各工程から得られた情報に基づいて推定工具摩耗量を算出する工程と、
   前記計算工具切削長と前記推定工具摩耗量とを関連付けた工具摩耗データベースを作成する工程と、
   実切削されたワークの面粗さを測定する工程と、
   実切削されたワークの面粗さを前記工具摩耗データベースに反映させる工程と、
   からなる工具摩耗データ作成方法。
3. ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、
   ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから計算工具切削長を含む切削状況情報を得る工程と、
   前記各工程から得られた情報に基づいて推定工具摩耗量を算出する工程と、
   前記計算工具切削長と前記推定工具摩耗量とを関連付けた工具摩耗データベースを作成する工程と、
   実切削時の工具摩耗量を実測する工程と、
   実切削時の工具摩耗量を前記工具摩耗データベースに反映させる工程と、
   前記反映された工具摩耗データベースを用いて、実加工する前に、当該加工を行った時の工具摩耗量を推定する工程と、
   からなる工具摩耗量推定方法。
4. ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、
   ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから計算工具切削長を含む切削状況情報を得る工程と、
   前記各工程から得られた情報に基づいて推定工具摩耗量を算出する工程と、
   前記計算工具切削長と前記推定工具摩耗量とを関連付けた工具摩耗データベースを作成する工程と、
   実切削されたワークの面粗さを測定する工程と、
   実切削されたワークの面粗さを前記工具摩耗データベースに反映させる工程と、
   前記反映された工具摩耗データベースを用いて、実加工する前に、当該加工を行った時の工具摩耗量を推定する工程と、
   推定された工具摩耗量と工具寿命データベースとを比較して、実加工の許可を与える工程と、
   からなる工具使用判定方法。
5. ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、
   ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから計算工具切削長を含む切削状況情報を得る工程と、
   前記各工程から得られた情報に基づいて推定工具摩耗量を算出する工程と、
   前記計算工具切削長と前記推定工具摩耗量とを関連付けた工具摩耗データベースを作成する工程と、
   実切削時の工具摩耗量を実測する工程と、
   前記実測工具摩耗量を前記工具摩耗データベースに反映させる工程と、
   を含む工具摩耗データ作成プログラムが記憶された記憶媒体。
6. ＮＣプログラムから工具情報及び切削条件情報を抽出する工程と、
   ＮＣプログラムに基づいた加工シミュレーションから計算工具切削長を含む切削状況情報を得る工程と、
   前記各工程から得られた情報に基づいて推定工具摩耗量を算出する工程と、
   前記計算工具切削長と前記推定工具摩耗量とを関連付けた工具摩耗データベースを作成する工程と、
   実切削されたワークの面粗さを測定する工程と、
   前記測定面粗さを前記工具摩耗データベースに反映させる工程と、
   を含む工具摩耗データ作成プログラムが記憶された記憶媒体。

Images