JP4876528B2 - 工作機械における部品寿命管理システム - Google Patents
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Description
また、前記工作機械は、通常、工具を用いて被加工物(ワーク)を加工するため、工具が消耗部品であり、工作機械の稼働率の向上と加工品質の維持等を目的とした工具の寿命管理に関する種々の提案がなされている。
例えば特許文献1に記載した従来技術では、工作機械の各切削工具の工具番号とその工具の使用可能加工数を設定するサムホイールスイッチを備え、工作機械の作動信号を計数し、この計数値とサムホイールスイッチに設定した使用可能加工数とが一致するとLEDランプ及び警報ブザーにより、工具の交換時期を報知する切削工具の交換時期報知装置が提案されている。
また特許文献2に記載した従来技術では、複数の工具を使用して加工を行うNC工作機械に適用される工具管理システムにおいて、工具毎の寿命時間情報を記憶し、工具毎の使用時間情報及び破損情報を記憶蓄積する工具履歴データベースを用い、寿命時間情報と、対応する工具の使用時間情報または破損情報とを参照して、使用時間が予め設定された寿命時間に達した工具、及び破損した工具を寿命終了と判定する、工具管理システムが提案されている。
また特許文献3に記載した従来技術では、工作機械メーカの管理コンピュータと、ユーザが購入した工作機械またはその端末器との間を、商用通信回線で接続することにより、対話方式で工作機械の定期診断、故障診断ならびに故障の修理を行う、工作機械の定期診断、故障診断ならびに故障修復方法が提案されている。
請求項1に記載の工作機械における部品寿命管理システムは、工作機械における部品寿命管理システムであって、前記工作機械を動作させる数値制御装置と、前記数値制御装置への制御信号を出力する端末装置とを備え、前記端末装置は通信回線に接続されており、更に前記通信回線に接続されて前記端末装置と通信可能な管理装置を設ける。
前記端末装置には、前記数値制御装置による前記工作機械における各可動部の動作状態を示すサイクル線図に関する情報が記憶されており、前記サイクル線図に関する情報における各動作状態には、前記工作機械にて使用される部品が対応付けられて記憶されており、各部品には寿命時間が対応付けられて記憶されているとともに、各部品に対応付けた部品識別情報が記憶されている。
前記端末装置は、前記サイクル線図に関する情報に記憶されている各動作状態に応じた制御信号を前記数値制御装置に出力して前記工作機械の可動部を動作させるとともに、各動作状態における時間を計測して当該動作状態に対応付けられている部品の使用時間を累積し、前記累積した使用時間と、当該部品に対応付けられている前記寿命時間から求めた交換判定時間とを比較し、前記累積した使用時間が前記交換判定時間を超えた場合に、当該部品に対応付けられた部品識別情報を含む部品交換要求情報を前記管理装置に向けて送信する。
前記管理装置には、前記部品識別情報に対応させて当該部品の在庫の有無を示す在庫情報が記憶されており、前記管理装置は、前記端末装置から部品交換要求情報を受信すると、受信した部品交換要求情報に含まれている部品識別情報に対応する部品の在庫の有無を確認し、確認した在庫の有無を含む交換部品在庫情報を、前記端末装置に向けて送信する。
そして前記端末装置は、前記交換部品在庫情報を受信して表示する。
請求項2に記載の工作機械における部品寿命管理システムは、請求項1に記載の工作機械における部品寿命管理システムであって、前記端末装置には、更に、前記工作機械を構成している各部品の3次元形状データが記憶されている。
前記端末装置は、前記各部品の3次元形状データに基づいて前記各部品にて構成された前記工作機械の3次元形状モデルを表示可能であり、前記累積した使用時間と前記寿命時間とに基づいて各部品に対応する残り寿命時間を推定し、推定した残り寿命時間に応じて前記3次元形状モデルにおける各部品の色彩を変更して表示する。
請求項3に記載の工作機械における部品寿命管理システムは、請求項1または2に記載の工作機械における部品寿命管理システムであって、前記端末装置には、更に、前記工作機械を構成している各部品の3次元形状データが記憶されている。
前記端末装置は、前記各部品の3次元形状データに基づいて前記各部品にて構成された前記工作機械の3次元形状モデルを表示可能であり、前記累積した使用時間と前記寿命時間とに基づいて各部品に対応する摩耗量を推定し、推定した摩耗量に応じて前記3次元形状モデルにおける各部品の形状を変更して表示する。
なお、各部品の動作を明確、且つ詳細に示した部品レベル(それ以上分解できない動作の単位)のサイクル線図(工作機械における可動部の動作状態を示したサイクル線図であり、例えば図3を参照)を用いることで、部品毎の正確な使用時間を計測することができる。
図1は、本発明の「工作機械における部品寿命管理システム」を適用した工作機械40を通信回線200に接続した例を示している。
以下、第1の実施の形態〜第3の実施の形態を、順に説明する。
第1の実施の形態では、図1における工作機械40において「交換が必要となった部品」を、端末装置30から(工作機械40の製造メーカの)管理装置80に自動的に通知して、端末装置30は当該部品の在庫に関する情報を受信する(受信して表示する)ものである。
●[接続図(図1)]
例えば工作機械40は、工作機械本体10と、端末装置30からの制御信号に基づいて工作機械本体10を動作させる数値制御装置20と、数値制御装置20に制御信号を出力する端末装置31と、通信回線200に接続されて当該通信回線200を介して管理装置80と通信可能な端末装置32とで構成されている。なお、端末装置31と端末装置32とを、1台の端末装置30にまとめてもよい(以下の説明では、1台にまとめた端末装置30を用いて説明する)。
通信回線200は、例えばIP網であり、複数の工作機械40が接続されており、各工作機械40は、通信回線200に接続された管理装置80と通信可能である。
管理装置80は、各工作機械40からの部品の寿命に関する情報を受信し、各工作機械40に、交換部品に関する情報を送信する。
図2に工作機械40の外観の例を示す。工作機械本体10には、数値制御装置20が並設され、数値制御装置20には端末装置30が接続されている。なお、図2に示す工作機械40の例は、回転する砥石を工具TLとして、テーブルTB上に載置されたワークWを加工する工作機械であり、この例に限定されるものではない。
端末装置30には、工作機械40における各可動部の動作状態を示すサイクル線図に関する情報が記憶されており、端末装置30は当該サイクル線図に関する情報に基づいて数値制御装置20に制御信号を出力する。
また端末装置30には、工作機械40を構成している各部品の3次元形状データ(CADデータ等)が記憶されており、当該3次元形状データに基づいて各部品にて構成された工作機械40の3次元形状モデル10Mを表示手段Mに表示することが可能である。
そして端末装置30は、表示手段Mに表示している3次元形状モデル10Mを、実際の工作機械40の動作に合わせて動作させることが可能である。
なお、3次元形状モデルの表示は、後述する第2、第3の実施の形態では必須の構成要素であるが、第1の実施の形態では3次元形状モデルの表示を省略してもよい。
端末装置30には、工作機械40における各可動部の動作状態を示すサイクル線図に関する情報が記憶されている。端末装置30は当該情報を用いて、図3の例に示すサイクル線図30Aを表示手段Mに表示させる。
サイクル線図30Aには、各可動部の動作状態の名称、及び各動作状態の順序等が示されている。
また各動作状態に、工作機械40にて使用される部品(消耗部品)を対応付けた対応部品情報30B(図4参照)が、端末装置30に記憶されている。
「動作状態」欄には、サイクル線図30Aに対応した動作状態の名称が記憶されている。
「消耗部品」欄には、前記「動作状態」欄の動作状態で使用される(消耗される)単数または複数の部品が記憶されている。「動作状態」に応じた「消耗部品」の使用時間をより正確に計測するためには、サイクル線図30A及び対応部品情報30Bにおいて、各「動作状態」は、それ以上分解できない動作の単位であることが好ましい。
なお、上記のサイクル線図に関する情報、対応部品情報30Bは、予めオペレータ等から登録(入力)されて端末装置30に記憶されている。
図5(A)の例に示すように、部品寿命情報30Cには、「消耗部品」「部品ID」「寿命時間」「寿命警告時間(黄色)」「寿命警告時間(赤色)」が記憶されている。
「消耗部品」欄には、定期的に交換が必要となる部品の名称が記憶されている。
「部品ID」欄には、前記消耗部品を特定可能な識別情報(部品識別情報に相当し、品番等を用いることができる)が記憶されている。
「寿命時間」欄には、前記消耗部品が新品の状態から交換が必要となるまでの総使用時間が記憶されている。この例ではH(時間)を単位として記憶されている。
「寿命警告時間(黄色)」欄には、前記寿命時間に達する前に警告するための時間(例えば、前記寿命時間の80%に相当する時間)が記憶されている。
「寿命警告時間(赤色)」欄には、前記寿命時間に達する前に警告するための時間であって、寿命警告時間(黄色)よりも寿命時間に近い時間(例えば、前記寿命時間の90%に相当する時間)が記憶されている。
図5(A)に示す例では、寿命警告時間(黄色)と寿命警告時間(赤色)を記憶しているが、これらを記憶することなく、寿命時間から自動的に求めるように構成してもよい。
「消耗部品」欄には、部品寿命情報30Cに記憶されている「消耗部品」と同じ名称が記憶されている。なお、「消耗部品」の代わりに「部品ID」を用いてもよい。
「累積使用時間」欄には、前記消耗部品を使用した時間の累積値(時間:分:秒)が記憶されている。
なお、部品寿命情報30Cと使用時間情報30Dは、1つにまとめてもよい。
そして端末装置30は、使用時間情報30Dの「砥石」の「累積使用時間」と、部品寿命情報30Cの「砥石」の「寿命警告時間(黄色)」(交換判定時間に相当)とを比較する。なお、使用時間情報30Dの「砥石」の「累積使用時間」と、部品寿命情報30Cの「砥石」の「寿命警告時間(赤色)」(交換判定時間に相当)とを比較してもよい。
管理装置80は、部品交換要求情報を受信すると、受信した部品交換要求情報に含まれている部品IDに対応する部品の在庫の有無を確認する(下記の在庫情報を用いて確認する)。なお管理装置80には、部品IDに対応させて部品の在庫の有無(数量も含む)を示す在庫情報が予め記憶されている。そして確認した在庫の有無を含む交換部品在庫情報を、部品交換要求情報を送信してきた端末装置30に向けて送信する。
なお、メーカ在庫状態の表示とともに、「残り寿命は○○です」と表示すれば、オペレータは、いつ頃までに交換(発注)しなければなないか予測できるので便利である。
また端末装置30には、送信先情報(管理装置80のアドレス等)が記憶されているが、工作機械40を特定可能な識別情報(工作機械識別情報に相当し、シリアルナンバー等のユーザも特定可能な識別情報であることが好ましい)も記憶させておくと便利である。
そして管理装置80に、工作機械識別情報に対応させてユーザ(当該工作機械の購入企業等)、設置場所(工場の住所等)、担当者及び連絡先等を記憶させておき、部品交換要求情報に当該工作機械識別情報を含ませておけば、ユーザ等を特定することが可能であり、便利である。
そして工作機械の製造メーカ担当者は、ユーザから連絡される前に、交換部品を持参してユーザを訪問することもできるため、便利である。
第2の実施の形態では、前記第1の実施の形態に加えて、「交換が必要な部品(近い将来に寿命に達すると推定された部品)」を、端末装置30の表示手段Mに表示している3次元形状モデル10M中にて、当該部品の色彩を変更することで識別可能に表示するものである。
なお、第2及び第3の実施の形態では、端末装置30には工作機械40を構成している各部品の3次元形状データ(CADデータ等)が記憶されており、当該3次元形状データに基づいて各部品にて構成された工作機械40の3次元形状モデル10Mを表示手段Mに表示することが可能である。なお、3次元形状モデル10Mの表示を、透過型モデル(スケルトン表示のモデル)として表示することで、工作機械40の内部の部品をもオペレータに視認させることができる。
そして端末装置30は、表示手段Mに表示している3次元形状モデル10Mを、実際の工作機械40の動作に合わせて動作させることが可能である。
以下、第1の実施の形態に追加された動作について説明する。
また、例えば「部品A2」の比較結果が、「累積使用時間」≧「寿命警告時間(赤色)」である場合、図6に示すように、表示手段Mに表示している3次元形状モデル10Mにおいて、対象となる部品(例えば図6中の部品TLM(この場合、砥石))を、更に周囲とは異なる色彩(例えば赤色)にて識別可能に表示する。
なお、色彩を変更するとともに、「残り寿命は○○です」と表示すれば、オペレータは、いつ頃までに交換しなければならないか予測できるので便利である。
第3の実施の形態では、前記第1または第2の実施の形態に加えて、「交換が必要な部品(近い将来に寿命に達すると推定された部品)」を、端末装置30の表示手段Mに表示している3次元形状モデル10M中にて、当該部品の形状を変更(摩耗状態を反映)するものである。
以下、第1及び第2の実施の形態に追加された動作について説明する。
端末装置30には、消耗部品に対応させて累積使用時間に応じた摩耗量が記憶されている。この場合、図6に示すように、表示手段Mに表示している3次元形状モデル10Mにおいて、累積使用時間に応じて対象となる部品(例えば図6中の部品TLM(この場合、砥石))の形状を変化させて表示する(この例ではφ0が初期状態の形状であり、摩耗して変形させた結果がφ1となったことを示しており、φeまで摩耗すると寿命に達した状態を示している)。
なお、形状を変更するとともに、「残り寿命は○○です」と表示すれば、オペレータは、いつ頃までに交換しなければならないか予測できるので便利である。
また、交換判定時間を寿命時間よりも所定量だけ短い時間に設定しておくことで、オペレータは、当該「交換判定時間を超えた部品」が、どの程度消耗しているかを認識でき、当該部品が寿命に達する時期を予測できるので便利である。
例えば対応部品情報30B、部品寿命情報30C、使用時間情報30Dは、本実施の形態にて説明した項目等に限定されるものではない。
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、表示手段Mへの表示内容は、本実施の形態にて説明した表示に限定されるものではなく、例えば図6において、表示手段Mへの表示は、3次元形状モデル10Mとサイクル線図(図3)とを同時に表示するようにしてもよい。
20 数値制御装置
30、31、32 端末装置
30A サイクル線図
30B 対応部品情報
30C 部品寿命情報
30D 使用時間情報
40 工作機械
80 管理装置
200 通信回線
M 表示手段
10M 3次元形状モデル
Claims (3)
- 工作機械における部品寿命管理システムであって、前記工作機械を動作させる数値制御装置と、前記数値制御装置への制御信号を出力する端末装置とを備え、
前記端末装置は通信回線に接続されており、更に前記通信回線に接続されて前記端末装置と通信可能な管理装置を設け、
前記端末装置には、前記数値制御装置による前記工作機械における各可動部の動作状態を示すサイクル線図に関する情報が記憶されており、
前記サイクル線図に関する情報における各動作状態には、前記工作機械にて使用される部品が対応付けられて記憶されており、
各部品には寿命時間が対応付けられて記憶されているとともに、各部品に対応付けた部品識別情報が記憶されており、
前記端末装置は、
前記サイクル線図に関する情報に記憶されている各動作状態に応じた制御信号を前記数値制御装置に出力して前記工作機械の各可動部を動作させるとともに、各動作状態における時間を計測して当該動作状態に対応付けられている部品の使用時間を累積し、
前記累積した使用時間と、当該部品に対応付けられている前記寿命時間から求めた交換判定時間とを比較し、前記累積した使用時間が前記交換判定時間を超えた場合に、当該部品に対応付けられた部品識別情報を含む部品交換要求情報を前記管理装置に向けて送信し、
前記管理装置には、前記部品識別情報に対応させて当該部品の在庫の有無を示す在庫情報が記憶されており、
前記管理装置は、前記端末装置から部品交換要求情報を受信すると、受信した部品交換要求情報に含まれている部品識別情報に対応する部品の在庫の有無を確認し、確認した在庫の有無を含む交換部品在庫情報を、前記端末装置に向けて送信し、
前記端末装置は、前記交換部品在庫情報を受信して表示する、
ことを特徴とする工作機械における部品寿命管理システム。 - 請求項1に記載の工作機械における部品寿命管理システムであって、
前記端末装置には、更に、前記工作機械を構成している各部品の3次元形状データが記憶されており、
前記端末装置は、
前記各部品の3次元形状データに基づいて前記各部品にて構成された前記工作機械の3次元形状モデルを表示可能であり、
前記累積した使用時間と前記寿命時間とに基づいて各部品に対応する残り寿命時間を推定し、推定した残り寿命時間に応じて前記3次元形状モデルにおける各部品の色彩を変更して表示する、
ことを特徴とする工作機械における部品寿命管理システム。 - 請求項1または2に記載の工作機械における部品寿命管理システムであって、
前記端末装置には、更に、前記工作機械を構成している各部品の3次元形状データが記憶されており、
前記端末装置は、
前記各部品の3次元形状データに基づいて前記各部品にて構成された前記工作機械の3次元形状モデルを表示可能であり、
前記累積した使用時間と前記寿命時間とに基づいて各部品に対応する摩耗量を推定し、推定した摩耗量に応じて前記3次元形状モデルにおける各部品の形状を変更して表示する、
ことを特徴とする工作機械における部品寿命管理システム。
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