JP4893723B2 - 工作機械における部品寿命管理システム - Google Patents

Description

本発明は、工作機械を構成している各部品の寿命をより容易に管理することができる、工作機械における部品寿命管理システムに関する。

従来より、種々の加工を行うために、数値制御装置を備えた種々の工作機械が用いられている。
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。
実開平６−３９３４８号公報 特開２００２−１７８２４１号公報 特開平５−３５７５１号公報

特許文献１に記載した従来技術では、工具の交換時期が報知された場合、交換用の工具が手元に用意していない場合、工作機械メーカに連絡して交換用の工具を確保しなければならない。このため、工作機械メーカに工作機械の品番や交換用の工具の品番等を調査して連絡しなければならないため、非常に手間がかかる。また、各切削工具の使用回数を計数しており、実際の使用時間を求めていないため、切削工具の使用毎に使用時間の変動が大きいと寿命判定の誤差が大きくなり、寿命に到達していないのに交換時期であると判定される可能性や、既に寿命に達しているのに交換時期と判定されない可能性がある。

また特許文献２に記載した従来技術では、ＮＣ工作機械を作動させて工具を使用して加工を行う際、ＮＣ制御装置は工具使用の開始時間と終了時間により、実際に加工を行った使用時間をカウントする。この場合、寿命に達した工具、及び破損した工具が通知されるが、まだ寿命に達していない工具が、それぞれ「どの程度消耗しているか」がオペレータには通知されないため、オペレータが寿命時期の予測を行うことができず、いきなり「寿命に到達」または「破損」等が通知され、好ましくない。

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から通信回線を介して、ユーザが購入した工作機械の端末器に、定期診断及び故障診断用のプログラムを送出し、当該端末器にて定期診断及び故障診断用のプログラムを実行させ、その結果を前記管理コンピュータで受信して解析する。このため、工作機械の稼動中に行うことができず、工作機械の稼動を停止させなければならないため、好ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、工作機械の稼働率を低下させることなく工作機械の各部品の交換時期をより正確に判定可能な工作機械における部品寿命管理システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る工作機械における部品寿命管理システムは次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、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。
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する。
そし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。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る工作機械における部品寿命管理システムであって、推定した摩耗量に応じて前記３次元形状モデルにおいて形状を変更して表示する部品は、砥石である。

本実施の形態に記載の工作機械における部品寿命管理システムを用いれば、交換判定時間を超えた部品の識別情報、及び工作機械識別情報が自動的に送信されるため、工作機械のユーザは、当該工作機械のメーカに対して、迅速かつ正確かつ手間なく「交換判定時間を超えた部品」を通知することができるので便利である。
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。

また、本実施の形態に記載の工作機械における部品寿命管理システムを用いれば、例えば寿命がまだ遠い場合は各部品が緑色で表示され、残り寿命が全寿命の２０％以下となったら黄色、そして更に残り寿命が全寿命の１０％以下となったら赤色、という具合に色彩を徐々に変化させて表示することで、オペレータは交換が必要となる部品を特定することと、交換時期の予測を行うことが可能であり、便利である。

また、第１の発明に記載の工作機械における部品寿命管理システムを用いれば、切削工具等、摩耗により形状が変化する部品に対して、摩耗量に応じて部品の形状を徐々に変化させて表示することで、オペレータは交換が必要となる部品を特定することと、交換時期の予測を行うことが可能であり、便利である。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。
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］
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。

●［工作機械の外観（図２）］
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に記憶されている情報（図３〜図５）］
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。

端末装置３０は、サイクル線図３０Ａに従って各可動部の動作を順次実行し、実行している各可動部の動作に応じた制御信号を数値制御装置２０に出力する。そして端末装置３０は、対応部品情報３０Ｂにより、各動作状態にて使用される消耗部品を認識することができる。
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。

また図５（Ａ）に、各部品に寿命時間を対応付けた部品寿命情報３０Ｃの例を示し、図５（Ｂ）に、各部品を使用した時間の累積値（累積使用時間）を対応付けた使用時間情報３０Ｄの例を示す。
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。

図５（Ｂ）の例に示すように、使用時間情報３０Ｄには、「消耗部品」「累積使用時間」が記憶されている。
「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。

例えば端末装置３０が、サイクル線図３０Ａに従って工作機械４０において「ワーク切込前進」の動作を行った場合、端末装置３０は、対応部品情報３０Ｂから当該「ワーク切込前進」で使用される消耗部品は「砥石」と「テーブル用モータ（前後）」であることを認識し、「ワーク切込前進」に要した時間を計測する。そして「ワーク切込前進」が終了すると、「ワーク切込前進」に要した時間を、使用時間情報３０Ｄにおける「砥石」の「累積使用時間」に加算し、「テーブル用モータ（前後）」の「累積使用時間」に加算する（累積する）。
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。

そして端末装置３０は、「累積使用時間」≧「寿命警告時間（黄色）」であった場合、部品寿命情報３０Ｃに記憶されている「砥石」に対応する「部品ＩＤ」を含む部品交換要求情報を、管理装置８０に向けて送信する。
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。

そして端末装置３０は、交換部品在庫情報を受信すると、例えば図６の例に示すように、表示手段Ｍに、交換が必要な部品（この例では部品ＴＬＭ（この場合、砥石）と部品ＭＭ（この場合、テーブル用モータ（前後）））に対して「メーカ在庫状態：有り（無し）」というメッセージを表示する。なお、図６の例では、当該メッセージに続いて「発注する」ボタンが表示されている。オペレータが「発注する」ボタンを押すと、端末装置３０から通信回線２００を介して管理装置８０に発注情報が送信され、発注が完了する。
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、工作機械の製造メーカも、管理装置８０に部品交換情報が届いたことにより、部品の交換作業が必要となる可能性と、その交換作業の時期とを予測することができる。
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］
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。

例えば上記の比較結果が、「寿命警告時間（黄色）」≦「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ＭＭ（この場合、テーブル用モータ（前後）））を、周囲とは異なる色彩（例えば黄色）にて識別可能に表示する（この場合、周囲は緑色や青色等の色彩で表示する。）。
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］
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。

以上に説明した工作機械における部品寿命管理システムを用いれば、工作機械のユーザは、受信した交換部品在庫情報と、自身で保有している交換部品の有無に応じて、交換部品を発注すべきか否かを容易に判断することが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。

本発明の工作機械における部品寿命管理システムは、本実施の形態で説明した外観、構成、処理、表示例等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
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。

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に接続した例を説明する図である。 工作機械４０の外観の例を説明する図である。 サイクル線図３０Ａの例を説明する図である。 対応部品情報３０Ｂの例を説明する図である。 部品寿命情報３０Ｃ、使用時間情報３０Ｄの例を説明する図である。 「交換が必要な部品」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中にて報知する例を説明する図である。

１０ 工作機械本体
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 (2)

1. 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。
2. 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、
   推定した摩耗量に応じて前記３次元形状モデルにおいて形状を変更して表示する部品は、砥石である、
   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。

Images