JP7438316B1 - 工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械にどのような機器を接続しても、自動的に機器からデータを工作機械側で取得できるようにすること。
【解決手段】工作機械１０が、ワークと工具とを相対移動させる送り軸装置１６と、送り軸装置のためのＮＣ装置１２と、信号を出力する複数の機器２６、２８、３０をＮＣ装置に接続するために、機器とＮＣ装置との間に介在する入出力コントローラ４２とを具備し、入出力コントローラが、機器を接続し該機器からの信号を現在情報として取得し、該現在情報を記憶情報に変換する入力部３２と、入力部に接続され、該入力部から記憶情報を受け取り、記憶する記憶部３４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサやスイッチなどの機器から出力される情報を取得し、また必要に応じて機器の設定値を変更することが可能な工作機械に関する。

従来から、装置は、様々なセンサやスイッチからの信号に基づいて制御される。例えば、特許文献１には、マイクロコンピュータを含む電子制御式の演算処理装置に、液圧式クランプ装置の圧力センサから作動液体室の作動油の圧力を示す信号（測定データ）が入力され、回転角センサから作動ボルトの回転量を示す信号（測定データ）が入力され、電動モータの回転駆動によって、作動ボルトの回転量に対する作動液体室の作動油の圧力変化に基づいてワーク把持開始点を検出するようにした液圧式クランプ装置が記載されている。

国際公開第２０２２／０４４２１５号

機械や装置の制御装置に機器を接続し、機器の詳細な情報を取得・変換したり、設定値を変更したりするためには、機器から出力される信号（電圧値、電流値など）に標準的な出力形式が存在しないことから、接続する機器ごとに、インタフェースの仕様開発を行わなければならない問題がある。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、工作機械にどのような機器を接続しても、自動的に機器からの信号を工作機械側で取得できるようにすることを目的としている。

上述の目的を達成するために、ワークと工具とを相対移動させる送り軸装置と、前記送り軸装置のためのＮＣ装置と、表示装置と、信号を出力する機器または該機器とは別の関連機器を前記ＮＣ装置に接続するために、前記機器または関連機器とＮＣ装置との間に介在する入出力コントローラとを具備し、
前記入出力コントローラが、前記機器または関連機器の型番と、該機器または関連機器のための第１の変換手法及び第２の変換手法とを関連付けて格納した機器データベースと、前記機器または関連機器から出力される型番情報に基づき、前記機器データベースを検索して、前記第１の変換手法および第２の変換手法を抽出する変換手法抽出部と、前記機器または関連機器を接続し前記機器または関連機器からの信号を、前記変換手法抽出部が抽出した第１の変換手法に基づいてオペレータが実務上活用可能な第１の変換値に変換する入力部と、前記入力部に接続され、該入力部から前記第１の変換値を受け取り、記憶する記憶部と、前記記憶部から前記第１の変換値を受け取り表示する表示装置と、オペレータが実務上活用可能な変更情報を、オペレータの操作により入力する操作部を含み、入力された変更情報を、前記変換手法抽出部が抽出した第２の変換手法に基づいて前記機器または関連機器への入力に適した第２の変換値に変換して、前記機器または関連機器に入力する変更部とを具備し、前記表示装置は記憶部から前記第１の変換値を受け取り表示する工作機械が提供される。

本発明によれば、機器の信号（電圧値、電流値等）を入力部で取得し、記憶部に記憶することができる。どのような機器でも工作機械に接続し、信号を取得することが可能となり、個々の機器の信号に対応した変換を行う必要が無くなる。

本発明の第１の実施形態による工作機械の概略を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による工作機械の概略を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態による工作機械の概略を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態による工作機械の概略を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態による工作機械の概略を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による工作機械１０は、一例として、先端に回転工具（図示せず）を装着する主軸（図示せず）と、主軸の先端に対面するようにワーク（図示せず）を固定するテーブル（図示せず）と、主軸とテーブルとを相対移動させる送り軸装置（図示せず）とを備えることができる。送り軸装置は、Ｘ線、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸の直線送り軸装置とすることができる。送り軸装置は、直線送り軸装置に加えて、Ａ軸、Ｂ軸および／またはＣ軸の回転送り軸を含んでいてもよい。工作機械１０は、また、工具マガジン（図示せず）、自動工具交換装置（図示せず）、クーラント供給装置（図示せず）等の周辺装置を備えていてもよい。

工作機械１０は、更に、主軸や送り軸を制御するＮＣ装置１２、上記周辺装置を制御する機械制御装置１８を備えている。ＮＣ装置１２は、一例として、主軸を回転駆動する主軸駆動モータ１４および送り軸装置を駆動する送り軸駆動モータ１６を制御する。機械制御装置１８は、例えば、工具マガジン内で工具を搬送する搬送装置（図示せず）のための駆動モータ（工具マガジン駆動モータ）２０や、自動工具交換装置の交換アーム（図示せず）を駆動するＡＴＣ駆動モータ２２、クーラント供給装置のクーラント供給ポンプ２３を制御する。

更に、工作機械１０は、表示装置２４を備えている。表示装置２４は、例えば、工作機械１０の制御盤（図示せず）に取り付けられたディスプレイ（図示せず）、特に表示されたアイコンをタッチまたはタップすることによって、アイコンに対応した機能を操作可能なタッチパネルとすることができる。本実施形態では、機械制御装置１８は、表示装置２４に表示する内容を制御するディスプレイコントローラ（図示せず）を備えている。

更に、工作機械１０は、入出力コントローラ４２を備えている。本実施形態では、入出力コントローラ４２は、入力部３２、記憶部３４および出力部３６を含んでいる。入力部３２、記憶部３４および出力部３６は、CPU（中央演算素子）、RAM（ランダムアクセスメモリ）やROM（リードオンリーメモリ）のようなメモリ装置、HDD（ハードディスクドライブ）やSSD（ソリッドステートドライブ）のような記憶デバイス、出入力ポート、および、これらを相互接続する双方向バスを含むコンピュータおよび関連するソフトウェアから構成することができる。入出力コントローラ４２は、ＮＣ装置１２または機械制御装置１８の一部としてソフトウェア的に構成してもよい。

入力部３２には、複数の機器２６、２８、３０を接続することができる。入力部３２は、機器２６、２８、３０を接続するのに適したアナログおよび／またはデジタル接続ポートを有している。機器２６、２８、３０は、センサやスイッチとすることができる。センサは、例えば、ギャップセンサ（図示せず）や、レーザ光線や赤外線を用いた光学距離センサ（図示せず）、油圧センサ（図示せず）、加速度センサ（図示せず）、ロードセル（図示せず）とすることができる。スイッチは、例えば、マイクロスイッチ（図示せず）や、光電スイッチ（図示せず）とすることができる。上述の機器がさらに自己診断信号を出力できてもよい。入力部３２は、機器２６、２８、３０の信号を現在情報として取得する。

例えば、ギャップセンサは、工作機械１０のテーブル上に搭載される治具へのクランプ動作中または加工中その他の動作中におけるワークの着座状態、ワークの品種の違い、ワークの有り無しを、物理的な接触の有無として取得したり、シリンダストローク位置を微小流量として取得したりするために用いることができる。ギャップセンサの場合、流量監視により自身の状態診断を行うことも可能である。

光学距離センサは、ワークの品種の違いや、ワークの有り無し（を確認するために用いることができる。油圧センサは、ワークの加工中その他の動作中における治具上へワークを固定するクランプ装置（図示せず）のクランプ圧力を確認するために用いることができる。

加速度センサは、加工中その他の動作中における振動を取得または検知することにより、工具のバランスが取れているかどうか、あるいは、加工中のビビリ振動の発生を確認することができる。加速度センサに代えて、音声マイクロフォンを用いてもよい。

ロードセルは、ワークの固定中に治具へ印加されるクランプ荷重や、治具上の着座面にワークから印加される荷重を取得して、クランプ荷重が規定値になっているか、あるいは、クランプ荷重の誤差を確認したり、加工負荷を求めたりするために用いることができる。これにより、工具の切刃の摩耗により加工負荷が増加していないかどうか、あるいは、ワークの材料が鋳鉄のような場合に、鋳物の突発的なばらつきがあるかどうかを確認することができる。

マイクロスイッチまたは光電スイッチは、ワークの品種の違いや、ワークの有り無しを確認するために、物理的な接触の有無として、或いは、光量の有無として取得することができる。

入力部３２には、機器２６、２８、３０のみならず、ＬＡＮやインターネットのような通信ネットワークを介して、三次元測定機のような他の機械や、工作機械の製造者が管理するサーバを接続して、ワークの測定データや、機器２６、２８、３０の型番に関連した情報や、後述する変換手法を受け取るようにしてもよい。

記憶部３４は、入力部３２で取得した機器２６、２８、３０の信号（電圧値、電流値など）を記憶情報として記憶する。記憶部３４が記憶する記憶情報は、出力部３６に接続されているＮＣ装置１２に出力される。図示するように、出力部３６に機械制御装置１８を接続して、記憶情報を機械制御装置１８にも出力してもよい。出力部３６は、ＮＣ装置１２および機械制御装置１８を接続するのに適した接続ポート（図示せず）、好ましくはデジタル接続ポートを備えている。

次に、図２を参照して、本発明の第２の実施形態による工作機械を説明する。図２では、図１に示した第１の実施形態の構成要素と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を省略する。

第２の実施形態では、入出力コントローラ４２は変更部３８を含んでいる。変更部３８には、機器２６、２８、３０の各々に対応した変更プログラム４０が格納されており、記憶部３４に記憶されている記憶情報を変更プログラム４０により変更して、変更部３８から機器２６、２８、３０の各々へ、或いは、機器２６、２８、３０の各々に関連した他の機器へ変更情報として出力する。一例として、機器が圧力センサであり、他の機器が該圧力センサに関連したレギュレータであるとき、変更情報は、変更プログラムによって、任意のタイミングで読み書きできるメモリの書き換えによってレギュレータ内部の設定値として入力される。こうして、レギュレータの設定値を変更することが可能となる。

次に、図３を参照して、本発明の第３の実施形態による工作機械を説明する。図３では、図１、２の実施形態の構成要素と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、以下、重複する説明を省略する。

第３の実施形態では、変更部３８は操作部４４を備えている。操作部４４は、タッチパネル、キーボード、マイクロフォン等により構成することができる。表示装置２４がタッチパネルから形成される場合、このタッチパネルを操作部４４として用いてもよい。例えば機器が治具上のクランプ装置に用いる圧力センサである場合、表示装置２４には、圧力センサが検知したクランプ装置の圧力の信号の情報、例えば電圧値や電流値が常に表示される。信号の情報は、必要に応じた周期で再取得され、表示装置２４の表示は再取得に応じて更新できる。オペレータがクランプ圧力を高くしたい場合、該圧力センサのカタログやマニュアル等により、変更手法を確認した上で、操作部４４で適切な値を入力し、圧力センサの設定を変更して、クランプ圧力を高めることができる。変更部３８は、変更プログラム４０によって、入力された値に対して、機器２６、２８、３０へ入力するのに必要な処理を行う。

なお、入力部は、機器からの信号をビット情報に変換して、記憶部に出力し、変更部は記憶部からの記憶情報を、機器が受信可能な形式に変換して出力するようにしてもよい。

次に、図４を参照して、本発明の第４の実施形態による工作機械を説明する。図４では、図１、２、３の実施形態の構成要素と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、以下、重複する説明を省略する。

第４の実施形態では、入出力コントローラ４２は並行処理部４６を含んでいる。一般的に、工作機械は瞬間、瞬間のデータしか取得することができないが、本実施形態では、並行処理部４６が、工作機械１０の動作と並行して（同時に）記憶情報を逐次記録、処理することができる。例えば、並行処理部４６は、入力部３２に接続された機器２６、２８、３０としての圧力センサの記憶情報に基づき、加工中の治具のクランプ圧力の状態を一定時間毎にモニタリングし、時系列で記録しておくことができる。この記録した状態を、該加工中に用いられる加工プログラムの時系列と照合することで、どの加工のタイミングでクランプ圧力がどのように変化したかを確認できる。

並行処理部４６は、予め定めた監視プログラムによって、変更部３８に変更情報を送信してもよい。例えば、並行処理部４６は、ある特定の加工時に治具のクランプ圧力が低下している場合は、クランプ圧力が適切でないと判断する監視プログラムによって、治具のクランプ圧変更を変更部３８に指示するようにできる。

記憶部３４は、記憶領域の一部にプログラムライブラリ格納部３４ａを割り当て、該プログラムライブラリ格納部３４ａに複数の変更プログラムを格納、記憶するようにしてもよい。一般的に、機器は、それぞれ、異なる変更プログラムを必要とする。例えば、油圧クランプのクランプ力を変更する場合には、油圧クランプの圧力センサに関連したレギュレータに対して変更情報を入力するための変更プログラムが必要となる。他の事例として、主軸の振動センサの振動情報を加速度ピックアップで取得し、振動が安定する加工条件、つまり主軸の回転速度や送り軸の送り速度などを算出し、ＮＣプログラムへ変更情報として入力するために、変更プログラムが必要となる場合もある。

プログラムライブラリ格納部３４ａは、機器２６、２８、３０の型番と変更内容に対応して作成される変更プログラムを、例えば型番に関連付けて格納することができる。入出力コントローラ４２は、新たな機器が入力部３２に接続されたときに、この新たな機器から型番情報を取得するとともに、プログラムライブラリ格納部３４ａに類似の型番に対応した変更プログラムが存在しないかを検索し、存在する場合には、新たな機器に該変更プログラムを適用できる可能性があることを表示装置２４に表示する。

なお、プログラムライブラリ格納部３４ａに格納される変更プログラムには、機器の型番情報以外に、機器に関するメーカ情報、シリーズ情報、カテゴリ情報などを関連付けてもよい。入出力コントローラ４２は、新たな機器が入力部３２に接続されたときに、機器の型番情報の代わりにメーカ情報、シリーズ情報、カテゴリ情報などを取得し、プログラムライブラリ格納部３４ａにおいて、これらの情報に対応した、つまり新たな機器へ適用できる変更プログラムが存在しないかを検索し、存在する場合には、新たな機器に該変更プログラムを適用できる可能性があることを表示装置２４に表示してもよい。機器に関する複数の情報、例えば機器のメーカ情報とカテゴリ情報から、対応する変更プログラムを検索してもよい。さらに、プログラムライブラリ格納部３４ａは、変更プログラムを適用できる可能性を表示装置２４に表示する際、適用できる可能性があると判断した根拠を同時に表示してもよいし、適用できる可能性がどの程度あるかの適用可能性を同時に表示してもよい。

オペレータは、表示装置２４に表示された変更プログラムを確認して、該変更プログラムが新たな機器に適用できると判断した場合に、該変更プログラムの適用を、操作部４４を介して変更部３８へ入力するようにできる。こうして、変更プログラムを新規に作成することなく、再利用することが可能になる。新たな機器への適用にあたり、変更プログラムの修正を必要とする場合もあるが、その場合でも変更プログラムを新規に作成する場合と比較すると、工数を削減することができる。なお、検索の結果、類似の型番に対応した変更プログラムがプログラムライブラリ格納部３４ａに見つからない場合、表示装置２４にその旨表示されてもよい。

次に、図５を参照して、本発明の第５の実施形態による工作機械を説明する。図５では、図１、２、３、４の実施形態の構成要素と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、以下、重複する説明を省略する。

機器から出力される信号が電圧などのアナログ値である場合、入出力コントローラは信号をアナログ値として記憶し、出力できるものの、前述の第３の実施形態のように、オペレータが個別に変換手法を確認した上で取り扱う必要がある。この課題を解決するために、入力部３２で取得した機器２６、２８、３０の信号を記憶情報として記憶部３４に記憶させる際、信号を適切な変換手法（第１の変換手法）でオペレータが実務上活用することが可能な変換値に変換することができる。また、変更部３８から機器２６、２８、３０へ変更情報を入力する際には、適切な変換手法（第２の変換手法）でオペレータが実務上活用することが可能な変換値から機器（または関連する機器）への入力に適した変換値に変更情報を変換することができる。

第５の実施形態では、入出力コントローラ４２は、変換手法抽出部４８と、機器データベース５０とを含んでいる。変換手法抽出部４８は、機器２６、２８、３０から出力される型番情報に基づき、機器データベース５０を検索して、第１の変換手法および第２の変換手法を確認し、第１の変換手法を入力部３２へ送信し、第２の変換手法を変更部３８へ送信する。入力部３２は、機器２６、２８、３０からの信号を第１の変換手法によって（オペレータが実務上活用可能な）第１の変換値に変換し、記憶情報として記憶部３４に出力し、表示装置２４に表示する。また、変更部３８は、操作部４４から入力された変更情報を、（機器２６、２８、３０への入力に適した）第２の変換値に変換して機器２６、２８、３０へ出力する。第４の実施形態で述べたように、機器の型番情報の代わりに、メーカ情報、シリーズ情報、カテゴリ情報などを用いてもよいし、複数の情報を組み合わせて用いてもよい。

本実施形態では、機器２６、２８、３０の型番情報から、自動で信号をオペレータが実務上活用可能な変換値（圧力であればＭＰａ、ひずみ量であればｍｍ等）に変更することができ、また、変更情報を第２の変換値に変換して、機器２６、２８、３０へ出力することができる。従って、オペレータは個別に変換手法を確認する必要が無い。機器２６、２８、３０から出力できる信号が複数の場合、機器データベース５０に複数の変換手法を格納するようにしてもよい。

また、工作機械は、ＬＡＮやインターネットのような通信ネットワークを介して、他の機械またはサーバに接続されていてもよい。たとえば、図５において、機器データベース５０は、変換手法抽出部４８に直接接続されているように図示されているが、工作機械の製造者が管理するサーバ内に構築し、入力部３２を介して変換手法抽出部４８に接続するようにしてもよい。機器データベース５０は工作機械の製造者によって常に最新の状態に保たれる。また、工作機械は、工作機械で加工したワークを測定する三次元測定器とネットワークで接続されていてもよい。第４の実施形態で述べた、並行処理部４６で記録した加工中の治具のクランプ圧力の状態の時系列情報と、該加工中に用いられる加工プログラムの時系列情報との照合に加え、さらに三次元測定器のワーク測定情報も加えることで、より詳細な加工情報の分析が可能となる。これらの情報を機械学習の教師データとし、より生産効率や加工精度の高い加工条件導出に活用することもできる。

いずれかの実施形態において、入出力コントローラから、ＮＣ装置、機械制御装置を経由して、変更部への入力を行ってもよい。カスタムマクロ等の機能やプログラムを経由することが可能となり、オペレータの意向に沿った細かな機器のコントロールを行うことができる。

１０ 工作機械
１２ ＮＣ装置
１４ 主軸駆動モータ
１６ 送り軸駆動モータ
１８ 機械制御装置
２０ 工具マガジン駆動モータ
２２ ＡＴＣ駆動モータ
２３ クーラント供給ポンプ
２４ 表示装置
２６ 機器
２８ 機器
３０ 機器
３２ 入力部
３４ 記憶部
３４ａ プログラムライブラリ格納部
３６ 出力部
３８ 変更部
４０ 変更プログラム
４２ 入出力コントローラ
４４ 操作部
４６ 並行処理部
４８ 変換手法抽出部
５０ 機器データベース

Claims (2)

1. ワークと工具とを相対移動させる送り軸装置と、
   前記送り軸装置のためのＮＣ装置と、
   表示装置と、
   信号を出力する機器または該機器とは別の関連機器を前記ＮＣ装置に接続するために、前記機器または関連機器とＮＣ装置との間に介在する入出力コントローラとを具備し、
   前記入出力コントローラが、
   前記機器または関連機器の型番と、該機器または関連機器のための第１の変換手法及び第２の変換手法とを関連付けて格納した機器データベースと、
   前記機器または関連機器から出力される型番情報に基づき、前記機器データベースを検索して、前記第１の変換手法および第２の変換手法を抽出する変換手法抽出部と、
   前記機器または関連機器を接続し前記機器または関連機器からの信号を、前記変換手法抽出部が抽出した第１の変換手法に基づいてオペレータが実務上活用可能な第１の変換値に変換する入力部と、
   前記入力部に接続され、該入力部から前記第１の変換値を受け取り、記憶する記憶部と、
   オペレータが実務上活用可能な変更情報をオペレータの操作により入力する操作部を含み、入力された変更情報を、前記変換手法抽出部が抽出した第２の変換手法に基づいて前記機器または関連機器への入力に適した第２の変換値に変換して、前記機器または関連機器に入力する変更部と、
   を具備し、
   前記表示装置は記憶部から前記第１の変換値を受け取り表示する工作機械。
2. 前記工作機械は、通信ネットワークを介して他の機械またはサーバに接続されている請求項１に記載の工作機械。

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