JPWO2020090058A1 - 加工支援システム - Google Patents

Abstract

工具で被加工物を加工する加工機（１１）のＮＣプログラムを生成するＣＡＭ（１５）に加工情報を提供するため、加工支援システム（３）は、工作機械メーカ側のクラウドの記憶装置（５１）にユーザ毎に加工情報を共有不可に記憶する記憶部のユーザ知識データベース（５３）と加工情報を他のユーザと共有可能に記憶する記憶部の共有知識データベース（５５）と有し、ユーザ側は送受信部（２１）でネットワーク（５）を介して加工情報の拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを送受信する。

Description

本発明は、適切な加工方法を工作機械のユーザに提供する加工支援システムに関するものである。

工作機械によって被加工物を加工する場合、ＮＣプログラムや加工の条件を工作機械に与える。しかし、実際の被加工物のＮＣプログラムは複雑であるため、ＮＣプログラムを人の手で作成することは困難であり、ＣＡＭを用いてＮＣプログラムを生成する。

特許文献１には、過去に行った加工の加工条件を加工事例として記憶する加工事例記憶部を有し、加工事例記憶部から形状情報に基づいて加工事例を検索し、加工条件を決定して加工機を制御することが開示されている。

特開２００４−２８４００２号公報

工作機械で被加工物を加工する際には、ＮＣプログラム、加工に用いる工具の工具情報等を工作機械に与える必要がある。工作機械は、ＣＡＭで作成されたＮＣプログラムに記載された手順にそって制御され、被加工物を加工する。ＣＡＭは、加工に用いる工作機械が有する工具の情報と、ＣＡＤで作成された被加工物のデータを用いて、工作機械上での工具と被加工物とが相対的に移動する経路である工具経路を生成し、生成した工具経路に工具交換指令、被加工物の交換指令、主軸の回転指令などを加えてＮＣプログラムを生成する。

ＮＣプログラムを作成するときは、被加工物の形状を削りだすため、被加工物から除去したい部分を工具が通るように工具経路を設定さえすれば、加工後に残った部分が所望の形状になり、どのような工具経路であっても同じ形に加工できるように思われる。しかし、実際には、工具経路によっては、被加工物と工具の接触領域の大小よって切削負荷が変動して、工具や工作機械や被加工物がたわんでしまったり、過剰な負荷による発熱で熱膨張したり、工具が破損したりするなどの様々な要因により所望の形状に加工できない。または、切削負荷に余裕をみた工具経路にすると、切削量が減り、加工時間が長くなる。そこで、ＣＡＭを用いて適切な工具経路を生成することが必要となる。しかし、工具経路は無限のパターンが考えられるため、ＣＡＭにはある程度の工具経路の生成ルールを教示する必要がある。工具経路の生成ルールは、多種あり、被加工物の形状や工具の種類、被加工物の材質などで適不適がある。

工具経路の生成ルールの例としては、等高線経路、走査線経路、面沿い経路などがある。等高線経路では、工具の回転軸線方向であるＺ軸方向の高低をみて、Ｚ軸方向の高さを一定に保ち、加工面に等高線を描くように工具を移動する経路のことである。走査線経路では、工具の回転軸線方向に直交するＸ軸方向またはＹ軸方向のどちらかに加工面の表面を走査するように工具移動させ、加工面の凹凸に合わせてＺ軸方向に工具を移動させて、加工面を倣いながら領域を埋めるように加工面を加工する。面沿い経路では、加工面と別の加工面との境界線を基準し、境界線に沿うように工具を動作させて加工面を加工する。工具経路の生成ルールは、上記の３つのルール以外にも、例えば、工具が高さ方向に螺旋状に移動しながら加工面を加工するスパイラル加工など、様々なルールが考えられる。

オペレータは、ＣＡＭに格納されているいくつかの工具経路の生成ルールの中から工具経路の生成ルールを選び、被加工物のどの部分にどの工具経路の生成ルールを適用するかをＣＡＭに入力する必要がある。どの工具経路の生成ルールを適用するかは、オペレータが過去に試行錯誤して得た経験に基づいて選ばれることになり、オペレータの経験によっては最も適切な工具経路ルールが適用できていない場合が考えられ、また新た形状の被加工物にはどの工具経路の生成ルールを選べばよいかわからない場合が考えられる。

また、特許文献１では、過去のデータを検索するが、データの共有が行われないため、加工ノウハウに関しての新たな知見を得る機会が限られ、それぞれのユーザにおいて加工技術が向上しにくいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、他者の加工ノウハウなどを用い、多くの知見から最適な加工方法を導き出すことにより、誰であっても適切な加工方法を設定できる加工支援システムを提供することを目的とする。

本発明では、予め用意した加工情報に基づいて工具で被加工物を加工する工作機械の加工プログラムを生成するために、該加工情報を提供する加工支援システムにおいて、ネットワークを介して加工情報を送受信する送受信部と、ユーザ毎に加工情報を共有不可に記憶する第１の記憶部と、加工情報を他のユーザと共有可能に記憶する第２の記憶部とを備えるようにした。

これにより、第１の記憶部に記憶したユーザの加工ノウハウを守りながら、第２の記憶部に記憶した他者の加工ノウハウを参照することが可能となり、あるユーザにとって未経験の特徴をもった被加工物であっても、参考となる他のユーザの加工ノウハウを得ることができるようになる。

本発明では更に、加工情報が工作機械の種類に依存しない形式で記憶される被加工物の形状情報を含み、被加工物の形状情報を入力する入力部と、入力部から入力された被加工物の形状情報に類似の被加工物の形状情報を含む加工情報を検索する検索部と、検索部によって第１の記憶部、第２の記憶部の中から、類似の被加工物の情報を含む加工情報を検索し、検索した加工情報を所望の工作機械に適したデータに変換する変換部を備えるようにした。

これにより、工作機械の特定の機種においてユーザの知見が少ない被加工物であっても、類似し参考となる加工情報が提供され、それぞれのユーザが加工を行い、行った加工の結果に基づいて第１の記憶部、第２の記憶部に加工情報が記憶されることにより、新たに多くの知見が蓄積されるようになった。

本発明では更に、工作機械のメーカ側の加工情報を共有可能に記憶する第３の記憶部を更に有するようにした。

これにより、ユーザの知見が少ない被加工物であっても、更に工作機械メーカのノウハウが提供され、それぞれのユーザが加工を行い、行った加工の結果に基づいて第１の記憶部、第２の記憶部に加工情報が記憶されることにより、新たに多くの知見が蓄積されるようになる。

本発明により、それぞれのユーザ企業において、ユーザの特色を生かした加工ノウハウを保持して他のユーザ企業との差別化をすることが必要であるが、機密度の低い基本的な加工ノウハウについては他のユーザ企業と共有し合うことで互いに新たな知見を得ることができる。そのため、経験のない特徴を持った被加工物を加工する際に、他のユーザ企業や工作機械メーカの加工ノウハウにより加工を容易にできるようになる。

本発明の実施の形態の構成を表したブロック図である。 本発明を用いた作業手順の一例を表したフローチャートである。

本発明の実施の形態を図１に示す。加工機１１は、回転する工具を被加工物に対して相対的に移動して被加工物を切削加工するマシニングセンタなどの工作機械である。マシニングセンタには、工具を被加工物に対してＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に並進移動することができる３軸機や、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に加えて、Ａ、Ｃ軸方向に回転移動できる５軸機などがある。ＮＣプログラムには、工具経路をＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ軸の座標値として記載されており、工作機械はＮＣプログラムに記載された指令の通りに、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ軸を移動して加工を行う。また、ＮＣプログラムには、工具を回転させる主軸、加工に使用する工具の交換装置、クーラントの供給装置などを動作させる指令も記載されており、これらの指令をしながら被加工物の加工を行う。

ＣＡＤ１３は、被加工物の設計者からの入力に基づいて、所望の被加工物の形状を表したデータである被加工物の形状データを生成する。被加工物の形状データは、ＣＡＭ１５の入力部１７に入力される。

ＣＡＭ１５は、加工機１１に備えられた工具に関する情報である工具データを取得し、ＣＡＤ１３が生成した被加工物の形状データを取得する。ＣＡＭ１５には送受信部２１が備えられている。送受信部２１はネットワーク５を介して演算装置３１に形状データと工具データを送受信する。

演算装置３１は、工具と被加工物の干渉領域を表す指標であるコンフィグレーション空間（ｃ−ｓｐａｃｅ）を生成し、ＣＡＭ１５の送受信部２１に返信する。演算装置３１は、大型のコンピュータシステムであり、ＣＡＭ１５に比べて高い演算能力を有する。工具と被加工物の干渉領域を求める作業は演算の負荷が大きいため、ＣＡＭ１５でなく、演算装置３１で行うことで、短時間で算出することができる。

ＣＡＭ１５は、変換部１９で、ｃ−ｓｐａｃｅを利用することで工具と被加工物の干渉を避けながら、被加工物を入力部１７に入力された形状データの形に加工するためのＮＣプログラムを生成することができる。作成したＮＣプログラムは加工機１１に送り、加工機１１が被加工物の加工を行う。

ＣＡＭ１５は、一連の作業で用いたＮＣプログラム、被加工物の形状データ、工具情報、材料モデル、材質、穴や溝の形状特徴を表すフューチャなど、被加工物の情報や加工に必要な情報である加工情報をまとめたデータであるＳＴＥＰ−ＮＣデータを生成する。ＳＴＥＰ−ＮＣは、国際規格のＩＳＯ１４６４９として知られている。本願発明では、ＳＴＥＰ−ＮＣデータに３次元加工方法を付加した拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを生成する。ＳＴＥＰ−ＮＣデータに３次元加工方法を付加する方法としては、ＳＴＥＰ−ＮＣの規格の中で用意されている付加情報の機能を用いて格納する方法が考えられる。３次元加工方法とは、工具経路の生成ルールとして何が用いられているかを示す情報である。生成された拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータは、ＣＡＭ１５からネットワーク５上にあるクラウドの記憶装置５１に送られ、第１の記憶部であるユーザ知識データベース５３に格納される。

オペレータは、ＣＡＭ１５上で設定することにより、拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを第２の記憶部である共有知識データベース５５に格納することもできる。共有知識データベース５５に格納した拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータは、他のユーザもアクセスできるようになっている。各ユーザに拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを共有知識データベース５５に格納することを促すため、共有知識データベース５５に拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを多く格納したユーザほど多くのデータにアクセスできるようにし、共有知識データベース５５への拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータの提供が少ないユーザには、アクセスできるデータ件数に制限をかけても良い。

拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータは、加工機１１の製造メーカが自社製品を利用しているユーザに向けて用意することができる。これらの製造メーカが用意した拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータは、第３の記憶部であるメーカ知識データベース５７に格納される。メーカ知識データベース５７は、加工機１１のユーザであれば誰でもアクセスできるように設定されている。なお、ユーザ知識データベース５３、共有知識データベース５５、メーカ知識データベース５７は、ハードウェア的に互いに分離して構成されてもよいし、単一のハードウェア上にソフトウェア的に互いに分けて構成されていてもよい。

図２のフローチャートに沿って、実際の手順を説明する。ユーザは、製作したい被加工物の加工後の形状データをＣＡＤ１３で作成する。次にユーザは、ＣＡＭ１５にＣＡＤ１３で作成した被加工物の形状データ、加工に用いる加工機１１の工具の情報を入力する（Ｓ１０１）。次にユーザは、ＣＡＭ１５から演算装置３１に工具の形状データと被加工物の形状データを送信し、演算装置３１で演算し生成したｃ−ｓｐａｃｅのデータをＣＡＭ１５に取得する（Ｓ１０２）。次にユーザは、ＣＡＭ１５からクラウドの記憶装置５１に被加工物の形状データを送信し、検索部５９でユーザ知識データベース５３の中から、送信した被加工物と類似度の高い他の被加工物のデータを検索する（Ｓ１０３）。ユーザ知識データベース５３の中に、類似度の高いデータがない場合は、検索部５９で共有知識データベース５５やメーカ知識データベース５７を検索してもよい。ユーザは、検索結果から類似度の高い被加工物の形状データが格納されている拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを選択し、記憶装置５１からＣＡＭ１５へと取得する（Ｓ１０４）。ユーザは、ＣＡＭ１５で、加工する被加工物の形状データ、工具のデータ、ｃ−ｓｐａｃｅのデータを用いて、ＮＣプログラムを生成する（Ｓ１０５）。工具経路の生成ルールなど、ＮＣプログラムの生成に不足する加工情報は、類似する拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータの中にある情報を用いる。ユーザは、ＣＡＭ１５から加工機１１にＮＣプログラムを送信する（Ｓ１０６）。加工機１１は受け取ったＮＣプログラムに記載された指令に沿って加工を行う。ユーザは、今回の加工情報を基に拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを生成し、ユーザ知識データベース５３に記憶する（Ｓ１０７）。共有してもよい場合は、拡張ＳＴＥＰ−ＮＣデータを共有知識データベース５５にも記憶する。

本発明によれば、それぞれのユーザにおいて、過去の加工の結果に基づいた加工のノウハウがユーザ知識データベースに蓄積される。また、加工ノウハウを共有知識データベースで他のユーザ企業と共有し合うことで互いに新たな知見を得ることができる。そのため、加工の経験のない作業者が作業する場合であっても、社内の加工ノウハウや、他のユーザ企業の加工ノウハウを参照することができ、加工ノウハウを容易に再現できるようになる。

本実施の形態では、演算装置３１や記憶装置５１を工作機械メーカ側が用意したクラウドで説明したが、工作機械メーカ内のコンピュータシステムを用いても良い。各工作機械ユーザと工作機械メーカ間でアライアンスを結び、共有知識データベース５５を大きくすることが望ましい。

ユーザ知識データベース５３が工作機械メーカ側の記憶装置５１にある実施形態を説明したが、工作機械ユーザ側の記憶装置にあってもよい。この場合、検索部はネットワーク５を介してデータ検索を行う。工作機械メーカ側とは、工作機械の製造会社、工作機械の販売会社、工作機械の加工技術を開発する会社、工作機械の部品会社、工具会社、測定器会社等、工作機械の利用技術を提供する会社全般を指す。

３ 加工支援システム
５ ネットワーク
１５ ＣＡＭ
１７ 入力部
１９ 変換部
２１ 送受信部
３１ 演算装置
５１ 記憶装置
５３ ユーザ知識データベース
５５ 共有知識データベース
５７ メーカ知識データベース
５９ 検索部

Claims (3)

1. 予め用意した加工情報に基づいて工具で被加工物を加工する工作機械の加工プログラムを生成するために、工作機械のユーザ側と工作機械のメーカ側とで構築され、加工情報を提供し合う加工支援システムであって、
   ネットワークを介して加工情報を工作機械のユーザ側と工作機械のメーカ側との間で送受信する送受信部と、
   ユーザ毎に加工情報を共有不可に記憶する第１の記憶部と、
   加工情報を他のユーザと共有可能に記憶する第２の記憶部と、
   を備えることを特徴とした加工支援システム。
2. 請求項１に記載の加工支援システムであって、
   加工情報が工作機械の種類に依存しない形式で記憶される被加工物の形状情報を含み、
   被加工物の形状情報を入力する入力部と、
   前記入力部から入力された被加工物の形状情報に類似の被加工物の形状情報を含む加工情報を検索する検索部と、
   前記検索部によって前記第１の記憶部、前記第２の記憶部の中から、類似の被加工物の情報を含む加工情報を検索し、検索した加工情報を所望の工作機械に適したデータに変換する変換部と、
   を更に備えることを特徴とした加工支援システム。
3. 請求項１または２に記載の加工支援システムであって、
   工作機械のメーカ側の加工情報を共有可能に記憶する第３の記憶部を更に備える加工支援システム。

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