JPWO2021079466A1 - 数値制御装置および数値制御方法 - Google Patents

数値制御装置および数値制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2021079466A1
JPWO2021079466A1 JP2020529648A JP2020529648A JPWO2021079466A1 JP WO2021079466 A1 JPWO2021079466 A1 JP WO2021079466A1 JP 2020529648 A JP2020529648 A JP 2020529648A JP 2020529648 A JP2020529648 A JP 2020529648A JP WO2021079466 A1 JPWO2021079466 A1 JP WO2021079466A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tool
time
life
date
tools
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020529648A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6797331B1 (ja
Inventor
正一 嵯峨▲崎▼
勇介 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP6797331B1 publication Critical patent/JP6797331B1/ja
Publication of JPWO2021079466A1 publication Critical patent/JPWO2021079466A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0995—Tool life management
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37252—Life of tool, service life, decay, wear estimation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50185—Monitoring, detect failures, control of efficiency of machine, tool life

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

数値制御装置（１）は、工具寿命日時予測手段（３４１）、工具交換日時予測手段（３４２）および予測情報出力手段（４０１）を備える。工具寿命日時予測手段（３４１）は、工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した工具の寿命である工具寿命値と、運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、工具寿命日時を、工具群中の工具について予測する。工具交換日時予測手段（３４２）は、工具群中の工具について、運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、工具が工具寿命日時に到達したときに、工具群中の他の工具のうち寿命による交換が許容される工具を同時交換可能工具として抽出する。予測情報出力手段（４０１）は、工具群中の工具について、工具の種類と、工具寿命日時と、同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部（２０）に表示する。

Description

本発明は、工作機械の工具の寿命を予測する数値制御装置、機械学習装置および数値制御方法に関する。
従来、工作機械の工具の寿命管理は、工作機械を制御する数値制御装置によって行われている。数値制御装置は、工具の使用回数または使用時間をカウントし、予め設定された寿命値と比較することで工具の寿命を判断する。寿命と判断された工具が存在する場合には、数値制御装置が工具の寿命であることを示す警告を出力し、工作機械の使用者が工作機械を停止させ工具交換を行う。ところで、多数の工具を有する工作機械では、寿命に達した工具をその都度交換すると、工作機械を頻繁に停止させることになり、工作機械を停止させて工具交換を行う段取り時間が長くなってしまう。そこで、特許文献１には、工具の交換回数を少なくすることで、段取り時間を短くする多軸工作機械が開示されている。
特許文献１の多軸工作機械では、工具毎に予め工具寿命値が設定され、さらにその工具寿命値に対して事前交換予告値が設定される。いずれかの工具が工具寿命値に達した時点で、他のすべての工具について事前交換予告値に達したものがあるかどうかが確認される。そして、事前交換予告値に達したものがある場合には、寿命表示と事前交換予告表示とが出力される。多軸工作機械の使用者は、工具寿命値に達した工具とともに、多軸工作機械の中から事前交換予告値に達した工具を探し出し、交換する。
実開平４−３５８３８号公報
数値制御装置に設定された運転スケジュールの下で稼働中の工作機械に設けられる工具を使用し続けるという条件下では、一度の工具交換の際に、交換することができる工具の数が多ければ多いほど、段取り時間を短縮することができる。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、いずれかの工具が工具寿命に達した時点で事前交換予告表示をユーザに提示しているだけであり、上記の条件下で最大の数の工具を交換することができるタイミングであるとは限らないという問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より適切な工具の交換時期をオペレータに提示することができる数値制御装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具を含む工具群中の工具を用いて加工を行う工作機械を制御する数値制御装置を提供する。数値制御装置は、工具寿命日時予測手段と、工具交換日時予測手段と、予測情報出力手段と、を備える。工具寿命日時予測手段は、工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した工具の寿命である工具寿命値と、運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、工具が工具寿命値に到達する日時である工具寿命日時を、工具群中の工具について予測する。工具交換日時予測手段は、工具群中の工具について、運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、工具が工具寿命日時に到達したときに、工具群中の他の工具のうち寿命による交換が許容される工具を同時交換可能工具として抽出する。予測情報出力手段は、工具群中の工具について、工具の種類と、工具寿命日時と、同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部に表示する。
本発明にかかる数値制御装置は、より適切な工具の交換時期をオペレータに提示することができるという効果を奏する。
実施の形態１にかかる数値制御装置の機能構成の一例を模式的に示すブロック図 実施の形態１による工具寿命および交換許容値の入力画面の一例を示す図 実施の形態１による数値制御装置での工具寿命日時予測処理の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１による工具寿命の算出方法の一例を示す図 実施の形態１による数値制御装置での交換予測情報の生成処理の手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１による各工具に予備工具がセットされている場合における同時交換可能な工具が最大数となる工具交換日時の算出方法の一例を示す図 実施の形態１による交換予測通知画面の画面データの一例を示す図 実施の形態１による予備工具が備わっている場合における交換予測情報の通知に関する画面データの一例を示す図 実施の形態１による交換予測情報の通知に関する画面データの他の例を示す図 実施の形態２にかかる数値制御装置の機能構成の一例を模式的に示すブロック図 実施の形態１，２にかかる数値制御装置のハードウェア構成の一例を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置、機械学習装置および数値制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる数値制御装置の機能構成の一例を模式的に示すブロック図である。数値制御装置１は、工具を使って加工対象物である加工ワークを加工するための指令を、工作機械を駆動する駆動部７０に対して送る装置である。工作機械は、複数の工具を用いて加工ワークを加工することができる装置である。旋盤およびマシニングセンタは工作機械の一例である。工作機械には駆動部７０が設けられ、駆動部７０は数値制御装置１と接続される。
駆動部７０の例は、加工ワークを回転させながら、工具を駆動する駆動機構である。一例として、水平面に垂直な方向をＺ軸とし、水平面内にＸ軸を取り、Ｘ軸とＺ軸とに垂直な方向をＹ軸とする。工具の駆動方向は、例えばＸ軸方向とＺ軸方向との２方向である。なお、軸方向は装置構成によるので、軸方向は上記方向に限定されない。
駆動部７０は、数値制御装置１での計算に用いられる座標系上の各軸方向に工具を移動させるサーボモータ７１，７２と、サーボモータ７１，７２のそれぞれの位置および速度を検出する検出器８１，８２とを備えている。また、駆動部７０は、数値制御装置１からの指令に基づいて、Ｘ軸のサーボモータ７１およびＺ軸のサーボモータ７２のそれぞれを制御するＸ軸サーボ制御部９１およびＺ軸サーボ制御部９２を備えている。Ｘ軸サーボ制御部９１およびＺ軸サーボ制御部９２は、検出器８１，８２からの位置および速度に基づいて、それぞれサーボモータ７１，７２へのフィードバック制御を行う。
Ｘ軸サーボ制御部９１は、Ｘ軸のサーボモータ７１を制御することによって工具のＸ軸方向の動作を制御し、Ｚ軸サーボ制御部９２は、Ｚ軸のサーボモータ７２を制御することによって工具のＺ軸方向の動作を制御する。なお、工作機械が２つ以上の刃物台を備えていてもよい。この場合、駆動部７０は、１つの刃物台毎に、１組のＸ軸サーボ制御部９１、Ｚ軸サーボ制御部９２、Ｘ軸のサーボモータ７１、Ｚ軸のサーボモータ７２、および検出器８１，８２を備える。なお、ここでは、Ｘ軸サーボ制御部９１およびＺ軸サーボ制御部９２とＸ軸およびＺ軸のサーボモータ７１，７２とを説明したが、工作機械の構成によってはＸ軸およびＺ軸以外のサーボ制御部とサーボモータとを備えていてもよい。また、工作機械の構成によって３軸以上のサーボ制御部とサーボ装置とを備える場合もある。
また、駆動部７０は、加工ワークを回転させるための主軸を回転させる主軸モータ７５と、主軸モータ７５の位置および回転数を検出する検出器８５と、を備えている。検出器８５が検出する回転数は、主軸モータ７５の回転数に対応している。
また、駆動部７０は、数値制御装置１からの指令に基づいて、主軸モータ７５を制御する主軸制御部９５を備えている。主軸制御部９５は、検出器８５からの位置および回転数に基づいて、主軸モータ７５へのフィードバック制御を行う。なお、主軸制御部９５、主軸モータ７５は工作機械の構成によって２軸以上である場合もある。
数値制御装置１は、入力操作部１０と、表示部２０と、ユーザによる入力操作にしたがって工作機械の制御を行う制御演算部３０と、を備える。
入力操作部１０は、オペレータによる制御演算部３０に対する情報の入力操作を受け付ける入力装置である。キーボード、ボタンまたはマウスは、入力操作部１０の一例である。本実施の形態では、オペレータによって、入力操作部１０から、加工プログラム、運転スケジュール、工具の寿命摩耗量および摩耗補正量を含む各種の入力情報が入力される。
表示部２０は、制御演算部３０によって処理された情報を表示画面に表示する表示装置である。液晶表示装置は、表示部２０の一例である。
なお、入力操作部１０および表示部２０は、ネットワークを介して接続された入力装置および表示装置であってもよいし、ネットワークを介して接続されたコンピュータの入力装置および表示装置であってもよい。また、入力操作部１０および表示部２０は、これらが一体的に構成されるタッチパネルであってもよい。この場合、入力操作部１０の一部の機能が、表示部２０に配置される。
制御演算部３０は、ＮＣ（Numerical Control）プログラムまたはラダープログラムを用いて駆動部７０を制御する。制御演算部３０は、入力制御部３１と、データ設定部３２と、記憶部３３と、機械制御信号処理部３４と、加工プログラム解析処理部３５と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）３６と、補間処理部３７と、加減速処理部３８と、軸データ出力部３９と、画面処理部４０と、を有する。
入力制御部３１は、入力操作部１０から入力情報を受け取る。本実施の形態では、入力制御部３１は、摩耗補正量の変更を検出し、記憶部３３に摩耗補正量変更情報を書き込む摩耗補正量変更検出手段３１１を有する。摩耗補正量変更検出手段３１１は、オペレータによって入力操作部１０から工具の摩耗補正量が入力された場合に、前回の摩耗補正量から新たな摩耗補正量を入力するまでの工具の使用時間または使用回数と、入力された摩耗補正量との組と、を含む摩耗補正量変更情報を記憶部３３の工具寿命データ記憶エリア３３５に書き込む。加工プログラムは、未使用の状態の工具を用いて加工を行うことを前提に作成される。そのため、工具が使用され摩耗してくると、加工プログラムを実行した際に、摩耗した分だけ工具の先端の位置がずれてしまう。そこで、摩耗前の工具の先端と摩耗後の工具の先端とのオフセット量である摩耗補正量を用いて、加工プログラムを実行する際に、工具の先端の位置が補正される。摩耗補正量は、工具が寿命になるまでの間、オペレータによって更新される。
データ設定部３２は、入力制御部３１で入力された入力情報を記憶部３３に記憶させる。すなわち、入力情報は、入力制御部３１およびデータ設定部３２を介して記憶部３３に書き込まれる。
記憶部３３は、パラメータ記憶エリア３３１、加工プログラム記憶エリア３３２、画面表示データ記憶エリア３３３、共有エリア３３４、工具寿命データ記憶エリア３３５および運転スケジュール記憶エリア３３６を有する。
パラメータ記憶エリア３３１には、制御演算部３０の処理で使用されるパラメータなどが格納される。具体的には、パラメータ記憶エリア３３１には、数値制御装置１を動作させるための制御パラメータ、サーボパラメータなどが格納される。
加工プログラム記憶エリア３３２には、加工ワークの加工に用いられるＮＣプログラムなどの加工プログラムが格納される。加工プログラムは、入力操作部１０からオペレータによって入力される。
画面表示データ記憶エリア３３３には、表示部２０で表示される画面表示データが格納される。画面表示データは、表示部２０に情報を表示するためのデータである。
共有エリア３３４は、一時的に使用されるデータを格納し、ワークスペースとして使用される。
工具寿命データ記憶エリア３３５には、工具寿命の予測に用いられる入力制御部３１によって書き込まれたデータおよび工具寿命の予測処理の結果算出されたデータを含む工具寿命データが格納される。工具寿命データは、工具の種類ごとに、寿命摩耗量Ａmax、交換許容値、摩耗補正量変更情報、工具寿命値、工具寿命日時、同時交換可能工具種類などを含む。
ここで、寿命摩耗量Ａmaxは、工具寿命の判定を行う際の基準値である。具体的には、寿命摩耗量Ａmaxは、工具の摩耗量が寿命摩耗量限界に到達したときに、工具寿命であると判定する値である。また、交換許容値は、寿命に達していない工具において、交換可能とする工具寿命の値であって、寿命摩耗量Ａmaxと同じ値またはそれよりも小さい値である。工具寿命の値は、摩耗量、使用時間または使用回数で規定される。摩耗補正量変更情報は、今までに入力された、工具の使用時間または使用回数と摩耗補正量との組である。工具寿命値は、後述する機械制御信号処理部３４の工具寿命日時予測手段３４１によって算出される工具の寿命の値であり、摩耗量、使用時間または使用回数で示される。工具寿命日時は、同じく工具寿命日時予測手段３４１によって算出される工具が寿命となる日時である。同時交換可能工具種類は、工具寿命日時になったときに同時に寿命による交換が許容される工具の種類である。
運転スケジュール記憶エリア３３６には、対象工作機械の製品の加工順番と生産個数とを指示したデータである運転スケジュールが格納される。加工順番は、生産に使用される加工プログラムの呼び出し順番のことである。生産個数は、順番に呼び出された加工プログラムの実行回数を示す。加工プログラムの実行回数は、生産個数に対応する。この運転スケジュールは、加工プログラムと同様に入力操作部１０からオペレータによって記憶部３３の運転スケジュールに入力される。なお、運転スケジュールは数値制御装置１にネットワークなどを介して接続された上位コンピュータからダウンロードされるものであってもよい。生産管理コンピュータは、上位コンピュータの一例である。
機械制御信号処理部３４は、ＰＬＣ３６に接続されており、ＰＬＣ３６から、工作機械を動作させるリレーなどの信号情報を受け付ける。機械制御信号処理部３４は、受け付けた信号情報を、記憶部３３の共有エリア３３４に書き込む。これらの信号情報は、加工運転時に補間処理部３７によって参照される。また、機械制御信号処理部３４は、加工プログラム解析処理部３５によって共有エリア３３４に補助指令が出力されると、この補助指令を共有エリア３３４から読み出してＰＬＣ３６に送る。補助指令は、サーボモータ７１，７２または主軸モータ７５を動作させる指令以外の機械動作を指示する指令である。ＭコードまたはＴコードは、補助指令の一例である。
さらに、機械制御信号処理部３４は、工具寿命日時予測手段３４１と、工具交換日時予測手段３４２と、を有する。工具寿命日時予測手段３４１は、工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した工具の寿命である工具寿命値と、運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、工具が工具寿命値に到達する日時である工具寿命日時を、工具群中の前記工具について予測する。
摩耗量を用いて工具寿命日時を算出する場合には、工具寿命日時予測手段３４１は、記憶部３３の工具寿命データ記憶エリア３３５を参照し、工具の使用時間または使用回数に対する摩耗補正量の変化量αを算出する。また、工具寿命日時予測手段３４１は、摩耗補正量の変化量αを算出した後、摩耗補正量の変化量αと工具の寿命摩耗量とから、計算時から工具寿命値に達するまでの工具の残使用時間または残使用回数を算出する。
さらに、工具寿命日時予測手段３４１は、運転スケジュール記憶エリア３３６中の運転スケジュールおよび加工プログラム記憶エリア３３２中の加工プログラムを参照して、残使用時間または残使用回数に基づいて、設定されている運転スケジュールにしたがって加工を行った場合の工具の寿命摩耗量に達する日時である工具寿命日時を予測する。一例では、工具寿命日時は年、月、日、時、分を用いて表される。工具寿命日時予測手段３４１は、工作機械に設けられるすべての工具について工具寿命日時を予測する。
工具交換日時予測手段３４２は、運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、工具が工具寿命日時に到達したときに、工具寿命日時が予測された工具以外の他の工具のうち寿命による交換が許容される工具を同時交換可能工具として抽出する。具体的には、工具交換日時予測手段３４２は、予測された工具寿命日時のタイミングで、工具寿命日時が予測された工具以外の使用時間または使用回数が交換許容値に達している工具である同時交換可能工具を抽出する。
ここでは、設定されている運転スケジュールにしたがって、予測された工具の工具寿命日時まで加工を行ったものとして計算された工具の使用時間または使用回数と、交換許容値と、が比較される。工具交換日時予測手段３４２は、工作機械に設けられるすべての工具の工具寿命日時のタイミングにおける同時交換可能工具を抽出する。なお、同時交換可能工具の抽出に当たり、既に工具寿命に達している工具については、同時交換可能工具には含めないものとする。
そして、工具交換日時予測手段３４２は、工具の種類に、使用時間または使用回数、工具寿命日時および同時交換可能工具の種類を対応付けて保存する。以下では、運転スケジュールに対して、工具の種類、工具の使用時間または使用回数、工具寿命日時および同時交換可能工具の種類を対応付けた情報を、交換予測情報という。一例では、工具寿命データ記憶エリア３３５の工具寿命データに交換予測情報は保存される。また、工具交換日時予測手段３４２は、最も同時交換可能工具が多くなる工具寿命日時と、最も早い工具寿命日時と、を抽出する。抽出された最も同時交換可能工具の数が多くなる工具寿命日時と、最も早い工具寿命日時と、は、例えば交換予測情報中にフラグが付される。
なお、数値制御装置１が寿命になった工具を予備工具に交換することができる予備工具交換機能を備え、工作機械に予備工具がセットされている場合においても工具寿命日時の算出および同時交換可能工具の抽出は可能である。この場合には、予備工具を有する種類の工具については予備工具を含めた残使用時間を用いて工具寿命日時が予測され、予備工具を含めた工具の使用時間または使用回数と交換許容値とが比較される。
加工プログラム解析処理部３５は、記憶部３３の加工プログラム記憶エリア３３２から加工プログラムを読み出し、加工プログラムの各ブロックについて解析処理を行う。加工プログラムは、入力操作部１０からオペレータによって選択される。加工プログラム解析処理部３５は、解析したブロックにＧコード以外のＴコード、ＳコードまたはＭコードが含まれていれば、解析結果を記憶部３３および機械制御信号処理部３４経由でＰＬＣ３６へ渡す。加工プログラム解析処理部３５は、解析した行にＧコードが含まれていれば、解析結果を補間処理部３７に出力する。Ｇコードは、軸移動などに関する指令であり、Ｔコードは、工具交換などに関する指令であり、Ｓコードは、主軸モータ７５の回転数に関する指令であり、Ｍコードは、機械動作に関する指令である。また、加工プログラム解析処理部３５は、運転スケジュールに含まれる加工プログラムを解析し、工具の使用時間または使用回数を算出する。
ＰＬＣ３６は、ＰＬＣ３６が実行する機械動作が記述されたラダープログラムを格納している。ＰＬＣ３６は、補助指令であるＴコードまたはＭコードを受け付けると、ラダープログラムに従って補助指令に対応する処理を実行する。すなわち、コンベア、クーラントのオンまたはオフなどの工作機械の機構を動作させる。ＰＬＣ３６は、補助指令に対応する処理を実行した後、加工プログラムの次のブロックを実行させるために、機械制御が完了したことを示す完了信号を機械制御信号処理部３４に送る。
補間処理部３７は、加工プログラム解析処理部３５から解析結果である位置指令を受け取り、位置指令に対する補間処理を行い、補間処理の結果である移動量を加減速処理部３８へ供給する。
加減速処理部３８は、補間処理部３７から供給された補間処理の結果に対して加減速処理を行う。加減速処理部３８は、Ｘ軸、Ｚ軸に関する加減速処理結果を軸データ出力部３９に出力する。
軸データ出力部３９は、入力された加減速処理結果を、Ｘ軸サーボ制御部９１、Ｚ軸サーボ制御部９２を介してサーボモータ７１，７２に出力する。主軸に対しては、加減速処理なしでステップ指令が出力される。
画面処理部４０は、記憶部３３の画面表示データ記憶エリア３３３に格納された画面表示データを表示部２０に表示させる制御を行う。一例では、画面処理部４０は、工具の寿命摩耗量Ａmax、交換許容値、摩耗補正量をオペレータに入力させるための画面表示データを表示部２０に表示させる。また、画面処理部４０は、工具交換日時予測手段３４２で予測された交換予測情報を表示部２０に表示させる制御を行う。
図２は、実施の形態１による工具寿命および交換許容値の入力画面の一例を示す図である。図２の工具寿命および交換許容値の入力画面４１０では、使用時間、使用回数および摩耗量のいずれかで、工具の寿命設定値および交換許容値が入力できるようになっている。寿命設定値および交換許容値は、工具種類を示す工具番号ごとに入力される。
使用時間の入力領域４１１では、「使用時間」、「寿命設定値」および「交換許容値」が項目として設けられる。「使用時間」は、工作機械に装着されている工具の未使用の状態から入力画面４１０が表示されるまでの間の使用時間を示す。「寿命設定値」は、オペレータによって入力される工具の寿命となる使用時間を示す。「交換許容値」は、オペレータによって入力される交換してもよい工具の使用時間を示す。交換許容値の値は、寿命設定値以下の数値となる。「使用時間」、「寿命設定値」および「交換許容値」に対応する値は、工具の種類を識別する工具識別情報毎に入力される。工具番号は、工具識別情報の一例である。
使用回数の入力領域４１２では、「使用回数」、「寿命設定値」および「交換許容値」が項目として設けられる。「使用回数」は、工作機械に装着されている工具の未使用の状態から入力画面４１０が表示されるまでの間の使用回数を示す。「寿命設定値」は、オペレータによって入力される工具の寿命となる使用回数を示す。「交換許容値」は、オペレータによって入力される交換してもよい工具の使用回数を示す。交換許容値の値は、寿命設定値以下の数値となる。「使用回数」、「寿命設定値」および「交換許容値」に対応する値は、工具の種類を識別する工具識別情報毎に入力される。
摩耗量の入力領域４１３では、「寿命設定値」および「交換許容値」が項目として設けられる。「寿命設定値」は、オペレータによって入力される工具の寿命となる摩耗量を示す。「交換許容値」は、オペレータによって入力される交換してもよい工具の摩耗量を示す。交換許容値の値は、寿命設定値以下の数値となる。
図１に戻り、画面処理部４０は、工具について、工具の種類と、工具寿命日時と、同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部２０に表示する予測情報出力手段４０１を有する。予測情報出力手段４０１は、記憶部３３の工具寿命データ記憶エリア３３５の工具寿命データを参照し、工作機械に設けられる工具について工具の交換日時を一覧表示した交換予測情報を表示部２０に表示させる。交換予測情報は、運転スケジュール、工作機械に設けられる工具の種類、工具寿命日時および同時交換可能工具の種類を含む。予測情報出力手段４０１は、交換予測情報を表示部２０に表示させる際に、交換予測情報を工具寿命日時が早いものから順番に工具の種類を並び替えて表示させたり、また交換可能工具の数が最大となる工具寿命日時と、最も早い工具寿命日時と、を強調表示させたりしてもよい。
次に、このような構成の数値制御装置１における数値制御方法について説明する。図３は、実施の形態１による数値制御装置での工具寿命日時予測処理の手順の一例を示すフローチャートである。一例では、この工具寿命日時予測処理は、記憶部３３の運転スケジュール記憶エリア３３６に運転スケジュールが格納されている状態で、オペレータによって新たな摩耗補正量が入力された場合に開始される。
工具寿命日時予測処理が開始されると、加工プログラム解析処理部３５は、記憶部３３の運転スケジュール記憶エリア３３６に格納されている運転スケジュールを読み込む（ステップＳ１１）。このとき、工具寿命日時予測処理の対象となる工具は、工作機械に設けられる工具である。ただし、少なくとも運転スケジュールで使用される工具からなる群に含まれる工具が、工具寿命日時予測処理の対象となっていればよい。
ついで、機械制御信号処理部３４の工具寿命日時予測手段３４１は、記憶部３３の工具寿命データ記憶エリア３３５に記憶されている今までに入力された摩耗補正量とそのときの工具の使用時間または使用回数との組である摩耗補正量変更情報を取得し、工具の使用時間または使用回数に対する摩耗補正量の変化量αを算出する（ステップＳ１２）。オペレータによって工具の寸法を計測した結果、摩耗補正量は入力される。
図４は、実施の形態１による工具寿命の算出方法の一例を示す図である。図４において、横軸は工具の使用時間または使用回数であり、縦軸は工具の摩耗量である。図４を用いた説明では、横軸が使用時間である場合に工具寿命値を求める場合を例に挙げる。
図４では、使用時間がａ，ｂ，ｃのときに、摩耗補正量が変更されるものとする。使用時間が０のときの摩耗補正量は０である。また、使用時間がａのときの摩耗補正量はＣａであり、使用時間がｂのときの摩耗補正量はＣｂである。そして、摩耗補正量Ｃｃがオペレータによって設定されたものとする。
このとき、工具寿命日時予測手段３４１は、使用時間ａ，ｂのときの摩耗補正量Ｃａ，Ｃｂを取得する。また、工具寿命日時予測手段３４１は、摩耗補正量Ｃｂが設定された使用時間ｂから摩耗補正量Ｃｃが設定される使用時間ｃまでの間の工具の使用時間Δｕを取得する。そして、使用時間ｂに使用時間Δｕを足したものを、摩耗補正量Ｃｃが設定されたときの使用時間ｃとする。図４の座標（ａ，Ｃａ）における点をＰａとし、座標（ｂ，Ｃｂ）における点をＰｂとし、座標（ｃ，Ｃｃ）における点をＰｃとしたときに、原点を通り、使用時間に対してそれぞれの摩耗補正量を近似する近似直線Ｌ１が計算される。近似直線Ｌ１の傾きが使用時間に対する摩耗補正量の変化量αとなる。以下では、αを単に摩耗補正量の補正量という。
図３に戻り、その後、工具寿命日時予測手段３４１は、工具の使用時間または使用回数に対する摩耗補正量の変化量αと寿命摩耗量Ａmaxとによって、寿命摩耗量Ａmaxに到達する工具寿命時間Ｔまたは工具寿命回数Ｃを算出する（ステップＳ１３）。寿命摩耗量Ａmaxは、記憶部３３の工具寿命データ記憶エリア３３５に格納されている。図４では、寿命摩耗量の値Ａmaxを有し、横軸に平行な直線Ｌ２が近似直線Ｌ１と交わる点Ｐ１の横軸の座標値が工具寿命時間Ｔとなる。なお、図４の説明では、横軸が使用時間である場合を例に挙げたが、横軸が使用回数である場合には、上記の説明で使用時間を使用回数と読み替えればよい。これによって、工具寿命回数Ｃが求められる。
その後、工具寿命日時予測手段３４１は、算出した工具寿命時間Ｔまたは工具寿命回数Ｃから現在の工具の使用時間または使用回数を引いた残使用時間または残使用回数を算出する（ステップＳ１４）。ここで現在の工具の使用時間または使用回数は、図４の場合には、摩耗補正量Ｃｃが入力された時点のｃである。
ついで、工具寿命日時予測手段３４１は、記憶部３３の運転スケジュール記憶エリア３３６に格納された運転スケジュールから、運転予定の加工プログラムを解析し、運転予定の各加工プログラムでの工具の使用時間または使用回数を算出する（ステップＳ１５）。運転スケジュールは、加工プログラム解析処理部３５によって解析され、運転スケジュール記憶エリア３３６に格納されたものである。
また、工具寿命日時予測手段３４１は、ステップＳ１４で算出した工具寿命値に達するまでの残使用時間または残使用回数と、ステップＳ１５で算出した運転予定の各加工プログラムでの工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、各工具が工具寿命値に達する日時である工具寿命日時を算出する（ステップＳ１６）。以上によって、工具寿命日時予測処理が終了する。
なお、図３は、工具の摩耗量を用い工具寿命日時予測処理の一例を示しているが、工具の使用時間または使用回数を用いて、工具寿命日時を予測することも可能である。例えば、寿命摩耗量Ａmaxが０の場合、すなわちオペレータによって寿命摩耗量Ａmaxが設定されなかった場合には、オペレータによって設定された使用時間または使用回数の寿命設定値を用いて、寿命に達するまでの工具寿命時間Ｔ’または工具寿命回数Ｃ’が算出される。この場合には、数値制御装置１でカウントされる工具の累積の使用時間または使用回数が用いられる。具体的には、ステップＳ１２からステップＳ１３の処理に代えて、設定された工具の使用時間または使用回数で規定された寿命設定値を工具寿命値である工具寿命時間Ｔ’または工具寿命回数Ｃ’とする。そして、工具寿命時間Ｔ’または工具寿命回数Ｃ’と、数値制御装置１で取得した工具の使用時間または使用回数と、の差から工具寿命値までの残りの使用時間または使用回数である残使用時間または残使用回数を算出する処理が実行される。
次に、交換予測情報の生成処理について説明する。図５は、実施の形態１による数値制御装置での交換予測情報の生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。この交換予測情報の生成処理は、例えば、工具寿命日時予測手段３４１で工具寿命日時予測処理が完了した場合に開始される。このとき、交換予測情報の生成処理の対象となる工具は、工作機械に設けられる工具である。ただし、少なくとも運転スケジュールで使用される工具からなる群に含まれる工具が、交換予測情報の生成処理の対象となっていればよい。
工具の交換タイミング予測処理が開始されると、機械制御信号処理部３４の工具交換日時予測手段３４２は、各工具に予備工具がセットされているかを確認する（ステップＳ３１）。各工具に予備工具がセットされている場合（ステップＳ３１でＹｅｓの場合）には、工具交換日時予測手段３４２は、予備工具がセットされている工具に対して、予備工具の工具寿命日時を含めた工具寿命日時を算出する（ステップＳ３２）。
その後、またはステップＳ３１で各工具に予備工具がセットされていない場合（ステップＳ３１でＮｏの場合）には、工具交換日時予測手段３４２は、交換予測情報に工具と工具寿命日時とを対応付けたレコードを登録し、工具寿命日時が早い順に交換予測情報のレコードをソートする（ステップＳ３３）。なお、工具がセットされている場合の寿命日時は、予備工具の工具寿命日時を含めた工具寿命日時である。
また、工具交換日時予測手段３４２は、交換予測情報中から１つのレコードを選択する（ステップＳ３４）。工具交換日時予測手段３４２は、選択した１つのレコードの工具が工具寿命日時に到達したときの他の工具の使用時間または使用回数を算出し、工具寿命データ記憶エリア３３５に格納されている交換許容値を超えている工具を抽出する（ステップＳ３５）。なお、このとき選択された工具の工具寿命日時よりも早く工具寿命日時が来る工具については、交換許容値を超えている工具としないようにしてもよい。そして、工具交換日時予測手段３４２は、抽出された工具を、選択されたレコードの工具の同時交換可能な工具として、交換予測情報に登録する（ステップＳ３６）。
その後、工具交換日時予測手段３４２は、交換予測情報中のすべてのレコードを選択したかを判定し（ステップＳ３７）、すべてのレコードを選択していない場合（ステップＳ３７でＮｏの場合）には、ステップＳ３４に戻る。そして、ステップＳ３５とＳ３６の処理を、交換予測情報中のすべてのレコードについて実施する。
その後、交換予測情報中で最も早い工具寿命日時となる工具と、同時交換可能な工具の数が最も多い工具と、を抽出し、交換予測情報に登録する（ステップＳ３８）。一例では、交換予測情報中に、最も早い工具寿命日時となる工具と、同時交換可能な工具の数が最も多い工具と、を示すフラグが立てられる。交換予測情報は運転スケジュールを含めて、工具寿命データ記憶エリア３３５の工具寿命データに保存される。
ついで、画面処理部４０の予測情報出力手段４０１は、記憶部３３の工具寿命データ記憶エリア３３５から交換予測情報を取得し、交換予測情報から工作機械に設けられる工具の種類と、工具寿命日時と、同時交換可能な工具の数と、を含めたリスト形式の画面データを生成し、表示部２０に表示する（ステップＳ３９）。このように交換予測情報の内容を示す画面データを以下では、交換予測通知画面という。このとき、画面処理部４０は、交換予測情報を、工具寿命日時が早い方から順にレコードを並べ替えた交換予測通知画面を、表示部２０に表示してもよい。また、画面処理部４０は、ステップＳ３６で登録された最も早い工具寿命日時となる工具と、同時交換可能な工具の数が最も多い工具と、が、強調表示などの他の情報と異なる方法で表示されるようにしてもよい。
このように交換予測情報を表示することで、設定された運転スケジュールの下で稼働中の工作機械に設けられる工具を使用し続けるという条件下で、同時に交換可能な工具の数が最大となる工具交換の日時をオペレータに提供することができる。また、このように表示されたリストに基づいてオペレータが工具を交換することで、設定された運転スケジュールの下で稼働中の工作機械に設けられる工具を使用し続けるという条件下で、同時に交換可能な工具の数が最大となるように工具を交換することができる。その結果、段取り時間を減少させることができる。以上によって、交換予測情報の生成処理が終了する。
図６は、実施の形態１による各工具に予備工具がセットされている場合における同時交換可能な工具が最大数となる工具交換日時の算出方法の一例を示す図である。図６において、横軸は工具の使用時間または使用回数であり、縦軸は工具の摩耗量である。図６を用いた説明では、横軸が使用時間である場合に最大数の工具交換日時を求める場合を例に挙げる。
図６において、３本の工具Ｘ，Ｙ，Ｚに対し、それぞれ１本の予備工具Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’がセットされているものとし、寿命摩耗量はすべてＡmaxであるとする。また、工具寿命日時予測手段３４１により算出した工具Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｚの工具寿命日時をそれぞれＴX，ＴX’，ＴY，ＴZとする。工具寿命日時は、ＴX，ＴY，ＴZの順で長くなり、ＴXとＴX’とは同じであるものとする。
工具Ｘの工具寿命日時ＴXにおける交換許容値を超えた同時交換可能な工具は、工具Ｘのみとなる。工具Ｙの工具寿命日時ＴYにおける交換許容値を超えた同時交換可能な工具は、工具Ｘと工具Ｙとなる。ただし、このとき、工具Ｘは既に工具寿命となっているが、工具Ｘを交換せずに、予備工具Ｘ’を用いて処理を行うものとしている。以下でも同様である。工具Ｘ’の工具寿命日時ＴX’における交換許容値を超えた同時交換可能な工具は、工具Ｘ，Ｙ，Ｘ’，Ｚとなる。ただし、このとき、工具Ｙは既に工具寿命となっているが、工具Ｙを交換せずに、予備工具Ｙ’を用いて処理を行うものとしている。以下でも同様である。工具Ｚの工具寿命日時ＴZにおける交換許容値を超えた同時交換可能な工具は、工具Ｘ，Ｙ，Ｘ’，Ｚとなる。このとき、予備工具Ｘ’の摩耗量は、寿命摩耗量Ａmaxに到達してしまっている。
工具交換日時予測手段３４２によって、全工具の工具寿命日時ＴX，ＴX’，ＴY，ＴZにおける交換許容値を超えた同時交換可能な工具数は、それぞれ１本、４本、２本、４本と求められる。そして、各工具寿命日時における同時交換可能な工具数に関する情報が交換予測情報に登録されることで、同時交換可能な工具の最大数を求めることができる。
工具寿命日時Ｔxにおいて工具Ｘのみを交換せずに予備工具Ｘ’を用い、工具寿命日時Ｔy以降は工具Ｙから予備工具Ｙ’へ使用工具を変更し、工具寿命日時Ｔx’において工具Ｘ，Ｙ，Ｘ’，Ｚの４本を交換する場合に、同時交換可能な工具数が最大となるように工具交換を実現することができる。なお、図６の説明では、全工具Ｘ，Ｘ’，Ｙ，Ｙ’，Ｚ，Ｚ’の寿命摩耗量Ａmaxおよび交換許容値が同一の値である場合を例に挙げたが、実施の形態はこれに限定されない。工具毎に寿命摩耗量Ａmaxおよび交換許容値が異なる値の場合であっても、同様の計算によって同時交換可能な工具数が最大となるように工具交換を実現する時期を求めることができる。
次に、交換予測情報の通知に関する画面データの例について説明する。図７は、実施の形態１による交換予測通知画面の画面データの一例を示す図である。工具の交換予測通知画面４２０には、運転スケジュール表示領域４２１と、寿命算出方法選択用プルダウンメニュー４２２と、工具番号表示領域４２３と、予備工具表示領域４２４と、使用時間表示領域４２５と、工具寿命値表示領域４２６と、交換許容値表示領域４２７と、寿命到達日時表示領域４２８と、同時交換工具番号表示領域４２９と、設定値表示領域４３０と、が配置される。
運転スケジュール表示領域４２１には、選択された運転スケジュール名が表示される。一例では、運転スケジュール表示領域４２１には、記憶部３３の運転スケジュール記憶エリア３３６に格納されているファイル名が表示される。
寿命算出方法選択用プルダウンメニュー４２２は、オペレータによる寿命算出方法の選択を受け付ける。寿命算出方法は、工具寿命値として摩耗量、使用時間および使用回数のうちのどれを用いるかを示すものである。ここで選択された寿命算出方法によって算出されたデータが工具の交換予測通知画面４２０に表示される。図７では、オペレータが寿命算出方法選択用プルダウンメニュー４２２にて摩耗量算出を選択した場合が示されている。
工具番号表示領域４２３には、工作機械に設けられる工具を識別する工具番号が表示される。予備工具表示領域４２４には、工具番号表示領域４２３に表示されている工具に対して予備工具が備わっている場合に、予備工具の工具番号が表示される。なお、予備工具が備わっていない場合は、「なし」と表示される。使用時間表示領域４２５には、工具の使用時間が表示される。工具寿命値表示領域４２６には、工具寿命日時予測手段３４１によって算出される工具寿命時間Ｔまたは工具寿命回数Ｃが表示される。なお、使用予定がない工具の工具寿命値表示領域４２６には、「未定」と表示される。
交換許容値表示領域４２７には、工具寿命日時予測手段３４１によって使用時間に換算された工具の交換許容値が表示される。交換許容値が設定されていない工具の交換許容値表示領域４２７には、「未定」と表示される。寿命到達日時表示領域４２８には、工具交換日時予測手段３４２によって算出される寿命到達日時が表示される。また、最も早い工具寿命日時となるデータは、強調表示される。
同時交換工具番号表示領域４２９には、寿命到達日時において同時交換可能工具の工具番号が表示される。また、同時交換可能工具の数が最多となるデータは、強調表示される。なお、同時交換可能工具がない場合には同時交換工具番号表示領域４２９に「なし」と表示される。また、運転スケジュールにて、使用予定がない工具に対しては、寿命到達日時表示領域４２８および同時交換工具番号表示領域４２９には、ともに「未定」と表示される。
設定値表示領域４３０には、各工具の寿命摩耗量と交換許容値とが寿命算出方法選択用プルダウンメニュー４２２で選択された内容にしたがって表示される。
図７に示されるように、交換予測情報は、寿命到達日時が早い順にソートしたものがリスト表示される。また、交換予測情報中で最も早い工具寿命日時となる工具の寿命到達日時と、同時交換可能な工具の数が最も多い工具の同時交換工具番号と、が強調表示される。ここでは、背景色が他の情報と異なるように表示される例が示される。
なお、図７では、工具番号２の工具が寿命到達日時に到達するときに、工具番号３，５の工具の使用時間が交換許容値を超えるものとしている。そのため、工具番号２の同時交換工具番号には、工具番号３，５が記載されている。
さらに、工具番号５の工具が寿命到達日時に到達するときに、工具番号３，４，６の工具の使用時間が交換許容値を超えるものとしている。そのため、工具番号５の同時交換工具番号には、工具番号３，４，６が記載されている。ここで、同時交換工具番号４２９として複数の工具が同時交換可能な工具として表示されている工具については、寿命到達日時が早い工具と同時交換されなかった場合に、次に寿命に達する工具と同時交換可能であることを示している。例えば、図７において工具番号３の工具は、工具番号２の工具と同時交換されなかった場合に、工具番号５の工具と同時交換可能であることを示している。なお、工具番号３の工具を工具番号２の工具ではなく工具番号５の工具と同時に交換することで、工具番号２の工具の交換時と比べて工具番号３の工具が寿命時間に近付くまで使用することができる。
図８は、実施の形態１による予備工具が備わっている場合における交換予測情報の通知に関する画面データの一例を示す図である。図８では、工具番号２の工具に予備工具番号１２の工具が備わっており、工具番号２の工具の寿命到達日時表示領域４２８には、工具番号２の工具の寿命日時に対して予備工具である予備工具番号１２の工具の寿命日時を含めた寿命日時が表示される。また、図８のように、工具番号５，３，６，４および予備工具番号１２の工具および予備工具の寿命到達日時において、予備工具が備わった工具番号２の工具が寿命に到達している場合、同時交換工具番号表示領域４２９には工具番号を括弧付きで表示している。この例では、「（２）」と表示することで、任意のタイミングで工具番号２の工具の交換が可能であることが示されている。ここで、工具番号５の工具の寿命到達時には、工具番号５の工具と交換許容値を超えた工具番号３，４，６の工具に加えて、工具番号２の工具も同時に工具交換を行うことで、工具番号２の工具の寿命到達時に発生する工具交換作業が不要となる。
また、図８では、交換予測情報中で最も早い工具寿命日時となる工具と、同時交換可能な工具の数が最も多い工具と、が一致している。すなわち、図８の例では、工具番号５の工具が、交換予測情報中で最も早い工具寿命日時となる工具であり、同時交換可能な工具の数が最も多い工具である。しかし、交換予測情報中で最も早い工具寿命日時となる工具と、同時交換可能な工具の数が最も多い工具と、が一致しない場合もある。このような場合には、最も早い工具寿命日時に、その対象となる工具を交換し、ついで同時交換可能な工具の数が最も多い工具の工具寿命到達日時に、同時交換可能な工具を交換することで、工具交換作業を効率化することができる。したがって、同時交換可能工具の数が最大となるとともに、数値制御装置１の段取り時間を最小化することができる。ただし、最も早い工具寿命日時となる工具について、寿命到達日時および同時交換工具番号が表示される際には、他の工具についても寿命到達日時および同時交換工具番号が表示されている。
図９は、実施の形態１による交換予測情報の通知に関する画面データの他の例を示す図である。図９の工具の交換予測通知画面４２０の構成は、図８と基本的に同じであるので、図８と異なる部分について説明する。図９では、オペレータが寿命算出方法選択用プルダウンメニュー４２２にて時間算出を選択した場合が示されている。また、工具寿命値表示領域４２６には、オペレータが入力した寿命設定値である寿命時間から使用時間を引いた残寿命時間が表示される。さらに、図９では、交換許容値表示領域４２７にオペレータが入力した時間による交換許容値が表示される。
実施の形態１にかかる数値制御装置１では、工具寿命日時予測手段３４１が、工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した工具の寿命である工具寿命値と、運転スケジュールに含まれる加工プログラムでの工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、工具が工具寿命値に到達する日時である工具寿命日時を予測する。また、工具交換日時予測手段３４２は、運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、工具が工具寿命日時に到達したときに、他の工具のうち寿命による交換が許容される同時交換可能工具を抽出する。そして、予測情報出力手段４０１は、工作機械に設けられる工具について、工具の種類と、工具寿命日時と、同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部２０に表示する。
これによって、設定された運転スケジュールの下で稼働中の工作機械に設けられる工具を使用し続けるという条件下で、同時に交換可能な工具の数が最大となる工具交換の日時をオペレータに提供することができるという効果を有する。つまり、上記の条件下で工具交換回数を最小化にすることができる工具交換のタイミングがオペレータに提供される。なお、数値制御装置１が予備工具交換機能を備えている場合においても、同時に交換可能な工具の数が最大となる日時を予測することが可能である。
以上によって、工具の寿命到達日時を迎える前に、オペレータは効率的な工具交換作業を実行するための情報を把握することができ、オペレータは工具交換作業の事前準備をすることができる。また、工具交換時の作業時間短縮が可能となるので、工作機械の段取り時間の短縮を図ることができる。
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２にかかる数値制御装置の機能構成の一例を模式的に示すブロック図である。図１０の各構成要素のうち実施の形態１の数値制御装置１と同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。
数値制御装置１の制御演算部３０は、機械学習装置５０をさらに有する。機械学習装置５０は、観測部５１と、学習部５２と、を有する。観測部５１は、運転中の加工プログラム番号情報（ｒ）と、工具寿命日時予測手段３４１によって算出され、工具寿命データに保存された工具寿命値に達するまでの各工具の工具寿命時間ＴもしくはＴ’または工具寿命回数ＣもしくはＣ’と、を状態情報（ｉ）として観測し、学習部５２に送る。ここで工具寿命時間ＴもしくはＴ’または工具寿命回数ＣもしくはＣ’は、摩耗補正量の変化量αで値が変化するので、観測部５１はこれらのデータ観測を行う。摩耗補正量の変化量αは、加工ワークの材質または切り込み量もしくは切削速度などの加工条件で変化する。
学習部５２は、機械学習により、観測部５１から出力される状態情報（ｉ）を学習する。ここで、状態情報（ｉ）は、運転中の加工プログラム番号情報（ｒ）および各工具の工具寿命時間ＴもしくはＴ’（ｒ）または工具寿命回数ＣもしくはＣ’（ｒ）を互いに関連付けたデータである。学習部５２は、これらのデータを学習することによって、各工具のさらに精度の高い工具寿命を推測する。学習部５２は、これらの推測した工具寿命データ（ｎ）を工具寿命日時予測手段３４１に送る。
工具寿命日時予測手段３４１は機械学習装置５０からのデータを受けて、工具寿命時間ＴもしくはＴ’（ｒ）または工具寿命回数ＣもしくはＣ’（ｒ）を補正する。
なお、図１０では、機械学習装置５０は、制御演算部３０に内蔵される構成となっているが、機械学習装置５０は、ネットワークを介して数値制御装置１に接続され、この数値制御装置１とは別個の装置で構成されてもよい。また、機械学習装置５０は、クラウドサーバ上に存在していてもよい。
学習部５２は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従って、いわゆる教師あり学習により、運転中の加工プログラム番号情報（ｒ）と寿命に達するまでの各工具の工具寿命時間ＴもしくはＴ’（ｒ）または工具寿命回数ＣもしくはＣ’（ｒ）から学習する。ここで、教師あり学習とは、ある入力と結果のデータとの組を大量に機械学習装置５０に与えることで、それらのデータセットにある特徴を学習し、入力から結果を推定するモデルをいう。
ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層、複数のニューロンからなる中間層（隠れ層）および複数のニューロンからなる出力層で構成される。中間層は、１層または２層以上でもよい。
例えば、３層のニューラルネットワークであれば、複数の入力が入力層に入力されると、その値に重みを掛けて中間層に入力され、その結果にさらに重みを掛けて出力層から出力される。この出力結果は、各々の重みの値によって変わる。
本実施の形態において、ニューラルネットワークは、観測部５１によって観測されるデータセットに従って、いわゆる教師あり学習により、各工具の工具寿命データ（ｎ）を学習結果（推測値）として出力する。
つまり、ニューラルネットワークは、入力層に運転中の加工プログラム番号情報（ｒ）と、寿命に達するまでの各工具の工具寿命時間ＴもしくはＴ’（ｒ）または工具寿命回数ＣもしくはＣ’（ｒ）と、を互いに関連付けたデータ（ｉ）を入力として出力層から出力された結果に対して重みを調整することで、各工具の工具寿命データ（ｎ）を学習結果、すなわち推測値として出力する。
また、ニューラルネットワークは、いわゆる教師なし学習によって、各工具の工具寿命データ（ｎ）を学習することもできる。教師なし学習とは、入力データのみを大量に機械学習装置５０に与えることで、入力データがどのような分布をしているか学習し、対応する教師出力データを与えなくても、入力データに対して圧縮、分類または整形などを行う装置を学習する手法である。それらのデータセットにある特徴について類似する物ごとにクラスタリングすることなどができる。この結果を使って、何らかの基準を設けてそれを最適にするような出力の割り当てを行うことで、出力の予測を実現することができる。
また、学習部５２に用いられる学習アルゴリズムとしては、特徴量そのものの抽出を学習する、深層学習（Deep Learning）を用いることもでき、他の公知の方法、例えば遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。
実施の形態２では、機械学習装置５０が運転中の加工プログラム番号情報と各工具の工具寿命時間ＴもしくはＴ’（ｒ）または工具寿命回数ＣもしくはＣ’（ｒ）と、を状態情報として学習して工具寿命データを推測し、工具寿命日時予測手段３４１は、機械学習装置５０から出力される工具寿命データを受けて、工具寿命時間ＴもしくはＴ’（ｒ）または工具寿命回数ＣもしくはＣ’（ｒ）を補正するようにした。これによって工具寿命日時および工具交換時期の予測精度を実施の形態１の場合に比して向上させることができる。
次に、数値制御装置１を実現するハードウェアの構成について説明する。図１１は、実施の形態１，２にかかる数値制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。数値制御装置１は、プロセッサ３０１と、メモリ３０２と、を有する。プロセッサ３０１とメモリ３０２とは、バスライン３０３を介して接続される。数値制御装置１は、メモリ３０２に記憶されたプログラムをプロセッサ３０１が実行することによって実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。
プロセッサ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいわれる。メモリ３０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）などである。なお、数値制御装置１は、表示装置、入力装置、通信装置などをさらに備えた構成であってもよい。
数値制御装置１の入力制御部３１、機械制御信号処理部３４、加工プログラム解析処理部３５、補間処理部３７、加減速処理部３８および機械学習装置５０は、それぞれに対応するプログラムをプロセッサ３０１がメモリ３０２から読み出して実行することによって実現される。また、数値制御装置１の記憶部３３は、メモリ３０２によって実現される。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１ 数値制御装置、１０ 入力操作部、２０ 表示部、３０ 制御演算部、３１ 入力制御部、３２ データ設定部、３３ 記憶部、３４ 機械制御信号処理部、３５ 加工プログラム解析処理部、３６ ＰＬＣ、３７ 補間処理部、３８ 加減速処理部、３９ 軸データ出力部、４０ 画面処理部、５０ 機械学習装置、５１ 観測部、５２ 学習部、７０ 駆動部、７１，７２ サーボモータ、７５ 主軸モータ、８１，８２，８５ 検出器、９１ Ｘ軸サーボ制御部、９２ Ｚ軸サーボ制御部、９５ 主軸制御部、３１１ 摩耗補正量変更検出手段、３３１ パラメータ記憶エリア、３３２ 加工プログラム記憶エリア、３３３ 画面表示データ記憶エリア、３３４ 共有エリア、３３５ 工具寿命データ記憶エリア、３３６ 運転スケジュール記憶エリア、３４１ 工具寿命日時予測手段、３４２ 工具交換日時予測手段、４０１ 予測情報出力手段。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具を含む工具群中の工具を用いて加工を行う工作機械を制御する数値制御装置を提供する。数値制御装置は、工具寿命日時予測手段と、工具交換日時予測手段と、予測情報出力手段と、を備える。工具寿命日時予測手段は、工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した工具の寿命である工具寿命値と、運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、工具が工具寿命値に到達する日時である工具寿命日時を、工具群中の工具について予測する。工具交換日時予測手段は、工具群中の工具について、運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、工具が工具寿命日時に到達したときに、工具群中の他の工具のうち寿命による交換が許容される工具を同時交換可能工具として抽出する。予測情報出力手段は、工具群中の工具について、工具の種類と、工具寿命日時と、同時交換可能工具の種類と、同時交換可能工具の数が最大となる工具の工具寿命日時と、対応する同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部に表示する。
本発明は、工作機械の工具の寿命を予測する数値制御装置および数値制御方法に関する。
以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置および数値制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

Claims (12)

  1. 運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具を含む工具群中の前記工具を用いて加工を行う工作機械を制御する数値制御装置であって、
    前記工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した前記工具の寿命である工具寿命値と、前記運転スケジュールに含まれる前記加工プログラムで指定される前記工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、前記工具が前記工具寿命値に到達する日時である工具寿命日時を、前記工具群中の前記工具について予測する工具寿命日時予測手段と、
    前記工具群中の前記工具について、前記運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、前記工具が前記工具寿命日時に到達したときに、前記工具群中の他の工具のうち寿命による交換が許容される工具を同時交換可能工具として抽出する工具交換日時予測手段と、
    前記工具群中の前記工具について、前記工具の種類と、前記工具寿命日時と、前記同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部に表示する予測情報出力手段と、
    を備えることを特徴とする数値制御装置。
  2. 前記工具寿命日時予測手段は、摩耗補正量が設定されると、前記摩耗補正量の設定時点までに入力された前記摩耗補正量および前記工具の使用時間または使用回数の組を用いて前記工具の使用時間または使用回数に対する摩耗補正量の変化量を算出し、前記摩耗補正量の変化量と前記工具に対して規定された寿命である寿命摩耗量とから前記工具寿命値を算出し、算出した前記工具寿命値と前記運転スケジュールに含まれる前記加工プログラムでの前記工具の使用時間または使用回数とに基づいて、前記工具寿命日時を予測することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
  3. 前記工具寿命日時予測手段は、摩耗補正量が設定されると、前記工具の使用時間で規定した寿命設定値と、前記摩耗補正量の設定時における前記工具の使用時間と、の差と、前記運転スケジュールに含まれる前記加工プログラムでの前記工具の使用時間と、に基づいて、前記工具寿命日時を予測することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
  4. 前記工具寿命日時予測手段は、摩耗補正量が設定されると、前記工具の使用回数で規定した寿命設定値と、前記摩耗補正量の設定時における前記工具の使用回数と、の差と、前記運転スケジュールに含まれる前記加工プログラムでの前記工具の使用回数と、に基づいて、前記工具寿命日時を予測することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
  5. 前記工具を予備工具に交換する予備工具交換手段をさらに備え、
    前記工具交換日時予測手段は、前記予備工具が設定されている前記工具について、前記予備工具の工具寿命値を含めた前記工具寿命日時を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
  6. 前記予測情報出力手段は、前記交換予測情報を、前記工具寿命日時が早いものから順にソートして前記表示部に表示することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の数値制御装置。
  7. 前記予測情報出力手段は、前記同時交換可能工具の数が最大となる前記工具の工具寿命日時と、対応する前記同時交換可能工具の種類と、を他の情報と異なる表示方法で前記表示部に表示することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の数値制御装置。
  8. 前記予測情報出力手段は、最も早い前記工具寿命日時を、他の情報と異なる表示方法で前記表示部に表示することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の数値制御装置。
  9. 前記工具寿命値を学習する機械学習装置をさらに備え、
    前記機械学習装置は、運転中の前記加工プログラムの番号を示す加工プログラム番号情報と、前記工具寿命値に達するまでの前記工具群中の前記工具のそれぞれの使用時間と、を状態変数として観測する観測部と、
    前記状態変数に基づいて作成されるデータセットに従って、前記工具群中の前記工具のそれぞれの工具寿命値データを学習する学習部と、
    を有し、
    前記工具寿命日時予測手段は、前記学習部が学習した工具寿命値データを用いて、前記工具の使用時間を補正することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
  10. 前記工具寿命値を学習する機械学習装置をさらに備え、
    前記機械学習装置は、運転中の前記加工プログラムの番号を示す加工プログラム番号情報と、前記工具寿命値に達するまでの前記工具群中の前記工具のそれぞれの使用回数と、を状態変数として観測する観測部と、
    前記状態変数に基づいて作成されるデータセットに従って、前記工具群中の前記工具のそれぞれの工具寿命値データを学習する学習部と、
    を有し、
    前記工具寿命日時予測手段は、前記学習部が学習した工具寿命値データを用いて、前記工具の使用回数を補正することを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
  11. 数値制御装置による制御にしたがって加工対象物を加工する工作機械の工具の寿命である工具寿命値を学習する機械学習装置であって、
    前記数値制御装置で運転中の加工プログラムの番号を示す加工プログラム番号情報と、前記工具寿命値に達するまでの前記工具の使用時間または使用回数と、を状態変数として観測する観測部と、
    前記状態変数に基づいて作成されるデータセットに従って、前記工具の前記工具寿命値を学習する学習部と、
    を備えることを特徴とする機械学習装置。
  12. 運転スケジュールに含まれる加工プログラムで指定される工具を含む工具群中の前記工具を用いて加工を行う工作機械を制御する数値制御方法であって、
    前記工具の摩耗量、使用時間または使用回数を用いて算出した前記工具の寿命である工具寿命値と、前記運転スケジュールに含まれる前記加工プログラムで指定される前記工具の使用時間または使用回数と、に基づいて、前記工具が前記工具寿命値に到達する日時である工具寿命日時を、前記工具群中の前記工具について予測する工程と、
    前記工具群中の前記工具について、前記運転スケジュールにしたがって加工を行った場合で、前記工具が前記工具寿命日時に到達したときに、前記工具群中の他の工具のうち寿命による交換が許容される工具を同時交換可能工具として抽出する工程と、
    前記工具群中の前記工具について、前記工具の種類と、前記工具寿命日時と、前記同時交換可能工具の種類と、を含む交換予測情報を表示部に表示する工程と、
    を含むことを特徴とする数値制御方法。
JP2020529648A 2019-10-24 2019-10-24 数値制御装置および数値制御方法 Active JP6797331B1 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2019/041729 WO2021079466A1 (ja) 2019-10-24 2019-10-24 数値制御装置、機械学習装置および数値制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6797331B1 JP6797331B1 (ja) 2020-12-09
JPWO2021079466A1 true JPWO2021079466A1 (ja) 2021-11-25

Family

ID=73646870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020529648A Active JP6797331B1 (ja) 2019-10-24 2019-10-24 数値制御装置および数値制御方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6797331B1 (ja)
CN (1) CN114667202A (ja)
DE (1) DE112019007734T5 (ja)
WO (1) WO2021079466A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220080545A1 (en) * 2020-09-16 2022-03-17 Autodesk, Inc. Even out wearing of machine components during machining
JP6990332B1 (ja) 2021-02-25 2022-01-14 Dmg森精機株式会社 工作機械

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03245949A (ja) * 1990-02-26 1991-11-01 Fanuc Ltd 工具寿命管理方法
JPH0435838U (ja) * 1990-07-19 1992-03-25
JP2005199379A (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Murata Mach Ltd 工作機械監視装置
JP6423769B2 (ja) * 2015-08-31 2018-11-14 ファナック株式会社 加工精度維持機能を有する加工システム
JP6301902B2 (ja) * 2015-12-21 2018-03-28 ファナック株式会社 保守時期予測システム及び保守時期予測装置
JP6680756B2 (ja) * 2017-12-26 2020-04-15 ファナック株式会社 制御装置及び機械学習装置
CN109605101A (zh) * 2018-12-12 2019-04-12 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种基于刀具寿命应用模式的安全换刀方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114667202A (zh) 2022-06-24
JP6797331B1 (ja) 2020-12-09
WO2021079466A1 (ja) 2021-04-29
DE112019007734T5 (de) 2022-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109581962B (zh) 数值控制系统
JP7383982B2 (ja) 工具寿命予測システム
US20150026107A1 (en) System and apparatus that identifies, captures, classifies and deploys tribal knowledge unique to each operator in a semi-automated manufacturing set-up to execute automatic technical superintending operations to improve manufacturing system performance and the methods therefor
ElMaraghy Automated tool management in flexible manufacturing
US10551822B2 (en) CAD/CAM-CNC integrated system
JP6797331B1 (ja) 数値制御装置および数値制御方法
JP7101131B2 (ja) 数値制御システム
Aksonov et al. Visualization and analysis of technological systems experimental operating results
CN111538296A (zh) 管理装置和管理系统
Sun et al. Machining cycle time prediction: Data-driven modelling of machine tool feedrate behavior with neural networks
KR20220092865A (ko) 치과용 공구의 마모 상태를 예측하기 위한 치과 기계 가공 시스템
JP6914452B1 (ja) 数値制御装置、および機械学習装置
CN108027603A (zh) 控制系统和用于运行具有真实的和虚拟控制器的控制系统的方法
JP7015261B2 (ja) 管理装置及び管理システム
CN112147949B (zh) 参数管理装置及其管理系统
JP6638979B2 (ja) 加工工程管理機能付き数値制御装置および加工工程管理プログラム
CN110174871A (zh) 控制装置、机器学习装置以及系统
US20200329161A1 (en) Machine learning device, screen prediction device, and controller
US20170371323A1 (en) Cell production system including manufacturing cell for autonomous manufacturing
EP3514641A1 (en) System to manage and monitor a plurality of numerical control machine tools
Kumar et al. Development of a cyber physical production system framework for smart tool health management
Abele et al. Two practical approaches to assess the energy demand of production machines
CN115362419A (zh) 机床上切削过程的优化
WO2022054245A1 (ja) 数値制御装置および産業機械制御システム
KR102188017B1 (ko) 금형제작용 공작 측정관리 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200529

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200529

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20200529

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20200706

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200714

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200831

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201020

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6797331

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250