WO2014076996A1

WO2014076996A1 - 工作機械のインターフェースシステム

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Publication number: WO2014076996A1
Application number: PCT/JP2013/067447
Authority: WO
Inventors: 秀本多
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-05-22
Also published as: JP2014097543A; EP2898984A4; CN104661793A; JP5984630B2; EP2898984A1; US20150261204A1

Abstract

工作機械（２１）に関するパラメータとして予めデフォルト値を入力して、工作機械（２１）の動かし方を記述したプログラムを作成する加工プログラム用コンピュータ（１１）と、プログラムに従い工具を動かして所定の形状にワークを加工する工作機械（２１）と、工作機械（２１）の実態に基づいて加工プログラムにおける工作機械（２１）に関するパラメータについての補正値を自動的に検出する検出手段（４０）と、検出手段（４０）により検出された補正情報をコンピュータ（１１）に理解できる形式として、コンピュータ（１１）へ引き渡すインターフェース部（５０）とからなるので、工作機械側の実態を反映したパラメータをプログラムに対して入力することができる。

Description

工作機械のインターフェースシステム

　本発明は、工作機械と外部機器とのインターフェースを行うシステムに関する。

　工作機械には多くの外部機器（周辺機器）が接続し、または外部機器から情報を提供することで工作機械が動作、加工実施可能となっている。ただし事前に条件が明確になっていることは少なく、加工結果からフィードバックするのが現状である。
　その一例を図３に示す。図３は、ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０、機械加工メーカ２０及び機械加工ユーザ３０の関係を示すものである。

　ＣＡＭとは、Computer aided manufacturing、ＣＡＤとは、Computer aided designの略であるが、以下の説明においては、ＣＡＤ／ＣＡＭとは、工作機械の動かし方（＝加工の手順）を記述した加工プログラムを作成する加工プログラム作成用コンピュータのことを言い、そのコンピュータを作製するメーカをＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０と呼ぶこととする。

　ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０においては、図３に示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１により、工作機械の動かし方を記述した加工プログラムが作成されている。
　但し、工作機械の動かし方を記述した加工プログラム中の工作機械に関係するパラメータとしては、理想的な値が予めデフォルト値として入力されていた。このデフォルト値は、必ずしも工作機械側の実態を反映していなかった。

　また、工作機械メーカ２０においては、図３に示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１により作成された加工プログラムという情報が工作機械２１にインストールされ、加工プログラムに従い工具を動かし所要の形状にワークを加工する工作機械２１が作製されている。
　ここで、加工プログラム中の工作機械２１に関係するパラメータとしては、工作機械本体に関係するパラメータ２２、工具に関係するパラメータ２３及び工作機械本体と工具と制約に関係するパラメータ２４の三種類がある。

　工作機械本体に関係するパラメータ２２の特徴としては、同じ工作機械であっても機体によりパラメータが異なる点、同じ機体でも経年変化によりパラメータが変化する点が挙げられる。
　工具に関係するパラメータ２３の特徴としては、加工の進展に応じて工具を変えながら加工を進める（１つの工具で全ての加工をする訳ではない）点、同じ工具でも機械への取付け状態、経年変化によりパラメータが異なる点が挙げられる。

　工作機械本体と工具と制約に関係するパラメータ２４の特徴としては、工作機械や工具の制約（所与の位置・姿勢、工具の突き出し量では機械や工具の剛性が足りずヒビる等）から所要の形状を実現するために必要な工具軌跡が実現できない場合ある点が挙げられる。
　加工プログラム中に、これらのパラメータ２２，２３，２４として予め入力されたデフォルト値は理想的な値であり、工作機械２１の実態を示すものではなかったが、デフォルト値の修正は実際にはプログラムには反映されていなかった。

　一方、工作機械ユーザ３０においては、図３に示すように、工作機械メーカ２０により作製された工作機械により被加工物３１に対して加工という行為を行い、加工された被加工物３１の寸法を計測した結果等により実際のワーク形状に関係する情報を取得し、目標とするワーク形状と実際のワーク形状とを作業者３２が比較して、上記パラメータの修正値を検討していた。

　そして、作業者３２により、上記パラメータの修正値が求められると、パラメータの修正値という情報として、ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０へフィードバックされ、その修正値に基づき加工プログラム中のパラメータを修正されることになっていた。
　つまり、図４のフローチャートに示すように、先ず、ステップＳ１にて、ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０は外部機器（＝ＣＡＤ／ＣＡＭ１１）により工作機械の動かし方を記述した加工プログラムを作成し、次いで、ステップＳ２にて、工作機械メーカ２０は外部機器にて作成された加工プログラムを工作機械２１にインストールする。

　引き続き、ステップＳ３にて、工作機械ユーザ３０は工作機械２１により上記加工プログラム従い工具を動かし所要の形状にワーク（＝被加工物３１）を加工して、実際のワーク形状についての加工結果が、目標とするワーク形状に対して許容値を満たすか否か判定する。
　そして、許容値を満たす場合には、ステップＳ４にて終了となる。一方、許容値を満たさない場合は、許容値を満たすまで、上記パラメータの修正値が工作機械ユーザ３０からＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０へフィードバックされることが繰り返されていた。

　このように、パラメータの修正値が外部機器にフィードバックされることが繰り返され、実加工までに行う時間と費用が大きくなっており、これらを最小にしたいという要請があった。
　言い換えると、都度ワークが変わるジョブショップあるいは多品種少量生産の工作機械ユーザにとって、上記パラメータの修正値が外部機器にフィードバックすることの繰り返しを無くことが最善であるが、そのような繰り返しをなくせないまでも、フィードバックの繰り返し回数を減らし、早く加工に取り掛かりたいという要請があったのである。

　なお、特許文献１では、ＮＣ工作機械における工具の移動経路及び切削条件などのデータからなるツールパスデータ、並びにその他の加工に関係するデータから構成される加工関連情報を自動的に生成する加工関連情報生成装置、並びにこの加工関連情報生成装置を備えた数値制御装置が開発されている。

特開２００２－１８９５１０号公報

　ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０側において、加工プログラム作成時に実際に加工する工具の詳細情報等があればさらに正確な加工プログラムを事前に演算し、作成することが可能である。例えば、工具長や工具径について正確に計測する装置を用いれば、正確で再現性の高い工具測定結果をフィードバックすることが出来るので、その情報を外部機器と共有することで加工プログラム作成時間が短縮することが可能となる。更には、オペレータ（プログラマ）の入力ミスも防げる利点もある。

　本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、工作機械の動かし方を記述した加工プログラムに対して、工作機械側の実態を反映したパラメータを入力することが可能なインターフェースシステムを提供するにある。

　上記課題を解決する本発明の請求項１に係る工作機械のインターフェースシステムは、工作機械に関係するパラメータとして予めデフォルト値を入力して、前記工作機械の動かし方を記述した加工プログラムを作成する加工プログラム作成用コンピュータと、前記加工プログラムに従い工具を動かして所定の形状にワークを加工する工作機械と、前記工作機械の実態に基づいて前記加工プログラムにおける前記工作機械に関するパラメータについての補正値を自動的に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された補正値を前記コンピュータに認識できる形式として、前記コンピュータへ引き渡すインターフェース部とからなり、前記コンピュータは前記インターフェース部から引き渡された前記補正値に基づき前記工作機械に関係するパラメータの実態を反映するべく前記デフォルト値を補正する機能を有することを特徴とする。

　上記課題を解決する本発明の請求項２に係る工作機械のインターフェースシステムは、工作機械に関係するパラメータとして予めデフォルト値を入力して作成され、工作機械の動かし方を記述した加工プログラムに従い工具を動かして所定の形状にワークを加工する工作機械と、前記工作機械の実態に基づいて前記加工プログラムにおける前記工作機械に関するパラメータについての補正値を自動的に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された補正値を、前記加工プログラムを作成した加工プログラム作成用コンピュータに認識できる形式として、前記コンピュータへ引き渡すインターフェース部とからなる、ことを特徴とする。

　上記課題を解決する本発明の請求項３に係る工作機械のインターフェースシステムは、請求項１又は２において、前記工作機械に関係するパラメータとしては、前記工作機械の本体に関係するパラメータ、前記工作機械の工具に関係するパラメータ及び前記工作機械の本体又は工具の制約に関係するパラメータが使用されることを特徴とする。

　上記課題を解決する本発明の請求項４に係る工作機械のインターフェースシステムは、請求項１又は２において、前記工作機械により加工された被加工物の実際のワーク形状と目標とするワーク形状との比較により求めた前記パラメータの修正値に基づき前記デフォルト値を修正する機能を前記コンピュータは有することを特徴とする。

　本発明の請求項１に係る工作機械のインターフェースシステムは、工作機械に関係するパラメータを工作機械の実態を示す補正値として検出手段により自動的に検出し、検出された補正値をインターフェース部により加工プログラム用コンピュータに認識できる形式として、加工プログラム用コンピュータへ引き渡すので、加工プログラム用コンピュータは、工作機械の実態を反映したパラメータを入力して加工プログラムを作成することが出来るという効果を奏する。

　本発明の請求項２に係る工作機械のインターフェースシステムは、工作機械に関係するパラメータを工作機械の実態を示す補正値として検出手段により自動的に検出し、検出された補正値をインターフェース部により加工プログラム用コンピュータに認識できる形式として加工プログラム用コンピュータへ引き渡すことが出来るという効果を奏する。

　本発明の請求項３に係る工作機械のインターフェースシステムは、本発明の請求項1又は２と同様な効果を奏する他、工作機械に関係するパラメータとして、工作機械の本体に関係するパラメータ、工作機械の工具に関係するパラメータ及び工作機械の本体や工具の制約に関係するパラメータに関して、工作機械の実態を反映したパラメータを入力して加工プログラムを作成することが出来るという効果を奏する。

　本発明の請求項４に係る工作機械のインターフェースシステムは、本発明の請求項1又は２と同様な効果を奏する他、工作機械により加工された被加工物の実際のワーク形状と目標とするワーク形状との比較により求めた工作機械に関係するパラメータの修正値に基づき、加工プログラム用コンピュータがデフォルト値を修正することが出来るという効果を奏する。

本発明の一実施例に係る工作機械のインターフェースシステムを示すブロック図である。本発明の一実施例に係る工作機械のインターフェースシステムの作業手順を示すフローチャートである。従来技術に係るブロック図である。従来技術に係る作業手順を示すフローチャートである。

　以下、本発明について、図面示す実施例を参照して詳細に説明する。

　本発明の一実施例を図1に示す。
　図1は、本発明の一実施例に係る工作機械のインターフェースシステムを利用したＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０、機械加工メーカ２０及び機械加工ユーザ３０の関係を示すものである。
　ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０においては、図1に示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１により、工作機械の動かし方を記述した加工プログラムが作成されている。

　但し、工作機械の動かし方を記述した加工プログラム中の工作機械に関係するパラメータとしては、理想的な値が予めデフォルト値として入力される。このデフォルト値は、工作機械側の実態を反映していない。
　また、工作機械メーカ２０においては、図１に示すように、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１により作成された加工プログラムという情報が工作機械２１にインストールされ、加工プログラムに従い工具を動かし所要の形状にワークを加工する工作機械２１が作製されている。

　ここで、加工プログラム中の工作機械２１に関係するパラメータとしては、工作機械本体に関係するパラメータ２２、工具に関係するパラメータ２３及び工作機械本体と工具と制約に関係するパラメータ２４の三種類がある。
　工作機械本体に関係するパラメータ２２の特徴としては、同じ工作機械であっても機体によりパラメータが異なる点、同じ機体でも経年変化によりパラメータが変化する点が挙げられる。工作機械としては、例えば、歯車研削盤、５面加工機、横中ぐり盤等がある。工作機械本体に関係するパラメータ２２としては、一般には、工作機械の緒元が挙げられる。機種毎のパラメータとしては、３軸機ＭＣや５軸機ＭＣの場合は、工具情報、ワーク情報、測定情報、時定数、軸情報等がある。

　工具に関係するパラメータ２３の特徴としては、加工の進展に応じて工具を変えながら加工を進める（１つの工具で全ての加工をする訳ではない）点、同じ工具でも機械への取付け状態、経年変化によりパラメータが異なる点が挙げられる。工具に関係するパラメータ２３としては、各種工具についての工具径、工具長等が代表的であり、何れも経年変化後の値を含む。
　工作機械本体と工具と制約に関係するパラメータ２４の特徴としては、工作機械や工具の制約（所与の位置・姿勢、工具の突き出し量では機械や工具の剛性が足りずヒビる等）から所要の形状を実現するために必要な工具軌跡が実現できない場合ある点が挙げられる。工作機械本体と工具と制約に関係するパラメータ２４としては、工作機械や工具の干渉を回避するための情報がある。

　本実施例では、工作機械メーカ２０において、工作機械２１の実態に基づいて、加工プログラム中の工作機械２１に関係するパラメータについての補正値を自動的に検出する検出手段４０を設ける。
　例えば、検出手段４０として、工作機械２１の工具を光学的に撮像して工具長や工具径を計測する工具計測装置を使用すると、工具径や工具長に関係するパラメータについての補正値を検出することができる。

　検出手段４０が補正値として、工具径や工具長の長さをそのまま検出した場合には、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１では、デフォルト値を検出された工具径や工具長の長さに置き換えることになる。また、補正値として、検出された工具径や工具長の長さとデフォルト値との偏差を用いるときは、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１では、デフォルト値に偏差を加算（減算）すれば良い。
　また、検出手段４０は、工作機械メーカ２０内のデータベースに保管されている又は工作機械２１の記憶装置に予め記憶されている各工作機械２１に固有なパラメータ２２，２３，２４を補正値として検出することも可能である。

　なお、検出手段４０は、加工プログラム中にパラメータとして入力されていたデフォルト値と上記補正値とを比較して、補正する必要があるか否か判定する機能を具備すると良い。偶然ではあるが、理想値として入力されたデフォルト値が、工作機械２１の実態を反映していることも有り得るからである。
　検出手段４０により検出された補正値は、インターフェース部５０により、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１に認識できる形式として、ＣＡＤ／ＣＡＭ１１に引き渡される。インターフェース部５０としては、規格により情報を伝達する箇所が規定されている入出力ポートを使用できる。インターフェース部５０に関係する規格は、ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０と工作機械メーカ２０で共通化しておく必要がある。インターフェース部５０は、有線ネットワークを利用するものに限らず、無線ネットワークを利用するものでも良い。

　ＣＡＤ／ＣＡＭ１１は、インターフェース部５０により受け渡された補正値に基づいて、工作機械２１の実態を反映するべく、デフォルト値をこれら補正値により補正する補正機能が付加され、補正されたパラメータにより加工プログラムを作成する。
　補正機能としては、前述した例の通り、補正値として、工具径や工具長の長さをそのまま検出した場合には、デフォルト値を検出された工具径や工具長の長さに置き換え、また、補正値として、検出された工具径や工具長の長さとデフォルト値との偏差を用いるときは、デフォルト値に偏差を加算する。

　一方、工作機械ユーザ３０においては、図１に示すように、工作機械メーカ２０により作製された工作機械により被加工物３１に対して加工という行為を行い、加工された被加工物３１の寸法を計測した結果等により実際のワーク形状に関係する情報を取得し、目標とするワーク形状と実際のワーク形状とを作業者３２が比較して、上記パラメータの修正値を検討する。
　そして、作業者３２により、上記パラメータの修正値が求められると、パラメータの修正値という情報として、ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０へフィードバックされ、その修正値に基づき加工プログラム中のパラメータが修正される。

　本実施例に係る工作機械のインターフェースシステムについての作業手順を図２のフローチャートを参照して説明する。
　先ず、ステップＴ１にて、ＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０は外部機器（＝ＣＡＤ／ＣＡＭ１１）により工作機械の動かし方を記述した加工プログラムを作成し、次いで、ステップＴ２にて、工作機械メーカ２０は外部機器にて作成された加工プログラムを工作機械２１にインストールする。

　更に、ステップＴ３にて、工作機械メーカ２０は外部機器により作成された加工プログラム中にデフォルト値として入力されていた値（事前設定情報）が検出手段４０により検出された補正値により補正する必要があるか否か判定する。
　ステップＴ３にて補正する必要があると判定されると、ステップＴ６にて、検出手段４０により検出された補正値がインターフェース部５０を介して外部機器へ引き渡される。

　一方、ステップＴ３にて補正する必要がないと判定されると、ステップＴ４にて、工作機械ユーザ３０は工作機械２１により上記加工プログラムに従い工具を動かし所要の形状にワーク（＝被加工物３１）を加工し、実際のワーク形状についての加工結果が、目標とするワーク形状に対して許容値を満たすか否か判定する。
　そして、許容値を満たす場合には、ステップＴ５にて終了となる。一方、許容値を満たさない場合は、上記パラメータの修正値が工作機械ユーザ３０からＣＡＤ／ＣＡＭメーカ１０へフィードバックされる。

　このように、工作機械に関係するパラメータについての補正値が検出手段４０により検出され、インターフェース部５０を介して外部機器へ引き渡されるので、実際に加工を行って求めたパラメータの修正値が外部機器にフィードバックされる回数が低減し、実加工までに行う時間と費用を削減できるという効果を奏する。
　つまり、上記パラメータの修正値が外部機器にフィードバックすることを無くすことが最善であるが、そうでなくてもフィードバックの繰り返し回数を減らし、早く加工に取り掛かりたいという要請を満たすことが可能となった。
　更に、上述した実施例によれば、以下の効果も奏する。

（１）正確な工具形状を事前にＣＡＭ／ＣＡＭ側に情報を渡すことで事前に正確な演算処理が可能となる。ＣＡＭ／ＣＡＭは、演算処理時間を短縮する要求が強い。特に５軸機ＭＣではオフセットが出来ない場合があるので都度再演算が必要となる。
（２）何枚刃の工具かの情報は工作機械側にないので、その情報があればチッピング（欠け）測定が可能となる。１回転で何枚刃があるかは、撮像で確認することが可能である。
（３）軸加工の機能にボールエンドミルの先端を避けて加工するモジュールがあるが、何度傾けて加工するようにＣＡＭ／ＣＡＭで設定したのか、工作機械側で判れば加工による磨耗個所がわかるため、磨耗測定計測指示が自動化される。
（４）５軸機ＭＣにおいて２軸回転軸の直行座標が工作機械側からＣＡＭ／ＣＡＭに情報として引き渡されれば加工プログラム上で補正可能である。
（５）ＣＡＭ／ＣＡＭ側のモデル（コンピュータ内の形状）において測定点を設定しておき、座標軸を工作機械側に伝達することで、指定ポイントの測定を自動的に実施し、許容値を決めれば良否の判定が工作機械上で可能となる。
（６）工作機械のパラメータをＣＡＭ／ＣＡＭ側に情報として伝えることで正確な加工時間の予測が可能である。

　本発明は、工作機械と周辺機器とのインターフェースを行うシステムとして広く産業上利用可能なものである。

　１０　ＣＡＭ／ＣＡＭメーカ
　１１　ＣＡＭ／ＣＡＭ
　２０　工作機械メーカ
　２１　工作機械
　３０　工作機械ユーザ
　４０　検出手段
　５０　インターフェース部

Claims

　工作機械に関するパラメータとして予めデフォルト値を入力して、前記工作機械の動かし方を記述した加工プログラムを作成する加工プログラム作成用コンピュータと、
　前記加工プログラムに従い工具を動かして所定の形状にワークを加工する工作機械と、
　前記工作機械の実態に基づいて前記加工プログラムにおける前記工作機械に関するパラメータについての補正値を自動的に検出する検出手段と、
　前記検出手段により検出された補正値を前記コンピュータに認識できる形式として、前記コンピュータへ引き渡すインターフェース部とからなり、
　前記コンピュータは前記インターフェース部から引き渡された前記補正値に基づき前記工作機械に関するパラメータの実態を反映するべく前記デフォルト値を補正する機能を有することを特徴とする工作機械のインターフェースシステム。
　工作機械に関するパラメータとして予めデフォルト値を入力して作成され、工作機械の動かし方を記述した加工プログラムに従い工具を動かして所定の形状にワークを加工する工作機械と、
　前記工作機械の実態に基づいて前記加工プログラムにおける前記工作機械に関するパラメータについての補正値を自動的に検出する検出手段と、
　前記検出手段により検出された補正値を、前記加工プログラムを作成した加工プログラム作成用コンピュータに認識できる形式として、前記コンピュータへ引き渡すインターフェース部とからなる、
　ことを特徴とする工作機械のインターフェースシステム。
　請求項１又は２において、前記工作機械に関するパラメータとしては、前記工作機械の本体に関するパラメータ、前記工作機械の工具に関するパラメータ及び前記工作機械の本体又は工具の制約に関するパラメータが使用されることを特徴とする工作機械のインターフェースシステム。
　請求項１又は２において、前記工作機械により加工された被加工物の実際のワーク形状と目標とするワーク形状との比較により求めた前記パラメータの修正値に基づき前記デフォルト値を修正する機能を前記コンピュータは有することを特徴とする工作機械のインターフェースシステム。