WO2022210294A1 - 加工作業補助装置、及び記憶媒体 - Google Patents

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真一 尾関
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Definitions

  • the present invention relates to a processing work assisting device that assists processing work using a machine tool, and a storage medium.
  • a document that describes the work procedure for processing work using a machine tool is called a work instruction.
  • the work instructions describe the number of workers, work hours, work content, work order, and the like.
  • the work content is further divided into "manual work,” “automatic processing,” “walking,” “hand-held,” and “quality check.”
  • the work instructions are displayed in writing or on a screen, and the operator of the machine tool performs the work in the order described in the work instructions.
  • the operator can achieve uniform quality processing.
  • not all work can be described in the work instructions, and in fact, depending on the operating status of the machine tool, there will be work that is not described in the work instructions.
  • the operator observes the operating status of the machine tool and judges the timing of executing the work by himself. Examples of operations that require operator judgment include "reapplying paste to tools" and "removing chips".
  • thermo displacement is limited to processing where dimensional accuracy is not strict (dimensional tolerance of 5/100 mm to 6/100 mm or more).
  • "correction of central axis misalignment of the rotation axis” cannot be accurately corrected simply by using the technique of "thermal displacement correction” or “tool axial direction thermal displacement correction” using machine learning.
  • a numerical control device which is one aspect of the present disclosure, includes a work item extraction unit that extracts work items whose necessity changes according to the operating state of a machine tool; and a necessity determination unit that determines whether or not there is work to be performed by the operator based on the necessity added to the work item.
  • a computer-readable storage medium which is one aspect of the present disclosure, extracts work items whose necessity changes according to the operating state of a machine tool, and performs Computer readable instructions are stored for determining needs, adding needs to work items, and determining whether there is work to be performed by an operator based on the needs attached to the work items.
  • FIG. 10 is a diagram showing a method of expressing need in degree; It is a figure which shows the method of judging the presence or absence of the necessity from two or more types of variables. It is a figure which shows the method of judging the presence or absence of the necessity from two or more types of variables.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a file that associates work items with necessity;
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a list screen of work items; 4 is a flow chart showing the operation of the numerical control device; It is a figure which shows the hardware constitutions of a numerical controller.
  • FIG. 1 is a block diagram of a numerical controller 100 as a machining work auxiliary device.
  • the machining work assisting device is applied to the numerical control device 100 is shown, but it is not limited to the numerical control device 100, and can be applied to other information processing devices such as PCs (personal computers), servers, and mobile terminals. may apply.
  • the numerical controller 100 includes a work item extraction unit 11 that extracts work items whose necessity changes depending on the operating state of the machine tool 200, a necessity addition unit 12 that adds necessity to the work item, and a necessity addition unit 12 that adds necessity to the work item.
  • a necessity determination unit 13 is provided for determining whether or not there is work to be performed by the operator.
  • the numerical control device 100 is integrated with or connected to the machine tool 200, and is controlled by the machine tool 200, sensors (not shown) provided in the machine tool 200, and a PLC (Programming Logic Controller) (not shown). Input information indicating the operating status of the machine 200 .
  • the numerical controller 100 is connected via a LAN (Local Area Network) to a PC 51 that is a computer that manages the machine tool 200 in the factory, a server 52 that is a computer that manages the machine tool 200, an operator's mobile terminal 53, and the like. ing. Also, the numerical controller 100 may be connected to a wide area network such as the Internet via a LAN.
  • LAN Local Area Network
  • the work item extraction unit 11 extracts machine configuration information 14 such as the presence or absence of a rotating shaft, dimensional tolerance, machining information such as whether or not long-time operation is performed, temperature, operating time, cutting time for each tool, machine state such as torque. From the information 15 or the like, work items whose necessity changes depending on the operating state of the machine are extracted.
  • the machine configuration information 14 is registered in the numerical controller 100 in advance. Machining information may be read from a machining program or input by an operator.
  • the state information 15 is acquired from the machine tool 200, sensors, or the like.
  • Work items whose necessity changes depending on the operating state of the machine tool 200 include "correction of central axis misalignment”, “resetting of tool offset”, “reapplication of paste to tools”, and “removal of chips”. be.
  • the work item extraction unit 11 determines from the machine configuration information 14 whether the machine tool 200 has a rotation axis such as a table. The thermal displacement of the central axis position of the rotating shaft of the table cannot be automatically corrected, and the timing of correction must be determined while observing the positional deviation and temperature change.
  • the work item extraction unit 11 extracts “correction of central axis positional deviation of the rotating shaft” as a work item that changes depending on the operating status of the machine tool 200 .
  • the work item extraction unit 11 extracts “remeasurement of tool offset” as a work item that changes depending on the operating state of the machine tool 200 .
  • the thermal displacement cannot be automatically corrected.
  • the automatic thermal displacement correction is intentionally turned off, it is necessary to adjust the tool offset value to absorb the thermal displacement.
  • "reset tool offset (manually correct thermal displacement)" is extracted as a work item that changes depending on the operating status of machine tool 200 . Paste is applied to the tool to control tool wear, but this paste wears off over time and must be reapplied.
  • the necessity determination unit 13 determines whether there is work to be executed by the operator based on the necessity of the work items extracted by the work item extraction unit 11 .
  • the necessity determining unit 13 includes a necessity adding unit 12 that determines the necessity of each work item and adds the necessity to each work item.
  • the necessity addition unit 12 determines the necessity of each work item based on the operating time of the machine tool 200 and the value of the sensor, and adds the determination result to each work item.
  • the necessity addition unit 12 determines the necessity of work items based on information detected by the machine tool 200 and sensors, such as temperature change, cutting torque, spindle load, feed axis load, vibration, cutting time, number of times of cutting, and work material. Calculate There are three methods for calculating the necessity: the method of "determining the necessity of work”, the method of "determining the necessity of work in advance”, the method of "determining the time when work will be required”, and the method of There is a method of “expressing the degree of necessity” and a method of “calculating the necessity from two or more types of variables”.
  • FIG. 2 shows an example of determining the necessity of the work item "remeasure tool offset”.
  • the necessity addition unit 12 calculates the area where the temperature of the tool exceeds “graph threshold: Th_A”, and when this area exceeds "area threshold: Th_B", the work item "remeasurement of tool offset” is performed. is determined to be “necessary”. Moreover, if it is less than "threshold area: Th_B", it is determined as "not necessary”.
  • FIG. 3 shows an example of determining the necessity of the work item "remeasure tool offset”.
  • "Area threshold: Th_B1” is a threshold for determining the necessity of work in advance
  • “Area threshold: Th_B2” is a threshold for determining that work needs to be performed.
  • the necessity addition unit 12 monitors the temperature of the tool, determines that the work will be required in a short period of time when the temperature reaches the "threshold area: Th_B1", and stops the work when the temperature reaches the "threshold area: Th_B2". determine that it is necessary.
  • the ratio of the above-mentioned "area threshold” is calculated.
  • the necessity addition unit 12 predicts the time required for thermal displacement correction from the ratio of the "threshold area”.
  • the time required for thermal displacement correction may be predicted using a statistical model such as machine learning or a physical model.
  • FIG. 4 shows an example of determining the necessity of the work item "remeasure tool offset”.
  • Area threshold: Th_D1 is a threshold for determining the necessity of a work item in advance
  • Area threshold: Th_D2 is a threshold for changing the necessity from "low” to "high”
  • Area threshold :Th_D3 is a threshold for determining that the work item is necessary.
  • the necessity addition unit 12 monitors the temperature of the tool, and when it reaches the "threshold area: Th_D1", determines that the work will soon be necessary, sets the "necessity” to “low”, and sets the "threshold area: Th_D1". When reaching "Th_D2”, "necessity” is changed to “high”, and when reaching "area threshold: Th_D3", it is determined that work is necessary.
  • FIG. 5 shows an example of a method of "determining the presence or absence of necessity from two or more variables".
  • the necessity of the work items “measuring the center axis position deviation of the rotating shaft” and “re-measuring the tool offset due to wear” is determined from the two factors of the "temperature” and “cutting torque” of the machine tool. judge.
  • the “rotating shaft” here is the rotating shaft of the table on which the work is placed. A work is fixed to the table, and when the table rotates, the work also rotates. When the workpiece rotates, heat is generated by cutting.
  • the graph (top) in FIG. 5 shows the time change of the temperature of the rotating shaft.
  • the threshold Th_A indicates the temperature that affects thermal displacement. As long as the temperature of the rotating shaft does not exceed the threshold Th_A, any temperature change does not affect thermal displacement. Thermal displacement is affected when the temperature exceeds Th_A.
  • the product of the temperature exceeding the threshold Th_A and the time (area 1) is the amount of heat applied to the rotating shaft. Thermal displacement may occur when the amount of heat exceeds the threshold Th_B.
  • the graph (bottom) in FIG. 5 shows the change in cutting torque over time. Since the work is fixed to the table, if the work is cut with a strong cutting force, the table itself is also loaded, which affects the center positional deviation of the rotating shaft of the table.
  • the cutting torque does not exceed the threshold Th_C, it does not affect the positional deviation of the rotating shaft.
  • Th_C it affects the positional deviation of the rotating shaft.
  • the product of the cutting torque exceeding the threshold Th_C and the time (area 2) is the stress applied to the rotating shaft.
  • the two factors of "temperature” and “cutting torque” affect the "center axis misalignment of the rotating shaft” while interacting with each other.
  • the weighting coefficient ⁇ 1 for temperature (calorie: area 1), the weighting coefficient ⁇ 2 for cutting torque (stress: area 2), and the temperature evaluation value “area 1 ⁇ ⁇ 1” are shown.
  • the stress evaluation value “area 2 ⁇ 2” is described.
  • the numerical controller 100 needs the work item “measurement of central axis positional deviation of the rotating shaft”. It is determined that The weighting coefficients " ⁇ 1" and “ ⁇ 2” also serve to match the units of "temperature” and “cutting torque", which are different physical quantity elements.
  • the method of "determining the presence or absence of necessity from two or more variables” is not limited to the above method, and may use an appropriate mathematical model or machine learning.
  • FIG. 6 shows an example of another method of "determining the presence or absence of necessity from two or more types of variables".
  • the two elements "cutting time” and “number of times of cutting” have separate thresholds, and it is determined that there is a need if either one of the two elements satisfies the conditions.
  • they are the thresholds "Th_E” and “Th_F” of the two elements “cutting time” and “number of times of cutting”.
  • the numerical controller 100 compares the threshold “Th_E” and the “current cutting time” to satisfy the condition “current cutting time>Th_E”, or compares the threshold “Th_F” and the “current number of times of cutting”.
  • the numerical controller 100 stores thresholds for work items. In the table of FIG. 6, "time threshold: Th_1” and “number of times threshold: Th_2” for determining the work item “reapplication of tool paste” and “time threshold: Th_2” for determining the work item “removal of chips” : Th_3" and “number of times threshold: Th_4" are stored.
  • the necessity addition unit 12 creates a file that associates work items and necessity.
  • FIG. 7 is an example of a file.
  • the file in Fig. 7 contains "work item: measurement and correction of center axis misalignment of the rotation axis of the table”, “necessity: high”, “work item: remeasurement of tool offset”, “necessity: high”.
  • work item: applying paste to tools "necessity: low”
  • work item removing chips
  • necessity: low low.
  • the necessity determination unit 12 refers to the necessity added to each work item, and if there is at least one work item that has a necessity, it performs "stop the machine tool” and “output the work item”. In “stop machine tool”, if there is a work with “necessity: high” (or necessary), the next machining operation or machining operation in the next process is prohibited.
  • a "work item list” in which information about necessity is added to the work item is displayed on at least one of the screen of the numerical controller 100, the PC 51, the server 52, and the portable terminal 53. You may output to an external information processing apparatus.
  • the PC 51, the server 52, and the portable terminal 53 perform at least one of display of an operation screen, guidance to the operation screen, and display of operation details for the work performed by the operator according to the necessity of the work item. good too.
  • Fig. 8 is a list of necessary work items.
  • "center axis position measurement of rotating shaft (possibility of axis misalignment)” is “necessity: high”
  • “tool offset measurement (possibility of wear)” is “necessity: low”
  • “removal of chips” is It is “Necessity: Medium”.
  • “Estimated time: 10 hours and 33 minutes” is displayed in “removal of chips”. While referring to the work list, the operator determines whether to carry out all the work displayed on the screen or to carry out only the highly necessary work.
  • a check box 20 is provided for the work item "remove chips". Regarding "removal of chips", since the numerical controller 100 cannot confirm the completion of the work, a check box 20 is provided to prompt the operator to input the completion of the work. Since the numerical controller 100 cannot confirm the completion of the work for "re-applying paste to the tool", a check box 20 is provided to prompt the operator to input the completion of the work.
  • the check box 20 is checked, the "cutting time” and “cutting times” of the work item "reapply paste to the tool” and the "cutting time” and “cutting times” of the work item "remove chips” are reset. be done.
  • a button 22 is a button for transitioning to a screen on which "tool offset measurement” can be performed
  • a button 23 is a button for transitioning to a screen on which "center axis position measurement of rotation axis” can be performed. These buttons are highlighted to guide the operator on the screen. These screens may be displayed on an external information processing device such as the PC 51, the server 52, or the portable terminal 53 instead of the numerical control device 100.
  • FIG. When the button 23 for transitioning to the "rotational axis central axis position measurement screen" is selected, a screen showing the central axis position of the rotational axis is displayed. While referring to the screen, the operator can perform the work of "correction of central axis misalignment of the rotating shaft”.
  • FIG. 9 is a flow chart showing the operation of the numerical controller 100 of the present disclosure.
  • the operator selects a machining program according to the work instructions and installs the work.
  • the work item extraction unit 11 reads machine configuration information 14 registered in the numerical controller 100 .
  • the work item extraction unit 11 extracts work items that occur depending on the operating status of the machine tool 200 (step S1).
  • the work items include, but are not limited to, "correction of center axis misalignment of the rotating shaft”, “remeasurement of tool offset”, “reapplication of paste to tools”, and “removal of chips”.
  • the necessity addition unit 12 adds necessity to the work item based on the operating time of the machine tool 200 and sensor values (step S2).
  • the necessity determination unit 13 determines whether there is work to be executed by the operator based on the file created by the necessity addition unit 12 . If there is work to be executed by the operator (step S3; YES), the necessity determination unit 13, if the machine tool 200 needs to be stopped (step S4; yes), starts processing the next work. The machine tool 200 is stopped before starting the previous or next process (step S5). After stopping the machine tool 200, the process proceeds to step S6. If it is not necessary to stop the machine tool 200 (step S4; No), a list of work items is output (step S6).
  • the output destination of the work items may be the numerical control device 100 or an external information processing device such as the PC 51, the server 52, or the portable terminal 53.
  • the numerical control device 100 and the external information processing device output a warning sound and a work item list screen to call the operator's attention (step S7).
  • the operator performs necessary work while referring to the screen.
  • step S8 When the next determination starts (step S8; YES), the numerical controller 100 transitions to step S2.
  • the determination result of necessity is updated as needed.
  • the necessity of work items such as "correction of central axis misalignment of the rotating shaft”, “remeasurement of tool offset”, “reapplication of paste to tools”, and “removal of chips” is constantly changing.
  • the numerical controller 100 constantly notifies the operator of the need for work that changes depending on the operating state of the machine tool 200 .
  • step S8; NO the determination of necessity is terminated.
  • a CPU 111 included in the numerical controller 100 is a processor that controls the numerical controller 100 as a whole.
  • the CPU 111 reads a system program stored in the ROM 112 via the bus 122 and controls the entire numerical controller 100 according to the system program.
  • the RAM 113 temporarily stores calculation data, display data, various data input by the user via the input unit 71, and the like.
  • the display unit 70 is a monitor attached to the numerical controller 100 or the like.
  • the display unit 70 displays a setup support screen, a setup procedure manual, and the like, which will be described later.
  • the input unit 71 is integrated with the display unit 70 or is a keyboard, touch panel, or the like that is separate from the display unit 70 .
  • the operator operates the input unit 71 to perform input to the screen displayed on the display unit 70 and the like.
  • the non-volatile memory 114 is, for example, a memory that is backed up by a battery (not shown) so that the memory state is retained even when the power of the numerical controller 100 is turned off.
  • the non-volatile memory 114 stores a machining program read from an external device via an interface (not shown), a machining program input via the input unit 71, various parts acquired from each part of the numerical control device 100, the machine tool 200, etc. Data (for example, setting parameters obtained from the machine tool 200, etc.) are stored.
  • Programs and various data stored in the non-volatile memory 114 may be developed in the RAM 113 at the time of execution/use.
  • Various system programs are pre-written in the ROM 112 .
  • a controller 40 that controls each axis of the machine tool 200 converts an axis movement command from the CPU 111 into a pulse signal and outputs it to the driver 41 .
  • the driver 41 converts the pulse signal into current to drive the servomotor.
  • the power of the servo motor moves the tools and table.
  • Numerical controller 100 can machine a workpiece by controlling machine tool 200 according to a machining program.
  • the numerical control device 100 as a machining work auxiliary device adds necessity for work items that change depending on the operating state of the machine tool 200 .
  • the necessity includes "whether or not work is necessary at the present time”, “preliminary determination of work necessity”, “degree of necessity of work”, “time when work is required”, and the like.
  • the numerical controller 100 assists the operator in determining the necessity of work by displaying a list of work items and information about the necessity side by side. The operator can determine which work should be preferentially executed by referring to the work whose necessity increases in a short period of time, the time when the work's necessity increases, the degree of necessity, and the like.

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Abstract

加工作業補助装置としての数値制御装置１００は、工作機械２００の稼働状態に応じて必要性が変化する作業項目を抽出し、工作機械２００の稼働状況を基に作業項目の必要性を判定し、作業項目に必要性を付加し、作業項目に付加された必要性に基づきオペレータが実行する作業の有無を判定する。判定された作業項目の必要性は、加工補助装置としての数値制御装置２００の表示部７０の画面、オペレータの端末装置、工場内の工作機械２００を管理するコンピュータなどに通知される。

Description

加工作業補助装置、及び記憶媒体
　本発明は、工作機械を用いた加工作業を補助する加工作業補助装置、及び記憶媒体に関する。
　工作機械を用いた加工作業の作業手順を記載した文書を作業指示書とよぶ。作業指示書には、作業人数、作業時間、作業内容、作業順序などが記載されている。作業内容は、さらに「手作業」「自動加工」「歩行」「手持ち」「品質チェック」などに分けられている。作業指示書は、書面又は画面に表示され、工作機械のオペレータは作業指示書に記載された順序で作業を行う。
　オペレータが作業指示書に記載された基本的な作業を繰り返し実行することで、均一な品質の加工が実現できる。しかしながら、全ての作業を作業指示書に記載できるわけではなく、実際には、工作機械の稼働状況に応じて作業指示書に記載のない作業が発生する。このような作業に対応するため、オペレータは工作機械の稼働状況を観察しながら、作業を実行するタイミングを自分で判断する。オペレータの判断を要する作業には、例えば、「工具へのペースト再塗布」、「切粉の除去」などがある。
　加工精度を向上させるために、オペレータの判断が必要ない作業もある。「熱変位」に起因する「ズレの補正」や「オフセットの再測定」は、物理モデルや統計モデルを用いて、自動的に実行できる。例えば、機械学習を用いた熱変位補正の自動補正として、ワークの加工誤差量と工作機械の稼働率の双方を状態変数として、工具補正間隔の変化量の行動価値を決定価値として学習し、工具補正の頻度を最適化し、加工誤差を所望の範囲内に抑えつつ工作機械の稼働率を高める技術が知られている。例えば、特許文献１参照。
特開２０１７－６８５６６号公報
　「熱変位」の自動補正は、寸法精度が厳しくない加工（寸法公差が５／１００ｍｍ～６／１００ｍｍ以上）に適用が限定される。また、「回転軸の中心軸位置ズレの補正」は、単に機械学習を用いた「熱変位補正」や「工具軸方向熱変位補正」の技術を用いるだけでは的確に補正できない。
　寸法精度が厳しい加工（寸法公差が１／１０００ｍｍ単位）は、「熱変位」を手動補正する必要がある。自動補正では厳しい寸法精度に合わせた補正ができないからである。「熱変位」の補正は、オペレータの判断を要する作業であるため、オペレータの負担が増加する。
　オペレータの判断を要する作業は、「熱変位」の補正以外にも「工具へのペースト再塗布」や「切粉の除去」などの様々なものがある。これらの複数の作業を漏れなく効率的に行うためには、オペレータの判断を補助する機能が必要である。
　そのため、工作機械の分野では、機械の稼働状況に応じて必要性が変化する作業の実行を補助する加工作業補助装置、及び記憶媒体が望まれている。
　本開示の一態様である数値制御装置は、工作機械の稼働状態に応じて必要性が変化する作業項目を抽出する作業項目抽出部と、作業項目の必要性を判定し、作業項目に必要性を付加する必要性付加部と、作業項目に付加された必要性に基づきオペレータが実行する作業の有無を判定する必要性判定部と、を備える。
　本開示の一態様であるコンピュータが読み取り可能な記憶媒体は、１つ又は複数のプロセッサが実行することにより、工作機械の稼働状態に応じて必要性が変化する作業項目を抽出し、作業項目の必要性を判定し、作業項目に必要性を付加し、前記作業項目に付加された必要性に基づき、オペレータが実行する作業の有無を判定するコンピュータが読み取り可能な命令を記憶する。
　本発明の一態様により、工作機械の稼働状態に応じて必要性が変化する作業の実行を補助することができる。
数値制御装置のブロック図である。 必要性の有無を判定する方法を示す図である。 作業の必要性を事前に判定する方法を示す図である。 必要性を程度で表す方法を示す図である。 ２種類以上の変数から必要性の有無を判定する方法を示す図である。 ２種類以上の変数から必要性の有無を判定する方法を示す図である。 作業項目と必要性とを関連付けたファイルの一例を示す図である。 作業項目の一覧画面の一例を示す図である。 数値制御装置の動作を示すフローチャートである。 数値制御装置のハードウェア構成を示す図である。
　図１は、加工作業補助装置としての数値制御装置１００のブロック図である。なお、本開示では、加工作業補助装置を数値制御装置１００に適用する例を示すが、数値制御装置１００に限定されず、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、サーバ、携帯端末などの他の情報処理装置に適用してもよい。
　数値制御装置１００は、工作機械２００の稼働状態によって必要性が変化する作業項目を抽出する作業項目抽出部１１、作業項目に必要性を付加する必要性付加部１２、作業項目の必要性に基づきオペレータが実行する作業の有無を判定する必要性判定部１３を備える。数値制御装置１００は、工作機械２００と一体化又は工作機械２００に接続されており、工作機械２００及び工作機械２００に備わったセンサ（図示省略）並びにＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｉｎｇ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）（図示省略）から工作機械２００の稼働状態を示す情報を入力する。数値制御装置１００は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して工場内の工作機械２００を管理するコンピュータであるＰＣ５１、工作機械２００を管理するコンピュータであるサーバ５２、オペレータの携帯端末５３などに接続されている。また、数値制御装置１００は、ＬＡＮを介してインターネットなどの広域ネットワークに接続されてもよい。
　作業項目抽出部１１は、回転軸の有無などの機械構成情報１４、寸法公差、長時間運転の実施の有無などの加工情報、温度、稼働時間、工具毎の切削時間、トルク等の機械の状態情報１５などから、機械の稼働状態によって必要性が変化する作業項目を抽出する。機械構成情報１４は予め数値制御装置１００に登録されている。加工情報は加工プログラムから読み出す、又は、オペレータが入力してもよい。状態情報１５は、工作機械２００やセンサなどから取得する。
　工作機械２００の稼働状態によって必要性が変化する作業項目には、「回転軸の中心軸位置ズレの補正」「工具オフセットの再設定」「工具へのペースト再塗布」「切粉の除去」がある。
　作業項目抽出部１１は、機械構成情報１４から、工作機械２００にテーブルなどの回転軸が存在するかを判定する。テーブルなどの回転軸の中心軸位置の熱変位は、自動で補正することができず、位置ズレや温度変化を観察しながら補正のタイミングを判断しなければならない。機械構成情報１４にテーブルなどの回転軸が存在する場合、作業項目抽出部１１は、「回転軸の中心軸位置ズレの補正」を工作機械２００の稼働状況によって変化する作業項目として抽出する。
　熱変位の自動補正がＯＮであったとしても、工具が摩耗するため工具オフセットの再設定が必要になる。作業項目抽出部１１は、「工具オフセットの再測定」を工作機械２００の稼働状態によって変化する作業項目として抽出する。また、寸法精度が厳しい場合（寸法公差が１／１０００ｍｍ単位）、熱変位の自動補正ができない。意図的に熱変位の自動補正をＯＦＦすると、熱変位分を吸収するための工具オフセット値の調整が必要になる。寸法精度が厳しい場合、「工具オフセットの再設定（手動で熱変位を補正）」を工作機械２００の稼働状況によって変化する作業項目として抽出する。
　工具の摩耗を抑制するため工具にペーストを塗布しているが、このペーストは時間とともに減少するため再塗布する必要がある。ペースト再塗布の必要性は、切削時間や切削回数など工作機械２００の稼働状態によって変化するため、「工具へのペースト再塗布」を工作機械２００の稼働状態によって変化する作業項目として抽出する。
　切削液で流しきれない切粉も徐々に蓄積する。切粉の除去の必要性は、切削時間や切削回数など工作機械２００の稼働状態によって変化するため、「切粉の除去」を工作機械２００の稼働状態によって変化する作業項目として抽出する。
　必要性判定部１３は、作業項目抽出部１１が抽出した作業項目の必要性に基づきオペレータが実行する作業の有無を判定する。
　必要性判定部１３は、各作業項目についての必要性を判定し、各作業項目に必要性を付加する必要性付加部１２を備える。
　必要性付加部１２は、工作機械２００の稼働時間やセンサの値に基づき、各作業項目の必要性を判定し、各作業項目にその判定結果を付加する。必要性付加部１２は、温度変化、切削トルク、主軸負荷、送り軸負荷、振動、切削時間、切削回数、ワーク材質など、工作機械２００やセンサが検出した情報を基に、作業項目の必要性を算出する。
　必要性の算出方法には、「作業の必要性の有無を判定」する方法、「作業の必要性を事前に判定」する方法、「作業が必要となる時間を判定」する方法、「必要性を程度で表示」する方法、「２種類以上の変数から必要性を算出」する方法がある。
　「必要性の有無を判定」する方法では、作業の必要性の有無を判定する。図２は、作業項目「工具オフセットの再測定」の必要性を判定する例を示す。図２の表には、「工具オフセットの再測定」の必要性を算出する２つの閾値「グラフ閾値：Ｔｈ＿Ａ」と「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ」が設定されている。必要性付加部１２は、工具の温度が「グラフ閾値：Ｔｈ＿Ａ」を超えた面積を算出し、この面積が「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ」を超えた場合には、作業項目「工具オフセットの再測定」は「必要性あり」と判定する。また、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ」未満であれば「必要性なし」と判定する。
　「作業の必要性を事前に判定」する方法では、上述した「面積閾値」を複数用意しておき、最初の閾値を越えた際に作業の必要性を事前に判定する。図３は、作業項目「工具オフセットの再測定」の必要性を判定する例を示す。「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ１」は、作業の必要性を事前に判定するための閾値であり、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ２」は作業の実施の必要があると判定するための閾値である。必要性付加部１２は、工具の温度を監視し、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ１」に達したときは短時間のうちに作業が必要になると判定し、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｂ２」に達したときは作業が必要になったと判定する。
　「作業が必要となる時間を算出」する方法では、上述した「面積閾値」の比率を計算する。必要性付加部１２は、「面積閾値」の比率から熱変位補正が必要となる時間を予測する。なお、熱変位補正の作業が必要となる時間は、機械学習などの統計モデルや物理モデルを用いて予測してもよい。
　「必要性を程度で表す」する方法では、上述した「面積閾値」を複数用意しておき、特定の閾値を越えると必要性を「低」から「高」に変更する。図４は、作業項目「工具オフセットの再測定」の必要性を判定する例を示す。「面積閾値：Ｔｈ＿Ｄ１」は作業項目の必要性を事前に判定するための閾値であり、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｄ２」は必要性を「低」から「高」に変更する閾値であり、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｄ３」は作業項目の必要性が有りであると判定するための閾値である。必要性付加部１２は、工具の温度を監視し、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｄ１」に達したときはやがて作業が必要になると判定するとともに「必要性」を「低」に設定し、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｄ２」に達したときは「必要性」を「高」に変更し、「面積閾値：Ｔｈ＿Ｄ３」に達したときは作業が必要であると判定する。
　図５は、「２種類以上の変数から必要性の有無を判定」する方法の一例を示す。図５の例では、工作機械の「温度」と「切削トルク」という２つの要因から作業項目「回転軸の中心軸位置ズレ計測」及び「摩耗による工具オフセットの再測定」の必要性の有無を判定する。
　「温度」「切削トルク」の２つの要因が「回転軸の中心軸位置ズレ」に影響を与える例について説明する。ここでいう「回転軸」とは、ワークを載置するテーブルの回転軸である。テーブルにはワークが固定されており、テーブルが回転するとワークも回転する。ワークが回転すると切削加工による熱が発生する。図５のグラフ（上）は、回転軸の温度の時間変化を示している。閾値Ｔｈ＿Ａは、熱変位に影響を与える温度を示している。回転軸の温度が閾値Ｔｈ＿Ａを超えていなければ、どのような温度変化があっても熱変位に影響を及ぼさない。Ｔｈ＿Ａを超えた温度になると熱変位に影響が出る。閾値Ｔｈ＿Ａを超えた温度と時間の積（面積１）は、回転軸にかかる熱量となる。熱量が閾値Ｔｈ＿Ｂを超えると熱変位が生じる可能性がある。
　図５のグラフ（下）は、切削トルクの時間変化を示している。ワークはテーブルに固定されているため、ワークに対して、強い切削力でワークを切削すると、テーブル自体にも負荷がかかり、テーブルの回転軸の中心位置ズレに影響を及ぼす。切削トルクがＴｈ＿Ｃという閾値を超えていなければ、回転軸の位置ズレに影響しない。切削トルクがＴｈ＿Ｃを超えると、回転軸の位置ズレに影響を及ぼす。閾値Ｔｈ＿Ｃを超えた切削トルクと時間の積（面積２）は、回転軸にかかるストレスとなる。
　このように「回転軸の中心軸位置ズレ」には、「温度」と「切削トルク」の２つの要因が相互に関わりあいながら影響する。図５の表（上）には、温度（熱量：面積１）についての重み係数α１と、切削トルク（ストレス：面積２）についての重み係数α２、及び温度の評価値「面積１×α１」とストレスの評価値「面積２×α２」が記載されている。数値制御装置１００は、温度の評価値「面積１×α１」とストレスの評価値「面積２×α２」の和が閾値Ｔｈ＿Ｔｏｔａｌより大きい時に、作業項目「回転軸の中心軸位置ズレ計測」が必要であると判定する。重みづけ係数「α１」、「α２」は、物理量の異なる要素である「温度」と「切削トルク」の単位を合わせるための役目も果たす。「２種類以上の変数から必要性の有無を判定」の方法は、上記の方法に限定しない、適当な数理モデルや機械学習を用いてもよい。
　図６は、「２種類以上の変数から必要性の有無を判定」する他の方法の一例を示す。図６の例は、２つの要素「切削時間」と「切削回数」は個別の閾値を有し、２つの要素の何れか一方でも条件を満たせば必要性があると判定する。
　図６の例では、２つの要素「切削時間」と「切削回数」の閾値「Ｔｈ＿Ｅ」と「Ｔｈ＿Ｆ」である。数値制御装置１００は、閾値「Ｔｈ＿Ｅ」と「現在の切削時間」を比較し、「現在の切削時間＞Ｔｈ＿Ｅ」の条件を満たす、もしくは、閾値「Ｔｈ＿Ｆ」と「現在の切削回数」を比較し、「現在の切削回数＞Ｔｈ＿Ｆ」の条件を満たすとき、作業が必要であると判定する。
　２つの要素は、いずれかが条件を満たせば「必要性あり」と判定する「ｏｒ条件」である。この方法を用いて、作業項目「工具へのペースト再塗布」や「切粉の除去」の必要性が判定できる。数値制御装置１００は、作業項目に対する閾値を記憶している。図６の表では、作業項目「工具ペーストの再塗布」を判定するための「時間閾値：Ｔｈ＿１」と「回数閾値：Ｔｈ＿２」、作業項目「切粉の除去」を判定するための「時間閾値：Ｔｈ＿３」と「回数閾値：Ｔｈ＿４」を記憶している。
　「２種類以上の変数から必要性の有無を判定」であっても１種類の変数の場合と同様に、上述した「作業の必要性を事前に判定」する方法、「作業が必要となる時間を算出」する方法、「必要性を程度で表示」する方法を適用することができる。すなわち、２種類以上の変数から、作業の必要性を事前に予測し、作業が必要となる時間を算出し、作業の必要性を段階化することができる。
　必要性付加部１２は、作業項目と必要性とを関連付けたファイルを作成する。図７は、ファイルの一例である。図７のファイルには、「作業項目：テーブルなどの回転軸の中心軸位置ズレの計測とその補正」「必要性：高」、「作業項目：工具オフセットの再測定」「必要性：高」、「作業項目：工具へのペースト塗布」「必要性：低」、「作業項目：切粉の除去」「必要性：低」というように作業項目と必要性が関連付けられている。
　必要性判定部１２は、各作業項目に付加した必要性を参照し、必要性がある作業項目が少なくとも１つある場合に「工作機械の停止」「作業項目の出力」を行う。
　「工作機械の停止」では、「必要性：高」（又は必要性あり）の作業があれば、次の加工動作もしくは次工程の加工動作を禁止させる。
　「作業項目の出力」では、必要性あり（「必要性：低」「必要性を事前に判定した作業項目」、「必要性ありとなる時間を算出した作業項目」を含む）と判定された作業項目が少なくとも１つ存在する場合には、作業項目に必要性に関する情報を付加した「作業項目の一覧」を、数値制御装置１００の画面、ＰＣ５１、サーバ５２、携帯端末５３の少なくとも何れかの外部の情報処理装置に出力してもよい。
　ＰＣ５１、サーバ５２、携帯端末５３は、作業項目の必要性に応じて、オペレータが実行する作業に対する、操作画面の表示、前記操作画面への誘導、操作内容の表示の少なくとも何れかを実施してもよい。
　図８は、必要性の有る作業項目一覧である。図８の例では、作業項目として「回転軸の中心軸位置計測（軸ズレの可能性）」「工具オフセット測定（摩耗の可能性）」「切粉の切除」が表示されている。各作業には、必要性が表示されている。「回転軸の中心軸位置計測（軸ズレの可能性）」は「必要性：高」、「工具オフセット測定（摩耗の可能性）」は「必要性：低」、「切粉の除去」は「必要性：中」である。「切粉の除去」には「予測時間：１０時間３３分」が表示されている。オペレータは作業一覧を参照しながら、画面に表示された全ての作業を実施するか、または必要性の高い作業のみを実施するか、などを判断する。
　例えば、数値制御装置１００の画面に、工作機械２００を停止して実行する作業が複数表示されている場合には、何度も工作機械２００を停止するよりも、一度にまとめて作業した方が効率がよいと判断することができる。オペレータは、ある作業を実行すべき時間が分かれば、その時間までに他の作業を実行することもできる。また、オペレータは、手の空いたときに必要性の低い作業を実行することもできる。
　作業項目「切粉の除去」には、チェックボックス２０が設けられている。「切粉の除去」については、数値制御装置１００は作業の完了を確認できないため、チェックボックス２０を設けて作業の完了をオペレータに入力させる。「工具へのペースト再塗布」も数値制御装置１００は作業の完了を確認できないため、チェックボックス２０を設けて作業の完了をオペレータに入力させる。チェックボックス２０にチェックが付くと、作業項目「工具へのペースト再塗布」の「切削時間」や「切削回数」、作業項目「切粉の除去」の「切削時間」や「切削回数」がリセットされる。
　図８において、ボタン２２は「工具オフセット測定」が行える画面へ遷移するボタンであり、ボタン２３は、「回転軸の中心軸位置計測」が行える画面へ遷移するボタンである。これらのボタンは強調表示されており、画面でオペレータを誘導する。
　これらの画面は、数値制御装置１００ではなく、ＰＣ５１、サーバ５２、携帯端末５３などの外部の情報処理装置に表示してもよい。
　「回転軸の中心軸位置計測画面」へ遷移するボタン２３を選択すると、回転軸の中心軸位置を示す画面が表示される。オペレータは画面を参照しながら「回転軸の中心軸位置ズレの補正」の作業を実行することができる。
　図９は、本開示の数値制御装置１００の動作を示すフローチャートである。オペレータは、作業指示書に従い加工プログラムを選択し、ワークを設置する。作業項目抽出部１１は、数値制御装置１００に登録された機械構成情報１４を読み取る。
　作業項目抽出部１１は、工作機械２００の稼働状況によって発生する作業項目を抽出する（ステップＳ１）。作業項目としては、「回転軸の中心軸位置ズレの補正」「工具オフセットの再測定」「工具へのペースト再塗布」「切粉の除去」などがあるが、これらに限定されない。
　必要性付加部１２は、工作機械２００の稼働時間やセンサの値に基づき、作業項目に必要性を付加する（ステップＳ２）。必要性の算出方法には、「作業の必要性の有無を判定」する方法、「作業の必要性を事前に判定」する方法、「作業が必要となる時間を判定」する方法、「必要性を程度で表示」する方法がある。必要性は複数の変数を組み合わせて算出することもできる。
　必要性判定部１３は、必要性付加部１２で作成したファイルを基にオペレータが実行する作業の有無を判定する。オペレータが実行する作業が存在する場合には（ステップＳ３；ＹＥＳ）、必要性判定部１３は、工作機械２００を停止する必要がある場合には（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、次のワークの加工開始前又は次の工程開始前に工作機械２００を停止させる（ステップＳ５）。工作機械２００を停止した後は、ステップＳ６に遷移する。
　工作機械２００を停止する必要がない場合は（ステップＳ４；Ｎｏ）、作業項目の一覧を出力する（ステップＳ６）。作業項目の出力先は、数値制御装置１００でもよいし、ＰＣ５１、サーバ５２、携帯端末５３などの外部の情報処理装置でもよい。
　数値制御装置１００や外部の情報処理装置は、警告音や作業項目一覧画面を出力して、オペレータの注意を喚起する（ステップＳ７）。オペレータは、画面を参照しながら必要な作業を実行する。
　数値制御装置１００は、次の判定が開始すると（ステップＳ８；ＹＥＳ）、ステップＳ２へ遷移する。必要性の判定結果は随時更新される。すなわち、「回転軸の中心軸位置ズレの補正」「工具オフセットの再測定」「工具へのペースト再塗布」「切粉の除去」などの作業項目の必要性は随時変化している。数値制御装置１００は、工作機械２００の稼働状態によって変化する作業の必要性を常にオペレータに通知している。
　最後に、必要性の判定を終了する場合には（ステップＳ８；ＮＯ）、必要性の判定を終了する。
　図１０を参照して、数値制御装置１００のハードウェア構成を説明する。数値制御装置１００が備えるＣＰＵ１１１は、数値制御装置１００を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、バス１２２を介してＲＯＭ１１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１００の全体を制御する。ＲＡＭ１１３には一時的な計算データや表示データ、入力部７１を介してユーザが入力した各種データ等が一時的に格納される。
　表示部７０は、数値制御装置１００に付属のモニタなどである。表示部７０は、後述する段取り支援画面や段取り手順書などを表示する。
　入力部７１は、表示部７０と一体、又は、表示部７０とは別のキーボード、タッチパネルなどである。オペレータは入力部７１を操作して、表示部７０に表示された画面への入力などを行う。
　不揮発性メモリ１１４は、例えば、図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリである。不揮発性メモリ１１４には、図示しないインタフェースを介して外部機器から読み込まれた加工プログラムや入力部７１を介して入力された加工プログラム、数値制御装置１００の各部や工作機械２００等から取得された各種データ（例えば、工作機械２００から取得した設定パラメータ等）が記憶される。不揮発性メモリ１１４に記憶されたプログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１１３に展開されてもよい。また、ＲＯＭ１１２には、各種のシステム・プログラムが予め書き込まれている。
　工作機械２００の各軸を制御するコントローラ４０は、ＣＰＵ１１１からの軸の移動指令をパルス信号に変換しドライバ４１に出力する。ドライバ４１はパルス信号を電流に変換してサーボモータを駆動する。サーボモータの動力により、工具やテーブルが移動する。数値制御装置１００は加工プログラムに従って工作機械２００を制御することによりワークを加工することができる。
　上述したように、加工作業補助装置として数値制御装置１００は、工作機械２００の稼働状態によって変化する作業項目について必要性を付加する。必要性は、「現時点における作業の必要性の有無」「作業の必要の事前判定」「作業の必要性の度合い」「作業が必要となる時間」などがある。数値制御装置１００は、作業項目の一覧と必要性に関する情報とを並べて表示することにより、オペレータの作業の必要性判断を補助している。オペレータは、短期間に必要性が高くなる作業、作業の必要性が高くなる時間、必要性の程度などを参照しながら、どの作業を優先的に実行するかを判断することができる。
　　１００　数値制御装置
　　１１　　作業項目抽出部
　　１２　　必要性付加部
　　１３　　必要性判定部
　　１１１　ＣＰＵ
　　１１２　ＲＯＭ
　　１１３　ＲＡＭ
　　１１４　不揮発性メモリ
　　２００　工作機械

Claims (11)

  1. 　工作機械の稼働状態に応じて必要性が変化する作業項目を抽出する作業項目抽出部と、
    　前記作業項目の必要性に基づきオペレータが実行する作業の有無を判定する必要性判定部と、
    　を備える加工作業補助装置。
  2. 　前記必要性判定部は、前記作業項目のうち少なくとも１つに必要性がある場合に、オペレータが実行する作業が有ると判定する、請求項１記載の加工作業補助装置。
  3. 　前記必要性判定部は、必要性の高い作業項目がある場合、次の加工開始前又は次の工程開始前に前記工作機械を停止させる、請求項１記載の加工作業補助装置。
  4. 　前記必要性判定部は、前記作業項目の必要性が発生することを事前に判定した場合、オペレータが実行する作業があると判定する、請求項２記載の加工作業補助装置。
  5. 　前記必要性判定部は、前記作業項目の必要性が発生する時間を判定した場合、オペレータが実行する作業があると判定する、請求項２記載の加工作業補助装置。
  6. 　前記必要性判定部は、各作業項目の必要性を判定し、各作業項目に必要性を付加する必要性付加部を備える、請求項１記載の加工作業補助装置。
  7. 　前記必要性判定部は、高い必要性が付加された作業項目が存在する場合、当該作業項目の処理が完了するまで、前記工作機械を停止させる、請求項６記載の加工作業補助装置。
  8. 　前記作業項目に必要性を付加したファイルを作成する必要性付加部を備え、
    　前記必要性判定部は、前記必要性を付加したファイルを外部の情報処理装置に出力する、請求項７記載の加工作業補助装置。
  9. 　前記必要性判定部は、前記作業項目の必要性を、当該加工作業補助装置の画面、オペレータの端末機器、工場内の前記工作機械を管理するコンピュータの少なくとも何れかへ通知する、請求項１記載の加工作業補助装置。
  10. 　前記必要性判定部は、前記オペレータが実行する作業に対する操作画面の表示、前記操作画面への誘導、操作内容の表示の少なくとも何れかを、前記加工作業補助装置の画面、前記オペレータの端末機器、工場内の前記工作機械を管理する前記コンピュータの少なくとも何れかに実行させる、請求項９記載の加工作業補助装置。
  11. 　１つ又は複数のプロセッサが実行することにより、
    　工作機械の稼働状態に応じて必要性が変化する作業項目を抽出し、
    　前記作業項目の必要性に基づきオペレータが実行する作業の有無を判定する、コンピュータが読み取り可能な命令を記憶する記憶媒体。
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