JP2014021648A - 加工支援装置および加工支援システム - Google Patents

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Abstract

【課題】工作機械の動作確認を容易にすることを課題とする。
【解決手段】通信装置130を介して、工作機械を制御する工作機械制御装置から加工プログラム中に記述されている模擬開始コードを検知した旨の通知を受信すると、工作機械制御装置に工作機械を停止させる加工監視部112と、工作機械を停止させたまま、加工プログラムにおける模擬開始コードから模擬終了コードまでの命令を模擬する模擬処理部113と、模擬処理部で行われている模擬を表示する表示装置150と、を有することを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、加工プログラムに従って加工を行う加工支援装置および加工支援システムに関する。
NC(Numerical Control)加工機械(以下、工作機械と称する)による加工は、NCプログラムに従い、自動的に進む。
このような工作機械の監視システムとして、実機と同じ動作をするシミュレーションが可能なロボットオフラインプログラミング装置などが開示されている(例えば、特許文献1)。
特開2010−218036号公報
このような工作機械では、NCプログラムに従い、加工が自動的に進む。このように加工が自動的に進むことは加工効率向上などの観点では好ましいが、反面、NCプログラムに誤りなどがあった場合には、誤りに気付かずに加工が進んでしまうといった課題がある。
また、正確に加工を行うために、加工の途中で加工機のユーザが設定値の補正を行う場合がある。この際に、誤った数値が入力される場合があり、そのまま、誤った加工が施されるといったリスクがある。
ところで、NCプログラムに誤りがあったり、取り付けた工具が誤っていた状態で加工が進んだりするのを防止するために、ドライラン(空振り)が行われる。これは、工具を加工対象物から離した状態で、工具をNCプログラムに従って動作させることで、NCプログラムに誤りがないか否かを確認するものである。
しかしながら、このドライランは工具を加工対象物から離した状態、つまり、工具の座標値をずらした状態で行うため、正しい座標値が入力されているかなどを確認することが難しかった。
このような問題点を解決するため、ソフトウェアでドライランをシミュレーションするソフトドライランという手法がある。
しかしながら、加工の始めから終わりまでソフトドライランをすると、多大な時間を要することから現実的ではない。
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、工作機械の動作確認を容易にすることを課題とする。
前記した課題を解決するため、本発明は、加工プログラム中に模擬開始コードを挿入し、模擬開始コードを検知すると、模擬開始コード以下の加工プログラムを、工作機械を停止させた状態で、模擬し、その模擬を表示部に表示させることを特徴とする。
本発明によれば、工作機械の動作確認を容易にすることができる。
本実施形態に係る加工支援システムの構成例を示す図である。 本実施形態に係る加工支援装置のハードウェア構成例を示す図である。 本実施形態に係る工作機械制御装置のハードウェア構成例を示す図である。 本実施形態に係る加工支援システムの外観を示す図(その1)である。 本実施形態に係る加工支援システムの外観を示す図(その2)である。 本実施形態に係る加工支援装置の処理手順を示すフローチャート(その1)である。 本実施形態に係る加工支援装置の処理手順を示すフローチャート(その2)である。 本実施形態に係る加工支援装置の処理手順を示すフローチャート(その3)である。 本実施形態に係る工作機械制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る加工準備情報入力画面の例である。 本実施形態に係る必要物品情報入力画面の例である。 本実施形態に係る加工情報入力画面の例を示す図である。 本実施形態に係る加工状態表示画面の例を示す図である。 本実施形態に係る工具登録画面の例を示す図(その1)である。 本実施形態に係る工具登録画面の例を示す図(その2)である。 本実施形態に係る工具登録画面の例を示す図(その3)である。 本実施形態に係る工具登録画面の例を示す図(その4)である。
次に、本発明を実施するための形態(「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
[システム構成]
図1は、本実施形態に係る加工支援システムの構成例を示す図である。
図1に示すように、加工支援システム10は、工作機械3を制御する工作機械制御装置2と、工作機械制御装置2に指示を送信したり、加工プログラムであるNCプログラムを設定したりする加工支援装置1とが社内LAN(Local Area Network)などのネットワーク6を介して互いに接続している。また、工具や、加工対象物の3次元CAD(Computer Aided Design)データなどが格納されているCAD/CAM(Computer Aided Manufacturing)システムデータベース5もネットワーク6に接続している。
加工支援装置1には、工具の大きさや、工具と加工対象物との距離などを計測するレーザ計測装置などであり、計測結果を加工支援装置1に入力する計測装置4が接続されている。
[装置構成]
(加工支援装置)
図2は、本実施形態に係る加工支援装置のハードウェア構成例を示す図である。
加工支援装置1は、PC(Personal Computer)などであり、メモリ100、CPU(Central Processing Unit)120、ハードディスクなどの記憶装置160、外部との通信を行う通信装置(通信部)130、キーボードやマウスなどの入力装置(入力部)140およびディスプレイなどの表示装置(表示部)150を有する。
メモリ100には、記憶装置160に格納されているプログラムが展開され、CPU120によって実行されることで、処理部110、加工ナビゲーション部111、加工監視部112および模擬処理部113が具現化している。
図2に示すように、処理部110は加工ナビゲーション部111、加工監視部112および模擬処理部113を有している。
加工ナビゲーション部111は、入力装置140を介して加工準備情報や、加工情報などを受け付け、工作機械制御装置2に設定したり、NCプログラムを工作機械制御装置2に設定したりする。
加工監視部112は、工作機械制御装置2から工作機械3の状態に関する情報を受信し、干渉などが生じていないかを監視する。
模擬処理部113は、NCプログラムに挿入されている模擬開始コード(後記)を検知すると、工作機械3を停止させ、模擬開始コードから模擬終了コード(後記)までのNCプログラムを模擬(シミュレーション)する。
(工作機械制御装置)
図3は、本実施形態に係る工作機械制御装置のハードウェア構成例を示す図である。
工作機械制御装置2は、PLC(Programmable Logic Controller)などであることが一般的だが、通常のPCなどでもよい。
工作機械制御装置2は、メモリ200と、CPU220と、ネットワーク6(図1)を介して加工支援装置1(図1)との間のデータの送受信を行う通信装置230と、工作機械3に備えられているセンサなどから信号を受信する入力装置240と、工作機械3へ制御信号を出力する出力装置250とを有する。
メモリ200には、NCプログラムが展開されており、このNCプログラムがCPU220によって実行されることによって、工作機械制御部211が具現化している。
工作機械制御装置2には、予め工作機械制御装置2用に開発されたラダー回路と接点番地、模擬開始コード、模擬終了コード、ユーザカスタマイズプログラムなどがNCプログラムとして設定されている。模擬開始コードおよび模擬終了コードについては後記する。
また、工作機械制御装置2は、加工支援装置1から送信される移動停止信号のON/OFF、インタロック回路のON/OFF、警告のON/OFF、加工監視準備完了信号のON/OFF、加工開始許可信号のON/OFFを工作機械3に指示することができる。
(加工支援システム外観)
図4および図5は、本実施形態に係る加工支援システムの外観を示す図である。ここで、工具の取り付けられている方向を前とすると、図4は右斜め前からの外観図であり、図5は左斜め前からの外観図である。
なお、図4および図5において、図1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
工作機械3は、工具32を使用して加工対象物31を加工する。
図5に示すように、工作機械3の近傍に工作機械制御装置2が設置されているのが一般的である。また、工作機械3の近傍には加工支援装置1であるPCと、計測装置4とが設置されている。
なお、工作機械3には工具32がアタッチメント33を介して設置されている。
加工支援装置1、工作機械制御装置2などは、図1で示したようにLANや、インターネットなどのネットワーク6で互いに接続している。
図4では、便宜上、工作機械3の近くに加工支援装置1を設置しているが、例えば、工作機械3とは別の部屋や、海外の製造工場などといったように、加工支援装置1を工作機械3から離れた場所に設置することも可能である。
なお、加工支援装置1の操作は機械操作盤34のモニタを介して行われるようにしてもよい。
[処理手順]
加工は、加工準備→加工の順で進むが、加工準備には加工ナビゲーション部111を使用する場合と、使用しない場合とが考えられる。
以下、適宜、図1〜図5を参照して、加工ナビゲーション部111を使用した場合における本実施形態の処理手順を説明する。加工ナビゲーション部111を使用しない場合については後記する。
加工支援装置1の操作は、工作機械3の機械操作盤34による操作、もしくは、加工支援装置1の入力装置140を介した操作の2種類が可能である。ここでは、加工支援装置1本体に設置されている入力装置140を介した操作によって加工支援装置1を操作することとする。
(加工支援装置の処理手順)
図6〜図8は、本実施形態に係る加工支援装置の処理手順を示すフローチャートである。
まず、入力装置140を介して、加工支援装置1の加工ナビゲーション部111による加工準備が開始される(図6のS101)。
加工ナビゲーション部111は、製品製作に必要なマスタ情報を基に、実行する加工工程名を表示装置150に表示する。同時に、工作機械3の機械操作盤34の表示装置に加工工程名が表示されてもよい。マスタ情報は、例えば、加工支援装置1の記憶装置160や工程管理システムデータベース(図示せず)に格納されている工程情報などである。
なお、この表示は、加工工程名の点滅や、スピーカによる音声の出力などとしてもよい。なお、表示装置150に表示する文字や、音声はユーザが理解できる言語で教示することができる。
次に、入力装置140を介して、表示されている加工工程名が選択されると、加工ナビゲーション部111は当該加工に必要な加工準備情報を表示装置150に表示する(S102)。加工準備情報については後記して説明する。
ユーザは、表示装置150に表示されている加工準備情報に従って必要物品(加工対象物31、取付治具35、工具32、アタッチメント34など)を工作機械3に取り付ける。ここで、取付治具35は加工対象物31を工作機械3に取り付ける(あるいは、据え付ける)際に、加工対象物31を指示するものである。
そして、工作機械3への必要物品の取り付け後に、取り付けた必要物品の情報が入力装置140を介して工作機械制御装置2に入力される。必要物品の情報については、後記して説明する。
なお、必要物品の情報入力は、機械操作盤34を介して入力されてもよい。あるいは、加工対象物31の位置や、工具32の形状を計測する計測装置4から工作機械制御装置2へ伝送されることで、必要物品の情報が工作機械制御装置2に入力されるようにしてもよい。
次に、加工支援装置1は、加工方法として自動加工が選択されているか否かを判定する(S103)。この処理は、表示装置150に表示されている自動加工のボタンが選択入力されたか、手動加工のボタンが選択入力されたかで判定される。
ステップS103の結果、自動加工が選択されている場合(S103→Yes)、加工ナビゲーション部111は、加工を実行するためのNCプログラムを工作機械制御装置2へ送信し(S104)、工作機械制御装置2は、送信されたNCプログラムを工作機械3のメインプログラムとして設定する。
自動加工が選択されていない場合(S103→No)、つまり、手動加工が教示されている場合、加工開始を合図するためのダミープログラムが工作機械制御装置2に送信され(S105)、工作機械制御装置2は、送信されたダミープログラムをメインプログラムとして設定する。ここでは、NCプログラムがメインプログラムとして設定されたものとして説明する。
なお、加工ナビゲーション部111は加工開始のために工作機械制御装置2に入力された情報が充足しているか否かを、例えば、工作機械3を介して工作機械制御装置2に入力された情報と、加工準備情報との比較を行うことによって判定してもよい。
加工ナビゲーション部111は起動後、工作機械制御装置2への入力情報を常時監視しており、入力された情報が充足すると、加工準備完了信号を加工監視部112および工作機械制御装置2に送信する(S106)。
加工監視部112は、加工準備完了信号を加工ナビゲーション部111から受信すると、加工監視に必要な設定情報(加工情報)をCAD/CAMシステムデータベース5から抽出し、加工情報として表示する(S107)。加工情報の表示については、後記する。ユーザは、表示されている加工情報を調整したり、設定したりする。
そして、加工監視部112は、工作機械制御装置2から情報を取得し、現在(取り付け時)の必要物品の状態(取付状態)を表示装置150に表示する(S108)。取付状態の表示については、後記して説明する。
加工監視部112は、加工監視準備完了信号を工作機械制御装置2へ送信する(S109)。
そして、加工監視部112は加工開始許可状態となっている旨の情報を表示装置150に表示し加工監視開始状態となる。
工作機械制御装置2は加工支援装置1の加工監視部112からの加工監視準備完了信号を受信すると加工開始許可状態となる。これに伴い、工作機械制御装置2のインタロックが解除される。
ユーザは、表示装置150に表示されている加工開始許可の情報を確認後、入力装置140を介して当該加工に関わる機械操作開始の情報を加工支援装置1に入力することで、工作機械制御装置2に加工開始を指示する(S110)。ステップS110の処理は、例えば、表示装置150に表示されている機械操作開始ボタンが入力装置140を介して選択入力されることで行われる。
このとき、加工が自動加工であれば、サイクルスタートボタンが起動され、手動加工であれば工具32の回転や回転テーブルの角度変更、冷却水、冷却油、冷却ミストクーラント操作などがユーザによって実行される。
機械操作開始の情報を受信した工作機械制御装置2は、工作機械3を制御して加工を行う。
加工監視部112は、加工監視開始状態以降、工作機械制御装置2から工作機械3における工具32の座標値(稼動する直線軸系統および回転軸系統のすべての座標値)を常時受信している。そして、加工監視部112は、工具32の座標値を受信すると、即座に工作機械3の動作ノードを座標の変化に合わせて移動させることで工具32の3次元モデルを表示装置150上で動作させる。つまり、加工監視部112は、工作機械制御装置2から取得した工作機械3の工具32の座標値を基に、表示装置150に表示されている工作機械3の3次元モデルを動作させる。
加工監視部112は、このような工作機械3と連動した3次元モデルを動作させつつ、加工終了まで工作機械3の監視を継続する。
また、加工監視部112は、計測装置4による計測から工具32の加工部位(後記する不感帯が設定されている)と、工具32以外の各必要物品との距離を計算している。
そして、加工監視部112は、工具32と、必要物品との距離が予め設定されている最小距離(設定距離)以下であるか否かを判定する(図7のS111)。
ステップS111の結果、工具32と、各必要物品との距離が予め設定されている最小距離より大きい場合(S111→No)、加工支援装置1はステップS113へ処理を進める。
必要物品とは、前記したように、加工対象物31、取付治具35、工具32、アタッチメント34などである。
ステップS111の結果、工具32と、各必要物品との距離が予め設定されている最小距離以下の場合(S111→Yes)、加工監視部112は、接近距離異常と判定し、接近距離異常処理を行う(S112)。
接近距離異常処理は、表示装置150における工具32あるいは加工対象物31などの必要物品の色が変化したり、警告が表示されたりすることで、ユーザに接近距離異常を教示する。また、加工監視部112は、工作機械制御装置2へ工具32の移動停止信号を送信し、工作機械3を停止させるようにしてもよい。接近距離異常が判定されたときに、どのような処理が行われるかは、加工支援装置1の入力装置140を介してユーザが設定可能である。
なお、加工が正常な場合には、工具32および加工対象物31を、例えば緑色で表示する。
ここで、ステップS112の接近距離異常処理が工作機械3の停止であった場合、入力装置130を介して、工作機械制御装置2へ加工再開指示が送信される。加工再開指示を受信した工作機械制御装置2は工作機械3の加工を再開する。
加工監視部112は、工作機械制御装置2から送られる工具32の座標値などを基に、干渉が生じているか否かを常時判定している(S113)。ここで、干渉が生じているとは、加工対象物31の加工完成予定の箇所を切削してしまっていると加工監視部112が判定することである。これは、ステップS112や、後記するステップS116〜S119,S121の処理で干渉の未然防止を図っているが、それでも、実際の加工の段階で干渉が生じてしまう場合が考えられる。ステップS113は、そのような事態が生じた場合に干渉を最小限に留めるための処理である。
このような、実際の加工の段階で干渉が生じる理由として、加工対象物31が大型である場合、工作機械3の位置決め精度誤差や、工作機械3や加工対象物31の熱伸びの影響などが考えられる。他にも、工具32の磨耗や、振動のような一般的に予測不能な現象による加工面の不具合を防止するため、加工公差の範囲内で人的に自動運転に割り込み(手動パルスハンドル操作、主軸回転数変更、送り速度の変更など)を行った際の誤差なども考えられる。これらの理由により、ステップS112や、後記するステップS116〜S119,S121の処理で予測しきれない現象が発生する場合がある。前記したように、ステップS113の処理は、このような場合における実際の加工の干渉を最小限に留めることを目的としている。
ステップS113の結果、干渉が生じていない場合(S113→No)、加工支援装置1および工作機械制御装置2はステップS116へ処理を進める。
ステップS113の結果、干渉が生じている場合(S113→Yes)、加工監視部112は直ちに工作機械制御装置2に加工停止を指示し(S114)、加工を停止させる。
なお、加工監視部112は、工具32における3次元CADデータの属性を用いることで、工具32の加工部位(後記する不感帯が設定されている)と加工対象物31との接触は加工とみなす。また、加工監視部112は、工具32の加工部位が包含した体積を除去しながら動作するが、加工完成予定の3次元形状との接触は正常加工と判定し、加工完成予定の3次元形状を包含している場合は加工異常(干渉)と判定する。干渉と判定した場合、前記したように加工監視部112は、エラーとして検知し、即座に工作機械制御装置2へ工具32の移動停止信号を送信する。
ただし、加工完成予定の3次元形状と、工具32との接触状態の際、工作機械制御装置2の指令値が正常でも、実際の工作機械3の動作には何らかの誤差が含まれているため、接触予定箇所で干渉と判定してしまうという問題がある。また、通常の加工完成予定形状は公差値を考慮した形状作成が困難なことが多いため、加工公差分をズラして加工すると干渉の判定が出てしまうという問題がある。例えば、工具32の3次元モデルは完全な円でなく、微小な階段状となっているため、正常に加工が行われている場合でも階段状の凸部が完成加工予定領域を包含してしまう。これにより、加工が正常に行われていても、加工監視部112は干渉が生じていると判定しまうことがある。
つまり、工具32の3次元モデルは、実工具の輪郭を中心とする階段状となっているため、この階段状の凸部が実工具の輪郭より外側に設定されてしまっている。これにより、実際には工具32は加工対象物31に接触していない、あるいは、工具32の輪郭が加工対象物31に接している状態でも、工具32が加工対象物31にくいこんでいると加工監視部112が判定してしまう。
そこで本実施形態では、工作機械3の移動誤差分や加工公差分で発生する干渉(つまり、工具32が階段状の形状で設定されていることによる誤干渉)を回避するため、工具32の形状をわずかに小さく設定する機能を有している。この小さく設定した領域を不感帯と称することとする。不感帯の設定値は、加工において幅と深さ寸法に影響を及ぼす工具32の長さ方向と幅あるいは直径方向などといったパラメータ毎に設定可能である。不感帯は、実際の工具32の形状に対して即座に形状変更が可能であり、必要であれば工具32毎、加工種類毎に変更可能であり、さらに加工途中でも変更可能である。
例えば、階段状の凸部が、実工具の輪郭と一致するようにすることが望ましい。
また、加工監視部112は、工具32の加工部位と、加工対象物31以外の必要物品(取付治具35を含む)との接触や、包含を、すべて加工異常(干渉)と判定することによって、エラー検知が可能である。この場合も、加工監視部112は即座に工作機械制御装置2へ工具32の移動停止信号を送信する。
工作機械制御装置2は、ステップS114で送信された加工停止指示を受信後、移動停止ラダー回路に応じて工作機械3を停止させる。そして、ユーザが停止した工作機械3を点検して、干渉の原因を検証する。
点検が終了すると、入力装置140を介して加工支援装置1に加工再開指示が入力される。加工再開指示を入力された加工支援装置1は、工作機械制御装置2に加工再開を指示し(S115)、工作機械制御装置2は工作機械3に加工再開させる。
加工監視部112は、NCプログラム中に挿入されている模擬開始コードを検知したか否かを判定している(図8のS116)。
ステップS116の結果、模擬開始コードを検知していない場合(S116→No)、加工監視部112はステップS121へ処理を進める。
ステップS116の結果、模擬開始コードを検知した場合(S116→Yes)、加工監視部112は工作機械制御装置2へ移動停止指示を送信することで、工作機械制御装置2に加工停止を指示する(S117)。このとき、加工監視部112は工具32の停止座標を工作機械制御装置2から取得する。
そして、模擬処理部113は、NCプログラム中における模擬開始コードから模擬終了コードで囲まれた部分(模擬部分と称する)を模擬する模擬処理を行う(S118)。
模擬処理は具体的には以下の手順で行われる。
(a1)まず、模擬処理部113は工作機械制御装置2からNCプログラムのうちで「模擬開始コード」から「模擬終了コード」で括られた部分(模擬部分)の記述内容を抽出する。
(a2)次に、模擬処理部113はNCプログラムデコード機能を用いて抽出したNCプログラムをデコードする。
(a3)そして、模擬処理部113はデコードした部分のNCプログラムに従った工具32の動きを模擬したものを表示装置150に表示する。このとき、工作機械3は停止したままである。
つまり、模擬処理において、模擬処理部113は工作機械3を停止させた状態で、表示装置150上にNCプログラムの模擬部分の動作を工作機械3の模擬(シミュレーション)したものを表示する。この表示については、後記して説明する。
模擬開始コードは、例えば、NCプログラムで使用されるMコードにおいて空いているコード(例えば、「M100」)などが使用されることが望ましい。同様に、模擬終了コードもMコードにおいて空いているコード(例えば、「M101」)などが使用されることが望ましい。この場合、NCプログラムにおいて「M100」と「M101」とで囲まれている部分が前記した模擬部分となる。
このように、Mコードにおいて空いているコードを使用することで、NCプログラムや、システムを大きく変更することなく、本実施形態に係る模擬処理を行うことができる。
ちなみに、模擬開始コード、模擬終了コードがMコードに限らないことは当然である。
このとき、模擬処理部113は、例えば、抽出したNCプログラムが移動指令であれば、表示装置150のグラフィックのみに対して移動指令を実行する。つまり、加工支援装置1は実際の工作機械3を停止させたまま、表示装置150の工作機械3のグラフィックを動かすことで、工作機械3の模擬動作(模擬処理)を実行する。模擬動作における工作機械3のグラフィックにおける動作速度は、調整可能であり、速くすることも可能であるし、遅くすることも可能である。
なお、模擬開始コードと模擬終了コードは、NCプログラムに何回でも挿入可能である。
模擬処理部113は、模擬が終了したか否かを判定する(S119)。模擬終了の指示は、例えば、正常に模擬処理が実行され、NCプログラムの模擬終了コードまで模擬処理を行ったか否かなどで判定される。あるいは、模擬処理部113は、入力装置140を介して模擬を完了する旨の情報が入力されるまで、模擬処理部113は模擬処理を繰り返し実行してもよい。この場合、入力装置140を介して模擬終了が入力されたか否かでステップS119の判定が行われる。
ステップS119の結果、模擬が終了していない場合(S119→No)、模擬処理部113は模擬処理を繰り返す。
ステップS119の結果、模擬が終了している場合(S119→Yes)、加工監視部112は、加工再開指示を工作機械制御装置2に送信することで加工再開を工作機械制御装置2に指示する(S120)。加工再開指示を受信した工作機械制御装置2は工作機械3に加工を再開させる。
このように、模擬部分を模擬処理することで、工作機械3に取り付けられた必要物品の加工準備情報やNCプログラムに誤りがないか否かを検証することができる。例えば、加工準備情報は、入力装置140を介したユーザによる入力であり、入力誤りの可能性も考えられるためである。
また、ユーザは、模擬処理によって、干渉が発生しないか否かを部分的に事前シミュレーションして確認することができる。なお、模擬部分は、工具32の取替えなどに応じて設定されるのが望ましい。
また、加工監視部112は、計測装置4による計測結果を基に、工具32と、加工対象物31との最短距離を常に計算している。
加工監視部112は、工具32と、加工対象物31との距離が予め設定されている設定工具距離(設定距離)以下であるか否かを判定する(S121)。
ステップS121の結果、設定工具距離以下ではない場合(S121→No)、加工監視部112は、ステップS111へ処理を戻し、加工終了が指示されるまでステップS111〜ステップS123の処理を繰り返す。
ステップS121の結果、設定工具距離以下である場合(S121→Yes)、加工監視部112は設定工具距離処理を行う(S122)。
設定工具距離処理として、例えば、工作機械3の停止や、ユーザへの通知などがある。
例えば、設定工具距離として例えば100mmを設定しておくことで、工具32と、加工対象物31との距離が100mmとなったら、工作機械3を停止させる。
設定工具距離の設定は、加工開始座標が加工対象物31から遠方で最初の位置決めが計測できない場合などに有効である。例えば、加工直前の決まった位置で毎回停止(2回目以降スキップさせることも可能)させ、そのときにユーザがスケールなどで加工対象物31と工具32との距離を計測する。このようにすることで工具32と加工対象物31が停止予定距離と大幅に違っていないか否かなどを確認することができ、作業ミスを防止することができる。
これは言い換えると、工作機械制御装置2への入力は計画通りでも、工作機械3に取り付けた物品が違っていたなどの場合にも、加工直前に確認を行うことができる。
また、大型の工作機械3で工具32を手動で任意方向に高速移動させている場合、停止指令位置から制動距離が大きくなってしまう。そこで、設定工具距離として絶対に停止できる距離を設定し、設定されている設定工具距離を越える位置に工具32がきた場合に、直ちに停止させるか、減速させる指令を即座に指令することが可能となるため、工具32の衝突を防止させる効果もある。
あるいは設定工具距離を随時変更できるようにすることで、工具32の速度に応じて連続的な禁止距離を設定することもできる。このようにすることで効果的な衝突防止が可能となる。
さらに、設定工具距離は、加工対象物31の加工部位毎に設定可能である。
その後、入力装置140を介して加工再開が指示され(S123)、工作機械制御装置2は加工を再開させる。その後、処理部110はステップS111へ処理を戻し、加工終了が指示されるまでステップS111〜ステップS123の処理を繰り返す。
なお、加工ナビゲーション部111を使用しない場合でも、入力装置140を介して加工開始通知用のダミープログラムや、加工用(当該かどうかは従来の作業指示書類などの参照による)のNCプログラムを選択することで、加工監視部112が監視準備を開始することができる。そして、監視準備完了次第、入力装置140などを介して工作機械3のインタロックが解除されることで加工開始可能となる。つまり、入力部140を介した手動操作で加工を開始することも可能である。
なお、ステップS111,S113,S116,S121の処理はこの順番で行われる必要はなく、どのような順番で行われてもよいし、並列に行われてもよい。
(工作機械制御装置の処理手順)
図9は、本実施形態に係る工作機械制御装置の処理手順を示すフローチャートである。
なお、図9の処理は、NCプログラムの設定が完了した状態であるものとする。
まず、工作機械制御部211は加工支援装置1からの加工開始指示を受信したか否かを判定する(S201)。
ステップS201の結果、加工開始指示を受信していない場合(S201→No)、工作機械制御部211はステップS201へ処理を戻し、加工開始指示を待機する。
ステップS201の結果、加工開始指示を受信した場合(S201→Yes)、工作機械制御部211はNCプログラムに従って工作機械3を制御し、加工処理を行う(S202)。
そして、工作機械制御部211は実行しているNCプログラムのコードが模擬開始コードであるか否かを判定する(S203)。
ステップS203の結果、模擬開始コードでない場合(S203→No)、工作機械制御部211はステップS205へ処理を進める。
ステップS203の結果、模擬開始コードである場合(S203→Yes)、工作機械制御部211は模擬開始を加工支援装置1へ通知する(S204)。模擬開始を通知した加工支援装置1は模擬処理を行う(図8のS116→Yes→S117→S118)。
そして、工作機械制御部211は加工支援装置1からの加工停止指示を受信したか否かを判定する(S205)。この加工停止指示は図7のステップS114、図8のステップS117などで加工支援装置1が送信したものである。
ステップS205の結果、加工支援装置1から加工停止指示を受信していない場合(S205→No)、工作機械制御部211はステップS202へ処理を戻し、加工終了指示を加工支援装置1から受信するまでステップS202〜S207の処理を行う。
ステップS205の結果、加工支援装置1から加工停止指示を受信した場合(S205→Yes)、工作機械制御部211は工作機械3の加工処理を停止させる(S206)。
そして、工作機械制御部211は、加工支援装置1からの加工再開指示を受信したか否かを判定する(S207)。この加工再開指示は図7のステップS115、図8のステップS120などで加工支援装置1が送信したものである。
ステップS207の結果、加工支援装置1からの加工再開指示を受信していない場合(S207→No)、工作機械制御部211はステップS206へ処理を戻す。
ステップS207の結果、加工支援装置1からの加工再開指示を受信した場合(S207→Yes)、工作機械制御部211はステップS202へ処理を戻し、加工終了指示を加工支援装置1から受信するまでステップS202〜S207の処理を行う。
[画面例]
(加工準備情報入力画面)
図10は、本実施形態に係る加工準備情報入力画面の例である。
加工準備情報入力画面300は、図6のステップS102において表示装置150に表示される画面である。
図10に示すように、加工準備情報入力画面300には、工程名、加工対象物名、加工対象物31の取付方法、加工部位、工具名などが表示される。この他にも、工具32のホルダ名や、加工刃具、工具32のアクセサリなどに関する情報や、加工条件や、アタッチメントに関する情報などが表示されてもよい。
また、加工準備情報入力画面300には、加工・操作手順テンプレート310が表示されている。
加工・操作手順テンプレート310として、図10に示すように、加工対象物31を固定するための取付治具35の名称(治具名)や、加工対象物31の設置場所や、工具32の取付方向や、工具32の取付位置などが表示される。加工・操作手順テンプレート310には、これらの情報のほかにも、アタッチメントの種類、工具32の種類、工具取付の際の基準寸法、工具32の回転速度、工具32の移動速度などが表示されてもよい。さらに、加工・操作手順テンプレート310として、加工完了後に加工対象物31が計画通りに加工されているか否かを計測する場所、この計測に使用される計測装置4などが表示されてもよい。また、加工・操作手順テンプレート310として、計測の目安となる加工寸法、加工対象物31、取付治具35、工具32、計測機器、アタッチメントなどに関する情報が表示されてもよい。加工・操作手順テンプレート310には、加工に必要な各物品の保管場所、必要物品の取り付けや、加工操作の操作シーケンス(インタロック回路の操作手順)などが表示されてもよい。
加工準備情報入力画面300は、所定の手順(例えば、工具取付、工具確認など)毎に表示され、ユーザに手順の確認を促す。
加工準備情報入力画面300に表示されている各情報には、チェック窓320が表示されている。
ユーザは、加工準備情報表示画面で手順を確認しながら、必要な工具32などの取り付けを行う。そして、ユーザは、加工準備情報入力画面300の手順を行うと、チェック窓320を選択入力する。すると、チェック窓320にチェックマークが表示される。
ユーザがすべてのチェック窓320にチェックを入力しないと、その先の手順に進めないようにしてもよい。なお、任意のチェック窓320が無効になるようにしてもよい。
このようにすることで、手順誤りを防止することができる。また、チェック窓320は省略することも可能である。
なお、加工準備情報入力画面300は工作機械3の機械操作盤34(図4、図5)に表示されてもよい。そして、ユーザは必要物品を取り付けながら、機械操作盤34のタッチパネルなど介して、チェック窓320へのチェックの入力を行ってもよい。このようにすることで、加工準備情報入力画面300が、作業場近くに表示されるため、手順の確認や、チェック窓320への入力が容易になる。この場合、加工準備情報入力画面300のすべてのチェック窓320への入力が完了すると、その旨が加工支援装置1および工作機械制御装置2へ送信され、次の操作へと進むことができるようにしてもよい。
ここで、加工準備情報入力画面300が機械操作盤34に表示されるのは、工作機械3に対する操作時のみとしてもよい。この場合、加工支援装置1や、工作機械制御装置2での作業時には、加工支援装置1の表示装置150や、工作機械制御装置2の図示しない表示装置に加工準備情報入力画面300が表示されるようにしてもよい。
なお、本実施形態では、すべてのチェック窓320への入力が完了すると、次の操作へすすむことができるようにしているが、これに限らず、図示しない「終了ボタン」が選択入力されることによって、次の操作へ進むようにしてもよい。
(必要物品情報入力画面)
図11は、本実施形態に係る必要物品情報入力画面の例である。
必要物品情報入力画面400は、図6のステップS102の後において表示装置150に表示される画面である。
図11に示すように、必要物品情報入力画面400には、加工対象物31の原点(加工物原点)や、工作機械3の原点と加工対象物31の原点との差分値(原点差分値)などの情報を入力するための入力窓が表示されている。
必要物品情報入力画面400には、この他にも加工対象物31の原点に相当する工作機械3の座標値、工作機械3の原点と工具32の原点との差分値、加工対象物31の原点に相当する工具32の座標値などを入力するための入力窓が表示されてもよい。また、必要物品情報入力画面400には、使用を予定している工具32の形状と、実際に装着した実際の工具32の形状の差分値や、座標値の差分値が必要物品の情報入力のための補助情報を入力するための入力窓が表示されてもよい。さらに、必要物品情報入力画面400には、使用を予定している計測装置4の形状と、装着した実際の計測装置4の形状の差分値や、座標値の差分値が必要物品の情報入力のための補助情報として表示されてもよい。そして、必要物品情報入力画面400には、加工対象物31の寸法計測の際における基準原点や、加工対象物31の原点と工作機械3の原点との差分値や、加工対象物31の寸法計測の際における基準原点に相当する工作機械3の座標値など必要物品の情報入力のための補助情報を入力するための入力窓が表示されてもよい。
(加工情報入力画面)
図12は、本実施形態に係る加工情報入力画面の例を示す図である。
ここで、図12の加工情報入力画面500は、図6のステップS107における加工情報設定で表示される画面である。
加工情報入力画面500は、機構ツリー表示画面510と、情報入力画面520とで構成されている。
機構ツリー表示画面510は、必要物品における部品の階層構造が、各部品をノードとしたツリー形式で表示されている。なお、この階層構造は、CAD/CAMシステムデータベース5に格納されている情報である。
機構ツリー表示画面510に表示されるノード(必要物品に該当)には、加工時に工作機械3の座標値と連動する部品や、連動して動作しない部品がある。加工時に工作機械3の座標値と連動して動作する部品のノードには、3次元空間上の直交座標系XYZの軸名称、および補助軸名称UVW、回転軸名称ABCなどが存在する。また、動作系統が増える場合には、各々のノード名(部品名)に、数字が添え字として付随される。
例えば、工具32の1系統目のX軸はX軸とし、この系統は各々独立して動作可能であるものとして表示される。
また、ノードの接合部は、接合元の下位ノードとして階層化が可能である。例えばX軸の動作上でY軸が動作する場合にはY軸動作のノードはX軸動作のノードの子階層とすることで表現できる。
情報入力画面520は、3次元CADデータ表示画面540を有している。この3次元CADデータ表示画面540は、図6のステップS108で表示される必要物品の取付状態である。3次元CADデータ表示画面540には、工作機械3や、工具32や、加工対象物31などの3次元CADデータが表示されている。また、加工対象物31の3次元CADデータは、素材状態の3次元CADデータや、加工開始前(現在)の3次元CADデータや、加工完了後の3次元CADデータ(完成予定図)などが表示されてもよい。
また、情報入力画面520には、機構ツリー表示画面510で選択されたノード(ユニット:必要物品に該当)に関する情報(図12の例では「AAA」)に関する情報が表示・設定可能となっている。なお、本実施形態では機構ツリー表示画面510で選択されたノードに関する情報が、情報入力画面520に表示されているが、情報入力画面520におけるノード選択プルダウンメニュー(図示せず)などからノード名が選択されるようにしてもよい。この場合、ノード選択プルダウンメニューで選択されたノードに関する情報が、情報入力画面520に表示されることとなる。
図12に示すように、情報入力画面520には、選択されているユニット名が表示されるとともに、選択されたユニットの仮想的な(3次元CADデータ表示画面上の)配置座標値が表示されている。この他にも、情報入力画面520には、工具32の回転軸の中心角度(回転軸中心角度)や、各工具32の配置向きを示す回転軸中心の角度値(回転軸角度)などが表示されている。これらの情報は、入力窓を介した微調整が可能である。
また、情報入力画面520では、工具32が加工対象物31とどのくらいまで接近してよいかを示す最小距離が入力可能である(符号531)。この情報は、図8のステップS107の処理で使用される情報である。
さらに、情報入力画面520では、表示色についての情報が入力可能である。表示色は、図12に示すように工具32が干渉を起こしている箇所の表示色(符号532)や、加工対象物31における加工箇所の表示色(符号533)を設定可能である。この他にも、加工対象物31の素材形状や、現在の形状、完成予定形状、工具32と加工対象物31との距離が前記した最小距離以下となったときの工具32の色などが設定可能である。
なお、3次元CADデータ表示画面540において、機構ツリー表示画面510で選択されたユニットや、情報入力画面520で表示されているユニットに該当するユニットが点滅するなど強調表示されてもよい。
(加工情報表示画面)
図13は、本実施形態に係る加工状態表示画面の例を示す図である。
加工状態表示画面600は、実際の加工が行われているときに表示装置150に表示される情報であり、図6のステップS110〜図8のステップS123の間、表示されている情報である。
加工状態表示画面600には、加工工程関連情報(符号610)や、アタッチメント情報(ATT情報:符号620)や、工具情報(符号630)や、ワーク基準位置情報(符号640)などが表示されている。
また、加工状態表示画面600は、動作画面650を有している。この動作画面650では工作機械制御装置2から取得した工作機械3の動作状態を基に、実際の工作機械3と連動した動作が3次元CADデータを用いて行われている。つまり、動作画面650では、実際の工作機械3と連動した工作機械3の動きが表示される。
そして、模擬処理部113による模擬処理(図8のS118)が行われているとき、動作画面650では模擬処理部113による工作機械3の模擬動作が行われる。この際、前記したように実際の工作機械3は停止した状態である。
動作画面650において、干渉が生じている箇所は図12の干渉の表示色入力窓532で入力された色で表示されている(図示せず)。
なお、作業注意点表示画面660には、工程情報などに含まれている作業注意に関する情報が表示される。
そして、アラーム表示画面670には、干渉などが発生したとき、「干渉発生」などのアラーム情報が表示される。なお、アラーム表示画面670には、NCプログラムのエラーや、図12で入力された情報の不整合などが表示されてもよい。
(工具登録画面)
図14〜図17は、本実施形態に係る工具登録画面の例を示す図である。
工具登録画面700は、図6〜図8の処理が行われる以前に、表示される画面である。
図14に示すように、工具登録画面700は、寸法設定領域710と、設定寸法表示領域720と、工具3次元CADデータ表示領域730と、工具設定プルダウンメニュー740とを有する。寸法設定領域710と、設定寸法表示領域720と、工具3次元CADデータ表示領域730とについては、図15で後記する。
図14に示すように、工具設定プルダウンメニュー740では、表示・登録する工具32を選択できる。図14に示すように、工具32として「ショルダー(ミル)」が選択された場合の工具登録画面700を図15によって説明する。
寸法設定領域710では、工具32における各パラメータを個別に設定することができる。
設定寸法表示領域720では、工具32の中心軸から片側の工具32の断面図が表示されている。ここで、輪郭線722はCAD/CAMシステムデータベース5に格納されている工具32の寸法に基づく輪郭線であり、輪郭線721は寸法設定領域710で設定された寸法に基づく輪郭線である。
輪郭線721と輪郭線722との間が前記した不感帯となる。
工具3次元CADデータ表示領域730には、寸法設定領域710で設定された寸法に変更された工具32の3次元CADデータが表示される。
なお、寸法設定領域710における手動位置補正とは、工具32の初期位置を補正する際に使用するものである。
そして登録ボタンが選択入力されると、寸法設定領域710で設定された寸法(すなわち、不感帯が設定された状態)で工具32がCAD/CAMシステムデータベース5に登録される。
図16は、工具32としてボール(エンドミル)が選択された場合における工具登録画面700である。図16に係る工具登録画面700は、図15と同様であるため、説明を省略する。
また、図17は、工具32としてミーリング用ボーリング(ミル)が選択された場合における工具登録画面700である。
図17に係る工具登録画面700は、図15と同様であるが、設定寸法表示領域720には加工箇所のみが表示されている。
[まとめ]
本実施形態ではNCプログラム中の実行部分において模擬開始コードが検知されると、工作機械3を停止させて、NCプログラムの模擬部分(模擬開始コードから模擬終了コードまで)を模擬処理する。このようにすることで、すべての加工工程について模擬する必要がなくなるため、加工効率の低減を抑えつつ、加工の確実性を向上させることができる。
また、模擬処理を工具32の取替えが行われるタイミングで開始されるよう模擬開始コードをNCプログラムに記述しておくこともできる。前記したように、工具32の取り替え時に、ユーザによる設置の補正が行われる場合があるが、このようにすることで、ユーザは取り替えた工具32において、NCプログラムや、入力された設定値に誤りがないかを工作機械3の模擬動作で確認することができる。他にも、任意のタイミングで設定値が変わった場合などにおける動作の確認をユーザが行うことができる。
模擬開始コードや、模擬終了コードを、空いているMコード(例えば、M100)などを使用することで、使用しているNCコードを大きく変更することなく、本実施形態を実施することができる。つまり、現状のシステムを大きく変更することなく、本実施形態を実施することができる。
また、本実施形態によれば、設定工具距離以下となったときに、設定工具距離処理を行うことで、実際の加工に入る前に工具32の確認などを行うことができる。
また、工具32の取付位置から加工対象物31までの距離が長い場合、ユーザが工具32と、加工対象物31間の距離を測ることができない場合がある。このような場合、設定工具距離処理として「停止」を設定しておくことによって、ユーザがスケールなどで加工対象物31と工具32との距離を計測する。このようにすることで工具32と加工対象物31が停止予定距離と大幅に違っていないか否かなどを確認することができ、作業ミスを防止することができる。
また、工作機械3が大型である場合、工作機械3が停止しても工具32の制動距離が長くなってしまう。そこで、本実施形態における最小距離を工作機械3の制動距離を考慮した距離として設定することにより、工作機械3が大型である場合の制動距離を考慮して停止させることができる。
さらに、工具32を取り付ける際には、工具32を停止位置からずらして取り付け、その後工作機械制御装置2が工具32を停止位置まで戻した後、加工が再開されるが、このとき、工具32の取り付け方や、工具32の種類を間違っていると、干渉などが生じてしまうことがある。
ここで、最小距離を大きめに設定しておくことで、工具32の取り付け方や、工具32の種類を間違っている場合における干渉を防止することができる。
また、設定値には誤差が含まれていることがあり、この誤差が原因で微小な干渉などが生じてしまうことがある。本実施形態のように、最小距離以下となったときに、設定工具距離処理を行うことで、このような誤差による干渉を防止することができる。
さらに、本実施形態のように加工準備情報入力画面300に表示されている手順を行わないと、次の手順へ進めないようにすることで、手順の確実性を向上させると共に、ユーザへの教育を行うことが可能となる。
さらに、不感帯をパラメータ毎に設定可能とすることで、柔軟な不感帯の設定が可能となる。
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、模擬開始コードをNCプログラムの先頭に記述し、模擬終了コードをNCプログラムの最後に記述すれば、NCプログラム全体を模擬処理してから、実際の加工に入ることが可能である。
また、模擬部分として、NCプログラムのすべてを加工前に模擬処理するMコード(例えば、M102など)を設定してもよい。
さらに、本実施形態では、最小距離と、設定工具距離とを区別しているが、両者を同じものとしてもよい。
なお、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、加工支援装置1における各構成、機能、処理部110、各部111〜113、記憶装置160などは、それらの一部またはすべてを、例えば集積回路で設計することなどによりハードウェアで実現してもよい。また、図2で示すように、加工支援装置1における前記した各構成、機能などは、CPUなどのプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、ハードディスクに格納すること以外に、メモリや、SSD(Solid State Drive)などの記録装置、または、IC(Integrated Circuit)カードや、SD(Secure Digital)カード、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
1 加工支援装置
2 工作機械制御装置
3 工作機械
4 計測装置
5 CAD/CAMシステムデータベース
6 ネットワーク
10 加工支援システム
100 メモリ(加工支援装置)
110 処理部
111 加工ナビゲーション部
112 加工監視部
113 模擬処理部
120 CPU(加工支援装置)
130 通信装置(加工支援装置:通信部)
140 入力装置(加工支援装置:入力部)
150 表示装置(表示部)
160 記憶装置
200 メモリ(工作機械制御装置)
211 工作機械制御部
220 CPU(工作機械制御装置)
230 通信装置(工作機械制御装置)
240 入力装置(工作機械制御装置)
250 出力装置

Claims (7)

  1. 通信部を介して、工作機械を制御する工作機械制御装置から加工プログラム中に記述されている模擬開始コードを検知した旨の通知を受信すると、前記工作機械制御装置に前記工作機械を停止させる加工監視部と、
    前記工作機械を停止させた状態で、前記加工プログラムにおける前記模擬開始コードから模擬終了コードまでの命令を模擬する模擬処理部と、
    前記模擬処理部で行われている模擬を表示する表示部と、
    を有することを特徴とする加工支援装置。
  2. 前記模擬開始コードおよび前記模擬終了コードは、加工プログラムに使用されるコードの中で、未使用のコードである
    ことを特徴とする請求項1に記載の加工支援装置。
  3. 前記加工支援装置には、所定の設定距離が設定されており、
    前記加工監視部は、被加工物と、工具との距離を監視しており、前記被加工物と、前記工具との距離が、前記設定距離以下となった場合、所定の処理を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の加工支援装置。
  4. 前記所定の処理とは、前記工作機械の動作を停止させることである
    ことを特徴とする請求項3に記載の加工支援装置。
  5. 前記加工支援装置には、工具の大きさを実際の大きさより小さく設定し、
    当該設定は、工具におけるパラメータ毎に設定可能である
    ことを特徴とする請求項1に記載の加工支援装置。
  6. 加工における所定の加工段階において、当該加工段階を行うために必要な手順に関する情報を表示し、当該手順をすべて終了した旨の情報が入力部を介して入力されない限り、次の加工段階へ進まない加工ナビゲーション部を
    さらに有することを特徴とする請求項1に記載の加工支援装置。
  7. 通信部を介して、工作機械を制御する工作機械制御装置から加工プログラム中に記述されている模擬開始コードを検知した旨の通知を受信すると、前記工作機械制御装置に前記工作機械の停止指示を送信し、前記工作機械を停止させた状態で、前記加工プログラムにおける前記模擬開始コードから模擬終了コードまでの命令を模擬し、当該模擬を表示する加工支援装置と、
    前記工作機械を制御し、前記模擬開始コードを検知すると、前記模擬開始コードを検知した旨を前記加工支援装置へ送信し、前記加工支援装置から、前記工作機械を停止させる指示を受信すると、前記工作機械を停止させる工作機械制御装置と、
    を有することを特徴とする加工支援システム。
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