JP3209890B2 - 生産セル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、数値制御工作機械
およびこれの支援装置によって多種の部品を連続的に生
産する生産セルに関する。

【０００２】

【従来の技術】数値制御工作機械（ＮＣ工作機械）にお
いては、ＮＣ工作機械の作業を円滑に行うための支援装
置が並設されるのが一般的である。支援装置は、加工対
象となるワークを載置するワークテーブルや、ＮＣ工作
機械においてワークを把持するチャック爪を複数種類格
納するチャックストッカや、ワークやチャックを把持し
てＮＣ工作機械に対し脱着（ローディング／アンローデ
ィング）を行うローダや、このローダの把持ハンドを複
数種類格納するハンドストッカなどである。このような
ＮＣ工作機械と前記のような支援装置全体は生産セルと
呼ばれている。従来、このような生産セルにて、多品種
・少量の生産や変種変量の生産を行う場合、ＮＣ工作機
械に、生産すべき品種や数量の情報に基づき、加工順序
や、チャック爪、ローダハンドおよびワーク交換などの
プログラムを記憶し、このプログラムによって生産を実
行させる方式を採っていた。このプログラムは、生産開
始から終了までの作業を一連のものとして作成されてい
る、いわゆるスケジュールプログラムである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の装
置においては、そのプログラムが、生産の開始から終了
までの作業を一連のものとして記述されているので、生
産すべき品種の数量や順序が変更されると、これに合わ
せてプログラム全体を作成し直す必要があるという問題
があった。また、生産途中において何らかの不良ワーク
が発生した場合、この不良ワークの以後の作業を中止
し、飛ばすスキップ処理を行う必要が生じるが、このス
キップ処理によってプログラムが非常に複雑なものとな
るという問題があった。そして、このスキップ処理によ
る複雑化は、前述のプログラムの再作成を困難なものと
していた。また、操作者は、作業生産計画に従って、ワ
ーク素材を所定のワークテーブルに準備したり、チャッ
ク爪やローダハンドなどを各ストッカに格納する必要が
あるが、これは操作者がＮＣ工作機械のプログラムを読
み取って判断しており、操作の負担が大きかった。ま
た、このためワークテーブルの順番や格納位置を間違え
るという問題があった。本発明は前述の問題点を解決す
るためになされたものであり、生産計画の変更に容易に
対応可能であり、操作者の負担を軽減することのできる
生産セルを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる生産セルは、ワークの加工を行う
数値制御工作機械と、前記数値制御工作機械が所定の作
業を行うための支援を行う支援装置と、を含む作業装置
と、予め定められた生産計画に沿って、前記作業装置に
対し作業の指示を行う統合制御装置とを含んでいる。そ
して、前記作業装置には、ワークの種類と作業工程の種
類ごとに対応し、当該ワークの種類と当該作業工程に関
する設定情報であるシステム変数を含む作業プログラム
が記憶され、前記統合制御装置は、加工ワークおよび工
程の順序に従って前記作業プログラムと前記システム変
数の設定値とを指示することにより複数種類の工程を順
次実行する。この生産セルにおいては、作業装置におい
ては、一種類の部品のひとつの工程に対応してひとつの
作業プログラムが、そのワークおよび工程の種類ごとに
作成され、格納されている。そして、統合制御装置にお
いて、生産計画に基づき前記の順次作業プログラムが指
定され、生産が行われる。また、作業プログラムにおい
て、その作業を行うためのＮＣ工作機械の設定を表す情
報を変数（システム変数）として記述している。そし
て、統合制御装置より指示される、工程ごとに定められ
たシステム変数の設定値に基づき、各作業装置はその作
業に対する設定を行うことができる。したがって、たと
えば前の工程において使用していたチャック爪やハンド
がどのようなものであっても適切に当該工程の必要なチ
ャック爪やハンドがセットされる。以上から、生産計画
に変更が生じても、統合制御装置における作業プログラ
ム指示を変更することのみ行うことで、計画変更に対応
可能である。

【０００５】また、本発明にかかる他の生産セルは、ワ
ークの加工を行う数値制御工作機械と、前記数値制御工
作機械が所定の作業を行うための支援を行う支援装置
と、予め定められた生産計画に沿って、前記数値制御工
作機械に対し作業の指示を行う統合制御装置とを含んで
いる。そして、前記数値制御装置には、ワークの種類と
作業工程の種類ごとに対応し、当該ワークの種類と当該
作業工程に関する設定情報であるシステム変数を含み、
システム変数の設定値に基づき前記支援装置に対し指示
を行う加工プログラムが記憶され、前記支援装置には、
支援作業の種類ごとに対応する支援プログラムが記憶さ
れ、前記統合制御装置は、加工ワークおよび工程の順序
に従って前記加工プログラムと前記システム変数の設定
値とを指示することにより、複数種類の工程を順次実行
する。この生産セルにおいては、数値制御工作機械に、
一種類の部品のひとつの工程に対応してひとつの加工プ
ログラムが、そのワークおよび工程の種類ごとに作成さ
れ、格納されている。そして、統合制御装置において、
生産計画に基づき前記の加工プログラムが順次指定さ
れ、生産が行われる。また、加工プログラムにおいて、
その作業を行うためのＮＣ工作機械の設定を表す情報を
変数（システム変数）として記述している。そして、統
合制御装置より指示される、工程ごとに定められたシス
テム変数の設定値に基づき、数値制御工作機械は現在の
設定が適切な設定であるか否かを判断する。そして、適
切でない場合、数値制御工作機械は、支援装置に対し、
適切な設定となるように支援作業の指示を行う。このよ
うにして、その作業に対する設定を行うことができる。
したがって、たとえば前の工程において使用していたチ
ャック爪やハンドがどのようなものであっても適切に当
該工程の必要なチャック爪やハンドがセットされる。以
上から、生産計画に変更が生じても、統合制御装置にお
ける加工プログラム指示を変更することのみ行うこと
で、計画変更に対応可能である。

【０００６】さらに、前記数値制御工作機械は、加工不
良を判定する不良判定手段と、不良判定がなされたワー
クを統合処理装置に報知する不良ワーク報知手段と、を
有するものとし、前記統合処理装置は、当該不良ワーク
に関する以後の作業工程を禁止し、飛び越えて次作業工
程に移行する指示を行う不良ワークスキップ手段を有す
るものとすることもできる。この生産セルにおいては、
不良ワークが発生したときに、以後の生産計画から当該
不良ワークを排除して生産を続けることができる。この
とき、作業プログラムや加工プログラム自身には何ら変
更を加える必要がなく、またこのスキップ処理を考慮し
てこれらのプログラムを作成する必要がない。

【０００７】さらに、前述の各生産セルは、生産計画と
前記システム変数の設定値から、前記支援装置の初期設
定に関する情報である準備情報を作成する準備情報作成
手段と、前記準備情報を生産セルの操作者に報知する準
備情報報知手段を有するものとすることができる。操作
者はこの準備情報に基づき初期設定を行えば良く、加工
プログラムから直接読みとる必要がなくなり負担が軽減
され、また誤設定も減少する。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明にかかる実施の形態
である生産セルのシステム構成の例を示す。統合制御装
置１は、パソコンなどのコンピュータ本体、ＣＲＴ、キ
ーボード、プリンタなどから構成され、生産セルを運転
するための加工スケジュールやワークマスタなどの管理
を行う。作業装置２は、ＮＣ工作機械の一種であるＮＣ
旋盤３、ワークやチャック爪などをローディング／アン
ローディングするローダ４、ワークを載せるワークテー
ブル５、工程間において必要に応じてワークを反転させ
る反転装置６、ワークの種類に各々適した複数のローダ
ハンドを収納するローダハンドストッカ（ＡＨＣ）７、
ＮＣ旋盤でワークをつかむためのチャック爪をワークの
形状に応じて交換するために複数のチャック爪を収納す
るチャック爪ストッカ（ＡＪＣ）８で構成される。統合
制御装置１と作業装置２とは通信回線で接続され、ＮＣ
起動などの制御情報や動作させるためのシステム変数な
どの管理情報や作業装置２での稼働状況などの実績情報
などの授受を行う。

【０００９】図２および図３は本実施形態の情報／プロ
グラムの流れを説明するための図である。統合制御装置
１には、生産計画を表す加工スケジュール１３と、ワー
クと加工工程ごとに対応する加工プログラム名やＮＣ旋
盤３などの設定条件を表すワークマスタ１４を記憶する
領域が設けられている。加工スケジュール１３にはワー
クテーブルＮＯ．毎に部品名、個数、ワークの加工順番
を規定する加工モードが生産計画に従って登録される。
またワークマスタ１４には加工すべき部品名毎の工程番
号、加工プログラムを指定する加工プログラム名、反転
装置６による反転の必要の有無、使用するチャック爪
名、使用するローダハンド名、使用工具などを加工内容
に応じて登録する。さらに、統合制御装置１において
は、加工スケジュール１３及びワークマスタ１４に登録
されたデータに基づいて、使用するチャック爪とローダ
ハンドを抽出した後、チャック爪ストッカ８とローダハ
ンドストッカ７のアドレスを決定し、ＡＪＣアドレス情
報及びＡＨＣアドレス情報１５を自動作成する。また、
工具についても数値制御装置１１に登録されている工具
寿命管理情報や工具マガジンポットの番号に対応してど
の工具番号の工具が装着されているかを示すＡＴＣマガ
ジン情報などの工具情報２４を統合制御装置１に転送２
１することにより、現在ＡＴＣマガジンに装着中の工具
と加工スケジュール１３で指定された部品名からワーク
マスタ１４に指定された使用工具を比較して工具投入／
回収情報１６として自動作成する。その後、作業指示の
指令を行うことにより準備情報２２が作成され、ＡＪＣ
準備指示、ＡＨＣ準備指示、素材準備指示、工具投入／
回収準備指示の作業指示２０が統合制御装置１のＣＲ
Ｔ、プリンタに出力される。

【００１０】準備完了後システム運転を開始すると、統
合制御装置１より、チャック爪アドレス１８、ローダハ
ンドアドレス１９、ワーク反転有無、ロード／アンロー
ドワークテーブルアドレス２０などのシステム変数を数
値制御装置１１に送信される。その後、ＮＣプログラム
選択とＮＣ起動１７を統合制御装置１から数値制御装置
１１に指令することにより、〜．ＭＩＮの加工プログラ
ム２３が動作を開始する。加工プログラム２３は、図の
ようにチャック爪交換動作制御ＯＡＪＣ、ローダハンド
交換動作制御ＯＡＨＣ、ワーク交換動作制御ＯＡＷＣ
１、ＯＡＷＣ２など汎用的に作成されたサブプログラム
がプログラムされている。そして、統合制御装置１から
送信されたシステム変数により、例えば、チャック爪ア
ドレス１８の場合、そのシステム変数がチャック爪交換
動作制御ＯＡＪＣで参照され、現状作業装置２に装着さ
れているチャック爪と比較して違っておればチャック交
換動作をローダ４を使用して行う。このように数値制御
装置１１に記憶された加工プログラム２３は受け取った
システム変数を基に、チャック爪交換、ローダハンド交
換、ワーク交換、ワークの加工などを実行する。数値制
御装置１１はローダ制御ＮＣ１２に対してプログラム選
択などを行い、選択されたローダ動作プログラム２６と
ローダポイントデータ２７に基づいてローダ動作が実行
される。また、ワークテーブル５や反転装置６に対して
受け取ったシステム変数（アドレスＮＯ．２８、反転２
９）に基づいて指示を行い、ワークテーブルの割り出し
３０およびワークの反転動作３１を行う。

【００１１】図４はワークのロード時の加工プログラム
であるＮＣプログラムと支援プログラムのひとつである
ローダプログラムの関係を示す。ＮＣメインプログラム
４０はいくつかのサブプログラムで構成され、たとえ
ば、チャック爪交換用（ＯＡＪＣ．ＳＳＢ）、ローダハ
ンド交換用（ＯＡＨＣ．ＳＳＢ）、工具交換用（ＯＡＴ
Ｃ．ＳＳＢ）、ワークのロード／アンロード用（ＯＡＷ
Ｃ１．ＳＳＢ、ＯＡＷＣ２．ＳＳＢ）およびワーク加工
用（ＯＣＵＴｉ．ＳＳＢ）、ワーク計測用（ＯＧＡＧ
ｉ．ＳＳＢ）などのサブプログラムが用意されている。
ワーク加工用及びワーク計測用のサブプログラムはワー
クの種類に依存するためワーク毎異なるが、それ以外の
サブプログラムは、ワーク共通のサブプログラムとして
プログラミングされている。このためワーク毎に変更さ
れるチャック爪、ローダハンドやワークローディング／
アンローディング動作などは統合制御装置１からシステ
ム変数で数値制御装置１１に送られ、そのシステム変数
により動作が異なるようにプログラムされている。図４
に示されたＮＣメインプログラム４０、サブプログラム
４１、ローダ動作プログラム４２及びローダポイントデ
ータ４３の関係を以下に説明する。ローダポイントデー
タはワークにより異なるため、ＮＣメインプログラム４
０にＣＡＬＬ 〜．ＬＰＤの形で加工すべきワークのロ
ーダポイントデータファイルを選択４５する。次にワー
クをローディングするためにＣＡＬＬ ＯＡＷＣ１．Ｓ
ＳＢの形でサブプログラムを選択４４し、呼び出された
サブプログラム４１は、まずローダ動作プログラムＣＡ
ＬＬ ＡＷＣ．ＬＤＲ４２を選択４６する。統合制御装
置１から送られたシステム変数により、例えば、図５に
示された与えられるシステム変数５０のＶ６：加工モー
ドによって、連続する同一ワークの同一工程を連続して
加工する同一工程ワーク着脱、１つのワーク毎１工程、
２工程を連続して加工する１／２工程ワーク着脱、作業
装置２の前に仮置台をおいて事前に次ワークを仮置台に
準備する仮置工程ワーク着脱などの加工モードを選択し
てリクエスト４７を行い、図４のＶ７〜Ｖ１５のコモン
変数がローダポイントデータ４３のレジスタに書き込ま
れ４８、ローダ動作プログラム４２はローダポイントデ
ータ４３のポイントデータとレジスタデータを参照４９
して所定の動作を行う。

【００１２】図５はワーク交換を行うサブプログラムＯ
ＡＷＣ１．ＳＳＢのフローチャートと統合制御装置１か
ら与えられるシステム変数を示す。ワーク交換用のサブ
プログラムは、まずワーク着脱用のローダ動作プログラ
ムファイルを選択してメモリへロードし（Ｓ１）、統合
制御装置１から転送されたシステム変数５０のうちＶ７
〜Ｖ１５のシステム変数をローダポイントデータファイ
ルのレジスタに書き込み（Ｓ２）、システム変数Ｖ６：
加工モードにより、加工モードを判定し、加工モードが
同一であれば（Ｓ３）、Ｏ０００１同一工程ワーク着が
リクエストされて起動され（Ｓ５）、加工モードが１／
２であれば（Ｓ４）、Ｏ０００２ １／２工程ワーク着
がリクエストされて起動され（Ｓ６）、それ以外であれ
ば、Ｏ０００３仮置工程ワーク着がリクエストされて起
動がかかる（Ｓ７）。指定された加工モードによりリク
エストされたローダ動作プログラムは、ローダポイント
データ４３のポイントデータとレジスタデータを参照し
ながら所定の動作を行う。

【００１３】次にワークの計測結果の不良や負荷オーバ
などの異常が発生した場合の不良ワークに対するスキッ
プ処理を図６に従って説明する。最初にスキップ処理に
関して構成を図２、図３に従って説明する。統合制御装
置１は数値制御装置１１から不良ワーク情報が伝達され
ると、加工スケジュール１３に基づいて決定される次ワ
ーク（次に加工されるワーク）が、統合制御装置１で管
理される図示しないワーク毎の正常／不良情報に基づい
て、次ワークの前の加工工程が正常ワークか不良ワーク
かを判断し、不良ワークであれば、その次のワークを次
に加工すべきワークとして決定し、このワークが正常ワ
ークであれば、決定されたワークのワークテーブルアド
レスを探索し、不良ワークが載せられたワークテーブル
のアドレスをスキップして、決定された次に加工すべき
ワークのロードワークテーブルアドレスをシステム変数
の設定値に設定し数値制御装置１１に転送２０する。ま
た、同時にＮＣ旋盤３内の加工済みワークのアンロード
ワークテーブルアドレスをシステム変数の設定値に設定
し数値制御装置１１に転送２０する。この場合、指示さ
れたアンロードワークテーブルのアドレスを加工済みワ
ークがロードされたときのロードワークテーブルのアド
レスと同じ場合は元の位置（アドレス）に返却すること
になる。

【００１４】数値制御装置１１は統合制御装置１からロ
ード／アンロードワークテーブルアドレスを受け取る２
０と、加工プログラム２３内に記述されたワーク交換動
作制御（ＯＡＷＣ１、ＯＡＷＣ２）が実行され、ローダ
制御ＮＣ１２に対して統合制御装置１から指示されたロ
ード／アンロードワークテーブルアドレスのシステム変
数の設定値を数値制御装置１１から指示を行い、ローダ
制御ＮＣ１２はワークテーブルに対してアドレスＮＯ．
を指示２８することにより、不良ワークが載せられたワ
ークテーブルアドレスをスキップして、正常ワークが載
せられたワークテーブル３０が割り出される。

【００１５】図６の例題は、加工モードが同一工程の場
合であり、同一のワークが連続している場合は、例え
ば、Ａのワークが３個連続してワークテーブルに置かれ
ている時の加工順はＡの１個目の１工程目の加工、Ａの
２個目の１工程目の加工、Ａの３個目の１工程目の加
工、Ａの１個目の２工程目の加工、Ａの２個目の２工程
目の加工・・・・・と同一工程を加工した後次の工程を
加工する加工モードであり、スキップ動作を説明するた
めに、ワークテーブル上にワークがＡ、Ａ、Ａ、Ｂ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｄ、Ｄの順に置かれた場合を例題として動
作を詳述する。まずＡワーク３個の１工程目が正常ワー
クとして加工完了した後、２工程目の加工を開始し、Ａ
ワークの２工程目の２個目が不良ワークと判定される
と、そのワークをローダ４によりワークテーブル５の元
の位置に返却される。次にＡワークの３工程目を加工す
る場合、Ａワークの２個目は不良ワークとして判定され
ているため、Ａワークの３工程目の１個目を加工完了す
ると、２個目が置かれたワークテーブルＮＯ．をスキッ
プし、Ａワーク３個目が置かれた次のワークテーブルア
ドレスを統合制御装置１はシステム変数で指示すること
により、ワークテーブル５は所定のアドレスが割り出さ
れる。同様に、Ｄワークの場合、Ｄワーク１工程目の１
個目が不良ワークと判定されるとワークテーブル５に返
却され、Ｄワーク１個目は２工程目以降スキップされて
加工をしない。また、Ｄワークの２工程目の２個目が不
良ワークと判定されると３工程目以降がスキップされ
る。

【００１６】以上のように、計測結果の不良などで不良
ワークと判定されると、数値制御装置１１から統合制御
装置１に不良ワーク情報が伝達され、その結果に基づい
て統合制御装置１は不良ワークをワークテーブル５に返
却する指示を行い、ワークテーブル上に載ったワークの
良／不良の管理を行うことにより、ワークテーブル上に
載ったワークが不良ワークの場合、その不良ワークが載
ったワークテーブルアドレスをスキップして次のワーク
テーブルアドレスを指示する。以上の実施形態において
は、統合制御装置からの指令が数値制御工作機械を介し
てローダ等の支援装置に逆出されたが、統合制御装置か
ら数値制御工作機械や支援装置などの作業装置に直接指
令を行ない各装置の作業プログラムを実行させることも
できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば統合制御装置により生産
計画を変更することによって、作業順序やローダ動作な
どを容易に変更でき、また、不良ワーク発生時にもプロ
グラムを変更することなくワークスキップなどの処理が
容易になる。また、登録されたデータに基づいて準備情
報を報告するので間違いのない準備作業ができ、稼働率
の高いシステム運転が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる実施形態である生産セルを示
すシステム構成図である。

【図２】 本実施形態の生産セルの情報／プログラムの
流れを説明する図である。

【図３】 本実施形態の生産セルの情報／プログラムの
流れを説明する図である。

【図４】 本実施形態の生産セルを説明するＮＣメイン
プログラム、サブプログラム、ローダ動作プログラム、
ローダポイントデータの関係を示す図である。

【図５】 本実施形態のサブプログラムの構成を説明す
るフローチャートと与えられるシステム変数を示す図で
ある。

【図６】 本実施形態の不良ワーク発生時のスキップ動
作を説明する図である。

【符号の説明】

１ 統合制御装置、２ 作業装置、３ ＮＣ旋盤、４
ローダ、５ ワークテーブル、６ 反転装置、７ ロー
ダハンドストッカ（ＡＨＣ）、８ チャック爪ストッカ
（ＡＪＣ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/4155 G05B 19/418 B23Q 15/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの加工を行う数値制御工作機械
   と、前記数値制御工作機械が所定の作業を行うための支
   援を行う支援装置と、を含む作業装置と、 予め定められた生産計画に沿って、前記作業装置に対し
   作業の指示を行う統合制御装置と、を含み、 前記作業装置には、ワークの種類と作業工程の種類ごと
   に対応し、当該ワークの種類と当該作業工程に関する設
   定情報であるシステム変数を含む作業プログラムが記憶
   され、 前記統合制御装置は、加工ワークおよび工程の順序に従
   って前記作業プログラムと前記システム変数の設定値と
   を指示することにより、 複数種類の工程を順次実行する生産セル。
2. 【請求項２】 ワークの加工を行う数値制御工作機械
   と、前記数値制御工作機械が所定の作業を行うための支
   援を行う支援装置と、予め定められた生産計画に沿っ
   て、前記数値制御工作機械に対し作業の指示を行う統合
   制御装置と、を含み、 前記数値制御装置には、ワークの種類と作業工程の種類
   ごとに対応し、当該ワークの種類と当該作業工程に関す
   る設定情報であるシステム変数を含み、システム変数の
   設定値に基づき前記支援装置に対し指示を行う加工プロ
   グラムが記憶され、 前記支援装置には、支援作業の種類ごとに対応する支援
   プログラムが記憶され、 前記統合制御装置は、加工ワークおよび工程の順序に従
   って前記加工プログラムと前記システム変数の設定値と
   を指示することにより、 複数種類の工程を順次実行する生産セル。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の生産セルにお
   いて、前記数値制御工作機械は、加工不良を判定する不
   良判定手段と、不良判定がなされたワークを統合処理装
   置に報知する不良ワーク報知手段と、を有し、前記統合
   処理装置は、当該不良ワークに関する以後の作業工程を
   禁止し、飛び越えて次作業工程に移行する指示を行う不
   良ワークスキップ手段を有する生産セル。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の生産
   セルにおいて、生産計画と前記システム変数の設定値か
   ら、前記支援装置の初期設定に関する情報である準備情
   報を作成する準備情報作成手段と、前記準備情報を生産
   セルの操作者に報知する準備情報報知手段を有する生産
   セル。