JP5678577B2 - 工作機械の消費電力量表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械の消費電力量表示装置に関するものである。
例えば、特許第３０８８４０３号公報（特許文献１）には、繰り返し動作１サイクルにおける消費電力を検出し、各サイクルにおける電力消費要素または機械の消費電力を表示することが記載されている。
特許第３０８８４０３号公報
ところで、近年環境問題に関心が高まっており、工作機械においても、無駄な電力消費を削減することが期待されている。しかし、無駄な電力消費がどれだけあるのか、さらには、無駄な電力消費がどこで行われているのかを把握することは困難であった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無駄な電力消費を可視化することのできる工作機械の消費電力量表示装置を提供することを目的とする。
（請求項１）本発明の工作機械の消費電力量表示装置は、加工プログラムに従って被加工物を加工する工作機械の消費電力量表示装置であって、前記工作機械は、前記加工プログラムを実行することによって前記被加工物を加工する加工状態において電力消費する第一電力消費要素と、前記非加工状態において、前記加工プログラムの実行開始指令が出力された場合に前記加工プログラムを実行できるように運転準備状態にするために電力消費する第二電力消費要素と、前記非加工状態において、前記加工プログラムの実行とは無関係に電力消費する第三電力消費要素と、を備え、前記消費電力量表示装置は、加工状態と、非加工状態における運転準備状態と、前記非加工状態における運転準備ＯＦＦ状態とを判別する加工状態判別手段と、前記加工状態判別手段により前記非加工状態と判定されている間の前記工作機械の消費電力量を計測すると共に、前記運転準備状態における消費電力量および前記運転準備ＯＦＦ状態における消費電力量のうち少なくとも何れかを計測する消費電力量計測手段と、前記消費電力量計測手段により計測された前記消費電力量を表示する表示手段と、を備え、前記加工状態は、前記工作機械に電力を供給する主電源スイッチがオンの場合に、前記加工プログラムを実行することによって前記被加工物を加工する状態であり、前記非加工状態は、前記加工プログラムが実行されていない状態であり、前記運転準備状態は、前記非加工状態において、前記第一電力消費要素が電力消費しておらず前記第二電力消費要素が電力消費している状態であり、前記運転準備ＯＦＦ状態は、前記非加工状態において、前記第一電力消費要素および前記第二電力消費要素が電力消費しておらず前記第三電力消費要素が電力消費している状態である。
ここで、消費電力量とは、単位時間当たりに消費する電力に時間を乗算した値である。つまり、本発明における消費電力量には、単位時間当たりの消費電力量、すなわち消費電力を含む意味で使用している。また、消費電力量計測手段には、消費電力を計測する手段と、時間を計測する手段とをそれぞれ別個に備え、両者による計測された消費電力と時間を乗算することにより、設定された時間における消費電力量を計測するものを含む。
（請求項２）また、本発明において、前記消費電力量計測手段は、前記非加工状態における前記運転準備状態および前記運転準備ＯＦＦ状態のそれぞれにおいて、前記工作機械の複数の電力消費要素のそれぞれの消費電力量を計測し、前記表示手段は、それぞれの前記電力消費要素の消費電力量を表示するようにしてもよい。
（請求項３）また、本発明において、前記電力消費要素は、被加工物または工具を回転可能に支持する回転駆動軸、前記被加工物と前記工具との相対移動を行うＮＣ駆動軸、ポンプの少なくとも何れかとしてもよい。ポンプには、被加工物の加工に際してクーラントを加工部位に供給するために用いるクーラントポンプ、被加工物のクランプなどの駆動に用いる油圧ポンプ、主軸の軸受などに潤滑油を供給する潤滑用ポンプなどが含まれる。
（請求項４）また、本発明において、前記工作機械は、砥石軸、クーラントポンプ、潤滑用ポンプを備え、前記非加工状態において、前記砥石軸の回転数を下げること、前記クーラントポンプを止めること、前記潤滑用ポンプの圧力を下げることの少なくとも何れか一つを実行するようにしてもよい。
（請求項１）本発明によれば、非加工状態における消費電力量を表示することにより、工作機械の使用者は無駄の可能性のある消費電力量がどの程度あるかを把握できる。ただし、非加工状態には、加工状態に入る直前などが含まれており、加工状態に入る直前における消費電力量は必要なものである。そのため、非加工状態における消費電力量が、全て無駄であるとは言えないが、無駄の可能性がある。そのため、本発明により、無駄の可能性を含んでいる消費電力量を可視化できることで、工作機械の使用者に対して、無駄の部分を検討させる機会を与え、消費電力量を低減できる可能性がある。
さらに、非加工状態をさらに運転準備状態と運転準備ＯＦＦ状態とに区分している。そして、運転準備状態の消費電力量と運転準備ＯＦＦ状態の消費電力量とを表示することにしている。これにより、より詳細に、電力消費がどのように行われているかを使用者は把握することができる。その結果、無駄な消費電力量を低減することに導くことができる。
（請求項２）非加工状態において、工作機械における複数の電力消費要素のそれぞれによる消費電力量を表示することで、どの電力消費要素に無駄な消費電力量があるかを把握することができる。
（請求項３）工作機械において、回転駆動軸、ＮＣ駆動軸やポンプの消費電力量は非常に大きな割合を占めており、これらに含まれる無駄な消費電力量を低減できると、非常に効果的となる。また、ポンプについて、さらに、クーラントポンプ、油圧ポンプ、潤滑用ポンプ毎に消費電力量を表示するようにしてもよい。この場合には、それぞれのポンプについて無駄な消費電力量を低減できる。
（請求項４）非加工状態において、砥石軸の回転数を下げること、クーラントポンプを止めること、潤滑用ポンプの圧力を下げることの少なくとも何れか一つを実行することにより、無駄な消費電力を低減することができる。
工作機械の消費電力量表示装置の機能ブロックを示す図である。 工作機械の各構成を示すブロック図である。 ある被加工物を複数個加工する場合において、経過時間に対する消費電力量を示す図である。図中、被加工物を加工している加工状態と非加工状態とを示す。 表示装置の表示画面を示す図である。
以下、本発明の工作機械の消費電力量表示装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。ここで、工作機械として、例えばクランクシャフトを加工する研削盤を例に挙げて説明する。当該研削盤は、被加工物としてクランクシャフトをＮＣにより回転駆動可能に支持する主軸と、砥石車を回転駆動可能に支持する砥石軸と、被加工物と砥石車とのＮＣにより相対移動を行うＸ駆動軸およびＺ駆動軸とを備えて構成される。もちろん、本発明における工作機械は、当該研削盤に限られるものではなく、他の被加工物を研削する研削盤であってもよく、研削盤の他に、旋盤やマシニングセンタなども含まれる。
工作機械の消費電力量表示装置の機能的構成について、図１に示す機能ブロック図を参照して説明する。図１に示すように、工作機械を構成する第一電力消費要素としての運転要素１１、第二電力消費要素としての運転準備要素１２、第三電力消費要素としての運転準備ＯＦＦ要素１３、加工状態判別手段１４、第一〜第三電力量計測手段１５〜１７、表示手段１８を備えて構成される。
運転要素１１は、主電源スイッチがオンの場合に、加工プログラムを実行することによって被加工物を加工する加工状態において電力消費する要素である。例えば、運転要素１１には、加工状態において、砥石車と被加工物とを相対移動させるＮＣ駆動軸、砥石車を回転駆動する砥石軸、被加工物を回転駆動する主軸、研削に際してクーラントを研削部位に供給するために用いるクーラントポンプ、被加工物のクランプなどの駆動に用いる油圧ポンプ、主軸の軸受などに潤滑油を供給する潤滑用ポンプ、表示装置、制御回路などが含まれる。
運転準備要素１２は、加工プログラムが実行されていない非加工状態において、加工プログラムの実行開始指令が出力された場合に加工プログラムを実行できるように運転準備状態にするために電力消費する要素である。運転準備要素１２には、砥石車を回転駆動する砥石軸、砥石車と被加工物との相対移動をさせないがすぐに相対移動できる準備状態のために必要なＮＣ駆動軸、クーラントポンプ、油圧ポンプ、潤滑用ポンプ、表示装置、制御回路などが含まれる。このように、運転準備要素１２は、運転要素１１と共通するものがある。ただし、運転準備要素１２が消費する電力量と、運転要素１１が消費する電力量とは、その目的が相違する。そのため、区分けしている。
運転準備ＯＦＦ要素１３は、非加工状態において、加工プログラムの実行とは無関係の要素である。例えば、工作機械を非常停止の状態にしたときに電力量を消費する要素が、運転準備ＯＦＦ要素１３に該当する。例えば、運転準備ＯＦＦ要素１３には、表示装置、制御回路などが含まれる。
加工状態判別手段１４は、工作機械に電力を供給する主電源スイッチがオンの場合に、加工プログラムを実行することによって被加工物を加工する加工状態と、加工プログラムが実行されていない非加工状態とを判別する。さらに、加工状態判別手段１４は、非加工状態において、運転要素１１が電力消費しておらず運転準備要素１２が電力消費している運転準備状態と、運転要素１１および運転準備要素１２が電力消費しておらず運転準備ＯＦＦ要素１３が電力消費している運転準備ＯＦＦ状態とを判別する。
第一電力量計測手段１５は、運転要素１１が消費する電力量を計測する。第二電力量計測手段１６は、運転準備要素１２が消費する電力量を計測する。第三電力量計測手段１７は、運転準備ＯＦＦ要素１３が消費する電力量を計測する。上述したように、運転要素１１、運転準備要素１２および運転準備ＯＦＦ要素１３は、実際には共通する部分があるが、状態が異なるため、それぞれの消費電力量を計測することができる。また、各要素１１〜１３が共通する場合には、第一〜第三電力量計測手段１５〜１７も共通することになる。そして、第一〜第三電力量計測手段１５〜１７は、加工状態と非加工状態のそれぞれにおける消費電力量を計測することができ、さらには非加工状態のうち運転準備状態と運転準備ＯＦＦ状態のそれぞれにおける消費電力量を計測することができる。なお、各電力量計測手段１５〜１７は、電力量を直接計測する手段を備えるようにしてもよいし、各要素１１〜１３が消費する電力を計測する電力計測手段と、時間を計測する時間計測手段とをそれぞれ別個に備え、計測された電力と時間を乗算することにより電力量を算出するようにしてもよい。
表示手段１８は、第一〜第三電力量計測手段１５〜１７から計測された種々の消費電力量を表示画面に表示する。具体的には、表示手段１８は、運転要素１１による消費電力量、すなわち加工状態における消費電力量を表示し、運転準備要素１２による消費電力量、すなわち運転準備状態における消費電力量を表示し、運転準備ＯＦＦ要素１３による消費電力量、すなわち運転準備ＯＦＦ状態における消費電力量を表示する。また、表示手段１８は、各状態における総計値を表示すると共に、複数の電力消費要素のそれぞれについて各状態における消費電力量を表示する。複数の電力消費要素とは、砥石軸、ＮＣ駆動軸（被加工物を回転可能に支持する主軸およびＸ駆動軸、Ｚ駆動軸を含む）、クーラントポンプ、油圧ポンプ、潤滑用ポンプ、これらを除く他の要素などとする。
次に、対象の工作機械の実際のブロック構成図について、図２を参照して説明する。図２に示すように、主電源スイッチ２１と、砥石軸２２と、ＮＣ駆動軸２３（主軸およびＸ駆動軸、Ｚ駆動軸を含む）と、クーラントポンプ２４と、油圧ポンプ２５、潤滑用ポンプ２６、表示装置を含むその他２７と、総電力量計３１と、砥石軸２２の消費電力量を計測する電力量計３２と、ＮＣ駆動軸２３の消費電力量を計測する電力量計３３と、クーラントポンプ２４の消費電力量を計測する電力量計３４と、油圧ポンプ２５の消費電力量を計測する電力量計３５と、潤滑用ポンプ２６の消費電力量を計測する電力量計３６とを備えて構成される。
ここで、図１の機能ブロック図の各構成と、図２の工作機械のブロック図の各構成との対応について説明する。砥石軸２２、ＮＣ駆動軸２３、クーラントポンプ２４、油圧ポンプ２５および潤滑用ポンプ２６は、運転要素１１および運転準備要素１２に含まれる。また、表示装置を含むその他２７の少なくとも一部は、運転要素１１、運転準備要素１２および運転準備ＯＦＦ要素１３の全てに含まれる。図２の各電力量計３２〜３６は、第一〜第三電力量計測手段１５〜１７のいずれもに対応する。表示装置は、表示手段１８に対応する。
次に、加工状態と非加工状態における消費電力量ついて図３を参照して説明する。図３は、被加工物をクランクシャフトとした場合を例示しており、クランクシャフトを複数個加工する場合である。図３に示すように、加工状態においては、クランクシャフトの４カ所について同様の加工を行うため、１個のクランクシャフトに対して消費電力量が４カ所のピークを生じるような挙動を示す。そして、次のクランクシャフトを加工開始するまでの間に、非加工状態としての運転準備状態となり、加工状態に比べて消費電力量が少なくなっている。
次に、表示手段１８による表示画面について図４を参照して説明する。図４に示すように、表示画面上段に工作機械全体に関する総電力量を対象として、１日の非加工状態のうち運転準備状態の消費電力量、１日の運転準備ＯＦＦ状態の消費電力量、および、１日の積算消費電力量を表示している。つまり、１日の積算消費電力量から運転準備状態および運転準備ＯＦＦ状態の消費電力量を減算した消費電力量が、加工状態における消費電力量となる。
そして、表示画面下段には、工作機械の各部（砥石軸２２、ＮＣ駆動軸２３、クーラントポンプ２４、油圧ポンプ２５、潤滑用ポンプ２６、その他）のそれぞれについて、１日の非加工状態のうち運転準備状態の消費電力量、１日の運転準備ＯＦＦ状態の消費電力量、および、１日の積算消費電力量を表示している。
このように、表示手段１８の表示画面に非加工状態における消費電力量を表示することにより、工作機械の使用者は無駄の可能性のある消費電力量がどの程度あるかを把握できる。ただし、非加工状態には、加工状態に入る直前などが含まれており、加工状態に入る直前における消費電力量は必要なものである。そのため、非加工状態における消費電力量が、全て無駄であるとは言えないが、無駄の可能性がある。そのため、無駄の可能性を含んでいる消費電力量を可視化できることで、工作機械の使用者に対して、無駄の部分を検討させる機会を与え、消費電力量を低減できる可能性がある。
特に、表示手段１８の表示画面には、非加工状態をさらに運転準備状態と運転準備ＯＦＦ状態とに区分して表示している。このように、運転準備状態の消費電力量と運転準備ＯＦＦ状態の消費電力量とを表示することより、より詳細に、電力消費がどのように行われているかを使用者は把握することができる。その結果、無駄な消費電力量を低減することに導くことができる。
さらに、表示手段１８の表示画面には、非加工状態において、工作機械における複数の電力消費要素のそれぞれによる消費電力量を表示することで、どの電力消費要素に無駄な消費電力量があるかを把握することができる。表示する複数の電力消費要素として、砥石軸２２、ＮＣ駆動軸２３、クーラントポンプ２４、油圧ポンプ２５、潤滑用ポンプ２６としている。これらの消費電力量は、工作機械全体のうちで非常に大きな割合を占めており、これらに含まれる無駄な消費電力量を低減できると非常に効果的となる。例えば、砥石軸の回転数を下げたり、クーラントポンプ２４を止めたり、潤滑用ポンプ２６の圧力を下げるなどすることにより、無駄な消費電力を低減することができる。
１１：運転要素、 １２：運転準備要素、 １３：運転準備ＯＦＦ要素
１４：加工状態判別手段、 １５〜１７：電力量計測手段、 １８：表示手段
２１：主電源スイッチ、 ２２：砥石軸、 ２３：ＮＣ駆動軸
２４：クーラントポンプ、 ２５：油圧ポンプ、 ２６：潤滑用ポンプ
３１〜３６：電力量計

Claims (4)

  1. 加工プログラムに従って被加工物を加工する工作機械の消費電力量表示装置であって、
    前記工作機械は、
    前記加工プログラムを実行することによって前記被加工物を加工する加工状態において電力消費する第一電力消費要素と、
    前記非加工状態において、前記加工プログラムの実行開始指令が出力された場合に前記加工プログラムを実行できるように運転準備状態にするために電力消費する第二電力消費要素と、
    前記非加工状態において、前記加工プログラムの実行とは無関係に電力消費する第三電力消費要素と、
    を備え、
    前記消費電力量表示装置は、
    加工状態と、非加工状態における運転準備状態と、前記非加工状態における運転準備ＯＦＦ状態とを判別する加工状態判別手段と、
    前記加工状態判別手段により前記非加工状態と判定されている間の前記工作機械の消費電力量を計測すると共に、前記運転準備状態における消費電力量および前記運転準備ＯＦＦ状態における消費電力量のうち少なくとも何れかを計測する消費電力量計測手段と、
    前記消費電力量計測手段により計測された前記消費電力量を表示する表示手段と、
    を備え、
    前記加工状態は、前記工作機械に電力を供給する主電源スイッチがオンの場合に、前記加工プログラムを実行することによって前記被加工物を加工する状態であり、
    前記非加工状態は、前記加工プログラムが実行されていない状態であり、
    前記運転準備状態は、前記非加工状態において、前記第一電力消費要素が電力消費しておらず前記第二電力消費要素が電力消費している状態であり、
    前記運転準備ＯＦＦ状態は、前記非加工状態において、前記第一電力消費要素および前記第二電力消費要素が電力消費しておらず前記第三電力消費要素が電力消費している状態である工作機械の消費電力量表示装置。
  2. 請求項１において、
    前記消費電力量計測手段は、前記非加工状態における前記運転準備状態および前記運転準備ＯＦＦ状態のそれぞれにおいて、前記工作機械の複数の電力消費要素のそれぞれの消費電力量を計測し、
    前記表示手段は、それぞれの前記電力消費要素の消費電力量を表示する工作機械の消費電力量表示装置。
  3. 請求項２において、
    前記電力消費要素は、被加工物または工具を回転可能に支持する回転駆動軸、前記被加工物と前記工具との相対移動を行うＮＣ駆動軸、および、ポンプの少なくとも何れかである工作機械の消費電力量表示装置。
  4. 請求項１〜３の何れか一項において、
    前記工作機械は、
    砥石軸、クーラントポンプ、潤滑用ポンプを備え、
    前記非加工状態において、前記砥石軸の回転数を下げること、前記クーラントポンプを止めること、前記潤滑用ポンプの圧力を下げることの少なくとも何れか一つを実行する、工作機械の消費電力量表示装置。
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