特許 7519895 工作機械システム及び突き出し長さ推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-11

(45)【発行日】2024-07-22

(54)【発明の名称】工作機械システム及び突き出し長さ推定方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/18 20060101AFI20240712BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20240712BHJP

【ＦＩ】

G05B19/18 W

B23Q17/22 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020208277

(22)【出願日】2020-12-16

(65)【公開番号】P2022095127

(43)【公開日】2022-06-28

【審査請求日】2023-08-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 尚登

(72)【発明者】

【氏名】笠原 和人

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１８３７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１５６６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５３２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／１８ － １９／４６

Ｂ２３Ｑ １７／２２

Ｇ０１Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

穴加工用工具が取り付けられる工作機械と、
前記穴加工用工具によって被加工物を切削加工したときの前記穴加工用工具の位置座標を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記位置座標から、前記穴加工用工具によって前記被加工物に穴を加工したときの前記穴の延在方向における穴延在方向位置座標を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された前記穴延在方向位置座標の最大値及び最小値の差分に基づいて、前記穴加工用工具の突き出し長さを推定する推定部と、
を備える工作機械システム。

【請求項2】

複数のＬ／Ｄ基準値と前記穴加工用工具の直径とを記憶する記憶部をさらに備え、
前記推定部は、前記複数のＬ／Ｄ基準値の中から、前記差分を前記直径で除した値に最も近いＬ／Ｄ基準値を選択し、選択した前記Ｌ／Ｄ基準値に前記直径を乗じることによって前記突き出し長さを算出する、
請求項１に記載の工作機械システム。

【請求項3】

工作機械に取り付けられた穴加工用工具によって被加工物を切削加工したときの前記穴加工用工具の位置座標を取得する取得工程と、
取得された前記位置座標から、前記穴加工用工具によって前記被加工物に穴を加工したときの前記穴の延在方向における穴延在方向位置座標を抽出する抽出工程と、
抽出された前記穴延在方向位置座標の最大値及び最小値の差分に基づいて、前記穴加工用工具の突き出し長さを推定する推定工程と、
を備える突き出し長さ推定方法。

【請求項4】

複数のＬ／Ｄ基準値と前記穴加工用工具の直径とを記憶する工程をさらに備え、
前記推定工程は、
前記複数のＬ／Ｄ基準値の中から、前記差分を前記直径で除した値に最も近いＬ／Ｄ基準値を選択する工程と、
選択された前記Ｌ／Ｄ基準値に前記直径を乗じることによって前記突き出し長さを算出する工程と、
を含む請求項３に記載の突き出し長さ推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械システム及び突き出し長さ推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プログラムに従って、被加工物を工具によって所望の形状に加工するコンピュータ数値制御工作機械（以下、「工作機械」という。）が知られている。工具は、工作機械の主軸に固定された工具ホルダーの先端面に取り付けられる。

【0003】

特許文献１には、工作機械と、工作機械に記憶された工具情報及び加工条件を自動的に収集する制御装置とを備えるシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－４１３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、穴加工用工具を用いた穴加工における加工条件を比較検討する場合、穴加工用工具の形状を示す情報として、工具ホルダーの先端面から穴加工用工具の刃先までの長さ（以下、「突き出し長さ」という。）が必要となる。

【0006】

しかしながら、一般的な工作機械では突き出し長さが記憶されていないため、特許文献１に記載のシステムでは、工作機械から突き出し長さを収集することはできない。

【0007】

また、穴加工用工具の頒布カタログに突き出し長さが掲載されていない場合には、穴加工用工具の突き出し長さを実測して手動入力する必要があり、また、突き出し長さが掲載されていたとしても手動入力する必要があり煩雑である。

【0008】

本開示は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、穴加工用工具の突き出し長さを推定可能な工作機械システム及び突き出し長さ推定方法の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係る工作機械システムは、工作機械と、取得部と、抽出部と、推定部とを備える。工作機械には、穴加工用工具が取り付けられる。取得部は、穴加工用工具によって被加工物を切削加工したときの穴加工用工具の位置座標を取得する。抽出部は、取得部によって取得された位置座標から、穴加工用工具によって被加工物に穴を加工したときの穴の延在方向における穴延在方向位置座標を抽出する。推定部は、抽出部によって抽出された穴延在方向位置座標の最大値及び最小値の差分に基づいて、穴加工用工具の突き出し長さを推定する。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、穴加工用工具の突き出し長さを推定可能な工作機械システム及び突き出し長さ推定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る工作機械システムの構成を示すブロック図

【図2】実施形態に係る切削加工部を示す側面図である。

【図3】実施形態に係る情報処理部の構成を示すブロック図である。

【図4】実施形態に係る第１記憶部が記憶する位置座標の一例である。

【図5】実施形態に係る突き出し長さ推定法を示すフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（工作機械システム１の構成）
本実施形態に係る工作機械システム１の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、工作機械システム１の構成を示すブロック図である。

【0013】

工作機械システム１は、３つの工作機械装置１０、格納部２０及び端末装置３０を備える。３つの工作機械装置１０には、第１乃至第３工作機械装置１０ａ～１０ｃが含まれる。工作機械システム１が備える工作機械装置１０の数は特に制限されず、１以上であればよい。

【0014】

３つの工作機械装置１０それぞれは、工作機械１１及び情報処理部１２を有する。本実施形態において、３つの工作機械装置１０それぞれの工作機械１１は異なる種類の機械であるが、同じ種類の機械であってもよい。工作機械装置１０としては、マシニングセンタ、ターニングセンタ、複合旋盤及びボール盤などが挙げられる。

【0015】

工作機械１１は、被加工物（いわゆる、ワーク）を切削加工することによって、被加工物を所望の形状に加工する。被加工物は、典型的には金属によって構成されているが、非金属によって構成されていてもよい。

【0016】

工作機械１１は、切削加工部１３、テーブル１４及びＣＮＣ制御部１５を有する。

【0017】

図２は、切削加工部１３を示す側面図である。切削加工部１３は、主軸１６、ホルダー１７及び穴加工用工具１８によって構成される。主軸１６は、回転駆動する。ホルダー１７は、主軸１６に固定される。穴加工用工具１８は、ホルダー１７に支持される。穴加工用工具１８は、ホルダー１７に対して着脱可能である。穴加工用工具１８は、ホルダー１７の先端面１７Ｓから突き出す。穴加工用工具１８としては、例えばドリル、ボーリング、タップなどが挙げられる。

【0018】

ここで、穴加工用工具１８の直径Ｄに対する穴加工用工具１８の突き出し長さＬの比の基準値（以下、「Ｌ／Ｄ基準値」という。）は、一般的に、穴加工用工具１８の種類ごとに数種類ずつ決められている。Ｌ／Ｄ基準値は、市販の穴加工用工具のラインナップから把握することができる。穴加工用工具１８の直径Ｄとは、穴加工用工具１８の軸心を中心とした穴加工用工具１８の最大径である。穴加工用工具１８の突き出し長さＬとは、工具ホルダー１７の先端面１７Ｓから穴加工用工具１８の刃先までの長さである。本実施形態に係る工作機械システム１は、突き出し長さＬを簡便に推定するためのものである。

【0019】

テーブル１４上には、被加工物が載置される。テーブル１４は、被加工物を保持した状態で移動可能である。テーブル１４が移動することによって、穴加工用工具１８が被加工物に対して相対的に移動する。工作機械１１は、切削加工部１３が移動し、テーブル１４が固定されるものであってもよい。

【0020】

本実施形態において、テーブル１４は、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のそれぞれに移動可能である。ｘ軸方向は、ｙ軸方向に対して垂直である。ｚ軸方向は、ｘ軸方向及びｙ軸方向それぞれに垂直である。図１において、ｘ軸方向は工作機械１１の左右方向であり、ｙ軸方向は工作機械１１の奥行き方向であり、ｚ軸方向は鉛直方向である。

【0021】

ＣＮＣ制御部１５は、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）プログラムに従って、工作機械１１を制御する。ＮＣプログラムには、工作機械１１におけるテーブル１４の移動や座標系の設定などを処理するためのＧコードが含まれる。Ｇコードには、テーブル１４の目標座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、目標座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に向かってテーブル１４を移動させる際の送り速度（Ｆコード）と、主軸１６の目標回転数とが含まれる。

【0022】

ＣＮＣ制御部１５は、穴加工用工具１８によって被加工物を切削加工したときの穴加工用工具１８の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を取得する。穴加工用工具１８の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、例えばアブソリュートエンコーダを用いて取得することができる。ＣＮＣ制御部１５は、穴加工用工具１８の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を所定のサンプリングレートで取得する。サンプリングレートは、例えば１ｍｓｅｃ以上に設定することができるがこれに限られない。ＣＮＣ制御部１５は、穴加工用工具１８の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を情報処理部１２に出力する。

【0023】

図３は、情報処理部１２の構成を示すブロック図である。情報処理部１２は、取得部３１、第１記憶部３２、抽出部３３、第２記憶部３４、推定部３５及び通信部３６を有する。図５は、
本実施形態における突き出し長さ推定方法のフローチャートを示す。

【0024】

取得部３１は、穴加工用工具１８によって被加工物を切削加工したときの穴加工用工具１８の三次元の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）と各種制御情報とをＣＮＣ制御部１５から取得する（Ｓ１０１）。取得部３１は、取得した位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を各種制御情報とともに第１記憶部３２に記憶させる。図４は、第１記憶部３２が記憶する位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）の一例である。図４に示すように、位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、所定のサンプリングレートごとに各種制御情報とともに時系列順に記憶される。穴加工用工具１８の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、穴加工用工具１８の先端の刃先の位置座標であってよい。穴加工用工具１８がドリルの場合、刃先の位置座標は工具先端の径方向中心位置の座標であってよい。穴加工用工具１８がボーリング工具である場合は、位置座標は工具先端外周にある刃先の位置座標であってよい。

【0025】

抽出部３３は、取得部３１によって取得された位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）から、穴加工用工具１８によって被加工物に穴を加工したときの穴の延在方向（本実施形態では、Ｚ軸方向）における穴延在方向位置座標を抽出する（Ｓ１０２）。抽出部３３は、取得部３１によって取得された穴加工用工具１８の三次元の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）から、穴加工時の穴加工用工具１８のＺ軸方向における一次元の位置座標（ｚ）を抽出する。

【0026】

具体的には、抽出部３３は、図４の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を参照して、ｘ座標が同一値で連続し、かつ、ｙ座標が同一値で連続する範囲において、穴が延在するＺ軸方向におけるｚ座標を抽出する。

【0027】

本明細書において、「ｘ座標が同一値」であるとは、前後のｘ座標の差が１ｍｍ以内に収まっていることを意味する。「ｙ座標が同一値」であるとは、前後のｙ座標の差が１ｍｍ以内に収まっていることを意味する。「連続する」とは、サンプリングレート２回分以上続くこと、又は、２ｍｓｅｃ以上続くことを意味する。本開示の範囲を逸脱しない範囲において、「同一値」及び「連続する」それぞれの意味は変更されてもよい。

【0028】

図４に示す例では、全ての位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）においてｘ座標が同一値で連続し、かつ、全ての位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）においてｙ座標が同一値で連続しているため、抽出部３３は、穴延在方向位置座標として全てのｚ座標を抽出する。

【0029】

抽出部３３は、抽出した穴延在方向位置座標を推定部３５に出力する。

【0030】

第２記憶部３４は、穴加工用工具１８の複数のＬ／Ｄ基準値と穴加工用工具１８の直径Ｄとを記憶している。複数のＬ／Ｄ基準値は、上述したとおり、穴加工用工具１８の種類ごとに一般化されており、例えば“２．０”、“２．５”“３．０”などの数種類に決められている。複数のＬ／Ｄ基準値と穴加工用工具の直径Ｄは、カタログデータなどから自動的に入力されてもよいし、オペレータが手動で入力してもよい。

【0031】

推定部３５は、抽出部３３によって抽出された穴延在方向位置座標を取得する。推定部３５は、穴延在方向位置座標の最大値及び最小値の差分Ｍに基づいて、以下のように、穴加工用工具１８の突き出し長さＬを推定する。

【0032】

まず、推定部３５は、穴延在方向位置座標の最大値及び最小値の差分Ｍを求める（Ｓ１０３）。図４に示す例では、ｚ座標の最大値が－１０６２．７４４ｍｍであり、ｚ座標の最小値が－１１２０．７５４ｍｍであるので、その差分Ｍは５８．０１ｍｍである。

【0033】

次に、推定部３５は、穴加工用工具１８の直径Ｄを第２記憶部３４から取得して（Ｓ１０４）、穴延在方向位置座標の最大値及び最小値の差分Ｍを直径Ｄで除することによってＭ／Ｄ値を算出する（Ｓ１０５）。

【0034】

次に、推定部３５は、穴加工用工具１８の複数のＬ／Ｄ基準値を第２記憶部３４から取得して（Ｓ１０６）、複数のＬ／Ｄ基準値の中からＭ／Ｄ値に最も近いＬ／Ｄ基準値を選択する（Ｓ１０７）。

【0035】

次に、推定部３５は、選択したＬ／Ｄ基準値に直径Ｄを乗じることによって、穴加工用工具１８の突き出し長さＬを算出（推定）する（Ｓ１０８）。

【0036】

そして、推定部３５は、推定した突き出し長さＬを通信部３６に出力する。

【0037】

通信部３６は、ネットワークを介して格納部２０と無線又は有線で接続される。通信部３６は、推定部３５によって推定された穴加工用工具１８の突き出し長さＬを格納部２０に送信する。

【0038】

格納部２０の機能は、サーバーにより達成される。サーバーは工作機械システム管理者により管理される。サーバーはクラウドサーバーであってよい。クラウドサーバーは専門の事業者により所有及び管理され、工作機械システム１の利用者によりサーバーとして利用される。

【0039】

格納部２０は、ネットワークを介して各工作機械装置１０の情報処理部１２（通信部３６）と無線又は有線で接続される。格納部２０は、通信部３６から送信される穴加工用工具１８の突き出し長さＬを取得する。格納部２０は、穴加工用工具１８に関する情報と突き出し長さＬとを関連付けて格納する。

【0040】

格納部２０は、穴加工用工具１８の突き出し長さＬを適宜更新することが好ましい。例えば、格納部２０は、既に格納されている突き出し長さＬよりも長い突き出し長さＬを新たに通信部３６から取得した場合、格納されていた突き出し長さＬを廃棄し、新たに取得した突き出し長さＬを格納する。

【0041】

格納部２０は、ネットワークを介して端末装置３０と無線又は有線で接続される。格納部２０は、端末装置３０からの要求に応じて、穴加工用工具１８の突き出し長さＬを端末装置３０に送信する。端末装置３０のオペレータは、穴加工用工具１８の突き出し長さＬを参照して、穴加工用工具１８の種類ごとに穴加工の加工条件を比較検討することができる。ただし、穴加工用工具１８の突き出し長さＬが長くなるにつれて穴加工用工具１８に適用可能な回転速度が小さくなるため、突き出し長さＬが大きく異なる工具間での加工条件の比較は有用でない。

【0042】

（変形例）
本開示は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

【0043】

（変形例１）
上記実施形態では、穴加工用工具１８によって形成される穴の延在方向はＺ軸方向であることとしたが、これに限られない。穴の延在方向は、Ｘ軸方向であってもよいし、Ｙ軸方向であってもよい。

【0044】

（変形例２）
上記実施形態では特に触れていないが、各工作機械１１の穴加工用工具１８は互いに異なる種類であってもよいし同じ種類であってもよい。２以上の工作機械１１において同じ種類の穴加工用工具１８が用いられた場合、格納部２０は、同じ種類の穴加工用工具１８についての突き出し長さＬを１つだけ格納してもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 工作機械システム
１０ 工作機械装置
１１ 工作機械
１２ 情報処理部
３１ 取得部
３２ 第１記憶部
３３ 抽出部
３４ 第２記憶部
３５ 推定部
３６ 通信部
１３ 切削加工部
１４ テーブル
１５ ＣＮＣ制御部
１６ 主軸
１７ ホルダー
１８ 穴加工用工具
Ｌ 突き出し長さ
Ｄ 直径
２０ 格納部
３０ 端末装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】