JP2017167892A - 加工時間予測装置、切削加工システムおよび加工時間予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工に要する残りの加工時間を精度高く予測する。【解決手段】加工時間予測装置７０の制御装置７４は、複数の工程を有する加工プログラムが記憶された記憶部８２と、加工プログラムに従って、切削加工機１が被加工物１５を切削するシミュレーションを行い、スピンドル３３および保持部２５の制御情報が記録された制御パターンを作成するシミュレーション部８３と、制御パターンに基づいて、加工プログラムの各工程に対する残りの加工時間が記録された加工時間テーブルを作成する加工時間計算部８８と、切削加工機１によって現時点で切削加工が行われている加工プログラムの工程を取得し、取得した加工プログラムの工程に対する残りの加工時間を加工時間テーブルから取得する加工時間取得部８９と、加工時間取得部８９によって取得された残りの加工時間を表示画面７２に表示する表示部９０を備えた。【選択図】図８

Description

本発明は、加工時間予測装置、切削加工システムおよび加工時間予測方法に関する。

従来から、回転する加工ツールで被加工物を切削加工する切削加工機が知られている。この種の切削加工機では、複数の加工工程を有する加工プログラムが予め作成されている。そして、加工プログラムの各加工工程に基づいて、被加工物と加工ツールとの相対的な位置関係を３次元で変化させ、被加工物に対して加工ツールを所定の角度で接触させることで、被加工物を所望の形状に切削する。

このような切削加工機において、被加工物を切削加工するのに要する残りの加工時間を予測することが行われている。例えば、特許文献１に開示された発明では、切削加工が開始された時点から現在の切削加工時点までに要した加工時間を計測すると共に、現在行われている加工工程が加工プログラム全体のどの時点の工程かを判別する。そして、上記計測結果、および、上記判別結果から切削加工に要する残りの時間を予測している。

特開２００２−７３１２６号公報

ところで、被加工物を切削加工する加工プログラムの各工程を、大まかに区分けすると、荒削りをすることで、所望な形状に似た大まかな形状に被加工物を切削加工する荒削り工程と、荒削り工程をした後に、細部の切削加工を行う仕上げ工程とに区分けすることができる。荒削り工程に含まれる加工プログラムの工程は、処理する時間が短いが、仕上げ工程に含まれる加工プログラムの工程は、荒削り工程に比べて処理する時間が長い。特許文献１に開示された発明では、上記荒削り工程において、予測した残りの加工時間と、実際に要した残りの加工時間とでは誤差が大きかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、切削加工に要する残りの加工時間を予測する際、予測精度が高い加工時間予測装置、切削加工システムおよび加工時間予測方法を提供することである。

本発明に係る加工時間予測装置は、加工ツールを把持するスピンドルと、被加工物を保持し、前記スピンドルに対して相対的に移動可能な保持部とを備え、複数の加工工程が記録された加工プログラムに基づいて、前記加工ツールを使用して前記被加工物を切削する切削加工機において、前記被加工物を切削加工する残りの加工時間を予測する加工時間予測装置である。前記加工時間予測装置は、表示画面と、前記表示画面に接続された制御装置と、を備えている。前記制御装置は、記憶部と、シミュレーション部と、加工時間計算部と、加工時間取得部と、表示部とを備えている。前記記憶部には、前記加工プログラムが記憶されている。前記シミュレーション部は、前記加工プログラムに従って、前記切削加工機が前記被加工物を切削するシミュレーションを行い、前記スピンドルおよび前記保持部の制御情報が記録された制御パターンを作成する。前記加工時間計算部は、前記制御パターンに基づいて、前記加工プログラムの各工程における残りの加工時間を計算し、前記加工プログラムの各工程に対する残りの加工時間が記録された加工時間テーブルを作成する。前記加工時間取得部は、前記切削加工機によって現時点で切削加工が行われている前記加工プログラムの工程を取得し、取得した前記加工プログラムの工程に対する残りの加工時間を前記加工時間テーブルから取得する。前記表示部は、前記加工時間取得部によって取得された残りの加工時間を前記表示画面に表示させる。

前記加工時間予測装置によれば、シミュレーション部によって、切削加工機が実際に使用する加工プログラムに従って、切削加工機が被加工物を切削する各工程であって、切削加工機が実際に行う各工程が疑似的に行われることで、制御パターンが作成される。シミュレーション部によって作成された制御パターンは、切削加工機が切削加工する際に作成される制御パターンと同じである。そのため、シミュレーション部によって作成された制御パターンに基づいて作成された加工時間テーブル内の各工程における残りの加工時間は、切削加工機が行う各工程において、実際に要した残りの加工時間とほぼ同じになる。よって、例えば、荒削り工程に含まれる加工プログラム内の工程であっても、加工時間予測装置が予測した残りの加工時間と、実際に要した残りの加工時間とにおいて誤差をより小さくすることができる。したがって、精度が高い残りの加工時間を予測することができる。

本発明に係る加工時間予測方法は、加工ツールを把持するスピンドルと、被加工物を保持し、前記スピンドルに対して相対的に移動可能な保持部とを備え、複数の加工工程が記録された加工プログラムに基づいて、前記加工ツールを使用して前記被加工物を切削する切削加工機において、前記被加工物を切削加工する残りの加工時間を予測する加工時間予測方法である。前記加工時間予測方法は、シミュレーション工程と、加工時間計算工程と、加工時間取得工程と、表示工程とを包含する。前記シミュレーション工程では、前記加工プログラムに従って、前記切削加工機が前記被加工物を切削するシミュレーションを行い、前記スピンドルおよび前記保持部の制御情報が記録された制御パターンを作成する。前記加工時間計算工程では、前記制御パターンに基づいて、前記加工プログラムの各工程における残りの加工時間を計算し、前記加工プログラムの各工程に対する残りの加工時間が記録された加工時間テーブルを作成する。前記加工時間取得工程では、前記切削加工機によって現時点で切削加工が行われている前記加工プログラムの工程を取得し、取得した前記加工プログラムの工程に対する残りの加工時間を前記加工時間テーブルから取得する。前記表示工程では、前記加工時間取得工程で取得した残りの加工時間を表示画面に表示する。

本発明によれば、切削加工に要する残りの加工時間を予測する際、予測精度が高い加工時間予測装置、切削加工システムおよび加工時間予測方法を提供することができる。

実施形態に係る切削加工システムを示すブロック図である。 実施形態に係る切削加工機を示す斜視図である。 保持部およびツールマガジンを示す斜視図である。 スピンドルおよびツールマガジンを示す正面図である。 切削加工機を示すブロック図である。 図６（ａ）は、Ｓ字加速度制御が行われる前における、スピンドルが移動する際の経過時間とスピンドルの移動速度との関係の一例を示した図であり、図６（ｂ）は、Ｓ字加速度制御が行われた後における、スピンドルが移動する際の経過時間とスピンドルの移動速度との関係の一例を示した図である。 図７（ａ）は、スムージング制御が行われる前における、スピンドルの位置の移り変わりの一例を示した図であり、図７（ｂ）は、スムージング制御が行われた後における、スピンドルの位置の移り変わりの一例を示した図である。 実施形態に係る加工時間予測装置を示すブロック図である。 処理済みの加工プログラムのデータサイズと、経過時間との関係を示した図である。 残りの加工時間を表示する手順について示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る切削加工システムについて説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化する。

図１は、本実施形態に係る切削加工システム１００を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る切削加工システム１００は、切削加工機１と、加工時間予測装置７０とを備えている。ここでは、まず、切削加工機１について説明し、その後、加工時間予測装置７０について説明する。

図２は、切削加工機１の斜視図である。図２に示すように、相互に直交する軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。本実施形態に係る切削加工機１は、Ｘ軸とＹ軸とで構成されるＸＹ平面に置かれるものとする。以下、左方および右方とは、図２のフロントカバー７に向かって切削加工機１を見た場合の左方および右方である。また、図２のフロントカバー７に向かって切削加工機１を見た場合に、切削加工機１に近付く方を後方、遠ざかる方を前方とする。以下の図面において、左方をＬ、右方をＲとし、前方をＦ、後方をＲｅとし、上方をＵ、下方をＤとする。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、切削加工機１の設置態様を何ら限定するものではない。

切削加工機１は、被加工物１５（図３参照）を切削加工するものである。被加工物１５は、例えば、人工歯の材料である。ここでは、被加工物１５は、セラミックス、または、樹脂などの材料によって形成されたものである。しかしながら、被加工物１５の材料は特に限定されない。

図２に示すように、切削加工機１は、箱状に形成されている。詳しくは、切削加工機１は、ベース部２、左外壁部３、右外壁部４、天面部５および後面部６を有するケース１０と、フロントカバー７とを備えている。ケース１０の前方は開口されている。左外壁部３は、ベース部２の左端において上方に延びている。右外壁部４は、ベース部２の右端において上方に延びている。後面部６は、ベース部２の後端において上方に延びている。後面部６は、左外壁部３の後端、および、右外壁部４の後端に接続されている。天面部５は、ベース部２の上方に配置されている。天面部５は、左外壁部３の上端、右外壁部４の上端、および、後面部６の上端に接続されている。本実施形態では、ベース部２、左外壁部３、右外壁部４、天面部５および後面部６によって、内部空間８が形成されている。この内部空間８は、被加工物１５（図３参照）に対して切削加工が行われる加工エリアである。

図２に示すように、フロントカバー７は、左外壁部３の前端および右外壁部４の前端において上下方向に移動することによって開閉自在に構成されている。フロントカバー７には窓部７ａが設けられている。作業者は、窓部７ａから内部空間８を視認することができる。

次に、被加工物１５を保持する保持部２５、および、複数の加工ツール２３を収容するツールマガジン３２について説明する。図３は、保持部２５およびツールマガジン３２を示す斜視図である。図３に示すように、切削加工機１は、被加工物１５を保持する保持部２５と、保持部２５に連結された支持部３１と、箱状に形成され、複数の加工ツール２３を収容するツールマガジン３２とを備えている。保持部２５、支持部３１およびツールマガジン３２は、内部空間８（図２参照）に設けられている。本実施形態では、上述のように、被加工物１５の形状は、円板状である。保持部２５は、被加工物１５を保持可能な形状、ここでは、半円弧状に形成されている。図示は省略するが、保持部２５の前部には、第１回転軸が接続されており、保持部２５の後部には第２回転軸が接続されている。上記第１回転軸は、保持部２５の前部に設けられた第１駆動部４１に接続されている。第１駆動部４１は、例えばモータである。第１駆動部４１は、上記第１回転軸をＸ軸周りの方向Ｔ１に回転させる。このような構成において、第１駆動部４１によって上記第１回転軸が方向Ｔ１に回転すると、保持部２５は方向Ｔ１に回転する。これによって、被加工物１５を方向Ｔ１に回転させることができる。また、図示は省略するが、支持部３１は、第２駆動部４２（図５参照）に接続されており、第２駆動部４２によって前後方向に移動する。これにより、被加工物１５および保持部２５は、支持部３１を介して第２駆動部４２に接続され、支持部３１を介して前後方向に移動される。さらに、支持部３１は、第３駆動部４３（図５参照）に接続されており、第３駆動部４３によってＹ軸周りの方向Ｔ２に回転する。これによって、被加工物１５は、保持部２５を介して方向Ｔ２に回転する。なお、第２駆動部４２および第３駆動部４３は、例えばモータである。

本実施形態では、支持部３１はＬ字状に形成されている。支持部３１は、Ｘ軸方向に延びて形成された第１板部３１ａと、第１板部３１ａの後端からＹ軸方向に延びて形成された第２板部３１ｂとを備えている。支持部３１の第２板部３１ｂは、上記第２回転軸を支持している。支持部３１の第１板部３１ａには、ツールマガジン３２が固定されている。ツールマガジン３２の上面には、複数の孔部３２ａが形成されており、加工ツール２３の上部２３ａ（図４参照）が露出された状態で、加工ツール２３が孔部３２ａに挿通されている。なお、加工ツール２３を交換する際に、後述のスピンドル３３（図４参照）によって加工ツール２３の上部２３ａが把持されるようになっている。

次に、スピンドル３３について説明する。図４は、スピンドル３３を示す正面図である。図４に示すように、切削加工機１は、スピンドル３３を備えている。内部空間８（図２参照）には、スピンドル３３が上下方向に延びるように設けられている。スピンドル３３は、加工ツール２３を把持する。スピンドル３３は、加工ツール２３を回転させる。スピンドル３３は、被加工物１５に対する３次元方向への相対的な移動が可能なものである。ここでは、スピンドル３３が３次元方向に移動することで、スピンドル３３が被加工物１５に対して相対的に移動する。ただし、スピンドル３３が固定され、被加工物１５が移動することで、スピンドル３３が被加工物１５に対して相対的に移動するような構成であってもよい。

スピンドル３３は、第４駆動部４４に接続されている。スピンドル３３は、第４駆動部４４によって前後方向、左右方向および上下方向に移動する。第４駆動部４４は、特に限定されないが、例えば、モータである。スピンドル３３は、ハウジング６０と、加工ツール２３の上部２３ａを把持する把持部６１とを備えている。加工ツール２３の交換の際には、スピンドル３３は現在把持している加工ツール２３をツールマガジン３２の所定位置に戻す。その後、スピンドル３３は、新たに把持すべき加工ツール２３の上部２３ａの真上に把持部６１が位置するように移動する。そして、スピンドル３３は、把持部６１を開いた状態で、加工ツール２３の上部２３ａに向かって下方に移動し、当該把持部６１を閉じることにより加工ツール２３の上部２３ａを把持する。その後、スピンドル３３は、切削加工を開始するため、被加工物１５（図３参照）に向かって移動する。図示は省略するが、スピンドル３３は、スピンドル３３が加工ツール２３を把持した状態で加工ツール２３を回転させる駆動部に接続されている。

次に、制御装置５０について説明する。図５は、切削加工機１のブロック図である。本実施形態に係る切削加工機は、制御装置５０を備えている。制御装置５０は、切削加工機１に内蔵されている。しかし、制御装置５０の配置位置は特に限定されない。制御装置５０は、コンピュータであり、中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えている。なお、ＲＯＭに格納されたプログラムとは、所謂ファームウェアのことである。

図５に示すように、制御装置５０は、第１〜第４駆動部４１〜４４およびスピンドル３３に接続されている。制御装置５０は、第１駆動部４１を制御することによって、保持部２５におけるＸ軸周りの方向Ｔ１（図３参照）の回転を制御する。制御装置５０は、第２駆動部４２を制御することによって、保持部２５における前後方向の移動を制御する。制御装置５０は、第３駆動部４３を制御することによって、保持部２５におけるＹ軸周りの方向Ｔ２（図３参照）の回転を制御する。また、制御装置５０は、第４駆動部４４を制御することによって、スピンドル３３の前後方向および左右方向への移動を制御する。制御装置５０は、スピンドル３３を制御することによって、スピンドル３３の回転に関する制御、および、スピンドル３３における加工ツール２３の把持に関する制御を行う。

本実施形態では、図３に示すように、切削加工機１は、加工プログラムに基づいて、複数の加工ツール２３を使用して被加工物１５を切削することで、所望の加工物を作製する。この加工プログラムとは、所謂ＮＣデータ（ＮＣプログラム）のことである。加工プログラムとは、スピンドル３３の動作、および、被加工物１５を保持する保持部２５の動作を座標値によって定義した加工工程が複数記録されたものである。すなわち、加工プログラムは、複数の加工工程を有している。これら複数の工程に従って、制御装置５０がスピンドル３３および保持部２５の動作を制御することで、被加工物１５が加工ツール２３によって切削され、所望の加工物が作製される。

本実施形態では、図５に示すように、制御装置５０は、記憶部５２と、加工制御部５３と、制御信号送信部５８とを備えている。そして、加工制御部５３は、加工プログラム解釈部５４と、加減速計算部５６とを備えている。これら各部は、ＲＯＭに格納されたプログラムによって実現されている。このプログラムは、例えば、他のパーソナルコンピュータによって作成される。そして、制御装置５０と他のパーソナルコンピュータを、ＵＳＢなどのケーブルによって接続し、作成されたプログラムを制御装置５０に転送する。転送されたプログラムは、例えば、制御装置５０のＣＰＵ内蔵のＲＯＭに記憶される。ただし、このプログラムは、例えばＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）などの記録媒体から読み込まれるものであってもよい。なお、このプログラムをインターネットを通じてダウンロードするようにしてもよい。また、これら各部は、プロセッサ、および、回路などによって実現可能なものであってもよい。

記憶部５２には、例えば、上記加工プログラム、後述する加速度パラメータ、Ｓ字加速度パラメータ、および、スムージングパラメータなどが予め記憶されている。

加工制御部５３は、被加工物１５の切削加工に関する制御を行う。本実施形態では、加工制御部５３は、加工プログラムに従って、スピンドル３３および保持部２５の制御情報が記録された制御パターンを作成する。ここでは、加工制御部５３による切削加工に関する制御は、加工プログラム解釈部５４と、加減速計算部５６によって実現される。加工プログラム解釈部５４は、記憶部５２に記憶された加工プログラムを解釈する。詳しくは、加工プログラム解釈部５４は、記憶部５２に記憶された加工プログラムを読み込む。そして、加工プログラム解釈部５４は、読み込んだ加工プログラムの各工程における座標値から、各工程におけるスピンドル３３および保持部２５の位置情報を計算する。この位置情報とは、時系列に沿って得られるものである。

加減速計算部５６は、加工プログラム解釈部５４によって計算された位置情報であって、スピンドル３３および保持部２５の位置情報から、第１〜第４駆動部４１〜４４によって制御されるスピンドル３３および保持部２５の制御情報が記録された制御パターンを計算する。この制御パターンとは、第１〜第４駆動部４１〜４４に関する制御パターンであって、スピンドル３３および保持部２５の位置を制御する制御情報が記録された制御パターンのことである。ここでは、例えば、加減速計算部５６は、所定の間隔（例えば、２５０μｓ）ごとに割り込みを発生させ、一の割り込みと、一の割り込みの次に発生する割り込みとの間に移動する第１〜第４駆動部４１〜４４のそれぞれのモータの移動角度を計算する。なお、本実施形態では、制御パターンを作成する際には、記憶部５２に記憶された加速度パラメータが使用される。さらに、この制御パターンは、Ｓ字加速度制御およびスムージング制御が行われた後の制御パターンである。

Ｓ字加速度制御とは、連続する加速度において、スピンドル３３および保持部２５が滑らかに加速および減速するように各加速度を補正することである。図６（ａ）は、Ｓ字加速度制御が行われる前における、スピンドル３３が内部空間８内を移動する際の経過時間とスピンドル３３の移動速度との関係の一例を示した図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）において、経過時間におけるスピンドル３３の移動速度に対して、Ｓ字加速度制御が行われた後の状態を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）において、横軸は経過時間を示し、縦軸は速度を示している。制御パターンにおいて、図６（ａ）のように、スピンドル３３の移動における経過時間と、スピンドル３３の移動速度との関係が得られているとする。このとき、時間Ｔ１１〜Ｔ１４において、急な加速度変化が発生する。急な加速度変化が発生した場合、第１〜第４駆動部４１〜４４にかかる負荷が増大する。そこで、Ｓ字加速度制御を行うことで、急な加速度変化が発生しないように補正する。Ｓ字加速度制御を行うことによって、図６（ｂ）に示すように、滑らかな速度変化になる。なお、Ｓ字加速度制御は、記憶部５２に予め記憶されたＳ字加速度パラメータを利用して行われる。このＳ字加速度パラメータには、機種によって異なる値が設定される。

スムージング制御とは、制御パターンのうち連続する２つのパス（位置を示すパス）を滑らかな曲線状の１つのパスにする制御のことである。図７（ａ）は、スムージング制御が行われる前における、スピンドル３３の位置の移り変わりの一例を示した図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したスピンドル３３の位置の移り変わりの図に対して、スムージング制御が行われた後における、スピンドル３３の位置の移り変わりを示した図である。図７（ａ）および図７（ｂ）において、横軸はＸ軸方向のスピンドル３３の位置を示し、縦軸はＹ軸方向のスピンドル３３の位置を示している。例えば、制御パターンに沿ってスピンドル３３の位置が図７（ａ）に示すように移り変わるとする。この場合、パスａ１とパスａ２とが点Ｐ１において滑らかに繋がっていないため、スピンドル３３にかかる負荷が増大する。そこで、図７（ｂ）に示すように、スムージング制御を行うことで、パスａ１とパスａ２の位置を補正し、滑らかな曲線状のパスａ３が得られる。このようなパスａ３のような移動をスピンドル３３が行うことによって、スピンドル３３にかかる負荷を減らすことができる。なお、スムージング制御は、記憶部５２に予め記憶されたスムージングパラメータを利用して行われる。このスムージングパラメータには、機種によって異なる値が設定される。以上のように、加減速計算部５６によって、Ｓ字加速度制御およびスムージング制御を行った制御パターンを得ることができる。

図５に示すように、制御信号送信部５８は、加減速計算部５６によって得られた制御パターンに従って、制御信号を第１〜第４駆動部４１〜４４へ適宜送信する。なお、制御信号を受信した第１〜第４駆動部４１〜４４は、制御信号に従って、モータの角度が制御される。そして、加減速計算部５６によって得られた制御パターンに従って、スピンドル３３および保持部２５を移動させることで、被加工物１５の切削加工が行われ、所望の加工物が作製される。

以上、本実施形態に係る切削加工機１について説明した。次に、図１に示す加工時間予測装置７０について説明する。本実施形態に係る加工時間予測装置７０は、切削加工機１が被加工物１５を切削するのに要する残りの加工時間（以下、単に「残りの加工時間」という。）を予測する装置である。図１に示すように、加工時間予測装置７０は、有線通信が可能にラインＬ１によって切削加工機１と接続している。なお、切削加工機１と加工時間予測装置７０とは無線による通信が可能に接続されていてもよい。

図８は、加工時間予測装置７０を示すブロック図である。図８に示すように、加工時間予測装置７０は、表示画面７２と、制御装置７４とを備えている。図１に示すように、表示画面７２は、例えば、ディスプレイであり、切削加工の残り時間が表示されるものである。なお、表示画面７２は、切削加工機１に設けられ、作業者が切削加工機１を操作する操作画面（図示せず）であってもよい。

制御装置７４は、コンピュータであり、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えている。本実施形態では、制御装置７４は、記憶部８２と、シミュレーション部８３と、加工時間計算部８８と、加工時間取得部８９と、表示部９０と、終了判定部９２を備えている。シミュレーション部８３は、加工プログラム解釈部８４と、加減速計算部８６とを備えている。これら各部は、ＲＯＭに格納されたプログラムによって実現されている。このプログラムは、例えばＣＤやＤＶＤなどの記録媒体から読み込まれる。なお、このプログラムをインターネットを通じてダウンロードするようにしてもよい。また、これら各部は、プロセッサ、および、回路などによって実現可能なものであってもよい。

記憶部８２には、加工プログラム、加速度パラメータ、Ｓ字加速度パラメータ、および、スムージングパラメータが記憶されている。記憶部８２に記憶された加工プログラム、加速度パラメータ、Ｓ字加速度パラメータ、および、スムージングパラメータは、それぞれ切削加工機１の記憶部５２に記憶された加工プログラム、加速度パラメータ、Ｓ字加速度パラメータ、および、スムージングパラメータと同様のものである。なお、加工時間予測装置７０の制御装置７４の記憶部８２と、切削加工機１の制御装置５０の記憶部５２とは、別々の記憶部であってもよいし、共通する１つの記憶部であってもよい。

シミュレーション部８３は、切削加工機１が行う被加工物１５（図３参照）の切削加工をシミュレーションする。ここでは、シミュレーション部８３は、記憶部８２に記憶された加工プログラムに従って、切削加工機１が被加工物１５を切削するシミュレーションを行い、スピンドル３３（図４参照）および保持部２５（図３参照）の制御情報が記録された制御パターンを作成する。ここでは、シミュレーション部８３は、仮想空間内において、切削加工機１の加工制御部５３と同様の制御を疑似的に行う。本実施形態では、シミュレーション部８３は、加工プログラム解釈部８４と、加減速計算部８６によって実現される。

図８に示すように、加工時間予測装置７０のシミュレーション部８３の加工プログラム解釈部８４は、切削加工機１の加工制御部５３の加工プログラム解釈部５４（図５参照）と同じ制御を疑似的に行う。すなわち、加工プログラム解釈部８４は、加工プログラムを解釈して、加工プログラムの各工程におけるスピンドル３３および保持部２５の位置情報を計算する。ここでは、加工プログラム解釈部８４のソースコードには、切削加工機１の加工プログラム解釈部５４と同じソースコードが用いられている。同様に、シミュレーション部８３の加減速計算部８６は、切削加工機１の加工制御部５３の加減速計算部５６と同じ制御を疑似的に行う。すなわち、加減速計算部８６は、加工プログラム解釈部８４によって計算された上記位置情報から、スピンドル３３および保持部２５が移動する際の加速度を計算することで制御パターンを作成する。ここでは、シミュレーション部８３の加減速計算部８６のソースコードは、加工制御部５３の加減速計算部５６と同じソースコードである。すなわち、シミュレーション部８３の加減速計算部８６によって、上述したＳ字加速度制御、および、上述したスムージング制御が行われた制御パターンを得ることができる。

図８に示すように、加工時間計算部８８は、シミュレーション部８３の加減速計算部５６によって作成された制御パターンに基づいて、加工プログラムの各工程における残りの加工時間を計算する。そして、加工時間計算部８８は、加工プログラムの各工程に対する残りの加工時間が記録された加工時間テーブルを作成する。図９は、処理済みの加工プログラムのデータサイズと、経過時間との関係を示した図である。なお、図９では、横軸は処理済みの加工プログラムのデータサイズ（バイト数）を示し、縦軸は、経過時間を示している。また、図９において、符号Ｋ１は、荒削り工程を示し、符号Ｋ２は、仕上げ工程を示している。加工時間計算部８８は、図９に示したようなグラフに基づいて加工時間テーブルを作成する。図９では、加工プログラムの総データサイズ（加工プログラムの全体のデータサイズ）は、サイズＳ２１であり、切削加工に要する総加工時間（切削加工に要する全体の加工時間）は時間Ｔ２１である。ここで、例えば、切削加工中における加工プログラムの所定の工程までに処理した処理済み加工プログラムのデータサイズがサイズＳ２２であり、所定の工程までに要した加工時間が時間Ｔ２２とする。このとき、処理済み加工プログラムのデータサイズがサイズＳ２２における残りの加工時間Ｔ２３は、Ｔ２３＝Ｔ２１−Ｔ２２と推定することができる。

本実施形態では、加工時間計算部８８は、加工プログラムの各工程に対する処理済みの加工プログラムのデータサイズをそれぞれ計算し、それぞれのデータサイズに対する残りの加工時間を計算する。そして、加工時間計算部８８は、処理済みのデータサイズと残りの加工時間との関係を加工テーブルに記録する。加工時間計算部８８は、このような加工テーブルを作成する。

図８に示すように、加工時間取得部８９は、切削加工機１によって現時点で切削加工が行われている加工プログラムの工程を取得する。そして、加工時間取得部８９は、取得した加工プログラムの工程に対する残りの加工時間を加工時間テーブルから取得する。なお、この残りの加工時間を取得する詳細な手順は後述する。

表示部９０は、加工時間取得部８９によって取得された残りの加工時間を表示画面７２に表示する。終了判定部９２は、切削加工機１による被加工物１５の切削加工が終了したか否かを判定する。言い換えると、終了判定部９２は、残りの加工時間を表示する工程を終了するか否かを判定する。なお、終了判定部９２において、被加工物１５の切削加工が終了したか否かを判定する詳しい手順については後述する。

次に、加工時間予測装置７０が残りの加工時間を表示する手順について説明する。図１０は、残りの加工時間を表示する手順について示したフローチャートである。ここでは、残りの加工時間を表示する手順について、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、図１０のフローチャートに示された手順を行うに先立って、加工時間予測装置７０のシミュレーション部８３によって、加工時間テーブルが作成されている。この加工時間テーブルは、加工時間予測装置７０の記憶部８２に記憶されているものとする。

まず、ステップＳ１００では、切削加工機１の制御装置５０は、記憶部５２に記憶された加工プログラムに従って、被加工物１５の切削加工を開始する。ここでは、切削加工機１の加工制御部５３の加減速計算部５６によって、Ｓ字加速度制御およびスムージング制御が行われた後の制御パターンが作成される。そして、この制御パターンに基づいて、第１〜第４駆動部４１〜４４を制御することで、スピンドル３３および保持部２５の移動位置および移動速度を制御する。

ステップＳ１００において、切削加工機１による切削加工が開始された後、ステップＳ１０２では、加工時間予測装置７０の加工時間取得部８９は、切削加工機１から、現時点における、処理済みの加工プログラムのデータサイズを取得する。ここでは、例えば、加工時間取得部８９は、切削加工機１の制御装置５０に対して、データサイズ取得信号を送信する。そして、データサイズ取得信号を受信した制御装置５０は、現在行われている加工プログラムの工程を取得し、加工プログラムのうち処理済みの加工プログラムの工程に対応した加工プログラムのデータサイズを算出する。その後、切削加工機１の制御装置５０は、処理済みの加工プログラムのデータサイズを、加工時間予測装置７０の加工時間取得部８９に送信する。そして、加工時間取得部８９は、処理済みの加工プログラムのデータサイズを受信することで、処理済みの加工プログラムのデータサイズを取得する。

次に、ステップＳ１０４では、加工時間取得部８９は、残りの加工時間を取得する。加工時間取得部８９は、ステップＳ１０２において取得した処理済みの加工プログラムのデータサイズに従って、残りの加工時間を取得する。具体的には、上述のように、記憶部８２には、加工時間計算部８８によって作成された加工時間テーブルが記憶されている。加工時間取得部８９は、加工時間計算部８８よって作成された加工時間テーブルから、該当する処理済みの加工プログラムのデータサイズに対応した残りの加工時間を取得する。

次に、ステップＳ１０６では、表示部９０は、加工時間取得部８９によって取得された残りの加工時間を表示画面７２に表示させる。そして、ステップＳ１０８では、終了判定部９２は、切削加工が終了したか否かを判定する。例えば、加工時間予測装置７０の記憶部８２には、加工プログラムの総データサイズが予め記憶されている。本実施形態では、終了判定部９２は、記憶部８２に記憶された加工プログラムの総データサイズと、ステップＳ１０２において加工時間取得部８９が取得した処理済みの加工プログラムのデータサイズとを比較する。このとき、処理済みの加工プログラムのデータサイズが、加工プログラムの総データサイズと一致した場合、終了判定部９２は、切削加工機１による切削加工が終了したと判定する。切削加工が終了したと判定された場合、残りの加工時間の表示は終了する。一方、処理済みの加工プログラムのデータサイズが、加工プログラムの総データサイズと一致せずに、加工プログラムの総データサイズよりも小さい場合、終了判定部９２は、切削加工機１による切削加工は継続していると判定する。この場合、ステップＳ１０２に戻り、再度、処理済みの加工プログラムのデータサイズを取得するステップが行われる。

以上のように、本実施形態では、図８に示すように、シミュレーション部８３によって、切削加工機１が実際に使用する加工プログラムに従って、切削加工機１が被加工物１５（図３参照）を切削する各工程であって、切削加工機１が実際に行う各工程が疑似的に行われることで、制御パターンが作成される。シミュレーション部８３によって作成された制御パターンは、切削加工機１の加工制御部５３（図５参照）によって作成され、切削加工機１が切削加工する際に作成された制御パターンと同じである。そのため、シミュレーション部８３によって作成された制御パターンに基づいて作成された加工時間テーブル内の各工程における残りの加工時間は、切削加工機１が行う各工程において、実際に要した残りの加工時間とほぼ同じになる。よって、荒削り工程Ｋ１（図９参照）に含まれる加工プログラム内の工程であっても、加工時間予測装置７０が予測した残りの加工時間と、実際に要した残りの加工時間とにおいて誤差をより小さくすることができる。したがって、精度が高い残りの加工時間を予測することができる。

本実施形態では、シミュレーション部８３は、加工プログラム解釈部８４と、加減速計算部８６とを備えている。加工プログラム解釈部８４は、記憶部８２に記憶された加工プログラムの各工程におけるスピンドル３３および保持部２５の位置情報を計算する。加減速計算部８６は、加工プログラム解釈部８４によって計算された位置情報から、スピンドル３３および保持部２５が移動する際の加速度を計算することで制御パターンを作成する。加工時間予測装置７０の加工プログラム解釈部８４は、切削加工機１の加工プログラム解釈部５４（図５参照）と同様の制御を疑似的に行い、加工時間予測装置７０の加減速計算部８６は、切削加工機１の加減速計算部５６（図５参照）と同様の制御を疑似的に行っている。本実施形態では、加工時間予測装置７０のシミュレーション部８３は、切削加工機１の加工制御部５３（図５参照）と同じ制御を疑似的に行っているため、切削加工機１の加減速計算部５６によって作成された制御パターンと同じ制御パターンを、加工時間予測装置７０の加減速計算部８６が作成することができる。したがって、加工時間計算部８８によって作成された加工時間テーブル内の各工程における残りの加工時間は、切削加工機１が行う各工程において、実際に要した残りの加工時間とほぼ同じになる。

本実施形態では、切削加工機１の加工制御部５３の加減速計算部５６は、制御パターンを作成する際、図６（ｂ）に示すようなＳ字加速度制御を行う。シミュレーション部８３の加減速計算部８６は、切削加工機１の加減速計算部５６が行うＳ字加速度制御を行うことで制御パターンを作成する。このように、切削加工機１で行われるＳ字加速度制御と同じ制御を、加工時間予測装置７０でも行うことで、加工時間予測装置７０によって予測された残りの加工時間と、切削加工機１が要した実際の残りの加工時間との誤差をより小さくすることができる。

本実施形態では、切削加工機１の加工制御部５３の加減速計算部５６は、制御パターンを作成する際、図７（ｂ）に示すようなスムージング制御を行う。シミュレーション部８３の加減速計算部８６は、切削加工機１の加減速計算部５６が行うスムージング制御を行うことで制御パターンを作成する。このように、切削加工機１で行われるスムージング制御と同じ制御を、加工時間予測装置７０でも行うことで、加工時間予測装置７０によって予測された残りの加工時間と、切削加工機１が要した実際の残りの加工時間との誤差をより小さくすることができる。

本実施形態では、加工時間予測装置７０の加工時間計算部８８は、加工プログラムの各工程に対する処理済みの加工プログラムのデータサイズをそれぞれ計算し、各処理済みの加工プログラムのデータサイズに対する残りの加工時間を加工時間テーブルに記録している。加工時間取得部８９は、切削開始から現在行われている工程までにおける加工プログラムのデータサイズを取得し、取得した加工プログラムのデータサイズに対する残りの加工時間を加工時間テーブルから取得する。このことによって、処理済みの加工プログラムのデータサイズによって、現在、切削加工機１が加工プログラムのどの工程を行っているかを加工時間予測装置７０が判断することができる。

本実施形態では、加工時間予測装置７０の記憶部８２には、加工プログラムの総データサイズが予め記憶されている。加工時間予測装置７０の終了判定部９２は、加工時間取得部８９によって取得された処理済みの加工プログラムのデータサイズと、加工プログラムの総データサイズとを比較する。そして、終了判定部９２は、加工時間取得部８９によって取得された処理済みの加工プログラムのデータサイズと、加工プログラムの総データサイズとが一致した場合、表示部９０による表示画面７２に残りの加工時間を表示する制御を終了する。このことによって、処理済みの加工プログラムのデータサイズと、加工プログラムの総データサイズとを比較するという簡単な手順で、切削加工機１が被加工物１５（図３参照）の切削加工が終了したか否かを判定することができる。

前述したように、切削加工機１の制御装置５０の記憶部５２、加工制御部５３（加工プログラム解釈部５４および加減速計算部５６）と、制御信号送信部５８、および、加工時間予測装置７０の制御装置７４の記憶部８２、シミュレーション部８３（加工プログラム解釈部８４および加減速計算部８６）と、加工時間計算部８８と、加工時間取得部８９と、表示部９０と、終了判定部９２とは、ソフトウェアによって構成されていてもよい。すなわち、上記各部は、コンピュータプログラムがコンピュータに読み込まれることにより、当該コンピュータによって実現されるようになっていてもよい。本発明には、コンピュータを上記各部として機能させるためのコンピュータプログラムが含まれる。また、本発明には、当該コンピュータプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体が含まれる。また、上記各部は、切削加工システム１００に構成された回路によって実現されるものであってもよい。

１ 切削加工機
２５ 保持部
３３ スピンドル
５０ 制御装置
７０ 加工時間予測装置
７２ 表示画面
７４ 制御装置
８２ 記憶部
８３ シミュレーション部
８４ 加工プログラム解釈部
８６ 加減速計算部
８８ 加工時間計算部
８９ 加工時間取得部
９０ 表示部
９２ 終了判定部
１００ 切削加工システム

Claims (10)

1. 加工ツールを把持するスピンドルと、被加工物を保持し、前記スピンドルに対して相対的に移動可能な保持部とを備え、複数の加工工程が記録された加工プログラムに基づいて、前記加工ツールを使用して前記被加工物を切削する切削加工機において、前記被加工物を切削加工する残りの加工時間を予測する加工時間予測装置であって、
   表示画面と、
   前記表示画面に接続された制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記加工プログラムが記憶された記憶部と、
   前記加工プログラムに従って、前記切削加工機が前記被加工物を切削するシミュレーションを行い、前記スピンドルおよび前記保持部の制御情報が記録された制御パターンを作成するシミュレーション部と、
   前記制御パターンに基づいて、前記加工プログラムの各工程における残りの加工時間を計算し、前記加工プログラムの各工程に対する残りの加工時間が記録された加工時間テーブルを作成する加工時間計算部と、
   前記切削加工機によって現時点で切削加工が行われている前記加工プログラムの工程を取得し、取得した前記加工プログラムの工程に対する残りの加工時間を前記加工時間テーブルから取得する加工時間取得部と、
   前記加工時間取得部によって取得された残りの加工時間を前記表示画面に表示させる表示部と、
   を備えた、加工時間予測装置。
2. 前記シミュレーション部は、
   前記加工プログラムの各工程における前記スピンドルおよび前記保持部の位置情報を計算する加工プログラム解釈部と、
   前記位置情報から、前記スピンドルおよび前記保持部が移動する際の加速度を計算することで前記制御パターンを作成する加減速計算部と、
   を備えた、請求項１に記載された加工時間予測装置。
3. 前記シミュレーション部は、前記制御パターンを作成する際、Ｓ字加速度制御を行う、請求項１または２に記載された加工時間予測装置。
4. 前記シミュレーション部は、前記制御パターンを作成する際、スムージング制御を行う、請求項１から３までの何れか一つに記載された加工時間予測装置。
5. 前記加工時間計算部は、前記加工プログラムの各工程に対する処理済みの加工プログラムのデータサイズをそれぞれ計算し、前記処理済みの加工プログラムのデータサイズに対する残りの加工時間を前記加工時間テーブルに記録し、
   前記加工時間取得部は、前記切削加工機によって切削開始から現在行われている工程までにおける前記加工プログラムのデータサイズを取得し、前記取得したデータサイズに対する残りの加工時間を前記加工時間テーブルから取得する、請求項１から４までの何れか一つに記載された加工時間予測装置。
6. 前記記憶部には、前記加工プログラムの総データサイズが予め記憶され、
   前記制御装置は、前記加工時間取得部によって取得されたデータサイズと、前記総データサイズとを比較し、前記加工時間取得部によって取得されたデータサイズと、前記総データサイズとが一致した場合、前記表示部による前記表示画面に残りの加工時間を表示する制御を終了する終了判定部を備えた、請求項５に記載された加工時間予測装置。
7. 請求項１から６までの何れか一つに記載された加工時間予測装置と、
   前記加工時間予測装置に接続された前記切削加工機と、
   を備えた切削加工システム。
8. 前記切削加工機は、前記加工プログラムに従って、前記スピンドルおよび前記保持部の制御情報が記録された制御パターンを作成する加工制御部を備え、
   前記加工制御部によって作成された制御パターンと、前記シミュレーション部によって作成された制御パターンとは、同じである、請求項７に記載された切削加工システム。
9. 前記シミュレーション部は、前記加工制御部と同じ制御を疑似的に行っている、請求項８に記載された切削加工システム。
10. 加工ツールを把持するスピンドルと、被加工物を保持し、前記スピンドルに対して相対的に移動可能な保持部とを備え、複数の加工工程が記録された加工プログラムに基づいて、前記加工ツールを使用して前記被加工物を切削する切削加工機において、前記被加工物を切削加工する残りの加工時間を予測する加工時間予測方法であって、
    前記加工プログラムに従って、前記切削加工機が前記被加工物を切削するシミュレーションを行い、前記スピンドルおよび前記保持部の制御情報が記録された制御パターンを作成するシミュレーション工程と、
    前記制御パターンに基づいて、前記加工プログラムの各工程における残りの加工時間を計算し、前記加工プログラムの各工程に対する残りの加工時間が記録された加工時間テーブルを作成する加工時間計算工程と、
    前記切削加工機によって現時点で切削加工が行われている前記加工プログラムの工程を取得し、取得した前記加工プログラムの工程に対する残りの加工時間を前記加工時間テーブルから取得する加工時間取得工程と、
    前記加工時間取得工程で取得した残りの加工時間を表示画面に表示する表示工程と、
    を包含する、加工時間予測方法。

Images