JP2018018338A - Ｃａｄ／ｃａｍ−ｃｎｃ統合システム - Google Patents

Abstract

【課題】加工現場において蓄積されたノウハウをＣＡＭへとフィードバックして活用することを容易に可能とするＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムを提供すること。【解決手段】本発明のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム１は、加工指令作成時に参照される加工技術情報を記憶する共有データベース６を備え、ＣＮＣ工作機械４は、加工指令を解読し、解読した結果に基づいて加工指令に基づく加工を実行する加工指令解読・実行部４０と、オペレータによる加工指令に対する変更を該加工指令の変更された階層と関連づけて変更情報として共有データベースに記録する変更記録部４２と、加工の実行中における該加工に係る情報を加工実行情報として共有データベースに記録する加工情報記録部４１と、を備え、更に、変更情報及び加工実行情報に基づいて加工技術情報を更新する加工技術情報更新部７を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムに関する。

ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：数値制御装置に対する指令データの作成をコンピュータで支援するシステム）で加工指令を作成する時に、加工形状や工具によって整理された加工条件を利用するようにしたＣＮＣ統合ＣＡＭシステムが公知となっている（例えば、ＩＳＯ１４６４９規格、特許文献１など）。また、機械中立性（工作機械に依存する情報を含んでおらず、機械に依存しないこと）を持つ加工指令を実現するために、加工指令を構造化された形式で記述することを可能としたシステムも知られている（例えば、特許文献２など）。

一方で、加工現場においてはＣＡＭを用いて作成された加工指令はそのまま使用されるだけではなく、オペレータによって修正が加えられるなどした上でＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：数値制御）工作機械で用いられることも多い。そして、オペレータにより加工指令に加えられた修正や、修正された加工指令を使用した加工における加工状態に係るデータは、多くの場合において加工条件を改良するために有効な情報を含んでいる。

特表２０１５−５２５４２０号公報 特許第５０２０７４１号公報

上記した従来技術では、機械中立性を持ち構造化された加工指令を作成することで、作成された加工指令を工作機械に依存せずに効率よく利用することを可能としている。しかしながら、加工指令が構造化されてはいるものの、構造化された加工指令に対して加工に係るデータを関連付けて構造化して管理する手段が提供されてこなかったため、加工現場でオペレータが加工指令に加えられた修正や、修正された加工指令を使用した加工における加工状態に係るデータを効率よくＣＡＭ側へとフィードバックすることができず、これらのデータをＣＮＣ統合ＣＡＭシステムなどで十分に活用することができないという課題がある。

そこで本発明の目的は、加工現場において蓄積されたノウハウをＣＡＭへとフィードバックして活用することを容易に可能とするＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムを提供することである。

本発明では、ＣＡＤ／ＣＡＭとＣＮＣ工作機械とをネットワークを介して接続したシステムにおいて、加工中に採取した情報やオペレータが加工指令に加えた変更を、加工指令の構造化された情報と関係付けて記憶する共有データベースを設け、該共有データベースを介して加工現場から採取した情報をＣＡＭ側にフィードバックし、フィードバックされた情報を分析して、加工技術情報を更新することで、上記問題を解決する。

そして、本発明の請求項１に係る発明は、ＣＡＤ，ＣＡＭ，ＣＮＣ工作機械を含む製品の設計から加工に関わる装置から構成されたＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムであって、該装置が、情報を設定し読み出すことができる共有データベースと接続されており、該共有データベースは、加工指令作成時に参照される加工技術情報を含んでおり、加工時に前記ＣＮＣ工作機械により使用される加工指令は、加工に係る情報を階層構造のデータモデルに準拠した形式で記述されており、ＣＮＣ工作機械は、前記加工指令を解読し、解読した結果に基づいて前記加工指令に基づく加工を実行する加工指令解読・実行部と、オペレータによる加工指令に対する変更を前記加工指令の変更された階層と関連づけて変更情報として共有データベースに記録する変更記憶部と、前記加工指令に基づく加工の実行中における該加工に係る情報を前記加工指令と関連付けて加工実行情報として共有データベースに記録する加工情報記録部と、を備え、更に、前記変更情報及び前記加工実行情報に基づいて前記加工技術情報を更新する加工技術情報更新部を備える、ＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記加工指令が、工具経路と製品形状の少なくともいずれか一方の特徴点の指定を含む付加情報を持つ、請求項１に記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記加工指令が、工作機械への指令を個別の工作機械に依存しない形式で記述しており、ＣＮＣ工作機械で加工指令を解読する時に個別の工作機械用の命令へ変更する、請求項１または２に記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明の請求項４に係る発明は、前記加工実行情報は、少なくとも送り軸駆動モータの電流値を含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明の請求項５に係る発明は、前記加工実行情報は、少なくとも機械の振動情報を含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明の請求項６に係る発明は、前記変更記録部が、作業者に変更理由の入力を要求するようにした、請求項１〜５のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明の請求項７に係る発明は、前記加工実行情報が、速度オーバライドの変更を含む作業者の操作の記録も含むようにした、請求項１〜６のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムである。

本発明によれば、加工現場で培われたノウハウを活かして加工指令を改良し、加工品位の向上と加工時間の短縮を実現することができる。また、加工状態を分析してＣＡＭの加工技術データベースを改良することにより、加工品位の向上を実現することができる。

本発明の一実施形態によるＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムの概略構成図である。 図１のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム１で用いられる加工指令の例を示す図である。 図１の加工指令解読・実行部４０が加工指令に基づいて加工実行する処理のフローチャートである。 図１の加工情報記録部４１が実行する処理のフローチャートと、加工情報記録部４１が記録する加工実行情報の例を示す図である。 図１の変更記録部４２が記録する変更情報の例を示す図である。 図１の加工技術情報更新部７による加工技術情報６１の更新処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムの概略構成図を示している。本実施形態のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム１は、ＣＡＤ２、ＣＡＭ３、ＣＮＣ工作機械４、計測機５などの、製品の設計から加工に関わる装置がネットワークなどを介して共有データベース６と接続されて構成される。

ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）２は、製品の設計を行うためのコンピュータシステムである。ＣＡＤ２は、図示しないユーザインタフェースを介した設計者による製品設計を支援し、設計者により設計された製品の形状を示すＣＡＤデータを作成する。本実施形態のＣＡＤ２は、作成したＣＡＤデータを共有データベース６に記憶する。本実施形態のＣＡＤ２は、単体の装置として構成されてもよいし、ＣＡＭ３と合わせてＣＡＤ／ＣＡＭシステムとして構成されてもよい。ＣＡＤ２が備える製品設計支援のための各機能については一般的なＣＡＤシステムとして既に公知となっているため、本明細書における詳細な説明は省略する。

ＣＡＭ３は、ＣＡＤ２が作成したＣＡＤデータに基づいて、ＣＮＣ工作機械４で用いられる加工指令を作成するコンピュータシステムである。ＣＡＭ３は、ＣＡＤ２が作成したＣＡＤデータと、ＣＡＤデータからの自動認識、または、ＣＡＤデータと図示しないＣＡＭ３のユーザインタフェースを介した入力によって認識した加工形状と、共有データベースから読み出した加工技術情報６１に含まれる使用工具、切削条件などの情報とに基づいて算出した工具経路と、その他の情報（ＣＡＭの内部データなど）とを含む加工指令を作成する。なお、ＣＮＣ工作機械４が工具経路を求める方式をとる場合は、工具経路は加工指令に含まれない。２つの面の交線上の点など、製品形状の特徴点は、工具経路における特徴点、或いは、加工形状の特徴点として記述する。本実施形態のＣＡＭ３は、作成した加工指令を共有データベースに記憶する。本実施形態のＣＡＭ３は、単体の装置として構成されてもよいし、ＣＡＤ２と合わせてＣＡＤ／ＣＡＭシステムとして構成されてもよい。ＣＡＭ３が備える加工形状を作成するための各機能については一般的なＣＡＭシステムとして既に公知となっているため、本明細書における詳細な説明は省略する。

図２は、本実施形態によるＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム１で用いられる加工指令の例を示している。本実施形態の加工指令は階層状に構造化された情報であり、最上位の情報単位が加工指令（加工指令名などの識別情報を含む）となっており、加工指令の下位の階層に、加工物、加工形状、作業順序、加工作業（穴明け、ポケット穴加工、ポケット仕上げ加工）などの情報単位を備えている。これら各情報単位は、更に下位の情報単位を備えるように構成してもよい。
それぞれの情報単位に含める情報について図２下に示すような２つの加工形状（穴とポケット）を備えた製品形状を加工する場合（穴明け、ポケットの粗加工、ポケットの仕上げ加工の３つの加工作業を行う必要がある）を例として説明すると、加工物の情報単位には、更にその下位に加工物の３Ｄ形状やクランプ位置などの情報単位が含まれ、加工形状の情報単位には、更にその下位に加工される穴の位置と形状、加工されるポケットの位置と形状などの情報単位が含まれる。また、作業順序の情報単位には、加工作業の順序を示す情報（穴明け→ポケットの粗加工→ポケットの仕上げ加工）が含まれ、加工作業の情報単位には穴明け加工の情報単位（更にその下位に、使用工具、切削条件、工具経路のタイプなどの情報単位）、ポケット穴加工の情報単位（更にその下位に、使用工具、切削条件、工具経路のタイプなどの情報単位）、ポケット仕上げ加工の情報単位（更にその下位に使用工具、切削条件、工具経路のタイプなどの情報単位）が含まれる。

ＣＮＣ工作機械４は、ＣＡＭ３により作成された加工指令６０を共有データベース６から読み出し、読み出した加工指令６０に基づいて加工作業を実行する装置である。ＣＮＣ工作機械４は、加工指令解読・実行部４０、加工情報記録部４１、変更記録部４２、ＤＢインタフェース４３を備える。

加工指令解読・実行部４０は、ＤＢインタフェース４３を介して共有データベース６から加工指令６０を読み出して解読し、解読結果に基づいて加工手順を決定した上で決定した加工手順に従ってワークの加工を実行する機能手段である。加工指令解読・実行部４０は、共有データベース６から読み出した加工指令６０に基づく加工を実行する際には、加工指令６０に含まれる作業順序の情報単位を参照して加工作業の順序を決定し、決定した加工順序にしたがって加工指令６０に含まれる加工作業の情報単位を順番に参照して加工を実行する。
図３は、加工指令解読・実行部４０が加工指令に基づいて加工実行する処理のフローチャートである。加工指令解読・実行部４０は、加工指令６０に含まれる作業順序の情報単位から最初の加工作業を特定すると（ステップＳＡ０１）、特定した加工作業の情報単位から加工に係る情報を取得して図示しないメモリ上に設けられた実行中情報格納領域に図３下に例示される実行中情報として設定する（ステップＳＡ０２）。その後、加工指令解読・実行部４０は、設定された実行中情報に基づく加工作業を実行する（ステップＳＡ０３）加工作業の実行時には、加工指令解読・実行部４０は実行中情報に設定される切削条件などの各情報に基づいて、ＣＮＣ工作機械で実行可能なＮＣ指令を生成して実行することで加工を行う。設定された実行中情報に基づく加工作業が終了すると、加工指令解読・実行部４０は、加工指令６０に含まれる作業順序の情報単位を参照して次の加工作業があるか否かを判定し、次の加工作業がある場合には当該加工作業を次の作業対象としたうえでステップＳＡ０２からの処理を繰り返し、次の加工作業がない場合には加工指令６０に基づく加工作業を終了する。なお、ＣＮＣ工作機械に依存しない指令や加工形状に基づいてＣＮＣ工作機械で実行可能なＮＣ指令を作成する技術に関しては、例えば特許文献２などに開示される技術で既に公知となっているため、本明細書による詳細な説明は省略する。

加工情報記録部４１は、加工指令解読・実行部４０が加工指令６０に基づく加工作業を実行している最中に、加工に係る各情報をＣＮＣ工作機械４の各部に取り付けられたサーボアンプやサーボモータ、センサなどから得られる情報を収集して加工実行情報として記録する機能手段である。
図４は、加工情報記録部４１が実行する処理のフローチャートと、加工情報記録部４１が記録する加工実行情報の例を示す図である。加工情報記録部４１は、加工実行情報を取得するタイミングが到来したか否かを判定し、加工実行情報を取得するタイミングが到来した場合には、ＣＮＣ工作機械４の各部から情報を収集して加工実行情報として図示しないメモリ設けられた加工実行情報格納領域に一時的に記憶し、その後、加工作業終了後などにＤＢインタフェース４３を介して共有データベース６に加工指令６０と関連付けて記憶する。加工実行情報は、例えば実行している加工指令の名称、実行している加工作業の名称、各加工作業の開始時刻・終了時刻、時系列で記録された機械の温度、送り軸駆動モータの電流値、振動センサにより検知されたＣＮＣ工作機械４の振動情報、オーバライド値など、加工に係る様々な情報を含む。

変更記録部４２は、加工指令６０に含まれる情報の内で、オペレータにより変更された情報の変更内容を記録する機能手段である。ＣＮＣ工作機械４では、加工指令解読・実行部４０による加工指令６０に基づく加工作業が開始される前に、オペレータは図示しない表示装置に加工指令６０から読み出された加工作業に係る情報を表示して参照することができ、オペレータは必要に応じて図示しない入力装置を操作して、加工作業に含まれる切削条件などを変更することができる。変更記録部４２は、その変更内容を図示しないメモリ上に設けられた変更情報格納領域に変更情報として一時的に記憶し、その後、加工作業終了後などにＤＢインタフェース４３を介して共有データベース６に加工指令６０と関連付けて記憶する。
図５は、変更記録部４２が記録する変更情報の例を示す図である。変更情報には、変更を加えた加工作業名、変更を行ったオペレータ名、変更を行った時刻、変更した情報が含まれる情報単位の加工指令情報構造上の位置（その情報へ到るパス）、変更した情報の変更前の値と変更後の値、などを含む。変更記録部４２は、オペレータに変更理由の入力を要求し、入力された変更理由を変更情報に加えてもよい。

計測機５は、加工指令６０に基づいて加工された製品の仕上がり（加工面の粗さ、コーナ部での誤差など）を計測する機械である。計測機５は、オペレータの操作により加工された製品の仕上がりを計測するようにしてもよいし、加工された製品をＣＮＣ工作機械４と連動して動作するロボットアームなどにより取得して自動的に計測するようにしてもよい。計測機５が計測した計測結果は、計測時刻などと共に加工指令６０と関連付けられて共有データベース６に記録される。

加工技術情報更新部７は、共有データベース６に記憶されている加工技術情報６１を更新する機能手段である。加工技術情報６１は、ＣＡＭ３により加工指令が作成される際に参照される情報であり、少なくとも加工形状、加工物の材質、寸法公差、幾何公差、加工面粗さなどの製品の仕上がりに係る情報、加工時間と加工精度についての優先度などを表す加工意図情報に応じた使用工具及び切削条件に係る情報が、記憶されている。使用する工作機械や加工物のクランプの仕方なども条件に加えたい場合は、これらの情報も加工技術情報６１に含めてよい。ＣＡＭ３は、加工指令を作成する際には、オペレータなどから入力された情報に加えて、共有データベース６から読み出した加工技術情報６１を参照し、それぞれの加工条件において用いられている工具や切削条件を設定し、設定した内容に基づいて加工指令を作成する。加工技術情報更新部７は、この加工技術情報６１を、加工指令と、ＣＮＣ工作機械４や計測機５からフィードバックされた変更情報や加工実行情報、製品の仕上がりに係る情報、加工意図情報に基づいて更新する。

図６は、加工技術情報更新部７による加工技術情報６１の更新処理の流れを示すフローチャートである。
加工技術情報更新部７は、ＣＮＣ工作機械４からフィードバックされた変更情報を参照し、該変更情報が示す変更に対応する加工技術情報内の情報を特定する（ステップＳＣ０１）。変更情報には、変更を加えた加工指令の識別情報や、変更した情報へのパスなどが含まれているため、変更情報が示す変更に対応する加工指令６０を特定した上で、該加工指令６０に含まれる切削条件などから加工時の条件を特定することで、当該変更情報が示す変更に対応する加工技術情報を特定することが可能である。

次に加工技術情報更新部７は、変更情報が示す変更が為された場合の加工における加工実行情報や製品の仕上がりに係る情報を、変更される前の加工実行情報や製品の仕上がりに係る情報と比較することにより、加工結果の優劣を判定する（ステップＳＣ０２）。変更情報と加工実行情報、製品の仕上がりに係る情報の対応関係は、加工指令への関連付け情報や各情報に記録されている時刻情報などを突き合わせることにより特定可能である。加工結果の優劣の判定においては、例えば、製品の面粗さ、加工時間の長さ、工作機械に発生する振動などに重みを付けて点数を算出し、その点数を合計して変更後の各情報に基づく点数の方が高かった場合に変更後が優れていると判断するようにしてもよい。なお、いずれの情報を優先して判定するのかについては目的に応じて適宜定めてよい。

加工技術情報更新部７は、加工結果の優劣の判定において変更後の方が優れていると判定した場合には（ステップＳＣ０３）、加工技術情報の該当箇所を変更後の情報に置換える（ステップＳＣ０４）。また、加工技術情報更新部７は、加工結果の優劣の判定において変更後が優れていないと判定した場合には、加工技術情報を更新せずに処理を終了する。

以上、ここまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
加工情報記録部４１は、加工指令６０に基づく加工が行われている最中にオペレータにより行われた操作を加工実行情報として記録するようにしてもよい。一例として、オペレータが加工指令６０に基づく加工の実行中に操作盤を操作して速度オーバライドを変更した場合、その変更内容を加工実行情報として加工指令６０と関連付けて共有データベース６に記録するようにしてもよい。加工技術情報更新部７は、このようにして記録された加工実行情報を、変更情報と同様に加工技術情報６１の更新に用いてもよい。
上記の実施例では、加工技術情報更新部７で加工技術情報を自動更新するとしたが、現在の加工技術情報と加工実行情報を基に、ＣＡＭ３上で手作業で更新してもよい。また、ＣＮＣ工作機械４の表示画面などにこれらの情報を表示して、加工現場の作業者が自身の判断で切削条件などの改良に利用できるようにしてもよい。

１ ＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム
２ ＣＡＤ
３ ＣＡＭ
４ 工作機械
５ 計測機
６ 共有データベース
７ 加工技術情報更新部
４０ 加工指令解読・実行部
４１ 加工情報記録部
４２ 変更記録部
４３ インタフェース
６０ 加工指令
６１ 加工技術情報

Claims (7)

1. ＣＡＤ，ＣＡＭ，ＣＮＣ工作機械を含む製品の設計から加工に関わる装置から構成されたＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システムであって、
   該装置が、情報を設定し読み出すことができる共有データベースと接続されており、
   該共有データベースは、加工指令作成時に参照される加工技術情報を含んでおり、
   加工時に前記ＣＮＣ工作機械により使用される加工指令は、加工に係る情報を階層構造のデータモデルに準拠した形式で記述されており、
   ＣＮＣ工作機械は、
   前記加工指令を解読し、解読した結果に基づいて前記加工指令に基づく加工を実行する加工指令解読・実行部と、
   オペレータによる加工指令に対する変更を前記加工指令の変更された階層と関連づけて変更情報として共有データベースに記録する変更記録部と、
   前記加工指令に基づく加工の実行中における該加工に係る情報を前記加工指令と関連付けて加工実行情報として共有データベースに記録する加工情報記録部と、
   を備え、
   更に、前記変更情報及び前記加工実行情報に基づいて前記加工技術情報を更新する加工技術情報更新部を備える、
   ＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。
2. 前記加工指令が、工具経路と製品形状の少なくともいずれか一方の特徴点の指定を含む付加情報を持つ、
   請求項１に記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。
3. 前記加工指令が、工作機械への指令を個別の工作機械に依存しない形式で記述しており、ＣＮＣ工作機械で加工指令を解読する時に個別の工作機械用の命令へ変更する、
   請求項１または２に記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。
4. 前記加工実行情報は、少なくとも送り軸駆動モータの電流値を含む、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。
5. 前記加工実行情報は、少なくとも機械の振動情報を含む、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。
6. 前記変更記録部が、作業者に変更理由の入力を要求するようにした、
   請求項１〜５のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。
7. 前記加工実行情報が、速度オーバライドの変更を含む作業者の操作の記録も含むようにした、
   請求項１〜６のいずれか１つに記載のＣＡＤ／ＣＡＭ−ＣＮＣ統合システム。

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