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JP2001350510A - 工作機械保守管理システム - Google Patents

工作機械保守管理システム

Info

Publication number
JP2001350510A
JP2001350510A JP2000169127A JP2000169127A JP2001350510A JP 2001350510 A JP2001350510 A JP 2001350510A JP 2000169127 A JP2000169127 A JP 2000169127A JP 2000169127 A JP2000169127 A JP 2000169127A JP 2001350510 A JP2001350510 A JP 2001350510A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wear
degree
life
machine tool
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000169127A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Fujishima
誠 藤嶋
Yoshiaki Akamatsu
良昭 赤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DMG Mori Co Ltd
Intelligent Manufacturing Systems International Inc
Original Assignee
Mori Seiki Co Ltd
Intelligent Manufacturing Systems International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mori Seiki Co Ltd, Intelligent Manufacturing Systems International Inc filed Critical Mori Seiki Co Ltd
Priority to JP2000169127A priority Critical patent/JP2001350510A/ja
Priority to US09/870,468 priority patent/US6615103B2/en
Priority to EP01112933A priority patent/EP1162524A3/en
Publication of JP2001350510A publication Critical patent/JP2001350510A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q41/00Combinations or associations of metal-working machines not directed to a particular result according to classes B21, B23, or B24
    • B23Q41/08Features relating to maintenance of efficient operation
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065Monitoring tool breakage, life or condition
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/31From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31205Remote transmission of measured values from site, local to host
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/32Operator till task planning
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37252Life of tool, service life, decay, wear estimation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P90/80Management or planning

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Abstract

(57)【要約】 【課題】消耗部品の寿命を一元管理することで、工場に
配設の全工作機械について計画的な保守管理を行い得る
保守管理システムを提供する。 【解決手段】複数台の工作機械21と管理装置20とを
接続する。管理装置20は各工作機械21の制御装置8
0から各駆動機構部の稼働状況に関するデータを受信
し、受信したデータを基に各駆動機構部の消耗度を随時
評価する寿命判定部92と、寿命判定部92によって評
価された消耗度に関するデータを記憶するデータ記憶部
91と、データ記憶部91に記憶された消耗度に関する
情報を出力する出力部93,95とを備える。各駆動機
構部の消耗度を一元的に管理することができ、全工作機
械21についての保守計画を容易に立案することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、主軸装置,工具ク
ランプユニットや自動工具交換装置といった各種駆動機
構部、並びにかかる駆動機構部の作動を制御する制御装
置を備えた工作機械の、前記駆動機構部の動作寿命に関
わる管理を行うことができるようになった工作機械保守
管理システムに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】上述し
た工作機械の一例を図10に示す。この工作機械21は
いわゆる立形のマシニングセンタと呼ばれるものであ
り、同図10に示すように、ベッド22と、このベッド
22上に立設されたコラム23と、主軸25を回転自在
に支持するとともに、コラム23に支持されて上下方向
に移動可能となった主軸装置24と、主軸装置24の下
方にあってベッド22上に配設されるテーブル26と、
主軸装置24の左側方に設けられた工具マガジン40
と、工具マガジン40の下端部に設けられ、主軸25に
取り付けられた工具Tと工具マガジン40の保持ポット
41に格納された工具Tとを交換する自動工具交換装置
42と、主軸25の前端部(下端部)に装着された工具
Tを当該主軸25に固定する図11に示したクランプユ
ニット57と、これら各部の作動を制御する図13に示
した数値制御装置80などを備えている。
【0003】前記主軸装置24は、図11に示すよう
に、上述した主軸25と、ベアリング51を介して前記
主軸25を回転自在に支持するハウジング50と、ハウ
ジング50の前端部に設けられたカバー52と、主軸2
5を回転駆動する駆動モータ(図示せず)などを備えて
いる。尚、主軸25の前端部(矢示D方向端部)には、
工具Tが装着されるテーパ孔25aが形成されている。
【0004】また、前記クランプユニット57は、同図
に示すように、主軸25内に設けられ、当該主軸25の
テーパ孔25aに装着された工具Tのプルスタッド(被
把持部)Taを把持するコレット53と、このコレット
53に係合したプッシュプルロッド54と、プッシュプ
ルロッド54に連結した駆動ロッド60と、駆動ロッド
60を矢示E方向に付勢する皿バネ61と、駆動ロッド
60を矢示D方向に移動させる油圧シリンダ(図示せ
ず)などからなる。
【0005】このクランプユニット57は、その油圧シ
リンダ(図示せず)に圧油が供給されると、皿バネ61
の付勢力に抗して駆動ロッド60が矢示D方向に移動し
て、プッシュプルロッド54及びコレット53が同矢示
D方向に移動し、工具TのプルスタッドTaを把持する
コレット53の先端部が開いて、当該工具Tを主軸25
のテーパ孔25aから抜き取ることができるようにな
る。一方、この状態で工具Tを主軸25のテーパ孔25
aに装着すると、そのプルスタッドTaがコレット53
内に挿入された状態となり、この状態で前記油圧シリン
ダ(図示せず)への圧油の供給を停止すると、皿バネ6
1の付勢力により駆動ロッド60が矢示E方向に移動し
てコレット53が閉状態となり、主軸25に装着された
工具TのプルスタッドTaが矢示E方向に引き込まれた
状態でコレット53によって把持される。
【0006】また、図12に示すように、前記自動工具
交換装置42は、主軸25に対して平行に配設された回
転軸43と、この回転軸43の下端部に固設された交換
アーム44と、回転軸43の中間部外周に一定角度ごと
に突設され、前記回転軸43をその軸中心に回転させる
ローラ状のカムフォロア70と、このカムフォロア70
直下の回転軸43に係合し、前記回転軸43をその軸方
向に移動させるレバー状のカムフォロア71と、外周面
に形成されたガイド溝がカムフォロア70と係合すると
ともに、端面に形成されたガイド溝がカムフォロア71
と係合するように設けられたローラギヤカム72と、こ
のローラギヤカム72に一体的に固設されたギヤ76
と、伝達ギヤ74,75などを介してギヤ76に回転動
力を伝達するモータ73などを備えている。尚、カムフ
ォロア70はローラギヤカム72の外周ガイド溝と係合
する係合ローラをベアリングによって回転自在に支持し
た構造を備え、カムフォロア71も前記端面ガイド溝と
係合する係合ローラを備え、この係合ローラをベアリン
グによって回転自在に支持した構造を備えている。
【0007】この自動工具交換装置42は、その前記モ
ータ73からギヤ74,75,76などを介してローラ
ギヤカム72に回転動力が伝達され、ローラギヤカム7
2がその軸中心に回転すると、このローラギヤカム72
と係合するカムフォロア70の作動によって回転軸43
が軸中心に回転せしめられる一方、同じくローラギヤカ
ム72と係合するカムフォロア71の作動によって回転
軸43がその軸方向に移動せしめられるようになってい
る。そして、かかる回転軸43の作動によって交換アー
ム44の交換動作が実現される。
【0008】図13に示すように、前記数値制御装置8
0はCNC制御部81,PLC制御部82及び入出力イ
ンターフェース83などからなり、この入出力インター
フェース83を介して外部の制御回路84に接続し、制
御回路84には主軸装置24,自動工具交換装置42及
びクランプユニット57などが接続している。CNC制
御部81は、格納された加工プログラムなどを実行処理
して、テーブル26や主軸装置24の軸移動など工作機
械21の基本的な機能部を制御し、PLC制御部82は
主軸制御部82a,クランプ制御部82b,交換制御部
82c等を備え、CNC制御部81からの指令を受信し
て主軸装置24,自動工具交換装置42やクランプユニ
ット57の作動など、工作機械21の補助的な機能部を
制御する。
【0009】具体的には、前記主軸制御部82aは、C
NC制御部81からの回転指令を受けて、主軸モータ
(図示せず)を駆動,制御し、指令された回転方向及び
回転速度で図11に示した主軸25を回転させる。ま
た、前記クランプ制御部82bは、CNC制御部81か
らツールクランプ指令又はツールアンクランプ指令を受
信して前記クランプユニット57の油圧シリンダ(図示
せず)を駆動し、主軸25に装着された工具Tをクラン
プしたり、アンクランプしたりする。また、前記交換制
御部82cは、CNC制御部81から工具交換指令を受
信して前記自動工具交換装置42を駆動し、工具交換動
作を行わせる。
【0010】ところで、上述したように主軸25はベア
リング51によって回転自在に支持されており、カムフ
ォロア70,71にはベアリングが使用されている。当
然のことながら、かかるベアリングには転動体の摩耗な
どに起因した作動限界、即ち寿命が存在する。また、ク
ランプユニット57には皿バネ61が使用されており、
かかる皿バネ61にも繰り返し荷重を受けることによっ
て生じる疲れ限界、即ち寿命が存在する。
【0011】そして、かかるベアリング51やカムフォ
ロア70,71を構成するベアリング、皿バネ61がそ
れぞれ稼働中に寿命に至って破損すると、破損時の動作
状態によっては、これを復帰させるのに長時間を要する
ことになる。また、破損状態によっては他の部品までも
が破損してしまう危険があり、このようにして破損部品
が拡大すると、これらの修理に更に長時間を要すること
となって、工作機械の稼働率が更に低下するという問題
を生じる。また、破損部品に予備が無い場合には、これ
を手配した後でなければ修理を行うことができず、この
場合にも工作機械の稼働率が低下することになる。その
一方、かかる事態を防止すべく予備部品を備え置くよう
にすると、勢い過剰な部品を在庫するようになって好ま
しくない。
【0012】このため、従来、特開平9―292311
号公報に開示される、例えば、前記主軸25を支持する
ベアリング51のような転がり軸受に関する残存寿命予
測方法が提案されている。したがって、この残存寿命予
測方法によれば、前記ベアリング51の残存寿命を一応
予測することができ、かかる寿命予測を利用すること
で、ベアリング51が破損に至る前に計画的にこれを交
換するといったことが可能である。
【0013】しかしながら、この寿命予測法は、ベアリ
ング51に一定の荷重が作用する場合に当てはまるもの
であって、工作機械におけるように、ベアリング51に
作用する荷重が加工負荷によって刻々と変化する場合に
は、正確な予測を行うことができない。
【0014】また、工作機械は、通常、その複数台が工
場に配設されて使用されることが多く、この場合に、工
作機械の1台毎に寿命予測装置を設けてその管理を行う
ようにしたのでは、管理効率が悪く、また、寿命の把握
漏れを生じることも予想され、理想的な管理を行うこと
ができない。
【0015】また、上述したように、工作機械には、各
種駆動機構部が採用されており、寿命を有する部品も上
記ベアリング51の他に、カムフォロア70,71を構
成するベアリングやクランプユニット57の皿バネ6
1、ボールネジ機構といったものなどがあるが、特に、
ボールネジ機構のようにその製造期間が長いものについ
ては、これが損傷した時点で供給者側に在庫が無いとい
ったことも起こり得る。
【0016】本発明は、以上の実情に鑑みなされたもの
であって、工作機械に備えられた駆動機構部を構成する
消耗部品の寿命を一元管理することで、工場に配設され
た全ての工作機械の計画的な保守管理を容易に行うこと
ができるようにした工作機械保守管理システムの提供を
目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記課題を
解決するための本発明の請求項1に係る発明は、各種駆
動機構部及びその作動を制御する制御装置を備えてなる
工作機械の複数台と管理装置とを接続して構成される管
理システムであって、前記工作機械の制御装置が、前記
各駆動機構部の稼働状況を基に該各駆動機構部の消耗度
を随時評価する寿命判定部を備えるとともに、前記管理
装置が、前記各工作機械の寿命判定部によって評価され
た前記各駆動機構部の消耗度に関するデータを受信し
て、該消耗度に関するデータを工作機械毎に記憶するデ
ータ記憶部と、該データ記憶部に記憶された消耗度に関
する情報を出力する出力部とを備えた工作機械保守管理
システムに係る。
【0018】この発明に係る工作機械保守管理システム
によれば、工作機械の主軸装置やクランプユニットとい
った各種駆動機構部の消耗度が、当該工作機械を構成す
る制御装置に設けられた寿命判定部において、その稼働
状況に基づき随時評価され、評価された消耗度に関する
データが、制御装置と接続した管理装置に送信され、そ
のデータ記憶部に格納されると共に、当該消耗度に関す
る情報が出力部によって出力される。
【0019】このように、この発明によると、前記各駆
動機構部の消耗度に関するデータが管理装置に送信さ
れ、当該管理装置に蓄積されるようになっているので、
複数台の工作機械が配設される場合であっても、それぞ
れの駆動機構部の消耗度を一元的に管理することがで
き、複数の工作機械の全体についての保守計画を容易に
立案することが可能となり、工作機械全体の稼働率を高
めることができるといった効果が得られる。
【0020】本発明の請求項2に係る発明は、上記請求
項1の発明における前記寿命判定部が、評価した前記消
耗度を基に前記各駆動機構部が寿命に至る時期を推定す
るように構成され、前記管理装置のデータ記憶部が、前
記寿命判定部から前記消耗度及び推定寿命時期に関する
データを受信して該データを記憶するように構成される
とともに、前記管理装置の出力部が、前記データ記憶部
に記憶された消耗度及び推定寿命時期に関する情報を表
示するように構成されてなる。
【0021】この発明によれば、寿命判定部によって前
記各駆動機構部の寿命時期が推定され、推定された寿命
時期が管理装置の出力部によって出力されるようになっ
ているので、かかる出力を通して前記各駆動機構部が寿
命となる時期を容易に知ることができ、将来的な保守管
理を計画的に行うことが可能となる。
【0022】また、本発明の請求項3に係る発明は、各
種駆動機構部及びその作動を制御する制御装置を備えて
なる工作機械の複数台と管理装置とを接続して構成され
る管理システムであって、前記管理装置が、前記各工作
機械の制御装置から前記各駆動機構部の稼働状況に関す
るデータを受信し、受信したデータを基に前記各駆動機
構部の消耗度を随時評価する寿命判定部と、該寿命判定
部によって評価された消耗度に関するデータを記憶する
データ記憶部と、該データ記憶部に記憶された消耗度に
関する情報を出力する出力部とを備えた工作機械保守管
理システムに係る。
【0023】この発明に係る工作機械保守管理システム
によれば、管理装置に設けられた寿命判定部において、
前記各駆動機構部の消耗度がその稼働状況に基づき随時
評価され、評価された消耗度に関するデータがデータ記
憶部に格納されると共に、当該消耗度に関する情報が出
力部によって出力される。したがって、この発明におい
ても、上記請求項1に係る発明と同様に、複数台の工作
機械が配設される場合であっても、それぞれの駆動機構
部の消耗度を一元的に管理することができ、複数の工作
機械の全体についての保守計画を容易に立案することが
可能となり、工作機械全体の稼働率を高めることができ
るといった効果が得られる。
【0024】本発明の請求項4に係る発明は、上記請求
項3の発明における寿命判定部が、評価した前記消耗度
を基に前記各駆動機構部が寿命に至る時期を推定するよ
うに構成され、前記データ記憶部が、前記消耗度及び推
定寿命時期に関するデータを記憶するように構成され、
前記出力部が、前記データ記憶部に記憶された消耗度及
び推定寿命時期に関する情報を出力するように構成され
てなる。
【0025】この発明によれば、寿命判定部によって前
記各駆動機構部の寿命時期が推定され、推定された寿命
時期が出力部によって出力されるようになっているの
で、上記請求項3に係る発明と同様に、かかる出力を通
して前記各駆動機構部が寿命となる時期を容易に知るこ
とができ、将来的な保守管理を計画的に行うことが可能
となる。
【0026】本発明の請求項5に係る発明は、上記請求
項1乃至4の発明における前記管理装置が工作機械の使
用者側に配設されるとともに、該使用者管理装置の1台
若しくは複数台がネットワークを介して工作機械供給者
の管理装置に接続されてなり、前記供給者管理装置が、
前記使用者管理装置から前記各駆動機構部の寿命に関す
るデータを受信して該データを記憶するデータ記憶部
と、該データ記憶部に記憶された前記寿命に関する情報
を出力する出力部とを備えて構成される。
【0027】この発明によれば、各使用者管理装置から
当該使用者管理装置に接続された工作機械の各駆動機構
部の寿命に関するデータ、即ち、使用者管理装置におい
て駆動機構部の消耗度のみが評価される場合には当該消
耗度に関するデータが、消耗度の評価に加えて寿命時期
が推定される場合には、当該消耗度及び推定寿命時期に
関するデータが供給者管理装置に送信され、かかるデー
タが供給者管理装置に蓄積されると共に出力部から出力
される。これにより、使用者が所有する工作機械の各駆
動機構部の消耗度や推定寿命時期について、これを工作
機械の供給者側が認識することができ、当該供給者側に
おいて、各駆動機構部の消耗度や推定寿命時期に応じて
効率的にその交換部品を準備するといったことが可能と
なる。
【0028】また、本発明の請求項6に係る発明は、各
種駆動機構部及びその作動を制御する制御装置からなる
工作機械の複数台と、工作機械の使用者側に配設された
使用者管理装置とを接続するとともに、該使用者管理装
置の1台若しくは複数台がネットワークを介して工作機
械供給者の管理装置に接続されてなる管理システムであ
って、前記供給者管理装置が、前記使用者管理装置を介
して前記各制御装置から前記各駆動機構部の稼働状況に
関するデータを受信し、受信したデータを基に前記各駆
動機構部の消耗度を随時評価する寿命判定部と、該寿命
判定部によって評価された消耗度に関するデータを記憶
するデータ記憶部と、該データ記憶部に記憶された消耗
度に関する情報を出力する出力部とを備えた工作機械保
守管理システムに係る。また、請求項7に係る発明は、
前記寿命判定部が、前記各駆動機構部の消耗度を随時評
価するとともに、評価した前記消耗度を基に前記各駆動
機構部が寿命に至る時期を推定するように構成され、前
記データ記憶部が、前記寿命判定部によって評価された
消耗度及びに推定寿命時期に関するデータを記憶するよ
うに構成され、前記出力部が、データ記憶部に記憶され
た消耗度及び推定寿命時期に関する情報を出力するよう
に構成されてなる。
【0029】これら、請求項6及び7に係る発明によっ
ても、上記請求項5に係る発明と同様に、使用者が所有
する工作機械の各駆動機構部の消耗度や推定寿命時期に
ついて、これを工作機械の供給者側が認識することがで
き、当該供給者側において、各駆動機構部の消耗度や推
定寿命時期に応じて効率的にその交換部品を準備するこ
とが可能となる。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。尚、図1は本実施
形態に係る工作機械保守管理システム(以下、「保守管
理システム」という)の概略構成を示した説明図であ
る。
【0031】上記図1に示すように、本例の保守管理シ
ステム1は、工作機械21を使用する使用者(ユーザ)
側に配設された複数の使用者管理装置20と、工作機械
21を供給する供給者(メーカ)側に配設された供給者
管理装置3とをインターネットなどのネットワーク4を
介し接続して構成される。また、使用者管理装置20
は、例えば、使用者側の工場を1単位として配設され、
当該工場に配設された複数の工作機械21が例えばLA
Nなどを介して使用者管理装置20に接続されている。
尚、本例では、説明の都合上、図10乃至図13に示し
た工作機械21が各工場に配設されて各使用者管理装置
20に接続された例を示すが、各使用者管理装置20に
接続される工作機械は当然に他の構成の工作機械であっ
ても良い。
【0032】図2に示すように、前記使用者管理装置2
0は、通信インターフェース90,96、データ記憶部
91、寿命判定部92、表示制御部93、CRT95及
び送信制御部94などからなり、また、工作機械21の
数値制御装置80内には通信インターフェース86が設
けられ、これら通信インターフェース90,86を介し
て工作機械21が使用者管理装置20に接続している。
斯くして、各数値制御装置80のCNC制御部81から
指令される主軸ロード,主軸回転速度,工具交換指令,
工具クランプ/アンクランプ指令,軸移動指令などに関
する情報、即ち稼働状況に関する情報が使用者管理装置
20に送信され、送信された各種データが工作機械21
毎にデータ記憶部91に格納される。
【0033】数値制御装置80から使用者管理装置20
への上記データの転送は、例えば、1分間に1回の頻度
で行われる。具体的には、CNC制御部81の内部で、
例えば、主軸ロードについては、ロードメータ(%単
位)の値が10秒毎に2バイトのデータとして形成さ
れ、その1分間のデータとして12バイトのデータが一
度に使用者管理装置20に転送される。また、主軸回転
速度についても同様に、指令される主軸回転速度(mi
−1単位)の値が10秒毎に2バイトのデータとして
形成され、その1分間のデータとして12バイトのデー
タが転送される。また、工具交換指令及び工具クランプ
/アンクランプ指令については、これらが指令される度
に指令回数がカウントされ、1分間に積算された指令回
数が1バイトのデータとして形成され、これが使用者管
理装置20に転送される。
【0034】このようにして、使用者管理装置20に転
送され、データ記憶部91に格納されるデータの一例を
下表表1に示す。尚、表1における機械IDには機械の
種類と工作機械メーカによって付与された機械番号から
形成されるコードを使用している。
【0035】
【表1】
【0036】前記寿命判定部92は、前記データ記憶部
91に格納された稼働状況に関するデータを基に、主軸
25を支持するベアリング51、クランプユニット57
の皿バネ61や自動工具交換装置42のカムフォロア7
0,71を構成するベアリングといった各駆動機構部の
消耗部品について、その消耗度(現在の疲れ度合い)の
算出及びこれらが寿命に至る時期の推定処理を行う。
【0037】具体的には、例えば、前記ベアリング51
について見ると、その消耗度Lac は下式、数式1に
よって算出することができる。
【0038】
【数1】
【0039】ここに、Nは主軸25の積算回転数(主
軸が何回転したかを積算した回転数)であり、数値制御
装置80から送信されてくる主軸25の回転速度を基に
して算出される。また、Cはベアリング51に固有の定
数である基本動定格荷重である。更に、Pは動等価荷
重であり、数値制御装置80から送信されてくる主軸ロ
ードを基に下記数式2によって算出される。
【0040】
【数2】
【0041】ここで、X,Yは定数であり、Frnはラ
ジアル荷重であり、Fanはアキシャル荷重である。ラ
ジアル荷重Frnは上述した主軸ロードであって、前記
ロードメータから得られるデータを基にして算出するこ
とができ、アキシャル荷重F anはかかるラジアル荷重
rnを基に、下記の数式3によって算出することがで
きる。
【0042】
【数3】
【0043】尚、この数式3におけるa,b,cは被削
材によって決まる定数であり、当該数式3はエンドミル
加工の場合に成り立つものである。したがって、フライ
ス加工やドリル加工など他の加工の場合にはこれに応じ
た算出式を用いてアキシャル荷重Fanを算出する。
【0044】以上のように、寿命判定部92では、数値
制御装置80から逐次送信され、データ記憶部91に格
納された10秒毎の主軸ロード及び主軸回転速度を基
に、数式1に従って前記Lactが算出される。尚、数
式1中の(C/P)はベアリングが定荷重を受けて回
転するときの当該ベアリングが寿命に至るまでの積算回
転数を意味するものであり、この式から分かるように、
actは10秒毎の消耗度を累積したものとして得ら
れる。
【0045】寿命判定部92は、このようにして消耗度
actを算出した後、前記データ記憶部91に予め格
納されたベアリング51についての寿命値Lmax(こ
の場合Lmax=1である)から、次式数式4によって
残寿命Lrestを算出する。
【0046】
【数4】
【0047】ついで、寿命判定部92は、得られた残寿
命Lrest及び上記消耗度Lac から、下式数式5
に従ってベアリング51が寿命に至る時期の推定処理を
行う。
【0048】
【数5】
【0049】ここに、Dactは当該工作機械21の稼
働日、即ち、当該工作機械21について前記データ記憶
部91にデータが蓄積され始めた日から最新データの蓄
積日までの日数を意味し、Drestは当該工作機械2
1の稼動状況が今後も同様に進行したと仮定した場合
に、ベアリング51が寿命に至るまでの所要日数(残寿
命日数)を意味する。したがって、算出されたD
restを現在の日に加えることで、交換時期Dchg
の推定が可能であり、そのようにすることで交換時期D
chgの推定が行われる。尚、この推定処理は、統計的
処理、例えば、過去の使用履歴の標準偏差を基に得られ
た推定確度を加味した処理とすることができる。また、
将来の稼働状況を正確に推定できるのであれば、推定さ
れる稼働状況を用いることで、より正確な交換時期D
chgの推定を行うことができる。即ち、加工物のスケ
ジュール,加工物別の主軸ロードや主軸回転速度を用い
たシミュレーションデータや実績データを用いることに
より、Drestの正確な推定が可能である。
【0050】そして、以上のようにして算出されたL
act,Lrest,Drest,D chgがデータ記
憶部91に格納される。
【0051】また、クランプユニット57を構成する皿
バネ61の消耗度の算出及びこれらが寿命に至る時期の
推定処理については、寿命判定部92において、まず、
データ記憶部91に格納された工具クランプ/アンクラ
ンプの回数を積算する処理を行い、算出された累積回数
を消耗度Lactとする。
【0052】皿バネ61の寿命は、一定の繰り返し荷重
を受けて、これが繰り返して動作するとき、その累積動
作回数で評価され、通常、かかる累積動作回数は経験値
として求められている。したがって、クランプユニット
57の動作回数、より具体的には皿バネ61の動作回数
をカウントしてこれを累計することで、当該皿バネ61
の消耗度を評価することができる。そこで、本例では、
クランプユニット57のクランプ/アンクランプ回数を
積算して得られた累積回数を消耗度Lactとしてい
る。
【0053】ついで、寿命判定部92は、前記データ記
憶部91に予め格納された皿バネ61についての寿命値
(皿バネ61が寿命となる動作回数)Lmaxを用い、
上記数式4に従って皿バネ61の残寿命Lrestを算
出し、得られた残寿命Lre st及び上記消耗度L
actから、上記数式5に従って皿バネ61が寿命とな
る時期の推定処理を行い、Drest及びDchgを算
出する。そして、このようにして算出された皿バネ61
に関するLact,Lrest,Drest,D hg
がデータ記憶部91に格納される。
【0054】尚、Lmaxは以下に例示するようにして
算出され、データ記憶部91に予め格納されている。即
ち、まず、皿バネ61に作用する取付時の応力σ及び
最大荷重が作用するときの最大応力σを、下記数式6
又は数式7及び図3に示した線図を基にして算出する。
尚、数式6及び数式7はAlmen―Laszloの式
である。
【0055】
【数6】
【0056】
【数7】
【0057】ここに、Eは縦弾性係数、νはポアソン
比、δは皿バネ61のたわみ、Dは皿バネ61の外径、
βは応力係数、hは皿バネ61の高さ、γは応力係数、
tは皿バネ61の厚さ、Cは初期値から得られる係数で
ある。
【0058】因みに、取付荷重Pが610kg、最大
荷重Pが840kgであり、皿バネ61の外径Dが5
4mm、内径dが25.4mm、高さhが1.1mm、
厚さtが3.0mmである場合、D/dは約2.0、h
/tは約0.37となり、これらを図3に示した線図に
プロットするとA点となる。このA点の属する領域は応
力点がt1の領域であるから、上記数式6を用いて上記
取付時の応力σ及び最大応力σを算出すればよいこ
とになる。この数式6を用いて算出した結果を下表表2
に示す。
【0059】
【表2】
【0060】次に、算出した取付時の応力σ及び最大
応力σ並びに図4に示した線図を基に、皿バネ61が
寿命となる動作回数を決定する。尚、図4に示した線図
は、取付時の応力σ及び最大応力σを基にして得ら
れる耐久限度を表す線図であり、経験的に求められた線
図である。
【0061】因みに、上例の取付時の応力σが63k
g/mm、最大応力σが92kg/mmである場
合、これを図4にプロットするとB点となり、寿命値L
ma として2×10回が得られる。そして、このよ
うにして決定された寿命値L maxがデータ記憶部91
に格納される。
【0062】また、自動工具交換装置42のカムフォロ
ア70,71を構成するベアリングの消耗度の算出及び
これらが寿命に至る時期の推定処理については、寿命判
定部92において、まず、データ記憶部91に格納され
た工具交換回数を積算する処理を行い、算出された累積
回数を消耗度Lactとする。
【0063】ベアリングの寿命は、これが一定の負荷状
態で作動するとき、その累積動作時間で評価することが
できる。従って、上記カムフォロア70,71のベアリ
ングに作用する負荷などが分かれば(勿論かかる負荷は
設計上の理論値として認識することができる)、当該ベ
アリングが寿命となるまでの理論的な動作時間を算出す
ることができる。一方、通常、1回の工具交換動作に要
する時間は一定であって、その動作時間はこれを容易に
測定することができ、この工具交換動作に占める個々の
ベアリングの動作時間もまた、実測若しくは理論的にこ
れを算出することができる。
【0064】したがって、工具交換の動作回数をカウン
トしてこれを累計することで、個々のベアリングの累積
動作時間を算出することができ、算出された累積動作時
間から当該ベアリングの寿命を判定することができる。
そこで、本例では、予め算出された寿命時間を1回の動
作時間で除して、寿命となるまでの動作回数を寿命値L
maxとして算出する一方、工具交換の実動作回数を積
算して消耗度Lactとした。
【0065】具体的には、まず、カムフォロア70,7
1を構成するベアリングが寿命に至るその動作時間(寿
命時間)Lをそれぞれ以下に示す数式8によって算出
する。
【0066】
【数8】
【0067】ただし、aは定数、Cはベアリングの動
定格荷重(一定)、Fはベアリングに作用する荷重、
はベアリングの回転数である。
【0068】次に、1回の工具交換動作における各ベア
リングの動作時間を実測若しくは理論的な演算によって
取得する。そして、数式8によって算出された各ベアリ
ングの寿命時間Lをそれぞれの1回の(工具交換)動
作時間で除して、各ベアリングについてこれが寿命とな
る工具交換回数を算出し、算出された工具交換回数の
内、最も小さい値を上記自動工具交換装置42の寿命値
maxとして設定し、これをデータ記憶部91に格納
する。
【0069】寿命判定部92は、上記のようにして積算
されたLact及び上記のようにして決定されたL
maxを用いて、上記数式4に従ってベアリングの残寿
命Lre stを算出し、得られた残寿命Lrest及び
上記消耗度Lactから、上記数式5に従ってベアリン
グが寿命となる時期の推定処理を行って、Drest
びDchgを算出する。そして、このようにして算出さ
れたカムフォロア70,71のベアリングに関するL
act,Lrest,Drest,Dchgがデータ記
憶部91に格納される。
【0070】前記表示制御部93は、以上のようにして
算出され、データ記憶部91に格納された、主軸25を
支持するベアリング51、クランプユニット57の皿バ
ネ61や自動工具交換装置42のカムフォロア70,7
1を構成するベアリングのL act,Lrest,L
max,Dchgに関する画像をCRT95に表示す
る。かかる表示画像の一例を図5及び図6に示す。図5
は、工作機械21毎の主軸装置24,自動工具交換装置
42,クランプユニット57についてのLact,L
rest,Lmax,Dchgに関する画像を示したも
のであり、図中、C部がLactを表し、B部がL
restを表し、A部がLmaxを表し、日付の部分が
chgを表している。また、図6は、主軸装置24に
ついて工作機械21毎のLact,Lrest,L
max,Dchgに関する画像を示したものであり、図
5と同様に、図中、C部がLactを表し、B部がL
restを表し、A部がLmaxを表し、日付の部分が
chgを表している。
【0071】また、前記送信制御部94は、前記データ
記憶部91に格納された、主軸25を支持するベアリン
グ51、クランプユニット57の皿バネ61や自動工具
交換装置42のカムフォロア70,71を構成するベア
リングに関するLact,L max,Dchgや機械I
Dなどのデータを、各使用者管理装置20に対して予め
付与されたユーザIDと共にネットワーク4を介して供
給者管理装置3に送信する。
【0072】図7に示すように、前記供給者管理装置3
は、通信インターフェース100,データ記憶部10
1,表示制御部102及びCRT103などからなり、
前記各使用者管理装置20から送信された前記
act,Lmax,Dchg,機械IDなどのデータ
を送信元のユーザIDと関連づけてデータ記憶部101
に格納する。このようにしてデータ記憶部101に格納
されるデータ例を下表表3に示す。
【0073】
【表3】
【0074】そして、前記表示制御部102は、データ
記憶部101に格納された前記L ct,Lmax,D
chgに関する画像をCRT103に表示する。尚、こ
のCRT103に表示される画像は上述の図5及び図6
に示した表示例と同様である。
【0075】斯くして、以上の構成を備えた本例の保守
管理システム1によれば、各工作機械21において、各
数値制御装置80のCNC制御部81からPLC制御部
82に出力される主軸ロード,主軸回転速度,工具交換
指令,工具クランプ/アンクランプ指令,軸移動指令と
いった稼働状況に関する情報が、当該CNC制御部81
から所定時間毎(1分毎)にこれに接続した使用者管理
装置20に送信され、そのデータ記憶部91に格納され
る。そして、寿命判定部92において、主軸25を支持
するベアリング51、クランプユニット57の皿バネ6
1や自動工具交換装置42のカムフォロア70,71を
構成するベアリングといった各駆動機構部の消耗部品に
関する消耗度Lact,残寿命Lrest,残寿命日数
res ,交換時期Dchgなどが算出され、これら
がデータ記憶部91に格納される。
【0076】算出された消耗度Lact,残寿命L
rest,残寿命日数Drest,交換時期Dchg
どのデータは、CRT95にこれが画像として表示され
ると共に、ネットワーク4を介して供給者管理装置3に
送信される。そして、供給者管理装置3では、ネットワ
ーク4を介して使用管理装置20から送信される前記消
耗度Lact,残寿命Lrest,残寿命日数D
rest,交換時期Dchgなどに関するデータがユー
ザID毎にデータ記憶部101に格納され、これらがユ
ーザID毎にCRT103に表示される。
【0077】このように、本例によれば、各工作機械2
1に設けられた主軸装置24などの駆動機構部における
消耗度Lact,残寿命Lrest,残寿命日数D
rest,交換時期Dchgなどが使用者管理装置20
によって算出され、蓄積されるようになっているので、
例えば、1工場に複数の工作機械21が配設される場合
に、工作機械21の使用者は複数台の各駆動機構部の部
品消耗度や部品交換時期についてこれを一元的に管理す
ることができる。これにより、使用者は複数台の工作機
械21の全体について容易にその保守計画を立案するこ
とが可能となり、工作機械21全体の稼働率を高めるこ
とが可能となる。
【0078】また、本例では、使用者管理装置20に設
けた寿命判定部92によって、前記各駆動機構部を構成
する消耗部品の寿命時期を推定し、推定した寿命時期を
使用者管理装置20のCRT95に表示するようにして
いるので、使用者はかかる表示を通して前記消耗部品が
寿命となる時期を容易に知ることができ、将来的な保守
計画を容易に行うことが可能となる。
【0079】また、前記各駆動機構部を構成する消耗部
品の消耗度及び寿命時期に関するデータが各使用者管理
装置20から供給者管理装置3に送信され、かかるデー
タが供給者管理装置3に蓄積されると共にCRT103
に表示されるようになっているので、前記使用者所有の
工作機械21に具備される消耗部品の消耗度や寿命時期
について、工作機械21の供給者(メーカ)がこれを一
元的に管理することができると共に、その状態を容易に
把握することができ、当該供給者において、各消耗部品
の消耗度や寿命時期に応じて計画的且つ効率的にその交
換部品を準備するといったことが可能となる。
【0080】尚、本例では、工作機械21から使用者管
理装置20に主軸ロード等の情報を送信し、使用者管理
装置20において消耗度Lactの評価や交換時期D
chgの推定などを行うようにしているが、図8に示す
ように、各工作機械21のPLC制御部82内に寿命判
定部82dを設け、この寿命判定部82dにおいて、前
記寿命判定部92と同様の処理を行って、各駆動機構部
の消耗度Lactの評価や交換時期Dchgの推定など
を行うようにしても良い。この場合、算出された消耗度
act,交換時期Dchgなどのデータをデータ記憶
部82eに格納し、定期的に使用者管理装置20に送信
するようにすると良い。使用者管理装置20では、各工
作機械21毎に消耗度Lact,交換時期Dchgなど
のデータがデータ記憶部91に格納され、送信制御部9
4による制御の下で定期的にかかるデータが供給者管理
装置3に送信される。このようにしても、上記保守管理
システム1と同様の効果が奏される。
【0081】また、図9に示すように、図2に示した例
において、供給者管理装置3に寿命判定部104を設
け、この寿命判定部104において、前記寿命判定部9
2と同様の処理を行って、各駆動機構部の消耗度L
actの評価や交換時期Dchgの推定などを行うよう
にしても良い。この場合、使用者管理装置20を経由し
て、各工作機械21から上記稼働状況に関する生データ
が供給者管理装置3に送信されるようにする。
【0082】また、上述した例では、主軸装置24,ク
ランプユニット57や自動工具交換装置42についての
寿命管理例を示したが、ボールネジ機構を備えた送り装
置など、他の駆動機構部についても同様に寿命管理を行
うことができることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る工作機械保守管理シ
ステムの概略構成を示した説明図である。
【図2】本実施形態に係る工作機械及び使用者管理装置
の概略構成を示したブロック図である。
【図3】本実施形態における部品消耗度の評価を説明す
るための説明図である。
【図4】本実施形態における部品消耗度の評価を説明す
るための説明図である。
【図5】本実施形態における画面表示例を示す説明図で
ある。
【図6】本実施形態における画面表示例を示す説明図で
ある。
【図7】本実施形態に係る供給者管理装置の概略構成を
示したブロック図である。
【図8】本発明の他の実施形態に係る工作機械及び使用
者管理装置の概略構成を示したブロック図である。
【図9】本発明の他の実施形態に係る使用者管理装置及
び供給者管理装置の概略構成を示したブロック図であ
る。
【図10】本実施形態に用いられる工作機械の一例を示
した正面図である。
【図11】図10に示した工作機械の主軸装置を示した
断面図である。
【図12】図10に示した工作機械の自動工具交換装置
を示した斜視図である。
【図13】図10に示した工作機械の作動を制御する数
値制御装置の概略構成を主に示したブロック図である。
【符号の説明】
1 工作機械保守管理システム 3 供給者管理装置 4 ネットワーク 20 使用者管理装置 21 工作機械 24 主軸装置 25 主軸 42 自動工具交換装置 57 クランプユニット 91 データ記憶部 92 寿命判定部 93 表示制御部 94 送信制御部 95 CRT
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤嶋 誠 奈良県大和郡山市北郡山町106番地 株式 会社森精機製作所内 (72)発明者 赤松 良昭 奈良県大和郡山市北郡山町106番地 株式 会社森精機製作所内 Fターム(参考) 5H269 AB31 CC17 EE11 KK03 NN07 QB06 QB15 QD03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各種駆動機構部及びその作動を制御する
    制御装置を備えてなる工作機械の複数台と管理装置とを
    接続して構成される管理システムであって、 前記工作機械の制御装置が、前記各駆動機構部の稼働状
    況を基に該各駆動機構部の消耗度を随時評価する寿命判
    定部を備えるとともに、 前記管理装置が、前記各工作機械の寿命判定部によって
    評価された前記各駆動機構部の消耗度に関するデータを
    受信して、該消耗度に関するデータを記憶するデータ記
    憶部と、該データ記憶部に記憶された消耗度に関する情
    報を出力する出力部とを備えてなる工作機械保守管理シ
    ステム。
  2. 【請求項2】 前記寿命判定部が、評価した前記消耗度
    を基に前記各駆動機構部が寿命に至る時期を推定するよ
    うに構成され、 前記管理装置のデータ記憶部が、前記寿命判定部から前
    記消耗度及び推定寿命時期に関するデータを受信して該
    データを記憶するように構成されるとともに、前記管理
    装置の出力部が、前記データ記憶部に記憶された消耗度
    及び推定寿命時期に関する情報を出力するように構成さ
    れてなる請求項1記載の工作機械保守管理システム。
  3. 【請求項3】 各種駆動機構部及びその作動を制御する
    制御装置を備えてなる工作機械の複数台と管理装置とを
    接続して構成される管理システムであって、 前記管理装置が、前記各工作機械の制御装置から前記各
    駆動機構部の稼働状況に関するデータを受信し、受信し
    たデータを基に前記各駆動機構部の消耗度を随時評価す
    る寿命判定部と、該寿命判定部によって評価された消耗
    度に関するデータを記憶するデータ記憶部と、該データ
    記憶部に記憶された消耗度に関する情報を出力する出力
    部とを備えてなる工作機械保守管理システム。
  4. 【請求項4】 前記寿命判定部が、評価した前記消耗度
    を基に前記各駆動機構部が寿命に至る時期を推定するよ
    うに構成され、前記データ記憶部が、前記消耗度及び推
    定寿命時期に関するデータを記憶するように構成され、
    前記出力部が、前記データ記憶部に記憶された消耗度及
    び推定寿命時期に関する情報を出力するように構成され
    てなる請求項3記載の工作機械保守管理システム。
  5. 【請求項5】 前記管理装置が工作機械の使用者側に配
    設されるとともに、該使用者管理装置の1台若しくは複
    数台がネットワークを介して工作機械供給者の管理装置
    に接続されてなり、 前記供給者管理装置が、前記使用者管理装置から前記各
    駆動機構部の寿命に関するデータを受信して該データを
    記憶するデータ記憶部と、該データ記憶部に記憶された
    前記寿命に関する情報を出力する出力部とを備えて構成
    される請求項1乃至4記載のいずれかの工作機械保守管
    理システム。
  6. 【請求項6】 各種駆動機構部及びその作動を制御する
    制御装置からなる工作機械の複数台と、工作機械の使用
    者側に配設された使用者管理装置とを接続するととも
    に、該使用者管理装置の1台若しくは複数台がネットワ
    ークを介して工作機械供給者の管理装置に接続されてな
    る管理システムであって、 前記供給者管理装置が、前記使用者管理装置を介して前
    記各制御装置から前記各駆動機構部の稼働状況に関する
    データを受信し、受信したデータを基に前記各駆動機構
    部の消耗度を随時評価する寿命判定部と、該寿命判定部
    によって評価された消耗度に関するデータを記憶するデ
    ータ記憶部と、該データ記憶部に記憶された消耗度に関
    する情報を出力する出力部とを備えてなる工作機械保守
    管理システム。
  7. 【請求項7】 前記寿命判定部が、前記各駆動機構部の
    消耗度を随時評価するとともに、評価した前記消耗度を
    基に前記各駆動機構部が寿命に至る時期を推定するよう
    に構成され、前記データ記憶部が、前記寿命判定部によ
    って評価された消耗度及びに推定寿命時期に関するデー
    タを記憶するように構成され、前記出力部が、データ記
    憶部に記憶された消耗度及び推定寿命時期に関する情報
    を出力するように構成されてなる請求項6記載の工作機
    械保守管理システム。
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