(57)【要約】【課題】ワークを加工する際に監視が不要で、熟練作業者でなくてもワークの加工を確実に行うことができる工作機械を提供する。【解決手段】本機状態検出手段によって検出された工作機械本体１０の加工状態や、ワーク状態検出手段によって検出された、工作機械本体１０に装着されたワークの加工状態に応じて、ＣＮＣ装置２０がワークの加工条件を自動的に修正するようになっており、しかも、本機状態検出手段によって検出される工作機械本体１０の加工状態を示すそれぞれの情報に対して、それらが正常値であるのか異常値であるのかを判定するための判定基準となるしきい値を、可能な限り、熟練作業者が有している経験やノウハウ等を考慮して設定することによって、制御部２１の診断結果に熟練作業者の経験やノウハウが反映されるようになっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定されたワークの加工条件に従って、工作機械本体がワークの加工を行う工作機械において、
ワークの加工中における工作機械本体の状態を検出する本機状態検出手段と、
前記本機状態検出手段によって検出された工作機械本体の状態に応じて、ワークの加工条件を修正する制御手段と
を備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記本機状態検出手段によって検出される前記工作機械本体の状態情報に対して、作業者の経験から得られた、前記工作機械本体の正常状態と異常状態とを区別する状態情報レベルをしきい値として蓄積したデータベースを備え、
前記制御手段は、前記本機状態検出手段によって検出された状態情報と、前記データベースから取得した前記しきい値とに基づいて、ワークの加工条件を修正するようになっている請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
設定されたワークの加工条件に従って、工作機械本体がワークの加工を行う工作機械において、
前記工作機械本体に装着されたワークの加工状態を検出するワーク状態検出手段と、
前記ワーク状態検出手段によって検出されたワークの加工状態に応じて、ワークの加工条件を修正する制御手段と
を備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項４】
前記工作機械本体に搭載された、ワークを把持する把持手段は、把持したワークの内部応力歪みを直接的または間接的に検出する力検出手段を備えており、
前記制御手段は、前記力検出手段によって検出されるワークの内部応力歪みが最小になるように、ワークの把持力を調整するようになっている請求項１、２または３に記載の工作機械。
【請求項５】
前記把持手段は、関節部分を有する屈曲可能な複数の把持指を備えている請求項４に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マシニングセンタ等の工作機械、特に、ワークを加工する際に監視が不要で、熟練作業者でなくてもワークの加工を確実に行うことができる工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＮＣ旋盤、ＮＣ研削盤、マシニングセンタ等の工作機械は、オペレータのキー入力や予め作成された加工プログラムに従って出力される指令を忠実に実行するだけであるので、例えば、ワークの加工中に工作機械本体に「ビビリ」等の異常音や異常振動が発生すると、工作機械の運転を一旦停止して、ワークの加工条件を変更した後、ワークの加工を再開するといった一連の作業を行わなければならない。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−７５６１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、こういった工作機械によってワークを加工する際は、作業者が、２交代や３交代で、工作機械の加工状態を常時監視し続けなければならず、工作機械の運転を自動化（無人化）することが難しいといった問題がある。
【０００５】
また、工作機械の加工状態が正常であるのか、異常であるのかを的確に判断し、加工状態が異常である場合に、その異常に的確に対処するためには、熟練作業者が、目、耳、手等の五感と過去の経験に基づいて蓄積されたノウハウとを駆使する必要があるが、近年は、こういった熟練作業者が少なくなってきており、工作機械が効率よく適正に使いこなされていない場合が多くなっているのが現状である。従って、近年は、熟練作業者でなくてもワークの加工を確実に行うことができるように、工作機械のインテリジェント化が望まれている。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、ワークを加工する際に監視が不要で、熟練作業者でなくてもワークの加工を確実に行うことができる工作機械を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、設定されたワークの加工条件に従って、工作機械本体がワークの加工を行う工作機械において、ワークの加工中における工作機械本体の状態を検出する本機状態検出手段と、前記本機状態検出手段によって検出された工作機械本体の状態に応じて、ワークの加工条件を修正する制御手段とを備えていることを特徴とする工作機械を提供するものである。
【０００８】
以上のように、この工作機械は、本機状態検出手段によって検出された工作機械本体の状態に応じて、制御手段がワークの加工条件を修正するようになっているので、例えば、ワークの加工中に発生する音や振動、工具刃先の温度や工作機械本体全体の温度等を検出することによって、工作機械の加工状態に異常が発生しているのかどうかを把握することができ、工作機械の加工状態に異常が発生している場合は、ワークの加工条件を修正することによって、その異常に的確に対処することができる。
【０００９】
従って、この工作機械では、従来の工作機械のように、ワークを加工する際、作業者が工作機械の加工状態を常時監視し続ける必要がなく、工作機械の運転を自動化（無人化）することが可能となる。
【００１０】
特に、請求項２にかかる発明の工作機械のように、前記本機状態検出手段によって検出される前記工作機械本体の状態情報に対して、作業者の経験から得られた、前記工作機械本体の正常状態と異常状態とを区別する状態情報レベルをしきい値として蓄積したデータベースを備え、前記制御手段は、前記本機状態検出手段によって検出された状態情報と、前記データベースから取得した前記しきい値とに基づいて、ワークの加工条件を修正するようになっているものにあっては、熟練作業者の過去の経験に基づいて蓄積されたノウハウ等を、ワークの加工に確実に反映させることができるので、従来の工作機械とは異なり、熟練作業者でなくてもワークの加工を確実に行うことができる。
【００１１】
また、上記の課題を解決するため、請求項３にかかる発明は、設定されたワークの加工条件に従って、工作機械本体がワークの加工を行う工作機械において、前記工作機械本体に装着されたワークの加工状態を検出するワーク状態検出手段と、前記ワーク状態検出手段によって検出されたワークの加工状態に応じて、ワークの加工条件を修正する制御手段とを備えていることを特徴とする工作機械を提供するものである。
【００１２】
以上のように、この工作機械は、工作機械本体に装着された状態で、ワーク状態検出手段によって検出されたワークの加工状態に応じて、制御手段がワークの加工条件を修正するようになっているので、ワークの穴径、ピッチ、寸法精度、形状精度、表面粗さといったワークの加工状態を検出するために、工作機械本体からワークを取り外す必要がなく、ワークの加工状態を検出する前後で、工作機械本体に対するワークの装着状態が変化することもない。従って、ワークの修正加工を迅速かつ正確に行うことができるという効果が得られる。
【００１３】
また、この工作機械では、請求項１、２にかかる発明の工作機械と同様に、ワークを加工する際、作業者がワークの加工状態を常時監視し続ける必要がないので、工作機械の運転を自動化（無人化）することが可能となる。
【００１４】
また、請求項４にかかる発明の工作機械のように、前記工作機械本体に搭載された、ワークを把持する把持手段は、把持したワークの内部応力を直接的または間接的に検出する力検出手段を備えており、前記制御手段は、前記力検出手段によって検出されるワークの内部応力が最小になるように、ワークの把持力を調整するようになっているものにあっては、ワークを把持した状態でワークを加工しているときと、ワークの加工を終えてワークの把持を解除したときとで、ワークの内部応力の変化、換言すれば、ワークの形状変化が最小限に抑えられるので、ワークの加工精度が向上するという効果が得られる。
【００１５】
特に、請求項５にかかる発明の工作機械のように、前記把持手段が、関節部分を有する屈曲可能な複数の把持指を備えているものにあっては、それぞれの把持指によるワークの把持方向を任意に変えることができるので、異形ワークを確実に把持することができるという効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この工作機械１は、加工プログラムによって設定されたワークの加工条件に従って、工作機械本体１０がワークの加工を自動的に行うようになっており、工作機械本体１０に対して工具の着脱を自動的に行う自動工具交換装置５０や、ワーク・工具の送り駆動系、ワーク・工具の回転駆動系、工具の支持交換系、ワークの支持交換系、潤滑油・切削油供給系等をそれぞれ制御する制御部２１を有するＣＮＣ装置２０を備えている。
【００１７】
前記工作機械本体１０は、ワークの把持手段として、ボールジョイントによって形成された一または複数の関節部分で屈曲可能な複数の把持指を有するハンドが搭載されたロボットアーム１１が採用されており、複数の把持指によってワークを把持した状態で、ハンドの姿勢を変化させることによって、把持箇所を除いて、あらゆる方向からワークの加工を行うことができるようになっている。
【００１８】
また、ハンドを構成しているそれぞれの把持指には、把持したワークの内部応力歪みを間接的に検出する力検出センサが内蔵されており、ＣＮＣ装置２０の制御部２１が、力検出センサによって間接的に検出されるワークの内部応力歪みが最小になるように、ワークの把持力を各把持指毎に調整するようになっている。
【００１９】
従って、ワークを把持した状態でワークを加工しているときと、ワークの加工を終えてワークの把持を解除したときとで、ワークの内部応力の変化、換言すれば、ワークの形状変化が最小限に抑えられるので、ワークの加工精度が向上するという効果が得られる。
【００２０】
前記自動工具交換装置５０は、複数の工具を収容する工具箱と、この工具箱に収容された工具と工具主軸に装着された工具とを自動的に交換する工具交換ユニットとを備えており、工具交換ユニットは、工具を把持するハンドが搭載された多関節アームからなるロボットアームによって構成されている。
【００２１】
以上のように、この自動工具交換装置５０では、工具交換ユニットとしてロボットアームを採用することにより、ハンドによって把持した工具を主軸と工具箱との間を最短距離で移動させることができるので、工具マガジンを旋回させることによって、工具マガジンに収容された工具を所定の工具交換位置まで一旦移動させた後、工具交換位置と主軸との間で旋回する工具交換アームによって工具の交換を行う従来の自動工具交換装置に比べて、短時間で工具の交換を行うことが可能となる。
【００２２】
また、主軸に装着された工具を取り外して工具箱に収容するためのロボットアームと、工具箱に収容された工具を取り出して主軸に装着するためのロボットアームとを個別に備えた工具交換ユニットを採用すると、さらに、効率よく工具交換を行うことができることはいうまでもない。
【００２３】
また、この工作機械１は、ワークの加工中における工作機械本体１０の加工状態やワークの加工状態をそれぞれ検出するための本機状態検出手段やワーク状態検出手段が設けられており、これらの本機状態検出手段やワーク状態検出手段によって検出された工作機械本体１０の加工状態やワークの加工状態に基づいて、加工異常が発生しているか否かをＣＮＣ装置２０が自動的に診断し、加工異常が発生している場合は、その加工異常に自動的に対処するようになっている。
【００２４】
また、ＣＮＣ装置２０は、本機状態検出手段によって検出される工作機械本体１０の加工状態を示すそれぞれの情報に対して、それらが正常値であるのか異常値であるのかを判定するための判定基準をしきい値として蓄積したデータベース２２を有しており、制御部２１が、本機状態検出手段から得られた工作機械本体１０の加工状態を示す情報と、データベース２２から取得した該当するしきい値とに基づいて、工作機械本体１０に加工異常が発生しているか否かを診断することになる。
【００２５】
また、データベース２２に蓄積されているしきい値のうち、特定のしきい値については、熟練作業者が有している経験やノウハウ等を考慮して設定されており、可能な限り、制御部２１の診断結果に熟練作業者の経験やノウハウが反映されるようになっている。
【００２６】
前記本機状態検出手段としては、工作機械本体１０の振動や騒音を検出する加速度センサ３１や集積マイク３２、加工室内の温度を検出する温度センサ３３、ワークを加工している工具の刃先温度を検出する赤外線カメラ３４、工作機械本体１０の温度分布を検出するサーモトレーサ３５、加工室内の空気を定期的に一定量採取してヘッドスペース分析法を用いて分析することにより、例えば、切削油等の匂い成分の同定を行う匂い分析機３６等が設置されており、それぞれの本機状態検出手段からＣＮＣ装置２０の制御部２１に検出信号（分析結果信号）が出力されるようになっている。
【００２７】
前記加速度センサ３１や集積マイク３２は、工作機械本体１０に発生する振動や騒音を時系列的に測定することになるが、時系列的に測定された振動や騒音は、ＦＦＴ処理を行うことによって周波数分析され、その分析結果に応じて、所定の処理が実行されるようになっている。
【００２８】
例えば、測定された振動や騒音が、その周波数特性から、工作機械本体１０の特性に起因するものであると診断された場合は、工作機械本体１０の修理を促すために、その旨がスピーカ４１から音声によって報知されると共にモニタ画面４２に表示されるようになっており、測定された振動や騒音が、その周波数特性から、加工（切削）特性に起因するものであると診断された場合は、制御部２１がデータベース２２から該当するしきい値を取得し、測定された振動レベルや騒音レベルがしきい値を上回っている場合は、ワークの加工面品位の低下や異常工具摩耗の進行を防止するために、加工プログラムによって設定されている「切込み」や「軸送り速度」等の加工条件を自動的に適正値に修正するようになっている。
【００２９】
また、温度センサ３３によって検出された加工室内の温度が、予め定められた判定温度（データベース２２に蓄積されているしきい値）を上回っている場合は、火災が発生したと判断し、その旨がスピーカ４１から音声によって報知されると共にモニタ画面４２に表示されるようになっており、加速度センサ３１によって、一定基準（データベース２２に蓄積されているしきい値）以上の加速度（または振幅）が検出された場合は、工作機械本体１０を構成している構造体に衝突事故が発生したと判断し、その旨がスピーカ４１から音声によって報知されると共にモニタ画面４２に表示されるようになっている。
【００３０】
また、赤外線カメラ３４によって検出される工具刃先の温度が、予め定められた基準温度（データベース２２に蓄積されているしきい値）を上回っている場合は、異常工具摩耗の進行や工具刃先の折損を防止するために、加工プログラムによって設定されている「切込み」や「軸送り速度」等の加工条件を自動的に適正値に修正するようになっており、サーモトレーサ３５によって検出される工作機械本体１０の温度分布から、工作機械本体１０を構成している各構造体の熱変形状態を予測し、予測された構造体における各所の熱変形量に基づいて、加工プログラムを自動的に補正するようになっている。
【００３１】
また、匂い分析機３６によって分析された加工室内の空気中の匂い成分の含有比率が、予め定められた基準値（データベース２２に蓄積されているしきい値）を上回っている場合は、異常工具摩耗の進行や工具刃先の折損を防止するために、加工プログラムによって設定されている「切込み」や「軸送り速度」等の加工条件を自動的に適正値に修正するようになっている。
【００３２】
前記ワーク状態検出手段としては、例えば、ワークの穴径、ピッチ、寸法精度、形状精度、表面粗さといったワークの加工状態を、レーザ光を利用して計測するレーザ計測機３７が設置されており、このレーザ計測機３７は、ワークが工作機械本体１０に装着された状態でワークの加工状態を計測し、その計測結果をＣＮＣ装置２０の制御部２１に出力するようになっている。
【００３３】
レーザ計測機３７から計測結果（ワークの加工状態）を取得した制御部２１は、まず、その時点におけるワークの加工状態が、予め設定されている公差内に収まっているか否かを判断し、公差内に収まっている場合は、そのワークの加工を終了する。一方、ワークの加工状態が、公差内に収まっていない場合は、続いて、そのワークに切削代が残っているか否かを判断し、切削代が残っていない場合は、そのワークを加工不良品として排出するが、ワークに切削代が残っている場合は、目標値と計測値との差分を指令値に加算することによって加工プログラムを補正し、そのワークを再加工することになる。さらに、ここで得られた傾向を制御部２１にフィードバックし、次回以降の加工へ反映させることも可能である。
【００３４】
以上のように、この工作機械１では、ワークを加工する際、本機状態検出手段によって工作機械本体１０の加工状態を検出するようにしているので、ＣＮＣ装置２０が、工作機械本体１０に加工異常が発生しているのかどうかを即座に把握することができ、しかも、工作機械本体１０に加工異常が発生している場合は、ＣＮＣ装置２０が、加工プログラムによって設定されているワークの加工条件等を適宜修正するようになっているので、工作機械本体１０の加工異常に的確に対処することができる。
【００３５】
また、この工作機械１では、工作機械本体１０に装着された状態で、ワーク状態検出手段（レーザ計測機３７）によって検出されたワークの穴径、ピッチ、寸法精度、形状精度、表面粗さといったワークの加工状態に応じて、ＣＮＣ装置２０がワークの加工条件を適宜修正し、ワークの修正加工を自動的に行うようになっているので、ワークの加工不良に的確に対処することができると共に、ワークの加工状態を検出するために、工作機械本体１０からワークを取り外す必要がないので、ワークの加工状態を検出する前後で、工作機械本体１０に対するワークの装着状態が変化することもなく、ワークの修正加工を迅速かつ正確に行うことができる。
【００３６】
従って、この工作機械１では、従来の工作機械のように、ワークを加工する際、作業者が工作機械の加工状態やワークの加工状態を常時監視し続ける必要がなく、工作機械の運転を自動化（無人化）することが可能となる。
【００３７】
特に、この工作機械１では、上述したように、本機状態検出手段によって検出される工作機械本体１０の加工状態を示すそれぞれの情報に対して、それらが正常値であるのか異常値であるのかを判定するための判定基準となるしきい値を、可能な限り、熟練作業者が有している経験やノウハウ等を考慮して設定しているので、ＣＮＣ装置２０の診断結果に熟練作業者の経験やノウハウを確実に反映させることができ、従来の工作機械とは異なり、熟練作業者でなくてもワークの加工を効率よく確実に行うことが可能となる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、単体の工作機械１について説明したが、例えば、複数の加工工程を経て出来上がるワークについて、各加工工程を受け持つ複数の工作機械１を用いてワークの加工を行う場合、複数の工作機械１のＣＮＣ装置２０同士を相互に通信可能に接続し、それぞれの工作機械１のＣＮＣ装置２０に他の工作機械１の稼働状況等を把握させるようにしておくと、それぞれのＣＮＣ装置２０に加工スケジューリング等を行わせることも可能となる。
【００３９】
また、上述した実施形態では、種々の本機状態検出手段によって検出される工作機械本体１０の加工状態を示すそれぞれの情報が、判定基準となるしきい値を上回っているか否かによって、ＣＮＣ装置２０の制御部２１が、工作機械本体１０に加工異常が発生しているか否かを診断するようにしているが、例えば、制御部２１に、メンバーシップ関数を用いたファジー制御を実行させることによって、単に、「異常」か「正常」かという画一的な異常診断ではなく、「異常の可能性がＸ％である」といった具合に、異常の可能性を示唆するような異常診断を行うことも可能であり、また、工作機械本体１０の加工状態を示す複数の情報からそれぞれ導かれる、工作機械本体１０の加工異常に対する処理が、それぞれ異なるか、または、相反するような場合に、双方の情報を総合的に考慮した柔軟性のある処理を実行することも可能となる。
【００４０】
また、上述した実施形態では、本機状態検出手段として、加速度センサ３１、集積マイク３２、温度センサ３３、赤外線カメラ３４、サーモトレーサ３５、匂い分析機３６が、ワーク状態検出手段として、レーザ計測機３７がそれぞれ使用されているが、本機状態検出手段やワーク状態検出手段はこれらに限定されるものではなく、種々のセンサや分析装置等を使用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる工作機械の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  工作機械
１０  工作機械本体
１１  ロボットアーム（把持手段）
２０  ＣＮＣ装置（制御手段）
２１  制御部
２２  データベース
３１  加速度センサ（本機状態検出手段）
３２  集積マイク（本機状態検出手段）
３３  温度センサ（本機状態検出手段）
３４  赤外線カメラ（本機状態検出手段）
３５  サーモトレーサ（本機状態検出手段）
３６  匂い分析機（本機状態検出手段）
３７  レーザ計測機（ワーク状態検出手段）
４１  スピーカ
４２  モニタ画面
５０  自動工具交換装置
【図１】
2004160564.tif 000003