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JP2011138463A - Numerical control device - Google Patents

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JP2011138463A
JP2011138463A JP2010000213A JP2010000213A JP2011138463A JP 2011138463 A JP2011138463 A JP 2011138463A JP 2010000213 A JP2010000213 A JP 2010000213A JP 2010000213 A JP2010000213 A JP 2010000213A JP 2011138463 A JP2011138463 A JP 2011138463A
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energy
machining
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energy consumption
numerical control
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Ryuta Sato
隆太 佐藤
Tomonori Sato
智典 佐藤
Shinya Nishino
慎哉 西野
Tsuyoshi Tsuda
剛志 津田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a numerical control device, which allows evaluation of energy consumption of a machine tool by machine driving energy derived from the machine and machining energy derived from machining. <P>SOLUTION: The numerical control device 1 for numerically controlling the machine tool 2 for machining a workpiece 4 by driving a power consuming element includes: an energy calculation unit 12 for calculating energy consumption by the operation of the machine tool 2. The energy calculation unit 12 calculates the energy consumption as the processing energy consumed according to the machining to the workpiece 4 by subtracting the machine energy consumption consumed according to the drive of the power consuming element from the total amount of energy consumption. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、工作機械の数値制御のための数値制御装置に関する。   The present invention relates to a numerical control device for numerical control of a machine tool.

従来、機械加工における電力の有効利用や消費電力低減のために、消費電力を算出および画面表示によって監視する機能を持たせた数値制御装置が提案されている。例えば、特許文献1には、電力消費要素における積算電力量と実稼動時の使用電力の積算との比である電力使用効率を表示する方法が提案されている。また、特許文献2には、同じ動作サイクルを繰り返し実施する場合における1サイクル当たりの消費電力を求めて表示する消費電力表示装置が提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a numerical control device having a function of calculating power consumption and monitoring by screen display has been proposed in order to effectively use power and reduce power consumption in machining. For example, Patent Document 1 proposes a method of displaying power usage efficiency, which is a ratio of the integrated power amount in the power consumption element and the integrated power consumption during actual operation. Patent Document 2 proposes a power consumption display device that obtains and displays power consumption per cycle when the same operation cycle is repeatedly performed.

特開2002−243776号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-243776 特許第3088403号公報Japanese Patent No. 3088403

工作機械による加工において必要となるエネルギには、機械装置のモータ等の駆動によって消費される機械由来の機械駆動エネルギや、例えば切削工具による切削などの加工によって消費される加工由来の加工エネルギが含まれる。このうち加工エネルギは、被加工物の材質、加工速度などのさまざまな条件に応じて変化する。機械駆動エネルギには、工作機械の可動部の動作によって消費されるようなエネルギや、電源を投入する間一定に消費されるようなエネルギがさらに含まれる。このように、工作機械でエネルギを消費する要素にはさまざまなものがあり、消費エネルギ削減のための対策はその消費要素ごとに大きく異なってくる。消費エネルギの効果的な低減を図るには、消費エネルギの内訳がある程度把握でき、それぞれを評価可能であることが望ましいといえる。   The energy required for machining with a machine tool includes machine drive energy derived from the machine consumed by driving the motor of the machine device, and machining energy derived from machining consumed by machining such as cutting with a cutting tool. It is. Of these, the machining energy varies according to various conditions such as the material of the workpiece and the machining speed. The machine drive energy further includes energy that is consumed by the operation of the movable part of the machine tool, and energy that is consumed constantly while the power is turned on. As described above, there are various elements that consume energy in the machine tool, and measures for reducing energy consumption vary greatly depending on the consumption elements. In order to effectively reduce energy consumption, it is desirable that the breakdown of energy consumption can be grasped to some extent and that each can be evaluated.

従来技術の場合、工作機械全体の消費電力を一括して算出および表示する構成となることから、消費エネルギの内訳を知るには、消費要素ごとの測定手段が別途用いられることになる。例えば、切削の加工エネルギを測定するには、工具と工作機械の間、あるいは被加工物と工作機械の間などに、切削動力計などの測定手段を使用することになる。   In the case of the prior art, the power consumption of the entire machine tool is calculated and displayed in a lump. Therefore, in order to know the breakdown of the energy consumption, a measuring means for each consumption element is separately used. For example, in order to measure the machining energy of cutting, a measuring means such as a cutting dynamometer is used between a tool and a machine tool or between a workpiece and a machine tool.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、工作機械の消費エネルギを機械由来の機械駆動エネルギと加工由来の加工エネルギとにより評価可能とした数値制御装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a numerical control device that can evaluate the energy consumption of a machine tool by machine drive energy derived from the machine and machining energy derived from the machining.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力消費要素を駆動して被加工物を加工する工作機械を数値制御するための数値制御装置であって、前記工作機械の稼動による消費エネルギを計算するエネルギ計算手段を有し、前記エネルギ計算手段は、前記電力消費要素の駆動に伴って消費される機械消費エネルギを前記消費エネルギの総量から差し引くことにより、前記被加工物への加工に伴って消費された加工エネルギとして算出することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a numerical control device for numerically controlling a machine tool that drives a power consuming element to process a workpiece, Energy calculating means for calculating energy consumption due to operation, wherein the energy calculating means subtracts the machine energy consumption that is consumed when the power consumption element is driven from the total amount of energy consumption; It is characterized in that it is calculated as processing energy consumed in connection with the processing.

本発明によれば、工作機械の消費エネルギを機械駆動エネルギと加工エネルギとにより評価することが可能となるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to evaluate the energy consumption of a machine tool based on the machine drive energy and the machining energy.

図1は、本発明の実施の形態1に係る数値制御装置および工作機械のブロック構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a block configuration of a numerical control device and a machine tool according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、エネルギ計算部における計算の手順を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing a calculation procedure in the energy calculation unit. 図3は、エネルギ表示部による消費エネルギ(消費電力量)の表示例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a display example of energy consumption (power consumption) by the energy display unit. 図4は、実施の形態2による時系列データの表示例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a display example of time-series data according to the second embodiment. 図5は、エネルギ計算部での計算により時系列データを生成する手順を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for generating time-series data by calculation in the energy calculation unit. 図6は、加工エネルギと加工条件との関係の表示例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a display example of the relationship between the machining energy and the machining conditions. 図7は、特定の工具での加工による加工エネルギの推移の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of transition of machining energy due to machining with a specific tool. 図8は、実施の形態4における消費エネルギの算出について説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining calculation of energy consumption in the fourth embodiment. 図9は、エネルギ計算部で消費エネルギを算出する手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for calculating energy consumption by the energy calculation unit.

以下に、図面に基づいて、本発明に係る数値制御装置の実施の形態を詳細に説明する。   Embodiments of a numerical controller according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る数値制御装置1および工作機械2のブロック構成を示す図である。図中の実線矢印は電源供給経路、破線矢印は信号伝達経路をそれぞれ表している。数値制御装置1は、工作機械2を数値制御する。工作機械2は、回転する工具3と、ワークテーブルに設置された被加工物(ワーク)4との相対運動により、被加工物4を所望の形状に加工する。工具3は、主軸頭5に組み込まれた主軸モータを駆動することで回転する。工具3と被加工物4との相対運動は、複数の可動軸(不図示)に取り付けられた複数のサーボモータを制御することで実現される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a numerical controller 1 and a machine tool 2 according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, solid arrows indicate power supply paths, and broken arrows indicate signal transmission paths. The numerical control device 1 numerically controls the machine tool 2. The machine tool 2 processes the workpiece 4 into a desired shape by relative movement between the rotating tool 3 and the workpiece (workpiece) 4 installed on the work table. The tool 3 rotates by driving a spindle motor incorporated in the spindle head 5. The relative movement between the tool 3 and the workpiece 4 is realized by controlling a plurality of servo motors attached to a plurality of movable shafts (not shown).

主軸モータ駆動部6は、主軸モータを駆動する。サーボモータ駆動部7は、サーボモータを駆動する。なお、一般的な可動軸の構成例として、例えば直進軸としては回転モータとボールねじとを組み合わせたもの、リニアモータを使用するもの、回転軸としてはサーボモータとウォームギアを組み合わせたもの、ダイレクトドライブモータによるものが挙げられる。   The spindle motor drive unit 6 drives the spindle motor. The servo motor drive unit 7 drives the servo motor. In addition, as a configuration example of a general movable shaft, for example, a linear motor that combines a rotary motor and a ball screw, a linear motor, a rotary shaft that combines a servo motor and a worm gear, a direct drive The thing by a motor is mentioned.

本実施の形態において可動部とは、電力消費要素のうち、工具3と被加工物4とを相対運動させるために動作させる部分、例えば主軸モータやサーボモータ、アーム等が含まれる。周辺機器部8は、可動部以外の電力消費要素、例えば、主軸モータの冷却のための冷却装置、油圧を生じさせるコンプレッサ、工具3の交換のためのATC(Automatic Tool Changer)装置、切り屑を排出させるチップコンベア等を含む。なお、数値制御装置1、主軸モータ駆動部6およびサーボモータ駆動部7も、電力消費要素に含まれる。数値制御装置1、主軸モータ駆動部6、サーボモータ駆動部7および周辺機器部8には、トランスやコンバータ等からなる電力変換部9を介して、工場電源より電力Pが供給されている。   In the present embodiment, the movable portion includes a portion of the power consuming element that is operated to move the tool 3 and the workpiece 4 relative to each other, such as a spindle motor, a servo motor, and an arm. Peripheral device unit 8 includes power consumption elements other than the movable unit, for example, a cooling device for cooling the spindle motor, a compressor for generating hydraulic pressure, an ATC (Automatic Tool Changer) device for exchanging the tool 3, and chips. Includes chip conveyor to be discharged. The numerical controller 1, the spindle motor drive unit 6, and the servo motor drive unit 7 are also included in the power consumption element. Electric power P is supplied from the factory power source to the numerical controller 1, the spindle motor drive unit 6, the servo motor drive unit 7 and the peripheral device unit 8 through a power conversion unit 9 including a transformer and a converter.

電力変換部9は、電源供給の状態を表す電源供給信号S3を出力する。例えば、電力変換部9が電力測定手段や電力計算機能を備える場合は、電力量を表す電源供給信号S3が採用される。また、電源供給信号S3としては、電力量の計算に使用されるパラメータの組み合わせ、例えば、電流および電圧、トルクおよび回転速度を伝達するものであっても良い。   The power conversion unit 9 outputs a power supply signal S3 indicating a power supply state. For example, when the power conversion unit 9 includes a power measurement unit and a power calculation function, a power supply signal S3 representing the amount of power is employed. Further, as the power supply signal S3, a combination of parameters used for calculating the electric energy, for example, a current and voltage, a torque and a rotation speed may be transmitted.

数値制御装置1は、NC制御部11、エネルギ計算部(エネルギ計算手段)12及びエネルギ表示部(表示手段)13を有する。NC制御部11は、入力された運動指令信号S0を解析して可動部に対する駆動指令信号S11、S12、周辺機器部8に対する動作指令信号S2を生成する。運動指令信号S0は、NCプログラムや手動ハンドル等を介して、オペレータによって入力される。運動指令は、被加工物4に対する工具3の運動や、周辺機器部8の動作を表す指令である。   The numerical control device 1 includes an NC control unit 11, an energy calculation unit (energy calculation unit) 12, and an energy display unit (display unit) 13. The NC control unit 11 analyzes the input motion command signal S0 and generates drive command signals S11 and S12 for the movable unit and an operation command signal S2 for the peripheral device unit 8. The motion command signal S0 is input by an operator via an NC program, a manual handle, or the like. The motion command is a command representing the motion of the tool 3 with respect to the workpiece 4 and the operation of the peripheral device unit 8.

駆動指令信号S11、S12は、それぞれ主軸モータ駆動部6、サーボモータ駆動部7へ伝達される。駆動指令は、各モータの位置、角度、速度などに関する指令である。動作指令信号S2は、周辺機器部8へ伝達される。動作指令は、周辺機器部8の要素ごとの動作に関する指令である。駆動指令信号S11、S12および動作指令信号S2は、例えば、通信ケーブルを介して伝達される。   The drive command signals S11 and S12 are transmitted to the spindle motor drive unit 6 and the servo motor drive unit 7, respectively. The drive command is a command related to the position, angle, speed, and the like of each motor. The operation command signal S2 is transmitted to the peripheral device unit 8. The operation command is a command related to the operation of each element of the peripheral device unit 8. The drive command signals S11 and S12 and the operation command signal S2 are transmitted via a communication cable, for example.

主軸モータ駆動部6は、駆動指令信号S11に応じた駆動電圧V1を主軸モータへ印加する。主軸モータは、駆動指令信号S11に応じて制御される。サーボモータ駆動部7は、駆動指令信号S12に応じた駆動電圧V2をサーボモータへ印加する。サーボモータは、駆動指令信号S12に応じて制御される。周辺機器部8は、動作指令信号S2に応じて制御される。   The spindle motor drive unit 6 applies a drive voltage V1 corresponding to the drive command signal S11 to the spindle motor. The spindle motor is controlled according to the drive command signal S11. The servo motor drive unit 7 applies a drive voltage V2 corresponding to the drive command signal S12 to the servo motor. The servo motor is controlled according to the drive command signal S12. The peripheral device unit 8 is controlled according to the operation command signal S2.

主軸モータの駆動状態を表す駆動データD11は、主軸モータ駆動部6からNC制御部11へ伝達される。サーボモータの駆動状態を表す駆動データD12は、サーボモータ駆動部7からNC制御部11へ伝達される。モータの駆動状態としては、例えば、モータの位置や角度、回転速度、電流、電圧、温度および効率などを採用する。周辺機器部8の動作状態を表す動作データD2は、周辺機器部8からNC制御部11へ伝達される。機器の動作状態としては、例えば、機器を動かすモータのON、OFFや回転数、温度、圧力、電流および電圧などを採用する。駆動データD11、D12および動作データD2は、例えば、通信ケーブルを介して伝達される。   Drive data D11 representing the drive state of the spindle motor is transmitted from the spindle motor drive unit 6 to the NC control unit 11. Drive data D12 representing the drive state of the servo motor is transmitted from the servo motor drive unit 7 to the NC control unit 11. As the driving state of the motor, for example, the position and angle of the motor, the rotation speed, the current, the voltage, the temperature and the efficiency are adopted. The operation data D2 representing the operation state of the peripheral device unit 8 is transmitted from the peripheral device unit 8 to the NC control unit 11. As the operation state of the device, for example, ON / OFF of a motor that moves the device, the number of rotations, temperature, pressure, current, voltage, and the like are employed. The drive data D11, D12 and the operation data D2 are transmitted via a communication cable, for example.

エネルギ計算部12は、工作機械2の稼動による消費エネルギを計算する。エネルギ計算部12へは、NC制御部11からの駆動データD11、D12、動作データD2と加工条件、電力変換部9からの電力Pに対応した電力信号が入力される。例えば切削加工における加工条件としては、工作機械2に使用される工具3の種類や識別番号、切削速度、送り速度、切り込み幅や切り込み深さに等に関するデータが用いられる。エネルギ計算部12は、入力されたデータや信号の全て、複数の組み合わせ、または一つを基にして、機械消費エネルギと加工エネルギとを算出する。エネルギ表示部13は、エネルギ計算部12で算出された機械消費エネルギおよび加工エネルギのデータをグラフィック表示として出力する出力手段として機能する。   The energy calculation unit 12 calculates energy consumption due to operation of the machine tool 2. The energy calculation unit 12 receives drive data D11 and D12 from the NC control unit 11, operation data D2, processing conditions, and a power signal corresponding to the power P from the power conversion unit 9. For example, as processing conditions in the cutting process, data relating to the type and identification number of the tool 3 used in the machine tool 2, the cutting speed, the feed speed, the cutting width and the cutting depth, and the like are used. The energy calculation unit 12 calculates machine consumption energy and machining energy based on all input data and signals, a plurality of combinations, or one. The energy display unit 13 functions as an output unit that outputs machine consumption energy and machining energy data calculated by the energy calculation unit 12 as a graphic display.

加工エネルギは、工具3による被加工物4への加工に伴って消費されるエネルギとする。例えば、一般的な切削加工の場合、主に、工具および被加工物の間に作用するせん断力や、工具逃げ面、すくい面で生じる摩擦力に相当する消費エネルギが、被加工物の材質、切削速度、切り込み量、切削油の有無等のさまざまな条件により異なってくる。   The machining energy is assumed to be energy consumed in machining the workpiece 4 by the tool 3. For example, in the case of general cutting, the energy consumption corresponding to the shearing force acting between the tool and the workpiece, the frictional force generated on the tool flank and rake surface is mainly the material of the workpiece, It depends on various conditions such as cutting speed, cutting depth, and the presence or absence of cutting oil.

機械消費エネルギは、電力消費要素の駆動に伴って消費されるエネルギとする。機械消費エネルギは、工作機械2の可動部に必要な動作をさせて消費される動作消費エネルギと、周辺機器部8で消費される周辺機器消費エネルギとに分けられる。動作消費エネルギは、所定の質量あるいは慣性を有する機械構造物を、所定の加速度および速度で、所定距離を運動させるために必要となるエネルギである。動作消費エネルギには、摩擦や重力などの外乱要因に抗して運動させるために必要となるエネルギも含まれる。   The machine energy consumption is energy consumed as the power consuming element is driven. The machine consumption energy is divided into operation consumption energy consumed by performing a necessary operation of the movable part of the machine tool 2 and peripheral device consumption energy consumed by the peripheral device unit 8. The operating energy consumption is energy required to move a mechanical structure having a predetermined mass or inertia at a predetermined acceleration and speed for a predetermined distance. The energy consumed for operation includes energy required to exercise against disturbance factors such as friction and gravity.

図2は、エネルギ計算部12における計算の手順を示すフローチャートである。ステップS101では、加工中における工作機械2の消費エネルギの総量を計算する。例えば、工作機械2について電力変換部9で測定された全消費電力をWall[W]とすると、式(1)に示すように、工作機械2の消費エネルギの総量Eall[J]は、Wallの積分により求められる。 FIG. 2 is a flowchart showing a calculation procedure in the energy calculation unit 12. In step S101, the total amount of energy consumed by the machine tool 2 during machining is calculated. For example, if the total power consumption measured by the power conversion unit 9 for the machine tool 2 is W all [W], the total amount E all [J] of energy consumption of the machine tool 2 is It is determined by the integration of the W all.

Figure 2011138463
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ここで、t1は測定開始時刻、t2は測定終了時刻とする。例えば、製品一つ当たりの消費エネルギを測定する場合は、t1は一つの製品についての加工開始時刻、t2はその加工終了時刻に相当する。また、ある工具3を使用する間の消費エネルギを測定する場合は、t1はその工具3の使用開始時刻、t2はその使用終了時刻に相当する。例えば、切削加工における単位切削距離L[m]当たりの消費エネルギを測定する場合は、式(2)を満足するt1、t2を設定する。単位切削体積V[m]当たりの消費エネルギを測定する場合は、式(3)を満足するt1、t2を設定する。 Here, t1 is a measurement start time, and t2 is a measurement end time. For example, when energy consumption per product is measured, t1 corresponds to the processing start time for one product, and t2 corresponds to the processing end time. Further, when measuring the energy consumption while using a certain tool 3, t1 corresponds to the use start time of the tool 3, and t2 corresponds to the use end time. For example, when measuring the energy consumption per unit cutting distance L [m] in the cutting process, t1 and t2 that satisfy Expression (2) are set. When measuring energy consumption per unit cutting volume V [m 3 ], t1 and t2 satisfying Expression (3) are set.

(t2−t1)=L/F (2)
(t2−t1)=V/(D・H・F) (3)
(T2-t1) = L / F (2)
(T2−t1) = V / (D · H · F) (3)

ここで、Fは送り速度[m/s]、Dは切り込み幅[m]、Hは切り込み深さ[m]とする。これらのパラメータは、NC制御部11から伝達される加工条件に含まれている。なお、切削距離とは、被加工物4に対して工具3を相対移動させた距離とする。切削体積とは、工具3を使用した切削により被加工物4から除去された部分の体積とする。   Here, F is a feed rate [m / s], D is a cut width [m], and H is a cut depth [m]. These parameters are included in the machining conditions transmitted from the NC control unit 11. Note that the cutting distance is a distance obtained by moving the tool 3 relative to the workpiece 4. The cutting volume is the volume of the part removed from the workpiece 4 by cutting using the tool 3.

主軸モータの消費エネルギは、主軸モータ駆動部6からNC制御部11へ伝達される駆動データD11を用いて、いくつかの方法により計算可能である。なお、以下に説明する方法は、サーボモータの消費エネルギについても、サーボモータ駆動部7からNC制御部11へ伝達される駆動データD12を用いて同様に計算可能である。   The energy consumption of the spindle motor can be calculated by several methods using the drive data D11 transmitted from the spindle motor drive unit 6 to the NC control unit 11. In the method described below, the energy consumption of the servomotor can be similarly calculated using the drive data D12 transmitted from the servomotor drive unit 7 to the NC control unit 11.

例えば、モータ電流を二相変換した場合の、モータのq軸、d軸における電圧をそれぞれV、V[V]、電流をそれぞれI、I[A]とする。式(4)に示すように、モータの消費エネルギE[J]は、q軸とd軸の電流および電圧の積の和として電力を求め、さらに積分することで計算できる。これにより、各モータそれぞれの消費エネルギが求められる。 For example, when the motor current is two-phase converted, the voltages on the q-axis and d-axis of the motor are V q and V d [V], respectively, and the currents are I q and I d [A], respectively. As shown in the equation (4), the motor energy consumption E m [J] can be calculated by obtaining electric power as the sum of products of the q-axis and d-axis currents and voltages and further integrating them. Thereby, the energy consumption of each motor is calculated | required.

Figure 2011138463
Figure 2011138463

主軸モータおよびサーボモータの消費エネルギの総量は、式(4)により各モータについて求められた消費エネルギの総和となる。なお、一般に、d軸の電流、電圧は、q軸の電流、電圧に比べてそれぞれ小さい場合が多いことが知られている。d軸の電流および電圧を無視したとしても本実施の形態における計算結果への影響は小さいといえることから、d軸の電流および電圧を除外して計算することとしても良い。   The total amount of energy consumed by the spindle motor and servo motor is the sum of the energy consumed for each motor according to equation (4). In general, it is known that the d-axis current and voltage are often smaller than the q-axis current and voltage, respectively. Even if the d-axis current and voltage are ignored, it can be said that the influence on the calculation result in this embodiment is small.

モータ電機子の抵抗R[Ω]、およびq軸、d軸のインダクタンスL、L[H]が駆動データD11、D12に含まれる場合は、式(5−1)、(5−2)により電圧V、Vを計算して、式(4)に代入することとしても良い。 When the resistance R [Ω] of the motor armature and the inductances L q and L d [H] of the q axis and the d axis are included in the drive data D11 and D12, the equations (5-1) and (5-2) Thus, the voltages V q and V d may be calculated and substituted into the equation (4).

=(R+pL)I+ωL+ωφ (5−1)
=(R+pL)I−ωL (5−2)
V q = (R + pL q ) I q + ωL d I d + ωφ (5-1)
V d = (R + pL d ) I d −ωL q I q (5-2)

ここで、pは微分演算子、ωは電機角回転数[rad/s]、φはモータ磁束[Wb]とする。これらの値は、誘起電圧定数や対極数から公知の手法により計算される。   Here, p is a differential operator, ω is an electrical angular speed [rad / s], and φ is a motor magnetic flux [Wb]. These values are calculated by a known method from the induced voltage constant and the number of counter electrodes.

また、モータの効率ηのおおよその値が既知であれば、式(6)に示すように、モータの消費エネルギE[J]は、トルクT[Nm]および回転角速度ω[rad/s]の積を効率ηで除算することで電力を求めてさらに積分して得ても良い。トルクT[Nm]は、電流I[A]およびトルク定数K[Nm/A]の積として求められる。なお、一般的なモータの効率ηは、0.8から0.9程度であることが知られている。 Also, if the approximate value of the motor efficiency η is known, the energy consumption E m [J] of the motor is expressed by the torque T m [Nm] and the rotational angular velocity ω m [rad / The product of s] may be divided by the efficiency η to obtain electric power and further integrated. The torque T m [Nm] is obtained as the product of the current I q [A] and the torque constant K t [Nm / A]. It is known that the efficiency η of a general motor is about 0.8 to 0.9.

Figure 2011138463
Figure 2011138463

一般的に、モータの出力特性は、回転数に依存することとなる。また、モータへの駆動指令において、電流は、モータの定格電流に対する割合[%]として表される場合が多い。例えば、回転数と出力との関係が既知である場合、あるいは仕様として与えられているモータについて、モータの消費エネルギE[J]は、式(7)に示すように、定格出力および定格電流に対する電流の比の積をηで除算することで電力を求めてさらに積分して得ても良い。ここで、W(ω)[W]は、回転角速度ω[rad/s]により変化する定格出力である。Iは、駆動指令あるいはフィードバックにおいて定格電流に対する割合として表された電流[%]とする。 In general, the output characteristics of a motor depend on the rotational speed. Further, in the drive command to the motor, the current is often expressed as a ratio [%] to the rated current of the motor. For example, when the relationship between the number of revolutions and the output is known, or for a motor given as a specification, the motor energy consumption E m [J] is expressed by the rated output and the rated current as shown in Equation (7). The power may be obtained by dividing the product of the ratio of the current to η by η and further integrated. Here, W mm ) [W] is a rated output that varies depending on the rotational angular velocity ω m [rad / s]. I is a current [%] expressed as a ratio to the rated current in the drive command or feedback.

Figure 2011138463
Figure 2011138463

一般的に、サーボモータの多くは、定格ストールトルクが既知であって、回転数およびトルクの関係で特性が表される。この場合、式(7)の定格出力に代えて、定格ストールトルクT[Nm]および回転角速度ω[rad/s]を用いることで、式(8)のように計算できる。 Generally, most of the servo motors have a known rated stall torque, and the characteristics are represented by the relationship between the rotational speed and the torque. In this case, the rated stall torque T s [Nm] and the rotational angular velocity ω m [rad / s] are used instead of the rated output of the formula (7), and the calculation can be performed as in the formula (8).

Figure 2011138463
Figure 2011138463

周辺機器部8で消費される周辺機器消費エネルギは、周辺機器部8全体を稼動させた際の電力を測定してNC制御部11へ伝達しても良く、周辺機器部8を駆動する各モータの消費エネルギを式(4)から(8)のいずれかによって求めた総和として計算しても良い。また、稼動中の消費電力が一定あるいは一定とみなせる機器については、仕様上の消費電力あるいは別途測定された消費電力を定数W[W]と表せる。その機器についての消費エネルギE[J]は、式(9)に示すように、定数Wを積分することにより計算しても良い。 Peripheral device energy consumed by the peripheral device unit 8 may be measured by transmitting power to the NC control unit 11 when the entire peripheral device unit 8 is operated, and each motor for driving the peripheral device unit 8. May be calculated as the sum obtained by any one of formulas (4) to (8). For a device whose power consumption during operation can be considered constant or constant, the power consumption in the specification or the power consumption measured separately can be expressed as a constant W p [W]. The energy consumption E p [J] for the device may be calculated by integrating a constant W p as shown in Equation (9).

Figure 2011138463
Figure 2011138463

周辺機器部8における消費エネルギは、電力変換部9で測定された電力から計算された消費電力Eallから、主軸モータおよび各サーボモータの消費エネルギEの総和を差し引くことにより求めても良い。 Energy consumption in the peripheral portion 8, the power consumption E all calculated from power measured by the power conversion unit 9, it may be obtained by subtracting the sum of the spindle motor and energy consumption E m of the servo motors.

ステップS102において、エネルギ計算部12は、機械消費エネルギを計算する。機械消費エネルギは、工作機械2の消費エネルギの総和のうち加工エネルギ以外の消費エネルギであることから、加工を伴わない状態で工作機械2を稼動させた場合の消費エネルギに相当する。例えば、加工の準備段階における工作機械2の試運転の際に電力変換部9で測定された消費電力を基にして消費エネルギを求め、記憶しておく。これにより、加工中における機械消費エネルギを正確に推定することができる。   In step S102, the energy calculation unit 12 calculates machine energy consumption. The machine energy consumption is energy consumption other than machining energy out of the total energy consumption of the machine tool 2, and thus corresponds to energy consumption when the machine tool 2 is operated without machining. For example, the energy consumption is obtained and stored based on the power consumption measured by the power conversion unit 9 during the trial operation of the machine tool 2 in the preparation stage of machining. Thereby, the machine consumption energy during processing can be accurately estimated.

モータのトルクT[Nm]は、式(10)によって簡易的に計算可能である。駆動データD11、D12に含まれる回転角速度ω[rad/s]を使用して式(10)によりトルクTを求め、回転角速度ωおよびトルクTを式(6)に代入することで、モータの消費エネルギを簡易的に計算できる。
=Jω+cω+f・sgn(ω)+d (10)
The motor torque T m [Nm] can be simply calculated by the equation (10). By using the rotational angular velocity ω m [rad / s] included in the drive data D11 and D12, the torque T m is obtained by the equation (10), and the rotational angular velocity ω m and the torque T m are substituted into the equation (6). The energy consumption of the motor can be calculated easily.
T m = Jω m + cω m + f · sgn (ω m ) + d (10)

ここで、Jはモータ軸換算の慣性モーメント[kgm]、cはモータ軸換算の粘性摩擦係数[Nm/(rad/s)]、fはモータ軸換算のクーロン摩擦トルク[Nm]とする。sgnは符号関数であって、回転角速度ωが正の値であるときは+1、負の値であるときは−1、ゼロのときはゼロ、とする。dは、重力による負荷トルク[Nm]であって、鉛直軸に作用するものとする。アンバランスな質量を持つ傾斜テーブルのような場合には、重力による負荷トルクdの値が、傾斜角度に応じて変化する。これらの値は機械ごとに異なるが、例えば、正弦波往復運動時のモータトルク波形等から、公知の手法により同定可能である。 Here, J is the motor shaft equivalent moment of inertia [kgm 2 ], c is the motor shaft equivalent viscous friction coefficient [Nm / (rad / s)], and f is the motor shaft equivalent Coulomb friction torque [Nm]. sgn is a sign function, and is +1 when the rotational angular velocity ω m is a positive value, -1 when it is a negative value, and zero when it is zero. d is a load torque [Nm] due to gravity, which acts on the vertical axis. In the case of a tilt table having an unbalanced mass, the value of the load torque d due to gravity changes according to the tilt angle. These values are different for each machine, but can be identified by a known method from, for example, a motor torque waveform during a sine wave reciprocating motion.

なお、モータの電気回路や制御系、機械の振動特性も加味されたさらに詳細な数学モデルを適用して、モータのトルク、回転角速度、電流あるいは電圧を推定することとしても良い。これにより、機械消費エネルギをさらに正確に推定することができる。   Note that the motor torque, rotational angular velocity, current, or voltage may be estimated by applying a more detailed mathematical model that takes into account the motor's electrical circuit, control system, and mechanical vibration characteristics. As a result, the machine energy consumption can be estimated more accurately.

ステップS103において、エネルギ計算部12は、ステップS102で算出された機械消費エネルギを消費エネルギ総量から差し引くことにより、加工エネルギを計算する。加工中における消費エネルギ総量とは、機械消費エネルギおよび加工エネルギの和に相当する。このため、消費エネルギ総量と機械消費エネルギとの差分を、加工エネルギと推定することができる。ステップS104において、数値制御装置1は、ステップS103で算出された加工エネルギと、ステップS102で算出された機械消費エネルギとを記憶する。   In step S103, the energy calculation unit 12 calculates the machining energy by subtracting the machine energy consumption calculated in step S102 from the total energy consumption. The total energy consumption during machining corresponds to the sum of machine energy consumption and machining energy. For this reason, the difference between the total energy consumption and the machine energy consumption can be estimated as the machining energy. In step S104, the numerical controller 1 stores the machining energy calculated in step S103 and the machine consumption energy calculated in step S102.

図3は、エネルギ表示部13による消費エネルギの表示例を示す図である。ここでは、消費エネルギを消費電力量[Wh]により示している。エネルギ表示部13は、エネルギ計算部12での計算により測定あるいは推定され、数値制御装置1に記憶された加工エネルギと機械消費エネルギとを、棒グラフとして表示する。機械消費エネルギは、可動部で消費される動作消費エネルギと、周辺機器部8で消費される周辺機器消費エネルギとに分けて表示される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a display example of energy consumption by the energy display unit 13. Here, the energy consumption is indicated by the power consumption [Wh]. The energy display unit 13 displays the machining energy and machine energy consumption measured or estimated by the calculation in the energy calculation unit 12 and stored in the numerical control device 1 as a bar graph. The machine energy consumption is displayed separately for the operation energy consumed by the movable part and the peripheral device energy consumed by the peripheral device unit 8.

エネルギ計算部12は、被加工物4の加工工程ごとの加工エネルギ、動作消費エネルギおよび周辺機器消費エネルギを算出する。数値制御装置1は、加工工程と関連付けして加工エネルギ、動作消費エネルギおよび周辺機器消費エネルギを記憶する。エネルギ表示部13は、加工工程ごとに、加工エネルギ、動作消費エネルギおよび周辺機器消費エネルギを表示する。これにより、切削動力計などを使用しなくても、工作機械2の消費エネルギを、加工エネルギ、動作消費エネルギおよび周辺機器消費エネルギについて評価することができる。かかる評価により、消費エネルギを削減するために加工条件、可動部、周辺機器部のいずれを改善すべきかを判断することが可能となる。さらに、加工工程との関連付けにより、消費エネルギを削減するために改善すべき加工工程の明確な判断も可能となる。   The energy calculation unit 12 calculates processing energy, operation energy consumption, and peripheral device energy consumption for each processing step of the workpiece 4. The numerical control device 1 stores machining energy, operation energy consumption, and peripheral device consumption energy in association with the machining process. The energy display unit 13 displays processing energy, operation energy consumption, and peripheral device energy consumption for each processing step. Thereby, even if it does not use a cutting dynamometer etc., the energy consumption of the machine tool 2 can be evaluated about processing energy, operation | movement energy, and peripheral device consumption energy. This evaluation makes it possible to determine which of the processing conditions, the movable part, and the peripheral device part should be improved in order to reduce energy consumption. Further, the association with the machining process enables a clear determination of the machining process to be improved in order to reduce energy consumption.

この例の場合、エネルギ表示部13は、「荒削り」、「中仕上げ」、「仕上げ」の各工程について表示している。グラフの縦軸は消費電力量[Wh]、横軸は各加工工程を表している。加工工程の名称とともに表示された(T1)、(T2)、(T3)は、それぞれの加工に使用される工具3の識別番号を表している。また、この例では、加工工程ごとの各消費エネルギと併せて、各加工工程を通しての総電力量を表示している。   In this example, the energy display unit 13 displays “roughing”, “medium finishing”, and “finishing” processes. The vertical axis of the graph represents power consumption [Wh], and the horizontal axis represents each processing step. (T1), (T2), and (T3) displayed together with the names of the machining steps represent the identification numbers of the tools 3 used for each machining. Moreover, in this example, the total electric energy through each processing step is displayed together with each energy consumption for each processing step.

工作機械2による加工の多くは、加工工程ごとに異なる複数の工具3が使用されることとなる。加工工程に併せて使用される工具3を表示することで、工具3を持ち代えるごとの加工エネルギの比較が可能となる。これにより、工具3の摩耗状況や切削条件の良否を正確に判断することが可能となる。特に、マニシングセンタやNC旋盤など、多種多様なワークの加工に使用される汎用の工作機械に対しては、多様な加工に対して広く用いられる共通的な加工工程(例えば穴あけなど)の消費エネルギを的確に把握することで、効果的な消費エネルギ削減を図り得る。   In many processes by the machine tool 2, a plurality of different tools 3 are used for each process. By displaying the tool 3 used in conjunction with the machining process, it becomes possible to compare the machining energy every time the tool 3 is changed. As a result, it is possible to accurately determine the wear status of the tool 3 and the quality of the cutting conditions. In particular, for general-purpose machine tools used for machining a wide variety of workpieces such as machining centers and NC lathes, consumption of common machining processes (for example, drilling) widely used for various machining By accurately grasping energy, it is possible to effectively reduce energy consumption.

数値制御装置1は、加工エネルギ、動作消費エネルギおよび周辺機器消費エネルギを加工工程ごとに算出し表示する場合に限られず、単位時間あるいは単位加工量ごとに算出および表示をすることとしても良い。加工量とは、例えば切削加工の場合は切削距離や切削体積として表される。これにより、加工時間あるいは加工量が多くなるごとの工具3の状況を確認することが可能となる。   The numerical control device 1 is not limited to the case where the machining energy, the operation energy consumption, and the peripheral device consumption energy are calculated and displayed for each machining process, and may be calculated and displayed for each unit time or unit machining amount. For example, in the case of cutting, the processing amount is expressed as a cutting distance or a cutting volume. This makes it possible to check the status of the tool 3 every time the machining time or machining amount increases.

エネルギ表示部13における表示の態様は、本実施の形態で説明する場合に限られず、加工エネルギと機械消費エネルギとを棒グラフ以外のグラフ、例えば折れ線グラフ等で示すこととしても良い。また、加工エネルギおよび機械消費エネルギは、消費電力量などの数値で表示しても良い。出力手段としては、グラフィック表示のための画面を備えるエネルギ表示部13を用いる他、例えば、印刷による出力を実行するプリンタ等を用いても良い。また、出力手段は、加工エネルギおよび機械消費エネルギを記録媒体へ記録する記録手段や、通信のための通信手段であっても良い。数値制御装置1は、数値制御の対象となり得るものであればいずれの工作機械に対しても広く適用可能である。   The display mode in the energy display unit 13 is not limited to the case described in the present embodiment, and the processing energy and the machine consumption energy may be indicated by a graph other than the bar graph, for example, a line graph. Further, the machining energy and the machine energy consumption may be displayed as numerical values such as power consumption. As the output means, in addition to using the energy display unit 13 having a screen for graphic display, for example, a printer or the like that executes output by printing may be used. Further, the output means may be a recording means for recording processing energy and machine consumption energy on a recording medium, or a communication means for communication. The numerical control apparatus 1 can be widely applied to any machine tool as long as it can be a target of numerical control.

実施の形態2.
実施の形態2に係る数値制御装置は、単位加工量あるいは単位時間当たり、または加工工程ごとの加工エネルギのデータを時系列データとして出力可能な出力手段を備えることを特徴とする。数値制御装置の概略構成は実施の形態1と同様であるため、説明には図1に示す構成を用いることとし、本実施の形態の特徴以外の部分についての説明を省略するものとする。
Embodiment 2. FIG.
The numerical control device according to the second embodiment is characterized by comprising output means capable of outputting machining energy data per unit machining amount, per unit time, or for each machining process as time series data. Since the schematic configuration of the numerical control device is the same as that of the first embodiment, the configuration shown in FIG. 1 is used for the description, and description of portions other than the features of the present embodiment is omitted.

図4は、本実施の形態による時系列データの表示例を示す図である。エネルギ表示部13は、特定の工具3(この例では「T1」)を使用する加工工程に関連付けられて数値制御装置1に記憶された加工エネルギを折れ線グラフとして表示する。グラフの縦軸は単位加工量当たりの消費電力量[Wh]、横軸は任意の単位の時間を表している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a display example of time-series data according to the present embodiment. The energy display unit 13 displays the machining energy stored in the numerical controller 1 in association with the machining process using the specific tool 3 (in this example, “T1”) as a line graph. The vertical axis of the graph represents power consumption [Wh] per unit processing amount, and the horizontal axis represents time in an arbitrary unit.

エネルギ表示部13には、消費電力量が最小となったとき(図中の黒塗り丸印)、および現在(図中の白抜き三角印)の加工条件が、グラフと併せて表示されている。この例では、加工条件として、送り速度F、および主軸モータ回転数Sを表示している。なお、エネルギ表示部13の表示は、実施の形態1で説明する図3の状態と、本実施の形態で説明する図4の状態とに適宜切り換え可能としても良く、双方が同時に表示されるものとしても良い。   The energy display unit 13 displays the processing conditions when the power consumption is minimized (black circles in the figure) and the current (white triangles in the figure) together with the graph. . In this example, the feed speed F and the spindle motor rotation speed S are displayed as the machining conditions. Note that the display of the energy display unit 13 may be appropriately switched between the state of FIG. 3 described in the first embodiment and the state of FIG. 4 described in the present embodiment, and both are displayed simultaneously. It is also good.

図5は、エネルギ計算部12での計算により時系列データを生成する手順を示すフローチャートである。ここで説明する手順は、例えば、適宜設定された所定のサンプリング周期ごとに行われる。ステップS111において、エネルギ計算部12は、現在なされている加工が予め設定された集計条件に該当するか否かを判定する。例えば、予め選択された工具3(この例では「T1」)を使用する加工である場合は集計条件に該当すると判定する。それ以外の工具3を使用する加工である場合は集計条件に該当しないと判定し(ステップS111、No)、その時点でのデータ生成を終了する。   FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for generating time-series data by calculation in the energy calculation unit 12. The procedure described here is performed, for example, every predetermined sampling period set as appropriate. In step S <b> 111, the energy calculation unit 12 determines whether or not the current processing meets a preset aggregation condition. For example, in the case of machining using a preselected tool 3 (“T1” in this example), it is determined that the total condition is met. In the case of machining using other tools 3, it is determined that the total condition is not met (No at Step S <b> 111), and data generation at that time is terminated.

集計条件に該当すると判定した場合(ステップS111、Yes)、エネルギ計算部12は、ステップS112において加工量を計算する。加工量とは、例えば切削加工の場合は切削距離や切削体積として表される。算出された加工量は、後述するステップS115において次の時刻のデータを算出するまで累積される。ステップS113では、ステップS112で算出された加工量があらかじめ設定された単位加工量を超過するか否かを判定する。   If it is determined that the total condition is met (step S111, Yes), the energy calculation unit 12 calculates the machining amount in step S112. For example, in the case of cutting, the processing amount is expressed as a cutting distance or a cutting volume. The calculated machining amount is accumulated until data at the next time is calculated in step S115 described later. In step S113, it is determined whether or not the machining amount calculated in step S112 exceeds a preset unit machining amount.

加工量が単位加工量を超過していると判定された場合(ステップS113、Yes)、ステップS114において、時系列データにおける時刻を表す変数kに「1」を加算することで、次の時刻のデータへ進む。変数kは、時刻に該当する値、あるいは時系列データの表示に使用されるインデックスに該当する値とする。次の時刻のデータへ進められると、ステップS115において、加工量を初期化する。続いて、ステップS116において、その時刻における消費エネルギEを初期化する。 When it is determined that the machining amount exceeds the unit machining amount (step S113, Yes), in step S114, “1” is added to the variable k representing the time in the time-series data, so that the next time Go to the data. The variable k is a value corresponding to a time or a value corresponding to an index used for displaying time-series data. When the data is advanced to the next time, the processing amount is initialized in step S115. Subsequently, in step S116, initializing the energy consumption E k at that time.

加工量が単位加工量を超過していないと判定された場合(ステップS113、No)、あるいはステップS116において消費エネルギEが初期化されると、エネルギ計算部12は、ステップS117において電力Pを計算する。電力Pは、例えば、上記式(1)の右辺に示すWall、あるいは式(4)の右辺に示す(V+V)などを使用して算出される。次に、エネルギ計算部12は、ステップS118において電力Pを積分(累積)することにより消費エネルギEを計算する。さらに、エネルギ計算部12は、図2に示す手順と同様にして、消費エネルギ総量から加工エネルギを抽出する。 When it is determined that the machining amount does not exceed the unit machining amount (step S113, No), or when the consumed energy Ek is initialized in step S116, the energy calculation unit 12 uses the power P in step S117. calculate. The power P is calculated using, for example, W all shown on the right side of the above equation (1) or (V q I q + V d I d ) shown on the right side of the equation (4). Next, the energy calculating unit 12 calculates the consumption energy E k by the power P integrating (accumulating) at step S118. Further, the energy calculation unit 12 extracts the machining energy from the total energy consumption in the same manner as the procedure shown in FIG.

仮に、加工に必要なエネルギの時々刻々における瞬時値や単位時間当たりの消費電力を表示したとする。例えば、主軸モータの回転数を一定として送り速度を高くしたとすると、加工負荷が高くなることで時間当たりの消費電力は増加する一方、送り速度を高くすることで加工時間は短くなる。このため、その加工部位全体で必要となる加工エネルギの把握が困難となる。   Suppose that the instantaneous value of energy required for machining and the power consumption per unit time are displayed. For example, if the rotation speed of the spindle motor is kept constant and the feed speed is increased, the machining load increases and the power consumption per hour increases. On the other hand, increasing the feed speed shortens the machining time. For this reason, it becomes difficult to grasp the machining energy required for the entire machining site.

本実施の形態のように単位加工量当たりとして加工エネルギを表示する場合は、単位加工量当たりの加工エネルギに加工部位全体の加工量を乗ずることで、加工全体で必要となる加工エネルギを求めることが可能となる。単位加工量当たりの加工エネルギと加工部位全体の加工に要する加工エネルギとは比例関係にあって、単位加工量当たりの加工エネルギを小さくできれば、加工部位全体の加工エネルギも小さくなる。   When displaying the machining energy per unit machining amount as in the present embodiment, the machining energy required for the whole machining is obtained by multiplying the machining energy per unit machining amount by the machining amount of the entire machining site. Is possible. The machining energy per unit machining amount and the machining energy required for machining the entire machining site are in a proportional relationship. If the machining energy per unit machining amount can be reduced, the machining energy of the entire machining site is also reduced.

加工現場では、例えばオーバーライドスイッチ等を使用して送り速度や主軸モータの回転数などの加工条件を変えながら試し加工をすることで、最もエネルギ消費の小さい加工条件を探索することが可能となる。また、最もエネルギ消費の小さい加工条件をエネルギ表示部13に表示させることで、探索された加工条件を容易に認識することが可能となる。なお、本実施の形態は、単位加工量当たりの加工エネルギを時系列データとして出力する場合に代えて、加工工程ごとあるいは単位時間当たりの加工エネルギを時系列データとして出力することとしても良い。   At the machining site, for example, by performing trial machining while changing machining conditions such as a feed speed and the number of rotations of the spindle motor using an override switch or the like, it is possible to search for a machining condition with the lowest energy consumption. Further, by displaying the machining conditions with the lowest energy consumption on the energy display unit 13, the searched machining conditions can be easily recognized. In this embodiment, instead of outputting machining energy per unit machining amount as time series data, machining energy per machining process or unit time may be outputted as time series data.

特定の加工部位(例えば、穴、溝、側面、上面等の除去形状あるいは加工フィーチャ)を加工するために消費される加工エネルギと加工条件との関係を、図6に示すように表示することとしても良い。図示する棒グラフは、縦軸に消費電力量[Wh]、縦軸に各加工条件を表している。このような表示によって、加工条件と消費される加工エネルギとの関係がさらに明確になり、加工条件の調整がさらに容易となる。   As shown in FIG. 6, the relationship between machining energy consumed for machining a specific machining site (for example, removal shape or machining feature such as hole, groove, side surface, upper surface, etc.) and machining conditions is displayed. Also good. In the illustrated bar graph, the vertical axis represents power consumption [Wh] and the vertical axis represents each processing condition. By such a display, the relationship between the machining conditions and the consumed machining energy is further clarified, and the machining conditions can be easily adjusted.

また、図6に示す例では、加工エネルギのみならず、動作消費エネルギおよび周辺機器消費エネルギも併せて表示することとしている。加工エネルギと併せて機械消費エネルギも表示することで、双方を含めたトータルの消費エネルギの最小化を図ることが可能となる。図4に示す表示においても、加工エネルギに併せて機械消費エネルギのグラフを表示しても良い。また、図4および図6において、加工エネルギと機械消費エネルギとを合計した消費エネルギを表示することとしても良い。   In the example shown in FIG. 6, not only processing energy but also operation energy consumption and peripheral device energy consumption are displayed together. By displaying the machine energy consumption together with the processing energy, it is possible to minimize the total energy consumption including both. Also in the display shown in FIG. 4, a graph of machine energy consumption may be displayed together with the machining energy. In FIGS. 4 and 6, the energy consumption obtained by adding the machining energy and the machine energy consumption may be displayed.

実施の形態3.
実施の形態3に係る数値制御装置は、工具ごとの加工エネルギの推移に基づいて、当該工具を交換するか否かを判定することを特徴とする。数値制御装置の概略構成は実施の形態1と同様であるため、説明には図1に示す構成を用いることとし、本実施の形態の特徴以外の部分についての説明を省略するものとする。
Embodiment 3 FIG.
The numerical control device according to the third embodiment is characterized by determining whether or not to replace the tool based on the transition of the machining energy for each tool. Since the schematic configuration of the numerical control device is the same as that of the first embodiment, the configuration shown in FIG. 1 is used for the description, and description of portions other than the features of the present embodiment is omitted.

一般に、多数の被加工物4の加工や長時間の加工を実施する場合、加工個数や加工時間が増えるに従って、工具3の摩耗の進行や、チッピングや折損などの破損が生じるようになる。このような工具3の不具合によって、加工エネルギの大幅増加、チッピングなどの状態によっては加工効率の大幅低下による加工エネルギの減少などの変化が生じることになる。このような加工状態の変化は消費エネルギの浪費、加工精度や加工品質の低下などを生じさせるため、深刻な異常が生じる以前に適切に変化を捉えることが望ましい。   In general, when a large number of workpieces 4 are processed or for a long period of time, the wear of the tool 3 progresses, or damage such as chipping or breakage occurs as the number of processing and the processing time increase. Such a failure of the tool 3 causes a change such as a significant increase in machining energy and a reduction in machining energy due to a significant reduction in machining efficiency depending on the state such as chipping. Such a change in the machining state causes waste of energy consumption, a reduction in machining accuracy and machining quality, and therefore it is desirable to appropriately grasp the change before a serious abnormality occurs.

本実施の形態では、エネルギ計算部12で算出された加工エネルギのデータは、数値制御装置1へ記憶されるとともに、NC制御部11へ入力される。NC制御部11は、特定の工具3あるいは加工工程における加工エネルギを、予め設定された設定範囲と比較する。加工エネルギが設定範囲を超えている場合や、加工エネルギに大幅な変化があった場合、NC制御部11は、当該工具3に異常が生じているものとして、工具3を交換する旨の判定をする。NC制御部11による工具交換の判定に応じて、工作機械2は加工を停止する。   In the present embodiment, the machining energy data calculated by the energy calculation unit 12 is stored in the numerical control device 1 and input to the NC control unit 11. The NC control unit 11 compares the machining energy in the specific tool 3 or machining process with a preset setting range. When the machining energy exceeds the set range or when there is a significant change in the machining energy, the NC control unit 11 determines that the tool 3 is to be replaced on the assumption that an abnormality has occurred in the tool 3. To do. In response to the tool change determination by the NC control unit 11, the machine tool 2 stops machining.

本実施の形態の周辺機器部8には、工具交換装置が含まれている。NC制御部11は、工具交換の判定をすると、工具交換装置に対して工具交換指令を出力する。工具交換装置は、工具交換指令に従って工具3の交換を実行する。このように、数値制御装置1は、NC制御部11で加工エネルギの推移を検出し、その推移に基づいた判定により、当該工具3による加工の継続と、工具3の交換とのいずれかを実行する。   The peripheral device unit 8 of the present embodiment includes a tool changer. When the NC control unit 11 determines to change the tool, the NC control unit 11 outputs a tool change command to the tool changer. The tool changer exchanges the tool 3 in accordance with a tool change command. As described above, the numerical controller 1 detects the transition of the machining energy by the NC control unit 11 and executes either continuation of machining by the tool 3 or replacement of the tool 3 based on the determination based on the transition. To do.

図7は、特定の工具3での加工による加工エネルギの推移の例を示す図である。この例では、単位時間、加工個数、加工ロットなどを横軸、消費電力量[Wh]を横軸とした棒グラフにより、加工エネルギの推移を表している。特定の工具3を使用した加工が進展するとともに、加工によって生じる加工エネルギは増加することになる。この例では、特に最後の時点において加工エネルギの大幅な増加が確認されており、その時点以降は加工不良が生じる可能性が高くなる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of transition of machining energy due to machining with a specific tool 3. In this example, the transition of machining energy is represented by a bar graph with the horizontal axis representing unit time, the number of machining, the machining lot, and the like, and the horizontal axis representing power consumption [Wh]. As the processing using the specific tool 3 progresses, the processing energy generated by the processing increases. In this example, a significant increase in machining energy has been confirmed particularly at the last time point, and the possibility of a machining defect occurring after that point is high.

本実施の形態では、加工不良が生じる可能性が高くなる手前に、交換の目安となる閾値を予め設定し、加工エネルギが閾値を超えた時点で(図中右から2番目の棒グラフの時点)工具3を交換する。これにより、加工不良の発生を未然に防止するとともに、消費エネルギの浪費を抑制することが可能となる。また、使用者の経験に関わらず適切なタイミングで工具3の交換ができ、使用を継続可能な工具3の無駄な交換を抑制させる効果も得られる。なお、工具3の交換の目安となる加工エネルギの閾値は上限のみならず下限を設定することとしても良い。下限を設定することで、加工エネルギの大幅な減少による加工状態の変化を検知することが可能となる。   In the present embodiment, a threshold value that serves as a guide for replacement is set in advance before the possibility of processing failure is high, and when the processing energy exceeds the threshold value (at the second bar graph from the right in the figure). Change the tool 3. As a result, it is possible to prevent the occurrence of processing defects and to suppress the consumption of energy consumption. In addition, the tool 3 can be replaced at an appropriate timing regardless of the user's experience, and an effect of suppressing wasteful replacement of the tool 3 that can be used continuously can be obtained. In addition, it is good also as setting the threshold value of the process energy used as the standard of replacement | exchange of the tool 3 not only an upper limit but a minimum. By setting the lower limit, it becomes possible to detect a change in the machining state due to a significant reduction in machining energy.

本実施の形態は、加工エネルギの推移に基づく工具交換指令によって工具3を交換する場合に限られない。少なくとも、工具ごとの加工エネルギの推移に基づく判定により、当該工具3による加工を停止可能なものであれば良い。この場合も、加工不良の発生を未然に防止するとともに、消費エネルギの浪費を抑制する効果を得られる。この場合、当該工具3による加工を停止すると同時に、加工の停止をアラームにより報知することとしても良い。   The present embodiment is not limited to the case where the tool 3 is replaced by a tool replacement command based on the transition of machining energy. It suffices as long as it can stop the machining by the tool 3 based on the determination based on the transition of the machining energy for each tool. Also in this case, it is possible to prevent the occurrence of processing defects and to suppress the consumption of energy consumption. In this case, it is good also as notifying the stop of a process with an alarm simultaneously with the process stop with the said tool 3. FIG.

実施の形態4.
実施の形態4に係る数値制御装置は、自動運転のための加工プログラムが選択されている期間における全消費エネルギを算出することを特徴とする。数値制御装置の概略構成は実施の形態1と同様であるため、説明には図1に示す構成を用いることとし、本実施の形態の特徴以外の部分についての説明を省略するものとする。
Embodiment 4 FIG.
The numerical control device according to the fourth embodiment is characterized in that it calculates total energy consumption during a period in which a machining program for automatic operation is selected. Since the schematic configuration of the numerical control device is the same as that of the first embodiment, the configuration shown in FIG. 1 is used for the description, and description of portions other than the features of the present embodiment is omitted.

ワークの加工前における準備(段取り)では、手動運転によるワークの位置計測や工具3を交換する際などに、エネルギ消費が生じる。ワークの加工後では、手動運転によるワークの搬出、工具3の取り外し、清掃などの後作業において、エネルギ消費が生じる。工作機械2を自動運転させる場合は、自動運転モードにする際の、例えば、工具長や座標オフセット設定のための入力などに、エネルギ消費が生じる。また、自動運転による加工が終了し待機状態となったときの電力消費も生じる。このように、ワークへの加工を停止している期間の消費エネルギも含めて算出することで、工作機械2の消費エネルギをさらに正確に把握することが可能となる。   In preparation (setup) before processing a workpiece, energy consumption occurs when measuring the position of the workpiece by manual operation or exchanging the tool 3. After the workpiece is processed, energy is consumed in subsequent operations such as unloading the workpiece by manual operation, removing the tool 3, and cleaning. When the machine tool 2 is automatically operated, energy consumption occurs in, for example, input for setting the tool length and coordinate offset when the automatic operation mode is set. In addition, power consumption occurs when machining by automatic operation is finished and the apparatus enters a standby state. Thus, by calculating including the energy consumption during the period when machining on the workpiece is stopped, the energy consumption of the machine tool 2 can be grasped more accurately.

図8は、本実施の形態における消費エネルギの算出について説明する図である。図中グラフの縦軸は消費電力[W]、横軸は任意の単位の時間とする。本実施の形態では、自動運転中か否か、あるいは加工中か否かに関わらず、数値制御装置1において選択されている加工プログラムに応じて、現在の消費エネルギを配賦する。一般に、工作機械2の自動運転は、加工プログラムを選択(サーチ)した上で、加工に使用する工具や座標系の確認、補正量の設定をしてから、加工が開始される。その加工の終了後に次の加工を開始するには、次の加工プログラムを選択し、同様の確認や設定がなされる。   FIG. 8 is a diagram for explaining calculation of energy consumption in the present embodiment. In the graph, the vertical axis represents power consumption [W], and the horizontal axis represents time in an arbitrary unit. In the present embodiment, the current energy consumption is distributed according to the machining program selected in the numerical controller 1 regardless of whether automatic operation is being performed or whether machining is being performed. In general, automatic operation of the machine tool 2 starts machining after selecting (searching) a machining program, confirming a tool or coordinate system used for machining, and setting a correction amount. In order to start the next processing after the end of the processing, the next processing program is selected, and the same confirmation and setting are performed.

例えば、自動運転のための加工プログラムO1、O2、O3が順次選択されたとする。加工プログラムO1、O2、O3が選択されている各期間は、自動運転のための自動運転モード(第1のモード)の期間と、手動運転のための手動運転モード(第2のモード)の期間に分けられる。手動運転モードでは、加工プログラムの切り換えに伴う後作業や段取りがなされる。自動運転モードでは、ワークの加工が繰り返される。自動運転モードの期間は、加工するワークの数のワーク加工期間が含まれる。   For example, it is assumed that machining programs O1, O2, and O3 for automatic operation are sequentially selected. Each period in which the machining programs O1, O2, and O3 are selected includes an automatic operation mode (first mode) period for automatic operation and a manual operation mode (second mode) period for manual operation. It is divided into. In the manual operation mode, post work and setup are performed in accordance with switching of the machining program. In the automatic operation mode, the machining of the workpiece is repeated. The period of the automatic operation mode includes a workpiece machining period corresponding to the number of workpieces to be machined.

ここで、加工プログラムO2によって3個のワークを加工したとする。加工プログラムO2が選択されている期間における消費エネルギは、手動運転モードの段取りの期間における消費エネルギEM1、自動運転モードの期間における消費エネルギEA、手動運転モードの後作業の期間における消費エネルギEM2を合計して算出される。自動運転モードの期間のうち、ワークの加工が終了してから手動運転モードに切り換わるまでの期間dは、例えば、加工現場から作業者が不在となって自動運転モードのまま放置された期間などである。   Here, it is assumed that three workpieces are machined by the machining program O2. The energy consumption during the period when the machining program O2 is selected is the sum of the energy consumption EM1 during the setup period of the manual operation mode, the energy consumption EA during the automatic operation mode period, and the energy consumption EM2 during the subsequent operation period of the manual operation mode. Is calculated. Of the period of the automatic operation mode, the period d from when the machining of the workpiece is finished to when the operation mode is switched to the manual operation mode is, for example, a period in which the worker is left in the automatic operation mode from the machining site It is.

加工プログラムO2によるワークの1個当たりの消費エネルギは、式(11)に示すように、手動運転モードおよび自動運転モードの各消費エネルギEM1、EA、EM2を合計して加工個数N(この例ではN=3)で除算することで得られる。
(ワーク1個当たりの消費エネルギ)=(EM1+EA+EM2)/N (11)
The energy consumption per workpiece by the machining program O2 is the sum of the energy consumptions EM1, EA, EM2 in the manual operation mode and the automatic operation mode, as shown in the equation (11). It is obtained by dividing by N = 3).
(Energy consumption per workpiece) = (EM1 + EA + EM2) / N (11)

なお、本実施の形態では、エネルギ表示部13を省略しても良い。NC制御部11からエネルギ計算部12へ伝達される加工条件には、加工プログラムの名称あるいは識別番号が含まれる。本実施の形態における「加工プログラム」とは、ワークごとの加工を単位とするメインプログラムを指すものとする。メインプログラムからサブプログラムを読み出して実行する場合も、選択された加工プログラムはメインプログラムによって識別するように規定されることが望ましい。   In the present embodiment, the energy display unit 13 may be omitted. The machining condition transmitted from the NC control unit 11 to the energy calculation unit 12 includes the name or identification number of the machining program. The “machining program” in the present embodiment refers to a main program that uses machining for each workpiece as a unit. Even when the subprogram is read from the main program and executed, it is preferable that the selected machining program is defined so as to be identified by the main program.

図9は、エネルギ計算部12で消費エネルギを算出する手順を示すフローチャートである。ステップS121では、選択された加工プログラムに変更があるか否かを判断する。選択された加工プログラムに変更があった場合(ステップS121、Yes)、ステップS122において、当該加工プログラムに対応する消費エネルギEを初期化、例えばゼロとする。 FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for calculating energy consumption by the energy calculation unit 12. In step S121, it is determined whether or not there is a change in the selected machining program. When there is a change in the selected machining program (step S121, Yes), in step S122, the energy consumption E j corresponding to the machining program is initialized, for example, zero.

選択された加工プログラムに変更が無い場合(ステップS121、No)、あるいはステップS122において消費エネルギEが初期化されると、エネルギ計算部12は、ステップS123において、上記の実施の形態と同様にして電力Pを計算する。次に、エネルギ計算部12は、ステップS124において電力Pを積分(累積)することにより消費エネルギEを計算する。さらに、エネルギ計算部12は、ステップS125において、加工個数Nで消費エネルギEを除算することによりワーク1個当たりの消費エネルギを計算する。 When there is no change in the selected machining program (step S121, No), or when the consumed energy E j is initialized in step S122, the energy calculation unit 12 performs the same as in the above embodiment in step S123. To calculate the power P. Next, the energy calculation unit 12 calculates the consumed energy E j by integrating (accumulating) the electric power P in step S124. Further, in step S125, the energy calculation unit 12 calculates the energy consumption per workpiece by dividing the energy consumption E j by the number of machining N.

なお、手動運転モードの期間における消費エネルギや、ワークの加工から手動運転モードに切り換わるまでの期間dにおける消費エネルギは、ワークの加工個数Nに関わらず生じることとなる。かかる期間の消費エネルギについては、式(11)に示す計算によって、N個のワーク全てについて均等に割り振られたものとみなせる。   Note that the energy consumption during the manual operation mode and the energy consumption during the period d from when the workpiece is processed to when the manual operation mode is switched occur regardless of the number N of workpieces. About the energy consumption of such a period, it can be considered that all the N works are equally allocated by the calculation shown in Expression (11).

本実施の形態によると、ワークの加工中の消費エネルギのみならず、段取りや後作業のための手動運転モードの期間や、自動運転モードであって加工を停止している期間における消費エネルギも含めて算出可能となる。これにより、消費エネルギを正確に把握することが可能となる。また、手動運転モードの期間における消費エネルギや、自動運転モードであって加工を停止している期間における消費エネルギについて、選択された加工プログラムごとに自動的に配賦可能とし、消費エネルギのデータ収集の負担を軽減できる。   According to the present embodiment, not only the energy consumption during machining of the workpiece but also the energy consumption during the manual operation mode for set-up and post-work and the period during which machining is stopped in the automatic operation mode are included. Can be calculated. Thereby, it becomes possible to grasp | ascertain energy consumption correctly. In addition, energy consumption during the manual operation mode and energy consumption during the automatic operation mode and when machining is stopped can be automatically distributed for each selected machining program, and energy consumption data is collected. Can be reduced.

以上のように、本発明に係る数値制御装置は、工作機械による加工における電力の有効利用や消費電力削減を図る場合に有用である。   As described above, the numerical control device according to the present invention is useful for effective use of electric power and reduction of power consumption in machining with a machine tool.

1 数値制御装置
2 工作機械
3 工具
4 被加工物
6 主軸モータ駆動部
7 サーボモータ駆動部
8 周辺機器部
11 NC制御部
12 エネルギ計算部
13 エネルギ表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Numerical control apparatus 2 Machine tool 3 Tool 4 Work piece 6 Spindle motor drive part 7 Servo motor drive part 8 Peripheral equipment part 11 NC control part 12 Energy calculation part 13 Energy display part

Claims (10)

電力消費要素を駆動して被加工物を加工する工作機械を数値制御するための数値制御装置であって、
前記工作機械の稼動による消費エネルギを計算するエネルギ計算手段を有し、
前記エネルギ計算手段は、前記電力消費要素の駆動に伴って消費される機械消費エネルギを前記消費エネルギの総量から差し引くことにより、前記被加工物への加工に伴って消費された加工エネルギとして算出することを特徴とする数値制御装置。
A numerical control device for numerically controlling a machine tool that drives a power consuming element to process a workpiece,
Energy calculating means for calculating energy consumption due to operation of the machine tool;
The energy calculation means calculates the machining energy consumed as a result of machining the workpiece by subtracting the machine energy consumed as the power consuming element is driven from the total amount of energy consumed. A numerical controller characterized by that.
前記機械消費エネルギは、前記工作機械のうち前記被加工物を加工する工具を動作させる可動部で消費される動作消費エネルギと、前記工作機械のうち前記可動部以外の前記電力消費要素である周辺機器部で消費される周辺機器消費エネルギと、を含むことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。   The machine energy consumption is an operating energy consumed by a movable part for operating a tool for machining the workpiece in the machine tool, and a peripheral element that is the power consuming element other than the movable part in the machine tool. The numerical control apparatus according to claim 1, further comprising: peripheral device energy consumption consumed by the device unit. 前記エネルギ計算手段は、前記被加工物の加工工程ごとの前記機械消費エネルギ及び前記加工エネルギを算出することを特徴とする請求項1または2に記載の数値制御装置。   The numerical control device according to claim 1, wherein the energy calculating unit calculates the machine energy consumption and the machining energy for each machining process of the workpiece. 複数の工具を使って前記被加工物を加工する工作機械を数値制御し、
前記エネルギ計算手段により算出された前記機械消費エネルギおよび前記加工エネルギのデータを、前記工具ごとに分けて出力する出力手段をさらに有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の数値制御装置。
Numerically control a machine tool that processes the workpiece using a plurality of tools,
4. The apparatus according to claim 1, further comprising an output unit that outputs the machine consumption energy and the machining energy data calculated by the energy calculation unit separately for each tool. 5. Numerical control unit.
前記出力手段は、前記加工エネルギのデータを時系列データとして出力することを特徴とする請求項4に記載の数値制御装置。   The numerical control apparatus according to claim 4, wherein the output unit outputs the processing energy data as time series data. 前記出力手段は、前記加工エネルギのデータを、前記工具により前記被加工物を加工した単位加工量ごとのデータとして出力することを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置。   6. The numerical control apparatus according to claim 5, wherein the output means outputs the machining energy data as data for each unit machining amount obtained by machining the workpiece by the tool. 前記出力手段は、前記機械消費エネルギおよび前記加工エネルギのデータをグラフィック表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項4から6のいずれか一つに記載の数値制御装置。   The numerical control apparatus according to claim 4, wherein the output unit includes a display unit that graphically displays the data of the machine energy consumption and the machining energy. 前記表示手段は、少なくとも前記加工エネルギのデータを加工条件ごとに表示することを特徴とする請求項7に記載の数値制御装置。   The numerical control apparatus according to claim 7, wherein the display unit displays at least the processing energy data for each processing condition. 前記被加工物を加工する工具ごとの前記加工エネルギの推移に基づいて、当該工具による加工の継続及び停止を判定することを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記載の数値制御装置。   9. The numerical control according to claim 1, wherein continuation and stop of machining by the tool are determined based on a transition of the machining energy for each tool machining the workpiece. apparatus. 電力消費要素を駆動して被加工物を加工する工作機械を数値制御するための数値制御装置であって、
前記工作機械の稼動による消費エネルギを計算するエネルギ計算手段を有し、
自動運転のための加工プログラムが選択されている期間のうち、前記自動運転のための第1のモードの期間における前記消費エネルギと、前記第1のモードの期間以外の第2のモードの期間における前記消費エネルギと、を合計して算出することを特徴とする数値制御装置。
A numerical control device for numerically controlling a machine tool that drives a power consuming element to process a workpiece,
Energy calculating means for calculating energy consumption due to operation of the machine tool;
Of the period in which the machining program for automatic operation is selected, the energy consumption in the period of the first mode for automatic operation and the period of the second mode other than the period of the first mode A numerical control device that calculates the energy consumption in total.
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