(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形対象物に対する工具の回転に伴う切削加工方法において、ＣＡＤシステムと連携しているＣＡＭシステムであって、工具が移動する軌跡上の基準点（Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｌｏｃａｔｉｏｎ：以下「ＣＬ」と略称する。）につき、以下のような工程を実現するソフトウエアを作成し得るＣＡＭシステム。
ａ  ＣＡＤシステムによって作成された外側から内側に至る複数個の軌跡上において、ＣＬ（（ｘ１、ｙ１）、・・・（ｘｉ、ｙｉ）、・・・（ｘｎ、ｙｎ））を、ＣＬ間の軌跡上の距離、及びＣＬを結ぶ直線の何れかを基準としたうえで、相互に等距離の配列状態となるように設定する。
ｂ  各ＣＬにつき、下記の算定を行う。
記
【数１】
0005453022.tif 000004
但し、
【数２】
0005453022.tif 000005
（但し、ｉ＝ｎの場合にｉ＋１の位置は隣接しているｉ＝１の位置であり、ｉ＝１の場合にｉ−１に該当するのは、隣接しているｉ＝ｎの位置である。）
ｃ  外側から内側に至る複数個の軌跡において、前記（ａ）式のうちの最大値を選択する。
ｄ  前記ｃの最大値につき複数段階に区分することによって、複数個の軌跡を外側から内側に掛けて当該複数のグループに区分し、各グループに対応させ、最大値の大きいグループにはより小さな回転径を有する工具を指定する。
【請求項２】
指定した工具の回転径の切削幅が、当該工具が属するグループにおいて隣接し合う軌跡同士の距離よりも短い場合には、前記グループ内の軌跡の領域範囲内において、ｃの最大値が当該グループに属している軌跡を１個又は複数個追加すると共に、新たに追加した軌跡と元の軌跡との相互の距離を等距離とするように、各軌跡同士の配置関係を調整し、当該調整に基づく各軌跡同士の距離を前記切削幅以下としていることを特徴とする請求項１記載のＣＡＭシステム。
【請求項３】
複数段階の各グループに対応して、工具の移動速度を選択し、曲率の最大値の大きさが異なりかつ隣接し合う領域に設置されている２グループ間において、当該最大値の数値が大きいグループに対応する工具の移動速度は、小さいグループに比し、小さいか又は等しい状態とするようなソフトウエアを付加していることを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載のＣＡＭシステム。
【請求項４】
複数段階の各グループに対応して、工具の回転速度を選択し、曲率の最大値の大きさが異なりかつ隣接し合う領域に設置されている２グループ間において、当該最大値の数値が大きいグループに対応する工具の回転速度は、小さいグループに比し、大きいか又は等しい状態とするようなソフトウエアを付加していることを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載のＣＡＭシステム。
【請求項５】
請求項１、２、３、４の何れか一項のＣＡＭシステムによって作成されたソフトウエアに基づいて、各グループに属する軌跡のグループに対応して工具の回転径を選択したうえで、工具による切削を行うことを特徴とすることに基づく工具制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形対象物に対する切削用の工具の回転に伴う切削加工において、工具が移動する軌跡の曲率に対応して、適切な回転径を有する工具を交換し得るソフトウエアを作成するＣＡＭシステム、及び当該ソフトウエアに基づく工具の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転工具の切削によって、三次元の造形を行う技術は周知であり、特に、三次元造形対象物が所定の方向と直交する方向の平面に沿って各層毎に区分されており、かつ工具が各層の表面を順次切削することを特徴とする切削加工方法が様々な分野における造形方法として採用されるに至っている。
【０００３】
しかして、三次元造形対象物の各層の表面を順次切削する場合には、必然的に各層毎に工具の回転中心が移動する切削用の軌跡がＣＡＤシステムによって予め設定されており、当該軌跡は、各層毎に外側から内側に掛けて複数個設定されている。
【０００４】
各軌跡は、必然的に所定の曲率に基づくカーブが形成されており、当該曲率は様々な数値に及んでいる。
【０００５】
そして、大きな曲率の領域を有している軌跡においては、微細な加工が必要とされることから、より小さな回転径の工具を選択することが適切であり、かつこの点は、業界の技術常識に該当している。
【０００６】
しかるに、従来技術においては、各軌跡と所定のグループに属する軌跡が有している曲率に対応して工具の回転径を選択するために必要な一般的基準を設定している訳ではない。
【０００７】
しかもこのような状況は、軌跡の形成にＣＡＭシステムによって作成されたソフトウエアが関与している場合においても変わりはない。
【０００８】
因みに、特許文献１及び同２は、工具が移動する軌跡の作成にＣＡＭシステムによるソフトウエアが関与する構成を示しており、特許文献１においては、工具が移動する軌跡の曲率及び工具径に関する事項を開示しているが、双方の関係を具体的に論じている訳ではなく、特許文献２においては、切削対象物の形状データと工具の種類の選択について論じているが、決して曲率の範囲と選択すべき工具の回転径に関し、一般的な基準を提供している訳ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２３５７６４号公報
【特許文献２】特開２００７−２００１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、切削用の工具が移動する軌跡が有している曲率の最大値の範囲に対応して、適切な工具の回転径を選択するために必要な基準を明らかにするソフトウエアをＣＡＭシステムによって作成すること、及び当該配列に基づく工具の制御システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）三次元造形対象物に対する工具の回転に伴う切削加工方法において、ＣＡＤシステムと連携しているＣＡＭシステムであって、工具が移動する軌跡上の基準点（Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｌｏｃａｔｉｏｎ：以下「ＣＬ」と略称する。）につき、以下のような工程を実現するソフトウエアを作成し得るＣＡＭシステム。
ａ  ＣＡＤシステムによって作成された外側から内側に至る複数個の軌跡上において、ＣＬ（（ｘ１、ｙ１）、・・・（ｘｉ、ｙｉ）、・・・（ｘｎ、ｙｎ））を、ＣＬ間の軌跡上の距離、及びＣＬを結ぶ直線の何れかを基準としたうえで、相互に等距離の配列状態となるように設定する。
ｂ  各ＣＬにつき、下記の算定を行う。
記
【００１２】
【数１】
0005453022.tif 000002
但し、
【００１３】
【数２】
0005453022.tif 000003
（但し、ｉ＝ｎの場合にｉ＋１の位置は隣接しているｉ＝１の位置であり、ｉ＝１の場合にｉ−１に該当するのは、隣接しているｉ＝ｎの位置である。）
ｃ  外側から内側に至る複数個の軌跡において、前記（ａ）式のうちの最大値を選択する。
ｄ  前記ｃの最大値につき複数段階に区分することによって、複数個の軌跡を内側から外側に掛けて当該複数のグループに区分し、各グループに対応させ、最大値の大きいグループにはより小さな回転径を有する工具を指定する。
（２）前記（１）のＣＡＭシステムによって作成されたソフトウエアに基づいて、各段階に属する軌跡のグループに対応して工具の回転径を選択したうえで、工具による切削を行うことを特徴とすることに基づく工具制御システム、
からなる。
【発明の効果】
【００１４】
前記（１）のＣＡＭシステム及び前記（２）の工具制御システムに基づいて、本発明においては、切削ラインを構成する軌跡における曲率の最大値がより大きいグループに対応して、より小さな回転径の工具を選択し、逆に当該最大値がより小さいグループに対応して、より大きな回転径を選択することによって、正確な切削と効率的な切削との双方を両立することが可能となる。
【００１５】
更には、前記各システムの場合には、曲率の最大値に対応して、最小工具径を算出特定することができ、しかも、前記曲率の最大値によって区画された軌跡のグループから、三次元造形対象物を切削加工する際、必要最小限の工具グループを選択するこという効果をも得ることが出来る。
【００１６】
しかも、切削加工に際し、工具が移動する軌跡が順次変化する場合に、適切な工具径の選択を誤ったミスによって、所謂”抜け”を原因とする切削不可の一時的かつ急激な増加による工具の損傷、或いは寿命の低下をも防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】工程ｄによって、（ａ）式による曲率の最大値の範囲を複数段階に区分することによって、外側から内側に掛けて存在する複数個の軌跡を各グループに区分した状態を示す平面図であり、具体的には３グループに区分した場合を示している。
【００１８】
尚、（１）、（２）、（３）の数値によって各グループを表示しており、かつ順次内側に属するグループほど前記最大値の範囲が大きなグループに属することを示しており、軌跡間による点線は、（１）、（２）、（３）の各グループの間に他のグループが存在していることを示している。
【図２】切削幅の減少に伴って、新たな軌跡を追加する実施形態を説明する平面図であって、（ａ）は追加される前段階の状態を示しており、（ｂ）は追加された後の段階の状態を示している。尚、点線は図１の場合と同様の趣旨を示す。
【００１９】
最初に、前記基本構成（１）の基本原理について説明する。
【００２０】
工程ａにおいては、図１に示すように、予めＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって作成された軌跡１上において、大抵の場合、ＣＬを相互に等距離となるような配列状態を設定している。
【００２１】
前記の等距離状態とは、各ＣＬ間の軌跡１上の距離を基準とする場合、及び各ＣＬを結ぶ直線を基準とする場合の何れをも採用可能であり、この点は後述する工程ｃにおける等距離という趣旨においても、全く同様である。
【００２２】
工程ｂについて説明するに、一般にｙ＝ｆ（ｘ）という関数によって形成される軌跡１において、曲率半径をＲとした場合、
１／Ｒ＝ｆ″（ｘ）／|１＋ｆ′（ｘ）|３／２  ・・・・・・・・・  （ｂ）
という曲率によって表すことができ、この点は技術常識に該当している（但し、ｆ′（ｘ）＝ｄｆ（ｘ）／ｄｘはｘによる１次微分を表現しており、ｆ″（ｘ）＝ｄ２ｆ（ｘ）／ｄｘ２はｘによる２次微分を表現している。）。
【００２３】
（ａ）式の分母におけるｙｉ′は、（ｘｉ、ｙｉ）というｉ番目のＣＬの両側における勾配の平均値であって、１次微分の近似値であり、（ａ）式の分子におけるｙｉ″は、（ｘｉ、ｙｉ）の両側における前記勾配の平均値ｙｉ′の更なる勾配の平均値（前記勾配の平均値につき、更に両側のｘ軸方向のＣＬによる区分幅によって除したことによる平均値）であって、前記２次微分の近似値に該当している。
【００２４】
このような（ａ）式からも明らかなように、前記基本構成（１）の工程ｂにおいては、ＣＡＤによって予め配列された各ＣＬにつき、ＣＡＭシステムによって作成されたソフトウエアが、曲率の近似値を算定していることに帰する。
【００２５】
工程ｃにおいては、内側から外側に掛けての各軌跡１における（ａ）式による曲率のうち、最大値を選択しているが、その根拠は、各軌跡１においてより緻密な切削が要求されるのは、曲率が最大値となる位置及びその近傍にあることに立脚している。
【００２６】
工程ｄにおいては、前記最大値について複数の段階に区分することによって、図１に示すように、軌跡１を外側から内側への複数の領域のグループに区分したうえで、各グループ毎に対応する工具の回転半径を設定し、前記最大値の範囲が大きいグループにはより小さな回転半径の工具を対応させている。
【００２７】
前記対応関係の根拠は、このような対応関係の曲率が大きい程回転径の小さな工具が緻密な切削に適合し得るという技術常識にある。
【００２８】
尚、曲率の最大値の複数段階に対応して、軌跡１を外側から内側への領域に即して複数のグループに区分し得る根拠は、一般の切削においては、外側から内側に至る程、軌跡１の曲率が大きくなり、最大値もまた全く同様の傾向にあることに立脚している。
【００２９】
前記（１）の基本構成によるＣＡＭシステムに立脚している前記（２）の基本構成による工具制御システムにおいては、工程ｃの曲率の最大値を基準として、外側から内側に掛けて複数の領域に区分された各グループ毎に対応する工具の回転径の選択によって、前記最大値の範囲が大きいグループの軌跡１に対してはより小さい回転径の工具を選択する一方、前記最大値の範囲が小さいグループの径に対しては、より大きい回転径の工具を選択することによって、効果の項において指摘したように、曲率が大きな領域における緻密な切削と曲率の小さな領域における作業効率とを両立させることが可能となる。
【００３０】
発明者らの経験によれば、１個の軌跡１内において（ａ）式の曲率が極端に変化しない場合には、外側から内側への切削過程において、軌跡１の領域を３グループとし、２回程度の工具の切り替えによって間に合う場合が多く、曲率の最大値の変化が少ない場合には、１回の切り替えで間に合う場合もある。
【００３１】
逆に、内側から外側に掛けて曲率の変化が大きい切削の場合には、軌跡１を４〜５のグループに区分し、３〜４回程度工具を切り替える場合もある。
【００３２】
工程ａでは殆ど大抵の場合、外側から内側に掛けて隣接し合う各軌跡１の距離は、略等距離に設定されている。
【００３３】
しかしながら、前記ｄの工程において、曲率の最大値の範囲が大きくかつ内側に属するグループにおいてより小さな回転径の工具を選択した場合には、切削幅も小さくなることから、工程ａによって設定された隣接し合う軌跡１同士の距離よりも切削幅が小さくなる場合が生ずることを否定することはできない。
【００３４】
このような不都合に対処するために、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、指定した工具の回転径の切削幅が、当該工具が属するグループにおいて隣接し合う軌跡１同士の距離よりも短い場合には、前記グループ内の軌跡１の領域範囲内において、ｃの最大値が当該グループに属している軌跡１を１個又は複数個追加すると共に、新たに追加した軌跡１と元の軌跡１との相互の距離を等距離とするように、各軌跡１同士の配置関係を調整し、当該調整に基づく各軌跡１同士の距離を前記切削幅以下としていることを特徴とする実施形態によって対処すると良い。
【００３５】
上記実施形態において、新たに追加される軌跡１は、自ら属するグループのうちの最内側、最外側、これらの中間の何れの領域も設定可能であり、しかもその数もまた任意に選択可能である。
【００３６】
但し、工程ａにおいて相互に等距離状態にて各軌跡１が設定されている以上、新たな軌跡１を追加した場合には、各グループ内において相互に隣接し合う軌跡１が対応する工具の回転径に即して、相互に等距離となるように隣接し合う軌跡１同士の距離を調整することを必要とする。
【００３７】
以下、実施例に従って説明する。
【実施例１】
【００３８】
実施例１は、複数段階の各グループに対応して、工具の移動速度を選択し、確率の最大値の大きさが異なりかつ隣接し合う領域に設置されている２グループ間において、当該最大値の数値が大きいグループに対応する工具の移動速度は、小さいグループに比し、小さいか又は等しい状態とするようなソフトウエアを付加していることを特徴としている。
【００３９】
即ち、実施例１においては、曲率の最大値がより大きいグループにおいては、より小さなグループに比し、工具の移動速度をより小さい速度を選択することが可能となるが、当該選択によって、大きな曲率を有するグループの軌跡１において、より小さな移動速度を伴う切削を実現することが可能となり、精密な切削表面の形成に寄与することが可能となる。
【実施例２】
【００４０】
実施例２は、複数段階の各グループに対応して、工具の回転速度を選択し、曲率の最大値の大きさが異なりかつ隣接し合う領域に設置されている２グループ間において、当該最大値の数値が大きいグループに対応する工具の回転速度は、小さいグループに比し、大きいか又は等しい状態とするようなソフトウエアを付加していることを特徴としている。
【００４１】
即ち、実施例２においては、最大値の範囲が大きなグループの軌跡１において、より大きな回転速度を選択することが可能となり、当該選択によってより小さな回転径の工具を選択することによって生ずる切削量の低下、ひいては切削効率の低下をカバーすることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、切削用の工具を使用した三次元造形物の製造方法の全方式に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  軌跡
２  造形物
【図１】
0005453022.tif 000006
【図２】
0005453022.tif 000007