(57)【要約】【課題】  従来のＣＡＭ装置では、曲面形状の製品に対して、加工時間を最小化するような加工領域及び工具軸角度の自動設定ができない問題がある。【解決手段】  製品形状、素材形状の座標情報を用いて、加工領域の４角形形状のパターンを生成し、製品の凹凸面に対しては、３角形形状の加工領域を生成し、素材形状と製品形状の差分演算によって算出される除去形状との差分演算により生成した加工領域に対して、工具が干渉せず、かつ最大の面になるように、工具軸角度を設定し、他の領域に対しては、残り代基準を満たし、かつ最もツールパス長が短くなるように工具軸を設定し、ツールパスの長さと工具の加工条件から加工時間を算出し、素材形状と製品形状によって決まる加工領域の組合せの中で、最も加工時間の短い加工領域の組合せを算出する。【選択図】図１
2014126901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣデータ作成作業において、加工領域設定、加工領域組合せ設定を立案するＣＡＭ装置は、
ＮＣデータを作成する場合に加工領域を作成する加工領域算出手段を有し、
前記加工領域算出手段は、
製品形状から製品を包含する製品包含形状、および製品形状を加工機械の素材設置方法によって定まる移動軌跡で定まる厚み付け凸形状を作成し、
素材形状から製品包含形状を差分演算して除去形状Ａを作成し、
除去形状Ａを、少なくとも１つの部分的な重複を含む６面体加工領域に分割し、
製品包含形状から厚み付け凸形状を差分演算して除去形状Ｂを作成し、
除去形状Ｂを、少なくとも１つの部分的な重複を含む５面体加工領域に分割し、
製品形状を構成する面から少なくとも１つの面からなる最終加工領域を作成し、
前記６面体加工領域、前記５面体加工領域、前記最終加工領域からなる加工領域を生成することを特徴とするＣＡＭ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＡＭ装置は、
生成した６面体加工領域及び５面体加工領域に対し、
工具が現在の加工形状および加工機械と干渉せず、かつ
６面体加工領域及び５面体加工領域の面積最大の面に垂直になるよう、工具軸角度を設定するとともに、
最終加工領域に対し、工具と加工条件に基づき、ＣＡＭオペレータが要求する残り代基準を満たし、かつ最もツールパス長が短くなる工具軸角度を設定する工具軸角度算出手段を有することを特徴とするＣＡＭ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のＣＡＭ装置は、
６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域に対し、
工具と加工条件を割付け、
ツールパスを生成し、
生成したツールパスの長さと工具の送り速度の加工条件から加工時間を算出する加工時間算出手段を有することを特徴とするＣＡＭ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のＣＡＭ装置は、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域の組合せの中で、最も加工時間の短い加工領域の組合せを算出する加工領域組合せ探索手段を有することを特徴とするＣＡＭ装置。
【請求項５】
素材から製品形状を生成する加工機械に接続され、前記加工機械による加工を制御するＣＡＭ装置における製品形状加工方法であって、
前記製品形状の３次元方向のそれぞれの大きさに基づいて、前記素材から前記製品形状を包含する製品包含形状を生成し、
前記製品包含形状と前記製品形状とのそれぞれの断面形状の論理積の演算を行って得られる、前記断面に垂直な方向に前記製品形状を投影した図形に基づいて、製品厚み付け形状を生成し、
前記製品厚み付け形状に対して面取り加工を行って厚み付け凸形状を生成し、
前記製品形状と前記厚み付け凸形状との差分演算に基づいて、前記厚み付け凸形状に対する前記加工機械の工具の直線移動量及び回転角を求め、
前記求めた工具の直線移動量及び回転角に基づいて前記加工機械を制御することを特徴とする製品形状加工方法。
【請求項６】
前記製品厚み付け形状から前記厚み付け凸形状を生成する面取り加工は、
前記製品厚み付け形状の複数の頂点のそれぞれに対して、
前記頂点を中心とする円の円弧が前記製品形状に接する円のうち、半径が最小となる円の半径を求め、
前記求めた円の接点を通る接線によって前記断面を、前記断面の法線方向に沿って切り取ることにより、前記厚み付け凸形状を生成することを特徴とする請求項５記載の製品形状加工方法。
【請求項７】
ＮＣデータ作成作業において、加工領域設定、加工領域組合せ設定を立案するＣＡＭ装置における製品形状加工方法であって、
ＮＣデータを作成する場合に加工領域を作成する際に、
製品形状から製品を包含する製品包含形状、および製品形状を加工機械の素材設置方法によって定まる移動軌跡で定まる厚み付け凸形状を作成し、
素材形状から製品包含形状を差分演算して除去形状Ａを作成し、
除去形状Ａを、少なくとも１つの部分的な重複を含む６面体加工領域に分割し、
製品包含形状から厚み付け凸形状を差分演算して除去形状Ｂを作成し、
除去形状Ｂを、少なくとも１つの部分的な重複を含む５面体加工領域に分割し、
製品形状を構成する面から少なくとも１つの面からなる最終加工領域を作成し、
前記６面体加工領域、前記５面体加工領域、前記最終加工領域からなる加工領域を生成することを特徴とする製品形状加工方法。
【請求項８】
ＮＣデータ作成作業において、加工領域設定、加工領域組合せ設定を立案するＣＡＭ装置における製品形状加工方法を実行するためのプログラムを格納した、計算機で読み取り可能な記憶媒体であって、前記製品形状加工方法は、
ＮＣデータを作成する場合に加工領域を作成する際に、
製品形状から製品を包含する製品包含形状、および製品形状を加工機械の素材設置方法によって定まる移動軌跡で定まる厚み付け凸形状を作成し、
素材形状から製品包含形状を差分演算して除去形状Ａを作成し、
除去形状Ａを、少なくとも１つの部分的な重複を含む６面体加工領域に分割し、
製品包含形状から厚み付け凸形状を差分演算して除去形状Ｂを作成し、
除去形状Ｂを、少なくとも１つの部分的な重複を含む５面体加工領域に分割し、
製品形状を構成する面から少なくとも１つの面からなる最終加工領域を作成し、
前記６面体加工領域、前記５面体加工領域、前記最終加工領域からなる加工領域を生成することを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ(Numerical Control)加工機を制御するＮＣデータの作成を行うためのＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)装置の技術分野に属し、特に、当該加工領域の組合せを自動決定するとともに、当該加工領域の工具軸の傾斜角度を自動決定する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術として特許文献１がある。  
特許文献１では、ソリッドモデラーを用いて素材ピースから部品モデルを生成し、部品モデルの各フェイスに切削対象面の属性と切削工具に対するフェイスの方向属性を付与する面属性付与手段、フェイスの方向属性から部品モデル全体の姿勢を変更するように計算する姿勢演算手段を備えることで、前記フェイスに切削条件を定義すること、前記フェイスを切削する加工プログラムを生成すること、を実現している（「課題を解決する手段」参照）。
【０００３】
また、ソリッドモデラーを用いることにより、多面加工の複数のフェイスの設定及び修正作業を容易にすること、現実モデルをコンピュータ上で正確に再現することを実現し、ユーザの作業確認を大幅に向上できる技術が記載されている（「要約」参照）。
【０００４】
また、特許文献２では、金型の荒加工を等高線加工でおこなう際のＮ段目の等高線による加工形状に対し、一種類の工具による工具軌跡を複数作成し、その中から最短の加工時間となる工具軌跡を選択し、Ｎ段目の最適工具軌跡を決定する処理を繰り返して、総加工時間を短くすることが記載されている（「課題を解決するための手段」参照）。
【０００５】
また、特許文献３では、加工形状情報、工具情報、素材情報および機械情報に基づき、素材や工具が干渉しない回転送り軸の割出角度事例を作成し、当該割出角度事例による加工の加工経済性を評価することにより、最適な割出角度を演算し、この割出角度に基づき、最大同時３軸の直線送り軸制御によりワークを加工するようにする技術が記載されている（「課題を解決するための手段」参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２６３１２４号公報
【特許文献２】特開２００３−２３１０４１号公報
【特許文献３】特開２００２−３０４２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、加工領域を部品モデルの平面に限定し、加工領域が無くなるまで繰り返す方式であり、加工領域の加工時間については言及していない。また、工具軸角度は加工領域を平面に限定し、平面の法線に基づいて工具の底面または側面で加工するよう工具軸角度を設定する方式であるため、加工領域が曲面となる場合に適用できない。
【０００８】
また、特許文献２では、等高線加工方法においてＮ段目の等高線加工形状に対し、１種類の工具による複数の工具軌跡を作成し、当該工具軌跡の中から加工時間が最短となる工具軌跡を特定する方式であり、総加工時間はＮ段目の加工時間が最も短い工具軌跡を特定していることから最も短くなるとしている。しかしながら、等高線加工で切削する加工領域は平面に限定されているため、加工領域の底面や側面が曲面となる場合に適用できない。
【０００９】
また、特許文献３では、製品形状の割出角度事例に基づき工具軸角度を設定し、工具経路を作成して、当該工具経路の経済性を評価するので、直線（座標値ｘ、ｙ、ｚ）および角度（回転角Ａ、Ｂ）の同時５軸送り軸制御に対応できない。
【００１０】
また、特許文献１および特許文献３では加工領域が部品モデルの切削対象面であること、特許文献２では加工領域が素材モデルと金型モデルから作成した除去形状の切断平面であること、から当該加工領域の経済性を評価すること、複数の加工領域から最も経済性の良い加工領域の組合せを得ることに言及していない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、曲面形状を有する製品形状に対して、少なくとも１つの加工領域を自動生成し、総加工時間が短くなるような加工領域組合せ及び工具軸角度を自動で設定するＣＡＭ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための手段として、
記憶装置に記憶された、少なくとも２つの面を識別可能な面情報を持たせた製品ＣＡＤ(Computer Aided Design)モデル、素材ＣＡＤモデル、加工条件データ、工具条件データを基にＮＣデータを作成する場合において、
加工領域を作成するときに、
製品形状から製品を包含する形状（製品包含形状）、製品形状を加工機械の素材設置方法によって定まる移動軌跡で定まる形状（厚み付け凸形状）を生成し、
素材形状から製品包含形状を差分演算して除去形状Ａを作成し、
除去形状Ａを、除去部分と少なくとも１つの部分的な重複を含む６面体加工領域に分割し、
製品包含形状から厚み付け凸形状を差分演算して除去形状Ｂを作成し、
除去形状Ｂを、除去部分と少なくとも１つの部分的な重複を含む５面体（２つの三角形の対向面、及び３つの側面からなる多面体）加工領域に分割し、
製品形状を構成する面から、少なくとも１つの面からなる最終加工領域を作成し、
６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域からなる加工領域を生成する機能（加工領域算出部）を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、生成した６面体加工領域及び５面体加工領域に対し、
工具が現在の加工形状および加工機械と干渉せず、かつ
６面体加工領域及び５面体加工領域の面積最大の面に垂直になるよう、工具軸角度を設定するとともに、
最終加工領域に対し、工具と加工条件に基づき、ＣＡＭオペレータが要求する残り代（しろ）基準を満たし、かつ最もツールパス（工具の基準点の移動軌跡）長が短くなる工具軸角度を設定する機能（工具軸角度算出部）を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域に対し、
工具と加工条件を割付、
ツールパスを生成し、
生成したツールパスの長さと工具の送り速度の加工条件から加工時間を算出する機能（加工時間算出部）を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域の組合せの中で、最も加工時間の短い加工領域の組合せを算出する機能（加工領域組合せ探索部）を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、６面体加工領域、５面体加工領域による平面加工用のツールパス生成を可能とする加工領域のパターンを列挙することができ、平面加工用のツールパスにより単位面積あたりの除去体積の効率が大きい加工が実現できる加工領域を生成できる。
【００１７】
また、本発明により生成した最終加工領域で曲面形状に対する加工領域を生成することができる。
【００１８】
また、本発明により、加工領域の最大面に垂直になるように工具軸角度を設定することで、工具軸方向の距離を最小化することが可能になり、エアカットなどの非切削移動を最小化することができる。
【００１９】
また、本発明により総加工時間の最も短い加工領域の組合せを算出することができる。
以上により、曲面形状を有する製品形状に対して、加工領域を自動生成し、総加工時間が短くなるような加工領域組合せ及び工具軸角度を自動で設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＣＡＭ装置の概略図を示す図である。
【図２】加工条件情報を示す図である。
【図３】工具情報を示す図である。
【図４】製品形状情報を示す図である。
【図５】素材形状情報を示す図である。
【図６】ハードウェア構成を示す図である。
【図７】ＣＡＭオペレーションの作成フローを示すフローチャートである。
【図８】表示画面を示す図である。
【図９】本発明の一実現形態で使用した加工機械および加工案生成の流れを示すフローチャートである。
【図１０】加工領域生成フローを示す図である。
【図１１】５面体の生成処理をＹ−Ｚ平面の断面図で説明するための図である。
【図１２】６面体加工領域の作成の流れを説明する説明図である。
【図１３】５面体加工領域の作成の流れを説明する説明図である。
【図１４】厚み付け凸形状と製品形状の関連を説明する説明図である。
【図１５】工具軸角度算出部の角度作成フロー示すフローチャートである。
【図１６】加工領域組合せ探索部の探索フロー示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実現形態について、図面を用いて説明する。  
図１は、ＣＡＭ装置１００の各種データ及び各処理部の構成を示す概略図である。図示するように、ＣＡＭ装置１００は、ＣＡＭオペレーション作成手段１０１と、記憶手段１０２と、入力手段１０３と、出力手段１０４を備える。ＣＡＭオペレーション作成手段１０１は、加工領域算出部１０５と、工具軸角度算出部１０６と、ツールパス生成部１０７と、加工シミュレーション部１０８と、加工時間算出部１０９と、加工領域組合せ探索部１１０と、加工順序算出部１１１を有する。記憶手段１０２は、加工条件データ１１２と、工具条件データ１１３と、製品ＣＡＤモデル１１４と、素材ＣＡＤモデル１１５を有する。
【００２２】
なお、本発明の一実施形態は、市販されているＣＡＭ装置をカスタマイズして実現しており、本発明のために付加した手段は、ＣＡＭオペレーション作成手段１０１の加工領域算出部１０５、工具軸角度算出部１０６、加工時間算出部１０９、加工領域組合せ探索部１１０、加工順序算出部１１１であることから、フローチャートおよび説明図により説明を詳細に行っている。
【００２３】
他の記憶手段１０２、入力手段１０３、出力手段１０４、ツールパス生成部１０７、加工シミュレーション部１０８、記憶手段１０２は、市販されているＣＡＭ装置の機能を使用している。また、記憶手段１０２に格納されている加工条件データ１１２、工具条件データ１１３、製品ＣＡＤモデル１１４、素材ＣＡＤモデル１１５は、市販されているＣＡＭ装置の機能を利用して作成したデータである。また、製品ＣＡＤモデル１１４、素材ＣＡＤモデル１１５は、市販されているＣＡＤ装置やＣＡＭ装置のどちらで作成してもかまわない。
【００２４】
加工条件データ１１２には、工具の各種移動速度、回転数及び工具種別を定めた加工条件データを記憶する。加工条件データは、例えば、図２に示すような加工条件テーブル１１２を記憶する。図示するように、加工条件テーブル１１２は、加工条件番号欄１１２ｂ、工具番号欄１１２ｃ、回転数欄１１２ｄと、送り速度欄１１２ｅと、一刃送り欄１１２ｆと、切削速度欄１１２ｇと、軸切込み欄１１２ｈと、径切込み欄１１２ｉと、を有する。
【００２５】
加工条件番号欄１１２ｂは、加工条件を識別する番号で、順番に独立して与える番号である。加工条件番号を指定することで、工具、工具の回転数、送り速度、一刃送り、切削速度、軸切込み、径切込みの値からなる加工条件を抽出することができる。
【００２６】
工具番号欄１１２ｃは、使用する工具を識別する番号で、後述する工具データで設定する工具番号を使用する。
【００２７】
回転数欄１１２ｄは、加工条件番号欄１１２ｂで特定される条件で、工具番号欄１１２ｃで特定される工具の回転数を特定する情報を格納する。送り速度欄１１２ｅは、加工条件番号欄１１２ｂで特定される条件で、工具の送り速度を特定する情報を格納する。一刃送り欄１１２ｆは、加工条件番号欄１１２ｂで特定される条件で、工具の一刃当たりの送り量の情報を格納する。切削速度欄１１２ｇは、加工条件番号欄１１２ｂで特定される条件で、工具の切削速度を特定する情報を格納する。軸切込み欄１１２ｈは、加工条件番号欄１１２ｂで特定される条件で、工具の軸方向の切込み深さを特定する情報を格納する。径切込み欄１１２ｉは、加工条件番号欄１１２ｂで特定される条件で、径切込み量を特定する情報を格納する。
【００２８】
図１に戻り記憶手段１０２の工具条件テーブル１１３について説明する。  
工具条件データ１１３には、工具の形状や取り付け方法などの工具形状データを記憶する。例えば、図３に示すような工具条件テーブル１１３を記憶する。図示するように、工具条件テーブル１１３は、工具番号欄１１３ｂ、直径欄１１３ｃと、下側の半径欄１１３ｄと、工具長欄１１３ｅと、ホルダ直径欄１１３ｆと、ホルダ長さ欄１１３ｇと、を有する。
【００２９】
工具番号欄１１３ｂは、工具を識別する番号で、順番に独立して与える番号である。当該工具番号は、図２の加工条件テーブル１１２ａにおける工具番号欄１１２ｃに記述する番号である。
【００３０】
直径欄１１３ｃは、工具番号欄１１３ｂで特定される条件で、工具の直径を特定する情報を格納する。下側の半径欄１１３ｄは、工具番号欄１１３ｂで特定される条件で、工具の下側の半径を特定する情報を格納する。工具長欄１１３ｅは、工具番号欄１１３ｂで特定される条件で、工具の長さを特定する情報を格納する。ホルダ直径欄１１３ｆは、工具番号欄１１３ｂで特定される条件で、ホルダの直径を特定する情報を格納する。ホルダ長さ欄１１３ｇは、工具番号欄１１３ｂで特定される条件で、ホルダの長さを特定する情報を格納する。
【００３１】
図１に戻り、図１に示す記憶手段１０２の製品ＣＡＤモデル１１４について図４を用いて説明する。  
製品ＣＡＤモデル１１４は、図４（ａ）製品ＣＡＤモデルに示すように、製品毎の加工形状を記憶する。例えば、図４（ａ）に示す製品形状ＣＡＤモデル１１４aの形状データを記憶する。
【００３２】
ＣＡＤモデル１１４aは、図４（ｂ）面構成に示すように、４つの曲面データを並べた形式で記述されている。４つの曲面は、名前で識別可能になるよう属性が付加されている。１つの曲面は、Ｂスプライン曲面と呼ぶ、格子状の並べた点群で記述されたデータ、面周囲の曲線データ、で記述している。また、各面には表裏の方向を示す表方向を記述するフラグ、面の周囲の４つの端点の座標値のデータを持っている。破線の矢印は、紙面の裏側に表方向があることを意味している。また、各面には、必要に応じて名称（名称１〜名称４）が付される。
【００３３】
図１に戻り記憶手段１０２の素材ＣＡＤモデル１１５について図５を用いて説明する。
素材ＣＡＤモデル１１５は、図５（ａ）素材ＣＡＤモデルに示すように、製品毎の素材形状を記憶する。例えば、図５（ａ）に示す素材ＣＡＤモデル１１５aを記憶する。
【００３４】
素材ＣＡＤモデル１１５aは、図５（ｂ）に示すように、直方体のソリッドデータで記述されている。当該データは、縦、横、高さ、直方体原点、直方体の座標系のデータ、図５（ｂ）面構成に示すように、８個の端点、６枚の平面データで記述しており、当該平面データには表裏の方向を示す表方向を記述するフラグに関するデータを持っている。
【００３５】
なお、市販されているＣＡＤおよびＣＡＭソフトウェアでは、図４および図５以外にも、各面の曲線を記述するデータや識別のための一貫番号、任意に付与可能な属性データ、内部処理を効率良くおこなうための各種データが格納されている。
【００３６】
以上に記載したＣＡＭ装置１００は、例えば、図６に示すコンピュータ６００の概略図に示すような、ＣＰＵ(Central Processing Unit)６０１と、メモリ６０２と、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等の外部記憶装置６０３と、ＣＤ(Compact Disk)やＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の可搬性を有する記憶媒体６０４に対して情報を読み書きする読取装置６０８と、キーボードやマウスなどの入力装置６０６と、ディスプレイなどの出力装置６０７と、通信ネットワークに接続するためのＮＩＣ(Network Interface Card)等の通信装置６０５と、を備えた一般的なコンピュータ６００で実現できる。また、図１に示す各処理部に対応するプログラムを計算機で読み取り可能な記憶媒体に格納し、このプログラムをメモリに読み込んで本発明の製品形状加工方法を実行することもできる。
【００３７】
（処理の説明）
図７は、図１に示すＣＡＭ装置１００を用いたＣＡＭオペレーションの生成処理を示すフローチャートである。以下、図１および図７を参照しながらＣＡＭオペレーションの処理を説明する。
【００３８】
最初に、ＣＡＭ装置１００のベースとなっている市販のＣＡＭ装置に実装されている機能を用いて、製品ＣＡＤモデル１１４、素材ＣＡＤモデル１１５、加工条件データ１１２、工具条件データ１１３を作成し、記憶装置１０２に格納する。なお、製品ＣＡＤモデル１１４、素材ＣＡＤモデル１１５は、市販のＣＡＤ装置を利用して作成したデータをＣＡＭ装置で読み込んでもかまわないし、市販のＣＡＭ装置に実装されている機能で作成してもかまわない。
【００３９】
次に、入力部１０３から情報読込指令を入力し、記憶手段１０２から、加工条件データ１１２、工具条件データ１１３、製品ＣＡＤモデル１１４、素材ＣＡＤモデル１１５を取出す（Ｓ１０）。
【００４０】
次に、加工領域算出部１０５により加工領域案を生成する（Ｓ１１）。なお、このステップＳ１１の詳細は図９を用いて別途説明する。
【００４１】
次に、生成した加工領域案に対して、工具軸角度算出部１０６により加工領域に対する工具軸を設定する（Ｓ１２）。なお、このステップＳ１２の詳細は図１５を用いて別途説明する。
【００４２】
次に、ツールパス生成部１０７により加工領域に対するツールパスを生成し、ツールパスの長さと工具の送り速度から加工時間を加工時間算出部１０９により算出する（Ｓ１３）。
【００４３】
次に、生成した加工領域と、加工時間を用いて加工領域組合せ探索部１１０により総加工時間が最も短くなる加工領域の組合せを算出する（Ｓ１４）。なお、このステップＳ１４の詳細は図１６を用いて別途説明する。
【００４４】
次に、加工順序算出部１１１により、加工領域組合せに対して加工オペレーションの順序を決定する。本処理では、例えば、加工領域の座標情報に基づき、加工領域間で素材形状側の座標に存在する加工領域から加工するという制約を満たすように順序を決定する（Ｓ１５）。
【００４５】
最後に、出力手段１０４により、生成した加工オペレーションの情報を出力する（Ｓ１６）。
【００４６】
図８は、出力手段１０４で出力した表示画面の一例を示す概略図である。図示するように、ＣＡＭオペレーション表示画面１０５aはＣＡＭオペレーション表示画面１０５ｂと、モデル表示画面１０５ｃと、を有する。ＣＡＭオペレーション表示画面１０５ｂは生成した加工オペレーションの結果を表示する。図示するように、生成した加工オペレーションの順序と、オペレーション名、工具、加工時間を表示する。モデル表示画面１０５ｃは製品モデルと、生成した加工領域の結果を表示する。図示するように、表示画面１０５ｃでは、ＣＡＭオペレーション表示画面で選択した加工オペレーションの加工領域を、図８のように強調表示することで、現在のＣＡＭオペレーションがどの加工領域を対象にしているかがわかりやすくなっている。
【００４７】
（加工領域案の生成）
図９は、図７のステップＳ１１における加工領域生成の処理の一実施例を示すフローチャートである。
【００４８】
加工領域算出部１０５は、最初に、製品形状、素材形状の情報を取得する（Ｓ２０）。ここで、当該情報は製品形状や素材形状のＣＡＤモデルを構成する面情報、線情報で、より具体的に言えば、例えば、面はＢ−スプライン曲面(B−Spline surface)形式で構成され、線はＢ−スプライン曲線形式で構成されている。Ｂ−スプライン曲面や曲線は面や線を構成するのに制御点と呼ぶ点列の集まりで構成されている。
【００４９】
次に、素材形状から製品包含形状、厚み付け凸形状を生成する（Ｓ２１）。
【００５０】
ステップＳ２１の処理について図１０を用いて説明する。  
図１０（ａ）は、加工機械の一例と素材の設定状況を示している。図１０に示す加工機械は、通信装置６０５を介して図６のコンピュータ６００に接続されている。図１０（ａ）の加工機械は、直線移動３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、回転２軸（Ａ、Ｂ）を持つ同時５軸制御の加工機械であり、素材は回転Ａ軸に平行に挟み込むように設定され、Ｘ方向のＡ軸で素材が回転し、Ｙ方向のＢ軸で工具が回転するようになっている。
【００５１】
このような構成の加工機械では、素材をＡ軸上のチャックで挟み込む構造をとり、Ａ軸上の重量が大きくなるため、一般にＡ軸の回転速度が他の軸に比べ遅くなっている。また、Ａ軸、Ｂ軸が回転構造であるため、回転物が外部からの力学的な影響を受けやすくなり、その結果、見かけ上、剛性が低くなりがちである。そのため、粗加工のように切削負荷が大きくなる場合は、なるべく回転しない方が剛性を高めることができると言われている。
【００５２】
このことから、図１０（ｂ）加工案の生成では、最初に素材を設定した位置でＸ、Ｙ、Ｚの３軸が動作する加工案を設定している。
【００５３】
ステップ２１の処理の説明に戻る。  
ステップ２１では、最初に製品包含形状の生成について説明する。
【００５４】
図１０（ｂ）加工案の生成の右上で示すように、まず、製品形状の各面情報を参照し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向における最大値、最小値を求める。即ち、製品形状を包含する直方体のＸ、Ｙ、Ｚ方向の大きさを求める。
【００５５】
次に、当該最大値と最小値を頂点とする直方体を定め、この直方体を素材（１）から切り出して製品包含形状（２）とする。
【００５６】
次に、厚み付け凸形状（４）の作成について説明する。  
当該形状は、製品形状をＸ方向へスイープ（走査）し、製品包含形状（２）と積演算することで作成する。この積演算は、２つの二次元断面形状（製品包含形状（２）と製品形状）の論理積演算であり、演算を行う位置をＸ方向へスイープしながら、Ｘ方向の連続的な各位置で求めた論理演算の結果の論理和をとることで、（４）の厚み付け凸形状が得られる。即ち、この積演算は、製品形状をＸ方向からＹ−Ｚ平面上に投影した図形として得られる。Ｘ法向へスイープするのは、素材を固定する位置がＸ軸上のためである。例えば、回転テーブルを持つ場合は、回転テーブルに垂直な方向にスイープ形状を作成することも考えられる。このようにして作成した形状が図１０（ｂ）の（３）に示す製品厚み付け形状である。
【００５７】
次に、製品厚み付け形状（３）から厚み付け凸形状（４）を作成する。  
図１１は、厚み付け凸形状（４）を作成する処理の説明図である。
【００５８】
製品厚み付け形状（３）は、Ｘ方向へスイープして作成した形状であることから、図１１の（ａ）に示すようにＸ軸方向（紙面の表側から裏側への方向）から見るとＹ−Ｚ平面上で断面がすべて一致する。そのため、処理をＹ−Ｚ平面上で説明する。
【００５９】
最初に、Ｙ−Ｚ平面上の製品包含形状の頂点（図１１の黒丸印）を取出し、この頂点毎に、製品形状に最も近い位置、すなわち、最小距離を持つ位置を作成する。本処理は、市販ＣＡＤおよびＣＡＭの機能で言えば、図１１（ｂ）に示すように、１点（１つの頂点）（黒丸印の点）から面に垂点（直線上にない点からこの直線に下ろした垂線と直線との交点）を作成する、または、１点と面の最短距離を持つ点を作成する、という機能に相当するので、当該機能を利用すれば、頂点毎に、製品形状に最も近い位置が定まる。即ち、黒丸印の点を中心とする円の円弧が形状に接する円のうち、半径が最小となる円を求め、この円の接点を通る接線によってＹ−Ｚ平面を切り取った結果が、（４）の厚み付け凸形状である。即ち、製品包含形状（２）に対して上記の面取り加工を施したのが、厚み付け凸形状（４）である。次に、当該点を通り、当該点における断面に対する法線方向を持つ平面で製品包含形状を切断し、製品形状側の立体を作成する。本処理を４つの頂点について行えば、図１１（ｂ）のように、厚み付け凸形状が定まる。
【００６０】
厚み付け凸形状（４）を作る別の方法を説明する。  
厚み付け凸形状は、言い換えれば、Ｙ−Ｚ平面上の線分で囲まれた図形を、製品包含形状のＸ方向の厚さに従ってスイープした形状である。
【００６１】
このことから、最初に製品形状と製品包含形状をＹ−Ｚ平面に投影し、図１１に示すＹ−Ｚ平面上の図形を作成し、外側の四角形の頂点から、内部の曲線に対し、最短距離を持つ点を求める。次に、当該点を通過する接線を作成し、当該点と当該接線から直線を定める。次に、当該直線で当該四角形を切断し、製品厚み付け形状を投影した曲線側の形状を残す。この処理を４頂点について繰り返せば、凸のＹ−Ｚ平面上の図形が得られる。当該図形をＸ方向の厚さに従ってスイープすれば、厚み付け凸形状が作成できる。
【００６２】
以上は、市販ＣＡＤもしくはＣＡＭの機能で説明したが、２次元図形を点群に離散化すればボロノイ(Voronoi)図（３次元の場合、当該点に隣接する点群との垂直二等分面で構成される多面形のうち、体積が最小となる多面形の面を共有する点群と当該点との間を線分で結んだ図がボロノイ図であり、面を共有する点群同士を結んで得られる図がドローネ(Delaunay)網である）などで最短点を求めても良い。但し、この場合は、離散化する間隔により厚み付け凸形状の形状が変化するので、加工精度から適切な間隔を定める必要がある。  
以上でＳ２１の説明を終了する。
【００６３】
次に、図９に戻り、Ｓ２２の処理について、図１２の工程１２ａ，１２ｂを参照しながら説明する。  
Ｓ２２では、素材形状から製品包含形状を差分演算し除去形状Ａを作成する。工程１２ｂは、除去形状Ａの図である。工程１２ｂに示すように、素材形状の内部に中空の製品包含形状が作成されている。
【００６４】
次に、図９に戻り、Ｓ２３の処理について、図１２の工程１２ｃから工程１２ｏを参照しながら説明する。  
Ｓ２３の処理では、素材形状から６面を除去して製品包含形状を作成するための６個の６面体を作成する。工程１２ｃでは、最初にＺ方向の値が最小になる６面体を作成し、ｙ方向最小の６面体（工程１２ｅ）、Ｚ方向最大の６面体（工程１２ｇ）、Ｙ方向最大の６面体（工程１２i）、Ｘ方向最小の６面体（工程１２ｋ）、Ｘ方向最大の６面体（工程１２ｍ）を作成し、それぞれ差演算することで、製品包含形状（工程１２ｎ（１２ｏ））を作成している。
【００６５】
図１２は６面体の加工領域の加工工程の一例を示したものであるが、当該６面体加工領域は、最初にどの軸の最大値もしくは最小値を使うか、どの順番で作成していくかにより変化する。そのため、６面体加工領域は考えられる組合せの数だけ作成する。
【００６６】
当該６面体加工領域は、素材をどのように加工機械に固定したかにより、加工不可能な場合がある。例えば、テーブルに素材を固定する加工機械では、固定した面の加工は不可能である。また、回転軸に素材を固定する加工機械では、固定した２面の加工は素材を固定する機構と工具やホルダが干渉するため加工不可能または限定される場合がある。このような加工領域は、図１に示す加工シミュレーション部２０８で干渉チェックをおこなったときに使用できないよう設定される。
【００６７】
次に、図９に戻り、Ｓ２４の処理について図１３の工程１３ａ、１３ｂを参照しながら説明する。  
Ｓ２４では、製品包含形状から、厚み付け凸形状を差演算して除去形状Ｂを作成する。工程１３ａは、除去形状Ｂの図である。工程１３ａに示すように、製品包含形状の内部に中空の厚み付け凸形状が作成されている。  
以上でＳ２４の説明を終了する。
【００６８】
次に、図９に戻り、Ｓ２５の処理について、図１３の工程１３ｂから工程１３ｉを用いて説明する。  
Ｓ２５の処理は、製品包含形状から４面を除去して厚み付け凸形状を作成するための５面体（２つの三角形の対向面、及び３つの側面からなる多面体）を作成する。工程１３ｂでは、最初にＺ方向最大かつＹ方向最小の辺から５面体を作成し、Ｚ方向最小かつＹ方向最小の５面体（工程１３ｄ）、Ｚ方向最小かつＹ方向最大の５面体（工程１３ｆ）、Ｙ方向最大かつＺ方向最大の５面体（工程１３ｈ）を作成し、それぞれ差演算することで、厚み付け凸形状を作成している。
【００６９】
なお、５面体の作成自体については、図１１で示した方法を用いる。
【００７０】
図１３は５面体の加工領域の加工工程の一例を示したものであるが、当該５面体加工領域は、最初にどの位置から始めるかには依存しない。これは、最終的な形状が凸形状だからである。即ち、製品包含形状を表す直方体の面取りをしていることに相当するためである。
【００７１】
当該５面体加工領域は、素材をどのように加工機械に固定したかにより、加工不可能な場合がある。例えば、素材を固定するテーブルに素材を固定する加工機械では、固定した面の加工は不可能である。また、回転軸に素材を固定する加工機械では、固定した２面の加工は素材を固定する機構と工具やホルダが干渉するため加工不可能または限定される場合がある。このような加工領域は、図１に示す加工シミュレーション部２０８で干渉チェックをおこなったときに使用できないよう設定される。  
以上でＳ２５の説明を終了する。
【００７２】
次に、図９に戻り、Ｓ２６の処理について、図１４を用いて説明する。  
Ｓ２６の処理は、厚み付け凸形状から製品形状を作成するための最終加工領域を作成する。
【００７３】
図１４では、製品形状を表す４つの面の最終加工領域を作成する。当該最終加工領域は、４面毎、２面一体、３面一体、４面一体が考えられるので、想定される組合せの数だけ加工領域を用意する。また、素材の固定方法により加工不可能になる場合は、図１に示す加工シミュレーション部２０８で干渉チェックをおこなったときに使用できないよう設定される。本実施例では、図１４に示すように、製品形状に沿った（包含する）多面体であり、かつ、加工機械による削除部分が少ない、厚み付け凸形状を予め生成し、この厚み付け凸形状を加工して製品形状を生成するので、加工機械による加工時間が短縮される。  
以上でＳ２６の処理を終了する。
【００７４】
Ｓ２０からＳ２６の処理を行うことで図７に示す、加工領域案の生成処理（Ｓ１１）が実行される。
【００７５】
（工具軸の設定）
次に、Ｓ１２の工具軸の設定について説明する。  
図１５は、図７のステップＳ１２における工具軸角度の設定処理を示すフローチャートである。  
最初に、図１に示す工具軸角度算出部１０６は、ステップＳ４０で加工領域を取出す。
【００７６】
次に、ステップＳ４１で、加工領域が５面体または６面体であるかどうかを判定する。判定結果が、５面体形状または６面体形状ならば、ステップＳ４２を実施し、それ以外の形状ならばステップＳ４３を実施する。
【００７７】
ステップＳ４２は、製品形状に干渉せず、加工領域において最大の面に垂直になるように工具の軸角度を設定する。
【００７８】
ステップＳ４３は、図１に示す入力部１０３によって設定される所与の工具軸角度の変化ステップに基づき工具軸角度を設定する。例えば、１０度ごとに工具軸角度を変化させ工具軸角度を設定する。
【００７９】
次に、加工領域に対して、図１に示すツールパス生成部１０７によりツールパス（工具の移動軌跡）を生成する（Ｓ４４）。ステップＳ４４では、工具軸角度に基づき、ツールパスを生成する。例えば、入力部１０３によって設定されるパスの等高線加工などのパスパターンに基づき、ツールパスを生成する。なお、工具軸角度及びツールパスは、製品形状の各部のデータ及び形状の設置位置や向きの情報から求められる。
【００８０】
次に、生成したツールパスに基づき、加工シミュレーション部１０８により、加工シミュレーションを実施する（Ｓ４５）。
【００８１】
次に、ステップＳ４６は、ステップＳ４５で行った加工シミュレーションの結果から、残り代（しろ）が入力部１０３によって設定される所与の残り代基準を満たし、かつ製品形状に干渉せず、かつツールパス長が最小かどうかを判定し、該当するならばステップＳ４７を実施し、該当しないならば、ステップＳ４３に戻る。
【００８２】
次に、ステップＳ４７は、選択した工具軸角度を採択し、変化ステップに応じた軸角度を設定する。
【００８３】
次に、ステップＳ４８は、すべての変化ステップで軸角度が設定されたかどうかを判定し、すべて設定されていればＳ４９を実施し、残りの設定があればＳ４３を実施する。
【００８４】
最後に、Ｓ４９で残りの加工領域があるかどうかを判定し、残りの加工領域があればＳ４０で残りの加工領域を取出す処理から繰り返す。残りの加工領域が無ければ、処理を終了する。
【００８５】
Ｓ４０からＳ４９の処理を行うことで図７に示すＳ１２の工具軸の設定処理が終了する。
【００８６】
（加工時間の算出）
次に、ステップ１３の加工時間の算出について説明する。  
加工時間は、ツールパスの長さに工具の送り速度を乗じた時間である。厳密に言えば、速度の加速や減速時間、ＮＣ装置からの転送時間や加工機械の応答速度などを考慮する必要があるが、本発明では、ツールパスの長さに工具の送り速度を乗じた時間としている。より、細かい時間短縮が必要になれば、厳密な加工時間を設定する処理を設けてもかまわない。
【００８７】
（加工領域組合せの探索）
次に、ステップＳ１４に示す加工領域組合せの探索処理について説明する。  
図１６は、図７のステップＳ１４における加工領域の組合せ探索処理を示すフローチャートである。
【００８８】
図１に示す加工領域組合せ探索部１１０は、最初に、加工領域組合せの初期案を生成する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０では、加工時間の短い加工領域から順に並べることにより、除去形状を充填するような加工領域案を作成する。
【００８９】
次に、作成した領域組合せの中ので、加工領域組合せの領域数を上限値として、例えば乱数によって生成した任意の数の加工領域を別の加工領域案に置換える（ステップＳ５１）。
【００９０】
次に、置換えた加工領域の総加工時間が現在の組合せ案よりも短くなるならば、ステップＳ５３を実施する。総加工時間が短くならないならば、ステップＳ５１に戻る。  
ステップＳ５３では、ステップＳ５１により置換えた加工領域案を採択する。
【００９１】
次に、ステップＳ５４で、加工時間を減少する組合せが全ての置換えでも存在しなければ、処理フローを終了し、加工時間を減少する組合せが存在するならば、ステップＳ５２に戻る。  
Ｓ５０からＳ５４の処理を行うことで、図７に示すＳ１４の処理が終了する。
【００９２】
（加工順序の設定）
次に、Ｓ１４で作成した加工領域組合せから加工順序を設定する（Ｓ１５）。  
最後に、Ｓ１６で加工順序の決定結果を出力して終了する。  
図８は、以上のようにして出力した加工順序の表示例である。  
以上のように、図１に示す加工領域算出部１０５が動作することにより、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域を作成することが可能になる。また、工具軸角度算出部１０６により、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域へ工具軸角度を設定することができる。
【００９３】
また、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域に対し、ツールパス生成部１０７が動作することによりツールパスが作成可能になり、当該ツールパスを加工シミュレーション部１０８でシミュレーションすることで、加工機械への干渉、製品形状へ削り込む場合を判別可能になり、排除する６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域を識別可能になる。
【００９４】
また、６面体加工領域、５面体加工領域、最終加工領域のツールパス、加工条件データから加工時間算出部１０９が加工時間を算出することにより、加工領域探索部１３０が、最小の加工時間で加工可能な加工領域の組合せを抽出することが可能になる。
【００９５】
また、加工領域探索部１１０が抽出した加工領域の組合せから、加工順序算出部１１１が加工順序を作成し、出力手段１０４で表示することで、操作者が最終的な加工領域を容易に確認することが可能になる。
【符号の説明】
【００９６】
１００：ＣＡＭ装置、１０１：ＣＡＭオペレーション作成手段、１０２：記憶手段、１０３：入力手段、１０４：出力手段、１０５：加工領域算出部、１０６：工具軸角度算出部、１０７：ツールパス生成部、１０８：加工シミュレーション部、１０９：加工時間算出部、１１０：加工領域組合せ探索部、１１１：加工順序算出部、１１２：加工条件データ、１１３：工具条件データ、１１４：製品ＣＡＤモデル、１１５：素材ＣＡＤモデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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