(57)【要約】【課題】工具の移動経路に対し刻々と変化させた送り速度指令を設定することができるＮＣプログラム生成装置を提供する。【解決手段】被加工物の３次元形状に係る形状データを記憶する形状データ記憶部５と、素材材質に応じた切削速度及び切込み量に係る情報、並びに工具情報を記憶した工具・加工情報記憶部９と形状データ記憶部５に格納された被加工物の３次元形状データ、及び工具・加工情報記憶部９に格納された情報を基に、ＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成処理部１０とを備える。ＮＣプログラム生成処理部１０は、少なくとも送り速度に係るＮＣプログラムの一部又は全部を、非定常有理のスプライン関数として定義する。【選択図】図１
2006011808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ工作機械における工具の移動経路及び送り速度に係るデータを少なくとも含むＮＣプログラムを自動的に生成する装置であって、
被加工物の３次元形状に係る形状データを記憶する形状データ記憶部と、
素材材質に応じた切削速度及び切込み量に係る情報、並びに工具情報を記憶した工具・加工情報記憶部と、
前記形状データ記憶部に格納された前記被加工物の３次元形状データ、及び前記工具・加工情報記憶部に格納された情報を基に、前記ＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成処理部とを備えたＮＣプログラム生成装置において、
前記ＮＣプログラム生成処理部は、少なくとも前記送り速度に係るＮＣプログラムの一部又は全部を、非定常有理のスプライン関数として定義するように構成されてなることを特徴とするＮＣプログラム生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ工作機械における工具の移動経路及び送り速度に係るデータを少なくとも含むＮＣプログラムを自動的に生成するＮＣプログラム生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自由曲面を加工する場合の工具の移動経路は、当該自由曲面に沿った自由曲線を微小曲線，微小円弧等の微小ブロックに分割し、これを連続させたものとして定義されていた。このため、生成されるＮＣプログラムはそのデータ量が膨大なものとなり、数値制御装置での実行処理において、データの転送速度が遅くなったり、プログラムの解析処理速度が遅くなるといった問題を生じていた。これを解決するには、処理能力が極めて高いプロセッサを用いれば良いが、数値制御装置が大型化したり、コストが高くなるという別の問題を生じる。
【０００３】
そこで、このような問題を抜本的に解決する方法として、特開平８−３０５４３０号公報に開示の如く定義されるＮＣプログラムが提案されている。
【０００４】
このＮＣプログラムは、同公報に記載されるように、工具の移動経路がＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒａｔｉｏｎａｌ  Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）曲線の定義式によって特定される形式のものであり、自由曲線は幾つかの制御点データ及び「ウェイト」，「ノット」と呼ばれるデータを特定することで、前記ＮＵＲＢＳ曲線定義式によって表現される。したがって、自由曲線を微小分割して表現したＮＣプログラムに比べてそのデータ量が少なく、データ転送の遅延やプログラム解析処理の遅延といった上記の問題が生じるのを回避することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３０５４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、通常、ＮＣプログラムを構成する一つのブロック中には一つの送り速度しか指令することができない。これは、二以上の速度指令を認めると、工具の移動位置のどの位置から送り速度を変更すれば良いか特定できないからである。したがって、上述のＮＵＲＢＳ曲線の定義式によって工具移動経路を特定する手法では、当該ＮＵＲＢＳ曲線によって定義される工具移動経路に対し一つの送り速度しか指令することができない。
【０００７】
しかしながら、ＮＵＲＢＳ曲線によって定義される工具の移動経路が長い場合に、当該工具を単一の送り速度で移動させたのでは、必ずしも良好な加工を実現できない場合がある。例えば、ワークに対してポケット穴の加工を行う場合、内角コーナを加工するときと、これ以外の内周面を加工するときとでは、工具に作用する切削負荷が異なるため、内角コーナ加工時には、他の部分の加工時に比べてその送り速度を遅くする必要がある。
【０００８】
しかるに、従来は、上記のように、一つのブロック中には一つの速度指令しか含め得ないため、送り速度を変える場合には、結局、ＮＵＲＢＳ曲線によって定義した一連の工具移動経路を分割して複数のブロックとし、各ブロックごとに送り速度を指令するといったことを行わなければならず、これでは、ＮＣプログラムのデータ量を少なくして、データ転送の遅延やプログラム解析処理の遅延を防止するという上記目的を十分に達成することができず、ＮＵＲＢＳ曲線を用いて工具の移動経路を定義する意義も損なわれかねない。
【０００９】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工具の移動経路に対し刻々と変化させた送り速度指令を設定することができるＮＣプログラム生成装置の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明は、ＮＣ工作機械における工具の移動経路及び送り速度に係るデータを少なくとも含むＮＣプログラムを自動的に生成する装置であって、
被加工物の３次元形状に係る形状データを記憶する形状データ記憶部と、
素材材質に応じた切削速度及び切込み量に係る情報、並びに工具情報を記憶した工具・加工情報記憶部と、
前記形状データ記憶部に格納された前記被加工物の３次元形状データ、及び前記工具・加工情報記憶部に格納された情報を基に、前記ＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成処理部とを備えたＮＣプログラム生成装置において、
前記ＮＣプログラム生成処理部は、少なくとも前記送り速度に係るＮＣプログラムの一部又は全部を、非定常有理のスプライン関数として定義するように構成されてなることを特徴とするＮＣプログラム生成装置に係る。
【００１１】
本発明に係るＮＣプログラム生成装置によると、まず、被加工物の３次元形状に係る形状データが予め形状データ記憶部に格納される。この３次元形状データは、例えば、ＣＡＤを用いて作成された被加工物の設計データから、ＮＣプログラムの生成に不必要な、例えば、寸法線などについてのデータを除去して、ＮＣプログラムの生成に必要な形状データのみを抽出することによって得られるが、これに限られず、他の方法によって生成されたものであっても良い。
【００１２】
つぎに、ＮＣプログラム生成処理部において、形状データ記憶部に格納された形状データ、並びに工具・加工情報記憶部に格納された切削速度，切込み量に係る情報及び工具情報を基に、ＮＣプログラムが自動生成される。
【００１３】
そして、ＮＣプログラムを自動生成する際に、ＮＣプログラム生成処理部は、少なくとも前記送り速度についての一部又は全部を、非定常有理のスプライン（ＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒａｔｉｏｎａｌ  Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ））曲面を定義する関数（以下、ＮＵＲＢＳ関数という）により定義したＮＣプログラムを生成する。
【００１４】
尚、ＮＣプログラムの移動経路に係る部分については、これが上記ＮＵＲＢＳ関数で定義されるものであっても、これ以外の定義によるものであってもいずれでも良い。但し、データ量の軽減の観点からすれば、移動経路と送り速度との双方について、これらをＮＵＲＢＳ関数で定義したＮＣプログラムとするのが好ましい。
【００１５】
上述したように、ＮＵＲＢＳ関数は、幾つかの制御点データ及び「ウェイト」，「ノット」などのデータを特定することで自由曲線を表現することができる。したがって、かかるＮＵＲＢＳ関数を用いて送り速度を定義することで、工具の移動位置に対応させて刻々と変化させた送り速度を設定することができ、加工状態に応じた適切な送り速度を設定することができる。
【００１６】
また、ＮＵＲＢＳ関数によって定義することにより、上述した如くＮＣプログラムのデータ量を少なくすることができ、工具移動経路を同じくＮＵＲＢＳ関数によって定義すれば、更に、データ量の少ないＮＣプログラムとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上述べたように、本発明によれば、送り速度に係るＮＣプログラムの一部又は全部をＮＵＲＢＳ関数によって定義するようにしているので、生成されるＮＣプログラムのデータ量を少なくすることができ、また、加工状態に応じた適切な送り速度を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るＮＣプログラム生成装置の概略構成を示したブロック図である。
【００１９】
同図に示すように、本例のＮＣプログラム生成装置１は、バスライン２を介して相互に接続された形状データ生成処理部４，特徴データ抽出処理部６，加工法設定処理部８及びＮＣプログラム生成処理部１０の各処理部、ＣＡＤデータ記憶部３，形状データ記憶部５，特徴データ記憶部７，工具・加工情報記憶部９及びＮＣプログラム記憶部１１の各記憶部、入出力インターフェース１２、この入出力インターフェース１２に接続される入力装置１３及び出力装置１４を備える。以下、各部の詳細について説明する。
【００２０】
前記ＣＡＤデータ記憶部３は、被加工物（以下、ワークという）に関するＣＡＤデータであって、オンラインにより若しくは持ち運び可能な適宜記録媒体を介して入力装置１３から入力されるＣＡＤデータを記憶する機能部である。ＣＡＤデータは本例のＮＣプログラム生成装置１とは別体の装置を用いて作成されるもので、加工後のワークの最終的な形状や寸法を示す設計データなどからなり、例えばワーク形状についての座標データや数式データの他、仕上面精度，素材材質や素材形状といったデータからなる。尚、このＣＡＤデータには、通常、ＮＣプログラムの生成に不必要な、例えば、寸法線などについてのデータも含まれている。
【００２１】
前記形状データ生成処理部４は、上記のようにしてＣＡＤデータ記憶部３に格納されたＣＡＤデータから、寸法線に係るデータなどＮＣプログラムの生成に不必要なデータを除去して、当該ＮＣプログラムの生成に必要なデータのみを抽出する処理部である。そして、この形状データ生成処理部４において抽出された形状データが上記形状データ記憶部５に格納される。形状データ記憶部５に格納される形状データを基に、これを視覚できるように表示したワーク形状の一例を図２に示す。図示するように、このワーク３０は表面が波打ったような状態の波状曲面部３１（自由曲面）、並びにこの波状曲面部３１に形成された凸部（四角錐体）３２及び凹部３３から構成されている。
【００２２】
前記特徴データ抽出処理部６は、形状データ記憶部５に格納された形状データを基に、この形状データによって設定される領域の中から加工を行うべき領域を認識した後、認識された加工領域内におけるワークの３次元形状に関する特徴を抽出する処理部である。特徴抽出処理は、前記形状データから直接抽出される当該領域における比較的単純な形状要素、例えば、円柱形状や角柱形状といった形状要素を抽出する比較的簡単な処理の単純形状抽出処理と、前記形状データから直接抽出することができない自由曲面などについて当該領域における特徴形状を抽出するという複雑な処理である自由曲面特徴形状抽出処理の２つの処理からなる。
【００２３】
ここで自由曲面特徴形状抽出処理についてもう少し詳しく説明すると、本例では、面積投射法を用いて当該抽出処理を実行している。この面積投射法を用いた抽出処理は、図３に示すように、微小三角形で構成される仮想像を上記形状データから得られるワーク表面に投射した後、ワーク表面に結像された微小三角形に法線を設定し、設定された各法線の方向を分析して当該部分の形状特徴を抽出するというものである。尚、図３は、図２に示したワーク３０に前記仮想像を投射した状態を示している。
【００２４】
例えば、図４に示すように、円錐台形状をした形状部分３４は当該部分についての各法線３５が互いに交差することなく放射状に広がった状態となり、また、図５に示すように、垂直面を有する形状部分３６は当該部分についての各法線３７が全て水平となり、また、図６に示すように、傾斜面を有する形状部分３８は当該部分についての各法線３９が全て所定の角度を持ったものとなり、また、図示は省略するが、凹形状の場合は各法線が交差する。したがって、かかる法線の方向を分析することにより該当領域における特徴形状を決定することができる。自由曲面特徴形状抽出処理においては、このような手法により特徴形状を抽出する。そして、このようにして抽出された特徴データ（領域データ及びその特徴形状からなるデータ）が、前記特徴データ記憶部７に格納される。
【００２５】
工具・加工情報記憶部９は、工具情報及び加工情報を記憶する機能部であり、具体的には、特徴形状に応じた加工モード（等高線加工，走査線加工，直線補間，円弧補間，エアカットの回避処理種別など）、工具の種類（型式，材質など）や工具径などの工具情報、素材材質に応じ各工具種類ごとに設定された切削速度、回転当りの切削量や取り代などに関するデータが格納されている。尚、この工具・加工情報記憶部９に格納されるデータの一例を図７に示す。
【００２６】
前記加工法設定処理部８は、工具・加工情報記憶部９に格納されたデータ及び前記特徴データ記憶部７に格納された特徴データを基に最適な加工法を設定する処理を行う。この処理は、前記特徴データを基に、工具・加工情報記憶部９を検索して、各加工領域について、最適な加工モード，使用工具の種類，切削条件などを設定することをその内容とするものであり、所定加工サイクルの繰り返し加工を行う場合には、仕上面粗度などからその送りピッチを設定し、複数の加工領域において共通した工具が用いられる場合には、この加工領域がなるべく連続して加工されるようにするなど、加工効率を考慮して各加工領域の加工順序を決定する。尚、この加工法設定処理は、加工領域を特徴形状に応じた複数の領域に分割する処理を実行した後、分割された各加工領域について上記加工法を設定するようにするとその処理を容易且つ迅速に行うことができる。
【００２７】
ＮＣプログラム生成処理部１０は、前記加工法設定処理部８において設定された加工法に基づき、各加工領域について、設定された加工順序に従って順次、工具の移動経路，回転数，送り速度等の内容を含むＮＣプログラムを生成する処理部であり、移動経路及び送り速度については、これをＮＵＲＢＳ関数で定義されるデータとして生成し、生成したＮＣプログラムをＮＣプログラム記憶部１１に格納する。
【００２８】
ＮＵＲＢＳ関数は、幾つかの制御点データ及び「ウェイト」，「ノット」などのデータを特定することで自由曲線を定義することができるものであり、ｋ階（（ｋ−１）次）のＮＵＲＢＳ関数の一般式を次式数式１に示す。
【００２９】
【数１】
2006011808.tif 000003
【００３０】
数式１に示すように、ＮＵＲＢＳ関数はパラメータｔを変数とする関数であり、ベクトルＣ（ｔ）で表される。尚、基底関数Ｎは、以下の数式２及び数式３によって表される。
【００３１】
【数２】
2006011808.tif 000004
【００３２】
【数３】
2006011808.tif 000005
【００３３】
ここに、「Ｃｉ」は制御点ベクトル（０≦ｉ≦ｎ）、「ｗｉ」はウェイト（０≦ｉ≦ｎ）、「ｘｉ］はノット（ｘｉ≦ｘｉ＋１）である。また、［ｘ０，ｘ１，．．．ｘｍ］（ｍ＝ｎ＋ｋ）をノットベクトルとする。
【００３４】
斯くして、この一般式から、上記移動経路に関する位置ベクトル（Ｐ（ｔ））は下式数式４により、送り速度に関する速度ベクトル（Ｆ（ｔ））は下式数式５によってそれぞれ定義され、各ＮＵＲＢＳ関数に係る制御点ベクトル（ＣＰｉ，ＣＦｉ）、並びに「ウェイト」（ｗｉ）及び「ノット」（ｘｉ）に係るデータを特定することによって定義される。
【００３５】
【数４】
2006011808.tif 000006
【００３６】
【数５】
2006011808.tif 000007
【００３７】
そして、例えば、図８（ａ）に示す自由曲面Ｓ上にＸ−Ｚ平面と平行な工具移動経路Ｔを設定する場合、同図（ｂ）に示すように、この工具移動経路Ｔは、６つの制御点ＣＰ０，ＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４及びＣＰ５に係る各Ｘ座標値（Ｘ０，．．．，Ｘ５）及びＺ座標値（Ｚ０，．．．，Ｚ５）と、所定の「ウェイト」及び「ノット」データによって特定される。
【００３８】
また、上記工具移動経路Ｔに対する送り速度は、同図(ｃ)に示すように、６つの制御点ＣＦ１０，ＣＦ１１，ＣＦ１２，ＣＦ１３，ＣＦ１４及びＣＦ１５に係る各Ｘ座標値（Ｘ１０，．．．，Ｘ１５）及び送り速度値（ＦＸ１０，．．．，ＦＸ１５）と、所定の「ウェイト」及び「ノット」データによって特定される。
【００３９】
このようにして、工具の移動経路及び送り速度についてＮＵＲＢＳ関数で定義されたＮＣプログラムが生成され、ＮＣプログラム記憶部１１に格納される。
【００４０】
尚、前記形状データがＮＵＲＢＳ関数で定義されている場合には、前記ＮＣプログラム生成処理部１０は、これをそのまま用いてＮＵＲＢＳ関数で定義される工具の移動経路データを生成し、形状データがＮＵＲＢＳ関数によって定義されていない場合には、当該形状データを基に、ＮＵＲＢＳ関数で定義した工具の移動経路データを生成する。
【００４１】
以上の構成を備えた本例のＮＣプログラム生成装置１によれば、まず、ＣＡＤデータ記憶部３に格納されたワークのＣＡＤデータを基に、形状データ生成処理部４において、ＮＣプログラムの生成に必要な形状データのみが抽出され、これが形状データ記憶部５に格納される。そして、形状データ記憶部５に格納された形状データを基に、特徴データ抽出処理部６において、この形状データによって設定される領域の中から加工を行うべき領域が認識された後、認識された加工領域内におけるワークの３次元形状に関する特徴が抽出され、抽出された特徴データが特徴データ記憶部７に格納される。
【００４２】
ついで、加工法設定処理部８において、工具・加工情報記憶部９に格納されたデータ及び前記特徴データ記憶部７に格納された特徴データを基に最適な加工法が設定され、設定された加工法に基づき、各加工領域について、設定された加工順序に従って順次、工具の移動経路，回転数，移動速度等の内容を含むＮＣプログラムがＮＣプログラム生成処理部１３によって生成され、その際、移動経路及び送り速度については、これがＮＵＲＢＳ関数で定義されるプログラムとして生成され、生成されたＮＣプログラムが、ＮＣプログラム記憶部１１に格納される。
【００４３】
そして、ＮＣプログラム記憶部１１に格納されたＮＣプログラムが必要に応じて出力装置１４から外部に出力される。このＮＣプログラムの一例を図９に示す。同図に示すように、ＮＵＲＢＳ関数で定義された指令部分は、特殊なＧコード「Ｇ＊＊」によって指令され、工具の移動経路に係る指令部分（制御点データ（Ｘ，Ｚ）並びに「ウェイト」（Ｒ）及び「ノット」（Ｋ）の各データからなる）と、その送り速度に係る指令部分（制御点データ（Ｘ，ＦＸ）並びに「ウェイト」（Ｒ）及び「ノット」（Ｋ）の各データからなる）とから構成される。
【００４４】
斯くして、本例のツールパスデータ生成装置１によれば、工具の移動経路及び送り速度に係るＮＣプログラムをＮＵＲＢＳ関数で定義しているので、生成されるＮＣプログラムのデータ量を少なくすることができ、また、工具の移動位置に対応させて刻々と変化させた送り速度を設定することができるので、加工状態に応じた適切な送り速度を設定することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、言うまでもなく、本発明の採り得る具体的な態様は何ら上例のものに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係るＮＣプログラム生成装置は、ＮＣ工作機械におけるＮＣプログラムを自動的に生成する装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係るＮＣプログラム生成装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係る形状データから得られるワーク形状の一例を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る特徴データ抽出処理部における処理内容を説明するための説明図である。
【図４】本実施形態に係る特徴データ抽出処理部における処理内容を説明するための説明図である。
【図５】本実施形態に係る特徴データ抽出処理部における処理内容を説明するための説明図である。
【図６】本実施形態に係る特徴データ抽出処理部における処理内容を説明するための説明図である。
【図７】本実施形態に係る工具・加工情報記憶部に格納されるデータの一例を示す説明図である。
【図８】本実施形態における工具の移動経路及び送り速度を定義するためのＮＵＲＢＳ関数について説明するための説明図である。
【図９】本実施形態に係るＮＣプログラムの一例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ＮＣプログラム生成装置
３    ＣＡＤデータ記憶部
５    形状データ記憶部
６    特徴データ抽出処理部
７    特徴データ記憶部
８    加工法設定処理部
９    工具・加工情報記憶部
１０  ＮＣプログラム生成処理部
１１  ＮＣプログラム記憶部
【図１】
2006011808.tif 000008
【図２】
2006011808.tif 000009
【図３】
2006011808.tif 000010
【図４】
2006011808.tif 000011
【図５】
2006011808.tif 000012
【図６】
2006011808.tif 000013
【図７】
2006011808.tif 000014
【図８】
2006011808.tif 000015
【図９】
2006011808.tif 000016