(57)【要約】      （修正有）【課題】削りすぎ等の不具合を発生させることのない加工用形状をコンピュータにより生成可能とする。【解決手段】３次元製品形状１０から加工用形状１０’の回転中心軸１１ａを設定する中心軸設定工程（Ｓ２）と、回転中心軸１１ａと略直交する平面１４で３次元製品形状１０を軸方向に複数スライスするスライス工程（Ｓ３）と、該スライス工程（Ｓ３）によりスライスした断面形状に基づき、回転中心軸１１ａからスライス断面の輪郭までの最大値と最小値を抽出する抽出工程（Ｓ４）と、該抽出工程（Ｓ４）により抽出された最大値と最小値を繋ぎ合わせ、旋削加工用の断面形状を生成する形状生成工程（Ｓ６）とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータで設計された３次元製品形状から旋削用の加工用形状を生成する旋削加工用形状の生成方法において、
前記３次元製品形状から前記加工用形状の回転中心軸を設定する中心軸設定工程と、
前記回転中心軸と略直交する平面で前記３次元製品形状を軸方向に複数スライスするスライス工程と、
該スライス工程によりスライスした断面形状に基づき、前記回転中心軸からスライス断面の輪郭までの最大値と最小値をそれぞれ抽出する抽出工程と、
該抽出工程により抽出された最大値同士と最小値同士を繋ぎ合わせ、旋削加工用の断面形状を生成する形状生成工程と、を有する
ことを特徴とする旋削加工用形状の生成方法。
【請求項２】
前記３次元製品形状は、前記回転中心軸に対して偏芯する偏芯軸を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の旋削加工用形状の生成方法。
【請求項３】
前記中心軸設定工程は、前記回転中心軸を基準に前記３次元製品形状を３６０°回転押出しを行って３次元形状を生成した際に、該３次元形状と前記３次元製品形状との体積又は表面積の差が最小となる位置に設定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法。
【請求項４】
前記中心軸設定工程は、前記３次元製品形状が前記偏芯軸を有する場合に、指定された前記偏芯軸を基準に該３次元製品形状を３６０°回転押出しを行って３次元形状を生成した際に、該３次元形状と前記３次元製品形状の体積又は表面積が最小となる位置に設定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法。
【請求項５】
前記抽出工程は、前記回転中心軸からスライス断面の輪郭までの距離を測定するものとし、スライス断面の輪郭が一つである場合はその輪郭位置を最大値として距離を抽出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法。
【請求項６】
前記加工用形状は、前記抽出工程により抽出された前記最大値同士を繋ぎ合わせた形状を外径加工用形状、前記最小値同士を繋ぎ合わせた形状を内径加工用形状、前記最大値と前記最小値が繋ぎ合わさる部分を端面形状とする
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の旋削加工用形状の生成方法を実行可能な制御プログラムを備えている
ことを特徴とする旋削加工用形状の生成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元ＣＡＤ等により生成された形状を旋削加工機により加工する際の旋削加工用形状の生成方法とその生成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、３次元ＣＡＤ等により画面上に表示された３次元製品形状から数値制御旋盤用加工プログラムを生成する際には、まず数値制御旋盤加工用の断面形状を作図する必要がある。
【０００３】
従来、３次元製品形状が１本の中心軸を中心に外形プロファイルを回転して生成されている回転押出し形状であれば、回転押出し形状の回転中心軸を含む任意の平面で３次元製品形状をスライスし、自動的に外径プロファイルを取得する方法があった。
【特許文献１】特開平５−１０４３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回転中心軸を含む任意の平面で３次元製品形状をスライスした場合、３次元製品形状が１本の中心軸を中心として外形プロファイルを回転して生成された回転押出し形状でなければ、自動的に生成された外径プロファイルが３次元製品形状の外形より小さくなってしまう可能性がある。そして、その外径プロファイルを用いて数値制御旋盤で加工を行った場合、製品形状を削りすぎてしまうという不具合があった。
【０００５】
この不具合を発生させないために、外径プロファイルは３次元製品形状や図面等を参考にしながら手入力する方法が一般的である。しかし、製品形状が複雑である場合、外径プロファイルの作成を失敗したり、多大な時間を要することとなり効率的ではなかった。
【０００６】
本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、削りすぎ等の不具合を発生させることのない加工用形状をコンピュータにより生成可能な旋削加工用形状の生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
コンピュータで設計された３次元製品形状から旋削用の加工用形状を生成する旋削加工用形状の生成方法において、
前記３次元製品形状から前記加工用形状の回転中心軸を設定する中心軸設定工程と、
前記回転中心軸と略直交する平面で前記３次元製品形状を軸方向に複数スライスするスライス工程と、
該スライス工程によりスライスした断面形状に基づき、前記回転中心軸からスライス断面の輪郭までの最大値と最小値をそれぞれ抽出する抽出工程と、
該抽出工程により抽出された最大値同士と最小値同士を繋ぎ合わせ、旋削加工用の断面形状を生成する形状生成工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の旋削加工用形状の生成方法において、
前記３次元製品形状は、前記回転中心軸に対して偏芯する偏芯軸を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法において、
前記中心軸設定工程は、前記回転中心軸を基準に前記３次元製品形状を３６０°回転押出しを行って３次元形状を生成した際に、該３次元形状と前記３次元製品形状との体積又は表面積の差が最小となる位置に設定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法において、
前記中心軸設定工程は、前記３次元製品形状が前記偏芯軸を有する場合に、指定された前記偏芯軸を基準に該３次元製品形状を３６０°回転押出しを行って３次元形状を生成した際に、該３次元形状と前記３次元製品形状の体積又は表面積が最小となる位置に設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法において、
前記抽出工程は、前記回転中心軸からスライス断面の輪郭までの距離を測定するものとし、スライス断面の輪郭が一つである場合はその輪郭位置を最大値として距離を抽出することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１又は２に記載の旋削加工用形状の生成方法において、
前記加工用形状は、前記抽出工程により抽出された前記最大値同士を繋ぎ合わせた形状を外径加工用形状、前記最小値同士を繋ぎ合わせた形状を内径加工用形状、前記最大値と前記最小値が繋ぎ合わさる部分を端面形状とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る旋削加工用形状の生成プログラムの発明は、請求項１〜６に記載の旋削加工用形状の生成方法を実行可能な制御プログラムを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、削りすぎ等の不具合を発生させることのない加工用形状をコンピュータにより生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、３次元製品形状から数値制御旋盤加工用の加工用形状を生成するフローチャートを示す図であり、図２（ａ）（ｂ）は、数値制御旋盤による加工を行う３次元製品形状の外観を示す図である。
【００１６】
図１のＳ１（ステップ１）において、不図示の３次元ＣＡＤ装置にキーボード等から３次元製品形状１０（図２（ａ）（ｂ）参照）を入力する。なお、この３次元ＣＡＤ装置には、Ｓ１〜Ｓ６までの工程を記憶した制御プログラムが備えられている。
【００１７】
この３次元製品形状１０は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、大径の円筒部１１とこの円筒部１１に対し偏芯した小径の円筒部１２を有し、これらの円筒部１１，１２を貫通する孔１３が形成されている。大径の円筒部１１は孔１３の中心軸と同軸の中心軸１１ａを有し、小径の円筒部１２は中心軸１２ａを有する。小径の円筒部１２の中心軸１２ａは、大径の円筒部１１の中心軸１１ａに対し偏芯している。
【００１８】
なお、入力する３次元製品形状１０としては、例えば大径の円筒部１１と小径の円筒部１２が偏芯していないもの（同軸状）でも良いし、また、孔１３が形成されていないものであっても良い。また、入力される３次元形状の書式は、ＩＧＥＳやＳＴＥＰ等により、どの様な３次元ＣＡＤ装置にも汎用的に出力可能な書式を用いることができる。
【００１９】
Ｓ２は、数値制御旋盤加工用の加工用形状の回転中心軸を抽出する工程である。
すなわち、３次元製品形状１０が入力されると、３次元ＣＡＤ装置は、その３次元製品形状１０内に、後述する数値制御旋盤加工用の加工用形状の回転中心軸１１ａ（図３（ａ）参照）を抽出する。この回転中心軸１１ａは、これを中心として３次元製品形状１０を３６０°回転押出しして生成された３次元形状と、元の３次元製品形状（３次元ＣＡＤ装置に入力した３次元製品形状）１０との体積又は表面積の差が最小となるように設定されている。この場合、３次元製品形状１０の内側に形成された孔１３の体積等は考慮しない。
【００２０】
この様にして、回転中心軸１１ａを設定することにより、数値制御旋盤による加工の後工程でフライス加工等がある場合、その後工程での切削加工代を少なく設定することが可能となる。なお、当然のことながら、この回転中心軸１１ａは３次元製品形状１０を貫通している。
【００２１】
本実施形態の場合、その中心軸１１ａを設定する際、まず大径の円筒部１１の中心軸１１ａと小径の円筒部１２の中心軸１２ａの２つが抽出される。このとき、図３（ａ）に示すように、一方の中心軸１１ａを中心として３次元製品形状１０を３６０°回転させる。この場合、３６０°回転させる軸方向の範囲は図２（ｂ）のＸ１からＸ２までの範囲とする。すると、回転による軌跡によって生成された３次元形状１０’は、大径の円筒部１１の径は３次元製品形状１０と同じであるが、小径の円筒部１２'の径は３次元製品形状１０よりも大きくなる。
【００２２】
同様にして、図３（ｂ）に示すように、他方の中心軸１２ａを中心として３次元製品形状１０を３６０°回転させる。すると、回転による軌跡によって生成された３次元形状１０"は、大径の円筒部１１'の径は３次元製品形状１０よりも大きくなるが、小径の円筒部１２の径は３次元製品形状１０と同じである。
【００２３】
そして、生成された３次元形状１０’（図３（ａ）参照）と、元の３次元製品形状１０との体積の差、又は表面積の差を比較する。また、生成された３次元形状１０"（図３（ｂ）参照）と、元の３次元製品形状１０との体積の差、又は表面積の差を比較する。そして、体積の差（又は表面積の差）が最小になる方の３次元形状（１０’または１０"のいずれか一方）を選択する。すなわち、いずれの中心軸１１ａ、１２ａを用いれば、３次元形状１０’等の削り量の体積が最小になるかを考慮して３次元形状１０’または３次元形状１０"のいずれかを選択し、選択された側の３次元形状の中心軸を加工用形状の回転中心軸として抽出する。
【００２４】
その結果、本実施形態では、大径の円筒部１１の中心軸１１ａが加工用形状の回転中心軸として選択されることになる。生成された３次元形状１０’の方が、３次元製品形状１０との体積の差（又は表面積の差）が最小となるからである。なお、ここでの「最小」には、生成された３次元形状１０’と３次元製品形状の体積等が等しい場合を含む概念で用いている。
【００２５】
次に、Ｓ３では、図４に示すように、３次元製品形状１０を、中心軸１１ａと略直交する平面１４で軸方向に複数スライスして各断面形状を生成する。このスライス回数は、３次元製品形状１０の中心軸方向に複数の回数行う。この場合、スライス間隔を製品を細かく設定することにより、旋削加工後に得られる製品の削り過ぎや削り残しのない、後述の加工用形状を生成することができる。
【００２６】
図５（ａ）は、選択された中心軸１１ａに垂直に交わる平面１４を用いて、図４の円筒部１１をスライスしたときの断面図である。また、図５（ｂ）は、選択された中心軸１１ａに垂直に交わる平面１４を用いて、図４の円筒部１２をスライスしたときの断面図である。
【００２７】
次に、Ｓ４では、中心軸１１ａからスライス断面の輪郭までの最大値と最小値をそれぞれ抽出する。
この場合、中心軸１１ａから一番近いスライス断面の輪郭位置を最小値、中心軸１１ａから一番遠いスライス断面の輪郭位置を最大値として抽出を行う。
【００２８】
そこで、上述した図５（ａ）において、大径の円筒部１１をスライスした断面では、中心軸１１ａからスライス断面の輪郭までの最大値としてＰ１が抽出され、最小値としてＱ１が抽出される。また、上述した図５（ｂ）において、小径の円筒部１２をスライスした断面では、中心軸１１ａからスライス断面の輪郭までの最大値としてＰｘが抽出され、最小値としてＱｘが抽出される。
【００２９】
なお、図６〜図８に基づき各種スライス断面における最大値と最小値の抽出方法について説明する。
図６（ａ）は、中心軸２１ａを有する大径の円筒部２１と、中心軸２１ａに対して偏芯した偏芯軸２２ａを中心軸として有する小径の円筒部２２と、を有する３次元製品形状２０を示している。また、図６（ｂ）は、小径の円筒部２２を偏芯軸２２ａに垂直な平面でスライスしたときの断面形状を示している。
【００３０】
この場合、小径の円筒部２２においては、中心軸２１ａから一番遠いスライス断面の輪郭位置Ｐ’を最大値として抽出を行い、最小値は抽出しない。その代わりに、この場合は中心軸２１ａの位置を最小値として設定する。
【００３１】
図７（ａ）は、中心軸３１ａを有する大径の円筒部３１と、中心軸２１ａに対して偏芯した偏芯軸３２ａを中心軸として有する小径の円筒部３２と、を有する３次元製品形状３０を示している。また、図７（ｂ）は、小径の円筒部３２を偏芯軸３２ａに垂直な平面でスライスしたときの断面形状を示している。この場合、小径の円筒部３２の断面は、中心軸３１ａを含まない例である。この場合は、中心軸３１ａから一番遠いスライス断面の輪郭ポイント（位置）Ｐ”を最大値として抽出を行う。
【００３２】
図８（ａ）（ｂ）は、大径の円筒部４１に２つの貫通する孔４５が形成された３次元製品形状４０の縦断面図と横断面図を示している。
この３次元製品形状４０は、その中実の断面４３は中心軸４１ａを含んでおり、また、２つの孔４５の断面は中心軸４１ａを含んでいない。この場合には、中心軸４１ａを含まない孔４５の断面は無視して最大値と最小値を抽出する。
【００３３】
そして、中心軸４１ａを含む断面４３の中心軸４１ａから一番遠いスライス断面の輪郭ポイント（位置）Ｐ１を最大値として抽出を行う。また、最小値は中心軸４１ａと重なった位置、すなわち中心軸４１ａの位置とする。これにより、生成される３次元形状は中実の円柱となる。
【００３４】
以上のようにして、３次元製品形状３０の大径の円筒部１１及び小径の円筒部１２を軸方向に複数個所でスライスすることにより、最大値としてＰ１〜Ｐｎが抽出され、最小値としてＱ１〜Ｑｎが抽出される。
【００３５】
次に、Ｓ５では、複数スライスして生成されたスライス断面形状から抽出された最大値Ｐ１〜Ｐｎと最小値Ｑ１〜Ｑｎを繋ぎあわせる。
すなわち、図９に示すように、３次元ＣＡＤ装置は各々の最大値Ｐ１〜Ｐｎと最小値Ｑ１〜Ｑｎを繋ぎ合わせる。この場合、最大値Ｐ１〜Ｐｎの繋ぎあわせた形状を外径加工用形状とし、最小値Ｑ１〜Ｑｎの繋ぎあわせた形状を内径加工用形状として定義する。また、最大値Ｐ１（Ｐｎ）と最小値Ｑ１（Ｑｎ）が繋ぎ合わさる部分を端面形状とする。
【００３６】
なお、図９では、繋ぎ合わせた形状として、中心軸１１ａを中心として上下のうち片側の形状（図９では上側）しか示していないが、これは図面作成上の便宜のためであって、上下形状で示してもよいものである。
【００３７】
最後に、Ｓ６では、目的とする数値制御旋盤用の加工用形状を生成する。
図１０は、生成された加工用形状１００の断面を示している。最終的には、この断面を中心軸１１ａを中心として３６０°回転させて加工用形状１００を生成する。この加工用形状１００は、中心軸（回転中心軸）１１ａを中心とする大径の円筒部１１０と小径の円筒部１２０を有し、内側に孔１３０を有している。
【００３８】
こうして、生成された加工用形状１００を数値制御旋盤で旋削する。次に、この加工用形状１００に対し二次加工を施し、小径の円筒部１２０を、図２（ｂ）のように偏芯した円筒部に仕上げる。
【００３９】
本実施形態によれば、段付偏芯軸筒のような複雑な３次元形状の製品であっても、数値制御旋盤で加工するための最適な加工用形状１００を得ることができる。また、これまで図面やデータを見ながら手作業で加工用形状を作成していたのに対し、３次元ＣＡＤ装置により自動で形状を生成できるようになったことで、作業時間の短縮を図ることができる。また、ミスを防止することができ、結果として、製品作成コストを抑えることができる。
（第２の実施の形態）
図１１（ａ）（ｂ）は、高精度の加工を施したい部分に「しるし」を付した３次元製品形状の外観形状を示す図である。
【００４０】
また、本実施形態での加工用形状の生成方法は、基本的に図１に示したフローチャートに従う。但し、図１のＳ２において、加工用形状の回転中心軸を抽出する場合に、高精度の加工用の「しるし」などのフラッグがあれば、それを見て判断する点が相違している。
【００４１】
このため、ここでは、図１のフローチャートのうち、Ｓ２の部分について詳しく説明し、その他の部分は省略ないし簡単に説明する。
本実施形態では、３次元製品形状５０は、大径の円筒部５１とこの円筒部５１に対し偏芯した小径の円筒部５２を有している。また、これらの円筒部５１，５２を貫通する孔５３が形成されている。更に、大径の円筒部５１は孔５３の中心軸と同軸の中心軸５１ａを有し、小径の円筒部５２は中心軸５１ａに対して偏芯した偏芯軸５２ａを中心軸として有している。
【００４２】
そして、加工用形状の中心軸を抽出する際、中心軸５１ａと偏芯軸５２ａとをそれぞれ中心として３次元製品形状５０を３６０°回転押出ししてできた２つの３次元形状における各小径部の円筒部と、元の３次元製品形状５０の「しるし」をつけた小径の円筒部５２の製品形状との体積又は表面積の差が最小となるように設定されて抽出されている。この「しるし」は、例えば、小径の円筒部５２が特に重要な部分である場合等に付される。
【００４３】
なお、この「しるし」は、３次元製品形状５０内に情報を持たせることが可能であれば、どの様な種類のものでも良く、例えば、内表面や外表面への線や点のマーキング、色付け、注記、画層分けなどによる方法が考えられる。
【００４４】
本実施形態では、図１１（ａ）（ｂ）に示された３次元製品形状５０の重要な部分である側の偏芯軸５２ａを加工用形状の回転中心軸として設定し、この偏芯軸５２ａを中心として、３次元製品形状５０の大径の円筒部５１と小径の円筒部５２をそれぞれ３６０°回転させる。次に、この中心軸５２ａと略直交する平面で３次元製品形状５０を軸方向に複数スライスする。このスライスした複数の断面形状に基づき、中心軸５２ａからスライス断面の輪郭までの最大値と最小値を抽出し、この抽出された最大値同士と最小値同士をそれぞれ繋ぎ合わせる。
【００４５】
こうして、図１２に示すような加工用形状１５０が生成される。
この加工用形状１５０は、偏芯軸５２ａを回転中心軸として、大径の円筒部１５１とこの円筒部１５１と同軸で小径の円筒部１５２を有し、また、これらを貫通する孔１５３が形成されている。そして、小径の円筒部１５２は、図１１（ａ）に示した３次元製品形状５０における小径の円筒部５２と、その体積（又は表面積）が略等しい。また、本実施形態では、３次元製品形状５０における小径の円筒部５２の中心軸５２ａを加工用形状の中心軸として設定したため、大径の円筒部１５１の径は３次元製品形状５０の大径の円筒部５１の径に対してかなり大きく形成される。このため、加工用形状１５０を二次加工する際、この部分の削り代は大きくなる。
【００４６】
本実施形態によれば、特に数値制御旋盤で高精度の加工を施したい重要な箇所を見込んだ加工用形状１５０を生成することができ、簡単な指示方法で製品の仕上がりを重視した加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態における旋削加工用形状の生成方法のフローチャートを示す図である。
【図２】（ａ）は、３次元ＣＡＤ装置に入力される３次元製品形状の外観図、（ｂ）は、その正面図である。
【図３】（ａ）は、一の中心軸を中心として３次元製品形状を３６０°回転押出しを行って得られた３次元形状の正面図、（ｂ）は、他の中心軸を中心として３次元製品形状を３６０°回転押出しを行って得られた３次元形状の正面図である。
【図４】３次元製品形状を、中心軸と略直交する平面でスライスする状態を示す図である。
【図５】（ａ）は、設定された中心軸と略直交する平面で一の円筒部をスライスしたときの断面図、（ｂ）は、他の円筒部をスライスしたときの断面図である。
【図６】（ａ）は、大径円筒部に対し偏芯した小径円筒部を有する３次元製品形状の正面図、（ｂ）は、小径円筒部をスライスした断面形状を示す図である。
【図７】（ａ）は、中心軸を有する大径円筒部に対し偏芯した小径円筒部を有する３次元製品形状の正面図、（ｂ）は、小径円筒部をスライスした断面形状を示す図である。
【図８】（ａ）は、大径円筒部に２つの貫通孔が形成された３次元製品形状の正面図、（ｂ）は、その断面図である。
【図９】スライス断面形状から抽出された最大点と最小点を繋ぎあわせた状態を示す図である。
【図１０】生成された加工用形状の断面を示す図である。
【図１１】（ａ）は、加工を施したい部分に「しるし」を付した３次元製品形状の外観を示す図、（ｂ）は、その正面図である。
【図１２】生成された加工用形状の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０      ３次元製品形状
１０’    ３次元形状
１０"    ３次元形状
１１      円筒部
１１ａ    中心軸
１２      円筒部
１２ａ    中心軸
１３      孔
１４      直交平面
２０      ３次元製品形状
２１      円筒部
２１ａ    中心軸
２２      円筒部
２２ａ    中心軸
３０      ３次元製品形状
３１      円筒部
３１ａ    中心軸
３２      円筒部
３２ａ    中心軸
４０      ３次元製品形状
４１      円筒部
４１ａ    中心軸
４３      断面
４５      孔
５０      ３次元製品形状
５１      円筒部
５１ａ    中心軸
５２      円筒部
５２ａ    中心軸
５３      孔
１００    加工用形状
１５０    加工用形状
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008152698.tif 000008
【図９】
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【図１０】
2008152698.tif 000010
【図１２】
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【図２】
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【図４】
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【図１１】
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