(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、高効率で高品質なＣＡＭを実現するとともに、加工ノウハウを熟知した職人が、現場で、現場の実情にあった、現物を対象とした金型加工を可能とし、より高度な技術・技能のスパイラルアップを可能とする新しい金型加工方式である一人ＣＡＤシステムを実現する。【解決手段】製作しようとする金型のソリッドモデルのデータであるＣＡＤモデル２１１と、加工対象となっているワークを測定して求めたワークの形状データであるワーク形状計測モデル２１２とを入力とし、両者の差分である削り代モデルを生成する削り代モデル作成手段２０３と、前記削り代モデル作成手段によって作成された削り代モデル２１３に基づいてＮＣ制御データを生成するＮＣデータ生成手段２０６とを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣデータに従ってワークを加工するＮＣ加工手段と、
製作しようとする金型のソリッドモデルのデータであるＣＡＤモデルと、加工対象となっているワークを測定して求めたワークの形状データであるワーク形状計測モデルとを入力とし、両者の差分である削り代モデルを生成する削り代モデル作成手段と、
前記削り代モデル作成手段によって作成された削り代モデルに基づいてＮＣデータを生成するＮＣデータ生成手段と、
を有する一人ＣＡＭシステム。
【請求項２】
請求項１記載の一人ＣＡＭシステムであって、前記ＮＣデータ作成手段は、削り代がある部分については一定の削り代で切削を行うＮＣデータを生成し、削り代が無い部分については切削を行うことなく工具を移動させるＮＣデータを生成することを特徴とする一人ＣＡＭシステム。
【請求項３】
請求項１記載の一人ＣＡＭシステムであって、更に、
前記ＮＣ加工手段に装着された状態の工具の形状を計測し工具モデルを生成する工具形状計測手段を有し、
前記ＮＣデータ作成作成手段は、前記削り代モデルと前記工具モデルの両方に基づいてＮＣデータを生成する
ことを特徴とする一人ＣＡＭシステム。
【請求項４】
請求項１記載の一人ＣＡＭシステムであって、更に、
前記ＮＣ加工手段から通知される工具の負荷状態に応じて前記ＮＣ加工手段に対して工具を工具軸方向またはＺ軸方向に移動するよう指令を出すリアルタイム監視手段
を有する一人ＣＡＭシステム。
【請求項５】
請求項１記載の一人ＣＡＭシステムであって、更に、
前記ＮＣ加工手段から通知されるデータを監視データとして蓄積する監視データ蓄積手段と、
前記監視データ蓄積手段によって蓄積された監視データ中の負荷データに基づいて前記ワーク計測モデルに着色し表示する切削負荷グラフ作成手段
を有する一人ＣＡＭシステム。
【請求項６】
ＮＣデータに従ってワークを加工するＮＣ加工手段を有するＮＣ装置に接続されたコンピュータに、
製作しようとする金型のソリッドモデルのデータであるＣＡＤモデルと、加工対象となっているワークを測定して求めたワークの形状データであるワーク形状計測モデルとを入力とし、両者の差分である削り代モデルを生成する削り代モデル作成機能と、
前記削り代モデル作成手段によって作成された削り代モデルに基づいてＮＣ制御データを生成するＮＣデータ生成機能と、
を実現させる一人ＣＡＭプログラム。
【請求項７】
請求項１記載の一人ＣＡＭプログラムであって、前記ＮＣデータ作成機能は、前記コンピュータに、削り代がある部分については一定の削り代で切削を行うＮＣデータを生成させ、削り代が無い部分については切削を行うことなく工具を移動させるＮＣデータを生成させることを特徴とする一人ＣＡＭプログラム。
【請求項８】
請求項１記載の一人ＣＡＭシステムであって、更に、
前記コンピュータに、前記ＮＣ装置から通知される、前記ＮＣ加工手段に装着された状態の工具の形状から工具モデルを生成させる工具形状計測機能を実現させ、
前記ＮＣデータ作成機能は、前記コンピュータに、前記削り代モデルと前記工具モデルの両方に基づいてＮＣデータを生成させる
ことを特徴とする一人ＣＡＭプログラム。
【請求項９】
請求項６記載の一人ＣＡＭプログラムであって、更に、
前記コンピュータに、前記ＮＣ加工手段から通知される工具の負荷状態に応じて前記ＮＣ加工手段に対して工具を工具軸方向またはＺ軸方向に移動するよう指令を出させるリアルタイム監視機能
を実現させる一人ＣＡＭシステム。
【請求項１０】
請求項６記載の一人ＣＡＭプログラムであって、更に、前記コンピュータに、前記ＮＣ加工手段から通知されるデータを監視データとして蓄積する監視データ蓄積機能と、
前記監視データ蓄積手段によって蓄積された監視データ中の負荷データに基づいて前記ワーク計測モデルに着色し表示する切削負荷グラフ作成機能と
を実現させる一人ＣＡＭプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＮＣマシンの制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
かつて金型専業メーカにおいては、職人が金型加工のノウハウを始めから終わりまで熟知し、対象部品に合わせて工夫して、安価かつ高品質の金型製作を行ってきた。
【０００３】
しかしながら、ＮＣ機械とＣＡＭの導入によって、ＮＣデータ作成とＮＣ機械加工と仕上げに業務が分業化され、現在のＣＡＭソフトは、一律的な加工方式を前提とし、加工条件の標準化、加工パターンのデータ化と高速機械の使用により、簡単な操作で誰もが金型を製作できることを目指している。
【０００４】
このため、ワークは特定の形状を前提とされ、工具は新品が前提とされていた。
【０００５】
このような環境では、ＮＣデータ作成部門と機械加工部門との間の情報伝達は加工指示書や加工図面などのコミュニケーション帳票、加工不良時のフィードバック帳票などを用いて運用されている。なお、これらの帳票は紙ベースのものもあるし、電子化されたものもある。
【０００６】
いつのまにか分業化が進み、部分最適化になってきてしまった結果、ＮＣデータと機会加工オペレータとの間にコミュニケーションや技術・技能改善の壁ができてしまっている。
【０００７】
また、既に作成されているＮＣ加工用プログラムに対し、距離測定器により非加工物の外形寸法の測定を行い、この寸法が上記プログラムに記述された加工寸法より小さい場合に、その寸法差に応じた距離だけ加工開始点を、被加工物側に近づけるよう上記プログラムを修正する、という技術が記載されている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０８−２５７８７４号公報。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高効率で高品質なＣＡＭを実現するとともに、加工ノウハウを熟知した職人が、現場で、現場の実情にあった、現物を対象とした金型加工を可能とし、より高度な技術・技能のスパイラルアップを可能とする新しい金型加工方式である一人ＣＡＤシステムを実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、製作しようとする金型のソリッドモデルのデータであるＣＡＤモデルと、加工対象となっているワークを測定して求めたワークの形状データであるワーク形状計測モデルとを入力とし、両者の差分である削り代モデルを生成する削り代モデル作成手段と、前記削り代モデル作成手段によって作成された削り代モデルに基づいてＮＣ制御データを生成するＮＣデータ生成手段と、を有する一人ＣＡＭシステムを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本願発明に係る一人ＣＡＭシステムの構成を図示する。
【００１２】
本願発明に係る一人ＣＡＭシステムは、ＣＡＭカーネル１１、とＮＣ装置１２からなる。
【００１３】
ＣＡＭカーネル１１はＮＣ装置１２に対して制御データを通知してＮＣ装置１２の動作を制御したり、ＮＣ装置１２から通知された情報に基づいて各種の処理を行うものであって、通常のパーソナルコンピュータのように、ＣＰＵ１１１、主記憶装置１１２、補助記憶装置１１３、表示装置１１４、入力装置１１５、各種インターフェース１１６等の汎用的なコンピュータとその上で動作するプログラムとにより実現される。ＣＡＭカーネル１１で動作するプログラムの機能については後ほど詳細に説明する。
【００１４】
ＮＣ装置１２は加工の対象物であるワークの形状を計測するワーク形状計測部１２１と、エンドミルなどの回転式工具を取り付けてワークを加工するＡＣサーボを有する加工部１２２と、ＡＣサーボに取り付けられた状態で工具の形状を計測する工具形状計測部１２３と、ＣＡＭカーネル１１から制御データに応じてワーク形状計測部１２１、加工部１２２、工具形状計測部１２３の制御を行うと共に、ＡＣサーボに係る情報をＣＡＭカーネル１１に通知するＣＮＣコントローラ１２４と、ＣＡＭカーネルとの間の通信を司どるインターフェース１２５とを有する。
【００１５】
ワーク形状計測部１２１は、本実施形態においては、ワークを真上から撮影するＣＣＤカメラと、ＣＣＤカメラの撮影方向とは所定の角度を有する角度からワークに対して縞模様を投影する正弦格子プロジェクタからなる。
【００１６】
加工部１２２およびＣＮＣコントローラ１２４は通常のものである。
工具形状計測部１２３はＡＣサーボに取り付けられたエンドミルなどの工具を回転状態で輪郭形状を計測するものである。
【００１７】
また、ＮＣ装置１２はＮＣ加工中にＣＡＭカーネル１１に対してリアルタイムに以下の情報を通知する。
【００１８】
・位置偏差（指令値と実際の値との差）
・サーボ電流
・サーボ電力（負荷）
・切削力
・温度
・振動
・その他
次にＣＡＭカーネル１１のプログラムの機能およびプログラムで使用されるデータについて説明する。
【００１９】
ＣＡＭカーネル１１のプログラムは以下の機能を実現する。
・ＣＡＤデータ取り込み機能（２０１）
・ワーク形状計測機能（２０２）
・削り代モデル作成機能（２０３）
・削り代モデル着色表示機能（２０４）
・工具計測機能（２０５）
・ＮＣデータ作成機能（２０６）
・工具軌跡表示機能（２０７）
・リアルタイム監視機能（２０８）
・監視データ蓄積機能（２０９）
・切削負荷グラフ作成機能（２１０）
ＣＡＭカーネル１１の記憶装置（主記憶装置および補助記憶装置）には以下のデータが格納される。
【００２０】
・ＣＡＤモデル（２１１）
・ワーク計測モデル（２１２）
・削り代モデル（２１３）
・工具モデル（２１４）
・監視データ（２１５）
図２に上記機能とデータの関係を示す。
【００２１】
ここからは上で示した各種機能を上で示したデータとの関連を合わせて順に説明する。
＜ＣＡＤデータ取り込み機能＞
ＣＡＤデータ取り込み機能２０１は通信インタフェースを経由して他のＣＡＤシステムと通信を行い製作しようとする金型のソリッドモデルのＣＡＤデータを取り込み、ＣＡＤモデル２１１として記憶装置に格納する。
＜ワーク計測機能＞
ワーク計測機能２１２は、ＮＣ装置１２のワーク形状計測部１２１に対して形状の計測を指示することに応じて通知される画像データを元にワークの形状を算出し、ワーク計測モデル２１２を作成し、記憶装置に格納する。
＜削り代モデル作成機能＞
削り代モデル作成機能２０３は、記憶装置に格納されているＣＡＤモデル２１１とワーク計測モデル２１２との差分を計算し、ワークの各部位についてどれだけの厚さを切削すべきかを表す削り代モデル２１３を作成し、記憶装置に格納する。ここで得られた差分はワークの各部位での切削の厚さである。
＜削り代モデル着色表示機能＞
削り代モデル着色表示機能２０４は、削り代モデル２１３に基づきワーク計測モデル２１２の表面に対して、削り代の厚さに応じて異なる色を着色して表示する。
【００２２】
着色する色の決定に際しては、削り代の厚さと色情報とを予め対応付けて管理する着色テーブルを参照することで着色する色を決定するようにしてもよい。
【００２３】
加工オペレータは削り代モデル着色表示機能２０４の表示するモデルを参照して切削の方法、使用する工具、切削の条件などを決定する。
＜工具計測機能＞
たとえ同一の工具であっても、その形状は必ずしも一定ではない。工具の使用に応じて工具が磨耗するため、形状が変化する。
【００２４】
ボールエンドミルを例にすると、新品のボールエンドミルを回転させた状態での輪郭形状は半球型をしているが、磨耗などにより円錐形に変形することがある。
【００２５】
従来は新品の工具のモデルデータのみを保持し、それを用いて工具経路を計算していたため、高精度の加工を行う為には新品の工具を使用する必要があり、加工価格のコストアップを引き起こしていた。
【００２６】
工具計測機能２０５はこのようの問題点を解決するものである。
工具計測機能２０５はＮＣ装置１２の工具形状計測部１２３に対して工具を回転させた状態で工具の輪郭形状を計測することを指示し、この指示に応じてＮＣ装置１２の工具形状計測部１２３から通知されるデータに基づいて工具の輪郭形状のデータをモデル化し、工具モデル２１４として記憶装置に格納する。
＜ＮＣデータ作成機能＞
ＮＣデータ作成機能２０６は、削り代モデル２１３に基づいて、ワークの表面から素材を剥ぎ取るように、一定の削り代を保った状態で工具を移動させる工具経路を作成する。なお、削り代が存在しない部位については、工具に負荷のかからないことを前提とした高速移動を行う。この際に、工具計測機能により得られた工具モデル２１４を使用する。削り代が大きい部分は切削処理を繰返し行う。
【００２７】
図３に加工ＮＣデータ作成機能の処理フローを示す。
ステップ３０１において工具の移動先に削り代が存在するか否かの判定を行う。移動先に削り代が存在する場合にはステップ３０２に進み、存在しない場合にはステップ３０３に進む。
【００２８】
移動先に削り代があった場合には、ステップ３０２において、一定の削り代で切削しながら工具を移動するＮＣデータを生成する。
【００２９】
移動先に削り代が無い場合には、ステップ３０３において、切削を行わずに工具を移動するＮＣデータを生成する。この場合、切削しながら移動するのと比較すると、工具には殆ど負荷がかからないので、高速な移動が可能となる。
【００３０】
ステップ３０２またはステップ３０３においてＮＣデータの生成した後、更に工具の移動先がある否かの判定を行いこれ以上移動先が無いのであれば処理を終了し、更に移動先がある場合にはステップ３０１以降の処理を繰り返す。
【００３１】
上記処理ではある一定の削り代分を切削するためのＮＣデータしか生成されない。一定以上の削り代がある場合には図３で示した処理を削り代が無くなるまで繰り返す。
【００３２】
このようにして作成されたＮＣ制御データを用いてＮＣ装置１２に対して自動加工を行わせる。
＜工具軌跡表示機能＞
工具軌跡表示機能２０７はＮＣデータ作成機能２０６で作成されたＮＣ制御データを用いて工具の軌跡を表示するものである。これにより、実際にＮＣ加工を行うことなく工具がどのように移動するかを確認することが可能となる。
【００３３】
工具軌跡表示機能２０７は、また、複数の工具モデルの軌跡を異なる色を用いて同時に表示することも可能である。これにより、オペレータは磨耗などを原因とする工具の形状の差異がどれだけ加工に影響するかを容易に把握することができる。
＜リアルタイム監視機能＞
リアルタイム監視機能２０８はＮＣデータ作成機能２０７が作成したＮＣ制御データに基づいてＮＣ装置が行う加工をリアルタイムに監視し、高負荷状態を検出した場合にＮＣ装置１２に対して割り込み指令を行い負荷が下がるように制御するものである。
【００３４】
図４にリアルタイム監視機能２０８の処理フローを示す。ここでは負荷情報として、サーボ電力を用いる。他の情報を用いてもよい。
【００３５】
図４に示した処理フローはＮＣ装置１２からサーボ電力が通知される毎にリアルタイム監視機能２０８が実行する処理である。
【００３６】
ステップ４０１において負荷の値が予め設定されている適応制御開始基準値よりも大きいか否かの判断を行う。
【００３７】
負荷の値が予め設定されている適応制御開始基準値よりも大きい場合には、ステップ４０２に進み、テパ割り込み指令を用いてＮＣ装置１２に対してテパ割り込みの開始を通知する。
【００３８】
通知の内容は工具の送り速度の変更指令と工具軸方向またはＺ軸方向への工具の移動の指令である。工具軸方向またはＺ軸方向への工具の移動の指令は移動量を含む。移動量は、ＮＣ加工開始前に決められた値であり、オペレータが入力した値であってもよいし、工具の形状に応じてＣＡＭカーネル１１によって算出された値であってもよい。
【００３９】
負荷の値が予め設定されている適応制御開始基準値よりも大きくない場合には、ステップ４０３に進み、テパ割り込み中であるか否かの判断を行う。
【００４０】
テパ割り込み中でない場合には、何もせずに処理を終了する。テパ割り込み中の場合にはステップ４０４に進む。
【００４１】
ステップ４０４において負荷の値が予め設定されている適応制御停止基準値よりも小さいか否かの判定を行い、基準値よりも小さくないのであれば、なにもせずに処理を終了し、基準値よりも小さい場合にはステップ４０５に進む。
【００４２】
ステップ４０５においては、ＮＣ装置１２に対してテパ割り込みの解除を通知する。
＜監視データ蓄積機能＞
監視データ蓄積機能２０９はＮＣ装置１２からＮＣ加工中にリアルタイムに通知される各種の情報を記憶装置に監視データ２１５としてＣＡＤデータや削り代モデル、工具軌跡、加工方法などと共に蓄積管理する。この蓄積された各種のデータは金型加工技術の改善活動に使用される。
＜切削負荷グラフ作成機能＞
切削負荷グラフ作成機能２１０は記憶装置に格納されているワーク計測モデルの表面に、記憶装置に格納されている監視データ各種のデータの値に応じた色を着色して表示する。たとえばＡＣサーボの電力に応じて着色を行い表示する。
【００４３】
以上がＣＡＭカーネル１１のプログラムの機能の説明である。
なお、以上の説明では、粗加工、追い加工、仕上げ加工などの加工工程の相違について考慮した説明はしなかったが、それぞれの加工工程において、その加工工程で必要な精度にて計測を行い、必要な精度で計算を行うことで高精度な加工が実現されることは言うまでも無いことである。
【００４４】
【発明の効果】
以上示した通り、本発明は以下の効果を有する。
【００４５】
ＮＣデータ作成と機械加工が一体化され、計測によってその場で数値化されたワーク形状とＣＡＤのソリッドデータを金型加工の現場で扱えるようになる。
【００４６】
技能の改善、向上、伝承が可能になり、効率改善が期待できる。
ＮＣデータ作成と機械加工を一人で作業するのとになるので、加工指示書や加工図などのコミュニケーション帳票や加工不良時のフィードバック帳票など廃止できる。
【００４７】
加工中の工具破損の頻度が低くなり、加工コストの低減が可能となる。
ワークの形状を計測した上で工具の移動経路を決定するので、工具を移動する際にワークの部位が存在しない場所を移動する場合には高速に移動が可能となり、加工時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステム構成を表す図。
【図２】ＣＡＭカーネルのプログラムが実現する機能と各種データとの関係を示す図
【図３】ＮＣデータ作成機能の処理フローを示す図。
【図４】リアルタイム監視機能の処理フローを示す図。
【符号の説明】
１１：ＣＡＭカーネル
１２：ＮＣ装置
１１１：ＣＰＵ
１１２：主記憶装置
１１３：補助記憶装置
１１４：表示装置
１１５：入力装置
１１６：インターフェース
１２１：ワーク形状計測部
１２２：加工部
１２３：工具形状計測部
１２４：ＣＮＣコントローラ
１２５：インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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