(57)【要約】【課題】非円形形状データとそれ以外の条件データとを個別に管理する手間を省き、関連するデータを一括で入力できるようにしたＮＣ加工用のピストン外形データ生成装置。【解決手段】非円形形状データとそれ以外の条件データとを１つのデータシートに記述しておき、ＮＣ加工用データ生成プログラム２０において、ステップＳ４で上記データシートを読み込み、ステップＳ５でデータシートに記述の指示語”開始セル””終了セル”を認識してその後に続くセルの内容が指定するセル範囲のマトリクスデータを取り出し、ステップＳ６で、同じデータシートに記述されている非円形部形状データ以外の条件データを取り出し、それらの条件データと非円形部形状データに基づいて、ＮＣ装置に与えるＮＣ用データを演算する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク軸線方向における軸線方向座標（Ｚ軸方向位置）とその軸線方向座標における角度座標（Ｃ軸回りの角度）とその角度座標における半径座標（Ｙ軸位置）とから定義したピストンの非円形部形状データを、軸線方向座標と角度座標とを縦横軸としたマトリクスデータとして表計算ソフトウエアのシートに記述すると共にそのシートには、前記マトリクスデータを記述したセル領域を指定する形状データ記述エリア指示データと、切削条件データや前記非円形部以外の形状データ等、ピストン外形の全体を切削するのに必要となる他の条件データを記述して加工データシートとし、該加工データシートを読み込んだ際、非円形部形状データ記述エリア指示データに指定のセル領域を認識してそのセル領域の非円形部形状データを取り込む非円形部形状データ取り込み手段と、条件データを認識し、その条件データと前記非円形部形状データに基づいてＮＣ用加工データを演算するＮＣデータ演算手段とを備えていることを特徴とするピストン外形の加工データ生成装置。
【請求項２】
非円形部形状データをグラフィックに表示するグラフィック表示手段を備え、グラフィック表示部分を拡大する拡大指令手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のピストン外形の加工データ生成装置。
【請求項３】
グラフィック表示された非円形部形状データをグラフィック表示のまま修正する修正手段を備えたことを特長とする請求項２記載のピストン外形の加工データ生成装置。
【請求項４】
グラフィック表示手段は、非円形部形状データに対する公差データを同時に表示可能となっていることを特徴とする請求項２または３記載のピストン外形の加工データ生成装置。
【請求項５】
ＮＣデータ演算手段で演算されたＮＣ用加工データに基づき、時間軸を基準軸としてＹ軸位置とＹ軸速度とをグラフィック表示するようにしたシミュレーション表示手段を備えている請求項１から５のいずれかに記載のピストン外形の加工データ生成装置。
【請求項６】
上記Ｙ軸位置とＹ軸速度とを表示したグラフィック画面において時間軸に沿って時間軸指示線を移動するように設け、該時間軸指示線の示す位置におけるＣ軸回転情報を表示する機能を併せ持っているシミュレーション表示手段であることを特徴とする請求項５記載のピストン外形の加工データ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストン外形加工に係るものであり、特に、そのＮＣ用加工データの生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ピストンＷを主軸（Ｃ軸）に取り付け、その主軸を回転させつつ、その回転角度に同期して、ＮＣ装置により刃具ＨをピストンＷの半径方向（ツールから見るとＹ軸方向）に微少距離進退制御し、かつ、軸線方向（Ｚ軸方向）に切削送りして、ピストンＷの非円形部を旋削するものが知られている（特公平６−７５８１４号）。この場合、ピストンにおける非円形部の外形表面は、ピストンの長手方向座標（軸線（Ｚ軸）方向座標）とその軸線方向座標における角度座標（ワークを回転するＣ軸の回転角度）とその回転角度における半径座標（Ｙ軸方向位置データ）というマトリクスデータとして特定される。図８に示すようにピストンＷは、ピストンリングが嵌め込まれる溝の形成されたランド部Ａとそれに続くスカート部Ｂとを備えているが、非円形形状断面を成す部分としては主に前記スカート部Ｂであり、そのスカート部Ｂは、さらにＺ軸方向の側縁形状（プロファイル形状）Ｂ１が均一でない形状となっており、そのような外形加工に対するＮＣデータの生成装置としては、特開平７−３１９５２８号などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平７−３１９５２８号では、多角形状で与えられた数値データを、軸方向と径方向との２形状データに分けて、それぞれの形状データを創成し、両方のデータを重ねてＮＣ加工用データを生成しているが、非円形形状を構成する形状データはキーボードから直接生成装置に入力され、これと別に、非円形形状を切削するためのワーク回転数（Ｃ軸回転数）、Ｚ軸方向の送り速度などの切削条件も、キーボードから直接生成装置に入力されるようになっている。このように形状データとこれに対応する切削条件が別々に入力されるようになっている結果、これらのデータを個別に管理する必要が生じ、管理がわずらわしいという問題があった。また、上記したようにピストンでは、ピストンリングが嵌め込まれるランド部（この部分は、円形形状周面を成している）Ａとそれに続くスカート部Ｂを備えており、実際の旋削加工ではスカート部Ａの加工と共にランド部Ｂの旋削加工も行なわれるため、ランド部Ａの切削のための形状データも、別途入力しているのが実情であり、このように関連する各種のデータを、別々に何度かに分けて入力する方式では入力ミスも生じやすい。また、同じデータを再入力するさいにも極めて手間がかかる。
この発明は、ＮＣ加工用のピストン外形データの生成に関し、マトリクスデータとして与えられる非円形形状データと、それ以外の切削条件や、非円形部以外の形状データ等の他の条件データとを１つのデータシートに予めまとめておき、種々のデータを個別に管理する手間を省き、関連するデータを一括で生成装置に供給することを目的とする。また、本願の別の目的は、非円形部形状データの補正を感覚的に行なうことのできるデータ生成装置を提供することにある。また、別の目的は、生成されたＮＣ加工用データの妥当性を検討できるシミュレーションを行なうこともできる前記データ生成装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため、本願ピストン外形の加工データ生成装置では、ワーク軸線方向における軸線方向座標（Ｚ軸方向位置）とその軸線方向座標における角度座標（Ｃ軸回りの角度）とその角度座標における半径座標（Ｙ軸位置）とから定義したピストンの非円形部形状データを、軸線方向座標と角度座標とを縦横軸としたマトリクスデータとして表計算ソフトウエアのシートに記述すると共にそのシートには、前記マトリクスデータを記述したセル領域を指定する形状データ記述エリア指示データと、切削条件データや前記非円形部以外の形状データ等、ピストン外形の全体を切削するのに必要となる他の条件データを記述して加工データシートとし、該加工データシートを読み込んだ際、非円形部形状データ記述エリア指示データに指定のセル領域を認識してそのセル領域の非円形部形状データを取り込む非円形部形状データ取り込み手段と、条件データを認識し、その条件データと前記非円形部形状データに基づいてＮＣ用加工データを演算するＮＣデータ演算手段とを備えていることを特徴とする。これによれば、ピストン加工に必要となるランド形状データ、切削条件データなどを、非円形部形状データと混在して１つのデータシートに収めておくので、データ管理が容易である。また、そのデータシートを読み込むことで、加工に必要な各種データを一括で生成装置に与えることができる。
【０００５】
非円形部形状データをグラフィックに表示するグラフィック表示手段を備え、グラフィック表示部分を拡大する拡大指令手段を備えると好ましい。これによれば形状の細部を目視して非円形部形状データの妥当性を検討できる。また、グラフィック表示された非円形部形状データをグラフィック表示のまま修正する修正手段を備えるとよい。これによれば、非円形部形状データを数値入力することなく感覚的に変更できる。
さらに、グラフィック表示手段は、非円形部形状データに対する公差データを同時に表示可能となっているとよい。これによれば、変更を加えた後の非円形部形状データが、基準の非円形部形状データに対する公差内にあるかどうかを検証でき、非円形部形状データの変更が妥当であったかの確認ができる。
ＮＣデータ演算手段で演算されたＮＣ用加工データに基づき、時間軸を基準軸としてＹ軸位置とＹ軸速度とをグラフィック表示するようにしたシミュレーション表示手段を備えているとなお好ましい。これによれば、加工の開始から終了までのＹ軸位置、Ｙ軸速度が妥当な値であるかを検証できる。さらに、Ｙ軸位置とＹ軸速度とを表示したグラフィック画面において時間軸に沿って時間軸指示線を移動するように設け、該時間軸指示線の示す位置におけるＣ軸回転情報を表示する機能を併せ持っているとよい。これによれば、加工開始からの経過時間におけるＣ軸回転情報とそれに関連するＹ軸位置、Ｙ軸速度などが同じ画面で確認でき、これらが妥当な値であるかどうか検証できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本願のデータ生成装置は、ＣＰＵ１、メモリ２、キーボード３、ＣＲＴ４、外部記憶装置５を備えた一般的なパーソナルコンピュータ６によってＮＣデータ生成プログラムを動作させることにより実現される。メモリ２には、図３に示すＮＣ加工用データ生成プログラム２０が記憶されている。まずこのＮＣ加工用データ生成プログラム２０で読み込まれる加工データシート１０について説明する。加工データシート１０は図２に示すように、汎用の表計算ソフトウエア（例えば、ＭＩＣＲＯＳＯＦＴ社のＥＸＣＥＬ）で作成されるものであり、そのシートの一定のセル領域１１を利用して非円形部の外形形状データが記述されている。ピストンＷにおける非円形部とは、図８に示したようにスカート部Ｂであり、その表面形状は、この実施形態では、Ｚ軸方向（ピストンＷの高さ方向）に一定ピッチ（ここでは１ｍｍごと、ここに記載のワークではスカート部の高さ４０ｍｍとしている）の各断面における、Ｃ軸回りの一定角度間隔（ここでは５°刻み）の各回転角度位置の、基準円ＲＳ（図４）からの半径方向の減少量として記述される。すなわち、列方向（左右）に角度位置θｉを、行方向（上下）にＺ軸位置Ｚｎをとり、それらの各データの交差するセルに、対応する半径方向データＲ（Ｚｎ，θｉ）が記述されたマトリクスデータとなっている。ここでは、ピストンＷの非円形断面が図４に示すように中心線に対して線対称となっているため、０°〜１８０°までのデータが記述されている。この非円形部形状データと別に、シートの先頭部分には、指示語として”開始セル””終了セル”と文字記述されたセル（Ａ２，Ａ３セル）があり、それらの各セルに続いて、前記非円形部形状データの記述領域を示すセル位置（非円形部形状データ記述エリア指示データ）がセルＢ２とセルＢ３に記述されている。ここでは、”開始位置”は、”Ｃ５”、”終了位置”は”Ｋ４５”である。
【０００７】
データシート１０には更に、非円形部分でない他の部分、例えばランド部Ａの直径であるとかの他の形状データ、あるいは、非円形部の公差データや、前記マトリクスデータの数値の単位、ＮＣデータに変換する時に必要な切削条件等が、夫々の内容を示す指示語の後に続いて記述されている。例えば、指示語”Ｃ軸回転数”は、Ｃ軸の回転数を示し、その後ろに、加工時の回転数”ｒ１”が記述される、といった具合である。こうして、ピストンＷ全体の外形加工をするに必要な各種データを全てまとめて１つの加工データシート１０に記述している。
【０００８】
次に，ＮＣ加工用データ生成プログラム２０は、ＮＣデータの作成処理、非円形部形状データの形状検討処理、ＮＣデータのシミュレート処理という３つの処理を行なうようにしてあり、プログラム２０の各処理ステップは、夫々機能実現手段である。プログラム２０において、３つの処理の処理開始を指示する各ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３が設けてある。それらのステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３に続くステップＳ４（データシート読み込み手段）では、予め作成してある上記データシート１０を外部記憶装置５あるいは、内部メモリ２から読み込む。ステップＳ５（非円形部形状データ取り込み手段）では、読み込んだデータシート１０に記述されている非円形部形状データ記述エリア指示データを認識してエリア指示データの指定する範囲のマトリクスデータを取り出す。図２の加工データシート１０が与えられた場合，ステップＳ５では指示語”開始セル””終了セル”を認識してその後ろに続くセル（セルＢ２、Ｂ３）の内容（Ｃ５，Ｋ４５）が指定するセル領域１１のマトリクスデータを取り出すことになる。
【０００９】
ステップＳ６（ＮＣデータ演算手段）では、非円形部形状データ以外の条件データについて、それらを示す指示語を判別して、それらの指示語をパラメータとして記述されているＮＣ用データ変換プログラムに、データシート１０で与えられた数値を適用し、上記非円形部形状データに基づいて、ＮＣ装置に与えるデータを演算する。データシート１０で与えられた非円形部の形状データは、ここではＺ軸方向が１ｍｍピッチ、Ｃ軸回りの角度は５°刻みで半径方向データが指定されているが、ＮＣ用データに変換するときには、Ｚ軸方向の送りやＣ軸の回転数などの切削条件も加味され、データシートで与えられたデータ数よりもはるかに多いＮＣ制御用のマトリクスデータが演算される。勿論，Ｃ軸回りの３６０°にわたったデータが演算されることは言うまでもない。また、ランド部Ａを切削するためのデータも合わせて読み込まれるので，ワーク軸線方向（Ｚ軸方向）の位置データは、ランド部Ａの軸線長さも加味されたものとして演算される。
【００１０】
ＮＣデータの生成処理では、ステップＳ６に続いてステップＳ７（データ保存指令手段）で演算後のＮＣ用データをメモリ内の所定の位置に保存し、ステップＳ８（データ転送手段）そのデータをＮＣ装置に転送する。また、非円形部形状データの検討処理では、ステップＳ６に続いて、ステップＳ９（グラフィック表示手段）でデータシート１０で与えられた非円形部形状のマトリクスデータを画面にグラフィック表示させるようにしてある。
【００１１】
図４に示すように，グラフィック表示画面は、ＣＲＴ４の画面の右半分に、非円形部全体の側縁形状（プロファイル形状）Ｂ１が示され、その側縁形状Ｂ１において指定されたＺ軸位置の横断面図が画面左半分に示されるようになっている。この表示画面においては、キーボード３のカーソル位置制御用の右矢印キーと左矢印キーとを用いることで、横断面図がデータシート１０で与えられた角度間隔ずつ回転表示され、側縁形状も回転された横断面図の、基準縦線Ｌ１で切った位置での側縁形状が示されるようになっている。上記Ｚ軸位置はカーソル位置制御用の上矢印キーと下矢印キーによりデータシート１０で与えられたピッチ単位でＺ軸線方向に移動させて指定することができるようにしてある。図４では、Ｚ軸位置としてＺｎ＝４０ｍｍでＣ軸回転角度＝０°の形状が示されている。この表示画面においては、マウスにより矩形の一点とその対角となる別の一点を指示することで所定の矩形領域を拡大する指令を与え（ステップＳ１０：拡大指令手段）、ステップ１１（拡大表示処理手段）でその矩形領域を画面のサイズに合わせて図５のように拡大するようになっている。データシート１０で与えられた非円形部形状データをグラフィックにかつ拡大表示するため、与えられたデータが妥当な形状を形成しているかの細部を目視により確実に認識できる。
【００１２】
ステップ１２でキーボードあるいはマウス等から公差表示の指令があると、ステップ１３では、データシート１０に記述されていた非円形部の公差データを、角度ごと（ここでは、５°刻み）の位置に短い線の公差表示マーク１５として表示する。基準縦線Ｌ１上で断面外形を表す曲線の外周を指している修正カーソル１６は、キーボードの適当な２つのキー、例えばＡキーとＳキー、とで上下に移動するようにしてあり、カーソルの上下移動があったことをステップ１４で認識すると、ステップ１５（修正手段）でデータシート１０のマトリクスデータの該当するデータを修正し、こうして修正された非円形部外形データを持つデータシートを、読み込んだデータシート１０とは別のファイル名として保存する（ステップ１６）。非円形部の公差が断面形状データと共にグラフィックに表示されているので、外形データを修正するに際して、その公差から外れていないことが目視できて都合がよい。また、拡大して外形データの修正をしているため、細部が確実に目視できて好都合である。なお、この形状検討の処理では、ステップＳ６でＮＣ用データを演算しているが、その演算結果は使用しない。
【００１３】
次にシミュレート処理においては、ステップＳ６で演算されたＮＣ用データを、ステップＳ１７（シミュレーション表示手段）によりＣＲＴ４上にグラフィック表示する。このシミュレーション表示手段によるグラフィック表示は、図６に示すように、横軸に時間軸をとり、Ｚ軸方向の送り速度に基づいて演算された加工開始からの経過時間における刃具ＨのＹ軸位置（半径方向位置）とその時のＹ軸方向の速度及び加速度とをグラフィックに表示するようになっている。同じ画面には、そのＮＣ加工時のＣ軸回転数、Ｃ軸回りの回転角度、切削開始からのＣ軸の回転回数といったＣ軸回転情報、Ｚ軸位置、Ｙ軸情報（実際の旋盤における刃具Ｈの機械原点に対するＹ軸位置やそれに付帯するＹ軸付帯情報）も表示されている。この画面には、垂直な時間軸指示線Ｔがキーボード３のカーソル制御用の右矢印キー、左矢印キーにより画面上を左右に移動するように設けてあり、この時間軸指示線Ｔの位置は切削開始からの経過時間を示しその経過時間は画面上方に表示され、その時間における上記Ｃ軸回転情報、Ｚ軸位置等が画面に表示されるようにしてある。図６に示すシミュレーション表示においては、ピストンＷの全体加工を、時間軸を圧縮することにより表示しており、ランド部Ａの切削を示している部分ａではＹ軸方向には振動しておらず円形加工が成され、Ｙ軸位置が込み入ったグラフィックとなっている部分ｂでは、Ｙ軸位置が細かく振動していて、非円形加工が成されていることが判る。この画面においても拡大指示が可能であり、ランド部Ａからスカート部Ｂの加工に入る辺りの状態は、図７のようである。グラフィック表示することにより、演算して得られたＮＣ用のデータでＹ軸が妥当な動きをするかどうかを目視できて都合がよい。
【００１４】
上記データシート１０は、時間に余裕のあるときに作っておくことができ、必要な時に読み込むことで、非円形部形状データと共に、加工に必要なその他の条件データも一括して入力されるため、これらを別々に入力する場合に比べて、入力間違いが防止できる上に、１つのファイルとして管理でき、管理の手間が少なくできる。また、同じデータを再ロードする場合にも極めて都合がよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本願では、ピストンにおける非円形部の形状データをマトリックスデータとして表計算ソフトウエアのデータシートのセル範囲に記述し、また、同じデータシートにその他の条件データを混在させるようにして、１つのデータシートに、ピストンの外形加工に必要な切削データを全て含むようにしたので、これらのデータを個別に管理する手間がなくなって管理が容易となり、そのデータシートを読み込むことで加工に必要なデータが一括で生成装置に与えられるので、入力間違いがなくなる。また、このように各種データを混在させていても、データシートには形状データ記述エリア指示データで非円形部のデータ範囲を指定したので、その他の条件データと区別できてデータが間違って適用されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明を実施するためのハードウエア構成である。
【図２】加工データシートを示す図である。
【図３】ＮＣデータ作成プログラムを示すフローチャートである。
【図４】非円形部形状データのグラフィック表示画面である。
【図５】拡大表示した時の非円形部形状データのグラフィック表示画面である。
【図６】時間軸を短縮して表示したシミュレーション画面である。
【図７】時間軸を伸ばして拡大表示したシミュレーション画面である。
【図８】ピストン断面図である。
【符号の説明】
１０　加工データシート
１１　セル領域（非円形部形状データ記述エリア）
１５　公差表示マーク
１６　修正カーソル
２０　ＮＣ加工用データ生成プログラム
Ａ　ランド部
Ｂ　スカート部（非円形部）
Ｔ　時間軸指示線
Ｗ　ピストン（ワーク）
【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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