(57)【要約】【課題】ＸＹＺ軸座標移動を制御するためのＮＣデータを作成する汎用的なＣＡＭソフトウェアを使用して、円柱形状を有する部品の加工に適した回転軸の移動を制御するの円柱座標系のＮＣデータを出力するように変更できる簡易な方法及びこの方法をコンピュータで実施するためのソフトウェアを提供する。【解決手段】円柱形状の部品又は金型のＣＡＤモデル（４１）を平板形状のＣＡＭモデル（４５）に展開して、その設計データを円柱形状の部品又は金型から平板形状の部品又は金型の設計データに変換する。そして、変換された設計データに基づいて、ＸＹＺ軸移動制御用の汎用のＣＡＭソフトウェアにより、ＸＹＺ直交座標系のＮＣ（数値制御）データを得る。得られたＮＣデータをロータリ加工ＮＣ工作機械において円柱形状の部品又は金型を加工するための回転軸移動制御用の円柱座標系のＮＣデータに変換する。【選択図】　　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状の部品又は金型等の設計データに基づいて、数値制御工作機械により前記円柱形状の部品又は金型等を加工する方法であって、前記設計データに基づいて前記数値制御工作機械を制御する数値制御データをＸＹＺ直交座標系で出力するＣＡＭソフトウェアと、前記円柱形状の部品又は金型等を加工するために円柱座標系の数値制御データで制御される前記数値制御工作機械とを使用する方法において、
前記円柱形状の部品又は金型等のモデルを平板形状に展開して、前記円柱形状の部品又は金型等の設計データを前記平板形状の部品又は金型の設計データに変換し、
前記変換された設計データに基づき、前記ＣＡＭソフトウェアを使用して、ＸＹＺ直交座標系の数値制御データを得、
得られた前記ＸＹＺ直交座標系の数値制御データを、前記円柱形状の部品又は金型等の加工のために円柱座標系の数値制御データに変換し、
前記変換された数値制御データにより、前記数値制御工作機械を制御して前記円柱形状の部品又は金型等を加工する、
各工程を含む円柱形状の部品又は金型等の製作方法。
【請求項２】
円柱形状の部品又は金型等の設計データに基づいて、円柱座標系の数値制御データで制御される数値制御工作機械により前記円柱形状の部品又は金型等を加工するため、前記数値制御工作機械を制御する数値制御データをＸＹＺ直交座標系により出力するＣＡＭソフトウェアを使用する場合に使用されるソフトウェアにおいて、
前記円柱形状の部品又は金型等のモデルを平板形状に展開して、前記円柱形状の部品又は金型等の前記設計データを前記平板形状の部品又は金型の設計データに変換するための展開ソフトウェアと、
前記変換された設計データに基づいて前記ＣＡＭソフトウェアを使用して得られたＸＹＺ直交座標系の数値制御データを、前記円柱形状の部品又は金型等の加工のための円柱座標系の数値制御データに変換するための変換ソフトウェアと、を含む円柱形状の部品又は金型等の製作するためにコンピュータで使用されるソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、部品又は金型等の製作方法及びその方法をコンピュータで実施するために使用されるソフトウェアに関し、より詳細には、汎用のＸＹＺ軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアを使用して、円柱形状の部品又は金型等の設計データから、この円筒形状の部品又は金型等をロータリ型のＮＣ（数値制御）工作機械で製作するためのＮＣ（数値制御）データを計算して得ることができる方法及びソフトウェアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータの持つ計算能力、記憶能力、解析能力及びグラフイックディスプレイ等の表示能力を利用して三次元部品又はその部品の金型等を設計することが広く行なわれており、この設計データをコンピュータ上で作成するソフトウェアをＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）ソフトウェアと呼んでいる。このＣＡＤソフトウェアで得られた設計データに基づいて部品又は金型を自動的にＮＣ（数値制御）工作機械で加工するためのＮＣ（数値制御）データをコンピュータで作成するソフトウェアをＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）ソフトウェアと呼んでいる。
【０００３】
ＮＣ（数値制御）データは、ＮＣ工作機械（マシニング・センターを含む）が、加工される部品又は金型とこの部品又は金型を切削する工具との間の相対的位置、工具経路（工具パス）、工具回転数等を制御するのに必要な数値情報である。
【０００４】
図７に示すように、ＮＣ工作機械は一般的に三次元部品を加工するのに適したＸ軸（横方向）、Ｙ軸（奥行方向）、Ｚ軸（高さ方向）の３軸を移動させて加工を行なうものが多く、部品と工具との間の相対的位置をＸＹＺ直交座標系を用いて決定しているのが多い。従って、ＮＣ工作機械を制御するためのＮＣデータを作成するＣＡＭソフトウェアは、ＣＡＤソフトウェアで設計された部品の設計データに基づいて、ＮＣ工作機械を制御するＮＣデータをＸＹＺ軸の３軸の移動を制御するために、ＸＹＺ直交座標形式で出力しているものが汎用的で、多い。
【０００５】
一方、ＮＣ工作機械には、円柱形状を持つ部品又は金型、いわゆる丸物、を切削加工するために部品又は金型を１つの軸周りに回転可能なロータリテーブルに搭載して加工するロータリ加工機がある。このようなロータリ加工機のＮＣ（数値制御）データは、部品と工具の相対的位置が、図８に示すように、Ｘ軸（回転軸方向）、Ｚ軸（回転軸と直交する方向）、Ａ軸（回転軸周りの角度）方向に移動する制御からなる円柱座標系で表すのに適している。このため、ＮＣデータも円柱座標系で表して、ロータリ加工ＮＣ工作機械を制御することが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＣＡＤが作成した設計データに基づいてＮＣ工作機械を制御するＮＣデータを作成するＣＡＭソフトウェアは、上述の通り三次元部品加工に一般的に適したＸＹＺ軸の移動を行なう３軸加工制御のためにＸＹＺ直交座標系を使用するものが汎用的で多い。従って、多くのＣＡＭソフトウェアは、そのまま使用して、円柱形状の部品又は金型等を加工するためのロータリ加工機用の回転軸制御を含んだ円柱座標系で制御するＮＣデータを作成することはできない。しかも、ＸＹＺ軸の移動制御用のＮＣデータを取扱うＣＡＭソフトウェアを、回転軸制御用に円柱座標により制御を行なうＮＣデータを出力するものに書き直すことは、簡単ではなく、時間を要する。
【０００７】
なぜならば、ＣＡＭソフトウェアは、物理的制約のあるＮＣ工作機械を制御するＮＣデータを作成するものであり、ＮＣデータを単純にＸＹＺ座標系から円柱座標系へ座標変換する数学的演算だけでは済まない。ＸＹＺ軸移動制御用に作成されているＣＡＭソフトウェアを、円柱座標系での移動制御に使用できるように書き直すためには、ＮＣデータにより実際に制御されるＮＣ工作機械の物理的制約を考慮して書き直す必要がある。例えば、ＮＣ工作機械の工具パスの制限及び干渉等を考慮して書き直す必要がある。
【０００８】
このため、ＸＹＺ軸座標移動を制御するＮＣデータを作成する汎用的なＣＡＭソフトウェアを使用して、円柱形状を有する部品の加工に適した回転軸の移動を制御するの円柱座標系のＮＣデータを出力するように変更できる簡易な方法及びこの方法をコンピュータで実施するためのソフトウェアが必要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたものである。上記問題点を解決するため、本願発明は、円柱形状の部品又は金型のＣＡＤモデルを平板形状に展開して、その設計データを円柱形状の部品又は金型から平板形状の部品又は金型の設計データに変換する。そして、変換された設計データに基づいて、ＸＹＺ軸移動制御用の汎用のＣＡＭソフトウェアにより、ＸＹＺ直交座標系のＮＣ（数値制御）データを得る。得られたＮＣデータをロータリ加工ＮＣ工作機械において円柱形状の部品又は金型を加工するための回転軸移動制御用の円柱座標系のＮＣデータに変換する。
【００１０】
請求項１に記載された本願発明は、円柱形状の部品又は金型等の設計データに基づいて、数値制御工作機械により円柱形状の部品又は金型等を加工する方法であって、設計データに基づいて数値制御工作機械を制御する数値制御データをＸＹＺ直交座標系により出力するＣＡＭソフトウェアと、円柱形状の部品又は金型等を加工するために円柱座標系の数値制御データにより制御される数値制御工作機械とを使用する方法において、円柱形状の部品又は金型等のモデルを平板形状に展開して、円柱形状の部品又は金型等の設計データを平板形状の部品又は金型の設計データに変換し、変換された設計データに基づき、ＣＡＭソフトウェアを使用して、ＸＹＺ直交座標系の数値制御データを得、得られたＸＹＺ直交座標系の数値制御データを、円柱形状の部品又は金型等の加工のための円柱座標系の数値制御データに変換し、変換された数値制御データにより、数値制御工作機械を制御して円柱形状の部品又は金型等を加工する、各工程を含む円柱形状の部品又は金型等の製作方法である。
【００１１】
請求項２に記載された本願発明は、円柱形状の部品又は金型等の設計データに基づいて、円柱座標系の数値制御データにより制御される数値制御工作機械により円柱形状の部品又は金型等を加工するため、数値制御工作機械を制御する数値制御データをＸＹＺ直交座標系により出力するＣＡＭソフトウェアを使用する場合に使用されるソフトウェアにおいて、円柱形状の部品又は金型等のモデルを平板形状に展開して、円柱形状の部品又は金型等の設計データを平板形状の部品又は金型の設計データに変換するための展開ソフトウェアと、変換された設計データに基づいてＣＡＭソフトウェアを使用して得られたＸＹＺ直交座標系の数値制御データを、円柱形状の部品又は金型等の加工のための円柱座標系の数値制御データに変換するための変換ソフトウェアと、を含む円柱形状の部品又は金型等の製作するためにコンピュータで使用されるソフトウェアである。
【００１２】
【作用】
上記の本願発明では、円柱形状の部品又は金型等を平板形状の部品又は金型に展開し、その設計データを円柱形状の部品又は金型等から平板形状の部品又は金型等の設計データに変換する。円筒形状の部品又は金型等を平面形状の部品又は金型等に展開してその設計データを変換するには、例えば、細分割曲面の手法、すなわち、指定された精度の多面体構造を使用して展開し、設計データを変換する。そして、変換された設計データに基づいて、ＸＹＺ座標系を使用するＣＡＭソフトウェアによりＸＹＺ直交座標系のＮＣ（数値制御）データを得る。この得られたＮＣデータを円柱形状の部品又は金型を加工するための円柱座標系のＮＣデータに変換する。
以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法及びソフトウェアが使用されるシステムを概略的に示す。本発明の方法及びソフトウェアは、例えば、オペレーティング・システムとしてウィンドウズＮＴ（登録商標）４．０以上が走るペンティアムＩＩ（登録商標）（３００ＭＨｚ以上）のＣＰＵ及び２５ＭＢ以上のメモリを有するパーソナル・コンピュータ１０と、１２８０ｘ１０２４画素の解像度を有しフルカラーで表示できるグラフイック・ディスプレイ１１とを有するハードウェア上で使用される。このパーソナル・コンピュータ１０上で本発明のソフトウェアを使用して作成されたＮＣ（数値制御）データは、縦軸（Ｚ軸）、横軸（Ｘ軸、又はＹ軸）、回転軸（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｕ、Ｖ、又はＷ軸）移動制御を有するロータリ加工機であるＮＣ工作機械１２に送られて所望の円柱状の部品又は金型等を加工するのに使用される。ＮＣ工作機械１２の代わりに、マシニングセンターを使用できる。
【００１４】
図２は、本発明の円筒形状の部品又は金型を平板形状に展開する原理を説明するものである。説明を簡単にするために、まず、円周を線分に展開する場合を考える。図２に示される半径Ｒの円の円周上の点Ｃ及び点Ｘの間の円弧ＸＣの長さは、円の中心Ｏの周りの点Ｃ及び点Ｘ間の角度をθ（ラジアン）とすると、円弧の長さＸＣ＝Ｒθの関係となる。例えば、この円周を点Ｃで切断して、円周を線分に展開したとする。円周は長さは２πＲの線分となり、点Ｘと点Ｃの間はＲθの距離となり、点Ｘは展開された線分の一端Ｃから距離Ｒθだけはなれた箇所に写像される。上述した原理を使用して、円筒形状の部品又は金型を平板形状に展開することができる。
【００１５】
図３は、本発明の円筒形状の部品又は金型を平板形状に展開する方法を説明する。例えば、写真機のレンズの鏡筒などの円筒形状の部品又は金型３１を、その円筒形外周面の曲面３２が、所望の精度に対応した数に細分化された同じ面積の長方形平面３３を有する多面体の筒３４（点線で示す）に変換する。すなわち、図２の例において使用した円の代わりに、所望の精度に対応した数の辺を有する正多角形に近似して使用するのである。図３に示す多面体の筒３４を、その平面と平面との交差角の１箇所で切断して展開し、その平面３３を水平に並べて平板３５に変換する。このようにして、円筒形の曲面３２が平板３５の水平面３６に変換される。なお、上述の説明では図３の円筒形外周面の曲面３２の平板展開を説明したが、円筒形内周面の曲面３７も同様にして平板に展開できることは容易に理解できる。すなわち、円を所望の精度に対応した辺数を有する正多角形に近似する手法と同様にして円筒の内周面３７を正多面体に近似して、正多面体を平板に展開する。このようにして、円を所望の精度に対応した辺数を有する正多角形に近似する手法と同様である円筒を正多面体に近似する上記手法を使用することにより、所望のプログラミング言語を使用して円筒形状の部品を平板展開する展開ソフトウェアを当業者は容易に作成できる。
【００１６】
図４は、本発明の一つの実施の形態を示す。図４は、円柱形状の部品又は金型を平板形状に展開して、その設計データを円柱形状の部品又は金型から平板形状の部品又は金型の設計データに変換する工程、変換された設計データに基づいてＸＹＺ軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアを使用してＸＹＺ直交座標系のＮＣ（数値制御）データを得る工程、そして、この得られたＮＣデータをロータリ加工ＮＣ工作機械で円柱形状の部品又は金型を加工するためのロータリ加工用の円柱座標系のＮＣデータに変換する工程を概略的に説明する。
【００１７】
図４の左端には、例えば、写真機のレンズの鏡筒などの円柱形状の部品又はその部品用の金型のＣＡＤモデル４１の一例が示されている。このＣＡＤモデル４１の外周面の一端からある長さだけ入った箇所に、一定の幅と一定の深さを持ち周方向３６０度に延びた溝４２を形成するための設計データが、ＣＡＤソフトウェアにより作成される。このＣＡＤソフトウェアとしては、図１に示すハードウェア環境で使用でき、ＣＡＤデータ（ＥＮＦファイル）が出力できる汎用ＣＡＤソフトウェアを使用できる。このようなＣＡＤソフトウェアにより作成された元の設計データの一例が、円柱座標系を使用して、（Ｙ＝１０．０、Ｚ＝２０．０、θ＝０、Ｙ＝１０．０、Ｚ＝２０．０、θ＝３６０）として示される。
【００１８】
このＣＡＤモデル４１を平板展開した後の金型のＣＡＭモデル４５が図４の中央に示されている。平板形状に展開されたＣＡＭモデル４５においては、円柱形状のＣＡＤモデル４１の溝４２は、同じ深さと幅を有するが、円周方向の代わりに長手方向（Ｘ軸方向）に延びた溝４６に変換されている。この平板形状に展開されたＣＡＭモデル４５を使用して、ＸＹＺ軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアによりＮＣデータが作成される。このＣＡＭソフトウェアとしては、図１のハードウェアで稼動するＸＹＺ軸座標系の汎用ＣＡＭソフトウェアが使用できる。ＣＡＭソフトウェアにより作成されたＮＣデータはＸＹＺ直交座標系を使用して、例えば、（Ｘ＝０、Ｙ＝１０．０、Ｚ＝２０．０、Ｘ＝１２５．６、Ｙ＝１０．０、Ｚ＝２０．０）として示される。
【００１９】
次に、ＮＣロータリ変換により、平板形状に展開されたＣＡＭモデル４５のＮＣデータが、写真機のレンズの鏡筒などの円柱形状の部品又は金型を加工するロータリ加工機を制御するのに適した円柱座標系に変換される。すなわち、ロータリ加工機用にモデル４７の外周面に溝４８を加工するためにＮＣデータが円柱座標系に変換される。変換されたＮＣデータは、例えば、（Ｙ軸指令＝１０．０、Ｚ軸指令＝２０．０、Ａ軸指令＝０、Ｙ軸指令＝１０．０、Ｚ軸指令＝２０．０、Ａ軸指令＝３６０）として示される。
【００２０】
このＮＣデータを、ＸＹＺ座標系から円柱座標系に変換する方法は、図２及び図３に説明した平板展開の方法を逆にすればよい。すなわち、長さＬの線分は、Ｌ／２πの直径を有する円に変換され、この線分上の距離ｘの２点は、円の中心に対して２πｘ／Ｌの角度を有する円周上の２点に写像される。このよう図２及び図３の説明を基にして当業者ならば所望のプログラミング言語を使用して、平板展開されたＣＡＭモデルのＮＣデータを円柱形状の部品を加工するため、円柱座標系に変換する変換ソフトウェアを容易に作成できる。
【００２１】
図５は、本発明の別の実施の形態を示す。図４との相違点は、図５の左端のＣＡＤモデル５１の外周面に一定の幅と一定の深さを持ち、一端から他端へ軸方向に延びた溝５２を形成するための設計データが、ＣＡＤソフトウェアにより作成される点である。このＣＡＤソフトウェアにより作成された元の設計データの一例が、円柱座標系を使用して、（Ｙ＝０．０、Ｚ＝２０．０、θ＝０、Ｙ＝２０．０、Ｚ＝２０．０、θ＝３０）として示される。
【００２２】
このＣＡＤモデル５１を平板展開した後のＣＡＭモデル５５が図５の中央に示されている。平板形状に展開されたＣＡＭモデル５５においては、円柱形状のＣＡＤモデル５１の溝５２は、同じ深さと幅を有するが軸方向の代わりに幅方向（Ｙ軸方向）に延びた溝５６に変換されるている。この平板形状に展開されたＣＡＭモデル５５を使用して、ＸＹＺ軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアによりＮＣデータが作成される。ＣＡＭソフトウェアにより作成されたＮＣデータはＸＹＺ直交座標系を使用して、例えば、（Ｘ＝０、Ｙ＝０．０、Ｚ＝２０．０、Ｘ＝１０．４７、Ｙ＝２０．０、Ｚ＝２０．０）として示される。
【００２３】
次に、ＮＣロータリ変換により、平板形状に展開されたＣＡＭモデル４５のＮＣデータが、写真機のレンズの鏡筒などの円柱形状の部品又は金型を加工するロータリ加工機を制御するのに適した円柱座標系に変換される。すなわち、ロータリ加工機用にモデル５７の外周面に溝５８を加工するためにＮＣデータが円柱座標系に変換される。変換されたＮＣデータは、例えば、（Ｙ軸指令＝０．０、Ｚ軸指令＝２０．０、Ａ軸指令＝０、Ｙ軸指令＝２０．０、Ｚ軸指令＝２０．０、Ａ軸指令＝３０）として示される。この変換されたＮＣデータを用いてロータリ加工機により円柱形状の部品が加工される。
【００２４】
なお、図４及び図５では、円柱形状の部品の外周面の加工例を説明したが、当業者には円筒形状の部品の内周面の加工も同様にできることは容易に理解できる。また、同様に単純な溝だけではなく、複雑な形状の加工もできることが当業者には容易に理解できる。
【００２５】
図６は、本発明の方法の全体を示すフローチャートである。
最初に、工程６０において、汎用ＣＡＤソフトウェアを使用して円筒形状の部品又は金型の設計がおこなわれ（６０Ａ）、そのＣＡＤ設計データが出力される（６０Ｂ）。このＣＡＤデータ６１に基づいて、工程６２において、上述した本発明の平板展開ソフトウェアを使用して、ＣＡＤデータ読み込み（６２Ａ）、図４及び図５に説明したように円筒形状を平板形状へ平板展開し（６２Ｂ）、データを保存する（６２Ｃ）。そして、得られた平板展開データ６３を使用して、工程６４においてデータ変換ソフトウェアによりＣＡＤデータをＣＡＭソフトウェアで使用できる形式のデータに変換する（６４Ａ）。このようにして得られたＣＡＭデータ６５を使用して、工程６６において、ＸＹＺ軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアにより、パス計算（６６Ａ）及びＮＣ計算を行ない（６６Ｂ）、ＸＹＺ軸座標系のＮＣデータ６７を得る。工程６８において、上述した本発明のＮＣ変換ソフトウェアを使用して、図４及び図５に説明したようにＸＹＺ軸座標系のＮＣデータ６７を回転軸（ロータリ軸）制御に対応した円柱座標系のＮＣデータに変換する（６８Ａ）。この変換されたＮＣデータ６９（回転軸（Ａ軸）制御に対応している）を用いて円筒形状の部品又は金型の加工が行なわれる。
【００２６】
【発明の効果】
このように、ＸＹＺ座標系を使用する汎用のＸＹＺ軸の３軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアを使用して、円柱形状の部品を加工するロータリ加工機用の回転軸制御用のＮＣデータを得ることができる。従って、汎用のＸＹＺ軸移動制御用のＣＡＭソフトウェアを、回転軸制御用の円柱座標系を使用するロータリ加工ＮＣ工作機械用に書換える必要が無く、そのまま使用することがてきる。従って、円柱形状の部品又は金型自体の開発期間も短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法とソフトウェアが使用されるシステムを概略的に示す図。
【図２】本発明の平板展開の方法の原理を示す図。
【図３】本発明の平板展開の方法を示す図。
【図４】本発明の方法の一つの実施の形態を示す図。
【図５】本発明の方法の別の実施の形態を示す図。
【図６】本発明の方法の全体的な工程を示すフローチャート図。
【図７】Ｘ軸（横方向）、Ｙ軸（奥行方向）、Ｚ軸（高さ方向）の３軸の移動を制御して加工を行なう方法を説明する図。
【図８】Ｘ軸（回転軸方向）、Ｚ軸（回転軸と直交する方向）、Ａ軸（回転軸周りの角度）方向の移動を制御して加工を行なう方法を説明する図。
【符号の説明】
３１、４１、５１　　円筒状のＣＡＤモデル
３５、４５、５５　　平板展開したＣＡＭモデル
４７、５７　　ロータリ加工機用に変換さたれＮＣデータを持つモデル
【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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