(57)【要約】【課題】加工部位の形状に関係なく、送り速度の急激な変化のない工具軌跡を算出する。【解決手段】加工部位の上面の外周線を外包する最小の円となる最小外包円を算出し（Ｓ２）、この最小外包円の中心点となる加工部位中心点を算出する（Ｓ３）。最小外包円の半径と工具直径を比較し（Ｓ４）、小さい場合は、等高線加工軌跡、又は、ヘリカル加工軌跡であって、加工部位中心点を中心とし工具半径を半径とする円になる、円状軌跡を算出する（Ｓ５、Ｓ６）。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲から突出した加工部位の上面を切削加工するための工具軌跡を算出する工具軌跡算出方法において、
加工部位上面の外周線を外包する最小の円となる最小外包円を算出する工程と、
最小外包円の中心点となる加工部位中心点を算出する工程と
等高線加工軌跡、又は、ヘリカル加工軌跡であって、加工部位中心点を中心とし所定の値を半径とする円になる、円状軌跡を算出する工程と、
を有することを特徴とする工具軌跡算出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の工具軌跡算出方法において、
最小外包円の半径が工具直径より小さい場合には、
円状軌跡は、工具半径を半径とする単一の円になる単一円状軌跡であることを特徴とする工具軌跡算出方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の工具軌跡算出方法において、
最小外包円の半径が工具直径より大きい場合には、
単一円状軌跡を最内周とする複数の円状軌跡であって、加工残しがなくなるまで所定の間隔で円の半径を大きくした複数の円状軌跡からなる複数円状軌跡を算出することを特徴とする工具軌跡算出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の工具軌跡算出方法において、
さらに、他の方法での工具軌跡を算出する工程と、
他の方法での工具軌跡、及び、円状軌跡で加工した場合のそれぞれの予想加工時間を算出する工程と、
を有し、予想加工時間が最短となる軌跡を選択して出力することを特徴とする工具軌跡算出方法。
【請求項５】
周囲から突出した加工部位の上面を切削加工するための工具軌跡を算出する工具軌跡算出装置において、
加工部位上面の外周線を外包する最小の円となる最小外包円を算出する手段と、
最小外包円の中心点となる加工部位中心点を算出する手段と、
等高線加工軌跡、又は、ヘリカル加工軌跡であって、加工部位中心点を中心とし所定の値を半径とする円になる、円状軌跡を算出する手段と、
を有することを特徴とする工具軌跡算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ加工機で周囲から突出した加工部位の上面を切削加工するための工具軌跡を算出する方法、及び、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ加工機で加工部位を所定の形状に切削加工するためには、事前に工具の動きである工具軌跡を算出しておく必要がある。加工部位の中でも、周囲から突出した加工部位の上面、例えば、座面を切削するための工具軌跡としてオフセット軌跡が多用されている。オフセット軌跡とは、加工部位の外周線を所定量オフセットして得られるオフセット曲線を利用した工具軌跡である。
【０００３】
図９にそのオフセット軌跡の一例を示す。図９（Ａ）は、直方体の加工部位５６の上面をヘリカル加工する場合のオフセット軌跡６２の斜視図である。また、図９（Ｂ）は、その上面図である。オフセット軌跡６２を算出する場合は、加工部位５６の外周線５８を所定の距離でオフセットしたオフセット曲線６０を求める。そして、工具のＸＹ方向の移動がオフセット曲線６０になり、かつ、Ｚ方向の移動量が一定となるような螺旋状の工具軌跡６２を求める。
【０００４】
このようなオフセット軌跡は種々の加工で多用されているが、加工部位の外周線の形状によっては、コーナー部が発生するという問題がある。コーナー部のような急激な方向転換部を有した工具軌跡に基づいて加工を行った場合、工具の送り速度に急激な変化が生じる。これは、高速の送り速度での急激な方向転換にＮＣ加工機の駆動部が追従できないため、ＮＣ加工機の制御装置により送り速度の調整がなされるためである。送り速度は、コーナー部の直前で急激に減速された後、コーナー部で一時的に停止され、その後、急激に加速される。そのため、コーナー部のある工具軌跡では、全体の加工時間が増加することになる。また、送り速度の急激な変化は、工具負荷、機械負荷を増加させ、工具寿命・機械寿命に悪影響を与えることが知られている。
【０００５】
そこで、オフセット軌跡において、コーナー部を円弧に変換したコーナー円弧軌跡が知られている。コーナー部を円弧とすることにより、送り速度の一時停止がなくなり、送り速度の急加減速を抑えることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１７１５１４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コーナー円弧軌跡であっても、変換される円弧の半径によっては、送り速度の急変化が発生し、加工時間の増加、工具負荷・機械負荷の増加の一因となる場合がある。また、加工部位の形状によっては、コーナー部を円弧に変換しにくい場合がある。
【０００８】
例えば、図１０にＬ字型の加工部位６４の上面を加工する場合のコーナー円弧軌跡７０の上面図を示す。コーナー円弧軌跡７０は、オフセット曲線６８のコーナー部を円弧に変換した曲線に基づいて算出された工具軌跡である。コーナー部間距離が大きいａｂ間、ｂｃ間等は、問題無く円弧を挿入することが可能である。しかし、ｄｅ間のように、コーナー部間距離が短い場合には、小さい半径の円弧にしか変換できない。このような小さい半径の円弧を有した工具軌跡に基づいて加工を行った場合、この小半径の円弧近辺で送り速度の急激な変化が発生し、加工時間の増加、機械・工具負荷の増加といった問題が発生する。
【０００９】
また、特許文献１には、工具負荷の小さいトロコイド工具軌跡の算出方法が開示されている。これは、工具を基本工具曲線に沿って移動させながら円運動させる工具軌跡の算出方法である。このトロコイド工具軌跡によれば、コーナー部の発生を抑え、工具負荷・機械負荷を抑えることができる。しかしながら、このトロコイド工具軌跡においても、基本となる基本工具軌跡は、加工部位の外周線を基準として算出しているため、加工部位の形状によっては、算出困難な場合がある。
【００１０】
また、加工部位の上面の外周線が円のようなコーナー部のない形状であれば、算出されるオフセット曲線も円となり、上述したようなコーナー部は発生せず、工具の送り速度の変化を抑えた工具軌跡が算出される。しかしながら、この場合であっても、その加工部位の円の大きさによっては、半径の小さい円の工具軌跡が算出される場合があり、その場合には、工具送り速度の急激な変化が発生することになる。
【００１１】
そこで、本発明では、加工部位の形状に関係なく、工具送り速度の急変化を抑えた工具軌跡の算出方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る工具軌跡算出方法は、周囲から突出した加工部位の上面を切削加工するための工具軌跡を算出する工具軌跡算出方法において、加工部位上面の外周線を外包する最小の円となる最小外包円を算出する工程と、最小外包円の中心点となる加工部位中心点を算出する工程と、等高線加工軌跡、又は、ヘリカル加工軌跡であって、加工部位中心点を中心とし所定の値を半径とする円になる、円状軌跡を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、加工部位の形状に関係なく、円状に移動する工具軌跡を得ることができる。そのため、加工部位の形状に関係なく、送り速度の変化を抑えた工具軌跡を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る軌跡算出装置に用いられる工具軌跡算出方法のフローチャートである。なお、本実施の形態は、後述するように、特にフラットエンドミルを用いて加工する場合に適しているが、他の種類の工具を使用する場合にも用いることができる。
【００１６】
工具軌跡を算出する場合は、まず、必要となる諸情報を工具軌跡算出装置に入力する（Ｓ１）。入力する情報は、加工を行いたい加工部位、工具情報、加工種類や切り込み幅などである。ここで、使用する工具種類としては、フラットエンドミルが好適であるが、ボールエンドミル、ブルノーズエンドミルなどであってもよい。また、加工種類として、等高線加工やヘリカル加工が挙げられる。また、加工部位は、周囲から突出しており、その上面を加工する際に他の加工部位に干渉しないような加工部位が対象となる。そのため、加工部位の入力において、このような条件以外の加工部位が入力された場合には、自動的に他の方法で軌跡を算出する。
【００１７】
次にステップＳ２では、最小外包円を求める。これについて図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、直方体の加工部位１０の上面をヘリカル加工する場合の工具軌跡２０の斜視図である。また、図２（Ｂ）は、その上面図である。最小外包円１４を求める場合は、まず、加工部位１０の外周線１２をＸＹ平面に投影した投影曲線１２ａを算出する。次に、投影曲線１２ａを外包する最小の円である最小外包円１４を算出する。そして、ステップＳ３では、この最小外包円１４の中心点である加工部位中心点１６を求める。
【００１８】
次に、ステップＳ４では、最小外包円の半径と工具直径を比較する。その結果、最小外包円の半径が工具直径より大きい場合は、後述するステップＳ７に進む。反対に、最小外包円半径が工具直径より小さい場合は、ステップＳ５に進む。
【００１９】
ステップＳ５では、最終的に算出される円状軌跡の半径Ｒの値として工具半径の値を設定する。この設定は、工具径から自動的に行われる。ここで、半径Ｒの初期値を工具半径とするのは、後述するように削り残しを発生させないためである。
【００２０】
ステップＳ６では、円状軌跡を算出する。これについても図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。円状軌跡２０を算出する場合は、まず、加工部位中心点１６を中心とし、半径Ｒの円となる基本円１８を求める。そして、Ｚ方向から見た場合に基本円１８となるような軌跡２０を算出する。なお、図２における円状軌跡２０は、ヘリカル加工のための円状軌跡である。したがって、Ｚ方向から見た場合に基本円１８となり、Ｚ方向には一定量で変化する軌跡となっている。等高線加工用を行う場合には、Ｚ方向から見た場合に基本円１８となる等高線状の軌跡を算出すればよい。
【００２１】
なお、本実施の形態においては、基本円を算出した後、円状軌跡を算出しているが、この基本円を算出することなく直接、Ｚ方向から見た場合に、加工部位中心点を中心とし工具半径の値を半径とする円となる円状軌跡を算出してもよい。
【００２２】
このようにして算出された円状軌跡２０によれば、削り残しが発生せず、確実に上面全体を加工することができる。これについて、図２（Ｂ）を用いて説明する。円状軌跡２０上のａ点における工具は、一点破線の円２２で表される。円状軌跡２０の半径は、工具２２の半径であるため、円状軌跡２０上を動く工具２２の外周の一部は、必ず加工部位中心点１６を通ることになる。また、最小外包円１４は、工具２２の直径以下であるため、工具２２の外周の他の一部は、必ず最小外包円２０の外側、つまり加工部位１０の外側にあることになる。ここで、フラットエンドミルの刃は、その外周部に配されている。つまり、切削を行っているのは、工具の外周部分である。したがって、加工部位中心点１６から加工部位１０の外側までが切削できる範囲となる。このような切削範囲を有する工具２２が円状軌跡２０に従って移動するため、加工部位１０の上面全体を加工できる。
【００２３】
ところで、円状軌跡２０の半径Ｒが、工具２２の直径より小さい場合には、切削を行っている工具２２の外周が、加工部位中心点１６を通ることができず、加工部位中心点１６付近に削り残しが発生することになる。一方、半径Ｒを工具２２の半径とすると上述したように加工部位中心点１６付近も切削することができる。
【００２４】
このように、円状軌跡の半径Ｒを工具半径とすることにより削り残しを発生させず、確実に上面全体を加工することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、フラットエンドミルによる加工を想定しているため、円状軌跡の半径Ｒを工具半径としているが、他の工具、例えばボールエンドミルやブルノーズエンドミルを使用する場合は、半径Ｒの初期値を他の値にしてもよい。
【００２６】
図３に、この円状軌跡で加工を行った際の送り速度の変化を示す。図中、横軸は時間、縦軸は送り速度、実線はＸ方向の送り速度２４、破線はＹ方向の送り速度２６、細実線はＸＹ方向の合成送り速度２８の変化を示す。円状軌跡で加工した場合、Ｘ方向、Ｙ方向とも、速度変化は穏やかであり、ＸＹ方向の合成送り速度は一定であることが分かる。つまり、円状軌跡による加工では、送り速度の急激な変化が無いことが分かる。そのため、オフセット軌跡やコーナー円弧軌跡に比べて、工具、及び、機械への負荷が小さくなる。また、送り速度の急変化や一時停止が無いため、加工時間の増加を抑えることができる。
【００２７】
また、図４に、Ｌ字状の加工部位３０の上面を加工する場合の円状軌跡３８を示す。この場合であっても、同じように最小外包円３４、加工部位中心点３６を求めて、円状軌跡３８を算出する。図４から分かるように、Ｌ字状の加工部位であっても、図２に示す円状軌跡２０と同じ円状軌跡を得ることができる。つまり、送り速度の急激な変化がない工具軌跡を得ることができる。また、加工部位の形状が、工具半径に比較して小径の円である場合であっても、同じような半径Ｒを工具半径とする円状軌跡を出力することができる。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、加工部位の形状に関わらず、送り速度の急激な変化のない工具軌跡を得ることができる。
【００２９】
一方、最小外包円の半径が工具直径より大きい場合は、ステップＳ７（図１参照）に進み、予想加工時間が最短となる軌跡を出力する。このステップＳ７における処理のフローチャートを図５に示す。
【００３０】
最小外包円の半径が工具直径より大きい場合には、後述する複数円状軌跡とコーナー円弧軌跡を算出し、それぞれの予想加工時間を比較し、加工時間が最短となる工具軌跡を出力する（Ｓ８〜Ｓ１４）。これについて、より具体的に説明していく。
【００３１】
複数円弧軌跡を算出するステップＳ８における処理のフローチャートを図６に示す。複数円状軌跡を算出する場合は、まず、半径Ｒを工具半径に設定し（Ｓ５ａ）、円状軌跡を算出する（Ｓ６ａ）。これは、上述した方法と同様である。次に、ステップＳ１６において、削り残しが発生するかを判別する。削り残しが発生する場合は、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、円状軌跡の半径Ｒに所定量αを加算して、ステップＳ６ａに戻り、再度、αを加算した半径で円状軌跡を算出する。そして、１回目と２回目に求めた円状軌跡で加工した場合に、削り残しが発生するかを判断し、削り残しが発生する場合は、再度、半径を大きくして円状軌跡を求める。この流れを繰り返し、最終的に削り残しが発生しなくなれば、複数円状軌跡の算出は終了となる。
【００３２】
このようにして算出された複数円状軌跡４８の一例を図７に示す。これは、まず、半径Ｒを工具半径とした円状軌跡４８ａを算出する。そして、半径Ｒに所定量αを加算して、半径の大きい円状軌跡４８ｂ、及び、４８ｃを算出している。
【００３３】
なお、半径Ｒの増加量であるαの値は、工具半径であることが好適であるが、他の値であってもよい。また、このαの値は、ユーザーが指定してもよいし、工具直径などから自動で決定してもよい。
【００３４】
複数円状軌跡を算出した後は、ステップＳ９に進み（図５参照）、コーナー円弧軌跡を算出する。これについて図８を用いて説明する。コーナー円弧軌跡を算出する場合は、まず、加工部位４０の外周線４２を求め、これを所定距離、内側にオフセットしたオフセット曲線を求める。このとき、オフセット曲線にコーナー部が存在する場合は、円弧に変換する。そして、Ｚ方向から見た場合にオフセット曲線になるようなコーナー円弧軌跡５４ａを求める。次にこのコーナー円弧軌跡５４ａでの削り残しを求め、削り残しが存在する場合は、さらに内側にオフセット曲線を求め、コーナー円弧軌跡５４ｂを求める。これを削り残しが無くなるまで繰り返す。コーナー部から変換される円弧の半径は工具半径であることが望ましいが、コーナー間距離、又は、ユーザーの指定により適宜、変更できるものとする。また、オフセット距離は、円状軌跡での半径の増加間隔αと同じであることが好適であるが、別の値であってもよい。
【００３５】
ステップＳ１１、Ｓ１２（図５参照）では、各軌跡での予想加工時間Ｔ１、Ｔ２を求める。これは、例えば、各軌跡での切削長を指定の送り速度で割ることにより求めることができる。そして、ステップＳ１２で円状軌跡の加工時間Ｔ１とコーナー円弧軌跡の加工時間Ｔ２を比較し、短いほうの軌跡を出力して（Ｓ１３、Ｓ１４）終了となる。
【００３６】
このように、円弧軌跡とコーナー円弧軌跡の加工時間を比較し、最短となる軌跡を出力することにより、より加工効率のよい工具軌跡を出力することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、円状軌跡と比較する軌跡としてコーナー円弧軌跡を用いているが、他の算出方法による工具軌跡と比較してもよい。また、本実施の形態においては、複数円状軌跡を先に算出しているが、コーナー円弧軌跡を先に出力してもよい。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、加工部位の形状に関係なく、工具送り速度の急激な変化のない軌跡を得ることができる。また、一定以上の大きさの加工部位に対して、より加工効率のよい工具軌跡を出力することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、加工部位の形状に関係無く、工具の送り速度の変化を抑えた工具軌跡を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る工具算出方法のフローチャートである。
【図２】（Ａ）本発明の実施の形態に係る工具算出方法による円状軌跡の斜視図、（Ｂ）その上面図である。
【図３】円状軌跡で加工を行なった場合の送り速度の変化を表す図である。
【図４】Ｌ字状の加工部位の上面を加工する場合の円状軌跡の上面図である。
【図５】図１のステップＳ７の処理を表すフローチャートである。
【図６】図５のステップＳ８のフローチャートである。
【図７】複数円状軌跡の一例の上面図である。
【図８】コーナー円弧軌跡の上面図である。
【図９】（Ａ）オフセット軌跡の斜視図、（Ｂ）その上面図である。
【図１０】Ｌ字状の加工部位の上面を加工する場合のコーナー円弧軌跡の上面図である。
【符号の説明】
１０  加工部位、１２  外周線、１４  最小外包円、１６  加工部位中心点、１８  基本円、２０  円状軌跡、２２  工具、２４  Ｘ方向の送り速度、２６  Ｙ方向の送り速度、２８  ＸＹ方向の合成送り速度、３０  加工部位、３４  最小外包円、３６  加工部位中心点、３８  円状軌跡、４０  加工部位、４８  複数円状軌跡、５４  コーナー円弧軌跡、６０  オフセット曲線、６２  オフセット軌跡。
【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】
2004243457.tif 000010
【図９】
2004243457.tif 000011
【図１０】
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