(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交３軸の数値制御加工機を用いて形状加工を行う加工方法において、
送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたＮＣプログラムを用い、
前記ＮＣプログラムを各ブロックデータ毎に解析し、
解析した各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行ってベクトル合成される実速度とを算出し、
解析した各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出し、
算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正し、
前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量は、前記加工面の法線ベクトルと、１ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより決定する形状加工方法。
【請求項２】
直交３軸加工機用の数値制御装置において、
送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたＮＣプログラムを各ブロックデータ毎に解析する解析部と、
前記解析部により解析された各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行って実速度とを算出する実速度演算部と、
前記解析部により解析された各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出するたわみ補正量算出部と、
前記たわみ補正量算出部によって算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正する送り軸位置補正部と、
を備えており、
前記たわみ補正量算出部は、前記加工面の法線ベクトルと、１ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより、前記たわみ補正量を算出する数値制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の数値制御装置を有する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、数値制御加工機による形状加工方法、数値制御装置、および工作機械に関し、特に、直交３軸の数値制御加工機を用いて金型等の形状加工を行う加工方法、その形状加工方法を実施する数値制御装置、および工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボールエンドミル等の切削工具を用いて金型等の自由曲面を含む形状加工を行う数値制御装置、数値制御加工機（工作機械）がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸の工作機械によってボールエンドミル等を使用して形状加工を行う場合、工具軸線は垂直で不変にあるのに対し、加工面は曲面（傾斜面）であるため、工具軸線に対して９０度以外の角度をもつ。
【０００４】
このため、ボールエンドミル等の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルは、工具軸線とは一致せず、工具先端に径方向の切削荷重が作用する。このため、工具に径方向のたわみが生じ、形状加工精度が低下する。
【特許文献１】特開平９−２９５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−９６２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、直交３軸の工作機械によるボールエンドミル等を使用した形状加工において、工具の径方向たわみによる形状加工精度の低下を回避し、高精度な形状加工を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による形状加工方法は、直交３軸の数値制御加工機を用いて形状加工を行う加工方法において、送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたＮＣプログラムを用い、前記ＮＣプログラムを各ブロックデータ毎に解析し、解析した各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行ってベクトル合成される実速度とを算出し、解析した各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出し、算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正し、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量は、前記加工面の法線ベクトルと、１ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより決定する。
【０００７】
この発明による数値制御装置は、直交３軸加工機用の数値制御装置において、送り軸位置情報と送り速度とを含む各ブロックデータ毎に、工具と被加工物との接触点における加工面の加工方向ベクトルと、法線ベクトルを示す法線ベクトル情報とが記述されたＮＣプログラムを各ブロックデータ毎に解析する解析部と、前記解析部により解析された各ブロックデータ毎の送り軸位置と、前記送り速度に対して前記加工方向ベクトルに応じて加減補正を行って実速度とを算出する実速度演算部と、前記解析部により解析された各ブロックデータ毎に、実験計測値及び経験則値によって同定された算出式に基づき、前記加工面の法線ベクトルに応じた工具たわみ補正量を算出するたわみ補正量算出部と、前記たわみ補正量算出部によって算出された工具たわみ補正量に応じて送り軸位置を補正する送り軸位置補正部とを備えており、前記たわみ補正量算出部は、前記加工面の法線ベクトルと、１ブロックの加工方向ベクトルと、実速度と、切込量と、主軸回転数と、切削法と、工具の種類と、工具材質と、工具長と、工具突き出し長と、工具径と、被加工物の材質とにより、前記たわみ補正量を算出する。
【０００８】
この発明による工作機械は、上述の発明による数値制御装置を有する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、加工面の法線ベクトルに応じた工具のたわみを補償して形状加工を行うことができ、工具の径方向たわみによる形状加工精度の低下をキャンセルして高精度な形状加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明による形状加工方法の実施に使用される直交３軸の数値制御加工機および数値制御装置の一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。
【００１８】
数値制御加工機は直交３軸の門形の工作機械１０である。工作機械１０は、ベッド１１と、ベッド１１上に設けられＹ軸方向（図１の紙面を直角に貫通する水平方向）に移動可能なワークテーブル１２と、ベッド１１の両側に設けられた左右一対のコラム１３、１４と、ベッド１１を跨いでコラム１３とコラム１４との間に掛け渡されたクロスレール１５と、クロスレール１５に設けられＸ軸方向（図１の左右水平方向）に移動可能なサドル１６と、サドル１６に設けられＺ軸方向（図１の上下垂直方向）に移動可能なラム１７とを有する。
【００１９】
ラム１７の下端には主軸１８Ａを含む主軸へッド１８が取り付けられる。主軸へッド１８の主軸１８Ａにはボールエンドミル等の工具１９が交換可能に装着される。ラム１７には主軸１８Ａを回転駆動する主軸モータ２０が搭載されている。
【００２０】
サドル１６は、Ｘ軸送りねじ２１、Ｘ軸送りねじ２１を駆動するＸ軸サーボモータ２２によってＸ軸方向に軸送りされる。ワークテーブル１２は、Ｙ軸送りねじ（図示省略）、Ｙ軸送りねじを駆動するＹ軸サーボモータ２３によってＹ軸方向に軸送りされる。ラム１７は、Ｚ軸送りねじ２４、Ｚ軸送りねじ２４を駆動するＺ軸サーボモータ２５によってＺ軸方向に軸送りされる。
【００２１】
主軸モータ２０による主軸回転、Ｘ軸サーボモータ２２、Ｙ軸サーボモータ２３、Ｚ軸サーボモータ２５による各軸送りは、数値制御装置３０によって制御される。
【００２２】
数値制御装置３０は、コンピュータ式のものであり、以下、ＣＮＣ３０と云う。ＣＮＣ３０は、解析部３１と、分配部３２と、送り軸指令算出部３３と、実速度演算部３４と、たわみ補正量算出部３５と、データベース３６と、送り軸指令補正部３７と、各送り軸のサーボコントローラであるＸ軸制御部３８と、Ｙ軸制御部３９と、Ｚ軸制御部４０と、主軸モータ２０に主軸回転指令を出力する機械制御インタフェース部４１とを有する。
【００２３】
解析部３１は、ＣＡＭ５０よりＮＣプログラムを入力し、ＮＣプログラムを解析する。ＮＣプログラムは、先頭行に、たわみ補正を行うか否かを宣言するＧコード記述による制御モード設定行を有する。たとえば、Ｇ３００であれば、たわみ補正キャンセルで、たわみ補正を行わず、Ｇ３０１であれば、たわみ補正オンで、たわみ補正を行う。Ｇ３０１である場合には、この先頭行に、たわみ補正に必要な基本情報が記述される。この記述は、たとえば、
Ｇ３０１，Ｈ，Ｌ，Ｑ
ただし、Ｈ：使用工具情報(工具管理番号)
Ｌ：加工情報｛切削法（走査線加工ｏｒ等高線加工），加工種類
（荒加工ｏｒ仕上加工）｝
Ｑ：被削材情報（被加工物の材質）
である。
【００２４】
ＮＣプログラムは、上述の先頭行以下に、複数個のブロックデータを有する。ブロックデータは、「Ｇ０１  Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｆ，Ｓ」のように、各々、送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、各ブロックデータ毎の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルを示す法線ベクトルＵと、送り速度Ｆと、主軸回転数Ｓとが記述されている。
【００２５】
工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａにおける加工面の法線ベクトルＵは、図３に示されているように、工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａから工具中心Ｔｃに向かう方向を示すベクトルであり、ＣＡＭにおいて、ＣＡＤ等の図面データの面データより算出される。法線ベクトルＵは、面創成の数式より、機械三次元座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義することができる。
【００２６】
解析部３１は、このＮＣプログラムを解析し、各ブロックデータ毎に、送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を分配部３２に渡し、送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）より決まる１ブロックの加工方向ベクトルＶ（図４参照）と、送り速度Ｆを実速度演算部３４に渡し、１ブロックの加工方向ベクトルＶと、加工面の法線ベクトルＵと、送り速度Ｆと、主軸回転数Ｓと、加工情報Ｌと、被削材情報Ｑと、使用工具情報Ｈをたわみ補正量算出部３５に渡し、主軸回転数Ｓを機械制御インタフェース部４１に渡す。
【００２７】
実速度演算部３４は、送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と１ブロックの加工方向ベクトルＶに応じて送り速度Ｆに対して加減補正を行い、実速度Ｆｒを算出する。実速度演算部３４は、実速度Ｆｒを、分配部３２と、たわみ補正量算出部３５に出力する。
【００２８】
分配部３２は、解析部３１よりの送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、実速度演算部３４よりの実速度Ｆｒに応じて各送り軸の１ブロックの移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を算出し、算出した移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を送り軸指令演算出部３３に出力する。
【００２９】
送り軸指令演算出部３３は、移動量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）に基づいて送り軸指令Ｘ＊，Ｙ＊，Ｚ＊を生成する。
【００３０】
たわみ補正量算出部３５は、ブロックデータ毎に、工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａにおける加工面の法線ベクトルＶに応じた工具のたわみ補正量を算出する。
【００３１】
たわみ補正量算出部３５は、より詳細には、工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａにおける加工面の法線ベクトルＵと、１ブロックの加工方向ベクトルＶと、実速度Ｆｒと、主軸回転数Ｓと、加工情報Ｌと、被削材情報Ｑと、使用工具情報Ｈを入力し、これら情報とデータベース３６に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量ａを算出する。
【００３２】
データベース３６に格納される使用工具データは、使用工具情報Ｈが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Ｔｋ、工具材質Ｔｚ、工具長Ｔｌａ、工具突き出し長Ｔｌｂ、工具径Ｔｄを予め定義している。
【００３３】
加工情報Ｌは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。
【００３４】
工具たわみ補正量ａの計算式は、下式により表される。
【００３５】
ａ＝ｆ（Ｕ，Ｖ，Ｆｒ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）
ただし、ｆ：たわみ補正量算出関数である。
【００３６】
工具たわみ補正量ａは、各送り軸のたわみ補正量Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚよりなり、（Ｖ，Ｕ，Ｆｒ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。
【００３７】
工具たわみ補正量ａ＝ｆ（Ｖ，Ｕ，Ｆｒ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）による工具たわみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース３６に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
【００３８】
送り軸指令補正部３７は、送り軸位置補正部であり、送り軸指令算出部３３より送り軸指令Ｘ＊，Ｙ＊，Ｚ＊を、たわみ補正量算出部３５より工具たわみ補正量ａ＝（Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚ）を入力し、各送り軸の送り軸指令Ｘ＊，Ｙ＊，Ｚ＊を、各送り軸の工具たわみ補正量Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚに応じて補正する。送り軸指令補正部３７は、補正された送り軸指令Ｘ＊，Ｙ＊，Ｚ＊を、Ｘ軸制御部３８、Ｙ軸制御部３９、Ｚ軸制御部４０の各々に出力する。
【００３９】
これにより、工具１９の径方向のたわみ量に応じて補正された送り軸指令Ｘ＊，Ｙ＊，Ｚ＊によって形状加工が行われ、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差がキャンセルされ、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける５軸制御を行うことなく、３軸制御で、高速度の高精度な形状加工が行われる。
【００４０】
つぎに、この発明によるＮＣプログラム作成装置の一つの実施形態を、図５を参照して説明する。
【００４１】
ＮＣプログラム作成装置６０は、ＣＡＭのような自動プログラミング装置であり、図１に示されているような直交３軸加工機を用いて形状加工を行う数値制御装置のＮＣプログラムを作成する。
【００４２】
ＮＣプログラム作成装置６０は、ＮＣブロックデータ作成部６１と、法線ベクトル算出部６２と、加工方向ベクトル算出部６３と、たわみ補正量算出部６４と、データベース６５と、出力用ＮＣブロックデータ作成部６６とを含む。
【００４３】
ＮＣブロックデータ作成部６１は、ＣＡＤデータ等の図形データと、キーボード６７等によるユーザ入力の送り速度Ｆ、主軸回転数Ｓ、加工情報Ｌ、被削材情報Ｑ、使用工具情報Ｈなどから、Ｇコード、送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を含むＮＣブロックデータを作成する。
【００４４】
法線ベクトル算出部６２は、ＣＡＤデータ等の図形データとＮＣブロックデータから、各ＮＣブロックデータ毎の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルＵを算出する。
【００４５】
前述した図３に示されているように、工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａにおける加工面の法線ベクトルＵは、工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａから工具中心Ｔｃに向かう方向を示すベクトルであり、図面データの面データより面創成の数式よって算出される。この法線ベクトルＵも、機械三次元座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義する。
【００４６】
加工方向ベクトル算出部６３は、ＮＣブロックデータ作成部６１が作成したＮＣブロックデータの送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）より１ブロックの加工方向ベクトルＶを算出する。
【００４７】
たわみ補正量算出部６４は、法線ベクトル算出部６２によって算出された法線ベクトルＵに応じた工具たわみ補正量ａを算出する。
【００４８】
たわみ補正量算出部６４は、より詳細には、法線ベクトル算出部６２により算出された工具１９と被加工物Ｗとの接触点Ａにおける加工面の法線ベクトルＵと、加工方向ベクトル算出部６３により算出された１ブロックの加工方向ベクトルＶと、キーボード６７等によるユーザ入力の送り速度Ｆ、主軸回転数Ｓ、加工情報Ｌ、被削材情報Ｑ、使用工具情報Ｈを取り込み、これら情報とデータベース６５に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量ａを算出する。
【００４９】
データベース６５に格納される使用工具データは、使用工具情報Ｈが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Ｔｋ、工具材質Ｔｚ、工具長Ｔｌａ、工具突き出し長Ｔｌｂ、工具径Ｔｄを予め定義している。
【００５０】
加工情報Ｌは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。
【００５１】
工具たわみ補正量ａの計算式は、下式により表される。
【００５２】
ａ＝ｆ（Ｕ，Ｖ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）
ただし、ｆ：たわみ補正量算出関数である。
【００５３】
工具たわみ補正量ａは、各送り軸の工具たわみ補正量Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚよりなり、（Ｖ，Ｕ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。
【００５４】
工具たわみ補正量ａ＝ｆ（Ｖ，Ｕ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）による工具たわみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース６５に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
【００５５】
出力用ＮＣブロックデータ作成部６６は、ＮＣブロックデータ作成部６１が作成したＮＣブロックデータの送り軸位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、たわみ補正量算出部６４により算出された各送り軸の工具たわみ補正量Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚによって補正し、出力用のＮＣブロックデータを作成する。
【００５６】
出力用のＮＣブロックデータによるＮＣプログラムによって形状加工を行うことにより、汎用の直交３軸の数値制御加工機による形状加工において、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差をキャンセルでき、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける５軸制御を行うことなく、３軸制御で、高速度の高精度な形状加工を行うことができる。
【００５７】
上述したＮＣプログラム作成装置６０は、コンピュータがシステムプログラムを実行することにより具現される。そして、この発明によるＮＣプログラム作成のプログラムは、ＣＡＭ用ソフトウェアであり、コンピュータに、図形データから送り軸位置情報を含むＮＣブロックデータを作成する手順と、図形データから各ＮＣブロックデータ毎の工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルを算出する手順と、算出された前記法線ベクトルに応じた工具のたわみ補正量を算出する手順と、算出された前記工具たわみ補正量に応じて前記ＮＣブロックデータの送り軸位置情報を補正し、出力用のＮＣブロックデータを作成する手順を実行させる。
【００５８】
このＮＣプログラム作成プログラムにおけるたわみ補正量を算出する手順は、前記加工面の法線ベクトルと、１ブロックの加工方向ベクトル、送り速度、切込量、主軸回転数、切削法、工具の種類、工具材質、工具長、工具突き出し長、工具径、被加工物の材質の少なくとも一つの組み合わせ、あるいは、それら複数個の組み合わせにより、たわみ補正量を算出する。
【００５９】
つぎに、この発明によるＮＣプログラム作成装置の他の実施形態を、図６を参照して説明する。
【００６０】
この実施形態のＮＣプログラム作成装置７０も、ＣＡＭのような自動プログラミング装置であり、図１に示されているような直交３軸加工機を用いて形状加工を行う数値制御装置のＮＣプログラムを作成する。
【００６１】
ＮＣプログラム作成装置７０は、多面体近似モデル作成部７１と、法線ベクトル算出部７２と、たわみ補正量算出部７３と、データベース７４と、補正多面体近似モデル作成部７５と、ＮＣブロックデータ作成部７６とを有する。
【００６２】
多面体近似モデル作成部７１は、ＣＡＤデータ等の図形データよりポリゴン等による多面体近似モデル（３次元モデル）を作成する。
【００６３】
法線ベクトル算出部７２は、多面体近似モデル作成部７１によって作成された多面体近似モデルの各面の法線ベクトルＵａを算出する。この法線ベクトルＵａは、多面体近似モデルの各面の面データより面創成の数式よって算出される。この法線ベクトルＵａも、機械三次元座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義する。
【００６４】
たわみ補正量算出部７３は、法線ベクトル算出部７２により算出された多面体近似モデルの各面の法線ベクトルＵａに応じた工具たわみ補正量ａを、前記多面体近似モデルの各面毎に算出する。
【００６５】
たわみ補正量算出部７３は、より詳細には、法線ベクトル算出部７２により算出された多面体近似モデルの各面の法線ベクトルＵａと、キーボード７７等によるユーザ入力の送り速度Ｆ、主軸回転数Ｓ、加工情報Ｌ、被削材情報Ｑ、使用工具情報Ｈを取り込み、これら情報とデータベース７４に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量ａを算出する。
【００６６】
データベース７４に格納される使用工具データは、使用工具情報Ｈが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Ｔｋ、工具材質Ｔｚ、工具長Ｔｌａ、工具突き出し長Ｔｌｂ、工具径Ｔｄを予め定義している。
【００６７】
加工情報Ｌは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。
【００６８】
工具たわみ補正量ａの計算式は、下式により表される。
【００６９】
ａ＝ｆ（Ｕａ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）
ただし、ｆ：たわみ補正量算出関数である。
【００７０】
工具たわみ補正量ａは、各送り軸の工具たわみ補正量Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚよりなり、（Ｕａ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。
【００７１】
工具たわみ補正量ａ＝ｆ（Ｕａ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）によるた工具わみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース７４に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
【００７２】
補正多面体近似モデル作成部７５は、たわみ補正量算出部７３により算出された工具たわみ補正量ａに応じ、工具たわみをキャンセルする形状に補正した補正多面体近似モデルを作成する。この補正多面体近似モデルもポリゴン等による３次元モデルである。
【００７３】
ＮＣブロックデータ作成部７６は、補正多面体近似モデル作成部７５により作成された補正多面体近似モデルから送り軸位置情報を含む各ＮＣブロックデータを作成する。
【００７４】
これにより、ＮＣブロックデータ作成部７６が作成したＮＣブロックデータによるＮＣプログラムによって形状加工を行うことにより、汎用の直交３軸の数値制御加工機による形状加工において、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差をキャンセルでき、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける５軸制御を行うことなく、３軸制御で、高速度の高精度な形状加工を行うことができる。
上述したＮＣプログラム作成装置７０も、コンピュータがシステムプログラムを実行することにより具現される。そして、この発明によるＮＣプログラム作成のプログラムも、ＣＡＭ用ソフトウェアであり、コンピュータに、図形データより多面体近似モデルを作成する手順と、前記多面体近似モデルの各面の法線ベクトルを算出する手順と、算出された前記多面体近似モデルの各面の法線ベクトルに応じた工具のたわみ補正量を算出する手順と、算出された前記工具たわみ補正量に応じて補正した補正多面体近似モデルを作成する手順と、作成された補正多面体近似モデルから送り軸位置情報を含むＮＣブロックデータを作成する手順を実行させる。
【００７５】
このＮＣプログラム作成プログラムにおけるたわみ補正量を算出する手順は、前記多面体近似モデルの各面の法線ベクトルと、送り速度、切込量、主軸回転数、切削法、工具の種類、工具材質、工具長、工具突き出し長、工具径、被加工物の材質の少なくとも一つの組み合わせ、あるいは、それら複数個の組み合わせにより、たわみ補正量を算出する。
【００７６】
つぎに、この発明によるＮＣプログラム作成装置の他の実施形態を、図７を参照して説明する。
【００７７】
この実施形態のＮＣプログラム作成装置８０も、ＣＡＭのような自動プログラミング装置であり、図１に示されているような直交３軸加工機を用いて形状加工を行う数値制御装置のＮＣプログラムを作成する。
【００７８】
ＮＣプログラム作成装置８０は、面モデル作成部８１と、法線ベクトル算出部８２と、たわみ補正量算出部８３と、データベース８４と、補正面モデル作成部８５と、ＮＣブロックデータ作成部８６とを有する。
【００７９】
面モデル作成部８１は、ＣＡＤデータ等の図形データより面モデルを作成する。
【００８０】
法線ベクトル算出部８２は、面モデル作成部８１によって作成された面モデルの各面の法線ベクトルＵａを算出する。この法線ベクトルＵａは、面モデルの各面の面データより面創成の数式よって算出される。この法線ベクトルＵａも、機械三次元座標のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義する。
【００８１】
たわみ補正量算出部８３は、法線ベクトル算出部８２により算出された面モデルの各面の法線ベクトルＵａに応じた工具たわみ補正量ａを、前記面モデルの各面毎に算出する。
【００８２】
たわみ補正量算出部８３は、より詳細には、法線ベクトル算出部８２により算出された面モデルの各面の法線ベクトルＵａと、キーボード８７等によるユーザ入力の送り速度Ｆ、主軸回転数Ｓ、加工情報Ｌ、被削材情報Ｑ、使用工具情報Ｈを取り込み、これら情報とデータベース７４に格納されている、たわみ補正量算出関数、パラメータ、使用工具データに基づいて工具たわみ補正量ａを算出する。
【００８３】
データベース８４に格納される使用工具データは、使用工具情報Ｈが示す工具管理番号を検索キーとして、各工具管理番号毎に、工具の種類Ｔｋ、工具材質Ｔｚ、工具長Ｔｌａ、工具突き出し長Ｔｌｂ、工具径Ｔｄを予め定義している。
【００８４】
加工情報Ｌは、切削法、すなわち、走査線加工であるか、等高線加工であるかと、加工種類、すなわち、荒加工であるか、仕上加工であるかを示す。ここでは、荒加工であるか、仕上加工であるかにより、切込量を特定する。
【００８５】
工具たわみ補正量ａの計算式は、下式により表される。
【００８６】
ａ＝ｆ（Ｕａ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）
ただし、ｆ：たわみ補正量算出関数である。
【００８７】
工具たわみ補正量ａは、各送り軸の工具たわみ補正量Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚよりなり、（Ｕａ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）は、すべて、ブロックデータ実行による切削加工時における工具の径方向たわみ量を決定するファクタである。
【００８８】
工具たわみ補正量ａ＝ｆ（Ｕａ，Ｆ，Ｓ、Ｔｋ，Ｔｚ，Ｔｌａ、Ｔｌｂ，Ｔｄ，Ｌ）による工具たわみ補正量は、実験計測、経験則等によって同定された演算式により算出することも、データベース８４に格納された径方向たわみ量決定ファクタ毎の各種パラメータを参照して算出することもできる。
【００８９】
補正面モデル作成部８５は、たわみ補正量算出部８３により算出された工具たわみ補正量ａに応じ、工具たわみをキャンセルする形状に補正した補正面モデルを作成する。
【００９０】
ＮＣブロックデータ作成部８６は、補正面モデル作成部８５により作成された補正面モデルから送り軸位置情報を含む各ＮＣブロックデータを作成する。
【００９１】
これにより、ＮＣブロックデータ作成部８６が作成したＮＣブロックデータによるＮＣプログラムによって形状加工を行うことにより、汎用の直交３軸の数値制御加工機による形状加工において、工具の径方向のたわみによる座標位置誤差をキャンセルでき、工具中心軸線を加工面の法線方向に向ける５軸制御を行うことなく、３軸制御で、高速度の高精度な形状加工を行うことができる。
上述したＮＣプログラム作成装置８０も、コンピュータがシステムプログラムを実行することにより具現される。そして、この発明によるＮＣプログラム作成のプログラムも、ＣＡＭ用ソフトウェアであり、コンピュータに、図形データより面モデルを作成する手順と、前記面モデルの各面の法線ベクトルを算出する手順と、算出された前記面モデルの各面の法線ベクトルに応じた工具のたわみ補正量を算出する手順と、算出された前記工具たわみ補正量に応じて補正した補正面モデルを作成する手順と、作成された補正面モデルから送り軸位置情報を含むＮＣブロックデータを作成する手順を実行させる。
【００９２】
このＮＣプログラム作成プログラムにおけるたわみ補正量を算出する手順は、前記面モデルの各面の法線ベクトルと、送り速度、切込量、主軸回転数、切削法、工具の種類、工具材質、工具長、工具突き出し長、工具径、被加工物の材質の少なくとも一つの組み合わせ、あるいは、それら複数個の組み合わせにより、たわみ補正量を算出する。
【００９３】
なお、この発明によるＮＣプログラム作成のプログラムは、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行され、またこのプログラムは、上述のような記録媒体を介してインターネット等のネットワークを介して配布することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】この発明による形状加工方法の実施に使用される直交３軸の数値制御加工機の一つの実施形態を示す構成図である。
【図２】この発明による形状加工方法の実施に使用される数値制御装置の一つの実施形態を示す構成図である。
【図３】工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルを示す説明図である。
【図４】工具と被加工物との接触点における加工面の法線ベクトルと１ブロックの加工方向ベクトルを示す説明図である。
【図５】この発明によるＮＣプログラム作成装置の一つの実施形態を示す構成図である。
【図６】この発明によるＮＣプログラム作成装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図７】この発明によるＮＣプログラム作成装置の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  工作機械
１１  ベッド
１２  ワークテーブル
１５  クロスレール
１６  サドル
１７  ラム
１８  主軸へッド
１９  工具
２０  主軸モータ
２２  Ｘ軸サーボモータ
２３  Ｙ軸サーボモータ
２５  Ｚ軸サーボモータ
３０  数値制御装置（ＣＮＣ）
３１  解析部
３２  分配部
３３  送り軸指令算出部
３４  実速度演算部
３５  たわみ補正量算出部
３６  データベース
３７  送り軸指令補正部
３８  Ｘ軸制御部
３９  Ｙ軸制御部
４０  Ｚ軸制御部
４１  機械制御インタフェース部
５０  ＣＡＭ
６０  ＮＣプログラム作成装置
６１  ＮＣブロックデータ作成部
６２  法線ベクトル算出部
６３  加工方向ベクトル算出部
６４  たわみ補正量算出部
６５  データベース
６６  出力用ＮＣブロックデータ作成部
６７  キーボード
７０  ＮＣプログラム作成装置
７１  多面体近似モデル作成部
７２  法線ベクトル算出部
７３  たわみ補正量算出部
７４  データベース
７５  補正多面体近似モデル作成部
７６  ＮＣブロックデータ作成部
７７  キーボード
８０  ＮＣプログラム作成装置
８１  面モデル作成部
８２  法線ベクトル算出部
８３  たわみ補正量算出部
８４  データベース
８５  補正面モデル作成部
８６  ＮＣブロックデータ作成部
８７  キーボード
【図１】
0004778675.tif 000002
【図２】
0004778675.tif 000003
【図３】
0004778675.tif 000004
【図４】
0004778675.tif 000005
【図５】
0004778675.tif 000006
【図６】
0004778675.tif 000007
【図７】
0004778675.tif 000008