(57)【要約】【課題】  簡単にかつ短時間で切削加工用ワークの製造誤差モデルを作成できるようにする。【解決手段】  先端面が所定半径Ｒ１を有する半球状をなす第１工具モデルの該先端面を、ワークの製造誤差無しモデル１１の表面に当接させかつ該製造誤差無しモデル１１の表面に沿って移動させたときの、該第１工具モデルの先端面の中心の移動軌跡データを作成し、次いで、先端面が上記所定半径Ｒ１よりもワークの製造誤差Ｅ分だけ小さい半径Ｒ２（＝Ｒ１−Ｅ）を有する半球状をなす第２工具モデル１３を、該第２工具モデル１３の先端面の中心Ｐ２の移動軌跡が第１工具モデルの先端面の中心移動軌跡と一致するように移動させたときの、該第２工具モデル１３の先端面の移動軌跡に基づいて、ワークの製造誤差モデルを作成する。【選択図】  図３
2005144563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に延びる中心軸回りに回転する回転加工工具の先端側に配置されて該工具により切削加工される切削加工用ワークの製造誤差モデルを作成するワーク製造誤差モデルの作成方法であって、
上記工具のモデルとして、先端面が所定半径を有する半球状をなすとした第１工具モデルの該先端面を、上記ワークの製造誤差無しモデルの表面に当接させかつ該製造誤差無しモデルの表面に沿って移動させたときの、該第１工具モデルの先端面の中心の移動軌跡データを作成するステップと、
上記工具のモデルとして、先端面が上記所定半径よりも上記ワークの製造誤差分だけ小さい半径を有する半球状をなすとした第２工具モデルを、該第２工具モデルの先端面の中心の移動軌跡が上記第１工具モデルの先端面の中心移動軌跡と一致するように移動させたときの、該第２工具モデルの先端面の移動軌跡に基づいて、上記ワークの製造誤差モデルを作成するステップとを備えたことを特徴とするワーク製造誤差モデルの作成方法。
【請求項２】
請求項１記載のワーク製造誤差モデルの作成方法により作成したワーク製造誤差モデルと、ワークを切削加工するために予め作成しておいた、回転加工工具の移動経路及び一定の送り速度を含む初期ＮＣデータとに基づいて、該初期ＮＣデータに従って作動する工具により上記ワーク製造誤差モデルと同じ大きさのワークを切削加工するときの、上記工具移動経路上の工具位置に対応する切削量を求めるステップと、
上記切削量に応じて当該工具位置の工具送り速度を設定して、上記初期ＮＣデータの工具送り速度を該設定した工具送り速度に修正することで、切削加工用ＮＣデータを作成するステップとを備えたことを特徴とする切削加工用ＮＣデータの作成方法。
【請求項３】
請求項２記載の切削加工用ＮＣデータの作成方法において、
切削量を求めるステップの前に、ワーク製造誤差モデルと初期ＮＣデータとに基づいて、該初期ＮＣデータに従って作動する工具により該ワーク製造誤差モデルと同じ大きさのワークを切削加工する場合の加工シミュレーションを行うステップを更に備えていることを特徴とする切削加工用ＮＣデータの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ工作機械を用いてワークを切削加工する際にそのワークの製造誤差を考慮するために必要なワーク製造誤差モデルの作成方法及び該方法により作成したワーク製造誤差モデルを用いた切削加工用ＮＣデータの作成方法に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＮＣ（数値制御）工作機械による切削加工においては、所定方向に延びる中心軸回りに回転するエンドミル等の回転加工工具の先端側にワークを配置し、上記工具を回転させながら所定の経路（ＮＣデータに従う経路）で移動させることで切削加工を行う。このとき、工具送り速度は、通常、一定であり、切削負荷の最も大きい部分に対応した速度に設定している。
【０００３】
ところが、上記のように工具送り速度が一定であると、加工時間が長くなるという問題がある。そこで、従来、例えば特許文献１に示されているように、工具の１刃当たりの切削量が一定になるように工具送り速度を制御することが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２００５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のように工具送り速度を制御するようにしても、ワークには製造誤差が存在するので、その製造誤差を考慮しないと、速い送り速度で工具が移動中に負荷が急激に大きくなる可能性があり、改善の余地がある。
【０００５】
そこで、製造誤差を考慮するために、ワークの製造誤差無しモデルに対して全体に製造誤差分だけ大きくした製造誤差モデルを作成し、この製造誤差モデルを用いて、工具移動経路上の工具位置に対応した切削量を求めて、その切削量に応じて工具送り速度を設定するようにすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記の製造誤差無しモデルは、ワークを鋳造する鋳型のキャビティや寸法等のような該ワーク製造時のデータから容易に得られるものの、製造誤差モデルは、通常、ＣＡＤシステムを使用して製造誤差無しモデルの各面をオフセットしたり、ソリッドモデルを変形したりして作成する必要があり、そのような作業には多大な時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単にかつ短時間で切削加工用ワークの製造誤差モデルを作成できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、所定方向に延びる中心軸回りに回転する回転加工工具の先端側に配置されて該工具により切削加工される切削加工用ワークの製造誤差モデルを作成するワーク製造誤差モデルの作成方法であって、上記工具のモデルとして、先端面が所定半径を有する半球状をなすとした第１工具モデルの該先端面を、上記ワークの製造誤差無しモデルの表面に当接させかつ該製造誤差無しモデルの表面に沿って移動させたときの、該第１工具モデルの先端面の中心の移動軌跡データを作成するステップと、上記工具のモデルとして、先端面が上記所定半径よりも上記ワークの製造誤差分だけ小さい半径を有する半球状をなすとした第２工具モデルを、該第２工具モデルの先端面の中心の移動軌跡が上記第１工具モデルの先端面の中心移動軌跡と一致するように移動させたときの、該第２工具モデルの先端面の移動軌跡に基づいて、上記ワークの製造誤差モデルを作成するステップとを備えるようにした。
【０００９】
このことにより、第１工具モデルの先端面をワークの製造誤差無しモデルの表面に当接させかつ該製造誤差無しモデルの表面に沿って移動させることで、第１工具モデルの先端面の中心（半球の中心）の移動軌跡は、製造誤差無しモデルの表面に対して所定半径の分だけ離れて位置し、第２工具モデルの先端面の中心の移動軌跡が第１工具モデルの先端面の中心移動軌跡と一致しているので、第２工具モデルの先端面の移動軌跡は、製造誤差無しモデルの表面に対して製造誤差分だけ離れて位置することになり、この移動軌跡から製造誤差モデルが得られる。このような移動軌跡データは、ＣＡＭシステムを使用することで容易に得られ、ＣＡＤシステムを使用して製造誤差無しモデルの各面をオフセットしたり（オフセットした面同士を繋げる作業が複雑になる）、ソリッドモデルを変形したりすることでワークの製造誤差モデルを作成する方法に比べて、簡単にかつ短時間でワークの製造誤差モデルを作成することができる。
【００１０】
請求項２の発明では、切削加工用ＮＣデータの作成方法として、請求項１記載のワーク製造誤差モデルの作成方法により作成したワーク製造誤差モデルと、ワークを切削加工するために予め作成しておいた、回転加工工具の移動経路及び一定の送り速度を含む初期ＮＣデータとに基づいて、該初期ＮＣデータに従って作動する工具により上記ワーク製造誤差モデルと同じ大きさのワークを切削加工するときの、上記工具移動経路上の工具位置に対応する切削量を求めるステップと、上記切削量に応じて当該工具位置の工具送り速度を設定して、上記初期ＮＣデータの工具送り速度を該設定した工具送り速度に修正することで、切削加工用ＮＣデータを作成するステップとを備えるようにする。
【００１１】
このことで、ワークの製造誤差モデルを使用することで、製造誤差を加味した最適な工具送り速度が容易にかつ短時間で得られるとともに、比較的速い工具送り速度で工具が移動中に負荷が急激に大きくなるのを防止しつつ、ワークの切削加工時間を短縮することができる。
【００１２】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、切削量を求めるステップの前に、ワーク製造誤差モデルと初期ＮＣデータとに基づいて、該初期ＮＣデータに従って作動する工具により該ワーク製造誤差モデルと同じ大きさのワークを切削加工する場合の加工シミュレーションを行うステップを更に備えるようにする。
【００１３】
こうすることで、加工シミュレーションによりワークと工具との干渉チェックを行うことができ、ワークと工具との干渉が有る場合には、初期ＮＣデータの工具移動経路を変更し、切削量を求めるステップにおいて、その変更後の初期ＮＣデータに基づいて切削量を求めるようにすればよい。したがって、工作機械のオペレータが不要となり、自動で切削加工を行うようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によると、簡単にかつ短時間でワークの製造誤差モデルを作成することができ、この製造誤差モデルを使用することで、製造誤差を加味した最適な工具送り速度が容易にかつ短時間で得られるとともに、比較的速い工具送り速度で工具が移動中に負荷が急激に大きくなるのを防止しつつ、加工時間の短縮化を容易に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、ＮＣ工作機械において、所定方向（この実施形態では、上下方向）に延びる中心軸回りに回転する回転加工工具２（エンドミル等）の先端側に配置されて該工具２により切削加工される切削加工用ワーク１を示す。このワーク１は鋳物であって、矩形部１ａと、該矩形部１ａの上面に設けられた円形部１ｂとで構成されている。そして、上記工具２により、上記ワーク１の円形部１ｂの上面側の部分（図１に示す二点鎖線よりも上側の部分）である切削部１ｃを切削加工するものとする。尚、ワーク１は、鋳物である必要はなく、切削加工できるものであればどのようなものであってもよい。
【００１７】
上記切削加工に先立って、上記ワーク１の製造誤差モデルを作成する。この作成方法を以下に説明する。
【００１８】
先ず、図２に示すように、ＣＡＤ（コンピュータ支援デザイン）システムより得られるワーク１の製造誤差無しモデル１１（ワーク１形成のための鋳型のキャビティの形状データから得られる）と、上記工具２のモデルとして、先端面が所定半径Ｒ１を有する半球状をなすとした第１工具モデル１２（先端工具半径Ｒ１のボールエンドミルに相当する）とを、上記工具２によるワーク１の切削加工時と同じ位置関係に配置して、上記第１工具モデル１２の先端面を、上記製造誤差無しモデル１１の表面に当接させかつ該製造誤差無しモデル１１の表面に沿って移動させる。こうすることで、第１工具モデル１２の先端面の中心Ｐ１（半球の中心）の移動軌跡データを作成する。この移動軌跡は、図２に一点鎖線で示すように、製造誤差無しモデル１１の表面に対して所定半径Ｒ１の分だけ離れて位置することになる。このような移動軌跡データは、ＣＡＭ（コンピュータ支援生産）システムを使用することで容易に得られる。つまり、この移動軌跡データは、先端工具半径Ｒ１のボールエンドミルで、上記ワーク１形成のための鋳型のキャビティを切削加工する場合のＮＣデータから容易に得られる。尚、上記所定半径Ｒ１は、いくらの値でもよいが、製造誤差無しモデル１１の表面に凹み部や隅部がある場合にその凹み部や隅部の内面にも当接可能にするためにできる限り小さい値の方が好ましい。但し、後述の製造誤差Ｅよりも大きくしておく必要がある。
【００１９】
続いて、図３に示すように、上記製造誤差無しモデル１１と、上記工具２のモデルとして、先端面が上記所定半径Ｒ１よりも上記ワークの製造誤差Ｅ（生じ得る製造誤差の最大値（例えば１０ｍｍ））分だけ小さい半径Ｒ２（＝Ｒ１−Ｅ）を有する半球状をなす第２工具モデル１３（先端工具半径Ｒ２のボールエンドミルに相当する）とを、上記工具によるワークの切削加工時と同じ位置関係に配置して、上記第２工具モデル１３を、該第２工具モデル１３の先端面の中心Ｐ２（半球の中心）の移動軌跡が上記第１工具モデル１２の先端面の中心Ｐ１の移動軌跡と一致するように移動させる。このときの第２工具モデル１３の先端面の移動軌跡に基づいて、製造誤差モデル１４（図５参照）を作成する。つまり、第２工具モデル１３の先端面の移動軌跡の最も内側（製造誤差無しモデル１１側）の点を繋ぐと、製造誤差無しモデル１１の表面に対して製造誤差Ｅ（＝Ｒ１−Ｒ２）分だけ離れた面（図３の破線参照）が得られ、この面が、製造誤差モデル１４の表面を構成することになる。
【００２０】
より具体的には、図４に示すように、上記製造誤差無しモデル１１を、上下方向に延びる多数の線分で構成されかつ製造誤差モデル１４よりも大きい直方体モデル１５（所謂Ｚ−ｍａｐモデル）に置き換え、第１工具モデル１２を第２工具モデル１３に置き換えて、上記ワーク１形成のための鋳型のキャビティを切削加工する場合のＮＣデータを利用して、第２工具モデル１３でその直方体モデル１５を削り取るようにする。こうして残ったものが、製造誤差モデル１４となる（図５参照）。
【００２１】
次に、上記製造誤差モデル１４を使用して、上記ワーク１を切削加工するための切削加工用ＮＣデータを作成する。この作成方法を図６により説明する。
【００２２】
すなわち、最初のステップＳ１で、上記ワーク１の製造誤差無しモデル１１のデータと、上記ワーク１の切削後の形状データとをＣＡＤシステムからＣＡＭシステムに取り込んで、工具移動経路の計算等を行う。続いて、ステップＳ２で、その計算値をＮＣ工作機械に適合するフォーマットに変換して初期ＮＣデータを作成する。この初期ＮＣデータには、上記工具移動経路に加えて一定の工具送り速度が含まれている。
【００２３】
次のステップＳ３では、上記製造誤差モデル１４と上記ステップＳ２で作成した初期ＮＣデータとに基づいて、該初期ＮＣデータに従って作動する工具２により製造誤差モデル１４と同じ大きさのワーク１を切削加工する場合の加工シミュレーションを行う。つまり、ディスプレイの画面上で工具２のモデルを移動させて、ワーク１と工具２との干渉チェックを行う。
【００２４】
本実施形態では、そのような干渉は生じないが、例えば、図７（ａ）に示すような形状のワーク２１の切削部２１ａ（二点鎖線よりも上側の部分）を、工具２２（刃が先端近傍部にしかないとする）を水平の矢印の方向に移動させて切削加工する場合、図７（ｂ）に示すように、このワーク２１の製造誤差モデル２４では、ワーク２１の立壁部２１ｂと工具２２の刃のない部分とが干渉することが分かる。尚、図７（ｂ）中、２６は、工具２２のモデルであり、２７は、上記ワーク２１の誤差無しモデルである。
【００２５】
このような干渉が有る場合には、工具移動経路を変更して新たな初期ＮＣデータを作成する。図７の例の場合には、工具２２を下方向に移動させながら立壁部２１ｂを先に切削し、その後に切削部２１ａを切削するように工具移動経路を変更する。
【００２６】
次のステップＳ４では、工具送り速度の最適化処理を行う。具体的には、先ず、上記製造誤差モデル１４と上記初期ＮＣデータ（上記干渉が有った場合には、工具移動経路を変更した後の新たな初期ＮＣデータ）とに基づいて、該初期ＮＣデータに従って作動する工具２により上記製造誤差モデル１４と同じ大きさのワーク１を切削加工するときの、上記工具移動経路上の工具位置に対応する切削量（切削体積）を求める。そして、この切削量に応じて当該工具位置の工具送り速度を設定して、上記ＮＣデータの工具送り速度を該設定した工具送り速度に修正することで、切削加工用ＮＣデータを作成する。
【００２７】
この実施形態では、工具２をワーク１の切削部１ｃの側方から水平の矢印方向に移動させて切削部１ｃを切削加工するとして、図８（ａ）に示すように、上記製造誤差モデル１４と工具２のモデルである工具モデル１６とにより上記切削量を求める。すなわち、図８（ｂ）に示すように、工具モデル１６が製造誤差モデル１４に当接する位置までは、切削量は０であり、その当接位置から工具モデル１６が移動するに連れて切削量が多くなり、その当接位置から工具モデル１６の直径分移動したところからは、一定の切削量となる。この結果、図８（ｃ）に示すように、工具モデル１６が製造誤差モデル１４に当接する位置までは、工具送り速度を比較的速くし（当接直前に速度を少し遅くする）、その当接位置から工具モデル１６が移動するに連れて速度を徐々に遅くし、その当接位置から工具モデル１６の直径分移動したところからは、比較的遅い一定の工具送り速度とする。そして、この工具モデル１６と同じ作動を工具２にさせて、ワーク１を実際に加工する。
【００２８】
また、別の切削加工例として、図９（ａ）に示すような形状のワーク３１の切削部３１ａ（二点鎖線で囲まれた部分）を、工具３２を矢印の方向（下方向）に移動させて切削加工する場合、図９（ｂ）に示すように、このワーク３１が該ワーク３１の製造誤差モデル３４と同じ大きさであるとすると、上記切削部３１ａを切削加工する前に、ワーク３１の立壁部３１ｂを切削加工する必要がある。そこで、工具３２のモデルである工具モデル３６が製造誤差モデル３４（立壁部３１ｂに相当する部分）に当接する位置までは、工具送り速度を比較的速くし（当接直前に速度を少し遅くする）、その当接位置から工具モデル３６が製造誤差モデル３４の切削部３１ａに相当する部分の上面に当接するまで、比較的遅い一定の工具送り速度とし、その上面当接位置からは、切削量が増大するので、更に遅い一定の工具送り速度とする。
【００２９】
ここで、上記のように製造誤差モデル１４（３４）を用いて製造誤差を考慮しないとすると、工具２（３２）が速い速度で移動中にワーク１（３１）に当接して負荷が急激に大きくなる可能性がある。しかし、この実施形態のように、製造誤差モデル１４（３４）を作成して製造誤差を考慮するようにしているので、そのような不具合をなくして、常に適切な負荷で切削加工を行いつつ、加工時間の短縮化を図ることができる。また、製造誤差モデル１４（２４）を用いて加工シミュレーションを行うことにより、ワーク１（２１）と工具２（２２）との干渉チェックを行うことができ、工作機械のオペレータが不要となり、自動で切削加工を行うようにすることができる。
【００３０】
そして、上記のような製造誤差モデル１４（２４，３４）は、第１工具モデル１２の先端面の中心の移動軌跡データを作成し、第２工具モデル１３の先端面の中心の移動軌跡が上記第１工具モデル１２の先端面の中心移動軌跡と一致するように移動させたときの、該第２工具モデル１３の先端面の移動軌跡に基づいて、容易に作成することができ、ＣＡＤシステムを使用して製造誤差無しモデル１１の各面をオフセットしたり（オフセットした面同士を繋げる作業が複雑になる）、ソリッドモデルを変形したりすることでワーク１（２１，３１）の製造誤差モデルを作成する方法に比べて、簡単にかつ短時間でワーク１（２１，３１）の製造誤差モデル１４（２４，３４）を作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、ＮＣ工作機械を用いてワークを切削加工する際に、工具移動経路上の工具位置に対応した切削量に応じて工具送り速度を可変とする場合等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係るワーク製造誤差モデル作成方法により製造誤差モデルを作成する切削加工用ワークの一例を示す斜視図である。
【図２】第１工具モデルの先端面の中心の移動軌跡データを作成する要領を示す図である。
【図３】第２工具モデルの先端面の移動軌跡に基づいてワークの製造誤差モデルを作成する要領を示す図である。
【図４】上下方向に延びる多数の線分で構成された直方体モデルを第２工具モデルで削り取る前の状態を示す図である。
【図５】直方体モデルを第２工具モデルで削り取って製造誤差モデルが完成した状態を示す図である。
【図６】ワークを切削加工するための切削加工用ＮＣデータを作成する手順を示すフローチャートである。
【図７】加工シミュレーションの一例を示す図である。
【図８】工具位置と、切削量及び工具送り速度との関係を示す図である。
【図９】他の切削加工例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    ワーク
２    工具
１１  製造誤差無しモデル
１２  第１工具モデル
１３  第２工具モデル
１４  製造誤差モデル
２１  ワーク
２２  工具
２４  製造誤差モデル
３１  ワーク
３２  工具
３４  製造誤差モデル
【図１】
2005144563.tif 000003
【図２】
2005144563.tif 000004
【図３】
2005144563.tif 000005
【図４】
2005144563.tif 000006
【図５】
2005144563.tif 000007
【図６】
2005144563.tif 000008
【図７】
2005144563.tif 000009
【図８】
2005144563.tif 000010
【図９】
2005144563.tif 000011