(57)【要約】【課題】大径の加工工具を用いてそれよりも小さい半径の円弧の内側を加工する場合に、アラームで停止させること無く、且つ大径の加工工具で小さい半径の円弧の内側部分をなるべく多く加工できるようにする。【解決手段】半径がｄの円弧形状３の内側を、ｄよりも大きいｄ1の半径を有する加工工具１０で数値制御加工する場合の、数値制御加工方法であって、円弧形状３の内側を加工する場合に、加工工具１０の中心を、円弧形状の始点２と終点４をそれぞれ中心とし半径が加工工具の半径ｄ1である２つの円４０１，４０２の交点１３を通過させるように移動させる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径がｄの円弧形状の内側を、ｄよりも大きいｄ1の半径を有する加工工具で数値制御加工する場合の、数値制御加工方法であって、
前記円弧形状の内側を加工する場合に、前記加工工具の中心を、前記円弧形状の始点と終点をそれぞれ中心とし半径が前記加工工具の半径ｄ1である２つの円の交点を通過させるように移動させることを特徴とする数値制御加工方法。
【請求項２】
前記加工工具の中心を、前記円弧形状の始点を中心とし、前記２つの円の交点に至る半径ｄ1の円に沿って移動させるとともに、前記２つの円の交点から前記円弧形状の終点を中心とする半径ｄ1の円に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の数値制御加工方法。
【請求項３】
前記加工工具の中心を、前記円弧形状の始点を中心とし、前記２つの円の交点に至る半径ｄ1の円の外側を通る線分群に沿って移動させるとともに、前記２つの円の交点から前記円弧形状の終点を中心とする半径ｄ1の円の外側を通る線分群に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の数値制御加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御加工で円弧の内側を加工する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、数値制御加工において、工具半径よりも小さい半径を持つ円弧の内側を加工する場合には切り込みを生じるので、数値制御装置はアラームを出力して停止していた。それゆえ、部分的に工具半径よりも小さい半径の円弧を有する形状部分がある加工物を加工する場合には、あらかじめ、その小さい半径の円弧部分を除いた輪郭形状加工プログラムを、大径工具での荒加工用として作成し、小さい円弧部分の輪郭形状加工プログラムを小径工具での仕上げ加工用として作成する必要があり、少なくとも２種類の加工プログラムを準備しなければならなかった。その結果、プログラム作成や段取りなどで著しく時間を浪費することが頻繁にあった。
【０００３】
このような事情に対処するために、アラームによる停止を防ぐための提案がいくつかなされている。
【０００４】
例えば、アラームが出力される場合には、円弧の加工方向が逆向きになるという現象を検知し、円弧の前後の軌跡要素について工具径を補正した軌跡要素同士の交点を経由させる方法が提案されている（特許文献１）。さらに、円弧を円弧の始点と終点を結ぶ線分とみなして工具径を補正することが提案されている（特許文献２）。
【０００５】
このような従来の技術について図面を参照して説明する。
【０００６】
図１は特許文献１に開示されている技術を用いた工具径補正をおこなってもアラームが出力される状態を示した図である。
【０００７】
線分１、円弧３、線分５は工具径補正前の軌跡要素である。これら軌跡要素に対して、円弧３の半径以上の値であるｄ1を工具径補正量とする工具径左補正をかける。すると、線分１に対する工具径補正結果として線分６を得、円弧３に対する工具径補正結果として点１０３を始点とし点１０１を終点とする円弧１０２を得、線分５に対する工具径補正結果として線分９を得る。また、点１０４は円弧３の中心を示している。この時、特許文献１に記載の技術では、円弧１０２は切削方向が逆向きになったので、線分６と線分９との交点を求めようとする。しかし、２線分は平行なので交点が求まらずアラームになるという問題が発生する。
【０００８】
図２は特許文献２に記載の技術を用いた工具径補正を用いて荒加工をおこなった状態を示した図である。
【０００９】
まず、線分１、円弧３、線分５に対して、円弧３の半径以上の値であるｄ1を工具径補正量とする工具径左補正をかける。すると、線分１に対する工具径補正結果として線分２０１を得、円弧３を始点２から終点４への線分とみなして工具径補正をした結果として線分２０２を得、線分５に対する工具径補正結果として線分２０５を得る。また、点２０３は線分２０１と線分２０２の交点であり、点２０４は線分２０２と線分２０５の交点であり、円１０は半径がｄ1である大径工具を示している。また、ハッチング部はこの大径工具で荒加工した時の加工残り代である。
【００１０】
次に、図３について説明する。図３は図２で示した荒加工の後での小径工具による仕上げ加工を示している。
【００１１】
まず、線分１、円弧３、線分５に対してｄ1よりも小さい値であるｄ2を工具径補正量とする工具径左補正をかける。すると経路１１を得る。また、円１２はｄ2を半径とする小径工具を示す。ハッチングの部分は図２で示した荒加工での加工残り代であり、この小径工具で仕上げ加工をすると、加工残り代を加工する際に、半径方向の切り込みが大きくなり加工負荷が高まってしまうという問題が発生する。
【特許文献１】特公平７−４７２５６号公報
【特許文献２】特公平１−２８１８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、特許文献１の方法では、円弧の前後の軌跡要素が平行の場合には、前記円弧の前後の軌跡要素について工具径補正した軌跡要素同士の交点が求まらず、アラームで停止する（図１参照）。また、特許文献２の方法では、円弧の内側部分の全てが未加工となってしまい（図２参照）、小径工具で円弧の仕上げ加工をする時には、工具に対する半径方向の加工負荷が著しく増加する（図３参照）。そのような場合、工具の磨耗を早め、最悪の場合は工具破損を招くことになる。
【００１３】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大径の加工工具を用いてそれよりも小さい半径の円弧の内側を加工する場合に、アラームで停止させること無く、且つ大径の加工工具で小さい半径の円弧の内側部分をなるべく多く加工できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる数値制御加工方法は、半径がｄの円弧形状の内側を、ｄよりも大きいｄ1の半径を有する加工工具で数値制御加工する場合の、数値制御加工方法であって、前記円弧形状の内側を加工する場合に、前記加工工具の中心を、前記円弧形状の始点と終点をそれぞれ中心とし半径が前記加工工具の半径ｄ1である２つの円の交点を通過させるように移動させることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係わる数値制御加工方法において、前記加工工具の中心を、前記円弧形状の始点を中心とし、前記２つの円の交点に至る半径ｄ1の円に沿って移動させるとともに、前記２つの円の交点から前記円弧形状の終点を中心とする半径ｄ1の円に沿って移動させることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係わる数値制御加工方法において、前記加工工具の中心を、前記円弧形状の始点を中心とし、前記２つの円の交点に至る半径ｄ1の円の外側を通る線分群に沿って移動させるとともに、前記２つの円の交点から前記円弧形状の終点を中心とする半径ｄ1の円の外側を通る線分群に沿って移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、大径の加工工具を用いてそれよりも小さい半径の円弧の内側を加工する場合に、アラームで停止させること無く、且つ大径の加工工具で小さい半径の円弧の内側部分をなるべく多く加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態の工具径補正方法を用いて荒加工をおこなった状態を示した図である。
【００２０】
本実施形態では、半径ｄ1の荒加工工具１０を用いて、半径がｄ1よりも小さい円弧３の内側を加工するものとする。
【００２１】
まず、線分１、円弧３、線分５に対して、円弧３の半径以上の値であるｄ1を工具径補正量とする工具径左補正をかける。すると、線分６と線分９との交点が求まらないので、線分６と線分９の間を円弧４０１と円弧４０２で補完する。ここで、円弧４０１は線分６の終点７を始点とし点１３を終点とする半径がｄ1の円弧であり、円弧４０２は点１３を始点とし線分９の始点８を終点とする半径がｄ1の円弧である。また、点１３は、円弧３の始点２を中心とする半径ｄ1の円と円弧３の終点４を中心とする半径ｄ1の円の交点である。点１３を、以降、補正点と称す。なお、ハッチング部は円１０で示される大径工具で加工した際の、加工残り代である。
【００２２】
図２に示される特許文献２の技術による工具径補正での加工残り代よりも、本実施形態による工具径補正での加工残り代の方が少なく出来る。
【００２３】
次に、図５について説明する。図５は、図４に示した荒加工の後での仕上げ加工を示している。
【００２４】
なお、仕上げ加工では、円弧３の半径よりも小さい半径ｄ2を有する仕上げ加工工具を用いて円弧３の内側を加工するものとする。
【００２５】
まず、線分１、円弧３、線分５に対してｄ1よりも小さい値であるｄ2を工具径補正量とする工具径左補正をかける。すると経路１１を得る。ハッチングの部分は図４で示した荒加工の加工残り代であり、円１２で示される半径ｄ2の小径工具で仕上げ加工をすると、荒加工の加工残り代を加工する際に図３に示した仕上げ加工よりも加工負荷が少なく出来る。
【００２６】
また、補正点１３を計算する過程で、補正点の候補となる点は２点存在する。図６はこの２点を示した図である。
【００２７】
円６０１は円弧３の始点２を中心とする半径ｄ1の円であり、円６０２は円弧３の終点４を中心とする半径ｄ1の円である。そして、点６０３と点６０４は円６０１と円６０２の交点を示している。この点６０３と点６０４が補正点の候補となり、このうちいずれが補正点となるかは、後述する図１２の流れ図の説明で示す。
【００２８】
図１１は本実施形態の概略処理内容を示した流れ図である。この流れ図の処理を、円弧を工具径補正する際に適用する。
【００２９】
以下、図１１の流れ図に沿って本実施形態の概略処理内容を説明する。
【００３０】
本実施形態の処理を開始すると、まず、工具径補正をかける円弧の半径と工具径補正量とを比較する（Ｓ１０１）。工具径補正量が工具径補正をかける円弧の半径よりも大きいならば（Ｓ１０１でＹｅｓ）、補正点の位置を計算する（Ｓ１０２）。その後、補正点を経由する軌跡を作成する（Ｓ１０３）。もし、工具径補正量が円弧半径以下ならば（Ｓ１０１でＮｏ）、工具径補正方法は通常の処理方法をおこなう（Ｓ１０４）。
【００３１】
図１２は補正点１３の位置を求める処理（Ｓ１０２）についての流れ図を示したものである。以下、図１２の流れ図と図４に従って補正点の位置を求める方法を説明する。
【００３２】
まず、工具径補正をかける円弧３の始点２を中心とする半径が工具径補正量である円４０１を定義する（Ｓ２０１）。次に、工具径補正をかける円弧３の終点４を中心とする半径が工具径補正量である円４０２を定義する（Ｓ２０２）。そして、それら２円４０１，４０２の交点１３を求める（Ｓ２０３）。その後、工具径補正の方向を確認する（Ｓ２０４）。もし、工具径補正をする方向が工具径左補正ならば（Ｓ２０４で左補正）、工具径補正をかける円弧３の始点２から終点４へ向かうベクトルに対して左側の交点を補正点１３とする（Ｓ２０５）。工具径補正する方向が工具径右補正ならば（Ｓ２０４で右補正）、工具径補正をかける円弧３の始点４から終点２へ向かうベクトルに対して右側の交点を補正点１３とする（Ｓ２０６）。なお、工具径補正の方向を確認する処理（Ｓ２０４）は、工具径補正をかける円弧の回転方向を確認する処理に置き換えることが可能である。
【００３３】
図１３は処理（Ｓ１０３）についての流れ図であり、工具径補正後の経路において、直前の軌跡要素の終点７から補正点１３へ向かう円弧４０１を求める方法についての流れ図である。以下、図１３の流れ図と図４に基づいて説明する。
【００３４】
まず、円弧４０１の中心を工具径補正する円弧３の始点２とする（Ｓ３０１）。次に、円弧４０１の始点を、工具径補正をかける円弧３の直前の軌跡要素を工具径補正をかけて得た軌跡要素６の終点７とする（Ｓ３０２）。そして、円弧４０１の終点を補正点１３とする（Ｓ３０３）。次に、円弧４０１の半径を工具径補正量ｄ1と等しくする（Ｓ３０４）。次に、工具径補正の方向を確認する（Ｓ３０５）。左補正ならば（Ｓ３０５で左補正）、円弧４０１の回転方向をＣＷ（時計回転方向）回転とする（Ｓ３０６）。右補正ならば（Ｓ３０５で右補正）、円弧４０１の回転方向をＣＣＷ（反時計回転方向）回転とする（Ｓ３０７）。
【００３５】
図１４も処理（Ｓ１０３）についての流れ図であり、工具径補正後の経路において、補正点１３から直後の軌跡要素９へ向かう円弧を求める方法についての流れ図である。以下、図１４の流れ図と図４に基づいて説明する。
【００３６】
まず、円弧４０２の中心を工具径補正をかける円弧３の終点４とする（Ｓ４０１）。次に、円弧４０２の始点を補正点１３とする（Ｓ４０２）。そして、円弧４０２の終点を工具径補正をかける円弧３の直後の軌跡要素を工具径補正をかけて得た軌跡要素９の始点８とする（Ｓ４０３）。次に、円弧４０２の半径を工具径補正量ｄ1と等しくする（Ｓ４０４）。次に、工具径補正の方向を確認する（Ｓ４０５）。左補正ならば（Ｓ４０５で左補正）、円弧４０２の回転方向をＣＷ回転とする（Ｓ４０６）。右補正ならば（Ｓ４０５で右補正）、円弧４０２の回転方向をＣＣＷ回転とする（Ｓ４０７）。
【００３７】
（第２の実施形態）
図７に第２の実施形態を示す。これは、図４における円弧４０１と円弧４０２をそれぞれ線分群７０１と線分群７０２で置換した例である。
【００３８】
以下に、円弧を線分群で置換する方法を図面を用いて説明する。
【００３９】
まず、図１０に円弧を線分群で置換する過程の図を示す。図１０において、円弧１００２は始点１００１から終点１００９への点１０１０を中心とする半径ｒの円弧である。そして、θは円弧１００２の回転角度であり、ｈはｈ＝ｒ×（１−COS（θ／２）)で与えられる。そして、直線１００４は円弧１００２の始点１００１における接線であり、直線１００５は円弧１００２の終点１００９における接線である。また、直線１００８は円弧１００２の始点１００１から円弧１００２の終点１００９へのベクトルを含む直線であり、直線１００７は円弧１００２の始点１００１から円弧１００２の終点１００９へのベクトルを左側にｈだけ平行移動したベクトルを含む直線である。そして、点１００３は直線１００４と直線１００７との交点を示し、点１００６は直線１００５と直線１００７との交点を示している。そして、点線で示される線分群が、円弧１００２を線分群に置換した経路である。
【００４０】
次に、円弧を線分群で置換する方法についての流れ図を示す。図１５は、円弧を線分群で置換する方法についての流れ図を示している。以下、図１５の流れ図と図１０に沿って、円弧を線分で置換する方法を説明する。
【００４１】
まず、円弧始点１００１で円弧１００２に接する直線１００４を定義しＬ1と称す（Ｓ５０１）。次に、円弧終点１００９で円弧１００２に接する直線１００５を定義しＬ2と称す（Ｓ５０２）。そして、円弧始点１００１から円弧終点１００９へ向かうベクトルを定義しＶ1と称す（Ｓ５０３）。次に、Ｖ1を平行移動して円弧１００２の接線となる移動量ｈを求める（Ｓ５０４）。ｈは円弧半径×（１−COS（円弧回転角度／２））で求まる値である。次に、円弧回転方向を確認する（Ｓ５０５）。もし、ＣＷ回転ならば（Ｓ５０５でＣＷ）、Ｖ1を左側にｈだけ平行移動したベクトルを定義しＶ2と称す（Ｓ５０６）。これに対し、もし、ＣＣＷ回転ならば（Ｓ５０５でＣＣＷ）、Ｖ1を右側にｈだけ平行移動したベクトルを定義しＶ2と称す（Ｓ５０７）。そして、Ｌ1とＶ2を含む直線（図１０における直線１００７）の交点（図１０における点１００３）を求めて、その点をｑ1と称す（Ｓ５０８）。次に、Ｌ2とＶ2を含む直線の交点（図１０における点１００６）を求めて、その点をｑ2と称す（Ｓ５０９）。最後に、円弧始点１００１からｑ1、ｑ2、を順に経由して円弧終点１００９まで達する線分群を作る（Ｓ５１０）。なお、処理（Ｓ５０５）は、ベクトルＶ1に対して円弧の中心がどちらにあるかを確認する処理に置き換え可能である。
【００４２】
（第３の実施形態）
図８に第３の実施形態を示す。これは、図４における円弧４０２のみを線分群７０２で置換したものである。円弧を線分群に置換する方法は、第２の実施形態と同様である。
【００４３】
（第４の実施形態）
図９に第４の実施形態を示す。これは、図４における円弧４０１のみを線分群７０１で置換したものである。円弧を線分群に置換する方法は、第２の実施形態と同様である。
【００４４】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、工具径補正を使用した加工において、輪郭形状加工プログラムは荒加工と仕上げ加工とで共通化でき、プログラム作成や段取りの時間を著しく短縮することが可能となる。それと同時に、小径工具で仕上げ加工をする時の加工負荷も極力低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来の工具径補正をおこなってもアラームとなる例を示す図である。
【図２】従来の工具径補正の例を示す図である。
【図３】従来の荒加工の後での、高負荷な仕上げ加工の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の工具径補正方法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の工具径補正方法を使用した荒加工の後で、小径工具で仕上げ加工する時の少負荷加工の例を示す図である。
【図６】補正点の候補となる２点を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１０】円弧を線分群に置換する過程を示した図である。
【図１１】本発明の実施形態の概略処理内容を示した流れ図である。
【図１２】補正点を求める方法についての流れ図である。
【図１３】工具径補正後の経路において、直前の軌跡要素の終点から補正点へ向かう円弧を求める方法についての流れ図である。
【図１４】工具径補正後の経路において、補正点から直後の軌跡要素へ向かう円弧を求める方法についての流れ図である。
【図１５】円弧を線分群に置換する方法についての流れ図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  工具径補正前の円弧３の直前の軌跡要素である線分。
２  工具径補正前の円弧の始点
３  工具径補正前の円弧
４  工具径補正前の円弧の終点
５  工具径補正前の円弧３の直後の軌跡要素である線分。
６  線分１を工具径補正量ｄ1で特許文献１の発明での工具径左補正した結果
７  線分６の終点
８  線分９の始点
９  線分５を工具径補正量ｄ1で特許文献１の発明での工具径左補正した結果
１０  半径ｄ1の工具。大径工具として扱う。
１１  線分１、円弧３、線分５をｄ2を工具径補正量とする工具径左補正をした結果の経路
１２  半径ｄ2の工具。小径工具として扱う。
１３  円弧３をｄ1を工具径補正量とする工具径左補正をかけたときに求まる補正点
１０１  特許文献１の発明で円弧３に対して工具径補正量ｄ1の工具径左補正をかけた時の、工具径補正後の円弧１０２の終点
１０２  特許文献１の発明で円弧３に対して工具径補正量ｄ1の工具径左補正をかけた時の、工具径補正後の円弧
１０３  特許文献１の発明で円弧３に対して工具径補正量ｄ1の工具径左補正をかけた時の、工具径補正後の円弧１０２の始点
２０１  線分１に対して特許文献２の発明による工具径補正量ｄ1の工具径左補正をかけた結果
２０２  円弧３を始点２から終点４への線分とみなして、その線分に対して特許文献２の発明による工具径補正量ｄ1の工具径左補正をかけた結果
２０３  線分２０１と線分２０２との交点
２０４  線分２０２と線分２０５との交点
２０５  線分５に対して特許文献２の発明による工具径補正量ｄ1の工具径左補正をかけた結果
４０１  線分６の終点７から補正点１３へ向かう円弧
４０２  補正点１３から線分９の始点８へ向かう円弧
６０１  円弧３の始点２を中心とする半径ｄ1の円
６０２  円弧３の終点４を中心とする半径ｄ1の円
６０３  円６０１と円６０２との交点。円弧３の始点２から終点４へ向かうベクトルに対して右側にある。
６０４  円６０１と円６０２との交点。円弧３の始点２から終点４へ向かうベクトルに対して左側にある。
７０１  円弧４０１を線分群に置換したもの
７０２  円弧４０２を線分群に置換したもの
１００１  円弧１００２の始点
１００２  始点１００１から終点１００９への回転角度θで半径rの円弧。線分群に置換しようとする円弧である。
１００３  直線１００７と直線１００４との交点。図１０５のｑ1に相当。
１００４  円弧１００２の始点１００１における接線。図１０５のＬ1に相当。
１００５  円弧１００２の終点１００９における接線。図１０５のＬ2に相当。
１００６  直線１００７と直線１００５との交点。図１０５のｑ2に相当。
１００７  円弧１００２の始点から終点へ向かうベクトルを左側にhだけ平行移動したベクトル（図１５のＶ2に相当）を含む直線
１００８  円弧１００２の始点１００１から終点１００９へ向かうベクトル（図１０５のＶ1に相当）を含む直線
１００９  円弧１００２の終点
１０１０  円弧１００２の中心
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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