(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する工具の加工姿勢設定方法であって、
ワークの所定の加工領域において、製品形状情報と工具形状情報とに基づいて、製品形状面から前記工具の略半球状先端部の半径分外側の位置に複数の抽出点を設定する抽出点設定工程と、
製品形状面を前記工具の先端部の半径分外側へオフセットさせたオフセット形状面を生成するオフセット形状面生成工程と、
各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上でオフセット形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する背景部形状算出工程と、
各抽出点が特定の抽出点に一致するようにオフセット形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての最小背景部の形状を算出する最小背景部形状算出工程と、
特定の抽出点と前記最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする円錐を求め、該円錐内に工具の加工姿勢を設定する工具加工姿勢設定工程とを有することを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の工具の加工姿勢設定方法において、
前記透視投影は、前記各抽出点を中心として工具の長さを半径とする球状の領域内に位置するオフセット形状面を用いて行われることを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項３】
ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する工具の加工姿勢設定方法であって、
ワークの所定の加工領域において、製品形状情報と保持部材及び該保持部材に保持された工具の形状情報とに基づいて、製品形状面から前記工具の略半球状先端部の半径分外側の位置に複数の抽出点を設定する抽出点設定工程と、
各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上で製品形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する背景部形状算出工程と、
各抽出点が特定の抽出点に一致するように製品形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての最小背景部の形状を算出する最小背景部形状算出工程と、
特定の抽出点と前記最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする円錐を求め、該円錐内に保持部材を設定する工具加工姿勢設定工程とを有することを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項４】
前記請求項３に記載の工具の加工姿勢設定方法において、
前記透視投影は、各抽出点を中心として工具の長さを半径とする球面と、該抽出点を中心として抽出点から保持部材上の反抽出点側の面までの距離を半径とする球面との間の領域内に位置する製品形状面を用いて行われることを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項５】
ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する工具の加工姿勢設定方法であって、
ワークの所定の加工領域において、製品形状情報と保持部材及び該保持部材に保持された工具の形状情報とに基づいて、製品形状面から前記工具の略半球状先端部の半径分外側の位置に複数の抽出点を設定する抽出点設定工程と、
製品形状面を前記工具の先端部の半径分外側へオフセットさせたオフセット形状面を生成するオフセット形状面生成工程と、
各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上でオフセット形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する第１背景部形状算出工程と、
各抽出点が特定の抽出点に一致するようにオフセット形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての第１最小背景部の形状を算出する第１最小背景部形状算出工程と、
特定の抽出点と前記第１最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする第１の円錐を算出する第１の円錐算出工程と、
各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上で製品形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する第２背景部形状算出工程と、
各抽出点が特定の抽出点に一致するように製品形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての第２最小背景部の形状を算出する第２最小背景部形状算出工程と、
特定の抽出点と前記第２最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする第２の円錐を算出する第２の円錐算出工程と、
前記第１の円錐及び第２の円錐の形状に基づいて、工具の加工姿勢を設定し、かつ保持部材を設定する工具加工姿勢設定工程とを有することを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項６】
前記請求項５に記載の工具の加工姿勢設定方法において、
前記保持部材を内包する円錐台形状を生成し、該円錐台形状を前記第２の円錐に略内接する軸線位置に配置すると共に、該円錐台形状の特定の抽出点側端部と特定の抽出点との間の距離に応じて工具長を設定する工具長設定工程を有することを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項７】
前記請求項１から請求項６のいずれかに記載の工具の加工姿勢設定方法において、
前記投影面は、各抽出点からの距離が略等しい面で構成されていることを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【請求項８】
前記請求項１、請求項２、及び請求項５から請求項７のいずれかに記載の工具の加工姿勢設定方法において、
オフセット形状面を用いて行われる透視投影は、頂点が各抽出点とされ、該抽出点が属するオフセット形状面上の平面に対する垂直方向に軸線が設定されると共に、頂角が所定角度の円錐を設定し、投影面上の背景部のうちの前記円錐内にある領域を背景部とすることを特徴とする工具の加工姿勢設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する方法、或いは工具及び工具を保持する保持部材を設計する方法に関し、機械加工の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のバンパーやインストルメントパネルなどのプラスチック部品成形用の金型は、大きな形状、或いは入り組んだ複雑な形状のものが多い。このような金型を加工する工作機械としては、工具ないし工具を保持する保持部材の加工姿勢を可変とするユニバーサルアタッチメントを備えたものが用いられており、ワークの形状に応じて工具及び保持部材の加工姿勢を変えることにより、金型が入り組んだ形状であっても工具及び保持部材とワークとの干渉が回避されることになる。そして、このような工作機械における作業能率の向上のために、連続運転しながら工具の加工姿勢が適正化されるように構成したものが、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
即ち、特許文献１に開示されたＮＣ工作機械は、水平方向のＸ、Ｙ軸、及び垂直方向のＺ軸に沿って工具が移動可能とされると共に、工具をＸ軸回りに回転可能なＡ軸、及び工具をＹ軸回りに回転可能なＢ軸が設定され、このＡ、Ｂ軸を回転させることにより工具の加工姿勢を変更可能になっている。さらに、この工作機械に備えられたコンピュータに、ワークの形状としてのワーク形状データと、工具の先端部の工具中心点と工具を保持する保持部材の最外径部とを結んで得られる円錐形状データとを入力するようになっている。
【０００４】
そして、予めコンピュータに入力された加工経路に沿って工具を送りつつ、前記ワーク形状データと円錐形状データとが干渉するか否かを判定し、その判定の結果、干渉しないと判定されたときは加工を続行し、干渉すると判定されたときは、Ａ軸またはＢ軸を回転して干渉を回避するように工具の加工姿勢を変更させるようになっている。このように、この工作機械においては、連続運転しながら適宜工具の加工姿勢が変更されることになって、作業能率の向上が図られる。
【特許文献１】特許３０８５３３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に開示された方法では、工具の加工姿勢を変更しながら連続運転することはできるが、加工中にワーク形状データと円錐形状データとの距離演算を行いながら干渉判別が行われるため、処理に時間を要し、この点で効率的でない。
【０００６】
これに対し、一定の領域では予め適切な工具の加工姿勢を求めておき、この加工姿勢に従って加工を行うことにより加工能率を向上させることが考えられるが、工具の加工姿勢の設定は作業者の目視及び勘に頼って行われているのが現状であり、必ずしも適切な加工姿勢に設定されないという問題がある。適切でない加工姿勢が設定された場合は、工具とワークとの干渉を避けるために工具の突き出し量を大きく設定しなければならないため、工具の変形が生じ易く、この変形に伴う加工誤差や工具破損が問題になる。
【０００７】
そこで、本発明は、ワークを加工する回転工具の加工姿勢設定方法において、適切な工具の加工姿勢を短時間で設定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する工具の加工姿勢設定方法であって、ワークの所定の加工領域において、製品形状情報と工具形状情報とに基づいて、製品形状面から前記工具の略半球状先端部の半径分外側の位置に複数の抽出点を設定する抽出点設定工程と、製品形状面を前記工具の先端部の半径分外側へオフセットさせたオフセット形状面を生成するオフセット形状面生成工程と、各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上でオフセット形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する背景部形状算出工程と、各抽出点が特定の抽出点に一致するようにオフセット形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての最小背景部の形状を算出する最小背景部形状算出工程と、特定の抽出点と前記最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする円錐を求め、該円錐内に工具の加工姿勢を設定する工具加工姿勢設定工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記各工程について、図面を用いて説明すると、まず抽出点設定工程では、例えば図１に示すような製品形状面についての各部の座標データや、図２に示すような先端部が中心Ｏの略半球状に形成された工具の半径ｒのデータに基づいて、図３に示すように、加工領域ｘに製品形状面から前記半径ｒ分外側の位置に複数の抽出点Ｐ０、Ｐ１…を設定する。
【００１１】
次に、オフセット形状面生成工程では、図３に示すような製品形状面から工具の先端部の半径ｒ分外側にオフセットさせたオフセット形状面を生成する。このとき、前記各抽出点Ｐ０、Ｐ１…は、オフセット形状面上に位置することになる。
【００１２】
そして、背景部形状算出工程では、各抽出点Ｐ０、Ｐ１…毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行う。
【００１３】
ここでの処理を抽出点Ｐ０における透視投影を例に説明すると、図４に示すように、抽出点Ｐ０を視点とした放射状の視線を設定し、加工領域の上方に配置された投影面上の画像を取得する。このとき、図５に示すように、投影面上にはオフセット形状面により視線が遮蔽されない背景部が形成される。そして、このような投影面上の背景部を求める処理を全ての抽出点Ｐ０、Ｐ１…ついて行う。
【００１４】
次に、最小背景部形状算出工程では、特定の抽出点として例えば抽出点Ｐ０を選択する。そして、図６に示すように、各抽出点Ｐ１、Ｐ２…から特定の抽出点Ｐ０に向かうベクトル、即ち各抽出点Ｐ１、Ｐ２…の移動量を調べ、図７に示すように、この移動量に基づいて各抽出点Ｐ１、Ｐ２…が特定の抽出点Ｐ０に一致するようにオフセット形状面を平行移動させる。このとき、図８に示すように、各抽出点Ｐ０、Ｐ１…について投影面上の背景部が重ね合せられ、全ての背景部が重複する領域としての最小背景部が得られることになる。
【００１５】
そして、工具加工姿勢設定工程では、図９に示すように特定の抽出点Ｐ０と前記最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点Ｐ０を頂点とする円錐を求め、この円錐内に工具の加工姿勢を設定するようになっている。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の工具の加工姿勢設定方法において、前記透視投影は、前記各抽出点を中心として工具の長さを半径とする球状の領域内に位置するオフセット形状面を用いて行われることを特徴とする。
【００１７】
この発明は、工具長が既知の場合に、透視投影において、投影面上の背景部を形成するためのオフセット形状面の領域を限定するものである。つまり、図１０に抽出点Ｐ０の場合を示すように、抽出点Ｐ０を中心として工具長Ｌを半径とした球状の領域ｙ内に位置するオフセット形状面を準備するのである。なお、ここでの工具長Ｌは、図２に示したように、工具先端部の半球面の中心Ｏから工具後端部までの長さに設定されている。
【００１８】
一方、請求項３に記載の発明は、ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する工具の加工姿勢設定方法であって、ワークの所定の加工領域において、製品形状情報と保持部材及び該保持部材に保持された工具の形状情報とに基づいて、製品形状面から前記工具の略半球状先端部の半径分外側の位置に複数の抽出点を設定する抽出点設定工程と、各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上で製品形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する背景部形状算出工程と、各抽出点が特定の抽出点に一致するように製品形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての最小背景部の形状を算出する最小背景部形状算出工程と、特定の抽出点と前記最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする円錐を求め、該円錐内に保持部材を設定する工具加工姿勢設定工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
この発明では、図１１に示すように、ホルダやアタッチメントのような工具を保持する保持部材を考える。ここでの各工程は、前記請求項１に記載の発明に対して、オフセット形状面ではなく製品形状面を用いて透視投影を行う点が異なるようになっている。図１２に抽出点Ｐ０の場合を示すように、製品形状面により視線が遮られない視線により背景部が形成されることになる。
【００２０】
そして、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の工具の加工姿勢設定方法において、前記透視投影は、各抽出点を中心として工具の長さを半径とする球面と、該抽出点を中心として抽出点から保持部材上の反抽出点側の面までの距離を半径とする球面との間の領域内に位置する製品形状面を用いて行われることを特徴とする。
【００２１】
この発明は、保持部材の形状、寸法が既知の場合に、透視投影において、投影面上の背景部を形成するための製品形状面の領域を限定するものである。つまり、図１３に抽出点Ｐ０の場合を示すように、抽出点Ｐ０を中心として工具長Ｌを半径とする球面と、抽出点Ｐ０を中心として抽出点Ｐ０から保持部材上の反抽出点Ｐ０側の面までの距離Ｌ′を半径とする球面との間の領域ｚ内に位置する製品形状面を準備する。なお、ここでの工具長Ｌは、図２に示したものと同様である。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明は、ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する工具の加工姿勢設定方法であって、ワークの所定の加工領域において、製品形状情報と保持部材及び該保持部材に保持された工具の形状情報とに基づいて、製品形状面から前記工具の略半球状先端部の半径分外側の位置に複数の抽出点を設定する抽出点設定工程と、製品形状面を前記工具の先端部の半径分外側へオフセットさせたオフセット形状面を生成するオフセット形状面生成工程と、各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上でオフセット形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する第１背景部形状算出工程と、各抽出点が特定の抽出点に一致するようにオフセット形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての第１最小背景部の形状を算出する第１最小背景部形状算出工程と、特定の抽出点と前記第１最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする第１の円錐を算出する第１の円錐算出工程と、各抽出点毎に、該抽出点を視点とする放射状の視線で前記加工領域を覆う投影面に対して透視投影を行い、該投影面上で製品形状面により視線が遮蔽されない背景部の形状を算出する第２背景部形状算出工程と、各抽出点が特定の抽出点に一致するように製品形状面を平行移動させて、各抽出点について背景部を重ね合せると共に、全ての背景部が重複する領域としての第２最小背景部の形状を算出する第２最小背景部形状算出工程と、特定の抽出点と前記第２最小背景部とを結ぶ角錐に内接し特定の抽出点を頂点とする第２の円錐を算出する第２の円錐算出工程と、前記第１の円錐及び第２の円錐の形状に基づいて、工具の加工姿勢を設定し、かつ保持部材を設定する工具加工姿勢設定工程とを有することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、工具用の第１の円錐と保持部材用の第２の円錐とが得られることになる。製品形状によっては、図１４に示すように、得られた第１の円錐の軸線ｔ１と第２の円錐の軸線ｔ２とが異なる場合もある。
【００２４】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記請求項５に記載の工具の加工姿勢設定方法において、前記保持部材を内包する円錐台形状を生成し、該円錐台形状を前記第２の円錐に略内接する軸線位置に配置すると共に、該円錐台形状の特定の抽出点側端部と特定の抽出点との間の距離に応じて工具長を設定する工具長設定工程を有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明は、前記請求項１から請求項６のいずれかに記載の工具の加工姿勢設定方法において、前記投影面は、各抽出点からの距離が略等しい面で構成されていることを特徴とする。
【００２６】
前記投影面は、抽出点を中心とする多面体の各面、或いは抽出点を中心とする球面である。
【００２７】
そして、請求項８に記載の発明は、前記請求項１、請求項２、及び請求項５から請求項７のいずれかに記載の工具の加工姿勢設定方法において、オフセット形状面を用いて行われる透視投影は、頂点が各抽出点とされ、該抽出点が属するオフセット形状面上の平面に対する垂直方向に軸線が設定されると共に、頂角が所定角度の円錐を設定し、投影面上の背景部のうちの前記円錐内にある領域を背景部とすることを特徴とする。
【００２８】
図１５に抽出点Ｐ０の場合を示すように、該抽出点Ｐ０を頂点とし、抽出点Ｐ０が属するオフセット形状面が含まれる平面ＰＬに対する垂直方向に軸線ｓが設定されると共に、頂角が（１８０度−２ω）の円錐を設定する。ここで、前述のように抽出点Ｐ０について透視投影を行ったときに、投影面上には背景部表示されることになるが、図１６に示すように、背景部のうちの前記円錐内に含まない領域を非背景部とする。
【発明の効果】
【００２９】
まず、請求項１に記載の発明によれば、得られた円錐内に工具の加工姿勢を設定することにより、所定の加工領域を加工するに際して工具とワークとが干渉することがない適切な加工姿勢が実現される。また、円錐の軸線方向に工具の加工姿勢が設定されたときに、工具とワークとの間隔が最も大きく確保されるので、加工の安全性が向上し、また、工具を同一姿勢としてより広範囲の領域に対する連続加工が可能となり、加工効率が向上することになる。
【００３０】
前記円錐を求めるときに、透視投影による画像処理で工具の加工姿勢の判定が行われるので、従来のように工具とワークとの位置関係を演算処理で判定するものに比べて、処理が簡素化され、短時間で適切な加工姿勢の設定が可能となる。さらに、抽出点が製品形状面から工具先端部の半径分外側の位置に設定されているので、工具とワークとの相対角度の変化に従って変化する工具先端部上のワークとの接触点を考慮する必要がなく、この点も処理の簡素化に寄与することになる。
【００３１】
一方、各抽出点で形成された背景部で円錐を求めて、これらの円錐から共通の円錐を求めるのではなく、各抽出点が特定の抽出点に一致するようにオフセット形状面を平行移動させ、各抽出点についてそれぞれの背景部を重ね合わせて生成した最小背景部を用いて円錐を求めるので、円錐を求めるための計算が一度の処理で行われることになって、処理の簡素化、短時間化が実現される。
【００３２】
また、製品形状面から工具の略半球状先端部の半径分外側にオフセットさせたオフセット形状面を用いて円錐が求められるので、径が一様な工具の場合は、得られた円錐内に収まる線分を考慮するだけでよいが、例えば切刃に対して大径とされたシャンクを有している場合は、該シャンクの径を切刃先端部の半径分縮小した形状を考えればよい。この場合も、シャンクが円錐内に収まる加工姿勢であればよく、加工姿勢が適切か否かが容易に判定される。
【００３３】
次に、請求項２に記載の発明によれば、工具の最大長さが既知の場合は、抽出点を中心として工具長を半径とした球状の領域内に位置するオフセット形状面が用いられるようになっているので、製品形状面全体に対するオフセット形状面を用いる場合に比べて、扱うデータ量が大幅に削減され、処理の簡素化が実現される。このとき、オフセット形状面における工具長を半径とした球状の領域外は、工具の加工姿勢にかかわらず、工具と干渉することはないため、前記領域外のオフセット形状面は用いる必要がないのである。
【００３４】
一方、請求項３に記載の発明によれば、得られた円錐内に工具に比べて大型でかつ複雑な形状となる保持部材が収まるか否かを判定することにより、該保持部材とワークとの干渉可能性が容易に判定されることになる。また、保持部材は、ワークとの接点を考慮する必要がないため、製品形状面を用いて透視投影が行われることにより、処理の簡素化、短時間化が実現されることになる。
【００３５】
また、請求項４に記載の発明によれば、保持部材の形状、寸法、及び工具長が既知の場合は、抽出点を中心として工具長を半径とする球面と、抽出点を中心として抽出点から保持部材上の反抽出点側の面までの距離を半径とする球面との間の領域に位置する製品形状面が用いられるようになっているので、製品形状全体を用いる場合に比べて、扱うデータ量が大幅に削減され、処理の簡素化が実現されることになる。このとき、製品形状面における、抽出点を中心とし、工具長を半径とした球面内、及び抽出点を中心として抽出点から保持部材上の反抽出点側の面までの距離とする球面外の領域は、保持部材の姿勢にかかわらず、保持部材と干渉することはないため、これらの領域の製品形状面を用いて透視投影を行う必要がない。
【００３６】
次に、請求項５に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明により工具用の第１の円錐を生成し、前記請求項３に記載の発明により保持部材用の第２の円錐を生成したものである。そして、第１の円錐に工具が収まり、かつ第２の円錐に保持部材が収まるときに、工具及び保持部材とワークとが干渉することなく、安全な加工が可能になる。ここで、保持部材は工具に比べて大型かつ複雑な形状であるから、例えば第２の円錐の軸線に工具の加工姿勢を設定することにより、保持部材とワークとの間隔に余裕を与えることが可能となる。
【００３７】
また、請求項６に記載の発明は、前記保持部材を内包する円錐台形状を生成し、この円錐台形状を第２の円錐の軸線方向に移動させ、円錐台形状が第２の円錐に略内接する軸線位置に配置する。そして、この状態の円錐台の工具側端面と特定の抽出点との距離に応じて工具長が設定されるので、工具及び保持部材とワークとの干渉が回避されつつ、可能な限り工具長の短縮が可能になる。
【００３８】
ところで、前述のように抽出点を視点としてオフセット形状面または製品形状面から離れる放射状の視線で投影面に透視投影される場合に、投影面が平面状に形成されているときは、投影面上の抽出点に近い垂直上方の部分は視線が密集し、抽出点から遠い周辺の部分は視線がまばらになる。この結果、視点の垂直上方付近では、描画された画像が非常に小さなものになって計算精度が低下し、視野の周辺では画像に歪みが生じやすく、こちらも精度が低下する可能性が高い。
【００３９】
これに対し、請求項７に記載の発明によれば、前記投影面は、各抽出点からの距離が略等しい面で構成されているので、投影面上に各視線の交点が略等間隔に位置することになって、前述の計算精度の低下が回避されることになる。
【００４０】
一方、工具の軸線とワーク表面とのなす角度が小さい場合に、加工の際にワークからの荷重が専ら工具の幅方向に作用するため、工具の撓み変形、破損が生じやすいという問題がある。
【００４１】
これに対し、請求項８に記載の発明によれば、図１６に示したように、背景部のうちの円錐内に含まない領域が非背景部とされるので、ワークの面に対して角度が小さくなる加工姿勢の候補が除外され、前述の工具の変形、破損が事前に防止されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４３】
まず、本実施の形態に係るＮＣ工作機械１の構成を説明する。図１７に示すように、このＮＣ工作機械１は、アーム２に対して水平方向に３６０度回転可能に装着されると共に垂直方向に９０度回転（折れ曲がり）可能とされたユニバーサルアタッチメント３を備え、該アタッチメント３の先端には、ホルダ４が装着され、該ホルダ４に工具が保持された構成となっている。工具は、先端が半球状に形成された切刃５と該切刃５よりやや大径とされたシャンク６とが形成されたポールエンドミルである。なお、以下の説明において、前記ユニバーサルアタッチメント３及びホルダ４を「アタッチメント部」という。
【００４４】
そして、前記アーム２の動作により工具は水平面内のｘｙ軸及び垂直方向のｚ軸に沿って移動可能となっており、この３軸に加えて、前記ユニバーサルアタッチメント３には、水平方向に伸びる回転中心軸としてのＢ軸、及び垂直方向に伸びる回転中心軸としてのＣ軸が設定されている。ＮＣ工作機械１のコンピュータ１０は、作業者により入力されたデータに基づいて、これらの５軸の制御を行うようになっている。なお、ユニバーサルアタッチメント３は、図１７に示すようにＢ軸回りは下向きから横向きまでの０〜９０度の範囲を５度刻みで制御可能となっており、また図１８に示すようにＣ軸回りは水平面内で０〜３６０度の範囲を５度刻みで制御可能となっている。
【００４５】
一方、本実施の形態では前記ＮＣ工作機構１でワークを加工することにより、図１９に示すような自動車のバンパー成形用の金型を製造する。この金型の製品形状は、表面の凹凸が入り組み、複雑な形状となっている。
【００４６】
次に、図１９の製品形状における左右の面及び下面に囲まれた角部に設定された加工領域Ｘを加工する場合に、適切な工具の加工姿勢を設定する方法について説明する。ここで、適切な加工姿勢とは、工具及びアタッチメント部とワークとが干渉しない加工姿勢であり、このような加工姿勢を設定すると共に、シャンク６の長さ、ホルダ４、アタッチメント３の設計を行うためのコンピュータ１０の動作を、図２０〜２２のフローチャートに従って説明する。
【００４７】
まず、ステップＳ１で、ＮＣ工作機械１のコンピュータ１０は各種データを入力する。ここで入力するデータは、製品形状の多面体モデルＭの座標データ、工具半径ｒのデータ、加工領域を表すｍ個の抽出点Ｐ１〜Ｐｍの座標データ、及び工具軸方向の合計Ｎ本のベクトルｖ１１〜ｖｂｃの成分データである。
【００４８】
多面体モデルＭの座標データは、図１９に示した金型の製品形状を複数の多角形で構成される多面体で近似し、図２３に示すような多面体モデルＭを作成したときの各多角形の各頂点の座標データである。また、前記工具半径ｒは、図２４に示すように切刃先端部に形成される半球面の半径の値である。なお、前記多面体モデルＭは、請求項１、３、５に記載の製品形状面に相当する。
【００４９】
加工領域Ｘは、多面体モデルＭに接する切刃先端部の中心点Ｏに対応位置する点群で構成される。ここでは図２５に拡大して示すように、主に下面及び左右の面でなる角部に分布するｍ個の抽出点Ｐ１〜Ｐｍにより加工領域Ｘが構成されている。これらの抽出点Ｐ１〜Ｐｍは、工具の中心点Ｏの加工軌跡上に存在することになる。
【００５０】
また、前記工具軸方向のＮ本のベクトルｖ１１〜ｖｂｃは、Ｂ、Ｃ軸回りを５度ピッチで傾きを変えたＮ本のベクトルである。例えば図１７に示したようにＢ軸回りに５度ピッチでｖ１１〜ｖｂ１が設定され、図１８に示したようにＣ軸回りに５度ピッチでｖ１１〜ｖ１ｃが設定される。そして、これらでなるＮ本のベクトルｖ１１〜ｖＢＣのＢ軸及びＣ軸成分のデータをコンピュータ１０に入力するようになっている。なお、前記Ｎ本とは、Ｂ軸回りの１９本とＣ軸回りの７２本とを乗算した本数である。
【００５１】
なお、このステップＳ１は、請求項１、３、５に記載の工具の加工姿勢設定方法における抽出点設定工程に相当する。
【００５２】
次に、ステップＳ２で、各工具軸方向のベクトルｖ１１〜ｖＢＣについて、その軸方向での工具の接近し易さを示す円錐の頂角ａｎｇ１１〜ａｎｇＢＣのテーブル（図示せず）、及びアタッチメント部の接近し易さを示す円錐の頂角ＡＮＧ１１〜ＡＮＧＢＣのテーブル（図示せず）を定義し、それらの全ての値に１８０度を初期値として代入する。
【００５３】
ここで、図２６に示すように、抽出点Ｐｘの加工に際して、Ｐｘを頂点、ベクトルｖｉｊを軸線とする円錐を考えたときに、円錐の頂角ａｎｇｉｊ、ＡＮＧｉｊが大きいほど、余裕のある加工が可能となる。つまり、円錐の頂角ａｎｇｉｊが大きい方が工具とワークとの間隔を広く確保できるので、加工の安定性が向上すると共に、円錐の頂角ＡＮＧｉｊが大きい方が、アタッチメント部とワークとの間隔を広く確保できると共に、工具の突き出し量（切刃５及びシャンク６のトータルの長さ）を短く設定できることになるので、工具の撓みに起因する加工誤差や工具破損が起き難い。また、工具の突き出し量を比較的長く設定した場合であっても、アタッチメント部とワークとの間の間隔が拡大されることになるので、アタッチメントとワークとが干渉する事故も発生し難くなる。そして、頂角ａｎｇｉｊ、ＡＮＧｉｊが１８０度のときに、円錐が抽出点Ｐｘを含み、ベクトルｖｉｊに垂直な平面Ｔとなり、工具及びアタッチメント部が抽出点Ｐｘに最も接近し易い状態となる。
【００５４】
次に、ステップＳ３で、図２７に示すように加工領域Ｘにおけるｍ個の抽出点Ｐ１〜Ｐｍのうちから任意の点を選び出し（ここではＰｍ）、これを代表点Ｐとする。さらに、図２８に示すように、代表点Ｐ以外の抽出点Ｐ１〜Ｐｍ−１から代表点Ｐに向かう（ｍ−１）本のベクトルｗ１〜ｗｍ−１のｘｙｚ成分を記憶する。
【００５５】
次に、ステップＳ４で、図２９に示すように、代表点Ｐを中心とする正２０面体を定義し、その各面（三角形の面）を面Ｆ１〜Ｆ２０とする。なお、このステップＳ４は、請求項７に記載の発明の趣旨に相当する。
【００５６】
そして、ステップＳ５で、ｉに１を代入し、ステップＳ６〜Ｓ１６で、正２０面体のうちの面Ｆ１についての処理を行う。
【００５７】
まず、ステップＳ６で、ｉが２０以下か否かを判定し、ここではｉ＝１であるからステップＳ７に進み、代表点Ｐを視点とし、代表点Ｐから面Ｆ１の重心Ｇ１を通るベクトルＶ１定義し、透視投影のための処理を行う。
【００５８】
ステップＳ７における透視投影を行うための処理は、図２９に示すように代表点Ｐを始点として面Ｆ１の重心Ｇ１を通るベクトルＶ１を定義し、図３０に示すようにベクトルＶ１の方向が画面垂直となるように画面のｖｉｅｗ方向を定義し、図３１に示すようにベクトル視点Ｐが画面中央に位置するように面Ｆ１を表示する処理である。
【００５９】
また、この透視投影における視野の広さは三角形の面Ｆ１が画面全体に描かれるように設定する。これは、図３０に示すように、代表点Ｐを頂点とし、ベクトルＶ１方向に軸線が伸びる頂角１３５度の円錐を設定し、代表点Ｐから円錐内の視野を見た状態である。そして、この視野内で軸線周りに５度ピッチ、及び代表点Ｐを含み軸線に対して垂直となる平面と該軸線との間を５度ピッチとなるように放射状の視線ｅ…ｅが設定される。
【００６０】
次に、ステップＳ８で、図３２に示すように、面Ｆ１の表示画面（フレームバッファ）を背景色で塗りつぶす処理を行う。この背景色は、後述の背景部と遮蔽部とを識別するためのものである。
【００６１】
続いて、ステップＳ９で、ｊに１を代入し、ステップＳ１０〜Ｓ１３で、抽出点Ｐ１について、工具とアタッチメント部とのシルエットの描画処理を行う。
【００６２】
まず、ステップＳ１０で、ｊがｍ以下か否かを判定し、ｊがｍ以下のときはステップＳ１１に進み、抽出点Ｐ１が代表点Ｐに重なるように、多面体モデルＭを構成する面、辺、頂点の位置をベクトルｗ１に従ってずらす処理を行う。そして、ステップＳ１２、Ｓ１３で、工具及びアタッチメント部のシルエットの描画処理をＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）で実行する。
【００６３】
前記ステップＳ１１では、図３３に示すように抽出点Ｐ１から代表点Ｐに向かうベクトルｗ１に従って、図３４に示すように抽出点Ｐ１が代表点Ｐに一致するように多面体モデルＭを移動させる。このとき、ベクトルｗ１のｘｙｚ成分データが多面体モデルＭの各頂点のｘｙｚ座標データに加算されることになる。
【００６４】
ステップＳ１２の工具についてのシルエットの描画処理は、図３５のフローチャートに従って行われ、ステップＳ１３のアタッチメント部についてのシルエットの描画処理は図３６のフローチャートに従って行われる。
【００６５】
まず、工具についてのシルエットの描画処理は、図３５のフローチャートにおけるステップＳ２１において、多面体モデルＭの全ての頂点、辺、面に、それらのオフセットにあたる球面、円筒面、及び厚板形状を配置し、オフセット形状面を生成する。例えば図３７に示すような多面体モデルＭにおける３つの面でなる頂点及び該頂点から伸びる３本の辺を有する部位について考えると、多面体モデルＭの表面から表面に一定の距離（ｒ）を隔てるオフセット形状面が生成され、頂点については球面、辺については円筒面を用いてオフセット形状面が生成される。
【００６６】
ここでは、図３８（ａ）に示すように半径ｒの球面の中心を頂点に一致させ、図３８（ｂ）に示すように半径ｒの円筒の軸心を辺に一致させ、図３８（ｃ）に示すように面に対して両側に距離ｒ離れた厚板形状を配置するのである。
【００６７】
次に、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で配置した球面及び円筒面については、そのシルエットに関与する円と四角形に変換して描画し、厚板形状はそのまま描画する。
【００６８】
このステップＳ２２では、まず、前記ステップＳ２１で配置した球面及び円筒面がシルエットの輪郭に関与するものであるか否かを判定する。この判定は、球面或いは円筒面に連なる厚板形状表面を含むそれぞれの平面を考え、円筒面については図３９（ａ）のように、該円筒面に連なる２つの平面Ｈ１、Ｈ２で囲まれた範囲内に抽出点Ｐ１が存在するときに、当該円筒面がシルエットの輪郭に関与すると判定し、描画対象とする。一方、図３９（ｂ）のように、これらの平面Ｈ１、Ｈ２に囲まれた範囲外に抽出点Ｐ１が存在するときは、当該円筒面は、シルエットの輪郭に関与しないと判定し、描画対象としない。例えば図４０に示すような多面体モデルＭにおける一部を考えると、７つの円筒面のうちに、シルエットの輪郭に関与する円筒面が２つ存在するという判定結果が得られる。
【００６９】
なお、球面については、球面の元となる頂点に接続する辺に付随する円筒面がシルエットに関与する時にとみ、当該球面もシルエットの輪郭に関与すると判定するようになっている。
【００７０】
一方、図４１（ａ）に示すように、シルエットの輪郭に関与する球面は、抽出点Ｐ１を通る該球面の接線を考え、該接線と球面との接点の集合でなる円に変換するようになっている。また、図４１（ｂ）に示すように、シルエットの輪郭に関与する円筒面は、抽出点Ｐ１を通る該円筒面の接線を考え、該接線と円筒面との接点の集合でなる四角形（長方形）に変換するようになっている。そして、描画の際には変換した円或いは四角形を描画する。例えば図４２に示すような多面体モデルＭにおける一部を考えると、シルエットに関与する円筒面は四角形に変換されることになる。このように、シルエットの輪郭に関与しないものは描画対象から除外すると共に、描画対象の球面を円、及び円筒面を四角形に変換することにより、データの簡素化が図れ、処理時間の短縮化に寄与することになる。
【００７１】
なお、ステップＳ２１、Ｓ２２は、請求項１、５に記載の発明におけるオフセット形状面生成工程に相当する。
【００７２】
そして、ステップＳ２３で、工具について透視投影を実行する。即ち、図４３に示すように、ベクトルＶ１を視線中央とする透視投影を行い、図４４に示すように、ステップＳ２２で描画されたオフセット形状面に対して、外オフセット形状面に遮蔽される部分は背景色が見えず、オフセット形状面の隙間から背景色が垣間見えることになる。この結果、図４５に示すように、面Ｆ１上には背景部と視線ｅ…ｅがオフセット形状面に遮られた領域としての遮蔽部との境界β１が形成される。
【００７３】
なお、ステップＳ２３は、請求項１に記載の発明における背景部形状算出工程、及び請求項５に記載の発明における第１背景部形状算出工程に相当する。
【００７４】
また、アタッチメント部についてのシルエットの描画処理は、図３６のフローチャートのステップＳ３１で、多面体モデルＭの画像をそのまま描画し、ステップＳ３２で、アタッチメント部について透視投影を行う。
【００７５】
前記ステップＳ３１の描画処理では、前記工具用の描画処理とは異なり、オフセット形状面を作成しない。また、ステップＳ３２では、図４６に示すように、前記工具用の画像処理と同様に、多面体モデルＭにより視線が遮られない背景部と視線が遮られる遮蔽部とを求め、図４７に示すように、面Ｆ１には背景部と遮蔽部との境界γ１が形成されることになる
【００７６】
なお、このステップＳ３２は、請求項３に記載の発明における背景部算出工程、及び請求項５に記載の発明における第２背景部形状算出工程に相当する。
【００７７】
そして、抽出点Ｐ１について、図４５に示した境界β１が描画された面Ｆ１と、図４７に示した境界γ１が描画された面Ｆ１とが一旦記憶される。
【００７８】
次に、ステップＳ１３で、ｊにｊ＋１を代入した後、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０〜Ｓ１２で前記と同様の処理を行う。即ち、ベクトルｗ２に従って多面体モデルＭを構成する面、辺、頂点の位置をずらし、抽出点Ｐ２を代表点Ｐに一致させると共に、前記と同様の工具用の描画処理とアタッチメント部用の描画処理をそれぞれ行う。工具用の画像処理では、抽出点Ｐ２についての境界β２が得られ、この境界β２が描画された面Ｆ１を図４５の面Ｆ１に重ね合わせた結果、図４８に示すように、面Ｆ１上に境界β１、β２が描画された状態になる。また、アタッチメント部用の画像処理では、抽出点Ｐ２についての境界γ２が得られ、この境界γ２が描画された面Ｆ１を図４７に示した面Ｆ１に重ね合わせた結果、図４９に示すように、面Ｆ１上に境界γ１、γ２が描画された状態になる。
【００７９】
さらに、ｊが１からｍの場合の全てについて、これらと同様の処理を行う。そして、工具用の画像処理で得られ、境界β３〜βｍが描かれた面Ｆ１…Ｆ１を重ね合わせた結果、図５０に示すように、面Ｆ１上に境界β１〜βｍが入り混じった画像が表示された状態になる。また、アタッチメント部用の画像処理で得られ、境界γ３〜γｍが描かれた面Ｆ１…Ｆ１を重ね合わせた結果、図５１に示すように、面Ｆ１上に境界γ１〜γｍが入り混じった画像が表示された状態になる。
【００８０】
なお、ｊ＝ｍのときは、抽出点Ｐｍが代表点Ｐに相当するため、ステップＳ１１における多面体モデルＭをずらす処理が実質的に行われない。
【００８１】
次に、ステップＳ１０でｊがｍより大きいと判定されたときに、ステップＳ１５に進み、フレームバッファに描かれた面Ｆ１の画像から、最小背景部と遮蔽部との境界線β′、γ′を抽出する。そして、境界線β′、γ′とそれぞれ代表点Ｐを結ぶことで境界面β″、γ″を得る。
【００８２】
このとき、工具については、図５０に示した面Ｆ１の画像を用いて、図５２に示すような面Ｆ１内での共通の背景部としての最小背景部と遮蔽部との境界線β′を生成する。そして、図５３に示すように、境界線β′と代表点Ｐとを結ぶことで、該境界線β′に応じた境界面β″（壁面）を有する角錐を生成する。
【００８３】
また、アタッチメント部については、図５１に示した面Ｆ１の画像を用いて、図５４に示すような面Ｆ１内での共通の背景部としての最小背景部と遮蔽部との境界線γ′を生成する。そして、図５５に示すように、境界線γ′と代表点Ｐとを結ぶことで、該境界線γ′に応じた境界面γ″（壁面）を有する角錐を生成する。
【００８４】
なお、ステップＳ１５は、請求項１、３における最小背景部形状算出工程、及び請求項５における第１、第２最小背景部形状算出工程に相当する。
【００８５】
次に、ステップＳ１６で、全ての各工具軸方向ｖ１１〜ｖｂｃと境界面β″、γ″とのなす最小角度を調べ、その値の２倍の値がそれぞれａｎｇ１１〜ａｎｇＢＣ、ＡＮＧ１１〜ＡＮＧＢＣより小さければ、ａｎｇ１１〜ａｎｇＢＣ、ＡＮＧ１１〜ＡＮＧＢＣをその値に更新する。この角度を調べる作業は、前記図５３、５５に示した角錐に内接する円錐を作成し、円錐の頂角を調べる作業と同等である。
【００８６】
工具用の処理においては、まず、図５３の角錐に代表点Ｐから伸びる工具軸方向のベクトルｖｋｌが含まれるか否かについての判定を行う。この判定は、代表点Ｐからベクトルｖｋｌ方向に伸びる直線と、図５２に示した面Ｆ１との交点を求め、この交点が最小背景部に含まれるか否かを判定し、含まれる場合に当該工具軸方向ｖｋｌについて、境界面β″とのなす最小角度を調べる。このとき最小背景部の輪郭を構成する全ての点と代表点Ｐとを結ぶ直線を考え、これらの直線と工具軸方向ｖｋｌとのなす角θ′を調べる。図５６に示すように、角度θ′が最も小さい直線に沿って円錐は角錐に内接し、その角度θ′の２倍が円錐の頂角の値となる。そして、この頂角の値がａｎｇｋｌより小さければ、工具用のテーブルにおけるａｎｇｋｌを頂角の値に更新する。
【００８７】
また、アタッチメント部用の処理においては、まず、図５５の角錐に代表点Ｐから伸びる工具軸方向ｖｍｎが含まれるか否かについての判定を行う。この判定は、代表点Ｐからベクトルｖｍｎ方向に伸びる直線と、図５４に示した面Ｆ１との交点を求め、この交点が最小背景部に含まれるか否かを判定し、含まれる場合に当該工具軸方向ｖｍｎについて、境界面γ″とのなす最小角度を調べる。このとき、面Ｆ１上に描かれた境界線γ′及び３角形の辺でなる最小背景部の輪郭を構成する全ての点と代表点Ｐとを結ぶ直線を考え、この直線と工具軸方向ｖｍｎとのなす角θ″を調べる。図５７に示すように、角度θ″が最も小さい直線に沿って円錐は角錐に内接し、その角度θ″の２倍が円錐の頂角の値となる。そして、この頂角の値がＡＮＧｍｎより小さければ、アタッチメント部用のテーブルにおけるＡＮＧｍｎを頂角の値に更新する。
【００８８】
次に、ステップＳ１７で、ｉにｉ＋１を代入してステップＳ６に戻る。そして、面Ｆ２について前記面Ｆ１と同様の処理を行う。このときも、ステップＳ１６で、円錐の頂角の値がａｎｇ１１〜ａｎｇＢＣ、ＡＮＧ１１〜ＡＮＧＢＣよりも小さければその値に更新する。さらに、この処理を全ての面Ｆ１〜Ｆ２０について行い、ａｎｇ１１〜ａｎｇＢＣ、ＡＮＧ１１〜ＡＮＧＢＣを適宜更新する。
【００８９】
そして、ステップＳ６で、ｉが２０より大きいと判定されたときに、つまり正２０面体を構成する全ての面についての処理が完了すれば、ステップＳ１８に進み、ＡＮＧ１１〜ＡＮＧＢＣのテーブルから、最大頂角ＡＮＧｍａｘを有する工具軸方向ｖｍａｘを最適な加工姿勢のものとして選ぶ。ここでは、図５８に示すように、軸線がｖｍａｘ方向となる２つの円錐ＣｏｎｅＡ、ＣｏｎｅＢが得られた場合を示す。
【００９０】
ここで、円錐ＣｏｎｅＡ内にシャンク及び切刃が収まる工具軸方向であれば、これらとワークとの干渉が回避されることが判定される。工具のシルエットの描画処理においてはオフセット形状面を用いているため、図５９に示すようにこの判定に際して、オフセットした分だけ径を小さくしたシャンク及び切刃のモデルを用いて判定を行うようになっている。このとき、切刃は径がゼロの線分になると共に、シャンクは、切刃とシャンクとの半径差に相当する径を有するものに縮小されることになる。
【００９１】
なお、ステップＳ１６、Ｓ１８は、請求項１、５に記載の発明における工具加工姿勢設定工程に相当する。
【００９２】
次に、ステップＳ１９で、工具軸方向ｖｍａｘと、対応する円錐の頂角ａｎｇｍａｘ及びＡＮＧｍａｘに基づいて、最適なシャンク長、ホルダ、アタッチメントなどを決定する。
【００９３】
このとき、まず図６０に示すように、アタッチメント部において、ユニバーサルアタッチメント３のＢ軸から先端側とホルダ４との外枠を内包する円錐台を考え、アタッチメント部を図６１に示すような円錐台に変換する。そして、この円錐台がＣｏｎｅＢ内に収まるか否かを判定し、収まるときにはアタッチメント部とワークとの干渉が避けられると判定できる。
【００９４】
また、図６２に示すように、この円錐台をＣｏｎｅＢ内の軸線上を頂点の方向に移動させ、円錐台がＣｏｎｅＢに略内接する軸線位置で固定する。そして、図６３に示すように、この状態で円錐台の頂点側端面からＣｏｎｅＡ内に収まる形状でシャンク長、及びシャンクの径が設定される。これにより、アタッチメント部ないしシャンクとワークとの干渉が回避されつつ、シャンク長が短く設定されることになる。なお、これは請求項６に記載の発明の趣旨に相当する。
【００９５】
ところで、多面体モデルＭの形状によっては、ＣｏｎｅＡとＣｏｎｅＢとの軸線が異なる場合もあるが、工具がＣｏｎｅＡ内に収まり、かつアタッチメント部がＣｏｎｅＢ内に収まる加工姿勢を設定すればよい。
【００９６】
なお、ステップＳ１６、Ｓ１９は、請求項３、５に記載の発明における工具加工姿勢設定工程に相当する。
【００９７】
以上のように、得られた円錐ＣｏｎｅＡ内に工具の加工姿勢を設定し、ＣｏｎｅＢ内にアタッチメント部を設定することにより、加工領域Ｘを加工するに際して工具及びアタッチメント部とワークとが干渉することがない適切な加工姿勢が実現される。また、円錐ＣｏｎｅＡ、ＣｏｎｅＢが同一の軸線を有している場合は、この軸線方向に工具の加工姿勢が設定されたときに、工具とワークとの間隔が最も大きく確保されるので、加工の安全性が向上し、また、工具を同一姿勢としてより広範囲の領域に対する連続加工が可能となり、加工効率が向上することになる。
【００９８】
ここで、円錐ＣｏｎｅＡ、ＣｏｎｅＢの軸線が異なる場合は、アタッチメント部が工具に比べて大型かつ複雑な形状であるという理由により、円錐ＣｏｎｅＢの軸線上に工具の加工姿勢を設定することにより、アタッチメント部とワークとの間隔に余裕を与えることが可能となる。
【００９９】
一方、前記円錐ＣｏｎｅＡ、ＣｏｎｅＢを求めるときに、透視投影による画像処理で工具の加工姿勢の判定が行われるので、従来のように工具とワークとの位置関係を演算処理で判定するものに比べて、処理が簡素化され、短時間で適切な加工姿勢の設定が可能となる。さらに、抽出点が多面体モデルＭから切刃先端部の半径ｒ分外側の位置に設定されているので、工具とワークとの相対角度の変化に従って変化する切刃先端部上のワークとの接触点を考慮する必要がなく、この点も処理の簡素化に寄与することになる。
【０１００】
また、各抽出点Ｐ１…Ｐｍで形成された背景部で円錐を求めて、これらの円錐から共通の円錐を求めるのではなく、各抽出点Ｐ１…Ｐｍ−１が代表点Ｐに一致するようにオフセット形状面または多面体モデルＭを平行移動させ、各抽出点Ｐ１…Ｐｍについてそれぞれの背景部を重ね合わせて生成した最小背景部を用いて円錐ＣｏｎｅＡ、ＣｏｎｅＢを求めるので、円錐ＣｏｎｅＡ、ＣｏｎｅＢを求めるための計算が一度の処理で行われることになって、処理の簡素化、短時間化が実現される。
【０１０１】
ところで、前述のように抽出点を視点としてオフセット形状面または多面体モデルＭから離れる放射状の視線で投影面に透視投影される場合に、投影面が平面状に形成されているときは、投影面上の抽出点に近い垂直上方の部分は視線ｅ…ｅが密集し、抽出点から遠い周辺の部分は視線ｅ…ｅがまばらになる。この結果、視点の垂直上方付近では、描画された画像が非常に小さなものになって計算精度が低下し、視野の周辺では画像に歪みが生じやすく、こちらも精度が低下する可能性が高い。
【０１０２】
これに対し、前述のように、前記投影面は、各抽出点からの距離が略等しくなる正２０面体で構成されているので、投影面上に各視線ｅ…ｅの交点が略等間隔に位置することになって、前述の計算精度の低下が回避されることになる。
【０１０３】
ところで、本発明の第２の実施の形態として、前記工具の描画処理において、工具の最大長さが既知の場合は、以下のように描画範囲を限定してもよい。
【０１０４】
即ち、図６４に抽出点Ｐ１に関する透視投影を例に説明すると、抽出点Ｐ１を中心に工具の最大長さに対応する半径Ｒの球面内の領域Ｙについてのみをオフセット形状面が描画される。これは、工具の加工姿勢に関わらず、この領域Ｙの外で工具とワークとが干渉することがないからである。図６５に示すように、加工領域の各抽出点Ｐ１〜Ｐｍ−１を代表点Ｐに重ね合わせたときも、それぞれのオフセット形状面の代表点Ｐから半径Ｒ内のものだけが描画されることになる。この結果、扱うデータが大幅に削減されて、処理の簡素化、高速化が実現される。
【０１０５】
なお、この第２の実施の形態は、請求項２に記載の発明の趣旨に相当する。
【０１０６】
また、本発明の第３の実施の形態として、前記アタッチメント部の描画処理では、アタッチメントの形状、寸法が既知である場合に、以下のように描画範囲を限定してもよい。
【０１０７】
即ち、図６６に抽出点Ｐ１に関する透視投影を例に説明すると、まず、代表点Ｐを中心として前述の半径Ｒの球面と、同じく代表点Ｐを中心としてアタッチメントの半抽出点側の面までの距離Ｒ′を半径とした球面とで囲まれる領域Ｚを考える。そして、多面体モデルＭにおいて、この領域に囲まれた部分のみが描画される。これは、工具の加工姿勢に関わらず、この領域外でアタッチメント部とワークとが干渉することがないからである。図６７に示すように、加工領域の各抽出点Ｐ１〜Ｐｍ−１を代表点Ｐに重ね合わせたときも、それぞれの多面体モデルＭの代表点Ｐを中心として半径Ｒと半径Ｒ′との球面の間の範囲内だけが描画されることになる。この結果、扱うデータ量が大幅に削減されて、処理の簡素化、高速化が実現される。
【０１０８】
なお、この第３の実施の形態は、請求項４に記載の発明の趣旨に相当する。
【０１０９】
ところで、図６８に示すような曲面でなる加工領域を加工する場合、同一姿勢で加工を進行するときに、工具の軸心と製品形状の面とのなす角が小さい場合が存在する場合、ワークから工具に対して径方向に大きな荷重が作用することになり、工具の変形、破損が懸念される。
【０１１０】
これに対して、本発明の第４の実施の形態として、図６９で抽出点Ｐ１に関する透視投影を例に説明すると、抽出点Ｐ１が属するオフセット形状面が含まれる平面ＰＬに対する垂直方向に軸線ｓが設定されると共に、頂角が（１８０度−２ω）の円錐を考える。そして、投影面上に透視投影を行ったときに、図７０に示すように、投影面上には背景部と、該投影面と円錐の周面とが交わる曲線が表示される。
【０１１１】
そして、図７１に示すように、円錐内の背景部はそのまま背景部とし、円錐外の背景部は遮蔽部とする。この円錐外の背景部の点と代表点Ｐを結ぶ直線方向に工具の加工姿勢が設定されたときは、工具の軸線とワークとの相対角度がω以下となって、前述の工具の径方向に大きな荷重が作用する状態になるので、円錐外の背景部を遮蔽部とすることにより、相対角度が小さくなる工具姿勢の候補が予め除外されることになる。なお、円錐の頂角（１８０度−２ω）は、例えば工具の径が小さいほど、或いは工具の強度が低いほど、大きくなるように設定される。
【０１１２】
なお、この第４の実施の形態は、請求項８に記載の発明の趣旨に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、ワークを加工する回転工具の加工姿勢を設定する方法、或いは工具及び工具を保持する保持部材を設計する方法に関し、マシニングセンタ等の工作機械産業に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】請求項１に記載の発明に係る製品形状面の説明図である。
【図２】同工具の説明図である。
【図３】同オフセット形状面の説明図である。
【図４】同透視投影の説明図である。
【図５】同投影面上の背景部の説明図である。
【図６】同オフセット形状面の平行移動の説明図である。
【図７】同最小背景部の説明図である。
【図８】同投影面上の最小背景部の説明図である。
【図９】同最小背景部に内接する円錐の説明図である。
【図１０】請求項２に記載の発明の説明図である。
【図１１】請求項３に記載の発明に係る保持部材の説明図である。
【図１２】同透視投影の説明図である。
【図１３】請求項４に記載の発明の説明図である。
【図１４】請求項５に記載の発明の説明図である。
【図１５】請求項８に記載の発明に係る円錐の説明図である。
【図１６】同円錐内外での背景部の扱いの説明図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係るＮＣ工作機械の全体図である。
【図１８】図１７の矢印Ａ−Ａ線による矢視図である。
【図１９】製品形状の斜視図である。
【図２０】工具の加工姿勢設定のためのフローチャートである。
【図２１】同フローチャートである。
【図２２】同フローチャートである。
【図２３】多面体モデルの斜視図である。
【図２４】工具形状及び抽出点の説明図である。
【図２５】加工領域及び抽出点の説明図である。
【図２６】工具の接近し易さの説明図である。
【図２７】代表点の説明図である。
【図２８】各抽出点から代表点に向かうベクトルの説明図である。
【図２９】代表点を中心として正２０面体の正面図である。
【図３０】透視投影のための処理の説明図である。
【図３１】面Ｆ１の表示の説明図である。
【図３２】背景色の説明図である。
【図３３】抽出点Ｐ１についての多面体モデルの平行移動の説明図である。
【図３４】同平行移動後の説明図である。
【図３５】工具用シルエットの描画処理のフローチャートである。
【図３６】アタッチメント用シルエットの描画処理のフローチャートである。
【図３７】オフセット形状面の説明図である。
【図３８】オフセット形状面の生成方法の説明図である。
【図３９】円筒面がシルエットの輪郭に関与するか否かの判定についての説明図である。
【図４０】多面体モデル上の各円筒面の判定結果の例である。
【図４１】球面及び円筒面の変換方法の説明図である。
【図４２】描画されたオフセット形状面の説明図である。
【図４３】工具に関する透視投影の説明図である。
【図４４】オフセット形状面に応じた透視投影の説明図である。
【図４５】背景部及び境界線の説明図である。
【図４６】アタッチメント部に関する多面体モデルに応じた透視投影の説明図である。
【図４７】背景部及び境界線の説明図である。
【図４８】工具に関する抽出点Ｐ２についての背景部及び境界線の説明図である。
【図４９】アタッチメント部に関する抽出点Ｐ２についての背景部及び境界線の説明図である。
【図５０】工具に関する抽出点Ｐ１〜Ｐｍについての境界線の説明図である。
【図５１】アタッチメント部に関する抽出点Ｐ１〜Ｐｍについての境界線の説明図である。
【図５２】工具に関する最小背景部の説明図である。
【図５３】同角錐の説明図である。
【図５４】アタッチメント部に関する最小背景部の説明図である。
【図５５】同角錐の説明図である。
【図５６】工具に関する円錐の説明図である。
【図５７】アタッチメント部に関する円錐の説明図である。
【図５８】最適な工具の加工姿勢の説明図である。
【図５９】工具の評価の説明図である。
【図６０】アタッチメント部を近似する円錐台形状の説明図である。
【図６１】円錐台の斜視図である。
【図６２】ＣｏｎｅＢ内での円錐台の配置位置の説明図である。
【図６３】設計されたシャンク形状の説明図である。
【図６４】本発明の第２の実施の形態に係る工具に関して限定されたオフセット形状面の描画範囲の説明図である。
【図６５】各抽出点を一致させたときの各オフセット形状面の描画範囲の説明図である。
【図６６】本発明の第３の実施の形態に係るアタッチメント部に関して限定された多面体モデルの描画範囲の説明図である。
【図６７】各抽出点を一致させたときの各多面体モデルの描画範囲の説明図である。
【図６８】工具軸線とワーク表面とのなす角の説明図である。
【図６９】本発明の第４の実施の形態に係る透視投影の範囲を制限する円錐の説明図である。
【図７０】面Ｆ１における円錐との交線の説明図である。
【図７１】背景部における円錐内外の説明図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１    ＮＣ工作機械
３    ユニバーサルアタッチメント
４    ホルダ
５    切刃
６    シャンク
Ｍ    多面体モデル
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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