(57)【要約】【課題】精度の高い加工を行なうことができる工具経路を効率良く生成する。【解決手段】ワークの未加工領域における製品形状のＺマップモデルと所定の傾斜角度判定値とに基いて、該未加工領域を傾斜が大きい等高線加工領域１１と傾斜が小さい形状沿い加工領域１２とに区分し、等高線加工領域１１では等高線工具経路を生成し、形状沿い加工領域１２では、切り込み量を変化させながら工具を移動させる部分を含む形状沿い工具経路を、加工条件及びＺ軸方向の形状変化に応じて調整したピッチで生成する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元形状モデルデータに基づきＮＣ工作機械の工具によりワークの未加工領域に加工を行うための工具経路を生成する加工経路データ生成方法であって、
上記未加工領域における製品形状のＺ軸方向の高さ情報に示すＺマップモデルと所定の傾斜角度判定値とに基いて、該未加工領域を傾斜が大きい等高線加工領域と傾斜が小さい形状沿い加工領域とに区分し、
上記等高線加工領域では、加工条件に応じたＺ軸方向のピッチで等高線工具経路を生成し、
上記形状沿い加工領域では、切り込み量を変化させながら工具を移動させる形状沿い工具経路を加工条件に応じたピッチで生成することを特徴とする加工経路データ生成方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記未加工領域の製品形状Ｚマップモデルの最外周辺に沿って並ぶグリッド群から上記傾斜角度判定値以上の傾斜角度で隣り合うグリッドを抽出し、この抽出処理を順次グリッド１つ内側で並ぶ各グリッド群に対して外側から内側へ進めていき、その抽出したグリッドに基いて、該未加工領域を上記等高線加工領域と上記形状沿い加工領域とに区分することを特徴とする加工経路データ生成方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記形状沿い加工領域では、該領域の最外周辺に沿って巡る工具経路と、該工具経路に沿ってその内側を巡る工具経路とを少なくとも有する、複数の内外に間隔をおいて配置された工具経路を設定し、工具を外側の工具経路から内側の工具経路に順次シフトさせて加工を行なうものであり、
上記形状沿い加工領域を投影したＺ＝０の２次元平面において、内外の工具経路生成用ラインを設定した後、両ラインを上記２次元平面から対応する上記製品形状モデル上に投影し、該製品形状モデル上での当該内外の投影線の間隔が全周にわたって所定の範囲に収まるように、上記２次元平面における上記ラインの位置を補正して工具経路を生成することを特徴とする加工経路データ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状モデルデータに基づきＮＣ工作機械の工具によりワークの未加工領域に加工を行うための工具経路を生成する加工経路データ生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ（数値制御）切削加工においては、ボールエンドミル等の切削工具をワーク（金属材料）の加工面において所定の工具経路で移動させている。この切削加工において、切削工具のＺ軸方向の切り込み量を一定として等高線状に移動させ、次いで切り込み量を変えて同じく等高線状に移動させる、というように切り込み量をＺ軸方向に所定ピッチで段階的に変化させていく等高線加工は広く採用されている。しかし、この等高線加工では、製品形状の斜面の傾斜が緩やかな部分では傾斜が急な部分に比べて相隣る工具経路の間隔が広くなり、加工精度が低くなる。
【０００３】
この問題に対して、等高線加工において、工具経路の間隔が広くなる加工領域では、その広くなった部分に工具経路を追加することにより、加工精度が低下することを避けるという手法が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−３１１０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、相隣る等高線工具経路の間隔は全周にわたって一定ではなく、製品形状が複雑である場合には、途中から狭くなったり広くなったり種々に変化したものになる。従って、そのような間隔が変化した部位へ工具経路を既設の等高線工具経路に沿うように適切な間隔、長さ、本数で配置することは難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、製品形状の傾斜が複雑に変化している未加工領域であっても、精度の高い加工を行なうことができる工具経路を効率良く生成できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するために、未加工領域を対応する製品形状の傾斜角度に基いて等高線加工領域と形状沿い加工領域とに区分して、その傾斜角度に応じた適切な工具経路を生成できるようにした。
【０００７】
請求項１に係る発明は、３次元形状モデルデータに基づきＮＣ工作機械の工具によりワークの未加工領域に加工を行うための工具経路を生成する加工経路データ生成方法であって、
上記未加工領域における製品形状のＺ軸方向の高さ情報に示すＺマップモデルと所定の傾斜角度判定値とに基いて、該未加工領域を傾斜が大きい等高線加工領域と傾斜が小さい形状沿い加工領域とに区分し、
上記等高線加工領域では、加工条件に応じたＺ軸方向のピッチで等高線工具経路を生成し、
上記形状沿い加工領域では、切り込み量を変化させながら工具を移動させる形状沿い工具経路を加工条件に応じたピッチで生成することを特徴とする。
【０００８】
従って、本発明によれば、未加工領域のうち傾斜が大きい部分を等高線加工領域とし傾斜が緩やかな部分を形状沿い加工領域として区分するから、その傾斜に応じた加工精度の高い適切な工具経路を短時間で生成することができる。ここに、未加工領域とは、ワークに対して加工を未だ施していない部分の他、前加工で削ることができなかった所謂削り残し領域を含み、本発明はこの削り残し領域での工具経路の生成に特に有効である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記未加工領域の製品形状Ｚマップモデルの最外周辺に沿って並ぶグリッド群から上記傾斜角度判定値以上の傾斜角度で隣り合うグリッドを抽出し、この抽出処理を順次グリッド１つ内側で並ぶ各グリッド群に対して外側から内側へ進めていき、その抽出したグリッドに基いて、該未加工領域を上記等高線加工領域と上記形状沿い加工領域とに区分することを特徴とする。
【００１０】
従って、全ての相隣るグリッド間の傾斜角度を判定するのではなく、未加工領域の周方向に隣り合うグリッド間の傾斜角度を判定するようにし、この判定作業を外側から順次内側へ進めていくから、短時間で傾斜が大きな等高線加工領域と傾斜が小さい形状沿い加工領域とに区分する上で有利になる。
【００１１】
特に、この手法は、形状沿い加工に関して、未加工領域の最外周辺から順次所定距離ずつ内側にオフセットして周方向全長に延びる多重の閉じた工具経路を生成し、最外周側から内側へと形状沿い加工を進めていくケースに適する。すなわち、上記傾斜角度の判定を未加工領域の周方向に隣り合うグリッド間で行なったときに、その傾斜角度が緩やかであるということは、その部分が、上述の周方向に工具を移動させる形状沿い加工に適しているということであり、全ての隣り合うグリッド間の傾斜角度を判定しなくても、形状沿い加工領域を適切に区分することができる。
【００１２】
一方、上述の如く、周方向に並ぶグリッド群の傾斜角度の判定を行なうようにした場合、周方向に並ぶグリッド群のうち例えば水平方向（ＸＹ平面と平行）に相隣るグリッド間では、等高線加工に適した領域のグリッドであっても、その傾斜角度は小さいと判定される。従って、傾斜角度大と判定されたグリッドの集合部に、傾斜角度小と判定されたグリッドが含まれているときは、当該グリッドとその外側又は内側に隣り合うグリッドとの間で傾斜角度の判定を行なって補正すればよい。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、
上記形状沿い加工領域では、該領域の最外周辺に沿って巡る工具経路と、該工具経路に沿ってその内側を巡る工具経路とを少なくとも有する、複数の内外に間隔をおいて配置された工具経路を設定し、工具を外側の工具経路から内側の工具経路に順次シフトさせて加工を行なうものであり、
上記形状沿い加工領域を投影したＺ＝０の２次元平面において、内外の工具経路生成用ラインを設定した後、両ラインを上記２次元平面から対応する上記製品形状モデル上に投影し、該製品形状モデル上での当該内外の投影線の間隔が全周にわたって所定の範囲に収まるように、上記２次元平面における上記ラインの位置を補正して工具経路を生成することを特徴とする。
【００１４】
従って、２次元平面において工具経路の間隔を設定するから、工具経路を短時間で生成する上で有利になり、また、２次元平面で設定した間隔が３次元の製品形状モデルに投影したときに予定よりも広くなるときは、これを適正な間隔になるように２次元平面で補正するから、加工精度の高い形状沿い工具経路を生成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、ワークの未加工領域における製品形状のＺマップモデルと所定の傾斜角度判定値とに基いて、該未加工領域を等高線加工領域と形状沿い加工領域とに区分し、この区分した各領域の加工に適した工具経路を生成するようにしたから、加工精度の高い適切な工具経路を短時間で生成することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、未加工領域のＺマップのグリッドのうちから、上記傾斜角度判定値以上の傾斜で隣り合うグリッドを抽出する作業を、該未加工領域の最外周辺に沿って全周にわたって並ぶグリッド群から始めて、その作業を順次グリッド１つ分ずつ内側に並ぶグリッド群にシフトさせていき、その抽出したグリッドに基いて、該未加工領域を上記等高線加工領域と上記形状沿い加工領域とに区分するから、未加工領域を短時間で等高線加工領域と形状沿い加工領域とに区分する上で有利になる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、形状沿い加工領域を投影したＺ＝０の２次元平面において、内外の工具経路生成用ラインを設定した後、両ラインを上記２次元平面から対応する上記製品形状モデル上に投影し、該製品形状モデル上での当該内外の投影線の間隔が全周にわたって所定の範囲に収まるように、上記２次元平面における上記ラインの位置を補正するから、加工精度の高い形状沿い工具経路を短時間で生成する上で有利になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
ワークのＮＣ切削加工によって例えば金型を製作する場合、基本的には工具径の大きい工具から始めて工具径を順次小さくしていく。これは、製品全体を仕上げる場合にはできるだけ大きな径の工具で全体を仕上げた方が工具経路のピッチを大きくすることができ加工効率が良いためであり、そして、細かい形状部において削り残りが出た部分を小径工具で切削していくことにより、加工効率を高めるものである。但し、その場合でも、前加工での削り残し領域を簡単に且つ正確に抽出することができなければ、各径の工具の経路が重複したり、工具経路の抜けを生じ、加工が不安定になるとともに、加工効率の向上に不利になる。
【００２０】
そこで、まず、前加工による削り残し領域（ワークの未加工領域）抽出する方法を、工具としてボールエンドミルを用いるケースで説明し、次いで削り残し領域の工具経路生成方法を説明する。この削り残し領域の抽出及び工具経路の生成はＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて行なう。
【００２１】
＜削り残し領域（未加工領域）の抽出＞
−製品形状多面体モデルの工具経路面Ａの生成−
図１は最終形状となる製品形状の多面体モデルＰであり、図２に示すように、この多面体モデルＰと、後加工で用いるボールエンドミル１の形状データＴとにより、多面体モデルＰについての工具経路面Ａを生成する。すなわち、ボールエンドミル１の逆形状を、その中心が常に多面体モデルＰの表面に存在するように保ちつつ滑らせたときの掃引形状を求めて、この掃引形状の最上面を逆オフセット処理することにより、Ｚマップモデル形式で工具経路面Ａを得る。この点を以下に具体的に説明する。
【００２２】
多面体モデルＰの表面形状は、図３に示すように、ラフに間引いた（間引き長さは１０ｍｍ以内）多面体近似データＰ２に変換する。この多面体近似データＰ２は、微少な大きさとされた多数の三角形２の集合面である。次いで、ボールエンドミル１の逆形状を、その中心が常に多面体近似データＰ２からなる多面体モデルＰの表面に存在するように保ちつつ滑らせたときの掃引形状を求めこの掃引形状の最上面を逆オフセット処理して工具経路面ＡをＺマップモデル形式で生成する。
【００２３】
すなわち、図４に示すように、ＸＹ直交座標上に、三角形２の頂点となる位置においてボールエンドミル１の半径ｒに相当する球を配置し、各球同士を半径ｒの円筒形で連結し（各頂点同士をつなぐ辺に半径ｒの円筒を配置する）、各球と円筒形とで囲まれた領域を半径ｒの２倍の厚みを有する三角形板を配置した単位領域を設定する（単位領域は三角形の数分だけ存在する）。上記球、円筒、三角形板を図５に示す。次いで、ＸＹ平面上に直交格子（単位長さ０．０２ｍｍ程度の格子）を用意し、各格子点について単位領域のＺ軸方向の最上部点４を取得する。これにより、多面体近似データＰ２から工具経路面Ａが図６に示すＺマップモデル形式で生成されることとなる。なお、ボールエンドミル１以外のエンドミルを用いる場合は、上記球、円筒径、三角板の代わりに、そのエンドミル形状に応じた適切な図形を配置すればよい。
【００２４】
−ワーク形状モデルの工具径路面Ｂの生成−
次に、加工残りを含むワーク形状モデルＷと、ボールエンドミル１の形状データＴとから、工作物の形状モデルＷについての工具経路面ＢをＺマップモデル形式で生成する。なお、各工具経路面ＡとＢとは、ＸＹ平面上の同一解像度、同一位置の直交格子に基づいて生成する。以下、具体的に説明する。
【００２５】
図７の右側はワーク形状の多面体モデルＷをＺマップモデルで示したものであり、その表面を覆う点群は、Ｘ軸とＹ軸に平行な格子状に配置されている。そこで、図７左側に示すように、これらの点群を、Ｘ軸（若しくはＹ軸）に沿って順に辿り、Ｘ軸（若しくはＹ軸）方向にジグザグ往復する折れ線状経路５を得る。
【００２６】
次いで、図８に示すように、ボールエンドミル１の逆形状を上記折れ線状経路で移動させ、その掃引形状を定義する。図９はその様子を図２（工具径路面Ａを生成するケース）と同様にして示している。図１０に示すように、掃引形状の上端は球と円筒形が交互に連なった形となる。ボールエンドミル１以外の工具を用いる場合は、球と円筒形に代えて、その工具形状に応じた掃引形状の上端を構成する図形を用いればよい。しかる後、ＸＹ平面上に直交格子（工具経路面Ａの生成に用いたものと同じ格子）を用意し、各格子点について掃引形状のＺ軸方向の最上部点６を取得する。これにより、工具経路面Ｂが図１１に示すＺマップモデル形式で生成されることとなる。
【００２７】
−削り残し領域の判定−
上記工具経路面Ａ，Ｂは、Ｚ軸方向を共通とし、ＸＹ平面上の同一解像度、同一位置の直交格子に基づいて生成されていることから、図１２に示すように、互いに重ね合わせることができる。工具経路面Ｂの一部は、前加工で削り残った部分に基づいて生成されているので、工具経路面Ａの上にはみ出す部分、つまり、削り残し領域７を生じる。そこで、工具経路面ＡとＢとを構成する点群の高さを、Ｚマップの基になった直交格子の格子ごとに比較して、工具経路面Ｂの方が工具経路面Ａよりも上に存在している格子群を選び出す。そうして、この格子群に対応する工具経路面Ａの点群を選び、それらを包含する多角形を削り残し領域線とする。
【００２８】
＜工具経路の生成＞
図１３及び図１４に示すフローに沿って説明する。図１３に示すスタート後のステップＳ１で入力パラメータを読み込む。この入力パラメータは、上述の削り残し領域線、製品形状のＺマップモデル、傾斜角度判定値及び工具経路生成条件（工具径、経路ピッチ、トレランス（加工精度）等）である。
【００２９】
−削り残し領域の区分−
続くステップＳ２において、Ｚマップのグリッド角度と上記傾斜角度判定値とに基いて、削り残し領域を等高線加工領域と形状沿い加工領域とに区分する。具体的には、図１３のステップＳ１，Ｓ２横に模式的に示すように、削り残し領域線８内のＺマップのグリッド９を抽出する。図１５の左端に示すように、削り残し領域内の最外周辺に存するグリッドを周方向に結ぶ外周線の角度を調べる。すなわち、上記傾斜角度判定値以上の傾斜で周方向に隣り合っているグリッド（黒丸で示す）を抽出する。このグリッド抽出作業を当該外周線の全周にわたって実行し、さらに、グリッド一つ分ずつ順次内側へオフセットさせて各周方向に延びる線において同様に行なっていくことにより、全グリッドについて実行する（図１５の中央図参照）。
【００３０】
上記グリッド抽出作業では、傾斜角度が大きい領域に存するグリッドであっても、例えば水平方向に相隣るグリッド間ではその傾斜角度は小さいと判定される。すなわち、図１５の中央に示すように、削り残し領域の上辺部では、黒丸グリッドに囲まれた白丸グリッド（傾斜角度が小さいと判定されたグリッド）が出てくる。そこで、傾斜角度大グリッド群で囲まれた傾斜角度小グリッドについては、図１５の右側に示すように、当該グリッドとその外側又は内側に隣り合うグリッドとの間で傾斜角度の再判定を行なう。
【００３１】
そうして、以上の傾斜角度判定に基いて、上記削り残し領域を傾斜角度大の等高線加工領域（黒丸グリッド側）１１と傾斜角度小の形状沿い加工領域（白丸グリッド側）１２とに区分する。
【００３２】
このように、削り残し領域の区分にあたっては、全ての相隣るグリッド間の傾斜角度を判定する必要はなく、短時間で傾斜が大きな等高線加工領域１１と傾斜が小さい形状沿い加工領域１２とに区分する上で有利になる。また、傾斜角度大グリッド群で囲まれた傾斜角度小グリッドが存在するときは、傾斜角度の判定方向を変更して再チェックするようにしたから、抽出洩れを避けることができる。
【００３３】
−形状沿い工具経路（形状沿い軌跡）の生成−
図１３に示すように、続くステップ３において、削り残し領域（形状沿い加工領域）線をＺ＝０の２次元平面に投影して２次元領域線１３を求める。次いで、この２次元平面において、２次元領域線１３を内側に所定ピッチオフセットさせたオフセット線１４を求める（ステップＳ４）。そうして、２次元領域線１３及びオフセット線１４を製品形状モデルの該当する曲面部に投影する（ステップＳ５）。当該投影線を符号１３ａ，１４ａで示す。
【００３４】
製品形状モデルへの上記投影線１３ａ，１４ａのピッチ間隔を全周にわたって求め、所定ピッチよりも大であるときは、そのピッチ間隔を補正する（ステップＳ６）。すなわち、投影線１３ａ，１４ａのピッチ間隔が所定ピッチになるように、２次元平面において、オフセット線１４のピッチ間隔大となっている部分を外側へ移動させる。
【００３５】
同様にして上記オフセット線１４の内側にオフセット線１５を求め、製品形状モデルに投影してピッチ間隔を補正する作業を、順次内側へ進めていき、得られた形状沿い工具経路１６をＮＣデータとして書き出す（ステップＳ７）。
【００３６】
以上のように、２次元平面において工具経路の間隔を設定するから、工具経路を短時間で生成する上で有利になり、また、２次元平面で設定した間隔が３次元の製品形状モデルに投影したときに予定よりも広くなるときは、これを適正な間隔になるように２次元平面で補正するから、加工精度の高い形状沿い工具経路１６を生成することができる。
【００３７】
−等高線工具経路（等高線軌跡）の生成−
一方、等高線工具経路の生成にあたっては、図１４に示すように、まず、等高線加工領域のＺマップグリッドをＸＹ直交座標のＸ軸方向の線及びＹ軸方向の線で結ぶ（ステップＳ８）。次いで、この等高線加工領域を所定ピッチのＺ平面（Ｚ軸と垂直な平面）でスライスしてＸ軸線及びＹ軸線との交点を求める（ステップＳ９）。次いで、その交点を結ぶことにより、等高線の経路を求め（ステップＳ１０）、等高線工具経路１７をＮＣデータとして書き出す（ステップＳ１１）。
【００３８】
以上のように、上記実施形態によれば、削り残し領域のうち傾斜が大きい部分を等高線加工領域とし傾斜が緩やかな部分を形状沿い加工領域として区分するから、その傾斜に応じた加工精度の高い適切な工具経路を短時間で生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】製品形状の多面体モデルの一例を示す図である。
【図２】製品形状に対応した工具経路面を得る様子を示す説明図である。
【図３】製品形状モデルの多面体近似データを示す図である。
【図４】多面体近似データからＺマップを得る様子を示す説明図である。
【図５】Ｚマップを得るための工具形状に応じた図形の組み合わせ例を示す図である。
【図６】製品形状の工具経路面をＺマップモデル形式で示す図である。
【図７】ワーク形状のＺマップモデルから工具経路面を生成するための折れ線状経路を得る手法を説明する図である。
【図８】折れ線状経路から工具経路面（掃引形状）を得る様子を示す説明図である。
【図９】ワーク形状に対応した工具経路面を得る様子を示す説明図である。
【図１０】掃引形状の上端を示す図である。
【図１１】ワーク形状の工具経路面をＺマップモデル形式で示す図である。
【図１２】製品形状及びワーク形状各々の工具経路面を重ね合わせて削り残し領域を示す図である。
【図１３】工具経路生成のフローを示す図である。
【図１４】等高線工具経路生成のフローを示す図である。
【図１５】削り残し領域を区分する手法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｐ    製品形状の多面体モデル
Ｐ２    多面体近似データ
Ａ    製品形状の工具経路面
Ｗ    ワーク形状の多面体モデル
Ｂ    ワーク形状の工具経路面
１    切削工具
２    三角形（パッチ）
７    削り残し領域（未加工領域）
８    削り残し領域線
９    グリッド
１１    等高線加工領域
１２    形状沿い加工領域
１３    ２次元領域線
１３ａ    投影線
１４    オフセット線
１４ａ    投影線
１５    オフセット線
１６    形状沿い工具経路
１７    等高線工具経路
【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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