(57)【要約】【課題】簡易的且つ正確に加工を行うことが可能な加工装置、加工方法及び加工プログラムを提供する。【解決手段】加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定部２２と、突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定部２３と、決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定部２４とを設ける。【選択図】図１
2007054940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具により加工対象物を任意の形状に加工するための加工装置であって、
加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定手段と、
突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定手段と、
決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定手段と
を有することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
工具により加工対象物を任意の形状に加工するための加工方法であって、
加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定工程と、
突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定工程と、
決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定工程と
を有することを特徴とする加工方法。
【請求項３】
工具により加工対象物を任意の形状に加工するための加工プログラムであって、
コンピュータを、
加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定手段と、
突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定手段と、
決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定手段と
して機能させることを特徴とする加工プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を任意の形状に加工するための加工装置、加工方法及び加工プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の加工装置により粗加工を行うにあたっては、一般的に工具経路計算アルゴリズムが比較的単純化された３軸制御による等高線加工方法が用いられている。
【０００３】
この際に用いられる工具の一例としては、除去量が大きいスクエアエンドミルが挙げられる。ただし、このスクエアエンドミルによる等高線粗加工においては、加工中に工具を傾けることが不可能なため、上記の３軸制御加工方法を用いることとなる。
【０００４】
しかしながら、３軸制御による粗加工方法では、オーバーハング（張り出し）形状といった工具を傾斜させなければ切削できない部分がある場合、工具干渉を回避するために、複数回にわたって工具の段取り換えを行わなければならず、工程数が増大してしまう。
【０００５】
上記のように工程数が増大すると、その数だけ治具等を準備する必要があり、コストの増大を招いてしまう。
【０００６】
また、段取り換えを行う際、位置決め精度の誤差や時間的ロスが生じる場合があり、精度ならびに作業効率の低下を招いてしまう。
【０００７】
さらに、加工形状によっては、工具の突き出し量が規定より大きくなる場合もあり、このように工具突き出し量が増大すると、加工条件の厳密さが損なわれた状態で加工が行われることとなり、作業時間が増大してしまう。
【０００８】
なお、加工条件の厳密さを維持するために特殊な工具を用いることも可能であるが、このような工具は汎用性に乏しく、また高価であるため、経済性に優れているとはいえない。
【０００９】
以上のような粗加工方法の問題を改善するために、近年、５軸制御加工機を用いた粗加工方法が提案されている。しかしながら、この方法には以下に示す問題点が存在する。
【特許文献１】特開平６−２５４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の５軸制御加工機は、３軸制御加工機の直進駆動軸［Ｘ，Ｙ，Ｚ］に回転駆動軸［Ａ，Ｂ］を付加したもので、３軸制御加工機と比べて高い自由度を有する。
【００１１】
この５軸制御加工機は、工具突き出し量を小さくできるうえに、加工対象物を様々な形状に加工することができ、多くの利点を有するが、その反面、高い自由度ゆえに制御が困難であり、ＣＡＤ（Computer Aided Design）／ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）の支援が不可欠となる。
【００１２】
また、工具干渉を回避するための工具経路計算アルゴリズムの開発が非常に困難であるという問題も存在する。
【００１３】
また、最近では、ボールエンドミルを用いた５軸制御による等高線加工方法が開発されている。しかしながら、ボールエンドミルは、スクエアエンドミルよりも除去量が少ないため効率的とはいえない。
【００１４】
また、インペラ（羽根車）等の特殊な形状を有する部品を作製する場合は、専用のＣＡＭを使用しなければならない。さらに、加工形状毎に専用のＣＡＭを用意する必要があるためコストの増大を招いてしまう。
【００１５】
また、特に図１０に示すような工具３１を用いる場合は、以下に示す問題が存在する。
【００１６】
この工具３１は、図１０（ａ）に示すように、円筒状の本体の先端部に切削用のチップ３２が設けられたものであり、図１０（ｂ）に示すように加工対象物４に対する突き加工（バーチカル加工）の他、穿孔加工（ドリル加工）も行うことができる。
【００１７】
しかしながら、工具３１の加工可能な範囲は、図中の３３に示す範囲、つまりチップ３２の幅に限定されており、これを超える範囲は加工できない。
【００１８】
例えば、図１１（ａ）に示すように、工具３１の突き加工により加工対象物４の４１の部分を除去する場合は、前記の加工可能範囲の問題から、まず初めに４２の部分を除去し、その後、２回目の突き加工により４３の部分を除去する。
【００１９】
上記のような動作を行うにあたっては、加工対象の反対側（図の左側）に工具を配置するための空間が必要であり、図１１（ｂ）に示すように、工具３１の周囲が囲まれている場合は、上記のような動作を行うことはできない。
【００２０】
このような事情に鑑み本発明は、工具干渉を防止し、簡易的且つ正確に加工を行うことが可能な加工装置、加工方法及び加工プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
請求項１に記載の本発明は、工具により加工対象物を任意の形状に加工するための加工装置であって、加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定手段と、突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定手段と、決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定手段とを有することを要旨とする。
【００２２】
請求項２に記載の本発明は、工具により加工対象物を任意の形状に加工するための加工方法であって、加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定工程と、突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定工程と、決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定工程とを有することを要旨とする。
【００２３】
請求項３に記載の本発明は、工具により加工対象物を任意の形状に加工するための加工プログラムであって、コンピュータを、加工対象物形状、所望加工形状、干渉面、工具形状、切削点群、離脱距離を示す情報に基づいて、突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工することが可能か否かを判定する加工可否判定手段と、突き加工のみで加工を行うことが可能な場合と、突き加工のみでは加工を行うことが不可能である場合のいずれかに対応し、且つ干渉を防止可能な工具姿勢を決定する工具姿勢決定手段と、決定された工具姿勢に基づいて、工具経路を決定する工具経路決定手段として機能させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、工具干渉を防止し、簡易的且つ正確に加工を行うことが可能な加工装置、加工方法及び加工プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例について説明するが、これらの実施例は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施例を採用することが可能であるが、これらの実施例も本発明の範囲に含まれる。
【実施例】
【００２６】
図１は、本発明の一実施例に係る加工装置１の構成図である。この加工装置１は、コンピュータにより設計から製造までを行うＣＡＤ／ＣＡＭ装置であり、制御部２と、図１０に示した工具３１と座ぐり工具とを備えるＮＣ工作部３とからなる。
【００２７】
制御部２は、ユーザインタフェース部２１と、加工可否判定部２２と、工具姿勢決定部２３と、工具経路決定部２４と、データ送信部２５とからなる。
【００２８】
ユーザインタフェース部２１には、後述するパラメータの入力といった各種操作を行うためのキーボード及びマウスや、各種情報を表示するためのディスプレイ等が含まれる。
【００２９】
加工可否判定部２２は、入力されたパラメータに基づいて、工具３１の突き加工のみで加工対象物を所望の形状に加工できるか否かを判定する。
【００３０】
工具姿勢決定部２３は、加工可否判定部２２の判定結果に基づいて工具３１の姿勢を決定する。
【００３１】
工具経路決定部２４は、工具３１の経路を決定する。
【００３２】
データ送信部２５は、決定された工具３１の姿勢及び経路をＮＣ工作部３に送信する。
【００３３】
ＮＣ工作部３は、工具位置を定めるｘ，ｙ，ｚの直進駆動３軸に加え、工具３１の姿勢（指向方向）を決定する２つの回転駆動軸を付加した５軸制御加工機であり、データ送信部から送信されたデータに基づいて対象物を加工する。
【００３４】
次に、上記の制御部２の動作の詳細について説明する。なお、以降の説明においては、図２に示すように、加工対象物４をオーバーハング部分を有するポケット形状に加工する場合を例とする。なお、図２（ａ）は加工対象物４の上面図であり、図２（ｂ）は加工対象物４の斜視図であり、図２（ｃ）は加工対象物４の側断面図である。
【００３５】
実際に処理を行うにあたっては、図３に示すように、まず「母材形状」、「加工形状」、「干渉面」、「工具形状」、「切削点群」、「離脱距離」の各パラメータがユーザインタフェース部２１を介して入力される（ステップＳ１）。
【００３６】
なお、上記の切削点群を示すデータは、３次元ＣＡＤにより定義された加工形状を基に、加工対象物４のどの部分をどのような順序で加工するかを示している。
【００３７】
上記の各パラメータが入力されると、加工可否判定部２２により突き加工のみで所望の形状に加工することが可能か否かが判定される（ステップＳ２）。
【００３８】
なお、この際、加工形状によっては、穿孔加工を併用する必要があるため、これに関しては突き加工の動作についての演算を行う前に判定が行われる。
【００３９】
加工可否判定が行われると、工具姿勢決定部２３により各切削点における工具３１の姿勢が決定される（ステップＳ３）。
【００４０】
工具姿勢が決定されると、工具経路決定部２４により工具３１の経路が決定される（ステップＳ４）。
【００４１】
工具経路が決定されると、データ送信部２５により工具姿勢及び工具経路を示すデータが送信され（ステップＳ５）、これを受信したＮＣ工作部３により加工が行われる。
【００４２】
次に、図４を参照しつつ、上記の加工可否判定処理（ステップＳ２）の詳細について説明する。  
まず、突き加工のみで所望の形状が実現可能か否かが判断され（ステップＳ２１）、可能な場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）は突き加工のみで加工を行うことが決定される（ステップＳ２２）。
【００４３】
一方、突き加工のみでは所望の形状が実現できない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）は突き加工を行う前に穿孔加工を行うことが決定される（ステップＳ２３）。
【００４４】
次に、図５を参照しつつ、工具姿勢決定処理（ステップＳ３）の詳細について説明する。  
まず、上記の切削点群データが読み込まれ（ステップＳ３１）、このデータに含まれる
切削点における法線ベクトルを、その点における仮の工具姿勢とする（ステップＳ３２）。
【００４５】
次に、この工具姿勢において、周囲との工具干渉があるかをチェックする（ステップＳ３３）。
【００４６】
この際、工具干渉がなければ（ステップＳ３３：ＮＯ）、そのままの姿勢を、その点における工具姿勢とする（ステップＳ３５）。
【００４７】
一方、工具干渉がある場合は、工具干渉回避処理が行われ、干渉の生じない姿勢が決定され（ステップＳ３４）、これが最終的な工具姿勢となる（ステップＳ３５）。
【００４８】
上記の処理は、全ての切削点について行われ、全ての切削点について処理が行われると（ステップＳ３６：ＹＥＳ）、工具姿勢決定処理は終了する。
【００４９】
なお、上記の工具干渉回避処理は、２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅによる工具干渉回避法を利用した、突き加工専用干渉回避プログラムによって行われる。
【００５０】
以下、図６を参照しつつ、上記の２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅの詳細について説明する。  
図６（ａ）に示す各切削点における工具軸ベクトル（工具姿勢を表すベクトル）は、切削点における法線ベクトルに対する傾斜角度θと法線ベクトル周りの回転角度φという２つのパラメータによって表現される。
【００５１】
なお、図中の５１は工具との干渉領域（Interference area）であり、５２は加工対象物４における加工対称面である。
【００５２】
また、図６（ｂ）に示す２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅ上においては、原点との距離がパラメータθ、原点周りの回転角度がパラメータφにそれぞれ対応することから、１つの工具軸ベクトルは極座標系上の１点として表現される。なお、図中のＰは工具の位置を示す点である。
【００５３】
実際の工具姿勢決定処理においては、まず、２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅ上の定義領域５３上に干渉の対象となる工具周辺の曲面を干渉領域５４として写像する。次に、定義領域５３と干渉領域５４との差を取ることにより、工具干渉のない姿勢に対応する自由領域（Interference-free area）５５が得られる。この自由領域５５の中から工具姿勢点を１点選出することにより、工具干渉を回避可能な工具姿勢が決定される。
【００５４】
なお、本実施例では、以下の３パターンから工具干渉を回避するための姿勢を選択する。
【００５５】
（Ａ）：工具送り方向にのみ工具３１を傾斜させた姿勢。
（Ｂ）：ピックフィード方向にのみ工具３１を傾斜させた姿勢。
（Ｃ）：上記の（Ａ）及び（Ｂ）の特定方向に工具を傾斜できない場合、可能な方向に工具を傾斜させた姿勢。
【００５６】
これら３パターンの全てにおいては、工具傾斜角度が最小となる姿勢（工具の傾斜は必要最低限に抑える）が自由領域から選択される。  
以上の点から、工具干渉回避処理は図７に示すようになる。
【００５７】
つまり、まず切削点における定義領域と干渉領域が算出され、これに基づいて自由領域が求められ（ステップＳ３４１）、この自由領域内で工具を特定方向に傾けることができるか否かが判定され（ステップＳ３４２）、工具を傾けることが不可能な場合（ステップＳ３４２：ＮＯ）、工具の傾斜角度が最小となる姿勢が選択され（ステップＳ３４３）、これを最終的な工具姿勢とする（ステップＳ３４５）。
【００５８】
一方、工具を傾けることが可能な場合（ステップＳ３４２：ＹＥＳ）、工具の姿勢として、これを特定方向に傾けた姿勢を選択し（ステップＳ３４４）、これを最終的な工具姿勢とする（ステップＳ３４５）。
【００５９】
次に、図８を参照しつつ、上記のステップＳ３４４の詳細について説明する。  
まず、自由領域内において工具を傾斜させることができる方向が判定され（ステップＳ３４４１）、工具送り方向とピックフィード方向の両方に傾斜させることが可能な場合、どちらが傾斜角が小さいかを判定し（ステップＳ３４４２）、両者がの傾斜角が同じであれば、前の切削点における姿勢を確認し（ステップＳ３４４３）、工具送り方向に傾斜あるいは干渉がない場合は、自由領域から工具送り方向にかけての工具傾斜角度が最小となる姿勢が選択される（ステップＳ３４４４）。
【００６０】
一方、ステップＳ３４４３において、前の切削点における姿勢がピックフィード方向に傾斜していた場合は、自由領域からピックフィード方向にかけての工具傾斜角度が最小となる姿勢が選択される（ステップＳ３４４５）。
【００６１】
また、ステップＳ３４４１において工具を工具送り方向に傾斜可能な場合と、ステップＳ３４４２において工具を工具送り方向に傾斜させた際の傾斜角度の方が小さい場合においては、自由領域から工具送り方向にかけての工具傾斜角度が最小となる姿勢が選択される（ステップＳ３４４４）。
【００６２】
また、ステップＳ３４４１において工具をピックフィード方向に傾斜可能な場合と、ステップＳ３４４２において工具をピックフィード方向に傾斜させた際の傾斜角度の方が小さい場合においては、自由領域からピックフィード方向にかけての工具傾斜角度が最小となる姿勢が選択される（ステップＳ３４４５）。
【００６３】
次に、図９を参照しつつ、上記の工具経路決定処理（ステップＳ４）の詳細について説明する。  
まず、図３のステップＳ２の判定結果を確認し（ステップＳ４１）、突き加工のみで加工できる場合（ステップＳ４１：ＹＥＳ）は、突き加工を行うことを前提とした工具経路が決定され（ステップＳ４２）、図３のステップＳ５に移行し、データが送信される。
【００６４】
一方、突き加工のみで加工を行えず、穿孔加工も行う場合（ステップＳ４１：ＮＯ）、
突き加工を行うことを前提とした工具経路が決定され（ステップＳ４３）、穿孔加工を行うことを前提とした工具経路が決定される（ステップＳ４４）。
【００６５】
次に、座ぐり加工工具が必要か否かが判定され（ステップＳ４５）、座ぐり工具が必要な場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）は、座ぐり工具の経路が決定される（ステップＳ４６）。
【００６６】
一方、座繰り加工工具が必要でない場合（ステップＳ４５：ＮＯ）は、ステップＳ５に移行し、データが送信される。
【００６７】
なお、本実施例においては、工具３１が突き加工と穿孔加工の両方を行える場合を示したが、これに限定されず、突き加工工具と穿孔加工工具とを別個に設けることも可能である。
【００６８】
なお、上記の制御部２としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ハードディスクドライブ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、キーボード、マウス、ディスプレイ、フレキシブルディスクドライブ等を有したコンピュータを用いることができる。
【００６９】
また、このコンピュータを制御部２として機能させるためのコンピュータプログラムも本発明の範囲に含まれる。
【００７０】
また、上記の加工装置等を用いた加工方法も本発明の範囲に含まれる。
【００７１】
以上のとおり、本発明によれば、オーバーハング形状、深溝形状等の段取り換えが必要な形状を高効率且つ高精度で実現できる。
【００７２】
また、ドリル加工用工具、座ぐり加工用工具を必要に応じて併用することにより、今までオーバーハング部を有するポケット形状も高効率且つ高精度で実現できる。
【００７３】
また、専用のＣＡＭや工具を必要とせずに、汎用工具による特殊形状加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例に係る加工装置の構成図である。
【図２】加工形状の一例を示す図である。
【図３】図１の加工装置の動作を示す図である。
【図４】図３のステップＳ２の詳細を示す図である。
【図５】図３のステップＳ３の詳細を示す図である。
【図６】図１の加工装置において用いられる２次元Ｃ−Ｓｐａｃｅの概念を説明するための図である。
【図７】図５のステップＳ３４の詳細を示す図である。
【図８】図７のステップＳ３４４の詳細を示す図である。
【図９】図３のステップＳ４の詳細を示す図である。
【図１０】突き加工用工具を示す図である。
【図１１】従来の技術における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７５】
１    加工装置
２    制御部
３    ＮＣ工作部
４    加工対象物
２１    ユーザインタフェース部
２２    加工可否判定部
２３    工具姿勢決定部
２４    工具経路決定部
２５    データ送信部
３１    工具
３２    チップ
【図１】
2007054940.tif 000003
【図２】
2007054940.tif 000004
【図３】
2007054940.tif 000005
【図４】
2007054940.tif 000006
【図５】
2007054940.tif 000007
【図６】
2007054940.tif 000008
【図７】
2007054940.tif 000009
【図８】
2007054940.tif 000010
【図９】
2007054940.tif 000011
【図１０】
2007054940.tif 000012
【図１１】
2007054940.tif 000013