(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板のプレス成形品を成形する成形型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データの作成方法において、
前記プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、
前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けた仮想プレス成形品の板厚減少量を算出し、この有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出し、
この板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施し、
次に、前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において、板厚減少Ｚマップモデルの板厚減少量を成形型表面と直交方向の削り残り量として加算し、
前記プレス成形品の曲面形状に対応する曲面形状を有する成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正する、
ことを特徴とする成形型のＮＣ加工用データの作成方法。
【請求項２】
前記基準ＮＣ加工用データを修正する際、前記対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの全ての構成点に、各構成点を中心としてその構成点に対応する板厚減少量と切削工具の工具半径とを足した値を半径とする仮想球を想定し、その仮想球の集合体に対して基準ＮＣ加工用データで指示される切削工具の工具中心が干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データの工具パス曲線の各構成点をＺ方向へ移動させることで板厚減少領域の基準ＮＣ加工用データを修正することを特徴とする請求項１に記載の成形型のＮＣ加工用データの作成方法。
【請求項３】
金属板のプレス成形品を成形する成形型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データを作成する成形型のＮＣ加工用データ作成装置において、
前記プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、かつ前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けた仮想プレス成形品の板厚減少量を算出する板厚減少量算出手段と、
前記有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出する板厚減少Ｚマップモデル作成手段と、
前記板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施すスムージング処理手段と、
前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において、板厚減少Ｚマップモデルの板厚減少量を成形型表面と直交方向の削り残り量として加算すると共に、前記プレス成形品の曲面形状に対応する曲面形状を有する成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正するＮＣ加工用データ修正手段と、
を備えたことを特徴とする成形型のＮＣ加工用データ作成装置。
【請求項４】
金属板のプレス成形品を成形する成形型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データをコンピュータに作成させる成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムにおいて、
前記プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、かつ前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けた仮想プレス成形品の板厚減少量を算出する板厚減少量算出ルーチンと、
前記有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出する板厚減少Ｚマップモデル作成ルーチンと、
前記板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施すスムージング処理ルーチンと、
前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において、板厚減少Ｚマップモデルの板厚減少量を成形型表面と直交方向の削り残り量として加算すると共に、前記プレス成形品の曲面形状に対応する曲面形状を有する成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正するＮＣ加工用データ修正ルーチンと、
を備えたことを特徴とする成形型のＮＣ加工用データ作成プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載の成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムをコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形型のＮＣ加工用データの作成方法、その作成装置、その作成プログラム及びその記録媒体に関し、特に成形加工の際に絞り加工される部位の板厚減少に起因する成形品の品質低下を解消する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車のドアのアウタパネルをプレス成形する為の金型を製作する場合には、自動車の構造データ（ＣＡＤで作成した構造データ）から対象となるドアのアウタパネルの構造データを取り出し、そのデータに基づいて金型曲面形状のＺマップモデルを作成し、金型を切削加工機械によって切削加工する切削工具の半径と前記の金型曲面形状Ｚマップモデルとに基づいて、切削工具の中心軌跡が所定の工具移動経路で通過する工具パス曲線を演算し、その工具パス曲線から金型を切削加工するＮＣ加工用データを作成する。
【０００３】
尚、参考までに、特開平７−２５６５３６号公報には、ワークの島状の突部を切削加工により形状する際に、複数の島の２次元輪郭線に基づいて、可能な限り大径の工具径と、可能な限り工順の少ない加工順と、各加工順における工具最短移動経路とを決定する技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のようにして製作した金型により、例えば自動車のドアのアウタパネルをプレス成形する場合、ドアの取手のところの窪みの周辺部などのような絞り度合いの大きい部位では、金属板の歪み量が大きくなるため、板厚が最大７０〜９０μｍ程度薄くなることが知られている。
このように板厚が減少する部位では、金型と金属板素材の間に前記のような板厚減少分に相当する微小隙間が発生するため、その部位の曲面仕上がり精度が低下して成形品質が低下し、自動車のドアに組立後における表面の平滑度を確保することができず、ドアの外面を照らす光の方向によっては表面の微小な凸凹が目立ってしまうという問題がある。
【０００５】
従来では、自動車ボディやドアパネルなどの薄金属板をプレス成形する為の金型を製作する上で、前記のような板厚減少を加味して金型を製作することは行なわれていないのが実情である。前記の問題を解消する技術はなんら提案されていない。
本発明の目的は、金属板素材と金型と間に前記のような板厚の減少に起因する微小隙間が発生することのない金型を製作可能にすること、その為の成形型のＮＣ加工用データの作成方法、同作成装置、同作成プログラム及び同作成プログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の金属板のプレス成形品を成形する成形型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データの作成方法において、前記プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けた仮想プレス成形品の板厚減少量を算出し、この有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出し、この板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施し、次に、前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算し、前記成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正することを特徴としている。
【０００７】
成形型のＮＣ加工用データを作成する際、まず最初にプレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けたプレス成形品の板厚減少量を算出する。次に、この有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データの板厚減少Ｚマップモデルを算出し、この板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施す。次に、前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算し、前記成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正する。
【０００８】
請求項２の成形型のＮＣ加工用データの作成方法は、請求項１の発明において、前記基準ＮＣ加工用データを修正する際、前記対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの全ての構成点に、各構成点を中心としてその構成点に対応する板厚減少量と切削工具の工具半径とを足した値を半径とする仮想球を想定し、その仮想球の集合体に対して基準ＮＣ加工用データで指示される切削工具の工具中心が干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データの工具パス曲線の各構成点をＺ方向へ移動させることで板厚減少領域の基準ＮＣ加工用データを修正することを特徴としている。
【０００９】
板厚減少が僅少であるため基準ＮＣ加工用データを修正する必要のない領域については、基準ＮＣ加工用データを適用可能である。板厚減少を無視できない領域であって板厚減少Ｚマップモデルで板厚減少を見込もうとする領域、つまり対象エリアにおいて、成形型曲面形状Ｚマップモデルで表現される全ての構成点に、各構成点を中心としてその構成点に対応する板厚減少量と切削工具の工具半径とを足した値を半径とする仮想球を想定し、その仮想球の集合体に対して基準ＮＣ加工用データで指示される切削工具の工具中心が干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データの工具パス曲線の各構成点をＺ方向へ移動させることで板厚減少領域の基準ＮＣ加工用データを修正するため、板厚減少分を加味して修正したＮＣ加工用データを作成することができ、板厚減少分を成形型の曲面形状に反映させて、板厚減少分だけ外側へ膨らんだ成形型を製作可能となる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
請求項３の成形型のＮＣ加工用データ作成装置は、金属板のプレス成形品を成形する成形型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データを作成する成形型のＮＣ加工用データ作成装置において、前記プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、かつ前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けた仮想プレス成形品の板厚減少量を算出する板厚減少量算出手段と、前記有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出する板厚減少Ｚマップモデル作成手段と、前記板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施すスムージング処理手段と、前記スムージング処理した対象エリアの板厚減少Ｚマップモデルを成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算し、前記成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正するＮＣ加工用データ修正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
このＮＣ加工用データ作成装置の作用は請求項１の作用とほぼ同様であるので、簡単に説明する。板厚減少量算出手段は、プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、かつ前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けてプレス成形品の板厚減少量を算出する。板厚減少Ｚマップモデル作成手段は、前記求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出する。スムージング処理手段は板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施す。ＮＣ加工用データ修正手段は、スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算し、前記成形型の切削加工の為に予め作成した基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正する。
【００１４】
請求項４の成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムは、金属板のプレス成形品を成形する成形型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データをコンピュータに作成させる成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムにおいて、前記プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、かつ前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けた仮想プレス成形品の板厚減少量を算出する板厚減少量算出ルーチンと、前記有限要素法で求めた板厚減少量のデータに基づいて、前記対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出する板厚減少Ｚマップモデル作成ルーチンと、前記板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施すスムージング処理ルーチンと、前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算すると共に、前記成形型を切削加工する為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正するＮＣ加工用データ修正ルーチンとを備えたことを特徴としている。
【００１５】
この成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムの作用は、請求項１の作用とほぼ同様であるので、簡単に説明する。板厚減少量算出ルーチンにより、プレス成形品の曲面形状に対応する成形型の曲面形状の情報から成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に、この曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、かつ前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けてプレス成形品の板厚減少量を算出する。次に、板厚減少Ｚマップモデル作成ルーチンにおいて、前記求めた板厚減少量のデータに基づいて、対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出する。次に、スムージング処理ルーチンにおいて、板厚減少Ｚマップモデルを滑らかにするスムージング処理を施し、次のＮＣ加工用データ修正ルーチンにおいて、スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算し、前記成形型の切削加工の為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正する。
【００１６】
請求項５の記録媒体は、請求項４に記載の成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムをコンピュータで読み取り可能に記録したものである。この記録媒体の作用は、請求項６の作用とほぼ同様であるので、説明を省略する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の成形型のＮＣ加工用データの作成方法、その作成装置、その作成プログラムおよびその作成プログラム記録した記録媒体の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、金属薄板をプレス成形する成形型のＮＣ加工用データの作成装置１０を示し、ＮＣ加工用データ作成装置１０のハードウェア自体は、基本的に一般的なコンピュータと同様のもので、ＮＣ加工用データ作成装置１０は、制御ユニット１１、キーボード１２、マウス１３、ディスプレイ１４、カラープリンタ１５などを有し、外部のホストコンピュータ１に接続されている。
【００１８】
制御ユニット１１は、ＣＰＵ１６、ＲＯＭ１７、ＲＡＭ１８、これらにバス１９にて接続された入出力インターフェース２０、ハードディスク装置２１、ＦＤ２（フレキシブルディスク）を駆動するＦＤＤ２２、ホストコンピュータ１との間でデータの送受信を行う為の通信用インターフェース２３（Ｉ／Ｆ）、ディスプレイ１４の為のディスプレイコントローラ２４（Ｄ／Ｃ）、カラープリンタ１５の為のドライバ２５等が装備されている。
【００１９】
前記ホストコンピュータ１には、ＣＡＤにより作成された自動車全体の構造データが格納されている。制御ユニット１１は、ホストコンピュータ１から、自動車の所望の部分の構造データを読み出すことが可能である。制御ユニット１１のハードディスク装置２１には、ＯＳや後述のＮＣ加工用データ作成制御を含む種々の制御の制御プログラムが格納されている。制御ユニット１１のＲＯＭ１７にはコンピュータ立ち上げ用のブートプログラムなどが格納され、ＲＡＭ１８には種々のワークメモリが設けられている。１つのＦＤ２には、後述のＮＣ加工用データ作成制御により作成されたＮＣ加工用データが格納され、別のＦＤ２には、ＮＣ加工用データ作成制御で作成された種々のデータが格納される。他の１つのＦＤ２にはハードディスク装置２１から読み出される本願特有のＮＣ加工用データ作成制御の制御プログラムが格納される。
【００２０】
図２は、ホストコンピュータ１から読み込んだ自動車の例えば左側後部ドアのアウタパネルに関する構造データから作成されるアウタパネル成形用金型の曲面面形状Ｚマップモデル３０を示す。このアウタパネルの把手の部分には凹部３１が形成されるが、成形時に凹部３１の周辺において素材としての鋼板の板厚減少（最大で７０〜９０μｍ程度）が生じ、金型（成形型に相当する）と素材鋼板との間に微小な隙間が発生するため、成形性が低下し易く成形品質を高めるのが非常に難しい。
【００２１】
そこで、例えば、板厚減少に対する修正を施す修正対象エリア３２を凹部３１等の絞り成形部とその周辺を含むエリアとして設定する。この場合、修正対象エリア３２の外形輪郭線を規定する点群のデータ（ＸＹ２次元データ、又はＸＹＺ３次元データ）を入力設定することにより修正対象エリア３２を設定する。
図３（ａ）は修正対象エリア３２を平面視で見た領域を示す。図３（ｂ）は修正対象エリア３２を有限要素法により構造解析する為のメッシュ割り（複数のノードＮijと、複数のパッチＥij）（但し、ｉ＝１，２・・，ｊ＝１，２・・）を示す。この場合、凹部３１などの絞り成形部の近傍部位は、成形による歪みも大きくなり、板厚減少の程度が著しくなるので、２〜３ｍｍのメッシュに細かくメッシュ割りし、その他の領域は１０〜２０ｍｍ程度のメッシュ割りとする。
【００２２】
次に、図２〜図１９を参照しながら、成形品（例えば、ドアのアウタパネル）を成形する金型の加工面を切削加工機械の切削工具によって加工するＮＣ加工用データの作成方法について説明する。但し、このＮＣ加工用データの作成は、ＮＣ加工用データの作成装置１０のＨＤＤ２１に予め格納した制御プログラムにより実行される。
【００２３】
図１９に示すように、このＮＣ加工用データの作成処理が開始されると、Ｓ１において、ホストコンピュータ１に格納されている自動車の構造データから、成形対象構造（例えば、ドアのアウタパネル）の構造データが読み出されてＲＡＭ１８に格納され、次に、Ｓ２において、図２に示すような、金型曲面形状Ｚマップモデル３０が作成される。但し、この金型曲面形状Ｚマップモデルは、Ｘ，Ｙ方向に所定の小ピッチ（例えば、１ｍｍ）で並べた金型表面上の構成点Ｐmnを規定する３次元座標データＰmn（ｘ，ｙ，ｚ）の集合である。但し、ｍ＝１，２，・・，ｎ＝１，２，・・である。
【００２４】
次に、Ｓ３において、金型曲面形状Ｚマップモデル３０に基づいて、金型を切削加工機械の切削工具により加工する為の基準ＮＣ加工用データ（図８の工具パス曲線３０Ｂの曲線群のデータ）を作成し、ＲＡＭ１８のメモリに格納する。
但し、図４に示すように、修正対象エリア３２を含む成形対象構造の全領域の基準ＮＣ加工用データを作成する。この場合、一般的な工具パス曲線作成処理と同様に、金型曲面形状Ｚマップモデル３０の表面に対して、切削工具（ボールエンドミル）と同径の仮想球３を所定の工具移動経路でもって転がす時の仮想球の中心が描く曲線群（工具パス曲線３０Ｂの曲線群）のデータとして基準ＮＣ加工用データを作成する。
【００２５】
尚、切削加工機械をＮＣ制御する際には、Ｘ，Ｙ方向への送りピッチ（例えば、１００μｍ）毎に切削工具のＸ，Ｙ方向の位置を制御する関係上、基準ＮＣ加工用データにおけるＸ，Ｙ方向の構成点間ピッチは、金型曲面形状Ｚマップモデル３０における構成点間ピッチよりも細かいため、Ｘ，Ｙ方向に関しては金型曲面形状Ｚマップモデル３０から補完演算により、ＮＣ加工用データにおける構成点を演算する。尚、前記のＮＣ制御におけるＺ方向への送りピッチは例えば１〜２μｍである。
【００２６】
次に、Ｓ４において、修正対象エリア３２（図２〜図５参照）を設定する修正対象エリア設定データを入力する。この場合、この修正対象エリア３２の外形線（ＸＹ平面における外形線、又は金型表面における外形線の何れか）を規定する座標データを入力し、ＲＡＭ１８のメモリに格納する。
次に、Ｓ５において、図５に示すように、前記の金型曲面形状Ｚマップモデル３０から修正対象エリア３２の金型曲面形状Ｚマップモデル３０Ａを作成する。この場合、修正対象エリア３２の外部における構成点Ｐmn（ｘ，ｙ，ｚ）のＺ座標値を適当な所定値（例えば、Z0）に設定することにより、修正対象エリア３２の金型Ｚマップモデル３０Ａを作成することができる。次に、Ｓ６において、図３（ｂ）に示すように、修正対象エリア３２を有限要素法の多数の要素に分割する為のノードパッチデータを入力する。この場合、多数のノードＮijの３次元座標Ｎij（ｘ，ｙ，ｚ）のデータと、各パッチＥijを規定する複数のノードのデータを入力設定する。
【００２７】
次に、Ｓ７において、修正対象エリア３２に対して有限要素法による構造解析を行う。この場合、成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想金型を用いて成形加工する成形シミュレーションを作成装置１０により実行する。この有限要素法による構造解析により、各パッチＥijにおける応力Ｅij（σx,σy,σz ）と歪みＥij（εx , εy,εz ）が算出される。
【００２８】
次に、Ｓ８において、修正対象エリア３２の板厚減少データを作成する。この場合、各パッチＥijを囲む複数のノードＮijの座標データＮij（ｘ，ｙ，ｚ）から各パッチＥijの面と直交する方向Ｅij( α，β，γ）が所定の演算式にて演算され、その面と直交する方向の歪みＥij（εn ）が、前記の方向Ｅij( α，β，γ）と前記の歪みＥij（εx,εy,εz ）の値から所定の演算式にて演算され、その面と直交する方向の板厚減少量ΔｔがΔｔ＝εn ×ｔ（但し、ｔは板厚）として求める。こうして、成形品の板厚減少量Δｔをメッシュデータと対応付けて算出する。但し、有限要素法の構造解析プログラムが、前記の歪みＥij（εn ）を演算するルーチンを含む場合には、Ｓ７とＳ８とが１つのステップにおいて実行される。
【００２９】
次に、Ｓ９において、例えば図６に示すような板厚減少Ｚマップモデル３３を作成する。これは、修正対象エリア３２の各パッチＥijにおける板厚減少量Δｔを表したデータである。次に、Ｓ１０において、図７に示すように、板厚減少Ｚマップモデル３３をスムージング処理する。このスムージング処理は、一般的な平滑化演算処理や最小二乗法処理により容易に行うことができる。
【００３０】
次に、Ｓ１１において、図８〜図１１に示すように、前記Ｓ３において予め求めて記憶しておいた基準ＮＣ加工用データを、スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデル３３Ａを加味して修正する。ここで、このＳ１１における演算処理について詳しく説明する。  図８には、修正対象エリア３２の金型曲面形状Ｚマップモデル３０Ａと、ＮＣ加工用データによる工具パス曲線３０Ｂと、スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデル３３Ａとが示されている。
【００３１】
修正対象エリア３２の金型曲面形状Ｚマップモデル３０Ａと、スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデル３３Ａとから、板厚減少Ｚマップモデル３３Ａを、金型曲面形状Ｚマップモデル３０Ａの各位置における面直交方向の削り残し量として用い、図９に示すように、板厚減少を加味した金型曲面形状Ｚマップモデル３４を作成する。板厚減少は鋼板の面に直交する方向向きに発生することから、板厚減少Ｚマップモデル３３Ａの板厚減少量は金型の表面に直交する方向に付加するように設定する。次に、図１０に示すように、この板厚減少量を加味した金型の曲面形状に対応するように、図８に示す基準ＮＣ加工用データによる工具パス曲線３０Ｂの曲線群を、成形型曲面形状の各位置に対応する板厚減少Ｚマップモデル３３Ａの値と同じだけ削り残るよう修正して、図１０、図１１に示す修正後の工具パス曲線３０Ｃの曲線群を表すＮＣ加工用データを作成する。
【００３２】
次に、上記の図９〜図１０に対応するデータ処理について図１２〜図１８を参照して補足説明する。図８に示す板厚減少Ｚマップモデル３３Ａの板厚減少量Δｔを金型の表面に直交する方向に付加するとは、図１２に示すように、修正対象エリア３２の金型曲面形状Ｚマップモデル３０Ａで規定された金型表面上の構成点群を各点における板厚減少量Δｔだけ金型の表面と直交する方向へ且つ金型表面を膨らます方へ移動させることである。
【００３３】
この場合、図１３に示す板厚減少Ｚマップモデル３３Ａを、図１４に示すように、板厚減少領域３５（板厚減少量を見込もうとする領域に相当する）を変えることなく、金型表面に直交するように配置する。次に、図１５に示すように、基準ＮＣ加工用データで規定された工具パス曲線３０Ｂの構成点Ｐ0 ，Ｐ１，Ｐ２，・・・の位置を修正する際には、その板厚減少領域３５において、基準ＮＣ加工用データに基づく工具パス曲線３０Ｂ上に中心を有する切削工具と同径の仮想球３を想定し、その仮想球３が板厚減少を加味した金型曲面形状Ｚマップモデル３４と干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データをＺ方向へ移動させることで基準ＮＣ加工用データを修正した「板厚減少を加味したＮＣ加工用データ」を作成する。
【００３４】
この基準ＮＣ加工用データの修正処理について図１５〜図１８に基づいて説明する。まず、基本的には、板厚減少量を見込もうとする領域において、金型曲面形状Ｚマップモデル３４で表現される全ての位置に、各位置を中心としてその位置に対応する板厚減少量と切削工具の工具半径とを足した値を半径とする仮想球を想定し、その仮想球の集合体に対して基準ＮＣ加工用データで指示される切削工具の工具中心が干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データをＺ方向へ移動させることで、基準ＮＣ加工用データを修正する。
具体的には、図１５に示すように、基準ＮＣ加工用データで規定された工具パス曲線３０Ｂの構成点のうち、板厚減少領域３５内の構成点を構成点Ｐ0 ，Ｐ１，Ｐ２，・・・をとし、切削工具と同径の仮想球３の半径をＲとし、板厚減少量の最大値をmax αとしたとき、最初の構成点Ｐ0 から順々に、構成点Ｐ0 を中心とし半径が（Ｒ＋max α）の仮想球４を想定し、この仮想球４と干渉する金型表面の干渉領域５を算出する。
【００３５】
次に、図１５、図１６に示すように、前記干渉領域５の各点Ｑ1 ，Ｑ２，・・を中心とし、半径が（Ｒ＋Δt1  ），（Ｒ＋Δt2  ），・・の仮想球Ｃ１，Ｃ２，・・・を求める。但し、Δt1，Δt2，・・は各点Ｑ1 ，Ｑ２，・・における板厚減少量である。次に図１７に示すように、それら複数の仮想球Ｃ１，Ｃ２，・・・の軌跡を包絡するＺプラス側包絡線３６を求め、構成点Ｐ0 をＺプラス側包絡線３５までＺ軸プラス方向へ移動させて構成点Ｐ0 ’とする。
【００３６】
その他の構成点Ｐ１，Ｐ２，・・・についても、上記のようなデータ処理を行って、多数の構成点Ｐ0 ，Ｐ１，Ｐ２，・・・の位置を修正して構成点Ｐ0 ’，Ｐ１’，Ｐ２’，・・・とするように、基準ＮＣ加工用データを修正する（図１８参照）。板厚減少を加味して修正後のＮＣ加工用データによる工具パス曲面線３０Ｃは、板厚減少領域３５以外では工具パス曲面線３０Ｂと同じ曲面線となり、板厚減少領域３５内では前記のように修正した構成点Ｐ0 ’，Ｐ１’，Ｐ２’，・・・を結ぶ曲線となる。但し、上記のデータ処理を全部の工具パス曲面線３０Ｃについて行うことは勿論である。
【００３７】
以上説明した金型ＮＣ加工用データの作成方法によれば、スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを、金型曲面形状Ｚマップモデルの各位置における面直交方向の削り残り量として用い、金型曲面形状Ｚマップモデルの各位置に対応する板厚減少Ｚマップモデルの値と同じだけ削り残るように、予め作成した基準ＮＣ加工用データを修正するため、板厚減少Ｚマップモデルに相当する厚さだけ削り残して外側へ膨らんだ金型を製作することが可能となり、その金型を用いて成形することで成形品の品質を高め、表面の仕上がり精度の高い成形品を製作することが可能となる。また、板厚減少Ｚマップモデルをスムージング処理してから金型曲面形状Ｚマップモデルの修正に用いるので、滑らかな金型表面を形状可能な金型ＮＣ加工用データを作成することができる。
【００３８】
特に、板厚減少に対する修正を施す必要のない領域（区域、ゾーン）については、予め作成した基準ＮＣ加工用データをそのまま適用することかでき、板厚減少に対する修正を施す必要のある領域についてのみ、基準ＮＣ加工用データを修正することが可能であるから、データ処理負荷を低減でき、汎用性に優れ、無駄なデータ処理を最小限に抑制することができる。
【００３９】
次に、本願の成形型のＮＣ加工用データの作成装置１０は、図１９の制御プログラムを実現する種々の手段であって図２の制御ユニット１１に含まれる種々の手段を備えており、その種々の手段は、図２０に示すように、また図１９に基づく前述の説明からも明らかなように、少なくとも、板厚減少量算出手段４１と、金型ＮＣ加工用データ作成手段４２と、板厚減少Ｚマップモデル作成手段４３と、スムージング処理手段４４と、ＮＣ加工用データ修正手段４５などを有する。
【００４０】
前記板厚減少量算出手段４１は、成形品の曲面形状に対応する金型の曲面形状の情報（前記のホストコンピュータ１に格納された自動車の構造データ４０）から前記の金型曲面形状Ｚマップモデル３０を作成すると共に、その金型で成形した場合の成形品の板厚減少量を有限要素法によりメッシュデータと対応付けて算出する。前記金型ＮＣ加工用データ作成手段４２は、板厚減少量算出手段４１により作成された金型曲面形状Ｚマップモデル３０から金型を切削加工機械で加工するＮＣ加工用データを作成する。
【００４１】
前記板厚減少Ｚマップモデル作成手段４３は、前記板厚減少量算出手段４１により有限要素法を介して求めた板厚減少量のデータに基づいて前記の板厚減少Ｚマップモデル３３を算出する。前記スムージング処理手段４４は、板厚減少Ｚマップモデル作成手段４３により作成された板厚減少Ｚマップモデル３３を平滑にするスムージング処理を施す。前記ＮＣ加工用データ修正手段４５は、スムージング処理手段４４によりスムージング処理した前記の板厚減少Ｚマップモデル３３Ａを、金型曲面形状Ｚマップモデル３０の各位置における面直交方向の削り残り量として用い、前記成形品を成形する金型を切削加工する為に前記金型ＮＣ加工用データ作成手段４２により予め作成した基準ＮＣ加工用データを板厚減少Ｚマップモデル３３Ａに基づいて演算し修正する。
このとき、板厚減少Ｚマップモデル３３Ａで板厚減少量を見込もうとする領域において、金型曲面形状Ｚマップモデル３０で表現される全ての位置に、各位置を中心としてその位置に対応する板厚減少量と切削工具の工具半径とを足した値を半径とする仮想球を想定し、その仮想球の集合体に対して基準ＮＣ加工用データで指示される切削工具の工具中心が干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データをＺ方向へ移動させることで基準ＮＣ加工用データを修正する。
【００４２】
本願は、成形型のＮＣ加工用データの作成プログラムを含むものであり、この作成プログラムは、少なくとも、成形品の曲面形状に対応する金型の曲面形状の情報から前記の金型曲面形状Ｚマップモデル３０を算出すると共に、その金型で成形した場合の成形品の板厚減少量を有限要素法によりメッシュデータと対応付けて算出する板厚減少量算出ルーチン（図１９のＳ１〜Ｓ８）と、前記有限要素法を介して求めた板厚減少量のデータに基づいて前記の板厚減少Ｚマップモデル３３を算出する板厚減少Ｚマップモデル作成ルーチン（図１９のＳ９）と、前記板厚減少Ｚマップモデル３３を平滑にするスムージング処理を施すスムージング処理ルーチン（図１９のＳ１０）と、前記スムージング処理した板厚減少Ｚマップモデル３３Ａを、金型曲面形状Ｚマップモデル３０の各位置における面直交方向の削り残り量として用い、成形品を成形する金型を切削加工する為に予め作成した基準ＮＣ加工用データを、金型曲面形状の各位置に対応する板厚減少Ｚマップモデル３３Ａの値と同じだけ削り残るよう演算し修正するＮＣ加工用データ修正ルーチン（図１９のＳ１１）とを有するものである。
【００４３】
本願は、成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムをコンピュータで読み取り可能に記録したＦＤ２（記録媒体に相当する）を含むものであり、この成形型のＮＣ加工用データ作成プログラム自体は、前記段落〔００４２〕に記載した複数のルーチンを含むものである。この成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムは、ハードディスク装置２１からＦＤ２に複写されてコンピュータで読み取り可能に記録されている。このＦＤ２が、請求項５の記録媒体に相当する。
【００４４】
但し、本願の成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムをコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体としては、前記のＦＤ２（フレキシブルディスク）に限らず、それ以外の種々の記録媒体（ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカードなど）を適用可能であるが、その記録媒体には、前記の成形型のＮＣ加工用データ作成プログラムをコンピュータで読み取り可能に記録されているものとする。
【００４５】
尚、本願発明は、自動車のドアのアウタパネルを成形する成形型の作成以外に、ボンネット、ムーフ、トランクリッンド、フロントやリヤのフェンダー類などの種々のパネル材の成形型の作成にも適用可能であり、自動車以外の製品や装置における、薄金属板のパネル材の成形型の作成の為のＮＣ加工用データの作成にも適用可能である。また、前記実施の形態は一例に過ぎず、実施形態の各部に種々の変更を付加した形態で実施可能であることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の発明（作成方法）によれば、成形型の３次元座標データからなる曲面形状Ｚマップモデルを算出すると共に成形型の曲面形状Ｚマップモデルにプレス成形品の板厚減少領域を含む対象エリアを設定し、前記プレス成形品の曲面形状と同じ曲面形状を有する仮想成形型を用いてプレス成形する成形シミュレーションを実行し、その仮想プレス成形品を有限要素法により構造解析してメッシュデータに対応付けたプレス成形品の板厚減少量を算出し、この有限要素法で求めた板厚減少量のメッシュデータに基づいて、対象エリアの板厚減少量を表した３次元座標データからなる板厚減少Ｚマップモデルを算出し、この板厚減少Ｚマップモデルをスムージング処理し、このスムージング処理した板厚減少Ｚマップモデルを対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルに付加する為に、この対象エリアの成形型曲面形状Ｚマップモデルの３次元座標の各構成点において成形型表面と直交方向の削り残り量として板厚減少量を加算し、前記成形型の切削加工の為に予め作成した工具パスの基準ＮＣ加工用データを、板厚減少量を加算した成形型曲面形状Ｚマップモデルに基づいて演算し修正するため、成形による板厚減少による隙間が生じないように板厚減少分を削り残して外側へ膨らませた成形型を切削する為のＮＣ加工用データを作成することができる。また、成形品に対応する仮想成形型を用いて成形する成形シミュレーションで得た成形品の板厚減少量を有限要素法によりメッシュデータと対応付けて算出するため、プレス成形品のパッチ（要素）毎の板厚減少量を算出することができる。
【００４７】
こうして、板厚減少の修正を施したＮＣ加工用データを用いて製作した成形型により成形する場合には、金属板をプレス成形する際の板厚減少を加味して金型を製作することが可能となり、板厚減少分に起因する隙間が成形型とワークとの間に発生しないため、成形性が向上し、プレス成形品の品質も向上する。
特に、本発明では、板厚減少に対する修正を施す必要のない領域（区域、ゾーン）については、予め作成した基準ＮＣ加工用データをそのまま適用することかできるから、板厚減少に対する修正を施す必要のある領域についてのみ、基準ＮＣ加工用データを修正することが可能であるから、汎用性に優れ、無駄なデータ処理負荷を最小限に抑制することができる。
【００４８】
請求項２の発明（作成方法）によれば、基準ＮＣ加工用データを修正する際、前記成形型曲面形状Ｚマップモデルのうちの対象エリア対応部分における全ての構成点に、各構成点を中心としてその構成点に対応する板厚減少量と切削工具の工具半径とを足した値を半径とする仮想球を想定し、その仮想球の集合体に対して基準ＮＣ加工用データで指示される切削工具の工具中心が干渉しない位置まで基準ＮＣ加工用データの工具パス曲線の各構成点をＺ方向へ移動させることで板厚減少領域の基準ＮＣ加工用データを修正するため、成形型切削の際に板厚減少Ｚマップモデルに基づいて板厚減少分を削り残すことができ、板厚減少分を加味した成形型を切削可能となる。
【００４９】
【００５０】
請求項３の発明（作成装置）によれば、請求項１の発明とほぼ同様の効果が得られる。
請求項４の発明（作成プログラム）によれば、請求項１の発明とほぼ同様の効果が得られる。請求項５の発明（記録媒体）によれば請求項１の発明とほぼ同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の実施形態に係る成形型ＮＣ加工用データ作成装置のブロック図である。
【図２】成形用金型の曲面形状Ｚマップモデルの説明図である。
【図３】（ａ）は修正対象エリアの平面図、（ｂ）は修正対象エリアの有限要素のメョシュ割りを示す説明図である。
【図４】金型曲面形状Ｚマップモデルの説明図である。
【図５】修正対象エリアの金型曲面形状Ｚマップモデルの説明図である。
【図６】板厚減少Ｚマップモデルの説明図である。
【図７】スムージング処理後の板厚減少Ｚマップモデルの説明図である。
【図８】修正対象エリアの金型曲面形状Ｚマップモデルと工具パス曲線とスムージング処理後の板厚減少Ｚマップモデルの説明図である。
【図９】板厚減少Ｚマップモデルを加味した修正対象エリアの金型曲面形状Ｚマップモデルの説明図である。
【図１０】図９相当図と修正工具パス曲線とを示す説明図である。
【図１１】修正した金型ＮＣ加工用データに相当する修正工具パス曲線を示す図である。
【図１２】金型表面の構成点を板厚減少分だけ面直交方向へ移動させる状態を説明する説明図である。
【図１３】金型部分と板厚減少Ｚマップモデルを説明する図である。
【図１４】金型部分に板厚減少Ｚマップモデルを面直交方向に付加する状態を説明する図である。
【図１５】板厚減少を加味した金型部分と工具パス曲線と仮想球と干渉領域を説明する図である。
【図１６】干渉領域の複数の点を中心として描いた仮想球の説明図である。
【図１７】図１６のａ部の拡大図である。
【図１８】板厚減少を加味した金型部分と修正した工具パス曲線を示す図である。
【図１９】成形型ＮＣ加工用データ作成方法を示すフローチャートである。
【図２０】成形型ＮＣ加工用データ作成装置の諸手段を説明するブロック図である。
【符号の説明】
２            ＦＤ
３            仮想球
１０          成形型ＮＣ加工用データ作成装置
１１          制御ユニット
２１          ハードディスク装置
２２          ＦＤＤ
３０          金型曲面形状Ｚマップモデル
３０Ａ        修正対象エリアの金型曲面形状Ｚマップモデル
３３          板厚減少Ｚマップモデル
３３Ａ        スムージング処理後の板厚減少Ｚマップモデル
３０Ｂ        基準ＮＣ加工用データに対応する工具パス曲線
３０Ｃ        板厚減少を加味して修正後のＮＣ加工用データに対応する修正工具パス曲              線
【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】
0004019412.tif 000008
【図８】
0004019412.tif 000009
【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】
0004019412.tif 000014
【図１４】
0004019412.tif 000015
【図１５】
0004019412.tif 000016
【図１６】
0004019412.tif 000017
【図１７】
0004019412.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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