(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された加工形状を所定量オフセットして作成される加工経路により加工する加工経路生成方法において、
入力された加工形状を所定量だけオフセットして基本加工経路を生成する工程と、
基本加工経路を構成する複数の経路要素のうち互いに対向する経路要素との幅が工具半径とトロコイド円の直径との和であるトロコイド加工最大幅の２倍以下となる範囲、もしくは、凹コーナー部周辺範囲であって、少なくとも基本加工経路に沿って側面加工した場合に工具と加工物との接触長さが直線部における片側当たりの側面切削状態に比して大きくなる範囲、の少なくともいずれか一方をトロコイド加工範囲として抽出する工程と、
前記抽出したトロコイド加工範囲内に存在する基本加工経路の経路要素に沿って移動するトロコイド加工経路を生成する工程と、
前記トロコイド加工範囲以外の範囲に存在する基本加工経路の経路要素を側面加工経路として抽出する工程と、
を備えることを特徴とする加工経路生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の加工経路生成方法であって、
前記凹コーナー部周辺範囲は、凹コーナー部を構成する経路要素および当該凹コーナー部を構成する経路要素をトロコイド加工最大幅分だけ内側にオフセットしたオフセット線の交点を中心とするトロコイド加工最大幅分の半径を有する円で囲まれる範囲であることを特徴とする加工経路生成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加工経路生成方法において、
前記トロコイド加工経路を生成する工程は、抽出したトロコイド加工範囲内に存在する基本加工経路のうち凹コーナー部を構成する経路要素を所定半径の円弧に変換した加工経路を生成し、当該加工経路に沿って移動するトロコイド加工経路を生成することを特徴とする加工経路生成方法。
【請求項４】
入力された加工形状を所定量オフセットして作成される加工経路により加工する加工経路生成装置において、
入力された加工形状を所定量だけオフセットして基本加工経路を生成する手段と、
基本加工経路を構成する複数の経路要素のうち互いに対向する経路要素との幅が工具半径とトロコイド円の直径との和であるトロコイド加工最大幅の２倍以下となる範囲、もしくは、凹コーナー部周辺範囲であって、少なくとも基本加工経路に沿って側面加工した場合に工具と加工物との接触長さが直線部における片側当たりの側面切削状態に比して大きくなる範囲の少なくともいずれか一方をトロコイド加工範囲として抽出する手段と、
前記抽出したトロコイド加工範囲に存在する基本加工経路の経路要素に沿って移動するトロコイド加工経路を生成する手段と、
前記トロコイド加工範囲以外の基本加工経路を側面加工経路として抽出する手段と、
前記トロコイド加工経路と前記側面加工経路とを合成した合成加工経路を生成する手段と、
を含むことを特徴とする加工経路生成装置。
【請求項５】
入力された加工形状を所定量オフセットして作成される加工経路により加工する加工経路生成プログラムであって、
入力された加工形状を所定量だけオフセットして基本加工経路を生成するモジュールと、
基本加工経路を構成する複数の経路要素のうち互いに対向する経路要素との幅が工具半径とトロコイド円の直径との和であるトロコイド加工最大幅の２倍以下となる範囲、もしくは、凹コーナー部周辺範囲であって、少なくとも基本加工経路に沿って側面加工した場合に工具と加工物との接触長さが直線部における片側当たりの側面切削状態に比して大きくなる範囲の少なくともいずれか一方をトロコイド加工範囲として抽出するモジュールと、
前記抽出したトロコイド加工範囲に存在する基本加工経路の経路要素に沿って移動するトロコイド加工経路を生成するモジュールと、
前記トロコイド加工範囲以外の基本加工経路を側面加工経路として抽出するモジュールと、
前記トロコイド加工経路と前記側面加工経路とを合成した合成加工経路を生成するモジュールと、
を含む加工経路生成プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機械での加工経路を作成する加工経路生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工物をＮＣ工作機械により加工するために、その加工経路プログラムを作成する加工経路生成装置は、オペレーターから加工をすべきデータ、すなわち加工形状と、加工方法、工具径、仕上代、切込み幅などの指定を受けて、これらに基づいて加工経路を作成する。実際には、ＮＣ装置によるＮＣプログラムのフォーマットはＮＣ工作機械の機種ごとに異なるため、まず機種に依存しない汎用の加工経路情報を作成し、その後これをＮＣ装置ごとに応じたＮＣプログラムに変換するポストプロセッサを用いて、加工経路プログラムとする。
【０００３】
従来の加工経路作成装置は、図７に示すように、入力部１と、輪郭加工経路作成部２と、領域加工経路作成部３と、ポケット加工経路作成部４と、ポストプロセッサ５とから構成されている。入力部１は、オペレータからポケット形状の輪郭線やポケット上面高さ、ポケット底面高さ、工具径、工具径方向切込み幅、工具軸方向切込み幅、仕上代などの情報の入力を受けて、輪郭加工経路作成部２と領域加工経路作成部３とに出力する。
【０００４】
輪郭加工経路作成部２と領域加工経路作成部３とは、仕上代に配慮しつつ、工具径方向切込み幅だけ加工経路を順次オフセットして複数の輪郭加工経路を生成するとともに、これらの輪郭加工経路を順次接続して、図８に示すような渦巻き状の加工経路（領域加工経路）を作成する。ここで輪郭加工経路の作成は、具体的には、まず所望の加工形状輪郭線から工具半径と仕上代との和の分だけ内側にオフセットした第１輪郭加工経路を作成し、この第１輪郭加工経路から工具径方向切込み幅分、内側へオフセットした第２輪郭加工経路を作成する。以下同様にして第３から第ｋ輪郭加工経路を作成する。そして、内側に輪郭加工経路が作成できなくなるまでこれを繰り返して実行し、複数の輪郭加工経路を得る。実際の加工時には、この第ｋ輪郭加工経路から順に切削加工する。このような加工形状輪郭線に沿った輪郭加工経路による加工を「側面加工」という。
【０００５】
ポケット加工経路作成部４は、ポケット上面高さからポケット底面高さと仕上代の和の高さまで、工具軸方向切込み幅ごとに順次、切込み平面高さを決定し、領域加工経路を切込み平面高さごとに順次作成・結合してポケット加工経路を作成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の加工経路生成装置により作成された渦巻状加工経路に従って側面加工によりポケット形状を荒取り加工すると、渦巻き中心部（第ｋ輪郭加工経路）からの加工開始時や、加工途中に現れる経路の急激な屈曲、往復経路の加工時などに、工具と加工物との接触長さが加工途中直線部における片側当りの側面切削状態に比べ極めて大きくなる。すなわち、工具の加工部分が側面から進行方向の前面全てに亘る状態（溝加工状態）が発生する。この状態では、工具の切削負荷が非常に大きくなり工具が破損したり、切削熱の発生による工具の摩耗が著しくなる。
【０００７】
このため、従来の加工経路生成装置で作成された経路に従って加工を行う場合、工具負荷が最大となる場合を想定し、工具負荷が過大にならないように送り速度を遅く設定している。このために荒取り加工の大部分を占める片側当たりの側面切削状態部分でも負荷を想定して送り速度を遅くしており、全体的に加工効率が低下するという問題点がある。
【０００８】
そこで、経路上負荷の大きい部分を認識して、その部分でのみ送り速度を遅くするなどの工夫が為されている。しかしながら、このようにしても溝加工状態で切削熱が増加することによる工具摩耗を避けることができない。
【０００９】
一方、溝加工を工具負荷を小さくしながら行う方法としてトロコイド加工が知られている。トロコイド加工は、工具を円運動させながら溝方向に移動させて加工を行う方法である。従って工具は全体的にスパイラルを描きながら移動する。そのため、このトロコイド加工により加工される溝の幅は工具直径と円運動の直径との和になる。具体的にトロコイド加工における加工経路は図９に示すようなものとなる。トロコイド加工では、工具と加工物との接触部分が側面の片側当たりとなり、工具前面全体が当たる溝加工にはならない。このため側面加工の側面切削状態と同様の切削条件を指定することができ、切削速度を遅くすることなく溝加工することができる。
【００１０】
トロコイド加工は、理想的には、溝方向に沿った移動とこれに接する円の移動とを合成したスパイラル状の加工経路で行われるが、便宜的に溝方向に沿った移動経路を円弧移動のピッチに分割し、各分割点にてこれに接する円の移動を行う経路を追加して近似的に実現できる。すなわち、ある点を中心に工具を円運動させて加工を行った後、加工経路に沿ってわずかに移動し、この移動後の位置で再び所定の点を中心にして工具を円運動させる。このようにして作成されたトロコイド加工の加工経路は図１０に示すようなものとなる。以下、この近似的に実現したトロコイド加工にて説明する。
【００１１】
ただしトロコイド加工では、その円運動の半分がエアカットであるため切削効率が低い。
【００１２】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、切削効率を著しく低下させることなく、工具負荷の低い加工経路を作成できる加工経路生成方法、加工経路生成装置、および記録媒体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、入力された加工形状を所定量オフセットして作成される加工経路により加工する加工経路生成方法において、入力された加工形状を所定量だけオフセットして基本加工経路を生成する工程と、基本加工経路を構成する複数の経路要素のうち互いに対向する経路要素との幅が工具半径とトロコイド円の直径との和であるトロコイド加工最大幅の２倍以下となる範囲、もしくは、凹コーナー部周辺範囲であって、少なくとも基本加工経路に沿って側面加工した場合に工具と加工物との接触長さが直線部における片側あたりの側面切削状態に比して大きくなる範囲、の少なくともいずれか一方をトロコイド加工範囲として抽出する工程と、前記抽出したトロコイド加工範囲内に存在する基本加工経路の経路要素に沿って移動するトロコイド加工経路を生成する工程と、前記トロコイド加工範囲以外の範囲に存在する基本加工経路の経路要素を側面加工経路として抽出する工程と、を備えることを特徴とする。これにより、切削効率を維持しつつ工具負荷の低い加工経路を生成できる。
【００１５】
さらに本発明の一態様によれば、前記トロコイド加工経路を生成する工程は、抽出したトロコイド加工範囲内に存在する基本加工経路のうち凹コーナー部を構成する経路要素を所定半径の円弧に変換した加工経路を生成し、当該加工経路に沿って移動するトロコイド加工経路を生成することを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記従来例の問題点を解決するための本発明は、入力された加工形状を所定量オフセットして作成される加工経路により加工する加工経路生成装置において、  入力された加工形状を所定量だけオフセットして基本加工経路を生成する手段と、基本加工経路を構成する複数の経路要素のうち互いに対向する経路要素との幅が工具半径とトロコイド円の直径との和であるトロコイド加工最大幅の２倍以下となる範囲、もしくは、凹コーナー部周辺範囲であって、少なくとも基本加工経路に沿って側面加工した場合に工具と加工物との接触長さが直線部における片側あたりの側面切削状態に比して大きくなる範囲の少なくともいずれか一方をトロコイド加工範囲として抽出する手段と、前記抽出したトロコイド加工範囲に存在する基本加工経路の経路要素に沿って移動するトロコイド加工経路を生成する手段と、前記トロコイド加工範囲以外の基本加工経路を側面加工経路として抽出する手段と、前記トロコイド加工経路と前記側面加工経路とを合成した合成加工経路を生成する手段と、を含むことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照し説明する。本実施の形態の加工経路作成装置は、図１に示すように、入力部１と、基本加工経路作成部１２と、トロコイド加工経路作成部１３と、側面加工経路作成部１４と、基本加工経路修正部２０と、領域加工経路作成部１５と、ポケット加工経路作成部１６と、ポストプロセッサ５とから構成されている。ここで、入力部１とポストプロセッサ５とは従来のものと同様であるので詳細な説明を省略する。
なお、以下の説明において、図９、図１０に示すように、トロコイド加工切込み量とは、トロコイド加工を行う際に工具の円運動の中心（トロコイド円の中心）が加工経路に沿って、一回転するごとに進む移動量であり、また、トロコイド加工最大幅は、工具半径とトロコイド円の直径との和をいい、トロコイド加工ではこの幅に工具半径を加算した分だけ加工が行われる。従って、これを越える幅については削り残しが発生する。
【００１８】
入力部１は、オペレータが入力する加工すべきポケット形状を示す加工形状輪郭線、ポケット上面高さ、ポケット底面高さ、仕上代、及び、加工条件を示す加工工具の工具径、工具径方向切込み幅、工具軸方向切込み幅などの情報を入力し、記憶する。（図５、ステップ１）
【００１９】
続いて、基本加工経路作成部１２は、第１回目は入力された加工形状輪郭線を工具半径と仕上代との和の分だけ内側にオフセットした工具中心経路である第１基本加工経路を作成する。第２回目以降は前回作成した第ｊ−１基本加工経路を工具径方向切込み幅分だけ内側へオフセットした工具中心経路である第ｊ基本加工経路を作成する。これらの基本加工経路は、従来技術における輪郭加工経路に相当する。（図５、ステップ２）
【００２０】
基本加工経路作成部１２にて第ｊ基本加工経路ができたか確認し（図５、ステップ３）、できない場合は、内側へのオフセット処理は全て完了したものとみなして、領域加工経路作成部１５の処理（図５、ステップ９）へジャンプする。第ｊ基本加工経路ができた場合は、トロコイド加工経路を生成するため以下の処理を行う。
【００２１】
トロコイド加工経路作成部１３は、求めた基本加工経路からトロコイド加工範囲を抽出し、その範囲にトロコイド加工経路を生成する。第ｊ基本加工経路においてトロコイド加工を行ったとき内側に削り残しが生じないトロコイド加工範囲を抽出し、抽出した範囲にトロコイド加工経路を生成する場合、トロコイド加工経路作成部１３は、まず、図３（ａ）に示すように、第ｊ基本加工経路からトロコイド加工最大幅分だけ内側へオフセットした破線で示す加工経路を作成する。ここで、破線で示す加工経路の交点の内、基本加工経路を構成する経路要素の中で最も離れた経路要素をオフセットした加工経路の交点（図３（ａ）の交点イ）より外側の加工経路は、一方の基本加工経路の経路要素をオフセットした加工経路が、対向する基本加工経路の経路要素からトロコイド加工最大幅以下の位置になり、この部分ではトロコイド加工によって内側に削り残しなく切削可能となる。
【００２２】
続いて、基本加工経路からトロコイド加工範囲を抽出するため、トロコイド加工経路作成部１３は、第ｊ基本加工経路をオフセットした加工経路の交点（図３（ａ）の交点イ）を中心としトロコイド加工最大幅分の半径を有する円弧と第ｊ基本加工経路との交点（図３（ｂ）の交点ロ、交点ハ）を求め、交点間の基本加工経路をトロコイド加工範囲として抽出する（図３（ｂ）第ｊ基本加工経路の太線部）。トロコイド加工経路作成部１３は、基本加工経路の凹屈曲部においても、同様の処理にてトロコイド加工範囲を抽出する。
【００２３】
即ち、図４（ａ）に示すように、トロコイド加工経路作成部１３は、第ｊ基本加工経路からトロコイド加工最大幅分だけ内側へオフセットした破線で示す加工経路を作成しその交点（図４（ａ）の交点ニ）を求める。求めた交点を中心としトロコイド加工最大幅分の半径を有する円と第ｊ基本加工経路との交点（図４（ｂ）の交点ホ、交点へ）を求め、交点間の基本加工経路をトロコイド加工範囲として抽出する（図４（ｂ）第ｊ基本加工経路の太線部）。（図５、ステップ４）
【００２４】
抽出したトロコイド加工範囲の基本加工経路そのままにトロコイド円を付加したトロコイド加工経路を生成すると、その加工経路上を工具中心が移動するため、例えば図２（ａ）に示すように基本加工経路の凹屈曲部において、所望の加工形状に削り込みが発生する。
【００２５】
この削り込みを防止するため、トロコイド加工経路作成部１３は、抽出したトロコイド加工範囲の第ｊ基本加工経路から凹屈曲部を検出し、図２（ｂ）に示すように凹屈曲部を構成する第ｊ基本加工経路要素間に、少なくともトロコイド円の半径以上の半径Ｒを有する円弧を挿入し、トロコイド加工範囲の第ｊ基本加工経路を修正する。（図５、ステップ５）
【００２６】
更に、トロコイド加工経路作成部１３は、トロコイド加工範囲に含まれる第ｊ基本加工経路をトロコイド加工切込み量ごとに分割して、各分割位置ごとに指定されたトロコイド円直径を有するトロコイド円を挿入したトロコイド加工経路を作成する（図３（ｃ））（図５、ステップ６）。
【００２７】
側面加工経路作成部１４は、第ｊ基本加工経路の内、トロコイド加工経路作成部１３が抽出したトロコイド加工範囲以外の部分を側面加工範囲として抽出し、トロコイド加工経路作成部１３にて作成されたトロコイド加工経路と合成した加工経路を作成する（図３（ｃ））（図５、ステップ７）。
【００２８】
この処理により、入力された加工形状内の領域を加工するトロコイド加工経路と側面加工経路が合成された１本の加工経路が作成される。
【００２９】
基本加工経路修正部２０は、トロコイド加工経路作成部１３にて抽出されたトロコイド加工範囲に含まれる第ｊ基本加工経路を、側面加工したとみなされる加工経路に修正する。本実施例では、トロコイド加工範囲に含まれる第ｊ基本加工経路の経路要素（図３（ｂ）基本加工経路の太線部）を、第ｊ基本加工経路をオフセットした加工経路の交点（図３（ａ）の交点イ）を中心としトロコイド加工最大幅分の半径を有する円弧に置き換えることにより実現している。（図３（ｄ））（図５、ステップ８）
【００３０】
修正した第ｊ基本加工経路は、基本加工経路作成部１２にて第ｊ＋１基本加工経路を作成する際に利用される。そして次のオフセット処理を実行するためステップ２へジャンプする。
【００３１】
領域加工経路作成部１５は、上記の処理で作成された複数の側面加工経路とトロコイド加工経路との合成加工経路を元に、隣接する加工経路間に乗り移り経路を作成し、所定の平面高さの領域加工経路を生成する。（図５、ステップ９）
これにより、図８の従来技術に示した加工経路に対し、図６に示すような加工経路が作成される。
【００３２】
ポケット加工経路作成部１６はポケット上面高さからポケット底面高さと仕上代との和の高さまでに工具軸方向切込み幅ごとに切込み平面高さを決定し、図６に示す加工経路を切込み平面高さごとに順次作成して結合し、ポケット加工経路を作成する。（図５、ステップ１０）
【００３３】
尚、これら基本加工経路作成部１２とトロコイド加工経路作成部１３と側面加工経路作成部１４と基本加工経路修正部２０と領域加工経路作成部１５とポケット加工経路作成部１６とは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）において実行されるソフトウエアとして実現されてもよい。この場合にはＣＰＵが、このソフトウエアをコンピュータ読み取り可能な記録媒体から読み出して、加工経路の生成を行うことになる。
【００３４】
尚、発明の詳細な説明では、ポケット加工における領域加工を例としてその加工経路生成方法を説明したが、本発明は、指定された加工形状内の領域を全て加工する領域加工にとどまらず、指定された加工形状に沿って加工する輪郭加工等、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適用できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、入力された加工形状を所定量オフセットして作成される加工経路により加工する加工経路生成方法であって、加工経路に沿って工具を移動させたときのトロコイド加工により削り残しが発生しない範囲、もしくは、凹屈曲部の少なくともいずれか一方の加工範囲をトロコイド加工経路とし、前記範囲以外の加工経路を側面加工経路とする加工経路生成方法としているので、切削効率を維持しつつ工具負荷の低い加工経路を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の加工経路生成装置の構成ブロック図である。
【図２】  トロコイド加工による凹屈曲部の削り込み防止を示す説明図である。
【図３】  トロコイド加工範囲の設定方法を示す説明図である。
【図４】  凹屈曲部のトロコイド加工範囲の設定方法を示す説明図である。
【図５】  本発明の加工経路生成方法のフローチャートである。
【図６】  本発明の加工経路生成装置により作成される加工経路の一例を示す説明図である。
【図７】  従来の加工経路生成装置の構成ブロック図である。
【図８】  従来の加工経路生成装置により作成される加工経路の一例を示す説明図である。
【図９】  理想的なトロコイド加工における加工経路を示す説明図である。
【図１０】  一般的なトロコイド加工における加工経路を示す説明図である。
【符号の説明】
１  入力部、２  輪郭加工経路作成部、３  領域加工経路作成部、４  ポケット加工経路作成部、５  ポストプロセッサ、１２  基本加工経路作成部、１３  トロコイド加工経路作成部、１４  側面加工経路作成部、１５  領域加工経路作成部、１６  ポケット加工経路作成部、２０  基本加工経路修正部。
【図１】
0003870021.tif 000002
【図２】
0003870021.tif 000003
【図３】
0003870021.tif 000004
【図４】
0003870021.tif 000005
【図５】
0003870021.tif 000006
【図６】
0003870021.tif 000007
【図７】
0003870021.tif 000008
【図８】
0003870021.tif 000009
【図９】
0003870021.tif 000010
【図１０】
0003870021.tif 000011