(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ加工機のＺ軸に対して所定角度傾斜する工具軸を有する切削工具を用いて形状面データに基づいて切削加工を行うための工具切削経路を作成するＮＣ加工用工具切削経路の作成方法であって、
切削工具部と該切削工具部を保持する工具ホルダー部とからなる工具径モデルを記憶させ、
前記形状面データおよび工具切削経路データを加工方向が前記Ｚ軸の方向となるように座標変換によりローテーションし、
その後、前記座標変換された状態の工具径モデルにおけるＺ軸の最大値と最小値との間で、各Ｚ軸の値に対応する工具系モデルにおける半径と、前記Ｚ軸から形状面データまでの距離とをそれぞれ比較することにより、工具系モデルと形状面データとの干渉をチェックすることを特徴とするＮＣ加工用工具切削経路の作成方法。
【請求項２】
ＮＣ加工機のＺ軸に対して所定角度傾斜する工具軸を有する切削工具を用いて形状面データに基づいて切削加工を行うための工具切削経路を作成するＮＣ加工用工具切削経路の作成装置であって、
形状面データ、工具切削経路データおよび加工方向を入力する入力部と、
切削工具部と該切削工具部を保持する工具ホルダー部とからなる工具径モデルが記憶された外部記憶部と、
前記形状面データおよび工具切削経路データを加工方向が前記Ｚ軸の方向となるように座標変換によりローテーションする座標変換部と、
前記座標変換された状態の工具径モデルにおけるＺ軸の最大値と最小値との間で、各Ｚ軸の値に対応する工具系モデルにおける半径と、前記Ｚ軸からローテーションされた形状面データまでの距離とをそれぞれ比較することにより、工具系モデルと形状面データとの干渉をチェックする干渉チェック部とを備えていることを特徴とするＮＣ加工用工具切削経路の作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、ＮＣ加工用切削経路の作成方法およびその装置に関し、さらに詳しくはコンピュータ支援設計システムを用いて金型加工を行うためのＮＣ加工機用ＮＣデータ、即ち、工具切削経路を作成する方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ支援設計システム(以下、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムと称する)が普及しつつあり、種々の産業分野に適用されている。特に、三次元形状モデルを扱うＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、設計の構想段階から生産のシュミレーションまで幅広く応用されている。
【０００３】
このようなＣＡＤ／ＣＡＭシステムの使用例として、自動車用部材(例えば、サイドシル、フェンダーパネル等)のプレス金型を切削加工するＮＣ加工機の動作プログラム(即ち、ＮＣデータ)を自動作成するものがある。この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムには、自由曲面部から構成される自動車用部材の形状面データがデータベースとして格納されており、前記ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、前記形状面データを演算処理することにより工具切削経路データ(即ち、ＮＣデータ)を作成する。
【０００４】
ところで、自動車用部材は、通常、複雑な自由曲面部から構成されており、しかも、この自由曲面部には大きく湾曲し、あるいは屈曲する部位が存在している。従って、金型を切削加工する切削工具と形状面データとの干渉を回避する工具切削経路を作成し、かくして得られた工具切削経路データに基づいてＮＣ加工機を駆動させないと、切削工具が他の加工面に対して干渉し、正確な切削面が得られない場合が生じたり、ＮＣ加工機自体を損傷するおそれがある。
【０００５】
上記のような不具合に対処すべく、切削工具と工具切削経路に隣接する加工面との干渉を回避する方法として、金型加工のための工具切削経路データを作成する際に、前記金型の形状面データに対応する曲面データを三角形によって構成される複数の接平面データに変換し、各接平面データに対する切削工具の干渉をチェックして工具切削経路データを作成するようにしたものが提案されている(例えば、特開昭６３ー２４３０４号公報参照)。
【０００６】
ところが、上記のような手法による場合、金型の形状面データに対応する曲面データを三角形によって構成される複数の接平面データに変換し、各接平面データに対する切削工具の干渉をチェックしなければならないところから、処理作業が複雑となるとともに、多大な処理時間を要するという問題がある。
【０００７】
一方、図８および図９に示す形状面Ｆを有する自動車用部材(例えば、サイドシル)の金型を切削加工する場合、一般的には、切削工具１の工具軸ＯがＮＣ加工機のＺ軸となるように固定して行なわれる。この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いた干渉チェックを行う際には、切削工具１を保持している工具ホルダー２の最大径部２aを基準とした干渉チェック範囲を設定し、干渉チェックすれば良いところから、干渉チェック範囲は小さくてすむが、例えば、符号Ｋで示す工具切削経路に沿って切削加工を行おうとすると、工具ホルダー２と加工面との干渉を回避するためには、切削工具１を長くしなければならない。すると、コーナ部の仕上げなど比較的小さい径の切削工具１が必要な加工範囲においては、切削工具１自身のふれ、切削負荷などによって、切削工具１の折損や加工面精度の劣化が起こり易いという問題が生ずる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、図１０に示すように、切削工具１の工具軸ＯをＮＣ加工機のＺ軸に対して傾斜させて工具切削経路Ｋに沿って切削加工する方法を採用する試みがなされている。
【０００９】
ところが、この場合、工具軸Ｏを傾斜させた分だけ干渉チェック範囲が大きくならざるを得ず、干渉チェック作業の煩雑化を招くこととなる。
【００１０】
また、工具軸Ｏを傾斜させて切削加工を行う場合、図１１に示すように、形状面Ｆにおいて干渉チェックを必要とする部分の形状面Ｆ1をデータとして取り出す際に、切削工具１(ここでは、簡単のため、円柱形状とする)の上面１aおよび下面１bを含む平面と形状面Ｆとの交点をＮＣ座標系に基づいて求めながら行わなければならないし、形状面Ｆと切削工具１との干渉チェックを行う際に、切削工具１(換言すれば、円柱)を構成する要素１c,１c・・(即ち、円の集合)と形状面Ｆ1との干渉を見るか、工具軸Ｏの方向にベクトルをもつ平面Ｐに対して工具軸Ｏから形状面Ｆ1までの距離と切削工具１の半径とを比較を行わなければならない。つまり、工具切削経路データを構成する要素(構成点)において、その度に極座標の設定を何回も行う必要がある。従って、演算対象が極めて多くなるとともに、座標変換回数も多くなり、干渉チェックに多くの時間を要するという問題が生ずる。
【００１１】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ＮＣ加工機のＺ軸に対して傾斜した工具軸をもつ切削工具を用いて金型切削加工を行う場合において、形状面と切削工具との干渉チェックを簡単且つ迅速に行い得るようにすることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願発明のＮＣ加工用工具切削経路の作成方法は、ＮＣ加工機のＺ軸に対して所定角度傾斜する工具軸を有する切削工具を用いて形状面データに基づいて切削加工を行うための工具切削経路を作成する際に、切削工具部と該切削工具部を保持する工具ホルダー部とからなる工具径モデルを記憶させ、前記形状面データおよび工具切削経路データを加工方向が前記Ｚ軸の方向となるように座標変換によりローテーションし、その後、前記座標変換された状態の工具径モデルにおけるＺ軸の最大値と最小値との間で、各Ｚ軸の値に対応する工具系モデルにおける半径と、前記Ｚ軸から形状面データまでの距離とをそれぞれ比較することにより、工具系モデルと形状面データとの干渉をチェックするようにしている。
【００１３】
本願発明のＮＣ加工用工具切削経路の作成装置は、ＮＣ加工機のＺ軸に対して所定角度傾斜する工具軸を有する切削工具を用いて形状面データに基づいて切削加工を行うための工具切削経路を作成するＮＣ加工用工具切削経路の作成装置であって、形状面データ、工具切削経路データおよび加工方向を入力する入力部と、切削工具部と該切削工具部を保持する工具ホルダー部とからなる工具径モデルが記憶された外部記憶部と、前記形状面データおよび工具切削経路データを加工方向が前記Ｚ軸の方向となるように座標変換によりローテーションする座標変換部と、前記座標変換された状態の工具径モデルにおけるＺ軸の最大値と最小値との間で、各Ｚ軸の値に対応する工具系モデルにおける半径と、前記Ｚ軸からローテーションされた形状面データまでの距離とをそれぞれ比較することにより、工具系モデルと形状面データとの干渉をチェックする干渉チェック部とを備えて構成されている。
【００１４】
【作用】
本願発明のＮＣ加工用工具切削経路の作成方法および作成装置では、形状面データおよび工具切削経路データが、加工方向がＮＣ加工機のＺ軸の方向となるように座標変換によりローテーションされ、その後工具系モデルと形状面データとの干渉がチェックされるため、工具系モデルにおける上下両端(換言すれば、ＮＣ軸Ｚにおける最大値Ｚmaxと最小値Ｚmin)間において干渉チェックすべき形状面データを取り出せばよくなるとともに、取り出された形状面データと工具系モデルとの干渉は、切削工具データにおける半径とＺ軸から形状面データまでの距離との比較によりチェックできることとなる。
【００１５】
【発明の効果】
本願発明のＮＣ加工用工具切削経路の作成方法および作成装置によれば、形状面データおよび工具切削経路データを、加工方向がＮＣ加工機のＺ軸となるように座標変換によりローテーションし、その後工具系モデルと形状面データとの干渉をチェックするようにしているので、工具系モデルにおける上下両端(換言すれば、ＮＣ軸Ｚにおける最大値Ｚmaxと最小値Ｚmin)間において干渉チェックすべき形状面データを取り出せばよくなるとともに、取り出された形状面データと工具系モデルとの干渉は、工具系モデルにおける半径と工具軸Ｏ(換言すれば、ＮＣ軸Ｚ)から形状面データまでの距離との比較により干渉チェックできることとなり、演算量および座標変換回数が少なく抑えられ、干渉チェック作業の迅速化が図れる。従って、ＮＣ加工用工具切削経路の作成時間を大幅に短縮することが可能となるという優れた効果が得られる。
【００１６】
【実施例】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の実施例を説明する。
【００１７】
本実施例は、ＮＣ加工機のＺ軸に対して所定角度傾斜する工具軸を有する切削工具を用いて形状面データに基づいて切削加工を行うための工具切削経路を作成するものであり、図２に示すように、切削工具１は、ＮＣ加工機における主軸Ａ先端に設けられた工具ヘッドＨに工具チャックＣを介してＮＣ軸Ｚに対して傾斜状態で着脱自在に取り付けられている。なお、主軸Ａおよび工具ヘッドＨは矢印ＭおよびＮ方向にそれぞれ回転自在とされている。
【００１８】
また、本実施例のＮＣ加工用工具切削経路の作成は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて行なわれるが、その基本構成を図１に示すブロック図に基づいて説明する。
【００１９】
本実施例のＮＣ加工用工具切削経路の作成装置は、入力部１１、外部記憶部１２、選択部１３、座標変換部１４、干渉チェック部１５および結果記録部１６を備えて構成されている。
【００２０】
前記入力部１１においては、形状面データＦ、複数の工具切削経路データＫ1,Ｋ2・・(図３参照)およびそれぞれの工具切削経路データＫ1,Ｋ2・・における加工方向Ｑ1,Ｑ2・・が入力される。該加工方向Ｑ1,Ｑ2・・は、主軸Ａの回転角および工具ヘッドＨの回転角をある角度で固定した時の方向である。
【００２１】
外部記憶部１２には、使用される切削工具のデータ(寸法、ホルダー形状等)が格納されている。
【００２２】
前記選択部１３においては、複数の工具切削経路データＫ1,Ｋ2・・が加工方向別の切削経路データ群Ｇ1,Ｇ2・・に分類され、干渉チェックを行う加工方向Ｑ(即ち、加工方向Ｑ1,Ｑ2・・の内の一つ)が指定され、指定された加工方向Ｑをもつ工具切削経路データ群Ｇ1,Ｇ2・・が形状面データＦとともに座標変換部１４に対して出力される。
【００２３】
前記座標変換部１４においては、前記選択部１３において指定された加工方向ＱがＮＣ軸Ｚの方向となるように形状面データＦおよび工具切削経路データ群Ｇ1,Ｇ2・・が座標変換によりローテーションされ(図４参照)、座標変換された形状面データＦおよび工具切削経路データ群Ｇが干渉チェック部１５に出力される。
【００２４】
前記干渉チェック部１５においては、外部記憶部１２から読み出された工具系モデルＴと形状面データＦと工具切削経路データＫ(Ｋ1,Ｋ2・・の一つ)との干渉チェック(詳細については後述する)が行なわれ、その結果が結果記録部１６に出力される。
【００２５】
前記結果記録部１６においては、干渉チェックの結果(即ち、干渉する・しない、干渉場所、設定工具等)が記録されるとともに、干渉チェック部１５および選択部１３に対して次工具切削経路データの要求および次干渉チェック加工方向の要求が出力される。
【００２６】
次いで、図５に示すフローチャートを参照してＮＣ加工用工具切削経路の作成について詳述する。
【００２７】
以下においては、図３に示すような形状面データＦを有する自動車用部材の金型をＮＣ加工機を用いて切削加工する場合の工具切削経路における干渉チェックをＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いて行う場合を例として説明する。このような形状面データＦにおいては、切削加工すべき個所に応じて加工方向が異なる複数の工具切削経路データＫ1,Ｋ2・・および加工方向Ｑ1,Ｑ2・・が存在する。
【００２８】
まず、ステップＳ1において、入力部１１から形状面データＦ、工具切削経路データＫ1,Ｋ2・・およびそれぞれの工具切削経路データＫ1,Ｋ2・・における加工方向Ｑ1,Ｑ2・・が入力される。次に、選択部１３において、複数の工具切削経路Ｋ1,Ｋ2・・を加工方向別に切削経路群Ｇ1,Ｇ2・・に分類し(ステップＳ2)、その後、今回干渉チェックする加工方向Ｑ(即ち、加工方向Ｑ1,Ｑ2・・の内の一つ)を指定し(ステップＳ3)、ステップＳ4において、指定された加工方向をもつ工具切削経路データ群(即ち、工具切削経路データ群Ｇ1,Ｇ2・・のうちの一つ)を形状面データＦとともに取り出す。
【００２９】
しかる後、座標変換部１４において、指定された加工方向Ｑ(換言すれば、工具軸Ｏ)がＮＣ軸Ｚの方向となるように形状面データＦおよび工具切削経路データ群(例えば、Ｇ1)を一括ローテーションする(ステップＳ5)。このローテーションは、図４に示すように、鎖線図示状態の形状面データＦ′および工具切削経路データＫ′を座標変換により矢印Ｂ方向に回転させることにより行なわれる。すると、図４に示すように、加工方向ＱとＮＣ軸Ｚおよび工具軸Ｏの方向とが一致することとなる。なお、ここでは、ＮＣ加工機の主軸Ａを加工方向Ｑに固定して行うこととなっているため、工具切削経路データ群の一つ(即ち、Ｇ1,Ｇ2・・のうちの一つ)に対して加工方向が決まるところから、ローテーション基点は、ＮＣ座標系原点で一括して行なわれる。
【００３０】
次に、外部記憶部１２から使用される切削工具のデータを取り出し(ステップＳ6)、さらに、工具切削経路データ群の中から一つ(工具切削経路データＫ)取り出し(ステップＳ7)、干渉チェック部１５において工具切削経路データＫ上で工具系モデルＴと形状面データＦとの干渉チェックを行い(ステップＳ8)、その結果を結果記憶部１６によりファイルへ保存する(ステップＳ9)。
【００３１】
この干渉チェックについて、図６および図７を参照して詳述する。
【００３２】
即ち、工具系モデルＴ(ここでは、簡単のため、円柱形状とする)におけるＮＣ軸Ｚの最大値Ｚmaxおよび最小値Ｚminと形状面データＦの交点a,bを求め、点a,b間を干渉チェックが必要な形状面データＦ1として取り出し、工具系モデルＴにおける半径rと工具軸Ｏ(換言すれば、ＮＣ軸Ｚ)と形状面データＦとの距離dとを比較し、d＞rであれば「干渉しない」とされ、d≦rであれば「干渉する」とされる。従って、本実施例の干渉チェックは、従来から知られているＮＣ軸Ｚ方向からの加工と同じ手法が採用されることとなる。
【００３３】
その後、ステップＳ10において、指定された工具切削経路Ｋを含む切削経路群Ｇにおいて未処理の工具切削経路データが存在するか否かの判定がなされ、「存在する」と判定された場合には、ステップＳ6に戻って未処理の工具切削経路Ｋについての干渉チェックを繰り返す。そして、ステップＳ10において「存在しない」と判定されると(即ち、切削経路群Ｇにおける工具切削経路データの干渉チェックが終了すると)、ステップＳ11において、未処理の加工方向Ｑが存在するか否かの判定がなされ、「存在する」と判定された場合には、ステップＳ3に戻り、未処理の加工方向ＱについてステップＳ3以下の処理を繰り返す。
【００３４】
上記したように、本実施例では、形状面データＦおよび工具切削経路データＫを加工方向がＮＣ加工機のＺ軸となるように座標変換によりローテーションし、その後工具系モデルＴと形状面データＦとの干渉をチェックするようにしているため、工具系モデルＴにおける上下両端(換言すれば、ＮＣ軸Ｚにおける最大値Ｚmaxと最小値Ｚmin)間において干渉チェックすべき形状面データＦ1を取り出せばよくなるとともに、取り出された形状面データＦ1と工具系モデルＴとの干渉は、切削工具系モデルＴにおける半径rと工具軸Ｏ(換言すれば、ＮＣ軸Ｚ)から形状面データＦ1までの距離dとの比較により干渉チェックできることとなる。従って、演算量および座標変換回数が少なく抑えられ、干渉チェック作業の迅速化が図れるのである。
【００３５】
上記説明では、形状面データＦに加工方向の異なる複数の工具切削経路データが存在し、これらの工具切削経路データを加工方向別の切削経路群に分類するものを例としているが、本願発明は、加工方向が同じ工具切削経路のみを有するものにも適用可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法に使用される装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法が適用されるＮＣ加工機における主軸先端部を示す斜視図である。
【図３】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法が適用される形状面データおよび工具切削経路データの例を示す図である。
【図４】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法におけるローテーションの様子を説明するための説明図である。
【図５】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法における干渉チェック手順を説明するフローチャートである。
【図６】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法における干渉チェック時の干渉チェック用形状面データの取り出しを説明するための説明図である。
【図７】本願発明の実施例にかかるＮＣ加工用工具切削経路の作成方法における干渉チェックの態様を説明するための説明図である。
【図８】従来公知の方法によるＮＣ加工状態を説明するための斜視イメージ図である。
【図９】従来公知の方法によるＮＣ加工状態を説明するための側面イメージ図である。
【図１０】工具軸をＮＣ軸に対して傾斜させた場合におけるＮＣ加工状態を説明するための側面イメージ図である。
【図１１】工具軸をＮＣ軸に対して傾斜させた場合における干渉チェックの態様を示す説明図である。
【符号の説明】
１は切削工具、２は工具ホルダー、１１は入力部、１２は外部記憶部、１３は選択部、１４は座標変換部、１５は干渉チェック部、１６は結果記録部、Ｆは形状面データ、Ｆ1は干渉チェックを要する形状面データ、Ｋは工具切削経路データ、Ｏは工具軸、Ｑは加工方向、Ｔは工具系モデル、ＺはＮＣ軸。
【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】
0003886164.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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