(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々Ｚ値一定の点列をＺ軸方向へ掃引した掃引体からなる複数の部分中間形状を木構造により相互に関連づけ、それらの部分中間形状の集合によって素材の中間形状モデルを定義する中間形状モデル定義手段（１）と、
前記部分中間形状の集合中からＺ値一定の加工平面上の加工範囲に対して包含関係または交差関係にある部分中間形状を求め、その求めた部分中間形状を前記加工平面で分割して二つの部分中間形状とし、それらの部分中間形状のうちの上層側の部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させるとともに、前記木構造上で、前記求めた部分中間形状の上層に位置する部分中間形状のうち前記加工平面上に投影して前記加工範囲と包含関係または交差関係にある部分中間形状を求め、その求めた部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させて前記中間形状モデルを更新し、前記部分中間形状の変形に伴って前記木構造を組み替える中間形状モデル更新手段（２）と、
を具えてなる、ＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置。
【請求項２】
前記中間形状モデル定義手段は、前記点列の進む方向に対し何れの側に位置するかによって物体の内部か外部かを区別するものである、請求項１記載のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＡＭ（コンピュータ支援加工）システムでの荒加工に使用するＮＣ（数値制御）データを作成する際に用いて好適な荒加工中間形状モデルを生成する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブロック状の鋼材からの削り出しを行う、鍛造型等の金型の製作の際には、一般に、その当初のブロック状の素材形状から荒加工によって金型最終形状に近い素材形状を削り出した後に仕上げ加工を行う。なお、この明細書では、「素材」とは工具による切削加工の対象物をいい、従って、切削加工対象物の当初のブロック状の形状のみならず加工途中の形状も全て「素材形状」とする。
【０００３】
上記荒加工では、一回の工具移動当たりの切削量を多くするためにスクエアエンドミルを使用するとともに、切削負荷の変動を抑えるためにＺ値（ＣＡＭシステムを構成するＮＣ工作機械の高さ方向であるＺ軸方向における工具先端の座標値）の移動のない等高線加工を行うことが多いが、その加工用のＮＣデータを作成する際に現状では、ＮＣデータ作成者が、図11（ａ）に示す如き当初の素材Ｍの形状を図面等から把握してＣＡＭシステムに指示している。そして荒加工の加工工程が進むと、図11（ｂ）および図11（ｃ）に示すように、スクエアエンドミルＴで削り取られて素材Ｍの形状が変化してゆくが、これに対してはＮＣデータ作成者が、その変化してゆく素材形状（中間形状）を逐次把握して、荒加工の中間工程での、工具径路間を空中で連結する工具早送り径路における工具Ｔと素材Ｍの形状との干渉の防止や、削り残しの防止を図っている。
【０００４】
すなわち、金型の最終形状は図面やモデリングによって定義されているが、当初の素材形状から形状が変化している中間工程については、素材の中間形状をＮＣデータ作成者が把握しながら、加工検討を進めなければならない。そしてその際、ＮＣデータ作成者は、工具早送り径路において工具と素材形状との干渉が生じず、しかも削り残しが生じないように、素材の中間形状を考慮してＮＣデータの作成を行わなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これがため従来、ＮＣデータ作成者は、荒加工用のＮＣデータの作成時に、加工シミュレーションや手作業による編集等に多大な工数を費やしており、それゆえ、ＮＣデータ作成工数が嵩んでしまうとともに、ＮＣデータ作成者が中間形状の把握に不慣れな場合は作成したＮＣデータの品質が充分高くならない場合があるという不都合があった。
【０００６】
ところで本願発明者は、Ｚ値一定の等高線加工を行った後の素材形状について考察した結果、その素材形状が本質的に掃引体に対応する形状の組み合わせとなることに想い到った。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、上述の点に鑑みて前記従来技術の課題を有利に解決した装置を提供するものであり、この発明のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置は、図１の概念図に示すように、各々Ｚ値一定の点列をＺ軸方向へ掃引した掃引体からなる複数の部分中間形状を木構造により相互に関連づけ、それらの部分中間形状の集合によって素材の中間形状モデルを定義する中間形状モデル定義手段１と、前記部分中間形状の集合中からＺ値一定の加工平面上の加工範囲に対して包含関係または交差関係にある部分中間形状を求め、その求めた部分中間形状を前記加工平面で分割して二つの部分中間形状とし、それらの部分中間形状のうちの上層側の部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させるとともに、前記木構造上で、前記求めた部分中間形状の上層に位置する部分中間形状のうち前記加工平面上に投影して前記加工範囲と包含関係または交差関係にある部分中間形状を求め、その求めた部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させて前記中間形状モデルを更新し、前記部分中間形状の変形に伴って前記木構造を組み替える中間形状モデル更新手段２と、を具えてなるものである。
【０００８】
かかる装置にあっては、中間形状モデル定義手段１が、各々Ｚ値一定の点列をＺ軸方向へ掃引した掃引体からなる複数の部分中間形状を木構造により相互に関連づけ、それらの部分中間形状の集合によって素材の中間形状モデルを定義し、そして中間形状モデル更新手段２が、前記部分中間形状の集合中からＺ値一定の加工平面上の加工範囲に対して包含関係または交差関係にある部分中間形状を求め、その求めた部分中間形状を前記加工平面で分割して二つの部分中間形状とし、それらの部分中間形状のうちの上層側の部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させるとともに、前記木構造上で、前記求めた部分中間形状の上層に位置する部分中間形状のうち前記加工平面上に投影して前記加工範囲と包含関係または交差関係にある部分中間形状を求め、その求めた部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させて前記中間形状モデルを更新し、前記部分中間形状の変形に伴って前記木構造を組み替える。
【０００９】
従ってこの装置によれば、中間形状モデル定義手段１が木構造により相互に関連づけて定義した、各々掃引体からなる複数の部分中間形状の集合である素材の中間形状モデルを、Ｚ値一定の等高線加工を行う度に中間形状モデル更新手段２が、その等高線加工の加工範囲に基づいて木構造を組み替えつつ更新するので、荒加工の加工途中の逐次的に変化する素材中間形状を的確かつ効率的に表現し得て、ＮＣデータ作成者が荒加工用のＮＣデータの作成時に加工途中の素材中間形状を容易に把握することができ、それゆえ、ＮＣデータ作成工数を低減させることができるとともに、ＮＣデータ作成品質を向上させることができる。
【００１０】
しかもこの発明のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置によれば、前記中間形状モデル更新手段２は、前記部分中間形状の集合中から求めた、Ｚ値一定の加工平面上の加工範囲に対して包含関係または交差関係にある部分中間形状を、前記加工平面で分割して二つの部分中間形状とし、それらの部分中間形状のうちの上層側の部分中間形状を前記加工範囲に基づいて変形させるので、簡易な処理で部分中間形状を変形させることができる。
【００１１】
なお、この発明のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置において、前記中間形状モデル定義手段１は、前記点列の進む方向に対し何れの側に位置するかによって物体の内部か外部かを区別するものであっても良く、このようにすれば、簡易なデータ構造で中間形状モデルを定義することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図２は、この発明のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置の一実施例を示す構成図、また図３（ａ）は、その実施例のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置が対象とする荒加工の加工途中の素材形状を例示する斜視図、そして図３（ｂ）は、その実施例の装置がその素材形状における部分中間形状間の関係を表現する木構造を示す説明図である。
【００１３】
この実施例の荒加工中間形状モデル生成装置は、図２に示すように、通常のＣＡＭシステムを構成するＮＣデータ作成用コンピュータを使用してＮＣデータ作成者が金型加工における荒加工用のＮＣデータを作成する際、加工途中の素材形状を容易に把握できるように、そのＮＣデータ作成用コンピュータ３の作動プログラムを改変することにて構成され、機能的には、中間形状モデル定義手段１としての中間形状モデル定義部４と、中間形状モデル更新手段２としての、中間形状モデル更新部５とを具えている。
【００１４】
ここで、上記中間形状モデル定義部４は、ＣＡＭシステムを構成するＮＣ工作機械のＺ軸方向（高さ方向）の座標値であるＺ値が一定の等高線加工を前提として、図３（ａ）に示す如き素材中間形状を、Ｚ値が減少する方向へＺ値一定の輪郭点列を掃引して各々形成した掃引体からなる部分中間形状Ａ〜Ｅの集合として定義して、その部分中間形状Ａ〜Ｅの集合からなる中間形状モデルで表現するとともに、それらの部分中間形状Ａ〜Ｅ間の関係を、図３（ｂ）に示す如く木構造で表現する。ここで、部分中間形状Ｂ，Ｃは、部分中間形状Ａの上層（木構造上では下側に繋がって表現される）にあるので部分中間形状Ａに含まれ、部分中間形状Ａは部分中間形状Ｂ，Ｃの親となり、部分中間形状Ｂ，Ｃは部分中間形状Ａの子となる。同様に、部分中間形状Ｄ，Ｅは、部分中間形状Ｃの上層にあるので部分中間形状Ｃに含まれ、部分中間形状Ｃは部分中間形状Ｄ，Ｅの親となり、部分中間形状Ｄ，Ｅは部分中間形状Ｃの子となる。そして部分中間形状Ｂ，Ｃは、互いに同一のＺ値の層に属する（木構造上では左右に並べて表現される）ので、互いに含まれない兄弟関係となり、部分中間形状Ｄ，Ｅも、互いに同一のＺ値の層に属するので、同様に互いに含まれない兄弟関係となる。
【００１５】
以下に、かかる部分中間形状の定義について、より詳細に説明する。図４は、中間形状モデル定義部４が定義する他の素材中間形状の例を示しており、ここでは、図４（ａ）に示す中間形状を、部分中間形状Ａ〜Ｃの集合として定義するとともに、部分中間形状Ａは、例えばＺ値が一定のａである点列ALをそのａ分だけＺ軸方向へ掃引したものとして表現し、部分中間形状Ｂは、Ｚ値が一定のａ＋ｂである点列BLをその部分中間形状Ｂの高さｂ分だけＺ軸方向へ掃引したものとして表現し、そして部分中間形状Ｂと同じ高さの部分中間形状Ｃは、Ｚ値が一定のａ＋ｂである点列CLをその部分中間形状Ｃの高さｂ分だけＺ軸方向へ掃引したものとして表現する。
【００１６】
図５は、中間形状モデル定義部４が定義する部分中間形状の内部と外部の定義方法を示しており、ここでは掃引体頂面を形成するＺ値一定の点列の進行方向に対して何れの側かで部分中間形状の内部と外部とを区別し、例えば図示例では、点列の進行方向右側を形状内部、進行方向左側を形状外部としている。従って、右回りの点列（「外ループ」と呼ぶ）を掃引した部分中間形状Ａ，Ｂ，Ｃは凸形状、左回りの点列（「内ループ」と呼ぶ）を掃引した部分中間形状Ｄは凹形状となる。これら部分中間形状Ａ〜Ｄの集合が素材全体の中間形状となる。これに対し部分中間形状Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各々は、一本の閉じたＺ値一定の点列の掃引体である。
【００１７】
必ず実体を持つという素材形状の特性から、図６に示すように、内ループの部分中間形状（図では部分中間形状Ｆ，Ｇ，Ｈ）は必ず、外ループの部分中間形状（図では部分中間形状Ｊ）に含まれる。そして、外ループの部分中間形状は、内ループの部分中間形状を全く含まない場合も、一個だけ含む場合も、あるいは図示例のように二個以上含む場合もある。
【００１８】
各部分中間形状は、図７に示すように、上下左右の関係を木構造で持つ。例えば図７（ａ）に示す部分中間形状Ａ，Ｂ，Ｃについてみると、上下関係については、図７（ｂ）に示すように、部分中間形状Ｂ，Ｃは部分中間形状Ａに含まれ、部分中間形状Ａは部分中間形状Ｂ，Ｃの親となり、逆に部分中間形状Ｂ，Ｃは部分中間形状Ａの子となる。また左右関係については、Ｚ値毎の層で持つので、図７（ｂ）に示すように、部分中間形状ＡのＺ値の層はその部分中間形状Ａのみ存在し、兄弟関係にある他の部分中間形状は存在しないが、部分中間形状ＢのＺ値の層は部分中間形状Ｃも存在し、それゆえ部分中間形状Ｂ，Ｃは、互いに含まれない兄弟関係となる。
【００１９】
但し、同じＺ値の層に存在していても、図８（ａ）に示すように、外ループの部分中間形状Ｂに含まれている内ループの部分中間形状Ｄは、図８（ｂ）に示すように、部分中間形状Ｂの子となる。
【００２０】
またここで、上記中間形状モデル更新部５は、加工途中の素材形状を表現するために、ある程度の加工範囲をＮＣデータ作成者が設定する度毎に、上記中間形状モデル定義部４が定義した中間形状モデルを変形させることによって、その中間形状モデルを更新する。この更新は、設定した加工範囲を表す所定Ｚ値の層データと中間形状モデルとの包含関係および交差関係に基づいて行う。その際、ここでは木構造を用いて、加工範囲と包含または交差関係にある部分中間形状のみを選択的に変形させるので、効率的な処理が可能となる。
【００２１】
図９は、上記中間形状モデル更新部５が行う中間形状モデルの更新の一例を示すものであり、この例では、図９（ａ）に示す如く、部分中間形状Ａ，Ｂ，Ｃの集合からなる中間形状モデルについて、部分中間形状Ａの中間の高さのＺ値の層に等高線加工の加工平面Ｐを設定するとともに、その加工平面Ｐの一部に加工範囲Ｗを設定し、その加工範囲Ｗの加工後の状態に、中間形状モデルを更新している。
【００２２】
図９（ａ）に示す元の中間形状モデルの木構造においては、図９（ｂ）に示すように、部分中間形状Ａの上層には部分中間形状Ｂ，Ｃが存在するが、それらのうちで加工平面Ｐ上に投影して加工範囲Ｗと包含関係または交差関係にあるのは部分中間形状Ｂのみである。それゆえここでは、図９（ａ）に示すように、加工平面Ｐ上の加工範囲Ｗに対して交差関係にある部分中間形状Ａを加工平面Ｐで分割して二つの部分中間形状Ad, Ｄとし、それらの部分中間形状のうちの上層側の部分中間形状Ｄから加工範囲Ｗと交差関係にある部分を削除してその部分中間形状Ｄを変形させることにより部分中間形状Ddとし、さらに上記部分中間形状Ｂからも投影した部分が加工範囲Ｗと交差関係にある部分を削除してその部分中間形状Ｂを変形させることにより部分中間形状Bdとする。これにより更新後の中間形状モデルの木構造は元の木構造から組み替えられて、図９（ｄ）に示すように、部分中間形状Ddが追加されるとともに部分中間形状Ａ，Ｂがそれぞれ部分中間形状Ad，Bdに変更されたものとなる。
【００２３】
図10は、上記中間形状モデル更新部５が行う中間形状モデルの更新の処理手順を示すフローチャートであり、ここでは、先ずステップ11で、中間形状モデルをオープンし（コンピュータ内の記憶装置から読み出し）、次いでステップ12で、更新する加工範囲のＺ値すなわちその加工範囲が位置する加工平面のＺ値より、中間形状モデルの対象Ｚ値層を得る。
【００２４】
次いでここでは、ステップ13で、対象層の部分中間形状と加工範囲との交差、包含関係を検査し、続くステップ14で、その検査結果から加工範囲と交差するかまたは加工範囲に含まれる部分中間形状があるか否かを判断して、ない場合には後述するステップ20へ進むが、ある場合にはステップ15へ進む。そしてステップ15では、加工範囲と交差した、または加工範囲に含まれた部分中間形状（例えば図９に示す例では部分中間形状Ａ）を変形して更新する。
【００２５】
その後はステップ16で、その更新した部分中間形状に対して上下関係にある上層の部分中間形状を上記木構造により検索し、続くステップ17で、その検索結果から上層に部分中間形状があるか否かを判断して、ない場合には後述するステップ20へ進むが、ある場合にはステップ18へ進む。そしてステップ18では、その上層の部分中間形状（例えば図９に示す例では部分中間形状Ｂ，Ｃ）の上記加工平面上への投影と加工範囲との交差、包含関係を検査し、続くステップ19では、その検査結果から上記投影のうちに加工範囲と交差するかまたは加工範囲に含まれるものがあるか否かを判断して、ある場合には上記ステップ15へ戻り、その上層の部分中間形状（例えば図９に示す例では部分中間形状Ｂ）を更新した後、さらに上層を検索するが、ない場合にはステップ20へ進んで、中間形状モデルをクローズする（コンピュータ内の記憶装置に保存する）。
【００２６】
かくしてこの実施例の荒加工中間形状モデル生成装置によれば、上記のようにして中間形状モデルを更新する度毎に上記コンピュータがその更新した中間形状モデルを画面表示装置の画面上に表示することにより、荒加工の加工途中の逐次的に変化する素材中間形状を的確かつ効率的に表現し得て、ＮＣデータ作成者が荒加工用のＮＣデータの作成時に加工途中の素材中間形状を容易に把握することができ、それゆえ、ＮＣデータ作成工数を低減させることができるとともに、ＮＣデータ作成品質を向上させることができる。
【００２７】
しかもこの実施例の荒加工中間形状モデル生成装置によれば、中間形状モデル定義部３が、点列の進む方向に対し何れの側に位置するかによって物体の内部か外部かを区別するので、簡易なデータ構造で中間形状モデルを定義することができる。
【００２８】
さらにこの実施例の荒加工中間形状モデル生成装置によれば、中間形状モデル更新部５が、部分中間形状の集合中から求めた、Ｚ値一定の加工平面上の加工範囲に対して包含関係または交差関係にある部分中間形状を、その加工平面で分割して二つの部分中間形状とし、それらの部分中間形状のうちの上層側の部分中間形状をその加工範囲に基づいて変形させるので、簡易な処理で部分中間形状を変形させることができる。
【００２９】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、この発明の荒加工中間形状モデル生成装置は、ＮＣデータ作成用コンピュータとは別個のコンピュータによって構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置の構成を示す概念図である。
【図２】この発明のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置の一実施例を示す構成図である。
【図３】（ａ）は、上記実施例のＮＣデータ作成用荒加工中間形状モデル生成装置が対象とする荒加工の加工途中の素材形状を例示する斜視図、そして（ｂ）は、その実施例の装置がその素材形状における部分中間形形状間の関係を表現する木構造を示す説明図である。
【図４】上記実施例の装置の中間形状モデル定義部が定義する他の素材中間形状の例を示す説明図である。
【図５】上記実施例の装置の中間形状モデル定義部が定義する部分中間形状の内部と外部の定義方法を示す説明図である。
【図６】上記実施例の装置の中間形状モデル定義部が定義する部分中間形状の性質を示す説明図である。
【図７】上記実施例の装置の中間形状モデル定義部が定義する部分中間形状同士の関係を表す木構造の一例を示す説明図である。
【図８】上記実施例の装置の中間形状モデル定義部が定義する部分中間形状同士の関係を表す木構造の他の一例を示す説明図である。
【図９】上記実施例の装置の中間形状モデル更新部が部分中間形状を更新する方法を示す説明図である。
【図１０】上記実施例の装置の中間形状モデル更新部が部分中間形状を更新する手順を示すフローチャートである。
【図１１】等高線加工での荒加工における素材形状の変化状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  中間形状モデル定義手段
２  中間形状モデル更新手段
３  ＮＣデータ作成用コンピュータ
４  中間形状モデル定義部
５  中間形状モデル更新部
【図１】
0003745526.tif 000002
【図２】
0003745526.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003745526.tif 000007
【図７】
0003745526.tif 000008
【図８】
0003745526.tif 000009
【図９】
0003745526.tif 000010
【図１０】
0003745526.tif 000011
【図１１】
0003745526.tif 000012