CN103901818B - 计算机辅助制造装置、产品形状加工方法及存储介质 - Google Patents

计算机辅助制造装置、产品形状加工方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供计算机辅助制造装置、产品形状加工方法及存储介质。在以往的计算机辅助制造装置中，存在对于曲面形状的产品不能自动地设定使加工时间最小这样的加工区域及刀具轴角度的问题。使用产品形状、坯料形状的坐标信息，生成加工区域的四边形的图案，对于产品的凹凸面，生成三角形的加工区域，对于由坯料形状与通过产品形状的差分运算算出的除去形状之间的差分运算生成的加工区域，以刀具不干涉且成为最大的面的方式设定刀具轴角度，对于其他区域，以满足剩余量基准且刀具路径长度变得最短的方式设定刀具轴，从刀具路径的长度和刀具的加工条件计算加工时间，在由坯料形状和产品形状决定的加工区域的组合中，计算加工时间最短的加工区域的组合。

Description

计算机辅助制造装置、产品形状加工方法及存储介质
技术领域
本发明涉及用于生成对数控（NC：Numerical Control）加工机进行控制的数控数据的计算机辅助制造（CAM：Computer Aided Manufacturing）装置及产品形状加工方法及存储介质，尤其涉及自动决定该加工区域的组合并且自动决定该加工区域的刀具轴的倾斜角度的技术。
背景技术
作为本发明的背景技术有专利文献1。
在专利文献1中，具有：面属性赋予构件，所述面属性赋予构件使用实体建模由毛坯件生成零件模型，对零件模型的各面赋予切削对象面的属性和相对于切削刀具的面的方向属性；以及姿势计算构件，所述姿势计算构件根据面的方向属性进行计算以变更零件模型整体的姿势，从而实现对所述面定义切削条件、以及生成对所述面进行切削的加工工序（参照“用于解决课题的方案”）。
另外，记载有如下技术：通过使用实体建模，实现使多面加工的多个面的设定及修正作业变得容易、以及在计算机上准确地再现实物模型，从而能够大幅度增强用户的作业确认（参照“摘要”）。
另外，在专利文献2中记载有如下内容：对于通过等高线加工进行模具的粗加工时由第N层的等高线进行加工的加工形状，生成基于一种刀具的多条刀具轨迹，从其中选择成为最短的加工时间的刀具轨迹，反复进行决定第N层的最佳刀具轨迹的处理，来缩短总加工时间（参照“用于解决课题的方案”）。
另外，在专利文献3中记载有如下技术：基于加工形状信息、刀具信息、坯料信息及机械信息，生成坯料或刀具不干涉的旋转进给轴的计算角度事例，通过对根据该计算角度事例进行加工的加工经济性进行评估，来计算最佳的计算角度，并基于该计算角度，通过最大同时3轴的直线进给轴控制来加工工件（参照“用于解决课题的方案”）。
专利文献1：日本特开平08-263124号公报
专利文献2：日本特开2003-231041号公报
专利文献3：日本特开2002-304203号公报
但是，在专利文献1中采用如下方式：将加工区域限定于零件模型的平面，反复实施直到加工区域消失，关于加工区域的加工时间没有提及。另外，刀具轴角度采用如下方式：将加工区域限定于平面并基于平面的法线来设定刀具轴角度以便由刀具的底面或侧面进行加工，因此不能应用于加工区域成为曲面的情况。
另外，在专利文献2中采用如下方式：在等高线加工方法中，对于第N层的等高线加工形状，生成基于一种刀具的多条刀具轨迹，从该刀具轨迹中确定加工时间成为最短的刀具轨迹，由于确定了第N层的加工时间最短的刀具轨迹，所以总加工时间变得最短。但是，由于利用等高线加工进行切削的加工区域限定于平面，所以不能应用于加工区域的底面或侧面成为曲面的情况。
另外，在专利文献3中，基于产品形状的计算角度事例来设定刀具轴角度，并生成总加工时间，以便对该刀具路径的经济性进行评估，因此不能应对直线（坐标值x、y、z）及角度（旋转角A、B）的同时5轴进给轴控制。
另外，由于在专利文献1及专利文献3中，加工区域是零件模型的切削对象面，在专利文献2中，加工区域是由坯料模型和模具模型生成的除去形状的切断平面，所以并没有提到对该加工区域的经济性进行评估以及从多个加工区域得到经济性最好的加工区域的组合。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种计算机辅助制造装置、产品形状加工方法及存储介质，对于具有曲面形状的产品形状，自动生成至少一个加工区域，并自动地设定总加工时间变短这样的加工区域组合及刀具轴角度。
作为用于解决上述课题的方案，在本发明的计算机辅助制造装置，具有加工区域计算部，所述加工区域计算部在基于存储在存储装置中的具有能够识别至少2个面的面信息的产品CAD（Computer Aided Design：计算机辅助设计）模型、坯料CAD模型、加工条件数据、刀具条件数据生成数控数据的情况下，在生成加工区域时，从产品形状生成包含产品的产品包含形状、以及由产品形状和移动轨迹确定的带有厚度的凸形状，所述移动轨迹根据加工机械的坯料设置方法来确定，从坯料形状对产品包含形状进行差分运算来生成除去形状A，将除去形状A分割成包含至少一个局部重叠部的6面体加工区域，从产品包含形状对带有厚度的凸形状进行差分运算来生成除去形状B，将除去形状B分割成包含至少一个局部重叠部的5面体（由2个三角形的相对面及3个侧面构成的多面体）加工区域，从构成产品形状的面生成由至少一个面构成的最终加工区域，生成由所述6面体加工区域、所述5面体加工区域、所述最终加工区域构成的加工区域。
另外，本发明具有刀具轴角度计算构件，所述刀具轴角度计算构件，对于所生成的6面体加工区域及5面体加工区域，以刀具不与当前的加工形状及加工机械干涉并且与6面体加工区域及5面体加工区域的面积最大的面垂直的方式，设定刀具轴角度，并且，所述刀具轴角度计算构件，对于最终加工区域，基于刀具和加工条件，来设定满足计算机辅助制造操作者要求的剩余量基准并且刀具路径（刀具的基准点的移动轨迹）长度最短的刀具轴角度。
另外，本发明具有加工时间计算构件，所述加工时间计算构件，对于6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域，分配刀具和加工条件，生成刀具路径，从所生成的刀具路径的长度和刀具的进给速度的加工条件计算加工时间。
另外，本发明具有具有加工区域组合检索构件，所述加工区域组合检索构件在6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域的组合中，对加工时间最短的加工区域的组合进行计算。
另外，本发明的产品形状加工方法，是计算机辅助制造装置中的产品形状加工方法，所述计算机辅助制造装置与从坯料生成产品形状的加工机械连接并控制由所述加工机械进行的加工，所述产品形状加工方法的特征在于，基于所述产品形状的三维方向的各自的大小，从所述坯料生成包含所述产品形状的产品包含形状，基于进行所述产品包含形状和所述产品形状的各自的截面形状的逻辑积的运算而得到的、将所述产品形状向与所述截面垂直的方向进行投影而得到的图形，生成产品带有厚度形状，对于所述产品带有厚度形状，进行倒角加工而生成带有厚度的凸形状，基于所述产品形状和所述带有厚度的凸形状之间的差分运算，求出所述加工机械的刀具相对于所述带有厚度的凸形状的直线移动量及旋转角，基于所述求出的刀具的直线移动量及旋转角，控制所述加工机械。
另外，本发明的产品形状加工方法，是计算机辅助制造装置中的产品形状加工方法，所述计算机辅助制造装置在数控数据生成作业中，对加工区域设定、加工区域组合设定进行制定，所述产品形状加工方法的特征在于，当在生成数控数据的情况下生成加工区域时，从产品形状生成包含产品的产品包含形状、以及由产品形状和移动轨迹确定的带有厚度的凸形状，所述移动轨迹根据加工机械的坯料设置方法来确定，从坯料形状对产品包含形状进行差分运算来生成除去形状A，将除去形状A分割成包含至少一个局部重叠部的6面体加工区域，从产品包含形状对带有厚度的凸形状进行差分运算来生成除去形状B，将除去形状B分割成包含至少一个局部重叠部的5面体加工区域，从构成产品形状的面生成由至少一个面构成的最终加工区域，生成由所述6面体加工区域、所述5面体加工区域、所述最终加工区域构成的加工区域。
另外，本发明的存储介质，存储有用于执行计算机辅助制造装置中的产品形状加工方法的程序，该存储介质能够由计算机读取，所述计算机辅助制造装置在数控数据生成作业中，对加工区域设定、加工区域组合设定进行制定，所述存储介质的特征在于，在所述产品形状加工方法中，当在生成数控数据的情况下生成加工区域时，从产品形状生成包含产品的产品包含形状、以及由产品形状和移动轨迹确定的带有厚度的凸形状，所述移动轨迹根据加工机械的坯料设置方法来确定，从坯料形状对产品包含形状进行差分运算来生成除去形状A，将除去形状A分割成包含至少一个局部重叠部的6面体加工区域，从产品包含形状对带有厚度的凸形状进行差分运算来生成除去形状B，将除去形状B分割成包含至少一个局部重叠部的5面体加工区域，从构成产品形状的面生成由至少一个面构成的最终加工区域，生成由所述6面体加工区域、所述5面体加工区域、所述最终加工区域构成的加工区域。
发明的效果
根据本发明，能够列举如下的加工区域的图案，该加工区域的图案可以进行基于6面体加工区域、5面体加工区域的平面加工用的刀具路径生成，能够生成可以通过平面加工用的刀具路径来实现每单位面积的除去体积的效率大的加工的加工区域。
另外，能够在由本发明生成的最终加工区域中生成对于曲面形状的加工区域。
另外，根据本发明，通过以与加工区域的最大面垂直的方式设定刀具轴角度，由此，能够使刀具轴向的距离最小，并能够使气割等的非切削移动最小。
另外，根据本发明，能够对总加工时间最短的加工区域的组合进行计算。
如上所述，对于具有曲面形状的产品形状，能够自动生成加工区域，并能够自动地设定总加工时间变短这样的加工区域组合及刀具轴角度。
附图说明
图1是表示CAM装置的概要的图。
图2是表示加工条件信息的图。
图3是表示刀具信息的图。
图4（a）、（b）是表示产品形状信息的图。
图5（a）、（b）是表示坯料形状信息的图。
图6是表示硬件结构的图。
图7是表示CAM操作的生成流程的流程图。
图8是表示显示画面的图。
图9是表示本发明的一实施方式所使用的加工机械及加工方案生成的流程的流程图。
图10（a）、（b）是表示加工区域生成流程的图。
图11（a）、（b）是利用Y-Z平面的剖视图说明5面体的生成处理的图。
图12是用于说明6面体加工区域的生成流程的说明图。
图13是用于说明5面体加工区域的生成流程的说明图。
图14是用于说明带有厚度的凸形状和产品形状的关联的说明图。
图15是表示刀具轴角度计算部的角度生成流程的流程图。
图16是表示加工区域组合检索部的检索流程的流程图。
附图标记说明
100：CAM装置，101：CAM操作生成构件，102：存储构件，103：输入构件，104：输出构件，105：加工区域计算部，106：刀具轴角度计算部，107：刀具路径生成部，108：加工模拟部，109：加工时间计算部，110：加工区域组合检索部，111：加工顺序计算部，112：加工条件数据，113：刀具条件数据，114：产品CAD模型，115：坯料CAD模型
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的一实施方式。
图1是表示CAM装置100的各种数据及各处理部的结构的概要图。如图所示，CAM装置100具有：CAM操作生成构件101、存储构件102、输入构件103和输出构件104。CAM操作生成构件101具有：加工区域计算部105、刀具轴角度计算部106、刀具路径生成部107、加工模拟部108、加工时间计算部109、加工区域组合检索部110和加工顺序计算部111。存储构件102具有：加工条件数据112、刀具条件数据113、产品CAD模型114和坯料CAD模型115。
此外，本发明的一实施方式是对市面上销售的CAM装置进行自定义而实现的，为了实现本发明而附加的构件是：CAM操作生成构件101的加工区域计算部105、刀具轴角度计算部106、加工时间计算部109、加工区域组合检索部110和加工顺序计算部111，因此通过流程图及说明图进行详细说明。
其他的存储构件102、输入构件103、输出构件104、刀具路径生成部107、加工模拟部108和存储构件102使用市面上销售的CAM装置的功能。另外，存储在存储构件102中的加工条件数据112、刀具条件数据113、产品CAD模型114和坯料CAD模型115是利用市面上销售的CAM装置的功能生成的数据。另外，产品CAD模型114、坯料CAD模型115也可以通过市面上销售的CAD装置或CAM装置的任意一方生成。
在加工条件数据112中存储有对刀具的各种移动速度、转速及刀具种类进行确定的加工条件数据。加工条件数据例如存储图2所示的加工条件表格112。如图所示，加工条件表格112具有：加工条件序号栏112b、刀具序号栏112c、转速栏112d、进给速度栏112e、每齿进给量栏112f、切削速度栏112g、轴向切深栏112h和径向切深栏112i。
加工条件序号栏112b是识别加工条件的序号，是按顺序独立地分配的序号。通过指定加工条件序号，能够抽出由刀具、刀具的转速、进给速度、每齿进给量、切削速度、轴向切深、径向切深的值构成的加工条件。
刀具序号栏112c是识别所使用的刀具的序号，使用由后述的刀具数据设定的刀具序号。
转速栏112d存储如下信息：在由加工条件序号栏112b确定的条件下对由刀具序号栏112c确定的刀具的转速进行确定。进给速度栏112e存储如下信息：在由加工条件序号栏112b确定的条件下对刀具的进给速度进行确定。每齿进给量栏112f存储在由加工条件序号栏112b确定的条件下、刀具的每一齿的进给量的信息。切削速度栏112g存储如下信息：在由加工条件序号栏112b确定的条件下对刀具的切削速度进行确定。轴向切深栏112h存储如下信息：在由加工条件序号栏112b确定的条件下对刀具的轴向切深进行确定。径向切深栏112i存储如下信息：在由加工条件序号栏112b确定的条件下对径向切深进行确定。
返回图1，对存储构件102的刀具条件表格113进行说明。
在刀具条件数据113中存储有刀具的形状、安装方法等的刀具形状数据。例如，存储图3所示的刀具条件表格113。如图所示，刀具条件表格113具有：刀具序号栏113b、直径栏113c、下侧的半径栏113d、刀具长度栏113e、刀架直径栏113f和刀架长度栏113g。
刀具序号栏113b是识别刀具的序号，是按顺序独立地分配的序号。该刀具序号是图2的加工条件表格112a中的刀具序号栏112c中记载的序号。
直径栏113c存储如下信息：在由刀具序号栏113b确定的条件下对刀具的直径进行确定。下侧的半径栏113d存储如下信息：在由刀具序号栏113b确定的条件下对刀具的下侧的半径进行确定。刀具长度栏113e存储如下信息：在由刀具序号栏113b确定的条件下对刀具的长度进行确定。刀架直径栏113f存储如下信息：在由刀具序号栏113b确定的条件下对刀架的直径进行确定。刀架长度栏113g存储如下信息：在由刀具序号栏113b确定的条件下对刀架的长度进行确定。
返回图1，关于图1所示的存储构件102的产品CAD模型114，使用图4进行说明。
如图4（a）的产品CAD模型所示，产品CAD模型114存储每个产品的加工形状。例如，存储图4（a）所示的产品形状CAD模型114a的形状数据。
如图4（b）的面结构所示，CAD模型114a以排列4个曲面数据的形式描述。4个曲面为了能够通过名字进行识别而被附加了属性。一个曲面被称为B样条曲面，通过以网格状排列的点群描述的数据、以及面周围的曲线数据进行描述。另外，在各面上具有对表示表里方向的法线方向进行描述的标记、以及面的周围的4个端点的坐标值的数据。虚线的箭头是指在纸面的里侧具有法线方向。另外，在各面上，根据需要标记名称（名称1～名称4）。
返回图1，关于存储构件102的坯料CAD模型115，使用图5进行说明。
如图5（a）的坯料CAD模型所示，坯料CAD模型115存储每个产品的坯料形状。例如，存储图5（a）所示的坯料CAD模型115a。
如图5（b）所示，坯料CAD模型115a利用长方体的立体数据被描述。该数据是纵、横、高度、长方体原点、长方体的坐标系的数据，如图5（b）的面结构所示，利用8个端点、6个平面数据描述，在该平面数据中具有与对表示表里方向的法线方向进行描述的标记相关的数据。
此外，在市面上销售的CAD及CAM软件中，除了图4及图5以外，还存储有对各面的曲线进行描述的数据、用于识别的连贯序号、能够任意地赋予的属性数据、用于效率良好地进行内部处理的各种数据。
以上记载的CAM装置100能够通过例如图6所示的计算机600的概要图所示那样的通常的计算机600来实现，该计算机600具有：CPU（Central Processing Unit：中央处理器）601；存储器602；HDD（Hard Disk Drive：硬盘驱动器）等外部存储装置603；对CD（CompactDisk：光盘）、DVD（Digital Versatile Disk：数字多用途光盘）等具有便携性的存储介质604进行信息读写的读取装置608；键盘或鼠标等输入装置606；显示器等输出装置607；用于与通信网络连接的NIC（Network Interface Card：网络接口卡）等通信装置605。另外，还能够将与图1所示的各处理部对应的程序存储在计算机能够读取的存储介质中，将该程序读入存储器来执行本发明的产品形状加工方法。
（处理的说明）
图7是表示使用了图1所示的CAM装置100的CAM操作的生成处理的流程图。以下，参照图1及图7说明CAM操作的处理。
首先，使用作为CAM装置100的基础的市面上销售的CAM装置中安装的功能，生成产品CAD模型114、坯料CAD模型115、加工条件数据112、刀具条件数据113，并存储在存储装置102中。此外，产品CAD模型114、坯料CAD模型115也可以由CAM装置读入利用市面上销售的CAD装置生成的数据，也可以利用市面上销售的CAM装置中安装的功能来生成。
接着，从输入部103输入信息读入指令，从存储构件102取出加工条件数据112、刀具条件数据113、产品CAD模型114、坯料CAD模型115（S10）。
接着，通过加工区域计算部105生成加工区域方案（S11）。此外，该步骤S11的详细情况使用图9另外说明。
接着，对于生成的加工区域方案，通过刀具轴角度计算部106设定相对于加工区域的刀具轴（S12）。此外，该步骤S12的详细情况使用图15另外说明。
接着，通过刀具路径生成部107生成相对于加工区域的刀具路径，由加工时间计算部109根据刀具路径的长度和刀具的进给速度计算加工时间（S13）。
接着，使用生成的加工区域和加工时间，由加工区域组合检索部110对总加工时间最短的加工区域的组合进行计算（S14）。此外，该步骤S14的详细情况使用图16另外说明。
接着，由加工顺序计算部111针对加工区域组合，决定加工操作的顺序。在本处理中，例如，基于加工区域的坐标信息，以满足在加工区域间从存在于坯料形状侧的坐标的加工区域进行加工这样的制约的方式决定顺序（S15）。
最后，通过输出构件104输出所生成的加工操作的信息（S16）。
图8是表示通过输出构件104输出的显示画面的一例的概要图。如图所示，CAM操作显示画面105a具有CAM操作显示画面105b和模型显示画面105c。CAM操作显示画面105b显示所生成的加工操作的结果。如图所示，显示所生成的加工操作的顺序、操作名、刀具、加工时间。模型显示画面105c显示产品模型和所生成的加工区域的结果。如图所示，在显示画面105c中，如图8所示强调显示在CAM操作显示画面中已选择的加工操作的加工区域，从而能够容易地理解当前的CAM操作将哪个加工区域作为对象。
（加工区域方案的生成）
图9是表示图7的步骤S11中的加工区域生成的处理的一实施例的流程图。
加工区域计算部105首先取得产品形状、坯料形状的信息（S20）。在此，该信息是构成产品形状或坯料形状的CAD模型的面信息、线信息，更具体来说，例如，面由B-样条曲面（B-Spline surface）形式构成，线由B-条样曲线形式构成。B-样条曲面或曲线为了构成面或线而由被称为控制点的点序列的集合构成。
接着，从坯料形状生成产品包含形状、带有厚度的凸形状（S21）。
关于步骤S21的处理，使用图10进行说明。
图10（a）示出了加工机械的一例和坯料的设定状况。图10所示的加工机械通过通信装置605与图6的计算机600连接。图10（a）的加工机械是具有直线移动3轴（X、Y、Z）和旋转2轴（A、B）的同时5轴控制的加工机械，坯料以与旋转A轴平行地被夹持的方式设定，坯料沿X方向的A轴旋转，刀具沿Y方向的B轴旋转。
在上述结构的加工机械中，采用利用A轴上的卡盘夹持坯料的构造，由于A轴上的重量变大，所以通常A轴的旋转速度比其他轴慢。另外，由于A轴、B轴是旋转构造，因此旋转物容易受到来自外部的力学上的影响，其结果是，在表观上，刚性容易变低。因此，在如粗加工那样切削负荷变大的情况下，尽量不旋转，这样可以提高刚性。
根据上述情况，在图10（b）的加工方案的生成中，设定了X、Y、Z这3轴在最初设定了坯料的位置进行工作的加工方案。
回到步骤21的处理的说明。
在步骤21中，首先对产品包含形状的生成进行说明。
如图10（b）的加工方案的生成的右上部所示，首先，参照产品形状的各面信息，求出X、Y、Z轴方向上的最大值、最小值。即，求出包含产品形状的长方体的X、Y、Z方向的大小。
接着，确定将该最大值和最小值作为顶点的长方体，从坯料（1）切出该长方体并生成产品包含形状（2）。
接着，对带有厚度的凸形状（4）的生成进行说明。
该形状是向X方向扫描产品形状，与产品包含形状（2）进行积运算而生成的。该积运算是2个二维截面形状（产品包含形状（2）和产品形状）的逻辑积运算，向X方向扫描进行运算的位置的同时，取得在X方向的连续的各位置求出的逻辑运算的结果的逻辑和，从而得到（4）的带有厚度的凸形状。即，该积运算是作为将产品形状从X方向投影到Y-Z平面上的图形而得到的。向X方向扫描是因为固定坯料的位置位于X轴上。例如，在具有旋转工作台的情况下，还考虑在与旋转工作台垂直的方向上生成扫描形状。像这样生成的形状是图10（b）的（3）所示的产品带有厚度形状。
接着，从产品带有厚度形状（3）生成带有厚度的凸形状（4）。
图11是生成带有厚度的凸形状（4）的处理的说明图。
产品带有厚度形状（3）是向X方向扫描而生成的形状，因此，如图11（a）所示，从X轴方向（从纸面的表侧向里侧的方向）观察时，在Y-Z平面上，截面全部一致。因此，在Y-Z平面上对处理进行说明。
首先，取出Y-Z平面上的产品包含形状的顶点（图11的黑圈标记），按每个该顶点，生成最接近产品形状的位置、即具有最小距离的位置。本处理用市面上销售的CAD及CAM的功能来说，如图11（b）所示，从1点（一个顶点）（黑圈标记的点）在面上生成垂点（从不位于直线上的点向该直线绘制的垂线与直线的交点）、或者生成具有1点与面的最短距离的点，与上述这样的功能相当，因此，只要利用该功能，就能够按每个顶点，确定最接近产品形状的位置。即，求出将黑圈标记的点作为中心的圆的圆弧与形状相切的圆中的、半径最小的圆，通过穿过该圆的切点的切线截取Y-Z平面，其结果即为（4）的带有厚度的凸形状。即，对于产品包含形状（2）实施了上述倒角加工的结果即为带有厚度的凸形状（4）。然后，利用穿过该点且具有相对于该点处的截面的法线方向的平面，切断产品包含形状，生成产品形状侧的立体。若对4个顶点执行本处理，则如图11（b）所示确定带有厚度的凸形状。
对生成带有厚度的凸形状（4）的其他方法进行说明。
换言之，带有厚度的凸形状是根据产品包含形状的X方向的厚度对由Y-Z平面上的线段围成的图形进行扫描而得到的形状。
根据上述情况，首先将产品形状和产品包含形状投影在Y-Z平面上，生成图11所示的Y-Z平面上的图形，从外侧的四边形的顶点，相对于内部的曲线，求出具有最短距离的点。然后，生成穿过该点的切线，由该点和该切线来确定直线。然后，利用该直线切断该四边形，剩下对产品带有厚度形状进行了投影而得到的曲线侧的形状。若对4顶点反复进行该处理，则能够得到凸的Y-Z平面上的图形。若根据X方向的厚度扫描该图形，则能够生成带有厚度的凸形状。
以上，利用市面上销售的CAD或CAM的功能进行了说明，但只要使二维图形离散化成点群，也可以利用Voronoi图（泰森多边形）（在三维的情况下，对于由与该点相邻的点群的垂直二等分面构成的多面形中的、体积最小的多面形的面而言，用线段将共有该体积最小的多面形的面的点群与该点之间连结而成的图是Voronoi图，将共有该面的点群彼此连结而得到的图是Delaunay三角网）等求出最短点。但是，在该情况下，因离散化的间隔而导致带有厚度的凸形状的形状发生变化，因此需要从加工精度确定适当的间隔。
通过以上论述，结束S21的说明。
接着，返回图9，关于S22的处理，参照图12的工序12a、12b的同时进行说明。
在S22中，从坯料形状对产品包含形状进行差分运算来生成除去形状A。工序12b是除去形状A的图。如工序12b所示，在坯料形状的内部生成了中空的产品包含形状。
接着，返回图9，关于S23的处理，参照图12的工序12c至工序12o进行说明。
在S23的处理中，从坯料形状除去6面来生成用于生成产品包含形状的6个6面体。在工序12c中，首先生成Z方向的值最小的6面体，接着生成y方向最小的6面体（工序12e）、Z方向最大的6面体（工序12g）、Y方向最大的6面体（工序12i）、X方向最小的6面体（工序12k）、X方向最大的6面体（工序12m），分别进行差分运算，从而生成产品包含形状（工序12n（12o））。
图12表示6面体的加工区域的加工工序的一例，该6面体加工区域根据首先使用哪个轴的最大值或最小值、以怎样的顺序开始生成而变化。因此，6面体加工区域以能够想到的组合数生成。
该6面体加工区域根据怎样将坯料固定在加工机械上而存在不能加工的情况。例如，在将坯料固定在工作台上的加工机械中，固定的面的加工不能进行。另外，在将坯料固定在旋转轴上的加工机械中，由于刀具或刀架与固定坯料的机构干涉，所以存在固定的两面的加工不能进行或者被限制的情况。这样的加工区域在利用图1所示的加工模拟部208进行了干涉校验时被设定成不能使用。
接着，返回图9，关于S24的处理，参照图13的工序13a、13b进行说明。
在S24中，从产品包含形状，对带有厚度的凸形状进行差运算来生成除去形状B。工序13a是除去形状B的图。如工序13a所示，在产品包含形状的内部生成了中空的带有厚度的凸形状。
通过以上论述，结束S24的说明。
接着，返回图9，关于S25的处理，使用图13的工序13b至工序13i进行说明。
S25的处理从产品包含形状除去4面来生成用于生成带有厚度的凸形状的5面体（由2个三角形的相对面及3个侧面构成的多面体）。在工序13b中，首先从Z方向最大且Y方向最小的边生成5面体，接着生成Z方向最小且Y方向最小的5面体（工序13d）、Z方向最小且Y方向最大的5面体（工序13f）、Y方向最大且Z方向最大的5面体（工序13h），分别进行差运算，从而生成带有厚度的凸形状。
此外，关于5面体的生成自身，使用图11所示的方法。
图13示出了5面体的加工区域的加工工序的一例，但该5面体加工区域不依赖于首先从哪个位置开始。这是因为最终的形状是凸形状。即，这是因为与实施表示产品包含形状的长方体的倒角的情况相当。
该5面体加工区域根据将坯料怎样固定在加工机械上而存在不能加工的情况。例如，在将坯料固定在固定坯料的工作台上的加工机械中，固定的面的加工不能进行。另外，在将坯料固定在旋转轴上的加工机械中，由于刀具或刀架与固定坯料的机构干涉，所以存在固定的两面的加工不能进行或被限制的情况。这样的加工区域利用图1所示的加工模拟部208进行了干涉校验时被设定成不能使用。
通过以上论述，结束S25的说明。
接着，返回图9，关于S26的处理，使用图14进行说明。
S26的处理从带有厚度的凸形状生成用于生成产品形状的最终加工区域。
在图14中，生成表示产品形状的4个面的最终加工区域。该最终加工区域考虑了每4面、2面一体、3面一体、4面一体，因此以假设的组合数准备加工区域。另外，在根据坯料的固定方法而成为不能加工的情况下，在利用图1所示的加工模拟部208进行了干涉校验时被设定成不能使用。在本实施例中，如图14所示，预先生成作为沿着（包含）产品形状的多面体且由加工机械削除的部分少的带有厚度的凸形状，加工该带有厚度的凸形状来生成产品形状，因此，可以缩短加工机械的加工时间。
通过以上论述，结束S26的处理。
通过进行S20至S26的处理，图7所示的加工区域方案的生成处理（S11）被执行。
（刀具轴的设定）
接着，对S12的刀具轴的设定进行说明。
图15是表示图7的步骤S12中的刀具轴角度的设定处理的流程图。
首先，图1所示的刀具轴角度计算部106在步骤S40中取出加工区域。
接着，在步骤S41中，判定加工区域是否是5面体或6面体。若判定结果为是5面体形状或6面体形状，则实施步骤S42，若是除此以外的形状，则实施步骤S43。
在步骤S42中，以不与产品形状干涉且在加工区域中与最大的面垂直的方式设定刀具的轴角度。
在步骤S43中，基于由图1所示的输入部103设定的被提供的刀具轴角度的变化步骤，设定刀具轴角度。例如，每10度地改变刀具轴角度来设定刀具轴角度。
接着，对于加工区域，通过图1所示的刀具路径生成部107生成刀具路径（刀具的移动轨迹）（S44）。在步骤S44中，基于刀具轴角度，生成刀具路径。例如，基于由输入部103设定的路径的等高线加工等的路径图案，生成刀具路径。此外，刀具轴角度及刀具路径是从产品形状的各部分的数据及形状的设置位置、朝向的信息求出的。
接着，基于生成的刀具路径，通过加工模拟部108，实施加工模拟（S45）。
接着，在步骤S46中，从步骤S45中进行的加工模拟的结果，判定是否为剩余量（余量）满足由输入部103设定的被提供的剩余量基准、并且不与产品形状干涉且刀具路径长度最小，若是肯定的判定，则实施步骤S47，若是否定的判定，则返回步骤S43。
接着，在步骤S47中，选定所选择的刀具轴角度，来设定与变化步骤相应的轴角度。
接着，在步骤S48中，判定是否在全部的变化步骤中设定了轴角度，若全部被设定，则实施S49，若存在剩余的设定，则实施S43。
最后，在S49中判定是否存在剩余的加工区域，若存在剩余的加工区域，则从在S40中取出剩余的加工区域的处理开始，反复执行。若没有剩余的加工区域，则结束处理。
通过进行S40至S49的处理，结束图7所示的S12的刀具轴的设定处理。
（加工时间的计算）
接着，对步骤13的加工时间的计算进行说明。
加工时间是刀具路径的长度乘以刀具的进给速度而得到的时间。严格来说，需要考虑速度的加速时间、减速时间、从NC装置的转送时间、加工机械的响应速度等，但在本发明中，采用刀具路径的长度乘以刀具的进给速度而得到的时间。因此，若需要精细的时间缩短，则也可以设置对严密的加工时间进行设定的处理。
（加工区域组合的检索）
接着，对步骤S14所示的加工区域组合的检索处理进行说明。
图16是表示图7的步骤S14中的加工区域的组合检索处理的流程图。
图1所示的加工区域组合检索部110首先生成加工区域组合的初期方案（步骤S50）。在步骤S50中，从加工时间短的加工区域开始按顺序排列，从而生成填充除去形状这样的加工区域方案。
接着，在生成的区域组合中，将加工区域组合的区域数作为上限值，例如将根据随机数生成的任意数量的加工区域替换成别的加工区域方案（步骤S51）。
接着，若替换的加工区域的总加工时间比当前的组合方案短，则实施步骤S53。若总加工时间不比当前的组合方案短，则返回步骤S51。
在步骤S53中，选定通过步骤S51替换后的加工区域方案。
接着，在步骤S54中，若减少加工时间的组合在全部的替换中都不存在，则结束处理流程，若存在减少加工时间的组合，则返回步骤S52。
通过进行S50至S54的处理，结束图7所示的S14的处理。
（加工顺序的设定）
以下，从在S14中生成的加工区域组合来设定加工顺序（S15）。
最后，在S16中输出加工顺序的决定结果并结束。
图8是如上所述输出的加工顺序的显示例。
如上所述，图1所示的加工区域计算部105进行工作，从而能够生成6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域。另外，通过刀具轴角度计算部106，能够对6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域设定刀具轴角度。
另外，对于6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域，刀具路径生成部107进行工作，从而能够生成刀具路径，由加工模拟部108模拟该刀具路径，从而能够判别向加工机械的干涉、向产品形状切入的情况，能够识别进行排除的6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域。
另外，加工时间计算部109从6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域的刀具路径、加工条件数据计算加工时间，由此，加工区域检索部130能够抽出能以最小的加工时间进行加工的加工区域的组合。
另外，加工顺序计算部111从加工区域检索部110所抽出的加工区域的组合，生成加工顺序，并通过输出构件104进行显示，从而使得操作者能够容易地确认最终的加工区域。

Claims (7)

1.一种计算机辅助制造装置，在数控数据生成作业中，对加工区域设定、加工区域组合设定进行制定，其特征在于，
具有加工区域计算构件，所述加工区域计算构件在生成数控数据的情况下，生成加工区域，
所述加工区域计算构件构成为：
从产品形状生成包含产品的产品包含形状、以及由产品形状和移动轨迹确定的带有厚度的凸形状，所述移动轨迹根据加工机械的坯料设置方法来确定，
从坯料形状对产品包含形状进行差分运算来生成除去形状A，
将除去形状A分割成包含至少一个局部重叠部的6面体加工区域，
从产品包含形状对带有厚度的凸形状进行差分运算来生成除去形状B，
将除去形状B分割成包含至少一个局部重叠部的5面体加工区域，
从构成产品形状的面生成由至少一个面构成的最终加工区域，
生成由所述6面体加工区域、所述5面体加工区域、所述最终加工区域构成的加工区域。
2.如权利要求1所述的计算机辅助制造装置，其特征在于，具有刀具轴角度计算构件，
所述刀具轴角度计算构件，对于所生成的6面体加工区域及5面体加工区域，以刀具不与当前的加工形状及加工机械干涉并且与6面体加工区域及5面体加工区域的面积最大的面垂直的方式，设定刀具轴角度，并且，
所述刀具轴角度计算构件，对于最终加工区域，基于刀具和加工条件，来设定满足计算机辅助制造操作者要求的剩余量基准并且刀具路径长度最短的刀具轴角度。
3.如权利要求1所述的计算机辅助制造装置，其特征在于，具有加工时间计算构件，
所述加工时间计算构件，对于6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域，分配刀具和加工条件，生成刀具路径，从所生成的刀具路径的长度和刀具的进给速度的加工条件计算加工时间。
4.如权利要求1所述的计算机辅助制造装置，其特征在于，具有加工区域组合检索构件，所述加工区域组合检索构件在6面体加工区域、5面体加工区域、最终加工区域的组合中，对加工时间最短的加工区域的组合进行计算。
5.一种产品形状加工方法，是计算机辅助制造装置中的产品形状加工方法，所述计算机辅助制造装置与从坯料生成产品形状的加工机械连接并控制由所述加工机械进行的加工，所述产品形状加工方法的特征在于，
基于所述产品形状的三维方向的各自的大小，从所述坯料生成包含所述产品形状的产品包含形状，
基于进行所述产品包含形状和所述产品形状的各自的截面形状的逻辑积的运算而得到的、将所述产品形状向与所述截面垂直的方向进行投影而得到的图形，生成产品带有厚度形状，
对于所述产品带有厚度形状，进行倒角加工而生成带有厚度的凸形状，
基于所述产品形状和所述带有厚度的凸形状之间的差分运算，求出所述加工机械的刀具相对于所述带有厚度的凸形状的直线移动量及旋转角，
基于求出的刀具的所述直线移动量及旋转角，控制所述加工机械。
6.如权利要求5所述的产品形状加工方法，其特征在于，
在从所述产品带有厚度形状生成所述带有厚度的凸形状的倒角加工中，
对于所述产品带有厚度形状的多个顶点的每一个，
求出以所述顶点为中心的圆的圆弧与所述产品形状相切的圆中的、半径最小的圆的半径，
利用穿过求出的所述圆的切点的切线，沿所述截面的法线方向切下所述截面，从而生成所述带有厚度的凸形状。
7.一种产品形状加工方法，是计算机辅助制造装置中的产品形状加工方法，所述计算机辅助制造装置在数控数据生成作业中，对加工区域设定、加工区域组合设定进行制定，所述产品形状加工方法的特征在于，
当在生成数控数据的情况下生成加工区域时，
从产品形状生成包含产品的产品包含形状、以及由产品形状和移动轨迹确定的带有厚度的凸形状，所述移动轨迹根据加工机械的坯料设置方法来确定，
从坯料形状对产品包含形状进行差分运算来生成除去形状A，
将除去形状A分割成包含至少一个局部重叠部的6面体加工区域，
从产品包含形状对带有厚度的凸形状进行差分运算来生成除去形状B，
将除去形状B分割成包含至少一个局部重叠部的5面体加工区域，
从构成产品形状的面生成由至少一个面构成的最终加工区域，
生成由所述6面体加工区域、所述5面体加工区域、所述最终加工区域构成的加工区域。
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Address after: Kanagawa, Japan

Applicant after: Mitsubishi Hitachi Power System Ltd.

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Applicant before: Hitachi Ltd.

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Address after: Kanagawa, Japan

Patentee after: Mitsubishi Power Co., Ltd

Address before: Kanagawa, Japan

Patentee before: MITSUBISHI HITACHI POWER SYSTEMS, Ltd.