DE112021008100T5 - Werkzeugpfadänderungsvorrichtung und Werkzeugpfadänderungsverfahren - Google Patents

Abstract

Eine Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die eine maschinelle Bearbeitung mit hoher Präzision bei geringer Rechenlast ermöglicht, ist ausgestattet mit: eine Werkzeugpfad-Erfassungseinheit, die Werkzeugpfadinformationen erhält, die einen Werkzeugpfad spezifizieren, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks bewegt, unter Verwendung der Koordinaten einer Vielzahl von Befehlspunkten, durch die das Werkzeug laufen sollte; eine Befehlspunkt-Einstelleinheit, die die Werkzeugpfadinformationen durch Ändern der Koordinaten der Befehlspunkte oder Hinzufügen oder Entfernen der Befehlspunkte modifiziert; eine Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungsabschnitt-Extraktionseinheit, die aus der durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit modifizierten Werkzeugpfadinformation einen Kurvenlinearisierungsabschnitt zur Kurvenlinearisierung des Werkzeugpfads extrahiert; eine Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit, die die Information des Kurvenlinearisierungsabschnitts in der durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit modifizierten Werkzeugpfadinformation durch Kurveninformation ersetzt; und eine Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit, die die Werkzeugpfadinformation ausgibt, nachdem die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit die Information des Kurvenlinearisierungsabschnitts ersetzt hat.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugpfadänderungsvorrichtung und ein Werkzeugpfadänderungsverfahren.
• HINTERGRUND
• Zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug auf einer Werkzeugmaschine wird ein NC-Programm erstellt, um die Werkzeugmaschine von einer numerischen Steuerrichtung aus so zu steuern, dass das Werkzeug gemäß einer Zielform (Produktform) des Werkstücks nach der Bearbeitung relativ bewegt wird, wobei die Zielform beispielsweise durch CAD erzeugt wird. Im Allgemeinen wird ein NC-Programm für eine Numerik-Steuervorrichtung aus CAD-Daten erstellt, indem CL-Daten, die die Bewegungsbahn des Werkzeugs beschreiben, aus den CAD-Daten in einem CAM-Programm erzeugt werden, und dann die CL-Daten durch einen Post-Prozessor in ein NC-Programm umgewandelt werden.
• In CL-Daten und NC-Programmen wird ein Werkzeugbewegungspfad im Allgemeinen als eine Sammlung von mehreren Befehlspunkten beschrieben, die die Koordinaten angeben, durch die ein Referenzpunkt des Werkzeugs verlaufen soll. Die maschinellen Bearbeitungen können zwischen den Befehlspunkten von der Zielform entfernt sein, insbesondere bei Abschnitten, in denen die Krümmung der Zielform groß ist. Außerdem bewegt sich das Werkzeug, um die Zielform abzutasten, d. h. es führt wiederholt Operationen aus, um sich in eine vorbestimmte Vorschubrichtung zu bewegen, seine Position leicht in eine Richtung zu verschieben, die die Vorschubrichtung schneidet, und sich dann wieder in die Vorschubrichtung zu bewegen. Wenn es einen Unterschied in der Schnitttiefe zwischen benachbarten Bewegungsbahnen gibt, bilden sich winzige Stufen, und nach der maschinellen Bearbeitung entsteht ein unbeabsichtigtes Muster auf der Oberfläche des Werkstücks.
• Um solche Fertigungsfehler zu unterdrücken, wurde eine Technologie vorgeschlagen, die ein Bearbeitungsprogramm analysiert und neue Befehlspunkte zwischen den im Bearbeitungsprogramm beschriebenen Befehlspunkten einfügt, wodurch der Fehler in der Schnitttiefe verringert wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
• Zitierliste
• Patentdokument
• Patentdokument 1: PCT Internationale Veröffentlichung Nr. WO2018/020663
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Durch die Erfindung zu lösende Probleme
• Das Einfügen einer großen Anzahl von Befehlspunkten verbessert die Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung, erhöht aber die Rechenlast der Numerik-Steuervorrichtung. Daher ist es wünschenswert, eine Technologie aufzuweisen, die eine genaue maschinelle Bearbeitung auch mit einer Numerik-Steuervorrichtung ermöglicht, die keine hohe Verarbeitungskapazität hat.
• Mittel zur Lösung der Probleme
• Eine Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist versehen mit: eine Werkzeugpfad-Erfassungseinheit, die Werkzeugpfadinformationen erhält, die einen Werkzeugpfad spezifizieren, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks bewegt, unter Verwendung der Koordinaten einer Vielzahl von Befehlspunkten, durch die das Werkzeug laufen sollte; eine Befehlspunkt-Einstelleinheit, die die Werkzeugpfadinformationen modifiziert, indem sie die Koordinaten der Befehlspunkte ändert oder die Befehlspunkte hinzufügt oder entfernt; eine Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungsabschnitt-Extraktionseinheit, die aus der durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit modifizierten Werkzeugpfadinformation einen Kurvenlinearisierungsabschnitt zur Kurvenlinearisierung des Werkzeugpfads extrahiert; eine Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit, die die Information des Kurvenlinearisierungsabschnitts in der durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit modifizierten Werkzeugpfadinformation durch Kurveninformation ersetzt; und eine Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit, die die Werkzeugpfadinformation ausgibt, nachdem die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit die Information des Kurvenlinearisierungsabschnitts ersetzt hat.
• Ein Werkzeugpfadänderungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird bereitgestellt mit: Erhalten von Werkzeugpfadinformationen, die einen Werkzeugpfad spezifizieren, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks bewegt, unter Verwendung der Koordinaten einer Vielzahl von Befehlspunkten, durch die das Werkzeug laufen sollte; Modifizieren der Werkzeugpfadinformationen durch Ändern der Koordinaten der Befehlspunkte oder Hinzufügen oder Entfernen der Befehlspunkte; Extrahieren eines Kurvenlinearisierungsabschnitts aus den modifizierten Werkzeugpfadinformationen zur Kurvenlinearisierung des Werkzeugpfads; Ersetzen der Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts in den modifizierten Werkzeugpfadinformationen durch Kurveninformationen; und Ausgeben der Werkzeugpfadinformationen, nachdem die Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts ersetzt wurden.
• Effekte der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine hohe Genauigkeit bei der maschinellen Bearbeitung mit einem geringen Rechenaufwand zu erreichen.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Bearbeitungssystems mit einer Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt;
• 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines durch CAM erzeugten Werkzeugpfads illustriert;
• 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für die Einstellung der Positionen von Befehlspunkten auf dem Werkzeugpfad in 2 darstellt;
• 4 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für die Einstellung der Dichte von Befehlspunkten auf dem Werkzeugpfad in 3 darstellt;
• 5 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für Kurvenlinearisierungsabschnitte des Werkzeugpfads in 2 darstellt; und
• 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines mit einer Werkzeugpfadänderungsvorrichtung versehenen Bearbeitungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
• BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
• <Erste Ausführungsform>
• Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Bearbeitungssystems mit einer Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Bearbeitungssystem in 1 ist mit einem CAD-System 1, einem CAM-System 2, einer Vorrichtung zur Änderung der Werkzeugbahn 3 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, einem Post-Prozessor 4, einer Numerik-Steuervorrichtung 5 und einer Werkzeugmaschine 6 ausgestattet.
• Das CAD 1 ist ein bekanntes System, bei dem eine Computerausstattung für die Konstruktion verwendet wird. Mit anderen Worten, das CAD 1 wird verwendet, um eine Zielform (Produktform) nach der maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks zu entwerfen, das auf der Werkzeugmaschine 6 bearbeitet werden soll. Die Zielform kann durch ebene Flächen, zylindrische Flächen, sphärische Flächen, Bezier-Flächen, NURBS-Flächen oder Ähnliches angegeben werden.
• Das CAM 2 ist ein bekanntes System, das ein Bearbeitungsprogramm oder ähnliches erzeugt, das von der Numerik-Steuervorrichtung 5 verwendet wird, die die Werkzeugmaschine 6 steuert, so dass das Werkstück von der Werkzeugmaschine 6 in die mit dem CAD 1 entworfene Form bearbeitet wird. Das CAM 2 erzeugt Werkzeugpfadinformationen, in denen ein Werkzeugpfad, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung des Werkstücks bewegen soll, durch mehrere Befehlspunkte angegeben ist, die das Werkzeug durchlaufen soll. Zu diesem Zweck kann das CAM 2 die Form eines maschinellen Bearbeitungsbereichs erzeugen, der der mit dem CAD 1 erstellten Zielform entspricht. Die Werkzeugpfadinformationen können im Format von CL-Daten („Cutter Location“, Schneidwerkzeugstandort) erzeugt werden, die die Konfiguration und Einstellungen der einzelnen Werkzeugmaschinen 6 nicht berücksichtigen. Das CAM 2 kann auch in die Computervorrichtung, die das CAD 1 bildet, integriert werden.
• Die Werkzeugpfadinformationen können auch Informationen darüber umfassen, welcher Teil des Werkzeugs auf dem Werkzeugpfad bewegt werden soll. Der Abschnitt (im Folgenden als Bezugspunkt bezeichnet) des Werkzeugs, der auf dem Werkzeugpfad bewegt werden soll, kann die Werkzeugspitze, die Mitte der Werkzeugform (beispielsweise die Kugelmitte eines Kugelkopffräsers) o. Ä. sein. Die Werkzeugpfadinformationen können auch Informationen darüber umfassen, ob es sich bei der Bewegung des Werkzeugs auf dem Werkzeugpfad um einen schneidenden Vorschub oder einen nichtschneidenden Vorschub (Eilgang) handelt. Darüber hinaus können die Werkzeugpfadinformationen auch Informationen über die spezifische Vorschubgeschwindigkeit umfassen, mit der sich das Werkzeug auf dem Werkzeugpfad bewegt.
• 2 zeigt einen Werkzeugpfad F, der mehrere Befehlspunkte P umfasst. 2 veranschaulicht die Form M des Werkzeugs an jedem Befehlspunkt P und die Zielform S. Wie im Diagramm dargestellt, berührt die Form M des Werkzeugs an einem Befehlspunkt P idealerweise die Zielform S, kann aber in Wirklichkeit in die Zielform S eindringen oder sich von der Zielform S entfernen.
• Die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 weist eine Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31, eine Werkzeugform-Erfassungseinheit 32, eine Zielform-Erfassungseinheit 33, eine Befehlspunkt-Einstellungseinheit 34, eine Kurvenpfad-Kurvenlinearisierungseinheit-Extraktionseinheit 35, eine Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 und eine Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit 37 auf. Die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Computervorrichtung, die mit einer CPU, einem Speicher, einer Eingabe-/Ausgabeschnittstelle und dergleichen ausgestattet ist, veranlasst wird, ein entsprechendes Steuerprogramm auszuführen. Die Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31, die Werkzeugform-Erfassungseinheit 32, die Zielform-Erfassungseinheit 33, die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34, die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungsabschnitt-Ausgabeeinheit 35, die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 und die Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit 37 der Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 sind funktionell unterschiedlich und müssen in Bezug auf die physikalische Konfiguration und die Programmstruktur nicht klar unterscheidbar sein. Die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 kann auch mit einer anderen Vorrichtung wie dem CAM 2 oder dem Post-Prozessor 4 integriert werden. Mit anderen Worten, die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 kann auch durch Hinzufügen eines Steuerprogramms zum CAM 2, dem Post-Prozessor 4 oder ähnlichem realisiert werden. Zu beachten ist, dass die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 eine Vorrichtung ist, die eine Form eines Werkzeugpfadänderungsverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführt.
• Die Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31 erhält Werkzeugpfadinformationen, die von der CAM 2 erzeugt werden. Die Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31 kann Werkzeugpfadinformationen über einen Server, ein Aufzeichnungsmedium oder ähnliches erhalten, das nicht gezeigt wird.
• Die Werkzeugform-Erfassungseinheit 32 erhält Werkzeugform-Informationen, die die Form des Werkzeugs angeben. Die Werkzeugform-Erfassungseinheit 32 kann so konfiguriert werden, dass sie Werkzeugpfadinformationen erhält, die von der CAM 2 verwendet werden, um die Werkzeugpfadinformationen zu erzeugen. Die Werkzeugform-Erfassungseinheit 32 kann auch so konfiguriert sein, dass sie Werkzeugform-Informationen von einem Server, einem Aufzeichnungsmedium oder ähnlichem erhält, das nicht gezeigt wird.
• Die Zielform-Erfassungseinheit 33 erhält eine Zielform-Information, die die Zielform des Werkstücks nach der maschinellen Bearbeitung angibt. Die Informationen über die Zielform können Informationen über eine Produktform sein, die im CAD 1 erzeugt wurde, oder Informationen über die Form des maschinellen Bearbeitungsbereichs (wie beispielsweise die Form einer bearbeiteten Oberfläche, die als ein Satz von mehreren Ebenen angenähert wird), die durch das CAM 2 erzeugt wurde. Mit anderen Worten, die Zielform-Erfassungseinheit 33 kann die Informationen über die Zielform aus dem CAD 1 oder die Informationen über die Zielform aus dem CAM 2 erhalten. Die Zielform-Erfassungseinheit 33 kann die Zielform-Informationen auch von einem anderen Gerät oder einem Aufzeichnungsmedium erhalten.
• Die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 modifiziert die Werkzeugpfadinformationen, um die Differenz zwischen dem Werkzeugpfad F und der Zielform S zu verringern, wenn sich das Werkzeug auf dem Pfad bewegt, der die Befehlspunkte P mit Liniensegmenten verbindet, indem die Koordinaten der Befehlspunkte P der von der Werkzeugform-Erfassungseinheit 32 erhaltenen Werkzeugform-Informationen geändert werden, oder indem die Befehlspunkte P hinzugefügt oder entfernt werden.
• Wie in 3 beispielhaft dargestellt, kann die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 so konfiguriert sein, dass sie die Positionen der Befehlspunkte P basierend auf den Werkzeugform-Informationen und den Zielform-Informationen so einstellt, dass die Form M des Werkzeugs die Zielform S berührt. Zu beachten ist, dass „die Form des Werkzeugs die Zielform berührt“ bedeutet, dass ein bestimmter Fehlerbetrag toleriert wird und dass der Abstand oder der Überlappungsbetrag zwischen der Zielform S und der Form M des Werkzeugs einen bestimmten Wert oder weniger beträgt.
• Die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 kann die Bewegungsbefehle P in Richtung der Drehachse des Werkzeugs verschieben. In vielen Fällen kann das Bewegen der Bewegungsbefehle P in Richtung der Rotationsachse des Werkzeugs den Rechenaufwand für die Positionseinstellung der Befehlspunkte P verringern. Genauer gesagt kann die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 den Abstand zwischen der Form M des Werkzeugs und der Zielform S an einem Befehlspunkt P des Werkzeugpfads F berechnen, und wenn der Abstand einen Toleranzwert überschreitet, kann die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 den Befehlspunkt P in Richtung der Drehachse des Werkzeugs bewegen, so dass die Form M des Werkzeugs die Zielform S berührt.
• Außerdem kann die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 die Befehlspunkte P in der normalen Richtung der Zielform S bewegen. Das Bewegen der Befehlspunkte P in der normalen Richtung der Zielform S kann die Bewegung der Befehlspunkte P relativ reduzieren. Die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 kann auch eine Einschränkungsebene festlegen, in der das Werkzeug in dieser Ebene an den Koordinaten der Befehlspunkte P bewegt werden soll, und die Bewegungsbefehle P innerhalb der Einschränkungsebene bewegen.
• Wie in 4 beispielhaft dargestellt, kann die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 des Weiteren die Differenz zwischen dem Werkzeugpfad F und der Zielform S unterdrücken, wenn die Befehlspunkte P durch Liniensegmente verbunden sind, indem sie modifizierte Pfadinformationen erzeugt, in denen Befehlspunkte P hinzugefügt und entfernt wurden. Mit anderen Worten: Die Abweichung des Werkzeugpfads F von der Zielform S kann verringert werden, indem die Dichte der Befehlspunkte P so angepasst wird, dass die Dichte der Befehlspunkte P umso größer wird, je größer die Krümmung der Zielform S ist. Zu beachten ist, dass, obwohl eine Erhöhung der Anzahl der Befehlspunkte P den Werkzeugpfad F näher an die Zielform S heranführen kann, es sinnvoll sein kann, die Dichte der Befehlspunkte P in Bereichen zu verringern, in denen die Krümmung der Zielform S gering ist, um eine übermäßige Rechenbelastung des Post-Prozessors 4 und der Numerik-Steuervorrichtung 5 zu vermeiden.
• Die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 extrahiert Kurvenlinearisierungsabschnitte, die durch die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 zu krümmen sind, aus den Werkzeugpfadinformationen (modifizierte Pfadinformationen) nach der Modifikation der Befehlspunkte P durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34. Wie in 5 beispielhaft dargestellt, kann die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 so konfiguriert sein, dass sie Segmentierungspunkte Ps festlegt, an denen der Werkzeugpfad F in eine Vielzahl von Abschnitten segmentiert wird, und die Vielzahl von Abschnitten in Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc, die kurvenlinearisiert werden sollten, und Nicht-Kurvenlinearisierungsabschnitte Rs, die nicht kurvenlinearisiert werden müssen, kategorisiert. Zu beachten ist, dass die „Werkzeugpfadinformationen nach der Modifikation“ die Werkzeugpfadinformationen nach der Bearbeitung umfassen, wenn die modifikationsbezogene Bearbeitung durchgeführt wird, aber keine Änderung der Werkzeugpfadinformationen erfolgt.
• Die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 extrahiert die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc vorzugsweise so, dass sie die Befehlspunkte P, die den Kanten der Form des Werkstücks nach der maschinellen Bearbeitung entsprechen, nicht überspannen. Mit anderen Worten, sie kann so konfiguriert werden, dass der Werkzeugpfad F in Abschnitte mit Befehlspunkten unterteilt wird, die den Kanten der Form des Werkstücks nach der Bearbeitung als Segmentierungspunkte Ps entsprechen, und aus diesen Abschnitten werden Abschnitte, in denen die Krümmung gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, oder Abschnitte, in denen beispielsweise ein Schneidevorschub durchgeführt wird, als die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc extrahiert, die gekrümmt werden sollen.
• Als Segmentierungspunkte Ps können die Befehlspunkte P ausgewählt werden, bei denen eine Umschaltung zwischen einem Schneidevorschub und einem nichtschneidenden Vorschub erfolgt, die Befehlspunkte P, vor und nach denen sich die Verfahrrichtung des Werkzeugs um einen Schwellenwert oder mehr ändert, die Befehlspunkte P, vor und nach denen sich das Verhältnis des Abstands zwischen den Befehlspunkten P um einen Schwellenwert oder mehr ändert, und dergleichen. Die Segmentierungspunkte Ps können auch durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 gesetzt werden, wenn die Befehlspunkte P neu positioniert werden.
• Darüber hinaus kann die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc extrahieren, indem sie als Segmentierungspunkte Ps Punkte festlegt, an denen sich der Trend der Krümmungsänderung im Werkzeugpfad F ändert, wie beispielsweise die Start- und Endpunkte der Krümmungsänderung, Wendepunkte der Krümmungsänderung (Punkte, an denen sich positive und negative Änderungsraten umkehren) und Punkte, an denen sich die Änderungsrate diskontinuierlich ändert.
• Die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 kann auch die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc unter Berücksichtigung der Zielform-Informationen extrahieren. Beispielsweise kann die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 so konfiguriert werden, dass sie die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc extrahiert, indem sie als Segmentierungspunkte Ps die Befehlspunkte P festlegt, die den Kanten der Zielform S am nächsten liegen. Durch Berücksichtigung der Zielform-Informationen können die Befehlspunkte P, die den Kanten der Form des Werkstücks nach der maschinellen Bearbeitung entsprechen, einfach und genau identifiziert werden.
• Die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit 35 kann auch die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc extrahieren, indem sie die Informationen über die Werkzeugform berücksichtigt. Wenn die Orientierung der Rotationsachse des Werkzeugs konstant ist und die Zielform S eine Kante aufweist, zeichnet der Werkzeugpfad F eine Form, die die Umkehrung der Werkzeugform M ist, um zu verhindern, dass die Werkzeugform M in die Zielform S eindringt. Wenn der Werkzeugpfad F eine Form zeichnet, die die Umkehrung der Werkzeugform M oder eine kleinere Form ist, kann folglich bestimmt werden, dass sich nach der maschinellen Bearbeitung eine Kante an der Form des Werkstücks bilden wird. Folglich können die Befehlspunkte P, die den Kanten der Form des Werkstücks nach der Bearbeitung entsprechen, auch unter Berücksichtigung der Werkzeugform M identifiziert werden. Wenn es sich bei dem Werkzeug beispielsweise um einen Kugelkopffräser handelt, können die Segmentierungspunkte Ps einfach auf die Punkte gesetzt werden, an denen die Krümmung des Werkzeugpfads F kleiner oder gleich der Krümmung der Werkzeugform M ist. Natürlich können sowohl die Informationen über die Zielform als auch der Werkzeugpfad verwendet werden, um die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc geeigneter zu extrahieren.
• Die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 ersetzt die Informationen über die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc der Werkzeugpfadinformationen nach der Modifikation der Befehlspunkte P durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 durch Kurveninformationen. Mit anderen Worten: Die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 stellt den Werkzeugpfad F in den Kurvenlinearisierungsabschnitten Rc nicht durch eine lineare Approximation dar, die eine Vielzahl von Befehlspunkten P mit Liniensegmenten verbindet, sondern durch eine Funktionsapproximation wie beispielsweise Kreisbögen, elliptische Bögen, Helixkurven, Spiralkurven, Evolventenkurven, NURBS-Kurven oder Bezierkurven. Insbesondere durch die Verwendung von NURBS-Kurven kann der Unterschied zwischen dem Werkzeugpfad F und der Zielform S nach der Umwandlung in Kurveninformationen verringert werden, unabhängig davon, welche Art von Kurven der Werkzeugpfad F und die Zielform S sind. Zu beachten ist, dass die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 die für die Kurvenlinearisierung zu verwendende Funktion gemäß der numerischen Steuereinheit 5 auswählt, da die unterstützten Kurven je nach numerischer Steuereinheit 5 unterschiedlich sein können.
• Im Falle der Verwendung von NURBS-Kurven wird die Näherungskurve eines Kurvenlinearisierungsabschnitts Rc durch die folgende Formel (1) in Form der Koordinaten C(u₁) bis C(u_m) von m Befehlspunkten P, der Koordinaten P₁ bis P_n von n Steuerpunkten und der bekannten B-Spline-Basisfunktion N_i(X) ausgedrückt.
  [Formel 1] $$\left(\begin{array}{c}C\left(u_1\right)\\ :\\ C\left(u_m\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\text{N}}_1\left(u_1\right)& \simeq \simeq \simeq & {\text{N}}_{\text{n}}\left(u_1\right)\\ :& :& :\\ {\text{N}}_1\left(u_m\right)& \simeq \simeq \simeq & {\text{N}}_{\text{n}}\left(u_m\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\text{P}}_1\\ :\\ {\text{P}}_{\text{n}}\end{array}\right)$$

  
• Mit anderen Worten, die Kurvenlinearisierung durch die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 ist ein Prozess des Setzens der n Steuerpunkte auf die Koordinaten P₁ bis P_n und des Ersetzens eines Kurvenlinearisierungsabschnitts Rc der Werkzeugpfadinformation durch Informationen, die die obige Formel (1) angeben. Da eine geringere Anzahl von Steuerpunkten den Fehler tendenziell erhöht, ist es vorzuziehen, die Anzahl der Steuerpunkte durch Drehbearbeitung zu erhöhen, bis der Abstand zwischen der Näherungskurve und den Befehlspunkten P einen vorbestimmten Schwellenwert oder weniger beträgt.
• Die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 kann einen Beitrag für die Befehlspunkte P in den Kurvenlinearisierungsabschnitten Rc festlegen und die Kurveninformation ableiten. In einigen Fällen können die Koordinaten der Befehlspunkte P von den Positionen abweichen, die genau der beabsichtigten Zielform S entsprechen, und zwar aufgrund von Fehlern, die sich aus der Rechengenauigkeit, menschlichen Fehlern bei der Modellierung, Fehlern beim Importieren von Daten, die auf einem anderen System erstellt wurden, und dergleichen ergeben. Solche Positionsabweichungen sind im Allgemeinen als Abstandsfehler sehr gering. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Befehlspunkten P klein ist, kann eine solche Positionsabweichung als Fehler in den Winkeln der Liniensegmente, die die Befehlspunkte P verbinden, relativ groß werden. In einem solchen Fall kann die Einstellung eines kleinen Beitrags für Befehlspunkte P, bei denen der Abstand zu benachbarten Befehlspunkten P klein ist, verhindern, dass Fehler in den Befehlspunkten P große Fehler in der abgeleiteten Kurve erzeugen.
• Konkret kann im Fall der Verwendung von NURBS-Kurven die Näherungskurve eines Kurvenlinearisierungsabschnitts Rc durch die folgende Formel (2) ausgedrückt werden, in der ein Beitrag α_e für den e-ten Befehlspunkt P als Beispiel festgelegt wird.
  [Formel 2] $$\left(\begin{array}{c}C\left(u_1\right)\\ :\\ {\mathrm{\alpha }}_e\times C\left(u_e\right)\\ :\\ C\left(u_m\right)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\text{N}}_1\left(u_1\right)& \simeq \simeq \simeq & {\text{N}}_{\text{n}}\left(u_1\right)\\ :& :& :\\ {\mathrm{\alpha }}_e\times {\text{N}}_1\left(u_e\right)& \simeq \simeq \simeq & {\mathrm{\alpha }}_e\times {\text{N}}_{\text{n}}\left(u_e\right)\\ :& :& :\\ {\text{N}}_1\left(u_m\right)& \simeq \simeq \simeq & {\text{N}}_{\text{n}}\left(u_m\right)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\text{P}}_1\\ :\\ {\text{P}}_{\text{n}}\end{array}\right)$$

  
• In Formel (2) ist der Einfluss des e-ten Befehlspunkts P relativ gering, wenn der Beitrag α_e auf einen Wert kleiner als 1 gesetzt wird. Es kann auch ein Beitrag größer als 1 festgelegt werden, und die Beiträge können auch für eine Vielzahl oder alle Befehlspunkte P festgelegt werden.
• Die Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit 37 speichert die Werkzeugpfadinformationen, die durch die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34 modifiziert wurden und in denen Informationen über die Kurvenlinearisierungsabschnitte Rc durch die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 durch Kurveninformationen ersetzt wurden, und gibt die gespeicherten Informationen nach Bedarf an den Post-Prozessor 4 aus.
• Der Post-Prozessor 4 wandelt das Datenformat der von der Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 ausgegebenen Werkzeugpfadinformationen in ein Datenformat um, das von der Numerik-Steuervorrichtung 5 verarbeitet werden kann. Typischerweise wandelt der Post-Prozessor 4 Werkzeugpfadinformationen, die im CL-Datenformat beschrieben sind, in ein Bearbeitungsprogramm um, das in G-Code, STEP-NC oder ähnlichem beschrieben ist. Die Kurveninformationen in den Werkzeugpfadinformationen werden in entsprechende Funktionsinterpolationsanweisungen umgewandelt. Als Post-Prozessor 4 kann eine bekannte Ausstattung verwendet werden.
• Die Numerik-Steuervorrichtung 5 steuert die Werkzeugmaschine 6 gemäß den vom Post-Prozessor 4 eingegebenen Werkzeugpfadinformationen. Als Numerik-Steuervorrichtung 5 kann eine bekannte Ausstattung verwendet werden.
• Die Werkzeugmaschine 6 verwendet das Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung des Werkstücks gemäß den Anweisungen der Numerik-Steuervorrichtung 5. Als Werkzeugmaschine 6 kann eine bekannte Ausstattung verwendet werden.
• Wie oben beschrieben, wird durch die Ausstattung des Maschinensystems in 1 mit der Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 die Divergenzbreite zwischen den tatsächlich bearbeiteten Punkten und der Zielform S unterdrückt, so dass das Werkstück mit hoher Genauigkeit in die Zielform S bearbeitet werden kann. Darüber hinaus werden Abweichungen in der Schnitttiefe zwischen benachbarten Werkzeugbahnen F beim Abtasten und Bewegen des Werkzeugs über die Oberfläche des Werkstücks reduziert, was eine hochgenaue Bearbeitung ermöglicht. Durch diese Anordnung kann die Bildung von unbeabsichtigten Mustern auf der Oberfläche des Werkstücks unterdrückt werden, wodurch die Ästhetik des durch die maschinelle Bearbeitung des Werkstücks erhaltenen Produkts verbessert wird.
• Ein Werkzeugpfad-Änderungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung, das von der Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3 auszuführen ist, umfasst: Erhalten von Werkzeugpfadinformationen, die einen Werkzeugpfad F spezifizieren, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks bewegt, unter Verwendung der Koordinaten einer Vielzahl von Befehlspunkten P, durch die das Werkzeug laufen sollte; Modifizieren der Werkzeugpfadinformationen durch Ändern der Koordinaten der Befehlspunkte P oder Hinzufügen oder Entfernen der Befehlspunkte P; Extrahieren eines Kurvenlinearisierungsabschnitts Rc aus den modifizierten Werkzeugpfadinformationen zur Kurvenlinearisierung des Werkzeugpfads F; Ersetzen der Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts Rc in den modifizierten Werkzeugpfadinformationen durch Kurveninformationen; und Ausgeben der Werkzeugpfadinformationen nach dem Ersetzen der Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts Rc durch die Kurveninformationen.
• <zweite Ausführungsform>
• 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Bearbeitungssystems veranschaulicht, das mit einer Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist. Das Bearbeitungssystem in 6 ist mit einem CAD-System 1, einem CAM-System 2, einer Vorrichtung zur Änderung der Werkzeugbahn 3A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, einem Post-Prozessor 4, einer Numerik-Steuervorrichtung 5 und einer Werkzeugmaschine 6 ausgestattet. Bei dem Bearbeitungssystem in 6 sind Komponenten, die denen des Bearbeitungssystems in 1 ähnlich sind, mit denselben Zeichen versehen, und eine doppelte Beschreibung entfällt. In dem Bearbeitungssystem in 6 modifiziert die Werkzeugpfad-Modifikationsvorrichtung 3A ein Bearbeitungsprogramm, das beispielsweise durch einen G-Code beschrieben wird, den der Post-Prozessor 4 in das Numerik-Steuersystem 5 eingibt.
• Die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3A ist mit einer Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31A, einer Werkzeugform-Erfassungseinheit 32, einer Zielform-Erfassungseinheit 33, einer Befehlspunkt-Einstellungseinheit 34A, einer Kurvenpfad-Kurvenlinearisierungseinheit-Extraktionseinheit 35A, einer Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36A und einer Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit 37A versehen. Die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung 3A kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Computervorrichtung, die mit einer CPU, einem Speicher, einer Eingabe-/Ausgabeschnittstelle und dergleichen ausgestattet ist, veranlasst wird, ein entsprechendes Steuerprogramm auszuführen, und kann auch mit dem Post-Prozessor 4, der Numerik-Steuervorrichtung 5 oder dergleichen integriert werden.
• Die Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31A erhält Werkzeugpfadinformationen von dem Post-Prozessor 4. Folglich liegt der von der Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31A erhaltene Werkzeugpfad in einem Format wie beispielsweise G-Code vor. Die Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31A, die Befehlspunkt-Einstelleinheit 34A, die Kurvenlinearisierungsabschnitt-Extraktionseinheit 35A, die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36A und die Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit 37A in dem Maschinensystem von 6 unterscheiden sich von der Werkzeugpfad-Erfassungseinheit 31, der Befehlspunkt-Einstelleinheit 34, der Kurvenlinearisierungsabschnitt-Extraktionseinheit 35, der Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit 36 und der Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit 37 in dem Maschinensystem von 1 nur durch das zu handhabende Datenformat und sind in ihrer Funktion ähnlich.
• Das Vorstehende beschreibt Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus sind die in den vorliegenden Ausführungsformen beschriebenen Effekte lediglich eine Liste geeigneter Effekte, die sich aus der vorliegenden Offenbarung ergeben, und die Effekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf die in den vorliegenden Ausführungsformen beschriebenen Effekte beschränkt.
• In den obigen Ausführungsformen passt die Befehlspunkt-Einstelleinheit die Werkzeugpfadinformationen unter Verwendung der Werkzeugform und der Zielform an, aber die Befehlspunkt-Einstelleinheit kann jede Einheit sein, die die Genauigkeit der Werkzeugpfadinformationen durch Anpassen der Platzierung von Befehlspunkten verbessern kann. Dementsprechend können die Werkzeugform-Erfassungseinheit und die Zielform-Erfassungseinheit in einigen Fällen in der Werkzeugpfadänderungsvorrichtung weggelassen werden.
• Auch in der Werkzeugpfadänderungsvorrichtung können die Werkzeugpfaddaten, die die Werkzeugpfad-Erfassungseinheit erhält, Daten in einem beliebigen Format sein, wie beispielsweise ein Typ, der intern in einer CAM verwendet wird, und die Werkzeugpfadinformationen, die die Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit ausgibt, können Daten in einem beliebigen Format sein, wie beispielsweise ein Typ, der intern in einer numerischen Steuereinheit verwendet wird. Dementsprechend kann die Werkzeugpfadänderungsvorrichtung auch eine Konfiguration aufweisen, um das Datenformat der Werkzeugpfadinformationen intern zu konvertieren.
• BEZUGSZEICHEN

1

CAD

2

CAM

3

Werkzeugpfadänderungsvorrichtung

4

Post-Prozessor

5

Numerik-Steuervorrichtung

6

Werkzeugmaschine

31, 31A

Werkzeugpfad-Erfassungseinheit

32

Werkzeugform-Erfassungseinheit

33

Zielform-Erfassungseinheit

34, 34A

Befehlspunkt-Einstelleinheit

35, 35A

Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit

36, 36A

Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit

37, 37A

Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit

F

Werkzeugpfad

M

Werkzeugform

P

Befehlspunkt

Rc

Kurvenlinearisierungsabschnitt

Rs

Nicht-Kurvenlinearisierungsabschnitt

S

Zielform

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• WO 2018020663 [0005]

Claims (6)

1. Werkzeugpfadänderungsvorrichtung, umfassend: eine Werkzeugpfad-Erfassungseinheit, die Werkzeugpfadinformationen erhält, die einen Werkzeugpfad spezifizieren, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks unter Verwendung der Koordinaten einer Vielzahl von Befehlspunkten bewegt, die das Werkzeug durchlaufen soll; eine Befehlspunkt-Einstelleinheit, die die Werkzeugpfadinformationen ändert, indem sie die Koordinaten der Befehlspunkte ändert oder die Befehlspunkte hinzufügt oder entfernt; eine Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit, die aus den von der Befehlspunkt-Einstelleinheit modifizierten Werkzeugpfadinformationen einen Kurvenlinearisierungsabschnitt zur Kurvenlinearisierung des Werkzeugpfads extrahiert; eine Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit, die die Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts in den von der Befehlspunkt-Einstelleinheit modifizierten Werkzeugpfadinformationen durch Kurveninformationen ersetzt; und eine Werkzeugpfad-Ausgabeeinheit, die die Werkzeugpfadinformationen ausgibt, nachdem die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit die Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts ersetzt hat.
2. Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit den Kurvenlinearisierungsabschnitt so extrahiert, dass er die Befehlspunkte, die den Kanten der Form des Werkstücks nach der Bearbeitung entsprechen, nicht überspannt.
3. Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren eine Werkzeugform-Erfassungseinheit umfasst, die Werkzeugforminformationen erhält, die die Form des Werkzeugs spezifizieren, wobei die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit den Kurvenlinearisierungsabschnitt unter Berücksichtigung der Informationen über die Werkzeugform extrahiert.
4. Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 umfasst des Weiteren eine Zielform-Erfassungseinheit, die eine Zielform-Information erhält, die eine Zielform des Werkstücks nach der maschinellen Bearbeitung angibt, wobei die Kurvenlinearisierungsabschnitts-Extraktionseinheit den Kurvenlinearisierungsabschnitt unter Berücksichtigung der Informationen über die Zielform extrahiert.
5. Werkzeugpfadänderungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Werkzeugpfad-Kurvenlinearisierungseinheit einen Beitrag für die Befehlspunkte im Kurvenlinearisierungsabschnitt festlegt.
6. Werkzeugpfadänderungsverfahren, umfassend: Erhalten von Werkzeugpfadinformationen, die einen Werkzeugpfad spezifizieren, entlang dessen sich ein Werkzeug zur maschinellen Bearbeitung eines Werkstücks bewegt, unter Verwendung der Koordinaten einer Vielzahl von Befehlspunkten, die das Werkzeug durchlaufen soll; Ändern der Werkzeugpfadinformationen durch Änderung der Koordinaten der Befehlspunkte oder durch Hinzufügen oder Entfernen der Befehlspunkte; Extrahieren eines Kurvenlinearisierungsabschnitts aus der modifizierten Werkzeugpfadinformation zur Kurvenlinearisierung des Werkzeugpfads; Ersetzen der Information des Kurvenlinearisierungsabschnitts in der modifizierten Werkzeugpfadinformation durch Kurveninformation; und Ausgeben der Werkzeugpfadinformationen, nachdem die Informationen des Kurvenlinearisierungsabschnitts ersetzt wurden.

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