JP2000005976A

JP2000005976A - 加工設計装置

Info

Publication number: JP2000005976A
Application number: JP17781598A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Imanari; 政秋今成; Eisuke Kajisa; 英輔加治佐
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1998-06-24
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】工具寿命で工具軌跡を分割する場合に、一層
高能率で加工が行われるようにする。【解決手段】Ｓ２で目的形状に応じて工具軌跡を設計
した後、Ｓ５で工具軌跡を工具寿命に応じて複数に分割
し、Ｓ７で、その分割された複数の工具軌跡毎に、各工
具の工具長が干渉を生じない範囲でできるだけ短い寸法
に設定するとともに、その工具長に応じてより高能率加
工が行われるように工具送り速度や工具回転速度を高速
側に変更する。ヘリカル加工の場合は、複数の螺旋状の
工具軌跡を合計した総移動距離を工具寿命で割算するこ
とにより使用工具数（分割数）を求め、複数の螺旋状の
工具軌跡をそれぞれ使用工具数で分割するとともに、工
具軸方向において略同じ位置の複数の分割部分毎に同一
工具で加工するように工具軌跡を再編し、その後に各工
具毎に工具長をできるだけ短い寸法に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加工設計装置に係
り、特に、工具寿命で工具軌跡を分割した場合に加工精
度を損なうことなく高能率加工できるようにする技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンドミル等の回転切削工具を軸心まわ
りに回転駆動しつつ被加工物に対して相対移動させるこ
とにより、その被加工物を加工工具の移動軌跡に対応す
る目的形状に加工することが、金型加工など各種の分野
で広く実施されている。このような加工は、一般にＣＮ
Ｃ（コンピュータ数値制御）工作機械を用いて行われ、
予め作成された工具軌跡データに従って加工工具と被加
工物とを相対移動させるようになっているのが普通であ
る。図５は、かかるＣＮＣ工作機械の一例で、このＣＮ
Ｃ工作機械３０は、フライスやボールエンドミル等の加
工工具（回転切削工具）３２、その加工工具３２をＺ軸
（上下軸）と平行な軸心まわりに回転駆動する主軸回転
駆動手段３４、および加工工具３２を互いに直角なＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向へ３次元的に平行移動させる送り駆
動手段３６を有し、加工工具３２を軸心まわりに回転駆
動しつつ予め定められた工具軌跡データ（ＮＣデータ）
に従って被加工物３８に対して相対移動させることによ
り、その被加工物３８の上面を工具軌跡に対応する自由
曲面等の所定の目的形状に切削加工する。主軸回転駆動
手段３４は例えばサーボモータなどの電動モータであ
り、送り駆動手段３６は例えば３軸方向へそれぞれ移動
させる３組の送りねじおよびその送りねじを回転駆動す
るサーボモータなどを含んで構成される。

【０００３】一方、上記工具軌跡データの作成は、一般
にＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing) 装置を用い
て行われ、目的形状や使用工具など必要な情報が設計者
等によって適宜入力され或いは選択されることにより、
予め定められたプログラムに従って自動的に設計され
る。例えば、前記ＣＮＣ工作機械３０を用いて図６の
(a) に示す直方体形状の被加工物３８に切削加工を施
し、同図の(b) に示す凸形状４０を形成する場合、図７
に(1) 〜(7) で示すように切削除去範囲をＺ軸方向にお
いて複数に分割し、その複数の加工位置(1) 〜(7) でそ
れぞれ図８に示すように工具軌跡を自動的に設計する。
加工位置(1) 〜(7) の分割は軸方向切り込み量ｔに従っ
て定められるが、この切り込み量ｔおよび図８のピック
フィード量ｐは、要求加工精度や使用する加工工具３２
の種類などにより自動的に、或いは設計者の入力操作な
どに従って決定される。図８の(a) は加工位置(1) およ
び(2) の工具軌跡で、(b) は加工位置(3) および(4) の
工具軌跡で、(c) は加工位置(5)〜(7) の工具軌跡であ
る。なお、上記加工位置(1) 〜(7) の数字は加工順序を
表している。

【０００４】また、工具の弾性変形（撓み）は、材料力
学的に言ってモーメントの腕長さ（工具長）の３乗に比
例するため、加工精度の悪化を防止する上で、上記加工
工具３２の工具長はできるだけ短い方が良い。このた
め、通常はＺ軸方向において最も深い部分を加工する場
合、すなわち図７では加工位置(7) を切削加工する場合
に、加工工具３２およびホルダ４２等が凸形状４０など
と干渉しない範囲で、最も短い工具長が設定されるよう
になっている。このように工具長が必要最小限に設定さ
れることにより、要求加工精度を維持しつつ工具の送り
速度や回転速度を速くして高能率加工を行うことができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、金型などの
難削材を切削加工する場合、加工内容によっては１本の
加工工具３２で一連の切削加工を総て行うことができな
い場合がある。このため、加工工具３２が寿命に達する
までの加工距離（または加工体積、加工時間）を求め、
一連の工具軌跡をその加工距離（または加工体積、加工
時間）毎に複数に分割することにより、その分割された
工具軌跡毎に加工工具３２を自動または手動で交換して
加工を行うことが考えられている。図９は、工具寿命に
基づいて工具軌跡が加工位置(1) 〜(3) 、(4) 〜(6) 、
(7) の３つに分割された場合で、３本の加工工具Ｔ₁、
Ｔ₂、Ｔ₃（加工工具３２）を用いて凸形状４０が切削
加工される。

【０００６】この場合、３本の加工工具Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ
₃は同じ種類（長さ、径などが同じである別の工具）
で、その工具長は工具軌跡を工具寿命で分割する前に設
定されたものであり、具体的には加工位置(7) を切削加
工する場合を基準として定められている。このため、加
工位置(1) 〜(3) 或いは(4) 〜(6) を加工する加工工具
Ｔ₂、Ｔ₃については、高能率加工を行う上で工具長が
必ずしも適切でなく（必要以上に長すぎる）、加工能率
向上効果が十分に得られないという問題があった。

【０００７】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、工具寿命で工具軌跡
を分割する場合に、高能率加工を行う上で一層適切な加
工工具が設定されるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第１発明は、加工工具を被加工物に対して相対移
動させて目的形状に加工する際の工具軌跡および使用工
具などを設定する加工設計装置であって、(a) 前記加工
工具を前記被加工物に対して相対移動させて前記目的形
状に加工する際の工具軌跡を、その目的形状に応じて設
計する工具軌跡設計手段と、(b) 前記加工工具が寿命に
達するまでの加工距離で前記工具軌跡を分割する分割手
段と、(c) その分割された複数の工具軌跡毎に、干渉を
生じない範囲で工具長が短い加工工具を使用工具に設定
する工具設定手段とを有することを特徴とする。

【０００９】第２発明は、加工工具を被加工物に対して
相対的に工具軸方向へ螺旋状に旋回させて目的形状に加
工する際の工具軌跡および使用工具などを設定する加工
設計装置であって、(a) 前記加工工具を前記被加工物に
対して相対的に工具軸方向へ螺旋状に旋回させて加工す
る一連のヘリカル加工を内周側または外周側へずらしな
がら複数回繰り返して前記目的形状に加工する際の複数
の螺旋状の工具軌跡を、その目的形状に応じて設計する
工具軌跡設計手段と、(b) 前記複数の螺旋状の工具軌跡
を合計した総移動距離を算出し、前記加工工具が寿命に
達するまでの加工距離でその総移動距離を割算して使用
工具数を求める工具数算出手段と、(c)前記複数の螺旋
状の工具軌跡をそれぞれ前記使用工具数で分割し、工具
軸方向において略同じ位置の複数の分割部分毎に同一工
具で加工するように工具軌跡を再編する工具軌跡再編手
段と、(d) 前記再編された工具軌跡毎に、干渉を生じな
い範囲で工具長が短い加工工具を使用工具に設定する工
具設定手段とを有することを特徴とする。

【００１０】

【発明の効果】第１発明の加工設計装置においては、目
的形状に応じて工具軌跡が設計された後、その工具軌跡
が工具寿命に応じて複数に分割され、その分割された複
数の工具軌跡毎に、干渉を生じない範囲で工具長が短い
加工工具が使用工具に設定されるため、それ等の加工工
具毎或いは工具軌跡毎に、工具長に応じて所定の要求加
工精度を確保できる範囲で工具の送り速度や回転速度を
速くすることが可能で、加工能率を一層向上させること
ができる。

【００１１】第２発明は、加工工具を内周側または外周
側へずらしながら複数の螺旋状の工具軌跡に従って加工
を行う場合で、第１発明のように単に工具寿命でその工
具軌跡を分割しただけでは、各加工工具の工具軸方向に
おける加工範囲が必ずしも短くならず、工具長を短くで
きない場合が想定されるため、複数の螺旋状の工具軌跡
を合計した総移動距離を工具寿命に達するまでの加工距
離で割算して使用工具数を求めるとともに、複数の螺旋
状の工具軌跡をそれぞれ使用工具数で分割し、工具軸方
向において略同じ位置の複数の分割部分毎に同一工具で
加工するように工具軌跡を再編するようにしたのであ
る。このようにすれば、各加工工具の工具軸方向におけ
る加工範囲が短くなるため、加工部位によっては工具長
を短くすることが可能となり、第１発明と同様に、それ
等の加工工具毎或いは再編された工具軌跡毎に、工具長
に応じて所定の要求加工精度を確保できる範囲で工具の
送り速度や回転速度を速くすることにより加工能率を一
層向上させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】ここで、本発明の加工設計装置
は、例えばＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing) 装
置などのコンピュータによって構成され、キーボードな
どの入力手段により目的形状や使用工具の種類など必要
な情報が設計者等によって適宜入力され或いは選択され
ることにより、予め定められたプログラムに従って工具
軌跡設計手段や分割手段、工具設定手段等の各機能が実
行されることにより、工具１本毎の工具軌跡や使用工具
が設定される。

【００１３】加工工具としては、エンドミルやフライス
等の回転切削工具が好適に用いられるが、工具寿命が短
い他の加工工具を使用する場合にも本発明は好適に適用
される。工具軌跡は、被加工物に対する加工工具の相対
的な移動経路を意味するもので、被加工物が位置固定の
場合は勿論、加工工具が位置固定で被加工物が移動させ
られる場合や、加工工具および被加工物が共に移動させ
られる場合であっても良い。

【００１４】加工工具が寿命に達するまでの加工距離
は、一般に加工体積に対応するもので、工具送り速度を
属性として含ませれば加工時間にも対応するため、加工
距離の代わりにそれ等の加工体積や加工時間を用いて工
具軌跡、或いは総移動距離を分割することも可能であ
る。その場合も、加工距離で分割することと実質的に同
じで、本発明はそのような態様も含む。なお、加工工具
が寿命に達するまでの加工距離（或いは加工体積、加工
時間）は、送り速度や回転速度、切り込み量、被加工物
の材質等をパラメータとして実験や過去の実績等により
予め求められる。

【００１５】工具設定手段は、複数の工具軌跡毎に、干
渉を生じない範囲で工具長が短い加工工具を使用工具に
設定するものであるが、その工具長に応じて所定の要求
加工精度を確保できる範囲でより高能率加工が行われる
ように工具の送り速度や回転速度を設定或いは補正する
ように構成することもできる。

【００１６】また、工具設定手段は、例えば工具長を変
更しながら干渉チェックを行って干渉を生じない最短の
工具長に設定するように構成されるが、工具軸方向にお
いて最も先端側部分を加工する加工工具の工具長を基準
として、次の加工工具については、その前の加工工具に
よる軸方向の加工範囲分だけ工具長を順次短くするよう
に設定するなど、工具長の設定方法は適宜定められる。

【００１７】ヘリカル加工を行う場合は第２発明が好適
に適用されるが、加工工具を軸方向へ螺旋状に旋回させ
て加工する一連のヘリカル加工に関する工具軌跡が、工
具寿命によって複数に分割されるような場合は、各加工
工具の工具軸方向における加工範囲が短くなるため、第
１発明を適用しても十分な作用効果が得られる。

【００１８】実際に加工を行う工作機械、例えばＣＮＣ
工作機械などは、本発明の加工設計装置により設定され
た工具軌跡に従って加工工具を移動させるとともに、分
割または再編された工具軌跡毎に使用工具を逐次交換し
て加工を行うように構成される。工具の交換は、ＡＴＣ
（自動工具交換装置）等により自動で交換するようにな
っていることが望ましいが、次の使用工具を画像表示等
で指示することにより、作業者が手動で交換するように
なっていても良い。

【００１９】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ
詳細に説明する。図１は、本発明の加工設計装置として
機能するＣＡＭ装置１０の基本構成を説明するブロック
線図で、データバスラインで接続された中央演算処理装
置１２、ＲＯＭやハードディスク等の主記憶装置１４、
ＲＡＭなどの補助記憶装置１６を備えており、中央演算
処理装置１２は、補助記憶装置１６の一時記憶機能など
を利用しつつ主記憶装置１４に記憶されたプログラムに
従って信号処理を行うことにより、図２〜図４に示すよ
うな機能を実行する。表示装置１８はブラウン管や液晶
パネルなどの画像表示を行うもので、予め作成された目
的形状や加工工具形状、工具軌跡などを画像表示した
り、工具軌跡の設計時等に設計者に所定の情報を入力す
べき指示表示、或いは選択メニューなどが表示される。
設計者は、キーボード２０、タブレット２２、ダイヤル
２４などの入力装置を用いて、必要な情報を入力したり
選択メニューから所望するメニューを選択したりするな
ど、種々の操作を行うことができる。プリンター２６
は、表示装置１８の表示内容や工具送り速度、回転速
度、切り込み量などの加工条件などを印刷するためのも
ので、ネットワークコントローラ２８は、ワークステー
ションや工作機械などと接続されて情報伝達を行うため
のものである。

【００２０】図２は、例えば図５のＣＮＣ工作機械３０
によって加工を行うためのＮＣデータを、上記ＣＡＭ装
置１０を用いて作成する際の作動を説明するフローチャ
ートである。ステップＳ１では、指示表示に従って設計
者により必要事項が入力されることにより、或いは選択
メニューから適宜選択されることにより、加工工具の種
類や形状（工具長、半径など）、軌跡の種類、工具回転
速度、工具送り速度、などの工具軌跡計算条件が設定さ
れる。軌跡の種類は、例えば図１０に示すような凹形状
４４を加工する場合について具体的に説明すると、図１
１および図１２に示すように「スキャンタイプ工具軌
跡」および「オフセットタイプ工具軌跡」があり、何れ
もＺ軸方向の加工位置を段階的に変更しながら一定のＸ
−Ｙ平面内で加工工具３２を移動させて切削加工を行う
ものであるが、「オフセットタイプ工具軌跡」は更に
「工具径方向優先切り込み方式」および「工具軸方向優
先切り込み方式」の２種類に分けられる。図１２の図中
の「１」〜「１２」の数字は加工順序を表している。ま
た、図１３および図１４は、加工工具３２を工具軸方向
へ螺旋状に旋回させて加工を行うヘリカル方式の場合
で、一連のヘリカル加工を内周側または外周側（図１４
は外周側）へずらしながら複数回繰り返して目的形状に
加工するものである。なお、前記図７および図８に示す
工具軌跡はスキャンタイプの場合である。

【００２１】ステップＳ２では、被加工物３８に対して
加工工具３２を相対移動させることにより予め設定され
た目的形状に加工する際の工具の移動経路である工具軌
跡を、上記ステップＳ１で設定された工具軌跡計算条件
に従って自動的に計算する。具体的には、例えば被加工
物３８と目的形状とを重ね合わせて、目的形状よりも上
の部分（Ｚ軸方向の上方部分）を切削範囲とし、スキャ
ンタイプやオフセットタイプの工具径方向優先切り込み
の場合には、工具軸方向の切り込み量ｔでＺ軸方向に分
割し、且つそれぞれのＺ軸位置（加工位置）において所
定の移動経路で切削範囲を切削するように工具軌跡を設
定する。また、ヘリカル方式の場合は、例えば図１４に
示すように１回転で切り込み量ｔずつ軸方向へ移動する
ようにして螺旋状の工具軌跡を設定するとともに、ピッ
クフィード量ｐずつ外周側へずらして同様に螺旋状の工
具軌跡を設定する。オフセットタイプの工具軸方向優先
切り込みはヘリカル方式に似ているが、１回転毎にＺ軸
方向へ断続的に切り込む点が相違する。切り込み量ｔや
ピックフィード量ｐは、ステップＳ１で設定された工具
軌跡計算条件等に従って定められる。このステップＳ２
では干渉チェックも行い、加工工具３２が目的形状等と
干渉する場合にはステップＳ１で設定された工具長など
を適宜変更し、干渉しない範囲でできるだけ短い工具長
を設定する。ＣＡＭ装置１０による一連の信号処理のう
ちステップＳ２を実行する部分は工具軌跡設計手段に相
当する。

【００２２】ステップＳ３では、工具寿命に応じて上記
工具軌跡を分割するか否かを、設計者の選択操作に従っ
て判断する。加工内容に比較して工具寿命が十分に長
く、１本の加工工具で１個以上の被加工物３８に対して
加工を行うことができる場合など、工具寿命による分割
が選択されなかった場合は、直ちにステップＳ８を実行
し、ステップＳ２で設定された工具軌跡に基づいてＮＣ
データを作成するが、工具寿命による分割が選択された
場合はステップＳ４以下を実行する。工具軌跡の長さや
被加工物３８の材質、加工工具３２の種類（仕上げ加工
用、粗加工用など）等に基づいて、工具寿命による分割
を行うべきか否かを自動的に判断し、その旨を表示装置
１８に表示するようにしても良い。

【００２３】ステップＳ４では、工具寿命を表す分割単
位、例えば工具寿命に達するまでの加工距離や加工時
間、加工体積などを設定する。この分割単位は、送り速
度や回転速度、切り込み量、被加工物３８の材質、加工
工具３２の種類等をパラメータとして、実験や過去の実
績等により予め求めておいてデータベースなどに記憶し
ておき、必要に応じてデータベースなどから読み出して
自動設定されるようにすることが望ましいが、加工の種
類が少ない場合など設計者が入力して設定するようにな
っていても良い。そして、ステップＳ５では、その加工
距離等の分割単位で工具軌跡を割算するなどして、工具
軌跡を複数に分割する。図９はその一例で、３本の工具
Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃を用いて一連の加工が行われることを
表している。この時の分割数をＮとし、分割された各工
具軌跡部分を加工する工具をＴ_nとする。「ｎ」は識別
記号で、加工工具３２の軸方向先端側すなわち被加工物
３８の下方側を加工するものから順番に「１」、
「２」、・・・と定められる。分割に際しては、厳密に
分割単位で分割する必要はなく、加工時の工具交換の容
易さや加工時間の短縮などを考慮して、図９のように近
似的にＺ軸位置単位で分割するようにしても良い。ＣＡ
Ｍ装置１０による一連の信号処理のうちステップＳ５を
実行する部分は分割手段に相当する。

【００２４】ステップＳ６では、高能率加工等のために
工具長を最適化するか否かを設計者の選択操作に従って
判断し、最適化しない場合は直ちにステップＳ８を実行
するが、最適化する場合はステップＳ７を実行し、分割
された工具軌跡毎に工具長を最適化するとともに、その
工具長に応じて高能率化のために送り速度や回転速度を
変更する。寿命分割で工具軌跡が複数に分割された場
合、言い換えれば分割数Ｎ≧２の場合は、設計者の判断
を待つことなく常にステップＳ７を実行するようにして
も良い。

【００２５】工具長の最適化は、例えば図３のフローチ
ャートに従って行われ、先ずステップＲ１においてカウ
ンタＭ＝Ｎ−１とする。Ｎは分割数で、図９の場合はＮ
＝３でＭ＝２となる。ステップＲ２では、分割数Ｎ＝１
か否かを判断し、Ｎ＝１の場合はそのまま終了するが、
通常はＮ＝１ではないためステップＲ３以下を実行す
る。ステップＲ３では、分割された複数の工具軌跡につ
いて各工具Ｔ_nのＺ方向移動距離Ｚ_nをそれぞれ算出す
る。図９の場合、工具Ｔ₁のＺ方向移動距離Ｚ₁、工具
Ｔ₂のＺ方向移動距離Ｚ₂、工具Ｔ₃のＺ方向移動距離
Ｚ₃は、それぞれ次式(1) 〜(3) で求められる。(3) 式
の加工初期座標は、被加工物３８の上面のＺ軸座標を意
味する。Ｚ₁＝加工位置(6) のＺ軸座標−加工位置(7) のＺ軸座標・・・(1) Ｚ₂＝加工位置(3) のＺ軸座標−加工位置(6) のＺ軸座標・・・(2) Ｚ₃＝加工初期座標−加工位置(3) のＺ軸座標・・・(3)

【００２６】次のステップＲ４では識別記号ｎ＝１と
し、ステップＲ５では工具Ｔ_nの工具長Ｌ_n＝Ｌ_iniと
する。ステップＲ４でｎ＝１とされるため、ステップＲ
５では、実質的に工具Ｔ₁の工具長Ｌ₁が初期設定値Ｌ
_iniに設定される。初期設定値Ｌ_iniは、前記ステップ
Ｓ２で干渉しないように設定変更された値、またはステ
ップＳ２の干渉チェックで干渉しないと判断された場合
はステップＳ１の設定値である。ステップＲ６では干渉
チェックを行い、干渉が無ければステップＲ８を実行
し、干渉する場合はステップＲ７を実行する。ステップ
Ｒ６の干渉チェックは、前記ステップＳ２と同じ方法で
も良く、その場合は工具Ｔ₁についてはステップＲ６を
実行することなくステップＲ８を実行するようにしても
良い。ステップＲ７では、干渉チェックで求めたＺ方向
の干渉量Ｌ₀および予め設定された余裕量αを用いて、
工具長Ｌ_nを次式(4) に従って修正する。Ｌ_n＝Ｌ_n＋Ｌ₀＋α ・・・(4)

【００２７】ステップＲ８ではＭ＝０か否かを判断し、
Ｍ＝０であれば工具長最適化に関する一連の処理を終了
するが、Ｍ＝０でなければステップＲ９以下を実行す
る。最初のサイクルではＮ≧２すなわちＭ≧１であるた
め、ステップＲ９以下を実行し、ステップＲ９でｎ＝ｎ
＋１とした後ステップＲ１０で次式(5) に従って工具長
Ｌ_nを算出する。すなわち、工具軸方向の先端側部分を
加工する工具から順番に工具長を設定するに際して、１
つ前の加工工具Ｔ_n-1の工具長Ｌ_n-1から、その加工工
具Ｔ_n-1による軸方向の加工範囲（Ｚ方向移動距離）Ｚ
_n-1だけ工具長を順次短くするように設定するのであ
り、最初のサイクルではｎ＝２であるため、Ｌ₂＝Ｌ₁
−Ｚ₁を計算して工具Ｔ₂の工具長Ｌ₂を求め、ｎ＝３
となる次のサイクルではＬ₃＝Ｌ₂−Ｚ₂を計算して工
具Ｔ₃の工具長Ｌ₃を求める。Ｌ_n＝Ｌ_n-1−Ｚ_n-1 ・・・(5)

【００２８】このように工具軸方向の最も先端側部分を
加工する工具Ｔ₁の工具長Ｌ₁（＝初期設定値Ｌ_ini）
に基づいて各工具Ｔ_nの工具長Ｌ_nを順次算出するよう
にすれば、目的形状である凸形状４０等と干渉しない範
囲でできるだけ短い工具長を容易且つ迅速に設定でき
る。この意味で、ステップＲ６およびＲ７は必ずしも必
要でないが、加工すべき目的形状によっては、上記ステ
ップＲ１０による工具長Ｌ_nの設定方法では工具Ｔ_nが
干渉する可能性があるため、ステップＲ６、Ｒ７の各ス
テップを設けておくことが望ましい。

【００２９】次のステップＲ１１ではＭ＝Ｍ＋１とし、
ステップＲ６以下を繰り返す。これにより、複数の工具
Ｔ_nの工具長Ｌ_nが順次設定され、Ｍ＝０になってステ
ップＲ８の判断がＹＥＳになると、工具長最適化処理を
終了して図２のステップＳ８を実行する。ステップＳ７
ではまた、個々の工具Ｔ_nの工具長Ｌ_nに基づいて、所
定の要求加工精度を満たす範囲で工具送り速度や工具回
転速度が高速側に変更されるが、これは例えば工具長や
工具の材質、要求加工精度等をパラメータとして予め定
められたデータマップ等により自動設定される。ＣＡＭ
装置１０による一連の信号処理のうちステップＳ７を実
行する部分は工具設定手段に相当する。

【００３０】このように、本実施例のＣＡＭ装置１０
は、目的形状に応じて工具軌跡を設計した（Ｓ２）後、
その工具軌跡が工具寿命に応じて複数に分割され（Ｓ
５）、その分割された複数の工具軌跡毎に、各工具Ｔ_n
の工具長Ｌ_nが干渉を生じない範囲でできるだけ短い寸
法に設定される（Ｓ７）とともに、その工具長Ｌ_nに応
じて工具送り速度や工具回転速度が高速側に変更される
ため、加工能率が一層向上する。

【００３１】ここで、前記図１２のオフセットタイプの
工具軸方向優先切り込み方式や図１４のヘリカル方式の
場合、上記ステップＳ５のように単純に工具寿命の分割
単位で工具軌跡を分割しただけでは、各工具Ｔ_nの工具
長Ｌ_nの最適化を行っても、必ずしも十分な加工能率向
上効果が得られない場合がある。図１２のオフセットタ
イプの工具軸方向優先切り込み方式について具体的に説
明すると、例えば寿命分割により工具軌跡が１〜２、３
〜４、５〜６、７〜８、・・・のように分割される場合
は、工具軌跡１〜２、５〜６で使用する加工工具３２に
ついては、最深加工深さが浅くなるため、その分だけ工
具長を短くすることが可能となり、工具剛性が高くなる
ため工具送り速度や工具回転速度を速くすることにより
加工能率を向上させることができる。しかしながら、寿
命分割で例えば工具軌跡１〜５、６〜９、１０〜１２の
３つに分割された場合、何れの工具も最も深い位置の工
具軌跡４、８、１２で使用されるため、工具長を短くす
ることはできず、加工能率を向上させることはできな
い。このことは、図１４のヘリカル方式の場合も同様で
ある。

【００３２】したがって、前記ステップＳ１でオフセッ
トタイプの工具軸方向優先切り込み方式が設定された場
合に、ステップＳ６で工具長最適化が選択された時に
は、オフセットタイプの工具径方向優先切り込み方式に
変更すべき旨を画像表示等で設計者に指示するか、或い
は軌跡の種類を自動的に工具径方向優先切り込み方式に
切り換えて処理をやり直すように構成することが望まし
い。

【００３３】また、ステップＳ１でヘリカル方式が設定
された場合は、例えばステップＳ５の寿命分割を図４の
各ステップに従って実行するように構成することが望ま
しい。すなわち、図１４を参照しつつ説明すると、図４
のステップＱ１では、複数の螺旋状の工具軌跡（図１４
の１、２、３）を合計した総移動距離を算出し、ステッ
プＱ２では、前記ステップＳ４で設定された寿命単位
（この場合は工具寿命に達するまでの加工距離）で総移
動距離を割算して使用工具数（分割数）Ｎを求める。そ
して、ステップＱ３では、複数の螺旋状の工具軌跡（図
１４の１、２、３）をそれぞれ使用工具数Ｎで分割し、
工具軸方向において略同じ位置の複数の分割部分毎に同
一工具で加工するように工具軌跡を再編する。この場合
の工具軌跡の再編は、例えば図１３の(b) に示すように
１回転（３６０°）を最小単位とし工具軌跡が再編され
るようにすることが望ましく、例えば図１５は、使用工
具数Ｎ＝３で各工具軌跡が２回転毎に分割され、Ｚ軸位
置が等しい３つのヘリカル加工毎に同一工具で加工を行
うように工具軌跡が再編された場合である。ＣＡＭ装置
１０による一連の信号処理のうちステップＱ１およびＱ
２を実行する部分は工具数算出手段に相当し、ステップ
Ｑ３を実行する部分は工具軌跡再編手段に相当する。

【００３４】このようにすれば、ヘリカル方式で加工す
る場合においても、複数の工具の工具軸方向（Ｚ軸方
向）の加工位置がそれぞれ異なるため、前記ステップＳ
７で図３のフローチャートに従って工具長の最適化が行
われることにより、図１５において１段目を加工する１
本目の工具（工具Ｔ₃に相当）、および２段目を加工す
る２本目の工具（工具Ｔ₂に相当）は、３段目を加工す
る３本目の工具（工具Ｔ ₁に相当）に比較して工具長が
短くなるとともに、その工具長の短縮に伴って工具送り
速度や工具回転速度が高速側に変更されるため、加工能
率が一層向上する。

【００３５】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、
本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加
えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるＣＡＭ装置の基本構成
を説明するブロック線図である。

【図２】図１の実施例の作動を説明するフローチャート
である。

【図３】図２のステップＳ７の具体的内容を説明するフ
ローチャートである。

【図４】ヘリカル方式の場合の寿命分割を説明するフロ
ーチャートである。

【図５】図１のＣＡＭ装置で作成されたＮＣデータに従
って作動させられるＣＮＣ工作機械の一例を説明する図
である。

【図６】被加工物および目的形状の一例を示す図であ
る。

【図７】図６の(b) の目的形状をスキャンタイプで加工
する場合の工具軌跡の一例を説明する図である。

【図８】図７のＺ軸位置が異なる部位の工具軌跡を説明
する図である。

【図９】図７の工具軌跡を寿命分割した場合の一例を説
明する図である。

【図１０】目的形状が凹形状の場合の一例を説明する図
である。

【図１１】図１０の凹形状を加工する場合に好適な２種
類の工具軌跡を説明する図である。

【図１２】図１１の工具軌跡を更に具体的に説明する図
である。

【図１３】ヘリカル方式の工具軌跡を説明する図で、
(a) は螺旋状に複数回転させて加工する場合の工具軌跡
で、(b) は寿命分割する際の最小単位である１回転分の
工具軌跡である。

【図１４】図１３のヘリカル方式で凹形状の加工を行う
場合の工具軌跡の一例で、内周側から外周側へずらしな
がら１、２、３の順番でヘリカル加工を行う場合であ
る。

【図１５】図１４の１、２、３の工具軌跡を寿命分割で
それぞれ３つに分割し、Ｚ軸方向（工具軸方向）の位置
が等しい１段目、２段目、３段目毎に同一の工具で加工
を行うように工具軌跡を再編した状態を示す図である。

【符号の説明】

１０：ＣＡＭ装置（加工設計装置）３２：加工工具３８：被加工物４０：凸形状（目的形状）４４：凹形状（目的形状）ステップＳ２：工具軌跡設計手段ステップＳ５：分割手段ステップＳ７：工具設定手段ステップＱ１、Ｑ２：工具数算出手段ステップＱ３：工具軌跡再編手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H269 AB05 BB05 BB14 CC02 EE08 HH03 QA05 QC01 QC03 QD03 QD06 QE03 QE07 QE08 QE21 QE26 QE32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工工具を被加工物に対して相対移動さ
せて目的形状に加工する際の工具軌跡および使用工具な
どを設定する加工設計装置であって、前記加工工具を前記被加工物に対して相対移動させて前
記目的形状に加工する際の工具軌跡を、該目的形状に応
じて設計する工具軌跡設計手段と、前記加工工具が寿命に達するまでの加工距離で前記工具
軌跡を分割する分割手段と、該分割された複数の工具軌跡毎に、干渉を生じない範囲
で工具長が短い加工工具を使用工具に設定する工具設定
手段とを有することを特徴とする加工設計装置。
【請求項２】加工工具を被加工物に対して相対的に工
具軸方向へ螺旋状に旋回させて目的形状に加工する際の
工具軌跡および使用工具などを設定する加工設計装置で
あって、前記加工工具を前記被加工物に対して相対的に工具軸方
向へ螺旋状に旋回させて加工する一連のヘリカル加工を
内周側または外周側へずらしながら複数回繰り返して前
記目的形状に加工する際の複数の螺旋状の工具軌跡を、
該目的形状に応じて設計する工具軌跡設計手段と、前記複数の螺旋状の工具軌跡を合計した総移動距離を算
出し、前記加工工具が寿命に達するまでの加工距離で該
総移動距離を割算して使用工具数を求める工具数算出手
段と、前記複数の螺旋状の工具軌跡をそれぞれ前記使用工具数
で分割し、工具軸方向において略同じ位置の複数の分割
部分毎に同一工具で加工するように工具軌跡を再編する
工具軌跡再編手段と、前記再編された工具軌跡毎に、干渉を生じない範囲で工
具長が短い加工工具を使用工具に設定する工具設定手段
とを有することを特徴とする加工設計装置。