JP2001142515A

JP2001142515A - 切削シミュレーション方法

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Publication number: JP2001142515A
Application number: JP32765099A
Authority: JP
Inventors: Tomikazu Kamiya; 十三和神谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】切削シミュレーションにおいて、高精度化に伴
う干渉計算時間の増大及び、切削結果形状を表現するた
めの格子点数の増大を防ぎ、高速で高精度な干渉計算を
実現し、軽量な格子点データで、高精度な切削結果形状
の高速な表示を実現する。【解決手段】素材形状を要求精度より大きなピッチの格
子点間隔で近似した切削対象形状に対して、切削シミュ
レーションを行い、切削結果形状の折れを評価して、精
度が基準に満たない格子位置を求めて再分割し、再分割
した格子に対して再度切削シミュレーションを行うこと
により、不要な分割を避けて、より少ない格子点で高精
度な切削結果形状を表現する。また、干渉計算について
は、工具の進行順による計算順序の拘束をせず、工具経
路を適当な大きさでブロック分割し、切削対象形状の格
子についても適当な単位でブロック分割し、ブロック単
位での干渉計算の一括チェックを実施する事により、高
速な干渉計算を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＮＣデータ等によ
って与えられる工具経路に沿って工具を動かし、工具と
素材形状の干渉を計算して、切削途中及び切削後の素材
の形状（切削結果形状）を求める切削シミュレーション
において、高速で高精度な干渉計算を実現し、高精度な
切削結果形状の高速な表示を実現する方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】素材形状をピッチ一定の格子で近似した
切削対象形状に対して、工具経路と格子の干渉計算を行
う切削シミュレーション方法は従来から知られ、実施さ
れている。しかしながら、従来の方法では、あらかじめ
決めた格子ピッチをそのまま切削結果形状の精度を決め
るピッチとしているため、高精度な切削シミュレーショ
ンを行う場合は、はじめから素材形状全体を細かなピッ
チの格子で近似した切削対象形状を準備する必要があ
る。そのために、切削結果形状の精度を上げようとする
と、格子数が急激に増えるため、干渉計算時間が急激に
増加し、切削結果形状の表示に要する時間も急増してい
る。

【０００３】ところで、切削シミュレーションの干渉計
算では、すべての工具経路とすべての格子の組み合わせ
について干渉の有無を調べる必要がある。そして大多数
の組み合わせは干渉が起きないケースである。従来の干
渉計算方法では、工具経路の順に干渉計算を実行するた
め、干渉しない組み合わせのチェックを効率よく排除す
る事が困難で、無駄なチェックに多大の時間がかかって
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、従来法と比べより少ない格子で高精度な切削結果形
状を表現すると共に、干渉計算の高速化をはかり、高精
度で高速な切削シミュレーションを実現することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来の切削シミュレーシ
ョン方法では、素材形状全体を要求精度にあわせてピッ
チ一定の格子で近似して切削対象形状を表現するため、
切削結果形状が平坦なところでは、必要以上に格子が細
かくなり、過剰品質となっている。この過剰品質のため
に、余分な干渉計算の負荷がかかり、切削結果形状を表
示する負荷も増大させている。

【０００６】もし切削結果形状が事前にわかっていれ
ば、切削結果形状で傾斜が急激に変化するところではピ
ッチの小さい格子、傾斜の変化の少ないところではピッ
チを大きくした格子による切削対象形状を用意すれば良
い事になる。切削結果形状は切削シミュレーションを実
施する前にはわからないので、このようなアプローチは
困難に見えるかもしれない。しかし、ピッチを変えた切
削結果形状を比較観察すると、ピッチを小さくすると切
削結果形状が大きく変化する、言い換えれば、ピッチが
大きいときには切削結果形状が要求精度を満たしていな
い場所では、格子を結ぶ線分の間に折れが発生している
事がわかる。よって、要求精度より大きなピッチの格子
で近似した切削対象形状に対して、切削シミュレーショ
ンを実施し、その切削結果形状を観察すれば、精度確保
のために再分割すべき格子の位置を判定することが出来
る。

【０００７】干渉計算については、従来法では工具経路
の順番に計算を実施しているため、干渉を起こさないケ
ースの効果的な排除に限界がある。しかし、切削結果形
状は、工具経路の順序には依存せず、工具経路全体に依
存するので、計算順序を制約する必要はない。そこで計
算順序の制約を外す事により、干渉を起こさないケース
の効率の良い排除を行うことが出来る。

【０００８】

【発明の実施の形態】素材形状をピッチ一定の格子で近
似した切削対象形状に対して、工具経路と格子の干渉計
算による切削シミュレーションを行い暫定的な切削結果
形状を求める。切削結果形状の４つの格子で囲まれる四
辺形区画について、隣接する四辺形との折れ角を計算し
て精度評価を行い、要求精度を満たさない四辺形につい
ては精度不足と判定する。精度不足の格子区画を分割し
た新たな格子を求め、高さを素材形状に設定した部分的
な切削対象形状を作成し、分割した格子のみを対象にし
て改めて切削シミュレーションを行い、同様に精度評価
を行う。要求精度を満たすまで分割を繰り返すことよ
り、切削対象形状の無駄のない細分化が可能となり、少
ない格子で高精度な切削結果形状の表現を実現すること
が出来る。

【０００９】工具経路と格子の干渉計算では、工具経路
をあらかじめブロック分けしておき、格子についても適
当な単位でブロック分けして、ブロック単位で工具経路
と格子の干渉のラフチェックを行う。この結果、干渉し
ない組み合わせの効率的な一括排除が可能となり、干渉
計算の効率化を実現することが出来る。この方法は、精
度評価の結果分割された格子による部分的な切削対象形
状に対する干渉計算で特に有効である。

【００１０】

【実施例】図１は、従来法による切削結果形状１と本発
明による切削結果形状２を比較したものである。本発明
による方法では、切削結果が平坦な部分での余分な格子
分割が回避されているので、高精度な切削結果形状をよ
り軽量な格子データで表現出来ることがわかる。以下
に、本発明の方法により切削結果形状を得る実施例を説
明する。

【００１１】図２は切削シミュレーションのブロック図
である。最初に切削シミュレーション用のデータの取り
込みを行う。素材形状入力部３により素材形状を取り込
む。工具経路入力部４によりＮＣデータ等の工具動作を
表すデータを取り込む。加工条件入力部５により工具形
状、切削シミュレーションの要求精度等の情報を取り込
む。なお、素材形状については入力を省略し、工具経路
全体に外接する直方体をベースとして、自動的に作成す
ることもできる。

【００１２】次に、切削対象形状作成部６において、図
３に示すように、素材形状１１を切削対象形状１２に変
換する。切削対象形状は、素材形状を初期ピッチ１３で
分割した格子位置を求め、その格子位置における素材の
高さを持たせた格子点の集合として表現される。初期ピ
ッチ１３は、加工条件入力部から直接入力しても良い
し、加工条件入力部から入力された工具半径１４と要求
精度１５から決めても良い。

【００１３】図４に、初期ピッチを自動決定するとき
の、ボールエンド工具の場合の、工具半径１４と要求精
度１５，初期ピッチ１３の関係を示す。これは、切削結
果形状が平坦な平面になるときに要求精度を満たすピッ
チであり、最低限必要なピッチである。切削結果形状に
起伏や傾斜がある場合は、初期ピッチでは要求精度を満
たすことが出来ないので、後に述べる格子の再分割が必
要となる。

【００１４】工具経路入力部４では、ＮＣデータ等で表
現されている工具動作を表すデータを、切削シミュレー
ションの干渉計算用に３次元の点列データに変換する。
次に、工具経路変換部７でこの点列で表現される折れ線
を工具直径程度の適当な大きさのブロックに分ける。図
５は工具経路のブロック分割方法を示している。複数の
ブロックにまたがる工具経路にはブロックの境界との交
点１６を点列の間に挿入する。そして、同一ブロックに
属する点列区間を連続検索出来るデータ構造を作成して
管理する。このように工具経路を変換することにより、
ブロック単位で複数の工具経路に対して一括して干渉計
算のラフチェックを行うことが可能となる。

【００１５】切削シミュレーションに必要なデータが準
備できたら、切削シミュレーション部８により干渉計算
を行う。工具経路と切削対象形状の干渉計算は、工具経
路に沿って工具を移動する時に工具が格子を切断する高
さを求め、格子の高さよりも切断位置が低い時は、干渉
有りと判断して切断高さを格子の新しい高さとする。干
渉計算では、工具経路のブロックと切削対象形状の格子
を適当な単位で分けたブロックとの領域の重なりのラフ
チェックを行う。工具経路は工具の中心位置を表してい
るので、領域の重なりチェックでは工具経路ブロックを
工具半径分広げてチェックする必要がある。ブロック間
で領域が重なるものについてのみ、そのブロックに属す
る個々の工具経路と個々の格子の干渉計算を行うことに
より、干渉しない組み合わせについて効率の良い排除が
可能となる。図６に初期ピッチによる切削結果形状の例
を示す。

【００１６】次に精度評価部９において切削結果形状の
精度評価を行う。精度評価は４個の格子で囲まれる四辺
形区画に注目し、周囲の四辺形を参照して実施する。注
目している四辺形の各辺と両側に隣接する四辺形の辺と
の三辺の間で、折れ角を評価する。図７に精度評価に関
係する要素を示す。図７（１）の平面図において、注目
する四辺形の辺が、辺２１，辺２２，辺２３，辺２４で
あり、辺２１に隣接する辺が隣接辺２５，隣接辺２６で
ある。図７（２）の側面図において、辺２１と隣接辺２
５の角度が折れ角２７，辺２１と隣接辺２６の角度が折
れ角２８である。

【００１７】折れ角による精度評価は次のように行う。
折れ角２７と折れ角２８が共に凸折れの場合または共に
凹折れの場合は、図８（１）、（２）のように、両側の
辺の延長線の交点２９または交点３０を求め、交点２９
と辺２１の距離３１または交点３０と辺２１の距離３２
を辺２１における見込み誤差とする。折れ角２７と折れ
角２８の凹凸が異なるときは、辺２１の中点３３から辺
２５の延長線までの距離３４と辺２６の延長線までの距
離３５で大きい方を見込み誤差とする。なお、切削対象
形状の端では隣接する四辺形が無いケースがあるので、
別途考慮が必要となる。

【００１８】四辺形の各辺の見込み誤差の最大値が要求
精度以上であればその区画は精度不足であり、再分割に
よる精度向上が必要と判断する。要求精度を満たさない
区画があれば、切削対象形状更新部１０により、区画の
再分割を行う。精度不足の区画はそれぞれ等ピッチで分
割した格子を求め、高さを素材形状の高さに設定する。
分割数は２とするのが処理効率がよい。この再分割した
格子に対して改めて工具経路との干渉計算を行う。再分
割した区画毎の格子群をブロックとして、工具経路ブロ
ックとの領域の重なりチェックを行い、干渉があるブロ
ックについて、個々の格子と個々の工具経路の干渉計算
を行う。なお、このとき区画の四隅の格子は計算済みな
ので、干渉計算を省略することが出来る。

【００１９】図９に再分割した格子に対して切削シミュ
レーションを行った結果を示す。引き続き再分割した区
画について精度チェックを行い、再分割が不要になるま
で繰り返し処理を行う。図１０に切削シミュレーション
による最終的な切削結果形状を示す。

【００２０】ところで、精度評価を行うとき、隣接する
区画の格子分割レベルが異なる場合は、ピッチの大きい
格子区画を線形補間で内挿して分割レベルの一致する格
子を求める（図１１参照）。また、切削結果形状を表示
するとき、分割レベルが異なる格子が隣接する区画では
要求精度以下の隙間が発生する可能性がある。表示上の
隙間の発生を防ぐために、このような場所では、表示デ
ータは格子ピッチの大きい方にあわせて作成する（図１
２参照）。

【００２１】以上の本発明の実施例で説明した、精度評
価方法、格子再分割方法、格子及び工具動作のブロック
による取り扱い方法等は一つの事例である。これらの方
法あるいは他の事柄について、請求項の範囲内で、変
形、改良を行った形態で、本発明を実施することが出来
る。

【発明の効果】本発明により、従来の切削シミュレーシ
ョン方法と比べてより少ない格子データで、高精度な切
削結果形状の表現が可能となる。また、干渉計算の高速
化が図られているため、切削シミュレーションにより切
削結果形状を求めるのに要する時間も大幅に短縮され
る。この結果、より高速でより高精度な切削シミュレー
ションが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来法による切削結果形状と本発明による切削
結果形状の、同じ精度での格子の比較をした図である。

【図２】切削シミュレーションのブロック図である。

【図３】素材形状から切削対象形状への変換を示す図で
ある。

【図４】初期ピッチの決め方を示す図である。

【図５】工具経路のブロック分割方法を示す図である。

【図６】初期ピッチによる切削結果形状を示す図であ
る。

【図７】精度評価に使用するデータを示す図である。

【図８】精度評価方法を示す図である。

【図９】再分割した格子に対して切削シミュレーション
を行った結果を示す図である。

【図１０】切削シミュレーションによる最終的な切削結
果形状を示す図である。

【図１１】格子分割レベルが異なる場合の分割レベルの
等しい格子を求める方法を示した図である。

【図１２】格子分割レベルが異なる場合の表示の隙間を
防ぐ方法を説明した図である。

【符号の説明】

１従来法による切削結果形状２本発明による切削結果形状３素材形状入力部４工具経路入力部５加工条件入力部６切削対象形状作成部７工具経路変換部８切削シミュレーション部９精度評価部１０切削対象形状更新部１１素材形状１２切削対象形状１３初期ピッチ１４工具半径１５要求精度１６交点２１，２２，２３，２４四辺形の辺２５，２６隣接辺２７，２８折れ角２９，３０交点３１、３２距離３３中点３４、３５距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素材形状をピッチ一定の格子で近似した
切削対象形状に対して切削シミュレーションを行い、切
削結果形状の精度評価を行って精度が不足する格子区画
を求め、精度が不足する格子区画については再分割をし
て改めて切削シミュレーションを行い、精度を満たすま
で再分割を繰り返すことより、切削対象形状の無駄のな
い細分化を可能とし、少ない格子点で高精度な切削結果
形状の表現を実現する切削シミュレーション方法。
【請求項２】切削シミュレーションの干渉計算処理に
おいて、工具経路を適当なピッチでブロック分割し、格
子と工具経路の干渉の有無の検査を効率よく行い、干渉
計算の高速化を計る切削シミュレーション方法。