JP2003260528A - 工具経路データ生成システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 割れやしわ等の不良を加工品に発生させるこ
とがなく、最終工程にカスプをなくす作業も要しない金
型の加工が可能な工具経路データを生成するシステムを
提供する。 【解決手段】 所望形状の金型につき、実際のプレス成
形に先立ってその金型によるプレス成形をシミュレーシ
ョンし、材料１ｃの金型面各部の流入方向を予測し、そ
の予測データ１ｄを金型面の形状１ｂ及び予測位置のデ
ータと共に出力するシミュレーションシステム１と、こ
のシミュレーションシステム１からのデータによって実
際のプレス成形時での材料１ｃの金型面各部の流入方向
に沿う工具経路データ２ｄを生成するＣＡＭシステム２
とを備える。シミュレーションによる材料１ｃの多数箇
所における正確な流入方向の予測と、それに沿う工具経
路による加工を行わせてカスプの方向が材料の流入方向
と交差する領域をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形用の金
型製作において、金型面の形状沿い倣い加工を行うとき
の工具の経路を生成する工具経路データ生成システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturi
ng）システムを用いたプレス成形用金型の加工において
は、その金型面に対してボールエンドミル等の工具を用
いた形状沿い倣い加工を行うことが多い。この場合、Ｃ
ＡＭシステムにおいては、ＣＡＤ（Computer Aided D
esign）システム等によって作成した金型面（三次元形
状）データから上記ボールエンドミル等の工具の経路を
作成している。

【０００３】図３及び図４は、各々従来のＣＡＭシステ
ムにおいて作成される工具経路例を示す図で、図中、３
ａ，４ａはＣＡＭシステムの表示装置の画面を示す。こ
の画面３ａ，４ａには、金型面の画像３ｂ，４ｂと作成
された工具経路３ｄ，４ｄとが表示されている。これら
の図から分かるように、従来、ＣＡＭシステムにおいて
作成される工具経路は、オペレータが任意に指定する直
線方向（図３中の工具経路３ｄ参照）あるいは金型面の
外形状に沿う面沿い方向（図４中の工具経路４ｄ参照）
のみ、つまり、直線方向か面沿い方向かの２種類の方向
（２方向）のみであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来技
術では、ＣＡＭシステムにおいて作成される工具経路
は、２方向のみであり、このため、ＣＡＭシステムから
の工具経路データ［カッターロケーションデータ（ＣＬ
データ）］によって金型面の形状沿い倣い加工を行う
と、次のような問題を生じた。

【０００５】すなわち、ボールエンドミルによる表面切
削を行うと、工具経路のピッチを極めて小さく設定した
場合でも、被加工面である金型面には、図５に示すよう
に、工具経路５１に沿ってカスプ５２が形成される（図
中、斜線部はカスプ５２の断面を示す）。一方、プレス
成形時において、金型面の全ての部分において成形材料
の流入方向が同方向になることは通常考えられない。

【０００６】したがって、上記のように工具経路５１の
方向が２方向のみであると、カスプ５２の方向もそれに
沿った２方向となり（図５中、矢印イはそのうちの一方
向を示す）、カスプ５２の方向が、成形材料の金型面に
おける流入方向（図５中、矢印ロ方向）と交差する領域
が殆どの場合に存在することになる。一方、カスプ５２
の方向イに対して交差する方向ロに成形材料が流入する
プレス成形が行われると、加工品には、割れ、しわ、バ
ックスプリング等の不良を発生させ易い。

【０００７】このため、従来技術による工具経路３ｄ，
４ｄ（図３，図４参照）により加工された金型を用いた
プレス成形では、多数の不良品を出す虞が大きく、そこ
で従来は、金型加工の最終工程にカスプ５２をなくすた
めの手仕上げ作業を行わなければならないという問題点
があった。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、割れやしわ等の不良を発生させ
ることのないプレス成形が可能な金型を製作でき、した
がって最終工程にカスプをなくすための手仕上げ作業を
行う必要もない金型加工が可能な工具経路データ生成シ
ステムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の工具経路データ生成システムは、
所望のプレス成形用金型面の形状データが入力されてそ
の金型によるプレス成形をシミュレーションし、成形材
料の前記金型面各部における流入方向の予測データを得
て、その金型面の形状に係るデータと共に出力するプレ
ス成形シミュレーションシステムと、このプレス成形シ
ミュレーションシステムからのデータに基づき、実際の
プレス成形時での成形材料の前記金型面各部における流
入方向に沿った工具経路データを生成するＣＡＭシステ
ムとを具備し、前記金型面の形状に係るデータは、その
金型面の形状データと、前記予測データがその金型面の
形状のどの位置についてのデータかを表す位置データと
を含むことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の工具経路データ生成システムおいて、プレス成形シミ
ュレーションシステムは、隣接する位置にあって成形材
料の金型面各部における流入方向をほぼ同じくする部分
を各々１つの同一流入方向領域としてまとめ、各同一流
入方向領域について、共通する１つの流入方向の予測デ
ータを得て、その予測データが金型面の形状のどの領域
についてのデータであるかを表す領域位置データと共に
出力することを特徴とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の工具経路データ生成システムにおいて、ＣＡＭ
システムは、プレス成形シミュレーションシステムから
のデータのみに基づく工具経路データにより得られる工
具経路間隔が所定幅以上となる箇所につき、適宜工具経
路を補間した工具経路データを生成することを特徴とす
る。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１、２又
は３に記載の工具経路データ生成システムにおいて、Ｃ
ＡＭシステムは、カスプの高さが予め指定した値以下と
なる工具経路データを生成することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は本発明による工具経路データ
生成システムの一実施形態の説明図である。図示するよ
うに本発明システムは、プレス成形シミュレーションシ
ステム（以下、シミュレーションシステムと略記す
る。）１とＣＡＭシステム２とを備えてなる。

【００１４】シミュレーションシステム１は、所望のプ
レス成形用金型面、すなわち、これらから製作しようと
するプレス成型用金型の表面の形状データが入力され
て、その金型によるプレス成形を所望の加工条件、成形
材料等の諸条件別にシミュレーションする装置である。
また、このシミュレーションシステム１は、上記シミュ
レーションにより、成形材料の上記金型面各部における
流入方向の予測データを得て、それを、その金型面の形
状に係るデータと共に出力する装置である。なお、図中
１ａはシミュレーションシステム１の表示装置の画面の
拡大図で、入力された金型面の画像１ｂと、プレス成形
時、その金型面各部における成形材料１ｃの流入方向を
表す矢印１ｄとが画面１ａに表示されている様子を示
す。ここでは、平板状の成形材料１ｃを加工して緩やか
な膨らみをもつパネルを製作する例を示す。

【００１５】上記予測データは、例えば有限要素法(Ｆ
ＥＭ：Finite Element Method)を用いた数値計算によ
り求められる。また、上記金型面の形状に係るデータ
は、基本的にはその金型面の形状データと、上記予測デ
ータがその金型面の形状のどの位置についてのデータか
を表す位置データとを含むデータである。

【００１６】ここでは、シミュレーションシステム１
は、上記予測データと金型面の形状に係るデータを、以
下のようなデータにて出力する。すなわち、シミュレー
ションシステム１は、隣接する位置にあって流入方向を
ほぼ同じくする部分を各々１つの同一流入方向領域とし
てまとめ、各同一流入方向領域について、共通する１つ
の流入方向の予測結果（方向）と、その予測結果の属す
る領域が金型面の形状のどの領域（位置）についてのも
のであるかとを内容とするデータを出力する。なお、共
通する１つの流入方向とは、その同一流入方向領域にお
ける主たる流入方向、つまり大多数に共通な流入方向を
指す。

【００１７】これによれば、位置データとその位置にお
ける流入方向の予測データとを対応させたデータを、金
型面形状の個々の部分について作成する場合に比べて、
データサイズの縮小、データ転送の迅速化を図り得る等
の利点を有する。

【００１８】シミュレーションシステム１からは、上記
予測結果と領域を内容とするデータを、ＩＧＥＳ(Initi
al Graphics Exchange Specification)等のような異
機種ＣＡＤ／ＣＡＭシステム間の３次元データ交換で広
く用いられているファイルフォーマットに変換したデー
タが出力される。

【００１９】なお、プレス成形用金型面の形状データ
は、一般にＣＡＤシステム（図示せず）によって作成さ
れ、シミュレーションシステム１へはオンラインあるい
はオフラインにて入力されるが、ＣＡＤシステム以外の
装置によって作成されたデータをシミュレーションシス
テム１へ入力するようにしてもよい。

【００２０】ＣＡＭシステム２は、実際のプレス成形時
での成形材料の上記金型面各部における流入方向に沿っ
た工具経路データを生成する装置であり、シミュレーシ
ョンシステム１からのデータに基づいて上記工具経路デ
ータを演算し、生成する。なお、図中２ａはＣＡＭシス
テム２の表示装置の画面の拡大図で、金型面の画像１ｂ
と、実際のプレス成形時における成形材料１ｃの流入方
向に沿って生成された工具経路２ｄとが画面２ａに表示
されている様子を示す。

【００２１】ＣＡＭシステム２は、ここでは、シミュレ
ーションシステム１からのデータのみに基づく工具経路
データによれば工具経路間隔が所定幅以上となる箇所に
ついて適宜工具経路２ｄを補間し、全体としてほぼ等間
隔の工具経路２ｄとなる工具経路データを生成するよう
に構成されている。これについて、以下に説明する。

【００２２】すなわち、シミュレーションシステム１に
よりプレス成形をシミュレーションするとき、金型面の
形状によっては、成形材料の成形前における隣接する複
数位置の相互間隔が、成形後（流入後の位置）において
大きく広がることがある。これは、金型面の形状変化の
影響を受けて、成形材料の各位置の流入方向が大きく相
違することに起因すると考えられる。ＣＡＭシステム２
は、このような、隣接する複数位置、例えば２箇所の成
形による流入軌跡の方向が著しく相違し、両流入軌跡相
互間隔が末広がりに広がる場合に、その広がった領域に
適宜工具経路２ｄを補間した工具経路データを生成す
る。金型の切削加工後、隣接する工具経路２ｄ（加工
面）相互間に形成されるカスプが大きく（幅広に）なる
ことを防ぐためである。

【００２３】またＣＡＭシステム２は、ここでは、カス
プの高さが予め指定した値以下となるような工具経路デ
ータを生成するようにも構成されている。これについ
て、以下に説明する。カスプの高さは、隣接する工具経
路２ｄ、より詳しくは切削面の間隔により増減する。す
なわち、隣接して並行する切削面の重なり程度が大きい
ほどカスプの高さは低くなる。しかし、切削面の重なり
程度を大きくするほど、全工具経路長は増大し、したが
って加工時間は長くなり、工具寿命は短くなる。本実施
形態におけるＣＡＭシステム２は、全工具経路長の増大
を抑制しつつ、カスプの高さを指定値以下とする工具経
路データを生成するもので、加工時間を長く、工具寿命
を短くする弊害を生じさせずに、適宜のカスプ高さの切
削面加工を可能とする。

【００２４】ＣＡＭシステム２により生成された工具経
路データは、ボールエンドミルを用いた形状沿い倣い加
工に必要な他のデータと共にＮＣデータに変換され、例
えばＤＮＣ（Direct Numerical Control）システムを
介して切削加工機（図示せず）に送られ、プレス成形用
の金型加工に供される。

【００２５】図２は上述本発明システムによる工具経路
データの生成動作を示すフローチャートである。この図
に示すように、シミュレーションシステム１は、所望の
プレス成形用金型面の形状データをＣＡＤシステム等か
ら受け、その金型によるプレス成形をシミュレーション
する。そして、成形材料の上記金型面各部における流入
方向の予測データを得、その予測データが金型面形状の
どの位置についてのデータかを表す位置データと共に出
力する。

【００２６】実際には、流入方向を同じくする部分を１
つの同一流入方向領域としてまとめ、各同一流入方向領
域について、共通する１つの流入方向の予測データと、
その予測データの属する領域が金型面の形状のどの領域
についてのものであるかを表す領域位置データとを得
る。そして得られたデータを、ＩＧＥＳ等のような汎用
のファイルフォーマットに変換して出力する（ステップ
２１参照）。

【００２７】ＣＡＭシステム２は、シミュレーションシ
ステム１から出力されたデータに基づき、実際のプレス
成形時での成形材料の金型面各部における流入方向に沿
った工具経路データを生成する。ここでは、シミュレー
ションシステム１からのデータのみに基づく工具経路デ
ータによれば工具経路間隔が粗くなる箇所について工具
経路２ｄ（図１参照）を補間し、全体としてほぼ等間隔
の工具経路２ｄとなる工具経路データを生成する。また
工具経路データは、加工後に形成されるカスプの高さが
指定値以下となるようなにもなされている（ステップ２
２参照）。

【００２８】なお、ＣＡＭシステム２により生成された
工具経路データは、その他、加工に必要なデータと共に
ＮＣデータに変換され、ＤＮＣシステム等を介して切削
加工機に送られる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように請求項１に記載の発明
によれば、実際のプレス成形に先立って所望形状のプレ
ス成形用金型によるプレス成形をシミュレーションし、
成形材料の流入方向の予測データを得る。そして、その
予測データに基づき、成形材料の流入方向に沿った工具
経路データを生成するので、割れやしわ等の不良を加工
品に発生させることのないプレス成形が可能な金型を製
作できる。したがって最終工程にカスプをなくすための
手仕上げ作業を行う必要もない金型加工が可能な工具経
路データ生成システムを提供できる。特に本発明によれ
ば、工具経路は、成形材料の金型面各部における流入方
向に応じて多様に、すなわち、金型面上の多部分（多数
の位置）にて多方向に、しかもそれらは全て成形材料の
流入方向に沿って演算、生成される。したがって、直線
方向か面沿い方向かの２種類の方向のみの工具経路が作
成される従来技術とは異なり、カスプの方向が成形材料
の金型面における流入方向と交差する領域は殆どなくな
り、上述したような効果を充分発揮することができる。

【００３０】請求項２に記載の発明によれば、成形シミ
ュレーションシステムからＣＡＭシステムへのデータに
ついて、サイズが小さく、転送が迅速に行い得る等の利
点をも有する工具経路データ生成システムを提供でき
る。

【００３１】また、請求項３に記載の発明によれば、金
型の切削加工後、隣接する加工面相互間に形成されるカ
スプ幅が部分的に大きくなることのない工具経路データ
生成システムを提供できる。

【００３２】更に、請求項４に記載の発明によれば、全
工具経路長の増大を抑制しつつ、適宜のカスプ高さの切
削面加工が可能な工具経路データ生成システムを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明システムの一実施形態の説明図である。

【図２】同上システムの動作を示すフローチャートであ
る。

【図３】従来システムによる工具経路例（その１）を示
す図である。

【図４】同じく工具経路例（その２）を示す図である。

【図５】ボールエンドミルによる金型面の切削を行った
ときに形成されるカスプを説明するための斜視図であ
る。

【符号の説明】 １ プレス成形シミュレーションシステム １ａ 表示装置の画面 １ｂ 金型面の画像（金型面の形状） １ｃ 成形材料 １ｄ 成形材料の流入方向を表す矢印 ２ ＣＡＭシステム ２ａ 表示装置の画面 ２ｄ 工具経路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望のプレス成形用金型面の形状データ
   が入力されてその金型によるプレス成形をシミュレーシ
   ョンし、成形材料の前記金型面各部における流入方向の
   予測データを得て、その金型面の形状に係るデータと共
   に出力するプレス成形シミュレーションシステムと、 このプレス成形シミュレーションシステムからのデータ
   に基づき、実際のプレス成形時での成形材料の前記金型
   面各部における流入方向に沿った工具経路データを生成
   するＣＡＭシステムとを具備し、 前記金型面の形状に係るデータは、その金型面の形状デ
   ータと、前記予測データがその金型面の形状のどの位置
   についてのデータかを表す位置データとを含むことを特
   徴とする工具経路データ生成システム。
2. 【請求項２】 プレス成形シミュレーションシステム
   は、隣接する位置にあって成形材料の金型面各部におけ
   る流入方向をほぼ同じくする部分を各々１つの同一流入
   方向領域としてまとめ、各同一流入方向領域について、
   共通する１つの流入方向の予測データを得て、その予測
   データが金型面の形状のどの領域についてのデータであ
   るかを表す領域位置データと共に出力することを特徴と
   する請求項１に記載の工具経路データ生成システム。
3. 【請求項３】 ＣＡＭシステムは、プレス成形シミュレ
   ーションシステムからのデータのみに基づく工具経路デ
   ータにより得られる工具経路間隔が所定幅以上となる箇
   所につき、適宜工具経路を補間した工具経路データを生
   成することを特徴とする請求項１又は２に記載の工具経
   路データ生成システム。
4. 【請求項４】 ＣＡＭシステムは、カスプの高さが予め
   指定した値以下となる工具経路データを生成することを
   特徴とする請求項１、２又は３に記載の工具経路データ
   生成システム。