JP2005219177A - ルータ加工軌跡の作成方法 - Google Patents

ルータ加工軌跡の作成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 加工領域内に島状に非加工領域が存在する形状にルータ加工する場合に、薄ばり状に削り残し部が生じることを防止して確実にルータ加工できるルータ加工軌跡を作成する方法を提供する。
【解決手段】 加工領域10の外形線と非加工領域12の外形線とによって挟まれた領域から加工対象となる領域を抽出し、次いで、前記被加工領域の外形線と加工領域の外形線とを結ぶ接続線L13を引き、加工領域の外形線と、非加工領域の外形線と、前記接続線とによって囲まれた領域から、内部に非加工領域を含まない一つの閉じた図形を抽出し、この閉じた図形に対し、オフセットを設定してコアレス加工を施すための軌跡を作成する際に、前記接続線をルータ加工の軌跡として取り入れ、この接続線L13を基準とする軌跡部分については、当該軌跡部分を通過するようにルータ加工した際に、非加工領域12の外周側と加工領域10の外形側との間に生じる削り残し部分が両持ちの形態で削り残しされるようオフセットを設定して軌跡を決定する。
【選択図】 図8

Description

本発明はルータ加工軌跡の作成方法に関し、より詳細には加工領域内に独立した島状に非加工領域を残すようにルータ加工する場合のルータの軌跡を効率的にかつ確実に作成することを可能にするルータ加工軌跡の作成方法に関する。
ルータ加工は回路基板の孔あけ加工、座ぐり加工等に広く利用されている。このルータ加工によって孔あけ加工や座ぐり加工をする場合の孔形状や座ぐり形状は任意に設定することが可能であるが、たとえば、図17に示すような、加工領域内に島状に非加工領域を残すように座ぐり加工するような場合においては、加工領域10の外形線Pと非加工領域12の外形線Qとをともに所定の形状に形成するという制約のもとで加工しなければならない。
このように非加工領域12を島状に残すように加工する方法にはいろいろな方法が可能であるが、図18に示した方法は、まず、加工領域10の外形線Pに沿ってルータ14を動かして加工領域10の外形を加工し(図18(a))、次いで、非加工領域12の外形線Qに沿ってルータ14を動かして非加工領域12の外形を加工し(図18(b))、最後に加工領域10の残り部分を切削して取り除くように加工する(図18(c))ものである。
ところで、図17に示すように、加工領域内に島状に非加工領域を残すように加工する場合に、加工領域10の外形線Pと非加工領域12の外形線Qとが相似形で、ともに対称中心位置に配置されている場合には、加工領域の外側から内側へ、あるいは内側から外側へルータを順次オフセットして座ぐり加工することにより、加工領域10を残すことなく加工することができる。しかしながら、加工領域10の外形線Pと非加工領域12の外形線Qとが相似形でなかったり、加工領域10と非加工領域12が対称中心位置から偏位して配置されていたりすると、ルータ加工時に、図18に示すような薄ばり状の削り残し部Sが生じることがある。図示例は、加工領域の横寸法が縦寸法よりも若干長く設計されている場合で、18(b)で矩形枠状に残った加工部分Rを、単にルータ14をオフセットして加工した際に削り残し部Sが生じることを示す。
このように加工領域に薄ばり状に残った削り残し部Sについては、最終的にルータによって切削して取り除く。しかしながら、被加工品が樹脂基板のような剛性の低い材料からなるものの場合は、ルータを削り残し部Sに当てて切削しようとすると、薄ばり状の削り残し部Sが倒れてしまってルータから逃げてしまい、切削によって除去することができなくなるという問題が生じる。このため、このようなルータ加工を行う場合には、薄ばり状に削り残し部が残らないようにルータの移動軌跡を設計する必要がある。
樹脂基板等の比較的剛性の低い材料からなる被加工品についてルータ加工を施すような場合には、上記のような薄ばり状の削り残し部が生じないように、ルータの移動軌跡をあらかじめ設計するのであるが、加工領域内に独立した島状に非加工領域を残し、かつ薄ばり状の削り残し部が生じないようにするルータの加工軌跡を決める方法として従来行われている方法は、いわば経験的な方法によるものであって、ルータの加工軌跡を求める作業が必ずしも効率的になされないという問題があった。
そこで本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、加工領域内に独立した島状に非加工領域が存在するような形状にルータ加工する場合に、加工領域内に薄ばり状に削り残し部が生じるといった加工作業が生じることを防止して被加工品を確実にルータ加工することができるルータ加工軌跡を容易にかつ確実に作成することができるルータ加工軌跡の作成方法を提供するにある。
本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、加工領域内に島状に非加工領域を残すようにルータ加工する際におけるルータ加工軌跡の作成方法であって、まず、加工領域の外形線と非加工領域の外形線とによって挟まれた領域から加工対象となる領域を抽出し、次いで、前記被加工領域の外形線と加工領域の外形線とを結ぶ接続線を引き、加工領域の外形線と、非加工領域の外形線と、前記接続線とによって囲まれた領域から、内部に非加工領域を含まない一つの閉じた図形を抽出し、この閉じた図形に対し、オフセットを設定してコアレス加工を施すための軌跡を作成するとともに、その際に、前記接続線をルータ加工の軌跡として取り入れ、この接続線を基準とする軌跡部分については、当該軌跡部分を通過するようにルータ加工した際に、非加工領域の外周側と加工領域の外形側との間に生じる削り残し部分が両持ちの形態で削り残しされるようオフセットを設定して軌跡を決定することを特徴とする。
また、前記コアレス加工を施すための軌跡を作成する際に、軌跡の外周側から内側にオフセットをかけることができなくなるまで順次オフセットをかけて軌跡を作成することを特徴とする。
本発明に係るルータ加工軌跡の作成方法においては、ルータの加工軌跡を作成する際に、まず、加工領域の内部に存在する非加工領域の外形線と加工領域の外形線とを接続線によって接続し、加工領域の外形線と被加工領域の外形線と接続線とによって規定される内部に非加工領域が存在しない一つの閉じた図形を抽出してルータの加工軌跡を作成するようにしたことにより、従来のコアレス加工によって加工軌跡を作成する考え方をそのまま適用してルータの加工軌跡を作成することができ、ルータの加工軌跡を作成する方法として一般的でかつ統一的な考え方の下で作成することが可能になる。接続線を設定した部位の近傍には削り残しが生じる可能性があるから、軌跡を設計する際に接続線の近傍での削り残しを事前に考慮して軌跡を設計する。接続線は設計者が事前に設定するものであるから、接続線の部位につて問題が生じないように考慮して軌跡を作成することは容易である。
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面にしたがって詳細に説明する。
図1〜9は、加工領域内に島状に非加工領域を残すようにルータ加工する場合のルータ加工軌跡を作成する方法を示す説明図である。以下では図12に示すフロー図にしたがって、図1〜9とともに、本発明に係るルータ加工軌跡の作成方法について説明する。
ルータ加工軌跡を作成する際には、まず、加工領域の設計データを作成し、設計データを取り込みする(図12のステップ50)。この設計データの取り込みはCAD機能を利用して行うことができる。
次に、設計データから加工領域を抽出する(ステップ51)。加工領域とはルータ加工によって切削する領域のことであり、本実施形態においては、図1に示す加工領域10の外形線Pと非加工領域12の外形線Qとによって囲まれた領域である。すなわち、このステップ51で、ルータによって切削加工する領域が抽出される。
ステップ52は、ルータ加工軌跡を作成する際の各種パラメータを入力するステップである。ルータ加工軌跡を作成する際は、ルータの中心位置が通過する軌跡を決めることになるから、ルータの外径や切削加工の際の切削量(ルータを通過させる際にルータが切削する幅)に基づいてオフセット値を決めておく必要がある。
オフセット値としては、たとえば、加工領域の外形線Pと外形線Qの位置を決める場合のオフセット値(A)と、加工領域の内側部分を切削する際のオフセット値(B)をあらかじめ設定しておく。
ステップ53はルータ加工軌跡を作成するための加工領域を作成するためのステップである。図1に示すような外形線Pと外形線Qとで挟まれた領域をルータ加工する際には、この外形線P、Qによって挟まれた加工領域内でルータを移動させ、外形線P、Qによって挟まれた領域全体を削り残しなく切削するとともに、外形線P、Qが所定の形状で仕上がるようにしなければならない。
このステップ53ではルータ加工軌跡を決めるため、図2に示すように、加工領域内で島状に残す非加工領域12の外形線Qと加工領域の外形線Pとを結ぶ接続線Tを引き、ルータ加工軌跡を決めるための加工領域を見直しする作業を行う。すなわち、ルータ加工軌跡を作成する際に、外形線P、外形線Q、接続線Tを加工軌跡を作成する際の基準線とみて加工軌跡を決めるようにするのである。
図2に示すように外形線Pと外形線Qとの間に接続線Tを仕切り線のように設けて加工領域を見直しする考え方は、図1に示した閉曲線である外形線Pの領域内に独立した閉曲線である外形線Qが存在している加工領域を、加工領域内には独立した島状の加工部分が存在しない一つの閉じた図形として把握するということである。
図3は、接続線Tの線幅を広幅に描いて加工領域を示した状態を示す。このように接続線Tの部位で加工領域を仕切ったとすると、ルータ加工によって加工する領域は、斜線部分Uで示すように、加工領域内にはまったく独立した島状の非加工領域が存在しないひとつの閉じた図形とみることができる。すなわち、外形線Pと外形線Qとの間に接続線Tを仕切り線のように引いて加工領域を把握するということは、加工領域内に島状に独立した非加工領域が存在しない一つの閉じた図形を抽出する操作に相当する。
図3では、仮想的に接続線Tの線幅を広くしてこの部分を加工領域から除いているようにみえるが、接続線Tを引いた部位については、実際にはルータを移動させる際にこの接続線Tを引いた部位を切削して取り除くようにルータの軌跡を決めることで削り残しが生じることはない。
そして、図3に示すように、加工領域の形状が領域内に島状に独立した非加工領域が存在しない一つの閉じた図形になれば、この加工領域については従来のルータ加工あるいは放電加工等において、いわゆるコアレス加工として行われている加工方法を適用して加工軌跡を求めたり加工したりすることが可能になる。
コアレス加工とは、たとえば被加工品の一定の領域(閉曲線)部分について抜き加工する際に、その外形線を抜くのではなく、加工領域の全領域を切削して所定の抜き形状とする方法であり、ルータ加工においては加工領域の全域を削り残しなく切削する加工に相当する。このコアレス加工は加工領域の全領域を残らず切削加工する方法であり、したがって加工領域内には非加工領域がまったく存在しない場合における加工方法である。
このコアレス加工において、加工領域内でどのようにルータを移動して加工するかというルータの軌跡を作成する方法にはいろいろな方法がある。たとえば、コアレス加工での加工領域は閉曲線の領域となるから、加工領域の外形線を基準線として順次加工領域の内側へオフセットしてルータの加工軌跡を決めるといった方法がある。
なお、本実施形態においてステップ53では、接続線Tを非加工領域12の外形線Qと加工領域10の外形線Pとを最短で結ぶ直線としたが、この接続線Tは必ずしも最短位置間を結ぶようにしなければならないわけではないし、必ずしも直線でなければならないわけでもなく、曲線によって外形線Pと外形線Qとを接続するようにしてもよい。接続線Tは第一義的には、加工領域内に島状に非加工領域が存在することを解消するためのものであり、接続線Tが曲線であってもこの機能を有するからである。ただし、ルータ加工時に被加工品の切削部分の倒れ等を考慮すると接続線Tは最短である方が有利であり、接続線Tを直線とする方が加工軌跡を求めることが容易になるという利点がある。
外形線Qと外形線Pとの間に接続線Tを引き、これらをルータ加工軌跡を作成する基準線としてルータ加工軌跡を求める方法はいくつか可能であるが、本実施形態においては、以下に説明するように、これらの基準線をもとに加工領域の内側にオフセットして加工軌跡を求めた。
まず、外形線P、外形線Qおよび接続線Tを基準線とし、オフセット値をAとして、基準線の内側に第1周目の軌跡L1を作成する(ステップ54)。この場合のオフセット値はルータの半径、逃げ、磨耗等を考慮して決める。第1周目の軌跡L1とは、外形線Pと外形線Qの形状を決めるための軌跡であり、外形線Pと外形線Qにもっとも近接した位置でルータが移動するときの軌跡である。
図4に第1周目の軌跡L1を作成した状態を示す。第1周目の軌跡L1は、外形線P、外形線Q、接続線Tからの距離がオフセット値Aとなる条件で演算して作成することができる。このステップ54で、オフセット値をルータの半径(A)としているのは、このようにオフセットさせてルータを移動させることで、ルータの周面が通過した切削位置が外形線P、Qに一致するからである。
次に、第1周目の軌跡L1のうち、接続線Tを挟んで作成されている軌跡L11、L12の部分のオフセット値を0にする(ステップ55)。この操作は、軌跡L11、L12のままでルータ加工すると、軌跡L11、L12の部分についてはオフセット値がAであるため被加工品が薄ばり状に残る可能性があるため、接続線Tを引いた部位についてはルータが通過する軌跡として選択して削り残し部分が薄ばり状に残らないようにするためである。
図5が、第1周目の軌跡L1のうち、接続線Tを挟んで作成されている軌跡L11、L12のオフセット値を0にして軌跡L13を作成した状態を示す。
次に、軌跡L1およびL13を基準線として、その内側に第2周目の軌跡L2を作成する(ステップ56)。第2周目の軌跡L2を作成する場合はオフセット値をBとして軌跡を作成する。この場合のオフセット値Bは、ルータの半径あるいはルータによって切削加工する領域の最小内角とその部分におけるルータの重なり率等を考慮して決める。図6は、軌跡L1とL13を基準線とし、オフセット値をBとして第2周目の軌跡L2を形成した状態を示す。
次に、この図6に示す状態から、軌跡L13を挟んで作成されている軌跡L21、L22の間隔(D)を調節する(ステップ57)。軌跡L21、L22の間隔を調節する理由は、軌跡L21、L22のオフセット値をBとしたままルータ加工を施した場合に、被加工品の削り残し部の厚さが薄くなり過ぎて削り残し部分を切削しにくくなるような場合があることを防止するためである。図7は軌跡L21と軌跡L22の間隔をD1に広げた状態を示す。
このように、軌跡L13の両側でルータが通過する軌跡L21、L22のオフセット値を調節した後、第2周目の軌跡L2のさらに内側に、オフセット値Bとして第3周目の軌跡L3を作成する(ステップ58)。図8は、軌跡L3を形成した状態を示す。
本実施形態では、図8に示す第3周目の軌跡L3を作成して軌跡の演算が終了するが、さらにオフセットがかけられる場合には、さらにオフセットをかけて内側の軌跡を作成する。こうして、内側にオフセットをかけることができなくなるまで順次軌跡を演算して作成していけばよい。
最後に、以上のようにして作成した軌跡をもとに、ルータ加工する際のルータの加工順を決定する(ステップ59)。
本実施形態では、もっとも内側の軌跡L3から順次外側に向けて軌跡を通過するようにしてルータ加工順を決定している。図13は、このように内側から外側に向けて順に軌跡を通過するように加工する場合に、どのような順番で軌跡をたどっていくかを決めるための方法を示すフローチャートである。
まず、はじめに、加工領域内に作成された軌跡のうちで、もっとも内側に位置する軌跡を一周する(ステップ60)。もっとも内側の軌跡を一周したら、次に、一つ外側にある軌跡に移動し、その軌跡をたどる(ステップ61)。この一つ外側にある軌跡を移動している際には、その内側に軌跡が存在しているか否かを判断し(ステップ62)、仮にその内側に軌跡があることを見つけたら、その時点で、現在たどっている軌跡と内側の軌跡とを結ぶ最短の接続線を描き、その接続線を経由して内側の軌跡に移動し、内側の軌跡をたどる(ステップ63)。
ステップ62において当該軌跡を一周する前にその内側に未だ通過していない軌跡が存在しなくなったら、当該軌跡の外側に軌跡が存在するか否か判断する(ステップ64)。仮にその外側に軌跡が存在していた場合には、一つ外側の軌跡に移動しその軌跡をたどる(ステップ61)。その軌跡をたどっている際にその内側に軌跡が存在していた場合には、上述したと同様にステップ62、ステップ63によって内側の軌跡をたどるようにする。こうして、軌跡を一周した後にその外側に軌跡が存在しなくなった時点でルータの加工順を決める作業が完了する(ステップ65)。
図9は図8に示す軌跡について、上述した方法によって加工順を決めた例である。図では番号1〜39までの順序にルータを動かして加工することを示している。なお、図9に示す加工順は一例であり、他の加工順によることも可能である。
図10、11は、図9に示す加工順でルータ加工した場合の切削途中の状態を示す。図10は、加工領域の内側から順次切削加工して、図9の番号26の位置までルータ14が移動してきた状態を示す。ここの途中経過で特徴的な点は、ルータが軌跡L21、L22を通過した時点で、非加工領域12と加工領域の外形部分とを連絡する連絡部分16が広幅に残っていることである。
この連絡部分16は後工程で切削されるが、このように連結部分16を広幅に残すことによって、ルータ加工時に削り残し部分がルータから逃げたり、倒れたりすることがなく削り残し部分を確実に切削することができる。とくに、非加工領域12と加工領域の外側部分の両側に削り残し部分が連結されているから、倒れを防止して確実に切削することが可能になる。
ステップ57において軌跡L21と軌跡L22の間隔を調節した意味は、この接続線Tにおける切削を確実に行えるように削り残し部の幅を調節することにある。本発明において、加工領域内に独立した島状に非加工領域が存在している場合に、接続線Tを引いてルータの加工軌跡を作成しているのは、非加工領域と加工領域との接続線Tの位置、いいかえれば連結部分16がどの位置に生じるかをあらかじめ知っておき、その連結部分16をどのようにオフセットさせるかを調節することで薄ばり状に削り残し部が生じたりすることを防止して、確実にルータ加工できる軌跡を求める方法であるということができる。
図11は、さらにルータ14の加工を進めて、最後の番号35〜39の加工を残した状態を示している。連結部分16がほぼ切削され、非加工領域12の外形線Qを加工し、加工領域の外形線Pを加工する工程が残されているのみである。
連結部分16については加工領域の削り残し部分として僅かに残っているのみであり、この場合には削り残し部が片持ち状態となっていても削り残し部が倒れたりすることなく確実に加工することができる。こうして、加工領域の内側に独立した島状に非加工領域が存在している状態でのルータ加工がなされる。
図14は、加工領域の内側に3つの独立した島状に非加工領域12が存在している場合を示す。この場合も非加工領域12と加工領域10の外形線とを接続線Tによって接続することによって、加工領域内に非加工領域が存在しない状態での加工領域に見直しすることができ、これによって上述したと同様な方法によってルータの加工軌跡を作成することが可能となる。図15は接続線Tの部分で加工領域を仕切るようにして表示したもので、斜線部分Uが、内部に独立した島状の非加工領域が存在しない一つの閉じた図形となるように加工領域を見直しした領域である。接続線Tを引いた部分は設計段階であらかじめわかっているから、その近傍での軌跡の間隔を適宜調節して削り残し部分の厚さが薄くなり過ぎたりしないように調節して適切なルータ加工がなされるようにすることは容易である。
このように、本発明方法によれば、加工領域内に独立した島状に非加工領域が存在した場合に、非加工領域の形状や配置数に限らず、的確にルータ加工軌跡を求めることが可能であり、加工領域内に独立した島状に非加工領域が存在した場合に、ルータの加工軌跡を求める方法として統一的に利用することができ、ルータの加工軌跡を容易に作成する方法として好適に利用することができる。
なお、図16は上述した方法によってルータ加工軌跡を作成し、作成したルータ加工軌跡にしたがって加工するルータ加工装置の構成をブロック図で示したものである。同図で20が被加工品、21が被加工品20を加工するルータ、22がルータ21の駆動部である。駆動部22は制御手段であるマイクロプロセッサ(MPU)23により所定のルータ加工が施されるように制御される。24はキーボード等の入力部であり、ルータ径やオフセット値などの各種パラメータ等の入力に使用される。25は液晶ディスプレイ等の出力部である。
26は設計データを作成するCADである。27は記憶手段としてのROMであり、マイクロプロセッサ23のオペレーティングシステムや駆動部22の動作を制御する制御プログラムが記憶される。28はRAMであり、メモリ1には加工部の輪郭データが記憶され、メモリ2にはルータ軌跡が記憶され、メモリ3には加工形状の論理画像が記憶され、メモリ4には出力部25に出力するデータが記憶される。
マイクロプロセッサ23はCAD26から取り込まれる設計データ、オフセット値等に基づいて、上述した方法によりルータの加工軌跡を作成し、ルータの加工軌跡に基づいてルータの加工順を決め、ルータの加工順にしたがって駆動部22を制御して被加工品20をルータ加工する。このルータ加工装置によれば、加工領域内に島状に非加工領域を残すようにルータ加工する場合のルータ加工軌跡を効率的にかつ確実に作成することができ、加工残りのない、確実なルータ加工を行うことが可能になる。
加工領域の外形線と非加工領域の外形線を示す説明図である。 外形線Pと外形線Qとの間に接続線Tを引いた状態を示す説明図である。 加工領域内に非加工領域が存在しない領域として把握した状態を示す説明図である。 第1周目の軌跡を作成した状態を示す説明図である。 軌跡L11とL12のオフセット値を0とした状態を示す説明図である。 第2周目の軌跡を作成した状態を示す説明図である。 軌跡L21とL22の間隔を調節した状態を示す説明図である。 第3周目の軌跡を作成した状態を示す説明図である。 ルータ加工順を示す説明図である。 ルータによる切削加工状態を示す説明図である。 ルータによる切削加工状態を示す説明図である。 ルータの加工軌跡を作成するステップを示すフローチャートである。 ルータの加工順を作成するフローチャートである。 加工領域の他の形状例を示す説明図である。 図14の加工領域を加工領域内に非加工領域が存在しない領域として把握して状態を示す説明図である。 ルータ加工装置の構成を示すブロック図である。 ルータ加工による加工例を示す説明図である。 ルータによる加工方法を示す説明図である。
符号の説明
10 加工領域
12 非加工領域
14 ルータ
16 連結部分
20 被加工品
21 ルータ
22 駆動部
23 マイクロプロセッサ

Claims (2)

  1. 加工領域内に島状に非加工領域を残すようにルータ加工する際におけるルータ加工軌跡の作成方法であって、
    まず、加工領域の外形線と非加工領域の外形線とによって挟まれた領域から加工対象となる領域を抽出し、
    次いで、前記被加工領域の外形線と加工領域の外形線とを結ぶ接続線を引き、加工領域の外形線と、非加工領域の外形線と、前記接続線とによって囲まれた領域から、内部に非加工領域を含まない一つの閉じた図形を抽出し、
    この閉じた図形に対し、オフセットを設定してコアレス加工を施すための軌跡を作成するとともに、その際に、前記接続線をルータ加工の軌跡として取り入れ、この接続線を基準とする軌跡部分については、当該軌跡部分を通過するようにルータ加工した際に、非加工領域の外周側と加工領域の外形側との間に生じる削り残し部分が両持ちの形態で削り残しされるようオフセットを設定して軌跡を決定することを特徴とするルータ加工軌跡の作成方法。
  2. コアレス加工を施すための軌跡を作成する際に、軌跡の外周側から内側にオフセットをかけることができなくなるまで順次オフセットをかけて軌跡を作成することを特徴とする請求項1記載のルータ加工軌跡の作成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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