JP2006107230A - Ｎｃデータ作成装置、ｎｃデータ作成システム、ｎｃデータ作成方法及びｎｃデータ作成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＡＤデータを用いて簡易に、且つ、加工の際の切削量を抑制するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置、ＮＣデータ作成システム、ＮＣデータ作成方法及びＮＣデータ作成プログラムを提供することにある。
提供すること
【解決手段】 本発明によるＮＣデータ作成装置２０は、ネットワークを介してＣＡＤ装置１０から取得する物体の表面形状の情報であるサーフェイスデータ１０２と、ワックスの形状に対応するＷＡＸ形状データ１０１とを３次元表示し、表示上において、ユーザによってＷＡＸ形状データ１０１で囲んだサーフェイスデータ１０２を、ＷＡＸ形状データ１０１内で、加工量が最低となる最適加工位置まで並行移動し、この時のＷＡＸ形状データ１０１に囲まれるサーフェイスデータ１０２を加工形状データ１０４として抽出し、ＷＡＸ形状データ１０１とこの加工形状データ１０４を基に、ＮＣ加工装置３０を制御してワックスを加工するためのＮＣデータ１０７を作成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＡＤ装置で作成したサーフェイスデータの一部又は全部を任意に選択してＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置、ＮＣデータ作成システム、ＮＣデータ作成方法及びＮＣデータ作成プログラムに関し、特に被加工物の加工量を最適に決定するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成システム、ＮＣデータ作成方法及びＮＣデータ作成プログラムに関する。

従来、３次元ＣＡＤデータを用いて立体形状を作成する方法は、ワックスやクレイ等の被加工物を切削して立体形状を作成する方法がある。設計形状の全体をワックス等の規定形状に表わす場合には、設計形状全体に対する所望の位置関係の設定が必要となる。

一方、設計形状の一部をワックス等の規定形状に表わす場合には、設計形状全体に対する所望部分の設定及びその所望部分に対する規定形状の位置関係の設定が必要になる。

従来、ＣＡＤデータから所望の立体形状を成形したい設計者は、ワックスを加工するＮＣ加工装置の切削方向等の性能を考慮して、加工形状やワックスの配置を決定する必要がある。このため、加工形状を決定は、設計者の経験や技量に依存していた。

又、ＮＣ加工装置を制御するためのＮＣデータを自動作成する方法が特開２００２−１１６８０７号公報に開示されている。開示例では、ＣＡＤデータから加工の対象物の形状を取得し、加工に用いるＮＣデータを作成している。又、形状加工対象となる型形状に対応した加工座標系データを加工座標系データ記憶手段から読み出し、読み出した加工座標系データを用いて、対象となる型形状を加工するための加工装置の工具位置の加工原点、工具移動開始位置、自由移動領域の少なくとも１つを特定する工具位置データを生成し、加工に用いている。このため、設計者は、決まった型形状しか加工することができず、ＣＡＤデータから任意の部分の形状を抽出して加工することができない。
特開２００２−１１６８０７号公報

本発明の目的は、ＣＡＤデータを用いて簡易に、且つ、加工の際の切削量を抑制するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置、ＮＣデータ作成システム、ＮＣデータ作成方法及びＮＣデータ作成プログラムを提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。この番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のよるＮＣデータ作成装置（２０）は、ＮＣ加工装置（３０）を制御して被加工物を加工して任意の形状にするために用いられるＮＣデータ（１０７）を作成する装置であって、物体の表面形状の情報であるサーフェイスデータ（１０２）を保持するＣＡＤデータバッファ（２５）と、被加工物の形状に対応するＷＡＸ形状データ（１０１）を保持するＷＡＸ形状データベース（２６）と、サーフェイスデータ（１０２）とＷＡＸ形状データ（１０１）とを３次元表示する表示装置（２１）と、表示装置（２１）の表示上において、ＷＡＸ形状データ（１０１）に囲まれるサーフェイスデータを希望形状データとした時、ＷＡＸ形状データ（１０１）中の原点からＮＣ加工装置（３０）の加工ツールの主軸方向であるＺ軸方向に、希望形状データがＷＡＸ形状データ（１０１）の最大Ｚ値であるＸＹ平面に接する最適加工位置まで、サーフェイスデータ（１０２）を並行移動して、ＷＡＸ形状データ（１０１）に囲まれるサーフェイスデータ（１０２）を加工形状データ（１０４）として抽出する加工形状作成部（２３Ａ）と、ＷＡＸ形状データ（１０１）と加工形状データ（１０４）を基に、ＮＣデータ（１０７）を作成するＮＣデータ作成部（２３Ｂ）とを備える。

ＷＡＸ形状データ（１０１）は、規定形状の被加工物の大きさに対応した相似形の形状で表示され、ＷＡＸ形状データ（１０１）中の１点を原点とした座標系を持つ３次元データであるワイヤーフレームデータであり、ＮＣ加工装置（３０）中に配置される被加工物中の各点の座標は、ＷＡＸ形状データ（１０１）の各点の座標に対応し、サーフェイスデータ（１０２）は、表示装置（２１）上の１点を原点とする座標系を持つ３次元データであり、表示装置（２１）の表示上において、ＷＡＸ形状データ（１０１）はサーフェース（１０２）に対して、任意の位置、任意の角度で重ねられ、加工形状作成部（２３Ａ）は、最適加工位置までサーフェイスデータ（１０２）をＺ軸方向に並行移動して、ＷＡＸ形状データ（１０１）に囲まれるサーフェイスデータ（１０２）の各点の座標をＷＡＸ形状データ（１０１）の座標系に変換して加工領域データ（１０３）として抽出する加工領域抽出部（２３１）と、
加工領域データ（１０３）を参照し、加工領域データ（１０３）に含まれるＮＣ加工装置で加工不能な領域を補正して加工形状データ（１０４）を作成する加工制約処理部（２３２）とを備える。

加工形状作成部（２３Ａ）は、最適加工位置までＺ軸方向に並行移動したサーフェイスデータ（１０２）を更にＺ軸方向に移動して加工領域データ（１０３）を抽出する。

加工制約処理部（２３２）は、加工不能な領域に接する加工可能な表面を任意の方向に延長し、サポート面を形成して加工領域データ（１０４）に付加し、加工形状データ（１０４）を作成する。

本発明によるＮＣデータ作成部（２０）は、更に、ＮＣ加工装置（３０）が被加工物の加工に用いる加工ツールの情報であるツールデータ（１０５）を保持するツールデータデータベース（２７）を更に備え、ＮＣデータ作成部（２３Ａ）は、ＷＡＸ形状データ（１０１）と加工形状データ（１０４）から被加工物加工における加工範囲を計算し、使用ツールを決定し、ツールデータデータベース（２７）から使用ツールに対応するツールデータ（１０５）を抽出する加工条件付加部（２３３）と、ＷＡＸ形状データ（１０１）と加工形状データ（１０４）とツールデータ（１０５）から使用ツールと被加工物との位置関係を計算し、使用ツールの移動経路である工具経路データ（１０６）を算出する工具経路作成部（２３４）と、工具経路データ（１０６）をＮＣ加工装置（３０）が使用可能なコードに変換してＮＣデータ（１０７）を作成するポストプロセッサ（２３５）とを備える。ポストプロセッサ（２３５）は、ＷＡＸ形状データ（１０１）及びツールデータ（１０３）をＮＣデータ（１０７）に付加し、ＮＣデータファイル（１０８）を作成し、ＮＣデータ作成装置（２０）は、加工に用いる使用ツール毎のＮＣデータファイル（１０８）を関連付けて記憶するＮＣデータデータベース（２８）を更に備える。

加工形状データ（１０４）は、サーフェイスデータの全て又は一部である。又、加工領域抽出部（２３Ｂ）は、複数のＷＡＸ形状データ（１０１）を組合せた新たなＷＡＸ形状データ（１０１）を指定して加工形状データ（１０４）を抽出する。

本発明による被加工物加工システムは、サーフェイスデータ（１０２）を作成するＣＡＤ装置（１０）と、ＮＣデータ作成装置（２０）と、ＮＣデータ（１０７）を用いて被加工物を加工するＮＣ加工装置（３０）とを備え、ＣＡＤ装置（１０）と、ＮＣデータ作成装置（２０）と、ＮＣ加工装置（３０）は相互にネットワーク（４０）で接続される。ＣＡＤ装置（１０）は、サーフェイスデータ（１０２）を作成し、ＮＣデータ作成装置（２０）は、ネットワーク（４０）を介してＣＡＤ装置（１０）からサーフェイスデータ（１０２）を取得し、サーフェイスデータ（１０２）を用いてＮＣデータ（１０７）を作成し、ネットワーク（４０）を介してＮＣデータ加工装置（３０）に送信し、ＮＣデータ加工装置（３０）は、ＮＣデータ（１０７）によって制御され、被加工物を加工する。

本発明によるＮＣデータ作成装置、ＮＣデータ作成システム、ＮＣデータ作成方法及びＮＣデータ作成プログラムによれば、ＣＡＤデータを用いて簡易にＮＣデータを作成し、加工の際の切削量を削減できることにある。

以下、添付図面を参照して、本発明によるＮＣデータ作成システムの実施の形態を説明する。

本実施の形態では、新製品の開発等において、被加工物であるワックスやクレイを加工してモックアップを作成する際に、ＣＡＤ装置１０によって作成されたＣＡＤデータからＮＣ加工装置が使用するＮＣデータ１０７を作成するＮＣデータ作成システムを一例に説明する。

図１に本実施の形態における、本発明によるＮＣデータ作成システムの構成を示す。

本発明によるＮＣデータ作成システムは、ＣＡＤデータを作成、表示及び加工可能なＣＡＤ装置１０と、ＣＡＤ装置１０から送信されるＣＡＤデータを基にＮＣデータ１０７を作成するＣＡＭ装置２０と、ＮＣデータ１０７を基に各種ツールを使用してワックスやクレイ（以下、ＷＡＸと呼ぶ）を切削加工するＮＣ加工装置３０とを備える。

ＣＡＤ装置１０とＣＡＭ装置２０とＮＣ加工装置３０とは相互にネットワーク４０（又は単に通信回線）で接続され、互いに遠隔地又は、近傍に設置される。又、それぞれの装置は複数でもかまわない。このようにＬＡＮ等のネットワークで複数のＣＡＤ装置１０とＣＡＭ装置２０とＮＣ加工装置３０が接続されることで、遠隔地のＣＡＤ装置１０で設計されたＣＡＤデータを用いて各種ＮＣデータ１０７を作成でき、又、遠隔地のＣＡＭ装置２０で作成されたＮＣデータ１０７を用いてＮＣ加工装置３０においてＷＡＸを加工することができる。

図１を参照して、本発明によるＣＡＭ装置１０は、ＣＡＤデータ作成部１１とＣＡＤデータデータベース１２とＩ／Ｏインタフェース１３を具備する３次元ＣＡＤ装置である。各装置は通信バスで相互に接続され、Ｉ／Ｏインタフェース１３はネットワークを介してＣＡＭ装置２０やＮＣ加工装置３０に接続している。

ＣＡＤデータ作成部１１は、製品の形状設計や製品のモックアップからレーザスキャン等によって得られたデータを用いて、製品の３次元ＣＡＤデータであるサーフェイスデータ１０２の作成を行なう。作成されたサーフェイスデータ１０２は、ＣＡＤデータデータベース１２に蓄積されるか、Ｉ／Ｏインタフェース１３を介してＣＡＭ装置２０へ送られ、ＮＣデータ１０７作成に使用される。

ＣＡＤデータデータべ−ス１２は、メモリやハードディスク又は持ち運び可能な記録媒体でも良く、ＣＡＤ装置１０内部にあっても外部に設置されても構わない。ＣＡＤデータデータベース１２内のサーフェイスデータは、ＣＡＭ装置２０からの要求により抽出され、Ｉ／Ｏインタフェース１３を介してＣＡＭ装置２０に送信される。

図２は、本発明によるＣＡＭ装置２０の構成図である。ＣＡＭ装置２０は、表示装置２１、入力装置２２、ＣＰＵ２３、メモリ２４、ＣＡＤデータバッファ２５、ＷＡＸ形状データベース２６、ツールデータデータベース２７、ＮＣデータデータベース２８、Ｉ／Ｏインターフェース２９を具備している。各装置は、通信バスにより接続されている。又、ＣＰＵ２３が実行するプログラム又はプログラムと装置の組み合わせであるＮＣデータ作成モジュール２３０を含んでいる。

表示装置２１は、ＣＡＤ装置１０から取得した３次元ＣＡＤデータであるサーフェイスデータや、加工前のＷＡＸの形状を表すワイヤーフレームデータを表示するモニタである。キーボードやマウス等を含む入力装置２２はユーザによって操作され、ＷＡＸを加工する際の工具や加工の形態等の各種条件が入力される。入力された条件はＣＰＵ２３に送られＮＣデータ作成モジュール２３０によってＮＣデータ１０７の作成処理が行なわれる。又、ユーザはマウス等の操作によって、表示装置２１に表示されるサーフェイスデータ１０２及びワイヤーフレームデータを移動することができる。

ＣＰＵ２３は、入力装置２２から入力する条件や、各種信号、データを利用してＮＣデータ作成モジュール２３０の処理を実行し、ＮＣデータ１０７を作成する。ＮＣデータ１０７の作成処理の際、必要な各種信号やデータはメモリ２４に一時記憶される。

ＮＣデータ作成モジュール２３０は、プログラム又はプログラムと装置の組合せであり、加工形状作成部２３ＡとＮＣデータ作成部２３Ｂとを含んでいる。加工形状作成部２３Ａは、ＣＡＭ装置１０から送信されるサーフェイスデータ１０２から、加工したい形状のデータである加工形状データ１０４を抽出する。ＮＣデータ作成部２３Ｂは加工形状作成部２３Ａによって作成された加工形状データ１０４と、ユーザによって入力される加工条件とからＮＣ加工装置３０がＷＡＸを加工するために使用するＮＣデータ１０７を作成する。

加工形状作成部２３Ａは、加工領域抽出部２３１と加工制約処理部２３２とを含む。加工領域抽出部２３１は、ＣＡＤデータバッファ２５が記憶しているサーフェイスデータ１０２と、ＷＡＸ形状データベース２６が保持しているＷＡＸ形状データ１０１とを用いて、加工したい形状のサーフェイスデータ１０２である加工形状データ１０４を作成する。

本実施の形態におけるＷＡＸ形状データ１０１は、規定形状である加工前のＷＡＸに対応した形状（相似形）のワイヤーフレームデータである。ＷＡＸ形状データベース２６は、複数の規定形状に対応するＷＡＸ形状データ１０１を保持している。本実施の形態における規定形状は直方体である。この形状は、ＷＡＸ形状データ１０１に対応していればどのような形状でも構わない。

図３は、表示装置２１に表示されるＷＡＸ形状データ１０１（図３（ａ））と、ＮＣ加工装置３０に設置される加工前のＷＡＸ（図３（ｂ））との対応図である。ＷＡＸ形状データ１０１は直方体形状のフレームデータとして表示され、底面（ｘｙ平面）の中心Ｏを原点とするローカル軸上のローカルＡＸＩＳデータで取扱われる。ＷＡＸ形状データ１０１のｘｙ平面上の角の２点である点Ａ（ａ_１、ｂ_１、ｃ_１）と点Ｂ（ａ_２、ｂ_２、ｃ_２）は、ＮＣ加工装置３０のＷＡＸ設置台３１上にあるＷＡＸ固定ジグ３２の２点である点Ａ’（ａ_１’、ｂ_１’、ｃ_１’）と点Ｂ’（ａ_２’、ｂ_２’、ｃ_２’）に対応し、選択されたＷＡＸをその２点に固定することで、ＷＡＸ形状データ１０１のフレーム内の各点の座標と加工に使用するＷＡＸの内部の位置座標は対応付けられる。尚、ＷＡＸ形状データ１０１の座標とＷＡＸ設置台３１上の座標が対応付けられれば、固定ジグのどの点に対応していても良い。ただし、この際、ＷＡＸ固定ジグ３２はＷＡＸの大きさに対応した形状であり、設置するだけでＷＡＸの大きさを決定するような形状であるのが好ましい。

このように、加工したいＷＡＸをＷＡＸ固定ジグ３２に固定するだけで、ユーザは専門的な知識を有することなく容易に、加工するための位置決めをすることができる。

加工領域抽出部２３１は、ＣＡＤ装置１０から送信されるサーフェイスデータ１０２を記憶しているＣＡＤデータバッファ２５からサーフェイスデータ１０２を抽出し、表示画面に表示する。又、入力装置２２によって選択されたＷＡＸの形状を基にＷＡＸ形状データベース２６からユーザが選択したＷＡＸ形状データ１０１を読み出し、表示装置２１にフレームデータとして表示する。ユーザの入力装置２２の操作により表示上でフレームデータとサーフェイスデータ１０２を重ね合わせられると、加工領域抽出部２３１は、フレームデータによって囲まれるサーフェイスデータ１０２を抽出する。この際、加工形態が全体加工の場合は、フレームデータで囲まれた全てのサーフェイスデータ１０２を抽出し、部分加工の場合はフレームデータによって囲まれるサーフェイスデータ１０２を抽出し、それ以外のデータはトリミングされる。

図４（ａ）に表示装置２２に表示されるＷＡＸ形状データ１０１に囲まれたサーフェイスデータ１０２を示す。図４（ａ）に示されるようにユーザによって任意の角度、任意の方向からＷＡＸ形状データ１０１でサーフェイスデータ１０２を囲み、加工したい形状を設定する。ＷＡＸ形状データの底面の中心を原点Ｏとし、図４（ａ）のＹＺ平面における断面を図４（ｂ）右図に示す。加工領域抽出部２３１は、ＷＡＸ形状データ１０１の底面（ＸＹ平面（Ｘ＝０、Ｙ＝０））の中心をＡＸＩＳ中心とし、ＷＡＸ形状データ１０１をＸ軸、Ｙ軸方向を固定し、Ｚ軸方向に移動して、加工においてＷＡＸの切削量が最小となるように加工形状を最適化する（図４（ｂ）左図及び図４（ｃ）参照）。この際、Ｚ軸方向は、ＮＣ加工装置３０の３軸加工ツールの主軸方向に一致する。通常、最適加工位置は、ＷＡＸ形状データ１０１囲まれたサーフェイスデータ１０２の最大Ｚ値が、ＷＡＸ形状データ１０１の最大Ｚ値であるＸＹ平面に接する位置である（図４（ｂ）左図及び図４（ｃ）参照）。

又、最適加工位置は、ユーザによって任意に変更することができる。選択されたサーフェイスデータ１０２が凹部である場合、サーフェイスデータ１０２の最大Ｚ値に合わせて最適加工位置を決定すると、切削量が多くなるとともにユーザにとって重要ではない凸部まで加工することになる。このため、ユーザはＷＡＸ形状データ１０１をＺ軸方向に任意に移動して最適加工位置を決定することができる。

３次元ＣＡＤデータであるサーフェイスデータ１０２は、ある１点を原点とするグローバル軸上のグローバルＡＸＩＳデータである。加工領域抽出部２３１は、抽出したサーフェイスデータ１０２の各点の座標をフレームデータのローカル座標に変換して、ＮＣ加工装置３０上の加工後におけるＷＡＸ内の位置座標に対応付ける。このようにして、加工領域抽出部２３１は、加工前のＷＡＸのデータ（ＷＡＸ形状データ１０１）によって、サーフェイスデータ１０２から抽出し、座標変換したサーフェイスデータを加工領域データ１０３として加工制約処理部２３２に送る。

図５は、サーフェイスデータ１０２から加工領域データ１０３を抽出する場合の概念図である。ユーザによる入力装置２２ヘの操作により表示装置２１に表示されるＷＡＸ形状データ１０１は任意の方向、任意の角度（３次元的に６軸方向に傾きを設定できる）でサーフェイスデータ１０２に重ねられ、加工領域抽出部２３１は、ＷＡＸデータに囲まれたサーフェイスデータ１０２の各点の座標を回転、移動、拡張してローカル座標に変換し、抽出する。サーフェイスデータ１０２の一部をＷＡＸ形状データ１０１で囲み、その囲まれたサーフェイスデータ１０２を抽出する部分選択について図５（ａ）を参照して説明する。サーフェイスデータ１０２は、グローバル座標系（Ｐ_ｏ、ｕ、ｖ、ｎ）、座標原点Ｐ_ｏ（ｕ_ｏ、ｖ_ｏ、ｎ_ｏ）、直交基本単位ベクトル（ｕ、ｖ、ｎ）であり、ＷＡＸ形状データ１０１は、ローカル座標系（Ｏ、ｉ、ｊ、ｋ）、座標原点Ｏ（ｘ_ｏ、ｙ_ｏ、ｚ_ｏ）、直交基本ベクトル（ｉ、ｊ、ｋ）である。座標変換前のサーフェイスデータ１０２の座標（位置ベクトル）をＰ（ｘ’、ｙ’、ｚ’、１）、変換後サーフェイスデータ１０２の座標（位置ベクトル）をＲ（ｘ、ｙ、ｚ、１）とすると、ＷＡＸデータに囲まれたサーフェイスデータ１０２の点Ｐは以下の式により座標変換される。

図５（ｂ）にサーフェイスデータ１０２の全体を抽出する場合の概念図を示す。全体選択では、サーフェイスデータ１０２を全て囲むようにＷＡＸ形状データ１０１が自動配置され、全てのサーフェイスデータ１０２の座標がローカル座標に変換される。変換は上記と同じである。尚、サーフェイスデータ１０２抽出の際の座標変換は、ＷＡＸ形状データ１０１の座標系に変換できれば上記の限りではない。

図６に加工領域抽出部２３１が抽出した加工領域データ１０３を示す。図５に示されるように、本実施の形態によるＮＣ加工装置３０の切削ツールは、３軸加工用のツールであるため、ツール可動方向のｘｙ方向に窪んだ凹状の部分は切削不能領域となる。加工領域抽出部２３１によって抽出された加工領域が、このような切削不能領域を有している場合、加工制約処理部２３２は、その切削不能領域のＺ方向上部にある切削可能面をｚ方向下に延長したサポート面を作成する。加工制約処理部２３２は、加工領域の切削不能領域にサポート面を付加して加工形状データ１０４を作成する。尚、切削可能面を延長してサポート面を作成できれば切削不能領域のＸ又はＹ方向にある切削可能面を延長して作成しても構わない。

図７を参照してＮＣ加工装置３０におけるＷＡＸ設置台３１と、ＷＡＸ形状データ１０１の対応を説明する。ＷＡＸ設置台３１上には、ＷＡＸを固定するためのＷＡＸ固定ジグ３２があり、このＷＡＸ固定ジグ３２によってツールの加工範囲は制限され、底面から高さｌの領域は加工不能領域となる（図７（ａ）参照）。よって、ＷＡＸ形状データ１０１にも予め、この加工不能領域に対応する部分が示されている（図７（ｂ）参照）。加工制約処理部２３２は、この加工不能領域を加工領域データ１０３からトリミングし、加工形状データ１０４とする。尚、ＷＡＸ固定ジグ３２の形状は、ＷＡＸの底面側の側面を挟むようにして固定する形状でも、ＷＡＸの底面に固定用の１つ又は複数の窪みを付けてその窪みに合う大きさの凸上の固定具をつけて固定しても良い（図７（ａ）参照）。又、上記の加工不能領域を無くすようにＷＡＸの底面に高さｌの設置用の台を取り付けたＷＡＸを規定ＷＡＸとして用い、ＷＡＸ固定ジグでこの設置用の台を固定して加工を実施しても良い。この際、ＷＡＸ形状データ１０１は、設置用の台を除くＷＡＸのみに対応したデータであり、上記のようなトリミングをする必要がなくなる。

ＮＣデータ作成部２３Ｂは、加工条件付加部２３３、工具経路作成部２３４、ポストプロセッサ２３５を含み、加工形状作成部２３Ａで作成された加工形状データ１０４を基に、ＮＣ加工装置３０でＷＡＸを加工するためのＮＣデータ１０７を作成する。

加工条件付加部２３３は、加工形状データ１０４とＷＡＸ形状データ１０１の位置座標を参照してＷＡＸの切削範囲と切削量を算出して加工に使用するツールを決定する。

加工に用いる切削ツールのボール径（切削精度）や、切削能力（切削量、切削速度）等のツールデータ１０５は、ツールデータデータベース２７に蓄積されており、加工条件付加部２３３は、ここから切削範囲や切削量に見合ったツールデータ１０５を抽出し、荒取り加工や仕上げ加工の加工方式を決定する。尚、ユーザによってツールや加工方式を選択しても構わない。この際、ユーザは表示装置２１を確認し、入力装置２２を使用して希望のツールや加工方式を選択することで、ツールデータをツールデータデータベース２７から抽出し、加工条件付加部２３３に送って使用ツールや加工方式を決定する。

工具経路作成部２３４は、加工条件付加部２３３で決定された切削範囲のベクトル、ＷＡＸ形状データ１０１の座標（例えば原点座標）や形状（例えば高さ情報）、ツールデータ１０５より得られるＷＡＸとツール先端との位置関係等を基に、加工の際にツール（ツール先端）がたどる移動経路（ＮＣ加工装置３０上の座標）である工具経路データ１０６を作成する。

ポストプロセッサ２３５は、工具経路データ１０６をＮＣ加工装置３０に対応した形式に変換してＮＣデータ１０７を作成する。又、使用ツール毎のツールデータ１０５と、最適移動速度、最適スピンドル回転数を計算し、使用するＷＡＸ形状データ１０１とともにＮＣデータ１０７に付加してＮＣデータファイル１０８を作成する。この際、ポストプロセッサ２３５は、更に、工具経路、ツールの最適移動速度、最適スピンドル回転数を基に加工時間を計算し、ユーザの要請により表示装置２１に表示することができる。

ポストプロセッサ２３５は、当該加工に使用される全てのＮＣデータファイル１０８を関連付けて、ＮＣデータデータベース２８に記録する。ＮＣデータデータベース２８は、メモリ又はディスクからなる記憶装置で、ＣＤやＭＯのような持ち運び可能な記憶媒体でも構わない。このような記録媒体を用いることで、ネットワーク４０に接続していないＮＣ加工装置でもＮＣファイルを使用してＷＡＸを加工することができる。

ＮＣデータファイル１０８は、Ｉ／Ｏインタフェース２９からネットワーク４０を介してＮＣ加工装置３０に送信され、ＮＣ加工装置３０は、このＮＣデータファイル１０８を使用してＷＡＸの加工を実施する。又、ＣＡＤ装置は、Ｉ／Ｏインタフェース２９からネットワーク４０を介して他のＣＡＭ装置２０、ＣＡＤ装置１０、ＮＣ加工装置３０に接続されているため、ユーザは、別のユーザが作成したＮＣデータファイル１０８を使用してＷＡＸを加工したり、遠方の設計者がＣＡＤ装置２０で設計したサーフェイスデータ１０２を用いてＮＣデータファイル１０８を作成し、ＷＡＸを加工することも可能である。

又、本発明によるＣＡＭ装置２０は、ＣＡＤ装置１０に含まれても構わない、この際、Ｉ／Ｏインタフェース１３はＩ／Ｏインタフェース２９の動作を含む。

更に、本実施の形態では、表示装置２１、入力装置２２、ＣＰＵ２３、加工形状作成部２３Ａ、メモリ２４、ＣＡＤデータバッファ２５、ＷＡＸ形状データベース２６はＣＡＭ装置２０内に含まれるが、本発明の動作を実現できればＣＡＭ装置２０の外部やＣＡＭ装置１０に構成されても構わない。この際、ＣＰＵ２３は加工形状作成部２３Ａの処理を実行するＣＰＵ２３’として動作し、ＣＡＭ装置２０はＮＣデータ作成部２３Ｂの処理を実行するＣＰＵ２３”と、その処理のための信号やデータを一時記憶するメモリ２４’を具備する。

図８を参照して本発明によるＮＣデータ作成システムのＮＣデータ１０７を作成する動作を説明する。

ユーザは、ＣＡＭ装置２０の入力装置２２を操作して、ＣＡＤ装置１０にから必要とする設計形状であるサーフェイスデータ１０２をネットワークを介して抽出し、表示装置２１上に表示させる（ステップＳ２）。次に切削加工に用いる規定形状のＷＡＸ形状データ１０１を選択し、表示装置２１に表示させる。ＷＡＸの形状は規定された数種類の大きさ、形状（例えばＬＬ、Ｌ、Ｍ、Ｓサイズ）から選択できる。ＷＡＸの形状を規定することで、加工の都度、専用のＷＡＸ形状を設定する必要がなくなる。

選択されたＷＡＸ形状データ１０１は、図４（ａ）に示されるようにフレームデータとしてサーフェイスデータ１０２を囲んで表示装置２１に表示される。希望する加工形状を得るため、ユーザはマウス等の入力装置２２を使用して表示装置２１に表示させたＷＡＸ形状データ１０１を移動し、サーフェイスデータ１０２に対し任意の角度、任意の位置で重ね合わせ、希望する加工形状をカバーできる最適なＷＡＸ形状を決定する（図４（ａ）、ステップＳ４）。この際、表示されるＷＡＸ形状データ１０１は、固定ジグによる切削不能領域を色分けして表示され、ユーザは切削不能領域を考慮して加工形状を抽出することができる。又、サーフェイスデータ１０２がこの切削不能領域に重なると、アラート表示や警告音を発生することも可能である。

ＷＡＸ形状データ１０１に囲まれたサーフェイスデータ１０２は、ＷＡＸ形状データの最大Ｚ値であるＸＹ平面に接するまでＺ軸方向に並行移動され（図４（ｂ）参照）、最適加工位置が決定される（図４（ｃ）参照）。この際、ユーザの操作によりＺ軸方向に更に並行移動し、最適加工位置を調整することも可能である（ステップＳ６）。

最適加工位置が決定されると、図５（ａ）に示されるように、ＷＡＸ形状データ１０１で囲まれたサーフェイスデータ１０２は座標変換され、加工領域として抽出される（ステップＳ８）。
この際、サーフェイスデータ１０２に切削不能領域が存在する場合、サポート面を形成するため、切削可能面と切削不能領域との接辺と、サポート面を形成する方向を指定すると、加工制約処理部２３２は切削可能面を延長し、切削不能領域をカバーするサポート面を作成して加工形状が決定される（図６（ｂ）参照）。加工領域外のＷＡＸ形状データ１０１で囲まれていないサーフェイスデータ１０２は、トリミングされて加工形状が決定され（図４（ｄ）参照、ステップＳ１０）、加工形状データ１０４としてＷＡＸ形状データ１０１とともにＮＣデータ作成部２３Ｂに送られる。

ステップＳ１０において加工形状が決定されると、加工条件付加部２３３は、受信する加工形状データ１０４とＷＡＸ形状データ１０１を基に切削量等を計算し、対応する切削ツールや加工方式（荒取り加工や仕上げ加工）を選択する。この際、加工条件付加部２３３が選択した切削ツールや加工方式は表示装置２１に表示され、ユーザはそれを確認することができる。又、入力装置２２からの入力により、切削ツールや加工方式は変更され得る。

切削ツールや加工方式が決定すると、工具経路作成部２３４によって、切削ツールの経路や加工速度を計算し工具経路データ１０６が決定され、この工具経路データ１０６に基づいて、ポストプロセッサ２３５によってＮＣデータファイル１０８が作成される（ステップＳ１２）。又、ポストプロセッサ２３５は、加工速度等に基づき各加工工程の加工時間を算出し、ユーザの要請により表示装置２１に表示する。作成された当該加工に使用される全てのＮＣデータファイル１０８は、関連付けられて、ＮＣデータデータベース２８に記録される（ステップＳ１４）。当該加工におけるＮＣデータファイル１０８の数は１つでも複数でも構わない。ユーザは、任意のファイル名を付けてＮＣデータファイル１０８を記録することができる。作成されたＮＣデータファイル１０８は、ネットワーク４０に接続されるＣＡＭ装置２０やＮＣ加工装置３０から任意に抽出でき、必要な加工に合わせて使用することができる。

以上のように、本発明によるＮＣデータ作成システムは、ユーザ（設計者）の希望する加工形状を維持しつつ、ＷＡＸを加工する際の切削量を削減することができる。又、加工形状によっては、加工当初の荒取り加工を省略することができ、加工工程を短縮スカすることもできる。このように、本発明のＮＣデータ作成システムはＷＡＸの使用効率を増大させるとともに、加工にかかるコストを削減することができる。

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。

図１は、本発明によるＮＣデータ作成システムの構成図である。 図２は、本発明によるＣＡＭ装置の構成図である。 図３は、表示装置２１に表示されるＷＡＸ形状データと、ＮＣ加工装置に設置される加工前のＷＡＸとの対応図である。 図４は、本発明に係るサーフェイスデータから加工領域データを抽出する場合の概念図である。 図５は、本発明に係る加工領域及びサポート面の概念図である。 図６は、本発明に係るＮＣ加工装置におけるＷＡＸ設置台と、ＷＡＸ形状データとの対応図である。 図７は加工範囲の大きさに対応する加工工程の概念図である。 図８は、本発明によるＮＣデータ作成システムの動作の流れ図である。

符号の説明

１０： ＣＡＤ装置
２０： ＣＡＭ装置、ＮＣデータ作成装置
３０： ＮＣ加工装置
４０： ネットワーク
１１： ＣＡＤデータ作成部
１２： ＣＡＤデータデータベース
１３： Ｉ／Ｏインタフェース
２１： 表示装置
２２： 入力装置
２３： ＣＰＵ
２４： メモリ
２３０： ＮＣデータ作成モジュール
２３Ａ： 加工形状作成部
２３Ｂ： ＮＣデータ作成部
２３１： 加工領域抽出部
２３２： 加工制約処理部
２３３： 加工条件付加部
２３４： 工具経路作成部
２３５： ポストプロセッサ
２５： ＣＡＤデータバッファ
２６： ＷＡＸ形状データベース
２７： ツールデータデータベース
２８： ＮＣデータデータベース
２９： Ｉ／Ｏインタフェース
３１： ＷＡＸ設置台
３２： ＷＡＸ固定ジグ
１０１： ＷＡＸ形状データ
１０２： サーフェイスデータ
１０３： 加工領域データ
１０４： 加工形状データ
１０５： ツールデータ
１０６： 工具経路データ
１０７： ＮＣデータ
１０８： ＮＣデータファイル

Claims (14)

1. ＮＣ加工装置を制御して被加工物を加工して任意の形状にするために用いられるＮＣデータを作成する装置であって、
   物体の表面形状の情報であるサーフェイスデータを保持するＣＡＤデータバッファと、
   前記ＮＣ加工装置に設置される前記被加工物の形状及び位置座標に対応するＷＡＸ形状データを保持するＷＡＸ形状データベースと、
   前記サーフェイスデータと前記ＷＡＸ形状データとを３次元表示する表示装置と、
   前記表示装置の表示上において、前記ＷＡＸ形状データに囲まれるサーフェイスデータを希望形状データとした時、前記ＷＡＸ形状データ中の原点から前記ＮＣ加工装置の加工ツールの主軸方向であるＺ軸方向に、前記希望形状データが前記ＷＡＸ形状データの最大Ｚ値であるＸＹ平面に接する最適加工位置まで、前記サーフェイスデータを並行移動して、前記ＷＡＸ形状データに囲まれる前記サーフェイスデータを加工形状データとして抽出する加工形状作成部と、
   前記ＷＡＸ形状データと前記加工形状データを基に、加工範囲を決定し前記加工形状データに対応する形状に前記被加工物を加工するためのＮＣデータを作成するＮＣデータ作成部とを備える
   ＮＣデータ作成装置。
2. 請求項１に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記ＷＡＸ形状データは、規定形状の被加工物の大きさに対応した相似形の形状で表示され、前記ＷＡＸ形状データ中の１点を原点とした座標系を持つ３次元データであるワイヤーフレームデータであり、
   前記ＮＣ加工装置中に配置される前記被加工物中の各点の座標は、前記ＷＡＸ形状データの各点の座標に対応し、
   前記サーフェイスデータは、前記表示装置上の１点を原点とする座標系を持つ３次元データであり、
   前記表示装置の表示上において、前記ＷＡＸ形状データは前記サーフェースに対して、任意の位置、任意の角度で重ねられ、
   前記加工形状作成部は、
   前記最適加工位置まで前記サーフェイスデータを前記Ｚ軸方向に並行移動して、前記ＷＡＸ形状データに囲まれる前記サーフェイスデータの各点の座標を前記ＷＡＸ形状データの座標系に変換して加工領域データとして抽出する加工領域抽出部と、
   前記加工領域データを参照し、前記加工領域データに含まれるＮＣ加工装置で加工不能な領域を補正して前記加工形状データを作成する加工制約処理部とを備える
   ＮＣデータ作成装置。
3. 請求項１又は２に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記加工形状作成部は、前記最適加工位置まで前記Ｚ軸方向に並行移動した前記サーフェイスデータを更に前記Ｚ軸方向に移動して前記加工領域データを抽出する
   ＮＣデータ作成装置。
4. 請求項２又は３に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記加工制約処理部は、加工不能な領域に接する加工可能な表面を任意の方向に延長し、サポート面を形成して加工領域データに付加し、前記加工形状データを作成する
   ＮＣデータ作成装置。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記ＮＣ加工装置が被加工物の加工に用いる加工ツールの情報であるツールデータを保持するツールデータデータベースを更に備え、
   前記ＮＣデータ作成部は、前記ＷＡＸ形状データと前記加工形状データから前記被加工物加工における前記加工範囲を計算し、前記加工範囲に基づいて使用ツールを決定し、前記ツールデータデータベースから使用ツールに対応するツールデータを抽出する加工条件付加部と、
   前記ＷＡＸ形状データと前記加工形状データと前記ツールデータから前記使用ツールと前記被加工物との位置関係を計算し前記使用ツールの移動経路である工具経路データを算出する工具経路作成部と、
   前記工具経路データを、前記ＮＣ加工装置が使用可能なコードに変換してＮＣデータを作成するポストプロセッサとを備える
   ＮＣデータ作成装置。
6. 請求項５に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記ポストプロセッサは、前記ＷＡＸ形状データ及び前記ツールデータを前記ＮＣデータに付加し、ＮＣデータファイルを作成し、
   前記ＮＣデータ作成装置は、前記加工に用いる前記使用ツール毎のＮＣデータファイルを関連付けて記憶するＮＣデータデータベースを更に備える
   ＮＣデータ作成装置。
7. 請求項１から６いずれか１項に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記加工形状データは、前記サーフェイスデータの全てである
   ＮＣデータ作成装置。
8. 請求項１から６いずれか１項に記載のＮＣデータ作成装置において、
   前記加工形状データは、前記サーフェイスデータの一部である
   ＮＣデータ作成装置。
9. 物体の表面形状のデータであるサーフェイスデータと加工される被加工物の形状を示すＷＡＸ形状データを３次元表示する第１のステップと、
   表示上において、前記ＷＡＸ形状データに囲まれるサーフェイスデータを希望形状データとした時、前記ＷＡＸ形状データ中の原点から前記ＮＣ加工装置の加工ツールの主軸方向であるＺ軸方向に、前記希望形状データが前記ＷＡＸ形状データの最大Ｚ値であるＸＹ平面に接する最適加工位置まで、前記サーフェイスデータを並行移動する第２のステップと、
   前記ＷＡＸ形状データに囲まれる前記サーフェイスデータを前記ＷＡＸ形状データの座標系に変換して加工領域データとして抽出する第３のステップと、
   前記加工領域データを参照し、前記加工領域データに含まれる加工不能な領域を補正して加工形状データを作成する第４のステップと、
   前記加工形状データを基に、前記加工形状データに対応する形状に被加工物を加工するためのＮＣデータを作成する第５のステップとを備える
   ＮＣデータ作成方法。
10. 請求項９に記載のＮＣデータ作成方法であって、
    第２のステップは、前記最適加工位置から更に、前記Ｚ軸方向に前記サーフェイスデータを並行移動するステップを更に含む
    ＮＣデータ作成方法。
11. 請求項９又は１０に記載のＮＣデータ作成方法であって、
    第４のステップにおいて、
    前記ＷＡＸ形状データと前記加工形状データから前記被加工物の加工における加工範囲を計算するステップと、
    前記加工範囲に対応する使用ツールを決定して被加工物の加工に用いる加工ツールの情報であるツールデータを抽出するステップと、
    前記ＷＡＸ形状データと前記加工形状データと前記ツールデータから、前記被加工物と前記使用ツールとの位置関係を計算し、前記加工ツールの移動経路である工具経路データを算出するステップと、
    前記工具経路データを前記ＮＣ加工装置が使用可能なコードに変換してＮＣデータを作成するステップとを更に備える
    ＮＣデータ作成方法。
12. 請求項９から１１いずれか１項に記載のＮＣデータ作成方法をコンピュータに実行させる
    ＮＣデータの作成プログラム。
13. 請求項１から７にいずれか１項に記載のＮＣデータ作成装置と、
    前記サーフェイスデータを作成するＣＡＤ装置と、
    前記ＮＣデータを用いて前記被加工物を加工するＮＣ加工装置とを備え、
    前記ＮＣデータ作成装置と前記ＣＡＤ装置と前記ＮＣ加工装置は相互にネットワークで接続され、
    前記ＣＡＤ装置は、前記サーフェイスデータを作成し、
    前記ＮＣデータ作成装置は、前記ネットワークを介して前記ＣＡＤ装置から前記サーフェイスデータを取得し、前記サーフェイスデータを用いて前記ＮＣデータを作成し、前記ネットワークを介して前記ＮＣデータ加工装置に送信し、
    前記ＮＣデータ加工装置は、前記ＮＣデータによって制御され、前記被加工物を加工する
    ＮＣ加工システム。
14. 請求項１から７いずれか１項に記載のＮＣデータ作成装置は、前記ＣＡＤ装置に含まれる
    ＮＣデータ作成システム。

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