JP2006139506A - 機械加工干渉予測システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ３次元設計形状データと実際に鋳造された被加工物の実物との間に熱変形やバリ等による形状差があった場合でも上述の干渉等が生じることのない機械加工干渉予測システムを提供する。
【解決手段】 工具Ｔを予め設定された経路に沿って加工開始点に移動させ、該加工開始点から被加工物１の機械加工を開始する場合に、上記工具Ｔが上記経路上を移動する際の該工具Ｔと被加工物１との干渉の有無を事前に予測する機械加工干渉予測システムであって、上記被加工物１の実物形状の測定結果を３次元形状化して３次元形状データを作成し、該３次元形状データに基づいて実物対応形状１′及び実物対応経路を想定し、該実物対応経路上を上記工具Ｔが移動する際の該工具Ｔと上記実物対応形状１′との干渉の有無を予測する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばエンジンの鋳造成形部品であるシリンダブロック，シリンダヘッド等の被加工物を機械加工する場合に、工具と被加工物との干渉の有無を事前に予測するようにした機械加工干渉予測システムに関する。

上記エンジン構成部品であるシリンダヘッド等は、鋳造により成形され、マシニングセンタ等の工作機械により所要の機械加工を施すことにより製造される。この種の機械加工は、予め設定された加工プログラムに基づいて、いわゆるＮＣ制御により自動的に行なわれ、工具が所定の移動経路に沿って加工開始点に高速で移動し、ここから加工が開始される。この場合に、加工時間を可能な限り短縮することが要請されている。この要請に対応するためには工具の移動距離を極限まで短縮することが必要であり、そのために上記工具の移動経路は被加工物の表面の極近くを通るように設定され、また上記加工開始点は被加工部の極表面近くに設定される。その結果、実際に機械加工した際に工具と被加工物との干渉や削り過ぎあるいは削り不足が生じないことを事前に予測することが必要となる。

このような機械加工干渉予測システムとして、従来、被加工物の３次元設計形状データとその被加工物を加工する工具の諸元データとに基づいて、コンピュータにより該被加工物と工具との機械加工時の干渉の有無をシミュレーションし、これに基づいて機械加工におけるＮＣ制御データを修正するようにしたものがある（特許文献１参照）
特開平１１−７３２１２号公報

しかし上記従来の予測システムのように、被加工物の３次元設計形状データに基づいて機械加工時の干渉シミュレーションを行い、事前確認を行なったＮＣ制御データを用いて実機で加工トライを行なった場合、工具と被加工物との干渉が発生する加工部位があることが判った。これは被加工物の３次元設計形状データと実物とでは、鋳造時の変形やバリの発生等により差が発生しているためであると考えられる。その結果、被加工物の形状差が影響する加工部位を事前に確認する方法がなく、実機を用いた加工トライによる確認しかないのが実情である。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、３次元設計形状データと実際に鋳造された被加工物の実物との間に熱変形やバリ等による形状差があった場合でも上述の干渉等が生じることのない機械加工干渉予測システムを提供することを課題としている。

請求項１の発明は、工具を予め設定された経路に沿って加工開始点に移動させ、該加工開始点から被加工物の機械加工を開始する場合に、上記工具が上記経路上を移動する際の該工具と被加工物との干渉の有無を事前に予測する機械加工干渉予測システムであって、上記被加工物の実物形状の測定結果をコンピュータ上で３次元形状化して３次元実物形状データを作成し、該３次元実物形状データに基づいてコンピュータ上で実物対応形状及び実物対応経路を想定し、該実物対応経路上を上記工具が移動する際の該工具と上記実物対応形状との干渉の有無を予測すること特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１において、上記実物対応形状は、上記被加工物の実物形状を非破壊非接触スキャニングすることにより得られた断層画像群を３次元形状化して得られた３次元実物形状データに基づいて想定されたものであることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、上記被加工物の実物形状の測定結果から得られた３次元実物形状データに基づいて実物対応形状及び実物対応経路を想定し、該実物対応経路上を上記工具が移動する際の該工具と上記実物対応形状との干渉の有無を予測するようにしたので、仮に３次元設計形状データと実物との間に鋳造時の熱変形やバリ等による形状差があった場合でも、この形状差を考慮した機械加工干渉予測となっており、機械加工時の干渉や削り残し，削り過ぎを確実に回避できる。

また機械加工時の干渉等を確実に回避できるので、移動経路をより短縮できるとともに、加工開始点を被加工物表面により近接させて設定でき、それだけ加工時間を短縮できる。

また請求項２の発明では、上記実物対応形状を、実物形状を非破壊非接触スキャニングすることにより得られた断層画像群を３次元形状化して得られた３次元実物形状データに基づいて想定したので、例えば被加工物の設計形状データと実物との形状差を考慮に入れて移動経路や加工開始点を設定でき、被加工物に孔明け加工等を行なう場合の加工開始点への移動時等における工具と被加工物との干渉を回避できる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って説明する。
図１〜図 ３は本発明の一実施形態による機械加工干渉予測システムを説明するための図であり、図１は機械加工干渉予測システムの概略構成を示す行程図、図２は機械加工干渉予測システムのブロック図、図３は被加工物の実物形状と設計形状との差を説明するための模式図である。

図において、１は被加工物の一例としてのシリンダヘッドである。このシリンダヘッド１は鋳造成形品であり、例えばヘッドカバーが装着される上合面１ａ，シリンダブロックと結合される下合面１ｂ，吸気管が接続されるポート接続面１ｃ，バルブ開口１ｄ等に所要の機械加工が施される。

２は上記シリンダヘッド１に機械加工を施す工作機械（マシニングセンタ）であり、該工作機械１は、予め設定された加工プログラムに基づいて、工具Ｔを予め設定された移動経路に沿って加工開始点に移動させ、該加工開始点から該シリンダヘッド１に所要の機械加工を施すように構成されている。

本実施形態では、シリンダヘッド１に機械加工を施す前に、上記工具Ｔが上記経路上を移動する際の、該工具Ｔとシリンダヘッド１との干渉の有無を事前に予測するようになっている。この場合に、上記シリンダヘッド１の３次元設計形状データではなく、実際に鋳造された実物のシリンダヘッド１の形状を計測して得られた３次元実物形状データに基づいて上記干渉予測が行なわれる。

上記シリンダヘッド１と工具Ｔとの干渉を事前に予測する方法についてより具体的に説明する。本実施形態では、実際に鋳造されたシリンダヘッド１がマスター形状とされ（図１（ａ）、図２（Ｓ１））、このシリンダヘッド１の実物形状が３次元計測機６により被破壊非接触状態でスキャニングされる（図１（ｂ）、図２（Ｓ２））。なお、上記スキャニングは、上記シリンダヘッド１を３次元計測機６のテーブル６ａ上に載置し、該テーブル６ａを例えば０．５ｍｍずつ上下方向に移動させつつ３次元計測機６からＸ線をシリンダヘッドに照射することにより行なわれる。

そして上記スキャニングされた断層画像群をコンピュータ上で３次元形状化して３次元実物形状データが作成され（図２（Ｓ３））、該３次元実物形状データに基づいてシリンダヘッド１の実物対応形状１′が想定され（図１（ｃ））、さらにこの実物対応形状１′を基に実物対応経路が設定される。

そしてコンピュータ上で上記シリンダヘッドの実物対応形状１′に対して工具Ｔを上記実物対応経路に沿って各々の加工開始点に移動させ、該加工開始点から機械加工を開始した場合の、工具Ｔと実物対応形状１′との干渉の有無が予測される（図１（ｄ）、図２（Ｓ４））。

上記干渉予測により、干渉あるいは削り過ぎ，削り残しが生じることが予測された場合、該干渉部位等のＮＣ制御データが修正される（図１（ｅ）、図２（Ｓ５））。

このように本実施形態では、被加工物であるシリンダヘッド１の実際に鋳造された実物の形状をスキャニングして得られた３次元実物形状データに基づいてコンピュータ上で実物対応形状１′を推定し、この実物対応形状１′を用いて干渉の有無をシミュレーションするようにしたので、工具Ｔとシリンダヘッド１との干渉を確実に回避できる。

例えば図３に示すように、シリンダヘッド１の加工開始点における３次元設計形状データによる設計形状ａと実物形状ｂとの間に熱変形やバリ等による形状差ｄがあった場合、従来方法では、工具Ｔが被加工物の実物形状ｂに干渉することとなる。本実施形態では、上記形状差ｄを考慮した実物対応形状１′に基づいて干渉予測を行なうのであるから、上記形状差ｄがあってもこれと工具との干渉を回避できる。

またこのように形状差があっても干渉の有無を確実に予測できるので、実物対応経路をより一層シリンダヘッドの表面形状に近接させることにより移動距離を短縮でき、また加工開始点を被加工部に近接させて設定でき、その結果、加工時間をより一層短縮できる。また実物形状に対応しているので、削り過ぎや削り残しを回避できる。

また上記シリンダヘッド１の実物対応形状１′を、実物形状を非破壊非接触スキャニングすることにより得られた断層画像群を３次元形状化して得られた３次元実物形状データに基づいて想定したので、例えばシリンダヘッド１における３次元設計形状データと実物との形状差を考慮に入れて加工経路や加工開始点を設定でき、被加工物内部に孔明け加工等を行なう場合の加工開始点への移動時等において工具と被加工物との干渉を回避できる。

本発明の一実施形態システムを説明するための行程図である。 上記実施形態システムのブロック図である。 上記実施形態における作用効果を説明するための模式図である。

符号の説明

Ｔ 工具
１ シリンダヘッド（被加工物）
１′ 実物対応形状

Claims (2)

1. 工具を予め設定された経路に沿って加工開始点に移動させ、該加工開始点から被加工物の機械加工を開始する場合に、上記工具が上記経路上を移動する際の該工具と被加工物との干渉の有無を事前に予測する機械加工干渉予測システムであって、
   上記被加工物の実物形状の測定結果をコンピュータ上で３次元形状化して３次元実物形状データを作成し、該３次元実物形状データに基づいてコンピュータ上で実物対応形状及び実物対応経路を想定し、該実物対応経路上を上記工具が移動する際の該工具と上記実物対応形状との干渉の有無を予測することを特徴とする機械加工干渉予測システム。
2. 請求項１において、上記実物対応形状は、上記被加工物の実物形状を非破壊非接触スキャニングすることにより得られた断層画像群を３次元形状化して得られた３次元実物形状データに基づいて想定されたものであることを特徴とする機械加工干渉予測システム。

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