JP2007058748A

JP2007058748A - 曲面ｎｃ加工における補間パス生成方法

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Publication number: JP2007058748A
Application number: JP2005245934A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Yamamoto; 富明山本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】曲面ＮＣ加工において、製品の表面粗さを狙い値以下に制御するための補間パスを生成することにより効率的に製品の表面粗さを向上させることができる補間パス生成方法を提供すること。
【解決手段】加工面に沿って移動させる工具の中心位置の等高線パスを生成した後、等高線パスを加工面における等高線パスに変換し、加工面上の等高線パスに所定数の補間パスを生成した。さらに、生成した所定数の補間パスを工具中心位置に変換するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールエンドミルを用いたＣＡＭシステムによる金型等の加工に際し、等高線パスに加えて複数の補間パスを生成する補間パス生成方法に関する。

従来、ＣＡＭシステムによる金型加工に際し、スクエアエンドミルを用いた等高線加工による荒加工後、ボールエンドミルを用いた等高線加工により中仕上げ加工を行い、さらにボールエンドミルを用いた仕上げ加工を行っている。すなわち、ボールエンドミルによる曲面ＮＣ加工において、切削負荷の安定性が高い等高線パスを生成し、この等高線パスによる仕上げ加工を行っているのが実情である（例えば、特許文献１参照。）。

また、等高線パスは、切削対象物の平坦な部分が粗くなるという特性を持つため、平面部分を補間する面沿いタイプのパスを追加して加工するのが一般的である。

特開２０００−２１４９０９号公報（要約、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、工具中心位置でのピッチ指定を行っているため、製品に円弧状の凹部や凸部があると、凹部では製品面上ピッチが不足して狙い値に対し粗くなるのに対し、凸部では逆に必要以上に加工面上ピッチが増加して加工時間をロスしている。また、平面基準でピッチの値を決定しているため、均一なピッチでも製品の凹部や凸部の曲率によって粗さが変わり、製品全面の粗さを保証することができない。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、曲面ＮＣ加工において、製品の表面粗さを狙い値以下に制御するための補間パスを生成することにより効率的に製品の表面粗さを向上させることができる補間パス生成方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、曲面ＮＣ加工における補間パス生成方法であって、加工面に沿って移動させる工具の中心位置の等高線パスを生成し、該等高線パスを加工面における等高線パスに変換し、加工面上の等高線パスに所定数の補間パスを生成し、該所定数の補間パスを工具中心位置に変換するようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、加工面上に生成される所定数の補間パスは所定の加工粗さに基づいて可変ピッチで生成されることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、加工面の凸部における補間パスのピッチは上記凸部を成す加工面上に変換された等高線パスのピッチより縮小されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、加工面の凹部における補間パスのピッチは上記凹部を成す加工面上に変換された等高線パスのピッチより拡大されることを特徴とする。

本発明によれば、工具中心位置の等高線パスを生成し、等高線パスを加工面における等高線パスに変換した後、加工面上の等高線パスに所定数の補間パスを生成し、これら所定数の補間パスを工具中心位置に変換するようにしたので、加工面に凹凸があっても加工面の表面粗さを狙い値以下に容易に制御することができる。

また、加工面上に生成される所定数の補間パスを所定の加工粗さに基づいて可変ピッチで生成するようにしたので、凹部で加工面上ピッチが不足して狙い値に対し粗くなることがないばかりか、凸部で必要以上に加工面上ピッチが増加して加工時間をロスすることもなく、効率的な曲面ＮＣ加工を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、等高線パスによる曲面ＮＣ加工を行うに際し、等高線パスに加え補間パスを生成するための本発明にかかる補間パス生成方法の基本概念を示している。

図１に示される製品２は、全体として上方に凸状に形成されるが、局部的には円弧状の凸部（以下、凸Ｒ部という）４，６と円弧状の凹部（以下、凹Ｒ部という）８，１０，１２とを有している。

このような形状の製品２をボールエンドミル１４を工具として用いてＮＣ加工を行う場合、図１（ａ）に示されるように、まず製品２の表面（加工面）に沿って移動させる工具先端の中心（工具先端の半球部の中心、以下単に工具中心という）ＣＴの等高線位置を高さ方向に所定のピッチで設定する。次に、図１（ｂ）に示されるように、工具中心ＣＴの等高線位置を加工面上に面直投影して変換し、加工面上における等高線パスを設定するが、図１（ｂ）から分かるように、凹部８，１０，１２では等高線パスが粗く、凸部４，６でも水平面に近い領域ではやはり等高線パスが粗くなる傾向がある。なお、面直投影とは、工具中心ＣＴの等高線位置を加工面上に垂直に投影することを意味している。

そこで、本発明においては、図１（ｃ）に示されるように、等高線パスが粗い領域で加工面上に所定数の補間パスを新たに生成し、図１（ｄ）に示されるように、加工面上に生成された補間パスを加工面上から垂直に工具中心位置に面直投影（オフセット）して、工具中心位置における補間パスを生成している。したがって、図１（ａ）に示される工具中心ＣＴの等高線パスと図１（ｄ）に示される工具中心ＣＴの補間パスが、新たな工具中心ＣＴの移動パスとなり、この移動パスに沿って工具中心ＣＴを移動させることで、曲面ＮＣ加工が行われる。

また、本発明における補間パスは、所定のピッチで設定されるわけではなく、製品２の表面粗さが一定となるように部位毎に算出して、可変ピッチで設定される。すなわち、加工工具１４を等高線パスに沿って移動させて加工面の加工を行うことで、等高線パス間には工具１４が通過しない領域が生じ、この領域には所定の高さの未加工部分（以下、カスプという）が残存することになり、このカスプの高さ（カスプハイト）が一致になるように補間パスは生成される。

以下、カスプハイトＣと加工ピッチ（隣接する等高線パス間のピッチ）Ｐと加工面上ピッチＭＰとの関係を図２を参照しながら説明する。

図２（ａ）は加工面が平面の場合を、図２（ｂ）は加工面が凸Ｒの場合を、図２（ｃ）は加工面が凹Ｒの場合をそれぞれ示している。

図２（ａ）に示されるように加工面が平面の場合、加工ピッチＰと加工面上ピッチＭＰは等しく、カスプハイトＣと加工ピッチＰ（あるいは加工面上ピッチＭＰ）はそれぞれ次の式で表される。

ここで、Ｒは工具先端の半球部の半径を示している。

また、図２（ｂ）に示されるように加工面が凸Ｒの場合、カスプハイトＣと加工ピッチＰと加工面上ピッチＭＰはそれぞれ次の式で表される。

ここで、ＭＲは凸Ｒの曲率半径を示している。

さらに、図２（ｃ）に示されるように加工面が凹Ｒの場合、カスプハイトＣと加工ピッチＰと加工面上ピッチＭＰはそれぞれ次の式で表される。

ここで、ＭＲは凹Ｒの曲率半径を示している。

したがって、上記式に基づいて加工面上ピッチＭＰは一義的に決定され、決定された加工面上ピッチＭＰに基づいて所定数の補間パスが生成される。また、図２及び上記式から分かるように、加工面の凸Ｒ部における補間パスのピッチは凸Ｒ部を成す加工面上に変換された等高線パスのピッチより縮小されるのに対し、加工面の凹Ｒ部における補間パスのピッチは凹Ｒ部を成す加工面上に変換された等高線パスのピッチより拡大される。

本発明にかかる補間パスの生成方法を図３のフローチャート、図４のテストピース及び図５を参照してさらに詳述する。

ステップＳ１において、製品モデルの形状を３次元座標（ＸＹＺ座標）でまず入力し、ステップＳ２において、ＸＹ座標における最大加工領域に所定のマージンを取って生成した領域情報を入力する。さらに、ステップＳ３において、所定の狙い粗さ値を入力し、ステップＳ４において、所定のピッチで等高線パスを入力する。

次に、ステップＳ４において入力された等高線パスを、ステップＳ５において、図１（ｂ）に示されるように加工面に面直投影して加工面上における等高線パスを生成し、ステップＳ６において、等高線パスの１本目を基本パスに設定する。なお、等高線パスの１本目とは、ステップＳ５において生成した等高線パスの最も外側に位置する等高線パスのことで、図４において「１本目」と記載されているものである。

ステップＳ７において、ステップＳ６において設定した基本パスの内側に次のパスがあるかどうかを判定し、次のパスがある場合にはステップＳ８に移行して、次のパスを補間を要する範囲の下限情報として設定する。次のステップＳ９において、基本パスとして設定したパスがステップＳ５において生成した等高線パスの１本目かどうかを判定し、１本目の場合にはステップＳ１０に移行する一方、１本目でない場合にはステップＳ１１に移行する。なお、ステップＳ７において基本パスの内側に次のパスがないと判定された場合、すなわち基本パスが最終パスの場合には、ステップＳ１２に移行して下限情報をリセットした後、ステップＳ９に移行する。

また、基本パスとして設定したパスが等高線パスの１本目の場合には、上側（パスの外側）と下側（パスの内側）の両方が補間の対象となり、ステップＳ１０に移行することで、１本目のパスの上側と下側に所定の補間パスを生成する。ここでは、下側に補間パスが生成される場合につき、さらに説明する。

次のステップＳ１３においては、基本パスの開始点から所定のピッチでプレーンを定義する。すなわち、図５に示されるように、投影した等高線パスに所定のピッチで等高線パスに直交する複数のプレーン１８を作成し、ステップＳ１４において、各プレーン１８と加工面の交線２０を求め、ステップＳ１５において、当該交線２０の曲率を求める。さらに、ステップＳ１６において、求められた曲率と狙い粗さから加工面上ピッチＭＰを計算して各プレーン１８に対応する点２２を生成し、ステップＳ１７において、生成されたすべての点２２を結んで補間パス２４を生成する。なお、新たに生成された補間パス２４に、ステップＳ４において入力された領域情報により決定されるＸＹ領域外の部分が存在すれば、ステップＳ１８においてＸＹ領域外の部分は削除される。

ステップＳ１９において、下限情報があるかどうかを判定し、下限情報があると判定されると、ステップＳ２０に移行して、下限情報以下の部分を削除してステップＳ２１に移行する。一方、ステップＳ１９において下限情報がないと判定されると、ステップＳ２１にスキップする。ステップＳ２１においては、補間パス２４が補間対象領域にあるかどうかを判定し、補間パスが補間対象領域にあると判定されると、ステップＳ２２において、作成した補間パスを新たに基本パスに設定して、ステップＳ１３に戻る。逆に、ステップＳ２１において補間パスが補間対象領域にないと判定されると、ステップＳ２３に移行する。すなわち、ステップＳ１３からステップＳ２２までのフローで補間対象領域内に必要数の補間パスを生成し、補間対象領域外に補間パスが生成された場合には、ステップＳ２０において、補間対象領域外に生成された補間パスを削除する。

ステップＳ２３においては、再び下限情報があるかどうかを判定し、下限情報がある場合には、ステップＳ２４において次の投影パスを基本パスに設定してステップＳ７に戻る一方、下限情報がない場合には、ステップＳ２５において、図１（ｄ）に示されるように、生成した加工面上の補間パスのすべてを工具中心位置に面直にオフセットしてプログラムは終了する。

なお、ステップＳ１０において、１本目のパスの上側に所定の補間パスを生成する場合、ステップＳ１３からステップＳ２２までのフローで１本目のパスからＸＹ領域線に向かって外側に必要数の補間パスが生成され、補間対象領域内（１本目のパスからＸＹ領域線までの範囲）に必要数の補間パスがすべて生成されると、ステップＳ２１からステップＳ２３に移行し、ステップＳ２４を経てステップＳ７に戻り、さらにステップＳ１１を経て、上述したように必要数の補間パスが１本目のパスの下側に生成される。

なお、図４は、本発明にかかる補間パス生成方法を検証するために、直方体のテストピースに所定の形状の凹部を形成する際に補間パスが生成される過程を示している。

図４（ａ）において、形成される凹部２６の形状がまず入力される。この凹部２６には、上縁に曲率半径１．００ｍｍの凸Ｒ部２８が形成され、上縁から下方に向かって曲率半径１０．５０ｍｍの凹Ｒ部３０が形成される。次の図４（ｂ）において、ＸＹ座標における最大加工領域に所定のマージンを取って生成したＸＹ領域線（領域情報）３２が入力されるとともに、所定の狙い粗さ値（ここでは、カスプハイトＣ＝３．５μｍ）が入力され、図４（ｃ）において、工具中心位置における等高線パス３４が所定のピッチで入力される。

次に、図４（ｄ）において、工具中心位置における等高線パスが加工面に面直投影され、図４（ｅ）において、加工面上に複数の補間パス３６が生成される。さらに、図４（ｆ）において、生成された補間パスが工具中心位置にオフセットされ、等高線パスと結合されて補間パスの生成が完了する。

この実施例では、工具先端の半球部の半径Ｒが１０．００ｍｍで、凹部２６の周囲の平面上における加工ピッチＰが０．５３ｍｍで、狙い粗さ値がカスプハイトＣ＝３．５μｍの場合、上記式から計算された平面部と凸Ｒ部２８と凹Ｒ部３０における加工ピッチＰ及び加工面上ピッチＭＰはそれぞれ次のとおりであった。

本発明にかかる補間パス生成方法によれば、工具中心位置の等高線パスを変換した加工面上の等高線パスに所定数の補間パスを生成し、さらに補間パスを工具中心位置に変換して必要数の補間パスを生成するようにした。したがって、加工面に凹凸があっても加工面の表面粗さを狙い値以下に容易に制御することができ、効率的な曲面ＮＣ加工を行うことができるので、金型等の曲面ＮＣ加工に有用である。

本発明にかかる補間パス生成方法の基本概念を示す概略図である。加工面上の表面粗さと加工ピッチと加工面上ピッチとの関係を示しており、（ａ）は加工面が平面の場合を、（ｂ）は加工面が凸状の場合を、（ｃ）は加工面が凹状の場合をそれぞれ示している。本発明にかかる補間パス生成方法を示すフローチャートである。本発明にかかる補間パス生成方法を検証するために使用されたテストピースを示しており、（ａ）は形成される凹部の形状が入力される過程を、（ｂ）は領域情報が入力される過程を、（ｃ）は工具中心位置において等高線パスが入力される過程を、（ｄ）は工具中心位置における等高線パスが加工面に面直投影される過程を、（ｅ）は加工面上に複数の補間パスが生成される過程を、（ｆ）は生成された補間パスが工具中心位置に面直投影され等高線パスと結合される過程を、それぞれ示している。基本パスの開始点から所定のピッチでプレーンを定義して補間パスを生成する過程を示す説明図である。

符号の説明

２製品、
４，６円弧状凸部、
８，１０，１２円弧状凹部、
１４ボールエンドミル、
１８等高線パス上に生成されるプレーン、
２０プレーンと加工面の交線、
２２交線上に生成される点、
２４交線上に生成される点を結んだ補間パス、
２６凹部、
２８円弧状凸部、
３０円弧状凹部、
３２ＸＹ領域線、
３４等高線パス、
３６補間パス。

Claims

曲面ＮＣ加工における補間パス生成方法であって、
加工面に沿って移動させる工具の中心位置の等高線パスを生成し、該等高線パスを加工面における等高線パスに変換し、加工面上の等高線パスに所定数の補間パスを生成し、該所定数の補間パスを工具中心位置に変換するようにしたことを特徴とする補間パス生成方法。
加工面上に生成される所定数の補間パスは所定の加工粗さに基づいて可変ピッチで生成されることを特徴とする請求項１に記載の補間パス生成方法。
加工面の凸部における補間パスのピッチは上記凸部を成す加工面上に変換された等高線パスのピッチより縮小されることを特徴とする請求項２に記載の補間パス生成方法。
加工面の凹部における補間パスのピッチは上記凹部を成す加工面上に変換された等高線パスのピッチより拡大されることを特徴とする請求項２に記載の補間パス生成方法。