JP2007061934A

JP2007061934A - 加工工具の移動経路作成方法および加工方法

Info

Publication number: JP2007061934A
Application number: JP2005249334A
Authority: JP
Inventors: Hideya Kondo; 英哉近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】互いに隣接する面により形成されるアウトコーナーのエッジをピン角に確実に成形するための加工工具の移動経路を容易に且つ適切に自動作成することができる方法を提供する。
【解決手段】加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２の端点Ｐ１、Ｐ２、および、Ｐ３、Ｐ４の座標から移動経路ＣＬ１、ＣＬ２の直線式を求め、この移動経路ＣＬ１、ＣＬ２の延長線が交差する点Ｐ５の座標を演算して、端点Ｐ２とＰ３を交差する点Ｐ５に変更する。加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２が互いに交差するまで延長され、点Ｐ５を頂点とする連続した移動経路ＣＬが作成されることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工工具の移動経路作成方法および加工方法に関し、特に、アウトコーナーの互いに隣接する面によって形成されるエッジがピン角である製品形状のＣＡＤデータに基づいて、粗材に対する加工工具の移動経路をＣＡＭにより自動作成する加工工具の移動経路作成方法、および、アウトコーナーの互いに隣接する面によって形成されるエッジがピン角である製品形状のＣＡＤデータに基づいて、粗材に対する加工工具の移動経路をＣＡＭにより自動作成し、該自動作成された加工工具の移動経路に従って加工工具の移動を数値制御して、粗材から所定形状の製品に成形する方法に関するものである。

図５に参照されるように、粗材を回転加工工具などにより切削加工して、荒加工、中仕上加工を行い粗材を成形した後に最終的な製品形状に仕上加工する場合、一般に、ＣＡＤ(Computer Aide Design)により製品形状を設計してＣＡＤデータとし、ＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)により製品形状の表面から加工工具の半径だけオフセットさせて加工工具の中心が移動する経路を自動作成し、この加工工具の移動経路を数値制御（ＮＣ）データとして、ＮＣマシンにより切削加工している。

そして、図６に示すように、製品Ｗの互いに隣接する面Ｗｂにより形成されるアウトコーナー（外角）のエッジＷａをピン角に成形する場合、ＣＡＭにより自動作成される加工工具のエッジにおける移動経路は、加工工具Ｔの移動経路を短縮するために、一般にピン角に成形するエッジＷａを中心として加工工具Ｔの半径だけオフセットさせた円弧を描くエッジ部移動経路ＣＬａを設定し、エッジＷａを挟んで互いに隣接する面Ｗｂを成形するための各面加工移動経路ＣＬｂと連続するように作成されていた（例えば、特許文献１を参照）。
ここで、アウトコーナーとは、互いに隣接する面Ｗｂの製品Ｗから見たなす角α（図６）が１８０度よりも小さいエッジを有するものをいい、ピン角とは、互いに隣接する面Ｗｂにより形成されるエッジＷａが鋭角・鈍角を問わず、丸み（アール）がないか無視できるほどに小さく角張っているものをいう。

ところで、近年では特に、加工時間を短縮させるために、加工工具Ｔを高速で移動させる傾向にある。一方、上述したようにピン角に成形しようとするエッジＷａを中心として円弧を描くよう設定されたエッジ部移動経路ＣＬａと各面加工移動経路ＣＬｂとにより構成された移動経路に従って加工工具Ｔを高速で移動させようとすると、図７に示すように、実際の加工工具Ｔの移動経路が設定されたエッジ部加工経路ＣＬａよりも内側にずれ（内回り）、エッジＷａをピン角に成形できないことになる。

そこで、従来の技術では、図９にフローチャートで示すように加工工具を指定（Ｓ１）した後に、ピン角に成形するエッジＷａを挟んで互いに隣接する面Ｗｂの一方を延長させたダミー面Ｗｂ’ （図８の（ａ））をＣＡＤデータ上で手作業により設定し（Ｓ１０）、面Ｗｂの他方を延長させたダミー面Ｗｂ’をＣＡＤデータ上で手作業により設定し（Ｓ１１）、全てのダミー面の設定が終了したかを判断し（Ｓ１２）、この判断がＹＥＳの場合には、両ダミー面Ｗｂ’を含むＣＡＤデータから面加工用移動経路ｃｌａをそれぞれ設定し（図８の（ｂ））、ダミー面Ｗｂ’と両面加工用移動経路ｃｌａの交差する点Ｐから先の余分な部分とを消去して、点Ｐを頂点として屈曲する加工工具Ｔの移動経路ｃｌ（図８の（ｃ））を作成していた（Ｓ１３）。

特開２００１−１５０２９７号公報

しかしながら、上述した従来の技術にあっては、実際に成形しようとする製品形状のＣＡＤデータを変更することがないように、ピン角に成形するエッジＷａを挟んで互いに隣接する面Ｗｂを手作業で延長させてダミー面Ｗｂ’を設定しなければならず、しかも、加工工具Ｔの移動経路ｃｌａの作成後には、ダミー面Ｗｂ’と両面加工用移動経路ｃｌａの交差する点Ｐから先の余分な部分とを消去しなければならないため、特に製品形状にピン角に成形するエッジＷａが多い場合に、手間や時間がかかるとともに、ダミー面Ｗｂ’を手作業で設定する作業者の習熟度に影響されるため、実際の成形加工時間や加工時のトラブル発生などに個人差が生じるという問題があった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、互いに隣接する面により形成されるアウトコーナーのエッジをピン角に確実に成形するための加工工具の移動経路を容易に且つ適切に自動作成することができる加工工具の移動経路作成方法、および、加工工具の移動経路を容易に且つ適切に設定してアウトコーナーのエッジをピン角に確実に成形することができる加工方法を提供することを目的とする。

請求項１の加工工具の移動経路作成方法に係る発明は、上記目的を達成するため、アウトコーナーの互いに隣接する面によって形成されるエッジがピン角である製品形状のＣＡＤデータに基づいて、粗材に対する加工工具の移動経路をＣＡＭにより自動作成する加工工具の移動経路作成方法であって、前記互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、該加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路とすることを特徴とするものである。
請求項２の加工方法に係る発明は、上記目的を達成するため、アウトコーナーの互いに隣接する面によって形成されるエッジがピン角である製品形状のＣＡＤデータに基づいて、粗材に対する加工工具の移動経路をＣＡＭにより自動作成し、該自動作成された加工工具の移動経路に従って加工工具の移動を数値制御して、粗材から所定形状の製品に成形する方法であって、前記互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、該加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路を作成する工程と、該移動経路にしたがって加工工具の移動を数値制御して、粗材を所定形状の製品に成形する工程と、を備えることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、ＣＡＭにより、アウトコーナーのピン角に成形するエッジを挟んで互いに隣接する面のＣＡＤデータから各面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、各加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路とする。従来の技術のようにダミー面を手作業で設定する必要がなく、互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を互いに交差するまで直接延長させるだけで済むので、アウトコーナーのエッジをピン角に確実に成形するための加工工具の移動経路が容易に且つ適切に自動作成される。
請求項２の発明では、ＣＡＭにより、アウトコーナーのピン角に成形するエッジを挟んで互いに隣接する面のＣＡＤデータから各面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、各加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路を自動で作成する工程を行う。そして、作成された移動経路に従って加工工具を数値制御して移動させて、粗材を所定形状の製品に成形する。従来の技術のようにダミー面を手作業で設定する必要がなく、互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を互いに交差するまで直接延長させるだけで済むので、加工工具の移動経路を容易に且つ適切に設定して、アウトコーナーのエッジがピン角に確実に成形される。

請求項１の発明によれば、アウトコーナーの互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、該加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路とするという簡単な構成で、アウトコーナーのエッジをピン角に確実に成形するための加工工具の移動経路を容易に且つ適切に自動作成することが可能な加工工具の移動経路作成方法を提供することができる。
請求項２の発明によれば、アウトコーナーの互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、該加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路を作成する工程と、該移動経路にしたがって加工工具の移動を数値制御して、粗材を所定形状の製品に成形する工程と、を備えるという簡単な構成で、加工工具の移動経路を容易に且つ適切に設定してアウトコーナーのエッジをピン角に確実に成形することが可能な加工方法を提供することができる。

本発明の実施の一形態を図１〜図５に基いて詳細に説明する。なお、同一符号は同一部分または相当部分を示すものとする。
本発明の加工工具の移動経路作成方法は、概略、製品Ｗの形状が、アウトコーナーの互いに隣接する面Ｗｂによって形成されるエッジＷａをピン角に成形する場合に、この製品形状のＣＡＤデータに基づいて加工工具Ｔの移動経路ＣＬをＣＡＭにより自動作成するもので、互いに隣接する面Ｗｂをそれぞれ加工するための加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２を設定し、この加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路ＣＬとするものである。
また、本発明の加工方法は、上記方法により加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成する工程を行い、その後、移動経路ＣＬにしたがって加工工具Ｔの移動を数値制御して、粗材を所定形状の製品Ｗに成形する工程を行うものである。

この実施の形態でＣＡＤにより設計され成形しようとする製品Ｗの形状は、図１に示すように、アウトコーナーを構成する互いに隣接する面Ｗｂにより形成されるエッジＷａが鈍角であるが、丸み（アール）がなく角張ったピン角となっている。この製品形状は、ＣＡＤデータとして、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを構成するコンピュータの主記憶装置２に記憶されている。コンピュータは、図４に示すように、中央演算処理装置１と、主記憶装置２と、表示装置３と、キーボードなどの入力装置４と、ＮＣマシン６を制御するネットワークコントローラ５と、を備えている。コンピュータの主記憶装置２には、図５に示すように、素材に対して荒加工（１）、中仕上加工（２）を行って所定形状まで粗材を成形するための加工工具Ｔの移動経路を自動作成するためのＣＡＭプログラム、成形された粗材のＣＡＤデータ、粗材に対して仕上加工（３）を行って製品Ｗを成形するための加工工具Ｔの移動経路を自動作成するためのＣＡＭプログラム、これらの自動作成した移動経路、さらには、加工工具Ｔの半径や加工条件等も記憶されている。

図２は、本発明の粗材から製品Ｗを成形するための加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成する方法の第１の実施の形態をフローチャートで示したものである。この実施の形態では、最初に、加工条件などから加工工具Ｔなどを指定・入力し（Ｓ１）、ＣＡＤデータのなかでピン角に成形すべきエッジＷａをオペレータが表示装置３を見ながら入力装置４を操作して指定して（Ｓ２）、ピン角に成形すべきエッジＷａの指定を終了したかを判断する（Ｓ３）。この判断がＮＯの場合には、ＹＥＳとなるまでピン角に成形すべきエッジＷａの指定（Ｓ２）を繰返し行う。Ｓ３における判断がＹＥＳの場合には、粗材から製品Ｗを成形するための加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成する（Ｓ４）。

ＣＡＭにより粗材から製品Ｗを成形するための加工工具Ｔの移動経路ＣＬを自動で作成する工程（Ｓ４）では、最初に、指定されたピン角に成形すべき各エッジＷａを構成する互いに隣接する面Ｗｂからそれぞれ加工工具Ｔの半径だけオフセットさせた位置を演算して各面Ｗｂ、Ｗｂを成形するために加工工具Ｔの中心を移動させる加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２としてそれぞれ設定する（図１の（ａ）を参照）。次いで、ＣＡＭは、一方の加工移動経路ＣＬ１の端点（始点）の座標Ｐ１（Ｘ１，Ｚ１）とその加工移動経路の端点（終点）の座標Ｐ２（Ｘ２，Ｚ２）とを読み込み、両端点Ｐ１、Ｐ２の座標から一方の面における加工工具の移動経路ＣＬ１の直線式を求め（Ｚ１＝ａ１Ｘ１＋ｂ１、Ｚ２＝ａ１Ｘ２＋ｂ１）、この直線式における未知数ａ１およびｂ１を求める。続いて、ＣＡＭは、他方の加工移動経路ＣＬ２の端点（始点）の座標Ｐ３（Ｘ３，Ｚ３）とその加工移動経路の端点（終点）の座標Ｐ４（Ｘ４，Ｚ４）とを読み込み、両端点Ｐ３、Ｐ４の座標から他方の面Ｗｂにおける加工工具Ｔの移動経路ＣＬ２の直線式を求め（Ｚ３＝ａ２Ｘ３＋ｂ２、Ｚ４＝ａ２Ｘ４＋ｂ２）、この直線式における未知数ａ２およびｂ２を求める。
そして、ＣＡＭは、求められた両面Ｗｂにおける加工工具の移動経路ＣＬ１、ＣＬ２の延長線が交差する点Ｐ５の座標（Ｘ５、Ｚ５）を、Ｚ５＝ａ１Ｘ５＋ｂ１、Ｚ５＝ａ２Ｘ５＋ｂ２を演算することにより求める（図１の（ｂ）を参照）。次いで、ＣＡＭは、一方の加工移動経路ＣＬ１の端点（終点）Ｐ２および他方の加工移動経路ＣＬ２の端点（始点）Ｐ３をそれぞれ座標Ｐ５（Ｘ５，Ｚ５）に変更する。その結果、加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２が互いに交差するまで延長され、図１の（ｃ）に示すように、点Ｐ５を頂点とする連続した移動経路ＣＬが作成されることとなる。この点Ｐ５を頂点とする連続した移動経路ＣＬは、ＮＣデータとして、コンピュータの主記憶装置２に記憶される。

その後、コンピュータのネットワークコントローラ５は、点Ｐ５を頂点とする連続した移動経路ＣＬのＮＣデータを読み込んでＮＣマシン６を制御し、粗材を所定形状の製品Ｗに成形加工させる。加工工具Ｔは、数値制御により、作成された移動経路ＣＬに従って加工移動経路ＣＬ１が延長され交差する点Ｐ５に向かって移動して、一方の面Ｗｂの加工が終了すると、そのまま交差する点Ｐ５まで移動し、交差する点Ｐ５で移動方向を変えて互いに隣接する面Ｗｂの他方に向かって移動し、他方の面Ｗｂの加工を開始する。一方の面Ｗｂの加工終了から他方の面Ｗｂの加工開始まで、加工工具Ｔが粗材から離れて点Ｐ５に移動するため、加工工具Ｔの移動を高速化しても、アウトコーナーのエッジＷａが確実にピン角に成形される。

次に、本発明の加工工具の移動経路を作成する方法の第２の実施の形態を、図３に示したフローチャートに基づいて説明する。なお、上述した第１の実施の形態と異なる部分のみ説明することとし、同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略こととする。
この実施の形態では、加工条件などから加工工具などを指定・入力し（Ｓ１）、ピン角に成形すべきエッジＷａを指定（Ｓ２）することは上述した実施の形態と同様であるが、その後、加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成するための工程（Ｓ４）と、ピン角に成形すべきエッジＷａの指定を終了したかの判断（Ｓ３）とを順次行うものである。そして、この実施の形態における加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成するための工程（Ｓ４）は、最初に、従来の技術（図９）と同様に、成形しようとする製品形状の表面から加工工具Ｔの半径だけオフセットさせた位置を演算して加工工具Ｔの中心を移動させる加工移動経路を作成する（Ｓ５）。この加工移動経路には、指定されたピン角に成形すべきエッジＷａを構成する互いに隣接する面Ｗｂを加工するための加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２と、鎖線で示したようにエッジＷａを中心として円弧を描くよう設定されたエッジ部移動経路ＣＬａと、を含んでいる。そのため、ピン角に成形すべきエッジＷａを構成する互いに隣接する面Ｗｂを加工するための加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２を取りだし設定する（Ｓ６）。そして、上述した工程と同様に、一方の加工移動経路ＣＬ１の端点（始点）の座標Ｐ１（Ｘ１，Ｚ１）とその加工移動経路の端点（終点）の座標Ｐ２（Ｘ２，Ｚ２）とから、一方の面における加工工具の移動経路ＣＬ１の直線式を求め（Ｚ１＝ａ１Ｘ１＋ｂ１、Ｚ２＝ａ１Ｘ２＋ｂ１）、この直線式における未知数ａ１およびｂ１を求めるとともに、他方の加工移動経路ＣＬ２の端点（始点）の座標Ｐ３（Ｘ３，Ｚ３）とその加工移動経路の端点（終点）の座標Ｐ４（Ｘ４，Ｚ４）とから他方の面における加工工具の移動経路ＣＬ２の直線式を求め（Ｚ３＝ａ２Ｘ３＋ｂ２、Ｚ４＝ａ２Ｘ４＋ｂ２）、この直線式における未知数ａ２およびｂ２を求める。その後、求められた両面Ｗｂにおける加工工具の移動経路ＣＬ１、ＣＬ２の延長線が交差する点Ｐ５の座標（Ｘ５、Ｚ５）を、Ｚ５＝ａ１Ｘ５＋ｂ１、Ｚ５＝ａ２Ｘ５＋ｂ２を演算することにより求める。次いで、一方の加工移動経路ＣＬ１の端点（終点）および他方の加工移動経路ＣＬ２の端点（始点）をそれぞれ座標Ｐ５（Ｘ５，Ｚ５）に変更して、加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２を互いに交差するまで延長させ、点Ｐ５を頂点とする連続した移動経路ＣＬを作成する（Ｓ７）。この点Ｐ５を頂点とする連続した移動経路ＣＬは、ＮＣデータとして、コンピュータの主記憶装置２に記憶される。その後、上述した実施の形態と同様に、コンピュータのネットワークコントローラ５により移動経路ＣＬのＮＣデータを読み込んでＮＣマシン６を数値制御し、粗材を所定形状の製品Ｗに成形加工させる。なお、この実施の形態では、加工移動経路を作成する工程（Ｓ５）において従来の技術と同様にエッジＷａを中心として円弧を描くよう設定されたエッジ部移動経路ＣＬａが含まれる。そのため、加工工具Ｔの移動経路ＣＬが作成されると、エッジ部移動経路ＣＬａは消去される。しかしながら、本発明はこの実施の形態に限定されることなく、かかるエッジ部移動経路ＣＬａを含むことなく、加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２だけを設定してもよい。

本発明では、従来の技術のようにピン角に成形するエッジＷａを挟んで互いに隣接する面Ｗｂを延長してダミー面Ｗｂ’（図８）を設定することなく、かかる両面Ｗｂを加工するために設定した加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２を延長させた場合に交差する点Ｐ５をＣＡＭが演算して、かかる交差する点Ｐ５まで加工移動経路ＣＬ１、ＣＬ２を直接延長させて加工工具の移動経路ＣＬとするため、加工工具Ｔの移動経路ＣＬを無駄なく容易に且つ適切に自動作成することができ、しかも、加工工具Ｔを高速で移動させた場合であっても、エッジＷａをピン角に確実に成形することができる。

本発明により、座標を演算することにより加工工具の移動経路を作成する工程の実施の一形態を手順を追って示した説明図である。本発明の所定形状の製品Ｗを成形するための加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成する方法の第１の実施の形態を示すフローチャートである。本発明の所定形状の製品Ｗを成形するための加工工具Ｔの移動経路ＣＬを作成する方法の第２の実施の形態を示すフローチャートである。本発明で使用されるＣＡＤ／ＣＡＭシステムを構成するコンピュータの構成を示す概念図である。ＣＡＭシステムで作成された加工工具の移動経路のＮＣデータに従ってＮＣマシンを数値制御することを説明するための概念図である。ピン角に成形するエッジを中心とした円弧を描くエッジ部移動経路を、エッジを挟んで互いに隣接する面を成形するための各面加工移動経路と連続するように作成する従来の技術を示す説明図である。加工工具を高速で移動させて内回りとなり、エッジをピン角に成形することができない場合を示す説明図である。ピン角に成形するエッジを挟んで互いに隣接する面を延長させたダミー面設定して加工工具の移動経路を自動作成する従来の技術を示す説明図である。図８に示した従来の加工工具の移動経路の作成方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

Ｗ：製品、Ｗａ：ピン角に成形するエッジ、Ｗｂ：エッジを挟んで互いに隣接する面、ＣＬ１、ＣＬ２：互いに隣接する面を加工するために設定される加工移動経路、Ｐ５：加工移動経路を延長させた場合に交差する点ＣＬ：交差する点まで加工移動経路を延長させることにより作成された加工工具の移動経路、Ｔ：加工工具

Claims

アウトコーナーの互いに隣接する面によって形成されるエッジがピン角である製品形状のＣＡＤデータに基づいて、粗材に対する加工工具の移動経路をＣＡＭにより自動作成する加工工具の移動経路作成方法であって、
前記互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、
該加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路とすることを特徴とする加工工具の移動経路作成方法。
アウトコーナーの互いに隣接する面によって形成されるエッジがピン角である製品形状のＣＡＤデータに基づいて、粗材に対する加工工具の移動経路をＣＡＭにより自動作成し、該自動作成された加工工具の移動経路に従って加工工具の移動を数値制御して、粗材から所定形状の製品に成形する方法であって、
前記互いに隣接する面をそれぞれ加工するための加工移動経路を設定し、該加工移動経路を互いに交差するまで延長させて連続した加工工具の移動経路を作成する工程と、
該移動経路にしたがって加工工具の移動を数値制御して、粗材を所定形状の製品に成形する工程と、
を備えることを特徴とする加工方法。