JP2007260849A - 加工工具の使用順序設定方法、加工工具の使用順序設定プログラム及びこれを記憶した記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 加工工具の使用順序設定方法において、短時間で適切な工具の使用順序を設定する。
【解決手段】 径の異なる複数の工具を用いてワークを製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、各種情報を準備するプロセスと、逆オフセット法により製品形状に対する工具経路面を生成するプロセスと、工具を工具経路面に沿って移動させて加工面を算出して、加工面を得るための切削量を算出するプロセスと、複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定するプロセスと、各工具選択パターンについて、先の工具の切削量V3n(m)と後の工具の切削量V3n(m−1)との差を算出し、この差を後の工具の切削量V3(m)として工具毎の切削量を算出するプロセスと、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に基づいてトータル切削時間を算出するプロセスと、該切削時間が短いパターンを選定するプロセスとを有する。
【選択図】 図29
【解決手段】 径の異なる複数の工具を用いてワークを製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、各種情報を準備するプロセスと、逆オフセット法により製品形状に対する工具経路面を生成するプロセスと、工具を工具経路面に沿って移動させて加工面を算出して、加工面を得るための切削量を算出するプロセスと、複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定するプロセスと、各工具選択パターンについて、先の工具の切削量V3n(m)と後の工具の切削量V3n(m−1)との差を算出し、この差を後の工具の切削量V3(m)として工具毎の切削量を算出するプロセスと、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に基づいてトータル切削時間を算出するプロセスと、該切削時間が短いパターンを選定するプロセスとを有する。
【選択図】 図29
Description
本発明は、複数の加工工具を交換可能とされた工作機械等において工具の使用順序を設定する方法に関し、機械加工の技術分野に属する。
工作機械には、主軸に工具が取り付けられ、主軸を移動させつつ工具を回転駆動させることによりワークを切削するものがある。この種の工作機械では、主軸は水平面内で直交するX、Y軸及びこれらの軸に直交するZ軸に移動可能とされ、工具を所定の加工経路に沿って移動させることによりワークを3次元的に加工するようになっている。また、前記工作機械は、径や先端形状の異なる複数の工具を交換可能に構成されることがあり、このような場合には、単位時間当りの切削量が大きい大径の工具を極力使用して加工時間の短縮を図りたいという要求があるため、大径の工具から順次小径の工具に交換し、順次削り残し部分を切削することになる。
しかしながら、交換可能な工具の数が増加したときに、大径のものから順に全ての工具を交換して加工を行うようにすると、交換回数が増して効率的ではない。そこで、必ずしも全ての工具を選択しない工具選択パターンを設定し、この工具選択パターンにおける大径の工具から順次使用して加工を行うことが考えられるが、いずれの工具を選択したときに最も効率的であるかを判断することは困難であり、作業者の勘や経験に頼って設定されているのが現状である。
これに対して、特許文献1には、全ての工具選択パターンに対してNC加工パスデータ準備し、このデータを用いた加工シミュレーションを行うことによって、総加工時間が最短時間となる工具の選択パターンを選び出すものが開示されている。
一方、大径の工具を使用した場合には、製品形状に対して削り残し領域が生成されることになるが、この削り残し領域を求め、この削り残し領域に応じて次に使用すべき工具を決定することが考えられる。
例えば、特許文献2に開示された削り残し領域を求める方法は、まず、製品形状情報と工具形状情報とに基づいて、所定の工具の使用順序における後加工の工具の逆形状を製品形状面上に沿って移動させることにより掃引形状を得て(逆オフセット法)、これを工具経路面Aとする。次に、前加工で生成されたワークモデル情報と前記後加工の工具の情報とに基づいて、逆オフセット法により工具経路面Bを求める。そして、前記工具経路面A、Bの高さを比較し、高さの異なる領域を削り残し領域とするのである。
特開平9−50311号公報
特開2005−292914号公報
しかしながら、前記特許文献1に記載の方法では、全ての工具の組合せに対して加工シミュレーションが行われるので、加工パスデータの演算等の演算処理に多大な時間を要し、実用的でない。
また、前記特許文献2に記載の方法においては、予め設定した所定の工具の使用順序に対して、工具経路面A、Bを算出し、これに基づいて削り残し領域を算出することによって後の工具が妥当であるか否かが判定されることになるが、この処理を全ての工具の使用順序に対して行うことは多大な時間を要する。
そこで、本発明は、加工工具の使用順序設定方法、加工工具の使用順序設定プログラム及びこれを記憶した記憶媒体において、短時間で適切な加工工具の使用順序を設定することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
まず、本願の請求項1に記載の発明は、径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備プロセスと、全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成プロセスと、全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成プロセスで生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出プロセスと、全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定プロセスと、各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出プロセスで得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出プロセスと、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出プロセスと、各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定プロセスとを有することを特徴とする。
前記のプロセスを図面に基づいて説明すると、まず、準備プロセスで、図1に示すようなワークWと製品形状面Pの情報と、図2に示すような工具Tの半径rなどの情報を入力する。
そして、工具経路面生成プロセスで、図3に示すように、工具Tの逆形状を工具中心Oが製品形状面に沿うように移動させ、このときの掃引形状を工具経路面Aとする(逆オフセット法)。さらに、この処理を全ての工具について行う。
次に、切削量算出プロセスで、図4に示すように、前記工具経路面Aに沿って工具を移動させ、このときの掃引形状を加工面Bとする。そして、この加工面Bの形状情報とワークWの形状情報とに基づいて、当該工具Tによる切削量が算出されることになる。さらに、この処理を全ての工具について行う。
そして、工具選択パターン設定行程で、全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する。
続いて、例えばある工具選択パターンにおいて大径の工具Tと小径の工具T′とが順に設定されているときに、工具Tを使用したときの切削量V(図5参照)と工具T′を使用したときの切削量V′(図6参照)とが前記切削量算出プロセスにより算出されているので、パターン別切削量算出プロセスで、図7に示すように、当該パターンにおける工具T′による切削量が、V′からVを減算することにより求められる。このように、工具選択パターンにおける大径の工具による切削量から次の工具による切削量との差を順次求めていくことにより当該パターンに含まれる各工具による切削量が求められる。なお、工具選択パターンにおける最初に使用される工具による切削量は、ワーク形状との差、即ち前記切削量算出プロセスで算出した切削量と同値となる。
また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の加工工具の使用順序設定方法において、各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命とに基づいて、同一製品を所定個数加工するときに必要な工具の使用本数を算出する工具使用本数算出プロセスを有することを特徴とする。
さらに、請求項3に記載の発明は、径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序を設定する機能を有するコンピュータに用いられるプログラムであって、該コンピュータを、前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備手段、全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成手段、全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成手段で生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出手段、全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定手段、各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出手段で得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出手段、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出手段、各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定手段として機能させることを特徴とする。
そして、請求項4に記載の発明は、記憶媒体であって、前記請求項3のプログラムを記憶していることを特徴とする。
まず、請求項1に記載の発明によれば、各工具選択パターンにおける各工具の切削量が前記加工面を得るための切削量の差により求められ、各工具の切削量と各工具の単位時間当りの切削量とから求められた各工具の切削時間に基づいて、トータル切削時間が短くなる工具選択パターンが選定されるので、NC加工パスデータを用いることなく、短時間で精度良く加工時間の短い工具選択パターンが設定される。
また、請求項2に記載の発明によれば、工具使用本数算出プロセスで、各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命とに基づいて、同一製品を所定個数加工するときに必要な工具の使用本数が算出されるので、各工具選択パターンにおける工具の組み合わせに応じた刃具費が求まると共に、この刃具費と前記請求項1に記載の発明により求められた切削時間とに基いて、コスト減と加工時間短縮とを両立させる工具選択パターンが設定可能となる。
さらに、請求項3に記載の発明に係るプログラムによれば、前記請求項1に記載の発明と同様の作用効果が得られる。
そして、請求項4に記載の発明に係る記憶媒体によれば、前記請求項1に記載の発明と同様の作用効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
まず、図8に、本発明に係る加工システム1の全体を示す。この加工システム1は、ワークWを切削加工するNC工作機械2と、該工作機械2を制御するコントローラ3とを有している。コントローラ3は、各種プログラムを記憶したプログラム記憶装置と、ワーク形状、製品形状、工具形状などを記憶したデータベース記憶装置とを有している。この加工システム1は、例えば自動車のエンジンを構成するシリンダブロック用の金型等を加工する。
前記工作機械2は、水平面内で直交するX軸、Y軸方向、及びこれらの軸に直交するZ軸方向に沿って移動可能とされた主軸2′と、該主軸2′の下端に装着された工具Tとを有している。さらに、図示しないATC等により工具Tを交換可能とされており、工具Tは、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ラウンドエンドミル、ラジアスエンドミル等の径の異なるものが多数用意されている。
また、図9に、前記加工システム1において、金型設計からNC作成処理を行い、実際の加工を行うまでのプロセスを示す。これによれば、金型形状データと工具形状データとを入力して工具選択パターンの自動設定処理を行うようになっている。ここで設定された工具選択パターンがパス計算プロファイルに入力され、NC作成処理のパス計算において使用される。さらに、NC作成処理として、パス計算の後、パス編集、干渉チェック、ポスト処理、送り制御、NC検証を行い、この処理で得られたNCデータに基づいて実際に金型加工を行うようになっている。
前記工具選択パターンは、交換可能な複数の工具を全部又は一部選択し、それらの工具を大径のものから順に並べたものであり、加工の際の工具の使用順序となる。そして、前記工具選択パターンの自動設定処理においては、加工時間が短い工具選択パターンが選定されることが望ましく、このようなパターン選定の処理として、以下に説明する処理1〜3が行われることになる。まず、処理1では、ワークWに対して各工具による切削体積を算出する処理を行い、処理2では、各工具選択パターンにおける各工具の切削体積を算出する処理を行い、処理3では、各工具選択パターンにおける各工具の切削時間等を算出する処理を行う。
まず、前記処理1の詳細について、図10のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS1で、コントローラ3に入力するデータとして、図11に示す製品形状の多面体モデルPの形状データと、図12に示す工具Tの形状データとを入力する。工具Tは、先端が半径rの半球状の切刃となるボールエンドミルであり、工具経路面Aの生成に際しては、半径rの切刃の中心が工具参照点Oとされて、加工時には工具参照点Oの移動経路を設定することになる。
次に、ステップS2の処理Aで、製品形状の多面体モデルPと、工具Tの形状データとから、多面体モデルPについての工具経路面Aを生成する。ここでは、まず、図13に示すように、製品形状となる多面体モデルPの表面形状は、適当に間引いて(間引き長さは10mm以内)多面体近似データに一旦変換される。多面体近似データは、前記多面体モデルPを微少な大きさとされた多数の多角形、例えば多数の三角形の集合面に変換されたものである。
そして、前記多面体モデルPに対して、逆オフセット処理により工具経路面A、即ち加工時に前記工具参照点Oが通る面を求める。この工具経路面Aは、工具Tの逆形状を中心Oが多面体モデルP上にある状態で移動させたときの工具Tの掃引形状であるが、ここでは以下の方法により工具経路面Aを求める。即ち、図14に示すように、XY直交座標上に、三角形3の頂点となる位置において工具T(ボールエンドミル)の先端部の半径rに相当する球を配置し、各球同士を半径rの円筒形で連結し(各頂点同士をつなぐ辺に半径rの円筒を配置する)、各球と円筒形とで囲まれた領域を半径rの2倍の厚みを有する三角形板を配置した単位領域を設定することによって、図15に示すように、多面体モデルPから半径r分オフセットさせたオフセット面が得られる。
そして、図16に示すように、XY平面上に非常に細かな直交格子を用意し、各格子の点(高さを示すZ座標位置)を、前記オフセット面上の点に設定する。これにより、図17に示すように、多面体近似データP2から工具経路面AをZマップモデル形式で生成することができる。なお、ボールエンドミル以外のエンドミルを工具Tとして用いる場合は、前記球、円筒径、三角板の代わりに、エンドミル形状に応じた適切な図形を配置すればよい。
ここで、工具Tを保持するホルダT′の扱いについて説明すると、図18に示すように、例えば工作物形状Wに急な傾斜が存在するときに、矢印アで示すように、工具の掃引形状よりもホルダの掃引形状のほうが上方に位置することがあるため、図19に示すように、この矢印アの部分についてはホルダT′の掃引形状により加工面Bを得ることになる。
次に、処理Bの詳細を図20のフローチャートを用いて説明する。
まず、ステップS11で、図17に示した工具経路面AのZマップモデルのデータと、工具Tの形状データとが入力される。
次に、ステップS12で、図21に実線で示すように、前記点群により、X軸に沿って順に辿り、X軸方向にジグザグ往復する経路を得る。次に、図21に破線で示すように、同じ点群を、Y軸に沿って順に辿り、Y軸方向にジグザグ往復する経路を得る。上記経路の終点と上記経路の始点とは直線の連結経路で連結され、多数の折れ線により1本の連続した経路が生成される。
ステップS13では、次のような処理が行われる。すなわち、ステップS12の処理で得られた1本の経路は、多数の折れ線を連続したものとなっているが、多くの部分では、折れ曲がりの角度は非常に滑らかである(180度に近い)。したがって、適当な範囲で、複数の折れ線を1本の折れ線で近似させることができる。図22に示すように、この近似のために、許容誤差εを与えて、許容誤差εの範囲にある複数の折れ線を1本の折れ線に置換する。この処理によって、ステップS12で経た1本の経路を構成する折れ線の数は、大幅に減少されることになる。
次に、ステップS14では、図23に示すように、ステップS13の折れ線数減少の処理を経た1本の経路に沿って、工具Tを移動させ、その掃引形状を定義する。
そして、ステップS15では、図24に示すように、XY平面上に非常に細かな直交格子を用意する。処理の基準となるXY平面上の直交格子については、工具経路面Aの生成に用いたものと解像度、位置、姿勢が同じものを用いる。そして、直交格子の全格子点について掃引形状の最下部の点を取得することで、図25に示すように、格子状に並んだ緻密な点集合として加工面BのZマップモデルを得る。
なお、前記加工面Bを得るに際して、多面体モデルPの表面に工具Tの表面が接する状態で該工具を移動させて、その掃引形状を加工面Bとすることが考えられるのであるが、このような方法では、刻一刻変化する工具Tにおける多面体モデルPとの接点を考慮しなければならないため、膨大な計算が必要になる。これに対して、前記のように逆オフセット処理を行うことにより工具経路面Aを算出し、この工具経路面A上に工具中心Oを維持しながら工具Tを移動させることによって、工具Tと多面体モデルPとの接点情報を無視することができ、計算処理の簡素化及び時間短縮が図られる。
さらに、ステップS4の処理Cで、前記多面体モデルPと加工面Bとに基づいて、加工残りの領域としての格子群Sを決定し、ステップS5の処理Dで、この格子群Sを包含する多角形RのデータをZマップモデル形式で得る。このとき、多面体モデルPと加工面Bとを重ね合わせた状態を図26に示す。
この処理C、Dの詳細について説明すると、前述のようにして生成された多面体モデルP及び加工面Bは共に、Z軸方向を共通とし、XY平面上の同一解像度、同一位置の直交格子に基づいて生成されていることから、重ね合わせることができる。加工面Bは削り残り領域を含んだ形状であるから、多面体モデルPの上にはみ出す部分が生じる。そこで、多面体モデルPと加工面Bとを構成する点群の高さを、Zマップの基になった直交格子の格子ごとに比較して、加工面Bの方が多面体モデルPよりも上に存在している格子群Sを選び出す。
そして、前記格子群Sに対応する多面体モデルPの点群を選び、それらを包含する多角形Rを生成する。選ばれた格子状の隣接する4点に注目すると、そのパターンは、図27に示すように、4点中1点が選ばれている場合(図27の(a))、2点が選ばれている場合(図27の(b)、(c)の2通り)、4点中3点が選ばれている場合(図27の(d))の合計4通りのパターンが存在する。それぞれのパターンについて、格子間の間を結ぶ折れ線を図28の矢印で示すように定義する。ただし、折れ線は、その左側に選ばれた点が存在するように向き付け(曲がりの方向付け)が行われるものとする。この向き付けにしたがって格子を巡る折れ線を接続すると、図28に示すように、選ばれた点群を包含する多角形Rが生成される。このような多角形Rは、格子サイズに相当する微細な折れ曲がりを多数持つものとなる。このような折れ曲がりのうち、凹の折れ曲がりを適当に間引くことで、多角形Rの形状をより滑らかなものに修正できる。
続いて、ステップS6で、前記入力に基づいて、コントローラ3は、最終的に、加工残り部分に対応して、多角形Rの形状データを出力する。多角形Rを示すデータ形式としては、例えば多角形Rの周囲の頂点の座標列が考えられる。
次に、前記処理2について、図29のフローチャートを用いて説明する。前記工作機械2は、n本の工具(ツールA、B…)が交換可能とされ、これらの工具から複数の工具を選択した全ての組合せにおいて、大径の工具から小径の工具の順に並べたパターン1〜Nが設定されている。
なお、この処理2の一例として、図30に示すような4本の工具A〜Dが交換可能とされている場合について併せて説明する。工具A、Bはそれぞれ径が63mm、32mmのラジアスエンドミルであり、工具C、Dは径が20mmのボールエンドミルであって、工具Cは工具Dに比べてシャンク長が短くなっている。なお、シャンク長が長いと、工具変形に伴う加工誤差や工具破損の問題が生じやすいため、工具C及び工具Dにより同様に加工可能な領域であれば工具Cが優先的に使用される。そして、これらの工具A〜Dの使用順序の組み合わせパターンの一覧を図31のテーブルに示す。また、各工具A〜Dに対して、前記処理1により、それぞれ削り残し領域に対応する多角形Rが求められている。
まず、ステップS21で、ワークの体積Vと、工具(n)を使用したときの多角形Rの体積V1nと、製品形状の多面体モデルPの体積V2を入力する。次に、ステップS22で、各工具nの切削体積V3nを式(V3n=V1n−V2)により算出する。そして、順序1の工具での切削体積V3′を式(V3(1)=V3n)により設定する。なお、各工具の切削体積V3nは、前記加工面Bの形状により直接求めるようにしてもよく、この場合、加工面BのZマップモデルから加工後のワーク形状の体積が求められ、これを未加工のワークの体積Vから減算することにより求められる。
このとき、図32(a)に示すように、ツールA使用時の切削体積V3Aは、ワークの体積Vから多角形(R1+R2)の体積V1Aと多面体モデルPの体積V2を減算したものとなる。また、図32(b)に示すように、ツールB使用時の切削体積V3Bは、ワークの体積Vから多角形(R1)の体積V1Bと多面体モデルPの体積V2を減算したものとなる。さらに、図32(c)に示すように、ツールC使用時の切削体積V3Cは、ワークの体積Vから多角形(R1′+R2′)の体積V1Cと多面体モデルPの体積V2を減算したものとなる。そして、図32(d)に示すように、ツールD使用時の切削体積V3Dは、ワークの体積Vから多面体モデルPの体積V2を減算したものとなる。
次に、ステップS23で、順序mを1に設定する。そして、ステップS24で、順序1での各パターンの切削体積V3(1)を式(V3(1)=V3n(1))によりそれぞれ設定する。
このとき、図33のテーブルに示すように、順序1において、例えばツールAを使用したときの切削体積300cc、ツールBを使用したときの切削体積400ccなどが書き込まれることになる。
続いて、ステップS25で、mにm+1を代入し、ステップS26で、パターンNを1に設定する。そして、ステップS27で、順序mにおけるパターンNでの切削体積V3(m)を式(V3(m)=V3n(m)−V3n(m−1))により設定する。次に、ステップS28で、V3(m)の符号が正か否かについて判定を行い、V3(m)の符号が負であると判定されたときは、ステップS29に進み、パターンNを削除すると共に、ステップS30で、パターンNが最後か否かについて判定を行う。
このとき、例えば図33のパターン1において、順序1でツールAで加工した後のワークに対して順序2でツールBで加工を行うときは、式(V3B−V3A)により切削体積100ccが求められることになる。また、同じく順序2でツールBで加工した後のワークに対して順序3でツールCで加工を行うときは、式(V3C−V3B)により切削体積−20ccが求められる。そして、この順序3の切削体積は負の値となっているため、パターン1では、順序4以降について切削体積の計算は行わずに、パターン1を候補から削除する(判定NG)。
また、ステップS28で、V3(m)の符号が正であると判定されたときは、そのままステップS30に進む。そして、ステップS30で、パターンNが最後ではないと判定されたときは、ステップS31で、NにN+1を代入した上で、ステップS27に進み、次のパターンについての切削体積を求めることになる。また、パターンNが最後であると判定されたときは、ステップS32に進み、順序mが最後か否かの判定を行う。そして、ステップS32で、順序mが最後ではないと判定されたときは、ステップS25に進み、次の順序の各パターンの切削体積を求めることになる。また、ステップS32で、順序mが最後のものであると判定されたときは、処理2を終了する。
一方、この処理2の行った結果、図33のテーブルに示すように、各パターンについて各順序の切削体積が順次書き込まれることになるが、パターン9、10、12、13などにおいては、各順序の切削体積が正の値であるから判定OKとして当該パターンは後述する加工時間や刃具費等の計算対象とされるのに対して、例えばパターン1、11においては切削体積に負の値(−20cc)が含まれているから判定NGとして当該パターンは加工時間や刃具費等の計算対象から除外される。
前記パターン1、11のように、工具Cによる切削体積V3Cが負の値となるのは、工具Cはシャンク長が短いため、ホルダと多面体モデルPとの干渉が生じ易くなって削り残しが大きくなるからある。そのため、径が大きい工具から順に使用する(工具A→Dの順)にも拘らず、後側の工具の方が切削体積V3nが小さくなるという事態が生じるのである。
次に、前記処理3について、図34のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理3においても、図に示したツールA〜D使用時の例を併せて説明する。
まず、ステップS41で、各工具による単位時間排出量e、工具寿命f、工具単価gのデータを入力する。前記単位時間排出量eは、各工具使用時の単位時間の切削体積であり、前記工具寿命fは、一本の工具で加工可能な切削体積である。
このとき、例えば図35のテーブルに示すように、各ツールA〜Dの単位時間排出量e、工具寿命f、工具単価gが書き込まれている。
そして、ステップS42で、パターンNを1に設定すると共に、ステップS43で、順序mを1に設定する。次に、ステップS44で、加工時間Hを式(H=V3(m)/e)により算出する。また、ステップS45で、使用工具本数Iを式(I=V3(m)/f)により算出し、ステップS46で、このIの小数点以下を切り上げて使用工具本数I′とする処理を行う。さらに、ステップS47で、刃具費Jを式(J=g*I′)により算出する。そして、ステップS48で、順序mが最後か否かについて判定を行い、順序mが最後でないと判定されたときは、ステップS49に進み、mにm+1を代入した上で、前記ステップS44に進む。このようにして、パターン1についての全ての順序についての、加工時間H、使用工具本数I′、刃具費Jを算出し、ステップS48で、順序mが最後であると判定されたときに、ステップS50に進み、パターン1での総加工時間ΣH、総工具使用本数ΣI′、及び総工具費ΣJを算出する。
図36のテーブルに示すように、判定OKのパターンについてのみ、各順序の加工時間Hが書き込まれると共に、各パターンで各順序の加工時間Hを足し合わせることによって総加工時間ΣHが算出されて書き込まれる。また、図37のテーブルに示すように、同様の判定OKのパターンについてのみ、各順序の工具使用本数I′が書き込まれると共に、各パターンで各順序の工具使用本数I′を足し合わせることによって総工具使用本数ΣI′が算出されて書き込まれる。さらに、図38のテーブルに示すように、同様の判定OKのパターンについてのみ、各順序の刃具費Jが書き込まれると共に、各パターンで各順序の刃具費Jを足し合わせることによって総刃具費ΣJが算出されて書き込まれる。
この後、ステップS51で、パターンNが最後であるか否かについて判定を行い、パターンNが最後ではないと判定されたときは、ステップS52で、NにN+1を代入した上で、ステップS43に進み、次のパターンNについて同様に各人所の加工時間H、使用工具本数I′、及び刃具費J、並びに当該パターンの総加工時間ΣH、総工具使用本数ΣI′、及び総刃具費ΣJを算出する。また、ステップS51で、パターンNが最後のパターンであると判定されたときは、処理3を終了する。
ここで、図33のテーブルのパターン1、9、12について、パターン毎に設定された工具を使用したときのワークの切削状態について説明する。
まず、図39に示すように、パターン1では、順序1でツールAが使用されることにより、ワーク形状から加工されて2つの溝R1、R2が削り残し領域となる。次に順序2でツールBが使用されることにより、間口が大きい方の溝R2が切削され、溝R1が削り残し領域となる。そして、順序3でツールCが使用されることにより、溝R1の上側部分が一部切削され、溝R1′が削り残し領域となる。このとき、順序1、2で大径のツールA、Bが使用されるので、切削時間は短いが、順序3ではツールCが使用されるので切削量が小さく、ここでツールCを使用することは効率的ではないため、パターンの候補から削除される。
また、図40に示すように、パターン9では、順序1、2は前記パターン1と同様の経過となり、順序3でツールDが使用されることにより溝R1が全て切削される。このとき、順序1、2で大径のツールA、Bが使用されるので、切削効率が良く、順序3でツールDが使用されることにより、削り残し領域を全て切削することができる。しかも、このパターンは総加工時間ΣHが短く、総刃具費も少ないため、実際の加工を行うときの工具選択パターンとして採用される可能性が高い。
さらに、図41に示すように、パターン11では、順序1でツールBが使用されることにより、ワーク形状から加工されて溝R1が削り残し領域となる。そして、順序2でツールDが使用されることにより溝R1が全て切削される。このとき、順序2でツールDが使用されることにより、削り残し領域が全て切削されるのであるが、順序1で、ツールAに比べて小径のツールBが使用されるので、順序1での切削時間が比較的長くなり、効率的ではない。そのため、総加工時間ΣHが前記パターン9のものに比べて長くなり、加工の際の工具選択パターンに採用される可能性は低い。
以上のように、本実施形態に示した方法によれば、各工具選択パターンに含まれる各工具の切削体積V3が前記加工面Bに応じた各工具の切削量V3nの差により求められ、各工具の切削量V3nから求められた各工具の切削時間に基づいて、合計時間が短くなる工具選択パターンが選定されるので、NC加工パスデータを用いることなく、短時間で精度良く適切な(加工時間の短い)工具選択パターンが設定される。
また、各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命fとに基づいて、必要な工具の使用本数I′が算出されるので、工具単価gに基づいて各工具選択パターンにおける工具の組み合わせに応じた刃具費が求まると共に、この刃具費と切削時間とに基いて、コスト減と加工時間短縮とを両立させる工具選択パターンが設定可能となる。
なお、前記総加工時間ΣHは、各順序における加工時間Hをそれぞれ加算したものであるが、工具の交換時間(例えば2min)を考慮するようにしてもよい。つまり、交換時間を工具使用本数I′の数量分(2×I′min)足し合わせ、これを前記総加工時間ΣHに加算するのである。これによって、総加工時間ΣHの精度を向上させることができる。
本発明は、複数の加工工具を交換可能とされた工作機械等において工具の使用順序を設定する方法に関し、適切な工具の使用順序が短時間に精度良く求められるので、機械加工の産業分野に広く好適である。
1 加工システム
2 NC工作機械
3 コントローラ
2 NC工作機械
3 コントローラ
Claims (4)
- 径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、
前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備プロセスと、
全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成プロセスと、
全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成プロセスで生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出プロセスと、
全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定プロセスと、
各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出プロセスで得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出プロセスと、
各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出プロセスと、
各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定プロセスとを有することを特徴とする加工工具の使用順序設定方法。 - 前記請求項1に記載の加工工具の使用順序設定方法において、
各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命とに基づいて、同一製品を所定個数加工するときに必要な工具の使用本数を算出する工具使用本数算出プロセスを有することを特徴とする使用順序設定方法。 - 径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序を設定する機能を有するコンピュータに用いられるプログラムであって、
該コンピュータを、
前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備手段、
全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成手段、
全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成手段で生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出手段、
全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定手段、
各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出手段で得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出手段、
各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出手段、
各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定手段として機能させることを特徴とする加工工具の使用順序設定プログラム。 - 前記請求項3のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006090086A JP2007260849A (ja) | 2006-03-29 | 2006-03-29 | 加工工具の使用順序設定方法、加工工具の使用順序設定プログラム及びこれを記憶した記憶媒体 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014156636A1 (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-02 | Hoya株式会社 | レンズ加工方法、レンズ加工プログラムおよび加工制御装置 |
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2006
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JP2014193498A (ja) * | 2013-03-28 | 2014-10-09 | Hoya Corp | レンズ加工方法、レンズ加工プログラムおよび加工制御装置 |
CN105189040A (zh) * | 2013-03-28 | 2015-12-23 | Hoya株式会社 | 镜片加工方法、镜片加工程序以及加工控制装置 |
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