JP2008087147A

JP2008087147A - 旋削加工用のプログラム作成装置

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Publication number: JP2008087147A
Application number: JP2006274173A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Maeda; 英朗前田; Shinya Nakamura; 真也中村; Akira Horiuchi; 丹堀内
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: US7747336B2; EP1909153A2; CN101158862A; JP4256419B2; US20080086230A1; EP1909153B1; EP1909153A3; CN101158862B

Abstract

【課題】旋削加工における仕上げ加工のプログラム作成時に、加工精度の低下を招かないように切削方向を自動的に決定する。
【解決手段】加工形状から１要素を取得する。直線要素のときは、その始点と終点間のＸ軸方向の距離Ｄが設定値Ｄｓ以上か判断する。さらに、直線要素とＺ軸がなす角度Ａが設定角度Ａａ以上か判断する。距離Ｄが設定値Ｄｓ以上で、角度Ａが設定角度Ａａ以上のとき、切削方向を倣い方向とは逆としてプログラムを作成する（S3〜S5、S7）。同様に、円弧要素のときも、円弧半径Ｒが設定値Ｒｓ以上で、円弧の始点と終点を結ぶ直線とＺ軸との角度Ａが設定角度Ａｂ以上のとき、切削方向を倣い方向とする（S9〜S11、S7）。工具に引き切り方向のストレスがかかり加工精度を落とす恐れがあるときは、切削方向が逆方向に自動的に変更されてプログラムが作成される。よって、加工精度の低下を防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、旋盤等で用いられる旋削加工用のプログラム作成装置に関する。

旋削加工において、加工しようとする素材形状や加工形状（加工の最終形状）等を入力することによって、自動的に加工プログラムを作成する数値制御装置や自動プログラミング装置はすでに公知である。
この自動的に加工プログラムを作成する機能は、対話形式で画面上に表示されるガイドに従って、円弧や直線によって素材の形状や加工形状を定義入力することによって、自動的に工具が選択され、加工条件が決められ加工プログラムが作成されるものである。

この対話形式の自動プログラム作成機能において、旋削加工における仕上げ加工（中仕上げ加工も含む）のプログラム作成では、通常、加工形状に沿った切削方向が設定され、プログラムが作成される。

しかし、切削する工具の形状によって、切削方向で切削能力が異なり、仕上げ精度が異なることや、切粉の処理の関係から、加工形状に沿った倣い方向ではなく、部分的にワークの外側から中心へ向かう方向に切削する場合がある。

例えば、工具の形状に合わせて、各加工形状の要素毎に切削方向を指定するようにした輪郭形状加工方式は特許文献１ですでに公知である。

特公平７−１１５２７７号公報

仕上げ加工（中仕上げ加工も含む）において、最適な切削方向を選択して設定するには、特許文献１に示すように加工形状の要素毎に切削方向を設定する必要がある。そのため、切削効率や切削精度を考慮して最適な切削方向を選択設定することは熟練したオペレータでないと困難であった。又、加工要素毎に１つ１つ切削方向を設定することは、加工プログラム作成に時間を要し、面倒な作業である。

そこで、本発明の目的は、仕上げ加工（中仕上げ加工も含む）の加工プログラム作成時に、切削方向を自動的に決定し、加工精度の高い仕上げ加工用プログラムを作成できる旋削加工用のプログラム作成装置を提供することにある。

本発明は、仕上げ加工用の加工プログラムを作成する旋削加工用のプログラム作成装置において、加工形状データから加工要素を判別する加工要素判別手段と、判別した加工要素の加工条件から旋削加工する方向を自動的に決定する切削方向決定手段と、決定された方向で旋削加工用の加工プログラムを作成する手段を有する旋削加工用のプログラム作成装置である。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が直線要素の場合、前記切削方向決定手段は、ワーク回転中心線に対する直線要素の傾き角度と、設定角度とを比較し、前記傾き角度が前記設定角度より大きい場合、又は／及び、直線要素の始点／終点間のＸ軸方向の距離を求め、該距離と設定値とを比較し、前記距離が前記設定値より大きい場合、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する。

前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が円弧要素の場合、前記切削方向決定手段は、ワーク回転中心線に対する円弧要素の始点／終点を結ぶ直線の傾き角度と、設定角度とを比較し、前記傾き角度が前記設定角度より大きい場合、又は／及び円弧要素の半径の大きさと設定値とを比較し、前記半径の大きさが前記設定値より大きい場合、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する。

仕上げ加工用の加工プログラムを作成するとき、工具に対して引っ張り力のストレスが働き、加工精度が低下するような場合、自動的に切削方向を倣い方向とは逆方向の押し切り方向としてプログラムが作成されることにより、加工精度の低下を防止した仕上げ旋削加工ができる。

まず、本発明の原理について説明する。
工具に対して引っ張り力が働くような切削方向の、いわゆる引き切り方向ではストレスが工具にかかり加工精度が落ちる場合がある。この現象を回避するには、切削方向を逆にして、いわゆる押し切り方向の切削方向として、加工精度を保持する必要がある。
そこで、本発明は、切削加工における仕上げ加工時において、加工形状に応じて加工精度の落ちないように、切削方向を自動的に選択し加工プログラムを作成できるようにすることにある。

そのために、以下に示すように切削方向を決定する。図１は、旋盤の主軸に取り付けられたワーク１を示すもので、上下方向がＸ軸方向、左右方向がＺ軸方向である。
（１）加工形状の要素が直線要素でＺ軸となす角度により切削方向を決める場合（図１（ａ）参照）
図１（ａ）は、切削しようとする加工形状の要素Ｌ２が直線であり、この要素Ｌ２とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）がＡであるとする。

この場合、この角度Ａが大きいと、工具に引き切り方向のストレスがかかり加工精度を低下させる場合があるから、この角度Ａの大きさによって、切削方向を逆にして、工具にかかる引き切り方向のストレスによる加工精度の低下を防止する。すなわち、以下のように、加工精度が低下する最小角度を求め、該角度を設定角度Ａａとし、この設定角度Ａａより小さい角度Ａの場合には、予め設定されている加工形状を倣う方向ａとし、該設定角度Ａａより大きく、加工精度が低下する恐れがある角度Ａに対しては、切削方向を逆にして、ワークの外径から中心に向かう方向ｂにし、工具が押し切り方向に移動して切削を行うようにして、加工精度を保持する。
Ａ＜設定角度Ａａ …加工形状を倣う方向ａ
Ａ≧設定角度Ａａ …ワークの外径から中心に向かう方向ｂ

（２）加工形状の要素が直線要素の始点と終点とのＸ軸方向の距離Ｄより切削方向を決める場合（図１（ｂ）参照）
この直線要素Ｌ２の始点をＳＰ、終点をＥＰとし、この始点ＳＰと終点ＥＰ間のＸ軸方向の距離をＤとする。

この距離Ｄが設定値Ｄｓより短く、加工形状が切り立った面の高さが低い場合には、工具に対して引き切り方向のストレスがさほどかからないので、加工形状を倣う方向ａを切削方向とする。一方、距離Ｄが設定値Ｄｓより長い場合には、切削方向を逆にして、ワークの外径から中心に向かう方向ｂとする。
Ｄ＜設定値Ｄｓ …加工形状を倣う方向ａ
Ｄ≧設定値Ｄｓ …ワークの外径から中心に向かう方向ｂ

（３）加工形状の要素が円弧要素で該要素の始点と終点を結ぶ直線のＺ軸となす角度より切削方向を決める場合（図１（ｃ）参照）
この円弧要素Ｌ２の始点をＳＰ、終点をＥＰとし、この始点ＳＰと終点ＥＰを結ぶ直線とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが、設定角度Ａｂより小さいときは、予め設定されている加工形状を倣う方向ａとし、該設定角度Ａｂ以上で、加工精度が低下する恐れがある角度Ａに対しては、切削方向を逆にして、ワークの外径から中心に向かう方向ｂにし、工具が押し切り方向に移動して切削を行うようにする。
Ａ＜設定角度Ａｂ …加工形状を倣う方向ａ
Ａ≧設定角度Ａｂ …ワークの外径から中心に向かう方向ｂ

（４）加工形状の要素が円弧要素でその円弧要素の半径Ｒより切削方向を決める場合（図１（ｄ）参照）
円弧要素の半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓより小さい場合には、工具に対して引き切り方向のストレスがさほどかからないので、加工形状を倣う方向ａを切削方向とする。一方、半径Ｒが設定値Ｒｓより大きい場合には、切削方向を逆にして、ワークの外径から中心に向かう方向ｂとする。
Ｒ＜設定値Ｒｓ …加工形状を倣う方向ａ
Ｒ≧設定値Ｒｓ …ワークの外径から中心に向かう方向ｂ

図２は、本発明の一実施形態の旋削加工用のプログラム作成装置が実施する、加工プログラム作成処理における切削方向自動決定処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。又、プログラム作成装置としては、この切削方向自動決定処理を含む加工プログラム作成のためのソフトウェアが組み込まれた数値制御装置で本発明のプログラム作成装置を構成しても、又、自動プログラミング装置で構成してもよいものである。さらには、パーソナルコンピュータ（以下パソコンという）に、この切削方向自動決定処理を含む加工プログラム作成のためのソフトウェアをインストールしておき、このパソコンで本発明の旋削加工用のプログラム作成装置を構成してもよいものである。

図３は、数値制御装置でこの旋削加工用のプログラム作成装置を構成したときの数値制御装置の要部ブロック図である。
数値制御装置１０の構成は、従来の数値制御装置と同じであり、プロセッサ１１とバス１７で接続されたＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、表示器１４、不揮発性メモリ（ＲＡＭ）１５、操作盤１６等で構成され、該数値制御装置１０は、該数値制御装置１０で制御される工作機械１８に接続されている。加工プログラム作成用のソフトウェアは不揮発性メモリ１５に格納されており、加工プログラムを対話形式で作成するときには、このソフトウェアがＲＡＭ１３に読み込まれ、表示器１４、操作盤１６を使用してオペレータは対話形式で加工プログラムを作成する。この点は従来と同じである。

図４は、対話形自動プログラミング装置２０でこの旋削加工用のプログラム作成装置を構成したときの対話形自動プログラミング装置２０の要部ブロック図である。
この対話形自動プログラミング装置２０も従来の対話形自動プログラミング装置の構成と相違はなく、プロセッサ２１とバス２７で接続されたＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、不揮発性メモリ（ＲＡＭ）２４、表示器２５、操作盤２６等で構成され、加工プログラムを作成するときには、不揮発性メモリ２４に格納された加工プログラム作成用のソフトウェアをＲＡＭ２３に読込み、表示器２５、操作盤２６を使用してオペレータは対話形式で加工プログラムを作成する。この点は従来と同じである。

又、図５は、パソコンで旋削加工用のプログラム作成装置を構成したときのパソコン３０の要部ブロック図である。
このパソコン３０の構成も従来のパソコンの構成と相違はなく、プロセッサ３１とバス３６で接続された表示器３２、ＲＡＭ３３、ハードティスク３４、キーボード／マウス３５等で構成されている。加工プログラムを作成するときには、ハードティスク３４に格納された加工プログラム作成用のソフトウェアにより、表示器３２、キーボード／マウス３５を使用してオペレータは対話形式で加工プログラムを作成する。この点は従来と同じである。

図２は、上述した旋削加工用のプログラム作成装置を構成する数値制御装置１０のプロセッサ１１、対話形自動プログラミング装置２０のプロセッサ２１、パソコン３０のプロセッサ３１が実行する加工プログラム作成処理における切削方向自動決定処理を示すフローチャートである。

まず、入力されている加工形状データより１要素を取得し（ステップＳ１）、該要素が直線要素か、円弧要素か判別し（ステップＳ２）、直線要素ならば、該直線要素の始点ＳＰと終点ＥＰ間のＸ軸方向の距離Ｄを求め、該距離Ｄが予め設定されている所定値Ｄｓ以上かを判断する（ステップＳ３）。この判断処理は、上記（２）の直線要素におけるＸ軸方向の距離Ｄに基づく判断である。求めた距離Ｄが設定値Ｄｓより小さい場合には、切削方向をすでに設定されている倣い方向ａとして（ステップＳ６）、この倣い方向の切削方向ａで従来と同様にして加工プログラムを作成する（ステップＳ７）。

一方、距離Ｄが所定値Ｄｓ以上の場合には、ワーク回転中心線（Ｚ軸）に対するこの直線要素の傾き角度（直線要素とＺ軸とのなす角度）Ａを求め、該角度Ａが設定角度Ａａ以上か判断する（ステップＳ４）。この判断が上記（１）の直線要素とＺ軸となす角度Ａにより切削方向を決める判断処理である。この判断処理で求めた角度Ａが予め設定されている設定角度Ａａより小さいときにはステップＳ６に移行し、切削方向を倣い方向ａとする。又、直線要素とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａａ以上の場合には、倣い方向とは逆方向のワークの外径から中心へ向かう方向ｂを切削方向とし（ステップＳ５）、ステップＳ７に移行して加工プログラムを作成する。

次に、加工形状の最終要素まで到達したか判断し（ステップＳ８）、到達してなければステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ２で、取得した加工形状データの要素が、円弧要素であると判別されると、ステップＳ２からステップＳ９に移行し、この円弧要素の半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓ以上か判断する。この判断処理が上記（４）の円弧要素の半径Ｒの大きさより切削方向を決める場合の判断処理である。

求めた半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓより小さいときは、すでに設定されている倣い方向ａを切削方向とし（ステップＳ１２）、ステップＳ７に移行して、この切削方向で加工プログラムを作成する。しかし、求めた半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓ以上の場合には、この円弧の始点ＳＰと終点ＥＰを結ぶ直線とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａを求め、該角度Ａが予め設定されている設定角度Ａｂ以上か判断する（ステップＳ１０）。この判断処理が上記（３）の円弧要素の始点と終点を結ぶ直線のＺ軸となす角度より切削方向を決める判断処理である。

求めた角度Ａが、設定角度Ａｂより小さい場合は、倣い方向ａを切削方向とし（ステップＳ１２）、求めた角度Ａが、設定角度Ａｂ以上の場合には、切削方向を倣い方向とは逆方向のワークの外径から中心へ向かう方向ｂを切削方向とし（ステップＳ１１）、ステップＳ７に移行して、求めた切削方向で加工プログラムを作成する。そして、加工形状の最終要素まで達したか判断し（ステップＳ８）、達してなければ、ステップＳ１に戻る。以下上述した処理を繰り返し実行して、入力されている加工形状に対して、切削方向を自動決定し、加工プログラムを自動的に作成する。そして、ステップＳ８で、加工形状の最終要素まで達したことが判別されると、この加工プログラムの作成処理は終了する。

なお、図２に示した処理では、直線要素に対して、該直線要素のＸ軸方向の距離Ｄが設定値Ｄｓ以上であり、かつ、この直線要素とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａａ以上のときだけ、切削方向を変更し、倣い方向ａとは逆の方向ｂとした。これは、直線要素のＸ軸方向の距離Ｄが長くて、かつ、ワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが大きいときは、工具に引き切り方向のストレスが長くかかり加工精度を低下させる場合があるからである。直線要素のＸ軸方向の距離Ｄが短い場合には、工具に引き切り方向のストレスは短く僅かであることから、切削方向は倣い方向のままとしている。さらに、直線要素のＸ軸方向の距離Ｄが長くても、直線要素とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａａよりも小さい場合には、工具にかかる引き切り方向のストレスは小さく、加工精度を低下させるほどのものではないことから、図２に示すような処理にしている。

同様に、加工要素が円弧の場合でも、円弧半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓより大きく、かつ円弧の始点と終点を結ぶ直線のワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａｂ以上になったとき、切削方向を倣い方向ａとは逆の方向ｂにしている。これは、半径Ｒが小さい場合には、工具に対して引き切り方向のストレスがさほどかからないこと、又、円弧半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓより大きくても、円弧の始点と終点を結ぶ直線のワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａｂよりも小さければ、工具にかかる引き切り方向のストレスは小さく加工精度を損なうことがないことから、図２に示すようにしている。

しかし、上述した（１）〜（４）の判断結果により、それぞれ独立して、切削方向を決めてもよいものである。すなわち、直線要素に対して、Ｘ軸方向の距離Ｄが設定値Ｄｓ以上か、及び直線要素とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａａ以上かを判別し、どちらか一方でも設定値（角度）以上となると切削方向を倣い方向とは逆の方向ｂとし、どちらも設定値（角度）以下のときのみ、切削方向を倣い方向ａとするようにしてもよい。この場合の図２に示す処理は、ステップ３で「Ｙｅｓ」の場合、ステップＳ５に移行し、「Ｎｏ」の場合、ステップＳ４に移行する処理に変わる。

又、加工要素が円弧の場合でも、円弧半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓ以上か、円弧の始点と終点を結ぶ直線のワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａｂ以上か判別し、どちらか一方でも設定値（角度）以上となると切削方向を倣い方向とは逆の方向ｂとし、どちらも設定値（角度）以下のときのみ、切削方向を倣い方向ａとするようにしてもよい。この場合の図２に示す処理は、ステップＳ９で「Ｙｅｓ」の場合、ステップＳ１１に移行し、「Ｎｏ」の場合、ステップＳ１０に移行する処理に変わる。

さらに、直線要素に対しては、Ｘ軸方向の距離Ｄの大きさだけで（設定値Ｄｓ以上かだけで）、又は、直線要素とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａの大きさだけで（設定角度Ａａ以上だけで）、切削方向を決めるようにしてもよい。又、円弧要素の場合は、円弧半径Ｒの大きさだけで（設定値Ｒｓ以上だけで）、又は、円弧の始点と終点を結ぶ直線のワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａの大きさだけで（設定角度Ａｂ以上かだけで）、切削方向を決めてもよい。

すなわち、直線要素に対しては、Ｘ軸方向の距離Ｄが設定値Ｄｓ以上であれば、倣い方向とは逆方向ｂを切削方向とし、設定値Ｄｓより小さい場合は、切削方向を倣い方向ａとする。又は、直線要素とワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａａ以上であれば、倣い方向とは逆方向ｂを切削方向とし、設定角度Ａａより小さい場合は、切削方向を倣い方向ａとする。円弧要素の場合は、円弧半径Ｒの大きさが設定値Ｒｓ以上であれば、倣い方向とは逆方向ｂを切削方向とし、設定値Ｒｓより小さい場合は、切削方向を倣い方向ａとする。又は、円弧の始点と終点を結ぶ直線のワーク回転中心線となす角度（Ｚ軸となす角度）Ａが設定角度Ａｂ以上であれば、倣い方向とは逆方向ｂを切削方向とし、設定角度Ａｂより小さい場合は、切削方向を倣い方向ａとする。

この切削方向の自動決定のタイプをどのタイプにするかは、目標とする加工精度やワークの材質や工具の特性等によって決める。

本発明の動作原理を説明する説明図である。本発明の実施形態において実行する切削方向自動決定処理のアルゴリズムを示すプログラム作成処理のフローチャートである。本発明の旋削加工用のプログラム作成装置を数値制御装置で構成したときの数値制御装置の要部ブロック図である。本発明の旋削加工用のプログラム作成装置を対話形自動プログラミング装置で構成したときの対話形自動プログラミング装置の要部ブロック図である。本発明の旋削加工用のプログラム作成装置をパソコンで構成したときのパソコンの要部ブロック図である。

符号の説明

１ワーク
１０数値制御装置
２０対話形自動プログラミング装置
３０パソコン（パーソナルコンピュータ）

Claims

仕上げ加工用の加工プログラムを作成する旋削加工用のプログラム作成装置において、加工形状データから加工要素を判別する加工要素判別手段と、判別した加工要素の加工条件から旋削加工する方向を自動的に決定する切削方向決定手段と、決定された方向で旋削加工用の加工プログラムを作成する手段を有する旋削加工用のプログラム作成装置。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が直線要素の場合、前記切削方向決定手段は、ワーク回転中心線に対する直線要素の傾き角度と、設定角度とを比較し、前記傾き角度が前記設定角度より大きい場合、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する請求項１に記載の旋削加工用のプログラム作成装置。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が直線要素の場合、前記切削方向決定手段は、直線要素の始点／終点間のＸ軸方向の距離を求め、該距離と設定値とを比較し、前記距離が前記設定値より大きい場合、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する請求項１又は請求項２に記載の旋削加工用のプログラム作成装置。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が円弧要素の場合、前記切削方向決定手段は、ワーク回転中心線に対する円弧要素の始点／終点を結ぶ直線の傾き角度と、設定角度とを比較し、前記傾き角度が前記設定角度より大きい場合、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の旋削加工用のプログラム作成装置。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が円弧要素の場合、前記切削方向決定手段は、円弧要素の半径の大きさと、設定値とを比較し、前記半径の大きさが前記設定値より大きい場合、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の旋削加工用のプログラム作成装置。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が直線要素の場合、前記切削方向決定手段は、ワーク回転中心線に対する直線要素の傾き角度と設定角度とを比較し、前記傾き角度が前記設定角度より大きいと判断され、かつ、直線要素の始点／終点間のＸ軸方向の距離と設定値とを比較し、前記距離が前記設定値より大きいと判断されたときには、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する請求項１に記載の旋削加工用のプログラム作成装置。
前記加工要素判別手段で加工形状データから判別された加工要素が円弧要素の場合、前記切削方向決定手段は、ワーク回転中心線に対する円弧要素の始点／終点を結ぶ直線の傾き角度と設定角度とを比較し、前記傾き角度が前記設定角度より大きいと判断され、かつ、円弧要素の半径の大きさと設定値とを比較し、前記半径の大きさが前記設定値より大きいと判断されたときは、切削方向を、倣い方向から、ワーク外径から中心へ向かう方向へ変更する請求項１又は請求項６に記載の旋削加工用のプログラム作成装置。