JP2009211255A

JP2009211255A - 金型加工データ変更方法

Info

Publication number: JP2009211255A
Application number: JP2008051823A
Authority: JP
Inventors: Koji Hara; 浩二原; Takashi Kikuchi; 高志菊地; Yoshio Kanai; 義男金井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】元の加工データを有効に利用して短時間に二番型用の加工データを得る。
【解決手段】成形品モデルに基づき、ＮＣ加工データを作製する。ＮＣ工作機械により、ＮＣ加工データに基づいて金型を作製する。金型の修正をして一番型を得る。計測器により、一番型を３次元的に計測して、メッシュデータ３４を得る。ＮＣ加工データにおける加工工具１６の移動経路２０を示す複数箇所のデータから選択された箇所３６で、加工端面１６ａがメッシュデータ３４に対して点接触する位置まで加工工具１６をＺ方向に移動させる。元のＮＣ加工データを、移動後の加工工具１６の位置に基づいて変更する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、金型加工データに基づいて加工された金型を修正して一番型を得た後、一番型に対応した二番型を作成するために、元の加工データを変更する金型加工データ変更方法に関する。

従来、プレス成型用の金型を製作する際には、成形品の形状データからＣＡＤ等を用いて金型の設計を行い、金型データを作製している。得られた金型データに基づいて金型を加工するＮＣ加工データを作成し、ＮＣ工作機械を用いて第１段階としての金型を加工している。この段階の金型は、必ずしも所望の製品を成型することができるとは限らず、実際に試用して得られた成形品に基づいて検証を行い、熟練技能者が金型を修正することが一般的に行われている。

近時、製品を大量生産するためには、同じ金型を複数用意してそれぞれプレス成形することが望まれており、当初得られた金型を一番型とし、該一番型に対応した二番型（又はリピート型）を作成することが行われている。

二番型を作成するためには、一番型で行った熟練技能者による修正の工程を可及的に抑制し、効率的に行うことが望ましい。

このため、特許文献１では、得られた一番型を非接触３次元計測器で計測し、得られた３次元点群データから曲面を作成し、その曲面データに基づき形状加工用のＮＣ加工データを作成することが提案されている。

また、特許文献２では、二番型を製作する際に手直し作業を必要としないために、金型モデルデータを作製し、これにより樹脂材料で金型実物大模型を製作し、樹脂製模型の手直しを行い、手直しした樹脂製模型を用いてＣＡＤデータ及びＣＡＭのＮＣ加工データに基づいて金型を製作することが提案されている。

特開２００６−３２０９９６号公報特開平４−２１３７０４号公報

成形品モデルや金型データ等のＣＡＤ (Computer Aided Design)データ（面の集合体）からＮＣ(Numerical Control)加工データを作成するには、ＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing）データを作成し、加工工具のデータや該加工工具の移動経路を示すパスデータ等の設定が必要であり、これらの一連のパス計算工程には相当の時間がかかる。

一方、特許文献１記載の方法では、一番型を非接触３次元計測器で計測して得られた３次元点群データから曲面を作成し、さらにＮＣ加工データを作成することについて記載があるが、上記のパス計算工程はどうしても必要となってしまい、効率がよくない。また、一番型を作成するときに当初用いられたＮＣ加工データはその後に有効利用されていない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、一番型に対応した二番型を作成する際に、型の修正を可及的に少なくし、一番型を作成するときに用いられた加工データを有効に利用して短時間に二番型用の加工データを得ることのできる金型加工データ変更方法を提供することを目的とする。

本発明に係る金型加工データ変更方法は、成形品モデルに基づき、該成形品モデルを成型するための金型を加工する工作機械の加工データを作製する第１工程と、前記工作機械により、前記加工データに基づいて金型を作製する第２工程と、前記金型を修正をして一番型を得る第３工程と、計測器により、前記一番型を３次元計測して、金型３次元計測データを得る第４工程と、コンピュータにより、仮想空間上で、前記加工データにおける前記加工工具の移動経路を示す複数の移動経路点のうち選択された選択箇所で、加工端面が前記金型３次元計測データの面に対して点接触する位置まで前記加工工具を軸方向に移動させる第５工程と、前記加工データにおける前記選択箇所を示すデータを、前記第５工程で得られた移動後の前記加工工具の位置に基づいて変更する第６工程とを有することを特徴とする。

このように、加工端面が金型３次元計測データの面に対して点接触する位置まで加工工具を軸方向に移動させて得られた位置のデータに基づいて、当初の加工データを変更することにより、該加工データを有効に利用して短時間に二番型用の加工データを得ることができる。ここで、選択箇所とは広義であり、１点を選択する場合から、全点を選択する場合までを含む。

前記選択箇所における前記加工工具のデータは、基準点が軸方向座標を含む３次元座標で示され、前記第６工程では、前記選択箇所における前記加工工具のデータのうち前記基準点の軸方向座標値を、前記第５工程で得られた移動後の前記加工工具の軸方向座標値で置き換えてもよい。これにより、元の加工データのうち、加工工具の基準点位置を示す３次元座標について軸方向座標値だけを変更すれば足り、一層効率的である。

前記金型３次元計測データは、メッシュデータを用いると処理が簡便になる。

前記第４工程の後、前記メッシュデータと前記成形品モデルを成型するための金型の金型モデルデータとを対比し、前記第３工程において修正された箇所を特定するサブ工程を有し、前記選択箇所は、前記サブ工程で特定された箇所としてもよい。これにより、元の加工データを全て変更するのではなく、特定された修正箇所だけを変更すれば足り、一層効率的である。

本発明に係る金型加工データ変更方法によれば、当初の加工データにおける選択箇所で、加工端面が金型３次元計測データの面に対して点接触する位置まで加工工具を軸方向に移動させて得られた位置のデータに基づいて、当初の加工データを変更することにより、該加工データを有効に利用して短時間に二番型用の加工データを得ることができる。また、一番型を計測した金型３次元計測データに基づいた変更を行うことから、型の修正を可及的に少なくすることができる。

以下、本発明に係る金型加工データ変更方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１５を参照しながら説明する。

先ず、図１のステップＳ１において、得ようとする成形品の設計を行い、例えば図３に示すような成形品モデル１０をコンピュータで作製する。成形品モデル１０は、例えば所定の面データによるモデルである。面データとは、数式で定義されたオブジェクト（ＮＵＲＢＳ曲面、Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ曲面、Ｂｅｚｉｅｒ曲面等）であり、通常のＣＡＤ／ＣＡＭシステムで利用できるため汎用性が高い。

ステップＳ２において、成形品モデル１０のデータに基づいて、該成形品モデルを成型するための金型の金型モデルデータ１２をコンピュータ上のＣＡＤで作製する。実際の金型としては上型と下型があるが、理解を容易にするために、以下の説明では特に区別しないで記載する。この金型モデルデータ１２は、前記の成形品モデル１０と相当に近似していることから、双方を図１で共通に示す。ただし、金型モデルデータ１２は、プレス装置で使用する際のスプリングバックやスプリングフォワード等の影響が見込まれており、成形品モデル１０と完全に一致している訳ではない。

ステップＳ３において、金型モデルデータ１２に基づいて、該金型モデルデータ１２を切削加工するためのＮＣ加工機（工作機械）用のＮＣ加工データ１４（図４参照）を作製する。ＮＣ加工データ１４は、いわゆるＣＡＭデータである。

この工程では、金型モデルデータ１２の形状に基づき、使用する加工工具１６の選定を行い、材質や加工形状等に基づいて加工工具１６の回転数の設定を行い、さらに、金型と加工工具１６との相対的な移動経路を適切に設定する処理が必要となる。

つまり、図４に示すように、先ず、加工しようとする表面形状に基づいて加工工具１６の軸方向であるＺ座標を適切に設定し、また、該Ｚ座標及び加工しようとする表面形状を基準として直交するＸ座標及びＹ座標を設定する。

さらに、加工しようとする表面形状と加工工具１６の大きさ及び形状に基づいて、相対的な移動経路２０を適切に設定する。

なお、加工工具１６の大きさ及び形状は、コンピュータによるソフトウェア処理の仮想空間上においては、切溝等を省略し、現実の加工工具１６が回転をしているときの輪郭形状で表すものとする。理解を容易にするため、使用する加工工具１６は一種類とする。

次に、図５に示すように、移動経路２０上に複数の移動経路点２２を加工しようとする表面形状に基づいて適切な微小間隔で設定する。また、基本的に、移動経路２０は加工しようとする表面形状に沿って少しずつ所定の方向（例えばＸ方向）にずれながら往復する経路となっており、両端部では、加工対象部から一度離間して所定方向にずれるオフセット動作部２０ａを有している。このようなオフセット動作部２０ａについても適切に設定する。

さらに、移動経路２０が金型モデルデータ１２の表面上に設定されている場合で、図６に示すように、移動経路点２２についても金型モデルデータ１２上に設定されているときには、加工工具１６は所定の大きさを有していることから、該加工工具１６の基準点Ｐ₀（例えば、Ｚ軸上先端点や先端半球の中心点等）と移動経路点２２は一致しないことになる。

そこで、加工工具１６の形状に基づいて、当初の移動経路点２２ａを加工する場合における加工工具１６の基準点Ｐ₀の位置を求め、この点を新たな移動経路点２２ｂとなるように、計算及び変換する処理を行う。このとき、加工工具１６の先端部が半径ｒの半球形状であるときは、該半径ｒに基づいて新たな移動経路点２２ｂを求める。

当初の移動経路点２２の全点について新たな移動経路点２２ｂを求めておき、それぞれ基準点Ｐ₀の位置をＸ、Ｙ、Ｚ座標で記録しておく。さらに、隣接する移動経路点２２の相対位置及び相対距離等からその時点における加工工具１６の送り速度等についても設定する。

このようにして設定された移動経路２０は、図７に示すように、ＮＣ加工データ１４としてまとめられ、所定の記録部に記録される。図７のＮＣ加工データ１４は、理解が容易となるように要約して表形式に表したものであり、実際にはＮＣ工作機械で読み取り可能な電子データとなっている。

このようなステップＳ３の処理は、コンピュータによりある程度自動化されているが、適切なＮＣ加工データ１４を得るためには、種々の初期条件の設定や、検証作業が必要であり、相当に時間を要している。

次に、ステップＳ４において、所定のＮＣ工作機械により、ＮＣ加工データ１４に基づいて、図８に示すように金型２６を作製する。

ステップＳ５において、成形された金型２６を用いてプレス加工を行い、試作品としての成形品を得る。このステップＳ５の工程は、トライアウトと呼ばれる。

ステップＳ６において、試作品及び金型プレス面等を観察、検討し、所望の条件が満たされているときにはステップＳ８へ移り、条件が満たされていないときにはステップＳ７へ移る。この際、試作品については皺や割れ、寸法誤差の有無等を観察、検討し、金型２６については、プレス表面の状態等を勘案し、総合的に判断を行う。

ステップＳ７においては、手作業により金型２６の修正を行う。この修正作業は、金型２６の所定箇所を精密に削りとり、又は適度な肉盛りをするものであり、一般的に熟練技能者によって時間をかけて行われる。この後ステップＳ５へ戻り、所望の条件が満たされるまでトライアウトを繰り返す。これにより、いわゆる一番型が完成する。

図２のステップＳ８以降は、いわゆる二番型を作成する工程である。

ステップＳ８において、図９に示すように、一番型３０を３次元デジタイザ（計測器）３２等で形状を３次元的に計測し、点群データを得る。ステップＳ８で用いる３次元計測の計測器は、接触式及び非接触式のいずれでもよい。

ステップＳ９において、点群データに対して所定の変換を行い、図１０に示すメッシュデータ（金型３次元計測データ）３４を得る。メッシュデータ３４は、例えばＳＴＬ(Standard Triangulated Language)形式を用いることができ、一番型３０の表面形状を相当精密に再現している。

ここでメッシュデータ３４とは、例えばポリゴンの集合体である。ポリゴンは、三角形、四角形で構成するオブジェクトであり、一般的にレンダリングや光造形の概略形状把握に用いられている。各ポリゴンは、例えば３点又は４点の頂点座標と法線ベクトルによって構成されている。

メッシュデータ３４は、ステップＳ８で得られた点群データの全てを用いる必要はなく、適度に間引いてもよい。

ステップＳ１０において、図１１に示すように、メッシュデータ３４によって示される面３４ａと金型モデルデータ１２によって示される面１２ａとを対比し、前記のステップＳ７において修正された箇所を特定する。つまり、箇所３６は、面３４ａの方が面１２ａよりＺ座標値が大きいので金型２６が削り取られた箇所であり、箇所３８は、面３４ａの方が面１２ａよりＺ座標値が小さいので金型２６に肉盛りがなされた箇所である。

この処理は、例えば、面３４ａと面１２ａとの距離Ｌを求めて、該距離Ｌの絶対値が所定閾値以上である箇所を選択すればよい。

このようなステップＳ１０の処理により、これ以降、元のＮＣ加工データ１４を全て変更するのではなく、特定された修正箇所の箇所３６及び３８だけに限定して処理をすれば足り、効率的である。もちろん、条件によっては元のＮＣ加工データ１４の全点を処理対象としてもよい。

ステップＳ１１において、コンピュータにより、ソフトウェア処理における仮想空間上で、ＮＣ加工データ１４における移動経路点２２のうち、ステップＳ１０で特定された箇所を選択箇所とする。さらに、図１２に示すように、加工端面１６ａがメッシュデータ３４の面３４ａに対して点接触する位置まで加工工具１６を仮想線位置から実線位置までＺ方向に移動させる。厳密に点接触の位置を特定できない場合には、所定の閾値判断に基づいて、実質的な点接触の位置を求めればよい。接触の有無は、ＣＡＤの機能を用いるとよい。

例えば、図１２に示すように、金型２６が削り取られた箇所３６については、当初の移動経路点２２ｐを基準として加工工具１６をプラスのＺ方向に移動させ、加工端面１６ａが一番最初に面３４ａに接触した位置を特定すればよい。また、図１３に示すように、金型２６に肉盛りがなされた箇所３８については、当初の位置２２ｐを基準として加工工具１６をマイナスのＺ方向に移動させ、加工端面１６ａが最後に面３４ａに接触した位置を特定すればよい。

もちろん、加工工具１６を順次移動させるのではなく、加工工具１６の加工端面１６ａの形状（半径ｒ等のパラメータ）に基づいて、幾何的計算によって接触位置を求めてもよい。

このとき、基準点Ｐ₀の座標は、元の位置２２ｐと比較してＸ座標値及びＹ座標値は同じであり、工具軸方向のＺ座標値だけが異なる。

加工工具１６とメッシュデータ３４との接点４０についての情報についても所定の解析の便宜のために記録しておくとよい。

なお、諸条件により加工工具１６を移動させる方向は必ずしもＺ方向でなくてもよい。図１２、図１３及び図１５では、加工工具１６を簡略的に半径ｒの円形状で示している。図１２、図１３及び図１５は、理解が容易なように２次元的に示しているが、実際には３次元形状に基づいて処理を行うとよい。

ステップＳ１２において、前記のステップＳ１１で特定された型の修正箇所を、ＮＣ加工データ１４における選択箇所として、該選択箇所についてステップＳ１１で得られた移動後の加工工具１６の位置に基づいて変更する。

具体的には、選択箇所における加工工具１６を示すデータのうち基準点Ｐ₀の軸方向座標値を、ステップＳ１１で得られた移動後の加工工具１６の軸方向座標値で置き換えればよい。これにより、元のＮＣ加工データ１４のうち、加工工具１６の基準点Ｐ₀の位置を示す３次元座標についてＺ座標値だけを変更すれば足り、効率的である。

このようにして修正されたＮＣ加工データ１４ａを図１４に示す。図７のＮＣ加工データ１４と対比すると了解されるように、基本的には、選択箇所（Ｎｏ１０〜２０）のＺ座標値Ｚ₁₀〜Ｚ₂₀がＺ’₁₀〜Ｚ’₂₀に変更されているだけであり、元のＮＣ加工データ１４が有効利用されている。したがって、この時点で前記のステップＳ３のような移動経路２０を求める処理は不要である。

ステップＳ１３において、修正されたＮＣ加工データ１４ａに基づいてＮＣ工作機械により二番型の加工を行う。これにより得られた二番型は、前記ステップＳ７において行った修正が反映されており、一番型３０と相当に近い形状となっているため、ほとんど手直しが不要であり、又は全く不要であり、短時間で簡便に二番型が得られる。

上述したように、本実施の形態に係る金型加工データ変更方法では、当初のＮＣ加工データ１４における選択箇所で、加工端面１６ａがメッシュデータ３４の面３４ａに対して点接触する位置まで加工工具１６をＺ方向に移動させる。これにより得られた位置のデータに基づいて、当初のＮＣ加工データ１４を変更することにより、該ＮＣ加工データ１４を有効に利用して短時間に二番型用のＮＣ加工データ１４ａを得ることができる。また、一番型３０を計測したメッシュデータ３４に基づいた変更を行うことから、型の修正を可及的に少なくすることができる。

さらに、一番型３０が完成した後の二番型を作成する工程（ステップＳ８〜ステップＳ１２）では、ステップＳ３のような移動経路２０を求める処理等が不要であり、短時間でＮＣ加工データ１４ａが得られる。

すなわち、図１５に示すように、元のＮＣ加工データ１４における２２を基準として、Ｚ方向に加工工具１６を移動させ、加工端面１６ａがメッシュデータ３４と接触した位置に基づいて変更後のＮＣ加工データ１４ａが求められることになる。また、型の修正をしていない領域４６については、元のＮＣ加工データ１４をそのまま利用できる。

上記の各工程におけるオペレータや使用するコンピュータは、工程毎、処理単位毎に異なっていてもよいことはもちろんである。

本発明に係る金型加工データ変更方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る金型加工データ変更方法の手順を示すフローチャート（その１）である。本実施の形態に係る金型加工データ変更方法の手順を示すフローチャート（その２）である。金型モデルデータである。元のＮＣ加工データによる加工工具の移動経路を示す図である。加工工具の移動経路の一部を示す図である。金型モデルデータと加工工具との位置関係を示す図である。元のＮＣ加工データの内容を示す図である。ＮＣ工作機械で加工された金型の斜視図である。修正して得られた一番型を３次元計測している状態を示す斜視図である。３次元計測した結果から得られるメッシュデータである。金型モデルデータとメッシュデータを対比している様子を示す説明図である。金型が削り取られた箇所について、加工工具をプラス方向に移動させ、メッシュデータに接触させる様子を示す説明図である。金型に肉盛りがなされた箇所について、加工工具をマイナス方向に移動させ、メッシュデータに接触させる様子を示す説明図である。変更後のＮＣ加工データの内容を示す図である。元のＮＣ加工データと、メッシュデータと、変更後のＮＣ加工データを模式的に対比した図である。

符号の説明

１０…成形品モデル１２…金型モデルデータ
１４…（元の）ＮＣ加工データ１４ａ…（変更した）ＮＣ加工データ
１６…加工工具１６ａ…加工端面
２０…移動経路２２、２２ａ、２２ｂ…移動経路点
２６…金型３０…（修正した）一番型
３２…３次元デジタイザ３４…メッシュデータ

Claims

成形品モデルに基づき、該成形品モデルを成型するための金型を加工する工作機械の加工データを作製する第１工程と、
前記工作機械により、前記加工データに基づいて金型を作製する第２工程と、
前記金型を修正をして一番型を得る第３工程と、
計測器により、前記一番型を３次元計測して、金型３次元計測データを得る第４工程と、
コンピュータにより、仮想空間上で、前記加工データにおける前記加工工具の移動経路を示す複数の移動経路点のうち選択された選択箇所で、加工端面が前記金型３次元計測データの面に対して点接触する位置まで前記加工工具を軸方向に移動させる第５工程と、
前記加工データにおける前記選択箇所を示すデータを、前記第５工程で得られた移動後の前記加工工具の位置に基づいて変更する第６工程と、
を有することを特徴とする金型加工データ変更方法。
請求項１記載の金型加工データ変更方法において、
前記選択箇所における前記加工工具のデータは、基準点が軸方向座標を含む３次元座標で示され、
前記第６工程では、前記選択箇所における前記加工工具のデータのうち前記基準点の軸方向座標値を、前記第５工程で得られた移動後の前記加工工具の軸方向座標値で置き換えることを特徴とする金型加工データ変更方法。
請求項１又は２記載の金型加工データ変更方法において、
前記金型３次元計測データは、メッシュデータであることを特徴とする金型加工データ変更方法。
請求項３記載の金型加工データ変更方法において、
前記第４工程の後、前記メッシュデータと前記成形品モデルを成型するための金型の金型モデルデータとを対比し、前記第３工程において修正された箇所を特定するサブ工程を有し、
前記選択箇所は、前記サブ工程で特定された箇所とすることを特徴とする金型加工データ変更方法。