JP2009226562A - Device and method for machining three-dimensional curved surface - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水車発電装置のランナーベーン等、複雑な3次元曲面形状を有する加工対象物に対し、精度良く加工を行なうことができる3次元曲面加工装置および3次元曲面加工方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional curved surface processing apparatus and a three-dimensional curved surface processing method capable of accurately processing a workpiece having a complicated three-dimensional curved surface shape such as a runner vane of a water turbine power generation device.
一般に、例えば水車発電装置のランナーベーン等、複雑な3次元曲面形状を有する加工対象物(ワーク)に対しては、鋳造あるいは鍛造で製作された素材をボールエンドミル等の切削工具を用いて工作機械で最終形状に近くなるまで切削加工が行われる。その際、ワークに切削工具による複数本の溝形状のカッターマークが残る。 In general, for a workpiece (workpiece) having a complicated three-dimensional curved surface shape such as a runner vane of a turbine generator, a machine tool using a material produced by casting or forging using a cutting tool such as a ball end mill. The cutting process is performed until the shape is close to the final shape. At that time, a plurality of groove-shaped cutter marks by the cutting tool remain on the workpiece.
このワークを最終形状に仕上る際には、切削加工によるカッターマークを含めてグラインダ等の研削加工機を用いて手作業による研削加工を行っていた。 When this workpiece is finished into a final shape, grinding is performed manually using a grinding machine such as a grinder including a cutter mark by cutting.
しかしながら、手作業による研削加工では多くの段取り時間や加工時間を費やし、作業者に多くの労力を強いるため、新たな技術として、例えば特許文献1に見られるような製造装置および製造方法が提案されている。
However, in manual grinding, a lot of setup time and processing time are consumed, and a lot of labor is imposed on the worker. Therefore, as a new technique, for example, a manufacturing apparatus and a manufacturing method as disclosed in
この製造装置は、加工対象物(ワーク)であるプロペラの形状を測定するセンサを有し、この測定された立体的形状と、設計時の立体的形状データとの差異に基づいてプロペラを研削することにより、品質の高いプロペラを自動研削する提案がなされている。 This manufacturing apparatus has a sensor that measures the shape of a propeller that is a workpiece (workpiece), and grinds the propeller based on the difference between the measured three-dimensional shape and the three-dimensional shape data at the time of design. Thus, proposals have been made to automatically grind high-quality propellers.
また、研削に使用する砥石の磨耗による研削能率の低下を防ぐ方法に関しては、特許文献2に記載されるように、ワークの加工面に対する砥石の接触角度を研削送り速度、研削位置または時間に従って変化させる提案がなされている。
Further, regarding a method for preventing a reduction in grinding efficiency due to wear of a grindstone used for grinding, as described in
また、カッターマークの研削方法に関しては、特許文献3に記載されるように、研削工具に掛かるモーメントを検出し、その値を一定に保つように制御することで研削量を一定にする提案がなされている。
Regarding the grinding method of the cutter mark, as described in
また、特許文献4では定速回転する電子グラインダのモータにかかる電流を検出し、その値が一定になるようにグラインダを加工面に押し付けるスライド軸で構成される自動グラインダ装置と、上記電子グラインダを加工面に沿って移動するロボットとの間で状態信号を受け渡しすることで追従性が良く、研削面が平滑な自動研削装置が提案されている。
上述した特許文献1においては、加工対象物(ワーク)の3次元形状を計測するセンサが必要となり、その計測値を基に算出された余肉厚さを除去するために、箇所毎に必要な研削回数を繰返すため、施工時間がかかる課題があった。
In
また、特許文献2に記載された砥石の研削能力低下を防ぐ方法は、一定の砥石接触角度で研削を行う場合に比べて研削能力低下防止の効果がある。しかしながら、研削速度と砥石接触角度という研削条件を周期的に変化させるため、研削量と研削深さが変動し、滑らかな研削仕上げ面が得られない等の課題があった。
Further, the method for preventing the grinding ability of the grindstone from being reduced as described in
また、特許文献3に記載されたカッターマークの研削方法は、モーメントを算出するためには複数軸方向の力を検出するセンサが必要となり、またカッターマークの形状が異なれば算出されるモーメントも異なるため、研削量にも変動が出てしまう。このため常に一定の研削量を確保することは難しく、ワーク表面の滑らかな研削仕上げが得られない等の課題があった。
Further, the cutter mark grinding method described in
また、特許文献4に記載された自動研削装置の制御方法は、電子グラインダのカーボンブラシの磨耗などで電子グラインダが異常停止した場合に、スライド軸の制御装置では電流が検出されなくなり、負荷が無くなったものと判断してスライド軸を下降させて電子グラインダの砥石を加工面に押し付ける。この砥石が押し付けられた状態でロボットは電子グラインダを加工面に沿って移動させるため、加工対象物とグラインダを損傷される等の課題があった。
In addition, the control method of the automatic grinding apparatus described in
本発明は上述した課題を解決するとともに、一定条件のカッターマークを作り出す工作機械用CAMシステムと、工作機械用CAMシステムから出力されたNCデータを基に自動研削装置を動作させる研削用CAMシステムにより、切削加工面に残されたカッターマークを確実に研削し、滑らかな研削仕上げ面を得られるように図った3次元曲面加工装置および3次元曲面加工方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and also provides a CAM system for machine tools that creates a cutter mark under certain conditions, and a CAM system for grinding that operates an automatic grinding apparatus based on NC data output from the CAM system for machine tools. An object of the present invention is to provide a three-dimensional curved surface processing apparatus and a three-dimensional curved surface processing method that can reliably grind a cutter mark left on a cut surface and obtain a smooth ground surface.
本発明は、3次元CAD装置により生成された加工対象物の3次元形状データが入力され、工作機械による切削加工面に残るカッターマークの幅と深さが一定となるように切削加工用NCプログラムを生成する切削加工用NCプログラム演算装置と、前記切削加工用NCプログラム演算装置から出力された前記切削加工用NCプログラムが入力され、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成し、この研削加工用軌跡データに基づいて時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、および砥石押付け力の少なくともいずれか1つを調整する研削加工用NCプログラムを生成する研削用NCプログラム演算装置と、を備えたことを特徴とする3次元曲面加工装置である。 The present invention is an NC program for cutting so that the three-dimensional shape data of a workpiece generated by a three-dimensional CAD device is input and the width and depth of a cutter mark remaining on a cutting surface by a machine tool are constant. The cutting NC program calculation device for generating the cutting and the cutting NC program output from the cutting NC program calculation device are input, and grinding is performed based on the grinding locus along the cutter mark on the cutting surface. For generating grinding trajectory data and adjusting at least one of the grindstone contact angle, grinding feed speed, and grindstone pressing force in accordance with either time or grinding distance based on the grinding trajectory data And a grinding NC program calculation device for generating an NC program for grinding.
本発明は、研削用NCプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡を一定数毎に並び替えて研削加工用軌跡データを作成することを特徴とする3次元曲面加工装置である。 The present invention is a three-dimensional curved surface machining apparatus characterized in that the NC program computing device for grinding generates grinding locus data by rearranging a grinding locus along a cutter mark on a machining surface every predetermined number. is there.
本発明は、研削用NCプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に加えて、この研削軌跡と交差する交差研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成することを特徴とする3次元曲面加工装置である。 The present invention is characterized in that the NC program calculation device for grinding generates grinding locus data based on a crossing grinding locus intersecting with the grinding locus in addition to a grinding locus along the cutter mark on the cutting surface. Is a three-dimensional curved surface processing apparatus.
本発明は、シフト基準点が設定された研削加工用NCプログラムが入力された自動研削装置によって、加工対象物の実際の実測シフト点の位置を計測し、前記研削加工用NCプログラム上のシフト基準点との差異に基づいて、前記研削加工用NCプログラムを修正することを特徴とする3次元曲面加工装置である。 The present invention measures the position of the actual measured shift point of the object to be processed by the automatic grinding apparatus to which the NC program for grinding processing in which the shift reference point is set is input, and the shift reference on the NC program for grinding processing. The three-dimensional curved surface machining apparatus is characterized in that the NC program for grinding is modified based on a difference from a point.
本発明は、グラインダとモータとを有する電子グラインダと、電子グラインダを保持するとともに、グラインダを加工面に対して押し付けるスライド軸と、スライド軸を保持するとともに、グラインダを加工面に沿って移動させるロボットと、電子グラインダ、スライド軸およびロボットを制御する制御装置とを備え、制御装置はスライド軸がグラインダを加工面に対して一定の力で押し付けるようスライド軸を制御するとともに、モータからの電流値が所定値より下がった場合にロボットを制御してグラインダを加工対象物から引離すことを特徴とする3次元曲面加工装置である。 The present invention relates to an electronic grinder having a grinder and a motor, a slide shaft that holds the electronic grinder, presses the grinder against the processing surface, a robot that holds the slide shaft, and moves the grinder along the processing surface. And a control device that controls the electronic grinder, the slide shaft, and the robot. The control device controls the slide shaft so that the slide shaft presses the grinder against the machining surface with a constant force, and the current value from the motor is A three-dimensional curved surface processing apparatus that controls a robot to separate a grinder from an object to be processed when it falls below a predetermined value.
本発明は、3次元CAD装置により生成された加工対象物の3次元形状データを切削加工用NCプログラム演算装置に入力し、この切削加工用NCプログラム演算装置において工作機械による切削加工面に残るカッターマークの幅と深さが一定となるように切削加工用NCプログラムを生成する工程と、前記切削加工用NCプログラム演算装置から出力された前記切削加工用NCプログラムを研削用NCプログラム演算装置に入力し、この研削用NCプログラム演算装置において切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削軌跡データを作成し、この研削軌跡データに基づいて、時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、押付け力の少なくともいずれか1つを調整する研削加工用NCプログラムを生成する工程と、を備えたことを特徴とする3次元曲面加工方法である。 The present invention inputs the three-dimensional shape data of the workpiece generated by the three-dimensional CAD device to the NC program computing device for cutting, and the cutter remains on the cutting surface by the machine tool in the NC program computing device for cutting. The step of generating the NC program for cutting so that the width and depth of the mark are constant, and the NC program for cutting output from the NC program calculating device for cutting are input to the NC program calculating device for grinding Then, in this NC program computing device for grinding, grinding trajectory data is created based on the grinding trajectory along the cutter mark on the cutting surface, and based on this grinding trajectory data, either one of time and grinding distance is used. NC program for grinding that adjusts at least one of grinding wheel contact angle, grinding feed speed, and pressing force Generating a beam, a three-dimensional curved surface machining method characterized by comprising a.
本発明は、研削用NCプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡を一定数毎に並び替えて研削加工用軌跡データを作成することを特徴とする3次元曲面加工方法である。 The present invention is a three-dimensional curved surface machining method characterized in that the NC program computing device for grinding creates grinding locus data by rearranging the grinding locus along the cutter mark on the machined surface every predetermined number. is there.
本発明は、研削用NCプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に加えて、この研削軌跡と交差する交差研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成することを特徴とする3次元曲面加工方法である。 The present invention is characterized in that the NC program calculation device for grinding generates grinding locus data based on a crossing grinding locus intersecting with the grinding locus in addition to a grinding locus along the cutter mark on the cutting surface. Is a three-dimensional curved surface processing method.
本発明は、シフト基準点が設定された研削加工用NCプログラムが入力された自動研削装置によって、加工対象物の実際の実測シフト基準点の位置を計測し、前記研削加工用NCプログラム上のシフト基準点との差異に基づいて、前記研削加工用NCプログラムを修正することを特徴とする3次元曲面加工方法である。 The present invention measures the position of the actual measured shift reference point of the workpiece by the automatic grinding apparatus to which the NC program for grinding processing in which the shift reference point is set is input, and shifts on the NC program for grinding processing. The three-dimensional curved surface machining method is characterized in that the NC program for grinding is modified based on a difference from a reference point.
本発明によれば、複雑な3次元曲面形状を有する加工対象物に対し、切削加工面に残されたカッターマークを確実に研削し、滑らかな研削仕上げ面を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to reliably grind the cutter mark left on the cut surface with respect to a workpiece having a complicated three-dimensional curved surface shape, thereby obtaining a smooth ground surface.
第1の実施の形態
以下、本発明による3次元曲面加工装置および3次元曲面加工方法の第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a three-dimensional curved surface processing apparatus and a three-dimensional curved surface processing method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1乃至図11は本発明による3次元曲面加工装置および3次元曲面加工方法の第1の実施の形態を示す図である。 1 to 11 are diagrams showing a first embodiment of a three-dimensional curved surface processing apparatus and a three-dimensional curved surface processing method according to the present invention.
本発明による3次元曲面加工装置は、製品設計用3次元CAD装置1と、製品設計用3次元CAD装置1から出力された加工対象物の3次元形状データ2が入力され、切削加工用NCプログラム3を出力する切削加工用NCプログラム演算装置4と、切削加工用NCプログラム3が入力され、研削加工用NCプログラム5を出力する研削加工用NCプログラム演算装置6と、切削加工用NCプログラム3が入力され、加工対象物8を切削加工するNC工作機械7と、NC工作機械7を制御するNC制御装置9と、研削加工用NCプログラム5が入力され、加工対象物8を研削加工する自動研削装置10とを備えている。
A three-dimensional curved surface processing apparatus according to the present invention is inputted with a three-
このうち、切削加工用NCプログラム演算装置4は、加工対象物の3次元形状データ2を入力し、3次元形状データ2の表面に切削加工の工具の軌跡を生成する切削加工軌跡生成演算装置11と、切削加工軌跡生成演算装置11から出力された切削加工軌跡に加工用の命令を付加する加工命令付加装置12とを有する。
Among these, the cutting NC
また研削加工用NCプログラム演算装置6は、切削加工NCプログラム演算装置4から出力された切削加工用NCプログラム3内の加工軌跡に含まれる位置データを自動研削装置10上の座標系に変換する座標変換装置13と、座標変換装置13から出力された切削加工NCプログラム3の軌跡から研削加工の対象範囲となる軌跡を抽出する研削加工範囲抽出演算装置14と、抽出された研削加工範囲の軌跡と交差する方向に加工軌跡を生成する交差方向軌跡生成演算装置15と、研削加工範囲抽出演算装置14から出力された加工軌跡と、交差方向軌跡生成演算装置15から出力された加工軌跡とに含まれる位置データを自動研削装置10で軌跡の補間演算に必要な最小限の数に間引く加工軌跡間引き演算装置16と、加工軌跡間引き演算装置16から出力された加工軌跡を交互あるいは任意数毎に並べ替える加工軌跡並替え演算装置17と、加工軌跡に含まれる位置データに自動研削装置10の研削用工具である電子グラインダ21の姿勢データを演算して付加するグラインダ姿勢演算装置18と、グラインダ姿勢演算装置18から出力される研削加工軌跡データに自動研削装置10の制御命令を付加する制御命令付加装置19と、自動研削装置10に設定される研削条件が保存された研削条件データベース20とを有している。
The grinding NC
自動研削装置10は、グラインダ(砥石)21aとモータ21bとを含む電子グラインダ21と、電子グラインダ21を保持するスライド軸23と、モータ21bにかかる電流22を検出し、その値が一定になるようにグラインダ(砥石)21aを加工面8に押し付けるようスライド軸23を制御する自動グラインダ制御装置24と、スライド軸23をアーム先端に取り付けて保持するロボット25と、研削加工用NCプログラム5が入力され、ロボット25を制御して加工対象物8の面に沿って電子グラインダ21を動作させるとともに、自動グラインダ制御装置24に動作信号26を出力するロボット制御装置28とを有している。
The
なお、電子グラインダ21のモータ22bにかかる電流22を検出する代わりに、電子グラインダ21の取付け部に圧力センサを設け、電子グラインダ21にかかる押付け力を検出してその値が一定になるように電子グラインダ21を加工面に押し付けるスライド軸23を制御する構成とすることもできる。
Instead of detecting the current 22 applied to the motor 22b of the
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。まずNC工作機械7を用いて切削加工された加工対象物8の表面状態を図2に示す。図2に示すように加工対象物8の表面には、切削工具のボールエンドミルなどで切削されたカッターマーク29が切削加工軌跡に沿って形成される。
Next, the operation of the present embodiment having such a configuration will be described. First, the surface state of the
図3に図2の矢印A方向から見た断面の加工状態を示す。加工対象物の加工前の形状30に対し、ボールエンドミル31で切削加工して形成されたカッターマーク29の最深部a、b、並びにc点が最終形状32上に位置し、かつab間およびbc間の距離が一定になるように切削加工の軌跡データを生成する。このことにより、カッターマーク29の山部分33の断面形状が一定となり、同時にカッターマーク29の幅と深さが一定となる。
FIG. 3 shows a processed state of a cross section viewed from the direction of arrow A in FIG. The deepest portions a, b, and c of the
切削加工用NCプログラム演算装置4内の切削加工軌跡生成演算装置11では、図4に示すように製品設計用3次元CAD装置1から入力された加工対象物の3次元形状データ2の加工表面に外周形状線34から等間隔に加工線35を作成し、この加工線の交点36を求め、この交点36を順次並べた切削加工軌跡データ37を作成する。
In the cutting trajectory generation calculation device 11 in the NC
次に加工命令追加装置12で切削加工軌跡データ37にNC工作機械7の動作命令を付加し、切削加工用NCプログラム3として出力する。
Next, an operation command of the
一方、研削加工を行う自動研削装置10では電子グラインダ21のモータ21bにかかる電流22が指定の値になるようにスライド軸23が駆動され、このことにより研削量が一定になる。このため、ロボット25では切削加工面に形成されたカッターマーク29に沿って電子グラインダ21を動作させることで、研削加工で切削加工面のカッターマーク29の山部分33を一定に削除することができる。
On the other hand, in the automatic grinding
加工対象物8のひとつである水車発電装置のランナーベーンなどでは表面粗さが性能に影響を与えるため、研削加工で使用する砥石の砥粒の粗いもので粗研削を行って形状を形成した後に、砥粒の細かい砥石に換えて仕上げ研削を行い所定の表面粗さに仕上げる必要がある。
In the runner vane of a turbine generator that is one of the
この場合、粗研削の研削軌跡を同一方向のみで行うと砥粒による傷が一方向に付き、仕上げ研削では粗研削で付いた傷を落としにくい現象が発生するために、研削軌跡が交差する方向へも粗研削を行わなければならない。 In this case, if the grinding trajectory of rough grinding is performed only in the same direction, scratches caused by abrasive grains will be applied in one direction, and in finish grinding, it will be difficult to remove the scratches attached by rough grinding. Rough grinding must also be performed.
以上より、研削加工の軌跡は少なくとも切削加工のカッターマークの軌跡に沿ったものを含み、更に、それとは交差する方向の研削加工の軌跡を含むことが好ましい。本実施の形態においては研削加工用NCプログラム演算装置6では、カッターマークに沿った研削軌跡と、これに交差する研削軌跡を含む研削加工用軌跡データが求められる。
From the above, it is preferable that the locus of grinding includes at least the locus of the cutter mark for cutting, and further includes the locus of grinding in a direction intersecting with it. In the present embodiment, the grinding NC
研削加工用NCプログラム演算装置6では、まずNC工作機械7の基準座標系で作成された切削加工用NCプログラム3内の軌跡データを座標変換装置13で自動研削装置10の基準座標系に変換する。
In the NC
次に研削加工範囲抽出演算装置14において、図5に示すように自動研削装置10で加工できる範囲の軌跡データから境界点38を求め、この境界点38を境に軌跡データを分割する。
Next, as shown in FIG. 5, the grinding processing range
この境界点を求める場合、まず図6に示すような軌跡データ内に含まれる点をbで表す。次に軌跡の前の点a、後の点cの位置データからabおよびbcのベクトルが成す角度θを求め、これが一定値以上となる点bを境界点と判断する。 When obtaining this boundary point, a point included in the trajectory data as shown in FIG. Next, the angle θ formed by the vectors ab and bc is obtained from the position data of the point a before and the point c after the locus, and the point b at which this exceeds a certain value is determined as the boundary point.
分割した軌跡データに対して、軌跡が始める点を研削開始点39、軌跡が終了する点を研削終了点40とし、それぞれ対して一定の高さだけ離れた位置にアプローチ点41と退避点42を生成し、退避点42から次の軌跡のアプローチ点41を繋いだ一連の研削加工用軌跡データを作成する。
With respect to the divided trajectory data, a point at which the trajectory starts is a grinding
次に交差方向軌跡生成装置15では、研削加工範囲抽出演算装置14から出力された研削加工用軌跡データの含まれる点を軌跡と交差する方向に順次並べ替えることで交差方向の軌跡を生成する(図7参照)。
Next, the intersecting direction
加工軌跡間引き演算装置16では、ロボット25で加工対象物8の表面に沿って電子グラインダ21を動作させる場合に使用する円弧補間などの補間方法で使用する点間の距離を必要最小限にするため、研削加工用軌跡データ内の位置データを所定の距離内に間引くとともに、研削加工で必要最小限の軌跡間隔に合わせて軌跡自体も間引く処理を行う(図8(a)(b)参照)。
In the machining trajectory thinning
この間引かれた研削加工用軌跡データを加工軌跡並替え演算装置17に入力し、軌跡を交互または任意の数毎に並び替える。図8(a)(b)に示す例では奇数番目の軌跡と偶数番目の軌跡に分けた上で、偶数番目の軌跡は順番を入替える。この処理は、研削面積が大きい場合に研削距離に比例して砥石の研削能率が磨耗によって低下していくことに対応し、研削開始側の軌跡と研削終了側の軌跡での研削量を一定にするために行う。
The thinned trajectory data for grinding is input to the processing trajectory
次に研削加工用軌跡データがグラインダ姿勢演算装置18に入力され、軌跡データの各点から電子グラインダ21の姿勢データを算出する。
Next, trajectory data for grinding is input to the grinder
電子グラインダ21を用いた自動研削装置10では、検出されるモータ21bの電流が実際に電子グラインダ21にかかる負荷に比例するように、図9に示すように電子グラインダ21を前後方向に送る。このため、グラインダ姿勢演算装置18では図10に示すように、研削軌跡の研削開始点P1では次の点P2間でのベクトルを、加工対象物の法線N1と直交する面に投影したベクトル方向に電子グラインダ21の前後方向を示す姿勢データを設定する。研削加工用軌跡の点Pjについては一つ前の点Pj−1間のベクトルと、次の点Pj+1間でのベクトルとの合成ベクトルを加工対象物の法線Njと直交する面に投影したベクトル方向に電子グラインダ21の前後方向を示す姿勢データを設定する。研削終了点PLでは前の点PL−1間でのベクトルを、加工対象物の法線NLと直交する面に投影したベクトル方向に電子グラインダ21の前後方向を示す姿勢データを設定する。
In the automatic grinding
アプローチ点41は研削開始点39と同じ姿勢データとし、退避点42は研削終了点40と同じ姿勢データとする。
The
次の制御命令付加装置19では、この姿勢データを付加した研削加工用軌跡データが入力され、ロボット25の動作命令と自動グラインダ制御装置24への動作信号26が付加されるとともに、予め保存されている研削条件データベース20から使用する研削砥石に合わせた研削送り速度、砥石接触角度、およびモータ電流値(砥石押付け力)を選定して付加した研削加工用NCプログラム5が出力される。
In the next control
この研削条件データベース20に保存されている条件テーブルの例を図11に示す。図11(a)は粗研削に使用する砥粒#36の砥石の設定例を示し、図11(b)は仕上げ研削に使用する砥粒#60の砥石の設定例を示す。図11(a)(b)に示すように、砥石の磨耗による研削効率の低下の影響を受けないように研削距離または研削時間の経過とともに3種類の条件、すなわち研削送り速度、砥石接触角度および砥石押付け力を変化させていく。
An example of a condition table stored in the
このようにして研削加工用軌跡データに基づいて、時間または研削距離に対応した砥石接触角度、研削送り速度および砥石押付け力からなる最適な研削加工用NCプログラム5が生成されて出力される。
Thus, based on the grinding locus data, the optimum grinding
以上のように本実施の形態によれば、切削加工用NCプログラム演算装置4により生成された切削加工用NCプログラム3を用いてNC工作機械7で加工することにより、切削加工で加工対象物表面に形成されるカッターマークの山部分の形状が均一となる。また研削加工用NCプログラム演算装置6から生成された研削加工用NCプログラム5を用いて自動研削装置10で加工することにより研削加工の軌跡が切削加工の軌跡と同一方向となるため、研削加工でカッターマークの山部分を均一に削り取ることが可能となり、滑らかな加工表面を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, the surface of the object to be processed by cutting is processed by the
また、研削加工用NCプログラム演算装置6から得られた切削加工用軌跡と交差する方向の研削加工用軌跡から得られた研削加工用NCプログラム5を用いて研削することにより、粗研削で生じた傷を仕上げ研削で除去しやすくなり、研削加工時間を短縮することができる。
In addition, grinding was performed using the
また、研削加工用NCプログラム演算装置6で研削加工用軌跡を交互あるいは任意の数で並び替えた軌跡から得られた研削加工用NCプログラム5を用いるとともに、研削条件データベースで設定されたテーブルより設定された研削条件を用いることにより、砥石の磨耗による研削効率の低下の影響を受けずに均一な粗さの加工表面を得ることができる。
In addition, the grinding
第2の実施の形態
次に図12乃至図14により本発明の第2の実施の形態について説明する。図12乃至図14に示す第2の実施の形態において、図1乃至図11に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment shown in FIG. 12 to FIG. 14, the same parts as those in the first embodiment shown in FIG. 1 to FIG.
切削加工用NCプログラム演算装置4は、製品設計用3次元CAD装置1から出力される加工対象物8の3次元形状データ2と、切削加工軌跡生成演算装置11から出力される切削加工軌跡を入力し、シフト基準点43を生成する基準点生成演算装置44を有している。
The cutting NC
基準点生成演算装置44から出力されたシフト基準点43は、研削加工用NCプログラム演算装置6内の座標変換装置13に入力され、自動研削装置10の基準座標系に変換された後にグラインダ姿勢演算装置18に入力され、グラインダ姿勢データを追加された後に研削加工用の軌跡データに付加される。
The
図12乃至図14において、基準点生成演算装置44では図13に示す例のように、加工対象物8の3次元形状データ2の外周線の2つの交点45と、切削加工軌跡生成演算装置11から出力される切削加工軌跡の中央点46をシフト基準点43として生成する。
12 to 14, in the reference point
このシフト基準点43は、研削加工用NCプログラム演算装置6内の座標変換装置13に入力され、自動研削装置10の基準座標系に変換された後にグラインダ姿勢演算装置18に入力される。
This
グラインダ姿勢演算装置18では、このシフト基準点43から研削加工範囲に対応する点を抽出するとともに位置データにグラインダ姿勢データが付加され、研削加工用軌跡データとともに制御命令付加装置19に入力され、制御命令と研削条件が付加されて研削加工用NCプログラム5としてロボット制御装置28に出力される。
The grinder
図14に3つのシフト基準点43の位置データにグラインダ姿勢データを付加する方法の例を示す。ここでは、研削加工軌跡の中央点46に対応する点をP01、外周線の交点45をP02およびP03とする。電子グラインダ21の前後方法を表すベクトルにおいて、交点P03とP02に向うベクトルを基準として、各点の加工対象物8表面の法線に直交する面に投影したベクトル方向が設定される。
FIG. 14 shows an example of a method for adding grinder attitude data to the position data of the three
ロボット制御装置28では入力された研削加工用NCプログラム5に含まれる3つのシフト基準点43と、実際にロボット25のアーム先端に取り付けられた電子グラインダ21を加工対象物8の実測シフト基準点43aに接触させた状態における実際の工具先端位置から求めた計測位置データとの差異に基づいて、研削加工用NCプログラム5に含まれる研削加工軌跡データがシフトされて修正される。
In the
本実施の形態によれば、研削加工用NCプログラム5内に含まれるシフト基準点43を基に研削加工軌跡データを実際の加工対象物8の位置に自動で合わせることができ、スライド軸23の稼働域を外れることなく自動研削を行うことができる。
According to the present embodiment, the grinding locus data can be automatically adjusted to the position of the
第3の実施の形態
次に図15(a)(b)により、本発明の第3の実施の形態について説明する。図15(a)(b)に示す第3の実施の形態において、図1乃至図11に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment shown in FIGS. 15A and 15B, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS.
本実施の形態において、自動グラインダ制御装置24内に電子グラインダ21の動作中にモータ21bにかかる電流値が所定の異常検出電流値47より低下した場合に、スライド軸23を停止するとともに、異常信号をロボット制御装置28に出力し、ロボット25を制御してグラインダ21aを加工対象物8から引き離す異常検出装置が設けられている。
In this embodiment, when the current value applied to the motor 21b during the operation of the
このように構成された本実施の形態において、正常動作時は図15(a)に示すように自動グラインダ制御装置24は、電子グラインダ21のモータ21bにかかる電流22を検出し、電流値が所定の値となるようにスライド軸23を制御する。この場合、研削開始点39にロボット25の先端が移動完了すると、ロボット制御装置28から自動グラインダ制御装置24に起動信号が出力される。
In the present embodiment configured as above, during normal operation, the automatic
この信号を受けた自動グラインダ制御装置24では、電子グラインダ21を起動した後にスライド軸23を低速で降下させていき、電子グラインダ21の回転しているグラインダ(砥石)21aが加工対象物8に接触する。自動グラインダ制御装置24は、モータ21bの電流値が所定のワーク検出電流値48を超えた場合、このワーク検出信号をロボット制御装置28に出力するとともに、電流値がスライド軸制御用目標電流値49に近づくようにスライド軸23を駆動して押付け力を調整する。
Upon receiving this signal, the automatic
ワーク検出信号を受け取ったロボット制御装置28は、研削加工用NCプログラム5内の軌跡データに基づいてロボット25のアーム先端に取付けられた電子グラインダ21を設定された送り速度で移動させ、研削終了点40に到達すると自動グラインダ制御装置24に出力していた起動信号をOFFした後に、退避点42に移動する。
The
起動信号がOFFされたのを確認した自動グラインダ制御装置24ではスライド軸23の制御を停止するとともに、電子グラインダ21を停止する。
The automatic
一方、研削中に電子グラインダ21に異常が発生した場合は、図15(b)に示すようにモータ電流値が急速に低下する。自動グラインダ制御装置24内の異常検出装置は、モータ電流値が所定の異常検出電流値47より下がった場合は異常と判断し、スライド軸23の制御を停止するとともにロボット制御装置28に異常信号を出力する。
On the other hand, when an abnormality occurs in the
異常信号を受け取ったロボット制御装置28はロボット25のアーム先端に取り付けられた電子グラインダ21を現在の位置から上方に退避させて停止する。
Receiving the abnormality signal, the
本実施の形態によれば、電子グラインダ21に異常が発生して停止した場合に、電子グラインダ21を停止状態のまま加工対象物8に押し付けたりすることはなく、これにより電子グラインダ21および加工対象物8を損傷させることなく、電子グラインダ21を退避させることができる。
According to the present embodiment, when an abnormality occurs in the
1 製品設計用3次元CAD装置
2 3次元形状データ
3 切削加工用NCプログラム
4 切削加工用NCプログラム演算装置
5 研削加工用NCプログラム
6 研削加工用NCプログラム演算装置
7 NC工作機械
8 加工対象物
9 NC制御装置
10 自動研削装置
21 電子グラインダ
21a グラインダ
21b モータ
22 電流
23 スライド軸
25 ロボット
26 ロボット制御装置
29 カッターマーク
30 加工前の形状
31 ボールエンドミル
32 最終形状
33 山部分
34 外周形状線
35 加工線
36 加工線の交点
37 切削加工軌跡データ
38 境界点
39 研削開始点
40 研削終了点
41 アプローチ点
42 退避点
43 シフト基準点
45 外周線の交点
46 研削加工軌跡の中央点
47 ワーク検出電流値
48 スライド軸制御用目標電流値
49 異常検出電流値
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記切削加工用NCプログラム演算装置から出力された前記切削加工用NCプログラムが入力され、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成し、この研削加工用軌跡データに基づいて時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、および砥石押付け力の少なくともいずれか1つを調整する研削加工用NCプログラムを生成する研削用NCプログラム演算装置と、
を備えたことを特徴とする3次元曲面加工装置。 Cutting that generates 3D shape data of a workpiece generated by a 3D CAD device and generates an NC program for cutting so that the width and depth of a cutter mark remaining on a cutting surface by a machine tool are constant. NC program calculation device for machining,
The cutting NC program output from the cutting NC program computing device is input, and grinding trajectory data is generated based on the grinding trajectory along the cutter mark on the cutting surface. An NC program computing device for grinding that generates an NC program for grinding that adjusts at least one of a grinding wheel contact angle, a grinding feed rate, and a grinding wheel pressing force in accordance with either time or grinding distance based on data When,
A three-dimensional curved surface processing apparatus comprising:
電子グラインダを保持するとともに、グラインダを加工面に対して押し付けるスライド軸と、
スライド軸を保持するとともに、グラインダを加工面に沿って移動させるロボットと、
電子グラインダ、スライド軸およびロボットを制御する制御装置とを備え、
制御装置はスライド軸がグラインダを加工面に対して一定の力で押し付けるようスライド軸を制御するとともに、モータからの電流値が所定値より下がった場合にロボットを制御してグラインダを加工対象物から引離すことを特徴とする3次元曲面加工装置。 An electronic grinder having a grinder and a motor;
A slide shaft that holds the electronic grinder and presses the grinder against the machining surface;
A robot that holds the slide axis and moves the grinder along the machining surface;
An electronic grinder, a slide shaft and a control device for controlling the robot,
The control device controls the slide shaft so that the slide shaft presses the grinder with a constant force against the machining surface, and controls the robot when the current value from the motor falls below a predetermined value to remove the grinder from the workpiece. A three-dimensional curved surface processing apparatus characterized by being separated.
前記切削加工用NCプログラム演算装置から出力された前記切削加工用NCプログラムを研削用NCプログラム演算装置に入力し、この研削用NCプログラム演算装置において切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削軌跡データを作成し、この研削軌跡データに基づいて、時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、押付け力の少なくともいずれか1つを調整する研削加工用NCプログラムを生成する工程と、
を備えたことを特徴とする3次元曲面加工方法。 The three-dimensional shape data of the object to be processed generated by the three-dimensional CAD device is input to the NC program computing device for cutting, and the width of the cutter mark remaining on the machined surface by the machine tool in the NC program computing device for cutting Generating an NC program for cutting so that the depth is constant;
The cutting NC program output from the cutting NC program calculation device is input to a grinding NC program calculation device, and in this grinding NC program calculation device, based on a grinding locus along a cutter mark on a cutting surface. Grinding track data is created, and based on this grinding track data, the grinding NC that adjusts at least one of the grindstone contact angle, grinding feed speed, and pressing force in accordance with either time or grinding distance Generating a program;
A three-dimensional curved surface processing method comprising:
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