JP2010003018A - 工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４軸制御において深い縦壁部分を含んだ加工面であっても、高速かつ高精度な切削を実現するための工具経路を算出する。
【解決手段】工具経路算出装置１３０は、設計データ１２０から３軸等高線経路を取得する（ステップＳ１３１）。そして、旋回２軸のうち、変動軸の初期旋回角度変化率を決定し（ステップＳ１３２）、変動軸の旋回角中心を算出する（ステップＳ１３３）。この算出結果から、さらに工具ベクトルを算出し（ステップＳ１３４）、経路軸コードを算出して（ステップＳ１３５）、ＮＣデータ１４０を出力する。
【選択図】図１

Description

この発明は、同時５軸制御工作機械のうちの旋回１軸を予め定めた旋回角に固定して、残りの４軸の同時制御を行う４軸制御による工具経路を算出する工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法に関する。

近年の機械部品の高精度化の要求を背景に、機械加工技術の分野では、ボールエンドミルによって平行３軸や旋回２軸などを数値制御（ＮＣ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）する多軸工作機械が開発され、高精度な機械加工を実現している。

機械部品の要求精度について説明すると、たとえば、インジェクションモールドと呼ばれる樹脂の射出成形用金型では、スライドのための摺動部の加工精度として、±１／１００ｍｍという高い加工精度が求められることがある。なお、図１７は、加工部Ｐの平面度を示す説明図である。ここで要求される平面度とは、図１７の加工部Ｐを幾何学的平行二平面で挟んだとき、平行２平面の間隔が最小となる場合の二平面の間隔ｆを意味する。

まず、深彫りの縦壁の加工の基本的な問題点について述べる。平面度（たとえば図１７のｆ）のような精度要求がなされた場合であっても、加工部が深くなければ、通常の同時平行３軸加工によって、加工部Ｐを成形することができる。また、図１８は、加工部と工具との関係を示す説明図である。図１８のように、加工面がポケット状の部分を含んでおり、加工部Ｐが深い縦壁の場合には工具長Ｌが長くなるので、隅部Ｃの最小半径以下の工具直径Ｄをもつ工具を用いること、工具直径Ｄに対する工具長Ｌの比Ｌ／Ｄが大きくなり、工具折損、ビビリといわれる振動が発生するなどの不具合が発生してしまう。特に、Ｌ／Ｄの値が４を超えるとこの問題が顕著に表れることが知られている。この時は工具直径Ｄを大きくせざるを得なくなってしまうが、ワークの隅に削り残しを生ずる。以下、この問題への対応方法について述べる。

（同時３軸加工＋放電加工）
上述のような不具合を回避するための第１の加工法としては、同時３軸加工と放電加工との併用加工が挙げられる。この併用加工では、まず、加工部Ｐの隅半径より大きな工具半径Ｄをもつ工具を用いてポケットの壁を同時３軸加工で切削する。その後に、加工部Ｐの隅部Ｃを放電加工することによって加工が完了する。

（割り出し加工）
また、第２の加工法として、割り出し加工法がある。割り出し加工では、多軸工作機械を用い、まず、加工軸を一定角度傾斜して一つの面を平行３軸加工によって切削する。その後、加工軸を異なる角度に傾斜させてもう一つの面を切削して加工を完了する。この加工法では、ワークを傾けることによって工具長Ｌを平行３軸制御の工作機を用いた加工より短くできるので、工具直径Ｄを小さくすることができるという特徴がある。

（５軸加工と４軸加工）
さらに、第３の加工法として、同時５軸加工法という技術も提供されている。しかしながら、実際に同時５軸加工法を実行しようとすると機械的および制御的な誤差が大きく、平面度±０．０１ｍｍの精度を得るのは困難である。また、第４の加工方法として、５軸制御可能な工作機械の一方の旋回軸を一定の傾斜角度に固定し、残りの４軸について同時制御を行う加工法が考えられる（たとえば、下記特許文献１参照。）。

（等高線を利用した４軸同時加工）
また、実際に工具軸制御を行う場合に、加工面を切削するボールカッタの球中心の移動軌跡を工具経路として設定する。このとき、加工対象の縦壁部分の加工を行う場合には、基準平面に平行線として投影される走査線を工具経路とする走査線加工よりも、高さが一定の加工である等高線を工具経路とする等高線加工の方がよい結果を得られることが知られている。図１９は、等高線加工による工具経路の一例を示す説明図である。図１９では、加工対象となる部品１９００の縦壁部分を加工する際には、工具経路１９０１のように連続した等高線とする。工具経路１９０１に沿って切削することによって、対となる縦壁を別々に加工した場合の時間経過による寸法変化の不安定さを防止することができる。

（案内面を利用した４軸加工）
また、４軸加工では工具軸ベクトルの選択に自由度がある。ここで、図２０は、案内面基準を利用した加工処理を示す説明図である。たとえば、図２０に示すように、投影工具軸ベクトルが等高線経路の接線方向と常に直交するように制御することも可能である。しかしながら、この制御法ではコーナ部分の加工の際に発生するような等高線経路の曲率半径が小さい箇所では、工具軸が激しく変動するため、加工精度が低下してしまう。このような加工精度低下を防止策として、案内面による工具軸ベクトル制御を採用することができる。図２１は、案内図による工具軸方向制御の一例を示す説明図である。図２１の部品１９００では、案内面２００１に直交する方向に工具軸ベクトルを配置するように工具軸が制御さ、精度の高い加工を行うことができる。

特開２００２−１５７００７号公報

しかしながら、上述した加工法を利用した場合、深彫りの開口ポケット部に含まれる平面を、加工効率よく、かつ、高い寸法精度で加工することは困難であった。たとえば第１の加工法では、同時３軸加工と放電加工との併用によって隅部の加工可能にはなるが、切削加工とは異質の工程である放電加工を追加することによって、扱う設備タイプが異なる加工処理が加わるため、加工工程に乱れが生じてしまう。また、放電加工用に放電電極を用意しなければならない。このように、工程管理や設備の上で利用者にかかる負担が大きいという問題がある。

また、割り出し加工法を用いる第２の加工法は、上述の放電加工を追加する加工法と比較して異質の工程を必要としない点において合理的である。しかしながら、図１８のようなポケット状の加工部Ｐを加工する場合に、１回の割り出しでは加工部Ｐの左右の縦壁部分を削ることができない。したがって、一つの軸を旋回させる必要があり、このときバックラッシュなどの機械的誤差が発生するおそれがあり、高い寸法精度が得られないという問題があった。たとえ、１回の割り出しによって縦壁部分を加工できる場合であっても、切削途中で加工面に微小な段差が生じてしまうという問題がある。

また、５軸制御を用いる第３の加工法は先に述べたように要求する加工精度が得られない。さらに第４の加工法、すなわち、図２１によって説明したような案内面２００１を用いた等高経路４軸加工法の場合、工具軸の向きの激しい変動は防止できるが、必ずしも工具干渉を防止する最善の工具軸方向が設定されているとは限らない。その結果として、５軸のうち一方の旋回軸を一定の傾斜角度に固定するが、この旋回軸の傾斜角を、任意の角ではなく、所定角以上の角度に設定せざるを得ない事態がしばしば発生する。

すなわち、等高経路４軸を用いた第４の加工法では、工具軸の向きの変動を抑え、最善の工具軸方向を設定するための案内面の設定には経験と勘に基づく技能が必要であった。加えて、技能を持った者が設定する場合であっても、少なからぬ試行錯誤の工数が必要となる。何故ならば、利用者は、案内曲面の形状と加工対象を見ながら工具ベクトルがどのように変化するであろうかと予想しながら案内曲面の生成および修正を実行しなければならないためである。

このように、４軸加工を行う場合の工具経路生成は、利用者の技能に依存しており、深い縦壁を含むポケット部分の高精度加工には有利であるにもかかわらず、広く適用されるには至っていないという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、４軸制御において、深い縦壁部分を含んだ加工面であっても、高速かつ高精度な切削を実現する工具経路を算出する工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法は、同時５軸制御工作機械の旋回２軸の一方を、旋回角Ａに固定した固定旋回軸とし、他方を、変動可能な旋回角Ｃからなる変動旋回軸とし、当該変動旋回軸と他の平行３軸との４軸制御を行う際の工具経路を算出する工具経路算出処理であって、工具先端の球の中心で表された等高線経路より構成点列を取得する処理と、取得された構成点列の中の構成点において、前記変動旋回軸の旋回に応じた旋回角Ｃの差分角ΔＣを、前記球の中心の位置の変位Δｌで除した値より旋回角変化率を定める場合に、前記旋回角変化率の中心を前記旋回角Ｃの変化率中心に決定する処理と、前記旋回角Ａおよび旋回角Ｃに関する初期工具軸に直交するワーク座標系の基準平面へ投影された工具軸ベクトルを投影工具軸ベクトルとした場合に、前記変化率中心決定手段によって決定された旋回角Ｃの変化率中心に基づいて、前記等高線経路の接線に直交する投影工具軸ベクトルから、前記構成点ごとに、予め与えた許容旋回角変化率以内の投影工具軸ベクトルを算出する処理と、算出された投影工具軸ベクトルから前記旋回角Ｃの経路軸コードを算出する処理と、前記構成点ごとに算出された経路軸コードを前記加工対象の工具経路として出力する処理を含むことを要件とする。

この工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法によれば、指定した旋回角変化率以下で縦壁部分を切削できる工具経路が出力される。

この工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法によれば、４軸制御において、たとえば深彫りの縦壁を含む開口ポケットに対する高能率、高精度加工に適した４軸同時制御工具経路を簡易にかつ高速に生成する手段を提供できるようになるという効果を奏する。さらに、工数削減が可能になったのみならず、４軸加工が可能限界を把握できるようになり、場合によっては、従来諦めていた対象への同時４軸加工が適用可能になる。また、旋回角Ａを変更して対応するべきであるという判断が可能になるという効果も併せもつ。

以下に添付図面を参照して、この工具経路算出装置、工具経路算出プログラムおよび工具経路算出方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（工具経路算出処理の概要）
まず、本実施の形態にかかる工具経路算出処理の概要について説明する。図１は、本実施の形態にかかる工具経路算出処理の概要を示す説明図である。図１の精密加工システム
１００は、利用者が加工部品設計装置１１０によって加工したい部品を設計し、５軸工作機械１６０によって実際の部品を製造するまでの工程を表している。

各工程を順番に説明すると、まず、加工部品設計装置１１０によって、加工対象品の設計を行う。加工部品設計装置１１０には、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムが搭載されており、このＣＡＤシステムによって任意の部品を設計することができる。また加工部品設計装置１１０において加工対象品の設計が完了すると、加工対象品の設計データ１２０が出力される。

次に、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムが搭載された工具経路算出装置１３０によって５軸工作機械１６０が加工対象品を製造する際の工具経路を算出する。工具経路算出装置１３０による算出結果である工具経路は、ＮＣデータ１４０として出力され、シミュレータが搭載されたシミュレーション装置１５０によって、算出した工具経路によって加工対象品の切削シミュレーションを行い、設計データ１２０どおりに加工できるか、工具経路に不都合は無いかを判断する。

そして、シミュレーション装置１５０の結果に問題があれば、発生した問題に応じて、加工部品設計装置１１０や工具経路算出装置１３０にフィードバックを行い設計データ１２０もしくはＮＣデータ１４０を修正する。シミュレーション装置１５０によってＮＣデータ１４０に問題が無いと判断された場合は、このＮＣデータ１４０を利用して５軸工作機械１６０に加工対象品を製造させる。なお、５軸工作機械１６０として、具体的にはフライス盤やマシニングセンターが挙げられる。また、５軸工作機械１６０では、加工対象品として、たとえば、金型や、タービンブレードなどの精密機械部品が製造される。

従来、５軸工作機械１６０の工具経路の設定は高度な知識や経験を要していたが、精密加工システム１００の場合、工具経路算出装置１３０によって最適な工具経路を自動的に算出することができる。

工具経路算出装置１３０における工具経路算出処理を説明すると、まず、設計データ１２０から３軸等高線経路を取得する（ステップＳ１３１）。そして、旋回２軸のうち、変動軸の初期旋回角の角度変化率を決定し（ステップＳ１３２）、変動軸の旋回角中心を算出する（ステップＳ１３３）。この算出結果から、さらに工具ベクトルを算出し（ステップＳ１３４）、旋回角を再計算することによって経路軸コードを算出して（ステップＳ１３５）、ＮＣデータ１４０を出力する。

以上説明したように、本実施の形態にかかる工具経路算出処理は、工具軸ベクトルが急激に変化することを回避するために、加工対象を参照して案内曲面の形状を制御するパラメータとして、あらたに工具軸の旋回角変化率中心を算出する。この旋回角変化率中心に基づいた、許容旋回角変化率によって等高線工具経路の工具軸ベクトルを定める。

上述のような設定によって、工具と加工対象の干渉と旋回角の急激な変化を回避し、たとえば、深彫りの縦壁に対する高能率、高精度加工に適した４軸制御における工具経路を簡易に素早く生成することができる。４軸制御における工具経路が容易に算出可能となったことで、加工時の工数削減が可能になったのみならず、従来、熟練者にしか利用できなかった４軸制御による加工処理を広く一般に適用させることが可能となった。

なお、上述した本実施の形態にかかる工具経路算出処理は、広範囲な機械加工処理に応用可能である。その中でも特に、深彫りの開口ポケット内の縦壁加工に適している。具体的には、相互の位置関係と摺動直線性が重要な、高い精度が要求される摺動縦壁平面を含む開口ポケットの高能率な加工に顕著な効果を発揮する。なお、ここで述べている開口ポケットへの加工とは、図１９に示したような単位経路の両端が閉じない加工を意味する。したがって、本実施の形態にかかる工具経路算出処理の最大の狙いは、深彫りの高精度の縦壁の摺動平面を含む開口ポケット加工への適応である。しかしながら、本実施の形態にかかる工具経路算出処理の応用分野はこれに限定されるものではない。

（工具経路算出装置のハードウェア構成）
次に、本実施の形態にかかる工具経路算出装置１３０のハードウェア構成について説明する。図２は、工具経路算出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

図２において、工具経路算出装置１３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３と、磁気ディスクドライブ２０４と、磁気ディスク２０５と、光ディスクドライブ２０６と、光ディスク２０７と、ディスプレイ２０８と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）２０９と、キーボード２１０と、マウス２１１と、スキャナ２１２と、プリンタ２１３と、を備えている。また、各構成部はバス２００によってそれぞれ接続されている。

ここで、ＣＰＵ２０１は、工具経路算出装置１３０の全体の制御を司る。ＲＯＭ２０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして使用される。磁気ディスクドライブ２０４は、ＣＰＵ２０１の制御にしたがって磁気ディスク２０５に対するデータのリード／ライトを制御する。磁気ディスク２０５は、磁気ディスクドライブ２０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。

光ディスクドライブ２０６は、ＣＰＵ２０１の制御にしたがって光ディスク２０７に対するデータのリード／ライトを制御する。光ディスク２０７は、光ディスクドライブ２０６の制御で書き込まれたデータを記憶したり、光ディスク２０７に記憶されたデータを工具経路算出装置１３０に読み取らせたりする。また、光ディスク２０７として、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ）、メモリーカードなどを採用することができる。

ディスプレイ２０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する。このディスプレイ２０８は、たとえば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。

Ｉ／Ｆ２０９は、通信回線を通じてインターネットなどのネットワーク２１４に接続され、このネットワーク２１４を介して他の装置に接続される。そして、Ｉ／Ｆ２０９は、ネットワーク２１４と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。Ｉ／Ｆ２０９には、たとえば、モデムやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）アダプタなどを採用することができる。

キーボード２１０は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを備え、データの入力を行う。また、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス２１１は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などを行う。ポインティングデバイスとして同様に機能を備えるものであれば、トラックボールやジョイスティックなどであってもよい。

スキャナ２１２は、画像を光学的に読み取り、工具経路算出装置１３０内にＣＡＭシステムに利用する画像データなどを取り込む。なお、スキャナ２１２は、ＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒ Ｒｅａｄｅｒ）機能を持たせてもよい。また、プリンタ２１３は、画像データや文書データを印刷する。プリンタ２１３には、たとえば、レーザプリンタやインクジェットプリンタを採用することができる。

（工具経路算出装置の機能的構成）
次に、工具経路算出装置１３０の機能的構成について説明する。図３は、工具経路算出装置の機能的構成を示すブロック図である。図３において、工具経路算出装置１３０は、取得・初期値設定部３１０と、算出部３２０と、出力部３３０と、を備えている。さらに、算出部３２０は、変化率中心決定部３２１と、投影工具軸算出部３２２と、経路軸コード算出部３２３と、変換部３２４と、工具経路調整部３２５と、を備えている。これら各機能３１０〜３３０は、工具経路算出装置１３０の記憶部に記憶された当該機能３１０〜３３０に関するプログラムをＣＰＵに実行させることにより、または、入出力Ｉ／Ｆにより、当該機能を実現することができる。

また、各機能３１０〜３３０からの出力データは上記記憶部に保持される。また、図２中矢印で示した接続先の機能は、接続元の機能からの出力データを記憶部から読み込んで、当該機能に関するプログラムをＣＰＵに実行させるものとする。

本実施の形態にかかる工具経路算出装置１３０は、同時５軸制御工作機械の旋回２軸の一方を定数の旋回角Ａに固定した固定旋回軸とし、変数の旋回角Ｃに変動可能な変動旋回軸とし、当該変動旋回軸と他の３軸との４軸制御を行う場合の工具経路を算出する。

したがって、まず、取得・初期値設定部３１０によって、加工対象品の等高線経路データ１９０が表す工具先端の球の中心の軌跡から等高線経路を構成する構成点列を取得し、旋回角が設定されていなければ、変動旋回軸の旋回角Ｃを初期旋回角Ｃ^*を設定する。等高線経路データ１９０には、設計対象品の工具経路を作成するための構成点情報が含まれている。この構成点情報は、工具先端の球の位置情報であり、（ｘ，ｙ，ｚ）の３次元の座標によって表されている。この（ｘ，ｙ，ｚ）の座標は、同時５軸制御工作機械の旋回２軸以外の３軸の設定値となる。

次に、算出部３２０の各構成について説明する。まず、変化率中心決定部３２１は、取得・初期値設定部３１０によって取得された構成点列の中の構成点において、変動旋回軸の旋回に応じて設定された初期旋回角Ｃ^*の差分角ΔＣを、工具先端の球の中心の位置の変位Δｌで除した値を旋回角変化率とした場合に、旋回角変化率の中心を初期旋回角Ｃ^*の変化率中心に決定する。すなわち、初期旋回角Ｃ^*の差分角をΔＣとし、工具の球の中心の位置の変位Δｌとした場合に、旋回角変化率はΔＣ／Δｌであり、このΔＣ／Δｌの中心を、旋回角Ｃの変化率中心とする。

このとき、変動旋回軸の旋回に応じて設定された初期旋回角Ｃ^*の差分角ΔＣは、隣接する他の構成点と間の差分角を算出して求めてもよいし、弦長または弧長パラメータｔを用いた微分計算によって求めてもよい。

微分計算について詳しく説明すれば、構成点の列Ｑ＝｛Ｐｉ｜ｉ∈［１，ｎ］｝より曲線Ｃの形状を曲線の弦長または弧長を用いたパラメータに関する、ＮＵＲＢＳやＢ−ｓｐｌｉｎｅなどを用いた関数として表現する。たとえば、Ｂ−ｓｐｌｉｎｅ関数によって構成点５０１の列を滑らかに補間するには、Ｂ−ｓｐｌｉｎｅ基底というｎ次多項式の基底関数を用いて構成点間を補間することができる。このとき、基底関数にかかる係数として制御点を求める必要があり、これらＮＵＲＢＳ、Ｂ−ｓｐｌｉｎｅ関数などの一連の技術はＢ−ｓｐｌｉｎｅ曲線理論として広く用いられている（たとえば、「ＣＡＤＧのための曲線・曲面理論」，Ｇ．Ｆａｒｉｎ著、木村文彦監修、山口泰監訳、共立出版社、１９９１年）微分計算による場合の旋回角変化率は、曲線Ｃをパラメータｔで表現した前記関数をパラメータｔで微分することによって計算することができる。

なお、基準平面は、ワーク座標系において定義され、旋回角Ａおよび旋回角Ｃの関する初期工具軸（通常、旋回角Ａおよび旋回角Ｃともに０となる。たとえば、後述の図６のＣｗｐ）に直交する平面をさす。例をあげると、後述する図９および図１２におけるｘｙ平面がこれに該当する。そして、変化率中心決定部３２１は、旋回角変化率を、上述したワーク座標系の基準平面への等高線経路を投影した投影等高線経路の曲率（曲率半径の逆数）となるよう設定して旋回角変化率の中心を算出してもよい。なお、基準平面とは、旋回角Ａおよび旋回角Ｃに関する初期工具軸（通常ＡおよびＣともに０となる）に直交する平面をさす。

また、変化率中心決定部３２１は、工具の球の中心の軸角度の変位Δｌ、前記工具先端の旋回に応じた球の中心の前記投影等高線経路に沿った変位Δｌ’とし、この変位を用いて旋回角変化率を設定してもよい。すなわち、旋回角変化率はΔＣ／Δｌ’となる。

さらに、変化率中心決定部３２１は、投影等高線経路において、旋回角変化率が変動する区間の中から同一の前記旋回角変化率が算出された二点間の中央点を旋回角変化率中心としてもよい。このとき、変化率中心決定部３２１は、中央点を、投影等高線経路の経路長さに基づいて算出する。

次に、投影工具軸算出部３２２は、基準平面へ投影された工具軸ベクトルを投影工具軸ベクトルとした場合に、変化率中心決定部３２１によって決定された旋回角Ｃの変化率中心に基づいて、等高線経路の接線に直交する投影工具軸ベクトルから、予め与えられた許容旋回角変化率Ｋ以内の投影工具軸の変化量を算出する。

経路軸コード算出部３２３は、投影工具軸算出部３２２によって算出された投影工具軸の変化量から旋回角Ｃの経路軸コードを算出する。旋回角Ｃの経路軸コードとは、変動軸の変位角情報である。

また、出力部３３０は、構成点ごとに経路軸コード算出手段によって算出された経路軸コードを加工対象品の工具経路として出力する。すなわち、（ｘ，ｙ，ｚ）の座標に旋回角Ａおよび旋回角Ｃの経路軸コードが加わった工具経路がＮＣデータ１４０として出力される。ただし、旋回角Ａは固定値である。なお、図６に例示されているチルトロータリー型の５軸工作機械の場合は、旋回角Ａおよび旋回角Ｃに対応するＮＣデータのディメンジョンワードのアドレスキャラクタは、“Ａ”および“Ｃ”である。ここでは分かりやすさを考慮して、旋回角の記号を、図６に示す工作機械の種類に対応する工具軸のアドレスキャラクタに合わせた表記を行ったが、必ずしも工具軸はこれに限定されるものではない。

なお、工具経路算出装置１３０は、以上説明した各機能部に加えて、実際に加工を行う５軸制御工作機械１６０のワーク座標系を考慮してさらに最適な工具経路となるように調整する機能部を備えている。

変換部３２４は、設計データ１２０に含まれたプログラム基準座標計をワーク座標系に変換する。そして、工具経路調整部３２５は、変換部３２４によって変換されたワーク座標系において、工具経路の連続する２つの構成点の前記旋回角Ｃの差分角からなる円弧を構成した場合に、前記円弧の中心からの弦と弧長との長さの差が、要求された平面度以下となるように工具経路の構成点を適宜補間調整する。

このように、変換部３２４および工具経路調整部３２５によって、工具経路の調整処理を行うことによって、実際にＮＣデータ１４０を用いて加工を行う５軸制御工作機械１６０が固有に備えている制御機構の補正機能に依存することなく、平面度の高い切削をおこうことができる。なお、変換部３２４は、工具経路調整部３２５を利用する場合に限定されず、座標系の変換にのみ利用してもよい。

（工具経路算出手順）
次に、工具経路算出装置１３０における工具経路算出の手順を説明する。図４は、工具経路算出の手順を示すフローチャートである。工具経路算出装置１３０は、設計データ１２０を取得すると、まず、加工面に接触する工具球中心を算出する（ステップＳ４０１）。そして、ステップＳ４０１の算出結果を用いて工具軸方向を決定し（ステップＳ４０２）、設計データ１２０が表す設計対象の等高線経路の構成点を編集し（ステップＳ４０３）最適な工具経路を出力する。

なお、図１にて説明したように、工具経路を算出するためには、加工対象の設計データ１２０を取得する必要がある。したがって、本実施の形態では、加工部品設計装置１１０に搭載されたＣＡＤシステムによって生成された設計データ１２０を利用する。当然のことながら、既存の設計データや、外部のＣＡＤシステムによって生成された設計データを利用してもよい。

以下、図４のフローチャートの各処理の詳細な内容について説明する。なお、図４のフローチャートのステップＳ４０１の処理である工具球中心の計算の出力は等高線経路データ１９０（投影軸が接線直交ベクトルに一致する初期旋回角Ｃ^*が設定されていることもあるし、設定されていないこともある）であって、等高線経路計算によって計算することができる。たとえば、初期工具軸に直交する平面上に加工面への距離が工具の球半径に等しい点を求めればよい。この手法は、従来から等高線加工経路として知られているため、算出方法の詳細についての説明は省略する。なお、等高線経路データ１９０は既存の等高線経路データや、外部のＣＡＭシステムによって生成された等高線経路データを利用してもよい。

（工具軸決定処理）
次に、図４のフローチャートのステップＳ４０２の工具軸方向の決定について説明する。まず、工具経路算出装置１３０に入力された等高線経路データ１９０は、工具の球中心の位置情報（ｘ、ｙ、ｚによる座標値）によって構成されている。この位置情報を構成点と呼び、この構成点から等高線経路が入力される。

図５は、入力データに応じた等高線経路の一例を示す説明図である。図５のように、設計データから構成点５０１が特定され、これら構成点５０１を結ぶことによって等高線経路５００が、高さＺの座標値一定の構成点の列Ｑ＝｛Ｐｉ｜ｉ∈［１，ｎ］｝によって表現される。

図６は、５軸制御工作機械の一例を示す説明図である。ここでは、一例として図６のような傾斜テーブル上に回転テーブルを配置する隣接する構成点と間の形式（いわゆるチルトロータリー型）の５軸制御工作機械を利用し、旋回角Ａは固定旋回軸、旋回角Ｃは変動旋回軸として以下説明する。変動旋回軸としてＣ軸を選択したのは、Ｃ軸のイナーシャの方がＡ軸のイナーシャより小さいので、機械的な制御精度が高くなるからである。なお、図６において、Ｃｐはプログラム基準座標系を表し、Ｃｍは工作機座標系を表し、Ｃｗｐはワーク座標系を表し、Ｃｔｒは傾斜回転台座標系を表している。この形式以外の５軸制御工作機械が存在するが、ここに記した方法と同様の手法で経路計算が可能である。

次に、工具軸方向の決定処理の手順について説明する。図７は、工具軸の算出手順を示すフローチャートである。図７のフローチャートにおいて、まず、固定旋回軸の角度計算を行い（ステップＳ７０１）、続いて、変動旋回軸の角度計算を行う（ステップＳ７０２）。以下に各ステップの詳細な処理について説明する。

＜固定旋回軸角度計算＞
（ステップＳ７０１）まず、固定旋回軸の角度計算について説明する。図８は、固定旋回軸の角度算出の手法を示す説明図である。固定旋回軸、すなわち図６の旋回角Ａを決定するためには、まず工具８０１とホルダ８０２とを固定する。そして、固定した工具８０１とホルダ８０２とが加工対象と干渉しない最小の傾斜角を求められたものが固定旋回軸の角度となる。

たとえば、アンダーカットがない通常の形状に対しては、簡易的に工具８０１を包絡する円錐の半頂角Θを求めておき、Ａ＝Θ＋α（α＞０）としてもよい。図６の５軸制御工作機械の場合、数値制御工作機械用のせん孔テープの可変ブロックフォーマットのディメンジョンワードのアドレスキャラクタは”Ａ”である。したがって、ディメンジョンワー
ドとしては、たとえばＡ２０が与えられる。なお、ディメンジョンワードはワーク座標系に対して記述されるのがコーディング規則である。

＜変動旋回軸角度計算＞
（ステップＳ７０２）次に、変動旋回軸角度計算を行うが、変動旋回軸角度計算の工程の詳細を説明する前に、まず投影軸を用いた変動旋回軸角度計算式について説明する。図９は、旋回角Ｃを示す座標図である。図９の旋回角Ｃは、ワーク座標系におけるｙ軸からの時計回りの偏角である。上述した固定旋回軸の旋回角Ａが固定されると、次に、投影工具軸ベクトルｖ^tが定まれば、変動旋回軸（図６の５軸工作機械にあっては旋回角Ｃ）は、下記（１）式によって変換することができる。

なお、上記（１）式は次のようにして導くことができる。すなわち、図６の５軸工作機械において、一般的に下記（２）式が成立する。（２）式の左辺の行列は、プログラム基準座標系における点座標である。また、（２）式の右辺の右端の行列は、ワーク座標系における点座標である。図６の５軸工作機械の場合は、特にプログラム基準座標系に対して工具軸は一定方向（０，０，１）であるため、さらに下記（３）式が成立し、結果として工具ベクトルを表す下記（４）式を導くことができる。したがって、（４）式によって導かれた工具ベクトルによって容易に（１）式の旋回角Ｃを求めることができる。

（変動旋回軸角計算の概略）
図１０は、変動旋回角の算出手順の概略を示すフローチャートである。変動旋回軸角度計算は、まず特殊な旋回角を初期旋回角Ｃ^*として一旦生成し、これを修正することによってなされる。そのステップは次のとおりである。

まず、ステップＳ１００１は、投影軸が等高線経路の接線に直交する初期旋回角Ｃ^*を計算ステップである。初期旋回角Ｃ^*が計算されていない場合のみ実行される。続いて、ステップＳ１００２は、旋回角変化中心を計算するステップである。最後に、ステップＳ２１０３は、旋回角変化中心と旋回角変化率を用いた変化率による旋回角計算ステップである。以下、これらについてそれぞれ説明する。

＜初期旋回角Ｃ^*＞
まず、初期旋回角Ｃ^*について説明する。初期旋回角Ｃ^*は、変動旋回角Ｃを決定する前に仮に設定した旋回角である。初期旋回角Ｃ^*は、汎用のＣＡＭシステムの機能を用いて設定することもできるし、３軸の等高線経路に後述の接線直交ベクトルから計算することもできる。

次に、工具経路算出装置１３０に搭載されているＣＡＭシステムの機能によって実現されている初期旋回角Ｃ^*の設定方法について説明する。まず、案内面基準を利用した加工処理を示す従来技術の説明に利用した図２０を参照して説明する。図２０に示すように、加工面に対して面直方向に工具軸ベクトルを設定した経路を生成して、指定する方法もある。この方法で４軸等高線加工の経路を生成すれば、投影軸が後述の接線直交ベクトルである経路が得られる。工具干渉に関しては、投影軸が接線直交ベクトルである方が有利である。

また、図１１−１は、ＣＡＭシステムに搭載されるリード角制御を示す説明図であり、図１１−２は、チルト角制御を示す説明図である。これらの機能を使用することによっても、初期旋回角Ｃ^*を設定することができる。

また、（ｘ，ｙ，ｚ）の３軸の等高線経路を入力として、ＣＡＭシステムが提供する上記の機能を用いなくても、工具経路の接線に直交する方向を用いて下記（５）式によって４軸制御の旋回角Ｃを計算することができる。図１２は、Ｔを接線ベクトルとするときの接線直交ベクトルＮを示す座標図である。なお、（５）式において、Ｃ^* ₀は、接線直交ベクトルによる旋回角Ｃを表している。これを総ての経路構成点｛Ｐ_i｜ｉ∈［１，Ｎ］｝に関して実行することによって、総ての初期旋回角｛Ｃ^* _i｜ｉ∈［１，Ｎ］｝を算出することができる。

＜接線直交ベクトルに対する旋回軸角度計算＞
次に、接線直交ベクトルに対する旋回軸角度計算について説明する。図１２の座標に示したように、等高線経路の構成点における接線Ｔに直交するベクトルを接線直交ベクトルＮとする。そして、旋回角変化の中心となる構成点Ｐ₀における接線直交ベクトルＮに対して上記（５）式を適用して、旋回角変化の中心である旋回角変化中心における接線直交ベクトルによる初期旋回角Ｃ^* ₀を算出する。そして、上記構成点Ｐ₀において、旋回角Ｃ₀を接線直交ベクトルによる初期旋回角Ｃ^* ₀に一致させる。

すなわち、上述の処理によって、旋回角変化中心における旋回角Ｃを設定したことになる。なお、通常は接線直交ベクトルによる初期旋回角Ｃ^* ₀を上記（５）式によって求めることができる。以下、上述の初期旋回角Ｃ^* ₀を用いることによって急激に変動する初期旋回角Ｃ^* _iの変動を許容範囲内に抑えた工具経路Ｃ_iを生成することができる。

＜旋回角の算出手順＞
次に、変動軸の旋回角の算出手順について説明する。図１３は、変動旋回角の算出手順の詳細を示すフローチャートである。図１３のフローチャートに示す各ステップは、図１０を用いて説明したステップを更にブレークダウンしたものである。

（ステップＳ１３０１）図１３のフローチャートにおいて、まず、経路構成点Ｐｉに対して初期旋回角Ｃ^*ｉと弦長パラメータｔ_iとを算出する。このとき、弦長パラメータｔ_iは、任意の点を始点にした弧長パラメータもしくは、その近似である弦長パラメータｔ_iを算出してもよい。

ここで、急激な旋回角の変化を防止するために、旋回角変化を定量化する手法について説明する。図１４は、経路構成点間の旋回角変化率と曲率とを示す説明図である。図１４のように各構成点１４００に対してその前後の点を参照して許容旋回角変化率Ｋを、旋回角の差ΔＣを旋回による経路構成点の変位Δｌ（＝弦長パラメータの差分）で除した値、すなわちＫ＝ΔＣ／Δｌとして定義する。

また、上記のＫによって定義した旋回角変化率の極限においては下記（６）式に示すように曲率（＝曲率半径の逆数）に等しくなるため、曲率または曲率半径を用いて計算することができる。たとえば、計算対象構成点の前後の３点を通過する放物線をＬａｇｒａｎｇｅの多項式を用いて２次式で表現して微分幾何学で知られている曲率を求める下記（７）式によって計算することもできる。

また、上述の工程によってすべての構成点に旋回角変化率Ｋを対応させることができる。たとえば、点列の弦長をパラメータとすれば旋回角変化率Ｋのグラフを考えることができる。ここで簡単な例を挙げて説明する。図１５−１は、円弧を含む経路構成点の一例を示す説明図である。また、図１５−２は、図１５−１の経路構成点における旋回角変化を示す図表である。

＜旋回角変化中心＞
図１５−１に表した加工区間０→Ｒの例では、構成点列が円弧を含み、旋回角変化グラフは図１５−２のようになる。たとえば白抜き矢印Ｃは、旋回角変化率の中心を表している。このＣにおける弦長（もしくは弧長）パラメータｔは、ｔ₀＝１／２（ｔｐ＋ｔｑ）によって求めることができる。

なお、図１５−２に示した例では、許容旋回角変化率Ｋを旋回角変化率にもつ構成点を、旋回角変化中心を計算する区間の端点としているが、許容旋回角変化率Ｋを旋回角変化率にもつ工具経路上の点を区間の端点とすることもできる。また、ここでは区間の端点を、許容旋回角変化率Ｋを用いて計算したが、これに限らず、たとえば１よりも小さい係数を乗じてもよい。さらに、図１５−２に示した例は弦長パラメータに均等に旋回角を変化させる前提で、弦長または経路長さにおける中点を旋回角変化中心としているが、必ずしもこれに限るものではない。すなわち、予め定めた旋回角変化分布に対応する中心を計算する方法も採用することができる。

このときの旋回角変化率の中心は、旋回角変化率の絶対値が許容旋回角変化率Ｋを越える区間は旋回角を補正する必要がある。したがって、以下、旋回角変化率の絶対値がＫを越える区間を、「旋回角変化率超過区間」とする。

（ステップＳ１３０２）図１３のフローチャートに戻り、次に、旋回角変化率超過区間の端点を検索する。このステップＳ１３０２では、Ｋ＝ΔＣ／Δｌに基づいて、あるいは上記（７）式によって表される曲率が、閾値である許容旋回角変化率Ｋを越える旋回角変化率超過区間を求め、その端点の弦長（もしくは弧長）パラメータｔｐ，ｔｑを求める。

なお、ここでは、旋回角変化率超過区間内に存在する旋回角変化中心Ｃ₀を中心にして初期旋回角に至るまでの区間を、「旋回角強制変化区間」とする。また場合によっては、二つの旋回角強制変化区間が重なることがある。このような場合には、旋回角強制変化区間の最も離れた二つの端点を用いて旋回角変化中心Ｃ₀を算出する。

（ステップＳ１３０３）図１３のフローチャートに戻り、次に、旋回角変化中心Ｐ₀と弦長パラメータｔ₀を算出する。具体的には、上述した図１５−２によって説明したように、ｔ₀＝１／２（ｔｐ＋ｔｑ）によって旋回角変化中心Ｐ₀と弧長（もしくは弦長）パラメータｔ₀を求める。なお、この例では、旋回角の変化をパラメータに対して均等にしているが、必ずしもこれに限る必要はなく予め定めた旋回角変化分布を用いてもよい。

（ステップＳ１３０４）そして、ステップＳ１３０３によって求めた旋回角変化中心Ｐ₀における旋回角Ｃ₀を設定する。具体的には、ステップＳ１３０２によって算出した旋回角変化率超過区間の端点の弦長（もしくは弧長）パラメータｔ₀の中央値から、旋回角変化中心の旋回角Ｃ₀を補間によって算出する。このとき、弦長パラメータｔ₀の場合は線形補間によるので計算は単純である。したがって、以下、弦長（もしくは弧長）パラメータｔ₀の増加方向について、補正すべき旋回角Ｃｉの算出を説明するが、減少方向についても単純に方向を逆転させた算出によって求めることができる。

（ステップＳ１３０５）その後、旋回角変化中心Ｐ₁における弦長（もしくは弧長）パラメータｔ₁を設定する。この処理は、旋回角Ｃｉを変更する範囲を特定するための準備である。旋回角範囲の特定方法は、ここに示す方法以外多数存在し、これはその一つの例である。なお、Ｐ₁における許容旋回角変化率に基づく旋回角と初期旋回角Ｃ^*の差分の符号を求めるために，Ｐ₁における弦長（もしくは弧長）パラメータｔ₁を設定している。

（ステップＳ１３０６）そして、旋回角変化中心Ｐ₁の許容旋回角変化率Ｋによる旋回角Ｃ'₁を算出する。一般に、構成点Ｐｉにおける許容旋回角変化率Ｋによる旋回角Ｃ'_iは、Ｃ'_i＝Ｃ₀＋Ｋ（ｔ_i−ｔ₀）として求めることができる。すなわち、ステップＳ１３０６では、構成点Ｐ₁における許容旋回角変化率Ｋに基づく旋回角Ｃ'₁をＣ'₁＝Ｃ₀＋Ｋ（ｔ_i−ｔ₀）によって算出する。

（ステップＳ１３０７）次に、Ｃ'₁−Ｃ^* ₁の符号σ₁を取得しＣ'₁をＣ^* ₁に設定する。すなわち、構成点Ｐｉにおける許容旋回角変化率Ｋに基づく旋回角Ｃ'₁と初期旋回角Ｃ^* ₁の差分の符号σ₁を計算して、Ｃ'₁を旋回角度Ｃ^* ₁とする。この後、弦長パラメータｔを変化させ許容旋回角変化率Ｋによる旋回角Ｃ'_iを、差分Ｃ'_i−Ｃ^* _iの符号σ_iがσ₁と同一である間は，旋回角ＣとしてＣ'_iを採用するためのステップＳ１３０８に移行する。

（ステップＳ１３０８）そして、Ｐｉにおけるパラメータｔ_iを設定する。
（ステップＳ１３０９）その後、Ｐｉにおける許容旋回角変化率Ｋに基づいたＣ'_iを算出する。このステップＳ１３０９では、上述したようにＣ'_i＝Ｃ₀＋Ｋ（ｔ_i−ｔ₀）を利用する。

（ステップＳ１３１０）そして、（Ｃ'_i−Ｃ^* _i）＊σ₁が０よりも大きいか否かを判断する。ステップＳ１３１０において、（Ｃ'_i−Ｃ^* _i）＊σ₁が０よりも大きかった場合は（ステップＳ１３１０：Ｙｅｓ）、（ステップＳ１３１１）Ｃ'_iをＣ_iに設定する。一方、（Ｃ'_i−Ｃ^* _i）＊σ₁が０以下であった場合は（ステップＳ１３１０：Ｎｏ）、ループから離脱し、そのまま一連の処理を終了する。

（ステップＳ１３１２）次に、変数ｉの値をすべて利用したか否かを判断する、ここで、また設定していない変数ｉがあると判断された場合には（ステップＳ１３１２：Ｎｏ）、変数ｉをインクリメントして（ステップＳ１３１３）、ステップＳ１３０８の処理に戻る。一方、変数ｉの設定が終了すると（ステップＳ１３１２：Ｙｅｓ）、ループから離脱し、そのまま一連の処理を終了する。

以上説明した旋回角Ｃ算出処理では、利用するパラメータのうち、増加方向に関して説明をおこなったが、パラメータ減少方向に関してもパラメータ変化の向きを変えて同様の処理を行うことによって、急激に変動する初期旋回角Ｃ^*の変動を許容範囲内に抑えた工具経路を生成することができる。

（旋回角Ｃ補間法）
上述の処理によって、少なくとも二つの構成点Ｐにおける変動旋回軸（たとえば、図７の５軸工作機械にあっては旋回角Ｃ）が決定された場合に、この２点の旋回角Ｃを内挿あるいは外挿補間することによって２点間の必要な工具経路を決定することができる。

２点間の旋回角の内挿補間は、通常、旋回角Ｃに対する線形補間が採用される。このとき、切削する加工対象品が開ポケットであれば単位経路は開いている。したがって、単位経路の両端点において旋回角Ｃが指定されない場合は、端点に最も近い指定点から端点までの間は外挿補間するが、端点に最も近い指定点における旋回角Ｃに等しい回転角とすることもでき、また、工具経路の進行方向ｖ^pに対する角度を一定とする手法を採用することもできる。このような手法を採用することによって、旋回角Ｃの急激な変化といった慣性力による精度低下の原因を排除した工具経路を提供することができる。

また、図６のような５軸工作機械で旋回運動を行う場合、工具経路を構成する各構成点は、工具が通過することが保証される。このとき構成点間の途中経路において、工具は円弧運動をおこなっている。しかしながら，通常の５軸工作機械は、工具経路の構成点間において、円弧補間を指定しない限り自動的に直線近似機能を保有している。

ところが、実際に５軸工作機械の直線補間機能に任せると良好な平面度が得られないことが少なくない。これは直線補間の制御が工作機固有の制御機構に依存しているためである。実際に、工具経路を構成する点間距離を段階的に変更したＮＣデータで切削した平面の精度が必ずしも高くない事例は多い。また、構成点間の距離が大きい上ほど平面度が悪い傾向にある。したがって、５軸工作機械を用いて高い平面度を得るためには、工具経路を構成する点の距離を適切に調整する必要がある。

（構成点調整処理）
次に、５軸工作機械を用いて高い平面度を得るための構成点調整処理について説明する。図１６は、構成点調整処理における許容値設定を示す説明図である。図１６において、連続する二つの構成点Ｐ_0,Ｐ₁を見込む角を変動旋回軸の旋回角の差分ΔＣとする円弧と、連続する工具経路構成点を結ぶ線分との最大の離れδを、利用者が要求する平面度の許容値以下に保つための工具経路の構成点調整について、以下詳しく説明する。

（平面度による制御）
一般的に、平面度は、上述の誤差Δ’のみで決まるのではなく、回転軸のずれ、段取り精度、カッタ精度などの和として定まる。したがって、連続する工具経路構成点を結ぶ線分との最大の離れδは、平面度が関与する幾何公差の許容差を基に定めることができる。

平面度の公差が±０．０１ｍｍ程度になると、たとえば、最大の離れδを平面度の公差幅の１／１０程度に設定するのが実用的である。また、平面度の代わりに、面の輪郭度、平行度、直角度、傾斜度、位置度、対称度など、平面度に関与する幾何公差を用いてもよい。

（構成点間距離の計算方法）
具体的にＮＣデータの構成点を計算するためには、まず点Ｐ_0,Ｐ₁間は、下記（８）式と、半径Ｒで円弧によって補間されるとすると下記（９）式となる。したがって、下記（１０）式となる。一方、旋回角の変位ΔＣに対する誤差Δは、下記（１１）式および（１２）式によって表される。すなわち、（１０）式および（１２）式によってＲを消去すると、下記（１３）式が求まる。

すなわち、線分Ｐ₀〜Ｐ₁の等ｎ分点の誤差Δ’は下記（１４）式となるため、下記（１５）式が与えられる。したがって、ｎ個（小数点以下切り捨て）の構成点を挿入することによって、構成点間の線分の誤差を調整することができる。この誤差Δ’を、連続する工具経路構成点を結ぶ線分との最大の離れδとして構成点を設定することができる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる工具経路算出装置１３０では、旋回角変化率中心に基づいた、許容旋回角変化率によって等高線工具経路の工具軸ベクトルを定めることが可能になった。この工具軸ベクトルを用いた工具経路によって、工具干渉と旋回角の急激な変化を回避するこが可能となった。これは、深彫りの縦壁に対する加工効率、加工精度の向上を意味する。また、工具経路算出装置１３０では、４軸制御における工具経路を容易に算出できる。したがって、利用者の熟練度を問わずに、広く４軸制御を適用させることが可能となった。

なお、本実施の形態にかかる工具経路算出装置では、特に、深彫りの開口ポケット内の平面加工や、相互の位置関係と摺動直線性が重要な高い精度が要求される摺動平面（矢印）を含む開口ポケットの加工に適している。

なお、本実施の形態で説明した工具経路算出方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することが可能な媒体であってもよい。

また、本実施の形態で説明した工具経路算出装置１３０は、スタンダードセルやストラクチャードＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの特定用途向けＩＣ（以下、単に「ＡＳＩＣ」と称す。）やＦＰＧＡなどのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）によっても実現することができる。具体的には、たとえば、上述した工具経路算出装置１３０の機能３１０〜３３０をＨＤＬ記述によって機能定義し、そのＨＤＬ記述を論理合成してＡＳＩＣやＰＬＤに与えることにより、工具算出装置１３０を製造することができる。

本実施の形態にかかる工具経路算出処理の概要を示す説明図である。 工具経路算出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 工具経路算出装置の機能的構成を示すブロック図である。 工具経路算出の手順を示すフローチャートである。 入力データに応じた等高線経路の一例を示す説明図である。 ５軸制御工作機械の一例を示す説明図である。 工具軸の算出手順を示すフローチャートである。 固定旋回軸の角度算出の手法を示す説明図である。 旋回角Ｃを示す座標図である。 変動旋回角の算出手順の概略を示すフローチャートである。 ＣＡＭシステムに搭載されるリード角制御を示す説明図である。 ＣＡＭシステムに搭載されるチルト角制御を示す説明図である。 接線直交ベクトルＮを示す座標図である。 変動旋回角の算出手順の詳細を示すフローチャートである。 経路構成点間の旋回角変化率と曲率とを示す説明図である。 円弧を含む経路構成点の一例を示す説明図である。 図１５−１の経路構成点における旋回角変化を示す図表である。 構成点調整処理における許容値設定を示す説明図である。 加工部Ｐの平面度を示す説明図である。 加工部と工具との関係を示す説明図である。 等高線加工による工具経路の一例を示す説明図である。 案内面基準を利用した加工処理を示す説明図である。 案内図による工具軸方向制御の一例を示す説明図である。

符号の説明

１００ 精密加工システム
１１０ 加工部品設計装置
１２０ 設計データ
１３０ 工具経路算出装置
１４０ ＮＣデータ
１５０ シミュレーション装置
１６０ ５軸工作機械
３１０ 取得・初期値設定部
３２０ 算出部
３２１ 変化率中心決定部
３２２ 投影工具軸算出部
３２３ 経路軸コード算出部
３２４ 変換部
３２５ 工具経路調整部
３３０ 出力部

Claims (8)

1. 同時５軸制御工作機械の旋回２軸の一方を旋回角Ａに固定した固定旋回軸とし、他方を変動可能な旋回角Ｃからなる変動旋回軸とし、当該変動旋回軸と他の平行３軸との４軸制御を行う際の工具経路を算出する工具経路算出装置において、
   工具先端の球の中心で表された等高線経路より構成点列を取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得された構成点列の中の構成点において、前記変動旋回軸の旋回に応じた旋回角Ｃの差分角ΔＣを、前記球の中心の位置の変位Δｌで除した値より旋回角変化率を定める場合に、前記旋回角変化率の中心を前記旋回角Ｃの変化率中心に決定する変化率中心決定手段と、
   前記旋回角Ａおよび旋回角Ｃに関する初期工具軸に直交するワーク座標系の基準平面へ投影された工具軸ベクトルを投影工具軸ベクトルとした場合に、前記変化率中心決定手段によって決定された旋回角Ｃの変化率中心に基づいて、前記等高線経路の接線に直交する投影工具軸ベクトルから、前記構成点ごとに、予め与えた許容旋回角変化率以内の投影工具軸ベクトルを算出する投影工具軸算出手段と、
   前記投影工具軸算出手段によって算出された投影工具軸ベクトルから前記旋回角Ｃの経路軸コードを算出する経路軸コード算出手段と、
   前記構成点ごとに前記経路軸コード算出手段によって算出された経路軸コードを前記加工対象の工具経路として出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする工具経路算出装置。
2. 前記変化率中心決定手段は、前記旋回角変化率を前記基準平面への前記等高線経路を投影した投影等高線経路の曲率となるよう設定し、当該旋回角変化率の中心を算出することを特徴とした請求項１に記載の工具経路算出装置。
3. 前記変化率中心決定手段は、前記球の中心の変位に代わり、前記工具先端の前記球の中心の前記投影等高線経路に沿った経路長さの差分によって旋回角Ｃの差分角ΔＣ’を除した値を旋回角変化率とすることを特徴とした請求項１または２に記載の工具経路算出装置。
4. 前記変化率中心決定手段は、前記投影等高線経路において、前記旋回角変化率が変動する区間の中から予め設定した前記旋回角変化率が算出された二点間の中央点を旋回角変化率中心とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の工具経路算出装置。
5. 前記変化率中心決定手段は、前記中央点を、前記投影等高線経路の経路長さに基づいて算出することを特徴とする請求項４に記載の工具経路算出装置。
6. プログラム基準座標系で表現された工具運動をワーク座標系に変換する変換手段と、
   前記変換手段によって変換されたワーク座標系において、前記工具経路の連続する２つの構成点の前記旋回角Ｃの差分角からなる円弧を構成した場合に、前記円弧の中心からの弦と弧との間の距離が、要求された平面度以下となるように前記工具経路の構成点を調整する工具経路調整手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の工具経路算出装置。
7. 同時５軸制御工作機械の旋回２軸の一方を旋回角Ａに固定した固定旋回軸とし、他方を変動可能な旋回角Ｃからなる変動旋回軸とし、当該変動旋回軸と他の平行３軸との４軸制御を行う際の工具経路をコンピュータに算出させる工具経路算出プログラムにおいて、
   前記コンピュータを、
   工具先端の球の中心で表された等高線経路より構成点列を取得する取得手段、
   前記取得手段によって取得された構成点列の中の構成点において、前記変動旋回軸の旋回に応じた旋回角Ｃの差分角ΔＣを、前記球の中心の位置の変位Δｌで除した値より旋回角変化率を定める場合に、前記旋回角変化率の中心を前記旋回角Ｃの変化率中心に決定する変化率中心決定手段、
   前記旋回角Ａおよび旋回角Ｃに関する初期工具軸に直交するワーク座標系の基準平面へ投影された工具軸ベクトルを投影工具軸ベクトルとした場合に、前記変化率中心決定手段によって決定された旋回角Ｃの変化率中心に基づいて、前記等高線経路の接線に直交する投影工具軸ベクトルから、前記構成点ごとに、予め与えた許容旋回角変化率以内の投影工具軸ベクトルを算出する投影工具軸算出手段、
   前記投影工具軸算出手段によって算出された投影工具軸ベクトルから前記旋回角Ｃの経路軸コードを算出する経路軸コード算出手段、
   前記構成点ごとに前記経路軸コード算出手段によって算出された経路軸コードを前記加工対象の工具経路として出力する出力手段、
   として機能させることを特徴とする工具経路算出プログラム。
8. 同時５軸制御工作機械の旋回２軸の一方を旋回角Ａに固定した固定旋回軸とし、他方を変動可能な旋回角Ｃからなる変動旋回軸とし、当該変動旋回軸と他の平行３軸との４軸制御を行う際の工具経路を算出する工具経路算出方法において、
   工具先端の球の中心で表された等高線経路より構成点列を取得する取得工程と、
   前記取得工程によって取得された構成点列の中の構成点において、前記変動旋回軸の旋回に応じた旋回角Ｃの差分角ΔＣを、前記球の中心の位置の変位Δｌで除した値より旋回角変化率を定める場合に、前記旋回角変化率の中心を前記旋回角Ｃの変化率中心に決定する変化率中心決定工程と、
   前記旋回角Ａおよび旋回角Ｃに関する初期工具軸に直交するワーク座標系の基準平面へ投影された工具軸ベクトルを投影工具軸ベクトルとした場合に、前記変化率中心決定工程によって決定された旋回角Ｃの変化率中心に基づいて、前記等高線経路の接線に直交する投影工具軸ベクトルから、前記構成点ごとに、予め与えた許容旋回角変化率以内の投影工具軸ベクトルを算出する投影工具軸算出工程と、
   前記投影工具軸算出工程によって算出された投影工具軸ベクトルから前記旋回角Ｃの経路軸コードを算出する経路軸コード算出工程と、
   前記構成点ごとに前記経路軸コード算出工程によって算出された経路軸コードを前記加工対象の工具経路として出力する出力工程と、
   を含むことを特徴とする工具経路算出方法。

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