JP2010049381A - Nc data creation system with template software inserted therein for converting three-dimensional cad model geometrical element into machining program sentence - Google Patents
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Description
本発明は、造形部品3次元CAD形状モデルのNC切削加工データ作成方法に係り、CAD形状モデルを構成する網目状に織りなす幾何要素曲線が交差する結節点幾何要素ベクトル情報を直接CADから抽出し、これを造形部品の形状加工プログラムとすることで、加工精度並びに細滑性を高めるためにCAD形状モデル情報を加工プログラム情報に変換するテンプレートソフト挿入NCデータ作成システムに関する。 The present invention relates to an NC cutting data creation method for a three-dimensional CAD shape model of a shaped part, and directly extracts nodal point geometric element vector information intersecting geometric element curves woven in a mesh shape constituting the CAD shape model from CAD, The present invention relates to a template software insertion NC data creation system for converting CAD shape model information into machining program information in order to improve machining accuracy and smoothness by using this as a shaping part shape machining program.
造形部品の3次元CAD形状モデルから切削加工のNCデータを作成するにあたっては、3次元CADで造形部品を設計し、3次元CAMでNC加工データの作成を行う。 In creating NC data for cutting from a three-dimensional CAD shape model of a modeled part, the modeled part is designed with three-dimensional CAD, and NC data is created with three-dimensional CAM.
従来のCAD/CAMにおいては、加工データ作成のために3次元CADで設計した造形部品の形状モデルをトランスレータ(CADデータをCAMモデラーに正しく受け渡すソフト)を介して、CAMモデラー部でモデルを再現させ網目状に織りなす曲線表示の形状表面を、面処理のポリゴン処理を施して微細三角パッチ群で3次元CAD形状モデルの形状表現して、NC加工データ作成を行っている。 In the conventional CAD / CAM, the model of the shaped part designed by 3D CAD for machining data creation is reproduced in the CAM modeler unit via the translator (software that correctly transfers the CAD data to the CAM modeler). The processed surface of the curve display woven in a mesh pattern is subjected to surface processing polygon processing, and the shape of the three-dimensional CAD shape model is expressed by a group of fine triangular patches to create NC machining data.
3次元CADで形状モデルを設計する際の幾何構造図形は規則性立体と曲面とに大別され、規則性立体の幾何要素は、2次元および3次元直線と2次元円および2次元円弧の組み合わせ集合体表示であり、曲面の幾何要素は2次元および3次元直線の組み合わせ集合体として表示されている。 The geometric structure figure when designing a shape model with 3D CAD is roughly divided into regular solids and curved surfaces, and the geometric elements of regular solids are combinations of 2D and 3D straight lines, 2D circles and 2D arcs. It is an aggregate display, and the geometric elements of the curved surface are displayed as a combined aggregate of two-dimensional and three-dimensional straight lines.
従来の3次元CAD/CAMにおいては形状モデルの規則性立体造形のNCデータ作成にあたっては、規則性立体の幾何要素成分が2次元幾何要素であるが、2次元CAM用データに直接変換するソフトは無く、また3次元CAMには2次元円および円弧に変換する思想は無いために、コマンドも無く円および円弧は全て超多角形に分割するので、3次元CADにおける規則性立体の形状モデル造形のNCデータ作成においては、CADの図面コマンドを用いて三面図表示に切り替え表示し、更に図面として印刷出力して、この図面表示された三面図を基に2次元CADで新たに設計図を作成して、立体加工2.5次元CAMでNC加工データを作成している。 In conventional 3D CAD / CAM, when creating NC data for regular 3D modeling of a shape model, the geometric element component of a regular 3D is a 2D geometric element, but software that directly converts to 2D CAM data is available. In addition, since there is no idea of converting to a two-dimensional circle and arc in a three-dimensional CAM, there is no command, and all the circles and arcs are divided into hyperpolygons. In NC data creation, the CAD drawing command is used to switch to the three-view drawing display, print it out as a drawing, and create a new design drawing with two-dimensional CAD based on the three-view drawing displayed. Thus, NC machining data is created by a three-dimensional machining 2.5-dimensional CAM.
3次元CAD形状モデルにおける曲面を造形するNCデータ作成は、3次元CAMのモデラー部でCAD設計形状モデルの再現後にポリゴン処理を実行するにあたって、曲面は水平面を等間隔で切断したスライス面をもうけた等高線切削を用いた切削加工データとしていて2.5次元等高線切削と同様なNC加工データ作成方法を採用している。 NC data creation for modeling a curved surface in a 3D CAD shape model was created by executing a polygon processing after reproducing the CAD design shape model in the 3D CAM modeler, and the curved surface was sliced by cutting a horizontal plane at equal intervals. NC machining data creation method similar to 2.5-dimensional contour cutting is adopted as cutting processing data using contour cutting.
現状のCAD/CAMのNC加工データ作成は、NCマシンの機械構造での効率化を含めて等高線切削NC加工データが多く用いられているので、3次元曲面パッチ間の境目がぼやけることがあり、後工程で人手による修正や平滑化のための磨き作業が追加されている。 The current CAD / CAM NC machining data creation uses many contour cutting NC machining data including efficiency improvement in the machine structure of the NC machine, so the boundary between 3D curved patches may be blurred. Polishing work for manual correction and smoothing is added in the post-process.
3次元CAD/CAMのNC加工データ作成において、システム導入ユーザーから加工精度や細滑度の向上が求められているにもかかわらず、暫定処置においても加工データ変換時の分解能を最小にする程度で、根本的な解決策が明確にされていない課題があった。 In the creation of NC machining data for 3D CAD / CAM, even though the improvement of machining accuracy and smoothness is required by system introduction users, the resolution at the time of machining data conversion is minimized even in provisional measures. There was a problem that the fundamental solution was not clarified.
3次元CAD/CAMのNC加工データ作成において、3次元CAMモデラー部でCAD設計形状モデルを再現する場合に、網目状に織りなす曲線表示の形状表面を面処理のポリゴン処理を施して微細三角パッチ群とするので、NC言語の持つ2次元円および2次元円弧の変換作成機能の活用が出来ない課題があった。 When creating 3D CAD / CAM NC machining data, when reproducing a CAD design shape model in the 3D CAM modeler unit, the surface of the curved display weaves in a mesh pattern is subjected to polygon processing for surface processing to form a fine triangular patch group Therefore, there has been a problem that the conversion creation function of the 2D circle and 2D arc possessed by the NC language cannot be used.
また、3次元CAMモデラー部でCAD設計形状モデルを再現するにあたって、網目状に織りなす曲線表示の形状表面を、面処理のポリゴン処理を施して微細三角パッチ群とすることのみであった。それ故、3次元CAD設計において形状モデルの網目状の曲線類はポリゴン処理するために使用されるのみで、NC加工データ作成には有効活用されず、曲面パッチの稜線部走行や極小フィレット面を連続切削するNC加工データ作成ができないなどの課題があった。 Further, in reproducing the CAD design shape model in the three-dimensional CAM modeler unit, the surface of the curved display shape woven in a mesh shape is only subjected to surface processing polygon processing to form a fine triangular patch group. Therefore, in the 3D CAD design, the mesh-like curves of the shape model are only used for polygon processing, and are not effectively used for NC machining data creation. There was a problem that NC machining data for continuous cutting could not be created.
さらに、3次元CAD設計において作成された形状モデルの網目状の曲線は、ポリゴン処理するためのみに使用されるため、曲面パッチ単位での正確性・加工精度・細滑性等の向上のためには寄与し難いという課題があった。 Furthermore, since the mesh-like curve of the shape model created in the 3D CAD design is used only for polygon processing, in order to improve accuracy, processing accuracy, slipperiness, etc. in curved patch units. There was a problem that it was difficult to contribute.
上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、3次元CADで設計した造形用部品の形状モデル表現に網目状に織りなす曲線表示した曲線同士の交差する結節点のポテンシャル点情報を3次元CADデータから直接抽出し、加工プログラムを作成するテンプレートソフトを上流の3次元CADと下流の3次元自動プロの中間にもうけることを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
上記課題を解決するため請求項2記載の発明は、請求項1記載のNCデータ作成方法において、造形部品の3次元CAD形状モデルを構成する網目状に織りなす幾何要素曲線が交差する結節点幾何要素をベクトル情報に変換し、曲面パッチ切削加工用または曲線切削加工加工するNC加工プログラムの実施を含むことを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
上記課題を解決するため請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載のNCデータ作成方法において、造形部品の3次元CAD形状モデルで切削加工領域を網目状に織りなす曲線が創生する横ならびの行と縦ならびの列曲面パッチで、プログラム技術者が培った加工に関するノウハウを活用可能にして、単独曲面パッチの1組、または横ならび行方向の曲面パッチ群や縦ならび列方向の曲面パッチ群、さらに横ならび行と縦ならび列を合成したマトリックス状の曲面メッシュの加工領域・切削方向・切削方法などの経験値が活かせる切削加工領域が自由に選択可能とすることを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
上記課題を解決するため請求項4記載の発明は、NC加工データ作成において永年培ってきた切削加工に関する経験、ノウハウの活用で、正確性が高く高精度が得られ超細滑を旨とすることは、NCデータ作成の上流部分は3次元CAD形状モデリング部、中間部分はテンプレートソフト部、下流部分はNCデータ作成部で、この下流部分に3次元自動プロを配置するものである。これによって加工技術者の培った切削技術に関する経験ノウハウが、中間部分のテンプレートソフト部ならびに下流部分の3次元自動プロ部でも自由に指令選択可能で、きめ細かな加工指示が可能なシステム構成を思考したことである。これはコンピュータの高度活用術の分散処理運用にも通じる手法をNCデータ作成システムに採用したことを要旨とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in
この発明によれば、3次元自動プロに入力する加工プログラムは、加工技術者が手入力することなく、テンプレートソフトにおいて造形部品の3次元CAD形状モデルから、NC加工する加工プログラムを自動で作成することが可能になる。 According to this invention, the machining program to be input to the 3D automatic professional automatically creates a machining program for NC machining from the 3D CAD shape model of the modeled part in the template software without manual input by the machining engineer. It becomes possible.
また、3次元CAD形状モデルの規則性立体形状については、CAD形状データから直接NC加工プログラムを抽出することにより、2次元円および円弧変換プログラム指令がさらに自動処理作成が行われ、NC加工データは圧縮処理ならびNCマシン運用効果で加工データ容量は激減し、切削加工面は細滑性が向上する。 Also, for regular solid shapes of 3D CAD shape models, 2D circle and arc conversion program commands are further automatically created by extracting NC machining programs directly from CAD shape data. The processing data volume is drastically reduced by the compression processing and NC machine operation effect, and the smoothness of the machined surface is improved.
さらに、3次元CAD形状モデルの曲面については、正確忠実な形状データのベクトル値変換によって、切削加工した部品の精度・細滑性は向上する。 Further, with respect to the curved surface of the three-dimensional CAD shape model, the accuracy and the smoothness of the machined parts are improved by the vector value conversion of the accurate and faithful shape data.
3次元CAD形状モデルの作成においては、従来の3次元CADで造形部品のモデリング手順とは何も変わること無い手法を採用している。しかし、従来の3次元CAMは加工データ変換のためにCAMのモデラー機能部で、CAD形状モデルの再描画表示機能を活用してNCデータ作成としているが、図1の3次元自動プロ16には全くCADモデルの再描画表示機能は持たない。故に、テンプレートソフト15には、3次元CAD形状モデルの網目状に織りなす曲線同士が交差する結節点のベクトル情報を、加工プログラム情報に置き換える機能構造とした。
In the creation of the three-dimensional CAD shape model, a technique that does not change anything from the modeling procedure of the shaped part in the conventional three-dimensional CAD is adopted. However, the conventional 3D CAM is a modeler function part of the CAM for machining data conversion, and NC data is created by utilizing the redraw display function of the CAD shape model. It has no CAD model redraw display function. Therefore, the
実施の形態1.
図2は、テンプレートソフト挿入NCデータ作成システムの3次元CAD形状モデル11のNCデータ作成に係るもので、造形部品を切削加工する切削加工理論から考えると規則性立体12の2.5次元切削加工と曲面13の3次元切削加工とに大別され、加工データ構造としての違いがあるが、3次元CAD形状モデル11のCAD表現においては、網目状に織りなす曲線同士が交差する結節点ベクトル情報を、加工プログラム情報に自動的に置き換える作業をテンプレート15が実行する。
FIG. 2 relates to the NC data creation of the 3D
実施の形態2.
図2において、テンプレートソフト挿入NCデータ作成システムの3次元CADモデル11の規則性立体12ならびに曲面13は共に実施の形態1.で、3次元CAD形状モデル情報を加工プログラム情報に置き換えるが、そのCADモデル形状から自由に選択した曲面パッチの抽出が可能であり、加工技術者の培った加工情報の指令が可能な形態とした。この為に3次元形状モデルの任意の曲面パッチを抽出し、自由な加工指示することができる。図3は一般3次元CAD形状モデルを展開表示図例であって、テンプレートソフト15は、この曲面パッチ群20には四角形曲面パッチが横3組に縦4組で計12組の四角形曲面パッチの何れをも単独で図4に示す、曲面パッチ21または22を加工するプログラムとして抽出可能、また図5に示す曲面パッチ群23または24を加工するプログラムとして抽出可能、さらに曲面パッチ群20全体を加工するプログラムとしても抽出可能としてある。この様に3次元CAD形状モデルから加工者の得意とする加工プログラムの抽出を、テンプレートソフト15において自由選択できる。
In FIG. 2, the
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態1ならび実施の形態2の基本となるテンプレートソフト挿入NCデータ作成システムの基本となる3次元CAD形状データであり、網目状に織りなす曲線同士で曲線が交差する結節点Oのベクトル値即ち位置ベクトル値となる結節点の絶対座標値(X,Y,Z)と接線方向ベクトル即ち、方向ベクトル(δx,δy,δz)の位置ベクトルと方向ベクトルの関係において、位置ベクトル1点に付き方向ベクトルを1組貸与する構成のセグメント点情報と、位置ベクトル1点に付き方向ベクトル2組貸与する構成のポテンシャル点情報とが構成され、このセグメント点情報の活用とポテンシャル点情報の活用を述べる。先ず初めに3次元点における接線ベクトル貸与とは、図6で垂直軸心を持つ右手座標系地球儀の任意の表面上に点Pを設定した状態である。地球儀の核芯O(X0,Y0、Z0)とみなし、直線OPの方向を方向余弦で表すとA(δX,δY,δZ)になる。直線OPとX軸、Y軸、Z軸との作る各をそれぞれα、β、γとしてU=cosα,V=cosβ,W=cosγとおくと(U,V,W)を直線OPの方向余弦(図8)ということは衆知の事実である。点Oを結節点位置に合わせ点Pを3次元CAD形状モデルの接線ベクトルに合致させる仕組みを、自動的にテンプレートソフトで実施する形態を採用すれば良い。これによって次の事柄は全てが自動処理可能になる。
FIG. 6 shows three-dimensional CAD shape data that is the basis of the template software insertion NC data creation system that is the basis of the first embodiment and the second embodiment of the present invention, and the curves intersect with each other in a mesh pattern. In the relationship between the absolute coordinate value (X, Y, Z) of the nodal point that becomes the vector value of the nodal point O, that is, the position vector value, and the tangential direction vector, that is, the position vector of the direction vector (δx, δy, δz) and the direction vector, Segment point information with a configuration that lends one set of direction vectors to one position vector and potential point information with a configuration that lends two sets of direction vectors to one position vector are configured. Use and potential of this segment point information Describe the use of point information. First, tangent vector lending at a three-dimensional point is a state in which a point P is set on an arbitrary surface of a right-handed coordinate system globe having a vertical axis in FIG. Considering the core O (X0, Y0, Z0) of the globe, if the direction of the straight line OP is expressed by a direction cosine, A (δX, δY, δZ) is obtained. If U = cosα, V = cosβ, and W = cosγ where α, β, and γ are the straight line OP and the X, Y, and Z axes, respectively, (U, V, W) is the cosine of the direction of the straight line OP. (Fig. 8) is a fact of common knowledge. A mode in which the point O is aligned with the nodal point position and the point P is matched with the tangent vector of the three-dimensional CAD shape model may be automatically implemented using template software. This allows all of the following things to be processed automatically.
曲面パッチの基本は四角形曲面パッチであり、このパッチの四隅の点は3次元CAD形状モデルの結節点に合致させ、四角形曲面パッチ構成には四隅の各点にUV2方向の方向ベクトル4組で曲面パッチを表現可能であり、このUVを本発明では、Uの代わりをAに、Vの代わりをBと表現した、この説明図が図8となる。図7の四角形□PQRSの四隅コ−ナ点の結節点のベクトル即ちポテンシャル点情報を当てはめると、テンプレートソフトは四角形曲面パッチを加工する形状プログラムとなり、これに運動命令を貸与指令することで四角形曲面パッチの加工プログラムとなる。本発明の曲線切削プログラムならびに曲面パッチ切削加工プログラムの全ては、CADモデリング曲線創生同様に通過点の情報であって、一般的なBスプライン曲面創生のような制御点入力と違い3次元CAD形状モデルを構成する網目状に織りなす曲線同士が交差する結節点そのものであって制御点ではない。なお本発明のテンプレートソフト挿入NCデータ作成システムのテンプレートソフトにおいて、3次元CAD形状モデルの結節点ベクトルをポテンシャル情報に自動置換し、これを加工プログラム文にするためには、このテンプレートソフトはボールエンドミル工具中心の形状データとする必要があり、3次元オフセット処理機能が付随してある。以上の説明で理解可能のごとく本発明のNCデータ作成システムにおいては、CAD形状モデルを面処理する必要は皆無でありCAD形状モデルの結節点ポテンシャル点情報のみの高度活用で済む。 The basis of the curved surface patch is a rectangular curved surface patch, and the four corner points of this patch are matched with the nodes of the 3D CAD shape model. A patch can be expressed. In the present invention, this UV is expressed as A instead of U and B as V instead of V. FIG. Applying the vector of the corner points of the four corners of the square □ PQRS in FIG. 7, that is, the potential point information, the template software becomes a shape program that processes a square curved surface patch. This is a patch processing program. All of the curve cutting program and curved surface patch cutting program of the present invention are information on passing points like the CAD modeling curve creation, and unlike the control point input such as general B-spline curved surface creation, the three-dimensional CAD. It is a nodal point itself, not a control point, where the curves interwoven in a mesh form that constitute the shape model intersect. In the template software of the NC software creation system for template software of the present invention, in order to automatically replace the nodal point vector of the three-dimensional CAD shape model with the potential information, and to make this a machining program statement, this template software is a ball end mill. It needs to be shape data at the center of the tool, and is accompanied by a three-dimensional offset processing function. As can be understood from the above description, in the NC data creation system of the present invention, it is not necessary to perform surface processing of the CAD shape model, and only advanced use of only the nodal point potential point information of the CAD shape model is sufficient.
3次元CAD形状モデルの造形部品を切削加工する場合に、従来はポリゴン処理による加工データ作成のために加工データは膨大になったが、本発明によるテンプレートが、形状データを自動でベクトル変換した加工プログラムを作成する事によって、データ量が激減するとともに、G17(XY平面),G18(XZ平面),G19(YZ平面)にわたる3平面を円弧並びにNURBS曲線補間することで、高精度、超細滑の加工が出来る。
もって、本発明になるテンプレートソフトを活用することによって、機械加工産業に大いなる貢献が出来るという効果を発生するものである。
When cutting a 3D CAD shape model shaped part, processing data has been enormous in the past because of processing data creation by polygon processing, but the template according to the present invention automatically performs vector conversion of shape data. By creating a program, the amount of data is drastically reduced, and the three planes extending from G17 (XY plane), G18 (XZ plane), and G19 (YZ plane) are interpolated with circular arcs and NURBS curves to achieve high precision and ultra-smoothness. Can be processed.
Therefore, by utilizing the template software according to the present invention, an effect that a great contribution can be made to the machining industry is generated.
20 曲面メッシュ
21 曲面パッチ
22 曲面パッチ
23 曲面パッチ群
24 曲面パッチ群
(a)セグメント点情報
(a)セグメント点のプログラム文は位置ベクトルの絶対座標点とその点を通過する1方向の方向ベクトルを幾何学角度表示方式の方向余弦記述を行う。
構文(1行1ステートメント処理)
(X,Y,Z), A(I,J,K)
X:位置ベクトル表示のX値(絶対座標値)
Y:位置ベクトル表示のY値(絶対座標値)
Z:位置ベクトル表示のZ値(絶対座標値)
A:方向ベクトル表示記号
I:方向ベクトル表示のδx値(相対座標値)
J:方向ベクトル表示のδy値(相対座標値)
K:方向ベクトル表示のδz値(相対座標値)
注:このセグメント点記述方式を採用すると、図形要素の直線・円弧・曲線の全てを表現出来るのでこの記述方法を用いる。
(b)ポテンシャル点情報
(b)ポテンシャル点のプログラム文は位置ベクトルの絶対座標点とその点を通過する2方向の方向ベクトルを幾何学角度表示方式の方向余弦記述を行う。
構文(1行1ステートメント処理)
(X,Y,Z), A(I,J,K), B(P,Q,R)
X:位置ベクトル表示のX値(絶対座標値)
Y:位置ベクトル表示のY値(絶対座標値)
Z:位置ベクトル表示のZ値(絶対座標値)
A:Aベクトル表示記号
I:Aベクトルのδx値(相対座標値)
J:Aベクトルのδy値(相対座標値)
K:Aベクトルのδz値(相対座標値)
B:Bベクトル表示記号
P:Bベクトルのδx値(相対座標値)
Q:Bベクトルのδy値(相対座標値)
R:Bベクトルのδz値(相対座標値)
注:ポテンシャル点に貸与する2方向の方向ベクトルの
1)A方向の方向ベクトルとは、工具が走行カッティングする方向=説明上・主曲線の方向の方向ベクトル=ベース・ラインの方向
2)B方向の方向ベクトルとは、主曲線と交差する交差曲線=従曲線=工具がピック移動する方向の曲線の方向ベクトル=クロス・ラインの方向
20 curved surface mesh 21 curved surface patch 22 curved surface patch 23 curved surface patch group 24 curved surface patch group
(A) Segment point information (a) The segment point program statement describes the direction coordinate cosine description of the geometric angle display method for the absolute coordinate point of the position vector and the direction vector in one direction passing through the point.
Syntax (1
(X, Y, Z), A (I, J, K)
X: X value of position vector display (absolute coordinate value)
Y: Y value (absolute coordinate value) of position vector display
Z: Z value of position vector display (absolute coordinate value)
A: Direction vector display symbol I: δx value (relative coordinate value) of direction vector display
J: δy value (relative coordinate value) of direction vector display
K: δz value (relative coordinate value) of direction vector display
Note: If this segment point description method is adopted, all the straight lines, arcs and curves of graphic elements can be expressed, so this description method is used.
(B) Potential point information (b) The program statement of the potential point describes the direction cosine of the geometric angle display method with the absolute coordinate point of the position vector and the two direction vectors passing through the point.
Syntax (1
(X, Y, Z), A (I, J, K), B (P, Q, R)
X: X value of position vector display (absolute coordinate value)
Y: Y value (absolute coordinate value) of position vector display
Z: Z value of position vector display (absolute coordinate value)
A: A vector symbol
I: δx value of A vector (relative coordinate value)
J: δy value of A vector (relative coordinate value)
K: δz value of A vector (relative coordinate value)
B: B vector display symbol P: δx value of B vector (relative coordinate value)
Q: δy value of B vector (relative coordinate value)
R: δz value of B vector (relative coordinate value)
Note: 2 direction vector lending to potential point 1) A direction vector is the direction in which the tool travels cutting = for explanatory purposes, direction vector of main curve direction = base line direction 2) B direction The direction vector of the crossing curve that intersects the main curve = secondary curve = direction vector of the curve in which the tool picks and moves = cross line direction
Claims (4)
In order to deliver the shape data for creating NC machining data of 3D shape model data to an automatic professional in the NC data creation system that extracts the 3D CAD shape model geometric element of the modeling part and creates the NC machining program, A template software insertion NC data creation system characterized in that it is configured via a template software section for managing vector-based shape data conversion for NC machining and potential point information.
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