JP2011039609A - 数値制御工作機械用の加工シミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子を予測でき、所望する表面形状に加工するための適切な加工条件を容易に選択することができるシミュレーション方法を実現可能な数値制御工作機械用のシミュレーション装置を提供する。
【解決手段】加工シミュレーション装置１は、加工後のワークの形状を立体的にグラフィック表示するためのワーク形状表示部８と、工具の形状に関連した工具形状関連情報および工具の加工速度に関連した加工速度関連情報に基づいて、加工後のワークの表面形状を算出する表面形状計算部１４とを有している。そして、当該表面形状計算部１４によって算出されたワークの加工後の表面形状を、ワーク形状表示部８に表示可能になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、数値制御工作機械によるワークの加工のシミュレーションを行うための加工シミュレーション装置に関するものである。

数値制御工作機械によって素材（ワーク）を加工する場合には、グラフィック表示装置を用いた加工状況のシミュレーションが行われることがある。そのようなシミュレーションを行うことによって、実際に加工することなく、加工の進行状況を把握することが可能となる。たとえば、新たに作成した加工プログラムのシミュレーションを行うことによって、実際の加工を行うことなく、当該プログラムを実行した場合の結果（加工後の形状）を把握することができる。

従来のワーク加工のシミュレーション方法としては、特許文献１の如く、加工に用いる工具情報および軸の速度情報から加工における表面粗さを演算し、演算された表面粗さに基づいて、予め設定されている表面粗さのイメージパターン（間隔の異なる種々のドットパターン）の中から該当するイメージパターンを選択し、その選択されたイメージパターンを画像表示装置に表示する方法が知られている。

特公平６−９５２９３号公報

しかしながら、上記従来のシミュレーション方法では、加工後のワークの表面状態が、ドットパターンとして表示されるだけであるため、経験の浅い作業者では、加工後の表面の様子を十分に把握することができず、所望する表面形状に加工するための適切な加工条件（加工プログラム等）を選択することが困難である。

本発明の目的は、上記従来のシミュレーション方法が有する問題点を解消し、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子を予測でき、所望する表面形状に加工するための適切な加工条件を容易に選択することができるシミュレーション方法を実現可能な数値制御工作機械用のシミュレーション装置を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、加工後のワークの形状を立体的にグラフィック表示する表示手段を有する数値制御工作機械用の加工シミュレーション装置であって、前記数値制御工作機械に装着する工具の形状に関連した工具形状関連情報および前記工具の加工速度に関連した加工速度関連情報に基づいて、加工後のワークの表面形状を算出する表面形状算出手段を有しており、前記表示手段が、前記表面形状算出手段によって算出されたワークの加工後の表面形状を表示可能であることを特徴とするものである。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記表示手段が、加工後のワークの表面に所定の方向から光を照射した場合の陰影を表示可能であることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１、または請求項２に記載された発明において、前記表示手段が、加工後のワークのグラフィック画像を任意の方向に回転させて表示可能であることを特徴とするものである。

請求項１に記載の加工シミュレーション装置によれば、加工後のワークの表面の状態が表示装置にグラフィック表示されるため、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子を予測できるため、所望する表面形状に加工するための適切な加工条件（加工プログラム等）を選択することが可能となる。

請求項２に記載の加工シミュレーション装置は、加工後のワークの表面に所定の方向から光を照射した場合の陰影を表示手段に表示可能であるため、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子を容易に予測することができる。それゆえ、請求項２に記載の加工シミュレーション装置によれば、所望する表面形状に加工するための加工条件を正確に選択することが可能となる。

請求項３に記載の加工シミュレーション装置は、加工後のワークのグラフィック画像を任意の方向に回転させて表示手段に表示可能であるため、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子をきわめて容易に予測することができる。それゆえ、請求項３に記載の加工シミュレーション装置によれば、所望する表面形状に加工するための加工条件を非常に正確に選択することが可能となる。

シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。 シミュレーション装置によるワーク加工のシミュレーションの手順を示すフローチャートである。 加工後のワークの全体形状のグラフィック画像を示す説明図である。 加工後のワークの表面形状のグラフィック画像（図３におけるＡ部分の拡大画像）を示す説明図である。 陰影を付したグラフィック画像（図３におけるＡ部分の拡大画像）を示す説明図である。

以下、本発明に係るシミュレーション装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

＜加工シミュレーション装置の構造＞
図１は、本発明に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。シミュレーション装置１は、各種のデータ、コマンドおよびプログラム等を入力するための入力手段（操作盤）２、および、加工後のワークの形状をグラフィック表示するための表示手段であるワーク形状表示部（モニタ）８が、インターフェイス１６を介して、制御装置１７に接続されている。

制御装置１７には、ワークを加工する工具に関連した工具関連情報（たとえば、工具の種類、内径、外径、刃長、チップノーズＲ等）を設定するための工具情報設定部３、素材（ワーク）の位置情報および形状情報（以下、素材情報という）を設定するための素材情報設定部１３、素材を加工するための加工プログラムを設定するための加工プログラム設定部１９、設定された加工プログラムを読取って解釈し、軸の位置情報および速度情報を出力する加工プログラム解釈部１０、加工プログラム解釈部１０によって出力された軸の位置情報および速度情報に基づいて素材の被加工部位を示す関数を発生させる関数発生部１１、設定された各情報を記憶するための記憶手段１２、加工後のワークの全体形状を計算するための加工形状計算部７、加工後のワークの表面形状を計算するための表面形状計算部１４、加工後のワークの表面形状をグラフィック表示する際に所定の角度から平行光線を照射した場合の陰影を計算するための光反射計算部９、所望される所定の角度から見た加工後のワークの全体形状・表面形状を算出するための座標変換計算部１５等によって構成されている。

また、記憶手段１２には、設定された素材（ワーク）の位置情報および形状情報を記憶するための素材関連情報記憶エリア４、設定された工具関連情報を記憶するための工具関連情報記憶エリア６、設定された加工プログラムを記憶するための加工プログラム関連情報記憶エリア５、計算された加工後のワークの全体形状・表面形状等を記憶するための計算結果記憶エリア１８等が設けられている。

＜加工シミュレーション装置の作動内容＞
上記の如く構成された加工シミュレーション装置１によるワークの加工（数値制御工作機械による加工）のシミュレーションの内容について、図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

加工シミュレーション装置１によってワークの加工をシミュレーションする場合には、まず、ステップ（以下、単にＳで示す）１で、入力手段２を利用して、素材情報設定部１３において、素材（ワーク）の位置情報および形状情報を設定した後、Ｓ２で、加工プログラム設定部１９において、加工プログラムを設定する。しかる後、Ｓ３で、工具情報設定部３において工具の形状情報を設定する。

上記の如く、Ｓ１およびＳ３で、素材（ワーク）の位置情報、形状情報、工具の形状情報が設定されると、それらの情報が、それぞれ、素材関連情報情報記憶エリア４、加工プログラム関連情報記憶エリア５、工具関連情報記憶エリア６に記憶される。また、上記の如く、Ｓ２で、加工プログラムが設定されると、加工プログラム解釈部１０によって、軸（数値制御工作機械の主軸）の位置情報および速度情報が出力される。そして、それらの情報（ワークの位置情報、形状情報、工具の形状情報、軸の位置情報および速度情報）が、それぞれ、素材関連情報記憶エリア４、工具関連情報記憶エリア６、加工プログラム関連情報記憶エリア５に記憶される。

しかる後、加工プログラム関連情報記憶エリア５に記憶された加工プログラムにしたがい、関数発生部１１によって、加工プログラム関連情報記憶エリア５に記憶されている軸の位置情報および速度情報に基づいて、ワークの被加工部位を示す関数が作成される。そして、S４で、加工形状計算部７によって、工具関連情報記憶エリア６に記憶された工具情報、および、上記の如く関数発生部１１により発生した関数に基づいて、切削加工における工具軌跡が算出される。さらに、加工形状計算部７によって、素材（ワーク）の被加工部位（切削される部位）の形状情報が作成（計算）され、素材関連情報記憶エリア４に記憶されている素材の形状情報から当該被加工部位の形状情報を消去することによって、加工後のワークの形状情報が作成（計算）される。そして、作成された加工後のワークの形状情報が、計算結果記憶エリア１８に記憶される。

また、上記の如く、加工後のワークの形状情報が作成される際には、表面形状計算部１４によって、加工プログラム解釈部１０から出力された軸の速度情報、および、工具情報記憶エリア６に記憶された工具の形状情報（工具の種類やチップノーズＲ等の情報）に基づいて、加工後の理論上の表面形状（微細な凹凸の有無等、所謂、加工目）が算出され、当該算出結果が計算結果記憶エリア１８に記憶される。

そして、上記の如く、加工後のワークの全体形状、表面形状に対応した情報が算出された後には、入力手段２を用いて所定の入力を行うことによって、計算結果記憶エリア１８に記憶されている加工後のワーク（図３におけるＷ）の全体形状を、ワーク形状表示部８（モニタ）に、図３の如く、グラフィック表示することが可能となる。

また、入力手段２を用いて所定の入力を行うことによって、当該加工後のワークのグラフィック画像における任意の部分を指定することによって、計算結果記憶エリア１８に記憶されている当該部分におけるワークの表面形状を、ワーク形状表示部８に、図４の如く、グラフィック表示することが可能となる。加えて、入力手段２に所定の入力を行うことによって、当該加工後のワークのグラフィック表示に、所定の方向から平行光線を照射した場合の陰影を付すことが可能となる。

加工後のワークのグラフィック表示に陰影を付す場合には、Ｓ５で、加工後の表面の形状情報に基づいて、光反射計算部９によって、レイトレーシング、二段階法、シャドウボリューム等の手法を用いて、陰影となる部分が計算される。そして、Ｓ６で、その計算結果に基づいて、ワーク形状表示部８に表示されるグラフィック画像において、図５の如く、陰影となる部分が他の部分よりも低い明度で表示される。

また、ワーク形状表示部８に表示される加工後のワークのグラフィック画像は、任意の角度に回転させることができる。すなわち、入力手段２を用いて所定の入力が行われた場合には、素材関連情報記憶エリア４に記憶されている加工後のワークの形状情報が呼び出され、当該形状情報が所定の行列式によって座標変換され、その座標変換された形状情報に基づいて、加工後のワークの全体形状・表面形状がグラフィック表示される。当該ワークのグラフィック表示に陰影を付す場合には、座標変換後の形状情報に基づいて、光反射計算部９において、陰影となる部分が計算され、その計算結果に基づいて、ワーク形状表示部８に表示されるグラフィック画像において、陰影となる部分が他の部分よりも低い明度で表示される。

＜加工シミュレーション装置の効果＞
加工シミュレーション装置１は、上記の如く、数値制御工作機械に装着する工具の形状に関連した工具形状関連情報および工具の加工速度に関連した加工速度関連情報に基づいて、加工後のワークの表面形状を算出する表面形状計算部１４（表面形状算出手段）を有しており、表示手段であるワーク形状表示部８が、表面形状計算部１４によって算出されたワークの加工後の表面形状を表示可能である。したがって、加工シミュレーション装置１によれば、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子を予測できるため、所望する表面形状に加工するための適切な加工条件（加工プログラム等）を選択することができる。

また、加工シミュレーション装置１は、表示手段であるワーク形状表示部８が、加工後のワークの表面に所定の方向から光を照射した場合の陰影を表示可能であるため、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子を容易に予測することができる。それゆえ、加工シミュレーション装置１によれば、所望する表面形状に加工するための加工条件を正確に選択することができる。

さらに、加工シミュレーション装置１は、表示手段であるワーク形状表示部８が、加工後のワークのグラフィック画像を任意の方向に回転させて表示可能であるため、経験の浅い作業者でも、加工後の表面の様子をきわめて容易に予測することができる。それゆえ、加工シミュレーション装置１によれば、所望する表面形状に加工するための加工条件を非常に正確に選択することができる。

＜加工シミュレーション装置の変更例＞
本発明に係るシミュレーション装置の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、入力手段、制御装置、ワーク形状表示部等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

たとえば、シミュレーション装置は、上記実施形態の如く、計算された陰影部分を他の部分よりも低い明度で表示するものに限定されず、他の部分と異なる色彩によって表示するもの等に変更することも可能である。

また、シミュレーション装置は、上記実施形態の如く、加工後のワークの表面形状を関数発生部が発生させた関数等に基づいて計算するものに限定されず、予め、複数のワークの表面形状のイメージ画像（間隔の異なる加工目の画像）が、工具関連情報（工具の種類やチップノーズＲ等の情報）や加工条件関連情報（加工時の軸速度等）等と対応した状態で記憶手段内に記憶されており、加工プログラムが入力された場合に、その加工プログラムから工具関連情報・加工条件関連情報を算出し、その算出された工具関連情報・加工条件関連情報と対応したワークの表面形状のイメージ画像を記憶手段から呼び出して表示手段に表示するもの等に変更することも可能である。

１・・シミュレーション装置
２・・入力手段
５・・加工プログラム関連情報記憶エリア
６・・工具関連情報記憶エリア
８・・ワーク形状表示部（表示手段）
９・・光反射計算部
１２・・記憶手段
１４・・表面形状計算部（表面形状算出手段）
１５・・座標変換計算部
１７・・制御装置
１９・・加工プログラム設定部

Claims (3)

1. 加工後のワークの形状を立体的にグラフィック表示する表示手段を有する数値制御工作機械用の加工シミュレーション装置であって、
   前記数値制御工作機械に装着する工具の形状に関連した工具形状関連情報および前記工具の加工速度に関連した加工速度関連情報に基づいて、加工後のワークの表面形状を算出する表面形状算出手段を有しており、
   前記表示手段が、前記表面形状算出手段によって算出されたワークの加工後の表面形状を表示可能であることを特徴とする数値制御工作機械用の加工シミュレーション装置。
2. 前記表示手段が、加工後のワークの表面に所定の方向から光を照射した場合の陰影を表示可能であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御工作機械用の加工シミュレーション装置。
3. 前記表示手段が、加工後のワークのグラフィック画像を任意の方向に回転させて表示可能であることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の数値制御工作機械用の加工シミュレーション装置。

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