JP2011170410A - カム装置の設計および製作の方法と３次元設計支援用コンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】カム装置の設計完了までに行われる設計修正情報の交換による無駄を省く。
【解決手段】顧客用の顧客設定プログラム２とカムメーカ用のメーカ設定プログラム３とからなり、前記顧客設定プログラムと前記メーカ設定プログラムとが、カム装置の設計の結果における出力あるいは表示される３Ｄモデルやカム性能の特性値の精細度に違いを持たせるように構成され、同一の投入パラメータ下では精細度および必要計算項目のみ違う同一のカム装置を指し示す結果を得られるように構成される３次元設計支援用コンピュータプログラム１を作成し、前記顧客設定プログラム２は、顧客とカムメーカとでカム装置の製作発注を前提とし、そのカムメーカより顧客に貸与され、前記顧客設定プログラムから引き渡された設計データに基づいて前記メーカ設定プログラム３による設計に沿って各部品が設計され、その部品設計図に沿って部品が製作されるカム装置の設計および製作方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス金型に取り付けられて自動車用パネル等のワークを加工するためのカム装置を、顧客（カム装置を必要とする自動車メーカー等であって、最終消費者ではない）の要望の加工能力等に合わせてその形状を決定する、カム装置の設計および製作の方法とそのカム装置の設計を効率的に支援する３次元設計支援用コンピュータプログラムに関するものである。

従来、プレス金型用のカム装置（若しくはカムユニットと称する）は、顧客の要望によって規格品としてカタログ等に予め設定されているものを選定して使用することが多い。しかし、前記規格品のカム装置ではプレス型のカム取付スペースの制約によって、カム装置のサイズ，動き量，加工力，戻し力，更に、モーメント力等、種々の要素に対する要求と合わないことが多々生じている。そのような場合には、顧客自らカム装置の設計を行い、特注カムと称してカム装置の製造メーカにカム装置の製作を発注・依頼している。例えば、カム装置の設計において、コンピュータプログラムによる３次元設計支援ソフト（ＣＡＤ：Computer Aided DesignまたはComputer Assisted Drafting, Computer Assisted Drawing）は、顧客とメーカとの関係において、希望するカム装置の設計を容易に行い得手て、且つ、メーカの設計ノウハウを流出させることなくカム設計するには、いまだ適当な設計支援プログラムがないのが現状である。そこで、カム装置に関するものではないが、一般的な装置・機器設計用の３次元設計支援ソフトとしては、特許文献１に記載のようなコンピュータプログラムが知られている。

特開２００８−２４２６０９号公報

従来は、金型メーカ等の顧客によるカム装置の設計では、例えば、カム装置全般の知識を有する設計者が少なく、加工力またはストローク等を最終的に決定する上で、顧客の設計者が設計したカム装置は、カム製造メーカにより設計上での修正を受けることが多く、顧客との間で、カム装置の細部も含めた設計寸法の確認・修正に何度もやり取りが必要となって、多くの時間と工数が必要となる。確かに、カムメーカがカム装置の設計基準や設計支援ソフトを顧客に提供すれば、大部分の問題は解決するが、しかし、カムメーカ側としては設計上のノウハウ漏出の懸念があり、使用しているソフトをそのまま顧客に提出することができなかった。

本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、上記の課題を解決するための３次元設計支援用コンピュータプログラムを開発し、そのコンピュータプログラムの利用の仕方に工夫を行ったカム装置の設計および製作の方法を提供するものである。

本発明に係るカム装置の設計および製作の方法の要旨は、顧客用の顧客設定プログラムとカムメーカ用のメーカ設定プログラムとからなり、前記顧客設定プログラムと前記メーカ設定プログラムとが、カム装置の設計の結果における出力あるいは表示される３Ｄモデルやカム性能の特性値の精細度に違いを持たせるように構成され、同一の投入パラメータ下では精細度および必要計算項目のみ違う同一のカム装置を指し示す結果を得られるように構成される３次元設計支援用コンピュータプログラムを作成し、前記顧客設定プログラムは、顧客とカムメーカとでカム装置の製作発注を前提とし、そのカムメーカより顧客に貸与され、前記顧客設定プログラムからカムメーカに引き渡された設計データに基づいて前記メーカ設定プログラムによる設計に沿って各部品が設計され、その部品設計図に沿って部品が製作されることである。

本発明に係る３次元設計支援用コンピュータプログラムの上記課題を解決して目的を達成する要旨は、顧客設定プログラムとメーカ設定プログラムとからなり、前記顧客設定プログラムは、顧客によって入力されたパラメータに応じ、カム装置全体を構成する部品の内で、その部品の形状が表示部によって表示装置に表示する際のカム装置全体に対して占める領域を表す領域立体に影響を与える部品の形状と、その部品のカム装置全体の中での位置関係と、カム性能の特性値とが演算され、その結果が領域立体および数値として表示されるように構成され、前記メーカ設定プログラムは、前記顧客設定プログラムで顧客の条件を満足して出力された結果のパラメータを引数として取り込み、該引数によって顧客が設計したカム装置を細部構造まで含め精細度の制限なく再現されるように構成されていることである。

また、前記顧客設定プログラムは、カム装置のサイズと用途に応じて用意される基本３Ｄモデルを、顧客によって入力されたパラメータに応じ所要のカム装置を得るまで連続的に形状を変化させる機能と、その所要のカム装置に連結してカム性能の特性値を得る機能とを少なくとも有し構成されていることである。

更に、前記顧客設定プログラムは、基本３Ｄモデルを連続的に形状を変化させる機能におけるその変化させる過程において、予め設定されている前記基本３Ｄモデルの変更可能な範囲を超えた場合、その変更可能な範囲を超えたことを通知するとともに次に選択すべき推薦基本３Ｄモデルを提示する機能も有することを含むものである。

本発明によれば、本発明に係る３次元設計支援用コンピュータプログラムを利用し、顧客において、限られたスペースの中で、例えば、希望の加工力若しくはストローク等の条件を満足するカム装置を簡易に設計することができる。更に、その顧客が設定したパラメータや顧客がそのパラメータにより変化させた３Ｄモデルにより、カムメーカにおいて、その３Ｄモデルの大きさを超えることなく且つ性能を下まわることなく細部構造まで含めた形状に自動的に到達させることができるので、顧客とカムメーカとの間で何度もデータ修正のやり取りを繰り返すことが無くなり、設計工数が大幅に圧縮され、設計効率が飛躍的に向上すると言う優れた効果を奏するものである。

また、カムメーカはカム装置の製作までを顧客より請け負っており、上記で述べた設計効率向上に連動して製作リードタイムが短縮されることとなり、顧客にとって、カム装置の発注から納入までの期間短縮され、金型生産の効率向上に大いに寄与するものである。

本発明に係るカム装置の設計および製作の方法の実施例を示す概略図である。 上記実施例における、基本３Ｄモデルの選択肢の一例を示すイメージ図である。 同実施例における、顧客からカムメーカへ渡される領域立体と入力パラメータの一例を示すイメージ図である。 同実施例における、顧客が最終的に設計したカム装置を細部構造まで含めて再現した３Ｄモデルの一例を示すイメージ図である。 同発明に係るカム装置の３次元設計支援用コンピュータプログラム１の全体構成図である。 同本発明のカム装置の３次元設計支援用コンピュータプログラム１における、顧客設定プログラム２の構成図である。 同本発明のカム装置の３次元設計支援用コンピュータプログラム１における、メーカ設定プログラム３の構成図である。 顧客設定プログラム２の操作手順を説明する前半のフロー図である。 顧客設定プログラム２の操作手順を説明する後半のフロー図である。 同顧客設定プログラム２の操作手順の内の、一部分岐する手順を説明するフロー図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）である。 メーカ設定プログラム３の操作手順を説明するフロー図である。

図１は本発明の実施例を示すもので、顧客におけるカム装置の設計からカムメーカにおけるカム装置の設計および製作、カム装置の製品を出荷し顧客への製品納入に至るまでの流れを概略的に表している。図１に示すように、顧客は、通常金型設計に使用しているＣＡＤ上に顧客設定プログラムを読み込みカム装置の設計を行う。その際は、図２に示すような、予めカム装置の用途やサイズ等に応じ分類された基本３Ｄモデルの中から、要求仕様に近い或いは合致する基本３Ｄモデルを１つ選択し、その選択した基本３Ｄモデルに対し、設計条件パラメータを与え変形させることによりカム装置の設計を行う。また、そのカム装置の設計によって得られた結果の、その部品の形状が表示部によって表示装置に表示する際のカム装置全体に対して占める領域を表す領域立体と入力パラメータとを、カム装置の製品発注の際に、電子メール等の通信手段、あるいはＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体の郵送等の手段、若しくは記憶メモリーを備えた情報伝達媒体等により、カムメーカへ渡す。図３はその領域立体と入力パラメータの例を示している。カムメーカは、その領域立体と入力パラメータとを受け取り、これらの何れか或いは両方をメーカ設定プログラムに投入して、顧客が最終的に設計したカム装置を細部構造や構成する部品まで含め、図４に示す如く再現する。また、その再現したカム装置の製作に必要な部品単位での図形データをメーカ設定プログラムにより得る。更に、その図形データによってカム装置を製作して顧客へカム装置の製品を納入する。

本発明に係るカム装置の３次元設計支援用コンピュータプログラムは、図５に示すように、顧客用の顧客設定プログラム２とカムメーカ用のメーカ設定プログラム３とからなる。前記顧客設定プログラム２は、入力部から入力されたパラメータにより立体演算部と特性値演算部とによって、カム装置全体を構成する部品の内で領域立体に影響を与える部品の形状とその部品のカム装置全体の中での位置関係およびそのカム装置の特性値（カム性能である加工力，ストローク等）が演算され、その部品の形状や特性値が立体表示部と特性値表示部とによって表示装置（モニタ）に領域立体および特性値として表示するように構成する。

前記メーカ設定プログラム３は、前記顧客設定プログラム２で顧客の条件を満足して設定されたパラメータ（入力パラメータ）と領域立体の何れか或いは両方とを引数としてインポート部に取り込み、該引数によって立体演算部と特性値演算部とで前記カム装置を構成する各部品の細部構造および特性値まで再現されるように構成される。

前記顧客設定プログラム２は、カム装置の設計上の精細度を制限する（設計上の結果としての３Ｄモデルおよび特性値等の出力内容や表示内容の精細度を制限するのであって、設計上の品質や顧客の利便性を制限するものではない）ことにより、カムメーカの設計上と製作上のノウハウ漏出防止策を講じたプログラムである。それに対して、前記メーカ設定プログラム３は、カム装置の設計上の精細度を全く制限していないプログラムであり、そのために、顧客が設定したパラメータ（入力パラメータ，領域立体）を引数として入力することで、自動的にカム装置として設計上と製作上とで必要な細部構造および構成する部品まで含めて設計をしてしまうものである。

本発明に係るカム装置の３次元設計支援用コンピュータプログラム１は上述のように、図５に示す如く、顧客用の顧客設定プログラム２とカムメーカ用のメーカ設定プログラム３とからなる。

前記顧客用の顧客設定プログラム２は、図６に示すように、カム装置のサイズと用途とに応じて用意される複数の基本３Ｄモデルを表示装置（モニタ）に表示させて顧客に一つのモデルを選択させる基本３Ｄモデル選択部２１がある。

前記基本３Ｄモデル選択部２１で選択された基本３Ｄモデルに係るカム装置の形状における基本的な設定個所のパラメータの項目が入力用に用意される入力部２２がある。

前記入力部２２の各項目に入力された前記パラメータによって表示装置に表示させるカム装置の領域立体を、基本形状から前記パラメータ設定後の領域立体に変化させる立体演算部２３と、その領域立体を前記表示装置に表示させる立体表示部２４と、前記パラメータによって連結して変化するカム装置のカム性能を示す特性値のうち少なくとも加工力，戻し力，ストローク等を算出する特性値演算部２５と、該特性値演算部２５より得られる結果を前記表示装置に表示する特性値表示部２６と、顧客によって決定された領域立体と入力パラメータとを出力するアウトポート部２７とを少なくとも有している。更に、顧客によって決定された領域立体と入力パラメータとが、項目記憶部２９に記憶される。

また、前記顧客設定プログラム２は、入力されたパラメータによって立体演算部２３におけるカム装置の領域立体が、理論上あり得ない場合や、メーカ側によって予め設定された変更可能な範囲を超える場合に、前記立体演算部２３に形状変更の演算を停止させ、且つ、表示装置に限界を超えたことを表示させるとともに、異なる推薦基本３Ｄモデルを前記表示装置に表示する変更限界規制部２８を有する。

前記メーカ設定プログラム３は、図７に示すように、前記顧客設定プログラム２の入力部２２に入力され前記アウトポート部２７を介して出力された入力パラメータと領域立体とを引数として受け取るインポート部３１と、該インポート部３１の該引数によってカム装置の部品毎の細部構造まで再現された３Ｄモデルを算出する立体演算部３３と、該引数によって連結して変化する特性値を算出する特性値演算部３４と、前記立体演算部３３によって得られた３Ｄモデルを図形データとして出力する出力部３５と、３Ｄモデルと特性値とを記憶する記憶部３６から成る。

前記立体演算部３３と前記特性値演算部３４とが、カムメーカのノウハウを含むカム装置の細部構造までの詳細な設計が可能なプログラム部分である。かかる、ノウハウは、カム装置の設計上および製作上の経験による隙間の設定や、仕上げの設定、表面粗さの設定、摩耗対策、材質の設定などの、重要な決定事項を含んでいる。なお、前記顧客設定プログラム２の立体演算部２３と前記メーカ設定プログラム３の立体演算部３３とが、また、前記顧客設定プログラム２の特性値演算部２５と前記メーカ設定プログラム３の特性値演算部３４とが、それぞれ共通の数学モデルによって成っているが、前記顧客設定プログラム２の立体演算部２３および特性値演算部２５には、設計上の精細度に制限を施して、カム装置の細部構造までは設計できないようになっている。カムメーカのノウハウの漏出を防止するためである。

前記メーカ設定プログラム３における図形データは、例えば、２Ｄ図形データと３Ｄ図形データとからなって、いずれも任意に入力部３２から一方の図形データ若しくは両方の図形データを選択させて表示装置に表示させることができる図形データである。

以上のようにして構成される本発明の３次元設計支援用コンピュータプログラム１の具体的な使用方法を図８乃至図１０を参照して説明する。図８−Ａに示すように、３次元設計支援用コンピュータプログラム１における顧客設定プログラム２を、カムメーカと当該カム装置の発注を前提とする契約を交わした上でカムメーカより提供された顧客が、通常金型設計に使用しているＣＡＤ端末にインストールする。このことにより、前記顧客設定プログラム２の実行準備が整う。ステップ１（Ｓ１と記載する、以下、同様）がスタートである。

前記ＣＡＤ端末上で動作しているＣＡＤでの金型設計実施時に、カム装置設計の必要が生じた場合に、そのＣＡＤの操作方法に則り前記顧客設定プログラム２を読み込む操作を行う（Ｓ２）。そのＣＡＤにおいて前記顧客設定プログラム２が読み込まれ起動される（Ｓ３）。

前記顧客設定プログラム２の起動により、基本３Ｄモデル選択部２１がモニタ等の表示装置に基本３Ｄモデルの選択画面を表示する（Ｓ４）。その表示を見て、顧客が希望の基本３Ｄモデルを選択して対応する番号をキーボードから入力する（選択の方法は他に、希望の基本３Ｄモデルをマウス等で表示装置の画面上で指定する等でもよい）（Ｓ５）。キーボードから入力された番号が入力部２２に伝達され、選択された基本３Ｄモデルの読み出しが行われる（Ｓ６）。

前記選択された、基本３Ｄモデルにかかる設計条件の入力画面と基本３Ｄモデルとが、表示装置に表示される（Ｓ７）。入力画面では、入力項目が画面の一部に表示されると共に、基本３Ｄモデルが画面の一部に表示される。図８−Ｂに示すように、顧客がキーボードから設計条件（加工力，ストローク等）および形状変更のデータを入力する（形状変更のデータ入力方法は他に、基本３Ｄモデルをマウス等で表示装置の画面上で変形させ入力する等でもよい）（Ｓ８）。

前記キーボードからの入力データ（変更数値）が、変更限界規制部２８により基本３Ｄモデルの制限を超えないかの判定ルーチンに入る（Ｓ９）。そして、例えば、Ｓ９の判定ルーチンで超えると判定されると、図９（Ａ），（Ｂ）に示すサブルーチンに飛ぶ。なお、このサブルーチンＡ，Ｂは顧客の要求により、どちらかが実装されるものである。まず、形状変更の制限を超えたことを表示装置に表示する（Ｓ１０）。そして、Ｓ１１で、現在読み込まれている基本３Ｄモデルおよびそれに加えた変更等の入力情報の破棄を行う。その後、サブルーチンＡ，Ｂとで流れが分かれて、サブルーチンＡでは、１ランク上下した基本３Ｄモデルを自動的に選択し（Ｓ１２）、更に、自動的に選択した基本３Ｄモデルの読み込みを行う（Ｓ１３）。そして、図８−Ａ中の番号２で示すように、Ｓ７へと戻って設計が再び始まる。また、サブルーチンＢの場合には、図８−Ａ中の番号３で示すように、Ｓ４へと戻り、基本３Ｄモデルの選択画面から設計が再び始まる。

Ｓ９で、変更数値が基本３Ｄモデルの制限を超えないと判定されると、立体演算部２３と特性値演算部２５とによって基本３Ｄモデルに変更を加え、設計３Ｄモデルの負荷能力等を含む特性値を数値および３Ｄモデルとして算出する（Ｓ１４）。Ｓ１５で設計３Ｄモデル（領域立体）と特性値とを表示する。Ｓ１６で、前記設計３Ｄモデルが顧客の要求仕様に合致するか否かの判定をする。

前記Ｓ１６で合致しないと判定されると、図９（Ｃ）のサブルーチンに飛ぶ。Ｓ１７で前記設計３Ｄモデル（領域立体）を表示し、Ｓ１８で前記設計３Ｄモデルを変更させるデータをキーボードから入力する（他に、設計３Ｄモデルをマウス等で表示装置の画面上で変形させ入力する方法等も考えられる）。Ｓ１９で、入力されたデータにより前記設計３Ｄモデルに変更を立体演算部２３によって加える。更に、その作成した設計３Ｄモデルの特性値を特性値演算部２５によって算定をする。その後、図８−Ｂに示すＳ１５に戻る。

前記Ｓ１６で、合致すると判定されると、最終的に決定された設計３Ｄモデル（領域立体）および入力パラメータが項目記憶部２９に記憶される。

Ｓ２１で、設計している金型へ前記設計３Ｄモデル（領域立体）をＣＡＤの操作方法に則り配置する。その後、Ｓ２２でＥＮＤとなる。

次に、図１０に示すメーカ設定プログラム３では、Ｓ２３でプログラムをカムメーカのＣＡＤ端末におけるＣＡＤ上でスタートさせると、電子メール等の通信手段、あるいはＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体の郵送等の手段、若しくは記憶メモリーを備えた情報伝達媒体等により、顧客から受領した設計３Ｄモデル（領域立体）および入力パラメータを、インポート部３１で読み込む（Ｓ２４）。読み込んだ設計３Ｄモデル（領域立体）から基の基本３Ｄモデルを判別し、その基本３Ｄモデルに相応する基本３Ｄ詳細モデルを記憶部３６から選定して（Ｓ２５）、更に基本３Ｄ詳細モデルのデータを読み込む（Ｓ２６）。

次に、Ｓ２７で、前記基本３Ｄ詳細モデルを、顧客から受領した設計３Ｄモデル（領域立体）および入力パラメータを基にして、入力部３２から指示して変形させる。このときに、設計上のノウハウが発揮されて、各部品の詳細な２次元図形データと３次元図形データ等の図形データが生成される（Ｓ２８）。それらの設計３Ｄ詳細モデルが記憶部３６に記憶され、更に、作図させる場合には、プロッター等に出力部３５を介して作図データが出力され、作図される。そして、ＥＮＤとなる（Ｓ３０）。作図された３Ｄモデルの２次元または３次元の製作図等は、カム装置の製作に供され、また、確認のため顧客に渡されることもある。

以上のようにして、顧客の満足する設計３Ｄデータにより、設計ノウハウを活かした詳細な設計３Ｄ詳細モデルが出来上がり、顧客との間で何度も変更点のやり取りをする手間が省けることになり、飛躍的に設計および製作の工期を短縮できるものである。

本発明に係るカム装置の設計方法とそれに使用する３次元設計支援用コンピュータプログラムは、顧客とメーカとの設計のやり取りをする場合において、ノウハウを外部に漏出させることなく、設計データのやり取りをしたい場合に広く適用することができる。

１ ３次元設計支援用コンピュータプログラム、
２ 顧客設定プログラム、
３ メーカ設定プログラム、
２１ 基本３Ｄモデル選択部、
２２ 入力部、
２３ 立体演算部、
２４ 立体表示部、
２５ 特性値演算部、
２６ 特性値表示部、
２７ アウトポート部、
２８ 変更限界規制部、
２９ 項目記憶部、
３１ インポート部、
３２ 入力部、
３３ 立体演算部、
３４ 特性値演算部、
３５ 出力部、
３６ 記憶部。

Claims (4)

1. 顧客用の顧客設定プログラムとカムメーカ用のメーカ設定プログラムとからなり、前記顧客設定プログラムと前記メーカ設定プログラムとが、カム装置の設計の結果における出力あるいは表示される３Ｄモデルやカム性能の特性値の精細度に違いを持たせるように構成され、同一の投入パラメータ下では精細度および必要計算項目のみ違う同一のカム装置を指し示す結果を得られるように構成される３次元設計支援用コンピュータプログラムを作成し、
   前記顧客設定プログラムは、顧客とカムメーカとでカム装置の製作発注を前提とし、そのカムメーカより顧客に貸与され、
   前記顧客設定プログラムからカムメーカに引き渡され設計データに基づいて前記メーカ設定プログラムによる設計に沿って各部品が設計され、その部品設計図に沿って部品が製作されること、
   を特徴とするカム装置の設計および製作の方法。
2. 顧客設定プログラムとメーカ設定プログラムとからなり、前記顧客設定プログラムは、顧客によって入力されたパラメータに応じ、カム装置全体を構成する部品の内で、その部品の形状が表示部によって表示装置に表示する際のカム装置全体に対して占める領域を表す領域立体に影響を与える部品の形状と、その部品のカム装置全体の中での位置関係と、カム性能の特性値とが演算され、その結果が領域立体および数値として表示されるように構成され、前記メーカ設定プログラムは、前記顧客設定プログラムで顧客の条件を満足して出力された結果のパラメータを引数として取り込み、該引数によって顧客が設計したカム装置を細部構造まで含め精細度の制限なく再現されるように構成されていること、
   を特徴とする３次元設計支援用コンピュータプログラム。
3. 顧客設定プログラムは、カム装置のサイズと用途に応じて用意される基本３Ｄモデルを、顧客によって入力されたパラメータに応じ所要のカム装置を得るまで連続的に形状を変化させる機能と、その所要のカム装置に連結してカム性能の特性値を得る機能とを少なくとも有し構成されていること、
   を特徴とする請求項２に記載の３次元設計支援用コンピュータプログラム。
4. 顧客設定プログラムは、基本３Ｄモデルを連続的に形状を変化させる機能におけるその変化させる過程において、予め設定されている前記基本３Ｄモデルの変更可能な範囲を超えた場合、その変更可能な範囲を超えたことを通知するとともに次に選択すべき推薦基本３Ｄモデルを提示する機能も有すること、
   を特徴とする請求項２および請求項３に記載の３次元設計支援用コンピュータプログラム。

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