JP2011183528A - 自動プログラミング装置、およびその動作プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 自動プログラミング装置101は、加工領域形状に対する工具姿勢を定義する工具姿勢定義部140を備え、さらにこの工具姿勢定義部140は、加工領域形状を構成する形状要素の情報から工具姿勢を決定する点を所定の方法により抽出する工具姿勢決定点抽出部と、工具姿勢を決定する点における工具姿勢を所定の方法により求める工具姿勢演算部を含んで構成されているので、旋回軸を有するNC工作機械の工具経路向けの工具姿勢を定義でき、CAMを用いなくても、簡単な操作でNCプログラムを生成することができる。
【選択図】 図1
Description
(1)特許文献1に開示されている方法によれば、操作は比較的簡易だが加工面に対して工具が垂直に限られてしまう。
(2)特許文献2に開示されている方法によれば、工具姿勢に対応するよう作成した格子点と形状座標とを突き合せながら工具姿勢情報を与えなければならない。
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る自動プログラミング装置の概略構成を示したブロック図である。なお、図中矢印は主たる動作の流れを示している。本実施の形態の自動プログラミング装置101においては、1軸以上の旋回軸を有するNC工作機械に適用される制御指令情報(NCプログラム)を生成する自動プログラミング装置を想定しており、一例としてC軸に旋回軸を備えたNC工作機械に適用するものであり、少なくとも、加工領域形状に関する情報である加工領域情報、工具に関する情報である工具情報、加工条件に関する情報である加工条件情報を含む加工情報が入力される加工情報入力部110、加工情報入力部110から入力された加工情報を記憶する加工情報記憶部120、加工情報記憶部120で記憶された加工情報から加工領域形状を定義する加工領域形状定義部130、加工情報記憶部120で記憶された加工情報と前記加工領域形状定義部130で定義された加工領域形状の形状要素情報から工具姿勢を決定する点を抽出し、さらに各工具姿勢決定点における工具姿勢情報を定義する工具姿勢定義部140、加工情報記憶部120で記憶された加工情報に基づいて、工具姿勢定義部140で定義された工具姿勢情報を修正する工具姿勢修正部150、加工情報と、加工領域形状と、工具姿勢情報とに基づいてNCプログラム(加工データ)を生成するNCプログラム生成部160と、を備えており、例えばマシニングセンタによる加工動作を制御するものである。
まず、加工領域形状を定義する処理について説明する。加工情報入力部110から、少なくとも、加工領域情報、工具情報、加工条件情報を含む加工情報が入力され、加工情報記憶部120に記憶される。入力される具体的な加工情報としては、例えば加工領域情報として加工領域形状400、加工条件情報として等高線加工による側面仕上げ加工、及び送り速度が一定といった情報が入力される。そして、加工情報に含まれる加工方向に垂直な平面を基準平面とする。本実施の形態の加工では加工方向はZ軸方向となるので、基準平面はXY平面となる。加工領域形状400の上面部の輪郭形状を401、底面部の輪郭形状を402としたとき、加工領域形状400を基準平面に投影して生成される投影形状を、形状410とする。
次に、工具姿勢を定義する処理について述べる。上記のように、工具姿勢定義部140において、加工情報記憶部120で記憶された加工情報と加工領域形状定義部130で定義された加工領域形状の形状要素情報に基づき、工具姿勢決定点抽出部141が工具姿勢を決定する点を抽出し、さらに工具姿勢演算部142が各工具姿勢決定点における工具姿勢情報を定義する。まず、加工領域形状に対して工具姿勢を定義する位置である工具姿勢決定点を決める。工具姿勢の定義位置が多数あればそれだけ操作者の意図がよく反映されるが、そのぶん定義操作が煩雑になってくる。そのため、例えば、要となるような形状特徴を表す位置や形状特徴に変化が生じる位置などでの工具姿勢情報を定義し、その他の位置では定義済みの工具姿勢情報に基づいた工具姿勢を求めるようにしてもよい。なお、本実施の形態は、等高線加工による側面仕上げ加工であるので、図4の加工領域形状400の上面部の輪郭形状401を対象として以降の処理を行う。
本実施の形態では、輪郭形状401に対して、要となるような形状特徴を表す工具姿勢決定点は、各形状要素の端点と中点が妥当であると判断される。具体的には図5に示すように、端点511、512、513、514、515、516、517、518と、中点521、522、523、524、525、526、527、528である。工具姿勢決定点抽出部141は、これらの工具姿勢を決定する点を、加工情報記憶部120で記憶された加工情報と加工領域形状定義部130で定義された加工領域形状の形状要素情報とから、所定の方法により自動的に抽出する。なお、その他の位置での工具姿勢は、後述する工具姿勢定義方法により上記の工具姿勢決定点における工具姿勢情報が定義された後、例えば補間処理などを用いて求めることができる。
具体的には図6に示すように、旋回角度の基準軸をZ軸610周りの回転軸であるC軸、傾斜角度の基準方向をZ軸610とした場合に、輪郭形状401上の工具姿勢決定点601における工具姿勢600は、基準平面602上での工具の旋回角度603と、工具が旋回角度603を取るときの工具中心軸を通り、かつ基準平面602に垂直な傾斜角平面604上で基準とするZ軸正方向からの工具の傾斜角度605により定義される。なお、図中の輪郭形状は直線であるが曲線の場合でも同様な考えにより行われる。また、基準平面602上のベクトル606は工具の旋回角度を示すものであり、以下、旋回角度ベクトルとする。
d[mm]:基点から所望の工具姿勢決定点までの輪郭形状401上の距離
θ[rad]:基点における旋回角度ベクトルと所望の工具姿勢決定点における
旋回角度ベクトルがなす角度
とする場合に、
θ=2πd/L
となる。
そのために傾斜角平面上で干渉回避可能な傾斜角903を簡易的に求める。図10は傾斜角平面901上で工具姿勢決定点512において工具と工具ホルダ1001の中心軸1002の傾斜角が0°の状態の模式図である。図中の斜線部分1010は非加工領域であり、加工が進み加工深さが深くなるとこの非加工領域に工具ホルダが侵入した状態が発生することがあり、この場合を干渉と呼ぶ。本実施の形態では、工具ホルダの幾何形状と非加工領域の幾何形状とをモデル化して干渉を考える。
α[rad]:工具および工具ホルダの簡易モデルにおいて、中心軸と母線がなす角
γ[rad]:所望の工具姿勢決定点における傾斜角度
とする場合に、
加工対象面と工具の干渉が発生しないための傾斜角度γは、
γ>α−θ
を満たす必要がある。
次に、工具姿勢修正部150の動作について述べる。工具姿勢修正部150においては、加工情報記憶部120で記憶された加工情報と工具姿勢定義部140で定義された工具姿勢情報から、工具姿勢干渉検出部151において非加工領域形状と加工工具とが干渉するか否かが判断される。そして、干渉する場合には、工具姿勢干渉検出部151により、干渉部位が検出され、工具姿勢情報表示部152に表示される。そして、工具姿勢情報修正部153を介して操作者により、工具姿勢が変更された場合には、工具姿勢再演算部154において修正された情報に基づいて工具姿勢情報の再演算が行われる。先に述べたように、工具姿勢決定点の位置では定義された工具姿勢をとり、工具姿勢決定点以外の位置では工具姿勢決定点での工具姿勢に基づいた工具姿勢をとる。本実施の形態の工具姿勢は、加工中の工具および工具ホルダと加工対象面以外の領域との干渉を考慮していない。そのため、工具姿勢をそのまま用いて加工した場合には干渉が発生する可能性がある。これを避けるために、本実施の形態では工具姿勢干渉検出部151により、干渉する恐れのある部位を検出する。干渉を検出する方法については、従来技術を応用すればよく、例えば工具姿勢再演算部154での傾斜角算出に用いた工具と工具ホルダの簡易モデルを工具の動きに沿って動かし、その移動領域と非加工領域との干渉部位を検出するなどの手法により実現できる。
工具姿勢情報表示部152において干渉発生が表示された場合あるいは、設定した工具姿勢を変更したい場合には、次の工具姿勢情報修正部153において工具姿勢情報を修正し、さらに工具姿勢再演算部154により修正された工具姿勢情報から工具姿勢の再演算を行う。再演算結果は、上記工具姿勢干渉検出部151からの処理を繰り返し、操作者が所望の工具姿勢が得られるまで繰り返せばよい。なお、工具姿勢定義部140で、工具姿勢の共有化を行っている工具姿勢情報が修正された場合には、共有しているその他の工具姿勢も同時に修正することもできる。
工具姿勢情報修正部153において、操作者の所望の工具姿勢が得られたならば次のNCプログラム生成部160においてNCプログラムが生成され、NCプログラム解析処理部102を介してNC装置103に渡されたNCプログラムに則って加工を行えばよい。
102 NCプログラム解析処理部
103 NC装置
110 加工情報入力部
120 加工情報記憶部
130 加工領域形状定義部
140 工具姿勢定義部
150 工具姿勢修正部
160 NCプログラム生成部
141 工具姿勢決定点抽出部
142 工具姿勢演算部
151 工具姿勢干渉検出部
152 工具姿勢情報表示部
153 工具姿勢情報修正部
154 工具姿勢再演算部
Claims (7)
- 加工領域形状に関する情報、工具に関する情報、加工条件に関する情報を少なくとも含んだ加工情報が入力され、入力された前記加工情報を解析して1軸以上の旋回軸を有するNC工作機械に適用されるNCプログラムを生成する自動プログラミング装置において、
前記加工領域形状に対する工具姿勢を定義する工具姿勢定義部は、
前記加工領域形状を構成する形状要素の情報から工具姿勢決定点を所定の方法により抽出する工具姿勢決定点抽出部と、
前記工具姿勢決定点における工具姿勢を所定の方法により求める工具姿勢演算部と、から成る
ことを特徴とする自動プログラミング装置。 - 前記工具姿勢定義部は、前記工具姿勢決定点を抽出する際に、加工方向に対して垂直な平面で前記加工領域形状を切断した場合の切断面上に存在する点の情報と、前記加工方向に対して平行な平面で前記加工領域形状を切断した場合の切断面上に存在する点の情報とに基づいて、前記工具姿勢決定点を定義する
ことを特徴とする請求項1に記載の自動プログラミング装置。 - 前記工具姿勢定義部は、加工方向に対して垂直な平面上に投影された工具中心軸の形状情報と、前記加工方向に対して平行な平面上に投影された工具中心軸の形状情報とに基づいて、工具姿勢を定義する
ことを特徴とする請求項1に記載の自動プログラミング装置。 - 前記工具姿勢定義部は、入力された加工領域形状に関する情報に対して、前記加工領域形状の構成要素が同一の形状特徴を含む場合に工具姿勢情報を共有する
ことを特徴とする請求項1に記載の自動プログラミング装置。 - 前記工具姿勢定義部は、工具姿勢を定義する際に、基準とする軸まわりに工具軸を回転させながら加工する際の工具軸の回転運動の角速度を指標とした工具姿勢を定義することができる
ことを特徴とする請求項1に記載の自動プログラミング装置。 - 前記工具姿勢定義部は、角速度を指標とした工具姿勢を定義する際に、工具軸の回転運動の基準となる回転軸を操作者が指定できる
ことを特徴とする請求項5に記載の自動プログラミング装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の自動プログラミング装置を動作させる
ことを特徴とする動作プログラム。
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