JP2011235401A

JP2011235401A - 三次元造形方法

Info

Publication number: JP2011235401A
Application number: JP2010109381A
Authority: JP
Inventors: Toshio Maeda; 敏男前田; Kosuke Ishimoto; 孝介石本
Original assignee: Matsuura Machinery Corp
Current assignee: Matsuura Machinery Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-11-24

Abstract

【課題】表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物に対する三次元造形において、孔及び／又は溝の周辺における切削表面の破壊を伴わずに、効率的な切削加工を可能とする構成を提供すること。
【解決手段】表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物２に対する回転工具３による三次元造形において、工具３が移動する二次元平面に孔及び／又は溝の形成領域４が存在する場合に、当該領域４における軌跡１を当該領域４の両外側に位置している軌跡１と同一の高さレベルを維持した状態にて連続して設定する一方、ＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって、前記軌跡１を設定することに基づき、前記課題を達成し得る三次元造形方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物の各高さ位置に応じて、二次元平面における閉ループを形成している工具の回転中心部又は工具の当該造形対象物に対する接触位置が移動する複数個の軌跡を外側から内側に向けて設定し、当該複数個の軌跡に沿って工具の回転中心を移動しながら切削を行うことによる三次元造形において、前記孔及び／又は溝が形成されている領域における軌跡の設定に関するものである。

表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物に対する三次元造形においては、必然的に造形の対象となる表面に孔及び／又は溝形成領域が出現することになる。

従来においては、孔及び／又は溝の形成領域４は本来切削の対象ではないために、図６に示すように、前記領域４外から当該領域４内に突入した段階において前記工具３の高さ位置を変更することによって造形対象物２に対する切削状態から離脱させたうえで、当該領域４を跨る状態にて工具３を移動させた後、前記領域４内から再び当該領域４外に突入する段階において、回転状態にある工具３を再び移動の基準となる軌跡１の位置に戻したうえで切削を継続するという作業を余議なくされている（尚、図６は溝ではなく孔の場合を示す。）。

しかしながら、前記のような工具３の高さ位置を変更することによる離脱状態を設定する作業は極めて煩雑であり、しかも、切削効率を著しく減殺させている。

従来技術においては、このような孔及び／又は溝の存在による切削効率の減殺を解決しようとする基本的発想が全く見当たらない。

因みに、立体成形方法及びその装置を対象としている特許文献１においては、造形表面に孔及び／又は溝を設けた場合には、その後更なる加工を要しないような成形方法を提唱しているが、工具３による切削を前提とする三次元造形において特許文献１のようなプロセスを採用した場合には、常に切削の後に孔及び／又は溝の加工を行うことにならざるを得ない。

しかしながら、切削によって表面加工を行った後に孔及び／又は溝を成形することによって当該孔及び／又は溝の周辺において切削によって形成された円滑な表面が破壊されるという弊害を免れることができない。

このように、従前の技術の状況及び特許文献１のような提唱内容からも明らかなように、表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物に対する切削加工を伴う三次元造形において、孔及び／又は溝の周辺における切削表面の破壊を伴わずに、効率的な切削加工を可能とする造形方法はこれまで提供されていない。

特開２０００−１２７２５１号公報

本発明は、表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物に対する三次元造形において、孔及び／又は溝の周辺における切削表面の破壊を伴わずに、効率的な切削加工を可能とする構成を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物の各高さ位置に応じて、二次元平面における閉ループを形成している工具の回転中心部又は工具の当該造形対象物に対する接触位置が移動する複数個の軌跡を外側から内側に向けて設定し、当該複数個の軌跡に沿って工具の移動によって切削を行うことによる三次元造形において、当該二次元平面に前記孔及び／又は溝が形成されている領域が存在する場合に、当該領域における軌跡を当該領域の両外側における軌跡と同一の高さレベルを維持した状態にて連続して設定している三次元造形方法、
（２）ＣＡＤシステムによって予め造形対象物の二次元平面における孔及び／又は溝の形成領域を設定したうえで、ＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって、前記（１）記載の軌跡を設定することによる三次元造形方法、
からなる。

前記基本構成（１）、（２）に基づいて、本発明においては、表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物に対する三次元造形において、孔及び／又は溝の周辺における切削加工表面の破壊を伴わずに、効率的な切削加工を実現可能とすることができる。

実施例１を説明する平面図である（尚、軌跡による矢印の方向は、工具の移動方向を示しており、かつこの点は図２、３、４においても同様である。）。実施例２を説明する平面図である。実施例３を説明する平面図である。本発明の基本原理を説明しており、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。ＣＡＭシステムにおいて、二次元平面における孔及び／又は溝の形成領域に対応する軌跡を設定するソフトウエアの作成を説明しており、（ａ）は前記ソフトウエアのベースとなるフローチャートを示しており、（ｂ）は前記フローチャートに対応する平面図である。従来技術において、工具が移動する高さ位置を変更することによって、切削状態から離脱し、再び切削状態に戻る状態を説明している側面図である。

前記基本構成（１）においては、更に効率的に三次元造形を実現する切削に際し、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、回転している工具３の移動軌跡１を孔及び／又は溝の形成領域４と当該領域４以外の領域における高さ位置を同一レベルに維持したうえで、前記領域４外に設定されている軌跡１と連続した軌跡１を作成し、従来技術のように、当該領域４から離脱し、全く異なる高さレベルに変更したうえで、前記領域４を跨った状態にて移動させ、再び移動の基準となる軌跡１に戻るような煩雑な作業をしないで済む点において基本的特色を有している（尚、図４は孔ではなく溝の場合を示す。）。

即ち、孔及び／又は溝の形成領域４という履歴の有無に拘らず、当該領域４の両外側に位置している軌跡１と同一高さレベルを維持した状態にて接続した軌跡１を設定することによって、本発明は、作業の効率化を実現している。
尚、前記領域４内の軌跡１においては、必然的に工具３は切削を伴わない空転を行うことになる。

孔及び／又は溝の形成領域４外の両側の軌跡１と接続する当該領域４内の軌跡１の典型例は、各実施例において後述するとおりである。
但し、孔及び／又は溝の形成領域４は本来切削が行われていない以上、当該領域４における軌跡１の形態は特に限定されている訳ではなく、しかも加工製品２０にその表面に対応する最終段階の移動に際しても、加工表面の形状に拘束される必要はない。

したがって、孔及び／又は溝の形成領域４内における軌跡１は、本来任意の形状に設定することができる。

しかしながら、全体の作業効率を考慮するならば、孔及び／又は溝の形成領域４内における軌跡１は、当該領域４の両外側に位置している軌跡１の方向を大幅に変更せず、しかも前記領域４内における軌跡１の長さを不用に大きく設定しないことが好ましいことは言うまでもない。

前記基本構成（２）は、造形対象物２において、ＣＡＤシステムが設定した二次元平面における孔及び／又は溝の形成領域４の存在を前提としたうえで、前記基本構成（１）の軌跡１をＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって設定することによって、更に効率的に三次元造形を行うことに基本的特色を有している。

即ち、孔及び／又は溝の形成領域４の有無に拘らず、工具３が移動する基本構成（１）の軌跡１をＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムが設定することによって三次元造形の自動化を一層促進していることを基本的特徴としている。

孔及び／又は溝の形成領域４の軌跡１については実施例１、２、３において後述するように、特定の形態を選択する場合がある。

前記のような特定の形態を選択する場合には、図５（ａ）のフローチャート及び当該フローチャートに対応する図５（ｂ）の平面図に示すように、
（イ）．二次元平面における孔及び／又は溝の形成領域４の表面における入口から当該表面から内部に食い込んだ底部に至るまでの両側の境界線に関する２個の直線方程式の設定（コンピュータメモリに設けられている（ｘ、ｙ）座標におけるｙ＝ａ_１ｘ＋ｂ_１、ｙ＝ａ_２ｘ＋ｂ_２における各係数のａ_１、ａ_２、並びにｂ_１、ｂ_２の設定）、
（ロ）．孔及び／又は溝の形成領域４外の両側に位置しかつ既に設定されている軌跡１の座標のうち、上記（イ）によって設定された２個の直線方程式に最も近い位置にある２個の座標の選択（両側に位置している軌跡１上の座標（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）のうち、ｙ_ｉとａ_１ｘ_ｉ＋ｂ_１との差、及びｙ_ｊとａ_２ｘ_ｊ＋ｂ_２との差がそれぞれ所定の精度範囲となるような２個の座標（ｘ_０、ｙ_０）及び（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）の選択（図５（ａ）のフローチャートにおいては、ｉ、ｊの初期値をそれぞれＩ、Ｊとしたうえで、前記精度範囲を充足するようなｉ、ｊにつきｉ＝０とし、ｊ＝ｍと設定している。軌跡１が所定の微細な距離による座標単位によって構成されていることを前提とした場合、フローチャートにおけるＩ→ｉ−１、Ｊ→ｊ−１の変化は既に設定されている軌跡１において個別の座標単位毎に直線方程式ｙ＝ａ_１ｘ＋ｂ_１及びｙ＝ａ_２ｘ＋ｂ_２に近付いて行くことを意味している。前記初期値Ｉは直線方程式ｙ＝ａ₁ｘ＋ｂ_１上の位置又はその近傍から所定の距離だけ離れた位置において、当該距離を形成するために必要な座標単位の数を選択しており、前記初期値Ｊは直線方程式ｙ＝ａ_２ｘ＋ｂ_２上の位置又はその近傍から所定の距離だけ離れた位置において、当該距離を形成するために必要な座標単位の数にｘ_ｍを加えた数値を選択している。尚、ｍに基づく座標（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）は、次の（ニ）において後述する座標（ｘ_ｎ、ｙ_ｎ）に隣接する位置にあるが、当該ｍはあくまで座標を表示するための符号の数値である以上、任意の数を選択することができる。）、
（ハ）．孔及び／又は溝の形成領域４内における軌跡１の基本的形状を規定する函数ｆ（ｘ）を選択すると共に、ｙ＝Ａｆ（ｘ）＋Ｂという各係数Ａ、及びＢを設定し、前記（ロ）によって選択された２個の座標位置（ｘ_０、ｙ_０）、及び（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）に基づく前記係数Ａ、Ｂの特定（ｙ_０＝Ａｆ（ｘ_０）＋Ｂ、及びｙ_ｍ＝Ａｆ（ｘ_ｍ）＋Ｂを充足するようなＡ、Ｂを設定）、
（ニ）．２個の座標（ｘ_０、ｙ_０）、及び（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）の間にあるｎ個の座標（ｘ_１、ｙ_１）、・・・（ｘ_ｋ、ｙ_ｋ）、・・・（ｘ_ｎ、ｙ_ｎ）についてそれぞれｙ_ｋ＝Ａｆ（ｘ_ｋ）＋Ｂの算出によって、各座標（ｘ_ｋ、ｙ_ｋ）の設定（図５（ａ）のフローチャートにおいては、孔及び／又は溝の形成領域４内における軌跡１につき、ｘ軸を基準とする座標単位を設定しており、ｋ→ｋ＋１は１個の座標単位だけｙ＝Ａｆ（ｘ）＋Ｂの方程式の軌跡１によって、個別の座標単位毎に順次位置が移動していることを意味している。）、
という作動順序によって孔及び／又は溝の形成領域４内の軌跡１を設定することができる。

前記函数ｆ（ｘ）は、一般式によって表現され得る場合と一般式によって表現され
得ず、個別の値ｘ_ｋに対し個別の値ｙ_ｋをデータとして記録している場合の双方が存在する。

前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）のような作動命令をＣＡＭシステムが有しているコンピュータに対し作動命令データとして入力することによって前記フローチャートに基づくプログラムを作成することができる。

そして、前記プログラムを作成した場合には、二次元平面において孔及び／又は溝の形成領域４外の軌跡１の設定のプログラムを前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）に基づくフローチャートのプログラムを連動させることによって、孔及び／又は溝の形成領域４内外における軌跡１を一体として設定することができる。

前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）のフローチャートに基づくプログラムの使用を前提としたうえで、孔及び／又は溝の形成領域４内における各軌跡１の選択につき、実施例に即して説明する。

実施例１は、前記基本構成（１）として図１に示すように、孔及び／又は溝の形成領域４内外における両側に位置している境界４０における軌跡１に対する接線の角度方向を境界外から境界内にそれぞれ延長し、各延長した直線同士を接合するか、又は他の直線又は曲線を介して接合することによって、当該領域４内の軌跡１を設定することを特徴としており、前記フローチャートに基づくソフトウエアによって、当該特徴に基づく軌跡１を設定している（尚図１は、延長した直線同士が接合している場合を示す。）。

そして前記ソフトウエアは、図１に示すように、孔及び／又は溝の形成領域４の両側の境界４０における軌跡１の接線による角度方向を両側の領域外から領域内に延長すると共に、両側からの延長した直線同士を接合するか、又は他の直線又は曲線を介して接合することによる形状に適合する函数ｆ（ｘ）を選択し、更に前記（ハ）の座標位置（ｘ_０、ｙ_０）及び（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）によってｙ＝Ａｆ（ｘ）+Ｂという一般式を設定している。

実施例２は、前記基本構成（１）として図２に示すように、孔及び／又は溝の形成領域４内外における両側に位置している境界４０における軌跡１が形成している曲率半径に基づく円弧を領域外から領域内にそれぞれ延長し、各延長した円弧同士を接合するか、又は他の直線又は曲線を介して接合することによって、当該領域４内の軌跡１を設定することを特徴としており、前記フローチャートに基づくソフトウエアによって、当該特徴に基づく軌跡１を設定している（尚図２は、同一の径による円弧同士が接合している場合を示す。）。

そして前記ソフトウエアは、図２に示すように、両側の孔及び／又は溝の形成領域４の境界４０位置における軌跡１が形成している曲率半径に基づく円弧を、両側の領域以外から境界内にそれぞれ延長した円弧を相互に接合するか、又は他の直線又は曲線を介して接合することによる形状に適合するような函数ｆ（ｘ）を選択し、更に前記（ハ）の座標位置（ｘ_０、ｙ_０）及び（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）によってｙ＝Ａｆ（ｘ）+Ｂという一般式を設定している。

実施例３は、前記基本構成（１）として図３に示すように、孔及び／又は溝の形成領域４内外における両側に位置している境界４０における軌跡１との交点を接合する直線によって、当該領域４内の軌跡１を設定することを特徴としており、前記フローチャートに基づくソフトウエアによって、当該特徴に基づく軌跡１を設定している。

そして前記ソフトウエアは、図３に示すように両側の孔及び／又は溝の形成領域４の境界４０において、当該領域４外の軌跡１を直線によって接合しており、当該直線に対応する函数ｆ（ｘ）を選択し、更に前記（ハ）のように座標位置（ｘ_０、ｙ_０）及び（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）によってｙ＝Ａｘ＋Ｂの一般式を設定している。

本発明は、表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物に対する切削を介した三次元造形の全分野に利用することができる。

１軌跡
２造形対象物
２０加工製品
３工具
４二次元平面における孔及び／又は溝の形成領域
４０孔及び／又は溝の形成領域の境界

Claims

表面に孔及び／又は溝が形成されている造形対象物の各高さ位置に応じて、二次元平面における閉ループを形成している工具の回転中心部又は工具の当該造形対象物に対する接触位置が移動する複数個の軌跡を外側から内側に向けて設定し、当該複数個の軌跡に沿って工具の移動によって切削を行うことによる三次元造形において、当該二次元平面に前記孔及び／又は溝が形成されている領域が存在する場合に、当該領域における軌跡を当該領域の両外側における軌跡と同一の高さレベルを維持した状態にて連続して設定している三次元造形方法。
孔及び／又は溝の形成領域内外における両側に位置している境界における軌跡に対する接線の角度方向を境界外から境界内にそれぞれ延長し、各延長した直線同士を接合するか、又は他の直線又は曲線を介して接合することによって、当該領域内の軌跡を設定することを特徴とする請求項１記載の三次元造形方法。
孔及び／又は溝の形成領域内外における両側に位置している境界における軌跡が形成している曲率半径に基づく円弧を領域外から領域内にそれぞれ延長し、各延長した円弧同士を接合するか、又は他の直線又は曲線を介して接合することによって、当該領域内の軌跡を設定することを特徴とする請求項１記載の三次元造形方法。
孔及び／又は溝の形成領域内外における両側に位置している境界における軌跡との交点を接合する直線によって、当該領域内の軌跡を設定することを特徴とする請求項１記載の三次元造形方法。
ＣＡＤシステムによって予め造形対象物の二次元平面における孔及び／又は溝の形成領域を設定したうえで、ＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって、請求項１記載の軌跡を設定することによる三次元造形方法。
ＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって、孔及び／又は溝の領域以外の軌跡を予め設定すると共に、孔及び／又は溝の領域における軌跡をＣＡＭシステムが作成したソフトウエアによって設定することを特徴とする請求項５記載の三次元造形方法。
ＣＡＭシステム作成のソフトウエアによって、孔及び／又は溝の領域内における請求項２、３、４の何れか一項に記載の軌跡を設定することを特徴とする請求項６記載の三次元造形方法。