JP2013012031A

JP2013012031A - 工具通過領域モデリング方法

Info

Publication number: JP2013012031A
Application number: JP2011144219A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mizutani; 政博水谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: JP5733520B2

Abstract

【課題】工具通過領域の形状の定義不能状態を極力回避可能とし、円弧部を含む工具通過領域のモデリング時間の短縮を可能とする。
【解決手段】工具通過領域モデリング方法において、工具経路を直線部と円弧部に分割する（３０１）。円弧部については、工具経路の内側と外側とに分割し、各々工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成（３０３〜３０５）した後、各工具通過領域を連結して円弧部の工具通過領域を作成する（３０７）。円弧部について工具経路の内側と外側とに分割して円弧部の工具通過領域を作成する（３０３〜３０５）ことで、円弧部における工具通過領域の形状の定義不能状態を極力回避する。
【選択図】図３

Description

本発明は、数値制御（ＮＣ：Numerical Control）による加工、特にＮＣフライス加工において、予め決められた工具経路に沿って工具を移動させる際にその工具が通過する領域（工具通過領域）をモデリングする工具通過領域モデリング方法に関するものである。

ＮＣフライス加工において、加工対象であるワーク上に配置されるクランプ等に用いる治具を三次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置等により設計するに当たっては、ワークの特定箇所の加工における工具通過領域（工具三次元形状の軌跡）をモデリングする必要がある。これは、工具通過領域に干渉しない治具を設計するため、つまり治具が加工用の工具に接触や衝突等しないようにするためである。
そこで、従来から工具通過領域のモデリングが行われている。例えば、面図形をスイープして三次元モデルを形成する方法（特許文献１）をその機能の１つとして有するＣＡＤ装置を用い、同ＣＡＤ装置の作業者が、予め決められた工具経路と工具の三次元形状（データ）とを使用して手動によりモデリングを行っていた。

特開平８−３３９４５５号公報

上記のように従来は、工具通過領域のモデリングをＣＡＤ装置を用いて手動で行っていたため、多くの工数、リードタイムを要した。
中でも、工具形状と工具経路との幾何学的関係、特に、工具径と工具経路の円弧部における円弧径との大小関係によっては、工具通過領域の形状を定義できない場合が少なくない。このため、多くの部分の工具通過領域が作成可能でありながら上記の定義不能部分が隘路となって、全体の工具通過領域の作成（工具通過領域モデリング）に多大な手間、時間を要するということが少なくなかった。

本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、工具通過領域の形状の定義不能状態を極力回避することができ、円弧部を含む工具通過領域の作成時間を短縮できるようにした工具通過領域モデリング方法を提供することを課題とする。

上記課題は、工具通過領域モデリング方法を下記各態様の構成とすることによって解決される。
各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴及びそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、１つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではなく、一部の事項のみを取り出して採用することも可能である。

以下の各項のうち、（１）項が請求項１に、（２）項が請求項２に、各々対応する。（３）項は請求項に係る発明ではない。

（１）数値制御によるワークの加工において予め決められた工具経路に沿って工具を移動させる際に該工具が通過する領域をモデリングする工具通過領域モデリング方法において、前記工具経路を直線部と円弧部に分割し、前記直線部については、前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成し、前記円弧部については、前記工具経路の内側と外側とに分割し各々前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成した後、各工具通過領域を連結して前記円弧部の工具通過領域を作成し、作成された前記直線部の工具通過領域及び前記円弧部の工具通過領域を前記工具の前記工具経路上の移動順序に合わせて連結して工具通過領域モデルを作成することを特徴とする工具通過領域モデリング方法。
上記数値制御によるワークの加工としては、工具下端面に切削刃を備えて、面の切削を行うＮＣフライス加工が適例である。
スイープとは、三次元グラフィックのモデリング技法の１つであって、平面に描かれた図形をある軌跡に沿って移動して立体化する手法を指す。直線状に移動すれば押し出しと同じ結果になる。軌跡をパラメータで定義することでひねりや回転を付加できる。
工具経路の始端部及び終端部については、工具形状そのままが工具通過領域（工具三次元形状の軌跡）とされる。
（２）前記円弧部については、前記工具経路の内側と外側とに分割し、前記工具経路の外側については、前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成し、前記工具経路の内側については、工具形状のうち、その半径が前記工具経路の円弧部の半径より大きくなる部分と同じか小さくなる部分とに分割し、前記の工具形状の半径が工具経路の円弧部の半径と同じか小さくなる部分については、前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成した後、各工具通過領域を連結して前記円弧部の工具通過領域を作成することを特徴とする（１）項に記載の工具通過領域モデリング方法。
工具形状の半径が工具経路の円弧部の半径より大きくなる部分については、本項（２）に記載の発明の適用外であって、この部分の工具通過領域は作成しない。
（３）（１）項又は（２）項に記載の工具通過領域モデリング方法により作成された工具通過領域モデルを用いて、ワーク上に配置する治具を含む部材を設計することを特徴とするＣＡＤ装置。
本項（３）に記載の発明によれば、工具通過領域を干渉（工具に接触や衝突等）しない治具等の部材の設計を容易にすることができる。

（１）項に記載の発明では、工具通過領域モデリング方法において、工具経路を直線部と円弧部に分割する。そして円弧部については、工具経路の内側と外側とに分割し、各々工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成した後、各工具通過領域を連結して円弧部の工具通過領域を作成するようにした。
したがって、円弧部における工具通過領域の形状の定義不能状態を極力回避することができ、円弧部を含む工具通過領域の作成（工具通過領域モデリング）時間を短縮できる。
（２）項に記載の発明では、（１）項に記載の発明において、工具経路の円弧部の外側については、工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成し、工具経路の内側については、工具形状のうち、その半径が工具経路の円弧部の半径より大きくなる部分と同じか小さくなる部分とに分割する。そして、工具形状の半径が工具経路の円弧部の半径と同じか小さくなる部分については、工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成した後、各工具通過領域を連結して円弧部の工具通過領域を作成するようにした。
したがって、工具形状の半径が工具経路の円弧部の半径より大きくなる部分が生じない限り、円弧部における工具通過領域の形状の定義不能状態を回避することができ、円弧部を含む工具通過領域モデルの作成時間を大幅に短縮できる。
なお、（３）項に記載の発明は、本発明（特許請求の範囲に記載した発明）ではないので、上記課題を解決するための手段の欄に、その効果を述べた。

工具通過領域のモデリングが行われる工具経路の一例をワークと共に示す斜視図である。円弧部を含む工具経路における工具通過領域のモデリング開始時の概略説明図である。本発明の一実施形態に係る工具通過領域モデリング方法を説明するためのフローチャートである。図２に示す工具通過領域モデリング方法により作成される工具通過領域の各部分の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、ＮＣフライス加工における、工具通過領域のモデリングが行われる円弧部を含む工具経路の一例をワークと共に示す斜視図である。
この図において、１はワーク、２はフライス工具、３は工具経路、４は治具等の部材を示す。

上記フライス工具２（以下、単に工具と記す。）は、下端面に切削刃２ａを備え、軸周り方向に回転しながらワーク１上を移動して所定面の切削を行う。図示例では、ワーク１上の所定の被加工部、詳しくはワーク側面から突出する所定の複数の被加工部１ａの先端面１ｂの切削加工を順次行う。

工具経路３は、上記切削加工の際に工具２が移動する経路、詳しくは工具２の移動時における工具中心位置の二次元平面上の経路（データ）を指す。図示例では、加工面であるワーク１の側面上に設定されている。上記の二次元平面に直交する軸方向に同二次元平面を移動させて新たな工具経路３を設定することにより、三次元空間内の所望の二次元平面上における切削加工も可能である。

この工具経路３を工具２が移動すると、同工具２の工具通過領域（工具三次元形状の軌跡）が描かれる。この描かれる工具通過領域をモデリングすることにより、工具通過領域を干渉、つまり工具２に接触や衝突等しない治具等の部材４の設計が可能となる。
治具等の部材４としては、ワーク１上に配置されるクランプ等に用いる治具が挙げられる。治具等の部材４の設計とは、同部材４の外形状、大きさ、あるいは配置位置等、工具通過領域を干渉する原因となる各種要素の設計を指す。
工具経路３は、図２に簡略化して示すように、通常、直線部３ａ及び円弧部３ｂを含む。

次に、図１〜図４を参照して本実施形態による工具通過領域（工具三次元形状の軌跡）のモデリングの手順について説明する。
ここでは、図１、図２に示すように、工具２を工具経路３に沿って移動させてワーク１を、詳しくはワーク１上の複数の被加工部１ａの先端面１ｂを、切削加工する場合について説明する。本実施形態は、例えば三次元ＣＡＤ装置を含む三次元図形処理装置等で実行される。

図３において、まずステップ３０１では、工具経路３を直線部３ａと円弧部３ｂ（図２参照）とに分割する。
ワーク１、同ワーク１上の工具経路３及び工具２（図１、図２参照）は予め決められており、例えば三次元ＣＡＤ装置に記憶されている。ステップ３０１では、三次元ＣＡＤ装置に記憶されている工具経路３を読み出し、直線部３ａと円弧部３ｂとに分割する。
本実施形態において、上記ワーク１及び工具２は三次元形状データにより設定され、工具経路３は上記三次元形状データが設定された三次元空間内の二次元平面（ワーク側面）上のデータにより設定され、各データは共通の原点で表わされている。

ステップ３０２では、上記工具経路３の直線部３ａ及び円弧部３ｂのうち、直線部３ａについて、工具経路３に沿って工具断面形状２ｂ〔図４（ａ）参照〕をスイープし、直線部３ａにおける工具通過領域４１（４１ａ，４１ｂ）〔図４（ｂ）参照〕を作成する。
ここでスイープとは、三次元グラフィックのモデリング技法の１つであって、平面に描かれた図形をある軌跡に沿って移動して立体化する手法を指す。具体的には、工具断面形状２ｂを工具経路３に沿って移動して工具通過領域（工具三次元形状の軌跡）を作成する方法を指す。

上記工具経路３の円弧部３ｂについては、その外側３ｃと内側３ｄ〔図２、図４（ａ）参照〕とに分割し、外側３ｃにつき、ステップ３０３を実行する。すなわちステップ３０３において、工具経路３に沿って工具断面形状２ｂをスイープし、円弧部３ｂの外側３ｃにおける工具通過領域４２〔図４（ｃ）参照〕を作成する。

上記工具経路３の円弧部３ｂの内側３ｄについては、ステップ３０４において、工具２の形状（工具形状、詳しくは工具三次元形状）のうち、その半径ｒ（ｒ１，ｒ２，ｒ３）が工具経路３の円弧部３ｂの半径Ｒに対して、大きくなる部分（ｒ＞Ｒ部分）３ｅと、同じか小さくなる部分（ｒ≦Ｒ部分）３ｆとに分割する〔ｒ，Ｒにつき図２、３ｅ，３ｆにつき図４（ａ）参照〕。

ステップ３０５では、上記工具経路３の円弧部３ｂの内側３ｄについて、工具２の形状のうち、その半径ｒが工具経路３の円弧部３ｂの半径Ｒに対して同じか小さくなる部分（ｒ≦Ｒ部分）３ｆについて、工具経路３に沿って工具断面形状２ｂをスイープし、同部分３ｆにおける工具通過領域４３〔図４（ｄ）参照〕を作成する。
上記工具経路３の円弧部３ｂの内側３ｄについて、工具２の形状のうち、その半径ｒが工具経路３の円弧部３ｂの半径Ｒに対して大きくなる部分（ｒ＞Ｒ部分）３ｅについては、本実施形態においてその部分の工具通過領域の自動作成は不要（次ステップ３０７における連結時に工具通過領域４１に完全に包含されるため）であり、同部分の工具通過領域は作成しない（ステップ３０６）。

ステップ３０７では、以上のように作成した各工具通過領域４１〜４３を工具２の工具経路３上の移動順序に合わせて連結する。すなわち、ステップ３０２で作成された直線部３ａの工具通過領域４１（４１ａ，４１ｂ）〔図４（ｂ）参照〕、ステップ３０３で作成された工具経路３の円弧部３ｂの外側３ｃにおける工具通過領域４２〔図４（ｃ）参照〕、ステップ３０５で作成された同上円弧部３ｂの内側３ｄにおける工具通過領域４３〔図４（ｄ）参照〕を、工具２の工具経路３上の移動順序に合わせて連結する。
工具経路３の始端部及び終端部については、工具形状そのままが、実際には直線部３ａの工具通過領域４１（４１ａ，４１ｂ）部分と重複する部分は除かれるので工具２の半割形状が、工具通過領域４４，４５とされて隣接する工具通過領域４１（４１ａ，４１ｂ）に、上記工具通過領域４１〜４３の連結の際に連結され、工具通過領域モデル（一連の工具通過領域）４０が完成する。

上述した本実施形態の効果を図２、図４を参照して説明すると、本実施形態によれば、工具通過領域モデリング方法において、工具経路３を直線部３ａと円弧部３ｂに分割する。そして円弧部３ｂについては、工具経路３の内側３ｄと外側３ｃとに分割し、各々工具経路３に沿って工具断面形状２ｂをスイープして工具通過領域４２を作成した後、各工具通過領域４２，４３を連結して円弧部３ｂの工具通過領域（４２＋４３）を作成するようにした。
特に、工具経路３の円弧部３ｂの外側３ｃについては、工具経路３に沿って工具断面形状２ｂをスイープして工具通過領域４２を作成し、工具経路３の内側３ｄについては、工具形状のうち、その半径ｒが工具経路３の円弧部３ｂの半径Ｒより大きくなる部分３ｅと同じか小さくなる部分３ｆとに分割する。そして、工具形状の半径ｒが工具経路３の円弧部３ｂの半径Ｒと同じか小さくなる部分３ｆについては、工具経路３に沿って工具断面形状２ｂをスイープして工具通過領域４３を作成した後、各工具通過領域４２，４３を連結して円弧部３ｂの工具通過領域４２＋４３を作成するようにした。
したがって、工具形状の半径ｒが工具経路３の円弧部３ｂの半径Ｒより大きくなる部分３ｅが生じない限り、円弧部３ｂにおける工具通過領域の形状の定義不能状態を回避することができ、円弧部３ｂを含む工具通過領域モデル４０の作成時間を大幅に短縮できる。

１：ワーク、２：フライス工具、３：工具経路、４：治具等の部材、３ａ：工具経路の直線部、３ｂ：工具経路の円弧部、３ｃ：円弧部の外側、３ｄ：円弧部の内側、３ｅ：工具形状の半径が工具経路の円弧部半径よりも大きくなる部分、３ｆ：工具形状の半径が工具経路の円弧部半径と同じか小さくなる部分、４１〜４５：工具通過領域（工具三次元形状の軌跡）、４０：工具通過領域モデル。

Claims

数値制御によるワークの加工において予め決められた工具経路に沿って工具を移動させる際に該工具が通過する領域をモデリングする工具通過領域モデリング方法において、
前記工具経路を直線部と円弧部に分割し、
前記直線部については、
前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成し、
前記円弧部については、
前記工具経路の内側と外側とに分割し各々前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成した後、各工具通過領域を連結して前記円弧部の工具通過領域を作成し、
作成された前記直線部の工具通過領域及び前記円弧部の工具通過領域を前記工具の前記工具経路上の移動順序に合わせて連結して工具通過領域モデルを作成することを特徴とする工具通過領域モデリング方法。
前記円弧部については、
前記工具経路の内側と外側とに分割し、
前記工具経路の外側については、前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成し、
前記工具経路の内側については、工具形状のうち、その半径が前記工具経路の円弧部の半径より大きくなる部分と同じか小さくなる部分とに分割し、
前記の工具形状の半径が工具経路の円弧部の半径と同じか小さくなる部分については、前記工具経路に沿って工具断面形状をスイープして工具通過領域を作成した後、各工具通過領域を連結して前記円弧部の工具通過領域を作成することを特徴とする請求項１に記載の工具通過領域モデリング方法。