JP2019171533A - 工具選定装置、方法、及びプログラム、並びにncプログラム作成システム - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、3次元形状の加工において、各工程の面精度に基づいて複数工程の工程順序を決定する方法が開示されている。
特許文献2には、摩擦を考慮して選定した切削工具を用いて、3次元曲面の切削加工を行う切削加工方法が開示されている。
しかしながら、このような曲面複合型の工具を用いて複曲面を有する場合には、作業者が手動で加工条件設定を行う必要があり、労力や時間を要する。更に、複曲面の加工ではそもそもその加工に適した曲率半径や径などをもつ曲面複合型の工具を選定することが難しいといった問題があった。
図1は、本発明の一実施形態に係るNC(Numerical Control:数値制御)プログラム作成システム1のハードウェア構成の一例を示した概略構成図である。NCプログラム作成システム1は、図1に示すように、コンピュータシステム(計算機システム)であり、例えば、CPU11、CPU11が実行するプログラム及びこのプログラムにより参照されるデータ等を記憶するための補助記憶装置12、各プログラム実行時のワーク領域として機能する主記憶装置13、ネットワークに接続するための通信インターフェース14、キーボードやマウス等からなる入力部15、及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部16等を備えている。これら各部は、例えば、バス18を介して接続されている。補助記憶装置12は、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が一例として挙げられる。
工具選定部21は、複曲面を含む構造体を切削加工して形成する場合に、その加工に適した工具を自動で選定する機能を有する。工具選定部21は、例えば、解析部211と、選定部212とを主な構成として備えている。
解析部211は、例えば、形状データに基づく形状モデルを複数の加工領域に分類し、各加工領域の形状または各加工領域の加工面における曲率情報に基づいて、加工領域毎に工具の送り方向及びピックフィード方向を決定する。そして、加工領域毎に、加工面内における最小曲率半径に関する値及びピックフィード方向の最大曲率半径に関する値を含むパラメータが記録されたパラメータ情報を作成する。
図3、図4に示すように、形状モデルは、例えば、所定の曲率半径を有するワーク(航空機外板)Wに対して所定間隔で配列された複数のポケットM1、M2が形成された加工形状を有している。図4に示すように、ポケットM1、M2は、4つコーナー部Cnが曲面とされた略長方形の加工面Msとされ、加工面Msの外周面にフィレット部FLが形成されている。ポケットM1のフィレット部FLと、ポケットM2のフィレット部FLとは異なる曲率半径とされている。
2)各加工領域Uを2次元平面に投影することにより加工領域Uの外接四角形を作成し、外接四角形の長辺、短辺を設定し、最大曲率半径が大きい辺を送り方向、小さい方をピックフィード方向として設定する。
3)CADモデルのXY軸方向のうち、最大曲率半径が大きい軸を送り方向、小さい方をピックフィード方向として設定する。
選定部212は、上記バレル工具、レンズ工具、ハイブリッド工具等の曲面複合型の工具の中から各加工領域Uを加工するのに適した工具を選定する。
例えば、すでに、加工領域を加工する工具リストが設定されている場合には、各加工領域に対して工具リストから最も適した工具を割り当てることとなる。
図9に工具リストの一例を示す。図9に示した工具リストでは、各工具について、工具の種類、ノーズ半径Ns_R、レンズ半径Ls_R,ノーズ高さNs_H、底刃径Ls_D、工具径Cu_D、工具の最小許容曲率半径MinCrが登録されている。ここで、最小許容曲率半径MinCrは、レンズ半径Ls_R、食い込み許容量I、及び底刃径Ls_Dに応じて決まるパラメータであり、レンズ半径Ls_R、食い込み許容量I、及び底刃径Ls_Dを公知の関数に代入することで算出される値である。ここで、食い込み許容量Iとは、目標加工面に対して削りすぎてしまった場合の深さの許容量をいう。
続いて、選定部212は、抽出した上記各要素の値に基づいて、以下の第1条件及び第2条件を満たす工具を工具リストの中から抽出する。
第2条件は、以下の(A)〜(C)の条件を全て満たすことである。
(A)底刃部の径(具体的には、レンズ半径Ls_R)がコーナー部の曲率半径Cn_rの2倍以下であること。
(B)工具の最小許容曲率半径MinCrが加工面における最小曲率半径MinCt_r以下であること。
(C)側刃部の高さがフィレット部の高さFl_h以上であること。
この場合、まず、形状モデルのパラメータテーブルPTを取得し、フィレット部の曲率半径Fl_rに基づいてパラメータテーブルPTを複数のグループに区分する。例えば、図7に示したパラメータテーブルでは、フィレット部の曲率半径Fl_rとして、A、B、Cの3つの値が登録されている。したがって、図10に示すように、図曲率半径Fl_rがAのグループG1と、BのグループG2と、CのグループG3とに区分する。
すなわち、選定部212は、グループ毎にMinCn_rの最小値Min(MinCn_r)、MinCt_rの最小値Min(MinCt_r)、Fl_hの最大値Max(Fl_h)を抽出する。
例えば、選定部212は、ノーズ半径とフィレット部の曲率半径との差が所定値以内であり(Ns_R≒Fl_r)、レンズ半径とグループにおけるコーナー部の曲率半径の最小値の2倍との差が所定値以内であり(Ls_R≒Min(MinCn_r)×2)、工具の許容最小曲率半径と加工面における最小曲率半径の最小値との差が所定値以内であり(MinCr≒Min(MinCt_r))、ノーズ高さとフィレット部の高さの最大値との差が所定値以内(Ns_H≒Max(Fl_h))である工具を選定する。なお、用意可能な工具の中に上記条件を全て満たす工具がない場合には、最も近い特徴を有する工具を選定する。これにより、1つのグループに対して1つの工具が選定される。また、決定された工具の情報は、パラメータテーブルに登録される。図11に工具情報が登録されたパラメータテーブルPTの一例を示す。
例えば、上述までの工具の設定では、フィレット部の曲率半径が同じ加工領域について同じ工具が割り当てられることとなる。しかしながら、フィレット部の曲率半径が同じであっても他の要素、例えば、加工面Ms内の最小曲率半径やコーナー部の曲率半径が違う場合には、その特徴に合わせて更に適切な工具を選択した方が、加工効率が向上する場合がある。例えば、上記第1条件、第2条件では、グループ内において加工面内の最小曲率半径が最も小さい加工領域に合わせて、また、グループ内においてコーナー部の曲率半径が最も小さい加工領域に合わせて工具を選定している。したがって、例えば、これらのパラメータよりも大きな値を有する加工領域については、ノーズ半径やレンズ半径の大きな工具を用いることが可能であり、それにより加工効率が向上する。したがって、選定部212は、加工効率の更なる向上、換言すると、加工時間の短縮を図るために、グループ毎に各要素の加工時間に関する加工評価値を演算し、各グループの各要素のばらつき量に応じて追加工具を設定する処理を行う。
なお、上記例では、ピックフィード量に関する加工評価値Npを累積した合計加工評価値ΣNpに基づいて、追加工具を設定する対象グループを選択することとした。この方法では、加工時間の長い対象グループ(例えば、グループにおける加工領域Uの面積が大きいグループ)が選択される可能性が高い。したがって、このような累積値に加えて、または、代えて、各グループの合計加工評価値ΣNpをそのグループに属する加工領域Uの面積で割ることにより得られる加工評価値の面積平均値を用いて、工具を追加するグループを決定することとしても良い。
例えば、選定部212は、対象グループにおける加工面の最小曲率半径MinCt_rの変動係数(=標準偏差/平均値)と、対象グループにおけるコーナー部の曲率半径Cn_rの変動係数との差分が予め設定されている閾値よりも小さい場合には、手法1を採用し、該差分が予め設定されている閾値以上の場合には、手法2を採用する。
手法1は、加工面の最小曲率MinCt_rと、コーナー部の曲率半径Cn_rの両方を用いて追加工具選定のための新たな閾値を決定する手法である。以下、新たな閾値を決定する方法をわかりやすく説明するために、便宜上、図12に示すようなパラメータテーブルの具体例を用いて概念的に説明する。例えば、対象グループに属する加工領域Uがp個存在している場合を例に挙げて説明する。
手法2は、コーナー部の曲率半径Cn_rと、加工面の最小曲率MinCt_rとのうち、変動係数の大きな方の要素のみを用いて追加工具選定のための新たな閾値を決定する手法である。
まず、選定部212は、対象グループにおけるコーナー部の曲率半径Cn_rの変動係数と、対象グループにおける加工面の最小曲率半径MinCt_rの変動係数(=標準偏差/平均値)とを演算し、変動係数が大きい方の要素を特定する。そして、対象グループに属する各加工領域Uのパラメータ情報を特定した要素について小さい順に並び替え、小さい順にその加工領域Uにおける加工評価値Npを累積し、累積値ΣNpが以下の(7)式を満たすときの要素のパラメータ値を閾値として選定する。
なお、上記工具の追加選定は、例えば、予め設定された所定数まで行われてもよいし、工具が追加される度に、工具が追加される前後における加工効率を評価し、加工効率が低下するまで工具追加を繰り返し行うこととしてもよい。
まず、解析部211は、形状モデルの形状データを取得し(SB1)、この形状データで表される形状モデル上に各加工領域Uを設定する(SB2)。続いて、各加工領域Uを更に各種加工要素に分類し、分類した各要素に識別情報を付与するとともに、同じ要素(例えば、加工面、フィレット部、テーパ部等)を同じ色で着色する(SB3)。
まず、選定部212は、工具リストが作成されているか否かを判定する(図17のSB7)。この結果、工具リストが作成されている場合には(SB7:YES)、パラメータテーブルPTに基づいて、各加工領域Uの加工に使用する工具を工具リストの中から選定する(SB8)。具体的には、各加工領域Uについて、上述した第1条件及び第2条件を満たす工具を使用工具として選定する。続いて、各加工領域U毎に選定した工具をパラメータテーブルに反映させ(SB9)、その後、ステップSB20に移行する。
次に、新たな閾値に基づいて追加工具を選定し(SB15)、追加工具を加える前と後における加工効率を評価する(SB16)。この結果、工具追加前よりも工具追加後の方が加工効率が向上している場合には(SB16:YES)、追加工具の情報をパラメータテーブルに反映させる(SB17)。続いて、追加工具数がステップSB12で仮決定した追加工具の数ΔNに到達したか否かを判定する(SB18)。この結果、追加工具の数がΔNに到達していない場合には(SB18:NO)、ステップSB13に戻り、上記処理を繰り返し行う。一方、ステップSB18において、追加工具の数がΔNに達していた場合には(SB18:YES)、ステップSB20に移行する。
ステップSB20では、工具情報が反映されたパラメータテーブルを出力する(SB20)。
NCプログラム作成部22は、各加工領域Uと各加工領域Uを加工する工具の情報が関連付けられたパラメータテーブルPTを用いて、各加工領域Uにおける加工条件を設定し(図18のSB21)、設定した加工条件及び加工領域Uのパラメータ情報に基づいて工具のツールパスを作成する(SB22)。そして、ポスト処理を行うことにより、ツールパスを加工に使用されるNC工作機械に対応する適切なNCプログラムに変換し(SB23)、変換後のNCプログラムを所定の記憶領域に格納またはNC工作機械に出力し、本処理を終了する。
また、上記実施形態で説明したNCプログラム作成処理(解析処理、選定処理、作成処理)の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
21 工具選定部
22 NCプログラム作成部
211 解析部
212 選定部
Claims (9)
- 複曲面を含む加工領域の形状または前記加工領域の加工面に関する情報に基づいて工具の送り方向及びピックフィード方向を決定し、少なくとも前記加工面内における最小曲率半径に関する値及び前記ピックフィード方向の最大曲率半径に関する値が記録されたパラメータ情報を作成する解析部と、
曲面形状とされた底刃部と、前記底刃部の曲面の曲率半径とは異なる曲率半径を有する曲面形状とされた側刃部とを有する複数の工具の中から前記パラメータ情報に基づいて前記加工領域の加工に用いる工具を選定する選定部と
を具備する工具選定装置。 - 前記パラメータ情報には、前記加工領域のコーナー部の曲率に関する値、フィレット部の曲率に関する値、及び前記フィレット部の高さに関する値が更に記録されている請求項1に記載の工具選定装置。
- 前記選定部は、第1条件及び第2条件を満たす工具を前記加工領域の工具として選定し、
前記第1条件は、前記側刃部の曲率半径と前記パラメータ情報から得られる前記フィレット部の曲率半径との差が所定値以内であることであり、
前記第2条件は、前記底刃部の径と前記パラメータ情報から得られる前記コーナー部の曲率半径との差が所定値以内であり、工具の許容最小曲率半径と前記加工面における最小曲率半径との差が所定値以内であり、かつ、前記側刃部の高さと前記加工領域において前記フィレット部が設けられる位置の高さとの差が所定値以内であることである請求項2に記載の工具選定装置。 - 前記解析部は、複数の前記加工領域に関する前記パラメータ情報が記載されたパラメータテーブルを作成し、
前記選定部は、前記フィレット部の曲率半径に基づいて前記パラメータテーブルを複数のグループに区分し、前記グループ毎に前記第1条件及び前記第2条件を満たす一つの工具を選定する請求項3に記載の工具選定装置。 - 前記パラメータテーブルには、各前記加工面の面積が含まれ、
前記選定部は、前記グループ毎に設定した前記工具と、前記パラメータテーブルとを用いて、前記グループ毎に合計加工評価値を演算し、
前記グループ毎の合計加工評価値に基づいて追加工具を設定する対象となる対象グループを特定し、
特定した前記グループに属する複数の前記パラメータ情報を用いて追加工具を設定し、
前記合計加工評価値は、各前記グループに属する各前記加工領域を前記グループ毎に設定した前記工具によって加工する場合のピックフィード量に関する加工評価値の累積値である請求項4に記載の工具選定装置。 - 前記選定部は、前記対象グループに属する各前記加工領域について、前記加工面の最小曲率半径及び前記コーナー部の曲率半径を取得し、取得した各前記加工領域における前記加工面の最小曲率半径のバラツキ量及び前記コーナー部の曲率半径のバラツキ量に基づいて前記追加工具を選定するための新たな閾値を設定し、前記閾値を用いて前記追加工具を選定する請求項5に記載の工具選定装置。
- 請求項1から6のいずれかに記載の工具選定装置を備え、
前記工具選定装置によって選定された工具を使用して各前記加工領域を加工するときの加工条件を設定するNCプログラム作成システム。 - 複曲面を含む加工領域の形状または前記加工領域の加工面に関する情報に基づいて工具の送り方向及びピックフィード方向を決定し、少なくとも前記加工面内における最小曲率半径に関する値及び前記ピックフィード方向の最大曲率半径に関する値が記録されたパラメータ情報を作成する解析工程と、
曲面形状とされた底刃部と、前記底刃部の曲面の曲率半径とは異なる曲率半径を有する曲面形状とされた側刃部とを有する複数の工具の中から前記パラメータ情報に基づいて前記加工領域の加工に用いる工具を選定する選定工程と
を具備する工具選定方法。 - 複曲面を含む加工領域の形状または前記加工領域の加工面に関する情報に基づいて工具の送り方向及びピックフィード方向を決定し、少なくとも前記加工面内における最小曲率半径に関する値及び前記ピックフィード方向の最大曲率半径に関する値が記録されたパラメータ情報を作成する解析処理と、
曲面形状とされた底刃部と、前記底刃部の曲面の曲率半径とは異なる曲率半径を有する曲面形状とされた側刃部とを有する複数の工具の中から前記パラメータ情報に基づいて前記加工領域の加工に用いる工具を選定する選定処理と
をコンピュータに実行させるための工具選定プログラム。
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