JP2021047629A

JP2021047629A - Ｎｃデータ変更装置、およびｎｃデータ変更プログラム

Info

Publication number: JP2021047629A
Application number: JP2019169667A
Authority: JP
Inventors: 勇西田; Isamu Nishida
Original assignee: Kobe University NUC
Current assignee: Kobe University NUC
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-18
Also published as: JP7321517B2

Abstract

【課題】ＮＣデータを変更して加工時間の短縮化を図る。【解決手段】加工対象２００に対する加工工具２１０の位置を示す数値情報であるＮＣデータを取得する取得部１１０と、加工工具２１０が加工対象２００に接触せずに移動する非接触動作区間の開始位置Ｓ、および終了位置Ｆを取得したＮＣデータに基づき特定する区間特定部１２０と、ＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路３０１を、三本以上の直線によって構成される移動経路３０２に変更する変更部１３０と、を備えるＮＣデータ変更装置１００。【選択図】図５

Description

本発明は、加工装置により加工対象を加工するために用いられるＮＣデータを変更するＮＣデータ変更装置、およびＮＣデータ変更プログラムに関する。

ＮＣ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ）加工を実施する加工装置の場合、ＣＡＭ（ｃｏｍｐｕｔｅｒａｉｄｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：コンピュータ支援製造）などで作成されたＮＣデータが用いられる。ＮＣデータを実際の加工に適用するには、加工装置の特性や加工対象の形状の誤差などが存在するため、シミュレーションや試験的な加工を実施し試行錯誤を繰り返し加工作業の最適化を図ることがある。

例えば特許文献１には、加工対象の形状を示すデータとＮＣデータとに基づきシミュレーションを行い、加工工具が加工対象に食い込む状態を検出し、食い込みが発生しないように加工装置の加工工具の位置を自動的に修正することにより加工作業の最適化を図っている。

特開２００９−２６６０００号公報

上述の通り、取得したＮＣデータに基づき、加工工具の位置の修正や送り速度を修正して加工作業の最適化を図ることは提案されているが、加工コストを削減するために加工時間を短縮化することも重要である。従来技術では、シミュレーションなどを用いて加工中の工具抵抗を考慮しつつ加工工具の送り速度を早めることで加工時間の短縮を図ることが行われていた。

ところが、加工工程の中には加工工具が加工対象と接触することなく空間を移動するいわゆるエアカットの工程がある。このエアカットの工程は、加工対象の外形に沿って加工工具を移動させているため、加工工具の移動経路が複雑な曲線などである場合、加工機械の直線加工軸の加速度の制約などにより必ずしも意図する送り速度を実現できないことを発明者が見出すに至った。

本発明は発明者の知見に基づきなされたものであり、加工工具の動作が単純になるようにＮＣデータを変更するＮＣデータ変更装置、およびＮＣデータ変更プログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つであるＮＣデータ変更装置は、加工対象に対する加工工具の位置を示す数値情報であるＮＣデータを取得する取得部と、前記加工工具が前記加工対象に接触せずに移動する非接触動作区間の開始位置、および終了位置を取得した前記ＮＣデータに基づき特定する区間特定部と、前記ＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路を、三本以上の直線によって構成される移動経路に変更する変更部と、を備える。

また上記目的を達成するために、本発明の１つであるＮＣデータ変更プログラムは、加工対象に対する加工工具の位置を示す数値情報であるＮＣデータを取得する取得部と、前記加工工具が前記加工対象に接触せずに移動する非接触動作区間の開始位置、および終了位置を取得した前記ＮＣデータに基づき特定する区間特定部と、前記ＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路を、三本以上の直線によって構成される移動経路に変更する変更部と、をコンピュータに機能させる。

本発明によれば、加工工具が加工対象と接触せずに移動する区間である非接触動作区間における加工工具の移動経路を単純化することにより加工時間の短縮化を図る事ができる。

図１は、加工対象と加工後の製品とを並べて示す斜視図である。図２は、ＮＣデータ変更プログラムにより実現されるＮＣデータ変更装置の機能構成を示すブロック図である。図３は、走査線加工における非接触動作区間の変更前の移動経路を示す側面図である。図４は、等高線加工における非接触動作区間の変更前の移動経路を示す平面図である。図５は、非接触動作区間の変更後の移動経路を示す側面図である。図６は、ＮＣデータ変更装置の動作の流れを説明するフローチャートである。

以下に、本発明に係るＮＣデータ変更装置、およびＮＣデータ変更プログラムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、各請求項に係る発明を限定する主旨ではない。以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、加工対象と加工後の製品とを並べて示す斜視図である。加工対象２００は、加工工具２１０によって加工が施されて所定の形状の製品２２０になる素材である。加工対象２００の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、図１の上段に示すように、立方体として説明する。なお、説明のため、加工対象２００、および製品２２０は単純な直線で構成された階段状の形状で記載しているが、例えば、製品２２０などは滑らかな曲線を備えるような複雑な形状であってもかまわない。

加工工具２１０は、加工対象２００を加工するための工具であれば、特に限定されるものではない。本実施の形態の場合、加工工具２１０は、切削工具であり、具体的にはスクエアエンドミル（普通刃）が想定されている。なお、加工工具２１０は、切削工具ばかりでなく、加工対象２００を塑性変形させる工具、放電加工に用いられる工具、研削工具、研磨工具などを例示できる。

図２は、ＮＣデータ変更プログラムにより実現されるＮＣデータ変更装置の機能構成を示すブロック図である。ＮＣデータ変更装置１００は、ＮＣデータ変更プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される装置であり、取得したＮＣデータの工具経路を変更する装置である。ＮＣデータ変更装置１００は、取得部１１０と、区間特定部１２０と、変更部１３０と、を備えている。本実施の形態の場合、ＮＣデータ変更装置１００は、解除部１４０を備えている。

取得部１１０は、ＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムなどの外部機器３００から加工対象２００に対する加工工具２１０の位置を示す数値情報であるＮＣデータを取得する。取得部１１０は、外部機器３００であるＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）システムから加工対象２００の形状、製品２２０の形状などを示す形状データを取得してもかまわない。

区間特定部１２０は、加工工具２１０が加工対象２００に接触せずに移動する非接触動作区間の開始位置、および終了位置を取得部１１０が取得したＮＣデータに基づき特定する。

区間特定部１２０が、非接触動作区間の開始位置、および終了位置を特定する方法は、特に限定されるものではない。例えば、ＮＣデータが走査線加工で表現されている場合、区間特定部１２０は、図３に示す変更前ＮＣデータ３０１が示すように、高さ方向（図中Ｚ軸方向）に加工工具２１０が移動を開始した時の位置を非接触動作区間の開始位置Ｓとして特定してもよい。また、高さ方向に加工工具２１０が移動を開始した時の高さに加工工具２１０の軸方向の切込み量Ａｄを加えた位置に加工工具２１０が戻ってきた時の位置を非接触動作区間の終了位置Ｆとして特定してもよい。

具体的には、変更前ＮＣデータ３０１において加工工具２１０の高さ位置を示す座標Ｚｔが値Ｚａで一定に推移し、その後に高さ成分が加工工具２１０の軸方向（図中Ｚ軸方向）の切り込み量Ａｄ分増加した時点、つまりＺｔ＞Ｚａ＋Ａｄの式を満たした場合、非接触動作が開始されたと判断し、Ｚｔが増加する時点ｔ１の座標（Ｘｔ１，Ｙｔ１，Ｚａ）を非接触動作区間の開始位置Ｓとして区間特定部１２０が特定する。また、非接触動作区間の終了位置Ｆは、加工工具２１０が加工対象２００に再接触する時点ｔ２の座標（Ｘｔ２，Ｙｔ２，Ｚａ＋Ａｄ）として特定される。

また、ＮＣデータが等高線加工で表現されている場合、区間特定部１２０は、図４に示す変更前ＮＣデータ３０１が示すように、等高面（図中ＸＹ平面）内において加工工具２１０が加工対象２００と重複しなくなる位置を非接触動作区間の開始位置Ｓとして特定する。また、同じ等高面（図中ＸＹ平面）内において加工工具２１０が加工対象２００と再び重複する直前の位置を非接触動作区間の終了位置Ｆとして特定する。

また、区間特定部１２０は、変更前のＮＣデータに基づき加工シミュレーションを実行することにより、加工工具２１０が加工対象２００と重複しなくなる位置、つまり加工工具２１０と加工対象２００との干渉量が０、または０近傍になる位置を非接触動作区間の開始位置Ｓとして特定し、再び重複する直前の位置を非接触動作区間の終了位置Ｆとして特定してもよい。なお、加工シミュレーションの種類は、特に限定されるものではなく、Ｚ−Ｍａｐモデル、Ｖｏｘｅｌモデル、外形線モデルなどを用いたシミュレーションを例示することができる。

変更部１３０は、区間特定部１２０によって特定された変更前のＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路を、三本以上の直線移動であってできる限り少ない本数になるように変更する。本実施の形態の場合、変更部１３０は、図５に示すように、非接触動作区間の移動経路を三本の直線移動となるように変更前ＮＣデータ３０１を変更後ＮＣデータ３０２に変更する。また、変更部１３０が変更する三本の直線移動は、加工装置３１０の直線加工軸にそれぞれ対応する複数のモータのうちの１つのみで移動させることができる直線としている。

直線加工軸とは、回転軸、および傾斜軸とは異なる軸であり、一つのモータによって加工工具２１０を直線的に移動させることができる軸である。本実施の形態の場合、加工装置３１０は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に直線加工軸を備えている。従って変更部１３０は、非接触動作区間の開始位置Ｓ（Ｘｔ１，Ｙｔ１，Ｚａ）からＺ軸に沿って直線的に加工工具２１０を上昇させ（１本目）、非接触動作区間の終了位置Ｆ（Ｘｔ２，Ｙｔ２，Ｚａ＋Ａｄ）の直上に至るまでＹ軸に沿って直線的に加工工具２１０を移動させ（２本目）、非接触動作区間の終了位置Ｆ（Ｘｔ２，Ｙｔ２，Ｚａ＋Ａｄ）にまで直線的に加工工具２１０を降下させる（３本目）経路に変更する。なお、本実施の形態の場合、変更部１３０は、加工軸の二つが含まれる面（本実施の形態の場合ＹＺ面）内で加工工具２１０が移動するようＮＣデータを変更している。従って、非接触動作区間の開始位置Ｓの座標の１成分（本実施の形態の場合Ｘ）と終了位置Ｆの座標との１成分とは同じ値となる。

また、変更部１３０は、変更した経路の最高位置を未加工状態の加工対象の最高の高さ位置Ｚｍａｘよりも上に設定している。変更前のＮＣデータに非接触動作区間が複数存在している場合、変更部１３０による変更後のＮＣデータの非接触動作区間の最高位置は同じ高さ位置になる。本実施の形態の場合、変更後の非接触動作区間の移動経路は上昇と水平移動と下降との三本であるため、水平移動の高さ位置が未加工状態の加工対象の最高の高さ位置Ｚｍａｘよりも上になる。これによれば、製品２２０の形状にかかわらず加工工具２１０と加工対象２００とが干渉しないことを検証することなく保証できる。また、非接触動作区間における移動経路の変更を簡単に行うことができる。

解除部１４０は、非接触動作区間において、変更前のＮＣデータに基づく加工工具２１０の移動時間を示す変更前移動時間を取得し、変更部１３０により変更されたＮＣデータに基づく同じ非接触動作区間における加工工具２１０の移動時間が変更前移動時間より長い場合、当該非接触動作区間におけるＮＣデータの変更を元に戻す。なお、解除部１４０は、取得部１１０が取得したＮＣデータにおいて全ての非接触動作区間の移動経路の変更が終了した後に、変更前後の移動時間を比較してもよく、非接触動作区間の移動経路を変更する度に変更前後の移動時間を比較してもかまわない。

次に、ＮＣデータ変更装置１００の動作を説明する。図６は、ＮＣデータ変更装置の動作の流れを説明するフローチャートである。同図に示すように、取得部１１０は、外部機器３００から加工対象２００を加工するためのＮＣデータを取得する（Ｓ１０１）。次に区間特定部１２０は、取得したＮＣデータの中から非接触動作区間の移動経路の開始位置Ｓ、および終了位置Ｆを特定する（Ｓ１０２）。本実施の形態の場合、区間特定部１２０は、ＮＣデータにおける全ての非接触動作区間を特定する。

次に、変更部１３０は、特定された全ての非接触動作区間について三本の直線で移動する経路に順次変更する（Ｓ１０３）。なお、本実施の形態の場合、変更前のＮＣデータが走査線加工で表現されている場合ばかりでなく、等高線加工で表現されている場合でも同様に、上昇移動、水平移動、下降移動の三本の直線移動の経路に変更する。また、非接触動作区間がシミュレーションにより特定されている場合も同様である。

次に、解除部１４０は、非接触動作区間の経路の変更が行われる度に変更前後の移動時間を比較し（Ｓ１０４）、変更後の移動時間が変更前の移動時間より長い場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、当該非接触動作区間については、移動経路の変更を解除して元のＮＣデータに戻す（Ｓ１０５）。変更後の移動時間が変更前の移動時間より短い場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）は、当該非接触動作区間については、変更後のＮＣデータが採用される。

例えば、図４に示すように、変更前ＮＣデータ３０１における非接触動作区間における加工工具２１０の移動経路が一つの加工軸（Ｙ軸）で移動するような場合は、変更部１３０による変更が解除される可能性が高い。

上記の解除部１４０による処理を各非接触動作区間について実行し（Ｓ１０６）、全ての非接触動作区間に対する判断が終了すれば（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、ＮＣデータ変更装置１００の動作が終了する。

以上のＮＣデータ変更プログラムをＮＣデータ変更装置１００で実行することにより、ＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路を単純な三本程度の直線経路に変更される。従って、図５の変更前ＮＣデータ３０１に示すように、加工工具２１０の最高の移動速度に達する前に方向の変更が繰り返される移動経路ではなく、最高速度、またはこれに近い速度で移動することができる距離を長く確保することができ、非接触動作区間の移動時間の短縮化を図る事ができる。これにより、ＮＣデータによる全体の加工時間を短縮化することができる。

また、変更後の移動経路を加工装置３１０の加工軸に一致させることにより、加工装置３１０が最も早く加工工具２１０を移動させることができ、複数のモータを同時に駆動して斜めや曲線的に加工工具２１０を移動させる場合などに比べて更なる加工時間の短縮化を図る事ができる。

また、非接触動作区間において変更前後の移動経路における移動時間を比較し、移動時間が短い方を採用する処理を行うことで、非接触動作区間の移動経路の最適化を図り、全体として加工時間の短縮化を図る事が可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、加工工具２１０としてスクエアエンドミルを例示して説明したが、加工工具２１０の種類は、特に限定されるものではなく、切削工具、研削工具、研磨工具などであってもかまわない。また、ＮＣデータによっては、複数種類の加工工具２１０を持ち替えて加工を実行する場合もある。

また、ＮＣデータ変更装置１００、およびＮＣデータ変更プログラムが変更する対象のＮＣデータは、粗加工用のＮＣデータ、仕上げ加工用のＮＣデータなど、任意のＮＣデータに対して適用することができる。

本発明は、ＮＣ加工装置に提供されるＮＣデータに利用可能である。

１００データ変更装置
１１０取得部
１２０区間特定部
１３０変更部
１４０解除部
２００加工対象
２１０加工工具
２２０製品
３００外部機器
３０１変更前ＮＣデータ
３０２変更後ＮＣデータ
３１０加工装置

Claims

加工対象に対する加工工具の位置を示す数値情報であるＮＣデータを取得する取得部と、
前記加工工具が前記加工対象に接触せずに移動する非接触動作区間の開始位置、および終了位置を取得した前記ＮＣデータに基づき特定する区間特定部と、
前記ＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路を、三本以上の直線によって構成される移動経路に変更する変更部と、
を備えるＮＣデータ変更装置。
前記変更部が変更する直線移動の少なくとも一つは、前記ＮＣデータが適用される加工装置の直線加工軸にそれぞれ対応する複数のモータのうちの１つのみで移動させることができる直線である
請求項１に記載のＮＣデータ変更装置。
前記区間特定部は、
走査線加工で表現されているＮＣデータの場合、高さ方向の移動開始位置を非接触動作区間の開始位置として特定する
請求項１または２に記載のＮＣデータ変更装置。
前記区間特定部は、
等高線加工で表現されているＮＣデータの場合、等高面内において前記加工工具が前記加工対象と重複しなくなる位置を非接触動作区間の開始位置として特定する
請求項１または２に記載のＮＣデータ変更装置。
前記区間特定部は、
加工シミュレーションにより前記加工工具が前記加工対象と重複しなくなる位置を非接触動作区間の開始位置として特定する
請求項１または２に記載のＮＣデータ変更装置。
前記変更部は、
変更した経路の最高位置を加工対象の最高の高さ位置よりも上に設定する
請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＣデータ変更装置。
非接触動作区間において、変更前のＮＣデータに基づく加工工具の移動時間を示す変更前移動時間を取得し、前記変更部により変更されたＮＣデータに基づく同じ非接触動作区間における加工工具の移動時間が前記変更前移動時間より長い場合、当該非接触動作区間におけるＮＣデータの変更を元に戻す解除部を備える
請求項１から６のいずれか一項に記載のＮＣデータ変更装置。
加工対象に対する加工工具の位置を示す数値情報であるＮＣデータを取得する取得部と、
前記加工工具が前記加工対象に接触せずに移動する非接触動作区間の開始位置、および終了位置を取得した前記ＮＣデータに基づき特定する区間特定部と、
前記ＮＣデータにおける非接触動作区間の移動経路を、三本以上の直線によって構成される移動経路に変更する変更部と、
を機能させるためのＮＣデータ変更プログラム。