JP2022134756A - Device for evaluating nc programs for multi-axis processing machine, evaluation method, and processing method - Google Patents

Device for evaluating nc programs for multi-axis processing machine, evaluation method, and processing method Download PDF

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章 栗栖
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Abstract

To evaluate NC programs for a multi-axis processing machine including a rotation axis that can change at least one of a relative direction and inclination of a working tool with respect to workpiece without processing the workpiece.SOLUTION: NC programs for a multi-axis processing machine including a rotation axis that can change at least one of a relative direction and inclination of a working tool with respect to workpiece are evaluated as follows; acquiring a plurality of types of NC programs created on premise of a set length of the working tool and an attachment position of the workpiece, simulating an operation of the working tool according to the acquired NC programs, according to the set length of the working tool and the attachment position of the workpiece, determining flexural rigidity of the working tool during processing and a moving range of the working tool, and selecting an NC program in which the flexural rigidity and the moving range are within allowable ranges.SELECTED DRAWING: Figure 2B

Description

本開示は、多軸加工機のNCプログラムを評価する技術に関する。 The present disclosure relates to technology for evaluating an NC program for a multi-axis machine.

NC加工では、近年5軸加工機などの多軸加工機が用いられる。こうした多軸加工機では、加工面の形状によらず、加工面に対するボールエンドミルなどのツールの角度を比較的自由に設定できる。このため、加工の際には、工具が加工面の法線方向に対してなす角度のうち、工具の移動方向への倒れ角度であるリード角や移動方向に直交する左右方向に対する角度であるチルト角を適切な角度にすることで、加工後の表面を、所定の表面粗さよりも滑らかに仕上げることが行なわれている。 In NC processing, multi-axis processing machines such as 5-axis processing machines are used in recent years. With such a multi-axis machine, the angle of a tool such as a ball end mill with respect to the machined surface can be relatively freely set regardless of the shape of the machined surface. For this reason, during machining, of the angles formed by the tool with respect to the normal direction of the machining surface, the lead angle, which is the inclination angle of the tool in the direction of movement of the tool, and the tilt angle, which is the angle with respect to the horizontal direction orthogonal to the movement direction By setting the corner to an appropriate angle, the surface after processing is finished smoother than a predetermined surface roughness.

こうした多軸加工機のNCプログラムは、加工形状に応じて、作成されるが、CADCAMを利用してツールの加工経路などを自動的に生成し、また加工状況をシミュレーションすることも行なわれている(例えば、下記特許文献1)。 NC programs for such multi-axis machines are created according to the shape to be machined, and CADCAM is used to automatically generate tool machining paths and to simulate machining conditions. (For example, Patent Document 1 below).

特開2020-98523号公報JP 2020-98523 A

しかしながら、多軸加工機は、加工上の各種設定の自由度が高く、自由曲面を加工する場合などに、リード角やチルト角をどのように設定すれば、加工面の表面粗さの少ない加工が行なえるかは、プログラム作成者の勘や経験に頼っているのが実情である。例えば5軸加工機であれば、リード角やチルト角はもとより、主軸の回転角度であるC軸角度や、ワークのY軸周りの回転角度であるB軸角度などが自由に設定できるので、被加工物を加工するNCプログラムを生成できても、そのNCプログラムが望ましいものとなっているかを判断することは容易ではない。条件を変えて、複数のNCプログラムを作成しても、どのNCプログラムによる加工が最も望ましいか不明であり、加工してみなければ優劣が分からなかった。このため、試作数を減らすことができず、材料を無駄にしてしまう。 However, multi-axis machines have a high degree of freedom in various settings for machining, and when machining a free-form surface, how to set the lead angle and tilt angle will reduce the surface roughness of the machined surface. Whether or not it can be done depends on the intuition and experience of the program creator. For example, with a 5-axis machine, you can freely set not only the lead angle and tilt angle, but also the C-axis angle, which is the rotation angle of the main shaft, and the B-axis angle, which is the rotation angle of the workpiece around the Y-axis. Even if an NC program for machining a workpiece can be generated, it is not easy to judge whether the NC program is desirable. Even if the conditions were changed and a plurality of NC programs were created, it was unclear which NC program would be the most desirable for machining. For this reason, the number of prototypes cannot be reduced, and materials are wasted.

本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 The present disclosure can be implemented as the following forms or application examples.

(1)本開示の第1の態様は、加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機のNCプログラムを評価する評価装置としての態様である。このNCプログラムの評価装置は、加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機のNCプログラムを評価する評価装置であって、前記多軸加工機における前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを複数設定する設定部と、前記多軸加工機が、前記被加工物を所定の形状に加工するNCプログラムであって、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として作成された複数種類のNCプログラムを取得するプログラム取得部と、取得したNCプログラムによる前記加工工具の動作をシミュレーションし、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とに従って、前記加工の際の前記加工工具の曲げ剛性と、前記加工工具の移動範囲とを求め、前記曲げ剛性と前記移動範囲とが許容範囲に入っている前記NCプログラムを選択する選択部と、を備えるものとしてよい。
かかるNCプログラムの評価装置によれば、加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機において、加工工具の曲げ剛性と移動範囲とが許容範囲に入っているNCプログラムを選択できる。したがって、実際に被加工物を加工することなく、NCプログラムを評価できる。しかも、不適切なNCプログラムを用いた加工を回避しやすい。
(2)こうした構成において、前記複数種類のNCプログラムは、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として、前記加工工具の少なくとも加工工具のチルト角とリード角とを変更して作成されたNCプログラムであり、前記選択された前記NCプログラムについて、前記回転軸まわりの角度変化を含む前記加工工具先端の動きを、前記複数種類のNCプログラム毎に解析する解析部と、前記曲げ剛性および前記移動範囲と、前記解析された加工工具先端の前記回転軸まわりの反転の多寡とを指標として、前記複数種類のNCプログラムのうち、前記被加工物の前記加工に適したNCプログラムを特定し、その結果を出力する出力部と、を備えるものとしてよい。こうすれば、曲げ剛性および移動範囲に加えて、回転軸の反転の多寡を指標として、前記被加工物の加工に適したNCプログラムを特定し出力できる。出力部による出力は、ディスプレイなどに表示することにより実現してもよいし、実際に多軸加工機を動作させるのに用いてもよい。
(3)こうした構成において、前記出力部は、前記被加工物の前記加工工具による加工が、仕上げ加工である場合には、前記曲げ剛性および前記移動範囲が許容範囲に入っているNCプログラムのうち、前記回転軸まわりの反転が最も少ないNCプログラムを前記加工に適したNCプログラムとして出力するものとしてよい。こうすれば仕上げ加工に要求される精度を実現しやすい。
(4)こうした構成において、前記出力部は、前記被加工物の前記加工工具による加工が、仕上げ加工より前に行なわれる荒取り加工である場合には、前記曲げ剛性の高いNCプログラムを、前記回転軸まわりの反転が少ないNCプログラムより前記加工に適したNCプログラムとして出力するものとしてよい。こうすれば、荒取り加工に要求される加工時間の短縮を図ることが容易になる。
(5)こうした構成において、前記出力部は、前記曲げ剛性および前記回転軸まわりの反転の多寡により前記NCプログラムが特定できない場合には、前記加工工具先端の前記移動範囲が他のNCプログラムより小さいNCプログラムを特定し、その結果を出力するものとしてよい。こうすれば、曲げ剛性および回転軸まわりの反転の多寡によっては被加工物の加工に適したNCプログラムが特定できない場合でも、被加工物の加工に適したNCプログラムを特定できる。
(6)本開示の第2の態様は、加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機のNCプログラムを評価する方法である。この方法は、前記多軸加工機における前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを複数設定し、前記多軸加工機が、前記被加工物を所定の形状に加工するNCプログラムであって、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として作成された複数種類のNCプログラムを取得し、取得したNCプログラムによる前記加工工具の動作をシミュレーションし、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とに従って、前記加工の際の前記加工工具の曲げ剛性と、前記加工工具の移動範囲とを求め、前記曲げ剛性と前記移動範囲とが許容範囲に入っている前記NCプログラムを選択する。
かかるNCプログラムの評価方法によれば、加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機において、加工工具の曲げ剛性と移動範囲とが許容範囲に入っているNCプログラムを選択できる。したがって、実際に被加工物を加工することなく、NCプログラムを評価できる。しかも、不適切なNCプログラムを用いた加工を回避しやすい。
(7)こうした構成において、前記複数種類のNCプログラムは、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として、前記加工工具の少なくとも加工工具のチルト角とリード角とを変更して作成されたNCプログラムであり、前記選択された前記NCプログラムについて、前記回転軸まわりの角度変化を含む前記加工工具先端の動きを、前記複数種類のNCプログラム毎に解析し、前記曲げ剛性および前記移動範囲と、前記解析された加工工具先端の前記回転軸まわりの反転の多寡とを指標として、前記複数種類のNCプログラムのうち、前記被加工物の前記加工に適したNCプログラムを特定し、その結果を出力する。こうすれば、曲げ剛性および移動範囲に加えて、回転軸の反転の多寡を指標として、前記被加工物の加工に適したNCプログラムを特定し出力できる。出力部による出力は、ディスプレイなどに表示することにより実現してもよいし、実際に多軸加工機を動作させるのに用いてもよい。
(8)更に、本開示の第3の態様は、第2の態様であるNCプログラムの評価方法により特定されたNCプログラムを用いて、前記多軸加工機の各部を動作させ、前記被加工物を加工する、多軸加工機を用いた加工方法として態様である。こうすれば、不適切なNCプログラムによる被加工物の加工を回避しやすい。
(9)こうした加工方法において、前記多軸加工機は、前記加工工具をチャッキングして回転する主軸装置を、上下方向に沿ったY軸に対して45度傾斜した旋回軸であるC軸の周りに旋回させる傾斜旋回式5軸加工機としてもよい。
(10)また、前記加工工具は、先端に所定半径の加工半球を有するボールエンドミルとしてもよい。
(11)更に、前記ボールエンドミルの前記加工半球の中心点を前記C軸が通るものとすることも好適である。
こうすれば、ボールエンドミルの加工半球の中心点回りにC軸を旋回させるので、C軸の大きな旋回が抑制され、加工精度を高めることができる。
(12)本開示は、上記以外の態様、例えば多軸加工機の制御方法やNCプログラムの選択方法、NCプログラムの生成方法などとしても実施可能である。更には、上記のNCプログラムの評価装置を組み込んだ多軸加工機の制御装置や、これらの多軸加工機や他の加工装置、搬送装置などを統合した生産システムとしても実施してもよい。
(1) A first aspect of the present disclosure is an evaluation device that evaluates an NC program of a multi-axis machine equipped with a rotary axis capable of changing at least one of the relative orientation and inclination of the machining tool with respect to the workpiece. It is an aspect as. This NC program evaluation device evaluates an NC program of a multi-axis machine having a rotary axis capable of changing at least one of the relative orientation and inclination of the machining tool with respect to the workpiece, A setting unit for setting a plurality of lengths of the machining tool and attachment positions of the workpiece in the multi-axis machine, and an NC program for machining the workpiece into a predetermined shape by the multi-axis machine. a program acquisition unit that acquires a plurality of types of NC programs created on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece; and operation of the machining tool according to the acquired NC programs A simulation is performed, and according to the set length of the working tool and the mounting position of the workpiece, the bending rigidity of the working tool during the working and the movement range of the working tool are obtained, and the bending rigidity and the movement range of the working tool are obtained. and a selection unit that selects the NC program in which the movement range is within the allowable range.
According to such an NC program evaluation device, in a multi-axis machine equipped with a rotating shaft capable of changing at least one of the relative orientation and inclination of the machining tool with respect to the workpiece, the bending rigidity and the movement range of the machining tool You can select an NC program that is within the allowable range. Therefore, the NC program can be evaluated without actually machining the workpiece. Moreover, it is easy to avoid machining using an inappropriate NC program.
(2) In such a configuration, the plurality of types of NC programs, on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece, are configured to set at least the tilt angle and the lead angle of the machining tool. Analysis for analyzing the movement of the tip of the machining tool including the angular change around the rotation axis for each of the plurality of types of NC programs for the selected NC program part, the bending rigidity and the movement range, and the amount of reversal of the analyzed tip of the machining tool about the rotation axis as indicators, among the plurality of types of NC programs, the machining of the workpiece is and an output for identifying a suitable NC program and outputting the result. By doing so, it is possible to specify and output an NC program suitable for machining the workpiece using the amount of reversal of the rotation axis as an index in addition to the bending rigidity and the movement range. The output from the output section may be realized by displaying on a display or the like, or may be used to actually operate the multi-axis machine.
(3) In such a configuration, when the machining of the workpiece by the machining tool is finish machining, the output unit outputs , the NC program with the least reversal around the rotation axis may be output as the NC program suitable for the machining. This makes it easier to achieve the accuracy required for finishing.
(4) In such a configuration, when the machining of the workpiece by the machining tool is rough machining performed before finishing machining, the output unit outputs the NC program with high bending rigidity to the An NC program suitable for the machining may be output rather than an NC program with less reversal around the rotation axis. This makes it easier to shorten the machining time required for rough machining.
(5) In such a configuration, when the NC program cannot be identified due to the bending rigidity and the amount of reversal around the rotation axis, the output unit sets the movement range of the tip of the machining tool to be smaller than other NC programs. It may specify the NC program and output the result. In this way, even if an NC program suitable for machining a workpiece cannot be specified depending on the bending rigidity and the amount of reversal around the rotation axis, an NC program suitable for machining the workpiece can be specified.
(6) A second aspect of the present disclosure is a method of evaluating an NC program of a multi-axis machine equipped with a rotary axis capable of changing at least one of the orientation and inclination of the machining tool relative to the workpiece. be. This method is an NC program in which a plurality of lengths of the machining tool and mounting positions of the workpiece are set in the multi-axis machine, and the multi-axis machine processes the workpiece into a predetermined shape. Acquiring a plurality of types of NC programs created on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece, simulating the operation of the machining tool according to the acquired NC programs, According to the set length of the working tool and the mounting position of the workpiece, the bending rigidity of the working tool and the moving range of the working tool during the working are obtained, and the bending rigidity and the moving range are obtained. is within the allowable range.
According to such an NC program evaluation method, in a multi-axis machine equipped with a rotary axis capable of changing at least one of the relative orientation and inclination of the machining tool with respect to the workpiece, the bending rigidity and the movement range of the machining tool You can select an NC program that is within the allowable range. Therefore, the NC program can be evaluated without actually machining the workpiece. Moreover, it is easy to avoid machining using an inappropriate NC program.
(7) In such a configuration, the plurality of types of NC programs, on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece, are configured to set at least the tilt angle and the lead angle of the machining tool. and analyzing the movement of the tip of the machining tool including the angular change about the rotation axis for each of the plurality of types of NC programs for the selected NC program, Using the bending rigidity, the movement range, and the degree of reversal of the tip of the machining tool analyzed around the rotation axis as indices, an NC program suitable for the machining of the workpiece from among the plurality of types of NC programs Identifies a program and outputs its results. By doing so, it is possible to specify and output an NC program suitable for machining the workpiece using the amount of reversal of the rotation axis as an index in addition to the bending rigidity and the movement range. The output from the output section may be realized by displaying on a display or the like, or may be used to actually operate the multi-axis machine.
(8) Furthermore, a third aspect of the present disclosure operates each part of the multi-axis machine using the NC program specified by the NC program evaluation method of the second aspect, It is an aspect as a processing method using a multi-axis processing machine. In this way, it is easy to avoid machining the workpiece with an inappropriate NC program.
(9) In such a processing method, the multi-axis processing machine has a spindle device that chucks and rotates the processing tool on the C-axis, which is a turning axis that is tilted 45 degrees with respect to the Y-axis along the vertical direction. It may be a 5-axis processing machine that rotates around.
(10) Further, the processing tool may be a ball end mill having a processing hemisphere with a predetermined radius at its tip.
(11) Furthermore, it is also preferable that the C-axis passes through the center point of the machining hemisphere of the ball end mill.
In this way, the C-axis is turned around the center point of the machining hemisphere of the ball end mill, so large turning of the C-axis is suppressed, and machining accuracy can be improved.
(12) The present disclosure can also be implemented as aspects other than the above, such as a control method for a multi-axis machine, a method for selecting an NC program, and a method for generating an NC program. Furthermore, it may be implemented as a control device for a multi-axis machine incorporating the above-described NC program evaluation device, or as a production system integrating these multi-axis machine, other processing devices, transfer devices, and the like.

5軸加工機の動作を例示するための説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram for illustrating the operation of the 5-axis machine; 旋回主軸装置の斜視図。The perspective view of a turning spindle device. 旋回主軸装置における主軸の旋回範囲を旋回軸方向から見た説明図。FIG. 4 is an explanatory view of the turning range of the main shaft in the turning main shaft device as viewed from the turning axis direction; 実施形態のプログラム評価装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a program evaluation device according to an embodiment; FIG. NCプログラム評価装置のブロック構成図。A block diagram of an NC program evaluation device. 回転工具の工具長と曲げ剛性を求めるための断面形状を例示する説明図。Explanatory drawing which illustrates the cross-sectional shape for calculating|requiring the tool length and bending rigidity of a rotary tool. ワークの取り付け位置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the attachment position of a workpiece|work. 自由曲面における工具の状態を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the state of the tool in a free-form surface. 工具のチルト角を示す説明図。Explanatory drawing which shows the tilt angle of a tool. X-Z平面における加工点列の並びの一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the arrangement of processing point sequences on the XZ plane; 機械原点から見たボールエンドミルの各部のベクトル座標を示す説明図。Explanatory drawing showing the vector coordinates of each part of the ball end mill viewed from the origin of the machine. NCプログラムの評価処理を示すフローチャート。4 is a flowchart showing evaluation processing of an NC program; ワークの取り付け位置と回転工具の長さの初期値を例示する説明図。An explanatory diagram illustrating initial values of the work mounting position and the length of the rotary tool. チルト角とリード角の設定範囲と間隔とを例示する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating setting ranges and intervals of a tilt angle and a lead angle; NCプログラムにおけるステップ毎の各軸の座標値を例示する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating coordinate values of each axis for each step in an NC program; ワークの取り付け位置と工具長さから加工範囲と機械ストロークとを判定した結果を例示する説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the result of determining the machining range and machine stroke from the mounting position of the workpiece and the tool length; NCプログラムの評価結果を加工モードにより示す説明図。Explanatory drawing which shows the evaluation result of NC program by machining mode. 工具先端のB軸、C軸の回転量を例示する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the amount of rotation of the tip of the tool about the B-axis and the C-axis; 工具先端の3次元の移動量の一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a three-dimensional movement amount of the tip of the tool;

A.5軸加工機の構成:
実施形態の多軸加工機のNCプログラム評価装置100(図2A、図2B)は、5軸加工機10用の加工用のプログラムを評価する。そこで、まず加工用のプログラムにより加工を行なう5軸加工機10の概要について、図1A、図1B、図1Cを参照しながら説明する。尚、説明に用いる各図は概略図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。
A. Configuration of 5-axis machine:
An NC program evaluation device 100 (FIGS. 2A and 2B) for a multi-axis machine according to an embodiment evaluates a machining program for a 5-axis machine 10. FIG. Therefore, first, an overview of the five-axis machine 10 that performs machining according to a machining program will be described with reference to FIGS. 1A, 1B, and 1C. Each figure used for explanation is a schematic diagram, and the shape of each part may not necessarily be exact.

5軸加工機10は、Y軸に対して45度傾いた旋回軸(C軸)の周りに主軸装置30を旋回させる傾斜旋回式5軸加工機である。5軸加工機10は、図1Aに示すように、ベッド11、コラム12、サドル13、旋回主軸装置20、スライドテーブル14及びターンテーブル15を備えている。ベッド11は、ほぼ矩形状であり、床上に配置される。ベッド11上には、コラム12が起立して設けられている。 The 5-axis processing machine 10 is a tilting and turning type 5-axis processing machine that turns the spindle device 30 around a turning axis (C-axis) that is tilted 45 degrees with respect to the Y-axis. The 5-axis machine 10 includes a bed 11, a column 12, a saddle 13, a swivel spindle device 20, a slide table 14 and a turntable 15, as shown in FIG. 1A. The bed 11 has a substantially rectangular shape and is placed on the floor. A column 12 is erected on the bed 11 .

コラム12の側面には、サドル13がサーボモータ71によってX方向に移動可能に設けられる。サドル13の側面には、サーボモータ72が設けられ、主軸装置30が取り付けられる旋回主軸装置20を鉛直方向に一致するY方向に移動可能に設けられている。また、ベッド11の上には、スライドテーブル14が設けられ、サーボモータ73によってZ方向に移動可能に設けられている。スライドテーブル14の上には、ターンテーブル15がY方向に沿った軸(B軸)の周りに回転可能に設けられている。ターンテーブル15には、ワークWKが冶具を介して固定される。B軸の回転角度θbは、ターンテーブル15に正対した状態でターンテーブル15に設定された原点位置を角度0゜とし、ここから反時計回りに計測する。B軸の角度θbは、図示を省略するエンコーダ等の検出器を用いて検出される。 A saddle 13 is provided on the side surface of the column 12 so as to be movable in the X direction by a servomotor 71 . A servomotor 72 is provided on the side surface of the saddle 13 so that the turning spindle device 20 to which the spindle device 30 is attached can be moved in the Y direction corresponding to the vertical direction. A slide table 14 is provided on the bed 11 and is movable in the Z direction by a servomotor 73 . A turntable 15 is provided on the slide table 14 so as to be rotatable around an axis (B axis) along the Y direction. A work WK is fixed to the turntable 15 via a jig. The rotation angle .theta.b of the B-axis is measured counterclockwise from the origin position set on the turntable 15 facing the turntable 15 as an angle of 0.degree. The angle θb of the B axis is detected using a detector such as an encoder (not shown).

図1Bに示すように、旋回主軸装置20は、旋回部を構成する旋回軸21および旋回本体部22と、固定部としての固定本体部23と、減速機構部24と、サーボモータ25と、を備えている。旋回主軸装置20は、図1Bに示したY-Z平面において、Y軸に対して45度傾いた旋回軸(C軸)の周りに、旋回本体部22を回転させる。この様子を、図1Cに示した。図1Cは、旋回本体部22に取り付けられた主軸装置30を、旋回軸であるC軸方向に見た矢視図である。旋回主軸装置20は、固定本体部23に対して、旋回軸21を旋回本体部22と共に回転させる。これにより、旋回主軸装置20は、図示するように、主軸装置30の姿勢(回転軸Rの向き)を水平方向(0度)から垂直方向(180度)を経て所定角度θ(例えば、270度)までの間で変化させて主軸装置30の旋回割出しを行う。尚、旋回本体部22(旋回軸21)の回転角度は、主軸装置30のR軸が水平になった状態を原点(θc=0)として、主軸装置30正対した状態での反時計回りに計測する。この角度θcは、例えば、図示を省略するエンコーダ等の検出器を用いて検出される。 As shown in FIG. 1B, the turning spindle device 20 includes a turning shaft 21 and a turning main body portion 22 that constitute a turning portion, a fixed main body portion 23 as a fixed portion, a speed reduction mechanism portion 24, and a servomotor 25. I have. The swivel spindle device 20 rotates the swivel main body 22 around a swivel axis (C-axis) tilted 45 degrees with respect to the Y-axis in the YZ plane shown in FIG. 1B. This state is shown in FIG. 1C. FIG. 1C is an arrow view of the spindle device 30 attached to the swivel main body 22 as seen in the C-axis direction, which is the swivel axis. The swivel spindle device 20 rotates the swivel shaft 21 together with the swivel main body portion 22 with respect to the fixed main body portion 23 . As a result, the turning spindle device 20 changes the posture (orientation of the rotation axis R) of the spindle device 30 from the horizontal direction (0 degrees) through the vertical direction (180 degrees) to a predetermined angle θ (for example, 270 degrees), as shown in the figure. ) to index the rotation of the spindle device 30 . The rotation angle of the swivel body 22 (swivel shaft 21) rotates counterclockwise when the main spindle unit 30 faces the spindle unit 30, with the R-axis of the spindle unit 30 being horizontal as the origin (θc=0). measure. This angle θc is detected, for example, using a detector such as an encoder (not shown).

C軸回りの回転角度θに対するR軸の方向ベクトル(X,Y,Z)は、図1Cに示すように、
C軸角度θcが0゜の場合に(0,0,2)であり、
C軸角度θcが90゜の場合に(√2,1,1)であり、
C軸角度θcが180゜の場合に(0,2,0)であり、
C軸角度θcが280゜の場合に(-√2,1,1)である。
一般式(1)は、
X=√2・sinθc
Y=-cosθc+1
Z= cosθc+1 …(1)
である。C軸角度θcが0゜の場合に(0,0,2)としているのは、θc=0では、R軸は水平であり、Z軸方向に沿った状態になっているものとしたからである。方向ベクトルは、軸の方向を示すだけなので、ベクトルの大きさ(長さ)が単位ベクトルなるように正規化する必要はないが、一般式の結果と一致するように、ここでは正規化している。従って、一般化する必要がなければ、単に方向のみを示すものとして扱い、方向ベクトルの大きさが角度θcにより一定にならないものとしてもよい。これは、B軸周りの角度θbについての方向ベクトルを扱う場合も同様である。また、XYZ方向の正負は、図1Aに示したように、鉛直方向に一致するY軸については、鉛直上方が正(+)、鉛直下方が負(-)であり、X軸については、主軸装置30を正面に見て、右手方向が正(+)、左手方向が負(-)であり、Z軸については、奥行き方向が正(+)、手前方向が負(-)である。
The direction vector (X, Y, Z) of the R axis with respect to the rotation angle θ about the C axis is, as shown in FIG. 1C,
(0, 0, 2) when the C-axis angle θc is 0°,
(√2, 1, 1) when the C-axis angle θc is 90°,
(0, 2, 0) when the C-axis angle θc is 180°,
(-√2, 1, 1) when the C-axis angle θc is 280°.
General formula (1) is
X=√2·sin θc
Y=-cosθc+1
Z = cos θc + 1 (1)
is. When the C-axis angle θc is 0°, it is set to (0, 0, 2) because when θc=0, the R-axis is horizontal and is in a state along the Z-axis direction. be. Since the direction vector only indicates the direction of the axis, it is not necessary to normalize the magnitude (length) of the vector so that it becomes a unit vector, but it is normalized here so that it matches the result of the general expression. . Therefore, if there is no need for generalization, it may simply be treated as indicating only the direction, and the magnitude of the direction vector may not be constant depending on the angle θc. This is the same when dealing with the direction vector about the angle θb around the B axis. As shown in FIG. 1A, positive and negative values in the X, Y, and Z directions are positive (+) in the vertical direction and negative (-) in the vertical direction. When the device 30 is viewed from the front, the right-hand direction is positive (+) and the left-hand direction is negative (-). With respect to the Z-axis, the depth direction is positive (+) and the front direction is negative (-).

主軸装置30は、回転軸R回りに回転する主軸31と、主軸装置30にビルトインされた主軸31を回転するサーボモータ25とを有する。主軸31は、回転工具32を把持するチャック装置を先端に有し、回転工具32は、ボールエンドミルと、ボールエンドミルを把持する工具ホルダ41を有する。回転工具32は、図示しない自動工具交換装置により工具マガジン60から取り出され、主軸31に取り付けられ、また取り外されて工具マガジン60に収納される。ボールエンドミルは、ボールエンドミルの加工上の基準点bがC軸とR軸の交点に位置するように、主軸装置30に装着される。加工上の基準点bについては、後で説明する。 The main shaft device 30 has a main shaft 31 that rotates around a rotation axis R and a servomotor 25 that rotates the main shaft 31 built into the main shaft device 30 . The spindle 31 has a chuck device for gripping the rotating tool 32 at its tip, and the rotating tool 32 has a ball end mill and a tool holder 41 for gripping the ball end mill. The rotary tool 32 is taken out from the tool magazine 60 by an automatic tool changer (not shown), attached to the spindle 31, removed, and stored in the tool magazine 60. FIG. The ball end mill is mounted on the spindle device 30 so that the reference point b for machining of the ball end mill is positioned at the intersection of the C axis and the R axis. The processing reference point b will be described later.

B.NCプログラムの作成:
図2Aは、NCプログラム評価装置100を5軸加工機10と共に示す概略構成図である。図では、NCプログラム評価装置100が特定し出力したNCプログラムにより5軸加工機10を動作させて加工させられるように、NCプログラム評価装置100と5軸加工機10とをNC制御装置90を介して接続している。NC制御装置90と5軸加工機10の接続については後述する。また、NCプログラム評価装置100は、CAD装置80とも接続されており、CAD装置80の支援を受けて、NCプログラムを作成も行なう。もとより、NCプログラム評価装置100は、5軸加工機10やCAD装置80の一方または両方と独立に構成することも可能である。
B. Creating an NC program:
FIG. 2A is a schematic configuration diagram showing the NC program evaluation device 100 together with the 5-axis machine 10. As shown in FIG. In the figure, the NC program evaluation device 100 and the 5-axis machine 10 are connected via the NC control device 90 so that the 5-axis machine 10 can be operated and processed by the NC program specified and output by the NC program evaluation device 100. connected. The connection between the NC control device 90 and the 5-axis machine 10 will be described later. The NC program evaluation device 100 is also connected to a CAD device 80, and with the support of the CAD device 80, also creates an NC program. Of course, the NC program evaluation device 100 can also be configured independently of one or both of the 5-axis machine 10 and the CAD device 80 .

NCプログラム評価装置100は、図2Bに示すように、NCプログラム評価装置100の動作に必要な各種情報やデータを入力する入力部101、入力した情報やデータを記憶する入力記憶部102、入力された情報やデータにしたがってNCプログラムを作成するNCプログラム作成部103、作成されたNCプログラムを記憶するNCプログラム記憶部104、記憶されたNCプログラムを読み出してこれをシミュレーションする加工シミュレーション部105、シミュレーションした5軸加工機10の動作を記憶する動作記憶部106、シミュレーションした動作を解析する解析部107、解析結果を記憶する解析結果記憶部108,NCプログラム評価装置100の処理に必要な各種情報を表示する表示部110とを備え、これらの各部が協働してCAM(コンピュータ支援製造)としても機能する。CAMは、CAM用のアプリケーションを搭載したコンピュータである。入力部101など、外部の機器、例えばキーボードやマウス等に接続されるものには、外部の機器と電気的な信号をやり取りするためのハードウェアも組み込まれている。 As shown in FIG. 2B, the NC program evaluation apparatus 100 has an input unit 101 for inputting various information and data necessary for the operation of the NC program evaluation apparatus 100, an input storage unit 102 for storing the input information and data, and an input unit 102 for storing the input information and data. An NC program creation unit 103 creates an NC program according to the information and data obtained, an NC program storage unit 104 stores the created NC program, a machining simulation unit 105 reads out the stored NC program and simulates it, and a simulation A motion storage unit 106 for storing motions of the 5-axis machine 10, an analysis unit 107 for analyzing simulated motions, an analysis result storage unit 108 for storing analysis results, and various information necessary for processing of the NC program evaluation device 100 are displayed. and a display unit 110 that functions as a CAM (computer-aided manufacturing) in cooperation with each other. A CAM is a computer loaded with a CAM application. Hardware for exchanging electrical signals with the external device is also incorporated in the input unit 101 or the like that is connected to an external device such as a keyboard or a mouse.

本実施形態では、図2Bに示した各部のうち、NCプログラム作成部103,加工シミュレーション部105,解析部107は、ハードウェアとしては単一のCPU111により実現され、このCPU111が特定のプログラムを実行することにより各部の機能が実現される。また、NCプログラム記憶部104,動作記憶部106,解析結果記憶部108は、記憶装置112の特定の記憶領域として実現される。もとより、CPU111は、機能毎に設けてもよく、記憶装置112も各記憶部毎に異なるハードウェアとして実現してもよい。記憶装置112は、半導体メモリによる主記憶の一部として実現してもよく、あるいはハードディスクやSSDなどの外部記憶装置として実現してもよい。 In this embodiment, among the units shown in FIG. 2B, the NC program creation unit 103, the machining simulation unit 105, and the analysis unit 107 are realized by a single CPU 111 as hardware, and this CPU 111 executes a specific program. By doing so, the function of each part is realized. Also, the NC program storage unit 104 , the motion storage unit 106 , and the analysis result storage unit 108 are realized as specific storage areas of the storage device 112 . Of course, the CPU 111 may be provided for each function, and the storage device 112 may also be implemented as different hardware for each storage unit. The storage device 112 may be implemented as part of the main memory by a semiconductor memory, or may be implemented as an external storage device such as a hard disk or SSD.

NCプログラム作成部103は、5軸加工機10における加工用のプログラムを作成する。プログラム自体は、CADの支援を受けてプログラマが作成し、入力部101から加工に必要な座標やプログラムコードを打ち込むことで作成される。加工用のプログラムを作成するには、回転工具32の長さとワークWKの取り付け位置とを設定する必要がある。図3Aに示すように、回転工具32は、先端が加工用の形成されたツール部32aとチャック41に固定するためのホルダ部32bとからなるが、このうち、回転工具32をホルダ部32bを介してチャック41に取り付けた場合のホルダ部32b先端からからツール部32aの先端までの長さを、工具長さLと呼ぶ。長いホルダ部32bを使えば、工具長さLが短くなり、逆に短いホルダ部32bを使えば、工具長さLが長くなる。このように、回転工具32がチャック41により片持ちに保持されている状態で、先端にツール部32aを曲げる力が加わるので、ツール部32aはこの力に対抗する十分な曲げ剛性kBが求められる。回転工具32の代表例としては、2枚刃や3枚刃など、複数刃のボールエンドミルなどが挙げられる。これらの回転工具32は、高速度工具鋼や超硬合金などを用いて作られている。 The NC program creation unit 103 creates a machining program for the 5-axis machine 10 . The program itself is created by a programmer with the assistance of CAD, and is created by inputting the coordinates and program code necessary for machining from the input unit 101 . To create a machining program, it is necessary to set the length of the rotary tool 32 and the mounting position of the work WK. As shown in FIG. 3A, the rotary tool 32 comprises a tool portion 32a having a tip formed for processing and a holder portion 32b for fixing to the chuck 41. Of these, the rotary tool 32 is attached to the holder portion 32b. The length from the tip of the holder portion 32b to the tip of the tool portion 32a when attached to the chuck 41 via the tool is called a tool length L. FIG. If a long holder portion 32b is used, the tool length L is shortened, and conversely, if a short holder portion 32b is used, the tool length L is lengthened. In this way, while the rotary tool 32 is cantilevered by the chuck 41, a force that bends the tool portion 32a is applied to the tip, so the tool portion 32a is required to have sufficient bending rigidity kB to resist this force. . A representative example of the rotary tool 32 is a multi-bladed ball end mill such as a two-bladed or three-bladed tool. These rotary tools 32 are made of high-speed tool steel, cemented carbide, or the like.

回転工具32における曲げ剛性kBは、片持ちの場合、次式(2)により求めることができる。
kB=E・I/L …(2)
ここで、Eは材料のヤング率(単位:MPa)、Iは断面二次モーメント(単位:mm)、Lは上述した工具長さ(単位:mm)である。このうちヤング率Eは材料により定まり、断面二次モーメントIも回転工具32の形状により定まる。但し、断面二次モーメントIは、回転工具32のように複雑な形状をしている場合には、微小区間に分けて求める必要がある。このため、回転工具32が提供するデータやCAD装置80などが提供する演算プログラムを用いて定めてもよい。いずれにせよ、回転工具32の曲げ剛性kBは、加工に用いる回転工具32の種類とチャック41に取り付けた際の工具長さLが分かれば、求めることができる。NCプログラムの評価における曲げ剛性kBの扱いについては、後で詳しく説明する。
The bending rigidity kB of the rotary tool 32 can be obtained from the following equation (2) in the case of a cantilever.
kB=E・I/L (2)
Here, E is the Young's modulus of the material (unit: MPa), I is the geometrical moment of inertia (unit: mm 4 ), and L is the above-described tool length (unit: mm). Of these, the Young's modulus E is determined by the material, and the geometrical moment of inertia I is also determined by the shape of the rotary tool 32 . However, if the rotary tool 32 has a complicated shape, the geometrical moment of inertia I must be obtained by dividing it into minute sections. Therefore, data provided by the rotary tool 32 or an operation program provided by the CAD device 80 or the like may be used for determination. In any case, the bending rigidity kB of the rotary tool 32 can be obtained if the type of the rotary tool 32 used for processing and the tool length L when attached to the chuck 41 are known. The handling of the bending stiffness kB in the evaluation of the NC program will be explained later in detail.

また、加工に先立って、ターンテーブル15上のどこにワークWKを配置するかを決める必要がある。ターンテーブル15には、そのセンタ位置が定められている。図3Bは、ターンテーブル15をY軸方向から見たものとして示す。ターンテーブル15の中心がX軸およびZ軸の中心、つまりX=0、Z=0の原点OPである。この原点OPに対して、ワークWKをどのようにセットするかは、加工形状によっても、あるいは5軸加工機10のプログラムの仕様によっても異なるが、例えば図3Bに示した例では、ワークWKの中心WPが、ターンテーブル15の原点OPからX軸、Z軸方向にずれている量X,Zとして表わすことができる。この配置を示す量X,Zは、原点OPから、図示のように、正の方向+X,+Zと、負の方向-X,-Zを区別する。本実施形態では、X軸方向、Z軸方向にワークWKの取り付け範囲は、-100から+100mmの範囲である。もとより、ターンテーブル15の端点EPを原点として、ワークWKの位置を正の値のみで示すようにしてもよい。ワークWKについては、ワークWKのいずれか一つの角(例えば角CP)が、ターンテーブル15の原点OPからどれだけ隔たっているか、としてワークWKの位置を設定するものとしてもよい。なお、Y軸方向におけるWKの位置は、ワークWKの下面(ターンテーブル15側の面)が、ターンテーブル15に接している状態が、Y=-100mmである。ワークWKのターンテーブル15上の位置は、ベースなどを介在させることで、ターンテーブル15の表面から上方とすることも可能であり、その上限は、本実施形態では、+100mmである。 In addition, it is necessary to decide where on the turntable 15 the workpiece WK is to be placed prior to machining. The center position of the turntable 15 is determined. FIG. 3B shows the turntable 15 as seen from the Y-axis direction. The center of the turntable 15 is the center of the X and Z axes, that is, the origin OP of X=0 and Z=0. How the work WK is set with respect to the origin OP depends on the machining shape and the specifications of the program of the 5-axis machine 10. For example, in the example shown in FIG. It can be expressed as the amount X, Z that the center WP is deviated from the origin OP of the turntable 15 in the X-axis and Z-axis directions. The quantities X, Z indicating this arrangement distinguish between positive directions +X, +Z and negative directions -X, -Z from the origin OP, as shown. In this embodiment, the mounting range of the work WK in the X-axis direction and the Z-axis direction is from -100 mm to +100 mm. Of course, with the end point EP of the turntable 15 as the origin, the position of the work WK may be indicated only by positive values. As for the work WK, the position of the work WK may be set based on how far one of the corners (for example, the corner CP) of the work WK is from the origin OP of the turntable 15 . The position of WK in the Y-axis direction is Y=−100 mm when the lower surface of the work WK (surface on the turntable 15 side) is in contact with the turntable 15 . The position of the work WK on the turntable 15 can be set above the surface of the turntable 15 by interposing a base or the like, and the upper limit is +100 mm in this embodiment.

NCプログラム作成部103は、CAD装置80で作成されたワークWKの形状データと、自由曲面に対する法線NLに対する回転工具32の傾き(リード角とチルト角)とを入力データとして、加工用のNCプログラムを作成する。回転工具32は、回転中心から遠ざかるにつれて周速が速くなるため、加工の際には、ワークWKの表面に対して傾けられる。この状態を、図3Cに例示した。回転工具32の進行方向を符号TDにより示す。この場合、加工された自由曲面に対する法線方向NLに対して、回転工具32が移動方向に傾く角度をリード角θLという。ここで、加工された自由曲面に対する法線方向NLは、回転工具32であるボールエンドミルによる加工点aとボールエンドミルの中心点bとを通る方向である。中心点bは、回転工具32として用いるボールエンドミルの旋回中心軸上であって、半径rの加工半球の中心点である。また、図3Dに示すように、加工地点おける法線NLから、回転工具32が移動方向TDおよび法線方向に直交する方向に傾く角度をチルト角θTという。なお、リード角θLとチルト角θTとは、共に、正負の符号を持つ。リード角θLは、移動方向TDに対して倒れる角度を正の角度として表わし、移動方向TDとは逆の後方に倒れる角度を負の角度として表わす。チルト角θTは、移動方向TD側から見て右側に倒れる角度を正の角度として表わし、移動方向TD側から見て左側に倒れる角度を負の角度として表わす。NCプログラム作成部103によるNCプログラムの作成については後で詳しく説明する。 The NC program creation unit 103 uses, as input data, the shape data of the workpiece WK created by the CAD device 80 and the inclination (lead angle and tilt angle) of the rotary tool 32 with respect to the normal line NL to the free-form surface, to create an NC for machining. create a program Since the peripheral speed of the rotating tool 32 increases as it moves away from the center of rotation, it is tilted with respect to the surface of the work WK during machining. This state is illustrated in FIG. 3C. The traveling direction of the rotary tool 32 is indicated by TD. In this case, the lead angle θL is the angle at which the rotary tool 32 is inclined in the moving direction with respect to the normal direction NL to the machined free-form surface. Here, the normal direction NL to the machined free-form surface is a direction passing through the machining point a by the ball end mill, which is the rotary tool 32, and the center point b of the ball end mill. The center point b is on the turning center axis of the ball end mill used as the rotary tool 32 and is the center point of the machining hemisphere with the radius r. Further, as shown in FIG. 3D, the angle at which the rotary tool 32 is inclined from the normal line NL at the machining point in the direction perpendicular to the moving direction TD and the normal line direction is called a tilt angle θT. Both the lead angle θL and the tilt angle θT have positive and negative signs. The lead angle .theta.L represents an angle of tilting with respect to the moving direction TD as a positive angle, and an angle of tilting backward in the direction opposite to the moving direction TD as a negative angle. The tilt angle θT is a positive angle when viewed from the movement direction TD, and a negative angle when viewed from the movement direction TD. Creation of an NC program by the NC program creation unit 103 will be described later in detail.

作成された複数のNCプログラムは、NCプログラム記憶部104に記憶する。NCプログラム作成部103から表示部110に入力画面が表示される。自由曲面に対する法線NLに対する回転工具32の傾き(リード角とチルト角)は、入力画面を介して入力部101よりNCプログラム作成部103に入力される。ボールエンドミルの先端は半球形状を有し、半球形状の半径rが入力画面を介して入力部101よりNCプログラム作成部103に入力される。先端から工具ホルダ41までのボールエンドミルの長さが入力画面を介して入力部101よりNCプログラム作成部103に入力される。後述する機械原点Mに対するワークWKの形状データが入力画面を介して入力部101よりNCプログラム作成部103に入力される。NCプログラム作成部103から表示部110にワークWKの形状が表示され、ワークWKのエリア毎に加工パターン(等高線切削、XZ直線切削)を選択できるようになっている。入力部101よりNCプログラム作成部103に入力されたデータは、入力記憶部102に記憶される。 A plurality of created NC programs are stored in the NC program storage unit 104 . An input screen is displayed on the display unit 110 from the NC program creation unit 103 . The inclination (lead angle and tilt angle) of the rotary tool 32 with respect to the normal NL to the free-form surface is input from the input unit 101 to the NC program creating unit 103 via the input screen. The tip of the ball end mill has a hemispherical shape, and the radius r of the hemispherical shape is input from the input unit 101 to the NC program creating unit 103 via the input screen. The length of the ball end mill from the tip to the tool holder 41 is input from the input unit 101 to the NC program creating unit 103 via the input screen. The shape data of the workpiece WK with respect to the machine origin M, which will be described later, is input from the input unit 101 to the NC program creating unit 103 via the input screen. The shape of the work WK is displayed on the display unit 110 from the NC program creation unit 103, and a machining pattern (contour line cutting, XZ straight line cutting) can be selected for each area of the work WK. Data input from the input unit 101 to the NC program creation unit 103 is stored in the input storage unit 102 .

ワークWKを所定の形状に加工するNCプログラムは、回転工具32の先端をトレースする点列の集合として作成される。図4は、ワークWKの上面(X-Z平面)をXZ直線切削により自由曲面として加工する場合の回転工具32先端の移動を模式的に示している。この例では、回転工具32としてボールエンドミルを用い、ワークWKの最初の加工点aである点Gd1から、点Gd2、Gd3・・・と。順次ボールエンドミルをZ方向に移動しつつ加工を行なう。各点Gd1、Gd2・・・には、ワークWKの表面形状に対応した点データが対応付けられている。したがって、図4は、加工点aの3次元座標(X,Y,Z)を、ワークWKの上面(X-Z平面)におけるXZの並びに沿って配列したものに相当する。5軸加工機10では、後述するように、この加工点aの座標から、回転工具32であるボールエンドミルの中心点bを求めて加工制御が行なわれる。各点Gd1、Gd2・・・の間隔Δzは、均一としてもよいし、加工形状に応じて変更してもよい。ワークWKの上面をZ方向端部まで加工すると、ボールエンドミルの先端位置を、X方向に、Δxだけ移動する。この移動量Δxは、ボールエンドミルの先端の半球形状の直径未満であればよい。ボールエンドミルの先端をX方向にΔxだけ移動した後、今度は、Z方向の反対側端部に向かって、つまり-Z方向に移動しつつ加工を行なう。以後、同様に、ワークWKの上面を連続的に加工する。 An NC program for machining the workpiece WK into a predetermined shape is created as a set of point sequences tracing the tip of the rotary tool 32 . FIG. 4 schematically shows movement of the tip of the rotary tool 32 when the upper surface (XZ plane) of the work WK is machined as a free-form surface by XZ linear cutting. In this example, a ball end mill is used as the rotary tool 32, and from point Gd1, which is the first machining point a of the workpiece WK, to points Gd2, Gd3, and so on. Machining is performed while sequentially moving the ball end mill in the Z direction. Each point Gd1, Gd2, . . . is associated with point data corresponding to the surface shape of the work WK. Therefore, FIG. 4 corresponds to the arrangement of the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) of the machining point a along the XZ alignment on the upper surface (XZ plane) of the work WK. As will be described later, the 5-axis machine 10 obtains the center point b of the ball end mill, which is the rotary tool 32, from the coordinates of the machining point a, and performs machining control. The interval Δz between the points Gd1, Gd2, . When the upper surface of the work WK is machined to the end in the Z direction, the tip position of the ball end mill is moved in the X direction by Δx. This amount of movement Δx should be less than the diameter of the hemispherical tip of the ball end mill. After moving the tip of the ball end mill by .DELTA.x in the X direction, machining is performed while moving toward the end on the opposite side in the Z direction, that is, in the -Z direction. Thereafter, similarly, the upper surface of the work WK is continuously machined.

こうした加工の際には、回転工具32をワークWKに対して所定のリード角θLおよびチルト角θTとする。このため、加工がZ方向端部まで至って、加工方向を反転すると、加工の際のリード角θLおよびチルト角θTを同じにするには、回転工具32のワークWKに対する角度を変更する必要が生じる。ワークWK正面に対するボールエンドミルの角度は、実際には、主軸装置30の主軸(回転軸)RをC軸の周りに回転させることで実現されるが、C軸は、鉛直から45度傾いているので、所定のリード角θL,チルト角θTを実現しつつ、ボールエンドミルの先端をワークWKのZ軸方向移動するには、ワークWKをB軸回りに回転して、ワークWKをZ軸に対して所定の角度とし、更にワークWKをZ軸およびX軸方向に相対的に移動することになる。 During such machining, the rotary tool 32 is set at a predetermined lead angle θL and tilt angle θT with respect to the work WK. Therefore, when the machining reaches the end in the Z direction and the machining direction is reversed, it becomes necessary to change the angle of the rotary tool 32 with respect to the workpiece WK in order to make the lead angle θL and the tilt angle θT the same during machining. . The angle of the ball end mill with respect to the front surface of the workpiece WK is actually realized by rotating the main shaft (rotating shaft) R of the main shaft device 30 around the C-axis, but the C-axis is tilted 45 degrees from the vertical. Therefore, in order to move the tip of the ball end mill in the Z-axis direction of the work WK while realizing the predetermined lead angle θL and tilt angle θT, the work WK is rotated around the B-axis, and the work WK is moved with respect to the Z-axis. is set to a predetermined angle, and the workpiece WK is relatively moved in the Z-axis and X-axis directions.

また、加工形状によりワークWK表面の法線方向は変化するから、リード角θL,チルト角θTを一定に保つためには、C軸角度を変更し、これに合わせて、Z方向およびX方向の相対的に移動量も変更する必要が生じる。場合によっては、ワークWKをB軸回りに回転する必要が生じることもあり得る。こうした加工中のC軸角度、B軸角度の変化や、Z方向およびX方向の変位並びに時間当たりの変位速度の変化(加速度)などが生じると、ワークWKの加工面の精度が変化する。したがって、NCプログラムの作成は、こうした加工において高い加工精度が得られるように行なうことが求められる。なお、ワークWKのZ方向端部では、C軸の角度は大きく変化することになるが、こうした加工端でのC軸の回転はワークWK表面の加工精度に直接的な影響を与える訳ではない。 In addition, since the normal direction of the surface of the workpiece WK changes depending on the machining shape, in order to keep the lead angle θL and the tilt angle θT constant, the C-axis angle is changed. It is necessary to change the amount of movement relatively. In some cases, it may be necessary to rotate the work WK around the B axis. Changes in the C-axis angle and B-axis angle during machining, displacement in the Z and X directions, and changes in displacement speed per time (acceleration) change the accuracy of the machined surface of the workpiece WK. Therefore, NC programs are required to be created so as to obtain high machining accuracy in such machining. Although the angle of the C-axis changes greatly at the end of the work WK in the Z direction, the rotation of the C-axis at the end of processing does not directly affect the machining accuracy of the surface of the work WK. .

NCプログラムは、XZ直線切削では、上述した様にZ方向に沿った点データの集合として作成される。点データは、ワーク原点(0,0,0)から見たボールエンドミルによる加工点の座標として把握できる。加工点の座標は、図5に示すように、ワーク原点(0,0,0)および機械原点からのベクトルとして求めることができる。図5は、図示左側に、X・Y・Z方向を上段と下段については別々に示しているように、上段が、加工位置をX方向から見た状態を示し、下段が、Y方向から見た状態を示す。 The NC program is created as a set of point data along the Z direction in XZ straight line cutting as described above. The point data can be grasped as the coordinates of the machining point by the ball end mill viewed from the work origin (0, 0, 0). The coordinates of the machining point can be obtained as a vector from the work origin (0, 0, 0) and the machine origin, as shown in FIG. FIG. 5 shows the X, Y, and Z directions separately for the upper and lower stages on the left side of the drawing. state.

図5において、b点は、他の図に示したのと同様、回転工具32として用いるボールエンドミルの旋回中心軸上であって、半径rの加工半球の中心点である。加工点aから中心点bを通る方向が法線方向NLである。回転工具32のリード角θLやチルト角θTはこの法線方向NLに対する角度である。本実施形態では、回転工具32としてボールエンドミルを用いているので、回転工具32がこの中心点bの周りに、所定のリード角θL,チルト角θTだけ傾いても、加工点aは変化しない。加工点aの位置は、加工面からの法線が加工半球の中心点bを通る位置となる。この加工点aから加工半球の中心点bに向かう法線ベクトルを、Vabと表わす。 In FIG. 5, point b is the central point of the machining hemisphere with radius r, on the center axis of rotation of the ball end mill used as rotary tool 32, as shown in other figures. A direction passing through the center point b from the processing point a is the normal direction NL. The lead angle θL and tilt angle θT of the rotary tool 32 are angles with respect to the normal direction NL. In this embodiment, since a ball end mill is used as the rotary tool 32, the machining point a does not change even if the rotary tool 32 is tilted about the center point b by the predetermined lead angle .theta.L and tilt angle .theta.T. The position of the machining point a is a position where the normal line from the machining surface passes through the center point b of the machining hemisphere. A normal vector from the machining point a to the center point b of the machining hemisphere is represented by Vab.

加工用の回転工具32であるボールエンドミルによるワークWK上面の加工点aをワークWKの原点に対して、(Xa,Ya,Za,Vab)として表わされる。同様に、加工半球の中心点bは、ワーク原点に対して、(Xb,Yb,Zb,Vab)として表わされる。NCプログラムを作成する場合、主軸装置30をC軸の周りに回転しても、ボールエンドミルの加工半球の中心点bの位置が変化しないように、回転工具32を取り付けているが、加工形状によって加工点aの位置は変化する。他方、回転工具32がこの中心点bの周りに、所定のリード角θL,チルト角θTだけ傾いても、加工点aは変化しないから、図4に示した加工点aの座標から、中心点bの座標を求めれば、5軸加工機10は、C軸周りの回転角度の制御を含めて、加工制御を行なうことできる。そこで、加工形状を表わす加工点aの3次元座標値に上述した法線ベクトルVabを含めた加工点aの点データ(Xa,Ya,Za,Vab)に基づき、加工点aの位置(Xa,Ya,Za)から、法線ベクトルVabに沿って半径rだけ移動した位置として、中心点bの点データ(Xb,Yb,Zb)を求める。こうして、加工形状に対応した加工点aの点データ列(図4)から、回転工具32の制御に必要な点bの点データ列が生成される。 A machining point a on the upper surface of the work WK by the ball end mill, which is the rotating tool 32 for machining, is expressed as (Xa, Ya, Za, Vab) with respect to the origin of the work WK. Similarly, the center point b of the working hemisphere is expressed as (Xb, Yb, Zb, Vab) with respect to the work origin. When creating an NC program, a rotating tool 32 is attached so that the position of the center point b of the machining hemisphere of the ball end mill does not change even if the spindle device 30 is rotated around the C axis. The position of the processing point a changes. On the other hand, even if the rotary tool 32 is tilted about the center point b by the predetermined lead angle .theta.L and tilt angle .theta.T, the machining point a does not change. If the coordinate of b is obtained, the five-axis machine 10 can perform machining control including control of the rotation angle around the C-axis. Therefore, the position (Xa, Point data (Xb, Yb, Zb) of the center point b is obtained as a position moved by a radius r along the normal vector Vab from Ya, Za). In this way, the point data string of the point b necessary for controlling the rotary tool 32 is generated from the point data string of the machining point a corresponding to the machining shape (FIG. 4).

ワークWKを加工する際のワークWKと回転工具32であるボールエンドミルとの位置関係は、ワーク原点(0,0,0)からの加工点aの座標に加えて、ボールエンドミルを旋回する主軸装置30のC軸周りの回転角度θcとワークWKを載置するターンテーブル15のB軸周りの回転角度θbによって変化する。まず、主軸装置30のC軸回りの回転角度θcについて説明すると、C軸周りの回転角度θcに対する方向ベクトルが一般式(1)で表わせることは既に説明した。加工のために所定のリード角θL,チルト角θTを設定すると、加工面の法線方向NLとリード角θL,チルト角θTに応じて、主軸装置30はC軸周りに回転される。 The positional relationship between the workpiece WK and the ball end mill, which is the rotating tool 32, when machining the workpiece WK is determined by the coordinates of the machining point a from the workpiece origin (0, 0, 0), and the spindle device for turning the ball end mill. 30 around the C-axis and the rotation angle .theta.b around the B-axis of the turntable 15 on which the workpiece WK is placed. First, the rotation angle .theta.c about the C-axis of the spindle device 30 will be explained. It has already been explained that the direction vector for the rotation angle .theta.c about the C-axis can be expressed by the general formula (1). When a predetermined lead angle .theta.L and tilt angle .theta.T are set for machining, the spindle device 30 is rotated around the C-axis according to the normal direction NL of the machining surface, the lead angle .theta.L and the tilt angle .theta.T.

所定のリード角θL,チルト角θTを実現するためには、ワークWKをB軸周りに回転する必要が生じる場合もありえる。実際、C軸周りの回転だけでは、回転工具32のリード角θLを負の角度にすること、つまりを-Z方向に回転工具32を倒すことはできない。この場合には、ワークWKをB軸周りに回転することが通常必要になる。B軸の回転角度θbが0゜の場合の方向ベクトル(X,Y,Z)を(0,0,1)で表わすものとすると、0゜、90゜、180゜、270゜での方向ベクトルは、
B軸角度θbが0゜の場合に (0,0,1)であり、
B軸角度θbが90゜の場合に (-1,0,0)であり、
B軸角度θbが180゜の場合に (0,0,-1)であり、
B軸角度θbが280゜の場合に (1,0,0)である。
のように変化する。これを一般式にすれば、
B軸角度θbが0゜の場合に、 (xb,yb,zb)であるとすると、
B軸角度θbが90゜の場合には (-xb,yb,zb)であり、
B軸角度θbが180゜の場合には(-xb,yb,-zb)であり、
B軸角度θbが280゜の場合には (xb,yb,-zb)である。
B軸は、Y方向に沿った軸なので、B軸周りの角度θbが変化しても、加工点aYの値は変化しない。
In order to achieve the predetermined lead angle .theta.L and tilt angle .theta.T, it may be necessary to rotate the workpiece WK around the B axis. Actually, it is not possible to set the lead angle θL of the rotary tool 32 to a negative angle, that is, to tilt the rotary tool 32 in the -Z direction only by rotating around the C axis. In this case, it is usually necessary to rotate the work WK around the B axis. If the direction vector (X, Y, Z) when the rotation angle θb of the B axis is 0° is represented by (0, 0, 1), the direction vectors at 0°, 90°, 180°, and 270° are teeth,
(0, 0, 1) when the B-axis angle θb is 0°,
(-1, 0, 0) when the B-axis angle θb is 90°,
(0, 0, -1) when the B-axis angle θb is 180°,
(1, 0, 0) when the B-axis angle θb is 280°.
changes like Putting this into a general formula,
Assuming that (xb, yb, zb) when the B-axis angle θb is 0°,
When the B-axis angle θb is 90°, (-xb, yb, zb),
When the B-axis angle θb is 180°, (-xb, yb, -zb),
When the B-axis angle θb is 280°, it is (xb, yb, -zb).
Since the B axis is an axis along the Y direction, even if the angle θb around the B axis changes, the value of the machining point aY does not change.

そこで、NCプログラムの作成に際しては、加工の際のリード角θL,チルト角θTを入力し、CAD装置80から取得した加工形状にリード角θL,チルト角θTを考慮して、複数の加工点aの中から1つの加工点aにおける法線ベクトルを含む座標(Xa,Ya,Za,Vab)を選択し、点bからVab方向に半径rだけずれた位置を中心点bの位置として求め、中心点b回りに法線NL(Vab)に対して回転工具32をリード角θL、チルト角θTだけ傾けた状態とするC軸、B軸の角度を求める。NCプログラムは、これらを満たすように、C軸、B軸、Y軸、XZ軸の順に5軸加工機10の各部(旋回本体部22、ターンテーブル15)の角度と5軸加工機10の各部(旋回主軸装置20、サドル13、スライドテーブル14)の位置とを求めて、NC制御装置90を介して5軸加工機10を動作させるものである。他の加工点aについても同様に、C軸、B軸、Y軸、XZ軸の順に5軸加工機10の各部の角度と位置とを求める。 Therefore, when creating an NC program, the lead angle θL and tilt angle θT for machining are input, and the lead angle θL and tilt angle θT are considered in the machining shape acquired from the CAD device 80, and a plurality of machining points a Select the coordinates (Xa, Ya, Za, Vab) containing the normal vector at one processing point a from among, find the position shifted from the point b by the radius r in the Vab direction as the position of the center point b, and find the center The angles of the C axis and the B axis are obtained when the rotary tool 32 is tilted by the lead angle θL and the tilt angle θT with respect to the normal line NL (Vab) around the point b. The NC program sets the angle of each part of the 5-axis machine 10 (revolving main body part 22, turntable 15) and each part of the 5-axis machine 10 in the order of the C-axis, B-axis, Y-axis, and XZ-axis so as to satisfy these. The positions of (swing spindle device 20, saddle 13, slide table 14) are obtained, and the 5-axis machine 10 is operated via the NC control device 90. FIG. Similarly, for the other machining point a, the angles and positions of the parts of the 5-axis machine 10 are obtained in the order of the C-axis, B-axis, Y-axis, and XZ-axis.

こうした作業を加工形状に合わせて行なうことで、作業者は、自由曲面における法線NLに対する回転工具32の傾き(リード角とチルト角)を変えて、複数種類のNCプログラムを作成する。作成された複数のNCプログラムは、NCプログラム記憶部104に記憶される。 By performing such work in accordance with the machining shape, the operator changes the inclination (lead angle and tilt angle) of the rotary tool 32 with respect to the normal NL of the free-form surface to create a plurality of types of NC programs. A plurality of created NC programs are stored in the NC program storage unit 104 .

このようにして作成された複数のNCプログラムにより実現されるワークWKの加工は、加工シミュレーション部105によりシミュレーションすることができる。各NCプログラムによるワークWKとボールエンドミルの動きをシミュレーションし、これを表示部110に表示する。このときのX軸の位置、Y軸の位置、Z軸の位置、B軸の角度、C軸の角度をワークWKとボールエンドミルの動きに合わせて、表示部110の同じ画面内のエリア110aに表示する(図2B参照)。X軸の位置、Y軸の位置、Z軸の位置、B軸の角度、C軸の角度は、時刻毎に動作記憶部106に記憶される。解析部107は、動作記憶部106に記憶された時刻毎のX軸の位置、Y軸の位置、Z軸の位置、B軸の角度、C軸の角度に基づいて、X軸、Y軸、Z軸、B軸、C軸の動きを解析する。解析の内容については、後で詳しく説明する。解析されたX軸、Y軸、Z軸、B軸、C軸の動きは、NCプログラム毎に、解析結果記憶部108に保存される。複数種類のNCプログラムの解析が終わると、解析結果記憶部108からNCプログラム毎に解析結果を読み出し、その内容を比較する。比較の結果、複数種類のNCプログラムのうちのいずれかを特定し、これを出力する。出力先は、表示部110またはNC制御装置90である。表示部110は、液晶ディスプレイ等であり、解析結果記憶部108による特定の結果、つまりいずれのNCプログラムが、ワークWKの加工として望ましいかを表示する。 Machining of the workpiece WK realized by a plurality of NC programs created in this manner can be simulated by the machining simulation unit 105 . The movement of the workpiece WK and the ball end mill by each NC program is simulated and displayed on the display unit 110 . At this time, the X-axis position, Y-axis position, Z-axis position, B-axis angle, and C-axis angle are displayed in the area 110a in the same screen of the display unit 110 according to the movement of the workpiece WK and the ball end mill. display (see FIG. 2B). The X-axis position, Y-axis position, Z-axis position, B-axis angle, and C-axis angle are stored in the motion storage unit 106 for each time. Based on the X-axis position, Y-axis position, Z-axis position, B-axis angle, and C-axis angle for each time stored in the motion storage unit 106, the analysis unit 107 analyzes the X-axis, Y-axis, Analyze Z-axis, B-axis, and C-axis motion. Details of the analysis will be described later. The analyzed X-axis, Y-axis, Z-axis, B-axis, and C-axis movements are stored in the analysis result storage unit 108 for each NC program. After analysis of a plurality of types of NC programs is completed, analysis results are read out for each NC program from the analysis result storage unit 108, and the contents thereof are compared. As a result of the comparison, one of a plurality of types of NC programs is specified and output. The output destination is the display section 110 or the NC control device 90 . The display unit 110 is a liquid crystal display or the like, and displays the specified result from the analysis result storage unit 108, that is, which NC program is desirable for machining the workpiece WK.

5軸加工機10のNC制御装置90に伝達されたNCプログラムを使えば、NC制御装置90は、5軸加工機10を実際に稼働させることができる。この場合の5軸加工機10の稼働は、実際に被加工材を加工するものであってもよいし、被加工材を置かず、スライドテーブル14および回転工具32の動きを確認するものであってもよい。NC制御装置90からは、NCプログラムに従って、5軸加工機10に設けられたサーボモータ71から74およびサーボモータ25に駆動信号を出力して、ワークWKと主軸装置30との位置関係を制御し、回転工具32であるボールエンドミルを高速回転させて、ワークWKの加工を行なうことが可能である。 Using the NC program transmitted to the NC controller 90 of the 5-axis machine 10, the NC controller 90 can actually operate the 5-axis machine 10. FIG. The operation of the five-axis machine 10 in this case may be to actually machine the workpiece, or to check the movement of the slide table 14 and the rotary tool 32 without placing the workpiece. may The NC controller 90 outputs drive signals to the servomotors 71 to 74 and the servomotor 25 provided in the 5-axis machine 10 according to the NC program to control the positional relationship between the workpiece WK and the spindle device 30. , the ball end mill, which is the rotating tool 32, can be rotated at high speed to machine the workpiece WK.

C.NCプログラムの評価:
図6のフローチャートにしたがって、NCプログラムの評価を行なう処理について説明する。この処理は、上述したNCプログラム評価装置100における処理であり、ワークWKを特定の加工形状に加工するNCプログラムを作成し、これを評価する場合に起動され、実行される。この処理ルーチンが開始されると、まず加工形状を特定する処理を行なう(ステップS110)。加工形状は、CAD装置80からの3次元データとして与えられる。
C. Evaluation of the NC program:
Processing for evaluating the NC program will be described according to the flow chart of FIG. This process is a process in the NC program evaluation apparatus 100 described above, and is started and executed when an NC program for machining the workpiece WK into a specific machining shape is created and evaluated. When this processing routine is started, processing for identifying a machining shape is first performed (step S110). The machining shape is given as three-dimensional data from the CAD device 80 .

加工形状を特定した後、ワークWKの取り付け位置と工具長さLの仮決めを行な(ステップS112)、更にワークの取り付け範囲と工具長さLの範囲とを、ワークWKのNCプログラムを作成する担当者(以下、プログラマという)が設定する(ステップS114)。これは、図7に示すように、まずワークWKの取り付け位置と工具長さLとを仮設定し、このワークWKの取り付け位置と工具長さLとをどの範囲で変更するかを設定するのである。本実施形態では、ワークWKの取り付け位置や工具長さLは、プログラマがいちいち設定せず、予め定めた範囲内で、順次変更し、全ての場合について網羅的にシミュレーションを行なう。 After specifying the machining shape, the mounting position of the work WK and the tool length L are tentatively determined (step S112). A person in charge (hereinafter referred to as a programmer) sets (step S114). This is because, as shown in FIG. 7, the mounting position of the work WK and the tool length L are provisionally set, and the range in which the mounting position of the work WK and the tool length L are to be changed is set. be. In this embodiment, the attachment position of the workpiece WK and the tool length L are not set one by one by the programmer, but are sequentially changed within a predetermined range, and exhaustive simulation is performed for all cases.

図7に示した例では、ワークWKの取り付け位置の仮設定は、(X,Y,Z)の座標系で、(0,-50,0)であり、その取り得る範囲は、XYZのそれぞれについて、値-100から値+100である。また、工具長さLは仮設定がL=170mmであり、その長さの可変範囲は、150から200mmである。本実施形態では、ワークWKの取り付け位置(X,Y,Z)は10mm間隔で、回転工具32の工具長さLは5mm間隔で変更される。つまり、同じワークWKを加工するのに、ワークWK取り付け位置は、21×21×21通りあり、回転工具32の長さは、11通り生じる。もとより、このワークWKの取り付け範囲と回転工具32の工具長さLの範囲や間隔は、これより狭くても、あるいは広くても差し支えない。 In the example shown in FIG. 7, the temporary setting of the mounting position of the workpiece WK is (0, -50, 0) in the (X, Y, Z) coordinate system, and the possible range is XYZ. , from the value −100 to the value +100. The tool length L is temporarily set to L=170 mm, and the variable range of the length is from 150 to 200 mm. In this embodiment, the mounting positions (X, Y, Z) of the workpiece WK are changed at intervals of 10 mm, and the tool length L of the rotary tool 32 is changed at intervals of 5 mm. In other words, there are 21×21×21 different work WK mounting positions and 11 different lengths of the rotary tool 32 for machining the same work WK. Of course, the mounting range of the work WK and the range or interval of the tool length L of the rotary tool 32 may be narrower or wider.

こうしてワークWKの取り付け位置や工具長さLの初期値の仮設定(ステップS112)やその取り付け範囲および工具長さL範囲と間隔の設定(ステップS114)を終えると、プログラマは、取得した加工形状を表示部110に表示させ、これを見ながら、入力部101を用いて、リード角θLとチルト角θTとを設定し(ステップS120)、CAD装置80の支援を受けながら、NCプログラム、つまりNCプログラムを作成する(ステップS130)。リード角θLとチルト角θTの設定は、図8に例示したように、予め定めた範囲(0から+20度)において、5度間隔で、適宜設定される。回転工具32としてボールエンドミルを用いる場合には、リード角θLおよびチルト角θTは、加工精度上は少なくとも10度以上であることが好ましいとされる。10度以上であれば、加工後の表面粗さに大きな差異は生じないからである。もとよりこうした角度は、回転工具32の種類によっても異なるので、ここでは、0度から20度の範囲で、5度間隔に変化させるものとしている。従って、リード角θLとチルト角θTとの組合わせは、5×5だけ存在する。 After completing the provisional setting of the mounting position of the workpiece WK and the initial values of the tool length L (step S112) and the setting of the mounting range, the tool length L range and the interval (step S114), the programmer changes the acquired machining shape. is displayed on the display unit 110, and while viewing this, the input unit 101 is used to set the lead angle θL and the tilt angle θT (step S120). A program is created (step S130). The setting of the lead angle θL and the tilt angle θT is appropriately set at intervals of 5 degrees within a predetermined range (0 to +20 degrees), as illustrated in FIG. When a ball end mill is used as the rotary tool 32, the lead angle .theta.L and the tilt angle .theta.T are preferably at least 10 degrees or more in terms of machining accuracy. This is because if the angle is 10 degrees or more, a large difference in surface roughness after processing does not occur. Of course, such an angle varies depending on the type of the rotary tool 32, so here, the angle is varied in the range of 0 to 20 degrees at intervals of 5 degrees. Therefore, there are 5×5 combinations of the lead angle θL and the tilt angle θT.

こうして取得した加工形状を加工するNCプログラムが1種類できあがると、このNCプログラムを解析する(ステップS140)。解析は、まずNCプログラムを加工シミュレーション部105を用いてミュレーションする処理(ステップS142)、シミュレーションにより動作記憶部106に記憶され5軸加工機10の各部の位置を示すXYZ軸上の座標やB軸,C軸の回転角度座標などを取得しこれを解析部107より解析する解析処理(ステップS145)、解析されたデータを作成されたNCプログラムと対応付けて解析結果記憶部108に記憶する処理(ステップS147)を含む。 When one type of NC program for machining the obtained machining shape is completed, this NC program is analyzed (step S140). In the analysis, first, the NC program is simulated using the machining simulation unit 105 (step S142), and the XYZ axis coordinates and B Analysis processing of obtaining rotation angle coordinates of the axis and C-axis and analyzing them by the analysis unit 107 (step S145), and processing of storing the analyzed data in the analysis result storage unit 108 in association with the created NC program. (Step S147) is included.

シミュレーションの結果、解析され取得された5軸加工機10の各部の位置を示すXYZ軸上の座標やB軸,C軸の回転角度座標の一例を、図9に示す。図において、ステップは、図4に示した加工点Gd毎に付与された番号である。このステップ毎に、X座標、Y座標、Z座標が求められ、またB軸,C軸まわりの回転角度が求められ、動作記憶部106に記憶される。 FIG. 9 shows an example of the coordinates on the XYZ axes and the rotation angle coordinates of the B and C axes indicating the positions of the respective parts of the five-axis machine 10 analyzed and acquired as a result of the simulation. In the figure, steps are numbers assigned to each processing point Gd shown in FIG. For each step, the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate are obtained, and the rotation angles about the B axis and C axis are obtained and stored in the motion storage unit 106 .

1種類のNCプログラムについて、作成とデータ解析とが完了すると、図7に示したワークの取り付け位置と回転工具32の工具長さLの設定を変更し、また図8に示したリード角θLとチルト角θTの設定変更し、複数種類のNCプログラムの作成が完了したかを判断し(ステップS150)、まだ設定の組み合わせが残っていれば、ステップS130に戻って、上述した処理(ステップS130からS150)を繰り返す。NCプログラムの作成が完了したかは、プログラムの作成担当者が決定してもよいし、予め定めた数、例えば3種類のNCプログラムを作成したら、完了と判断するとしておいてもよい。少なくとも2種類のNCプログラムを作成する。 For one type of NC program, when the creation and data analysis are completed, the setting of the work mounting position and the tool length L of the rotary tool 32 shown in FIG. 7 is changed, and the lead angle θL and It is determined whether or not the setting of the tilt angle θT has been changed and the creation of multiple types of NC programs has been completed (step S150). S150) is repeated. Whether or not the creation of the NC program is completed may be determined by the person in charge of creating the program, or may be determined to be complete when a predetermined number of NC programs, for example, three types of NC programs have been created. Create at least two types of NC programs.

全ての設定の組み合わせに対して、NCプログラムの作成および解析等が完了すれば(ステップS150:「YES」)、次にNCプログラムの選定処理を行なう(ステップS160)。選定処理は、次のように行なう。まず、解析結果記憶部108に記憶された各NCプログラム毎の解析済みのデータを読み出し、このデータから、次の観点でNCプログラムを比較する。
[1]回転工具32がワークWKに対して相対的に動く範囲が、5軸加工機10による加工範囲に入っているかを判断する。加工範囲は、5軸加工機10が十分な精度を保って加工を行ない得る範囲である。「相対的」としたのは、本実施形態の5軸加工機10では、回転工具32が取り付けられた主軸装置30のみならず、スライドテーブル14やターンテーブル15も移動や回転をして加工が行なわれるからである。
[2]回転工具32がワークWKに対して相対的に動く範囲が、5軸加工機10による機械ストロークに含まれているかを判断する。機械ストロークは、5軸加工機10が可能の際に機械的に取り得る範囲であり、加工精度を保証している加工範囲より広い。
If the creation and analysis of the NC programs are completed for all combinations of settings (step S150: "YES"), then the NC program selection process is performed (step S160). The selection process is performed as follows. First, the analyzed data for each NC program stored in the analysis result storage unit 108 is read, and the NC programs are compared from this data from the following viewpoints.
[1] Determine whether the range in which the rotary tool 32 moves relative to the workpiece WK is within the machining range of the 5-axis machine 10 . The machining range is a range in which the 5-axis machine 10 can perform machining with sufficient accuracy. The term “relative” is used because in the 5-axis machine 10 of the present embodiment, not only the spindle device 30 to which the rotary tool 32 is attached, but also the slide table 14 and the turntable 15 are moved and rotated for machining. for it is done.
[2] Determine whether the range in which the rotary tool 32 moves relative to the work WK is included in the machine stroke of the 5-axis machine 10 . The machine stroke is a range that can be mechanically taken when the 5-axis machine 10 is possible, and is wider than the machining range that guarantees machining accuracy.

シミュレーションの際に、機械ストロークに入らないプログラムは、動作しないプログラムとしてはじかれるので、解析の対象となるのは、機械ストロークに含まれているNCプログラムである。そのうち、加工範囲に含まれているプログラム(図10において、「加工範囲」が○であるもの)が選定される。なお、図示はしていないが、回転工具32の曲げ剛性kBが不足しているものもこの段階で除かれ、選択されない。既に説明した様に、曲げ剛性kBは、既述した式(2)により求められる。回転工具32には、材料と断面形状とに基づき、ヤング率Eと断面二次モーメントIとが予め計算されているので、工具長さLを設定すれば、曲げ剛性kBを求めることは容易である。ワークWKの材質や1回の加工量などから必要とされる回転工具32の曲げ剛性kBは演算できるので、必要とされる曲げ剛性kBに足りない工具長さLのものは、この段階で選択されない。 During the simulation, a program that does not enter the machine stroke is rejected as a non-running program, so the analysis target is the NC program that is included in the machine stroke. Among them, the programs included in the processing range (in FIG. 10, those whose "processing range" is .largecircle.) are selected. Although not shown, the rotary tool 32 having insufficient bending rigidity kB is also excluded at this stage and not selected. As already explained, the flexural rigidity kB is obtained by the above-mentioned formula (2). Since the Young's modulus E and the geometric moment of inertia I are calculated in advance for the rotary tool 32 based on the material and cross-sectional shape, it is easy to determine the bending rigidity kB by setting the tool length L. be. Since the required bending rigidity kB of the rotary tool 32 can be calculated from the material of the workpiece WK and the amount of processing for one time, the tool length L that is insufficient for the required bending rigidity kB is selected at this stage. not.

こうして選択されたNCプログラムは、ワークWKの取り付け位置の設定が適切であって、回転工具32がワークWKに対して相対的に動く範囲が、5軸加工機10による加工範囲に入っているおり、かつ回転工具32の種類と工具長さLの設定が適切であって、回転工具32の曲げ剛性kBが許容範囲に入ってるという前提を満たしたプログラムである。そこで、次にこれらのNCプログラムに対して、加工評価を行なう(ステップS170)。加工評価は、以下の指標に基づいて行なう。 In the NC program selected in this way, the setting of the mounting position of the work WK is appropriate, and the range of movement of the rotary tool 32 relative to the work WK is within the machining range of the 5-axis machine 10. Also, the program satisfies the premise that the setting of the type of rotary tool 32 and the tool length L are appropriate, and that the bending rigidity kB of the rotary tool 32 is within the allowable range. Then, machining evaluation is performed for these NC programs (step S170). Processing evaluation is performed based on the following indexes.

〈1〉回転工具32の曲げ剛性kBが高いものを優先する。
〈2〉B軸、C軸の反転がないか、少ないNCプログラムを優先する。
図11は、この加工評価をまとめたものである。
<1> A rotary tool 32 having a high bending rigidity kB is prioritized.
<2> Priority is given to NC programs with little or no reversal of the B-axis and C-axis.
FIG. 11 summarizes this processing evaluation.

ここで、〈1〉の回転工具32の曲げ剛性kBは、所定の工具長さLのものの曲げ剛性kBを基準として、正規化して表わしている。例えば、No.1の設定(回転工具32の種類や工具長さL)において計算された回転工具32の曲げ剛性kBを基準値1.0として、他の設定における曲げ剛性kBを相対的な値(比率)として示している。したがって、数値が高いほど、曲げ剛性kBが大きいことを示している。 Here, the bending rigidity kB of the rotary tool 32 of <1> is normalized with the bending rigidity kB of a tool having a predetermined tool length L as a reference. For example, with the bending stiffness kB of the rotary tool 32 calculated in No. 1 setting (type of rotary tool 32 and tool length L) as a reference value of 1.0, the bending stiffness kB in other settings is a relative value. (ratio). Therefore, the higher the numerical value, the higher the bending stiffness kB.

〈2〉のB軸、C軸の反転は、加工中に起きる軸回りの回転方向の逆転を意味している。NCプログラムにしたがって5軸加工機10を稼働させた場合のシミュレーション(ステップS142)の結果から、B軸,C軸まわりの角度変化(ここでは回転量)を図12に例示した。図の横軸はステップ数、縦軸は各軸の回転量である。図において、タイミングt1,t2,t3,t4では、B軸まわりの回転方向が反転していることが分かる。またC軸については、反転は生じていない。NCプログラムを作成する段階では、B軸やC軸周りの反転が生じるか否かを把握することはできない。なぜなら、NCプログラムは、図4に示した例では、各加工点aの点データ(Xa,Ya,Za,Vab)をZ方向に並べたものであり、ある位置Gdn とこれに隣接する位置Gdn+1 との点データ(Xa,Ya,Za,Vab)は、加工形状等により変化し、僅かな変化でも、C軸周りの回転角度θcやB軸周りの回転角度θbが大きく変化する場合があり得る。そこで、こうしたB軸まわりの反転の有無を、加工評価として示した。B軸またはC軸のまわりで反転が起きれば、ワークWKに対して回転工具32が加工のために接する位置が不連続に変化する場合があるからである。従って、こうした反転が生じないNCプログラムを選定すれば、加工後の表面粗さは小さくなる。もとより、複数種類のNCプログラムにおいて、B軸およびC軸まわりの反転が起きないNCプログラムがなかった場合には、反転の回数が最も少ない加工用ブログラムを選定する。反転の回数が同じ場合には、他の観点により選定を行なってもよいし、軸まわり反転に付随する観点、例えば反転の前後の回転角度の変化量(回転角速度)の大きさを比べて、回転角速度の変化が小さいものを選定してもよい。 The reversal of the B-axis and C-axis in <2> means the reversal of the rotation direction around the axis that occurs during machining. FIG. 12 shows an example of angular changes (here, rotation amounts) around the B-axis and C-axis from the results of the simulation (step S142) when the 5-axis machine 10 is operated according to the NC program. The horizontal axis of the figure is the number of steps, and the vertical axis is the amount of rotation of each axis. In the figure, it can be seen that the direction of rotation about the B axis is reversed at timings t1, t2, t3, and t4. Inversion does not occur for the C-axis. At the stage of creating the NC program, it is impossible to grasp whether or not reversal around the B-axis and C-axis will occur. This is because, in the example shown in FIG. 4, the NC program is a line of point data (Xa, Ya, Za, Vab) of each machining point a in the Z direction. +1 and point data (Xa, Ya, Za, Vab) change depending on the machining shape, etc. Even a slight change may cause a large change in the rotation angle θc around the C axis and the rotation angle θb around the B axis. could be. Therefore, the presence or absence of such a reversal around the B axis was shown as a processing evaluation. This is because if a reversal occurs around the B-axis or the C-axis, the position at which the rotary tool 32 contacts the workpiece WK for machining may change discontinuously. Therefore, if an NC program that does not cause such reversal is selected, the surface roughness after machining will be small. Of course, if there is no NC program that does not cause reversal around the B-axis and C-axis among a plurality of types of NC programs, the machining program with the least number of reversals is selected. If the number of reversals is the same, the selection may be made from other viewpoints, or from a viewpoint accompanying the reversal around the axis, for example, by comparing the amount of change in the rotation angle (rotational angular velocity) before and after the reversal, It is also possible to select one with a small change in rotational angular velocity.

本実施形態では、上記の指標に基づき、図11の右端に示したように、仕上げ加工より前に行なわれる荒取り加工では、No.3のNCプログラムをワークWKの加工に適したプログラムとして特定し、仕上げ加工では、No.2のNCプログラムをワークWKの加工に適したプログラムとして特定した。その上で、これを加工評価として、外部に出力する。出力としては、例えば表示部110に該当するNCプログラムの番号を表示する。荒取り加工で回転工具32の曲げ剛性kBを優先するのは、荒取り加工では、仕上げ加工より工具の切り込み量を大きくするので、高い曲げ剛性kBが必要とされることが多いからである。また、仕上げ加工でB軸,C軸の反転がないか、少ないNCプログラムを優先するのは、高い加工精度を求めるからである。 In this embodiment, based on the above index, as shown in the right end of FIG. 11, in the rough machining performed before the finish machining, the NC program No. 3 is specified as the program suitable for machining the workpiece WK. However, in the finishing process, the No. 2 NC program was specified as a program suitable for machining the workpiece WK. After that, this is output to the outside as processing evaluation. As an output, for example, the corresponding NC program number is displayed on the display unit 110 . The reason why the bending rigidity kB of the rotary tool 32 is prioritized in rough cutting is that in rough cutting, the cutting depth of the tool is larger than that in finishing, and therefore high bending rigidity kB is often required. Also, the reason why the NC program with little or no reversal of the B-axis and C-axis is prioritized in finishing machining is that high machining accuracy is required.

上記実施形態では、これらの指標に加えて、
〈3〉回転工具32先端の移動範囲が小さいNCプログラムを優先する。
という指標を加えてもよい。回転工具32先端の移動範囲の一例を、図13に示した。図の横軸はステップ数、縦軸は各軸方向の移動量を示す。この図に示した例では、X軸方向の移動範囲RX,Y軸方向の移動範囲RY,Z軸方向の移動範囲RZを比較すると、X軸方向の移動範囲RXが、各軸の移動範囲のうちで一番大きい。そこで、複数種類のNCプログラムについて、この最大の移動範囲を比較し、移動範囲が最も小さいNCプログラムを選定する。移動範囲が小さい方が回転工具32とワークWKとの位置関係の変化が小さく、また回転工具32の摩耗も小さいからである。もとより、加工工具の移動範囲は、XYZの各軸方向の移動範囲を足して、各NCプログラム間で、移動範囲の総和を比較して、最も移動範囲の小さいNCプログラムを特定してもよい。あるいは、少なくとも2つの軸方向において回転工具32が移動される場合には、各軸毎の移動範囲ではなく、加工しながら回転工具32が実際に移動した距離を求め、これが一番小さいNCプログラムを選定するようにしてもよい。
In the above embodiment, in addition to these indicators,
<3> Priority is given to the NC program in which the moving range of the tip of the rotary tool 32 is small.
You can add an index. An example of the moving range of the tip of the rotary tool 32 is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis indicates the number of steps, and the vertical axis indicates the amount of movement in each axial direction. In the example shown in this figure, comparing the moving range RX in the X-axis direction, the moving range RY in the Y-axis direction, and the moving range RZ in the Z-axis direction, the moving range RX in the X-axis direction is the moving range of each axis. the largest of them. Therefore, the maximum movement range is compared for a plurality of types of NC programs, and the NC program with the smallest movement range is selected. This is because the smaller the movement range, the smaller the change in the positional relationship between the rotary tool 32 and the work WK, and the smaller the wear of the rotary tool 32 . Of course, the movement range of the machining tool may be obtained by adding the movement ranges in each of the XYZ axes, comparing the sum of the movement ranges among the NC programs, and specifying the NC program with the smallest movement range. Alternatively, when the rotary tool 32 is moved in at least two axial directions, the distance that the rotary tool 32 actually moves during machining is obtained instead of the movement range for each axis, and this determines the smallest NC program. You may make it select.

更に、別の指標として、
〈4〉回転工具32先端の角速度の変化が小さいNCプログラムを優先する。
という指標を加えてもよい。各軸の加速度の変化を求め、これが大きいNCプログラムは評価しないようにする。各軸の加速度の変化が大きいNCプログラムか否かは、例えば予め定めた閾値以上の加速度変化が生じた回数が多いものを、加速度変化の大きいプログラムとして扱ってもよいし、最も大きな加速度変化が生じるNCプログラムを加速度変化の大きいプログラムとして扱ってもよい。加速度変化が大きいとは、回転工具32先端とワークWKとが相互に受ける力が大きく変化することを意味する。こうした回転工具32とワークWKの間に働く力の変化が小さいNCプログラムを選定すれば、加工後の表面粗さは小さくなる。
Furthermore, as another indicator,
<4> Priority is given to the NC program in which the change in the angular velocity of the tip of the rotary tool 32 is small.
You can add an index. A change in acceleration of each axis is obtained, and an NC program with a large value is not evaluated. Whether or not the NC program has a large change in the acceleration of each axis may be determined, for example, by treating an NC program with a large number of acceleration changes equal to or greater than a predetermined threshold value as a program with a large acceleration change, or by treating the program with a large acceleration change. The resulting NC program may be treated as a program with large acceleration changes. A large change in acceleration means a large change in the force that the tip of the rotary tool 32 and the workpiece WK receive from each other. If an NC program with a small change in the force acting between the rotary tool 32 and the workpiece WK is selected, the surface roughness after machining will be small.

上述した指標〈3〉〈4〉は、指標〈1〉〈2〉では、NCプログラムの評価に優劣が付けられなかった場合などに利用すればよい。あるいは、荒取り加工や仕上げ加工のように加工の種類毎に、また指標毎にポイントを付与し、指標毎のポイントの総和が最もよいものを、その加工に適したNCプログラムとして評価するものとしてもよい。 The indicators <3> and <4> described above may be used when the indicators <1> and <2> do not give superiority or inferiority to the evaluation of the NC program. Alternatively, points are given for each type of machining, such as rough machining and finishing machining, and for each index, and the NC program with the best sum of points for each index is evaluated as the NC program suitable for that machining. good too.

加工評価の処理(ステップS170)では、上述した評価に加えて、ステップS120でのリード角θLおよびチルト角θTの設定とNCプログラムの作成とが、どのような関係にある場合には、B軸,C軸まわりの反転が少なくなるかとか、回転工具32先端の加速度の変化の小さな、更には回転工具32先端の移動範囲の狭い加工が実現できたかを評価し、将来のNCプログラムの作成に生かす作業を行なってもよい。こうした加工評価は、シミュレーションによって行なってもよいし、実際にワークWKを加工しながら行なってもよい。また、加工評価により、選定したNCプログラムに微修正を加えて、更にその完成度を高めてもよい。以上の処理により、NCプログラム評価処理ルーチンを終了する。 In the machining evaluation process (step S170), in addition to the evaluation described above, if there is a relationship between the setting of the lead angle θL and the tilt angle θT in step S120 and the creation of the NC program, the B-axis , Whether the reversal around the C axis is reduced, whether the change in acceleration at the tip of the rotary tool 32 is small, and whether machining with a narrow movement range at the tip of the rotary tool 32 can be realized. You can do work to make the most of it. Such machining evaluation may be performed by simulation, or may be performed while actually machining the workpiece WK. In addition, the selected NC program may be slightly modified based on machining evaluation to further improve its completeness. With the above processing, the NC program evaluation processing routine is terminated.

以上説明した5軸加工機10のNCプログラム評価装置100によれば、ワークWKの取り付け位置の範囲と回転工具32の工具長さLの範囲を設定すると、その範囲内で複数の条件で加工の際の回転工具32の曲げ剛性kBと、回転工具32の移動範囲とを求め、曲げ剛性kBと移動範囲とが許容範囲に入っているNCプログラムを選択できる。したがって、設定範囲の広いワークWKの取り付け位置や工具長さLを適切な値に定めやすい。しかも、その上で、選択されたNCプログラムにおけるリード角θLおよびチルト角θTの設定の異なるNCプログラムをシミュレーションし、これらをB軸,C軸まわりの反転の多寡と、曲げ剛性kBの大小で評価し、ワークWKの加工の違い(荒取り加工か仕上げ加工か)を考慮して、その加工に適したNCプログラムを特定できる。この結果、実際にワークWKを加工しなくても、望ましいNCプログラムを選定できる。したがって、NCプログラムを作成した後、実際に5軸加工機10で加工して、表面粗さなどを測って、NCプログラムを修正するといった繰り返しの手間を削減できる。この結果、NCプログラム開発時間の短縮、試作用材料や工数の削減を図ることができる。更に、リード角θLおよびチルト角θTの設定と、得られたNCプログラムの良否との関係が、知見として蓄積され、NCプログラム作成者のスキルの向上に資することもできる。 According to the NC program evaluation device 100 of the 5-axis machine 10 described above, when the range of the mounting position of the workpiece WK and the range of the tool length L of the rotary tool 32 are set, machining can be performed under a plurality of conditions within the range. By obtaining the bending rigidity kB of the rotary tool 32 and the movement range of the rotary tool 32, an NC program can be selected in which the bending rigidity kB and the movement range are within the allowable range. Therefore, it is easy to set appropriate values for the mounting position of the workpiece WK and the tool length L, which have a wide setting range. In addition, NC programs with different settings of the lead angle θL and tilt angle θT in the selected NC program are simulated, and these are evaluated by the amount of reversal around the B and C axes and the bending stiffness kB. However, considering the difference in machining of the workpiece WK (whether it is rough machining or finishing machining), an NC program suitable for that machining can be specified. As a result, a desired NC program can be selected without actually machining the work WK. Therefore, after creating an NC program, it is possible to save the trouble of repeatedly performing machining with the 5-axis machine 10, measuring the surface roughness, etc., and correcting the NC program. As a result, it is possible to shorten the NC program development time, and reduce the materials and man-hours for trial production. Furthermore, the relationship between the setting of the lead angle .theta.L and the tilt angle .theta.T and the quality of the obtained NC program is accumulated as knowledge, which can also contribute to improving the skill of the NC program creator.

以上、5軸加工機10として、B軸,C軸を備えた5軸のマシンニングセンタを例にして説明したが、5軸加工機10としては、A軸,C軸タイプのマシンニングセンタであっても差し支えない。また、必ずしも5軸に限らず、加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機であれば、例えば4軸加工機や旋盤機能を付加した複合機であっても、そのNCプログラムを評価する評価装置として実施可能である。また、加工の種類としては、5軸を同時に制御する同時5軸加工において用いるとメリットが大きいが、割り出し5軸加工に適用しても差し支えない。本実施形態では、切削方法としてはXZ直線切削を例に挙げて説明したが、等高線切削であっても同様である。 As described above, the 5-axis machining center having the B-axis and the C-axis has been described as an example of the 5-axis machining center 10. It doesn't matter if it is. In addition, the machine is not necessarily limited to 5 axes, and may be a multi-axis machine equipped with a rotary axis capable of changing at least one of the orientation and inclination of the machining tool relative to the workpiece, such as a 4-axis machine and a lathe. Even a multifunction machine with added functions can be implemented as an evaluation device for evaluating the NC program. As for the type of machining, it is advantageous to use it in simultaneous 5-axis machining in which 5 axes are controlled simultaneously, but it can also be applied to indexed 5-axis machining. In the present embodiment, XZ straight line cutting has been described as an example of the cutting method, but the same applies to contour line cutting.

上述したNCプログラムの評価装置100では、荒取り加工と仕上げ加工とでは、評価の指標を異ならせているが、いずれか一方の指標で判断するものとしてもよい。また、これらの指標に加えて、加工工具先端の加速度の変化量や加工工具先端の移動範囲などの指標を組み合わせ、複数種類のNCプログラムのうちから、最も評価の高いNCプログラムを出力するものとしてもよい。更に、他の項目を組み合わせることも差し支えない。 In the evaluation apparatus 100 for the NC program described above, different evaluation indices are used for rough machining and finish machining, but either one of the indices may be used for determination. In addition to these indicators, we combine indicators such as the amount of change in the acceleration of the tip of the machining tool and the movement range of the tip of the machining tool, and output the NC program with the highest evaluation from among multiple types of NC programs. good too. Furthermore, other items may be combined.

NCプログラムとしては、上記の例では、回転工具32を取り替えて加工する工程を含まないものとして説明したが、自動工具交換装置を用いて、工具マガジン60に用意された回転工具32との取り替えを行ない、加工を継続するようなNCプログラムに適用し、評価を行なうものとしてもよい。この場合には、交換される加工工具の曲げ剛性kBについて、工具の材質や工具長さLなどから改めて指標を求めればよい。また、回転工具32としては、先端が半径rの加工半球を備えるボールエンドミルを例に挙げて説明したが、ボールエンドミルの半径rは変更してもよい。 In the above example, the NC program does not include the process of machining by replacing the rotary tool 32, but the automatic tool changer can be used to replace the rotary tool 32 prepared in the tool magazine 60. It may be applied to an NC program in which machining is continued and the evaluation is performed. In this case, an index for the bending rigidity kB of the tool to be replaced may be obtained again from the material of the tool, the length L of the tool, and the like. Also, as the rotary tool 32, a ball end mill having a machining hemisphere with a radius r at the tip has been described as an example, but the radius r of the ball end mill may be changed.

以上説明した5軸加工機10のNCプログラム評価装置100により最も適切と判断されたNCプログラムを用いて、ワークWKを実際に加工する。この場合、図2Aに示したNC制御装置90に、適切と判断されたNCプログラムをロードし、NCプログラムを実行する。加工の際には、NCプログラムの評価において使用した回転工具32と同じ形状、つまり加工半球の半径rが同一であるボールエンドミルを主軸装置30に取り付けて、ワークWKの加工を行なう。このとき、評価の際の条件と同様に、主軸装置30の旋回軸であるC軸が、ボールエンドミルの加工半球の中心点bを通るものとする。こうすれば、ボールエンドミルの加工半球の中心点回りにC軸が旋回することになり、C軸の大きな旋回が無くなり、加工精度が向上する。 The workpiece WK is actually machined using the NC program judged to be the most appropriate by the NC program evaluation device 100 of the 5-axis machine 10 described above. In this case, the NC program determined to be appropriate is loaded into the NC controller 90 shown in FIG. 2A, and the NC program is executed. During machining, a ball end mill having the same shape as the rotary tool 32 used in the evaluation of the NC program, that is, the radius r of the machining hemisphere is the same, is attached to the spindle device 30 to machine the workpiece WK. At this time, it is assumed that the C-axis, which is the turning axis of the spindle device 30, passes through the center point b of the machining hemisphere of the ball end mill, as in the evaluation conditions. By doing so, the C-axis turns around the center point of the machining hemisphere of the ball end mill, eliminating large turning of the C-axis and improving the machining accuracy.

上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア(コンピュータプログラム)は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやCD-ROMのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のRAMやROM等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。 In each of the above embodiments, part of the configuration implemented by hardware may be replaced with software. At least part of the configuration implemented by software can also be implemented by a discrete circuit configuration. In addition, when part or all of the functions of the present disclosure are realized by software, the software (computer program) can be provided in a form stored in a computer-readable recording medium. "Computer-readable recording medium" means not only portable recording media such as flexible disks and CD-ROMs, but also various internal storage devices such as RAM and ROM, and fixed to computers such as hard disks. It also includes an external storage device. That is, the term "computer-readable recording medium" has a broad meaning including any recording medium capable of fixing data packets instead of being temporary.

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the respective modes described in the Summary of the Invention column may be used to solve some or all of the above problems, or Substitutions and combinations may be made as appropriate to achieve part or all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

11…ベッド、12…コラム、13…サドル、14…スライドテーブル、15…ターンテーブル、20…旋回主軸装置、21…旋回軸、22…旋回本体部、23…固定本体部、24…減速機構部、25…サーボモータ、30…主軸装置、31…主軸、32…回転工具、32a…ツール部、32b…ホルダ部、41…チャック、51…X軸、52…Y軸、53…Z軸、60…工具マガジン、71,72,73,74…サーボモータ、80…CAD装置、90…NC制御装置、100…NCプログラム評価装置、101…入力部、102…入力記憶部、103…NCプログラム作成部、104…NCプログラム記憶部、105…加工シミュレーション部、106…動作記憶部、107…解析部、108…解析結果記憶部、110…表示部、111…CPU、112…記憶装置、θL…リード角、θT…チルト角、NL…法線、RX,RY,RZ…移動範囲、WK…ワーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Bed, 12... Column, 13... Saddle, 14... Slide table, 15... Turntable, 20... Turning spindle device, 21... Turning shaft, 22... Turning main body part, 23... Fixed main body part, 24... Reduction mechanism part , 25... Servo motor, 30... Spindle device, 31... Spindle, 32... Rotary tool, 32a... Tool part, 32b... Holder part, 41... Chuck, 51... X axis, 52... Y axis, 53... Z axis, 60 Tool magazine 71, 72, 73, 74 Servo motor 80 CAD device 90 NC control device 100 NC program evaluation device 101 Input unit 102 Input storage unit 103 NC program creation unit , 104 NC program storage unit 105 machining simulation unit 106 operation storage unit 107 analysis unit 108 analysis result storage unit 110 display unit 111 CPU 112 storage device θL lead angle , θT... tilt angle, NL... normal line, RX, RY, RZ... movement range, WK... workpiece

Claims (11)

加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機のNCプログラムを評価する評価装置であって、
前記多軸加工機における前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを複数設定する設定部と、
前記多軸加工機が、前記被加工物を所定の形状に加工するNCプログラムであって、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として作成された複数種類のNCプログラムを取得するプログラム取得部と、
取得したNCプログラムによる前記加工工具の動作をシミュレーションし、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とに従って、前記加工の際の前記加工工具の曲げ剛性と、前記加工工具の移動範囲とを求め、前記曲げ剛性と前記移動範囲とが許容範囲に入っている前記NCプログラムを選択する選択部と、
を備える、NCプログラムの評価装置。
An evaluation device for evaluating an NC program of a multi-axis machine having a rotation axis capable of changing at least one of the orientation and inclination of the machining tool relative to the workpiece,
a setting unit for setting a plurality of lengths of the machining tool and attachment positions of the workpiece in the multi-axis machine;
The multi-axis machine is an NC program for machining the workpiece into a predetermined shape, and a plurality of types created on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece a program acquisition unit that acquires the NC program of
Simulating the operation of the processing tool by the acquired NC program, and according to the set length of the processing tool and the mounting position of the workpiece, the bending rigidity of the processing tool during the processing and the processing tool a selection unit that obtains a movement range of and selects the NC program in which the bending rigidity and the movement range are within the allowable range;
An evaluation device for an NC program.
前記複数種類のNCプログラムは、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として、前記加工工具の少なくとも加工工具のチルト角とリード角とを変更して作成されたNCプログラムであり、
前記選択された前記NCプログラムについて、前記回転軸まわりの角度変化を含む前記加工工具先端の動きを、前記複数種類のNCプログラム毎に解析する解析部と、
前記曲げ剛性および前記移動範囲と、前記解析された加工工具先端の前記回転軸まわりの反転の多寡とを指標として、前記複数種類のNCプログラムのうち、前記被加工物の前記加工に適したNCプログラムを特定し、その結果を出力する出力部と、
を備える、請求項1記載のNCプログラムの評価装置。
The plurality of types of NC programs are created by changing at least the tilt angle and the lead angle of the machining tool on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece. is an NC program,
an analysis unit that analyzes, for each of the plurality of types of NC programs, of the movement of the tip of the machining tool, including changes in angle about the rotation axis, for the selected NC program;
Using the bending rigidity, the movement range, and the degree of reversal of the tip of the machining tool analyzed around the rotation axis as indices, an NC program suitable for the machining of the workpiece from among the plurality of types of NC programs an output unit that identifies a program and outputs the result;
2. The NC program evaluation device according to claim 1, comprising:
請求項2記載のNCプログラムの評価装置であって、
前記出力部は、前記被加工物の前記加工工具による加工が、仕上げ加工である場合には、前記曲げ剛性および前記移動範囲が許容範囲に入っているNCプログラムのうち、前記回転軸まわりの反転が最も少ないNCプログラムを前記加工に適したNCプログラムとして出力する、
NCプログラムの評価装置。
The NC program evaluation apparatus according to claim 2,
When the machining of the workpiece by the machining tool is finish machining, the output unit selects an NC program in which the bending rigidity and the movement range are within the allowable range. outputting the NC program with the least amount as an NC program suitable for the machining;
NC program evaluation device.
請求項2記載のNCプログラムの評価装置であって、
前記出力部は、前記被加工物の前記加工工具による加工が、仕上げ加工より前に行なわれる荒取り加工である場合には、前記曲げ剛性の高いNCプログラムを、前記回転軸まわりの反転が少ないNCプログラムより前記加工に適したNCプログラムとして出力する、NCプログラムの評価装置。
The NC program evaluation apparatus according to claim 2,
When the machining of the workpiece by the machining tool is rough cutting performed before finishing machining, the output unit outputs the NC program with high bending rigidity to less reversal around the rotation axis. An NC program evaluation device that outputs an NC program suitable for the machining from the NC program.
請求項3または請求項4に記載のNCプログラムの評価装置であって、
前記出力部は、前記曲げ剛性および前記回転軸まわりの反転の多寡により前記NCプログラムが特定できない場合には、前記加工工具先端の前記移動範囲が他のNCプログラムより小さいNCプログラムを特定し、その結果を出力する、NCプログラムの評価装置。
The NC program evaluation device according to claim 3 or 4,
When the NC program cannot be specified due to the bending rigidity and the amount of reversal around the rotation axis, the output unit specifies an NC program in which the movement range of the tip of the working tool is smaller than another NC program, and NC program evaluation device that outputs results.
加工工具の被加工物に対する相対的な向きと傾斜との少なくとも一方を変更可能な回転軸を備えた多軸加工機のNCプログラムを評価する方法であって、
前記多軸加工機における前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを複数設定し、
前記多軸加工機が、前記被加工物を所定の形状に加工するNCプログラムであって、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として作成された複数種類のNCプログラムを取得し、
取得したNCプログラムによる前記加工工具の動作をシミュレーションし、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とに従って、前記加工の際の前記加工工具の曲げ剛性と、前記加工工具の移動範囲とを求め、前記曲げ剛性と前記移動範囲とが許容範囲に入っている前記NCプログラムを選択する、
NCプログラムの評価方法。
A method for evaluating an NC program of a multi-axis machine having a rotary axis capable of changing at least one of the orientation and inclination of the machining tool relative to the workpiece, comprising:
setting a plurality of lengths of the machining tool and mounting positions of the workpiece in the multi-axis machine;
The multi-axis machine is an NC program for machining the workpiece into a predetermined shape, and a plurality of types created on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece acquire the NC program of
Simulating the operation of the processing tool by the acquired NC program, and according to the set length of the processing tool and the mounting position of the workpiece, the bending rigidity of the processing tool during the processing and the processing tool and selecting the NC program in which the bending stiffness and the movement range are within the allowable range;
NC program evaluation method.
前記複数種類のNCプログラムは、前記設定された前記加工工具の長さと前記被加工物の取り付け位置とを前提として、前記加工工具の少なくとも加工工具のチルト角とリード角とを変更して作成されたNCプログラムであり、
前記選択された前記NCプログラムについて、前記回転軸まわりの角度変化を含む前記加工工具先端の動きを、前記複数種類のNCプログラム毎に解析し、
前記曲げ剛性および前記移動範囲と、前記解析された加工工具先端の前記回転軸まわりの反転の多寡とを指標として、前記複数種類のNCプログラムのうち、前記被加工物の前記加工に適したNCプログラムを特定し、その結果を出力する
請求項6に記載のNCプログラムの評価方法。
The plurality of types of NC programs are created by changing at least the tilt angle and the lead angle of the machining tool on the premise of the set length of the machining tool and the mounting position of the workpiece. is an NC program,
analyzing the movement of the tip of the machining tool including the angular change about the rotation axis for each of the plurality of types of NC programs for the selected NC program;
Using the bending rigidity, the movement range, and the degree of reversal of the tip of the machining tool analyzed around the rotation axis as indices, an NC program suitable for the machining of the workpiece from among the plurality of types of NC programs 7. The NC program evaluation method according to claim 6, wherein the program is specified and the result thereof is output.
請求項6または請求項7に記載のNCプログラムの評価方法により特定された前記NCプログラムを用いて、前記多軸加工機の各部を動作させ、前記被加工物を加工する、多軸加工機を用いた加工方法。 A multi-axis machine for machining the workpiece by operating each part of the multi-axis machine using the NC program specified by the NC program evaluation method according to claim 6 or 7. Processing method used. 前記多軸加工機は、前記加工工具をチャッキングして回転する主軸装置を、上下方向に沿ったY軸に対して45度傾斜した旋回軸であるC軸の周りに旋回させる傾斜旋回式5軸加工機である、請求項8に記載の加工方法。 The multi-axis machine is a tilt turning type 5 in which a spindle device that chucks and rotates the machining tool is turned around a C-axis that is a turning axis that is tilted at 45 degrees with respect to the Y-axis along the vertical direction. 9. The processing method according to claim 8, which is a shaft processing machine. 前記加工工具は、先端に所定半径の加工半球を有するボールエンドミルである、請求項9に記載の加工方法。 10. The processing method according to claim 9, wherein said processing tool is a ball end mill having a processing hemisphere with a predetermined radius at its tip. 前記ボールエンドミルの前記加工半球の中心点を前記C軸が通る、請求項10に記載の加工方法。 11. The machining method according to claim 10, wherein said C-axis passes through the center point of said machining hemisphere of said ball end mill.
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