JP2652848B2 - Machining information generation method for free-form surface avoiding tool interference - Google Patents

Machining information generation method for free-form surface avoiding tool interference

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JP2652848B2
JP2652848B2 JP61208553A JP20855386A JP2652848B2 JP 2652848 B2 JP2652848 B2 JP 2652848B2 JP 61208553 A JP61208553 A JP 61208553A JP 20855386 A JP20855386 A JP 20855386A JP 2652848 B2 JP2652848 B2 JP 2652848B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は3次元自由曲面をNCマシニングセンタ等で自
動切削加工するための加工情報(工具径路データ)を生
成する方法に関する。
The present invention relates to a method for generating machining information (tool path data) for automatically cutting a three-dimensional free-form surface with an NC machining center or the like.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

3次元自由曲面のデータから数値制御工作機械用の工
具径路データを生成する際に、切削用面素から成る多面
体近似を行い、面素を1つずつ取出して、Z軸に平行な
平面群でサンプリングを行って面素と平面との交線の
(X、Z)座標でもって工具径路を表現し、一つのサン
プリング平面上の交線がX座標に関しオーバーラップし
且つ互に交叉する場合には、各交線を分割し、オーバー
ラップしないように上位の交線をとって工具干渉を除去
することを特徴とし、データの生成効率及びサンプリン
グ精度を改善し高速処理を可能にした方法である。
When generating tool path data for a numerically controlled machine tool from three-dimensional free-form surface data, a polyhedral approximation consisting of cutting surface elements is performed, and the surface elements are extracted one by one, using a group of planes parallel to the Z axis. Sampling is performed to represent the tool path by the (X, Z) coordinates of the intersection line between the surface element and the plane. If the intersection lines on one sampling plane overlap with respect to the X coordinate and cross each other, The method is characterized in that each intersection is divided and a tool intersection is removed by taking an upper intersection so as not to overlap, thereby improving data generation efficiency and sampling accuracy and enabling high-speed processing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

計算機内部で3次元自由曲面のデータを扱い、これら
のデータから最終的な製品又は金型をNC工作機械等で自
動加工するためのNCデータ(工具径路データ)を生成す
るCAD/CAMシステムが実用化されつつある。
A CAD / CAM system that handles 3D free-form surface data inside a computer and generates NC data (tool path data) from these data to automatically process the final product or die with an NC machine tool etc. Is being transformed.

工具径路生成の一手法として従来から知られているも
のにAPT(Automatically Programmed Tools)がある。A
PTの主体は英語に類似した記述様式を持つ多軸輪郭制御
用の汎用自動プログラミング言語である。この言語に
は、工作物と工具の幾何学的形状、工作物に対する工具
の運動の外、工作機械の機能、許容誤差、算術計算など
に関する命令、定義を含む。この言語で記述したプログ
ラムを大型コンピュータにかけると、NCテープを出力す
ることができる。
APT (Automatically Programmed Tools) is one of the conventionally known methods for generating a tool path. A
The main subject of PT is a general-purpose automatic programming language for multi-axis contour control with a description style similar to English. The language includes instructions and definitions relating to the geometry of the workpiece and the tool, the motion of the tool relative to the workpiece, the capabilities of the machine tool, tolerances, arithmetic calculations, and the like. When a program written in this language is run on a large computer, an NC tape can be output.

一方、計算機内で製品外形等の曲面を扱う場合、形状
の制御性が良い(変形や修正が容易)とか計算が容易で
あると云った設計に好ましい性質を持つBzier式とか
B−Spline式を用いたパラメトリックな表現形式が良く
使われている。
On the other hand, when dealing with a curved surface such as a product outer shape in a computer, a Bzier equation or a B-Spline equation, which has properties favorable for design such as good controllability of the shape (easy deformation and correction) and easy calculation, is used. The parametric representation used is often used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

工具径路生成に内在する最も根本的な問題は、加工精
度を考慮したデータ生成の効率の問題及び工具干渉判定
の問題である。
The most fundamental problems inherent in tool path generation are a problem of data generation efficiency in consideration of machining accuracy and a problem of tool interference determination.

上述のAPTは、ユーザーが工具往路を指示(プログラ
ム)し、その結果自由曲面の切削データが生成されるも
のであって、計算機内で生成された幾何モデルから自動
的に工具径路を生成するものではない。本来CAD/CAMシ
ステムは、設計時の形状情報を加工へ伝達するから全体
として効率が良くなるのであって、APTのように設計は
別に行われ、要求形状を意識しながら加工用の工具径路
をプログラムするのでは効率向上が望めない。
In the above-mentioned APT, the user instructs (programs) the tool outward path, and as a result, cutting data of the free-form surface is generated, and the tool path is automatically generated from the geometric model generated in the computer. is not. Originally, the CAD / CAM system transmits the shape information at the time of design to the machining, which improves the efficiency as a whole.The design is performed separately like APT, and the tool path for the machining is performed while conscious of the required shape. Efficiency improvement cannot be expected by programming.

一方、パラメトリックに表現された曲面は、座標系に
依存しないため形状定義には都合が良い。しかし曲面を
切削する工作機械は座標系が決まっているため、計算機
内で生成した曲面データから加工データ(工具径路デー
タ)に精度良く変換することができない。このため加工
精度が低下する。また、パラメトリック表現に基いて直
接切削加工すると、工具又は工具ホルダと仕上形状との
干渉(衝突)をチエックすることが技術的に困難で、必
要部分を切削してしまう不都合が生じる。
On the other hand, a curved surface expressed parametrically is convenient for defining a shape because it does not depend on a coordinate system. However, since the coordinate system of a machine tool for cutting a curved surface is determined, it is not possible to convert the curved surface data generated in the computer into machining data (tool path data) with high accuracy. For this reason, the processing accuracy decreases. In addition, if the cutting is performed directly based on the parametric expression, it is technically difficult to check the interference (collision) between the tool or the tool holder and the finished shape, and there is an inconvenience of cutting a necessary portion.

他に知られている多面体近似による曲面表現では、処
理能力を越えるような膨大なデータを扱わないと十分な
加工精度が得られない。従って実用に耐える程の短時間
での加工データの生成は到底望めない。高速処理を行う
ために曲面表現のデータ数を少なくすると、加工精度が
粗くなり、設計された曲面の公差を満足することができ
なくなる。
In other known curved surface representations using polyhedron approximation, sufficient processing accuracy cannot be obtained unless enormous data exceeding the processing capability is handled. Therefore, generation of machining data in a short time enough to be practical cannot be expected at all. If the number of data of the curved surface representation is reduced for high-speed processing, the processing accuracy becomes coarse, and the tolerance of the designed curved surface cannot be satisfied.

本発明は上述の問題にかんがみ、工具の干渉、非干渉
を判定しながら必要な加工精度を満足する工具径路デー
タを高速で生成させることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems, an object of the present invention is to generate tool path data that satisfies required machining accuracy at a high speed while determining interference and non-interference of a tool.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、3次元自由曲面を表現したデータを加工し
て少なくとも3軸制御の数値制御工作機械用の工具径路
データを生成する方法であって、自由曲面を切削用面素
に分割し且つ工具の形状に応じて自由曲面からオフセッ
トさせたオフセット多面体を生成するステップと、上記
オフセット多面体を構成する各面素ごとに、面素と、3
軸の一つ(Z軸)に平行でY軸方向に所定間隔の平面群
との交線上に工具径路を設定するために、上記各平面上
に各交線の始端及び終端の直交座標データ(X、Z)を
算出して記憶するステップと、上記平面群の一つに属す
る複数の交線がX座標値を共有した部分を有している場
合に、その共有部分のうちのZ座標値が最大の部分を抽
出して共有部分のない新たな交線群の各始端及び終端の
直交座標データ(X、Z)を算出するステップと、上記
交線群に沿った工具径路データを各平面(Y座標)ごと
に生成するステップとを具備する。
The present invention is a method for generating tool path data for a numerically controlled machine tool of at least three-axis control by processing data representing a three-dimensional free-form surface, comprising: dividing the free-form surface into cutting surface elements; Generating an offset polyhedron that is offset from the free-form surface in accordance with the shape of the surface polyhedron;
In order to set a tool path on a line of intersection with a group of planes parallel to one of the axes (Z-axis) and spaced at predetermined intervals in the Y-axis direction, orthogonal coordinate data of the start and end of each line of intersection ( X, Z), and, when a plurality of intersection lines belonging to one of the plane groups have a portion sharing the X coordinate value, the Z coordinate value of the shared portion Calculating the orthogonal coordinate data (X, Z) at the start and end of each new intersection line having no shared portion by extracting the largest portion, and converting the tool path data along the intersection line group into each plane (Y coordinate).

〔作用〕[Action]

直交座標系(XYZ軸)を持つ3軸制御の数値制御工作
機械に最も適した工具径路生成システムであり、直交座
標系において工具干渉除去処理を高速に実行する。
This is a tool path generation system most suitable for a numerically controlled machine tool of three-axis control having an orthogonal coordinate system (XYZ axes), and executes tool interference removal processing at high speed in an orthogonal coordinate system.

オフセット多面体を生成する処理と工具径路をオフセ
ット多面体から求める処理とを分離させてあり、工具径
路は直交座標系で求められるが、オフセット多面体の生
成はBzier曲面、B−Spline曲面、Coons曲面等の幾
何曲面の表現形式に基くことができる。従って曲面表現
のデータ構造に依存せずに、多種多様な曲面の加工が可
能となる。また加工物が複数の曲面で構成されていて
も、単一の曲面と同様に扱うことができる。
The process of generating the offset polyhedron and the process of obtaining the tool path from the offset polyhedron are separated, and the tool path is obtained in the orthogonal coordinate system. It can be based on the expression form of a geometric surface. Therefore, various types of curved surfaces can be processed without depending on the data structure of the curved surface expression. Even if the workpiece is composed of a plurality of curved surfaces, it can be handled in the same manner as a single curved surface.

またオフセット多面体を構成する面素の1つごとに工
具干渉の除去処理を一回だけ行い、重複した演算処理が
生じないから、効率よく、高速に工具径路データが生成
される。
Also, the tool interference removal processing is performed only once for each of the surface elements constituting the offset polyhedron, and no redundant calculation processing occurs. Therefore, tool path data is efficiently and rapidly generated.

工具径路は、オフセット多面体を多数の平行なサンプ
リング平面で切断して得た線分群のデータで表現され、
工具干渉の除去処理は、線分群が交叉するときに、線分
を分割してそのうちのオーバーラップのない上位の線分
を選択することで達成される。よって処理アルゴリズム
が簡単で扱うデータ量が少ないにもかかわらず、高精度
の加工データが得られる。
The tool path is represented by data of a group of line segments obtained by cutting the offset polyhedron at a number of parallel sampling planes,
The tool interference removal processing is achieved by dividing a line segment when a group of line segments intersect and selecting a higher-order line segment having no overlap among the line segments. Therefore, high-precision processed data can be obtained despite a simple processing algorithm and a small amount of data to be handled.

〔実施例〕〔Example〕

<G1:システム全体の構成> 第1図に実施例のCAD/CAMシステムの全体構成を示
す。第1図において自由曲面生成処理システム1は、CA
Dに相当する部分で、目的物の3次元自由曲面を表現す
る幾何モデルの形状データをオペレータの入力操作に基
いて生成し、ファイルに蓄積する。目的物は機械加工部
品やモールド金型である。
<G 1 : Overall Configuration of System> FIG. 1 shows the overall configuration of the CAD / CAM system of the embodiment. In FIG. 1, a free-form surface generation processing system 1 includes a CA
In a portion corresponding to D, shape data of a geometric model representing a three-dimensional free-form surface of an object is generated based on an input operation of an operator, and stored in a file. The object is a machined part or a mold.

作成された形状データは、自由曲面切削用工具径路生
成システム2において加工データ、即ち切削工具の移動
径路を決定するデータに変換される。加工データはフロ
ッピーディスクに落とされ、NCミーリングマシン3(NC
フライス盤又はマシニングセンタ)にフロッピーディス
クを装着することにより、自動加工が行われる。
The created shape data is converted into machining data, that is, data for determining a moving path of the cutting tool in the free-form surface cutting tool path generating system 2. The machining data is dropped on a floppy disk and the NC milling machine 3 (NC
Automatic processing is performed by mounting a floppy disk on a milling machine or a machining center.

自由曲面生成処理システム1及び自由曲面切削用工具
径路システム2の実体はコンピュータであり、ユーザイ
ンターフェイスのために、キーボードやディジタイザ等
の入力装置及びCRT等のディスプレイ装置5が付属して
いる。
The substance of the free-form surface generation processing system 1 and the free-form surface cutting tool path system 2 is a computer, and an input device such as a keyboard and a digitizer and a display device 5 such as a CRT are attached for a user interface.

工具径路生成システム2は、 (1)、自由曲面の形状精度 (2)、自由曲面の表面粗度(表面あらさ) (3)、工具干渉チエック を考慮し且つ高速に加工データを生成するように工夫さ
れたアルゴリズムで動作する。
The tool path generation system 2 generates (1), the shape accuracy of a free-form surface (2), the surface roughness (surface roughness) of a free-form surface (3), and a tool interference check, and generates machining data at high speed. It works with a clever algorithm.

<G2:工具径路生成システムの構成> 第2図に示すように、工具径路生成システムは順次又
は平行して起動される複数のプログラムモジュールを含
む。各プログラムモジュールは専用のデータプロセッサ
と考えることができるので、以下プロセッサと称する。
As shown in Figure 2: <G 2 configuration of the tool path generation system> includes a plurality of program modules is a tool path generation system is activated sequentially or in parallel. Each program module can be considered as a dedicated data processor, and is hereinafter referred to as a processor.

まず予備処理段階で起動されるのが、精度決定プリプ
ロセッサ21及び面粗度決定プリプロセッサ22である。精
度決定プリプロセッサ21は、目的加工物に対して指定さ
れた公差に基いて、CAD段階で生成された幾何モデルの
曲面を多数の四辺形(又は三角形)に分割してするため
の分割細度を決定する。この多面体分割により、公差内
で近似された切削形状(切削モデル)を生成することが
できる。公差を考慮した多面体近似により、必要以上に
高精度でなくしかも設計仕様を満足する切削加工を実行
するための最適工具径路を決定することができる。
First, the accuracy determination preprocessor 21 and the surface roughness determination preprocessor 22 are activated in the preliminary processing stage. The accuracy determination preprocessor 21 determines the division fineness for dividing the curved surface of the geometric model generated in the CAD stage into a number of quadrilaterals (or triangles) based on the tolerance specified for the target workpiece. decide. By this polyhedral division, a cut shape (cut model) approximated within the tolerance can be generated. By the polyhedral approximation in consideration of the tolerance, it is possible to determine an optimum tool path for executing a cutting process that is not unnecessarily highly accurate and satisfies the design specification.

幾何曲面の曲率半径ρとその中心から近似多面体まで
の距離との誤差をδとするとき、式 によるδが指定交差内となるように近似多面体の個々の
一辺の大きさl、つまり幾何モデル曲面上のサンプリン
グ巾を定めるのが仕上げ精度プリプロセッサ21である。
When the error between the radius of curvature ρ of the geometric surface and the distance from the center to the approximate polyhedron is δ, the equation is The finishing accuracy preprocessor 21 determines the size l of each side of the approximated polyhedron, that is, the sampling width on the geometric model curved surface, so that δ according to 内 is within the designated intersection.

工具径路は生成された多面体上に設定される。つまり
工具は空間内の点から点へ微細に直線運動しながら曲面
を切削する。このような切削加工は通常の3軸制御NCミ
ーリングマシンで実現できる。
The tool path is set on the generated polyhedron. That is, the tool cuts a curved surface while making a fine linear motion from point to point in space. Such cutting can be realized by a normal three-axis control NC milling machine.

なお実際の工具径路は、加工面に対して工具の刃先か
ら工具中心(工具移動の指令位置)までオフセットした
仮想のオフセット多面体上に設定される。
Note that the actual tool path is set on a virtual offset polyhedron offset from the cutting edge of the tool to the center of the tool (tool movement command position) with respect to the processing surface.

次に面粗度決定プリプロセッサ22は、目的加工物に対
して指定された表面あらさに基いて、工具の送り巾(送
りピッチ)を決定する。一般に工具送り巾が狭ければ、
表面はよりなめらかに切削される。しかし工具送り巾を
1/2にすれば、工具径路を規定するデータ量は2倍にな
る。従って最小の工具径路データで所要の仕上げ表面あ
らさを得るために、工具送り巾は最適に設定されなけれ
ばならない。面粗度決定プリプロセッサ22では、与えら
れた表面あらさを満足する工具送り巾を算出するための
アルゴリズムを含む。
Next, the surface roughness determination preprocessor 22 determines the feed width (feed pitch) of the tool based on the surface roughness specified for the target workpiece. Generally, if the tool feed width is narrow,
The surface is cut more smoothly. But the tool feed width
By halving, the amount of data defining the tool path is doubled. Therefore, in order to obtain the required finished surface roughness with the minimum tool path data, the tool feed width must be optimally set. The surface roughness determination preprocessor 22 includes an algorithm for calculating a tool feed width that satisfies a given surface roughness.

ボールエンドミル(半径R)を切削工具として使用す
る場合、面粗度決定プリプロセッサ22は、加工面上の削
り残し量の高さHが指定表面あらさを満足するように、
を用いて工具送り巾△を決定する。
When a ball end mill (radius R) is used as a cutting tool, the surface roughness determination preprocessor 22 determines that the height H of the uncut portion on the processing surface satisfies the specified surface roughness.
formula Is used to determine the tool feed width △.

これらの精度決定プリプロセッサ21及び面粗度決定プ
リプロセッサ22によって得られたオフセット多面体の分
割細度及び工具送りピッチのデータは、荒削り用プロセ
ッサ23及び仕上削り用プロセッサ24から成る工具径路生
成プロセッサに渡され、これらに基いて幾何モデルの曲
面データが順次処理されて、工具径路データが最終的に
生成される。なお荒削りと仕上げ削りとは、工具の大き
さと送り巾及び仕上代の有無が夫々異なるのみで、デー
タ処理アルゴリズムは同一と考えてよい。また荒削りプ
ロセスにおいては、公差及び面粗度について考慮しなく
てよい。
The data of the division fineness and the tool feed pitch of the offset polyhedron obtained by the accuracy determination preprocessor 21 and the surface roughness determination preprocessor 22 are passed to a tool path generation processor including a roughing processor 23 and a finishing milling processor 24. Based on these, the curved surface data of the geometric model is sequentially processed, and tool path data is finally generated. It should be noted that the roughing and the finishing are different only in the size of the tool, the feed width, and the presence or absence of the finishing margin, and the data processing algorithm may be considered to be the same. In the roughing process, it is not necessary to consider the tolerance and the surface roughness.

これらの工具径路生成のプロセッサ23、24の最も重要
な機能は工具干渉を回避した工具径路を決定することで
ある。工具干渉は工具外径が大きい荒削りプロセスで最
も生じ易い。更に、工具径路形成アルゴリズムを工夫す
ることにより、これらのプロセッサ23、24において高速
に工具径路を生成することができるようになっている。
生成された工具径路データは、荒削り及び仕上げ削りの
順にフロッピーディスク等を媒体として第1図のNCミー
リングマシン3に渡され、ブロック素材に対してミーリ
ング(フライス)切削加工が実行される。
The most important function of these tool path generation processors 23 and 24 is to determine a tool path that avoids tool interference. Tool interference is most likely to occur in a roughing process with a large tool outer diameter. Further, by devising a tool path forming algorithm, these processors 23 and 24 can generate a tool path at high speed.
The generated tool path data is passed to the NC milling machine 3 shown in FIG. 1 using a floppy disk or the like as a medium in the order of rough cutting and finish cutting, and the block material is subjected to milling (milling) cutting.

なお第2図に示す工具径路生成システムには、パラメ
ータ切削用プロセッサ25が付属していて、パラメータ表
現の原曲面形状データに基いて直接に切削加工すること
も可能になっている。このプロセッサ25では工具干渉チ
エックを行わないが、干渉が生じないと予測できる曲面
については、曲面形状に応じてパラメータ切削を選択す
ることができる。
The tool path generating system shown in FIG. 2 is provided with a parameter cutting processor 25, which can also perform cutting directly based on the original curved surface shape data expressed in parameters. Although the processor 25 does not perform the tool interference check, for a curved surface that can be predicted to cause no interference, parameter cutting can be selected according to the curved surface shape.

更に工具径路生成システムは、工具径路表示プロセッ
サ26及び干渉箇所表示プロセッサ27を含む。これらのプ
ロセッサによる3次元画像表示により、工具径路や工具
干渉を視覚で認識することができる。
Further, the tool path generation system includes a tool path display processor 26 and an interference point display processor 27. By displaying three-dimensional images by these processors, the tool path and the tool interference can be visually recognized.

工具径路生成システムの各プロセッサ又はプリプロセ
ッサは、ユーザインターフェイスモジュール28を通じて
入出力機器とデータの出し入れを行うことができる。キ
ーボードやディスプレイ、XYプロッタ等の入出力機器を
使用して、オペレータは各プロセッサを動作させ、処理
結果を得ることができる。
Each processor or preprocessor of the tool path generation system can transfer data to and from input / output devices through the user interface module 28. Using input / output devices such as a keyboard, a display, and an XY plotter, an operator can operate each processor to obtain a processing result.

第3図に第2図の工具径路生成システムの処理フロー
チャートを示す。まず曲面データを計算機フアイルから
読込む(入力P1)。次に曲面データを表示してデータを
確認する(表示P2)。次に荒削り用プロセスに進み、荒
削り用工具径路を生成させる。荒削りプロセスではまず
仕上代と工具径を指定する(操作P3)。これらの指定値
と曲面データとに基いて、工具干渉を回避した工具径路
を荒削り用プロセッサ23(ルーチンP4)で生成する。こ
れにより生成されたデータにより、荒削り用工具径路、
切削開始点、切削終了点を表示する(表示P5)。このと
き不可避の工具干渉箇所があったならばこれを表示する
(表示P6)。工具干渉が生じた場合(判断P7)、工具径
を変更するために操作P3に戻り、再度工具径路の生成を
実行する。
FIG. 3 shows a processing flowchart of the tool path generating system of FIG. First, the surface data is read from a computer file (input P1). Next, the surface data is displayed to confirm the data (display P2). Next, the process proceeds to a rough cutting process, in which a rough cutting tool path is generated. In the roughing process, first, a finish allowance and a tool diameter are specified (operation P3). On the basis of these specified values and the curved surface data, a tool path that avoids tool interference is generated by the roughing processor 23 (routine P4). With the data generated by this, the tool path for roughing,
The cutting start point and cutting end point are displayed (display P5). At this time, if there is an unavoidable tool interference part, this is displayed (display P6). When tool interference occurs (judgment P7), the process returns to operation P3 to change the tool diameter, and the tool path is generated again.

判断P7で工具干渉が無いと判定されると、次の仕上げ
削りプロセスに進む。このプロセスでは、まず仕上げ工
具径を指定する(操作P8)。更に登録されている一般公
差テーブルの公差等級(許容公差)を指定する(操作P
9)。次に仕上げ精度決定のプリプロセッサ21(ルーチ
ンP10)を起動し、指定された公差テーブルと切削寸法
との照合により、仕上げ精度(オフセット多面体への分
割細度)を決定する。更に設計図面に指定された面粗度
値を入力する(操作P11)。この面粗度指定値により、
工具送り巾が仕上げ面粗度決定プリプロセッサ22(ルー
チンP12)によって決定される。
When it is determined that there is no tool interference in the determination P7, the process proceeds to the next finish cutting process. In this process, first, a finish tool diameter is specified (operation P8). In addition, specify the tolerance class (tolerance) of the registered general tolerance table (operation P
9). Next, the preprocessor 21 (routine P10) for determining the finishing accuracy is activated, and the finishing accuracy (the fineness of division into offset polyhedrons) is determined by comparing the specified tolerance table with the cutting dimensions. Further, a surface roughness value specified in the design drawing is input (operation P11). By this surface roughness specified value,
The tool feed width is determined by the finish surface roughness determination preprocessor 22 (routine P12).

次に許容公差及び指定面粗度により決定された多面体
の分割細度及び工具送り巾のデータに基いて、仕上削り
用プロセッサ24(ルーチンP13)を起動させ、仕上削り
用工具径路を生成させる。生成された工具径路データに
より、仕上削り用工具径路を表示させると共に、工具干
渉箇所を表示させる(表示P14、P15)。工具干渉が生じ
ていたならば、判断P16から操作P8に戻り、部分的に仕
上げ工具径路を変更し、再度工具径路を生成させる。こ
の工具変更により干渉が除去されれば、生成した工具径
路データをファイルに書込んで一連の処理が終了する。
Next, based on the data of the division fineness and the tool feed width of the polyhedron determined by the allowable tolerance and the designated surface roughness, the finish cutting processor 24 (routine P13) is activated to generate a finish cutting tool path. Based on the generated tool path data, the tool path for finish cutting is displayed and the tool interference location is displayed (displays P14 and P15). If a tool interference has occurred, the process returns from the judgment P16 to the operation P8, where the finish tool path is partially changed, and the tool path is generated again. If the interference is removed by this tool change, the generated tool path data is written to a file, and a series of processing ends.

<G3:工具径路生成プロセスの基本概念> 荒削り用プロセッサ23及び仕上削り用プロセッサ24か
ら成る工具径路生成プロセスは、基本的には幾何モデル
の曲面データからオフセット多面体を生成し、この多面
体から工具干渉の無い工具径路データを高速に生成する
手順である。
Tool path generation process consisting of rough processor 23 and the finishing cutting processor 24: <G 3 basic concept of tool path generation process> generates an offset polyhedron from surface data of the geometric model is basically a tool from the polyhedron This is a procedure for generating tool path data without interference at high speed.

第4図のようにボールエンドミル10で自由曲面Sの点
Aを切削する場合、点Aは自由曲面とボールエンドミル
の刃面との接点となる。この場合、ボールエンドミル10
の球部の中心Oと点Aを結ぶベクトル(▲▼)は自
由曲面の点Aにおける法線ベクトルになる。このベクト
ルをオフセットベクトルと称する。
When the point A of the free-form surface S is cut by the ball end mill 10 as shown in FIG. 4, the point A becomes a contact point between the free-form surface and the blade surface of the ball end mill. In this case, the ball end mill 10
A vector (▲) connecting the center O and the point A of the spherical portion is a normal vector at the point A of the free-form surface. This vector is called an offset vector.

一般には曲面上にある点におけるオフセットベクトル
とは、その点を始点とし、その点を切削するために工具
を接触させたとき、工具内に定めた基準点が終点となる
ベクトルでしる。ベクトルFは一般に法線ベクトルnの
関数F(n)である。ボールエンドミルの場合、F
(n)=rn(rは球面部の半径)となる。
Generally, an offset vector at a point on a curved surface is a vector whose start point is a reference point defined in the tool when the tool is brought into contact with the point to cut the point. The vector F is generally a function F (n) of the normal vector n. In case of ball end mill, F
(N) = rn (r is the radius of the spherical portion).

自由曲面上の総ての点においてオフセットベクトルを
考えると、その終点は一つの曲面を形成する。この曲面
をオフセット曲面と称すと、明らかに工具中心がオフセ
ット曲面上にあるように工具を移動させれば、目的の自
由曲面を加工することができる。
Given an offset vector at every point on a free-form surface, its end point forms one surface. If this curved surface is called an offset curved surface, a desired free-form surface can be machined by moving the tool so that the tool center is clearly on the offset curved surface.

オフセット曲面を基に工具径路を生成する最も単純な
手法は、自由曲面上で切削される点の列を考え、各点に
おけるオフセットベクトルの終端点を列を工具径路とす
る手法である。この手法は主にパラメトリックな式で表
現された自由曲面に対して用いられている。
The simplest method of generating a tool path on the basis of an offset curved surface is a method in which a sequence of points to be cut on a free-form surface is considered, and the end point of an offset vector at each point is used as a tool path. This method is mainly used for free-form surfaces expressed by parametric equations.

例えば、第5図のようなパラメトリック表現の自由曲
面を考える。曲面上の点の位置P(x、t、z)は、 x=f1(u、v) y=f2(u、v) z=f3(u、v) によってパラメータu、vの期間として与えられる。こ
のような曲面では、u、vを与えると、曲面上の点及び
法線方向が容易に求められるので、u、vを変化させる
ことにより、第6図に示すように点列{A}を作り、こ
れに対応する工具中心の点列{O}を工具径路として得
ることができる。
For example, consider a free-form surface in a parametric expression as shown in FIG. The position P (x, t, z) of a point on a curved surface is expressed by the following equation: x = f 1 (u, v) y = f 2 (u, v) z = f 3 (u, v) Given as In such a curved surface, when u and v are given, the point and the normal direction on the curved surface can be easily obtained. Therefore, by changing u and v, the point sequence {A} is changed as shown in FIG. The point sequence {O} at the center of the tool can be obtained as the tool path.

別の手法として、第7図に示すように、自由曲面から
それに対応するオフセット曲面を生成し、オフセット曲
面上の点をパラメトリックに指定することにより工具径
路を生成する手法もある。例えば、自由曲面が次の式で
表わされている場合、 x=g1(u,v)=c11u3+c12u2v+c13uv2+c14v3 +c15u2+c16uv+c17v2+c18u+c19v+c1A y=g2(u,v)=c21u3+c22u2v+c23uv2+c24v3 +c25u2+c26uv+c27v2+c28u+c29v+c2A z=g3(u,v)=c31u3+c32u2v+c33uv2+c34v3 +c35u2+c36uv+c37v2+c38u+c39v+c3A 自由曲面点10の点P1〜P10でのオフセットベクトルを考
え、その終点Q1〜Q10を通る曲面としてオフセット曲面
を求めることができる。このオフセット曲面において、
パラメータu′、v′を変化させることにより工具径路
を生成することができる。
As another method, as shown in FIG. 7, there is a method of generating an offset curved surface corresponding to the free curved surface and specifying a point on the offset curved surface parametrically to generate a tool path. For example, if the free-form surface is expressed by the following, x = g 1 (u, v) = c 11 u 3 + c 12 u 2 v + c 13 uv 2 + c 14 v 3 + c 15 u 2 + c 16 uv + c 17 v 2 + c 18 u + c 19 v + c 1A y = g 2 (u, v) = c 21 u 3 + c 22 u 2 v + c 23 uv 2 + c 24 v 3 + c 25 u 2 + c 26 uv + c 27 v 2 + c 28 u + c 29 v + c 2A z = g 3 (u, v ) = c 31 u 3 + c 32 u 2 v + c 33 uv 2 + c 34 v 3 + c 35 u 2 + c 36 uv + c 37 v 2 + c 38 u + c 39 v + a point P 1 of c 3A free curved point 10 consider the offset vector in to P 10, it is possible to determine the offset curved surface as a curved surface passing through the end point Q 1 to Q 10. In this offset surface,
By changing the parameters u 'and v', a tool path can be generated.

上述の工具径路の生成手法では工具干渉が考慮されて
ない。例えば第8図a、bに示すようにAの部分を切削
しようとすると、その近傍の必要部分が削り取られてし
まう。これは工具形状に起因する工具干渉である。或い
は第9図に示すように、ボールエンドミルの角度を変え
ない限り、工具干渉を回避してA部を削ることができな
い場合も生じる。これは加工軸の設定条件に起因する工
具干渉である。
In the above-described method of generating a tool path, tool interference is not considered. For example, as shown in FIGS. 8a and 8b, when the portion A is cut, a necessary portion in the vicinity is cut off. This is tool interference caused by the tool shape. Alternatively, as shown in FIG. 9, there is a case where it is impossible to avoid the tool interference and cut the portion A unless the angle of the ball end mill is changed. This is tool interference caused by the setting condition of the machining axis.

工具干渉を発見するには、ボールエンドミルと目的の
自由曲面との交点を求める計算を行えばよいが、ある程
度の精度を得るためには多大の計算時間を必要とするた
め、実際には工具干渉が起きないように人間が確認しな
がら工具径路を生成させている。
To find out the tool interference, it is sufficient to calculate the intersection of the ball end mill and the target free-form surface.However, it takes a lot of calculation time to obtain a certain degree of accuracy. The tool path is generated while being checked by humans to prevent the occurrence of a tool path.

このような工具干渉問題を解決するために、第10図の
ようなZ軸方向の検定法を用いることができる。この方
法では、ボールエンドミルの軸をZ軸方向にとり、Z軸
と平行な直線lを考え、これとオフセット曲面の交点を
求める。工具干渉が生じている場合には、図のようにオ
フセット曲面上の工具径路がループを描くので、一本の
直線lに対し複数個の交点H1、H2、H3が求まる。これら
の交点のZ軸方向の値(高さ)に関し最も大きい値を持
つ点H1が、工具干渉を回避したオフセット面上の点とな
る。このようなオフセット曲面は直線lのx、y座標と
交点のz座標とで表現される。
In order to solve such a tool interference problem, a verification method in the Z-axis direction as shown in FIG. 10 can be used. In this method, the axis of the ball end mill is set in the Z-axis direction, a straight line 1 parallel to the Z-axis is considered, and the intersection of this and the offset curved surface is determined. When tool interference occurs, the tool path on the offset curved surface forms a loop as shown in the figure, so that a plurality of intersections H 1 , H 2 , and H 3 are obtained for one straight line l. H 1 that has the largest value relates the Z-axis direction value of the intersections (height), a point on the offset surface to avoid tool interference. Such an offset curved surface is represented by the x and y coordinates of the straight line 1 and the z coordinate of the intersection.

<G4:工具径路生成プロセスの具体例> 上述の原理に基いた具体的な工具径路生成プロセス
は、基本的に次のステップにより成る。
Specific tool path generation process based on the principles described above: <G 4 embodiment of the tool path generating process> consists by essentially following steps.

第1ステップ:自由曲面からオフセット多面体を生成す
る。
First step: Generate an offset polyhedron from a free-form surface.

第2ステップ:XY平面上の点におけるオフセット曲面の
最高位置を求める。
Second step: Find the highest position of the offset curved surface at a point on the XY plane.

第2ステップのアルゴリズムとして、X軸に平行な走
査線に沿って引かれたオフセット面上の線分(セグメン
ト)に関しZ軸の計算を行う「セグメント高さ法」を以
下に詳述する。
As an algorithm of the second step, a "segment height method" for calculating the Z-axis for a line segment (segment) on an offset plane drawn along a scanning line parallel to the X-axis will be described in detail below.

このアルゴリズムは、基本的にはオフセット曲面の外
包面を求める問題の解法を与えるものである。
This algorithm basically provides a solution to the problem of finding the envelope of an offset surface.

すなわち第11図に示すように、オーバーラップするオ
フセット曲面1、2のうちZ軸方向の上位の面に干渉の
無い工具径路が存在する。
That is, as shown in FIG. 11, there is a tool path without interference on the upper surface in the Z-axis direction among the overlapping offset curved surfaces 1 and 2.

第12図にセグメント高さ法の特徴を示す。この手法で
は、オフセット面の標本化を例えばY軸に沿った一方向
だけとすることにより、高い精度で工具径路を生成し得
るようにしている。即ち、線でのサンプリングを行って
いる。つまりy座標が{yj}の等間隔の各位置にてサン
プリングを行うことにする。各位置で平面y=yjを考
え、この平面に沿ってオフセット多面体の断面をとった
ときの交線に対応する線分群を求める。
FIG. 12 shows the features of the segment height method. In this method, the offset path is sampled only in one direction, for example, along the Y axis so that the tool path can be generated with high accuracy. That is, sampling is performed with a line. In other words, sampling is performed at each position of the y coordinate of {y j } at equal intervals. At each position, a plane y = y j is considered, and a line segment group corresponding to an intersection line when a section of the offset polyhedron is taken along this plane is obtained.

線分群の夫々は、オフセット多面体を成す四角形の各
辺と平面y=yjとの交点を順に結ぶことによって得られ
る。
Each of the line group is obtained by connecting the intersections between the sides and the plane y = y j of rectangles forming the offset polyhedron in order.

次に、このようにして得られた線分群に基いて、第13
図に示すようにZ軸方向の最大高さを持つ線分群を生成
することにより、工具干渉のない工具径路が得られる。
Next, based on the line segment group obtained in this way, the thirteenth
By generating a group of line segments having the maximum height in the Z-axis direction as shown in the figure, a tool path without tool interference can be obtained.

第14図にセグメント高さ法の処理手順を示す。 FIG. 14 shows a processing procedure of the segment height method.

ステップ1(第15図) 幾何モデル曲面上の格子点での法線ベクトルnを求め
る。各格子点(サンプル点)は、既述の精度決定プリプ
ロセッサ21の結果(サンプリング間隔l)を基に、要求
公差を満足するように曲面上に格子状に配置することに
よって得られる。格子間隔、即ち多面体への分割細度
は、その曲面ごとの曲率及び指定された公差等級で定ま
る。
Step 1 (FIG. 15) A normal vector n at a lattice point on the geometric model curved surface is obtained. Each grid point (sample point) is obtained by arranging it in a grid on a curved surface so as to satisfy the required tolerance based on the result (sampling interval 1) of the precision determination preprocessor 21 described above. The lattice spacing, that is, the fineness of division into polyhedrons, is determined by the curvature of each curved surface and a specified tolerance class.

なお第15図は幾何モデルを構成する面素の一枚(パッ
チ)を示し、これは16個の制御点によりパラメトリック
に表現されている。このパッチを格子状に細分する際に
精度決定プリプロセッサ21による結果を用いて、最終仕
上げ形状が公差内に入るような分割を行っている。
FIG. 15 shows one sheet (patch) of a surface element constituting the geometric model, which is expressed parametrically by 16 control points. When the patches are subdivided into a lattice shape, division is performed using the result of the precision determination preprocessor 21 so that the final finished shape falls within the tolerance.

ステップ2(第16図) 各点での法線ベクトルnからオフセットベクトルFを
求める。関数F(n)は工具形状により決定する。
Step 2 (FIG. 16) An offset vector F is obtained from the normal vector n at each point. The function F (n) is determined by the tool shape.

ステップ3(第17図) オフセットベクトルの終点で定まるオフセット曲面上
の各四角形を二つに分割し、四角形を面素とするオフセ
ット多面体を得る。なお四角形は平面を成さないので正
確にはオフセット多面体は生成されない。
Step 3 (FIG. 17) Each square on the offset curved surface determined by the end point of the offset vector is divided into two to obtain an offset polyhedron having the square as a plane element. Since the quadrangle does not form a plane, an offset polyhedron is not accurately generated.

ステップ4(第18図) Y軸方向の各サンプリング位置yjに対応するオフセッ
ト面上の線分群を格納するメモリ配列を準備する。一つ
の線分は始端の座標値(xis、zis)及び終端の座標値
(xie、zie)で表される。なおサンプリング間隔は、既
述の面粗度決定プリプロセッサ22によって図面指定の表
面あらさを満足するように計算された工具送り幅Δに等
しいか、又はそれ以下とする。
Step 4 To prepare a (FIG. 18) a memory array containing a polyline on the offset surface corresponding to each sampling position y j of the Y-axis direction. One line segment is represented by coordinate values at the beginning (x is , z is ) and at the end (x ie , z ie ). The sampling interval is equal to or less than the tool feed width Δ calculated by the surface roughness determination preprocessor 22 to satisfy the surface roughness specified in the drawing.

ステップ5(第19図) オフセット面上の格子から一つの四辺形要素を取出
し、y座標の最小値ymin及び最大値ymaxを求める。
Step 5 (FIG. 19) One quadrilateral element is extracted from the grid on the offset plane, and the minimum value y min and the maximum value y max of the y coordinate are obtained.

ステップ6(第20図) ymin〜ymaxの区間に入るyiについて、平面y=yiと四
辺形との交点(2つ)を求め、yiごとにメモリ配列に交
点の座標(xis、zis)(xie、zie)を書込む。これを総
ての四辺形について繰返す。
Step 6 For y i enters the section (Figure 20) y min ~y max, plane y = y i and find the intersection (2) between the quadrilateral coordinates of the intersection in the memory array for each y i (x is , z is ) (x ie , z ie ). This is repeated for all the quadrilaterals.

ステップ7(第21図、第22図) yiごとに線分群のデータを用いて、Z軸方向の最上位
の線分データに変換する。即ち、yiについて第21図のよ
うにZ軸方向に重なりが生じている複数の線分群が得ら
れている場合、第22図のように最上位の線分群以外を消
去して新たな線分群データを生成する。得られた線分群
のデータは、工具干渉を回避した工具径路を表す。
Step 7 (FIGS. 21 and 22) Using the data of the line group for each y i , the data is converted into the top line data in the Z-axis direction. That is, when a plurality of line segment groups overlapping in the Z-axis direction are obtained as shown in FIG. 21 for y i , the line segments other than the topmost line group are deleted as shown in FIG. Generate group data. The obtained data of the group of line segments represents a tool path in which tool interference has been avoided.

ステップ8(第23図) このようにして得られた第18図のメモリ配列内の線分
群の座標データでもって工具径路を定めることができ
る。例えば第23図に示すようにx軸方向に連続的に工具
を等速スキャンさせながら、Z軸方向の工具高さが各線
分と一致するようにZ軸制御を行う。Y軸方向には工具
をピッチΔずつステップ移動させる。加工時間を短縮す
るためにX軸の工具移動は往復で行うのがよい。
Step 8 (FIG. 23) The tool path can be determined by the coordinate data of the line segments in the memory array of FIG. 18 obtained in this way. For example, as shown in FIG. 23, the Z-axis control is performed so that the tool height in the Z-axis direction matches each line segment while continuously scanning the tool at a constant speed in the x-axis direction. The tool is moved stepwise by a pitch Δ in the Y-axis direction. In order to reduce the processing time, it is preferable that the tool movement on the X axis is performed in a reciprocating manner.

セグメント高さ法の高速演算アルゴリズム 次に第14図のステップ7(第22図)で必要な演算処理
を高速化する手法について説明する。このステップ7で
行われる演算はZ軸に関し最上位を線分群を生成する過
程であり、最も時間がかかる処理である。演算処理は第
24図a、bの二タイプ及びその組合せから成る線分の位
置関係について行う。タイプaは二つの線分のオーバー
ラップであり、タイプbは二つの線分のクロスである。
何れの場合も点線部分を消去するために線分の再定義を
行う。
Next, a method for speeding up the necessary arithmetic processing in step 7 (FIG. 22) of FIG. 14 will be described. The calculation performed in step 7 is a process of generating a line segment group at the highest position with respect to the Z axis, and is a process that takes the longest time. Arithmetic processing is
24 The positional relationship between the two types shown in FIGS. Type a is an overlap of two line segments and type b is a cross of two line segments.
In any case, the line segment is redefined to eliminate the dotted line portion.

タイプaでは、線分▲▼と▲▼とが
重なっている。点P1が線分▲▼)より上方にあ
る場合、直線x=P1xと線分▲▼との交点P1
を求め、Z軸に関してより上方にある線分▲
▼、と▲▼をオーバーラップの無い線分とし
て得る。
In type a, the line segments ▲ ▼ and ▲ ▼ overlap. If the point P 1 is above the line segment ▲ ▼), the intersection P 1 ′ between the straight line x = P 1x and the line segment ▲ ▼
And the line segment that is higher with respect to the Z axis ▲
▼ and ▲ ▼ are obtained as line segments without overlap.

タイプbでは、線分▲▼と▲▼とが
交わるので、まず交点R1を求める。これにより生成され
た4つの線分のうちZ軸に関し上方にあるものを選択し
て、クロスの無い二つの線分▲▼、▲
▼を得る。
In the type b, since the line segments ▼ and ▼ intersect, the intersection R1 is first determined. From the four line segments generated in this way, a line segment above the Z axis is selected, and two line segments without crosses ▲ ▼, ▲
Get ▼.

第25図にステップ7の処理手順の詳細を示す。ステッ
プ6では、オフセット面を表わす線分群の端点がyjごと
に求められた順序でメモリ配列に蓄えられている。各線
分を▲▼(i=1、2……n、sは始端、
eは終端を夫々表す)とすると、メモリ内の各始端の座
標データは、 Pis=(xis、zis) Pie=(xie、zie) となっている。
FIG. 25 shows the details of the processing procedure of step 7. In step 6, the end points of the line segment group representing the offset plane are stored in the memory array in the order determined for each y j . Each line segment is represented by ▲ ▼ (i = 1, 2,.
Assuming that e represents the end, respectively, the coordinate data of the start end in the memory is as follows: P is = (x is , z is ) P ie = (x ie , z ie ).

ステップ7−1 xis<xieとなるようにxisとxieとを交換する。つまり
始端から終端への方向がX軸の負方向を向いている線分
については、xie<xisであるから、始端と終端のx座標
のみを交換して全線分がX軸の正方向を向くようにオリ
エンテーションを行う。z座標は変化しないので、各線
分の高さ、つまり工具径路自体は変化しない。オリエン
テーションの目的は工具径路をX軸の一方方向に限定す
るためである。
Step 7-1: Exchange x is and x ie so that x is <x ie . In other words, for a line segment in which the direction from the start end to the end is in the negative direction of the X axis, x ie <x is , so only the x coordinate of the start end and the end is exchanged, and all the line segments are in the positive direction of the X axis. Orientation to face. Since the z coordinate does not change, the height of each line segment, that is, the tool path itself does not change. The purpose of the orientation is to limit the tool path to one direction of the X axis.

ステップ7−2 各線分▲▼(始端座標)の小さい順にソ
ーティング(並び変え)する。このソーティングによ
り、線分群がどのような順序でサンプリングされていて
も、x座標が増加する順序で線分群が再配列され、その
順序で工具径路が生成される。
Step 7-2 Sorting (rearranging) in ascending order of each line segment ▲ ▼ (starting point coordinates). By this sorting, no matter what order the line group is sampled, the line group is rearranged in the order of increasing x-coordinate, and the tool path is generated in that order.

ステップ7−3 i及びi+1番目の隣接した線分▲▼、 取出す。Step 7-3: i and i + 1th adjacent line segments ▲ ▼, Take out.

xie=xi+1,sの場合(第26図) 隣接した二つの線分の終端と始端とのx座標が一致し
ている場合、工具干渉がないので、iを1つ増やし、新
たに二つの線分を取出す。
When x ie = x i + 1, s (FIG. 26) If the x-coordinates of the end and start ends of two adjacent line segments match each other, there is no tool interference. Take out two line segments.

xie<xi+1,sの場合(第27図) 前の線分の終端と後の線分の始端とのx座標が離れて
いる場合には、予め決められたzminの高さを持つ線分▲
▼を▲▼の後に挿入する。挿入に
より▲▼が新たに となり、それ以降の添字が1つずつシフトされる。更に
iを+1進め、次の処理を行う。なおメモリ内でデータ
の挿入、移動を容易にするために、実際にはポインタ構
造により線分の配列及びデータ管理を行っている。
When x ie <x i + 1, s (FIG. 27) If the x-coordinate between the end of the previous line segment and the start of the subsequent line segment is apart, it has a predetermined height of z min Line segment ▲
Insert ▼ after ▲ ▼. Insertion changes ▲ ▼ And the subscripts thereafter are shifted one by one. Further, i is incremented by +1 and the following processing is performed. In addition, in order to facilitate insertion and movement of data in the memory, arrangement of line segments and data management are actually performed by a pointer structure.

xie>xi+1,sの場合(第28図) 前の線分の終端が後の線分の始端よりもx軸に関し後
方にある場合には、線分どうしのオーバーラップがあ
り、工具干渉が生じている。この場合には、第28図のよ
うに2つの線分を最大4つの区間I〜IVに分割する。
When x ie > x i + 1, s (Fig. 28) If the end of the previous line segment is behind the start of the subsequent line segment with respect to the x-axis, there is overlap between the line segments and tool interference occurs. Has occurred. In this case, two line segments are divided into a maximum of four sections I to IV as shown in FIG.

(a)、xis≠Pi+1,sの場合、区間Iが存在する。(A), when x is ≠ P i + 1, s , a section I exists.

(b)、線分▲▼と とが交叉する場合には、交点Riが存在し、区間IIとIII
が出来る。交叉しない場合には、II、IIIは1つの区間
となる。
(B), line segment ▲ ▼ and Crosses, there is an intersection R i , and the sections II and III
Can be done. If they do not cross, II and III are one section.

(c)、xis≠xi+1,eの場合、区間IVが存在する。(C), if x is ≠ x i + 1, e , there is a section IV.

次に区間II、IIIにおいて、Z軸の上方にある線分を
選択する。更に元の線分▲▼と をデータから削除し、新しく得られた4つの線分SI〜S
VIをxis≠xi+1,eの区間に挿入する。
Next, in the sections II and III, a line segment above the Z axis is selected. In addition, the original line segment ▲ ▼ Is deleted from the data, and the four newly obtained line segments S I to S
VI is inserted into the section of x is ≠ x i + 1, e .

即ち、平面群yiの一つに属する複数の交線がX座標値
を共有した部分(区間II、III)を有している場合に
は、その共有部分のうちのZ座標値が最大の部分を抽出
して共有部分のない新たな交線群の各始端及び終端の直
交座標データ(X、Z)を算出する。ここで、2つの交
線が交叉する場合には、互いに交叉する2つの交線の交
点Riの座標値を算出し、各交線の始端、終端及び交点の
各X座標値に基いて、上記共有部分(区間II、III)及
び共有部分以外の非共有部分(区間I、IV)からなる複
数の部分交線に分割する。そして、上記共有部分のうち
のZ軸に関し上位の部分と、上記非共有部分とからなる
新たな交線群(線分SI〜SIV)。を選択し、この交線群
の各始端及び終端の直交座標データ(X、Z)を生成す
るなお、2つの交線が交叉しない場合には、区間II、II
Iは1つの区間であるから、第24図(a)で既に説明し
たように、共有部分のうちZ軸方向の上位の部分を選択
する。
That is, when a plurality of intersections belonging to one of the plane groups y i have portions (sections II and III) sharing the X coordinate value, the Z coordinate value of the shared portion is the largest. The portion is extracted and the orthogonal coordinate data (X, Z) at each of the start and end of the new intersection line group having no shared portion is calculated. Here, when two intersections intersect, the coordinate value of the intersection R i of the two intersections that intersect with each other is calculated, and based on the X coordinate values of the start, end, and intersection of each intersection, It is divided into a plurality of partial intersecting lines composed of the above-mentioned shared portion (sections II and III) and non-shared portions (sections I and IV) other than the shared portion. Then, a new intersection line group (line segments S I to S IV ) composed of the upper portion of the shared portion with respect to the Z axis and the non-shared portion. Is selected to generate the orthogonal coordinate data (X, Z) at the start and end of this intersection line group. If the two intersection lines do not intersect, the interval II, II
Since I is one section, as described above with reference to FIG. 24 (a), a higher-order part in the Z-axis direction among the shared parts is selected.

上記ステップ7−3はi=nとなるまで繰返される。
ただし処理中にn(総数)の値は変化する。
Step 7-3 is repeated until i = n.
However, the value of n (total number) changes during processing.

以上の処理により、工具干渉の発生部分を検知して干
渉を排除することができる。なお干渉のない場合では、
単に第25図の又はの処理を通るループを回るので非
常に高速の処理が可能である。
By the above processing, the part where the tool interference occurs can be detected and the interference can be eliminated. If there is no interference,
Very high-speed processing is possible because it simply loops through the processing of or of FIG.

以上のように対しセグメント高さ法では、第29図にそ
の概要を示すように、オフセット多面体から1つの四辺
形を取出し、平面yjでサンプリングして、yjに対応した
メモリ領域に一旦総ての線分データを格納し、このデー
タに基いて工具干渉を取除く演算を行う。線分データは
適当な順序でメモリに格納されるので、既述のようにx
座標についてソーティングを行う必要がある。しかしセ
グメント高さ法では線分の両端の座標データのみを扱う
ので、メモリ領域も小さくてよい。従ってセグメント高
さ法は、より工具径路生成の効率が良く、小容量のデー
タプロセッサで高精度の工具径路生成が可能である。
As described above, in the segment height method, as shown in FIG. 29, one quadrilateral is extracted from the offset polyhedron, sampled on a plane y j , and temporarily stored in a memory area corresponding to y j. All the line segment data are stored, and an operation for removing tool interference is performed based on this data. Since the line segment data is stored in the memory in an appropriate order, as described above, x
You need to sort the coordinates. However, since only the coordinate data at both ends of the line segment is handled in the segment height method, the memory area may be small. Therefore, the segment height method is more efficient in generating a tool path, and a high-precision tool path can be generated with a small-capacity data processor.

第30図にセグメント高さ法による工具径路生成システ
ムをブロック図で示す。各ブロックは以下のプログラム
モジュールに対応する。
FIG. 30 is a block diagram showing a tool path generation system based on the segment height method. Each block corresponds to the following program module.

DIVIDE Bzier曲面からオフセット多面体を生成する(なお
面素は四辺形で平面ではない)。
Generates an offset polyhedron from a DIVIDE Bzier surface (the surface elements are quadrilaterals and not planes).

EDGE 境界において、位置、接平面が不連続な部分を補うオ
フセット多面体を生成する。
Generate an offset polyhedron that compensates for discontinuities in the position and tangent plane at the EDGE boundary.

SLICE オフセット多面体をY軸と直交した平面で切断し、線
分群を生成する。
SLICE Cuts the offset polyhedron along a plane perpendicular to the Y axis to generate a group of line segments.

DPVECT 工具干渉を除去する演算を行う。DPVECT Performs operation to remove tool interference.

CRPATH 計算誤差等により生じる誤った線分データを除去す
る。また平行で継がった線分の統合等の無駄なデータの
除去を行う。
CRPATH Eliminates incorrect line segment data caused by calculation errors. In addition, unnecessary data such as integration of parallel connected segments is removed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は上述のように、オフセット多面体の面素ごと
に面素と平面の交線により工具径路を求め、同一平面上
で複数の交線が重複する場合に、Z座標の最大の交線を
求めて工具干渉除去を行うので、交線の始端、終端の2
点の座標により工具径路を定義できるから、工具径路の
データの演算が極めて単純化され、しかも或るオフセッ
ト面素とオフセット多面体の全部の面素とに関し工具径
路として生成する交線の全ての上下関係を調べる必要が
なく、Z軸の高位の交線を選択して記憶させると言う処
理を一面素の交線につき一回だけ行えばよく、工具干渉
の除去処理に関し重複した演算処理が生じないから、工
具径路生成の効率がよく、高速処理が可能である。
As described above, the present invention obtains a tool path by an intersection line between a plane element and a plane for each plane element of an offset polyhedron, and when a plurality of intersection lines overlap on the same plane, a maximum intersection line of the Z coordinate is determined. Since tool interference removal is performed, the start and end points of the intersection
Since the tool path can be defined by the coordinates of the points, the calculation of the tool path data is extremely simplified, and all of the intersection lines generated as the tool path for a certain offset plane element and all plane elements of the offset polyhedron are determined. There is no need to check the relationship, and the process of selecting and storing the higher-order intersection line of the Z-axis only needs to be performed once for each intersection line of the one-plane element, and there is no redundant calculation process for the tool interference removal process. Therefore, the tool path generation efficiency is high and high-speed processing is possible.

また、同一平面上で複数の交線がX軸に関し重複し、
且つ交叉する場合に、線分を交叉点で分割してオーバー
ラップのない上位の線分を選択することにより工具干渉
除去を行うようにすれば、処理アルゴリズムが簡単にな
り、扱うデータ量が少なくても高精度の工具径路データ
が得られるから、工具径路生成の効率がよく、高速処理
が可能である。
Also, a plurality of intersection lines on the same plane overlap with respect to the X axis,
In addition, in the case of intersection, if the tool segment is removed by dividing the line segment at the intersection and selecting a higher-order line segment having no overlap, the processing algorithm is simplified, and the amount of data to be handled is reduced. However, since highly accurate tool path data can be obtained, the efficiency of tool path generation is high, and high-speed processing is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の工具径路生成システムの実施例を示す
CAD/CAMシステムの全体構成のブロック図、第2図は工
具径路生成システムのブロック図、第3図は工具径路生
成システムのデータ処理手順のフローチャートである。 第4図は自由曲面とオフセット曲面との関係を示す線
図、第5図はパラメトリック表現の自由曲面を示す線
図、第6図は自由曲面から工具径路を生成する一方法を
示す線図、第7図はオフセット曲面から工具径路を生成
する一方法を示す線図、第8図は工具形状に起因する工
具干渉を示す断面図、第9図は加工軸の設定条件に起因
する工具干渉を示す断面図、第10図は工具干渉検定法を
示す断面図である。 第11図は工具干渉を回避したオフセット曲面の外包面を
示す線図、第12図はセグメント高さ法の原理を示す線
図、第13図は工具干渉を除去した線分群の線図、第14図
はセグメント高さ法の処理手順を示すフローチャートで
ある。 第15図は第14図のフローチャートのステップ1に対応し
た幾何曲面の線図、第16図はステップ2に対応したオフ
セットベクトルの線図、第17図はステップ3に対応した
オフセット多面体の線図、第18図はステップ4に対応し
たサンプリング位置とデータメモリ配列を示す線図、第
19図はステップ5に対応したオフセット多面体の四辺形
面素を示す線図、第20図はステップ6に対応したセグメ
ントサンプリングの線図、第21図はステップ7に対応し
た線分群の位置を示す線図、第22図はステップ7に対応
した工具干渉除去処理を行った線分群の線図、第23図は
ステップ8に対応した工具径路の線図である。 第24図a、bはセグメント高さ法において線分のオーバ
ーラップ及びクロスを示す線図、第25図は第14図のステ
ップ7の処理手順の詳細を示すフローチャート、第26図
〜第28図は二つの隣接する線分の位置関係の種々の態様
を示す線図である。 第29図はセグメント高さ法の処理手順の概要を示す線
図、第30図は工具径路生成システムのブロック図であ
る。 なお、図面に用いた符号において、 1……自由曲面生成処理システム 2……自由曲面切削用工具径路生成システム 3……NCミーリングマシン 4……入力装置 5……ディスプレイ 21……精度決定プリプロセッサ 22……面粗度決定プリプロセッサ 23……荒削り用プロセッサ 24……仕上げ削り用プロセッサ である。
FIG. 1 shows an embodiment of a tool path generating system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a tool path generation system, and FIG. 3 is a flowchart of a data processing procedure of the tool path generation system. FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a free-form surface and an offset surface, FIG. 5 is a diagram illustrating a free-form surface in a parametric expression, FIG. 6 is a diagram illustrating one method of generating a tool path from the free-form surface, FIG. 7 is a diagram showing one method of generating a tool path from an offset curved surface, FIG. 8 is a sectional view showing tool interference caused by a tool shape, and FIG. 9 is a diagram showing tool interference caused by a setting condition of a machining axis. FIG. 10 is a sectional view showing a tool interference test method. FIG. 11 is a diagram showing the envelope surface of the offset curved surface avoiding tool interference, FIG. 12 is a diagram showing the principle of the segment height method, FIG. 13 is a diagram of a group of line segments from which tool interference has been removed, FIG. 14 is a flowchart showing a processing procedure of the segment height method. 15 is a diagram of a geometric surface corresponding to step 1 of the flowchart of FIG. 14, FIG. 16 is a diagram of an offset vector corresponding to step 2, and FIG. 17 is a diagram of an offset polyhedron corresponding to step 3. FIG. 18 is a diagram showing a sampling position and a data memory array corresponding to step 4, and FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a quadrilateral face element of the offset polyhedron corresponding to step 5, FIG. 20 is a diagram of segment sampling corresponding to step 6, and FIG. 21 is a diagram showing a position of a group of line segments corresponding to step 7. FIG. 22 is a diagram of a group of line segments subjected to the tool interference removal processing corresponding to step 7, and FIG. 23 is a diagram of a tool path corresponding to step 8. 24a and 24b are diagrams showing overlap and cross of line segments in the segment height method, FIG. 25 is a flowchart showing details of the processing procedure of step 7 in FIG. 14, FIGS. 26 to 28 FIG. 4 is a diagram showing various aspects of the positional relationship between two adjacent line segments. FIG. 29 is a diagram showing an outline of a processing procedure of the segment height method, and FIG. 30 is a block diagram of a tool path generating system. In addition, in the code | symbol used for drawing, 1 ... Free-form surface generation processing system 2 ... Tool path generation system for free-form surface cutting 3 ... NC milling machine 4 ... Input device 5 ... Display 21 ... Precision determination preprocessor 22 … Surface roughness determination preprocessor 23… Roughing processor 24… Finishing processor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−75904(JP,A) 特開 昭61−11809(JP,A) 昭和56年度精機学会春季大会学術講演 論文集、第577〜579頁 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-75904 (JP, A) JP-A-61-11809 (JP, A) Proc. page

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】3次元自由曲面を表現したデータを加工し
て少なくとも3軸制御の数値制御工作機械用の工具径路
データを生成する方法であって、 自由曲面を切削用面素に分割し且つ工具の形状に応じて
自由曲面からオフセットさせたオフセット多面体を生成
するステップと、 上記オフセット多面体を構成する各面素ごとに、面素
と、3軸の一つ(Z軸)に平行でY軸方向に所定間隔の
平面群との交線上に工具径路を設定するために、上記各
平面上に各交線の始端及び終端の直交座標データ(X、
Z)を算出して記憶するステップと、 上記平面群の一つに属する複数の交線がX座標値を共有
した部分を有している場合に、その共有部分のうちのZ
座標値が最大の部分を抽出して共有部分のない新たな交
線群の各始端及び終端の直交座標データ(X、Z)を算
出するステップと、 上記交線群に沿った工具径路データを各平面(Y座標)
ごとに生成するステップとを具備する工具干渉を除去し
た自由曲面の加工情報生成方法。
1. A method of processing data representing a three-dimensional free-form surface to generate tool path data for at least a three-axis control numerically controlled machine tool, comprising: dividing the free-form surface into cutting surface elements; Generating an offset polyhedron offset from the free-form surface in accordance with the shape of the tool; and for each surface element constituting the offset polyhedron, a surface element and a Y-axis parallel to one of three axes (Z-axis). In order to set the tool path on the line of intersection with the plane group at a predetermined interval in the direction, the orthogonal coordinate data (X,
Calculating and storing Z), and when a plurality of intersections belonging to one of the plane groups have a portion sharing an X coordinate value, Z of the shared portion
Calculating the orthogonal coordinate data (X, Z) of the start and end of each new intersection line group having no shared portion by extracting the portion having the largest coordinate value; and calculating the tool path data along the intersection line group. Each plane (Y coordinate)
Generating machining information of a free-form surface from which tool interference has been eliminated, comprising:
【請求項2】上記平面群の一つに属する複数の交線がX
座標値を共有した部分を有している場合に、その共有部
分のうちのZ座標値が最大の部分を抽出して共有部分の
ない新たな交線群の各始端及び終端の直交座標データ
(X、Z)を算出するステップが、 互いに交叉する2つの交線の交点の座標値を算出するス
テップと、 各交線の始端、終端及び上記交点の各X座標値に基い
て、上記共有部分及び共有部分以外の非共有部分からな
る複数の部分交線に分割するステップと、 上記共有部分のうちのZ軸に関し上位の部分と、上記非
共有部分とからなる新たな交線群を選択し、この交線群
の各始端及び終端の直交座標データ(X、Z)を生成す
るステップとを備える特許請求の範囲第1項に記載の自
由曲面の加工情報生成方法。
2. A method according to claim 1, wherein the plurality of intersections belonging to one of the plane groups are X
In the case where there is a portion sharing the coordinate values, the portion having the largest Z coordinate value among the shared portions is extracted, and the orthogonal coordinate data at the start and end of each new intersection line group having no shared portion ( X, Z): calculating the coordinate value of the intersection of two intersections that intersect each other; and the shared part based on the X-coordinate values of the start and end of each intersection and the intersection. And dividing into a plurality of partial intersections consisting of non-shared portions other than the shared portion; and selecting a new intersection line group consisting of the upper portion of the shared portion with respect to the Z axis and the non-shared portion. Generating the orthogonal coordinate data (X, Z) of each of the start end and the end of the intersection line group.
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