JP3068827B2

JP3068827B2 - 機械加工における工程設計処理方式

Info

Publication number: JP3068827B2
Application number: JP63166203A
Authority: JP
Inventors: 悟藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 2000-07-24
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: DE3921994A1; JPH0215949A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、部品を機械加工する際における工程設計
の自動処理方式に関するものである。

〔従来の技術〕

部品の機械加工における工程の自動処理方式に関する
従来の技術については、例えば、「情報処理学会誌」Vo
l.124、No.1、1983、P32〜P40に岩田他による『生産設
計の自動化』の記述がある。

第３図は上記従来の自動処理方式で採用されている機
械部品の生産設計における情報の流れをブロック図で示
したものである。以下、従来方式を基本としたシステム
について説明する。

図中、（１）は製品（または部品）を加工するための
工程情報を、生産設計者が選択または入力して行くこと
により決定していく、会話型工程設計処理部であり、次
の（１−１）〜（１−４）の各要素により構成されてい
る。（１−１）は部品に対して指定された加工領域とそ
の加工プロセスを抽出する処理部、（１−２）は抽出さ
れた加工プロセスの順序を決定する処理部、（１−３）
は指定された加工プロセスを処理することのできる加工
機械の選択と選択された工作機械群の使用順序を決定す
る処理部、（１−４）は各工程毎に決定される（中間）
素材の姿勢を固定するのに要する取付け具に関する設計
と、取付け作業における条件（作業指示）を決定する処
理部である。

図中、（２）は上記工程設計処理部（１）の工程計画
結果から、加工プロセスの具体的作業である作業計画を
自動的に処理する作業設計処理部であり、次の（２−
１）〜（２−４）の各要素により構成されている。（２
−１）は各工程に割り当てられた加工プロセスに対し
て、具体的加工作業とその順序を決定する処理部、（２
−２）は各加工作業において使用する工具を選択する処
理部、（２−３）は各加工作業において切削速度、送り
速度、切込み深さなどの加工条件を決定する処理部、
（２−４）は各加工作業におけるツールの所望軌跡を求
め、これを実現するNCテープを作成するための処理部で
ある。

図中、（３）は加工作業を自動決定支援する際に参照
されるデータベースであり、加工機械ファイル、ツール
ファイル、作業展開ファイル及び材質ファイルなどが用
意されている。そして、図中、（４）は部品や素材の形
状をグラフィック表示したり、オペレータに入力または
選択させるために用意されたメニューなどを表示する表
示部である。

次に、以上説明した構成からなるシステムの動作につ
いて説明する。加工対象部品に関する情報は、例えば上
位CADシステムから図面イメージで入力され、表示部
（４）で表示される。図面情報は、形状と部品が満足す
べき精度（表面粗さ、寸法公差、直角度他）などであ
る。これらの情報は、生産設計者には理解できるが、計
算機にとっては単なる点、線、文字でありその意味を計
算機は理解することはできないものである。工程設計
（１）の段階では、表示された部品情報から、加工すべ
き加工領域と加工プロセスを、生産設計者自身が経験を
ともに抽出する（１−１）。

加工プロセスとそれに対する加工機械の割当て、そし
て加工プロセスの順序の決定（１−２）においては、グ
ラフィック・ディスプレイ上で表示された部品形状の相
当部分をヒットすることにより加工領域を指示し、その
加工領域の加工プロセスを旋削工程（プロセス）、フラ
イス工程または穴明け工程などのメニューを選択して、
加工プロセスとその順序を入力する。また各加工プロセ
スで用いられる加工機械については、加工機械の番号メ
ニューを選択することにより入力する（１−３）。次に
各工程毎にそのプロセスでの素材姿勢と加工領域、ツー
ルパスをおおまかに考慮して、取付け具の種類と配置を
決定する（１−４）。作業設計（２）の段階は、以下の
ようにしてある程度自動的に決定される。１つの加工領
域で必要となる複数の作業は、作業ノウハウファイルな
どを利用して決定される（２−１）。加工領域名と精度
情報等のキーとして、作業ノウハウファイルを検索する
ことにより、必要な作業を展開する。作業ノウハウと
は、例えば、中ぐり加工に対しては、“荒加工→中仕上
げ加工→仕上げ加工→面取り”であり、またタップ加工
に対しては、“センタ穴加工→ドリル加工→面取り→タ
ップ”など具体的作業への展開である。

次に、工具と加工条件などは、予め用意された加工の
ノウハウである“データベースファイル”を参照して決
定される。工作機械、加工方法、形状データ、精度など
から、適切な工具が“工具ファイル”を検索して決定さ
れる（２−２）。そして、加工方法、材質、工具の諸特
性から切削速度や送り速度などの加工条件が、“材質フ
ァイル”“機械ファイル”などを検索して決定される
（２−３）。

最後に、各作業毎に形状、工具、加工作業などを参照
して、ツール軌跡を制御するNCテープが生成される（２
−４）。このツールパスがグラフィック上に表示され、
オペレータがその正当性をチェックする。

ツールパスのチェックを始め、各決定過程で不都合を
生じたり前の段階に戻って処理がやりなおされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上詳述した従来の工程設計処理方式では、単純な作
業設計以外は生産設計者の経験やノウハウに依存して決
定されるため、処理過程で生産設計者が誤った判断をす
ると、その後の取付け計画や作業計画も無意味なものと
なる欠点がある。

また、工程計画は、工作機械や取付け具の特性、部品
精度やそして加工ノウハウから決まるが、従来方式では
その部分が計算機により自動化されていない。作業設計
の自動化レベルも、作業展開ファイルなどのデータベー
スとして整理されているが、公差処理を除く単純な穴加
工などに制限されており、そのレベルは低く、公差など
の処理を全て計算機により行うことはできなかった。更
に、横型マシニングセンタやターニングセンタなどの複
合工作機により、従来の工作機械の数工程を１工程で処
理できるようになったために、高精度・高効率の加工が
可能となってきた。しかしながら、自由度の高い複合工
作機械を対象とする工程設計は、非常に困難であり、単
純な作業設計以外は生産設計者の経験やノウハウに依存
している従来の工程設計処理方式では対応できないとい
う問題もある。

この発明の目的は、上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、取付け計画等ができるとともに、
公差情報を処理し加工時の加工面間の拘束条件（以下加
工モードと呼ぶ）を考慮した作業設計ができ、かつこの
ようにして求められた加工姿勢、加工モード、そして部
品モデル情報から工程計画を自動的に立案し、これらの
条件下で部品の加工可能性を検証することにより工程計
画を求め得るような工程設計処理方式を確立することに
ある。

そして、この発明の他の目的は、従来方式では不可能
であった、複合工作機械や多品種少量生産システムへ対
応できる工程設計支援システムのための工程設計処理方
式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る機械加工における工程設計処理方式で
は、少なくとも加工すべき部品の形状の情報と、１また
は２の加工領域に対する拘束条件となる精度情報とを含
む部品モデルの入力を行う部品入力部と、この部品入力
部からの入力に応じて工程計画を処理する工程設計処理
部と、この工程設計処理部が参照する複数の工作機械、
取付け具、工具のデータを格納するデータベース部とを
備え、上記工程設計処理部は、工作機械を選択する工作
機械選択部と、上記部品モデルに基いて加工基準面を決
定する基準面決定部と、上記部品モデルの精度の情報と
上記データベース部内の選択された工作機械の精度の情
報に基づいて、１または２の加工領域の加工時の拘束条
件である加工モードを決定する加工モード決定部と、上
記工作機械選択部、上記基準面決定部、および上記加工
モード決定部からの出力に基き工程計画を立案し検証す
る工程計画立案・検証部とを有し、上記部品入力部から
入力された部品モデルと上記データベース部内の工作機
械のデータに基づいて工作機械を選択し、上記部品モデ
ルと上記選択された工作機械のデータに基づいて加工姿
勢を拘束し、この工作機械に対する素材の姿勢を加工姿
勢とし、可能な加工姿勢の下で上記部品のすべての加工
領域が加工可能か否かを検証して加工姿勢を決定するも
のである。

〔作用〕

この発明における加工モード決定部では、公差などの
部品精度情報を計算機処理し加工時の加工モードへ変換
し、そして工程計画立案・検証部は、それまでの処理過
程で決定された加工基準面などから加工姿勢を仮定して
工程計画を立案し、加工時のツールの方向から全ての加
工領域が拘束モードを満足して加工できるか否かを検証
することにより取付け計画を含む工程設計を計算機処理
する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明による工程設計処理方式の構成の概略を
示すブロック図である。

第１図において、（５）は部品モデルを入力するため
の部品入力部である。ここでは、部品モデルは、少なく
とも加工すべき部品の形状の情報と、１または２の加工
領域に対する拘束条件となる精度情報とを含むものであ
る。加工技術情報とは、精度情報と、ポケット、フェー
スまたは穴等の加工形状要素からなる。部品モデルを下
記の表に要約する。

（６）は工作機械、工具、取付け具などのような製造
設備のデータベース、例えば生産用データベースであ
る。取付け具は、工作機械のＸ−Ｙテーブル上でワーク
ピースを据え付けるための製造設備である。取付け具に
は、“ベース”、“締付け具”、“基準ピン”などが含
まれる。（７）は部品モデルと機械データベースから、
工程設計に関する知識を処理して工程計画を求める工程
設計処理部であり、次の（７−１）〜（７−４）の各要
素により構成されている。（７−１）は部品の概略形状
と工作機械のデータベースとから使用する工作機構を選
択する工作機械選択部である。（７−２）は部品モデル
から加工のための基準面の知識を適用して加工基準面を
設定する基準面決定部である。（７−３）は部品モデル
と選択された工作機械のデータベースから、加工領域の
加工モードを決定する加工モード決定部である。（７−
４）は上記処理により決定された情報から工程計画を立
案し、立案された工程計画を検証する工程計画立案・検
証部である。

次に、実施例の作用を説明する。

加工対象部品の情報である部品モデルは、上位CADシ
ステムから渡される図面を入力処理部で処理することに
より計算機に入力される。上記の表に示したように、部
品モデルは、形状情報と、加工形状要素と精度からなる
加工技術情報からなる。

本実施例の処理の流れを、第２図を用いて説明する。
先ず、部品モデルを理解し、次いで予め登録されてい
る、工作機械データベースにある機械のテーブルサイズ
やストローク範囲の情報と、部品の概略形状及び加工形
状要素の情報とから、その部品を加工できる最も経済的
な工作機械を選択する。

次に部品の公差指示情報とこの工作機械の精度から、
例えば両者を比較することにより、公差を指示された加
工領域の加工モードを決定する。ここで、公差とは、許
容される範囲を示し、平行度，直角度，寸法などの２つ
の平面間の空間的関係を考慮するものなどがある。

上記加工モードについて、横型マシニングセンタが選
択された場合を例にして説明する。精度に着目すると、
公差の厳しさに対して、以下の４つの加工モードを加工
領域に対応付けすることができる。

仕上げ加工においてはその公差が指定された２つの加
工領域は同一取付け姿勢でかつ同一インデックステーブ
ル角度の条件下で加工する。

仕上げ加工においてはその公差が指定された２つの加
工領域は同一取付け姿勢の条件下で加工する。

仕上げ加工は必要であるが、加工時の拘束はない。

仕上げ加工は不要である。

この加工モードにより、工作機械の静的（１軸方向の
運動を意味する）、動的（２軸以上の方向の組み合わせ
の運動を意味する）精度の上限値、そしてその部品の加
工領域に指定された公差の範囲を、計算機により処理す
ることが可能となる。

次いで、基準面のうち工作機械のテーブルにセットす
るための加工基準面は、部品モデルの情報から、ある程
度以上の面積をもち、加工済みの状態の良い面として決
定される。また、部品の位置基準の心出し基準である公
差基準面は、加工基準面毎に、加工により精度が保証で
きかつ取付け具を配置できる加工の知識により決定す
る。

ここでは、公差を実現するための基準面を公差基準面
と呼び、与えられ許容された空間誤差範囲内で、素材と
工作機械の精度と空間内での相対位置を決定することを
可能とするような、工作機械の基準に対して決定可能な
ものである。加工基準面とは、工作機械の基準と空間的
関係を持つ面を意味し、例えば部品のセットアップで使
われる面である。この加工基準面が公差を保証するため
に使われるならば、それは公差基準面でもある。

以上で、加工に使用する工作機械、その工作機械での
加工時の姿勢、荒加工だけでよい加工領域グループ、荒
加工と仕上げ加工を必要とする加工領域グループ、そし
て各加工領域の加工モードが決定された。この段階で
は、複数の加工姿勢（加工時の工作機械に対する素材の
姿勢）が求める場合があるために、以上の結果から複数
の工程計画の立案を行う。

各々の工程計画案に対して、工程計画案の検証を行
う。ここでは、横型マニシングセンタが選択されたとし
て説明する。部品加工が可能であることは、部品に指定
された精度情報を実現できる工程計画が存在することで
ある。上記処理により、精度情報は選択された工作機械
の下での加工モードに変換されているので、結局加工モ
ードを満足するような工程計画の存在の証明に帰着でき
る。

横型マシニングセンタの場合は、インデックス・テー
ブルの角度を制御できるので、ツールの方向とは、ツー
ルを固定して考えるとインデックス角度に対応すること
になる。ここではツールが移動すると考える。そこでま
ず、立案した工程計画の基準面と加工領域の存在方向か
ら、ツールのとるべき方向を決定する。仕上げ過程で加
工モードを満足して加工できる加工領域を、全てのツー
ル方向についてチェックする。このチェックは、公差種
類毎に行う。例えば、“直角度であれば、１つの加工面
がツールと相対し、もう１つの加工面がツールの側面で
加工できれば加工できる”などの加工知識を応用して処
理する。

この様な処理を行い、仕上げ過程の全ての加工モード
を満足するような工程計画が存在することが証明できれ
ば、第２図における仕上げ過程の加工可能性の検証にお
いて可能性ありとし、それを工程計画とみなす。この工
程計画は、取付け具を考慮していないので完全なもので
はないが、取付け具の配置計画は、すでに加工時の姿勢
とその姿勢の下での加工できる加工領域が決定されてい
るために、比較的簡単に決めることができる。例えば、
工作機械上の素材姿勢とその姿勢での加工可能な領域
を、グラフィック・ディスプレイ上に表示し、これを確
認しつつ、生産設計者が取付け具データベースから適切
な取付け具を選択していくことにより入力できる。この
仕上げ過程の取付け具設計は、工程計画の加工姿勢毎に
行われる。

この取付け具の形状と位置情報とから取付け具との干
渉を考慮し、仕上げ過程の取付け具の下での加工順序が
決定され、もう一度加工可能性のチェックを行うことに
より、完全な工程計画が決定できる。

荒過程も仕上げ過程の場合と同様にしてチェックされ
る。即ち、荒過程の加工可能性の検証、荒過程の取付け
具設計、荒過程の取付け具の下での加工順序決定を経
て、最終的な工程計画が決定される。仕上げ過程と異な
るのは、この段階では部品精度実現のための加工領域間
の加工時の拘束を考慮する必要はないことである。その
代わりに、加工時間の短縮などを考慮して処理される。

尚、本実施例では、部品モデルとして形状と精度情
報、及び部品の加工領域の特徴を表現する加工形状要素
を入力し、この部品モデルと工作機械データベースとか
ら加工すべき領域が荒加工だけか、または荒加工と仕上
げ加工とを必要とするのかを決定する。そして、この場
合は仕上げ過程に分類された仕上げ加工も必要であると
認識され、かつ公差関係の指定された加工領域について
は、この部品モデルと工作機械データベースとから加工
時の加工領域間の姿勢の拘束条件を決定する。また、部
品の加工領域が加工可能か否かを決定する時には、ツー
ルの方向毎に加工領域毎の加工可能性を調べる。

以上、実施例では横型マシニングセンタが選択された
工作機械である場合について説明してきたが、この発明
は上記のものに限られるものではなく、例えば、縦型マ
シニングセンタ、旋盤又は放電加工機等であっても、機
械の運動を考慮して、公差基準面、加工モード及び加工
可能性のチェック方法に関する知識を応用すれば、この
発明による処理方式は適応可能である。

またこの実施例では工作機械による工程についてのみ
説明したが、これに限らず、例えば、熱処理、化学処
理、又は検査などのプロセスについても、特殊工程指示
として入力するとか、加工に伴う歪とりなどの加工知識
を計算機処理することにより、拡張することが可能であ
る。

また、実施例では取付け具の設計を、生産設計者の会
話処理により実現する方式を説明したが、加工姿勢、加
工基準面や公差基準面、及び加工姿勢により加工可能な
領域は決定されているので、これらの情報を用いて計算
機により自動的に決定しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、少なくとも加工す
べき部品の形状の情報と、１または２の加工領域に対す
る拘束条件となる精度情報とを含む部品モデルと生産用
データベースの入力情報から、工作機械、加工モード、
そして加工基準面を決定する処理部とこれら処理部の出
力から工程計画の立案・検証を行う処理部とから機械加
工における工程設計処理方式を構成し、工程計画の計算
機処理を可能としたので、工程計画を生産設計者による
会話形式で決定していた従来方式に比べ、間違いのない
効率的な工程作業設計を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である工程設計処理方式の
構成の概略を示すブロック図、第２図は上記工程設計処
理方式における処理の流れを示すフローチャート、第３
図は従来の工程設計処理方式の一例について構成の概略
を示すブロック図である。（１）……工程設計処理部、（１−１）……加工領域とその加工プロセスの抽出部、（１−２）……加工プロセスの順序決定部、（１−３）……加工機械とその順序決定部、（１−４）……取付け具とその使用条件決定部、（２）……作業設計処理部、（２−１）……作業とその順序の決定部、（２−２）……工具の決定部、（２−３）……加工条件の決定部、（２−４）……ツールパスの決定とNCテープの作成部、（３）……生産用データベース、（４）……入出力処理部、（５）……部品入力部、（６）……生産用データベース部、（７）……工程設計処理部、（７−１）……工作機械選択部、（７−２）……基準面決定部、（７−３）……加工モード決定部、（７−４）……工程計画立案・検証部。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも加工すべき部品の形状の情報
と、１または２の加工領域に対する拘束条件となる精度
情報とを含む部品モデルの入力を行う部品入力部と、こ
の部品入力部からの入力に応じて工程計画を処理する工
程設計処理部と、この工程設計処理部が参照する複数の
工作機械、取付け具、工具のデータを格納するデータベ
ース部とを備え、上記工程設計処理部は、工作機械を選
択する工作機械選択部と、上記部品モデルに基いて加工
基準面を決定する基準面決定部と、上記部品モデルの精
度の情報と上記データベース部内の選択された工作機械
の精度の情報に基づいて、１または２の加工領域の加工
時の拘束条件である加工モードを決定する加工モード決
定部と、上記工作機械選択部、上記基準面決定部、およ
び上記加工モード決定部からの出力に基づき工程計画を
立案し検証する工程計画立案・検証部とを有し、上記部
品入力部から入力された部品モデルと上記データベース
部内の工作機械のデータに基づいて工作機械を選択し、
上記部品モデルと上記選択された工作機械のデータに基
づいて加工姿勢を拘束し、この工作機械に対する素材の
姿勢を加工姿勢とし、可能な加工姿勢の下で上記部品の
すべての加工領域が加工可能か否かを検証して加工姿勢
を決定することを特徴とする機械加工における工程設計
処理方式。
【請求項２】工程設計処理部は、工作機械とそれぞれの
加工姿勢に対して取付け具設計を処理する取付け具設計
処理部を有し、この取付け具設計処理部は、仕上げ工程
と荒工程の取付け具を設計し、それぞれに対して取付け
計画の下で加工順序を決定することを特徴とする請求項
１記載の機械加工における工程設計処理方式。
【請求項３】全加工領域が、加工可能な姿勢でかつ所望
の加工モードで加工できることを検証したのち、全加工
領域の加工順序を決定するように構成したことを特徴と
する請求項１記載の機械加工における工程設計処理方
式。