JP3397358B2 - 工具経路データ作成装置、及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＣ工作機械に与える
工具経路（ＣＬ：Ｃｕｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ）デ
ータを自動的に作成するのに好適な工具経路データ作成
装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ＣＡＤ／ＣＡＭシステム等におい
て、例えば被加工物の金型設計図面を利用し、ＮＣフラ
イス盤、或いはマシニングセンター等のＮＣ工作機械に
与える加工領域の輪郭加工のための工具経路データを作
成する場合、次のような作成処理を行っていた。

【０００３】すなわち、加工領域を示す輪郭図形を内側
に工具半径分だけ単純にオフセットし、これを輪郭加工
用の工具の中心が動く経路（工具中心経路）とし、さら
に、この図形を外側に工具半径分だけ単純にオフセット
し、この図形を最終目的の輪郭加工用の工具経路データ
としていた。

【０００４】より具体的に説明すると、加工領域の輪郭
図形の個々の幾何要素（図形の線分）を内側に工具半径
単純にオフセットし、隣り合うオフセット線分同士の交
点を求めてこれら交点を接続していき、隣り合うオフセ
ット線分同士が離れていて交点が無い場合は、隣り合う
オフセット線分の間に円弧要素を挿入するなどして、隣
り合うオフセット線分を連結し、これを輪郭加工用の工
具経路データとしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
式で輪郭加工用の工具経路データを作成すると、図２０
に示したように、輪郭形状ｅに対して作成した工具中心
経路はｅ１となる。このため、従来方式で作成された輪
郭加工用の工具中心経路ｅ１の挿入に係る円弧の部分を
工具の中心が動くと、その円弧の部分を通過している期
間中、工具は輪郭図形の角に触れたままの状態となり、
輪郭図形の角が丸められてしまうという問題が発生して
いた。

【０００６】また、図２０の工具中心経路ｅ１と、図２
１の実際の輪郭加工の工具の中心が動く経路ｅ１´とを
比較した場合、図２２に示したように、実際の輪郭加工
の工具の中心が動く経路ｅ１´は、作成した工具中心経
路ｅ１よりも大きく動くため（Ｐの部分）、工具と被切
削物との干渉判定などを正確に行うことができないとい
う問題もあった。

【０００７】本発明は、このような事情の下になされた
もので、その目的は、輪郭加工用の適正な工具経路デー
タを作成し得る工具経路データ作成装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、加工領域の輪郭加工を行うための輪
郭図形を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶され
た輪郭図形を構成する各線分を当該輪郭図形の内側に工
具半径分オフセットして第１の図形を作成する第１の図
形作成手段と、前記第１の図形作成手段により作成され
た第１の図形を構成する各線分を当該図形の外側に工具
半径分オフセットして第２の図形を作成する第２の図形
作成手段と、前記第２の図形を構成する各線分を当該図
形の内側に工具半径分オフセットすることによりオフセ
ット線分を作成するオフセット手段と、前記輪郭図形の
角部が所定の角度より大きいか否かを判断する判断手段
と、前記判断手段により前記輪郭図形の角部が所定の角
度以下であると判断された場合、前記オフセット線分の
中に、離間した状態の隣り合うオフセット線分が有れ
ば、各オフセット線分を延長することにより隣り合うオ
フセット線分を連結する第１の連結手段と、前記判断手
段により前記輪郭図形の角部が所定の角度より大きいと
判断された場合、離間した状態の隣り合うオフセット線
分を工具半径分延長し、前記延長された線分同士を線分
で連結する第２の連結手段とを備えている。

【０００９】

【００１０】上記目的を達成するため、第２の発明は、
予め記憶された加工領域輪郭加工用の輪郭図形を構成す
る各線分を当該輪郭図形の内側に工具半径分オフセット
して第１の図形を作成し、この作成された第１の図形を
構成する各線分を当該図形の外側に工具半径分オフセッ
トして第２の図形を作成し、この第２の図形を構成する
各線分を当該図形の内側に工具半径分オフセットするこ
とによりオフセット線分を作成し、前記輪郭図形の角部
が所定の角度より大きいか否かを判断し、前記輪郭図形
の角部が所定の角度以下であると判断された場合、前記
オフセット線分の中に、離間した状態の隣り合うオフセ
ット線分が有れば、各オフセット線分を延長することに
より隣り合うオフセット線分を連結し、前記輪郭図形の
角部が所定の角度より大きいと判断された場合、離間し
た状態の隣り合うオフセット線分を工具半径分延長し、
この延長された線分同士を線分で連結するように構成さ
れている。

【００１１】

【００１２】

【作用】第１の発明の記憶手段は、加工領域の輪郭加工
を行うための輪郭図形を記憶しており、第１の図形作成
手段は、前記記憶手段に記憶された輪郭図形を構成する
各線分を当該輪郭図形の内側に工具半径分オフセットし
て第１の図形を作成し、第２の図形作成手段は、前記第
１の図形作成手段により作成された第１の図形を構成す
る各線分を当該図形の外側に工具半径分オフセットして
第２の図形を作成する。 また、オフセット手段は、前記
第２の図形を構成する各線分を当該図形の内側に工具半
径分オフセットして輪郭加工用の工具中心経路データと
してのオフセット線分を作成することにより、工具半径
よりも小さな段差が輪郭図形に存在する場合の削り残し
を少なくする。判断手段は、前記輪郭図形の角部が所定
の角度より大きいか否かを判断する。そして、第１の連
結手段は、前記判断手段により前記輪郭図形の角部が所
定の角度以下であると判断された場合、前記オフセット
線分の中に、離間した状態の隣り合うオフセット線分が
有れば、各オフセット線分を延長することにより隣り合
うオフセット線分を連結する。また、第２の連結手段
は、前記判断手段により前記輪郭図形の角部が所定の角
度より大きいと判断された場合、離間した状態の隣り合
うオフセット線分を工具半径分延長し、前記延長された
線分同士を線分で連結することにより、輪郭図形の角部
から工具が一旦離れて再度接するような工具中心経路と
する。

【００１３】

【００１４】第２の発明では、予め記憶された加工領域
輪郭加工用の輪郭図形を構成する各線分を当該輪郭図形
の内側に工具半径分オフセットして第１の図形を作成
し、この作成された第１の図形を構成する各線分を当該
図形の外側に工具半径分オフセットして第２の図形を作
成する。 また、この第２の図形を構成する各線分を当該
図形の内側に工具半径分オフセットすることによりオフ
セット線分を作成して輪郭加工用の工具中心経路データ
としてのオフセット線分を作成することにより、工具半
径よりも小さな段差が輪郭図形に存在する場合の削り残
しを少なくする。 そして、前記輪郭図形の角部が所定の
角度より大きいか否かを判断し、前記輪郭図形の角部が
所定の角度以下であると判断された場合、前記オフセッ
ト線分の中に、離間した状態の隣り合うオフセット線分
が有れば、各オフセット線分を延長することにより隣り
合うオフセット線分を連結し、前記輪郭図形の角部が所
定の角度より大きいと判断された場合、離間した状態の
隣り合うオフセット線分を工具半径分延長し、この延長
された線分同士を線分で連結することにより、輪郭図形
の角部から工具が一旦離れて再度接するような工具中心
経路とする。

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下、本発明の第１、第２の実施例を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１、第２の実施例に共
通する工具経路データ作成装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【００１８】この工具経路データ作成装置は、中央処理
装置１を中核として工具経路データ作成処理を行うもの
であり、中央処理装置１には、キーボード、マウス等か
らなる入力装置２と、半導体メモリ、磁気ディスク等か
らなる記憶装置３と、入出力制御装置４と、グラフィッ
クディスプレイ等からなる表示装置５とが接続されてい
る。また、入出力制御装置４には、磁気テープ、フロッ
ピーディスク、磁気ディスク等からなる外部記憶媒体６
と、ＮＣ工作機械７が接続されており、入出力制御装置
４は、中央処理装置１の制御の下に、この工具経路デー
タ作成装置により作成した工具経路データをＮＣ工作機
械７に出力する、或いは外部記憶媒体６から工具経路
（ＣＬ）データ作成用等の各種アプリケーションプログ
ラムを記憶装置３にロードする等の制御を行う。

【００１９】記憶装置３は、ＣＡＤ図形要素に対応する
デ−タ（二次元線分の場合は始点・終点の座標値、二次
元円弧の場合は始点・終点・中心の座標値と回り方向、
二次元円の場合は中心座標と半径などの図形要素を決定
するのに十分な幾何情報及び図形要素の集合と配置情報
など）、ＣＡＤ図形要素を連結して閉領域化した閉領域
デ−タ、閉領域に高さなどの奥行き方向等の情報を付加
した２．５次元デ−タ、工具の形状・使用条件などの工
具デ−タ、加工方法等の加工方法デ−タ、工具の移動経
路を表すＣＬデ−タなどを記憶する。

【００２０】表示装置５には、中央処理装置１の制御の
下にメニューが表示され、このメニューをキーボード、
マウス等の入力装置２により選択・指示しながら対話形
式でＣＬデータ連結処理を進められるように構成されて
いる。この際、中央処理装置１は、メニューにより選択
・指示されたアプリケーションプログラムを、入出力制
御装置４を介して外部記憶媒体６から記憶装置３に読込
み、そのアプリケーションプログラムに従って、加工領
域の輪郭加工用の工具経路データ作成処理等の各種の工
具経路デ−タ作成処理を行う。

【００２１】この際、中央処理装置１は、同様に、入力
装置２により入力された上記のような図形データ、加工
データ、工具経路データ等を記憶装置３に記憶させた
り、或いは外部記憶媒体６に保存したりする。そして、
外部記憶媒体６に保存した場合には、メニューにより選
択・指示された図形データ、加工データ、工具経路デー
タ等を入出力制御装置４を介して外部記憶媒体６から記
憶装置３に読込み、必要に応じて表示装置５に表示し、
これらデータを利用して工具経路データ作成処理を行
う。

【００２２】［第１の実施例］ 次に、第１の実施例に特有な加工領域の輪郭加工用の工
具経路データの作成処理を説明する。図２は、第１の実
施例に特有な加工領域の輪郭加工用の工具経路データの
作成処理を示すフローチャートであり、中央処理装置１
は、記憶装置３に記憶された加工領域の輪郭図形（図３
のｅ参照）を読出して、工具の半径（図４のｒ参照）分
だけ、当該輪郭図形の内側にオフセットして、実際の工
具の中心が動く軌跡に沿った図形、すなわち、工具中心
経路として使用する図形を作成する（ステップＳ１）。

【００２３】この際、外側に凸の部分を内側にオフセッ
トした場合には、オフセット線分同士は交差するので、
オフセット線分を連結する線分を挿入することなく、交
差点をオーバーした部分をカットするだけで工具中心経
路を作成できる。

【００２４】しかし、内側に凸の部分（図４のＰの部
分）を内側にオフセットした場合には、図５に示したよ
うに、輪郭図形ｅの隣り合うオフセット線分ｅ´同士は
離間しているので、これらを接続する線分を挿入するこ
とにより、これらを連結する必要がある。

【００２５】この連結処理は、図２のステップＳ１に
て、図６に示したサブルーチンを実行することにより行
われる。すなわち、連結する図形要素（オフセット線
分）のなす角が２７０度よりも大きいか否かを判別する
（ステッブＳ１１）。その結果、２７０度以下であれ
ば、図７のｅ´に示したように、オフセット線分、また
はオフセット線分を延長した線分同士の交点を求め、こ
の点でオフセット線分を連結して（ステップＳ１２）、
図２のフローへリターンする。

【００２６】一方、連結するオフセット線分のなす角が
２７０度よりも大きければ、その場合の連結処理を行っ
て（ステップＳ１３）、図２のフローへリターンする。

【００２７】２７０度よりも大きい場合の連結処理を図
５に基づいて説明すると、隣り合うオフセット線分ｅ´
を延長し、オフセットする前の輪郭図形ｅの交点（頂角
位置の点ＰＯ）と、オフセット線分ｅ´を延長した線上
の点ＰＢ（ＰＢ´）とを結んだ線分（ＰＯ−ＰＢ、ＰＯ
−ＰＢ´）と、オフセット線分ｅ´を延長した線分（Ｐ
Ａ−ＰＢ、ＰＡ´−ＰＢ´）とのなす角が４５度となる
ように、オフセット線分ｅ´を延長し、延長したオフセ
ット線分同士を線分（ＰＢ−ＰＢ´）で連結する。

【００２８】この結果、つなぎのＣＬデータは、ＰＡ−
ＰＢ−ＰＢ´−ＰＡ´となる。なお、図４では、Ｐ１の
部分が上記の処理で連結された部分である。また、上記
のように、４５度となるようにオフセット線分ｅ´を延
長するためには、工具半径ｒ分だけ延長すればよく、延
長する長さを求めるための複雑な演算は不要である。

【００２９】この工具中心経路に従って、例えば、ＰＡ
→ＰＢ→ＰＢ´→ＰＡ´のように右回りに工具が動いた
とすると、工具は、点ＰＡを通過した時点で、輪郭図形
の頂角点ＰＯから一旦離れ、点ＰＡ´にきたときに再び
輪郭図形の頂角点ＰＯに接することとなる。従って、従
来発生していた問題、すなわち、単純にオフセットして
円弧を挿入して工具中心経路を作成した場合に円弧の部
分を実際に工具が動くと、その期間中、工具が輪郭図形
の角に触れていることにより、角が丸められてしまうと
いった問題を解決することができる。

【００３０】このようにして、工具中心経路を作成した
後、図２のステップＳ２では、前のステップＳ１で作成
した図形（図４のｅ１の工具中心経路）を工具半径分だ
け、輪郭図形の外側にオフセットした図形（図８のｅ
２）を、輪郭加工用の工具経路データとして、記憶装置
３に記憶すると共に、表示装置５に表示して、終了す
る。

【００３１】ここで、実際の加工で工具が被切削物に接
すべき点の軌跡、すなわち輪郭図形は、図９、図１０の
工具中心経路を示す図形ｅ´、ｅ〃のうち、２つの図形
要素の連結部においてｅ〃である。従って、図８に示す
輪郭図形の外側に凸の部分Ｐ２に対するオフセット図形
は、実際の加工で工具が被切削物に接すべき点の軌跡、
すなわち輪郭図形に沿った図形Ｐ３となるように作成す
る。実際には、Ｐ２を中心にした工具半径ｒの円弧を挿
入すればよい。

【００３２】このように、点Ｐ２のような輪郭図形の外
側に凸の部分に対する輪郭加工用の工具経路データを、
輪郭図形に沿った図形とすることにより、輪郭図形の外
側に凸の部分での工具干渉を正確に判定することが可能
となる。

【００３３】［第２の実施例］第２の実施例は、第１の
実施例を無条件に実行したに場合に生じる別の問題を解
決しようとするものである。

【００３４】すなわち、例えば、図１１に示したよう
に、輪郭図形ｅに工具半径ｒより小さな段差ｈが存在す
る場合、本来、理論的には図１２に示す削り残し部（斜
線部ｂ）の大きさまで加工可能であるが、第１実施例の
処理を行うと、工具中心経路（図１１のｅ１）より求ま
る工具経路データ（図１１のｅ１´）を用いて実際の加
工を行うと、理論上の削り残し（図１２斜線部ｂ）より
も大きい削り残し部（図１１の斜線部ａ）が発生し、加
工効率が低下するという問題が発生する。

【００３５】そこで、第２実施例では、図１３に示した
ような処理を行うことにより、この問題を解決してい
る。

【００３６】すなわち、中央処理装置１は、先ず、記憶
装置３に記憶された加工領域の輪郭図形（図１４のｅ参
照）を読出して、工具の半径分だけ、当該輪郭図形の内
側にオフセットした第１の図形（図１５のｅ１参照）を
作成する（ステップＳ５１）。

【００３７】次に、ステップＳ５１で作成した図形（図
１５、図１６のｅ１参照）を、工具の半径分だけ、当該
輪郭図形の外側にオフセットした第２の図形（図１６の
ｅ２参照）を作成する（ステップＳ５２）。

【００３８】そして、第２の図形（図１６のｅ２参照）
に対して、図２のステップＳ１と同様の処理を行う（ス
テップＳ５３）。すなわち、第２の図形ｅ２に対して、
工具の半径分だけ、当該第２の図形ｅ２の内側にオフセ
ットして、実際の工具の中心が動く軌跡に沿った図形、
すなわち、工具中心経路として使用する第３の図形（図
１７のｅ３参照）を作成する。この際、第２の図形ｅ２
の内側に凸の部分Ｐは、図６のサブルーチンのステップ
Ｓ１３の処理により、工具が第２の図形ｅ２の凸部Ｐか
ら一旦離れ、再び第２の図形ｅ２の凸部Ｐに接するよう
にして、凸部Ｐが丸められてしまう事のないようにす
る。

【００３９】次に、第３の図形（図１７、図１８のｅ３
参照）に対して、図２のステップＳ２と同様の処理を行
う（ステップＳ５４）。すなわち、第３の図形に対し
て、工具の半径分だけ、当該第３の図形の外側にオフセ
ットした第４の図形（図１８のｅ４参照）を作成し、こ
の図形を輪郭加工用の工具経路データとして、記憶装置
３に記憶すると共に、表示装置５に表示して、終了す
る。

【００４０】この際、図１８に示す外側に凸の部分Ｐ２
に対するオフセット図形は、実際の加工で工具が被切削
物に接すべき点の軌跡、すなわち輪郭図形に沿った図形
Ｐ３となるように、Ｐ２を中心にした工具半径ｒの円弧
を挿入して連結する。る。

【００４１】このように、第１実施例と同様の処理を行
う前に、輪郭図形を工具半径分だけ内側にオフセットし
た第１の図形を作成し、第１の図形を工具半径分だけ外
側にオフセットした第２の図形を作成した後に、その第
２の図形に対して第１実施例と同様の処理を行うことに
より、図１９に示したように、輪郭図形ｅに対する削り
残し部はａ１〜ａ６のようになり、段差部に対応する削
り残し部ａ２は従来より小さくなり、加工効率が向上す
る。もちろん、第１の実施例と同様の効果も奏すること
ができる。

【００４２】以上詳細に説明したように、本発明によれ
ば、輪郭図形の角が丸めらるのを防止でき、また、工具
半径より小さな輪郭図形の段差部での削り残しを少なく
できるので加工効率が向上し、さらに、工具と被切削物
との干渉判定などを正確に行うことができる等、輪郭加
工用の適正な工具経路データを作成し得る工具経路デー
タ作成装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１、第２の実施例に共通する工具経
路データ作成装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】第１の実施例による工具経路データ作成処理の
概要を示すゼネラルフローチャートである。

【図３】輪郭図形を例示した図である。

【図４】図２のステップＳ１で作成される図形の説明図
である。

【図５】図６のステップＳ１３でのオフセット線分同士
のなす角が２７０度より大きい場合の連結処理の説明図
である。

【図６】図２のステップＳ１で利用される連結処理を示
すフローチャートである。

【図７】図６のステップＳ１２でのオフセット線分同士
のなす角が２７０度以下の場合の連結処理の説明図であ
る。

【図８】図２のステップＳ２で作成される図形の説明図
である。

【図９】図２のステップＳ２で作成される輪郭図形の工
具経路の一部を示す図である。

【図１０】図２のステップＳ２で作成される輪郭図形の
工具経路の一部を示す図である。

【図１１】第２の実施例で解決しようとする問題点の説
明図である。

【図１２】第２の実施例で解決しようとする問題点の説
明図である。

【図１３】第２の実施例による工具経路データ作成処理
を示すフローチャートである。

【図１４】輪郭図形を例示した図である。

【図１５】図１３のステップＳ１で作成される図形の説
明図である。

【図１６】図１３のステップＳ２で作成される図形の説
明図である。

【図１７】図１３のステップＳ３で作成される図形の説
明図である。

【図１８】図１３のステップＳ４で作成される図形の説
明図である。

【図１９】図１４の輪郭図形に対する第２の実施例によ
る工具経路データ作成処理の処理結果を示す図である。

【図２０】従来方式で作成された工具中心経路を示す図
である。

【図２１】従来方式の問題点の説明図である。

【図２２】従来方式の問題点の説明図である。

【符号の説明】

１：中央処理装置 ２：入力装置 ３：記憶装置 ４：入出力制御装置 ５：表示装置 ６：外部記憶媒体 ７：ＮＣ工作機械

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 G05B 19/18 - 19/46

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工領域の輪郭加工を行うための輪郭図
   形を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された輪郭図形を構成する各線分を
   当該輪郭図形の内側に工具半径分オフセットして第１の
   図形を作成する第１の図形作成手段と、 前記第１の図形作成手段により作成された第１の図形を
   構成する各線分を当該図形の外側に工具半径分オフセッ
   トして第２の図形を作成する第２の図形作成手段と、 前記第２の 図形を構成する各線分を当該図形の内側に工
   具半径分オフセットすることによりオフセット線分を作
   成するオフセット手段と、 前記輪郭図形の角部が所定の角度より大きいか否かを判
   断する判断手段と、 前記判断手段により前記輪郭図形の角部が所定の角度以
   下であると判断された場合、前記オフセット線分の中
   に、離間した状態の隣り合うオフセット線分が有れば、
   各オフセット線分を延長することにより隣り合うオフセ
   ット線分を連結する第１の連結手段と、 前記判断手段により前記輪郭図形の角部が所定の角度よ
   り大きいと判断された場合、離間した状態の隣り合うオ
   フセット線分を工具半径分延長し、前記延長された線分
   同士を線分で連結する第２の連結手段とを備えたことを
   特徴とする工具経路データ作成装置。
2. 【請求項２】 予め記憶された加工領域輪郭加工用の輪
   郭図形を構成する各線分を当該輪郭図形の内側に工具半
   径分オフセットして第１の図形を作成し、この作成され
   た第１の図形を構成する各線分を当該図形の外側に工具
   半径分オフセットして第２の図形を作成し、この第２の
   図形を構成する各線分を当該図形の内側に工具半径分オ
   フセットすることによりオフセット線分を作成し、前記
   輪郭図形の角部が所定の角度より大きいか否かを判断
   し、前記輪郭図形の角部が所定の角度以下であると判断
   された場合、前記オフセット線分の中に、離間した状態
   の隣り合うオフセット線分が有れば、各オフセット線分
   を延長することにより隣り合うオフセット線分を連結
   し、前記輪郭図形の角部が所定の角度より大きいと判断
   された場合、離間した状態の隣り合うオフセット線分を
   工具半径分延長し、この延長された線分同士を線分で連
   結することを特徴とする工具経路データ作成方法。