JP3576205B2 - 非円形用nc加工形状デ−タ創成方法 - Google Patents

非円形用nc加工形状デ−タ創成方法 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、非円形形状をなす製品のNC工作機械による
ワーク加工に用いられる非円形形状のNCデータの作成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の非円形NCデータ作成方法としては、例えば図12〜図15に示す径方向断面形状(横断面形状)が楕円形であるような、単一オーバル非円形形状のNCデータを作成する場合、次のステップに従って作成される。
【0003】
図13は単一オーバル非円形形状10の斜視図、図12は上面11、図14は下面12、図15は側面13を示す。
【0004】
1) 設計図面および実験データより、形状データを拾い出し、そのデータを基に、NCデータを作成する。
【0005】
2) 前記作成されたNCデータにより、ワークの非円形形状の加工を行う。
【0006】
3) 加工されたワークの非円形形状の測定を行い、最終非円形形状となっているか否かを確認する。
【0007】
4) 最終非円形形状が得られていない場合は、前述の1)のステップに戻り、形状データの拾い出しを更に細かく行い、前記各ステップを最終非円形形状が得られるまで繰り返す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来の非円形NCデータ作成方法にあっては、形状データの拾い出しの細かさ如何により、加工精度に大きく影響し、形状データの拾い出しが粗いと、多面体の集合形状となり、製品の形状を美しく仕上げることが出来ず、美しく仕上げるには、NC加工形状データの作成時間も長時間を要するという問題点があった。
【0009】
また図16〜図19に示すごとく、側面23の形状は、前述の従来例と類似するが、非円形形状20の上面21が円形、下面22が楕円形、側面23が図示形状であるような可変オーバル形状等の複雑な非円形形状では、NC加工形状データの作成が難しいという問題点があり、これらの問題点の解決が課題となっていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の非円形形状のNCデータの作成方法は、
(a) 製品形状の数値デ−タを縦断面形状と横断面形状の2形状の数値デ−タに分け、複数の縦断面形状の数値デ−タ(A,B,C,D)と複数の横断面形状の数値デ−タ(E,F)とを選択し、ここで、横断面形状の数値デ−タ(E,F)は、外接円中心(O)からの距離(半径座標:R,R ,R ,R )と、外接円中心(O)を通る基準線(OQ)からの角度(角度座標:θ、θ 、θ )とよりなり、
(b) 縦断面形状デ−タを創成し、
(c) 横断面形状デ−タを創成し、
(d) 創成した縦断面形状デ−タと横断面形状デ−タとを重ね合わせて非円形形状デ−タを創成し、
e) 該非円形形状データから非円形形状加工用のNCデータを変換作成する時にNC側で許容されるNCデータである検証を行い、非円形形状加工用のNCデ−タを作成する、非円形用NC加工形状デ−タ創成方法であって、
前記(b)工程において、
(b−1) 一つの縦断面における第一の点(A)と第二の点(B)と第三の点(C)と第四の点(D)のうち、第一の点(A)と第二の点(B)とを結ぶ線分ABの延長線上に、第二の点(B)と第三の点(C)との間隔の2分の1となる長さの位置に、第五の点( を求め、
(b−2) 第二の点(B)と第三の点(C)と第五の点(B )とよりなる三角形の重心 を求め、
(b−3) 第三の点(C)と第四の点(D)とを結ぶ線分(CD)の延長線上に、第二の点(B)と第三の点(C)との間隔の2分の1となる長さの位置に、第六の点( を求め、
(b−4) 第二の点(B)と第三の点(C)と第六の点(C )とよりなる三角形の重心 を求め、
(b−5) 前記重心( )と前記重心( との中点(M)を求め、 (b−6) NC工作機械のピッチ毎の形状デ−タが求まるまで前記(b−1)から(b−5)の工程を繰り返して、縦断面形状デ−タ創成し、
前記(c)工程において、
(c−1) 一つの横断面形状の輪郭における第七の点()(R ,θ )と第八の点()(R ,θ )とを特定し、
(c−2) 前記第七の点()(R ,θ )と第八の点()(R ,θ )との間の決定するべき第九の点(N)(R,θ)の座標を求めるに際して、第九の点(N)における外接円中心(O)を通る基準線(OQ)からの角度(θ)を決定し、
(c−3) 第九の点(N)の外接円中心(O)からの距離(R)を、式
[ (R /sin θ { 1−(θ−θ )/(θ −θ } (R /sin θ { (θ−θ )/(θ −θ }] sin θ
により求め、ここで、R は前記第七の点(E)の半径座標であり、θ は前記第七の点(E)の角度座標であり、R は前記第八の点(F)の半径座標であり、θ は前記第八の点(F)の角度座標であり、θは前記第九の点(N)における角度座標であり、
(c−4) 前記(c−1)から(c−3)の工程を、角度1゜毎に繰り返して行い、360゜に亘る座標デ−タを求めて、横断面形状デ−タ創成する
ことを特徴としている(請求項1)。
【0011】
本発明において、
(f) 前記(d)工程の後であって前記(e)工程の前に、非円形形状をNC工作機械にて加工する場合の加工精度に影響を与える機械系、ワーク系、制御系、治具系の各加工誤差要因による加工変形量を特定するための補正形状デ−タを加えて、加工変形を加味した非円形形状デ−タを創成し、
(g) 前記(f)工程において創成された非円形形状デ−タから非円形形状加工用のNCデ−タを作成する、様に構成することが出来る(請求項2)。
【0012】
さらに本発明は、上述した請求項2の発明の前記工程(f)において、創成された非円形形状データを圧縮し、NC工作機械に転送可能なデータ量とせしめている(請求項3)
【0014】
【作用】
本発明は、前述の諸構成のものとすることにより、当初の非円形形状データの拾い出しが粗い場合でも、NC工作機械の操業に適切な、精緻な非円形用加工データを創成することが可能となった。
【0015】
更に機械系、ワーク系、制御系、治具系等の各加工誤差要因を、補正形状データとして創成し、加工形状データに加味することにより、より完全な最終非円形形状加工のNCデータを創成することが可能となった。
【0016】
しかも、適切な構成の自動プログラミング装置である非円形用加工形状データ創成装置により、適切な精度の非円形用加工データを極めて迅速に演算創成し、NC工作機械に供給することが可能となった。
【0017】
【実施例】
以下、図1〜図11を主にし更に図12〜15、図16〜19により、本発明の構成を説明する。図1は、非円形形状の1例を示す非円形形状1の斜視図、図2は図1中軸心を通る破線で示すごとく、軸方向断面(縦断面)2を示し、該断面側縁(或いは輪郭)上の点をP,Q,A,B,C,D……とする。軸方向断面2の外縁はプロファイル形状を示す。
【0018】
図3は図1中軸と垂直な断面、すなわち径方向断面3を示し、該断面周縁上の点をQ,E,F……とする。該断面3の周縁はオーバル形状を示す。図1〜図3においては、オーバル形状は相似の楕円形である。図12〜図15も同様単一オーバル形状の非円形形状10である。
【0019】
図16〜図19に示すごとく、非円形形状20の径方向断面が、切断位置により形状を異にする(例えば上面21は円形、下面22は楕円形、側面23は図示形状のごとく)可変オーバル形状では、径方向断面形状が複数存在することになる。
【0020】
本発明では、非円形形状1を構成するプロファイル形状およびオーバル形状を特定するためのデータを、プロファイル形状にあっては、P(O,O)を基準点として、A(x,y)、B(x,y)、C(x,y)、D(x,y)……とし、オーバル形状にあっては、Q(R,O)を基準点とし、E(R,θ)、F(R,θ)……とし、それぞれのデータの各点間を接続する形状を最終非円形形状に近づくように、軸方向形状、径方向形状それぞれについて演算,創成し、さらに前記2つの形状データを重ねることにより、最終非円形形状データを創成する。
【0021】
該最終非円形形状データより非円形形状加工用のNCデータを作成する。
【0022】
換言すれば、図1〜図3に示す非円形形状1のワークを得ようとする場合、軸方向形状(プロファイル形状)を、図4,図5に示すごとく、側面形状が軸方向形状曲線を軸心回りに回転せしめて得られる回転体の形状(従って上面5、下面6はいずれも円形)として演算し、径方向形状(オーバル形状)を図6,図7に示すごとく、楕円柱7状として演算し、これらの演算を軸方向の工作機械のピッチ毎に演算し、両形状データを重ねることにより、図1〜図3に示すごとき最終非円形形状データを創成する。
【0023】
以下2つの形状創成について述べる。
まず、軸方向形状データの創成方法は、図8に示すごとく、A(x,y)、B(x,y)、C(x,y)、D(x,y)が与えられた場合、線分ABの延長線上にBB=1/2BCとなる点Bを求め、△BCBの重心Gを求める。
【0024】
同様に、線分DCの延長線上にCC=1/2BCとなる点Cを求め、△BCCの重心Gを求める。
【0025】
次にGとGの中点Mを求め、この点Mを第1次生成点とする。
【0026】
M(x,y)とすると、
x={6x+6x+LBC(x−x)/LAB
−LBC(x−x)/LCD}/12 ………………(1)
y={6y+6y+LBC(y−y)/LAB
−LBC(y−y)/LCD}/12 ………………(2)
ABは点A,B間の、LBCは点B,C間の、LCDは点C,D間の各距離を示す。
【0027】
以上の作業を各点の距離がNC工作機械の設定されている送りピッチより小さくなるまで繰り返して計算し、送りピッチ毎の形状データに変換して、軸方向形状データ創成処理を完了する。
【0028】
次に、径方向形状データの創成方法は、図9に示すごとく、基準線OQからの角度および外接円からの距離が与えられ、2点E(R,θ)、F(R,θ)の中間にN(R,θ)、(θ<θ<θ)のデータを創成する場合、まず、中心がOで点Eを通る楕円の径差aを簡易(簡略)式により求め、同様にして、点Fを通る楕円の径差bを求める。
【0029】
次いで2つの楕円の径差a,bより、角度θの径差nをθ,θ,θの関係から求め、その楕円上の角度θなる点Nを求め、この点を生成点とする。
【0030】
前述の作業結果、次式のごとくなる。
Figure 0003576205
【0031】
以上の作業を角度1°毎に360°のデータが求まるまで繰り返して、径方向形状データ創成処理を完了する。
【0032】
次に補正形状データの創成について述べる。
製品の数値データから創成した初期の形状データと、該データにより加工したワークの形状との差分データを補正形状を特定するデータととらえて、該補正形状を特定するデータを初期形状データの創成方法と同様に、軸方向形状と径方向形状の2形状に分け補正形状データの創成を行う。
【0033】
得られた補正形状データは、初期形状データと同様、製品の最外径からの変位量として創成されているため、各データを合成することにより加工誤差要因を加味した最終非円形形状データとなり、創成処理を完了する。
【0034】
次に最終非円形形状データの圧縮について述べる(図20参照)。
該最終非円形形状データは、軸方向では指定送りピッチ単位、径方向では1°単位の行列データで、基準点(図1のP点)からの距離データとして構成されている。
【0035】
前記行列データをある点と、その次の点との差を求めることにより、各点間の距離データ(変位量)に変換する。
【0036】
変換された行列距離データを送りピッチ単位にグループ分けして、該グループにグループ番号を付けて、加工順序に対応した該グループ番号のインデックステーブルを作成する。
【0037】
次に同一データであるグループを検索して、同一グループのデータが存在した場合、最初のグループ番号に全て書き替えて加工順序インデックステーブルを更新する。
【0038】
以上のような手順により、最終非円形形状データの圧縮処理を完了する。
【0039】
図10は、本発明方法を実現する自動プログラミング装置のブロック図である。
【0040】
図10中、101はデータ入力用のキーボード、102はプロセッサ、103は制御プログラムを記憶するROM、104はRAM、105はワーキングメモリ、106は創成された非円形形状データを記憶するメモリ、107は非円形形状加工用のNCデータを記憶するメモリ、108は生成された非円形形状加工用のNCデータをNC装置に転送するための外部記憶装置、109はアドレスバス、110はデータバスである。
【0041】
以下、本発明の非円形形状のNCデータ作成方法の実施例を図11の流れ図に従って説明する。なお、図1に示す非円形形状加工用のNCデータを作成するものとする。
【0042】
(1) まず、図10のキーボード101から図1,図3に示すごとき非円形形状1,4等を構成する軸方向の形状データと径方向の形状データをそれぞれ入力する。
【0043】
形状を特定する点A,B,C,Dの形状データは軸方向形状では、それぞれ基準位置P(x,y)からの変位量として、A(x,y)、B(x,y)、C(x,y)、D(x,y)…………のごとく入力し、径方向形状では角度0°の基準位置Q(R,O)からの変位量としてE(R,θ)、F(R,θ)…………のごとく入力する。
【0044】
(2) 次いで、前記キーボード101から非円形形状を切削するための、ワークの回転数、バイトの送り速度等の加工条件データを入力し、RAM104に格納する。
【0045】
(3) 必要なデータが入力されると、プロセッサ102は、軸方向、径方向別の各形状データについて、形状データ創成を行う。
【0046】
(4) 以上のステップにより求められた2つの形状データを重ね合わせることにより、軸方向データ、径方向データの合成された非円形形状データを創成する。
【0047】
(5) 別に、機械系、ワーク系、制御系および治具系等の各加工誤差要因等を形状データに加味する場合には、(1)項と同様に、補正形状を特定するためのデータを、軸方向形状データと径方向形状データとに分けて、前記キーボード101から入力する。
なお、補正形状を特定するデータとは、前記(4)項の初期形状データと加工したワークの形状データとの差分をいう。
【0048】
(6) (3)項と同様に、補正形状についての、軸方向、径方向の各補正形状データを創成する。
【0049】
(7) (4)項と同様に、求められた2つの補正形状データを重ね合わせることにより、軸方向、径方向の合成された補正形状データを創成する。
【0050】
(8) 以上のステップにより求められた非円形形状データと補正形状データとを重ね合わせることにより、最終非円形形状データを創成する。
【0051】
(9) 次に創成された最終非円形形状データから非円形形状加工用のNCデータを変換作成する前に、該最終非円形形状がNC側で加工可能な形状であるか、異常な形状(例えば突起等)となっていないか、また補正の効果を、確認検証を行うために、前記最終非円形形状をCRT画面上に表示し、検証を行う。
【0052】
(10)また、前記検証に次いで、形状データの圧縮を行う。
すなわち、次に前記プロセッサ102により、前述のステップにより求められた形状データから加工用のNCデータの作成を行うが、前記形状データは膨大な量となるので、該形状データのうち同一データ部を検索し、再利用できるように整理し、形状データの圧縮を行い、非円形形状データ記憶メモリ106に格納する。
【0053】
(11)データ圧縮された形状データより、前記プロセッサ102により、ワーク加工用のNCデータを作成して、NCデータ記憶メモリ107に格納し、さらにNC転送用の外部記憶装置108に格納する。
【0054】
【発明の効果】
前述の通り、本発明によれば、非円形形状データを軸方向形状データと径方向形状データとに分離し、かつ多角形状で与えられた形状データから、スムースな形状データを創成し、さらに加工後のワーク形状に形状誤差として影響を与える要因を、ワークの計測データを基に、補正形状データとして創成し、この2つの形状データを合成して最終非円形形状に近づけることのできるNC加工形状データの創成方法および同装置により、データ入力が簡単になり、精度の高いNC加工形状データを短時間に作成することが可能となったものである。
【0055】
また、各データを蓄積することにより、形状変更や新規形状の要求に対し流用可能となり、生産立ち上げ時の期間短縮や費用削減に大きな効果が期待できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】非円形形状の例を示す斜視図である。
【図2】同上軸心断面図である。
【図3】同上径方向断面図である。
【図4】軸方向形状データで創成した非円形形状の斜視図である。
【図5】同上平面図である。
【図6】径方向形状で創成した非円形形状の斜視図である。
【図7】同上平面図である。
【図8】軸方向形状データ創成方法の概略説明図である。
【図9】径方向形状データ創成方法の概略説明図である。
【図10】本発明を実施する装置のブロック図である。
【図11】本発明の処理の流れ図である。
【図12】図13に示す単一オーバル非円形形状の上面図である。
【図13】単一オーバル非円形形状の1例を示す斜視図である。
【図14】同上の下面図である。
【図15】図13の側面図である。
【図16】図17に示す可変オーバル非円形形状の上面図である。
【図17】可変オーバル非円形形状の1例を示す斜視図である。
【図18】同上の下面図である。
【図19】図17の側面図である。
【図20】形状データ圧縮手順の流れ図である。
【符号の説明】
1 非円形形状
2 軸方向断面
3 径方向断面
4 非円形形状
5 上面
6 下面
7 楕円柱
10 非円形形状
11 上面
12 下面
13 側面
20 非円形形状
21 上面
22 下面
23 側面

Claims (3)

  1. (a) ワーク加工形状の数値デ−タを縦断面形状と横断面形状の2形状の数値デ−タに分け、複数の縦断面形状の数値デ−タ(A,B,C,D)と複数の横断面形状の数値デ−タ(E,F)とを選択し、ここで、横断面形状の数値デ−タ(E , F)は、外接円中心(O)からの距離(R,R ,R ,R )と、外接円中心(O)を通る基準線(OQ)からの角度(θ、θ 、θ )とよりなり、
    (b) 縦断面形状デ−タを創成し、
    (c) 横断面形状デ−タを創成し、
    (d) 創成した縦断面形状デ−タと横断面形状デ−タとを重ね合わせて非円形形状デ−タを創成し、
    (e) 該非円形形状データから非円形形状加工用のNCデータを変換作成する時にNC側で許容されるNCデータである検証を行い、非円形形状加工用のNCデ−タを作成する、非円形用NC加工形状デ−タ創成方法であって、
    前記(b)工程において、
    (b−1) 一つの縦断面における第一の点(A)と第二の点(B)と第三の点(C)と第四の点(D)のうち、第一の点(A)と第二の点(B)とを結ぶ線分ABの延長線上に、第二の点(B)と第三の点(C)との間隔の2分の1となる長さの位置に、第五の点( を求め、
    (b−2) 第二の点(B)と第三の点(C)と第五の点(B )とよりなる三角形の重心 を求め、
    (b−3) 第三の点(C)と第四の点(D)とを結ぶ線分(CD)の延長線上に、第二の点(B)と第三の点(C)との間隔の2分の1となる長さの位置に、第六の点( を求め、
    (b−4) 第二の点(B)と第三の点(C)と第六の点(C )とよりなる三角形の重心 を求め、
    (b−5) 前記重心( 前記重心( との中点(M)を求め、
    (b−6) NC工作機械のピッチ毎の形状デ−タが求まるまで前記(b−1)から(b−5)の工程を繰り返して、縦断面形状デ−タ成し
    前記(c)工程において、
    (c−1) 一つの横断面形状の輪郭における第七の点()(R ,θ )と第八の点()(R ,θ )とを特定し、
    (c−2) 前記第七の点()(R ,θ )と第八の点(F)(R ,θ )との間の決定するべき第九の点()(R,θ)の座標を求めるに際して、第九の点(N)における外接円中心(O)を通る基準線(OQ)からの角度(θ)を決定し、
    (c−3) 第九の点(N)の外接円中心(O)からの距離(R)を、式
    [ (R /sin θ { 1−(θ−θ )/(θ −θ } (R /sin θ { (θ−θ )/(θ −θ }] sin θ
    により求め、ここで、R は前記第七の点(E)の半径座標であり、θ は前記第七の点(E)の角度座標であり、R は前記第八の点(F)の半径座標であり、θ は前記第八の点(F)の角度座標であり、θは前記第九の点(N)における角度座標であり、
    (c−4) 前記(c−1)から(c−3)の工程を、角度1゜毎に繰り返して行い、360゜に亘る座標デ−タを求めて、横断面形状デ−タ創成する
    ことを特徴とする非円形用NC加工形状デ−タ創成方法。
  2. (f) 前記(d)工程の後であって前記(e)工程の前に、非円形形状をNC工作機械にて加工する場合の加工精度に影響を与える機械系、ワーク系、
    制御系、治具系の各加工誤差要因による加工変形量を特定するための補正形状デ−タを加えて、加工変形を加味した非円形形状デ−タを創成し、
    (g) 前記(f)工程において創成された非円形形状デ−タから非円形形状加工用のNCデ−タを作成する
    請求項1に記載の非円形用NC加工形状デ−タ創成方法。
  3. 前記(f)工程において、創成された非円形形状データを圧縮し、NC工作機械に転送可能なデータ量とせしめる請求項2に記載の非円形用NC加工形状デ−タ創成方法。
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