JP4033817B2 - Shape processing method - Google Patents
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Description
本発明は、数値制御される工作機械を用いて、工具により形状加工する形状加工方法に関するものである。 The present invention uses a machine tool to be numerically controlled, it relates to shaping how to shaping by the tool.
一般に精密部品の形状加工には数値制御される工作機械が使用されており、工具としては図1、2に示すような円盤状で中心に研削盤に装着するための軸孔2を設けた砥石3や図3に示すようなツールホルダー4に取り付けられたバイト5等が使用されている。工作機械はワークの目標形状に合わせてワークに対して前進、後退させながら送り方向に工具を移動し、形状加工するのであるが、工具の先端が有限の大きさを有するものであるため、工具の移動経路を決定する際には工具先端部aやbの断面形状が円弧であると想定してその想定した円弧の半径を工具径とし、これをオフセット値として工作機械の数値制御装置に与えるようにしている。
Generally, a machine tool that is numerically controlled is used for shape processing of precision parts. As a tool, a grindstone having a disk shape as shown in FIGS. 1 and 2 and having a
例えば図4は工具先端の断面形状を示すものであって、数値制御装置では工具先端の形状が工具径cの円弧であるものとして工具を位置決めし、形状加工している。ところが、実際には工具先端の形状を完全な円弧とすることは不可能であり、dに示すような工具径cの円弧上にない部分が生ずることになる。工具が移動する間、工具のワークの加工点に接触する点は一定ではないので、加工点がdのような想定した工具径cの円弧上にない部分となった場合は加工誤差を生ずるという問題があった。 For example, FIG. 4 shows a cross-sectional shape of the tool tip. In the numerical control device, the tool is positioned and shaped so that the tool tip shape is an arc having a tool diameter c. However, in practice, it is impossible to make the shape of the tool tip into a complete arc, and a portion not on the arc of the tool diameter c as shown in d will occur. While the tool moves, the point of contact with the machining point of the workpiece of the tool is not constant. Therefore, if the machining point is a part not on the arc of the assumed tool diameter c such as d, a machining error is generated. There was a problem.
従来こうした問題に対しては、工具の先端形状を管理することで対応するのが普通であり、砥石を使う研削盤については、特開平8−192358号公報に先ず試し研削加工をNC加工プログラムに基づいてダミーワークに対して行い、そのダミーワークの加工形状を計測装置にて計測し、計測結果から所望の研削加工に対する砥石形状の適否を判断し、適当でない場合には加工する砥石のドレッシングを行って砥石先端部の形状を整えた後に、再度ダミーワーク加工および計測を行い、NC加工プログラムに基づいて実ワークに対して研削加工を行う研削加工方法が示されている。 Conventionally, such problems are usually dealt with by managing the shape of the tip of the tool. For a grinding machine using a grindstone, firstly, trial grinding is changed to an NC machining program in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-192358. Based on the dummy workpiece, the machining shape of the dummy workpiece is measured with a measuring device, and the suitability of the grinding wheel shape for the desired grinding is judged from the measurement result. A grinding method is shown in which the shape of the tip of the grindstone is adjusted and the dummy workpiece is processed and measured again, and the actual workpiece is ground based on the NC machining program.
このような方法によれば、砥石の形状を計測してその形状が適当でない場合には砥石のドレッシングを行った後再度計測するので、砥石の形状が適当になるまでこれを繰り返すことができ、砥石形状を所望の加工精度の研削加工をするのに必要な程度に管理することが可能となるわけである。ところが、砥石は使用中に磨耗していくので定期的に計測とドレッシングを行う必要があり、このような計測とドレッシングの繰り返しはそのための時間と砥石の浪費になるという問題があった。また、実際には工具先端を整形して先端形状を完全な円弧とすることは不可能で工具先端の実際の円弧形状と想定した工具径との間に必ず誤差が残るため加工精度を上げることには限界があるという問題があった。これらの問題はバイト等砥石以外の工具の場合にも同様である。
本発明は上記の問題点を解決し、工具の形状を厳密に整形、管理することなく高精度の形状加工をすることができる形状加工方法を提供するためになされたものである。 The present invention solves the above problems strictly shaping the shape of the tool, was made in order to provide a shaping how that can be the shaping of high accuracy without managing.
上記の課題を解決するためになされた本発明の形状加工方法は、第1に、工具により加工したダミーワークの加工曲線上の点をサンプリングし、予め定めた基準点を原点とする前記サンプリングした各点の座標を羅列したデータ列からなる工具先端部の形状データを取得する工程と、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程と、算出された工具の加工点とワークの加工点の座標とから工具の基準点の座標を算出する工程と、算出された工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換する工程と、変換して得られたNCデータを数値制御される工作機械に与えて、工具の先端形状に応じてワークを目標形状に形状加工するための工具を前進、後退させ送り方向に移動させる移動経路を算出しその移動経路に従って工具を移動させて、ワークを形状加工する工程とからなる形状加工方法であって、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程が、ワークの加工点における接線の角度を求める工程と、求められたワークの加工点における接線の角度と同一角度の接線を有する工具上の点を求めて工具の加工点とする工程とからなることを特徴とするものである。 In the shape machining method of the present invention made to solve the above-mentioned problem, first, a sample on a machining curve of a dummy workpiece machined by a tool is sampled, and the sampling is performed with a predetermined reference point as an origin. The process of acquiring the shape data of the tool tip consisting of a data string that enumerates the coordinates of each point, and processing the acquired shape data of the tool tip and the target shape data of the work to match the target shape data of the work A step of calculating a machining point of a tool for machining a machining point of the workpiece for each point, a step of calculating a coordinate of a tool reference point from the calculated machining point of the tool and a coordinate of the machining point of the workpiece, and a calculation A process for converting the coordinate data of the reference point of the tool thus obtained into NC data, and the NC data obtained by the conversion is given to a numerically controlled machine tool, and the workpiece is processed according to the tip shape of the tool. A tool for shaping the target shape forward, moving the tool in accordance with the movement path calculates the moving path for moving the feeding direction is moved backward, a shape processing method comprising a step of shaping a workpiece, The process of calculating the machining point of the tool for machining the machining point of the workpiece for each machining point on the workpiece target shape data by matching the acquired tool tip shape data with the workpiece target shape data, A step of obtaining a tangent angle at a machining point, and a step of obtaining a point on the tool having a tangent of the same angle as the tangent angle at the obtained machining point of the workpiece as a machining point of the tool. To do.
第2に、工具により加工したダミーワークの加工曲線上の点をサンプリングし、予め定めた基準点を原点とする前記サンプリングした各点の座標を羅列したデータ列からなる工具先端部の形状データを取得する工程と、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程と、算出された工具の加工点とワークの加工点の座標とから工具の基準点の座標を算出する工程と、算出された工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換する工程と、変換して得られたNCデータを数値制御される工作機械に与えて、工具の先端形状に応じてワークを目標形状に形状加工するための工具を前進、後退させ送り方向に移動させる移動経路を算出しその移動経路に従って工具を移動させて、ワークを形状加工する工程とからなる形状加工方法であって、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程が、工具先端部の形状を相互に連接する複数の円弧に分割して近似し、各円弧の始点及び終点における接線の角度を求める工程と、分割して近似した工具先端部の各円弧の始点及び終点における接線の角度の範囲から各円弧部分が加工を受け持つワークの加工点における接線の角度の範囲を定める工程と、ワークの加工点における接線の角度と同一角度の接線を有する工具上の点を求めて工具の加工点とする工程とからなることを特徴とするものである。 Second, the tool tip shape data consisting of a data row in which the points on the machining curve of the dummy workpiece machined by the tool are sampled and the coordinates of the sampled points with the predetermined reference point as the origin are enumerated. The processing point of the tool for processing the machining point of the workpiece is calculated for each machining point on the workpiece target shape data by matching the acquired process with the acquired tool tip shape data and the workpiece target shape data. A step of calculating the coordinates of the reference point of the tool from the process, the calculated machining point of the tool and the coordinate of the machining point of the workpiece, and converting the data string of the calculated coordinate data of the reference point of the tool into NC data The NC data obtained by the process and conversion is given to a numerically controlled machine tool, and the tool for machining the workpiece into a target shape according to the tip shape of the tool is advanced and retracted in the feed direction. Moving the tool in accordance with the movement path calculates the moving path for moving, a process comprising a shaping process for shaping a workpiece, the shape data and the work of the tool tip that is acquired and a target shape data The process of calculating the machining point of the tool for machining the machining point of the workpiece for each machining point on the workpiece target shape data is approximated by dividing the shape of the tool tip into a plurality of arcs connected to each other. , The step of obtaining the angle of the tangent at the start point and end point of each arc, and the machining point of the workpiece where each arc part is responsible for machining from the range of the angle of the tangent line at the start point and end point of each arc approximated by dividing JP comprising the steps of delimiting the tangent of the angle, seeking a point on the tool with a tangent of the tangent of the angle and the same angle at the machining point of the workpiece to be composed of a step of the machining point of the tool It is an.
第3に、工具により加工したダミーワークの加工曲線上の点をサンプリングし、予め定めた基準点を原点とする前記サンプリングした各点の座標を羅列したデータ列からなる工具先端部の形状データを取得する工程と、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程と、算出された工具の加工点とワークの加工点の座標とから工具の基準点の座標を算出する工程と、算出された工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換する工程と、変換して得られたNCデータを数値制御される工作機械に与えて、工具の先端形状に応じてワークを目標形状に形状加工するための工具を前進、後退させ送り方向に移動させる移動経路を算出しその移動経路に従って工具を移動させて、ワークを形状加工する工程とからなる形状加工方法であって、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程が、工具先端部の形状を複数の直線に分割して近似し、各線分の角度を求める工程と、ワークの加工点における接線の角度と同一角度あるいは鋭角方向及び鈍角方向にそれぞれ最も近い角度の工具先端部の形状を近似する線分を求めて工具の加工点を求める工程とからなることを特徴とするものである。 Third, the tool tip shape data consisting of a data row in which the points on the machining curve of the dummy workpiece machined by the tool are sampled and the coordinates of the sampled points with the predetermined reference point as the origin are enumerated. The processing point of the tool for processing the machining point of the workpiece is calculated for each machining point on the workpiece target shape data by matching the acquired process with the acquired tool tip shape data and the workpiece target shape data. A step of calculating the coordinates of the reference point of the tool from the process, the calculated machining point of the tool and the coordinate of the machining point of the workpiece, and converting the data string of the calculated coordinate data of the reference point of the tool into NC data The NC data obtained by the process and conversion is given to a numerically controlled machine tool, and the tool for machining the workpiece into a target shape according to the tip shape of the tool is advanced and retracted in the feed direction. Moving the tool in accordance with the movement path calculates the moving path for moving, a process comprising a shaping process for shaping a workpiece, the shape data and the work of the tool tip that is acquired and a target shape data The process of calculating the machining point of the tool for machining the machining point of the workpiece for each machining point on the target shape data of the workpiece is approximated by dividing the shape of the tool tip into a plurality of straight lines. A step of obtaining an angle, and a step of obtaining a machining point of the tool by obtaining a line segment that approximates the shape of the tool tip at the same angle as the tangent angle at the machining point of the workpiece or the angle closest to the acute angle direction and the obtuse angle direction, and It is characterized by comprising .
第4に、工具により加工したダミーワークの加工曲線上の点をサンプリングし、予め定めた基準点を原点とする前記サンプリングした各点の座標を羅列したデータ列からなる工具先端部の形状データを取得する工程と、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程と、算出された工具の加工点とワークの加工点の座標とから工具の基準点の座標を算出する工程と、算出された工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換する工程と、変換して得られたNCデータを数値制御される工作機械に与えて、工具の先端形状に応じてワークを目標形状に形状加工するための工具を前進、後退させ送り方向に移動させる移動経路を算出しその移動経路に従って工具を移動させて、ワークを形状加工する工程とからなる形状加工方法であって、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程が、工具先端部の形状を複数の直線に分割して近似し、各線分の角度を求める工程と、ワークの加工点における接線の角度と同一角度あるいは鋭角方向及び鈍角方向にそれぞれ最も近い角度の工具先端部の形状を近似する線分を求めて工具の加工点を求める工程とからなることを特徴とするものである。 Fourth, the tool tip shape data consisting of a data row in which the points on the machining curve of the dummy workpiece machined by the tool are sampled and the coordinates of each of the sampled points with the predetermined reference point as the origin are enumerated. The processing point of the tool for processing the machining point of the workpiece is calculated for each machining point on the workpiece target shape data by matching the acquired process with the acquired tool tip shape data and the workpiece target shape data. A step of calculating the coordinates of the reference point of the tool from the process, the calculated machining point of the tool and the coordinate of the machining point of the workpiece, and converting the data string of the calculated coordinate data of the reference point of the tool into NC data The NC data obtained by the process and conversion is given to a numerically controlled machine tool, and the tool for machining the workpiece into a target shape according to the tip shape of the tool is advanced and retracted in the feed direction. Moving the tool in accordance with the movement path calculates the moving path for moving, a process comprising a shaping process for shaping a workpiece, the shape data and the work of the tool tip that is acquired and a target shape data The process of calculating the machining point of the tool for machining the machining point of the workpiece for each machining point on the target shape data of the workpiece is approximated by dividing the shape of the tool tip into a plurality of straight lines. A step of obtaining an angle, and a step of obtaining a machining point of the tool by obtaining a line segment that approximates the shape of the tool tip at the same angle as the tangent angle at the machining point of the workpiece or the angle closest to the acute angle direction and the obtuse angle direction, and It is characterized by comprising.
第5に、工具により加工したダミーワークの加工曲線上の点をサンプリングし、予め定めた基準点を原点とする前記サンプリングした各点の座標を羅列したデータ列からなる工具先端部の形状データを取得する工程と、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程と、算出された工具の加工点とワークの加工点の座標とから工具の基準点の座標を算出する工程と、算出された工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換する工程と、変換して得られたNCデータを数値制御される工作機械に与えて、工具の先端形状に応じてワークを目標形状に形状加工するための工具を前進、後退させ送り方向に移動させる移動経路を算出しその移動経路に従って工具を移動させて、ワークを形状加工する工程とからなる形状加工方法であって、取得された工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの目標形状データ上の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工程がワークの目標形状を複数の直線に分割して近似し、各線分の角度を求める工程と、工具先端部の形状を複数の直線に分割して近似し、各線分の角度を求める工程と、ワークの目標形状を近似する線分の角度と同一角度あるいは鋭角方向及び鈍角方向にそれぞれ最も近い角度の工具先端部の形状を近似する線分を求めて工具の加工点を求める工程とからなることを特徴とするものである。 Fifth, the shape data of the tool tip consisting of a data string in which the points on the machining curve of the dummy workpiece machined by the tool are sampled and the coordinates of each sampled point with the predetermined reference point as the origin are enumerated. The processing point of the tool for processing the machining point of the workpiece is calculated for each machining point on the workpiece target shape data by matching the acquired process with the acquired tool tip shape data and the workpiece target shape data. A step of calculating the coordinates of the reference point of the tool from the process, the calculated machining point of the tool and the coordinate of the machining point of the workpiece, and converting the data string of the calculated coordinate data of the reference point of the tool into NC data The NC data obtained by the process and conversion is given to a numerically controlled machine tool, and the tool for machining the workpiece into a target shape according to the tip shape of the tool is advanced and retracted in the feed direction. Moving the tool in accordance with the movement path calculates the moving path for moving, a process comprising a shaping process for shaping a workpiece, the shape data and the work of the tool tip that is acquired and a target shape data The process of calculating the machining point of the tool that processes the machining point of the workpiece for each machining point on the workpiece's target shape data is approximated by dividing the workpiece's target shape into multiple straight lines, and the angle of each line segment The step of obtaining, approximating the shape of the tool tip portion by dividing it into a plurality of straight lines, obtaining the angle of each line segment, and the same angle as the angle of the line segment approximating the target shape of the workpiece or in the acute angle direction and the obtuse angle direction And a step of obtaining a line segment that approximates the shape of the tool tip at the closest angle to obtain a machining point of the tool .
本発明の形状加工方法によれば、工具の先端形状に応じてワークを目標形状に形状加工するために好ましい工具の移動経路を算出し、算出した移動経路に従って工具を移動させて形状加工するので、工具の先端部の形状の誤差に起因する加工誤差を最小にすることができ、工具の先端部の形状を厳しく管理することなく、高精度の形状加工をすることができる利点がある。また、工具の形状を厳しく管理する必要がないことから、工具を頻繁にドレッシング又は研磨加工する必要がなく、工具の寿命を延ばすことができる利点もある。したがって、従来の問題点を解決した形状加工方法を提供するものとして業界に寄与するところ極めて大である。したがって、従来の問題点を解決した形状加工方法を提供するものとして業界に寄与するところ極めて大である。 According to the shape processing method of the present invention, a preferable tool movement path is calculated in order to shape a workpiece into a target shape according to the tip shape of the tool, and the tool is moved along the calculated movement path to perform shape processing. The machining error due to the error in the shape of the tip of the tool can be minimized, and there is an advantage that high-precision shape machining can be performed without strictly managing the shape of the tip of the tool. Further, since it is not necessary to strictly manage the shape of the tool, there is an advantage that the tool need not be frequently dressed or polished, and the tool life can be extended . Therefore, it is extremely large at contributing to the industry as providing conventional to solve the problems with shaping how. Therefore, it is extremely large at contributing to the industry as providing conventional to solve the problems with shaping how.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図を参照しながら説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の形状加工方法は数値制御される研削盤、旋盤等の工作機械を用いて砥石、バイト等の工具1によりワークを形状加工するものであって、数値制御される工作機械自体は従来知られるものと同じであり、これについての詳細な説明は省略するが、工具1の先端部の形状を計測する形状計測手段が設けてある。形状計測手段は、ダミーワークを工具により加工してその加工されたダミーワークをCCDカメラにより撮影するような従来知られる技術によるものとすることができる。使用する工具1は図1、2に示すような軸孔2を設けた円盤状の砥石3や図3に示すようなツールホルダー4に取り付けられたバイト5等であり、これも従来知られるものと同じである。
The shape processing method of the present invention is to form a workpiece with a
工具1が円盤状の砥石3の場合、砥石3を回転させながらドレッシングすることにより先端部全周の断面形状をほぼ一定とすることは容易にできるが、先端部の断面形状を完全な円弧とすることは容易でなく、通常円弧から若干外れた形状となっている。このような砥石3は研削盤の砥石ヘッドに装着されて砥石ヘッドの水平方向の軸を中心として回転するようにしてあり、砥石ヘッドは数値制御装置によりNCデータにしたがって移動させられ、ワークが加工される。工具1がバイト5の場合にも完全な円弧形状に研磨修正することは容易でない。バイト5は旋盤に装着されて数値制御装置によりNCデータにしたがって移動させられ、主軸に固定されて回転するワークが同心の柱状に加工される。
When the
前記のような研削盤、旋盤等の工作機械を用いてワークを形状加工する本発明の形状加工方法では、先ず形状計測手段により工具1の先端部の形状を計測する。図5は工具1により加工されたダミーワークを示すもので、形状計測手段はCCDカメラにより撮影して得られるダミーワークの加工曲線上の点をサンプリングし、予め定めた基準点を原点とする前記サンプリングした各点の座標を羅列したデータ列を工具1の形状計測結果の形状データとして出力する。基準点は工具の先端の形状を定義するための座標系の原点であり、任意の点を基準点として定めることができる。出力された形状データは必要に応じてコンピュータの記憶装置に記憶させておく。
In the shape processing method of the present invention in which a workpiece is shaped using a machine tool such as a grinder or a lathe as described above, the shape of the tip of the
こうした工具1先端部の実際の加工に使用する部分の形状は、例えば図6に示すように相互に連接する複数の円弧7、8、9に分割して近似することができる。図6においてe、f、g、hは各円弧7、8、9の始点及び終点であり、j、k、m、nはそれぞれ点e、f、g、hにおける接線の工具の送り方向に対する角度である。すなわち、図6における水平方向の線分は工具1の送り方向を示している。工具1の先端部は本来単一の円弧状の形状を目標として整形されており、接線の角度は単調な変化をするものである。これにより、円弧7の始点eから終点fまでの間の任意の点における接線の角度はjからkの間の角度になり、円弧8では接線の角度がkからmの間の角度に、円弧9では接線の角度がmからnの間の角度にそれぞれなる。図6においてpは予め定めた基準点であって、このように工具1先端部の形状を近似した場合には、各円弧の半径と、中心点、始点、終点の基準点pを原点とする各座標を工具の形状データとしてコンピュータの記憶装置に記憶させておくことができる。
The shape of the part used for the actual machining of the tip of the
図7はワーク6と工具1の位置関係の例を示すものであって、ワーク6の目標形状データは設計上のCADデータあるいはモデルを計測した計測データとして与えられる。この例のワーク6の目標形状は直線と複数の円弧から構成されるものであり、ワーク6の各加工点を加工する工具1の加工点は、コンピュータにより実現される工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワーク6の加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する手段によって算出される。
FIG. 7 shows an example of the positional relationship between the
本発明の第1の発明ではワーク6の各加工点におけるワーク6の接線と接線が同一角度である工具1上の点を工具1の加工点として算出するのであって、ワーク6の加工点を指定し、当該加工点におけるワーク6の接線の角度を求め、求められた接線の角度と同一角度の接線を有する工具1上の点を求めて工具1の加工点とする。この条件を満足する工具1上の点は一点のみ存在するのであって、これを繰り返すことによりワーク6の全ての加工点について工具1の加工点が算出されることになる。
In the first aspect of the present invention, the point on the
このとき、ワーク6の加工点のうち接線の角度がjからkの間の角度である部分Aは工具1の円弧7の部分で、接線の角度がkからmの間の角度である部分Bは円弧8の部分で、接線の角度がmからnの間の角度である部分Cは円弧9の部分で、それぞれ加工するように工具1の加工点が算出されることになる。ここで算出される工具1の加工点は工具1の基準点pを原点とする座標により表わされるものである。このように工具1を近似する各円弧が受け持つワークの加工範囲を定めて工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合するようにしたのが本発明第2の発明である。工具1の形状データは形状計測手段から出力されるものであるが、工具1の形状データをコンピュータの記憶装置に記憶させておいた場合には、突合のための演算時間を短縮できる効果がある。
At this time, a portion A where the tangent angle is an angle between j and k among the machining points of the
工作機械においては、ワーク6は工作機械に固定されており、工具1を装着した部材が数値制御装置により位置決めされ、ワーク6に対して前進、後退しながら送り方向に移動させられる。通常、工具1の送り方向はX軸、ワーク6に対する前後方向はY軸と呼ばれている。ワーク6の加工点の座標は工作機械に対して単一の点として定まる絶対的なものであり、そのワークの加工点を加工する工具1の加工点の座標はワークの加工点の座標と同一である。前記のようにして算出された工具1の加工点の座標は予め定めた工具1の基準点pを原点とするものであり、ワーク6の加工点の座標と工具1の加工点の基準点pを原点とする座標とから基準点pの絶対的な座標を算出することができることになる。これにより、ワーク6を目標形状に形状加工するための工具1の基準点pの移動経路を求めることができ、基準点pの絶対的な座標を羅列したデータ列が得られることになる。
In the machine tool, the
ワーク6の加工開始点からワーク6の加工終了点までを加工するときの工具1の加工点と工具1の基準点pの移動経路は前記のようにして算出されるのであるが、工具1が停止していた位置から加工開始点まで移動する経路は規定されず、スムーズに加工が開始できないおそれがある。また、加工終了時に加工終了点から移動する経路が規定されず、工具1が加工終了位置に留まってワーク6の移動の障害になるおそれがある。こうした問題に対しては、図8に点線で示すように目標形状の加工開始点と加工終了点に仮想的なアプローチ用及びリトラクト用の形状を加えることにより工具1がスムーズに目標形状の加工を開始し、目標形状の加工後スムーズに離脱することになる。
The movement path between the machining point of the
目標形状の形状データは前記のように複数の直線と複数の円弧で分割して近似したものとすることができ、複数の直線で分割して近似したものとすることもできる。前記のように複数の直線と複数の円弧で分割して近似したものとし、ワーク6の加工点の接線の角度から前記の工具1を近似した各円弧7、8、9が加工を受け持つ範囲を求めておいた場合には、直線と円弧あるいは円弧同士の接点を求める計算により工具1の加工点を求めることができる。このとき、ワーク6を近似した直線あるいは円弧と工具1を近似した円弧が同一の直線あるいは円弧である範囲では、工具の移動経路を連続した関数として算出することが可能となり、計算が簡単になる利点がある。
The shape data of the target shape can be approximated by being divided by a plurality of straight lines and a plurality of arcs as described above, or can be approximated by being divided by a plurality of straight lines. As described above, it is approximated by dividing by a plurality of straight lines and a plurality of arcs, and the range in which each
また、直線で分割して近似した場合には、工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する際に少ない計算量で算出できる利点がある。このようにして工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合するようにしたのが本発明第3の発明である。この場合にはワークの目標形状データを近似する線分の角度と接線が同一角度である工具1上の点をワーク6の当該線分の部分を加工する工具1の加工点として算出するのである。
In addition, when approximated by dividing by a straight line, the machining point of the tool for machining the machining point of the workpiece is calculated for each machining point of the workpiece by matching the shape data of the tool tip and the target shape data of the workpiece. There is an advantage that it can be calculated with a small amount of calculation. In this way, the third aspect of the present invention is configured to abut the shape data of the tool tip and the target shape data of the workpiece. In this case, a point on the
その場合、実際に与えられるのは目標形状の曲線を分割してサンプリングした図9に丸印で示す各加工点の座標を羅列したデータ列であり、各加工点の間は直線により近似して加工されることになる。このように直線によって近似するので、図10に示すように望ましい目標形状の曲線を近似直線1のような直線で近似した場合には誤差1のような誤差が生じることになる。分割数を増やして近似直線2のような直線で近似すると誤差2のように誤差が少なくなり、それだけ精密にワーク6が加工できるのであるが、データ量が増大するので最終的に求められるワーク6の加工精度に応じて分割数を定めるのが好ましい。
In that case, what is actually given is a data string in which the coordinates of each machining point shown by circles in FIG. 9 are obtained by dividing and sampling a target shape curve, and each machining point is approximated by a straight line. Will be processed. Since the approximation is performed by a straight line in this way, an error such as
他方、工具1の先端部の形状についても複数の円弧で分割して近似したものとするほか、複数の直線で分割して近似したものとすることができる。工具1の先端部の形状を複数の直線で分割して近似する場合には、サンプリングした点の座標とその隣接する両側の2点との間を結ぶ線分の角度を表形式のデータとして記憶させておくことが好ましい。工具1の先端部の形状を複数の直線で分割して近似し、ワーク6の目標形状を複数の直線と複数の円弧とで分割して近似して工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合するようにしたのが本発明第4の発明である。
On the other hand, the shape of the tip portion of the
工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合するに当たっては、工具1の表形式のデータを検索してワークの加工点における接線の角度と同一角度の線分を求め、その線分に隣接する点を工具1の加工点として求めることになるが、サンプリングした点の間隔によっては同一の角度となる線分が表形式のデータに存在しない場合がある。そうした場合には、ワークの加工点における接線の角度の鋭角方向及び鈍角方向にそれぞれ最も近い角度の工具1の先端形状を近似する線分を求める。工具1の加工点の座標は線分の一端もしくは中間点、2本の線分の接点等から定めることができる。
When matching the shape data of the tool tip and the target shape data of the workpiece, the tabular data of the
また、工具1の先端部の形状を複数の直線で分割して近似し、ワーク6の目標形状も複数の直線で分割して近似して工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合するようにしたのが本発明第5の発明である。工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合するに当たっては、工具1の表形式のデータを検索してワークの目標形状を近似する線分の角度と同一角度の線分を求め、その線分に隣接する点を工具1の加工点として求めることになるが、サンプリングした点の間隔によっては同一の角度となる線分が工具1の先端形状を表わす表形式のデータに存在しない場合がある。そうした場合には、ワークの目標形状を近似する線分の角度の鋭角方向及び鈍角方向にそれぞれ最も近い角度の工具1の先端形状を近似する線分を求める。工具1の加工点の座標は求められた線分の一端もしくは中間点、2本の線分の接点等から定めることができる。
Further, the shape of the tip of the
工作機械を制御する数値制御装置には工具1の移動にかかわる工作機械の部材の移動経路を規定するための部材の座標データを羅列したデータ列ではなく、差分データからなるNCデータを与える必要がある。このNCデータは、コンピュータにより実現される算出された工具の基準点pの座標データのデータ列をNCデータに変換する手段によって座標データ列から変換され、得られることになる。このようにして得られるNCデータを与えた工作機械を運転すれば、工作機械はNCデータに従って工具を移動させ、ワーク6は目標形状通りに形状加工されることになる。
It is necessary to give NC data consisting of difference data to the numerical control device for controlling the machine tool, instead of a data string that lists the coordinate data of the members for defining the movement path of the member of the machine tool involved in the movement of the
このようにして、ワーク6は目標形状通りに形状加工されるのであるが、工作機械が研削盤の場合には工具はX軸、Y軸と直交するZ軸方向にも移動できるものであり、ワーク6の特定のZ軸方向の部分が目標形状通りに研削加工されることになる。ワーク6の異なるZ軸方向の部分についても前記と同様に工具1の移動経路、NCデータを得ることができるので、そのNCデータにより砥石ヘッドを移動させてワーク6のZ軸方向全ての部分について同様の加工を行えばワーク6には三次元の形状加工が施されることになる。また、工作機械が旋盤の場合には、主軸に固定されて回転するワークが同心の柱状に形状加工される。
In this way, the
なお、同一形状のワークを複数個加工する場合、工具1の先端形状の計測とその形状データとワークの目標形状との突合による工具の加工点の算出は必ずしも毎回行う必要はなく、経験的に知られる工具の磨耗量が問題にならない範囲で同一NCデータにより複数個のワークを形状加工することができることは言うまでもない。
When machining a plurality of workpieces having the same shape, it is not always necessary to measure the tip shape of the
図11は本発明の形状加工プログラムの例を示すフローチャートであって、工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する工具の加工点算出ルーチンと、工具の基準点の座標を算出する工具の基準点算出ルーチンと、工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換するデータ変換ルーチンとからなるものである。なお、図11には工具の先端形状を計測して工具先端形状を記憶させる形状計測記憶ルーチン及びNCデータを工作機械の数値制御装置に転送するデータ転送ルーチンも含めて示してある。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of a shape machining program according to the present invention. A tool for machining the machining point of the workpiece for each machining point of the workpiece by matching the shape data of the tool tip and the target shape data of the workpiece. A machining point calculation routine for a tool for calculating machining points, a tool reference point calculation routine for calculating coordinates of a tool reference point, a data conversion routine for converting a data string of coordinate data of a tool reference point into NC data, and It consists of FIG. 11 also includes a shape measurement storage routine for measuring the tool tip shape and storing the tool tip shape, and a data transfer routine for transferring NC data to the numerical controller of the machine tool.
このプログラムの加工点算出ルーチンをコンピュータに実行させるとコンピュータは工具先端部の形状データとワークの目標形状データとを突合してワークの加工点毎にそのワークの加工点を加工する工具の加工点を算出する手段として機能し、基準点算出ルーチンを実行させるとコンピュータは算出された工具の加工点から工具の基準点の座標を算出する手段として機能し、データ変換ルーチンを実行させるとコンピュータは算出された工具の基準点の座標データのデータ列をNCデータに変換する手段として機能するものである。 When the computer executes the machining point calculation routine of this program, the computer collates the shape data of the tool tip and the target shape data of the workpiece, and determines the machining point of the tool for machining the machining point of the workpiece for each machining point of the workpiece. The computer functions as a means for calculating and when the reference point calculation routine is executed, the computer functions as a means for calculating the coordinates of the tool reference point from the calculated machining point of the tool, and when the data conversion routine is executed, the computer is calculated. It functions as means for converting the data string of the coordinate data of the reference point of the tool into NC data.
したがって、このプログラムを実行すると、形状計測記憶ルーチンにより工具の先端形状が計測されて工具の先端形状が記憶される。次に、加工点算出ルーチンによりワークの目標形状と工具の先端形状とが突合され、ワークの加工点が順次指定されて指定されたワークの加工点における接線の角度と同一角度の接線を有する工具の加工点が求められ、指定されたワークの加工点を加工する工具の加工点が順次算出される。この算出された工具の加工点とワークの加工点の座標から基準点算出ルーチンにより工具基準点の座標が算出され、算出された工具基準点の座標のデータ列はデータ変換ルーチンによりNCデータに変換される。このようにして得られたNCデータはデータ転送ルーチンにより工作機械の数値制御装置に転送される。 Therefore, when this program is executed, the tip shape of the tool is measured by the shape measurement storage routine, and the tip shape of the tool is stored. Next, the workpiece target shape and the tool tip shape are abutted by the machining point calculation routine, the machining points of the workpiece are sequentially designated, and the tool has a tangent of the same angle as the tangent angle at the designated machining point of the workpiece. Machining points are obtained, and the machining points of the tool for machining the designated machining point of the workpiece are sequentially calculated. The tool reference point coordinates are calculated by the reference point calculation routine from the calculated tool machining point and workpiece machining point coordinates, and the calculated tool reference point coordinate data string is converted to NC data by the data conversion routine. Is done. The NC data thus obtained is transferred to the numerical control device of the machine tool by a data transfer routine.
1 工具
2 軸孔
3 砥石
4 ツールホルダー
5 バイト
6 ワーク
7、8、9 円弧
a、b 工具先端部
c 想定した工具径
d 想定した工具径の円弧と一致しない部分
e、f、g、h 円弧の始点と終点
j、k、m、n 接線の角度
p 基準点
1
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