JP4196936B2 - 穴加工用ｎｃプログラム作成装置及び穴加工ｎｃプログラム作成装置用プログラム - Google Patents

Description

この発明は、穴加工用ＮＣプログラム作成装置に関し、特に、ＣＡＤデータに基づいて穴加工のための数値制御（ＮＣ）プログラムを自動的に作成する装置に関するものである。

従来の穴加工用ＮＣプログラム作成装置は、例えば特許文献１「穴加工のためのＮＣデータ生成システム」の特許請求の範囲に示されるように、穴加工のために装着可能な全ての工具について、工具の種類および工具寸法を含む工具情報が格納されている手段と、前記ＣＡＤデータに基づいて仕上げ形状を認識し、穴加工を施すべき穴加工形状を抽出する手段と、各穴加工形状のＣＡＤデータに含まれる面取り形状を表わすＣＡＤデータに基づき、穴加工の種類を判別して、前記工具情報格納手段の中から、穴加工の種類および穴の内径に応じた工具を選択する手段と、選択された工具についての工具経路データを作成する手段と、選択された全ての工具の工具経路データに基づいて一連のＮＣデータを作成する手段とを具えている。また、段落番号［００１１］および［００１２］には、穴加工形状のＣＡＤデータには、穴部分のデータ（内径および深さ）と、該穴部分の開口縁に必要に応じて形成された面取り形状のデータが含まれていること、および工具選択手段は、前記面取り形状のＣＡＤデータに基づき、穴加工の種類を判別することが記載されている。例えば、面取り形状の無い穴についてはドリル加工を施すべき穴、面取り形状が形成されている穴については、ドリル加工の後にリーマ加工を施すべき穴と判断する。そして、判別された穴加工の種類に応じた工具の種別（ドリルまたはリーマ）が選択されることが記載されている。

特開平６−１７０６９２号公報（第２および３頁、第２，３および５図）

従来の穴加工用ＮＣプログラム作成装置は、以上のように構成されており、工具選択手段は面取り形状の有無および面取り角度により穴加工の種類（ドリル・リーマ（大公差）・リーマ（小公差））を判別するのみである。
したがって、ドリル、リーマ以外のタップ、座付き穴などさまざまな穴加工に対応できないという問題点や、さらに複雑な穴加工形状に対応できないという問題点などがあった。

本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、ドリル、リーマはもちろん、タップ、座付き穴などさまざまな穴加工にも対応することが可能な穴加工用ＮＣプログラム作成装置を提供することを第１の目的とするものである。

また、さらに複雑な穴加工形状にも対応することが可能な穴加工用ＮＣプログラム作成装置を提供することを第２の目的とするものである。

本発明に係る穴加工用ＮＣプログラム作成装置は、加工対象の仕上げ形状を表現する３次元ＣＡＤデータに基づいて穴加工用のＮＣプログラムを作成する装置において、穴加工に用いる工具の種類および工具寸法を含む工具情報が格納されている工具情報格納手段と、上記３次元ＣＡＤデータの３次元幾何形状情報から穴加工形状を構成する同軸上に存在する円柱面または円錐面の局所形状を認識する形状認識処理手段と、上記局所形状の特徴に対応する識別子の並びによって上記穴加工形状の上面から穴底方向への上記特徴の並びを表現した穴加工形状パターン及びこの穴加工パターンに対応する加工方法が予め記述されたパターン認識情報を格納するパターン認識情報格納手段と、上記形状認識処理手段で認識された上記局所形状から上記特徴を判別し、上記パターン認識情報の中から上記判別した特徴に対応し上記穴加工形状の上面から穴底方向への上記特徴の並びを表す上記識別子の並びを有する上記穴加工形状パターンを求め、上記パターン認識情報から上記穴加工形状パターンに対応する上記加工方法を決定する加工方法決定手段と、上記工具情報格納手段に格納された上記工具情報の中から、上記加工方法決定手段で決定された加工方法に応じた工具を選択する工具決定手段と、上記工具決定手段で選択された全ての工具についての工具経路を決定する工具経路決定手段と、上記工具経路決定手段で決定された工具経路に基づいて一連のＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成手段とを具えたものである。

本発明に係る穴加工用ＮＣプログラム作成装置によれば、３次元ＣＡＤデータの３次元幾何形状情報に基づいて仕上げ形状を認識し、穴加工形状を構成する同軸上に存在する円柱面または円錐面の局所形状を認識する形状認識処理手段と、上記局所形状の特徴に対応する識別子の並びによって上記穴加工形状中の上記特徴の並びを表現した穴加工形状パターン及びこの穴加工パターンに対応する加工方法が予め記述されたパターン認識情報を格納するパターン認識情報格納手段と、上記形状認識処理手段で認識された上記局所形状から上記特徴を判別し、上記パターン認識情報の中から上記判別した特徴に対応し上記穴加工形状中の上記特徴の並びを表す上記識別子の並びを有する上記穴加工形状パターンを求め、上記パターン認識情報から上記穴加工形状パターンに対応する上記加工方法を決定する加工方法決定手段と、工具情報格納手段に格納された上記工具情報の中から、上記加工方法決定手段で決定された加工方法に応じた工具を選択する工具決定手段とを備えたので、ドリル、リーマはもちろん、タップ、座付き穴などさまざまな穴加工にも対応することが可能となる。

実施の形態１．
以下、本発明の一実施の形態について、図面に沿って詳述する。図１に示す穴加工用ＮＣプログラム作成装置１は、図中に示す複数の手段２、３、４１、４２、５、６を実現する例えばマイクロコンピュータによって構成されており、図２は、これらの手段のうち特に加工方法決定手段３を実現するための一連の処理手続きを示している。

図１に示すように、穴加工用ＮＣプログラム作成装置１は、形状認識処理手段２と、加工方法決定手段３と、パターン認識情報格納手段４１と、工具情報格納手段４２と、工具および工具経路決定手段５と、ＮＣプログラム生成手段６とを備えている。

後に詳細に説明するが、形状認識処理手段２は、ＣＡＤデータに基づいて仕上げ形状を認識し、円柱面または円錐面から成る、同一軸上に存在する１つ以上の局所形状から構成される穴加工形状を抽出する。
加工方法決定手段３は、形状認識処理手段２で抽出された穴加工形状について、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報とから成る特徴を判別して穴加工形状のパターンを得、得られた穴加工形状のパターンから加工方法を決定する。
パターン認識情報格納手段４１および工具情報格納手段４２は共にマイクロコンピュータのメモリによって構成されている。
図２に示すパターン認識情報４００として、例えば図５に示すような識別子対応表と図７に示すような加工方法対応表とが予め作成され、パターン認識情報格納手段４１に格納されている。
工具情報格納手段４２には、穴加工のために工作機械の自動工具交換装置に装備可能なドリルやリーマなどの全ての工具について、それぞれの工具識別符号、工具の種類、工具寸法（工具の径や長さなど）を含む工具情報が格納されている。
図１では工具および工具経路決定手段５として示しているが、工具決定手段は、工具情報格納手段４２の中から、加工方法決定手段３で決定された加工方法およびＣＡＤデータに含まれる穴の寸法に応じた工具を選択する。また、工具経路決定手段は工具決定手段で選択された全ての工具についての工具経路を決定する。
ＮＣプログラム生成手段６は、工具経路決定手段で決定された工具経路に基づいて一連のＮＣプログラムを生成し、ＮＣ工作機械２００の制御部に出力する。

以下、上記各手段についてより詳細に説明する。
形状認識処理手段２は、ＣＡＤデータ（三次元ＣＡＤデータ）１００から加工対象物の仕上げ形状のデータの取込みを行なって仕上げ形状を認識し、この中から、穴加工形状のＣＡＤデータを抽出する。すなわち、３次元ＣＡＤデータ１００を読み込み、読み込んだ３次元ＣＡＤデータ１００に基づいて点、稜線、面、立体などから成る、例えば図３に示すような、３次元幾何形状を計算機内に生成する。また、３次元幾何形状から同一軸上に存在する円柱面および円錐面を抽出し、１つの穴加工形状として認識する。例えば、図３の３次元幾何形状の場合、穴加工形状ａと穴加工形状ｂの２つの穴加工形状が認識される。この結果、穴加工形状は円柱面および円錐面のうちの１つ以上から構成されることになる。以降、この穴加工形状を構成する円柱面および円錐面を局所形状と呼ぶ。

なお、ＣＡＤシステムからのＣＡＤデータ１００には、円柱の内径および深さ、円錐の形状を規定するデータ(例えば、深さや頂角等)などの局所形状の寸法が含まれる。さらに、ねじ山やリーマ等の局所形状の加工情報が含まれることがある。

加工方法決定手段３は、形状認識処理手段２で抽出された各穴加工形状について、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報から成る特徴を判別して穴加工形状３００のパターンを得、得られた穴加工形状３００のパターンから加工方法を決定する。すなわち、図２のステップＳＴ１で示す、穴加工形状のパターン認識による加工方法決定を行う。

より具体的に説明すると、加工方法決定手段３は、まず、形状認識処理手段２が抽出した穴加工形状３００を構成する局所形状について、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報から成る特徴を判別する。局所形状の種類とは円柱面か円錐面かである。特に頂角が９０°の円錐面を面取りとみなす。また、局所形状に関連付けられた加工情報とはねじ山やリーマ等である。例えば、図４（ａ）の場合、穴加工形状の上面から穴底の方向へ順に局所形状の特徴を判別すると、「円錐（面取り）→円柱→円錐」、図４（ｂ）の場合、「円錐（面取り）→円柱（ねじ山）→円錐」、図４（ｃ）の場合、「円錐（面取り）→円柱→円柱→円錐」となる。
加工方法決定手段３は、次に、判別した局所形状の特徴を識別子により表現する。例えば、図５に示す識別子対応表のように英字を識別子として用いる。図５に示すような識別子対応表は、パターン認識情報４００として予め作成され、パターン認識情報格納手段４１に格納されている。

さらに、加工方法決定手段３は、穴加工形状の上面から穴底の方向へ局所形状の特徴を表す識別子を並べることにより穴加工形状のパターンを得る。例えば、図６（ａ）の場合「ｏｃｔ」、図６（ｂ）の場合「ｏＣｔ」、図６（ｃ）の場合「ｏｃｃｔ」が穴加工形状のパターンとなる。

以上のようにして、加工方法決定手段３は、形状認識処理手段２で抽出された各穴加工形状について、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報とから成る特徴を判別して穴加工形状３００のパターンを得る。

次に、加工方法決定手段３は、穴加工形状３００のパターンから加工方法を決定する。つまり、図７に示すような加工方法対応表から穴加工形状３００のパターンを探し、探したパターンに対応する加工方法を得る。図８（ａ）の場合はドリル加工、図８（ｂ）の場合はタップ加工、図８（ｃ）の場合は座付き穴加工となる。図７に示すような加工方法対応表は、パターン認識情報４００として予め作成され、パターン認識情報格納手段４１に格納されている。

なお、上記では、加工方法決定手段３がパターン認識により穴加工形状の加工方法を決定する方法（すなわち、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報とから成る特徴を判別して穴加工形状のパターンを得、得られた穴加工形状のパターンから加工方法を決定する方法）の一例を示したが、もちろん例示した方法以外の方法も考えられる。例えば、頂角が９０°以外の円錐を面取りとみなす場合、識別子として英字以外の文字を用いる場合、さらには識別子以外の方法で穴加工形状のパターンを表す場合などが挙げられる。

次に、図２のステップＳＴ２以降の処理について説明する。
複雑な穴加工形状の場合、加工方法対応表にパターンが含まれず、加工方法を決定できないことがある。そこで、加工方法決定手段３はステップＳＴ２において、加工方法を決定したか否かを判定し、判定結果がＹｅｓであればステップＳＴ７へ進み、処理を終了する。ステップＳＴ２において、判定結果がＮｏであればステップＳＴ３、４へ進み、穴加工形状３００の一部に対して、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報とから成る特徴を判別して穴加工形状３００の一部のパターンを得、得られた穴加工形状３００の一部のパターンからその加工方法を決定する。

例えば、穴底側の局所形状から順にパターン認識の対象に加えながらパターン認識を行い、穴加工形状の一部の加工方法を決定する。
具体的な例を挙げて説明すると、例えば、図９に示すような穴加工形状の場合、まずステップＳＴ３で一番穴底側の円錐面をパターン認識の対象とした結果、「ｔ」という穴加工形状の一部のパターンが得られる。しかし「ｔ」というパターンは加工方法対応表に含まれないので、ステップＳＴ４で加工方法を決定できない。そこで、ステップＳＴ５で判定結果がＮｏとなり、ステップＳＴ３に戻る。ステップＳＴ３においては、局所形状を穴底側から順にパターン認識の対象に加えるので、一つ上の円柱面をパターン認識の対象に加える。この結果、ステップＳＴ４で、「ｃｔ」という穴加工形状の一部のパターンが得られ、加工方法対応表からドリル加工が加工方法として決定される。そこで、ステップＳＴ５で判定結果がＹｅｓとなり、ステップＳＴ６に進む。ステップＳＴ６においては、穴加工形状全体の加工方法が決定したか否かが判断される。この場合、Ｎｏであるので、ステップＳＴ３に戻り、残りの局所形状についても同様に穴底側の局所形状から順に対象に加えながらパターン認識を行い、加工方法を決定する。図９の穴加工形状の場合、ステップＳＴ３においては、残りの局所形状からまず穴底に近い円錐面をパターン認識の対象とする。この結果、ステップＳＴ４で、「ｔ」という穴加工形状の一部のパターンが得られる。しかし、「ｔ」というパターンは加工方法対応表に含まれないので、加工方法を決定できない。そこで、ステップＳＴ５からステップＳＴ３に戻り、最後に最も上面側の円柱面をパターン認識の対象に加える。この結果、ステップＳＴ４で、「ｃｔ」という穴加工形状の一部のパターンが得られ、加工方法対応表からドリル加工が加工方法として決定される。そこで、ステップＳＴ５およびステップＳＴ６で判定結果がＹｅｓとなり、加工方法決定手段３での一連の処理を終了する。結果として、図９の穴加工形状は２つの穴加工形状部分に分割され、それぞれに対してドリル加工という加工方法が決定される。

なお、上記では、加工方法決定手段３が、パターン認識により穴加工形状の一部の加工方法を決定することを繰り返し、穴加工形状全体の加工方法を決定する方法（すなわち、穴加工形状の一部のパターンを得て穴加工形状の一部の加工方法を決定することを順に繰り返し、穴加工形状の加工方法を複数の加工方法の組み合わせとして決定する方法）の一例を示したが、もちろん例示した方法以外の方法も考えられる。例えば、上面側の局所形状から順に対象に加えながらパターン認識を行う場合などである。

工具および工具経路決定手段５は、加工方法決定手段３が決定した加工方法およびＣＡＤデータに含まれる寸法情報（円柱の内径および深さ、円錐の形状を規定するデータ(例えば、深さや頂角等)などの局所形状の寸法）に基づいて、工具情報格納手段４の中から加工に必要な工具を選択し、選択された工具の移動経路を決定する。なお、加工方法に応じて必要な工具は決まっており、例えば、ドリル加工の場合はドリル工具、タップ加工の場合はドリル工具とタップ工具、リーマ加工の場合はドリルとリーマ、座付き穴加工の場合はドリルとエンドミルなどである。なお、各加工方法において、上記工具に加えて、位置決めのための工具であるスポット工具が追加される場合もある。さらに、ＣＡＤデータに面取り情報（頂角が９０°の円錐面）がある場合、あるいは図７に示した穴加工形状のパターンに面取りを示す識別子ｏがある場合は、面取り工具が追加される。

より具体的には、例えば、図８（ａ）の場合、ドリル加工で面取りがあるので、工具としては、ＣＡＤデータの寸法情報と対応する適切な寸法を有するドリル工具と面取り工具とが選択され、それらの移動経路（工具経路）が決定される。また、図８（ｂ）の場合は、タップ加工で面取りがあるので、工具としては、ＣＡＤデータの寸法情報と対応する適切な寸法を有するドリル工具とタップ工具と面取り工具とが選択され、それらの移動経路（工具経路）が決定される。また、図８（ｃ）の場合は、座付き穴加工で面取りがあるので、工具としては、ＣＡＤデータの寸法情報と対応する適切な寸法を有するドリル工具とエンドミル工具と面取り工具とが選択され、それらの移動経路（工具経路）が決定される。また、複数の加工方法が合わさった複雑な穴加工形状の例として、例えば図９の場合は、寸法（径および長さ）が異なる２つのドリル加工の組み合わせで面取りが無いので、工具としては、ＣＡＤデータの寸法情報と対応する適切な寸法を有する２種類のドリル工具が選択され、それらの移動経路（工具経路）が決定される。

加工方法決定手段３による各穴加工形状に対する加工方法の決定、並びに工具および工具経路決定手段５による工具の選択および選択された工具についての工具経路の決定は、形状認識処理手段２で抽出された全ての穴加工形状について実行され、同一の仕上げ形状を有する複数の穴については、共通の工具による連続加工を行なう様、工具経路が決定される。

次に工具および工具経路決定手段５は、加工に用いるべき全ての工具について、加工順序を決定する。

その後、ＮＣプログラム生成手段６は、工具および工具経路決定手段５から得られる工具情報および工具経路に基づいて一連のＮＣプログラムを作成し、ＮＣ工作機械２００の制御部に出力する。この際、ＮＣプログラムには、工具回転数の指定、工具早送り指令等、種々の制御データが付加される。

以上説明したように、本実施の形態では、ＣＡＤデータ１００に基づいて穴加工用のＮＣプログラムを作成する装置１において、穴加工のために装着可能な全ての工具について、工具の種類および工具寸法を含む工具情報が格納されている工具情報格納手段４２と、ＣＡＤデータ１００に基づいて仕上げ形状を認識し、円柱面または円錐面から成る、同一軸上に存在する１つ以上の局所形状から構成される穴加工形状を抽出する形状認識処理手段２と、形状認識処理手段２で抽出された穴加工形状について、局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報とから成る特徴を判別して穴加工形状のパターンを得、得られた穴加工形状のパターンから加工方法を決定する加工方法決定手段３と、工具情報格納手段４２の中から、加工方法決定手段３で決定された加工方法および穴の寸法に応じた工具を選択する工具決定手段５と、工具決定手段で選択された全ての工具についての工具経路を決定する工具経路決定手段５と、工具経路決定手段５で決定された工具経路に基づいて一連のＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成手段６とを具えたので、ドリル、リーマはもちろん、タップ、座付き穴などさまざまな穴加工にも対応することが可能となる。

さらに、加工方法決定手段３は、穴加工形状の一部のパターンを得て穴加工形状の一部の加工方法を決定することを順に繰り返し、穴加工形状の加工方法を複数の加工方法の組み合わせとして決定するので、複雑な穴加工形状にも対応することが可能となる。

本発明の実施の形態１による穴加工用ＮＣプログラム作成装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係り、加工方法決定のための一連の手続きを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係り、穴加工形状を含むＣＡＤデータの内容の一例をイメージで表した図である。 本発明の実施の形態１に係り、加工方法決定手段による局所形状の種類および局所形状に関連付けられた加工情報から成る局所形状の特徴の判別について説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係り、識別子対応表の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係り、穴加工形状のパターンの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係り、加工方法対応表の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係り、穴加工形状のパターンと加工方法との対応の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係り、穴加工形状のパターンと加工方法との対応の別の例を示す図である。

符号の説明

１ 穴加工用ＮＣプログラム作成装置、２ 形状認識処理手段、３ 加工方法決定手段、４ 工具情報格納手段、５ 工具および工具経路決定手段５、６ ＮＣプログラム生成手段。

Claims (3)

1. 加工対象の仕上げ形状を表現する３次元ＣＡＤデータに基づいて穴加工用のＮＣプログラムを作成する穴加工用ＮＣプログラム作成装置において、
   穴加工に用いる工具の種類および工具寸法を含む工具情報が格納されている工具情報格納手段と、
   上記３次元ＣＡＤデータの３次元幾何形状情報から穴加工形状を構成する同軸上に存在する円柱面または円錐面の局所形状を認識する形状認識処理手段と、
   上記局所形状の特徴に対応する識別子の並びによって上記穴加工形状の上面から穴底方向への上記特徴の並びを表現した穴加工形状パターン及びこの穴加工パターンに対応する加工方法が予め記述されたパターン認識情報を格納するパターン認識情報格納手段と、
   上記形状認識処理手段で認識された上記局所形状から上記特徴を判別し、上記パターン認識情報の中から上記判別した特徴に対応し上記穴加工形状の上面から穴底方向への上記特徴の並びを表す上記識別子の並びを有する上記穴加工形状パターンを求め、上記パターン認識情報から上記穴加工形状パターンに対応する上記加工方法を決定する加工方法決定手段と、
   上記工具情報格納手段に格納された上記工具情報の中から、上記加工方法決定手段で決定された加工方法に応じた工具を選択する工具決定手段と、
   上記工具決定手段で選択された全ての工具についての工具経路を決定する工具経路決定手段と、
   上記工具経路決定手段で決定された工具経路に基づいて一連のＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成手段と
   を具えたことを特徴とする穴加工用ＮＣプログラム作成装置。
2. 加工方法決定手段は、穴加工形状パターンがパターン認識情報に含まれない場合には、特徴を判別した結果に基づいて１つの穴加工形状の特徴に対応し穴加工形状の上面から穴底方向への特徴の並びを表す識別子の並びから複数の上記穴加工形状パターンを求め、求めた穴加工形状パターンごとに加工方法を決定することを特徴とする請求項１記載の穴加工用ＮＣプログラム作成装置。
3. 加工対象の仕上げ形状を表現する３次元ＣＡＤデータに基づいて穴加工用のＮＣプログラムを作成する穴加工用ＮＣプログラム作成装置用プログラムにおいて、
   コンピュータを
   加工対象の仕上げ形状を表現する３次元ＣＡＤデータに基づいて穴加工用のＮＣプログラムを作成する穴加工用ＮＣプログラム作成装置において、
   穴加工に用いる工具の種類および工具寸法を含む工具情報が格納されている工具情報格納手段と、
   上記３次元ＣＡＤデータの３次元幾何形状情報から穴加工形状を構成する同軸上に存在する円柱面または円錐面の局所形状を認識する形状認識処理手段と、
   上記局所形状の特徴に対応する識別子の並びによって上記穴加工形状の上面から穴底方向への上記特徴の並びを表現した穴加工形状パターン及びこの穴加工パターンに対応する加工方法が予め記述されたパターン認識情報を格納するパターン認識情報格納手段と、
   上記形状認識処理手段で認識された上記局所形状から上記特徴を判別し、上記パターン認識情報の中から上記判別した特徴に対応し上記穴加工形状の上面から穴底方向への上記特徴の並びを表す上記識別子の並びを有する上記穴加工形状パターンを求め、上記パターン認識情報から上記穴加工形状パターンに対応する上記加工方法を決定する加工方法決定手段と、
   上記工具情報格納手段に格納された上記工具情報の中から、上記加工方法決定手段で決定された加工方法に応じた工具を選択する工具決定手段と、
   上記工具決定手段で選択された全ての工具についての工具経路を決定する工具経路決定手段と、
   上記工具経路決定手段で決定された工具経路に基づいて一連のＮＣプログラムを生成するＮＣプログラム生成手段として機能させるための穴加工用ＮＣプログラム作成装置用プログラム。

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