JP4461371B2

JP4461371B2 - 工作機械の加工条件設定方法、その加工条件設定プログラム、及び、その加工条件設定プログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP4461371B2
Application number: JP2004230353A
Authority: JP
Inventors: 優作村尾; 剛細田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: JP2006043836A

Description

本発明は、工作機械によりワークを切削加工する際の工具の回転数と送り速度を含む加工条件を自動的に設定する為の技術に関するものである。

従来、金型を製造する場合等、数値制御方式の切削加工用の工作機械（ＮＣ工作機械）に対しては、ワークに対する工具の加工経路情報（工具軌跡）と、工具の回転数と送り速度を含む加工条件とを含むＮＣデータが作成され、そのＮＣデータに基づいて工作機械が作動してワークに切削加工が施される。その切削加工中には工具の切削負荷が変化することが多く、例えば、自動車のボディをプレス成形する金型等、自由曲面を多くもつワークを切削加工する場合には、工具として主に３次元切削が可能なボールエンドミルが使用されるが、その切削負荷は頻繁に変化する傾向がある。

ここで、工具の切削負荷は、工具のワークとの接触面積、送り速度、回転数等に応じて変化するが、特許文献１には、ＮＣデータを作成する際に、切削負荷が過大にならないように、ワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の接触面積を算出し、この接触面積に基づいて工具の送り速度を設定する技術が開示されている。また、ワークに対して最も接触確率の高い工具の接触高確率位置を求め、その接触高確率位置で平均工具周速度となるように、工具の回転数を設定する技術も開示されている。

ところで、ＮＣデータを作成する際、特に、工具で切削加工するワークの加工領域のうち切削する深さが工具の刃の半径以上となる加工領域については、ワークを段階的に深く切削する加工経路となるように、加工経路情報を生成することになる。
特開２００３−２５６０１０号公報

ワークに対する工具の接触状態としては、工具の刃が刃先中心線に対して対称にワークに接する状態と非対称に接する状態があるが、本願発明者による検証結果等から、非対称に接する状態になると、工具の負荷状態が不安定になり、工具の撓みやビビリ振動が発生し易く、ワークとの接触性（食いつき）が悪いため、加工精度が低下し易く、更に、非対称に接する状態において、工具の刃の片側全部とその反対側の先端付近のみがワークに接する状態では、上記課題が一層顕著になる。

従って、工具がワークに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具の回転数と送り速度を含む加工条件を設定する場合、特に、自由曲面を多くもつワークを切削加工する為のＮＣデータを作成する際には、ワークに対する工具の接触状態が頻繁に変化するため、各加工経路区間毎に、加工精度が低下しないように、また、工具の耐久性が低下しないように、加工条件を適切に且つ簡単に確実に設定することは難しい。

特許文献１では、ワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の接触面積を算出し、その接触面積に応じて、切削負荷が過大にならないように、工具の送り速度を設定するが、前記課題については考慮されていない。

工具で切削加工するワークの加工領域のうち切削する深さが工具の刃の半径以上となる加工領域については、ワークを段階的に深く切削する加工経路となるように、加工経路情報を生成することになるが、特に、自由曲面を多くもつワークを切削加工する為のＮＣデータを作成する場合には、先ず、その加工領域を抽出することが難しいし、更に、前記同様、加工精度の低下、工具の耐久性の低下が起こらないように、加工経路情報を生成し、加工条件を適切に且つ簡単に確実に設定することが難しい。

つまり、従来、過去の加工実績やＮＣデータ作成者のノウハウや経験に基づいて、特に、自由曲面を多くもつワークを切削加工する為のＮＣデータ生成する場合には、精度不良になるか、取り代と加工条件が最適か、の人による判断が困難であり、その結果、ＮＣデータの作成時間が増大し、また、精度不良になり易い部位と対処方法が不明確であるため、ＮＣデータ作成者ごとに作成されたＮＣデータに差異が発生し、高精度なＮＣ切削加工を安定して行えず、結局は、再加工期間が発生する虞があり、加工期間が長くなる。

本発明の目的は、加工精度の低下、工具の耐久性の低下が起こらないように、加工経路情報を生成し、各加工経路区間毎に工具の回転数と工具の送り速度を含む加工条件を適切に且つ簡単に確実に設定すること、加工経路情報の生成と加工条件の設定の為に要する時間を短縮すること、加工精度と加工効率の向上の両立を実現可能にすること、等である。

請求項１の工作機械の加工条件設定方法は、工作機械によりワークを切削加工する際の工具の回転数と送り速度を含む加工条件を情報処理装置を用いて設定する方法において、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、工具がワークに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具がワークに接触する加工パターンとして、工具の刃が刃先中心線に対して均等にワークに接する均等加工パターンと、工具の刃の片側の先端付近のみがワークに接する先端加工パターンと、工具の刃の片側の側部付近のみがワークに接する側部加工パターンの何れかが設定されるように、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する第１ステップと、次に、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に工具の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定する第２ステップと、次に、各加工経路区間毎に工具の送り速度を設定する第３ステップとを備えたことを特徴とする。

この工作機械の加工条件設定方法では、第１ステップにおいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、各加工経路区間毎に、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定することにより、加工パターンが均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかが設定される。ここで、均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が、工具の負荷状態が不安定になり、撓みやビビリ振動が発生し易く、ワークとの接触性（食いつき）が悪く、加工精度が低下し易い。つまり、第２ステップにおいて、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に、工具の回転数が均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定され、これにより、側部加工パターンと先端加工パターンになる加工経路区間において、工具の撓みやビビリ振動の発生が抑制され、ワークとの接触性が良くなり、加工精度が向上する。均等加工パターンになる加工経路区間では、工具の回転数を高回転数に維持できる。そして、第３ステップにおいて、第２ステップで設定された工具の回転数を用いて、工具の切削負荷が過大にならないように、且つ、加工効率を高め得るように、工具の送り速度を設定することができる。

請求項１の発明においては、次の構成を採用可能である。
前記第１ステップにおいて、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する際に、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、工具で切削加工する加工領域のうち切削する深さが工具の刃の半径以上となる加工領域を抽出し、この加工領域の点群データを生成し、この点群データに基づいて各加工経路区間を設定する（請求項２）。前記第３ステップにおいて、工具の１つの刃の１回転当たりのワーク切削量が予め設定された切削量となるように、前記送り速度を設定する（請求項３）。前記工具がボールエンドミルである（請求項４）。

請求項５の工作機械の加工条件設定プログラムは、工作機械によりワークを切削加工する際の工具の回転数と送り速度を含む加工条件を設定する処理を情報処理装置で実行させる為のプログラムにおいて、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、工具がワークに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具がワークに接触する加工パターンとして、工具の刃が刃先中心線に対して均等にワークに接する均等加工パターンと、工具の刃の片側の先端付近のみがワークに接する先端加工パターンと、工具の刃の片側の側部付近のみがワークに接する側部加工パターンの何れかが設定されるように、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する第１ルーチンと、次に、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に工具の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定する第２ルーチンと、次に、各加工経路区間毎に工具の送り速度を設定する第３ルーチンとを備えたことを特徴とする。

この工作機械の加工条件設定プログラムは、インターネット等の各種通信手段を介して情報処理手段に供給され、また、フレシキブルディスク、ＣＤ等の各種記録媒体に記録して情報処理手段に供給され、その情報処理手段により加工条件設定プログラムが起動されて、請求項１の第１〜第３ステップに相当する第１〜３ルーチンが実行される。その他、請求項１と同様の作用を奏する。

請求項６の工作機械の加工条件設定プログラムを記録した記録媒体は、請求項５の加工条件設定プログラムを記録したことを特徴とする。この記録媒体に記録された加工条件設定プログラムが情報処理手段に供給され、この情報処理手段により加工条件設定プログラムが起動される。その他、請求項１と同様の作用を奏する。

請求項１の工作機械の加工条件設定方法によれば、第１ステップにおいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、各加工経路区間毎に、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定することにより、加工パターンとして均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかを設定することができる。ここで、本願発明者による検証結果等から、均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が、工具の負荷状態が不安定であり、撓みやビビリ振動が発生し易く、ワークとの接触性が悪く、加工精度が低下し易い、ということがわかっており、それ故、第２ステップにおいて、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に、工具の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定することで、側部加工パターンと先端加工パターンになる加工経路区間において、工具の撓みやビビリ振動の発生を抑制し、ワークとの接触性を良くし、加工精度を向上させることができ、それ故、工具の耐久性を高めることができる。

また、第１ステップにおいて、均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンよりも、加工精度が低下する他の加工パターンを設定しないようにすることができる。そして、第３ステップにおいて、第２ステップで設定された工具の回転数を用いて、工具の切削負荷が過大にならないように、且つ、加工効率を高め得るように、工具の送り速度を設定できる。こうして、加工精度の低下、工具の耐久性の低下が起こらないように、加工経路情報を生成し、各加工経路区間毎に工具の回転数と工具の送り速度を含む加工条件を適切に且つ簡単に確実に設定でき、加工経路情報の生成と加工条件の設定の為に要する時間を短縮できる。結局、加工精度と加工効率の向上の両立を実現可能になる。

請求項２の工作機械の加工条件設定方法によれば、第１ステップにおいて、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する際に、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、工具で切削加工する加工領域のうち切削する深さが工具の刃の半径以上となる加工領域を抽出し、この加工領域の点群データを生成し、この点群データに基づいて各加工経路区間を設定するので、切削する深さが工具の刃の半径以上となる加工領域を自動的に容易に抽出することができ、しかも、加工精度の低下、工具の耐久性の低下が起こらないように、この加工領域の加工経路情報を確実に生成し、均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかに対応する適切な加工条件を簡単に確実に設定することができる。

請求項３の工作機械の加工条件設定方法によれば、第３ステップにおいて、工具の１つの刃の１回転当たりのワーク切削量が予め設定された切削量となるように、送り速度を設定するので、工具の切削負荷を全体的に同じにすることができ、加工効率を高めつつも、工具の切削負荷を安定させ耐久性を高めることが可能になる。

請求項４の工作機械の加工条件設定方法によれば、工具がボールエンドミルであるので、自動車のボディをプレス成形する金型等、自由曲面を多くもつワークを確実に切削加工する場合でも、第１ステップにおいて、各加工経路区間毎に、加工パターンとして均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかを確実に設定できる。

請求項５の工作機械の加工条件設定プログラムによれば、請求項１の第１〜第３ステップに相当する第１〜第３ルーチンを備えたので、この工作機械の加工条件設定プログラムを、インターネット等の各種通信手段を介して情報処理手段に供給でき、また、フレシキブルディスク、ＣＤ等の各種記録媒体に記録して情報処理手段に供給でき、その情報処理手段で加工条件設定プログラムを起動させて、請求項１と同様の効果を奏する。

請求項６の工作機械の加工条件設定プログラムを記録した記録媒体によれば、この記録媒体に記録された加工条件設定プログラムを情報処理手段に供給することができ、この情報処理手段で加工条件設定プログラムを起動させて、請求項１と同様の効果を奏する。

本発明の工作機械の加工条件設定方法は、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、工具がワークに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具がワークに接触する加工パターンとして、工具の刃が刃先中心線に対して均等にワークに接する均等加工パターンと、工具の刃の片側の先端付近のみがワークに接する先端加工パターンと、工具の刃の片側の側部付近のみがワークに接する側部加工パターンの何れかが設定されるように、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する第１ステップと、次に、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に工具の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定する第２ステップと、次に、各加工経路区間毎に工具の送り速度を設定する第３ステップとを備えたものである。

図１は、ワークＷを切削して製品である金型を製造する為のシステムの構成図であり、このシステムには、ワークＷを切削加工するＮＣ工作機械１と、ＮＣ工作機械１に供給するＮＣデータを作成する為のＣＡＤシステム２（コンピュータ支援デザインシステム２）とＣＡＭシステム３（コンピュータ支援生産システム３）が設けられている。

ＣＡＤシステム２では、ワークＷ及び金型のモデルから形状データ（ワーク形状情報、製品形状情報）を作成し、ＣＡＭシステム３では、ＣＡＤシステム２で作成された形状データ（加工前後のワーク形状情報）と工具情報に基づいて、ワークＷに対する工具５の加工経路情報を生成すると共に、その際に、工具５がワークＷに接してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具５の回転数と送り速度を含む加工条件を設定し、その加工経路情報と加工条件とを含むＮＣデータを作成する。ＮＣ工作機械１では、工具５としてボールエンドミルが使用され、ＣＡＭシステム３で作成されたＮＣデータに基づいて作動しワークＷに切削加工を施す。尚、ＣＡＭシステム３が情報処理装置に相当するものである。

図２はＣＡＭシステム３が実行する処理の流れを示す図である。
このＣＡＭシステム３では、ＣＡＤシステム２から取り込んだワーク形状情報（ＣＡＤデータ）と工具情報に基づいて、ワークＷに対する工具５の加工経路情報の計算処理（Ｓ１）が行われ、続いて、この加工経路情報の編集処理（Ｓ２）が行われ、次に、その加工経路に沿って工具５を移動させた際の、工具５（工具ホルダ、主軸）とワークＷとの干渉チェック処理（Ｓ３）が行われる。干渉チェック処理では、例えば、工具５をディスプレイの画面上で動かして干渉チェックすることもできる。ここで、干渉チェック処理の際に得られる加工前後のワーク形状情報と工具情報に基づいて、事前荒加工経路発生領域処理（Ｓ４）が行われる。

次に、Ｓ４の事前荒加工経路発生領域処理について、図３のフローチャート（Ｓｉ（ｉ＝１０、１１、１２・・・）は各ステップを示す）に基づいて説明する。
事前荒加工経路発生領域処理が開始されると、先ず、加工前後のワーク形状情報が読み込まれ（Ｓ１０）、続いて、工具５で切削加工するワークＷの加工領域Ｗｂ（即ち、取り代）が、加工前後のワーク形状情報を比較して演算される（Ｓ１１）。次に、Ｓ１１で演算された加工領域Ｗｂの全点データ（３次元（ｘ，ｙ，ｚ））が抽出され（Ｓ１２）、その全点データがオープンされる（Ｓ１３）。

次に、オープンされた点データのうち、同一ｘ，ｙ値となる複数の点データのｚ値が読み込まれる（Ｓ１４）。ここで、Ｓ１４では、ｚ値は小さい（切削深さが浅い）順に読み込まれる。次に、読み込まれたデータがファイルエンドでない場合（Ｓ１５；No）、Ｓ１４で読み込まれたｚ値から切削深さｄが演算される（Ｓ１６）。次に、その切削深さｄが工具５の半径ｒ以上か否か判定され（Ｓ１７）、切削深さｄが半径ｒよりも小さい場合（Ｓ１７；No）、Ｓ１４へ移行し、その後、読み込まれたデータがファイルエンドになるか、或いは、切削深さｄが半径ｒ以上になるまで、Ｓ１４〜Ｓ１７が繰り返し実行される。

その後、切削深さｄが半径ｒ以上になると（Ｓ１７；Yes ）、Ｓ１４で読み込まれた最新のｚ値を含む点データが書き出される（Ｓ１８）。その後、全同一ｘ，ｙ値の点データに対する処理が完了した否か判定され（Ｓ１９）、完了していない場合（Ｓ１９；No）、Ｓ１４へ移行し、完了した場合（Ｓ１９；Yes ）、Ｓ２０へ移行する。尚、読み込んだデータがファイルエンドの場合も（Ｓ１５；Yes ）、Ｓ２０へ移行する。Ｓ２０では、Ｓ１８で書き出した全ての点データが読み込まれ、Ｓ２１では、その点データ群から工具５の加工経路面情報が作成され、リターンする。

こうして作成された加工経路面情報に基づいて、図２に示すように、Ｓ１の加工経路情報計算処理において、工具５で切削加工するワークＷの加工領域のうち切削する深さｄが工具５の刃５ａの半径ｒ以上となる加工領域Ｗｂを含む加工経路情報が計算される。その後、Ｓ２の加工経路情報の編集処理が行われ、Ｓ３の干渉チェック処理が行われるが、この段階の加工前後のワーク形状情報から取り代が工具５の半径ｒ以上ある場合には、再度、Ｓ４の事前荒加工経路発生領域処理が行われ、その後、ポスト処理（Ｓ５）が行われ、加工条件の設定（Ｓ６）が行われ、その後、Ｓ７において、加工経路情報と加工条件を含むＮＣデータが作成される。

ここで、工具５がワークＷに接触する加工パターンについて、図４に示すように、（ａ）工具５の半球状の刃５ａの片側の側部付近のみがワークＷに接する側部加工パターンと、（ｂ）工具５の刃５ａの片側の先端付近のみがワークＷに接する先端加工パターンと、（ｃ）工具５の刃５ａが刃先中心線に対して均等にワークＷに接する均等加工パターンと、（ｄ）工具５の刃５ａの片側全部とその反対側の先端付近のみがワークＷに接するその他の加工パターン、の４種類の加工パターンに分類する。

工具５の負荷状態について、（ｃ）の均等加工パターンの場合が最も安定し、次に、（ａ）の側部加工パターンと（ｂ）の先端加工パターンの場合が安定、（ｄ）のその他の加工パターンの場合が最も不安定になる。つまり、加工精度については、（ｃ）の均等加工パターンで最も高くなり、（ａ）の側部加工パターンと（ｂ）の先端加工パターンではやや低下するものの、工具５の回転数を下げることにより対処できる。しかし、（ｄ）のその他の加工パターンでは、工具５の撓みやビビリ振動が発生し易く、ワークＷとの接触性（食いつき）が悪く、加工精度が低下し易い。

そして、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、Ｓ１の加工経路情報の計算処理とＳ２の加工経路情報の編集処理を行って加工経路情報を生成する際に、工具５がワークＷに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具５がワークＷに接触する加工パターンとして、（ａ）〜（ｃ）の何れかの加工パターンが設定され、つまりは、（ａ）〜（ｃ）の何れかの加工パターンとなるように、加工経路情報が生成される。

図５に示すように、例えば、成形品にリブを形成する金型を製造するためにワークＷに凹部Ｗａを形成する場合等、前記Ｓ１〜Ｓ４の処理を実行することにより、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、工具５で切削加工する加工領域のうち切削する深さｄが工具５の刃５ａの半径ｒ以上となる加工領域Ｗｂが抽出され、この加工領域Ｗｂの点群データが生成され、この点群データに基づいて、工具５がワークＷに接してから離れる迄の各加工経路区間が設定され、各加工経路区間毎に、加工パターンとして、（ａ）の側部加工パターンと（ｂ）の先端加工パターンと（ｃ）の均等加工パターンの何れかが設定される。こうした処理が第１ステップに相当するものである。尚、切削深さの幅が徐々に狭まる凹部Ｗｂでは、徐々に小径となる工具５を使用することになる。

図６に示すように、例えば、成形品にリブを形成する金型を製造するためにワークＷに凹部Ｗａを形成する場合等、９本の加工経路区間Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３が設定され、工具５は、上段の加工経路区間Ａ１１〜Ａ１３、中段の加工経路区間Ａ２１〜Ａ２３、下段の加工経路区間Ａ３１〜Ａ３３の順に移動して凹部Ｗａが形成されるが、各段における複数の加工経路区間を移動する順番を適切に設定することにより、（ａ）〜（ｃ）の加工パターンの何れかを確実に設定することができる。

即ち、図７に示すように、先ず、上段の中間の加工経路区間Ａ１２に沿って工具５を移動させることにより、この加工経路区間Ａ１２では（ｃ）の均等加工パターンとなり、次に、加工経路区間Ａ１２の両側の加工経路区間Ａ１１，Ａ１３に沿って工具５を移動させることにより、この加工経路区間Ａ１１，Ａ１３では（ａ）の側部加工パターンとなる。中段、下段の加工経路区間Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３についても同様である。そして、工具５の回転数について、（ｃ）の均等加工パターンの場合、例えば、２０００ｒｐｍに、（ａ）の側部加工パターンの場合、例えば、１４００ｒｐｍに設定されている。

次に、Ｓ６の加工条件の設定処理について、図８のフローチャート（Ｓｉ（ｉ＝３０、３１、３２・・・）は各ステップを示す）に基づいて詳細に説明する。尚、この加工条件の設定処理に第２，第３ステップが含まれている。
この加工条件設定処理が開始されると、先ず、Ｓ１〜Ｓ４で生成された加工経路情報と工具情報を含むＮＣデータが取り出される（Ｓ３０）。

次に、予め定めておいた基準となる型材質、硬度、工具Ｌ／Ｄ（工具突出し長さ／径）から、設定１刃切削量が計算される（Ｓ３１）。ここでは、１切削刃当たりの切削量ＶＢに対して、ワークＷの材料、硬度に対する係数Ｖ１及び工具のＬ／Ｄに対して段階的に数種類定めた係数のうち使用する工具５に対応する係数Ｖ２により、工具５の１切削刃の１回転当たりの切削量Ｖ（＝ＶＢ×Ｖ１×Ｖ２、以下、指定体積又は設定１刃体積Ｖともいう）が計算される。予め定めておく切削量ＶＢ、係数Ｖ１及びＶ２は、工具寿命及び加工時間の観点から最適な値になるようにする。

次に、ＮＣデータがオープンされ（Ｓ３２）、次に、ＮＣデータが１行読み込まれる（Ｓ３３）。次に、ファイルエンド、即ち、ＮＣデータの最終のデータか否か判定され（Ｓ３４）、ファイルエンドでない場合（Ｓ３４；No）、１構成点間が分割される（Ｓ３５）。このように、１構成点間により構成される各工具経路が複数の区分に区切られて、ワークＷに対して工具が接触してから離れるまでの工具軌跡が多数の区分に区切られる。例えば、図９に示すように、垂直移動区間では短い分割長さがセットされてＰ１→Ｐ12-1→Ｐ12-2→…→Ｐ２と分割され、垂直移動以外の区間では長めの分割長さがセットされてＰ１→Ｐ12-1→Ｐ２と分割される。

次に、素材形状データのうち、必要範囲の形状データが読み込まれる（Ｓ３６）。具体的には、計算に使用するための形状データの範囲（Ｘ−Ｙ座標）が使用メモリをオーバーしているか否か判定される。オーバーしている場合は不要な形状データが書き出され、例えば、図１０に示すように、計算に必要な形状データの範囲のみとして、ワーク素材形状の形状データが読み込まれる。こうして、メモリ上にヘッダー情報の他に要素マップ情報を付加することが容易になり、Ｚ座標値を効率的に取り出すことができる。

次に、円弧、Nurbs （Non-Uniform RationalB-Spline）補間が必要か否か判定される（Ｓ３７）。円弧、Nurbs 補間が必要な場合（Ｓ３７；Yes ）、指定トレランス値でその区間が更に分割される（Ｓ３８）。つまり、円弧、Nurbs 補間では、当該曲線区間が、分割点を直線で結んだ折れ線区間で近似され、複数の直線区間の集合とすることにより、体積（切削量）計算を容易にするものである。Ｓ３８の後、或いは、円弧、Nurbs 補間が必要でない場合には（Ｓ３７；Yes ）、次に、１構成点毎に工具接触位置から工具５の回転数が決められる（Ｓ３９）。

つまり、工具５がワークＷに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具５がワークに接触する加工パターンとして、前記均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかが設定されており、この加工パターンに基づいて、１構成点毎に工具５の回転数が決められる（Ｓ３９）。この場合、工具５の回転数は、均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定される。例えば、均等加工パターンの場合、２０００ｒｐｍ、側部加工パターンと先端加工パターンの場合、１４００ｒｐｍである。その後、ファイルエンドの場合には（Ｓ３４；Yes ）、Ｇ００間毎に、ＮＣデータが読み込まれ（Ｓ４１）、加工条件として回転数が選択され、Ｇ００区間毎の回転数が設定され（Ｓ４２）、その回転数が書き出される（Ｓ４３）。

次に、ＮＣデータが１行読み込まれ（Ｓ４４）、次に、ファイルエンド、即ち、ＮＣデータの最終のデータか否か判定される（Ｓ４５）。ファイルエンドでない場合（Ｓ４５；No）、指定コードか否か判定される（Ｓ４６）。指定コードは、ＮＣデータが座標データであることを示すデータであり、例えば、直線近似コードＧ１、円弧補間コードＧ２，Ｇ３、ＮＵＲＢＳ補間コードＧ６．２である。指定コードであるＮＣデータは、図１１に例示する構成点（●）の座標データであり、相互に隣接した１対の１構成点間が１つの工具経路区間を構成する。

指定コードでない場合（Ｓ４６；No）、指定コードでないコメント等のＮＣデータであればそのまま書き出され（Ｓ４７），Ｓ４４へリターンする。

指定コードでない場合（Ｓ４６；No）、工具５が垂直移動か否か判定される（Ｓ４８）。つまり、工具経路がワークＷの加工面に対して工具５が垂直になって前進送りされる垂直移動区間か否か判定される。Ｓ３５で例示したように、垂直移動の場合（Ｓ４８；Yes ）、垂直移動用の分割長さがセットされ（Ｓ４９）、垂直移動でない場合（Ｓ４８；No）、垂直移動用以外の分割長さがセットされる（Ｓ５０）。Ｓ４９又はＳ５０の後、１構成点間が分割される（Ｓ５１）。１構成点間により構成される各工具経路が複数の区分に区切られて、ワークＷに対して工具が接触してから離れるまでの工具軌跡が多数の区分に区切られる。

次に、Ｓ３６で例示したように、素材形状データのうち、必要範囲の形状データが読み込まれ（Ｓ５２）、次に、Ｓ３７〜Ｓ３９と同様に、円弧、Nurbs （Non-Uniform RationalB-Spline）補間が必要か否か判定され（Ｓ５３）、円弧、Nurbs 補間が必要な場合（Ｓ５３；Yes ）、指定トレランス値でその区間が更に分割され（Ｓ５４）、Ｓ５４の後、或いは、円弧、Nurbs 補間が必要でない場合には（Ｓ５３；Yes ）、次に、１区間の加工体積Ｘが計算される（Ｓ５５）。ここで、分割された１区間の加工体積（必要切削量）Ｘが工具経路と素材形状の形状データとに基づいて計算される。図１２に示すように始点と終点とに高低差がある傾斜した区間では、図１３に示すようにこれを階段状に分割し、各段Ｗｂの素材形状のＺ座標値と加工後のＺ座標値との差に各段Ｗｂの平面積を乗じ、それらの総和で加工体積Ｘを近似する。

次に、ＮＣデータが切削後( 加工後) の形状データに変更される（Ｓ５６）。この変更された形状データは、その工具経路に対してさらに別の工具で切削加工する場合の送り速度設定用のデータとなる。次に、Ｇ００区間毎に回転数が変更される（Ｓ５７）。次に、１刃が指定体積になる送り速度Ｆが求められる（Ｓ５８）。この場合、Ｖ：設定１刃体積（mm³ ）、Ｓ：回転数（rpm ）、Ｅ：刃数（枚）、Ｌ：区間長さ（mm）、Ｘ：１区間当たりの加工体積（mm³ ）とした場合、Ｆ＝Ｖ×Ｓ×Ｅ×Ｌ／Ｘで計算される。次に、計算Ｆ値＜ＭＡＸ値か否か判定される（Ｓ５９）。

計算Ｆ値＜ＭＡＸ値でない場合（Ｓ５９；No）、つまり、計算Ｆ値がＭＡＸ値以上の場合、計算Ｆ値がＭＡＸ値に設定される（Ｓ６０）。これは、工具の耐久性又はＮＣ工作機械１の仕様の観点から送り速度Ｆに制限を加えるものである。Ｓ６０の後、或いは、計算Ｆ値＜ＭＡＸ値の場合には（Ｓ５９；Yes ）、次に、垂直移動区間の送り減速が設定される（Ｓ６１）。従って、垂直移動区間では上述の各分割位置で送り速度Ｆが減速補正されることにより、段階的に送り速度Ｆが遅くなるため、工具がワークＷの加工面に対して高い速度で垂直に突っ込んで破損することが避けられる。

次に、計算Ｆ値＞ＭＩＮ値か否か判定される（Ｓ６２）。計算Ｆ値＞ＭＩＮ値でない場合（Ｓ６２；No）、つまり、計算Ｆ値がＭＩＮ値以下の場合、計算Ｆ値がＭＩＮ値に設定される（Ｓ６３）。これは、送り速度Ｆが遅すぎる場合にはＮＣ工作機械１に振動を生ずるおそれがあるためである。Ｓ６３の後、或いは、計算Ｆ値＞ＭＩＮ値の場合には（Ｓ６２；Yes ）、次に、１つ前のＦ値に対するＦ値変化率が計算される（Ｓ６4 ）。次に、Ｆ値維持範囲（設定値）が読み込まれ（Ｓ６５）、Ｆ値変化率がＦ値維持範囲か否か判定される（Ｓ６６）。Ｆ値変化率がＦ値維持範囲の場合には（Ｓ６６；Yes ）、Ｆ値が１つ前の値に（維持）設定され（Ｓ６７）、Ｆ値変化率がＦ値維持範囲でない場合には（Ｓ６６；No）、Ｆ値が計算Ｆ値に設定される（Ｓ６８）。

ここで、当該区間の１つ前の区間に対して与えられた送り速度Ｆとの関係で送り速度Ｆを補正して置き換える。すなわち、図１４に示すように、１つ前の区間Ｐ０→Ｐ１に与えられ送り速度をＦ０、当該区間Ｐ１→Ｐ２について計算された送り速度をＦＣとするとき、その変化率Ｋ＝ΔＦ01／Ｆ０（但しΔＦ01＝Ｆ０−ＦＣ）が所定値Ｋｏ以上であるときは、当該区間の送り速度Ｆ１として計算値ＦＣを与えるが、所定値Ｋｏよりも小さいときは、当該区間の送り速度Ｆ１として１つ前の区間の送り速度Ｆ０を与えるものである。これにより、送り速度制御が煩雑になること、機械の動きがぎこちなくなることを避け、安定した加工を行うことができるようになる。

所定値Ｋｏは、１つ前の区間Ｐ０→Ｐ１について与えられた送り速度Ｆ０が高くなるほど大きくする。これにより、送り速度Ｆが高い箇所（切削負荷が低い箇所）では、送り速度Ｆが求められた値と多少違っても、切削負荷は大きく変わらないから、これを無視することになり、かえって送り速度Ｆの変動が防止されるから、加工の安定性の確保に有利になる。一方、送り速度Ｆが低い箇所（切削負荷が高い箇所）では、計算で求められた送り速度Ｆの変化に対応させて、送り速度Ｆを細かく制御することになり、これにより、切削刃に過大負荷が加わることを避けることができる。尚、Ｓ５８〜Ｓ６９が第３ステップに相当する。

Ｓ６７又はＳ６８の後、１構成点区間の送り値が保存される（Ｓ６９）。次に、指定コード別のＮＣデータが書き出され（Ｓ７０）、Ｓ４４へリターンする。各構成点間にＧコードが付され、Ｇコード別に工具の送り速度Ｆのデータを含むＮＣデータの書き出しが行われる。このとき、座標データでないＮＣデータも合わせて書き出される。その後、ファイルエンドの場合には（Ｓ４５；Yes ）、切削後形状のデータが書き出され（Ｓ７１）、最後に、ＮＣデータがクローズされ（Ｓ７２）、終了する。

以上説明した工作機械の加工条件設定方法によれば次の作用・効果を奏する。
ワークＷに対する工具５の加工経路情報を生成する際に、各加工経路区間毎に、工具５が複数の加工経路区間を移動する順番を設定することにより、加工パターンとして均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかを設定することができる。ここで、本願発明者による検証結果等から、均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が、工具５の負荷状態が不安定であり、撓みやビビリ振動が発生し易く、ワークＷとの接触性が悪く、加工精度が低下し易い、ということがわかっており、それ故、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に、工具５の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定することで、側部加工パターンと先端加工パターンになる加工経路区間において、工具５の撓みやビビリ振動の発生を抑制し、ワークＷとの接触性を良くし、加工精度を向上させることができ、それ故、工具５の耐久性を高めることができる。

また、均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンよりも、加工精度が低下する他の加工パターンを設定しないようにすることができる。そして、前記のように設定された工具５の回転数を用いて、工具５の切削負荷が過大にならないように、且つ、加工効率を高め得るように、工具５の送り速度を設定できる。こうして、加工精度の低下、工具５の耐久性の低下が起こらないように、加工経路情報を生成し、各加工経路区間毎に工具５の回転数と工具５の送り速度を含む加工条件を適切に且つ簡単に確実に設定でき、加工経路情報の生成と加工条件の設定の為に要する時間を短縮できる。結局、加工精度と加工効率の向上の両立を実現可能になる。

工具５が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する際に、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、工具５で切削加工する加工領域のうち切削する深さが工具５の刃５ａの半径以上となる加工領域を抽出し、この加工領域の点群データを生成し、この点群データに基づいて各加工経路区間を設定するので、切削する深さが工具５の刃５ａの半径以上となる加工領域を自動的に容易に抽出することができ、しかも、加工精度の低下、工具５の耐久性の低下が起こらないように、この加工領域の加工経路情報を確実に生成し、均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかに対応する適切な加工条件を簡単に確実に設定することができる。

工具５の１つの刃５ａの１回転当たりのワーク切削量が予め設定された切削量となるように、送り速度を設定するので、工具５の切削負荷を全体的に同じにすることができ、加工効率を高めつつも、工具５の切削負荷を安定させ耐久性を高めることが可能になる。工具５がボールエンドミルであるので、自動車のボディをプレス成形する金型等、自由曲面を多くもつワークＷを確実に切削加工する場合でも、各加工経路区間毎に、加工パターンとして均等加工パターンと先端加工パターンと側部加工パターンの何れかを確実に設定できる。

ここで、ＮＣ工作機械１によりワークＷを切削加工する際の工具５の回転数と送り速度を含む加工条件を設定する処理を情報処理装置（ＣＡＭシステム３）で実行させる為のプログラム、つまり、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークＷに対する工具５の加工経路情報を生成する際に、工具５がワークＷに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具５がワークＷに接触する加工パターンとして、工具５の刃５ａが刃先中心線に対して均等にワークＷに接する均等加工パターンと、工具５の刃５ａの片側の先端付近のみがワークＷに接する先端加工パターンと、工具５の刃５ａの片側の側部付近のみがワークＷに接する側部加工パターンの何れかが設定されるように、工具５が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する第１ルーチンと、次に、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に工具５の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定する第２ルーチンと、次に、各加工経路区間毎に工具５の送り速度を設定する第３ルーチンとを備えた加工条件設定プログラムについては、インターネット等の各種通信手段を介して情報処理手段に供給でき、また、フレシキブルディスク、ＣＤ等の各種記録媒体に記録して情報処理手段に供給でき、その情報処理手段で加工条件設定プログラムを起動させて、前記と同様の効果を奏する。

尚、工具５の回転数を設定する場合、前記実施例のように、先端加工パターンと側部加工パターンを同じ回転数に設定する他に、先端加工パターンと側部加工パターンを異なる回転数に設定するようにしてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加して実施可能である。

本発明の実施形態に係る工作機械の制御装置の構成を示すブロック図である。ＣＡＭシステムでの処理の流れを示すフローチャート図である。事前荒加工経路発生領域処理のフローチャートである。分類された加工パターンを示す図である。工具でワークの穴部を切削する場合の説明図である。図５の場合の工具経路を示す図である。図６の場合の工具の加工パターンと回転数を示す図である。加工情報を設定する為の処理のフローチャートである。工具の垂直移動区間及び他の移動区間の分割態様を示す説明図である。エリアマップの一部を示す図である。工具及びＮＣデータ構成点を示す説明図である。同実施形態の形状データの一部を示す図である。傾斜部の加工体積（必要切削量）の計算方法の説明図である。同実施形態の送り速度Ｆの補正の説明図である。

Ｗワーク
１ＮＣ工作機械
３ＣＡＭシステム
５工具（ボールエンドミル）
５ａ刃

Claims

工作機械によりワークを切削加工する際の工具の回転数と送り速度を含む加工条件を情報処理装置を用いて設定する方法において、
加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、工具がワークに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具がワークに接触する加工パターンとして、工具の刃が刃先中心線に対して均等にワークに接する均等加工パターンと、工具の刃の片側の先端付近のみがワークに接する先端加工パターンと、工具の刃の片側の側部付近のみがワークに接する側部加工パターンの何れかが設定されるように、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する第１ステップと、
次に、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に工具の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定する第２ステップと、
次に、各加工経路区間毎に工具の送り速度を設定する第３ステップと、
を備えたことを特徴とする工作機械の加工条件設定方法。
前記第１ステップにおいて、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する際に、加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、工具で切削加工する加工領域のうち切削する深さが工具の刃の半径以上となる加工領域を抽出し、この加工領域の点群データを生成し、この点群データに基づいて各加工経路区間を設定することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の加工条件設定方法。
前記第３ステップにおいて、工具の１つの刃の１回転当たりのワーク切削量が予め設定された切削量となるように、前記送り速度を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の加工条件設定方法。
前記工具がボールエンドミルであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の工作機械の加工条件設定方法。
工作機械によりワークを切削加工する際の工具の回転数と送り速度を含む加工条件を設定する処理を情報処理装置で実行させる為のプログラムにおいて、
加工前後のワーク形状情報と工具情報とに基づいて、ワークに対する工具の加工経路情報を生成する際に、工具がワークに接触してから離れる迄の各加工経路区間毎に、工具がワークに接触する加工パターンとして、工具の刃が刃先中心線に対して均等にワークに接する均等加工パターンと、工具の刃の片側の先端付近のみがワークに接する先端加工パターンと、工具の刃の片側の側部付近のみがワークに接する側部加工パターンの何れかが設定されるように、工具が複数の加工経路区間を移動する順番を設定する第１ルーチンと、
次に、各加工経路区間毎に設定された加工パターンに基づいて、各加工経路区間毎に工具の回転数を均等加工パターンよりも側部加工パターンと先端加工パターンの方が低回転数になるように設定する第２ルーチンと、
次に、各加工経路区間毎に工具の送り速度を設定する第３ルーチンと、
を備えたことを特徴とする工作機械の加工条件設定プログラム。
請求項５の加工条件設定プログラムを記録したことを特徴とする工作機械の加工条件設定プログラムを記録した記録媒体。