JP5142880B2

JP5142880B2 - 加工パラメータ最適化装置、加工パラメータ最適化方法およびプログラム

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Publication number: JP5142880B2
Application number: JP2008202646A
Authority: JP
Inventors: 義正桑野; 良彦山田; 俊之沖田
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: JTEKT Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: US8200360B2; US20100036519A1; EP2154589A3; EP2154589B1; JP2010036309A; EP2154589A2

Description

本発明は、金型等の加工解析に関し、特に、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリング等に関する加工パラメータの最適化を行う加工パラメータ最適化装置、加工パラメータ最適化方法およびプログラムに関する。

従来、ＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）オペレータは、経験や勘を頼りにして、工具やホルダが製品形状に対して干渉の起こりにくい工具軸姿勢、ツーリング、及び加工領域など（以下、加工データを生成するためのこれらのパラメータを、「加工パラメータ」と総称することにする。）を設定していた。これに対して、ＣＡＭは、設定された加工パラメータを基に、工具経路を決定し、加工データを生成する。生成された加工データに対しては、ＮＣ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌ）シミュレータなどを用いて干渉の検証が行われる。干渉が起こる場合、ＣＡＭオペレータは、再度、経験や勘を頼りにして、工具軸姿勢、ツーリング、及び加工領域などを変更することを繰り返していた。

こうした経験や勘を頼りにする方法は、熟練したＣＡＭオペレータしか行うことができない。そこで、本発明者らは、例えば、３軸加工において、最適なツーリングを決定する仕組み（特許文献１参照）、加工工程を決定する仕組み（特許文献２参照）などを考案した。また、加工領域を特定部位に限定した後、指定したツーリングに適した干渉の無い工具軸姿勢を自動決定し、ＣＡＭオペレータの思考作業を支援する手法（特許文献３参照）も考案されている。
特開平０９−１７９６２０号公報特開平１１−２３５６４６号公報特開２００７−１７２３００号公報

しかしながら、従来のように、人の思考に頼った作業方法では、熟練者でない限り、設定したツーリングは製品形状に干渉する危険性が高く、前述のとおり、実際の加工前にＮＣシミュレータなどを用いた干渉検証が必要である。そして、干渉が発見されたときの手戻りが大きいため、作業者の負荷が極めて高い。更に、繰り返し作業を減らすために工具突き出し量を大きくしてしまうと、ツーリングの剛性が低くなって能率の高い加工を実現することはできなくなる。

また、特許文献１に記載のツーリングを決定する仕組み、及び特許文献２に記載の加工工程を決定する仕組みでは、例えば、干渉しやすい深い立ち壁形状を有する製品形状に対しては、工具突き出し量が大きくなってしまい、加工能率が低下してしまうという課題がある。

更に、特許文献３に記載の仕組みでは、ツーリングを初期値として与えなければならないため、製品形状に干渉しない範囲で最も剛性の高いツーリングを自動決定することはできない。また、特許文献３に記載の仕組みでは、製品形状に対する干渉検出であって、加工中に刻々と変化するワーク形状に対する干渉検出はできないことから、製品形状とワーク形状との差が大きい荒加工には適用することができない。

以上のとおり、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定し、加工能率が高い加工データを生成するという課題は解決されていない。

本発明の目的は、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定する加工パラメータ最適化装置等を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定手段と、決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定手段と、決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成手段と、前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定手段と、を具備し、少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、前記工具軸姿勢決定手段は、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化装置である。第１の発明に係る加工パラメータ最適化装置を用いることによって、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定することができる。

第１の発明における前記干渉危険領域決定手段は、例えば、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、前記干渉危険領域決定手段は、横の長さＤを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をＬとしたときにＬ／Ｄの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定する。所定のホルダおよび工具は、実際の加工に用いる可能性のあるホルダおよび工具の形状よりも大きなものを選択することで、干渉する可能性を極めて低くすることができる。

また、第１の発明における前記ツーリング決定手段は、例えば、前記工具軸姿勢決定手段によって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定する。工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することで、それぞれの工具軸姿勢に最適なツーリングでワークを加工することができる。

また、第１の発明に係る加工パラメータ最適化装置は、決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出手段、を更に具備することが望ましい。

また、第１の発明における前記ツーリング決定手段は、例えば、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定手段、前記干渉危険領域決定手段、前記仮想ホルダ生成手段、前記加工残り領域抽出手段を加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成手段によって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定する。これによって、特定の工程内において、工具交換の必要がなく、加工効率が上がる。

第２の発明は、一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定ステップと、決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定ステップと、決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成ステップと、前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定ステップと、を含み、少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、前記工具軸姿勢決定ステップは、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化方法である。第２の発明に係る加工パラメータ最適化方法を実現するコンピュータを用いることによって、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定することができる。

第２の発明における前記干渉危険領域決定ステップは、例えば、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、前記干渉危険領域決定ステップは、横の長さＤを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をＬとしたときにＬ／Ｄの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定する。

また、第２の発明における前記ツーリング決定ステップは、例えば、前記工具軸姿勢決定手段によって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定する。工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することで、それぞれの工具軸姿勢に最適なツーリングでワークを加工することができる。

また、第２の発明に係る加工パラメータ最適化方法は、決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出ステップ、を更に含むことが望ましい。

また、第１の発明における前記ツーリング決定ステップは、例えば、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定ステップ、前記干渉危険領域決定ステップ、前記仮想ホルダ生成ステップ、前記加工残り領域抽出ステップを加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成ステップによって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定する。これによって、特定の工程内において、工具交換の必要がなく、加工効率が上がる。

第３の発明は、コンピュータを第１の発明に係る加工パラメータ最適化装置として機能させるプログラムである。

本発明により、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定する加工パラメータ最適化装置等を提供することができる。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る加工パラメータ最適化装置１を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図１のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。

加工パラメータ最適化装置１は、制御部３、記憶部５、メディア入出力部７、通信制御部９、入力部１１、表示部１３、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５等が、バス１７を介して接続される。

制御部３は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等で構成される。

ＣＰＵは、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１７を介して接続された各装置を駆動制御し、加工パラメータ最適化装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部５、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部３が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶部５は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部３が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部３により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。

メディア入出力部７（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。

通信制御部９は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク１９間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク１９を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。

入力部１１は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１１を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。

表示部１３は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。

周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１５は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１５を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１５は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。

バス１７は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。

次に、図２を参照しながら、加工パラメータ最適化装置１の機能の概要について説明する。図２は、加工パラメータ最適化装置１の概略構成図である。

加工パラメータ最適化装置１は、工具軸姿勢決定手段２１、干渉危険領域決定手段２３、加工シミュレーション手段２５、非干渉ツーリング決定手段２７、加工残り領域抽出手段２９、設備ＤＢ（データベース）３１、形状ＤＢ（データベース）３３、領域ＤＢ（データベース）３５、ツーリングＤＢ（データベース）３７等を備える。加工パラメータ最適化装置１は、これらの機能によって、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化する。

工具軸姿勢決定手段２１は、一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する。本発明の実施の形態では、５軸加工のように工具軸姿勢を変更できるＮＣ工作機械によって加工することを想定している。工具軸姿勢決定手段２１は、オペレータが入力部１１等を介して工具軸姿勢を指定するインタフェースであっても良いし、加工パラメータ最適化装置１が製品形状などの情報から加工に適した複数の工具軸姿勢を自動的に決定するものであっても良い。工具軸姿勢決定手段２１の一例は、図３の説明にて後述する。

干渉危険領域決定手段２３は、決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する。干渉危険領域決定手段２３は、例えば、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中にホルダとワーク、工具とワークの干渉が起こる可能性がある領域を特定する。干渉危険領域決定手段２３の詳細は、図４から図７の説明にて後述する。

加工シミュレーション手段２５は、決定された工具軸姿勢ごとに、干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、干渉が起こらない仮想ホルダを生成する。加工シミュレーション手段２５の詳細は、図８、図９の説明にて後述する。

非干渉ツーリング決定手段２７は、仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定する。非干渉ツーリング決定手段２７の詳細は、図１０、図１１の説明にて後述する。

加工残り領域抽出手段２９は、決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する。

設備ＤＢ３１は、工具データ４１、ホルダデータ４２等を保持する。工具データ４１は、工具の寸法等の情報を含み、事前に登録されているものである。工具の寸法は、例えば、工具径や刃長等である。ホルダデータ４２は、ホルダの寸法等の情報を含み、事前に登録されているものである。ホルダの寸法は、例えば、ホルダ径等である。

形状ＤＢ３３は、製品形状データ４３、ワーク形状データ４４等を保持する。製品形状データ４３は、製品としての金型の形状等の情報を含み、事前に登録されているものである。ワーク形状データ４４は、加工シミュレーション手段２５による処理結果として登録されるものである。

領域ＤＢ３５は、干渉危険領域データ４５、加工残り領域データ４６等を保持する。干渉危険領域データ４５は、加工中に干渉が起こる可能性がある領域等の情報を含み、干渉危険領域決定手段２３による処理結果として登録されるものである。加工残り領域データ４６は、加工残り領域抽出手段２９による処理結果として登録されるものである。

ツーリングＤＢ３７は、仮想ホルダデータ４７、非干渉ツーリングデータ４８等を保持する。仮想ホルダデータ４７は、所定の工具およびホルダを基に生成した初期値として事前に登録されるもの、及び加工シミュレーション手段２５による処理結果として登録されるものである。

以下、図３から図１１を参照しながら、図２に示した工具軸姿勢決定手段２１、干渉危険領域決定手段２３、加工シミュレーション手段２５、非干渉ツーリング決定手段２７の詳細について説明する。各機能の説明の冒頭には、例えば、＜工具軸姿勢決定手段２１＞のように見出しを付すこととする。尚、図３から図１１では、製品形状、工具、ホルダ等を２次元として図示しているが、実際には３次元である。特に、製品形状の表面をある平面に射影したイメージで図示しているが、実際には３次元の曲面である。

＜工具軸姿勢決定手段２１＞
最初に、図３を参照しながら、工具軸姿勢決定手段２１の詳細について説明する。図３は、工具軸姿勢の設定を説明する図である。図３に示すように、工具軸姿勢決定手段２１は、複数の工具軸姿勢（ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）、（ｉ_２，ｊ_２，ｋ_２）、・・・、（ｉ_ｎ，ｊ_ｎ，ｋ_ｎ）を設定する。

以下、工具軸姿勢決定手段２１の一例として、製品形状の表面を微小な三角平面（「ポリゴン」ともいう。）によって構成したモデルを考え、三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を利用して工具軸姿勢を決定する手順について説明する。

（ステップａ）制御部３は、工具軸姿勢を示す方向余弦Ｔ（ｉ，ｊ，ｋ）を定義する。具体的には、ｉ＝ｓｉｎβ・ｓｉｎα、ｊ＝ｓｉｎβ・ｃｏｓα、ｋ＝ｃｏｓβ（但し、０°≦α≦３６０°、０°≦β≦９０°）とし、αおよびβを５°間隔で段階的に変更し、離散的な方向余弦群｛Ｔ（ｉ，ｊ，ｋ）：α＝０°、５°、・・・、３６０°、β＝０°、５°、・・・、９０°｝を定義する。以下、α、βのときの工具軸姿勢をＴ_αβと記載する。

（ステップｂ）制御部３は、製品形状の表面（加工面全体）を微小な三角平面の多面体によって表現する。多面体の各三角平面は、方向が三角平面の法線方向、長さが三角平面の面積を持つベクトルである三角ベクトルＶ_ｉとして定義する。

（ステップｃ）制御部３は、工具軸姿勢Ｔ_αβ、三角ベクトルＶ_ｉの内積Ｔ_αβ・Ｖ_ｉを算出し、算出した値が正の場合には、算出した値を内積判定値Ｎ^（１） _αβに加える。この処理は、工具軸姿勢Ｔ_αβごとに、製品形状全体にわたって、すなわち全ての三角ベクトルＶ_ｉに対して行う。従って、内積判定値^（１）Ｎ_αβは、工具軸姿勢Ｔ_αβごとに、値が正である内積Ｔ_αβ・Ｖ_ｉの値の総和となる。

（ステップｄ）制御部３は、全ての工具軸姿勢Ｔ_αβに対してステップｃを行い、工具軸姿勢ごとの内積判定値Ｎ^（１） _αβを算出する。

（ステップｅ）制御部３は、内積判定値Ｎ^（１） _αβの降順に工具軸姿勢Ｔ_αβを整列し、工具軸姿勢Ｔ_αβの順位を付ける。

（ステップｆ）制御部３は、内積判定値^（１）Ｎ_αβが最大の工具軸姿勢Ｔ_αβを１番目の工具軸姿勢Ｔ１と決定する。

（ステップｇ）制御部３は、Ｔ１を除く工具軸姿勢Ｔ_αβに対して、工具軸姿勢Ｔ_αβ、三角ベクトルＶ_ｉの内積Ｔ_αβ・Ｖ_ｉを算出し、Ｔ_αβ・Ｖ_ｉ＞Ｔ１・Ｖ_ｉを満たす場合には、算出した値を内積判定値Ｎ^（２）Ｎ_αβに加える。この処理は、工具軸姿勢Ｔ_αβごとに、製品形状全体にわたって、すなわち全ての三角ベクトルＶ_ｉに対して行う。従って、内積判定値^（２）Ｎ_αβは、工具軸姿勢Ｔ_αβごとに、Ｔ_αβ・Ｖ_ｉ＞Ｔ１・Ｖ_ｉを満たす内積Ｔ_αβ・Ｖ_ｉの値の総和となる。

（ステップｈ）制御部３は、Ｔ１を除く全ての工具軸姿勢Ｔ_αβに対してステップｇを行い、工具軸姿勢ごとの内積判定値Ｎ^（２） _αβを算出する。

（ステップｉ）制御部３は、内積判定値Ｎ^（２） _αβの降順に工具軸姿勢Ｔ_αβを整列し、工具軸姿勢Ｔ_αβの順位を付ける。

（ステップｊ）制御部３は、内積判定値^（２）Ｎ_αβが最大の工具軸姿勢Ｔ_αβを２番目の工具軸姿勢Ｔ２と決定する。

（ステップｋ）制御部３は、Ｔ２を決定したステップｇからステップｊ、と同様に、Ｔ_αβ・Ｖ_ｉ＞Ｔｎ・Ｖ_ｉ（ｎは決定する工具軸姿勢の番号を表す。）を満たす内積Ｔ_αβ・Ｖ_ｉが一つも存在しなくなるまで、工具軸姿勢Ｔ３、・・・、Ｔｎ、・・・を決定していく。Ｔ_αβ・Ｖ_ｉ＞Ｔｎ・Ｖ_ｉを満たす内積Ｔ_αβ・Ｖ_ｉが一つも存在しなくなった場合、制御部３は、工具軸姿勢の決定を終了する。

以上、工具軸姿勢決定手段２１の一例について説明したが、本発明の実施の形態は、この例に限定されるものではない。

＜干渉危険領域決定手段２３＞
次に、図４から図７を参照しながら、干渉危険領域決定手段２３の詳細について説明する。図４は、干渉テンプレート５３の一例を示す図である。図４は、干渉テンプレート５３を側面から見た図である。干渉テンプレート５３は、例えば、円錐の先端に対して鉛直方向に針を組み合わせた形状である。但し、干渉テンプレート５３は、他の形状でも良く、所定のホルダおよび工具を基に、所定のホルダおよび工具の上下を反転した形状に近いものであれば良い。例えば、円錐は、角錐であっても良い。

ここで、干渉テンプレート５３の大きさについて説明する。最初に、例えば、所定のツーリングを決定する。所定のツーリングとは、例えば、ホルダの横の長さ（＝ホルダ径）Ｄを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をＬとしたときに、例えば、Ｌ／Ｄ＝（基準値）（Ｌ／Ｄは剛性の高低の程度を示す指標である。基準値は、例えば６である。）を満たす工具、の組合せとする。そして、干渉テンプレート５３は、決定された所定のツーリングに対して、ホルダを包含する大きさの円錐、および工具の先端の位置と針の先端の位置とが一致する長さの針（針は工具の中心線を通る。）、を組み合わせて、上下を反転させたものとする。すなわち、干渉テンプレート５３は、ホルダ径、及び指標Ｌ／Ｄの値を与えることで、大きさが決定される。ホルダ径の値は、望ましくは、ホルダデータ４２に含まれるホルダの中で使用工具に適合した最も大きいものを与える。

図５は、製品座標系における工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３を示す図である。図５に示すように、製品座標系では、製品形状５２の方向は一意に定まる。そして、一つの工具軸姿勢（ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）を選択すると、工具５１の方向が決定し、工具５１の方向、すなわち工具軸姿勢（ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）と、干渉テンプレート５３の方向、すなわち針の方向とを一致させることで、製品座標系における工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３の方向が定まる。

図６は、工具軸座標系における工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３を示す図である。図５に示す状態から、選択した一つの工具軸姿勢（ｉ_１，ｊ_１，ｋ_１）がＺ軸プラス方向となるように、工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３の方向を相対的に変換すると、工具軸座標系における工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３の方向が定まる。

尚、製品座標系から工具軸座標系への変換は、形状表現方法としてＺマップ法を採用した場合における特有の処理である。ここで、Ｚマップ法とは、表現する形状を含む３次元空間のＸＹ平面を枡目状に分割し、枡目ごとに１つのＺ方向の形状表面値（Ｚ値）を持つことで、形状の全体像を表す方法である。他の形状表現方法を採用する場合、製品座標系から工具軸座標系への変換は、必ずしも必要な処理ではない。

図７は、干渉危険領域決定手段２３の処理を説明する図である。図７は、前述した図６に示す製品形状５２に対して、逆オフセット法と同様の考え方によって、干渉危険領域５４を決定する干渉危険領域決定手段２３の処理を示している。最初に、制御部３は、製品形状５２の表面上を干渉テンプレート５３の針の先端部分がトレースするように干渉テンプレート５３を移動させ、干渉テンプレート５３の移動の軌跡データをＲＡＭ上のワークメモリ領域に格納する。次に、制御部３は、ワークメモリ領域に格納した軌跡データの円錐群に含まれる領域を干渉危険領域として定めて、記憶部５上の領域ＤＢ３５に干渉危険領域データ４５として格納する。図７に示す例では、表示の都合上、包絡面を太線で示しており、太線を基準としてＺｍ軸マイナス方向の領域が干渉危険領域５４となる包絡面の内部領域である。

＜加工シミュレーション手段２５＞
次に、図８、図９を参照しながら、加工シミュレーション手段２５の詳細について説明する。図８は、仮想ホルダ５５の一例を示す図である。図８に示す仮想ホルダ５５は、初期設定値の仮想ホルダデータ４７としてツーリングＤＢ３７に登録されているものである。また、図９は、仮想ホルダ５５のうち干渉により除去する箇所を説明する図である。図９に示すワーク形状５７は、製品形状５２に加えて、斜線で示す加工中の形状も含む。

加工シミュレーション手段２５は、決定された工具軸姿勢ごとに、干渉危険領域が含まれない加工領域（＝特定の工具軸姿勢によって加工する領域）を決定し、図８に示す仮想ホルダ５５を工具５１に設定し、決定した加工領域に対する加工シミュレーションを行う。

図８に示す仮想ホルダ５５は、通常、設備ＤＢ３１が保持する任意のホルダデータ４２に係るホルダよりも大きく設定する。そして、加工シミュレーション手段２５は、図９に示すように、仮想ホルダ５５とワーク形状５７とが干渉した場合、仮想ホルダ５５の干渉する箇所を逐次除去する。そして、加工シミュレーション手段２５は、除去されずに残った箇所を、干渉が起こらない仮想ホルダ５５に係る仮想ホルダデータ４７として、記憶部５上のツーリングＤＢ３７に格納する。

＜非干渉ツーリング決定手段２７＞
次に、図１０、図１１を参照しながら、非干渉ツーリング決定手段２７の詳細について説明する。図１０は、選択可能なツーリングを示す図である。図１１は、決定したツーリングを示す図である。

非干渉ツーリング決定手段２７は、例えば、図１０に示すホルダＡ５６ａ、ホルダＢ５６ｂ、ホルダＣ５６ｃの中から、図１０に示す仮想ホルダ５５に包含され、かつ最も剛性の高いツーリングを決定する。図１０に示す例では、ホルダの選択肢しか図示していないが、工具５１についても設備ＤＢ３１に格納されている工具データ４１を参照し、最適なものを選択する。

非干渉ツーリング決定手段２７は、例えば、ホルダに工具を取り付けたときに最も曲げ剛性が高い組合せとすることで、最も剛性の高いツーリングを決定し、非干渉ツーリングデータ４８として、記憶部５上のツーリングＤＢ３７に格納する。尚、図１０に示す仮想ホルダ５５の形状は、加工シミュレーション手段２５によって、ワーク形状５７と干渉する箇所が削除されていることから、残った形状に含まれるようなツーリングが干渉を起こすことはない。

次に、図１２を参照しながら、本発明の実施の形態に係る加工パラメータ最適化装置１を用いた実施例について説明する。図１２は、実施例に係るフローチャートを示す図である。本実施例は、３軸全体荒加工、３軸局部荒加工、５軸局部荒加工の順に金型等を加工する場合のシミュレーションである。

図１２に示すように、加工パラメータ最適化装置１の制御部３は、３軸全体荒加工シミュレーションを行う（ステップ１０１）。ステップ１０１では、制御部３は、工具５１を製品形状５２全体について干渉を起こすことなく加工できる大径のものと決定し、更に工具軸姿勢をＺ軸方向と決定し、全体の荒加工シミュレーションを行う。そして、制御部３は、加工領域の決定、及び仮想ホルダ５５の生成を行う。ステップ１０１では、制御部３は、加工シミュレーション手段２５によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、非干渉ツーリングの生成を行う（ステップ１０２）。ステップ１０２では、制御部３は、ステップ１０１で生成した仮想ホルダ５５を基に、大径の工具５１であって、かつ干渉を起こさないツーリングを生成する。ステップ１０２では、制御部３は、非干渉ツーリング決定手段２７によって、処理を実行する。ステップ１０２で生成するツーリングは、３軸全体荒加工に用いるものである。

次に、制御部３は、加工残り領域の抽出を行う（ステップ１０３）。ステップ１０３では、制御部３は、ステップ１０１における加工残りを抽出する。ステップ１０３では、制御部３は、加工残り領域抽出手段２９によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、３軸姿勢の干渉危険領域の生成を行う（ステップ１０４）。ステップ１０４では、制御部３は、工具軸姿勢がＺ軸方向の干渉テンプレート５３を用いて、干渉危険領域を生成する。ステップ１０４では、制御部３は、干渉危険領域決定手段２３によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、３軸局部加工シミュレーションを行う（ステップ１０５）。ステップ１０５では、制御部３は、ステップ１０４において生成した干渉危険領域を避けながら、ステップ１０３において抽出した加工残り領域に対して、工具５１を小径のものに決定し、更に工具軸姿勢をＺ軸方向と決定し、局部の荒加工シミュレーションを行う。そして、制御部３は、加工領域の決定、及び仮想ホルダ５５の生成を行う。ステップ１０５では、制御部３は、加工シミュレーション手段２５によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、非干渉ツーリングの生成を行う（ステップ１０６）。ステップ１０６では、制御部３は、ステップ１０５で生成した仮想ホルダ５５を基に、小径の工具であって、かつ干渉を起こさないツーリングを生成する。ステップ１０６では、制御部３は、非干渉ツーリング決定手段２７によって、処理を実行する。ステップ１０６で生成するツーリングは、３軸局部荒加工に用いるものである。

次に、制御部３は、加工残り領域の抽出を行う（ステップ１０７）。ステップ１０７では、制御部３は、ステップ１０５における加工残りを抽出する。ステップ１０７では、制御部３は、加工残り領域抽出手段２９によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、工具軸姿勢の設定を行う（ステップ１０８）。ステップ１０８では、制御部３は、既に設定した工具軸姿勢と異なるものを、ステップ１０９からステップ１１２の処理に用いる工具軸姿勢として設定する。ステップ１０８では、制御部３は、工具軸姿勢決定手段２１によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、５軸姿勢の干渉危険領域の生成を行う（ステップ１０９）。ステップ１０９では、制御部３は、ステップ１０８において設定した工具軸姿勢によって干渉テンプレート５３を設定し、干渉危険領域を生成する。ステップ１０９では、制御部３は、干渉危険領域決定手段２３によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、５軸局部荒加工シミュレーションを行う（ステップ１１０）。ステップ１１０では、制御部３は、ステップ１０９において生成した干渉危険領域を避けながら、ステップ１０７において抽出した加工残り領域に対して、工具５１を小径のものに決定し、ステップ１０８において設定した工具姿勢によって、局部の荒加工シミュレーションを行う。そして、制御部３は、加工領域の決定、及び仮想ホルダ５５の生成を行う。ステップ１１０では、制御部３は、加工シミュレーション手段２５によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、加工残り領域の抽出を行う（ステップ１１１）。ステップ１１１では、制御部３は、ステップ１１０における加工残りを抽出する。ステップ１１１では、制御部３は、加工残り領域抽出手段２９によって、処理を実行する。

次に、制御部３は、加工残り判別を行い（ステップ１１２）、加工残りありの場合、ステップ１０８から繰り返し、加工残りなしの場合、処理を終了する。

次に、制御部３は、非干渉ツーリングの生成を行う（ステップ１１３）。ステップ１１３では、制御部３は、ステップ１１０で最後に生成した仮想ホルダ５５を基に、小径の工具５１であって、かつ干渉を起こさないツーリングを生成する。ステップ１１１では、制御部３は、非干渉ツーリング決定手段２７によって、処理を実行する。ステップ１１３で生成するツーリングは、５軸局部荒加工の工程全体を通して用いるものである。ステップ１０８からステップ１１２（工具軸姿勢の決定、干渉危険領域の決定、仮想ホルダの生成、加工残り領域の抽出）を加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、ステップ１１０で最後に生成した仮想ホルダ５５を基に、１つのツーリングを決定することで、５軸局部荒加工の工程内で工具交換が不要となり、加工効率が上がる。

尚、５軸局部荒加工の工程内であっても、工具軸姿勢ごとにツーリングを決定しても良い。すなわち、制御部３は、ステップ１０８で決定した工具軸姿勢に基づいて、ステップ１１１の後にツーリングを決定する。工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することで、それぞれの工具軸姿勢に最適なツーリングでワークを加工することができる。

本発明の実施の形態に係る加工パラメータ最適化装置１を用いれば、本実施例に係る３軸全体荒加工、３軸局部荒加工、５軸局部荒加工といったそれぞれの加工工程において、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、剛性の高いツーリングを決定することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る加工パラメータ最適化装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

コンピュータのハードウェア構成図加工パラメータ最適化装置１の概略構成図工具軸姿勢の設定を説明する図干渉テンプレート５３の一例を示す図製品座標系における工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３を示す図工具軸座標系における工具５１、製品形状５２、干渉テンプレート５３を示す図干渉危険領域決定手段２３の処理を説明する図仮想ホルダ５５の一例を示す図仮想ホルダ５５のうち干渉により除去する箇所を説明する図選択可能なツーリングを示す図決定したツーリングを示す図実施例に係るフローチャートを示す図

符号の説明

１………加工パラメータ最適化装置
３………制御部
５………記憶部
７………メディア入出力部
９………通信制御部
１１………入力部
１３………表示部
１５………周辺機器Ｉ／Ｆ部
１７………バス
１９………ネットワーク
２１………工具軸姿勢決定手段
２３………干渉危険領域決定手段
２５………加工シミュレーション手段
２７………非干渉ツーリング決定手段
２９………加工残り領域抽出手段
３１………設備ＤＢ
３３………形状ＤＢ
３５………領域ＤＢ
３７………ツーリングＤＢ
４１………工具データ
４２………ホルダデータ
４３………製品形状データ
４４………ワーク形状データ
４５………干渉危険領域データ
４６………加工残り領域データ
４７………仮想ホルダデータ
４８………非干渉ツーリングデータ
５１………工具
５２………製品形状
５３………干渉テンプレート
５４………干渉危険領域
５５………仮想ホルダ
５６ａ………ホルダＡ
５６ｂ………ホルダＢ
５６ｃ………ホルダＣ
５７………ワーク形状

Claims

一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定手段と、
決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定手段と、
決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成手段と、
前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定手段と、
を具備し、
少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、
前記工具軸姿勢決定手段は、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化装置。
前記干渉危険領域決定手段は、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、
前記干渉危険領域決定手段は、横の長さＤを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をＬとしたときにＬ／Ｄの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定することを特徴とする請求項１に記載の加工パラメータ最適化装置。
前記ツーリング決定手段は、前記工具軸姿勢決定手段によって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することを特徴とする請求項１に記載の加工パラメータ最適化装置。
決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出手段、
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の加工パラメータ最適化装置。
前記ツーリング決定手段は、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定手段、前記干渉危険領域決定手段、前記仮想ホルダ生成手段、前記加工残り領域抽出手段を加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成手段によって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定することを特徴とする請求項４に記載の加工パラメータ最適化装置。
一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定ステップと、
決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定ステップと、
決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成ステップと、
前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定ステップと、
を含み、
少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、
前記工具軸姿勢決定ステップは、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化方法。
前記干渉危険領域決定ステップは、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、
前記干渉危険領域決定ステップは、横の長さＤを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をＬとしたときにＬ／Ｄの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定することを特徴とする請求項６に記載の加工パラメータ最適化方法。
前記ツーリング決定ステップは、前記工具軸姿勢決定ステップによって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することを特徴とする請求項６に記載の加工パラメータ最適化方法。
決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出ステップ、
を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の加工パラメータ最適化方法。
前記ツーリング決定ステップは、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定ステップ、前記干渉危険領域決定ステップ、前記仮想ホルダ生成ステップ、前記加工残り領域抽出ステップを加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成ステップによって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定することを特徴とする請求項９に記載の加工パラメータ最適化方法。
コンピュータを請求項１から請求項５のいずれかに記載の加工パラメータ最適化装置として機能させるプログラム。