JP5309288B2 - Computer program for machining error prediction, machining error prediction device, and device for correcting tool path based on the prediction result - Google Patents

Computer program for machining error prediction, machining error prediction device, and device for correcting tool path based on the prediction result Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for predicting a machining error caused by the shape error or bending of a tool at a high speed. <P>SOLUTION: A tool M (trajectory of a cutting blade) at a position where a machining error is predicted and tool sweeping objects T1 and T2 in a predetermined range including the objects adjacent to the position and a shape W of an object to be cut are plotted in a visual field range V from the lower part by using the three-dimensional graphics function of a computer device 1. A pixel region where the tool M is displayed at the front in the plotted region is detected as a region of a machining surface remaining after the end of machining, and a machining error is predicted from the shape error or deflection quantity of the tool at a representative point (creation point C) of the machining surface. Thus, it is possible to sharply reduce man-hours and time required for manual correction after forming by correcting the tool path based on the predicted machining error. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、切削加工の際の誤差の予測に関し、特に工具の形状誤差や撓みに起因する加工誤差をコンピュータ装置の3次元グラフィックス機能を利用して予測する技術に係る。   The present invention relates to prediction of errors in cutting, and particularly relates to a technique for predicting machining errors due to tool shape errors and bending using a three-dimensional graphics function of a computer apparatus.

従来より一般に、プレス製品などの製造に用いられる金型は、CAM(Computer Aided Manufacturing)から出力された工具の移動経路のデータ(NCデータ)に基づいて回転工具を移動させ、被削物を加工することによって製作されている。CAMは、例えばボールエンドミルのような工具の種類やその直径などの工具情報と送りピッチなどの加工条件とに基づいて、目標形状であるCAD(Computer Aided Design)のモデル形状に正確に工具を沿わせるように、その経路を出力する(仕上げ加工の場合)。   In general, molds used in the manufacture of press products, etc., work on the work by moving the rotary tool based on the tool movement path data (NC data) output from CAM (Computer Aided Manufacturing). It is made by doing. The CAM accurately fits the CAD (Computer Aided Design) model shape, which is the target shape, based on the tool information such as the ball end mill and the tool information such as its diameter and the processing conditions such as the feed pitch. So that the path is output (in the case of finishing).

しかしながら、実際の加工中には切削力による工具の撓みが発生し、また、工具にはそれ自体に寸法誤差があるとともに工作機械の回転軸に取り付ける際の誤差もあるから、図1に模式的に示すようにCADモデル形状に対して誤差(加工誤差)を生じることは避けられない。このため、通常は切削加工後の金型において加工誤差の大きい部分を手作業で修正しなくてはならず、この修正と計測の繰り返しに多大な工数、時間が費やされている。   However, during actual machining, the tool bends due to the cutting force, and the tool itself has a dimensional error and an error in attaching to the rotating shaft of the machine tool. As shown in FIG. 5, it is inevitable that an error (processing error) occurs in the CAD model shape. For this reason, it is usually necessary to manually correct a portion with a large machining error in the die after cutting, and a great amount of man-hours and time are spent repeating this correction and measurement.

この切削力による工具撓みの問題に対し、NCデータを修正することによって解消しようとする取り組みがある。最も基本的なものとしては単位時間当りの切削体積などを計算し、その切削体積に基づいて送り速度を変更することにより、切削体積の変動を抑えるというものがあるが、切削体積を小さくするためには、工具の送り速度を小さくする必要が生じ、能率が低下する。また、送り速度を小さくしても工具の撓みは発生するから、加工誤差を本質的に解決するものではない。さらに、金型加工では一般にボールエンドミルが用いられるが、ボールエンドミル加工では工具1回転中に切削力の方向や大きさが変化するため、除去体積から工具撓み量を正確に推定することは困難であった。   There is an approach to solve the problem of tool deflection due to the cutting force by correcting NC data. The most basic one is to calculate the cutting volume per unit time, etc., and to change the feed rate based on the cutting volume to suppress the fluctuation of the cutting volume, but to reduce the cutting volume Therefore, it is necessary to reduce the feed rate of the tool, and the efficiency is lowered. Further, even if the feed rate is reduced, the tool will be bent, so that the machining error is not essentially solved. In addition, a ball end mill is generally used in die machining. However, in ball end milling, the direction and magnitude of the cutting force changes during one rotation of the tool, so it is difficult to accurately estimate the amount of tool deflection from the removed volume. there were.

そこで、工具の撓みを事前に算出し、撓みに起因する加工誤差を打ち消すように工具経路の座標値を変更するという技術も提案されている(特許文献1、2、3を参照)。すなわち、特許文献1においては構造計算ソフトウェアを用いて切削力、工具撓みを算出するとしているが、構造計算ソフトウェアを用いて切削力、工具撓みを算出するには多大な時間を要するため、金型をはじめとする大規模かつ複雑な形状をもつ製品を創成する切削工程に対して実用的な時間内に処理を実施することは難しい。   Therefore, a technique has also been proposed in which tool deflection is calculated in advance, and the coordinate value of the tool path is changed so as to cancel machining errors caused by the deflection (see Patent Documents 1, 2, and 3). That is, in Patent Document 1, the cutting force and the tool deflection are calculated using the structure calculation software, but it takes a lot of time to calculate the cutting force and the tool deflection using the structure calculation software. It is difficult to carry out the processing within a practical time for a cutting process for creating a product having a large and complicated shape such as.

一方、特許文献2においては切削点でのSN(Surface Nominal)と工作機械のDSM(Dynamic Stiffness Matrix)、切削力などに基づいて撓みを算出するとしているが、この文献には切削力や工具撓みに起因する加工誤差の算出方法については記載されていない。また、特許文献3においては加工面の法線ベクトルと切削条件とから、経験則やデータベースに基づいた演算式により補正量を算出するとしているが、この演算式を作成するためには加工面と工具の回転軸心との相対姿勢毎に膨大な実験および評価が必要になる。   On the other hand, in Patent Document 2, the bending is calculated based on the SN (Surface Nominal) at the cutting point, the DSM (Dynamic Stiffness Matrix) of the machine tool, the cutting force, and the like. The calculation method of the machining error due to the above is not described. Further, in Patent Document 3, the correction amount is calculated from the normal vector of the machining surface and the cutting condition by an arithmetic expression based on an empirical rule or a database. An enormous amount of experimentation and evaluation is required for each posture relative to the rotational axis of the tool.

これらの点を考慮して本願の発明者らは、自由曲面を持つ複雑形状の加工において、工具の切込み状態を高速に判定し、切削力を予測する手法を提案している(非特許文献1、2を参照)。これは、コンピュータ装置の3次元グラフィックス機能を利用して、工具の切込み状態を判定することにより、任意の工具位置における工具1回転中の切削3分力を高速に予測するものである。この方法で算出された切削力と工具の剛性とから、工具の1回転中の撓み量を算出することができる。
特開2002−126834号公報 特開2004−174620号公報 特開2005−144620号公報 2007年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集pp67 2008年度精密工学会愛媛地方学術講演会講演論文集pp45
In consideration of these points, the inventors of the present application have proposed a method for predicting a cutting force by determining a cutting state of a tool at high speed in machining a complex shape having a free-form surface (Non-patent Document 1). 2). This is to predict the cutting 3 component force during one rotation of the tool at an arbitrary tool position at high speed by determining the cutting state of the tool using the three-dimensional graphics function of the computer device. The amount of deflection during one rotation of the tool can be calculated from the cutting force calculated by this method and the rigidity of the tool.
JP 2002-126634 A JP 2004-174620 A JP 2005-144620 A 2007 JSPE Autumn Conference Academic Lecture Proceedings pp67 Proceedings of 2008 Precision Engineering Society Ehime Regional Conference Lecture pp45

しかしながら、例えばボールエンドミルのような工具はそれ自体が振動的な振る舞いを示すことから、図2(a)に一例を示すようにパルス状の切削力を受けるときであっても、同図(b)のように回転角度に応じて撓み量は大きく変動する。このため、工具の1回転中若しくは1刃送りの間の切削力を算出して、これによる平均的な撓み量を求めるだけでは不十分であり、この撓みに起因する加工誤差を高精度に予測するためには、工具の1回転中のどの時点の撓み量から加工誤差を算出するかが極めて重要になる。   However, since a tool such as a ball end mill itself exhibits a vibrational behavior, even when receiving a pulsed cutting force as shown in FIG. ), The amount of deflection greatly varies depending on the rotation angle. For this reason, it is not sufficient to calculate the cutting force during one rotation of the tool or during one blade feed, and to obtain the average amount of bending by this, and to predict machining errors due to this bending with high accuracy. In order to do this, it is extremely important to calculate the machining error from the amount of deflection at one point during one rotation of the tool.

詳しくは、まず、図3にはボールエンドミルを用いて側面加工を行っている様子を、回転軸心に沿って上方から視た模式図で示している。工具が1回転する間に、その切刃は、被削物に食いついて離れることにより切削加工を行うのであるが、こうして切削された領域(切削領域)の一部は次の工具の回転によって削り取られるので、切削領域の全てが加工面として残るわけではない。   Specifically, first, FIG. 3 shows a schematic view of the side surface processing using a ball end mill as viewed from above along the rotational axis. While the tool rotates once, its cutting edge bites away from the work piece to perform cutting, and a part of the cut area (cutting area) is cut off by the next tool rotation. Therefore, not all of the cutting area remains as a machining surface.

また、図4には曲面をボールエンドミルで加工する様子を側方視で示しており、最初に図の左側において工具が紙面の手前側から奥側(Y軸+方向)へ送られ、その後、右側(X軸+方向)へピックフィードされて再び紙面奥行き方向へ送られる、というように紙面に垂直な方向への直線移動が繰り返されるとする。この場合、1つの経路において切削された領域の一部はその次の経路において削り取られることになり、最終的に加工面として残る領域は一部分に過ぎない。   FIG. 4 shows a side view of processing a curved surface with a ball end mill. First, on the left side of the figure, the tool is sent from the front side of the paper to the back side (Y axis + direction). It is assumed that linear movement in a direction perpendicular to the paper surface is repeated, such as pick-feeding to the right side (X axis + direction) and feeding again in the depth direction of the paper surface. In this case, a part of the area cut in one path is cut off in the next path, and the area finally remaining as a processing surface is only a part.

すなわち、前記のように1回転中に変動する工具撓みのうち、加工誤差へ影響するのは最終的に加工面として残る領域を切削しているとき、即ち加工面を創成するときのものだけであり、加工誤差を予測するためには、そのときに切刃のどの位置(回転角位置)が被削物と接触しているかを知る必要がある。しかしながら、自由曲面などの複雑な形状を有する金型の加工においては、工具経路データを用いて任意の工具位置における加工面創成時の工具回転角を通常の幾何計算により求めることは、膨大な時間を必要とし現実的とは言い難い。   That is, of the tool deflection that changes during one rotation as described above, the machining error affects only when cutting the region that remains as the machining surface, that is, when creating the machining surface. In order to predict the machining error, it is necessary to know which position (rotational angle position) of the cutting blade is in contact with the work piece at that time. However, in machining a mold having a complicated shape such as a free-form surface, it is a tremendous amount of time to obtain the tool rotation angle when creating a machining surface at an arbitrary tool position using the tool path data by ordinary geometric calculation. It is difficult to say that it is realistic.

さらに、加工誤差の要因としては前記の工具撓みの他に、工具を工作機械に取り付けた状態で回転させたときの形状誤差もある。すなわち、CAMは、使用するボールエンドミルの半径の半球を用いて切刃の通過軌跡を表し、工具経路を作成するが、実際の工具にはそれ自体に寸法誤差があるとともに工作機械の回転軸に取り付ける際の芯ずれもあり、さらに、実際の加工中にはアンバランスのために回転する切刃の通過軌跡が理想的な形状から乖離するからである。   Further, as a cause of the machining error, there is a shape error when the tool is rotated with the tool attached to the machine tool, in addition to the above-described tool deflection. In other words, the CAM uses a hemisphere of the radius of the ball end mill to be used to represent the trajectory of the cutting edge and create a tool path. However, an actual tool itself has a dimensional error and the rotation axis of the machine tool. This is because there is misalignment when mounting, and further, the trajectory of the cutting blade rotating for unbalance during actual machining deviates from the ideal shape.

この点について、工具を回転させた状態でその回転軸心に直交するいくつかの断面(工具軸断面)における切刃の外径、即ち工具径を計測することなどによって、形状誤差を測定することは可能であるが、こうして測定したデータを用いて形状誤差による加工誤差を算出するためには、創成時に切刃がどの工具軸断面において被削物と接触しているかを知る必要があり、このことを通常の幾何計算によって行うことも現実的ではない。   Regarding this point, measure the shape error by measuring the outer diameter of the cutting edge, that is, the tool diameter, in several cross sections (tool axis cross sections) perpendicular to the rotation axis in the state where the tool is rotated. However, in order to calculate the machining error due to the shape error using the data measured in this way, it is necessary to know which tool axis section the cutting edge is in contact with the work piece at the time of creation. It is not realistic to do this by ordinary geometric calculation.

これらの要因のため従来、工具の形状誤差や撓みに起因する加工誤差を実用的な時間内で予測できるものは見当たらないのが実状であり、このことが可能な予測装置を提供することが本発明の目的である。   Because of these factors, there is no actual product that can predict machining errors due to tool shape errors or deflections within a practical time. It is an object of the invention.

前記の目的を達成すべく本発明では、コンピュータ装置の3次元グラフィックス機能を利用し、加工終了後に加工面として残る部位を切削している工具の切刃位置、例えばボールエンドミルであればその切刃の工具回転軸心周りの回転角位置や該回転軸心方向の位置などを算出するようにしたものである。   In order to achieve the above object, the present invention uses the three-dimensional graphics function of a computer device to cut the portion remaining as a machining surface after machining, for example, the cutting end position of a ball end mill. The rotation angle position around the tool rotation axis of the blade, the position in the direction of the rotation axis, and the like are calculated.

具体的に請求項1の発明は、回転する工具による被削物の加工誤差を予測するための装置を対象として、その工具による加工前の被削物の形状、該工具の切刃形状およびその送りによる移動経路の情報を含む、所定データの入力を受け入れるデータ入力手段と、それら所定データに基づいて、前記工具の移動経路上で加工誤差を予測する位置における前記切刃の通過軌跡、当該位置の直前および直後を含む所定範囲の工具掃引体、および前記被削物を、それぞれ当該被削物の側から前記切刃の通過軌跡の全体を望むことのできる視野範囲において描画し、前記工具掃引体については当該視野範囲の全てにおいて描画する描画手段と、こうして描画された画像において切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域を、加工終了後に残る加工面の領域として検出する加工面検出手段と、そうして検出された画素領域から、加工面の創成時に被削物を切削する切刃の位置である創成位置を特定し、この創成位置における工具の形状誤差および撓み量の少なくとも一方に基づいて加工誤差の推定値を算出する加工誤差算出手段と、を備えるものである。 Specifically, the invention of claim 1 is directed to an apparatus for predicting a machining error of a workpiece by a rotating tool, the shape of the workpiece before machining by the tool, the cutting edge shape of the tool, and the Data input means for receiving input of predetermined data including information on the movement path by feeding, and the trajectory of the cutting blade at a position where a machining error is predicted on the movement path of the tool based on the predetermined data, the position A tool sweep body of a predetermined range including immediately before and immediately after, and the work piece are drawn in a visual field range in which the entire trajectory of the cutting blade can be desired from the work object side, and the tool sweep and drawing means for drawing in all of the field of view for the body, thus the pixel region passing track is displayed in front of the cutting edge in the rendered image, remaining after processing end processing From the machined surface detection means for detecting the machining area and the pixel area thus detected, the creation position, which is the position of the cutting edge for cutting the workpiece when creating the machining surface, is specified, and the tool position at this creation position is determined. Machining error calculating means for calculating an estimated value of the machining error based on at least one of the shape error and the deflection amount.

前記構成の加工誤差予測装置に被削物や工具の仕様、その経路など所定のデータを入力すると、加工誤差の予測位置における切刃の通過軌跡と、当該位置の直前および直後を含む所定範囲の工具掃引体と、前記被削物とが、それぞれ描画手段によって該被削物の側から工具を望む所定の視野範囲において描画される。なお、加工誤差の予測位置の直前、直後というのは厳密には、工具の回転による切刃の1刃分送り前、1刃分送り後ということになるが、これに限るものではなく、それぞれ2〜3刃送り以内の範囲を想定しており、この範囲であればほぼ同様の結果が得られる。   When predetermined data such as the workpiece and tool specifications and the route thereof are input to the machining error prediction apparatus having the above-described configuration, the trajectory of the cutting edge at the predicted position of the machining error and a predetermined range including immediately before and after the position. The tool sweeper and the workpiece are each drawn by a drawing means in a predetermined visual field range where the tool is desired from the side of the workpiece. Strictly speaking, immediately before and immediately after the predicted position of the machining error means that the cutting blade is fed by one blade before it is fed by one tool, but it is not limited to this. A range within 2 to 3 blade feeding is assumed, and in this range, substantially the same result is obtained.

また、前記の描画手段としては、例えば3次元の多面体形状をディスプレイ上に描画するためのグラフィックスハードウェアを利用することができ、こうすれば、必要となる幾何演算のうち、CPU(Central Processing Unit)ではリアルタイム処理の難しい座標変換、投影、陰面消去、最近点算出などの処理を高速に行うことができて、大幅な描画速度の向上が実現する。   Further, as the drawing means, for example, graphics hardware for drawing a three-dimensional polyhedron shape on a display can be used. In this way, among the necessary geometric operations, CPU (Central Processing) can be used. Unit) can perform processing such as coordinate transformation, projection, hidden surface removal, and nearest point calculation, which are difficult to perform in real time, at a high speed, thereby realizing a significant improvement in drawing speed.

そして、前記のように描画された画像において切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域から、加工終了後に残る加工面の範囲を推定することが可能である。そこで、この画素領域が加工面検出手段によって検出されれば、この加工面を切削するときの工具の切刃位置(加工面創成位置)を特定し、例えばボールエンドミルであればその回転軸心との位置関係から、創成位置の工具回転軸心周りの回転角位置や該回転軸心方向の位置などを算出することができ、これに基づいて創成位置における工具の形状誤差や撓みに起因する加工誤差を推定できる。   Then, it is possible to estimate the range of the processed surface remaining after the end of processing from the pixel region in which the trajectory of the cutting edge is displayed in the foreground in the image drawn as described above. Therefore, if this pixel area is detected by the machining surface detection means, the cutting edge position (machining surface creation position) of the tool when cutting this machining surface is specified. From the positional relationship, the rotation angle position around the tool rotation axis and the position in the direction of the rotation axis of the creation position can be calculated, and based on this, machining caused by the tool shape error or deflection at the creation position The error can be estimated.

より具体的には、例えば上述したように工具を回転させた状態で、その回転軸心に直交するいくつかの断面(工具軸断面)において工具径、即ち、切刃の通過軌跡の外径を計測などして、予め理想形状とのずれ(形状誤差)を工具の回転軸心方向の位置に対応付けて記憶したテーブルを作成しておき、前記加工誤差算出手段は、特定した創成位置における工具の形状誤差を前記テーブルを用いて算出するものとすればよい(請求項2)。   More specifically, for example, in the state where the tool is rotated as described above, the tool diameter, that is, the outer diameter of the trajectory of the cutting blade, is measured in several cross sections (tool axis cross sections) orthogonal to the rotation axis. A table in which the deviation from the ideal shape (shape error) is stored in advance in association with the position in the direction of the rotation axis of the tool by measurement or the like is created, and the machining error calculation unit is configured to store the tool at the specified creation position. The shape error may be calculated using the table (claim 2).

また、前記加工誤差算出手段は、加工誤差の予測位置における切削力の大きさと工具の剛性(動剛性が好ましい)とから、当該工具の回転軸心周りの回転角位置と撓み量との関係を求めて、特定した創成位置における工具撓み量を算出するように構成してもよい(請求項3)。   Further, the machining error calculation means calculates the relationship between the rotation angle position around the rotation axis of the tool and the amount of deflection from the magnitude of the cutting force at the predicted machining error position and the rigidity of the tool (preferably dynamic rigidity). You may obtain | require and you may comprise so that the amount of tool deflection in the specified creation position may be calculated.

前記のように切刃の通過軌跡を、工具の回転軸心を中心とする軸対称形状とした場合、好ましいのは、その通過軌跡上の各画素に、工具回転軸心周りの回転角位置および該回転軸心方向の位置の少なくとも一方に応じて値が変化するようにして、所定の画素情報を持たせておくことである(請求項4)。こうすれば、検出した加工面領域の画素情報から容易に創成位置を特定できるし、この創成位置の画素情報から直接的に工具の回転角位置や回転軸心方向の位置を特定することができ、処理の高速化に有利である。   When the passing locus of the cutting blade is formed in an axially symmetric shape centering on the rotation axis of the tool as described above, it is preferable that each pixel on the passing locus has a rotation angle position around the rotation axis of the tool and Predetermined pixel information is provided so that the value changes according to at least one of the positions in the rotational axis direction. In this way, the creation position can be easily identified from the pixel information of the detected machining surface area, and the rotation angle position and the position in the rotation axis direction of the tool can be identified directly from the pixel information of the creation position. This is advantageous for speeding up the processing.

なお、切刃の通過軌跡を表す軸対称形状というのは、例えばボールエンドミルであれば近似的に半球面として表すことができるが、これに限るものではなく、切刃の形状により種々の形状が想定される。また、画素情報としては具体的に、RGBAの色情報、デプス、ステンシルインデックスなどが挙げられるが、これらの1つに限らず2つ以上を利用して、前記工具の回転角位置や回転軸心方向位置、或いは工具であることの識別情報などに割り当てればよい。   The axially symmetric shape representing the trajectory of the cutting edge can be represented as a semispherical surface approximately by a ball end mill, for example. However, the shape is not limited to this, and various shapes may be used depending on the shape of the cutting edge. is assumed. Specific examples of the pixel information include RGBA color information, depth, stencil index, and the like. However, the pixel information is not limited to one of these, and two or more of them may be used to determine the rotation angle position and rotation axis of the tool. What is necessary is just to assign to the identification information etc. which are a direction position or a tool.

また、好ましいのは、前記描画手段を、まず、加工誤差の予測位置における前記切刃の通過軌跡と、当該位置の直前までの工具掃引体と、前記被削物とを描画し、その後で前記予測位置の直後からの工具掃引体を描き加えるように構成することであり(請求項5)、そうして予測位置以降の工具掃引体が描き加えられる前に描画されている画像において、切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域を切刃による切削領域として検出すれば(切削領域検出手段)、この領域を切削する際に工具に作用する切削力を算出することができる(切削力算出手段)。   Preferably, the drawing means first draws the trajectory of the cutting edge at the predicted position of the machining error, the tool sweeping body up to immediately before the position, and the workpiece, and then In this configuration, the tool sweep body immediately after the predicted position is drawn (Claim 5), and the cutting edge in the image drawn before the tool sweep body after the predicted position is drawn is added. If the pixel area in which the trajectory is displayed in front is detected as the cutting area by the cutting blade (cutting area detecting means), the cutting force acting on the tool when cutting this area can be calculated (cutting) Force calculation means).

さらに、その場合に好ましいのは、前記の切削領域の情報に基づいて描画手段における視点ないし視野範囲を修正することである(視野修正手段:請求項6)。すなわち、仮に切削領域をその法線に対し斜めに視る場合は、その画素領域が小さくなるので、そのうちで加工面として残る領域はさらに小さくなってしまい、1画素に満たない場合は描画されないこともあり得る。   Further, in this case, it is preferable to correct the viewpoint or visual field range in the drawing means based on the information on the cutting area (visual field correction means: claim 6). In other words, if the cutting area is viewed obliquely with respect to the normal line, the pixel area becomes smaller, so that the area remaining as the processing surface becomes smaller, and if it is less than one pixel, it is not drawn. There can be.

そこで、例えば切削領域が、半球とみなした切刃の通過軌跡の外周付近にある場合のように、かなり斜めに視ていると考えられるときには、その切削領域の法線方向に近づくように視点を移動させることによって画素領域を拡大するか、或いは、視点はそのままでも切削領域に向かって視野を絞り、1画素当たりの面積を縮小して分解能を上げるか、のいずれかの方法で描画手段における視点ないし視野範囲を修正する。こうすれば、加工面の見落としを防止することができるし、加工面創成位置の検出精度の向上にも繋がる。   Therefore, for example, when the cutting area is considered to be viewed obliquely, as in the case of the vicinity of the outer periphery of the trajectory of the cutting edge regarded as a hemisphere, the viewpoint should be approached so as to approach the normal direction of the cutting area. The viewpoint in the drawing means is either expanded by moving the pixel area, or narrows the field of view toward the cutting area even if the viewpoint remains as it is, and reduces the area per pixel to increase the resolution. Or correct the field of view. By doing so, it is possible to prevent the machined surface from being overlooked and to improve the accuracy of detecting the machined surface creation position.

加えて、本発明の加工誤差予測装置には、前記工具の移動経路を分割し、そのうちのいずれか1つの分割経路における工具掃引体と、この分割経路に至るまでの工具掃引体と、前記被削物とを、それぞれ当該被削物の側から工具を望んで描画する第1の副描画手段と、こうして描画された画像において前記分割経路の工具掃引体が手前に表示されている画素領域があれば、この画素領域内に加工誤差の予測位置を設定する一方、手前に表示されている画素領域がなければ該分割経路内には加工誤差の予測位置を設定しない予測位置設定手段と、を備えてもよい(請求項7)。   In addition, the machining error prediction apparatus according to the present invention divides the movement path of the tool, the tool sweep body in any one of the division paths, the tool sweep body up to this division path, and the target object. First sub-drawing means for drawing a workpiece from the side of the work piece with a tool desired, and a pixel region in which the tool sweep body of the divided path is displayed in the foreground in the drawn image. If there is a predicted position of the processing error in the pixel area, a predicted position setting unit that does not set the predicted position of the processing error in the divided path if there is no pixel area displayed in the foreground, (Claim 7).

こうすれば、NCデータなどとして設定されている工具経路内に実際には切削を行わない分割経路(パス)が含まれている場合に、これを除いて、実際に切削を行うパスのみについて加工誤差の予測を行うことができる。また、1つのパス内に切削する領域と切削しない領域とが混在している場合に万一、切削しない領域において加工誤差の予測を行うと、計算上は誤差が零になってしまうが、前記のようにすればその心配もない。   In this way, if the tool path set as NC data includes a divided path (path) that does not actually cut, machining is performed only for the path that actually cuts. An error can be predicted. In addition, when a cutting area and a non-cutting area are mixed in one pass, if a machining error is predicted in a non-cutting area, the calculation error becomes zero. If you do like that, there is no worry.

さらに、前記の切削される領域から、上述した切削領域や加工面の領域の存在し得る範囲を特定できるので、以降の処理においてはその範囲内に存在する工具掃引体、被削物形状のみを描画するようにしてもよく、また、画素情報の読み取りもその領域内でのみ行うようにしてもよい。こうすれば処理のさらなる高速化が図られる。   Furthermore, since the above-described region to be cut can be specified as a range where the above-described cutting region and the surface of the machining surface can exist, in the subsequent processing, only the tool sweeper and the workpiece shape existing within the range are included. You may make it draw, and you may make it read pixel information only within the area | region. In this way, the processing speed can be further increased.

また、そうして工具の経路を分割したパスのそれぞれにおける工具掃引体と、前記被削物とを、該被削物の側から工具を望んで描画する第2の副描画手段を備え、これにより描画された画像において工具掃引体が手前に表示されているパスのそれぞれについて、工具の回転軸心と被削面とがなす角度を推定し、この角度が所定値以下の分割経路に係る加工誤差の予測は禁止するようにしてもよい(請求項8)。   And a second sub-drawing means for drawing the tool sweeper in each of the paths obtained by dividing the path of the tool and the work piece while drawing the tool from the work piece side. Estimate the angle formed by the tool rotation axis and the work surface for each path where the tool sweeper is displayed in the foreground in the image drawn by the above, and the machining error related to the divided path with this angle equal to or less than the specified value This prediction may be prohibited (claim 8).

これは、工具の回転軸心と被削面の法線とのなす角度が0°に近いときには、切削力によって工具が撓んでも加工誤差への影響は殆どないから、撓みによる誤差の影響は実質、ないものと考えて、前記の角度が所定値(例えば30〜60°)以下のパスについては加工誤差の予測を行わないことによって、処理の高速化を図るものである。   This is because when the angle between the rotation axis of the tool and the normal line of the work surface is close to 0 °, even if the tool is bent by the cutting force, there is almost no effect on the machining error. Therefore, the processing speed is increased by not predicting a machining error for a path whose angle is equal to or less than a predetermined value (for example, 30 to 60 °).

請求項9の発明は、上述した請求項1〜8のいずれか1つに記載の加工誤差予測装置によって予測された加工誤差の値に基づいて、加工誤差が小さくなるように工具の移動経路を修正する経路修正手段を備えるものであり、こうして予め工具の移動経路を修正することにより、加工誤差を低減して成形後の修正に要する工数、時間を大幅に削減することができる。   The ninth aspect of the present invention provides a tool movement path so as to reduce the machining error based on the value of the machining error predicted by the machining error prediction device according to any one of the first to eighth aspects. By providing a path correcting means for correcting, in this way, by correcting the moving path of the tool in advance, it is possible to reduce processing errors and significantly reduce the man-hours and time required for correction after forming.

また、本発明は、回転する工具による被削物の加工誤差を、コンピュータ装置の3次元グラフィックス機能を利用して予測するためのプログラムが対象であって、前記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切刃形状、および該工具の送りによる移動経路の情報を含む、所定データの入力を受け入れるデータ入力ステップと、それら所定データに基づいて、前記工具の移動経路上で加工誤差を予測する位置における前記切刃の通過軌跡、当該位置の直前および直後を含む所定範囲の工具掃引体、および前記被削物を、それぞれ当該被削物の側から前記切刃の通過軌跡の全体を望むことのできる視野範囲において描画し、前記工具掃引体については当該視野範囲の全てにおいて描画する描画ステップと、こうして描画した画像において切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域を、加工終了後に残る加工面の領域として検出する加工面検出ステップと、そうして検出した画素領域から、加工面の創成時に被削物を切削する工具の切刃位置である創成位置を特定し、この創成位置における工具の形状誤差および撓み量の少なくとも一方に基づいて、加工誤差の推定値を算出する加工誤差算出ステップと、を有するものである(請求項10)。 The present invention is also directed to a program for predicting a machining error of a workpiece by a rotating tool using a three-dimensional graphics function of a computer device, and the workpiece before machining by the tool. A data input step for receiving input of predetermined data, including information on the shape of the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path of the tool, and machining errors on the movement path of the tool based on the predetermined data The trajectory of the cutting blade at a position where the cutting edge is predicted, the tool sweeping body within a predetermined range including immediately before and after the position, and the workpiece, respectively , the entire trajectory of the cutting blade from the workpiece side. draw the field of view that can desire, cutting edge in the drawing step and thus the drawn image to be drawn in all of the field of view for said tool sweeps body A machining surface detection step for detecting a pixel area in which the passing trajectory is displayed in front as a machining surface area remaining after machining is completed, and the workpiece is cut from the detected pixel area when the machining surface is created. A machining error calculating step of identifying a generating position that is a cutting edge position of the tool and calculating an estimated value of the processing error based on at least one of a shape error and a deflection amount of the tool at the generating position. (Claim 10).

このようなコンピュータプログラムを汎用のコンピュータ装置によって実行すれば、このコンピュータ装置が前記請求項1の発明に係る加工誤差予測装置となり、前記した作用が得られる。   If such a computer program is executed by a general-purpose computer device, this computer device becomes the machining error prediction device according to the invention of claim 1 and the above-described operation is obtained.

以上、説明したように本発明に係る加工誤差の予測装置などによれば、コンピュータの3次元グラフィックス機能を利用して、被削物を切削する工具の切刃が、加工終了後も残る加工面を創成しているときの位置(創成位置)を特定し、この創成位置における工具の形状誤差や撓み量を高速に算出することができるから、自由曲面をもつ金型などの加工においても誤差を正確に予測することが可能になり、加工条件の検討などに非常に有利である。また、そうして予測した加工誤差に基づいて工具経路を修正することにより、加工誤差を低減して成形後の修正に要する工数、時間を大幅に削減することができる。   As described above, according to the machining error predicting apparatus and the like according to the present invention, the cutting edge of the tool for cutting the workpiece remains after the machining is finished by using the three-dimensional graphics function of the computer. Since the position (creation position) when creating a surface can be specified and the shape error and the amount of deflection of the tool at this creation position can be calculated at high speed, errors can occur even when machining dies with free-form surfaces. Can be accurately predicted, which is very advantageous for studying processing conditions. Further, by correcting the tool path based on the predicted machining error, it is possible to reduce the machining error and greatly reduce the man-hours and time required for correction after forming.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the following description is only illustrations essentially and does not intend restrict | limiting this invention, its application thing, or its use.

(システムの概要)
この実施形態に係る加工誤差予測装置は、汎用のワークステーションの他、一般的なパーソナル・コンピュータなどによって構成することができる。このコンピュータ装置に所要のプログラムをインストールして実行させることにより、例えば金型の切削加工における誤差を高速に予測することができる。図示は省略するが、コンピュータ装置には例えばハードディスクドライブ等の記憶装置が備えられる他に、ディスプレイ等の画像表示装置やキーボード、マウス等の入力デバイスが接続されている。
(System overview)
The machining error prediction apparatus according to this embodiment can be configured by a general personal computer in addition to a general-purpose workstation. By installing and executing a required program in this computer apparatus, for example, errors in cutting of a mold can be predicted at high speed. Although not shown, the computer device is provided with a storage device such as a hard disk drive, and is connected to an image display device such as a display and an input device such as a keyboard and a mouse.

また、この実施形態のコンピュータ装置は、3次元の描画を高速に行うためのグラフィックスハードウエアを備えている。これは例えばGPU(Graphics Processing Unit)と呼ばれ、3次元の多面体形状を高速で描画するためのものであり、そのために必要となる幾何演算のうち、CPU(Central Processing Unit)ではリアルタイムな処理が難しい座標変換、投影、陰面消去、最近点算出などの処理を並列計算する能力を有している。   Further, the computer apparatus of this embodiment includes graphics hardware for performing three-dimensional drawing at high speed. This is called, for example, a GPU (Graphics Processing Unit) and is used for drawing a three-dimensional polyhedron shape at high speed. Among the geometric operations necessary for this, a CPU (Central Processing Unit) performs real-time processing. It has the ability to compute difficult processes such as coordinate transformation, projection, hidden surface removal, and nearest point calculation in parallel.

グラフィックスハードウェアは、例えばボード、カード又は他の装置として構成されて、コンピュータ装置に実装されていてもよいし、チップセットに内蔵されていてもよい。また、場合によってはコンピュータ装置とは別体に構成することもできる。こうしたグラフィックスハードウェアの計算機能を切削加工の問題に適用する試みとして、例えば加工結果を高速に描画するためのもの(特開2000−235407号公報を参照)、工具経路を高速に作成するためのもの(特開2001−242919号公報を参照)、および工作機械の干渉判定を行うためのもの(特開2006−244067号公報を参照)などが既に知られている。   The graphics hardware may be configured as, for example, a board, a card, or another device, and may be mounted on a computer device or may be built in a chip set. In some cases, it may be configured separately from the computer apparatus. As an attempt to apply the calculation function of the graphics hardware to the problem of cutting, for example, for drawing a machining result at high speed (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-235407), for creating a tool path at high speed Are already known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-242919), and those for determining interference of machine tools (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-244067).

以下に一例として、NC3軸加工機にボールエンドミルを取り付けて、金型の切削加工を行う場合について説明する。一般的に3軸加工機においては、テーブルなどに固定した被削物をその上部から側部にかけてエンドミルなどの工具によって切削するものであり、工具はその回転軸心、即ち工具軸を上下方向(Z軸方向)に向けて駆動部に取り付け、その下端の切刃の位置決めを、水平面(X−Y平面)を含めた直交3軸について数値制御(NC)によって行う。   As an example, a case where a ball end mill is attached to an NC triaxial machine and a die is cut will be described below. In general, in a three-axis machine, a work piece fixed on a table or the like is cut by a tool such as an end mill from the upper part to the side part, and the tool has its rotation axis, that is, the tool axis in the vertical direction ( It is attached to the drive unit (in the Z-axis direction), and the cutting edge at the lower end thereof is positioned by numerical control (NC) with respect to three orthogonal axes including the horizontal plane (XY plane).

そうして工具をその移動経路のデータ(NCデータ)に基づいて移動させると、図3や図4を参照して上述したように、経路上の或る位置で工具の1刃送りによって切削された領域の一部が次の1刃送りによって削り取られるとともに、そうして送られる工具の1つの経路における切削領域も、隣接する後の経路における切削によって削り取られることになり、加工終了時に加工面として残る領域はかなり小さくなってしまう。この最終的な加工面の領域は、前記図4に示したように重複する工具経路のうちの最も下側(Z値が最小値)の部位になる。   Then, when the tool is moved based on the data (NC data) of the moving path, as described above with reference to FIG. 3 and FIG. A part of the cut area is cut off by the next one-blade feed, and the cutting area in one path of the tool sent in this way is also cut off by cutting in the adjacent subsequent path, and the machining surface is finished at the end of machining. The remaining area will be considerably smaller. As shown in FIG. 4, the final machining surface area is the lowermost part (Z value is the minimum value) of the overlapping tool paths.

そこで、図5に示すように、NCデータとして設定されている工具経路P(移動経路)上において加工誤差を予測する位置における工具M、即ちその切刃の通過軌跡を、該工具の回転軸心上に中心を有する半球面によって表すとともに、その位置の1刃分送り(送り速度/(工具回転数×刃数))の手前までの工具掃引体T1と、1刃分送り以降の工具掃引体T2と、被削物形状Wとを、それぞれ仮想の多面体として表して、下方(Z軸の負方向)からの所定の視野範囲において描画する。   Therefore, as shown in FIG. 5, the tool M at the position where the machining error is predicted on the tool path P (movement path) set as NC data, that is, the trajectory of the cutting edge is defined as the rotation axis of the tool. The tool sweep body T1 is represented by a hemispherical surface having a center on the top, and is fed by one blade at that position (feed speed / (tool rotation speed × number of blades)), and the tool sweep body after feeding one blade. T2 and the workpiece shape W are each represented as a virtual polyhedron and drawn in a predetermined visual field range from below (the negative direction of the Z axis).

なお、工具はその切刃が1回転する間にも送られるので、厳密には切刃の通過軌跡は半球面ではないともいえる。しかし、一般的に工具径に対してその送り速度は非常に小さいことから、切刃の通過軌跡は近似的に半球面とみなしてよい。   In addition, since the tool is sent even while the cutting blade makes one revolution, strictly speaking, it can be said that the trajectory of the cutting blade is not a hemispherical surface. However, since the feed speed is generally very small with respect to the tool diameter, the passing trajectory of the cutting edge may be approximately regarded as a hemispherical surface.

また、工具掃引体T1,T2は、工具Mをその回転軸心の周りに回転させながら、工具経路Pに沿って移動させたときの掃引形状を表すもので、図6に示すように半円柱形状と半球形状とを組み合わせて構成する。このとき、多面体化による誤差を小さくするための従来公知の手法(例えば特開2009−020671号公報を参照)が有効である。さらに、被削物形状Wはその下面を除いて、例えばSTLデータのように多数の三角形で近似した多面体として表すことができる。   Further, the tool sweep bodies T1, T2 represent a sweep shape when the tool M is moved along the tool path P while rotating around the rotation axis, as shown in FIG. It is configured by combining a shape and a hemispherical shape. At this time, a conventionally known method (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-020671) for reducing an error due to polyhedron is effective. Further, the workpiece shape W can be expressed as a polyhedron approximated by a large number of triangles, for example, as STL data, except for the lower surface thereof.

そうして描画する際に工具Mには、工具掃引体T1,T2とも被削物形状Wとも違う色情報(画素情報であり、詳しくは後述する)を与えておく。また、視点は、図示のように全ての工具掃引体T1,T2、被削物形状WよりもZ軸負方向に設定し、視線の方向はZ軸+方向とする。視野の中心は、加工誤差の予測位置における工具Mの回転軸心と一致させ、視野の範囲は縦横共に工具Mの直径とする(図12を参照)。こうして設定された視野範囲Vは、Z軸方向に長い直方体状となる。   Thus, when drawing, the tool M is provided with color information (pixel information, which will be described later in detail) which is different from the tool sweep bodies T1, T2 and the workpiece shape W. Further, the viewpoint is set in the negative direction of the Z axis with respect to all the tool sweep bodies T1, T2 and the workpiece shape W as shown in the figure, and the direction of the line of sight is the Z axis + direction. The center of the field of view coincides with the rotation axis of the tool M at the predicted position of the machining error, and the field of view is the diameter of the tool M both vertically and horizontally (see FIG. 12). The field-of-view range V thus set has a rectangular parallelepiped shape that is long in the Z-axis direction.

その視野範囲において描画される画像に表示されるのは、グラフィックハードウェアの陰面消去機能によって最も下側のものだけになるから、この画像において工具Mの色が表示されている画素領域から、加工終了後に残る加工面の範囲を推定することが可能になる。こうして切削領域のうちから最終的な加工面を検出できれば、この加工面の創成点(創成位置)を以下に述べるように特定し、工具軸心との位置関係から工具回転角度(回転角位置)および工具接角度(回転軸心方向の位置)を求めて、これにより工具Mの撓みや形状誤差に起因する加工誤差を算出することができる。   Since only the lowermost image is displayed in the image drawn in the visual field range by the hidden surface removal function of the graphic hardware, the processing is performed from the pixel area where the color of the tool M is displayed in this image. It is possible to estimate the range of the processed surface remaining after the end. If the final machining surface can be detected from the cutting area in this way, the creation point (creation position) of this machining surface is specified as described below, and the tool rotation angle (rotation angle position) is determined from the positional relationship with the tool axis. Then, the tool contact angle (position in the direction of the rotation axis) is obtained, and thereby the machining error caused by the deflection or shape error of the tool M can be calculated.

−処理の流れ−
図7には、まず、この実施形態における加工誤差予測のための処理の全体的な流れを示す。最初にデータ入力ステップでは、必要なパラメータとして工具種類、工具径、切刃形状などの工具仕様をコンピュータ装置1に入力する。工具の切刃形状は、例えば図8のように工具の下側から見た写真などを用いて同定する。切削力の計算に用いられる切削力係数(比切削抵抗)は、使用する被削物と工具とを用いた切削実験を行い、切削力の測定値と、例えば非特許文献1、2に記載の方法で予測される切削力予測値との誤差が小さくなるように最適化して、同定すればよい。
-Process flow-
FIG. 7 shows an overall flow of processing for processing error prediction in this embodiment. First, in the data input step, tool specifications such as a tool type, a tool diameter, and a cutting edge shape are input to the computer apparatus 1 as necessary parameters. The cutting edge shape of the tool is identified by using, for example, a photograph viewed from the lower side of the tool as shown in FIG. The cutting force coefficient (specific cutting resistance) used for the calculation of the cutting force is obtained by performing a cutting experiment using the work to be used and a tool, and measured values of the cutting force, for example, as described in Non-Patent Documents 1 and 2. What is necessary is just to identify and optimize so that the difference | error with the cutting force prediction value estimated by the method may become small.

工具撓みを計算するための剛性データについては静剛性或いは動剛性のいずれかを用いるが、動剛性を用いる方が正確な工具撓みを予測することが可能である。動剛性は、例えばインパルスハンマーを用いて工具先端を加振し、これによる工具先端の振動を加速度センサやレーザドップラー振動計などにより測定して、FFT解析装置によりX方向およびY方向の工具のコンプライアンス伝達関数(動剛性の逆数)を得る。   As the rigidity data for calculating the tool deflection, either static stiffness or dynamic stiffness is used, but it is possible to predict the accurate tool deflection by using the dynamic stiffness. Dynamic rigidity is determined by, for example, exciting the tool tip using an impulse hammer, measuring the vibration of the tool tip using an acceleration sensor, laser Doppler vibrometer, etc. Obtain the transfer function (reciprocal of dynamic stiffness).

また、工具の形状誤差については、実際にそれを回転させながらその回転軸心に直交するいくつかの断面(工具軸断面)において工具径、即ち、切刃の通過軌跡の直径を計測などし、予め理想的な形状とのずれを工具の回転軸心方向の位置(具体的には後述する工具接角度q)に対応付けて記憶したテーブルを作成しておく。或いは、切削力の影響の無視できる樹脂製被削物などの加工を行って、このときの加工誤差を測定することによって形状誤差を同定することもできる。   As for the tool shape error, the tool diameter, that is, the diameter of the trajectory of the cutting blade is measured at several cross sections (tool axis cross sections) perpendicular to the rotation axis while actually rotating the tool, A table in which the deviation from the ideal shape is stored in advance in association with the position of the tool in the rotational axis direction (specifically, the tool contact angle q described later) is created. Alternatively, it is possible to identify the shape error by processing a resin workpiece that can be ignored by the cutting force and measuring the processing error at this time.

また、被削物(素材)形状データ(CADデータやブロック形状など)とCAMから出力された工具経路(NCデータ)も入力する。工具経路は、多数のパス(行)により構成され、それらは直線移動経路(NCデータのG01)と円弧移動経路(NCデータのG02,G03)とがあるが、以下では直線移動のパスを想定して説明する。円弧移動のパスについては微小直線経路の集合として取り扱うことができる。なお、パスは、特許請求の範囲に記載の分割経路に相当する。   Also, the workpiece (material) shape data (CAD data, block shape, etc.) and the tool path (NC data) output from the CAM are input. The tool path is composed of a number of paths (rows), and there are a linear movement path (NC data G01) and an arc movement path (NC data G02, G03). In the following, a linear movement path is assumed. To explain. An arc movement path can be handled as a set of minute linear paths. The path corresponds to the divided path described in the claims.

この例では加工誤差の予測を行う工程として、加工品質を決定づける仕上げ加工工程を想定している。一般に、仕上げ加工前には中仕上げ加工が行われるため、仕上げ加工における1つのパスにおいては加工状態があまり変化しないと考えられる。そこで、1つのパス内で1箇所の加工誤差の予測を行う方法について説明する。なお、連続するパス同士で角度変化が小さい場合や移動距離が短い場合は、いくつかのパスを1つにまとめてもよいし、反対に移動距離が長い場合にはさらに分割してもよい。   In this example, a finishing process that determines the machining quality is assumed as a process for predicting a machining error. In general, since the intermediate finishing process is performed before the finishing process, it is considered that the processing state does not change much in one pass in the finishing process. Therefore, a method for predicting a machining error at one place in one pass will be described. When the change in angle between successive paths is small or when the moving distance is short, several paths may be combined into one, and conversely, when the moving distance is long, the paths may be further divided.

そうして所定のデータが入力された後に、工具経路の1つのパス毎(1行毎)に、実際に切削の行われる箇所があるかどうか判断する。これは、1つのパス内でも非切削中と切削中とが混在している場合に、切削中の箇所で加工誤差を予測するためである。具体的には図9(a)に示すように、着目するパスの工具掃引体T0と、それまでの工具掃引体T1と、被削物形状Wとを、それぞれ異なる色でもって下方から描画し、同図(b)に斜線を入れて示すように、着目するパスの工具掃引体T0の色の画素領域があれば、ここを切削される領域と判断する。   Then, after predetermined data is input, it is determined whether there is a place where cutting is actually performed for each path (each line) of the tool path. This is because when a non-cutting and a cutting are mixed even in one pass, a machining error is predicted at a location during cutting. Specifically, as shown in FIG. 9 (a), the tool sweep body T0, the tool sweep body T1 up to that point, and the workpiece shape W are drawn from below with different colors. As shown by hatching in FIG. 5B, if there is a pixel area of the color of the tool sweeper T0 in the path of interest, this is determined as an area to be cut.

そうして切削される領域のない場合は、このパスについて以降の処理は行わずリターンして、次のパスについての判断に移る一方、切削される領域があればその内部の所定の1点(例えば重心や中心付近)を加工誤差の予測位置に設定する。こうすれば、1つのパス内に切削する箇所としない箇所とが混在していても、その切削しない箇所において誤って加工誤差の予測を行うような心配はない。   If there is no area to be cut, the process returns without performing the subsequent processing for this pass, and the process moves to the determination for the next pass. On the other hand, if there is an area to be cut, a predetermined one point ( For example, the center of gravity or the vicinity of the center) is set as the predicted position of the machining error. In this way, even if a portion to be cut and a portion not to be cut are mixed in one pass, there is no worry that a machining error is erroneously predicted at the portion that is not cut.

また、前記の図9(b)に一例として示したように、描画する視野の横幅を工具直径とし、縦方向はパスの長さとし、工具送り方向を上向きとして描画したときに、図においては前記切削される領域の表示される幅の範囲内に、加工の際の切削領域および加工面の領域が存在することから、以降の処理においてはその範囲内に存在する工具掃引体、被削物形状のみを描画するようにしてもよく、また、色情報の読み取りもその範囲内でのみ行うようにしてもよい。こうすれば処理の高速化が図られる。   Further, as shown in FIG. 9B as an example, when the drawing is drawn with the horizontal width of the drawing field as the tool diameter, the vertical direction as the length of the path, and the tool feeding direction as the upward direction, Since the cutting area and the surface of the machining surface exist within the displayed width range of the area to be cut, the tool sweeper and workpiece shape that exist within that range in the subsequent processing Only color information may be drawn, and color information may be read only within the range. In this way, the processing speed can be increased.

そして、前記のように設定した加工誤差の予測位置において工具の1刃送りによる切削領域を検出し、この領域を切削する際に工具に作用する切削力を算出する。この切削力と工具の動剛性などから運動方程式を解いて、図2(b)のような工具回転角と工具撓みとの関係を求め、以下に述べるように特定した加工面創成点における工具撓みから加工誤差を算出する。また、加工面創成点における工具形状誤差からも加工誤差を算出する。   Then, the cutting area by the one-blade feed of the tool is detected at the machining error prediction position set as described above, and the cutting force acting on the tool when cutting this area is calculated. The equation of motion is solved from this cutting force and the dynamic stiffness of the tool, the relationship between the tool rotation angle and the tool deflection as shown in Fig. 2 (b) is obtained, and the tool deflection at the specified machining surface creation point as described below. Processing error is calculated from The machining error is also calculated from the tool shape error at the machining surface creation point.

そのような加工誤差の算出を工具経路の最初のパスから最後のパスまで行い、経路全体の加工誤差の予測結果をディスプレイ上に表示するとともに、この誤差とは反対向きに修正した工具経路を出力する。こうして工具経路を修正することで、加工誤差を補償する工具経路を出力することができ、切削加工の精度が向上する。   The machining error is calculated from the first to the last path of the tool path, and the predicted result of the machining error of the entire path is displayed on the display, and the tool path corrected in the opposite direction to this error is output. To do. By correcting the tool path in this way, it is possible to output a tool path that compensates for machining errors, thereby improving the accuracy of the cutting process.

なお、前記の処理は、コンピュータ装置1において所要のプログラム(加工誤差予測プログラム)が実行されることにより実現されるものであり、その意味でコンピュータ装置1は、特許請求の範囲に記載のデータ入力手段、描画手段、切削領域検出手段、切削力算出手段、加工面検出手段、加工誤差算出手段、第1の副描画手段、予測位置設定手段、および経路修正手段を構成している。   The above-described processing is realized by executing a required program (machining error prediction program) in the computer apparatus 1. In this sense, the computer apparatus 1 performs the data input described in the claims. Means, drawing means, cutting area detecting means, cutting force calculating means, machining surface detecting means, machining error calculating means, first sub-drawing means, predicted position setting means, and path correcting means.

(加工誤差の推定)
次に、本発明の特徴とする加工誤差の推定手法について図10に示すフローチャートに沿って、より具体的に説明する。
(Processing error estimation)
Next, the processing error estimation method, which is a feature of the present invention, will be described more specifically with reference to the flowchart shown in FIG.

−切削力および工具撓み−
切削力の算出については非特許文献1、2に記載されている手法を用いる。すなわち、まず、図示のフローにおけるスタート後のステップS1では、上述したように入力されるデータを用いて、図11(a)に示すように加工誤差の予測位置における工具Mと、当該位置の1刃分送り前までの工具掃引体T1と、被削物形状Wとを、それぞれ下方から工具Mを望む視野範囲Vにおいて、該工具Mの送り方向を上向きにして描画する。
-Cutting force and tool deflection-
For the calculation of the cutting force, the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 are used. That is, first, in step S1 after the start in the illustrated flow, using the data input as described above, as shown in FIG. The tool sweep body T1 and the workpiece shape W before the blade feed are drawn in the visual field range V where the tool M is desired from below, with the feed direction of the tool M facing upward.

こうして描画した画像は同図(b)のようになる。この例では中央付近に黒塗りで示すように工具Mの色が表示されている画素領域が、この予測位置において工具Mの1刃送りによって切削される領域(切削領域)であり、ステップS2では工具Mの色情報から切削領域を検出する。なお、図(b)の画像の右側に斜線を入れて示す領域は、仕上げ加工を行う前の被削物形状Wを表し、左側の領域は工具掃引体T1によって切削された範囲を表し、それらの境界付近に前記切削領域が位置している。   The image thus drawn is as shown in FIG. In this example, the pixel area in which the color of the tool M is displayed as shown in black near the center is an area (cutting area) that is cut by one-blade feed of the tool M at this predicted position. The cutting area is detected from the color information of the tool M. In addition, the area shown by hatching on the right side of the image in FIG. (B) represents the workpiece shape W before finishing, and the left area represents the area cut by the tool sweeper T1, The cutting area is located in the vicinity of the boundary.

そして、ステップS3では、前記のように検出した切削領域の情報から工具Mに作用する切削力を算出する。すなわち、非特許文献1、2に記載の如く工具の切刃を微小切刃の集合としてモデル化し(図8を参照)、微小回転角度毎に各微小切刃が切削中かどうかを判定し、切削中と判定される場合には切削力係数、切り取り厚さ、切刃長さなどから微小切削力を算出し、これを全ての微小切刃について積算する。この計算を繰り返すことによって1回転中の切削3分力(Fx,Fy,Fz)が得られる。   In step S3, the cutting force acting on the tool M is calculated from the information on the cutting area detected as described above. That is, as described in Non-Patent Documents 1 and 2, the cutting edge of the tool is modeled as a set of minute cutting edges (see FIG. 8), and it is determined whether each minute cutting edge is cutting at each minute rotation angle. When it is determined that cutting is in progress, the minute cutting force is calculated from the cutting force coefficient, the cutting thickness, the cutting edge length, and the like, and this is integrated for all the minute cutting edges. By repeating this calculation, three component forces of cutting (Fx, Fy, Fz) during one rotation can be obtained.

続いて、ステップS4では、前記工具の1回転中の切削力(Fx(t),Fy(t))と、工具の動剛性の逆数であるコンプライアンス伝達関数(Gx(ω),Gy(ω))とから、応答である1回転中の工具撓み(Dx(t),Dy(t))を算出する。運動方程式を解くためには例えばルンゲクッタ法などの数値解析法を用いることができる。なお、一般に応答は自由振動と強制振動との和になるが、切削力が数回転、同じ状態で工具に作用すると仮定すれば強制振動のみを考慮すればよい。   Subsequently, in step S4, the cutting force (Fx (t), Fy (t)) during one rotation of the tool and the compliance transfer function (Gx (ω), Gy (ω) which is the reciprocal of the dynamic stiffness of the tool. ) To calculate the tool deflection (Dx (t), Dy (t)) during one rotation as a response. In order to solve the equation of motion, for example, a numerical analysis method such as Runge-Kutta method can be used. In general, the response is the sum of free vibration and forced vibration. However, if it is assumed that the cutting force acts on the tool in the same state for several revolutions, only the forced vibration needs to be considered.

このとき、切削力をFFT処理した結果F(ω)と、コンプライアンス伝達関数G(ω)との積とから、工具撓みをFFT処理した結果D(ω)=G(ω)F(ω)を得て、その後、これを逆FFT処理することにより、工具1回転中の工具撓み、即ち工具軸周りの回転角位置(工具回転角度)と撓み量との関係(図2(b)を参照)を高速に算出することができる。   At this time, from the product of the FFT processing result F (ω) and the compliance transfer function G (ω), the result of FFT processing of the tool deflection D (ω) = G (ω) F (ω) After that, by subjecting this to inverse FFT processing, the tool deflection during one rotation of the tool, that is, the relationship between the rotation angle position around the tool axis (tool rotation angle) and the deflection amount (see FIG. 2B) Can be calculated at high speed.

−加工面創成点および加工誤差−
そうして切削力を算出する一方で、ステップS5では前記図11の描画結果に対して、加工誤差の予測位置から工具の1刃送り後以降の工具掃引体T2を書き加える(図5を参照)。こうして書き加えた工具掃引体T2によって被削物形状Wの一部が削り取られるとともに、図11(b)に示した切削領域の一部も削除され、それらが陰面消去されることで、描画される画像は図12に示すようになり、工具の色が表示される画素領域は非常に小さくなる。
-Machining surface creation point and machining error-
Thus, while calculating the cutting force, in step S5, the tool sweep body T2 after one tool is fed from the predicted position of the machining error is added to the drawing result of FIG. 11 (see FIG. 5). ). A part of the workpiece shape W is cut off by the tool sweep body T2 thus added, and a part of the cutting area shown in FIG. 11 (b) is also deleted. The resulting image is as shown in FIG. 12, and the pixel area in which the tool color is displayed is very small.

この画素領域が加工終了後に残る加工面を表しており、ステップS6では色情報から加工面を検出する。なお、被削物形状の領域外は考慮しなくてよいので、被削物形状のXY領域内のみ全ての画素の色情報を読み取って、そのうちから工具の色情報を識別する。色情報としては一般的にR,G,B,Aの4つの情報が利用できるので、そのうちの一つ(例えばA)に工具を認識するための情報を与えておけばよい。   This pixel area represents the processed surface remaining after the processing is completed. In step S6, the processed surface is detected from the color information. Since it is not necessary to consider the area outside the workpiece shape, the color information of all the pixels is read only within the XY area of the workpiece shape, and the color information of the tool is identified therefrom. As the color information, generally four pieces of information of R, G, B, and A can be used, and information for recognizing the tool may be given to one of them (for example, A).

続いてステップS7では、後述するように視野を修正するどうか判別して、必要があれば(YES)ステップS8にて視野を修正した上で、前記ステップS1,S5のように工具Mやその掃引体T1,T2、被削物形状Wなどを描画して(再描画)前記ステップS6に戻る一方、必要がなければ(NO)ステップS9に進み、前記検出した加工面の情報からこれを切削するときの切刃の位置である加工面創成点を特定して、この創成点における工具回転角度θ、工具接角度qおよび加工面法線ベクトルnを算出する。   Subsequently, in step S7, it is determined whether or not the field of view is to be corrected as will be described later. If necessary (YES), the field of view is corrected in step S8, and then the tool M and its sweep are performed as in steps S1 and S5. Drawing the bodies T1, T2, the workpiece shape W, etc. (redrawing) returns to the step S6. If not necessary (NO), the process proceeds to the step S9, and this is cut from the information of the detected machining surface. The machining surface creation point that is the position of the cutting edge at the time is specified, and the tool rotation angle θ, the tool contact angle q, and the machining surface normal vector n at this creation point are calculated.

すなわち、この例では上述したように金型の仕上げ加工を想定しており、仕上げ加工においては所定の表面粗さ以下となるように、細かいピッチで工具経路が作成されるため、加工面として残る画素領域は前記のように非常に小さなものとなる。よって、この画素領域内の或る1点を代表点として、この点を加工する瞬間の工具撓みや工具形状誤差から、加工誤差が決定されると考えることができる。   That is, in this example, as described above, the finishing of the mold is assumed, and the tool path is created with a fine pitch so that the finishing surface has a predetermined surface roughness or less, so that it remains as a processing surface. As described above, the pixel area is very small. Therefore, it can be considered that a machining error is determined from a tool deflection or a tool shape error at the moment of machining this point with a certain point in the pixel region as a representative point.

そこで、例えば前記のように検出した加工面の画像領域における座標(X,Y座標)の平均値を創成点とし、図13(a)に示すように、工具先端の切刃の通過軌跡を表す半球面上において、工具回転角度0°の切刃位置から創成点Cまでの工具回転角度θを求めるとともに、この創成点Cから当該半球の中心に向かう線分が工具の回転軸心となす角度である工具接角度qを求める。また、その創成点Cから半球の中心に向かうベクトルが、加工面の法線ベクトルnとなる。   Therefore, for example, the average value of the coordinates (X, Y coordinates) in the image area of the machining surface detected as described above is used as a creation point, and the passing locus of the cutting edge at the tool tip is represented as shown in FIG. On the hemisphere, the tool rotation angle θ from the cutting edge position with a tool rotation angle of 0 ° to the creation point C is obtained, and the angle between the line segment from the creation point C toward the center of the hemisphere and the rotation axis of the tool A tool contact angle q is obtained. A vector from the creation point C toward the center of the hemisphere is a normal vector n of the machining surface.

それら工具回転角度θや工具接角度qは創成点Cの座標、即ち工具軸との位置関係から計算することもできるが、この実施形態では、工具の画素の色情報、例えばR,Gにそれぞれ工具回転角度θ、工具接角度qの情報を与えておき、コンピュータ装置1のコマンドで画素の色情報を読み取るだけで、直ちにかつ正確に工具回転角度θや工具接角度qが求まるようにしている。   The tool rotation angle θ and the tool contact angle q can also be calculated from the coordinates of the creation point C, that is, the positional relationship with the tool axis. In this embodiment, the color information of the tool pixel, for example, R and G, respectively. Information on the tool rotation angle θ and the tool contact angle q is given, and the tool rotation angle θ and the tool contact angle q can be obtained immediately and accurately simply by reading the pixel color information with a command of the computer device 1. .

すなわち、前記図13(a)には濃淡のグラデーションとして現れているが、この図の下側に示すように、工具を表す半球面上の各画素は、その色情報Rの値が工具回転角度θの変化に応じて徐々に変化する。また、その図の上側に示すように色情報Gの値は、半球の中心から工具軸心に沿って下端に向かうに連れて、つまり工具接角度qの変化に応じて徐々に変化するようになっている。   That is, although it appears as a light and shaded gradation in FIG. 13 (a), as shown on the lower side of this figure, each pixel on the hemisphere representing the tool has its color information R value determined by the tool rotation angle. It changes gradually according to the change of θ. Further, as shown in the upper side of the drawing, the value of the color information G gradually changes from the center of the hemisphere toward the lower end along the tool axis, that is, in accordance with the change of the tool contact angle q. It has become.

そのため、例えば前記のように検出した加工面の画像領域における各画素の色情報R,Gを読み取り、その平均を求めることによって直ちに、加工面創成点Cにおける工具の回転角度θや接角度qを求めることができる。また、加工面の画像領域における座標(X,Y座標)の平均値を創成点Cとし、この点Cの色情報R,Gから工具の回転角度θや接角度qを求めることもできる。   Therefore, for example, the color information R and G of each pixel in the image area of the machining surface detected as described above is read and the average is obtained to immediately determine the rotation angle θ and the contact angle q of the tool at the machining surface creation point C. Can be sought. Further, the average value of the coordinates (X, Y coordinates) in the image area of the processing surface is set as the creation point C, and the rotation angle θ and the contact angle q of the tool can be obtained from the color information R, G of this point C.

そうして加工面創成点Cにおける工具回転角度θが求まれば、前記ステップS4にて求めた工具回転角度θと撓み量との関係(図2(b)を参照)から創成点での工具撓み量を求め、この工具撓み量と加工面法線ベクトルとから加工面法線方向の加工誤差を算出できる(ステップS10)。具体的には加工面創成点における工具撓みベクトル(並進方向のみ考慮する場合は、(Dx(X方向撓み),Dy(Y方向撓み),0)と加工面法線単位ベクトルとの内積を計算すればよい。   If the tool rotation angle θ at the machining surface creation point C is obtained in this way, the tool at the creation point is determined from the relationship between the tool rotation angle θ obtained in step S4 and the amount of deflection (see FIG. 2B). A bending error is obtained, and a machining error in the machining surface normal direction can be calculated from the tool deflection amount and the machining surface normal vector (step S10). Specifically, calculate the inner product of the tool deflection vector at the machining surface creation point (when considering only the translation direction, (Dx (X direction deflection), Dy (Y direction deflection), 0)) and the machining surface normal unit vector do it.

並行してステップS11では、前記の工具接角度qにおける工具形状誤差を用いて、これに起因する加工誤差を算出する。これは、前記のように求めた加工面創成点における工具接角度qに対応する工具の形状誤差を、予め測定して記憶してあるテーブルを用いて算出すればよい。   In parallel, in step S11, a machining error resulting from the tool shape error at the tool contact angle q is calculated. This may be calculated using a table in which the shape error of the tool corresponding to the tool contact angle q at the machining surface creation point obtained as described above is measured and stored in advance.

なお、この例では前記の如く、工具撓みや工具形状誤差を加工面における創成点1点の情報から算出しているが、実際に加工面を切削しているときの工具回転角度θや工具接角度qは或る範囲を持っているから、この角度毎に加工誤差を算出してもよいし、この範囲内での最大値、或いは平均値などから加工誤差を算出してもよい。つまり、工具撓みなどを算出するために特定する加工面創成位置は1点に限るものでなく、或る程度の広さを持った範囲であってもよい。   In this example, as described above, the tool deflection and the tool shape error are calculated from the information of one creation point on the machining surface. However, the tool rotation angle θ and the tool contact when the machining surface is actually cut are calculated. Since the angle q has a certain range, the machining error may be calculated for each angle, or the machining error may be calculated from the maximum value or the average value within this range. That is, the machining surface creation position specified for calculating the tool deflection or the like is not limited to one point, and may be a range having a certain extent.

−視野の修正−
次に、前記ステップS8における視野の修正について具体的に説明する。これは一例として、前記ステップS5において工具掃引体T2を書き加えたときに画像に工具Mの色が表示されないときの対応方法である。工具Mの色が表示されないのは、最終的に加工面として残る箇所がない場合と、その箇所が描画の際の1画素に満たない場合とがある。すなわち、この例のように下方から視ると、被削物の側壁などを加工している場合には加工面をその法線に対し斜めに視ることになるから、加工面として残る箇所があってもその画素領域が非常に小さくなってしまい、1画素に満たないこともあるのである。
-Correction of visual field-
Next, the visual field correction in step S8 will be specifically described. As an example, this is a method for dealing with a case where the color of the tool M is not displayed on the image when the tool sweep body T2 is added in the step S5. The color of the tool M is not displayed in the case where there is finally no remaining portion as the machining surface and the case where the portion is less than one pixel at the time of drawing. That is, when viewed from the bottom as in this example, when machining the side wall of the workpiece, the machining surface is viewed obliquely with respect to the normal line, so the portion remaining as the machining surface is Even if it exists, the pixel area becomes very small, and it may be less than one pixel.

このような場合の対応方法として、加工誤差の予測に先立つ切削領域の検出結果(ステップS2)を利用する。すなわち、上述したように最終的に加工面として残る箇所は切削領域に含まれており、この切削領域は加工面の領域に比べて広いので、これが表示されないことは考えなくてよい。そこで、図14に模式的に示すように、切削領域があるにも拘わらず加工面が表示されないときには、その切削領域の法線方向に近づくように視点を移動させ、図のように横から視て画像を描画することにより、加工面の画素領域を拡大する。   As a countermeasure method in such a case, the detection result (step S2) of the cutting area prior to the prediction of the machining error is used. That is, as described above, the portion that finally remains as the machining surface is included in the cutting region, and this cutting region is wider than the region of the machining surface, so it is not necessary to consider that this is not displayed. Therefore, as schematically shown in FIG. 14, when the machining surface is not displayed even though there is a cutting area, the viewpoint is moved so as to approach the normal direction of the cutting area, and viewed from the side as shown in the figure. By drawing an image, the pixel area of the processed surface is enlarged.

或いは、視点はそのままでも切削領域に向かって視野を絞り、1画素当たりの面積を縮小して分解能を上げることにより、言い換えると切削領域を拡大して描画することによって加工面が表示されるようにする。これらのいずれかの手法で視点ないし視野範囲を修正することによって、加工面の見落としを防止できる。   Alternatively, the processing surface can be displayed by narrowing the field of view toward the cutting area and reducing the area per pixel to increase the resolution, in other words, by enlarging and drawing the cutting area even if the viewpoint remains unchanged. To do. By correcting the viewpoint or field-of-view range by any of these methods, it is possible to prevent the processing surface from being overlooked.

なお、工具接角度qが大きくなれば、加工面が表示されていてもその画素数は少なくなるので、計算誤差が大きくなるとも考えられる。そこで、Z軸負方向からの画像において工具(切刃の通過軌跡)の外周付近に切削領域があり、工具接角度qが大きいと考えられる場合(例えば60°を超える場合)には、加工面が見える見えないに拘わらず、前記と同様に視点を変更したり拡大して表示したりすることで、より高精度な算出を行える。   Note that if the tool contact angle q is increased, the number of pixels is reduced even if the processed surface is displayed, so that the calculation error may be increased. Therefore, when there is a cutting region near the outer periphery of the tool (passage trajectory of the cutting edge) in the image from the negative Z-axis direction and the tool contact angle q is considered to be large (for example, exceeding 60 °), the machining surface Regardless of whether it is visible or not, it is possible to perform calculation with higher accuracy by changing the viewpoint or displaying the enlarged image in the same manner as described above.

前記した図10のフローのステップS1およびS5は、工具経路上の加工誤差予測位置における工具M(切刃の通過軌跡)と、当該位置の1刃分送り前および1刃分送り後を含む所定範囲の工具掃引体T1,T2と、被削物形状Wとを、それぞれ下方からの視野範囲Vにおいて描画する描画ステップに相当する。この例ではステップS1において、加工誤差の予測位置における工具Mと、その手前までの工具掃引体T1と、被削物形状Wとを描画し、その後のステップS5において予測位置以降の工具掃引体T2を描き加えるようにしている。   Steps S1 and S5 in the flow of FIG. 10 described above include a tool M at the machining error predicted position on the tool path (passage trajectory of the cutting blade), and a predetermined value including before and after feeding one blade at that position. This corresponds to a drawing step of drawing the tool sweep bodies T1 and T2 in the range and the workpiece shape W in the visual field range V from below. In this example, in step S1, the tool M at the predicted position of the machining error, the tool sweep T1 up to that point, and the workpiece shape W are drawn, and in the subsequent step S5, the tool sweep T2 after the predicted position. Is added.

ステップS2は、そうして予測位置以降の工具掃引体T2が描き加えられる前の画像平面において工具Mが表示されている画素領域を、切削領域として検出する切削領域検出ステップに相当し、ステップS3は、その切削領域の情報から工具に作用する切削力を算出する切削力算出ステップに相当する。   Step S2 corresponds to a cutting region detection step of detecting a pixel region where the tool M is displayed on the image plane before the tool sweep body T2 after the predicted position is added as a cutting region. Corresponds to a cutting force calculation step of calculating a cutting force acting on the tool from the information on the cutting region.

また、ステップS6は、前記ステップS5において工具掃引体T2が描き加えられた後に画像平面において工具Mが表示されている画素領域を、加工終了後も残る加工面として検出する加工面検出ステップに相当し、ステップS9〜S11は、その加工面の創成点を特定して、ここにおける工具の形状誤差や撓み量から加工誤差を推定演算する加工誤差算出ステップに相当する。   Step S6 corresponds to a machining surface detection step of detecting a pixel area in which the tool M is displayed on the image plane after the tool sweep body T2 has been drawn in step S5 as a machining surface remaining after machining. Steps S9 to S11 correspond to a machining error calculation step in which the creation point of the machining surface is specified and the machining error is estimated and calculated from the tool shape error and the deflection amount.

さらに、ステップS8は、前記ステップS2にて検出した切削領域の情報に基づいて、画像を再描画する際の視点ないし視野範囲を修正するステップであり、このステップを実行することでコンピュータ装置1は、特許請求の範囲に記載の視野修正手段も構成することになる。   Further, step S8 is a step of correcting the viewpoint or visual field range when redrawing the image based on the information of the cutting area detected in step S2, and the computer apparatus 1 executes the step by executing this step. The visual field correcting means described in the claims is also configured.

(工具経路の修正)
最後に工具経路の修正について簡単に述べる。NCデータにおいて工具経路は通常、X,Y,Zの直交座標系の多数の構成点を結ぶ直線、或いは円弧によって指定されており、上述したように予測した加工誤差と反対の向きに構成点を移動させれば、工具経路を適切に修正することができる。すなわち、この実施形態において加工誤差は、工具経路を構成する多数のパスのそれぞれについて算出しており、図15に示すように、修正する構成点はその前後のパスの交点であるから、前後2つのパスにおける加工誤差の予測結果を用いて構成点を修正すればよい。
(Tool path correction)
Finally, the tool path correction will be briefly described. In NC data, the tool path is usually specified by a straight line or arc connecting many constituent points in the X, Y, Z orthogonal coordinate system, and the constituent points are set in the opposite direction to the predicted machining error as described above. If moved, the tool path can be appropriately corrected. That is, in this embodiment, the machining error is calculated for each of a large number of paths constituting the tool path, and as shown in FIG. 15, the component point to be corrected is the intersection of the previous and subsequent paths. The constituent points may be corrected using the prediction results of the machining errors in one pass.

具体的には、まず、前後2つのパスのそれぞれで、加工誤差の大きさ(正負有り)を有し加工面法線方向の加工誤差ベクトルE(i),E(j)を考え、この加工誤差ベクトルE(i),E(j)と大きさが等しく、逆向きの修正基準ベクトルE'(i),E'(j)を算出する。そして、それらの和の向きに修正ベクトルE'(i+j)の向きを設定する。この修正ベクトルE'(i+j)の大きさは、修正による前後2つのパスの移動と各々の修正基準ベクトルE'(i),E'(j)との差ができるだけ小さくなるように決定すればよい。なお、円弧移動経路の場合は、直線移動工具経路の集合としてこれらの計算を行い、最小2乗法などを用いて修正円弧を求めることにより、修正することができる。   Specifically, first, in each of the two front and rear passes, machining error vectors E (i) and E (j) having machining error magnitudes (positive and negative) in the normal direction of the machining surface are considered. The correction reference vectors E ′ (i) and E ′ (j) having the same magnitude as the error vectors E (i) and E (j) and opposite directions are calculated. Then, the direction of the correction vector E ′ (i + j) is set in the direction of the sum. The magnitude of the correction vector E ′ (i + j) is determined so that the difference between the movement of the two paths before and after the correction and the respective correction reference vectors E ′ (i) and E ′ (j) is as small as possible. do it. In the case of an arc movement path, it can be corrected by performing these calculations as a set of linear movement tool paths and obtaining a correction arc using the least square method or the like.

(作用効果)
以上、説明したように、この実施形態に係る加工誤差の予測装置によると、コンピュータ装置1の3次元グラフィックス機能を利用して、被削物形状Wおよびこれを切削する工具Mと、この工具Mの掃引体T1,T2とを、それぞれ下方からの視野範囲Vにおいて描画し、この描画された画像において工具Mが手前に表示されている画素領域を、加工終了後に残る加工面の領域として高速に検出することができる。
(Function and effect)
As described above, according to the machining error predicting apparatus according to this embodiment, the workpiece shape W and the tool M for cutting the work shape W using the three-dimensional graphics function of the computer apparatus 1, and the tool M sweep bodies T1 and T2 are respectively drawn in the visual field range V from below, and the pixel area in which the tool M is displayed in front of the drawn image is used as the area of the machining surface remaining after machining. Can be detected.

そして、その加工面の領域において創成時の工具の切刃位置である創成点Cを特定し、この創成点Cにおける工具の形状誤差や撓み量に基づいて、加工誤差の推定値を正確に算出することができる。よって、自由曲面をもつ金型などの加工においても誤差を正確に予測することが可能になり、加工条件の検討などに非常に有利である。   Then, the creation point C, which is the cutting edge position of the tool at the time of creation, is specified in the region of the machining surface, and the estimated value of the machining error is accurately calculated based on the shape error and deflection amount of the tool at the creation point C. can do. Therefore, it is possible to accurately predict an error even when processing a die having a free-form surface, which is very advantageous for studying processing conditions.

また、そうして予測した加工誤差に基づいて工具経路を修正すれば、加工誤差を低減して成形後の修正に要する工数、時間を大幅に削減することができる。   Further, if the tool path is corrected based on the predicted processing error, the processing error can be reduced and the man-hour and time required for correction after forming can be greatly reduced.

特にこの実施形態では、前記のように描画する工具M(切刃の通過軌跡)を半球面とし、その半球面上の各画素には、工具回転角度θおよび工具接角度qによって徐々に値が変化するようにして色情報R,Gを持たせているから、前記のように特定した創成点Cの色情報を読み込めば直接的に、工具回転角度θおよび工具接角度qを算出することができる。   In particular, in this embodiment, the tool M (cutting blade trajectory) to be drawn as described above is a hemispherical surface, and each pixel on the hemispherical surface gradually has a value depending on the tool rotation angle θ and the tool contact angle q. Since the color information R and G is changed so as to change, the tool rotation angle θ and the tool contact angle q can be directly calculated by reading the color information of the creation point C specified as described above. it can.

また、前記のように加工誤差を予測する位置における工具Mと、この予測位置までの工具掃引体T1とを先に描画して、予測位置以降の工具掃引体T2を描画する前の画像から、前記と同様にして予測位置における切削領域を検出し、これに基づいて切削力を算出するようにしており、この切削力の算出も高速に行うことができる。   Further, as described above, the tool M at the position where the machining error is predicted and the tool sweep body T1 up to the predicted position are drawn first, and from the image before the tool sweep body T2 after the predicted position is drawn, In the same manner as described above, the cutting region at the predicted position is detected, and the cutting force is calculated based on the detected region. The cutting force can be calculated at high speed.

しかも、そうして切削領域を求めた後に工具掃引体T2を書き加えた画像から、前記のように加工面の検出を行うようにしているので、切削力の算出のための描画結果を加工誤差の予測に利用して、処理時間を短縮することができる。   Moreover, since the machining surface is detected as described above from the image in which the tool sweep body T2 is added after the cutting area is obtained in this way, the drawing result for calculating the cutting force is used as the machining error. It is possible to shorten the processing time by using this for prediction.

−実施例−
以下に、この実施形態の予測装置を用いて実際に、切削加工の誤差を予測した例について説明する。実施したのは、図16に示すような円筒面の等高線加工であり、図の右側には工具・被削材、および切削条件を記す。なお、円筒面のような数学的に定められる形状の加工においては理論的に工具回転角度や工具接角度を求めることができるため、計算結果の検証を行うことができる。円筒面の加工では、ボールエンドミルの中心座標値と円筒面中心軸とを結ぶ直線と、円筒面形状との交点が加工面創成点となる。
-Example-
Below, the example which actually estimated the error of cutting using the prediction device of this embodiment is explained. What was carried out was contour line machining of a cylindrical surface as shown in FIG. 16, and the tool, work material, and cutting conditions are shown on the right side of the figure. In the machining of a mathematically defined shape such as a cylindrical surface, the tool rotation angle and the tool contact angle can be theoretically obtained, so that the calculation result can be verified. In the processing of the cylindrical surface, the intersection of the straight line connecting the center coordinate value of the ball end mill and the central axis of the cylindrical surface and the cylindrical surface shape becomes the processing surface creation point.

図17には、Z軸負方向からの描画により、工具回転角度θおよび工具接角度qを算出した値の理論値との差を示す。工具接角度が87.6°以上では、工具が表示されず、算出できていない。また、60°を超えるあたりから誤差が大きくなっている。一方、図18には、Z軸負方向からの描画において工具接角度が60°以上と推定される場合に、視点を変更して算出した結果を示す。視点を変更することにより全ての値を求めることができ、また、計算誤差が小さくなることが確認できた。   FIG. 17 shows the difference between the calculated values of the tool rotation angle θ and the tool contact angle q from the theoretical values by drawing from the negative Z-axis direction. When the tool contact angle is 87.6 ° or more, the tool is not displayed and cannot be calculated. Also, the error increases from around 60 °. On the other hand, FIG. 18 shows a result calculated by changing the viewpoint when the tool contact angle is estimated to be 60 ° or more in the drawing from the negative Z-axis direction. It was confirmed that all values could be obtained by changing the viewpoint, and that the calculation error was reduced.

図19には、この実施形態の予測方法を用いて加工誤差を予測した結果と、加工後の形状を3次元測定機で測定した結果とを対比して示す。予測値と測定値とはよく一致している。また、誤差予測結果に基づき工具経路を修正した場合と、修正しない場合との加工誤差の測定結果を図20に示す。加工誤差予測に基づく工具経路の修正により、加工誤差を低減できることを確認した。   FIG. 19 shows the result of predicting the machining error using the prediction method of this embodiment and the result of measuring the shape after machining with a three-dimensional measuring machine. The predicted value and the measured value are in good agreement. FIG. 20 shows measurement results of machining errors when the tool path is corrected based on the error prediction result and when the tool path is not corrected. It was confirmed that the machining error can be reduced by correcting the tool path based on the machining error prediction.

次に、この実施形態の予測手法を、中仕上げ工程99768パス、および、仕上げ工程286463パスから成る実金型モデルの仕上げ工程の加工誤差予測に適用した。まず、仕上げ工程の各パスに対して切削領域を判断し、切削領域内に誤差予測位置を設定する。そして、その位置で切削力算出を行い、その後、加工面として残る箇所の計算を行い、工具撓みに起因する加工誤差の予測を行った。なお、描画の解像度は512×512とした。使用したパソコンの仕様は、CPUが Intel製 Core2Duo 3GHzであり、メモリは2GBで、GPUは nVIDIA製の GeForce8800GTS である。図21に計算時間および加工誤差予測結果を示す。自由曲面をもつ大規模な金型モデルに対して、1パス当り0.070秒で加工誤差予測を行うことができた。   Next, the prediction method of this embodiment was applied to the machining error prediction of the finishing process of the real mold model including the intermediate finishing process 99768 pass and the finishing process 286463 pass. First, a cutting area is determined for each pass of the finishing process, and an error prediction position is set in the cutting area. Then, the cutting force was calculated at that position, and thereafter, the portion remaining as the machining surface was calculated, and the machining error due to the tool deflection was predicted. Note that the drawing resolution was 512 × 512. The specifications of the personal computer used are: Core2Duo 3 GHz made by Intel, memory 2 GB, and GPU GeForce8800GTS made by nVIDIA. FIG. 21 shows calculation time and processing error prediction results. The machining error could be predicted in 0.070 seconds per pass for a large-scale mold model with a free-form surface.

また、この実施形態の予測手法と従来の手法(ソフトウェア処理)とを比較するために、工具形状誤差に起因する加工誤差の予測を行った。工具形状誤差に起因する加工誤差としたのは、切削力や工具撓みなどの計算を除き、加工面として残る箇所の計算時間を比較するためである。予測位置は直線工具経路の中点の位置に固定し、加工面創成点の工具接角度を計算して、工具接角度に基づき加工誤差を算出する。加工面創成点の工具接角度の計算のみ、ソフトウェア処理または実施形態に係るグラフィックスハードウェア処理のいずれかとした。   Further, in order to compare the prediction method of this embodiment with the conventional method (software processing), a machining error due to a tool shape error was predicted. The reason why the machining error caused by the tool shape error is used is to compare the calculation time of the portion remaining as the machining surface, excluding the calculation of cutting force and tool deflection. The predicted position is fixed at the midpoint position of the straight tool path, the tool contact angle at the machining surface creation point is calculated, and the machining error is calculated based on the tool contact angle. Only the calculation of the tool contact angle at the machining surface creation point was either software processing or the graphics hardware processing according to the embodiment.

誤差予測の対象は2種類とし、前記の円筒面加工の工具直径20mmの仕上げ工程(図22(a))と、前記の実金型モデルの工具直径30mm(図21のNCデータ5)の工程(同図(b))とした。ソフトウェア処理の場合は、加工誤差を予測する位置の工具(球)をX−Y平面に投影した円の領域内に、工具直径を512分割した格子点を設定する。そして、各格子点からZ軸正方向への直線と工具(球)との交点を算出し、交点と格子点との距離を算出する。同様に全ての工具掃引体(円柱、球)との距離を計算し、工具との距離よりも、全ての工具掃引体との距離が大きい場合、即ち工具が最も下側にある場合に、その位置が加工面として残ると判断する。工具より1つでも距離の小さい工具掃引体が見つかれば、その位置は加工面とし残らないと判断する。   There are two types of error prediction targets, the finishing process (FIG. 22 (a)) of the above-described cylindrical surface machining tool diameter of 20 mm, and the process of the tool diameter of 30mm (NC data 5 in FIG. 21) of the above-mentioned actual mold model. ((B) in the figure). In the case of software processing, lattice points obtained by dividing the tool diameter by 512 are set in a circular area obtained by projecting a tool (sphere) at a position where a machining error is predicted on the XY plane. Then, the intersection of the straight line from each lattice point in the positive direction of the Z axis and the tool (sphere) is calculated, and the distance between the intersection and the lattice point is calculated. Similarly, the distance to all tool sweep bodies (cylinder, sphere) is calculated, and when the distance to all tool sweep bodies is larger than the distance to the tool, that is, when the tool is at the lowest position, It is determined that the position remains as the machining surface. If even one tool sweeper with a smaller distance than the tool is found, it is determined that the position does not remain as the machining surface.

なお、計算時間をなるべく短くするように、上記の半直線と工具掃引体との干渉の可能性をまず判断し、可能性のある工具掃引体のみに対して距離計算を行った。使用したパソコンの仕様は前項と同様である。計算は、円筒面加工については809パス全てを行い、実金型モデルについては工具経路125824パスのうち、1000パス毎の128点について実施した。計算時間は同図(c)のようになり、円筒加工で8.9倍に、また、実金型モデルの加工では110.8倍の高速化がなされている。よって、本発明の加工誤差予測方法は大規模工具経路を持つ実際の金型加工において、より効果を発揮するものと言える。   In order to shorten the calculation time as much as possible, the possibility of interference between the half-line and the tool sweeper was first determined, and the distance was calculated only for the potential tool sweeper. The specifications of the PC used are the same as in the previous section. The calculation was performed for all 809 passes for the cylindrical surface machining, and for the actual mold model, 128 points for every 1000 passes out of the tool route 125824 passes. The calculation time is as shown in FIG. 6C, and the speed is increased by 8.9 times in the cylindrical machining and 110.8 times in the machining of the real mold model. Therefore, it can be said that the machining error prediction method of the present invention is more effective in actual die machining having a large-scale tool path.

(他の実施形態)
本発明に係る加工誤差の予測の具体的な手法は前記実施形態のものに限定されず、例えば加工誤差の予測は金型の仕上げ加工工程に限らず、荒加工工程や中仕上げ加工工程にも適用できる。その場合は、1つの直線移動経路中の加工状態を判断して、加工状態によって予測箇所を増やすようにしてもよい。勿論、金型以外の種々の切削加工に適用することもできる。
(Other embodiments)
The specific method for predicting the machining error according to the present invention is not limited to that of the above-described embodiment. For example, the prediction of the machining error is not limited to the finishing process of the mold, but also to the roughing process and the intermediate finishing process. Applicable. In that case, the machining state in one linear movement path may be determined, and the number of predicted locations may be increased depending on the machining state. Of course, the present invention can be applied to various cutting processes other than the mold.

また、工具の画素に持たせる情報は工具回転角度θ、工具接角度qに限らず、別の形式の座標情報でもよい。一例として色情報Rに工具接角度qを持たせる一方、GにはX座標、BにはY座標としてもよい。さらに、色情報ではなく他の画素情報も利用可能である。   Further, the information to be given to the pixel of the tool is not limited to the tool rotation angle θ and the tool contact angle q, but may be other types of coordinate information. As an example, the color information R may have a tool contact angle q, while G may be an X coordinate and B may be a Y coordinate. Further, other pixel information can be used instead of color information.

また、前記の実施形態では、図5を参照して上述したように、加工誤差を予測する位置の工具Mと被削物形状Wとの他に、その予測位置の1刃送り手前までの工具掃引体T1と、1刃送り後以降の工具掃引体T2とを描画するようにしており、これが基本であるが、工具掃引体T1,T2は、例えば2〜3刃送り手前までのものや2〜3刃送り以降のものとしてもよい。   In the above-described embodiment, as described above with reference to FIG. 5, in addition to the tool M at the position where the machining error is predicted and the workpiece shape W, the tool up to the one-blade feeder at the predicted position. The sweeping body T1 and the tool sweeping body T2 after feeding one blade are drawn, and this is basic, but the tool sweeping bodies T1 and T2 are, for example, those up to 2 to 3 blades before feeding. It is good also as after-3 blade feeding.

さらに、前記の実施形態では、加工に用いる工具として主にボールエンドミルを想定して説明しており、この場合は切刃の通過軌跡を近似的に半球面で表すことになるが、勿論、ボールエンドミル以外の回転工具(例えばラジアスエンドミル、スクエアエンドミルなど)も想定される。この場合に、切刃の通過軌跡はその形状に応じた種々の形状に近似されるが、いずれも工具の回転軸心を中心とする軸対称形状となる。また、当然ながら、工具掃引体も工具の形状に応じて構成される。   Furthermore, in the above-described embodiment, the description has been made mainly assuming a ball end mill as a tool used for processing. In this case, the trajectory of the cutting edge is approximately represented by a hemispherical surface. Rotating tools other than end mills (eg radius end mills, square end mills, etc.) are also envisaged. In this case, the trajectory of the cutting blade is approximated to various shapes depending on the shape, and all of them have an axially symmetric shape centered on the rotation axis of the tool. Of course, the tool sweeper is also configured according to the shape of the tool.

さらにまた、前記の実施形態では工具経路の多数のパスについてそれぞれ加工誤差の予測を行うようにしているが、一般に金型の加工では大規模な工具経路データが使用されることから、その全てに対して加工誤差の予測を行うと時間がかかり過ぎるきらいがある。そこで、加工誤差が小さく、工具経路の修正が必要ない箇所については予め除外しておくことが望ましい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the machining error is predicted for each of a large number of paths in the tool path. In general, since a large amount of tool path data is used in machining a die, all of them are used. However, when machining errors are predicted, it may take too much time. Therefore, it is desirable to exclude in advance parts where machining errors are small and the tool path does not need to be corrected.

すなわち、工具撓みに起因する加工誤差は一般に、工具接角度の大きいときほど大きくなり、工具接角度が0°に近いとき(即ち工具軸と被削面の法線とのなす角度が0°に近いとき)には、切削力によって工具が撓んでも、加工誤差には殆ど影響しないと考えられる。   That is, the machining error due to tool deflection generally increases as the tool contact angle increases, and when the tool contact angle is close to 0 ° (ie, the angle between the tool axis and the normal of the work surface is close to 0 °). Sometimes), even if the tool is bent by the cutting force, it is considered that the machining error is hardly affected.

そこで、図23に模式的に示すように、加工誤差の予測に先立って全ての工具掃引体を工具軸からの角度および工具経路の行番号によって色情報を変えて、被削物形状とともに下方からの視点で陰面消去して描画する(第2の副描画手段に対応)。こうして描画された画像は、全ての工具の移動が完了し終わった後の形状となり、この状態で被削物形状のXY領域内の画素の色情報を読み取ることによって、最終的に加工面となる工具掃引体の行番号と、そのときの工具軸からの角度とを検出することができる。   Therefore, as schematically shown in FIG. 23, the color information of all the tool sweep bodies is changed according to the angle from the tool axis and the line number of the tool path prior to the prediction of the machining error, together with the workpiece shape from below. And drawing with the hidden surface removed from the viewpoint (corresponding to the second sub-drawing means). The image thus drawn has a shape after the movement of all the tools is completed, and in this state, by reading the color information of the pixels in the XY area of the workpiece shape, it finally becomes a machining surface. The line number of the tool sweeper and the angle from the tool axis at that time can be detected.

よって、前記各工具掃引体の番号毎に、工具軸からの角度の最大値である工具接角度の最大値を算出し、この最大値が所定値(例えば30〜60°)以下の工具掃引体を加工誤差予測箇所から除外すること(即ち、このパスについての加工誤差予測を禁止すること)によって、処理の高速化が図られる。   Therefore, the maximum value of the tool contact angle, which is the maximum value from the tool axis, is calculated for each tool sweep number, and the maximum value is a predetermined value (for example, 30 to 60 °) or less. Is excluded from the processing error predicted portion (that is, the processing error prediction for this path is prohibited), thereby speeding up the processing.

なお、前記の描画の際の視野の範囲は、工具径や加工条件から、加工面として残されると予想される長さなどに応じて決定すればよい。また、工具接角度が大きいと予想される箇所については拡大して算出してもよい。   Note that the range of the visual field at the time of drawing may be determined according to the length expected to be left as a machining surface from the tool diameter and machining conditions. Moreover, you may calculate by enlarging about the part estimated that a tool contact angle is large.

CAMから出力される工具経路、および加工誤差の説明図。Explanatory drawing of the tool path | route output from CAM and a processing error. 工具1回転中の切削力、および工具撓みの説明図。Explanatory drawing of the cutting force during 1 rotation of a tool, and tool bending. 加工面として残る箇所を上から視た説明図。Explanatory drawing which looked at the location which remains as a process surface from the top. 加工面として残る箇所を側方から視た説明図。Explanatory drawing which looked at the location which remains as a processing surface from the side. 加工面として残る領域を検出するための描画方法の説明図。Explanatory drawing of the drawing method for detecting the area | region which remains as a process surface. 工具掃引体の説明図。Explanatory drawing of a tool sweep body. 本発明に係る加工誤差の予測の全体的な流れを示す概要図。The schematic diagram which shows the whole flow of the prediction of the processing error which concerns on this invention. 切刃形状のモデル化の説明図。Explanatory drawing of modeling of a cutting-blade shape. パス毎に切削される領域があるかどうか判断する方法の説明図。Explanatory drawing of the method of determining whether there exists an area | region cut for every pass. 加工誤差の予測の具体的な手順のフローチャート図。The flowchart figure of the specific procedure of prediction of a process error. 切削領域を検出するための描画方法の説明図。Explanatory drawing of the drawing method for detecting a cutting area | region. 描画された画像に表示される最終的な加工面の説明図。Explanatory drawing of the final process surface displayed on the drawn image. 加工面創成点における工具接角度と工具回転角度の説明図。Explanatory drawing of the tool contact angle and tool rotation angle in a process surface creation point. 視点の変更方法の説明図。Explanatory drawing of the change method of a viewpoint. 工具経路の修正方法の説明図。Explanatory drawing of the correction method of a tool path | route. 実施例の実験方法の説明図。Explanatory drawing of the experimental method of an Example. 算出した工具接角度と工具回転角度の理論値との比較図。The comparison figure of the calculated tool contact angle and the theoretical value of a tool rotation angle. 視点を変更した場合の図17相当図。FIG. 17 is a diagram corresponding to FIG. 17 when the viewpoint is changed. 加工誤差の予測値と測定値との比較図。The comparison figure of the predicted value of a processing error, and a measured value. 工具経路の修正の有無による加工誤差測定値の比較図。The comparison figure of the measurement error measurement value by the presence or absence of correction of a tool path. 実金型モデルにおける加工誤差の予測時間および予測結果の説明図。Explanatory drawing of the prediction time of a process error in a real die model, and a prediction result. 実施例の予測手法をソフトウェア処理と比較した結果の表。The table | surface of the result of having compared the prediction method of the Example with software processing. 加工誤差を予測する工具経路の選定方法の説明図。Explanatory drawing of the selection method of the tool path | route which estimates a process error.

M 工具の画像(切刃の通過軌跡)
P 工具経路
T0〜T2 工具掃引体
W 被削物形状
1 コンピュータ装置(データ入力手段、描画手段、切削領域検出手段、切削 力算出手段、加工面検出手段、加工誤差算出手段、第1および第2の副描 画手段、予測位置設定手段、経路修正手段、視野修正手段)
S1,S5 描画ステップ
S2 切削領域検出ステップ
S3 切削力算出ステップ
S6 加工面検出ステップ
S4,9〜S11 加工誤差算出ステップ
S8 視野修正ステップ
M Tool image (trajectory of cutting edge)
P Tool path T0 to T2 Tool sweep body W Workpiece shape 1 Computer device (data input means, drawing means, cutting area detecting means, cutting force calculating means, machining surface detecting means, machining error calculating means, first and second Sub-drawing means, predicted position setting means, path correction means, visual field correction means)
S1, S5 Drawing step S2 Cutting area detection step S3 Cutting force calculation step S6 Machining surface detection step S4, 9 to S11 Machining error calculation step S8 Field of view correction step

Claims (10)

回転する工具による被削物の加工誤差を予測するための装置であって、
前記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切刃形状、および該工具の送りによる移動経路の情報を含む、所定データの入力を受け入れるデータ入力手段と、
前記所定データに基づいて、前記工具の移動経路上で加工誤差を予測する位置における前記切刃の通過軌跡と、当該位置の直前および直後を含む所定範囲の工具掃引体と、前記被削物とを、それぞれ当該被削物の側から前記切刃の通過軌跡の全体を望むことのできる視野範囲において描画し、前記工具掃引体については当該視野範囲の全てにおいて描画する描画手段と、
前記描画手段によって描画された画像において切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域を、加工終了後に残る加工面の領域として検出する加工面検出手段と、
前記加工面検出手段によって検出された画素領域から、加工面の創成時に被削物を切削する工具の切刃位置である創成位置を特定し、この創成位置における工具の形状誤差および撓み量の少なくとも一方に基づいて、加工誤差の推定値を算出する加工誤差算出手段と、を備えることを特徴とする加工誤差予測装置。
An apparatus for predicting a machining error of a workpiece due to a rotating tool,
Data input means for receiving input of predetermined data, including information on the shape of the work piece before machining by the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path by the feed of the tool;
Based on the predetermined data, the trajectory of the cutting edge at a position where a machining error is predicted on the movement path of the tool, a tool sweep body in a predetermined range including immediately before and after the position, and the work piece, and a drawing means, respectively to draw the visual field range that can desire overall passing track of the cutting edge from the side of the workpiece material, for the tool sweeping body to draw in all the visual field range,
A processing surface detection means for detecting a pixel area in which the trajectory of the cutting edge is displayed in the foreground in the image drawn by the drawing means as a processing surface area remaining after the processing;
A creation position that is a cutting edge position of a tool that cuts a workpiece when creating a machining surface is specified from the pixel area detected by the machining surface detection means, and at least a shape error and a deflection amount of the tool at the creation position are specified. A machining error prediction device comprising machining error calculation means for calculating an estimated value of a machining error based on one.
請求項1の加工誤差予測装置において、
前記工具の形状誤差をその回転軸心に対する刃先位置のズレとして予め求め、その回転軸心方向の位置に対応付けて記憶したテーブルを作成しておき、
前記加工誤差算出手段は、特定した創成位置における工具の形状誤差を前記テーブルを用いて算出する、ことを特徴とする加工誤差予測装置。
In the processing error prediction device according to claim 1,
The shape error of the tool is obtained in advance as a deviation of the blade edge position with respect to the rotation axis, and a table stored in association with the position in the rotation axis direction is created,
The machining error predicting device, wherein the machining error calculating means calculates a tool shape error at the specified generating position using the table.
請求項1又は2のいずれかの加工誤差予測装置において、
前記加工誤差算出手段は、加工誤差の予測位置における切削力の大きさと工具の剛性とから、該工具の回転軸心周りの回転角位置と撓み量との関係を求めて、特定した創成位置における工具撓み量を算出する、ことを特徴とする加工誤差予測装置。
In the processing error prediction device according to claim 1 or 2,
The machining error calculation means obtains the relationship between the rotation angle position around the rotation axis of the tool and the amount of deflection from the magnitude of the cutting force at the machining error predicted position and the rigidity of the tool, and at the specified creation position. A machining error predicting apparatus characterized by calculating a tool deflection amount.
請求項1〜3のいずれか1つの加工誤差予測装置において、
前記切刃の通過軌跡を、工具の回転軸心を中心とする軸対称形状とし、この通過軌跡上の各画素には、工具回転軸心周りの回転角位置および該回転軸心方向の位置の少なくとも一方に応じて値が変化するようにして、所定の画素情報を持たせておき、
前記加工誤差算出手段は、加工面検出手段によって検出された加工面領域の画素情報から創成位置を特定し、この創成位置の回転角位置および回転軸心方向位置の少なくとも一方を算出する、ことを特徴とする加工誤差予測装置。
In any one processing error prediction apparatus of Claims 1-3,
The trajectory of the cutting edge is axisymmetric about the rotation axis of the tool, and each pixel on the trajectory has a rotation angle position around the tool rotation axis and a position in the rotation axis direction. In order to change the value according to at least one of the predetermined pixel information,
The machining error calculation means specifies a creation position from pixel information of the machining surface area detected by the machining surface detection means, and calculates at least one of a rotation angle position and a rotation axis direction position of the creation position. Characteristic processing error prediction device.
請求項1〜4のいずれか1つの加工誤差予測装置において、
前記描画手段は、まず、加工誤差の予測位置における前記切刃の通過軌跡と、当該位置の直前までの工具掃引体と、前記被削物とを描画し、その後、前記予測位置の直後からの工具掃引体を描き加えるように構成され、
前記予測位置以降の工具掃引体が描き加えられる前に、前記描画手段によって描画されている画像において切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域を、前記予測位置における切削領域として検出する切削領域検出手段と、
前記切削領域の情報から工具に作用する切削力を算出する切削力算出手段と、
をさらに備えることを特徴とする加工誤差予測装置。
In any one processing error prediction apparatus of Claims 1-4,
The drawing means first draws the trajectory of the cutting edge at the predicted position of the machining error, the tool sweeping body up to immediately before the position, and the work piece, and then immediately after the predicted position. Configured to draw a tool sweep,
Before the tool sweeper after the predicted position is drawn, a pixel area where the trajectory of the cutting edge is displayed in the image drawn by the drawing means is detected as a cutting area at the predicted position. Cutting area detecting means;
Cutting force calculating means for calculating a cutting force acting on the tool from the information of the cutting area;
A processing error prediction apparatus further comprising:
請求項5の加工誤差予測装置において、
前記切削領域検出手段によって検出された切削領域の情報に基づいて、前記描画手段における視点ないし視野範囲を修正する視野修正手段をさらに備える、ことを特徴とする加工誤差予測装置。
In the processing error prediction device according to claim 5,
A machining error prediction apparatus, further comprising: a visual field correction unit that corrects a viewpoint or a visual field range in the drawing unit based on information on a cutting region detected by the cutting region detection unit.
請求項1〜6のいずれか1つの加工誤差予測装置において、
前記工具の移動経路を分割し、そのうちのいずれか1つの分割経路における工具掃引体と、この分割経路に至るまでの工具掃引体と、前記被削物とを、それぞれ当該被削物の側から工具を望んで描画する第1の副描画手段と、
前記第1の副描画手段によって描画された画像において前記分割経路の工具掃引体が手前に表示されている画素領域があれば、この画素領域内に加工誤差の予測位置を設定する一方、手前に表示されている画素領域がなければ該分割経路内には加工誤差の予測位置を設定しない予測位置設定手段と、
をさらに備えることを特徴とする加工誤差予測装置。
In any one processing error prediction apparatus of Claims 1-6,
The movement path of the tool is divided, and the tool sweep body in any one of the division paths, the tool sweep body up to the division path, and the workpiece are respectively separated from the workpiece side. A first sub-drawing means for drawing a tool,
In the image drawn by the first sub-drawing means, if there is a pixel area where the tool sweep body of the divided path is displayed in front, the predicted position of the processing error is set in this pixel area, while A predicted position setting unit that does not set a predicted position of a processing error in the divided path if there is no displayed pixel region;
A processing error prediction apparatus further comprising:
請求項1〜7のいずれか1つの加工誤差予測装置において、
前記工具の移動経路を分割し、その分割経路のそれぞれにおける工具掃引体と、前記被削物とを、該被削物の側から工具を望んで描画する第2の副描画手段と、
前記第2の副描画手段によって描画された画像において工具掃引体が手前に表示されている分割経路について、それぞれの工具の回転軸心と被削面とがなす角度を推定し、この角度が所定値以下の分割経路に係る加工誤差の予測を禁止する予測禁止手段と、
をさらに備えることを特徴とする加工誤差予測装置。
In any 1 processing error prediction device of Claims 1-7,
A second sub-drawing unit that divides the movement path of the tool, draws the tool sweeper in each of the divided paths, and the work piece while looking for the tool from the work piece side;
With respect to the divided path in which the tool sweeper is displayed on the front side in the image drawn by the second sub-drawing means, the angle formed by the rotation axis of each tool and the work surface is estimated, and this angle is a predetermined value. Prediction prohibiting means for prohibiting prediction of machining errors related to the following divided paths;
A processing error prediction apparatus further comprising:
請求項1〜8のいずれか1つに記載の加工誤差予測装置によって予測された加工誤差の値に基づいて、加工誤差が小さくなるように工具の移動経路を修正する経路修正手段を備えていることを特徴とする工具経路修正装置。   A path correcting means for correcting the moving path of the tool so as to reduce the machining error based on the value of the machining error predicted by the machining error prediction apparatus according to claim 1. A tool path correcting device. 回転する工具による被削物の加工誤差をコンピュータ装置の3次元グラフィックス機能を利用して予測するためのプログラムであって、
前記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切刃形状、および該工具の送りによる移動経路の情報を含む、所定データの入力を受け入れるデータ入力ステップと、
前記所定データに基づいて、前記工具の移動経路上で加工誤差を予測する位置における前記切刃の通過軌跡と、当該位置の直前および直後を含む所定範囲の工具掃引体と、前記被削物とを、それぞれ当該被削物の側から前記切刃の通過軌跡の全体を望むことのできる視野範囲において描画し、前記工具掃引体については当該視野範囲の全てにおいて描画する描画ステップと、
前記描画ステップにて描画された画像において切刃の通過軌跡が手前に表示されている画素領域を、加工終了後に残る加工面の領域として検出する加工面検出ステップと、
前記加工面検出ステップにて検出された画素領域から、加工面の創成時に被削物を切削する工具の切刃位置である創成位置を特定し、この創成位置における工具の形状誤差および撓み量の少なくとも一方に基づいて、加工誤差の推定値を算出する加工誤差算出ステップと、を有することを特徴とする加工誤差予測のためのコンピュータプログラム。
A program for predicting a machining error of a work piece by a rotating tool using a three-dimensional graphics function of a computer device,
A data input step for receiving input of predetermined data, including information on a shape of a workpiece before machining by the tool, a cutting edge shape of the tool, and a movement path by feeding the tool;
Based on the predetermined data, the trajectory of the cutting edge at a position where a machining error is predicted on the movement path of the tool, a tool sweep body in a predetermined range including immediately before and after the position, and the work piece, A drawing step of drawing in the entire visual field range where the entire trajectory of the cutting blade can be desired from the side of the workpiece, and drawing the tool sweeper in the entire visual field range ;
A processing surface detection step of detecting a pixel region in which the trajectory of the cutting blade is displayed in the foreground in the image drawn in the drawing step as a region of the processing surface remaining after the processing;
From the pixel area detected in the machining surface detection step, a creation position that is a cutting edge position of a tool that cuts a workpiece when creating the machining surface is specified, and the shape error and the amount of deflection of the tool at the creation position are determined. A computer program for predicting a machining error, comprising: a machining error calculating step for calculating an estimated value of a machining error based on at least one.
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