JP5502710B2 - 工具経路作成方法及び工具経路作成装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械を用いて被加工物を工具により除去加工する工具経路作成方法及び工具経路作成装置に関し、特に加工姿勢の変更に対して無駄なく適切な加工条件で工具経路を作成できる工具経路作成方法及び工具経路作成装置に関する。

工作機械を用いて被加工物を工具により除去加工を行う加工方法としては、工具及び被加工物を相対的に移動させながら、工具を被加工物に接触させて切削等により被加工物を部分的に除去して所望の形状に加工する方法が実用化されている。この加工方法では、所望の形状に加工するための加工領域に対応して、工具に対して被加工物の姿勢を変更する場合がある。例えば、割出し加工において、被加工物の姿勢を複数回変更しながら加工を行う加工工程について工具経路を作成する場合、被加工物の姿勢毎に座標を設定して工具経路を作成する。

このような場合、従来は作成した工具経路が、工具の折損や干渉等のトラブルがなく安全に加工できるように設定されているか否かを確認するために、別途加工シミュレーションを行うことができる検証システムを用いている。例えば、特許文献１には、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）等で作成した工具経路データを画面上に３次元的に投影表示し、工具経路データに付随するデータも同時に表示して工具経路データを自動的に検査するようにした点が記載されている。
しかしながら、このような検証システムを別途構築することは、プログラムの開発に多くの時間と費用が必要である。

以下、従来の被加工物の除去加工について説明する。
図６は、直方体状の被加工物を加工した後の形状を示す外観斜視図である。被加工物Ｍは、上面Ａ及びその半分の高さの段差面Ｂが形成されており、上面Ａと段差面Ｂとの間の側面には半円柱状に削除されて形成された曲面Ｃが形成されている。また、段差面Ｂには、下方に向かって半円柱状に削除されて形成された曲面Ｄが形成されている。ここで、曲面Ｃの加工半径は、曲面Ｄの加工半径よりも大きくなるように設定されている。

このような形状に除去加工する場合、図７から図１２に示す加工工程に従って除去加工が行われる。即ち、まず、上面Ａ及び段差面Ｂを形成するために、図７及び図８に示すように大径の工具Ｔ１を用いて除去加工が行われる。
図７Ｂに示すように、工具Ｔ１を用いて経路Ｐ０１で示す等高線加工により被加工物Ｍの上面の除去加工が行われ、上面Ａが形成される。次に、図８Ｂに示すように、工具Ｔ１を用いて経路Ｐ０２で示す等高線加工により側面の除去加工が行われて段差面Ｂが形成される。次に、図９Ｂに示すように、中径の工具Ｔ２を用いて経路Ｐ０３で示す等高線加工により除去加工が行われて曲面Ｃが形成される。

曲面Ｃが形成された後、図１０に示す曲面Ｄを形成する除去加工が行われる。
この曲線Ｄの加工は被加工物Ｍの姿勢を変更して行う。即ち、図１１Ａに示すように、被加工物Ｍの加工姿勢を変更した後、図１１Ｂに示すように、小径の工具Ｔ３を用いて等高線加工により段差面Ｂの除去加工により曲面Ｄが形成される。
以上の加工工程を経て、図１２に示す被加工物Ｍ、即ち、図６に示す形状に除去加工された被加工物Ｍが得られる。

ところで、以上のような一連の加工工程における工具経路データは、従来、各工具毎かつ被加工物Ｍの加工姿勢毎に作成されている。そのため、この例では工具Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の工具経路データは別々に作成される。この場合、加工姿勢の変更前後で被加工物Ｍの形状データに互換性がなくなるため、変更前の削り残し形状に対して、加工姿勢の変更後の被加工物Ｍの形状データに基づき理想的な加工条件での無駄のない工具経路を作成することは困難になる。

即ち、上述の例で、図１３Ａに示す被加工物Ｍの加工姿勢変更前の中径の工具Ｔ２の工具経路データを参照すると、図１３Ｂに示す直方体に対して側面から刳りぬくように曲面Ｃ’が形成される加工形状データが得られる。ところが、図１４に示すように被加工物Ｍの加工姿勢を変更した場合、加工姿勢変更後には図１４に示すような加工形状のデータを参照することになり、図１３Ａの実際の加工形状のデータと異なった加工形状データに基づいて加工姿勢変更後の工具経路データを作成することになる。

こうした作成処理を行うと、加工形状により想定外の削り残しがあった場合に加工姿勢変更後に工具折損や干渉等のトラブルを招くことになる。そのため、工具経路データに基づく工具の動作に関するシミュレーションを別途行わなければならず、大きな負担となっていた。

特開平６−２１０５４３号公報

従来技術では、上述のように、被加工物の加工姿勢を変更した場合に、変更の前後において無駄のない適切な工具経路を作成することが難しく、作成した工具経路データに基づいて予め工具動作のシミュレーションを行う必要があり、シミュレーションのための負担が大きいといった課題がある。

そこで、本発明は、加工姿勢の変更に対して、無駄なく適切な加工条件で工具経路を作成できる工具経路作成方法及び工具経路作成装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る工具経路作成方法は、所望の形状データに基づいて被加工物の加工姿勢を変更して除去加工するための工具経路を作成する工具経路作成方法であって、前記加工姿勢を変更する直前の被加工物の加工に用いた工具により、前記加工姿勢で行った工具による全加工工程を仮想的に繰り返して仮想工具経路データを作成し、前記仮想工具経路データに基づいて作成された変更する直前の被加工物の加工形状データを用いて加工姿勢の変更後の工具経路データを作成することを特徴とする。さらに、前記加工形状データを用いて加工姿勢変更後の削り残し部分のみに対する工具経路データを作成することを特徴とする。
本発明に係る工具経路作成装置は、所望の形状データに基づいて被加工物の加工姿勢を変更して除去加工するための工具経路を作成する工具経路作成装置において、所望の形状データ及び工具経路の作成に必要なパラメータを入力する入力部と、入力された前記形状データ及び前記パラメータを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されたデータに基づいて加工領域を決定して工具経路を作成する処理部とを備え、前記処理部は、加工姿勢を変更する直前の被加工物の加工に用いた工具により、前記加工姿勢で行った工具による全加工工程を仮想的に繰り返して仮想工具経路データを作成する仮想工具経路データ作成手段と、前記仮想工具経路データに基づいて作成された変更する直前の被加工物の加工形状データを用いて加工姿勢の変更後の工具経路データを作成する経路データ作成手段とを備えたことを特徴とする。さらに、前記経路データ作成手段は、前記加工形状データを用いて加工姿勢変更後の削り残し部分のみに対する工具経路データを作成することを特徴とする。

本発明は、上記の構成を有することで、加工姿勢の変更に対して無駄なく適切な加工条件で工具経路を作成できる。

本発明に係る工具経路作成方法に関する説明図である。 本発明に係る工具経路作成方法に関する説明図である。 本発明に係る工具経路作成方法に関する説明図である。 本発明に係る工具経路作成方法に関する説明図である。 工具経路作成装置に関する概略構成図である。 被加工物の形状に関する外観斜視図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。 従来の加工工程に関する説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１から図４は、本発明に係る工具経路作成方法に関する説明図である。この実施形態では、図２に示す形状に被加工物を除去加工する加工工程に基づいて説明する。
まず、図１に示すように、直方体状の被加工物Ｍに対して大径の工具Ｔ１による工具経路データを作成する。この加工工程では、被加工物Ｍの上面を所望の厚さだけ等高線加工により除去加工して、上面Ａを形成する（図１Ａ参照）。そのため、被加工物Ｍの上面に沿って１往復する経路Ｐ１０、及び経路Ｐ１０の下方で同様に１往復する経路Ｐ１１が作成される。

次に、段差面Ｂを形成するために、側面を上下方向に等高線加工により所定幅を除去加工する（図１Ｂ参照）。そのため、被加工物Ｍの側面に沿って段差面Ｂに平行に移動する経路Ｐ１２及び経路Ｐ１２の下方に所定の高さだけずらして配列された、経路Ｐ１２と同様に段差面Ｂに平行に移動する経路Ｐ１３からＰ１５が作成される。以上のような経路Ｐ１０からＰ１５に沿って大径の工具Ｔ１を動作させて除去加工を行うことで、被加工物Ｍに上面Ａ及び段差面Ｂが形成される。

次に、図２に示すように、上面Ａ及び段差面Ｂが形成された被加工物Ｍに対して中径の工具Ｔ２による工具経路データを作成する。即ち、この加工工程では、被加工物Ｍの段差面Ｂの上側側面に対して刳りぬくように等高線加工を行って除去加工し、半円柱状の曲面Ｃを形成するため、段差面Ｂの上方を通り曲面Ｃに沿うように２回周回する経路Ｐ２０、及び経路Ｐ２０の下方で同様に２回周回する経路Ｐ２１が作成される。経路Ｐ２０及びＰ２１作成後、中径の工具Ｔ２を経路Ｐ２０及びＰ２１に沿って動作させて除去加工を行い、被加工物Ｍに曲面Ｃが形成される。

次に、加工姿勢を変更して曲面Ｄを形成する加工工程に移るが、既に述べたように、一連の加工工程における工具経路データは、従来は、各工具毎かつ被加工物Ｍの加工姿勢毎に作成されているため、本実施形態では工具Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の工具経路データは別々に作成される。そのため、各工具の工具経路データに基づく被加工物Ｍの形状データは加工姿勢の変更前後で互換性がなくなる。
そこで、本実施形態では、加工姿勢の変更直前の加工工程で用いた中径の工具Ｔ２により、別の工具Ｔ１を含め、当該加工姿勢においてこれまで被加工物Ｍに対し工具で行った全加工工程を仮想的に繰り返し行い、その仮想工程に基づいて仮想工具経路データを作成し、その仮想工具経路データを参照することで、加工姿勢変更前の実際の加工形状データに即した加工形状データを得ることができ、この加工形状データを用いて加工姿勢変更後において無駄のない適切な工具経路データが得られるようにした。

この仮想工程においては、まず、図１Ａと同様に、直方体状の被加工物Ｍに対して上面及び側面を所望の厚さだけ等高線加工により仮想的に除去加工して、上面Ａを仮想的に形成する（図３Ａ参照）。そのため、被加工物Ｍの上面に沿って２往復する経路Ｐ３０及び経路Ｐ３０の下方に同様に２往復する経路Ｐ３１が作成される。この場合、加工径が大径の工具Ｔ１よりも小さい中径の工具Ｔ２を用いているため、工具経路は２往復するように作成される。

次に、被加工物Ｍの側面を等高線加工により仮想的に除去加工して段差面Ｂ及び曲面Ｃを仮想的に形成する（図３Ｂ参照）。そのため、被加工物Ｍの側面に沿って１往復するとともに曲面Ｃに沿う部分では内側に湾曲するように曲線に設定された経路Ｐ３２及び経路Ｐ３２の下方に同様に１往復する経路Ｐ３３が作成される。
以上のような経路Ｐ３０からＰ３３に沿って中径の工具Ｔ２を動作させて等高線加工を行う仮想工程を設定することで、実際に行われたこれまでの加工工程で作成されたものと同様の被加工物Ｍの加工形状のデータを得ることができる。

このように加工姿勢変更直前に用いた工具により加工姿勢変更前までの加工工程を仮想上の等高線加工でなぞることで、加工姿勢変更前の削り残しのない加工形状を得ることができる。すなわち、除去加工では、上述したように全体の荒削りから細部の仕上げを行うのが一般的であり、加工姿勢変更直前の工具を用いて荒削りから細部までのこれまでの加工工程をなぞることで削り残しのない被加工物Ｍの加工形状のデータを得ることができる。そのため、加工姿勢変更後の加工工程では、取得した被加工物Ｍの加工形状のデータを参照して、加工姿勢変更後に必要となる削り残し部分についてのみ工具経路データを作成することができる。

仮想工程で得られた加工形状データに基づいて、図４に示すように、被加工物Ｍの加工姿勢を変更し小径の工具Ｔ３を用いて曲面Ｄを形成する。曲面Ｄは、段差面Ｂを刳りぬくように等高線加工を行って除去加工することで形成される。この場合、仮想工程で得られた加工形状に基づいて工具経路を作成するため、曲線Ｄを形成するために必要な削り残し部分のみを想定して工具経路を作成すればよい。そのため、段差面Ｂから内側に向かって曲面Ｄに沿うように工具経路を作成することになり、経路の作成負担が大幅に軽減される。そして、段差面Ｂから内側に向かって曲面Ｄに沿って小径の工具Ｔ３を動作させて等高線加工により除去加工を行うことで、被加工物Ｍに曲面Ｄが形成され、削り残しのない所望の形状に除去加工することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような利点が得られる。即ち、
（１）加工姿勢変更前の加工工程での削り残しを想定することなく工具経路データの作成処理を行うため、作成処理負担を大幅に軽減することができる。
（２）仮想工程により加工姿勢変更前の加工形状を想定して加工姿勢変更後の工具経路を作成するため、想定外の削り残しが発生することがなくなり、安全な工具経路を作成することができる。
（３）加工姿勢変更後に必要となる削り残し部分についてのみ工具経路を作成するため、無駄のない動作で工具を動作させて適切な加工条件に基づく工具経路を作成することができる。
（４）別途シミュレーションを行うことなく除去加工を実施することができるので、シミュレーションシステムによる検査工程を省略することが可能となる。
（５）上記仮想工程による工具経路データ作成を行うための一連の工具経路データ作成手順を自動的に行うようにシステム化することで、工具経路データ作成時の作業負担を軽減することができる。

図５は、工具経路作成装置に関する概略構成図である。工具経路作成装置は、工具経路を作成する処理部１００、形状データ及びパラメータを入力する入力部１０１、入力された形状データ及びパラメータを記憶する記憶部１０２、ＮＣ装置等にデータを出力する出力部１０３、処理されたデータを表示する表示部１０４を備えている。
上記各部の機能は、必要なプログラムをパソコン等のコンピュータに読み込ませて実現することができる。

入力部１０１は、加工後の所望の形状データをＣＡＤ装置から入力したり、工具データ、素材データ等のパラメータ、ＮＣ装置からの装置関係のパラメータ等の工具経路を作成するのに必要なパラメータを入力する。入力された形状データ及びパラメータは記憶部１０２に記憶される。処理部１００では、記憶された形状データ及びパラメータを読み込んで工具経路を作成する。

具体的には、加工姿勢を変更する直前の被加工物の加工形状を直前に用いた工具により等高線加工を行う仮想工程に関する仮想工具経路データを作成する仮想データ作成部１００ａと、実際の加工工程における工具経路データを作成するとともに仮想工具経路データに基づいて作成された加工形状データを用いて加工姿勢の変更後の工具経路データを作成する経路データ作成部１００ｂを備えている。
仮想データ作成部１００ａでは、加工工程において加工姿勢変更が設定されている場合に、加工姿勢変更直前の加工工程で用いた工具によりそれまでの加工工程で形成された加工形状をなぞるように等高線加工で作成する仮想工具経路データを作成し、仮想工具経路データに基づいて加工姿勢変更直前の加工形状データを作成する。

経路データ作成部１００ｂでは、仮想工具経路データに基づいて作成された加工形状を用いて加工姿勢変更後に必要となる削り残し部分を特定して、削り残し部分のみを除去加工するのに必要な工具経路データを作成する。

こうして処理部１００で作成された工具経路データは、表示部１０４で表示する。そして、表示された工具経路データを確認後、処理部１００から仮想工具経路データを除く工具経路データを出力部１０３に送信する。出力部１０３では、工具経路データに基づいてＮＣ装置を動作させるために必要なＮＣプログラムに変換し、変換したＮＣプログラムをＮＣ装置に出力して除去加工が行われる。そのため、仮想工具経路データについては、実際の加工工程で実施されることはない。

Ａ・・上面、Ｂ・・段差面、Ｃ・・曲面、Ｄ・・曲面、Ｍ・・被加工物、Ｐ・・経路、Ｔ１〜Ｔ３・・工具。

Claims (4)

1. 所望の形状データに基づいて被加工物の加工姿勢を変更して除去加工するための工具経路を作成する工具経路作成方法であって、
   前記加工姿勢を変更する直前の被加工物の加工に用いた工具により、前記加工姿勢で行った工具による全加工工程を仮想的に繰り返して仮想工具経路データを作成し、前記仮想工具経路データに基づいて作成された変更する直前の被加工物の加工形状データを用いて加工姿勢の変更後の工具経路データを作成することを特徴とする工具経路作成方法。
2. 前記加工形状データを用いて加工姿勢変更後の削り残し部分のみに対する工具経路データを作成することを特徴とする請求項１に記載された工具経路作成方法。
3. 所望の形状データに基づいて被加工物の加工姿勢を変更して除去加工するための工具経路を作成する工具経路作成装置において、所望の形状データ及び工具経路の作成に必要なパラメータを入力する入力部と、入力された前記形状データ及び前記パラメータを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されたデータに基づいて加工領域を決定して工具経路を作成する処理部とを備え、
   前記処理部は、加工姿勢を変更する直前の被加工物の加工に用いた工具により、前記加工姿勢で行った工具による全加工工程を仮想的に繰り返して仮想工具経路データを作成する仮想工具経路データ作成手段と、前記仮想工具経路データに基づいて作成された変更する直前の被加工物の加工形状データを用いて加工姿勢の変更後の工具経路データを作成する経路データ作成手段とを備えたことを特徴とする工具経路作成装置。
4. 前記経路データ作成手段は、前記加工形状データを用いて加工姿勢変更後の削り残し部分のみに対する工具経路データを作成することを特徴とする請求項３に記載された工具経路作成装置。

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