JP5606886B2 - 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加工方法の工具経路作成方法及び工具経路作成装置に関し、特に重複動作又は回避動作を最小限にす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、工具の加工形状と被加工物の加工領域とが合致しない場合が多く、そのため加工効率を向上させるためには、加工領域に対して工具をいかに最適な経路に沿って移動させて加工するかが重要である。

図１２は、幅ｄで２回直角に折れ曲るように設定された加工領域Ａについて行う加工工程に関する説明図である。
この例では、加工に使用する工具の半径をｒとし、幅ｄは、工具の半径ｒよりも大きく、かつ、工具の直径２ｒよりも小さく設定されている。塗りつぶしの効率を考慮して、加工領域Ａの中心線を通る経路ｐ１からｐ３までの工具経路を設定した場合、工具のＲ形状による削り残しＲ（斜線部分）が生じる。そのため、削り残しＲを除去する経路ｐ４からｐ７までの工具経路を設定しなければならず、削り残しＲのための工具の重複動作が必要となって加工効率が低下する。

削り残しＲを解消するために、図１３に示すように、経路ｐ１を延長して経路ｐ１’とすることが考えられるが、経路ｐ１’に延長すると、次の経路ｐ２’が中心線から外側にずれるため、加工領域Ａの内側に帯状の削り残しＳが生じる。そのため、削り残しＳを除去する経路ｐ４’からｐ７’を設定しなければならなくなる。

ここで、従来の工具経路作成についてみると、例えば、工具径方向の加工範囲を示す曲線よりも工具をはみ出させて加工するはみ出し量を設定して、曲線をはみ出し量だけ延長すると共に、曲線を除去側に順次オフセットして加工経路を生成して加工時間を短縮するＣＡＤ／ＣＡＭ装置が知られている（特許文献１参照）。
この特許文献１に記載された処理方法では、図１４に示すように、距離ｈに対応するはみ出し量を設定することになるが、この場合でも図１３と同様に加工領域Ａの内側に帯状の削り残しが生じることになり、図１２のような加工領域を加工する場合には、加工時間の短縮にはつながらない。

また、図１５に示すように、直方体状の被加工物Ｍの上部を除去して段差状に加工する場合、直方体状の加工領域Ｂが設定される。この場合、加工領域Ｂの幅Ｄは、工具の半径ｒの直径２ｒよりも大きく、かつ、直径の２倍４ｒよりも小さく設定されている。塗りつぶしの効率を考慮すれば、図１６に示すように、加工領域Ｂの輪郭に沿って工具が移動するように工具経路を設定することになる。そのため、経路ｐ１１からｐ１３までを加工領域Ｂ内を往復移動するようになり、図１２と同様に削り残しＲ（斜線部）が生じる。そのため、図１２の場合と同様に、削り残しＲを除去する経路ｐ１４及びｐ１５の工具経路を設定しなければならず、削り残しのための工具の重複動作が必要となって加工効率が低下する。

削り残しＲを解消するために、図１７に示すように、経路ｐ１１及びｐ１３を外側にずらして経路ｐ１１’及びｐ１３’とすることが考えられるが、経路ｐ１１’及びｐ１３’を外側にずらすと、加工領域Ｂの中心部に帯状の削り残しＳが生じる。そのため、削り残しＳを除去する経路ｐ１４’及びｐ１５’を設定しなければならなくなり、工具経路が増加する分加工時間の短縮にはつながらない。

特開平６−３３２５１７号公報

従来技術では、工具により除去加工を行う場合、上述したように、所望の形状に除去加工するために必要な動作以外の無駄な動作が多くなる場合があり、その場合には加工時間が増加して加工効率が低下する。

そこで、本発明は、無駄な動作を少なくして加工効率を向上させることが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、加工領域の幅ｄが工具の加工半径ｒに対して、ｎｒ＜ｄ＜２ｎｒ （ｎ＝１，２）に設定されている場合に、加工領域の輪郭から（２ｎｒ−ｄ）／２の距離だけ外側に間隔を空けて輪郭線を設定する工程と、設定された前記輪郭線のうちの２つの輪郭線の交点を含む加工半径ｒの加工円が内接できない非接触部分を特定する工程と、特定された前記非接触部分に対応して、前記２つの輪郭線のいずれか一方の前記交点を含む部分を前記加工円が内接可能な曲線に形状変換する工程と、形状変換された前記輪郭線に前記加工円が内接するように工具経路を作成する工程と、を有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であって、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、加工領域の幅ｄが工具の加工半径ｒに対して、ｎｒ＜ｄ＜２ｎｒ （ｎ＝１，２）に設定されている場合に、加工領域の輪郭から（２ｎｒ−ｄ）／２の距離だけ外側に間隔を空けて輪郭線を設定する設定手段と、設定された前記輪郭線のうちの２つの輪郭線の交点を含む加工半径ｒの加工円が内接できない非接触部分を特定する特定手段と、特定された前記非接触部分に対応して、前記２つの輪郭線のいずれか一方の前記交点を含む部分を前記加工円が内接可能な曲線に形状変換する変換手段と、形状変換された前記輪郭線に前記加工円が内接するように工具経路を作成する作成手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、無駄な動作が少なく加工時間を短縮可能な工具経路を作成することができる。

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。 本発明に係る工具経路作成方法に関する説明図である。 別の形状データに基づく工具経路作成方法に関する説明図である。 別の形状データに基づく工具経路作成方法に関する説明図である。 別の形状データに基づく工具経路作成方法に関する説明図である。 別の形状データに基づく工具経路作成方法に関する説明図である。 別の形状データに基づく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。 従来の加工工程に関する説明図である。 図１２に示す加工工程とは別の従来の加工工程に関する説明図である。 削り残しに対応するはみ出し量に関する説明図である。 別の被加工物の形状に関する正面図及び平面図である。 別の形状データに基づく従来の加工工程に関する説明図である。 図１６に示す加工工程とは別の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５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。
まず、図１に示すように、所望の形状データに基づいて被加工物の加工領域Ａが設定される。この例では、図１２に示す例と同一の加工領域Ａが設定されており、加工領域Ａの幅はｄである。また、工具の加工範囲は、加工半径ｒの加工円Ｃに設定される。ここで、幅ｄ及び加工半径ｒの関係は以下のとおりである。
ｒ＜ｄ＜２ｒ
すなわち、幅ｄは、加工円Ｃの加工半径ｒよりも大きく、かつ、加工直径２ｒよりも小さく設定されている。設定された加工領域Ａに対して、図２に示すように、加工領域Ａの外側の輪郭に沿って以下に示す距離ｔだけ間隔を空けて輪郭線Ｌを設定する。距離ｔは、以下の式で表される。
ｔ＝（２ｒ−ｄ）／２
すなわち、加工直径２ｒと幅ｄとの差の半分だけ加工領域Ａの外側の輪郭から外側にずらして輪郭線Ｌを設定することで、加工領域Ａの幅方向の中心線と加工円Ｃの中心を合致させた状態に設定することができる。

次に、図３に示すように、輪郭線Ｌに沿って加工円Ｃを内接させていき、加工円Ｃが接触できない部分が存在するか判定する。この例では角部に非接触部分Ｌ１及びＬ２が存在することが特定される。
そして、図４に示すように、特定された非接触部分Ｌ１及びＬ２に対応して加工円Ｃが内接可能な曲線Ｌ１’及びＬ２’に形状変換を行う。この例では、曲線Ｌ１’及びＬ２’は、曲率半径ｒ１の円弧の形状に変換されており、曲率半径ｒ１は加工半径ｒ以上の値に設定されている。曲率半径を加工半径以上とすることで、形状変換された円弧内に加工円Ｃが内接できるようになり、非接触部分をなくすことができる。図４の例では、図面の上側に突出するように形状変換しているが、左右両側又は斜め上側に突出するように形状変換してもよく、非接触部分がなく加工円が内接可能な曲線であれば特に限定されない。

非接触部分Ｌ１及びＬ２に対応させて形状変換後、図５に示すように、形状変換された輪郭線Ｌに加工円Ｃが内接するように工具経路を作成する。この例では、加工領域Ａの幅ｄの中心線に沿うように経路Ｐ１が設定され、経路Ｐ１は加工領域Ａから曲線Ｌ１’内まで延長される。そして、曲線Ｌ１’を内接するように経路Ｐ２が設定された後輪郭線Ｌの直線部分に沿って経路Ｐ３が設定される。経路Ｐ３についても経路Ｐ１と同様に中心線に沿う位置に設定されている。そして、曲線Ｌ２’に内接するように経路Ｐ４が設定された後、輪郭線Ｌの直線部分に沿って経路Ｐ５が設定される。経路Ｐ５についても経路Ｐ１と同様に中心線に沿う位置に設定されている。このように工具経路を設定することで、図１２及び図１３に示すような削り残しＲ及びＳは発生せずに工具を動作させることができ、重複動作や回避動作といった無駄な動作もないため、加工時間を短縮することができる。

図６から図１０は、別の形状データに基づく工具経路作成方法に関する説明図である。まず、図６に示すように、所望の形状データに基づいて被加工物の加工領域Ｂが設定される。この例では、図１５に示す例と同一の加工領域Ｂが設定されており、加工領域Ｂの幅はＤである。また、工具の加工範囲は、加工半径ｒの加工円Ｃに設定される。ここで、幅Ｄ及び加工半径ｒの関係は以下のとおりである。
２ｒ＜Ｄ＜４ｒ
すなわち、加工領域Ｂの幅Ｄは、加工円Ｃの加工直径２ｒよりも大きく、かつ、加工直径の２倍４ｒよりも小さく設定される。設定された加工領域Ｂに対して、図７に示すように、加工領域Ｂの外側の輪郭に沿って幅方向に距離ｕだけ間隔を空けて輪郭線Ｌを設定する。距離ｕは、以下の式で表される。
ｕ＝（４ｒ−Ｄ）／２
すなわち、加工直径の２倍４ｒと幅Ｄとの差の半分だけ加工領域Ｂの外側の輪郭から外側にずらして輪郭線Ｌを設定することで、加工領域Ｂの幅方向において輪郭線Ｌの間に加工円Ｃが２つ内接した状態で配列することができる。なお、この例では、加工領域Ｂの左側に段差が形成されるため、輪郭線Ｌは加工領域Ｂに沿って設定する。

次に、図８に示すように、輪郭線Ｌに沿って加工円Ｃを内接させていき、加工円Ｃが接触できない部分が存在するか判定し、この例では角部に非接触部分Ｌ１及びＬ２が存在することが特定される。そして、図９に示すように、特定された非接触部分Ｌ１及びＬ２を、それに対応して加工円Ｃが内接可能な曲線Ｌ１’及びＬ２’に形状変換を行う。この例では、曲線Ｌ１’及びＬ２’は、曲率半径ｒ１の円弧の形状に変換されており、曲率半径ｒ１は加工半径ｒ以上の値に設定されている。曲率半径を加工半径以上にすることで、形状変換された円弧内に加工円Ｃが内接できるようになり、非接触部分をなくすことができる。図９では、加工領域Ｂの左側に段差が形成されることを考慮して図面の上下に突出するように形状変換している。

非接触部分Ｌ１及びＬ２に対応させて形状変換後、図１０に示すように、形状変換された輪郭線Ｌに加工円Ｃが内接するように工具経路を作成する。この例では、加工領域Ｂの上側の輪郭線Ｌに沿って加工円Ｃが内接するように経路Ｐ１１が設定され、続いて曲線Ｌ１’に内接するように経路Ｐ１２が設定される。そして、加工領域Ｂの左側の輪郭線Ｌの直線部分に沿って経路Ｐ１３が設定され、続いて曲線Ｌ２’に内接するように経路Ｐ１４が設定される。そして、加工領域Ｂの下の輪郭線Ｌの直線部分に沿って経路Ｐ１５が設定される。
このように工具経路を設定することで、図１６及び図１７に示すような削り残しＲ及びＳは発生せずに工具を動作させることができ、重複動作や回避動作といった無駄な動作もないため加工時間を短縮することができる。

図１１は、以上で説明した工具経路を作成する工具経路作成装置の概略構成図である。
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、及び、工具経路データに基づいて工具の動作をシミュレートするシミュレータ部１０５を備えている。この工具経路作成装置の各部の機能は、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、加工領域の輪郭から所定距離だけ外側に間隔を空けて輪郭線を設定する設定部１００ａ、設定部１００ａで設定された輪郭線のうち半径ｒの加工円が内接できない非接触部分を特定する特定部１００ｂ、特定部１００ｂで特定された非接触部分に対応して加工円か内接可能な曲線に形状変換する変換部１００ｃ、変換部１００ｃで形状変換された輪郭線に加工円が内接するように工具経路を作成する作成部１００ｄを備えている。

設定部１００ａでは、上述したように、加工領域の幅ｄが工具の加工半径ｒに対して、
ｎｒ＜ｄ＜２ｎｒ （ｎ＝１，２）
に設定されている場合に加工領域の輪郭から（２ｎｒ−ｄ）／２の距離だけ間隔を空けて輪郭線を設定する。

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。また、シミュレータ部１０５では、工具経路データに基づいて工具の動作をシミュレートし、工具と被加工物との干渉等をチェックする。チェック結果は表示部１０４に表示されて加工を開始する前にオペレータが確認する。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。
本実施形態では、以上のように削除加工をする場合に、前もって工具の経路を無駄のない経路に設定し、かつ工具と被加工物との干渉等をチェックしてから実際の除去加工を行うため、効率よく確実に除去加工を行うことができる。

Ａ・・加工領域、Ｂ・・加工領域、Ｃ・・加工円、Ｌ・・輪郭線、Ｐ・・経路。

Claims (4)

1. 所望の形状データに基づい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、
   加工領域の幅ｄが工具の加工半径ｒに対して、
   ｎｒ＜ｄ＜２ｎｒ （ｎ＝１，２）
   に設定されている場合に、加工領域の輪郭から（２ｎｒ−ｄ）／２の距離だけ外側に間隔を空けて輪郭線を設定する工程と、設定された前記輪郭線のうちの２つの輪郭線の交点を含む加工半径ｒの加工円が内接できない非接触部分を特定する工程と、特定された前記非接触部分に対応して、前記２つの輪郭線のいずれか一方の前記交点を含む部分を前記加工円が内接可能な曲線に形状変換する工程と、形状変換された前記輪郭線に前記加工円が内接するように工具経路を作成する工程と、を有することを特徴とする工具経路作成方法。
2. 前記曲線は、曲率半径がｒ以上の円弧であ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であって、
   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、加工領域の幅ｄが工具の加工半径ｒに対して、
   ｎｒ＜ｄ＜２ｎｒ （ｎ＝１，２）
   に設定されている場合に、加工領域の輪郭から（２ｎｒ−ｄ）／２の距離だけ外側に間隔を空けて輪郭線を設定する設定手段と、設定された前記輪郭線のうちの２つの輪郭線の交点を含む加工半径ｒの加工円が内接できない非接触部分を特定する特定手段と、特定された前記非接触部分に対応して、前記２つの輪郭線のいずれか一方の前記交点を含む部分を前記加工円が内接可能な曲線に形状変換する変換手段と、形状変換された前記輪郭線に前記加工円が内接するように工具経路を作成する作成手段と、を備えていることを特徴とする工具経路作成装置。
4. 前記変換手段は、前記非接触部分に対応して曲率半径がｒ以上の円弧に形状変換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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