JP5881843B2 - 工具経路生成方法、工作機械の制御装置および工具経路生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具経路生成方法、工作機械の制御装置および工具経路生成装置に関する。

従来の技術では、ワークに対して工具を相対移動させて切削等の加工を行う工作機械が知られている。また、このような工作機械において工具の経路を所定の軸の座標等により指定し、ワークに対して工具を自動的に移動させながら加工を行う数値制御式の工作機械が知られている。ワークを加工する時に使用される工具は、ワークを加工する形状等に依存して適宜選択される。たとえば、ワークの表面に溝部を形成する場合には、工具としてフラットエンドミル等が使用される。また、１つのワークに対して複数種類の加工を行う場合には、ワークを加工する形状に合わせて工具を取り替えて加工することができる。

特許文献１においては、ワーク加工の諸条件データに基づいて最適使用工具を選択する工作機械が開示されている。この工作機械は、刃物の工具ステーションに割り付ける工具割付自動決定手段を有し、加工プログラムを自動生成する工作機械の自動プログラミング装置を備える。自動プログラミング装置は、最適工具が前回のワークの加工プログラムの割付工具と異なる場合に、前回の割付工具で最適工具に代行できるか否かを判断する。更に、自動プログラミング装置は、前回の割付工具で代行が可能な場合には代行工具を割り付けることが開示されている。

特開平４−２５３４４号公報

ワークに対して工具を移動させながら加工を行うための工具は、使用者等により指定される。そして、予め指定された指定工具を用いた場合の工具経路が演算される。ワークの加工に使用する工具の種類および大きさは、加工の種類に応じて最適な工具を用いることが好ましい。たとえば、円筒カムを製造する場合には、円柱状のワークの表面に溝部を形成する。この場合には、溝幅と同一の直径を有する回転工具を用いることが好ましい。回転工具としてフラットエンドミルを用いる場合には、溝幅と同一の工具径を有するフラットエンドミルを用いることが好ましい。しかしながら、ワークの加工形状は様々であり、加工形状に合わせて最適な工具を準備しなければならないという問題がある。また、仮に最適な工具を準備しても、工具が摩耗した場合等に加工寸法の微調整が行えないという問題がある。

数値制御式の工作機械においては、指定工具と大きさが異なる代用工具を用いて加工できる場合がある。たとえば、指定された回転工具よりも小さな工具径を有する回転工具を用いる場合には、指定工具の工具経路に対して、所定の量を平行移動させた工具経路を生成して加工を行うことができる。すなわち、工具径の差を考慮して工具経路を平行移動させるオフセット機能を用いて加工を行うことができる。

しかしながら、工具の種類によっては、工具を変更した場合に工具経路を作成することが困難であり、オフセット機能を用いることができない場合がある。また、オフセット機能を用いて加工を行う場合には、最適な工具で加工する場合よりも、加工精度が低くなったり、加工時間がかかったりする。また、オフセット機能を用いる場合には、工具の種類を変更できないという問題がある。更には、３次元の工具経路を生成する場合には、切削面に垂直な法線ベクトルを加工プログラムに記述する必要がある。

本発明の工具経路生成方法は、工具とワークとを相対的に移動させながらワークを加工するための工具経路を演算する工具経路生成方法であって、指定工具を用いて加工する時の指定工具の工具経路が予め設定されており、指定工具の工具経路に基づいて、指定工具と異なる代用工具にて加工する時の代用工具の工具経路を演算する経路演算工程を含む。経路演算工程は、指定工具にてワークを加工する時の指定工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具の工具経路を設定する。

上記発明においては、最終的に加工面を生成する部分は、線状の部分または面状の部分を含むことができる。

上記発明においては、指定工具と同種類であり指定工具よりも小型の代用工具を用いて加工を行うことができる。

上記発明においては、経路演算工程は、指定工具にてワークを加工する時の仮想進行方向を設定する工程と、仮想進行方向を用いて最終的に加工面を生成する部分を演算する工程と、最終的に加工面を生成する部分に基づいて、代用工具を配置する範囲を設定する工程と、代用工具を配置する範囲の内部に代用工具を配置する複数の位置を設定する工程とを含むことができる。

本発明の工作機械の制御装置は、工具とワークとを相対的に移動させながらワークを加工する工作機械の制御装置であって、予め指定された指定工具にて加工を行う時の指定工具の工具経路を含む入力情報を読み取る入力情報読取部と、入力情報に基づいて、指定工具と異なる代用工具にて加工する時の代用工具の工具経路を設定する経路設定部とを備える。経路設定部は、指定工具にてワークを加工する時の指定工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具の工具経路を設定する。

上記発明においては、最終的に加工面を生成する部分は、線状の部分または面状の部分を含むことができる。

上記発明においては、代用工具は、指定工具と同種類の工具であり、更に指定工具よりも小型の工具であることができる。

上記発明においては、経路設定部は、入力情報に基づいて指定工具にてワークを加工する時の仮想進行方向を設定する仮想進行方向設定部と、仮想進行方向を用いて最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて、代用工具を配置する範囲を設定する範囲設定部と、代用工具を配置する範囲の内部に代用工具を配置する複数の位置を設定する位置設定部とを含むことができる。

本発明の工具経路生成装置は、工具とワークとを相対的に移動させながらワークを加工する時の工具経路を生成する工具経路生成装置であって、ワークの形状データを読み取る形状データ読取部と、形状データに基づいて、予め指定された指定工具と異なる代用工具にて加工する時の代用工具の工具経路を設定する経路設定部とを備える。経路設定部は、指定工具にてワークの加工する時の指定工具の工具経路を設定し、指定工具にて加工する時の指定工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具の工具経路を設定する。

本発明によれば、所望の加工を行うために指定した指定工具の代わりに代用工具を用いて精度良く加工を行なうことができる。

実施の形態１における数値制御式の工作機械の概略図である。 実施の形態１において代用工具を用いて溝加工を行うワークと溝部の概略図である。 実施の形態１において指定工具を用いて溝加工を行う時のワークと溝部の概略図である。 実施の形態１において指定工具を用いて溝加工を行う時の指定工具の中心軸の軌跡を説明する図である。 実施の形態１において指定工具を用いて溝加工を行う時の仮想進行方向とワークを加工する部分とを説明する概略図である。 実施の形態１の代用工具を用いて溝加工を行う時の概略断面図である。 実施の形態１の溝加工方法において、１回目の往路の加工と復路の加工とを説明する概略図である。 実施の形態１の溝加工方法において、２回目の往路の加工と復路の加工とを説明する概略図である。 実施の形態１の溝加工方法において、３回目の往路の加工と復路の加工とを説明する概略図である。 実施の形態１の溝加工方法において、１回目の往路の加工を説明する概略断面図である。 実施の形態１の溝加工方法において、１回目の復路の加工を説明する概略断面図である。 実施の形態１の溝加工方法において、２回目の往路の加工を説明する概略断面図である。 実施の形態１の溝加工方法において、２回目の復路の加工を説明する概略断面図である。 実施の形態１の溝加工方法において、３回目の往路の加工を説明する概略断面図である。 実施の形態１の溝加工方法において、３回目の復路の加工を説明する概略断面図である。 実施の形態１におけるワークを加工する加工システムの概略図である。 実施の形態１における工作機械の制御装置の制御を説明するフローチャートである。 指定工具における仮想進行方向を説明する概略断面図である。 実施の形態１において、指定工具における仮想進行方向と代用工具を配置する範囲とを説明する概略図である。 実施の形態１における指定工具の加工領域および最終的に加工面を生成する部分を説明する概略斜視図である。 実施の形態１における代用工具を配置する位置を説明する指定工具および代用工具の概略斜視図である。 実施の形態１におけるワークを加工した時のスキャロップ高さを説明する概略図である。 実施の形態１における代用工具の最終的に加工面を生成する部分を示す代用工具の第１の概略斜視図である。 実施の形態１における代用工具の最終的に加工面を生成する部分を示す代用工具の第２の概略斜視図である。 実施の形態１における代用工具の最終的に加工面を生成する部分を示す代用工具の第３の概略斜視図である。 実施の形態１における他の加工システムの概略図である。 実施の形態１における端面カムの概略斜視図である。 最終的に加工面を生成する部分の説明図である。 実施の形態２における代用工具にて加工を行うときのワークの概略断面図である。 実施の形態２における代用工具にて加工を行うときのワークの概略平面図である。 実施の形態２における指定工具にて加工を行うときのワークの概略断面図である。 実施の形態２における指定工具にて加工を行うときのワークの概略平面図である。 実施の形態２における代用工具を配置する位置を設定する制御のフローチャートである。 実施の形態２における指定工具の概略斜視図である。 実施の形態２における指定工具の概略下面図である。 実施の形態２におけるワークを加工した時のスキャロップ高さを説明する概略図である。 実施の形態２におけるスキャロップ高さの判定を行うための説明図である。

（実施の形態１）
図１から図２８を参照して、実施の形態１における工具経路生成方法、工作機械の制御装置および工具経路生成装置について説明する。本実施の形態の工作機械としては、主軸が水平方向に延びている横形マシニングセンタを例示して説明する。本実施の形態においては、ワークに溝部を形成する溝加工を例に取り上げて説明する。ワークの加工を行う場合には、所望の形状に加工するために最適の種類や最適の大きさの工具を用いることが好ましい。使用者は、最適な工具を指定工具として指定することができる。本実施の形態においては、使用者が指定する指定工具に代えて、指定工具よりも小型の代用工具を用いて溝加工を行う。

図１は、本実施の形態における数値制御式の工作機械の概略図である。図１に示される工作機械１０は、工具として代用工具２２が取り付けられている。本実施の形態における工作機械１０は、代用工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置を備える。工作機械１０は、工場等の床面に設置されるベッド１２を備える。ベッド１２の上面には、Ｚ軸ガイドレール２８が固定されている。本実施の形態におけるＺ軸は、水平方向である。Ｚ軸ガイドレール２８は、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に延びるように配置されている。

Ｚ軸ガイドレール２８の上面には、テーブル１４が配置されている。テーブル１４は、Ｚ軸ガイドレール２８に対して摺動可能に配置されている。テーブル１４は、Ｚ軸に沿って移動する。テーブル１４の上面には、Ｂ軸方向にワーク１を回転させるための数値制御式のロータリテーブル４２が配置されている。ロータリテーブル４２の上面には、ワーク用の保持部材４０を介してワーク１が固定される。

ベッド１２の上面には、Ｘ軸ガイドレール３６が固定されている。本実施の形態におけるＸ軸は、Ｚ軸に直交し、更に水平方向（図１の紙面に垂直方向）に延びる。Ｘ軸ガイドレール３６は、Ｘ軸に沿って延びるように形成されている。Ｘ軸ガイドレール３６には、コラム１６が摺動可能に配置されている。コラム１６は、Ｘ軸に沿って移動する。

コラム１６において、ワーク１に対向する前面には、Ｙ軸ガイドレール３４が固定されている。本実施の形態におけるＹ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する方向に延びる。Ｙ軸ガイドレール３４は、Ｙ軸に沿って延びている。Ｙ軸ガイドレール３４上には、主軸ヘッド１８が配置されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸ガイドレール３４に摺動可能に形成されている。主軸ヘッド１８は、Ｙ軸に沿って移動する。主軸ヘッド１８は、主軸２０を回転自在に支持するように形成されている。

本実施の形態の移動装置は、ワーク１に対して代用工具２２をＺ軸方向に相対移動させるＺ軸移動装置を含む。本実施の形態においては、ベッド１２の内部において、テーブル１４の下側にはＺ軸送りねじ２４が配置されている。Ｚ軸送りねじ２４は、Ｚ軸方向に延びている。テーブル１４の下面には、ナット２６が固定されている。ナット２６は、Ｚ軸送りねじ２４に螺合する。Ｚ軸送りねじ２４の一方の端部にはＺ軸サーボモータ２５が連結されている。Ｚ軸サーボモータ２５を駆動して、Ｚ軸送りねじ２４を回転させることにより、ナット２６がＺ軸方向に移動する。テーブル１４は、ナット２６の移動と共に、Ｚ軸ガイドレール２８に沿って移動する。この結果、ワーク１がＺ軸方向に移動する。

本実施の形態の工作機械１０は、ワーク１に対して代用工具２２をＸ軸方向に相対移動させるＸ軸移動装置を備える。Ｘ軸移動装置は、Ｚ軸移動装置と同様に、ベッド１２の内部において、コラム１６の下側に配置されているＸ軸送りねじを含む。Ｘ軸送りねじは、Ｘ軸方向に延びるように形成されている。コラム１６の下面にはＸ軸送りねじに螺合するナット３７が固定されている。Ｘ軸送りねじの一端にはＸ軸サーボモータ３８が連結されている。Ｘ軸サーボモータ３８を駆動し、Ｘ軸送りねじを回転させることにより、ナット３７がＸ軸方向に移動する。コラム１６は、ナット３７の移動とともに、Ｘ軸ガイドレール３６に沿って移動する。この結果、代用工具２２がＸ軸方向に移動する。

本実施の形態の工作機械１０は、ワーク１に対して代用工具２２をＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動装置を備える。コラム１６の内部にはＹ軸送りねじ３２が配置されている。Ｙ軸送りねじ３２は、Ｙ軸方向に延びるように形成されている。主軸ヘッド１８の背面には、Ｙ軸送りねじ３２に螺合するナット３０が固定されている。Ｙ軸送りねじ３２の上端にはＹ軸サーボモータ３１が連結されている。Ｙ軸サーボモータ３１を駆動し、Ｙ軸送りねじ３２を回転させることにより、ナット３０がＹ軸方向に移動する。主軸ヘッド１８は、ナット３０の移動と共に、Ｙ軸ガイドレール３４に沿って移動する。この結果、代用工具２２がＹ軸方向に移動する。

本実施の形態の工作機械１０は、ワーク１に対して代用工具２２をＢ軸方向に相対移動させるＢ軸移動装置を備える。ロータリテーブル４２は、ワーク１を回転させるためのＢ軸サーボモータ４３を含む。Ｂ軸サーボモータ４３が駆動することにより、ワーク１がＢ軸方向に回転する。

主軸２０の先端には代用工具２２が配置されている。本実施の形態においては、代用工具２２としてエンドミルが装着されている。主軸２０には、代用工具２２を回転させるためのモータ２３が接続されている。モータ２３が駆動することにより、代用工具２２は、主軸２０の中心軸を回転軸として自転する。

本実施の形態における工作機械１０は、直線送り軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と回転送り軸（Ｂ軸）を有し、代用工具２２を回転させながら、コラム１６、主軸ヘッド１８、テーブル１４を各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブル１４に固定されたワーク１を所望形状に切削加工することができる。更に、ロータリテーブル４２を駆動することにより、ワーク１をＢ軸周りに回転させることができる。本実施の形態における工作機械１０は、Ｂ軸を有する４軸の工作機械として機能する。

図２に、本実施の形態におけるワーク１の概略平面図を示す。本実施の形態においては円柱状のワーク１の周方向の表面に溝部６６を形成する。溝部６６は、ワーク１の表面に螺旋状に延びる。このような溝部６６を形成する溝加工を行うことにより、例えば円筒カム等を製造することができる。

図１および図２を参照して、ワーク１に溝部６６を形成する場合には、ワーク１の中心軸１ａがＹ軸と平行になる様に、ワーク１をロータリテーブル４２に固定する。また、中心軸１ａがロータリテーブル４２の回転軸と一致するようにワーク１を固定する。ワーク１の加工においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の直線移動に加えてＢ軸方向にワーク１を回転させる。

本実施の形態における溝加工方法では、溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２を用いて切削加工を行う。本実施の形態における溝部６６は、断面形状がほぼ四角形であり、一方の側面６６ａおよび他方の側面６６ｂを有する。

本実施の形態における溝部６６は、深さおよび溝幅が一定になるように形成される。このような溝部６６を形成する場合には、切削の時の代用工具２２の深さ方向の相対位置（Ｚ軸の位置）を変化させずに、ワーク１の表面に沿って、Ｘ軸の位置、Ｙ軸の位置およびＢ軸の位置を変化させる制御を行う。

本実施の形態の溝加工方法は、代用工具２２を溝部６６の形状に沿って往復移動させる往復移動工程を含む。往復移動工程の往路では、溝部６６の一方の側面６６ａを加工する。矢印９５に示すように、代用工具２２を溝部６６の延びる方向に相対移動させることにより溝部６６の一方の側面６６ａを加工する。本実施の形態の工作機械１０においては、主軸２０をＹ軸方向に移動する。ワーク１は、矢印９２に示すように代用工具２２に対してＹ軸方向に相対的に移動する。更に、矢印９１に示すように中心軸１ａの周りにワーク１を回転させることにより、ワーク１と代用工具２２との相対移動を行う。代用工具２２が、予め定められた溝部６６の端部まで到達したときには、代用工具２２をＸ軸方向とＹ軸方向に移動して復路の位置に配置する。この後に、相対移動する向きを変えて復路の加工を行う。

往復移動工程の復路では、溝部６６の他方の側面６６ｂを加工する。代用工具２２を溝部６６の延びる方向に相対移動させることにより溝部６６を形成する。本実施の形態においては、矢印９４に示すように、代用工具２２に対してワーク１を相対的に移動させながら、矢印９３に示すようにワーク１を回転させることにより、ワーク１と代用工具２２との相対移動を行う。

ところで、溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２にて溝部６６の側面６６ａ，６６ｂの加工を１回行った状態では、所望の形状の溝部６６を形成することができずに、溝部６６の側面６６ａ，６６ｂにおいて深さ方向のいずれかの部分に削り残しが生じる。ここで、溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２にて溝部６６の側面を加工した場合の削り残しについて説明する。

図３に、指定工具を用いて加工を行う時のワーク１の概略平面図を示す。指定工具８１は、溝部６６の溝幅と同一の直径を有する。本実施の形態における指定工具８１は、溝部６６を形成するために最適な回転工具である。指定工具８１を用いる場合には、矢印９５に示すように、溝部６６の延びる方向に沿って１回の相対移動を行うことにより、溝部６６を形成することができる。本実施の形態の工作機械１０においては、主軸２０をＹ軸方向に移動させ、ワーク１をＢ軸周りに回転移動させる。指定工具８１に対してワーク１を矢印９２に示すようにＹ軸方向に相対的に移動させながら、矢印９１に示すようにワーク１を中心軸１ａの周りに回転させることにより、溝部６６を形成することができる。指定工具８１を用いる場合には、１回の加工にて一方の側面６６ａおよび他方の側面６６ｂを形成することができる。

図４に、指定工具８１を用いたときの指定工具８１の中心軸８１ａの軌跡を説明する概略図を示す。図４に示す例では、指定工具８１の中心軸８１ａが、ワーク１の半径方向と平行になるように指定工具８１を配置する。すなわち、中心軸８１ａの延長上にワーク１の中心軸１ａが配置される。

指定工具８１は、矢印９８に示すように中心軸８１ａの周りに自転している。指定工具８１は、一方の端部がワーク１の内部に挿入される。展開図７１は、ワーク１の周方向の表面を、矢印９６に示すように展開した図である。ワーク１の周方向の表面において、中心軸８１ａが通る軌跡７１ａが示されている。また、指定工具８１は、先端における中心軸８１ａ上の点、すなわち工具先端点を有する。展開図７２は、工具先端点を通るワーク１の円周方向の面を矢印９７に示すように展開した図である。展開図７２には、工具先端点の軌跡７２ａが示されている。

ワーク１の表面における工具中心軸８１ａ上の点の軌跡７１ａと、工具先端点の軌跡７２ａとを比較すると、軌跡の形状が互いに異なることが分かる。指定工具８１に対してワーク１が回転する時の回転半径が互いに異なるために、それぞれの点の軌跡が異なる。このために、ワーク１に対する指定工具８１の相対的な進行方向が溝部６６の深さ方向で異なる。

図５に、ワーク１に対して指定工具８１を移動させたときに、中心軸８１ａが移動する向きを説明する概略図を示す。矢印１０１は、指定工具８１の深さ方向において所定の点における仮想進行方向を示している。仮想進行方向は、ワーク１を停止させて工具が移動すると仮定したときの工具の仮想的な進行方向である。中心軸８１ａの延びる方向において、仮想進行方向が変化することが分かる。すなわち、溝部６６の深さ方向において、仮想進行方向が変化することが分かる。

矢印１０２は、仮想進行方向を示す矢印１０１の方向に垂直な方向を示している。矢印１０２と指定工具８１の表面との交点が接触箇所８１ｂになる。接触箇所８１ｂは、溝部６６の側面６６ａ，６６ｂを形成する部分である。更に、後述するように、接触箇所８１ｂは、ワークを加工するときに最終的なワークの加工面を生成する部分に相等する。本実施の形態において、接触箇所８１ｂの線は、指定工具８１の中心軸８１ａとは互いに平行にならないという特性を有する。なお、図５に示す例においては、接触箇所８１ｂの線が曲線状であるが、接触箇所が直線状になる場合もある。

指定工具８１よりも小さな工具径を有する代用工具２２を使用する場合には、代用工具２２の中心軸２２ａが指定工具８１の中心軸８１ａと平行になるような傾きで配置することができる。即ち、代用工具２２は、中心軸２２ａが指定工具８１の中心軸８１ａとほぼ平行になるように配置することができる。また代用工具２２の表面が、指定工具８１を用いた場合の指定工具８１の表面の位置に接触するように配置することができる。この時に、代用工具２２の中心軸２２ａは、指定工具８１の中心軸８１ａからずれた位置になる。ここで、中心軸２２ａの位置をどのように選んでも、１回の加工では代用工具２２の表面が接触箇所８１ｂの全てを通過することができない。このために、代用工具２２を配置して切削加工を行うと、溝部６６の深さ方向において一部の領域では削り残しが生じる。代用工具２２を用いて、１回の加工で溝部６６の側面６６ａまたは側面６６ｂを形成しようとしても、所望の側面の形状を得ることができない特性を有する。

そこで、本実施の形態における溝加工方法では、溝部６６の一つの側面を形成するために、ワーク１に対する代用工具２２の相対位置を変更して複数回の加工を行う。

図６に、本実施の形態における溝加工方法を説明する概略断面図を示す。本実施の形態における溝加工方法は、矢印９９に示す溝部６６の溝幅よりも小さな直径を有する代用工具２２を用いる。すなわち、指定工具８１の代わりに代用工具２２を用いる。図６は、溝部６６の一方の側面６６ａの加工を例示している。

本実施の形態の溝加工方法では、代用工具２２の中心軸２２ａが、溝部６６の深さ方向と平行になるように代用工具２２の傾きを設定する。すなわち、代用工具２２を配置するための円８４の中心軸が、代用工具２２の回転軸と平行になる様に代用工具２２の傾きを設定している。

本実施の形態の溝加工方法では、溝部６６の一方の側面６６ａに対して、少しずつ代用工具２２の位置を変更しながら、複数回の加工を行っている。すなわち、代用工具２２の経路を少しずつ変更して一方の側面６６ａを形成している。図６に示す例においては、１回目の側面６６ａの加工において、位置８５ａに代用工具２２を配置する。そして、矢印１０３に示すように、溝部６６の延びる方向に沿って代用工具２２を相対的に移動させている。２回目の側面６６ａの加工においては、位置８５ｂに代用工具２２を配置して、溝部６６の延びる方向に沿って代用工具２２を相対的に移動させる。さらに、３回目の側面６６ａの加工においては、位置８５ｃに代用工具２２を配置して、溝部６６の延びる方向に沿って代用工具２２を相対的に移動させている。それぞれの位置８５ａ，８５ｂ，８５ｃは、溝部６６の溝幅を直径とする円８４に内接するように設定されている。すなわち、指定工具８１を使用するときの指定工具８１の表面の位置に、代用工具２２の表面が接するように配置される。

復路の加工においても、往路の加工と同様に、溝部６６の他方の側面６６ｂを形成するために、代用工具２２の位置を変えて複数回の加工を行っている。本実施の形態では往路および復路において、代用工具２２の位置を変えて３回の加工を行っている。一つの側面を形成するための加工の回数は、任意の回数を選択することができる。加工の回数を多くすることにより、後述するようにスキャロップ高さを小さくすることができる。すなわち、溝部の加工精度を向上させることができる。

図７に、１回目の加工における代用工具２２の往路の位置と復路の位置とを説明する概略断面図を示す。矢印１００は、代用工具２２の自転する方向を示しており、往路および復路で同一の回転方向が採用されている。１回目の往路の加工においては、位置８５ａに代用工具２２を配置する。代用工具２２を、矢印１０３に示すように溝部６６の延びる形状に沿って移動させることにより、一方の側面６６ａの加工を行う。１回目の復路の加工においては、位置８６ａに代用工具２２を配置する。代用工具２２を、矢印１０４に示すように、溝部６６の延びる形状に沿って移動させることにより、他方の側面６６ｂの加工を行う。

図８に、２回目の加工における代用工具２２の往路の位置と復路の位置とを説明する概略断面図を示す。２回目の加工では、往路において位置８５ｂに代用工具２２を配置して、矢印１０３に示す方向に移動させることにより、一方の側面６６ａを加工する。復路においては、位置８６ｂに代用工具２２を配置して、矢印１０４に示す方向に移動させることにより、他方の側面６６ｂを加工する。

図９に、３回目の加工における代用工具２２の往路の位置と復路の位置とを説明する概略断面図を示す。３回目の加工においても、１回目の加工および２回目の加工と同様に、往路において位置８５ｃに代用工具２２を配置して、一方の側面６６ａの加工を行なっている。復路において位置８６ｃに代用工具２２を配置して、他方の側面６６ｂの加工を行なっている。

本実施の形態における溝加工方法では、往路における代用工具２２の位置８５ａ，８５ｂ，８５ｃと、復路における代用工具２２の位置８６ａ，８６ｂ，８６ｃとが互いに対称な位置になる。たとえば、１回目の加工において、往路の位置８５ａと、復路の位置８６ａとは、円８４の中心点８４ａに対して対称な位置になる。すなわち、位置８５ａの工具先端点と、位置８６ａの工具先端点とは、円８４の中心点８４ａに対して互いに対称な位置に設定している。

図１０に、１回目の加工の往路において一方の側面６６ａの加工を行なっているときの概略断面図を示す。図１１に、１回目の加工の復路において、他方の側面６６ｂの加工を行なっているときの概略断面図を示す。それぞれの図においては、使用者の所望の形状の加工面６７が示されている。複数回の加工を行なうことにより、溝部６６の側面６６ａ，６６ｂが加工面６７に一致するように加工を行う。

１回目の加工の往路においては、一方の側面６６ａの上部を、加工面６７とほぼ同一になるように切削することができる。ところが、一方の側面６６ａの中央部および下部においては、加工面６７までの加工を行なうことができずに削り残りが生じる。１回目の加工の復路においては、他方の側面６６ｂの下部を加工面６７まで切削することができる。ところが、他方の側面６６ｂの中央部および上部においては、加工面６７まで切削することができずに削り残りが生じる。

図１２に、２回目の往路の加工を行っているときの概略断面図を示す。図１３に、２回目の復路の加工を行っているときの概略断面図を示す。２回目の加工の往路においては、一方の側面６６ａの中央部を加工面６７に近づけるように加工することができる。また、２回目の復路においては、他方の側面６６ｂの中央部を加工面６７に近づけるように加工することができる。

図１４に、３回目の往路の加工を行っているときの概略断面図を示す。図１５に、３回目の復路の加工を行っているときの概略断面図を示す。３回目の往路および復路においては、一方の側面６６ａおよび他方の側面６６ｂの削り残りを切削することができる。この結果、溝部６６を所望の形状の加工面６７に一致させることができる。

このように、本実施の形態における溝加工方法は、溝部６６の延びる方向に沿った工具経路にて、代用工具２２を相対的に移動させてワーク１を加工する加工工程を含む。加工工程は、ワーク１に形成する溝部６６の溝幅を直径にした円８４に内接するように代用工具２２を配置する。そして、ワーク１に対する代用工具２２の相対位置を変更して複数回の加工を行っている。この方法を採用することにより、回転工具の直径よりも溝幅の大きな溝部を短時間で形成することができる。また、溝幅と同一の直径を有する回転工具を用いなくても、高い精度で溝部の加工を行うことができる。また、生成する溝部の溝幅が変化しても工具の交換等は必要なく、溝幅よりも小さな直径を有する回転工具にて溝部を形成することができる。

比較例として、溝幅の大きな溝部を形成する場合には、回転工具を遊星回転運動させる専用の工具ヘッド（偏心ホルダ）を使用することができる。しかしながら、遊星回転運動を行う専用の工具ヘッドは、剛性が小さいために切り込み量を大きくすることができない。このために工具ヘッドの送り速度を小さく設定する必要がある。このため、遊星回転運動を行う工具ヘッドを用いる場合には、加工時間が長くなるという問題がある。これに対して、本実施の形態の溝加工方法では、ワークの切削量を大きくすることができて短時間で溝加工を行うことができる。

また、回転工具を遊星回転運動させる場合には、回転工具がワークに接触していない領域が多く存在するために時間がかかる。これに対して、本実施の形態における溝加工方法では、溝部６６を形成するために必要な領域に回転工具の経路を設定することができて、短時間で溝加工を行うことができる。

たとえば、図６に示すように、溝部６６の溝幅を直径にした円８４に内接する範囲は、溝部６６の側面の加工を行う範囲と溝部６６の側面の加工を行わない範囲とを有する。溝部の側面に接近する範囲では、溝部６６の側面の加工を行うが、これ以外の矢印１０５に示す範囲では、溝部６６の側面の加工に寄与しない。このために、矢印１０５に示す範囲を避けて代用工具２２を配置することにより、加工時間を短くすることができる。本実施の形態においては、後述するように、溝部６６を形成するために必要な代用工具２２を配置する範囲を演算している。このために、短時間で溝加工を行うことができる。

次に、本実施の形態における溝加工方法を行う工作機械の制御装置および工具経路生成装置について説明する。

図１６に、本実施の形態における工作機械１０と、工作機械１０に入力する入力数値データ５４を生成する装置とを備える加工システムの概略図を示す。本実施の形態においては、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置５１にてワーク１の形状を設計する。ＣＡＤ装置５１は、ワーク１の形状データ５２をＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）装置５３に供給する。形状データ５２にはワーク１に形成する溝部６６の形状のデータが含まれている。ここで、使用者は、ＣＡＭ装置５３に対して指定工具８１を入力することができる。本実施の形態においては、溝部６６の溝幅と同一の直径を有する指定工具８１を入力している。または、指定工具８１は、ＣＡＭ装置５３により自動的に指定されても構わない。

ＣＡＭ装置５３においては、形状データ５２に基づいて、工作機械１０の制御装置５５に入力するための入力情報としての入力数値データ５４が生成される。本実施の形態における入力数値データ５４は、溝部６６の溝幅と同一の直径を有する指定工具８１を用いて溝部を形成するときの数値データである。

本実施の形態における数値制御式の工作機械１０は、制御装置５５を備える。本実施の形態における制御装置５５は、演算処理装置を含む。演算処理装置は、演算処理等を行うマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、およびその他の周辺回路を有する。

制御装置５５は、入力数値データ５４を用いて、出力数値データ６２を生成する。出力数値データ６２は、指定工具８１よりも小さな工具径を有する代用工具２２を用いたときの機械に対する指令が含まれている。出力数値データ６２には、溝部６６を形成するために複数回の加工を行う工具経路の情報が含まれている。本実施の形態においては、出力数値データ６２には、ワーク１に対して代用工具２２を相対移動させる数値データが含まれている。

本実施の形態における制御装置５５は、入力情報読取部として機能する数値データ読取部５６と、経路設定部５７とを含む。数値データ読取部５６は、入力数値データ５４を読込む機能を有する。経路設定部５７は、読み込んだ入力数値データ５４に基づいて出力数値データ６２を生成する。本実施の形態における経路設定部５７は、仮想進行方向設定部５８と、範囲設定部５９と、位置設定部６０とを含む。出力数値データ６２は、数値制御部６３に入力される。数値制御部６３は、出力数値データ６２に基づいて各軸サーボモータ６４を駆動する。各軸サーボモータ６４には、Ｘ軸サーボモータ３８、Ｙ軸サーボモータ３１、Ｚ軸サーボモータ２５およびＢ軸サーボモータ４３が含まれる。

図１７に、本実施の形態の工作機械の制御装置における制御のフローチャートを示す。図１６および図１７を参照して、制御装置５５の数値データ読取部５６には、ＣＡＭ装置５３により生成された入力数値データ５４が入力される。本実施の形態における入力数値データ５４は、指定工具８１を用いたときの工具先端点の経路を示すデータを含む。入力数値データ５４は、例えば、ＸＹＺ軸の座標値とＡＢＣ軸の回転角度とによって構成されている。制御装置５５に入力する入力情報としては、上記の数値データに限られず、指定工具の任意の部分の経路を示す入力情報を採用することができる。

制御装置５５においては、はじめにステップ１２１において、数値データ読取部５６により、入力数値データ５４を読み込む。ステップ１２２においては座標値列を出力する。ここでの座標値列は、ＸＹＺ軸の座標値およびＡＢＣ軸の回転角度によって構成されている。

次に、経路設定部５７において、指定工具８１よりも小さな直径を有する代用工具２２を用いて加工を行なうための工具経路を設定する。ステップ１２３において、経路設定部５７の仮想進行方向設定部５８は、工作機械１０のデータを読み込む。工作機械１０のデータには、工作機械１０の軸構成および座標系などが含まれる。次に、ステップ１２４において、仮想進行方向設定部５８は仮想進行方向を算出する。

図１８に、仮想進行方向を説明する概略断面図を示す。仮想進行方向は、ワーク１が停止していたと仮定したときのワーク１に対する指定工具８１の進行方向である。仮想進行方向としては、指定工具８１のそれぞれの高さにおける複数の点が進行する方向を採用することができる。図１８に示す例では、指定工具８１の位置を変更せずに、ワーク１を矢印９１に示す向きに回転している。すなわち、指定工具８１の中心軸８１ａは停止した状態であり、ワーク１を回転させている。このときに、ワーク１が停止していると仮定すると、指定工具８１の工具先端点８１ｃの仮想進行方向は、矢印１０１に示す方向になる。仮想進行方向は、例えば、ＸＹＺ軸における単位長さのベクトルにて設定することができる。

図１９に、本実施の形態における溝加工を行っているときの概略平面図を示す。指定工具８１の所定の高さの点における仮想進行方向を矢印１０１にて示している。このように、仮想進行方向は、円８４の直径と同一の直径を有する指定工具８１が、溝部６６の延びる方向に沿って進行する時の方向を示している。

図１６および図１７を参照して、ステップ１２４までは、指定工具８１を用いた場合を想定して仮想進行方向を求めている。次に、指定工具８１の仮想進行方向に基づいて、代用工具２２の工具経路を設定する。制御装置５５の範囲設定部５９において、代用工具２２を配置する範囲を設定する。

範囲設定部５９は、ステップ１２５において加工設定データを読み込む。ここでの加工設定データには、溝部６６の溝幅、溝部６６の深さおよび代用工具２２の工具径等が含まれる。ステップ１２６においては、加工設定データと仮想進行方向とを用いて、代用工具２２を配置する範囲を設定する。

本実施の形態においては、仮想進行方向に基づいて最終的に加工面を生成する部分を演算する。最終的に加工面を生成する部分に基づいて、代用工具を配置する範囲を設定する。ここで、本実施の形態における最終的に加工面を生成する部分について説明する。

図２０に、本実施の形態における指定工具の概略斜視図を示す。図２０は、指定工具８１の実際に加工を行う一部分を示している。たとえば、図２０に示す指定工具８１の上端は、溝部の上端に相等する。前述の通り、本実施の形態においては、指定工具８１の中心軸８１ａの高さ方向の位置に依存して、仮想進行方向が徐々に変化する。

中心軸８１ａ上における点の仮想進行方向に対して垂直な方向と指定工具８１の表面の交点とが、ワーク１の加工を行ったときに最終的にワークに接触している点になる。この点を接続すると、指定工具８１の最終的に加工面を生成する部分が得られる。本実施の形態における最終的に加工面を生成する部分は線１３２にて示されている。

ところで、図５にて示したように、指定工具８１の軸方向において、仮想進行方向が変化するために、本実施の形態における最終的に加工面を生成する線１３２は、指定工具８１の中心軸８１ａとはほぼ平行にならずに中心軸８１ａに対して捩れている。更に、線１３２は、曲線状になっている。

指定工具８１が矢印１０１に示す仮想進行方向に移動する時には、指定工具８１の表面の一部の領域にてワークの切削を行うことができる。実際にワークを加工する加工領域１３１は、線１３２よりも仮想進行方向の向かう側に設定される。指定工具８１は、ワークの加工面を形成するための加工領域１３１を有する。加工領域１３１においてワーク１を切削して溝部６６を形成することができる。または、加工領域１３１の端部が最終的に加工面を生成する部分になる。本実施の形態においては、最終的に加工面を生成する部分は線状になっているが、この形態に限られず、最終的に加工面を生成する部分は、面状や点状であっても構わない。

最終的に加工面を生成する線１３２は、演算により設定することができる。矢印１１０，１１１に示すように、算出した仮想進行方向に対して垂直な線を設定する。この線と指定工具８１の表面との交点である点１８３，１８４を演算する。同様に、中心軸８１ａ上の複数の点について、それぞれの指定工具８１の表面上の点を演算することにより、最終的に加工面を生成する線１３２を演算することができる。

次に、演算した最終的に加工面を生成する線１３２に基づいて、代用工具２２を配置する範囲を設定する。

図２１に、代用工具を配置する範囲を説明する概略斜視図を示す。図１９および図２１を参照して、代用工具２２は、代用工具２２の表面が指定工具８１を用いた場合の指定工具８１の表面に接触するように配置される。指定工具８１における最終的に加工面を生成する線１３２に対応するように、代用工具２２を配置する。最終的に加工面を生成する線１３２の上端の点１８３と、下端の点１８４との間の領域を代用工具２２を配置する範囲に設定することができる。図１９には、代用工具２２を配置する範囲が矢印１７６にて示されている。

図１６および図１７を参照して、次に、位置設定部６０で代用工具２２を配置する範囲内に、代用工具２２を配置する位置の設定を行う。位置設定部６０は、ステップ１２７において、加工設定データを読み込む。ここで読み込む加工設定データとしては、スキャロップ高さおよび代用工具の工具径などが含まれる。

図２２に、本実施の形態におけるスキャロップ高さを説明する概略図を示す。本実施の形態においては、円８４に内接するように、代用工具２２の位置８５ａ，８５ｂ，８５ｃを設定している。このために、代用工具２２を配置する位置の数に応じて矢印１０６に示すスキャロップ高さが定まる。また、スキャロップ高さは、代用工具２２の直径にも依存する。例えば、代用工具２２を配置する範囲の内部において、代用工具２２を配置する位置の数を多くする。そして、代用工具２２を配置する位置同士の間隔を小さくすることにより、スキャロップ高さを小さくすることができる。すなわち、溝部の側面を加工する回数を増加することにより、スキャロップ高さを小さくすることができる。

図１６および図１７を参照して、ステップ１２８においては、入力されたスキャロップ高さ等の加工設定データに基づいて、代用工具２２の位置を設定することができる。本実施の形態においては、スキャロップ高さに基づいて、代用工具を配置する位置の数を計算により算出することができる。このために、スキャロップ高さの許容値を指定すると、代用工具２２を配置する範囲の内部において、代用工具２２の複数個の位置を設定することができる。本実施の形態においては、３回の加工を行っている。代用工具２２の位置は、例えば、ＸＹＺ軸の座標値で表すことができる。または、例えば、ステップ１２２において出力した座標値列からの差を出力することができる。

図２３は、代用工具による１回目の加工を行うときの代用工具の概略斜視図である。図２４は、代用工具による２回目の加工を行うときの代用工具の概略斜視図である。図２５は、代用工具による３回目の加工を行うときの代用工具の概略斜視図である。図２３から図２５は、本実施の溝部の一方の側面を形成するための往路の移動を行っているときの状態を示す。図２３を参照して、代用工具２２においても最終的に加工面を生成する部分が生成される。代用工具２２による１回目の加工では、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線１３２ａは、溝部の上部の領域に形成される。図２４を参照して、代用工具２２による２回目の加工では、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線１３２ｂは、溝部の中央部の領域に形成される。図２５を参照して、代用工具２２による３回目の加工では、代用工具２２の最終的に加工面を生成する線１３２ｃは、溝部の下部の領域に形成される。

図２３から図２５に示すそれぞれの最終的に加工面を生成する線１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃを組み合わせることにより、指定工具８１にて加工を行うときの最終的に加工面を生成する線１３２に対応する線を形成することができる。溝部６６の深さ方向全体において、所望の形状と精度よく一致した溝部を形成することができる。すなわち、指定工具８１を用いて形成した溝部６６とほぼ同一の溝部を形成することができる。

図１６および図１７を参照して、次に、位置設定部６０は、ステップ１２９において、出力数値データ６２を出力する。出力数値データ６２は、例えば、ＸＹＺ軸の座標と、ＡＢＣ軸における代用工具２２とワーク１との相対的な角度により設定することができる。

このように本実施の形態における制御装置５５は、出力数値データ６２を生成する。数値制御部６３は、出力数値データ６２に基づいて各軸サーボモータ６４を駆動する。これにより、ワーク１と代用工具２２との相対位置を調整することができる。

本実施の形態における工作機械１０の制御装置は、経路設定部を備え、経路設定部は、指定工具８１にてワーク１を加工する時の指定工具８１の加工領域１３１のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具２２の工具経路を設定している。この構成により、指定工具の代わりに代用工具を用いて加工を行うことができる。また、精度良く加工を行うことができる。

また、経路設定部５７は、入力数値データ５４に基づいて指定工具８１にてワーク１を加工する時の仮想進行方向を設定する仮想進行方向設定部５８と、仮想進行方向を用いて最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて、代用工具を配置する範囲を設定する範囲設定部５９と、代用工具２２を配置する範囲の内部に代用工具２２を配置する複数の位置を設定する位置設定部６０とを含む。この構成を採用することにより、簡易な構成にて代用工具２２の複数回の工具経路を設定することができる。

上記のように、本実施の形態における工具経路生成方法は、代用工具２２の工具経路を演算する工具経路の生成方法であって、指定工具８１を用いて加工する時の指定工具８１の工具経路が予め設定されている。指定工具８１の工具経路に基づいて、指定工具８１と異なる代用工具２２にて加工する時の代用工具２２の工具経路を演算する経路演算工程を含む。経路演算工程は、指定工具８１にてワークを加工する時の指定工具８１の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具の工具経路を設定する。この方法を採用することにより、指定工具の代わりに代用工具を用いて加工を行うことができる。また、精度良く加工を行う工具経路を生成することができる。

更に、工具経路生成方法において、上記の経路演算工程は、指定工具８１にてワーク１を加工する時の仮想進行方向を設定する工程と、仮想進行方向を用いて最終的に加工面を生成する部分を演算する工程とを含む。この後に、最終的に加工面を生成する部分に基づいて、代用工具２２を配置する範囲を設定する工程と、代用工具２２を配置する範囲の内部に代用工具２２を配置する複数の位置を設定する工程とを含むことができる。

本実施の形態の上記の説明においては、ＣＡＤ装置が出力した形状データに基づいて、ＣＡＭ装置にて指定工具を用いる場合の入力数値データを生成している。この入力数値データを用いて、工作機械の制御装置で代用工具の工具経路となる出力数値データを作成しているが、この形態に限られず、ＣＡＤ装置から出力される形状データを用いて、ＣＡＭ装置の内部で出力数値データを作成しても構わない。

図２６に、本実施の形態におけるＣＡＤ装置と工具経路生成装置とを備える加工システムの概略図を示す。ＣＡＤ装置５１にて形状データ５２が生成されることは、図１６に示す加工システムと同様である。本実施の形態における工具経路生成装置７５は、ＣＡＭ装置の機能を有する。また、工具経路生成装置７５は、形状データ５２に基づいて、代用工具を用いて加工を行なう工具経路の出力数値データ６２を生成する機能を有する。

本実施の形態における工具経路生成装置７５は、形状データ読取部７６と、経路設定部７７とを備える。本実施の形態における形状データ読取部７６は、ワーク１の加工を行なった後の形状データ５２を読み取る。経路設定部７７は、ワーク１の形状データ５２に基づいて、指定工具８１よりも径の小さな代用工具２２を用いて、溝部６６の延びる方向に相対移動させる工具経路を設定する。

経路設定部７７は、例えば、図１６に記載の加工システムのＣＡＭ装置５３、数値データ読取部５６および経路設定部５７の機能を有する。経路設定部７７は、たとえば、形状データ５２に基づいて、指定工具８１の経路を示す入力数値データ５４を生成する。入力数値データ５４を用いて代用工具２２の経路を示す出力数値データ６２を生成する。このときに、指定工具８１の加工領域１３１のうち最終的に加工面を生成する線１３２を演算し、最終的に加工面を生成する線１３２に基づいて代用工具２２の工具経路を設定することができる。

出力数値データ６２は、工作機械１０に入力される。工作機械１０の制御装置５５は、出力数値データ６２を用いて各軸サーボモータ６４を駆動する。制御装置５５は、ワーク１に対して代用工具２２を相対的に移動させることができる。

本実施の形態の工具経路生成装置においても、指定工具の代わりに代用工具を用いた工具経路を生成することができる。

本実施の形態の代用工具２２とワーク１とを相対移動させる移動装置は、Ｘ軸およびＹにおいては、ワーク１に対して代用工具２２を移動させており、Ｚ軸およびＢ軸においては、代用工具２２に対してワーク１を移動するように形成されているが、この形態に限られず、移動装置は、ワークおよび回転工具のうち少なくとも一方がそれぞれの軸に関して移動可能に形成されていれば構わない。

本実施の形態においては、指定工具における仮想進行方向を算出し、仮想進行方向に基づいて代用工具を配置する範囲および代用工具を配置する位置を設定しているが、この形態に限られず、仮想進行方向を用いずに代用工具を配置する位置を設定しても構わない。たとえば、溝部の延びる方向に基づいて指定工具の最終的に加工面を生成する部分を推定し、代用工具の位置を設定しても構わない。

本実施の形態においては、溝部の深さおよび溝部の溝幅が一定になる円筒カムの溝加工を例示して説明したが、この形態に限られず、任意の加工に本発明を適用することができる。

図２７に、端面カムの概略斜視図を示す。端面カム１３６は端面１３６ａを有する。端面１３６ａには、カムフォロア１３５が接触する。カムフォロア１３５は円柱状に形成されており、回転可能に支持されている。カムフォロア１３５は、周方向の表面が端面１３６ａに接触する。端面カム１３６と、カムフォロア１３５とが中心軸１３７を中心に回転移動することにより、カムフォロア１３５の上下位置を変化させることができる。

端面カム１３６の端面１３６ａの加工においては、カムフォロア１３５の直径と同じ工具径を有する回転工具を用いることが好ましい。カムフォロア１３５が回転する時の回転軸と、回転工具の回転軸とが一致するようにして加工を行うことが好ましい。

例えば、カムフォロア１３５の直径と同じ径を有するエンドミルを用いて、中心軸１３７の周りにワークを回転させながら切削加工を行うことにより、端面１３６ａを形成することができる。この方法により、所望の形状の端面１３６ａを形成することができる。

一方で、端面１３６ａの加工に用いる回転工具として、カムフォロア１３５の直径と異なる工具径を有する回転工具を用いた場合には、端面１３６ａが滑らかな表面にならない場合がある。この結果、端面カム１３６を駆動したときに、カムフォロア１３５の動きが滑らかにならない場合がある。

ところが、カムフォロア１３５の直径と同じ工具径を有する回転工具を用意することが難しい場合がある。このために、例えば、所望の工具径よりも小さな工具径を有するエンドミルを用いる場合には、エンドミルを自転させながら公転させる偏心ホルダを用いていた。しかしながら、偏心ホルダを準備する必要があったり、加工時間が長くなったりしていた。

このような端面カム１３６の端面１３６ａを製造する場合においても、本実施の溝加工と同様の方法および装置を適用することができる。すなわち、溝部の側面と同様に端面カム１３６の端面１３６ａを形成することができる。例えば、中心軸１３７の周りに端面カム１３６を回転させながら、カムフォロア１３５の直径よりもよりも小さな直径の回転工具を用いて加工を行うことができる。

この場合には、カムフォロア１３５の直径と同じ工具径を有する回転工具を指定工具に指定することができる。また、代用工具は、カムフォロア１３５の直径よりも小さな工具径を有する回転工具を指定することができる。指定工具の最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具の工具経路を演算する。この工具経路を用いて、代用工具にて加工を行うことにより、滑らかな端面１３６ａを形成することができる。本実施の形態における方法および装置を採用することにより、端面１３６ａを所望の形状に加工することができる。この結果、カムフォロア１３５の動きを滑らかにすることができる。

図２８に、様々なワークの加工を行うときの工具の最終的に加工面を生成する部分の概念図を示す。図２８は、断面形状が円形の工具１８１の概略断面図を例示している。工具１８１は、工具中心点１８１ａを中心にして回転している。また、工具１８１の表面がワークを加工する。工具１８１の表面のうち、最終的に加工面を生成する部分は、次のような方法で求めることができる。

工具１８１の表面上の任意の点ｐを定める。点ｐでの工具１８１の表面の法線方向をＮ（ｐ）とする。所定の時刻ｔ１での点ｐにおける仮想進行方向をＶ（ｐ，ｔ１）とする。時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２での点ｐにおける仮想進行方向をＶ（ｐ，ｔ２）とする。この場合に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間中に行う加工において、工具１８１の最終的に加工面を生成する部分は次の式により定められる。次の式では、Ｎ（ｐ）とＶ（ｐ，ｔ１）との内積およびＮ（ｐ）とＶ（ｐ，ｔ２）との内積を用いている。

Ｎ（ｐ）・Ｖ（ｐ，ｔ１）≧０ …（１）
Ｎ（ｐ）・Ｖ（ｐ，ｔ２）≦０ …（２）

ここで、記号「・」は内積を示す。上記の式（１）および式（２）の両方を満たす領域が、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における最終的に加工面を生成する部分に該当する。図２８においては、上記の式（１）を満たす領域が矢印１７３で示されている。上記の式（２）を満たす領域が矢印１７４で示されている。矢印１７３に示す領域と矢印１７４に示す領域とが重複する矢印１７５にて示す領域が、最終的に加工面を生成する部分に該当する。たとえば、工具１８１の全ての表面上に複数の点ｐを発生させて、上記の式（１）および式（２）を満たす点ｐの存在する部分が最終的に加工面を生成する部分になる。

式（１）および式（２）に基づく最終的に加工面を生成する部分の推定においては、工具の断面形状が円形に限られず、任意の形状の工具に適用することができる。また、ワークの加工形状についても溝に限られず、任意の形状を採用することができる。

本実施の形態における数値制御式の工作機械は、１つの回転送り軸と複数の直線送り軸とを有するが、この形態に限られず、任意の加工を行う数値制御式の工作機械等に本発明を適用することができる。また、本実施の形態における指定工具および代用工具は、フラットエンドミルである。すなわち、本実施の形態における代用工具は、指定工具と同種類の工具であるが、この形態に限られず、代用工具は、指定工具と異なる種類の工具であっても構わない。また、回転工具以外の工具を用いる場合には、工具の位置の設定において、主軸の回転位相に対する指令を追加しても構わない。

本実施の形態における加工では、回転工具を回転させながらワークに対して相対的に進行させる送り速度をほぼ一定にしているが、この形態に限られず、ワークの切削量に応じて送り速度を変化させても構わない。この制御により、加工時間を短縮したり工具の寿命を延ばしたりすることができる。

（実施の形態２）
図２９から図３７を参照して、実施の形態２における工具経路生成方法、工作機械の制御装置および工具経路生成装置について説明する。本実施の形態の加工では、ワークの表面に窪み部を生成する。本実施の形態においても、予め指定工具が指定されており、実際の加工では指定工具の代わりに代用工具を用いる。

図２９に、本実施の形態における代用工具１５１にて加工を行うときのワークの概略断面図を示す。図３０に、本実施の形態における代用工具１５１にて加工を行うときのワーク１の概略平面図を示す。図２９には、代用工具１５１に加えて指定工具１４０も記載されている。図２９および図３０を参照して、本実施の形態については、ワーク１の表面に、断面形状が円弧状の窪み部１４１を形成する。本実施の形態におけるワーク１の表面は、平面状である。また、ワーク１を切削する工具として、先端が半球状のボールエンドミルを用いる。代用工具１５１により、複数回の加工を行って窪み部１４１を形成する。

図３１に、指定工具１４０を用いてワークに窪み部を形成する時の概略断面図を示す。図３２に、指定工具１４０を用いてワークに窪み部を形成する時の概略平面図を示す。本実施の形態においても指定工具１４０は、所望の窪み部１４１を形成するために最適な工具である。指定工具１４０は、ボールエンドミルである。指定工具１４０は、先端部分が所望の窪み部１４１の形状に一致している。このために、矢印１７１に示すように、指定工具１４０を回転させながらワーク１に近接させる向きに移動させ、指定工具１４０をワーク１に押し付けることにより、所望の形状の窪み部１４１を形成することができる。すなわち、指定工具１４０の先端の半球状の部分の一部分にてワーク１を切削することにより、窪み部１４１を形成することができる。

図２９および図３０を参照して、本実施の形態においては、指定工具１４０の代わりに代用工具１５１を用いる。代用工具１５１は、指定工具１４０よりも工具径の小さなボールエンドミルである。すなわち、代用工具１５１は、指定工具１４０と同種類の工具であり、指定工具１４０よりも小型の工具である。

本実施の形態においても、ワーク１の加工面が所望の形状になるように、代用工具１５１の工具経路を設定する。実施の形態１と同様に、指定工具１４０の最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具１５１の工具経路を設定する。本実施の形態においても、指定工具１４０の最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて、代用工具１５１を配置する範囲を設定する。更に、この範囲内に代用工具１５１を配置する位置を設定する。

本実施の形態においても、実施の形態１に示す工作機械を用いて加工することができる。図１を参照して、本実施の形態においては、代用工具２２の代わりに代用工具１５１を装着する。ワーク１をロータリテーブル４２に固定する。ワーク１に対する代用工具１５１のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＢ軸周りの位置を設定した後には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＢ軸周りに移動を行わずに固定する。この状態にて、Ｚ軸方向についてワーク１に対する代用工具１５１の相対移動を行う。本実施の形態においては、Ｚ軸方向にワーク１を移動させることにより、ワーク１に対して代用工具１５１を近づける向きに移動させることができる。

本実施の形態においても、実施の形態１の図１６に示す加工システムおよび図１７に示す制御を用いて加工することができる。図１６および図１７を参照して、ＣＡＤ装置５１およびＣＡＭ装置５３により、指定工具１４０を用いたときの入力数値データ５４を生成する。

次に、数値データ読取部５６は、入力数値データ５４を読み込む。また、数値データ読取部５６は、座標値列を出力する。次に、仮想進行方向設定部５８は、工作機械データを読み込む。また、仮想進行方向設定部５８は、仮想進行方向の算出を行う。本実施の形態においては、加工期間中にはＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＢ軸周りの移動がないために、仮想進行方向は、Ｚ軸方向において、ワーク１に対して代用工具１５１が相対的に移動する方向になる。図３１を参照して、指定工具１４０の仮想進行方向は、矢印１７１に示す方向になる。

次に、範囲設定部５９において、加工設定データの読み込みを行う。本実施の形態における加工設定データは、窪み部１４１を平面視したときの直径や窪み部１４１の深さ、代用工具１５１の工具径等を含む。次に、代用工具１５１を配置する範囲を演算する。本実施の形態においては、指定工具１４０の先端の窪み部１４１を形成する領域が、代用工具１５１を配置する範囲になる。図３１を参照して、ボールエンドミルは、先端の半球状の部分と円柱状の部分との境界１４３を有する。本実施の形態においては、工具先端の半球を形成する球の中心を工具中心１４０ａと称する。仮想進行方向は、矢印１７７に示すように、指定工具１４０の中心軸の延びる方向と平行になる。

工具中心１４０ａにおいて、窪み部１４１の形状に基づいて仮想進行方向に対する角度θｍを算出する。算出した角度θｍの範囲内の指定工具１４０の表面は、矢印１７２に示されている。この矢印１７２に示す領域は、指定工具１４０の最終的に加工面を生成する部分になる。本実施の形態においては、指定工具１４０の最終的に加工面を生成する部分は面状である。また、本実施の形態においては、指定工具１４０の最終的に加工面を生成する部分が、代用工具１５１を配置する範囲になる。

なお、本実施の形態においては、仮想進行方向を算出し、仮想進行方向に基づいて最終的に加工面を生成する部分を演算しているが、この形態に限られず、仮想進行方向を用いずに、最終的に加工面を生成する部分を演算しても構わない。

図１６および図１７を参照して、次に、位置設定部６０は、スキャロップ高さ等の加工設定データの読み込みを行う。更に、位置設定部６０は、代用工具１５１を配置する位置を設定する。

図３３に、本実施の形態における代用工具１５１を配置する位置を設定する制御のフローチャートを示す。ステップ１６１においては、代用工具１５１を配置する範囲を読み込む。図３４に、指定工具１４０の概略斜視図を示す。指定工具１４０の先端の一部分が、最終的に加工面を生成する部分であり、代用工具１５１を配置する範囲１４２に相等する。

図３３を参照して、次に、ステップ１６２においては、最終的に加工面を生成する部分に、複数の点ｐを設定する。この点ｐは、後に代用工具１５１を接触させる点になる。

図３５に、指定工具１４０を先端から見たときの概略図を示す。すなわち、図３５は、指定工具１４０の下面図を示している。指定工具１４０の中央部分に代用工具１５１を配置する範囲１４２が設定されている。この範囲１４２の内部に、複数の点ｐを設定する。点ｐは、予め定められた複数の個数を設定することができる。点ｐの設定においては、例えば、不規則な位置に点ｐを発生させる。この後に、シミュレーション装置を用いて、点ｐ同士の間隔ができるだけ均一になる様に移動させることができる。例えば、任意の一つの点ｐに対して、他の点又は範囲１４２の境界の間に斥力を働かせる。距離が近いほど大きな力が働くように設定し、点ｐを移動させることができる。このようなシミュレーションを所定の時間継続することにより、ほぼ平衡状態になる。全ての点ｐを、ほぼ均等に配置することができる。

次に、設定された点ｐに代用工具１５１を接触させたときにスキャロップ高さが許容値以下になるか否かを判別する。本実施の形態においては、窪み部１４１のスキャロップ高さが、予め定められた許容値以下になるように、代用工具１５１を配置する位置の数を設定する。

図３６に、本実施の形態におけるスキャロップ高さを説明する概略断面図を示す。本実施の形態においても、代用工具１５１を配置する位置の数に依存して、窪み部１４１の表面に凹凸が生じる。矢印１０６に示す高さがスキャロップ高さである。本実施の形態においても、代用工具１５１を配置する位置の個数を多くすることにより、スキャロップ高さを小さくすることができる。本実施の形態においては、加工後のスキャロップ高さを判別するために、指定工具１４０の工具中心１４０ａ周りの角度を用いて判別する。

図３７に、本実施の形態における指定工具１４０と代用工具１５１と説明する概略図を示す。点ｐは、ステップ１６２においてランダムに設定された代用工具１５１が接触する点である。代用工具１５１を配置する範囲１４２において、点ｐとは異なる任意の点ｘを設定する。点ｘは、複数個を設定する。ここで、複数の点ｐのうち、一つの点ｘに最も近い点ｐを選定することができる。この場合に、工具中心１４０ａと点ｐを結ぶ線と、工具中心１４０ａと点ｘとを結ぶ線とのなす角度θｘを算出することができる。複数の点ｘについて、点ｘと点ｐとの距離の最大値が小さいほどスキャロップ高さは小さくなる。このために、点ｘを多数発生させて、全ての点ｘに関する角度θｘが予め定められた許容角度以下であれば、スキャロップ高さを許容値以下にすることができる。

図３３を参照して、ステップ１６３において、角度判定値を算出する。角度判定値は、判定の基準となるスキャロップ高さの許容値Ｈ、指定工具の工具径Ｒ、および代用工具の工具径ｒに基づいて計算により算出することができる。

次に、ステップ１６４においては、代用工具を配置する範囲１４２の内部に点ｘを発生させる。本実施の形態においては、予め定められた個数の点ｘを発生させる。点ｘの位置の設定については、点ｐの位置の設定と同様の方法を採用することができる。

次に、ステップ１６５においては、点ｘと点ｘに最も近い点ｐとに関する角度θｘを算出する。この計算は、全ての点ｘについて行なう。算出した複数の角度θｘのうち、最大の角度θｘｍａｘを選定する。

次に、ステップ１６６においては、算出した最大の角度θｘｍａｘが、角度判定値以下であるか否かを判別する。ステップ１６６において、算出した最大の角度θｘｍａｘが、角度判定値よりも大きい場合には、生成されるスキャロップ高さが許容値よりも大きくなると判別することができる。この場合には、ステップ１６７に移行する。ステップ１６７においては、点ｐの個数を増加させる。たとえば、現在の点ｐの個数に対して予め定められた個数を加算する。この後に、ステップ１６２に戻り、新たに点ｐの位置を設定する。このように、窪み部におけるスキャロップ高さが許容値以下になるまで代用工具を配置する個数を増加させる制御を行う。

ステップ１６６において、算出した最大の角度が、角度判定値以下であれば、スキャロップ高さが、許容値以下であると判別することができる。すなわち、所望のスキャロップ高さを達成すると判別することができる。この場合には、ステップ１６８に移行する。

ステップ１６８においては、代用工具１５１の位置を設定する。代用工具１５１は、点ｐに接触するように配置される。点ｐは、最終的に加工面を生成する部分の表面上に設定されている。本実施の形態においては、Ｘ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置と、Ｚ軸方向の位置が設定される。このように、代用工具１５１を配置する位置を設定することができる。また、本実施の形態の工作機械は、代用工具１５１を配置する範囲内にて、スキャロップ高さが所望の高さ以下になるように、代用工具１５１を配置する個数を設定することができる。

図１６および図１７を参照して、次に、位置設定部６０は、算出された代用工具１５１の位置に基づいて出力数値データ６２を作成することができる。出力数値データ６２には、代用工具１５１の工具経路が含まれている。次に、実施の形態１と同様に、数値制御部６３は、出力数値データ６２に基づいて各軸サーボモータ６４を駆動することができる。

本実施の形態における工具経路生成方法においても、実施の形態１における工具経路生成方法と同様に、代用工具１５１の工具経路を演算する経路演算工程を含み、経路演算工程は、指定工具１４０にてワーク１を加工する時の指定工具１４０の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具１５１の工具経路を設定することができる。

また、本実施の形態の工具経路生成装置においても、実施の形態１の工具経路生成装置と同様に代用工具１５１の工具経路を形成することができる。図２６を参照して、工具経路生成装置７５は、形状データ読取部７６において、ワーク１の形状データを読み取る。次に、経路設定部７７にて、予め指定された指定工具１４０と異なる代用工具１５１にて加工する時の代用工具１５１の工具経路を設定することができる。この場合に、経路設定部７７は、指定工具１４０にてワーク１の加工する時の指定工具１４０の工具経路を設定し、指定工具１４０にて加工する時の指定工具１４０の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、最終的に加工面を生成する部分に基づいて代用工具１５１の工具経路を設定することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。

１ ワーク
１０ 工作機械
２０ 主軸
２２，１５１ 代用工具
５５ 制御装置
５７ 経路設定部
５８ 仮想進行方向設定部
５９ 範囲設定部
６０ 位置設定部
７５ 工具経路生成装置
７６ 形状データ読取部
７７ 経路設定部
８１，１４０ 指定工具

Claims (9)

1. 工具とワークとを相対的に移動させながら前記ワークを加工するための工具経路を演算する工具経路生成方法であって、
   指定工具を用いて加工する時の前記指定工具の工具経路が予め設定されており、
   前記指定工具の工具経路に基づいて、前記指定工具と異なる代用工具にて加工する時の前記代用工具の工具経路を演算する経路演算工程を含み、
   経路演算工程は、前記指定工具にて前記ワークを加工する時の前記指定工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、前記最終的に加工面を生成する部分に基づいて前記代用工具の工具経路を設定することを特徴とする、工具経路生成方法。
2. 前記最終的に加工面を生成する部分は、線状の部分または面状の部分を含む、請求項１に記載の工具経路生成方法。
3. 前記指定工具と同種類であり前記指定工具よりも小型の前記代用工具を用いて加工を行う、請求項１に記載の工具経路生成方法。
4. 前記経路演算工程は、前記指定工具にて前記ワークを加工する時の仮想進行方向を設定する工程と、
   前記仮想進行方向を用いて前記最終的に加工面を生成する部分を演算する工程と、
   前記最終的に加工面を生成する部分に基づいて、前記代用工具を配置する範囲を設定する工程と、
   前記代用工具を配置する範囲の内部に前記代用工具を配置する複数の位置を設定する工程とを含む、請求項１に記載の工具経路生成方法。
5. 工具とワークとを相対的に移動させながら前記ワークを加工する工作機械の制御装置であって、
   予め指定された指定工具にて加工を行う時の前記指定工具の工具経路を含む入力情報を読み取る入力情報読取部と、
   前記入力情報に基づいて、前記指定工具と異なる代用工具にて加工する時の前記代用工具の工具経路を設定する経路設定部とを備え、
   前記経路設定部は、前記指定工具にて前記ワークを加工する時の前記指定工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、前記最終的に加工面を生成する部分に基づいて前記代用工具の工具経路を設定することを特徴とする、工作機械の制御装置。
6. 前記最終的に加工面を生成する部分は、線状の部分または面状の部分を含む、請求項５に記載の工作機械の制御装置。
7. 前記代用工具は、前記指定工具と同種類の工具であり、更に前記指定工具よりも小型の工具である、請求項５に記載の工作機械の制御装置。
8. 前記経路設定部は、前記入力情報に基づいて前記指定工具にて前記ワークを加工する時の仮想進行方向を設定する仮想進行方向設定部と、
   前記仮想進行方向を用いて前記最終的に加工面を生成する部分を演算し、前記最終的に加工面を生成する部分に基づいて、前記代用工具を配置する範囲を設定する範囲設定部と、
   前記代用工具を配置する範囲の内部に前記代用工具を配置する複数の位置を設定する位置設定部とを含む、請求項５に記載の工作機械の制御装置。
9. 工具とワークとを相対的に移動させながら前記ワークを加工する時の工具経路を生成する工具経路生成装置であって、
   前記ワークの形状データを読み取る形状データ読取部と、
   前記形状データに基づいて、予め指定された指定工具と異なる代用工具にて加工する時の前記代用工具の工具経路を設定する経路設定部とを備え、
   前記経路設定部は、前記指定工具にて前記ワークの加工する時の前記指定工具の工具経路を設定し、前記指定工具にて加工する時の前記指定工具の加工領域のうち最終的に加工面を生成する部分を演算し、前記最終的に加工面を生成する部分に基づいて前記代用工具の工具経路を設定する、工具経路生成装置。

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