JP6012712B2 - 工具経路生成方法、工具経路生成装置および工具経路生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、回転工具によりワーク表面を加工するための工具経路生成方法、工具経路生成装置および工具経路生成プログラムに関する。

エンドミル等の回転工具によりワーク表面を切削加工する場合、ワーク表面は切刃によって断続切削される。このため、加工後のワーク表面には一般にカスプと称される複数の凸状の削り残し部が生じ、カスプ間に円弧状の窪みが形成される。このようなカスプによるワーク表面の形状誤差を考慮した加工方法として、例えば以下の特許文献１記載の加工方法が知られている。

特許文献１記載の加工方法では、回転工具を加工点に沿って移動させながらワーク表面を加工する際に、各加工点間で１刃分の回転角度だけ回転工具を回転させる。一方、加工面を多角形のパッチで分割し、パッチ内を螺旋状の工具経路に沿って加工することで、被加工面に規則的な表面模様を形成するようにした加工方法も知られている（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、上記特許文献１，２記載の方法はいずれも、加工後のワーク表面に形成される円弧状の窪みがワーク表面全体においていかに配置されるかを考慮したものではない。したがって、例えばワーク表面の第１加工領域を加工した後、この第１加工領域に隣接する第２加工領域を加工する場合、第１加工領域の窪みとは無関係に第２加工領域の窪みが形成される。その結果、第１加工領域と第２加工領域との境界部に不完全形状の窪みが生じ、この不完全形状の窪みにより、ワーク表面に筋目模様等の不所望な加工痕跡が残るおそれがある。

特許第３２７５５９９号公報 特開２００８−８４４号公報

本発明は、ワーク表面を断続切削する切刃を有する回転工具を、ワークに対し相対移動させてワーク表面を加工するための工具経路生成方法であって、ワーク表面の形状データに基づいて、前記切刃により形成されるべき複数の窪みを表す仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する第１の工程と、前記第１の工程で設定された複数の仮想窪みの加工順序を指定し、該加工順序に基づき前記回転工具の工具経路を決定する第２の工程と、を含み前記第１の工程では、第１の加工パターンで加工される第１加工領域と、前記第１加工領域に隣接する第２の加工パターンで加工される第２加工領域とにかけて複数の仮想窪みを均一に配置して仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する。

また、本発明は、ワーク表面を断続切削する切刃を有する回転工具を、ワークに対して相対移動させてワーク表面を加工するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、ワーク表面の形状データに基づいて、前記切刃により形成されるべき複数の窪みを表す仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する窪み設定部と、窪み設定部で設定された複数の仮想窪みの加工順序を指定し、該加工順序に基づき回転工具の工具経路を生成する経路生成部と、を備え、前記窪み設定部は、第１の加工パターンで加工される第１加工領域と、前記第１加工領域に隣接する第２の加工パターンで加工される第２加工領域とにかけて複数の仮想窪みを均一に配置した仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する。

さらにまた、本発明は、ワーク表面を断続切削する切刃を有する回転工具を、ワークに対し相対移動させてワーク表面を加工するための工具経路の生成をコンピュータに実行させる工具経路生成プログラムであって、ワーク表面の形状データに基づいて、前記切刃により形成されるべき複数の窪みを表す仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する第１の手順と、前記第１の手順で設定された複数の仮想窪みの加工順序を指定し、該加工順序に基づき前記回転工具の工具経路を決定する第２の手順と、をコンピュータに実行させ、前記第１の手順は、第１の加工パターンで加工される第１加工領域と、前記第１加工領域に隣接する第２の加工パターンで加工される第２加工領域とにかけて複数の仮想窪みを均一に配置した仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する。

図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械の概略構成を示す図である。 図２は、図１の機械本体の一例を示す正面図である。 図３は、図２の機械本体に用いられる、ワーク表面の加工状態を示す工具の拡大図である。 図４Ａは、切削加工後のワーク表面形状の一例を示す平面図である。 図４Ｂは、図４Ａのｂ−ｂ線断面図である。 図５は、ワーク表面に形成される窪みと加工点との位置関係を示す図である。 図６は、第１加工領域と第２加工領域を含むワーク表面の平面図であり、本実施形態のワーク表面加工装置により解決しようとする問題点を説明する図である。 図７は、窪み形状が４角形であるワーク表面の平面図である。 図８は、図１のメッシュ作成部によって作成されたメッシュの一例を示す図である。 図９は、図１の工作機械によって形成されるワーク表面の窪みの配列パターンの一例を示す図である。 図１０は、図１の表示装置に表示される窪み画像の一例を示す図である。 図１１は、図１の制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、図９の変形例を示す図である。 図１３は、図９の他の変形例を示す図である。 図１４は、本実施形態の工作機械により加工されるワーク表面を曲面形状とした例である。

以下、図１〜図１４を参照して、本発明による工作機械の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る工作機械１００の概略構成を示す図である。この工作機械１００は、ワーク表面を加工するための工具経路を含む加工プログラムを作成する制御装置１を有し、制御装置１で作成された加工プログラムに従いワーク表面を加工する。

制御装置１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるコンピュータであり、機能的には、図１に示すように、メッシュ作成部１１と、加工順序設定部１２と、データ変換部１３と、表示制御部１４とを有する。制御装置１には、ＣＡＤ装置（Computer Aided Design Unit）３と入力装置４とが接続され、ＣＡＤ装置３からワークの加工形状に対応した３次元の形状データが入力され、入力装置４から加工プログラムの作成に必要な各種データが入力される。表示制御部１４は表示装置２を制御する。

制御装置１で作成された加工プログラムは、ＮＣ装置（Numerical Control Unit）５に出力される。ＮＣ装置５は、この加工プログラムに基づいて機械本体５０を制御し、機械本体５０によりワーク表面が加工される。図２は、機械本体５０の一例を示す正面図であり、ここでは立形のマシニングセンタを示している。

図２に示すように、ベッド５１上にはコラム５２が立設され、コラム５２には、直線送り機構を介して上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に主軸頭５３が支持されている。主軸頭５３には、主軸を介して下向きに工具５４が取り付けられている。工具５４は、ワーク６の表面６０を断続切削する切刃を有する回転工具であり、例えばボールエンドミルによって構成される。工具５４は、主軸頭５３内のスピンドルモータ５８により、Ｚ軸に平行な軸線Ｌ０を中心に回転駆動される。

ベッド５１上には、直線送り機構を介して水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能にサドル５５が支持され、サドル５５上にはＹ軸方向と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能にテーブル５６が支持されている。Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用の各直線送り機構は、例えばボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータ５９とにより構成される。この構成により、工具５４とワーク６とが直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に相対移動し、ワーク６が加工される。なお、Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータ５９は、実際には互いに異なる位置に配置されるが、図２では便宜上、これらをまとめて１つのサーボモータ５９として示している。機械本体５０は、さらにＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の回転送り軸を有していてもよい。ワーク６は、例えば表面の仕上げ精度が要求される成形用の金型である。

図３は、ワーク表面６０の加工状態を示す工具５４の拡大図である。なお、図３では、Ｂ軸を傾けて工具５４の軸線Ｌ０をワーク表面６０に対して相対的に傾斜して示しており、軸線Ｌ０とワーク表面６０の垂線Ｌ１とのなす角を０°より大きな所定角度θ（例えば４５°）としている。図３に示すように、本実施形態で用いられる工具５４は、周面に所定枚数の螺旋状の切刃５４ａを有し、その先端部が円弧状を呈するボールエンドミルである。なお、以下では説明を簡単にするために、工具５４を、切刃５４ａの枚数が１枚である１枚刃ボールエンドミルと仮定する。工具先端部の球の中心５４ｂを基準とした工具先端形状は予め把握されており、工具５４の位置は、中心５４ｂの座標によって特定できる。

工具５４を回転させ、ワーク６に対して相対移動させながらワーク表面６０を加工する場合、ワーク表面６０が切刃５４ａによって断続切削され、ワーク表面６０にカスプ６２（図４Ｂ参照）と称される削り残し部が生じる。

図４Ａは、切削加工後のワーク表面形状の一例を示す平面図であり、図４Ｂは、図４Ａのｂ−ｂ線断面図である。図４Ａでは、ワーク表面６０をＸＹ平面で示しており、ＸＹ平面で例えば工具５４を矢印ＰＡに示すように加工点Ｐ０に沿って相対移動することにより、図４Ａのワーク表面形状が得られる。各加工点Ｐ０は、ワーク加工時における工具５４の基準点である中心５４ｂの目標位置を表す点、すなわち工具経路を生成する加工指令点であり、矢印ＰＡは工具経路に相当する。加工点Ｐ０の位置データにより、工具経路を含む加工プログラムが構成される。加工プログラムには、加工点Ｐ０，Ｐ０間において工具５４をどの程度回転させるかといった工具回転量のデータも含まれる。

矢印ＰＡに沿った各加工点Ｐ０，Ｐ０間の距離ΔＰは互いに等しく、この距離ΔＰは、１刃の送り量（単に送り量とも呼ぶ）に相当する。なお、加工点Ｐ０，Ｐ０間のＹ軸方向の距離ΔＹは、ピックフィード量に相当する。本実施形態では１枚刃ボールエンドミルを用いているため、加工点Ｐ０から次の加工点Ｐ０に至るまでに工具５４が１回転する。工具５４を回転させながら工具経路ＰＡに沿って相対移動させることで、ワーク表面６０が切刃５４ａによって削り取られ、ワーク表面６０には工具形状に対応して球面状の窪み６１が形成される。

図４Ａの送り量ΔＰは、窪み６１の直径Ｄよりも小さく、窪み６１同士は一部が重なり合っている。その結果、図４Ｂに示すように、隣り合う窪み６１と窪み６１の間に、凸状の削り残し部であるカスプ６２が生じる。なお、図４Ａにおいて、一の窪み６１とその周囲の窪み６１をそれぞれ６１ａ、６１ｂで表すと、窪み６１ａの周囲には窪み６１ａと一部が重なるように均等に６個の窪み６１ｂが形成され、窪み６１ａと各窪み６１ｂの境界部に、それぞれ直線状の交線６３が生じる。したがって、加工後の窪み形状は、６つの交線６３で囲まれた平面視六角形状（実線）となる。

図５は、ワーク表面６０に形成される窪み６１と加工点Ｐ０との位置関係を示す図である。図５において、球面状の窪み６１の中心点（隣り合うカスプ６２，６２の中間点）をＰ１、カスプ６２の発生を無視した設計上のワーク表面を６０ａとする。図５に示すように、窪み６１の中心点Ｐ１は、ワーク表面６０ａ上に位置し、加工点Ｐ０は、中心点Ｐ１から所定距離ΔＬ１だけ離れた位置に設定される。したがって、加工点Ｐ０を結んだ工具経路ＰＡは、ワーク表面６０ａから所定距離ΔＬ１だけ離れて生成される。ここで、ΔＬ１は、図３の工具５４の中心５４ｂから工具先端部の切刃５４ａの外周面までの距離、すなわち工具先端部の球の半径に相当する。なお、設計上のワーク表面６０ａと実際のワーク表面６０との間の最大距離はカスプ高さΔＬ２に相当する。

図４Ａに示すように、ワーク表面６０（厳密には設計上のワーク表面６０ａ）の上方に加工点Ｐ０を均等に設定して工具経路ＰＡを生成するとともに、各加工点間で工具５４が１刃分だけ回転するように構成すれば、ワーク表面６０に複数の窪み６１を均一に配列することができる。しかしながら、加工領域が、互いに隣接する複数の加工領域（第１加工領域、第２加工領域）を含む場合、各加工領域では互いに独立して工具経路を生成するため、第１加工領域と第２加工領域の境界部に不完全形状の窪みが生成されるおそれがある。この問題点を、図６を参照して説明する。

図６は、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２を含むワーク表面Ｗ１の平面図である。なお、加工領域とは、所定の工具経路に沿って加工される領域、すなわち加工パターンが一定の領域である。つまり、工具経路は加工領域毎に設定され、異なる加工領域における工具経路は互いに不連続である。図６に示すように、第１加工領域ＡＲ１および第２加工領域ＡＲ２には、図４Ａと同様、それぞれ複数の加工点Ｐ０が均等に設定されている。

ここで、工具経路ＰＡ１に沿って第１加工領域ＡＲ１を加工した後、工具経路ＰＡ１から独立した工具経路ＰＡ２に沿って第２加工領域を加工したと仮定する。この場合、第１加工領域ＡＲ１の窪み６１の位置は、第２加工領域ＡＲ２の窪み６１の位置とは無関係である。このため、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２の境界部ＡＲ３に不完全形状の窪み６１ｃが生じ、この不完全形状の窪み６１ｃにより、ワーク表面に筋目模様等の加工痕跡が残るおそれがある。このような加工痕跡は、とくに、表面の加工品位が要求されるワーク６（例えば金型）にとって好ましくない。そこで、本実施形態では、ワーク表面６０に筋目模様等の加工痕跡が生じないようにするため、以下のように制御装置１を構成する。

図１のメッシュ作成部１１には、入力装置４からの信号が入力される。入力装置４は、キーボードやタッチパネル等により構成され、ワーク表面６０に形成される窪み６１の形状、寸法等をユーザが入力可能となっている。

窪み形状としては、図６の六角形状の他、三角形、四角形、五角形等、各種形状を入力可能である。図７は、窪み形状が四角形（とくに正方形）の例を示している。なお、図７には、窪み６１の中心位置に対応する加工点Ｐ０および工具経路ＰＡの一例を併せて示している。

窪み６１の寸法は、例えば図４Ａの窪み６１の中心点（加工点Ｐ０）間の距離ΔＰに相当し、この値もユーザが入力可能である。なお、入力装置４からは、工具５４の種類、切刃５４ａの数、工具先端部の寸法、工具５４の送り速度等の情報も入力される。

メッシュ作成部１１は、ＣＡＤ装置３および入力装置４からの信号に基づき、ワーク表面形状に沿ってメッシュを作成する。すなわち、メッシュ作成部１１は、ＣＡＤ装置３から設計上のワーク表面６０ａの形状データを取得するとともに、入力装置４から窪み６１の形状および寸法を取得する。そして、これらの入力データに基づきワーク表面６０ａを自動分割し、メッシュを作成する。なお、以下では、メッシュ作成部１１によって作成された窪み、すなわち設計上のワーク表面６０ａに形成される仮想窪みを６１０で表し、加工後に形成される窪み６１と区別する。メッシュ作成の開始点、メッシュの作成パターン等、メッシュ作成の条件を、予めユーザが入力可能としてもよい。

メッシュ自動作成方法には種々のものがあり、一例を挙げるとドロニー（Delaunay）の三角分割が知られている。図８は、メッシュ作成部１１によって作成されたワーク表面６０ａのメッシュＭＳの一例を示す図である。この例では、入力装置４により窪み形状として六角形が指令され、ドロニーの三角分割を用い、正三角形のメッシュＭＳが作成されている。メッシュＭＳの頂点は、仮想窪み６１０の中心点Ｐ１に相当し、中心点Ｐ１、Ｐ１間の距離は、仮想窪み６１０の大きさに相当する。これにより、メッシュ作成部１１は、入力装置４で入力した形状および寸法の仮想窪み６１０を作成できる。メッシュ分割による仮想窪み６１０は、同一の加工領域であるか否かに拘わらず、ワーク表面全体に均一に設定される。

図９は、互いに異なる加工領域ＡＲ１、ＡＲ２を含むワーク表面６０ａの仮想窪み６１０の配列パターンの一例を示す図である。なお、図には、加工点Ｐ０と工具経路ＰＡ１，ＰＡ２を併せて示している。図９は、ワーク加工前の仮想窪み６１０の配列パターンを示すものであるが、ワーク加工後の窪み６１の配列パターンも、後述するように図９と同一である。図９に示すように、ワーク表面６０ａには、第１加工領域ＡＲ１から第２加工領域ＡＲ２にかけて均一に仮想窪み６１０が配置されている。したがって、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２の境界部ＡＲ３には、図６に示したような不完全形状の窪み６１ｃは生じていない。

メッシュ作成部１１は、設計上のワーク表面６０ａをメッシュ分割してワーク表面全体に均一に仮想窪み６１０を配置した後、仮想窪み６１０の中心点Ｐ１から所定距離ΔＬ１（図５）だけ離れた位置に加工点Ｐ０を設定する。

加工順序設定部１２は、メッシュ作成部１１で設定された加工点Ｐ０を順次接続して加工順序を設定する。この加工点Ｐ０の接続は、例えばメッシュ作成部１１で作成した仮想窪み６１０の画像（窪み画像）を表示装置２に表示し、ユーザが、入力装置４（例えばマウス）により窪み画面上の仮想窪み６１０を順次選択することで行う。

図１０は、表示装置２に表示される窪み画像２１の一例を示す図である。この窪み画像２１を表示させるための画像信号は、メッシュ作成部１１からの信号に基づいて表示制御部１４で生成される。表示制御部１４は、生成した画像信号に応じて表示装置２を制御する。図１０の例では、ワーク表面６０ａを三次元的に表すため、窪み画像２１を濃淡表示して画像２１に陰影を付している。図１０では、仮想窪み６１０を六角形として表示しているが、仮想窪み６１０の形状は、ワーク６の加工表面の形状やメッシュＭＳの形状等に応じて変化するものであり、六角形状に限らない。

表示装置２に、図１０に示すような窪み画像２１が表示されると、ユーザは、入力装置４を介して画像２１上の仮想窪み６１０の一部（例えば６１１〜６１５）を順次選択する。これにより、図１０の矢印に示すように、各仮想窪み６１１〜６１５に対応した加工点Ｐ０を順次接続した加工順序ＰＡ０が設定される。加工順序設定部１２は、このようにして順序付けられた加工点Ｐ０のデータ（座標データ）を、加工順序データとして設定する。

なお、ユーザが加工順序を手動で入力するのではなく、予め定められた規則に従い、加工順序設定部１２で自動的に設定するようにしてもよい。例えば図９の工具経路ＰＡ１，ＰＡ２に示すように、それぞれの加工領域ＡＲ１，ＡＲ２に含まれる加工点Ｐ０を、一方向に沿って一端部から他端部まで順次接続した後、ピックフィード量分だけずらして反対方向に順次接続することを繰り返し、加工順序を自動的に設定するようにしてもよい。

加工順序の設定が終了すると、データ変換部１３は、加工順序データを、ＮＣ装置（数値制御装置）５に読み込み可能なＮＣデータに変換し、加工プログラムを作成する。加工プログラムには、加工順序ＰＡ０に従って順序付けられた各加工点Ｐ０の座標データとともに、各加工点Ｐ０，Ｐ０間における工具５４の回転量（回転位相）のデータが含まれる。この加工プログラムにより工具経路ＰＡが定義される。

以上の処理は、予め制御装置１に格納された工具経路生成プログラムを、制御装置１のＣＰＵに実行させることにより実現できる。図１１は、制御装置１で実行される処理（工具経路生成処理）の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばユーザが入力装置４を操作して加工プログラム作成指令を入力すると開始される。なお、入力装置４からは、加工プログラム作成指令の入力前に、窪み６１の形状、寸法等を定義するメッシュ作成条件や、工具５４の形状、寸法等の工具データが入力され、メモリに記憶されている。

ステップＳ１では、ＣＡＤ装置３からＣＡＤデータを読み込むとともに、予め入力されたメッシュ作成条件等の各種データを読み込む。ステップＳ２では、メッシュ作成条件に応じて、図８に示すように、ＣＡＤデータによって定義されるワーク表面６０ａに沿ってメッシュＭＳを作成する。

ステップＳ３では、表示制御部１４において、各メッシュＭＳの頂点を仮想窪み６１０の中心として表示するような画像信号を生成し、図１０に示すように表示装置２に窪み画像２１を表示させる。ステップＳ４では、窪み画像２１を確定するか否かを判定する。この処理は、メッシュ作成をやり直すか否かの判定である。例えばユーザは、窪み画像２１の表示を見て、ワーク表面６０に形成される窪み６１が意図したものであるか否かを判断する。そして、意図したものであると判断した場合には、入力装置４の操作により窪み画像２１の確定を指令する。これにより、ステップＳ４が肯定され、ステップＳ５に進む。

一方、ユーザが、窪み画像２１が意図したものでないと判断した場合には、入力装置４の操作により窪み画像２１のキャンセルを指令する。これにより、ステップＳ４が否定され、図１１の工具経路生成処理が終了する。この場合、ユーザによりメッシュ作成条件等が変更された後、上述の処理がやり直される。

ステップＳ５では、入力装置４（例えばマウス）の操作により窪み画像２１内の仮想窪み６１０が選択されたか否かを判定する。ステップＳ５が肯定されるとステップＳ６に進み、否定されるとステップＳ７に進む。ステップＳ６では、選択された仮想窪み６１０に対応する加工点Ｐ０の座標を演算し、メモリに記憶する。このとき、例えば選択された順に加工点Ｐ０を記憶することで、加工点Ｐ０が順番付けられる。

次いで、ステップＳ７で、窪み画像２１上の全ての仮想窪み６１０の選択が終了したか否かを判定する。この判定は、例えば入力装置４により選択終了指令が入力されたか否かを判定することにより行われる。なお、選択した仮想窪み６１０の表示形態（例えば色）を変更するようにすれば、ユーザは、仮想窪み６１０の選択および非選択を容易に判断できる。ステップＳ７が否定されると、ステップＳ５に戻って同様の処理を繰り返す。これにより加工点Ｐ０の座標データと加工点Ｐ０の順番を含む加工順序データ、すなわち図１０の矢印に示す加工順序ＰＡ０を表す加工順序データが設定される。

ステップＳ７が肯定されるとステップＳ８に進む。ステップＳ８では、加工順序データに、各加工点間における工具５４の目標回転量のデータを追加し、加工順序データを、ＮＣ装置５に読み込み可能なＮＣデータに変換する。すなわち、加工順序データに基づき、工具経路ＰＡを含む加工プログラムを作成する。以上により、制御装置１での処理を終了する。

ＮＣ装置５は、加工プログラム（ＮＣデータ）を読み込む読み取り部と、工作機械５０のモータ５８，５９の加減速を制御する加速制御部と、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の目標移動量と主軸の目標回転量を演算する補間演算部とを含む。そして、制御装置１からの加工プログラムに従い工作機械５０を制御する。この場合、加工プログラムに含まれる工具経路ＰＡに沿って工具５４がワーク６に対し相対移動しながら、加工点Ｐ０間で切刃５４ａが１刃分だけ回転するように、モータ５８，５９を制御する。これにより例えば図９の各加工領域ＰＡ１、ＰＡ２毎の工具経路に沿って、工具５４が回転しながら移動する。

その結果、図９に示したように、ワーク表面６０には、予め定めた仮想窪み６１０と同一の配列パターンの窪み６１が形成される。したがって、加工領域が同一であるか否かに拘わらずワーク表面６０に均一に窪み６１を形成することができる。すなわち、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２との境界部ＡＲ３に不完全形状の窪みが形成されることなく、筋目模様の加工痕跡の発生を防止できる。

以上の本実施形態に係るワーク表面加工方法をまとめると、次のようになる。まず、入力装置４を介してユーザが、ワーク表面６０に形成されるべき窪み６１の形状および寸法を設定する。その後、入力装置４を介してユーザが加工プログラム作成指令を入力すると、制御装置１で上述した処理が開始され、メッシュ作成条件に応じて自動的にメッシュＭＳが作成される（ステップＳ２）。さらに、各メッシュＭＳの頂点が仮想窪み６１０の中心となるように窪み画像２１が表示される（ステップＳ３）。

ユーザは、この窪み画像２１を見て、ワーク表面６０に形成される窪み６１が意図したものであるか否かを判断し、必要に応じてメッシュ作成をやり直す。メッシュ作成をやり直さない場合、窪み画像２１の確定を指令し、入力装置４の操作により、画像上の仮想窪み６１０を順次選択する。これにより、加工点Ｐ０を順次結んだ加工順序ＰＡ０を表す加工順序データが設定される（ステップＳ６）。全ての仮想窪み６１０の選択を終了すると、ユーザは、入力装置４を介して選択終了指令を入力する。これにより加工順序データが、ＮＣ装置５に読み込み可能なＮＣデータに変換され、加工プログラムが作成される（ステップＳ８）。この加工プログラムは、各加工点Ｐ０の順番および位置データと、各加工点Ｐ０，Ｐ０間における工具５４の目標回転量のデータを含む。

ＮＣ装置５は、制御装置１からの加工プログラムに従い機械本体５０のモータ５８，５９を制御し、工具５４の中心５４ｂを加工点Ｐ０に沿って移動させるとともに、各加工点間で目標回転量だけ工具５４を回転させる。これによりワーク表面６０が加工され、加工後のワーク表面６０には、窪み画像２１の仮想窪み６１０と同一の配列パターンの窪み６１が形成される。この場合、ワーク表面６０は加工領域毎に加工されるが、加工後のワーク表面６０には、加工領域に拘わらず窪み６１が均等に配置される。したがって、異なる加工領域ＡＲ１，ＡＲ２の境界部ＡＲ３で不完全形状の窪みが形成されることなく、筋目模様等の加工痕跡の発生を防止できる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）予め、工具５４の切刃５４ａによる切削後に形成されるワーク表面上の複数の窪み６１（仮想窪み６１０）の配列パターンを決定し、その配列パターンに従ってワーク表面６０に複数の窪み６１０が配列されるように工具経路ＰＡを設定した。すなわち、加工データ作成部１での処理により、設計上のワーク表面６０ａをメッシュ分割して仮想窪み６１０を設定するとともに、各仮想窪み６１０に対応する加工点Ｐ０を演算し、これら加工点Ｐ０を順次接続して工具経路ＰＡを設定した。これにより異なる加工領域ＡＲ１，ＡＲ２の境界部ＡＲ３に不完全形状の窪みが配置されることがなく（図９）、ワーク表面６０に均一に窪み６１を形成することができる。
（２）入力装置４により入力されたメッシュ作成条件に応じて設計上のワーク表面６０ａをメッシュ分割することで、仮想窪み６１０の形状、大きさおよび配置を決定した。すなわち、予め、仮想窪み６１０の配列パターンを決定し、その配列パターンと同一パターンで窪み６１が形成されるように、加工プログラムに従いワーク表面６０を加工するようにした。これによりワーク表面６０に、所望の窪み６１を形成することができる。
（３）加工点Ｐ０を順次結んだ工具経路ＰＡだけでなく、各加工点間の工具５４の回転量も設定し、これらを加工プログラムに含めるようにした。これにより、工具５４の送り速度やワーク６の表面形状等に拘わらず、常に加工点Ｐ０に対応した窪み６１を形成することができる。
（４）予め定められた加工プログラムに従い、加工点間で工具５４が１刃分だけ回転するようにモータ５８，５９を制御するので、加工点間の距離が異なる場合であっても、所望の窪み６１を得ることができる。
（５）表示制御部１４で、メッシュ作成部１１で作成したメッシュＭＳの頂点を仮想窪み６１０の中心とするような画像信号を生成し、ワーク加工前に、予め窪み画像２１として表示装置２に表示するようにした。これにより、ユーザは、ワーク表面６０に形成される窪み６１の配列パターンを事前に把握することができ、誤った条件でワーク６を加工することを防止できる。

予めワーク表面６０ａに形成される仮想窪み６１０の配列パターンや工具経路ＰＡは上述したものに限らない。図１２，１３は、仮想窪み６１０の配列パターンと工具経路ＰＡの他の例を示す図である。図１２に示すように、基準となる仮想窪み６１０ａを設定し、この仮想窪み６１１を中心にして工具経路ＰＡを螺旋状に設定してもよい。また、図１３に示すように、第１加工領域ＡＲ１の工具経路ＰＡ１と第２加工領域ＡＲ２の工具経路ＰＡ２を異なる方向に設定してもよい。

本発明は、種々の形状のワークに適用することができ、種々の加工領域ＡＲの設定に対しても適用することができる。例えば図１４に示すようにワーク表面６０が曲面形状であり、曲面の頂点を境に第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２とが設定されている場合にも適用することができる。この場合も、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２の境界部ＡＲ３に加工痕跡を残すことなく、ワーク表面全体を滑らかに形成することができる。本発明は、ワークの加工表面の全域ではなく、その一部に適用することができる。例えば表面の仕上げ品位が要求される箇所や、複数の加工領域の境界部近傍において、予め仮想窪み６１０の配列パターンを決定し、その配列パターンに従って工具経路ＰＡを生成するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、予め窪み６１の形状と寸法をユーザが指定し、その指定された条件に合うようにメッシュ作成部１１でメッシュＭＳを作成し、仮想窪み６１０を自動的に設定するようにした。この仮想窪み６１０の設定を、ユーザが手動で入力するようにしてもよい。仮想窪み６１０の形状や寸法をユーザが決定するのではなく、ワーク形状等に応じて制御装置１で自動的に決定するようにしてもよい。すなわち、予めワーク表面６０ａの窪み６１０の配列パターンを決定するのであれば、第１の工程はいかなるものであってもよく、窪み設定部（メッシュ作成部１１）の構成は上述したものに限らない。

第２の工程として、表示装置２の窪み画像２１を介して工具経路ＰＡを決定するようにしたが、仮想窪み６１０の配列パターンを決定した後に、その配列パターンに沿って工具経路ＰＡを決定するのであれば、第２の工程はいかなるものであってもよい。ワーク形状等に応じた効率的な工具経路ＰＡを、制御装置１が自動的に設定するようにしてもよく、経路生成部（加工順序設定部１２，データ変換部１３）の構成は上述したものに限らない。すなわち、工具経路生成装置としての制御装置１の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、各加工点間で回転工具５４が１刃分だけ回転するようにしたが、工具５４の回転速度を一定とし送り速度を可変制御することで、あるいは工具５４の送り速度を一定とし回転速度を可変制御することで、これを実現するようにしてもよい。工具５４の送り速度と回転速度の両方を可変制御することによっても実現可能である。すなわち、第３の工程として、工作機械のモータ５８，５９を制御する場合に、少なくともいずれか一方のモータ５８，５９を可変制御すればよい。

上記実施形態（図９）では、第１の加工パターンで加工される第１加工領域ＡＲ１と、第２の加工パターンで加工される第２加工領域ＡＲ２とを含む加工領域で、仮想窪み６１０の配列パターンを決定したが、３つ以上の異なる加工領域を含む場合にも、本発明を同様に適用可能である。また、単一の加工領域ＡＲであっても、工具５４のピックフィード前の工具経路とピックフィード後の工具経路における隣接する窪み６１の位相が均一ではなく、工具進行方向に不規則にずれている場合等にも加工後のワーク表面に筋目模様が生じるおそれがあり、この場合にも本発明を同様に適用可能である。

ワーク表面６０ａの仮想窪み６１０の配列パターンを設定する第１の手順と、この設定された配列パターンに従ってワーク表面６０に複数の窪み６１が配列されるように、工具経路ＰＡを生成する第２の手順とを、コンピュータとしての制御装置１に実行させるのであれば、工具経路生成プログラムの構成は上述したものに限らない。したがって、制御装置１における処理も図１１に示したものに限らない。工具経路生成プログラムは、種々の記憶媒体や通信回線等を介して制御装置１に格納することができる。

上記実施形態では、回転工具５４としてボールエンドエンドミルを用いたが、ワーク表面を断続切削する切刃を有する工具であれば、ラジアスエンドミルを用いた場合等、他の回転工具を用いた場合にも、本発明は適用可能である。

上記実施の形態では、３軸加工用の立形マシニングセンタにより機械本体５０を構成したが、制御装置１で生成された工具経路ＰＡに応じてワーク６に対して工具５４を相対移動し、ワーク表面６０を加工することができるのであれば、他の機械本体を用いることもできる。例えば横形マシニングセンタや５軸加工用マシニングセンタ、マシニングセンタ以外の機械本体等、本発明による工具経路生成装置は、種々の機械本体に適用可能である。

本発明によれば、予めワーク表面における複数の窪みの配列パターンを決定し、この決定した配列パターンに従って窪みが配列されるように、回転工具の工具経路を決定するようにしたので、ワーク表面に筋目模様等の不所望な加工痕跡が残ることを防止できる。

１ 制御装置
２ 表示装置
３ ＣＡＤ装置
４ 入力装置
１１ メッシュ作成部
１２ 加工順序設定部
１３ データ変換部
１４ 表示制御部
２１ 窪み画像
５０ 機械本体
５４ 工具
５４ａ 切刃
６０ ワーク表面
６１ 窪み
６１０ 仮想窪み
ＰＡ 工具経路

Claims (5)

1. ワーク表面を断続切削する切刃を有する回転工具を、ワークに対し相対移動させてワーク表面を加工するための工具経路生成方法であって、
   ワーク表面の形状データに基づいて、前記切刃により形成されるべき複数の窪みを表す仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する第１の工程と、
   前記第１の工程で設定された複数の仮想窪みの加工順序を指定し、該加工順序に基づき前記回転工具の工具経路を決定する第２の工程と、を含む工具経路生成方法において、
   前記第１の工程では、第１の加工パターンで加工される第１加工領域と、前記第１加工領域に隣接する第２の加工パターンで加工される第２加工領域とにかけて複数の仮想窪みを均一に配置した仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する、工具経路生成方法。
2. 請求項１に記載の工具経路生成方法において、
   前記第１の工程では、前記仮想窪みの形状および大きさを決定する工具経路生成方法。
3. 請求項１または２に記載の工具経路生成方法において、
   前記第２の工程では、前記複数の仮想窪みにそれぞれ対応する複数の加工点を順次接続して前記工具経路を決定するとともに、各加工点間における前記回転工具の回転量を決定する工具経路生成方法。
4. ワーク表面を断続切削する切刃を有する回転工具を、ワークに対して相対移動させてワーク表面を加工するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、
   ワーク表面の形状データに基づいて、前記切刃により形成されるべき複数の窪みを表す仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する窪み設定部と、
   前記窪み設定部で設定された前記複数の仮想窪みの加工順序を指定し、該加工順序に基づき前記回転工具の工具経路を生成する経路生成部と、を備える工具経路生成装置において、
   前記窪み設定部は、第１の加工パターンで加工される第１加工領域と、前記第１加工領域に隣接する第２の加工パターンで加工される第２加工領域とにかけて複数の仮想窪みを均一に配置した仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する、工具経路生成装置。
5. ワーク表面を断続切削する切刃を有する回転工具を、ワークに対し相対移動させてワーク表面を加工するための工具経路の生成をコンピュータに実行させる工具経路生成プログラムであって、
   ワーク表面の形状データに基づいて、前記切刃により形成されるべき複数の窪みを表す仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する第１の手順と、
   前記第１の手順で設定された複数の仮想窪みの加工順序を指定し、該加工順序に基づき前記回転工具の工具経路を生成する第２の手順と、をコンピュータに実行させる工具経路生成プログラムにおいて、
   前記第１の手順は、第１の加工パターンで加工される第１加工領域と、前記第１加工領域に隣接する第２の加工パターンで加工される第２加工領域とにかけて複数の仮想窪みを均一に配置した仮想窪みの配列パターンを設計上のワーク表面に設定する、工具経路生成プログラム。

Images