JP6242497B2 - ポケット形状を機械加工する工具の経路を決定する方法及びシステム - Google Patents
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Description
数値制御(NC:numerically controlled)フライス加工又は他のタイプのNC機械加工をシミュレートすることは、コンピューター支援設計(CAD:computer aided design)及びコンピューター支援製造(CAM:computer aided manufacturing)において重要である。シミュレーション中に、工作物モデルが、工具及びその運動のコンピューター表現とインタラクトする。
図1はNCフライス加工システム100等のNC機械加工システム、及び数値制御(NC)フライス加工シミュレーションシステム150を示す。NCフライス加工システム100では、コンピューター支援設計(CAD)モデル102がコンピューター支援製造(CAM)システム104に入力され、CAMシステム104は、NCフライス盤を制御するためのGコード106を生成する。NCフライス加工中に、GコードはNCフライス加工入力インターフェース又はNCコンソール108に入力され、入力インターフェース108は各Gコードを処理して、対応する1組のNC機械命令110を生成する。NC機械命令はNCコントローラー112に入力され、NCコントローラー112は、工作物をフライス加工するために、工作物118に対して工具116を動かす1組のモーター制御信号114を生成する。
図11A、図11B、図11C、図11D及び図11Eは、本発明の一実施形態による、工具のモデルと加工中の工作物のモデルとの間の係合面及び除去容積を示す。
図14は、プロセッサ1400を用いて係合角度1432及び係合面積1436を求めるための方法の流れ図を示している。シミュレーションの任意の瞬間における工具1402及び加工中の工作物1406、並びに対応する工具経路セグメント1404を所与とすると、所与の位置における工具と加工中の工作物との間の係合角度及び係合面積は、そのシミュレーションの瞬間に対応する係合面1429に基づいて求められる。
図16は、複合ADFを用いることによって、工具経路に沿って動く工具によって除去される材料の容積を求めて解析する方法1600の流れ図を示す。工作物のモデル1601、工具の形状1602、及び工具経路1610が本方法への入力である。複合ADFは、初期工作物を再構成するように生成される(1620)。工具経路インデックス1621がチェックされ(1622)、現在の工具インスタンスが工具経路の最終インスタンスである場合、シミュレーションを終了する(1619)ことを決定する。最終インスタンスでない場合、サンプリングパターン1624を用いて、掃引容積1623のサブセットが埋められるか又はレイを用いてサンプリングされる(1625)。
本発明の様々な実施形態は、数多くの汎用又は専用コンピューティングシステム環境又は構成によって動作することができる。本発明とともに用いるのに適している既知のコンピューティングシステム、環境及び/又は構成の例は、限定はしないが、パーソナルコンピューター、サーバーコンピューター、ハンドヘルドデバイス又はラップトップデバイス、マルチプロセッサ又はマルチコアシステム、グラフィックス処理ユニット(GPU:graphics processing units)、特定用途向け集積回路(ASIC:application−specific integrated circuits)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:field programmable gate arrays)、マイクロコントローラーベースシステム、ネットワークPC、メインフレームコンピューター、上記のシステム又はデバイスのうちの任意のものを含む分散コンピューティング環境等、すなわち、一般的にはプロセッサを含む。
Claims (15)
- 工作物におけるポケット形状を機械加工する工具の経路を決定する方法であって、前記ポケット形状は、x−y平面における閉曲線であり、前記ポケット形状の前記閉曲線が円であり、前記方法は、
前記ポケット形状の境界内で正であり、前記ポケット形状の前記境界上でゼロに等しい関数によって定義されるエネルギーを有する発振器の運動の位置及び速度を求めることと、
前記運動の位置値及び速度値の対応する対に基づいて前記工具の前記経路の座標を決定することと、
を含み、各対の位置値は前記x−y平面内の前記工具の前記経路のx座標を表し、各対の速度値は、前記x−y平面内の前記工具の前記経路のy座標を表し、前記方法のステップはプロセッサによって実行される、方法。 - 前記発振器の前記運動の前記位置及び前記速度は、時間の関数として求められ、前記方法は、
前記位置値及び速度値の対応する対の時間に基づいて、前記座標を前記時間の関数として求めること、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記工具と工作物との間の初期係合点を、前記発振器の前記運動の開始点として選択すること、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記発振器の前記運動を記述する方程式を決定することであって、前記方程式は減衰項を含むことと、
前記方程式を時間に関して解くことであって、時点の対応する組について、前記発振器の前記運動の位置値及び速度値の組を決定することと、
各時点における前記工具の前記経路の座標を、前記運動の対応する位置値及び速度値に基づいて決定することと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記減衰項を更新することと、
前記更新された減衰項を用いて前記方程式を解くことによって前記工具の前記経路を更新することと、
を更に含む、請求項4に記載の方法。 - 前記機械加工の性能メトリックを閾値と比較することと、
前記比較することの結果に基づいて、前記減衰項を前記更新すること及び前記工具の前記経路を前記更新することを繰り返すことと、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - 閾値を用いて前記機械加工の性能メトリックを決定することと、
前記性能メトリックが制約を満たしていない場合、前記減衰項を前記更新すること及び前記工具の前記経路を前記更新することを繰り返すことと、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - 前記制約は、曲率の度合い、前記経路の長さ、前記工具の係合角度、除去容積の量、及び前記工具の切断力のうちの1つ又はそれらの組合せである、請求項7に記載の方法。
- 前記発振器のエネルギーの関数としてルバチョフ(R)関数を決定することと、
前記R関数を用いて前記発振器の前記運動を記述する方程式を決定することであって、前記方程式は減衰項を含むことと、
前記減衰項の様々な値を用いて前記方程式を解き、前記工具の1組の経路を生成することと、
前記組から、最適な性能メトリックに対応する前記工具の前記経路を選択することと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。 - 前記1組の経路からの各経路に従って、前記工具の前記運動によって前記機械加工をシミュレートして、1組のシミュレーションを生成することと、
前記1組のシミュレーションからの各シミュレーションの性能メトリックを決定して、1組のメトリックを生成することと、
コスト関数に従って、前記1組のメトリックから最適な性能メトリックを選択することと、
を更に含む、請求項9に記載の方法。 - 前記性能メトリックは、前記経路に沿って移動する前記工具の係合面、又は前記工具の前記運動によって除去される容積を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記性能メトリックは前記係合面を含み、前記方法は、
前記工具の表面の少なくとも一部に1組の点を配置することと、
前記1組の点における各点と、前記運動によって変更された前記工作物の表面との間の距離を求めることと、
閾値未満の前記距離を有する前記点のサブセットに基づいて前記係合面を求めることと、
を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記性能メトリックは、前記工具の前記運動によって除去される前記容積を含み、前記方法は、
前記工具の前記経路のセグメントのための掃引容積を生成することであって、前記セグメントは、前記シミュレーション中、前記工具の前の位置から次の位置まで前記工具の前記運動を定義することと、
前記掃引容積を通してレイをキャストし、前記工作物に対する前記工具の運動を表すことと、
少なくとも幾つかのレイと前記工作物との交差部に基づいて、前記掃引容積によって前記工作物から除去される容積の一部分を決定することと、
前記経路の全てのセグメントについて、前記生成するステップ、前記キャストするステップ、及び前記容積の前記一部分を決定するステップを繰り返して、前記工具の前記運動によって除去される前記容積を生成することと、
を含む、請求項11に記載の方法。 - x−y平面における閉曲線によって与えられるポケット形状を機械加工する工具の経路を決定するシステムであって、前記ポケット形状の前記閉曲線が円であり、
前記ポケット形状の境界内で正であり、前記ポケット形状の前記境界上でゼロに等しい関数によって定義されるエネルギーを有する発振器の運動の位置及び速度を求めるコード部と、
前記運動の位置値及び速度値の対応する対に基づいて前記工具の前記経路の座標を決定するコード部であって、各対の位置値は前記x−y平面における前記工具の前記経路のx座標を表し、各対の速度値は、前記x−y平面における前記工具の前記経路のy座標を表すコード部と、を有するプロセッサを備えたシステム。 - 前記経路に従って工作物の前記機械加工をシミュレートし、前記経路の性能メトリックを決定するとともに、減衰項を更新するシミュレーションシステムを更に備える、請求項14に記載のシステム。
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