JP6646027B2 - ポストプロセッサ装置、加工プログラム生成方法、cnc加工システム及び加工プログラム生成用プログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、NCプログラム作成の際に、図面情報の読み取り,座標計算,数値入力等の煩雑な作業を不要とし、誤りの発生を抑制するための、曲線抽出装置及びNCプログラミングシステムが記載されている。具体的には、CADシステム等で作成された図面データから曲線データ(閉ループに関するデータ,開ループに関するデータ,穴群に関するデータ,溝中心形状に関するデータ等)を抽出する曲線抽出装置、及びCADシステム等で作成された図面データを曲線抽出装置に入力し、曲線抽出装置で作成した曲線データを入力してNCプログラムを作成するCAM装置を備えたNCプログラミングシステムが記載されている。
また、特許文献2に記載の発明は、加工を行う形状の特徴に応じて過去の加工事例を検索し、この加工事例に基づいて加工条件を設定するというものであって、エッジや平滑面等の特徴形状を、例えばCLデータやNCデータに含ませることで当該特徴形状に応じた加工処理を実行するものではない。
特徴形状の情報を含んだCLデータ(カッターロケーションデータ)から、加工する特徴形状の情報を読み取る特徴形状認識部(例えば、後述の特徴形状認識部222)と、
前記特徴形状の情報に応じて、一つ以上の設定区間を工具経路上に設定する区間設定部(例えば、後述の区間設定部223)と、
前記設定区間の外と内とで、前記CNC加工機械の少なくとも一つの軸の制御するために用いる少なくとも一つのパラメータを変更する命令を含む加工プログラムを生成する動作生成部(例えば、後述の区間内動作生成部224及び区間外動作生成部225)と、
を備えたポストプロセッサ装置である。
前記加工プログラムを出力する加工プログラム出力部(例えば、後述の加工プログラム出力部226)と、をさらに備えてもよい。
(A)送り軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、加減速の制御に関わる時定数、
(B)主軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、加減速の制御に関わる時定数、
(C)指令経路と実際の経路間に許される誤差の量。
(a)工具経路上で、工具が加工物のエッジに接している区間に関する情報
(b)工具経路上で、工具経路を平滑な曲線にする区間に関する情報
(5) (1)から(4)のいずれかに記載のポストプロセッサ装置において、前記パラメータは送り軸の送り速度と主軸の回転数とを含み、前記動作生成部は、前記送り軸の送り速度の変化に同期して、前記主軸の回転数を変化させる命令を含んだ加工プログラムを生成してもよい。
特徴形状の情報を含んだCLデータ(カッターロケーションデータ)から、加工する特徴形状の情報を読み取るステップと、
前記特徴形状の情報に応じて、一つ以上の設定区間を工具経路上に設定するステップと、
前記設定区間の外と内とで、前記CNC加工機械の少なくとも一つの軸の制御するために用いる少なくとも一つのパラメータを変更する命令を含む加工プログラムを生成するステップと、を備えた加工プログラム生成方法である。
特徴形状の情報を含んだCLデータ(カッターロケーションデータ)から、加工する特徴形状の情報を読み取る処理と、
前記特徴形状の情報に応じて、一つ以上の設定区間を工具経路上に設定する処理と、
前記設定区間の外と内とで、前記CNC加工機械の少なくとも一つの軸の制御するために用いる少なくとも一つのパラメータを変更する命令を含む加工プログラムを生成する処理と、を実行させる加工プログラム生成用プログラムである。
図1は、本発明の一実施形態のCNC加工システムの一構成例を示すブロック図である。
図1に示すように、CNC加工システムは、CAD (computer aided design)装置10、CAM (computer aided manufacturing)装置20、及びCNC加工機械30を備えている。
メインプロセッサ部21は、CADデータに基づき、加工形状が得られるように工具や工作機械の動きを設定し、その動きをCL(カッターロケーション)データに変換する。ポストプロセッサ部22は、メインプロセッサ部21によって作成されたCLデータに基づいて加工プログラム(NCデータ)を生成する。ポストプロセッサ部22の詳細な構成は後述する。
CNC加工機械30は、例えば3軸加工機で、3軸加工機の加工部分は、図1では主軸モータ330及び送り軸モータ340のみを示している。主軸モータ330は、ボールエンドミル等の工具を回転させる。送り軸モータ340はX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3つのモータからなる。X軸方向及びY軸方向のモータは、ボールねじ等を介して、加工物を作製するための基板が載せられたテーブルをX軸方向及びY軸方向にそれぞれ直線移動させる。Z軸方向のモータは工具又はテーブルをZ軸方向に直線移動させる。なお、3軸加工機の構成は係る構成に限定されず、例えば、工具を固定し、テーブルをX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に直線移動させたり、テーブルを固定し、工具をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に直線移動させたりしてもよい。CNC加工機械30は3軸加工機に限定されず、例えば5軸加工機でもよい。
主軸モータサーボ制御部321と、3つの送り軸モータサーボ制御部322とは、それぞれ、位置、速度フィードバックループを構成するための位置制御部、速度制御部、トルク指令値に基づいて主軸モータ又は送り軸モータを駆動するモータ駆動アンプ、及びユーザの操作を受け付けるための操作盤等を含んでいる。
次にポストプロセッサ部22について説明する。図2に、ポストプロセッサ部22の構成を示す。図2に示すように、ポストプロセッサ部22を構成するコンピュータ23は、少なくとも、CPU231、入出力部232、第1記憶部233、第2記憶部234、及び表示部235を備えている。CPU231、入出力部232、第1記憶部233、第2記憶部234、及び表示部235はバスで接続されている。
また、CPU231は各プログラムを実行することによって、コンピュータ23に、所定の手順(以下、「加工プログラム生成手順」と総称する)を実行させる。
ポストプロセッサ部22に入力されるCLデータは、例えばエッジや平滑面等の特徴形状に係る情報等を含むように構成される。より具体的には、CLデータは次の情報Inf1から情報Inf5を含むようにすることができる。
(Inf1)工具経路に関する情報、
(Inf2)工具経路上にある特徴形状に関する情報、
(Inf3)加工に用いる工具に関する情報
(Inf4)加工条件に関する情報、
(Inf5)加工を行う順序に関する情報。
情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)は、工具経路上のある区間の特徴について記述した特徴区間情報を含んでいる。特徴区間情報は、例えば、工具経路上で、工具が加工物のエッジに接しているエッジ区間に関する情報、又は工具経路上で、工具経路を平滑な曲線にする平滑化区間に関する情報等を含む。
情報Inf3(=加工に用いる工具に関する情報)は、例えば、工具のタイプ、工具の寸法等に関する情報等を含む。
情報Inf4(=加工条件に関する情報)は、例えば、工具経路上での送り速度、工具経路上での主軸回転数、切削液の使用等に関する情報を含む。
情報Inf5(=加工を行う順序に関する情報)は、加工工程の順序等に関する情報を含む。なお、ポストプロセッサ部22の処理においては、特に、情報Inf2、情報Inf4が重要となる。
図4はISO 14649に基づくデータモデルの階層構造を示す構成図である。なお、情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)は、ISO 14649に基づくデータモデルの階層構造に含まれないため、上記データモデルの階層構造における「工具経路」の下位構造データ「特徴形状」として仮に設定している。
なお、図4に示すデータモデルの階層構造を参照する場合、例えば情報Inf1(=工具経路に関する情報)は「加工形状」及び「工具経路」に、情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)は「特徴形状」に、情報Inf3(=加工に用いる工具に関する情報)は「使用工具」に、情報Inf4(=加工条件に関する情報)は「加工条件」に、情報Inf5(=加工を行う順序に関する情報)は「工程リスト」にそれぞれ記載することができる。
このようにすることで、情報Inf1〜情報Inf5を含むCLデータは、データモデルに基づいて構造化された情報として記載することができる。
なお情報Inf1〜情報Inf5について、例えば、(XML等により)タグ付けしたテキスト情報をコメントとしてCLデータに挿入してもよい。
以上、ポストプロセッサ部22に入力されるCLデータに含まれる情報について説明した。次に、ポストプロセッサ部22の各機能部について説明する。
特徴形状認識部222は、情報Inf2が例えば、エッジ区間に関する情報であることを認識すると、エッジ区間の開始点、及びエッジ区間の終了点を取得するとともに、Inf4から、当該エッジ区間を含む工具経路上での送り速度、工具経路上での主軸回転数等の加工条件に関する情報を取得する。
また、特徴形状認識部222は、情報Inf2が例えば、工具経路上で工具経路を平滑な曲線にする平滑化区間に関する情報であることを認識すると、当該平滑化区間において、連続する直線分で与えられる工具経路、及びこの工具経路上で、形状を平滑にする平滑化区間の情報を取得する。ここで、平滑化区間情報は平滑化区間の開始点、終了点、及び平滑化区間内で許容される工具方向の変化率(一定距離進む間に、進行方向がどれだけ変化するか)の情報等を含むことができる。
より具体的には、区間設定部223は、与えられた平滑化区間情報に基づき工具経路上に平滑化区間を設定する。ここで、区間設定部223により設定される平滑化区間は、前述した平滑化情報に基づき工具経路上に設定される区間である。例えば、図11に示す開始点と終了点は、平滑化区間情報に記載された点と一致する。また、区間設定部223は、平滑化区間内で、工具方向の変化率を許容値以下としながら、折れ線で与えられた工具経路に最も近くなるような工具経路を新たに生成する。なお、区間設定部223は、進行方向変化の変化率にも許容値を設定することで、(一般に、G2連続、G3連続と呼ばれる)高次の連続性を有する工具経路を生成しても良い。
CNC加工機械の多くは、工具の動かし方のモードとして、指令に忠実な第1の加工モードと、滑らかさを優先する第2の加工モードのどちらかを選択する機能を通常有している。ここで、第1の加工モードとは、NC指令の工具経路が折れ線ならば、きちんと折れ線になるように加工する加工モードを意味する。第2の加工モードとは、NC指令の工具経路が折れ線であっても、それを平滑化して滑らかに加工する加工モードである。
なお、工具経路の平滑化の度合いによって何段階かで、第1の加工モードと第2の加工モードとを選択可能とできるCNC加工機械がある。
第1の加工モードと第2の加工モードとは、許容されるモータの最大加減速度の大きさが異なっており、許容される加減速度が大きいほど機械は指令に忠実な動作をする。第1の加工モードか第2の加工モードかは、一般的に加工前に選択されている。
このように、情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)に平滑化区間に関する情報を記載する場合、平滑化区間の情報として例えば、平滑化区間の外側は指令に忠実な第1の加工モードで加工し、平滑化区間内は滑らかさ優先の第2の加工モードで加工する等、平滑化区間の内外でモードを自動的に切り換えるように指定することができる。この場合、ポストプロセッサ部22により生成される加工プログラム(NCデータ)のパラメータとしては、モータに許容される最大加減速度が平滑化区間の内外で切り替わることとなる。また、平滑化区間の情報において、平滑化区間における平滑化の度合いによって第1の加工モードと第2の加工モードとを選択するように指定することもできる。
平滑化区間の設定に係る処理の詳細については、後述する。
例えば、設定区間がエッジ区間の場合、区間外動作生成部225は、低速区間の通過後、送り速度を区間外における送り速度F1に戻す速度指令を加工プログラム(NCデータ)内に生成する。
なお、区間外動作生成部225を設けず、区間内動作生成部224が低速区間の通過後、送り速度を送り速度F1に戻す速度指令を加工プログラム(NCデータ)内に生成するようにしてもよい。
また、設定区間が平滑化区間の場合、区間外動作生成部225を設けず、区間内動作生成部224が平滑化区間の通過後、例えば前述した第1の加工モードに切換える速度指令を加工プログラム(NCデータ)内に生成するようにしてもよい。
ここで、生成されるパラメータは例えば、次のパラメータセット(1)、(2)、(3)のうちの一又は複数のパラメータである。
(1)送り軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、及び加減速の制御に関わる時定数
(2)主軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、及び加減速の制御に関わる時定数
(3)指令経路と実際の経路間に許される誤差の量
このように生成された加工プログラム(NCデータ)をCNC加工機械30(数値制御装置310)に入力することにより、CNC加工機械30(数値制御装置310)は、当該CLデータに含まれる情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)に基づいて、例えばエッジ区間及び/又は平滑化区間における加工処理を実行することができる。
次に、特徴区間情報の一例として、区間設定部223、及び区間内動作生成部224のエッジ区間に係る処理について、図5を参照しながら詳細に説明する。
この利用例において、CLデータが、エッジ区間に関する情報を記載した情報Inf2、並びに当該エッジ区間を含む工具経路上での送り速度及び工具経路上での主軸回転数等の加工条件に関する情報を記載した情報Inf4を含むものとする。
この例において時定数をTとすると、ある時間tにおける工具の実際の速度は、例えば、図6に示すように、時間(t−時定数T)における指令速度と時間(t+時定数T)における指令速度とを平均した値となる。そのため、エッジ区間の開始点の直前でエッジ区間内における送り速度がF2になるように指令すると、実際には速度が落ち切らないままエッジ区間に侵入する。エッジ区間の終了点についても、エッジ区間終了点から加速を開始するように指令すると、実際にはエッジ区間が終わる前に加速が始まる。
このような状況を防ぐため、区間設定部223は、エッジ区間開始点から、時定数Tの間に進む距離(ほぼF2×Tである)手前を低速区間の開始点とし、エッジ区間の終了点からF2×T先を低速区間の終了点に設定する。
なお、エッジ区間内における送り速度F2をそのつど計算する場合には、区間設定部223は、F2×Tの値も毎回計算することになる。また、エッジ区間内における送り速度F2を予め決められた値とする場合にはF2×Tを例えば情報Inf4(=加工条件に関する情報)に予め与えておくことができる。
基本的には、工具経路のカーブが急になり、許容される誤差が小さくなるほど送り速度を落とすことが求められる。角ダレが許容値以下となる送り速度F2は、例えば、数1の関係式が成り立つ値を算出する。
数1からわかるように、工具径が小さく、許容される角ダレが小さいほど、送り速度F2を小さくすることが求められる。
なお、送り速度F2を予め登録しておく場合には、使用が想定される最小径の工具と、その機械で行う加工のうち角ダレの許容値が最も小さいものに基づき、送り速度F2を決めておくことができる。
次に、特徴区間情報の一例として、区間設定部223、及び区間内動作生成部224の平滑化区間に係る処理について、図8を参照しながら詳細に説明する。
この利用例は、CLデータが、平滑化区間に関する情報を記載した情報Inf2を含むものとする。
平滑化区間情報は前述したとおり、CLデータに記載された情報で、平滑化区間の開始点、終了点、平滑化区間内で許容される工具方向の変化率(一定距離進む間に、進行方向がどれだけ変化するか)の情報を含んでいる。
区間設定部223は、平滑化情報に基づき工具経路上に設定される区間である平滑化区間を設定する。図8に示す開始点と終了点は、平滑化区間情報に記載された点と一致する。区間設定部223は、平滑化区間内では、工具方向の変化率を許容値以下としながら、折れ線で与えられた工具経路に最も近くなるような工具経路を新たに生成する。なお、区間設定部223は、進行方向変化の変化率にも許容値を設定することで、(一般に、G2連続、G3連続と呼ばれる)高次の連続性を有する工具経路を生成しても良い。
本利用例では、前述したように、区間外動作生成部225は用いない。このように、区間内動作生成部224は、平滑化区間内の経路を置き換えた工具経路を用いて、加工プログラムを生成する。
以上のように、ポストプロセッサ部22に入力するCLデータに、例えば、情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)に、平滑化区間情報を含ませることにより、情報Inf2(=工具経路上にある特徴形状に関する情報)に従った、平滑化区間における加工処理を実行する加工プログラム(NCデータ)を生成することができる。こうすることで、従来のGコードでは困難だった形状の加工が容易となる。
次に送り速度と同期した主軸速度の制御の利用例について説明する。この利用例は上述した利用例1及び利用例2にも適用できる。
区間内動作生成部224が送り速度を変化させる場合に、送り速度とともに主軸の回転速度を変えることが好ましい。
例えば、図9に示すように、送り速度と主軸速度とがともに一定値であると、カッタマークの密度は一定である。ここで、カッタマークとは、加工表面に残る、工具の刃の軌跡をいう。これに対して、送り速度が遅くなり、主軸速度が一定値であると、図10に示すように、カッタマークの密度が変わり、加工面の性状及び見た目が変化する。このため、送り速度F1と主軸速度S1が指定された工具経路において、例えばエッジ区間の処理等により送り速度をF2(<F1)に変化させる際に、区間内動作生成部224は、必要に応じて主軸の回転速度を速度S1とは異なる速度S2(<S1)に変化させることが好ましい。
この場合、図11に示すように、区間内動作生成部224はS2=S1×(F2/F1)となるように、主軸速度S2を定めることにより、カッタマークの密度を一定に保ち、均一な加工面を得ることができる。
ステップS102において、特徴形状認識部222は、CLデータに特徴形状情報が含まれているか否かを検出する。例えば図4に示す工程経路を参照して特徴形状情報が含まれているかどうかを検出する。CLデータに特徴形状情報が含まれている場合、ステップS103に移る。CLデータに新たな特徴形状情報が含まれていなければ、ステップS106に移る。
ステップS103において、CLデータに特徴形状情報を認識する。
ステップS104において、区間設定部223は、ステップS103において認識した特徴形状情報に基づき、工具経路上に一定の区間を設定する。
ステップS105において、区間内動作生成部224は、加工プログラム(NCデータ)のうち、設定区間内の動作を制御する部分を生成し、区間外動作生成部225は、加工プログラムのうち、設定区間外の動作を制御する部分を生成する。区間内動作生成部224及び区間外動作生成部225は、それぞれ、加工プログラムのパラメータを生成する。生成されるパラメータは例えば、次のパラメータセット(1)、(2)、(3)のうちの一又は複数のパラメータである。
(1)送り軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、及び加減速の制御に関わる時定数
(2)主軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、及び加減速の制御に関わる時定数
(3)指令経路と実際の経路間に許される誤差の量
さらにステップS105において、加工プログラム出力部226は、区間内動作生成部224の生成した設定区間内の動作を制御する部分と区間外動作生成部225の生成した設定区間外の動作を制御する部分との二つを統合する。その後、ステップS102に移る。
ステップS106において、加工プログラム出力部226は、加工プログラム(NCデータ)を生成して出力する。
20 CAM装置
21 メインプロセッサ部
22 ポストプロセッサ部
30 CNC加工機械
310 数値制御装置
320 サーボ制御装置
330 主軸モータ
340 送り軸モータ
Claims (9)
- CNC加工機械を制御する加工プログラムを出力するポストプロセッサ装置であって、
特徴形状の情報を含んだCLデータ(カッターロケーションデータ)から、加工する特徴形状の情報を読み取る特徴形状認識部と、
前記特徴形状の情報に応じて、一つ以上の設定区間を工具経路上に設定する区間設定部と、
前記設定区間の外と内とで、前記CNC加工機械の少なくとも一つの軸の制御するために用いる少なくとも一つのパラメータを変更する命令を含む加工プログラムを生成する動作生成部と、
を備えたポストプロセッサ装置。 - 前記特徴形状の情報を含んだ前記CLデータを読み込むデータ読み込み部と、
前記加工プログラムを出力する加工プログラム出力部と、をさらに備えた請求項1に記載のポストプロセッサ装置。 - 前記パラメータは、次のパラメータセット(A)、(B)及び(C)のうち少なくとも一つを含む請求項1又は2に記載のポストプロセッサ装置。
(A)送り軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、加減速の制御に関わる時定数、
(B)主軸の指令速度、許容加速度、許容加加速度、加減速の制御に関わる時定数、
(C)指令経路と実際の経路間に許される誤差の量。 - 前記特徴形状の情報は、次の情報セット(a)及び(b)のうち少なくとも一つを含む請求項1から3のいずれか1項に記載のポストプロセッサ装置。
(a)工具経路上で、工具が加工物のエッジに接している区間に関する情報、
(b)工具経路上で、工具経路を平滑な曲線にする区間に関する情報。 - 前記パラメータは送り軸の送り速度と主軸の回転数とを含み、前記動作生成部は、前記送り軸の送り速度の変化に同期して、前記主軸の回転数を変化させる命令を含んだ加工プログラムを生成する請求項1から4のいずれか1項に記載のポストプロセッサ装置。
- 前記CLデータが、加工物の加工形状又は工具経路に係る情報と加工内容情報とを階層構造のデータモデルに準拠した形式で記述している請求項1から5のいずれか1項に記載のポストプロセッサ装置。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のポストプロセッサ装置と、該ポストプロセッサ装置で生成された加工プログラムに基づいて加工物のCNC加工を行うCNC加工機械とを備えたCNC加工システム。
- CNC加工機械を制御する加工プログラムを出力するポストプロセッサ装置の加工プログラム生成方法であって、
特徴形状の情報を含んだCLデータ(カッターロケーションデータ)から、加工する特徴形状の情報を読み取るステップと、
前記特徴形状の情報に応じて、一つ以上の設定区間を工具経路上に設定するステップと、
前記設定区間の外と内とで、前記CNC加工機械の少なくとも一つの軸の制御するために用いる少なくとも一つのパラメータを変更する命令を含む加工プログラムを生成するステップと、を備えた加工プログラム生成方法。 - CNC加工機械を制御する加工プログラムを出力するポストプロセッサ装置としてのコンピュータに、
特徴形状の情報を含んだCLデータ(カッターロケーションデータ)から、加工する特徴形状の情報を読み取る処理と、
前記特徴形状の情報に応じて、一つ以上の設定区間を工具経路上に設定する処理と、
前記設定区間の外と内とで、前記CNC加工機械の少なくとも一つの軸の制御するために用いる少なくとも一つのパラメータを変更する命令を含む加工プログラムを生成する処理と、を実行させる加工プログラム生成用プログラム。
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