JPH0675242B2 - 曲面の加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、曲面の加工方法に係わり、特に、仕上げ作業
を容易に行なうことを可能にした曲面の加工方法に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、自由曲面形状を有する複雑な形状の金型の加工
は、デザインされた形状をマスターモデルで表現し、こ
のマスターモデルにより金型加工のための傲いモデルあ
るいはオス・メス反転モデル等を作成し、傲い加工機に
より加工することにより行なわれている。

一方、CAD,CAM等のシステムを用い自由曲面形状を有す
る複雑な形状の金型を加工することも検討されている
が、デザインされた自由曲面形状を（X,Y,Z）座標で表
現するには、非常な労力が必要とされる。

すなわち、現時点では、傲い加工の手軽さと、表現力に
おける優秀性から、傲い加工がその主流を占めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、傲い加工においてもすべてを満足してい
る訳ではなく、金型を作成する工程から見て、なお改良
の余地がある。

一般に、傲い加工は、マスターモデルの立体形状を測定
して、そのデータを取り出す測定工程と、このデータを
取り込んで金型を切削する加工工程とからなる。

測定工程は、３次元測定機に測定経路を、通常直線的
に、（X,Y）座標で与え、この後、この直線的な測定経
路に沿ってスタイラスと呼ばれるセンサを当接しなが
ら、この時の高さ、すなわち、Ｚ座標を測定し、（X,Y,
Z）座標からなる３次元測定データを得ることにより行
なわれる。

この３次元測定データは、傲い加工機に入力され、前述
したスタイラスとほぼ同一径のボールエンドミルという
工具により金型の切削加工が行なわれる。

このようにして加工された金型の表面には、通常、第６
図に示すように、加工工具の軌跡と同一のピッチＰで凹
凸11が形成されている。

従って、従来、金型の表面形状をマスターモデルの表面
形状と同一にするためには、この凹凸11を除去するため
の仕上げ作業が必要となる。

しかしながら、この仕上げ作業は、サンドペーパー等を
用いて通常人手により行なわれており、多大な工数が必
要とされるという問題がある。

また、この仕上げ作業により、金型の形状精度が大きく
左右されるため、作業者には、充分な熟練が要求される
という問題がある。

本発明者は、かかる仕上げ作業の能率化を図るため、鋭
意研究した結果、仕上げ作業を困難にしている最大の原
因は、その傲い方向であり、また、その加工ピッチであ
ることを見出した。

特に、表面形状に対しての凹凸11の方向は、仕上げ易さ
の重要な要素であることを見出した。

すなわち、従来、傲い加工機による金型の加工は、第７
図に矢符で示すように、金型に沿って工具を直線的（こ
の例ではＹ軸方向）に移動しながら、高さ（Ｚ座標）を
変化することにより行なわれており、表面形状に対して
の凹凸11の方向が金型表面全体において同一方向であ
り、ある部分においては仕上げ作業が非常に困難とな
る。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、最終
工程である仕上げ作業を、精度良く、かつ容易に行なう
ことを可能にした曲面の加工方法を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかわる曲面の加工方法は、マスターモデルの
形状に対応して仕上げ作業に望ましい２次元工具軌跡を
作成した後、この２次元工具軌跡に沿って３次元測定機
を移動し、この３次元測定機により、前記２次元工具軌
跡に沿った前記マスターモデルの３次元工具軌跡を求
め、この３次元工具軌跡に基づいて被加工物に曲面を形
成するものである。

〔発明の作用〕

本発明においては、マスターモデルの形状に対応して仕
上げ作業に望ましい２次元工具軌跡が作成され、この２
次元工具軌跡に沿って３次元測定機が移動され、この３
次元測定機により、前記２次元工具軌跡に沿った前記マ
スターモデルの３次元工具軌跡が求められ、この３次元
工具軌跡に基づいて被加工物に曲面が形成される。

従って、２次元工具軌跡の作成時に、例えば、被加工物
の輪郭線に沿った、仕上げ作業に最も望ましい２次元工
具軌跡を設定することにより、加工された金型には、２
次元工具軌跡に沿った工具の加工軌跡が形成されるた
め、最終工程である仕上げ作業を、精度良く、かつ容易
に行なうことが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明方法の詳細をその実施例について図面を用
いて説明する。

第１図は、この実施例で加工対象となる金型のマスター
モデル13の形状を示している。

この実施例の方法では、まず、第１図に示すマスターモ
デル13の形状に対応した、工具軌跡の基準となる基準２
次元工具軌跡が求められる。

この基準２次元工具軌跡は、金型に最終的に形成される
加工工具の軌跡が、仕上げ作業に最も適した軌跡となる
ように設定される。

すなわち、加工された金型の表面形状に対しての凹凸11
の方向が、最も仕上げ作業に適しているように設定され
る。

第２図は、第１図に示したマスターモデル13に対応する
基準２次元工具軌跡を示すもので、この基準２次元工具
軌跡15は、前述したように金型に最終的に形成される加
工工具の軌跡が、仕上げ作業に最も適した軌跡となるよ
うに選ばれる。

第３図は、基準２次元工具軌跡15を用いることとした場
合のマスターモデル13の中央部に形成される凸部21の加
工ブロック17を示している。

この後、第４図に示すように、基準２次元工具軌跡15に
対して平行に、指定した加工ピッチＰで、加工ブロック
17内を満たすように分枝２次元工具軌跡23が自動プログ
ラミング装置により作成される。

なお、この分枝２次元工具軌跡23は、基準２次元工具軌
跡15に交差する線分16を仮定し、この線分16を等分に分
割して基準２次元工具軌跡15に平行な軌跡を作成するこ
とにより行なわれる。

次に、第５図に示すように、基準２次元工具軌跡15およ
び分枝２次元工具軌跡23が、指定した測定ピッチＰ′で
分割され、これにより３次元測定機により高さＺを取り
出すべき測定点群Ａが、自動プログラミング装置により
（X,Y）座標で求められる。

次に、この測定点群Ａを３次元測定機に与え、この３次
元測定機をマスターモデル13に沿って移動することによ
り、このマスターモデル13から、仕上げ作業に望ましい
分枝２次元工具軌跡23に沿った３次元工具軌跡が取り出
される。

すなわち、３次元測定機は、与えられた測定点群Ａ（X,
Y）の順にマスターモデル13の測定を行ない、その測定
点の位置での高さＺを取り出し、３次元測定点群（X,Y,
Z）を作成する。

なお、この作業は、加工ブロック17毎に行なわれる。

３次元測定機により測定された３次元測定点群（X,Y,
Z）は、自動プログラミング装置に出力され、この自動
プログラミング装置により、スタイラス径が考慮され、
仕上形状を示す３次元形状点列データが求められる。

この後、自動プログラミング装置により工具径のオフセ
ット処理、オス・メスの反転処理等が行なわれ、NC加工
データが作成される。

なお、工具径のオフセット処理は、例えば、本出願人が
先に出願した特願昭61−260463号に記載される方法によ
り行なわれる。

すなわち、この方法では、前述した３次元形状点列デー
タの各点において、２次元的にオフセット長さが求めら
れるとともに、各オフセット位置に工具がある時に工具
と干渉する３次元形状点列データ上の点が検索され、干
渉する点がある時には、その干渉する点に工具が干渉し
ないようにオフセット長さが補正されるため、曲面が過
剰に切削されることが有効に防止される。

この後、前述したNC加工データは、自動プログラミング
装置からNC工作機械に入力され、NC工作機械により金型
の加工が行なわれる。

しかして、以上述べた曲面の加工方法によれば、マスタ
ーモデル13の形状に対応して仕上げ作業に望ましい２次
元工具軌跡、すなわち前述した基準２次元工具軌跡15お
よび分枝２次元工具軌跡23が作成され、この基準２次元
工具軌跡15および分枝２次元工具軌跡23に沿って３次元
測定機が移動され、この３次元測定機により、分枝２次
元工具軌跡23に沿ったマスターモデル13の３次元工具軌
跡が求められ、この３次元工具軌跡に基づいて金型等の
被加工物に曲面が形成される。

従って、分枝２次元工具軌跡23の基準となる基準２次元
工具軌跡15の作成時に、例えば、金型の輪郭に沿った、
仕上げ作業に最も望ましい基準２次元工具軌跡15を設定
することにより、加工された金型には、基準２次元工具
軌跡15に沿った加工工具の軌跡が形成されるため、最終
工程である仕上げ作業を、精度良く、かつ容易に行なう
ことが可能となる。

すなわち、金型形状に応じて仕上げ作業に最適な切削方
向を指定できるので、仕上げ時間の短縮を図ることがで
き、また、仕上げ精度を向上することができる。

また、以上述べた曲面の加工方法では、マスターモデル
13を複数の加工ブロック17に分割したので、加工ブロッ
ク17に応じて最適のスタイラスを使用することが可能と
なり、マスターモデル13の形状を正確に測定することが
できる。

そして、マスターモデル13を複数の加工ブロック17に分
割したので、加工ブロック17に応じて最適な工具で部分
的な切削が可能となり、加工時間の短縮を図ることがで
きる。

さらに、以上述べたような曲面の加工方法によれば、仕
上げ作業のみではなく、形状加工に最適な軌跡をも指定
できるので、金型の加工時間を短縮することが可能とな
る。

また、平面等の余分な形状を測定する必要がなくなるた
め、測定時間を短縮することができる。

なお、以上述べた実施例では、望ましい基準２次元工具
軌跡15としてマスターモデル13の輪郭線を用いた例につ
いて説明したが、本発明は、かかる実施例に限定される
ものではなく、最終工程である仕上げ作業を、精度良
く、かつ容易に行なうことが可能となるような２次元工
具軌跡であれば良いことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、マスターモデルの形状に
対応して仕上げ作業に望ましい２次元工具軌跡を作成し
た後、この２次元工具軌跡に沿って３次元測定機を移動
し、この３次元測定機により、２次元工具軌跡に沿った
マスターモデルの３次元工具軌跡を求め、この３次元工
具軌跡に基づいて被加工物に曲面を形成するので、最終
工程である仕上げ作業を、精度良く、かつ容易に行なう
ことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の曲面の加工方法で加工対象となる金型
のマスターモデルの一例を示す斜視図、第２図は基準２
次元工具軌跡を示す説明図、第３図は加工ブロックを示
す説明図、第４図は分枝２次元工具軌跡を示す説明図、
第５図は測定点群を示す説明図、第６図は金型表面に形
成される凹凸を示す説明図、第７図は従来の金型加工方
法を示す説明図である。 13……マスターモデル、15……基準２次元工具軌跡、23
……分枝２次元工具軌跡。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マスターモデルの形状に対応して仕上げ作
   業に望ましい２次元工具軌跡を作成した後、この２次元
   工具軌跡に沿って３次元測定機を移動し、この３次元測
   定機により、前記２次元工具軌跡に沿った前記マスター
   モデルの３次元工具軌跡を求め、この３次元工具軌跡に
   基づいて被加工物に曲面を形成することを特徴とする曲
   面の加工方法。
2. 【請求項２】２次元工具軌跡は、マスターモデルの輪郭
   線である特許請求の範囲第１項記載の曲面の加工方法。