JPH07152414A - 加工シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 数値制御装置による加工状況をグラフィック
表示装置に表示する加工シミュレーション方法におい
て、高速のシミュレーションを可能にした加工シミュレ
ーション方法を提供する。 【構成】 加工物２は、工具軸に垂直な平面を構成する
２つの直行軸方向に等間隔で分割した加工物分割領域に
おける、加工物２の高さデータで表現される。同様に工
具１は、工具軸に垂直な平面を構成する２つの直行軸方
向に等間隔で分割した工具分割領域における、工具１の
高さデータで表現される。この工具が移動するときは、
工具が新たに加工する可能性のある加工予測領域につい
てのみ、工具１の高さデータと加工物２の高さデータと
を比較する。そして、工具の高さが加工物の高さより低
い場合には、加工物が切削されると判断し、加工物の高
さデータを工具の高さデータに置き換える。グラフィッ
ク表示装置は、そのデータにより加工物の形状を３次元
で表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値制御装置による加
工状況をグラフィック表示装置に表示する加工シミュレ
ーション方法に関し、特に高速のシミュレーションを可
能にした加工シミュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】加工物を数値制御装置により加工する場
合には、グラフィック表示装置を用いて加工状況をシミ
ュレーションすることが、一般的に行われている。この
シミュレーションを行うことにより、加工の進行状況を
簡単に把握することができる。また、新たな加工を行う
ために作成した加工プログラムをこの装置でシミュレー
ションさせることにより、実際の加工を行わずにそのプ
ログラムを実行したときの加工結果を知ることができ
る。そして、加工技術の進歩に伴い工作機械の加工速度
は速くなっている。そのため、加工シミュレーションも
高速に行えることが要求されている。

【０００３】以下、従来の加工シミュレーション方法に
ついて説明する。加工シミュレーションを行う数値制御
装置は、加工物の形状を記憶するための記憶装置と加工
状況を出力するためのグラフィック表示装置とを設けて
いる。まず、加工物の形状を、工具軸に垂直な平面を構
成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した領域におけ
る、加工物の高さデータで表現する。そして、その高さ
データを記憶装置に保存する。次に、工具も加工物と同
様に、工具軸に垂直な平面を構成する２つの直行軸方向
に等間隔で分割した領域における、工具の高さデータで
表現する。

【０００４】そして、工具を加工プログラムに従って移
動させた場合の、移動後の位置における工具の高さデー
タと、その位置における加工物の高さデータとを比較す
る。そして、加工物の高さが工具の高さより高い場合、
その位置において切削が行われると判断し、加工物の高
さデータを工具の高さデータに置き換える。この更新さ
れた高さデータにより、グラフィック表示装置は加工物
の形状を出力する。このような例として特公平３−５９
４４１号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、工具が移動するごとに工具の位置を計算し直してい
た。そして、その工具の存在する全ての領域においての
加工物との重なりを検出し、加工物の形状データを更新
していた。そのため、工具が加工物を切削していく過程
を、細かい領域単位に連続してシミュレーションするに
は、加工物の領域と工具の領域との比較を高速で行わな
ければならなかった。そのためには、ワークステーショ
ンのような高速の計算能力を有するコンピュータが必要
である。高性能のコンピュータを使用せずに、数値制御
装置でこのような加工シミュレーションを行った場合、
工作機械の加工速度にシミュレーションが追いつかず、
加工速度を遅らせなければならないという問題点があっ
た。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、高速のシミュレーションを可能にした加工シ
ミュレーション方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】グラフィック表示装置に
加工状況を表示する加工シミュレーション方法におい
て、加工物の形状を、工具軸に垂直な平面を構成する２
つの直行軸方向に等間隔で分割した加工物分割領域にお
ける、加工物の高さデータで表現し、前記加工物の高さ
データを記憶装置の対応する領域に記憶し、工具の形状
を、工具軸に垂直な平面を構成する２つの直行軸方向に
等間隔で分割した工具分割領域における、工具の高さデ
ータで表現し、加工プログラムに従って工具が移動する
ときの移動前と移動後の領域の違いから、新たに加工す
る可能性のある加工予測領域を、前記工具分割領域単位
で検出し、前記加工予測領域において、前記工具の高さ
データと記憶された前記加工物の高さデータとを比較し
て、工具の高さが加工物の高さより低い場合には加工が
行われると判断し、前記加工物の高さデータを前記工具
の高さデータに置き換えて、前記記憶装置のデータを更
新し、更新された前記記憶装置のデータによって、前記
グラフィック表示装置に加工物を表示させることを特徴
とする加工シミュレーション方法。

【０００８】

【作用】まず、加工物の形状を、工具軸に垂直な平面を
構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した加工物分
割領域における、加工物の高さデータで表現し、前記加
工物の高さデータを、記憶装置の対応する領域に記憶す
る。次に、工具の形状を、工具軸に垂直な平面を構成す
る２つの直行軸方向に等間隔で分割した工具分割領域に
おける、工具の高さデータで表現する。そして、加工プ
ログラムに従って工具が移動するときの移動前と移動後
の領域の違いから、新たに加工する可能性のある加工予
測領域を、工具分割領域単位で検出する。この加工予測
領域において、前記工具の高さデータと記憶された前記
加工物の高さデータとを比較して、工具の高さの方が、
加工物の高さよりも低い場合加工が行われると判断す
る。加工が行われる領域について、前記加工物の高さデ
ータを前記工具の高さデータに置き換えて、前記記憶装
置のデータを更新する。更新された前記記憶装置のデー
タによって、前記グラフィック表示装置に加工物を表示
させる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、本発明を実施するための数値制御装置
のハードウェアの概略構成図である。

【００１０】プロセッサ１１は読み取り専用メモリ（Ｒ
ＯＭ）１２に格納されたシステムプログラムに従って数
値制御装置全体を制御する。ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）１３は各種のデータあるいは入出力信号が格
納される。不揮発性メモリ１４は、電源切断後も保持す
べきパラメータ、ピッチ誤差補正量、工具補正量等が格
納されている。

【００１１】グラフィック表示装置３０はプロセッサ３
１を有しており、そのプロセッサ３１がグラフィック表
示装置３０の制御、及びバス２１とのデータの入出力を
行う。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３には加工
物や工具の形状データ等が格納される。プロセッサ３１
は加工プログラムの命令と、ＲＡＭ３３に格納されてい
るデータとから現在の加工物の形状を計算し、その結果
をビデオラム（ＶＲＡＭ）３２に画像イメージデータと
して格納する。ＶＲＡＭ３２の画像イメージデータを用
いて、グラフィック制御回路３４が加工物の３次元のモ
デルを表示装置３５に出力する。これらのデータのやり
取りはローカルバス３６を介して行われる。

【００１２】軸制御回路１８はプロセッサ１１から、軸
の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１９に出
力する。サーボアンプ１９はこの移動指令を受けて、工
作機械２０のサーボモータを駆動する。これらの構成要
素はバス２１によって互いに結合されている。

【００１３】プログラマブル・マシン・コントローラ
（ＰＭＣ）２２はＮＣプログラムの実行時に、バス２１
経由でＴ機能信号（工具選択指令）等を受け取る。そし
て、この信号をシーケンス・プログラムで処理して、動
作指令として信号を出力し、工作機械２０を制御する。
また、工作機械２０から状態信号を受けて、シーケンス
処理を行い、バス２１を経由して、プロセッサ１１に必
要な入力信号を転送する。

【００１４】図１は本発明の加工シミュレーション方法
によって表示した工具と加工物の図である。この図は加
工物２を工具１で矢印方向に切削する様子を表してい
る。工具１と加工物２の形状は、工具軸に垂直な平面を
構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した分割領域
における、高さデータで表されている。このような表示
方法を次に詳しく説明する。

【００１５】図３は本発明の加工シミュレーション方法
での加工物の表し方を示す図である。図示されていない
工具の工具軸はｚ軸方向である。つまり、ｘ軸とｙ軸と
を含む平面（ｘ−ｙ平面）は工具軸と垂直である。加工
物２ａは、ｘ−ｙ平面上に置かれている。その加工物２
ａは、ｘ軸方向とｙ軸方向とに等間隔で分割した加工物
分割領域と、その各領域におけるｘ−ｙ平面からの高さ
データ（ｈｗ1 ，ｈｗ2 ，ｈｗ3 ，・・・，ｈｗｎ）で
表現される。

【００１６】図４は本発明の加工シミュレーション方法
での工具の表し方を示す図である。例として工具１ａは
フラットなエンドミルとする。図において、工具軸はｚ
軸方向である。そして、工具１ａはｘ軸方向とｙ軸方向
とに、加工物を分割した間隔と同じ間隔で分割される。
その工具分割領域の集まりで工具の断面を表したのが３
である。そして、工具１ａは工具分割領域の各領域にお
けるｘ−ｙ平面からの高さデータ（ｈｔ1 ，ｈｔ2 ，ｈ
ｔ3 ，・・・，ｈｔｎ）で表現される。この高さデータ
の値から上に工具１ａが存在する。図３、４で説明した
方法で表現された工具と加工物とを、同じ画面上に３次
元で表示すると、図１に示すように表示できる。

【００１７】また、上記の例では工具をフラットエンド
ミルとしたが、ボールエンドミルであるとすることもで
きる。なお、フラットエンドミルの場合、工具の高さデ
ータ（ｈｔ1 ，ｈｔ2 ，ｈｔ3 ，・・・，ｈｔｎ）は同
じであるが、ボールエンドミルの場合は工具の高さデー
タ（ｈｔ1 ，ｈｔ2 ，ｈｔ3 ，・・・，ｈｔｎ）は異な
る値である。

【００１８】図５は工具の加工予測領域の検出方法を示
す図である。４はｘ−ｙ平面上の工具の移動可能な方向
を、４５°ずつずれた８方向に分割した図である。ａの
方向がｘ軸方向であり、ｃの方向がｙ軸方向である。ａ
の方向から４５°ずつ反時計回りに、ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，
ｆ，ｇ，及びｈとする。ａの方向に移動したときの、工
具の新たに加工する可能性のある加工予測領域が３ａの
斜線部分である。同様に、ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，及
びｈの方向に移動したときの、加工予測領域が、３ｂ，
３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，及び３ｈの斜線部分で
ある。そして、工具が工具軸上を加工物方向に移動する
ときの、加工予測領域は３ｉの斜線部分である。

【００１９】まず、工具がａの方向に移動したときにつ
いて説明する。工具が、工具分割領域の一領域分だけａ
の方向に移動すると、３ａの斜線の加工予測領域だけが
加工を行う可能性がある。その他の領域は、すでに切削
されている位置に移動するだけである。つまり、工具の
移動後の位置における３ａの斜線で示す加工予測領域に
おいて、工具の高さデータと加工物の高さデータとを比
較する。そして、その領域における工具の高さより加工
物の高さが大きい場合は、加工物が切削されるので、加
工物の高さデータの値を工具の高さデータの値に置き換
える。

【００２０】ａの方向以外の方向についても同様に説明
できる。各方向に移動した場合の加工予測領域は、それ
ぞれに対応する図の斜線で示す領域である。そして、そ
の斜線で示す加工予測領域において工具と加工物との高
さデータを比較する。そして、切削が行われる場合は加
工物の高さデータを工具の高さデータに置き換える。

【００２１】このようにして、新たに加工する可能性の
ある加工予測領域においてのみ、高さデータの比較を行
うことができる。そのため、工具の領域全てにおいて高
さデータを比較する場合と比べると、高さデータを比較
する回数がかなり減っている。ａの方向に移動した場合
を例にとると、３ａでは工具は１２の単位領域で表され
ている。この領域全てで高さデータを比較すると、１２
回の計算が必要になる。しかし、加工予測領域について
のみ高さデータを比較すれば、計算は４回ですむことに
なる。これは、ｃの方向、ｅの方向，及びｇの方向の移
動についても同じである。また、ｂの方向に移動した場
合は、高さデータの比較が１２回から、５回に減ってい
る。これは、ｄの方向、ｆの方向，及びｈの方向の移動
についても同じである。

【００２２】図５では工具を１２の工具分割領域で表し
ているが、実際にはもっと細く分割する。工具を細かく
分割するほど、工具の全ての領域における加工予測領域
のしめる割合は低くなる。そのため、より多くの計算時
間の短縮が図れる。

【００２３】図６は工具が加工物を切削する経路の例を
示す図である。この図は、直線加工での切削経路を表し
ている。工具の切削開始位置が５ａである。工具は５ａ
の位置より加工物６を削り始め５の位置まで切削をす
る。工具が移動するときの工具の中心点の移動軌跡が７
である。

【００２４】図７は、図６のような切削が行われるとき
の、切削の経路を本発明の加工シミュレーション方法に
よって表示した図である。加工物６上における、工具の
切削開始位置５ａ、及び切削終了位置５は図６と同じで
あるため、同一の符号を付す。工具の移動可能な方向
は、４５°間隔の８方向に分割され、その分割された方
向の組み合わせで工具の中心点の移動軌跡を表すと７ａ
のようになる。この移動軌跡７ａを図５で説明した方向
で表すと、ａ−ｂ−ａ−ｂ−ａ−ｂ−ｂ−ｂ−ｂの順の
移動になる。工具が５ａから５まで、７ａの軌跡をたど
りながら加工物を切削したときの、切削された領域が斜
線で表された領域６ａである。そして、最後の移動時に
切削する領域が編み目で示した領域８である。

【００２５】本発明の加工シミュレーション方法では、
加工予測領域においてのみ、工具と加工物の高さを比較
するため、図７の切削された領域６ａにおける、それぞ
れの加工物分割領域での高さの比較は１回ずつしか行わ
れていない。そのため、高さを比較する回数は最小限で
すむ。このように、計算された加工物の形状のデータは
記憶装置に記憶される。そして、その記憶されたデータ
によって、グラフィック表示装置に加工物を３次元で表
示させることができる。

【００２６】上記の例では直線加工を行う場合について
説明しているが、曲線の加工を行う場合にも適用でき
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では加工予
測領域のみで、工具の高さデータと加工物の高さデータ
とを比較するため、比較の回数が最小限におさえられ
る。そのため、加工シミュレーションの高速化が図れ
る。

【００２８】また、加工予測領域を各移動方向ごとに予
め定義しておくことにより、工具の高さデータと加工物
の高さデータとを比較するべき領域を、移動方向からす
ぐに割出すことができる。そのため、いっそうの加工シ
ミュレーションの高速化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工シミュレーション方法によって表
示した工具と加工物の図である。

【図２】本発明を実施するための数値制御装置のハード
ウェアの概略構成図である。

【図３】本発明の加工シミュレーション方法での加工物
の表し方を示す図である。

【図４】本発明の加工シミュレーション方法での工具の
表し方を示す図である。

【図５】工具の加工予測領域の検出方法を示す図であ
る。

【図６】工具が加工物を切削する経路の例を示す図であ
る。

【図７】切削の経路を本発明の加工シミュレーション方
法によって表示した図である。

【符号の説明】

１ 工具 ２ 加工物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グラフィック表示装置に加工状況を表示
   する加工シミュレーション方法において、 加工物の形状を、工具軸に垂直な平面を構成する２つの
   直行軸方向に等間隔で分割した加工物分割領域におけ
   る、加工物の高さデータで表現し、前記加工物の高さデ
   ータを記憶装置の対応する領域に記憶し、 工具の形状を、工具軸に垂直な平面を構成する２つの直
   行軸方向に等間隔で分割した工具分割領域における、工
   具の高さデータで表現し、 加工プログラムに従って工具が移動するときの移動前と
   移動後の領域の違いから、新たに加工する可能性のある
   加工予測領域を、前記工具分割領域単位で検出し、 前記加工予測領域において、前記工具の高さデータと記
   憶された前記加工物の高さデータとを比較して、工具の
   高さが加工物の高さより低い場合には加工が行われると
   判断し、前記加工物の高さデータを前記工具の高さデー
   タに置き換えて、前記記憶装置のデータを更新し、 更新された前記記憶装置のデータによって、前記グラフ
   ィック表示装置に加工物を表示させることを特徴とする
   加工シミュレーション方法。
2. 【請求項２】 前記加工予測領域を前記工具分割領域単
   位で検出する際に、 工具軸に垂直な平面上での工具の移動方向を、４５°間
   隔の８方向に対応させ、前記８方向毎に前記加工予測領
   域を定義して、前記工具の高さデータと前記加工物の高
   さデータを比較して、前記加工物の高さデータを前記工
   具の高さデータに置き換えることを特徴とする請求項１
   記載の加工シミュレーション方法。
3. 【請求項３】 前記加工予測領域を前記工具分割領域単
   位で検出する際に、 工具が工具軸上を加工物方向に移動するときに、前記加
   工予測領域は工具が表現されている全ての領域であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の加工シミュレーション方
   法。