JPH07219612A - 三次元モデル創成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＣＡＤシステムを利用して、製品形状から工
具形状を求めたり、ＮＣデータや工具形状，ワーク形状
から加工後の製品形状を求めたりする。 【構成】 ヘリカルギヤ鍛造用のギヤ金型モデル＜Ｇ１
＞と、そのギヤ金型の捩れ溝を研削する研削砥石の素材
モデル＜Ｔ１＞とをＣＡＤシステムの画面上に再現し、
その砥石素材モデル＜Ｔ１＞を軸心まわりに回転させな
がら、差の論理演算により砥石素材モデル＜Ｔ１＞から
ギヤ金型モデル＜Ｇ１＞との重なり部分を順次除去する
ことにより、研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞を
創成する。加工後の製品形状を求める場合には、ワーク
モデルおよび工具モデルをＣＡＤ画面上に再現し、工具
モデルをＮＣデータに従って移動させながらワークモデ
ルから工具モデルとの重なり部分を除去することによ
り、加工後の製品の三次元モデルを創成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＡＤシステムを用い
て目的とする製品形状から回転工具の形状を求めたり、
加工工具の形状や加工工具とワークとの相対移動軌跡か
ら加工後の製品形状を求めたりする三次元モデル創成法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】歯車など複雑な形状の製品を多量生産す
る手段として鍛造加工が広く行われているが、この鍛造
加工用の金型の製作方法として、例えば特開昭６３−２
１６６３２号公報に記載されているように、目的とする
製品と同一形状の電極を用いる放電加工法がある。この
ような放電加工法によれば、噛合歯が捩じれたヘリカル
ギヤを鍛造加工する金型、すなわち噛合歯に対応する断
面形状の捩れ溝を有する金型についても、容易に製作す
ることができる。図１５は、このような放電加工による
鍛造用金型の製作工程を示す図で、先ず、電極切削用の
ＮＣ（数値制御）データに従ってフライスなどの切削工
具により電極素材に切削加工を行い、目的とするヘリカ
ルギヤと同一形状の電極を製作した後、その電極を用い
て金型素材に放電加工を行うことにより荒加工，中仕上
げを行う。荒加工および中仕上げは、電流値などの加工
条件を変更することにより同じ電極を用いて行うことが
できる。次に、電極研削用のＮＣデータに従って砥石な
どの研削工具により研削仕上げした電極を用いて、上記
中仕上げされた金型に更に放電加工を行うことにより仕
上げ加工を行い、研磨仕上げを施した後に三次元型測定
を行って金型の良否を判定する。

【０００３】一方、上記のようにＮＣデータに従って切
削加工や研削加工を行う場合には、図１６に示すよう
に、作成したＮＣデータに従って予めテスト加工を行
い、目的とする製品形状が得られた場合にはそのまま本
加工を行うが、目的とする製品形状が得られなかった場
合には、ＮＣデータや工具形状を変更して再度テスト加
工を行うようにしているのが普通である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記放
電加工によって金型を製作する場合には、必ずしも高い
仕上げ精度が得られないため、その金型を用いて鍛造し
た製品の精度にも限界があるという問題があった。すな
わち、放電加工の加工精度は良くても１０μｍ程度で、
例えば４μｍ程度以下の高い精度が要求されるヘリカル
ギヤを鍛造加工できるような高精度金型を製作すること
はできないのである。

【０００５】これに対し、砥石などの研削工具によって
金型を直接研削加工すれば高い精度が得られるが、ヘリ
カルギヤ鍛造用金型のように噛合歯に対応する断面形状
の捩れ溝を加工するための工具形状を理論的に求めるこ
とは困難である。すなわち、このような捩れ溝を加工す
る場合、所定の捩れ角となるようにワークを軸方向へ送
りながら軸心まわりに回転させることになるが、溝の断
面形状すなわちヘリカルギヤの噛合歯の断面形状と同じ
断面形状の回転工具を用いると、工具の側面が干渉して
溝幅が大きくなるとともに断面形状も相違してしまうた
め、工具側面の干渉を考慮しなければならず、理論的に
工具形状を求めることが困難なのであり、現状では放電
加工法で金型を製作しているのが実状である。なお、ヘ
リカルギヤそのものを加工するための工具形状について
は、例えば「歯車 第６巻」（仙波正荘著：日刊工業新
聞社発行）の第１７６９頁〜第１７７５頁に記載されて
いる理論式などによって求めることができるため、目的
とするヘリカルギヤと同一形状の放電加工用の電極につ
いては、切削加工や研削加工などにより高い精度で製作
できる。

【０００６】一方、ＮＣデータに従ってテスト加工を行
う場合には、テスト加工用の素材や工具などを用意する
必要があるため、それだけ余分に費用が掛かるととも
に、本加工を行うまでの準備時間が長くなるという問題
があった。

【０００７】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その第１の目的とするところは、前記ヘリカル
ギヤ鍛造用金型のように複雑な形状の製品でも砥石やフ
ライスなどの回転工具で直接加工できるように、目的と
する製品形状に応じて工具形状を容易に求めることがで
きるようにすることであり、第２の目的とするところ
は、テスト加工を行うことなくＮＣデータや工具形状の
良否を判定できるように、それ等のＮＣデータおよび工
具形状に基づいて加工後の製品形状を容易に求めること
ができるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための第１の手段】前記第１の目的を
達成するために、第１発明は、ＣＡＤ(Computer Aided
Design) システムを用いて目的とする製品形状から回転
工具の三次元モデルを創成する方法であって、（ａ）前
記製品形状および前記回転工具の素材形状に関するデー
タを前記ＣＡＤシステムに入力するデータ入力工程と、
（ｂ）そのデータ入力工程で入力された前記製品形状お
よび工具素材形状に関するデータに従って、三次元の製
品モデルおよび工具素材モデルを前記ＣＡＤシステムの
画面上に再現する再現工程と、（ｃ）再現された前記製
品モデルおよび工具素材モデルを加工時と同じ位置関係
としてその工具素材モデルを軸心まわりに回転させなが
ら、その工具素材モデルのうち製品モデルと重なる部分
を論理演算によって順次除去することにより、前記回転
工具の三次元モデルを創成する創成工程とを有すること
を特徴とする。

【０００９】

【第１発明の作用および効果】すなわち、入力データに
従って三次元モデルを再現したり、その三次元モデルを
移動させたり、２つの三次元モデルの重なり部分を論理
演算によって除去したりすることが可能なＣＡＤシステ
ムを利用し、画面上に再現された工具素材モデルおよび
製品モデルを加工時と同じ位置関係として工具素材モデ
ルを軸心まわりに回転させながら、その工具素材モデル
のうち製品モデルと重なる部分を論理演算によって順次
除去することにより、目的とする製品を加工することが
可能な回転工具の三次元モデルを創成するのである。こ
のようにすれば、例えば前記ヘリカルギヤ鍛造用金型の
ようにヘリカルギヤの噛合歯と同じ断面形状の捩れ溝を
研削加工する研削砥石のように、溝の捩れに起因して研
削加工時に砥石側面が干渉する場合でも、その干渉によ
る研削を含めて目的とする製品を加工できる研削砥石の
三次元モデルが創成されるため、工具形状を求めるため
の理論式が確立されていない場合でも、創成された三次
元モデルから容易に工具形状を求めることができる。な
お、工具形状の理論式が確立されている場合でも、本発
明方法によれば複雑な演算を行うことなく容易に工具形
状を求めることができる。

【００１０】

【課題を解決するための第２の手段】前記第２の目的を
達成するために、第２発明は、ＣＡＤシステムを用いて
加工工具によるワーク加工後の製品の三次元モデルを創
成する方法であって、（ａ）前記加工工具の工具形状，
前記ワークの形状，および加工時の相対移動軌跡に関す
るデータを前記ＣＡＤシステムに入力するデータ入力工
程と、（ｂ）そのデータ入力工程で入力された前記工具
形状およびワーク形状に関するデータに従って、三次元
の工具モデルおよびワークモデルを前記ＣＡＤシステム
の画面上に再現する再現工程と、（ｃ）再現された前記
工具モデルおよびワークモデルを、前記加工時の相対移
動軌跡に関するデータに従って相対移動させながら、そ
のワークモデルのうち工具モデルと重なる部分を論理演
算によって順次除去することにより、加工後の製品の三
次元モデルを創成する創成工程とを有することを特徴と
する。

【００１１】

【第２発明の作用および効果】かかる第２発明は、ＣＡ
Ｄシステムによって処理する対象物が異なるだけで実質
的に前記第１発明と同じであり、画面上に再現された工
具モデルおよびワークモデルを、加工時の相対移動軌跡
に関するデータすなわち予め作成されたＮＣデータなど
に従って相対移動させながら、そのワークモデルのうち
工具モデルと重なる部分を論理演算によって順次除去す
ることにより、加工後の製品の三次元モデルを創成する
のである。したがって、この創成された三次元モデルと
目的とする製品形状とを比較することにより、ＮＣデー
タなどの相対移動軌跡に関するデータや工具形状の良否
を判定でき、実際に加工工具やワーク素材を用いてテス
ト加工を行う場合に比較して、経費や時間を大幅に節減
できる。また、相対移動軌跡や加工工具をそのまま用い
て本加工を行う場合には、上記三次元モデルから加工後
の製品の加工残し形状などを把握できるため、仕上げ加
工などを効果的に行い得るようになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明方法を好適に実施できるＣ
ＡＤシステムの一例を説明するブロック線図で、このＣ
ＡＤシステム１０は、データバスラインで接続された中
央演算処理装置１２，ＲＯＭなどの主記憶装置１４，Ｒ
ＡＭなどの補助記憶装置１６を備えており、中央演算処
理装置１２は、補助記憶装置１６の一時記憶機能などを
利用しつつ主記憶装置１４に予め記憶されたプログラム
に従って、三次元モデルの作成，拡大，縮小，修正，移
動，回転や、三次元モデルの和，差，積などの論理演
算、三次元モデルの所定部分における断面形状の演算な
ど、種々の演算処理を行うようになっている。表示装置
１８はブラウン管や液晶パネルなどの画像表示を行うも
ので、上記三次元モデルやオペレータが処理内容を容易
に選択できるようにする選択メニューなどが表示され、
オペレータはキーボード２０，タブレット２２，ダイヤ
ル２４などの入力装置を用いて、三次元モデルの作成に
必要なデータや三次元モデルを移動させるＮＣデータな
どを入力したり、三次元モデルを拡大，縮小，修正，移
動，回転させたり、和，差，積などの論理演算を行わせ
たり、表示装置１８に表示された選択メニューから所望
するメニューを選択したりするなど、種々の操作を行う
ことができる。また、プリンター２６は、表示装置１８
の表示内容や演算処理によって求められたＮＣデータな
どを印刷するためのもので、紙テープパンチャー２８
は、工作機械などで用いる形でＮＣデータを打ち出すた
めのものであり、ネットワークコントローラ３０は、ワ
ークステーションや工作機械などと接続されて情報伝達
を行うためのものである。

【００１３】図２は、上記ＣＡＤシステム１０によって
行われる三次元モデルの基本作成機能を説明する図で、
例えば直方体の場合には縦，横，高さ、円柱の場合には
直径，高さ、円錐台の場合には底面直径，上面直径，高
さ、球の場合には直径に関するデータを入力することに
より、それ等の三次元モデルを容易に作成できるように
なっている。また、平面形状に関するデータと高さを入
力することにより、平面形状を高さ方向へ平行移動させ
た三次元モデルを作成できるし、断面形状に関するデー
タと中心線からの距離を入力することにより、中心線ま
わりに回転させた三次元モデルを作成することもでき
る。この他、外歯のヘリカルギヤについては、例えば外
径，ピッチ径，谷径，捩れ角，モジュール，歯数，歯
厚，インボリュート等の歯形など、ヘリカルギヤ形状の
作成に必要な予め定められた所定の諸元データを入力
し、ヘリカルギヤの二次元形状の点群，曲線を求めると
ともに、その二次元形状を軸心方向へ移動させるととも
に上記捩れ角で捩れるように軸心まわりに回転させるこ
とにより、ヘリカルギヤの三次元モデルを作成できるな
ど、所望する種々の形状の三次元モデルを作成できる。

【００１４】図３は、作成した三次元モデルを修正する
機能を説明する図で、リブの取り付け位置に関する修正
データを入力することにより、その修正データに基づい
て新たな三次元モデルを作成できる。これはあくまでも
一例で、他の三次元モデルについても修正データを入力
することにより、容易に三次元モデルを修正できるよう
になっている。図４は、三次元モデルの和，差，積を論
理演算によって求める機能を説明する図で、この例は円
柱（Ａ）の三次元モデルと円錐台（Ｂ）の三次元モデル
とが部分的に重なっている場合であり、和（Ａ＋Ｂ）の
論理演算では両三次元モデルの少なくとも一方を含む部
分から成る三次元モデルを作成する。差の論理演算は、
２つの三次元モデルの一方から他方と重なる部分を除去
した三次元モデルを作成するもので、差（Ａ−Ｂ）は円
柱（Ａ）から円錐台（Ｂ）の重なり部分を除去した三次
元モデルを作成し、差（Ｂ−Ａ）は円錐台（Ｂ）から円
柱（Ａ）の重なり部分を除去した三次元モデルを作成す
る。また、積（Ａ×Ｂ）の論理演算では、両三次元モデ
ルの重なり部分の三次元モデルを作成する。

【００１５】次に、このようなＣＡＤシステム１０を用
いて、ヘリカルギヤ鍛造用金型を研削加工するための砥
石の三次元モデルを第１発明に従って創成する手順を、
図５のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ
１では、目的とする製品形状に関するデータ、すなわち
ヘリカルギヤ鍛造用金型の形状データであって、具体的
には空間となるヘリカルギヤに関する形状データおよび
金型の外形状に関するデータを、キーボード２０等によ
り入力する。ヘリカルギヤに関する形状データとして
は、例えば外径やピッチ径，谷径，捩れ角，モジュー
ル，歯数，歯厚，インボリュート歯形など、予め定めら
れた所定の諸元データを入力し、金型の外形状に関する
データとしては、円柱などの基本形状に関する情報およ
びその大きさを表す直径や厚さなどの各部の寸法に関す
るデータを入力する。ステップＳ２〜Ｓ４では、キーボ
ード２０等の操作により上記ヘリカルギヤに関する形状
データに従ってヘリカルギヤの二次元形状の点群を求め
るとともに、その点群を曲線で結んだ二次元形状を求
め、更にその二次元形状を軸心方向へ移動させるととも
に上記捩れ角で捩れるように軸心まわりに回転させるこ
とにより、ヘリカルギヤの三次元モデルを作成する。ま
た、ステップＳ５では、金型の外形状に関するデータに
従って、前記三次元モデルの基本作成機能を用いて円盤
形状等の金型外形状の三次元モデルを作成する。上記ヘ
リカルギヤに関する点群，二次元形状，三次元モデル
や、金型外形状の三次元モデルは、何れも前記表示装置
１８の画面上に表示される。そして、ステップＳ６で
は、表示装置１８を見ながらタブレット２２などを操作
して、ステップＳ４で作成したヘリカルギヤ三次元モデ
ルとステップＳ５で作成した金型外形状三次元モデルと
を同心に重ね合わせ、金型外形状三次元モデルからヘリ
カルギヤ部分を前記差の論理演算によって除去すること
により、例えば図６（ａ）に示されているようなヘリカ
ルギヤ鍛造用金型を表す三次元のギヤ金型モデル＜Ｇ１
＞を作成する。このギヤ金型モデル＜Ｇ１＞は三次元の
製品モデルに相当する。上記ステップＳ１は製品形状に
関するデータ入力工程で、ステップＳ２〜Ｓ６は製品形
状に関する再現工程である。

【００１６】次のステップＳ７では、上記ヘリカルギヤ
鍛造用金型を研削加工する回転工具としての砥石の素材
形状に関するデータ、すなわち円柱形状である旨と径寸
法および厚さ寸法に関する形状データをキーボード２０
等により入力する。また、ステップＳ８では、前記三次
元モデルの基本作成機能を用いて上記形状データから例
えば図６の（ａ）に示されているような円盤形状を成す
三次元の砥石素材モデル＜Ｔ１＞を作成する。この砥石
素材モデル＜Ｔ１＞は三次元の工具素材モデルであり、
表示装置１８の画面上に表示される。上記ステップＳ７
は回転工具の素材形状に関するデータ入力工程で、ステ
ップＳ８は工具素材形状に関する再現工程である。

【００１７】次のステップＳ９では、表示装置１８を見
ながらタブレット２２などを操作して、上記ギヤ金型モ
デル＜Ｇ１＞と砥石素材モデル＜Ｔ１＞とを、実際に金
型を研削加工する時の位置関係に配置する。この位置関
係は、図６の（ａ）に示されているように、砥石素材モ
デル＜Ｔ１＞の軸心がギヤ金型モデル＜Ｇ１＞の捩れ溝
に対して直角となり、且つ砥石素材モデル＜Ｔ１＞の外
周部が捩れ溝の溝底に達するように定められ、砥石素材
モデル＜Ｔ１＞の外周部の一部はギヤ金型モデル＜Ｇ１
＞と重なる。そして、ステップＳ１０では、キーボード
２０のキー操作などにより砥石素材モデル＜Ｔ１＞から
ギヤ金型モデル＜Ｇ１＞と重なっているいる部分を差の
論理演算によって除去し、ステップＳ１１では砥石素材
モデル＜Ｔ１＞が軸心まわりに３６０°回転したか否か
を判断する。３６０°回転していない場合には、ステッ
プＳ１２でダイヤル２４を回転操作するなどして砥石素
材モデル＜Ｔ１＞を軸心まわりに１°回転させた後、上
記ステップＳ１０を繰り返し実行してギヤ金型モデル＜
Ｇ１＞との重なり部分を順次除去する。ステップＳ１０
以下を繰り返し実行することにより砥石素材モデル＜Ｔ
１＞が３６０°回転すると、その砥石素材モデル＜Ｔ１
＞はギヤ金型モデル＜Ｇ１＞との重なり部分がすべて除
去され、図６の（ｂ）に示されているように外周部が薄
肉の研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞が創成され
る。図７は、このような研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１
−Ｇ１＞の外周部断面形状の一例であり、その幅寸法は
ギヤ金型モデル＜Ｇ１＞における捩れ溝の幅より狭い。
上記ステップＳ９〜ステップＳ１２は創成工程である。

【００１８】ここで、上記研削砥石の三次元モデル＜Ｔ
１−Ｇ１＞は、目的とするヘリカルギヤ鍛造用金型と干
渉する部分が総て除去されているため、この三次元モデ
ル＜Ｔ１−Ｇ１＞と同一形状の研削砥石を用いて、リン
グ形状の金型素材を軸心方向へ移動させながら軸心まわ
りに回転させ、金型素材内周面に研削加工を行えば、金
型素材の回転すなわち研削加工する捩れ溝の捩れに起因
して砥石側面で干渉研削する部分を含めて、目的とする
形状の捩れ溝、具体的にはステップＳ６で求めたギヤ金
型モデル＜Ｇ１＞の捩れ溝と略同一形状の捩れ溝を研削
加工できる。

【００１９】なお、本実施例では砥石素材モデル＜Ｔ１
＞を軸心まわりに３６０°回転させているが、研削砥石
の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞は軸心まわりの全周に亘
って同一形状であるため、例えばステップＳ９の初期位
置においてギヤ金型モデル＜Ｇ１＞と干渉すなわち重な
りが生じている角度範囲だけ、砥石素材モデル＜Ｔ１＞
を軸心まわりに回転させながらギヤ金型モデル＜Ｇ１＞
との重なり部分を順次除去すれば、その除去処理を行っ
た中心位置では研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞
の軸心を含む断面形状と同じ断面形状となる。したがっ
て、研削砥石の断面形状を求めるだけであれば、その段
階で三次元モデルの創成を中止しても良く、第１発明の
創成工程は、このように一部の断面形状が研削砥石の三
次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞と一致する三次元モデルを創
成するような実施態様を含む。その場合でも、前記三次
元モデルの基本作成機能を利用することにより、その断
面形状を中心線（砥石軸心）まわりに回転させて完全な
研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞を作成すること
が可能である。

【００２０】上記研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１
＞が創成されてステップＳ１１の判断がＹＥＳになる
と、次のステップＳ１３において、タブレット２２など
を操作して三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞の軸心を含む断
面形状（二次元）を求める。この断面形状は前記図７の
ようなものであり、ステップＳ１４では、このような断
面形状となるようにダイヤモンドドレッサなどの整形工
具で砥石素材を整形するために、その整形工具を砥石素
材に対して相対移動させる移動軌跡を表す砥石整形用Ｎ
Ｃデータを作成する。

【００２１】このように、本実施例の三次元モデル創成
法によれば、ヘリカルギヤの噛合歯と同じ断面形状の捩
れ溝を研削加工する研削砥石の三次元モデル、すなわち
溝の捩れに起因して研削加工時に砥石側面が干渉する場
合に、その干渉による研削を含めて目的とする捩れ溝を
加工できる研削砥石の三次元モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞が創
成されるため、工具形状を求めるための理論式が確立さ
れていない場合でも、創成された三次元モデル＜Ｔ１−
Ｇ１＞から容易に工具形状を求めることができる。した
がって、ヘリカルギヤ鍛造用金型の製作に際して、例え
ば図８に示すように、前記ステップＳ１４で作成した砥
石整形用ＮＣデータに従って整形工具により研削砥石を
整形し、予め放電加工により中仕上げされた金型の捩れ
溝をその研削砥石により仕上げ研削することが可能とな
り、図１５のように放電加工で仕上げ加工を行う場合に
比較して金型の仕上げ精度が大幅に向上し、高精度のヘ
リカルギヤを鍛造加工によって多量生産できるようにな
る。研削砥石による金型の仕上げ研削は、予め作成され
た金型研削用ＮＣデータに従って行われる。

【００２２】なお、上例ではヘリカルギヤ鍛造用金型の
捩れ溝を研削加工する研削砥石の三次元モデルを創成す
る場合について説明したが、このヘリカルギヤ鍛造用金
型を荒加工したり中仕上げしたりする放電加工用のギヤ
電極を切削加工する回転切削工具、例えばフライスの切
れ刃形状についても、図９に示すように上記実施例と略
同様にして求めることができる。図９のステップＳＳ１
ではギヤ電極の形状すなわちヘリカルギヤに関する形状
データを入力し、ステップＳＳ２〜ＳＳ４では、前記ス
テップＳ２〜Ｓ４と同様にして三次元のギヤ電極モデル
＜Ｇ２＞を作成する。また、ステップＳＳ５およびＳＳ
６では、ステップＳ７およびＳ８と同様にして三次元の
工具素材モデル＜Ｔ２＞を作成し、ステップＳＳ７では
ステップＳ９と同様にして、図１０の（ａ）に示されて
いるように工具素材モデル＜Ｔ２＞とギヤ電極モデル＜
Ｇ２＞とを加工位置関係に配置する。その後、ステップ
ＳＳ８〜ＳＳ１０では、ステップＳ１０〜Ｓ１２と同様
に工具素材モデル＜Ｔ２＞を軸心まわりに１°ずつ回転
させながらギヤ電極モデル＜Ｇ２＞との重なり部分を差
の論理演算によって順次除去し、これにより、図１０の
（ｂ）に示されているような回転切削工具の三次元モデ
ル＜Ｔ２−Ｇ２＞が創成される。この三次元モデル＜Ｔ
２−Ｇ２＞は、放電加工用ギヤ電極の歯溝を切削加工で
きる回転切削工具の切れ刃の回転軌跡形状である。次の
ステップＳＳ１１では、その三次元モデル＜Ｔ２−Ｇ２
＞の軸心を含む断面形状を求め、軸心まわりに回転駆動
されることによりこのような断面形状が得られるように
１枚または複数枚の切れ刃の形状を定めれば、目的とす
るギヤ電極の歯溝を切削加工できる回転切削工具が得ら
れる。

【００２３】このように、工具形状の理論式が確立され
ている場合でも、ヘリカルギヤの諸元などに基づいて面
倒な演算を行うことなく、容易に回転切削工具の切れ刃
形状を求めることができる。また、本発明方法によれ
ば、理論式が確立されているインボリュート歯形以外の
歯形や、インボリュート歯形にクラウニング等の修整を
施した修整歯形など、種々の歯形のヘリカルギヤを切削
或いは研削加工する回転工具についても、その三次元モ
デルを容易に創成でき、切れ刃形状や砥石の断面形状を
容易に求めることができる。このことは、前記実施例の
ヘリカルギヤ鍛造用金型を研削加工する研削砥石の三次
元モデルを創成する場合についても同様である。

【００２４】本実施例では、ステップＳＳ１，ＳＳ５が
データ入力工程で、ステップＳＳ２〜ＳＳ４，ＳＳ６が
再現工程で、ＳＳ７〜ＳＳ１０が創成工程である。ま
た、ギヤ電極モデル＜Ｇ２＞は三次元の製品モデルに相
当する。

【００２５】ここで、上記実施例ではオペレータがＣＡ
Ｄシステム１０を操作して回転工具の三次元モデルを創
成するようになっているが、製品形状や回転工具の素材
形状に関するデータ、加工時の位置関係に関するデータ
などを入力するだけで、後はプログラムに従って自動で
回転工具の三次元モデルが創成されるようにすることも
できる。特に、ステップＳ１０〜Ｓ１２、ＳＳ８〜ＳＳ
１０ついては、自動化を図ることによりオペレータの作
業を大幅に軽減できるとともに、処理時間を短縮でき
る。

【００２６】また、前記実施例では製品形状に関するデ
ータの入力と回転工具の素材形状に関するデータの入力
とを別々に行うようになっていたが、それ等のデータを
一緒に入力するようにしても良い。

【００２７】また、上記実施例では外歯のヘリカルギヤ
を鍛造加工する場合について説明したが、内歯のヘリカ
ルギヤを鍛造加工する場合についても本発明は同様に適
用され得るし、前記第２実施例によって創成した回転切
削工具は、放電加工用のギヤ電極のみならず、ヘリカル
ギヤを直接切削加工する場合にも使用できる。ヘリカル
ギヤやヘリカルギヤ鍛造用金型など、外周面や内周面す
なわち円筒面に一定の断面形状の捩れ溝を加工する回転
工具の断面形状を求める場合に本発明は特に有効であ
る。

【００２８】また、前記第１実施例では研削砥石、第２
実施例では回転切削工具の三次元モデルを創成する場合
について説明したが、第１実施例で創成した三次元モデ
ルから鍛造用金型を切削加工するフライス等の切削工具
の切れ刃形状を設定することもできるし、第２実施例で
創成した三次元モデルからギヤ電極を研削加工する研削
砥石の断面形状を設定することもできる。

【００２９】また、前記実施例では回転工具を軸心まわ
りに１°ずつ回転させて差の論理演算を行うようにして
いたが、この回転角度は適宜変更でき、予め定められた
所定角度ずつ回転させるようにすれば良い。

【００３０】また、前記図８では、放電加工によって鍛
造用金型を荒加工，中仕上げするようになっていたが、
前記研削砥石と同様にして切れ刃形状が求められる回転
切削工具を用いて、リング状の金型素材に切削加工を行
うようにしても良いし、最初から研削砥石を用いて研削
加工を行うことにより鍛造用金型を製作することもでき
るなど、金型の製作方法については適宜変更できる。

【００３１】その他一々例示はしないが、第１発明は当
業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で
実施することができる。

【００３２】次に、前記ＣＡＤシステム１０を用いて、
所定の加工工具によるワーク加工後の製品の三次元モデ
ルを第２発明に従って創成する手順を、図１１のフロー
チャートを参照して説明する。ステップＲ１で加工工具
の形状データを前記キーボード２０等により入力した
後、ステップＲ２でその形状データに従って三次元の工
具モデル＜Ｋ１＞を表示装置１８の画面上に再現する。
図１２（ａ）の工具モデル＜Ｋ１＞は、加工工具がボー
ルエンドミルの場合の一例で、このように軸心まわりに
回転駆動される加工工具については、切削加工を行う切
れ刃の回転軌跡形状が再現されれば良く、ステップＲ１
では円柱および球などの基本形状に関する情報とその大
きさを表す直径などの寸法に関するデータを入力すれば
良い。また、ステップＲ２では、前記三次元モデルの基
本作成機能を利用することにより、上記形状データに従
って工具モデル＜Ｋ１＞を容易に作成できる。上記ステ
ップＲ１は加工工具に関するデータ入力工程で、ステッ
プＲ２は加工工具に関する再現工程である。

【００３３】次のステップＲ３では、上記加工工具によ
って加工が為されるワークの形状に関するデータをキー
ボード２０等により入力し、ステップＲ４では、そのワ
ーク形状に関するデータに従って三次元のワークモデル
＜Ｗ１＞を表示装置１８の画面上に再現する。図１２
（ａ）のワークモデル＜Ｗ１＞は一例で、このように直
方体形状のワークの場合には、ステップＲ３では直方体
である旨の情報とその大きさを表す寸法データを入力
し、ステップＲ４では前記三次元モデルの基本作成機能
を利用してワークモデル＜Ｗ１＞を作成すれば良い。上
記ステップＲ３はワーク形状に関するデータ入力工程
で、ステップＲ４はワークに関する再現工程である。

【００３４】ステップＲ５は、加工時の相対移動軌跡に
関するデータ入力工程で、上記加工工具による加工位置
を所定のサイクルタイム毎に定めたＮＣデータを、キー
ボード２０等の入力装置を用いて入力する。そして、ス
テップＲ６では、ＮＣデータの最初の加工位置へ工具モ
デル＜Ｋ１＞を移動し、ステップＲ７では、キーボード
２０のキー操作などによりワークモデル＜Ｗ１＞から工
具モデル＜Ｋ１＞と重なっている部分を差の論理演算に
よって除去する。ステップＲ８では、工具モデル＜Ｋ１
＞を移動させるＮＣデータが総て終了したか否かを判断
し、ＮＣデータが残っている場合には、ステップＲ９で
キーボード２０のキー操作などによりＮＣデータに従っ
て工具モデル＜Ｋ１＞を次の加工位置へ移動し、ステッ
プＲ７を繰り返し実行してワークモデル＜Ｗ１＞から工
具モデル＜Ｋ１＞との重なり部分を順次除去する。これ
により、例えば図１２の（ｂ）に示されているように、
工具モデル＜Ｋ１＞による加工後の製品の三次元モデル
＜Ｗ１−Ｋ１＞が創成される。上記ステップＲ６〜Ｒ９
は創成工程である。

【００３５】このように、本実施例の三次元モデル創成
法によれば、工具モデル＜Ｋ１＞およびワークモデル＜
Ｗ１＞を加工時のＮＣデータに従って相対移動させなが
ら、そのワークモデル＜Ｗ１＞のうち工具モデル＜Ｋ１
＞と重なる部分を論理演算によって順次除去することに
より、加工後の製品の三次元モデル＜Ｗ１−Ｋ１＞が創
成される。したがって、この創成された三次元モデル＜
Ｗ１−Ｋ１＞と目的とする製品形状とを比較することに
より、ＮＣデータや工具形状の良否を判定でき、図１３
に示されているように上記三次元モデル創成法を用いた
加工シミュレーションを行うだけで本加工を実施するこ
とが可能で、実際に加工工具やワーク素材を用いてテス
ト加工を行う場合に比較して経費や時間を大幅に節減で
きる。また、ＮＣデータや加工工具をそのまま用いて本
加工を行う場合には、加工後の製品の加工残し形状など
を把握でき、仕上げ加工などを効果的に行い得るように
なる。

【００３６】なお、上記実施例ではボールエンドミルで
加工を行う場合について説明したが、加工工具の種類や
形状、ワークの形状は適宜変更され得る。例えば前記第
１実施例で創成した研削工具モデル＜Ｔ１−Ｇ１＞によ
って目的とするヘリカルギヤ鍛造用金型、すなわち前記
ギヤ金型モデル＜Ｇ１＞を加工できるか否かを、上記三
次元モデル創成法によって判定することもできる。すな
わち、図１４に示すように、研削工具モデル＜Ｔ１−Ｇ
１＞を工具モデル＜Ｋ２＞として再現するとともに、リ
ング形状の金型素材をワークモデル＜Ｗ２＞として再現
し、それ等を実際の研削加工時の相対移動軌跡に従って
相対移動させながら、ワークモデル＜Ｗ２＞から工具モ
デル＜Ｋ２＞との重なり部分を順次除去することによ
り、研削加工後の捩れ溝を有する製品の三次元モデルを
創成し、ギヤ金型モデル＜Ｇ１＞の溝形状と比較して良
否を判定するのである。この場合に、捩れ溝の断面形状
は何処でも同じであるため、断面形状だけについて判定
するのであれば、総ての捩れ溝を創成する必要はなく、
工具モデル＜Ｋ２＞との干渉すなわち重なりが終了した
捩れ溝が一部でも創成されれば、その段階で加工後の製
品の三次元モデルの創成を中止しても良く、第２発明の
創成工程は、このような実施態様を含む。

【００３７】また、上記実施例では加工後の製品の三次
元モデル＜Ｗ１−Ｋ１＞を創成するだけであったが、例
えば加工後の製品の形状に関するデータを入力してその
三次元モデルを再現し、創成された三次元モデル＜Ｗ１
−Ｋ１＞との違いを差の論理演算によって求めれば、加
工工具の形状やＮＣデータの良否，不良箇所などを容易
に判定できる。差の論理演算の結果から良否の判定が自
動で行われるようにプログラムしておくことも可能であ
る。

【００３８】また、上記実施例ではオペレータがＣＡＤ
システム１０を操作して差の論理演算を行わせたり工具
モデル＜Ｋ１＞を次の加工位置へ移動させたりしていた
が、前記ステップＲ７〜Ｒ９が予め定められたプログラ
ムに従って自動で行われるようにすることもできる。

【００３９】また、前記実施例では加工工具やワークの
形状データ、工具移動軌跡に関するデータをそれぞれ別
々に入力するようになっていたが、それ等のデータを一
緒に入力するようにしても良い。

【００４０】その他一々例示はしないが、第２発明は当
業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で
実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を好適に実施できるＣＡＤシステムの一
例を説明するブロック線図である。

【図２】図１のＣＡＤシステムが備えている三次元モデ
ルの基本作成機能を説明する図である。

【図３】図１のＣＡＤシステムが備えている三次元モデ
ルの修正機能を説明する図である。

【図４】図１のＣＡＤシステムが備えている三次元モデ
ルの和，差，積に関する論理演算機能を説明する図であ
る。

【図５】図１のＣＡＤシステムを用いてギヤ金型を研削
加工する研削砥石の三次元モデルを第１発明に従って創
成する際の手順の一例を説明するフローチャートであ
る。

【図６】図５のフローチャートに従って研削砥石の三次
元モデルを創成する際にＣＡＤ画面上に表示される三次
元モデルの一例で、（ａ）はステップＳ９の状態で、
（ｂ）はステップＳ１１の判断がＹＥＳとなった時の状
態である。

【図７】図５のフローチャートに従って創成された研削
砥石の三次元モデルの軸心を含む断面における外周部形
状の一例を示す図である。

【図８】ヘリカルギヤ鍛造用金型の製作工程の一例を説
明するブロック線図で、図５のフローチャートに従って
求めた砥石整形用ＮＣデータに従って整形した研削砥石
を用いて金型を研削仕上げする場合である。

【図９】図１のＣＡＤシステムを用いて放電加工用のギ
ヤ電極を切削加工する回転切削工具の三次元モデルを第
１発明に従って創成する際の手順の一例を説明するフロ
ーチャートである。

【図１０】図９のフローチャートに従って回転切削工具
の三次元モデルを創成する際にＣＡＤ画面上に表示され
る三次元モデルの一例で、（ａ）はステップＳＳ７の状
態で、（ｂ）はステップＳＳ９の判断がＹＥＳとなった
時の状態である。

【図１１】図１のＣＡＤシステムを用いて加工工具によ
るワーク加工後の製品の三次元モデルを第２発明に従っ
て創成する際の手順の一例を説明するフローチャートで
ある。

【図１２】図１１のフローチャートに従って加工後の製
品の三次元モデルを創成する際にＣＡＤ画面上に表示さ
れる三次元モデルの一例で、（ａ）はステップＲ４の状
態で、（ｂ）はステップＲ８の判断がＹＥＳとなった時
の状態である。

【図１３】ＮＣデータの作成から本加工までの手順の一
例を説明するブロック線図で、第２発明の三次元モデル
創成法を利用して加工シミュレーションを行うことによ
りテスト加工を不要とした場合である。

【図１４】図１１のフローチャートに従って加工後の製
品の三次元モデルを創成する別の例を説明する図で、ヘ
リカルギヤ鍛造用金型を製作するために研削砥石によっ
てリング状の金型素材に捩れ溝を加工する場合のＣＡＤ
画面上の三次元モデルを示す図である。

【図１５】ヘリカルギヤ鍛造用金型の製作工程の一例を
説明するブロック線図で、放電加工によって金型の仕上
げ加工を行う場合である。

【図１６】ＮＣデータの作成から本加工までの手順の一
例を説明するブロック線図で、テスト加工を行ってＮＣ
データや工具形状の良否を判定する場合である。

【符号の説明】

１０：ＣＡＤシステム １８：表示装置 Ｔ１：砥石素材モデル（工具素材モデル） Ｇ１：ギヤ金型モデル（製品モデル） Ｔ１−Ｇ１：研削砥石（回転工具）の三次元モデル Ｔ２：工具素材モデル Ｇ２：ギヤ電極モデル（製品モデル） Ｔ２−Ｇ２：回転工具の三次元モデル Ｋ１，Ｋ２：工具モデル Ｗ１，Ｗ２：ワークモデル Ｗ１−Ｋ１：加工後の製品の三次元モデル Ｓ１，Ｓ７：データ入力工程（第１発明） Ｓ２〜Ｓ６，Ｓ８：再現工程（第１発明） Ｓ９〜Ｓ１２：創成工程（第１発明） ＳＳ１，ＳＳ５：データ入力工程（第１発明） ＳＳ２〜ＳＳ４，ＳＳ６：再現工程（第１発明） ＳＳ７〜ＳＳ１０：創成工程（第１発明） Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５：データ入力工程（第２発明） Ｒ２，Ｒ４：再現工程（第２発明） Ｒ６〜Ｒ９：創成工程（第２発明）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｑ 15/00 ３０３ Ｚ Ｇ０６Ｆ 17/50

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＡＤシステムを用いて目的とする製品
   形状から回転工具の三次元モデルを創成する方法であっ
   て、 前記製品形状および前記回転工具の素材形状に関するデ
   ータを前記ＣＡＤシステムに入力するデータ入力工程
   と、 該データ入力工程で入力された前記製品形状および工具
   素材形状に関するデータに従って、三次元の製品モデル
   および工具素材モデルを前記ＣＡＤシステムの画面上に
   再現する再現工程と、 再現された前記製品モデルおよび工具素材モデルを加工
   時と同じ位置関係として該工具素材モデルを軸心まわり
   に回転させながら、該工具素材モデルのうち該製品モデ
   ルと重なる部分を論理演算によって順次除去することに
   より、前記回転工具の三次元モデルを創成する創成工程
   とを有することを特徴とする三次元モデル創成法。
2. 【請求項２】 ＣＡＤシステムを用いて加工工具による
   ワーク加工後の製品の三次元モデルを創成する方法であ
   って、 前記加工工具の工具形状，前記ワークの形状，および加
   工時の相対移動軌跡に関するデータを前記ＣＡＤシステ
   ムに入力するデータ入力工程と、 該データ入力工程で入力された前記工具形状およびワー
   ク形状に関するデータに従って、三次元の工具モデルお
   よびワークモデルを前記ＣＡＤシステムの画面上に再現
   する再現工程と、 再現された前記工具モデルおよびワークモデルを、前記
   加工時の相対移動軌跡に関するデータに従って相対移動
   させながら、該ワークモデルのうち該工具モデルと重な
   る部分を論理演算によって順次除去することにより、加
   工後の製品の三次元モデルを創成する創成工程とを有す
   ることを特徴とする三次元モデル創成法。