JPH10124129A

JPH10124129A - 切削加工機の数値制御データ作成装置及び作成方法並びに記録媒体

Info

Publication number: JPH10124129A
Application number: JP9221412A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ogino; 利浩荻野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】工具の負荷が大きいため、工具の短寿命化と
切削速度の抑制による加工時間の増大を生じる。【解決手段】被切削物上の加工面６を指定した後、工
具動作の基本となる前記被切削物に対して常にダウンカ
ット切削になる方向に円運動８を描く基本加工経路を形
成し、次いで前記指定した加工面６からオフセット面１
１を形成し、さらに基本工具経路データ１２を前記オフ
セット面１１に投影して、その投影された座標上の経路
データ１２ａを工具の大きさに応じた所定の値だけシフ
トさせて工具加工経路(ＮＣデータ)を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＡＤ技術、ＣＡ
Ｍ技術による自動加工機能を備えた切削加工機の数値制
御データ（以下、ＮＣデータと呼ぶ）作成に係り、特
に、金型をはじめとする被切削物の自由曲面、すなわち
任意の三次元曲面に対して加工を施すためのＮＣデータ
を作成するうえで、加工効率の向上を図った切削加工機
のＮＣデータ作成装置及び方法並びに記録媒体に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにＣＡＤ（Computer Aided D
esign）は、複雑な機械部品や装置をコンピュータを用
いて自動設計する技術であり、ＣＡＭ（Computer Aided
Manufacturing）は、ＮＣ工作機械の制御用テープ、つ
まりＮＣデータを作成するに際し、ＣＡＤによってコン
ピュータ内に記憶されたデータを利用してＮＣデータを
作成するものであるが、近年、金型設計等においては、
これらＣＡＤ技術、ＣＡＭ技術によるＮＣ自動加工技術
の進展が著しい。

【０００３】一般に、この種のＮＣデータ作成装置は、
システム化された装置全体の制御を司るＣＰＵ、ＣＰＵ
を制御するプログラムを格納しているＲＯＭや、ＣＰＵ
による装置の制御を補助するとともに必要なデータを格
納するＲＡＭ等を含む記憶装置、入力装置及び表示装置
により構成されており、従来では大要次のようなプロセ
スを経て、前記自由曲面を加工するためのＮＣデータを
作成していた。

【０００４】すなわち、入力装置を操作して、その加工
作業に使用する切削工具の種類や、被切削物の材質等の
ファクターを記憶装置内に記憶されている切削工具デー
タから指定することにより、必要なデータを定義した
後、記憶装置にデータベースとして蓄えられている図形
ファイルの中から加工の対象となる図形を選択すること
で加工の対象となる加工面(自由曲面)のデータを選択
し、選択された自由曲面データに基づき、加工する自由
曲面のＮＣデータを作成していた。

【０００５】図１２は、加工面である自由曲面２０を加
工する場合の従来の一例を示している。この図に示すよ
うに、従来例によって作成されたＮＣデータ２１は、Ｘ
Ｙ平面に沿う姿勢で配置された自由曲面(加工面)に対し
て、切削工具２２を直線補間により往復運動させて加工
する形態とされていた。なお、ここで言う直線補間と
は、与えられた２点間を被加工面に投影した直線経路に
沿った点群で近似することを意味している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例によって作
成されたＮＣデータ２１によれば、図１２の矢印ａで示
す往路では、被切削物に対してダウンカットとなるが、
矢印ｂで示す復路ではアップカットとなる。

【０００７】ここで、ダウンカットとは図１３(Ａ)に示
すように、工具２２の回転方向順方向が被切削物２３の
未加工面２４から既加工面２５へ切削幅方向に切り込む
方向となる切削形態を意味し、アップカットとは図１３
(Ｂ)に示すように、工具２２の回転方向順方向が既加工
面２５から未加工面２４へ切削幅方向に削り上げる方向
となる切削形態を意味する。これらの図から明らかなよ
うに、ダウンカットの場合、切削時に被切削物２３から
発生する切り粉２６は未加工面２５から外部に排出され
るのに対し、アップカットの場合、切り粉２６は工具２
２の回転方向に引きずり込まれる危険性が高い。

【０００８】したがって、従来例のＮＣデータ２１によ
る加工方法では、工具２２の往路はダウンカットとなる
ので問題はないが、復路では、工具２２と被切削面間に
噛み込んだ切り粉２６が、工具２２の刃を破損させて、
該工具２２の消耗を早めるという問題点があった。

【０００９】また、従来例では、工具２２による被切削
物２３の切削量は、図１４に示すように、工具直径Ｄと
工具移動量(ピッチ)Ｐと切り込み深さとの積となる、つ
まり、切削量は工具直径Ｄに関わる値となるため、必然
的に大きくなる。このため、加工時に、工具２２の切削
送り速度と、工具２２を回転させる主軸の回転数を上げ
ることが困難であり、その結果、多大な加工時間を要し
ていた。

【００１０】以上要するに、上記図１２に示した従来例
では、工具の負荷が大きいため、工具の短寿命化と切削
速度の抑制による加工時間の増大を生じる。また、図１
５に示すように、工具２２の往復運動において、往路と
復路の間に工具幅では補えないギャップが生じるため、
その部分が未加工または不完全な加工のまま筋２７とな
って残存し、仕上げ精度に問題を残すものであった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る切削加工機
のＮＣデータ作成装置は、上記のような問題点に鑑みて
なされたもので、被切削物に対して常にダウンカットに
なるように加工が行え、しかも、工具の負荷を低減して
常に安定した状態に保持できるように、被切削物上で任
意に指定された加工面を、切削加工機本体に装着される
工具が、被切削物に対して常にダウンカット切削になる
方向に、ループを描く運動軌跡(円や半円)上を移動する
ように加工経路のＮＣデータを作成するデータ作成手段
を具備したものとしている。

【００１２】また、本発明に係るＮＣデータ作成方法
は、被切削物上の加工面を指定する第１のステップと、
前記工具動作の基本となる前記被切削物に対して常にダ
ウンカット切削になる方向にループを描く経路を形成す
る第２のステップと、前記第１のステップで指定した加
工面からオフセット面を形成する第３のステップと、前
記第２のステップで形成された基本加工経路を前記オフ
セット面に投影する第４のステップと、第４のステップ
で投影された座標上の経路データを前記工具の大きさに
応じた所定の値だけシフトさせて加工経路のＮＣデータ
を形成する第５のステップとを具備している。

【００１３】また、本発明に係る記録媒体は、コンピュ
ーターに、切削加工機本体に装着される工具が、被切削
物上の指定された加工面に対して常にダウンカット切削
になる方向にループを描く運動軌跡上を移動するよう
に、加工経路の数値制御データを作成するデータ作成手
段、として機能させるためのプログラムを記録したもの
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る切削加工機の
ＮＣデータ作成装置の一実施形態を図面に基づいて詳細
に説明する。なお、この実施形態では、ＮＣ工作機械分
野で広く適用されている金型の作成を対象としている。
図１は本実施形態の装置を実現するシステムの構成を示
している。この図において、１はＣＰＵ(中央演算処理
装置)であって、システム化された装置全体の制御を司
る。２は記憶装置であって、ＣＰＵ１を制御するプログ
ラムを格納しているＲＯＭ(リードオンリーメモリ)、制
御を補助するとともにデータを格納するＲＡＭ(ランダ
ムアクセスメモリ)及び、フロッピーディスク装置、ハ
ードディスク装置などを含んでいる。３は一つの入力装
置としてのキーボード、４は他の入力装置としてのマウ
ス、５はＣＲＴや液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)などの表示
装置である。

【００１５】上記記憶装置２は総称であって、図２に示
すように図形ファイル２ａ、加工面記憶装置２ｂ、オフ
セット記憶装置２ｃ、基本工具経路の種類記憶装置２
ｄ、基本工具経路記憶装置２ｅ、工具経路記憶装置２
ｆ、ピッチ及び半径記憶装置２ｇという各種の記憶装置
を含む。

【００１６】図３は上記構成の装置によるＮＣデータ作
成方法の概要を示している。すなわち、本実施形態のＮ
Ｃデータ作成方法は、基本工具経路の種類など基本工具
経路情報を指定するステップ＃１と、被切削物上の加工
面６(図７参照)を指示するステップ＃２と、工具動作の
基本となる被切削物に対して常にダウンカット切削にな
る方向にループを描く基本工具経路を算出するステップ
＃３と、基本工具経路を加工面に投影するステップ＃４
と、工具経路すなわちＮＣデータを出力するステップ＃
５を経るプロセスから成立している。

【００１７】より具体的には次の通りである。まず、基
本工具経路情報を指定するステップ＃１では、加工作業
に使用する工具の種類の設定を行うとともに、被切削物
の材質等の設定を行う。ここで、使用する工具７の種類
としては、金型を対象とした場合、図４(Ａ)に示すよう
な先端形状を有するボールエンドミル、図４(Ｂ)に示す
ような先端形状を有するフラットエンドミル、図４(Ｃ)
に示すような先端形状を有するブルノーズエンドミル等
が挙げられる。また、被切削物の材質としては、Ｓ５５
Ｃ、ＳＫＤ１１等の金属材料が挙げられる。

【００１８】次に、基本工具経路の種類を指定する。こ
こで、基本工具経路は図５(Ａ)(Ｂ)に示すように、加工
面６に投影する元になる工具経路を指しており、その情
報とは被切削物に対して常にダウンカット切削になる方
向にループを描く運動及びその運動に関するファクター
のデータを指している。

【００１９】本実施形態では、具体的には、基本工具経
路は図５(Ａ)に示す円運動８と図５(Ｂ)に示す半円運動
９であり、そのいずれかを指定することになる。また、
基本工具経路情報には円運動８または半円運動９という
工具運動形態のほか、工具７の移動ピッチＰ、該工具運
動形態の半径Ｒ等がある。なお、円運動８、半円運動９
以外の工具７の運動としては、楕円や半楕円等、諸種の
ループ形状が実施可能である。

【００２０】基本工具経路の種類を、円運動８または半
円運動９のいずれかから指定すると、ＣＰＵ１は基本工
具経路の種類の定義処理として、選択した基本工具経路
の種類を基本工具経路の種類記憶装置２ｄに書き込み登
録する。

【００２１】基本工具経路として円運動８または半円運
動９を指定したとすると、基本工具経路の隣り合う円の
中心間の距離、すなわち工具７の移動ピッチＰ及び円の
半径Ｒを指定する。ＣＰＵ１は、ピッチ及び半径の定義
処理として、該ピッチＰと半径Ｒをピッチ及び半径記憶
装置２ｇに書き込み登録する。

【００２２】次に、加工面の指示を行うステップ＃２で
は、まず、加工の対象となる加工面６を選択する。これ
は、ＣＰＵ１が加工面定義処理として、記憶装置２にデ
ータベースとして蓄えられている図形ファイル２ａから
読み出すとともに、表示装置５に表示し、その図形ファ
イル２ａの中から加工の対象となる一つの図形をマウス
４の操作により選択することで行われる。さらに、ＣＰ
Ｕ１は選択された加工面６に関するデータを加工面記憶
装置２ｂに書き込み登録する。図６に図形ファイル２ａ
のパターン１０の一例を示す。このパターン１０は被切
削物から最終的に得られる金型の形態を表している。

【００２３】ＣＰＵ１は、次いでオフセット処理とし
て、加工面記憶装置２ｂから加工面６に関するデータを
読み込み、図７に示すように、加工面６を工具７のコー
ナー半径７ａだけ法線ベクトル方向にオフセットし、オ
フセット面１１のデータを作成する。ＣＰＵ１はさら
に、このオフセット面１１のデータをオフセット面記憶
装置２ｃに書き込み登録する。

【００２４】次に、基本工具経路の算出を行うステップ
＃３では、ＣＰＵ１は、基本工具経路算出処理として、
基本工具経路の種類記憶装置２ｄから基本工具経路の種
類を読み出すとともに、ピッチ及び半径記憶装置２ｇか
ら円運動８または半円運動９のピッチＰと半径Ｒを読み
出し、基本工具経路の種類に応じて図８に示すように、
指定された加工面６を加工するための円運動８または半
円運動９の２次元の基本工具経路データ１２を算出す
る。

【００２５】このとき、前掲の図５(Ａ)(Ｂ)に示すよう
に円運動８または半円運動９の回転方向は矢印ｃで示す
ように、反時計回り方向とし、被切削物に対して前掲の
図１３(Ａ)に示すダウンカットになるようにする。ＣＰ
Ｕ１は、算出した基本工具経路データ１２を基本工具経
路記憶装置２ｅに書き込み登録する。

【００２６】基本工具経路を加工面６に投影するステッ
プ＃４では、ＣＰＵ１は、基本工具経路記憶装置２ｅか
ら基本工具経路データ１２を読み出すとともに、オフセ
ット面記憶装置２ｃからオフセット面１１のデータを読
み出し、図８に示すように基本工具経路データ１２をオ
フセット面１１に投影し、その投影結果である工具経路
投影データ１２ａをＮＣデータとして工具経路記憶装置
２ｆに書き込み登録する。

【００２７】ここで、基本工具経路を加工面に投影する
のは、図９に示すように基本工具経路データ１２を加工
面６と交線Ｌを持つようにＺ方向に複写して、仮想のル
ールド面１３を作成し、このルールド面１３と加工面６
との交線計算を行う。

【００２８】図７に戻って、工具経路の算出を行うステ
ップ＃５では、工具経路記憶装置２ｆからそのＮＣデー
タを読み出し、各座標点のＺ座標を工具のコーナー半径
７ａだけ垂直に下げた座標を工具先端中心座標７ｂとし
て求める。求められた各座標点の工具先端中心座標７ｂ
を結ぶ座標点データは、加工面６を加工するＮＣデータ
として工具経路記憶装置２ｆに書き込み登録される。

【００２９】上記構成のＮＣデータ作成装置によるデー
タ作成プロセスにおいて、円または半円状に工具が移動
する際、図１０に示すように、加工面６に対して直角方
向に加工残し高さ、すなわちスキャロップハイト１４が
発生する。例えば、工具７のコーナー半径７ａが10mm、
ピッチＰが５mm、加工面の勾配角θが45°の場合、スキ
ャロップハイト１４は0.3175mmとなる。つまり、加工面
６を加工した場合、0.3175mmの加工残しが発生すること
になる。

【００３０】ところで、上記工具７を使用して、ピッチ
Ｐを1mm、加工面の勾配角θを45°にすると、スキャロ
ップハイト１４は0.0125mmとなる。つまり、加工面６を
加工した場合、0.0125mmの加工残しが発生することにな
る。すなわち、スキャロップハイト１４が小さいほど、
加工面６の仕上げ精度は向上することになる。

【００３１】そこで、本実施形態においては、ピッチＰ
をキーボード３やマウス４を用いて、指定すると、円運
動８または半円運動９の隣合う運動軌跡の中心距離を任
意に変更することができるように構成している。この場
合、基本工具経路の円運動８または半円運動９の円また
は半円の間隔が変化し、この基本工具経路が加工面６に
投影され、その結果に基づいてＮＣデータが作成される
ので、加工面６の仕上げ面精度を制御することができ
る。

【００３２】また、本実施形態では、加工面に対して直
角方向に発生するスキャロップハイト１４を任意に変更
することができるように構成している。この場合、スキ
ャロップハイト１４を指定すると、ＣＰＵ１は工具のコ
ーナー半径７ａと加工面の勾配角θからピッチＰを算出
する。この算出されたピッチＰは、基本工具経路の円運
動８または半円運動９の円または半円の間隔であり、上
記と同様に加工面６の仕上げ面精精度を制御することが
できる。

【００３３】つまり、オペレータは、ピッチＰを指定す
ることにより仕上げ面精度を向上させることもでき、か
つスキャロップハイトを直接指定することにより仕上げ
面精度を向上させることもできることになる。

【００３４】また、ピッチＰまたはスキャロップハイト
１４を小さく設定すると、工具が１回で切削する量が少
なくなる。この場合、切り込み量が浅いと、その分切削
の繰り返し回数は増える。しかしながら、図１１(Ｂ)に
示す従来の加工方法では、切削幅Ｗａは工具２２の直径
と同じであるが、図１１(Ａ)に示す半円運動９の場合で
言えば、本実施形態では切削幅Ｗが、従来の切削幅Ｗａ
と比べて大きくなる。したがって、同一工具を使用した
場合、被切削物に対して浅く切り込むことで、工具の負
荷が軽減されるため、切削速度や工具を支持している主
軸の回転数を高速化することができ、その結果、トータ
ル的には加工時間を短縮することができるのである。

【００３５】なお、以上説明した本実施の形態の切削加
工機の数値制御データの作成は、数値制御データ作成プ
ログラムをコンピューターが実行することにより、行わ
れてもよい。この数値制御データ作成プログラムは、上
述した数値制御データ作成装置としてコンピューターを
機能させるためのプログラムであり、コンピューター内
のハードディスク等の内部記憶媒体に記録されているも
のであってもよいし、磁気テープやＣＤ−ＲＯＭ等の記
録媒体に記録されており、その記録媒体からコンピュー
ターに供給されるものであってもよい。また、他のコン
ピューターより通信回路を経由し、通信モデムを介して
コンピューターに供給されるものであってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるとき
は、被切削物上の指定された加工面を工具が、被切削物
に対して常にダウンカット切削になる方向にループを描
く運動軌跡上を移動するように加工経路の数値制御デー
タを作成するものであるので、被切削物に対して常にダ
ウンカットになるように加工することができ、従来例の
ように工具が切り粉をかむこともなく、したがって工具
の長寿命化を図ることができる。また、従来では例えば
工具が１mm動いた場合の切削量は工具直径×１mm×切り
込み深さとなるため切削量が大きくなるのに対し、本発
明では、同切削量は１mm程度のピッチ×１mm×切り込み
深さとなり、切削量が小さくなる。このため工具を常に
安定した状態に保つことができ、切削速度や工具主軸の
回転数を上げることができ、加工能率上の顕著な効果が
ある。

【００３７】請求項２によるときは、常にダウンカット
切削になる方向にループを描く運動軌跡上を工具が移動
する際、その隣合う運動軌跡の中心距離を任意に変更す
ることが可能な構成としているので、ピッチを変えるこ
とにより、工具が加工面を加工する際のピッチによって
生じる加工面に対する直角方向加工残し（スキャロップ
ハイト）を小さくできるため、仕上げ面精度の向上を図
ることができる。また、被切削物に対して浅く切り込む
ことが可能であるため、切削速度や主軸の回転数を上げ
ることができ、加工能率上の顕著な効果がある。

【００３８】請求項３によるときは、常にダウンカット
切削になる方向にループを描く運動軌跡上を工具が移動
する際、加工面に対して直角方向に発生する加工残し高
さを任意に変更することが可能な構成としているので、
工具が加工面を加工する際のピッチによって生じる加工
面に対する直角方向の加工残し(スキャロップハイト)を
小さくできるため、仕上げ面精度の向上を図ることがで
きる。また、被切削物に対して浅く切り込むことが行え
るため、切削速度や主軸の回転数を上げることができ、
加工能率上の顕著な効果がある。

【００３９】また、請求項４のように、切削加工機の数
値制御データ作成方法が記録媒体にプログラムとして記
録されていれば、その記録媒体を用いてコンピューター
により数値制御データの作成を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＮＣデータ作成装置
を実現するシステムの構成を示すブロック図である。

【図２】記憶装置の具体的内容を示すブロック図であ
る。

【図３】ＮＣデータ作成方法の概要を示すフローチャー
トである。

【図４】加工作業に使用する各種工具の先端形状を例示
する正面図である。

【図５】基本工具経路を説明する図である。

【図６】図形ファイルのパターンの一例を示す斜視図で
ある。

【図７】加工面とオフセット面と工具との関係を示す図
である。

【図８】基本工具経路の加工面への投影を説明する概略
斜視図である。

【図９】基本工具経路を加工面に投影する具体例を示す
図である。

【図１０】ピッチとスキャロップハイトの関係を示す図
である。

【図１１】本発明の実施形態と従来例との切削幅の相違
を説明する図である。

【図１２】従来の加工例を説明する図である。

【図１３】(Ａ)工具による切削運動時におけるダウンカ
ットを説明する図、(Ｂ)同じくアップカットを説明する
図である。

【図１４】従来の工具直径とピッチとの関係を示す図で
ある。

【図１５】従来の工具往復運動において加工面に筋が形
成されることを説明する図である。

【符号の説明】

１ＣＰＵ２記憶装置６加工面７工具７ａ工具のコーナー半径７ｂ工具先端中心座標８円運動９半円運動１１オフセット面１２基本工具経路データ１２ａ工具経路投影データ１４スキャロップハイトＰピッチ θ 加工面の勾配角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被切削物上の任意の加工面に対して切削
加工を施すための切削加工機本体に装着される工具の加
工経路を求める数値制御データ作成装置であって、前記被切削物上の指定された加工面を前記工具が、被切
削物に対して常にダウンカット切削になる方向にループ
を描く運動軌跡上を移動するように加工経路の数値制御
データを作成するデータ作成手段、を具備することを特徴とする切削加工機の数値制御デー
タ作成装置。
【請求項２】データ作成手段は、常にダウンカット切
削になる方向にループを描く運動軌跡上を工具が移動す
る際、その隣合う運動軌跡の中心距離を任意に変更する
ことが可能な構成を具備している請求項１に記載の切削
加工機の数値制御データ作成装置。
【請求項３】データ作成手段は、常にダウンカット切
削になる方向にループを描く運動軌跡上を工具が移動す
る際、加工面に対して直角方向に発生する加工残し高さ
を任意に変更することが可能な構成を具備している請求
項１に記載の切削加工機の数値制御データ作成装置。
【請求項４】被切削物上の任意の加工面に対して切削
加工を施すための切削加工機本体に装着される工具の加
工経路を求める数値制御データ作成方法であって、前記被切削物上の加工面を指定する第１のステップと、前記工具動作の基本となる前記被切削物に対して常にダ
ウンカット切削になる方向にループを描く経路を形成す
る第２のステップと、前記第１のステップで指定した加工面からオフセット面
を形成する第３のステップと、前記第２のステップで形成された基本加工経路を前記オ
フセット面に投影する第４のステップと、第４のステップで投影された座標上の経路データを前記
工具の大きさに応じた所定の値だけシフトさせて工具加
工経路の数値制御データを形成する第５のステップと、を具備することを特徴とする切削加工機の数値制御デー
タ作成方法。
【請求項５】コンピューターに、切削加工機本体に装着される工具が被切削物上の指定さ
れた加工面に対して常にダウンカット切削になる方向に
ループを描く運動軌跡上を移動するように、加工経路の
数値制御データを作成するデータ作成手段、として機能
させるためのプログラムを記録した記録媒体。