JPH11143518A - ３次元粗形材加工時の工具切削開始点の決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切削加工時の粗形材に対する工具干渉を防止
すると共に、加工時間の短縮を図る３次元粗形材加工時
の工具切削開始点の決定方法を提供する。 【解決手段】 使用する工具１０の径方向に既知の最大
粗形材誤差分ａの２倍を付加したシミュレーション工具
径（工具径＋２ａ）を算出する。次いで、ＣＡＤデータ
上の粗形材に対して、上記仮想工具３０を仮想移動さ
せ、ＣＡＤデータ上の粗形材の加工面に仮想工具３０が
干渉する位置をシミュレーションの切削開始点２４と工
具切削開始点の決定する。これにより、工具１０のシミ
ュレーションの切削開始点２４と実粗形材の実際の切削
開始点２０とが等しい又は近似するので、加工時間を短
縮させることができ、更に工具干渉を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元粗形材加工時
の工具切削開始点の決定方法、特に３次元粗形材に対す
る切削開始時の工具干渉を未然に防止しつつ、実粗形材
の加工面又はその近傍に切削開始点を設定し、加工時間
の短縮を図る工具切削開始点の決定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】実粗形材の形状とＣＡＤデータ上の粗形
材の形状とは、一般的に異なる場合が多い。例えば、図
５に示すように、実粗形材形状１４が、粗形材誤差ａ分
だけＣＡＤデータ上の粗形材形状１２より加工面が手前
に存在する場合がある。

【０００３】そこで、従来は実粗形材形状１４に注意を
払い、実粗形材の加工面に工具１０が干渉しないよう
に、工具１０の切削開始点を、図５に示すように必要以
上に高い位置に設定し加工を行っていた。このため、加
工に長時間を要するという問題があった。

【０００４】一方、実粗形材形状１４に注意を払わず、
ＣＡＤデータ上の粗形材の形状１２に基づいて工具１０
をＣＡＤの切削開始点２２に移動させた場合、実粗形材
形状１４が、粗形材誤差ａ分だけＣＡＤデータ上の粗形
材形状１２より加工面が手前に存在するため、工具１０
は実際の切削開始点２０で加工面に接触し、更に工具１
０を下降移動させると、斜線部ｃで干渉をおこし、工具
１０の破損を招くおそれがあった。

【０００５】また、図６に示すように、芯揉み及び面取
りを行う工具４０によって加工する場合、実粗形材形状
３４に注意を払わず、ＣＡＤデータ上の粗形材形状３２
に基づいて工具４０を移動させると、実粗形材形状３４
の突出部が、斜線部ｄ分だけＣＡＤデータ上の粗形材形
状３２の突出部より突出しているため、工具４０が突出
部と干渉し破損するおそれがあった。

【０００６】一方、実粗形材形状３４に注意を払って、
工具４０を移動させる場合には、突出部を避ける逃がし
加工を行うか、又は突出部を事前に必要量（斜線部ｄ）
切削し、その後に工具４０で加工を行うこともできる。
しかしながら、いずれも実粗形材形状３４に注意を払い
ながらの加工作業であるために、加工時間が長時間化す
るという問題があった。

【０００７】そこで、実粗形材に対する工具の干渉を工
作前にチェックする方法が望まれる。

【０００８】例えば、特開平５−１１３８１１号公報の
「面加工用ＮＣ工作機のパスパターン決定装置」には、
治具に固定されたワークを加工する際に、治具に干渉せ
ず、輪郭でばりを生じさせないために、輪郭の外方に工
具径の半分程度を拡大した領域内に治具が存在するか否
かを判定し、治具が存在すれば輪郭とその治具の中間に
擬似的に「壁」を設定し、その「壁」をはみ出さない条
件でパスパターンを選択する装置が開示されている。

【０００９】また、特開平４−２３６６７６号公報の
「多関節構造体の干渉チェック方法」には、図７に示す
ように、三次元物体の干渉チェックを行うために、多関
節構造体のリンク１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを円柱
の両端に半球を付けた形状１０５ａ，１０５ａ’，１０
５ｂ，１０５ｃを用いて被覆すると共に、周囲の物体１
０４の表面に円柱の半径分だけオフセットを与えた形状
１０７を得て、リンク間の干渉の有無を、円柱の中心軸
１０６ａ，１０６ａ’，１０６ｂ，１０６ｃを用いて判
定し、一方リンク１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと周囲
の物体１０４との干渉の有無を円柱の中心軸１０６ａ，
１０６ａ’，１０６ｂ，１０６ｃと形状１０７とを用い
て判断する方法が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平５−１１３８１１号公報のパスパターン決定装置
のように、オフセットされた「壁」に沿って工具の外延
を移動させる方法では、斜めに傾いた面や３次元的曲面
の切削加工する時に「壁」を設定することが難しく、こ
のため、「壁」の設定に時間がかかり、加工時間が長時
間化するという問題がある。

【００１１】また、上述の特開平４−２３６６７６号公
報の３次元物体の干渉チェック方法は、干渉チェック時
間を短縮させるために、敢えて３次元物体のオフセット
を大まかな形状にして、干渉チェックを行っている。

【００１２】しかしながら、３次元的な曲面を切削加工
する際に、上記干渉チェック方法によって３次元的な曲
面をオフセットすると、工具の干渉チェックが大まかに
なり過ぎて、粗形材の加工面よりかなり高い位置を工具
の切削開始点と判断してしまうおそれがある。このた
め、従来同様、加工時間が長時間化するという問題があ
る。

【００１３】本発明は上記従来の課題に鑑みたものであ
り、その目的は、切削加工時の粗形材に対する工具干渉
を防止すると共に、加工時間の短縮を図る３次元粗形材
加工時の工具切削開始点の決定方法を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る３次元粗形材加工時の工具切
削開始点の決定方法は、以下の特徴を有する。

【００１５】（１）３次元粗形材に対して工具を相対移
動しつつ、加工する加工方法において、使用する工具径
の径方向に既知の最大粗形材誤差分の２倍を付加したシ
ミュレーション工具径を算出し、ＣＡＤデータ上の粗形
材に対して前記シミュレーション工具径を有する仮想工
具を仮想移動させ、前記ＣＡＤデータ上の粗形材の加工
面に前記仮想工具が干渉する位置を切削開始点と決定す
る工具切削開始点の決定方法である。

【００１６】従って、既知の最大粗形材誤差分を加味し
たシミュレーション工具径を有する仮想工具によって、
工具の切削開始点を決定するので、実粗形材の切削開始
点位置に等しい又は近似した切削開始点より工具の加工
面の切削を行うことができる。これにより、加工時間を
短縮させることができ、更に工具干渉を防止できる。ま
た、工具径方向３６０°の粗形材の誤差に対応すること
ができる。

【００１７】（２）自由曲面を有する３次元粗形材に対
して工具を相対移動しつつ、加工する加工方法におい
て、自由曲面の切削加工時に前記工具が干渉する可能性
のある面のみ、粗形材の誤差発生方向に既知の最大粗形
材誤差分をオフセットした仮想面を設定し、前記仮想面
に対して前記工具を仮想移動し、前記仮想面に前記工具
が干渉する位置を切削開始点と決定する工具切削開始点
の決定方法である。

【００１８】例えば、上述の特開平４−２３６６７６号
公報の方法を用いて、自由曲面を有する３次元粗形材全
体をオフセットして一回り大きい忠実な自由曲面を有す
る仮想粗形材を設定することは、非常に難しく、加工時
間が長時間化するおそれがある。一方、加工時間を短時
間にしようとすると、仮想粗形材が略式形状になるため
に、仮想粗形材に基づいて決定された工具切削回転と実
際の工具切削開始点とが大幅に相違してしまう。その結
果、従来同様、実粗形材形状に注意を払って、実際の工
具切削開始点よりかなり手前から、切削を開始すれば加
工時間が長時間化し、また実粗形材形状に注意を払わな
ければ、工具干渉により工具を破損させるおそれがあっ
た。

【００１９】本発明によれば、工具干渉を生じる可能性
のある面のみオフセットして仮想面を設定するので、仮
想面の設定にあまり時間を要せず、かつ加工面に近似し
た仮想面を設定することができる。このため、実粗形材
の切削開始点位置に近似した切削開始点より工具の加工
面の切削を行うことができる。また、加工時間を短縮さ
せることができ、更に工具干渉を防止できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な一実施の形
態を説明する。

【００２１】実施の形態１．図１及び図２を用いて、本
実施形態の３次元粗形材加工時の工具切削開始点の決定
方法について説明する。なお、従来の技術で述べたと同
様の構成要件には、同一の符号を付して、その説明を省
略する。

【００２２】図１に示すように、実粗形材形状１４が、
粗形材誤差ａ分だけＣＡＤデータ上の粗形材形状１２よ
り加工面が手前に存在する場合がある。この場合、実際
の工具の切削開始点は、実際の切削開始点２０である
が、ＣＡＤデータ上の粗形材形状１２では、ＣＡＤの切
削開始点２２であるために、ＣＡＤデータ上の粗形材形
状１２に基づいて工具１０をＣＡＤの切削開始点２２に
移動させることになり、上述したように、工具１０が干
渉し、場合によっては工具１０の破損を招くおそれがあ
る。

【００２３】本実施形態の３次元粗形材加工時の工具切
削開始点の決定方法は、３次元粗形材に対して工具を相
対移動しつつ、加工する加工方法において、図１に示す
ように、まず、使用する工具１０の径方向（図１の右図
の左右の黒矢印方向）に既知の最大粗形材誤差分ａの２
倍を付加したシミュレーション工具径（工具径＋２ａ）
を算出する。次いで、ＣＡＤデータ上の粗形材に対し
て、上記仮想工具３０を仮想移動させ、ＣＡＤデータ上
の粗形材の加工面に仮想工具３０が干渉する位置をシミ
ュレーションの切削開始点２４と工具切削開始点を決定
する方法である。

【００２４】上記決定方法によれば、既知の最大粗形材
誤差分ａを加味したシミュレーション工具径（工具径＋
２ａ）を有する仮想工具３０によって、工具１０のシミ
ュレーションの切削開始点２４を決定するので、実粗形
材の実際の切削開始点位置２０に等しい又は近似した切
削開始点より工具の加工面の切削を行うことができる。
従って、加工時間を短縮させることができ、更に工具干
渉を防止できる。また、本実施形態の工具切削開始点の
決定方法は、工具径方向３６０°の粗形材の誤差に対応
することができるので、工具干渉を極力防止することが
できる。

【００２５】また、本実施形態の工具切削開始点の決定
方法は、図１において、座ぐり工具を例に取って説明し
たが、これに限るものではなく、例えば芯揉み及び面取
り工具にも適用可能である。

【００２６】すなわち、図２に示すように、芯揉み及び
面取りの工具４０の径方向（黒矢印方向）に既知の最大
粗形材誤差分ａの２倍を付加したシミュレーション工具
径（工具径＋２ａ）を算出し、上記同様にシミュレーシ
ョンの切削開始点を決定すれば、実際の切削開始点と等
しい又は近似したシミュレーションの切削開始点を得る
ことができる。

【００２７】これにより、上記同様に、加工時間を短縮
させることができ、更に工具干渉を防止できる。また、
工具径方向３６０°の粗形材の誤差に対応することもで
きる。

【００２８】実施の形態２．上記実施の形態１では、工
具を径方向にオフセットして切削開始点を決定したが、
本実施形態の切削開始点の決定方法は、加工する３次元
の自由曲面の加工面のみをオフセットする方法である。

【００２９】図３には、３次元的な曲面、特に自由曲面
を有する粗形材１６が示されている。ここで、自由曲面
とは、３次元の幾何学的に規定されない複雑な面をい
う。このような自由曲面を有する粗形材１６の誤差発生
方向は、一方向に決まっている。

【００３０】そこで、本実施形態では、自由曲面を有す
る３次元粗形材に対して工具を相対移動しつつ、加工す
る加工方法において、図４に示すように、まず、自由曲
面の切削加工時に工具１０が干渉する可能性のある面６
２（太線で表示した面）のみ、粗形材の誤差発生方向
（黒矢印方向）に既知の最大粗形材誤差分ｂをオフセッ
トした仮想面６４を設定する。次いで、仮想面６４に対
して工具１０を仮想移動し、仮想面６４に工具１０が干
渉する位置を切削開始点２６と決定する工具切削開始点
の決定方法である。

【００３１】従って、上述した３次元物体全体をオフセ
ットする特開平４−２３６６７６号公報の方法に比べ、
本実施形態の工具切削開始点の決定方法は、工具干渉を
生じる可能性のある面のみオフセットして仮想面を設定
するので、仮想面の設定にあまり時間を要せず、かつ加
工面に近似した仮想面を設定することができる。このた
め、実粗形材の切削開始点位置に近似した切削開始点よ
り工具の加工面の切削を行うことができる。また、加工
時間を短縮させることができ、更に工具干渉を防止でき
る。

【００３２】なお、本実の施形態１及び２の工具切削開
始点の決定方法は、いずれの自動切削機械にも適用可能
である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る３次元粗形
材加工時の工具切削開始点の決定方法において、既知の
最大粗形材誤差分を工具径に加味したシミュレーション
工具径を有する仮想工具によって、工具の切削開始点を
決定するので、実粗形材の切削開始点位置に等しい又は
近似した切削開始点より工具の加工面の切削を行うこと
ができる。これにより、加工時間を短縮させることがで
き、更に工具干渉を防止できる。また、この工具切削開
始点の決定方法によれば、工具径方向３６０°の粗形材
の誤差に対応することができる。

【００３４】また、本発明の３次元粗形材加工時の工具
切削開始点の決定方法は、自由曲面の切削加工時に工具
が干渉する可能性のある面のみ、粗形材の誤差発生方向
に既知の最大粗形材誤差分をオフセットした仮想面を設
定し、仮想面に対して工具を仮想移動し、仮想面に工具
が干渉する位置を切削開始点と決定するので、従来の３
次元物体全体をオフセットする方法に比べ、仮想面の設
定にあまり時間を要せず、かつ加工面に近似した仮想面
を設定することができる。このため、実粗形材の切削開
始点位置に近似した切削開始点より工具の加工面の切削
を行うことができる。また、加工時間を短縮させること
ができ、更に工具干渉を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態に係る３次元粗形
材加工時の工具切削開始点の決定方法の一例を示す図で
ある。

【図２】 本発明の第１の実施の形態に係る３次元粗形
材加工時の工具切削開始点の決定方法の他の例を示す図
である。

【図３】 自由曲面を有する粗形材の一例を示す斜視図
である。

【図４】 本発明の第２の実施の形態に係る３次元粗形
材加工時の工具切削開始点の決定方法の一例を示す図で
ある。

【図５】 粗形材に対して工具干渉が生じる状況を説明
する図である。

【図６】 粗形材に対して工具干渉が生じる他の状況を
説明する図である。

【図７】 ３次元物体の干渉チェックを行う際に、３次
元物体全体にオフセットを与えた状態を示す図である。

【符号の説明】

１０，４０ 工具、１２，３２ ＣＡＤデータ上の粗形
材形状、１４，３４，６０ 実粗形材形状、１６ 粗形
材、２０ 実際の切削開始点、２２ ＣＡＤの切削開始
点、２４ シミュレーションの切削開始点、２６ 切削
開始点、３０，５０ 仮想工具、６２ 工具干渉の可能
性のある面、６４ 仮想面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元粗形材に対して工具を相対移動し
   つつ、加工する加工方法において、 使用する工具径の径方向に既知の最大粗形材誤差分の２
   倍を付加したシミュレーション工具径を算出し、 ＣＡＤデータ上の粗形材に対して前記シミュレーション
   工具径を有する仮想工具を仮想移動させ、前記ＣＡＤデ
   ータ上の粗形材の加工面に前記仮想工具が干渉する位置
   を切削開始点と決定することを特徴とする３次元粗形材
   加工時の工具切削開始点の決定方法。
2. 【請求項２】 自由曲面を有する３次元粗形材に対して
   工具を相対移動しつつ、加工する加工方法において、 自由曲面の切削加工時に前記工具が干渉する可能性のあ
   る面のみ、粗形材の誤差発生方向に既知の最大粗形材誤
   差分をオフセットした仮想面を設定し、 前記仮想面に対して前記工具を仮想移動し、前記仮想面
   に前記工具が干渉する位置を切削開始点と決定すること
   を特徴とする３次元粗形材加工時の工具切削開始点の決
   定方法。