JPS6020836A - 三次元曲面形状の数値制御加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は三次元曲面形状を数値制御工作機械で加工する
場合において、加工効率を向上させるべく特に荒加ニジ
ステムとして有効なスミｉｔエンドミルを用いて曲面切
削を行う数値制御加工方法に関するものである。

〔発明の背景〕

三次元曲面を有する形状で構成される金型加工を数値制
御工作機械を用いて行う場合、曲面加工であることから
加工用カッタは通常ボールエンドミル（カッタ形状を第
１図に示す。）が用いられている。ボールエンドミル１
０ニよる曲面切削処理は、基本的には曲面３０　、４０
に接する球１１の中心座標値Ｐｃの軌跡を全曲面領域に
亘ってめることであり、対象とする曲面形状が限定され
ないことに加えて数値制御情報の作成処理が比較的容易
であることから、ボールエンドミルによる数値制御加工
方法が従来技術の主流となっている。しかし、実際の金
型の形状ならびに金型加工を考えてみると必ずしもボー
ルエンドミルによる加工方法が全て最良であるとは言え
ず、加工技術上からは、むしろ問題点となる場合も少な
くない。例えば、加工効率が低い、荒加工が非能率、常
に切削速度が変動する、小回Ｒの形状加工が難しい、特
に小回Ｒの形状加工の場合のカッタベンディングの問題
など、多くの問題点が指摘されている。事実、金型加工
を倣い加工で行う場合には、このような問題点があるた
め、最終の仕上げ加工など一部を除いては、殆どスミ几
エンドミル（カッタ形状を第２図に示す。）を利用して
いる。スミ几エンドミル２０による曲面切削処理は、曲
面３０　、４０と言わばディスク状２１のカッタとの干
渉問題を全ての曲面に亘ってめる事になるから、曲面と
球の干渉問題であるボールエンドミルの場合に比し、カ
ッタ移動の数値制御情報即ちカッタパスの生成が非常に
難しく、三次元曲面特に自由曲面形状を有する金型加工
に際しては、スミ几エンドミルは殆ど利用でき々い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、家電および自動車部品など三次元曲面
形状で構成される種々の金型加工を数値制御工作機械を
用いて行う場合に、有効となるスミ几エンドミルによる
曲面切削処理方式を実現し、金型加工の加工効率の向上
を図るべく、スミ几工／ドミルによる三次元曲面形状の
数値制御加工方法を実現することにある。

〔発明の概要〕

周知のように三次元曲面形状を加工するカッタ形状は切
削対象となる切削曲面上の各点の法線ベクトルの方向が
常に変化するため、その切削曲面と点接触の関係となる
球形状即ちボールエンドミルを使用する必要がある。従
ってスミ几エンドミルを利用して三次元曲面形状を加工
する場合、切削曲面に対してはボールエンドミルで加工
する事と等価になる必要があり、かつ又カッタ干渉を回
避するための干渉壁処理は干渉する全ての干渉曲面に対
して円筒形状となるスミ几エンドミルをディスク形状と
考えてカッタ干渉のチェックを行う必要があシ、さらに
カッタ移動の数値制御情報即ちカッタパスのデータをス
ミ几エンドミルの先端の中心座標値として生成し、三次
元曲面加工を行う数値制御工作機械を制御する必要があ
る。

本発明の基本的な考え方は、スミ几エンドミル（カッタ
の半径をＲ，スミＲをｒとする）はｒを半径とするボー
ルエンドミルと半径がＲ−ｒのエンドミルとの２種類の
カッタ形状を合成したものと考えてモデル化し、各々の
カッタ形状に対しての曲面切削処理を重畳する新たな２
段階オフセット方式という考え方を導入した点にあシ、
この方式によシカツタパスデータの作成を簡略化し、ス
ミ几エンドミルによる三次元曲面形状の数値制御加工方
法を実現したものである。

まず切削曲面上の各点の法線ベクトルをめその方向にｒ
だけ第１回目のオフセット処理を行い、さらにその法線
ベクトルを特定の平面例えば、工作機械の主軸の方向が
Ｚ軸と一致する場合はＸＹ平面内への射影ベクトルをめ
その方向にＲ−ｒだけ第（回目のオフセット処理を行う
ことによシオフセット切削曲面データを作成する。この
２段階オフセット方式で作成した曲面データを予め操作
者が指定した精度で評価し、曲面データをサンプリング
し各切削点データをめる。結果としてこの各切削点の位
置ベクトル値はスミ几エンドミルのカッタ中心の座標値
と等価となるから以上の処理を切削曲面全域に対して行
ってカックバスデータヲ作成し、バッフ１に順次格納し
ていく、一方干渉壁処理が必要な場合は、全ての干渉曲
面データを同様に２段階オフセット方式で処理してオフ
セット干渉曲面データを作成し、先にめたオフセット切
削曲面データとの相貫線データを計算する。この相貫線
データは、スミ几エンドミルで切削曲面を加工する場合
、切削領域と非切削領域の境界曲線となるから先にめた
パスデータとの交点計算処理ならびに領域判定処理を行
うことによシハスデータを編集すればス＜Ｒエンドミル
の干渉壁処理が実現できることになる。以上説明した方
法でめたパスデータを順次読み込み、スミｌもエンドミ
ルの先端座標値に補正（第１オンセツト債ｒだけ主軸の
方向の値を補正する。

例えばＺ軸の場合Ｚの値を全てｒだけ減する）した後工
作機械のカッタの移動を制御することＫより三次元曲面
形状のスミＲエンドミルによる数値制御加工を実現する
。こ、のカッタ移動の制御方法は、本発明のデータ作成
処理装置部に各切削命令のブロックごとに解読し各軸の
機械の移動量と対応する各指令値レジスタへの格納処理
などを行うデータ変換処理部を附加し、さらに制御部の
補間回路でパルス化しサーボ系に送って工作機械の駆動
を直接制御する方式でもあるいは数値制御情報として例
えば、周知の如（ＮＣテープ等に変換出力し、工作機械
に附加さｆ′した数値制御装置で行う方式を採用しても
よい。

〔発明の実施例〕

第３図は本発明のスミＲエンドミルによる三次元曲面の
切削処理方式である２段階オフセット方式を説明する図
であり、第４図はこの２段階オフセット処理を行うスミ
Ｒエンドミルのカッタパスデータ作成処理部の処理手順
を示す図である。また、第５図は本発明によるスミＲエ
ンドミルを用いた三次元曲面形状の数値制御加工方法の
一実施例としてのシステム全体構成図を示す。本発明に
よるカッタバスデータ作成処理部５０の処理方式を以下
、第３図ならびに第４図を用いて説明する。

最初に曲面データ入力処理部５１で切削対象となる切削
曲面６０ならびにカッタ干渉処理を行うだめの干渉曲面
４０に関する曲面データを各々読み込み、所定のメモリ
領域に格納しておく。次に第１オフセット処理部５２に
おいて、この曲面データをもとにスミＲエンドミルのス
ミＲの値ｒだけ各曲面を法線方向にオフセットし、切削
曲面６０および干渉曲面４０（一般的には複数）の第１
オフセツト曲面３１．４１を作成する。この第１オフセ
ット曲面データの計算方法は、従来のボールエンドミル
切削の場合と等価であるから次式から容易にめ得る。曲
面を＄（−、ｙ）とするとオフセット後の位置ベクトル
＄、（ＸＬ、ｙ）Ｈ１曲面の単位法線ベクトルをＩＮ（
Ｘｔ、−）とすれば、＄、（−、Ｖ）　−＄（１ｔ、−
）＋ｒ−ＩＮ（−、Ｖ）また、払およびＶ方向の接線ベ
クトルはδ＄、（−、Ｖ）／δ’＝　、　ａ＄、Ｃ−、
−Ｖａ−となる。次に第２オフセット処理部ではこの第
１オフセット曲面データをさらにＸＹ平面内に限定して
第２回目の曲面オフセット処理を行う。

この場合オフセット量ｄは、スミＲエンドミルのカッタ
半径を凡とすれば、ｄ＝Ｒ，−ｒと定める。

この第２オフセツト処理を行うためには、第１オフセッ
ト曲面データから曲面上の各点の法線ベクトルベ、をめ
、ＩＮ、０ＸＹＸｆＬ面内への射影ベクトルｌＬを計算
すればよい。即ち ＩＮ、（・、・）−四猛一吋×μ団−〇ａｗ　ａｙ ＩＬ（−、−）−ＩＮ、（−、−）−（ＩＮ、（−、Ｖ
）−ＩＮ、）　ＩＮ。

となる。ここで１へ７はＺ軸方向の単位ベクトルである
。従ってＩＬの単位ベクトルをＩＬＩとすれば、第２オ
フセット曲面の位置ベクトル＄、（ＸＬ、Ｖ）は＄、（
＋−，−）＝＄−（−、−）−＋−ｄ・Ｌ、（”、Ｖ）
から計算できる。また、払およびＶ方向の接線ベクトル
も第１オフセツト処理と同様にａ＄、（−、ｖ）／ｃＪ
ａ　、Ｑ、（−、ｙ）／ａｙを計算すればよい。かくし
て第２オフ七ソト処理部で、切削曲面６０および干渉曲
面４０の第２オフセット曲面ろ２，４２が生成される。

この第２オフセット曲面データを利用して以下スミＲエ
ンドミルによる曲面切削処理を行うことになる。

まずパスデータ作成処理部５４において第２オフセット
切削曲面データを操作者により予め指定されている加工
条件で評価し、曲面全域に亘って切削パスデータを計算
し、メモリに格納しておく。この場合、切削パスの精度
、いわゆるトレランスの決定は切削方向に対してはスミ
Ｒの値ｒ１ビックフィード方向に対してはカッタ半径Ｒ
，の値を各々利用して行うことを標準とする。

次に相貫線データ処理部５５において切削曲面３２と干
渉曲面４２との相貫線を計算し、相貫線データに編集し
て干渉壁処理部５６に渡す。干渉壁処理部では、この相
貫線データと前記した切削バスデータとの交点計算を行
い交点Ｐｃを全切削パスに亘ってめる。この交点Ｐｃで
各切削バスを制御すれば、スミ几エンドミルは切削曲面
６０上の点Ｐａに接し、かつ干渉曲面４０上の点れに接
することになり、干渉種処理が実現できることになる。

従って全切削パスについて、切削領域の判定を行い、先
にめた各交点までの切削領域側に存在する切削パスデー
タに対してスミ几エンドミルによる三次元曲面加工用の
カッタロケーション（ＣＬ）ファイルとして出力処理を
行えばよい。最後にカッタ制御データ作成処理部５７で
、カッタバスデータをスミ几エンドミルの先端座標値Ｐ
ｃ’に変更して、予め入力データで指定されたフォーマ
ットの数値制御（ＮＣとする）データに変換する。

以上説明した方法で作成したスミＲエンドミル加工用の
ＮＣデータはカッタパスデータ作成処理部５０で、例え
ばディスクメモリに格納しておき、第５図に示すように
従来のボールエンドミルによるＮＣ加工と同様にデータ
処理部６０で順次読み込み、解読して各座標軸のカッタ
移動量など数値情報をバッフ１に分類格納し、さらに補
間回路７０でカッタ移動に対応するパルス列に変換した
後、サーボ系回路８０でＤ−Ａ変換を行ってＮＣ工作機
械を駆動させることにょシ意図するスミ几エンドミルに
よる三次元曲面加工方法を実現できる。また、カッタパ
スデータ作成処理部５０で、直接ＮＣテープ１００に出
力して、周知の方法によりＮＣ装置１１０の入力データ
としてもよい。

〔発明の効果〕 家電および自動車部品など三次元曲面形状で構成される
種々の金型加工を数値制御工作機械を用いて加工する場
合に、スミ几エンドミルによる曲面切削処理方式ならび
に数値制御加工が可能になる。

従来のボールエンドミル加工に比べて、加工効率の向上
に寄与し、切削性の向上ならびに加工時間の短縮がはか
れる。また、荒加工にも効果的に利用できる。

【図面の簡単な説明】

状と加工状態図、第３図は、本発明の三次元曲面の２段
階オフセット方式の説明図、第４図は、本発明のスミ几
エンドミルのカッタパスデータ作成処理部の処理手順説
明図、第５図は、本発明の数値制御加工方法を示すシス
テム全体構成図である。 ２０　スミ几エンドミル、 ２１・・カッタのディスク形状部、 ３０〜３２・切削曲面とそのオフセット曲面、４０〜４
２・・干渉曲面とそのオフセット曲面、５０〜５７・カ
ッタパスデータ作成処理部とその処理手順、 ９０　数値制御工作機械。 第１ロ　第２図 第　３図 第４図　第Ｓ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　自由曲面ならびに単純幾何形状曲面などの三次元
   曲面形状を数値制御工作機械を利用して加工する数値制
   御加工方法において、切削対象となる切削曲面ならびに
   カッタ干渉を回避するための干渉曲面を、各々該曲面の
   法線ベクトル方向にスミＲエンドミルのスミＲの値だけ
   オフセットし、さらにその法線ベクトルの特定の平面内
   への射影ベクトルの方向に上記スミＲエンドミルのカッ
   タ半径の値だけオフセットする２段階オフセント方式に
   より該切削曲面と該干渉曲面の相貫線データを作成し、
   かつ又該切削曲面を切削するスミＲエンドミルのカッタ
   パスを生成し、上記相貫線データによるカッタ干渉の回
   避処理を行う事を特徴とする三次元曲面形状の数値制御
   加工方法。