JPS606725B2 - 金型加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金型加工方法に関するものである。

一般に、鍛造、プレスを問わず、型加工の際に使用する
金型は、通常、一対の鉄り合う凸型と凹型の二種からな
り、これをモデル倣いによって製作する場合は、夫々、
凸型モデル、凹型モデルを要していた。上誌倣い加工方
式は、倣い速度に加工速度が拘束されるために高速化で
きない欠点があり、これを改良するものとして、クレー
モデルを作成し、これを電気的光学的にＸＹＺ座標を測
定し、そのデータをコンピュータにかけて型彫用ＮＣテ
ープを作成し、このＮＣテープをＮＣ型彫盤にかけて高
速で金型を切削させる方式が提案されているが、この方
式は、クレーモデルからデータを得るに当って、三次元
測定機等でマニュアル測定又はＮＣ測定するものであり
、このデータは、モデルの各点についてのＸＹＺ位置座
を抽出しているのみであって「工具の移動経路及び軌跡
を同時に得ているものではないため、コンピュータ内で
上記データを編集させ、所定のＮＣデータに仕上げさせ
る必要があり、そのため、コンピュータには予め、それ
らの作成手順を指示するプロセッサーテープ等を作成し
、入力しておく必要がある。

しかも、モデルは凸型用と凹型用とを夫々準備しておく
必要がある。Ｌこの発明は、製作の容易な凸型モデルの
みから、凸型、凹型の二種の金型製作を可能にしたもの
で、即ち、この発明は倣い機能及びＮＣ機能の両機能を
備えたＴＣ／ＮＣ複合工作機械で凸型モデル倣いにを実
行し、その倣い動作時の各軸の移動量、スタィラス変位
を動作中に自動的にデータ処理部に入力し、予めキーボ
ード等の操作盤からインプットされた使用スタィラス径
、精度、モード等のインプットデータを加えて処理し、
フロッピーデスク、磁気テープ等の外部記憶装置に、倣
ったモデルに対する凸型のワーク加工用ＮＣデータを作
成し、この作成された凸型用ＮＣデータを再びデータ処
理部で内部処理し、それに対応する凹型ワーク作成用Ｎ
Ｃデータを別の外部記憶装置或は同じ外部記憶装置の異
なる個所に作成し、これにより、一対の金型のＮＣ加工
を行うようにしたものである。

以下、この発明の構成を図面を参照して説明すると次の
通りである。

第１図は本発明のシステム全体のブロック図であって、
１は倣い機能及びＮＣ機能の両機能を備えたＴＣ／ＮＣ
複合工作機械で、当機で凸型モデル倣い２を実行する。

その倣い動作時の各軸（×，Ｙ，Ｚ）の移動量３及び、
スタィラス変位４を動作中に、自動的にデータ処理部６
に入力し、予め、キーボード等の操作盤からインプット
された使用スタィラス径、精度、モード（輪郭倣い、表
面倣い）等のィンプツトデ｝夕５を加えて処理し、フロ
ッピーディスク、磁気テープ等の外部記憶装置に「倣っ
たモデルに対応する凸型ワーク加工用ＮＣデータ７を作
成する。上記ＮＣデータ７の作成には、本出願人の出願
に係る５３一１２３２２３〜５号の明細書に記載した方
法を採用すると容易に実施することができる。

即ち、この倣いについては、従来の倣い工作機に、各軸
の実移動量検出器とＬ スタィラスの３次元変位検出器
と「 コンバータとしてのコンピュータを内蔵した制御
装置を附加するものであり、この制御装置をデータ処理
部６とし、これに前記したインプットデータ５をインプ
ットしておき、凸型モデルに対して倣い動作を実行する
ものである。但し「 この倣いは主軸頭に工具を付けず
、ワークを加工させないで「無負荷・高速で行わせるも
のである。各軸の葵移動量検出器はリニアスケールその
他適宜の移動量検出器を使用し、倣い動作実行中、各軸
の実移動量を刻々とデジタル量で検出し、モデルの表面
形状或は輪郭形状に対応した点群の位置座標としてデー
タ処理部６に入力する。

上記倣い動作中、スタィラスはトモデルに対して常に或
る変位を生じて倣っており、このスタィラス変位をスタ
ィラス変位検出器により、三次元的に分解して検出し、
これをデータ処理部６に入力し「前記各軸万向移動量検
出器からの刻々の位置標値をその都度同期させて補正さ
せることにより「スタィラス変位による誤差を除去した
データとして入力させるものである。

上記デー外ま、スタィラスの先端部の径だけ凸型モデル
の外側にオフセットしたデータであり、かつｔ点群の位
置座標としてのデータであるので、予め、スタィラス径
と「各点間を直線で桶間させて連続した曲線のデータと
するための補間精度とをインプットデータ５としてデー
タ処理部６に入力しておき、モードをも入力しておくこ
とによって、凸型モデルに対する凸型のワーク加工用Ｎ
Ｃデータが作成されるものである。

尚、必要に応じ、使用する工具の径を予めインプットデ
ータとして入力しておき〜 この工具のためのＮＣデー
タを作成させてもよい。上記凸型ワーク加工用ＮＣデー
タの作成において、倣い機を使用した場合を説明したが
、これは、三次元測定機を利用しても可能である。

この発明は、上記のようにして作成された凸型ワーク加
工用ＮＣデータ７を第１図に示す様に、再びｔデータ処
理部６で内部処理し、それに対応する凹型ワーク加工用
ＮＣデータ８を「凸型ワ−ク加工用ＮＣデータ７とは別
の外部記憶装置、或は同じ外部記憶装置の異なる箇所に
作成する。これら作成されたＮＣデータ７，８は、当シ
ステムに備えられたコントロ−ル部亀０に入力されると
、ＴＣ／ＮＣ工作機構１が、ＮＣデータ７，８により「
夫々凸型ワークＮＣ加工１１及び凹型ワ−クＮＣ加工亀
２を実行する。このように「 この発明によれば、凸型
モデルを倣うと、その同｝システム内で、凸型ワーク、
凹型ワークの一対の金型をＮＣ加工によって得ることが
できる。

上記ＮＣデータ７，８は紙テープ９にテープアウトする
ことも可能で、この場合は「当システム以外のＮＣ機で
加工することになる。

第２図は「輪郭倣いによって得られた凸型用ＮＣデータ
から対応する凹型ＮＣデータを作成するための原理図を
示すもので、図において、Ｌ′（Ｃ，２−Ｃ，３−Ｃ，
４…Ｃ，．−Ｃ，２）は第３図に概念的に示した凸型形
状加工のＮＣデータ（閉ループ）の或る等高線上の工具
中心軌跡Ｌ，を、Ｘ軸に対称に変換した場合の工具中心
軌跡で、Ｌ′（Ｐ３一Ｐ４…Ｐ，一Ｐ２一Ｐ３）は、同
様に、第３図に示したＬの直上、つまり、Ｌ，から「切
込量ｔだけＺ方向に上がった位置の工具軌跡Ｌ２を、×
軸に対称に変換した場合の軌跡である。

−′（Ｃ２２一Ｃ２３・・・Ｃ２，一Ｃ２２）は、半径
Ｒの工具がＬ，′上を移動したとき得られるワーク形状
に内接する半径ｒの工具中心軌跡で、Ｌ，′‘こ直角な
任意の断面では、第４図の如き関係にある。半径ｒは、
凹型ワーク加工用に用いる工具径に、凹凸型噛合隙間を
考慮した寸法で、打抜型の場合は、このＬ３′が、凹型
加工用の工具中心軌跡となる。

一方、通常の立体形状部品の加工は、ボールエンドミル
で行われることが多いが、この場合は、第５図に示す如
き原理で、凹型用ＮＣデータを作成する。

第５図で、Ｃｖ、Ｃｖ′は、第３図の任意のＺ−ＸＹ断
面の夫々Ｌ，，Ｌ２上の工具中心位置、Ｃｃは、同断面
上の第１図のＬ′上の工具中心位置を示す。Ｚ−ＸＹ断
面で、ＣＶ，Ｃｖ′に鞠心を持ち、Ｚ座標が、切込量ｔ
だけ異る半径Ｒの２円を描くと、その共通接線ＬＴが、
両工具間の凸型形状を与えることとなる。一方、その凸
型形状に対応する凹型形状は、第５図に示したように、
鍬心をＣは端面が第３図の−上の工具端面と接する半径
ｒの工具を、第５図の接線ＬＴに接するまで平行移動さ
せることによって形成される。その移動量を６：（Ｃｃ
Ｃｃ′）として、第２図のＬ，′，Ｌ′の各変曲点で、
それに対応するＬ３′上の各点の移動量６を求め、その
移動点Ｃｎを接続して求められる閉ループの直線列Ｌが
、第３図のＬ，Ｌ２で形成される凸型形状に対応する凹
型形状を与える工具中心軌跡となる。第２図で、更に詳
細に説明すると、先ず、処女台点をＣ２２と定め、Ｃ窃
からＬ，′へ垂線を下ろし、その垂線Ｃ２２−Ｐ肌，Ｃ
２２−Ｐ，２２線上で、第５図の６を求め、夫々の線上
でＣ２２を６だけＣ２２から離た点Ｃ，′，Ｃ，″を求
める。

次にＣ，２からみてＣ，．方向で、Ｃ，２に最も近く、
且つ、Ｐ，２，一Ｃ２２一Ｐ，２２の囲にないＬ′上の
変曲点Ｐ２を求める。同機にＣ，３方向のＬ２′上の変
曲点Ｐ４を求める。二Ｐ２と二Ｐ４の二等分線を引き、
その断面上でＬ３′との交点Ｃｏ′，Ｃ２′の移動量６
を求め、移動後の点を夫々Ｃｏ，Ｃ２とする。ＣｏＣ，
′，Ｃ２Ｃ，″とＣ，２Ｃ滋との交点を求め、Ｃ２２に
近い方をＣ，とする。Ｌ，′上の他の変曲点Ｃ，３，
Ｃ，４…についても同様の処理をし、これに該当しない
Ｌ２Ｆ上の変曲点については、個々にその二等分線上に
、Ｌ３′の移動点を求める。

求めたＬ３′の移動点を結んだＣ，一Ｃ２一Ｃ３一Ｃ４
…Ｃｏ−Ｃ，が求める凹型ワーク加工用の工具中心軌跡
Ｌとなる。これを各等高線毎に処理していくと、凹型ワ
ーク全体の加工用ＮＣデータとなる。第６図は、このＮ
Ｃデータを用いて凹型ワークを加工した場合の、或るＺ
−ＸＹ断面での凸型形状と凹型形状を概念的に示したも
ので、同図では、凹型の切込み位置を各等高線と、その
中間位置で与えている。以上は、凹型ワークを、二次元
ＮＣデータによって加工する場合の例を述べたが、次に
、三次元ＮＣデータを作成する方法について述べる。

第７図は凸型ワーク加工用ＮＣデータから凹型ワーク加
工用ＮＣデータを作成するためのブロック図を示すもの
で、凸型ワーク加工用ＮＣデータと共に、凹型ＮＣデー
タ作成に必要な、工具径、残し代、ピック量、領域設定
、Ｚ開始点設定等の加工情報をインプットデータとして
データ処理部にインプットしてオフセット処理させ、続
いて加工順序変換処理を施こし、凹型ワーク仕上加工用
ＮＣデータを作成し、または、凹型ワーク荒取り用ＮＣ
データの計算を行わせて凹型ワーク荒取り加工用ＮＣデ
ータを作成せしめるものである。次に、三次元ＮＣデー
タの作成原理を説明する。先ず、下記事項を仮定する。
｛１）凸型仕上用ＮＣデータのピック量は十分小さく、
隣接するＮＣデータの変化は小さいとする。

｛２１ 凸型瓜Ｃデータの１ブロックの長さＬ（脚）、
８＝ｒ十Ｒ−ｔ＋Ｓ、凸型ＮＣデータの１ブロック線分
と次ブロック線分のなす角をｙのとしたとき（第８図参
照）Ｌ≧毒； を満足すること。

但し、６：オフセット量 ｒ：凸型加工用工具半径 Ｒ：凹型加工用工具半径 ｔ：スキマ代（製品板厚） Ｓ：残し代 つまり、凹型加工時、第９図に示す様に、ワークＷの内
側最小コーナ部半径Ｒ′が、凹型加工用工具半径Ｒより
大なること（Ｒ′＞Ｒ）。

上記仮定のもとに、輪郭倣いにおける凸型ＮＣデータか
ら凹型ＮＣデータへの変換原理を説明する。

今、凸型ＮＣデータの点Ｐ，．を凹型用にオフセットす
る方法を第１０図で説明する。

第１０図上における各点の位置座標を Ｐ，。

（Ｘ，。，Ｙ，〇，Ｚ）Ｐ，．（Ｘ，．，Ｙ，．，乙） Ｐ，２（Ｘ，２，Ｙ，２，乙） Ｐ。

（ふ，Ｙ仇ＺＯ），Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とする。
但し「Ｚ≦ＺＳＺ２■ ここで、Ｐ．ｏ→Ｐ，２，Ｐｏ
ｏ→Ｐｏ２，Ｐ２ｏ→Ｐ２２は隣接する各等高線におけ
る凸型の輪郭加工用ＮＣデータを示すものとする（夫々
閉ループを構成しているものとする）。

■ ベクトル可弦とｐ可弦とのなす角のニ等分線を１と
する（二等分角をひとする）（ベクトルｐ内に，ｐ市電
はともに×−Ｙ平面上にぁる）。

■ この直線１を含みＺ軸に平行な平面と、ＮＣデータ
Ｐｏｏ→Ｐ側 Ｐ数→Ｐ２２との交点をＰｏ，Ｐ２とす
る。

■ べ仙席，師，凧席のう ち、２つを含む４平面を第１１図に示す様に、夫々１〜
Ｗとする。

■オフセット量６ 凸型ＮＣデータの点Ｐ，．は、凸型ワーク加工用工具中
心でありし ｒを凸型用工具半径、Ｒを凹型用工具半径
、ｔをスキマ代（製品板厚）、Ｓを残し代とするとオフ
セット量６５よ、６＝ｒ十Ｒ−ｔ十Ｓ ■ 前記■で示した４平面に半径６の球を、ベクトル瓦
丙２に対して右側こその球の中心が来るように接触させ
る。

その時の球の中心座標Ｐを点Ｐ，．の凹型用ＮＣデータ
へのオフセット後の座標と近似できる（但し、（十）輪
郭倣いとする）。上記球の中心点の求め方は下記の通り
である。

第１２図に示す様に、点Ｐ，．を通り「 ベクトルｐに
耳と直角な平面をＶとし、ベクトルｐ汀弦，瓦兎を平面
Ｖ上に投影して出来るベクトルをＰ，．Ｐ，。

，Ｐ，．Ｐ，２としトそのベクトルのなす角を２８′と
する。即ち、第１３図に示す様に、ベクトル 前予ｐ瓦南に接する球（半径６）の中心０１と、点Ｐ，
．の距離を６，とすると、直線１を含みＺ軸こ平行な平
面こおし・て、ベクトル耳武。

と平行で６，だけオフセットした直線１，上の点を中心
とする球（半径６）が平面１，０‘こ接する。同様にし
て平面ｍ，Ｗについても、点Ｐ，．を通り、ベクトルＰ
，．Ｐ２と直角な平面上へのベクトルｐ内虚，ｐ兎南の
投影ベクトルを求め、両ベクトルに接する球の中心と点
Ｐ，．の距離６２を求め、直線１を含みＺ軸に平行な平
面において、ベクトルＰ，．Ｐ２と平行で６２ だけオ
フセットした直線１２を求め、前記１，と上記１２との
交点を求めれば、これが凸型ワーク加工用ＮＣデー夕の
１つの点Ｐ，．に対応する凹型ワーク加工用ＮＣデータ
の点Ｐとなる。

（第１４図参照）■ 上記要領にて、すべての凸型ワー
ク加工用ＮＣデータの点Ｐｊｉについて、これと対応す
る凹型ワーク加工用ＮＣデータの点Ｐを求め、それを各
等高線毎につなげば、凹型ワーク加工用の三次元のＮＣ
データが得られる。以上説明した様に、この発明によれ
ば、凸型モデルを準備するだけで凸型ワーク加工用ＮＣ
データと、この凸型に倣り合う凹型ワーク加工用ＮＣデ
ータとが作成でき、これにより一対の金型をＮＣ加工し
て製作することができる。

この場合、凸型モデルは凹型モデルよりも製作が容易で
あり、勿論凹凸両モデルを使用するものに比べて非常に
便利である。そして、この発明は凸型モデルに対し、倣
い機能を利用して連続的にデータを収集させるため、得
られるデータは、単なるＸＹＺ位置座標のみでなく、工
具の移動経路及び軌跡を同時に得られており、ＮＣデー
タの作成が容易である。

また、この発明では、従来の倣い機に比べ、加工データ
をＮＣデータとして保存でき、かつ、複製ができること
から、１但ＮＣデータを作成すれば、モデルを使用する
ことなく多数のＮＣ機で同時に量産ができ、また、倣い
機能とＮＣ機能をもつ複合機であれば、ＮＣデータの作
成から、ワークのＮＣ加工までをすべて行なわせること
ができ、このような両機能をもつ複合機が１機あれば、
他のＮＣ機用のデータを作成させることに利用できるた
め、ヲＥ常に便利である。また、ＮＣデータは、高価な
自動プログラミング装置や、複雑な計算及び特殊知識を
要するマニュアルプログラミングと異なり、正確で、か
つ、簡単容易に現場技術者が作成できるのであり、極め
て有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体のシステムを示すブロック図、第
２図は二次元の場合における凸型ワーク加工用ＮＣデー
タから凹型ワーク加工用ＮＣデータを作成する場合の一
例を示す原理説明図、第３図は第２図の凸型ワーク加工
用ＮＣデータの一具体例を示す工具軌跡（ワーク形状）
説明図、第４図は第２図のＸＹ平面と直交する平面上の
任意の点で前記データを断面した場合における凹凸工具
の関係を示す説明図、第５図は工具としてボールエンド
ミルを使用する場合における凸型データから凹型データ
を求める場合の第４図と同様な関係の説明図、第６図は
、Ｚ−ＸＹ平面から見た場合における凹凸型用工具の中
心軌跡の一例を示す説明図、第７図は凸型ワーク加工用
ＮＣデータから凹型ワーク加工用ＮＣデータを作成する
場合の詳細を示すブロック図、第８〜第１４図は三次元
の場合における凸型ＮＣデータから凹型瓜Ｃデータを求
める場合の説明図であって、そのうち、第８図は凸型Ｎ
Ｃデータにおける１ブロック線分の長さと次ブロック線
分の角度関係及び、オフセット量の関係を示す説明図、
第９図は凹型ワーク加工に使用する工具径と凹型ワーク
のコーナ部の曲率半径との関係を示す説明図、第１０図
は三次元凸型ＮＣデータの１つの点Ｐ，．から、これに
対応する凹型ＮＣデータの工具中心点を求める原理のＸ
−Ｙ平面より見た説明図、第１１図は第１０図における
Ｐ，．点を頂点とする稜線１上での凸型ワーク形状面の
立体的な仮想形状を表わす斜視説明図、第１２図ま、第
１１図こ示した２ベクトル司庵，Ｐ，．Ｐｍを前記稜線
１上のべクトＰ，．Ｐｏと直交する平面上へ投影して先
ず一方の稜線を基準に凹型用工具の中心を求める場合の
説明図であり、第１３図はそのときの投影像と凹型用工
具中Ｄとの関係を示す説明図、第１４図は第１２図及び
第１３図と同機こ２ベクトル瓦雷，ｐ可席を前記稜線ー
上のベクトルｐ句やと直交する平面上へ投影して求めた
凹型用工具中心と前記第１３図で求めた凹型用工具中心
とから、三次元的にＰ，．点に対応する凹型用工具中心
Ｐを求めた状態を示す説明図である。 第官図 鶏傘図 第３図 第４図 第５図 第６図 第８図 第９図 第？図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 倣いフライス盤、或は倣い機能を有する機械（測定
   機を含む）で、凸型モデルを倣わせ、その時のＸ，Ｙ，
   Ｚ各軸移動量、並びにスタイラス変位をコンピユータに
   自動的に収込み、これと、予めコンピユータに入力され
   た使用スタイラス径、補間精度、モード（輪郭倣い、表
   面倣い）等のインプツトデータとをデータ処理部でデー
   タ処理させて凸型ワーク加工用のＮＣデータを作成させ
   、更に、このＮＣデータと、予めコンピユータに入力さ
   れた凹型加工用工具径、残し代、ピツク量、領域設定、
   Ｚ開始点設定等の凹型用加工情報とをデータ処理部でデ
   ータ処理させて上記凸型ワークに嵌り合う凹型ワーク加
   工用ＮＣデータを作成し、上記両ＮＣデータによるＮＣ
   加工で、一対の金型をＮＣ加工することを特徴とする金
   型加工方法。