JPS6190206A

JPS6190206A - 金型加工用ｎｃデ−タ作成装置

Info

Publication number: JPS6190206A
Application number: JP21104684A
Authority: JP
Inventors: Masa Okuma; 大熊　雅; Shigeru Murata; 滋村田
Original assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Current assignee: Hitachi Seiki Co Ltd
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1986-05-08
Also published as: JPH0565886B2

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】（１）　　産業上の利用分野本発明は、工作機械特に数値制御系のフライス盤系統の
ＮＣ工作機械でワーク素材から金型を加工する際の金型
加工用ＮＣデータ作成装置に関する。

（２）従来の技術従来、金型の曲面形状を加工する際は、通常切刃が球状
の形状を有するボールエンドミルを使用して自動プログ
ラミングにより工具位置を求め、曲面表面を適宜なピッ
チ間隔で順次加工（所謂ピックフィード）する表面切削
法が多く行われている。

而して、金型の曲面形状を自動プログラミングする際、
モデル金型曲面の表面を三次元測定機などの測定用タッ
チセンサーのプローブで倣い、この測定データによって
曲面の魚群を求め、その魚群を中央処理装置で処理する
ことが知られている。

該中央処理装置では入力された曲面の点群測定データを
、加工方法等のデータに基ずき加工範囲の処理、加工点
の計算処理を行った後、工具のオフセント処理をする。

これらの処理によって最終的には金型加工用のＮＣテー
プが作成されて加工が行われてる。

しかし、この自動プログラミングをする際、従来は測定
用タッチセンサのプローブ径と工具径が１：１の関係で
なければ曲面形状精度の保障が得られなかった。

（３）解決しようとする問題点上記従来の自動プログラミング装置で測定用タッチセン
サのプローブ径と工具径が１：１の関係を維持すること
は、工具径や送り速度、切込み等最適な切削条件、切削
方法を柔軟に選択できないことに繋がり、適確且つ迅速
な処理が行なわれないという問題があった。延いては精
度保障にも限度があった。

（４）　　　目　　的本発明の目的は、上記事情に鑑み、問題を解消するため
に提案されたものであって、金型加工において最適な切
削条件、切削方法を柔軟に選択可能とし、さらに適確且
つ迅速な処理を行なえるようにした金型加工用ＮＣデー
タ作成装置を提供することにある。

（５）　　問題点を解決するための手段本発明は金型加
工用ＮＣデータ作成に際し、三次元測定機等の測定用タ
ッチセンサーのプローブを３次元の曲面を有する金型モ
デルに倣わせ、該金型モデルの曲面形状の点を順次間隔
をもって測定し中央処理装置で処理する。該中央処理装
置では入力された点群測定データを曲面点群測定データ
記憶装置にまず記憶させる。該曲面点群測定データ記憶
装置に記憶された曲面点群測定データをさらにミクロ単
位に細分化処理し補間処理データ記憶装置に記憶させる
。該補間処理データ記憶装置に記憶されたすべての補間
点群について、測定用タッチセンサーのプローブ用のオ
フセット処理を施し真の曲面データを求めることにある
のである。真の曲面データを一旦曲面形状記憶装置に記
憶させる。該曲面形状記憶装置に記憶されている真の曲
面データ並びに曲線データおよび加工方法等の入力デー
タに基ずき加工範囲、加工点計算処理を行なった後、工
具オフセット処理装置で工具径のオフセント処理をして
求めた値を工具経路データ記憶装置に記憶させることに
よってＮＣ加工用のＮＣデータが作成される。

このように本発明では、測定用タッチセンサーのプロー
ブ径と工具径を夫々独立してオフセット処理することが
、最大の特徴である。

（６）作用本発明の金型加工用ＮＣデータ作成装置では、金型モデ
ルに測定用タッチセンサーのプローブを倣せて、曲面形
状の魚群を求め、さらに測定用タッチセンサーのプロー
ブ径にもとづいたオフセット処理をし、かつ工具径のオ
フセント処理を夫々独自に施すことによって、迅速で、
かつ最適な切削条件、切削方法に柔軟に対応できるので
ある。

（７）実施例以下、本発明の装置に関する一実施態様について、図面
を基にして詳細に説明する。

第２図（イ）は本発明の装置で金型加工用ＮＣテープを
作成し、そのＮＣテープで実際の工作機械に使用し金型
品を加工するまでの工程概略図である。

第２図（イ）において、３次元の曲面を有する金型モデ
ル１０１の曲面に、三次元測定機等の測定用タッチセン
サ１０２のプローブ１０３を倣わせる。該測定用タッチ
センサー１０２によって得られた曲面形状の入力データ
を本発明の装置であるＮＣデータ作成装置１０４へ自動
的に入力する。

該ＮＣデータ作成装置１０４内で作成されたＮＣデータ
をＮＣテープ１０５として取り出し、該ＮＣテープ１０
５でＮＣ工作機械例えば縦型のマシニングセンタ１０６
の工具１０７を制御卸せしめて、ワーク素材Ｗに金型加
工を施し金型モデル１０１の曲面と全く同じ金型部品を
仕上げるのである。

第２図（ＩＩ）は、測定用タッチセンサのプローブ１０
３による測定データを金型モデル１０１ヘオフセツト処
理し、且つ工具１０７をワークＷに対してオフセット処
理する場合のＸ−２断面における説明図である。測定用
タッチセンサのプローブ１０３を順次倣わせて得られる
点群測定データは、一般にプローブ径の中心Ｏｐの３次
元座標値とし。

で求められる。従って測定データは金型モデル１０１の
真の曲面データとして即刻得ることはできない。また、
工具１０７の加工用ＮＣデータは金型モデル１０１に対
応したワークＷへの加工点Ｏｍを得るために、工具１０
７の回転軸線りの先端位置０１の３次元座標値として求
められる。

測定用タッチセンサのプローブ径と工具径が１：１であ
るならば、ｒ＝Ｒとなって、工具半径Ｒ分の座標値をず
らすのみで先端位置Ｏｔを求めることができる。測定用
タッチセンサのプローブ径と工具が異なる場合、測定デ
ータとしての中心５ｐから、加工用ＮＣデータとしての
先端位置６を補正ベクトルＶａをオフセット処理する必
要が生じる。

このためプローブ１０３によって得られた測定データで
ある中心６ｐを、金型モデル１０１の真の曲面データに
変換する。すなわち、真の三次元曲面に対して中心６ｐ
から法線ベクトルＶｎをたてることによって加工点６ｍ
が求まる。真の曲面データを得ることは、通常行なわれ
る工具１０７の加工点Ｏｎに対するオフセット処理をそ
のまま適用することになり、加工点Ｏｍから先端位置０
１までの工具補正ベクトルＶｔを求めれば済むことにな
る。

また、法線ベクトルＶｎは、第２図（Ｅｌ）で示される
如く２次元座標における法線では真の曲面上の加工点δ
ｍを求めることにはならず、加工点δｍの近傍の３次元
曲面上の法線ベクトルとしてとらえなければならない。

従って測定データから真の曲面データに変換することは
、必要条件でありまた、最適な方法である。

零発−明は上述した方法によって金型品を加工する金型
加工用ＮＣデータ作成装置であって、その構成について
第１図により説明する。

第１図は本発明の金型加工用ＮＣデータ作成装置を説明
する制御ブロック図である。

第１図において、１は中央処理装置（ＣＰＵ）で、測定
用タッチセンサー１０２のプローブ１０３を３次元の曲
面を有する金型モデル１０１に倣わせ、点群測定データ
入力装置２により、金型モデル１０１の曲面形状の測定
データを順次間隔をもって入力回路３を介して入力する
。入力された曲面の魚群を曲面点群測定データ記憶装置
８に記憶する。加工すべき金型モデルの曲面形状を例え
ば曲率が大きく異なる部分ごとに分割してＸ−Ｙ平面に
投影した加工範囲を示す曲線データを曲線データ入力装
置４によりＣＰＵＩへ入力回路５を介して入力する。

さらに、右、左、タテあるいはヨコといった削り方向等
の切削加工方法や、工具の径、ピッチ。

切り込み量あるいは送り速度等の加工条件および測定用
タッチセンサーのプローブ径等の測定条件を、加工方法
・加工条件・測定条件入力装置６（以下加工方法等入力
装置という）により入力回路７を介してＣＰＵＩに入力
する。

曲面点群測定データ記憶装置８に記憶された曲面点群測
定データから補間処理装置９でミクロ単位に曲面点群を
細分化処理して補間処理データ記憶装置１０に記憶する
。

該補間処理データ記憶装置１０に記憶された補間点群デ
ータ、すなわち測定用タッチセンサーのプローブ１０３
中心（第２図Ｏｐ）が描く軌跡の各点に対し、オフセッ
ト範囲設定装置１１により、これらの連続した微小な３
次元曲面として、各近傍の補間点部データから求める。

（後述詳細）例えば求めようとする補間点の周囲近傍の
４つの補間点を通る球面をオフセント範囲設定装置１１
で定め、続いてオフセット処理装置１２で該球面に対し
求めようとする補間点を通る垂直なベクトルすなわち法
線ベクトル（第２図Ｖｎ）をたてる。

この法線ベクトルを各補間点すべてに対して求める。求
められた法線ベクトル上の補正点は、測定用タッチセン
サーのプローブ１０２の半径分を補間点の周囲近傍の３
次元曲面に対して求められるので、曲面形状記憶装置１
３に記憶する。

次に、曲線データ入力装置４により入力された曲線デー
タと、加工方法等入力装置６により入力された加工方法
等のデータ読み込みを行って、加工範囲処理装置１４に
より加工範囲を設定する。

加工範囲処理装置１４で、例えばＸ−Ｙ平面上で加工経
路を求めた後、すでに真の曲面形状が求められ曲面形状
記憶装置１３に記憶されている曲面形状データをもとに
して、Ｚ座標値のＺ点すなわち加工点を加工点計算処理
装置１５により求める。

該加工点計算処理装置１５で求めた加工点を工具オフセ
ット処理装置１６により、実際に加工するＮＣ加工用デ
ータとして工具の回転軸線の先端位置を求めて工具の軌
跡とし、工具経路データ記憶装置１７に記憶させる。

工具経路データ記憶装置１７から出力回路１８を介して
データ表示部（ＣＲＴ）１９に表示させたり、出力回路
２０を介してＦＴＰ　（ペーパーテープパンチャー）２
１に出力したり、あるいは出力回路２２を介してＰＲ（
プリンター）２３に出力し取り出すのである。

本発明の装置によって得られた金型加工用ＮＣデータは
、第２図に基ずき説明したように、工作機械例えば縦型
のマシニングセンタへＮＣ加ニブログラム情報を送り、
実際に加工が施こされるのである。

次に、本発明の動作について、第３図と第４図を用いて
説明する。

第３図は本発明装置のフローチャート図、第４図は第３
図のフローチャート図における主要部を具体的に説明す
るモデル図である。

第３図のフローチャート図に基ずいて動作を順に説明す
ると、次のとおりである。

（Ａ）測定用タッチセンサー１０２のプローブ１０３を
金型加工用モデル１０１の曲面に倣って、順次間隔をも
って点群測定データ表示部Ｗ２により点群測定データを
入力し、ＣＰＵＩにより曲面点群測定データ記憶装置８
に記憶する。すなわち第４図の（イ）に示すように、金
型加工用モデル１０１の曲面に例えば横方向にＰ　１１
０゜、Ｐｌ□。。。

・・・・・・＋　　Ｐ　ｔｎｏ。と数１１間隔で点を求
め、次の横方向にＰＨ１゜。＋ｐｚｚｏ。、・・・・・
・＋Ｐ２ｎＯ０，さらにｎ番目の横方向にＰｎ＋ｏ。、
Ｐｎｚ。。、・・・・・・、　　Ｐｎｎ、。と順に魚群
を求めて入力し、ＣＰＵＩの曲面点群測定データ記憶装
置８に記憶する。

（Ｂ）曲線データ入力装置４により、曲面形状をもとに
曲線データを入力する。

（Ｃ）右、左、タテあるいはヨコといった削り方向等の
切削加工方法や、工具の径、ピッチ、切込量あるいは送
り速度等の加工条件および測定用夕・ノチセンサー１０
２のプローブ１０３の径等といった測定条件を加工方法
等入力装置６により読み込ませる。

（Ｄ）上記（Ａ）の曲面点群測定データ記憶装置８に記
憶されている曲面点群測定データをさらに補間処理装置
９でもってミクロ単位に細分化処理する。

すなわち、第４図の（１１）に示すように、横方向には
、ＰＩｌｏｏとＰ　１ｚｏｏ　＋　Ｐ　１２００とＰ１
３＠６の間にＰ目ｏ＋　＋　Ｐｚｏｚ　、　Ｐ＋□。Ｉ
＋ＰＩ２゜２といったように細分化し、さらに横方向に
は、Ｐ目。。とＰ　２１００　、　Ｐｚ＋ｏｏとＰ３１
００の間にＰ　１１１０　＋　Ｐ　Ｉｔ！ｌｌ　＋　Ｐ
　ｚ目ｏ　＋　Ｐｚ＋ｚｏといったように細分化処理す
る。このように細分化処理された点が補間点である。細
部された補間点のデータは補間処理データ記憶装置１ｏ
に一時記憶され、続いてオフセット範囲設定装置１１ヘ
データが送出される。

（Ｅ）オフセント範囲設定装置１１では細分された補間
点の夫々に対して真の曲面を求めるために測定用タッチ
センサーのプローブ中心の軌跡に対して、次の処理を施
す。例えば補間点Ｐ２，２□のプロ−プ中心の軌跡点を
、第４図の（ハ）に示す如く補間点Ｐａｌ□２の周囲近
傍の４つの補間点であるＰ２．２□、　Ｐ２＋２１　、
　Ｐｚｌｓ□およびＰ２１２３の点を通る球面を求める
。第４図の（ニ）に拡大した如く点０を球心とした球面
に対し補間点Ｐａｌ□２を通り、かつ該球面に垂直なベ
クトルすなわち法線ベクトルをたてる。その法線ｎ上で
、補間点Ｐ２．２□からプローブの半径ｒ分だけずらし
た点Ｏｍを求める。

この点Ｏｍがプローブが通る補正点でありかつ加工点と
なる。そして、すべての補間点に対して補正点を求める
ことによって真の金型モデルの曲面形状データが得られ
る。このように補間点から補正点を求めて処理するオフ
セント処理をオフセット処理装置１２で行なって、第４
図の（ネ）に示す如く、真の曲面データを曲面形状記憶
装置１３に記憶させる。

（Ｆ）上記（Ｂ）　、　（Ｃ）で入力および読み込ませ
た曲線データ入力値と加工方法等から加工範囲処理装置
１４で加工範囲を処理する。

（Ｇ）すでに上記（Ｅ）で求め、曲面形状記憶装置１３
に記憶された真の曲面形状データを取り出して、加工点
計算処理装置１５により例えばＸ、　Ｙ投影面における
Ｚ座標値を求める。

（１１）工具オフセット処理装置１６により、第４図の
（へ）に示すような手段で、工具であるポールエンドミ
ルの半径Ｒ分と距離ａだけオフセット処理し、工具の回
転線ｌ、における先端位置０１を求める。この点が実際
に加工する工具軌跡の点となり、加工用ＮＣデータとし
て工具経路データ記憶装置に記憶される。

（１）以上の処理によって得られた工具経路データは出
力回路２０を介してＣＲＴ１９．ＰＴＰ２１゜ＰＲ２２
等によりＮＣデータとして出力する。

（９）効果本発明の金型加工用ＮＣデータ作成装置は、測定用タッ
チセンサーのプローブを金型モデルに倣わせ、自動的に
点群測定データをＣＰＵに入力し、その点群測定データ
を測定用タッチセンサーのプローブの半径分を曲面にお
ける法線ベクトルとしてオフセット処理し曲面形状記憶
装置に記憶させて金型モデルの真の曲面形状データを求
めることにより、測定用タッチセンサーのプローブ径と
工具径のオフセット処理を夫々独立して分離させること
ができる。その結果、工具径等最適な切削条件、切削方
法を柔軟に選別可能となり、延いて汎用性に冨んだもの
となる。さらに曲面形状の加工精度が一段と向上する。

また、本発明の金型加工用ＮＣデータ作成装置を採用す
ることにより、真の曲面形状データが得られるので、切
削条件や切削方法の変更等に対し、的確にかつ迅速な処
理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の金型加工用ＮＣデータ作成装置を説明
する制御ブロック図である。第２図（イ）は本発明の装
置で金型加工用ＮＣテープを作成し、そのＮＣテープで
実際の工作機械に使用し金型品を加工するまでの工程概
略図である。第２図（Ｕ）は測定用タッチセンサのプローブおよび工
具におけるオフセット処理を示す説明図である。第３図は本発明装置の動作を説明するフローチャート図
、第４図は第３図のフローチャート図における主要部を
具体的に説明するモデル図である。１０１・・・金型モデル１０２・・・測定用タッチセンサー１０３・・・プローブ　　１０４・・・ＮＣデータ作成
装置１０５・・・ＮＣテープ　１０６・・・ＮＣ工作機
械１０７・・・工　具　　　Ｗ・・・ワークト・・ＣＰ
Ｕ　　　　２・・・点群測定データ入力装置４・・・曲
線データ入力装置６・・・加工方法等入力装置８・・・曲面点群測定データ記憶装置９・・・補間処理装置１０・・・補間処理データ記憶装置１１・・・オフセット範囲設定装置１２・・・オフセット処理装置１３・・・曲面形状記憶装置１４・・・加工範囲処理装置１５・・・加工点計算処理装置１６・・・工具オフセット処理装置１７・・・工具経路データ記憶装置１９・・・ＣＲＴ　　　　　　２１・・・ＰＴＰ２３・
・・ＰＲ特許出願人　　　日立精機株式会社第２図　　　（イ）（ロ）し第３図第４図（ホ）

Claims

【特許請求の範囲】

測定用タッチセンサーのプローブを３次元の曲面を有す
る金型モデルに倣わせ、該金型モデルの曲面形状の点を
順次入力する点群測定データ入力装置と、前記金型モデ
ルの曲面形状の加工範囲を示す曲線データを入力する曲
線データ入力装置と、切削加工法、切削条件あるいは測
定条件を入力する加工方法・加工条件・測定条件入力装
置と、前記点群測定データ入力装置により入力された曲
面点群測定データを一時記憶させる曲面点群測定データ
記憶装置と、該曲面点群測定データ記憶装置から、それ
らの曲面点群を細分化処理して補間点群を求める補間処
理装置と、この補間点群を前記測定用タッチセンサーの
プローブにおける連続した３次元微小曲面を求めて法線
ベクトルをたてオフセット処理するオフセット処理装置
と、該オフセット処理装置によって得られた真の曲面形
状点群データを記憶する曲面形状記憶装置と、前記曲線
データ入力装置および前記加工方法・加工条件・測定条
件入力装置により入力された曲線データ、加工方法等の
データで加工範囲を設定する加工範囲処理装置と、前記
曲面形状記憶装置に記憶されている真の曲面形状データ
をもとにして工具の加工点を求める加工点処理装置と、
真の曲面形状データから工具回転軸線における先端位置
にオフセットし加工用ＮＣデータを求める工具オフセッ
ト処理装置と、加工用ＮＣデータを記憶する工具経路デ
ータ記憶装置を経てＮＣデータとして出力する出力装置
とからなることを特徴とする金型加工用ＮＣデータ作成
装置。