JPS63123658A - 形状加工用工具経路デ−タ作成方法 - 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】 本発明は、コンピュータ支援設計システム（ＣＡＤ）等
において、形状モデルデータに基づいて、三次元自由曲
面を有する形状を得るための金型加工等を行うＮＣデー
タ、すなわち、フライス盤あるいはマシニングセンタ等
のＮＧ工作機械に与える工具経路データの作成方法に関
するものであり、特に、該工具経路を細かいピッチで定
め加工面精度を向上させる場合に、工具経路データの作
成に要する工数を削減し、効率よく高速度で工具経路デ
ータを作成することを可能とする形状加工用経路データ
作成方法に関する。

近年、コンピュータ支援設計システム（以下ＣＡＤ／Ｃ
ＡＭシステムと称する）が普及しつつあり、種々の産業
分野に適用されている。特に、三次元形状モデルデータ
を扱うＣＡＤ／ＣＡＭシステムは設計の構想段階から生
産のシュミレーションに至るまで幅広く応用されている
。

このようなＣＡＤ／ＣＡＭシステムは自動車等の車輪の
設計、生産にも使用されている。

この場合、計算機内において作成した製品形状を示す形
状モデルデータは三次元の自由曲面から構成されるもの
であって、膨大なデータ量としてデータベースに納めら
れており、また当該形状を製造するための金型加工に用
いられる工具経路データ、所謂、ＮＣデータもＣＡＤ／
ＣＡＭシステムを用いて同時に作成され、フロッピィデ
ィスク等の記憶媒体に出力され、フライス盤やマシニン
グセンタ等のＮＣ工作機械に指令として与えられるよう
に構成されている。

一般に、この種のＮＣデータ、すなわち、工具経路デー
タは上記の形状モデルデータを基にして予めプログラム
された所定の手順に従った演算を行うことによって作成
されるが、加工された形状面の精度は工具経路データの
ピッチの精粗に依存する。すなわち、工具経路が細かい
ピッチで指定されれば、削り残し部分は少なく且つ小さ
くなるが、工具経路が粗いピッチで指定されると、削り
残し部分は多く且つ大きくなる。従って、従来、このよ
うな工具経路データは所定の標準ピンチで算出し、ＮＣ
工作機械で加工した後削り残し部分を作業員が仕上加工
し、必要な面積度を得る方法が採用されるのが一般的で
あった。然しなから、この方法によると仕上げ加工のた
めに余剰な工数が必要であるという不都合が存在してい
る。

一方、工具経路データを細密なピッチで作成し、仕上工
程をなくして必要な面精度を得ることも考えられるが、
このような工具経路は形状モデルデータを基に微少な直
線状の工具のパスで近位させ、該直線状のパスの支点と
終点毎に三次元座標値の演算を行い、これらのパスの連
続として１本の工具経路データが作成されるものである
。このため、工具経路のピッチを細が（すればする程扱
うデータ量が膨大となり、また、演算処理時間も膨大な
ものとなるため、データを記憶するための記憶装置の容
量を大きくする必要があり、電子計算機の使用効率が低
下するという不都合があった。

本発明はこのような不都合を克服するためになされたも
のであって、所定の標準的なピンチで基準となる工具経
路データを作成し、このピッチの間を任意の間隔で補間
する工具経路を簡単な演算処理によって定めることの出
来る工具経路データの作成方法を提供し、これによって
形状加工における加工面精度を工数を増加させることな
く向上させ且つ工具経路データの作成に用する処理時間
の増加を極力小さくすることを目的とするものである。

前記の目的を達成するために、本発明は計算機システム
内に作成された全体形状モデルデータに基づいて該形状
を加工するたの工具経路データを作成する形状加工用工
具経路データ作成方法において、前記全体形状モデルデ
ータから加工すべき加工領域を特定する第１のステップ
と、前記加工領域に対応する前記形状モデルデータから
所定の手順に従って標準ピッチで複数の基準工具経路を
算出する第２のステップと、隣接する前記基準工具経路
の中一方の基準工具経路の各端点から夫々の垂線を下ろ
し他方の基準工具経路と交差する点を求め対の基準工具
経路を定める第３のステップと、前記対の基準工具経路
と前記加工領域を示す最外側点列で定まる有効部分を求
める第４のステップと、前記対の基準工具経路と前記垂
線で囲まれた部分を所定の細分化ピッチで等分割した分
割点を求める第５のステップと、前記最外側点列と前記
垂線と前記対の基準工具経路で囲まれた部分を前記所定
の細分化ピッチ、で分割した分割点を求める第６のステ
ップと、前記分割点の夫々対応する分割点列を補間工具
経路とする第７のステップとからなることを特徴とする
。

次に、本発明に係る形状加工用工具経路データの作成方
法ついて好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しなが
ら以下詳細に説明する。

第１図は本発明に係る形状モデル、および該形状を金型
加工するための工具経路等を扱うコンピュータ支援設計
システム（ＣＡＤ／ＣＡＭ）の基本的な構成を示す、こ
の中、参照符号１０は後述する車輪等の製品形状を示す
形状モデルデータ２４や工具経路データ３０等が格納さ
れる外部記憶装置を示している。

この外部記憶装置１０において、参照符号３２は加工条
件データであり、金型加工を行うための工具形状（径、
長さ、材質、寿命等）、ホルダ形状、削り素材、切削面
仕上げ（粗、仕上げ）等とそれらの条件から求められる
切削速度、回転等の加工条件を示すデータである。参照
符号３４は加工法案データであり、金型加工における使
用可能な工具の指定、および工具の使用方法等の金型加
工のノウハウの加工法を示すデータである。参照符号３
６は設計変更部分データであり、形状変更部分に対する
データを格納しておく部分である。参照符号１２は電子
計算機であり、この電子計算機１２は形状モデルデータ
に基づいて工具経路データの算出等一連の処理を行うも
ので、外部記憶装置１０から所要の形状モデルデータ２
４、あるいは工具経路データ３０を読み出し、図形表示
装置１６での立体イメージ表示の制御を行い、あるいは
フロッピィディスク装置２５等にＮＣ加工データ、すな
わち、工具経路データ３０を出力するものである。

参照符号１４はインタフェース装置であり、電子計算機
１２と図形表示装置１６、操作盤（キーボード）１８お
よび座標入力装置（タブレット）２０等の入出力装置を
接続するものである。操作盤１８はオペレータが電子計
算機１２に対して処理コマンド、処理パラメータを入力
する入力操作盤であり、座標入力装置２０はスタイ）ス
ペン２２よリオペレータが所要の指示入力を行うための
ものである。

本発明に係るコンピュータ支援設計システムは、概略、
以上のように構成されるものであり、次に、形状モデル
データに基づいて、該形状を金型加工するための工具経
路データの作成に係る処理手順および効果について説明
する。

本発明に係る工具経路データの作成方法は、形状モデル
データに基づき所定の手順に従って標準ピッチで複数の
基準工具経路を算出し、隣接する基準工具経路間に複数
の垂線を下ろし、対となる基準工具経路を定め、該対と
なる基準工具経路間を所定の細分化ピンチで等分割した
分割点を求め、該分割点の対応する点列を補間工具経路
データとすることを基本としている。

第２図は本発明に係る工具経路データの作成方法を示す
概略処理フローである。工具経路データの作成に当たっ
ては、先ず、ステップＡにおいて、外部記憶装［１０か
ら形状モデルデータ２４を読み出し、この形状モデルデ
ータに基づいて所定の標準ピッチで基準工具経路データ
を算出する。この基準工具経路の算出手順は一般のＮＣ
データの作成手順と同様であり、形状モデルを標準ピッ
チで分け、工具が通るべき線を微少な直線状のパスで近
位し、該直線状のパスの各支点および終点毎に三次元座
標値を算出し、これらの各点の連続として１本の工具経
路データとするものである。

このような、操作を標準ピンチ毎に繰り返して複数の基
準工具経路データを作成する。勿論、全体形状が大きく
且つ複雑な場合には座標入力装置２０、入力操作盤１８
等から加工領域を指定し、加工すべき金型に合わせて形
状モデルデータ２４を分割し、所要の部分形状モデルデ
ータとして切り出して上述の処理を施す方法が一般的で
ある。

次に、ステップＢにおいて、基準工具経路の間を細分化
ピッチで補間する工具経路を算出するために隣接する基
準工具経路データを調べ、対となる基準工具経路を定め
る。この処理の詳細については、処理フローを用いて後
述する。

対となる基準工具経路が定まると、ステップＣにおいて
補間範囲を定める。これは、入力操作盤１８から対とな
る基準工具経路の間を細分する細分化ピッチを入力し、
また、形状モデルデータの加工すべき領域から最外側点
列を求めることによって行われる。すなわち、求められ
た最外側点列と、対となる基準工具経路で囲まれた部分
が前記の細分化ピッチで処理する補間範囲、すなわち有
効部分となる。

次いで、ステップＤにおいて、指示された細分化ピッチ
に従って対となる基準工具経路間を所要の間隔で細かく
分割した分割点を求め、最後にステップＥにおいて、各
分割点の細分化ピッチに対応した点をつなぎ分割点列を
作成し、補間工具経路データとして基準工具経路データ
と共に、順次、出力装置（フロッピィディスク）２５に
ＮＧデータとして出力する。

本発明に係る工具経路データの作成方法は概略以上のよ
うなものであるが、以下要部についてさらに詳細に説明
する。

第３図は第２図におけるステップＡの詳細処理手順を示
す図である。先ず、ステップ１において、座標入力装置
２０、あるいは入力操作盤１８等を用いて加工すべき金
型等に合わせ、加工領域指示を行い、外部記憶装置１０
に格納された形状モデルデータ２４から所要の部分を加
工領域として切り出し、必要に応じて図形表示装置１６
に表示し、加工形状のチェックを行う。第３図では参照
符号４０で概略的に加工形状を示している。

次いで、ステップ２において、加工形状に合わせて標準
的な加エバターンを選択し、入力操作盤１８等から入力
する。ここで、標準的な加エバターンとは、晶型、段状
、帯状など加工すべき標準的な形状に応じて予め用意さ
れている工具経路データ演算の標準的処理手順と考えて
よい。

次に、ステップ３において、工具経路の基準となる線を
決定する。第３図では、加工すべき面、すなわち、加工
形状４０の最外側の＊４２を工具経路の基準線として概
念的に示している。次いで、ステップ４において、入力
操作盤１８より加工工具種別、工具径を入力し、削り残
し量（カスブ量）が所定の量となるように標準ピッチを
定める。ここで、削り残し量（カスプ量）とは、工具が
あるピンチで移動した時に工具刃先の形状により削れな
い部分であり、この関係は第７図に概念的に示しである
。すなわち、第７図は工具経路と加工面の関係を示す図
であり、工具先端の刃先７６が所定のピッチ７４で加工
を行うと、刃先の形状により削れない部分７２が生じる
。従って、前述したように、加工面精度は工具経路のピ
ッチに依存し、ピンチが細かければ、削り残し量は少な
く、且つ小さくなることが理解される。従って、ステッ
プ４においては、この削り残し量が一定となる様に工具
径等によって標準ピッチを入力指示することになる。

次に、ステップ５においては、基準線４２をもとに前記
入力指示された標準ピンチと選択された加エバターンに
従って基準工具経路４４ａ１４４ｂ乃至４４ｎが順次算
出される。

第４図は第２図におけるステップＢの詳細処理手順を示
す図である。基準となる工具経路が作成されると、ステ
ップ６において、隣接する対となる基準工具経路の基準
側となる経路ｎを取り込み、ステップ７において、対と
なるべき基準工具経路ｎ＋ｍを取り込む。

次いで、ステップ８において、基準となる基準工具経路
ｎの端点から対となるべき基準工具経路に垂線４６ａ、
４６ｂを下ろし、ステップ９において、下ろした垂線４
６ａ、４６ｂが２ケ所以上が判定し、２ケ所以上あれば
、ステップ１０において、基準工具経路ｎ、ｎ＋ｌを対
の基準工具経路として定める。若しも、垂線が２ケ所以
上でなければ、基準工具経路ｎ、ｎ＋ｌの間は補間工具
経路を作成せず、次の隣接する基準工具経路ｎ＋ｌ、ｎ
＋２について以上の処理を繰り返し、順次隣接する基準
工具経路ｌとｚ＋１（ｌは１．２・・・）について対と
なる基準工具経路の判定を行っていく。以上の処理によ
り基準工具経路データの対の関係が判定されると、次に
、有効部分、すなわち、補間範囲を定めるステップであ
る第２図ステップＣの処理に進む。

第５図は第２図のステップＣの詳細な処理手順を示す図
である。先ず、ステップ１１において、基準工具経路の
最外側点列４８と対の基準工具経路ｎ、ｎ＋ｌとの交点
が求められ、ステップ１２において、最外側点列が対と
なる基準工具経路ｎ、ｎ＋ｌで切られる部分５０ａ、５
０ｂが求められる。この最外側点列５Ｑａ、５０ｂと対
となる基準工具経路ｎＳｎ＋ｌで囲まれた部分が主たる
補間範囲、すなわち、有効部分となる。

上記の処理により補間範囲が求められると、次に、補間
のための工具経路を算出する第２図のステップＤ、ステ
ップＥの処理手順に進む。

第６図は第２図のステップＤ１ステップＥの詳細な処理
手順を示す図である。゛先ず、ステップ１３において対
となる基準工具経路ｎ、ｎ＋１の互いの端点から相手の
工具経路へ垂線４６ａ、４６ｂを下ろし、その交点（垂
線の足）を対応点５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂとす
る。次いで、ステップ１４において、２つの基準工具経
路の各対応点５２ａ、５４ａと５２ｂ、５４ｂを所定の
間隔で分割し、点列５３ａ、５８ｂとし、ステップ１５
において、対応点５２ａ、５２ｂおよび５４ａ、５４ｂ
間を所定の細分化ピッチとなるように分割した点列６０
を算出する。ここで、細分化ピッチは第７図において説
明した削り残し部分７２が所定の大きさ以下となるよう
に工具刃先の経路を基準ピンチからさらに細分化する間
隔であり、入力操作盤１８より指示するものである。

次いで、ステップ１６において、前記の対応点５２ａ、
５２ｂおよび５４ａ、５４ｂの外側６２ａ、６２ｂもス
テップ１５と同じ細分化ピンチで分割した点列を算出し
、ステップ１７において、各細分化ピンチ毎の対応する
分割点を結んだ分割点列６４ａ、６４ｂ・・・６４ｎを
補間工具経路データとし、目的とする形状加工用経路デ
ータが作成され、フロッピィディスク装置２５にＮＣ加
工データとして出力される。

以上説明したよう、に、本発明に係る形状加工用工具経
路データの作成方法は形状モデルデータに基づき所定の
手順に従って標準ピッチで複数の基準工具経路を算出し
、隣接する基準工具経路間に複数の垂線を下ろし、対と
なる基準工具経路を定め、該対となる基準工具経路間を
所定の細分化ピッチで等分割した分割点を求め、該分割
点の対応する点列を補間工具経路データとするものであ
る。このために、所定の形状面精度を得るべく形状モデ
ルデータから細密なピ　イッチで直接に工具経路データ
を算出する方法に比べ、標準ピッチで算出した基準工具
経路データ間を所定の細分化ピッチで分割した点列を算
出することで簡単に補間工具経路データを得ることが出
来、計算機システムの使用時間が短くなり、使用効率を
向上させることが出来るという利点を有する。

また、工具経路データ算出に伴うデータ量も大幅には増
大せず、記憶装置容量を膨大なものにしなくてもよいと
いう利点を有する。さらに、本発明によれば、ＮＧ加工
機械による加工で必要な形状面精度が得られ、仕上加工
工数を大幅に削減出来るという利点を有する。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計
の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る形状モデルおよび該形状を金型加
工するための工具経路データを扱うコンピュータ支援設
計システムの基本的構成を示す図、 第２図は本発明に係る工具経路データの作成方法を示す
概略処理フロー、 第３図乃至第６図は第２図に示す概略処理フローの主要
ステップの詳細処理手順を示す図、第７図は工具経路と
加工面の関係を示す図である。 １０・・・外部記憶装置　　　　１２・・・電子計算機
１４・・・インタフェース装置　１６・・・図形表示装
置１８・・・入力操作盤　　　　　２ｏ・・・座標久方
装置２２・・・スタイラスペン ２４・・・形状モデルデータ ２５・・・フロッピィディスク装置 ＦＩＧ、２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）計算機システム内に作成された全体形状モデルデ
   ータに基づいて該形状を加工するたの工具経路データを
   作成する形状加工用工具経路データ作成方法において、
   前記全体形状モデルデータから加工すべき加工領域を特
   定する第１のステップと、前記加工領域に対応する前記
   形状モデルデータから所定の手順に従って標準ピッチで
   複数の基準工具経路を算出する第２のステップと、隣接
   する前記基準工具経路の中一方の基準工具経路の各端点
   から夫々の垂線を下ろし他方の基準工具経路と交差する
   点を求め対の基準工具経路を定める第３のステップと、
   前記対の基準工具経路と前記加工領域を示す最外側点列
   で定まる有効部分を求める第４のステップと、前記対の
   基準工具経路と前記垂線で囲まれた部分を所定の細分化
   ピッチで等分割した分割点を求める第５のステップと、
   前記最外側点列と前記垂線と前記対の基準工具経路で囲
   まれた部分を前記所定の細分化ピッチで分割した分割点
   を求める第６のステップと、前記分割点の夫々対応する
   分割点列を補間工具経路とする第７のステップとからな
   ることを特徴とする形状加工用工具経路データ作成方法
   。