JPS6324305A - 工具通路デ−タの作成方法 - 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等を用いて金型
加工を行うためのＮＣデータ、すなわち、工具通路デー
タを作成する方法に関し、−層詳細には、例えば、計算
機システム内において作成した車輌等の形状データに基
づいて形成されるプレス金型に対する工具ホルダの干渉
をチェックしてＮＣデータを作成することにより金型あ
るいは工作機械を損傷することなく金型を正確且つ自動
的に製造可能にした工具通路データの作成方法に関する
。

近年、コンピュータ支援設計システム（以下、ＣＡＤ／
ＣＡＭ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、三次元形状モデルを扱うＣＡＤ
／ＣＡＭは、設計の構想段階から生産のシュミレーショ
ンまで幅広く応用されている。

このようなＣＡＤ／ＣＡＭシステムの使用例として、自
動車用部材のプレス金型を切削形成するＮＣ工作機械の
動作プログラム、すなわち、ＮＣデータを自動作成する
ものがある。この場合、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムには自
由曲面部から構成される自動車用部材の形状モデルデー
タがデータベースとして格納されており、前記ＣＡＤ／
ＣＡＭシステムは前記形状モデルデータを演算処理する
ことにより工具通路データ（ＮＣデータ）を作成してい
る。

ところで、自動車用部材は、通常、複雑な自由曲面部か
ら構成されており、しかも、前記自由曲面部には大きく
湾曲し、あるいは屈曲する部位が存在している。従って
、金型を切削形成するＮＣ工作機械の加工部の形状を考
慮せずに形状モデルデータに対する工具通路データを演
算し当該ＮＣ工作機械を駆動した場合、工具あるいは前
記工具を保持する工具ホルダが他の加工面に対して干渉
し、正確な切削面が得られず、またはＮＣ工作機械自体
を損傷してしまうという不都合が生ずる。

そこで、例えば、隣接する加工面に対する工具の干渉を
回避する方法として、第１図に示すように、加工面ａ、
ｂ、ｃに対して所定量オフセントした面ａ′、ｂ′、Ｃ
′間の交線Ｘ、、１ｔを求め、工具Ａがオフセント面ａ
′から交線ｌ、に達した時点で前記工具Ａをオフセント
面ｂ′に沿って移動させ、また、工具Ａがオフセット面
ｂ′から交線ｌｔに達した時点で前記工具Ａをオフセッ
ト面Ｃ′に沿って移動させるようにＮＣデータを作成し
たものがある。

この場合、加工面すおよびＣに対する工具Ａの干渉は回
避出来るが、前記工具Ａがオフセント面ｂ′からオフセ
ント面Ｃ′に移る際、当該工具Ａを保持する工具ホルダ
Ｂが加工面Ｃと干渉し、前記工具ホルダＢおよび加工面
Ｃの双方を損傷してしまうという欠点が指摘されている
。

従って、このような工具ホルダの加工面に対する干渉を
回避する方策としては、作業員が常時ＮＣ工作機械の動
作を監視し、干渉の虞がある場合に当該動作を一時停止
させて工具通路を修正するか、あるいは工具ホルダが加
工面に干渉しないように予め工具の長さを十分に確保し
ておくことが考えられる。

然しなから、作業員による動作の監視にはミスの発生す
る虞があり、この方法で工具ホルダの干渉を完全に回避
することは不可能である。

また、工具の長さを十分に確保すると、加工誤差が増大
し、しかも加工速度が低下するという欠点も露呈する。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、コンピュータ支援設計システム等を用いて金型
加工のための工具通路データを作成する際、前記金型の
形状データに対応する曲面データを三角形によって構成
される複数の接平面データに変換し、各接平面データに
対する工具ホルダの干渉をチェックして工具通路データ
を作成することにより複雑な形状からなる自由曲面部の
加工を正確且つ自動的に行うことが出来る工具通路デー
タの作成方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は形状モデルデー
タに基づき金型加工を行うための工具通路データを作成
する方法であって、前記形状モデルデータによって構成
される加工面データを三角形を構成する複数の接平面デ
ータに変換し、次に、予め設定した所定のエリアマツプ
に対する前記複数の接平面データの対応テーブルを作成
し、さらに、当該工具を保持する工具ホルダの占有域が
包含される前記エリアマツプと前記対応テーブルから所
定の接平面データを求め、次いで、前記工具ホルダと当
該接平面データとの干渉チェックを行い干渉部分のある
接平面を前記工具ホルダが回避するように補正した工具
通路データを作成することを特徴とする。

次に、本発明に係る工具通路データの作成方法について
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２図は本発明に係る工具通路データの作成方法に適用
されるコンピュータ支援設計システム（ＣＡＤ／ＣＡＭ
）の基本的構成を示す図であり、参照符号１０は自動車
用部材等の三次元曲面形状を示す形状モデルデータ１２
や本発明方法によって算出される工具通路データ１４等
が格納される外部記憶装置である。なお、外部記憶装置
１０には、さらに、金型加工を行うための工具形状（径
、長さ、材質等）、ホルダ形状、当該金型の材質、切削
面の仕上げ精度等およびこれらの条件から求められる切
削速度、回転等の加工条件データ１６と、加工方向およ
び加工ピッチ等の金型加工におけるノウハウとしての加
工方案データ１８とがデータベースとして予め格納され
る。

外部記憶装置１０はＣＡＤ／ＣＡＭシステムを構成する
電子計算機２０に接続されており、この電子計算機２０
は前記外部記憶装置１０から所望の形状モデルデータ１
２を読み出し、工具通路の干渉チェックを行って工具通
路を算出するための一連の処理を行うと共に、インタフ
ェース２２を介して図形表示装置２４での立住イメージ
表示の制御を行う、なお、前記インタフェース２２には
電子計算機２０に対して加工条件データ１６、加工方案
データ１８等を入力するための操作盤（キーボード）２
６が接続されると共に、図形データの作成、修正等のた
めの座標入力装置（タブレット）２８が接続される。

本発明方法を実施するためのＣＡＤ／ＣＡＭ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、Ｎ
Ｃ工作機械の工具通路データの作成方法について第３図
に示すフローチャートに基づき説明する。

そこで、先ず、操作盤２６から電子計算機２０に加工に
要する各種加工パラメータを入力する（ＳＴＰＩ）。こ
の場合、加工パラメータとしては加工面、加エバターン
、加工ピンチおよび工具形状、工具ホルダ形状、工具通
路を直線に近似する際のトレアランス等が人力される。

次に、ステップ１において入力された加エバターン、加
工ピッチ等に基づき、第４図に示すように、加工曲面Ｓ
に対して工具通路を仮設定する（ＳｒＦ２）、この場合
、前記仮設定された工具通路としては、第４図示のもの
に限定されるものではなく、種々の曲線によって設定出
来ることは勿論である。なお、前記仮設定された工具通
路は所定のトレアランスの範囲内で直線近似されており
、仮設定点データＰ１を連結することで構成される。

一方、ステップ３では、曲面Ｓを構成する曲面データが
、第５図に示すように、多数の三角形より構成される接
平面データに変換される。

すなわち、曲面Ｓを構成する曲面パッチＴに対してＵ方
向およびＶ方向に夫々独立に分割した魚群データを求め
る。この場合、当該魚群データを結線することによって
得られる直線と前記曲面データからなる直線との誤差は
予め設定されたトレアランスを許容する値ε。（例えば
、図においてε１、２）ε、くε。）となるよε うに設定しておく。そして、以上の操作を曲面Ｓを構成
する全ての曲面バッチＴに対して行う。

続いて、前記魚群データを対角線によって結合し三角形
の接平面Ｋを得る。なお、以上の処理工程は所望の金型
の加工面を構成する全ての曲面Ｓに対して行う。

次に、前記ステップ３で求められた接平面データとエリ
アマツプとの対応テーブルを作成する（ＳｒＦ４）、こ
こで、エリアマツプとは、第６図に示すように、Ｘ、Ｙ
平面内の二次元格子によって構成されたものをいい、Ｘ
、ＹＳＺの三次元によって構成される前記接平面データ
を区画分類するためのものである。

そこで、第６図に示すように、エリアマツプＭの所定の
区画、例えば、（ａ、ｂ）区画内に包含される接平面デ
ータを求める。この場合、対応テーブルは第７図に示す
ように構成される。

すなわち、（ａ、　ｂ）区画内のデータは接平面データ
が含まれる曲面番号（例えば、Ｓ＋、Ｓｔ）、接平面に
の番号（例えば、接平面Ｋを構成する接平面データの１
つをＰ　ｉｊとした場合におけるｉ、　　ｊ）および接
平面にの識別コードｋ（例えば、接平面データＰ、Ｊで
構成される接平面にの中、左上の三角形接平面をに、と
し、右下の三角形接平面をｋｔとする）として区画分類
しておく。

続いて、ステップ５およびステップ６において、以上の
ようにして設定された対応テーブルを利用して工具およ
び工具ホルダの加工面に対する干渉演算処理を行う。こ
こで、ステップ１とステップ２とからなる第１の処理工
程およびステップ３とステップ４とからなる第２の処理
工程は、いずれが先であってもよく、あるいは同時並行
処理であってもよい。

ここで、工具の回転時における形状としては、第８図ａ
乃至ｄに示す４つのものが代表的なものである。すなわ
ち、第８図ａはボール工具３０を示し、このボール工具
３０は円筒部３０ａと球部３０ｂとから構成される。ま
た、第８図すは円筒部からなるフラット工具３２を示す
。さらに、第８図Ｃおよびｄは夫々総型工具３４．３６
を示し円筒部３４ａ、３６ａ、円錐部３４ｂ、３６ｂお
よび球部３４ｃ、３６ｃの組み合わせによって構成され
る。

一方、前記各工具３０．３２．３４および３６を保持す
る工具ホルダとしては、第９図ａおよびｂに示す形状の
ものが一般的である。すなわち、第９図ａにおいて、工
具ホルダ３８は円筒状を呈しており、また、第９図すに
示す工具ホルダ４０は直径が段階的に増大する３段の円
筒部４０ａ乃至４０Ｃを有している。

そこで、第８図ａに示すボール工具３０、および第９図
ａに示す工具ホルダ３８を使用する場合における加工面
に対する干渉演算処理方法につき説明する。

この場合、ボール工具３０の球部３０ｂの半径、すなわ
ち、切削径をｒとし、また、球部３０ｂの中心点をｐｔ
　とする。すなわち、このＰ！点は干渉演算処理前の状
態において、第４図に示す仮設定点データｐｉに対応し
ており、ボール工具３０は前記仮設定点データＰ１を直
線で結んだ工具通路に沿って移動するように仮設定され
ている。

先ず、ボール工具３０の切削径ｒが含まれるエリアマツ
プＭの区画をＰ、点の座標および切削径ｒに基づき求め
る。この場合、前記ボール工具３０は第１０図ａに示す
斜線部分の区画内に含まれるものとする。次に、前記斜
線部分で示す区画を第７図に示す対応テーブルから抽出
し、その中に含まれる接平面Ｋを取り出す。

次いで、前記接平面にとボール工具３０との干渉状態を
チェックする。この場合、前記ボール工具３０は球部３
０ｂのみが加工面に対して干渉する虞を有しており、従
って、前記球部３０ｂと接平面にとの干渉チェックを行
う。なお、この干渉チェックは、例えば、第１１図ａ乃
至Ｃのようにして行うことが出来る。すなわち、第１１
図ａでは球部３０ｂと接平面にとの面接触状態をチェッ
クし、第１１図すでは球部３０ｂと接平面にとの辺接触
状態をチェックしている。また、第１１図Ｃでは球部３
０ｂと接平面にとの点接触状態をチェ７りしている。そ
して、これら３つの状態に対して球部３０ｂが干渉しな
いようにボール工具３０の通路を修正する。このような
演算処理を第１０図ａの斜線部で示す区画内に含まれる
全ての接平面Ｋに対して行い、前記全ての接平面Ｋに干
渉しない位置までボール工具３０の通路を移動する。こ
の結果、ボール工具３０は、第１２図に示すように、球
部３０ｂのＰｉ点が接平面Ｋに対して干渉しないＱ、点
まで移動することになる。

次に、工具ホルダ３８の干渉状態をチェ・７りする。こ
の場合、前記工具ホルダ３８の半径をＲとすれば、この
ホルダ径Ｒの包含されるエリアマツプＭは第１０図すに
示す斜線部となり、この斜線部内の接平面Ｋを第７図に
示す対応テーブルから求める。そして、前記各接平面に
と工具ホルダ３８との干渉チェックを行う。この場合、
工具ホルダ３８は円筒状を呈しており、第１３図ａ乃至
Ｃに示すように、接平面Ｋに対して面接触、辺接触およ
び点接触の状態を夫々チェックすることで干渉しない工
具ホルダ３８の位置が算出される。この結果、工具ホル
ダ３８は、第１４図に示すように、Ｑｉ′の位置からＲ
、ｌの位置まで移動する。従って、ボール工具３０は前
述したＱ８の地点からさらにＲ，の地点まで移動するこ
とになる。

以上のようにして、ボール工具３０および工具ホルダ３
８が金型の加工面に対して干渉しない工具通路が設定さ
れる。その修正された通路を第１５図に示す。なお、ス
テップ５およびステップ６の工程はいずれが先であって
もよ（、あるいは同時並行処理するようにしてもよい。

ここで、次のステップ７において、第４図で仮設定され
た工具通路の仮設定点データｐｔが正規の工具通路デー
タＲ１に変換される。このようにして決定された工具通
路データＲ，はＮＣデータとしてＮＣ工作機械に提供さ
れる。

なお、工具形状としては、他に第８図す乃至ｄに示すも
のがあり、また、工具ホルダ形状としては第９図すに示
すものがある。この場合、フラット工具３２および工具
ホルダ４０に対しては第１３図ａ乃至Ｃに示す円筒形状
としてその干渉チェックを行うことが出来る。また、総
型工具３４および３６の場合、円筒部３４ａ、３６ａお
よび球部３４ｃ、３６ｃに対して第１１図ａ乃至Ｃおよ
び第１３図ａ乃至Ｃに示すように干渉チェックを行うこ
とが出来る。また、円錐部３４ｂ、３６ｂに対しては、
第１６図ａ乃至Ｃに示すように、円錐部３４ｂ、３６ｂ
の底面部と接平面にとの面接触および線接触と、円錐部
３４ｂ、３６ｂの側周面と接平面にとの点接触をチェッ
クすることによりその干渉状態を検出することが出来る
。

以上のように、本発明によれば、コンピュータ支援設計
システム等を用いて金型加工を行うための工具通路デー
タを作成する際、前記金型に対応する形状モデルデータ
より構成される加工面を三角形の接平面に分割し、前記
接平面を所定のエリアマツプに対応させ、前記エリアマ
ツプに対する工具ホルダの位置から干渉の可能性のある
前記接平面を抽出し、前記接平面に対して前記工具ホル
ダが干渉しないように工具通路を設定して金型加工のた
めのＮＣデータを作成している。そのため、前記ＮＣデ
ータに基づいて金型加工を行う場合、工具ホルダと加工
面との干渉によって当該工具ホルダが損傷したりあるい
は不良金型の発生することがなく、高精度な金型を正確
且つ自動的に製造することが可能となる。また、計算機
による干渉演算処理はエリアマツプの指定により抽出さ
れた局部的な接平面データによって逐次演算処理される
ため、その処理速度が速く、短時間で工具通路データを
作成しＮＣ工作機械等に提供することが出来る。さらに
、多種類の工具ホルダ形状に対して同一のアルゴリズム
でその干渉状態をチェックすることが出来るため、その
プログラムも極めて簡易となる利点が得られる。

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、本発
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図は従来技術に係る工具通路の設定方法を示す説明
図、 第２図は本発明に係る工具通路データの作成方法が適用
されるコンピュータ支援設計システムの概略構成図、 第３図は本発明に係る工具通路データの作成方法を示す
概略処理フロー、 第４図は工具通路データの仮設定状態を示す説明図、 第５図は本発明に係る工具通路データの作成方法におけ
る接平面データの説明図、 第６図は本発明に係る工具通路データの作成方法におけ
るエリアマツプの説明図、 第７図は本発明に係る工具通路データの作成方法におけ
る対応テーブルの説明図、 第８図ａ乃至ｄは本発明に係る工具通路データの作成方
法に適用される工具の形状説明図、第９図ａおよびｂは
本発明に係る工具通路データの作成方法に適用される工
具ホルダの形状説明図、 第１０図ａおよびｂは本発明に係る工具通路データの作
成方法におけるエリアマツプと工具およびエリアマツプ
と工具ホルダとの対応関係を示す説明図、 第１１図ａ乃至Ｃ１第１３図ａ乃至Ｃおよび第１６図ａ
乃至Ｃは夫々本発明に係る工具通路データの作成方法に
おける工具および工具ホルダと接平面との接触状態を示
す説明図、 第１２図および第１４図は本発明に係る工具通路データ
の作成方法における工具と接平面および工具ホルダと接
平面の干渉回避後の位置関係を示す説明図、 第１５図は本発明に係る工具通路データの作成方法にお
いて設定された工具通路データの点列を示す説明図であ
る。 １０・・・外部記憶装置　　　１２・・・形状モデルデ
ータ１４・・・工具通路データ　　２０・・・電子計算
機２４・・・図形表示装置　　　２６・・・操作盤２８
・・・座標入力装置　　　３０・・・ボール工具３２・
・・フラット工具　　　３４．３６・・・聡型工具３８
．４０・・・工具ホルダ　　Ｓ・・・曲面Ｋ・・・接平
面　　　　　　Ｍ・・・エリアマップ３０ｂ （Ｃ）　　　　　（ｄ） ３Ｌｃ　　　　　　　　　　　　　　３６ｃ１”’−１ ゛（） （−リ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）形状モデルデータに基づき金型加工を行うための
   工具通路データを作成する方法であって、前記形状モデ
   ルデータによって構成される加工面データを三角形を構
   成する複数の接平面データに変換し、次に、予め設定し
   た所定のエリアマップに対する前記複数の接平面データ
   の対応テーブルを作成し、さらに、当該工具を保持する
   工具ホルダの占有域が包含される前記エリアマップと前
   記対応テーブルから所定の接平面データを求め、次いで
   、前記工具ホルダと当該接平面データとの干渉チェック
   を行い干渉部分のある接平面を前記工具ホルダが回避す
   るように補正した工具通路データを作成することを特徴
   とする工具通路データの作成方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、エリ
   アマップは複数の接平面データを包含する格子状平面に
   よって構成してなる工具通路データの作成方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の方法において、工具
   ホルダと接平面データとの干渉チェックは前記接平面デ
   ータによって構成される三角形の面と工具ホルダとの接
   触状態、前記三角形の辺と工具ホルダとの接触状態およ
   び前記三角形の頂点と工具ホルダとの接触状態を夫々検
   出してなる工具通路データの作成方法。