JPS6324306A - 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（ま、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
基づいて三角形の接平面データを作成し、前記接平面デ
ータをエリアマツプにより複数の区画に分類してプレス
金型に対する加工部の干渉をチェックしＮＣデータを作
成することにより、簡易なアルゴリズムで工具通路デー
タを高速に演算することの出来る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／
ＣＡ？Ｉ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工具あるいは工具ホルダの形状を
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ＮＣ工作機械を駆動した場合、前記工具あるいは
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に対して所定量オフセットした面ａ′、ｂ′間の交線
ｌ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、加工面すに対する工具Ａの干渉は回避出来る
が、交線ｌの位置を予め作業員によって指示しておかな
ければならず、そのための工数が必要となるばかりでな
く、誤った指示を行った場合に多大な製造時間および製
作コストの浪費を蒙るという欠点が指摘されている。

また、他の方法として、加工面ａおよびｂの双方に工具
Ａの先端部が接触した場合を想定した曲面（フィレット
面と称する）を設定しておき、工具Ａを前述したオフセ
ット面ａ′に沿って移動させた後、前記フィレット面を
介してオフセット面ｂ′に移動させるようにＮＣデータ
を作成したものがある。然しなから、この場合もフィレ
ット面の設定等が極めて面倒となる不都合が存在してい
る。

さらに、以上の方法では工具Ａの先端部が回転時におい
て球状と見做せるボール工具のみしか使用出来ない。す
なわち、例えば、フラノト工具を用いた場合、加工面ａ
、ｂの傾斜角度によって工具の切削角度が変動するため
、加工面ａ、ｂからのオフセント量も変化し、演算処理
による工具通路の自動設定が極めて複雑となってしまう
。

さらにまた、他の方法として、工具通路を干渉を考慮し
ない状態で算出した後、第１図における破線部分の通路
を除去して最終的な工具通路を設定する方法がある。こ
の場合、単純な加工面に対しては極めて有効となるが、
加工面が極めて複雑な場合、前記方法のみで工具の干渉
を完全に回避することは不可能である。

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、前記接平面データ
をエリアマツプにより複数の区画に分類しておき、所定
の前記区画から各接平面データに対する当該工具の干渉
をチェックして工具通路データを作成することにより、
干渉することのない通路データを簡易なアルゴリズムに
より高速に演算する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、本発明は三次元形状モデ
ルデータに基づきＮＣ工作機械の加工部により金型加工
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
、前記接平面データを予め設定した二次元エリアマツプ
により複数の区画に分類し、さらに、当該加工部が包含
される前記区画から所定の接平面データを求め、次いで
、この接平面データに対して前記工具が干渉しないよう
に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、金型加工を行うだめの工具形状（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での立体イメージ
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
、加工ピッチおよび工具形状、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入力される。

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（、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Ｐｉ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を構成する曲面バッチ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、〈ε。）となるよε うに設定してお（。そして、以上の操作を曲面Ｓを構成
する全ての曲面バフ千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（ＳＴＰ４）。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
、Ｙ、Ｚ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、Ｓｌ、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市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Ｐ３．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
三角形接平面をに２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・ノブ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Ｐ、
とする。すなわち、この２４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Ｐ、に対応して
おり、ボール工具３０は前記仮設定点データＰ、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ＰＬ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１）図ａ乃
至Ｃのようにして行うことが出来る。すなわち、第１）
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１）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１）図Ｃでは球部３
０ｂと接平面にとの点接触状態をチェックしている。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２８点が接平面Ｋに対して干渉しない０１点
まで移動することになる。

次に、工具ホルダ３８の干渉状態をチェックする。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、Ｑ、′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
もよく、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Ｐ、が正規の工具通路デー
タＲ工に変換される。このようにして決定された工具通
路データＲ２はＮＣデータとしてＮＣ工作機械に提供さ
れる。

ここで、上述した干渉演算処理では、三角形で構成され
る接平面Ｋに対する工具３０および工具ホルダ３８の干
渉をチェックしている。この場合、前記接平面には一平
面によって表されるため、例えば、四角形で接平面を構
成した場合に比較して一層簡易なアルゴリズムにより干
渉のチェックを行うことが出来る。また、前記演算処理
は、所定のエリアマツプ内の接平面データに関してのみ
行われるため、その演算処理速度も高速化される。

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１）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だめの工具通路デー
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より複数の区画に分類し
前記エリアマツプに対する加工部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
加工部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、当該干
渉チェックを行うためのアルゴリズムが簡易となり、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、前記ＮＣデータに基づいて金型加工を行う
場合、加工部と加工面との干渉によって不良金型の発生
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。

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
法に通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１）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 ３４ｃ　　　　　　　　　　　　　　３６ｃ１−”＝１ °°０′ Ｉ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）三次元形状モデルデータに基づきＮＣ工作機械の
   加工部により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、前記接平面データを予め設定し
   た二次元エリアマップにより複数の区画に分類し、さら
   に、当該加工部が包含される前記区画から所定の接平面
   データを求め、次いで、この接平面データに対して前記
   工具が干渉しないように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、加工
   部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加工部との接触状態、
   前記三角形の辺と加工部との接触状態および前記三角形
   の頂点と加工部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。