JPS6364106A - Processing information generating system for free curved surface evading tool interference - Google Patents
Processing information generating system for free curved surface evading tool interferenceInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は3次元自由曲面をNCマシニングセン〔発明の
概要〕
3次元自由曲面のデータから数値制御工作機械用の工具
径路データを生成する際に、切削用面素から成る多面体
近似を行い、面素を1つずつ取出して、Z軸に平行な平
面群でサンプリングを行って面素と平面との交線の(X
、Z)座標でもって工具径路を表現し、一つのサンプリ
ング平面上の交線がX座標に関しオーバーラツプし且つ
互に交叉する場合には、各交線を分割し、オーバーラツ
プしないように上位の交線をとって工具干渉を除去する
ことを特徴とし、データの生成効率及びサンプリング精
度を改善し高速処理を可能にしたシステムである。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention is a three-dimensional free-form surface using an NC machining machine [Summary of the Invention] When generating tool path data for a numerically controlled machine tool from data of a three-dimensional free-form surface Next, we perform polyhedral approximation consisting of the surface elements for cutting, take out the surface elements one by one, perform sampling on a group of planes parallel to the Z axis, and calculate the intersection line between the surface elements and the plane (X
, Z) coordinates, and if the intersection lines on one sampling plane overlap with respect to the X coordinate and intersect with each other, each intersection line is divided and the upper intersection line is This system is characterized by eliminating tool interference by taking the following steps, improving data generation efficiency and sampling accuracy, and enabling high-speed processing.
(従来の技術〕
計算機内部で3次元自由曲面のデータを扱い、これらの
データから最終的な製品又は金型をNC工作機械等で自
動加工するためのNGデータ(工具径路データ)を生成
するCAD/CAMシステムが実用化されつつある。(Conventional technology) CAD handles three-dimensional free-form surface data within a computer and generates NG data (tool path data) for automatically machining final products or molds using NC machine tools, etc. from these data. /CAM systems are being put into practical use.
工具径路生成の一手法として従来から知れているものに
A P T (Automatically Prog
rammed Tools)がある、APTの主体は英
語に類似した記述様式を持つ多軸輪郭制御用の汎用自動
プログラミング言語である。この言語は、工作物と工具
の幾何学的形状、工作物に対する工具の運動の外、工作
機械の機能、許容誤差、算術計算などに関する命令、定
義を含む。この言語で記述したプログラムを大型コンピ
ュータにかけると、NCテープを出力することができる
。A conventionally known method for generating tool paths is APT (Automatically Prog.
The main body of APT is a general-purpose automatic programming language for multi-axis contour control with a writing style similar to English. This language includes instructions and definitions regarding workpiece and tool geometry, tool movement relative to the workpiece, machine tool function, tolerances, arithmetic calculations, etc. When a program written in this language is run on a large computer, it is possible to output NC tape.
一方、計算機内で製品外径等の曲面を扱う場合、形状の
制御性が良い(変形や修正が容易)とか計算が容易であ
ると云った設計に好ましい性質を持つB6z i er
式とか9−5pline式を用いたパラメトリックな表
現形式が良く使われている。On the other hand, when handling curved surfaces such as the outer diameter of a product in a computer, B6zier has favorable properties for design such as good shape controllability (easy deformation and modification) and easy calculation.
A parametric expression format using a formula or a 9-5 line formula is often used.
工具径路生成に内在する最も根本的な問題は、加工精度
を考慮したデータ生成の効率の問題及び工具干渉判定の
問題である。The most fundamental problems inherent in tool path generation are the problem of data generation efficiency considering machining accuracy and the problem of tool interference determination.
上述のAPTは、ユーザが工具往路を指示(プログラム
)し、その結果自由曲面の切削データが生成されるもの
であって、計算機内で生成された幾何モデルから自動的
に工具径路を生成するものではない0本来CAD/CA
Mシステムは、設計時の形状情報を加工へ伝達するから
全体として効率が良くなるのであって、APTのように
設計は別に行われ、要求形状を意識しながら加工用の工
具径路をプログラムするのでは効率向上が望めない。In the APT described above, the user instructs (programs) the tool forward path, and as a result, cutting data for a free-form surface is generated, and the tool path is automatically generated from the geometric model generated within the computer. Not 0 originally CAD/CA
The M system improves efficiency as a whole by transmitting shape information during design to machining, but unlike APT, design is done separately and the tool path for machining is programmed while keeping the required shape in mind. Therefore, no improvement in efficiency can be expected.
一方、パラメトリックに表現された曲面は、座標系に依
存しないため形状定義には都合が良い。On the other hand, a parametrically expressed curved surface is convenient for shape definition because it does not depend on the coordinate system.
しかし曲面を切削する工作機械は座標系が決まっている
ため、計算機内で生成した曲面データから加工データ(
工具径路データ)に精度良く変換することができない、
このため加工精度が低下する。However, since the coordinate system of machine tools that cut curved surfaces is fixed, machining data (
tool path data) cannot be converted with high accuracy.
For this reason, machining accuracy decreases.
またパラメトリック表現に基いて直接切削加工すると、
工具又は工具ホルダと仕上形状との干渉(衝突)をチェ
ックすることが技術的に困難で、必要部分を切削してし
まう不都合が生じる。In addition, when directly cutting based on parametric expression,
It is technically difficult to check for interference (collision) between the tool or tool holder and the finished shape, resulting in the inconvenience of cutting off the necessary portion.
他に知られている多面体近似による曲面表現では、処理
能力を越えるような膨大なデータを扱わないと十分な加
工精度が得られない、従って実用に耐える程の実短時間
での加工データの生成は到底望めない。高速処理を行う
ために曲面表現のデータ数を少な(すると、加工精度が
粗くなり、設計された曲面の公差を満足することができ
な(なる。In the other known surface representation using polyhedral approximation, sufficient machining accuracy cannot be obtained unless a huge amount of data that exceeds the processing capacity is handled. Therefore, machining data can be generated in a short time that is practical enough. I can't hope for that at all. In order to perform high-speed processing, the number of data for representing the curved surface is reduced, which results in poor processing accuracy and the ability to satisfy the tolerance of the designed curved surface.
本発明は上述の問題にかんがみ、工具の干渉、非干渉を
判定しながら必要な加工精度を満足する工具径路データ
を高速で生成させることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to generate tool path data that satisfies required machining accuracy at high speed while determining tool interference and non-interference.
本発明は3次元自由曲面を表現したデータを加工してN
Gミーリングマシンのような少なくとも3軸制御の数値
制御工作機械用の工具径路データを生成するシステムで
ある。The present invention processes data representing a three-dimensional free-form surface to
This is a system that generates tool path data for a numerically controlled machine tool that controls at least three axes, such as a G-milling machine.
自由曲面を切削用面素に分割し且つ工具の形状に応じて
自由曲面からオフセットさせたオフセット多面体を生成
する手段を備える。A means is provided for dividing the free-form surface into cutting surface elements and generating an offset polyhedron offset from the free-form surface according to the shape of the tool.
上記各面素ごとに、面素と、3軸の一つ(Z軸)に平行
でY軸方向に所定間隔の平面群との交線上に工具径路を
設定するために、上記各平面上におてる各交線の始端及
び終端の直交座標値(X、Z)を算出して記憶する手段
を備える。For each of the above plane elements, in order to set a tool path on the intersection line between the plane element and a group of planes that are parallel to one of the three axes (Z axis) and spaced at a predetermined interval in the Y axis direction, The apparatus includes means for calculating and storing orthogonal coordinate values (X, Z) of the starting and ending points of each intersection line.
上記平面群の一つに属する二つの交線がX座標に関しオ
ーバーラツプし且つ交叉する場合に、各交線の端点及び
交叉点のX座標に基いて複数の交線に分割し、Z軸に関
し最上位でX軸に関し互いにオーバーラツプしない交線
群を選択する手段を備える。When two lines of intersection belonging to one of the above plane groups overlap and intersect with respect to the A means for selecting a group of intersection lines that do not overlap with each other with respect to the X-axis is provided at a higher level.
上記平面群の一つに属する複数の交線がX座標に関しオ
ーバーラツプする場合に、そのうちのZ座標が最大のも
のを選択する手段を備える。When a plurality of intersection lines belonging to one of the plane groups overlap with respect to the X coordinate, means is provided for selecting the one having the maximum Z coordinate among them.
更に、上記選択された交線に沿った工具径路データを生
成する手段とを具備する。The method further includes means for generating tool path data along the selected intersection line.
直交座標系(XYZ軸)を持つ3軸制御の数値制御工作
機械に最も通した工具径路生成システムであり、直交座
標系において工具干渉除去処理を高速に実行する。This is the tool path generation system most commonly used in 3-axis numerically controlled machine tools that have an orthogonal coordinate system (XYZ axes), and performs tool interference removal processing at high speed in the orthogonal coordinate system.
オフセット多面体を生成する処理と工具径路をオフセッ
ト多面体から求める処理とを分離させてあり、工具径路
は直交座標系で求められるが、オフセット多面体の生成
はB5zier曲面、B −5plins曲面、Coo
ns曲面等の幾何曲面の表現形式に基(ことができる。The process of generating the offset polyhedron and the process of determining the tool path from the offset polyhedron are separated, and the tool path is calculated using the orthogonal coordinate system, but the generation of the offset polyhedron is performed using the B5zier surface, B-5plins surface, Coo
Based on the representation format of geometric surfaces such as ns surfaces.
従って曲面表現のデータ構造に依存せずに、多種多様な
曲面の加工が可能となる。Therefore, it is possible to process a wide variety of curved surfaces without depending on the data structure of the curved surface representation.
また加工物が複数の曲面で構成されていても、単一の曲
面と同様に扱うことができる。Furthermore, even if the workpiece is composed of multiple curved surfaces, it can be handled in the same way as a single curved surface.
またオフセット多面体を構成する面素の1つごとに工具
干渉の除去処理を一回だけ行い、重複した演算処理が生
じないから、効率よく、高速に工具径路データが生成さ
れる。Further, tool interference removal processing is performed only once for each surface element constituting the offset polyhedron, and redundant calculation processing does not occur, so tool path data can be generated efficiently and at high speed.
工具径路は、オフセット多面体を多数の平行なサンプリ
ング平面で切断して得た線分群のデータで表現され、工
具干渉の除去処理は、線分群が交叉するときに、線分を
分割してそのうちのオーバーラツプのない上位の線分を
選択することがで達成される。よって処理アルゴリズム
が簡単で扱うデータ量が少ないにもかかわらず、高精度
の加工データが得られる。The tool path is expressed by the data of a group of line segments obtained by cutting an offset polyhedron with many parallel sampling planes, and the tool interference removal process involves dividing the line segments when they intersect. This is achieved by selecting the top line segments that do not overlap. Therefore, although the processing algorithm is simple and the amount of data handled is small, highly accurate processed data can be obtained.
〈G1 ニジステム全体の構成〉
第1図に実施例のCAD/CAMシステムの全体構成を
示す、第1図において自由曲面生成処理システム1は、
CADに相当する部分で、目的物の3次元自由曲面を表
現する幾何モデルの形状データをオペレータの入力操作
に基いて生成し、ファイルに蓄積する。目的物は機械加
工部品やモールド金型である。<Configuration of the entire G1 system> FIG. 1 shows the overall configuration of the CAD/CAM system of the embodiment. In FIG. 1, the free-form surface generation processing system 1 includes:
In the part corresponding to CAD, shape data of a geometric model expressing the three-dimensional free-form surface of the object is generated based on input operations by an operator, and is stored in a file. The objects are machined parts and molds.
作成された形状データは、自由曲面切削用工具径路生成
システム2において加工データ、即ち切削工具の移動径
路を決定するデータに変換される。The generated shape data is converted into machining data, that is, data for determining the movement path of the cutting tool, in the free-form surface cutting tool path generation system 2.
加工データはフロッピーディスクに落とされ、NCミー
リングマシン3 (NCフライス盤又はマシニングセン
タ)にフロッピーディスクを装着することにより、自動
加工が行われる。The processing data is downloaded to a floppy disk, and automatic processing is performed by loading the floppy disk into the NC milling machine 3 (NC milling machine or machining center).
自由曲面生成処理システム1及び自由曲面切削用工具径
路システム2の実体はコンピュータであり、ユーザイン
ターフェイスのために、キーボードやディジタイザ等の
入力装置4及びCRT等のディスプレイ装置5が付属し
ている。The free-form surface generation processing system 1 and the free-form surface cutting tool path system 2 are actually computers, and are attached with an input device 4 such as a keyboard or a digitizer, and a display device 5 such as a CRT for a user interface.
工具径路生成システム2は、
(1)、自由曲面の形状精度
(2)、自由曲面の表面粗度(表面あらさ)(3)、工
具干渉チェック
を考慮し且つ高速に加工データを生成するように工夫さ
れたアルゴリズムで動作する。The tool path generation system 2 takes into account (1) the shape accuracy of the free-form surface (2), the surface roughness of the free-form surface (3), and tool interference check, and generates machining data at high speed. It works with a devised algorithm.
〈G2 :工具径路生成システムの構成〉第2図に示す
ように、工具径路生成システムは順次又は平行して起動
される複数のプログラムモジュールを含む。各プログラ
ムモジュールは専用のデータプロセッサと考えることが
できるので、以下プロセッサと称する。<G2: Configuration of tool path generation system> As shown in FIG. 2, the tool path generation system includes a plurality of program modules that are activated sequentially or in parallel. Each program module can be thought of as a dedicated data processor and will therefore be referred to hereinafter as a processor.
まず予備処理段階で起動されるのが、精度決定プリプロ
セッサ21及び面粗度決定プリプロセッサ22である。First, the accuracy determination preprocessor 21 and the surface roughness determination preprocessor 22 are activated in the preliminary processing stage.
精度決定プリプロセッサ21は、目的加工物に対して指
定された公差に基いて、CAD段階で生成された幾何モ
デルの曲面を多数の四辺形(又は三角形)に分割してす
るための分割細度を決定する。この多面体分割により、
公差内で近似された切削形状(切削モデル)を生成する
ことができる。公差を考慮した多面体近似により、必要
以上に高精度でなくしかも設計仕様を満足する切削加工
を実行するための最適工具径路を決定することができる
。The precision determination preprocessor 21 determines the division fineness for dividing the curved surface of the geometric model generated in the CAD stage into a large number of quadrilaterals (or triangles) based on the tolerance specified for the target workpiece. decide. With this polyhedral division,
A cutting shape (cutting model) approximated within tolerances can be generated. By polyhedral approximation that takes tolerances into consideration, it is possible to determine an optimal tool path for performing cutting that is not unnecessarily highly accurate and satisfies design specifications.
幾何曲面の曲率半径ρとその中心から近似多面体までの
距離との誤差をδとするとき、式によるδが指定交差内
となるように近似多面体の個々の一辺の大きさl、つり
幾何モデル曲面上のサンプリング巾を定めるのが仕上げ
精度プリプロセッサ21である。When the error between the radius of curvature ρ of the geometric surface and the distance from its center to the approximate polyhedron is δ, the size l of each side of the approximate polyhedron and the suspended geometric model surface are adjusted so that δ according to the formula falls within the specified intersection. The finishing accuracy preprocessor 21 determines the above sampling width.
工具径路は生成された多面体上に設定される。The tool path is set on the generated polyhedron.
つまり工具は空間内の点から点へ微細に直線運動しなが
ら曲面を切削する。このような切削加工は通常の3軸制
′411NCミーリングマシンで実現できる。In other words, the tool cuts a curved surface while moving minutely in a straight line from point to point in space. Such a cutting process can be realized with a normal 3-axis '411NC milling machine.
なお実際の工具径路は、加工面に対して工具の刃先から
工具中心(工具移動の指令位置)までオフセットした仮
想のオフセット多面体上に設定される。Note that the actual tool path is set on a virtual offset polyhedron offset from the cutting edge of the tool to the tool center (tool movement command position) with respect to the machining surface.
次に面粗度決定プリプロセッサ22は、目的加工物に対
して指定された表面あらさに基いて、工具の送り巾(送
りピッチ)を決定する。一般に工具送り巾が狭ければ、
表面はよりなめらかに切削される。しかし工具送り巾を
1/2にすれば、工具径路を規定するデータ量は2倍に
なる。従って最小の工具径路データで所要の仕上げ表面
あらさを得るために、工具送り巾は最適に設定されなけ
ればならない0面粗度決定プリプロセッサ22では、与
えられた表面あらさを満足する工具送り巾を算出するた
めのアルゴリズムを含む。Next, the surface roughness determination preprocessor 22 determines the feed width (feed pitch) of the tool based on the surface roughness specified for the target workpiece. Generally, if the tool feed width is narrow,
The surface is cut more smoothly. However, if the tool feed width is halved, the amount of data defining the tool path will double. Therefore, in order to obtain the required finished surface roughness with the minimum tool path data, the tool feed width must be set optimally. The zero surface roughness determination preprocessor 22 calculates the tool feed width that satisfies the given surface roughness. Contains an algorithm for
ボールエンドミル(半径R)を切削工具として使用する
場合、面粗度決定プリプロセッサ22は、加工面上の削
り残し量の高さHが指定表面あらさを満足するように、
式
%式%
を用いて工具送り巾Δを決定する。When using a ball end mill (radius R) as a cutting tool, the surface roughness determination preprocessor 22 determines the roughness so that the height H of the amount of uncut material on the machined surface satisfies the specified surface roughness.
Determine the tool feed width Δ using the formula %.
これらの精度決定プリプロセッサ21及び面粗度決定プ
リプロセッサ22によって得られたオフセット多面体の
分割細度及び工具送りピッチのデータは、荒削り用プロ
セッサ23及び仕上削り用プロセッサ24から成る工具
径路生成プロセッサに渡され、これらに基いて幾何モデ
ルの曲面データが順次処理されて、工具径路データが最
終的に生成される。なお荒削りと仕上げ削りとは、工具
の大きさと送り巾及び仕上代の有無が夫々異なるのみで
、データ処理アルゴリズムは同一と考えてよい、また荒
削りプロセスにおいては、公差及び面粗度について考慮
しなくてよい。The data on the division fineness of the offset polyhedron and the tool feed pitch obtained by the accuracy determination preprocessor 21 and the surface roughness determination preprocessor 22 are passed to a tool path generation processor consisting of a rough cutting processor 23 and a finishing processor 24. , based on these, the curved surface data of the geometric model is sequentially processed to finally generate tool path data. Note that rough cutting and finish cutting differ only in tool size, feed width, and presence or absence of finishing allowance, and the data processing algorithm can be considered to be the same.Also, in the rough cutting process, tolerances and surface roughness are not considered. It's fine.
これらの工具径路生成のプロセッサ23.24の最も重
要な機能は工具干渉を回避した工具径路を決定すること
である。工具干渉は工具外径が大きい荒削りプロセスで
最も生じ易い、更に、工具径路生成アルゴリズムを工夫
することにより、これらのプロセッサ23.24におい
て高速に工具径路を生成することができるようになって
いる。The most important function of these tool path generation processors 23, 24 is to determine a tool path that avoids tool interference. Tool interference is most likely to occur in the rough cutting process where the outer diameter of the tool is large.Furthermore, by devising the tool path generation algorithm, these processors 23 and 24 can generate tool paths at high speed.
生成された工具径路データは、荒削り及び仕上げ削りの
順にフロッピーディスク等を媒体として第1図のNCミ
ーリングマシン3に渡され、ブロック素材に対してミー
リング(フライス)切削加工が実行される。The generated tool path data is sent to the NC milling machine 3 shown in FIG. 1 using a floppy disk or the like as a medium in the order of rough cutting and finishing, and milling is performed on the block material.
なお第2図に示す工具径路生成システムには、パラメー
タ切削用プロセッサ25が付属していて、パラメータ表
現の原曲面形状データに基いて直接に切削加工すること
も可能になっている。このプロセッサ25では工具干渉
チェックを行わないが、干渉が生じないと予測できる曲
面については、曲面形状に応じてパラメータ切削を選択
することができる。Note that the tool path generation system shown in FIG. 2 is attached with a parameter cutting processor 25, and it is also possible to directly perform cutting based on the original curved surface shape data expressed in parameters. Although this processor 25 does not perform a tool interference check, for curved surfaces for which it is predicted that no interference will occur, parameter cutting can be selected depending on the shape of the curved surface.
更に工具径路生成システムは、工具径路表示プロセッサ
26及び干渉箇所表示プロセッサ27を含む。これらの
プロセッサによる3次元画像表示により、工具径路や工
具干渉を視覚で認識することができる。Furthermore, the tool path generation system includes a tool path display processor 26 and an interference location display processor 27. By displaying three-dimensional images by these processors, tool paths and tool interference can be visually recognized.
工具径路生成システムの各プロセッサ又はプリプロセッ
サは、ユーザインターフェイスモジュール28を通じて
入出力機器とデータの出し入れを行うことができる。キ
ーボードやディスプレイ、XYプロフタ等の入出力機器
を使用して、オペレータは各プロセッサを動作させ、処
理結果を得ることができる。Each processor or preprocessor of the tool path generation system can communicate with input and output devices through a user interface module 28 . Using input/output devices such as a keyboard, display, and XY profiler, an operator can operate each processor and obtain processing results.
第3図に第2図の工具径路生成システムの処理フローチ
ャートを示す、まず曲面データを計算機ファイルから読
込む(入力PI)。次に曲面データを表示してデータを
確認する(表示P2)。次に荒削り用プロセスに進み、
荒削り用工具径路を生成させる。荒削りプロセスではま
ず仕上代と工具径を指定する(操作P3)。これらの指
定値と曲面データとに基いて、工具干渉を回避した工具
径路を荒削り用プロセッサ23(ルーチンP4)で生成
する。これにより生成されたデータにより、荒削り用工
具径路、切削開始点、切削終了点を表示する(表示P5
)、このとき不可避の工具干渉箇所があったならばこれ
を表示する(表示P6)。FIG. 3 shows a processing flowchart of the tool path generation system shown in FIG. 2. First, curved surface data is read from a computer file (input PI). Next, the curved surface data is displayed and the data is confirmed (display P2). Next, proceed to the roughing process,
Generates a tool path for rough cutting. In the rough cutting process, first, the finishing allowance and tool diameter are specified (operation P3). Based on these designated values and curved surface data, a tool path that avoids tool interference is generated by the rough cutting processor 23 (routine P4). Based on the data generated, the rough cutting tool path, cutting start point, and cutting end point are displayed (display P5
), if there is an unavoidable tool interference location at this time, it is displayed (display P6).
工具干渉が生じた場合(判断P7)、工具径を変更する
ために操作P3に戻り、再度工具径路の生成を実行する
。If tool interference occurs (judgment P7), the process returns to operation P3 to change the tool diameter and generates the tool path again.
判断P7で工具干渉が無いと判定されると、次の仕上げ
削りプロセスに進む。このプロセスでは、まず仕上げ工
具径を指定する(操作P8)、更に登録されている一般
公差テーブルの公差等級(許容公差)を指定する(操作
P9)。次に仕上げ精度決定のプリプロセッサ21 (
ルーチンP10)を起動し、指定された公差テーブルと
切削寸法との照合により、仕上げ精度(オフセット多面
体への分割細度)を決定する。更に設計図面に指定され
た面粗度値を入力する(操作pH)。この面粗度指定値
により、工具送り巾が仕上げ面粗度決定プリプロセッサ
22(ルーチンP12)によって決定される。If it is determined in determination P7 that there is no tool interference, the process proceeds to the next finishing process. In this process, first, the finishing tool diameter is specified (operation P8), and then the tolerance class (permissible tolerance) of the registered general tolerance table is specified (operation P9). Next, the preprocessor 21 (
The routine P10) is started, and the finishing accuracy (fineness of division into offset polyhedrons) is determined by comparing the specified tolerance table with the cutting dimensions. Furthermore, the surface roughness value specified in the design drawing is input (operation pH). Based on this specified surface roughness value, the tool feed width is determined by the finished surface roughness determination preprocessor 22 (routine P12).
次に許容公差及び指定面粗度により決定された多面体の
分割細度及び工具送り巾のデータに基いて、仕上削り用
プロセッサ24(ルーチンP13)を起動させ、仕上削
り用工具径路を生成させる。Next, the finishing milling processor 24 (routine P13) is activated to generate a finishing milling tool path based on the polyhedral division fineness and tool feed width data determined by the allowable tolerance and designated surface roughness.
生成された工具径路データにより、仕上削り用工具径路
を表示させると共に、工具干渉箇所を表示させる(表示
P14、PI3)。工具干渉が生じていたならば、判断
P16から操作P8に戻り、部分的に仕上げ工具径路を
変更し、再度工具径路を生成させる。この工具変更によ
り干渉が除去されれば、生成した工具径路データをファ
イルに書込んで一連の処理が終了する。Based on the generated tool path data, the tool path for finish cutting is displayed, and the tool interference location is also displayed (displays P14, PI3). If tool interference has occurred, the process returns from judgment P16 to operation P8, partially changes the finishing tool path, and generates the tool path again. If the interference is removed by this tool change, the generated tool path data is written to a file and the series of processes ends.
くG、:工具径路生成プロセスの基本概念〉荒削り用プ
ロセッサ23及び仕上削り用プロセッサ24から成る工
具径路生成プロセスは、基本的には幾何モデルの曲面デ
ータからオフセット多面体を生成し、この多面体から工
具干渉の無い工具径路データを高速に生成する手順であ
る。Basic concept of tool path generation process> The tool path generation process consisting of the rough cutting processor 23 and the finish cutting processor 24 basically generates an offset polyhedron from the curved surface data of a geometric model, and then generates a tool from this polyhedron. This is a procedure for generating interference-free tool path data at high speed.
第4図のようにボールエンドミルlOで自由曲面Sの点
Aを切削する場合、点Aは自由曲面とボールエンドミル
の刃面との接点となる。この場合、ボールエンドミル1
0の球部の中心0と点Aを結ぶベクトルAOは自由曲面
の点Aにおける法線ベクトルになる。このベクトルをオ
フセットベクトルと称する。When cutting point A of the free-form surface S with the ball end mill IO as shown in FIG. 4, the point A becomes the point of contact between the free-form surface and the blade surface of the ball end mill. In this case, ball end mill 1
The vector AO connecting the center 0 of the sphere of 0 and the point A becomes the normal vector at the point A of the free-form surface. This vector is called an offset vector.
一般には曲面上にある点におけるオフセットベクトルと
は、その点を始点とし、その点を切削するために工具を
接触させたとき、工具内に定めた基準点が終点となるベ
クトルでしる。ベクトルFは一般に法線ベクトルnの関
数F (n)である。In general, an offset vector at a point on a curved surface is a vector that starts from that point and ends at a reference point set in the tool when a tool is brought into contact to cut that point. Vector F is generally a function F (n) of normal vector n.
ボールエンドミルの場合、F (n)=rn (rは球
面部の半径)となる。In the case of a ball end mill, F (n)=rn (r is the radius of the spherical part).
自由曲面上の総ての点においてオフセットベクトルを考
えると、その終点は一つの曲面を形成する。この曲面を
オフセット曲面と称すと、明らかに工具中心がオフセッ
ト曲面上にあるように工具を移動させれば、目的の自由
曲面を加工することができる。Considering offset vectors at all points on a free-form surface, the end points form one curved surface. If this curved surface is called an offset curved surface, the desired free-formed surface can be machined by moving the tool so that the center of the tool is clearly on the offset curved surface.
オフセット曲面を基に工具径路を生成する最も単純な手
法は、自由曲面上で切削される点の列を考え、各点にお
けるオフセットベクトルの終端点を列を工具径路とする
手法である。この手法は主にパラメトリックな式で表現
された自由曲面に対して用いられている。The simplest method for generating a tool path based on an offset curved surface is to consider a sequence of points to be cut on a free-form surface, and to define the end point of the offset vector at each point as the sequence as the tool path. This method is mainly used for free-form surfaces expressed by parametric equations.
例えば、第5図のようなパラメトリック表現の自由曲面
を考える0曲面上の点の位W P (X % t、2)
は、
xxf、(u、■)
y = ’z (u、 v)
z = f 3 (u、 v)
によってパラメータu、vの期間として与えられる、こ
のような曲面では、u、vを与えると、曲面上の点及び
法線方向が容易に求められるので、u、vを変化させる
ことにより、第6図に示すように点列(A)を作り、こ
れに対応する工具中心の点列(O)を工具径路として得
ることができる。For example, considering a free-form surface of parametric representation as shown in Figure 5, the position of the point on the 0-surface W P (X % t, 2)
is given as the period of parameters u, v by xxf, (u, ■) y = 'z (u, v) z = f 3 (u, v) In such a surface, given u, v, , the points on the curved surface and the normal direction can be easily obtained, so by changing u and v, a point sequence (A) is created as shown in Fig. 6, and the corresponding point sequence (A) at the center of the tool is created. O) can be obtained as the tool path.
別の手法として、第7図に示すように、自由曲面からそ
れに対応するオフセット曲面を生成し、オフセット曲面
上の点をパラメトリックに指定することにより工具径路
を生成する手法もある。例えば、自由曲面が次の式で表
わされている場合、X”gl(u、V)”Cl1u’
+C1zu” v+c、、uv” +c、 4 v
’ +cBu” +c、、uv+cI、v”
+C1,u+C,qV+C,4)’”gz(u、v)=
C21u3+C2zu” V+Cz3uv! +c、4
v3+C,%u” +c、、uv+C2yV” +C2
1u+CtqV+cza””gl(u、V)”C31u
’ +C3zu” V+c、3uv” +C3,V3
+C35u” +c34uv+CBV” +c3.
Iu+C3,V+C,。Another method, as shown in FIG. 7, is to generate a corresponding offset curved surface from a free-form surface and to generate a tool path by parametrically specifying points on the offset curved surface. For example, if the free-form surface is expressed by the following formula, then X"gl(u,V)"Cl1u'
+C1zu"v+c,,uv"+c, 4v
'+cBu"+c,,uv+cI,v"
+C1, u+C, qV+C, 4)'”gz(u, v)=
C21u3+C2zu” V+Cz3uv! +c, 4
v3+C,%u" +c,, uv+C2yV" +C2
1u+CtqV+cza""gl(u,V)"C31u
'+C3zu" V+c, 3uv" +C3,V3
+C35u” +c34uv+CBV” +c3.
Iu+C3, V+C,.
自由曲面点10の点P、〜P1゜でのオフセットベクト
ルを考え、その終点Q、−Q、。を通る曲面としてオフ
セット曲面を求めることができる。このオフセット曲面
において、パラメータU′、V′を変化させることによ
り工具径路を生成することができる。Consider the offset vector at point P, ~P1° of free-form surface point 10, and its end point Q, -Q,. An offset curved surface can be found as a curved surface passing through . In this offset curved surface, a tool path can be generated by changing parameters U' and V'.
上述の工具径路の生成手法では工具干渉が考慮されてい
ない0例えば第8図aSbに示すようにAの部分を切削
しようとすると、その近傍の必要部分が削り取られてし
まう、これは工具形状に起因する工具干渉である。或い
は第9図に示すように、ボールエンドミルの角度を変え
ない限り、工具干渉を回避してA部を削ることができな
い場合も生じる。これは加工軸の設定条件に起因する工
具干渉である。The tool path generation method described above does not take tool interference into account. For example, when attempting to cut part A as shown in Figure 8 aSb, the necessary part in the vicinity is cut off. This is due to the tool shape. This is due to tool interference. Alternatively, as shown in FIG. 9, unless the angle of the ball end mill is changed, there may be cases where it is impossible to avoid tool interference and cut part A. This is tool interference caused by the setting conditions of the machining axis.
工具干渉を発見するには、ボールエンドミルと目的の自
由曲面との交点を求める計算を行えばよいが、ある程度
の精度を得るためには多大の計算時間を必要とするため
、実際には工具干渉が起きないように人間が確認しなが
ら工具径路を生成させている。To find tool interference, you can calculate the intersection of the ball end mill and the target free-form surface, but it takes a lot of calculation time to obtain a certain degree of accuracy, so tool interference is actually detected. The tool path is generated while being checked by humans to ensure that this does not occur.
このような工具干渉問題を解決するために、第10図の
ようなZ軸方向の検定法を用いることができる。この方
法では、ボールエンドミルの軸をZ軸方向にとり、Z軸
と平行な直線lを考え、これとオフセット曲面の交点を
求める。工具干渉が生じている場合には、図のようにオ
フセット曲面上の工具径路がループを描くので、一本の
直線lに対し複数個の交点H,,H2、H3が求まる。In order to solve such a tool interference problem, a verification method in the Z-axis direction as shown in FIG. 10 can be used. In this method, the axis of the ball end mill is set in the Z-axis direction, a straight line l parallel to the Z-axis is considered, and the intersection of this line and the offset curved surface is determined. When tool interference occurs, the tool path on the offset curved surface draws a loop as shown in the figure, so a plurality of intersection points H, , H2, and H3 are found for one straight line l.
これらの交点のZ軸方向の値(高さ)に関し最も大きい
値を持つ点H,が、工具干渉を回避したオフセット面上
の点となる。このようなオフセット曲面は直線iのx、
y座標と交点の2座標とで表現される。The point H having the largest value (height) in the Z-axis direction of these intersection points becomes the point on the offset surface where tool interference is avoided. Such an offset curved surface is x of straight line i,
It is expressed by the y coordinate and the two coordinates of the intersection.
〈G4 :工具径路生成プロセスの具体例〉上述の原理
に基いた具体的な工具径路生成プロセスは、基本的に次
のステップより成る。<G4: Specific example of tool path generation process> A specific tool path generation process based on the above-mentioned principle basically consists of the following steps.
第1ステップ:自由曲面からオフセット多面体を生成す
る。First step: Generate an offset polyhedron from the free-form surface.
第2ステップ:XY千画面上点におけるオフセット曲面
の最高位置を求める。Second step: Find the highest position of the offset curved surface at the top point of the XY 1000 screen.
第2ステツプのアルゴリズムとして、X軸に平行な走査
線に沿って引かれたオフセット面上の線分(セグメント
)に関しZ軸の計算を行う「セグメント高さ法」を以下
に詳述する。As an algorithm for the second step, the "segment height method" in which the Z-axis is calculated with respect to a line segment on the offset plane drawn along the scanning line parallel to the X-axis will be described in detail below.
このアルゴリズムは、基本的にはオフセット曲面の外包
面を求める問題の解法を与えるものである。This algorithm basically provides a solution to the problem of finding the outer envelope of an offset surface.
すなわち第11図に示すように、オーバーラツプするオ
フセット曲面1.2のうちZ軸方向の上位の面に干渉の
無い工具径路が存在する。That is, as shown in FIG. 11, there is a tool path free from interference on the upper surface in the Z-axis direction of the overlapping offset curved surfaces 1.2.
第12図にセグメント高さ法の特徴を示す、この手法で
は、オフセット面の標本化を例えばY軸に沿った一方向
だけとすることにより、高い精度で工具径路を生成し得
るようにしている。即ち、線でのサンプリングを行って
いる。っまりy座標が(yj)の等間隔の各位置にてサ
ンプリングを行うことにする。各位置で平面y=y=を
考え、この平面に沿ってオフセット多面体の断面をとっ
たときの交線に対応する線分群を求める。Figure 12 shows the characteristics of the segment height method. In this method, the offset surface is sampled only in one direction, for example along the Y axis, so that the tool path can be generated with high accuracy. . That is, line sampling is performed. It is assumed that sampling is performed at equally spaced positions where the y-coordinate is (yj). Consider the plane y=y= at each position, and find a group of line segments corresponding to the intersection lines when the cross section of the offset polyhedron is taken along this plane.
線分群の夫々は、オフセット多面体を成す四角形の各辺
と平面?””)Ijとの交点を順に結ぶことによって得
られる。Is each line segment a plane and each side of a quadrilateral that forms an offset polyhedron? "") can be obtained by sequentially connecting the intersections with Ij.
次に、このようにして得られた線分群に基いて、第13
図に示すようにZ軸方向の最大高さを持つ線分群を生成
することにより、工具干渉のない工具径路が得られる。Next, based on the group of line segments obtained in this way, the 13th
As shown in the figure, by generating a line segment group having the maximum height in the Z-axis direction, a tool path without tool interference can be obtained.
第14図にセグメント高さ法の処理手順を示す。FIG. 14 shows the processing procedure of the segment height method.
ステップ1 (第15図)
幾何モデル曲面上の格子点での法線ベクトルnを求める
。各格子点(サンプル点)は、既述の精度決定プリプロ
セッサ21の結果(サンプリング間隔1)を基に、要求
公差を満足するように曲面上に格子状に配置することに
よって得られる。格子間隔、即ち多面体への分割細度は
、その曲面ごとの曲率及び指定された公差等級で定まる
。Step 1 (Figure 15) Find the normal vector n at the grid point on the geometric model surface. Each grid point (sample point) is obtained by arranging the grid points on the curved surface in a grid pattern so as to satisfy the required tolerance based on the result (sampling interval 1) of the accuracy determination preprocessor 21 described above. The lattice spacing, that is, the fineness of division into polyhedrons, is determined by the curvature of each curved surface and the specified tolerance class.
なお第15図は幾何モデルを構成する面素の一枚(バッ
チ)を示し、これは16個の制御点によりパラメトリッ
クに表現されている。このパッチを格子状に細分する際
に精度決定プリプロセッサ21による結果を用いて、最
終仕上げ形状が公差内に入るような分割を行っている。Note that FIG. 15 shows one sheet (batch) of surface elements constituting the geometric model, which is expressed parametrically by 16 control points. When this patch is subdivided into a grid, the results from the precision determining preprocessor 21 are used to perform division so that the final finished shape falls within the tolerance.
ステップ2(第Lm
各点での法線ベクトルnからオフセットベクトルFを求
める。関数F (n)は工具形状により決定する。Step 2 (Offset vector F is determined from the normal vector n at each Lmth point. The function F (n) is determined by the tool shape.
ステップ3(17”)
オフセットベクトルの終点で定まるオフセット曲面上の
各四辺形を二つに分割し、四角形を面素とするオフセッ
ト多面体を得る。なお四角形は平面を成さないので正確
にはオフセット多面体は生成されない。Step 3 (17") Divide each quadrilateral on the offset curved surface determined by the end point of the offset vector into two to obtain an offset polyhedron with quadrilaterals as surface elements. Since quadrilaterals do not form a plane, the exact offset No polyhedra are generated.
ステップ4(18−)
Y軸方向の各サンプリング位置y、に対応するオフセッ
ト面上の線分群を格納するメモリ配列を準備する。一つ
の線分は始端の座標値(XtいZii)及び終端の座標
値(X50、zl、)で表される。Step 4 (18-) Prepare a memory array that stores a group of line segments on the offset plane corresponding to each sampling position y in the Y-axis direction. One line segment is represented by the coordinate values of the starting end (XtZii) and the coordinate values of the ending end (X50, zl,).
なおサンプリング間隔は、既述の面粗度決定プリプロセ
ッサ22によって図面指定の表面あらさを満足するよう
に計算された工具送り幅Δに等しいか、又はそれ以下と
する。Note that the sampling interval is equal to or less than the tool feed width Δ calculated by the surface roughness determination preprocessor 22 described above so as to satisfy the surface roughness specified in the drawing.
ステップ5(19゛)
オフセット面上の格子から一つの四辺形要素を取出し、
y座標の最小値7 sin及び最大値y、、□を求める
。Step 5 (19゛) Take out one quadrilateral element from the grid on the offset plane,
Find the minimum value 7 sin and maximum value y, , □ of the y coordinate.
ステップ6(2O−)
)’ sin〜7 m、tの区間に入るytについて、
平面y−ytと四辺形との交点(2つ)を求め、ylご
とにメモリ配列に交点の座標(XzいZt−) (x
il、zi、)を書込む、これを総ての四辺形について
繰返す。Step 6 (2O-) )' sin ~ 7 For yt that falls in the interval of m, t,
Find the intersection points (two) between the plane y-yt and the quadrilateral, and store the coordinates of the intersection (Xz-Zt-) (x
il, zi, ) and repeat this for all quadrilaterals.
ステップ7(21”、第22゛)
yiごとに線分群のデータを用いて、Z軸方向の最上位
の線分データに変換する。即ち、yiについて第21図
のようにZ軸方向に重なりが生じている複数の線分群が
得られている場合、第22図のように最上位の線分群以
外を消去して新たな線分群データを生成する。得られた
線分群のデータは、工具干渉を回避した工具径路を表す
。Step 7 (21'', 22nd) For each yi, data of the line segment group is used to convert to the highest line segment data in the Z-axis direction.In other words, for yi, as shown in FIG. If a plurality of line segment groups in which Represents a tool path that avoids interference.
ステップ8(第23′)
このようにして得られた第18図のメモリ配列内の線分
群の座標データでもって工具径路を定めることができる
。例えば第23図に示すようにX軸方向に連続的に工具
を等速スキャンさせながら、Z軸方向の工具高さが各線
分と一致するようにZ軸制御を行う、Y軸方向には工具
をピッチΔずつステップ移動さセる。加工時間を短縮す
るためにX軸の工具移動は往復で行うのがよい。Step 8 (23') A tool path can be determined using the coordinate data of the group of line segments in the memory array of FIG. 18 obtained in this way. For example, as shown in Figure 23, while scanning the tool continuously in the X-axis direction at a constant speed, Z-axis control is performed so that the tool height in the Z-axis direction matches each line segment. is moved in steps by pitch Δ. In order to shorten machining time, it is preferable to move the tool along the X axis in a reciprocating manner.
セグメント高さ法の 1演 アルゴリズム次に第14図
のステップ7 (第22図)で必要な演算処理を高速化
する手法について説明する。1-Run Algorithm of Segment Height Method Next, a method for speeding up the arithmetic processing required in step 7 of FIG. 14 (FIG. 22) will be explained.
このステップ7で行われる演算はZ軸に関し最上位の線
分群を生成する過程であり、最も時間がかかる処理であ
る。演算処理は第24図a、bの二タイプ及びその組合
せから成る線分の位置関係について行う。タイプaは二
つの線分のオーバーラップであり、タイプbは二つの線
分のクロスである。何れの場合も点線部分を消去するた
めに線分の再定義を行う。The calculation performed in step 7 is a process of generating the highest line segment group with respect to the Z axis, and is the process that takes the most time. The arithmetic processing is performed on the positional relationships of line segments consisting of the two types shown in FIG. 24a and b and their combinations. Type a is an overlap of two line segments, and type b is a cross of two line segments. In either case, the line segment is redefined to eliminate the dotted line portion.
タイプaでは、線分P、P、とQ+ Qtとが重なって
いる0点Plが線分QIQtより上方にある場合、直線
x−PIXと線分QI Q2との交点P、′を求め、Z
軸に関してより上方にある線分P1 Pz、とQ、P、
’をオーバーラツプの無い線分として得る。In type a, if the 0 point Pl, where the line segments P, P, and Q+Qt overlap, is above the line segment QIQt, find the intersection P,' of the straight line x-PIX and the line segment QIQ2, and calculate Z
Line segments higher up with respect to the axis P1 Pz, and Q, P,
' is obtained as a line segment without overlap.
タイプbでは、線分P、P2とQ、Q!とが交わるので
、まず交点R1を求める。これにより生成された4つの
線分のうちZ軸に関し上方にあるものを選択して、クロ
スの無い二つの線分P、 Rz、RrQxを得る。In type b, line segments P, P2 and Q, Q! intersect, so first find the intersection R1. Among the four line segments generated in this way, the one located above with respect to the Z axis is selected to obtain two line segments P, Rz, and RrQx without a cross.
第25図にステップ7の処理手順の詳細を示す。FIG. 25 shows details of the processing procedure in step 7.
ステップ6では、オフセット面を表わす線分群の端点が
yJごとに求められた順序でメモリ配列に蓄えられてい
る。各線分をP isP ta (t = 1.2・・
・・−・・・−・・・・・−・n、sは始端、eは終端
を夫々表す)とすると、メモリ内の各端点の座標データ
は、P 、、= (x、イ2 ta)
P i、= (XiいZiJ
となっている。In step 6, the end points of the group of line segments representing the offset surface are stored in the memory array in the order determined for each yJ. Each line segment is P isP ta (t = 1.2...
・・・・・・−・・・・・・・−・n, s represents the start end, e represents the end point), the coordinate data of each end point in the memory is P,, = (x, i2 ta ) Pi, = (XiZiJ).
ステップ7−1
XisくXieとなるようにxisとXisとを交換す
る。つまり始端から終端への方向がX軸の負方向を向い
ている線分については、xi、<xi、であるから、始
端と終端のX座標のみを交換して全線分がX軸の正方向
を向くようにオリエンテーションを行う、2座標は変化
しないので、各線分の高さ、つまり工具径路自体は変化
しない。オリエンテーションの目的は工具径路をX軸の
一方方向に限定するためである。Step 7-1 Exchange xis and Xis so that Xis becomes Xie. In other words, for a line segment whose direction from the start end to the end point is in the negative direction of the X-axis, xi, < xi, so by exchanging only the Since the two coordinates do not change, the height of each line segment, that is, the tool path itself does not change. The purpose of orientation is to limit the tool path to one direction of the X-axis.
ステップ7−2
各線分p、、P、、をXi、(始端座標)の小さい順に
ソーティング(並び変え)する。このソーティングによ
り、線分群がどのような順序でサンプリングされていて
も、X座標が増加する順序で線分群が再配列され、その
順序で工具径路が生成される。Step 7-2 Sort (rearrange) each line segment p, , P, in descending order of Xi, (starting end coordinate). Through this sorting, regardless of the order in which the line segments are sampled, the line segments are rearranged in the order of increasing X coordinates, and tool paths are generated in that order.
ステップ7−3
1及びt+1番目の隣接した線分PisPi。、Pい1
.s Pi*I+a 取出す。Step 7-3 1st and t+1st adjacent line segments PisPi. , P1
.. s Pi*I+a Take out.
■ X is −X i+I+ sの場合(第26図)
隣接した二つの線分の終端と始端とのX座標が一致して
いる場合、工具干渉がないので、iを1つ増やし、新た
に二つの線分を取出す。■ In the case of X is −X i+I+ s (Figure 26)
If the X coordinates of the end and start ends of two adjacent line segments match, there is no tool interference, so i is incremented by one and two new line segments are taken out.
■ x、、<xi、11の場合(第27図)前の線分の
終端と後の線分の始端とのX座標が離れている場合には
、予め決められたzl、7の高さを持つ線分Q、Q、を
PilPi*の後に挿入する。挿入によりQIQzが新
たにP i、、+ l P i*1+ @となり、それ
以降の添字が1ずつシフトされる。■ When x, , <xi, 11 (Figure 27) If the X coordinates of the end of the previous line segment and the start of the next line segment are far apart, the predetermined height of zl, 7 Insert the line segments Q, Q, having the values after PilPi*. Due to the insertion, QIQz newly becomes P i, , + l P i *1+ @, and subsequent subscripts are shifted by one.
更にiを+1進め、次の処理を行う、なおメモリ内でデ
ータの挿入、移動を容易にするために、実際にはポイン
タ構造により線分の配列及びデータ管理を行っている。Furthermore, i is incremented by +1 and the next process is performed.In order to facilitate the insertion and movement of data within the memory, line segment arrangement and data management are actually performed using a pointer structure.
■ X 、11 〉X i + In %の場合(第2
8図)前の線分の終端が後の線分の始端よりもX軸に関
し後方にある場合には、線分どうしのオーバーラツプが
あり、工具干渉が生じている。この場合には、第28図
のように2つの線分を最大4つの区間■〜■に分割する
。■ When X, 11〉X i + In % (second
(Figure 8) If the end of the previous line segment is located behind the start end of the next line segment with respect to the X-axis, there is overlap between the line segments and tool interference occurs. In this case, the two line segments are divided into a maximum of four sections (1) to (2) as shown in FIG.
(a)、xi、≠Pi0.+1の場合、区間■が存在す
る。(a), xi, ≠ Pi0. In the case of +1, an interval ■ exists.
(b)、線分PisP五*とP i+l+ s P (
+1+ @ とが交叉する場合には、交点R8が存在し
、区間■と■が出来る。交叉しない場合には、■、■は
1つの区間となる。(b), line segments PisP5* and P i+l+ s P (
When +1+ @ intersects, an intersection point R8 exists, and sections ■ and ■ are formed. If they do not intersect, ■ and ■ become one section.
(C) 、” il #xi*L+ @の場合、区間■
が存在する。(C) If ``il #xi*L+ @, the interval ■
exists.
次に区間■、■において、Z軸の上方にある線分を選択
する。更に元の線分Pi、P3.とPi41+sP i
s1+6をデータから削除し、新しく得られた4つの線
分S I” S v+をXls≠X、、、、、の区間に
挿入する。Next, select line segments above the Z-axis in sections ■ and ■. Furthermore, the original line segments Pi, P3. and Pi41+sP i
s1+6 is deleted from the data, and four newly obtained line segments S I'' S v+ are inserted into the interval Xls≠X, , , .
上記ステップ7−3はi−nとなるまで繰返される。た
だし処理中にn(総数)の値は変化する。The above step 7-3 is repeated until i-n is reached. However, the value of n (total number) changes during processing.
以上の処理により、工具干渉の発生部分を検知して干渉
を排除することができる。なお干渉のない部分では、単
に第25図の■又は■の処理を通るループを回るので非
常に高速の処理が可能である。Through the above processing, it is possible to detect the portion where tool interference occurs and eliminate the interference. Note that in areas where there is no interference, the process simply goes through a loop that goes through the process 1 or 2 in FIG. 25, so very high-speed processing is possible.
以上のように対しセグメント高さ法では、第29図にそ
の概要を示すように、オ、フセット多面体から1つの四
辺形を取出し、平面yjでサンプリングして、y、に対
応したメモリ領域に一旦総ての線分データを格納し、こ
のデータに基いて工具干渉を取除く演算を行う。線分デ
ータは適当な順序でメモリに格納されるので、既述のよ
うにX座標についてソーティングを行う必要がある。し
かしセグメント高さ法では線分の両端の座標データのみ
を扱うので、メモリ領域も小さくてよい、従ってセグメ
ント高さ法は、より工具径路生成の効率が良く、小容量
のデータプロセッサで高精度の工具径路生成が可能であ
る。In contrast, in the segment height method, as shown in Figure 29, one quadrilateral is extracted from the offset polyhedron, sampled at plane yj, and temporarily stored in the memory area corresponding to y. All line segment data is stored and calculations are performed to remove tool interference based on this data. Since the line segment data is stored in the memory in an appropriate order, it is necessary to perform sorting on the X coordinate as described above. However, since the segment height method handles only the coordinate data at both ends of the line segment, the memory area is also small.Therefore, the segment height method is more efficient in generating tool paths, and can be performed with high precision using a small-capacity data processor. Tool path generation is possible.
第30図にセグメント高さ法による工具径路生成システ
ムをブロック図で示す、各ブロックは以下のプログラム
モジュールに対応する。FIG. 30 shows a block diagram of the tool path generation system using the segment height method, and each block corresponds to the following program module.
IVIDE
B6zier曲面からオフセット多面体を生成する(な
お面素は四辺形で平面ではない)。IVIDE Generate an offset polyhedron from a B6zier surface (note that the surface elements are quadrilaterals and not planes).
並U
境界において、位置、接平面が不連続な部分を補うオフ
セット多面体を生成する。Generates an offset polyhedron that compensates for discontinuous positions and tangent planes on the parallel U boundary.
LICE
オフセット多面体をY軸と直交した平面で切断し、線分
群を生成する。LICE Cuts the offset polyhedron with a plane perpendicular to the Y axis to generate a group of line segments.
PVECT 工具干渉を除去する演算を行う。PVECT Perform calculations to remove tool interference.
RPATH 計算誤差等により生じる誤った線分データを除去する。RPATH Remove incorrect line segment data caused by calculation errors, etc.
また平行で継かった線分の統合等の無駄なデータの除去
を行う。It also removes useless data such as integrating parallel line segments.
本発明は上述のように、幾何曲面をオフセット多面体で
近似する処理と、オフセット多面体から工具径路を生成
する処理とを分離しているので、種々の表現形式の幾何
曲面から直接に直交3軸の工具径路データを生成できる
。As described above, the present invention separates the process of approximating a geometric surface with an offset polyhedron and the process of generating a tool path from the offset polyhedron. Tool path data can be generated.
オフセット多面体を構成する面素の1つごとに工具干渉
の除去処理を一回だけ行い、重複した演算処理が生じ無
いから、工具径路生成の効率がよく、高速処理が可能で
ある。Since tool interference removal processing is performed only once for each surface element constituting the offset polyhedron, and no duplicate calculation processing occurs, tool path generation is efficient and high-speed processing is possible.
工具径路は、サンプリング平面ごとにオフセット多面体
を切断した線分群データ(直線の両端座標)で表現され
るので、サンプリングに伴なう精度劣化が無く、またデ
ータを扱うプロセッサが小規模でよ(、極めて実用的な
自動加ニジステムが得られる。The tool path is expressed as line segment data (coordinates at both ends of a straight line) obtained by cutting an offset polyhedron for each sampling plane, so there is no deterioration in accuracy due to sampling, and the processor that handles the data can be small ( A very practical automatic addition system is obtained.
工具干渉の除去処理は、線分群が交叉するときに、線分
を分割してオーバーラップのない上位の線分を選択する
ことで達成される。よって処理アルゴリズムが簡単で扱
うデータ量が少ないにもかかわらず、高精度の加工デー
タが得られる。Tool interference removal processing is achieved by dividing a line segment when a group of line segments intersects and selecting a higher-order line segment with no overlap. Therefore, although the processing algorithm is simple and the amount of data handled is small, highly accurate processed data can be obtained.
第1図は本発明の工具径路生成システムの実施例を示す
CAD/CAMシステムの全体構成のブロック図、第2
図は工具径路生成システムのブロック図、第3図は工具
径路生成システムのデータ処理手順のフローチャートで
ある。
第4図は自由曲面とオフセット曲面との関係を示す線図
、第5図はパラメトリック表現の自由曲面を示す線図、
第6図は自由曲面から工具径路を生成する一方法を示す
線図、第7図はオフセフ)曲面から工具径路を生成する
一方法を示す線図、第8図は工具形状に起因する工具干
渉を示す断面図、第9図は加工軸の設定条件に起因する
工具干渉を示す断面図、第10図は工具干渉検定法を示
す断面図である。
第11図は工具干渉を回避したオフセフ)曲面の外包面
を示す線図、第12図はセグメント高さ法の原理を示す
線図、第13図は工具干渉を除去した線分群の線図、第
14図はセグメント高さ法の処理手順を示すフローチャ
ートである。
第15図は第14図のフローチャートのステップ1に対
応した幾何曲面の線図、第16図はステップ2に対応し
たオフセットベクトルの線図、第17図はステップ3に
対応したオフセット多面体の線図、第18図はステップ
4に対応したサンプリング位置とデータメモリ配列を示
す線図、第19図はステップ5に対応したオフセット多
面体の四辺形面素を示す線図、第20図はステップ6に
対応したセグメントサンプリングの線図、第21図はス
テップ7に対応した線分群の位置を示す線図、第22図
はステップ7に対応した工具干渉除去処理を行った線分
群の線図、第23図はステップ8に対応した工具径路の
線図である。
第24図a、bはセグメント高さ法において線分のオー
バーラツプ及びクロスを示す線図、第25図は第33図
のステップ7の処理手順の詳細を示すフローチャート、
第26図〜第28図は二つの隣接する線分の位置関係の
種々のB様を示す線図である。
第29図はセグメント高さ法の処理手順の概要を示す線
図、第30図は工具径路生成システムのブロック図であ
る。
なお、図面に用いた符号において、
1−−−−−−−・・・・・−・・−自由曲面生成処理
システム2〜・・〜・−一−−−・・・・−・−・自由
曲面切削用工具径路生成システム
3−・−・−・・・・・・−・−・−・−NCミーリン
グマシン4・・・−・−−−一−−・−・−人力装置5
・・・・〜・・・・・・−・−・ディスプレイ21・−
・−・・−・・・・・−精度決定プリプロセッサ22・
−・−・・・−・−・面粗度決定プリプロセッサ23・
・−・〜・・−・・−荒削り用プロセッサ24・・−・
・−・・−仕上げ削り用プロセッサである。FIG. 1 is a block diagram of the overall configuration of a CAD/CAM system showing an embodiment of the tool path generation system of the present invention, and FIG.
The figure is a block diagram of the tool path generation system, and FIG. 3 is a flowchart of the data processing procedure of the tool path generation system. Figure 4 is a diagram showing the relationship between a free-form surface and an offset curved surface, and Figure 5 is a diagram showing a free-form surface expressed parametrically.
Fig. 6 is a diagram showing one method of generating a tool path from a free-form surface, Fig. 7 is a diagram showing one method of generating a tool path from an offset curved surface, and Fig. 8 is a diagram showing tool interference due to tool shape. FIG. 9 is a cross-sectional view showing tool interference caused by the setting conditions of the machining axis, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing a tool interference verification method. Fig. 11 is a line diagram showing the outer surface of an offset curved surface that avoids tool interference, Fig. 12 is a line diagram showing the principle of the segment height method, and Fig. 13 is a line diagram of a group of line segments with tool interference removed. FIG. 14 is a flowchart showing the processing procedure of the segment height method. Fig. 15 is a diagram of the geometric surface corresponding to step 1 of the flowchart in Fig. 14, Fig. 16 is a diagram of the offset vector corresponding to step 2, and Fig. 17 is a diagram of the offset polyhedron corresponding to step 3. , FIG. 18 is a diagram showing the sampling position and data memory arrangement corresponding to step 4, FIG. 19 is a diagram showing the quadrilateral plane elements of the offset polyhedron corresponding to step 5, and FIG. 20 is a diagram corresponding to step 6. Figure 21 is a diagram showing the position of the line segment group corresponding to step 7, Figure 22 is a diagram of the line segment group subjected to tool interference removal processing corresponding to step 7, and Figure 23 is a diagram of the segment sampling performed. is a diagram of the tool path corresponding to step 8. 24a and 24b are diagrams showing overlap and crossing of line segments in the segment height method, FIG. 25 is a flowchart showing details of the processing procedure of step 7 in FIG. 33,
FIGS. 26 to 28 are diagrams showing various B types of positional relationships between two adjacent line segments. FIG. 29 is a diagram showing an outline of the processing procedure of the segment height method, and FIG. 30 is a block diagram of the tool path generation system. In addition, in the symbols used in the drawings, 1. Free-form surface cutting tool path generation system 3------------NC milling machine 4-------1------human power device 5
・・・・・・〜・・・・・・−・−・Display 21・−
・−・・−・・Accuracy determination preprocessor 22・
−・−・・−・−・Surface roughness determination preprocessor 23・
・−・〜・・−・・−Rough cutting processor 24・・−・
・−・・−This is a finishing milling processor.
Claims (1)
3軸制御の数値制御工作機械用の工具径路データを生成
するシステムであって、 自由曲面を切削用面素に分割し且つ工具の形状に応じて
自由曲面からオフセットさせたオフセット多面体を生成
する手段と、 上記各面素ごとに、面素と、3軸の一つ(Z軸)に平行
でY軸方向に所定間隔の平面群との交線上に工具径路を
設定するために、上記各平面上における各交線の始端及
び終端の直交座標値(X、Z)を算出して記憶する手段
と、 上記平面群の一つに属する二つの交線がX座標に関しオ
ーバーラップし且つ交叉する場合に、各交線の端点及び
交叉点のX座標に基いて複数の交線に分割し、Z軸に関
し最上位でX軸に関し互いにオーバーラップしない交線
群を選択する手段と、上記選択された交線に沿った工具
径路データを生成する手段とを具備する工具干渉を回避
した自由曲面の加工情報生成システム。[Claims] A system for processing data representing a three-dimensional free-form surface to generate tool path data for a numerically controlled machine tool with at least three-axis control, which divides the free-form surface into cutting surface elements. and means for generating an offset polyhedron offset from the free-form surface according to the shape of the tool; means for calculating and storing orthogonal coordinate values (X, Z) of the starting and ending points of each line of intersection on each of the planes in order to set a tool path on the line of intersection with the group of planes; When two intersection lines belonging to one overlap and intersect with respect to the X coordinate, each intersection line is divided into multiple intersection lines based on the end point and the X coordinate of the intersection point, and A free-form surface machining information generation system that avoids tool interference, comprising means for selecting a group of intersection lines that do not overlap with each other with respect to an axis, and means for generating tool path data along the selected intersection lines.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61208553A JP2652848B2 (en) | 1986-09-04 | 1986-09-04 | Machining information generation method for free-form surface avoiding tool interference |
KR1019870009793A KR950007105B1 (en) | 1986-09-04 | 1987-09-04 | System for automatically genreating tool path data for automatic machining center |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61208553A JP2652848B2 (en) | 1986-09-04 | 1986-09-04 | Machining information generation method for free-form surface avoiding tool interference |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6364106A true JPS6364106A (en) | 1988-03-22 |
JP2652848B2 JP2652848B2 (en) | 1997-09-10 |
Family
ID=16558089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP61208553A Expired - Lifetime JP2652848B2 (en) | 1986-09-04 | 1986-09-04 | Machining information generation method for free-form surface avoiding tool interference |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2652848B2 (en) |
Cited By (3)
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CN113221202A (en) * | 2021-01-27 | 2021-08-06 | 广州奇芯机器人技术有限公司 | Method, system and equipment for determining small-line-segment knife compensation interference selfing point |
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- 1986-09-04 JP JP61208553A patent/JP2652848B2/en not_active Expired - Lifetime
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CN113221202B (en) * | 2021-01-27 | 2023-03-14 | 广州奇芯机器人技术有限公司 | Method, system and equipment for determining small-line-segment knife compensation interference selfing point |
Also Published As
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JP2652848B2 (en) | 1997-09-10 |
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