JPWO2005040948A1 - 加工情報作成装置、プログラム及び加工情報作成方法 - Google Patents

加工情報作成装置、プログラム及び加工情報作成方法 Download PDF

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Abstract

形状データベース(19)とCADからCADデータを取得しそのデータを基に形状データベース(19)を検索し対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析部(15)と、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基にその数式モデルの特徴とその数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により最適な工具を選択する手段(17)と、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築する手段(18)を備えている。

Description

本発明はCADで作成された加工物のCADデータからCAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成して支援を行う加工情報作成装置、プログラム及び加工情報作成方法に関し、特に、CADで作成された加工物のCADデータを用いて、例えば穴の形状の数などの、形状の特徴から加工物を分類するのではなく、加工の特徴という面から加工物を分類し、データベースの検索条件等に用いることができるようにする加工情報作成装置、プログラム及び加工情報作成方法に関するものである。
なお、前記CAD(computer−aided design)はコンピュータを用いた設計製図支援システム、又は計算機援用設計システムのことであり、前記CAM(computer−aided manufacturing)は、CADで設計したデザインを基に製品の自動生産を行うシステム、又は製造支援システムのことである。
(1):従来、金型等の切削加工において、使用する工具はオペーレータが決定している。オペレータはその工具の形状特徴や切削加工条件等から対象となる加工物に対して工具軌跡を生成し、シミュレーションをすることによって加工を行う前にコンピュータ上で検証を行うことはできるが、その結果から、例えば更に加工時間を短縮するため等の、工具を再選択するには熟練した経験や勘、過去の実績などとの比較、または数回のトライ・アンド・エラーなどが必要となっている。
コンピュータの発達に伴い処理速度が向上してきているため、数回のトライ・アンド・エラーをシミュレーションすることによって加工時間を短縮することは可能になってきているが、オペレータの労力が必要とされる。トライ・アンド・エラーを人間の代わりにコンピュータが行って工具決定を支援する場合、保有している全ての工具やホルダ、加工機等の情報をデータベース化し、全ての工具に対してトライ・アンド・エラーを行い、加工時間が最も短いとされる工具の組み合わせを決定しているが、全ての工具に対してシミュレーションを行わなくてはならないため、膨大な計算量が必要となっている。
(2):また、加工データベースの構築の際にキー項目として、例えば「外形寸法」「体積」「ポケット」「穴」等の、加工物の形状の特徴等が利用されている。形状の特徴として「外形寸法」や「体積」などは比較的容易にコンピュータが計算できるが、加工の特徴のキー項目として判断材料に乏しく、「ポケット」や「穴」などの加工に影響が大きい形状は、コンピュータが計算によって抽出するための定義が非常に難しい。
その解決方法として、加工形状データに、例えば「製品名」「部品名」等の、加工物の分類や、「ポケット」や「穴」等の、加工物の形状の特徴を、コンピュータの計算を支援するために人間が付加しているが、その場合完全にコンピュータが自動的に加工を支援しているわけではなく、システムや加工に精通した人間が加工データベースを構築する必要がある。
(3):その他の背景技術の説明
その他の背景技術として特許文献1乃至特許文献4等に記載されたものが知られている。以下に示す特許文献は、「基本加工形状モデルに対して工具径−削り残し量の基本モデル曲線を作成して、予めデータベースに登録しておき、今加工を要求されている形状に対応した工具径をデータベースから選択して切削シミュレーションを行い、削り残し量が対応する基本モデル曲線に対してどの位置にあるかによって、より大きな(より小さな)径の次回利用工具を選択する。」という調査ポイントにより文献の検索を行って得られた結果の文献である。以下、これらの文献を従来例として説明する。
A:特許文献1
この例は、算出された削り残し量に基づいて最適なコーナ部加工用工具が毎回決定され、削り残し量が許容値に納まるまで繰り返すコーナ部のNCデータ作成方法の例である。
B:特許文献2
この例は、工具軌跡データから切削シミュレーションを行って削り残し情報を得て、今回加工シーケンスにおける削り残し情報を次の加工シーケンスに引継ぐことにより、各加工ステップにおける工具軌跡データを作成する削り残し部加工のNCデータ作成方法の例である。
C:特許文献3
この例は、指定された加工領域内に挿入可能な最大径の工具を選択し、そこでの切削残り部分を算出し、その情報によって次に必要な工具をデータベースから選択する加工データ作成システムの例である。
D:特許文献4
この例は、加工シミュレーションにより加工時間を求めた工具を登録した工具データベースから最短時間で加工できる工具の組み合わせを探し出す数値制御装置の例である。
E:特許文献5
この例は、選択した工具による加工可能エリア比率が小さい場合は、1段階小径の工具を選択し、加工領域が閉形状の場合は工具形状により削り残しを回避可能な工具を選択する数値制御データ作成方法の例である。
特許第2966672号公報(特開平6−179150号) 特開平6−119031号公報 特開平6−332515号公報 特開平9−50311号公報 特開平11−175122号公報
a):前記背景技術の(1)ではオペレータの労力が必要とされる。特に、トライ・アンド・エラーを人間の代わりにコンピュータが行って工具決定を支援する場合、保有している全ての工具やホルダ、加工機等の情報をデータベース化し、全ての工具に対してトライ・アンド・エラーを行い、加工時間が最も短いとされる工具の組み合わせを決定しているが、全ての工具に対してシミュレーションを行わなくてはならないため、膨大な計算量が必要となっている。
b):前記背景技術の(2)では「ポケット」「穴」などの加工に影響が大きい形状は、コンピュータが計算によって抽出するための定義が非常に難しい。
その解決方法として、加工形状データに、例えば「製品名」「部品名」等の、加工物の分類や、「ポケット」や「穴」等の、加工物の形状の特徴を、コンピュータの計算を支援するために人間が付加しているが、その場合完全にコンピュータが自動的に加工を支援しているわけではなく、システムや加工に精通した人間が加工データベースを構築する必要がある。
c):前記背景技術の(3)では、検索結果の全ての文献が、本発明に対して技術的バックグラウンド、或いは参考程度の内容である。なお、「先ず大きな径の工具で切削を行い、削り残し部の状況により、より小さな径の工具を選択する」という内容の公知例は多数検索できたが、「切削シミュレーション結果と基本モデル曲線との比較により次回工具の径を選択する」という内容で本発明に近い技術内容の文献は検索できなかった。
本発明は前記の課題を解決し、与えられた加工物に対して形状や製品名等以外の絶対的な評価基準を提供し、その評価基準を基にシステムを構築することによって、コンピュータが膨大な量の計算を行うことなく、工具の選定や加工物の加工の特徴から分類することで、コンピュータによる支援を容易にすることを目的とする。
本発明は前記の目的を達成するため、次のように構成した。
(1):CADで作成された加工物のCADデータからCAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する加工情報作成装置であって、前記CADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に加工形状情報を蓄積した形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析部を備えていることを特徴とする。
(2):前記(1)の加工情報作成装置において、前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する最適工具選択手段(加工事例データベース検索部+加工工具決定部)を備えていることを特徴とする。
(3):前記(1)又は(2)の加工情報作成装置において、前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築するデータベース構築手段(加工事例作成部)を備えていることを特徴とする。
(4):前記(1)乃至(3)の加工情報作成装置において、前記形状解析部の形状解析結果を使用して、加工の際に作成した情報を加工事例として順次蓄積する加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索部を備えていることを特徴とする。
(5):前記(1)乃至(4)の加工情報作成装置において、前記加工事例データベース検索部からCADデータ、形状データ及び加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具情報を蓄積した工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定部を備えていることを特徴とする。
(6):前記(1)乃至(5)の加工情報作成装置において、工作機械から加工情報を取得し、前記形状解析部から数式を取得し、前記加工工具決定部から加工情報や使用工具の情報を取得して加工事例を作成し、前記加工事例を前記加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する加工事例作成部を備えていることを特徴とする。
(7):CADで作成された加工物のCADデータからCAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する加工情報作成装置に、前記CADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に加工形状情報を蓄積した形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析部の機能を実現させるためのプログラムであることを特徴とする。
(8):前記(7)のプログラムにおいて、前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築するデータベース構築手段(加工事例作成部)の機能を実現させることを特徴とする。
(9):前記(7)乃至(8)のプログラムにおいて、前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する最適工具選択手段(加工事例データベース検索部+加工工具決定部)の機能を実現させることを特徴とする。
(10):前記(7)乃至(9)のプログラムにおいて、前記形状解析部の形状解析結果を使用して、加工の際に作成した情報を加工事例として順次蓄積する加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索部)の機能を実現させることを特徴とする。
(11):前記(7)乃至(10)のプログラムにおいて、前記加工事例データベース検索部からCADデータ、形状データ及び加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具情報を蓄積した工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定部の機能を実現させることを特徴とする。
(12):前記(7)乃至(11)のプログラムにおいて、工作機械から加工情報を取得し、前記形状解析部から数式を取得し、前記加工工具決定部から加工情報や使用工具の情報を取得して加工事例を作成し、前記加工事例を前記加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する加工事例作成部の機能を実現させることを特徴とする。
(13):CADで作成された加工物のCADデータからCAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する加工情報作成方法であって、前記CADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に加工形状情報を蓄積した形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析ステップからなることを特徴とする。
(14):前記(13)の加工情報作成方法において、前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する最適工具選択ステップ(加工事例データベース検索ステップ+加工工具決定ステップ)からなることを特徴とする。
(15):前記(13)又は(14)の加工情報作成方法において、前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築するデータベース構築ステップ(加工事例作成ステップ)からなることを特徴とする。
(16):前記(13)乃至(15)の加工情報作成方法において、前記形状解析ステップの形状解析結果を使用して、加工の際に作成した情報を加工事例として順次蓄積する加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索ステプからなることを特徴とする。
(17):前記(13)乃至(16)の加工情報作成方法において、前記加工事例データベース検索ステップからCADデータ、形状データ及び加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具情報を蓄積した工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定ステップからなることを特徴とする。
(18):前記(13)乃至(17)の加工情報作成方法において、工作機械から加工情報を取得し、前記形状解析ステップから数式を取得し、前記加工工具決定ステップから加工情報や使用工具の情報を取得して加工事例を作成し、前記加工事例を前記加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する加工事例作成ステップからなることを特徴とする。
(作用)
前記各構成の作用は次の通りである。
(a):前記(1)、(7)及び(13)では、形状解析部又は形状解析ステップはCADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する。
このように、対象とする加工物の加工形状のデータと工具のシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成し、形状の特徴を数値化することによって、加工データベースの構築や工具選択の支援が容易に行える。
(b):前記(2)、(9)及び(14)では前記(a)の作用に加えて、最適工具選択手段又は最適工具選択ステップは、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する。このようにすれば、工具選択の支援が容易に行える。
(c):前記(3)、(8)及び(15)では前記(a)の作用に加えて、データベース構築手段又はデータベース構築ステップは、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築する。このようにすれば、更に、加工データベースの構築の支援が容易になる。
(d):前記(4)、(10)及び(16)では、加工事例データベース検索部又は加工事例データベース検索ステップは、前記形状解析部または形状解析ステップの形状解析結果を使用して加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する。このようにすれば、過去の類似事例を検索することができる。
(e):前記(5)、(11)及び(17)では、加工工具決定部又は加工工具決定ステップは、加工事例データベース検索部又は加工事例データベース検索ステップが検索した加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する。このようにすれば、適切な工具の選択が行える。
(f):前記(6)、(12)及び(18)では、加工事例作成部又は加工事例作成ステップは、工作機械から加工情報を取得し、形状解析部又は形状解析ステップから数式を取得し、加工工具決定部又は加工工具決定ステップから加工情報や使用工具の情報(CADデータ+NCプログラム生成用パラメータ)を取得して加工事例を作成し、加工事例を加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する。このようにすれば、加工事例を加工事例データベースとして蓄積していくことができる。
上述したようにすれば、対象とする加工物の加工形状のデータと工具のシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成し、形状の特徴を数値化することによって、加工データベースの構築や工具選択の支援が行える。
また、与えられた加工物に対して、形状や製品名等以外の絶対的な評価基準を提供することができる。また、その評価基準を基に、システムを構築することによって、コンピュータが膨大な量の計算を行うことなく、工具の選定や加工物を加工の特徴から分類することをコンピュータが容易に支援できる。
(a):請求項1、7及び13では、対象とする加工物の加工形状のデータ(CADデータ等)と工具のシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成し、形状の特徴を数値化することによって、加工データベースの構築や工具選択の支援が容易に行える。
(b):請求項2、9及び14では、更に、工具選択の支援が容易に行える。
(c):請求項3、8及び15では、更に、加工データベースの構築の支援が容易になる。
(d):請求項4、10及び16では、更に、過去の類似事例を検索することができる。
(e):請求項5、11及び17では、更に、適切な工具の選択が行える。
(f):請求項6、12及び18では、更に、加工事例を加工事例データベースとして蓄積していくことができる。
また、与えられた加工物に対して、形状や製品名等以外の絶対的な評価基準を提供することができる。また、その評価基準を基に、システムを構築することによって、コンピュータが膨大な量の計算を行うことなく、工具の選定や加工物を加工の特徴から分類することをコンピュータが支援することを容易にする。
(g):以上のように、本発明では、対象とする加工物の加工形状のデータと工具のシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成し、形状の特徴を数値化することによって、加工データベースの構築や工具選択の支援が行える効果がある。
また、与えられた加工物に対して、形状や製品名等以外の絶対的な評価基準を提供することができる。また、その評価基準を基に、システムを構築することによって、コンピュータが膨大な量の計算を行うことなく、工具の選定や加工物を加工の特徴から分類することをコンピュータが支援することを容易にする効果がある。
図1は実施の形態における基礎概念説明図(その1)である。 図2は実施の形態における基礎概念説明図(その2)である。 図3は実施の形態における基礎概念説明図(その3)である。 図4は実施の形態における工具選択の説明図(その1)である。 図5は実施の形態における工具選択の説明図(その2)である。 図6は実施の形態におけるデータベース構築の説明図(その1)である。 図7は実施の形態におけるデータベース構築の説明図(その2)である。 図8は実施の形態における断面形状の場合分け(加工物の形状)の説明図である。 図9は実施の形態における断面形状の場合分け(工具の形状)の説明図である。 図10は実施の形態における断面形状とその他の説明図(その1)である。 図11は実施の形態における断面形状とその他の説明図(その2)である。 図12は実施の形態における加工情報作成装置の構成図ある。 図13は実施の形態における形状解析部の処理フローチャートである。 図14は実施の形態における加工事例データベース検索部の処理フローチャートである。 図15は実施の形態における加工工具決定部の処理フローチャートである。 図16は実施の形態における加工事例作成部の処理フローチャートである。 図17は実施の形態における形状データベース例である。 図18は実施の形態における加工事例データベース例である。 図19は実施の形態における工具データベース例である。 図20は実施の形態における具体的な装置例である。
符号の説明
1 加工物
2 工具
3 ブロック
11 加工情報作成装置
12 CAD
13 工作機械
14 NCプログラム生成部
15 形状解析部
16 加工事例データベース検索部
17 加工工具決定部
18 加工事例作成部
19 形状データベース
20 工具データベース
21 加工事例データベース
31 コンピュータ本体
32 ディスプレイ装置
33 入力装置(キーボード/マウス)
34 リムーバブルディスクドライブ(RDD)
35 ハードディスク装置(HDD)
36 CPU(中央演算制御装置)
37 ROM(リードオンリ・メモリ)
38 メモリ
39 インタフェース制御部(I/F制御部)
40 通信制御部
発明を実施するための最良の形
§1:加工情報作成装置における処理等の基礎概念の説明
図1は基礎概念説明図(その1)、図2は基礎概念説明図(その2)、図3は基礎概念説明図(その3)である。以下、図1乃至図3に基づいて加工情報作成装置における処理等の基礎概念を説明する。
本発明では、与えられた加工物に対して或る特定の工具を使用した時にできる削り残しの体積を加工物の特徴とする。例えば、図1のように、加工物1とこの加工物1を削るための工具2とがあったとする。そして、工具2により加工物1を削る場合、削り残し部分AのようなL字形状に工具2の形状の分だけ削り残しが発生する。
また、削り残し部分Bのような溝形状の場合、溝形状よりも工具径が細ければ、削り残し部分Aと同様に工具2の形状の分だけ削り残しが発生するが、溝形状よりも工具径が太ければ、図1のような削り残しが発生する。削り残しは大別して2種類あり、削り残し部分Aのように工具2の形状の分だけ削り残しが発生する場合と、削り残し部分Bのように工具2が入り込めないために削り残しが発生する場合がある。このような削り残しの特徴を加工の特徴として、工具選定や加工物分類等の判断基準に用いる。
例えば、図2のようなL字型のブロック3を基本モデルとした時に、半径rのボールエンドミルを使用した場合の削り残しの断面積は次のようになる。この場合、図2において、(1)はL字型のブロック3の斜視図であり、この(1)のL字型のブロック3をX方向から見た図を(2)に、Y方向から見た図を(3)に、Z方向から見た図を(4)に示してある。また、各部の寸法を図示のように、W(幅)、H(高さ)、D(奥行き)とする。
このような寸法に対し、削り残しの断面積Sは図3の(1)に示したような断面積S、すなわち、S=(1−π/4)rとなる。この時の削り残し体積Vは図3の(2)に示したように、V=(1−π/4)rWとなる。
このモデル式における加工形状の同定解析を行い、そのモデル固有のW(幅)を決定することによって、削り残し量という判断基準から、加工形状と工具との関係式(数式)が得られる。その関係式によって、現在選択されている工具の前後の工具に対して削り残し量の推定や、加工物の分類を行う加工データベースを構築することができる。
§2:工具選択の説明
図4は工具選択の説明図(その1)、図5は工具選択の説明図(その2)である。以下、図4、図5に基づいて工具選択について説明する。以下の例は、基本モデルをL字形状として、その基本モデルの特徴と実際の削り残し量の比較から工具選定を行う際の具体例である。図4の(1)、(2)において、縦軸は削り残し量、横軸は工具直径を示す。また横軸において、Aは比較の対象となる工具(現在の工具)の直径であり、A+は前記Aより工具直径を増やすことを示し、A−は前記Aより工具直径を減らすことを示している。
図示の基本モデル曲線によって工具選定を行う場合、比較の対象となる工具A(加工データベース等から推薦された工具直径Aの工具)によって同定解析された基本モデル曲線に対し、比較する工具A−や工具A+などのシミュレーションから得られる実際の削り残し量は図4の(1)、(2)に示すような領域に分布することになる。
この場合の6つの領域は、次に示すような現象が起きており、それぞれの領域によってどのような現象が起きているのか場合分けを行い、工具A(工具直径Aの工具)がその加工形状に対して適しているかどうかを判断する。この時の判断は図5のようになる。すなわち、以下に説明するa乃至fは図5の符号に対応しており、次のことを表している。
a:工具径を大きくすると基本モデルよりも削り残し量の増加が大きい。→今まで加工できていた溝などに工具が入らなくなった。
b:基本モデルと削り残し量の増加が等しい。→加工形状が基本モデルと一致している。
c:工具径を大きくしても基本モデルよりも削り残し量の増加が小さい。→基本モデルよりも開いた形状が多い。
d:工具径を小さくしても基本モデルよりも削り残し量の減少が小さい。→基本モデルよりも開いた形状が多い。
e:基本モデルと削り残し量の減少が等しい。→加工形状が基本モデルと一致している。
f:工具径を小さくすると基本モデルよりも削り残し量の減少が大きい。→今まで加工できなかったポケットに工具が入るようになった。
以上のような場合分けから図5の下側に図示したように工具選定の判断基準を作成し、コンピュータによって工具選定を支援する。これを繰り返すことにより、全ての工具に対してシミュレーションを行うことなく、最適な工具を選定することが可能となる。
§3:データベース構築の説明
図6はデータベース構築の説明図(その1)、図7はデータベース構築の説明図(その2)である。図6、図7において、(1)はL字型のブロック3の斜視図であり、この(1)のL字型のブロック3をX方向から見た図を(2)に、Y方向から見た図を(3)に、Z方向から見た図を(4)に示してある。また、各部の寸法を図示のように、W(幅)、H(高さ)、D(奥行き)、θ(傾斜角度)とする。以下、図6、図7に基づいてデータベース構築について説明する。
基本モデルをできるだけ実際の加工形状に忠実に近づけることによって、数式モデル(数学モデル)の信頼性を高め、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築する。基本モデルから得られる削り残し量の結果をできるだけ現実のモデルに近づけるためには、基本モデルを複雑にする必要がある。
例えば、金型のように抜き勾配がついている場合等は、図6のようにL字モデルの角度を抜き勾配にあわせると計算の精度が向上する。このときの削り残し体積Vは、
Figure 2005040948
となる。この式を使用することによって、基本モデル式は抜き勾配を考慮することになり、現実の加工形状に近づく。
また、削り残しが常に工具の形状分だけという場合だけに限らなく、図7のように溝幅D2よりも大きい工具径を使用した場合は溝に工具が入り込まないため、工具形状分以上に削り残しが発生する。この時の削り残し量は、
Figure 2005040948
となる。これで、L字部分の長さ、溝の幅や深さ、長さなどをパラメータ化することができる。このようにして、基本モデルを複雑化することによって、削り残し量の推定の精度は向上する。
このような方法を応用していき、基本モデルを実際の加工形状に近づけることによって、同定された数式モデル(数学モデル)の次数や定数などを用いて、加工のデータベースを構築することにより、ポケットや溝などを定義したり、製品形状を登録することなく、ある一定の判断基準で加工形状を分類することが可能になる。
§4:断面形状の説明
図8は断面形状の場合分け(加工物の形状)の説明図である。以下に説明する断面形状は、数式モデル(数学モデル)を構築する上で必要最小限の断面形状を記述するものである。以下、詳細に説明する。
◎:加工形状の場合分け
a:加工物の形状の説明
削り残し部分の断面パターンは、大きく分けて2パターン(図8の削り残し部分A、B)に分けることができる。その1つのパターンは、図8の削り残し部分Aのような削り残し部分であり、L字形状の部分には工具の形状の分だけ削り残しが発生する。また、他の1つのパターンは、図8の削り残し部分Bのようなパターンであり、溝形状よりも工具径が細ければ削り残し部分Aと同様に工具の形状の分だけ削り残しが発生するが、溝形状よりも工具径が太ければ図8のような削り残しが発生する。
b:工具の形状の説明
図9は断面形状の場合分け(工具の形状)の説明図であり、(1)はボールエンドミル、(2)はフラットエンドミル、(3)はR付エンドミル、(4)は特殊形状のミルを示す。工具は特殊なもの{図9の(4)の形状}を入れると無限に形状が存在するが、一般的に(1)のボールエンドミル、(2)のフラットエンドミル、(3)のR付エンドミルが使用される。本発明では前記の3種類の断面形状を対象として説明する。
c:断面形状のその他の説明
図10は断面形状のその他の説明図(その1)、図11は断面形状のその他の説明図(その2)である。なお、図10において、rは工具先端の半径、θは壁の角度を示す。
工具の先端形状によっては削り残しが発生する場合がある。例えば、壁の角度をπ/2≦θ<πとした時、断面形状は次のようになる。
すなわち、ボールエンドミル(図9の(1)参照)の場合は、図10の(1)のように削り残しが発生する。フラットエンドミル(図9の(2)参照)の場合は、図10の(2)のように、理論的には削り残しは発生しない。R付エンドミル(図9の(3)参照)の場合は、図10の(3)のように、削り残しが発生する。つまり、ボールエンドミルと同じ断面積の削り残しが発生する。
また、図11の(1)のように、工具径よりも狭い溝形状の場合は、工具が入らないために、工具の形状以上に削り残しが発生する。溝の壁の角度をπ/2≦θ<πとしたときの盤面形状は次のようになる。
すなわち、ボールエンドミル(図9の(1)参照)の場合は、図11の(1)のように工具の先端が少しだけ入る断面になる。フラットエンドミル(図9の(2)参照)の場合は、図11の(2)のように、全く入らない断面になる。R付エンドミル(図9の(3)参照)の場合は、図11の(3)、(4)のように、全く入らないか先端が少しだけ入る断面の2種類になる。
§5:加工情報作成装置の構成の説明
図12は加工情報作成装置の構成図である。図12に示したように、加工情報作成装置11は、形状解析部15と、加工事例データベース検索部16と、加工工具決定部17と、加工事例作成部18と、形状データベース19と、工具データベース20と、加工事例データベース21等で構成されている。
すなわち加工情報作成装置11は、CAD12に接続されてCAD12から出力されたCADデータを入力して加工情報を作成すると共に、作成した加工情報(加工データ)をNCプログラム生成部14(CAM)を介して工作機械13に出力するように構成されている。また、工作機械13のセンサ等で取得する加工事例情報は加工事例作成部18が取り込んで加工事例データベース21に逐次蓄積するように構成されている。
前記形状解析部15は、CAD12からの加工物のCADデータを取得して、そのCADデータを基に加工物の形状解析を行うものである。この場合、形状解析部15は、形状解析を行う際、形状データベース19を検索しその検索結果の情報を用いて形状解析を行う。
加工事例データベース検索部16は、形状解析部15からの形状解析結果(CADデータ+形状データ等)を取得し、加工事例データベース21から必要な情報を検索するものである。加工工具決定部17は、加工事例データベース検索部16から情報(CADデータ+形状データ+加工事例)を取得し、その情報に最も近い工具を工具データベース20から検索し、加工に最適な工具を決定し、加工情報(NCプログラム生成用パラメータ等の情報)を出力するものである。
加工事例作成部18は、加工工具決定部17からの情報(CADデータ+形状データ+加工事例+NCプログラム生成用パラメータ等)を取得し、形状解析部15から数式を取得し、加工工具決定部17から使用工具を取得し、NCプログラム生成部14(CAM)より加工条件等を取得し、工作機械13から加工情報を取得することで加工事例を出力し、加工事例データベース21に蓄積するものである。なお、NCプログラム生成部14(CAM)は、加工工具決定部17で決定した加工情報を基に、NCプログラムを作成して工作機械13へ供給するものである。
以上のように、加工情報作成装置11は、CAD12で作成された加工物のCADデータを用いて、CAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する装置であって、予め、加工形状情報を蓄積した形状データベース19と、予め、工具に関する情報を蓄積した工具データベース20と、加工の際に作成した情報を加工事例として順次蓄積する加工事例データベース21と、CAD12で作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に形状データベース19から必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析部15と、形状解析部15の形状解析結果を使用して加工事例データベース21から数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索部16と、加工事例データベース検索部16が検索した加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を前記工具データベース20から検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定部17と、工作機械13から加工情報を取得し、形状解析部15から数式を取得し、加工工具決定部17から加工情報や使用工具の情報(CADデータ+形状データ+加工事例+NCプログラム生成用パラメータ等)を取得して加工事例を作成し、加工事例を加工事例データベース21へ出力することで、加工事例データベース21へデータを蓄積する加工事例作成部18を備えている。なお、NCプログラム生成部14は、加工情報作成装置11内に設けても良い。
また、前記形状解析部15と、加工事例データベース検索部16と、加工工具決定部17と、加工事例作成部18は、それぞれプログラムにより構成されており、加工情報作成装置内のCPU(図示省略)が前記プログラムを実行することで実現するものである。また、NCプログラム生成部14は、加工情報作成装置内のCPU(図示省略)、又はCAM内のCPU(図示省略)が前記プログラムを実行することで実現するものである。
§6:加工情報作成装置内の各部の処理とデータベース例の詳細な説明
(1):状解析部の処理説明
図13は形状解析部の処理フローチャートである。以下、図13に基づいて形状解析部の処理を説明する。なお、図13においてS1〜S6は各処理ステップを示す。
前記形状解析部15は、先ず、CAD12からの加工物のCADデータを取得して(S1)、切削シミュレーションによる削り残し体積計算を行う(S2)。次に、工具と加工物の加工形状の組み合わせによる断面積情報を形状データベース19から取得し(S3)、取得した断面を組み合わせることによって削り残し体積を推測する数式を数種類作成し、シミュレーションによる削り残し体積と比較することによって、数式の次数を決定する(S4)。そして、決定した数式をシミュレーションによる削り残し体積と比較することによって、数式の決定をする(S5)。次に、形状解析結果出力を行い(S6)、この処理を終了する。
(2):加工事例データベース検索部の処理説明
図14は加工事例データベース検索部の処理フローチャートである。以下、図14に基づいて加工事例データベース検索部の処理を説明する。なお、図14においてS11〜S14は各処理ステップを示す。
加工事例データベース検索部16は、形状解析部15から形状解析結果を取得し(S11)、そのデータを基に、数式の次数が最も近い加工事例を加工事例データベース21から検索する(S12)。次に、加工データベース検索部16は、検索された加工事例の中で最も数式の定数が近い加工事例を選択し(S13)、加工事例出力(加工工具決定部17へ出力)を行い(S14)、この処理を終了する。
(3):加工工具決定部の処理説明
図15は加工工具決定部の処理フローチャートである。以下、図15に基づいて加工工具決定部の処理を説明する。なお、図15においてS21〜S25は各処理ステップを示す。
加工工具決定部17は、加工事例データベース検索部16から情報(CADデータ+形状データ+加工事例)を取得し(S21)、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具データベース20から検索する(S22)。次に、数式とシミュレーションによる削り残し量の推測値を比較して基本加工工程に使用する工具を決定する(S23)。
次に、加工工具決定部17は、決定した基本加工工程を補完する削り残し工程を追加し(S24)、NCプログラム生成部14へ加工情報(NCプログラム生成用パラメータ)出力を行い(S25)、この処理を終了する。
(4):加工事例作成部の処理説明
図16は加工事例作成部の処理フローチャートである。以下、図16に基づいて加工事例作成部の処理を説明する。なお、図16においてS31〜S36は各処理ステップを示す。
加工事例作成部18は加工工具決定部17より情報(CADデータ+形状データ+加工事例+NCプログラム生成用パラメータを含む)を取得し(S31)、形状解析部15より解析結果の数式を格納し(S32)、加工工具決定部17より使用工具を取得(NCプログラム生成用パラメータから取得)し(S33)、NCプログラム生成部14より加工条件等のデータを取得する(S34)。
また、加工事例作成部18は工作機械13より加工情報(センサ等で取得した加工情報)を取得し(S35)、加工事例出力を行い(S36)、加工事例データベース21に蓄積してこの処理を終了する。
(5):形状データベース例
図17は形状データベース例を示した図である。例えば、形状データベース19は図17のように構成されている。すなわち、形状データベース19には、形状ID(形状に関する識別コード)が1、2、3、4、5、6・・・のように並んでおり、これらの各形状ID毎に、断面形状の名称と数式(数式モデル)が登録されている。
この場合、例えば、形状ID=1では、名称が「断面形状A」であり、数式=0.215×al×rのようになっている。また、形状ID=2では、名称が「断面形状B」であり、数式=0.19×al×rのようになっている。また、形状ID=3では、名称が「断面形状C」であり、数式=0.18×al×rのようになっている(なお、*=×である)。以下、同様に各情報が登録されている。なお、この形状データベース19は、予め人手によりデータ、或いは情報を格納しておくものである。
(6):加工事例データベース例
図18は加工事例データベース例を示した図である。例えば、加工事例データベース21は次のように構成されている。すなわち、加工事例データベース21には、加工事例ID(加工事例に関する識別コード)が1、2、3、4、5、6・・・のように並んでおり、これらの各加工事例ID毎に、金型の名称と、数式(数式モデル)と、使用工具と、加工時間等のデータが登録されている。
この場合、例えば、加工事例ID=1では、名称が「金型A」であり、数式=120*r・・・のようになっており、使用工具=1+3+5で、加工時間=1200となっている。また、加工事例ID=2では、名称が「金型B」であり、数式=300*r・・・のようになっており、使用工具=1+2+3で、加工時間=400となっている。また、加工事例ID=3では、名称が「金型C」であり、数式=1400*r・・・のようになっており、使用工具=3+5+8で、加工時間=11500となっている。以下、同様な情報が登録されている。
(7):工具データベース例
図19は工具データベース例を示した図である。例えば、工具データベース20は次のように構成されている。すなわち、工具データベース20には、工具ID(工具に関する識別コード)が1、2、3、4、5、6・・・のように並んでおり、これらの各工具ID毎に、名称、工具直径、刃長、全長、柄径等のデータが登録されている。
この場合、例えば、工具ID=1では、名称=「BEM1」、工具直径=1、刃長=10、全長=50、柄径=4となっている。また、工具ID=2では、名称=「BEM2」、工具直径=2、刃長=10、全長=50、柄径=4となっている。また、工具ID=3では、名称=BEM3、工具直径=3、刃長=20、全長=60、柄径=4となっている。以下、同様な情報が登録されている。なお、この工具データベース20は、予め人手によりデータ、或いは情報を格納しておくものである。
§7:具体的な装置例と記録媒体の説明
図20は具体的な装置例であり、図12に示した加工情報作成装置の1つの具体例を示したものである。この加工情報作成装置は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の任意のコンピュータにより実現する装置であり、コンピュータ本体31と、該コンピュータ本体31に接続されたディスプレイ装置32、キーボードやマウス等の入力装置33、フレキシブルディスクドライブ(フロッピィディスクドライブ)(FDD)やCD−ROMドライブや光ディスク装置等のリムーバブルディスクドライブ(RDD)34、ハードディスク装置(HDD)35等を備えている。
そして、コンピュータ本体31には、装置内の各種制御等を行うCPU(中央演算処理装置)36、プログラムや各種パラメータ等のデータを格納しておくためのROM(不揮発性メモリ)37、CPU36がワーク用として使用するメモリ38、外部のI/O装置とのインタフェース制御を行うインタフェース制御部(I/F制御部)39、外部との通信制御を行う通信制御部40等を備えている。
そして、図12に示した形状解析部15、加工事例データベース検索部16、加工工具決定部17、加工事例作成部18、NCプログラム生成部14等は、それぞれプログラムにより構成されている。また、前記プログラムを、予めハードディスク装置(HDD)35のハードディスク(記録媒体、或いは記憶媒体)、或いはROM37に格納(記録、或いは記憶)しておき、そのプログラムを、CPU36の制御により読み出し、該CPU36が読み出したプログラムを実行することにより、前記各部の処理(加工情報作成処理)を行う。
しかし、本願発明は、このような例に限らず、例えば、ハードディスク装置(HDD)35のハードディスクに、次のようにしてプログラムを格納し、このプログラムをCPU36が実行することで前記加工情報作成処理を行うことも可能である。
1):他の装置で作成されたリムーバブルディスク(例えば、CD−ROM等の光ディスク)に格納されているプログラム(他の装置で作成したプログラムデータ)を、リムーバブルディスクドライブ(RDD)34により読み取り、ハードディスク装置(HDD)35の記録媒体(ハードディスク)に格納する。
2):LAN等の通信回線を介して他の装置から伝送されたプログラム等のデータを、通信制御部40を介して受信し、そのデータをハードディスク装置(HDD)35の記録媒体(ハードディスク)に格納する。
以上のように、本発明に係る加工情報作成装置およびプログラムは、CAMに有用であり、特に、金属等の切削加工のCAMに適している。

Claims (18)

  1. CADで作成された加工物のCADデータを用いて、CAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する加工情報作成装置であって、
    前記CADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に加工形状情報を蓄積した形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析部を備えていることを特徴とする加工情報作成装置。
  2. 前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する最適工具選択手段を備えていることを特徴とする請求項1記載の加工情報作成装置。
  3. 前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築するデータベース構築手段を備えていることを特徴とする請求項1又は2記載の加工情報作成装置。
  4. 前記形状解析部の形状解析結果を使用して、加工の際に作成した情報を加工事例として順次蓄積する加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索部を備えていることを特徴とする請求項1乃至3記載の加工情報作成装置。
  5. 前記加工事例データベース検索部からCADデータ、形状データ及び加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具情報を蓄積した工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定部を備えていることを特徴とする請求項1乃至4記載の加工情報作成装置。
  6. 工作機械から加工情報を取得し、前記形状解析部から数式を取得し、前記加工工具決定部から加工情報や使用工具の情報を取得して加工事例を作成し、前記加工事例を前記加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する加工事例作成部を備えていることを特徴とする請求項1乃至5記載の加工情報作成装置。
  7. CADで作成された加工物のCADデータを用いて、CAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する加工情報作成装置に、
    前記CADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析部の機能を実現させるためのプログラム。
  8. 前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築するデータベース構築手段の機能を実現させるための請求項7記載のプログラム。
  9. 前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する最適工具選択手段の機能を実現させるための請求項7乃至8記載のプログラム。
  10. 前記形状解析部の形状解析結果を使用して加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索部の機能を実現させるための請求項7乃至9記載のプログラム。
  11. 前記加工事例データベース検索部からCADデータ、形状データ及び加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定部の機能を実現させるための請求項7乃至10記載のプログラム。
  12. 工作機械から加工情報を取得し、前記形状解析部から数式を取得し、前記加工工具決定部から加工情報や使用工具の情報を取得して加工事例を作成し、前記加工事例を前記加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する加工事例作成部の機能を実現させるための請求項7乃至11記載のプログラム。
  13. CADで作成された加工物のCADデータを用いて、CAMで加工用の工具軌跡を作成する際に必要な工具等を決定するための加工情報を作成する加工情報作成方法であって、
    前記CADで作成されたCADデータを取得し、そのデータを基に加工形状情報を蓄積した形状データベースから必要な情報を検索して形状解析を行うことで、対象とする加工形状のデータと工具とのシミュレーションから得られる削り残し量の結果に基づき、加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを作成する形状解析ステップからなる加工情報作成方法。
  14. 前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの特徴と、その数式モデルによる削り残し量の推定結果の比較により、最適な工具を選択する最適工具選択ステップからなる請求項13記載の加工情報作成方法。
  15. 前記加工形状に沿った削り残し量の数式モデルを基に、その数式モデルの次数や定数を、加工における形状の特性としてデータベースを構築するデータベース構築ステップからなる請求項13又は14記載の加工情報作成方法。
  16. 形状解析ステップの形状解析結果を使用して加工の際に作成した情報を加工事例として順次蓄積する加工事例データベースから、数式の次数が最も近い加工事例を検索する加工事例データベース検索ステップからなる請求項13乃至15記載の加工情報作成方法。
  17. 前記加工事例データベース検索ステップからCADデータ、形状データ及び加工事例を取得し、加工事例の工具情報に最も近い工具を工具情報を蓄積した工具データベースから検索して、数式とシミュレーションによる削り残し量の推定値を比較することで基本加工工程に使用する工具を決定すると共に、前記決定した基本加工工程を補完する削り残し加工工程を追加して加工情報を出力する加工工具決定ステップからなる請求項13乃至16記載の加工情報作成方法。
  18. 工作機械から加工情報を取得し、前記形状解析ステップから数式を取得し、前記加工工具決定ステップから加工情報や使用工具の情報を取得して加工事例を作成し、前記加工事例を前記加工事例データベースへ出力することで、前記加工事例データベースへデータを蓄積する加工事例作成ステップからなる請求項13乃至17記載の加工情報作成方法。
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