JPWO2014068715A1 - 自動プログラミング装置および方法 - Google Patents

Abstract

加工単位データによって加工される加工領域形状である加工領域形状データを生成する加工領域形状生成部と、加工領域形状が面取り加工の対象部位である場合に、加工領域形状データ、使用工具データおよび加工条件データを含む面取り加工データから面取り加工のための面取り加工工具パスデータを生成する面取り加工工具パス生成部と、を備え、面取り加工工具パス生成部は、素材形状である曲面上に定義された加工領域形状と素材形状との境界部に対して面取り加工を施す際に、面取り加工工具パスデータとして、素材形状の中心軸に平行な回転軸と、加工領域形状の底面と平行な直線軸と、の２軸方向の加工による面取り加工を実現する加工パスを生成する。

Description

この発明は、自動プログラミング装置および方法に関するものである。

加工領域形状、加工方法、使用工具、加工条件などのデータを含んだ部分的な加工を行うための加工単位データが入力され、入力された加工単位データから工作機械を動作させるための制御指令情報を生成する自動プログラミング装置において、面取り加工は、主に隣接する面と面が交差する境界部分の角部を取り除く加工である。曲面上に施される面取り加工の場合は曲面同士の境界部分が対象となるため、その面取り部分の形状は複雑となる。このため、通常は５軸制御機械などにより面取り加工を行う（たとえば、特許文献１参照）。

また、面取り加工は大抵の場合は角部を取り除ければよいので、厳密な精度を要求されることは少なく、また、面取りを施す部位や素材によっても面取り方法が異なるのでそれに応じて面取りの指示方法も異なってくる。

国際公開第２０１１／００４５８４号（図１７〜図２１）

従来、曲面を含む複雑な形状部位に対する面取り加工の場合は５軸制御による加工で行われてきたが、５軸制御機械は非常に高価である。また、複雑な動作ができる反面、ＮＣ（Numerical Control）プログラムや操作が煩雑になる傾向があるという問題点があった。さらに、面取り加工は大抵の場合は厳密な精度を要求されることは少ない。とはいえ、たとえば直進３軸のみの制御機械による曲面部の面取り加工では要求仕様に満たない場合が多い。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、素材形状である曲面上に面取り加工を施す際に、５軸制御による加工を用いなくても簡単な操作によって、工具を移動させて加工するための工具経路データを生成できる自動プログラミング装置および方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる自動プログラミング装置は、素材形状に対して部分的な加工を行うための加工単位データに基づいて制御指令データを生成する自動プログラミング装置であって、前記加工単位データによって加工される加工領域形状である加工領域形状データを生成する加工領域形状生成部と、前記加工領域形状が面取り加工の対象部位である場合に、前記加工領域形状データ、使用工具データおよび加工条件データを含む面取り加工データから面取り加工のための面取り加工工具パスデータを生成する面取り加工工具パス生成部と、を備え、前記面取り加工工具パス生成部は、前記素材形状である曲面上に定義された前記加工領域形状と前記素材形状との境界部に対して面取り加工を施す際に、前記面取り加工工具パスデータとして、前記素材形状の中心軸に平行な回転軸と、前記加工領域形状の底面と平行な直線軸と、の２軸方向の加工による面取り加工を実現する加工パスを生成することを特徴とする。

この発明によれば、素材形状の中心軸と平行な回転軸と加工領域形状の底面と平行な直線軸との２軸方向の加工による面取り加工を実現する面取り加工工具パスデータを生成する面取り加工工具パス生成部を備えたので、曲面部の面取り加工部位に対しても５軸制御機械を用いなくても簡単な操作で面取り加工の工具経路を生成でき、操作時間を短縮でき、加工能率を向上させることができるという効果を有する。

図１は、この実施の形態による自動プログラミング装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、この実施の形態による自動プログラミング装置の動作処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図３は、加工前後の素材形状の斜視図である。 図４は、３つの加工単位ごとの加工領域形状を示す斜視図である。 図５は、面取り加工対象部位として選択されたエッジを示す斜視図である。 図６は、面取り加工の加工単位データの一例を示す図である。 図７は、面取り部エッジ特定情報の一例を示す図である。 図８は、実施の形態による面取り加工工具パス生成部の機能構成を示すブロック図である。 図９は、面取り加工工具パス生成の説明に用いる素材形状の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態による面取り工具パス生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図１１は、一般的な自動プログラミング装置で処理される加工部位の指定方法を説明する図である。 図１２は、実施の形態による自動プログラミング装置で処理される加工部位の指定方法を説明する図である。 図１３は、工具基準位置の算出方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図１４は、実施の形態における素材形状上の基準点に対する接ベクトルを説明する図である。 図１５は、実施の形態における素材形状上の基準点に対する接平面を説明する図である。 図１６は、実施の形態における接ベクトルに対するオフセットベクトルを説明する図である。 図１７は、実施の形態における工具先端点位置の演算方法を説明する図である。 図１８は、実施の形態における工具先端高さの演算方法を説明する図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる自動プログラミング装置および方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

この実施の形態は、曲面上の複雑な面取り加工対象部位形状に対して、５軸加工機を使用しなくとも、素材形状である曲面の中心軸と平行な回転軸と加工領域形状の底面と平行な直線軸との２軸方向の加工により、許容精度内でほぼ一様な面取り幅を保持する面取り加工を実現するものである。

図１は、この実施の形態による自動プログラミング装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。自動プログラミング装置は、素材形状に対して部分的な加工を行うための部分加工の加工単位データに基づいて制御指令データを生成するものである。より具体的には、加工領域形状、加工方法、使用工具、加工条件などのデータを含んだ部分的な加工を行う加工単位データが入力され、この加工単位データを解析して工作機械を動作させる制御指令データを生成するものである。

図１に示されるように、自動プログラミング装置は、素材形状データ入力部１、加工単位データ入力部２、加工プログラム記憶部３、加工後素材形状生成部４、関連加工単位データ抽出部５、加工プログラム解析部６、工具パス生成部７、加工領域形状生成部８、面取り加工工具パス生成部９および制御指令生成部１０を有する。

素材形状データ入力部１は、加工対象の素材形状を定義する素材形状データを外部入力し、加工プログラム記憶部３に素材形状データを格納する。

加工単位データ入力部２は、加工プログラム記憶部３に記憶された加工単位データに含まれる加工領域形状データを参照する他加工単位参照型の加工単位データを入力し、他加工単位参照型の加工単位データを加工プログラム記憶部３へ出力する。具体的には、加工領域形状、加工方法、使用工具、加工条件などの加工単位を定義する加工単位データを外部入力し、加工プログラム記憶部３にデータを格納する。他加工単位参照型の加工単位データとして面取り加工の加工単位データなどがある。

加工プログラム記憶部３は、素材形状データと、他加工単位参照型の加工単位データを含む加工単位データの加工順に並んだリストを記憶する。

加工後素材形状生成部４は、加工プログラム記憶部３に記憶されている素材形状データおよび加工単位データに基づいて加工後素材形状データを生成するものである。加工後素材形状データは、素材形状データと既定義済みの加工単位の加工領域データとに基づき、素材形状から既定義済みの加工単位の加工領域形状を除去した加工領域除去素材形状データである。

関連加工単位データ抽出部５は、加工単位データ入力部２において面取り加工の加工単位データを外部入力する際に、加工後素材形状生成部４で生成された加工後素材形状データをグラフィック表示させる。また、オペレータからの面取り加工対象部位の指示を受けて、加工領域除去素材形状に転写された加工領域形状の面に、対応する加工単位の加工領域形状の面を特定するためのデータを属性として付加し、加工領域除去素材形状上で指示されたエッジから、それに隣接する面に付属している加工単位の加工領域形状の面を特定するためのデータを抽出する。そして、抽出したデータから他加工単位参照型の加工単位の加工領域形状データの参照データを抽出し、加工単位データ入力部２へ参照データを送る。

加工プログラム解析部６は、加工プログラムから制御指令を生成する際に、加工プログラム記憶部３に記憶された加工単位データを解析し、工具パスデータ生成のための使用工具データ、加工条件データなどの工具パス生成用データを準備する。そして、工具パス生成部７および面取り加工工具パス生成部９へ工具パス生成用データを送る。

工具パス生成部７は、面取り加工以外の加工単位について加工単位データから工具パスデータを生成し、制御指令生成部１０に工具パスデータを送る。

加工領域形状生成部８は、加工単位データを解析して制御指令データを生成する際に、他加工単位参照型の加工単位データについて、参照する加工単位の加工領域形状データと加工プログラム記憶部３に記憶されている素材形状データとから、部分加工の加工単位データの加工領域形状データ、つまり、面取り加工を施す部位の加工領域形状データを生成する。そして、加工領域形状生成部８は、面取り加工を施す部位の加工領域形状データを面取り加工工具パス生成部９へ送る。

面取り加工工具パス生成部９は、面取り加工の加工単位について加工領域形状生成部８で抽出された面取り加工の加工領域形状データ、加工プログラム解析部６で抽出された工具パス生成用データから面取り加工のための工具パスデータを生成し、制御指令生成部１０に工具パスデータを送る。

制御指令生成部１０は、加工領域形状データを含めた部分加工の加工単位データに基づいて制御指令データを生成する。具体的には、工具パス生成部７および面取り加工工具パス生成部９で生成された工具パスデータを受け取り、工作機械を制御するための制御指令データを生成して制御装置の図示しない制御部へ出力する。

このように構成された自動プログラミング装置の動作について説明する。図２は、この実施の形態による自動プログラミング装置の動作処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、自動プログラミング装置は、プログラム入力を行うか否かのオペレータ指示をチェックする（ステップＳ２０１）。プログラム入力を実施する指示の場合（ステップＳ２０１でＹｅｓの場合）には、素材形状データの入力を行うか否かのオペレータの指示をチェックする（ステップＳ２０２）。素材形状データの入力を実施する指示の場合（ステップＳ２０２でＹｅｓの場合）には、素材形状データ入力部１において、素材形状データがオペレータからの指示等で外部入力され、入力されたデータが加工プログラム記憶部３へ格納される（ステップＳ２０３）。その後、ステップＳ２０１へと処理が戻る。

素材形状データの入力を実施しない指示の場合（ステップＳ２０２でＮｏの場合）には、面取り加工の加工単位データの入力を行うか否かのオペレータ指示をチェックする（ステップＳ２０４）。面取り加工の加工単位データの入力を実施しない指示の場合（ステップＳ２０４でＮｏの場合）には、素材形状データ入力部１において、面取り加工以外の加工単位のデータがオペレータからの指示で外部入力され、入力されたデータが加工プログラム記憶部３へ格納される（ステップＳ２０５）。面取り加工以外の加工単位データの入力の詳細については、特許文献１に記載されているので省略する。その後、ステップＳ２０１へと処理が戻る。

また、面取り加工の加工単位データの入力を実施する指示の場合（ステップＳ２０４でＹｅｓの場合）には、加工後素材形状生成部４において、加工プログラム記憶部３に格納された素材形状および格納済みの加工単位データに基づき加工後素材形状データが生成される（ステップＳ２０６）。図３は、加工前後の素材形状の斜視図であり、（ａ）は旋削外径加工を行う前の素材形状を示す斜視図であり、（ｂ）は旋削外径加工、ポケット加工およびキー溝加工の３つの加工単位から形成された加工後の素材形状を示す斜視図である。この図に示されるように、加工後の素材形状は、素材形状からそれぞれの加工単位に対応する加工領域形状が除去されることによって得られる。図３（ｂ）で、（ｉ，ｊ）は、加工単位と加工面を表すものであり、ｉは加工単位番号を示し、ｊは目的の加工後形状の位置を表す面である加工目的面の面番号を示す。この例では、ｉ＝１が旋削外径加工を示し、ｉ＝２がポケット加工を示し、ｉ＝３がキー溝加工を示している。

図４は、３つの加工単位ごとの加工領域形状を示す斜視図である。図４（ａ）に、素材形状Ｗと旋削外径加工の加工領域形状Ｒ０を示し、図４（ｂ）に旋削外径加工の加工領域形状が除去された加工後素材形状Ｗ−Ｒ０とポケット加工の加工領域形状Ｒ１を示し、図４（ｃ）にポケット加工の加工領域形状の除去された加工後素材形状Ｗ−Ｒ０−Ｒ１とキー溝加工の加工領域形状Ｒ２を示している。さらに、加工後素材形状Ｗ−Ｒ０−Ｒ１からキー溝加工の加工領域形状Ｒ２が除去されることによって、図３（ｂ）に示した加工後素材形状が得られる。素材形状または加工後素材形状から加工領域形状を除去する際には、図３（ｂ）に示されるように除去後の加工後素材形状に転写された加工領域形状の加工目的面に加工単位番号ｉと加工目的面の面番号ｊのペアが属性情報として付加される。

ついで、関連加工単位データ抽出部５において、加工後素材形状生成部４で生成された加工後素材形状データを基に面取り加工対象部位に関連する加工単位の加工領域形状データを特定する特定データが以下のようにして抽出される（ステップＳ２０７）。まず、加工後素材形状データが画面上にグラフィック表示され、オペレータからのポインティングデバイスなどによる指示で加工後素材形状データの面取り加工対象部位の一連のエッジが選択される。ここで、選択候補となり得るエッジは、加工後素材形状に転写された別々の加工単位に属する加工目的面間のエッジ、または素材形状の面と加工目的面間のエッジのいずれかである。つぎに、選択されたエッジ毎に隣接する加工目的面に付属している属性データを面取り加工対象部位に関連する加工領域形状データの特定データとして抽出する。

図５〜図７に、選択されたエッジに対する面取り加工の加工単位の一例を示す。図５は、面取り加工対象部位として選択されたエッジを示す斜視図であり、図６は、面取り加工の加工単位データの一例を示す図であり、図７は、面取り部エッジ特定情報の一例を示す図である。

図５において、太線がエッジであり、Ｅｋ（ｋ＝０，１，２，３）は面取り加工対象部位として選択されたエッジを示すエッジ番号である。また、（ｉ，ｊ）は加工単位と加工面を表すものであり、ｉは加工単位番号を示し、ｊは加工目的面の面番号である。

図６の面取り加工の加工単位データは、加工形状データとして面取り部エッジ特定情報、面取り形状パターン、面と形状の大きさや角度などを指定するパラメータを有している。またこのほかに、加工方法、使用工具、加工条件などを指定するパラメータなどが含まれる。

図６の面取り部エッジ特定情報は、加工対象部位に関連する加工領域形状データを参照するためのデータであり、図７に示されるように、抽出された加工領域形状データの特定データを集めてテーブル構成としたものである。この面取り部エッジ特定情報のテーブルでは、面取り加工対象部位のエッジに隣接する加工目的面の組み合わせで表され、さらに加工目的面は加工単位の番号とその加工単位における加工目的面の番号で表されているが、面取り加工対象部位のエッジの位置情報を直接データとして保有していない。面取り加工対象部位のエッジの位置情報については、制御指令データを生成する段階で算出するようにしている。このため、参照する加工単位の加工領域形状データの位置が調整された場合でも、面取り加工の制御指令データへの調整結果の反映を自動化することができるので、面取り加工単位データの調整の手間がかからずに済む。

ついで、関連加工単位データ抽出部５で抽出された加工領域形状データの特定データとその他の面取り加工の加工単位データとを入力し、加工プログラム記憶部３に面取り加工の加工単位データを記憶する（ステップＳ２０８）。その後、ステップＳ２０１へと処理が戻る。

一方、ステップＳ２０１でプログラム入力を実施しない指示の場合（ステップＳ２０１でＮｏの場合）には、プログラムの実行をオペレータから指示されたか否かをチェックする（ステップＳ２０９）。プログラム実行が指示されていない場合（ステップＳ２０９でＮｏの場合）には、オペレータによる操作終了の指示があったかを判定する（ステップＳ２１０）。オペレータによる操作終了の指示がない場合（ステップＳ２１０でＮｏの場合）には、ステップＳ２０１へと処理が戻る。また、オペレータによる操作終了の指示があった場合（ステップＳ２１０でＹｅｓの場合）には、プログラムを終了させ、処理が終了する。

ステップＳ２０９でプログラム実行が指示された場合（ステップＳ２０９でＹｅｓの場合）には、加工プログラム記憶部３に記憶されている加工単位データを一つずつ取り出して制御指令データを生成するループ処理を実行する（ステップＳ２１１〜Ｓ２１８）。以下に、このループ処理の詳細について説明する。

まず、加工プログラム解析部６にて処理対象の加工単位データの内容を解析し、工具パスデータ生成の準備を行う（ステップＳ２１２）。ついで、処理対象の加工単位データが面取り加工のデータであるか否かをチェックする（ステップＳ２１３）。面取り加工のデータでない場合（ステップＳ２１３でＮｏの場合）には、工具パス生成部７にて面取り加工以外の加工単位データに対して工具パスを生成する（ステップＳ２１４）。

また、面取り加工のデータである場合（ステップＳ２１３でＹｅｓの場合）には、加工領域形状生成部８において、面取り加工の加工単位データに対して、加工プログラム記憶部３に記憶されている素材形状データと面取り加工の加工単位データが参照している加工単位の加工領域形状データとから、面取り加工対象部位の形状データを抽出して面取り加工工具パス生成部９にデータを渡す（ステップＳ２１５）。図７に示す面取り部エッジ特定情報から、面取り加工対象部位のエッジ毎に加工単位番号と加工領域形状データ内の面番号を参照し、加工領域形状の面データが２つずつ抽出される。その後、ステップＳ２１５で渡された面取り加工部のエッジに関連するデータに基づいて面取り加工工具パスを生成する（ステップＳ２１６）。

その後、またはステップＳ２１４の後、制御指令生成部１０において、工具パスおよび面取り加工工具パスのデータを受け取り、工作機械を動作させるための制御指令データを生成し（ステップＳ２１７）、数値制御装置の制御部へ出力する。ステップＳ２１６で面取り加工工具パスが生成された場合には、工具パスのデータと面取り加工工具パスとに基づき制御指令データが生成される。

そして、未処理の加工単位が存在しているかチェックする（ステップＳ２１８）。未処理の加工単位が存在している場合には、ステップＳ２１１〜Ｓ２１８との間で処理をループさせる。また、存在しない場合には、ステップＳ２０１へと処理が戻る。

図８は、実施の形態による面取り加工工具パス生成部の機能構成を示すブロック図である。面取り加工工具パス生成部９は、加工領域形状生成部８から面取り加工を施す部位の加工領域形状データを取得する。この実施の形態では、加工領域形状生成部８から入力された面取り加工部のエッジに関連するデータに基づいて面取り加工工具パスを生成することに関して詳細に説明する。

面取り加工工具パス生成部９は、面取り加工に関するデータを記憶しているデータ記憶部から面取り加工データを取得し、面取り加工工具パスを生成する。この実施の形態では、加工領域形状生成部８がデータ記憶部に相当しているが、取得するデータの内容によっては加工プログラム記憶部３と分散してもよい。面取り加工工具パス生成部９はデータ記憶部からデータを取得し、工具パス生成のための工具基準位置データを生成し、その工具基準位置データをつぎの処理を行う制御指令生成部１０へ渡す。

図８において、面取り加工工具パス生成部９は、面取り加工面定義部２１、基準点列生成部２２、および工具基準位置生成部２３を有し、たとえばマシニングセンタによる加工動作を制御するものである。

面取り加工面定義部２１は、面取り加工に関するデータに基づいて面取り加工の対象部位として抽出された加工面の交差エッジとその隣接面に対して、交差エッジに属性として付加されている面取り形状パターンにより面取り加工後の面取り加工面（以下、面取り加工面という）を定義する。

基準点列生成部２２は、面取り加工に関するデータに基づいて面取り加工工具パスを生成する際に基準とする点列を生成する。この実施の形態では、面取り加工部位の底面形状を、素材形状の曲面状に投影して得られる交線を交差エッジとし、この交差エッジ上で基準点を求める。

工具基準位置生成部２３は、面取り加工に関するデータと基準点列生成部２２で生成された基準点とに基づいて工具が面取り加工を施しながら通過する際の加工工具の基準位置を演算する。このとき、素材形状である曲面の中心軸と平行な軸を回転軸とし、この回転軸と、底面形状に平行な直線軸と、の２軸方向の加工により面取り加工を実現するように工具基準位置を演算し、面取り加工工具パスを生成する。

面取り加工面定義部２１や基準点列生成部２２の処理は形状に関する処理であり加工方法や加工条件に影響されないため、たとえば特許文献１にあるような方法で基準点を生成してもよい。

図９は、面取り加工工具パス生成の説明に用いる素材形状の一例を示す図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は上面図、正面図および側面図で構成される三面図である。図９に示した加工後素材形状５０の場合、面取り加工部位５１，５２はデータ記憶部において記憶された面取り加工部位の特定情報により特定された面取り加工部位である。たとえば、面取り加工部位５１は、キー溝加工を行ったものであり、円柱面とＸ軸方向の深さをもつ溝形状の側面との交差エッジから構成されている。面取り加工部位５２は、ポケット加工を行ったものであり、円柱面と円柱面に対して４５°の斜面との交差エッジから構成されている。

以下では、面取り加工工具パス生成に関して、面取り加工部位５１に対する工具パス生成について説明する。具体的には、面取り加工工具パス生成部９は、たとえば図１０に示されるフローチャートにしたがって処理を実行する。図１０は、実施の形態による面取り工具パス生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、加工領域形状生成部８に記憶されている面取り加工の加工単位から加工情報を読み出す（ステップＳ３０１）。具体的には、加工単位毎に記憶されている、面取り加工に用いる工具の情報、面取り加工を施す部位の形状情報、加工条件、面取り形状のパターンおよびパラメータなどである。

ついで、読み出した加工情報のうち、面取り加工部位形状データと面取り形状パターンに基づいて定義される面取り加工後の面取り加工面形状が不正であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。対象となる形状部位に対して面取り加工形状生成が不正であると判断した場合（ステップＳ３０２でＹｅｓの場合）には、読み出した加工単位に関する面取り加工工具パス生成処理を抜け、操作者に対して警告を表示し（ステップＳ３５１）、処理が終了する。

面取り加工形状の生成が不正でない場合（ステップＳ３０２でＮｏの場合）には、図２に示されるフローチャートのステップＳ２１５に相当する面取り加工部位形状データ抽出処理により抽出されたエッジＥｋ（ｋ＝０，１，・・・，Ｎ−１）（Ｎはエッジの総数）を読み出す（ステップＳ３０３）。ここでは、読み出したエッジＥｋに対して順次処理を行うため、ｋ＝０に設定する（ステップＳ３１１）。そして、ｋがＮより小さいか否かを判定する（ステップＳ３１２）。

ｋ＜Ｎを満たす場合（ステップＳ３１２でＹｅｓの場合）には、読み出したエッジＥｋに対して工具パスの基準となる基準点列を求める（ステップＳ３２１）。エッジから基準点を求める方法にはいくつかあるが、この実施の形態では、エッジが直線ならばその端点を基準点とし、エッジが曲線ならば直線近似するようにエッジを分割した点を基準点とする。基準点の求め方の一例としては、たとえば特許文献１に詳述されているように、対象となる３次元で表されるエッジをある平面に転写し、転写された２次元エッジに対して分割を行い、それらの分割点に対応する元の３次元エッジ上の点を基準点とすることができる。このとき、分割方法によっては、２次元上の分割点の間隔に粗密が生じる場合があるので、その場合には、分割点間隔が適切になるように分割点を修正する。これによって、分割点がＭ個となった場合には、これらの分割点をエッジＥｋに対する基準点Ｐｋｍ（ｍ＝０，１，・・・，（Ｍ−１））とする。

図１１と図１２は、自動プログラミング装置で処理される加工部位の指定方法を説明する図であり、図１１は、一般的な加工部位の指定方法であり、（ａ）は加工対象の上面図を示し、（ｂ）は側面図を示している。また図１２は、実施の形態による加工部位の指定方法である。一般的な対話型の自動プログラミング装置で処理される加工部位の指定方法では、加工部位の高さが一定であるため指定された加工部位の底面形状に対してパスを生成すればよい。たとえば、図１１の形状を溝加工で加工する場合は、ＹＺ平面に平行な平面６１上で所望の加工部位の底面形状６２を定義すればよい。

しかし、この実施の形態のような曲面部上にのる面取り加工の対象部位形状は高さが一定ではないため、一般的な場合のような底面形状に対するパスではうまく加工できない場合が生じる。そのため、図１２に示されるように指定された底面形状６２を円柱面６４上へ投影して得られる投影形状６６を加工対象部位形状とする。すなわち、曲面形状に加工部位の平面形状を投影した交線部分を加工対象部位形状とするものである。この加工対象部位形状はエッジに対応するものである。そして、この交線部分の分割点（基準点）に対応する位置の座標を求める。このようにすることで、曲面形状と曲面形状との交線を求める場合に比して、計算量を大幅に削減することが可能となる。なお、図１２の場合の処理に必要なデータは、図１１のデータと同じ加工部位の底面形状に加えて加工条件に含まれる工具軸方向が得られれば求めることができるので、オペレータに負担を与えない。

その後、工具が面取り加工を施しながら通過する際の面取り加工工具の基準位置を求める処理が行われる。ここでは、図１２において素材形状の中心軸６３と平行な回転軸と、面取り加工部位５１の底面形状６２に平行な直線軸との２軸方向の加工による面取り加工具を用いた面取り加工パス生成の例として、回転軸をＣ軸、直線軸をＹＺ方向で持つ機械加工の場合の基準点Ｐｋｍから工具基準位置Ｑｋｍを求める演算方法について説明する。工具軸方向である高さ方向と工具軸に垂直な平面方向により工具基準位置Ｑｋｍの位置を決め、面取り工具による素材形状の加工はＣ軸の回転量により決まる。また、ここでは、工具基準位置Ｑｋｍの高さを一定に保持させる面取り加工を想定する。

まず、読み出したエッジＥｋから得られた分割点Ｐｋｍを基準点として、１点ずつ読み出す（ステップＳ３２２）。読み出した基準点Ｐｋｍに対して順次処理を行うために、ｍを０に設定する（ステップＳ３３１）。ついで、ｍがＭ（分割点の総数）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３３２）。

ｍがＭよりも小さい場合（ステップＳ３３２でＹｅｓの場合）には、基準点Ｐｋｍに対して工具基準位置（工具先端点）Ｑｋｍを生成するための演算を行う（ステップＳ３４１）。図１３は、工具基準位置の算出方法の手順の一例を示すフローチャートである。また、図１４〜図１６は、工具基準位置の算出方法の手順を説明する図であり、図１４は、実施の形態における素材形状上の基準点に対する接ベクトルを説明する図であり、図１５は、実施の形態における素材形状上の基準点に対する接平面を説明する図であり、図１６は、実施の形態における接ベクトルに対するオフセットベクトルを説明する図である。

まず、図１４に示されるように、基準点列生成部２２から取得される各基準点Ｐｋｍ（ｍ＝０，１，２，・・・，Ｍ−１）の接平面Ｆｋｍ上の接ベクトルＴｋｍを求める（ステップＳ４０１）。ここで接平面Ｆｋｍは、基準点Ｐｋｍにおいて中心軸６３に平行な円柱面６４に接する平面である。図１５（ａ）に示されるように、ちょうど基準点Ｐｋｍを通り中心軸６３に平行な直線６８を基準として円柱面６４の側面を切り開き（図１５（ｂ））、平面にするようなイメージである（図１５（ｃ））。図１５（ｃ）の形状６７は、図１５（ａ）の円柱面６４上の縁形状６５が切り開かれた展開形状であり、展開前後では溝幅が異なる（ｄｇ＜ｄｇ’）など展開前の形状とは相似関係にならなくてもよい。

ついで、図１５（ｃ）、（ｄ）に示されるように、接平面Ｆｋｍに対してローカルに定義する座標系の座標軸をＺ軸とＳ軸とする。接平面ＦｋｍはＺ軸に平行なので切り開く前のＺ軸座標値が保持される。

その後、図１６に示されるように、接平面Ｆｋｍ上で接ベクトルＴｋｍに対して垂直なオフセットベクトルＮｋｍを求める（ステップＳ４０２）。オフセットベクトルＮｋｍは接平面Ｆｋｍの法線ベクトルと接ベクトルＴｋｍとの外積より求めることができる。

ついで、次式（１）に示されるように、ステップＳ４０２で求めたオフセットベクトルＮｋｍにより基準点Ｐｋｍをｗだけオフセットして、接平面Ｆｋｍ上での工具基準位置Ｑｋｍの位置を算出する（ステップＳ４０３）。なお、オフセット量ｗの算出方法については後述する。
Ｑｋｍ＝Ｐｋｍ＋ｗ・Ｎｋｍ ・・・（１）

そして、一定に定めた工具基準位置Ｑｋｍの工具軸方向の高さを求める（ステップＳ４０４）。なお、この高さの算出方法についても後述する。以上により、工具基準位置Ｑｋｍの位置が一意に求まり、図１０のステップＳ３３３へと処理が戻る。

以下に、具体的な演算例を示す。図１７は、実施の形態における工具先端点位置の演算方法を説明する図であり、図１８は、実施の形態における工具先端高さの演算方法を説明する図である。図１７（ａ）に示されるように、特許文献１での基準点生成における基準ベクトルの算出方法と同様に、面取り加工部位５１の縁形状６５の構成エッジの中で基準点Ｐｋｍが属するエッジＥｋに隣接する第１加工面と第２加工面のそれぞれの法線ベクトルの外積により接ベクトルＴｋｍ（単位ベクトル）を算出する。

ここで、素材形状の中心軸６３上にＸＹＺ座標の原点Ｏを定め、接平面Ｆｋｍ上にＺＳ座標の原点を定める。ただし、ＸＹＺ座標とＺＳ座標のＺ軸方向およびＺ＝０となる点は両者で一致するように定められる。
Ｐｋｍ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ）
Ｔｋｍ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）
Ｔｋｍ（ｚ，ｓ）＝（ｄｚ，ｄｓ）
Ｒ：素材形状の半径
とするとき、ｚ０、ｓ０をそれぞれＺ軸、Ｓ軸の方向ベクトル（単位ベクトル）とすると、
ｓ０＝（−ｐｙ／Ｒ，ｐｘ／Ｒ，０．０）
ｚ０＝（０．０，０．０，１．０）
となるので、
ｄｚ＝ｖｚ
ｄｓ＝（ｐｘ・ｔｙ−ｐｙ・ｔｘ）／Ｒ
が得られる。

よって、Ｔｋｍ⊥Ｎｋｍより
Ｎｋｍ（ｚ，ｓ）＝（−ｄｓ，ｄｚ）
が得られる。

さらに、演算のために定義したＺＳ座標系を直線軸（距離）と回転軸（角度）の座標系であるＺＣ座標系に変換すると、オフセットベクトルＮｋｍと基準点Ｐｋｍは、それぞれ次式（２）、（３）で表される。
Ｎｋｍ（ｚ，ｃ）＝（−ｄｓ，ｄｚ／Ｒ） ・・・（２）
Ｐｋｍ（ｚ，ｃ）＝（ｐｚ，ａｓｉｎ（ｐｙ／Ｒ）） ・・・（３）

つぎに、オフセット量ｗと工具基準位置Ｑｋｍの高さを求める。図１８（ａ）は円柱面に施された面取り加工部位５１の縁形状６５に対して面取り加工具６９が面取り量ｃの面取り加工を行っている様子を表す図である。ここで、原則的に点Ｗｋｍは面取り加工具６９の刃長の中心が通過する点であり、面取り幅の中心でもある。

図１８（ｂ）は、（ａ）の状態を簡易的に表した模式図であり、縁形状６５に隣接する加工面間の角度を一定（直角）と考えている。図１８（ｃ）は、この実施の形態で用いられる面取り加工具６９の説明図であり、小径がｄ２であり、大径がｄ１であり、テーパ半角がαである工具である。

この実施の形態では、オフセット量ｗと工具基準位置Ｑｋｍの高さの計算には図１８（ｂ）を基本に近似的計算により算出する。図１８より、オフセット量ｗと、工具基準位置Ｑｋｍから円柱面への垂線の長さｈと、はそれぞれ次式（４）、（５）のように得られる。
ｗ＝０．２５・（ｄ１＋ｄ２）−０．５・ｃ ・・・（４）
ｈ＝０．２５・（ｄ１−ｄ２）／ｔａｎα＋０．５・ｃ ・・・（５）

よって、工具基準位置Ｑｋｍは、（１）式に、（２）式〜（４）式を代入することによって求めることができる。また、工具基準位置Ｑｋｍ（ｚ，ｃ）の高さは、（５）式を用いて、次式（６）のように得られる。その結果、工具基準位置Ｑｋｍ（ｚ，ｃ）は一意に算出することができる。
Ｒ−ｈ＝Ｒ−０．２５・（ｄ１−ｄ２）／ｔａｎα＋０．５・ｃ ・・・（６）

なお、この実施の形態で用いた近似的な演算により算出される加工パスを用いた面取り加工結果においては、面取り幅は常に一定にはならない。しかし、面取り加工は多くの場合、角をとり安全性を高めることができればよく、ある程度の許容範囲内であればそれ以上の高精度は望まれない場合が多いため、この実施の形態で用いた方法は有効であり、計算負荷の軽減にも貢献する。

また、この実施の形態では、（４）式と（５）式で得られるオフセット量ｗと工具基準位置Ｑｋｍの高さｈを一定にして工具基準位置Ｑｋｍを算出したが、ｗとｈの値をコントロールすることによって、面取り幅がより均一に近づくような面取り加工パスを生成することも可能である。

以上のように、基準点Ｐｋｍを基準とする工具基準位置Ｑｋｍを生成した後、図１０に戻り、ｍ＝ｍ＋１とし（ステップＳ３３３）、ステップＳ３３２へと戻る。そして、ｍがＭより小さい間（ステップＳ３３２でＹｅｓの場合）は、ステップＳ３４１の処理が実行される。つまり、抽出されたエッジＥｋのうち、全ての基準点Ｐｋｍに対して、工具基準位置Ｑｋｍが求められる。

また、ｍがＭ以上である場合（ステップＳ３３２でＮｏの場合）には、ｋ＝ｋ＋１とし（ステップＳ３１３）、ステップＳ３１２へと処理が戻る。ステップＳ３１２でｋ＋１がＮよりも小さい場合には、つぎのエッジＥｋ＋１に対して基準点列の生成と、各基準点に対する工具基準位置の生成処理が行われる。そして、ステップＳ３１２でｋ＜Ｎを満たさない場合（ステップＳ３１２でＮｏの場合）には、面取り加工工具パスの生成が終了し、図２に示されるフローチャートのステップＳ２１７へと処理が戻る。

この実施の形態では、曲面形状を有する素材形状の表面上に定義された加工領域形状と、素材形状と、の境界部に対して面取り加工を施す場合に、素材形状の中心軸と平行な回転軸と加工領域形状の底面と平行な直線軸との２軸方向の加工による面取り加工を実現する加工パスを生成するようにした。これによって、曲面に対する面取り加工において、回転軸と直線軸との２軸加工でも、ほぼ一様な面取り幅の面取り加工を行うことができるという効果を有する。また、基準点Ｐｋｍの座標を求める際に、加工部位の平面で構成される底面形状を、曲面で構成される素材表面上へ投影した加工対象部位形状を用いるようにした。これによって、曲面を含む形状同士の交差部分の生成演算に比較して簡易的に加工対象部位形状を得ることができるという効果を有する。

以上のように、この発明にかかる自動プログラミング装置は、回転軸と直線軸の２軸で曲面に対する面取り加工を施す場合に有用である。

１ 素材形状データ入力部、２ 加工単位データ入力部、３ 加工プログラム記憶部、４ 加工後素材形状生成部、５ 関連加工単位データ抽出部、６ 加工プログラム解析部、７ 工具パス生成部、８ 加工領域形状生成部、９ 面取り加工工具パス生成部、１０ 制御指令生成部、２１ 面取り加工面定義部、２２ 基準点列生成部、２３ 工具基準位置生成部。

上記目的を達成するため、この発明にかかる自動プログラミング装置は、素材形状に対して部分的な加工を行うための加工単位データに基づいて制御指令データを生成する自動プログラミング装置であって、前記加工単位データによって加工される加工領域形状である加工領域形状データを生成する加工領域形状生成部と、前記加工領域形状が面取り加工の対象部位である場合に、前記加工領域形状データ、使用工具データおよび加工条件データを含む面取り加工データから面取り加工のための面取り加工工具パスデータを生成する面取り加工工具パス生成部と、を備え、前記面取り加工工具パス生成部は、前記素材形状である曲面上に定義された前記加工領域形状と前記素材形状との境界部に対して面取り加工を施す際に、予め記憶されている前記加工領域形状データおよび前記加工条件データに基づいて前記面取り加工の対象部位の形状に対して前記面取り加工後の面取り加工面を定義する面取り加工面形状データを生成する面取り加工面定義部と、前記面取り加工データに基づいて前記面取り加工工具パスデータを生成するための基準となる基準点列を生成する基準点列生成部と、前記基準点列のそれぞれの基準点と前記面取り加工面とに対して、面取り加工工具が前記素材形状の中心軸に平行な回転軸と、前記加工領域形状の底面と平行な直線軸と、の２軸方向の加工による面取り加工を施しながら通過する際の前記面取り加工工具の基準位置を生成する工具基準位置生成部と、を有することを特徴とする。

Claims (6)

1. 素材形状に対して部分的な加工を行うための加工単位データに基づいて制御指令データを生成する自動プログラミング装置であって、
   前記加工単位データによって加工される加工領域形状である加工領域形状データを生成する加工領域形状生成部と、
   前記加工領域形状が面取り加工の対象部位である場合に、前記加工領域形状データ、使用工具データおよび加工条件データを含む面取り加工データから面取り加工のための面取り加工工具パスデータを生成する面取り加工工具パス生成部と、
   を備え、
   前記面取り加工工具パス生成部は、前記素材形状である曲面上に定義された前記加工領域形状と前記素材形状との境界部に対して面取り加工を施す際に、前記面取り加工工具パスデータとして、前記素材形状の中心軸に平行な回転軸と、前記加工領域形状の底面と平行な直線軸と、の２軸方向の加工による面取り加工を実現する加工パスを生成することを特徴とする自動プログラミング装置。
2. 前記面取り加工工具パス生成部は、
   予め記憶されている前記加工領域形状データおよび前記加工条件データに基づいて前記面取り加工の対象部位の形状に対して前記面取り加工後の面取り加工面を定義する面取り加工面形状データを生成する面取り加工面定義部と、
   前記面取り加工データに基づいて前記面取り加工工具パスデータを生成するための基準となる基準点列を生成する基準点列生成部と、
   前記基準点列のそれぞれの基準点と前記面取り加工面とに対して、面取り加工工具が前記回転軸と前記直線軸との２軸方向の加工による面取り加工を施しながら通過する際の前記面取り加工工具の基準位置を生成する工具基準位置生成部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の自動プログラミング装置。
3. 前記加工領域形状は、平面上には定義できない曲線を含む形状要素から構成される領域形状であり、任意の平面上に形状を定義する平面形状定義部と空間上に形状を定義する曲面形状定義部を有し、
   前記基準点列生成部は、前記平面形状定義部で定義される前記平面形状を前記曲面形状定義部で定義される前記曲面形状に投影して得られる交線を加工対象部位形状とし、前記加工対象部位形状を用いて前記基準点列を生成することを特徴とする請求項２に記載の自動プログラミング装置。
4. 前記加工領域形状は、前記素材形状の表面上に定義された溝または穴であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の自動プログラミング装置。
5. 前記素材形状は、円柱状を有し、
   前記回転軸は、前記円柱状の形状の２つの底面の中心を結ぶ線に平行な軸であり、
   前記直線軸は、前記面取り加工の対象部位の前記平面形状定義部で定義される前記平面形状に平行な軸であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の自動プログラミング装置。
6. 素材形状に対して部分的な加工を行うための加工単位データに基づいて制御指令データを生成する自動プログラミング方法であって、
   前記加工単位データによって加工される加工領域形状である加工領域形状データを生成する加工領域形状生成工程と、
   前記加工領域形状が面取り加工の対象部位である場合に、前記加工領域形状データ、使用工具データおよび加工条件データを含む面取り加工データから面取り加工のための面取り加工工具パスデータを生成する面取り加工工具パス生成工程と、
   を含み、
   前記面取り加工工具パス生成工程は、前記素材形状である曲面上に定義された前記加工領域形状と前記素材形状との境界部に対して面取り加工を施す際に、前記面取り加工工具パスデータとして、前記素材形状の中心軸に平行な回転軸と、前記加工領域形状の底面と平行な直線軸と、の２軸方向の加工による面取り加工を実現する加工パスを生成することを特徴とする自動プログラミング方法。
   
   

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