WO1997036216A1

WO1997036216A1 - Technique et appareil de preparation de donnees sur l'itineraire mobile d'un outil, technique et systeme d'usinage

Info

Publication number: WO1997036216A1
Application number: PCT/JP1997/001000
Authority: WO
Inventors: Haruhisa Higasayama; Hagemu Kato; Yoshiki Muta; Eisuke Kajisa; Kouji Tamaoka
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Chubu Soft Engineering Co., Ltd.; Nihon Unisys, Ltd.
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1997-10-02
Also published as: CN1217075A; EP0890890A4; KR100306236B1; EP0890890B1; EP0890890A1; JP3749262B2; IL126283A0; DE69738732D1; US6311098B1; CN1107250C; IL126283A; KR20000005003A

Description

. 明細書

工具移動経路データの作成方法、その作成装置、加工方法、および加工システム

技術分野

本発明は 3次元曲面を加工するための工具移動経路データの作成方法、その作成装置、加工方法、加工システムに係り、特に、製作すべき 3次元曲面の形伏に応じて適切な工具移動経路を設定できるようにする技術に関するものである。背景技術

切削加工や研削加工を行う加工工具、例えばボールェンドミルなとの回転切削工具を用いて、金型などの 3次元曲面を加工することか広く行われているか、このような加工方法として、例えば特開平 5 - 3 4 6 8 】 4号公報に記載されているように、（a) 3次元曲面を加工するために加工工具を拘束する工具拘束曲面をその 3次元曲面に対応させて設定する工程と、（b) 前記加工工具の移動経路を拘束する経路拘束平面を前記工具拘束曲面と交差するように設定する工程と、（c) 前記工具拘束曲面と前記経路拘束平面との交線を工具移動経路とする工程と、（d ) その工具移動経路に従って加工工具を相対移動させる工程とから成るものがある。図 3 8は、このような加工方法の一例を説明する図で、 C A M装置などの N Cデ—夕作成装置〗 0により工具拘束曲面 1 2と経路拘束平面 1 4との交線 1 6 を 3次元曲線式として求め、その曲線式を N Cデ一夕（工具移動経路データ）として N C工作機械〗 8に供給することにより、その 3次元曲線に沿って回転加工工具 2 0が移動させられ、目的とする 3次元曲面 2 2が得られる場合である。ェ具拘束曲面 1 2は、製作すべき 3次元曲面 2 2から回転加工工具（ボールェンドミル） 1 0の半径寸法（先端曲率半径）分だけ面法棣方向へオフセットしたオフセット曲面で、工具移動経路は工具中心（先端の球中心）の移動経路を表している。

しかしながら、このような従来の方法では、製作すべき 3次元曲面に対して必ずしも適切な工具移動経路を設定することができず、高い加工能率か得られなかつたり工具の急な方向変化が存在したり加工精度が悪くなつたりするなどの不都合を生じることがあった。例えば、図 9に示す 3次元曲面を加工する場合、（a) に点線で示すように 3次元曲面のねじれに沿つて滑らかに工具を移動させる（形伏沿い）ことが望ましいか、工具移動経路が平面内に拘束される従来方法では、 (b) に点線で示すように工具移動経路の設定が制限され、急な方向変化などが要求される。また、図 1 0のように円維形状を加工する場合には、（a) に点線で示すように螺旋状に工具を移動させて小径側から大怪側まで連続して加工することか望ましいが、従来の方法では（b) に点線で示すように階段状に等高輪郭加工を行うことになり、加工能率や加工精度（滑らかさ）が悪くなる。

また、加工工具の姿势を制御しながら 3次元曲面を加工する場合は、工具拘束曲面と経路拘束平面との交線上に所定の間隔で工具通過点（C L点）を設定するとともに、その工具通過点毎に工具拘束曲面のノルマルベクトルを求め、そのノルマルべクトルに基づいて工具姿勢を設定するようになっていたため、ノルマルべクトルの計算に多大な時間がかかるとともに、工具通過点の設定の自由度が制約されるという問題があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、製作すべき 3次元曲面の形状に tt、じて適切な工具移動経路を設定できるようにすることにある。また、ノルマルベクトルを用いて工具姿勢を設定する場合でも、その工具姿勢を含む工具移動経路データを短時間で作成できるとともに、工具通過点を自由に設定できるようにすることにある。発明の開示

かかる目的を達成するために、本発明は、所定の 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路データを作成する方法であって、（a) 前記 3次元曲而を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面をその 3次元曲面に対応させて設定する第 I拘束面設定工程と、（b) 前記加工工具の移動経路を拘束する面以外の曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定工程と、（c) 前記第 i拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交線演算工程と、（d) その交線演算工程で求められた前記 3次元曲線式を含んで工具移動経路データを作成する移動経路データ作成工程とを有することを特徴とする。

このようにすれば、加工工具の移動経路を拘束するために任意の曲面から成る第 2拘束面を設定でき、その第 2拘束面と第 1拘束面との交線に沿って加工工具が相対移動させられるため、工具移動経路の設定の自由度か高くなり、製作すベき 3次元曲面形状に It、じて適切な工具移動経路を設定できるようになる。また、第 1拘束面と第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求め、その 3次元曲線式を含んで工具移動経路データを作成するため、多数の工具通過点から成る点列デ一夕で工具移動経路デ一夕を作成する場合に比較して、高し、加工精度を維持しながらデータ量を削減できる。

ここで、このような 3次元曲線式を含む工具移動経路デ一夕に従って加工工具を被加工物に対して相対移動させる N C工作機械等の加工装 Sは、 3次元曲棣式力表す 3次元曲線上に曲線褕間によって順次目標位置を設定して加工工具を相対移動させるように構成される。

加工工具としては、その先端加工部の形状が半球形伏を成すものが好適に用いられる。先端加工部の形状は、切れ刃の回転軌跡形状を含むもので、そのような半球形状を成す加工工具としては、ボールェンドミルゃ放電加工用電極などがある。なお、製作すべき 3次元曲面に沿って被加工物に対して相対移動させることにより、その 3次元曲面を加工できる他の種々の加工工具を用いることも可能でめる。

先端加工部が半球形状を成す加工工具を用いる場合、第 1拘束面としては、加ェ工具の先端加工部の球中心を拘束する面、具体的には製作すべき 3次元曲面から加工工具の先端加工部の半球形状の半圣と等しい寸法だけ離間した面を設定することが望まし '：、その場合の工具移動経 8各は加工工具の先端加工部の球中心（工具中心）の移動経路を表すこ^:になる。なお、基本的には、加工工具を移動させる際の制御の基準点から実際に被加工物に加工を行う加工点までの距離だけ、製作すべき 3次元曲面から離間した面を第 1拘束面として設定すれは良い- 第 2拘束面は、製作すべき 3次元曲面形状や使用する加工装置の機能などに基づいて、加工可能なようにしたり、加工し易いようにしたり、或いは高い精度で加工できるようにしたりするなど任意に設定できるが、互レ、に直交する 3軸の N C工作機械を用いる場合、加工工具の軸心である Z軸と平行で X— Y平面内で所定の曲線となる曲面を設定することが望ましい。

工具移動経路は、加工工具と被加工物との相対的な移動経路を表すもので、位置固定の被加工物に対する加工工具の移動経路のみを意味するものではない。被加工物に対する加工工具の姿勢を制御可能な N C工作機械等の加工装置を用いる場合には、（a) 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交棣上において所定の間隔でその第 1拘束面のノルマルべクトルを求めるノルマルべクトル演算工程と、 (b) そのノルマルベクトルの端点を通る滑らかなノルマル曲線を、前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線の 3次元曲線式と対応させて 3次元曲線式として求めるノルマル曲線演算工程とを有し、（c) 前記移動経路データ作成工程は、前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線の 3次元曲線式および前記ノルマル曲線の 3次元曲線式を含んで、前記加工工具の姿勢を含んだ工具移動経路データを作成するように構成することが望ましい。その場合には、製作すべき 3次元曲面に対して加工工具の軸心を略垂直、或いは所定角度だけ傾斜させるなど所定の姿勢 (被加工物に対する相対姿勢）で移動させつつ加工を行うことができるため、例えばボールェンドミルなどの回転切削工具を用いて切削加工する場合には、加工工具の姿勢変化に伴う加工精度（面粗さなど）のばらつきを解消できるし、回転速度が大きい外周側部分で常に加工を行うようにすれば優れた切削性能が得られるなど、一層高い精度で 3次元曲面を加工できるようになるとともに、アンダカッ卜など複雑な形状の加工も可能になる。しかも、ノルマルベクトルの端点を通る滑らかなノルマル曲線を 3次元曲線式として求めるようになつているため、算出するノルマルべクトルの数を少なくして計算時間を短縮できるとともに、第 1 拘束面と第 2拘束面との交線の 3次元曲線上に順次目標位置を設定する際に、その目摞位置におけるノルマルべク卜ルをノルマル曲線から求めれば良いため、要求精度などに応じて自由に目標位置を設定できる。また、従来のように多数のェ具通過点（C L点）毎にノルマルべクトルを設定して工具移動経路データを作成する場合に比較してデータ量が大幅に低減される。

上記ノルマルべクトル演算工程では、例えば第 1拘束面と第 2拘束面との交線の曲率に応じた間隔、具体的には曲率が大きい部分では細かい間隔、曲率が小さレ、部分では大きな間隔でノルマルべク卜ルを求めるようにすることが望ましく、その場合は、ノルマル曲線演算工程て求められるノルマル曲棣の精度を高く維持しつつ、ノルマルベクトルの算出数を少なくできる。また、第 1拘束面と第 2拘束面との交線の 3次元曲線式と対応させてノルマル曲線の 3次元曲線式を求めることは、交線の 3次元曲線式が表す 3次元曲線上の任意の点の第 1拘束面に対する面ノルマル方向を、ノルマル曲線の 3次元曲線式のみにより、面を意識することなく線の世界だけで算出できることを意味し、それ等の 3次元曲線式は 1対 1 の関係で保持（記憶）される。

前記第 1拘束面および第 2拘束而の交線は、第 2拘束面の形状特徴（接線連銃性や曲率連続性）を損なうことのないように、例えば第 1拘束面の曲面式および第 2拘束面の曲面式に基づいて N U R B Sや B— S p 1 i n e、 B e z i e rなどの 3次元曲線式で求めることかできるか、前記第】拘束面のェッジと前記第 2 拘束面との交点が 2点である場合にはパッチ境界法によりその第 1拘束面と第 2 拘束面との交線の 3次元曲線式を求めることが望ましく、交点が 2点以外の場合には幾何学的交棣追跡法によりその第 1拘束面と第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求めることが望ましい。

パッチ境界法は、交線の両端の 2点における接べクトルの大きさおよび向きを設定して 3次元曲線式を求めるもので、交線との誤差か所定のトレランス（許容 ― 誤差）より大きい場台は中間位置に新たな構成点（セグメント端点）を設けて、徐々にセグメント（ 3次元曲線式の最小単位）を増やして所定の精度の 3次元曲線式を求めるもので、幾何学的交線追跡法に比べて一股に処理速度が速いとともにセグメント数が少なくて済む。交点が 2点の場合は、通常はその 2点間に交線が存在するため、その 2点を交線の両端の点としてそのまま処理を開始することができる。

幾何字的交線追跡法は、例えば特閒平 2 - 2 3 0 4 0 6号公報等に記載されているように、交点の 1つを基準点として交線の接線方向へ所定寸法だけ踏み出しなから、順次 3次元曲線式を求めるもので、その踏み出し寸法を変更して所定の痏度を確保するようになっている。この方法は、パッチ境界法に比べて処理速度が遅いとともにセグメント数も多くなる力、、交点の i点から処理を開始するため、交点が 3点以上ある場合や交線が複雑に変化している場合などでも処理を行うことかできる。交線が閉じていて交点が存在しない場合には、第 1拘束面のパラメ一夕一定線を用いて基準点を設定することにより処理を行うことかできる。また、本発明の好適な別の態様は、）前記加工工具は、その先端加工部の形状が半球形状を成すもので、前記第 1拘束面は、その先端加工部の半球形状の球中心を拘束する面であり、（b) 前記第 1拘束面設定工程は、製作すべき 3次元曲面の少なくとも一部が面法線方向を正しく認識することが困難であると判断した場合には、その 3次元曲面上に所定の間隔で多数の参照点を設定するとともに、その参照点を中心として前記加工工具の先端加工部の半球形状と等しし、半径の球を配置し、その 3次元曲面から最も離れている球面に基づいて前記第 1拘束面を設定するように構成される。すなわち、第句束面は、一般に製作すべき 3次元曲面の面法線べクトルを求めて加工工具の半怪寸法（先端曲率半径）分だけその 3次元曲面を面法線方向へオフセッ卜したオフセット曲面であるか、小さな角度の鋭角三角形状を成す縮退面などでは、その鋭角の先端部分における面法線べクトルの精度が低くなるため、オフセッ卜法では充分な精度が得られず、上記のように多数の球を配置する球面配置法を用 L、て第 1拘束面を設定することが望ましいのである。球面配置法は、例えは本願出願人が先に出願した特願平 8 - 2 1 0 0 0 8号に記載されている技術て、縮退面など面法線べクトルを高い精度で求めることができなし、場合であつても、目的とする 3次元曲面から加工工具の半径寸法だけ離間した第 1拘束面が高い精度で求められる。また、更に別の好適な態悸は、（a) 前記加工工具は、その先端加工部の形状か半球形伏を成すもので、前記第 1拘束而は、その先端加工部の半球形状の球中心を拘束する面であり、（b) 製作すべき 3次元曲面の面法線方向を正しく認識できると判断した場合に、前記第 1拘束面設定工程において、その 3次元曲面の面法線べクトルを求めてその 3次元曲面から前記加工工具の先端加工部の半球形伏の半径と等しい寸法だけ面法線方向へオフセットしたオフセッ卜曲面を第 1拘束面に設定するとともに、その第 1拘束而のェッジと前記第 2拘束面との交点か 2点である場合には、前記交線演算工程においてパッチ境界法によりその第 1拘束面と第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求める第 1の算出方法と、（c) 製作すベき 3次元曲面の面法線方向を正しく認識できると判断した場合に、前記第 1拘束面設定工程において、その 3次元曲面の面法線べクトルを求めてその 3次元曲面から前記加工工具の先端加工部の半球形状の半径と等しい寸法だけ面法線方向へオフセッ卜したオフセッ卜曲面を第 1拘束面に設定するとともに、その第 1拘束面のエッジと前記第 2拘束面との交点か 2点以外の場合には、莳記交線演算工程において幾何学的交線追眯法によりその第 1拘束面と第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求める第 2の算出方法と、（d) 製作すべき 3次元曲面の少なくとも一部が面法線方向を正しく認識することが困難であると判断した場合に、前記第 1 拘束面設定工程にお L、て、その 3次元曲面上に所定の間隔で多数の参照点を設定するとともに、その参照点を中心として前記加工工具の先端加工部の半球形状と等しい半径の球を配置し、その 3次元曲面から最も離れている球面に基づいて前記第 1拘束面を設定するとともに、前記交線演算工程において、予め定められた所定の演算手法によりその第 1拘束面と第 2拘束面との交線の 3次元曲棣式を求める第 3の算出方法と、の計 3つの算出方法のうちの 1つで 3次元曲線式を求めるとともに、その算出方法で算出する際に所定のエラーが発生した場合は、その 3つの算出方法のうちの残りの算出方法で 3次元曲線式を求めるように構成される。すなわち、製作すべき 3次元曲而の面形状（特性）や第 1拘束面のエツジと第 2拘束面との交点の数に応じて 3つの算出方法を使い分けることにより、できるだけ短時間で 3次元曲線式を求めることができるようになるのであり、また、エラ一により算出できなか？たり算出結果が N Gとなった場合には残りの算出方法を用いることにより、 3つの算方法の何れかで算出できる 3次元曲線式を確実に求めることができるようになるのである。

なお、このような本発明の上記各工程は、製作すべき 3次元曲面や使用する加ェ工具、加工装置など各処理に必要な情報が入力されることにより、コンビユー夕を用いて自動的に行われるようにすることが望ましい。第 2拘束面は、例えは第 1拘束面の形状や使用する加工装置の極類などに応じて自動的に設定されるようにすることもできる力 <、作業者の設定操作に従って設定されるようにしても良い。

本発明方法を好適に実施できる工具移動経路データの作成装置、すなわち所定の 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路データを作成する装置は、（a) 前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面をその 3次元曲面に対応させて設定する第】拘束面設定手段と、（b) 前記加工工具の移動経路を拘束する平面以外の曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束而と交わるように設定する第 2拘束面設定手段と、（c) 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交線演算手段と、（d) その交線演算手段によって求められた前記 3次元曲線式を含んで工具移動経路データを作成する移動経路データ作成手段とを有して構成され。

本発明方法に従って被加工物に加工を行う好適な加工方法、すなわち被加工物に対して加工工具を相対移動させて所定の 3次元曲面を加工する加工方法は、（a ) 前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面をその 3 次元曲面に対応させて設定する第 1拘束面設定工程と、（b) 前記加工工具の移動経路を拘束する平面以外の曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定工程と、（c) 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交線演算工程と、（d) その交線演算工程で求められた前記 3次元曲線式を用、て工具移動経路を設定する移動経路設定工程と、 (e) その移動経路設定工程で設定された工具移動経路である前記 3次元曲線式か表す 3次元曲線上に順次目標 j立置を設定して前記加工工具を被加工物に対して相対移動させる工具移動工程とを有して行われる。

本発明方法に従って被加工物に加工を行う好適な加工システム、すなわち被加ェ物に対して加工工具を相対移動させて所定の 3次元曲面を加工する加エンステムは、（a) 前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面をその 3次元曲面に対応させて設定する第】拘束面設定手段と、（b) 前記加工ェ具の移動経路を拘束する平面以外の Hi]面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定手段と、（c) 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交線演算手段と、（d) その交線演算手段によって求められた前記 3次元曲線式を用いて工具移動経路を設定する移動経路設定手段と、（e) その移動経路設定手段により設定された工具移動経路である前記 3次元曲線式が表す 3次元曲線上に順次目標位置を設定して前記加工工具を被加工物に対して相対移動させる工具移動制御手段とを有して構成される。なお、この加工システムは、例えば前記工具移動経路データの作成装置と、その作成装置によって作成された工具移動経路データに従って加工工具を被加工物に対して相対移動させる N C工作機械（工具移動制御手段）とによって構成される。このような工具移動経路データの作成装置、加工方法、加工システムにおいても、前述した工具移動経路データの作成方法と実質的に同様な作用効果が得られる。

ノルマルベクトルを用いて工具姿勢を設定する場合でも、その工具姿勢を含む工具移動経路データを短時問で作成できるとともに、工具通過点を自由に設定できる作成方法としては、所定の 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路デー夕を作成する方法であつて、（a ) 前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面をその 3 次元曲面に対応させて設定する第 1拘束面設定工程と、（b) 前記加工工具の移動一経路を拘束する平面または曲面から成る第 2拘束面を前記第 I拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定工程と、（c) 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を求める交線演算工程と、（d) 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線上にお、て所定の間隔でその第 _ 1拘束而のノマルべクトルを求めるノルマルべクトル演算工程と、（e) そのノルマルベクトルの端点を通る滑らかなノルマル曲線を求めるノルマル曲線演算工程と、）前記第〗拘束面と前記第 2拘束面との交線および前記ノルマル曲線に基づいて前記加工工具の姿勢を含んだ工具移動経路データを作成する移動経路デ一夕作成工程とを有して行われる。

この場合には、製作すべき 3次元曲面に対して加工工具の軸心を略垂直、或いは所定角度だけ傾斜させるなど所定の姿勢（被加工物に対する相対姿勢）で移動させつつ加工を行うことかできるため、例えばボールェンドミルなどの回転切削工具を用いて切削加工する場合には、加工工具の姿勢変化に伴う加工精度（面粗さなど）のばらつきを解消できるし、回転速度が大きい外周側部分で常に加工を行うようにすれば優れた切削性能か得られるなど、高い精度で 3次元曲面を加工できるようになるとともに、アンタカツトなど複雑な形状の加工も可能である。し力、も、ノルマルべクトルの端点を通る滑らかなノルマル曲線を求めるようになつているため、算出するノルマルべクトルの数を少なくして計算時間を短縮できるとともに、例えは第 1拘束面と第 2拘束而との交線上に工具通過点を設定する際に、その工具通過点におけるノルマルべクトルをノルマル曲線から求めれば良いため、要求精度などに応じて自由に工具通過点を設定できる。

なお、この場合は、第 2拘束面は必ずしも曲面である必要はなく、平面であつても差し支えない。また、第け句朿而と第 2拘束面との交棣ゃノルマル曲線は必ずしも曲線式で表す必要はなく、図形データなどであっても良い。図面の簡単な説明

図 I は、本発明の工具移動経路データの作成方法に従って工具移動経路データを作成して加工を行う加工システムの一例を説明する概略図である。

図 2は、図 1の加工システムの機能を説明するプロック棣図である。

図 3は、図 1の加工システムにおける N C工作機械の N C動作部を説明する図である。

図 4は、図 1の加工システムにおける N Cデータ作成装置の作動を説明するフチャートである。 - 図 5は、図 4のステップ S 1の内容を説明する図である。

図 6は、図 4のステップ S 2の内容を説明する図である。

図 7は、図 4のステップ S 3の内容を説明する図である。

図 8は、図 4のステップ S 5の内容を説明する図である。

図 9は、図 1の加工システムで好適に加工できる 3次元曲面の一例を説明する図である。

図 1 0は、図 1の加工システムで好適に加工できる 3次元曲面の別の例を説明する図である。

図 1 1は、図 1 0の 3次元曲面を加工する場合の経路拘束曲面を示す図である図 1 2は、図 1の N C工作機械による回転加工工具の工具移動経路を説明する図である。

図 1 3は、 Cしを直線補問して工具を移動させる場合の工具移動経路を説明する図である。

図 1 4は、図 4におけるステップ S 1の一具体例を説明するフローチャートである。

図 1 5は、縮退面の一例を示す図である。

図 1 6は、球面配置法によって工具拘束曲面を設定する際に 3次元曲面上に設けられる参照点を説明する図である。

図 1 7は、 3次元曲面上に参照点を中心とする多数の球が配置された状態であ図 1 8は、球面配置法によって設定された工具拘束曲面の断面の一例を球や 3 次元曲面と併せて示す図である。

図 I 9は、図 I 6における参照点の問隔について説明する図である。

図 2 0は、図 !におけるステップ S 3の一具体例を説明するフローチヤ一卜でめる。

図 2 1は、工具拘束曲面のエッジと経路拘束曲面との交点が 2個の場合の一例を示す図である。 _

図 2 2は、工具拘束曲面のエッジ-と経路拘束曲面との交点が 3個以上の場合の一例を示す図である。

図 2 3は、工具拘束曲面のエッジと経路拘束曲面との交点が存在しな、場合の一例を示す図である。

図 2 4は、球面配置法で設定された工具拘束曲面と経路拘束曲面との交線を 3 次元曲棣式で求める場合の一例を説¹¹月する図である。

図 2 5は、工具拘束曲面と経路拘束曲面との交線の 3次元曲線式をパッチ境界法で求める場合の一例を説明する図である。

図 2 6は、工具拘束曲面と経路拘束曲面との交線の 3次元曲線式を幾何学的交線追跡法で求める場合の一例を説明する図である。

図 2 7は、幾何学的交線追跡法で交線を求める際の交点の求め方を説明する図である。

図 2 8は、 5軸の N C工作機械の一例を説明する図である。

図 2 9は、図 2 8の N C工作機械を用いて加工する場合の N Cデータ作成装置の機能ブロック線図である。

図 3 0は、図 2 9の N Cデータ作成装置の作動を説明するフローチヤ一トであ。

図 3 1は、図 3 0のステップ R 4の内容を説明する図である。

図 3 2は、図 3 0のステップ R 5の内容を説明する図である。

図 3 3は、図 3 0のステップ R 7および R 8の内容を説明する図である。図 3 4は、図 2 8の N C工作機械を用いて加工する場合の N Cデ一夕作成装置の別の例を説明する機能プロック線図てある。

図 3 5は、図 3 4において傾き Θを設定する手段の内容を説明する図である図 3 6は、図 2 8の N C工作機械を fflいて加工する場合の N Cデータ作成装置の更に別の例を説明する機能プロック線図である。

図 3 7は、図 3 6の N Cデータ作成装置の作動を説明するフローチヤ一トである。 _

図 3 8は、従来の NC加工システムの一例を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例を図面に基づ t、て詳細に説明する。

図 1は、本実施例の NC加工システム 2 8の概略を説明する図で、前記図 3 8 に対応する図であり、工具移動経路データ作成装置としての N Cデータ作成装置 3 0は、図 3 8の NCデータ作成装置 1 0に比較して経路拘束平面 1 4の代わりに経路拘束曲面 3 2を用いて NCデ一夕を作成するようになっている。 NCデ一タは、工具拘束曲面 1 2と経路拘束 dll而 3 2との交線 3 を表す 3次元曲線式を工具移動経路データとして含むもので、 NC工作機械 1 8の回転加工工具 20は平面拘束されることなくその 3次元曲線式が表す曲線に' って移動させられる。図 2は、図 1の NC加工システム 2 8の機能ブ Dック線図で、 NCデータ作成装置 3 0によって作成された NCデータは、磁気テープや磁気ディスクなとの記 1意媒体を介して、或いは ONラインなどで NC工作機械 1 8へ供給される。 NC 工作機械〗 8は NC制御部 36および NC動作部 38を備えており、 NC動作部 3 8は、例えば図 3に示すようにボールェンドミルなどの切れ刃の回転軌跡が半球形状を成す回転加工工具 20、その回転加工ェ& 20を Z軸と平行な軸心まわりに回転駆動する主軸回転駆動手段 4 0、および回転加工工具 20を互いに直角な X軸、 Y軸、 Z軸方向へ 3次元的に平行移動させる送り駆動手段 4 2を有し、回転加丁-工具 20を軸心まわりに回転駆動しつつ前記 N Cデータに従って被加工物 4 4に対して相対移動させることにより、その被加工物 4 4に 3次元曲面等の所定の加工を行う。

NCデータ作成装置 30は、 CPU、 RAM. R〇Mなどを備えている C AM 装置を含んで搆成されており、機能的に工具拘束曲面設定手段 5 0、経路拘束曲面設定手段 5 2、交線算出手段 54、移動経路設定手段 5 6、 NCデータ変換手段 5 8を有し、図 4に示すフローチヤ一トに従って NCデ一夕を作成する。図 4 のステップ S 1は工具拘束曲面設定手段 5 0によって実行されるもので、例えは図 5のように製作すべき 3次元曲面 2の面法線べクトルを求めて、その 3次元曲面 2 2から回転加工工具（ボールエンドミル） 2 0の半径寸法（先端曲率半径 ) rだけ面法線方向へオフセットしたオフセット曲面を工具拘束曲面 1 2として設定する。工具拘束曲面 1 2は、 3次元曲面 2 2を加工するために回転加工工具

2 0の基準点、すなわち切れ刃の回転軌跡の球中心である工具中心、を拘束する面である。製作すべき 3次元曲面 2 2は予め設定されているとともに、回転加工工具 2 0の半径寸法 rは作業者等によって設定される。この工具拘束曲面 1 2は第 1拘束面に相当し、ステップ S 1は第 1拘束面設定工程に相当し、工具拘束曲面設定手段 5 0は第 1拘束面設定手段に相当する。

ステップ S 2は経路拘束曲面設定手段 5 2によって実行されるもので、キーボ一ドゃマウスなどの入力操作手段を fflいた作業者の入力操作により、回転加工ェ具 2 0の移動経路を拘束する任意の経路拘束曲面 3 2を工具拘束曲面 1 2と交わるように設定する。経路拘束曲而 3 2は、製作すべき 3次元曲面 2 2の形状に基づし、て任意に設定できるが、本実施例のように互し、に直交する 3軸の N C工作機械 1 8を用いる場合には、図 6に示すように回転加工工具 2 0の軸心である Z軸と平行で、 X - Y平面内で所定の ΓΙ!1線となる曲面を設定することが望ましい。また、経路拘束曲面 3 2として平而以外の曲面を設定できることは勿論であるが、必要に応じて平面を設定することも可能である。経路拘束曲面 3 2は第 2拘束面に相当し、ステップ S 2は第 2拘束而設定工程に相当し、経路拘束曲面設定手段 5 2は第 2拘束面設定手段に相当する。

ステップ S 3は交線算出手段 5 4によって実行されるもので、上記工具拘束曲面 1 2と経路拘束曲面 3 2との交線 3 を算出する。この交棣 3 は、経路拘束曲面 3 2の形状特徴（接線連続性や ¾率連続性）を損なうことのないように、それ等の曲面 1 2および 3 2の曲面式に基づいて N U R B Sや B - S p 1 i n e、 B e z i e rなどの 3次元曲線式で求められる。このステップ S 3は交線演算ェ程に相当し、交線算出手段 5 4は交線演算手段に相当する。

ステップ S 4では、 3次元 II而 2 2の加工に必要な総.ての 3次元曲線式を算出したか否かが判断され、総ての 3次元曲梂式を算出するまでステップ S 2および S 3を橾り返し、図 7に示すように経路拘束曲面 3 2を Z軸と直角な方向へ所定のピック寸法だけ順次移動させなから、工具拘束曲面】 2と経路拘束曲面 3 2との交線 3 4を 3次元曲線式で求める。このステップ S も交棣算出手段 5 こよつて自動的に行われる。

総ての 3次元曲線式を算出したら、次にステップ S 5を実行する。ステップ S 5は移動経路設定手段 5 6によって実行されるもので、複数の交棣 3 4の 3次元曲線式を用いて工具移動経路を設定する他、図 8に示すように工具移動方向や加ェ時に必要なアプローチ動作 6 0、リトラクト動作 6 2、ピック動作 6 4などを設定する。この場合の工具移動経路は工具中心（先端の球中心）の移動経路を表している。そして、 N Cデータ変換手段 5 8によって実行されるステップ S 6で、 N C工作機械 1 8の制御機能との 1 ZFとなるコードへ変換して N Cデ一夕、すなわち工具移動経路データを作成する。 N Cデ一夕には、回転加工工具 2 0の回転速度に関する情報も含まれる。上記ステップ S 5および S 6は請求の範囲第 1項の移動経路データ作成工程に相当し、ステップ S 5は請求の Ιδ囲第 9項の移動経路設定工程に相当し、移動経路設定手段 5 6および N Cデータ変換手段 5 8 は請求の範囲第 8項の移動経路データ作成手段に相当し、移動経路設定手段 5 6 は請求の範囲第 1 0項の移動経路設定手段に相当する。

なお、このような N Cデータの作成は、必ずしも製品の加工面全体について 1 回で行う必要はなく、面の特徴などに応じて加工面を複数の部分に分割し、その部分毎に 3次元曲面 2 2を取り出して N Cデータを作成するようにしても良レ、。図 2に戻って、前記 N C工作機械 1 8の N C制御部 3 6は、 C P U、 R AM. R OMなどを備えたマイクロコンピュー夕を含んで構成されており、 N Cデータ作成装置 3 0によって作成された N Cデ一夕に従って N C動作部 3 8の作動を制御するもので、機能的に送り速度制 ffll手段 6 6および回転速度制御手段 6 8を備えている。送り速度制御手段 6 6は、データに設定された工具移動経路を表す曲線、すなわち 3次元曲線式に従って回転加工工具 2 0を移動させるように、曲線補間方式で送り駆動手 ¾ 4 2を制御する。具体的には、所定の制御サイクルタイムで上記 3次元曲線式が表す «上に順次目標位置を設定し、回転加工ェ a

2 0をその目標位置へ直線移動させるように送り駆動手段 4 2をフィードパック制御するのであり、送り速度制御手段 6 6には工具位置検出手段 7 0から実際の工具位置を表す信号か供給されるようになっている。また、回転速度制御手段 6 8は、 N Cデータに設定された工具回転速度で回転加工工具 2 0が軸心まわりに回転駆動されるように、前記主軸回転駆動手段 4 0の作動を制御する。

このように N Cデ一夕に従つて回転加工工具 2 0を軸心まわりに回転させなから 3次元曲線式が表す曲線に沿って移励させることにより、被加工物 4 4に目的とする 3次元曲面 2 2が切削加工される。この工程か請求の範囲第 9項の工具移動工程で、 N C工作機械 1 8は請求の西第】 0項の工具移動制御手段に相当す。

ここで、本実施例の N C加工システム 2 8においては、回転加工工具 2 0の移動経路を拘束する経路拘束曲而 3 2が平面も含めて任意に設定できるため、工具移動経路の設定の自由度が高くなり、製作すべき 3次元曲面 2 2の形状に応じて適切な工具移動経路を設定できるようになる。例えは、図 9に示す 3次元曲面を加工する場合、（a) に点線で示すように 3次元曲面のねじれに沿って滑らかにェ具を移動させる（形状沿い）ことが可能となり、工具移動経路が平面内に拘束される（b) の場合に比較して、工具の急な方向変化などを回避できる。また、図 1 0のように円錐形状を加工する場合には、（a) に点線で示すように螺旋状に工具を移動させて小圣側から大径側まで連続して加工することか可能となり、（b) に点線で示すように階段状に等高輪郭加工を行う場合に比較して、加工能率や加工精度（滑らかさ）が向上する。図 1 0の場合、柽路拘束曲面 3 2を図 1 1のように渦巻き状に設定すれば良い。

また、本実施例では工具拘束曲而 1 2と経路拘束曲面 3 2との交線 3 4を 3次元曲線式で求めて N Cデ一夕を作成するとともに、 N C工作機械】 8は、その 3 次元曲線式が表す 3次元曲線上に顺次目镙位置を設定して回転加工工具 2 0を移動させるようになつているため、少ないデータ量で高い精度の加工を行うことかできる。すなわち、図〗 2に示すように、 N Cデータの移動経路形状は本来移動させたい経路形状と略一致し、その経路上に目標位置か定められるため、（b) のように目標位置の間隔を抉くするだけで高精度の加工を行うことかできるのである。目標位置の間隔を狭くするには、 N C工作機械 1 8の制御サイクルタイムを短くする力、、工具移動速度を遅くすれば良い。これに対し、工具移動経路を工具通過点（Cし）の点列で設定し、その Cしを直線捕間して目摞位置を設定しなから回転加工工具 2 0を移動させる場合には、図 1 3の（b) に示すように N C 工作機械 1 8の目標位置の間隔を抉くしても加工精度は向上せず、（c) のように N Cデータの C L点そのものの数を增加しなければならないため、デー夕量か膨大な量になる。

なお、上記実施例のステップ S 1では、面法線べクトルに基づくオフセット法で工具拘束曲面 1 2を設定する場合について説明したが、図 1 4のフローチヤ一卜に示すように縮退面か否かによつて異なる方法で工具拘束曲面 1 2を設定することが望ましい。すなわち、ステップ S A 1では、製作すべき 3次元曲面 2 2か一部に縮退面を有するか否かを予め設定された条件に従って判断し、縮退面を有しない場合はステップ S A 2において、前述した面法線べクトルに基づくオフセット法で工具拘束曲面 1 2を設定するが、縮退面を有する場合には、ステップ S A 3において球而配置法により工具拘束曲面 I 2を設定するのである。槠退面とは、図 1 5に示すように小さな角度の鋭角三角形状を成す面 1 0 0で、例えば 2 辺の間の角度が予め定められた所定値以下か否かなどによつて判断できる。このような縮退面 1 0 0においては、その鋭角の先端部分 1 0 0 aでは面法線べクトルすなわち面法線方向を正しく算出することが困難であるため、オフセッ卜法では充分な精度が得られなくなるのである。槠退面 1 0 0か否かの判断基準は、面法線べクトルを算出する算出精度などを考慮して設定される。

球面配置法は、例えば図〗 6に示すように 3次元曲面 2 2上に所定の間隔で多数の参照点 i 0 2を設定するとともに、図 1 7に示すようにその参照点 1 0 2を中心として回転加工工具 2 0の半 S寸法 rと等しい半怪の球 1 0 4を配置し、図】 8に太線で示すように 3次元曲面2 2から空間側（上方）へ最も離れている球 W 97 1 面を工具拘束曲面 1 2とする。参照点 1 0 2の間隔か小さい程高い精度で工具拘束曲面 1 2を設定できるが、処理デ ^夕量が多くなるため、例えば図 1 9に示すように回転加工工具 1 0の半 ί圣寸法 rと等しし、半径の球面 1 0 6と 3次元曲面 2 2とを交差させた場合に、法線方向における最大重なり寸法 dかトレランスの】ノ2程度以下となるように設定することか望ましい。 3次元曲面 2 2を平面として回転加工工具 2 0の半径寸法 rのみに基づいて、予め一定間隔を設定するようにしても良いか、製作すべき 3次元曲面 2 2の特性（最大曲率）などに応じて製品の種類毎等に間隔が設定されるようにしても良い。なお、図 1 8は、 3次元曲面 2 2に対して略垂直な平坦な断面上に重なって存在する多数の球 1 0 4の切片を示したものである。

このような球面配置法によれば、縮退而 1 0 0のように面法線べクトルを高い精度で求めることができない場合であっても、製作すべき 3次元曲面 2 2から回転加工工具 2 0の半径寸法 rだけ空問側へ離間した工具拘束曲面 1 2を高し、精度で求めることができる。なお、縮退而 1 0 0以外でも、例えば 3次元曲面 2 2の面法線ベクトルが大きくふらついたりする場合などに、球面配置法で工具拘束曲面 1 2をめるようにしても良い。

また、前記実施例のステップ S 3では、例えば図 2 0のフローチヤ一卜に従つて交線 3 4の 3次元曲線式を求めるようにすることが望ましい。図 2 0のステツプ S B 1では、工具拘束曲面 1 2が球面配置法で設定されたか否かを判断し、球面配置法で設定されて、る場合はステツプ S B 3にお t、て一定ピッチ法で交線 3 4の 3次元曲線式を算出するが、球而配置法でない場合、すなわち面法線べクトルによるオフセット法で工具拘束曲面 1 2が設定されている場合は、ステップ S B 2において、その工具拘束曲面 1 2のエッジと経路拘束曲面 3 2との交点が 2 点であるか否かを判断する。そして、図 2 1に示すように交点が P 1および P 2 の計 2点である場合は、ステップ S B 4においてパッチ境界法で交線 3 4の 3次元曲線式を算出し、図 2 2、図 2 3に示すように交点か 2点以外の場合はステツプ S B 5において幾何学的交線追跡法で交線 3 4の 3次元曲線式を算出する。ェ具拘束曲面 1 2の設定からステップ S B 3で 3次元曲線式を算出するまでの一連の処理は請求の範囲第 6項おける第 3の算出方法に相当し、ステップ S B で 3次元曲線式を算出するまでの一連の処理は請求の範囲第 6項における第〗の算出方法に相当し、ステップ S B 5で 3次元曲線式を算出するまでの一連の処理は請求の範囲第 6項における第 2の算出方法に相当する。なお、工具拘束曲面 1 2 のエッジは、面の外周緣を意味するもので、製作すべき 3次元曲面 2 2の外周緣に対応する。

上記ステップ S B 3の一定ピッチ法は、図 2 4に示すように工具拘束曲面 1 2 と経路拘束曲面 3 2との交線 3 4上に、 Z軸と平行な経路拘束曲面 3 2の X - Y 平面内における形状変化に沿って所定のピッチ Lで多数の基準点 1 1 0を設定し、それ等の基準点 1 1 0を滑らかに繋ぐように所定のフィッティング処理を行つて 3次元曲線式を算出する。所定のピッチ Lは、例えば（トレランス X工具径 X 2 0 ) 程度の値か設定され、「2 0」は経験値で適宜変更できる。図 2 4は、経路拘束曲面 3 2の X - Y平面内における形状変化に沿って交線 3 4を展開して示した図である。 .

なお、この場合の工具拘束曲面 1 2は多数の球 1 0 4の部分球面の集合であるため、経路拘束曲面 3 2との交線 3 4も図 2 4のように凹凸になるか、その凸部の頂点付近を滑らかに結ぶ包絡線を求め、その絡線を交棣 3 4と見做して 3次元曲線式を求めるようにしても良く、その場合はパッチ境界法や幾何学的交線追跡法等の他の算出手法を好適に適用できる。工具拘束曲面 1 2として、多数の部分球面の頂点付近を含む滑らかな包絡面を設定するようにしても良レ、。

ステップ S B 4のパッチ境界法は、図 2 1における 2つの交点 P 1 と P 2との間に交線 3 4が存在するものとして、図 2 5に示すように、その交点 P I と P 2 との間で交線 3 Ίと略一致する 3次元曲線式を求める。具体的には、先ず図 2 5 の（a) に示すように、交点 P 1 と P 2との間を 1つのセグメントとして、その交点 P I , P 2における接ベクトルの大きさおよび向きを適宜調整することにより、交線 3 4の中点 P 0 5 0上または出来るだけ近くを通る 3次元曲線式を作成する。次に、同図の（b) に示すように、交点 P I , P 2と中点 P 0 5 0との間の中点 P 0 2 5 , P 0 7 5を求めて、作成した 3次元曲線式が表す 3次元曲線との誤差が何れも卜レランス以下か-否かを判断し、卜レランス以下であればその 3次元曲線式に决定する。 1つでも誤差か-卜レランスより大きい場合は、（c) に示すように中点 P 0 5 0を新たな構成点（セグメント点）として 2つのセグメン卜に分け、中点における誤差がトレランス以下となるまで同様の処理を操り返す。このようなパッチ境界法は、幾何学的交線追跡法に比べて処理速度が速し、とともにセグメン卜数か少なくて済む。また、交点か 2点の場合は、通常はその 2点間に交線 3 が存在するため、交線 3 4の有無を判断する処理を行うことなく 2つの交点 P 1 , P 2を交線 3 4の両端の点としてそのまま処理を開始することかできるステップ S B 5の幾何学的交線追跡法は、図 2 6の（a) の場合のように交点 P 1〜P 4が存在する場合には、それ等の交点 P 1〜P 4を基準点として交線 3 4 の接線方向へ所定寸法だけ踏み出しなから、交線 3 4と略一致する 3次元曲線式を求める。図 2 7に示すように、面 S 1 (パラメ一夕（u , V ) とする）、面 S 2 (パラメ一夕（ s . t ) とする）問の交線を幾何学的交線追跡法に従って求める場合、先ず基準点を求める。最初の基準点は、上記交点 P 1〜P 4を使えば良い。次に、次交点を求めるために、基準点上の接ベクトルを求める。つまり、追跡方向と踏み出し量を決める。追跡方向は基準点におけるそれぞれ面 S 1、 S 2 上の法線ベクトルの外積によって求めることができる。また、踏み出し量は、形状の曲率に応じて調整することか望ましい。つまり、曲率が大きい時は踏み出し量は小さく、曲率が小さい時は踏み出し量は大きくとるようにする。なお、面 S 1および面 S 2の一方および他方は、それぞれ工具拘束曲面 1 2および経路拘束曲面 3 2に相当する。

次に、こうして求められた接ベクトルをそれぞれ面 S 】、 S 2に投影し、言い換えれば接ベクトルをそれぞれ（u . V ) 、（s . t ) で表し、基準点からのパラメ一夕増分値（d u , d v ) 、 ( d s , d t ) を求める。この求められたパラメータ増分値分だけ、基準点からそれぞれパラメ一夕を進めた面 S 1、 S 2上の面上点 P , qを、それぞれの初期点として求める。次に、点 pでの面 S 1に対する接平面 F p、および点 qでの面 S 2に対する接平面 F q、更に F p、 F qに垂直な補助平面 Fnを求める。；：れらの 3つの平面 Fp、 Fq、 Fnが交わる箇所は点になるが、この点を面 S し S 2問の交点 Gとする。この交点 Gか十分誤差のないように、以下のように収 '計算していく。なお、点 pでの単位面法線べクトルを n p、点 qでの面法線べクトルを n q、補助平面 F nの単位法線べクトルを nnとする。

先ず、交点 Gへ向かうパラメ一夕増分値を求める。具体的には、接べクトルと法線ベクトル、 Gおよび p, qを用いて、例えば点 pにおけるパラメ一夕 u. V の増分値厶 u、厶 Vは、点 pにおける u方向接ベクトルを d u、 v方向ベクトルを d vとすると、それぞれ次式（1) 、 (2) で求めることができる。このパラメ一夕増分値を加えて得られる面 S 1上の点、および面 S 2上の点をそれぞれ p '、 q ' とすると、これ等の 2点間の距離 I p ' — q ' Iが十分に小さくなるまで（例えば予め設定されたトレランス以内となるまで）、点 p '、 q 'を新たに点 p . qとして上記処理を繰り返す。こうして最終的に I p ' — q ' ίが十分に小さくなつた時の交点 Gを面 S 1、 S 2問の交点とする。こうして求められた交点と、それぞれの接ベクトルを使って、 2点間を結ぶ曲線を求め、これを交線とする。これ等の処理を繰り返し、而 S し S 2間の交線群を求め、これを工具軌跡とする。

Au= (s v - dp) / (s v - d u) · ■ · (!)

Av= (s u « dp) / (s u - d v) · · ■ (2)

但し、 d p = G— p

s u=d u xn p

s v=d vxnp

また、前記図 23のように工具拘束曲面 i 2のエッジと経路拘束曲面 32との交点が存在しない場合は、図 26の（b) に示すように、工具拘束曲面 1 2のパラメ一夕一定線 1 20を形成して基準点 1 22を設定することにより、同様にして一交線 34の 3次元曲線式を求めることができる。

このような幾何学的交線追跡法は、 ' ッチ境界法に比べて処理速度か遅レ、とともにセグメント数も多くなる力、交点の 1つから処理を開始するため、交点が 3 点以上ある場合でも交線 3 の有無を確認することなく処理を開始できる。また、交線 3 4が複雑に変化している場合などでも、良好に 3次元曲線式を求めることができる。

図 2 0に戻って、ステップ S B 3、 S B 4、または S B 5で 3次元曲線式の算出処理が行われると、次のステップ S B 6で 3次元曲線式を算出できたか否かを判断し、算出できれば一連の交線算出処理を終了するが、所定のエラーか発生して最後まで算出できなかった場合はステップ S B 7を実行する。エラーは算出法によってそれぞれ異なり、パッチ境界法の場合は例えば交線 3 4の分割回数か所定値以上になった時などにエラ一として以後の処理を中止し、幾何学的交線追跡法の場合は、例えば収束計算回数が所定回数を越えた時などにエラーとして以後の処理を中止するように構成される。

ステップ S B 7では、上記一定ピッチ法、パッチ境界法、および幾何学的交線追跡法の 3つの算出法を総て使つたか否かを判断し、 3つの算出法を使つた場合にはステップ S B 8で最終的にエラ一判定を行い、表示装置などにエラーにより 3次元曲線式を算出できなかった旨を表示する。まだ試していない算出法が残つている場合は、ステップ S B 9において上記 3つのうちの他の算出法で 3次元曲線式を算出する。最初にパッチ境界法または幾何学的交線追跡法を使った場合に —定ピッチ法を実施する場合は、球而配置法によって工具拘束曲面 1 2を設定する一方、最初に一定ピッチ法を使つた場合にパッチ境界法や幾何学的交線追跡法を実施する場合は、面法線べクトルによるオフセット法で工具拘束曲面 1 2を設定する。また、パッチ境界法を実施する場合に、工具拘束曲面 1 2のエッジと経路拘束曲面 3 2との交点が 3点以上存在する場合は、予め交線 3 4の有無を確かめて、交線 3 が存在する 2点間で 3次元曲線式を算出する。

この場合には、製作すべき 3次元 lt†l而 2 2の面形状（特性）や工具拘束曲面 1 2のエッジと経路拘束曲面 3 2との交点の数に応じて 3つの算出方法（工具拘束曲面 1 2の設定方法を含む）を使い分けるため、できるだけ短時間で 3次元曲線式を求めることができるようになる。また、エラーにより算出できなかった場合には残りの算出方法を試すようになっているため、 3つの算出方法の何れかで算出できる 3次元曲線式にっレ、ては常に確実に求められるようになる。

次に、図 2 8に示すように 5軸の N C工作機械 7 4を使って加工を行う場合の実施例を説明する。この N C工作戗械7 4は、前記主軸回転駆動手段 4 0および 3軸の送り駆動手段 4 2の他に、 Z軸と平行な回転軸まわりに主軸回転駆動手段 4 0を回転させる第 I姿勢制御手段 7 6、およびその回転軸と直角な回転軸まわりに回転させる第 2姿勢制御手段 7 8を備えており、位置固定の被加工物 4 4に対する回転加工工具 2 0の姿勢を自由に制御できるようになつている。

図 2 9は、上記 5軸の N C工作機械 7 4を使って加工を行う場合の N Cデータを作成するのに好適な N Cデ—夕作成装置 8 0を説明する機能プロック線図で、前記工具拘束曲面設定手段 5 0、経路拘束曲面設定手段 5 2、交棣算出手段 5 4 、および N Cデ一夕変換手段 5 8の他に、ノルマルベクトル演算手段 8 2、ノルマル曲線演算手段 8 4、 C L点設定手段 8 6、 C Lべク卜ル設定手段 8 8を備えており、図 3 0のフローチヤ一卜に従って N Cデータを作成する。

図 3 0のステップ Rし R.2、 R 3はそれぞれ前記ステップ S し S 2、 S 3 と同じであり、ノルマルベクトル浈算手段 8 2によって実行されるステップ R 4 では、図 3 1に示すように、ステップ R 3で求めた交線 3 4上に、曲線の曲率に応じた間隔（曲率が大きい程小さい問隔）で工具拘束曲面 1 2のノルマル（垂直 ) ベクトル 9 0を単位べクトルとして算出する。交線 3 4の曲率は、交線 3 4上に予め定められた所定間隔で位置する数点をサンプリングすることによって求められる。

次のステップ R 5はノルマル曲線 ¾算手段 8 4によって実行されるもので、図 3 2に示すように、ステップ R 4で求めたノルマルべクトル 9 0の端点を通る滑らかな曲線、すなわちノルマル曲線 9 2を- 出し、工具の移動柽路である交線 3 4とノルマル曲線 9 2とを 1対 1の関係で保持（記憶）する。このノルマル曲線 9 2についても、交線 3 4と同様に 3次元 fill線式で求められる。このように交線 3 4とノルマル曲線 9 2とを 1対！の関係で保持しておけは、交線 3 上の任意の点上での面ノルマル方向を、而を意識せずに線の世界だけで算出、取り出すことが可能となる。ステップ R 6は前記ステクプ S と同じであり、ステップ R 7以下のステップでは、 NC工作機械 74が直線補問方式で回転加工工具 20を移動させる場合の NCデ一夕を作成する。ステップ R 7は C L点設定手段 8 6によって実行されるもので、図 3 3に示すように、例えば許容誤差範囲、等間隔、高速加工用、 1刃 - 1 C Lなどの様々な要件のうち作業者が入力操作で指定する所望の要件を満たすように、工具移動経路である交線 3 4を表す 3次元曲線上に多数の工具通過点 (CL点）を設定する。ステップ R 8は CLべクトル設定手段 8 8によって実行されるもので、同じく図 3 3に示すように上記各 CL点での面ノルマルべク卜ルすなわち CLべクトルを、交線 3 4とパラメータ的に対応して記憶されているノルマル曲線 92から各 C L点に対応する点を求めることにより算出する。

上記ステップ R 7および R 8は 1本の交線 34毎に行われ、次のステップ R 9 では総ての交線 34について CL点および CLべクトルが求められたか否かが判断され、総ての交線 34について CL点および CLべクトルが求められるまでステツプ R 7および R 8を橾り返す。ステップ R 9も C Lべクトル設定手段 8 8によって自動的に行われる。総ての交線 34について CL点および CLべクトルか求められるとステップ R〗 0が実行され、前記アブローチ動作 6 0ゃリトラクト動作 6 2、ピック動作 64など加工に必要な動作を付与し、ステップ R l 1で上記 CL点や CLべクトル、アプローチ勁作 6 0などの工具移動経路、工具姿勢などに関する情報を、 NC工作機械 7 Ίの制御機能との 1 ZFとなるコードへ変換し、 NCデ一夕すなわち工具移動経路データを作成する。このステップ R l 1は NCデータ変換手段 58によって実行される。

そして、図 28の NC工作機械 7 4のうち送り駆動手段 4 2は CL点に関する NCデータに従って制御され、前記図 1 3のように直線補間方式で主軸回転駆動手段 4 0と共に回転加工工具 2 0を移動させる。姿勢制御手段 7 6および 7 8は、 CLべクトルに関する NCデ一夕に従って制御され、主軸回転駆動手段 4 0および回転加工工具 2 0の姿势すなわち軸心の向きを CLべクトルと一致、言い換えれば 3次元曲面 22と垂直となるように制御する。なお、送り駆動手段 4 2による主軸回転駆動手段 4 0の移 3¾制御は、工具の姿勢変化に拘らず回転加工工具 2 0の工具中心か C L点に応_じて定められる目標位置へ移動するように、 C Lベク卜に応じて補正される。 N Cデ夕作成装置 8 0により N Cデータを作成する際に、 C Lべクトルに応じて工具移動経路を補正するようにしても良い。この実施例では、回転加工工具 2 [1が製作すべき 3次元曲面 2 2に対して ffl各垂直となる一定の姿勢で移動させられるため、工具の姿势変化に伴う加工精度（面粗さなど）のばらつきが解消し、一層高い精度で 3次元曲面 2 2を加工できるようになるとともに、アンダカッ卜など祓雑な形状の加工も可能になる。

また、ノルマルべクトル 9 0の端点を通る滑らかなノルマル曲線 9 2を求めるようになつているため、算出するノ儿マルべクトル 9 0の数を少なくして計算時間を短縮できるとともに、ノルマル曲線 9 2の 3次元曲線式は交線 3 4の 3次元曲線式と対応しているため、交線 3 4の 3次元曲線上に順次 C L点を設定する際に、その C L点における工具拘束曲面 1 2に対する面ノルマルベクトル（C Lベク卜ル）をノルマル曲線 9 2の 3次元 ί!ΰ線式から求めることかでき、要求精度などに応じて自由に C L点を設定できる。

また、ステップ R 4では交線 3 4の曲率に応じた間隔でノルマルベクトル 9 0 を求めるため、ステップ R 5で求められるノルマル曲線 9 2の精度を高く維持しつつ、ノルマルべクトル 9 0の算出数を少なくできる。

この実施例は請求の IB囲第 7項に記載の工具移動経路データの作成方法の一実施例に相当し、ステップ R 1は第 1拘束面設定工程で、ステップ R 2は第 2拘束面設定工程で、ステップ R 3は交線 ¾算工程で、ステップ R 4はノルマルべクトル演算工程で、ステップ R 5はノルマル曲線演算工程で、ステップ R 7、 R 8、 R 1 0、および R 1 1は移動経路データ作成工程に相当する。

なお、上例では回転加工工具 2 0を工具拘束曲面 1 2、すなわち製作すべき 3 次元曲面 2 2に対して略垂直となる一定の姿勢で移動させる場合にっレ、て説明した力、図 3 4に示すように、前記 C Lべクトルを基準として工具軸心の傾き角 S を設定する手段 9 4を、前記 C Lベクトル設定手段 8 8と N Cデータ変換手段 5 8との間に設け、図 3 5に示すように回転加工工具 2 0の軸心を C Lべクトル（ 3次元曲面 2 2に対して垂直な方向）力、ら傾き ft 0だけ傾斜させた姿勢で移動させるようにすることもできる。この場合には、回転速度が大きい外周側部分で常に切削加工か行われるようにするごとができるため、むしれなどが無し、優れた切削性能が得られるようになり、回転加工工具 2 0としてボールェンドミルなどの回転切削工具を使用する場合に好適に適用される。

また、上例では多数の C L点から成る点列データで N Cデ一夕が作成されて、たか、第 1実施例のように 3次元曲線式を用 I、て N Cデ—夕を作成するようにしても良い。図 3 6は、その場合の N Cデ—夕作成装置 1 2 0を説明する機能プロック線図で、前記 C L点設定手段 8 6および C Lべクトル設定手段 8 8に代えて移動経路設定手段 1 2 2が備えられ、図 3 7のフローチヤ一卜に従って N Cデー夕を作成する。

図 3 7のステップ R A 1〜R A 6、 R A Sはそれぞれ前記ステップ R 1〜R 6 、 R 1 1 と同じであり、移動経路設定手段 1 2 2によって実行されるステップ R A 7では、交線 3 4の 3次元曲^式およびノマル曲線 9 2の 3次元曲線式を用いて工具移動経路を設定する他、前記ステップ S 5と同様に工具移動方向や加工時に必要なアプローチ動作、リトラク卜動作、ピック動作などを設定する。なお、 N C工作機械 Ί 4側で交線 3 4の 3次元曲線式が表す 3次元曲線上に曲線補間方式で順次目標位置を設定する際に、その目標位置における面ノルマルべクトルを前記ステップ R 8と同様にノルマル曲線 9 2の 3次元曲線式から求め、傾き角 Θなどに応じて工具姿势が設定される。

この場合は、前記実施例のように多数の C L点毎に C Lベクトルを設定して N Cデータを作成する場合に比較してデータ量が大幅に低減される。

この実施例は請求の範囲第 2項および第 7項に記載の工具移動経路デー夕の作成方法の一実施例に相当し、ステップ R A 1は第 1拘束面設定工程で、ステップ R A 2は第 2拘束面設定工程で、ステップ R A 3は交線演算工程で、ステップ R A 4はノルマルべクトル演算工程で、ステップ R A 5はノルマル曲線演算工程で、ステップ R A 7および R A 8は移動経路デ—夕作成工程に相当する。また、ステつプ R A 7は請求の範囲第 9項の移動経路設定工程に相当し、移動経路設定手段 1 2 2は請求の範囲第 1 0項の移動経路設定手段に相当し、移動経路設定手段

2 G 1 2 2および N Cデータ変換手段 5 8は請求の範囲第 8項の移動経路データ作成手段に相当し、 N Cデータ作成装置 1 2 0は請求の範囲第 8項の工具移動経路デ一夕の作成装置に相当する。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明は他の憨様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では何れも位置固定の被加工物 4 4に対して回転加工工具 2 0を移動させたり姿勢変化させたりするようになつていた力、被加工物 4 4を移動させたり所定の軸まわりに回転させたりすることも可能である。それ等の回転加工工具 2 0、被加工物 4 4の移動形態（姿勢変化を含む）も必要に応じて適宜変更できる。

その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明は、 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路デ—夕を作成したり、被加工物に対する加工工具の姿勢を制御しながら 3次元曲面を加工するための工具姿勢を含むェ具移動経路データを作成したり、被加工物に対して加工工具を相対移動させて所定の 3次元曲面を加工したりする場合に好適に利用され得る。

Claims

•請求の範囲

1 . 所定の 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路デー夕を作成する方法であつて、

前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面を該 3次元曲面に対応させて設定する第 1拘束面設定工程と、

前記加工工具の移動経路を拘束する平面以外の曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定工程と、

前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交棣演算工程と、

該交線演算工程で求められた前記 3次元曲線式を含んで工具移動経路デ一夕を作成する移動経路データ作成工程と

を有することを特徴とする工具移動経路デー夕の作成方法。

2 . 前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線上において所定の間隔で該第 1拘束面のノルマルべクトルを求めるノルマルべクトル演算工程と、

該ノルマルべクトルの端点を通る滑らかなノルマル曲線を、前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線の 3次元曲線式と対応させて 3次元曲線式として求めるノルマル曲線演算工程と

を有し、前記移動経路データ作成工程は、前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線の 3次元曲棣式および前記ノルマル曲線の 3次元曲線式を含んで、前記加ェ工具の姿勢を含んだ工具移動経路データを作成するものである

ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の工具移動経路デ一夕の作成方法。

3 . 前記交線演算工程は、前記第 1拘束面のエッジと前記第 2拘束面との交点が 2点である場合にはパッチ境界法により該第 1拘束面と該第 2拘束面との交線の

3次元曲線式を求めるものである

ことを特徴とする請求の ffl第 1項または第 2項に記載の工具移動経路データの作成方法。

4 . 前記交線演算工程は、 ^記第 1拘束面のエッジと前記第 2拘束面との交点が 2点以外の場合には幾何学的交線追跡法により該第】拘束面と該第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求めるものである

ことを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項の何れかに記載の工具移動経路データの作成方法。

5 . 前記加工工具は、その先端加工部の形伏が半球形状を成すもので、前記第 1 拘束面は、該先端加工部の半球形状の球中心を拘束する面であり、

前記第 1拘束面設定工程は、製作すべき 3次元曲面の少なくとも一部が面法線方向を正しく認識することが困難であると判断した場合には、該 3次元曲面上に所定の間隔で多数の参照点を設定するとともに、該参照点を中心として前記加工工具の先端加工部の半球形状と等しし、半径の球を配置し、該 3次元曲面から最も離れている球面に基づいて前記第 1拘束面を設定するものである

ことを特徴とする請求の範 S3第 1項乃至第 4項の何れかに記載の工具移動経路データの作成方法。

6 . 前記加工工具は、その先端加工部の形状が半球形状を成すもので、前記第 J 拘束面は、該先端加工部の半球形状の球中心を拘束する面であり、

製作すべき 3次元曲面の面法線方向を正しく認識できると判断した場合に、前記第 1拘束面設定工程にぉレ、て、該 3次元曲面の面法線べクトルを求めて該 3次元曲面から前記加工工具の先端加工部の半球形状の半径と等しレ、寸法だけ面法線方向へオフセットしたオフセット曲面を第 1拘束面に設定するとともに、該第 1 拘束面のェッジと前記第 2拘束面との交点か 2点である場合には、前記交線演算工程にぉ、てパッチ境界法により該第 1拘束面と該第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求める第 1の算出方法と、

製作すべき 3次元曲面の面法線方向を正しく認識できると判断した場合に、前記第 1拘束面設定工程にぉレ、て、該 3次元曲面の面法線べクトルを求めて該 3次一元曲面から前記加工工具の先端加工部の半球形状の半圣と等しし、寸法だけ面法線方向へオフセッ卜したオフセット曲 35を第 1拘束面に設定するとともに、該第 j 拘束面のエツジと前記第 2拘束面との交点か 2点以外の場合には、前記交線演笪工程におし、て幾何学的交線追跡法により該第 1拘束面と該第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求める第 2の算出方法と、

製作すべき 3次元曲面の少なくとも一部が面法線方向を正しく認識することか困難であると判断した場合に、前記第 1拘束面設定工程において、該 3次元曲面上に所定の間隔で多数の参照点を設定するとともに、該参照点を中心として前記加工工具の先端加工部の半球形状と等しい半径の球を配置し、該 3次元曲面から最も離れている球面に基づいて前記第 1拘束面を設定するとともに、前記交線演算工程において、予め定められた所定の演算手法により該第 1拘束面と該第 2拘束面との交線の 3次元曲線式を求める第 3の算出方法と

の計 3つの算出方法のうちの 1つで 3次元曲線式を求めるとともに、その算出方法で算出する際に所定のエラーか発生した場合は、該 3つの算出方法のうちの残りの算出方法で 3次元曲線式を求める

ことを特徴とする請求の鞀囲第 1項または第 2項に記載の工具移動経路デ一夕の作成方法。

7 . 所定の 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路データを作成する方法であって、

前記加工工具の移動経路を拘束する平面または曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定工程と、

前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交棣を求める交線演算工程と、前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線上において所定の間隔で該第 1拘束面のノルマルべクトルを求めるノルマルべク卜ル演算工程と、

該ノルマルべクトルの端点を通る滑らかなノルマル曲線を求めるノルマル曲線演算工程と、

前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交梂ぉよび前記ノルマル曲線に基づレ、て前記加工工具の姿勢を含んだ工具移動経路データを作成する移動経路デ—夕作成工程とを有することを特徴とする !:具移動経路データの作成方法。

8 . 所定の 3次元曲面を加工するために加工工具を被加工物に対して相対移動させるための工具移動経路データを作成する装置であつて、

前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面を該 3次 5 元曲面に対応させて設定する第 1拘束面設定手段と、

前記加工工具の移動経路を拘束する平面以外の曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定手段と、

前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交棣を 3次元曲線式として求める交線演算手段と、

10 該交棣演算手段によって求められた前記 3次元曲線式を含んで工具移動経路デ一夕を作成する移動経路データ作成手段と

を有することを特徴とする工具移動経路デー夕の作成装置。

9 . 被加工物に対して加工工具を相対移動させて所定の 3次元曲面を加工する加ェ方法であって、

】5 前記 3次元曲面を加工するために前記加工工具を拘束する第 1拘束面を該 3次元曲面に対応させて設定する第】拘束面設定工程と、

前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交線演 0 算工程と、

該交線演算工程で求められた前記 3次元曲線式を用いて工具移動経路を設定する移動経路設定工程と、

該移動経路設定工程で設定された工具移動経路である前記 3次元曲線式が表す 3次元曲線上に順次目摞位置を設定して前記加工工具を被加工物に対して相対移 5 動させる工具移動工程と

一を有することを特徵とする加工方法。

1 0 . 被加工物に対して加工工具を相対移動させて所定の 3次元曲面を加工する加工システムであって、前記 3次元曲面を加工する.ために前記加工工具を拘束する第 1拘束面を該 3次元曲面に対応させて設定する第 1拘束面設定手段と、

前記加工工具の移動経路を拘束する平面外の曲面から成る第 2拘束面を前記第 1拘束面と交わるように設定する第 2拘束面設定手段と、

前記第 1拘束面と前記第 2拘束面との交線を 3次元曲線式として求める交線演算手段と、

該交線演算手段によって求められた前記 3次元曲線式を用いて工具移動経路を設定する移動経路設定手段と、

該移動経路設定手段により設定された工具移動経路である前記 3次元曲線式が表す 3次元曲線上に順次目標位置を設定して前記加工工具を被加工物に対して相対移動させる工具移動制御手段と

を有することを特徴とする加工システム。