WO2012056588A1 - 工具経路の生成方法および生成装置 - Google Patents

工具経路の生成方法および生成装置 Download PDF

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匡史 田沼
光成 尾田
隆 小森
尚洋 吉村
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株式会社牧野フライス製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a tool path generation method and a generation apparatus for generating a tool path when machining a workpiece.
  • machining command point data machining point data
  • a step is generated on the machining surface, and the machining shape of the workpiece is impaired.
  • the tool paths on both sides of the tool path between consecutive machining command points (machining points) of one tool path hereinafter referred to as a first tool path.
  • the present invention relates to a tool path generation method for generating a tool path at the time of machining a workpiece, wherein one machining point on a plurality of rows of tool paths obtained by sequentially connecting a plurality of predetermined machining points with straight lines.
  • a distance calculation procedure for calculating the distance from the corrected machining point to each distance calculation point, using points on the tool path in multiple rows around the correction machining point as distance calculation points
  • An extraction procedure for extracting distance calculation points whose distances calculated by the procedure are within a predetermined value, and an average value calculation for calculating the average value of the position data of the distance calculation points extracted by the extraction procedure and the position data of the corrected machining points
  • a data correction procedure for correcting the position data of the corrected machining point based on the average value calculated by the average value calculating procedure, and generating a new tool path based on the corrected position data of the machining point.
  • the present invention is a tool path generation device for generating a tool path at the time of machining a workpiece, wherein one of the plurality of predetermined tool points on a plurality of tool paths obtained by sequentially connecting straight lines.
  • a distance calculation unit that calculates a distance from the correction processing point to each distance calculation point, using the processing point as a correction processing point, and points on a plurality of tool paths around the correction processing point as distance calculation points,
  • An extraction unit that extracts a distance calculation point whose distance calculated by the distance calculation unit is within a predetermined value, and an average that calculates an average value of the position data of the distance calculation point extracted by the extraction unit and the position data of the correction processing point
  • a value calculation unit, and a data correction unit that corrects the position data of the corrected machining point based on the average value calculated by the average value calculation unit, and generates a new tool path based on the corrected position data of the machining point.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a whole machine tool having a tool path generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a tool path before the tool path generation device of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the control device of FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the tool path generation device of FIG. 5A and 5B are diagrams for explaining generation of a new tool path by application of the tool path generation apparatus according to the present invention.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the precision mode of the tool path generation device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a modification of FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a weighted average process in the average value calculation unit of FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a whole machine tool having a tool path generation device according to an embodiment of the present invention, and shows a vertical machining center as an example.
  • a column 2 is erected on the bed 1, and a spindle head 3 is supported on the column 2 so as to be movable in the vertical direction (Z-axis direction) via a linear feed mechanism.
  • a tool 4 is attached to the spindle head 3 downward via the spindle.
  • the tool 4 is an end mill, for example, and is rotationally driven by a spindle motor in the spindle head 3.
  • a saddle 5 is supported on the bed 1 so as to be movable in a horizontal direction (Y-axis direction) via a linear feed mechanism, and can be moved on the saddle 5 in a horizontal direction (X-axis direction) perpendicular to the Y-axis direction.
  • the table 6 is supported on the surface.
  • the linear feed mechanism includes, for example, a ball screw and a servo motor that rotationally drives the ball screw. With this configuration, the tool 4 and the workpiece W are relatively moved in the orthogonal three-axis directions (X, Y, Z directions), and the workpiece W is machined.
  • the spindle motor and each servo motor are controlled by the control device 10 according to the machining program.
  • a movement locus of the tool 4 is set in advance as a tool path, and the tool 4 moves relative to the workpiece W along the tool path.
  • the machining program is created using a well-known CAD / CAM system. That is, CAM data, which is a collection of minute linear commands, is created based on CAD data corresponding to the machining shape of the workpiece W. Since this CAM data consists of an enormous amount of point cloud data, the CAM data is thinned out according to a predetermined rule so as to have a data amount suitable for the machining program, and a plurality of machining command points (hereinafter simply referred to as machining points). Machining program is created.
  • Such a machining program is provided with coordinate data of machining points (hereinafter also referred to as position data, machining point data, or block end point data) in a block format. If the total number of machining points from the machining start point to the machining end point is N, each machining point is given a machining point number from 1 to N, and the machining points P (block end points) are sequentially connected in this order. As a result, a tool path which is a command value of a tool path at the time of workpiece machining is obtained.
  • each processing point is represented by P1, P2,..., PN using processing point numbers 1 to N.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a tool path according to the machining program created in this manner, and shows a plurality of rows of tool paths PA along a three-dimensional curved machining surface.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the control device 10.
  • the control apparatus 10 reads the machining program 12 generated by the CAM 11 and generates a new tool path at the time of workpiece machining, and a machining program including the tool path generated by the tool path generation apparatus 20. 13, a numerical control device 30 that controls each of the feed shaft driving motors 15 provided in the machine tool and moves the tool 4 relative to the workpiece W along the tool path.
  • the numerical control device 30 includes a program reading unit 31 that reads NC data set in the machining program 13, an acceleration / deceleration control unit 32 that controls acceleration / deceleration of the motor 15, and feed axes in the X, Y, and Z directions. And an interpolation calculation unit 33 for calculating the target movement amount.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the tool path generation device 20.
  • the tool path generation device 20 includes an arithmetic processing unit having a CPU, ROM, RAM, and other peripheral circuits, and includes a program reading unit 21, a mode switching unit 22, a distance calculation point setting unit 23, and a distance calculation.
  • the program reading unit 21 sequentially reads block end point data of the machining program created by the CAD / CAM system, that is, three-dimensional coordinate data (machining point data) of the machining point.
  • FIG. 5A is a diagram showing tool paths PA (PA1 to PA5) obtained by sequentially connecting the machining points P read by the program reading unit 21 with straight lines.
  • one machining point P is set as a corrected machining point Pt, and the distance from the corrected machining point Pt to each point on the tool path within a predetermined range is calculated.
  • paths PA1 to PA5 for five passes before and after the corrected processing point Pt are defined as a predetermined range.
  • the program reading unit 21 reads the number ⁇ N of machining point data corresponding to the tool paths PA1 to PA5 for five passes before and after the corrected machining point Pt as the center, and stores it in the memory.
  • the machining point data of P (i + 1 ⁇ N / 2) to P (i + ⁇ N / 2) is read within the range of 1 to N. It is. Specifically, for example, when N is 10,000 and Pt is P5000, machining point data of P2501 to P7500 is read. When Pt is P1000, machining point data of P1 to P3500 is read, and Pt is P9000. At some time, the processing point data of P6501 to P10000 are read.
  • the mode switching unit 22 is configured by a switch operated by a user, for example, and switches the tool path generation mode between the simple mode and the precision mode.
  • the tool path generation mode may be switched to any one in advance and the mode switching by the user may be disabled.
  • the distance calculation unit 24 calculates a linear distance L from the corrected machining point Pt to the other machining points Pu on the tool paths PA1 to PA5 based on the machining point data (three-dimensional coordinate component) read by the program reading unit.
  • the data extraction unit 25 extracts a machining point Pu ′ whose distance L from the corrected machining point Pt is within a predetermined value L1 from the machining point Pu.
  • the predetermined value L1 is set to a value that is approximately the same as the distance between adjacent machining points on the same tool path. Therefore, the data extraction unit 25 extracts a plurality of machining points Pu ′ included in a spherical region (dotted line region A) having a radius ⁇ L1 centered on the corrected machining point Pt as shown in FIG. 5A.
  • the average value calculator 26 calculates an average value for each coordinate component between the corrected machining point Pt and the extracted machining point Pu ′. That is, the average value of the X coordinate components is calculated by adding the X coordinate value of the corrected machining point Pt and the X coordinate value of each machining point Pu ′ and dividing the whole by the number of added data.
  • the average value is similarly calculated for the Y coordinate component and the Z coordinate component.
  • the machining point Pi can be used as the modified machining point Pt, and a new machining point Pt ′ obtained by correcting the position data can be obtained.
  • the corrected processing point Pt is changed from the processing point Pi to another processing point Pi + 1, and the above-described processing is repeated. That is, the modified machining point Pt is sequentially changed from the first P1 machining point to the Nth machining point PN, and a series of processes are repeatedly executed. In this case, even if the average value calculation processing for the other machining points Pu (FIG.
  • the distance calculation unit 24 uses the position data before the average value calculation to determine the distance to the other machining points Pu. L is calculated. That is, when the distance L to the machining point Pi is calculated using the machining point Pi + 1 in FIG. 5B as the modified machining point Pt, the position data of the machining point Pi is a value before calculating the average value.
  • the average value calculation processing from P1 to PN is completed, the machining point data of the machining program 12 is rewritten by a command from the data correction unit 27, and a new machining program 13 is created. That is, the position data of each block end point is rewritten to the corrected position data.
  • a new tool path PA ′ as shown by the dotted line in FIG. 5B can be generated.
  • the machining program may be rewritten every time the average value calculation process for each machining point Pi is completed, not after the average value calculation process for all machining points is completed.
  • the corrected position data of the machining point Pt ′ is averaged by the position data of the surrounding machining point Pu ′. For this reason, even if the machining point data read from the machining program 12 has a positional deviation ⁇ L (FIG. 2) in the normal direction with respect to the machining surface, the positional deviation ⁇ L can be reduced, and smooth workpiece machining is performed. A surface shape can be obtained.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating an example of the tool path PA in the machining program 12 read by the program reading unit 21.
  • the tool path PA is indicated by the machining points Pa to Pe.
  • Pa is the first point read by the program reading unit 21.
  • the distance calculation point setting unit 23 sets a plurality of set points Pw for each path of a predetermined length ⁇ w starting from Pa on the tool path PA.
  • the set point Pw is set over all the tool paths P1 to P5 within a predetermined range shown in FIG. 5A, and the position data of these set points Pw is stored in the memory.
  • ⁇ w is set to, for example, about 1/3 to 1/2 times the distance between adjacent machining points on the same path in consideration of the storage capacity of the memory.
  • the distance calculation unit 24 calculates the distance L from the corrected processing point Pt to each set point Pw based on the position data of the set point Pw.
  • the data extraction unit 25 extracts a set point Pw ′ whose calculated distance L from the corrected machining point Pt is within a predetermined value L1.
  • the average value calculator 26 calculates an average value for each coordinate component of the corrected processing point Pt and the extracted set point Pw ′. As a result, a new machining point Pt ′ obtained by correcting the position data of the corrected machining point Pt can be obtained.
  • the corrected processing point Pt is changed from the processing point Pi to another processing point Pi + 1 as shown in FIG. 5B, and the above-described processing is repeated.
  • the distance calculation unit 24 uses the position data before calculating the average value to the other machining points even if the average value calculation processing of other machining points has already been completed.
  • the distance L is calculated.
  • the program reading unit 21 reads the machining program 12 generated by the CAD / CAM system, and stores the data of a predetermined number ⁇ N of block end points centered on the corrected machining point Pt in the memory.
  • the distance calculation unit 24 calculates the distance L from the corrected machining point Pt to other machining points Pu around it as shown in FIG. 5A ( Distance calculation procedure).
  • the data extraction unit 25 extracts the processing point Pu ′ whose calculated distance L is within the predetermined value ⁇ L (extraction procedure), and the average value calculation unit 26 extracts the position data of the extracted processing point Pu ′.
  • An average value of the position data of the corrected machining point Pt is calculated (average value calculation procedure).
  • the above processing is repeated by sequentially changing the corrected machining points Pt from the machining points P1 to PN, and then the position data of each machining point P1 to PN is corrected by a command from the data correction unit 27, and a new tool path PA Generate '(data correction procedure).
  • the distance calculation point setting unit 23 sets the set point Pw on the tool path PA at a predetermined path interval ⁇ w, and the distance calculation unit 24 A distance L from the corrected machining point Pt to each set point Pw is calculated.
  • the data extraction unit 25 extracts the set point Pw ′ whose calculated distance L is within the predetermined value ⁇ L, and the average value calculation unit 26 extracts the position data of the extracted set point Pw ′ and the corrected processing point Pt.
  • the average value of the position data is calculated.
  • the position data of the machining points P1 to PN is corrected by a command from the data correction unit 27, and a new tool path PA ′ is generated.
  • the above processing is repeated by sequentially changing the corrected machining point Pt from P1 to PN, and then the position data of each machining point P1 to PN is corrected by a command from the data correction unit 27, and a new tool path PA ′ is set.
  • a new tool path PA ′ is set.
  • the following operational effects can be achieved. (1) In the simple mode, one machining point Pi on a predetermined plurality of rows of the tool path PA is set as a modified machining point Pt, and a distance L from the modified machining point Pt to another machining point Pu is calculated.
  • the machining point Pu ′ whose calculated distance L is within the predetermined value ⁇ L is extracted, and the average value of the extracted position data of the machining point Pu ′ and the corrected machining point Pt is calculated, and this average value is The position data of the corrected machining point Pt is corrected (Pt ′), and a new tool path PA ′ is generated. Thereby, even if the machining point data set in the machining program 12 varies, a smooth workpiece machining shape can be obtained without causing a step on the machining surface.
  • the corrected machining point Pt can be corrected to Pt ′ by a simple arithmetic expression, the processing time required for correcting the machining point can be shortened, and a new tool path PA ′ can be generated quickly. it can.
  • set points Pw are set on a plurality of rows of tool paths PA at intervals closer to the machining points, and distances L from the corrected machining points Pt to the respective set points Pw are calculated.
  • the mode switching unit 22 can switch the tool path generation mode between a simple mode that can generate a tool path more quickly and a precision mode that can generate a smoother tool path. Can easily meet needs.
  • the distance calculation unit 24 calculates the distance L from the corrected machining point Pt using the machining point data before position correction, a constant tool path is set regardless of the setting order of the corrected machining point Pt.
  • PA ′ can be obtained.
  • the data extraction unit 25 extracts the processing point Pu ′ whose distance L from the corrected processing point Pt is within the predetermined value ⁇ L.
  • the configuration of the extraction unit is as follows. Not limited to this. For example, as shown in FIG. 7, when there are a plurality of machining points Pu ′ whose distance L is within a predetermined value ⁇ L on the tool paths PA1, PA2, PA4, PA5 excluding the tool path PA3 having the corrected machining point Pt.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a weighted average calculation method.
  • the corrected machining point Pt is P1
  • the machining points Pu ′ extracted by the data extraction unit 25 are P2 to P4
  • the lengths from the corrected machining point P1 to the machining points P2 to P5 are L2 to L5, respectively. Yes.
  • the coordinates of the average value Q1 can be calculated by calculating a from formulas (I) and (II) in the figure, where n is an arbitrary natural number, and substituting it into formula (III).
  • n is an arbitrary natural number
  • n is a coefficient indicating the degree of weighting, and the larger the n, the harder the original point P1 moves.
  • Pu ′ is 4 points, but the average value can be calculated in the same manner even if Pu ′ is 3 points or less or 5 points or more.
  • the weighted average value of the correction processing point Pt and the set point Pw ′ can be calculated.
  • the distance calculation unit 24 calculates the distance from the corrected machining point Pt to another machining point Pu or the distance L to the set point Pw set at equal intervals on the tool path.
  • points other than the processing point Pu or the set point Pw may be set as the distance calculation points, and the configuration of the distance calculation unit is not limited to that described above. If the position data of the corrected machining point Pt is corrected based on the average value calculated by the average value calculation unit 26 and a new tool path PA ′ is generated based on the position data of the corrected machining point Pt ′, data correction is performed.
  • the part 27 may have any configuration.
  • a new tool path PA ′ may be generated by calculating an approximate curve using position data of the corrected machining point Pt ′ and setting a new machining point along the approximate curve. .
  • All machining points P1 to PN are sequentially replaced with corrected machining points Pt, and the average value calculation process is executed to generate a new tool path PA ′. However, some machining points (for example, only one point) are generated. A new tool path PA ′ may be generated by executing the average value calculation process in place of the corrected machining point Pt.
  • the control device 10 provided in the machine tool is provided with the tool path generation device 20 and the numerical control device 30, and the machining program 12 is rewritten to the machining program 13 by a command from the tool path generation device 20.
  • a machining command that can be interpreted by the acceleration / deceleration control unit of the numerical control device 30 may be output from the tool path generation device 20.
  • the tool path generation device 20 may be provided inside the numerical control device 30 or inside the CAM 11.
  • the tool path generation device 20 may be provided in a computer different from the control device 10.
  • the tool path generation device 20 is applied to the machining center.
  • the tool path generation device of the present invention is also applied to other machine tools that need to generate a tool path when machining a workpiece. It is applicable to.
  • the present invention since the distance from the machining point to the distance calculation points on the plurality of rows of tool paths is calculated, and a new tool path is generated using the average value, an approximate curve or the like is calculated. Therefore, a new tool path can be quickly generated with a simple arithmetic expression.

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Abstract

本願発明は、近似曲線等を算出することなく、簡易な演算式によって新たな工具経路を迅速に生成することを目的としており、予め定められた複数の加工点を順次直線で結んで得られる複数列の工具経路（ＰＡ）上の一の加工点（Ｐｉ）を修正加工点（Ｐｔ）とし、この修正加工点（Ｐｔ）の周囲にある複数列の工具経路上の点を距離算出点（Ｐｕ）として、修正加工点（Ｐｔ）から各々の距離算出点（Ｐｕ）までの距離（Ｌ）を算出する距離算出手順と、距離算出手順により算出された距離（Ｌ）が所定値（ΔＬ）以内である距離算出点（Ｐｕ'）を抽出する抽出手順と、抽出手順により抽出された距離算出点（Ｐｕ'）の位置データと修正加工点（Ｐｔ）の位置データの平均値を算出する平均値算出手順と、平均値算出手順により算出された平均値により修正加工点（Ｐｔ）の位置データを修正し、修正後の加工点（Ｐｔ'）の位置データに基づき新たな工具経路（ＰＡ'）を生成するデータ修正手順とを含んだ手順で工具経路を生成する。

Description

工具経路の生成方法および生成装置
　本発明は、ワークの加工時における工具経路を生成する工具経路の生成方法および生成装置に関する。
　一般に、数値制御工作機械によりワークを加工する場合、加工プログラムには、座標成分を含む加工指令点のデータ（加工点データ）により複数列の工具経路が設定される。この際、互いに隣接した工具経路間で加工面の法線方向における加工点データにばらつきがあると、加工面に段差が生じ、ワークの加工形状が損なわれる。このような工具経路間の段差を抑制するため、一の工具経路（以下、第１の工具経路と呼ぶ）の連続した加工指令点（加工点）の間に、その工具経路の両側の工具経路（以下、第２、第３の工具経路と呼ぶ）を用いて補助点を挿入し、これら連続した加工点と補助点との近似曲線により工具経路を生成するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
　この特許文献１記載の装置では、第１の工具経路上の連続した加工点の中点を求め、その中点から第２、第３の工具経路にそれぞれ垂線を引き、第２、第３の工具径路上において、第１の工具経路上の連続した加工点に対応する加工点をそれぞれ求める。これら各工具経路上の加工点を用いて各工具経路の近似曲線をそれぞれ算出し、これら近似曲線と第１の工具経路の中点から引かれた垂線の足の位置とに基づいて補助点を導出する。
　しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように、複数の工具経路の近似曲線を算出して補助点を導出するようにしたのでは、処理が煩雑であり、工具経路の生成に時間がかかる。
特開２０００−３５３００６号公報
　本発明は、ワークの加工時における工具経路を生成する工具経路の生成方法であって、予め定められた複数の加工点を順次直線で結んで得られる複数列の工具経路上の一の加工点を修正加工点とし、この修正加工点の周囲にある複数列の工具経路上の点を距離算出点として、修正加工点から各々の距離算出点までの距離を算出する距離算出手順と、距離算出手順により算出された距離が所定値以内である距離算出点を抽出する抽出手順と、抽出手順により抽出された距離算出点の位置データと修正加工点の位置データの平均値を算出する平均値算出手順と、平均値算出手順により算出された平均値により修正加工点の位置データを修正し、修正後の加工点の位置データに基づき新たな工具経路を生成するデータ修正手順とを含む。
　また、本発明は、ワークの加工時における工具経路を生成する工具経路の生成装置であって、予め定められた複数の加工点を順次直線で結んで得られる複数列の工具経路上の一の加工点を修正加工点とし、この修正加工点の周囲にある複数列の工具経路上の点を距離算出点として、修正加工点から各々の距離算出点までの距離を算出する距離算出部と、距離算出部により算出された距離が所定値以内である距離算出点を抽出する抽出部と、抽出部により抽出された距離算出点の位置データと修正加工点の位置データの平均値を算出する平均値算出部と、平均値算出部により算出された平均値により修正加工点の位置データを修正し、修正後の加工点の位置データに基づき新たな工具経路を生成するデータ修正部とを備える。
　図１は、本発明の実施の形態に係る工具経路生成装置を有する工作機械全体の概略構成を示す図である。
　図２は、図１の工具経路生成装置が適用される前の工具経路の一例を示す図である。
　図３は、図１の制御装置の構成を示すブロック図である。
　図４は、図３の工具経路生成装置の構成を示すブロック図である。
　図５Ａ、図５Ｂは、本発明における工具経路生成装置の適用による新たな工具経路の生成を説明する図である。
　図６Ａ，６Ｂは、本発明における工具経路生成装置の精密モードを説明する図である。
　図７は、図５Ａ，図５Ｂの変形例を示す図である。
　図８は、図３の平均値演算部における加重平均の処理を説明する図である。
　以下、図１~図８を参照して、本発明による工具経路生成装置の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る工具経路生成装置を有する工作機械全体の概略構成を示す図であり、一例として立形のマシニングセンタを示している。
　ベッド１上にはコラム２が立設され、コラム２には、直線送り機構を介して上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に主軸頭３が支持されている。主軸頭３には、主軸を介して下向きに工具４が取り付けられている。工具４は例えばエンドミルであり、主軸頭３内のスピンドルモータにより回転駆動される。ベッド１上には、直線送り機構を介して水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能にサドル５が支持され、サドル５上にはＹ軸方向と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能にテーブル６が支持されている。直線送り機構は、例えばボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータとにより構成される。この構成により、工具４とワークＷとが直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に相対移動し、ワークＷが加工される。
　スピンドルモータおよび各サーボモータは、それぞれ加工プログラムに従い制御装置１０によって制御される。加工プログラムには、予め工具経路として工具４の移動軌跡が設定され、この工具経路に沿ってワークＷに対し工具４が相対移動する。
　加工プログラムは、周知のＣＡＤ／ＣＡＭシステムを利用して作成される。すなわち、ワークＷの加工形状に対応したＣＡＤデータに基づき、微小な直線指令の集まりであるＣＡＭデータが作成される。このＣＡＭデータは膨大な量の点群データからなるため、加工プログラムに適したデータ量となるように、ＣＡＭデータから所定のルールに従ってデータを間引き、複数の加工指令点（以下、単に加工点と呼び、あるいはブロック端点と呼ぶ場合もある）を含む加工プログラムが作成される。
　このような加工プログラムには、加工点の座標データ（以下、位置データ、加工点データ、あるいはブロック端点データと呼ぶ場合もある）がブロック形式で与えられている。加工開始点から加工終了点までの加工点の総数をＮとすると、各加工点には１~Ｎまでの加工点番号が付されており、この番号順に加工点Ｐ（ブロック端点）を順次結ぶことにより、ワーク加工時の工具軌跡の指令値である工具経路が得られる。なお、以下では、加工点番号１~Ｎを用いて各加工点をＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮで表す。図２は、このようにして作成された加工プログラムによる工具経路の一例を示す図であり、３次元の曲面状の加工面に沿った複数列の工具経路ＰＡが示されている。
　このようにＣＡＤデータおよびＣＡＭデータを介して複数列の工具経路を生成する場合、ＣＡＤ上で加工形状を定義（モデリング）する際の形状誤差や、ＣＡＤからＣＡＭへ形状データを受け渡す際の近似誤差等に起因し、工具経路間で加工点位置にばらつきが生じる。すなわち、図２の工具経路ＰＡ１およびＰＡ２に示すように、他の工具経路と比較した場合に、加工面に対し法線方向への位置ずれΔＬ（経路誤差）が生じる。その結果、加工面に段差あるいは凹凸が生じることとなり、滑らかな加工面形状を得ることができない。そこで、本実施の形態では、工具経路間で加工点位置にばらつきがあった場合でも、滑らかな加工面形状を得ることができるように、以下のように加工点位置を修正した新たな工具経路を生成する。
　図３は、制御装置１０の構成を示すブロック図である。制御装置１０は、ＣＡＭ１１によって生成された加工プログラム１２を読み込んで、ワーク加工時における新たな工具経路を生成する工具経路生成装置２０と、工具経路生成装置２０によって生成された工具経路を含む加工プログラム１３に従い、工作機械に設けられた送り軸駆動用の各モータ１５を制御し、工具経路に沿ってワークＷに対し工具４を相対移動させる数値制御装置３０とを有する。数値制御装置３０は、加工プログラム１３に設定されたＮＣデータを読み込むプログラム読み取り部３１と、モータ１５の加減速を制御する加減速制御部３２と、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の各送り軸の目標移動量を演算する補間演算部３３とを含む。
　図４は、工具経路生成装置２０の構成を示すブロック図である。工具経路生成装置２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭその他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成され、プログラム読み取り部２１と、モード切換部２２と、距離算出点設定部２３と、距離演算部２４と、データ抽出部２５と、平均値演算部２６と、データ修正部２７とを有する。
　プログラム読み取り部２１は、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって作成された加工プログラムのブロック端点データ、すなわち、加工点の３次元座標データ（加工点データ）を順次読み込む。図５Ａは、ブログラム読み取り部２１で読み込まれた加工点Ｐを順次直線で結んで得られる工具経路ＰＡ（ＰＡ１~ＰＡ５）を示す図である。本実施の形態では、後述するように一の加工点Ｐを修正加工点Ｐｔとして設定し、その修正加工点Ｐｔから所定範囲内にある工具経路上の各点までの距離を演算する。なお、ここでは、図５Ａに示すように、例えば修正加工点Ｐｔを中心とした前後５パス分の経路ＰＡ１~ＰＡ５が所定範囲として定められる。このため、プログラム読み取り部２１は、修正加工点Ｐｔを中心とした前後５パス分の工具経路ＰＡ１~ＰＡ５に相当する数ΔＮの加工点データを読み込み、メモリに格納する。
　１パス分のデータ数は、工具４の送り量と加工点ピッチ（加工点間の間隔）とによって定まる。例えば、工具４の送り量が１００ｍｍで加工点ピッチが０．１ｍｍであるとき、１パス分として１０００点、全体でΔＮ＝５０００点の加工点データが読み込まれる。この場合、修正加工点ＰｔがＰｉ（ｉ番目の加工点データ）であるとき、１~Ｎの範囲内において、Ｐ（ｉ＋１−ΔＮ／２）~Ｐ（ｉ＋ΔＮ／２）の加工点データが読み込まれる。具体的には、例えばＮが１００００、ＰｔがＰ５０００であるとき、Ｐ２５０１~Ｐ７５００の加工点データが読み込まれ、ＰｔがＰ１０００であるとき、Ｐ１~Ｐ３５００の加工点データが読み込まれ、ＰｔがＰ９０００であるとき、Ｐ６５０１~Ｐ１００００の加工点データが読み込まれる。
　モード切換部２２は、例えばユーザによって操作されるスイッチによって構成され、工具経路生成モードを簡易モードと精密モードのいずれかに切り換える。なお、工場出荷時に、予め工具経路生成モードをいずれかに切り換えておき、ユーザによるモード切換を不可としてもよい。
　以下では、まず、工具経路生成モードが簡易モードに切り換えられているものとして、距離演算部２４、データ抽出部２５および平均値演算部２６の処理を説明する。
　距離演算部２４は、プログラム読み取り部で読み取られた加工点データ（三次元座標成分）に基づき、修正加工点Ｐｔから工具経路ＰＡ１~ＰＡ５上の他の加工点Ｐｕまでの直線距離Ｌを算出する。
　データ抽出部２５は、加工点Ｐｕの中から、修正加工点Ｐｔからの距離Ｌが予め定められた所定値Ｌ１以内である加工点Ｐｕ’を抽出する。所定値Ｌ１は、例えば同一の工具経路上における隣接する加工点間の距離とほぼ同程度の値に設定される。したがって、データ抽出部２５では、図５Ａに示すように修正加工点Ｐｔを中心とした半径ΔＬ１の球状領域（点線領域Ａ）に含まれる複数の加工点Ｐｕ’が抽出される。
　平均値演算部２６は、修正加工点Ｐｔと抽出された加工点Ｐｕ’との座標成分毎の平均値を算出する。すなわち、修正加工点ＰｔのＸ座標値と各加工点Ｐｕ’のＸ座標値を加算し、その全体を、加算したデータ数で除算することにより、Ｘ座標成分の平均値を算出する。Ｙ座標成分およびＺ座標成分についても、同様に平均値を算出する。これにより図５Ｂに示すように、加工点Ｐｉを修正加工点Ｐｔとして、その位置データを修正した新たな加工点Ｐｔ’を得ることができる。
　平均値算出処理が終了すると、修正加工点Ｐｔを加工点Ｐｉから他の加工点Ｐｉ＋１に変更し、上述の処理を繰り返す。すなわち、１番目Ｐ１の加工点からＮ番目の加工点ＰＮまで順次修正加工点Ｐｔを変更し、一連の処理を繰り返し実行する。この場合、他の加工点Ｐｕ（図５Ａ）の平均値算出処理が既に終了していたとしても、距離演算部２４は、平均値算出前の位置データを用いて他の加工点Ｐｕまでの距離Ｌを算出する。すなわち、図５Ｂの加工点Ｐｉ＋１を修正加工点Ｐｔとして加工点Ｐｉまでの距離Ｌを算出する場合、加工点Ｐｉの位置データは平均値算出前の値が用いられる。
　Ｐ１~ＰＮまでの平均値算出処理が終了すると、データ修正部２７からの指令により、加工プログラム１２の加工点データが書き換えられ、新たな加工プログラム１３が作成される。すなわち、各ブロック端点の位置データが修正後の位置データに書き換えられる。これら修正後のブロック端点を順次結ぶことにより、図５Ｂの点線に示すような新たな工具経路ＰＡ’を生成することができる。なお、全ての加工点の平均値算出処理が終了した後でなく、各加工点Ｐｉの平均値算出処理が終了する度に、加工プログラムを書き換えるようにしてもよい。
　このような新たな工具経路ＰＡ’においては、修正後の加工点Ｐｔ’の位置データがその周囲の加工点Ｐｕ’の位置データによって平均化されている。このため、加工プログラム１２から読み取られた加工点データに加工面に対する法線方向への位置ずれΔＬ（図２）があったとしても、その位置ずれΔＬを低減することができ、滑らかなワーク加工面形状を得ることができる。
　次に、モード切換部２２で工具経路生成モードが精密モードに切り換えられている場合の処理を説明する。図６Ａは、プログラム読み取り部２１で読み取られた加工プログラム１２における工具経路ＰＡの一例を示す図であり、図では、加工点Ｐａ~Ｐｅにより工具経路ＰＡが示されている。なお、Ｐａはプログラム読み取り部２１が読み取った最初の点である。
　距離算出点設定部２３は、この工具経路ＰＡ上に、図６Ｂに示すように、Ｐａを始点として予め定められた長さΔｗの道のり毎に複数の設定点Ｐｗを設定する。設定点Ｐｗは、図５Ａに示す所定範囲の工具経路Ｐ１~Ｐ５の全てにわたって設定され、これら設定点Ｐｗの位置データはメモリに格納される。なお、Δｗは、メモリの記憶容量を考慮し、例えば同一経路上で隣接する加工点間の距離の１／３~１／２倍程度に設定される。
　距離演算部２４は、設定点Ｐｗの位置データに基づき、修正加工点Ｐｔから各設定点Ｐｗまでの距離Ｌを算出する。データ抽出部２５は、算出された修正加工点Ｐｔからの距離Ｌが所定値Ｌ１以内である設定点Ｐｗ’を抽出する。平均値演算部２６は、修正加工点Ｐｔと抽出された設定点Ｐｗ’の座標成分毎の平均値を算出する。これにより修正加工点Ｐｔの位置データを修正した新たな加工点Ｐｔ’を得ることができる。
　平均値算出処理が終了すると、図５Ｂに示すように修正加工点Ｐｔを加工点Ｐｉから他の加工点Ｐｉ＋１に変更し、上述の処理を繰り返す。この場合も、簡易モードにおけるのと同様、距離演算部２４では、既に他の加工点の平均値算出処理が終了していたとしても、平均値算出前の位置データを用いて他の加工点までの距離Ｌを算出する。全ての加工点Ｐ１~ＰＮに対する平均値算出処理が終了すると、データ修正部２７からの指令により加工プログラム１２の加工点データが書き換えられ、新たな工具経路を含んだ加工プログラム１３が作成される。
　このような精密モードにおける加工点データの修正処理においては、工具経路ＰＡ上に加工点間隔よりも密に設定点Ｐｗを設定するため、簡易モードよりも多くの点を用いて座標成分の平均化処理を行うことができる。このため、修正加工点Ｐｔが周囲の形状の影響を受けやすく、より滑らかなワーク加工面を形成することができる。
　本実施の形態に係る工具経路生成方法の代表的な動作をまとめれば次のようになる。
　まず、プログラム読み取り部２１で、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって生成された加工プログラム１２を読み込み、修正加工点Ｐｔを中心とした所定数ΔＮのブロック端点のデータをメモリに格納する。モード切換部２２で簡易モードが設定されている場合には、距離演算部２４で、図５Ａに示すように修正加工点Ｐｔからその周囲にある他の加工点Ｐｕまでの距離Ｌを算出する（距離算出手順）。
　次いで、データ抽出部２５で、算出された距離Ｌが所定値ΔＬ以内である加工点Ｐｕ’を抽出し（抽出手順）、平均値演算部２６で、抽出された加工点Ｐｕ’の位置データと修正加工点Ｐｔの位置データの平均値を算出する（平均値算出手順）。以上の処理を、修正加工点Ｐｔを加工点Ｐ１~ＰＮまで順次変更して繰り返した後、データ修正部２７からの指令により各加工点Ｐ１~ＰＮの位置データを修正し、新たな工具経路ＰＡ’を生成する（データ修正手順）。
　一方、モード切換部２２で精密モードが設定されている場合には、距離算出点設定部２３で、工具経路ＰＡ上に所定の道のり間隔Δｗで設定点Ｐｗを設定し、距離演算部２４で、修正加工点Ｐｔから各設定点Ｐｗまでの距離Ｌを算出する。
　次いで、データ抽出部２５で、算出された距離Ｌが所定値ΔＬ以内である設定点Ｐｗ’を抽出し、平均値演算部２６で、抽出された設定点Ｐｗ’の位置データと修正加工点Ｐｔの位置データの平均値を算出する。修正加工点Ｐｔを加工点Ｐ１~ＰＮまで順次変更して繰り返した後、データ修正部２７からの指令により各加工点Ｐ１~ＰＮの位置データを修正し、新たな工具経路ＰＡ’を生成する。以上の処理を、修正加工点ＰｔをＰ１~ＰＮまで順次変更して繰り返した後、データ修正部２７からの指令により各加工点Ｐ１~ＰＮの位置データを修正し、新たな工具経路ＰＡ’を生成する。
　本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）簡易モードにおいては、予め定められた複数列の工具経路ＰＡ上の一の加工点Ｐｉを修正加工点Ｐｔとして、その修正加工点Ｐｔから他の加工点Ｐｕまでの距離Ｌを算出し、算出された距離Ｌが所定値ΔＬ以内である加工点Ｐｕ’を抽出し、抽出された加工点Ｐｕ’の位置データと修正加工点Ｐｔの位置データの平均値を算出し、この平均値により修正加工点Ｐｔの位置データを修正して（Ｐｔ’）、新たな工具経路ＰＡ’を生成するようにした。これにより加工プログラム１２に設定された加工点データにばらつきがあっても、加工面に段差を生じることなく、滑らかなワーク加工形状を得ることができる。また、簡易な演算式によって修正加工点ＰｔをＰｔ’に修正することができるため、加工点の修正に要する処理時間を短縮することができ、新たな工具経路ＰＡ’を迅速に生成することができる。
（２）精密モードにおいては、複数列の工具経路ＰＡ上に、加工点間隔よりも密な間隔で設定点Ｐｗを設定するとともに、修正加工点Ｐｔから各設定点Ｐｗまでの距離Ｌを算出し、算出された距離Ｌが所定値ΔＬ以内である設定点Ｐｗ’を抽出し、抽出された設定点Ｐｗ’の位置データと修正加工点Ｐｔの位置データの平均値を算出し、この平均値により修正加工点Ｐｔの位置データを修正して新たな工具経路ＰＡ’を生成するようにした。これにより、簡易モードに比べ、より滑らかなワーク加工形状を得ることができる。
（３）モード切換部２２で、より迅速に工具経路を生成可能な簡易モードと、より滑らかな工具経路を生成可能な精密モードとに工具経路生成モードを切換可能としたので、ユーザの種々のニーズに容易に応えることができる。
（４）距離演算部２４では、位置修正前の加工点データを用いて修正加工点Ｐｔからの距離Ｌを演算するようにしたので、修正加工点Ｐｔの設定順序に拘わらず、一定の工具経路ＰＡ’を得ることができる。
　なお、上記実施の形態（簡易モード）では、データ抽出部２５で、修正加工点Ｐｔからの距離Ｌが所定値ΔＬ以内である加工点Ｐｕ’を抽出するようにしたが、抽出部の構成はこれに限らない。例えば図７に示すように、修正加工点Ｐｔを有する工具経路ＰＡ３を除いた工具経路ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ４，ＰＡ５上に、距離Ｌが所定値ΔＬ以内である複数の加工点Ｐｕ’がある場合に（点線領域Ａ）、工具経路ＰＡ１，ＰＡ２，ＰＡ４，ＰＡ５毎に修正加工点Ｐｔに最も近接した単一の加工点Ｐｕ’’のみを抽出し、これらＰｕ’’とＰｔの平均値を求めるようにしてもよい。この場合、加工点番号が連続する加工点Ｐｉは同一パス上にあると仮定し、加工点番号が連続する加工点Ｐｉの中から距離Ｌが最も短いものを抽出すればよい。精密モードにおいても同様に、各工具経路上に複数の設定点Ｐｗ’を抽出した場合に、その中から修正加工点Ｐｔに最も近接した設定点Ｐｗ’’のみを抽出するようにしてもよい。
　上記実施の形態（簡易モード）では、データ抽出部２５により抽出された加工点Ｐｕ’と修正加工点Ｐｔを単純平均するようにしたが、平均値算出部の構成はこれに限らず、例えば加重平均するようにしてもよい。図８は、加重平均の計算方法の一例を説明する図である。図中、修正加工点ＰｔをＰ１、データ抽出部２５で抽出された各加工点Ｐｕ’をＰ２~Ｐ４とし、修正加工点Ｐ１から各加工点Ｐ２~Ｐ５までの長さをそれぞれＬ２~Ｌ５としている。このとき、ｎを任意の自然数として図の式（Ｉ），（ＩＩ）よりａを算出し、式（ＩＩＩ）に代入することで、平均値Ｑ１の座標を算出することができる。
　このように加重平均により修正加工点Ｐｔの位置データを修正することで、修正加工点Ｐｔに近い点（図８ではＰ４）ほど、平均値に与える影響が大きくなる。このため、修正加工点Ｐ１と加工点Ｐ２~Ｐ５との距離Ｌが大きくばらつく場合に、単純平均では、元の点Ｐ１と平均化後の点Ｑ１との距離が離れやすく、工具経路にうねりが生じやすいが、加重平均とすることで、うねりの発生を抑えることができる。なお、ｎは重み付けの度合いを示す係数であり、ｎが大きいほど元の点Ｐ１が動きにくくなる。図８ではＰｕ’を４点としたが、Ｐｕ’が３点以下あるいは５点以上であっても同様に平均値を算出できる。精密モードにおいても同様に、修正加工点Ｐｔと設定点Ｐｗ’の加重平均値を算出できる。
　上記実施の形態では、距離演算部２４で、修正加工点Ｐｔから他の加工点Ｐｕまでの距離、あるいは工具経路上に等間隔で設定された設定点Ｐｗまでの距離Ｌを算出するようにしたが、加工点Ｐｕまたは設定点Ｐｗ以外の点を距離算出点として設定してもよく、距離算出部の構成は上述したものに限らない。
　平均値演算部２６で算出された平均値により修正加工点Ｐｔの位置データを修正し、修正後の加工点Ｐｔ’の位置データに基づき新たな工具経路ＰＡ’を生成するのであれば、データ修正部２７の構成はいかなるものでもよい。例えば、修正後の加工点Ｐｔ’の位置データを用いて近似曲線を算出し、近似曲線に沿って新たに加工点を設定することで、新たな工具経路ＰＡ’を生成するようにしてもよい。
　全ての加工点Ｐ１~ＰＮを順次修正加工点Ｐｔに置き換えて平均値演算処理を実行し、新たな工具経路ＰＡ’を生成するようにしたが、一部の加工点（例えば１点のみ）を修正加工点Ｐｔに置き換えて平均値演算処理を実行することで、新たな工具経路ＰＡ’を生成するようにしてもよい。
　上記実施の形態では、工作機械に設けられる制御装置１０に、工具経路生成装置２０と数値制御装置３０とを設け、工具経路生成装置２０からの指令により加工プログラム１２を加工プログラム１３に書き換えるようにしたが、工具経路生成装置２０から数値制御装置３０の加減速制御部が解釈可能な加工指令を出力するようにしてもよい。工具経路生成装置２０を数値制御装置３０の内部あるいはＣＡＭ１１の内部に設けるようにしてもよい。制御装置１０とは別のコンピュータに、工具経路生成装置２０を設けるようにしてもよい。上記実施の形態では、工具経路生成装置２０をマシニングセンタに適用するようにしたが、ワークの加工時における工具経路を生成する必要のある他の工作機械にも、本発明の工具経路生成装置を同様に適用可能である。
　本発明によれば、加工点から複数列の工具経路上の距離算出点までの距離を算出し、その平均値を用いて新たな工具経路を生成するようにしたので、近似曲線等を算出することなく、簡易な演算式によって新たな工具経路を迅速に生成することができる。
１０　制御装置
２０　工具経路生成装置
２１　プログラム読み取り部
２２　モード切換部
２３　距離算出点設定部
２４　距離演算部
２５　データ抽出部
２６　平均値演算部
２７　データ修正部
３０　数値制御装置
Ｐｔ，Ｐｔ’　修正加工点
ＰＡ，ＰＡ’　工具経路

Claims (7)

  1. 　ワークの加工時における工具経路を生成する工具経路の生成方法であって、
    　予め定められた複数の加工点を順次直線で結んで得られる複数列の工具経路上の一の加工点を修正加工点とし、この修正加工点の周囲にある前記複数列の工具経路上の点を距離算出点として、前記修正加工点から各々の前記距離算出点までの距離を算出する距離算出手順と、
    　前記距離算出手順により算出された距離が所定値以内である距離算出点を抽出する抽出手順と、
    　前記抽出手順により抽出された距離算出点の位置データと前記修正加工点の位置データの平均値を算出する平均値算出手順と、
    　前記平均値算出手順により算出された平均値により前記修正加工点の位置データを修正し、修正後の加工点の位置データに基づき新たな工具経路を生成するデータ修正手順と、
    　を含む工具経路の生成方法。
  2. 　請求項１に記載の工具経路の生成方法において、
    　前記距離算出点は、前記複数列の工具経路上の他の加工点であり、
    　前記距離算出手順では、前記修正加工点から前記他の加工点までの距離を算出する工具経路の生成方法。
  3. 　請求項１に記載の工具経路の生成方法において、
    　前記距離算出点は、前記複数列の工具経路上に等間隔で設定された複数の設定点であり、
    　前記距離算出手順では、前記修正加工点から前記複数の設定点までの距離を算出する工具経路の生成方法。
  4. 　請求項１~３のいずれか１項に記載の工具経路の生成方法であって、
    　前記平均値算出手順では、前記修正加工点の位置データに対し、前記抽出手順により抽出された前記距離算出点の位置データを加重平均して前記平均値を算出する工具経路の生成方法。
  5. 　請求項１~４のいずれか１項に記載の工具経路の生成方法であって、
    　さらに前記抽出手順では、前記修正加工点を有する工具経路を除いた工具経路毎に、前記距離算出手順により算出された距離が前記所定値以内であり、かつ、前記修正加工点に最も近接した加工点を、前記距離算出点として抽出する工具経路の生成方法。
  6. 　請求項１~５のいずれか１項に記載の工具経路の生成方法であって、
    　前記修正加工点を前記一の加工点から前記他の加工点に順次変更し、変更された修正加工点毎に前記距離算出手順と前記抽出手順と前記平均値算出手順とを繰り返して、前記修正加工点毎の位置データの平均値を算出し、
    　前記データ修正手順では、これら修正加工点毎の位置データの平均値により、各修正加工点の位置データを修正し、修正後の加工点の位置データに基づき新たな工具経路を生成する工具経路の生成方法。
  7. 　ワークの加工時における工具経路を生成する工具経路の生成装置であって、
    　予め定められた複数の加工点を順次直線で結んで得られる複数列の工具経路上の一の加工点を修正加工点とし、この修正加工点の周囲にある前記複数列の工具経路上の点を距離算出点として、前記修正加工点から各々の前記距離算出点までの距離を算出する距離算出部と、
    　前記距離算出部により算出された距離が所定値以内である距離算出点を抽出する抽出部と、
    　前記抽出部により抽出された距離算出点の位置データと前記修正加工点の位置データの平均値を算出する平均値算出部と、
    　前記平均値算出部により算出された平均値により前記修正加工点の位置データを修正し、修正後の加工点の位置データに基づき新たな工具経路を生成するデータ修正部と、
    　を備える工具経路の生成装置。
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