WO2013145275A1 - ワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラム - Google Patents

ワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラム Download PDF

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machining
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machining surface
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二郎 安河内
忠 笠原
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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 workpiece machining surface display method, a workpiece machining surface display device, a tool path generation device, and a workpiece machining surface display program for displaying machining marks generated on a workpiece machining surface.
  • Patent Document 1 Conventionally, there has been known an apparatus that displays an image of a workpiece surface cut by a ball end mill together with a tool path at the time of cutting (for example, see Patent Document 1). There is also known an apparatus in which a workpiece end shape is displayed by subtracting a ball end mill sweep shape model from a three-dimensional model representing a workpiece shape (see, for example, Patent Document 2).
  • JP 2003-260528 A Japanese Patent No. 3571564
  • the present invention relates to a workpiece machining surface display method for displaying on a display device a machining trace generated when a workpiece machining surface is machined by a rotary tool having a cutting blade, and a dent caused by the cutting blade scraping the workpiece machining surface.
  • the present invention is a workpiece machining surface display device that displays a machining trace generated when a workpiece machining surface is machined by a rotary tool having a cutting blade, and the cutting blade is workpiece-worked before the workpiece machining.
  • a control unit for controlling the display device to display a recess specifying unit for specifying the shape and position of the recess generated by scraping the surface, and a recess image indicating the shape of the recess specified by the recess specifying unit at the specified position.
  • the present invention is a tool path generation device for generating a tool path for processing a workpiece surface with a rotary tool having a cutting edge, wherein the cutting edge scrapes the workpiece surface before processing the workpiece and the display device.
  • a depression identifying unit that identifies the shape and position of the depression generated by the display, and a display control unit that controls the display device to display a depression image representing the shape of the depression identified by the depression identifying unit at the identified position;
  • a path generation unit that generates a tool path of the rotary tool based on the shape and position of the recess specified by the recess specifying unit.
  • the present invention is a workpiece machining surface display program for causing a computer to execute a process of displaying a machining trace generated when machining a workpiece machining surface with a rotary tool having a cutting edge on a display device.
  • the first procedure for specifying the shape and position of the recess generated by the cutting edge scraping off the workpiece processing surface, and the recess image representing the shape of the recess specified in the first procedure are displayed at the specified position.
  • a second procedure for controlling the display device for controlling the display device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a workpiece processing surface display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing an example of a machine tool to which the workpiece surface display device of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a tool used for the machine tool of FIG.
  • FIG. 4A is a plan view showing an example of a workpiece surface shape after cutting.
  • 4B is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the recess formed on the workpiece surface and the machining point.
  • FIG. 6 is a plan view of a workpiece surface including a first machining area and a second machining area, and is a diagram for explaining problems of conventional machining.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a mesh created by the processing point setting unit of FIG.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating an example of a moving locus of the cutting blade.
  • FIG. 8B is a diagram showing a modification of FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a diagram for explaining processing in the depression identifying unit in FIG. 1.
  • FIG. 9B is a diagram for explaining processing in the depression identifying unit in FIG. 1.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an example of a workpiece image obtained by the workpiece machining surface display device of FIG. 1.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an example of a workpiece image obtained by the workpiece machining surface display device of FIG. 1.
  • FIG. 10B is an enlarged view of part b of FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of processing executed by the control device of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a workpiece processing surface display device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a workpiece processing surface display device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the workpiece processing surface display device 100 includes a display device 2 and a control device 1 that controls the display device 2.
  • the display device 2 is a monitor that displays an image of a machining mark generated on the workpiece machining surface.
  • the control device 1 is a computer configured to include an arithmetic processing device having a CPU, ROM, RAM, and other peripheral circuits. Functionally, as shown in FIG.
  • the processing order setting unit 12, the path generation unit 16, the depression identification unit 13, and the display control unit 14 are included.
  • a CAD device (Computer Aided Design Unit) 3 and an input device 4 are connected to the control device 1.
  • the control device 1 receives three-dimensional shape data corresponding to the machining shape of the workpiece from the CAD device 3 and various data related to image display from the input device 4.
  • the display control unit 14 generates an image signal and outputs it to the display device 2.
  • the control device 1 has a function of generating a tool path of the rotary tool by the path generation unit 16 and creating a machining program for machining the workpiece surface.
  • the machining program created by the control device 1 is an NC device ( (Numeric ⁇ Control Unit) 5.
  • the NC device 5 controls the machine tool based on this machining program, and the workpiece surface is machined by the machine tool.
  • FIG. 2 is a front view showing an example of a machine tool 50 to which the workpiece processing surface display device 100 according to the present embodiment is applied. Here, a vertical machining center is shown.
  • a column 52 is erected on the bed 51, and a spindle head 53 is supported on the column 52 so as to be movable in the vertical direction (Z-axis direction) via a linear feed mechanism.
  • a tool 54 is attached to the spindle head 53 downward through the spindle.
  • the tool 54 is a rotary tool having a cutting edge that intermittently cuts the surface 60 of the workpiece 6, and is constituted by, for example, a ball end mill.
  • the tool 54 is driven to rotate about an axis L0 parallel to the Z axis by a spindle motor 58 in the spindle head 53.
  • a saddle 55 is supported on the bed 51 so as to be movable in the horizontal direction (Y-axis direction) via a linear feed mechanism, and can be moved on the saddle 55 in a horizontal direction (X-axis direction) perpendicular to the Y-axis direction.
  • a table 56 is supported on the surface.
  • Each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis linear feed mechanisms includes, for example, a ball screw and a servo motor 59 that rotationally drives the ball screw.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis servomotors 59 are actually arranged at different positions, but in FIG. 2, for convenience, they are collectively shown as one servomotor 59.
  • the machine tool 50 may further include an A-axis, B-axis, and C-axis rotation feed axis.
  • the workpiece 6 is a molding die that requires, for example, surface finishing accuracy.
  • As the machine tool 50 to which the workpiece processing surface display device 100 according to the present embodiment is applied there are various types such as a horizontal machining center, a machining center for 5-axis machining, and a machine tool other than the machining center.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the tool 54 showing the machining state of the workpiece surface 60.
  • the axis B0 is inclined to incline the axis L0 of the tool 54 relative to the workpiece surface 60, and the angle between the axis L0 and the perpendicular L1 of the workpiece surface 60 is a predetermined angle ⁇ greater than 0 °. (For example, 45 °).
  • the tool 54 used in the present embodiment is a ball end mill having a predetermined number of spiral cutting blades 54 a on the peripheral surface, and the tip of which has an arc shape.
  • the tool 54 is a single-blade ball end mill in which the number of cutting blades 54a is one.
  • the shape of the tool tip (the radius of the sphere, etc.) based on the center 54b of the sphere of the tool tip is known in advance, and the position of the tool 54 can be specified by the coordinates of the center 54b.
  • the workpiece surface 60 When the workpiece surface 60 is machined while the tool 54 is rotated and moved relative to the workpiece 6, the workpiece surface 60 is intermittently cut by the cutting edge 54 a, and the workpiece surface 60 is referred to as a cusp 62 (see FIG. 4B). Uncut parts are generated.
  • FIG. 4A is a plan view showing an example of a workpiece surface shape after cutting
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 4A.
  • the workpiece surface 60 is shown in the XY plane
  • the workpiece surface shape in FIG. 4A is obtained by relatively moving the tool 54 along the machining point P0 as indicated by the arrow PA on the XY plane.
  • Each machining point P0 is a point representing a target position of the center 54b, which is a reference point of the tool 54 at the time of workpiece machining, that is, a machining command point for generating a tool path
  • an arrow PA corresponds to the tool path.
  • the machining program includes position data of the machining points P0 ordered along the tool path PA and data of the tool rotation amount.
  • the distance ⁇ P between the machining points P0 and P0 along the arrow PA corresponds to, for example, the feed amount of one blade, and the tool 54 rotates by one blade between the machining points.
  • the distance ⁇ Y in the Y-axis direction between the processing points P0 and P0 corresponds to the pick feed amount.
  • the tool 54 makes one rotation from the machining point P0 to the next machining point P0.
  • the workpiece surface 60 is scraped off by the cutting edge 54a, and a plurality of spherical recesses 61 corresponding to the tool shape are formed on the workpiece surface 60.
  • the feed amount ⁇ P in FIG. 4A is smaller than the diameter D of the recess 61, and the recesses 61 partially overlap each other.
  • a cusp 62 that is a convex uncut portion is generated between the adjacent recesses 61.
  • FIG. 4A when one depression 61 and its surrounding depression 61 are represented by 61a and 61b, respectively, six depressions 61b are formed uniformly around the depression 61a so as to partially overlap the depression 61a.
  • a linear intersection line 63 is generated at the boundary between the depression 61a and each depression 61b. Therefore, the recess shape after processing becomes a hexagonal shape (solid line) in plan view surrounded by the six intersecting lines 63.
  • FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the recess 61 formed on the workpiece surface 60 and the processing point P0.
  • the center point of the spherical recess 61 (intermediate point between the adjacent cusps 62 and 62) is P1
  • the designed workpiece surface ignoring the occurrence of the cusps 62 is 60a.
  • the center point P1 of the recess 61 is located on the workpiece surface 60a, and the machining point P0 is set at a position separated from the center point P1 by a predetermined distance ⁇ L1. Therefore, the tool path PA connecting the machining points P0 is generated at a predetermined distance ⁇ L1 from the workpiece surface 60a.
  • ⁇ L1 corresponds to the distance from the center 54b of the tool 54 in FIG. 3 to the outer peripheral surface of the cutting edge 54a at the tool tip, that is, the radius of the sphere at the tool tip.
  • the designed maximum distance between the workpiece surface 60a and the actual workpiece surface 60 corresponds to the cusp height ⁇ L2.
  • the machining points P0 are set uniformly above the workpiece surface 60 (strictly, the designed workpiece surface 60a) to generate the tool path PA, and the tool 54 is 1 between the machining points. If it is configured to rotate by the number of blades, a plurality of depressions 61 can be uniformly arranged on the workpiece surface 60.
  • the machining area includes a plurality of machining areas (first machining area and second machining area) that are adjacent to each other, each machining area generates a tool path independently of each other. There is a possibility that a dimple having an incomplete shape is generated at the boundary of the processing region. This problem will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a plan view of the workpiece surface W1 including the first machining area AR1 and the second machining area AR2.
  • region is an area
  • a plurality of machining points P0 are equally set as in FIG. 4A.
  • the second machining area is machined along the tool path PA2 independent of the tool path PA1.
  • the position of the depression 61 in the first machining area AR1 is independent of the position of the depression 61 in the second machining area AR2.
  • a recess 61c having an incomplete shape is generated at the boundary AR3 between the first processing region AR1 and the second processing region AR2, and the processing mark such as a streak pattern may remain on the workpiece processing surface due to the recess 61c having the incomplete shape.
  • Such a processing mark is not preferable for a workpiece 6 (for example, a mold) that requires a surface processing quality. If the user can grasp in advance the machining trace generated on the workpiece surface 60 before machining the workpiece, it is possible to avoid the occurrence of the streak pattern as shown in FIG. 6 by resetting the machining conditions such as the tool path. Can do. Therefore, in this embodiment, the shape and position of the depression 61 generated on the workpiece surface 60 are predicted, and the prediction result is displayed on the display device 2. In order to realize this, the control device 1 is configured as follows.
  • the machining point setting unit 11 in FIG. 1 divides the shape model representing the workpiece surface shape into a plurality of meshes, and sets the machining point P0 according to the mesh.
  • the conditions for creating the mesh are input in advance from the input device 4 and stored in the memory.
  • the machining point setting unit 11 reads the mesh creation conditions and also reads the design shape data of the workpiece surface 60 a from the CAD device 3. Based on these input data, a mesh is automatically created along the workpiece surface shape, and a processing point P0 is set.
  • the input device 4 is configured by a keyboard, a touch panel, or the like, and the user can input the shape and dimensions of the mesh as a mesh creation condition.
  • Information such as the type of tool 54, the number of cutting edges 54a, the size of the tool tip (the radius of the sphere of the tool tip), the feed speed and rotation speed of the tool 54, and the like are also input from the input device 4.
  • Various information input from the input device 4 is stored in the memory.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the mesh MS created by the processing point setting unit 11.
  • an equilateral triangular mesh MS is created along the workpiece surface 60a by using triangulation of drony.
  • the vertex of the mesh MS corresponds to the center point P1 (FIG. 5) of the recess 61 displayed on the display device 2, and the distance between the center points P1 and P1 corresponds to the size of the recess 61.
  • the machining point setting unit 11 divides the designed workpiece surface 60a into meshes, and then sets the machining point P0 at a position separated from each vertex P1 of the mesh MS by a predetermined distance ⁇ L1 (FIG. 5).
  • the set machining point P0 is stored in the memory.
  • the dent displayed on the display device 2 is referred to as a dent image 610 and may be distinguished from the dent 61 formed on the actual work surface 60.
  • a mesh creation method in the processing point setting unit 11 a user may give a mesh creation start point in advance, and the mesh MS may be created sequentially according to a predetermined pattern from the start point.
  • the user may set it manually via the input device 4. That is, the processing point P0 set by the processing point setting unit 11 may be either automatic or manual.
  • the machining order setting unit 12 sequentially connects the machining points P0 set by the machining point setting unit 11, and sets the machining order.
  • This machining order represents the tool path PA.
  • the machining points P0 included in the respective machining areas AR1 and AR2 are arranged from one end along one direction. It is automatically set by repeatedly connecting to the other end and then sequentially connecting in the opposite direction with shifting by the amount of pick feed.
  • the set processing order is stored in the memory. Instead of automatically setting the processing order, the user may set it manually via the input device 4. That is, the processing order set by the processing order setting unit 12 may be either automatic or manual.
  • the indentation specifying unit 13 includes the shape data of the workpiece 6 input from the CAD device 3, the shape data of the tool 54 input from the input device 4, and information on the tool path PA stored in the memory (the processing point P0 and the processing order).
  • the shape and the position of the depression 61 are specified based on the data (1). More specifically, first, the shape data (arc curve) of the cutting edge 54a of the tool 54 is taken out, and the movement locus when the curve is rotated and fed according to the information of the tool path PA is obtained.
  • the information on the tool path PA includes information such as the posture of the tool 54, the rotation speed, and the feed speed.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating an example of the movement locus 540 of the cutting edge 54a.
  • the movement trajectory 540 advances spirally along the tool path PA.
  • the rotational speed of the tool 54 is sufficiently faster than the feed speed, and the tool 54 rotates by one edge at each processing point P0, so that the workpiece after processing as shown in FIG. 4A.
  • a spherical recess 61 is formed on the surface 60. Therefore, as shown in FIG. 8B, spheres 541 having a predetermined radius centered on the machining point P0 (tool center 54b) are arranged continuously along the tool path PA, and thereby the movement locus 540 can be approximated.
  • FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams for explaining the procedure for creating the workpiece shape model M3 after machining.
  • the workpiece shape model M1 before machining is a cube
  • the model M2 of the movement locus 540 of the cutting edge 54a is a hemisphere. Show.
  • a part of the shape model M2 of the sphere 541 overlaps the workpiece shape model M1 before processing.
  • the depression specifying unit 13 removes the overlapping portion from the workpiece shape model M1.
  • a workpiece shape model M3 after processing in which a depression 61 is added to the workpiece shape model M1 can be obtained.
  • the calculation for removing the model M2 of the movement trajectory 540 from the workpiece shape model M1 can be performed using, for example, a Boolean calculation. Note that the Boolean operation is a function of a normal three-dimensional CAD device, and detailed description thereof is omitted.
  • a depression 61 is formed, whereby the shape and position of the depression 61 can be specified.
  • the movement trajectory 540 is approximated by an assembly of spheres 541 having the same shape, only the position data of each processing point P0 and the shape data of one kind of sphere 541 can be used.
  • a position can be defined.
  • the data amount is small, and the workpiece shape model M3 can be acquired in a short time.
  • the shape and position of the depression 61 can be defined more accurately, but the amount of data becomes enormous and the calculation time increases.
  • the display control unit 14 generates an image signal corresponding to the workpiece shape model M3. And the image (work image) of the workpiece processing surface including the hollow image 610 is displayed on the display device 2.
  • the hollow image 610 is displayed three-dimensionally by a polygon patch (triangular patch or the like) or a wire frame known as a display method of a normal three-dimensional CAD device.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating an example of the work image 70
  • FIG. 10B is an enlarged view of a portion b in FIG. 10A.
  • the position of the work image 70 to be enlarged can be appropriately selected by the user by operating the input device 4 (for example, a mouse).
  • the image of FIG. 10A and the image of FIG. 10B may be displayed simultaneously by dividing the monitor screen into a plurality, or only one of them may be displayed according to the user's selection.
  • the processing traces in the workpiece image 70 may be displayed only for necessary portions set in advance by the user. In FIG. 10A, a part of the processing traces on the workpiece surface is displayed.
  • the depression image 610 is shaded.
  • the light reflectance of each element (for example, a triangular patch) constituting the hollow image 610 is obtained, and each element according to the reflectance is obtained.
  • the shading on the display has been changed. Thereby, the unevenness
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of processing (display processing) executed by the control device 1. The process shown in this flowchart is started when, for example, the user operates the input device 4 to input a machining surface display command.
  • step S1 workpiece shape data is read from the CAD device 3, and various data (mesh creation conditions, shape data of the tool 54, posture of the tool 54, rotation speed, feed speed, etc.) stored in advance in the memory are read. .
  • step S2 the workpiece surface 60a is divided into a plurality of meshes MS according to the mesh creation conditions. Then, each vertex of the mesh MS is set as the center point P1 of the hollow image 610, and a processing point P0 corresponding to the center point P1 is calculated and stored in the memory.
  • step S3 each processing point P0 obtained in step S2 is sequentially connected, and the processing order is set.
  • the machining order is a part of the information on the tool path PA, and in step S3, the machining order is stored in the memory together with information on other tool paths PA stored in advance, such as the posture, rotation speed, and feed rate of the tool 54. To do.
  • step S4 the movement locus 540 of the cutting edge 54a is calculated based on the information on the tool path PA and the shape data of the tool 54 stored in advance. For example, when it is assumed that an assembly of spheres 541 centering on the processing point P0 (FIG. 8B) is the movement locus 540, the shape data of the sphere 541 is calculated.
  • step S5 the overlapped portion of the movement trajectory 540 of the tool 54 in step S4 is removed from the workpiece shape model M1 before machining obtained by the CAD device 3, and a workpiece shape model M3 after machining (FIG. 9B) is created. . That is, the workpiece shape model M3 is created by executing a Boolean calculation subtraction process. Since the workpiece shape model M3 includes the depression 61, the shape and position of the depression 61 can be specified by calculating the workpiece shape model M3.
  • step S6 an image signal corresponding to the workpiece shape model M3 in step S5 is generated.
  • an element of the triangular patch is generated.
  • the degree of shading of each element is determined according to the unevenness of the workpiece surface obtained by the workpiece shape model M3.
  • step S7 a control signal is output to the display device 2 based on the image signal in step S6, and the work image 70 (FIGS. 10A and 10B) corresponding to the work shape model M3 is displayed on the display device 2.
  • the work image 70 includes a dent (a dent image 610), as in the case of an actual processing mark. For this reason, the user can grasp
  • the shape of the dent represented by the dent image 610 is a three-dimensional shape (for example, a spherical shape), and reflects the actual shape of the machining trace on the workpiece surface. For this reason, the user can correctly grasp the surface pattern after machining the workpiece.
  • the depression shapes on the workpiece image 70 are the same shape (for example, spherical shape)
  • the depression image 610 is generated using the position data of one point for each processing point P0 specifying the position of each depression 61. The amount of data can be reduced.
  • the workpiece shape model M3 after machining is created by removing the model M2 of the movement locus 540 of the cutting edge 54a from the workpiece shape model M1 before machining by Boolean calculation.
  • FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a workpiece processing surface display device 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the control device 1 is provided with a machining point setting unit 11 and a machining order setting unit 12, and the control device 1 generates a machining program including the tool path PA and outputs the machining program to the NC device 5. I tried to do it.
  • a tool path is generated in advance by a tool path generation device (not shown), and the control device 1 captures information on the tool path PA output from the tool path generation device to the NC device 5.
  • the control device 1 is not provided with the machining point setting unit 11 and the machining order setting unit 12, but instead includes a tool path reading unit 15. Is provided.
  • the tool path reading unit 15 reads information on the tool path PA from the NC device 5 and stores it in the memory.
  • the recess specifying unit 13 is configured to receive the shape data of the workpiece 6 input from the CAD device 3, the shape data of the tool 54 input from the input device 4, and the tool path PA stored in the memory. Based on the information, a workpiece shape model M3 is created, and the shape and position of the depression 61 are specified. Similar to the first embodiment, the display control unit 14 generates an image signal corresponding to the workpiece shape model M3 and displays an image of the workpiece processing surface including the depression image 610 on the display device 2 (the workpieces in FIGS. 10A and 10B). The image 70) is displayed.
  • the user can predict in advance the surface pattern that is the machining trace after machining the workpiece, and it is possible to determine whether or not the tool path PA should be corrected.
  • the workpiece image 70 corresponds well to the actual machining trace.
  • the tool path PA is read from the NC device 5. For this reason, the process of step S2 of FIG. 11 and step S3 is unnecessary. The other processes are the same as those in FIG.
  • the shape M of the recess 61 is obtained by removing the model M2 of the movement locus 540 of the cutting edge 54a from the workpiece shape model M1 before machining to create a workpiece shape model M3 after machining.
  • the position was specified.
  • the configuration of the depression identification unit 13 is not limited to that described above.
  • the first step as the workpiece machining surface display method may be any as long as the cutting edge 54a predicts the shape and position of the recess 61 generated by scraping the workpiece machining surface.
  • the shape and position of the depression 61 may be predicted by a device other than the control device 1, and the prediction result may be taken into the control device 1.
  • the second step an image signal corresponding to the shape and position of the depression 61 specified by the workpiece shape model M3 is generated, and the work image 70 including the depression image 610 is displayed on the display device 2. did.
  • the display device 2 is controlled so as to display the dent image 610 representing the shape of the dent 61 at the position specified by the dent specifying unit 13, the configuration of the display control unit 14 is not limited to that described above. Absent.
  • the second step as the workpiece processing surface display method may be any.
  • a first procedure for specifying the shape and position of the depression 61 generated by cutting the workpiece machining surface 60 by the cutting edge 54a, and a depression image 610 representing the shape of the depression 61 identified by the first procedure If the control device 1 as a computer is caused to execute the second procedure for controlling the display device 2 so that the display device 2 is displayed at the specified position, the configuration of the workpiece machining surface display program is as described above. Not exclusively. Therefore, the processing in the control device 1 is not limited to that shown in FIG.
  • the work surface display program can be stored in the control device 1 via various storage media, communication lines, and the like.
  • the ball end mill is used as the tool 54, but a bull nose end mill (radius end mill) may be used instead.
  • a bull nose end mill When a bull nose end mill is used, the depression 61 can be approximated to a torus shape instead of a spherical shape. Therefore, the processing trace on the workpiece surface is, for example, a horizontally long hexagon in plan view, and the shape of the depression image 610 may be set in accordance with this. That is, in the above embodiment, the hollow image 610 is approximated by a spherical surface, but may be approximated by another curved surface such as an elliptical spherical surface.
  • the recesses 61 of the workpiece shape model M3 are all spherical surfaces having the same shape as an example. However, a plurality of recesses 61 such as a spherical shape and an elliptical spherical shape are set, and any shape is formed according to the position of the recesses 61. You may make it set a hollow.
  • the depression image 610 is three-dimensionally displayed by a polygon patch or the like so that the unevenness of the workpiece surface 60 is clearly shown, but may be two-dimensionally displayed as a simple hexagonal shape.
  • the present invention can be similarly applied to the case where another rotary tool having a cutting edge such as a grindstone is used as the rotary tool 54.
  • the configuration of the tool path generation device having the display device 2, the depression specifying unit 13, the display control unit 14, and the path generation unit 16 is not limited to the above.
  • the display device 2 is not limited to the form provided in the workpiece surface processing device 100 or the tool surface generation device in which a route generation unit is added to the workpiece surface processing device 100 as in this embodiment, and is also used as the display device of the NC device 5. It may also be used as a display device for the operation panel of the machine tool 50.
  • the shape and position of a dent generated by cutting the workpiece machining surface by the cutting edge is predicted before workpiece processing, and a dent image representing the shape of the dent is displayed in association with the predicted position. I made it. Therefore, the user can easily grasp in advance the surface pattern (machining trace) represented by the depression after machining the workpiece.

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Abstract

　切刃（５４ａ）を有する回転工具（５４）によりワーク加工面（６０）を加工したときに生じる加工痕を、表示装置（２）に表示するワーク加工面表示方法であって、切刃（５４ａ）がワーク加工面（６０）を削り取ることによって生じる窪み（６１）の形状および位置を予測する第１の工程と、第１の工程で予測した窪み（６１）の形状を表す窪み画像（６１０）を、予測した位置に対応付けて表示させる第２の工程と、を含む。

Description

ワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラム
　本発明は、ワーク加工面に生じる加工痕を表示するワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラムに関する。
　従来、ボールエンドミルにより切削加工されるワーク表面の画像を、切削加工時の工具経路とともに表示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）。また、ワーク形状を表す立体モデルからボールエンドミルの掃引形状のモデルを差し引いて、ワーク加工形状を表示するようにした装置も知られている（例えば特許文献２参照）。
　ところで、ボールエンドミル等の回転工具を用いてワーク表面を切削加工すると、ワーク表面は切刃によって断続的に切削される。このため、加工後のワーク表面には、工具経路に沿って多数の球面状の窪みが生じる。しかしながら、特許文献１，２記載の装置は、ワーク加工面に生じる加工痕を工具経路に沿って溝状に表示しているに過ぎず、ワーク加工面の実際の加工痕（窪み）に対応した表示を行うものではない。したがって、ユーザは、ワーク加工後の表面模様を予め把握することが困難であった。
特開２００３－２６０５２８号公報 特許第３５７１５６４号公報
　本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を、表示装置に表示するワーク加工面表示方法であって、切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を予測する第１の工程と、第１の工程で予測した窪みの形状を表す窪み画像を、予測した位置に対応付けて表示させる第２の工程と、を含む。
　また、本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示するワーク加工面表示装置であって、表示装置と、ワーク加工前に、切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を特定する窪み特定部と、窪み特定部で特定された窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように表示装置を制御する表示制御部と、を備える。
　さらに、本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク表面を加工するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、表示装置と、ワーク加工前に、切刃がワーク表面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を特定する窪み特定部と、窪み特定部で特定された窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように表示装置を制御する表示制御部と、窪み特定部で特定された窪みの形状および位置に基づいて、回転工具の工具経路を生成する経路生成部と、を備える。
　さらにまた、本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示装置へ表示する処理をコンピュータに実行させるワーク加工面表示プログラムであって、ワーク加工前に、切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を特定する第１の手順と、第１の手順で特定された窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように表示装置を制御する第２の手順と、を含む。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るワーク加工面表示装置の概略構成を示す図である。 図２は、図１のワーク加工面表示装置が適用される工作機械の一例を示す正面図である。 図３は、図２の工作機械に用いられる、ワーク表面の加工状態を示す工具の拡大図である。 図４Ａは、切削加工後のワーク表面形状の一例を示す平面図である。 図４Ｂは、図４Ａのｂ－ｂ線断面図である。 図５は、ワーク表面に形成される窪みと加工点との位置関係を示す図である。 図６は、第１加工領域と第２加工領域を含むワーク表面の平面図であり、従来の加工の問題点を説明する図である。 図７は図１の加工点設定部によって作成されたメッシュの一例を示す図である。 図８Ａは、切刃の移動軌跡の一例を示す図である。 図８Ｂは、図８Ａの変形例を示す図である。 図９Ａは、図１の窪み特定部での処理を説明する図である。 図９Ｂは、図１の窪み特定部での処理を説明する図である。 図１０Ａは、図１のワーク加工面表示装置により得られたワーク画像の一例を示す図である。 図１０Ｂは、図１０Ａのｂ部拡大図である。 図１１は、図１の制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第２の実施形態に係るワーク加工面表示装置の概略構成を示す図である。
－第１の実施形態－
　以下、図１～図１１を参照して、本発明によるワーク加工面表示装置の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るワーク加工面表示装置１００の概略構成を示す図である。このワーク加工面表示装置１００は、表示装置２と、表示装置２を制御する制御装置１とを有する。表示装置２は、ワーク加工面に生じる加工痕の画像を表示するモニタである。
　制御装置１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るコンピュータであり、機能的には、図１に示すように、加工点設定部１１と、加工順序設定部１２と、経路生成部１６と、窪み特定部１３と、表示制御部１４とを有する。制御装置１には、ＣＡＤ装置(Computer Aided Design Unit)３と入力装置４とが接続されている。制御装置１には、ＣＡＤ装置３からワークの加工形状に対応した３次元の形状データが入力され、入力装置４から画像表示に関する各種データが入力される。表示制御部１４は、画像信号を生成し、表示装置２に出力する。
　制御装置１は、経路生成部１６によって回転工具の工具経路を生成し、ワーク表面を加工するための加工プログラムを作成する機能を有し、制御装置１で作成された加工プログラムは、ＮＣ装置(Numerical Control Unit)５に出力される。ＮＣ装置５は、この加工プログラムに基づいて工作機械を制御し、工作機械によりワーク表面が加工される。図２は、本実施形態に係るワーク加工面表示装置１００が適用される工作機械５０の一例を示す正面図であり、ここでは立形のマシニングセンタを示している。
　図２に示すように、ベッド５１上にはコラム５２が立設され、コラム５２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５３が支持されている。主軸頭５３には、主軸を介して下向きに工具５４が取り付けられている。工具５４は、ワーク６の表面６０を断続的に切削する切刃を有する回転工具であり、例えばボールエンドミルによって構成される。工具５４は、主軸頭５３内のスピンドルモータ５８により、Ｚ軸に平行な軸線Ｌ０を中心に回転駆動される。
　ベッド５１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５５が支持され、サドル５５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５６が支持されている。Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用の各直線送り機構は、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５９とにより構成される。この構成により、工具５４とワーク６とが直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に相対移動し、ワーク６が加工される。
　Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータ５９は、実際には互いに異なる位置に配置されるが、図２では便宜上、これらをまとめて１つのサーボモータ５９として示している。工作機械５０は、さらにＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の回転送り軸を有していてもよい。ワーク６は、例えば表面の仕上げ精度が要求される成形用の金型である。なお、本実施形態に係るワーク加工面表示装置１００が適用される工作機械５０としては、例えば横形のマシニングセンタや５軸加工用のマシニングセンタ、マシニングセンタ以外の工作機械等、種々のものがある。
　図３は、ワーク表面６０の加工状態を示す工具５４の拡大図である。なお、図３では、Ｂ軸を傾けて工具５４の軸線Ｌ０をワーク表面６０に対して相対的に傾斜させ、軸線Ｌ０とワーク表面６０の垂線Ｌ１とのなす角を０°より大きな所定角度θ（例えば４５°）としている。図３に示すように、本実施形態で用いられる工具５４は、周面に所定枚数の螺旋状の切刃５４ａを有し、その先端部が円弧状を呈するボールエンドミルである。なお、以下では説明を簡単にするために、工具５４を、切刃５４ａの枚数が１枚である１枚刃ボールエンドミルと仮定する。工具先端部の球の中心５４ｂを基準とした工具先端部形状（球の半径等）は、予め把握されており、工具５４の位置は、中心５４ｂの座標によって特定できる。
　工具５４を回転させ、ワーク６に対して相対移動させながらワーク表面６０を加工すると、ワーク表面６０が切刃５４ａによって断続的に切削され、ワーク表面６０にカスプ６２（図４Ｂ参照）と称される削り残し部が生じる。
　図４Ａは、切削加工後のワーク表面形状の一例を示す平面図であり、図４Ｂは、図４Ａのｂ－ｂ線断面図である。図４Ａでは、ワーク表面６０をＸＹ平面で示しており、ＸＹ平面で例えば工具５４を矢印ＰＡに示すように加工点Ｐ０に沿って相対移動することにより、図４Ａのワーク表面形状が得られる。各加工点Ｐ０は、ワーク加工時における工具５４の基準点である中心５４ｂの目標位置を表す点、すなわち工具経路を生成する加工指令点であり、矢印ＰＡは工具経路に相当する。加工プログラムには、工具経路ＰＡに沿って順序付けられた加工点Ｐ０の位置データと、工具回転量のデータが含まれる。
　矢印ＰＡに沿った各加工点Ｐ０，Ｐ０間の距離ΔＰは、例えば１刃の送り量に相当し、加工点間で工具５４が１刃分だけ回転する。なお、加工点Ｐ０，Ｐ０間のＹ軸方向の距離ΔＹは、ピックフィード量に相当する。本実施形態では１枚刃ボールエンドミルを用いているため、加工点Ｐ０から次の加工点Ｐ０に至るまでに工具５４が１回転する。工具５４を回転させながら工具経路ＰＡに沿って相対移動させることで、ワーク表面６０が切刃５４ａによって削り取られ、ワーク表面６０には工具形状に対応して球面状の複数の窪み６１が形成される。
　図４Ａの送り量ΔＰは、窪み６１の直径Ｄよりも小さく、窪み６１同士は一部が重なり合っている。その結果、図４Ｂに示すように、隣り合う窪み６１と窪み６１の間に、凸状の削り残し部であるカスプ６２が生じる。なお、図４Ａにおいて、一の窪み６１とその周囲の窪み６１をそれぞれ６１ａ、６１ｂで表すと、窪み６１ａの周囲には、窪み６１ａと一部が重なるように均等に６個の窪み６１ｂが形成され、窪み６１ａと各窪み６１ｂの境界部に、それぞれ直線状の交線６３が生じる。したがって、加工後の窪み形状は、６つの交線６３で囲まれた平面視六角形状（実線）となる。
　図５は、ワーク表面６０に形成される窪み６１と加工点Ｐ０との位置関係を示す図である。図５において、球面状の窪み６１の中心点（隣り合うカスプ６２，６２の中間点）をＰ１、カスプ６２の発生を無視した設計上のワーク表面を６０ａとする。図５に示すように、窪み６１の中心点Ｐ１は、ワーク表面６０ａ上に位置し、加工点Ｐ０は、中心点Ｐ１から所定距離ΔＬ１だけ離れた位置に設定される。したがって、加工点Ｐ０を結んだ工具経路ＰＡは、ワーク表面６０ａから所定距離ΔＬ１だけ離れて生成される。ここで、ΔＬ１は、図３の工具５４の中心５４ｂから工具先端部の切刃５４ａの外周面までの距離、すなわち工具先端部の球の半径に相当する。なお、設計上のワーク表面６０ａと実際のワーク表面６０との間の最大距離はカスプ高さΔＬ２に相当する。
　図４Ａに示すように、ワーク表面６０（厳密には設計上のワーク表面６０ａ）の上方に加工点Ｐ０を均等に設定して工具経路ＰＡを生成するとともに、各加工点間で工具５４が１刃分だけ回転するように構成すれば、ワーク表面６０に複数の窪み６１を均一に配列することができる。しかしながら、加工領域が、互いに隣接する複数の加工領域（第１加工領域、第２加工領域）を含む場合、各加工領域では互いに独立して工具経路を生成するため、第１加工領域と第２加工領域の境界部に不完全形状の窪みが生成されるおそれがある。この問題点を、図６を参照して説明する。
　図６は、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２を含むワーク表面Ｗ１の平面図である。なお、加工領域とは、所定の工具経路に沿って加工される領域、すなわち加工パターンが一定の領域である。つまり、工具経路ＰＡは加工領域毎に設定され、異なる加工領域における工具経路ＰＡは互いに不連続である。図６に示すように、第１加工領域ＡＲ１および第２加工領域ＡＲ２には、図４Ａと同様、それぞれ複数の加工点Ｐ０が均等に設定されている。
　ここで、工具経路ＰＡ１に沿って第１加工領域ＡＲ１を加工した後、工具経路ＰＡ１から独立した工具経路ＰＡ２に沿って第２加工領域を加工したと仮定する。この場合、第１加工領域ＡＲ１の窪み６１の位置は、第２加工領域ＡＲ２の窪み６１の位置とは無関係である。このため、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２の境界部ＡＲ３に不完全形状の窪み６１ｃが生じ、この不完全形状の窪み６１ｃにより、ワーク加工面に筋目模様等の加工痕が残るおそれがある。
　このような加工痕は、表面の加工品位が要求されるワーク６（例えば金型）にとって好ましくはない。ワーク表面６０に生じる加工痕を、ワーク加工前に予めユーザが把握することができれば、工具経路等の加工条件を設定し直すことにより、図６に示したような筋目模様の発生を回避することができる。そこで、本実施形態では、ワーク表面６０に生じる窪み６１の形状および位置を予測し、その予測結果を表示装置２に表示させる。これを実現するため、以下のように制御装置１を構成する。
　図１の加工点設定部１１は、ワーク表面形状を表す形状モデルを複数のメッシュに分割し、メッシュに応じて加工点Ｐ０を設定する。メッシュ作成のための条件は、予め入力装置４から入力され、メモリに記憶されている。加工点設定部１１は、このメッシュ作成条件を読み込むとともに、ＣＡＤ装置３から設計上のワーク表面６０ａの形状データを読み込む。そして、これらの入力データに基づいてワーク表面形状に沿ってメッシュを自動的に作成し、加工点Ｐ０を設定する。
　入力装置４は、キーボードやタッチパネル等により構成され、メッシュ作成条件として、メッシュの形状および寸法をユーザが入力可能となっている。なお、入力装置４からは、工具５４の種類、切刃５４ａの数、工具先端部の寸法（工具先端部の球の半径）、工具５４の送り速度および回転速度等の情報も入力される。入力装置４から入力された各種情報は、メモリに記憶される。
　メッシュ自動作成方法には種々のものがあり、一例を挙げるとドロニー（Delaunay）の三角分割が知られている。図７は、加工点設定部１１によって作成されたメッシュＭＳの一例を示す図である。この例では、ドロニーの三角分割を用いて、ワーク表面６０ａに沿って正三角形のメッシュＭＳが作成されている。メッシュＭＳの頂点は、表示装置２に表示される窪み６１の中心点Ｐ１（図５）に相当し、中心点Ｐ１、Ｐ１間の距離は、窪み６１の大きさに相当する。加工点設定部１１は、設計上のワーク表面６０ａをメッシュ分割した後、メッシュＭＳの各頂点Ｐ１から所定距離ΔＬ１（図５）だけ離れた位置に加工点Ｐ０を設定する。設定した加工点Ｐ０は、メモリに記憶される。
　なお、以下では、表示装置２に表示される窪みを窪み画像６１０と呼び、実際のワーク表面６０に形成される窪み６１と区別する場合がある。加工点設定部１１におけるメッシュ作成方法として、予めメッシュ作成の開始点をユーザが与え、この開始点から予め定められたパターンに従って順次メッシュＭＳを作成するようにしてもよい。加工点Ｐ０を自動で設定するのではなく、ユーザが入力装置４を介して手動で設定するようにしてもよい。すなわち、加工点設定部１１で設定する加工点Ｐ０は、自動、手動のいずれであってもよい。
　加工順序設定部１２は、加工点設定部１１で設定された加工点Ｐ０を順次接続して加工順序を設定する。この加工順序は工具経路ＰＡを表すものであり、例えば図６の工具経路ＰＡ１，ＰＡ２に示すように、それぞれの加工領域ＡＲ１，ＡＲ２に含まれる加工点Ｐ０を、一方向に沿って一端部から他端部まで順次接続した後、ピックフィード量分だけずらして反対方向に順次接続することを繰り返すことにより、自動的に設定される。設定した加工順序は、メモリに記憶される。なお、加工順序を自動で設定するのではなく、ユーザが入力装置４を介して手動で設定するようにしてもよい。すなわち、加工順序設定部１２で設定する加工順序は、自動、手動のいずれであってもよい。
　窪み特定部１３は、ＣＡＤ装置３から入力されたワーク６の形状データ、入力装置４から入力された工具５４の形状データ、およびメモリに記憶された工具経路ＰＡの情報（加工点Ｐ０と加工順序のデータ）に基づき、窪み６１の形状および位置を特定する。より詳細には、まず、工具５４の切刃５４ａの形状データ（円弧曲線）を取り出し、その曲線を工具経路ＰＡの情報に従って回転および送り移動させたときの移動軌跡を求める。なお、工具経路ＰＡの情報には、工具５４の姿勢、回転速度、送り速度等の情報も含まれる。
　図８Ａは、切刃５４ａの移動軌跡５４０の一例を示す図である。図８Ａでは、移動軌跡５４０が工具経路ＰＡに沿って螺旋状に進行している。一方、通常の切削加工では、工具５４の回転速度が送り速度に比べて十分に速く、加工点Ｐ０毎に工具５４が１刃分回転することで、図４Ａに示すように、加工後のワーク表面６０には球状の窪み６１が形成される。従って、図８Ｂに示すように、加工点Ｐ０（工具中心５４ｂ）を中心とした所定半径の球５４１を工具経路ＰＡに沿って連なって配置し、これにより移動軌跡５４０を近似することができる。
　移動軌跡５４０の曲面データを求めた後、窪み特定部１３は、ＣＡＤ装置３から読み込まれたワーク形状データによって得られるワーク形状モデルから、移動軌跡５４０の重なった部分を取り除き、加工後のワーク形状モデルを作成する。図９Ａ，図９Ｂは、加工後のワーク形状モデルＭ３の作成手順を説明する図であり、便宜上、加工前のワーク形状モデルＭ１を立方体で、切刃５４ａの移動軌跡５４０のモデルＭ２を半球で示している。
　図９Ａに示すように、加工前のワーク形状モデルＭ１には球５４１の形状モデルＭ２の一部が重なっている。窪み特定部１３は、ワーク形状モデルＭ１からこの重なった部分を取り除く。これにより図９Ｂに示すように、ワーク形状モデルＭ１に窪み６１が付加された加工後のワーク形状モデルＭ３を得ることができる。ワーク形状モデルＭ１から移動軌跡５４０のモデルＭ２を除去する演算は、例えばブーリアン演算を利用して行うことができる。なお、ブーリアン演算は、通常の三次元ＣＡＤ装置が有する機能であり、詳細な説明は省略する。
　以上の手順によって得られたワーク形状モデルＭ３には、窪み６１が形成されており、これによって窪み６１の形状および位置を特定できる。この場合、図８Ｂに示すように移動軌跡５４０を同一形状の球５４１の集合体によって近似すれば、各加工点Ｐ０の位置データと１種類の球５４１の形状データのみで、窪み６１の形状および位置を定義することができる。その結果、データ量が少なくて済み、ワーク形状モデルＭ３を短時間で取得することができる。これに対し、１つの窪み６１を何百もの点の位置データによって定義する場合、窪み６１の形状および位置をより正確に定義することはできるが、データ量が膨大となり、計算時間が長くなる。
　表示制御部１４は、ワーク形状モデルＭ３に対応した画像信号を生成する。そして、表示装置２に、窪み画像６１０を含むワーク加工面の画像（ワーク画像）を表示させる。例えば、通常の三次元ＣＡＤ装置の表示方法として知られるポリゴンパッチ（三角パッチ等）あるいはワイヤフレームにより、窪み画像６１０を三次元的に表示させる。
　図１０Ａは、ワーク画像７０の一例を示す図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのｂ部拡大図である。なお、ワーク画像７０のどの位置を拡大するかは、入力装置４（例えばマウス）の操作によりユーザが適宜選択することができる。図１０Ａの画像と図１０Ｂの画像は、モニタ画面を複数に分割して同時に表示するようにしてもよく、ユーザの選択に応じていずれか一方のみを表示するようにしてもよい。ワーク画像７０における加工痕の表示は、予めユーザが設定した必要箇所についてのみ行うようにしてもよく、図１０Ａでは、ワーク表面の一部の加工痕を表示している。
　図１０Ｂでは、ワーク表面６０の凹凸を明示するため、窪み画像６１０に陰影を付している。例えば、ワーク表面６０に対して光源から光を照射したと仮定したときの、窪み画像６１０を構成する各要素（例えば三角パッチ）の光の反射率を求め、その反射率に応じて各要素の表示上の濃淡を変更している。これによりワーク表面６０の凹凸を明瞭に表示することができる。
　以上の処理は、予め制御装置１に格納されたワーク加工面表示プログラムを、制御装置１のＣＰＵに実行させることにより実現できる。図１１は、制御装置１で実行される処理（表示処理）の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばユーザが入力装置４を操作して加工面表示指令を入力すると開始される。
　ステップＳ１では、ＣＡＤ装置３からワーク形状データを読み込むとともに、予めメモリに記憶された各種データ（メッシュ作成条件、工具５４の形状データ、工具５４の姿勢、回転速度、送り速度等のデータ）を読み込む。
　ステップＳ２では、メッシュ作成条件に応じてワーク表面６０ａを複数のメッシュＭＳに分割する。そして、メッシュＭＳの各頂点をそれぞれ窪み画像６１０の中心点Ｐ１として、これら中心点Ｐ１に対応した加工点Ｐ０を演算し、メモリに記憶する。
　ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた各加工点Ｐ０を順次接続し、加工順序を設定する。加工順序は、工具経路ＰＡの情報の一部であり、ステップＳ３では、工具５４の姿勢、回転速度、送り速度等、予め記憶された他の工具経路ＰＡの情報とともに、加工順序をメモリに記憶する。
　ステップＳ４では、工具経路ＰＡの情報および予め記憶された工具５４の形状データに基づき、切刃５４ａの移動軌跡５４０を演算する。例えば、加工点Ｐ０を中心とした球５４１の集合体（図８Ｂ）が移動軌跡５４０であるとした場合、球５４１の形状データを演算する。
　ステップＳ５では、ＣＡＤ装置３によって得られた加工前のワーク形状モデルＭ１から、ステップＳ４の工具５４の移動軌跡５４０の重なった部分を取り除き、加工後のワーク形状モデルＭ３（図９Ｂ）を作成する。すなわち、ブーリアン演算の減算処理を実行してワーク形状モデルＭ３を作成する。このワーク形状モデルＭ３には、窪み６１が含まれるため、ワーク形状モデルＭ３を算出することで、窪み６１の形状および位置を特定できる。
　ステップＳ６では、ステップＳ５のワーク形状モデルＭ３に対応した画像信号を生成する。例えば三角パッチによりワーク画像７０を表示する場合、三角パッチの要素を生成する。この場合、ワーク形状モデルＭ３によって得られたワーク表面の凹凸に応じて、各要素の濃淡の程度を決定する。
　ステップＳ７では、ステップＳ６の画像信号に基づき表示装置２に制御信号を出力し、表示装置２にワーク形状モデルＭ３に対応したワーク画像７０（図１０Ａ，図１０Ｂ）を表示させる。このワーク画像７０は、実際の加工痕と同様、窪み（窪み画像６１０）を含む。このため、ユーザは、ワーク加工によって生じる加工痕を予め容易に把握することができる。
　第１の実施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）ＣＡＤ装置３から得られたワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡５４０の形状モデルＭ２を削り取ることにより、切刃５４ａがワーク表面６０を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を特定した。そして、この窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、その特定した位置に対応付けて表示装置２に表示させるようにした。これにより実際にワーク６を加工することなく、ワーク加工後の表面模様を予めユーザが把握することが可能となり、ワーク加工面の加工痕を考慮した最適な工具経路ＰＡを、制御装置１が有する経路生成部１６によって設定することができる。
（２）窪み画像６１０によって表される窪み形状は三次元形状（例えば球面状）であり、実際のワーク表面の加工痕の形状を良好に反映している。このため、ワーク加工後の表面模様を、ユーザは正しく把握することができる。
（３）ワーク画像７０上の窪み形状を互いに同一形状（例えば球面状）とすれば、各窪み６１の位置を特定する加工点Ｐ０毎の１点の位置データを用いて、窪み画像６１０を生成することができ、データ量が少なくて済む。
（４）ブーリアン演算により加工前のワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡５４０のモデルＭ２を取り除いて、加工後のワーク形状モデルＭ３を作成するようにした。したがって、一般的なグラフィックスの技法を用いて窪み６１の形状および位置を容易に特定することができる。
（５）工具経路ＰＡに応じて、ワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡のモデルＭ２を順次取り除いてワーク形状モデルＭ３を作成するようにした。したがって、加工点Ｐ０が同一であっても工具経路ＰＡが異なる場合に、その工具経路ＰＡに応じた加工痕を精度よく表示することができる。
－第２の実施形態－
　図１２を参照して本発明によるワーク加工面表示装置の第２の実施形態を説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係るワーク加工面表示装置１００の概略構成を示す図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。
　第１の実施形態（図１）では、制御装置１に加工点設定部１１と加工順序設定部１２とを設け、制御装置１で工具経路ＰＡを含む加工プログラムを生成してＮＣ装置５に出力するようにした。これに対し、第２の実施形態では、予め図示しない工具経路生成装置で工具経路を生成し、この工具経路生成装置からＮＣ装置５に出力された工具経路ＰＡの情報を、制御装置１が取り込むように構成する。
　従って、図１２に示すように、第２の実施形態に係る制御装置１には、加工点設定部１１と加工順序設定部１２とが設けられておらず、その代わりに工具経路読込部１５が設けられている。工具経路読込部１５は、ＮＣ装置５から工具経路ＰＡの情報を読み込み、メモリに記憶する。
　窪み特定部１３は、第１の実施形態と同様、ＣＡＤ装置３から入力されたワーク６の形状データ、入力装置４から入力された工具５４の形状データ、およびメモリに記憶された工具経路ＰＡの情報に基づき、ワーク形状モデルＭ３を作成し、窪み６１の形状および位置を特定する。表示制御部１４は、第１の実施形態と同様、ワーク形状モデルＭ３に対応した画像信号を生成し、表示装置２に、窪み画像６１０を含むワーク加工面の画像（図１０Ａ，図１０Ｂのワーク画像７０）を表示させる。これによりワーク加工後の加工痕である表面模様を予めユーザが予測することができ、工具経路ＰＡを修正すべきか否かの判断が可能となる。とくに、第２の実施形態では、実際の加工用の工具経路ＰＡを取り込み、この工具経路ＰＡに基づいてワーク画像７０を形成するので、ワーク画像７０が実際の加工痕に良好に対応する。
　第２の実施形態では、ＮＣ装置５から工具経路ＰＡを読み込む。このため、図１１のステップＳ２、ステップＳ３の処理は不要である。なお、これ以外の処理は、図１１と同様である。
　上記実施形態では、第１の工程として、加工前のワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡５４０のモデルＭ２を取り除いて加工後のワーク形状モデルＭ３を作成することで、窪み６１の形状および位置を特定するようにした。このようにワーク加工前に、切刃５４ａがワーク加工面６０を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を特定するのであれば、窪み特定部１３の構成は上述したものに限らない。また、切刃５４ａがワーク加工面を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を予測するのであれば、ワーク加工面表示方法としての第１の工程は、いかなるものでもよい。例えば制御装置１以外で窪み６１の形状、位置を予測し、この予測結果を制御装置１に取り込むようにしてもよい。
　上記実施形態では、第２の工程として、ワーク形状モデルＭ３によって特定した窪み６１の形状および位置に対応する画像信号を生成し、表示装置２に窪み画像６１０を含むワーク画像７０を表示させるようにした。このように窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、窪み特定部１３で特定された位置に表示するように表示装置２を制御するのであれば、表示制御部１４の構成は上述したものに限らない。第１の工程で予測した窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、その予測した位置に対応付けて表示させるのであれば、ワーク加工面表示方法としての第２の工程は、いかなるものでもよい。
　ワーク加工前に、切刃５４ａがワーク加工面６０を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を特定する第１の手順と、第１の手順で特定された窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、その特定された位置に表示するように表示装置２を制御する第２の手順とを、コンピュータとしての制御装置１に実行させるのであれば、ワーク加工面表示プログラムの構成は上述したものに限らない。したがって、制御装置１における処理も図１１に示したものに限らない。ワーク加工面表示プログラムは、種々の記憶媒体や通信回線等を介して制御装置１に格納することができる。
　上記実施形態では、ボールエンドミルを工具５４として用いたが、その代わりにブルノーズエンドミル（ラジアスエンドミル）を用いてもよい。ブルノーズエンドミルを用いた場合には、窪み６１を球面状ではなく、トーラス形状に近似できる。したがって、ワーク表面の加工痕は、例えば平面視で横長の六角形となり、これに合わせて窪み画像６１０の形状を設定すればよい。すなわち、上記実施形態では、窪み画像６１０を球面で近似したが、楕円球面等、他の曲面で近似してもよい。
　ワーク形状モデルＭ３の窪み６１を、一例として全て同一形状の球面状としたが、球面状および楕円球面状等、窪み６１の形状を複数設定し、窪み６１の位置に応じていずれかの形状の窪みを設定するようにしてもよい。ワーク表面６０の凹凸が明示されるように、窪み画像６１０をポリゴンパッチ等により三次元的に表示したが、単なる六角形状として二次元的に表示するようにしてもよい。回転工具５４として、砥石等、切刃を有する他の回転工具を用いた場合にも、本発明は同様に適用可能である。
　表示装置２と、窪み特定部１３と、表示制御部１４と、経路生成部１６とを有する工具経路生成装置の構成は上述したものに限らない。表示装置２は、本実施形態のようにワーク表面加工装置１００やワーク表面加工装置１００に経路生成部を加えた工具経路生成装置に備わっている形態に限らず、ＮＣ装置５の表示装置と兼用してもよく、また、工作機械５０の操作盤の表示装置と兼用してもよい。
　本発明によれば、ワーク加工前に、切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を予測し、窪みの形状を表す窪み画像をその予測した位置に対応付けて表示させるようにした。したがって、ワーク加工後の窪みによって表される表面模様（加工痕）を、予めユーザは容易に把握することができる。
　１　　制御装置
　２　　表示装置
　３　　ＣＡＤ装置
　４　　入力装置
　５　　ＮＣ装置
　１３　　窪み特定部
　１４　　表示制御部
　１６　　経路生成部
　５４　　工具
　５４ａ　　切刃
　６０　　ワーク表面
　６１　　窪み
　６１０　　窪み画像
　１００　　ワーク加工面表示装置

Claims (8)

  1. 　切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を、表示装置に表示するワーク加工面表示方法であって、
    　前記切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を予測する第１の工程と、
    　前記第１の工程で予測した前記窪みの形状を表す窪み画像を、予測した位置に対応付けて表示させる第２の工程と、を含むワーク加工面表示方法。
  2. 　請求項１に記載のワーク加工面表示方法において、
    　前記窪み画像は、球面状ないし楕円球面状を呈するワーク加工面表示方法。
  3. 　請求項２に記載のワーク加工面表示方法において、
    　前記第１の工程では、ワーク加工面に生じる複数の窪みが互いに同一形状であると仮定して前記窪みの位置を予測するワーク加工面表示方法。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載のワーク加工面表示方法において、
    　前記第１の工程では、加工前のワーク形状を表すワーク形状モデルから前記切刃の移動軌跡に応じて生成した移動軌跡モデルを取り除いて、前記窪みの形状および位置を予測するワーク加工面表示方法。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載のワーク加工面表示方法において、
    　前記第１の工程では、ワーク加工面に沿う工具経路に応じて前記窪みの形状および位置を予測するワーク加工面表示方法。
  6. 　切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示するワーク加工面表示装置であって、
    　表示装置と、
    　ワーク加工前に、前記切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を特定する窪み特定部と、
    　前記窪み特定部で特定された前記窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように前記表示装置を制御する表示制御部と、を備えるワーク加工面表示装置。
  7. 　切刃を有する回転工具によりワーク表面を加工するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、
    　表示装置と、
    　ワーク加工前に、前記切刃がワーク表面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を特定する窪み特定部と、
    　前記窪み特定部で特定された前記窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように前記表示装置を制御する表示制御部と、
    　前記窪み特定部で特定された窪みの形状および位置に基づいて、前記回転工具の工具経路を生成する経路生成部と、を備える工具経路生成装置。
  8. 　切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示装置へ表示する処理をコンピュータに実行させるワーク加工面表示プログラムであって、
    　ワーク加工前に、前記切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を特定する第１の手順と、
    　前記第１の手順で特定された前記窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように前記表示装置を制御する第２の手順と、を含むワーク加工面表示プログラム。
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