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技術 加工データ作成装置および加工データ作成方法

出願人 日産自動車株式会社
発明者 森穣
出願日 2001年10月4日 (19年2ヶ月経過) 出願番号 2001-308798
公開日 2003年4月23日 (17年8ヶ月経過) 公開番号 2003-117774
状態 未査定
技術分野 工作機械の自動制御 数値制御 数値制御
主要キーワード 形状線 切削形状 被加工部位 加工データ作成装置 加工線 移動方向側 ドリル先端 加工負荷
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年4月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

適切な加工条件でワークを加工できるようにする。

解決手段

任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、任意の工具の切削部の最下端部が前工程で使用された工具の加工形状線に対してその移動方向側潜り込むか否かを、後工程で使用される工具の切削部最下端部と前工程で使用される工具の切削部の交点に基づいて判断し、潜り込むと判断されたときには、任意の工具の工具軌跡を、潜り込み始める位置を境に分割し、分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成する。

概要

背景

機械加工の分野では、高精度加工の要請に伴い、NC数値制御工作機械が多く使用されている。NC工作機械は、非常に高精度の加工が可能であるから、自由曲面形状を持つ金型の加工にも使用される。

自由曲面形状を切削によって形成する場合、加工負荷を低下させるために、まず凹稜線を形成することになる部分の切削から始める。図7に示すように、凹稜線とは、金型10の内側に位置する線15である。なお、この線15に沿って工具(この図ではボールエンドミル)20を移動させ、同図に示すように加工することを凹稜線部加工という。

従来、この凹稜線部加工は、CADデータなどの形状データに基づいて工具20の軌跡データを生成し、その軌跡データにしたがって工具20を移動させることによって行っていた。

概要

適切な加工条件でワークを加工できるようにする。

任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、任意の工具の切削部の最下端部が前工程で使用された工具の加工形状線に対してその移動方向側潜り込むか否かを、後工程で使用される工具の切削部最下端部と前工程で使用される工具の切削部の交点に基づいて判断し、潜り込むと判断されたときには、任意の工具の工具軌跡を、潜り込み始める位置を境に分割し、分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成する。

目的

本発明は、以上のような従来の問題点を解消するために成されたものであり、加工負荷が変化する点を境に工具軌跡を分割し、分割された作業領域ごとに適切な加工条件でワークの加工を可能にする、加工データ作成装置および加工データ作成方法の提供を目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の工具を用いて同一の被加工部位切削する工作機械加工データ作成装置であって、各工具の工具軌跡を記憶する工具軌跡記憶手段と、前記各工具の切削部の形状を記憶する切削部形状記憶手段と、任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、前記任意の工具の切削部先端が前工程で使用された工具の加工軌跡に対してその移動方向側潜り込むか否かを、前記任意の工具の切削部先端と前工程で使用された工具の切削部との交点に基づいて判断する判断手段と、潜り込むと判断されたときには、前記任意の工具の工具軌跡を、潜り込み始める位置を境に分割する工具軌跡分割手段と、分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成する加工条件作成手段と、を有することを特徴とする加工データ作成装置。

請求項2

前記工具軌跡は、各工具の切削部の中心位置の移動軌跡であることを特徴とする請求項1に記載の加工データ作成装置。

請求項3

前記加工条件は、分割された工具軌跡ごとの、各工具の切削速度であることを特徴とする請求項1に記載の加工データ作成装置。

請求項4

複数の工具を用いて同一の被加工部位を切削する工作機械の加工データ作成方法であって、任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、前記任意の工具の切削部先端が前工程で使用された工具の加工軌跡に対してその移動方向側に潜り込むか否かを、前記任意の工具の切削部先端と前工程で使用された工具の切削部との交点に基づいて判断し、潜り込むと判断されたときには、前記任意の工具の工具軌跡を、潜り込み始める位置を境に分割し、分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成することを特徴とする加工データ作成方法。

技術分野

0001

本発明は、適切な加工条件でワークを加工するための加工データ作成装置および加工データ作成方法に関する。

背景技術

0002

機械加工の分野では、高精度加工の要請に伴い、NC数値制御工作機械が多く使用されている。NC工作機械は、非常に高精度の加工が可能であるから、自由曲面形状を持つ金型の加工にも使用される。

0003

自由曲面形状を切削によって形成する場合、加工負荷を低下させるために、まず凹稜線を形成することになる部分の切削から始める。図7に示すように、凹稜線とは、金型10の内側に位置する線15である。なお、この線15に沿って工具(この図ではボールエンドミル)20を移動させ、同図に示すように加工することを凹稜線部加工という。

0004

従来、この凹稜線部加工は、CADデータなどの形状データに基づいて工具20の軌跡データを生成し、その軌跡データにしたがって工具20を移動させることによって行っていた。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、自由曲面形状の金型10の凹稜線加工を工具20で行う場合、生成された軌跡データに基づいて工具20を移動させるとはいえ、その切削量は場所によって異なることがあるので、加工負荷は一定ではない。

0006

そのため、最も加工負荷が大きくなる場所、すなわち切削量の大きな場所に合わせて工具20の切削速度を設定している。したがって、切削速度がもっと速くできる場所であっても、設定された切削速度で加工しなければならず、全体としての加工時間が長くなってしまうという問題がある。

0007

本発明は、以上のような従来の問題点を解消するために成されたものであり、加工負荷が変化する点を境に工具軌跡を分割し、分割された作業領域ごとに適切な加工条件でワークの加工を可能にする、加工データ作成装置および加工データ作成方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1に記載の発明にかかる加工データ作成装置は、複数の工具を用いて同一の被加工部位を切削する工作機械の加工データ作成装置であって、各工具の工具軌跡を記憶する工具軌跡記憶手段と、前記各工具の切削部の形状を記憶する切削部形状記憶手段と、任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、前記任意の工具の切削部先端が前工程で使用された工具の加工軌跡に対してその移動方向側潜り込むか否かを、前記任意の工具の切削部先端と前工程で使用された工具の切削部との交点に基づいて判断する判断手段と、潜り込むと判断されたときには、前記任意の工具の工具軌跡を、潜り込み始める位置を境に分割する工具軌跡分割手段と、分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成する加工条件作成手段と、を有することを特徴とする。

0009

請求項2に記載の発明にかかる加工データ作成装置は、請求項1に記載の加工データ作成装置において、前記工具軌跡は、各工具の切削部の中心位置の移動軌跡であることを特徴とする。

0010

請求項3に記載の発明にかかる加工データ作成装置は、請求項1に記載の加工データ作成装置において、前記加工条件は、分割された工具軌跡ごとの、各工具の切削速度であることを特徴とする。

0011

請求項4に記載の発明にかかる加工データ作成方法は、複数の工具を用いて同一の被加工部位を切削する工作機械の加工データ作成方法であって、任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、前記任意の工具の切削部先端が前工程で使用された工具の加工軌跡に対してその移動方向側に潜り込むか否かを、前記任意の工具の切削部先端と前工程で使用された工具の切削部との交点に基づいて判断し、潜り込むと判断されたときには、前記任意の工具の工具軌跡を、潜り込み始める位置を境に分割し、分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成することを特徴とする。

発明の効果

0012

以上説明したように、本発明によれば、加工負荷が大きくなる場合には、工具軌跡を分割し、作業領域ごとに最適な加工条件で加工できるので、ワークの加工時間を全体として早くでき、加工効率を向上させることができる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる加工データ作成装置および加工データ作成方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

0014

図1は、本発明にかかる加工データ作成装置の概略構成を示すブロック図である。加工データ作成装置は、基本データ作成部100、工具軌跡記憶部110、切削形状記憶部120、工具軌跡分割判断部130、分割点記憶部140、加工条件作成部150から構成される。

0015

基本データ作成部100は、図示されていないCADシステムから金型加工に必要なデータ、すなわち、金型の形状データ、その金型の加工に用いる複数の工具の形状データ、工具ごとの基準切削量を取得して、各工具の工具軌跡、各工具の切削部の形状を作成する。各工具の工具軌跡は、それぞれの工具の切削部の中心位置(たとえば、工具がドリルである場合、ドリル先端半球部の中心)の移動軌跡であり、金型の形状データ(金型の表面形状)、各工具の切削部の形状(工具の切削部の表面形状)、各工具の基準切削量に基づいて作成される。

0016

工具軌跡記憶部110は、基本データ作成部100で作成された各工具の工具軌跡を、三次元座標集合として記憶する。

0017

切削部形状記憶部120は、基本データ作成部100で作成された各工具の切削部の外形形状を記憶する。

0018

工具軌跡分割判断部130は、任意の工具(後工程で使用される)を、工具軌跡記憶部110に記憶されているその工具軌跡に沿って擬似的に移動させ、その工具の切削部先端、すなわち切削部の最下端部(エンドポイント)が前工程で使用される工具の加工軌跡に対してその移動方向側に潜り込むか否かを、その工具の切削部の最下端部と前工程で使用される工具の切削部の交点に基づいて判断し、潜り込むと判断されたときには、潜り込み始める位置、すなわち分割点を求め、任意の工具の工具軌跡をその分割点を境に分割する。つまり、加工負荷が急変する工具軌跡上の点を求め、その点を境として工具軌跡を分割する。なお、加工軌跡とは、その工具をその工具軌跡に沿って移動させたときにその切削部の外形が描く軌跡であり、実際に加工された部分の加工線(たとえば図4の加工線440)と等価である。また、「潜り込む」とは、図6に示してあるように、工具の切削部の最下端部が前工程で加工しなかった部分(削り残した部分)に入り込むことをいう。

0019

分割点記憶部140は、工具軌跡分割判断部130によって求められた各工具軌跡の分割点を三次元座標値として記憶する。

0020

加工条件作成部150は、工具軌跡分割判断部130によって分割された工具軌跡ごとの加工条件を作成する。加工条件は、分割された工具軌跡ごとの、各工具の切削速度である。したがって、加工負荷の小さい作業領域では工具の送り速度が速く、加工負荷の大きな領域では工具の送り速度が遅くなる。加工条件作成部150で作成された加工条件は工作機械の制御部(図示せず)に加工データとして出力される。

0021

図2は、工具軌跡分割判断部130の構成を示すブロック図である。

0022

工具軌跡分割判断部130は、工具軌跡抽出部200、前工程工具軌跡抽出部210、工具切削部形状抽出部220、前工程工具切削部形状抽出部230、境界点演算部240、潜り込み判断部250、分割点出力部260から構成される。

0023

工具軌跡抽出部200は、工具軌跡記憶部110に記憶されている任意の工具の工具軌跡を抽出する。一方、前工程工具軌跡抽出部210は、前記任意の工具の前工程で使用される工具の工具軌跡を抽出する。

0024

工具切削部形状抽出部220は、切削部形状記憶部120に記憶されている前記任意の工具の切削部の形状を抽出する。一方、前工程工具切削部形状抽出部230は、前記任意の工具の前工程で使用される工具の切削部の形状を抽出する。

0025

境界点演算部240は、任意の工具の工具軌跡を工具軌跡抽出部200から入力するとともに、その任意の工具の前工程で使用される工具の工具軌跡を前工程工具軌跡抽出部210から入力し、任意の工具の工具軌跡が前工程で使用される工具の工具軌跡よりも切削方向に対して低くなる、前記任意の工具の工具軌跡上の座標、すなわち境界点を演算する。

0026

潜り込み判断部250は、前記任意の工具の切削部の形状を工具切削部形状抽出部220から入力するとともに、前記任意の工具の前工程で使用される工具の切削部の形状を前工程工具切削部形状抽出部230から入力し、任意の工具をその工具軌跡に沿って移動させたときに、任意の工具の切削部の最下端部が前工程で使用される工具の加工軌跡に対してその移動方向側に潜り込むか否かを、後工程で使用される工具の切削部の最下端部と前工程で使用される工具の切削部の外形線との交点を演算することによって判断する。具体的には、図6に示したように、工具の切削部の最下端部が前工程の工具の加工軌跡よりも深く潜り込んで、その工具の移動方向が加工を追い込む方向(逃げ方向ではなくて)であるか否かを判断する。工具の切削部の最下端部を基準とするのは、工具の切削部の最下端部が前工程の工具軌跡よりも深く潜り込んで追い込む方向に加工をするときは、加工負荷が極端に大きくなるからである。ちなみに、図6に示したように、工具の切削部の最下端部が前工程の工具の加工軌跡にまで達していない状態では、追い込む方向の加工が行われたとしても、加工負荷は極端には大きくならない。

0027

分割点出力部260は、潜り込み判断部250で潜り込むと判断されたとき、境界点演算部240によって演算されたその任意の工具の境界点を、その工具の工具軌跡を分割する分割点として出力する。

0028

本発明にかかる加工データ作成装置の概略の構成は以上のとおりである。つぎに、この加工データ作成装置の動作を、図3動作フローチャートおよび図4図5図6の説明図を参照しながら詳細に説明する。

0029

境界点演算部240は、任意の工具の工具軌跡を工具軌跡抽出部200から入力するとともに、その任意の工具の前工程で使用される工具の工具軌跡を前工程工具軌跡抽出部210から入力し、任意の工具の工具軌跡が前工程で使用される工具の工具軌跡よりも切削方向に対して低くなる、前記任意の工具の工具軌跡上の点の座標、すなわち境界点を演算する。

0030

図4において、工具軌跡400は、前工程工具軌跡抽出部210から入力した前工程で使用される工具410の工具軌跡である。工具軌跡420は、工具軌跡抽出部200から入力した任意の工具430の工具軌跡である。なお、加工形状線440は、前工程で使用される工具410を、その工具軌跡にしたがって移動させたときに、その工具410の切削部によって切削された後の金型表面の外形形状を示す加工形状線である。加工形状線450は、工具430を、その工具軌跡にしたがって移動させたときに、その工具430の切削部によって切削された後の金型表面の外形形状を示す加工形状線である。

0031

境界点演算部240は、任意の工具430の工具軌跡420が前工程で使用される工具410の工具軌跡400よりも切削方向に対して低くなる、その工具軌跡420上の点460の座標を、両工具軌跡のZ座標の値を比較することによって検索する。この点460の座標は、分割点の候補となる(S1)。

0032

つぎに、潜り込み判断部250は、前記任意の工具430の切削部の形状を工具切削部形状抽出部220から入力するとともに、前記任意の工具430の前工程で使用される工具410の切削部の形状を前工程工具切削部形状抽出部230から入力し、任意の工具430をその工具軌跡420に沿って移動させたときに、前記任意の工具430の切削部の最下端部480が前工程で使用される工具410の加工形状線440に対してその移動方向側に潜り込むか否かを、後工程で使用される工具430の切削部の最下端部480と前工程で使用される工具410の切削部の外形線との交点470(図4では切削部の最下端部480と交点470が同位置)を演算することによって判断する。

0033

すなわち、図5に示すように、工具410の切削部の中心位置を、工具軌跡の方向が変化する点490に置くと共に、工具430の切削部の中心位置を、境界点演算部240で求めた点460に置いたときに、工具430と工具410との切削部の外形線(外径)の交点470を求める。換言すれば、工具410の加工形状線440と工具430の切削部の切削部の最下端部480との交点470を演算することによって潜り込みがあるか否か判断する(S2)。

0034

潜り込み判断部250は、求めた交点470が加工形状線440に対して潜り込んでいるか否かを判断する(S3)。潜り込んでいれば(S3:YES)、点460の座標を工具軌跡420に沿って工具430の移動方向に対して1つ前の点まで戻し(図5のA方向)、その点においてS2のステップの処理と同様の処理を行って、新たな交点470を求める(S4)。

0035

潜り込み判断部250は、さらに、点460を上記のように1つ前の点まで戻せるか否か、すなわち戻る点があるか否かを判断し(S5)、戻る点があれば(S5:YES)、求めた新たな交点470が加工形状線440に対して潜り込んでいるか否かを判断する(S6)。潜り込んでいれば(S6:YES)、S5のステップで戻る点がないと判断されるまで、またはS6のステップで潜り込みがないと判断されるまで、S4からS6のステップの処理を繰り返す。S5のステップで戻る点がないと判断されると(S5:NO)、工具軌跡420の全ての部分で潜り込んでいると判断する。この場合、加工条件作成部150は、全ての工具軌跡420の領域で加工速度を遅く設定する。また、S6のステップで、潜り込みがないと判断されると(S6:NO)、S1のステップで分割点の候補とされている点460の座標を加工条件を分ける境界点とし、この境界点を境に工具軌跡420を2つの作業領域に分割する。したがって、加工条件作成部150は、加工を開始してから分割点に達するまでの作業領域では、加工速度を速く設定し、分割点以降の作業領域では、加工速度を遅く設定する(S8)。

0036

一方、S3のステップで潜り込んでいないと判断されると(S3:NO)、点460の座標を工具軌跡420に沿って工具430の移動方向1つ後の点に進め(図5のB方向)、その点においてS2のステップの処理と同様の処理を行って、新たな交点470を求める(S9)。潜り込み判断部250は、さらに、点460を上記のように1つ後の点に進めるか否か、すなわち次の点があるか否かを判断し(S10)、次の点があれば(S10:YES)、求めた新たな交点470が加工形状線440に対して潜り込んでいるか否かを判断する(S11)。潜り込んでいなければ(S11:NO)、S10のステップで次の点がないと判断されるまで、またはS11のステップで潜り込みがあると判断されるまで、S9からS11のステップの処理を繰り返す。S10のステップで次の点がないと判断されると(S10:YES)、工具軌跡420の全ての部分で潜り込んでいないと判断する。この場合、加工条件作成部150は、全ての工具軌跡420の領域で加工速度を早く設定する。また、S11のステップで、潜り込みがあると判断されると(S11:YES)、上記したように、求められた分割点を、加工条件を分ける境界点とし、この境界点を境に工具軌跡を2つの作業領域に分割する。したがって、加工条件作成部150は、加工を開始してから分割点に達するまでの作業領域では、加工速度を速く設定し、分割点以降の作業領域では、加工速度を遅く設定する(S13)。

0037

このように、本発明の加工データ作成装置および加工データ作成方法によれば、工具がワークを潜り込む方向に加工すると判断される領域では、加工負荷を軽減させるために加工速度を低下させ、工具が潜り込む方向でないと判断される領域では、加工負荷が軽いので加工速度を上昇させる。したがって、作業領域ごとに最適な加工条件で加工できることになり、ワークの加工時間を全体として早くでき、加工効率を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0038

図1本発明にかかる加工データ作成装置の概略構成を示すブロック図である。
図2工具軌跡分割判断部の構成を示すブロック図である。
図3本発明にかかる加工データ作成装置の動作フローチャートである。
図4本発明にかかる加工データ作成装置の動作説明に供する図である。
図5本発明にかかる加工データ作成装置の動作説明に供する図である。
図6本発明にかかる加工データ作成装置の動作説明に供する図である。
図7従来の加工方法の説明に供する図である。

--

0039

100…基本データ作成部、
110…工具軌跡記憶部、
120…切削形状記憶部、
130…工具軌跡分割判断部、
140…分割点記憶部、
150…加工条件作成部、
200…工具軌跡抽出部、
210…前工程工具軌跡抽出部、
220…工具切削部形状抽出部、
230…前工程工具切削部形状抽出部、
240…境界点演算部、
250…潜り込み判断部、
260…分割点出力部。

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