JP2010049381A - ３次元ｃａｄモデル幾何要素を加工プログラム文に変換するテンプレートソフト挿入ｎｃデータ作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ３次元ＣＡＤ形状モデルのＮＣデータ作成においてポリゴン処理の代わりにベクトル処理をして、円弧を含む高精度・超細滑加工データを作成したい。
【解決手段】３次元ＣＡＤ形状モデルをＮＣ加工でＣＡＤモデルが網目状に織りなす曲線表示した曲線同士の交差する結節点のポテンシャル点情報を持った３次元ＣＡＤデータを、テンプレートソフトがマウス操作により加工プログラムを自動変換抽出し、且つ、加工プログラムを作成するテンプレートソフトを、上流部分の３次元ＣＡＤと下流部分の３次元自動プロの中間部分にもうけることで解決する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、造形部品３次元ＣＡＤ形状モデルのＮＣ切削加工データ作成方法に係り、ＣＡＤ形状モデルを構成する網目状に織りなす幾何要素曲線が交差する結節点幾何要素ベクトル情報を直接ＣＡＤから抽出し、これを造形部品の形状加工プログラムとすることで、加工精度並びに細滑性を高めるためにＣＡＤ形状モデル情報を加工プログラム情報に変換するテンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システムに関する。

造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルから切削加工のＮＣデータを作成するにあたっては、３次元ＣＡＤで造形部品を設計し、３次元ＣＡＭでＮＣ加工データの作成を行う。

従来のＣＡＤ／ＣＡＭにおいては、加工データ作成のために３次元ＣＡＤで設計した造形部品の形状モデルをトランスレータ（ＣＡＤデータをＣＡＭモデラーに正しく受け渡すソフト）を介して、ＣＡＭモデラー部でモデルを再現させ網目状に織りなす曲線表示の形状表面を、面処理のポリゴン処理を施して微細三角パッチ群で３次元ＣＡＤ形状モデルの形状表現して、ＮＣ加工データ作成を行っている。

３次元ＣＡＤで形状モデルを設計する際の幾何構造図形は規則性立体と曲面とに大別され、規則性立体の幾何要素は、２次元および３次元直線と２次元円および２次元円弧の組み合わせ集合体表示であり、曲面の幾何要素は２次元および３次元直線の組み合わせ集合体として表示されている。

従来の３次元ＣＡＤ／ＣＡＭにおいては形状モデルの規則性立体造形のＮＣデータ作成にあたっては、規則性立体の幾何要素成分が２次元幾何要素であるが、２次元ＣＡＭ用データに直接変換するソフトは無く、また３次元ＣＡＭには２次元円および円弧に変換する思想は無いために、コマンドも無く円および円弧は全て超多角形に分割するので、３次元ＣＡＤにおける規則性立体の形状モデル造形のＮＣデータ作成においては、ＣＡＤの図面コマンドを用いて三面図表示に切り替え表示し、更に図面として印刷出力して、この図面表示された三面図を基に２次元ＣＡＤで新たに設計図を作成して、立体加工２．５次元ＣＡＭでＮＣ加工データを作成している。

３次元ＣＡＤ形状モデルにおける曲面を造形するＮＣデータ作成は、３次元ＣＡＭのモデラー部でＣＡＤ設計形状モデルの再現後にポリゴン処理を実行するにあたって、曲面は水平面を等間隔で切断したスライス面をもうけた等高線切削を用いた切削加工データとしていて２．５次元等高線切削と同様なＮＣ加工データ作成方法を採用している。

現状のＣＡＤ／ＣＡＭのＮＣ加工データ作成は、ＮＣマシンの機械構造での効率化を含めて等高線切削ＮＣ加工データが多く用いられているので、３次元曲面パッチ間の境目がぼやけることがあり、後工程で人手による修正や平滑化のための磨き作業が追加されている。

３次元ＣＡＤ／ＣＡＭのＮＣ加工データ作成において、システム導入ユーザーから加工精度や細滑度の向上が求められているにもかかわらず、暫定処置においても加工データ変換時の分解能を最小にする程度で、根本的な解決策が明確にされていない課題があった。

３次元ＣＡＤ／ＣＡＭのＮＣ加工データ作成において、３次元ＣＡＭモデラー部でＣＡＤ設計形状モデルを再現する場合に、網目状に織りなす曲線表示の形状表面を面処理のポリゴン処理を施して微細三角パッチ群とするので、ＮＣ言語の持つ２次元円および２次元円弧の変換作成機能の活用が出来ない課題があった。

また、３次元ＣＡＭモデラー部でＣＡＤ設計形状モデルを再現するにあたって、網目状に織りなす曲線表示の形状表面を、面処理のポリゴン処理を施して微細三角パッチ群とすることのみであった。それ故、３次元ＣＡＤ設計において形状モデルの網目状の曲線類はポリゴン処理するために使用されるのみで、ＮＣ加工データ作成には有効活用されず、曲面パッチの稜線部走行や極小フィレット面を連続切削するＮＣ加工データ作成ができないなどの課題があった。

さらに、３次元ＣＡＤ設計において作成された形状モデルの網目状の曲線は、ポリゴン処理するためのみに使用されるため、曲面パッチ単位での正確性・加工精度・細滑性等の向上のためには寄与し難いという課題があった。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、３次元ＣＡＤで設計した造形用部品の形状モデル表現に網目状に織りなす曲線表示した曲線同士の交差する結節点のポテンシャル点情報を３次元ＣＡＤデータから直接抽出し、加工プログラムを作成するテンプレートソフトを上流の３次元ＣＡＤと下流の３次元自動プロの中間にもうけることを要旨とする。

上記課題を解決するため請求項２記載の発明は、請求項１記載のＮＣデータ作成方法において、造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルを構成する網目状に織りなす幾何要素曲線が交差する結節点幾何要素をベクトル情報に変換し、曲面パッチ切削加工用または曲線切削加工加工するＮＣ加工プログラムの実施を含むことを要旨とする。

上記課題を解決するため請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のＮＣデータ作成方法において、造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルで切削加工領域を網目状に織りなす曲線が創生する横ならびの行と縦ならびの列曲面パッチで、プログラム技術者が培った加工に関するノウハウを活用可能にして、単独曲面パッチの１組、または横ならび行方向の曲面パッチ群や縦ならび列方向の曲面パッチ群、さらに横ならび行と縦ならび列を合成したマトリックス状の曲面メッシュの加工領域・切削方向・切削方法などの経験値が活かせる切削加工領域が自由に選択可能とすることを要旨とする。

上記課題を解決するため請求項４記載の発明は、ＮＣ加工データ作成において永年培ってきた切削加工に関する経験、ノウハウの活用で、正確性が高く高精度が得られ超細滑を旨とすることは、ＮＣデータ作成の上流部分は３次元ＣＡＤ形状モデリング部、中間部分はテンプレートソフト部、下流部分はＮＣデータ作成部で、この下流部分に３次元自動プロを配置するものである。これによって加工技術者の培った切削技術に関する経験ノウハウが、中間部分のテンプレートソフト部ならびに下流部分の３次元自動プロ部でも自由に指令選択可能で、きめ細かな加工指示が可能なシステム構成を思考したことである。これはコンピュータの高度活用術の分散処理運用にも通じる手法をＮＣデータ作成システムに採用したことを要旨とする。

この発明によれば、３次元自動プロに入力する加工プログラムは、加工技術者が手入力することなく、テンプレートソフトにおいて造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルから、ＮＣ加工する加工プログラムを自動で作成することが可能になる。

また、３次元ＣＡＤ形状モデルの規則性立体形状については、ＣＡＤ形状データから直接ＮＣ加工プログラムを抽出することにより、２次元円および円弧変換プログラム指令がさらに自動処理作成が行われ、ＮＣ加工データは圧縮処理ならびＮＣマシン運用効果で加工データ容量は激減し、切削加工面は細滑性が向上する。

さらに、３次元ＣＡＤ形状モデルの曲面については、正確忠実な形状データのベクトル値変換によって、切削加工した部品の精度・細滑性は向上する。

３次元ＣＡＤ形状モデルの作成においては、従来の３次元ＣＡＤで造形部品のモデリング手順とは何も変わること無い手法を採用している。しかし、従来の３次元ＣＡＭは加工データ変換のためにＣＡＭのモデラー機能部で、ＣＡＤ形状モデルの再描画表示機能を活用してＮＣデータ作成としているが、図１の３次元自動プロ１６には全くＣＡＤモデルの再描画表示機能は持たない。故に、テンプレートソフト１５には、３次元ＣＡＤ形状モデルの網目状に織りなす曲線同士が交差する結節点のベクトル情報を、加工プログラム情報に置き換える機能構造とした。

実施の形態１．
図２は、テンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システムの３次元ＣＡＤ形状モデル１１のＮＣデータ作成に係るもので、造形部品を切削加工する切削加工理論から考えると規則性立体１２の２．５次元切削加工と曲面１３の３次元切削加工とに大別され、加工データ構造としての違いがあるが、３次元ＣＡＤ形状モデル１１のＣＡＤ表現においては、網目状に織りなす曲線同士が交差する結節点ベクトル情報を、加工プログラム情報に自動的に置き換える作業をテンプレート１５が実行する。

実施の形態２．
図２において、テンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システムの３次元ＣＡＤモデル１１の規則性立体１２ならびに曲面１３は共に実施の形態１．で、３次元ＣＡＤ形状モデル情報を加工プログラム情報に置き換えるが、そのＣＡＤモデル形状から自由に選択した曲面パッチの抽出が可能であり、加工技術者の培った加工情報の指令が可能な形態とした。この為に３次元形状モデルの任意の曲面パッチを抽出し、自由な加工指示することができる。図３は一般３次元ＣＡＤ形状モデルを展開表示図例であって、テンプレートソフト１５は、この曲面パッチ群２０には四角形曲面パッチが横３組に縦４組で計１２組の四角形曲面パッチの何れをも単独で図４に示す、曲面パッチ２１または２２を加工するプログラムとして抽出可能、また図５に示す曲面パッチ群２３または２４を加工するプログラムとして抽出可能、さらに曲面パッチ群２０全体を加工するプログラムとしても抽出可能としてある。この様に３次元ＣＡＤ形状モデルから加工者の得意とする加工プログラムの抽出を、テンプレートソフト１５において自由選択できる。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態１ならび実施の形態２の基本となるテンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システムの基本となる３次元ＣＡＤ形状データであり、網目状に織りなす曲線同士で曲線が交差する結節点Ｏのベクトル値即ち位置ベクトル値となる結節点の絶対座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と接線方向ベクトル即ち、方向ベクトル（δｘ，δｙ，δｚ）の位置ベクトルと方向ベクトルの関係において、位置ベクトル１点に付き方向ベクトルを１組貸与する構成のセグメント点情報と、位置ベクトル１点に付き方向ベクトル２組貸与する構成のポテンシャル点情報とが構成され、このセグメント点情報の活用とポテンシャル点情報の活用を述べる。先ず初めに３次元点における接線ベクトル貸与とは、図６で垂直軸心を持つ右手座標系地球儀の任意の表面上に点Ｐを設定した状態である。地球儀の核芯Ｏ(X0，Y0、Z0)とみなし、直線ＯＰの方向を方向余弦で表すとA(δX，δY，δZ)になる。直線ＯＰとＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸との作る各をそれぞれα、β、γとしてＵ＝cosα，Ｖ＝cosβ，Ｗ＝cosγとおくと（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を直線ＯＰの方向余弦（図８）ということは衆知の事実である。点Ｏを結節点位置に合わせ点Ｐを３次元ＣＡＤ形状モデルの接線ベクトルに合致させる仕組みを、自動的にテンプレートソフトで実施する形態を採用すれば良い。これによって次の事柄は全てが自動処理可能になる。

曲面パッチの基本は四角形曲面パッチであり、このパッチの四隅の点は３次元ＣＡＤ形状モデルの結節点に合致させ、四角形曲面パッチ構成には四隅の各点にＵＶ２方向の方向ベクトル４組で曲面パッチを表現可能であり、このＵＶを本発明では、Ｕの代わりをＡに、Ｖの代わりをＢと表現した、この説明図が図８となる。図７の四角形□ＰＱＲＳの四隅コ−ナ点の結節点のベクトル即ちポテンシャル点情報を当てはめると、テンプレートソフトは四角形曲面パッチを加工する形状プログラムとなり、これに運動命令を貸与指令することで四角形曲面パッチの加工プログラムとなる。本発明の曲線切削プログラムならびに曲面パッチ切削加工プログラムの全ては、ＣＡＤモデリング曲線創生同様に通過点の情報であって、一般的なＢスプライン曲面創生のような制御点入力と違い３次元ＣＡＤ形状モデルを構成する網目状に織りなす曲線同士が交差する結節点そのものであって制御点ではない。なお本発明のテンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システムのテンプレートソフトにおいて、３次元ＣＡＤ形状モデルの結節点ベクトルをポテンシャル情報に自動置換し、これを加工プログラム文にするためには、このテンプレートソフトはボールエンドミル工具中心の形状データとする必要があり、３次元オフセット処理機能が付随してある。以上の説明で理解可能のごとく本発明のＮＣデータ作成システムにおいては、ＣＡＤ形状モデルを面処理する必要は皆無でありＣＡＤ形状モデルの結節点ポテンシャル点情報のみの高度活用で済む。

３次元ＣＡＤ形状モデルの造形部品を切削加工する場合に、従来はポリゴン処理による加工データ作成のために加工データは膨大になったが、本発明によるテンプレートが、形状データを自動でベクトル変換した加工プログラムを作成する事によって、データ量が激減するとともに、Ｇ１７(ＸＹ平面)，Ｇ１８(ＸＺ平面)，Ｇ１９(ＹＺ平面)にわたる３平面を円弧並びにＮＵＲＢＳ曲線補間することで、高精度、超細滑の加工が出来る。
もって、本発明になるテンプレートソフトを活用することによって、機械加工産業に大いなる貢献が出来るという効果を発生するものである。

本発明の全体機能を示すフローチャート図 図１の内部機能表示図 一般３次元ＣＡＤ形状モデルを展開表示図例 図３の中の任意単独曲面パッチ例表示図 図３の中の任意曲面パッチ群例表示図 本発明で用いる位置ベクトルの点に接線方向ベクトル貸与状態図 四角形曲面パッチを四点とＡ，Ｂ二方向の方向ベクトル貸与図 方向余弦説明図

符号の説明

２０ 曲面メッシュ
２１ 曲面パッチ
２２ 曲面パッチ
２３ 曲面パッチ群
２４ 曲面パッチ群

（ａ）セグメント点情報
（ａ）セグメント点のプログラム文は位置ベクトルの絶対座標点とその点を通過する１方向の方向ベクトルを幾何学角度表示方式の方向余弦記述を行う。
構文（１行１ステートメント処理）
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）， Ａ（Ｉ，Ｊ，Ｋ）
Ｘ：位置ベクトル表示のＸ値（絶対座標値）
Ｙ：位置ベクトル表示のＹ値（絶対座標値）
Ｚ：位置ベクトル表示のＺ値（絶対座標値）
Ａ：方向ベクトル表示記号
Ｉ：方向ベクトル表示のδｘ値（相対座標値）
Ｊ：方向ベクトル表示のδｙ値（相対座標値）
Ｋ：方向ベクトル表示のδｚ値（相対座標値）
注：このセグメント点記述方式を採用すると、図形要素の直線・円弧・曲線の全てを表現出来るのでこの記述方法を用いる。

（ｂ）ポテンシャル点情報
（ｂ）ポテンシャル点のプログラム文は位置ベクトルの絶対座標点とその点を通過する２方向の方向ベクトルを幾何学角度表示方式の方向余弦記述を行う。
構文（１行１ステートメント処理）
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）， Ａ（Ｉ，Ｊ，Ｋ）， Ｂ（Ｐ，Ｑ，Ｒ）
Ｘ：位置ベクトル表示のＸ値（絶対座標値）
Ｙ：位置ベクトル表示のＹ値（絶対座標値）
Ｚ：位置ベクトル表示のＺ値（絶対座標値）
Ａ：Ａベクトル表示記号
Ｉ：Ａベクトルのδｘ値（相対座標値）
Ｊ：Ａベクトルのδｙ値（相対座標値）
Ｋ：Ａベクトルのδｚ値（相対座標値）
Ｂ：Ｂベクトル表示記号
Ｐ：Ｂベクトルのδｘ値（相対座標値）
Ｑ：Ｂベクトルのδｙ値（相対座標値）
Ｒ：Ｂベクトルのδｚ値（相対座標値）
注：ポテンシャル点に貸与する２方向の方向ベクトルの
１）Ａ方向の方向ベクトルとは、工具が走行カッティングする方向＝説明上・主曲線の方向の方向ベクトル＝ベース・ラインの方向
２）Ｂ方向の方向ベクトルとは、主曲線と交差する交差曲線＝従曲線＝工具がピック移動する方向の曲線の方向ベクトル＝クロス・ラインの方向

Claims (4)

1. ３次元ＣＡＤシステムで作成された３次元ＣＡＤモデル幾何要素を３次元ＣＡＤシステムから抽出して、ＮＣ加工プログラムを作成するＮＣデータ作成システムにおいて、造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルを網目状に織りなす幾何要素の組み合わせ曲線で表現し、この曲線の網目状に交差する結節点幾何要素のベクトル情報を直接ＣＡＤデータから抽出し、加工プログラム情報に変換するテンプレートソフトを挿入することを特徴とするＮＣデータ作成システム。
2. 造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルを表現する曲線同士の交差する結節点が保有するベクトル情報の位置ベクトル値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）点で、交差するＵＶ二方向の方向ベクトル値（Δｕｘ、Δｕｙ，ΔｕｚおよびΔｖｘ、Δｖｙ，Δｖｚ）のポテンシャル点情報を最少４組の結節点情報で面情報を構成し、もしくは、結節点に存在するＵＶ二方向の（ＵまたはＶ方向ベクトル）の連続で３次元曲線情報を構成することを特徴とする請求項１記載のテンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システム。
3. 造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデルから切削加工領域を抽出するために、その領域の大きさを決定するにあたって、図形・形状処理工学の四角形曲面パッチ１組（４組の結節点情報＝ポテンシャル点情報）の単体曲面パッチ情報、もしくは横一行分または縦一列分曲面パッチ群、もしくは曲面パッチを行列配列した曲面メッシュ情報を採用することにより、曲線や曲面を表現する数式は用いず、結節点情報を行列配列し、この結節点情報量の数値管理制御を行う加工プログラム指令方式とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のテンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システム。
4. 造形部品の３次元ＣＡＤ形状モデル幾何要素を抽出しＮＣ加工プログラムを作成するＮＣデータ作成システムにおいて、３次元形状モデルデータのＮＣ加工データを作成するための形状データを自動プロに受け渡すために、ベクトル主体のＮＣ加工用形状データ変換ならびにポテンシャル点情報を管理するテンプレートソフト部を経由する構成としたことを特徴とするテンプレートソフト挿入ＮＣデータ作成システム。
   

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