JP2013161111A

JP2013161111A - 突き加工のツールパス生成システム及び生成方法

Info

Publication number: JP2013161111A
Application number: JP2012019845A
Authority: JP
Inventors: Qiqige Bayasi; 其其格巴雅斯; Hideaki Onozuka; 英明小野塚; Noriaki Yamamoto; 典明山本; Takahiro Nakano; 隆宏中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】突き加工のツールパス生成を、突き加工切削回数の削減と、工具の摩耗低減と寿命向上を目的とする。
【解決手段】製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報より被削体と、該被削体の上を向く水平面の境界線情報を算出する手段と、ユーザより入力された工具と加工方法の情報に基づいて、基準面積を算出する手段と、被削体の境界線の情報と、工具半径から切削パターンの補助パスを生成する手段と、切削工具の次の切削点を仮定した場合に、該切削点で突き加工を実施する切削断面の境界点を算出し、境界点の組合せパターン毎に予め切削断面積の計算式を記憶してある記憶部を検索して、該当する計算式を判定する手段と、切削断面積の計算式を用いて、前記仮定された切削点の座標を修正して、次の切削点を算出する手段と、算出された切削点列データに、切削深さ、回避動作の情報を付加して突き加工ツールパスを生成する手段とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、数値制御工作機械による素材加工において、負荷平準化突き加工を実行可能なツールパスを自動生成するシステムに関する技術である。

数値制御工作機械により素材を加工するには、予め加工動作をコントロールする数値制御命令をプログラムしておく必要がある。ＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)を用いて生成することができる。ＣＡＭでは、オペレーターからの指定した加工方法、被加工領域、使用する回転切削工具および加工条件などの情報に基づき内部計算式よりツールパスを生成している。しかし、これら設定条件が同じ条件においてもツールパスの計算方法によって生成されるツールパスが異なり、必要な加工精度を実現する加工時間に差が生じる。

また、数値制御工作機械の加工方法において、エンドミルやドリルなどの工具を穴あけ加工を行うように垂直に上下させながら素材を切削する突き加工方法がある。この突き加工方法は深い切削領域を切削するのに効率的である。図３Ａは側面図を用いて示した突き加工方法の説明図である。突き加工装置の切削工具Ｔが回転しながら加工軸に従い下降し、被削体Ｗが回転する切削工具Ｔに触れることにより切削される。詳述すると、回転する切削工具Ｔを被削体Ｗに下降し、一箇所の切削が終了すると上昇し、工具Ｔを被削体に当たらない所定位置に引き上げる。そして、次の切削箇所へと加工軸を水平方向に移動し、再度切削工具Ｔを被削体Ｗに下降して切削する。図３Ｂは上面図を用いて示した突き加工方法の説明図である。これを、図３Ｂに示す位置Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の順番で切削工具Ｔを移動させながら、繰り返し行なうことで被削体Ｗを順次切削する。距離のＡは前進ステップであり、距離のＢはオーバーステップである。前進ステップＡとは一つの切削点からその次の突切削へ進む平面距離を指定するパラメータであり、オーバーステップＢとは一行（ループ）の突き加工から次の行（ループ）の突き加工へ進むステップである。

前記突き加工のツールパスもＣＡＭの設定画面にて加工領域と、使用工具と、前進ステップＡと、オーバーステップＢと、ツールの切削ループの動作パターンを指定する切削パターン等の加工条件を設定すれば、内部計算式より前記突き加工のツールパスを自動生成できる。このような突き加工方法のツールパス生成方法として特許文献１と特許文献２の方法がある。

特許文献１に記載されている生成方法は、切削工具Ｔは一定幅及び一定幅の工具送りピッチにより移動し、加工領域である被削体Ｗを切削する方法であり、切削工具Ｔを行方向に一定ピッチで移動させる際、移動先の位置の加工終了点が、前列同位置の加工終了点を超えて入り込む場合、その位置を加工しないで通過して、その先の加工終了点が、前列同位置の加工終了点未満となる箇所から加工を始め、その後、細かいピッチで逆方向に戻りながら加工する方法を提供する。

特許文献２に記載されている加工方法は、切削工具Ｔは一定幅及び一定幅の工具送りピッチにより移動し、被削体Ｗを切削する方法であり、被削体の輪郭線が隘路又は折り返しを形成する箇所に対して、回転工具の移動方向前後の２点を結ぶ加工補助線を生成し、前記加工補助線に沿って所定間隔に加工点を配置する方法を提供する。

特開２００２−３６１５１３号公報特開２００８−１２６３７７号公報

特許文献１では、切削工具を一定幅及び一定幅の工具送りピッチにより移動して被削体Ｗを切削する場合、被削体の切削形状や切削位置によって一回当りの切削負荷にばらつきが生ずる。具体的には、切削負荷が小さい場合、一回の突き加工動作で除去する切削量が小さくなるため、切削効率が低くなる。また、切削負荷が過剰に増える場合、びびり振動や工具損傷を起こす問題がある。これら問題に対処するため切削速度の調整や、ツールパスの修正などの手間がかかっている。

特許文献２では、被削体の切削負荷が高い箇所に補助線を生成し、その補助線に沿って所定間隔に加工点を配置することにより切削負荷が大きくなる問題を回避できるが、一回の突き加工動作で除去する切削量が小さくなり効率が落ちる恐れがある。

本発明の突き加工のツールパス生成方法では、切削断面積を考慮しながら、切削点とその次の切削点間のステップを基準面積から算出し、一回当たりの切削断面積を基準面積に近付けることによって、突き加工切削回数の削減と、工具の摩耗低減と寿命向上を目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、加工ツールパス生成システムを、製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報より加工領域である被削体と、該被削体の上を向く水平面の境界線情報を算出する手段と、ユーザより入力された工具と加工方法の情報に基づいて、基準面積を算出する手段と、被削体の境界線の情報と、工具半径から切削パターンの補助パスを生成する手段と、切削工具の次の切削点を仮定した場合に、該切削点で突き加工を実施する切削断面の境界点を算出し、境界点の組合せパターン毎に予め切削断面積の計算式を記憶してある記憶部を検索して、該当する計算式を判定する手段と、前記切削断面積の計算式を用いて、切削断面積を前記基準面積とするように前記仮定された切削点の座標を修正して、次の切削点を算出する手段と、前記算出された切削点列データに、切削深さ、回避動作の情報を付加して突き加工ツールパスを生成する手段とを備えて構成した。

また、上記課題を解決するために本発明では、前記加工ツールパス生成システムに、突き加工工具の切削加工位置を水平面上の座標で表した切削点を切削順番に指定して、第ｎ番目の切削点における加工工具の切削断面積を算出するための計算式を、切削断面の境界点の組合せパターンに対応させて予め記憶している記憶部を備えて構成した。

また、上記課題を解決するために本発明では、前記加工ツールパス生成システムの計算式を判定する手段において、前記切削断面の境界点は、次の切削点CP(n)、およびそれより前の全ての切削点CP(m＜n)に対して、次の切削点CP(n)を中心点とする工具半径Rの円と加工領域の境界線との交点、および全ての切削点CP(m＜n) を中心点とする工具半径Rの円と加工領域の境界線との交点、および加工領域内の切削点CP(n)を中心点とする工具半径Rの円と全ての切削点CP(m＜n) を中心点とする工具半径Rの円との交点を抽出して、前記抽出した交点の中で、交点と次の切削点CP(n)との距離が工具半径R以内であり、かつ交点と全ての切削点CP(m＜n) との距離が工具半径R以上である条件を満たす交点を前記切削断面の境界点として選択することで算出されるように構成した。

本発明により、切削点と次の切削点のステップを基準面積から動的に調整できるため、切削面積を基準面積に近付けて切削回数を削減すると共に、工具の摩耗を低減し工具寿命を向上できる効果がある。

本発明の突き加工ツールパス生成システムの機能構成図の一例である。負荷平準化突き加工ツールパス生成システム100の生成処理の流れを示すフロー図である。側面図を用いて示した突き加工方法の説明図である。上面図を用いて示した突き加工方法の説明図である。製品CAD設計図面情報の一例であり、直方体の製品Sampleが直方体の欠け口Box1と、円筒穴Hole1から構成されている。図４に示す製品Sampleを加工する素材ｍBoxの素材CAD情報の一例を示す図である。図５に示す素材mBoxから、図４に示す製品Sampleの欠け口Box1を加工するために切削する被削体CutBox1の例を示す図である。図６Ａに示す被削体CutBox1の境界線情報の一例を示す図である。図５に示す素材mBoxから、図４に示す製品Sampleの円筒穴Hoel1を加工するために切削する被削体CutHoel1の例を示す図である。図７Ａに示す被削体 CutHoel1の境界線情報の一例を示す図である。加工条件設定画面の一例を示す図である。図８Ａに示す加工条件設定画面にて設定した加工条件データを加工条件データ記憶領域に格納した一例を示す図である。基準面積の算出方法の一例を説明する図である。突き加工ツールパスの切削パターン（ジグザグパターン）の一例を示す図である。突き加工ツールパスの切削パターン（外周従属パターン）一例を示す図である。図６Ａに示す被削体CutBox1に対する突き加工ツールパスのオフセットパスの一例を示す図である。図１１Ａに示すオフセットパスの切削パターン（ジグザグパターン）の補助パスの一例を示す図である。切削点CP(1)と前記切削点CP(1)の境界点と前記切削点の切削断面の一例を示す図である。切削点CP(2)と前記切削点CP(2)の境界点と前記切削点の切削断面の一例を示す図である。切削点CP(n)と前記切削点CP(n)の境界点と前記切削点の切削断面の一例を示す図である。Ｎ番目の切削点CP(N)の切削断面の境界点を算出する処理フローの一例を示す図である。切削断面の計算式を用いて基準面積から切削点を算出する処理フローの前半部を示す図である。切削断面の計算式を用いて基準面積から切削点を算出する処理フローの後半部を示す図である。図１４の処理にて生成した切削点のイメージ図の一例を示す。突き加工のツールパスのイメージ図の一例を示す。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１に、本発明の突き加工ツールパスの自動生成機能を３次元ＣＡＭ装置に搭載した突き加工ツールパス生成システム100の機能構成図を示す。突き加工ツールパス生成システム100は、演算部101、記憶部102、入力部103、出力部104、通信部105を備えている。また、通信部105、ネットワーク150を介して、３次元ＣＡＤ装置130、ＮＣ加工機140と接続される。

演算部101は、ＣＡＤで作成された形状データを入力データとして加工用のＮＣプログラム作成までを行なう従来の３次元ＣＡＭ部111に加えて、３次元ＣＡＤ装置130より部品(製品)の形状情報を含む製品ＣＡＤ設計図面情報と素材の形状情報を含む素材ＣＡＤ情報を入力して製品ＣＡＤ設計図面情報記憶領域123と素材ＣＡＤ情報記憶領域124へ記憶する形状情報取得部110と、前記製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報から被削体の形状情報を算出する被削体算出部112と、出力部104に加工条件設定画面を表示してユーザより入力部103を介して工具情報と加工方法を読み込む加工条件取得部116と、前記加工条件取得部116にて取得した工具情報と加工方法により切削パターンの補助パスを生成する切削パターンの補助パス生成部114と、前記加工条件取得部116にて取得した加工条件により基準面積を算出する基準面積算出部115と、前記被削体算出部112にて算出した被削体の境界線と切削済切削点の切削断面境界線情報を用いて次の切削点の切削面積を計算する面積計算式を判定する面積計算式の判定部117と、前記面積計算式判定部117にて判定した面積計算式を用いて前記基準面積算出部115にて算出した基準面積に基づき突き加工の切削点を算出する切削点算出部118と、切削点の情報に切削深さや回避動作の情報を追記し突き加工のツールパスを生成するツールパス生成部113とを備える。

記憶部102は、加工条件データ記憶領域120、面積計算式記憶領域121、加工装置条件データ記憶領域122、製品ＣＡＤ設計図面情報記憶領域123、素材ＣＡＤ情報記憶領域124、被削体情報記憶領域125、ツールパスデータ記憶領域126、ＮＣデータ記憶領域127を有する。

図２に、突き加工ツールパス生成システム100のツールパス生成処理の流れを示す。ツールパスは、製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報から被削体(加工領域)の形状情報を取得し、加工条件設定画面にて設定した工具や加工方法などの加工条件を読み込み、切削パターンの補助パスを生成した後、前記基準面積算出部115にて算出した基準面積を基準に切削断面積が平準となる負荷均一な突き加工ツールパスの計算を行う流れとなる。このフローはユーザから入力部103を介して、突き加工ツールパスの計算処理を行うように要求された時に開始される。

以下にツールパス自動算出処理の詳細について、図２を用いて説明する。

まず、製品ＣＡＤ設計図面情報から製品(部品)形状情報を、素材ＣＡＤ情報から素材形状情報を取得する（S100）。一般的に、製品ＣＡＤ設計図面情報は、ユーザにより製品(部品)各部の幾何情報とそれに付随する非幾何情報が与えられることにより、３次元空間内にモデリングされる。また素材ＣＡＤ情報は、素材のブロック形状の数値入力により定義される。

次に、前記S100にて取得した製品(部品)形状情報と素材形状情報から、被削体(加工領域)の形状情報を算出する（S200）。
次に、加工条件設定画面にて設定された工具と加工方法など加工条件の情報を加工条件データ記憶領域120から読み込み（S300）、読み込んだ前記加工条件を用いて工具ごとに推奨される切削効率が高い切削断面積である基準面積を算出する（S400）。
そして、前記S200にて取得した被削体の形状情報と前記S300にて取得した加工条件から切削パターンの補助パスを生成する（S500）。
次に、切削断面の境界点を算出し、切削断面積の計算式を判定し切削断面積の面積計算式を面積計算式の記憶領域121から読み込む（S600）。
そして、切削点算出部118にて、前記S400にて算出した基準面積を切削点の切削断面積とし、前記S600にて読み込んだ面積計算式から切削点を算出する（S700）。
次に、前記S700にて算出した切削点の情報に、前記S200にて算出した被削体の形状情報と前記S400にて読み込んだ加工条件から算出する切削点の切削深さや回避動作の情報を追記し、ツールパス生成部113が突き加工ツールパスを自動生成する（S800）。
最後に、ツールパス生成部113は、生成したツールパスデータをツールパスデータ記憶領域126へ記憶すると共に、出力部104へ出力する（S900）。ツールパスデータは、ファイル、ディスプレイ、紙などに出力する。

以下に、直方体の欠け口Box1と、円筒穴Hole1が形成された直方体Sampleのツールパス生成方法を図４〜図１２を用いて説明する。

（１）製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報からモデルの形状情報を取得（S100）
図４に、製品ＣＡＤ設計図面情報の一例を示す。図４に示す製品Sampleは、直方体Boxと、直方体Box1と、円筒穴Hole1の集合演算から構成されている。製品ＣＡＤ設計図面情報には製品Sampleを構成する基本立体のBox、Box1、及びHole1の情報と形状表現の直線、平面及び曲線などの情報が含まれており、これら各形状の表現式を形状情報取得部110にて取得する。図４に示す製品Sampleの製品ＣＡＤ設計図面情報から取得したＣＡＤ情報は以下の情報から構成される。

（a）上を向く水平面は３個ある。f6はBoxの表面であり、f15は垂直方向の直方形穴Box1の底であり、f21は垂直方向の円形の穴Hole1の底である。
（b）基本立体Boxは、q1〜q8を頂点とした、３対の互いに直交する並行な平面f1〜f6で限られた空間である。
（c）基本立体Box1は、q11〜q18を頂点とした、３対の互いに直交する並行な平面f11〜f16で限られた空間である。
（d）基本立体Hole1は、q21（x₀，y₀，ｚ₀₁）、q22（x₀，y₀，ｚ₀₂）を軸とする半径r₀の円柱である。
（数１）
f(x，y)＝ r₀ ² −（x−x₀）² −（y−y₀）² ＞＝０
ｚ₀₂ ＜＝ｚ＜＝ｚ₀₁
図５に、図４に示す部品Sampleを加工する素材ｍBoxの一例を示す。図５に定義されている素材ｍBoxは、基本立体Boxから構成されている。素材情報には、加工用素材を構成する基本立体Boxの情報と形状表現の直線、平面及び曲線など情報が含まれており、これら各形状の表現式を形状情報取得部110にて取得する。図４に示す製品Sampleを加工する素材ＣＡＤ情報記憶領域124から取得した素材情報は以下の情報から構成される。
（a）上を向く水平面は１個あり、Boxの表面である。
（b）基本立体Boxは、q1〜q8を頂点とした、３対の互いに直交する並行な平面f1〜f6で限られた空間である。

（２）被削体の形状と境界線情報の取得（S200）
図６Ａに、図５に示す素材mBoxから、図４に示す製品Sampleの欠け口Box1を加工するために切削する被削体CutBox1の例を示す。被削体CutBox1の情報には、被削体CutBox1 の形状表現の直線、平面及び曲線などの情報が含まれており、これら各形状の表現式を被削体算出部112にて取得する。図６Ｂに、図６Ａに示す被削体CutBox1の境界線情報を算出した一例を示す。
（a）上を向く水平面は１個あり、CutBox1の表面であり、境界線Line1〜Line4から構成される。境界線Line1と素材の境界線が一致するため、外側の空間は干渉しない。境界線Line2〜Line4は、素材と製品の境界線のため、外側の空間は工具と干渉する。
（b）被削体CutBox1は、q11〜q18を頂点とした、３対の互いに直交する並行な平面f11〜f16で限られた空間である。平面f11とf16は素材の境界面と一致するため、平面f11とf16の外側の空間は工具と干渉しない。平面f12〜f15は素材と製品の境界面であり、外側の空間は工具と干渉する。

図７Ａに、図５に示す素材mBoxから、図４に示す製品Sampleの円筒穴Hole1を加工するために切削する被削体CutHole1の例を示す。図７Ｂに、図７Ａに示す被削体CutHole1の境界線情報を算出した一例を示す。
（a）上を向く水平面は１個あり。f21はCutHole1の表面であり、境界線Line21が形成される。境界線Line21は、素材と製品の境界線のため、外側の空間は工具と干渉する。

（３）加工条件設定画面にて設定された加工条件の取得（S300）
図８Ａに加工条件設定画面180の一例を示す。図８に示す加工条件設定画面180にて、工具の切削直径Ｄ1と、切削有効刃長FLと、及び工具長さＬ1などを設定し、工具を支持する工具ホルダの直径Ｄ2と、ホルダ長さＬ2と、ホルダのテッパ角度などの情報を設定し、加工方法の切削パターンと、前進ステップＡと、オーバーステップＢをユーザが設定可能とする。ユーザは工具の選定と共に、工具メーカが推奨する加工条件の情報を勘案して、前進ステップＡと、オーバーステップＢを入力する。
これら加工条件設定画面180にて設定された工具情報と加工方法を加工条件取得部116が取得して加工条件データ記憶領域120に記憶する。図８Ｂに図８Ａの加工条件設定画面180にて設定された加工条件データの加工条件データ記憶領域120に格納された形式の一例を示す。

（４）基準面積の算出（S400）
基準面積を算出する方法を図９を用いて説明する。基準面積の計算式を下記数式２に示す。ここで、Sa21は図９に示す点cp2を中心とした円の点P2と点P4を端点とする弓形の面積であり計算式を数式３に示す。Sa22は図９に示すcp2を中心とした円の点P2と点P5を端点とする弓形の面積であり計算式を数式４に示す。Sa11は図９に示す点cp1を中心とした円の点P3と点P5を端点とする弓形の面積であり、St1は図９に示す点P2、P3、P5を端点とする三角形の面積である。加工条件取得部116にて取得した前進ステップＡとオーバーステップＢと工具半径Ｒから、数式２〜数式８を用いて、基準面積Scを基準面積算出部115にて算出する。
(数２) Sc ＝ Sa21 − Sa22 − Sa11 − St1
(数３) Sa21 ＝ (1/2)・R² ・ ((C1)−sin(C1))
(数４) Sa22 ＝ Sa11 ＝ (1/2)・R² ・ ((C2)−sin(C2))
(数５) St1 ＝ 2・R²・ (sin((C2)/2))² ・sin(2・(C3))
(数６) C1 ＝ π−2・sin⁻¹(１−B/R)
(数７) C2 ＝ cos⁻¹(A/(2・R)) − sin⁻¹(1−B/R)
(数８) C3 ＝ π/2 − (C2)/2 − sin⁻¹(1−B/R)

（５）切削パターンの補助パスを生成する（S500）
切削パターンの補助パス生成部114にて、被削体算出部112にて算出した被削体の境界線の情報と、加工条件取得部116にて取得した工具半径から切削パターンの補助パスを生成する。

図１０Ａ，１０Ｂに突き加工の切削パターンの代表的な２種類を示す。突き加工の切削間隔を制御する平面パスは、前進ステップＡとオーバーステップＢと切削パターンにより制御される。ここで、前進ステップＡとは一つの切削点からその次の突き切削へ進む平面距離を指定するパラメータであり、オーバーステップＢとは一行（ループ）の突き加工から次の行（ループ）の突き加工へ進む行間のステップである。切削パターンとは工具の切削動作パターンを指定するパラメータであり、平行な線形に沿って進むジグザグパターンや加工領域に沿って進む外周従属パターンなどがある。
図１０Ａに突き加工ツールパスのジグザグパターンの一例を示す。ジグザグパターンは、一方向の直線に沿ってツールパスを生成後、反対方向の平行な直線に沿ってツールパスを生成する直線往復送りの切削パターンである。
図１０Ｂに突き加工ツールパスの外周従属パターンの一例を示す。外周従属パターンは、加工領域の最外郭に沿ったパスを生成後、内側へ加工領域の輪郭に沿ったパスを生成する切削パターンである。

図１１Ａに、図６Ａに示す被削体CutBox1の平面f16におけるオフセットパスの一例を示す。オフセットパスとは加工領域の境界線に接する工具の中心点の軌跡であり、以下の方法で生成する。まず非加工領域と接しない境界線Line1から外側へ工具半径分をオフセットし、オフセットPassOF1を生成する。次に非加工領域と接する境界線Line2、Line3、Line4から内側へ工具半径分をオフセットしオフセットパスPassOF2、PassOF3、PassOF4を生成する。

図１１Ｂに、図１１Ａに示すオフセットパスPassOF１〜PassOF4におけるジグザグパターンの補助パス生成例を示す。非加工領域と接しない境界線Line1のオフセットパスPassOF１から最も遠いオフセットパスPassOF3まで、加工条件取得部116にて取得したオーバーステップＢの間隔で往復方向の直線を生成し、切削パターンの補助パスPassP1〜PassP5を生成する。図１１Ｂの例では、オフセットパスPassOF１から補助パスPassP1〜PassP4までの間隔はＢで共通であるが、補助パスPassP4とPassP5の間の間隔はＢ１と短くなっている。

（６）切削断面の境界点を算出し、切削断面積の計算式を判定する（S600）。
突き加工装置のツールパス作成処理は、切削工具を加工位置へ移動、位置決めさせるための水平面上のＸ−Ｙ座標で表された切削点CP(n)を順次決定することが主となる。切削点CP(n)は、切削工具の回転中心軸のＸ−Ｙ座標位置を表し、各切削点CP(n)位置において、切削工具を回転しながら所望の深さまで下降して突き加工が実施されることになる。ｎ番目の切削点CP(n)における突き加工の切削断面積は、切削点CP(n−1)以前の全ての切削点と、工具半形Ｒと、前進ステップＡと、オーバーステップＢとに基づいて算出される。

切削点CP(n)における突き加工の切削断面積を算出する際に、切削断面の境界点に着目する。図１２に示す代表的なパターン例を用いて、切削断面積の面積判定方法を以下に説明する。

図１２Ａは、加工領域のオフセットパスPassOF1上のスタート点CP(0)より、オーバーステップＢ1だけ移動した１番目の切削点CP(1)における切削断面積を計算する例である。１番目の切削点CP(1)を中心点とした半径Rの円弧上の境界点P1とP2を示す。境界点P1とP2は切削点CP(1)を中心点とした半径Rの円弧と加工領域の境界線Line1との交点であるため、切削点CP(1)の切削断面Ｓ1は切削点CP(1)を中心とした円弧と境界線Line1に囲まれる弓形であり、面積計算式は下記となる。
(数９) S1 ＝ (1/2)・ R²・ ((C1)−sin(C1))
(数１０) C1 ＝ π− 2・sin⁻¹(１−B1/R)
図１２Ｂは、図１２Ａの切削点CP(1)における切削加工に続いて、オーバーステップＢ２(前進ステップＢ２と呼んでもよい)だけ移動した２番目の切削点CP(2)における切削断面積を計算する例である。
２番目の切削点CP(2)を中心点とした半径Rの円弧上の境界点P3とP4を示す。境界点P3とP4は切削点CP(2)を中心点とした半径Rの円弧と加工領域の境界線Line1との交点であり、境界点P1とP2は切削点CP(1)を中心点とした半径Rの円弧と加工領域の境界線Line1との交点であるため、切削点CP(2)における切削断面Ｓ2は、境界点P1とP2を端点とした切削点CP(1)を中心とした円弧と、境界点P2とP4を端点とした境界線Line1と、境界点P4とP3を端点とした切削点CP(2)を中心とした円弧と、境界点P3とP1を端点とした境界線Line1に囲まれる形状であり、面積計算式は下記となる。
(数１１) S2 ＝ (1/2)・R²・((C2)−sin(C2)) − S1
(数１２) C2 ＝ π − 2・sin⁻¹(１−(B1＋B2)/R)
図１２Ｃは、ｍ番目の切削点CP(ｍ)において突き加工が行われた後、前進ステップＡnとオーバーステップＢnだけ移動した次のｎ番目の切削点CP(ｎ)における切削断面積Ｓnを計算する例である。
ｎ番目の切削点CP(n)を中心点とした半径Rの円弧上の境界点Pn2、Pn3、及びｍ番目の切削点CP(ｍ)を中心点とした半径Rの円弧上の境界点Pm2を示す。境界点Pn2は、切削点CP(n)を中心点とした半径Rの円と加工領域の境界線Line1との交点であり、交点Pn3は、切削点CP(n)を中心点とした半径Rの円と切削点CP(ｍ)を中心点とした半径Rの円との交点であり、境界点Pｍ2は切削点CP(ｍ)を中心点とした半径Rの円と境界線Line1の交点であるため、切削点CP(ｎ)の切削断面は、境界点Pn2とPn3を端点とした切削点CP(n)を中心とした円弧と、境界点Pn3とPm2を端点とした切削点CP(m)を中心とした円弧と、境界点Pm2とPn2を端点とした境界線Line1に囲まれる形状であり、面積計算式は下記となる。
(数１３) Sn ＝ San1 − San2 − Sam1− Str
(数１４) San1 ＝ (1/2)・R² ・ ((π−2・(C3))−sin(π−2・(C3))
(数１５) San2 ＝ (1/2)・R² ・ ((C5)−sin(C5))
(数１６) Sam1 ＝ (1/2)・R² ・ ((C6)−sin(C6))
(数１７) Str ＝ 2・R²・sin((C6)/2)・sin((C5)/2)・sin((C6)/2 ＋ (C5)/2 ＋(C4))
(数１８) C1 ＝ sin⁻¹(Lm/R)
(数１９) C3 ＝ sin⁻¹((Lm/R) − (An・sin(C)/R)・(sin(C2) / sin(C＋(C2)))
(数２０) C4 ＝ 2・sin⁻¹ (An・(sin(C)/(2・R))・sin(C ＋ (C2)))
(数２１) C5 ＝ π/2 − (C4)/2 − (C3) − (C2)
(数２２) C6 ＝ π/2 − (C4)/2 − (C1) ＋ (C2)
(数２３) Bn ＝ (Lm−Ln)/sin(C)

以上の図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示した突き加工の場合の切削断面積を算出する計算式は、予め切削断面の境界点のパターンと共に、面積計算式記憶領域121に記憶しておく。上記した３例の他にも、切削断面の境界点の現れ方のパターンを特徴として、面積計算式を登録しておくものとする。
図１３に、Ｎ番目の切削点CP(N)の切削断面の境界点を算出する処理フローの一例を示す。

まず、ステップS601にて、切削点CP(N)を取得し、変数ｎ＝Ｎ、交点番号ｋ＝１とする。
ステップS602にて、切削点CP(n)を中心点とする半径Ｒの円と加工領域の境界線との交点Ｐ(k)の座標を取得して記録する。交点番号ｋは記録と共にインクリメントする。
ステップS603にて、切削点CP(ｎ)より順番が若い切削点CP(n−1)があるかを判断する。若い順番の切削点がある場合はステップS604へ移り、若い順番の切削点が無い場合はステップS606へ移る。
ステップS604にて、若い順番の切削点CP(n)を取得する。
ステップS605にて、加工領域内の、切削点CP(N)を中心点とする半径Ｒの円と切削点CP(n)を中心点とする半径Ｒの円との交点Ｐ(k)の座標を取得して記録する。交点番号ｋは記録と共にインクリメントする。その後、ステップS602へ移る。

ステップS606にて、交点番号ｋ＝０として、以降のステップで前記ステップにて算出した交点Ｐ(k)から切削点CP(Ｎ)における切削断面の境界点となる交点を抽出する。
ステップS607にて、ｋ＝ｋ＋１；ｍ＝Ｎ−１とする。
ステップS608にて、交点Ｐ(k)と切削点CP(N)の距離DkNを算出し、DkNが工具半形Rより大きい場合、交点Ｐ(k)を境界点から排除してステップS612へ移る。DkNが工具半形R以内の場合はステップS609へ移る。
次に、ステップS609にて、交点Ｐ(k)と切削点CP(N)より若い順番の切削点CP(m)との距離Dkmを算出し、Dkmが工具半形Rより小さい場合(既に突き加工がなされていると判定される)、交点Ｐ(k)を境界点から排除してステップS612へ移る。Dkmが工具半形R以上の場合はステップS610へ移り、切削点CP(N)より若い順番の全ての切削点CP(m)に対して、ステップS609の判定を繰り返す。
ステップS611にて、交点Ｐ(k)を切削点CP(N)における切削断面の境界点とする。
ステップS612にて、上記ステップS607からステップS611までを全ての交点Ｐ(k)に対し繰り返し行い、切削点CP(N)における切削断面の境界点を決定する。
次にステップS613にて、切削点CP(N)における切削断面の境界点の特徴に基づき、面積計算式記憶領域121を検索して、切削断面積の計算式を判定する。

（７）切削断面の計算式を用いて基準面積から切削点を算出する（S700）。
図１４Ａ，１４Ｂに、突き加工ツールパスの切削点CP(n)を算出する処理フローの一例を示す。

まず、ステップS701にて、前記ステップS500にて生成した切削パターンの補助パスPass(1)〜Pass(J)を読込み、変数ｊ＝１とする。
ステップS702にて、スタート点切削点CP(0)を読込み、変数ｎ＝０とする。

次に、ステップS703にて、変数ｎをインクリメントして、
ステップS704にて、従来の突き加工のツールパス生成方法に従って、指定されたステップの間隔で次の切削点CP(n)を仮定する。
ステップS705にて、仮定した切削点CP(n)の切削断面の境界点を図１３に示した前記ステップS600の処理により求めて、面積計算式を判定する。

次に、ステップS706にて、判定した面積計算式を面積計算式記憶領域121から読み出し、切削断面積SnがS400にて算出した基準面積ScとなるBnを逆解析方法により算出する。
ステップS707にて、切削点CP(n)(x(n),y(n))をBnにより修正する。
ステップS708にて、前記ステップS706で算出したBnが補助パスオーバーステップB(j)より小さい場合、ステップS709にて切削点CP(n)を出力した後、ステップS703へ移り、変数ｎをインクリメントして、次の切削点CP(n)を計算する。ステップS708にて、前記ステップS706にて算出したBn＞＝B(j)になった場合、ステップS710へ移る。

ステップS710にて、BnとB(j＋1)を比較し、Bn＞B(j＋1)の場合、y(n)＝y(n)−(Bn−B(j＋1))に調整し(ステップS711)、
ステップS712にて、切削点CP(n)(x(n),y(n))を出力する。

ステップS713にて、切削点CP(n)から補助パスPass(j)の終点までの距離D(n)を算出する。
次に、ステップS714にてｎをインクリメントして、ステップS715にて、従来の突き加工のツールパス生成方法に従って、指定されたステップの間隔で次のステップn＝n＋1の切削点CP(n)を仮定し、x(n)＝x(n−1)＋A; y(n)＝y(n−1) とする。ここで、前進ステップAは、補助パスPass(j)の向きがx軸と同じ向きの場合には正の値、補助パスPass(j)の向きがx軸と反対の向きの場合には負の値を取る。
ステップS716にて、仮定した切削点CP(n)の切削断面の境界点を図１３に示した前記ステップS600の処理により求めて、面積計算式を判定する。
ステップS717にて、面積計算式記憶領域121から読み出した面積計算式を用いて、Bn＝B(n−1),Sn＝Scを代入して切削点CP(n)の前進ステップAnを算出する。

そして、ステップS718にて、前記ステップS713にて算出した切削点CP(n−1)と補助パスPass(j)の終点までの距離D(n−1)と、前記ステップS717にて算出したAnとを比較し、D(n−1)＞Anの場合には、ステップS719にて、x(n)＝x(n−1),y(n)＝y(n)を実施し、ステップS720にて、切削点CP(n)(x(n),y(n))を出力し、前記ステップS713からステップS720までをD(n−1)＜＝Anになるまで繰り返す。
前記ステップS718にて、D(n−1)＜＝Anになった場合、ステップS721へ移る。

ステップS721にて、切削点CP(n)の前進ステップAn＝D(n−1)とし、切削断面積がS400にて算出した基準面積Scと等しくなるBnを逆解析方法により算出する。
ステップS722にて、切削点CP(n)をx(ｎ)＝x(n−1)＋D(n−1)と、y(n)＝y(n−1)＋Bnに修正する。
次に、ステップS723にて、切削点CP(n)と補助パスPass(J)との距離D(nJ)を算出する。

ステップS724にて、距離D(nJ)が工具半径Ｒより小さい場合は、ステップS726へ移り、距離D(nJ)が工具半径Ｒ以上の場合は、ステップS725へ移る。
ステップS725にて、y(n)＝y(n)−(R−D(nJ))と修正する。
ステップS726にて、切削点CP(n)を出力しする。
そしてステップS727にて、ｊ＝ｊ＋1とし、次の補助パスPass(j)の切削点を生成し、最後の補助パスPass(J)が終了するまで、前記ステップS703からステップS727を繰り返す。
図１５に、図１４Ａ、図１４Ｂのフローチャートの処理にて生成した切削点(黒丸にて表示)のイメージ図の一例を示す。

（８）切削点に切削深さや回避動作の情報を追記し突き加工ツールパスを生成する（S800）。
図１６に、生成した突き加工のツールパスのイメージ図の一例を示す。突き加工のツールパスは、ツール軸に垂直なクリアランス平面における切削点間の距離、座標を制御する平面パスに、ツール軸方向に沿って垂直に上下させる軸方向のパスと、切削終了点から切削面外に退避するためのリトラクト距離とリトラクト角度を制御するリトラクトパスから構成される。まずクリアランス平面上で、工具を切削位置・切削点CP(n) に移動する（Pass１）。次に、工具をクリアランス平面から切削パスの開始点まで移動し（Pass2）、切削終点まで素材を垂直に切削する（Pass3）。そして切削終点からリトラクト動作を行い切削面外まで退避する（Pass4）。最後に、退避したリトラクト点からツール軸に沿ってクリアランス平面まで戻る（Pass5）。

本発明のツールパス生成部113により、切削点CP(n)を算出してツールパスデータ記憶領域126に記憶する。その後、３次元ＣＡＭ部111は、ツールパスデータ記憶領域126から切削点CP(n)データと、および加工条件設定画面180にて入力した情報を加工条件データ記憶領域120から読み出し、突き加工装置の装置データ、制御に関わる情報を加工装置条件データ記憶領域122から読み出し、上記したツールパスの補助情報を現状のCAMツールにより生成する。そして、突き加工ＮＣ装置140のＮＣデータを作成して、ＮＣデータ記憶領域127に記憶する。
作成されたＮＣデータは、通信部105を介して、ＮＣ加工機140へダウンロードされる。
以上、本発明の一実施形態について説明した。

100…突き加工ツールパス生成システム
101…演算部
102…記憶部
103…入力部
104…出力部
105…通信部
110…形状情報取得部
111…３次元ＣＡＭ部
112…被削体算出部
113…ツールパス生成部
114…切削パターンの補助パス生成部
115…基準面積算出部
116…加工条件取得部
117…面積計算式の判定部
118…切削点算出部
120…加工条件データ記憶領域
121…面積計算式記憶領域
122…加工装置条件データ記憶領域
123…製品ＣＡＤ設計図面情報記憶領域
124…素材ＣＡＤ情報記憶領域
125…被削体情報記憶領域
126…ツールパスデータ記憶領域
127…ＮＣデータ記憶領域
130…３次元ＣＡＤ装置
140…ＮＣ加工機
150…ネットワーク
180…加工条件設定画面

Claims

製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報より加工領域である被削体と、該被削体の上を向く水平面の境界線情報を算出する手段と、
ユーザより入力された工具と加工方法の情報に基づいて、基準面積を算出する手段と、
被削体の境界線の情報と、工具半径から切削パターンの補助パスを生成する手段と、
切削工具の次の切削点を仮定した場合に、該切削点で突き加工を実施する切削断面の境界点を算出し、境界点の組合せパターン毎に予め切削断面積の計算式を記憶してある記憶部を検索して、該当する計算式を判定する手段と、
前記切削断面積の計算式を用いて、切削断面積を前記基準面積とするように前記仮定された切削点の座標を修正して、次の切削点を算出する手段と、
前記算出された切削点列データに、切削深さ、回避動作の情報を付加して突き加工ツールパスを生成する手段と、
を備えたことを特徴とする突き加工ツールパス生成システム。
前記基準面積を算出する手段は、予め設定された加工条件データより工具の切込み量として前進ステップＡと、切削幅としてオーバーステップＢと、工具半径Ｒを用いて基準切削面積を算出することを特徴とする請求項１に記載の突き加工ツールパス生成システム。
突き加工工具の切削加工位置を水平面上の座標で表した切削点を切削順番に指定して、第ｎ番目の切削点における加工工具の切削断面積を算出するための計算式を、切削断面の境界点の組合せパターンに対応させて予め記憶している記憶部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の突き加工ツールパス生成システム。
前記切削断面の境界点は、次の切削点CP(n)、およびそれより前の全ての切削点CP(m＜n)に対して、次の切削点CP(n)を中心点とする工具半径Rの円と加工領域の境界線との交点、および全ての切削点CP(m＜n) を中心点とする工具半径Rの円と加工領域の境界線との交点、および加工領域内の切削点CP(n)を中心点とする工具半径Rの円と全ての切削点CP(m＜n) を中心点とする工具半径Rの円との交点を抽出して、前記抽出した交点の中で、交点と次の切削点CP(n)との距離が工具半径R以内であり、かつ交点と全ての切削点CP(m＜n) との距離が工具半径R以上である条件を満たす交点を前記切削断面の境界点として選択することで算出される事を特徴とする請求項１または請求項３に記載の突き加工ツールパス生成システム。
突き加工ＮＣ装置を駆動するための水平面上の座標で表した切削点列データをコンピュータにて生成するツールパス生成方法であって、
製品ＣＡＤ設計図面情報と素材ＣＡＤ情報より加工領域である被削体と、該被削体の上を向く水平面の境界線情報を算出する工程と、
ユーザより入力された工具と加工方法の情報に基づいて、基準面積を算出する工程と、
被削体の境界線の情報と、工具半径から切削パターンの補助パスを生成する工程と、
切削工具の次の切削点を仮定した場合に、該切削点で突き加工を実施する切削断面の境界点を算出し、境界点の組合せパターン毎に予め切削断面積の計算式を記憶してある記憶部を検索して、該当する計算式を判定する工程と、
前記切削断面積の計算式を用いて、切削断面積を前記基準面積とするように前記仮定された切削点の座標を修正して、次の切削点を算出する工程と、
前記算出された切削点列データに、切削深さ、回避動作の情報を付加して突き加工ツールパスを生成する工程とを有することを特徴とする突き加工ツールパス生成方法。
前記基準面積を算出する工程では、予め設定された加工条件データより工具の切込み量として前進ステップＡと、切削幅としてオーバーステップＢと、工具半径Ｒを用いて基準切削面積を算出することを特徴とする請求項５に記載の突き加工ツールパス生成方法。
突き加工工具の切削加工位置を水平面上の座標で表した切削点を切削順番に指定して、第ｎ番目の切削点における加工工具の切削断面積を算出するための計算式を、切削断面の境界点の組合せパターンに対応させて予め記憶部に記憶する工程を更に有することを特徴とする請求項５に記載の突き加工ツールパス生成方法。
前記切削断面の境界点は、次の切削点CP(n)、およびそれより前の全ての切削点CP(m＜n)に対して、次の切削点CP(n)を中心点とする工具半径Rの円と加工領域の境界線との交点、および全ての切削点CP(m＜n) を中心点とする工具半径Rの円と加工領域の境界線との交点、および加工領域内の切削点CP(n)を中心点とする工具半径Rの円と全ての切削点CP(m＜n) を中心点とする工具半径Rの円との交点を抽出して、前記抽出した交点の中で、交点と次の切削点CP(n)との距離が工具半径R以内であり、かつ交点と全ての切削点CP(m＜n) との距離が工具半径R以上である条件を満たす交点を前記切削断面の境界点として選択することで算出されることを特徴とする請求項５または請求項７に記載の突き加工ツールパス生成方法。