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JP3383862B2 - Method and apparatus for generating tool path for NC machining - Google Patents

Method and apparatus for generating tool path for NC machining

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Publication number
JP3383862B2
JP3383862B2 JP26950893A JP26950893A JP3383862B2 JP 3383862 B2 JP3383862 B2 JP 3383862B2 JP 26950893 A JP26950893 A JP 26950893A JP 26950893 A JP26950893 A JP 26950893A JP 3383862 B2 JP3383862 B2 JP 3383862B2
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JP
Japan
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tool
sphere
tool path
machining
inclusion
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JP26950893A
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明弘 後藤
義正 桑野
禄郎 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication of JPH07100733A publication Critical patent/JPH07100733A/en
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、切削、研削による機械
加工あるいは放電、電解による電気加工等において、干
渉・衝突を考慮した安全且つ信頼性のある工具経路を高
速に生成するためのNC加工用の工具経路生成方法およ
びその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to NC machining for producing a safe and reliable tool path in consideration of interference / collision at high speed in machining by cutting, grinding, electrical machining by electric discharge, etc. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tool path generation method and device for a tool.

【0002】[0002]

【従来技術】従来の曲面加工における工具経路生成方法
として、例えば金型製作におけるNC加工の工具経路の
生成では次のような方法が知られている。
2. Description of the Related Art As a conventional tool path generation method in curved surface processing, for example, the following method is known in the generation of a tool path for NC processing in die manufacturing.

【0003】第1の方法として、図17に示すように、工
具1によって加工する金型面2上に工具中心点をもち、
ある間隔で配置した逆転工具形状3と、XY平面の各格
子点上の垂線との交点を求め、各格子点の最大Z値を有
するZ-map点4をオフセット点とし、その点を工具の中
心点とするか、さらにそのオフセット点からオフセット
面5を生成して、そのオフセット面5を工具1の中心点
として工具経路を生成する方法がある。
As a first method, as shown in FIG. 17, a tool center point is provided on a die surface 2 to be machined by the tool 1,
The intersection of the reversal tool shape 3 arranged at a certain interval and the perpendicular line on each grid point of the XY plane is obtained, and the Z-map point 4 having the maximum Z value of each grid point is set as an offset point, and that point of the tool There is a method in which the center point is used or the offset surface 5 is further generated from the offset point, and the tool path is generated using the offset surface 5 as the center point of the tool 1.

【0004】また、第2の方法として、図18に示すよう
に、加工する金型面2の法線方向へ工具径分オフセット
したオフセット点6からオフセット多面体7を生成し、
そのオフセット多面体7と工具1を移動したい断面との
交線8を求めその交線8を工具1の中心点として工具経
路を生成する方法が知られている。
As a second method, as shown in FIG. 18, an offset polyhedron 7 is generated from an offset point 6 offset by the tool radius in the normal direction of the die surface 2 to be processed,
A method is known in which an intersection line 8 between the offset polyhedron 7 and the cross section to which the tool 1 is to be moved is obtained and a tool path is generated with the intersection line 8 as the center point of the tool 1.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
1の方法では、工具経路を格子点上の最大Z値すなわち
Z-map点4のデータとして表現しようとしているため、
図19に示すように加工する金型面2がオーバーハングし
た形状部9の点が求まらない。また精密な加工を行なう
ためのオフセット点(Z-map点4)およびオフセット面
5を生成するには、逆転工具3の配置間隔およびXY平
面の格子間隔を小さくする必要があり、このため、計算
機のメモリーが大量に必要になり且つ計算処理時間が増
大するという問題がある。
However, in the first method, since the tool path is expressed as the maximum Z value on the grid point, that is, the data of the Z-map point 4,
As shown in FIG. 19, the point of the shape portion 9 in which the die surface 2 to be processed is overhung cannot be obtained. Further, in order to generate the offset point (Z-map point 4) and the offset surface 5 for performing precision machining, it is necessary to reduce the arrangement interval of the reversing tool 3 and the grid interval in the XY plane, and therefore, the computer. There is a problem that a large amount of memory is required and the calculation processing time increases.

【0006】また、第2の方法では、金型面2の法線方
向へ工具中心となるオフセット多面体7を生成しようと
しているため、図20に示すように、金型面2の形状によ
っては、オフセット多面体7が重なったり、金型面2に
干渉したりする場合があり、信頼性ある工具経路の生成
は困難であり、また精密な加工を行なうためのオフセッ
ト多面体を生成するには、多面体を小さく、多数生成す
る必要があり、第1の方法と同様に計算機のメモリーが
大量に必要になり且つ計算処理時間が増大するという問
題がある。
Further, in the second method, since the offset polyhedron 7 which is the center of the tool in the normal direction of the mold surface 2 is to be generated, depending on the shape of the mold surface 2, as shown in FIG. Since the offset polyhedron 7 may overlap or interfere with the die surface 2, it is difficult to generate a reliable tool path, and in order to generate an offset polyhedron for performing precision machining, There is a problem that a large number of small memories must be generated, a large amount of memory is required in the computer, and the calculation processing time increases, as in the first method.

【0007】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、加工する物体形状に左右されず、干渉、衝突に
対応でき、且つ同時5軸制御加工にも発展でき、さらに
は高速な計算の行なえるNC加工用の工具経路生成方法
およびその装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, is not affected by the shape of an object to be machined, can cope with interference and collision, and can also be developed into simultaneous 5-axis control machining, and further, high speed. An object of the present invention is to provide a tool path generation method and an apparatus for NC machining which can be calculated.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に係るNC加工用の工具経路生成方法
は、加工面の情報及び工具の形状情報を設定し、前記加
工面の情報に基づいて該加工面を指定した半径を有する
包含球体によって包含して包含球体モデルを生成し、指
定した加工ラインについて、該加工ライン上の前記包含
球体と前記工具との中心間の距離に基づいて、前記包含
球体と前記工具の先端部とが接するように工具経路を演
算することを特徴とする。また、請求項2に係るNC加
工用の工具経路生成方法は、上記請求項1の構成におい
て、演算した工具経路上の各工具位置において、前記包
含球体モデルの各包含球体と、前記工具および工具と共
に移動する部材との間の距離に基づいて、前記加工面と
前記工具および工具と共に移動する部材との干渉を検出
し、該干渉を回避するように前記工具経路を修正するこ
とを特徴とする。
In order to solve the above problems, a tool path generation method for NC machining according to claim 1 sets machining plane information and tool shape information, and An inclusion sphere model is generated by including the machining surface with an inclusion sphere having a specified radius based on the information, and for a specified machining line, the distance between the center of the inclusion sphere and the tool on the machining line is set. Based on this, the tool path is calculated so that the inclusion sphere and the tip of the tool come into contact with each other. Further, a tool path generation method for NC machining according to claim 2, in the configuration of claim 1, in each tool position on the calculated tool path, each inclusion sphere of the inclusion sphere model, the tool and the tool Interference between the machining surface and the tool and a member moving together with the tool is detected based on a distance between the tool and a member moving together, and the tool path is corrected so as to avoid the interference. .

【0009】請求項3に係るNC加工用の工具経路生成
装置は、加工面の情報に基づいて該加工面を指定した半
径を有する包含球体によって包含して包含球体モデルを
生成する包含球体モデル生成部と、指定した加工ライン
について、該加工ライン上の前記包含球体と前記工具と
の中心間の距離に基づいて、前記包含球体と前記工具の
先端部とが接するように工具経路を演算する工具経路演
算部とを備えてなることを特徴とする。また、請求項4
に係るNC加工用の工具経路生成装置は、上記請求項3
の構成において、前記工具経路演算部は、さらに、演算
した工具経路上の各工具位置において、前記包含球体モ
デルの各包含球体と、前記工具および工具と共に移動す
る部材との間の距離に基づいて、前記加工面と前記工具
および工具と共に移動する部材との干渉を検出して、該
干渉を回避するように前記工具経路を修正することを特
徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an NC machining tool path generation device for generating an inclusion sphere model by including the machining surface with an inclusion sphere having a designated radius on the basis of information on the machining surface. Part and a designated machining line, a tool for calculating a tool path based on the distance between the center of the inclusion sphere and the tool on the machining line such that the inclusion sphere and the tip of the tool are in contact with each other. And a route calculation unit. Also, claim 4
A tool path generation device for NC machining according to claim 3,
In the configuration, the tool path calculation unit further, based on the distance between each included sphere of the included sphere model and the tool and a member that moves together with the tool at each calculated tool position on the tool path. It is characterized in that interference between the machining surface and the tool and a member that moves together with the tool is detected, and the tool path is corrected so as to avoid the interference.

【0010】ここで、加工面とは、曲面や平面等を含
み、また、球体とは楕円体を含む。また、工具は、その
形状が、フラットエンドミルのように円柱形状のもの、
ボールエンドミルのように先端部が球形状のもの、ラジ
アスエンドミルのように先端外周角部がR形状のもの、
楕円エンドミルのように先端部が回転楕円形状のもの等
がある。
Here, the processed surface includes a curved surface, a flat surface, and the like, and the sphere includes an ellipsoid . In addition, the tool has a cylindrical shape like a flat end mill,
A ball end mill whose tip is spherical, a radius end mill whose tip outer peripheral corner is R,
There is a spheroidal end mill such as an elliptical end mill.

【0011】[0011]

【作用】このように構成したことにより、請求項1また
は3の発明によれば、加工面を球体で包含してモデル化
することにより、球体は、中心点と半径で表現すること
ができるので、工具経路は、加工ライン上の包含球体と
工具との中心間の距離に基づいて容易に計算することが
でき、さらに、請求項2または4の発明によれば、工具経
路上の各工具位置において、包含球体モデルの各包含球
体と工具および工具と共に移動する部材との間の距離に
基づいて、工具および工具と共に移動する部材と加工面
との干渉を容易に検出することができ、工具経路を修正
することができる。
With this configuration, according to the invention of claim 1 or 3, since the machined surface is modeled by including it as a sphere, the sphere can be represented by a center point and a radius. , The tool path can be easily calculated based on the distance between the center of the inclusion sphere on the machining line and the tool, and according to the invention of claim 2 or 4, each tool position on the tool path In, in, based on the distance between each inclusion sphere of the inclusion sphere model and the tool and the member that moves with the tool, it is possible to easily detect the interference between the tool and the member that moves with the tool and the machining surface. Can be modified.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0013】まず、本発明の基本原理について図1およ
び図2を用いて説明する。
First, the basic principle of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0014】球体は中心点と半径で表現することができ
るので、図1に示すように、加工工具10が移動する加工
物の表面(金型曲面11)を包含球体Sで包含してモデル
化することにより、工具経路(位置)は、包含球体S
(半径SR)と工具10(半径CRの球体)の中心点間距離D1
の計算で簡単に求めることができる。また、加工時の干
渉は、包含球体Sと工具10およびホルダ12(円柱)との
距離D2の計算で簡単に求めることができる。
Since the sphere can be represented by the center point and the radius, as shown in FIG. 1, the surface of the workpiece (the mold curved surface 11) on which the machining tool 10 moves is included in the inclusion sphere S for modeling. By doing so, the tool path (position) is the inclusion sphere S
Distance between center points of radius SR and tool 10 (sphere with radius CR) D 1
It can be easily calculated by Further, the interference at the time of processing can be easily obtained by calculating the distance D 2 between the inclusion sphere S and the tool 10 and the holder 12 (cylinder).

【0015】次に、本発明の計算原理を機械加工の工具
経路を生成する場合を例にして図2を用いて説明する。
なお、図2は、加工方向とZ軸とを含む断面で表したも
のであり、図中SP1 ,SP2 ,SP3 は加工面(金型曲面1
1)を包含した包含球体S1,S2,S3の中心点、SR1 は包
含球体S1の半径(削り残し量)、CR1 は工具10の半径、
線分L1は包含球体S1、S2の接線、点A,Bは接点を表
す。
Next, the calculation principle of the present invention will be described with reference to FIG. 2 by taking the case of generating a tool path for machining as an example.
Note that FIG. 2 shows a cross section including the machining direction and the Z-axis, and SP 1 , SP 2 , and SP 3 in the figure represent machining surfaces (mold curved surface 1
1) the center point of the inclusion spheres S 1 , S 2 and S 3 including SR, SR 1 is the radius of the inclusion sphere S 1 (amount of uncut portion), CR 1 is the radius of the tool 10,
A line segment L 1 represents a tangent line of the inclusion spheres S 1 and S 2 , and points A and B represent contact points.

【0016】工具経路は、工具10の中心位置CP1を求め
ていけばよく、工具10が包含球体S上を移動することか
ら、まず、球S1、S2に接する接線L1のベクトルV1を求め
る。これは、L1//L2より、 V1=SP2−SP1 V1の直角ベクトルV2も、V3を断面の垂直ベクトルとする
と、 V2=V1×V3 (外積) で求まる。これにより工具の中心点CP1は、 CP1=SP1+(V2・(SR1+CR1)) により求まる。これを加工方向にS1,S2,S3…と順次行
なえば、定められた削り残し量の工具経路を生成するこ
とができる。
The tool path may be obtained by finding the center position CP 1 of the tool 10. Since the tool 10 moves on the inclusion sphere S, first, the vector V of the tangent line L 1 tangent to the spheres S 1 and S 2 is obtained. Ask for 1 . This than L 1 // L 2, perpendicular vector V 2 of V 1 = SP 2 -SP 1 V 1 also when the V 3 to the vertical vector of cross, with V 2 = V 1 × V 3 ( cross product) I want it. As a result, the center point CP 1 of the tool is obtained by CP 1 = SP 1 + (V 2 · (SR 1 + CR 1 )). If this is sequentially performed in the machining direction as S 1 , S 2 , S 3, ..., A tool path having a predetermined uncut amount can be generated.

【0017】本発明の具体的な実施例について図3ない
し図16を用いて以下に説明する。なお、本実施例では、
金型製作における曲面加工用の工具経路を生成するNC
加工用工具経路生成装置において、工具姿勢制御を伴わ
ない通常の同時3軸制御加工とし、加工工具は回転時の
先端形状が球となるボールエンドミルを用いた場合を例
に挙げ説明する。
A specific embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 to 16. In this example,
NC for generating tool paths for curved surface machining in die manufacturing
In the machining tool path generation device, a normal simultaneous three-axis control machining without tool attitude control is performed, and a case where a machining tool uses a ball end mill whose tip shape becomes a sphere during rotation will be described as an example.

【0018】図3に示すように、本実施例に係る工具経
路生成装置13は、工具が加工する加工物体(金型曲面)
の表面情報に基づいて加工物体の表面を指定した半径か
らなる球体により包含してモデル化する包含球体モデル
生成部14と、生成した包含球体を用いて包含球体上を移
動する工具の位置および姿勢、すなわち経路を演算する
工具経路演算部15と、演算された工具経路に基づいて、
工具、ホルダ、主軸頭等と加工物体およびそれを固定す
る治具等との干渉を検出し、干渉があれば回避位置及び
姿勢を演算する干渉検出回避演算部16とから概略構成さ
れている。そして、工具経路生成装置13には、金型面の
情報をCADシステム等の外部より入力する外部データ
入力部17および生成した工具経路を使用加工機に対応し
た機械データに変換するポスト処理部18が接続されてい
る。
As shown in FIG. 3, the tool path generating apparatus 13 according to the present embodiment is a processing object (mold curved surface) processed by a tool.
The inclusion sphere model generation unit 14 that includes and models the surface of the workpiece by a sphere having a specified radius based on the surface information of the object, and the position and orientation of the tool that moves on the inclusion sphere using the generated inclusion sphere. That is, based on the tool path calculation unit 15 for calculating the path and the calculated tool path,
It is roughly configured by an interference detection avoidance calculation unit 16 which detects interference between a tool, a holder, a spindle head and the like, a workpiece and a jig for fixing the same, and calculates the avoidance position and posture if there is interference. Then, in the tool path generation device 13, an external data input section 17 for inputting information of the die surface from the outside such as a CAD system and a post processing section 18 for converting the generated tool path into machine data corresponding to the processing machine used. Are connected.

【0019】曲面包含球体モデル生成部14は、図4に示
すように、曲面面素演算部19と、面素中心位置演算部20
と、包含球体半径演算部21と、包含球体半径判定部22
と、曲面面素分割演算部23とを備えており、曲面包含球
体モデルを次に示す手順で生成する。
As shown in FIG. 4, the curved surface inclusion sphere model generation unit 14 includes a curved surface element calculation unit 19 and a surface element center position calculation unit 20.
, The inclusion sphere radius calculation unit 21, and the inclusion sphere radius determination unit 22
And a curved surface surface element division calculation unit 23, and a curved surface inclusion sphere model is generated by the following procedure.

【0020】すなわち、図5に示すように、外部データ
入力部17によって外部データとしてCADシステム等か
ら入力された金型曲面11は、いくつかの基本要素である
面素Um(または曲面セグメントと呼ばれることもある)
で構成されており、先ず、曲面面素演算部19によってこ
の面素Umを演算する。
That is, as shown in FIG. 5, the mold curved surface 11 input from the CAD system or the like as external data by the external data input unit 17 includes some basic elements, that is, surface elements U m (or curved surface segments). (Sometimes called)
The curved surface area calculation unit 19 first calculates this surface element U m .

【0021】次に、図6に示すように、演算された各面
素Umに対し包含球体Smを生成する。包含球体Smは、面素
中心位置演算部20によって各面素Umの中心位置を演算
し、この中心位置を中心点SPm として面素Umの4端点を
含む球体を考え、包含球体半径演算部21によってその半
径値SRm を演算する。
Next, as shown in FIG. 6, an inclusion sphere S m is generated for each calculated surface element U m . The inclusion sphere S m calculates the center position of each surface element U m by the surface element center position calculation unit 20, considers a sphere including the four end points of the surface element U m with this center position as the center point SP m , and includes the inclusion sphere. The radius calculation unit 21 calculates the radius value SR m .

【0022】そして、包含球体半径判定部22では、演算
された球体の半径値SRm と、先に入力済みの本加工にお
ける削り残し量(加工残し量)を比較し、半径値SRm
削り残し量より小さければ、半径値を削り残し量に変更
して処理を終了する。半径値SRm が削り残し量より大き
な場合は、曲面面素分割演算部23によってその包含球体
Smが包含する面素Umを図7に示すようにさらに分割し、
上記と同様に分割した各面素uに対し中心位置および包
含球体の半径値を求めるという処理を半径値が削り残し
量より小さくなるまで繰り返して削り残し量を半径とす
る包含球体を生成する。
Then, in the included sphere radius determination section 22, the calculated radius value SR m of the sphere is compared with the previously input uncut amount (maintenance amount) in the main processing, and the radius value SR m is cut. If it is smaller than the remaining amount, the radius value is changed to the uncut amount and the process ends. If the radius value SR m is larger than the uncut amount, the curved surface surface element division calculation unit 23 determines the inclusion sphere.
The surface element U m included in S m is further divided as shown in FIG.
Similar to the above, the process of obtaining the center position and the radius value of the containing sphere for each divided surface element u is repeated until the radius value becomes smaller than the uncut amount, and an included sphere having the uncut amount as the radius is generated.

【0023】以上の処理により、加工する金型曲面を、
半径が全て削り残し量の球体で包含して曲面包含球体モ
デルを生成することができる。
By the above processing, the mold curved surface to be processed is
It is possible to generate a curved surface inclusion sphere model by including all the spheres with the uncut amount of spheres.

【0024】工具経路演算部15は、図8に示すように、
包含球体抽出部24と包含球体ソーティング部25と、工具
中心位置演算部26と、アンダーカット検出部27とを備え
ており、工具経路を次に示す手順で演算する。
As shown in FIG. 8, the tool path calculation unit 15
It includes an inclusion sphere extraction unit 24, an inclusion sphere sorting unit 25, a tool center position calculation unit 26, and an undercut detection unit 27, and calculates the tool path in the following procedure.

【0025】まず、包含球体抽出部24により、図9に示
すように、加工する金型曲面2をXY平面に見て、その
平面上で加工ラインを決め、先に生成した曲面包含球体
モデルからこの加工ラインに関係する曲面包含球体モデ
ルを抽出する。
First, as shown in FIG. 9, the inclusion sphere extracting unit 24 looks at the mold curved surface 2 to be processed on the XY plane, determines a processing line on the plane, and determines from the previously generated curved inclusion sphere model. The curved surface inclusion sphere model related to this processing line is extracted.

【0026】そして、包含球体ソーティング部25によ
り、抽出した曲面包含球体モデルを加工方向に並べる。
これにより、工具経路生成に必要な曲面包含球体モデル
が、加工方向に順番に並んだわけである。
Then, the included spherical body sorting unit 25 arranges the extracted curved surface spherical body models in the processing direction.
As a result, the curved surface inclusion sphere models required for tool path generation are arranged in order in the machining direction.

【0027】次に、工具中心位置演算部26により、曲面
包含球体モデル上を移動する工具経路、すなわち工具の
中心位置を演算する。以下に工具の中心位置を求める一
計算例を述べる。
Next, the tool center position calculator 26 calculates the tool path moving on the curved surface sphere model, that is, the center position of the tool. An example of calculation for obtaining the center position of the tool will be described below.

【0028】図10に示すように曲面包含球体モデル
を、包含球体Sの半径SRに使用工具10の半径CRを加えた
値を半径とする新しい包含球体S′として更新する。 図11に示すように、新しい包含球体S′(S1′,
S2′,S3′…)を加工ラインとZ軸を含む断面で切り、
その断面に表れる円C(C1,C2,C3…)の中心点と半径
を演算する。なお、円Cの中心点は、包含球体の中心点
を断面に垂直におろした点、半径は垂直におろした距離
と包含球体S′の半径値より求まる。 図12に示すように、求めた円C1,C2,C3の接点から接
点までの円弧が工具10の中心経路になるが、NC加工に
必要な工具経路は位置指令であるため円弧を近似しなけ
ればならずデータが多くなる。そこで、図13に示すよう
に、円C1,C2,C3の接線から接点P1,P2,P3,P4を求
め、この接点P1,P2,P3,P4を工具10の中心位置とすれ
ばデータも円弧を近似する場合より格段に少なくなる。
なお、この接点を求める計算も、円の中心点と半径の情
報より単純な計算で求まる。
As shown in FIG. 10, the curved surface inclusion sphere model is updated as a new inclusion sphere S'having a radius which is a value obtained by adding the radius CR of the tool 10 to the radius SR of the inclusion sphere S. As shown in FIG. 11, the new inclusion sphere S ′ (S 1 ′,
S 2 ′, S 3 ′ ...) is cut by a cross section including the machining line and the Z axis,
The center point and radius of the circle C (C 1 , C 2 , C 3 ...) Appearing on the cross section are calculated. The center point of the circle C is a point obtained by dropping the center point of the inclusion sphere perpendicular to the cross section, and the radius is obtained from the distance obtained by dropping it vertically and the radius value of the inclusion sphere S ′. As shown in FIG. 12, the arc from the contact points of the circles C 1 , C 2 , and C 3 obtained is the center path of the tool 10, but the tool path required for NC machining is a position command, so the arc is It has to be approximated and there is a lot of data. Therefore, as shown in FIG. 13, contact points P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are obtained from the tangents of circles C 1 , C 2 , C 3 , and these contact points P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are If the center position of the tool 10 is used, the data will be much smaller than when the arc is approximated.
The calculation for obtaining this contact point can also be performed by simpler calculation than the information on the center point and radius of the circle.

【0029】工具10の中心位置が求まったら、アンダー
カット検出部27によってその位置における周辺金型面の
アンダーカット(削り過ぎ)がないかをチェックする。
これは、図14に示すように、求めた工具位置において、
工具10と関係する曲面包含球体(図中の斜線部参照)を
抽出して、これらの曲面包含球体と工具10との中心点間
距離を求めればよい。そして、求めた中心点間距離が、
工具10と曲面包含球体の両半径値を加えた値より大きけ
ればアンダーカットは無いと判断し、処理を終了する。
また、小さければ、その曲面包含球体に対しアンダーカ
ットがあると判断して工具10の中心位置をアンダーカッ
トがなくなるまでZ軸正方向に移動する。
After the center position of the tool 10 is obtained, the undercut detection unit 27 checks whether there is an undercut (overcutting) on the peripheral die surface at that position.
This is as shown in Fig. 14, at the determined tool position,
It suffices to extract the curved surface containing spheres (see the shaded area in the drawing) related to the tool 10 and obtain the distance between the center points of these curved surface containing spheres and the tool 10. Then, the calculated distance between the center points is
If it is larger than the sum of the radius values of both the tool 10 and the curved surface-containing sphere, it is determined that there is no undercut, and the processing ends.
If it is smaller, it is determined that there is an undercut for the curved surface containing sphere, and the center position of the tool 10 is moved in the Z-axis positive direction until the undercut disappears.

【0030】以上の処理により、削り残し量を一定とし
且つアンダーカット(削り過ぎ)のない工具経路(位
置)を生成することができる。
By the above processing, it is possible to generate a tool path (position) with a constant amount of uncut portion and no undercut (overcut).

【0031】干渉検出回避演算部16は、図15に示すよう
に、有限円柱生成部28と、干渉包含球体抽出部29と、干
渉包含球決定部30と、干渉量演算部31と、干渉回避演算
部32と、面素分割演算部33とを備えており、工具および
ホルダ、主軸頭等の工具とともに移動する部材と、金型
曲面および取付治具等の金型曲面に装着される部材とに
ついての干渉の検出、回避を次の手順で行なう。
As shown in FIG. 15, the interference detection avoidance calculation unit 16 includes a finite cylinder generation unit 28, an interference inclusion sphere extraction unit 29, an interference inclusion sphere determination unit 30, an interference amount calculation unit 31, and an interference avoidance unit. A member provided with a calculation unit 32 and a surface element division calculation unit 33, and a member that moves together with a tool such as a tool and a holder, a spindle head, and a member that is mounted on a mold curved surface such as a mold curved surface and a mounting jig. The detection and avoidance of the interference is performed by the following procedure.

【0032】図16に示すように、有限円柱生成部28によ
って、工具10の基端部、ホルダ、主軸頭をそれぞれ有限
円柱T1,T2,T3で定義する。
As shown in FIG. 16, the finite cylinder generating unit 28 defines the base end, the holder, and the spindle head of the tool 10 by finite cylinders T 1 , T 2 , and T 3 , respectively.

【0033】次に、干渉包含球体抽出部29によって、金
型曲面11および取付治具(図示せず)を所定の面素単位
で包含する包含球体Sを生成した、または前記曲面包含
球体モデル生成部14で生成した曲面包含球体モデルに対
して、定義した有限円柱T1,T2,T3に交わる、または接
する包含球体S1を抽出する(図16は有限円柱T1と包含球
体S1とが交わる場合を示す)。この計算は、図に示すよ
うに、包含球体S1の中心点SP1 と有限円柱T1の中心軸TA
1 の距離を求めればよい。有限円柱に交わる、または接
する包含球体が無ければ、干渉は無いと判断して処理を
終了する。
Next, the interference inclusion sphere extraction unit 29 generates the inclusion sphere S including the mold curved surface 11 and the mounting jig (not shown) in a predetermined plane element unit, or the curved surface inclusion sphere model generation. The inclusion sphere S 1 that intersects or is in contact with the defined finite cylinders T 1 , T 2 , T 3 is extracted from the curved inclusion sphere model generated in the part 14 (FIG. 16 shows the finite cylinder T 1 and the inclusion sphere S 1 Indicates when and intersect). This calculation, as shown in FIG., The central axis TA of the center point SP 1 of inclusion sphere S 1 finite cylinder T 1
Find the distance of 1 . If there is no included sphere that intersects or is in contact with the finite cylinder, it is determined that there is no interference, and the processing ends.

【0034】有限円柱に交わる、または接する包含球体
がある場合は、干渉包含球決定部30によって干渉の可能
性があると判断し、干渉部位を検出するため、面素分割
演算部23によって、抽出した包含球体S1が包含する面素
を分割して、分割した面素を包含する球体を生成して、
有限円柱と交わる、または接する包含球体を抽出する。
この処理を包含球体の半径が指定した干渉判定距離にな
るまで繰り返し行ない干渉部位を決定する。
If there is an inclusion sphere that intersects or is in contact with the finite cylinder, the interference inclusion sphere determination unit 30 determines that there is a possibility of interference, and the surface element division calculation unit 23 extracts it to detect the interference site. The surface element included in the included sphere S 1 is divided to generate a sphere including the divided surface element,
Extract the inclusion sphere that intersects or touches the finite cylinder.
This process is repeated until the radius of the containing sphere reaches the specified interference determination distance to determine the interference site.

【0035】干渉部位が決定したら、干渉量演算部31に
よって干渉量を計算し、干渉しない位置まで工具経路
(位置)をZ軸正方向に移動する。なお、干渉量は、球
と円柱の距離計算により簡単に求めることができる。
When the interference portion is determined, the interference amount calculating unit 31 calculates the amount of interference and moves the tool path (position) in the Z-axis positive direction to a position where it does not interfere. The amount of interference can be easily obtained by calculating the distance between the sphere and the cylinder.

【0036】以上からわかるように、金型曲面を球体モ
デルで包含することにより、形状に左右されず加工面を
表現でき、これにより工具経路を問題なく生成できる。
As can be seen from the above, by including the mold curved surface in the spherical model, the machined surface can be expressed without being influenced by the shape, and thus the tool path can be generated without any problem.

【0037】また、各処理における計算は、四則演算
(加、減、乗、除)のみで行なえるため工具経路の生成
から干渉の検出、回避まで高速に行なえる。
Further, since the calculation in each process can be performed only by the four arithmetic operations (addition, subtraction, multiplication, division), it is possible to perform high speed from the generation of the tool path to the detection and avoidance of the interference.

【0038】工具経路生成時に干渉の検出、回避を同時
に行なうため、生成された工具経路は安全且つ信頼性の
あるものである。
Since the interference is detected and avoided at the same time when the tool path is generated, the generated tool path is safe and reliable.

【0039】曲面包含球体モデルの半径値を任意に設定
でき、金型加工における荒加工から仕上げ加工までの対
応が可能である。
The radius value of the curved surface inclusion sphere model can be arbitrarily set, and it is possible to handle from rough machining to finish machining in die machining.

【0040】さらに、本実施例では一例として3軸制御
を行う場合について説明しているが、本発明は、加工物
体を包含する包含球体を加工物体の表面上に中心点があ
るように生成することにより、包含球体の情報に加工物
体の表面情報(面法線等)を付加することができ、工具
の姿勢制御をする場合の有効な情報を得ることができる
ので同時5軸制御にも容易に対応することができる。
Further, in the present embodiment, as an example, the case of performing the three-axis control is described, but the present invention generates the inclusion sphere including the processed object so that the center point is on the surface of the processed object. By doing so, the surface information (surface normal, etc.) of the processed object can be added to the information of the included sphere, and effective information when controlling the attitude of the tool can be obtained, so simultaneous 5-axis control is easy. Can correspond to.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のNC加工
用の工具経路生成方法およびその装置によれば、金型等
の加工すべき曲面を球体で包含して表現するため、加工
物体を形状に左右されず表現でき、工具経路を問題なく
生成することができる。また、工具経路を包含球体から
計算しているため、複合曲面の工具経路生成が可能であ
る。工具の経路(位置)および干渉の演算を、モデル化
した球体の中心点からの距離計算で行なっているため、
計算法が単純で高速計算ができる。さらに、加工すべき
曲面を包含する球体を、曲面の表面上に中心点があるよ
うに生成することにより、包含球体の情報に加工物体の
表面情報(面法線等)を付加することができ、工具の姿
勢制御をする場合の有効な情報を得ることができるので
5軸制御にも容易に対応することができるという優れた
効果を奏する。
As described in detail above, according to the tool path generating method and apparatus for NC machining of the present invention, a curved surface to be machined such as a metal mold is represented by a spherical body, and therefore, a machined object. Can be expressed regardless of the shape, and the tool path can be generated without any problem. Moreover, since the tool path is calculated from the included sphere, it is possible to generate the tool path of the complex curved surface. Since the tool path (position) and interference are calculated by calculating the distance from the center point of the modeled sphere,
The calculation method is simple and high-speed calculation is possible. Furthermore, by generating a sphere containing the curved surface to be processed so that the center point is on the surface of the curved surface, it is possible to add the surface information (surface normal etc.) of the processed object to the information of the containing sphere. Since it is possible to obtain effective information when controlling the attitude of the tool, it is possible to easily cope with 5-axis control.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の基本原理を機械加工の工具経路を生成
する場合を例にして示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing the basic principle of the present invention by taking a case of generating a tool path for machining as an example.

【図2】本発明の計算原理を機械加工の工具経路を生成
する場合を例にして示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the calculation principle of the present invention by taking as an example the case of generating a tool path for machining.

【図3】本発明の一実施例の工具経路生成装置の構成を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a tool path generation device according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の装置の曲面包含球体モデル生成部の構成
を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a curved surface inclusion sphere model generation unit of the apparatus of FIG.

【図5】本発明の一実施例の金型曲面を構成する面素を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a surface element that constitutes a curved surface of a mold according to an embodiment of the present invention.

【図6】図5の各面素に対して生成する包含球体を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing an inclusion sphere generated for each surface element of FIG.

【図7】図5の面素をさらに分割した状態を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a state where the surface element of FIG. 5 is further divided.

【図8】図3の装置の工具経路演算部の構成を示すブロ
ック図である。
8 is a block diagram showing a configuration of a tool path calculation unit of the apparatus shown in FIG.

【図9】金型曲面をXY平面に見て加工ラインに関係す
る曲面包含球体モデルを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a curved surface inclusion sphere model relating to a processing line when the mold curved surface is viewed on the XY plane.

【図10】曲面包含球体の工具中心位置を求めるための
包含球体を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an inclusion sphere for obtaining a tool center position of a curved inclusion sphere.

【図11】図10の包含球体をZ軸を含む断面で切った
とき断面に現れる円を示す図である。
11 is a diagram showing a circle that appears in a cross section when the inclusion sphere of FIG. 10 is cut in a cross section including the Z axis.

【図12】図11の円の円弧による工具中心経路を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a tool center path formed by the circular arcs of the circle of FIG. 11;

【図13】図11の円の接線による工具中心経路を示す図
である。
13 is a diagram showing a tool center path by a tangent line of the circle of FIG.

【図14】加工点における工具に関係する曲面球体モデ
ルを示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a curved surface sphere model related to a tool at a processing point.

【図15】図3の装置の干渉検出回避演算部の構成を示
すブロック図である。
15 is a block diagram showing a configuration of an interference detection avoidance calculation unit of the apparatus of FIG.

【図16】工具、ホルダおよび主軸頭を示す有限円柱に
干渉する金型面および取付治具の包含球体を示す図であ
る。
FIG. 16 is a view showing a mold surface that interferes with a finite cylinder showing a tool, a holder, and a spindle head, and an inclusion sphere of a mounting jig.

【図17】従来の逆オフセット、Z-map法による工具経
路生成方法を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a conventional tool path generation method by a reverse offset Z-map method.

【図18】従来の多面体近似法による工具経路生成方法
を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a conventional tool path generation method by a polyhedral approximation method.

【図19】図17に示す工具経路生成方法において、金型
面にオーバーハング形状部がある場合を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a case where the mold surface has an overhang-shaped portion in the tool path generation method shown in FIG. 17;

【図20】図18に示す工具経路生成方法において、オフ
セット多面体が干渉する場合を示す図である。
20 is a diagram showing a case where the offset polyhedrons interfere with each other in the tool path generation method shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 工具 11 金型曲面 13 工具経路生成装置 14 包含球体モデル生成部( 15 工具経路演算部 16 干渉検出回避演算部 S 包含球体 T1,T2,T3 円柱10 Tool 11 Mold curved surface 13 Tool path generation device 14 Included sphere model generation section (15 Tool path calculation section 16 Interference detection avoidance calculation section S Included spheres T 1 , T 2 , T 3 Cylinder

フロントページの続き (72)発明者 木村 禄郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 番地の1 株式会社 豊田中央研究所内 (56)参考文献 特開 平6−83422(JP,A)Continued front page    (72) Inventor Rokuro Kimura               Aichi Prefecture Aichi District Nagakute Town               Address 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd.                (56) References JP-A-6-83422 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 加工面の情報及び工具の形状情報を設定
し、前記加工面の情報に基づいて該加工面を指定した半
径を有する包含球体によって包含して包含球体モデルを
生成し、指定した加工ラインについて、該加工ライン上
の前記包含球体と前記工具との中心間の距離に基づい
て、前記包含球体と前記工具の先端部とが接するように
工具経路を演算することを特徴とするNC加工用の工具
経路生成方法。
1. Information of a machining surface and shape information of a tool are set, and based on the information of the machining surface, an inclusion sphere model is generated by including the machining surface by an inclusion sphere having a specified radius and is specified. For the machining line, a tool path is calculated based on the distance between the centers of the inclusion sphere and the tool on the machining line such that the inclusion sphere and the tip of the tool are in contact with each other. A characteristic tool path generation method for NC machining.
【請求項2】 演算した工具経路上の各工具位置におい
て、前記包含球体モデルの各包含球体と、前記工具およ
び工具と共に移動する部材との間の距離に基づいて、前
記加工面と前記工具および工具と共に移動する部材との
干渉を検出し、該干渉を回避するように前記工具経路を
修正することを特徴とする請求項1に記載のNC加工用
の工具経路生成方法。
2. At each tool position on the calculated tool path
The inclusion spheres of the inclusion sphere model, the tools and
Based on the distance between the
Between the processing surface and the tool and the member that moves with the tool
The tool path is detected to detect interference and avoid it.
For NC processing according to claim 1, characterized in that
Tool path generation method.
【請求項3】 加工面の情報に基づいて該加工面を指定
した半径を有する包含球体によって包含して包含球体モ
デルを生成する包含球体モデル生成部と、指定した加工
ラインについて、該加工ライン上の前記包含球体と工具
との中心間の距離に基づいて、前記包含球体と前記工具
の先端部とが接するように工具経路を演算する工具経路
演算部とを備えてなることを特徴とするNC加工用の工
具経路生成装置。
3. An inclusive sphere model generation unit for generating an inclusive sphere model by including the processed surface by an inclusive sphere having a specified radius based on information on the processed surface, and a specified processing line on the processed line. The inclusion sphere and the tool based on the distance between the center of the inclusion sphere and the center of the tool.
A tool path generation device for NC machining, comprising: a tool path calculation section that calculates a tool path so that the tool path is in contact with the tip of the tool path.
【請求項4】 前記工具経路演算部は、さらに、演算し
た工具経路上の各工具位置において、前記包含球体モデ
ルの各包含球体と、前記工具および工具と共に移動する
部材との間の距離に基づいて、前記加工面と前記工具お
よび工具と共に移動する部材との干渉を検出して、該干
渉を回避するように前記工具経路を修正することを特徴
とする請求項3に記載のNC加工用の工具経路生成装
置。
4. The tool path calculation unit further calculates
For each tool position on the tool path,
Move with each tool and each of the included spheres
Based on the distance to the member, the machined surface and the tool
And interference with members that move with the tool are detected, and
Characterized in that the tool path is modified to avoid interference
A tool path generation device for NC machining according to claim 3.
Place
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