JPH0457105A - 曲面加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業−にの利用分野］ 全屈、セラミックスおよびプラスチック材料などの曲面
加工方法に係り、とくに工具径路生成法として有効な逆
オフセット法を採用した工作精度、］−作能能の向−１
−に好適な曲面の加工方法に関する。

［従来の技術］ 従来、曲面加工方法において、種々の工具形状に対する
工具径路生成方法は、完全には解決されておらず、工具
形状が球体の場合についてのみ、その解決方法が提案さ
れているに過ぎなかった。

近藤同氏らは、「精密工学会誌第５４巻第５号１９８８
年５月）、ｐｌ、６７〜１７２」の中に、種々の工具形
状に対するオフセット面の導出と工具干渉処理を必要精
度内で解決する「逆オフセット法」を提案している。

逆オフセット法の考え方は、要求形状面上を逆向き工具
が移動する際に切れ刃の包絡面によりオフセン１〜面を
生成することができるという原理に基いている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術においては、曲面加工方法に関してオフセ
ット面生成の原理は説明されているが、（１）具体的な
曲面加ニジステムの構成、　（２）逆オフセット法に基
づくオフセット面生成の修正法、（３）曲面加工処理に
おける実際の加工精度、計算機上で加ニジステムを実現
するための実際的な所要メモリ削減法および（４）該当
工具の選択法などの点については配慮されておらず、実
際に加ニジステムを実現するためには問題があった。

本発明は、実用的な曲面加工方法を実現することによっ
て、曲面加工のための工具径路生成情報を計算すること
に鑑みて、曲面加ニジステムの構成、逆オフセット法に
基づくオフセット面生成の修正法、逆オフセット法にお
ける格子メモリの削減法および工具の自動選択法を提供
することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 北記課題を解決するための本発明に係る曲面加工法の構
成は、３次元曲面加工のために面情報データを入力し、
工具形状データに基づいてオフセラ１−面を形成し、工
具径路を生成する曲面加工方法において、逆オフセット
法を導入して構築した加工情報処理システムを利用して
、工作機械に対して動作指令を伝達して、工作を行なわ
せるようにしたことである。

［作用］ 曲面加ニジステムは１面情報データを入力として、逆オ
フセット操作、工具径路生成を行ない、工具径路データ
を出力し、最後にＮＣ（数値制御）情報を出力する。こ
の場合、逆オフセット操作によっても、通常のオフセッ
ト法によっても生成されたオフセット面に対して工具径
路を生成できる。

また、対象曲面は、Ｂｅｚｉｅｒ、　Ｆｅｒｇｕｓｏｎ
、　Ｃｏｏｎｓ、有理ｎｃｚｊｅｒ、　［３−５ｐｌｉ
ｎｅ、　ＮＵＲｔｌＳおよびＧｒ＋４ｏｒｙ曲面などす
べての曲面に対して適用することができる。

入力データは、面情報データと、逆オフセツ１〜操作お
よび工具径路生成処理のための条件であり、対話的にも
ハツチ的にも入力できる。また、表示機能は、要求形状
、逆オフセット面および工具径路で行なわれる。

逆オフセット面の生成法においては、格子ピッチと探索
ステップ幅の設定法によっては、真のオフセット面との
誤差（削込み）が生ずる（第６図、第７図にて移報）。

そこで、−旦算出した逆オフセット面に対して要求面上
の加工点より該当工具の中心点までの座標値を算出して
、この２値（Ｚ軸方向の値）と逆オフセット操作によっ
て算出されたＺ値を比較し、Ｚ値の大きい方を新たな逆
オフセット面の値とする。この手法によって、要求面へ
の削込みの問題は解決できる。

逆オフセット法による格子メモリの削減法として、第１
の方法は（第８図で移報）、格子無効領域を設定する方
法であり、第２の方法は、メモリ削減をはかるため、格
子ブロックという概念を尋人し、オフセラ１−面に関与
しない領域は無駄な空間としてメモリ登録をしない方法
である。

工具の選択法については、曲面加工の場合と、２１／２
次元（Ｘ、Ｙ軸と２軸プラス象限）加工の場合に分けて
考える（第１１図、第１２図で後傾）。

曲面の形状から工具寸法を決定するためには、例えばＢ
６ｚ］ｅｒ曲面の場合には曲面の制御点の凸包体という
特徴からフラットな形状に対しては径の大きいものを、
凹凸のある形状に対してはその凹凸に該当する径を選択
する。２１／７次元加工の場合には、多種複数工具デー
タをファイル登録しておき、これをＣＡＭシステム本体
から高速で読出し可能とした方式である。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第１３図を用いて説明
する。

第１図は、計算機の機器構成を示すブロック線図である
。第１図において、３１は、メモリ、３２は、キーボー
ド、３３は、ＣＰＵ、３４は、ＣＲＴである。

第２図は、本発明の第１実施例の加工情報処理システム
の流れ線図である。第２図しこおいて、１は曲面設計、
２は、面情報データ、３は、逆オフセット操作、４は、
工具径路生成、５は、ＣＬデータ、６は、ポストプロセ
ッサ、７は、表示（逆オフセット面）、８は、表示（工
具径路）である。

第１図および第２図を用いて第１実施例の動作を説明す
る。

メモリ３１には、曲面設計１により決定された面情報デ
ータ２が格納されており、キーボード３２より、切削速
度、加工モード等の加工条件を入力することにより、Ｃ
ＰＴＪ３３により、第２図に示す流れ図に基いて演算が
行なわれ、ＣＲＴ３４に工具径路が表示される。他方、
第２図において、曲面設計１によって決定された面情報
データ２を入力として、逆オフセット操作３、工具径路
生成４を行なうことにより、ＣＬデータ５を出力する。

このＣＬデータ５をポストプロセッサ６に入力すること
により、ＮＧ情報を出力する。

第３図は、第２図内の逆オフセット操作３の動作を詳細
に示したフロー図、第４図は、第２図内の工具径路生成
の動作を詳細に示したフロー図である。第３図の動作は
、面情報データ２と格子ピッチ、工具径等の加工条件デ
ータを読込み、入力した面毎に、Ｕ−Ｖ面（曲面標示法
による面標示）にそった逆向き工具を移動させ、工具の
包絡面を格子空間に生成する。最後に、格子空間の逆オ
フセット面を表示する。第４図の動作は、面情報データ
２と格子空間データを入力して、工具初期位置、切削モ
ード等の加工条件をキーボード３２（第１図）により入
力し、工具径路を切削モード面毎に計算し、画面上に表
示する。

第２図における面情報データ２の詳細を示したのが第５
図（イ）、（ロ）、（ハ）である。

第５図（イ）、（ロ）、（ハ）の構成は、（１）は管理
テーブル、（２）は、面テーブル、（３）は、パッチテ
ーブル、（４）は、パッチ点テーブル、（５）は、ノッ
トテーブル、（６）は、セグメントテーブル、（７）は
、セグメント点テーブルである。

曲面の種類の選定は、上記（３）（第５図（ロ））のパ
ッチテーブルの各パッチの先頭およびつぎのＵ方向、■
方向の種別に該当コードを指示することにより設定する
ことができる。

また、第２図にも示したように、面情報データ２におい
て、すでにオフセラ１〜面が生成されて与えられたデー
タが格納されている場合には、逆オフセツ１〜操作３を
バイパスして工具径路生成４にデータを転送することに
より、工具径路を生成することができるように構築され
ている。

第２図における表示機能は、要求形状に対する逆オフセ
ット面７および工具径路８である。

本実施例のシステムを利用すれば、すべての３次元曲面
に対応したオフセット面が生成できるという効果がある
。

つぎに、逆オフセット法に基づくオフセット面の修正法
に関する第２実施例につき説明する。

第６図は、逆オフセット操作を基にして工具径路生成時
の削込み修正法の模式図、第７図は、同上の解説図であ
る。

第６図において、１１は、要求面、１２は、真のオフセ
ット面、１３は、格子ピッチ、１４は、探索ステップ、
１５は、真のオフセット面との誤差（削込み）である。

すなわち、要求面１１の真のオフセット面１２はＳｒと
し、逆オフセット面の生成法においては、格子ピッチ１
３と探索ステップ幅１４の設定値によっては、真のオフ
センｌ−面１２との誤差（削込み）１５が発生する。

第７図において、−旦、算出した逆オフセツ１−面２１
のＳｏに対して、要求面上の加工点２２のＯｒより法線
方向の工具径隅半径２３、すなわちＲ２の中心までの座
標値を求め、さらに工具径Ｒ１の中心までの座標値を算
出する。そこで、このＺ値の座標値と逆オフセット操作
によって算出されたオフセット面上の２値を比較しく第
７図の上下方向が２軸）、Ｚ値の大きい方を新たな逆オ
フセット面の値とする。この方法により、要求面への削
込みの問題は解決される。

さらに、逆オフセット法による格子メモリの削減法に関
する第３実施例を、第８図、第９図を用いて説明する。

第８図は、３次元空間座標に被切削体をおき、オフセッ
ト面の軌跡を示した断面図である（第８図の紙面垂直方
向が２軸）。

従来は、格子幅を指定して、−様に格子空間メモリ上に
その座標値を設定していたため、座標上の格子分すべて
のメモリに必要とし、メモリ数が莫大となる傾向にあっ
た。不必要な情報に対するメモリの削減をはかるために
、第８図において、格子ブロック（Ｉ、Ｊ格子幅）とい
う概念を導入した。

すなわち、オフセント面に関与しない領域は無、駄な空
間と見イｉ！ｉＫＬでメモリに登録しない。オフセント
面に関与するブロックのみをメモリ登録の対象として、
このブロック内で従来の格子幅を設定して格子空間メモ
リにデータを割りつける方法である。また、各格子ブロ
ック内では格子幅は一様でなく、自由に設定できるよう
にする。これによってオフセット面の複雑な部分と簡単
な部分に対しては、メモリの割りっけの多い、少ないと
いう区別ができ、メモリの削減がはかられる。したがっ
て、必要な精度に対して必要なメモリの割りっけができ
、結果的には精度の高い面が得られることになる。その
１つの方法は、対話的に行なう方法である。それは、Ｘ
Ｙ平面にオフセット面と格子ブロックを表示し、各格子
ブロックの格子幅をユーザが指定する方ｄ；である。他
の方法は、各バッチの曲率を計算し、その曲率の値によ
って、各ブロック毎の格子幅を決定する。第９図は、Ｂ
≦ｚｊｅｒ曲面１、こおける凸包体を示す模式図であり
、Ｐｊ　ｊ　（００〜３３）の４点で囲まれた夫々の面
をパッチという。

例えば、第９図のＢｅｚｉｅｒ曲面ては、曲面の制御点
の凸包体という性質（凸包含性）があり、多面体の中に
ｌｌ〆ｙ、ｊｅｒの曲面が含まれる。したがって、この
多面体を評価すれば平たい形状か凹凸のある形状なのか
評価できる。この方法によって最適なメモリの配分が可
能となる。

さらに、工具の選択法について第１０図（イ）、（ロ）
、（ハ）を用いて説明する。

また、工具の選択法は、曲面加工の場合を第４実施例、
２１八次元加工（ｘｙ軸と２軸プラス象限）の場合を第
５実施例として分けて考える。

曲面加工の場合は、工具種類の選択と、工具寸法の選択
とに分けられる。

一般に荒加工の場合にはフラットエンドミルを用い、仕
上げ加工にはボールエンドミルを用いる。

曲面の形状から工具寸法を決定するためには、例えば第
９図のＢ　ｅ　ｚ　ｊ、ｅ　ｒ曲面の場合には、曲面の
制御点の凸包体という特徴からフラットな形状に対して
は径の大きいものを、凹凸のある形状に対してはその凹
凸に該当する径を選択する。

第１０図（イ）、（ロ）、（ハ）図は１曲面加工におけ
る工具選択の機能および手順表示図である。

第１０図の画面において、形状表示エリア、工具−覧表
示エリアおよび形状全体表示エリアを設ける。すなわち
、形状データの表示としては形状表示機能、視点変更機
能（視点変更、ズームアツプ）を設け、工具形状の選択
としては、工具使用の一覧表機能と表示された形状に対
し、マウス等を用い指定した地点間の断面図を表示する
機能、表示される断面図上で、選択した図形表示された
工具をマウス等の操作により動かし、製品形状と工具の
干渉の有無を確認させる機能、さらに選択した工具仕様
の確認として、採用した工具の仕様（寸法パラメータ）
を−覧表示（図形も含む）する機能である。

すなわち、第１０図（イ）、（ロ）、（ハ）図は、以上
の機能から構成される工具選択用対話画面と見イ畝すこ
とがてきる。つぎに、第１０図（イ）、（ロ）、（ハ）
図で示した第４実施例の手順を説明する。第１０図（イ
）の（１）で形状の表示を行ない、（２）で必要あれば
視点の変更をする。（３）で断面図の表示をし、第１０
図（ロ）の（４）で、マウスにより該当工具Ｎｏ、を指
定し、形状表示エリア内に工具図形の表示をし、つぎに
マウスで工具を動かし、工具図形の形状になられせるよ
うにしながら干渉の有無のチエツクを行なう。これでＯ
Ｋならば工具ＮＯ９が選定される。次に、第１０図（ハ
）の（５）によって、工具仕様を確認するために、工具
仕様の内容をマウスにより指示し、その仕様を表示し、
全てに問題がなければ加ニジステムを起動させる。

つぎに、２１７２次元以下の加工の場合（主として穴加
工）について第５実施例として第１．１．１２図を用い
て説明する。この場合は、多種類の複数工具データをフ
ァイルに登録しておき、これをＣＡＭシステムから高速
に読み出し可能としたものである。

第１１図は、加工穴工具選択表図、第１２図は、金型の
場合の加工方法判定表図である。

第１１図において、縦軸は加工穴の種類を、横軸に工具
の種類をとり、このテーブルにより採用する工具を決定
する。例えば、内周加工の丸穴の一般穴の仕上げ加工に
おいては、センタドリル、ドリル、リーマによって加工
することを示している。このようにして、加工種類と使
用工具との関係から工具を選定でき、これをコンピュー
タプログラム上に登録しておけばよい。

また、第１２図の一例として、金型のプレート類に穴加
工する場合、縦軸に金型のプレート種類をとり、横軸に
そのプレートに対応するガイドボス１〜、締結ポル１〜
等の穴種類をとり、これら相互の対応関係によって仕上
げ加工を行なうのか、取代を残すかの判定ができるテー
ブルを作成する。

例えば、下型ダイセットには仕上代を必要とするガイド
ポス１〜の穴があり、仕上げ加工を行なうザフガイ１〜
ポスト、締結ポル１へ、ノックピン、パイロット、ガイ
ドピン、リフタピン、ミスフィード検出、丸パンチの切
刃の穴があることを示している。

仕上加工（Ｏ印）は、センタドリル、ドリル、リーマ加
工され、仕上代要（△印）は、仕上代を残して加工した
後研削仕Ｆげ加工されることを意味する。

第１３図は、加工穴の加工順序決定図である。

２次元平板上に同−経穴複数個を、精度よく、効率よく
あけるための穴加工の順序の決定方法を指示するもので
ある。ただし、この方法では、工具のバックラッシュを
なくシ（一方向にのみ作動させ、逆方向の作動はさせな
い）で、工具径路を最短にするための予備的な操作であ
る。

第１３図において、プレート面上に、ＸＹ座標をとり、
まず穴の中心座標値の小さい方から大きい方に順序付け
をする（１，２・・９．１０）。つぎに、これら座標点
が、Ｙ軸に対しである許容幅範囲内に点在するようにク
ループ分けをする。この例では、３グループに分けられ
る。次に、各グループ内で、Ｘ座標値の小さい方から大
きい方へ順序付けをする（第１グループは１，２，３，
４、第２グループは１，２、第３グループは１，２，３
．４）。

上記の順序にしたがって、バックラッシュなしに穴加工
を実施すれば、きわめて効率よく、高精度に作業するこ
とができる効果がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、加工情報処理システムにより多種工具
に対応したオフセット面が生成され、工具干渉回避処理
が可能な工具径路を生成できる。

また、逆オフセット法を利用した従来の精度低下の問題
を解決できるオフセット面修正法により、削り込みとい
う問題を解消した。また、格子メモリの削減を可能とす
ることにより、パソコン、ワークステーションによる曲
面加工処理システｌ＼の実現の見通しを得た。さらに、
要求形状に対応した工具の選定により、加工効率のよい
加工が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、計算機の機器構成ブロック線図、第２図は、
加工情報処理システムの流れ線図、第３図は、第２図内
逆オフセント操作の動作フロー図、第４図は、第２図内
工具径路生成の動作フロー図、第５図（イ）、（ロ）、
（ハ）は、第２図内面情報データの詳細図、第６図は、
逆オフセット操作に基づく工具径路生成時の削り込み修
正法の模式図、第７図は、同一にの解説図、第８図は、
逆オフセット操作の格子メモリ削減法の説明図、第９図
は、Ｂｅｚｊｅｒ曲面における凸多包性の表示図、第１
０図（イ）、（ロ）、（ハ）は、曲面加工における工具
選択の機能、手順図、第１１図は、加工穴工具選択用図
、第１２図は、金型の加工方法判定表図、第１３図は、
加工穴の加工順序決定図である。 〈符号の説明〉 １・・曲面設定、２・・面情報データ、３　逆オフセッ
ト操作、４　工具径路生成、５・ＣＩ、データ、６・ポ
ストプロセッサ、１１・・要求面、１２・・真のオフセ
ン１−面、１３・格子ピンチ、１４・探索ステップ幅、
１５　誤差、２１・逆オフセット操作、２２・・加工点
、２３・・・工具径路生成、３トメモリ、３２・・・キ
ーボード、３３・・ＣＰＵ、３４・・・ＣＲＴ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３次元曲面加工のために面情報データを入力し、工
   具形状データに基づいてオフセット面を形成し、工具径
   路を生成する曲面加工方法において、 逆オフセット法を導入して構築した加工情報処理システ
   ムを利用して、工作機械に対して動作指令を伝達して、
   工作を行なわせることを特徴とする曲面加工方法。 ２、請求項１、記載の曲面加工方法において、曲面設計
   によって決定された面情報データを入力して、逆オフセ
   ット操作、格子空間データ、工具径路生成工程を経て、
   ＣＬデータを出力することを特徴とする曲面加工方法。 ３、請求項２、記載の曲面加工方法において、予めオフ
   セット面データが与えられているときは、面情報データ
   を入力後には、直接工具径路生成工程を経て、ＣＬデー
   タを出力できることを特徴とする曲面加工方法。 ４、請求項２、記載の曲面加工方法において、面情報デ
   ータとしての曲面のパッチテーブルを、あらゆる曲面に
   対して同等な手法で処理することができることを特徴と
   する曲面加工方法。 ５、請求項２、記載の曲面加工方法において、逆オフセ
   ット操作に基いた工具径路生成時の削り込みを修正でき
   ることを特徴とする曲面加工方法。 ６、請求項２、記載の曲面加工方法において、逆オフセ
   ット操作に基いた工具径路生成時に、不要情報を取除き
   、記憶メモリを削減することを特徴とする曲面加工方法
   。 ７、請求項６、記載のメモリ削減方法において、格子間
   ピッチを形状に応じて粗密に変化することができること
   を特徴とする曲面加工方法。 ８、請求項６、記載のメモリ削減方法において、格子間
   ピッチの形状にしたがって工具の種類および寸法を変え
   ることができることを特徴とする曲面加工方法。