JPH06214626A - Ｎｃデータ作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】曲面と曲面との交線を滑らかに切削するＮＣデ
ータを作成する。 【構成】曲面創成機能（６１）により切削を行う２以上
の曲面を作成し、交線算出機能（６２）により該曲面創
成機能により作成された曲面相互の交線を算出し、アプ
ローチ機能（６３）により交線の始点に該始点おける接
線ベクトル方向から加工工具をアプローチさせるアプロ
ーチと、交線の終点に該終点おける接線ベクトル方向へ
加工工具を逃がす逃げとを付加する。そして、ＮＣデー
タ変換機能（６４）により該交線作成機能により求めら
れた交線の値と該アプローチ機能により付加された値と
をＮＣデータに変換することにより交線切削用ＮＣデー
タを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械のＮＣデータ作
成装置に関し、更に詳細には曲面と曲面との交線を滑ら
かに切削するＮＣデータ作成装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来から工作機制御用データの作成にＮＣ
データ作成装置が用いられている。このＮＣデータ作成
装置には交線切削機能を含む３次元のＮＣデータ作成機
能を有するものが有る。このＮＣデータ作成装置の機能
を図１０を参照して説明する。該装置は先ず入力された
データを基にワイヤフレームモデルを作成し、曲面１と
曲面２との２つの曲面を創成する。そしてこれら２曲面
の交わった交線（稜線）を算出する。これにより求めら
れた交線をボールエンドミルで加工し稜線部分を滑らか
に仕上げている。このＮＣデータ作成装置の作成したデ
ータに基づく交線の加工作業は、稜線部分の加工におい
て図１１で示すようにボールエンドミルをスタート点か
ら送り出し、クリアランス点（交線始点よりクリアラン
ス分だけＺ方向にあげたところ）まで早送りで送り、開
始点まで切削送りで送り交線に沿って切削を開始する。
そして切削送りで交線を進んだ後早送りでスタート点ま
で戻している。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】上記ＮＣデータ作成
装置では、加工サイクルの中でクリアランス点から交線
開始点へ切削送りで切削を進めるときに、交線が略ＸＹ
平面（水平面）上にある場合、ボールエンドミルを交線
に対してほぼ垂直にアプローチしている。この場合、図
１２に示すように交線開始点に対してボールエンドミル
が垂直に入るため若干の食い込みが生ずるという問題点
がある。また図１３に示すように交線がルーブ形状、即
ち交線に沿って切削が行われた後再び開始点に戻る場
合、交線の切削開始時に工具をアプローチさせてから交
線に沿って進める時、図に示すように略垂直にアプロー
チさせた工具を略水平に交線上を送るためかなりのベク
トル変動が生ずる。同様に交線の切削終了時に交線上を
略水平に送られた工具を略垂直に逃がすため、やはりか
なりのベクトル変化が生じる。このためサーボ系の遅れ
から交線開始側及び交線終了側でだれが起き（即ち、図
に示すように交線開始側で工具をほぼ垂直にアプローチ
した後水平に切削する軌跡がだれ、同様に交線終了側で
も軌跡がだれ）、削り残しが生ずるという問題点があ
る。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するために成
されたもので、その目的とするとこは、曲面と曲面との
交線の切削における、交線に工具が接触した際に生ずる
交線への工具の食い込みをなくし滑らかな切削面を形成
することにある。更に本発明は、ループ状の交線を切削
する場合においてサーボ系のだれにより生ずる削り残し
をなくすことにある。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】上記問題点を解決する
ため本発明のＮＣデータ作成装置は、切削を行う２以上
の曲面を作成する曲面創成手段と、前記曲面創成手段に
より作成された曲面相互の交線を算出する交線算出手段
と、交線の始点に該始点おける接線ベクトル方向から加
工工具をアプローチさせるアプローチと、交線の終点に
該終点おける接線ベクトル方向へ加工工具を逃がす逃げ
とを付加するアプローチ手段と、前記交線作成手段によ
り求められた交線の値と前記アプローチ手段により付加
された値とを交線切削用ＮＣデータに変換するＮＣデー
タ変換手段と、を有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明のＮＣデータ作成装置は、先ず曲面創成
手段が入力された断面形状からワイヤーフレームモデル
を作成して２曲面を創成する。次に交線算出手段が曲面
創成手段により求められた２曲面相互の交線を算出す
る。そしてアプローチ手段が、交線切削の始点に該始点
おける接線ベクトル方向から加工工具をアプローチさせ
るアプローチと、交線の終点に該終点おける接線ベクト
ル方向へ加工工具を逃がす逃げとを上記交線算出手段が
算出した交線に付加する。最後に、ＮＣデータ変換手段
が、前記交線作成手段により求められた交線の値と前記
アプローチ手段により付加された値とを交線切削用ＮＣ
データに変換する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において１２はＮＣデータ作成装置であり、
２０はマシニングセンタ形の工作機械であり、１０は数
値制御装置であって工作機械２０をＮＣデータ作成装置
の作成したデータに基づいて制御する。この数値制御装
置１０には、サーボモータ駆動回路ＤＵＸ、ＤＵＹ、Ｄ
ＵＺ、シーケンスコントローラ１１がインタフェース
（図略）を介して接続されている。

【０００８】一方、工作機械２０は、前記サーボモータ
駆動回路ＤＵＸ、ＤＵＹ、ＤＵＺのそれぞれによって駆
動されるサーボモータ２１、２２、２３の回転によっ
て、工作物Ｗを支持する工作物テーブル２５と、主軸モ
ータＳＭによって駆動される主軸２６を軸架する主軸ヘ
ッド２４との間の相対位置が３次元的に変更される。ま
た、２７は、複数種類の工具を保持する工具マガジンで
あり、マガジン割出装置（図略）と工具交換装置２８と
によって次工程で必要となる工具を取り出して主軸２６
に装着すると共に主軸にそれまで装着されていた工具を
マガジンに戻すようになっており、この主軸に装着され
た工具により工作物Ｗの加工が行われる。

【０００９】シーケンスコントローラ１１には、ＮＣデ
ータ作成装置１２と主軸モータＳＭの回転速度を制御す
る主軸モータ駆動回路１５とが接続されている。このＮ
Ｃデ−タ作成装置１２はマイクロプロセッサ１２ａ、ク
ロック信号発生回路１２ｂ、ＲＯＭ１２ｃ、ＲＡＭ１２
ｄ、固定ディスク１２ｅ、インタフェース１２ｆ、１２
ｇ、１２ｈによって主に構成され、インタフェース１２
ｈにはキーボード１３とＣＲＴ表示装置１４が接続され
ている。固定ディスク１２ｅ内にはＮＣデータ作成装置
１２が処理を行うための情報が記憶され、ＮＣデータ作
成装置は該情報を基にキーボード１３から入力された値
に従い所望のＮＣデータを作成する。

【００１０】図２に本実施例のＮＣデータ作成装置１２
の各機能を示す。このＮＣデータ作成装置は、入力断面
から２つの曲面を創成する曲面創成機能６１と、２以上
の曲面が交わる交線を算出する交線算出機能６２と、交
線へのアプローチベクトルを付加するアプローチ機能６
３と、交線の値をＮＣデータに変換するＮＣデータ変換
機能６４と、を有する。

【００１１】先ず曲面創成機能６１は、入力された断面
形状からワイヤフレームモデルを作成し、図４に示す曲
面１と曲面２とを創成する。次に交線算出機能６２が、
曲面創成機能６１により創成された２曲面が交わる交線
を算出する。そして、アプローチ機能６３が交線算出機
能６２により算出された交線の始点と終点に、図５，図
６を参照し後述するアプローチベクトル方向にクリアラ
ンス分移動する動きを付加する。このクリアランス分の
動きと算出された交線の値とをＮＣデータ変換機能６４
が、該曲面の交線を切削するための工作機械用ＮＣデー
タに変換する。このアプローチ機能６３とＮＣデータ変
換機能６４による処理手順を図３のフローチャートを用
いて説明する。なお、本実施例では交線がループ状即ち
交線の始点と終点が一致している場合を例に挙げて説明
する。

【００１２】先ずアプローチ機能６３は、ステップ７１
で交線算出手段より計算された交線点群を入手する。こ
の算出された交線点群をＰ［１］，Ｐ［２］，Ｐ
［３］，・・・Ｐ［ｎ］とするとこれらは下記の２次補
間式で表される。補間式は交線点群の３点で構成され
る。 Ｐ（ξ）＝〔｛Ｐ［２ｋ−１］−２Ｐ［２ｋ］＋Ｐ［２ｋ＋１］｝／２〕・ξ^２ ＋〔｛Ｐ［２ｋ＋１］−Ｐ［２ｋ−１］｝／２〕ξ＋Ｐ［２ｋ］ ・・・（式１） ここで、ｋ＝１，２，３，・・・｛ｎ−１｝／２ −１．０≦ξ≦１．０

【００１３】次にアプローチ機能６３は、ステップ７２
で交線の始点に加工工具をアプローチする進入側アプロ
ーチベクトルと、交線の終点から加工工具を逃がすため
の後退側アプローチベクトルとを算出する。本実施例で
はこれらアプローチベクトルとして、交線の始点側の３
点及び終点側の３点からそれぞれ始点と終点の接線のベ
クトルを求める。接線ベクトルを求めるため、上記（式
１）を微分すると（式２）が求められる。 Ｐ’（ξ）＝｛Ｐ［２ｋ−１］−２Ｐ［２ｋ］＋Ｐ［２ｋ＋１］｝・ξ ＋｛Ｐ［２ｋ＋１］−Ｐ［２ｋ−１］｝／２ ・・・（式２）

【００１４】交線始点での接線ベクトルを求めるために
（式２）にｋ＝１，ξ＝−１．０を代入すると下記（式
３）が求まる。 Ｐ’（−１．０）＝−｛Ｐ［１］−２Ｐ［２］＋Ｐ［３］｝ ＋｛Ｐ［３］−Ｐ［１］｝／２ ＝−３／２・Ｐ［１］＋２Ｐ［２］−１／２・Ｐ［３］ ・・・（式３）

【００１５】同様に、交線終点での接線ベクトルを求め
るために（式２）にｋ＝｛ｎ−１｝／２、ξ＝１．０を
代入すると下記（式４）が求まる。 Ｐ’（１．０）＝｛Ｐ［ｎ−２］−２Ｐ［ｎ＝１］＋Ｐ［ｎ］｝ ＋｛Ｐ［ｎ］−Ｐ［ｎ−２］｝／２ ＝−１／２・Ｐ［ｎ−２］−２Ｐ［ｎ−１］＋３／２・Ｐ［ｎ］ ・・・（式４）

【００１６】次にステップ７３でアプローチ機能６３
は、上記の式に基づき求められた接線ベクトルからアプ
ローチ点を求め、アプローチベクトル方向に加工工具を
クリアランス分移動する動きを交線の始点及び終点に付
加する。このアプローチ点は、上記（式３）と（式４）
とから、進入側の単位アプローチベクトルをＶｓ、後退
側の単位アプローチベクトルをＶｅとし、クリアランス
をＣとすると下記（式５）、（式６）で表される。 進入側アプローチ点 Ｐｓ＝Ｐ（１）−ＣＶｓ・・・（式５） 後退側アプローチ点 Ｐｅ＝Ｐ（ｎ）＋ＣＶｅ・・・（式５）

【００１７】（式５）、（式６）の内容を図５、図６を
参照して更に説明する。図５では（式５）で示す様に交
線の始点Ｐ［１］に該Ｐ［１］における接線ベクトル｜
ＣＶｓ｜が付加され進入側アプローチ点Ｐｓが定められ
る。同様に図６は（式６）に示すように交線の終点Ｐ
（ｎ）に該Ｐ（ｎ）における接線ベクトル｜ＣＶｅ｜が
付加され後退側アプローチ点Ｐｅが定められる。

【００１８】最後にステップ７４でＮＣデータ変換機能
６４が、図５，図６に示すクリアランス分移動する動き
が付加された上記交線点群の値を工作物の交線（稜線）
切削用ＮＣデータに変換することによりＮＣデータが完
成する。ここで、上記ＮＣデータに基づく工作機械２０
による加工作業について説明する。まず工作機械２０
は、比較的大きな径のボールエンドミルを用い、サーボ
モータ２１，２２，２３を駆動して工作物Ｗを支持する
工作物テーブル２５と、主軸ヘッド２４との間の相対位
置を変更し、図４に示す曲面１と曲面２とを切削する。

【００１９】次に、曲面の交線（稜線）の仕上げ加工に
移る。工作機械２０は、工具交換装置２８により上記の
比較的径の大きなボールエンドミルから交線仕上げ用の
径の小さなボールエンドミルに工具を取り替える。そし
て該ボールエンドミルを曲面の交線にアプローチさせ
る、このアプローチについて図７を参照しながら説明す
る。先ず、図５で説明した進入側アプローチ点Ｐｓに、
スタート点から工具（ボールエンドミル）をＺ軸上に早
送りで送る。そしてこのアプローチ点Ｐｓから始点に接
線方向に沿って切削送りで工具を送り交線の加工を開始
する。交線の加工が終了するとき、工具を終点から接線
方向に図６で説明した後退側アプローチ点Ｐｅまで逃が
す。このアプローチ点Ｐｅからは工具をＺ軸上に早送り
し、そしてＸＹ上を移動させてスタート点に戻す。上記
説明においては、２つの曲面の交線を切削する例につい
て説明したが、本発明は３以上の曲面の交線切削に用い
得る、また曲面の交線のみでなく一般の曲面加工にも用
いることができる。この例を図８，図９を参照して説明
する。

【００２０】図８は、従来の曲面加工におけるアプロー
チ方法を示す。先ずスタート点から加工工具を曲面端部
Ｅｓよりクリアランス分を上げたクリアランス点まで早
送りで送り、次に曲面端部Ｅｓまで切削送りで送り、曲
面に沿って切削送りで他方の曲面端部Ｅｅまで送った後
該ＥｅからＺ軸上に早送りで逃がす。そして加工工具を
前述の曲面端部Ｅｓに隣接する曲面端部Ｅｓ’上までＸ
Ｙ軸上に送る。

【００２１】図９は、本実施例の曲面加工のアプローチ
方法を示す。この実施例のＮＣデータ作成装置は、図
２、図３で説明したと略同様な処理により切削の始点側
の端部Ｅ’ｓへの接線方向からの進入側アプローチ点
Ｐ’ｓと、終点側の端部Ｅ’ｅからの接線方向への後退
側アプローチ点Ｐ’ｅとを付加したＮＣデータを作成す
る。これに基づき本実施例では、加工工具をスタート点
から早送りでＺ軸上を進入側アプローチ点Ｐ，ｓまで送
り、次に切削送りで始点側の端部Ｅ’ｓへ接線方向から
アプローチし切削を開始する。当該部分の切削終了時、
終点側の端部Ｅ’ｅから接線方向に工具を後退側アプロ
ーチ点Ｐ’ｅまで逃がす。そして該アプローチ点Ｐ’ｅ
から、早送りで工具をＺ軸上で送った後、進入側アプロ
ーチ点Ｐ’ｓに隣接するアプローチ点Ｐ”ｓ’上の位置
までＸＹ軸上に送り、以下同様に工具を送り隣接部分の
切削を行う。この実施例によれば、曲面切削時に従来生
じていた工具の突込みによる削り上がりのみだれを防ぐ
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、曲面と曲面との交線を
切削する場合において、切削を開始する点に該開始点の
接線方向からアプローチするため、交線に工具が接触す
る際に交線への工具の食い込みが生じず滑らかな切削面
を形成することができる。更に本発明は、ループ状の交
線を切削する場合において、交線の切削の始点及び終点
で切削方向のベクトルが急に変化しないためサーボ系の
だれが生じず、このだれに起因する削り残しをなくすこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＮＣデータ作成装置及び工作機械の構成を示し
た構成図。

【図２】本実施例のＮＣデータ作成装置が有する機能の
ブロック図。

【図３】図１の実施例のＮＣデータ作成装置のアプロー
チ機能６３とＮＣデータ変換機能６４による処理手順を
示したフローチャート。

【図４】本発明の実施例のＮＣデータ作成装置の作成し
たデータにより加工される交線の説明図。

【図５】図４の交線始点への進入側アプローチ点の説明
図。

【図６】図４の交線終点からの後退側アプローチ点の説
明図。

【図７】本実施例の交線を切削するボールエンドミルに
よるアプローチの説明図。

【図８】従来の曲面加工時におけるボールエンドミルの
軌跡の説明図。

【図９】本発明の別実施例の曲面加工時におけるボール
エンドミルの軌跡の説明図。

【図１０】従来のＮＣデータ作成装置が加工を行う曲面
の説明図。

【図１１】従来の交線を切削するボールエンドミルによ
るアプローチの説明図。

【図１２】従来の交線を切削するボールエンドミルによ
るアプローチの説明図。

【図１３】従来の交線を切削するボールエンドミルによ
るアプローチの説明図。

【符号の説明】 １０ 数値制御装置 １２ ＮＣデータ作成装置 １２ａ マイクロプロセッサ １２ｅ 固定ディスク ２０ 工作機械 ６１ 曲面創成機能 ６２ 交線算出機能 ６３ アプローチ機能 ６４ ＮＣデータ変換機能

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】切削を行う２以上の曲面を作成する曲面創
   成手段と、 前記曲面創成手段により作成された曲面相互の交線を算
   出する交線算出手段と、 交線の始点に該始点おける接線ベクトル方向から加工工
   具をアプローチさせるアプローチと、交線の終点に該終
   点おける接線べクトル方向へ加工工具を逃がす逃げとを
   付加するアプローチ手段と、 前記交線作成手段により求められた交線の値と前記アプ
   ローチ手段により付加された値とを交線切削用ＮＣデー
   タに変換するＮＣデータ変換手段と、を有することを特
   徴とするＮＣデータ作成装置。