JP2003334714A - 三次元形状部の高速切削加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被削物に形成する三次元形状の加工におい
て、適用される加工パスの形態を変更することにより、
工作機械制御上の発生した設定値と結果値との開きを解
消し、工作機械の実際の加工速度を上げる効果的な加工
を可能とする。 【解決手段】 一定の平行線、かつ往復直線の加工パス
で前記等高線上に加工パスを設定して、加工パスが設定
できなかったエリアについては、角度のついた一定平行
線の往復直線パスにて高速切削加工用加工パスを設定
し、設定されていない箇所があれば、前記設定方法を順
次繰り返して設定することを特徴とする高速切削加工方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、フライス
等により加工する際の高速切削加工方法に関し、より詳
しくは三次元形状部の高速切削加工方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）において、加工体に自由曲線
にて囲まれた所定の三次元形状部を加工するため、例え
ばフライス加工によって高速切削加工する場合、凹状の
三次元形状を形成する先行例が示される。加工体として
の被削物（１）は自由曲線にて囲まれた三次元形状
（２）が形成され、この三次元形状（２）は等高面内に
等高線（３）を有し、等高線（３）をXY平面上に工具半
径分オフセットすることで最外の加工パス（４）が得る
ことができるようになっている。

【０００３】この場合における、切削工程における加工
パス算出のフローチャートを、図４にしたがって説明す
る。

【０００４】被削物（１）をセットし切削を開始するに
際して、先ず三次元形状（２）を軸方向Zにおいて、一
定ピッチの等高線で切る。次いで一定ピッチの等高線で
得られたXY平面上に工具半径分をオフセットすることに
よって最外の加工パス（４）を得る。

【０００５】次に、得られた最外の加工パス（４）とし
て、一定ピッチの等高線で得られたXY平面に切削加工を
施し、切削加工必要領域の全域をカバーするまで続けら
れる。

【０００６】全域のカバー状況を確認した際に、全域を
カバーしていなかったときには、オフセットされた最外
の加工パス（４）へフイードバックされる。

【０００７】また、全域をカバーしていたときには、三
次元形状の軸方向Zの最終値を確認する。このZ最終値が
カバーされていないときは、切削工具のZ値を一段下げ
て、一段下げたZ値の等高線で得られたXY平面上に工具
半径分オフセットし、最外の加工パスを得、前記切削加
工を実行し、必要なピッチになるまでZ値を一段づつ下
げて繰り返えされる。

【０００８】三次元形状のZ最終値をカバーしていると
確認されたときに、所定の切削加工を終了する。

【０００９】上記した切削工程おいては、先行技術のフ
ライス加工する際の高速切削加工用加工パスの設定方法
として、自由曲線にて囲まれた三次元形状部であるの凹
部（２）を等高線に沿って仮想切断した等高面内で高速
切削加工するに当たり、円弧補完された微細距離のつな
ぎにて境界線を形成してなる加工パスを設定し、次に切
削工具の半径分だけオフセットして内側（又は外側）の
前記等高線と等高の前記境界線の相似形を形成してなる
加工パスを設定し、次に前記加工パスの設定方法に、内
側（又は外側）に順次等高線のピッチを偏倚した等高面
内で繰返して高速切削加工用加工パスを設定する高速切
削加工用加工パスの設定方法が知られていたが、最初の
加工パスの設定は、円弧補完された微細距離のつなぎに
て境界線を形成してなる加工パスを設定するものであっ
た。

【００１０】なお、自由曲線にて囲まれた三次元形状部
は凸部として高速切削加工とする場合であっても同様で
あった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】先行の技術では、円弧
補完された微細距離のつなぎにて境界線を形成してなる
加工パスを設定するため、三次元曲線形状を加工しよう
とした場合に、加工パスの曲線の連続となり、高速加工
しようとしても、工具が小刻みに動くため工作機械の制
御上の問題で実際には設定通りの速度で工具が動かず、
結果的に加工機の持つ最高の送り速度では加工されてい
ないという問題が生ずるものであった。

【００１２】上記問題点について、図５を用いて、三次
元形状の等高線を発生させ、工具のピッチ分オフセット
したものをつないで、加工パスを発生させる方法による
加工パスの様子を説明する。

【００１３】図５において、加工体としての被削物
（１）が示される。この被削物（１）は、フライス加工
の場合には直方体、円柱形をなしているこが多い。この
被削物に（１）には切削加工により三次元形状（２）が
形成されている。この三次元形状（２）において、高さ
方向Zが一定の高さである断面を取ると平面なし、等高
面内に等高線（３）が得られる。最外の加工パス（４）
は、等高線（３）をXY平面上に工具半径分オフセットす
ることにより得ることができる。

【００１４】この先行例では、一回の加工で材料が取り
きれない場合は、もう一度オフセットして加工パスを出
し、材料を取りきるまで、それを繰り返すことで、所定
のZの値を取る等高面内での加工パスを得ることができ
るものとなっている。

【００１５】図５（ｂ）は、図５（ａ）のA―Aに沿った
断面図であり、加工ピッチ（ｐ）に合せてZの値を何段
にか変化させながら（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）・・・と
複数の等高線を形成する様子を示している。この複数の
等高線での各等高面内での加工を組合せることで、二次
元上の曲線で三次元の形状を表現することができ、それ
ぞれの等高線毎に加工パスを得ることで三次元形状の加
工パスを得ることができるものであった。

【００１６】しかし上記方法では、円弧補完された微細
距離のつなぎにて境界線を形成してなる加工パスを設定
するため、三次元形状（２）から得られる等高線（３）
が単純な直線もしくは円弧形状では表現することのでき
ない形状を有する場合は、それに伴って加工パス（４）
を細分化すると微小な直線と円弧状の集まりとなってし
まい、必然的にフライス加工NCデータも微小な工具を要
求するものになってしまう。このため単純な直線もしく
は円弧形状では表現することのできない形状を加工する
工作機械側でも複雑な制御が必要となり、工具の移動が
最大速度になる前に次の移動要求を満たすように制御さ
れるのであるが、実際には加工機のもつ最高速で移動す
ることができず、加工時間が長くなる結果となってい
た。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するために、前記自由曲線に沿って加工パ
スを設定するのではなく、一定の平行線、かつ往復直線
の加工パスで前記等高線上に加工パスを設定して、加工
パスが設定できなかったエリアについては、角度のつい
た一定平行線の往復直線パスにて高速切削加工用加工パ
スを設定し、次いで設定されていない箇所があれば、前
記設定方法を順次繰り返して設定することを特徴とする
高速切削加工方法を用いて上記の課題を解決するもので
あり、より、具体的には、軸方向にＺ値を持ち、自由曲
線にて囲まれた凹部又は凸部をなす三次元形状部を、所
定のピッチをもつ等高線に沿って多層に仮想分割する三
次元形状部Ｚ値仮想分割工程と、分割された所定の等高
線における境界線から切削工具の半径分だけオフセット
した相似形の境界線の内側又は外側の面に加工パスを設
定する加工パス設定工程と、設定された加工パスにより
所定の等高線における面を切削加工する等高位置切削加
工工程と、切削加工する工程の終了で切削が全領域をカ
バーしていないとには、フイードバックをかけて再度等
高位置切削加工工程を繰り返す第１フイードバック工程
と、所定の等高線における切削加工する工程が全領域を
カバーして終了したときＺ値を一段下げて、この下げた
等高面内で前記同様の加工パス設定工程、切削加工工
程、第１フイードバック工程を実行するＺ値下げ位置切
削加工工程と、Ｚ値下げ位置切削加工工程でＺ最終値を
カバーしていないときには、フイードバックをかけて再
度加工パス設定工程と等高位置切削加工工程及びＺ値下
げ位置切削加工工程を繰り返す第２フイードバック工程
とを備える切削加工方法において、前記加工パス設定す
る工程での加工パスは、一定の平行線かつ往復直線の加
工パスとして形成されるものであって、一つ以上設定可
能であり、当該等高線上の等高面内において、一定の平
行線かつ往復直線の加工パス設定されていない箇所があ
れば、フイードバックを掛けて再度等高位置切削加工工
程を繰り返すよう設定可能とすると共に、当該等高線上
の等高面内において、一定の平行線かつ往復直線の加工
パスにより加工パスが設定できなかったエリアについて
は、角度のついた一定平行線の往復直線パスを加工パス
として設定して、高速切削加工可能としたことを特徴と
する三次元形状部の高速切削加工方法（請求項１）を提
供する。

【００１８】また、この出願の発明は、前記等高線上の
等高面内に、一定の平行線かつ往復直線の加工パスにな
る加工パスを複数設定し、進入時の工具負荷増大による
工具の撓みによる被削物（１１）への傷防止のため、所
定の等高線における境界線の範囲内で境界線から離れた
ワーク形状の無い場所を、工具による最初の第１部分往
復パスの加工始点とする進入点として選択し、第１部分
往復パス又はそれ以降の往復パスにより切削された面内
において、それ以降の他の往復パスに対する加工始点と
する進入点として選択可能としたことを特徴とする三次
元形状部の高速切削加工方法（請求項２）を提供する。

【００１９】さらに、この出願の発明は、所定の等高線
における境界線からオフセットした相似形の境界線を有
する形状を、その形状に内接又は外接する２本の平行な
線で仕切ることにより、平行な２本の線の内側又は外側
の主加工面と、平行な２本の線の外側又は内側に互いに
分離独立して残される複数の小加工面とに分割し、主加
工面の任意の部分的加工面とこれに連続する一つの小加
工面を一体の加工面に対して一定の平行線かつ往復直線
の主加工パスを設定し、残余の小加工面に対して、主加
工パスと同一加工方向が取れるときは、同じ一定の平行
線かつ往復直線の加工パスを設定し、主加工パスと同一
加工方向が取れないときは、角度のついた一定平行線の
往復直線パスを加工パスとして設定することを特徴する
加工パスの設定方法を包含する三次元形状部の高速切削
加工方法(請求項３)をも提供する。

【００２０】以下、この出願の発明について,さらに詳
細に説明する。

【００２１】

【実施の形態】本発明のよれば、実施例に示されたもの
に限らず、次のような形態を採用することができる （１）切削加工により被削物に形成される三次元形状
（１２）は実施例では凹部なすを形状のものが示される
が、凸部なすを形状のものを形成する場合も同様に本願
発明を適用することができる。 （２）オフセットされた加工パスの境界線（１４）で囲
まれた全領域を埋め尽くす形で形成される平行直線状の
加工パスは一以上設定されるが、この場合、オフセット
された加工パスの境界線（１４）で囲まれた形状によっ
て、平行直線状の加工パスの設定数は変られられること
になる。 （３）加工パスの設定方法については、凹面の加工場合
を実施例として述べるが、凸面の加工の場合にも、同様
の設定方法が適用できる。

【００２２】

【実施例】図１に示す本発明の加工パス算出のフローチ
ャートによって、被削物に形成する凹状の三次元形状に
対する切削工程における切削加工用加工パスの設定工程
を説明する。

【００２３】被削物（１１）をセットし切削を開始する
に際して、先ず三次元形状（１２）を軸方向Zにおい
て、一定ピッチの等高線で切る。次いで一定ピッチの等
高線で得られたXY平面上に工具半径分をオフセットする
ことによって加工パスの境界線（１４）を得る。

【００２４】次に、オフセットされた加工パスの境界線
（１４）で囲まれた全領域を埋め尽くす形で形成される
平行直線状の加工パスを一以上設定する。

【００２５】一定ピッチの等高線で得られたXY平面に、
ワーク形状の無い場所に工具を落とし、平行直線状の加
工パスにより所定領域に切削加工を施し、切削加工必要
領域の全域をカバーするまで続ける。

【００２６】平行直線状の加工パスによる切削加工工程
において、全域のカバー状況を確認した際に、全域をカ
バーしていないと判断されたときには、加工パスの平行
直線の角度を変更した上でオフセットされた加工パスの
境界線（１４）で囲まれた領域へフイードバックされ、
所定の切削加工必要領域を切削する加工が繰り返えされ
る。

【００２７】この場合、オフセットされた線で囲まれた
全領域を埋め尽くす形で形成された平行直線とする加工
パスを複数に箇所に分割して加工することも可能であ
り、加工パスの平行直線の角度を変更することなく、点
線で示された経路を経て、オフセットされた加工パスの
境界線（１４）で囲まれた領域へフイードバックされ
る。

【００２８】その後の工程で、全域をカバーしている判
断されたときには、次の工程へ進み三次元形状の軸方向
Zの最終値を確認する。このZ最終値がカバーされていな
いときは、切削工具のZ値を一段下げて、一段下げた次
段のZ値の等高線で得られたXY平面上において工具半径
分オフセットし、オフセットされた加工パスの境界線で
囲まれた全領域を埋め尽くす形で形成される平行直線状
の加工パスを一以上設定し、前記した切削加工が実行さ
れ、必要なピッチになるまでZ値を一段づつ下げて繰り
返えされる。

【００２９】三次元形状のZ最終値がカバーされている
と確認されたときに、所定の切削加工を終了するものと
なっている。

【００３０】以下に本発明の実施例を添付図面に基づい
て詳細に説明する。

【００３１】図２は本発明の実施例における、切削加工
パス（１６）を示す。ワーク形状の無い場所を進入点
（１５）として、ここに工具を落とし、そこから往復直
線パスの組合せにより出力されたあるZ値をもつ等高面
内での加工パスを示すものである。これは、先行の技術
で説明した方法と同様に、加工ピッチに合せてZの値を
変化させながら複数の二次元上の加工パスを組合せるこ
とで三次元形状の加工パスを得ることができる。

【００３２】図２において、被削物（１１）は切削加工
により三次元形状（１２）が凹部をなして形成されてい
る。この三次元形状（１２）において、Zが一定の断面
を取ると等高線（１３）が得られる。境界線（１４）は
加工パス（１６）がはみ出していけないので、このた
め、等高線（１３）のXY平面上に工具半径分オフセット
することで達成することができる。加工パス（１６）に
沿って切削加工するに際して、加工パス（１６）の加工
始点は、工具の進入点（１５）として示されている。こ
の進入点（１５）は、進入時の工具負荷増大による工具
の撓みによる被削物（１１）への傷防止のため、境界線
（１４）の範囲内で境界線（１４）から離れた場所に選
択される。

【００３３】実際の加工パス（１６）は、往復の直線の
一筆書きで境界線（１４）の範囲内を塗り潰すように生
成する。

【００３４】以上のように、構成されたフライス加工用
切削パス作成のアルゴリズムにおいて、図３（ａ）から
図３（ｄ）を用いて加工パス（１６）の範囲内の塗り潰
しの様子を説明する。

【００３５】先ず、図３（ａ）に示すように、進入時の
工具負荷増大による工具の撓みによる被削物（１１）へ
の傷防止のため、境界線（１４）の範囲内で境界線（１
４）から離れた場所に選択された第１次進入点（１５
ａ）から一方向に第Ｉ部分往復パス（１６ａ）で塗り潰
しを行う。往復の直線の第Ｉ部分往復パス（１６ａ）に
よる塗り潰しで、塗り潰しできずに残った形状IIを図３
（ｂ）のように図３（ａ）で加工済みの場所に第２次進
入点（１５ｂ）を置いて第II部分往復パス（１６ｂ）で
塗り潰す。これによって片側での全ての塗り潰しが終了
する。

【００３６】片側で全て網羅したら反対側も図３（ｃ）
のように塗り潰す第III部分往復パス（１６ｃ）を発生
させる。

【００３７】塗り残しをここまで説明した方法では塗り
潰せない場合または効率が悪い場合は、図３（ｄ）のよ
うに第IV部分往復パス（１６ｄ）の角度を変えて塗り潰
しを続け、全ての形状（Ｉ,II，III，IV）を塗り潰す加
工パス（１６）を生成し、等高線に沿って仮想切断した
等高面内での切削加工が終了する。

【００３８】上記のフライス加工をZ方向に必要数だけ
繰り返すことによる、三次元形状のフライス加工用切削
パスを作成する。

【００３９】上記の切削加工に当たって、加工パスの設
定について説明する。図３（ａ）に示すように、所定の
等高線における境界線からオフセットした相似形の境界
線を有する形状を、その形状に内接する２本の平行な線
（L1）（L２）で仕切る。これにより、形状は、平行な
２本の線の内側の主加工面と、平行な２本の線（L1）
（L２）の外側に、互いに分離独立した複数の小加工面
とに分割して残される。主加工面の任意の部分的加工面
とこれに連続する一つの小加工面を一体として組合せた
一つの加工面に対して一定の平行線かつ往復直線の主加
工パスを設定する。残余の小加工面に対しては、加工パ
スとして、主加工パスと同一加工方向が取れるときは、
同じ一定の平行線かつ往復直線の加工パスを設定し、主
加工パスと同一加工方向が取れないときは、角度のつい
た一定平行線の往復直線パスを加工パスとして設定す
る。

【００４０】以上のように、複数の等高線を組合せるこ
とで、二次元上の曲線で三次元の形状を表現することが
でき、このそれぞれの等高線毎に加工パスを得ることで
三次元形状の加工パスを得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ワーク形状の無い場所に工具を落とし、そこから往復直
線パスの組合せによって加工パスを発生させるものであ
るから、長い直線の組合せとすることができ、したがっ
て、先行技術のように、円弧補完された微細距離のつな
ぎにて境界線を形成してなる加工パスを設定するもので
はないため、工具の移動が最大速度になる前に次の移動
要求を満たすように制御する必要性から制約を受けるこ
とがなく、長い直線の組合せになる加工パスを設定する
ことができ、往復直線の長い直線の組合せになる加工パ
スを適用することによって、これまでの方法と比べ、実
際の加工速度が早くなる効果が得られ、加工時間を短縮
し、加工の効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工パス算出のフローチャートであ
る。

【図２】本発明の実施例における切削加工パス図を示
す。

【図３】切削パスによる一定高さにおける一連の加工工
程を示す図であり、（ａ）は最初の加工パスを示す図で
あり、（ｂ）は（ａ）に続く加工パスを示す図であり、
（ｃ）は（ｂ）に続く加工パスを示す図であり、（ｄ）
は（ｃ）に続く加工パスを示す図である。

【図４】先行技術の加工パス算出のフローチャートであ
る。

【図５】先行技術の加工方法を用いて加工した場合の切
削加工パスを示す図であり、（ａ）は斜視図を示し
（ｂ）は（ａ）図のA―A線に沿った断面図を示す。

【符号の説明】

１ 被削物 ２ 三次元形状 ３ 三次元形状の等高線 ３ａ 三次元形状の等高線ａ ３ｂ 三次元形状の等高線ｂ ３ｃ 三次元形状の等高線ｃ ４ 最外周の加工パス １１ 被削物 １２ 三次元形状 １３ 三次元形状の等高線 １４ 加工パスの境界線 １５ 工具の進入点 １５ａ 工具の第１次進入点 １５ｂ 工具の第２次進入点 １５ｃ 工具の第３次進入点 １５ｄ 工具の第４次進入点 １６ 切削パス １６ａ 第Ｉ部分往復パス １６ｂ 第II部分往復パス １６ｃ 第III部分往復パス １６ｄ 第IV部分往復パス p ピッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 和裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向にＺ値を持ち、自由曲線にて囲ま
   れた凹部又は凸部をなす三次元形状部を、所定のピッチ
   をもつ等高線に沿って多層に仮想分割する三次元形状部
   Ｚ値仮想分割工程と、分割された所定の等高線における
   境界線から切削工具の半径分だけオフセットした相似形
   の境界線の内側又は外側の面に加工パスを設定する加工
   パス設定工程と、設定された加工パスにより所定の等高
   線における面を切削加工する等高位置切削加工工程と、
   切削加工する工程の終了で切削が全領域をカバーしてい
   ないとには、フイードバックをかけて再度等高位置切削
   加工工程を繰り返す第１フイードバック工程と、所定の
   等高線における切削加工する工程が全領域をカバーして
   終了したときＺ値を一段下げて、この下げた等高面内で
   前記同様の加工パス設定工程、切削加工工程、第１フイ
   ードバック工程を実行するＺ値下げ位置切削加工工程
   と、Ｚ値下げ位置切削加工工程でＺ最終値をカバーして
   いないときには、フイードバックをかけて再度加工パス
   設定工程と等高位置切削加工工程及びＺ値下げ位置切削
   加工工程を繰り返す第２フイードバック工程とを備える
   切削加工方法において、前記加工パス設定する工程での
   加工パスは、一定の平行線かつ往復直線の加工パスとし
   て形成されるものであって、一つ以上設定可能であり、
   当該等高線上の等高面内において、一定の平行線かつ往
   復直線の加工パス設定されていない箇所があれば、フイ
   ードバックを掛けて再度等高位置切削加工工程を繰り返
   すよう設定可能とすると共に、当該等高線上の等高面内
   において、一定の平行線かつ往復直線の加工パスにより
   加工パスが設定できなかったエリアについては、角度の
   ついた一定平行線の往復直線パスを加工パスとして設定
   して、高速切削加工可能としたことを特徴とする三次元
   形状部の高速切削加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記等高線上の等高
   面内に、一定の平行線かつ往復直線の加工パスになる加
   工パスを複数設定し、進入時の工具負荷増大による工具
   の撓みによる被削物（１１）への傷防止のため、所定の
   等高線における境界線の範囲内で境界線から離れたワー
   ク形状の無い場所を、工具による最初の第１部分往復パ
   スの加工始点とする進入点として選択し、第１部分往復
   パス又はそれ以降の往復パスにより切削された面内にお
   いて、それ以降の他の往復パスに対する加工始点とする
   進入点として選択可能としたことを特徴とする三次元形
   状部の高速切削加工方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、所定の等高線
   における境界線からオフセットした相似形の境界線を有
   する形状を、その形状に内接又は外接する２本の平行な
   線で仕切ることにより、平行な２本の線の内側又は外側
   の主加工面と、平行な２本の線の外側又は内側に互いに
   分離独立して残される複数の小加工面とに分割し、主加
   工面の任意の部分的加工面とこれに連続する一つの小加
   工面を一体の加工面に対して一定の平行線かつ往復直線
   の主加工パスを設定し、残余の小加工面に対して、主加
   工パスと同一加工方向が取れるときは、同じ一定の平行
   線かつ往復直線の加工パスを設定し、主加工パスと同一
   加工方向が取れないときは、角度のついた一定平行線の
   往復直線パスを加工パスとして設定することを特徴する
   加工パスの設定方法を包含する三次元形状部の高速切削
   加工方法。