JP2007260849A - 加工工具の使用順序設定方法、加工工具の使用順序設定プログラム及びこれを記憶した記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工工具の使用順序設定方法において、短時間で適切な工具の使用順序を設定する。
【解決手段】 径の異なる複数の工具を用いてワークを製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、各種情報を準備するプロセスと、逆オフセット法により製品形状に対する工具経路面を生成するプロセスと、工具を工具経路面に沿って移動させて加工面を算出して、加工面を得るための切削量を算出するプロセスと、複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定するプロセスと、各工具選択パターンについて、先の工具の切削量Ｖ３ｎ（ｍ）と後の工具の切削量Ｖ３ｎ（ｍ−１）との差を算出し、この差を後の工具の切削量Ｖ３（ｍ）として工具毎の切削量を算出するプロセスと、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に基づいてトータル切削時間を算出するプロセスと、該切削時間が短いパターンを選定するプロセスとを有する。
【選択図】 図２９

Description

本発明は、複数の加工工具を交換可能とされた工作機械等において工具の使用順序を設定する方法に関し、機械加工の技術分野に属する。

工作機械には、主軸に工具が取り付けられ、主軸を移動させつつ工具を回転駆動させることによりワークを切削するものがある。この種の工作機械では、主軸は水平面内で直交するＸ、Ｙ軸及びこれらの軸に直交するＺ軸に移動可能とされ、工具を所定の加工経路に沿って移動させることによりワークを３次元的に加工するようになっている。また、前記工作機械は、径や先端形状の異なる複数の工具を交換可能に構成されることがあり、このような場合には、単位時間当りの切削量が大きい大径の工具を極力使用して加工時間の短縮を図りたいという要求があるため、大径の工具から順次小径の工具に交換し、順次削り残し部分を切削することになる。

しかしながら、交換可能な工具の数が増加したときに、大径のものから順に全ての工具を交換して加工を行うようにすると、交換回数が増して効率的ではない。そこで、必ずしも全ての工具を選択しない工具選択パターンを設定し、この工具選択パターンにおける大径の工具から順次使用して加工を行うことが考えられるが、いずれの工具を選択したときに最も効率的であるかを判断することは困難であり、作業者の勘や経験に頼って設定されているのが現状である。

これに対して、特許文献１には、全ての工具選択パターンに対してＮＣ加工パスデータ準備し、このデータを用いた加工シミュレーションを行うことによって、総加工時間が最短時間となる工具の選択パターンを選び出すものが開示されている。

一方、大径の工具を使用した場合には、製品形状に対して削り残し領域が生成されることになるが、この削り残し領域を求め、この削り残し領域に応じて次に使用すべき工具を決定することが考えられる。

例えば、特許文献２に開示された削り残し領域を求める方法は、まず、製品形状情報と工具形状情報とに基づいて、所定の工具の使用順序における後加工の工具の逆形状を製品形状面上に沿って移動させることにより掃引形状を得て（逆オフセット法）、これを工具経路面Ａとする。次に、前加工で生成されたワークモデル情報と前記後加工の工具の情報とに基づいて、逆オフセット法により工具経路面Ｂを求める。そして、前記工具経路面Ａ、Ｂの高さを比較し、高さの異なる領域を削り残し領域とするのである。
特開平９−５０３１１号公報 特開２００５−２９２９１４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では、全ての工具の組合せに対して加工シミュレーションが行われるので、加工パスデータの演算等の演算処理に多大な時間を要し、実用的でない。

また、前記特許文献２に記載の方法においては、予め設定した所定の工具の使用順序に対して、工具経路面Ａ、Ｂを算出し、これに基づいて削り残し領域を算出することによって後の工具が妥当であるか否かが判定されることになるが、この処理を全ての工具の使用順序に対して行うことは多大な時間を要する。

そこで、本発明は、加工工具の使用順序設定方法、加工工具の使用順序設定プログラム及びこれを記憶した記憶媒体において、短時間で適切な加工工具の使用順序を設定することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備プロセスと、全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成プロセスと、全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成プロセスで生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出プロセスと、全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定プロセスと、各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出プロセスで得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出プロセスと、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出プロセスと、各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定プロセスとを有することを特徴とする。

前記のプロセスを図面に基づいて説明すると、まず、準備プロセスで、図１に示すようなワークＷと製品形状面Ｐの情報と、図２に示すような工具Ｔの半径ｒなどの情報を入力する。

そして、工具経路面生成プロセスで、図３に示すように、工具Ｔの逆形状を工具中心Ｏが製品形状面に沿うように移動させ、このときの掃引形状を工具経路面Ａとする（逆オフセット法）。さらに、この処理を全ての工具について行う。

次に、切削量算出プロセスで、図４に示すように、前記工具経路面Ａに沿って工具を移動させ、このときの掃引形状を加工面Ｂとする。そして、この加工面Ｂの形状情報とワークＷの形状情報とに基づいて、当該工具Ｔによる切削量が算出されることになる。さらに、この処理を全ての工具について行う。

そして、工具選択パターン設定行程で、全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する。

続いて、例えばある工具選択パターンにおいて大径の工具Ｔと小径の工具Ｔ′とが順に設定されているときに、工具Ｔを使用したときの切削量Ｖ（図５参照）と工具Ｔ′を使用したときの切削量Ｖ′（図６参照）とが前記切削量算出プロセスにより算出されているので、パターン別切削量算出プロセスで、図７に示すように、当該パターンにおける工具Ｔ′による切削量が、Ｖ′からＶを減算することにより求められる。このように、工具選択パターンにおける大径の工具による切削量から次の工具による切削量との差を順次求めていくことにより当該パターンに含まれる各工具による切削量が求められる。なお、工具選択パターンにおける最初に使用される工具による切削量は、ワーク形状との差、即ち前記切削量算出プロセスで算出した切削量と同値となる。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の加工工具の使用順序設定方法において、各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命とに基づいて、同一製品を所定個数加工するときに必要な工具の使用本数を算出する工具使用本数算出プロセスを有することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序を設定する機能を有するコンピュータに用いられるプログラムであって、該コンピュータを、前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備手段、全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成手段、全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成手段で生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出手段、全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定手段、各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出手段で得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出手段、各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出手段、各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定手段として機能させることを特徴とする。

そして、請求項４に記載の発明は、記憶媒体であって、前記請求項３のプログラムを記憶していることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、各工具選択パターンにおける各工具の切削量が前記加工面を得るための切削量の差により求められ、各工具の切削量と各工具の単位時間当りの切削量とから求められた各工具の切削時間に基づいて、トータル切削時間が短くなる工具選択パターンが選定されるので、ＮＣ加工パスデータを用いることなく、短時間で精度良く加工時間の短い工具選択パターンが設定される。

また、請求項２に記載の発明によれば、工具使用本数算出プロセスで、各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命とに基づいて、同一製品を所定個数加工するときに必要な工具の使用本数が算出されるので、各工具選択パターンにおける工具の組み合わせに応じた刃具費が求まると共に、この刃具費と前記請求項１に記載の発明により求められた切削時間とに基いて、コスト減と加工時間短縮とを両立させる工具選択パターンが設定可能となる。

さらに、請求項３に記載の発明に係るプログラムによれば、前記請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

そして、請求項４に記載の発明に係る記憶媒体によれば、前記請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

まず、図８に、本発明に係る加工システム１の全体を示す。この加工システム１は、ワークＷを切削加工するＮＣ工作機械２と、該工作機械２を制御するコントローラ３とを有している。コントローラ３は、各種プログラムを記憶したプログラム記憶装置と、ワーク形状、製品形状、工具形状などを記憶したデータベース記憶装置とを有している。この加工システム１は、例えば自動車のエンジンを構成するシリンダブロック用の金型等を加工する。

前記工作機械２は、水平面内で直交するＸ軸、Ｙ軸方向、及びこれらの軸に直交するＺ軸方向に沿って移動可能とされた主軸２′と、該主軸２′の下端に装着された工具Ｔとを有している。さらに、図示しないＡＴＣ等により工具Ｔを交換可能とされており、工具Ｔは、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ラウンドエンドミル、ラジアスエンドミル等の径の異なるものが多数用意されている。

また、図９に、前記加工システム１において、金型設計からＮＣ作成処理を行い、実際の加工を行うまでのプロセスを示す。これによれば、金型形状データと工具形状データとを入力して工具選択パターンの自動設定処理を行うようになっている。ここで設定された工具選択パターンがパス計算プロファイルに入力され、ＮＣ作成処理のパス計算において使用される。さらに、ＮＣ作成処理として、パス計算の後、パス編集、干渉チェック、ポスト処理、送り制御、ＮＣ検証を行い、この処理で得られたＮＣデータに基づいて実際に金型加工を行うようになっている。

前記工具選択パターンは、交換可能な複数の工具を全部又は一部選択し、それらの工具を大径のものから順に並べたものであり、加工の際の工具の使用順序となる。そして、前記工具選択パターンの自動設定処理においては、加工時間が短い工具選択パターンが選定されることが望ましく、このようなパターン選定の処理として、以下に説明する処理１〜３が行われることになる。まず、処理１では、ワークＷに対して各工具による切削体積を算出する処理を行い、処理２では、各工具選択パターンにおける各工具の切削体積を算出する処理を行い、処理３では、各工具選択パターンにおける各工具の切削時間等を算出する処理を行う。

まず、前記処理１の詳細について、図１０のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１で、コントローラ３に入力するデータとして、図１１に示す製品形状の多面体モデルＰの形状データと、図１２に示す工具Ｔの形状データとを入力する。工具Ｔは、先端が半径ｒの半球状の切刃となるボールエンドミルであり、工具経路面Ａの生成に際しては、半径ｒの切刃の中心が工具参照点Ｏとされて、加工時には工具参照点Ｏの移動経路を設定することになる。

次に、ステップＳ２の処理Ａで、製品形状の多面体モデルＰと、工具Ｔの形状データとから、多面体モデルＰについての工具経路面Ａを生成する。ここでは、まず、図１３に示すように、製品形状となる多面体モデルＰの表面形状は、適当に間引いて（間引き長さは１０ｍｍ以内）多面体近似データに一旦変換される。多面体近似データは、前記多面体モデルＰを微少な大きさとされた多数の多角形、例えば多数の三角形の集合面に変換されたものである。

そして、前記多面体モデルＰに対して、逆オフセット処理により工具経路面Ａ、即ち加工時に前記工具参照点Ｏが通る面を求める。この工具経路面Ａは、工具Ｔの逆形状を中心Ｏが多面体モデルＰ上にある状態で移動させたときの工具Ｔの掃引形状であるが、ここでは以下の方法により工具経路面Ａを求める。即ち、図１４に示すように、ＸＹ直交座標上に、三角形３の頂点となる位置において工具Ｔ（ボールエンドミル）の先端部の半径ｒに相当する球を配置し、各球同士を半径ｒの円筒形で連結し（各頂点同士をつなぐ辺に半径ｒの円筒を配置する）、各球と円筒形とで囲まれた領域を半径ｒの２倍の厚みを有する三角形板を配置した単位領域を設定することによって、図１５に示すように、多面体モデルＰから半径ｒ分オフセットさせたオフセット面が得られる。

そして、図１６に示すように、ＸＹ平面上に非常に細かな直交格子を用意し、各格子の点（高さを示すＺ座標位置）を、前記オフセット面上の点に設定する。これにより、図１７に示すように、多面体近似データＰ２から工具経路面ＡをＺマップモデル形式で生成することができる。なお、ボールエンドミル以外のエンドミルを工具Ｔとして用いる場合は、前記球、円筒径、三角板の代わりに、エンドミル形状に応じた適切な図形を配置すればよい。

ここで、工具Ｔを保持するホルダＴ′の扱いについて説明すると、図１８に示すように、例えば工作物形状Ｗに急な傾斜が存在するときに、矢印アで示すように、工具の掃引形状よりもホルダの掃引形状のほうが上方に位置することがあるため、図１９に示すように、この矢印アの部分についてはホルダＴ′の掃引形状により加工面Ｂを得ることになる。

次に、処理Ｂの詳細を図２０のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１１で、図１７に示した工具経路面ＡのＺマップモデルのデータと、工具Ｔの形状データとが入力される。

次に、ステップＳ１２で、図２１に実線で示すように、前記点群により、Ｘ軸に沿って順に辿り、Ｘ軸方向にジグザグ往復する経路を得る。次に、図２１に破線で示すように、同じ点群を、Ｙ軸に沿って順に辿り、Ｙ軸方向にジグザグ往復する経路を得る。上記経路の終点と上記経路の始点とは直線の連結経路で連結され、多数の折れ線により１本の連続した経路が生成される。

ステップＳ１３では、次のような処理が行われる。すなわち、ステップＳ１２の処理で得られた１本の経路は、多数の折れ線を連続したものとなっているが、多くの部分では、折れ曲がりの角度は非常に滑らかである（１８０度に近い）。したがって、適当な範囲で、複数の折れ線を１本の折れ線で近似させることができる。図２２に示すように、この近似のために、許容誤差εを与えて、許容誤差εの範囲にある複数の折れ線を１本の折れ線に置換する。この処理によって、ステップＳ１２で経た１本の経路を構成する折れ線の数は、大幅に減少されることになる。

次に、ステップＳ１４では、図２３に示すように、ステップＳ１３の折れ線数減少の処理を経た１本の経路に沿って、工具Ｔを移動させ、その掃引形状を定義する。

そして、ステップＳ１５では、図２４に示すように、ＸＹ平面上に非常に細かな直交格子を用意する。処理の基準となるＸＹ平面上の直交格子については、工具経路面Ａの生成に用いたものと解像度、位置、姿勢が同じものを用いる。そして、直交格子の全格子点について掃引形状の最下部の点を取得することで、図２５に示すように、格子状に並んだ緻密な点集合として加工面ＢのＺマップモデルを得る。

なお、前記加工面Ｂを得るに際して、多面体モデルＰの表面に工具Ｔの表面が接する状態で該工具を移動させて、その掃引形状を加工面Ｂとすることが考えられるのであるが、このような方法では、刻一刻変化する工具Ｔにおける多面体モデルＰとの接点を考慮しなければならないため、膨大な計算が必要になる。これに対して、前記のように逆オフセット処理を行うことにより工具経路面Ａを算出し、この工具経路面Ａ上に工具中心Ｏを維持しながら工具Ｔを移動させることによって、工具Ｔと多面体モデルＰとの接点情報を無視することができ、計算処理の簡素化及び時間短縮が図られる。

さらに、ステップＳ４の処理Ｃで、前記多面体モデルＰと加工面Ｂとに基づいて、加工残りの領域としての格子群Ｓを決定し、ステップＳ５の処理Ｄで、この格子群Ｓを包含する多角形ＲのデータをＺマップモデル形式で得る。このとき、多面体モデルＰと加工面Ｂとを重ね合わせた状態を図２６に示す。

この処理Ｃ、Ｄの詳細について説明すると、前述のようにして生成された多面体モデルＰ及び加工面Ｂは共に、Ｚ軸方向を共通とし、ＸＹ平面上の同一解像度、同一位置の直交格子に基づいて生成されていることから、重ね合わせることができる。加工面Ｂは削り残り領域を含んだ形状であるから、多面体モデルＰの上にはみ出す部分が生じる。そこで、多面体モデルＰと加工面Ｂとを構成する点群の高さを、Ｚマップの基になった直交格子の格子ごとに比較して、加工面Ｂの方が多面体モデルＰよりも上に存在している格子群Ｓを選び出す。

そして、前記格子群Ｓに対応する多面体モデルＰの点群を選び、それらを包含する多角形Ｒを生成する。選ばれた格子状の隣接する４点に注目すると、そのパターンは、図２７に示すように、４点中１点が選ばれている場合（図２７の（ａ））、２点が選ばれている場合（図２７の（ｂ）、（ｃ）の２通り）、４点中３点が選ばれている場合（図２７の（ｄ））の合計４通りのパターンが存在する。それぞれのパターンについて、格子間の間を結ぶ折れ線を図２８の矢印で示すように定義する。ただし、折れ線は、その左側に選ばれた点が存在するように向き付け（曲がりの方向付け）が行われるものとする。この向き付けにしたがって格子を巡る折れ線を接続すると、図２８に示すように、選ばれた点群を包含する多角形Ｒが生成される。このような多角形Ｒは、格子サイズに相当する微細な折れ曲がりを多数持つものとなる。このような折れ曲がりのうち、凹の折れ曲がりを適当に間引くことで、多角形Ｒの形状をより滑らかなものに修正できる。

続いて、ステップＳ６で、前記入力に基づいて、コントローラ３は、最終的に、加工残り部分に対応して、多角形Ｒの形状データを出力する。多角形Ｒを示すデータ形式としては、例えば多角形Ｒの周囲の頂点の座標列が考えられる。

次に、前記処理２について、図２９のフローチャートを用いて説明する。前記工作機械２は、ｎ本の工具（ツールＡ、Ｂ…）が交換可能とされ、これらの工具から複数の工具を選択した全ての組合せにおいて、大径の工具から小径の工具の順に並べたパターン１〜Ｎが設定されている。

なお、この処理２の一例として、図３０に示すような４本の工具Ａ〜Ｄが交換可能とされている場合について併せて説明する。工具Ａ、Ｂはそれぞれ径が６３ｍｍ、３２ｍｍのラジアスエンドミルであり、工具Ｃ、Ｄは径が２０ｍｍのボールエンドミルであって、工具Ｃは工具Ｄに比べてシャンク長が短くなっている。なお、シャンク長が長いと、工具変形に伴う加工誤差や工具破損の問題が生じやすいため、工具Ｃ及び工具Ｄにより同様に加工可能な領域であれば工具Ｃが優先的に使用される。そして、これらの工具Ａ〜Ｄの使用順序の組み合わせパターンの一覧を図３１のテーブルに示す。また、各工具Ａ〜Ｄに対して、前記処理１により、それぞれ削り残し領域に対応する多角形Ｒが求められている。

まず、ステップＳ２１で、ワークの体積Ｖと、工具（ｎ）を使用したときの多角形Ｒの体積Ｖ１ｎと、製品形状の多面体モデルＰの体積Ｖ２を入力する。次に、ステップＳ２２で、各工具ｎの切削体積Ｖ３ｎを式（Ｖ３ｎ＝Ｖ１ｎ−Ｖ２）により算出する。そして、順序１の工具での切削体積Ｖ３′を式（Ｖ３（１）＝Ｖ３ｎ）により設定する。なお、各工具の切削体積Ｖ３ｎは、前記加工面Ｂの形状により直接求めるようにしてもよく、この場合、加工面ＢのＺマップモデルから加工後のワーク形状の体積が求められ、これを未加工のワークの体積Ｖから減算することにより求められる。

このとき、図３２（ａ）に示すように、ツールＡ使用時の切削体積Ｖ３Ａは、ワークの体積Ｖから多角形（Ｒ１＋Ｒ２）の体積Ｖ１Ａと多面体モデルＰの体積Ｖ２を減算したものとなる。また、図３２（ｂ）に示すように、ツールＢ使用時の切削体積Ｖ３Ｂは、ワークの体積Ｖから多角形（Ｒ１）の体積Ｖ１Ｂと多面体モデルＰの体積Ｖ２を減算したものとなる。さらに、図３２（ｃ）に示すように、ツールＣ使用時の切削体積Ｖ３Ｃは、ワークの体積Ｖから多角形（Ｒ１′＋Ｒ２′）の体積Ｖ１Ｃと多面体モデルＰの体積Ｖ２を減算したものとなる。そして、図３２（ｄ）に示すように、ツールＤ使用時の切削体積Ｖ３Ｄは、ワークの体積Ｖから多面体モデルＰの体積Ｖ２を減算したものとなる。

次に、ステップＳ２３で、順序ｍを１に設定する。そして、ステップＳ２４で、順序１での各パターンの切削体積Ｖ３（１）を式（Ｖ３（１）＝Ｖ３ｎ（１））によりそれぞれ設定する。

このとき、図３３のテーブルに示すように、順序１において、例えばツールＡを使用したときの切削体積３００ｃｃ、ツールＢを使用したときの切削体積４００ｃｃなどが書き込まれることになる。

続いて、ステップＳ２５で、ｍにｍ＋１を代入し、ステップＳ２６で、パターンＮを１に設定する。そして、ステップＳ２７で、順序ｍにおけるパターンＮでの切削体積Ｖ３（ｍ）を式（Ｖ３（ｍ）＝Ｖ３ｎ（ｍ）−Ｖ３ｎ（ｍ−１））により設定する。次に、ステップＳ２８で、Ｖ３（ｍ）の符号が正か否かについて判定を行い、Ｖ３（ｍ）の符号が負であると判定されたときは、ステップＳ２９に進み、パターンＮを削除すると共に、ステップＳ３０で、パターンＮが最後か否かについて判定を行う。

このとき、例えば図３３のパターン１において、順序１でツールＡで加工した後のワークに対して順序２でツールＢで加工を行うときは、式（Ｖ３Ｂ−Ｖ３Ａ）により切削体積１００ｃｃが求められることになる。また、同じく順序２でツールＢで加工した後のワークに対して順序３でツールＣで加工を行うときは、式（Ｖ３Ｃ−Ｖ３Ｂ）により切削体積−２０ｃｃが求められる。そして、この順序３の切削体積は負の値となっているため、パターン１では、順序４以降について切削体積の計算は行わずに、パターン１を候補から削除する（判定ＮＧ）。

また、ステップＳ２８で、Ｖ３（ｍ）の符号が正であると判定されたときは、そのままステップＳ３０に進む。そして、ステップＳ３０で、パターンＮが最後ではないと判定されたときは、ステップＳ３１で、ＮにＮ＋１を代入した上で、ステップＳ２７に進み、次のパターンについての切削体積を求めることになる。また、パターンＮが最後であると判定されたときは、ステップＳ３２に進み、順序ｍが最後か否かの判定を行う。そして、ステップＳ３２で、順序ｍが最後ではないと判定されたときは、ステップＳ２５に進み、次の順序の各パターンの切削体積を求めることになる。また、ステップＳ３２で、順序ｍが最後のものであると判定されたときは、処理２を終了する。

一方、この処理２の行った結果、図３３のテーブルに示すように、各パターンについて各順序の切削体積が順次書き込まれることになるが、パターン９、１０、１２、１３などにおいては、各順序の切削体積が正の値であるから判定ＯＫとして当該パターンは後述する加工時間や刃具費等の計算対象とされるのに対して、例えばパターン１、１１においては切削体積に負の値（−２０ｃｃ）が含まれているから判定ＮＧとして当該パターンは加工時間や刃具費等の計算対象から除外される。

前記パターン１、１１のように、工具Ｃによる切削体積Ｖ３Ｃが負の値となるのは、工具Ｃはシャンク長が短いため、ホルダと多面体モデルＰとの干渉が生じ易くなって削り残しが大きくなるからある。そのため、径が大きい工具から順に使用する（工具Ａ→Ｄの順）にも拘らず、後側の工具の方が切削体積Ｖ３ｎが小さくなるという事態が生じるのである。

次に、前記処理３について、図３４のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理３においても、図に示したツールＡ〜Ｄ使用時の例を併せて説明する。

まず、ステップＳ４１で、各工具による単位時間排出量ｅ、工具寿命ｆ、工具単価ｇのデータを入力する。前記単位時間排出量ｅは、各工具使用時の単位時間の切削体積であり、前記工具寿命ｆは、一本の工具で加工可能な切削体積である。

このとき、例えば図３５のテーブルに示すように、各ツールＡ〜Ｄの単位時間排出量ｅ、工具寿命ｆ、工具単価ｇが書き込まれている。

そして、ステップＳ４２で、パターンＮを１に設定すると共に、ステップＳ４３で、順序ｍを１に設定する。次に、ステップＳ４４で、加工時間Ｈを式（Ｈ＝Ｖ３（ｍ）／ｅ）により算出する。また、ステップＳ４５で、使用工具本数Ｉを式（Ｉ＝Ｖ３（ｍ）／ｆ）により算出し、ステップＳ４６で、このＩの小数点以下を切り上げて使用工具本数Ｉ′とする処理を行う。さらに、ステップＳ４７で、刃具費Ｊを式（Ｊ＝ｇ＊Ｉ′）により算出する。そして、ステップＳ４８で、順序ｍが最後か否かについて判定を行い、順序ｍが最後でないと判定されたときは、ステップＳ４９に進み、ｍにｍ＋１を代入した上で、前記ステップＳ４４に進む。このようにして、パターン１についての全ての順序についての、加工時間Ｈ、使用工具本数Ｉ′、刃具費Ｊを算出し、ステップＳ４８で、順序ｍが最後であると判定されたときに、ステップＳ５０に進み、パターン１での総加工時間ΣＨ、総工具使用本数ΣＩ′、及び総工具費ΣＪを算出する。

図３６のテーブルに示すように、判定ＯＫのパターンについてのみ、各順序の加工時間Ｈが書き込まれると共に、各パターンで各順序の加工時間Ｈを足し合わせることによって総加工時間ΣＨが算出されて書き込まれる。また、図３７のテーブルに示すように、同様の判定ＯＫのパターンについてのみ、各順序の工具使用本数Ｉ′が書き込まれると共に、各パターンで各順序の工具使用本数Ｉ′を足し合わせることによって総工具使用本数ΣＩ′が算出されて書き込まれる。さらに、図３８のテーブルに示すように、同様の判定ＯＫのパターンについてのみ、各順序の刃具費Ｊが書き込まれると共に、各パターンで各順序の刃具費Ｊを足し合わせることによって総刃具費ΣＪが算出されて書き込まれる。

この後、ステップＳ５１で、パターンＮが最後であるか否かについて判定を行い、パターンＮが最後ではないと判定されたときは、ステップＳ５２で、ＮにＮ＋１を代入した上で、ステップＳ４３に進み、次のパターンＮについて同様に各人所の加工時間Ｈ、使用工具本数Ｉ′、及び刃具費Ｊ、並びに当該パターンの総加工時間ΣＨ、総工具使用本数ΣＩ′、及び総刃具費ΣＪを算出する。また、ステップＳ５１で、パターンＮが最後のパターンであると判定されたときは、処理３を終了する。

ここで、図３３のテーブルのパターン１、９、１２について、パターン毎に設定された工具を使用したときのワークの切削状態について説明する。

まず、図３９に示すように、パターン１では、順序１でツールＡが使用されることにより、ワーク形状から加工されて２つの溝Ｒ１、Ｒ２が削り残し領域となる。次に順序２でツールＢが使用されることにより、間口が大きい方の溝Ｒ２が切削され、溝Ｒ１が削り残し領域となる。そして、順序３でツールＣが使用されることにより、溝Ｒ１の上側部分が一部切削され、溝Ｒ１′が削り残し領域となる。このとき、順序１、２で大径のツールＡ、Ｂが使用されるので、切削時間は短いが、順序３ではツールＣが使用されるので切削量が小さく、ここでツールＣを使用することは効率的ではないため、パターンの候補から削除される。

また、図４０に示すように、パターン９では、順序１、２は前記パターン１と同様の経過となり、順序３でツールＤが使用されることにより溝Ｒ１が全て切削される。このとき、順序１、２で大径のツールＡ、Ｂが使用されるので、切削効率が良く、順序３でツールＤが使用されることにより、削り残し領域を全て切削することができる。しかも、このパターンは総加工時間ΣＨが短く、総刃具費も少ないため、実際の加工を行うときの工具選択パターンとして採用される可能性が高い。

さらに、図４１に示すように、パターン１１では、順序１でツールＢが使用されることにより、ワーク形状から加工されて溝Ｒ１が削り残し領域となる。そして、順序２でツールＤが使用されることにより溝Ｒ１が全て切削される。このとき、順序２でツールＤが使用されることにより、削り残し領域が全て切削されるのであるが、順序１で、ツールＡに比べて小径のツールＢが使用されるので、順序１での切削時間が比較的長くなり、効率的ではない。そのため、総加工時間ΣＨが前記パターン９のものに比べて長くなり、加工の際の工具選択パターンに採用される可能性は低い。

以上のように、本実施形態に示した方法によれば、各工具選択パターンに含まれる各工具の切削体積Ｖ３が前記加工面Ｂに応じた各工具の切削量Ｖ３ｎの差により求められ、各工具の切削量Ｖ３ｎから求められた各工具の切削時間に基づいて、合計時間が短くなる工具選択パターンが選定されるので、ＮＣ加工パスデータを用いることなく、短時間で精度良く適切な（加工時間の短い）工具選択パターンが設定される。

また、各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命ｆとに基づいて、必要な工具の使用本数Ｉ′が算出されるので、工具単価ｇに基づいて各工具選択パターンにおける工具の組み合わせに応じた刃具費が求まると共に、この刃具費と切削時間とに基いて、コスト減と加工時間短縮とを両立させる工具選択パターンが設定可能となる。

なお、前記総加工時間ΣＨは、各順序における加工時間Ｈをそれぞれ加算したものであるが、工具の交換時間（例えば２ｍｉｎ）を考慮するようにしてもよい。つまり、交換時間を工具使用本数Ｉ′の数量分（２×Ｉ′ｍｉｎ）足し合わせ、これを前記総加工時間ΣＨに加算するのである。これによって、総加工時間ΣＨの精度を向上させることができる。

本発明は、複数の加工工具を交換可能とされた工作機械等において工具の使用順序を設定する方法に関し、適切な工具の使用順序が短時間に精度良く求められるので、機械加工の産業分野に広く好適である。

ワーク形状と製品形状面の説明図である。 工具の説明図である。 工具経路面Ａの説明図である。 加工面Ｂの説明図である。 工具Ｔによる切削量Ｖの説明図である。 工具Ｔ′による切削量Ｖ′の説明図である。 工具Ｔによる切削後工具Ｔ′により加工したときの該工具Ｔ′の切削量Ｖ−Ｖ′の説明図である。 本発明の実施の形態に係る加工システムの全体図である。 ＮＣ作成の処理の流れの説明図である。 処理１のフローチャートである。 ワークと多面体モデルの説明図である。 工具の説明図である。 多面体モデルの説明図である。 逆オフセット法の説明図である。 同説明図である。 直交格子とオフセット面への各点の設定の説明図である。 Ｚマップモデル形式の工具経路面Ａの説明図である。 ホルダを考慮したときの逆オフセット法の説明図である。 同説明図である。 処理Ｂのフローチャートである。 工具経路面Ａ上の経路設定の説明図である。 経路を簡素化するための手法の説明図である。 工具経路面Ａに沿って工具を移動させるときの説明図である。 直交格子と掃引形状への各点の設定の説明図である。 Ｚマップモデル形式の加工面Ｂの説明図である。 格子群Ｓの説明図である。 多角形Ｒを得る手法の説明図である。 同説明図である。 処理２のフローチャートである。 工具選択パターン設定の例に係る工具の説明図である。 各工具選択パターンにおける加工順序に応じた工具のテーブルである。 ツールＡ〜Ｄによる切削体積の説明図である。 各工具選択パターンにおける各工具による切削体積のテーブルである。 処理３のフローチャートである。 ツールＡ〜Ｄの時間当り排出量、工具寿命、工具単価のテーブルである。 各工具選択パターンにおける各工具による切削時間のテーブルである。 各工具選択パターンにおける各順序の使用工具本数のテーブルである。 各工具選択パターンにおける各順序の刃具費のテーブルである。 図３１のパターン１の説明図である。 図３１のパターン９の説明図である。 図３１のパターン１２の説明図である。

符号の説明

１ 加工システム
２ ＮＣ工作機械
３ コントローラ

Claims (4)

1. 径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序設定方法であって、
   前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備プロセスと、
   全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成プロセスと、
   全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成プロセスで生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出プロセスと、
   全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定プロセスと、
   各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出プロセスで得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出プロセスと、
   各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出プロセスと、
   各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定プロセスとを有することを特徴とする加工工具の使用順序設定方法。
2. 前記請求項１に記載の加工工具の使用順序設定方法において、
   各工具選択パターンにおいて、各工具の切削時間とその工具の工具寿命とに基づいて、同一製品を所定個数加工するときに必要な工具の使用本数を算出する工具使用本数算出プロセスを有することを特徴とする使用順序設定方法。
3. 径の異なる複数の回転式工具を用いてワークを所定の製品形状に切削加工するときの加工工具の使用順序を設定する機能を有するコンピュータに用いられるプログラムであって、
   該コンピュータを、
   前記ワークの形状情報、製品の形状情報、及び前記複数の工具の形状情報を準備する準備手段、
   全ての工具について、前記製品の形状情報と当該工具の形状情報とを用いた逆オフセット法により工具経路面を生成する工具経路面生成手段、
   全ての工具について、当該工具を前記工具経路面生成手段で生成した工具経路面に沿って移動させて得られるワークの加工面の形状情報を算出して、該加工面を得るための切削量を算出する切削量算出手段、
   全ての工具から複数個の工具を選択した複数の工具選択パターンを設定する工具選択パターン設定手段、
   各工具選択パターンについて、大径の工具から小径の工具の順に、前記切削量算出手段で得られた先の工具の切削量と後の工具の切削量との差を算出し、この差を後の工具の切削量とすることにより、各工具選択パターンについてそのパターンに含まれる工具毎の切削量を算出するパターン別切削量算出手段、
   各工具選択パターンについて、各工具の切削量に対する各工具の単位時間当りの切削量により、そのパターンに含まれる各工具の切削時間を算出し、各工具の切削時間を合計したトータル切削時間を算出する切削時間算出手段、
   各工具選択パターン毎のトータル切削時間を比較して、該切削時間が短いパターンを選定する選定手段として機能させることを特徴とする加工工具の使用順序設定プログラム。
4. 前記請求項３のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。

Images