JP2010194639A - Design method for tool electrode of die sinking electrical discharge machining - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、形彫放電加工における工具電極を設計するコンピュータ支援設計に関する。特に、工具電極を加工穴の深さ方向に対して垂直な方向に相対移動させる揺動加工に適応する工具電極を設計する方法に関する。 The present invention relates to a computer-aided design for designing a tool electrode in sculpting electric discharge machining. In particular, the present invention relates to a method for designing a tool electrode adapted to swing machining in which the tool electrode is relatively moved in a direction perpendicular to the depth direction of the machining hole.
形彫放電加工は、工具電極と被加工物を対向配置して工具電極と被加工物とで形成される加工間隙に電圧パルスを印加して両極間に間歇的に放電を発生させ、工具電極の外郭形状を被加工物に転写するようにして被加工物に所望の加工形状の加工穴を形成する。所望の加工形状の反転形状を有する工具電極を総型電極、総型電極の一部分の外郭形状を有する工具電極を部分電極、円柱または角柱の工具電極を単純電極として、加工計画に基づいて工具電極が設計製作される。 Die-sinking electrical discharge machining places a tool electrode and a workpiece facing each other and applies a voltage pulse to a machining gap formed by the tool electrode and the workpiece to intermittently generate a discharge between the two electrodes. Then, a machining hole having a desired machining shape is formed in the workpiece so as to transfer the outer shape of the workpiece to the workpiece. A tool electrode having a reverse shape of a desired machining shape as a total electrode, a tool electrode having a part of the outer shape of the total electrode as a partial electrode, and a cylindrical or prismatic tool electrode as a simple electrode, and a tool electrode based on a machining plan Is designed and manufactured.
一発の放電における放電エネルギが大きいほど被加工物から除去される材料の量が多くなる。放電エネルギの大きさは、加工間隙に流れる放電電流の電流密度に依存する。したがって、放電一発当たりの加工除去量は、放電電流パルスのピーク電流値とパルス幅によって異なる。放電一発当たりの加工除去量が多いほど加工速度が速くなる一方で、加工面粗さが粗くなるとともに、加工形状精度が低下する傾向にある。 The greater the discharge energy in a single discharge, the greater the amount of material removed from the workpiece. The magnitude of the discharge energy depends on the current density of the discharge current flowing through the machining gap. Therefore, the amount of machining removal per discharge varies depending on the peak current value and pulse width of the discharge current pulse. While the machining removal amount per discharge increases, the machining speed increases, while the machining surface roughness becomes rough and the machining shape accuracy tends to decrease.
そのため、加工穴のサイズが小さく加工除去量が極端に少ない場合を除いて、一般的な形彫放電加工に求められる十数μｍＲｚ以下の加工面粗さで寸法誤差が十数μｍ以下の加工形状精度を得ることができる小さい放電エネルギの電気加工条件で放電加工を行なうと、加工速度が遅く許容できない加工時間を要する。そこで、荒加工工程から最終仕上げ加工工程までの複数回の加工工程に分けて放電エネルギを段階的に小さくしながら加工穴を放電加工するようにされている。 Therefore, except when the size of the machining hole is small and the amount of machining removal is extremely small, the machining shape with a machining surface roughness of tens of μmRz or less and a dimensional error of tens of μm or less, which is required for general sculpture electric discharge machining When electric discharge machining is performed under electric machining conditions with small electric discharge energy that can obtain accuracy, the machining speed is slow and unacceptable machining time is required. Therefore, the machining hole is subjected to electric discharge machining while being gradually reduced in discharge energy in a plurality of machining steps from the rough machining step to the final finishing machining step.
総型電極は、放電ギャップが存在するため所望の加工形状に対して少なくとも放電ギャップの大きさだけ小さく製作される必要がある。工具電極を小さくする寸法を電極減寸量（電極縮小代）という。加工間隙に供給される平均加工電圧に対応して設定されるサーボ基準電圧で放電ギャップの大きさが変わる。また、放電加工によって工具電極からも少しずつ材料が除かれ消耗して小さくなる。そのため、複数回の加工工程で所望の加工形状の加工穴を放電加工する場合は、電極減寸量が異なる加工工程の同数の工具電極が必要になり、工具電極の設計製作に相当の時間を要する。 Since the discharge electrode exists, the total type electrode needs to be manufactured at least by the size of the discharge gap with respect to a desired processing shape. The dimension for reducing the tool electrode is called an electrode reduction amount (electrode reduction allowance). The size of the discharge gap changes depending on the servo reference voltage set in correspondence with the average machining voltage supplied to the machining gap. In addition, the material is gradually removed from the tool electrode by electric discharge machining and becomes smaller as it is consumed. For this reason, when machining a machining hole with a desired machining shape in multiple machining processes, the same number of tool electrodes for machining processes with different electrode reduction amounts are required, and a considerable amount of time is required for the design and production of the tool electrode. Cost.
そこで、工具電極を加工穴の深さ方向に相対移動させるとともに深さ方向に対して垂直な方向に相対移動させる、いわゆる揺動加工または寄せ加工と称される加工方法が広く採用されている。揺動加工方法は、数回の加工工程を１本の工具電極で加工することができるので、放電加工全体で要求される工具電極の数を大幅に減らすことができ、作業効率が大幅に向上する。以下、工具電極の深さ方向に対して垂直な方向の相対移動を揺動、工具電極が揺動する方向を揺動方向、工具電極が揺動する基準の平面を揺動平面、揺動平面上の工具電極の相対移動軌跡を揺動軌跡、揺動軌跡の形態を揺動形状という。 Accordingly, a so-called rocking process or a so-called shift process in which the tool electrode is relatively moved in the depth direction of the machining hole and is relatively moved in a direction perpendicular to the depth direction is widely employed. The swing machining method can process several machining steps with a single tool electrode, greatly reducing the number of tool electrodes required for the entire electrical discharge machining, and greatly improving work efficiency. To do. Hereinafter, the relative movement in the direction perpendicular to the depth direction of the tool electrode is swung, the direction in which the tool electrode is swung is swung, the reference plane on which the tool electrode is swung is the swing plane, and the swing plane The relative movement trajectory of the upper tool electrode is referred to as a swing trajectory, and the form of the swing trajectory is referred to as a swing shape.
揺動加工では、工具電極を揺動方向に所定の揺動量（揺動振幅）相対移動させて工具電極と被加工物との間に加工間隙を形成させるので、電極減寸量は、推定される工具電極の消耗量を含む安全代を無視して考えると、放電ギャップに加工面粗さと揺動量とを加算した寸法になる。また、加工穴の全ての側面において所定の加工間隙が形成されるためには、所望の加工形状、具体的には加工穴の底面形状に合わせて揺動形状が決定される。 In oscillating machining, the tool electrode is moved relative to the oscillating direction by a predetermined oscillating amount (oscillating amplitude) to form a machining gap between the tool electrode and the workpiece, so the electrode reduction amount is estimated. When ignoring the safety allowance including the wear amount of the tool electrode, the size is obtained by adding the machining surface roughness and the swing amount to the discharge gap. Further, in order to form a predetermined machining gap on all side surfaces of the machining hole, the rocking shape is determined in accordance with the desired machining shape, specifically, the bottom shape of the machining hole.
そのため、単純に所望の加工形状全体を電極減寸量だけ小さくした相似形状の総型電極では、所望の加工形状が形成されないケースが存在する。したがって、揺動加工に適応する工具電極を設計するときは、所望の電極減寸量と揺動形状で決定する揺動軌跡上の全ての相対位置で放電加工が可能であるかどうかを判断した上で正しい寸法を計算して電極形状を決定しなければならない。その結果、工具電極を設計する作業者に高度な知識と技術が要求され、作業者に大きな負担であり、作業効率を改善することが望まれている。 For this reason, there is a case in which a desired processed shape is not formed with a similar-shaped total electrode in which the entire desired processed shape is simply reduced by the electrode reduction amount. Therefore, when designing a tool electrode suitable for oscillating machining, it was determined whether electric discharge machining is possible at all relative positions on the oscillating locus determined by the desired electrode reduction amount and oscillating shape. The correct dimensions must be calculated above to determine the electrode shape. As a result, advanced knowledge and techniques are required for the operator who designs the tool electrode, which is a heavy burden on the operator and it is desired to improve the work efficiency.
このような工具電極の設計は、工具電極設計用のコンピュータ支援設計システム（CAD, Computer Aided Design System）を用いて行なわれることが多くなっている。揺動加工に適応する工具電極を設計する基本的な技術思想が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される手法は、加工形状モデルの反転モデルを電極減寸量オフセットした基礎モデル作成し、基礎モデルを揺動形状（揺動パターン）に従って平行コピーして生成される複数の複写モデルを集合演算して得られる積集合モデルを工具電極モデルとする。 Such tool electrode design is often performed by using a computer aided design system (CAD) for tool electrode design. The basic technical idea of designing a tool electrode adapted to oscillating machining is disclosed in Patent Document 1. The technique disclosed in Patent Document 1 creates a basic model in which an inversion model of a machining shape model is offset by an electrode reduction amount, and a plurality of copies generated by parallel copying the basic model according to a rocking shape (rocking pattern). A product set model obtained by performing a set operation on the model is defined as a tool electrode model.
基本的な技術思想に基づいて二次元を三次元に進化させた工具電極の設計方法が、例えば、特許文献２または特許文献３に開示されている。特許文献２または特許文献３に開示される手法は、最終製品を設計する三次元ＣＡＤシステムで作成された所望の加工形状を表わす被加工物の三次元形状モデル（ソリッドモデル）の反転モデルに基づいて基礎モデルを作成し、基礎モデルを電極減寸量と揺動形状とに従って移動複写して生成される複数の複写モデルを集合演算して得られる積集合モデルを工具電極モデルとする。 For example, Patent Document 2 or Patent Document 3 discloses a tool electrode design method in which two dimensions are evolved to three dimensions based on a basic technical idea. The method disclosed in Patent Document 2 or Patent Document 3 is based on an inverted model of a three-dimensional shape model (solid model) of a workpiece that represents a desired processing shape created by a three-dimensional CAD system that designs a final product. A basic model is created, and a product set model obtained by performing a set operation on a plurality of copy models generated by moving and copying the basic model according to the electrode reduction amount and the swinging shape is defined as a tool electrode model.
複写モデルの積集合から工具電極モデルを得る場合、図９に示されるように、積集合による避け難い寸法誤差が発生する。複写モデルの数を増大することによって寸法誤差を小さくすることができるが、複写モデルの数に依存してデータ量が増加して演算時間が長くなり、最大許容誤差以内の工具電極モデルを生成するまでに長時間を要する。また、実際の電極形状よりも大きくなる部位が存在する可能性がある。特に、最大許容誤差が小さい高精度の三次元の工具電極モデルを得ようとする場合は、各モデルを構成する最小の構成要素のデータ量が膨大であり、汎用のパーソナルコンピュータの演算装置ではハングアップして計算できなくなることがある。 When the tool electrode model is obtained from the product set of the copy model, an unavoidable dimensional error due to the product set occurs as shown in FIG. Although the size error can be reduced by increasing the number of copy models, the amount of data increases depending on the number of copy models, the calculation time becomes longer, and a tool electrode model within the maximum allowable error is generated. It takes a long time to complete. In addition, there may be a portion that is larger than the actual electrode shape. In particular, when trying to obtain a highly accurate three-dimensional tool electrode model with a small maximum permissible error, the amount of data of the minimum components that make up each model is enormous, and it hangs on the computing device of a general-purpose personal computer. It may become impossible to calculate.
また、図１０に示されるように、加工形状によって加工形状と揺動する工具電極との間に干渉が発生する場合があるため、積集合モデルに形状喪失部位が発生して正しい工具電極モデルを生成できないケースが数多く存在する。自由設計される任意の所望の加工形状から干渉の発生を識別して積集合モデルの形状喪失部位を変形修正することは、相当困難であり、仮に積集合モデルの変形修正が可能であるとしても、変形修正に要求される作業者の負担が増大する。また、演算プロセスが一層複雑化するので、工具電極設計用のシステムにおけるソフトウェアの作成にかかる負担が大きい。 Further, as shown in FIG. 10, since interference may occur between the machining shape and the oscillating tool electrode depending on the machining shape, a shape loss site occurs in the product set model, and a correct tool electrode model is obtained. There are many cases that cannot be generated. It is quite difficult to identify the occurrence of interference from any desired machining shape that is freely designed and modify the shape loss part of the intersection model, even if it is possible to modify the intersection model. This increases the burden on the operator required for deformation correction. In addition, since the calculation process is further complicated, the burden of creating software in the tool electrode design system is large.
また、図１１に示されるコーナＲのように揺動形状によって基礎モデルと要求される正しい工具電極モデルとの間で異なる形状になる形状誤差部位を有する加工形状の場合、揺動形状に対応して基礎モデルの段階で形状誤差部位を予め変形修正してから複写モデルを生成する必要がある。しかしながら、基礎モデルの段階で形状誤差部位を変形修正する演算アルゴリズムは簡単ではなく、演算装置にかかる負担も増大するため、工具電極を設計する方法に改良の余地がある。 Further, in the case of a machining shape having a shape error portion that differs between the basic model and the required correct tool electrode model depending on the swing shape, such as the corner R shown in FIG. Therefore, it is necessary to generate a copy model after deforming and correcting the shape error portion in advance at the basic model stage. However, the calculation algorithm for deforming and correcting the shape error portion at the basic model stage is not simple, and the burden on the calculation device increases, so there is room for improvement in the method of designing the tool electrode.
本発明は、コンピュータ支援設計で揺動加工のための工具電極モデルを設計する方法において、演算にかかる負担を増大することなく生成される工具電極モデルの誤差を小さくできる工具電極の設計方法を提供することを主たる目的とする。特に、演算にかかる負担を増大することなく生成される工具電極モデルの誤差を小さくし、総型電極で物理的に揺動加工が可能である工具電極モデルの設計をより容易にする工具電極の設計方法を提供することを目的とする。その他の本発明の工具電極の設計方法の有利な点は、具体的な発明の実施の形態の説明においてその都度示される。 The present invention provides a method for designing a tool electrode that can reduce an error of a tool electrode model generated without increasing a burden on calculation in a method for designing a tool electrode model for rocking machining by computer-aided design. The main purpose is to do. In particular, the tool electrode model that reduces the error of the tool electrode model that is generated without increasing the burden on calculation and makes it easier to design a tool electrode model that can be physically oscillated with the total electrode. The purpose is to provide a design method. Other advantages of the tool electrode design method of the present invention will be shown each time in the description of the specific embodiment of the invention.
本発明の工具電極の設計方法は、所望の加工形状を表わす被加工物のソリッドモデルをＺ−Ｍａｐモデルに変換する工程と、Ｚ−Ｍａｐモデルに変換された被加工物モデルを反転した反転モデルを生成する工程と、被加工物モデルと反転モデルとを所定の初期位置から所望の電極減寸量と予め設定された揺動形状に基づく揺動軌跡に従って単位移動量相対移動させて単位移動量相対移動させるたびに被加工物モデルと反転モデルとが重複する重複部位を反転モデルから削除する演算を初期位置に戻るまで繰返し行なって基礎モデルを生成する工程と、基礎モデルに基づいて工具電極モデルを生成する工程と、を有する。 The tool electrode design method of the present invention includes a step of converting a solid model of a workpiece representing a desired machining shape into a Z-Map model, and an inverted model obtained by inverting the workpiece model converted into a Z-Map model. A unit movement amount by relatively moving the workpiece model and the reversal model from a predetermined initial position according to a swing trajectory based on a desired electrode reduction amount and a preset swing shape. A process of repeatedly generating a basic model by repeating the operation of deleting from the inverted model the overlapping part where the workpiece model and the inverted model overlap each time they are moved relative to the initial position, and a tool electrode model based on the basic model Generating.
特に、ソリッドモデルをＺ−Ｍａｐモデルに変換する工程の前にソリッドデータで求められる底面形状または輪郭形状のデータを取得する工程と、底面形状または輪郭形状を所定の形状種類に分別する工程と、分別された前記形状種類に対応して予め定義されている手法に従って揺動形状を選定する工程と、を含んでなる。 In particular, a step of acquiring bottom shape or contour shape data obtained from solid data before the step of converting a solid model into a Z-Map model, a step of classifying the bottom shape or contour shape into a predetermined shape type, Selecting a rocking shape according to a technique defined in advance corresponding to the classified shape type.
本発明の工具電極の設計方法は、加工形状モデルと反転モデルとを揺動軌跡に従って相対移動させたときに生じる重複部分を反転モデルから削除していく手法で工具電極モデルを求めるので、基本的に形状喪失部位または形状誤差部位が発生せず、殆んどの揺動加工が可能な加工形状で工具電極モデルの形状が破綻するおそれがない。そのため、実質的に基礎モデルの変形修正が要求されない。そして、演算アルゴリズムが比較的簡単で処理するデータ量が少ないので、演算装置にかかる負担が大幅に軽減され、最大許容誤差以内の工具電極モデルを生成するために要する時間が短縮される。 The tool electrode design method according to the present invention basically obtains a tool electrode model by a method of deleting an overlapping portion generated when a machining shape model and a reversal model are relatively moved according to a swing locus from the reversal model. Therefore, there is no possibility that the shape of the tool electrode model breaks down in a machining shape that can be almost swung. Therefore, substantially no deformation correction of the basic model is required. Since the calculation algorithm is relatively simple and the amount of data to be processed is small, the burden on the calculation device is greatly reduced, and the time required to generate the tool electrode model within the maximum allowable error is reduced.
また、加工形状モデルと反転モデルとの重複部位の削除の計算をＺ−Ｍａｐモデルで行なうので、生成される工具電極モデルの寸法誤差が元来データ量の小さいＺ−Ｍａｐモデルの格子の大きさに依存するので、格子を最大許容誤差に合わせるだけでよく、比較的高精度の工具電極モデルであっても演算処理するデータ量が急激に増加することがない。その結果、最大許容誤差以内の高精度の工具電極モデルを生成する時間が大幅に短縮される。また、演算装置が計算不能に陥って工具電極モデルが生成できなくなることがない。 In addition, since the calculation of the deletion of the overlapped part between the machining shape model and the inverted model is performed by the Z-Map model, the size of the lattice of the Z-Map model in which the dimensional error of the generated tool electrode model is originally small in data amount Therefore, it is only necessary to adjust the grid to the maximum allowable error, and even if the tool electrode model has a relatively high accuracy, the amount of data to be processed does not increase rapidly. As a result, the time for generating a highly accurate tool electrode model within the maximum allowable error is greatly reduced. Further, there is no case where the calculation device cannot be calculated and the tool electrode model cannot be generated.
加えて、ソリッドモデルの集合演算で得られる工具電極モデルが実際の電極形状と一致する部位を超えて大きくなる部位が存在するおそれがあるのに対して、Ｚ−Ｍａｐモデルの各格子点は、ある程度間引かれているものの、全て実際の電極形状の内側にある点である。したがって、演算アルゴリズムで得られる工具電極モデル上の各格子点の座標値は、揺動加工に適応する実際の工具電極の中に実在し、実際の電極形状を越えて大きくなることがない。そのため、本質的に加工の失敗に至る不適当な工具電極が生成されることがなく、信頼性が高い。 In addition, there is a possibility that a part where the tool electrode model obtained by the set operation of the solid model becomes larger than a part that matches the actual electrode shape may exist, whereas each lattice point of the Z-Map model is Although it is thinned out to some extent, all are points inside the actual electrode shape. Therefore, the coordinate value of each lattice point on the tool electrode model obtained by the calculation algorithm actually exists in the actual tool electrode adapted to the swing machining, and does not increase beyond the actual electrode shape. Therefore, an inappropriate tool electrode that inherently causes machining failure is not generated, and the reliability is high.
このように、本発明の工具電極の設計方法によると、工具電極の設計に要する作業者と演算装置の負担を軽減し作業時間が削減され、作業効率を向上させる効果を奏する。そして、従来の工具電極の設計方法では困難であった物理的に総型電極で揺動加工が可能である多くの任意の加工形状に対して工具電極のコンピュータ支援設計ができるので、より容易に揺動加工のための工具電極を設計でき、作業効率が大幅に向上する。また、揺動加工が可能であるにも関わらずに多数の工具電極を準備しておこなっていた加工あるいは部分電極で行なっていた加工の揺動加工を行なうための総型電極の設計をより容易に行なって揺動加工を行なうことができるので、加工効率を向上させる効果を奏する。 Thus, according to the tool electrode design method of the present invention, it is possible to reduce the burden on the operator and the computing device required for designing the tool electrode, reduce the work time, and improve the work efficiency. And since it is possible to perform computer-aided design of the tool electrode for many arbitrary machining shapes that are physically swingable with the total electrode, which was difficult with the conventional tool electrode design method, it is easier. Tool electrode for rocking machining can be designed, and work efficiency is greatly improved. In addition, it is easier to design a general-purpose electrode for performing machining that has been performed with a large number of tool electrodes or machining that has been performed with partial electrodes, even though rocking is possible. Therefore, the rocking process can be performed, so that the processing efficiency is improved.
図１は、本発明の工具電極の設計方法における好ましい実施の形態の具体的なプロセスを示す。図２は、本発明の工具電極の設計方法において揺動形状を選定するプロセスを示す。図３および図４は、被加工物モデルから基礎モデルを得るまでのプロセスを示す。図５ないし図８は、揺動加工の例を示す。以下、図９ないし図１１の揺動加工の例を含めて、各図を用いて本発明の工具電極の設計方法を詳細に説明する。ただし、実施の形態では、基本的に加工穴を二次元揺動加工で形彫放電加工する場合で説明され、特に言及がある場合に限り金型コアのような凸部品を揺動加工する場合を説明する。 FIG. 1 shows a specific process of a preferred embodiment in the tool electrode designing method of the present invention. FIG. 2 shows a process of selecting a swing shape in the tool electrode design method of the present invention. 3 and 4 show a process for obtaining a basic model from a workpiece model. 5 to 8 show examples of swing machining. Hereinafter, the design method of the tool electrode of the present invention will be described in detail with reference to each drawing including the examples of the swing machining shown in FIGS. However, in the embodiment, it is basically explained when the machining hole is subjected to sculpting electric discharge machining by two-dimensional oscillating machining, and when a convex part such as a mold core is oscillated only when there is a particular mention. Will be explained.
工具電極を設計するに当たって最終製品を設計する三次元ＣＡＤシステムから所望の加工形状を表わす被加工物のソリッドモデル（三次元形状モデル）のデータを取得する（Ｓ１）。そして、取得したソリッドモデルをＺ−Ｍａｐモデルに変換する（Ｓ２）。Ｚ−Ｍａｐモデルに変換された被加工物モデルの格子の最小単位は、生成する工具電極モデルに要求される最大許容誤差に基づいて予め定められている。 In designing the tool electrode, data of a solid model (three-dimensional shape model) of a workpiece representing a desired machining shape is acquired from a three-dimensional CAD system that designs a final product (S1). Then, the acquired solid model is converted into a Z-Map model (S2). The minimum unit of the workpiece model lattice converted to the Z-Map model is determined in advance based on the maximum allowable error required for the generated tool electrode model.
Ｚ−Ｍａｐモデルは、ＸＹ平面上にマトリックス状に配設される格子で定められる格子要素をＸ値とＹ値とし、格子要素の中に収納される格子高要素をＺ値として、各格子点の集合で構成される。したがって、三次元形状モデルの境界における格子点のデータが存在すると、モデルの中実部分に当たる格子点のデータは、Ｘ値とＹ値とからＺ値を得ることで決定される。このようなＺ−Ｍａｐモデルの特徴からＺ−Ｍａｐ法による立体の表現は、最終製品を設計するＣＡＤシステムで適用されていない。したがって、最終製品を設計するＣＡＤシステムで生成された加工形状を表わす被加工物のソリッドデータを工具電極設計用のＣＡＤシステムで適用するＺ−Ｍａｐモデルに変換するようにしている。 In the Z-Map model, the lattice elements defined by the lattices arranged in a matrix on the XY plane are set as X values and Y values, and the lattice height elements stored in the lattice elements are set as Z values. It consists of a set of Therefore, if there is data of lattice points at the boundary of the three-dimensional shape model, the data of lattice points corresponding to the solid part of the model is determined by obtaining the Z value from the X value and the Y value. From such a feature of the Z-Map model, the representation of a solid by the Z-Map method is not applied in the CAD system for designing the final product. Therefore, the solid data of the workpiece representing the machining shape generated by the CAD system for designing the final product is converted into a Z-Map model applied by the CAD system for tool electrode design.
ソリッドモデルをＺ―Ｍａｐモデルに変換する手法は、例えば、ソリッドモデルの表面を形成するポリゴンあるいはボクセルのような構成要素の中心座標値または平均座標値を最大許容誤差の範囲で格子点の座標値に順次変換する。または、ソリッドモデルから得られるサーフェスモデルの表面を構成するポリゴンやパラメトリック曲線の座標値を最大許容誤差の範囲で格子点の座標値に順次変換する。中実部分のＺ値は、表面におけるＸ値とＹ値から求めることができる。例えば、図３左側に示されるように、予め定められたＺ−Ｍａｐ領域に所望の加工形状を表わす被加工物のＺ−Ｍａｐモデルが生成される。 The method of converting a solid model into a Z-Map model is, for example, the coordinate value of a grid point within the range of the maximum allowable error with the center coordinate value or average coordinate value of a component such as a polygon or voxel forming the surface of the solid model. Are converted sequentially. Alternatively, the coordinate values of polygons and parametric curves constituting the surface of the surface model obtained from the solid model are sequentially converted into the coordinate values of grid points within the maximum allowable error range. The Z value of the solid part can be obtained from the X value and Y value on the surface. For example, as shown on the left side of FIG. 3, a Z-Map model of a workpiece representing a desired machining shape is generated in a predetermined Z-Map region.
次に、Ｚ−Ｍａｐモデルに変換された被加工物モデルを反転した反転モデルを生成する（Ｓ３）。図３に示されるように、反転モデルを表わす格子数は、被加工物モデルと同じ格子数であるから、反転モデルにおける各格子におけるＺ値は、Ｘ値とＹ値から数１で求められる。ただし、ｚwn［ｘｎ，ｙｎ］は被加工物モデルのｎ番目の格子におけるＸ値とＹ値に対するＺ値、ｈは予め定められているＺ−Ｍａｐ領域における被加工物を包含する全高、ｚen［ｘｎ，ｙｎ］は反転モデルにおけるｎ番目の格子におけるＸ値とＹ値に対するＺ値である。
反転モデルを生成したら、被加工物モデルと反転モデルとを所定の初期位置から所望の電極減寸量と予め設定された揺動形状に基づく揺動軌跡に従って単位移動量相対移動させて単位移動量相対移動させるたびに被加工物モデルと反転モデルとが重複する重複部位を反転モデルから削除する演算を初期位置に戻るまで繰返し行なうシミュレーションを行なって基礎モデルを生成する。 Once the inverted model is generated, the workpiece model and the inverted model are moved relative to each other according to the swing trajectory based on the desired electrode reduction amount and the preset swing shape from the predetermined initial position, and the unit travel amount A basic model is generated by performing a simulation that repeats the operation of deleting from the inverted model the overlapped portion where the workpiece model and the inverted model overlap each time the relative model is moved back to the initial position.
実施の形態の工具電極の設計方法では、単位移動量を１格子とする。揺動軌跡における初期位置は、一般的に工具電極の中心位置であり、被加工物モデルの完全な反転モデルの場合は、被加工物モデルと重複することがない被加工物モデルと相対向する位置である。揺動軌跡は、作業者が入力する所望の電極減寸量と予め設定された揺動形状に基づいて決定される。そのため、電極減寸量と揺動形状のデータを取得する（Ｓ４）。 In the tool electrode design method of the embodiment, the unit movement amount is one grid. The initial position in the swing trajectory is generally the center position of the tool electrode, and in the case of a completely inverted model of the workpiece model, it is opposite to the workpiece model that does not overlap with the workpiece model. Position. The swing trajectory is determined based on a desired electrode reduction amount input by the operator and a preset swing shape. Therefore, the electrode reduction amount and the swing shape data are acquired (S4).
揺動形状のデータは、作業者がディスプレイの表示画面上に表示されるいくつかの揺動形状の中から選択設定してＣＡＤシステムに与えられる。所望の電極減寸量は、要求される加工面粗さないしは加工形状精度と加工速度に従う電気加工条件および工具電極の製作上確保しなければならない寸法のようないくつかの制約の範囲内で決定される。 The swing shape data is given to the CAD system by selecting and setting the swing shape data from several swing shapes displayed on the display screen of the display. The desired amount of electrode reduction is determined within several constraints such as the required machining surface roughness or the machining conditions according to the machining shape accuracy and machining speed and the dimensions that must be ensured in the production of the tool electrode. Is done.
シミュレーションでは、図４左側に示される初期位置における初期状態から図示しない所定の揺動軌跡に従って反転モデルを被加工物モデルに対して１格子相対移動させる（Ｓ５）。図４中央では、図面向かって右側に１格子相対移動させた状態を示している。図４に示されるように、１格子相対移動させると、被加工物モデルと反転モデルとが重複する重複部位が生じる。 In the simulation, the inverted model is moved relative to the workpiece model by one lattice from the initial state at the initial position shown on the left side of FIG. 4 according to a predetermined swing locus (not shown) (S5). In the center of FIG. 4, a state in which one grid is moved relative to the right side in the drawing is shown. As shown in FIG. 4, when the lattice is moved relative to each other, an overlapping portion where the workpiece model and the inverted model overlap is generated.
ここで、重複部位を反転モデルから削除する演算を行なう（Ｓ６）。被加工物モデルと反転モデルは、共にＺ−Ｍａｐモデルであり、同一のＺ−Ｍａｐ領域の格子上に配置されているので、反転モデルの各格子におけるＺ値を求めるだけでよい。任意の格子における反転モデルのＺ値は、数２で求められる。ただし、ｚwn［ｘｎ，ｙｎ］は被加工物モデルのｎ番目の格子におけるＸ値とＹ値に対するＺ値、ｈは予め定められているＺ−Ｍａｐ領域における被加工物を包含する全高、ｚen［ｘｎ，ｙｎ］は、ｎ番目の格子における被加工物モデルとの重複部位が削除された後の反転モデルのＸ値とＹ値に対するＺ値である。
反転モデルが所定の揺動軌跡に従って１格子相対移動され、重複部位が削除された後の反転モデルの形状が図４右側に示される。このようにして、反転モデルを１格子ずつ相対移動させて重複部位を削除する工程を初期位置に戻るまで繰返し行なう（Ｓ７）。そして、被加工物モデルと反転モデルとを１格子ずつ相対移動させて順次重複部位を削除していくと、所望の電極減寸量で予め設定された揺動形状に合致する基礎モデルが生成される。 The shape of the inverted model after the inverted model is moved by one lattice relative to the predetermined swing locus and the overlapping portion is deleted is shown on the right side of FIG. In this way, the process of moving the inverted model relative to each other by one lattice and deleting the overlapping portion is repeated until the initial position is returned (S7). Then, when the workpiece model and the inverted model are relatively moved by one grid at a time and the overlapping portions are sequentially deleted, a basic model that matches a preset swing shape with a desired electrode reduction amount is generated. The
実施の形態の工具電極の設計方法では、基礎モデルから工具電極モデルを生成するときには、実質的に変更修正をすることが要求されない。したがって、基礎モデルが工具電極モデルとして生成される。ただし、基礎モデルは、Ｚ−Ｍａｐモデルであるので、実施の形態の工具電極の設計方法においては、一般で広く利用されている最終製品を設計するＣＡＤシステムで工具電極モデルをディスプレイの画面に精密に表示したり、モデルを変形したりするような編集をすることができるようにするために、基礎モデルをソリッドモデルに変換して工具電極モデルを生成する（Ｓ８）。 In the tool electrode design method according to the embodiment, when the tool electrode model is generated from the basic model, it is not required to substantially modify and correct the tool electrode model. Therefore, a basic model is generated as a tool electrode model. However, since the basic model is a Z-Map model, in the tool electrode design method according to the embodiment, the tool electrode model is accurately displayed on the display screen in a CAD system for designing a final product that is generally used widely. In order to enable editing such as displaying on the screen or deforming the model, the basic model is converted into a solid model to generate a tool electrode model (S8).
基礎モデルのＺ−Ｍａｐモデルを工具電極のソリッドモデルに変換する手法は、例えば、各格子点の座標値を中心座標または外側座標として各格子点をソリッドモデルの最小の構成要素に順次変換する。Ｚ−Ｍａｐモデルにおける中実部分のＺ値は、表面におけるＸ値とＹ値から求めることができる。このとき、１格子点に対してソリッドモデルの１つの構成要素に置き換えるのではなく、格子点間を埋めるように複数の構成要素に置き換えるようにすることができる。 For example, the Z-Map model of the basic model is converted into a solid model of the tool electrode by sequentially converting each grid point to the minimum component of the solid model with the coordinate value of each grid point as the center coordinate or the outer coordinate. The Z value of the solid part in the Z-Map model can be obtained from the X value and the Y value on the surface. At this time, instead of replacing one grid point with one component of the solid model, it can be replaced with a plurality of components so as to fill the gap between the grid points.
このように、本発明の工具電極の設計方法は、被加工物モデルと重複する重複部位を反転モデルから削除するので、実質的に反転モデルのＺ値を計算するだけで反転モデルを生成することができる。そのため、演算アルゴリズムが簡単でデータ量が少なく、高精度の工具電極モデルを演算装置にストレスを与えずに短時間で生成できる点で優位である。また、各格子点が全て実際の電極形状の内側に存在するようになるため、工具電極モデルが加工形状を超える大きさにならず、本質的に加工の失敗を招来する不適当な工具電極モデルが生成されない。 As described above, the tool electrode design method of the present invention deletes the overlapping portion overlapping the workpiece model from the inverted model, so that the inverted model can be generated simply by calculating the Z value of the inverted model. Can do. Therefore, it is advantageous in that the calculation algorithm is simple, the amount of data is small, and a highly accurate tool electrode model can be generated in a short time without applying stress to the calculation device. In addition, since all the grid points are present inside the actual electrode shape, the tool electrode model does not exceed the machining shape, and an inappropriate tool electrode model that inherently causes machining failure. Is not generated.
そして、被加工物モデルと反転モデルを所望の電極減寸量と揺動形状に基づいて規定される揺動軌跡に沿って最大許容誤差を超えない１格子ごとに相対移動させるシミュレーションを行なって重複部位を削除することで基礎モデルを得るので、形状喪失部位または形状誤差部位が発生せず、変形修正が要求されない。そのため、これまで工具電極の設計が困難であった多くの揺動加工可能な加工形状に対して寸法誤差が最大許容誤差内で工具電極が容易に生成される優れた利点を有する。 Then, a simulation is performed in which the workpiece model and the reversal model are relatively moved for each grid that does not exceed the maximum allowable error along the swing locus defined based on the desired electrode reduction amount and swing shape. Since a basic model is obtained by deleting a part, a shape loss part or a shape error part does not occur, and deformation correction is not required. Therefore, there is an excellent advantage that the tool electrode can be easily generated within the maximum allowable error with respect to many swingable machining shapes that have been difficult to design the tool electrode until now.
以上のプロセスは、加工穴を放電加工する工具電極を生成する場合を示したが、形彫放電加工において数が多くないものの、凸部品を放電加工する場合がある。工具電極側が凹形状である場合は、実施の形態のプロセスで説明された被加工物モデルと反転モデルを反対に置き換えて考えることで、実施の形態と同一のプロセスで工具電極モデルを生成することができる。 Although the above process has shown the case where the tool electrode which discharge-processes a machining hole is produced | generated, although there are not many numbers in a sculpture electric discharge machining, there is a case where a convex part is subjected to electric discharge machining. When the tool electrode side is concave, the tool electrode model is generated by the same process as the embodiment by replacing the workpiece model and the inverted model described in the process of the embodiment in reverse. Can do.
次に、揺動形状を自動的に選定する方法のプロセスを具体的に説明する。揺動形状の選定は、工具電極モデルを生成する主プロセスにおける揺動形状のデータを取得する前に行なわれる。実施の形態の工具電極の設計方法では、説明を簡単にするために、二次元揺動形状を選定するプロセスを説明するが、開示されるプロセスを加工要求に対応して揺動形状を選択できるように変形することで、与えられた所望の加工形状から三次元揺動形状を自動的に選択できるようにすることは困難なことではない。 Next, the process of the method for automatically selecting the swing shape will be specifically described. The swing shape is selected before acquiring the swing shape data in the main process for generating the tool electrode model. In the design method of the tool electrode according to the embodiment, a process of selecting a two-dimensional rocking shape will be described for the sake of simplicity. However, the rocking shape can be selected according to a processing requirement in the disclosed process. It is not difficult to make it possible to automatically select a three-dimensional rocking shape from a given desired machining shape by deforming in this way.
加工穴を揺動加工で形彫放電加工する揺動形状は、基本的に加工穴の底面形状または加工穴の輪郭形状を平面上に投影した投影形状に基づいて選定される。そのため、最終製品を設計するＣＡＤシステムから所望の加工形状を表わす被加工物のソリッドデータで求められる底面形状または輪郭形状のデータを取得する。なお、被加工物における所望の加工形状が凸部品である場合は、凸部品の輪郭形状を平面上に投影した投影形状のデータを取得する。以下、揺動軌跡を選定する基準となる形状を加工穴の底面形状として説明する。 The oscillating shape in which the machining hole is subjected to the sculpting electric discharge machining by oscillating machining is basically selected based on the projected shape obtained by projecting the bottom shape of the machining hole or the contour shape of the machining hole on a plane. Therefore, the bottom shape data or contour shape data obtained from the solid data of the workpiece representing the desired machining shape is acquired from the CAD system for designing the final product. In addition, when the desired processing shape in a to-be-processed object is a convex component, the data of the projection shape which projected the outline shape of the convex component on the plane are acquired. Hereinafter, the reference shape for selecting the swing locus will be described as the bottom shape of the machining hole.
加工穴の底面形状は、所定の形状種類に分別される。実施の形態における予め定められた形状種類は、具体的に、円形、星形正多角形、鋭角頂点多角形、鈍角頂点を含む多角形、ブロック形状、勾配またはフィレットを有する形状、自由曲面である。特定の形状種類に分別されて特定されたら、特定された形状種類に対応して予め定義されている手法に従って揺動形状を選定する。数値制御装置は、揺動形状と揺動量が与えられると、工具電極を選定された揺動形状と揺動量に基づく揺動軌跡に従って工具電極を揺動させることができる。なお、揺動軌跡をサブプログラムとしてＮＣプログラムに記述することも可能である。 The bottom shape of the processed hole is classified into a predetermined shape type. The predetermined shape types in the embodiment are specifically circular, star regular polygon, acute vertex polygon, polygon including obtuse vertex, block shape, shape having gradient or fillet, free-form surface. . Once classified into specific shape types and specified, the rocking shape is selected according to a method defined in advance corresponding to the specified shape type. The numerical control device, when given the swing shape and swing amount, can swing the tool electrode according to the swing locus based on the selected swing shape and swing amount. It is also possible to describe the swing locus in the NC program as a subprogram.
底面形状が頂点を有さない円形の加工穴であるときは（Ｓ１１）、揺動形状として円形状が選択される（Ｓ１２）。最終仕上げ加工工程以外の揺動量は、所望の電極減寸量から電気加工条件で決定する放電ギャップと加工面粗さを差し引いた距離である。したがって、揺動軌跡は、例えば、図９に示されるように、初期位置を中心に揺動量だけ拡大して周回した後に初期位置に戻る円である。 When the bottom surface shape is a circular processing hole having no apex (S11), a circular shape is selected as the swing shape (S12). The amount of oscillation other than the final finishing process is a distance obtained by subtracting the discharge gap determined by the electrical machining conditions and the machined surface roughness from the desired electrode reduction amount. Therefore, for example, as shown in FIG. 9, the swing trajectory is a circle that expands around the initial position by the swing amount and goes around and then returns to the initial position.
ただし、工具電極は、電極減寸量だけ小さく製作される必要があるので、被加工物モデルと反転モデルとを単位移動量ずつ相対移動させて反転モデルから基礎モデルを得るシミュレーションを行なうときは、揺動軌跡の拡大する方向の距離を揺動量ではなく、電極減寸量である。このことは、本質的に以下に説明される全ての揺動軌跡について同じである。 However, since the tool electrode needs to be manufactured as small as the electrode reduction amount, when performing a simulation to obtain the basic model from the inverted model by relatively moving the workpiece model and the inverted model by the unit movement amount, The distance in the direction of expansion of the swing locus is not the swing amount but the electrode reduction amount. This is essentially the same for all swing trajectories described below.
例外的に投影形状が“星型正多角形”である凸部品を放電加工する場合は（Ｓ１３）、揺動形状として辺放射形状が選択される（Ｓ１４）。ここでいう星型正多角形とは、図５に示されるように、底面形状が同一角度の鋭角頂点と同一角度の鈍角頂点とを交互に有する形状を示す。星形正多角形状の凸部品は、適当な揺動形状が選定できず、総型電極で揺動加工することができなかったが、工具電極の任意の辺を延長した延長線上の方向に往復移動させることで揺動加工できることが判明した。したがって、揺動軌跡は、初期位置を中心に任意に選択される一辺の延長線の方向に揺動量往復移動する直線である。 Exceptionally, when a convex part having a projected shape of “star regular polygon” is subjected to electric discharge machining (S13), a side radial shape is selected as the swinging shape (S14). The star-shaped regular polygon referred to here indicates a shape in which the bottom surface shape alternately has acute vertices having the same angle and obtuse vertices having the same angle, as shown in FIG. For the convex parts of star-shaped regular polygons, an appropriate rocking shape could not be selected, and the rocking process could not be performed with the total electrode, but the tool electrode was reciprocated in the direction of the extended line extending any side of the tool electrode. It was found that rocking can be performed by moving it. Therefore, the swing trajectory is a straight line that reciprocates the swing amount in the direction of the extension line of one side that is arbitrarily selected around the initial position.
底面形状が“鋭角頂点多角形”である加工穴であるときは（Ｓ１５）、揺動形状として多角形の相似形状または放射形状が選択される（Ｓ１６）。ここでいう鋭角頂点多角形とは、図６に示されるように、工具電極の頂点が全て鋭角になる多角形を示す。したがって、揺動軌跡は、初期位置を中心に揺動量だけ拡大して底面形状と相似の形状を周回した後に初期位置に戻る形状である。 When the bottom surface shape is a processed hole having an “acute angle vertex polygon” (S15), a polygonal similarity shape or radial shape is selected as the swing shape (S16). The acute angle polygon as used herein refers to a polygon in which the vertices of the tool electrode are all acute angles, as shown in FIG. Therefore, the swing trajectory is a shape that expands by the swing amount around the initial position and returns to the initial position after going around a shape similar to the bottom shape.
底面形状が鈍角頂点を含む多角形である加工穴であるときは（Ｓ１７）、揺動形状として鈍角頂点の外角方向に移動する鈍角方向放射形状が選択される（Ｓ１８）。ここでいう鈍角頂点を含む多角形とは、図７に示されるように、工具電極の頂点の中に鈍角の頂点部位が存在する多角形を示す。したがって、揺動軌跡は、初期位置を中心に鈍角頂点の方向に沿って揺動量だけ往復する直線である。 When the bottom face shape is a machining hole that is a polygon including an obtuse angle vertex (S17), an obtuse angle direction radial shape that moves in the outer angle direction of the obtuse angle vertex is selected as the swing shape (S18). Here, the polygon including the obtuse angle vertex indicates a polygon in which an obtuse angle apex portion exists in the apex of the tool electrode as shown in FIG. Therefore, the swing trajectory is a straight line that reciprocates by the swing amount along the direction of the obtuse angle vertex with the initial position as the center.
底面形状がブロック形状、勾配またはフィレットを有する形状、自由曲面の形状である加工穴であるときは（Ｓ１９）、揺動形状として角形状が選択される（Ｓ２０）。ブロック形状とは、図８（Ａ）に示されるように、ＮＣプログラムのＮＣコードで指定できる直線または円弧のブロックのみで形成されている加工形状である。勾配またはフィレットを有する形状とは、図８（Ｂ）に示されるように、加工穴の底面に勾配またはフィレットがある形状である。図８（Ｃ）は、自由曲面の例を示す。したがって、揺動軌跡は、例えば、図１０に示されるように、初期位置を中心に揺動量拡大してコーナを通って周回した後に初期位置に戻る四角形である。 If the bottom surface shape is a block shape, a shape having a gradient or a fillet, or a processed hole having a free-form surface shape (S19), an angular shape is selected as the rocking shape (S20). As shown in FIG. 8 (A), the block shape is a machining shape formed by only linear or arc blocks that can be specified by the NC code of the NC program. The shape having a gradient or a fillet is a shape having a gradient or a fillet on the bottom surface of the machining hole, as shown in FIG. 8B. FIG. 8C shows an example of a free curved surface. Therefore, for example, as shown in FIG. 10, the swing trajectory is a quadrangle that returns to the initial position after the swing amount is enlarged around the initial position and then circulated through the corner.
加工穴の底面形状が揺動軌跡を選定するプロセス中の何れの形状にも属さない場合は、現在の加工技術で基本的に揺動加工ができない形状であり、該当する揺動加工のための工具電極モデルが実質的に存在しない（Ｓ２１）。したがって、揺動加工を行なわない総型電極の工具電極モデルを作成するか、複数の部分電極の工具電極モデルを作成する。 If the bottom shape of the hole does not belong to any shape in the process of selecting the swing trajectory, it is a shape that basically cannot be swung with the current processing technology, There is substantially no tool electrode model (S21). Therefore, a tool electrode model of a total type electrode that is not subjected to rocking machining is created, or a tool electrode model of a plurality of partial electrodes is created.
以上に説明される実施の形態の工具電極の設計方法は、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、すでにいくつかの例が挙げられているように変形、置換、組合せのような応用が可能であり、主プロセスにいくつかのプロセスを追加することができる。 The tool electrode design method according to the embodiment described above can be applied to modifications, substitutions, combinations, and the like, as some examples have been given, without departing from the technical idea of the present invention. It is possible to add several processes to the main process.
本発明の工具電極の設計方法は、コンピュータ支援設計で適用される。本発明の工具電極の設計方法は、形彫放電加工において揺動加工に適応する工具電極の設計の作業効率を向上させ、信頼性を高め、形彫放電加工の発展に寄与する。 The tool electrode design method of the present invention is applied in computer-aided design. The design method of the tool electrode of the present invention improves the work efficiency of the design of the tool electrode adapted to the oscillating machining in the profile electric discharge machining, increases the reliability, and contributes to the development of the profile electric discharge machining.
Ｌ 電極減寸量
Ｘ 揺動方向
L Electrode reduction amount X Swing direction
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