JP2013008276A - 切削加工経路創成装置及び方法並びにプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワークをカッタにより加工する加工工程と加工終了後にカッタを加工開始位置まで移動させる工程とを繰り返し、ワークを加工する工作機械に適用される切削加工経路創成装置10であって、ワークの位置を基準とするワーク座標系において、加工工程におけるカッタの形状を示すカッタ形状データの位置を推定するカッタ位置推定部21と、推定されたカッタ形状データとワークの形状を示すワーク形状データとに交点がある場合には、交点の情報に基づいて、加工工程終了後のワーク形状データを新たなワーク形状データとして更新するワーク形状更新部22と、カッタを次の加工開始位置に移動させる場合にワーク形状更新部22によって更新された新たなワーク形状データとワーク座標系における移動時のカッタ形状データとの干渉可能性を判定する干渉判定部23とを具備する。
【選択図】図2
Description
加工によるワーク形状の変化を表現する方法として、例えば、特許文献1には、測定した歯車の形状と目標とする歯車の形状とから算出される歯形の修正データをシュービングカッタの形状データに転写し、シェービングカッタの形状を決定することによりシェービング加工後の歯形形状を目標形状にする技術が提案されている。
本発明は、加工対象物であるワークをカッタにより加工する加工工程と、該加工工程終了後に前記カッタを加工開始位置まで移動させる工程とを繰り返すことにより前記ワークを加工する工作機械に適用される切削加工経路創成装置であって、前記ワークの位置を基準とするワーク座標系において、前記加工工程における前記カッタの形状を示すカッタ形状データの位置を推定するカッタ位置推定手段と、推定された前記カッタ形状データと、前記ワークの形状を示すワーク形状データとに交点がある場合には、前記交点の情報に基づいて、前記加工工程終了後の前記ワーク形状データを新たな前記ワーク形状データとして更新するワーク形状更新手段と、前記カッタを次の加工開始位置に移動させる場合に、前記ワーク形状更新手段によって更新された新たな前記ワーク形状データと、前記ワーク座標系における移動時の前記カッタ形状データとの干渉の有無を判定する干渉判定手段とを備える切削加工経路創成装置を提供する。
これにより狭い間隔で与えられた点列データの部分は、より正確にカッタ形状データが表現され、さらにカッタ形状データは後に切削加工後のワーク形状データとして転写されるので、切削加工後の形状が正確に表現されることとなる。
本実施形態に係る切削加工経路創成装置10は、加工対象物(以下「ワーク」という。)をカッタにより切削加工する加工工程と、加工工程の終了後にカッタを加工開始位置まで移動させる工程とを繰り返すことによりワークを加工する工作機械に適用される場合を例に挙げて説明する。また、本実施形態においては、ワークが歯車であることを例に挙げ、カッタとワークとの形状を2次元データ(平面xy上の点列)として表現し、直交するz方向に複数枚の2次元データを積層させて3次元空間のモデルを表現する歯車加工機械に適用される切削加工経路創成装置10であることとして説明する。
補助記憶装置13には、各種プログラム(切削加工経路創成プログラム)が格納されており、CPU11が補助記憶装置13からRAMなどの主記憶装置12にプログラムを読み出し、実行することにより種々の処理を実現させる。
ワーク形状更新部22は、ワーク形状データを構成する点列データの隣り合う各点間で構成されるワーク線分データを用い、ワーク形状データの線分データとカッタ形状データの線分データとの線分交点を推定し(図3(a))、線分交点間(カッタがワークを切削している領域を構成する各線分データの交点間)のカッタ形状データをワーク形状データとして転写し、新たなカッタ形状データとして更新する(図3(b))。また、全ての加工工程が終了している場合には、処理を終了し、次の加工工程がある場合には上記図3(a)から図3(b)の処理を繰り返す(図3(c)から(d))。また、図3(e)には、加工後に、ワークからカッタを移動させる場合のカッタ形状データとワーク形状データとが示されている。
また、本実施形態においてワーク形状更新部22は、前回の交点のデータが含まれる領域が切削された場合に、前回の交点のデータは削除してワーク形状データを更新するので、切削の都度、無闇に点列データを増加させることがない。
入力装置14を介して、カッタの形状等を示すカッタ緒元、ワークの形状等を示すワーク緒元、及びワークの加工条件やカッタの軌跡の条件等の加工工程に関わる各種条件が入力される(図4のステップSA1)。入力されたカッタ緒元に基づいてカッタ形状データ、及び入力されたワーク緒元に基づいてワーク形状データが作成される(ステップSA2)。図5(a)に示されるように、例えば、カッタ形状データは■印がプロットされて示され、切削加工前のワーク形状データは▲印がプロットされて示される。
図5(d)に示されるように、カッタがワークから移動させる場合のカッタ形状データの位置が推定されると、カッタ形状データを構成する点列データの点(例えば、■印の各点)と、切削によって更新されたワーク形状データの点列データとにおいて、クリアランス量が算出される。全ての切削加工工程に対して、クリアランス算出が行われたか否かが判定され、全加工工程終了した場合には、本処理を終了する(ステップSA10)。
一方、カッタ形状データとワーク形状データとの交点がある場合には、カッタ形状データとワーク形状データとの重複する領域の面積が算出され(ステップSA8)、算出された切削負荷に応じた調整を行い、本処理を終了する(ステップSA9)。
ワーク形状データとカッタ形状データとで囲まれた面積(図7(a))は、図7(b)のような多角形の面積として算出する。
ここで、多角形の面積の算出方法は、以下の(1)式のようになる。
例えば、図8に示される多角形の場合、頂点座標の列Pi=(Xi,Yi)(i=1,2,・・・n,n≧3)で与えられるものとし、数式を単純にするためPn+1≡P1と定義する。また、閉曲線C=(P1,P2,・・・Pn,Pn+1=P1)は左回り(反時計回り)であるとする。また、多角形は凸多角形である必要はないが、穴は開いていないものとする。このような場合には、以下の数式(1)に基づいて、多角形の面積を算出する。
さらに、クリアランスを定量的に算出することにより、カッタを次の加工開始位置に移動させる場合において、干渉が発生する条件、タイミング、量を把握することができ、干渉回避の具体的な対策を行うことができる。また、クリアランスを定量的に算出し、クリアランス精度が向上することで、干渉を回避する目的で過度にワークから工具(ワーク)を回避させる必要がなくなるので、加工時間の短縮につながる。
例えば、ワークが5軸加工機で加工するような任意の立体形状の場合、ワークの種類(形状、精度よく加工したい面の方向等)に応じて、3次元モデルの表現形式を選ぶことが望ましい。この場合には、直交座標系を選んでもよいし、ワークの形状に応じて極座標系(r,θ,φ)や円筒座標系(r,θ,z)でのモデルを選んでもよいこととする。
次に、本発明の第2の実施形態に係る切削加工経路創成装置について図9から図12を用いて説明する。
本実施形態に係る切削加工経路創成装置は、第1の実施形態における構成に加え、干渉判定部が線分データを用いてクリアランスを算出する点で、上述の第1の実施形態と異なる。以下、本実施形態に係る切削加工経路創成装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
(1)カッタ形状データを構成する点列データの任意の点(xci,yci)(i=1,2,・・・m;カッタ形状データを構成する点列データの点の数に対応する。)から、カッタの外向きの法線方向に対し、長さLcの位置に点(x1a,y1a)を設ける。なお、Lcはカッタの寸法から経験的に予め定める値であり、計算量低減の目的で使用される。(図9参照)
(2)カッタ形状データの点(xci,yci)から、カッタの内向きの法線方向に対し、長さLcの位置に点(x1b,y1b)を設ける。(図10参照)
(3)ワーク形状データを構成する点列データの2点間の線分(xwj,ywj)−(xwj+1,ywj+1)(j=1,2,・・・n;ワーク形状データを構成する点列データの点の数に対応する。)、とカッタ形状データの2点間の線分(xci,yci)−(x1a,y1a)との交点(xpa,ypa)の有無を判定し、交点が有る場合には、点(xci,yci)−交点(xpa,ypa)間の距離Laを算出する。(図9参照)
(5)交点(xpa,ypa)のみが有る場合は、クリアランス量C(i)=La(干渉なし)とする(図3参照)。交点(xpb,ypb)のみが有る場合は、クリアランス量C(i)=−Lb(干渉あり)とする(図4参照)。また、両者が有る場合は、LaとLbとの長さを比較し、Laが短ければC(i)=La(干渉なし)、Lbが短ければ、C(i)=−Lb(干渉あり)とする。(図11参照)
20 形状作成部
21 カッタ位置推定部(カッタ位置推定手段)
22 ワーク形状更新部(ワーク形状更新手段)
23 干渉判定部(干渉判定手段)
24 負荷調整部(負荷調整手段)
Claims (6)
- 加工対象物であるワークをカッタにより加工する加工工程と、該加工工程終了後に前記カッタを加工開始位置まで移動させる工程とを繰り返すことにより前記ワークを加工する工作機械に適用される切削加工経路創成装置であって、
前記ワークの位置を基準とするワーク座標系において、前記加工工程における前記カッタの形状を示すカッタ形状データの位置を推定するカッタ位置推定手段と、
推定された前記カッタ形状データと、前記ワークの形状を示すワーク形状データとに交点がある場合には、前記交点の情報に基づいて、前記加工工程終了後の前記ワーク形状データを新たな前記ワーク形状データとして更新するワーク形状更新手段と、
前記カッタを次の加工開始位置に移動させる場合に、前記ワーク形状更新手段によって更新された新たな前記ワーク形状データと、前記ワーク座標系における移動時の前記カッタ形状データとの干渉の有無を判定する干渉判定手段と
を備える切削加工経路創成装置。 - ワーク形状更新手段は、前記ワークの表面形状を線分で示したワーク線分データと、前記カッタの形状を線分で示したカッタ線分データとの交点である線分交点を求め、該線分交点が生じた部分の前記カッタ線分データを前記ワーク線分データとし、新たな前記ワーク線分データを作成する請求項1に記載の切削加工経路創成装置。
- 前記ワーク形状データと前記カッタ形状データとの重複する領域の面積を算出し、該面積に基づいて切削負荷を算出し、該切削負荷が所定値以下となるように加工条件を調整する負荷調整手段を備える請求項1または請求項2に記載の切削加工経路創成装置。
- 前記カッタの曲率が大きい箇所には、カッタの曲率が小さい箇所よりも狭い間隔で、線分を構成する点列データを与え、前記カッタ形状データを作成する形状作成手段を備える請求項1から請求項3のいずれかに記載の切削加工経路創成装置。
- 加工対象物であるワークをカッタにより加工する加工工程と、該加工工程終了後に前記カッタを加工開始位置まで移動させる工程とを繰り返すことにより前記ワークを加工する工作機械に適用される切削加工経路創成方法であって、
前記ワークの位置を基準とするワーク座標系において、前記加工工程における前記カッタの形状を示すカッタ形状データの位置を推定するカッタ位置推定ステップと、
推定された前記カッタ形状データと、前記ワークの形状を示すワーク形状データとに交点がある場合には、前記交点の情報に基づいて、前記加工工程終了後の前記ワーク形状データを新たな前記ワーク形状データとして更新するワーク形状更新ステップと、
前記カッタを次の加工開始位置に移動させる場合に、前記ワーク形状更新手段によって更新された新たな前記ワーク形状データと、前記ワーク座標系における移動時の前記カッタ形状データとの干渉の有無を判定する干渉判定ステップと
を有する切削加工経路創成方法。 - 加工対象物であるワークをカッタにより加工する加工工程と、該加工工程終了後に前記カッタを加工開始位置まで移動させる工程とを繰り返すことにより前記ワークを加工する工作機械に適用される切削加工経路創成プログラムであって、
前記ワークの位置を基準とするワーク座標系において、前記加工工程における前記カッタの形状を示すカッタ形状データの位置を推定するカッタ位置推定処理と、
推定された前記カッタ形状データと、前記ワークの形状を示すワーク形状データとに交点がある場合には、前記交点の情報に基づいて、前記加工工程終了後の前記ワーク形状データを新たな前記ワーク形状データとして更新するワーク形状更新処理と、
前記カッタを次の加工開始位置に移動させる場合に、前記ワーク形状更新処理によって更新された新たな前記ワーク形状データと、前記ワーク座標系における移動時の前記カッタ形状データとの干渉の有無を判定する干渉判定処理と
をコンピュータに実行させるための切削加工経路創成プログラム。
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