JP2013054431A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、例えばボールエンドミルのような回転工具の加工誤差予測方法、加工誤差予測装置、工具経路修正方法及び工具経路修正装置に関するものである。 The present invention relates to a machining error prediction method, a machining error prediction device, a tool path correction method, and a tool path correction device for a rotary tool such as a ball end mill.
従来から、例えばプレス製品などの製造に用いられる金型は、ＣＡＭ（computer aided manufacturing）で作成された工具の移動経路を示す座標値などを含むデータ（ＮＣデータ）に基づいて回転工具を移動させ、被削物を切削加工することによって製作されている（例えば、特許文献１、２参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a mold used for manufacturing a pressed product moves a rotating tool based on data (NC data) including coordinate values indicating a moving path of a tool created by CAM (computer aided manufacturing). It is manufactured by cutting a workpiece (for example, refer to Patent Documents 1 and 2).
上記のような切削加工を行う工具の摩耗は、実際に被削物を切削した距離である実切削距離に依存することが知られている。例えば、ボールエンドミルを用いた切削加工の場合、切れ刃の部位によって実切削距離が異なることから、摩耗量も部位によって異なることになる。 It is known that the wear of a tool that performs the above-described cutting work depends on an actual cutting distance that is a distance obtained by actually cutting the work. For example, in the case of cutting using a ball end mill, since the actual cutting distance varies depending on the part of the cutting edge, the amount of wear also varies depending on the part.
このことに鑑み、特許文献１では、切れ刃の部位毎に経路長や切削長、すなわち実切削距離を算出して工具の摩耗量を演算し、摩耗量に基づいて工具経路の修正や、工具摩耗のアラーム、工具交換を行う工作機械の制御方法が提案されている。 In view of this, in Patent Document 1, a path length and a cutting length, that is, an actual cutting distance is calculated for each part of the cutting edge to calculate the amount of wear of the tool, and the tool path is corrected based on the amount of wear. A method of controlling a machine tool that performs wear alarm and tool change has been proposed.
ここでは、工具の摩耗量、すなわち、工具の形状変化量のみが考慮され、摩耗により工具にかかる切削力が増大することは考慮されていない。Here, only the amount of wear of the tool, that is, the amount of change in the shape of the tool is considered, and it is not considered that the cutting force applied to the tool due to wear increases.
また、一般に金型のような自由曲面の切削加工においては、加工箇所によって切削領域が異なるため、実切削距離を算出することは困難である。 In general, in free-form cutting such as a mold, it is difficult to calculate the actual cutting distance because the cutting area varies depending on the machining location.
これまでに、金型のような自由曲面における実切削距離を算出する方法としては、次の方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。この文献に開示されている方法によれば、まず、被削物全体の形状をＺ−ｍａｐモデル（ＸＹ格子上にＺ方向の高さをもつデータ表現方法）で表現し、工具１回転毎に、仮想的に複数に分割された工具の切れ刃によって削り取られる被削物の形状を算出し、この被削物の形状から、加工開始した時点における工具の回転角度と、加工終了した時点における工具の回転角度とを得て、それら２点を結ぶ円弧長さを実切削距離として算出するようにしている。 So far, the following method has been proposed as a method for calculating the actual cutting distance on a free-form surface such as a mold (see Non-Patent Document 1, for example). According to the method disclosed in this document, first, the shape of the entire workpiece is represented by a Z-map model (a data representation method having a height in the Z direction on an XY grid), and each time the tool is rotated. The shape of the work to be cut off by the cutting edge of the virtually divided tool is calculated, and the rotation angle of the tool at the start of machining and the tool at the end of machining are calculated from the shape of the work. And the arc length connecting these two points is calculated as the actual cutting distance.
上記特許文献１の方法では、工具の摩耗量のみが考慮されている。しかし、実際の加工では、工具が摩耗すると切削力が増大し、工具のたわみが増え、それによって加工誤差が大きくなる。そのため、摩耗量のみでは、加工誤差を正確に予測することや、工具経路の修正により高精度な加工を行うことは困難である。In the method of Patent Document 1, only the wear amount of the tool is considered. However, in actual machining, when the tool is worn, the cutting force increases and the deflection of the tool increases, thereby increasing the machining error. For this reason, it is difficult to accurately predict a machining error or to perform highly accurate machining by correcting a tool path only with the wear amount.
また、上記非特許文献１の方法では、実切削距離の算出精度が被削物形状のＺ−ｍａｐモデルの格子間隔に依存する。つまり、Ｚ−ｍａｐモデルの格子間隔を小さくすればするほど実切削距離の精度を高めることができる。しかし、Ｚ−ｍａｐモデルの格子間隔を小さくすると格子数が増えることになり、その分、要求されるメモリ容量が増大する。特に、大きな金型を切削する場合には、格子間隔を小さくして高い算出精度を得ることは現実的には困難であると考えられる。 Moreover, in the method of the said nonpatent literature 1, the calculation precision of an actual cutting distance is dependent on the lattice space | interval of the Z-map model of a workpiece shape. That is, the accuracy of the actual cutting distance can be increased as the lattice spacing of the Z-map model is reduced. However, if the lattice spacing of the Z-map model is reduced, the number of lattices increases, and the required memory capacity increases accordingly. In particular, when cutting a large mold, it is practically difficult to obtain a high calculation accuracy by reducing the lattice spacing.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工具の摩耗による切削力の増大を考慮して、大型の被削物であっても加工誤差を予測したり、予測した誤差に基づいて工具経路を修正することができるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to predict machining errors even for large workpieces in consideration of an increase in cutting force due to tool wear. The tool path can be corrected based on the predicted error .
上記目的を達成するために、第１の発明は、回転する工具によって切削される被削物の加工誤差を予測する方法であって、上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力ステップと、上記データ入力ステップの後、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成ステップと、上記微小切れ刃生成ステップで生成した上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出ステップと、上記実切削距離算出ステップの後、上記実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測ステップと、上記切削力予測ステップで予測した切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測するステップとを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a method for predicting a machining error of a workpiece to be cut by a rotating tool, the shape of the workpiece before machining by the tool, A data input step for inputting predetermined data including information on the shape of the cutting edge and the movement path by feeding the tool, and after the data input step, the cutting edge of the tool is virtually divided into a plurality of minute blades. A micro cutting edge generating step for generating a virtual micro cutting edge, and an actual cutting distance that is a length for cutting the workpiece for each virtual micro cutting edge generated in the micro cutting edge generating step. After the actual cutting distance calculation step, the cutting force prediction step for predicting the cutting force by the tool using a relational expression preset as a function of the actual cutting distance after the actual cutting distance calculation step, and the cutting force prediction Characterized in that by cutting force predicted by step and a step of predicting a machining error on the basis of the deflection of the tool.
この構成によれば、仮想の微小切れ刃毎に実切削距離を得て、工具による切削力を予測し、その切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測するようにしたので、切削の進行によって工具が摩耗しても、それに対応した切削力を得て、工具のたわみを得ることが可能になる。そして、その得られた工具のたわみに基づいて加工誤差が正確に得られるようになる。According to this configuration, the actual cutting distance is obtained for each virtual minute cutting edge, the cutting force by the tool is predicted, and the machining error is predicted based on the deflection of the tool due to the cutting force. Even if the tool wears due to the progress, it is possible to obtain the cutting force corresponding to the tool and to obtain the deflection of the tool. A machining error can be accurately obtained based on the obtained deflection of the tool.
第２の発明は、第１の発明において、上記実切削距離算出ステップでは、上記仮想の微小切れ刃が所定の微小角度回転する毎に、上記被削物を切削しているか否か判定し、切削中であると判定されたときには、微小角度の回転による上記微小切れ刃の移動距離を求め、これを切削加工開始から加工誤差の予測位置まで積算して実切削距離を得ていくことを特徴とする。 In a second invention according to the first invention, in the actual cutting distance calculation step, it is determined whether or not the workpiece is being cut each time the virtual minute cutting edge rotates by a predetermined minute angle, When it is determined that cutting is in progress, the moving distance of the fine cutting edge by rotating at a small angle is obtained, and this is integrated from the start of cutting to the predicted position of machining error to obtain the actual cutting distance. And
この構成によれば、微小切れ刃が切削中か否かを判定することにより実切削距離を得ることができる。切削中の判定は、微小切れ刃位置が、それまでの工具移動軌跡の外側にあることと、加工前の被削物形状の内側にあることを判定すればよく、工具が移動することによって変化する複雑な被削物形状の情報を持つ必要がない。従って、非特許文献１のようなＺ−ｍａｐモデルを作成する場合に比べて、高精度な実切削距離の算出を少ないメモリ容量で行うことが可能になる。According to this configuration, the actual cutting distance can be obtained by determining whether or not the minute cutting edge is cutting. Judgment during cutting only needs to be determined that the position of the minute cutting edge is outside the tool movement trajectory up to that point and that it is inside the workpiece shape before machining, and changes as the tool moves. There is no need to have complicated workpiece shape information. Therefore, compared to the case of creating a Z-map model as in Non-Patent Document 1, it is possible to calculate the actual cutting distance with high accuracy with a small memory capacity.
第３の発明は、回転する工具によって切削される被削物の加工誤差を予測する装置であって、上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力手段と、上記データ入力手段によって入力された上記所定データに基づいて、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成手段と、上記微小切れ刃生成手段で生成した上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出手段と、上記実切削距離算出手段で得た実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測手段と、上記切削力予測手段で予測した切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測する手段とを含むことを特徴とする。 A third invention is an apparatus for predicting a machining error of a workpiece to be cut by a rotating tool, the shape of the workpiece before machining by the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the tool Based on the data input means for inputting predetermined data including information on the movement path by feeding, and the predetermined data input by the data input means, the cutting edge of the tool is virtually divided into a plurality of minute blades. A fine cutting edge generating means for generating virtual fine cutting edges, and an actual cutting distance that is a length for cutting the workpiece for each of the virtual fine cutting edges generated by the fine cutting edge generating means. Actual cutting distance calculating means, cutting force predicting means for predicting cutting force by the tool using a relational expression set in advance as a function of the actual cutting distance obtained by the actual cutting distance calculating means, and the cutting force predicting means Cutting force predicted by Characterized in that by comprising a means for predicting a machining error on the basis of the deflection of the tool.
第４の発明は、回転する工具によって切削される被削物の加工誤差を予測し、その予測結果に基づいて工具経路を修正する工具経路修正方法であって、上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力ステップと、上記データ入力ステップの後、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成ステップと、上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出ステップと、上記実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測ステップと、上記切削力予測ステップで得た切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測する加工誤差予測ステップと、上記加工誤差予測ステップで得られた加工誤差の予測値に基づいて、加工誤差が小さくなるように工具の移動経路を修正する経路修正ステップとを備えていることを特徴とする。 A fourth invention is a tool path correcting method for predicting a machining error of a workpiece to be cut by a rotating tool, and correcting a tool path based on the predicted result, the work before being machined by the tool. A data input step for inputting predetermined data including information on the shape of an object, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path by feeding the tool, and a plurality of virtual cutting edges of the tool are virtually provided after the data input step. A fine cutting edge generating step for generating virtual fine cutting edges by dividing into a plurality of fine cutting edges, and real cutting for obtaining an actual cutting distance that is a length for cutting the work piece for each virtual fine cutting edge. A distance calculation step, a cutting force prediction step for predicting a cutting force by the tool using a relational expression set in advance as a function of the actual cutting distance, and a deflection of the tool by the cutting force obtained in the cutting force prediction step. Base A machining error prediction step for predicting the machining error, and a path correction step for correcting the tool movement path so as to reduce the machining error based on the machining error prediction value obtained in the machining error prediction step. It is characterized by.
第５の発明は、回転する工具によって切削される被削物の加工誤差を予測し、その予測結果に基づいて工具経路を修正する工具経路修正装置であって、上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力手段と、上記データ入力手段によって入力された上記所定データに基づいて、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成手段と、上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出手段と、上記実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測手段と、上記切削力予測手段で得た切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測する加工誤差予測手段と、上記加工誤差予測手段で得られた加工誤差の予測値に基づいて、加工誤差が小さくなるように工具の移動経路を修正する経路修正手段とを備えていることを特徴とする。 A fifth invention is a tool path correcting apparatus for predicting a machining error of a work to be cut by a rotating tool and correcting a tool path based on the predicted result, the work before being machined by the tool. Data input means for inputting predetermined data including information on the shape of the object, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path of the tool, and the tool based on the predetermined data input by the data input means. A cutting edge generating means for virtually dividing the cutting edge into a plurality of fine cutting edges to generate a virtual cutting edge, and a length for cutting the work piece for each virtual cutting edge. Obtained by an actual cutting distance calculation means for obtaining a certain actual cutting distance, a cutting force prediction means for predicting a cutting force by the tool using a relational expression preset as a function of the actual cutting distance, and the cutting force prediction means. By cutting force Machining error prediction means for predicting a machining error based on the deflection of the tool, and path correction for correcting the tool movement path so that the machining error is reduced based on the machining error prediction value obtained by the machining error prediction means. Means.
本発明によれば、工具の摩耗により切削力が増大することを考慮して加工誤差を予測することができるので、加工誤差の予測結果が正確なものとなる。この予測した加工誤差に基づいて工具経路を修正することにより、加工誤差を低減して加工後の修正に要する工数、時間を削減することができる。According to the present invention, it is possible to predict a machining error in consideration of an increase in cutting force due to wear of the tool, so that a prediction result of the machining error is accurate. By correcting the tool path based on the predicted machining error, it is possible to reduce the machining error and reduce the man-hours and time required for correction after machining.
また、仮想の微小切れ刃を生成し、この微小切れ刃が所定の微小角度回転する毎に、被削物を切削しているか否か判定し、切削していると判定されたときには、微小角度の回転によって移動する微小切れ刃の移動距離を求め、この移動距離を切削加工開始時点から順次積算して実切削距離を得るようしたので、高精度な実切削距離の算出を少ないメモリ容量で行うことができる。Further, a virtual minute cutting edge is generated, and each time the minute cutting edge rotates by a predetermined minute angle, it is determined whether or not the workpiece is being cut. The movement distance of the minute cutting edge that moves by rotating the tool is obtained, and this movement distance is accumulated sequentially from the cutting start time to obtain the actual cutting distance, so the high-accuracy actual cutting distance is calculated with a small memory capacity. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
（システムの概要）
この実施形態にかかる実切削距離算出方法に用いられる装置は、汎用のワークステーションの他、一般的なパーソナルコンピュータなどによって構成することができる。このコンピュータ装置に、後述する各ステップを実行させる所要のプログラムをインストールして実行させることにより、例えば金型の切削加工における誤差を高速に予測することができる。図示は省略するが、コンピュータ装置には例えばハードディスクドライブ等の記憶装置が備えられる他に、ディスプレイ等の画像表示装置やキーボード、マウス等の入力デバイスが接続されている。
(System overview)
The apparatus used for the actual cutting distance calculation method according to this embodiment can be configured by a general personal computer or the like in addition to a general-purpose workstation. By installing and executing a necessary program for executing each step to be described later in this computer device, for example, an error in cutting a die can be predicted at high speed. Although not shown, the computer device is provided with a storage device such as a hard disk drive, and is connected to an image display device such as a display and an input device such as a keyboard and a mouse.
また、この実施形態のコンピュータ装置は、３次元の描画を高速に行うためのグラフィックスハードウエアを備えている。これは例えばＧＰＵ（Graphics Processing Unit）と呼ばれ、３次元の多面体形状を高速で描画するためのものであり、そのために必要となる幾何演算のうち、ＣＰＵ（Central Processing Unit）ではリアルタイムな処理が難しい座標変換、投影、陰面消去、最近点算出などの処理を並列計算する能力を有している。 Further, the computer apparatus of this embodiment includes graphics hardware for performing three-dimensional drawing at high speed. This is called, for example, a GPU (Graphics Processing Unit) and is used for drawing a three-dimensional polyhedron shape at high speed. Among the geometric operations necessary for this, a CPU (Central Processing Unit) performs real-time processing. It has the ability to compute difficult processes such as coordinate transformation, projection, hidden surface removal, and nearest point calculation in parallel.
グラフィックスハードウエアは、例えばボード、カード又は他の装置として構成されて、コンピュータ装置に実装されていてもよいし、チップセットに内蔵されていてもよい。また、場合によってはコンピュータ装置とは別体に構成することもできる。 The graphics hardware may be configured as, for example, a board, a card, or another device and may be mounted on a computer device or may be built in a chip set. In some cases, it may be configured separately from the computer apparatus.
次に一例として、ＮＣ３軸加工機にボールエンドミルを取り付けて、金型の切削加工を行う場合について説明する。一般的に３軸加工機においては、テーブルなどに固定した被削物をエンドミルなどの工具によって切削するものであり、工具はその回転軸心、即ち工具軸を上下方向（Ｚ軸方向）に向けて駆動部に取り付け、その下端の切れ刃の位置決めを、水平面（Ｘ−Ｙ平面）を含めた直交３軸について数値制御（ＮＣ）によって行う。 Next, as an example, a case where a ball end mill is attached to an NC triaxial machine and a die is cut will be described. Generally, in a three-axis machine, a work piece fixed on a table or the like is cut with a tool such as an end mill, and the tool has its rotational axis, that is, the tool axis directed in the vertical direction (Z-axis direction). Then, the cutting edge at the lower end thereof is positioned by numerical control (NC) with respect to three orthogonal axes including a horizontal plane (XY plane).
そうして工具をその移動経路のデータ（ＮＣデータ）に基づいて移動させると、経路上の或る位置で工具の１刃送りによって切削された領域の一部が次の１刃送りによって削り取られるとともに、そうして送られる工具の１つの経路における切削領域も、隣接する後の経路における切削によって削り取られることになり、加工終了時に加工面として残る領域はかなり小さくなってしまう。この最終的な加工面の領域は、重複する工具経路のうちの最も下側（Ｚ値が最小値）の部位になる。 Then, when the tool is moved based on the data (NC data) of the movement path, a part of the region cut by the one-blade feed of the tool at a certain position on the path is scraped by the next one-blade feed. At the same time, the cutting area in one path of the tool sent in this way is also scraped off by cutting in the adjacent subsequent path, and the area remaining as the processing surface at the end of processing becomes considerably small. This final machining surface area is the lowermost part (Z value is the minimum value) of the overlapping tool paths.
そこで、図１に示すように、ＮＣデータとして設定されている工具経路Ｐ（移動経路）上において加工誤差を予測する位置における工具Ｍ、即ちその切れ刃の通過軌跡を、該工具の回転軸心上に中心を有する半球面によって表すとともに、その位置の１刃分送り（送り速度／（工具回転数×刃数））の手前までの工具掃引体Ｔ1と、１刃分送り以降の工具掃引体Ｔ2と、被削物形状Ｗとを、それぞれ仮想の多面体として表して、下方（Ｚ軸の負方向）からの所定の視野範囲において描画する。 Therefore, as shown in FIG. 1, the tool M at the position where the machining error is predicted on the tool path P (movement path) set as NC data, that is, the trajectory of the cutting edge is defined as the rotation axis of the tool. The tool sweep body T1 is represented by a hemispherical surface having a center on the top, and is fed by one blade at that position (feed speed / (tool rotation speed × number of blades)), and the tool sweep body after feeding one blade. T2 and the workpiece shape W are each represented as a virtual polyhedron and drawn in a predetermined visual field range from below (the negative direction of the Z axis).
なお、工具はその切れ刃が１回転する間にも送られるので、厳密には切れ刃の通過軌跡は半球面ではないともいえる。しかし、一般的に工具径に対してその送り速度は非常に小さいことから、切れ刃の通過軌跡は近似的に半球面とみなしてよい。 In addition, since the tool is sent even while the cutting edge rotates once, it can be said that the trajectory of the cutting edge is not a semispherical surface. However, since the feed speed is generally very small with respect to the tool diameter, the passing trajectory of the cutting edge may be approximately regarded as a hemispherical surface.
また、工具掃引体Ｔ1，Ｔ2は、工具Ｍをその回転軸心の周りに回転させながら、工具経路Ｐに沿って移動させたときの掃引形状を表すもので、図２に示すように半円柱形状と半球形状とを組み合わせて構成する。このとき、多面体化による誤差を小さくするための従来公知の手法（例えば特開２００９−０２０６７１号公報を参照）が有効である。さらに、被削物形状Ｗはその下面を除いて、例えばＳＴＬデータのように多数の三角形で近似した多面体として表すことができる。 Further, the tool sweep bodies T1, T2 represent a sweep shape when the tool M is moved along the tool path P while rotating around the axis of rotation, as shown in FIG. It is configured by combining a shape and a hemispherical shape. At this time, a conventionally known method (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-020671) for reducing an error due to polyhedron is effective. Further, the workpiece shape W can be expressed as a polyhedron approximated by a large number of triangles, for example, as STL data, except for the lower surface thereof.
そうして描画する際に工具Ｍには、工具掃引体Ｔ1，Ｔ2とも被削物形状Ｗとも違う色情報（画素情報であり、詳しくは後述する）を与えておく。また、視点は、図示のように全ての工具掃引体Ｔ1，Ｔ2、被削物形状ＷよりもＺ軸負方向に設定し、視線の方向はＺ軸＋方向とする。視野の中心は、加工誤差の予測位置における工具Ｍの回転軸心と一致させ、視野の範囲は縦横共に工具Ｍの直径とする（図３を参照）。こうして設定された視野範囲Ｖは、Ｚ軸方向に長い直方体状となる。 Thus, when drawing, the tool M is provided with color information (pixel information, which will be described later in detail) which is different from the tool sweep bodies T1, T2 and the workpiece shape W. Further, the viewpoint is set in the negative direction of the Z axis with respect to all the tool sweep bodies T1, T2 and the workpiece shape W as shown in the figure, and the direction of the line of sight is the Z axis + direction. The center of the visual field coincides with the rotational axis of the tool M at the predicted position of the machining error, and the visual field range is the diameter of the tool M in both vertical and horizontal directions (see FIG. 3). The field-of-view range V thus set has a rectangular parallelepiped shape that is long in the Z-axis direction.
その視野範囲において描画される画像に表示されるのは、グラフィックスハードウエアの陰面消去機能によって最も下側のものだけになるから、この画像において工具Ｍの色が表示されている画素領域から、加工終了後に残る加工面の範囲を推定することが可能になる。こうして切削領域のうちから最終的な加工面を検出できれば、この加工面の創成点（創成位置）を以下に述べるように特定し、工具軸心との位置関係から工具回転角度（回転角位置）および工具接角度（回転軸心方向の位置）を求めて、これにより工具Ｍのたわみや形状誤差に起因する加工誤差を算出することができる。 Since only the lowermost image is displayed in the image drawn in the field of view by the hidden surface removal function of the graphics hardware, from the pixel area where the color of the tool M is displayed in this image, It is possible to estimate the range of the processed surface remaining after the processing is completed. If the final machining surface can be detected from the cutting area in this way, the creation point (creation position) of this machining surface is specified as described below, and the tool rotation angle (rotation angle position) is determined from the positional relationship with the tool axis. Then, the tool contact angle (position in the direction of the rotation axis) is obtained, and thereby a machining error caused by a deflection or a shape error of the tool M can be calculated.
−処理の流れ−
図４には、まず、この実施形態における加工誤差予測のための処理の全体的な流れを示す。最初のステップＡ１はデータ入力ステップ（データ入力手段）である。データ入力ステップでは、必要なパラメータとして工具種類、工具径、切れ刃形状などの工具仕様をはじめ各種情報をコンピュータ装置１に入力する。工具の切れ刃形状は、例えば図７（ｂ）のように工具の下側から見た写真などを用いて同定する。切削力の計算に用いられる切削力係数（比切削抵抗）の決定方法については後述する。
-Process flow-
FIG. 4 first shows the overall flow of processing for machining error prediction in this embodiment. The first step A1 is a data input step (data input means). In the data input step, various information including tool specifications such as a tool type, a tool diameter, and a cutting edge shape are input to the computer apparatus 1 as necessary parameters. The cutting edge shape of the tool is identified by using, for example, a photograph viewed from the lower side of the tool as shown in FIG. A method for determining the cutting force coefficient (specific cutting resistance) used for calculating the cutting force will be described later.
工具たわみを計算するための剛性データについては静剛性或いは動剛性のいずれかを用いるが、動剛性を用いる方が正確な工具たわみを予測することが可能である。動剛性は、例えばインパルスハンマーを用いて工具先端を加振し、これによる工具先端の振動を加速度センサやレーザドップラー振動計などにより測定して、ＦＦＴ解析装置によりＸ方向およびＹ方向の工具のコンプライアンス伝達関数（動剛性の逆数）を得る。 As the stiffness data for calculating the tool deflection, either static stiffness or dynamic stiffness is used, but it is possible to predict the accurate tool deflection by using the dynamic stiffness. Dynamic rigidity is determined by, for example, exciting the tool tip using an impulse hammer, measuring the vibration of the tool tip using an acceleration sensor, laser Doppler vibrometer, etc. Obtain the transfer function (reciprocal of dynamic stiffness).
また、工具の形状誤差については、実際にそれを回転させながらその回転軸心に直交するいくつかの断面（工具軸断面）において工具径、即ち、切れ刃の通過軌跡の直径を計測などし、予め理想的な形状とのずれを工具の回転軸心方向の位置（具体的には後述する工具接角度ｑ）に対応付けて記憶したテーブルを作成しておく。或いは、切削力の影響の無視できる樹脂製被削物などの加工を行って、このときの加工誤差を測定することによって形状誤差を同定することもできる。 For the tool shape error, measure the tool diameter, that is, the diameter of the trajectory of the cutting edge, in several cross sections (tool axis cross sections) orthogonal to the rotation axis while actually rotating it, A table in which the deviation from the ideal shape is stored in advance in association with the position of the tool in the rotational axis direction (specifically, the tool contact angle q described later) is created. Alternatively, it is possible to identify the shape error by processing a resin workpiece that can be ignored by the cutting force and measuring the processing error at this time.
また、データ入力ステップでは、被削物（素材）形状データ（ＣＡＤデータやブロック形状など）とＣＡＭから出力された工具経路（ＮＣデータ）も入力する。工具経路は、多数のパス（行）により構成され、それらは直線移動経路(ＮＣデータのG01)と円弧移動経路（ＮＣデータのG02,G03）とがあるが、以下では直線移動のパスを想定して説明する。円弧移動のパスについては微小直線経路の集合として取り扱うことができる。 In the data input step, workpiece (material) shape data (CAD data, block shape, etc.) and a tool path (NC data) output from the CAM are also input. The tool path is composed of a number of paths (rows), and there are a linear movement path (NC data G01) and an arc movement path (NC data G02, G03). In the following, a linear movement path is assumed. To explain. An arc movement path can be handled as a set of minute linear paths.
この例では加工誤差の予測を行う工程として、加工品質を決定づける仕上げ加工工程を想定している。一般に、仕上げ加工前には中仕上げ加工が行われるため、仕上げ加工における１つのパスにおいては加工状態があまり変化しないと考えられる。そこで、１つのパス内で１箇所の加工誤差の予測を行う方法について説明する。なお、連続するパス同士で角度変化が小さい場合や移動距離が短い場合は、いくつかのパスを１つにまとめてもよいし、反対に移動距離が長い場合にはさらに分割してもよい。 In this example, a finishing process that determines the machining quality is assumed as a process for predicting a machining error. In general, since the intermediate finishing process is performed before the finishing process, it is considered that the processing state does not change much in one pass in the finishing process. Therefore, a method for predicting a machining error at one place in one pass will be described. When the change in angle between successive paths is small or when the moving distance is short, several paths may be combined into one, and conversely, when the moving distance is long, the paths may be further divided.
そうして所定のデータが入力された後に、次のステップＡ２において、工具経路の１つのパス毎（１行毎）に、実際に切削の行われる箇所があるかどうか判断する。これは、１つのパス内でも非切削中と切削中とが混在している場合に、切削中の箇所で加工誤差を予測するためである。具体的には図５(a)に示すように、着目するパスの工具掃引体Ｔ0と、それまでの工具掃引体Ｔ1と、被削物形状Ｗとを、それぞれ異なる色でもって下方から描画し、同図(b)に示すように、着目するパスの工具掃引体Ｔ0の色の画素領域があれば、ここを切削される領域と判断する。 Then, after the predetermined data is input, in the next step A2, it is determined whether or not there is a place where the cutting is actually performed for each path (one line) of the tool path. This is because when a non-cutting and a cutting are mixed even in one pass, a machining error is predicted at a location during cutting. Specifically, as shown in FIG. 5A, the tool sweep body T0, the tool sweep body T1 up to that point, and the workpiece shape W are drawn from below with different colors. As shown in FIG. 5B, if there is a pixel region of the color of the tool sweeper T0 in the path of interest, this is determined as a region to be cut.
そうして切削される領域のない場合は、このパスについて以降の処理は行わずリターンして、次のパスについての判断に移る一方、切削される領域があればその内部の所定の１点（例えば重心や中心付近）を加工誤差の予測位置に設定する。こうすれば、１つのパス内に切削する箇所としない箇所とが混在していても、その切削しない箇所において誤って加工誤差の予測を行うような心配はない。 If there is no area to be cut, the process returns without performing the subsequent processing for this pass, and the process moves to the determination for the next pass. On the other hand, if there is an area to be cut, a predetermined one point ( For example, the center of gravity or the vicinity of the center) is set as the predicted position of the machining error. In this way, even if a portion to be cut and a portion not to be cut are mixed in one pass, there is no worry that a machining error is erroneously predicted at the portion that is not cut.
また、前記の図５(b)に一例として示したように、描画する視野の横幅を工具直径とし、縦方向はパスの長さとし、工具送り方向を上向きとして描画したときに、図においては前記切削される領域の表示される幅の範囲内に、加工の際の切削領域および加工面の領域が存在することから、以降の処理においてはその範囲内に存在する工具掃引体、被削物形状のみを描画するようにしてもよく、また、色情報の読み取りもその範囲内でのみ行うようにしてもよい。こうすれば処理の高速化が図られる。 Also, as shown in FIG. 5 (b) as an example, when drawing with the horizontal width of the field of view to be drawn as the tool diameter, the vertical direction as the length of the path, and the tool feed direction as the upward direction, Since the cutting area and the surface of the machining surface exist within the displayed width range of the area to be cut, the tool sweeper and workpiece shape that exist within that range in the subsequent processing Only color information may be drawn, and color information may be read only within the range. In this way, the processing speed can be increased.
そして、前記のように設定した加工誤差の予測位置において、続くステップＡ３において、工具の１刃送りによる切削領域を検出し、この領域を切削する際に工具に作用する切削力を算出する（詳細は後述する）。この切削力と工具の動剛性などから運動方程式を解いて、図６(b)のような工具回転角と工具たわみとの関係を求め、以下に述べるように特定した加工面創成点における工具たわみから加工誤差を算出する（ステップＡ４）。また、加工面創成点における工具形状誤差からも加工誤差を算出する。 Then, at the predicted position of the machining error set as described above, in the subsequent step A3, a cutting area by one-blade feed of the tool is detected, and the cutting force acting on the tool when cutting this area is calculated (details). Will be described later). The equation of motion is solved from this cutting force and the dynamic stiffness of the tool, the relationship between the tool rotation angle and the tool deflection as shown in Fig. 6 (b) is obtained, and the tool deflection at the specified machining surface creation point as described below. A processing error is calculated from (Step A4). The machining error is also calculated from the tool shape error at the machining surface creation point.
そのような加工誤差の算出を工具経路の最初のパスから最後のパスまで行い、経路全体の加工誤差の予測結果をディスプレイ上に表示するとともに、この誤差とは反対向きに修正した工具経路を出力する。こうして工具経路を修正することで（ステップＡ５）、加工誤差を補償する工具経路を出力することができ、切削加工の精度が向上する。 The machining error is calculated from the first to the last path of the tool path, and the predicted result of the machining error of the entire path is displayed on the display, and the tool path corrected in the opposite direction to this error is output. To do. By correcting the tool path in this way (step A5), it is possible to output a tool path that compensates for machining errors, and the accuracy of the cutting process is improved.
なお、前記の処理は、コンピュータ装置１において、予め記憶された所要のプログラム（加工誤差予測のためのコンピュータプログラム）が実行されることにより実現されるものである。このプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶して提供することができる。 The above-described processing is realized by executing a predetermined program (computer program for machining error prediction) stored in advance in the computer device 1. This program can be provided by being stored in a storage medium such as a CD-ROM.
図４の切削力算出ステップＡ３と加工誤差算出ステップＡ４について図１０のフローチャートに基づいて説明する。まず、図１０のステップＳ１、Ｓ２において、特許文献２に記載されている方法で、切削領域を得る。具体的には、図１７（特許文献２の図１１に相当）に示すように、ＮＣデータとして設定されている工具経路Ｐ（移動経路）上において加工誤差を予測する位置における工具Ｍ、すなわち、その切れ刃の通過軌跡を、該工具の回転軸心上に中心を有する半球面によって表すとともに、その位置の１刃分送り（送り速度／（工具回転数×刃数））の手前までの工具掃引体Ｔ１と、被削物形状Ｗとを、それぞれ仮想の多面体として表して、下方（Ｚ軸の負方向）からの所定の視野範囲において描画する。このとき、工具Ｍの通過軌跡が表示される箇所が切削領域となる。 The cutting force calculation step A3 and the machining error calculation step A4 in FIG. 4 will be described based on the flowchart in FIG. First, in steps S1 and S2 of FIG. 10, a cutting region is obtained by the method described in Patent Document 2. Specifically, as shown in FIG. 17 (corresponding to FIG. 11 of Patent Document 2), the tool M at a position where a machining error is predicted on the tool path P (movement path) set as NC data, that is, The trajectory of the cutting edge is represented by a hemispherical surface having a center on the rotation axis of the tool, and the tool up to the front of the position by one blade (feed speed / (tool rotation number × number of blades)). The sweep body T1 and the workpiece shape W are each represented as a virtual polyhedron and drawn in a predetermined visual field range from below (the negative direction of the Z axis). At this time, the location where the passing trajectory of the tool M is displayed becomes the cutting region.
次の切削力算出ステップＳ３について図８に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。図８のフローチャートでは、工具が１回転するときの実切削距離と切削力の計算要領の流れを示している。図８のステップＣ１では、工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する。ステップＣ１が微小切れ刃生成ステップ（微小切れ刃生成手段）である。このステップでは、工具の切れ刃を微小切れ刃の集合としてモデル化する。 The next cutting force calculation step S3 will be described in detail based on the flowchart shown in FIG. In the flowchart of FIG. 8, the flow of the calculation procedure of the actual cutting distance and the cutting force when the tool rotates once is shown. In Step C1 of FIG. 8, the cutting edge of the tool is virtually divided into a plurality of minute blades to generate a virtual minute cutting edge. Step C1 is a minute cutting edge generation step (minute cutting edge generation means). In this step, the cutting edges of the tool are modeled as a set of minute cutting edges.
その後、図８のステップＣ２に示すように工具回転角は細分化して微小回転角毎に、そして、ステップＣ３に示すように微小切れ刃毎に処理をすすめていく。この微小回転角はｉとして番号を付しておき、また、ステップＣ３に示すように微小切れ刃にはｊとして番号を付しておく。 Thereafter, the tool rotation angle is subdivided as shown in step C2 of FIG. 8, and the process is performed for each minute rotation angle and for each minute cutting edge as shown in step C3. The minute rotation angle is numbered as i, and the minute cutting edge is numbered as j as shown in step C3.
そして、ステップＣ４において、微小切れ刃が切削領域内にあるかどうかによって、微小切れ刃が切削中かどうかを判定する。 In step C4, it is determined whether or not the minute cutting edge is being cut depending on whether or not the minute cutting edge is within the cutting region.
上記判定に基づいて切削中であると判定されれば、ステップＣ５に進んで微小回転時の送り量を考慮して線分長Δｃｌを算出する。 If it is determined based on the above determination that cutting is in progress, the process proceeds to step C5, and the line segment length Δcl is calculated in consideration of the feed amount during minute rotation.
線分長Δｃｌの算出要領は図９に示す。すなわち、現在の微小切れ刃位置を始点、微小角度回転した後の切れ刃位置を終点とする曲線長、あるいは、線分長を計算して、これをΔｃｌとする。工具は微小回転する間に送られて移動もするので、この移動量を考慮して求める方が望ましい。その後、ステップＣ６に進んで、それまでの実切削距離ｃｌ［ｊ］に線分長Δｃｌを加えて実切削距離ｃｌ［ｊ］を求める。ステップＣ６は、実切削距離算出ステップ（実切削距離算出ステップ手段）である。 The calculation procedure of the line segment length Δcl is shown in FIG. That is, a curve length or a line segment length with the current minute cutting edge position as the starting point and the cutting edge position after rotating by a minute angle as the end point is calculated, and this is set as Δcl. Since the tool is sent and moved during a minute rotation, it is preferable to obtain the tool in consideration of the amount of movement. Thereafter, the process proceeds to step C6, where the actual cutting distance cl [j] is obtained by adding the line segment length Δcl to the actual cutting distance cl [j] so far. Step C6 is an actual cutting distance calculation step (actual cutting distance calculation step means).
そして、ステップＣ７で、得られた各微小切れ刃に作用する微小切削力を積算して算出する。 In step C7, the fine cutting forces acting on the obtained fine cutting edges are integrated and calculated.
微小切削力を算出するための関係式としては、従来、次式（１）のものが利用されている。 As a relational expression for calculating the minute cutting force, the following expression (1) is conventionally used.
ｄＦｔ＝（Ｋｔｅ＋Ｋｔｃ・ａｔ）ｗｔ
ｄＦｒ＝（Ｋｒｅ＋Ｋｒｃ・ａｔ）ｗｔ ・・・（１）
ｄＦａ＝（Ｋａｅ＋Ｋａｃ・ａｔ）ｗｔ
dFt = (Kte + Ktc · at) wt
dFr = (Kre + Krc · at) wt (1)
dFa = (Kae + Kac · at) wt
ここで、ｄＦｔは、主分力、ｄFｒは工具中心方向切削力、ｄＦａはこの２方向と直交する方向の力、ａｔは切り取り厚さ、ｗｔは切削幅（微小切れ刃の長さに相当）である。 Here, dFt is the main component force, dFr is the cutting force in the direction of the center of the tool, dFa is the force in the direction perpendicular to these two directions, at is the cutting thickness, and wt is the cutting width (corresponding to the length of the minute cutting edge) It is.
Ｋｔｅ，Ｋｒｅ，Ｋａｅ，Ｋｔｃ，Ｋｒｃ，Ｋａｃは、切削力係数であり、主に被削物と工具の組み合わせで決定する値で、予め準備しておく必要のある係数である。また、切削力係数のうち、Ｋｔｅ，Ｋｒｅ，Ｋａｅは、エッジフォース（刃先力）などと呼ばれ、主に刃先にかかる係数であり、刃先の丸みに影響することが知られている。 Kte, Kre, Kae, Ktc, Krc, Kac is cutting force coefficient, mainly in the value determined by the combination of the work object and the tool is a coefficient that must be prepared in advance. Of the cutting force coefficients, Kte, Kre, and Kae are called edge forces (cutting edge force) and the like, and are mainly applied to the cutting edge, and are known to affect the roundness of the cutting edge.
本実施形態では、切削の進行に伴って切削力が変化することを考慮して、次式（２）のように関係式を実切削距離ｃｌの関数として表す。 In the present embodiment, considering that the cutting force changes with the progress of cutting, the relational expression is expressed as a function of the actual cutting distance cl as in the following expression (2).
ｄＦｔ＝（Ｋｔｅｓ＋Ｋｔｅｃ・ｃｌ＋Ｋｔｃ・ａｔ）ｗｔ
ｄＦｒ＝（Ｋｒｅｓ＋Ｋｒｅｃ・ｃｌ＋Ｋｒｃ・ａｔ）ｗｔ ・・・（２）
ｄＦａ＝（Ｋａｅｓ＋Ｋａｅｃ・ｃｌ＋Ｋａｃ・ａｔ）ｗｔ
dFt = (Ktes + Ktec · cl + Ktc · at) wt
dFr = (Kres + Krec · cl + Krc · at) wt (2)
dFa = (Kaes + Kaec · cl + Kac · at) wt
本式（２）では、エッジフォース成分を固定成分（Ｋｔｅｓ，Ｋｒｅｓ，Ｋａｅｓ）と実切削距離に比例する成分（Ｋｔｅｃ，Ｋｒｅｃ，Ｋａｅｃ）とに分けて、切削の進行により、エッジフォース成分が変化することを考慮している。 In this formula (2), the edge force component is divided into a fixed component (Ktes, Kres, Kaes) and a component (Ktec, Krec, Kaec) proportional to the actual cutting distance, and the edge force component changes with the progress of cutting. Considering to do.
これら９つの切削力係数は、実際の切削力の測定値や、ＦＥＭ（Finite Element Method）シミュレーションなどを用いた予測値から決定することができる。また、材質の近い被削物や工具で決定した係数を使用することもできる。 These nine cutting force coefficients can be determined from the actual cutting force measurement values and predicted values using FEM (Finite Element Method) simulation and the like. In addition, a coefficient determined by a workpiece or a tool having a similar material can be used.
切削力の測定値から算出する場合は、実切削距離の異なる２つ以上の切削力測定値を用いて、予測値と測定値との誤差の２乗和が小さくなるように、最適化手法を用いて切削力係数を決定する。最も単純な方法としては、まず、工具の新品のときの切削力を測定する。工具の新品のときは、実切削距離はほぼ０とみなせるので、ｃｌ＝０として切削力の予測を行い、Ｋｔｅｓ，Ｋｒｅｓ，Ｋａｅｓ，Ｋｔｃ，Ｋｒｃ，Ｋａｃの６つの係数を決定する。次に、実際に切削に使用し、実切削距離の分かった摩耗した工具を用いて切削力を測定する。そして、新品の工具で決定した６つの係数は固定しておき、残りの３つの係数Ｋｔｅｃ，Ｋｒｅｃ，Ｋａｅｃを決定する。 When calculating from cutting force measurement values, use two or more cutting force measurement values with different actual cutting distances and use an optimization method to reduce the square sum of errors between the predicted value and the measurement value. To determine the cutting force coefficient. The simplest method is to first measure the cutting force when the tool is new. When the tool is new, the actual cutting distance can be regarded as almost zero. Therefore, the cutting force is predicted with cl = 0, and six coefficients of Ktes, Kres, Kaes, Ktc, Krc, and Kac are determined. Next, the cutting force is measured using a worn tool that is actually used for cutting and whose actual cutting distance is known. Then, the six coefficients determined for the new tool are fixed, and the remaining three coefficients Ktec, Krec, and Kaec are determined.
ＦＥＭシミュレーションを用いる場合は、新品状態の工具形状をモデル化して、切り取り厚さを変化させて切削力シミュレーションを行うことにより、Ｋｔｅｓ，Ｋｒｅｓ，Ｋａｅｓ，Ｋｔｃ，Ｋｒｃ，Ｋａｃを決定する。 When FEM simulation is used, Ktes, Kres, Kaes, Ktc, Krc, and Kac are determined by modeling a new tool shape and performing cutting force simulation by changing the cutting thickness.
次に、ある実切削距離における工具形状をモデル化して、同様にシミュレーションを行うことにより、Ｋｔｅｃ，Ｋｒｅｃ，Ｋａｅｃを決定する。 Next, Ktec, Krec, and Kaec are determined by modeling a tool shape at a certain actual cutting distance and performing a similar simulation.
ここでは、エッジフォース成分のみを実切削距離の１次関数で表しているが、切り取り厚さに比例する切削力係数（Ｋｔｃ，Ｋｒｃ，Ｋａｃ）についても実切削距離の関数としてもよい。また、さまざまな実切削距離による測定値や予測値を用いて、これらによく合うように１次関数以外の関数を用いることや、切削距離によって摩耗進行速度が変化することを考慮して切削距離によって異なる関数を利用することも可能である。また、工具の摩耗は、切削速度や切込み量などにも依存するので、それらの関数として表してもよい。 Here, only the edge force component is represented by a linear function of the actual cutting distance, but a cutting force coefficient (Ktc, Krc, Kac) proportional to the cutting thickness may be a function of the actual cutting distance. In addition, using measured values and predicted values based on various actual cutting distances, using a function other than a linear function so as to suit these, and taking into consideration that the wear progressing speed varies depending on the cutting distance. It is also possible to use different functions depending on the case. Further, since the wear of the tool depends on the cutting speed and the cutting depth, it may be expressed as a function thereof.
式（２）を用いて算出した微小切削力を、全ての微小切れ刃について加算することにより、ある瞬間の切削力が得られる。ステップＣ７は、切削力予測ステップ（切削力予測手段）である。 A momentary cutting force can be obtained by adding the minute cutting force calculated using the equation (2) for all the minute cutting edges. Step C7 is a cutting force prediction step (cutting force prediction means).
また、これを微小回転角毎に１回転分繰り返すことによって、１回転中の切削力と微小切れ刃毎の実切削距離が得られる。 Further, by repeating this one rotation for every minute rotation angle, the cutting force during one rotation and the actual cutting distance for each minute cutting edge can be obtained.
ステップＣ８では全ての微小切れ刃について終了したか否かを判定し、全ての微小切れ刃について終了した場合には、ステップＣ９に進んで工具１回転分が終了したか否かを判定する。工具１回転分が終了したら、ステップＣ１０に進み、工具１回転中の微小切れ刃毎の実切削距離ｃｌ［ｊ］及び工具１回転中の切削力Ｆ［ｉ］を得て、このフローを終了する。 In step C8, it is determined whether or not all the minute cutting edges have been completed. If all the minute cutting edges have been completed, the process proceeds to step C9 to determine whether or not one rotation of the tool has been completed. When one rotation of the tool is completed, the process proceeds to step C10, where the actual cutting distance cl [j] for each minute cutting edge during one rotation of the tool and the cutting force F [i] during one rotation of the tool are obtained, and this flow is completed. To do.
なお、工具１回転毎に全ての工具経路の実切削距離を計算してもよいが、１つの工具経路（ＮＣデータの１ブロック）では、切削の状態がほぼ変わらないものと仮定すると、以下のように工具経路毎の実切削距離を概算することも可能である。 Note that the actual cutting distances of all the tool paths may be calculated for each rotation of the tool. However, assuming that the cutting state is not substantially changed in one tool path (one block of NC data), the following Thus, it is also possible to approximate the actual cutting distance for each tool path.
まず、１つの工具経路長のうち、実際に切削が行われている工具経路長Ｌを求める。この工具経路長Ｌは、図５（ｂ）に示す切削される領域の上下方向の長さである。次に、この長さＬだけ工具が進むときの工具の回転回数ｎを送り速度Ｆ、工具回転数Ｓから算出する（ｎ＝Ｓ×Ｌ／Ｆ）。 First, a tool path length L in which cutting is actually performed is obtained from one tool path length. The tool path length L is the length in the vertical direction of the region to be cut shown in FIG. Next, the rotation number n of the tool when the tool advances by this length L is calculated from the feed speed F and the tool rotation number S (n = S × L / F).
そして、１回転中の実切削距離に回転回数ｎを乗ずることにより、１つの工具経路における実切削距離を算出する。尚、距離としては、ここで示したように実際の工具の切れ刃が被削物を擦過する距離である実切削距離を用いる方が望ましいが、工具が移動する工具経路長を用いることもできる。 Then, the actual cutting distance in one tool path is calculated by multiplying the actual cutting distance in one rotation by the number of rotations n. As the distance, it is desirable better to use the actual cutting distance cutting edge of actual tool as shown is a distance of abraded workpiece material herein can also be used a tool path length which the tool moves .
上記のようにして図１０に示すフローチャートのステップＳ３が終了し、ステップＳ３に続くステップＳ４では、前記工具の１回転中の切削力（Fx(t),Fy(t)）と、工具の動剛性の逆数であるコンプライアンス伝達関数（Gx(ω),Gy(ω))とから、応答である１回転中の工具たわみ（Dx(t),Dy(t)）を算出する。運動方程式を解くためには例えばルンゲクッタ法などの数値解析法を用いることができる。なお、一般に応答は自由振動と強制振動との和になるが、切削力が数回転、同じ状態で工具に作用すると仮定すれば強制振動のみを考慮すればよい。 Step S3 of the flowchart shown in FIG. 10 is completed as described above, and in step S4 following step S3, the cutting force (Fx (t), Fy (t)) during one rotation of the tool and the movement of the tool are described. From the compliance transfer function (Gx (ω), Gy (ω)), which is the reciprocal of rigidity, the tool deflection (Dx (t), Dy (t)) during one rotation as a response is calculated. In order to solve the equation of motion, for example, a numerical analysis method such as Runge-Kutta method can be used. In general, the response is the sum of free vibration and forced vibration. However, if it is assumed that the cutting force acts on the tool in the same state for several revolutions, only the forced vibration needs to be considered.
このとき、切削力をＦＦＴ処理した結果F(ω)と、コンプライアンス伝達関数G(ω)との積とから、工具たわみをＦＦＴ処理した結果D(ω)＝G(ω)F(ω)を得て、その後、これを逆ＦＦＴ処理することにより、工具１回転中の工具たわみ、即ち工具軸周りの回転角位置（工具回転角度）とたわみ量との関係を高速に算出することができる。 At this time, from the product of the FFT processing result F (ω) and the compliance transfer function G (ω), the result of FFT processing of tool deflection D (ω) = G (ω) F (ω) Then, by performing inverse FFT processing on this, the tool deflection during one rotation of the tool, that is, the relationship between the rotation angle position around the tool axis (tool rotation angle) and the deflection amount can be calculated at high speed.
−加工面創成点および加工誤差−
そうして切削力を算出する一方で、ステップＳ５では、加工誤差の予測位置から工具の１刃送り後以降の工具掃引体Ｔ2を書き加える（図１を参照）。こうして書き加えた工具掃引体Ｔ2によって被削物形状Ｗの一部が削り取られるとともに、切削領域の一部も削除され、それらが陰面消去されることで、工具の色が表示される画素領域は非常に小さくなる。
-Machining surface creation point and machining error-
While calculating the cutting force, in step S5, the tool sweep body T2 after the one-blade feeding of the tool is added from the predicted position of the machining error (see FIG. 1). A part of the workpiece shape W is scraped off by the tool sweep body T2 thus added, and a part of the cutting area is also deleted, and the hidden surface is erased so that the pixel area where the color of the tool is displayed is Very small.
この画素領域が加工終了後に残る加工面を表しており、ステップＳ６では色情報から加工面を検出する。なお、被削物形状の領域外は考慮しなくてよいので、被削物形状のＸＹ領域内のみ全ての画素の色情報を読み取って、そのうちから工具の色情報を識別する。色情報としては一般的にＲ，Ｇ，Ｂ，Ａの４つの情報が利用できるので、そのうちの一つ（例えばＡ）に工具を認識するための情報を与えておけばよい。 This pixel area represents the processed surface remaining after the processing is completed. In step S6, the processed surface is detected from the color information. Since it is not necessary to consider the area outside the workpiece shape, the color information of all the pixels is read only within the XY area of the workpiece shape, and the color information of the tool is identified therefrom. As the color information, generally four pieces of information of R, G, B, and A can be used, and information for recognizing the tool may be given to one of them (for example, A).
続いてステップＳ７では、後述するように視野を修正するどうか判別して、必要があれば（ＹＥＳ）ステップＳ８にて視野を修正した上で、前記ステップＳ１，Ｓ５のように工具Ｍやその掃引体Ｔ1，Ｔ2、被削物形状Ｗなどを描画して（再描画）前記ステップＳ６に戻る一方、必要がなければ（ＮＯ）ステップＳ９に進み、前記検出した加工面の情報からこれを切削するときの切れ刃の位置である加工面創成点を特定して、この創成点における工具回転角度θ、工具接角度ｑおよび加工面法線ベクトルｎを算出する。 Subsequently, in step S7, it is determined whether or not the field of view is to be corrected as will be described later. If necessary (YES), the field of view is corrected in step S8, and then the tool M and its sweep are performed as in steps S1 and S5. Drawing the bodies T1, T2, the workpiece shape W, etc. (redrawing) returns to the step S6. If not necessary (NO), the process proceeds to the step S9, and this is cut from the information of the detected machining surface. The machining surface creation point that is the position of the cutting edge at the time is specified, and the tool rotation angle θ, the tool contact angle q, and the machining surface normal vector n at this creation point are calculated.
すなわち、この例では上述したように金型の仕上げ加工を想定しており、仕上げ加工においては所定の表面粗さ以下となるように、細かいピッチで工具経路が作成されるため、加工面として残る画素領域は前記のように非常に小さなものとなる。よって、この画素領域内の或る１点を代表点として、この点を加工する瞬間の工具たわみや工具形状誤差から、加工誤差が決定されると考えることができる。 That is, in this example, as described above, the finishing of the mold is assumed, and the tool path is created with a fine pitch so that the finishing surface has a predetermined surface roughness or less, so that it remains as a processing surface. As described above, the pixel area is very small. Therefore, it can be considered that a machining error is determined from a tool deflection or a tool shape error at the moment of machining this point with a certain point in the pixel region as a representative point.
そこで、例えば前記のように検出した加工面の画像領域における座標（Ｘ，Ｙ座標）の平均値を創成点とし、工具先端の切れ刃の通過軌跡を表す半球面上において、工具回転角度０°の切れ刃位置から創成点Ｃまでの工具回転角度θを求めるとともに、この創成点Ｃから当該半球の中心に向かう線分が工具の回転軸心となす角度である工具接角度ｑを求める。また、その創成点Ｃから半球の中心に向かうベクトルが、加工面の法線ベクトルｎとなる。 Therefore, for example, the average value of the coordinates (X, Y coordinates) in the image area of the machining surface detected as described above is used as the creation point, and the tool rotation angle is 0 ° on the hemisphere representing the trajectory of the cutting edge at the tool tip. A tool rotation angle θ from the cutting edge position to the creation point C is obtained, and a tool contact angle q, which is an angle formed by a line segment from the creation point C toward the center of the hemisphere with the rotation axis of the tool, is obtained. A vector from the creation point C toward the center of the hemisphere is a normal vector n of the machining surface.
それら工具回転角度θや工具接角度ｑは創成点Ｃの座標、即ち工具軸との位置関係から計算することもできるが、この実施形態では、工具の画素の色情報、例えばＲ，Ｇにそれぞれ工具回転角度θ、工具接角度ｑの情報を与えておき、コンピュータ装置１のコマンドで画素の色情報を読み取るだけで、直ちにかつ正確に工具回転角度θや工具接角度ｑが求まるようにしている。 The tool rotation angle θ and the tool contact angle q can also be calculated from the coordinates of the creation point C, that is, the positional relationship with the tool axis. In this embodiment, the color information of the tool pixel, for example, R and G, respectively. Information on the tool rotation angle θ and the tool contact angle q is given, and the tool rotation angle θ and the tool contact angle q can be obtained immediately and accurately simply by reading the pixel color information with a command of the computer device 1. .
すなわち、工具を表す半球面上の各画素は、その色情報Ｒの値が工具回転角度θの変化に応じて徐々に変化する。また、色情報Ｇの値は、半球の中心から工具軸心に沿って下端に向かうに連れて、つまり工具接角度ｑの変化に応じて徐々に変化するようになっている。 That is, for each pixel on the hemisphere representing the tool, the value of the color information R gradually changes according to the change in the tool rotation angle θ. Further, the value of the color information G gradually changes from the center of the hemisphere toward the lower end along the tool axis, that is, according to the change of the tool contact angle q.
そのため、例えば前記のように検出した加工面の画像領域における各画素の色情報Ｒ，Ｇを読み取り、その平均を求めることによって直ちに、加工面創成点Ｃにおける工具の回転角度θや接角度ｑを求めることができる。また、加工面の画像領域における座標（Ｘ，Ｙ座標）の平均値を創成点Ｃとし、この点Ｃの色情報Ｒ，Ｇから工具の回転角度θや接角度ｑを求めることもできる。 Therefore, for example, the color information R and G of each pixel in the image area of the machining surface detected as described above is read and the average is obtained to immediately determine the rotation angle θ and the contact angle q of the tool at the machining surface creation point C. Can be sought. Further, the average value of the coordinates (X, Y coordinates) in the image area of the processing surface is set as the creation point C, and the rotation angle θ and the contact angle q of the tool can be obtained from the color information R, G of this point C.
そうして加工面創成点Ｃにおける工具回転角度θが求まれば、前記ステップＳ４にて求めた工具回転角度θとたわみ量との関係（図６(b)を参照）から創成点での工具たわみ量を求め、この工具たわみ量と加工面法線ベクトルとから加工面法線方向の加工誤差を算出できる（ステップＳ１０）。具体的には加工面創成点における工具たわみベクトル（並進方向のみ考慮する場合は、（Dx(X方向たわみ),Dy(Y方向たわみ),０）と加工面法線単位ベクトルとの内積を計算すればよい。 When the tool rotation angle θ at the machining surface creation point C is obtained in this way, the tool at the creation point is determined from the relationship between the tool rotation angle θ obtained in step S4 and the amount of deflection (see FIG. 6B). A machining error in the machining surface normal direction can be calculated from the deflection amount of the tool and the machining surface normal vector (step S10). Specifically, calculate the inner product of the tool deflection vector at the machining surface creation point (when considering only the translation direction, (Dx (X direction deflection), Dy (Y direction deflection), 0)) and the machining surface normal unit vector. do it.
並行してステップＳ１１では、前記の工具接角度ｑにおける工具形状誤差を用いて、これに起因する加工誤差を算出する。これは、前記のように求めた加工面創成点における工具接角度ｑに対応する工具の形状誤差を、予め測定して記憶してあるテーブルを用いて算出すればよい。 In parallel, in step S11, a machining error resulting from the tool shape error at the tool contact angle q is calculated. This may be calculated using a table in which the shape error of the tool corresponding to the tool contact angle q at the machining surface creation point obtained as described above is measured and stored in advance.
なお、この例では前記の如く、工具たわみや工具形状誤差を加工面における創成点１点の情報から算出しているが、実際に加工面を切削しているときの工具回転角度θや工具接角度ｑは或る範囲を持っているから、この角度毎に加工誤差を算出してもよいし、この範囲内での最大値、或いは平均値などから加工誤差を算出してもよい。つまり、工具たわみなどを算出するために特定する加工面創成位置は１点に限るものでなく、或る程度の広さを持った範囲であってもよい。 In this example, as described above, the tool deflection and the tool shape error are calculated from the information of one creation point on the machining surface. However, the tool rotation angle θ and the tool contact when the machining surface is actually cut are calculated. Since the angle q has a certain range, the machining error may be calculated for each angle, or the machining error may be calculated from the maximum value or the average value within this range. That is, the machining surface creation position specified for calculating the tool deflection or the like is not limited to one point, and may be a range having a certain extent.
−視野の修正−
次に、前記ステップＳ８における視野の修正について具体的に説明する。これは一例として、前記ステップＳ５において工具掃引体Ｔ2を書き加えたときに画像に工具Ｍの色が表示されないときの対応方法である。工具Ｍの色が表示されないのは、最終的に加工面として残る箇所がない場合と、その箇所が描画の際の１画素に満たない場合とがある。すなわち、この例のように下方から視ると、被削物の側壁などを加工している場合には加工面をその法線に対し斜めに視ることになるから、加工面として残る箇所があってもその画素領域が非常に小さくなってしまい、１画素に満たないこともあるのである。
-Correction of visual field-
Next, the visual field correction in step S8 will be specifically described. As an example, this is a method for dealing with a case where the color of the tool M is not displayed on the image when the tool sweep body T2 is added in the step S5. The color of the tool M is not displayed in the case where there is finally no remaining portion as the machining surface and the case where the portion is less than one pixel at the time of drawing. That is, when viewed from the bottom as in this example, when machining the side wall of the workpiece, the machining surface is viewed obliquely with respect to the normal line, so the portion remaining as the machining surface is Even if it exists, the pixel area becomes very small, and it may be less than one pixel.
このような場合の対応方法として、加工誤差の予測に先立つ切削領域の検出結果（ステップＳ２）を利用する。すなわち、上述したように最終的に加工面として残る箇所は切削領域に含まれており、この切削領域は加工面の領域に比べて広いので、これが表示されないことは考えなくてよい。そこで、切削領域があるにも拘わらず加工面が表示されないときには、その切削領域の法線方向に近づくように視点を移動させ、横から視て画像を描画することにより、加工面の画素領域を拡大する。 As a countermeasure method in such a case, the detection result (step S2) of the cutting area prior to the prediction of the machining error is used. That is, as described above, the portion that finally remains as the machining surface is included in the cutting region, and this cutting region is wider than the region of the machining surface, so it is not necessary to consider that this is not displayed. Therefore, when the machining surface is not displayed even though there is a cutting area, the pixel area of the machining surface is drawn by moving the viewpoint so as to approach the normal direction of the cutting area and drawing an image as viewed from the side. Expanding.
或いは、視点はそのままでも切削領域に向かって視野を絞り、１画素当たりの面積を縮小して分解能を上げることにより、言い換えると切削領域を拡大して描画することによって加工面が表示されるようにする。これらのいずれかの手法で視点ないし視野範囲を修正することによって、加工面の見落としを防止できる。 Alternatively, the processing surface can be displayed by narrowing the field of view toward the cutting area and reducing the area per pixel to increase the resolution, in other words, by enlarging and drawing the cutting area even if the viewpoint remains unchanged. To do. By correcting the viewpoint or field-of-view range by any of these methods, it is possible to prevent the processing surface from being overlooked.
なお、工具接角度ｑが大きくなれば、加工面が表示されていてもその画素数は少なくなるので、計算誤差が大きくなるとも考えられる。そこで、Ｚ軸負方向からの画像において工具（切れ刃の通過軌跡）の外周付近に切削領域があり、工具接角度ｑが大きいと考えられる場合（例えば６０°を超える場合）には、加工面が見える見えないに拘わらず、前記と同様に視点を変更したり拡大して表示したりすることで、より高精度な算出を行える。 Note that if the tool contact angle q is increased, the number of pixels is reduced even if the processed surface is displayed, so that the calculation error may be increased. Therefore, when there is a cutting region near the outer periphery of the tool (passage trajectory of the cutting edge) in the image from the negative Z-axis direction and the tool contact angle q is considered to be large (for example, exceeding 60 °), the machining surface Regardless of whether it is visible or not, it is possible to perform calculation with higher accuracy by changing the viewpoint or displaying the enlarged image in the same manner as described above.
この例ではステップＳ１において、加工誤差の予測位置における工具Ｍと、その手前までの工具掃引体Ｔ1と、被削物形状Ｗとを描画し、その後のステップＳ５において予測位置以降の工具掃引体Ｔ2を描き加えるようにしている。 In this example, in step S1, the tool M at the predicted position of the machining error, the tool sweep T1 up to that point, and the workpiece shape W are drawn, and in the subsequent step S5, the tool sweep T2 after the predicted position. Is added.
また、ステップＳ６は、前記ステップＳ５において工具掃引体Ｔ2が描き加えられた後に画像平面において工具Ｍが表示されている画素領域を、加工終了後も残る加工面として検出する加工面検出ステップに相当し、ステップＳ９〜Ｓ１１は、その加工面の創成点を特定して、ここにおける工具の形状誤差やたわみ量から加工誤差を推定演算する加工誤差を予測するステップ（手段）に相当する。 Step S6 corresponds to a machining surface detection step of detecting a pixel area in which the tool M is displayed on the image plane after the tool sweep body T2 has been drawn in step S5 as a machining surface remaining after machining. Steps S9 to S11 correspond to steps (means) for identifying a creation point of the machining surface and predicting a machining error for estimating a machining error from a tool shape error and a deflection amount.
（工具経路の修正）
最後に工具経路の修正について簡単に述べる。ＮＣデータにおいて工具経路は通常、Ｘ,Ｙ,Ｚの直交座標系の多数の構成点を結ぶ直線、或いは円弧によって指定されており、上述したように予測した加工誤差と反対の向きに構成点を移動させれば、工具経路を適切に修正することができる。すなわち、この実施形態において加工誤差は、工具経路を構成する多数のパスのそれぞれについて算出しており、図１１に示すように、修正する構成点はその前後のパスの交点であるから、前後２つのパスにおける加工誤差の予測結果を用いて構成点を修正すればよい。
(Tool path correction)
Finally, the tool path correction will be briefly described. In NC data, the tool path is usually specified by a straight line or arc connecting many constituent points in the X, Y, Z orthogonal coordinate system, and the constituent points are set in the opposite direction to the predicted machining error as described above. If moved, the tool path can be appropriately corrected. That is, in this embodiment, the machining error is calculated for each of a large number of paths constituting the tool path, and as shown in FIG. 11, the correction point is the intersection of the paths before and after that. The constituent points may be corrected using the prediction results of the machining errors in one pass.
具体的には、まず、前後２つのパスのそれぞれで、加工誤差の大きさ（正負有り）を有し加工面法線方向の加工誤差ベクトルＥ(i)，Ｅ(j)を考え、この加工誤差ベクトルＥ(i)，Ｅ(j)と大きさが等しく、逆向きの修正基準ベクトルＥ'(i)，Ｅ'(j)を算出する。そして、それらの和の向きに修正ベクトルＥ'(i+j)の向きを設定する。この修正ベクトルＥ'(i+j)の大きさは、修正による前後２つのパスの移動と各々の修正基準ベクトルＥ'(i)，Ｅ'(j)との差ができるだけ小さくなるように決定すればよい。なお、円弧移動経路の場合は、直線移動工具経路の集合としてこれらの計算を行い、最小２乗法などを用いて修正円弧を求めることにより、修正することができる。つまり、本実施形態にかかる装置は、加工誤差の予測値に基づいて加工誤差が小さくなるように工具経路を修正する経路修正手段を備えている。尚、この経路修正手段は本装置から省き、他の装置に搭載してもよい。 Specifically, first, in each of the two front and rear passes, machining error vectors E (i) and E (j) having machining error magnitudes (positive and negative) in the normal direction of the machining surface are considered. The correction reference vectors E ′ (i) and E ′ (j) having the same magnitude as the error vectors E (i) and E (j) and opposite directions are calculated. Then, the direction of the correction vector E ′ (i + j) is set in the direction of the sum. The magnitude of the correction vector E ′ (i + j) is determined so that the difference between the movement of the two paths before and after the correction and the respective correction reference vectors E ′ (i) and E ′ (j) is as small as possible. do it. In the case of an arc movement path, it can be corrected by performing these calculations as a set of linear movement tool paths and obtaining a correction arc using the least square method or the like. That is, the apparatus according to the present embodiment includes path correction means for correcting the tool path so that the machining error is reduced based on the predicted value of the machining error. Note that this route correcting means may be omitted from the present apparatus and mounted in another apparatus.
以上説明したように、この実施形態によれば、微小切れ刃が切削中か否かのみを判定することによって、実切削距離を算出することができる。従って、非特許文献１のようなＺ−ｍａｐモデルを作成する場合に比べて、高精度な実切削距離の算出を少ないメモリ容量で行うことができる。 As described above, according to this embodiment, the actual cutting distance can be calculated only by determining whether or not the minute cutting edge is being cut. Therefore, compared to the case of creating a Z-map model as in Non-Patent Document 1, it is possible to calculate the actual cutting distance with high accuracy with a small memory capacity.
また、工具の摩耗により切削力が増大することを考慮して加工誤差を予測することができるので、加工誤差の予測結果が正確なものとなる。この予測した加工誤差に基づいて工具経路を修正することにより、加工誤差を低減して加工後の修正に要する工数、時間を削減することができる。また、予測結果を用いて工具交換の適切なタイミングを設定することもできる。 In addition, since the machining error can be predicted in consideration of an increase in the cutting force due to the wear of the tool, the prediction result of the machining error becomes accurate. By correcting the tool path based on the predicted machining error, it is possible to reduce the machining error and reduce the man-hours and time required for correction after machining. In addition, it is possible to set an appropriate timing for tool replacement using the prediction result.
（他の実施形態）
本発明に係る加工誤差の予測の具体的な手法は前記実施形態のものに限定されず、例えば加工誤差の予測は金型の仕上げ加工工程に限らず、荒加工工程や中仕上げ加工工程にも適用できる。その場合は、１つの直線移動経路中の加工状態を判断して、加工状態によって予測箇所を増やすようにしてもよい。勿論、金型以外の種々の切削加工に適用することもできる。
(Other embodiments)
The specific method for predicting the machining error according to the present invention is not limited to that of the above-described embodiment. For example, the prediction of the machining error is not limited to the finishing process of the mold, but also to the roughing process and the intermediate finishing process. Applicable. In that case, the machining state in one linear movement path may be determined, and the number of predicted locations may be increased depending on the machining state. Of course, the present invention can be applied to various cutting processes other than the mold.
また、工具の画素に持たせる情報は工具回転角度θ、工具接角度ｑに限らず、別の形式の座標情報でもよい。一例として色情報Ｒに工具接角度ｑを持たせる一方、ＧにはＸ座標、ＢにはＹ座標としてもよい。さらに、色情報ではなく他の画素情報も利用可能である。 Further, the information to be given to the pixel of the tool is not limited to the tool rotation angle θ and the tool contact angle q, but may be other types of coordinate information. As an example, the color information R may have a tool contact angle q, while G may be an X coordinate and B may be a Y coordinate. Further, other pixel information can be used instead of color information.
また、前記の実施形態では、加工誤差を予測する位置の工具Ｍと被削物形状Ｗとの他に、その予測位置の１刃送り手前までの工具掃引体Ｔ1と、１刃送り後以降の工具掃引体Ｔ2とを描画するようにしており、これが基本であるが、工具掃引体Ｔ1，Ｔ2は、例えば２〜３刃送り手前までのものや２〜３刃送り以降のものとしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, in addition to the tool M at the position where the machining error is predicted and the workpiece shape W, the tool sweep body T1 up to the one-blade feed before the predicted position and the ones after the one-blade feed The tool sweep body T2 is drawn, and this is basic, but the tool sweep bodies T1 and T2 may be, for example, those before 2 to 3 blade feeding or those after 2 or 3 blade feeding.
さらに、前記の実施形態では、加工に用いる工具として主にボールエンドミルを想定して説明しており、この場合は切れ刃の通過軌跡を近似的に半球面で表すことになるが、勿論、ボールエンドミル以外の回転工具（例えばラジアスエンドミル、スクエアエンドミルなど）も想定される。この場合に、切れ刃の通過軌跡はその形状に応じた種々の形状に近似されるが、いずれも工具の回転軸心を中心とする軸対称形状となる。また、当然ながら、工具掃引体も工具の形状に応じて構成される。 Furthermore, in the above-described embodiment, the description has been made mainly assuming a ball end mill as a tool used for processing. In this case, the trajectory of the cutting edge is approximately represented by a hemispherical surface. Rotating tools other than end mills (eg radius end mills, square end mills, etc.) are also envisaged. In this case, the passing trajectory of the cutting edge is approximated to various shapes according to the shape, and all of them have an axisymmetric shape centered on the rotation axis of the tool. Of course, the tool sweeper is also configured according to the shape of the tool.
以下に、この実施形態の予測装置を用いて実際に、切削加工の誤差を予測した例について説明する。実施したのは図１２に示すような金型モデルの加工であり、加工方法は、いわゆる等高線加工ダウンカットであり、上から下（底部）へ順に加工していく方法である。加工終了時の微小切れ刃毎の実切削距離の計算結果を図１３に示す。 Below, the example which actually estimated the error of cutting using the prediction device of this embodiment is explained. What has been implemented is machining of a mold model as shown in FIG. 12, and the machining method is a so-called contour line downcut, which is a method of machining in order from top to bottom (bottom). FIG. 13 shows the calculation result of the actual cutting distance for each minute cutting edge at the end of machining.
実施例にかかる工具は、ラジアスエンドミル（チップ式）、径は２０ｍｍ、長さは１２０ｍｍ、先端部のＲは１ｍｍ、刃数は２枚である。また、被削物の材質はＳ５５Ｃ、大きさは１００×８０×深さ１００ｍｍである。 The tool according to the example has a radius end mill (chip type), a diameter of 20 mm, a length of 120 mm, a tip end R of 1 mm, and a number of blades of two. The material of the work was S55C, the size is 100 × 80 × depth 100 mm.
切削条件としては、主軸回転数は２７００ｍｉｎ−１、送り速度は１３００ｍｍ／ｍｉｎ、切込みＮｄは０．２ｍｍ、Ｚ方向ピッチＡｄは０．５ｍｍ、切削様式は上記した等高線ダウンカット、切削油はドライである。 Cutting conditions are as follows: spindle speed is 2700 min −1 , feed rate is 1300 mm / min, cutting Nd is 0.2 mm, Z-direction pitch Ad is 0.5 mm, the cutting style is the above-mentioned contour downcut, and the cutting oil is dry. is there.
加工誤差の予測は以下の３通りで行った。
１．従来方法１
従来方法１は、上記特許文献２の方法を用いた予測方法であり、切削力及び工具形状が摩耗によって変化しないものとして予測する方法である。
２．従来方法２
従来方法２は、上記特許文献２及び特許文献３を組み合わせた予測方法であり、切削力は摩耗によって変化せず、工具形状が摩耗によって変化するとして予測する方法である。
３．本発明
従来方法２に加えて、切削力が工具の摩耗によって変化することを考慮して予測する方法である。すなわち、従来方法１，２は切削力の計算に式（１）を使用しているが、本発明では、式（２）を使用して計算している。
The processing error was predicted in the following three ways.
1. Conventional method 1
The conventional method 1 is a prediction method using the method of the above-mentioned Patent Document 2, and predicts that the cutting force and the tool shape do not change due to wear.
2. Conventional method 2
The conventional method 2 is a prediction method combining the above-described Patent Document 2 and Patent Document 3, and is a method of predicting that the cutting force does not change due to wear and the tool shape changes due to wear.
3. In addition to the conventional method 2, the present invention is a prediction method that takes into account that the cutting force changes due to tool wear. That is, the conventional methods 1 and 2 use the formula (1) for calculating the cutting force, but in the present invention, the calculation is performed using the formula (2).
尚、切削力係数は、加工前後の切削力の測定値を用いて、新品工具と摩耗した工具とで予側値と測定値とが一致するように決定した（図１４参照）。この実施例で使用する工具は、ねじれ角０゜の工具であり、Ｆａの成分の力は無視できるため、この係数（Ｋａｅｓ，Ｋａｃ，Ｋａｅｃ）は０として、他の６つの係数を決定した。 The cutting force coefficient was determined using the measured values of the cutting force before and after machining so that the preliminary value and the measured value coincided between the new tool and the worn tool (see FIG. 14). The tool used in this example is a tool having a helix angle of 0 °, and the force of the component of Fa can be ignored. Therefore, this coefficient (Kaes, Kac, Kaec) was set to 0, and the other six coefficients were determined.
また、特許文献３で示されている摩耗量（工具形状の変化量）は、加工前と加工後の回転中の工具径を、複数断面で測定して、それらの差からそれぞれの箇所での摩耗量を求め、摩耗量が実切削距離に比例して増大すると仮定して予測した。図１５に加工誤差の測定値と予測値とを示す。 In addition, the amount of wear (the amount of change in the tool shape) shown in Patent Document 3 is determined by measuring the tool diameter during rotation before and after machining in multiple cross sections, and calculating the difference at each location from these differences. The amount of wear was determined and predicted assuming that the amount of wear increased in proportion to the actual cutting distance. FIG. 15 shows measured values and predicted values of processing errors.
この結果、従来方法１、２では、切削が進行するにつれて予測精度が悪化しており、従来方法２のように工具の摩耗による切削力の変化を考慮せず、形状変化のみを考慮して求めたとしても、予測精度は低い。本発明では、切削開始から終了まで精度良く誤差を予測できる。 As a result, in the conventional methods 1 and 2, the prediction accuracy deteriorates as the cutting progresses, and as in the conventional method 2, the change in the cutting force due to tool wear is not taken into consideration, and only the change in shape is taken into consideration. Even so, the prediction accuracy is low. In the present invention, an error can be predicted with high accuracy from the start to the end of cutting.
また、図１６には、予測結果をもとにして工具経路を修正して加工した結果を示している。ＣＡＭから出力されたＮＣデータでそのまま加工したもの（修正無し）では、最大加工誤差が４８．８μｍであり、従来方法１によって工具経路を修正したものでは最大加工誤差２７．７μｍであるのに対し、本発明にかかる方法で修正した工具経路で加工すると、６．９μｍの誤差となっており、高精度な加工が行えることが確認された。 FIG. 16 shows the result of machining with the tool path corrected based on the prediction result. In the case of machining the NC data output from the CAM as it is (without correction), the maximum machining error is 48.8 μm, and in the case of correcting the tool path by the conventional method 1, the maximum machining error is 27.7 μm. When machining with the tool path corrected by the method according to the present invention, an error of 6.9 μm was obtained, and it was confirmed that high-precision machining could be performed.
以上説明したように、本発明は、例えば金型等を製造する場合に適用できる。 As described above, the present invention can be applied to, for example, manufacturing a mold or the like.
Claims (5)
上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力ステップと、A data input step for inputting predetermined data including information on the shape of the work piece before machining by the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path by the feed of the tool;
上記データ入力ステップの後、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成ステップと、After the data input step, a minute cutting edge generation step of virtually dividing the cutting edge of the tool into a plurality of minute blades to generate a virtual minute cutting edge;
上記微小切れ刃生成ステップで生成した上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出ステップと、An actual cutting distance calculating step for obtaining an actual cutting distance, which is a length for cutting the workpiece, for each virtual cutting edge generated in the minute cutting edge generation step;
上記実切削距離算出ステップの後、上記実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測ステップと、After the actual cutting distance calculation step, a cutting force prediction step for predicting a cutting force by the tool using a relational expression set in advance as a function of the actual cutting distance;
上記切削力予測ステップで予測した切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測するステップとを含むことを特徴とする加工誤差予測方法。And a step of predicting a machining error based on the deflection of the tool due to the cutting force predicted in the cutting force prediction step.
上記実切削距離算出ステップでは、上記仮想の微小切れ刃が所定の微小角度回転する毎に、上記被削物を切削しているか否か判定し、切削中であると判定されたときには、微小角度の回転による上記微小切れ刃の移動距離を求め、これを切削加工開始から加工誤差の予測位置まで積算して実切削距離を得ていくことを特徴とする加工誤差予測方法。In the actual cutting distance calculating step, every time the virtual minute cutting edge rotates by a predetermined minute angle, it is determined whether or not the workpiece is being cut. A machining error predicting method characterized in that a moving distance of the fine cutting edge by rotation of the workpiece is obtained, and this is integrated from the start of cutting to a predicted position of machining error to obtain an actual cutting distance.
上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力手段と、Data input means for inputting predetermined data including information on the shape of the workpiece before machining with the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path by feeding the tool;
上記データ入力手段によって入力された上記所定データに基づいて、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成手段と、Based on the predetermined data input by the data input means, a fine cutting edge generating means for virtually dividing the cutting edge of the tool into a plurality of fine blades to generate a virtual fine cutting edge;
上記微小切れ刃生成手段で生成した上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出手段と、Actual cutting distance calculating means for obtaining an actual cutting distance that is a length for cutting the workpiece for each virtual minute cutting edge generated by the minute cutting edge generating means;
上記実切削距離算出手段で得た実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測手段と、A cutting force predicting means for predicting a cutting force by the tool using a relational expression set in advance as a function of the actual cutting distance obtained by the actual cutting distance calculating means;
上記切削力予測手段で予測した切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測する手段とを含むことを特徴とする加工誤差予測装置。Means for predicting a machining error based on the deflection of the tool due to the cutting force predicted by the cutting force prediction means.
上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力ステップと、A data input step for inputting predetermined data including information on the shape of the work piece before machining by the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path by the feed of the tool;
上記データ入力ステップの後、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成ステップと、After the data input step, a minute cutting edge generation step of virtually dividing the cutting edge of the tool into a plurality of minute blades to generate a virtual minute cutting edge;
上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出ステップと、An actual cutting distance calculating step for obtaining an actual cutting distance that is a length for cutting the work piece for each virtual minute cutting edge;
上記実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測ステップと、A cutting force prediction step for predicting a cutting force by the tool using a relational expression set in advance as a function of the actual cutting distance;
上記切削力予測ステップで得た切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測する加工誤差予測ステップと、A machining error prediction step for predicting a machining error based on the deflection of the tool due to the cutting force obtained in the cutting force prediction step;
上記加工誤差予測ステップで得られた加工誤差の予測値に基づいて、加工誤差が小さくなるように工具の移動経路を修正する経路修正ステップとを備えていることを特徴とする工具経路修正方法。A tool path correcting method comprising: a path correcting step for correcting a moving path of the tool so as to reduce the processing error based on the predicted value of the processing error obtained in the processing error prediction step.
上記工具による加工前の被削物の形状、該工具の切れ刃形状、及び該工具の送りによる移動経路の情報を含む所定データを入力するデータ入力手段と、Data input means for inputting predetermined data including information on the shape of the workpiece before machining with the tool, the shape of the cutting edge of the tool, and the movement path by feeding the tool;
上記データ入力手段によって入力された上記所定データに基づいて、上記工具の切れ刃を仮想的に複数の微小な刃に分割して仮想の微小切れ刃を生成する微小切れ刃生成手段と、Based on the predetermined data input by the data input means, a fine cutting edge generating means for virtually dividing the cutting edge of the tool into a plurality of fine blades to generate a virtual fine cutting edge;
上記仮想の微小切れ刃毎に、上記被削物を切削する長さである実切削距離を得る実切削距離算出手段と、Actual cutting distance calculating means for obtaining an actual cutting distance that is a length for cutting the work piece for each virtual minute cutting edge;
上記実切削距離の関数として予め設定された関係式を用いて上記工具による切削力を予測する切削力予測手段と、A cutting force prediction means for predicting a cutting force by the tool using a relational expression set in advance as a function of the actual cutting distance;
上記切削力予測手段で得た切削力による工具のたわみに基づいて加工誤差を予測する加工誤差予測手段と、Machining error prediction means for predicting a machining error based on the deflection of the tool due to the cutting force obtained by the cutting force prediction means;
上記加工誤差予測手段で得られた加工誤差の予測値に基づいて、加工誤差が小さくなるように工具の移動経路を修正する経路修正手段とを備えていることを特徴とする工具経路修正装置。A tool path correcting device, comprising: a path correcting unit that corrects a moving path of a tool so that a machining error is reduced based on a predicted value of the machining error obtained by the machining error predicting unit.
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