JP2021096592A - Ｎｃデータ生成装置、およびｎｃデータ生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】加工時間の短いＮＣデータの作成。【解決手段】加工工具２１０を用いて加工対象２００から製品２２０を製造するためのＮＣデータ生成装置１００であって、回転軸方向の端面により加工対象２００を荒加工する加工工具２１０の工具情報を取得する工具情報取得部１１０と、加工対象２００の形状を示す対象情報、製品２２０の形状を示す製品情報に基づき荒加工領域２０１を取得する領域取得部１２０と、回転軸方向に加工工具２１０を進出させ荒加工領域２０１の一部を荒加工領域２０１に対応する深さまで除去し、加工工具２１０を後退させ荒加工領域２０１外に加工工具２１０を抜き出し、回転軸と交差する方向において、工具情報に基づき加工工具２１０を移動させる単位工程を複数回繰り返す加工工具２１０の経路を示す加工情報を作成する荒加工情報作成部１３０と、を備えるＮＣデータ生成装置１００。【選択図】図２

Description

本発明は、加工装置により加工対象を加工するために用いられるＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置、およびＮＣデータ生成プログラムに関する。

ＮＣ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）加工装置を用いて加工対象を所望の製品形状に加工する場合、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）などを用いて加工前の加工対象の三次元形状を示すＣＡＤデータと、製品形状のＣＡＤデータとを作成し、これらのデータなどをＣＡＭ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：コンピュータ支援製造）に与えることにより、加工作業などが示されるＮＣデータが作成される。ＮＣデータを実際の加工に適用するには、加工装置の特性や加工対象の形状の誤差などが存在するため、シミュレーションや試験的な加工を実施し試行錯誤を繰り返し加工作業の最適化を図ることがある。

例えば特許文献１には、加工対象の形状を示すデータと先に生成されたＮＣデータとに基づきシミュレーションを行い、加工工具が加工対象に食い込む量を検出し、加工工具に大きな負荷が発生しないように加工工具の位置を自動的に修正してＮＣデータの最適化を図る技術が記載されている。

特開２００９−２６６０００号公報

ＮＣデータの最適化において、加工時間の短縮も重要なパラメータの１つである。加工時間を短縮させる方法としては、工具の送り速度を大きくすることや、工具経路を修正することでエアカットを低減する方法が挙げられるが、本発明者は、荒加工の加工時間に着目した。

本発明は、発明者の知見に基づきなされたものであり、加工時間の短縮化を図る事ができるＮＣデータ生成装置、およびＮＣデータ生成プログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つであるＮＣデータ生成装置は、加工工具を用いて加工対象から製品を製造するためのＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置であって、回転軸方向の端面により加工対象を荒加工する加工工具に関する工具情報を取得する工具情報取得部と、加工対象の形状を示す対象情報、および製品の形状を示す製品情報に基づき荒加工により除去する領域である荒加工領域を取得する領域取得部と、回転軸方向に前記加工工具を進出させ前記荒加工領域の一部を前記荒加工領域に対応する深さまで除去し、前記加工工具を後退させ前記荒加工領域外に前記加工工具を抜き出し、回転軸と交差する方向において、工具情報に基づき前記加工工具を移動させる単位工程を複数回繰り返す前記加工工具の経路を示す加工情報を作成する荒加工情報作成部と、を備える。

また上記目的を達成するために、本発明の１つであるＮＣデータ生成プログラムは、加工工具を用いて加工対象から製品を製造するためのＮＣデータを生成するＮＣデータ生成プログラムであって、回転軸方向の端面により加工対象を荒加工する加工工具に関する工具情報を取得する工具情報取得部と、加工対象の形状を示す対象情報、および製品の形状を示す製品情報に基づき荒加工により除去する領域である荒加工領域を取得する領域取得部と、回転軸方向に前記加工工具を進出させ前記荒加工領域の一部を前記荒加工領域に対応する深さまで除去し、前記加工工具を後退させ前記荒加工領域外に前記加工工具を抜き出し、回転軸と交差する方向において、工具情報に基づき前記加工工具を移動させる単位工程を複数回繰り返す前記加工工具の経路を示す加工情報を作成する荒加工情報作成部と、をコンピュータに機能させる。

本発明によれば、荒加工において加工工具の負担を抑制しつつ加工工具の送り量を増加させることが可能になり荒加工の時間の短縮化を図る事ができる。

図１は、加工対象と加工後の製品とを並べて示す斜視図である。 図２は、ＮＣデータ生成プログラムにより実現されるＮＣデータ生成装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は、単位工程における初期段階を示す断面図である。 図４は、単位工程における進出状態を示す断面図である。 図５は、単位工程における加工工具を荒加工領域から抜き出した状態を示す断面図である。 図６は、単位工程における加工工具を横方向に移動させる状態を示す断面図である。 図７は、複数の単位工程を並べて示す断面図である。 図８は、回転軸と垂直な面における加工工具の進出位置のパターン１を示す平面図である。 図９は、製品に曲面が存在する場合の加工情報の一部を示す断面図である。 図１０は、回転軸と垂直な面における加工工具の進出位置のパターン２を示す平面図である。 図１１は、回転軸と垂直な面における加工工具の進出位置のパターン３を示す平面図である。

以下に、本発明に係るＮＣデータ生成装置、およびＮＣデータ生成プログラムの実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の位置関係、および接続状態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、各請求項に係る発明を限定する主旨ではない。以下では複数の発明を一つの実施の形態として説明する場合があるが、請求項に記載されていない構成要素については、その請求項に係る発明に関しては任意の構成要素であるとして説明している。また、図面は、本発明を説明するために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、加工対象と加工後の製品とを並べて示す斜視図である。加工対象２００は、加工工具２１０によって加工が施されて所定の形状の製品２２０になる素材である。加工対象２００の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、図１の上段に示すように、立方体として説明する。なお、説明のため、加工対象２００、および製品２２０は単純な直線で構成された階段状の形状で記載しているが、例えば、製品２２０などは滑らかな曲線を備えるような複雑な形状であってもかまわない。

加工工具２１０は、回転により加工対象２００を荒加工する工具であり、回転軸の一端面部において加工対象２００を加工する。加工工具２１０は、加工対象２００に対し回転軸方向に相対的に移動し、回転する一端面部を加工対象２００に突き当てることにより加工対象２００を加工する。

本実施の形態の場合、加工工具２１０としては、回転軸と垂直な面内において回転する刃を一端に有し周面には加工能力が備わっていないいわゆるフラットドリルの使用が想定されている。また、加工工具２１０として、第一加工工具２１１、および第一加工工具２１１よりも径の細い第二加工工具２１２など順次用いる加工工程が採用されている。

なお、加工工具２１０としては、回転軸の一端面ばかりでなく、周面を用いて加工するものでも構わない。加工工具２１０は、フラットドリルばかりで無く、先端が尖ったドリル、スクエアエンドミル（普通刃）、ボールエンドミルなどを用いてもかまわない。また、切削工具ばかりでなく、研削工具、研磨工具などを用いることもできる。

図２は、ＮＣデータ生成プログラムにより実現されるＮＣデータ生成装置の機能構成を示すブロック図である。ＮＣデータ生成装置１００は、加工対象２００の形状、および製品２２０の形状に基づき加工装置において加工工具２１０が移動するＸＹＺなどの座標位置の値や加工工具２１０の送り速度（送り量）などを示す数値データであるＮＣデータを生成する装置である。ＮＣデータ生成装置１００は、ＮＣデータ生成プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。ＮＣデータ生成装置１００は、工具情報取得部１１０と、領域取得部１２０と、荒加工情報作成部１３０と、を備えている。本実施の形態の場合、ＮＣデータ生成装置１００は、仕上げ情報作成部１４０を備えている。

工具情報取得部１１０は、回転軸方向の端面により加工対象２００を荒加工する加工工具に関する工具情報を取得する。工具情報には少なくとも加工工具２１０の径を示す情報が含まれる。工具情報には加工工具２１０の加工可能深さを示す情報、加工に寄与する先端部の形状を示す情報などが含まれていてもよい。本実施の形態の場合、工具情報取得部１１０は、キーボード、タッチパネルなどのマンマシンインターフェースである入力部１０１などから工具情報を取得する。

本実施の形態の場合、工具情報取得部１１０は、第一加工工具２１１の工具情報、および第二加工工具２１２の工具情報を取得する。なお、工具情報取得部１１０は、予め複数種類の工具情報を取得しておき、これらの中から荒加工に使用する加工工具２１０を作業者の選択により取得するものでもかまわない。複数の工具情報の中から最適な加工工具２１０を工具情報取得部１１０が選定してもかまわない。

領域取得部１２０は、加工対象２００の形状を示す対象情報、および製品２２０の形状を示す製品情報に基づき荒加工により除去する領域である荒加工領域２０１（図３参照）を取得する処理部である。本実施の形態の場合、領域取得部１２０は、形状取得部１２１と、領域作成部１２２と、を備えている。

形状取得部１２１は、外部機器３００であるＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）システムなどから対象情報、および製品情報を取得する処理部である。

領域作成部１２２は、図３の断面図で示すように、取得した対象情報、および製品情報から荒加工領域２０１を作成する処理部である。なお、本実施の形態の場合、領域取得部１２０は、自ら荒加工領域２０１を作成しているが、荒加工領域２０１を作成することができる外部機器３００などから荒加工領域２０１を取得してもかまわない。また、領域作成部１２２は、工具情報取得部１１０から工具情報を取得し、製品２２０の張り出した部分などによって加工工具２１０が到達できない領域を荒加工領域２０１から除外してもかまわない。また、加工工具２１０が到達できない領域が加工工具２１０に対する加工対象２００の相対的な姿勢を変更することにより加工工具２１０を到達させることができる場合、加工対象２００の姿勢を示す情報を含めた荒加工領域２０１を生成してもかまわない。

荒加工情報作成部１３０は、次のような加工情報を作成する。まず、図３に示すように、回転軸２１３の方向に加工工具２１０を加工対象２００に向かって進出させる情報を作成する。次に図４に示すように、荒加工領域２０１の一部を荒加工領域２０１に対応する深さまで除去する情報を作成する。なお、荒加工領域２０１に対応する深さとは、仕上げ加工を考慮した深さであり、また加工工具２１０の先端形状を考慮して加工工具２１０のいずれの部分も製品２２０には到達しない深さである。次に図５に示すように、加工工具２１０を回転軸２１３に沿って後退させ荒加工領域２０１外に加工工具２１０を抜き出す情報を作成する。次に、図６に示すように、回転軸２１３と交差する方向（図中Ｙ軸方向など）において、工具情報に基づき加工工具２１０を移動させる情報を作成する。以上の進出、後退、横移動を含む単位工程２１４を複数回繰り返して荒加工領域２０１を除去する加工工具２１０の経路を示す加工情報を荒加工情報作成部１３０が作成する。

本実施の形態の場合、第一加工工具２１１の工具情報に基づき、第一加工情報を作成する。そして、仮想的に荒加工領域２０１を第一加工情報に基づき除去して残存した荒加工領域２０１に対し、上記と同様に回転軸方向に第二加工工具２１２を進出させ残存する荒加工領域２０１の一部を荒加工領域２０１に対応する深さまで除去し、第二加工工具２１２を後退させ荒加工領域２０１外に第二加工工具２１２を抜き出し、回転軸と交差する方向において、第二加工工具２１２を移動させる第二単位工程を複数回繰り返し荒加工情報作成部１３０は、第二加工情報を作成する。このように、異なる径の加工工具２１０を用い、径の太い加工工具２１０から順に加工する加工情報を作成することにより、径の太い加工工具２１０で高速に荒加工領域２０１を除去した後、比較的径の細い加工工具２１０を用いて比較的遅い速度で残存領域を除去することで、仕上げ加工を行う領域を小さくすることができ、全体として加工時間の短縮化を図る事が可能となる。

荒加工情報作成部１３０が加工情報を作成するにあたり、回転軸と交差する方向における加工工具２１０の移動量Ｒは、図８に示すように、工具情報から取得した加工工具２１０の直径の５０％以上、８０％以下の範囲で設定されることが好ましい。なお、製品２２０の形状により加工工具２１０の直径の５０％未満の移動量Ｒで移動する単位工程の存在を否定するものではない。これによれば、回転軸方向に延在する柱状の残存部分の発生を抑制しつつ、１回の単位工程において除去する領域の体積を大きくすることができ、効率よく荒加工領域２０１を除去することが可能となる。

また、加工工具２１０が移動する回転軸と交差する方向は、加工情報が適用される加工装置の直線加工軸にそれぞれ対応する複数のモータのうちの１つのみで移動させることができる方向であることが好ましい。

直線加工軸とは、回転軸、および傾斜軸とは異なる軸であり、加工装置が備える複数のモータの中の一つのモータによって加工工具２１０を直線的に移動させることができる軸である。本実施の形態の場合、加工装置は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に直線加工軸を備えている。従って荒加工情報作成部１３０は、加工工具２１０をＸ軸、またはＹ軸に沿って移動するように単位工程を作成する。

また、加工工具２１０を抜き出す位置、つまり単位工程において加工工具２１０が位置する最も高い位置（図中Ｚ軸において）は、図７に示すように加工工具２１０の回転軸に垂直、かつ加工対象２００に交差することなく当接する面２０３（加工対象２００の接面）に対し加工対象２００と逆側の位置であって、複数の前記単位工程は同じ位置に設定している。これにより、加工情報を作成する際の処理量を抑制することができ効率的にＮＣデータを作成することが可能となる。

仕上げ情報作成部１４０は、工具情報取得部１１０から仕上げ加工用の加工工具、例えばエンドミルの工具情報を取得し、加工情報に基づき仮想的に荒加工領域２０１を除去して残存した領域に対し、仕上げ加工するエンドミルの軌跡などを示す仕上げ情報を作成する。仕上げ情報は、従来の走査線加工、等高線加工などに基づき生成すればよい。仕上げ情報は、荒加工領域２０１が除去された残存領域に対して作成されるため、エンドミルが除去する領域は小さい。従って、比較的ゆっくり領域を除去する仕上げ工程を短くすることができ、全体として加工工程を短縮化することができる。

以上のＮＣデータ生成プログラムをＮＣデータ生成装置１００で実行することにより、回転軸方向に加工工具２１０を移動させて荒加工を行う加工情報が生成される。これにより加工工具２１０の負荷を抑制しつつ高速に荒加工を実施することができ、ＮＣデータによる全体の加工時間の短縮化を図ることができる。

また、剛性が小さい加工装置、最大送り速度が小さい加工装置、最大工具回転数が小さい装置など低スペックな加工装置においても高効率な荒加工を実施することができ、製品２２０の生産効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、荒加工用の加工工具２１０としてフラットドリルを例示して説明したが、荒加工用の加工工具２１０としてスクエアエンドミルなどを用いてもかまわない。

また、図９に示すように製品２２０に曲面が存在している場合、荒加工情報作成部１３０は、加工工具２１０の先端形状に基づき加工工具２１０をどの位置まで突出させるかを導出する。

また、回転軸と垂直な面における加工工具２１０の進出位置のパターンは、図８に示すような矩形の格子状に限定されるものではなく、荒加工領域２０１に回転軸に沿った柱状部分の残存を抑制できるパターンであれば任意のパターンを採用することができる。例えば図１０に示すように千鳥状の配置パターンでもかまわない。また、図１１に示すように、回転軸と垂直な面において隣り合う単位工程の回転軸を結ぶと正三角形となる配置パターンなどでもかまわない。なお、製品２２０に接触する荒加工領域２０１においては柱状の部分は残存する。

本発明は、ＮＣ加工装置に提供されるＮＣデータの生成に利用可能である。

１００ データ生成装置
１０１ 入力部
１１０ 工具情報取得部
１２０ 領域取得部
１２１ 形状取得部
１２２ 領域作成部
１３０ 荒加工情報作成部
１４０ 情報作成部
２００ 加工対象
２０１ 荒加工領域
２０３ 面
２１０ 加工工具
２１１ 第一加工工具
２１２ 第二加工工具
２１３ 回転軸
２１４ 単位工程
２２０ 製品
３００ 外部機器

Claims (6)

1. 加工工具を用いて加工対象から製品を製造するためのＮＣデータを生成するＮＣデータ生成装置であって、
   回転軸方向の端面により加工対象を荒加工する加工工具に関する工具情報を取得する工具情報取得部と、
   加工対象の形状を示す対象情報、および製品の形状を示す製品情報に基づき荒加工により除去する領域である荒加工領域を取得する領域取得部と、
   回転軸方向に前記加工工具を進出させ前記荒加工領域の一部を前記荒加工領域に対応する深さまで除去し、前記加工工具を後退させ前記荒加工領域外に前記加工工具を抜き出し、回転軸と交差する方向において、工具情報に基づき前記加工工具を移動させる単位工程を複数回繰り返す前記加工工具の経路を示す加工情報を作成する荒加工情報作成部と、
   を備えるＮＣデータ生成装置。
2. 加工工具として第一加工工具、および前記第一加工工具よりも径の細い第二加工工具を荒加工に用いる場合において、
   前記荒加工情報作成部は加工情報として、
   回転軸方向に前記第一加工工具を進出させ前記荒加工領域の一部を前記荒加工領域に対応する深さまで除去し、前記第一加工工具を後退させ前記荒加工領域外に前記加工工具を抜き出し、回転軸と交差する方向において、工具情報に基づき前記加工工具を移動させる第一単位工程を複数回繰り返す第一加工情報を作成し、回転軸方向に前記第二加工工具を進出させ残存する前記荒加工領域の一部を前記荒加工領域に対応する深さまで除去し、前記第二加工工具を後退させ前記荒加工領域外に前記第二加工工具を抜き出し、回転軸と交差する方向において、前記第二加工工具を移動させる第二単位工程を複数回繰り返す第二加工情報を作成する
   請求項１に記載のＮＣデータ生成装置。
3. 回転軸と交差する方向における前記加工工具の移動量は、前記加工工具の直径の５０％以上、８０％以下の範囲で設定される
   請求項１または２に記載のＮＣデータ生成装置。
4. 前記加工工具が移動する回転軸と交差する方向は、前記加工情報が適用される加工装置の直線加工軸にそれぞれ対応する複数のモータのうちの１つのみで移動させることができる方向である
   請求項１から３のいずれか一項に記載のＮＣデータ生成装置。
5. 前記荒加工情報作成部は、
   前記加工工具を抜き出す位置を、回転軸に垂直、かつ前記加工対象に交差することなく当接する面に対し前記加工対象と逆側の位置に設定する
   請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＣデータ生成装置。
6. 加工工具を用いて加工対象から製品を製造するためのＮＣデータを生成するＮＣデータ生成プログラムであって、
   回転軸方向の端面により加工対象を荒加工する加工工具に関する工具情報を取得する工具情報取得部と、
   加工対象の形状を示す対象情報、および製品の形状を示す製品情報に基づき荒加工により除去する領域である荒加工領域を取得する領域取得部と、
   回転軸方向に前記加工工具を進出させ前記荒加工領域の一部を前記荒加工領域に対応する深さまで除去し、前記加工工具を後退させ前記荒加工領域外に前記加工工具を抜き出し、回転軸と交差する方向において、工具情報に基づき前記加工工具を移動させる単位工程を複数回繰り返す前記加工工具の経路を示す加工情報を作成する荒加工情報作成部と、
   をコンピュータに機能させるためのＮＣデータ生成プログラム。

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