JP2696914B2 - 金型作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ 産業上の利用分野 Ｂ 発明の概要 Ｃ 従来の技術（第５図及び第６図） Ｄ 発明が解決しようとする問題点（第７図） Ｅ 問題点を解決するための手段（第１図〜第５図） Ｆ 作用（第１図〜第５図） Ｇ 実施例（第１図〜第５図） Ｈ 発明の効果 Ａ 産業上の利用分野 本発明は金型作成方法に関し、例えばCAD（computer
aided design）、又はCAM（computer aided manufactur
ing）などの手法を用いて、自由曲面をもつた製品の金
型を作成する場合に適用して好適なものである。

Ｂ 発明の概要 本発明は、金型作成方法において、金型のスライド方
向と直交する方向に最も広がつた最外形部分の点を通つ
て、金型のスライド方向と直交する方向に延長する面を
金型の突き合わせ面にすることにより、アンダーカツト
の発生を未然に防止して、自由曲面の物体形状でなる製
品でも、金型を容易に作成することができる。

Ｃ 従来の技術 例えばCADの手法を用いて自由曲面をもつた物体の形
状をデザインする場合（geometric modeling）、一般に
デザイナは、曲面が通るべき３次元空間における複数の
点（これを節点と呼ぶ）を指定し、当該指定された複数
の節点を結ぶ境界曲線網を所定の関数を用いてコンピユ
ータによつて演算させることにより、いわゆるワイヤフ
レームで表現された曲面を作成する。かくして境界曲線
によつて囲まれた多数の枠組み空間を形成することがで
きる（このような処理を以下枠組み処理と呼ぶ）。

かかる枠組み処理によつて形成された境界曲線網は、
それ自体デザイナがデザインしようとする大まかな形状
を表しており、各枠組み空間を囲む境界曲線を用いて所
定のベクトル関数によつて表現できる曲面を補間演算す
ることができれば、全体としてデザイナがデザインした
自由曲面（２次関数で規定できないものをいう）を生成
することができる。ここで各枠組み空間に張られた曲面
は全体の曲面を構成する基本要素を形成し、これをパツ
チと呼ぶ。

従来この種のCADシステムにおいては、境界曲線網を
表現するベクトル関数として、計算が容易な例えばベジ
エ（Bezier）式、Ｂスプライン（Ｂ−spline）式でなる
３次のテンソル積が用いられており、例えば形状的に特
殊な特徴がないような自由曲面を数式表現するには最適
であると考えられている。

すなわち形状的に特殊な特徴がないような自由曲面
は、空間に与えられた点をXY平面上に投影したとき、当
該投影された点が規則的にマトリクス状に並んでいるこ
とが多く、この投影点の数がｍ×ｎで表されるとき、当
該枠組み空間を３次のベジエ式で表される四辺形パツチ
を用いて容易に張ることができることが知られている。

しかしこの従来の数式表現は、形状的に特徴がある曲
面（例えば大きく歪んだ形状をもつ曲面）に適用する場
合には、パツチ相互間の接続方法に困難があり、高度な
数学的演算処理を実行する必要があるため、コンピユー
タによる演算処理が複雑かつ膨大になると共に、演算時
間が長大になる問題があつた。

この問題を解決する方法として、隣合う枠組み空間の
共有境界について、接平面連続の条件を満足するような
内部の制御点を求め、当該内部の制御点によつて決まる
自由曲面を表すベクトル関数によつて、自由曲面でなる
パツチを張る自由曲面作成方法が提案されている（特願
昭60-277448号、特願昭60-290849号、特願昭60-298638
号、特願昭61-15396号、特願昭61-33412号、特願昭61-5
9790号、特願昭61-64560号、特願昭61-69368号、特願昭
61-69385号）。

この自由曲面作成方法は、例えば第６図に示すよう
に、四辺形枠組空間に３次のベジエ式で表されるパツチ を張つた後、２つのパツチ を滑らかに接続するために、枠組み処理によつて与えら
れた節点 及び の境界曲線COM12において接平面連続の条件が成り立つ
ような制御辺ベクトル を設定し、これらの制御辺ベクトルによつて内部制御点 及び を設定し直すことを原理としている。

この方法によれば、デザイナの意図するままに、全体
として滑らかに曲面形状が変化するような、従来の設計
手法では実際上デザインすることが困難な物体形状を
も、容易にデザインすることができる。

従つてこのようにして得られた物体形状のデータに基
づいて金型を作成するようにすれば、デザイナの意図す
る形状の製品を量産することができ、実用上極めて便利
である。

Ｄ 発明が解決しようとする問題点 ところで、従来の金型作成方法においては、作業者の
経験に基づいて、物体形状からその金型のスライド方向
を決めた後、当該スライド方向に金型を開いた際に成形
した製品を金型から容易に取り出すことができるよう
に、金型の突き合わせ面（いわゆるパーテイングライ
ン、パーテイング面）を決定するようになされている。

従つて金型の突き合わせ面は、いきおい簡単な平面で
構成されるようになされていた。

これに対して自由曲面の物体形状においては、全体と
して滑らかに曲面形状が変化するようになされているた
め、第７図に示すように、金型の突き合わせ面Ｓ_Tを平
面で構成するようにすると、金型の突き合わせ面Ｓ_Tか
ら金型に向かつて逆テーパの部分（いわゆるアンダーカ
ツトの部分）２の発生を避け得ない。

このように、アンダーカツトの部分２があると、成形
した製品１が当該部分２で金型に引つ掛かつて、金型か
ら取り出すことが困難になり、無理に取り出すようにす
ると、成形した製品１が当該部分２で変形する（いわゆ
る食いちぎりが生じる）問題があつた。

この問題を解決するためには、当該部分２の突き合わ
せ面Ｓ_Tを上型の金型側の方に修正して、アンダーカツ
トが生じないようにすればよい。

このようにして金型を作成すると、自由曲面の物体形
状でなる製品の金型においては、突き合わせ面が物体形
状に応じて、滑らかに変化する曲面形状になる。

ところが、従来のように作業者の経験に基づいて、金
型の突き合わせ面を作成する場合は、実際上このような
修正作業を何度も繰り返さなければならず、その分金型
の作成に要する期間が長くなる問題があつた。

またこのため、デザイナにおいては、デザインする際
から金型の突き合わせ面を考慮してアンダーカツトが生
じないようにデザインするようになされ、その分デザイ
ン作業が煩雑になると共に、デザイナの意図するままに
デザインすることが困難な問題があつた。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、自由曲
面の物体形状でなる製品でも、容易に金型を作成するこ
とができる金型作成方法を提案しようとするものであ
る。

Ｅ 問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、物体
４の形状を表す形状データに基づいて金型を作成するよ
うになされた金型作成方法において、形状データで表さ
れる物体４上で、金型のスライド方向ｚと法線方向が直
交する複数の点 を得、複数の点 を結ぶ線 に直交し、かつスライド方向ｚと直交する方向xyに、複
数の点 からそれぞれ所定量だけ移動した複数のオフセツト点 を得、複数のオフセツト点 及び複数の点 を、金型の突き合わせ面にする。

Ｆ 作用 金型のスライド方向ｚと法線方向が直交する複数の点 を結ぶ線 に直交し、複数の点 からスライド方向ｚと直交する方向xyにそれぞれ所定量
だけ移動した複数のオフセツト点 と、金型のスライド方向ｚと直交する複数の点 を、金型の突き合わせ面にすれば、金型のスライド方向
と直交する方向に最も広がつた最外形部分の点を通つ
て、金型のスライド方向と直交するxy平面に対して平行
に所定量だけ延長する面を得ることができる。

Ｇ 実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

この実施例においては、第１図に示すような処理手順
を実行して金型の突き合わせ面を作成する。

すなわち第２図に示すように、演算処理装置で構成さ
れたNC工作装置でなる金型作成装置は、自由曲面４の物
体形状を表すデータでなる自由曲面データを受け、ステ
ツプSP1から、ステツプSP2に移る。

金型作成装置は、ここで自由曲面４の物体形状を表示
した後、これによりオペレータが決定入力する金型のス
ライド方向を受け、当該方向がｚ方向になるようにxy空
間上に自由曲面４を配置する。

続いて金型作成装置は、ステツプSP3に移つて、自由
曲面４上で、法線方向がｚ方向と直交する点 を所定間隔で順次検出する。

すなわち、ｚ方向に単位ベクトルを 自由曲面４上の点 単位ベクトルＺ及び法線ベクトル のなす角をθとおくと、ベクトル の内積は、次式 の関係式で表すことができ、次式 の関係式が成立する点 を順次得ることにより、単位ベクトル のなす角θが90°の点群 を得ることができる。

かくして金型作成装置においては、これにより自由曲
面４で表されてなる物体について、ｚ方向（すなわち、
金型のスライド方向でなる）と直交する方向に最も広が
つた最外形部分の座標データを得ることができる。

さらに金型作成装置は、各点 のｚ方向の座標データを値０に設定することにより、各
点 をxy基準平面に投影してなる点 を得、ステツプSP4に移つて、xy基準平面上の点 を結ぶＢ−スプライン曲線（以下外形曲線と呼ぶ） を得る。

このようにしてＢ−スプライン関数で自由曲線を表す
場合は、ベジエ式で自由曲線を表す場合に比して、自由
曲線の作成が容易であるあるのに対し、部分的な修正が
困難な問題がある。

従つてこの実施例においては、３次のベジエ式で表さ
れる自由曲面から外形曲線を得るにつき、作成容易なＢ
−スプライン関数を用いて表すことにより、その分全体
として短時間の内に外形曲線を得ることができる。

続いて金型作成装置は、ステツプSP5に移つて、オペ
レータが入力するオフセツトデータを受けた後、ステツ
プSP6に移つて、オフセツト点 を得る。

すなわち、第３図及び第４図に示すように、外形曲線 について、xy基準平面内で、外形曲線 と直交して外側及び内側にオフセツトデータ量だけ延長
するオフセツトベクトルを得、当該オフセツトベクトル
であらわされる点 のｚ方向の座標データを、対応する点 のｚ方向の座標データに設定することにより、それぞれ
自由曲面４の外側及び内側にオフセツト点 を得る。

続いてステツプSP7に移つて、それぞれ外側及び内側
のオフセツト点 従つて金型作成装置においては、自由曲面４で表され
てなる物体について、金型のスライド方向と直交する方
向に最も広がつた最外形部分から、それぞれ自由曲面４
の外側及び内側に、xy平面に対して平行にオフセツトデ
ータ量だけ拡大及び縮小した外形を表すＢ−スプライン
曲線 及び を得ることできる。

金型作成装置は、ステツプSP8に移つて、当該Ｂ−ス
プライン曲線 を３次のベジエ式で表される自由曲線に変換した後、ス
テツプSP9に移つて、線織面 を生成する。

すなわち、それぞれ外側及び内側のオフセツト点 及び を節点に設定し、Ｂ−スプライン曲線 及び に沿うように、当該節点間に内部制御点を設定する。

かくして、自由曲面４が３次のベジエ式で表されてな
るのに対し、Ｂ−スプライン曲線 及び を３次のベジエ式で表される自由曲線に変換することに
より、作成容易なＢ−スプライン関数を用いて作成され
た曲線 を自由曲面４と同一形式のデータで表し得、自由曲面４
にパツチを張る場合と同様の手法を用いて、点 を間に挟んで曲線 を作成することができる。

かくして、金型のスライド方向と直交する方向に最も
広がつた最外形部分を通り、それぞれ自由曲面４の外側
及び内側に、xy平面に対して平行にオフセツトデータ量
だけ延長する線織面 及び を形成することができる。

従つて、当該線織面 を用いて、金型の合わせ面を形成すれば、アンダーカツ
トの発生を未然に防止して、自由曲面の物体形状に応じ
て突き合わせ面が滑らかに変化する金型を得ることがで
き、かくして自由曲面の物体形状でなる製品でも、金型
を容易に作成することができる。

さらにこれにより、デザインする際に、アンダーカツ
トの部分が生じないように配慮する必要がなくなり、そ
の分デザイン作業を簡略化することができ、デザイナの
意図するままの形状をデザインすることができる。

続いて金型作成装置は、ステツプSP10に移つて、線織
面 を自由曲面４と共に表示する。

例えば第５図に示すように、実際上複雑な形状の製品
を成形する金型においては、矢印ａ及びｂ方向にスライ
ドするようになされた金型に対して、矢印ｃ及びｄ方向
にスライドするようになされた金型と、矢印ｅ方向にス
ライドするようになされた金型とを組み合わせて、全体
として製品を成形することができるようになされてい
る。

従つてこのように線織面 を自由曲面４と共に表示することにより、オペレータが
金型の突き合わせ面を確認しながら、各スライド方向の
金型を決めることができ、金型の設計作業を格段的に向
上することができる。

具体的に第５図においては、矢印ｃ及びｄ方向にスラ
イドするようになされた金型について、上述の処理手順
を用いて記号 で示す線織面を得、当該線織面を金型の合わせ面に設定
することにより、当該自由曲面の物体形状でなる製品を
成形することができた。

かくして金型作成装置は、当該線織面 及び と自由曲面４のデータに基づいて、例えば放電加工用の
工具移動軌跡を表すデータを作成した後、ステツプSP11
に移つて、当該処理手順を終了する。

以上の構成において、金型のスライド方向に基づい
て、自由曲面４で表されてなる物体について、金型のス
ライド方向と直交する方向に最も広がつた最外形部分の
点 の座標データが得られ、xy基準平面に投影されて外形曲
線 が得られる。

続いて、外形曲線 について、xy基準平面内で、外形曲線 と直交して外側及び内側に、オフセツトデータ量だけ拡
大及び縮小した点 が得られ、これによりxyz空間上で、自由曲面４の最外
形部分の点 から、xy基準平面に沿つてオフセツトデータ量だけ拡大
及び縮小したオフセツト点 が得られる。

続いて、当該オフセツト点 を結ぶＢ−スプライン曲線 が得られ、これが３次のベジエ式で表される自由曲線に
変換されて、金型の突き合わせ面を表す線織面 が形成される。

以上の構成によれば、金型のスライド方向と直交する
方向に最も広がつた最外形部分の点 を通つて、それぞれ自由曲面４の外側及び内側に、金型
のスライド方向と直交するxy平面に対して平行にオフセ
ツトデータ量だけ延長する線織面 及び を形成することにより、アンダーカツトの発生を未然に
防止して、自由曲面の物体形状に応じて、滑らかに変化
する突き合わせ面の金型を得ることができ、かくして自
由曲面の物体形状でなる製品でも、容易に金型を作成す
ることができる。

なお上述の実施例においては、一旦Ｂ−スプライン曲
線 を得た後、これを３次のベジエ式で表される自由曲線に
変換する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、当該Ｂ−スプライン曲線から直接突き合わせ面を生
成する場合、Ｂ−スプライン曲線を介さず直接３次のベ
ジエ式で自由曲線を生成する場合、さらには自由曲面を
フアーガソン（Fergason）式で表す場合等広く適用する
ことができる。

さらに上述の実施例においては、３次のベジエ式で表
される自由曲面の形状でなる製品について金型を作成す
る場合について述べたが、本発明は３次のベジエ式で表
される自由曲面、さらには自由曲面で表される物体形状
に限らず、物体の形状を表す種々の形状データに基づい
て、金型を作成する場合に広く適用することができる。

さらに上述の実施例においては、金型のスライド方向
と直交する方向に最も広がつた最外形部分の点を通つ
て、それぞれ自由曲面４の外側及び内側に延長する線織
面を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、必要に応じて自由曲面４の外側又は内側の一方だ
けに延長する線織面を形成するようにしてもよい。

さらに上述の実施例においては、放電加工用のNC工作
装置でなる金型作成装置に本発明を適用した場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、種々の金型作成装
置、さらにこれらの金型作成装置に加工用のデータを供
給する演算処理装置等広く適用することができる。

Ｈ 発明の効果 以上のように本発明によれば、金型のスライド方向と
直交する方向に最も広がつた最外形部分の点を通つて、
金型のスライド方向と直交する平面に対して平行にオフ
セツトデータ量だけ延長する面を形成することにより、
アンダーカツトの発生を未然に防止して、成形する製品
の形状に応じて突き合わせ面が変化する金型を得ること
ができ、かくして自由曲面の物体形状でなる製品でも、
容易に金型を作成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による金型の作成手順を示すフローチャ
ート、第２図、第３図、第４図及び第５図はその動作の
説明に供する略線図、第６図は自由曲面作成方法の説明
に供する略線図、第７図は問題点の説明に供する略線図
である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の形状を表す形状データに基づいて金
   型を作成するようになされた金型作成方法において、 上記形状データで表される上記物体上で、上記金型のス
   ライド方向と法線方向が直交する複数の点を得、 上記複数の点を結ぶ線に直交し、かつ上記スライド方向
   と直交する方向に、上記複数の点からそれぞれ所定量だ
   け移動した複数のオフセツト点を得、 上記複数のオフセツト点及び上記複数の点を通る面を、
   上記金型の突き合わせ面にした ことを特徴とする金型作成方法。