JP4517156B2 - フライス加工における切削加工面の凹凸形状の算出方法及び凹凸形状の加工制御方法 - Google Patents
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また、ソリッドモデルの工具と工作物を時々刻々と干渉計算を行う方法は、精度のわりに計算時間がかかるという問題点があった。
1) 工作物の被加工面形状とフライス加工の工具の切れ刃形状とを設定し、前記被加工面と交差する補助曲面を導入し、同補助曲面と前記被加工面との交線を切削点の軌跡とし、その切削点の軌跡に切削点の速度・工具の回転速度・工具の姿勢及び工具の切削開始回転角の切削加工条件を設定して、フライス加工することで形成される工作物の被加工面の微細な凹凸形状を高速に算出する方法であって、下記の第1,第2の設定行程後に下記のイ〜ホのステップからなるコンピュータのソフトによる算出工程で削り残し高さを算出し、同削り残し高さを被加工面の微細な凹凸形状とする、フライス加工における切削加工面の凹凸形状の算出方法
第1設定行程:閉曲線で囲まれた工作物の被加工面上の位置をパラメータ m,n でもって設定してコンピュータに入力する設定行程
第2設定行程:工具の回転軸上にある工具原点を基準として工具の工具断面曲線及び切れ刃曲線を、工具断面曲線上及び切れ刃曲線上の位置を示すパラメータ w でもって設定してコンピュータに入力する設定行程
算出行程:イ〜ホのステップからなるコンピュータのソフトによる算出工程
ステップ イ:被加工面と交差する補助曲面を複数枚設定し、被加工面と補助曲面との交線計算を行い、この交線を切削点の軌跡とし、実空間の切削点の軌跡および被加工面のパラメータ空間における切削点の軌跡を切削点の位置を示すパラメータ u でもって記述できるようにするステップ
ステップ ロ:切削点の軌跡に対して、切削点の速度,工具の回転速度を離散的に設定し、切削開始回転角を設定し、及び工具旋回角と工具傾斜角と工具の回転角をパラメータ u に対し連続的に設定するステップ
ステップ ハ:切れ刃の移動によってできる曲面をパラメータ u,w でもって導出し、又CLデータである工具原点位置と工具軸ベクトルをパラメータ u でもって導出するステップ
ステップ ニ:被加工面上に複数の仮想線をピックフィード方向に所定ピッチで整列して配置するステップ
ステップ ホ:仮想線と工具切れ刃の移動によってできる曲面との交点として削り残し高さの位置を算出し、同削り残し高さの位置を工具のもつ切れ刃毎に求め、求められた削り残し高さの位置のうち最小の削り残し高さの位置を削り残し高さとするステップ
2) 前記1)のフライス加工における切削加工面の凹凸形状の算出方法によって算出した算出された凹凸形状と、目標の凹凸の目標形状と比較して、その比較が小さくなるように切削加工条件を変更して、満足いく切削加工条件を求める、フライス加工の被加工面の凹凸形状の加工制御方法
3) 前記2)で求められた満足いく切削加工条件のCLデータである工具原点位置と工具軸ベクトルを出力してフライス加工装置の制御データとする、フライス加工の被加工面の凹凸形状の加工制御方法
にある。
図2は、凹凸形状データの算出行程のプログラムのフローチャート図である。
大文字:座標系であることを示す。
太字:ベクトルまたは点を示す。
右下付き添え字 p :切削点の軌跡の番号
右下付き添え字 q :切削点の速度および工具の回転速度の番号
右下付き添え字 k :切れ刃の番号
右下付き添え字 j :ピックフィード方向の仮想線の番号
右下付き添え字 x,y,z :ベクトルまたは点の要素を示す
下記表1・表2は明細書、特許請求の範囲の変数・符号の用語と数式・図面の用語が同じものを意味する対応を示す対照表である。
閉曲線で囲まれた工作物の被加工面形状 wp(m,n) をCAD装置を用いて入力する。ここで、m,nは被加工面の位置を表すパラメータである。
次に、図3を用いて工具形状を工具設定装置(図示せず)によって設定する方法を説明する。一般的なCAD/CAMではこのような工具形状の設定の仕方はしない。
まず、工具断面曲線 tp(w) を下記の式のように設定する。また、刃数 enum 、工具軸まわりの切れ刃曲線のねじれ ψk(w)(k=1L enum) も設定する。ここで、 w は工具断面曲線上および切れ刃曲線上の位置を表すパラメータであり、 k は切れ刃の番号である。
(ステップ イ)
次に、図4を用いて、切削点の軌跡を設定する方法を説明する。
切削点の軌跡の数を pnum とすると、 pnum 枚の補助曲面 ipp を作成し、その補助曲面 ipp と被加工面 wp(m,n) との交線計算によって、 pnum 本の実空間の切削点の軌跡 cpp(u) と被加工面のパラメータ空間における切削点の軌跡 upp(u) を算出する。
ここで、 u は切削点の位置を示すパラメータであり、 p は切削点の軌跡の番号であり、p=1,2,L pnum である。
次に、図4を用いて、他の切削加工条件を設定する方法を説明する。
まず、切削点の軌跡 cpp(u) に工具旋回角 αp(u) 、工具傾斜角 βp(u) を設定する。
ここで、 qdivp は切削点の軌跡 cpp(u) の分割数である。また、 q は切削点の速度および工具の回転速度の番号であり、 q=1,2,L qdivp である。また、切削点の速度 fp,q と回転速度 φp,q の範囲は、 up,q-1 < u < up,q となる。
次に、図5を用いて、工具切れ刃の移動によってできる曲面 m epp,k(u,w) の導出方法、およびCLデータである工具原点 pp(u) 、工具軸方向ベクトル ap(u) の導出方法を説明する。
次に、図6を用いて仮想線の配置方法を説明する。
次に、凹凸形状の算出方法を説明する。仮想線 lpj(d) と切れ刃の移動によってできる曲面 m epp,k(u,w) の交点を算出することで、仮想線 lpj(d) の削り残し高さの候補 dj,p,k(k=1L enum)、(p=pc−1,pc,pc+1) を算出でき、この中で最小のものを仮想線 lpj(d) の削り残し高さ dj とする。
(1)、(2)、(3)に交点の算出方法を示す。
下記の非線形連立方程式にニュートン・ラプソン法を適用して、交点を算出することができる。ニュートン・ラプソン法の説明は省く。ここでは、ニュートン・ラプソン法に用いる初期値 ds、us、ws の決定方法について説明する。
次に、初期値 ws は下記の式から算出する。
切れ刃の移動によってできる曲面を三角形の集合として近似することによって、交点を算出することができる。曲面を三角形の集合として近似する方法および三角形と直線の交点算出方法の説明は省く。ここでは、切れ刃の移動によってできる曲面のパラメータの範囲[ uss,uee ]、[ wss,wee ]、の決定方法について説明する。
次に、図7のように算出された凹凸形状から、工具断面曲線 tp(w) 、工具軸まわりの切れ刃曲線のねじれ ψk(w) 、切削点の軌跡 cpp(u) 、工具旋回角 αp(u) 、工具傾斜角 βp(u) 、切削点の速度 f p,q 、工具の回転速度 φp,q 、工具の切削開始位相角 △θp の良し悪しを判定し、改良してゆく。
工具原点 pp(u) 、工具軸方向ベクトル ap(u) 、切削点の速度 f p,q と工具の回転速度 φp,q からNCを算出する。このとき、NCで設定される送り速度は、切削点の切削点の速度ではなく、工具原点の速度である。よって、切削点の速度を工具原点の速度に変換する。
(1)摩擦力の制御のために、微細な凹凸形状を制御する。
(2)摺動部での潤滑油確保のために、微細な凹凸を設ける。
(3)反射、回折、見栄え、光沢といった表面に求められる光学機能を制御するために、微細な凹凸を制御する。
(4)熱伝達特性の向上や境界層流れの制御のために、表面に微細な凹凸を設ける。
(5)表面に装飾用の凹凸を設ける。
(6)離型特性の向上のため、金型に微細な凹凸を設ける。
(7)体内に挿入されるインプラントの表面の微細凹凸形状を制御して、再生医療の質を向上させる。
(8)強い撥水性を持たせるとともに、ゴミなど固体粒子付着しにくいといった浄化作用を持つ微細凹凸を設ける。
(9)表面の接着現象の制御のために、微細凹凸を制御する。
(10)微細な凹凸を共振器として利用し、放熱器の表面にこれを適用すれば効率を上げることができる。
(11)工作物表面の削り残し高さの低減のための切削条件決定に利用できる。
2 第2設定行程
3 凹凸形状データの算出行程
4 評価行程
5 NCデータの算出行程
10 フライスNC加工装置
イ〜ホ ソフトのステップ
Claims (3)
- 工作物の被加工面形状とフライス加工の工具の切れ刃形状とを設定し、前記被加工面と交差する補助曲面を導入し、同補助曲面と前記被加工面との交線を切削点の軌跡とし、その切削点の軌跡に切削点の速度・工具の回転速度・工具の姿勢及び工具の切削開始回転角の切削加工条件を設定して、フライス加工することで形成される工作物の被加工面の微細な凹凸形状を高速に算出する方法であって、下記の第1,第2の設定行程後に下記のイ〜ホのステップからなるコンピュータのソフトによる算出工程で削り残し高さを算出し、同削り残し高さを被加工面の微細な凹凸形状とする、フライス加工における切削加工面の凹凸形状の算出方法。
第1設定行程:閉曲線で囲まれた工作物の被加工面上の位置をパラメータ m,n でもって設定してコンピュータに入力する設定行程
第2設定行程:工具の回転軸上にある工具原点を基準として工具の工具断面曲線及び切れ刃曲線を、工具断面曲線上及び切れ刃曲線上の位置を示すパラメータ w でもって設定してコンピュータに入力する設定行程
算出行程:イ〜ホのステップからなるコンピュータのソフトによる算出工程
ステップ イ:被加工面と交差する補助曲面を複数枚設定し、被加工面と補助曲面との交線計算を行い、この交線を切削点の軌跡とし、実空間の切削点の軌跡および被加工面のパラメータ空間における切削点の軌跡を切削点の位置を示すパラメータ uでもって記述できるようにするステップ
ステップ ロ:切削点の軌跡に対して、切削点の速度,工具の回転速度を離散的に設定し、切削開始回転角を設定し、及び工具旋回角と工具傾斜角と工具の回転角をパラメータ u に対し連続的に設定するステップ
ステップ ハ:切れ刃の移動によってできる曲面をパラメータ u,w でもって導出し、又CLデータである工具原点位置と工具軸ベクトルをパラメータ u でもって導出するステップ
ステップ ニ:被加工面上に複数の仮想線をピックフィード方向に所定ピッチで整列して配置するステップ
ステップ ホ:仮想線と工具切れ刃の移動によってできる曲面との交点として削り残し高さの位置を算出し、同削り残し高さの位置を工具のもつ切れ刃毎に求め、求められた削り残し高さの位置のうち最小の削り残し高さの位置を削り残し高さとするステップ - 請求項1のフライス加工における切削加工面の凹凸形状の算出方法によって算出された凹凸形状と、目標の凹凸の目標形状と比較して、その比較が小さくなるように切削加工条件を変更して、満足いく切削加工条件を求める、フライス加工の被加工面の凹凸形状の加工制御方法。
- 請求項2で求められた満足いく切削加工条件のCLデータである工具原点位置と工具軸ベクトルを出力してフライス加工装置の制御データとする、フライス加工の被加工面の凹凸形状の加工制御方法。
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