JP5476323B2 - 加工パスの生成方法及び加工方法 - Google Patents
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Description
(1)割り落とし加工が可能な領域を、ユーザが加工する各面ごとに判断する必要があり、人依存性が高い。
(2)従来の加工パス生成システムでは、割り落とし加工方法に対応したパスの演算技術がないため、割り落とされる非加工領域を予め3D−CADにて定義する必要があり、工数と手間を要している。
を生成する加工パス生成方法を、設計情報を用いて素材の削除する領域を素材に対して第1の面を第1の方向から切削加工する第1の加工パスを作成する第1の加工パス生成工程と、設計情報を用いて素材の削除する領域を素材に対して第2の方向から第1の面を含んで切削加工する第2の加工パスを作成する第2の加工パス生成工程とを有し、前記第1の加工パス生成工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する加工パスを形成するための外周部削除パス形成ステップと、該外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを形成するための分割パス形成ステップとを備え、前記分割パス形成ステップにおいて、前記外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして形成するように構成した。
を生成する加工パス生成方法を、設計情報を用いて素材の削除する領域を素材に対して第
1の方向から所定の深さで切削加工する第1の加工パスを作成する第1の加工パス生成工
程と、設計情報を用いて素材の削除する領域を素材に対して第2の方向から第1の加工パ
ス生成工程で生成した加工パスで切削加工する所定の深さの面に合わせて切削加工する第
2の加工パスを作成する第2の加工パス生成工程とを有し、第1の加工パス生成工程が、素材の削除する領域の外周部を削除する加工パスを形成するための外周部削除パス形成ステップと、この外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを形成するための分割パス形成ステップとを備え、分割パス形成ステップにおいて、外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを、複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして形成するように構成した。
を、素材の削除する領域を素材に対して第1の面を第1の方向から切削加工する第1の切削加工工程と、素材の削除する領域を素材に対して第2の方向から第1の面を含んで切削加工する第2の切削加工工程とを有し、前記第1の切削加工工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する外周部切削加工ステップと、該外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を切削加工して複数の領域に分割する分割加工ステップとを備え前記分割加工ステップにおいて、前記外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を複数に分割するときに、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして前記未加工領域を切削加工するようにした。
方法を、素材の削除する領域を素材に対して第1の方向から所定の深さで切削加工する第
1の切削加工工程と、素材の削除する領域を素材に対して第2の方向から第1の切削加工
工程で切削加工した所定の深さの面に合わせて切削加工する第2の切削加工工程とを有し、前記第1の切削加工工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する外周部切削加工ステップと、該外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を切削加工して複数の領域に分割する分割加工ステップとを備え前記分割加工ステップにおいて、前記外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を複数に分割するときに、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして前記未加工領域を切削加工するようにした。
図1に、本発明による割り落とす加工パスの自動生成システム100の機能構成図を示す。自動生成システム100は、部品と素材の形状情報を含むCAD設計図面101と素材の形状情報を含む素材情報102を入力する入力部110と、CAD設計図面101と素材情報102から部品形状情報と素材形状情報を取得する形状情報取得部120と、部品形状情報取得部120にて取得した部品形状情報と素材形状情報から被削体の形状情報を算出する被削体算出部130と、工具情報設定画面103と、工具情報設定画面103にて設定した工具情報を読み込む工具情報取得部141と、工具情報取得部141にて取得した工具情報と部品形状情報取得部120にて取得した部品形状情報と被削体算出部130にて算出した被削体の形状情報を用いて工具の干渉領域を算出する工具の干渉領域算出部140と、加工パスの計算式記憶部151に記憶されている割り落とす加工パスの計算式を読み込む加工パスの計算式読込部150と、被削体算出部130にて算出した被削体の形状情報と工具の干渉領域算出部140にて算出した工具の干渉領域情報とを用いて加工パスの計算式読込部150にて読み込んだ割り落とす加工パスの計算式により割り落とす加工パスとその加工領域を自動生成する加工パス自動生成部160と、生成した割り落とす加工パスの結果105をプリント・出力させる出力部170を備えて構成されている。
まず、CAD設計図面から部品形状情報を、素材情報102から素材形状情報を取得する(S100)。一般的に、CAD設計図面101は、ユーザにより部品各部の幾何情報とそれに付随する非幾何情報が与えられることにより、3次元空間内にモデリングされる。また素材情報102は、素材のブロック形状の数値入力により定義される。
図3に、CAD設計図面の一例を示す。図3に示す部品Sample;300は、直方体Box;301から、直方体Box1;302と、円筒穴Hole1;303との部分が削除された形状をしており、部品Sample;300は、直方体Box;301と、直方体Box1;302と、円筒穴Hole1;303の集合演算から構成されている。CAD設計図には部品Sample;300を構成する基本立体のBox;301とBox1;302、及びHole1;303の情報と形状表現の直線、平面及び曲線などの情報が含まれており、これら各形状の表現式を部品形状情報取得部120にて取得する。図3に示す部品Sample;300のCAD設計図101から取得したCAD情報は以下の情報から構成される。
(a)上を向く水平面は3個ある。f6はBox;301の表面であり、f15は垂直方向の直方形穴Box1;302の底であり、f21は垂直方向の円形の穴Hole1;303の底である。
(b)基本立体Box;301は、q1、q7を頂点とした、3対の互いに直交する並行な平面f1〜f6からで限られた空間である。
(c)基本立体Box1;302は、q11、q17を頂点とした、3対の互いに直交する並行な平面f11〜f16からで限られた空間である。
(d)基本立体Hole1;303は、q21(x0 ,y0 ,z01)、q22(x0 ,y0 ,z02)を軸とする半径r0の円柱である。
f(x、y)= r0 2 - (x−x0)2 - (y−y0)2 >= 0
z02 <= z <= z01
(2)素材と工具情報の読み込み;S200
図4に、図3に示す部品Sample;300を加工する素材mBox;400の一例を示す。
図4に定義されている素材mBox;400は、基本立体Box;301から構成されている。素材情報には、加工用素材を構成する基本立体Box;301の情報と形状表現の直線、平面及び曲線など情報が含まれており、これら各形状の表現式を部品形状情報取得部120にて取得する。図4に示す部品Sample;300を加工する素材情報102から取得した素材情報は以下の情報から構成される。
・上を向く水平面は1個あり、基本立体Box;301の表面である。
・基本立体Box;301は、q1,q7を頂点とした、3対の互いに直交する並行な平面f1〜f6からで限られた空間である。図6Aに工具情報を設定する工具情報設定画面103の一例を示す。
(3)切削体の形状と工具の干渉領域の算出;S300
切削体と工具の干渉領域算出処理の具体例を図7を用い説明する。
図7に、工具710と部品701と干渉の一例を示す。一般的には、工具710のホルダ部分711はツール部分712より大きいため、工具710が傾いた時、ホルダ部分711が部品701の表面に当たって工具710と部品701とが干渉を起こす。工具710のツール部分の表面7121と部品701の表面7011の傾き角度をaとし、CutHole1;702の部分に示したように工具710のホルダ部分711が部品701の表面702と一致した時(干渉をし始めたとき)の角度をAとすると、三角法則により、工具710のツール部分の表面7121と部品701の表面7011の最少角度Aを下記の(数1)で算出できる。
tan A = (D2/2 - D1/2) / (L1-FL) ・・・(数1)
また、工具710のツール部分の表面7121と部品701の表面7011の傾き角度aが90°を過ぎるとCutBox1;703の部分に示すように、工具710のツール部分712の先端が部品701と干渉する。工具710と部品701との距離d1で、工具710の切削深さがd2の場合、図7に示すように三角法則により、工具710と部品701とが干渉しない最大角度をA1を下記の(数2)より算出できる。
Cos(180-A1)= d1/d2 ・・・(数2)
tan A = (D2/2 -D1/2) / (L1-FL)
A = tan-1[(D2/2 -D1/2) / (L1-FL)] ・・・(数3)
すなわち、(数3)から、工具が部品と干渉しない干渉領域は工具が条件A< a < 90°を満たす角度で加工出来る領域となる。
図8を用い、割り落とす加工パスを生成する処理フローの一例を示す。図8に示す処理フローは、図5Aに示すような対角頂点がt1(x1,y1,z1)とt2(x2,y2,z2)となる長方形の切削体であるCutBox1;500を対象とした、工具710の先端点Sn(x,y,z)の経路を作成する処理フローである。ここで、工具710のY軸方向の切削深さをdy,Z軸方向の切削深さをdzとし、この両者の関係をz2 > z1とする。加工パス自動算出処理の具体例を、図5Aに示す被削体Cutbox1;500を用いて説明する。
頂点t1 = q11
頂点t2 = q17
次に、ステップS415で、S300にて算出した工具の干渉情報と製造条件を取得する。図6Bに工具情報の一例を示す。
D1 = ツール直径
dy = Y軸方向の切削深さ
dz = Z軸方向の切削深さ
次にステップS420で、工具軸を被削体のXY面と垂直とするように設置する。
次にステップS425で、切削可能な溝数:JとZ方向の溝数:Kを算出する。切削可能な溝数:JとZ方向の溝数:Kは、S300にて取得した製造条件のY軸方向の切削深さdyと、 Z軸方向の切削深さdzを用いて算出する。ステップS435で、Z方向の溝数をカウント変数kの初期値を1と設定する。
J = Y / (|dy|+D1) = |y2 -y1|/(|dy|+D1)
K = Z / |dz| = |z2 -z1| / |dz| ・・・(数4)
ステップS435で、Z方向の溝数をカウント変数kの初期値を1と設定する。
k = 1 ;
z= z1 + k * dz = z1 + dz ・・・(数5)
次に、S460におけるz平面の加工パス生成フロー(図9)を図10Aを用いて説明する。
ステップS4610からステップS4645にて、被削体1002と部品1001の境界となる外延の加工点列S1(x1+D1/2, y1-D1/2, z1)と、S2(x1+D1/2, y2-D1/2, z1)と、S3(x2-D1/2, y2-D1/2, z1)と、S4(x2-D1/2, y1-D1/2, z1)を生成する。
j = 1;
n = 生成した加工点Snの個数 + 1;
x = x1 + D1 / 2
y = (y1 - D1 / 2) + j * (dy + D1 )
z = z1 ・・・(数6)
次に、ステップS4670にて、S6(x, y, z)のx、y値を計算し、ステップS4675にてS6を出力し、S5とS6を繋げて加工パスCL2を生成する。
n =生成した加工点Snの個数 + 1;
x = x2 - D1 / 2
上記ステップS4660と、ステップS4665と、ステップS4670と、ステップS4675を被削体1002のf11面1011の対面となるf13面1013を超えるまで繰り返す。具体的に、ステップS4680にてj+ 1とJを比較し、j+1 がJより小さい場合、ステップS4681にてj= j + 1とし、ステップS4660と、ステップS4665と、ステップS4670と、ステップS4675を行い、j+1がJより小さいではなくなるまで繰り返し、S7とS8から構成するCL3と、S9とS10から構成するCL4を生成する。
Y方向の加工パス生成フロー(図11)を図12Aを用いて説明する。
ステップS4710と、ステップS4715と、ステップS4720と、ステップS4735にて、被削体のf16面1016から工具のz軸方向切削深さdz離れた位置にx軸と並行した溝を加工する加工パスを生成する。
j = 0;
z = (z1 - D1 /2) - k * (|dz| +D1)
n = 生成した加工点Snの個数 + 1;
x = x1 + D1 / 2
y = (y1 + dy) + j * (dy + D1) ・・・(数7)
次に、ステップS4730にて、(数8)を用いてS12(x、 y、 z)のxを値を計算し、ステップS4735にて、S12を出力する。
n = 生成した加工点Snの個数 + 1;
x = x2 - D1 / 2 ・・・(数8)
次に、ステップS4740にて、出力したS11とS12を順番に繋げて加工パスCL5を生成する。
x1 = 連携橋の設定位置XP - 工具直径D1/2
x2 = 連携橋の設定位置XP + 連携橋の幅L - 工具直径D1/2
次に、加工パスCL2の始点S5とP1繋げて新しい加工パスCL21と、P2と加工パスCL2の終点S6を繋げて新しい加工パスCL22を生成する。
図15Aに、図3に示す部品Sample;300の被削体となる図5Bに示すCutHole1;550に対する割り落とし加工パスの生成の一例を示す。
次に、図8に示す処理フローと同じ方法で、Point2(xp2,yp2,zp2)の座標値から、工具先端点S1(x,y,z)値を算出し、CutHole1;550の被削体の輪郭に沿った加工パスを生成する。ここで、
Z軸方向の切削深さ dz1 =工具dz * sinB
Y軸方向の切削深さdy1 = 工具dy * conB
となり、下記の(数9)にて、工具先端点S1(x,y,z)のx、y、z値を算出し、
x = xp2;
y = yp2 + dz * cosB ;
z = zp2 - dz * sinB; ・・・(数9)
y軸方向へ(dz+dy)*cosBの間隔で加工パスを生成する。
f(x、y):r0 2 -(x−x0)2 -(y−y0)2 >= 0
z02 <=z<=z01 ・・・(数10)
Point2を通過する輪郭曲面の表現式が下記の(数11)で表せ
f(x、y):r0 2 -(xp2−x0)2 -(yp2−y0)2 = 0
z02 <=z<= z01 ・・・(数11)
S1を始点とした加工パスCL101は下記の(数12)で表される。
f(x、y):r0 2 -(xp2−x0)2 -(yp2 + dz * cosB −y0)2 = 0
z = zp2 - dz * sinB; ・・・(数12)
同様に、平面にz = zp2 - dz * sinBにおける S2,S3の加工パスCL102・・・を生成し、次の平面z = zp2 - 2*(dz * sinB)における加工パスを生成する。
図16Aに示すように被削体1600の表面が曲面の場合、まず、図16Bに示すBox1; 1610の部分を割り落とす加工パスを、図8乃至12Bを用いて説明したCutBox1;500の割り落とす加工パスを生成した方法で生成し、次に図16Cに示す面Face1;1601と面Face2;1602対して、前記CutHole1;550の割り落とす加工パスを生成した方法で割り落とす加工パスを生成する。
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
110…データ入力部 120…形状情報取得部 130…被削体算出部 140…工具の
干渉領域算出部 141…工具情報取得部 150…加工パスの計算式読込部
151…加工パスの計算式記憶部 160…加工パスの自動生成部 170…出力部
105…割り落とす加工パスの結果 100…割り落とす加工パスの自動生成システム。
Claims (4)
- 素材の一部を切削により削除する加工パスを生成する方法であって、設計情報を用いて
前記素材の削除する領域を前記素材に対して第1の面を第1の方向から切削加工する第1の加工パスを作成する第1の加工パス生成工程と、前記設計情報を用いて前記素材の削除する領域を前記素材に対して第2の方向から前記第1の面を含んで切削加工する第2の加工パスを作成する第2の加工パス生成工程とを有し、前記第1の加工パス生成工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する加工パスを形成するための外周部削除パス形成ステップと、該外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを形成するための分割パス形成ステップとを備え、前記分割パス形成ステップにおいて、前記外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして形成することを特徴とする加工パス生成方法。 - 素材の一部を切削により削除する加工パスを生成する方法であって、設計情報を用いて
前記素材の削除する領域を前記素材に対して第1の方向から所定の深さで切削加工する第
1の加工パスを作成する第1の加工パス生成工程と、前記設計情報を用いて前記素材の削
除する領域を前記素材に対して第2の方向から前記第1の加工パス生成工程で生成した加
工パスで切削加工する前記所定の深さの面に合わせて切削加工する第2の加工パスを作成
する第2の加工パス生成工程とを有し、前記第1の加工パス生成工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する加工パスを形成するための外周部削除パス形成ステップと、該外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを形成するための分割パス形成ステップとを備え前記分割パス形成ステップにおいて、前記外周部削除パス形成ステップで形成された加工パスの内部の未加工領域を複数に分割する分割パスを、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして形成することを特徴とする加工パス生成方法。 - 素材の一部を切削により削除する加工する方法であって、前記素材の削除する領域を前
記素材に対して第1の面を第1の方向から切削加工する第1の切削加工工程と、前記素材の削除する領域を前記素材に対して第2の方向から前記第1の面を含んで削加工する第2の切削加工工程とを有し、前記第1の切削加工工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する外周部切削加工ステップと、該外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を切削加工して複数の領域に分割する分割加工ステップとを備え前記分割加工ステップにおいて、前記外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を複数に分割するときに、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして前記未加工領域を切削加工することを特徴とする加工方法。 - 素材の一部を切削により削除する加工する方法であって、前記素材の削除する領域を前
記素材に対して第1の方向から所定の深さで切削加工する第1の切削加工工程と、前記素
材の削除する領域を前記素材に対して第2の方向から前記第1の切削加工工程で切削加工
した前記所定の深さの面に合わせて切削加工する第2の切削加工工程とを有し、前記第1の切削加工工程が、前記素材の削除する領域の外周部を削除する外周部切削加工ステップと、該外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を切削加工して複数の領域に分割する分割加工ステップとを備え前記分割加工ステップにおいて、前記外周部切削加工ステップで切削加工された領域の内部の未加工領域を複数に分割するときに、該複数に分割する未加工領域を接続する接続部を残すようにして前記未加工領域を切削加工することを特徴とする加工方法。
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