JP6910750B1 - 工具経路生成方法、工具経路生成プログラム及びサーバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の『面』に関する３次元データを利用することなく、ＮＣ加工における回転工具の工具経路を簡便に生成する。【解決手段】被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路を、当該端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データをもとに、使用する回転工具に関する工具データ、加工条件附帯データを利用してコンピュータで演算処理を行うことにより生成する。工具経路の演算処理に用いる形状データは加工対象となる端縁部分の「線」に関するデータであるため、被加工物の「面」に関する３次元データを利用する必要がなくなる。【選択図】図３

Description

本発明は、ＮＣ加工における回転工具の工具経路をコンピュータで生成する技術に関する。

近年において、被加工物に対する高精度な加工を自動的に行うＮＣ工作機械の普及が進む中、ＮＣ工作機械で使用する工具の制御技術についても種々の手法が開発されている。

例えば、特許文献１には、被加工物のモデルに面取り面を作成することなくバリ取りや面取りといった端縁加工を行う技術が開示されている。特許文献１では、被加工物のモデルにおいて、加工対象となる端縁部分の形状を示す曲線上の特定の点における当該曲線に対する第一の接線ベクトル、当該端縁部分に隣接する２つの面のうちの一方の面に接する第二の接線ベクトル及び他方の面に接する第三の接線ベクトルからなる３つの接線ベクトルを用いた演算処理を曲線上の複数の点で行うことにより、工具の経路を生成することとしている。

特許第６３４９０２３号公報

しかしながら、上記した手法では、加工対象となる端縁部分に隣接する２つの『面』に接する２つの接線ベクトル（上記した第二の接線ベクトル、第三の接線ベクトル）を演算に用いる関係上、これら２つの『面』に関する３次元データが必要となる。

上記した課題に鑑み、本発明は、被加工物の『面』に関する３次元データを利用することなく、ＮＣ加工における回転工具の工具経路を簡便に生成することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路をコンピュータで生成する工具経路生成方法であって、前記端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データ、前記回転工具の位置を示す回転軸心上の基点と前記回転工具の加工点との距離となる工具半径を含む工具データ、および、前記点群の移動方向から見た前記基点と前記回転工具の加工点とを結ぶ仮想直線と前記回転工具の回転軸心の角度と加工代とを含む加工条件附帯データを入力する入力ステップと、前記入力ステップにおいて入力した各データに基づいて、前記点群を前記端縁部分の加工点とした場合における前記基点の座標データをそれぞれ演算する演算ステップと、前記演算ステップで得た前記基点の座標データの各々を前記回転工具の工具経路として出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明は、被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路をコンピュータで算出するための工具経路生成プログラムであって、前記コンピュータを、前記端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データ、前記回転工具の位置を示す回転軸心上の基点と前記回転工具の加工点との距離となる工具半径を含む工具データ、および、前記点群の移動方向から見た前記基点と前記回転工具の加工点とを結ぶ仮想直線と前記回転工具の回転軸心の角度と加工代とを含む加工条件附帯データを入力する入力手段、前記入力した各データに基づいて、前記点群を前記端縁部分の加工点とした場合における前記基点の座標データをそれぞれ演算する演算手段、前記演算した前記基点の座標データの各々を前記回転工具の工具経路として出力する出力手段、として機能させることを特徴とする。

さらに、本発明は、クライアント端末とネットワークを介して接続され、被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路を生成するサーバ装置であって、前記クライアント端末から、前記端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データ、前記回転工具の位置を示す回転軸心上の基点と前記回転工具の加工点との距離となる工具半径を含む工具データ、および、前記点群の移動方向から見た前記基点と前記回転工具の加工点とを結ぶ仮想直線と前記回転工具の回転軸心の角度と加工代とを含む加工条件附帯データを受信する受信部と、受信した各データに基づいて前記一群の座標データの各々を加工基準点とした場合における前記基点の座標データをそれぞれ演算する演算部と、前記演算した前記基点の座標データの各々を前記回転工具の工具経路として前記クライアント端末へ送信する送信部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被加工物の加工対象となる端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データに対する演算処理によって、使用する回転工具の工具位置の基点となる座標データを算出するように構成されているので、被加工物の『面』に関する３次元モデルを利用することなく工具経路を生成することができる。したがって、工具経路をより簡便に生成することが可能となる。

ＮＣ加工システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る工具経路生成方法を示すフローチャートである。 演算処理の具体例を示す説明図である。 演算処理の具体例を示す説明図である。

以下、本発明に係る工具経路生成方法、工具経路生成プログラム及びサーバ装置各々の実施形態について、公知のＮＣ工作機械を用いて、被加工物の端縁部分に対するバリ取りや面取りといったエッジ加工を行うための工具経路をコンピュータで生成する場合を例にとり、図面を参照しながら説明する。

実施形態に係る加工システム１０は、図１示すように、ＮＣ工作機械１２、クライアント端末１４およびサーバ装置１６を有する。

ＮＣ工作機械１２は、被加工物に対する加工を数値制御によって自動的に行う工作機械であり、ＮＣフライス盤などが代表的である。ＮＣ工作機械１２は、基本構成として、数値制御（ＮＣ）装置と加工装置（いずれも不図示）を備える。ＮＣ工作機械１２は、クライアント端末１４とローカルネットワークを介して接続されている。

本実施形態で使用されるコンピュータは、ユーザが使用するクライアント端末１４と、このクライアント端末１４とネットワークを介して接続されたサーバ装置１６とを含む。クライアント端末１４およびサーバ装置１６は、何れも、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部、他の外部機器との間でネットワークを介して各種データの送受信を行う通信部１６Ｂのほか、所要のデータを表示するディスプレイ（表示部）、操作指示を入力するためのキーボードやタッチパネルなどの入力部といった、コンピュータの基本的な構成要素を備えている。

クライアント端末１４には、公知のＣＡＤ／ＣＡＭシステムが組み込まれており、ＮＣ工作機械１２の動作を制御するための工具経路データ（「カッタロケーション（ＣＬ）データ」ともいう。）を出力する。ＮＣ工作機械１２は、クライアント端末１４から出力された工具経路データに基づいてＮＣ装置が加工装置の動作を制御することにより、被加工物に対する所定の加工を行う。

また、クライアント端末１４では、加工装置で使用する回転工具の工具経路データの生成に必要な各種データが入力される。入力されたデータは、ネットワークを介してサーバ装置１６へ送信される。

サーバ装置１６の記憶部には、工具経路生成プログラムが格納されている。サーバ装置１６は、クライアント端末１４から送信される各種データを通信部１６Ｂにおいて受信する。そして、受信したデータに基づいて、サーバ装置１６のＣＰＵが当該プログラムを実行し、所定の演算処理を行うことにより、加工装置で使用する回転工具の工具経路となる工具経路データを生成する。サーバ装置１６で生成された工具経路データは、サーバ装置１６の通信部１６Ｂよりネットワークを介してクライアント端末１４へ送信される。

このように、本実施形態では、コンピュータであるクライアント端末１４とサーバ装置１６とを相互に連携させて、入力手段、演算手段及び出力手段として機能させることにより、回転工具の工具経路データを生成するように構成されている。また、本例では、サーバ装置１６のＣＰＵが演算部１６Ａとして機能し、サーバ装置１６の通信部１６Ｂが受信部および送信部として機能している。

上記構成を有するＮＣ加工システム１０では、サーバ装置１６に格納されている工具経路生成プログラムが実行されることにより、工具経路生成方法が実施されることとなる。これについて、以下、図１〜図４を適宜参照しながら、具体的な加工例を挙げて詳細に説明する。

本例では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、直方体の正面中央部分に円形断面の貫通孔２０Ａが開設された外観形状を有する物体を被加工物２０とし、その貫通孔２０Ａの開口端縁部分２０Ｂに対する面取り加工を行う場合を例示する。また、使用する回転工具には、先端部分が球面形状をしたロリポップエンドミル２２（球形ボールエンドミル）を用いるものとする。

はじめに、クライアント端末１４側の入力画面において、工具経路データの生成に必要となる各種データが入力される。具体的には、加工対象となる被加工物２０の端縁部分２０Ｂの形状を表す形状データ、加工装置において使用される回転工具（本例では、ロリポップエンドミル２２）に関する工具データ、および、端縁部分２０Ｂに対して行う加工条件として附帯する加工条件附帯データが、それぞれ入力される（図２：ステップＳ１）。クライアント端末１４において入力された各種データは、サーバ装置１６へ送信される（図２：ステップＳ２）。

形状データは、クライアント端末１４に組み込まれたＣＡＤ／ＣＡＭシステムで表現される被加工物２０の３次元モデルのデータにおいて、加工対象となる端縁部分２０Ｂを選択することにより、入力処理が実行される。ここで入力される形状データは、端縁部分２０Ｂを表現する『線』に関するデータであるが、実質的には、端縁部分２０Ｂの形状を表す一群の連続する点群で構成される３次元座標データとなる。

工具データは、使用する工具の種類を選択することにより、入力処理が実行される。ここで入力される工具データには、回転工具の位置を示す回転軸心上の基点Ｐと、回転工具の加工点Ｓとの距離となる工具半径ｒとが含まれている。本例では、ロリポップエンドミル２２の先端部分である球面を構成する「球の中心点」を基点Ｐとしている。

加工条件附帯データは、入力画面において、端縁部分２０Ｂに対する工具の角度θと、面取りの大きさ（加工代）を設定することにより、入力処理が実行される。ここで設定される角度θは、点群の移動方向から見た基点Ｐと回転工具の加工点Ｓとを結ぶ仮想直線（図３（ｂ）に示す直線Ｌ２）と回転工具の回転軸心（図３（ｂ）に示す直線Ｌ１）の角度である。

サーバ装置１６が各種データをクライアント端末１４から受信すると（図２：ステップＳ３）、続いて、サーバ装置１６において、工具経路データを生成するための演算処理が実行される（図２：ステップＳ４）。本例では、一群の連続する点群の各々を端縁部分２０Ｂの加工点Ｓｎ（ｎ≧１）とした場合における回転工具の基点Ｐの座標データＰｎ（ｎ≧１）を、クライアント端末１４から受信した各種データに基づいて、それぞれ演算することとしている。

ここで、図３、図４を参照しながら、形状データを表す点群を構成する一つの点（加工点Ｓ_１）における演算処理を代表的に説明する。一群の連続する点群は『線』に関するデータであるから、点Ｓ_１を加工点とした場合、点Ｓ_１の両側には別の隣接点（Ｓ_２またはＳｎ）が存在している。点Ｓ_１の次の加工点をいずれの隣接点にするかは任意であるが、少なくとも、点群には方向の概念が存在するといえる。

図３（ｃ）及び図４は、加工対象となる端縁部分２０Ｂを被加工物２０の正面から見た図である。点Ｓ_１を出発点として時計回りに加工を行うとすると、加工点となる点Ｓｎも時計回りの方向へ順に移動することとなる。本例では、端縁部分２０Ｂの形状が円形であるため、点群の移動方向は、特定の点（点Ｓ_１）における接線方向（図３（ａ）に示す接線Ｌ３の方向）と同視できる。そうすると、上記入力処理において入力された「角度θ」は、点Ｓ_１における接線方向に直交し、点Ｓ_１を面内に含む平面上に表すことができる。

図３（ｂ）は、入力された「角度θ」を上記平面上に表した図である。直線Ｌ１は、回転工具の回転軸心を上記平面に投影した投影線である。回転工具の基点Ｐ_１は、この直線Ｌ１上に必ず配置される。また、入力された「角度θ」（例えば、４５°）に基づいて、点Ｓ_１を通り直線Ｌ１と４５°の角度で交差する直線Ｌ２を算出できる。そして、回転工具の基点Ｐ_１から点Ｓ_１までの距離は工具半径ｒとなるから、直線Ｌ１と直線Ｌ２の交点が、点Ｓ_１から工具半径ｒ分だけ離れた位置となる座標データＰ_１が求められる。本例では、この交点の座標データＰ_１を、点Ｓ_１を加工点とした場合における回転工具の基点Ｐの座標データＰ_１としている。

上記した手法により、一群の連続する点群（加工点Ｓ_１・・・Ｓｎ）の各々について、対応する基点Ｐの座標データＰ_１・・・Ｐｎをそれぞれ演算して求める。その結果として得られる一群の基点Ｐの座標データＰ_１・・・Ｐｎが、回転工具の工具経路データとなる。このようにして生成された工具経路データは、クライアント端末１４へ送信される（図２：ステップＳ５）。

このように、本実施形態によれば、加工対象となる端縁部分２０Ｂを表す『線』に関するデータをもとに、工具データ、加工条件附帯データを利用して演算処理を行うこととしているため、被加工物２０の『面』に関する３次元モデルを利用することなく工具経路を生成することができる。したがって、従来の手法と比較して、工具経路をより簡便に生成することが可能となる。

なお、クライアント端末１４は、工具経路データ（座標データＰ_１・・・Ｐｎ）をサーバ装置１６から受信すると（図２：ステップＳ６）、これをＮＣ工作機械１２へ出力する（図２：ステップＳ７）。ここで、ＮＣ工作機械１２は、その機種または仕様によって、制御プログラムを実行させるためのデータ形式が異なる場合があるが、本実施形態のようにして工具経路データを生成すれば、使用するＮＣ工作機械１２に応じてユーザがクライアント端末１４側で制御データを独自にカスタマイズすることも可能である。そのため、ＮＣ工作機械の機種や仕様による制約が解消されるといった利点も得られる。

以上、本発明に係る工具経路生成方法、工具経路生成プログラム及びサーバ装置の各々を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態で実施されても構わない。

＜変形例＞
（１）上記実施形態では、クライアント端末１４とサーバ装置１６とを連携させて工具経路を生成することとしたが、工具経路生成プログラムをクライアント端末１４側に格納し、スタンドアローン形式で工具経路を生成する態様で実施しても構わない。あるいは、一連の処理をサーバ装置１６側で行うこととしてもよい。

（２）上記実施形態では、使用される回転工具としてロリポップエンドミル２２を例示したが、回転工具の種類はこれに限定されるものではない。例えば、ボールエンドミルやフラットエンドミルを使用する場合にも利用することが可能である。要するに、回転工具の基点が回転軸心上に配置される工具であれば、その他の形態の回転工具にも応用することができる。

（３）上記実施形態では、クライアント端末１４、サーバ装置１６の各々がコンピュータの基本的な構成要素を備えるものであったが、ＮＣ加工システム１０の態様に応じて、必要な構成要素のみを備えた形態で実施しても構わない。例えば、サーバ装置１６は、キーボードやディスプレイといった構成要素を備えていないものであっても構わない。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。

１０ ＮＣ加工システム
１２ ＮＣ工作機械
１４ クライアント端末
１６ サーバ装置
１６Ａ 演算部
１６Ｂ 通信部（受信部、送信部）

Claims (3)

1. 被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路をコンピュータで生成する工具経路生成方法であって、
   前記被加工物の端縁部分のうちの加工対象となる端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データ、前記回転工具の位置を示す回転軸心上の基点と前記回転工具の加工点との距離となる工具半径を含む工具データ、および、前記点群を構成する特定の点における接線方向から見た前記基点と前記回転工具の加工点とを結ぶ仮想直線と前記回転工具の回転軸心の角度と加工代とを含む加工条件附帯データを入力する入力ステップと、
   前記入力ステップにおいて入力した各データに基づいて、前記点群を前記加工対象となる端縁部分の加工点とした場合における前記基点の座標データをそれぞれ演算する演算ステップと、
   前記演算ステップで得た前記基点の座標データの各々を前記回転工具の工具経路として出力する出力ステップと、
   を含む、工具経路生成方法。
2. 被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路をコンピュータで算出するための工具経路生成プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記被加工物の端縁部分のうちの加工対象となる端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データ、前記回転工具の位置を示す回転軸心上の基点と前記回転工具の加工点との距離となる工具半径を含む工具データ、および、前記点群を構成する特定の点における接線方向から見た前記基点と前記回転工具の加工点とを結ぶ仮想直線と前記回転工具の回転軸心の角度と加工代とを含む加工条件附帯データを入力する入力手段、
   前記入力した各データに基づいて、前記点群を前記加工対象となる端縁部分の加工点とした場合における前記基点の座標データをそれぞれ演算する演算手段、
   前記演算した前記基点の座標データの各々を前記回転工具の工具経路として出力する出力手段、
   として機能させる、工具経路生成プログラム。
3. クライアント端末とネットワークを介して接続され、被加工物の端縁部分をＮＣ加工する回転工具の工具経路を生成するサーバ装置であって、
   前記クライアント端末から、
   前記被加工物の端縁部分のうちの加工対象となる端縁部分の形状を表す一群の連続する点群で構成される形状データ、前記回転工具の位置を示す回転軸心上の基点と前記回転工具の加工点との距離となる工具半径を含む工具データ、および、前記点群を構成する特定の点における接線方向から見た前記基点と前記回転工具の加工点とを結ぶ仮想直線と前記回転工具の回転軸心の角度と加工代とを含む加工条件附帯データを受信する受信部と、
   受信した各データに基づいて前記点群を前記加工対象となる端縁部分の加工点とした場合における前記基点の座標データをそれぞれ演算する演算部と、
   前記演算した前記基点の座標データの各々を前記回転工具の工具経路として前記クライアント端末へ送信する送信部と、
   を備える、サーバ装置。

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