JPH07100278B2 - 形状加工用工具経路データ作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンピュータ支援設計システム（CAD）等に
おいて、形状モデルデータに基づいて、三次元自由曲面
を有する形状を得るための金型加工等を行うNCデータ、
すなわち、フライス盤あるいはマシニングセンタ等のNC
工作機械に与える工具経路データの作成方法に関するも
のであり、特に、該工具経路を細かいピッチで定め加工
面精度を向上させる場合に、工具経路データの作成に要
する工数を削減し、効率よく高精度で工具経路データを
作成することを可能とする形状加工用経路データ作成方
法に関する。

近年、コンピュータ支援設計システム（以下CAD/CAMシ
ステムと称する）が普及しつつあり、種々の産業分野に
適用されている。特に、三次元形状モデルデータを扱う
CAD/CAMシステムは設計の構想段階から生産のシュミレ
ーションに至るまで幅広く応用されている。このような
CAD/CAMシステムは自動車の車体の設計、生産にも使用
されている。

この場合、計算機内において作成した製品形状を示す形
状モデルデータは三次元の自由曲面から構成されるもの
であって、膨大なデータ量としてデータベースに納めら
れており、また当該形状を製造するための金型加工に用
いられる工具経路データ、所謂、NCデータもCAD/CAMシ
ステムを用いて同時に作成され、フロッピィディスク等
の記憶媒体に出力され、フライス盤やマシニングセンタ
等のNC工作機械に指令として与えられるように構成され
ている。

一般に、この種のNCデータ、すなわち、工具経路データ
は上記の形状モデルデータを基にして予めプログラムさ
れた所定の手順に従った演算を行うことによって作成さ
れるが、加工された形状面の精度は工具経路データのピ
ッチの精粗に依存する。すなわち、工具経路が細かいピ
ッチで指定されれば、削り残し部分は少なく且つ小さく
なるが、工具経路が粗いピッチで指定されると、削り残
し部分は多く且つ大きくなる。従って、従来、このよう
な工具経路データは所定の標準ピッチで算出し、NC工作
機械で加工した後削り残し部分を作業員が仕上加工し、
必要な面精度を得る方法が採用されるのが一般的であっ
た。然しながら、この方法によると仕上げ加工のために
余剰な工数が必要であるという不都合が存在している。

一方、工具経路データを細密なピッチで作成し、仕上工
程をなくして必要な面精度を得ることも考えられるが、
このような工具経路は形状モデルデータを基に微少な直
線状の工具のパスで近似させ、該直線状のパスの始点と
終点毎に三次元座標値の演算を行い、これらのパスの連
続として１本の工具経路データが作成されるものであ
る。このため、工具経路のピッチを細かくすればする程
扱うデータ量が膨大となり、また、演算処理時間も膨大
なものとなるため、データを記憶するための記憶装置の
容量を大きくする必要があり、電子計算機の使用効率が
低下するという不都合があった。

本発明はこのような不都合を克服するためになされたも
のであって、所定の標準的なピッチで基準となる工具経
路データを作成し、このピッチの間を任意の間隔で補間
する工具経路を簡単な演算処理によって定めることの出
来る工具経路データの作成方法を提供し、これによって
形状加工における加工面精度を工数を増加させることな
く向上させ且つ工具経路データの作成に用する処理時間
の増加を極力小さくすることを目的とするものである。

前記の目的を達成するために、本発明は、計算機システ
ム内に作成された自動車の車体の形状モデルデータから
加工すべき加工領域を特定し、前記加工領域に対応する
形状モデルデータから所定の標準ピッチで複数本の基準
工具経路を算出し、前記基準工具経路に基づき形状加工
用工具経路データを作成する方法であって、 前記標準ピッチで算出された前記基準工具経路から隣接
する一対の基準工具経路を選択し、前記一対の基準工具
経路の両端点において、前記一方の基準工具経路から前
記他方の基準工具経路に向かって夫々垂線を下ろし、前
記一対の基準工具経路と離間して設定される２本の前記
垂線とで閉領域を形成する第１ステップと、 前記閉領域を形成する前記２本の垂線間における前記一
対の基準工具経路を夫々所定の間隔で分割して第１分割
点を求める第２ステップと、 前記標準ピッチを細分化した所定の細分化ピッチを設定
し、前記一対の基準工具経路上の対応する一対の前記第
１分割点を接続して得られる複数の線分を前記細分化ピ
ッチで夫々分割することにより、前記各垂線および前記
各線分に沿った第２分割点を求める第３ステップと、 前記第２分割点を前記基準工具経路に沿った方向に夫々
接続し、補間工具経路を求める第４ステップと、 からなることを特徴とする。

次に、本発明に係る形状加工用工具経路データの作成方
法について好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しな
がら以下詳細に説明する。

第１図は本発明に係る形状モデル、および該形状を金型
加工するための工具経路等を扱うコンピュータ支援設計
システム（CAD/CAM）の基本的な構成を示す。この中、
参照符号10は後述する自動車の車体の製品形状を示す形
状モデルデータ24や工具経路データ30等が格納される外
部記憶装置を示している。

この外部記憶装置10において、参照符号32は加工条件デ
ータであり、金型加工を行うための工具形状（径、長
さ、材質、寿命等）、ホルダ形状、削り素材、切削面仕
上げ（粗、仕上げ）等とそれらの条件から求められる切
削速度、回転等の加工条件を示すデータである。参照符
号34は加工法案データであり、金型加工における使用可
能な工具の指定、および工具の使用方法等の金型加工の
ノウハウの加工法を示すデータである。参照符号36は設
計変更部分データであり、形状変更部分に対するデータ
を格納しておく部分である。参照符号12は電子計算機で
あり、この電子計算機12は形状モデルデータに基づいて
工具経路データの算出等一連の処理を行うもので、外部
記憶装置10から所要の形状モデルデータ24、あるいは工
具経路データ30を読み出し、図形表示装置16での立体イ
メージ表示の制御を行い、あるいはフロッピィディスク
装置25等にNC加工データ、すなわち、工具経路データ30
を出力するものである。

参照符号14はインタフェース装置であり、電子計算機12
と図形表示装置16、操作盤（キーボード）18および座標
入力装置（タブレット）20等の入出力装置を接続するも
のである。操作盤18はオペレータが電子計算機12に対し
て処理コマンド、処理パラメータを入力する入力操作盤
であり、座標入力装置20はスタイラスペン22よりオペレ
ータが所要の指示入力を行うためのものである。

本発明に係るコンピュータ支援設計システムは、概略、
以上のように構成されるものであり、次に、形状モデル
データに基づいて、該形状を金型加工するための工具経
路データの作成に係る処理手順および効果について説明
する。

本発明に係る工具経路データの作成方法は、形状モデル
データに基づき所定の手順に従って標準ピッチで複数の
基準工具経路を算出し、隣接する基準工具経路間に複数
の垂線を下ろし、対となる基準工具経路を定め、該対と
なる基準工具経路間を所定の細分化ピッチで等分割した
分割点を求め、該分割点の対応する点列を補間工具経路
データとすることを基本としている。

第２図は本発明に係る工具経路データの作成方法を示す
概略処理フローである。工具経路データの作成に当たっ
ては、先ず、ステップＡにおいて、外部記憶装置10から
形状モデルデータ24を読み出し、この形状モデルデータ
に基づいて所定の標準ピッチで標準工具経路データを算
出する。この基準工具経路の算出手順は一般のNCデータ
の作成手順と同様であり、形状モデルを標準ピッチで分
け、工具が通るべき線を微少な直線状のパスで近似し、
該直線状のパスの各始点および終点毎に三次元座標値を
算出し、これらの各点の連続として１本の工具経路デー
タとするものである。

このような、操作を標準ピッチ毎に繰り返して複数の基
準工具経路データを作成する。勿論、全体形状が大きく
且つ複雑な場合には座標入力装置20、入力操作盤18等か
ら加工領域を指定し、加工すべき金型に合わせて形状モ
デルデータ24を分割し、所要の部分形状モデルデータと
して切り出して上述の処理を施す方法が一般的である。

次に、ステップＢにおいて、基準工具経路の間を細分化
ピッチで補間する工具経路を算出するために隣接する基
準工具経路データを調べ、対となる基準工具経路を定め
る。この処理の詳細については、処理フローを用いて後
述する。対となる基準工具経路が定まると、ステップＣ
において補間範囲を定める。これは、入力操作盤18から
対となる基準工具経路の間を細分する細分化ピッチを入
力し、また、形状モデルデータの加工すべき領域から最
外側点列を求めることによって行われる。すなわち、求
められた最外側点列と、対となる基準工具経路で囲まれ
た部分が前記の細分化ピッチで処理する補間範囲、すな
わち有効部分となる。

次いで、ステップＤにおいて、指示された細分化ピッチ
に従って対となる基準工具経路間を所要の間隔で細かく
分割した分割点を求め、最後にステップＥにおいて、各
分割点の細分化ピッチに対応した点をつなぎ分割点列を
作成し、補間工具経路データとして基準工具経路データ
と共に、順次、出力装置（フロッピィディスク）25にNC
データとして出力する。

本発明に係る工具経路データの作成方法は概略以上のよ
うなものであるが、以下要部についてさらに詳細に説明
する。

第３図は第２図におけるステップＡの詳細処理手順を示
す図である。先ず、ステップ１において、座標入力装置
20、あるいは入力操作盤18等を用いて加工すべき金型等
に合わせ、加工領域指示を行い、外部記憶装置10に格納
された形状モデルデータ24から所要の部分を加工領域と
して切り出し、必要に応じて図形表示装置16に表示し、
加工形状のチェックを行う。第３図では参照符号40で概
略的に加工形状を示している。次いで、ステップ２にお
いて、加工形状に合わせて標準的な加工パターンを選択
し、入力操作盤18等から入力する。ここで、標準的な加
工パターンとは、島型、段状、帯状など加工すべき標準
的な形状に応じて予め用意されている工具経路データ演
算の標準的処理手順と考えてよい。

次に、ステップ３において、工具経路の基準となる線を
決定する。第３図では、加工すべき面、すなわち、加工
形状40の最外側の線42を工具経路の基準線として概念的
に示している。次いで、ステップ４において、入力操作
盤18より加工工具種別、工具径を入力し、削り残し量
（カスプ量）が所定の量となるように標準ピッチを定め
る。ここで、削り残し量（カスプ量）とは、工具がある
ピッチで移動した時に工具刃先の形状により削れない部
分であり、この関係は第７図に概念的に示してある。す
なわち、第７図は工具経路と加工面の関係を示す図であ
り、工具先端の刃先76が所定のピッチ74で加工を行う
と、刃先の形状により削れない部分72が生じる。従っ
て、前述したように、加工面精度は工具経路のピッチに
依存し、ピッチが細かければ、削り残し量は少なく、且
つ小さくなることが理解される。従って、ステップ４に
おいては、この削り残し量が一定となる様に工具径等に
よって標準ピッチを入力指示することになる。

次に、ステップ５においては、基準線42をもとに前記入
力指示された標準ピッチと選択された加工パターンに従
って基準工具経路44a、44b乃至44nが順次算出される。

第４図は第２図におけるステップＢの詳細処理手順が示
す図である。基準となる工具経路が作成されると、ステ
ップ６において、隣接する対となる基準工具経路の基準
側となる経路ｎを取り込み、ステップ７において、対と
なるべき基準工具経路ｎ＋１を取り込む。

次いで、ステップ８において、基準となる基準工具経路
ｎの端点から対となるべき基準工具経路ｎ＋１に垂線46
a、46bを下ろし、ステップ９において、下ろした垂線46
a、46bが２ヶ所以上か判定し、２ヶ所以上あれば、ステ
ップ10において、基準工具経路ｎ、ｎ＋１を対の基準工
具経路として定める。若しも、垂線が２ヶ所以上でなけ
れば、基準工具経路ｎ、ｎ＋１の間は補間工具経路を作
成せず、次の隣接する基準工具経路ｎ＋１、ｎ＋２につ
いて以上の処理を繰り返し、順次隣接する基準工具経路
ｌとｌ＋１（ｌは１、２…）について対となる基準工具
経路の判定を行っていく。このような判定処理を行うこ
とにより、隣接する基準工具経路ｌ、ｌ＋１間に重なり
部分が存在しない部位を補間範囲から除外することがで
きる。なお、前記重なり部分とは、例えば、第４図にお
いて、基準工具経路ｎ、ｎ＋１を垂線46a、46bで接続で
きる場合、前記垂線46a、46b間の基準工具経路ｎ、ｎ＋
１の部分をいうものとする。

以上の処理により基準工具経路データの対の関係が判定
されると、次に、有効成分、すなわち、補間範囲を定め
るステップである第２図ステップＣの処理に進む。

第５図は第２図のステップＣの詳細な処理手順を示す図
である。先ず、ステップ11において、基準工具経路の最
外側点列48と対の基準工具経路ｎ、ｎ＋１との交点が求
められ、ステップ12において、最外側点列48が対となる
基準工具経路ｎ、ｎ＋１で切られる部分50a、50bが求め
られる。この部分50a、50bと対となる基準工具経路ｎ、
ｎ＋１で囲まれた部分が主たる補間範囲、すなわち、有
効部分となる。

上記の処理により補間範囲が求められると、次に、補間
のための工具経路を算出する第２図のステップＤ、ステ
ップＥの処理手順に進む。

第６図は第２図のステップＤ、ステップＥの詳細な処理
手順を示す図である。先ず、ステップ13において対とな
る基準工具経路ｎ、ｎ＋１の互いの端点から相手の工具
経路へ垂線46a、46bを下ろし、その交点（垂線の足）を
対応点52a、52b、54a、54bとする。次いで、ステップ14
において、２つの基準工具経路の各対応点52a、54a間と
52b、54b間を夫々所定の間隔で分割し、点列58a、58bと
し、ステップ15において、対応する点列58a、58b間を所
定の細分化ピッチとなるように分割した点列60を算出す
る。ここで、細分化ピッチは第７図において説明した削
り残し部分72が所定の大きさ以下となるように工具刃先
の経路を基準ピッチからさらに細分化する間隔であり、
入力操作盤18より指示するものである。

この結果、対応点52a、54a間の基準工具経路ｎと、対応
点52b、54b間の基準工具経路ｎ＋１と、垂線46a、46bと
で形成される閉領域内には、削り残し部分72（第７図）
を所定の大きさ以下とし、且つ、所望の加工形状40（第
３図）の面に対するトレランスを所定量以下とすること
のできる補間工具経路データとなる点列60が設定され
る。

すなわち、前記閉領域は、端点における基準工具経路
ｎ、ｎ＋１間の最短距離を表す垂線46a、46bを用いて設
定されている。この場合、前記垂線46a、46b上に設定さ
れる点列60の加工形状40に対するトレランスと、基準工
具経路ｎ、ｎ＋１の端点同士を接続した部分50a、50b
（第６図）上に設定される点列60の加工形状40に対する
トレランスとを比較すると、垂線46a、46bにおけるトレ
ランスが、前記部分50a、50bにおけるトレランスよりも
小さく、且つ、最小となる。一方、標準ピッチで設定さ
れた前記基準工具経路ｎ、ｎ＋１は、略平行とみなすこ
とができる。この場合、垂線46a、46bによって切り取ら
れた基準工具経路ｎ、ｎ＋１上の対応する点列58a、58b
間を接続して得られる各線分は、前記垂線46a、46bと略
同一の長さとみなすことができる。従って、前記線分を
細分化ピッチで分割して得られる点列60の加工形状40に
対するトレランスは、垂線46a、46bの場合のトレランス
と略同じとなる。この結果、前記領域内には、削り残し
部分72が所定の大きさ以下で、且つ、所望のトレランス
を維持した点列60が設定されることになる。

次いで、ステップ16において、前記の対応点52a、52bお
よび54a、54bの外側62a、62bにも分割した点列を算出
し、ステップ17において、対応する分割点を結んだ分割
点列64a、64b…64nを補間工具経路データとし、目的と
する形状加工用経路データが作成され、フロッピィディ
スク装置25にNC加工データとして出力される。なお、前
記外側62a、62bに設定された点列をステップ15の場合と
同様にして補間で求めると、所望のトレランスを満たさ
なくなるおそれがある。そこで、この外側62a、62bにお
いては、他の方法により補間工具経路データを求め、あ
るいは、補間工具経路データを設定しないで手作業によ
る仕上げを行うようにしてもよい。

同様にして、加工形状40の最外側線42と基準工具経路44
aとの間（第３図参照）を含む全基準工具経路間の補間
工具経路データを作成し、NCデータとして出力する。

以上説明したように、本発明に係る形状加工用工具経路
データの作成方法は形状モデルデータに基づき所定の手
順に従って標準ピッチで複数の基準工具経路を算出し、
隣接する基準工具経路間に２本の垂線を下ろして閉領域
を求め、前記閉領域における該対となる基準工具経路間
を所定の細分化ピッチで等分割した分割点を求め、該分
割点の対応する点列を補間工具経路データとするもので
ある。このために、所定の形状面精度を得るべく形状モ
デルデータから細密なピッチで直接に工具経路データを
算出する方法に比べ、標準ピッチで算出した基準工具経
路データ間を所定の細分化ピッチで分割した点列を算出
することで簡単に補間工具経路データを得ることが出
来、計算機システムの使用時間が短くなり、使用効率を
向上させることが出来るという利点を有する。

また、工具経路データ算出に伴うデータ量も大幅には増
大せず、記憶装置容量を膨大なものにしなくてもよいと
いう利点を有する。さらに、本発明によれば、NC加工機
械による加工で必要な形状面精度が得られ、仕上加工工
数を大幅に削減出来るという利点を有する。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明した
が、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る形状モデルおよび該形状を金型加
工するための工具経路データを扱うコンピュータ支援設
計システムの基本的構成を示す図、 第２図は本発明に係る工具経路データの作成方法を示す
概略処理フロー、 第３図乃至第６図は第２図に示す概略処理フローの主要
ステップの詳細処理手順を示す図、 第７図は工具経路と加工面の関係を示す図である。 10……外部記憶装置、12……電子計算機 14……インタフェース装置、16……図形表示装置 18……入力操作盤、20……座標入力装置 22……スタイラスペン 24……形状モデルデータ 25……フロッピィディスク装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蛭間 秀利 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−5109（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計算機システム内に作成された自動車の車
   体の形状モデルデータから加工すべき加工領域を特定
   し、前記加工領域に対応する形状モデルデータから所定
   の標準ピッチで複数本の基準工具経路を算出し、前記基
   準工具経路に基づき形状加工用工具経路データを作成す
   る方法であって、 前記標準ピッチで算出された前記基準工具経路から隣接
   する一対の基準工具経路を選択し、前記一対の基準工具
   経路の両端点において、前記一方の基準工具経路から前
   記他方の基準工具経路に向かって夫々垂線を下ろし、前
   記一対の基準工具経路と離間して設定される２本の前記
   垂線とで閉領域を形成する第１ステップと、 前記閉領域を形成する前記２本の垂線間における前記一
   対の基準工具経路を夫々所定の間隔で分割して第１分割
   点を求める第２ステップと、 前記標準ピッチを細分化した所定の細分化ピッチを設定
   し、前記一対の基準工具経路上の対応する一対の前記第
   １分割点を接続して得られる複数の線分を前記細分化ピ
   ッチで夫々分割することにより、前記各垂線および前記
   各線分に沿った第２分割点を求める第３ステップと、 前記第２分割点を前記基準工具経路に沿った方向に夫々
   接続し、補間工具経路を求める第４ステップと、 からなることを特徴とする形状加工用工具経路データ作
   成方法。