JPH07160318A - 加工シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の方向からの高速の加工シミュレーショ
ンを可能にした加工シミュレーション方法を提供する。 【構成】 加工物２を複数の方向から加工する場合に、
工具の方向（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）それぞれ
に対応する、加工物の形状を加工物分割領域の高さで表
現したデータを、記憶装置に格納する。そして、加工が
行われる方向が選択されると、その方向に対応した加工
物の高さのデータを選ぶ。その加工物の高さデータを工
具分割領域の高さデータと比較する。そして、切削が行
われると判断すれば、対応する領域の加工物の高さデー
タを工具の高さデータに置き換えることにより加工物の
形状データを更新していく。その更新されたデータによ
って随時加工物を３次元表示していくことにより、選択
された方向からの加工シミュレーションを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数値制御装置による加
工状況をグラフィック表示装置に表示する加工シミュレ
ーション方法に関し、特に複数の方向からの高速のシミ
ュレーションを可能にした加工シミュレーション方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】加工物を数値制御装置により加工する場
合には、グラフィック表示装置を用いて加工状況をシミ
ュレーションすることが、一般的に行われている。この
シミュレーションを行うことにより、加工の進行状況を
簡単に把握することができる。また、新たな加工を行う
ために作成した加工プログラムをこの装置でシミュレー
ションさせることにより、実際の加工を行わずにそのプ
ログラムを実行したときの加工結果を知ることができ
る。そして、加工技術の進歩に伴い工作機械の加工速度
は速くなっている。そのため、加工シミュレーションも
高速に行えることが要求されている。また、加工は一定
の方向から行われるとは限らない。つまり、加工物に対
する工具の位置を変えることにより、複数の方向から加
工が行われる。そのため、複数の方向からの加工シミュ
レーションを高速にする必要がある。

【０００３】以下従来の加工シミュレーション方法につ
いて説明する。まず、第一の方法として、加工物の形状
を工具軸に垂直な平面を構成する２つの直行軸方向に等
間隔で分割した領域における、加工物の高さデータで表
現する。そして、その高さデータを記憶装置に保存す
る。次に、工具も加工物と同様に、工具軸に垂直な平面
を構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した領域に
おける、工具の高さデータで表現する。

【０００４】そして、工具を加工プログラムに従って移
動させた場合の、移動後の位置における工具の高さデー
タと、その位置における加工物の高さデータとを比較す
る。加工物の高さが工具の高さより高い場合、その位置
において切削が行われると判断し、加工物の高さデータ
を工具の高さデータに置き換える。この更新された高さ
データにより、グラフィック表示装置は加工物の形状を
出力する。このような例として特公平３−５９４４１号
がある。

【０００５】また、第二の方法として、上記の第一の方
法における工具と加工物の高さデータを比較する領域
は、工具の移動によって新たに加工する可能性のある加
工予測領域であるとする方法がある。加工予測領域の検
出方法として、工具が工具軸に垂直に移動するときの移
動する範囲を、４５°間隔の８方向に分けて行う。この
方法は、各方向に工具が移動したときの加工予測領域を
予め設定しておき、その方向に移動したときは予め設定
されている領域において、加工物の高さデータと工具の
高さデータの比較を行う。そして、工具の高さが加工物
より低い場合には、加工物の高さデータを工具の高さデ
ータに置き換える。このことにより、工具の移動方向か
らすぐに加工予測領域が割り出せる。そして、加工シミ
ュレーションの高速化が図れる。このような例として特
願平５−２９７８７９号がある。

【０００６】また、第三の方法として加工物の形状を立
方体の集まりで認識させる方法がある。これは、加工物
が置かれている空間を３次元の座標系で表し、その座標
系を各座標軸方向に等間隔で分割し、その分割された立
方体の単位領域に加工物が存在するかどうかで加工物を
表現する。加工物の存在する領域に、工具が移動してき
た場合に切削が行われると判断し、その領域の加工物を
消去する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の第一の
方法及び第二の方法では一定の方向から切削を行ったと
きの加工シミュレーションしか出来なかった。そのた
め、複数の方向から加工を行う場合には、第三の方法で
シミュレーションさせる必要があった。この方法はデー
タの量が多くなる。そして、取り扱うデータが多いとい
うことはプロセッサがデータを解析する回数も増えてし
まい、処理速度の遅延につながる。

【０００８】そして、工具が加工物を切削していく過程
を、加工と並行して細かい領域単位に連続してシミュレ
ーションするには、加工物の領域と工具の領域との比較
を高速で行わなければならない。それには、ワークステ
ーションのような高速の計算能力を有するコンピュータ
が必要である。高性能のコンピュータを使用せずに、数
値制御装置でこのような加工シミュレーションを行う
と、工作機械の加工速度にシミュレーションが追いつか
ず、加工速度を遅らせなければならないという問題点が
あった。

【０００９】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、複数の方向からの高速のシミュレーションを
可能にした加工シミュレーション方法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】グラフィック表示装置に
加工状況を表示する加工シミュレーション方法におい
て、複数の方向から加工するときの加工方向を設定し、
各加工方向からみた加工物の形状を、工具軸に垂直な平
面を構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した加工
物分割領域における、加工物の高さデータで表現し、前
記加工物の高さデータを、記憶装置の対応する領域に記
憶し、加工を行う際に選択された指定加工方向に対応す
る加工プログラムを実行し、前記指定加工方向に対応す
る前記加工物の高さデータを選び、工具の形状を工具軸
に垂直な平面を構成する２つの直行軸方向に等間隔で分
割した工具分割領域おける工具の高さデータで表現し、
加工プログラムに従って工具が移動するときの移動前と
移動後の領域の違いから、新たに加工する可能性のある
加工予測領域を、前記工具分割領域単位で検出し、前記
加工予測領域において、前記工具の高さデータと記憶さ
れた前記加工物の高さデータとを比較して、工具の高さ
が加工物の高さより低い場合には加工が行われると判断
し、前記加工物の高さデータを前記工具の高さデータに
置き換えて、前記記憶装置のデータを更新し、更新され
た前記記憶装置のデータによって、加工物の形状を前記
グラフィック表示装置に表示させることを特徴とする加
工シミュレーション方法。

【００１１】

【作用】まず、複数の方向から加工するときの加工方向
を設定する。そして、各加工方向からみた加工物の形状
を、工具軸に垂直な平面を構成する２つの直行軸方向に
等間隔で分割した加工物分割領域における、加工物の高
さデータで表現する。この加工物の高さデータを、記憶
装置の対応する領域に記憶する。加工を行う際に選択さ
れた指定加工方向に対応する加工プログラムを実行する
とともに、記憶された複数の加工物の高さデータの中か
ら、指定加工方向に対応する加工物の高さデータを選
ぶ。そして、工具の形状を工具軸に垂直な平面を構成す
る２つの直行軸方向に等間隔で分割した工具分割領域お
ける工具の高さデータで表現する。加工プログラムに従
って工具が移動するときの移動前と移動後の領域の違い
から、新たに加工する可能性のある加工予測領域を、前
記工具分割領域単位で検出する。その加工予測領域にお
いて、工具の高さデータと記憶された加工物の高さデー
タとを比較して、工具の高さが加工物の高さより低い場
合には加工が行われると判断する。そして、加工物の高
さデータを工具の高さデータに置き換えて、記憶装置の
該当するデータを更新する。更新された前記記憶装置の
データによって、加工物の形状を前記グラフィック表示
装置に表示させる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、本発明を実施するための数値制御装置
のハードウェアの概略構成図である。

【００１３】プロセッサ１１は読み取り専用メモリ（Ｒ
ＯＭ）１２に格納されたシステムプログラムに従って数
値制御装置全体を制御する。ランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）１３は各種のデータあるいは入出力信号が格
納される。不揮発性メモリ１４は、電源切断後も保持す
べきパラメータ、ピッチ誤差補正量、工具補正量等が格
納されている。

【００１４】グラフィック表示装置３０はプロセッサ３
１を有しており、そのプロセッサ３１がグラフィック表
示装置３０の制御及びバス２１とのデータの入出力を行
う。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３には加工物
や工具の形状データ等が格納される。ＲＡＭ３３に格納
される加工物の形状データは、複数の方向から加工が行
われる場合にはそれぞれの方向別の加工物の形状データ
である。プロセッサ３１は加工プログラムと、ＲＡＭ３
３に格納されている形状データとから現在の加工物の形
状を計算し、その結果をビデオラム（ＶＲＡＭ）３２に
画像イメージデータとして格納する。ＶＲＡＭ３２の画
像イメージデータを用いて、グラフィック制御回路３４
が加工物の３次元のモデルを表示装置３５に表示する。
これらの形状データのやり取りはローカルバス３６を介
して行われる。

【００１５】軸制御回路１８はプロセッサ１１から、軸
の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１９に出
力する。サーボアンプ１９はこの移動指令を受けて、工
作機械２０のサーボモータを駆動する。これらの構成要
素はバス２１によって互いに結合されている。

【００１６】プログラマブル・マシン・コントローラ
（ＰＭＣ）２２はＮＣプログラムの実行時に、バス２１
経由でＴ機能信号（工具選択指令）等を受け取る。そし
て、この信号をシーケンス・プログラムで処理して、動
作指令として信号を出力し、工作機械２０を制御する。
また、工作機械２０から状態信号を受けて、シーケンス
処理を行い、バス２１を経由して、プロセッサ１１に必
要な入力信号を転送する。

【００１７】図１は本発明を実施するときの工具軸と加
工物の位置関係を示す図である。図において、加工物２
はｘ軸とｙ軸とを含むｘ−ｙ平面上に置かれている。加
工物２は、ｘ軸方向の長さＬｘ，ｙ軸方の向長さＬｙ，
ｚ軸方向の長さにＬｚ，の直方体である。加工を行うと
きの工具軸の５通りの方向を１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，
及び１ｅで示している。この加工物２をｚ軸の正の方向
から加工する場合の工具の位置は１ａである。そして、
ｙ軸の正の方向から加工する場合の工具の位置は１ｂ、
ｘ軸の正の方向から加工する場合の工具の位置は１ｃ、
ｙ軸の負の方向から加工する場合の工具の位置は１ｄ、
ｘ軸の負の方向から加工する場合の工具の位置は１ｅで
ある。これらのそれぞれの方向について、加工物の形状
を認識し、ＲＡＭ３３に方向別の加工物の形状データと
して格納されている。

【００１８】以下、各方向からの加工物の表現方法を説
明する。図３はｚ軸正の方向から加工を行う場合の加工
物の形状を示す図である。加工物２はｘ−ｙ平面上に置
かれている。工具１は加工物２に対しｚ軸の正の方向に
ある。このとき加工物２はｘ軸方向とｙ軸方向とに等間
隔に分割され、分割された加工物分割領域における加工
物の高さデータ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，Ｌｚ３，・・・）で
表現される。図示されている加工物２は加工前であるた
め、加工物２の高さデータ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，Ｌｚ３，
・・・）は全てＬｚである。加工が行われると、加工が
行われた場所の加工物の高さデータ（Ｌｚ１，Ｌｚ２，
Ｌｚ３，・・・）は切削されたときの工具の高さデータ
に置き換えられていく。

【００１９】図４はｙ軸方向から加工を行う場合の加工
物の形状を示す図である。図４（Ａ）はｙ軸の正の方向
から加工を行う場合の加工物２の形状を示す図である。
工具１は加工物２に対しｙ軸の正の方向にある。加工物
２はｚ軸方向とｘ軸方向とに等間隔に分割され、分割さ
れた加工物分割領域におけるｚ軸とｘ軸とを含む平面
（ｚ−ｘ平面）からの高さデータ（Ｌｙ１，Ｌｙ２，Ｌ
ｙ３，・・・）で表現される。

【００２０】図４（Ｂ）はｙ軸の負の方向から加工を行
う場合の加工物２の形状を示す図である。工具１は加工
物２に対しｙ軸の負の方向にある。加工物２はｚ軸方向
とｘ軸方向とに等間隔に分割され、分割された加工物分
割領域におけるｚ−ｘ平面と並行なｙ＝Ｌｙの値をとる
平面からの高さデータ（Ｌ-y１，Ｌ-y２，Ｌ-y３，・・
・）で表現される。つまり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）を
上下逆にした形状である。

【００２１】図５はｘ軸方向から加工を行う場合の加工
物の形状を示す図である。図５（Ａ）はｘ軸の正の方向
から加工を行う場合の加工物２の形状を示す図である。
工具１は加工物２に対しｘ軸の正の方向にある。加工物
２はｙ軸方向とｚ軸方向とに等間隔に分割され、分割さ
れた加工物分割領域におけるｙ軸とｚ軸とを含む平面
（ｙ−ｚ平面）からの高さデータ（Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌ
ｘ３，・・・）で表現される。

【００２２】図５（Ｂ）はｘ軸の負の方向から加工を行
う場合の加工物２の形状を示す図である。工具１は加工
物２に対しｘ軸の負の方向にある。加工物２はｚ軸方向
とｙ軸方向とに等間隔に分割され、分割された加工物分
割領域におけるｚ−ｙ平面と並行なｘ＝Ｌｘの値をとる
平面からの高さデータ（Ｌ-x１，Ｌ-x２，Ｌ-x３，・・
・）で表現される。

【００２３】図６は本発明の加工シミュレーション方法
での工具の表し方を示す図である。例として工具１はフ
ラットなエンドミルとする。そして、工具１は工具軸に
垂直な平面を構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割
する。分割した図が１ｆである。分割された各工具分割
領域における高さデータ（ｈ１，ｈ２，ｈ３，・・・，
ｈｎ）で工具１を表現する。この工具の高さデータの基
準になる平面は、加工を行う方向に対応する加工物の高
さデータの基準になる平面と同じである。

【００２４】この工具の高さデータの設定の方法を詳し
く説明する。工具の高さの基準となるのは、工具が加工
を行う加工物の面の反対側の面である。勿論この面は工
具軸に垂直である。図３のように加工物２がｘ−ｙ平面
上にありｚ軸正の方向から加工を行う場合は、ｘ−ｙ平
面からの距離が工具分割領域の高さデータである。ま
た、図４（Ａ）のようにｙ軸正の方向から加工を行う場
合は、ｚ−ｘ平面からの距離が工具分割領域の高さデー
タである。次に、図４（Ｂ）のようにｙ軸負の方向から
加工を行う場合について説明をする。加工前の加工物の
ｙ軸方向の大きさがＬｙである。そのため、工具が加工
を行う加工物の面の反対側の面は、ｘ−ｚ平面と並行な
ｙ＝Ｌｙの平面である。その平面からの距離が工具分割
領域の高さデータである。図５（Ａ），（Ｂ）の場合も
同様に高さデータを設定することができる。

【００２５】上記の例では加工物が直方体であり、加工
を行う面の反対側の面は工具軸と垂直であるが、そうで
ない場合の工具と加工物との高さデータの基準となる平
面は次のように設定する。加工物と接しており、工具軸
と垂直な平面のうち、工具と最も離れた位置の平面を基
準とする。その平面からの距離が各工具分割領域の高さ
データ、及び各加工物分割領域の高さデータである。つ
まり、基準となる平面は工具軸と垂直な平面であり、そ
の平面と工具との間に加工物の全ての領域が表現できる
ようにする。

【００２６】また、上記の例では工具をフラットなエン
ドミルとしたが、ボールエンドミルとすることもでき
る。この場合は工具分割領域における高さデータ（ｈ
１，ｈ２，ｈ３，・・・，ｈｎ）は、それぞれ異なった
値をとる。

【００２７】以上のように表現された加工物の加工状況
をシミュレーションする手順を以下に説明する。図３、
図４、図５で説明したように加工方向別に表現された加
工物の形状データを記憶装置に格納する。この例では、
５通りに表現された加工物が格納される。作業者は、ど
の方向から加工を行うのかを選択する。数値制御装置
は、選択された方向に対応する加工プログラムを実行す
る。その加工プログラムは加工を行うべき方向に工具を
移動させ、加工を開始するようにプログラムされてい
る。グラフィック表示装置のプロセッサは、選択された
加工方向に対応する加工物の形状を表す高さデータを記
憶装置から呼び出す。

【００２８】そして、加工プログラムに従って工具が移
動するときの、工具の移動前の領域と工具の移動後の領
域とを比較し、新たに加工する可能性のある加工予測領
域を工具分割領域単位で検出する。つまり、移動後の工
具分割領域は、移動前にも工具が存在していた領域と、
移動前には工具は存在していなかった領域とに分けられ
る。この、移動前には工具は存在していなかった領域が
加工予測領域である。加工予測領域において、加工物の
高さデータと工具の高さデータとを比較する。工具の高
さが加工物の高さよりも低い場合は、加工が行われると
判断し、加工物の高さデータを工具の高さデータの値に
置き換える。次々に更新される加工物の高さデータによ
って表現された加工物を、随時３次元のグラフィックで
表示することにより加工シミュレーションを行うことが
できる。

【００２９】図７は本発明の加工シミュレーション方法
によって表示した工具と加工物の第１の例である。この
例ではｘ−ｙ平面上に置かれた加工物２を工具１でｚ軸
の正の方向から加工を行っている。工具１はｙ軸の正の
方向（図示された矢印の方向）に向かって移動してい
る。工具により切削が行われた領域は、ｘ−ｙ平面から
の高さデータが置き換えられている。

【００３０】図８は本発明の加工シミュレーション方法
によって表示した工具と加工物の第２の例である。この
例ではｘ−ｙ平面上に置かれた加工物２を工具１でｘ軸
の正の方向から加工を行っている。工具１はｙ軸の正の
方向（図示された矢印の方向）に向かって移動してい
る。工具により切削が行われた領域は、ｙ−ｚ平面から
の高さデータが置き換えられている。この例では、ｙ−
ｚ平面からの高さデータで認識されている加工物を、グ
ラフィック表示装置はｘ−ｙ平面上に加工物が置かれて
いるように表示している。つまり、選択された方向にお
ける高さデータで表現されている加工物を表示する際に
は、実際に置かれているのと同じ状態で表示する。

【００３１】このようにして、複数の方向からのシミュ
レーションを高速化することができる。つまり、本発明
では加工物の形状を複数のデータで記憶しており、加工
が行われる方向に応じて、加工物の形状を表現している
データを選択する。そのことによって、従来一方向から
の加工でしか行えなかった高速のシミュレーション方法
を複数の方向からの加工でも行えるようになる。つま
り、従来複数の方向からの加工をシミュレーションする
には、加工物を小さな立法体の集まりで認識していたた
め、プロセッサが扱うデータ量が多くなってしまい、そ
のデータの解析に時間がかかっていた。しかし、実際の
加工では、一方向からの加工を順番に行うのである。そ
して、それぞれの方向からの加工時の必要なデータを少
なく抑えることによって、プロセッサの処理するデータ
量が減るため高速のシミュレーションが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では加工が
行われる方向毎に加工物の高さデータを格納し、加工方
向に対応する加工物の高さデータを工具の高さデータと
比較し、切削された領域の高さデータを更新することに
より、加工シミュレーションを行う。これにより、複数
の方向から加工する場合の高速の加工シミュレーション
を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するときの工具軸と加工物の位置
関係を示す図である。

【図２】本発明を実施するための数値制御装置のハード
ウェアの概略構成図である。

【図３】ｚ軸正の方向から加工を行う場合の加工物の形
状を示す図である。

【図４】ｙ軸の方向から加工を行う場合の加工物の形状
を示す図であり、（Ａ）はｙ軸の正の方向から加工を行
う場合の加工物の形状を示し、（Ｂ）はｙ軸の負の方向
から加工を行う場合の加工物の形状を示す。

【図５】ｘ軸の方向から加工を行う場合の加工物の形状
を示す図であり、（Ａ）はｘ軸の正の方向から加工を行
う場合の加工物の形状を示し、（Ｂ）はｘ軸の負の方向
から加工を行う場合の加工物の形状を示す。

【図６】本発明の加工シミュレーション方法での工具の
表し方を示す図である。

【図７】本発明の加工シミュレーション方法によって表
示した工具と加工物の第１の例である。

【図８】本発明の加工シミュレーション方法によって表
示した工具と加工物の第２の例である。

【符号の説明】

１ 工具 ２ 加工物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 グラフィック表示装置に加工状況を表示
   する加工シミュレーション方法において、 複数の方向から加工するときの加工方向を設定し、 各加工方向からみた加工物の形状を、工具軸に垂直な平
   面を構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した加工
   物分割領域における、加工物の高さデータで表現し、前
   記加工物の高さデータを、記憶装置の対応する領域に記
   憶し、 加工を行う際に選択された指定加工方向に対応する加工
   プログラムを実行し、前記指定加工方向に対応する前記
   加工物の高さデータを選び、工具の形状を工具軸に垂直
   な平面を構成する２つの直行軸方向に等間隔で分割した
   工具分割領域における工具の高さデータで表現し、 加工プログラムに従って工具が移動するときの移動前と
   移動後の領域の違いから、新たに加工する可能性のある
   加工予測領域を、前記工具分割領域単位で検出し、 前記加工予測領域において、前記工具の高さデータと記
   憶された前記加工物の高さデータとを比較して、工具の
   高さが加工物の高さより低い場合には加工が行われると
   判断し、前記加工物の高さデータを前記工具の高さデー
   タに置き換えて、前記記憶装置のデータを更新し、 更新された前記記憶装置のデータによって、加工物の形
   状を前記グラフィック表示装置に表示させることを特徴
   とする加工シミュレーション方法。
2. 【請求項２】 複数の方向から加工方向を設定する際
   に、 加工物の上面から加工する場合と、加工物の側面におけ
   る９０°間隔の４方向のうちの１方向から加工する場合
   との５通りの加工条件に設定することを特徴とする請求
   項１記載の加工シミュレーション方法。