WO2015181912A1 - 工具経路生成装置及び方法 - Google Patents

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亮輔 山下
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention combines a spiral path and a trochoid path with a pocket portion defined by the overall shape and depth of a machining area defined on a two-dimensional plane, thereby reducing machining time and tool life.
  • the present invention relates to an apparatus and method for generating a tool path that can be realized.
  • the tool path generation device as described above can suppress the processing load on the tool, there is an advantage that high-efficiency processing that effectively uses the blade length of the tool is possible.
  • the machining state is maintained in the spiral path, the machining is performed with higher efficiency than the trochoidal path in which the machining state and the non-machining state are repeated.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a tool path generation apparatus and method that can automatically generate a plurality of spiral tool paths according to the overall shape of a machining area.
  • the present invention provides a tool path generation device that generates a tool path for forming a recess defined by the overall shape and depth of a machining area in a machining material.
  • a reference circle generating means for extracting a plurality of circular areas satisfying a preset condition from the entire shape of the machining area, and a plurality of circular areas extracted by the reference circle generating means or a region including the periphery of the circular area is swirled
  • a first machining path generating means for generating a first tool path to be machined in a path, a post-swirl machining area shape obtained by removing the machining area by the first tool path from the entire machining area shape, and spiral machining
  • a second machining path generation means for generating a second tool path for machining the post-machining region shape.
  • the tool path generation apparatus and method according to the present invention can automatically generate a plurality of spiral tool paths in accordance with the entire shape of the machining area, and thus can increase machining efficiency.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a tool path generation device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of operation of the tool path generation device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the overall shape of the machining area.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the central axis obtained by the central axis conversion.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an inscribed circle that is an extraction candidate.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of extracted circle data.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a hole machining path.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a state of generation of the spiral processing.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a tool path generation device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of operation of the tool path generation device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a region shape to be processed by trochoidal processing.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a machining path for trochoidal machining.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a tool path as an output result.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a tool path generated by the tool path generation device disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of extracting a circle that does not touch the contour of the entire machining area shape at two points.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a tool path generation device according to the present invention.
  • the tool path generation device 50 includes a machining area shape input unit 1, a machining condition input unit 2, a tool path generation unit 3, a machining area shape storage unit 20, and a machining condition storage unit 21.
  • the machining area shape input unit 1 accepts external input of machining area whole shape data that defines the shape of the whole machining area and stores it in the machining area shape storage unit 20.
  • Machining condition input unit 2 is the end mill used in the depth of the machined part, the machining method of the hole part to start the spiral machining, the radius of the hole part, the machining time per hole part, the helical machining, the spiral machining and the trochoid machining Tool diameter, parameters for generating the spiral path and trochoidal path, feed rate in the path where machining is performed in the spiral path and trochoidal path, and path where machining in the trochoidal path is not performed Accepts external input of data such as a feed rate and a feed rate on a path moving between the spiral machining paths, and stores the data in the machining condition storage unit 21.
  • the drill process by a drill tool the helical process in an end mill tool, etc. can be mention
  • parameters for generating the spiral machining path and the trochoid machining path include a cutting amount in the tool radial direction, a contact angle of the tool with respect to the machining material, and the like.
  • the tool path generation unit 3 includes a spiral processing path reference circle generation unit 4, a hole processing path generation unit 5, a spiral processing path generation unit 6, a trochoid processing path generation unit 7, a tool path output unit 8, and a spiral processing path reference circle storage unit. 22, a trochoidal machining region shape storage unit 23, a tool path storage unit 24, and a control unit 25.
  • the tool path generation unit 3 generates each tool path for drilling, spiraling, and trochoidal machining by controlling the execution order of the functional units, and outputs the tool paths to the outside.
  • the spiral processing path reference circle generating unit 4 serving as the reference circle generating unit is stored in the processing region overall shape data stored in the processing region shape storage unit 20 and the processing condition storage unit 21 in accordance with an execution instruction from the control unit 25. Based on the machining condition data, the circle data serving as the reference for the spiral machining path is generated and stored in the spiral machining path reference circle storage unit 22.
  • the hole machining path generation unit 5 is based on the circle data stored in the spiral machining path reference circle storage unit 22 and the machining condition data stored in the machining condition storage unit 21. Machining path data for forming a hole at the part where the vortex machining is started is generated, and the tool path storage unit 24 stores the data.
  • the spiral processing path generation unit 6 as the first processing path generation unit is configured to store the entire processing region shape data stored in the processing region shape storage unit 20, and the spiral processing path reference circle storage unit. Based on the circle data stored in 22 and the machining condition data stored in the machining condition storage unit 21, spiral processing path data serving as a first tool path is generated, and the data is stored in the tool path storage unit 24. Let Further, data of the processed region shape after the spiral processing that is the target of the trochoidal processing in which the processed region shape by the generated path is removed from the entire processed region shape is generated, and the data is stored in the trochoidal processed region shape storage unit 23.
  • the trochoidal machining path generation unit 7 performs the spiral machining region shape data stored in the trochoidal machining region shape storage unit 23 and the machining condition data stored in the machining condition storage unit 21. Based on the above, trochoidal machining path data for the second tool path is generated, and the tool path storage unit 24 stores the data.
  • the tool path output unit 8 outputs the machining path data stored in the tool path storage unit 24 to the outside in response to an execution instruction from the control unit 25.
  • the machining area shape storage unit 20 stores the machining area overall shape data input to the machining area shape input unit 1.
  • the machining condition storage unit 21 stores the machining condition data input to the machining condition input unit 2.
  • the spiral processing path reference circle storage unit 22 stores the circle data generated by the spiral processing path reference circle generation unit 4.
  • the trochoidal machining region shape storage unit 23 stores the spiral processing region shape data generated by the spiral processing path generation unit 6.
  • the tool path storage unit 24 stores the machining path data generated by each of the hole machining path generation unit 5, the spiral machining path generation unit 6, and the trochoid machining path generation unit 7.
  • the control unit 25 sends an execution instruction to each of the spiral processing path reference circle generation unit 4, the hole processing path generation unit 5, the spiral processing path generation unit 6, the trochoid processing path generation unit 7, and the tool path output unit 8. The operation order of each part is controlled.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of operation of the tool path generation device according to the embodiment.
  • data defining the overall machining area shape is externally input to the machining area shape input unit 1 and stored in the machining area shape storage unit 20 (step S201).
  • the data that defines the overall shape of the machining area is data such as the type, coordinates, and dimensions of the shape elements that make up the outline shape of the area.
  • a method of externally inputting data to the machining area shape input unit 1 a method such as input by an operator using a keyboard or the like, conversion from a specified part on CAD (Computer Aided Design) data can be applied. It is.
  • CAD Computer Aided Design
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the overall shape of the machining area.
  • the entire processing region shape is a shape in which two rectangular regions with R at the corner portion are connected by a groove region, and the processing region shape storage unit 20 has two corners with R at the corner portion.
  • Data for forming a concave portion N having a shape formed by connecting two square regions with a groove region in the workpiece material 40 is stored as overall processing region shape data defining the overall processing region shape. It is assumed that the depth of the recess N is a constant value.
  • machining condition data is externally input to the machining condition input unit 2 and stored in the machining condition storage unit 21 (step S202).
  • External input of the machining condition data is performed by a method such as input by an operator using a keyboard or the like, or input from a parent system (CAM (Computer Aided Manufacturing) device, numerical control device, etc.).
  • CAM Computer Aided Manufacturing
  • the tool path generation unit 3 generates circle data serving as a reference for the spiral machining path in the spiral machining path reference circle generation unit 4, and stores the data in the spiral machining path reference circle storage unit 22 (step S203).
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the central axis obtained by the central axis conversion.
  • the point on the central axis MA indicates a position where the increase / decrease of the radius of the inscribed circle occurs, that is, a position where the radius of the inscribed circle takes a maximum value or a minimum value.
  • the center of the inscribed circle with the maximum radius described later is either a position where the radius of the inscribed circle takes a maximum value or a minimum value.
  • step S203 circle data is extracted by the following procedure.
  • A Based on information obtained by center axis conversion (specifically, the center axis and the inscribed circle radius), the inscribed circle having the maximum radius as a first inscribed circle from a plurality of inscribed circles To extract.
  • B A radius is predetermined from the second inscribed circle that touches the contour of the entire machining area shape at three or more points and the third inscribed circle that touches the contour of the entire machining area shape at two points that do not overlap with them. Is extracted with a maximum radius that is greater than the value of and does not overlap the extracted first, second, and third inscribed circles.
  • C As a result of the above (b), if there is nothing to be extracted, the extraction process is completed, and if there is something to be extracted, the procedure returns to (b).
  • the inscribed circle that touches the contour of the entire machining area shape at three or more points is selected as the extraction candidate. This is because it may be an inscribed circle with the maximum radius. In addition, the inscribed circle that touches the contour of the entire machining area shape at two points does not overlap with the inscribed circle that touches the contour of the entire machining area shape at three or more points. This is because there is a sufficient gap between the inscribed circles in contact with the outline of the entire shape, and high efficiency can be achieved by applying a spiral process to the inscribed circle in this gap.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an inscribed circle that is an extraction candidate. In FIG. 5, the entire shape of the processing region is a long hole-like recess. As shown in FIG. 5, when there is a sufficient gap between the inscribed circles C4 and C5 that are in contact with the contour of the entire machining area at three or more points, the inscribed circle C6 in this gap is selected as an extraction candidate.
  • the inscribed circle to be extracted is limited to the inscribed circle whose radius is larger than a predetermined value.
  • the spiral processing is started. This is because the radius of the inscribed circle needs to be large with a certain margin with respect to the radius of the hole.
  • the predetermined value is calculated from the radius RH of the hole and the diameter DEM of the end mill tool stored in the machining condition storage unit 21 as follows.
  • K is a constant larger than 0. If the value of K is set to be large, the lower limit value of the radius of the inscribed circle to be extracted becomes large, so that only a region having a certain size can be swirled, and the effect of efficiency by performing swirling Can be increased. However, if the value of K is too large, the number of inscribed circles extracted as candidates is reduced, and the effect of efficiency by performing the spiraling process is reduced. Therefore, depending on the entire machining area shape and machining conditions To set as appropriate.
  • the inscribed circle to be extracted is limited to the one that does not overlap with the extracted inscribed circle. This is to prevent the efficiency from being lowered due to the fact that the machining is not performed by the movement of. However, even if there is a slight overlap with the size of the inscribed circle, it is conceivable that the effect of improving efficiency by performing the spiral processing is exceeded.
  • the overlap can be determined by the following conditional expression: it can.
  • the position of the center point of the extracted inscribed circle is PE, the radius of the extracted inscribed circle is RE, the position of the center point of the extracted inscribed circle is PC, the radius of the extracted candidate inscribed circle is RC, and RE> RC , It is determined that there is no overlap if the following equation (2) is satisfied.
  • H
  • L is a constant larger than 0. If the value of L is set to a large value, an inscribed circle having a large degree of overlap with the extracted inscribed circle can be extracted as a candidate, but the efficiency reduction due to the fact that machining is not performed by the subsequent movement of the tool also increases. Therefore, it may be set as appropriate according to the overall shape of the processing region, processing conditions, and the like.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the extracted circle data.
  • the circle C1 centered on the point P1 is extracted by the procedure (a).
  • the inscribed circle that touches the contour of the entire machining area at three or more points that do not overlap with the extracted circle C1 and the contour of the entire machining area at two points that do not overlap with them are touched.
  • a circle C2 centered on the point P2 is extracted as the inscribed circle having the maximum radius. Since the circle C2 has been extracted, the procedure of (c) is returned to the procedure of (b) again, and when the procedure of (b) is performed for the second time, no inscribed circle is extracted.
  • the tool path data for processing the hole for starting the spiral processing is generated in the hole processing path generation unit 5, and the data is stored in the tool path storage unit 24 (step S204).
  • the coordinates of the center position of the hole are obtained from the circle data stored in the spiral processing path reference circle storage unit 22, the depth of the processing unit stored in the processing condition storage unit 21, the hole processing method, Based on the radius of the hole, a hole machining path by a drill tool, a helical machining path by an end mill tool, and the like are generated and stored.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a hole machining path.
  • the hole machining method helical machining by an end mill tool is designated, and the circles C1 and C2 are circles obtained from the spiral machining path reference circle storage unit 22, and the hole regions NH1 and NH2 at the center thereof.
  • the tool paths for machining the workpiece material 40 are helical machining paths TPH1 and TPH2.
  • the spiral machining path generation unit 6 generates spiral machining tool path data, and the data is stored in the tool path storage unit 24 (step S205).
  • data on the shape of the region to be machined by trochoidal machining is generated from the entire machining region shape data stored in the machining region shape storage unit 20 and the machining region data obtained from the spiral machining path, and the trochoidal machining region shape storage unit The data is stored in 23.
  • the circle data obtained from the spiral machining path reference circle storage unit 22 the diameter of the end mill tool obtained from the machining condition storage unit 21, the predetermined cutting amount in the radial direction of the tool, and the contact angle of the tool with respect to the machining material Etc. are generated based on the above. For example, start a cut from the side of the hole where machining starts, increase the cut in the tool radial direction or the contact angle of the tool to the workpiece material to a predetermined value, then keep it constant, and then decrease the spiral path There is a way to generate
  • FIG. 8 is a diagram showing a state of generation of the spiral processing.
  • the circles C1 and C2 are the circles obtained from the spiral processing path reference circle storage unit 22, and the spiral processing for processing the regions NS1 and NS2 to be processed on the workpiece 40 by the corresponding spiral processing.
  • the paths are TPS1 and TPS2.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a region shape to be processed by trochoidal processing.
  • the region shape NT is obtained by removing the regions of the circles C1 and C2 that are the processing regions by the spiral processing path from the entire processing region shape.
  • the trochoidal machining path generation unit 7 generates trochoidal machining path data and stores the data in the tool path storage unit 24 (step S206).
  • the tool path for trochoidal machining includes machining area data obtained from the trochoidal machining area shape storage unit 23, a diameter of the end mill tool obtained from the machining condition storage unit 21, a predetermined tool radial direction cutting amount, and a contact angle of the tool with respect to the machining material. For example, there is a method of generating a circular path that repeats machining and non-machining so that the cutting angle in the tool radial direction or the contact angle of the tool with respect to the workpiece does not exceed a predetermined value.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a processing path for trochoidal processing.
  • the tool path for machining the region NT to be machined in FIG. 10 includes a path TPT for machining the workpiece material 40 and a path TPN for not machining the workpiece material 40. ing.
  • the route TPT is indicated by a solid line and the route TPN is indicated by a broken line.
  • the hole machining path, the spiral machining path, and the trochoidal machining path data stored in the tool path storage unit 24 are obtained from the machining condition storage unit 21.
  • the order is adjusted based on the processing method and output externally.
  • the drilling method using a drill tool is the drilling method that starts drilling and spiraling
  • all drilling path data is first output in consideration of reducing the tool change loss.
  • all the spiral processing path data is output, and finally the trochoidal processing path data is output.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a tool path as an output result.
  • a solid line in FIG. 11 indicates a path for processing the processed material 40, and a broken line indicates a path for not processing the processed material 40.
  • step S207 After the output of the tool path data in step S207, the operation of the tool path generation device is terminated.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a tool path generated by the tool path generation apparatus disclosed in Patent Document 1, and shows a result of generating a tool path for the entire machining area shape shown in FIG. Yes.
  • N1 in FIG. 12 is a circular area with the maximum radius extracted for the entire machining area, and N2 is an area obtained by removing N1 from the entire machining area.
  • a spiral machining path is generated for N1
  • a trochoidal machining path is generated for N2.
  • a solid line in FIG. 12 indicates a route for processing the workpiece material 40, and a broken line indicates a route for not processing the workpiece material 40.
  • the circular region N1 corresponds to one of the square regions constituting the entire processing region, and processing is performed with high efficiency by continuous processing by spiral processing. Since the other of the quadrangular regions is intermittently processed by the trochoidal processing path, the processing efficiency is lower than that of the one of the quadrangular regions.
  • the tool path generation device disclosed in Patent Document 1 Since the spiral process is applied only to one part of the maximum circle part, the effect of improving the process efficiency by performing the spiral process cannot be sufficiently obtained.
  • the tool path generation device according to the embodiment extracts a plurality of circles from the entire machining area shape even when the aspect ratios of the machining area overall shape are greatly different, and performs spiral processing on the extracted circle area. Therefore, the effect of improving the processing efficiency is increased.
  • machining path for machining the portion remaining after the spiral machining is generated in a trochoidal shape.
  • a machining path such as a zigzag shape or a meander shape may be generated. good.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of extracting a circle that does not touch the contour of the entire machining area shape at two points.
  • the circle C7 becomes a circle that is not a circle that is in contact with the contour of the entire machining area at two points.
  • the inside may be spirally processed.
  • the spiral machining path generation unit 6 may generate a tool path for performing spiral machining on a region including the periphery of the extracted circle.
  • the tool path generation apparatus and method according to the present invention are useful in that high efficiency can be achieved by automatically applying a plurality of spiral paths according to the overall shape of the machining area.

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Abstract

　加工領域全体形状と深さとで定義される凹部を加工素材に形成するための工具経路を生成する工具経路生成装置（５０）であって、加工領域全体形状内から予め設定された条件を満たす円形状領域を複数抽出する渦巻き加工経路基準円生成部（４）と、渦巻き加工経路基準円生成部（４）が抽出した複数の円形状領域あるいは円形状領域の周辺を含む領域を渦巻き状の経路で加工する工具経路と、加工領域全体形状から渦巻き状の工具経路による加工領域を除去した渦巻き加工領域形状とを生成する渦巻き加工経路生成部（６）と、渦巻き加工後加工領域形状を加工する工具経路を生成するトロコイド加工経路生成部（７）とを有する。

Description

工具経路生成装置及び方法
　本発明は、二次元平面上で定義された加工領域全体形状と深さとから定義されるポケット部を渦巻き状の経路とトロコイド状の経路とを組み合わせることにより、加工時間の短縮と工具の長寿命化を可能とする工具経路生成装置及び方法に関する。
　従来、二次元平面上で定義された加工領域全体形状と深さとから定義される凹部、いわゆるポケット部を加工するための工具経路生成装置としては、加工領域全体形状内の最大円の部分に対して渦巻き加工経路を生成し、加工領域全体形状内の最大円以外の部分に対し加工経路と非加工経路とが繰り返されたトロコイド加工経路を自動で生成するようにしたものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）
　上記のような工具経路生成装置では、工具への加工負荷を抑制できることから、工具の刃長を有効利用した高効率な加工が可能となる利点がある。特に、渦巻き状の経路では、加工状態が維持されるため、加工状態と非加工状態とが繰り返されるトロコイド状の経路よりも高効率に加工される。
特開２００２－２８３１１８号公報
　しかしながら、上記従来の技術では、効率の良い渦巻き状の経路が加工領域全体形状内の最大円の部分の１箇所にしか適用されず、加工領域全体形状に応じ、複数の渦巻き状の経路を自動で適用することによる高効率化が行えないという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工領域全体形状に応じ、複数の渦巻き状の工具経路を自動で生成できる工具経路生成装置及び方法を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工領域全体形状と深さとで定義される凹部を加工素材に形成するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、加工領域全体形状内から予め設定された条件を満たす円形状領域を複数抽出する基準円生成手段と、基準円生成手段が抽出した複数の円形状領域あるいは円形状領域の周辺を含む領域を渦巻き状の経路で加工する第１の工具経路と、加工領域全体形状から第１の工具経路による加工領域を除去した渦巻き加工後加工領域形状とを生成する第１の加工経路生成手段と、渦巻き加工後加工領域形状を加工する第２の工具経路を生成する第２の加工経路生成手段とを有することを特徴とする。
　本発明にかかる工具経路生成装置及び方法は、加工領域全体形状に応じ、複数の渦巻き状の工具経路を自動で生成できるため、加工効率を高めることができるという効果を奏する。
図１は、本発明にかかる工具経路生成装置の実施の形態の構成を示す図である。 図２は、実施の形態に係る工具経路生成装置の動作の流れを示すフローチャートである。 図３は、加工領域全体形状の一例を示す図である。 図４は、中心軸変換によって得られる中心軸の一例を示す図である。 図５は、抽出候補となる内接円の一例を示す図である。 図６は、抽出される円データの一例を示す図である。 図７は、穴加工経路の一例を示す図である。 図８は、渦巻き加工の生成の様子を示す図である。 図９は、トロコイド加工で加工対象となる領域形状の一例を示す図である。 図１０は、トロコイド加工の加工経路の一例を示す図である。 図１１は、出力結果の工具経路の一例を示す図である。 図１２は、特許文献１に開示される工具経路生成装置により生成された工具経路の例を示す図である。 図１３は、２点で加工領域全体形状の輪郭に接しない円を抽出する場合の一例を示す図である。
　以下に、本発明にかかる工具経路生成装置及び方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明にかかる工具経路生成装置の実施の形態の構成を示す図である。実施の形態に係る工具経路生成装置５０は、加工領域形状入力部１、加工条件入力部２、工具経路生成部３、加工領域形状記憶部２０及び加工条件記憶部２１を有する。
　加工領域形状入力部１は、加工領域全体の形状を定義する加工領域全体形状データの外部入力を受け付け、加工領域形状記憶部２０に記憶する。
　加工条件入力部２は、加工部の深さ、渦巻き加工を開始する穴部の加工方法、穴部の半径、穴部１個あたりの加工時間、ヘリカル加工、渦巻き加工及びトロコイド加工で使用するエンドミル工具の直径、渦巻き加工経路やトロコイド加工経路を生成するためのパラメータ、渦巻き加工経路やトロコイド加工経路中の加工が行われる経路での送り速度、トロコイド加工経路中の加工が行われない経路での送り速度、渦巻き加工経路間を移動する経路での送り速度などのデータの外部入力を受け付けて、加工条件記憶部２１にデータを記憶する。なお、渦巻き加工を開始する穴部の加工方法の例としては、ドリル工具によるドリル加工やエンドミル工具におけるヘリカル加工などをあげることができる。渦巻き加工経路やトロコイド加工経路を生成するためのパラメータの例としては、工具半径方向の切り込み量、工具の加工素材に対する接触角などをあげることができる。
　工具経路生成部３は、渦巻き加工経路基準円生成部４、穴加工経路生成部５、渦巻き加工経路生成部６、トロコイド加工経路生成部７、工具経路出力部８、渦巻き加工経路基準円記憶部２２、トロコイド加工領域形状記憶部２３、工具経路記憶部２４及び制御部２５を有する。工具経路生成部３は、各機能部の実行順番を制御することで穴加工、渦巻き加工及びトロコイド加工の各工具経路を生成し、外部へ出力する。
　基準円生成手段としての渦巻き加工経路基準円生成部４は、制御部２５からの実行指示により、加工領域形状記憶部２０に記憶されている加工領域全体形状データ、加工条件記憶部２１に記憶されている加工条件データを基に、渦巻き加工経路の基準となる円データを生成し、渦巻き加工経路基準円記憶部２２に記憶させる。
　穴加工経路生成部５は、制御部２５からの実行指示により、渦巻き加工経路基準円記憶部２２に記憶されている円データ、加工条件記憶部２１に記憶されている加工条件データを基に、渦巻き加工を開始する部分の穴部を形成するための加工経路データを生成し、工具経路記憶部２４にデータを記憶させる。
　第１の加工経路生成手段としての渦巻き加工経路生成部６は、制御部２５からの実行指示により、加工領域形状記憶部２０に記憶されている加工領域全体形状データ、渦巻き加工経路基準円記憶部２２に記憶されている円データ及び加工条件記憶部２１に記憶されている加工条件データを基に、第１の工具経路とする渦巻き加工経路データを生成し、工具経路記憶部２４にデータを記憶させる。また、生成した経路による加工領域形状を加工領域全体形状から除去したトロコイド加工の対象となる渦巻き加工後加工領域形状のデータを生成し、トロコイド加工領域形状記憶部２３にデータを記憶させる。
　トロコイド加工経路生成部７は、制御部２５からの実行指示により、トロコイド加工領域形状記憶部２３に記憶されている渦巻き加工後加工領域形状データ及び加工条件記憶部２１に記憶されている加工条件データを基に、第２の工具経路とするトロコイド加工経路データを生成し、工具経路記憶部２４にデータを記憶させる。
　工具経路出力部８は、制御部２５からの実行指示により、工具経路記憶部２４に記憶されている加工経路データを外部へ出力する。
　加工領域形状記憶部２０は、加工領域形状入力部１に入力された加工領域全体形状データを記憶する。
　加工条件記憶部２１は、加工条件入力部２に入力された加工条件データを記憶する。
　渦巻き加工経路基準円記憶部２２は、渦巻き加工経路基準円生成部４で生成された円データを記憶する。
　トロコイド加工領域形状記憶部２３は、渦巻き加工経路生成部６で生成された渦巻き加工後加工領域形状データを記憶する。
　工具経路記憶部２４は、穴加工経路生成部５、渦巻き加工経路生成部６及びトロコイド加工経路生成部７の各々で生成された加工経路データを記憶する。
　制御部２５は、渦巻き加工経路基準円生成部４、穴加工経路生成部５、渦巻き加工経路生成部６、トロコイド加工経路生成部７及び工具経路出力部８の各々に実行指示を送ることによって、各部の動作順序を制御する。
　図２は、実施の形態に係る工具経路生成装置の動作の流れを示すフローチャートである。まず、加工領域形状入力部１に対して、加工領域全体形状を定義するデータが外部入力され、加工領域形状記憶部２０に記憶される（ステップＳ２０１）。なお、加工領域全体形状を定義するデータとは、領域の輪郭形状を構成する形状要素の種類、座標、寸法などのデータである。また、データを加工領域形状入力部１に外部入力する方法としては、作業者によるキーボード等の操作による入力、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データ上の指定された部位からの変換などの方法を適用可能である。
　図３は、加工領域全体形状の一例を示す図である。本実施の形態では、加工領域全体形状は、コーナー部にＲが付いた二つの四角形領域を溝領域でつなげた形状であり、加工領域形状記憶部２０には、コーナー部にＲが付いた二つの四角形領域を溝領域でつなげた形状の凹部Ｎを加工素材４０に形成するためのデータが加工領域全体形状を定義する加工領域全体形状データとして記憶される。なお、凹部Ｎの深さは一定値であるとする。
　次に、加工条件入力部２に対して、加工条件データが外部入力され、加工条件記憶部２１に記憶される（ステップＳ２０２）。加工条件データの外部入力は、作業者によるキーボードなどの操作による入力、親システム（ＣＡＭ（Computer　Aided　Manufacturing）装置、数値制御装置など）からの入力などの方法によって行われる。
　工具経路生成部３は、渦巻き加工経路基準円生成部４において、渦巻き加工経路の基準となる円データを生成し、渦巻き加工経路基準円記憶部２２にデータを記憶させる（ステップＳ２０３）。
　円データの生成方法としては、例えば、一般に公知の中心軸変換（Medial　Axis　Transform）が利用できる。中心軸変換では、与えられた輪郭形状に２点以上で接する内接円の中心点の集合した中心軸（Medial　Axis）と中心線上の各点における内接円半径が得られる。図４は、中心軸変換によって得られる中心軸の一例を示す図であり、図３に示した凹部Ｎの加工領域全体形状データに対して中心軸変換を行うことによって得られた中心軸ＭＡを示している。なお、中心軸ＭＡ上の点は、内接円の半径の増減の変化が生じる位置、すなわち内接円の半径が極大値又は極小値を取る位置を示している。後述する最大半径の内接円の中心は、これらの内接円の半径が極大値又は極小値を取る位置のいずれかとなる。
　ステップＳ２０３では、次の手順で円データが抽出される。（ａ）中心軸変換により得られた情報（具体的には、中心軸や内接円半径）を基に、複数の内接円の中から第１の内接円として最大半径の内接円を抽出する。（ｂ）３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する第２の内接円とそれらと重ならない２点で加工領域全体形状の輪郭に接する第３の内接円の中から、半径が所定の値よりも大きく、抽出済みの第１、第２及び第３の内接円と重ならない最大半径のものを抽出する。（ｃ）上記（ｂ）の結果、抽出されるものがなければ抽出処理を完了し、抽出されるものがあれば（ｂ）の手順に戻る。
　上記（ｂ）の手順において３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円を抽出候補としているのは、３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円が、局所的に最大半径の内接円となることがあるためである。また、３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円とは重ならず２点で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円を抽出候補としているのは、３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円間に十分な隙間があり、この隙間における内接円に渦巻き加工を適用することで高効率化が可能となるためである。図５は、抽出候補となる内接円の一例を示す図である。図５においては、加工領域全体形状は長穴状の凹部である。図５に示すように、３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円Ｃ４、Ｃ５間に十分な隙間がある場合には、この隙間における内接円Ｃ６を抽出候補とする。
　また、上記（ｂ）の手順において、抽出する内接円を半径が所定の値よりも大きいものに限定しているのは、渦巻き加工の削り代を確保するためには、渦巻き加工を開始する穴部の半径に対して内接円の半径がある程度の余裕を持って大きいことが必要であるためである。所定の値は、例えば、加工条件記憶部２１に記憶されている穴部の半径ＲＨ、エンドミル工具の直径ＤＥＭから次のように計算される。
　所定の値＝ＲＨ＋Ｋ×ＤＥＭ　・・・（１）
　上記式（１）において、Ｋは０よりも大きい定数である。Ｋの値を大きく設定すると、抽出される内接円の半径の下限値が大きくなるため、ある程度の大きさを持つ領域だけを渦巻き加工することができ、渦巻き加工を行うことによる効率化の効果を高めることができる。ただし、Ｋの値が大きすぎると、候補として抽出される内接円の数が少なくなって渦巻き加工を行うことによる効率化の効果が低くなってしまうため、加工領域全体形状や加工条件に応じて適宜設定すると良い。
　さらに、上記（ｂ）の手順において、抽出する内接円を抽出済みの内接円と重ならないものに限定しているのは、渦巻き加工の加工領域同士が重なることで、後から行われる工具の移動で加工が行われなくなることによる効率低下を防止するためである。ただし、内接円の大きさに対して若干の重なりがあっても、渦巻き加工を行うことによる効率化の効果が上回ることが考えられるため、例えば、次の条件式で重なりを判定することもできる。
　抽出済み内接円の中心点の位置をＰＥ、抽出済み内接円の半径をＲＥ、抽出候補内接円の中心点の位置をＰＣ、抽出候補内接円の半径をＲＣとし、ＲＥ＞ＲＣとする時、下記式（２）を満たす場合には重なりはないと判定する。
　ＲＥ＋ＲＣ－Ｈ＜Ｌ×ＲＣ　・・・（２）
　なお、上記式（２）において、Ｈ＝｜ＰＥ－ＰＣ｜であり、Ｌは０よりも大きい定数である。Ｌの値を大きく設定すると、抽出済み内接円との重複の度合いが大きい内接円を候補として抽出できるが、後から行われる工具の移動で加工が行われなくなることによる効率低下も大きくなるため、加工領域全体形状や加工条件等に応じて適宜設定すると良い。
　図６は、抽出される円データの一例を示す図である。図６に示す例では、上記（ａ）の手順で、点Ｐ１を中心とする円Ｃ１が抽出される。さらに、上記（ｂ）の手順で、抽出済みの円Ｃ１に重ならない３点以上で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円と、それらと重ならない２点で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円の中の最大半径のものとして点Ｐ２を中心とする円Ｃ２が抽出される。円Ｃ２が抽出されたことから、（ｃ）の手順から再び（ｂ）の手順に戻り、２回目に（ｂ）の手順を実施した際には、抽出される内接円は無しとなる。
　これは、２回目に（ｂ）の手順を実施する際には、上記抽出候補の内接円の中で抽出済みの円Ｃ１及びＣ２に重ならないものが存在しないためである。例えば、点Ｐ３を中心とする円Ｃ３は、円Ｃ１に重なるため抽出されず、他の抽出候補の内接円も同様に抽出されないためである。最終的に円Ｃ１及びＣ２のみが抽出され、そのデータが渦巻き加工経路基準円記憶部２２に記憶される。
　その後、穴加工経路生成部５において、渦巻き加工を開始する穴部を加工するための工具経路データが生成され、工具経路記憶部２４にデータが記憶される（ステップＳ２０４）。この処理では、渦巻き加工経路基準円記憶部２２に記憶された円データから穴の中心位置の座標を得て、加工条件記憶部２１に記憶された加工部の深さ、穴部の加工方法、穴部の半径を基に、ドリル工具による穴加工経路やエンドミル工具によるヘリカル加工経路などが生成され記憶される。
　図７は、穴加工経路の一例を示す図である。穴の加工方法として、エンドミル工具によるヘリカル加工が指定されたものであり、円Ｃ１及びＣ２は渦巻き加工経路基準円記憶部２２から得られた円であり、それらの中心部の穴領域ＮＨ１及びＮＨ２を加工素材４０に加工するための工具経路がヘリカル加工経路ＴＰＨ１及びＴＰＨ２である。
　その後、渦巻き加工経路生成部６において、渦巻き加工の工具経路データが生成され、工具経路記憶部２４にデータが記憶される（ステップＳ２０５）。また、トロコイド加工で加工対象とする領域形状のデータが加工領域形状記憶部２０に記憶された加工領域全体形状データと渦巻き加工経路から得られる加工領域データとから生成され、トロコイド加工領域形状記憶部２３にデータが記憶される。
　渦巻き加工の工具経路としては、渦巻き加工経路基準円記憶部２２から得られる円データ、加工条件記憶部２１から得られるエンドミル工具の直径、所定の工具半径方向切り込み量や工具の加工素材に対する接触角などに基づいて生成される。例えば、加工を開始する穴部の側面から切り込みを開始し、工具半径方向の切り込み又は工具の加工素材に対する接触角を、所定値まで増加させたのち一定に保ち、その後減少させながら渦巻き状の経路を生成する方法がある。
　図８は、渦巻き加工の生成の様子を示す図である。円Ｃ１及びＣ２は、渦巻き加工経路基準円記憶部２２から得られた円であり、それらに対応する渦巻き加工で、加工素材４０上の加工対象とする領域ＮＳ１及びＮＳ２を加工するための渦巻き加工経路がＴＰＳ１及びＴＰＳ２となる。
　図９は、トロコイド加工で加工対象となる領域形状の一例を示す図である。領域形状ＮＴは、加工領域全体形状から渦巻き加工経路による加工領域である円Ｃ１及びＣ２の領域を除去したものとなっている。
　続いて、トロコイド加工経路生成部７において、トロコイド加工経路データが生成され、工具経路記憶部２４にデータが記憶される（ステップＳ２０６）。
　トロコイド加工の工具経路としては、トロコイド加工領域形状記憶部２３から得られる加工領域データ、加工条件記憶部２１から得られるエンドミル工具の直径、所定の工具半径方向切り込み量や工具の加工素材に対する接触角などに基づいて、例えば、工具半径方向の切り込み又は工具の加工素材に対する接触角が所定値を超えないように加工と非加工とを繰り返す周回経路を生成する方法などがある。
　図１０は、トロコイド加工の加工経路の一例を示す図である。図１０中の加工対象の領域ＮＴを加工するための工具経路は、加工素材４０に対して加工を行う経路ＴＰＴと、加工素材４０に対して加工を行わない経路ＴＰＮとを含んだものとなっている。なお、図１０中では、経路ＴＰＴを実線で示し、経路ＴＰＮを破線で示している。
　その後、工具経路出力部８において、工具経路記憶部２４に記憶された穴加工経路、渦巻き加工経路及びトロコイド加工経路データを加工条件記憶部２１から得られる穴加工及び渦巻き加工を開始する穴部の加工方法に基づいて順番が調整され、外部出力される。
　例えば、穴加工及び渦巻き加工を開始する穴部の加工方法がドリル工具によるドリル加工である場合には、工具交換のロスを少なくすることを考慮し、全ての穴加工経路データが最初に出力され、次にすべての渦巻き加工経路データが出力され、最後にトロコイド加工経路データが出力される。
　また、穴加工及び渦巻き加工を開始する穴部の加工方法が渦巻き加工やヘリカル加工でも使用するエンドミル工具によるヘリカル加工である場合には、同じ内接円に関する穴加工データと渦巻き加工データとがペアとして全て出力され、最後にトロコイド加工経路データが出力される。図１１は、出力結果の工具経路の一例を示す図である。図１１中の実線は加工素材４０に対して加工を行う経路を示し、破線は加工素材４０に対して加工を行わない経路を示している。
　ステップＳ２０７における工具経路データの出力の後、工具経路生成装置の動作を終了する。
　本実施の形態に係る工具経路生成装置の効果を説明するにあたって、対比のために上記特許文献１に開示される工具経路生成装置について説明する。
　図１２は、特許文献１に開示される工具経路生成装置により生成された工具経路の例を示す図であり、図３に示した加工領域全体形状に対して工具経路を生成した結果を示している。図１２中のＮ１は、全体の加工領域に対して抽出された最大半径の円領域であり、Ｎ２は、全体の加工領域からＮ１を除いた領域である。工具経路としては、Ｎ１に対し渦巻き加工経路が生成され、Ｎ２に対してトロコイド加工経路が生成されている。図１２中の実線は加工素材４０に対して加工を行う経路を示し、破線は加工素材４０に対して加工を行わない経路を示している。
　全体の加工領域を構成する四角形領域の一方に対しては円領域Ｎ１が対応し、渦巻き加工による連続的な加工で高効率に加工が行われる。四角形領域の他方に対しては、トロコイド加工経路による断続的な加工が行われるため、一方の四角形領域よりも加工効率が低下する。
　これに対し、本実施の形態では、他方の四角形領域に対しても渦巻き加工経路による加工を行うため、全体としてより高効率に加工が行える。
　ここでは、加工領域全体形状にくびれがある場合を例としたが、加工領域全体形状の縦横比が大きく異なる場合も、特許文献１に開示される工具経路生成装置は、加工領域全体形状内の最大円の部分の１箇所にしか渦巻き加工が適用されないため、渦巻き加工を行うことによる加工の効率化の効果が十分に得られない。これに対し、実施の形態に係る工具経路生成装置は、加工領域全体形状の縦横比が大きく異なる場合でも、加工領域全体形状内から複数の円を抽出して、抽出した円領域に渦巻き加工を行うため、加工の効率化の効果が高くなる。
　なお、上記の実施の形態では、渦巻き加工後に残る部分を加工するための加工経路をトロコイド状に生成する場合を例としたが、ジグザグ状やミアンダ状などの加工経路を生成するようにしても良い。
　また、上記の実施の形態では、円データを抽出する際に、２点で加工領域全体形状の輪郭に接する内接円の中から、半径が所定の値よりも大きく、抽出済みの内接円と重ならない最大半径のものを抽出するとしたが、２点で加工領域全体形状の輪郭に接しない円を抽出するようにしても良い。図１３は、２点で加工領域全体形状の輪郭に接しない円を抽出する場合の一例を示す図である。図１３に示すように、円Ｃ１と円Ｃ２との間にこれらと重ならない円Ｃ７を抽出すると、円Ｃ７は、加工領域全体形状の輪郭と２点で接する円ではない円となるが、この内部を渦巻き加工するようにしても良い。また、渦巻き加工経路生成部６は、抽出した円の周囲を含む領域について渦巻き加工を行う工具経路を生成するようにしても良い。
　以上のように、本発明にかかる工具経路生成装置及び方法は、加工領域全体形状に応じ、複数の渦巻き状の経路を自動で適用することによる高効率化が行える点で有用である。
　１　加工領域形状入力部、２　加工条件入力部、３　工具経路生成部、４　渦巻き加工経路基準円生成部、５　穴加工経路生成部、６　渦巻き加工経路生成部、７　トロコイド加工経路生成部、８　工具経路出力部、２０　加工領域形状記憶部、２１　加工条件記憶部、２２　渦巻き加工経路基準円記憶部、２３　トロコイド加工領域形状記憶部、２４　工具経路記憶部、２５　制御部、４０　加工素材、５０　工具経路生成装置。

Claims (6)

  1. 　加工領域全体形状と深さとで定義される凹部を加工素材に形成するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、
    　前記加工領域全体形状内から予め設定された条件を満たす円形状領域を複数抽出する基準円生成手段と、
    　前記基準円生成手段が抽出した複数の円形状領域あるいは該円形状領域の周辺を含む領域を渦巻き状の経路で加工する第１の工具経路と、前記加工領域全体形状から前記第１の工具経路による加工領域を除去した渦巻き加工後加工領域形状とを生成する第１の加工経路生成手段と、
    　前記渦巻き加工後加工領域形状を加工する第２の工具経路を生成する第２の加工経路生成手段とを有することを特徴とする工具経路生成装置。
  2. 　前記第２の加工経路生成手段は、前記第２の工具経路をトロコイド状に生成することを特徴とする請求項１に記載の工具経路生成装置。
  3. 　前記基準円生成手段は、重複を予め設定された値以下に制限して複数の円形状領域を前記加工領域全体形状内から抽出することを特徴とする請求項１に記載の工具経路生成装置。
  4. 　前記基準円生成手段は、前記加工領域全体形状の輪郭に２点以上で内接する円を抽出することを特徴とする請求項１に記載の工具経路生成装置。
  5. 　前記基準円生成手段は、
    　前記加工領域全体形状の複数の内接円から半径が最も大きい第１の内接円を抽出し、
    　前記第１の内接円の抽出後、前記加工領域全体形状の輪郭に３点以上で接する第２の内接円と、該第２の内接円に重ならず前記加工領域全体形状の輪郭に２点で接する第３の内接円の中から、半径が工具径に基づいて予め設定された値よりも大きく、かつ抽出済みの第１、第２及び第３の内接円との重複が予め設定された値以下であるもので、半径が最も大きいものを抽出することを繰返すことを特徴とする請求項１に記載の工具経路生成装置。
  6. 　加工領域全体形状と深さとで定義される凹部を加工素材に形成するための工具経路を生成する工具経路生成方法であって、
    　前記加工領域全体形状内から予め設定された条件を満たす円形状領域を複数抽出する基準円生成工程と、
    　前記基準円生成工程において抽出した複数の円形状領域あるいは該円形状領域の周辺を含む領域を渦巻き状の経路で加工する第１の工具経路と、前記加工領域全体形状から前記第１の工具経路による加工領域を除去した渦巻き加工後加工領域形状とを生成する第１の加工経路生成工程と、
    　前記渦巻き加工後加工領域形状を加工する第２の工具経路を生成する第２の加工経路生成工程とを有することを特徴とする工具経路生成方法。
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