JP2916529B2 - Ｎｃ工作機械における工具制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はNC工作機械の制御方法に関し、特に自由曲面
などの３次元形状を切削加工する際の工具経路および工
具速度の決定方法に関する。

［従来の技術］ 従来、NC工作機械の工具経路を計算する場合、オフセ
ット曲面あるいはオフセット曲線を利用して、曲面ごと
に算出していた。例えば、工具として半径ｒのボールエ
ンドミルを使用する場合、要求形状の曲面から距離ｒの
点の集合であるオフセット曲面を求め、そのオフセット
曲面に沿って工具中心（先端部の球面の中心）を走査さ
せる。また、x,y,z値のいずれかを一定にして走査する
場合は、走査すべき平面と目標曲面との交線を求め、そ
の交線から距離ｒのオフセット曲線を工具経路とする。
ただし、曲面の曲率半径が工具に比して小さい箇所、あ
るいは異なる曲面が隣接する箇所においては、工具と曲
面とが干渉しないように、工具経路を設定しなければな
らない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術を用いて工具経路を算出する場合、いく
つかの困難が生ずる。

まず、オフセット曲面あるいは曲線の算出、ならびに
隣接曲面との干渉計算を正確、かつ安定に行うために
は、一般に複雑な数値計算を行う必要がある。

また、そのためのアルゴリズムは、曲面の表現形式に
よって異なるため、種々の曲面に対応するためには、個
々にプログラムを作成する必要がある。

さらに、これらの干渉計算は、工具形状によって計算
方法が異なる。NC工作機械を用いた切削加工において
は、荒加工、仕上げ加工などの各段階ごとに、異なる形
状の工具を使用することがあるが、従来技術では、工具
形状ごとにプログラムを作成しなければならない。

求められた工具経路が適切であるかどうかは、実際に
切削を行ったときの削り残し量や削り込み量、あるいは
単位時間当りの切削量などによって評価できる。しかし
ながら、従来技術では切削前にこれらの評価を行うこと
は難しい。また、工具の最適移動速度は、単位移動距離
当りの切削量に依存するが、切削量を事前に計算し、場
所に応じて速度を変化させることも、従来技術では困難
である。

本発明の目的は、種々の３次元形状を切削加工する際
に、工具経路の算出、評価、および工具速度の制御を、
曲面の表現形式や工具形状によらずに実現するための統
一的手段を提供することにある。

［課題を解決するための手段】 本発明の、要求された３次元形状である要求形状を作
成するための工具経路を求める工具経路を計算する方法
は、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座
標上の予め与えられた各標本点における形状表面座標値
を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処理（1
1）と、要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先
端形状ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前
記要求形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求
形状接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具
移動限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ
（x,y）を作成する処理（12）と、前記２次元配列Ｌ
（x,y）から工具経路ｐを作成する処理（13）とを含
む。

本発明の、要求された３次元形状である要求形状を作
成するために求められた工具経路の適否を評価する工具
経路評価方法は、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座
標上の予め与えられた各標本点における形状表面のｚ座
標値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処理
（11）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形
状ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要
求形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状
に接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移
動限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ
（x,y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する
処理（13）と、 前記工具経路ｐと工具の先端形状ｈとから、工具先端
中心がある標本点にあるときに、該標本点を中心として
工具端面の投影面内にある他の標本点を工具が通過する
ときの工具先端中心のｚ座標値を求め、これらｚ座標値
のうち要求形状までの距離が最大となるｚ座標値を求
め、該ｚ座標値と、切削加工前の被削材表面である切削
前形状の、xy座標上の各標本点のｚ座標値を要素とする
２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）のｚ座標値とを比較し、比較結
果に応じて前者または後者を要素とする、切削加工後の
被削面形状を示す２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）を作成する処
理（21）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）と切削後形状の２次
元配列Ｆ（x,y）との差、すなわち削り残し量もしくは
削り込み量の２次元配列Ｄ（x,y）を求める処理（22）
と、 前記２次元配列Ｄ（x,y）の値を用いて前記工具経路
ｐの適否を評価する処理（23）を含む。

本発明の、要求された３次元形状である要求形状を作
成するための、工具経路の適否を評価する工具経路評価
方法は、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座
標上の予め与えられた各標本点における、形状表面のｚ
座標値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処
理（11）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形
状ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要
求形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状
に接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移
動限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ
（x,y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する
処理（13）と、 前記工具経路ｐと工具の先端形状ｈとから、工具先端
中心がある標本点にあるときに、該標本点を中心として
工具端面の投影面内にある他の標本点を工具が通過する
ときの工具先端中心のｚ座標値を求め、これらｚ座標値
のうち要求形状までの距離が最大となるｚ座標値を求
め、該ｚ座標値と、切削加工前の被削材表面である切削
前形状の、xy座標上の各標本点のｚ座標値を要素とする
２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）のｚ座標値とを比較し、比較結
果に応じて前者または後者を要素とする、切削加工後の
被削面形状を示す２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）を作成する処
理（21）と、 前記２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）とＦ（ｘ、ｙ）を用い、
ある瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_s-1と次
の瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_sの差分を
工具の該瞬間の位置における端面の投影面内の全ての標
本点について加算することを順次繰り返すことで、工具
経路ｐ上の各点において工具が単位距離動いたときの切
削量ｃを求める処理（31）と、 工具の移動速度が一定であるとして、前記切削量ｃを
用いて前記工具経路ｐ上の各点における単位時間当たり
の切削量を求め、該切削量により前記工具経路ｐの適否
を評価する処理（33）を含む。

本発明の、要求された３次元形状である要求形状を作
成するための、工具の移動速度を制御する工具速度制御
方法は、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座
標上の予め与えられた各標本点における、形状表面のｚ
座標値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処
理（11）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形
状ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要
求形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状
に接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移
動限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ
（x,y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する
処理（13）と、 前記工具経路ｐと工具の先端形状ｈとから、工具先端
中心がある標本点にあるときに、該標本点を中心として
工具端面の投影面内にある他の標本点を工具が通過する
ときの工具先端中心のｚ座標値を求め、これらｚ座標値
のうち要求形状までの距離が最大となるｚ座標値を求
め、該ｚ座標値と、切削加工前の被削材表面である切削
前形状の、xy座標上の各標本点のｚ座標値を要素とする
２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）のｚ座標値とを比較し、比較結
果に応じて前者または後者を要素とする、切削加工後の
被削面形状を示す２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）を作成する処
理（21）と、 前記２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）とＦ（ｘ、ｙ）を用い、
ある瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_s-1と次
の瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_sの差分を
工具の該瞬間の位置のおける端面内の全ての標本点につ
いて加算することを順次繰り返すことで、工具経路ｐ上
の各点において工具が単位距離動いたときの切削量ｃを
求める処理（31）と、 前記単位移動距離当たりの切削量ｃに応じた最適移動
速度を算出し、場所により工具の移動速度を変化させる
処理を有する。

［作用］ 本発明では、３次元形状と、xy座標上の、希望する加
工精度を基に間隔が定められた点である各標本点におけ
る形状表面のｚ座標値を用いて、２次元配列として表現
し、 ・その３次元形状表面に工具が接するときの工具位置 ・切削加工時において、工具通過位置（工具の通過すべ
き位置）を指定したときの切削後の３次元形状 ・切削加工時において、工具位置を単位距離だけ移動さ
せたときの切削量 ・要求形状と切削形状との差、すなわち削り残し量もし
くは削り込み量 を、xy座標上の各標本点における形状表面のｚ座標値と
工具中心（回転軸）までの平面距離、ならびに工具の先
端形状を用いて、２次元画像処理に基づいて算出してい
る。

上記の各処理は、任意の３次元形状について、その形
状表面のｚ座標の２次元配列さえ得られれば、曲面の表
現形式や隣接曲面との関係に拘らず、２次元画像処理に
より統一的に実行できる。

また、工具形状を変更する場合（例えばボールエンド
ミルからフラットエンドミルに変更する場合）も、画像
処理の配列を変更するだけで実現できるため、ブログラ
ムの変更が不要となる利点がある。

ここで、標本点の間隔と加工精度の関係について説明
する。標本点の間隔をｄとし、半径ｒのボールエンドミ
ルで、凹凸の十分小さいなめらかな曲面を切削する場
合、曲面の水平面に対する角度がθの点における切削誤
差ε（第５図）は、以下のように近似でき、ｄを大きく
してもεを小さくできる。

ε≒d²/（8r cos²θ） ただし、εは最大でもｄを超えることはない。

例えば、ｒ＝2.0mm、ｄ＝0.2mm、θ＝45゜の場合、ε
≒0.005mmとなる。

なお、形状表面のｚ座標の２次元配列は、コンピュー
タグラフィックスで平行投影画像を生成する場合におけ
るスキャンコンバージョン処理（ディスプレイ平面上の
領域として多角形もしくは曲線で与えられた形状から領
域内部の画素の集合を求める処理）ならびに隠面消去処
理を行うことによって、副産物として得られる。この処
理は、以降の各処理とは全く独立に行うことができる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。なお、以下の説明では、ｚ軸を上下方向に取り、上
向きを正とする。また、特に断りがない限り、工具の回
転軸をｚ軸方向として上方から切削するような、x,y,z
の３軸制御のNC工作機械を例にとって説明する。

第１図は工具経路計算方法の全体の処理の流れを示す
図、第２図は切削後形状の算出法の説明図である。

まず、xy座標上の予め与えられた各標本点における要
求形状のｚ座標値（複数の面が重なっている場合は、最
上面のｚ座標値）を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を
作成する。この２次元配列Ｓ（x,y）はコンピュータグ
ラフィックス（以下、CGと記す）で平行投影画像を生成
する場合のｚバッファ（視点から対象物体表面までの距
離を蓄えた２次元配列）にほかならない。したがって、
CGにおけるスキャンコンバージョン処理ならびに隠面消
去処理11を行うことによって、２次元配列Ｓ（x,y）は
作成できる。特に、ｚバッファ法に基づく各種CG処理を
高速に実行できるような既存のハードウエアもしくはソ
フトウェアは、この処理11にそのまま流用することがで
きる。

次に、工具移動限界面（２次元配列Ｓ（ｘ、ｙ）上の
各標本点において、本来切削すべきではない部分を削除
せずに工具先端が要求形状に接する限界面）の２次元配
列Ｌ（x,y）（ｚ座標値を要素とする）を求める工具移
動限界面算出処理12を行う。この処理12は、以下の考え
法によって実現される。いま、工具半径をｒとし、回転
軸上の工具の先端Ｏを基準点（高さ０）としたときに、
回転軸から距離ｄだけ離れた工具端面上の高さを距離ｄ
の関数ｈ（ｄ）とおく。

工具の回転軸の座標（x,y）からｘ軸、ｙ軸方向にそ
れぞれi,j離れた標本点（ｘ＋1,y＋ｊ）の距離ｄはｄ＝
（i²＋j²）^1/2で表わされるので、高さｈ（ｄ）はｈ
（（i²＋j²）^1/2）で表わされる。

表１はｒ＝３のボールエンドミルの場合の各標本点
（i,j）の高さｈを示している。この場合、i,jはi²＋j²
＜r²＝3²を満たさなければならないので、とりうる標本
点のi,jの値はi,j＝−2,−1,0,1,2となる。表１中の４
隅の「＋∞」はi²＋j²＜r²を満たさないことを示してお
り、画像処理の対象とならない。

ある標本点（ｘ＋i,y＋ｊ）において、工具中心Ｏか
らの距離ｘを求めると、 ｘ＝（i²＋j²）^1/2 例えば、表１の◎印の標本点の座標は（2,−１）であ
るから、 ｘ＝（2²＋（−１）^２）^1/2＝５^1/2 工具中心Ｏにおける工具の高さを０としたとき、各標
本点（i,j）における工具の高さｈは工具中心０から距
離ｘの関数ｈ（ｘ）で次式で与えられる。

ｈ（ｘ）＝３−（3²−x²）^1/2 例えば上記標本点（2,−１）での工具の高さｈは ｈ（５）＝３−（3²−（５^1/2）^２）^1/2＝３−２＝１ となる。他の標本点の値も同様に求められる。

表２は半径ｒ＝３のフラットエンドミルの場合であ
る。この場合、工具の高さは４隅の標本点をを除いて一
定で、かつ工具中心Ｏと同じ高さであるので、 ｈ（ｘ）＝０ となる。

量子化誤差や工具の移動誤差による削り込みを防ぐに
は、その誤差分だけ工具の大きさを仮想的に膨らました
配列を用意すればよい。表３は、表２に例えば誤差0.5
を見込んだ場合の例である。誤差を0.5だけ膨らました
場合、配列の大きさは離散的にしかとれないので、元の
５×５より外側に１画素ずつ膨らんで７×７となる。こ
の場合、上述の議論においてｒ＝3.5とすればよく、表
３が得られる。工具表面が実際の工具先端（高さ０）よ
りも下方にあると考えて処理するため、値は負になる。

工具端面上の標本点Ｐ（ｘ＋i,y＋ｊ）の高さはＬ
（x,y）＋ｈ（ｄ）＝Ｌ（x,y）＋ｈ（（i²＋j²）^1/2）
で表わされる。そして工具端面上の標本点Ｐ（ｘ＋1,y
＋ｊ）の高さは要求形状の高さＳ（ｘ＋i,y＋ｊ）以上
でなければならない。すなわち Ｌ（x,y）＋ｈ（（i²＋j²）^1/2≧Ｓ（ｘ＋i,y＋ｊ） Ｌ（x,y）≧Ｓ（ｘ＋i,y＋ｊ）−ｈ（（i²＋j²）^1/2） 上式は点Ｏを中心とし、半径ｒ内の全ての標本点につ
いて成立しなければならない。さもないと要求形状より
さらに削り込んでしまうからである。したがって、 すなわち、Ｌ（x,y）はＳ｛（ｘ＋i,y＋ｊ）−ｈ
（（i²＋j²）^1/2）｝の最大値以上でなければならな
い。Ｌ（x,y）は最大値に等しければよいから となる。

最後に、工具経路ｐを算出するために、工具経路作成
処理13を行う。配列Ｌ（x,y）の要素を、目的とする経
路に応じて並べたものが工具経路ｐとなる。この処理13
として以下のような方法を用いることができる。

（１）走査工具経路 工具をｘもしくはｙ座標一定で移動させる方法であ
る。配列Ｌ（x,y）の要素を縦もしくは横方向に順次読
み出すことにより得られる。

（２）等高線工具経路 工具をある水平面上（ｚ座標一定）で移動させる方法
である。配列Ｌ（x,y）上で、このｚ座標値をもつ点を
追跡していくことにより、経路は得られる。

（３）曲面座標工具経路 工具を曲面のパラメータ座標（uv座標系）に沿って移
動させる方法である。配列Ｓ（x,y）を作成する処理11
において、Ｇバッファ法（T.Saito,T.Takahasi:“Compr
ehensible Rendernig of 3−D Shapes"Proc.SIGGRAPH '
90,pp.197−206）を用いて、各格子点での物体／バッチ
の識別番号、ｕ座標値、およびｖ座標値を同時に求めて
２次元配列にしておけば、これらの配列上で追跡処理を
行うことにより、工具経路は得られる。

（４）５軸制御の場合 ５軸制御のNC工作機械では、真上だけでなく、斜め上
もしくは横からも切削することができる。この場合、真
上以外の方向から投影して配列Ｓを作成することによっ
て、上記（１），（２），（３）のそれぞれに対応でき
る。

第３図は、削り残し量および削り込み量に基づく工具
経路評価方法の全体の処理の流れを示す図である。

まず、切削後形状の２次元配列Ｆ（x,y）を求める切
削後形状算出処理21を行う。この処理21は、以下の考え
方によって実現される。まず、工具経路ｐから２次元配
列Ｐ（x,y）を作成する。この配列Ｐ（x,y）の各要素の
値は、以下の方法で求める。

工具が標本点（x,y）上を通る場合、そのときのｚ座
標値（複数回通る場合、その最小値）、通らない場合は
その標本点は切削されなかったことになるので無限大と
する。配列Ｐ（x,y）は切削後の形状の高さ（ｚ座標
値）となる。

切削前形状の２次元配列（被削材のｚ座標値）をＲ
（x,y）とする。

標本点（ｘ＋i,y＋ｊ）を工具が通過した場合、標本
点（ｘ＋i,y＋ｊ）の中さはＰ（ｘ＋i,y＋ｊ）であり、
工具の先端Ｏの高さはこれよりｈ（（i²＋j²）^1/2）だ
け高くなり（工具の前進方向）、被削材はＰ（ｘ＋i,y
＋ｊ）＋ｈ（（i²＋j²）^1/2）まで削られることにあ
る。この値は工具半径ｒ内の標本点（i,jの値）によっ
て異なり最小値 が一連の切削後の高さとなる。さもないと、要求形状Ｓ
（x,y）よりさらに削り込むことになるからである。

そして、この高さが切削前の高さＲ（x,y）よりも小
さければ、そのまま切削後形状Ｆ（x,y）となるが、Ｒ
（x,y）よりも大きければ被削材が全く削られないこと
になるため、Ｆ（x,y）＝Ｒ（x,y）となる。

よって、切削後形状の２次元配列Ｆ（x,y）は、 によって求められる。この処理12は、処理11と同様に、
２次元画像処理として実現できる。また、この処理21
は、後述の処理31をインクリメンタルに行ったときの最
終結果として得ることもできる。

次に、切削後形状の２次元配列Ｆ（x,y）と要求形状
の２次元配列Ｓ（x,y）との、各要素ごとの差を求める
（減算処理22）。いま、差の配列Ｄ（x,y）を、 Ｄ（x,y）＝Ｆ（x,y）−Ｓ（x,y） により求めるものとすると、Ｄ（x,y）は、値が正であ
る場合は、その場所の削り残し量（高さ）を示し、一
方、負である場合は、削り込み量（深さ）を示す。よっ
て、この配列Ｄ（x,y）を用いて、目的に応じた工具経
路ｐの適否を評価することができる（工具経路評価処理
23）。一般に、荒加工では、削り残し量は、少ないほ
ど、また、ムラがないほど、好ましく、一方、削り込み
は許されない。仕上げ加工では、与えられた公差内に入
っているかどうかなどが評価基準となる。

第４図は、単位移動距離もしくは単位時間当り切削量
ｃに基づく工具経路評価ならびに工具速度制御方法の全
体の処理の流れを示す図である。

まず、工具経路ｐ上の各点における単位移動距離当り
の切削量ｃを算出する切削量算出処理31を行う。この処
理31は以下の方法によって実現される。

ある瞬間ｓにおける、切削後形状F_s（x,y）を、その
前の瞬間における切削後形状F_s-1（x,y）から求める。

標本点（x,y）における被削材の高さF_s（x,y）は、瞬
間ｓにおいて標本点（x,y）と工具先端（x_s,y_s）の距離
が工具半径ｒよりも大きい場合には、前のステップでの
F_s-1（x,y）と変りがない。工具半径ｒよりも小さい場
合には、前のステップでの高さF_s-1（x,y）と、この値
での工具先端の高さzs＋ｈ（（（ｘ−x_s）^２＋（ｙ−
y_s）^２）^1/2）の小さい方の値となる。

そしてF_s-1（x,y）とF_s（x,y）の差分を格子点（x,
y）について加算したものがある瞬間ｓにおける切削量
ｃ（ｓ）となる。

すなわち、工具が次の瞬間に点（xs,ys,zs）に移動し
たときの形状の２次元配列F_sおよび切削量ｃ（ｓ）は によって求められる。なお、配列F_s（x,y）は初期値F₀
（切削前形状の配列Ｒ（x,y）に等しい）からインクリ
メンタルに計算できる。また、切削終了後、配列F_sは配
列Ｆに等しくなる。

工具の移動速度が一定である場合、単位距離当りの切
削量ｃを用いて、工具経路ｐ上の各点における単位時間
当りの切削量ｃは容易に求まる。これによって、単位時
間当りの工具および被削材にかかる負荷を予め求めるこ
とができるので、工具および被削材を損なうことなく加
工できるか否かの判断が可能である（工具経路評価処理
33）。

次に、工具の最適切削速度（最適移動速度）ｖを決定
する切削速度決定処理32を行う。工具の最適移動速度ｖ
は、一般に単位移動距離当りの切削量ｃに依存するか
ら、単位移動距離当り切削量ｃを用いて、工具経路ｐ上
の各点における最適移動速度を計算できる。工具の最大
負荷（単位時間当りの最大切削量）をc_maxとすると、ｃ
（ｓ）＞c_maxのとき、工具は過負荷状態であるので、工
具や被削材が破損することがあり、好ましい状態ではな
い。この場合、ｃ（ｓ）＝c_maxとなるまで移動量を減ら
す。

ｃ（ｓ）＜c_maxのとき、工具はもっと負荷をかけるこ
とができる。つまり、効率はよくない。もっと早い速度
で移動できるので、ｃ（ｓ）＝c_maxとなるまで移動量を
増やす。

これによって、場所により工具移動速度を変化させな
がら、常に最適条件で切削を行うことができる。

最後に、請求項１の方法を実現したソフトウェアと市
販のソフトウェア（従来技術のオフセット曲線を利用し
たもの）の工具経路ｐの生成時間の比較結果を表１に示
す。この表から、本発明の方法が従来よりも処理時間が
短縮されることが分かる。

比較条件はワークステーション（機種名:IRIS Indigo
ELAN（R4000））、メモリ64MB、対象データ：建材（30
cm×30cm）フラクタル模様、Ｇバッファサイズ（標本点
数）:1000×1000である。また、“grid"は標本点の間
隔、“ピッチ”は工具を走査させる間隔（例えばＸ軸に
沿った水平走査を繰り返す場合、１走査後のＹ軸の移動
間隔）である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、NC工作機械を用いて種
々の３次元形状を切削加工する際の、工具経路の算出、
評価、および工具速度の制御を曲面の表現形式や工具形
状によらず統一的に実現することにより、工具経路計算
のためのソフトウエア開発が容易になるとともに、経路
計算の高速化、加工品質ならびに加工速度の向上が図ら
れ、また、加工形状や加工品質を実際に切削することな
く確認し、評価できるため、切削の失敗による無駄を省
くことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は工具経路計算方法の全体の処理流れを示す図、
第２図は切削後形状の算出法の説明図、第３図は削り残
し量および削り込み量に基づく工具経路評価方法の全体
の処理の流れを示す図、第４図は単位移動距離もしくは
単位時間当り切削量ｃに基づく工具経路評価ならびに工
具速度制御方法の処理の全体の流れを示す図、第５図は
標本点の間隔と精度の関係を説明するための図である。 11……スキャンコンバーション処理、隠面消去処理 12……工具移動限界面算出処理 13……工具経路作成処理 21……切削後形状算出処理 22……減算処理 23……工具経路ｐの評価処理 31……切削量算出処理 32……切削速度決定処理 33……工具経路評価処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−263501（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−288902（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−260007（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−155003（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−64105（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/4093 B23Q 15/00 G05B 19/4069

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】NC工作機械を用いた切削加工において、要
   求される３次元形状である要求形状を作成するための工
   具経路を求める工具経路計算方法であって、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座標
   上の予め与えられた各標本点における形状表面のｚ座標
   値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処理（1
   1）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形状
   ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要求
   形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状に
   接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移動
   限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ（x,
   y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する処
   理（13）とを含む工具経路計算方法。
2. 【請求項２】NC工作機械を用いた切削加工において、要
   求された３次元形状である要求形状を作成するために求
   められた工具経路の適否を評価する工具経路評価方法で
   あって、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座標
   上の予め与えられた各標本点における形状表面のｚ座標
   値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処理（1
   1）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形状
   ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要求
   形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状に
   接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移動
   限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ（x,
   y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する処
   理（13）と、 前記工具経路ｐと工具の先端形状ｈとから、工具先端中
   心がある標本点にあるときに、該標本点を中心として工
   具端面の投影面内にある他の標本点を工具が通過すると
   きの工具先端中心のｚ座標値を求め、これらｚ座標値の
   うち要求形状までの距離が最大となるｚ座標値を求め、
   該ｚ座標値と、切削加工前の被削材表面である切削前形
   状の、xy座標上の各標本点のｚ座標値を要素とする２次
   元配列Ｒ（ｘ、ｙ）のｚ座標値とを比較し、比較結果に
   応じて前者または後者を要素とする、切削加工後の被削
   面形状を示す２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）を作成する処理
   （21）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）と切削後形状の２次元
   配列Ｆ（x,y）との差、すなわち削り残し量もしくは削
   り込み量の２次元配列Ｄ（x,y）を求める処理（22）
   と、 前記２次元配列Ｄ（x,y）の値を用いて前記工具経路ｐ
   の適否を評価する処理（23）を含む工具経路評価方法。
3. 【請求項３】NC工作機械を用いた切削加工において、要
   求された３次元形状である要求形状を作成するために求
   められた工具経路の適否を評価する工具経路評価方法で
   あって、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座標
   上の予め与えられた各標本点における、形状表面のｚ座
   標値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処理
   （11）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形状
   ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要求
   形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状に
   接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移動
   限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ（x,
   y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する処
   理（13）と、 前記工具経路ｐと工具の先端形状ｈとから、工具先端中
   心がある標本点にあるときに、該標本点を中心として工
   具端面の投影面内にある他の標本点を工具が通過すると
   きの工具先端中心のｚ座標値を求め、これらｚ座標値の
   うち要求形状までの距離が最大となるｚ座標値を求め、
   該ｚ座標値と、切削加工前の被削材表面である切削前形
   状の、xy座標上の各標本点のｚ座標値を要素とする２次
   元配列Ｒ（ｘ、ｙ）のｚ座標値とを比較し、比較結果に
   応じて前者または後者を要素とする、切削加工後の被削
   面形状を示す２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）を作成する処理
   （21）と、 前記２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）とＦ（ｘ、ｙ）を用い、あ
   る瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_s-1と次の
   瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_sの差分を工
   具の該瞬間の位置における端面の投影面内の全ての標本
   点について加算することを順次繰り返すことで、工具経
   路ｐ上の各点において工具が単位距離動いたときの切削
   量ｃを求める処理（31）と、 工具の移動速度が一定であるとして、前記切削量ｃを用
   いて前記工具経路ｐ上の各点における単位時間当たりの
   切削量を求め、該切削量により前記工具経路ｐの適否を
   評価する処理（33）を含む工具経路評価方法。
4. 【請求項４】NC工作機械を用いた切削加工において、要
   求された３次元形状である要求形状を作成するための、
   工具の移動速度を制御する工具速度制御方法であって、 xyz座標系のｚ軸を工具の回転軸にとった場合、xy座標
   上の予め与えられた各標本点における、形状表面のｚ座
   標値を要素とする２次元配列Ｓ（x,y）を作成する処理
   （11）と、 要求形状の２次元配列Ｓ（x,y）および工具の先端形状
   ｈから、xy座標上の各標本点における、工具が前記要求
   形状に対して切り込み過ぎを生じないで前記要求形状に
   接するときの工具先端中心のｚ座標値を求め、工具移動
   限界を示す、該ｚ座標値を要素とする２次元配列Ｌ（x,
   y）を作成する処理（12）と、 前記２次元配列Ｌ（x,y）から工具経路ｐを作成する処
   理（13）と、 前記工具経路ｐと工具の先端形状ｈとから、工具先端中
   心がある標本点にあるときに、該標本点を中心として工
   具端面の投影面内にある他の標本点を工具が通過すると
   きの工具先端中心のｚ座標値を求め、これらｚ座標値の
   うち要求形状までの距離が最大となるｚ座標値を求め、
   該ｚ座標値と、切削加工前の被削材表面である切削前形
   状の、xy座標上の各標本点のｚ座標値を要素とする２次
   元配列Ｒ（ｘ、ｙ）のｚ座標値とを比較し、比較結果に
   応じて、前者または後者を要素とする、切削加工後の被
   削面形状を示す２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）を作成する処理
   （21）と、 前記２次元配列Ｒ（ｘ、ｙ）とＦ（ｘ、ｙ）を用い、あ
   る瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_s-1と次の
   瞬間における２次元配列Ｆ（ｘ、ｙ）の値F_sの差分を工
   具の該瞬間の位置のおける端面内の全ての標本点につい
   て加算することを順次繰り返すことで、工具経路ｐ上の
   各点において工具が単位距離動いたときの切削量ｃを求
   める処理（31）と、 前記単位移動距離当たりの切削量ｃに応じた最適移動速
   度を算出し、場所により工具の移動速度を変化させる処
   理を有する工具速度制御方法。