JPH01277971A - 金型作成方法 - Google Patents

金型作成方法

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JPH01277971A
JPH01277971A JP63107867A JP10786788A JPH01277971A JP H01277971 A JPH01277971 A JP H01277971A JP 63107867 A JP63107867 A JP 63107867A JP 10786788 A JP10786788 A JP 10786788A JP H01277971 A JPH01277971 A JP H01277971A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/38Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor characterised by the material or the manufacturing process
    • B29C33/3835Designing moulds, e.g. using CAD-CAM

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。
A産業上の利用分野 B発明の概要 C従来の技術(第5図及び第6図) D発明が解決しようとする問題点(第7図)E問題点を
解決するための手段(第1図〜第5図)F作用(第1図
〜第5図) G実施例(第1図〜第5図) H発明の効果 A産業上の利用分野 本発明は金型作成方法に関し、例えばCAD (con
+puter aided design)、又はCA
 M (computeraided manufac
turing)などの手法を用いて、自由曲面をもった
製品の金型を作成する場合に適用して好適なものである
B発明の概要 本発明は、金型作成方法において、金型のスライド方向
と直交する方向に最も広がった最外形部分の点を通って
、金型のスライド方向と直交する方向に延長する面を金
型の突き合わせ面にすることにより、アンダーカットの
発生を未然に防止して、自由曲面の物体形状でなる製品
でも、金型を容易に作成することができる。
C従来の技術 例えばCADの手法を用いて自由曲面をもった物体の形
状をデザインする場合(geometric mode
ling)、mにデザイナは、曲面が通るべき3次元空
間における複数の点(これを節点と呼ぶ)を指定し、当
該指定された複数の節点を結ぶ境界曲線網を所定の関数
を用いてコンピュータによって演算させることにより、
いわゆるワイヤフレームで表現された曲面を作成する。
かくして境界曲線によって囲まれた多数の枠組み空間を
形成することができる(このような処理を以下枠組み処
理と呼ぶ)。
かかる枠組み処理によって形成された境界曲線網は、そ
れ自体デザイナがデザインしようとする大まかな形状を
表しており、各枠組み空間を囲む境界曲線を用いて所定
のベクトル関数によって表現できる曲面を補間演算する
ことができれば、全体としてデザイナがデザインした自
由曲面(2次関数で規定できないものをいう)を生成す
ることができる。ここで各枠組み空間に張られた曲面は
全体の曲面を構成する基本要素を形成し、これをパッチ
と呼ぶ。
従来この種のCADシステムにおいては、境界曲線網を
表現するベクトル関数として、計算が容易な例えばベジ
ェ(Bezier)式、Bスプライン(3−splin
e)式でなる3次のテンソル積が用いられており、例え
ば形状的に特殊な特徴がないような自由曲面を数式表現
するには最適であると考えられている。
すなわち形状的に特殊な特徴がないような自由曲面は、
空間に与えられた点をXY平面上に投影したとき、当該
投影された点が規則的にマトリクス状に並んでいること
が多く、この投影点の数がmxnで表されるとき、当該
枠組み空間を3次のベジェ式で表される四辺形パッチを
用いて容易に張ることができることが知られている。
しかしこの従来の数式表現は、形状的に特徴がある曲面
(例えば大きく歪んだ形状をもつ曲面)に適用する場合
には、パッチ相互間の接続方法に困難があり、高度な数
学的演算処理を実行する必要があるため、コンピュータ
による演算処理が複雑かつ膨大になると共に、演算時間
が長大になる問題があった。
この問題を解決する方法として、隣合う枠組み空間の共
有境界について、接平面連続の条件を満足するような内
部の制御点を求め、当該内部の制御点によって決まる自
由曲面を表すベクトル関数によって、自由曲面でなるパ
ッチを張る自由曲面作成方法が提案されている(特願昭
60−277448号、特願昭60−290849号、
特願昭60−298638号、特願昭61−15396
号、特願昭61−33412号、特願昭61−5979
0号、特願昭61−64560号、特願昭61−693
68号、特願昭61−69385号)。
この自由曲面作成方法は、例えば第6図に示すように、
四辺形枠組空間に3次のベジェ式で表されるパッチS 
(u+ VI +及びS (u+ vl zを張った後
、2つのパッチS (u+ V□及びS (u、 v、
□を滑らかに接続するために、枠組み処理によって与え
られた節点Ptoo+s  P  +3011 −、 
 P+3311  %  P  C031%  Ptx
t+z  %PI3゜、2に基づいて、隣接するパッチ
S (u、 vl +及びS (u、 111 tの境
界曲線C0M12において接平面連続の条件が成り立つ
ような制御辺ベクトルa8、a2及びCI 、C2を設
定し、これらの制御辺ベクトルによって内部制御点P 
+z+ 1 、P u□、及びP +tt+z 、P 
(lz>zを設定し直すことを原理としている。
この方法によれば、デザイナの意図するままに、全体と
して滑らかに曲面形状が変化するような、従来の設計手
法では実際上デザインすることが困難な物体形状をも、
容易にデザインすることができる。
従ってこのようにして得られた物体形状のデータに基づ
いて金型を作成するようにすれば、デザイナの意図する
形状の製品を量産することができ、実用上極めて便利で
ある。
D発明が解決しようとする問題点 ところで、従来の金型作成方法においては、作業者の経
験に基づいて、物体形状からその金型のスライド方向を
決めた後、当該スライド方向に金型を開いた際に成形し
た製品を金型から容易に取り出すことができるように、
金型の突き合わせ面(いわゆるパーティングライン、パ
ーティング面)を決定するようになされている。
従って金型の突き合わせ面は、いきおい簡単な平面で構
成されるようになされていた。
これに対して自由曲面の物体形状においては、全体とし
て滑らかに曲面形状が変化するようになされているため
、第7図に示すように、金型の突き合わせ面srを平面
で構成するようにすると、金型の突き合わせ面STから
金型に向かって逆テーバの部分(いわゆるアンダーカッ
トの部分)2の発生を避は得ない。
このように、アンダーカットの部分2があると、成形し
た製品1が当該部分2で金型に引っ掛かって、金型から
取り出すことが困難になり、無理に取り出すようにする
と、成形した製品1が当該部分2で変形する(いわゆる
食いちぎりが生じる)問題があった。
この問題を解決するためには、当該部分2の突き合わせ
面STを上型の金型側の方に修正して、アンダーカット
が生じないようにすればよい。
このようにして金型を作成すると、自由曲面の物体形状
でなる製品の金型においては、突き合わせ面が物体形状
に応じて、滑らかに変化する曲面形状になる。
ところが、従来のように作業者の経験に基づいて、金型
の突き合わせ面を作成する場合は、実際上このような修
正作業を何度も繰り返さなければならず、その公金型の
作成に要する期間が長くなる問題があった。
またこのため、デザイナにおいては、デザインする際か
ら金型の突き合わせ面を考慮してアンダーカットが生じ
ないようにデザインするようになされ、その分デザイン
作業が煩雑になると共に、デザイナの意図するままにデ
ザインすることが困難な問題があった。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、自由曲面
の物体形状でなる製品でも、容易に金型を作成すること
ができる金型作成方法を提案しようとするものである。
E問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、物体4
の形状を表す形状データに基づいて金型を作成するよう
になされた金型作成方法において、形状データで表され
る物体4上で、金型のスライド方向2と法線方向が直交
する複数の点P、(P2、P2、Pl、P4、Pl、・
・・・・・)を得、複数の点P、(P+ 、 Pg 、
P:l 、Pg 、Ps 、・・・・・・)を結ぶ線(
Cxy)に直交し、かつスライド方向2と直交する方向
xyに、複数の点P、(P、、p2、p、 、p、 、
ps 、・・・・・・)からそれぞれ所定量だけ移動し
た複数のオフセット点P、。(P+o、P2゜、P、。
、P 40%  P so、””・・)  、P =r
  (P ++、P2いP、いP 41. P 51、
・・・・・・)を得、複数のオフセット点Pio(P+
o、P20% Pl0、P40%PSO2・・・・・・
)  、P it  (P l11P zい P:lI
%P41、Ps1、・・・・・・)及び複数の点Pi 
 (P+ 、Pz 、Pl、P4、Pl、・・・・・・
)を通る面5PO1SPIを、金型の突き合わせ面にす
る。
F作用 金型のスライド方向2と法線方向が直交する複数の点P
i (Pl、P2、Pl、P4、Pl、・・・・・・)
を結ぶ線(Gxy)に直交し、複数の点P、(P I 
、Pz 、P2 、Pa 、Ps 、・・・・・・)か
らスライド方向2と直交する方向xyにそれぞれ所定量
だけ移動した複数のオフセット点P、。(P、。、P2
゜、P、。、P4゜、P、。、・・・・・・) 、P 
!I (P ++、P28、P ff1s P 41、
P、い・・・・・・)と、金型のスライド方向2と直交
する複数の点P =  (P + 、P z、Pl、P
4、Pl、・・・・・・)とを通る面S、いSPlを、
金型の突き合わせ面にすれば、金型のスライド方向と直
交する方向に最も広がった最外形部分の点を通って、金
型のスライド方向と直交するXy平面に対して平行に所
定量だけ延長する面を得ることができる。
G実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
この実施例においては、第1図に示すような処理手順を
実行して金型の突き合わせ面を作成する。
すなわち第2図に示すように、演算処理装置で構成され
たNC工作装置でなる金型作成装置は、自由曲面4の物
体形状を表すデータでなる自由曲面データを受け、ステ
ップSPIから、ステップSP2に移る。
金型作成装置は、ここで自由曲面4の物体形状を表示し
た後、これによりオペレータが決定入力する金型のスラ
イド方向を受け、当該方向が2方向になるようにxyz
空間上に自由曲面4を配置する。
続いて金型作成装置は、ステップSP3に移って、自由
曲面4上で、法線方向が2方向と直交する点P、を所定
間隔で順次ヰ食出する。
すなわち、2方向に単位ベクトルをZ、自由曲面4上の
点Pの法線ベクトルをn、単位ベクトル2及び法線ベク
トルnのなす角をθとおくと、ベクトル2及びnの内積
は、次式 %式%(1) の関係式で表すことができ、次式 Z−n=o           ・・・・・・(2)
の関係式が成立する点P、を順次得ることにより、単位
ベクトルZ及び法線ベクトルをnのなす角θが90°の
魚群Pi  (p、 、Pg 、Pal 、P4、PS
、・・・・・・)を得ることができる。
かくして金型作成装置においては、これにより自由曲面
4で表されてなる物体について、2方向(すなわち、金
型のスライド方向でなる)と直交する方向に最も広、か
った最外形部分の座標データを得ることができる。
さらに金型作成装置は、各点P、の2方向の座標データ
を値0に設定することにより、各点Piをxy基準平面
に投影してなる点Ptxy  (P+xy、P ZXY
 % P3TIV % P4xy −、Psxy 、”
””)を得、ステップSP4に移って、xy基準平面上
の点P、。を結ぶB−スプライン曲線(以下外形曲線と
呼ぶ>にxvを得る。
このようにしてB−スプライン関数で自由曲線を表す場
合は、ベジェ式で自由曲線を表す場合に比して、自由曲
線の作成が容易であるあるのに対し、部分的な修正が困
難な問題がある。
従ってこの実施例においては、3次のベジェ式で表され
る自由曲面から外形曲線を得るにつき、作成容易なり一
スプライン関数を用いて表すことにより、その弁全体と
して短時間の内に外形曲線を得ることができる。
続いて金型作成装置は、ステップSP5に移って、オペ
レータが入力するオフセットデータを受けた後、ステッ
プSP6に移って、オフセット点P直。(P+o、P2
゜、Pl。、P4゜、P5゜、・・・・・・)及びP□
(P++、P28、P31%P41、P、い・・・・・
・)を得る。
すなわち、第3図及び第4図に示すように、外形的”k
lA G X vの各点P Ixy  (P Ixy 
% P zxy、P sxy % P 4KV % P
 sxy −、・・””)について、xy基準平面内で
、外形的″n G X vと直交して外側及び内側にオ
フセットデータ量だけ延長するオフセットベクトルを得
、当8亥オフセットベクトルであられされる点P !x
yo (P +xyo、PZxyOlP 3xyO1P
 4xyo、P 、Xy6s ’・・・・・)及びP 
txy+ (P IXIII、Pzxy+z P 3x
y+、P 4xyl s P 5xyl % ”’ ”
・)の2方向の座標データを、対応する点Pi  (P
、 、P、、Px 、P4 、Ps 、・・・・・・)
の2方向の座標データに設定することにより、それぞれ
自由曲面4の外側及び内側にオフセット点P、。(P+
o、PZO1P3゜、P4゜、P、。、・・・・・・)
及びP++(Pz、p20、P 31% P aいP2
O、・・・・・・)を得る。
続いてステップSP7に移って、それぞれ外側及び内側
のオフセット点P、。(p+いP2いP2O、P ao
s P so、・・・・・・)及びPLI(PII、P
zI、P311P41%PSI、・・・・・・)を結ふ
B−スプライン曲線G、及びC8を得る。
従って金型作成装置においては、自由曲面4で表されて
なる物体について、金型のスライド方向と直交する方向
に最も広がった最外形部分から、それぞれ自由曲面4の
外側及び内側に、xy平面に対して平行にオフセットデ
ータ量だけ拡大及び縮小した外形を表すB−スプライン
曲線C0及びC1を得ることができる。
金型作成装置は、ステップSP8に移って、当該B−ス
プライン曲線C0及びC1を3次のベジェ式で表される
自由曲線に変換した後、ステップSP9に移って、線織
面S、。及びSPIを生成する。
すなわち、それぞれ外側及び内側のオフセット点Pro
 (P+o、Pzo、P、。、P4゜、P、。、・・・
・・・)及びP五、(PlいP28、P、いP41%P
S+、・・・・・・)を節点に設定し、B−スプライン
曲線C0及びC1に沿うように、当該節点間に内部制御
点を設定する。
かくして、自由曲面4が3次のベジェ式で表されてなる
のに対し、B−スプライン曲線C0及びC9を3次のベ
ジェ式で表される自由曲線に変換することにより、作成
容易なり一スプライン関数を用いて作成された曲vAC
o及びG、を自由曲面4と同一形式のデータで表し得、
自由曲面4にパッチを張る場合と同様の手法を用いて、
点Pi  (P3、P2、Pl、P4、Pl、・・・・
・・)を間に挟んで曲線C6及びG、間に線織面SFO
及びS□を作成することができる。
かくして、金型のスライド方向と直交する方向に最も広
がった最外形部分を通り、それぞれ自由曲面4の外側及
び内側に、xy平面に対して平行にオフセットデータ量
だけ延長する線織面spo及びS□を形成することがで
きる。
従って、当該NIAra面S、。及びSPIを用いて、
金型の合わせ面を形成すれば、アンダーカットの発生を
未然に防止して、自由曲面の物体形状に応じて突き合わ
せ面が滑らかに変化する金型を得ることができ、か(し
て自由曲面の物体形状でなる製品でも、金型を容易に作
成することができる。
さらにこれにより、デザインする際に、アンダーカット
の部分が生じないように配慮する必要がなくなり、その
分デザイン作業を簡略化することができ、デザイナの意
図するままの形状をデザインすることができる。
続いて金型作成装置は、ステップ5PIOに移って、線
織面SPO及びSPIを自由曲面4と共に表示する。
例えば第5図に示すように、実際上複雑な形状の製品を
成形する金型においては、矢印a及びb方向にスライド
するようになされた金型に対して、矢印C及びd方向に
スライドするようになされた金型と、矢印e方向にスラ
イドするようになされた金型とを組み合わせて、全体と
して製品を成形することができるようになされている。
従ってこのように線織面S、。及びSPIを自由曲面4
と共に表示することにより、オペレータが金型の突き合
わせ面を確認しながら、各スライド方向の金型を決める
ことができ、金型の設計作業を格段的に向上することが
できる。
具体的に第5図においては、矢印C及びd方向にスライ
ドするようになされた金型について、上述の処理手順を
用いて記号S、で示す線織面を得、当該線織面を金型の
合わせ面に設定することにより、当該自由曲面の物体形
状でなる製品を成形することができた。
かくして金型作成装置は、当該線織面S2゜及びSPI
と自由曲面4のデータに基づいて、例えば放電加工用の
工具移動軌跡を表すデータを作成した後、ステップ5P
IIに移って、当該処理手順を終了する。
以上の構成において、金型のスライド方向に基づいて、
自由曲面4で表されてなる物体について、金型のスライ
ド方向と直交する方向に最も広がった最外形部分の点P
=  (P + 、P t 、Pz 、P a、PS、
・・・・・・)の座標データが得られ、xy基準平面に
投影されて外形曲線CX7が得られる。
続いて、外形曲線CXVの各点P txy  (P t
xy、P 2XV s P3111Z % P4xy 
−、P SXF 、・・・・・・)につぃて、xy基準
平面内で、外形曲線c x vと直交して外側及び内側
に、オフセットデータ量だけ拡大及び縮小した点P 1
xyo (P 1xyo、P zxyo、P 2xyO
1P 4XllO% P 5XYO1・・・・・・)及
びP 1xyl (P IXII+%P2xVI、P 
3XVI% P 4xyl、P 5XIT+、・・・・
・・)が得られ、これによりxyz空間上で、自由曲面
4の最外形部分の点P+  (P+ 、Pz 、P 3
、P4、P3、・・・・・・)から、xy基準平面に沿
ってオフセットデータ量だけ拡大及び縮小したオフセッ
ト点Pi、 (P、、、P to−、P 30% P 
ao、P、。、・・・・・・)及びP ; I(P +
 + 、 P z +、P、いP41、P、い・・・・
・・)が得られる。
続いて、当該オフセット点P、。CP+。、P2゜、P
 xo−、P 40% P so、・・・・・・)及び
P++(P++、Pa1sp、1、P48、PSI、・
・・・・・)を結ふB−スプライン曲線C0及びC1が
得られ、これが3次のベジェ式で表される自由曲線に変
換されて、金型の突き合わせ面を表す線織面S、。及び
SFIが形成される。
以上の構成によれば、金型のスライド方向と直交する方
向に最も広がった最外形部分の点Pi  (P + 、
P z 、P :l 、P 4 、P s 、・・・・
・・)を通って、それぞれ自由曲面4の外側及び内側に
、金型のスライド方向と直交するxy平面に対して平行
にオフセットデータ量だけ延長する線織面S、。及びS
7.を形成することにより、アンダーカットの発生を未
然に防止して、自由曲面の物体形状に応じて、滑らかに
変化する突き合わせ面の金型を得ることができ、かくし
て自由曲面の物体形状でなる製品でも、容易に金型を作
成することができる。
なお上述の実施例においては、−旦B−スプライン曲線
C0及びG、を得た後、これを3次のベジェ式で表され
る自由曲線に変換する場合について述べたが、本発明は
これに限らず、当該B−スプライン曲線から直接突き合
わせ面を生成する場合、B−スプライン曲線を介さず直
接3次のベジェ式で自由曲線を生成する場合、さらには
自由曲面をファーガソン(Fergason)式で表す
場合等広く通用することができる。
さらに上述の実施例においては、3次のベジェ式で表さ
れる自由曲面の形状でなる製品について金型を作成する
場合について述べたが、本発明は3次のベジェ式で表さ
れる自由曲面、さらには自由曲面で表される物体形状に
限らず、物体の形状を表す種々の形状データに基づいて
、金型を作成する場合に広く適用することができる。
さらに上述の実施例においては、金型のスライド方向と
直交する方向に最も広がった最外形部分の点を通って、
それぞれ自由曲面4の外側及び内側に延長する線織面を
形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず
、必要に応じて自由曲面4の外側又は内側の一方だけに
延長するvA織面を形成するようにしてもよい。
さらに上述の実施例においては、放電加工用のNC工作
装置でなる金型作成装置に本発明を適用した場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、種々の金型作成装
置、さらにこれらの金型作成装置に加工用のデータを供
給する演算処理装置等広く通用することができる。
H発明の効果 以上のように本発明によれば、金型のスライド方向と直
交する方向に最も広がった最外形部分の点を通って、金
型のスライド方向と直交する平面に対して平行にオフセ
ットデータ量だけ延長する面を形成することにより、ア
ンダーカットの発生を未然に防止して、成形する製品の
形状に応じて突き合わせ面が変化する金型を得ることが
でき、かくして自由曲面の物体形状でなる製品でも、容
易に金型を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による金型の作成手順を示すフローチャ
ート、第2図、第3図、第4図及び第5図はその動作の
説明に供する路線図、第6図は自由曲面作成方法の説明
に供する路線図、第7図は問題点の説明に供する路線図
である。 4・・・・・・自由曲面、S、。、SPI・・・・・・
線織面、PI′o、P 20% P ffos P a
o、PSO%PII、pz+、PHI、p40、p、1
、P、1、P8゜・・・・・・オフセット点。 繕 理手順 手 f 回 石び平lへ/)投影 俗2 囚 オフぜット前牒の生成 第3 扇 バーチイソ7曲面I7)’i族 第4 図 1・ 其Jト 例 羊 5 目 2フ0パツナのル1111辺ペクト2ン第6 回 下型の金! 釦  ! 奈 7 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 物体の形状を表す形状データに基づいて金型を作成する
    ようになされた金型作成方法において、上記形状データ
    で表される上記物体上で、上記金型のスライド方向と法
    線方向が直交する複数の点を得、 上記複数の点を結ぶ線に直交し、かつ上記スライド方向
    と直交する方向に、上記複数の点からそれぞれ所定量だ
    け移動した複数のオフセット点を得、 上記複数のオフセット点及び上記複数の点を通る面を、
    上記金型の突き合わせ面にした ことを特徴とする金型作成方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6306789B1 (ja) * 2017-09-05 2018-04-04 株式会社Jsol 金型形状作成システム、金型形状作成方法、および金型形状作成プログラム

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JP6306789B1 (ja) * 2017-09-05 2018-04-04 株式会社Jsol 金型形状作成システム、金型形状作成方法、および金型形状作成プログラム
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