JPH0769736B2

JPH0769736B2 - 旋削ｎｃデータの加工領域自動決定方法とくぼみ認識方法

Info

Publication number: JPH0769736B2
Application number: JP1036112A
Authority: JP
Inventors: 裕光加藤; 清洲川嶋; 養次石井
Original assignee: 日立精機株式会社
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH02216504A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、旋削NCデータ自動作成方法に関する。更に
詳しくは、任意素材形状から加工領域と仕上形状のくぼ
みを自動的に決定および認識することができる旋削NCデ
ータの加工領域自動決定方法とくぼみ認識方法に関す
る。

［従来技術］ NC工作機械は、工具の経路をプログラムにより指令され
る。この経路は、手動によりプログラムされる。この手
動プログラミング、すなわち人が工具の経路を計算して
プログラムするものはプログラミング作業に工数がかか
る。近年、このプログラム工数を減少させるためCRT画
面を用いて対話形式によりデータを入力し、設計図面か
ら簡単な操作でNCデータを作成する自動プログラミング
装置が使われている。旋削のためのNCデータを自動的に
作成する方法は、種々提案されかつ実施されている。例
えば、特開昭61−103213号公報には、あらかじめ分類さ
れた素材形状データと、仕上形状データから必要な加工
工程の順序、加工領域を自動的に決定することができる
NCデータ作成方法が記載されている。

［発明が解決しようとする課題］前記したNCデータ作成方法は、加工領域を自動的に決定
している。丸棒、穴あき丸棒など比較的簡単な形状の場
合は、加工領域の決定は比較的簡単である。しかし、鍜
造品などの任意形状の素材を用いる場合、切削する箇所
と切削しない箇所が存在する。空切削がないように効率
的に切削するには、切削する領域と、切削しない領域を
正確に特定しなければならない。

また、旋削品の仕上形状は、外周面、内孔の内周面、端
面などに溝部、凹部分、すなわちくぼみが存在するもの
が多い。従来のNCデータ作成方法は、くぼみの形状を正
確に分類し、認識していない。このため、くぼみ加工に
最適な工具が選択できず加工能率が低下したり、加工方
法を自動的に決定できないという問題があった。この発
明は、これらの問題点に着目してなされたものであり、
次の課題を達成する。

この発明の目的は、任意素材形状の旋削加工において、
自動的に切削領域を決定するNCデータの加工領域自動決
定方法を提供することにある。

この発明の他の目的は、空切削が少ないように加工領域
を設定する旋削NCデータの加工領域自動決定方法を提供
することにある。

この発明の更に他の目的は、旋削加工品のくぼみを自動
的に認識するための旋削NCデータのくぼみ認識方法を提
供することにある。

この発明の更に他の目的は、旋削加工においてくぼみの
加工に適した工具を決定するための旋削NCデータのくぼ
み認識方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］前記課題を解決するためこの発明は、次の手段をとる。

第１の手段は、切削領域を決定するための旋削加工領域
自動決定方法において、被加工材の軸線と垂直方向の分割線で前記被加工材の仕
上形状に沿ってたて要素に分割し、前記たて要素ごとに仕上形状の始点と終点を定義し、前記始点、前記終点から定義した直線を90度単位順次回
転させて前記被加工材の素材の輪郭線との交点を求め、前記交点と前記仕上形状及び前記素材の輪郭線に囲まれ
た領域を加工領域と定義することを特徴とする旋削NCデータの加工領域自動決定方法
である。

第２の手段は、被旋削品の仕上形状の一端から前記仕上
形状を分岐点ごとにトレースし、前記被旋削品の軸線方向への移動方向とこの移動方向と
逆方向への移動が発生するとこの領域を端面くぼみと判
定し、前記仕上形状の軸線と垂直方向への移動と逆方向への移
動が発生するとこの領域を径方向くぼみと判定し、前記認識した前記くぼみの入口点と出口点を定義し、前記入口の前記分岐点から前記くぼみを加工する工具の
形状から加工可能な角度を定めた直線を定義し、この直線を境に前記くぼみを２分割する旋削NCデータの
くぼみ認識方法である。

［作用］切削領域を決定するための旋削加工領域自動決定方法に
おいて、被加工材の軸線と垂直方向の分割線で前記被加
工材の仕上形状に沿ってたて要素に分割し、このたて要
素ごとに仕上形状の始点と終点を定義してこの直線と素
材の輪郭線との交点を求め、この交点と前記仕上形状に
囲まれた領域を加工領域と定義する旋削NCデータの加工
領域自動決定方法である。

また、被旋削品の仕上形状の一端から前記仕上形状を分
岐点ごとにトレースし、前記被旋削品の軸線方向への移
動方向とこの移動方向と逆方向への移動が発生するとこ
の区間を端面くぼみと判定し、前記仕上形状の軸線と垂
直方向への移動と逆方向への移動が発生するとこの区間
を径方向くぼみと判定する旋削NCデータのくぼみ認識方
法である。

［実施例１］ NCデータ作成装置第１図に示すもので、この発明のNCデータ作成装置の実
施例を示すブロック図である。中央処理装置１は、この
NCデータ作成装置全体を統括し制御するものである。こ
のCPU1には、バス２を介してグラフィックディスプレイ
装置３、キーボード装置からなる入力装置４が接続され
ている。加工情報メモリ５は、RAMメモリであり被削材
の材質、素材形状、仕上形状、加工工程順など被削材の
加工に関する情報を記憶している。

制御プログラムメモリ６は、このデータ作成装置の制御
プログラム、後述する加工領域を決定するプログラム、
くぼみを発見するプログラムなど必要なプログラムがRO
Mに記憶されている。NCデータ出力装置７は、作成され
たNCデータを紙テープ、バブルカセット、ICカードなど
の外部記憶媒体に出力するための出力手段である。切削
領域メモリ８は、後述する方法にしたがって決めた切削
領域の位置、形状を記憶するRAMメモリである。

くぼみメモリ９は、同様に後述する方法にしたがって決
めたくぼみの位置、形状を記憶するRAMメモリである。
作成データメモリ10は、入力されたデータ、処理結果、
作成されたNCデータなどを一時的に記憶するRAMであ
る。

加工領域決定方法の原理第２図に示す実線は、旋削加工のときの仕上形状を示す
例で半分の断面図である。以下、第２図に示す実施例に
したがって、この発明の原理を説明する。一点鎖線で示
す図は素材の形状を示し、実線はこの素材を切削して加
工される仕上形状を示す輪郭線である。仕上形状および
素材形状は、加工情報メモリ５に記憶されている。素材
形状、仕上形状の記憶は、次のようにされている。線分
Ａ′Ｌを素材線分１、線分LD′を素材線分２…と名前を
付けて、順次線分を定義する。

この定義はＸ、Ｚ座標での直線式と、その直線式の始点
と終点で定義されている。同様に、仕上形状も、線分AB
を仕上線分１、線分BCを仕上線分２…と名前を付けて順
次線分を定義し、銘々する。Ｚ軸線は、旋盤の主軸の中
心線と同一であり、Ｘ軸線は半径方向を指す。まず、仕
上形状の始点、角部すなわちＡ点を起点としてＫ点まで
線上を移動すると考えた場合、Ｘ軸線方向のプラス方向
の線分すなわち、Ｘ軸線と平行なプラス方向の線分を境
にして図の例では、第Ｉ〜Ｖの要素（以下、たて要素と
いう）に、仕上形状を分割する。

たて要素Ｉより以下の順序で、切削領域を決定する。始
点Ａ点を起点にして、Ｘ軸のマイナス方向（第１方向と
いう）の線分と素材形状の輪郭線と交差する交点がある
か否か探す。図の例ではこの第１方向に交点がないの
で、反時計方向に90度回転させて同様にＺ軸のプラス方
向（第２方向）に交点を探す。第２方向では、交点Ａ′
が見つかる。言い換えると、素材形状の線分１の始点
Ａ′と交差することになる。この時点でＡ点側からの交
点のサーチを停止する。このＡ点側からのサーチの停止
は、たて要素Ｉ内の第３方向すなわち180度まで交点が
見つかるまで行う。

次に、たて要素Ｉの終点であるＢ点、すなわちたて要素
Ｉ内の仕上形状の終点Ｂ点から交差のサーチを開始す
る。Ｂ点を起点にして、最初にＸ軸線のプラス方向（第
１方向という。）に素材形状の輪郭線との交点を探す。
この結果、図の例では素材形状の線分２と交点Ｂ′でこ
の例では交差する。このＢ点を起点とするサーチも通常
90度単位で線分を延長し、たて要素Ｉ内の180度まで探
す。たて要素Ｉの始点Ａ、終点Ｂからの交点が見つかる
と、次に切削領域を決定する。

最初に、仕上形状Ａ点からＢ点までの仕上線分１、線分
BB′、素材形状の素材線分２中の線分Ｂ′Ｌ、素材線分
１である線分LA′、線分Ａ′Ａと順次計回りに回転する
ように囲まれた領域となる。結局、切削領域は、仕上形
状の輪郭線と素材形状の輪郭線で囲まれた領域、すなわ
ち矩形のＡ、Ｂ、Ｂ′、Ｌ、Ａ′となる。

工具を移動する方向、言い換えると切削方向の決定は、
線分AB′/AA′の比によりＸ軸線方向に削ると、Ｚ軸方
向に削るかを決定する。これで第１工程の加工領域と切
削方向が決定する。たて要素IIの場合は、次のように決
定する。前記同様にＢ点を起点としてマイナスのＸ軸線
方向に交点を探す。しかし、交点は存在しないので、更
に反時計方向に90度回転して探すがたて要素IIの領域に
は交点は存在しない。更に90度反時計方向に回転して交
点を探す。

結局、素材形状の輪郭線との交点は、交点Ｂ′で交差す
る。なお、仕上形状に仕上代分オフセットされているの
で、実際に切削する領域は、仕上形状に仕上代分オフセ
ットした残りの部分を荒切削する。次にたて要素IIの終
点Ｅから交点を探すが、仕上形状線分ED間は、入力され
た加工工程上あらかじめ削る必要のない旨定義されてい
るので、Ｄ点から交点を探す。Ｄ点でＸ軸のプラス方向
に素材形状の輪郭線を探す。

しかし、仕上形状に仕上代分オフセットさせてあるの
で、結局素材形状の輪郭線との交点は見つけることがで
きない。次にＣ点を起点とする交点は、第１方向Ｘ軸方
向すなわちＣ′点を交点として交差する。結局、切削領
域は、仕上形状と素材形状に囲まれた領域の略△BCC′
Ｂ′となる。また、切削方向はＸ軸、Ｚ軸の長さ方向の
比、すなわち線分BB′/B′Ｃ′の比により決定する。

たて要素IIIは次のように決定する。線分EFの区間は入
力された定義により削る必要のない区間であり、Ｅ点を
起点とする交点は発見できない。Ｆ点も削り代がないの
で交点を発見できない。なお、Ｆ点でＺ軸線方向に輪郭
線と交点があるが、交点の途中は空間であり一体でない
のでここでは交点とはしない。同様に、Ｇ点も見つける
ことができない。Ｈ点を起点としては、Ｚ軸方向に交点
Ｈ′を求めることができる。

次にたて要素IIIの終点Ｉを起点に前記法則で交点を探
していく。この結果、交点Ｉ′が求まる。最終的には、
前記同様に仕上形状と素材形状で囲まれた領域である矩
形のＨ、Ｉ、Ｉ′、Ｍ、Ｈ′が切削領域となる。なお、
仕上代は、線分IH、線分HH′間に設けてある。以下、前
記同様にたて要素IV以下を決める。なお、前記の方法で
素材を探すので第３図（ａ）に示すように素材形状にへ
こみ部分Ｗがあれば、このへこみは、認識できないので
このへこみＷがないものとして、第３図（ｂ）のように
切削領域を決定し取り扱う。

切削領域のNCデータ作成順序第４図は、実際に前記方法にしたがってNCデータを作成
するフローを示す。最初に任意素材形状のワークか否か
判断し、任意素材形状であれば、仕上形状をあらかじめ
記憶保持されている加工情報メモリ５のファイルから読
み込む。読み込んだ仕上形状がたて要素であるか否か判
断し、たて要素でない場合は次の仕上形状を読み込み、
たて要素の場合には読み込みを終了する（ステップP₁、
P₂、P₃）。なお、ステップ１において任意素材形状のワ
ークでないと判断された場合には、他の素材形状（丸
材、穴あき材）のプログラムへ移る。

読み込まれた仕上形状に仕上代をつける（P₄）。読み込
まれた仕上形状が外径かどうかを判断し、外径でない場
合には、内径用加工領域決定プログラムへ移る（P₅）。
なお内径用加工領域決定プログラムも、外径用加工領域
決定プログラムとの交点を求める方法は同一であるため
説明は省略する。前記した方法にしたがって開始側より
Ｘ軸線方向の直線を定義する（P₆）。第２図の例ではＡ
点より直線を定義する。

たて要素Ｉにある素材側の形状の最初の線分１、第２図
の例では素材線分１である線分Ａ′Ｌを読み込み、交点
を求める（P₇、P₈）。交点がなければ、素材側の形状の
次の線分第２図の例では素材線分２である線分LD′を読
み込み、交点が見つかるまで繰り返す。素材のたて要素
のすべての線分を読み込んでも交点が見つからなけれ
ば、90度回転させた次の直線を定義する。この直線で前
記同様順次に交点を探す。

もし、この交点がなかったら前記原則にしたがって次の
開始点に移動して、同様に交点を求める。開始側に交点
が見つかれば、次に第Ｉ要素の終点側より第１方向の直
線を定義する（P₉）。素材形状の線分を第Ｉ要素の最後
より読み込み前記同様に交点を探す（P₁₀）。この線分
と第１方向の直線との交点があるか否か判断する
（P₁₁）。交点が発見できなければ、素材形状の終点よ
り２番目の次の直線を読込み、交点を探す。第Ｉ要素の
線分すべてを読み込んでも交点がなければ、時計方向に
回転させた次の直線を定義して、前記同様に素材形状と
の交点を探す。

これらの後、切削領域を決定し切削領域を記憶する（P
₁₂）。次に、前記したように切削領域の縦横比を求め、
この比にしたがってＺ軸方向、Ｘ軸方向か、いずれかの
方向に工具を送って加工するかを決定する（P₁₄）。以
上の作業が終了すると、作成データメモリ10に出力する
（P₁₅）。

以上の作業が終了すると、素材形状から前記加工領域を
決定した部分を除いた形状のデータを作成する
（P₁₇）。このデータの作成後、新しく作成した素材形
状を素材形状ファイルに登録する（P₁₇）。この作業を
仕上形状が最後になるまで行う（P₁₈）。

［実施例２］くぼみ認識方法次に、仕上形状にへこみのある形状（以下、くぼみとい
う。）の場合の切削工具、切削領域を決定する実施例に
ついて述べる。第５図は、工作物の片断面図を示す例で
ある。この例では、くぼみＩからくぼみVIIIまであり、
外周面、内周面、端面、これらの混在したものである。
くぼみＩは、内径の奥の端面に形成してある。くぼみＩ
は、内径の内周面に形成してある。くぼみIIIは外径の
前端面に、外径にはくぼみIV、Ｖ、VIが、外径の後端面
にはくぼみVII、VIIIが形成してある例である。くぼみV
IとくぼみVIIは、端面と外周面との境界に位置してい
る。

仕上形状は、線分AB、BC、CD…と順次定義し、線分を銘
々して入力してある。まず、内径内の中心線（Ｚ軸線）
との交点Ａ点より出発して、内径と外径の前端面の交点
Ｉに向けて輪郭線に沿ってトレースする。Ａ点から出発
するとＢ点への線分ABは、Ｘ軸線に平行な直線となり、
Ｚ軸線方向への変動はない。Ｂ点からＣ点への線分BC
は、Ｚ軸のマイナス方向になる。このＺ軸方向のマイナ
スが発生するとフラグを立てる。線分CDは、Ｘ軸線と平
行でありＺ軸方向は変動ない。線分DEは、Ｚ軸方向のみ
のプラス方向となる。線分BCと逆方向で線分BC以上の量
が発生すると、前記フラグを倒す。

結局、Ｚ軸方向の変動のみ着目すると、線分BCのマイナ
スと線分DEのプラスとが交互に同じ長さ（絶対値）が発
生すれば、矩形BCDD′で囲まれた領域はくぼみと判断す
る。なお、線分DD′は、線分BCと長さ（絶対値）が等し
い線分である。このくぼみをくぼみＩと名付け、くぼみ
メモリ９にその形状、位置を登録する。中心（Ｚ軸線を
中心に）にくぼみがある場合は、最初にプラスが出現
し、次にマイナスが出現する。この場合は最初をくぼみ
と判断する。

線分Ｅ…Ｉ間は、Ｚ軸方向のくぼみすなわち、Ｚ軸線方
向のプラス、マイナスの出現がないので、この区間は端
面でのくぼみが存在しないものと判断する。次に、内径
の径方向（Ｘ軸方向）のくぼみを探す。内径の径方向、
すなわち内周面のくぼみは、Ｉ点より出発してＡ点に向
かって探す。線分IHはＺ軸と平行であり、Ｘ軸線方向の
変化はない。線分HGはＸ軸線方向にプラスの方向であ
る。ここで、メモリ内にフラグを立てる。線分GFは、Ｚ
軸と平行でありＸ軸線方向には変化していない。線分FE
は、Ｘ軸線方向にマイナスの方向である。マイナスが発
生すると、前記メモリ内のフラグを倒す。

結局、Ｘ軸線方向にプラス、マイナスの順序で出現する
と、線分HGFEで囲まれた矩形は、くぼみと判断し、これ
をくぼみIIと名付けてこの領域を記憶する。区間Ｉ…Ａ
には、結局、内径の内周方向にくぼみIIが存在すると判
断する。前記同様に最外周Ｚ点からＩ点までの区間のく
ぼみを探す。前記内径端面のくぼみと同様の原則でＺ軸
方向のマイナス、プラスが交互にあらわれるとその区間
を端面のくぼみと判断する。結局、端面のくぼみIII、V
II、VIIIを捜し出す。

次に、Ｉ点よりＺ点までの区間の外径周面のくぼみを探
す。前記と同様の原則のＸ線線方向のプラス、マイナス
の符号の変化に着目すると、くぼみIVを最初に認識し、
次にくぼみＶを認識する。この認識は次のように行う。
最初に線分KLはＸ軸方向にマイナス方向なのでフラグを
立てる。線分LMはＺ軸に平行でありＸ軸方向の変化はな
い。線分MNはＸ軸方向にプラス方向であり線分MNの深さ
だけくぼみと認識する。しかし、線分MNの大きさは、線
分KLの大きさより小さいので、くぼみIVの領域はこの段
階では決定しない。

線分NOは、Ｘ軸方向の変化はない。線分OPは、線分KLの
長さ戻さないで再度Ｘ軸方向にマイナスしているので、
前記フラグと違う別の第２のフラグを立てる。線分PQは
変化せず、線分QRがプラス方向に戻すので第２フラグは
倒し、くぼみＶを前記同様の原理で認識する。くぼみＶ
を認識したのち線分STだけプラス方向に戻すので、ここ
で初めてくぼみIV全体を認識する。次に、くぼみVIを認
識する。これらは、いずれも番号を付してくぼみメモリ
９に記憶される。

端面のくぼみを外周面のくぼみが重なった場合は、外端
くぼみと定義し次のように認識する（第６図は拡大
図）。外周のくぼみVIの出口の線分WXは、端面のくぼみ
VIIの領域に入っている。くぼみVIは、入口の線分UVと
出口の線分WXの間に、端面のくぼみVIIの線分VWが挿入
されている。すなわち、くぼみVIの入口の線分VVの線分
番号と出口の線分WXの線分番号の間に、くぼみVIIの出
口の線分WVの線分番号があるかないかで判断する。

結局、このくぼみVIとくぼみVIIの重なりのくぼみを外
端くぼみと定義し、加工処理する。

くぼみの切削領域決定方法第７図は、片刃バイトで削るときの外径くぼみの切削領
域決定の概要を示す略図である。くぼみIVの入口の点Ｋ
から角度αで線分を定義し、線分LMとの交点Ｋ′を求め
て領域ａ、領域ｂとの二つに分ける。この角度αは、図
に示すように工具の副切込み角である。一方のくぼみＶ
も同様に領域ｃ、領域ｄに二分する。副切込み角αを有
する工具による切削領域は、領域ａ＋ｃの領域となり最
初にこの領域を切削する。残ったｂ、ｄの切削領域は、
前記工具と逆向きの工具を自動的に選択して切削する。
内径の端面のくぼみも同様の方法で切削領域を区分して
切削する。

両方にまたがる外端くぼみは、このような区分をせず直
接仕上加工をしている。これは、両方にまたがるくぼみ
は比較的小さいくぼみであることが多いためである。

くぼみサーチのフロー第８図は、くぼみを探す動作のフロー図である。仕上形
状により外径、内径を区別する（P₁）。前記した方法に
したがって、内径の終点、すなわち中心線と内径の輪郭
線との交点から線分を記憶されているデータから読み込
みを開始する。第５図の例では、線分ABから開始する
（P₂,P₃）。この入力値から内径の端面くぼみＩを探す
（P₄）。次に、内径の始点、すなわち第８図の例では、
Ｉ点から出発してＡ点までの区間で内径の周面の径方向
のくぼみIIを探す。

内径内に両方に端面くぼみと内周面とがクロスしている
ものはないか探し（P₇）このくぼみを内端くぼみを定義
する。更に、各くぼみごとにくぼみの中のくぼみを探す
（P₉）。これらが終了すると内径関係の各くぼみは、く
ぼみメモリ９にそれぞれを登録する（P₁₀）。外径くぼ
みも前記同様にくぼみを探す。内径くぼみを削るための
工具１本をあらかじめ登録されている加工情報メモリ５
の工具ファイルから決定する（P₁₂）。しかし、前記工
具で加工すると前記したような削り残しが発生すると、
この残部分を削る逆向きの工具を１本決定する（P₁₃、P
₁₄）。

内径部と同様の方法で内径端面、外径、外径端面などの
加工に必要な工具を決定する。これらのくぼみが決定す
ると、第７図で説明したような方法にしたがって、くぼ
みごとに切削領域を決定する（P₁₆）。この決定後、NC
データファイルに記憶しておく（P₁₇）。

［発明の効果］以上、詳記したように、仕上形状から切削領域をたて要
素に分割したので、空切削の少ない領域が決定できる。
切削方向が切削領域の形状をみて決定すると、え効率的
な切削ができる。また、くぼみを分類することにより、
そのくぼみに合った工具、切削領域、切削方法が決定で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、NCデータ作成装置の概要を示すブロック図、
第２図は仕上形状と素材の形状の例を示す図、第３図
（ａ）、（ｂ）は特殊なへこみがある形状のときの認識
を示す図、第４図は切削領域決定のフローを示す図、第
５図はくぼみのある工作物の仕上形状の例を示す図、第
６図は端面のくぼみ、外周のくぼみが重なった例を示す
図、第７図はくぼみの切削領域を示す図、第８図はくぼ
みを決定する動作フローを示す図である。１……CPU、５……加工情報メモリ、６……制御プログ
ラムメモリ、７……NCデータ作成装置、８……切削領域
メモリ、９……くぼみメモリ、10……作成データメモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切削領域を決定するための旋削加工領域自
動決定方法において、被加工材の軸線と垂直方向の分割線で前記被加工材の仕
上形状に沿ってたて要素に分割し、前記たて要素ごとに仕上形状の始点と終点を定義し、前記始点、前記終点から定義した直線を90度単位順次回
転させて前記被加工材の素材の輪郭線との交点を求め、前記交点と前記仕上形状及び前記素材の輪郭線に囲まれ
た領域を加工領域と定義することを特徴とする旋削NCデータの加工領域自動決定方
法。
【請求項２】被旋削品の仕上形状の一端から前記仕上形
状を分岐点ごとにトレースし、前記被旋削品の軸線方向への移動方向とこの移動方向と
逆方向への移動が発生するとこの領域を端面くぼみと判
定し、前記仕上形状の軸線と垂直方向への移動と逆方向への移
動が発生するとこの領域を径方向くぼみと判定し、前記認識した前記くぼみの入口点と出口点を定義し、前記入口の前記分岐点から前記くぼみを加工する工具の
形状から加工可能な角度を定めた直線を定義し、この直線を境に前記くぼみを２分割する旋削NCデータの
くぼみ認識方法。