JPH08161018A

JPH08161018A - 加工シミュレーション方式

Info

Publication number: JPH08161018A
Application number: JP29993994A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shinozaki; 了篠崎; Koichi Murata; 耕一村田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1994-12-02
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】旋盤系の加工シミュレーションの３次元的表
示を高速にできるようにする。【構成】直径データ算出手段２は、図形形状データ１
を取り込み、円筒形を回転軸方向に分割された複数の円
で認識し、各円の直径データを算出する。直径データ
は、直径データ記憶手段３に格納される。直径データ更
新手段４は、加工プログラムを解読することにより工具
と加工物との干渉を確認すると、干渉部の円の直径デー
タを更新する。３次元イメージデータ算出手段５は、直
径データから認識される円のデータを楕円に変換し、加
工物を楕円の集合で表した３次元イメージデータ６を作
成する。このように作成された３次元イメージデータ６
が、随時表示装置２２に表示される。このようにして、
３次元の加工シミュレーションを高速に行うことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工状況をグラフィック
表示装置に表示する数値制御装置の加工シミュレーショ
ン方式に関し、特に旋盤系の加工シミュレーションを行
う数値制御装置の加工シミュレーション方式に関する。

【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、新たに作成した加工
プログラムのシミュレーションを行うことにより、実際
の加工を行わずにそのプログラムの実行結果を知ること
ができる。

【０００３】このような加工シミュレーションは、作業
者が加工状況を認識し易いようにアニメーションで表示
される。従来の旋盤系のアニメーションでは、素材、工
具共に２次元（Ｘ−Ｚ平面）で表示されており、加工シ
ミュレーションは常に２次元平面で実行される。この場
合、加工物を表示するための視点の位置を変えるには表
示画面を切り換えて表示させなければならない。

【０００４】また、加工状況を３次元的なイメージで表
示することにより、より正確に加工状況を把握すること
ができる。３次元的に表示させる方法としては、素材を
細かいキュービックの集まりとして定義する方法があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、加工物を２次
元で表示したのでは、加工物形状を正確に認識するのが
困難であるという問題点があった。

【０００６】一方、加工物を３次元で表示するために、
素材を細かいキュービックの集まりとして定義すると、
データ処理に非常に時間がかかり、実用に耐えうる加工
シミュレーションを行うことができないという問題点が
あった。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、加工シミュレーションの３次元的表示を高速
にできる数値制御装置の加工シミュレーション方式を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、旋盤加工の加工状況をグラフィック表示
装置に表示する数値制御装置の加工シミュレーション方
式において、図形形状データを取り込み、加工物を中心
軸方向に分割した円の集合で認識し、各円の直径データ
を算出する直径データ算出手段と、前記直径データを格
納する直径データ記憶手段と、加工プログラムを解読す
ることにより加工物と工具が干渉すると判断すると、切
削される円の前記直径データを更新する直径データ更新
手段と、前記直径データより求められる円を楕円に変換
することにより、前記加工物を楕円の集合で表した３次
元イメージデータを作成する３次元イメージデータ作成
手段と、を有することを特徴とする加工シミュレーショ
ン方式が提供される。

【０００９】

【作用】直径データ算出手段は、図形形状データにより
与えられた加工物を中心軸方向に分割した円の集合で認
識し、各円の直径データを算出する。直径データ記憶手
段は、各円の直径データを格納する。直径データ更新手
段は、加工プログラムを解読することにより加工物と工
具が干渉すると判断すると、切削される円の前記直径デ
ータを更新する。３次元イメージデータ作成手段は、直
径データより求められる円を楕円に変換することによ
り、前記加工物を楕円の集合で表した３次元イメージデ
ータを作成する。この３次元イメージデータを表示装置
に描画することにより、加工状況をシミュレーションす
ることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の概略構成を示すブロック図であ
る。図形形状データ１は、旋盤加工を行うための円筒形
の素材形状を示すデータである。直径データ算出手段２
は、図形形状データ１を取り込み、円筒形を回転軸方向
に分割された複数の円で認識し、各円の直径データを算
出する。直径データは、直径データ記憶手段４に格納さ
れる。直径データ更新手段３は、加工プログラムを解読
することにより工具と加工物との干渉を確認すると、加
工物の削り落とされる量だけ直径データ記憶手段４に格
納された干渉部の円の直径データの値を小さくする。

【００１１】３次元イメージデータ作成手段５は、直径
データから認識される円のデータを楕円に変換し、加工
物を楕円の集合で表した３次元イメージデータ６を作成
する。このように作成された３次元イメージデータ６
が、随時表示装置２２に表示される。なお、３次元イメ
ージデータ６を作成する際には、加工物を表示させる角
度に応じて座標変換を行い、楕円の形、位置を変化させ
る。楕円は、画面上の奥に位置する楕円から順に描画
し、手前の楕円を上書きしながら描画する。

【００１２】図２は、本発明の数値制御装置のハードウ
ェアの概略構成を示すブロック図である。数値制御装置
はプロセッサ１１を中心に構成されている。プロセッサ
１１はＲＯＭ１２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。このＲＯＭ１２には
ＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭが使用される。

【００１３】ＲＡＭ１３にはＳＲＡＭ等が使用され、加
工物の直径データ等の一時的な計算データ、、加工物の
３次元イメージデータ等の表示データ、入出力信号等が
格納される。不揮発性メモリ１４には図示されていない
バッテリによってバックアップされたＣＭＯＳが使用さ
れ、電源切断後も保持すべきパラメータ、加工プログラ
ム、工具補正データ、ピッチ誤差補正データ等が記憶さ
れる。

【００１４】ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２０は、数値制御
装置の前面あるいは機械操作盤と同じ位置に配置され、
データ及び図形の表示、データ入力、数値制御装置の運
転に使用される。グラフィック制御回路２１は数値デー
タ及び図形データ等のディジタル信号を表示用のラスタ
信号に変換し、表示装置２２に送り、表示装置２２はこ
れらの数値及び図形を表示する。表示装置２２にはＣＲ
Ｔあるいは液晶表示装置が使用される。

【００１５】キーボード２３は数値キー、シンボリック
キー、文字キー及び機能キーから構成され、加工プログ
ラムの作成、編集及び数値制御装置の運転に使用され
る。ソフトウェアキー２４は表示装置２２の下部に設け
られ、その機能は表示装置に表示される。表示装置の画
面が変化すれば、表示される機能に対応して、ソフトウ
ェアキーの機能も変化する。

【００１６】軸制御回路１５はプロセッサ１１からの軸
の移動指令を受けて、軸の移動指令をサーボアンプ１６
に出力する。サーボアンプ１６はこの移動指令を増幅
し、工作機械３０に結合されたサーボモータを駆動し、
工作機械３０の工具とワークの相対運動を制御する。な
お、軸制御回路１５及びサーボアンプ１６はサーボモー
タの軸数に対応した数だけ設けられる。

【００１７】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１８はプロセッサ１１からバス１９経由でＭ
（補助）機能信号、Ｓ（スピンドル速度制御）機能信
号、Ｔ（工具選択）機能信号等を受け取る。そして、こ
れらの信号をシーケンス・プログラムで処理して、出力
信号を出力し、工作機械３０内の空圧機器、油圧機器、
電磁アクチュエイタ等を制御する。また、工作機械３０
内の機械操作盤のボタン信号、スイッチ信号及びリミッ
トスイッチ等の信号を受けて、シーケンス処理を行い、
バス１９を経由してプロセッサ１１に必要な入力信号を
転送する。

【００１８】なお、図２ではスピンドルモータ制御回路
及びスピンドルモータ用アンプ等は省略してある。ま
た、上記の例ではプロセッサ１１は１個で説明したが、
複数のプロセッサを使用してマルチプロセッサ構成にす
ることもできる。

【００１９】次に、上記のような数値制御装置で旋盤加
工の加工シミュレーションを実行する場合について具体
的に説明する。図３は切削する加工物の形状を示す図で
ある。素材状態の加工物４０は円筒形である。円筒の中
心軸はＺ軸に一致している。この形状はＭＤＩ／ＣＲＴ
２０（図２に示す）によって入力することができる。

【００２０】入力された形状は、Ｚ軸方向に分割した円
の集合として認識される。各円の直径がＲＡＭ１３（図
２に示す）等に格納される。この際、各円の間隔は表示
画面の１ドット単位である。

【００２１】図４は格納された図形データを示す図であ
る。分割された円（Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ ₃，Ｃ₄，Ｃ₅，Ｃ
₆，・・・）に対応付けされて、直径データ（Ｄ₁，Ｄ
₂，Ｄ₃，Ｄ₄，Ｄ₅，Ｄ₆，・・・）が格納されてい
る。このデータを基に、３次元の形状を描画することが
できる。

【００２２】図５は描画された加工物を示す図である。
加工物４１を構成する円Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃，・・・Ｃ
_n-1，Ｃ_nは、楕円に変換され描画されている。描画は
Ｃｎから順に行い、楕円が重なる場合には上書きする。
このようにして、加工物を楕円の集合で立体的に表すこ
とができる。

【００２３】なお、この図では説明のために楕円の間隔
をあけているが、実際には１ドット単位の間隔である。
従って、直径が同じであり、連続した楕円の外周は、１
つの円筒面として表示される。

【００２４】このような加工物の切削加工をシミュレー
ションする場合、加工プログラムを解読し、工具と加工
物の干渉部を算出する。そして、干渉部の円に対応する
直径データを、工具のＸ軸の値に更新する。

【００２５】図６はデータ更新後の図形データを示す図
である。この例では、加工物の先端（Ｚ軸正の方向）か
ら５個の円（Ｃ₁〜Ｃ₅）が切削されるものとする。切
削される円（Ｃ₁〜Ｃ₅）の直径データ（Ｄ₁ａ〜Ｄ₅
ａ）が更新されている。

【００２６】図７は加工状況の表示画面を示す図であ
る。加工物４２において、工具５０に削り取られた部分
では、工具５０の刃先のＸ座標値に応じて円Ｃ₁〜Ｃ₅
の直径が小さくなっている。干渉していない部分の円
（Ｃ₆〜Ｃ_n）の直径は、切削前と同じである。

【００２７】このように、切削状況に応じて円を再描画
していくことにより、加工状況を３次元でシミュレーシ
ョンすることができる。また、上記のようにして描画さ
れた加工物を、画面上で回転させることも容易にでき
る。例として、Ｙｄ軸まわりに回転させた場合について
説明する。

【００２８】Ｙｄ軸回りの回転角度をθ（Ｙｄ軸の正の
方向から加工物をみて、反時計回りを正の回転方向とす
る）、変換前の座標値を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、以下
の行列式で座標変換を行うことができる。

【００２９】

【数１】

【００３０】図８は回転前の加工物を示す図である。加
工物４３は、複数の円の集合として表示されている。こ
れらの円を式（１）を用いて座標変換することにより、
任意の角度から見た加工物を描画することができる。

【００３１】図９は９０°回転後の加工物４３を示す図
である。このように、加工物４３をさまざまな角度から
表示させることも容易である。図１０は本発明の加工シ
ミュレーションの処置手順を示すフローチャートであ
る。〔Ｓ１〕加工シミュレーション開始指令により、加工物
（素材状態）を構成する円を描画する。〔Ｓ２〕工具移動指令を解読する。〔Ｓ３〕工具と加工物が干渉しあっているか否かを判断
し、干渉しあっていればステップ４に進み、干渉しあっ
ていなければステップ８に進む。〔Ｓ４〕工具のＸ座標を取り込む。〔Ｓ５〕干渉している円の直径データを更新する。〔Ｓ６〕干渉した円を再描画する。〔Ｓ７〕干渉が終了したかどうかを判断し、終了してい
ればステップ８に進み、終了していなければステップ４
に進む。〔Ｓ８〕シミュレーションが終了したかどうかを判断
し、終了していなければステップ２に進み、終了してい
れば処理を終了する。

【００３２】このようにして、円の直径データから加工
物の形状を描画することができる。このため、描画の際
の加工物形状を非常に単純な計算で算出できる。従っ
て、数値制御装置で一般的に使用されているプロセッサ
であっても、３次元の加工シミュレーションを高速に行
うことが可能である。

【００３３】また、加工物は、表示画面の１ドット単位
の円に分割されている。そのため、描画された加工物の
外周は、円の集合ではなく、１つの円筒面として表示さ
れる。従って、現実の形状に近い形で加工物が描画され
る。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、加工物
の形状を複数の円の集合で認識し、その円を描画するこ
とにより３次元加工シミュレーションを行うようにした
ため、３次元イメージデータの算出が容易であり、３次
元の旋盤加工シミュレーションを高速に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の数値制御装置のハードウェアの概略構
成を示すブロック図である。

【図３】切削する加工物の形状を示す図である。

【図４】格納された図形データを示す図である。

【図５】描画された加工物を示す図である。

【図６】データ更新後の図形データを示す図である。

【図７】加工状況の表示画面を示す図である。

【図８】回転前の加工物を示す図である。

【図９】９０°回転後の加工物４３を示す図である。

【図１０】本発明の加工シミュレーションの処置手順を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１図形形状データ２直径データ算出手段３直径データ更新手段４直径データ記憶手段５３次元イメージデータ作成手段６３次元イメージデータ２２表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】旋盤加工の加工状況をグラフィック表示
装置に表示する数値制御装置の加工シミュレーション方
式において、図形形状データを取り込み、加工物を中心軸方向に分割
した円の集合で認識し、各円の直径データを算出する直
径データ算出手段と、前記直径データを格納する直径データ記憶手段と、加工プログラムを解読することにより加工物と工具が干
渉すると判断すると、切削される円の前記直径データを
更新する直径データ更新手段と、前記直径データより求められる円を楕円に変換すること
により、前記加工物を楕円の集合で表した３次元イメー
ジデータを作成する３次元イメージデータ作成手段と、を有することを特徴とする加工シミュレーション方式。
【請求項２】前記直径データ記憶手段は、前記加工物
を前記グラフィック表示装置の１ドット単位の円に分割
して、直径データを算出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式。
【請求項３】３次元イメージデータ作成手段は、前記
直径データより求められる円を指定された角度に応じて
座標変換し、任意の角度から見た前記加工物の３次元イ
メージデータを作成することを特徴とする前記１記載の
加工シミュレーション方式。