JPH09244721A - 工具干渉チェック方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製品形状の設計段階でその製品形状と加工工
具との干渉を容易に且つ高い精度で調べることができる
ようにする。 【解決手段】 (a) に示すような基本形状フィーチャー
（図は凹座）を用いて製品形状を設計する場合に、その
基本形状フィーチャー毎に(b) のように予め加工方法案
を設定しておき、その加工方法案に従って加工を行う場
合の加工工具の最外郭軌跡（工具中心軌跡５２ａ，５２
ｂ）を加工工程毎に計算し、その最外郭軌跡に沿って加
工工具を含む加工工具系を移動させた場合の最外郭形状
（３次元モデル６４ａ，６４ｂ）を作成するとともに、
全加工工程の最外郭形状の和集合（３次元モデル６４
ｃ）を求めて製品形状と比較することにより、加工時の
工具干渉の有無を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製品形状の設計段
階でその製品形状と加工工具との干渉を調べる工具干渉
チェック方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プレス金型の金型形状など各種の製品形
状の設計から加工までは、一般に図９に示す工程を経て
行われるようになっている。ステップＲ１は設計工程
で、パラメトリックＣＡＤ（Computer Aided Design)装
置を利用し、予め定められた複数種類の基本形状フィー
チャーを適当に配置して製品形状を設計するようになっ
ているのが普通である。この段階での製品形状と加工工
具との干渉判断は、設計者固有の知識や干渉危険範囲を
まとめた書類などを用いて行われるだけで、必ずしも正
確なものではない。ステップＲ２〜Ｒ１１はＣＡＭ（Co
mputer Aided Manufacturing) 装置などを用いて行わ
れ、ステップＲ２ではオンライン等で上記ＣＡＤ装置か
ら送られてきた製品形状を見て、加工設計者が過去の経
験などを踏まえて加工方法、例えば加工機械や加工工
具、加工時間、全体の製作スケジュールなどを検討す
る。ステップＲ３では、同じく加工設計者が画面上で目
視により製品と加工工具系（クイルやチャックなどを含
む）との干渉をチェックし、干渉すると判断した場合
（Ｒ４がＹＥＳ）はステップＲ５で加工方法の変更が可
能か否かを判断する。そして、加工方法の変更が可能で
あればステップＲ２へ戻って使用工具などを変更する
が、加工方法の変更が不可能な場合は、ステップＲ１２
において加工作業者がマニュアル操作で加工を行うこと
になる。

【０００３】上記ステップＲ４の判断がＮＯの場合、す
なわち加工設計者が干渉しないと判断した場合には、ス
テップＲ６を実行し、製品を加工する際の加工工具の移
動経路であるＣＬを作成する。また、ステップＲ７で
は、ステップＲ６で作成したＣＬデータに従って加工工
具を移動させる（シミュレーション）ことにより、加工
工具と製品との干渉をチェックする。これ等のＣＬ計算
や干渉チェックは、上記ＣＡＭ装置によって自動的に行
われる。そして、干渉しない場合はステップＲ１１でＣ
ＬデータをＮＣデータに変換してＮＣ工作機械へ出力す
るが、干渉する場合はステップＲ９でＣＬデータの修正
が可能か否かを判断し、修正可能であればステップＲ１
０で修正してステップＲ１１を実行する。また、ＣＬデ
ータの修正が不可能な場合は前記ステップＲ５を実行す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、加工現場でマニュアル操作による
加工を行わなければならない場合があり（Ｒ５がＮＯの
場合）、加工現場での作業者の負担が大きかった。ステ
ップＲ１の設計段階まで戻して、製品形状自体を変更す
ることも考えられるが、一般に製品設計が終了（出図）
した段階でプレス金型等の製品の粗材（鋳物など）の製
作が開始されるため、出図後の製品形状の変更は好まし
くなかった。

【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、製品形状の設計段階
でその製品形状と加工工具との干渉を容易に且つ高い精
度で調べることができるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、予め定められた複数種類の基本形状フ
ィーチャーを用いて製品形状を設計する際に、その製品
を加工する加工工具とその製品形状との干渉を調べる工
具干渉チェック方法であって、(a) 前記基本形状フィー
チャーを用いて製品形状を設計する設計工程と、(b) 前
記基本形状フィーチャー毎に予め定められた加工方法案
に従って加工を行う場合の加工工具を含む加工工具系の
最外郭形状を求める最外郭形状演算工程と、(c) その最
外郭形状と前記設計工程で設計された前記製品形状とを
比較して干渉の有無を判断する干渉判断工程とを有する
ことを特徴とする。

【０００７】

【発明の効果】このように、本発明によれば、製品形状
の設計段階でその製品形状と加工工具との干渉の有無を
調べることができるため、製品形状の修正を含めて干渉
を回避することが可能となり、加工現場でのマニュアル
操作による面倒な加工を解消できる。特に、製品形状を
設計する際に用いられる基本形状フィーチャー毎に加工
方法案が定められており、その加工方法案に従って加工
を行う場合の加工工具系の最外郭形状を求めて製品形状
との干渉の有無を判断するようになっているため、少な
くとも干渉チェックに関しては熟練を要することなく容
易に高い精度で行うことができるとともに、ＣＬ（工具
移動経路）を求めて干渉チェックする場合に比較して短
時間で迅速に行うことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】ここで、基本形状フィーチャーは
製品形状を設計する際の単位形状で、例えば凸座、凹
座、壁あり座など、製作すべき製品の形状に応じて複数
種類のものが定められており、例えばパラメトリックＣ
ＡＤ装置では、基本形状フィーチャーを選択して所定位
置に配置し、各部の寸法、角度などのパラメータを入力
するだけで設計作業を行うことかできる。

【０００９】加工方法案は、上記基本形状フィーチャー
の属性として記憶装置などに設定されるもので、使用す
る加工工具、アーバ、クイル等の種類や形状、寸法な
ど、加工時の干渉に関係する種々の情報を含んで定めら
れる。この加工方法案は、加工設計の専門家や実際の加
工作業者などによって定められ、複数の加工工程で加工
する場合は各工程毎に設定される。また、被加工物の材
質や加工効率、要求加工精度などに応じて複数の加工方
法案を設定しておき、製品形状の設計作業者が任意に選
択できるようにすることも可能である。

【００１０】最外郭形状演算工程は、例えば(a) 前記基
本形状フィーチャー毎に予め定められた加工方法案に従
って加工を行う場合の加工工具の最外郭軌跡を求める軌
跡演算工程と、(b) その最外郭軌跡に沿って加工工具を
移動させた場合のその加工工具を含む加工工具系の少な
くとも一部が通過する最外郭形状を求める形状演算工程
とを含んで構成される。最外郭軌跡は、上記基本形状フ
ィーチャーに関する製品形状を加工する際の最も外側、
すなわち加工する部分と加工しない部分との境界位置に
おける加工工具の軌跡で、例えば凹座加工では加工すべ
き凹座の内壁面に加工工具が接する状態の加工工具の中
心線軌跡などであり、加工部の形状および加工工具の半
径寸法などから２次元的に求めることができる。また、
加工工具系は、加工時の製品形状との干渉に関係する全
ての部材を含むもので、一般にはアーバやクイルなどを
含み、上記形状演算工程ではアーバやクイルなどを含む
加工工具系全体の最外郭形状を求める。複数の加工工程
を有する場合は、各加工工程における加工工具系の最外
郭形状の和集合を求めて最終的な最外郭形状とすれば良
い。

【００１１】干渉判断工程は、加工工具系の最外郭形状
と製品形状とを例えばＣＡＤの機能で重ね合わせ、その
重なり部分（積集合）を干渉領域として表示するように
構成される。

【００１２】また、かかる工具干渉チェック方法を好適
に実施できる装置は、予め定められた複数種類の基本形
状フィーチャーを用いて製品形状を３次元モデルで作成
するとともに、その製品を加工する加工工具と該製品形
状との干渉チェックを行う製品形状設計装置であって、
(a) 前記複数種類の基本形状フィーチャー、および該基
本形状フィーチャー毎に予め定められた加工方法案を記
憶している記憶装置と、(b) 前記複数種類の基本形状フ
ィーチャーのうち入力装置によって選択された基本形状
フィーチャーを用いて製品形状の３次元モデルを作成す
る製品形状作成手段と、(c) 前記選択された基本形状フ
ィーチャーに関する加工方法案を前記記憶装置から読み
出して設定する加工方法案設定手段と、(d) 該加工方法
案設定手段によって設定された前記加工方法案に従って
加工を行う場合の加工工具を含む加工工具系の最外郭形
状の３次元モデルを作成する最外郭形状作成手段と、
(e)該最外郭形状の３次元モデルと前記製品形状の３次
元モデルとを重ね合わせ、重なり部分を干渉領域として
表示する干渉領域演算手段とを有して構成され、パラメ
トリックＣＡＤ装置が好適に用いられる。また、上記最
外郭形状作成手段は、例えば(d-1) 前記基本形状フィー
チャー毎に予め定められた加工方法案に従って加工を行
う場合の加工工具の最外郭軌跡を求める軌跡演算手段
と、(d-2) その最外郭軌跡に沿って加工工具を移動させ
た場合のその加工工具を含む加工工具系の少なくとも一
部が通過する最外郭形状の３次元モデルを作成する形状
演算手段とを含んで構成される。

【００１３】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。図１は、本発明方法を好適に実施でき
る製品形状設計装置としてのパラメトリックＣＡＤ装置
１０の基本構成を説明するブロック線図で、データバス
ラインで接続された中央演算処理装置１２、ＲＯＭなど
の主記憶装置１４、ＲＡＭなどの補助記憶装置１６を備
えており、中央演算処理装置１２は、補助記憶装置１６
の一時記憶機能などを利用しつつ主記憶装置１４に予め
記憶されたプログラムに従って、３次元モデルの作成，
拡大，縮小，移動，回転や、和，差，積などの論理演算
など、種々の演算処理を行うようになっているととも
に、図形作成の手順および各パラメータの数値を記憶し
ておいて、一旦図形を作成したのちはパラメータの数値
を変更するだけで自動的に同じ手順で修正図形を作成す
る機能を備えている。表示装置１８はブラウン管や液晶
パネルなどの画像表示を行うもので、上記３次元モデル
や設計者が処理内容を容易に選択できるようにする選択
メニューなどが表示され、設計者はキーボード２０，タ
ブレット２２，ダイヤル２４などの入力装置を用いて、
３次元モデルの作成に必要なデータを入力したり、３次
元モデルを拡大，縮小，移動，回転させたり、パラメー
タの数値を変更して３次元モデルを修正したり、表示装
置１８に表示された選択メニューから所望するメニュー
を選択したりするなど、種々の操作を行うことができ
る。また、プリンター２６は、表示装置１８の表示内容
や３次元モデルの形状データなどを印刷するためのもの
で、ネットワークコントローラ２８は、ワークステーシ
ョンや工作機械などと接続されて情報伝達を行うための
ものである。

【００１４】かかるパラメトリックＣＡＤ装置１０は、
図２のブロック線図に示す機能を備えている。データベ
ース３０は、複数種類の基本形状フィーチャーやその基
本形状フィーチャー毎に予め定められた加工方法案を記
憶しているもので、例えば図３に示すように構成されて
おり、前記補助記憶装置１６などに収められている。基
本形状フィーチャー（新フィーチャー）は、例えば図４
の(a) に示す凹座、図５の(a) に示す凸座、図６の(a)
に示す壁あり座などで、加工方法案は、それ等の図の
(b) に示されているように仕上げまでの加工工程や、加
工工程毎の使用工具、アーバ、クイルなどの種類や形
状，寸法など、加工時の製品との干渉に関係する種々の
情報を含んでいる。加工方法案は、加工設計の専門家や
実際の加工作業者などによって定められたもので、図に
示されている標準加工方法案と、これとは別に被加工物
の材質や加工効率、要求加工精度などに応じて基本形状
フィーチャー毎に複数の加工方法案が設定されており、
設計作業者が任意に選択して設定することができる。図
４〜図６の(b) に示す標準加工方法案は何れも荒加工工
程および仕上げ加工工程の２工程で加工を行う場合であ
るが、３工程以上の加工工程を含んで加工方法案を設定
することも勿論可能である。

【００１５】製品形状作成手段３２は、設計作業者によ
って選択された基本形状フィーチャーを上記データベー
ス３０から読み込み、キーボード２０などによって入力
された寸法などのパラメータに基づいて製品形状の３次
元モデルを作成するとともに、表示装置１８に表示す
る。加工方法案設定手段３４は、上記選択された基本形
状フィーチャーに関する加工方法案を前記データベース
３０から読み込むもので、最初は標準加工方法案を自動
的に設定して表示装置１８に表示するが、設計作業者の
選択操作により、その基本形状フィーチャーに関する他
の加工方法案をデータベース３０から読み込んで表示装
置１８に表示する。設定された加工方法は、図３に示さ
れているツールライブラリ、加工条件ライブラリ、加工
機械ライブラリの内容を差し示している。

【００１６】軌跡演算手段３６は、前記基本形状フィー
チャー毎に予め定められた加工方法案に従って加工を行
う場合の加工工具の最外郭軌跡を求めるもので、工具の
軸心と直角なｘ−ｙ２次元平面で求めるようになってい
る。この軌跡演算手段３６は、設計作業者により工具干
渉チェックを行う旨の操作が入力された場合に実行を開
始する。最外郭軌跡は、上記基本形状フィーチャーに関
する製品形状を加工する際の最も外側、すなわち加工す
る部分と加工しない部分との境界位置における加工工具
の軌跡で、例えば図４の凹座加工では、(c) に示されて
いるように加工すべき凹座の内壁面５０に加工工具が接
する状態の加工工具の中心線軌跡５２ａ，５２ｂで、内
壁面５０から回転加工工具の半径寸法分だけ内側へオフ
セットした位置である。(c₁)はソコ荒加工の場合で、(c
₂)はソコ仕上げ加工の場合であり、仕上げ加工の方が加
工工具の径寸法が小さいため内壁面５０に近くなってい
る。図５の凸座加工では、(c) に示されているように凸
座の外周縁５４と最外郭軌跡としての中心線軌跡５６
ａ，５６ｂとは一致し、図６の壁あり座加工では、(c)
に示されているように壁側では壁面５８から回転加工工
具の半径寸法分だけ内側へオフセットし、壁と反対側の
端縁６０側では端縁６０と一致する位置が最外郭軌跡と
しての中心線軌跡６２ａ，６２ｂとなる。図５および図
６においても、(c₁)はソコ荒加工の場合で、(c₂)はソコ
仕上げ加工の場合であるが、加工工具の径寸法が同じで
あるため、中心線軌跡５６ａおよび５６ｂ、６２ａおよ
び６２ｂはそれぞれ同じ形状になる。

【００１７】形状演算手段３８は、上記最外郭軌跡（中
心線軌跡５２，５６，６２）に沿って加工工具を移動さ
せた場合のその加工工具を含む加工工具系の少なくとも
一部が通過する最外郭形状の３次元モデルを作成するも
ので、上記軌跡演算手段３６と共に最外郭形状作成手段
４０を構成している。加工工具系は、加工時の製品形状
との干渉に関係する全ての部材を含むもので、アーバや
クイルなどを含み、上記形状演算手段３８では、加工方
法案設定手段３４によって設定された加工方法案で定め
られているアーバやクイルを含む加工工具系全体を上記
最外郭軌跡に沿って移動させることにより最外郭形状を
求める。図４の(d) に点線で示す３次元モデル６４ａお
よび６４ｂ、図５の(d) に点線で示す３次元モデル６６
ａ，６６ｂ、図６の(d) に点線で示す３次元モデル６８
ａ，６８ｂは、それぞれソコ荒加工、ソコ仕上げ加工の
場合の加工工具系の最外郭形状を表している。形状演算
手段３８はまた、上記のように複数の加工工程で加工が
行われる場合には、各加工工程における加工工具系の最
外郭形状を全て加算（和集合）して全加工工具系の最外
郭形状を求める。図４〜図６の３次元モデル６４ｃ、６
６ｃ、６８ｃは、その全加工工具系の最外郭形状を表し
たものであり、この３次元モデル６４ｃ、６６ｃ、６８
ｃが表示装置１８に表示される。なお、図５および図６
では、各加工工程の工具、アーバ、クイルが同一形状で
あるため、３次元モデル６６ａ〜６６ｃ、６８ａ〜６８
ｃはそれぞれ同一形状である。

【００１８】干渉領域演算手段４２は、上記最外郭形状
の最終的な３次元モデル６４ｃ，６６ｃ，６８ｃと前記
製品形状作成手段３２によって作成された製品形状の全
体の３次元モデルとを重ね合わせ、重なり部分（積集
合）を干渉領域として表示装置１８に表示する。この工
具干渉は、当該加工部におけるアーバやクイル等の干渉
のみならず、その加工部以外の製品部分との干渉の有無
についても調べるものである。

【００１９】次に、このようなパラメトリックＣＡＤ装
置１０を用いてプレス金型など所定の製品形状を設計す
る場合について、その手順を図７のフローチャートを参
照しつつ説明する。

【００２０】図７のステップＳ１では、設計作業者が前
記データベース３０に設定されている基本形状フィーチ
ャー（新フィーチャー）を適当に配置するとともに寸法
などのパラメータを入力することにより、前記製品形状
作成手段３２によって製品形状の３次元モデルが作成さ
れる。このステップＳ１は設計工程である。ステップＳ
２では、上記製品形状の作成に用いられた基本形状フィ
ーチャーに関する加工方法案が前記加工方法案設定手段
３４によって設定される。最初は標準加工方法案が自動
設定されるが、設計作業者によって他の加工方法案に変
更することができる。

【００２１】その後、設計作業者によって工具干渉チェ
ックを行う旨の操作が入力されると、ステップＳ３の干
渉チェックが実行される。ステップＳ３の干渉チェック
は、具体的には図８に示すフローチャートに従って行わ
れ、ステップＳ３−１では前記軌跡演算手段３６により
加工工程毎に工具中心線軌跡５２ａ，５２ｂ、５６ａ，
５６ｂ、６２ａ，６２ｂなどを計算し、ステップＳ３−
２では前記形状演算手段３８により加工工程毎に最外郭
形状の３次元モデル６４ａ，６４ｂ、６６ａ，６６ｂ、
６８ａ，６８ｂなどを作成する。また、ステップＳ３−
３では、同じく形状演算手段３８により各加工工程の３
次元モデル６４ａおよび６４ｂ、６６ａおよび６６ｂ、
６８ａおよび６８ｂの和集合を求め、最終的な３次元モ
デル６４ｃ、６６ｃ、６８ｃを作成する。これ等のステ
ップＳ３−１〜Ｓ３−３は最外郭形状演算工程で、その
中のステップＳ３−１は軌跡演算工程、ステップＳ３−
２およびＳ３−３は形状演算工程である。

【００２２】次のステップＳ３−４では、前記干渉領域
演算手段４２によって３次元モデル６４ｃ，６６ｃ，６
８ｃなどと前記ステップＳ１で作成された製品形状の３
次元モデルとを互いに対応させて重ね合わせ、重なり部
分（積集合）を干渉領域として表示装置１８に表示す
る。この干渉領域の表示は干渉の有無を表すもので、こ
のステップＳ３−４は干渉判断工程である。

【００２３】以上によってステップＳ３の干渉チェック
は終了し、次のステップＳ４では、設計作業者が上記表
示装置１８の画面を見ながら干渉が発生しているか否か
を判断し、干渉が発生していなければステップＳ６を実
行する。ステップＳ６では、ステップＳ２で設定された
加工方法案に基づいて製品を加工する際の加工工具の移
動経路であるＣＬを作成し、ステップＳ７ではＣＬデー
タをＮＣデータに変換して加工現場のＮＣ工作機械等へ
出力する。また、ステップＳ４の判断がＮＯとなった段
階で製品設計は終了し、その製品形状に基づいて製品粗
材（鋳物など）の製作が開始される。

【００２４】一方、ステップＳ４の判断がＹＥＳの場合
には、ステップＳ５で設計作業者は干渉の程度や場所な
どに基づいて製品形状の設計変更を行うか否かを判断
し、製品形状から設計し直す場合はステップＳ１以下を
繰り返す。また、設計変更しない場合は、ステップＳ２
で加工方法案を変更してステップＳ３以下を実行する。

【００２５】なお、このような工具の干渉チェックは、
製品形状を構成している複数箇所の加工部（製品形状フ
ィーチャー）毎にそれぞれ行われ、全ての加工部ついて
工具干渉が発生しないと判断した場合にステップＳ６以
下へ進む。

【００２６】ここで、本実施例のパラメトリックＣＡＤ
装置１０は、製品形状の設計段階でその製品形状と加工
工具との干渉の有無を調べ、干渉が存在する場合は製品
形状の修正を含めて干渉を回避することが可能であるた
め、加工現場でのマニュアル操作による面倒な加工を解
消できる。特に、製品形状を設計する際に用いられる基
本形状フィーチャー毎に加工方法案が定められており、
その加工方法案に従って加工を行う場合の加工工具系の
最外郭形状を求めて製品形状との干渉の有無を判断する
ようになっているため、少なくとも干渉チェックに関し
ては熟練を要することなく容易に高い精度で行うことが
できるとともに、ＣＬ（工具移動経路）を求めて干渉チ
ェックする場合に比較して短時間で迅速に行うことがで
きる。

【００２７】また、このように製品形状の設計段階で干
渉チェックを行うようにしているため、ＣＬ計算後の干
渉チェックが必ずしも必要でなく、ＣＬデータ更にはＮ
Ｃデータの作成に要する時間が大幅に短縮される。実際
の加工現場においても、マニュアル操作による加工や修
正のための後加工が大幅に低減される。

【００２８】なお、前記ステップＳ６およびＳ７は、本
実施例のパラメトリックＣＡＤ装置１０を用いて実施で
きるようにすることも可能であるが、ＣＡＭ装置などを
用いて別工程で行っても良いことは勿論である。

【００２９】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これはあくまでも本発明の一実施形態
であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、
改良を加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を好適に実施できるパラメトリック
ＣＡＤ装置の構成を説明するブロック線図である。

【図２】図１の装置の機能を説明するブロック線図であ
る。

【図３】図２におけるデータベースの内容を説明する図
である。

【図４】図１の装置を用いて凹座形状を設計した場合の
加工方法案や、加工時における工具の最外郭形状を求め
る際の作動を説明する図である。

【図５】図１の装置を用いて凸座形状を設計した場合の
加工方法案や、加工時における工具の最外郭形状を求め
る際の作動を説明する図である。

【図６】図１の装置を用いて壁あり座形状を設計した場
合の加工方法案や、加工時における工具の最外郭形状を
求める際の作動を説明する図である。

【図７】図１の装置を用いて製品形状を設計する際の作
動および手順を説明するフローチャートである。

【図８】図７におけるステップＳ３の干渉チェックの具
体的内容を説明するフローチャートである。

【図９】従来の製品形状の設計から加工までの一連の流
れを説明するフローチャートである。

【符号の説明】

６４ｃ，６６ｃ，６８ｃ：３次元モデル（最外郭形状） ステップＳ１：設計工程 ステップＳ３−１〜Ｓ３−３：最外郭形状演算工程 ステップＳ３−４：干渉判断工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 博康 福岡県福岡市中央区大名２丁目６番36号 株式会社ビーピーエィ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定められた複数種類の基本形状フィ
   ーチャーを用いて製品形状を設計する際に、その製品を
   加工する加工工具と該製品形状との干渉を調べる工具干
   渉チェック方法であって、 前記基本形状フィーチャーを用いて製品形状を設計する
   設計工程と、 前記基本形状フィーチャー毎に予め定められた加工方法
   案に従って加工を行う場合の加工工具を含む加工工具系
   の最外郭形状を求める最外郭形状演算工程と、 該最外郭形状と前記設計工程で設計された前記製品形状
   とを比較して干渉の有無を判断する干渉判断工程とを有
   することを特徴とする工具干渉チェック方法。