JPH09292913A - Ｎｃデータ作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三次元曲面加工用のＮＣデータ作成装置にお
いて、切削抵抗に応じて切削速度を適切に制御し、高能
率な加工が可能なＮＣデータを作成し得るＮＣデータ作
成装置を提供する。 【解決手段】 入力された形状に基づき複数のカッタロ
ケーション点を算出し（Ｓ４２）、一のカッタロケーシ
ョン点と次のカッタロケーション点とを結ぶ線分の水平
面に対する角度を演算する（Ｓ５２）。そして、演算し
た角度に応じたオーバライド値をオーバライド値テーブ
ルから求め（Ｓ５４）、該オーバライド値の切削速度で
カッタロケーション点間を切削送りするためのＮＣコー
ドを作成する（Ｓ５８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元曲面加工用
のＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】金型等の切削用のＮＣデータでは、通常
は、工具を一定速度で送るようにプログラムが作成され
ている。即ち、工具の種類と加工対象の工作物とによっ
て、切削速度を定めて、この切削速度に基づき加工を進
めるようにＮＣデータが作成されている。ここで、工具
の送り速度が高すぎると、切削抵抗が増大し、加工精度
が劣化すると共に工具の破損が発生する。他方、送り速
度が低いと、加工完了までに時間がかかり加工能率が悪
くなる。

【０００３】ここで、加工中に切削速度を変える技術と
して、特開昭６４−３２３１２号がある。この公報で
は、工具の切削断面における切削面積の変化に応じて切
削速度を制御する技術が開示されている。また、他の技
術として、特開昭６３−１４４９３２号の公報では、加
工用データの点列間の角度を計算し、この角度に応じて
切削速度を制御する技術が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６４−３２３１２号の技術は、二次元切削用のＮＣ
データを対象としているため、金型加工用データのよう
な三次元極のＮＣデータの作成には適用できなかった。
また、上記特開昭６３−１４４９３２号の技術は、切削
速度を工具送りの角度に応じて制御しているが、同公報
には、角度に応じた切削速度をどのように設定するかは
記載されていない。さらに、切削抵抗は角度のみに依存
するものではなく、工作物と工具とが接触する面積によ
って異なってくるため、このような角度のみに応じて切
削速度を制御しても、工具を最適の速度で送ることはで
きなかった。

【０００５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、三次元
曲面加工用のＮＣデータ作成装置において、切削抵抗に
応じて切削速度を適切に制御し、高能率な加工が可能な
ＮＣデータを作成し得るＮＣデータ作成装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のＮＣデータ作成装置では、入力された形伏
に基づき複数のカッタロケーション点を算出するカッタ
ロケーション点算出手段と、前記カッタロケーション点
算出手段で算出されたカッタロケーション点を結ぶ線分
の水平面に対する角度を演算する角度演算手段と、入力
された工具径および切込み量と前記角度演算手段によっ
て演算された角度に応じて切削速度に対するオーバライ
ド値を決定するオーバライド値決定手段と、該オーバラ
イド値決定手段によって決定されたオーバライド値の切
削速度でカッタロケーション点間を切削送りするための
ＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手投と、からなる
ことを技術的特徴とする。

【０００７】また、請求項２のＮＣデータ作成装置で
は、請求項１において、前記オーバライド値決定手段
は、予め求められたオーバライド値を保持するオーバラ
イド値テーブルを備えていることを技術的特徴とする。

【０００８】また、請求項３のＮＣデータ作成装置で
は、請求項１または２において、前記オーバライド値
は、近似的に求められた切削抵抗に逆比例する値である
ことを技術的特徴とする。

【０００９】また、請求項４のＮＣデータ作成装置で
は、請求項１または２において、前記オ一バライド値
は、工具の回転軸線を含み工具送り方向に平行な断面に
おける工具と工作物の接触部分の長さに逆比例する値で
あることを技術的特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成に係るＮＣデータ作成装置１０におい
ては、カッタロケーション点算出手段が、入力された形
状に基づき複数のカッタロケーション点を算出し、角度
演算手段が、カッタロケーション点算出手段で算出され
たカッタロケーション点を結ぶ線分の水平面に対する角
度を演算する。そして、オーバライド値決定手段が、入
力された工具径および切込み量と前記角度演算手段によ
って演算された角度に応じて切削速度に対するオーバラ
イド値を決定し、ＮＣデータ作成手段が、決定されたオ
ーバライド値の切削速度でカッタロケーション点間を切
削送りするためのＮＣデータを作成する。

【００１１】請求項１では、工具径、切込み量、水平面
に対する送り角度に応じてオーバライド値を決定、即
ち、最適の速度で工具を送るように切削速度のＮＣデー
タを作成できるので、加工精度の悪化や、工具破損の生
じない範囲で、最高速度で工具を送るようにＮＣデータ
を作成することが可能となる。

【００１２】請求項２のＮＣデータ作成装置において
は、工具径、切込み量、工具の水平面に対する角度に応
じて予め求められたオーバライド値をオーバライド値テ
ーブルに保持する。オーバライド値決定手段は、角度演
算手段によって演算された角度に応じたオーバライド値
をオーバライド値テーブルから求める。そして、ＮＣデ
ータ作成手段が、該オーバライド値の切削速度でカッタ
ロケーション点間を切削送りするためのＮＣデータを作
成する。

【００１３】請求項２では、予め求めたオーバライド値
をテーブルにしておき、このテーブルを参照してオーバ
ライド値を求めるため、オーバライド値を容易に決定し
得る利点がある。

【００１４】また、請求項３の構成では、オーバライド
値を近似的に求めるので、複雑な演算を必要としない。

【００１５】更に、請求項４の構成では、オーバライド
値を、工具の回転軸線を含み工具送り方向に平行な断面
における工具と工作物の接触部分の長さに逆比例する値
として求めるので、複雑な演算を必要としない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様を図１〜
図７に基づいて説明する。本実施態様では、切削抵抗に
対応する値を工具半径、切込み量、切削角度から近似的
に求め、その値に基づいて切削速度にオーバライドをか
けることにより最適な切削速度となるようにＮＣデータ
を作成している。最初に、切削抵抗を近似して求める方
法を図５及び図６を参照して説明する。

【００１７】ここでは、まず、工具（ボールエンドミ
ル）にかかる負荷（切削抵抗）について、図５を参照し
て説明する。工具にかかる負荷の度合いは、工具Ｔとワ
ークＷとの接している面積（以下加工接面積と称する）
に左右される。すなわち、加工接面積の大きい場合に
は、切削送り速度を下げる必要があり、反対に、加工接
面積の小さいときには、切削送り速度を上げることがで
きる。ここで、切削抵抗が加工接面積に対して厳密に比
例しているとはできないものの、加工接面積と切削送り
速度とは、逆比例すると見做すことは可能である。

【００１８】工具Ｔの半径ｒ、及び、工具ＴのワークＷ
に対する切込み量ｄを一定とした場合に、工具の進行方
向と水平面との角度（以下切削角度と称する）θを変え
た際の加工接面積Ｋを図５にて示している。ここで、図
５（Ａ）に示すように、切削角度θが小さい場合には、
斜線で示す加工接面積はＫａは小さく、他方、図５
（Ｂ）に示すように、切削角度θが大きい場合には、加
工接面積はＫｂは大きくなる。

【００１９】ここで、図５（Ａ）に示す加工接面積Ｋａ
を平面的に展開して図５（Ｃ）に示す。また、図５
（Ｂ）に示す加工接面積Ｋｂを平面的に展開して図５
（Ｄ）に示す。図５（Ｃ）で平面的に示した加工接面積
Ｋａの幅Ｃａと、図５（Ｄ）で平面的に示した加工接面
積Ｋｂの幅Ｃｂとはほぼ等しく、加工接面積Ｋａ、Ｋｂ
は、高さＨａ、Ｈｂによって異なってくることが分か
る。即ち、加工接面積Ｋａは、図５（Ａ）中に示す太線
Ｇａに比例し、また、加工接面積Ｋｂは、図５（Ｂ）中
に示す太線Ｇｂに比例している。

【００２０】本実施態様では、加工接面積Ｋａ、Ｋｂを
直接求めるのではなく、該加工接面積Ｋａ、Ｋｂに比例
する太線Ｇａ、Ｇｂの長さを求め、該太線Ｇａ、Ｇｂの
長さに反比例するようにオーバライド値を決定する。即
ち、オーバライド値を決定するに当たり、加工接面積の
絶対値を求める必要はないからである。

【００２１】引き続き、上記太線Ｇａ、Ｇｂの長さの算
出方法について、図６を参照して説明する。図６（Ａ）
は、ワークＷが工具Ｔの半球部分とだけ接触し、即ち、
半球部分とだけ太線が交わっている場合を示している。
ここで、工具Ｔの進行方向と水平面との角度をθ（rad)
とし、工具Ｔの半径をｒ、切込み量をｄとする。ワーク
Ｗが工具Ｔの半球部分とだけ接触するときの角度条件は
次の数１で表される。

【数１】 従って、次の数２が成り立つ

【数２】 従って、次の数３が成立する。

【数３】 太線Ｇａの長さＬａは、次の数４で表される。

【数４】 上記数４に示すように、ワークＷが工具Ｔの半球部分と
だけ接触するときの太線Ｇａの長さＬａは、角度θに依
存しないことが分かる。

【００２２】一方、図６（Ｂ）に示すように、ワークＷ
が工具Ｔの半球部分及び円筒部と接触するときの角度条
件は次の数５で表される。

【数５】 この時の太線Ｇｂの長さＬｂは、次の数６で表される。

【数６】

【００２３】ここで、オーバライド値は、該太線の長さ
に反比例させる。ここで、θ＝０の時のオーバライド値
を１とすると、次の数７の角度条件では、α＝１とな
る。

【数７】

【００２４】他方、次の数８の条件のときは、αの値は
数９で表される。

【数８】

【数９】

【００２５】以上記述したオーバライド値の算出方法に
従い、各工具の半径、切込み量、切削角度からオーバラ
イド値を算出し、テーブルを作成する。図７は、工具径
１０mm用のテーブルと、工具径２０mm用のテーブルと、
工具径３０mm用のテーブルと、工具径４０mm用のテーブ
ルとを示している。即ち、工具径毎に、切込み量と切削
角度とから、オーバライド値が求め得るように構成され
ている。例えば、半径１０mmの工具を用い、切込み量を
２．０mmに設定したときには、工具が水平面に対して８
８度で送られる際のオーバライド値は、０．２９とな
る。

【００２６】なお、上述した数１乃至数９で定められる
オーバライド値は、０≦α≦１であるが、ここで、工具
を水平面に対して９０度に近い角度で送るとき、例え
ば、抜き勾配が１〜２度のときには（ほぼ垂直に工具を
持ち上げる）、オーバライド値αが０に近づく。このた
め、切削角度が９０°に近いときには、工具の送り速度
が極端に遅くなる。これに対応するよう、本実施態様で
は、予めオーバライド値の最小値を経験的に定めている
（ここでは、αmin ＝０．２）。従って、オーバライド
値は、αmin ≦α≦１の範囲となるように設定してあ
る。

【００２７】即ち、この図７に示すオーバライド値のテ
ーブルでは、オーバライド値を次の数１０で求めた値を
設定してある。

【数１０】α’＝（１−αmin ）×α＋αmin このオーバライド値を最小値αmin 以下にしない方法と
しては、上記数１０を用いる以外にも種々の方法を行い
得る。例えば、数１乃至数９で求められたオーバライド
値が、最小値αmin （０．２）以下の値（例えば、１．
５０）のときには、一律に０．２とすることも可能であ
る。

【００２８】引き続き、本発明のＮＣデータ作成装置に
よるＮＣデータの作成動作について、図１乃至図４を参
照して説明する。図１は本実施態様に係るコンピュータ
１２からなるＮＣデータ作成装置１０を示し、図２は該
ＮＣデータ作成装置１０によるＮＣデータの作成処理の
フローチャートを示す。ここでは、半球状の金型形状を
片道切削するためのＮＣデータを作成する場合について
図２のフローチャートを参照して説明する。

【００２９】オペレータは、先ず金型形状を特定するた
めの形状データを図１に示すキーボード１６を介してＮ
Ｃデータ作成装置１０へ入力する。これにより、ＮＣデ
ータ作成装置１０は、判断ステップ３１がＹｅｓとなり
ステップ３２の処理へ進み、入力された半球状の金型形
状のデータに基づきワイヤーフレーム形状を作成する。
次に、ステップ３３において、該ワイヤーフレーム形状
から形成される３次元の曲面形状を創成し（線状のワイ
ヤーフレーム形状上に曲面を創成する）、そして、作成
した曲面形状を表示装置１４に表示する。これに対応し
てオペレータは、複数の曲面に対しての組み合わせをキ
ーボード１６を介して指示する。ここでは、曲面が１つ
であるので、組み合わせについての指示がない旨を入力
する。これにより、ＮＣデータ作成装置１０は、判断ス
テップ３４がＹｅｓとなりステップ３５へ進み、オペレ
ータにより複数曲面に対する組み合わせの指定がなされ
た場合には、１つのまとまったＮＣデータを作成するた
めの複合曲面を定義する。ここでは、上述したように曲
面が組み合わされていないので１つの曲面のみを定義す
る。以上のステップ３５までの処理により形状が特定さ
れる。

【００３０】次に、オペレータは、キーボード１６を介
してＮＣデータ作成装置１０へ切削条件を入力する。即
ち、工具の形状及び直径、工具の送り速度、工具の回転
数、そして、片道切削或いは往復切削のいずれかを指示
するとともに、加工時のトレランス値（許容誤差）等を
入力する。これに応じてＮＣデータ作成装置１０は、判
断ステップ３６がＹｅｓとなり、ステップ３７において
入力された切削条件を定義する。次に、ステップ３８に
おいて、工具の干渉をチェックし、更にＮＣデータ作成
の前準備のためのオフセット曲面の創成、即ち、実際に
加工を進めるために工具の半径分オフセットさせた曲面
の創成を行う。そして、次のステップ３９では詳細に後
述するように上記創成した形状を指定された切削条件で
加工するためのＮＣデータを作成する。最後に、ステッ
プ４０において、ＮＣデータ作成装置１０は、上記作成
したＮＣデータを記憶装置１８に格納して全ての処理を
完了する。

【００３１】ここで、上記ステップ３９におけるＮＣデ
ータの作成について図３のフローチャート及び図４の説
明図を参照して更に詳細に説明する。先ず、図３のフロ
ーチャートを参照し、ステップ４２において、ＮＣデー
タ作成装置１０は、図４に示すような工具を送る軌跡を
点にしたカッタロケーション点（ＣＬ点）データを算出
する。ここでは、切削開始位置Ｐａから算出を開始す
る。次に、ＮＣデータの全体的像となるメインプログラ
ムを作成する（Ｓ４４）。

【００３２】その後、工具送り用コードをＣＬ点間毎に
作成して行く。まず、１のＣＬ点と次のＣＬ点との間
が、早送りかを判断する（Ｓ４６）。例えば、工具をワ
ークＷに接触させないで送るＣＬ点ＰａとＣＬ点Ｐａ’
との間は、早送りであるとして（Ｓ４６がＹｅｓ）、早
送り用のＮＣコードを作成する（Ｓ４８）。他方、工具
をワークＷに当てて切削を行う際のデータ、例えば、Ｃ
Ｌ点Ｐａ’とＣＬ点Ｐｂとの間は、切削送り用のＮＣコ
ードを作成する（Ｓ５０）。そして、判断を行っている
ＣＬ点から次のＣＬ点へ結んだ線分と、水平面との角度
（即ち、図５を参照して上述した切削角度θ）を算出す
る（Ｓ５２）。ここでは、ＣＬ点Ｐａ’とＣＬ点Ｐｂと
の間は、水平面上に工具が送られているため、０°であ
ったとする。

【００３３】引き続き、図７に示すオーバライド値テー
ブルから、オーバライド値を読み込む（Ｓ５４）。ここ
で、半径１０mmの工具を用いているならば、切削角度が
０°であるため、１．００のオーバライド値を読み込
む。次に、切削速度の変更が必要かを判断する（Ｓ５
６）。ここで、ＣＬ点Ｐａ’とＣＬ点Ｐｂとの間の各Ｃ
Ｌ点においては、オーバライド値の変更がないため（Ｓ
５６がＮｏ）、ステップ６０に移行し、次のＣＬ点があ
るかを判断するが、ここでは、次のＣＬ点が存在するた
め（Ｓ６０がＹｅｓ）、ステップ４６に戻る。

【００３４】ここで、図４に示すＣＬ点ＰｂからＣＬ点
Ｐｃのコードを作成する際に、ステップ５２で算出した
ＣＬ点ＰｂからＣＬ点Ｐｃへの切削角度が６０°であっ
たとするなら、該６０°に対応するオーバライド値をオ
ーバライド値テーブルから読み込む（Ｓ５４）。ここで
は、この値が０．６０であったとする。そして、切削速
度の変更が必要かのステップ５６の判断がＹｅｓとな
り、ＣＬ点ＰｂとＣＬ点Ｐｃとの間のオーバライド値を
０．６０に変更し（Ｓ５８）、ステップ６０を経てＮＣ
コードの作成を続ける。そして、全てのＣＬ点について
のＮＣコードを完成すると（Ｓ６０がＹｅｓ）、図３に
示すサブルーチン、即ち、図２に示すステップ３９の処
理を終わる。

【００３５】ここで、作成されたＮＣデータに基づく工
作機械による工作物（金型）の加工について説明する。
ＮＣデータ作成装置１０からＮＣデータが転送され、オ
ペレータから切削開始が指令されると、工作機械（図示
せず）は、該ＮＣデータの指令に従い、先ず、図４に示
す加工開始位置（第１パスＬ１上の点Ｐａ）まで早送り
で工具を送る。そして、第１パスＬ１の切削開始位置Ｐ
ａ’へ早送りにてアプローチし、該切削開始位置Ｐａ’
に工具が当たると、第１パスＬ１のＣＬ点に沿って作成
されたＮＣコードに従い図中手前方向へ工具を切削送り
で送り加工を行う。この際に、切削角度θが小さく（０
°）、工具の切削抵抗の低いＣＬ点Ｐａ’からＣＬ点Ｐ
ｂまでは、１．００のオーバライド値が設定されている
ため、早い速度で工具を送る。そして、切削角度θが大
きく、工具の切削抵抗の高いＣＬ点ＰｂからＣＬ点Ｐｄ
までは、それぞれのＣＬ点間の切削角度に応じて設定さ
れたオーバライド値に基づき、相対的に低い速度で工具
を送る。各パス間を切削送りで移動して行き、最終のパ
スＬ８の切削を終了すると、工具を逃がし加工を完了す
る。

【００３６】上述したように本実施態様のＮＣデータ作
成装置では、工具径ｒ、切込み量ｄ、水平面に対する送
り角度θに応じて設定された図７に示すオーバライド値
テーブルを参照してオーバライド値αを決定、即ち、最
適の速度で工具を送るように切削速度のＮＣデータを作
成できるので、加工精度の悪化や、工具破損の生じない
範囲で、最高速度で工具を送るようにＮＣデータを作成
することが可能となる。また、オーバライド値を近似的
に求めるので、複雑な演算を必要としない利点がある。

【００３７】なお、上記実施態様では、金型加工を行う
ためのＮＣデータの作成を例に挙げて説明したが、本発
明は種々の加工用のＮＣデータの作成に好適に用いるこ
とができる。また、本実施態様では、工具としてボール
エンドミルを用いた例を挙げたが、本発明は種々の工具
用のＮＣデータを作成する際に好適に用いることができ
る。更に、本実施態様では、オーバライド値を予め算出
してテーブルとしたが、個々のＣＬ点に対してそれぞれ
数１乃至数１０の演算を行い、オーバライド値を求める
ようにも構成可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の三次元曲面
加工用のＮＣデータ作成装置においては、切削抵抗に応
じて切削速度を適切に制御し、高能率な加工が可能なＮ
Ｃデータを作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様のＮＣデータ作成装置の構成
を示す図である。

【図２】本発明の実施態様のＮＣデータ作成装置による
ＮＣデータ作成の処理を示すフローチャートである。

【図３】図２に示すフローチャート中のＮＣデータ作成
処理を詳細に説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明の実施態様のＮＣデータ作成装置により
作成されたカッタロケーション点及び工具の移動軌跡を
示す説明図である。

【図５】工具の加工接面積を示す説明図であり、図５
（Ａ）は切削角度が小さいときを、図５（Ｂ）は切削角
度が大きいときを示している。

【図６】加工接面積を近似的に求める方法を示す説明図
あり、図６（Ａ）は、工具の半球部のみにワークが接触
する場合を、図６（Ｂ）は、工具の半球部及び円筒部に
ワークが接触する場合を示している。

【図７】オーバライド値テーブルを示す説明図である。

【符号の説明】

１０ ＮＣデータ作成装置 １２ コンピュータ １４ 表示装置 １６ キーボード １８ 記憶装置 Ｌ１、Ｌ８ パス Ｐａ、Ｐｂ カッタロケーション Ｔ 工具 Ｗ ワーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された形伏に基づき複数のカッタロ
   ケーション点を算出するカッタロケーション点算出手段
   と、 前記カッタロケーション点算出手段で算出されたカッタ
   ロケーション点を結ぶ線分の水平面に対する角度を演算
   する角度演算手段と、 入力された工具径および切込み量と前記角度演算手段に
   よって演算された角度に応じて切削速度に対するオーバ
   ライド値を決定するオーバライド値決定手段と、 該オーバライド値決定手段によって決定されたオーバラ
   イド値の切削速度でカッタロケーション点間を切削送り
   するためのＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手投
   と、 からなることを特徴とするＮＣデータ作成装置。
2. 【請求項２】 前記オーバライド値決定手段は、予め求
   められたオーバライド値を保持するオーバライド値テー
   ブルを備えていることを特徴とする請求項１に記載のＮ
   Ｃデータ作成装置。
3. 【請求項３】 前記オーバライド値は、近似的に求めら
   れた切削抵抗に逆比例する値であることを特徴とする請
   求項１または２に記載のＮＣデータ作成装置。
4. 【請求項４】 前記オ一バライド値は、工具の回転軸線
   を含み工具送り方向に平行な断面における工具と工作物
   の接触部分の長さに逆比例する値であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載のＮＣデータ作成装置。