JPS598842B2

JPS598842B2 - 倣い用モデルを利用した金型加工自動化方法

Info

Publication number: JPS598842B2
Application number: JP53123224A
Authority: JP
Inventors: 拓司浜田; 信介八十川; 勇雄倉元
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1978-10-05
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1984-02-28
Also published as: JPS5549711A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は倣い用モデルを利用した金型加工自動化方法
に関するものである。

従来、金型加工分野においては、複雑な自由曲面をもつ
たものが多く、その大部分はモデルを有する倣い加工機
によつて加工がなされてきた。

しかし、この倣い加工に於ては、仕上げ加工をするまで
の加工、即ち、素材からの荒取り加工、取り告を均一に
するための隅肉取り加工、中仕上げ加工などが必要で、
これらの加工は、段取り作業を含めて加工技術のノウハ
ウが多く、熟練した作業者を必要とし、しかも、これら
熟練した作業者付き切りでなければ、なかなか加工でき
ないため、倣い機は手動機械に等しく受取られている。
また、倣い加工の場合には、同じワークを何個も切削す
る場合にも、同様の作業、即ち、段取り作業、荒取り加
工、隅肉取り加工、中仕上げ加工、仕上げ加工などを個
々のものについて熟練した作業者が行なわなければなら
なかつた。しかも、仕上げ加工精度においても、加工時
の種々な条件、即ち、部品形状と送り速度によるスタイ
ラスの倒れの変化、長時間加工による機械の熱変形、切
削時の振動による倣いサーボに対する外乱などによつて
、均一かつ高精度が保障できない欠点があつた。上記欠
点を補うものとして、近時、ＮＣ加工が取り入れられは
じめた。

上記ＮＣ加工には、ＮＣデータが必要である。

尚、ＮＣデータとは、ＮＣ装置の入力となる匍脚情報を
含んだ入力媒体を総称するものとし、これには、紙テー
プ、磁気テープ、磁気ドラム、磁気デイスクなど現存す
る多くの種類のすべてを含むものとして使用する。上記
ＮＣデータの作成には従来一般に次の２つの方法が知ら
れている。

先ず、その１つは、第１図に示す自動プログラミングに
よる方法であつて、この方法は加工図面Ａをもとにして
、加工形状の定義や工具の動きをパートプログラマーが
遂一判断し、計算し乍らＮＣ言語でプログラムシートＢ
を作成し、これをコンピユータＣにかけて自動的に工具
の径路等をＩ）計算させ、ＮＣデータＤを作成し、このＮＣデータに基
づいてＮＣ機ＥによりワークＦを加工させるものである
。

この方法は、直線と円との組み合わせのような簡単な形
状のものであれば、比較的ローコストで作ることができ
るが、複雑な自由曲面などのＮＣデータ作成には、プロ
グラムシートの作成に多大の時間を要し、しかも、プロ
グラム作成にはコンピユータ知識を有する専問技術者が
必要であつて、かつ、プ唄グラムの作成ミス等の誤入力
を皆無にすることができず、更に大規模なコンピユータ
システムを必要とし、非常にコスト高で、現場の作業者
から敬遠され勝ちであつた。

また、従来の今１つの方法として、第２図に示すように
、モデルＧを三次元測定器Ｈ等で測定して、測定したデ
ータをコンピユータＣで処理してモデル形状と同じ軌跡
のＮＣデータＤを作成し、ＮＣ機ＥにかけてワークＦを
仕上げ切削させるものが知られている。

この場合、三次元測定器は、大部分が手動操作で、測定
に熟練を要し、かつ、ワーク切削においても、粗加工は
別の汎用機で手動にて行なつているのが現状である。こ
の発明は上記欠点に鑑みなされたもので、コンピユータ
を全く意識せずに、単に、従来と同じ倣い工作機械によ
り、仕上げモデルを高速無負荷で倣わせるだけで、素材
から仕上げ加工までの金型加工用ＮＣデータを作成させ
るようにし、更に、そのデータを用いて同一機械により
金型ＮＣ切削加工を行なうことができるようにした金型
加工自動化方法を提供するものである。

更に詳細には、この発明は、自由曲面をもつ金型加工を
ＮＣ装置で行わせるに当り、自由曲面の形状を認知させ
るための方法として、従来の倣い工作機械を逆に利用す
るものである。

即ち、従来の倣い工作機械は、スタイラスによつてモデ
ルを倣わせ、このスタイラスと同じ動きを工具に与えて
ワークを加工するものであるが、この発明は、工具によ
るワークの加工を実行させないで、そのときの工具の動
きだけを取り出し、これによつてモデルの形状を認知せ
しめるのである。

このようにすれば、モデル形状に関する情報は、倣い動
作として自動的に取り出すことができ、従来の三次元測
定器による場合の如き手動操作が全く不要化でき、また
、従来の倣い機の如く、実際の加工が伴わないので、無
負荷で高速で倣わせることができ、機械の熱変形や切削
時の振動等が全く介入しない高精度の情報が得られるの
である。また、通常、スタイラスは接触式のため、ある
変位を生じて倣つており、この変位を補正してやれば、
一層高精度の情報が得られるのである。そして、あとは
、加工の種類や形状及び素材形状等に関する情報と前記
したモデル形状に関する情報とから工具の最適軌跡を求
めさせるものである。上記モデル形状に関する情報以外
の情報は、予めインプツトデータとして入力する方法と
するのである。

この発明のシステムの全体的な構成は、第３図に示す通
りであり、従来の倣い機１に、各軸の実移動量検出器２
と、スタイラスの３次元変位検出器３と、コンバータと
してのコンピユータを内蔵した制御装置４を附加するも
のであり、加工形状のパターンや素材形状についてはイ
ンプツトデータ５として制御装置４に入力させるもので
ある。

上記制御装置４の主機能としては次の３つがある。１）
モデルからのデータ収集機能２）最適工具軌跡を求めるＮＣデータ作成機能３）得ら
れたＮＣデータよりテープレスで行なうＮＣ機能第４図
は、制御装置４内のデータ作成機能を示すもので、各軸
位置３をスタイラス変位９で補正したデータ１０を求め
、次にスタイラス径及び使用工具径１１を与えてＮＣ機
能で持つている同時２軸カツターオフセツト機能が使用
できるデータ１２に修正し、次に補間精度１３を与えて
補間精度に適した補間データ１４を求め、次に残り代１
５を与えて残り代を加えた補間データ１６に補正し、こ
のデータを各加工に応じたＮＣデータ１７に変換する。

第５図は特にＮＣデータに変換する際の荒加工の場合の
プロツク図で、残り代を加えた補間データ１６に領域設
定、使用工具径、パターン等の情報１８を加え、各加工
に最適な荒加工用領域加工用ＮＣデータ１９を作成させ
るようにしている。

前記した制御装置４により作成されたＮＣデータは第３
図に示す様にメモリー容量の大きいフロツピーデイスク
シート６に納められ、このフロツピーデイスクシートと
のやりとりによりテープレスで同一機械にて荒取りＮＣ
加工、仕上げＮＣ加工を行なわせ、また、他のＮＣ機に
かける場合には、パンチヤ一を附加して紙テープＴにＮ
Ｃデータを打ち出させるものである。以下この発明を第
６図の具体例で説明すると、２１は機台、２２はテーブ
ル、２３はコラム、２４は主軸頭、２５はトレーサーを
示し、ＮＣデータの作成時においては、主軸頭２４には
工具２６を取付けず、かつ、テーブル２２上には素材２
７をセツトしないで即ち、無負荷でトレーサー２５のス
タイラス２８によりテーブル２２上にセツトしたモデル
２９を、倣い加工時と同じように高速で倣わせるもので
ある。

上記テーブル２２は第６図における紙面の左右方向（以
下Ｘ方向と称する）と、紙面の表裏方向（通常は機械の
前後方向を指称し、以下Ｙ方向と称する）とに夫々駆動
機構（図示省略）によつて制御駆動されるようになされ
ており、また、主軸頭２４はコラム２３に支持されてテ
ーブル２２上で上下方向（以下Ｚ方向と称する）に駆動
機構（図示省略）を介して匍脚１駆動されるようになさ
れている。

上記主軸頭２４とトレーサー２５とは周知の如く、サー
ボ機構等によつて一体的に倣い動作せしめられるように
なされているものである。

前記テーブル２２のＸ方向の移動量は、Ｘ方向移動量検
出器３０によつて検出され、Ｙ方向及びＺ方向について
も夫々Ｙ方向移動量検出器３１及びＺ方向移動量検出器
３２によつて夫々検出されるものである。

これら検出器は、リニアスケールその他適宜の移動量検
出器で構成されるものである。

各検出器の検出量はデジタル量としてコンピユータを内
蔵した制御装置３３に送り込まれ、ＮＣデータの作成時
においては、トレーサー２５のスタイラス２８でモデル
２９を倣つているときの各軸方向の移動量を刻々とデジ
タル量で送り込まれ、それによつて、モデル２９の表面
形状若しくは輪郭形状が点群の各位置座標として送り込
まれることになる。

この場合、スタイラス２８がモデル２９に接触して倣い
動作を行なつているため、スタイラス２８は常に或る変
位をもつて移動していることになり、この変位は誤差と
なる。そこで、スタイラス２８にスタイラス変位検出器
３４を設け、これによりスタイラス変位を３次元的に分
解して検出し、これを制御装置３３に送り込んで、前記
機械の各軸方向移動検出器３０，３１，３２からの刻々
の位置座標値をその都度同期させて補正させることによ
り、スタイラス変位による誤差を除去したデータとして
入力させるようにしておく。上記のようにスタイラス変
位を補正したデータは、スタイラス２８の先端部の径だ
けモデル２９の形状よりも外側にオフセツトされたデー
タとして求められていることになり、モデル２９の形状
と同一データとするためには使用しているスタイラス２
８の径を予めＦｂｌ脚装置３３に入れておいて前記デー
タを一様にオフセツトさせればよい。また、使用する工
具の径を予め制御装置３３に入れておいて、上記データ
を当該工具による移動軌跡として求めさせておく。上記
データは前述した様に点群としての不連続なデータであ
るから、これをモデル２９の形状に対応する連続したデ
ータとするために各点間を適当に直線補間させる。

この場合、曲線を直線の接続によつて近似させ、この近
似による誤差が許容された精度内におさまるように予め
制御装置３３に補間精度を入れておく。更に、制御装置
３３には、素材形状、加工形状パターン、加工基準点、
残り代等の実際の加工に必要な情報を予めインプツトし
ておく。

上記素材形状はＸ，Ｙ，Ｚの各寸法値として入力するも
のである。

また、加工形状パターンは、素材形状と加工形状とから
表面倣い加工でよいか、または、輪郭倣い加工でよいか
等を指定するもので、例えば、むく材から外側を削り取
つて必要な凸部形状に加工するのか、または、内側を削
り取つて必要な輪郭形状をもつ凹部形状とするのか等を
指定するものであり、この場合、単純化した加工パター
ンを数種類用意し、これらを組合わせて複雑な形状を加
工できるようにするものである。

そのため、加工領域を適宜区分し、各区分領域の加工パ
ターンと加工順序を指定して行うものである。上記にお
いて、加工領域の設定は、当該領域の始点と終点を加工
基準点からのＸ，Ｙ，Ｚの位置座標として設定するもの
である。

上記のようにして素材形状と加工領域及び加工パターン
が与えられていると、制御装置３３内では、当該加工領
域での素材形状からモデル２９へ至るまでの加工パター
ンに従う工具の最適軌跡を算出するのである。

この場合、残り代が与えられていると、この残り代を考
慮した工具の最適軌跡が決定されるのである。上記のよ
うにして制御装置３３内で工具の最適軌跡が決定される
と、このデータはＮＣ装置への完全な入カフオーマツト
のかたちであるＮＣデータに変換され、フロツピーデイ
スクシートで記憶させ、貯蔵させておく。

そして、実際に加工する場合は、モデル２９を除去し、
素材２７を所定位置にセツトしてＮＣ加工させるのであ
る。

以上説明した様に、この発明は倣い工作機械にコンピユ
ータを内蔵する制御装置を付加し、主軸側を無負荷でト
レーサーのスタイラスによりモデルを倣わせ、その時の
主軸側のＸ，Ｙ，Ｚ各軸移動量を刻々とコンピユータに
取り込み、そのデータ分析によ．つてモデルの形状認知
を行ない、予めコンピユ一・夕に登録しておいた加工形
状のパターン及び素材形状に応じて素材からモデル形状
ワークに至る最適工具軌跡を決定し、その加工を可能と
するＮＣデータを作成するようなしたから、複雑な自由
曲面をもつ金型加工用ＮＣデータをむつかしいコンピユ
ータ知識なしに高精度で自動作成することができ、しか
も、ＮＣデータの作成とＮＣ制御を同一機械、同一コン
ピユータで実行させ得るため、半分の設備でよく、コス
ト低減を図ることができる。

また、仕上げモデルから荒取り用ＮＣデータを作成させ
ることができ、加エエ数の大巾な削減ができる。

また、コンピユータを附加したことにより種々のデータ
をインプツトすることができ、現場作業者のノウハウ等
も組み入れられ、精度のよいＮＣデータが作成でき、ま
た、ＮＣデータをフロツピーデイスクシートに部品毎に
記録保存させることができ、同一部品の加工には何回も
利用でき、また、部品等、形状一部変更の場合でも、モ
デルを作らずに過去のＮＣデータの修正編集によつて新
しい金型の加工ができる等の種種の特徴を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来のＮＣデータ作成方法の説明図
、第３図は本発明のシステムの構成図、第４図は本発明
システムにおける最適工具軌跡を求めるＮＣデータ作成
機能を説明するプロツク図、第５図は本発明システムに
おける荒加工用領域加工用ＮＣデータ作成機能を示すプ
ロツク図、第６図は本発明の具体的構成を示す概略図で
ある。１・・・・・・倣い機、２・・・・・・各軸実移動量検
出器、３・・・・・・スタイラスの３次元変位検出器、
４・・・・・・制御装置、５・・・・・・インプツトデ
ータ、２４・・・・・・主軸頭、２５・・・・・・トレ
ーサー、２６・・・・・・工具、２７・・・・・・素材
、２８・・・・・・スタイラス、２９・・・・・・モデ
ル、３０・・・・・・Ｘ方向移動量検出器、３１・・・
・・・Ｙ方向移動量検出器、３２・・・・・・Ｚ方向移
動量検出器、３３・・・・・・制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】１モデルを倣うスタイラスを有し、スタイラスの変位
に応じて移動方向が求められるサーボ系をもつた三次元
倣い機を使用し、この場合、倣い機の各軸には移動量検
出器を付加し、また、マイクロコンピュータを上記倣い
機の制御装置に付加結合し、このコンピュータには、モ
デルのパターンを何種類かに分類して、それぞれのパタ
ーンに応じたデータ分析の機能及びそのパターンに応じ
たＮＣデータの作成手順等の機能並びに荒加工用ＮＣデ
ータと、仕上げ加工用ＮＣデータの作成機能を有させて
おき、オペレータが、モデルの形状を見て、どのような
パターンに相当するかを判断し、そのパターンと、ムク
材寸法、スタイラス径、使用工具径、補間精度、残り代
、倣い領域等をインプットデータとして前記コンピュー
タに入れておき、倣い機ヘッドにスタイラスを取付けて
金型仕上げ用倣いモデルを倣い機により、無負荷で倣い
動作させ、その時の各軸の移動量を刻々とコンピュータ
に取り込み、当該モデルのパターンに応じたデータ分析
によつて、モデル形状認知を行ない、予め登録されたム
ク材寸法に応じて適正仕上げ代を残した近似モデル形状
を加工する荒取用ＮＣデータと、スタイラス変位、使用
工具径、スタイラス径を補正した仕上げ加工用ＮＣデー
タを作成するようになしたことを特徴とする倣い用モデ
ルを利用した金型加工自動化方法。２モデルを倣うスタイラスを有し、スタイラスの変位
に応じて移動方向が求められるサーボ系をもつた三次元
倣い機を使用し、この場合、倣い機の各軸には移動量検
出器を付加し、また、マイクロコンピュータを上記倣い
機の制御装置に付加結合し、このコンピュータには、モ
デルのパターンを何種類かに分類して、それぞれのパタ
ーンに応じた分析の機能及びそのパターンに応じたＮＣ
データの作成手順等の機能並びに荒加工用ＮＣデータと
、仕上げ加工用ＮＣデータの作成機能を有させておき、
オペレータが、モデルの形状を見て、どのようなパター
ンに相当するかを判断し、そのパターンと、ムク材寸法
、スタイラス径、使用工具径、補間精度、残り代、倣い
領域等をインプットデータとして前記コンピュータに入
れておき、倣い機ヘッドにスタイラスを取付けて金型仕
上げ用倣いモデルを倣い機により、無負荷で倣い動作さ
せ、その時の各軸の移動量を刻々とコンピュータに取り
込み、当該モデルのパターンに応じたデータ分析によつ
て、モデル形状認知を行ない、予め登録されたムク材寸
法に応じて適正仕上げ代を残した近似モデル形状を加工
する荒取用ＮＣデータと、スタイラス変位、使用工具径
、スタイラス径を補正した仕上げ加工用ＮＣデータを作
成し、このＮＣデータに基づいて当該倣い機自体を直接
ＮＣ制御して金型を加工させるようになしたことを特徴
とする倣い用モデルを利用した金型加工自動化方法。