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JP5142880B2 - 加工パラメータ最適化装置、加工パラメータ最適化方法およびプログラム - Google Patents

加工パラメータ最適化装置、加工パラメータ最適化方法およびプログラム Download PDF

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JP5142880B2 JP2008202646A JP2008202646A JP5142880B2 JP 5142880 B2 JP5142880 B2 JP 5142880B2 JP 2008202646 A JP2008202646 A JP 2008202646A JP 2008202646 A JP2008202646 A JP 2008202646A JP 5142880 B2 JP5142880 B2 JP 5142880B2
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Description

本発明は、金型等の加工解析に関し、特に、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリング等に関する加工パラメータの最適化を行う加工パラメータ最適化装置、加工パラメータ最適化方法およびプログラムに関する。
従来、CAM(Computer Aided Manufacturing)オペレータは、経験や勘を頼りにして、工具やホルダが製品形状に対して干渉の起こりにくい工具軸姿勢、ツーリング、及び加工領域など(以下、加工データを生成するためのこれらのパラメータを、「加工パラメータ」と総称することにする。)を設定していた。これに対して、CAMは、設定された加工パラメータを基に、工具経路を決定し、加工データを生成する。生成された加工データに対しては、NC(Numerical Control)シミュレータなどを用いて干渉の検証が行われる。干渉が起こる場合、CAMオペレータは、再度、経験や勘を頼りにして、工具軸姿勢、ツーリング、及び加工領域などを変更することを繰り返していた。
こうした経験や勘を頼りにする方法は、熟練したCAMオペレータしか行うことができない。そこで、本発明者らは、例えば、3軸加工において、最適なツーリングを決定する仕組み(特許文献1参照)、加工工程を決定する仕組み(特許文献2参照)などを考案した。また、加工領域を特定部位に限定した後、指定したツーリングに適した干渉の無い工具軸姿勢を自動決定し、CAMオペレータの思考作業を支援する手法(特許文献3参照)も考案されている。
特開平09−179620号公報 特開平11−235646号公報 特開2007−172300号公報
しかしながら、従来のように、人の思考に頼った作業方法では、熟練者でない限り、設定したツーリングは製品形状に干渉する危険性が高く、前述のとおり、実際の加工前にNCシミュレータなどを用いた干渉検証が必要である。そして、干渉が発見されたときの手戻りが大きいため、作業者の負荷が極めて高い。更に、繰り返し作業を減らすために工具突き出し量を大きくしてしまうと、ツーリングの剛性が低くなって能率の高い加工を実現することはできなくなる。
また、特許文献1に記載のツーリングを決定する仕組み、及び特許文献2に記載の加工工程を決定する仕組みでは、例えば、干渉しやすい深い立ち壁形状を有する製品形状に対しては、工具突き出し量が大きくなってしまい、加工能率が低下してしまうという課題がある。
更に、特許文献3に記載の仕組みでは、ツーリングを初期値として与えなければならないため、製品形状に干渉しない範囲で最も剛性の高いツーリングを自動決定することはできない。また、特許文献3に記載の仕組みでは、製品形状に対する干渉検出であって、加工中に刻々と変化するワーク形状に対する干渉検出はできないことから、製品形状とワーク形状との差が大きい荒加工には適用することができない。
以上のとおり、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定し、加工能率が高い加工データを生成するという課題は解決されていない。
本発明の目的は、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定する加工パラメータ最適化装置等を提供することである。
前述した目的を達成するために第1の発明は、一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定手段と、決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定手段と、決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成手段と、前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定手段と、を具備し、少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、前記工具軸姿勢決定手段は、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化装置である。第1の発明に係る加工パラメータ最適化装置を用いることによって、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定することができる。
第1の発明における前記干渉危険領域決定手段は、例えば、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、前記干渉危険領域決定手段は、横の長さDを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をLとしたときにL/Dの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定する。所定のホルダおよび工具は、実際の加工に用いる可能性のあるホルダおよび工具の形状よりも大きなものを選択することで、干渉する可能性を極めて低くすることができる。
また、第1の発明における前記ツーリング決定手段は、例えば、前記工具軸姿勢決定手段によって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定する。工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することで、それぞれの工具軸姿勢に最適なツーリングでワークを加工することができる。
また、第1の発明に係る加工パラメータ最適化装置は、決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出手段、を更に具備することが望ましい。
また、第1の発明における前記ツーリング決定手段は、例えば、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定手段、前記干渉危険領域決定手段、前記仮想ホルダ生成手段、前記加工残り領域抽出手段を加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成手段によって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定する。これによって、特定の工程内において、工具交換の必要がなく、加工効率が上がる。
第2の発明は、一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定ステップと、決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定ステップと、決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成ステップと、前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定ステップと、を含み、少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、前記工具軸姿勢決定ステップは、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化方法である。第2の発明に係る加工パラメータ最適化方法を実現するコンピュータを用いることによって、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定することができる。
第2の発明における前記干渉危険領域決定ステップは、例えば、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、前記干渉危険領域決定ステップは、横の長さDを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をLとしたときにL/Dの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定する
また、第2の発明における前記ツーリング決定ステップは、例えば、前記工具軸姿勢決定手段によって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定する。工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することで、それぞれの工具軸姿勢に最適なツーリングでワークを加工することができる。
また、第2の発明に係る加工パラメータ最適化方法は、決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出ステップ、を更に含むことが望ましい。
また、第1の発明における前記ツーリング決定ステップは、例えば、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定ステップ、前記干渉危険領域決定ステップ、前記仮想ホルダ生成ステップ、前記加工残り領域抽出ステップを加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成ステップによって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定する。これによって、特定の工程内において、工具交換の必要がなく、加工効率が上がる。
第3の発明は、コンピュータを第1の発明に係る加工パラメータ最適化装置として機能させるプログラムである。
本発明により、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、いかなる製品形状に対しても剛性の高いツーリングを決定する加工パラメータ最適化装置等を提供することができる。
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る加工パラメータ最適化装置1を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。尚、図1のハードウェア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
加工パラメータ最適化装置1は、制御部3、記憶部5、メディア入出力部7、通信制御部9、入力部11、表示部13、周辺機器I/F部15等が、バス17を介して接続される。
制御部3は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成される。
CPUは、記憶部5、ROM、記録媒体等に格納されるプログラムをRAM上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス17を介して接続された各装置を駆動制御し、加工パラメータ最適化装置1が行う後述する処理を実現する。
ROMは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやBIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
RAMは、揮発性メモリであり、記憶部5、ROM、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部3が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
記憶部5は、HDD(ハードディスクドライブ)であり、制御部3が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、OS(オペレーティングシステム)等が格納される。プログラムに関しては、OS(オペレーティングシステム)に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部3により必要に応じて読み出されてRAMに移され、CPUに読み出されて各種の手段として実行される。
メディア入出力部7(ドライブ装置)は、データの入出力を行い、例えば、CDドライブ(−ROM、−R、−RW等)、DVDドライブ(−ROM、−R、−RW等)、MOドライブ等のメディア入出力装置を有する。
通信制御部9は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク19間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク19を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
入力部11は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部11を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
表示部13は、CRTモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等(ビデオアダプタ等)を有する。
周辺機器I/F(インタフェース)部15は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器I/F部15を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器I/F部15は、USBやIEEE1394やRS−232C等で構成されており、通常複数の周辺機器I/Fを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
バス17は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
次に、図2を参照しながら、加工パラメータ最適化装置1の機能の概要について説明する。図2は、加工パラメータ最適化装置1の概略構成図である。
加工パラメータ最適化装置1は、工具軸姿勢決定手段21、干渉危険領域決定手段23、加工シミュレーション手段25、非干渉ツーリング決定手段27、加工残り領域抽出手段29、設備DB(データベース)31、形状DB(データベース)33、領域DB(データベース)35、ツーリングDB(データベース)37等を備える。加工パラメータ最適化装置1は、これらの機能によって、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化する。
工具軸姿勢決定手段21は、一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する。本発明の実施の形態では、5軸加工のように工具軸姿勢を変更できるNC工作機械によって加工することを想定している。工具軸姿勢決定手段21は、オペレータが入力部11等を介して工具軸姿勢を指定するインタフェースであっても良いし、加工パラメータ最適化装置1が製品形状などの情報から加工に適した複数の工具軸姿勢を自動的に決定するものであっても良い。工具軸姿勢決定手段21の一例は、図3の説明にて後述する。
干渉危険領域決定手段23は、決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する。干渉危険領域決定手段23は、例えば、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中にホルダとワーク、工具とワークの干渉が起こる可能性がある領域を特定する。干渉危険領域決定手段23の詳細は、図4から図7の説明にて後述する。
加工シミュレーション手段25は、決定された工具軸姿勢ごとに、干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、干渉が起こらない仮想ホルダを生成する。加工シミュレーション手段25の詳細は、図8、図9の説明にて後述する。
非干渉ツーリング決定手段27は、仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定する。非干渉ツーリング決定手段27の詳細は、図10、図11の説明にて後述する。
加工残り領域抽出手段29は、決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する。
設備DB31は、工具データ41、ホルダデータ42等を保持する。工具データ41は、工具の寸法等の情報を含み、事前に登録されているものである。工具の寸法は、例えば、工具径や刃長等である。ホルダデータ42は、ホルダの寸法等の情報を含み、事前に登録されているものである。ホルダの寸法は、例えば、ホルダ径等である。
形状DB33は、製品形状データ43、ワーク形状データ44等を保持する。製品形状データ43は、製品としての金型の形状等の情報を含み、事前に登録されているものである。ワーク形状データ44は、加工シミュレーション手段25による処理結果として登録されるものである。
領域DB35は、干渉危険領域データ45、加工残り領域データ46等を保持する。干渉危険領域データ45は、加工中に干渉が起こる可能性がある領域等の情報を含み、干渉危険領域決定手段23による処理結果として登録されるものである。加工残り領域データ46は、加工残り領域抽出手段29による処理結果として登録されるものである。
ツーリングDB37は、仮想ホルダデータ47、非干渉ツーリングデータ48等を保持する。仮想ホルダデータ47は、所定の工具およびホルダを基に生成した初期値として事前に登録されるもの、及び加工シミュレーション手段25による処理結果として登録されるものである。
以下、図3から図11を参照しながら、図2に示した工具軸姿勢決定手段21、干渉危険領域決定手段23、加工シミュレーション手段25、非干渉ツーリング決定手段27の詳細について説明する。各機能の説明の冒頭には、例えば、<工具軸姿勢決定手段21>のように見出しを付すこととする。尚、図3から図11では、製品形状、工具、ホルダ等を2次元として図示しているが、実際には3次元である。特に、製品形状の表面をある平面に射影したイメージで図示しているが、実際には3次元の曲面である。
<工具軸姿勢決定手段21>
最初に、図3を参照しながら、工具軸姿勢決定手段21の詳細について説明する。図3は、工具軸姿勢の設定を説明する図である。図3に示すように、工具軸姿勢決定手段21は、複数の工具軸姿勢(i,j,k)、(i,j,k)、・・・、(i,j,k)を設定する。
以下、工具軸姿勢決定手段21の一例として、製品形状の表面を微小な三角平面(「ポリゴン」ともいう。)によって構成したモデルを考え、三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を利用して工具軸姿勢を決定する手順について説明する。
(ステップa)制御部3は、工具軸姿勢を示す方向余弦T(i,j,k)を定義する。具体的には、i=sinβ・sinα、j=sinβ・cosα、k=cosβ(但し、0°≦α≦360°、0°≦β≦90°)とし、αおよびβを5°間隔で段階的に変更し、離散的な方向余弦群{T(i,j,k):α=0°、5°、・・・、360°、β=0°、5°、・・・、90°}を定義する。以下、α、βのときの工具軸姿勢をTαβと記載する。
(ステップb)制御部3は、製品形状の表面(加工面全体)を微小な三角平面の多面体によって表現する。多面体の各三角平面は、方向が三角平面の法線方向、長さが三角平面の面積を持つベクトルである三角ベクトルVとして定義する。
(ステップc)制御部3は、工具軸姿勢Tαβ、三角ベクトルVの内積Tαβ・Vを算出し、算出した値が正の場合には、算出した値を内積判定値N(1) αβに加える。この処理は、工具軸姿勢Tαβごとに、製品形状全体にわたって、すなわち全ての三角ベクトルVに対して行う。従って、内積判定値(1)αβは、工具軸姿勢Tαβごとに、値が正である内積Tαβ・Vの値の総和となる。
(ステップd)制御部3は、全ての工具軸姿勢Tαβに対してステップcを行い、工具軸姿勢ごとの内積判定値N(1) αβを算出する。
(ステップe)制御部3は、内積判定値N(1) αβの降順に工具軸姿勢Tαβを整列し、工具軸姿勢Tαβの順位を付ける。
(ステップf)制御部3は、内積判定値(1)αβが最大の工具軸姿勢Tαβを1番目の工具軸姿勢T1と決定する。
(ステップg)制御部3は、T1を除く工具軸姿勢Tαβに対して、工具軸姿勢Tαβ、三角ベクトルVの内積Tαβ・Vを算出し、Tαβ・V>T1・Vを満たす場合には、算出した値を内積判定値N(2)αβに加える。この処理は、工具軸姿勢Tαβごとに、製品形状全体にわたって、すなわち全ての三角ベクトルVに対して行う。従って、内積判定値(2)αβは、工具軸姿勢Tαβごとに、Tαβ・V>T1・Vを満たす内積Tαβ・Vの値の総和となる。
(ステップh)制御部3は、T1を除く全ての工具軸姿勢Tαβに対してステップgを行い、工具軸姿勢ごとの内積判定値N(2) αβを算出する。
(ステップi)制御部3は、内積判定値N(2) αβの降順に工具軸姿勢Tαβを整列し、工具軸姿勢Tαβの順位を付ける。
(ステップj)制御部3は、内積判定値(2)αβが最大の工具軸姿勢Tαβを2番目の工具軸姿勢T2と決定する。
(ステップk)制御部3は、T2を決定したステップgからステップj、と同様に、Tαβ・V>Tn・V(nは決定する工具軸姿勢の番号を表す。)を満たす内積Tαβ・Vが一つも存在しなくなるまで、工具軸姿勢T3、・・・、Tn、・・・を決定していく。Tαβ・V>Tn・Vを満たす内積Tαβ・Vが一つも存在しなくなった場合、制御部3は、工具軸姿勢の決定を終了する。
以上、工具軸姿勢決定手段21の一例について説明したが、本発明の実施の形態は、この例に限定されるものではない。
<干渉危険領域決定手段23>
次に、図4から図7を参照しながら、干渉危険領域決定手段23の詳細について説明する。図4は、干渉テンプレート53の一例を示す図である。図4は、干渉テンプレート53を側面から見た図である。干渉テンプレート53は、例えば、円錐の先端に対して鉛直方向に針を組み合わせた形状である。但し、干渉テンプレート53は、他の形状でも良く、所定のホルダおよび工具を基に、所定のホルダおよび工具の上下を反転した形状に近いものであれば良い。例えば、円錐は、角錐であっても良い。
ここで、干渉テンプレート53の大きさについて説明する。最初に、例えば、所定のツーリングを決定する。所定のツーリングとは、例えば、ホルダの横の長さ(=ホルダ径)Dを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をLとしたときに、例えば、L/D=(基準値)(L/Dは剛性の高低の程度を示す指標である。基準値は、例えば6である。)を満たす工具、の組合せとする。そして、干渉テンプレート53は、決定された所定のツーリングに対して、ホルダを包含する大きさの円錐、および工具の先端の位置と針の先端の位置とが一致する長さの針(針は工具の中心線を通る。)、を組み合わせて、上下を反転させたものとする。すなわち、干渉テンプレート53は、ホルダ径、及び指標L/Dの値を与えることで、大きさが決定される。ホルダ径の値は、望ましくは、ホルダデータ42に含まれるホルダの中で使用工具に適合した最も大きいものを与える。
図5は、製品座標系における工具51、製品形状52、干渉テンプレート53を示す図である。図5に示すように、製品座標系では、製品形状52の方向は一意に定まる。そして、一つの工具軸姿勢(i,j,k)を選択すると、工具51の方向が決定し、工具51の方向、すなわち工具軸姿勢(i,j,k)と、干渉テンプレート53の方向、すなわち針の方向とを一致させることで、製品座標系における工具51、製品形状52、干渉テンプレート53の方向が定まる。
図6は、工具軸座標系における工具51、製品形状52、干渉テンプレート53を示す図である。図5に示す状態から、選択した一つの工具軸姿勢(i,j,k)がZ軸プラス方向となるように、工具51、製品形状52、干渉テンプレート53の方向を相対的に変換すると、工具軸座標系における工具51、製品形状52、干渉テンプレート53の方向が定まる。
尚、製品座標系から工具軸座標系への変換は、形状表現方法としてZマップ法を採用した場合における特有の処理である。ここで、Zマップ法とは、表現する形状を含む3次元空間のXY平面を枡目状に分割し、枡目ごとに1つのZ方向の形状表面値(Z値)を持つことで、形状の全体像を表す方法である。他の形状表現方法を採用する場合、製品座標系から工具軸座標系への変換は、必ずしも必要な処理ではない。
図7は、干渉危険領域決定手段23の処理を説明する図である。図7は、前述した図6に示す製品形状52に対して、逆オフセット法と同様の考え方によって、干渉危険領域54を決定する干渉危険領域決定手段23の処理を示している。最初に、制御部3は、製品形状52の表面上を干渉テンプレート53の針の先端部分がトレースするように干渉テンプレート53を移動させ、干渉テンプレート53の移動の軌跡データをRAM上のワークメモリ領域に格納する。次に、制御部3は、ワークメモリ領域に格納した軌跡データの円錐群に含まれる領域を干渉危険領域として定めて、記憶部5上の領域DB35に干渉危険領域データ45として格納する。図7に示す例では、表示の都合上、包絡面を太線で示しており、太線を基準としてZm軸マイナス方向の領域が干渉危険領域54となる包絡面の内部領域である。
<加工シミュレーション手段25>
次に、図8、図9を参照しながら、加工シミュレーション手段25の詳細について説明する。図8は、仮想ホルダ55の一例を示す図である。図8に示す仮想ホルダ55は、初期設定値の仮想ホルダデータ47としてツーリングDB37に登録されているものである。また、図9は、仮想ホルダ55のうち干渉により除去する箇所を説明する図である。図9に示すワーク形状57は、製品形状52に加えて、斜線で示す加工中の形状も含む。
加工シミュレーション手段25は、決定された工具軸姿勢ごとに、干渉危険領域が含まれない加工領域(=特定の工具軸姿勢によって加工する領域)を決定し、図8に示す仮想ホルダ55を工具51に設定し、決定した加工領域に対する加工シミュレーションを行う。
図8に示す仮想ホルダ55は、通常、設備DB31が保持する任意のホルダデータ42に係るホルダよりも大きく設定する。そして、加工シミュレーション手段25は、図9に示すように、仮想ホルダ55とワーク形状57とが干渉した場合、仮想ホルダ55の干渉する箇所を逐次除去する。そして、加工シミュレーション手段25は、除去されずに残った箇所を、干渉が起こらない仮想ホルダ55に係る仮想ホルダデータ47として、記憶部5上のツーリングDB37に格納する。
<非干渉ツーリング決定手段27>
次に、図10、図11を参照しながら、非干渉ツーリング決定手段27の詳細について説明する。図10は、選択可能なツーリングを示す図である。図11は、決定したツーリングを示す図である。
非干渉ツーリング決定手段27は、例えば、図10に示すホルダA56a、ホルダB56b、ホルダC56cの中から、図10に示す仮想ホルダ55に包含され、かつ最も剛性の高いツーリングを決定する。図10に示す例では、ホルダの選択肢しか図示していないが、工具51についても設備DB31に格納されている工具データ41を参照し、最適なものを選択する。
非干渉ツーリング決定手段27は、例えば、ホルダに工具を取り付けたときに最も曲げ剛性が高い組合せとすることで、最も剛性の高いツーリングを決定し、非干渉ツーリングデータ48として、記憶部5上のツーリングDB37に格納する。尚、図10に示す仮想ホルダ55の形状は、加工シミュレーション手段25によって、ワーク形状57と干渉する箇所が削除されていることから、残った形状に含まれるようなツーリングが干渉を起こすことはない。
次に、図12を参照しながら、本発明の実施の形態に係る加工パラメータ最適化装置1を用いた実施例について説明する。図12は、実施例に係るフローチャートを示す図である。本実施例は、3軸全体荒加工、3軸局部荒加工、5軸局部荒加工の順に金型等を加工する場合のシミュレーションである。
図12に示すように、加工パラメータ最適化装置1の制御部3は、3軸全体荒加工シミュレーションを行う(ステップ101)。ステップ101では、制御部3は、工具51を製品形状52全体について干渉を起こすことなく加工できる大径のものと決定し、更に工具軸姿勢をZ軸方向と決定し、全体の荒加工シミュレーションを行う。そして、制御部3は、加工領域の決定、及び仮想ホルダ55の生成を行う。ステップ101では、制御部3は、加工シミュレーション手段25によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、非干渉ツーリングの生成を行う(ステップ102)。ステップ102では、制御部3は、ステップ101で生成した仮想ホルダ55を基に、大径の工具51であって、かつ干渉を起こさないツーリングを生成する。ステップ102では、制御部3は、非干渉ツーリング決定手段27によって、処理を実行する。ステップ102で生成するツーリングは、3軸全体荒加工に用いるものである。
次に、制御部3は、加工残り領域の抽出を行う(ステップ103)。ステップ103では、制御部3は、ステップ101における加工残りを抽出する。ステップ103では、制御部3は、加工残り領域抽出手段29によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、3軸姿勢の干渉危険領域の生成を行う(ステップ104)。ステップ104では、制御部3は、工具軸姿勢がZ軸方向の干渉テンプレート53を用いて、干渉危険領域を生成する。ステップ104では、制御部3は、干渉危険領域決定手段23によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、3軸局部加工シミュレーションを行う(ステップ105)。ステップ105では、制御部3は、ステップ104において生成した干渉危険領域を避けながら、ステップ103において抽出した加工残り領域に対して、工具51を小径のものに決定し、更に工具軸姿勢をZ軸方向と決定し、局部の荒加工シミュレーションを行う。そして、制御部3は、加工領域の決定、及び仮想ホルダ55の生成を行う。ステップ105では、制御部3は、加工シミュレーション手段25によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、非干渉ツーリングの生成を行う(ステップ106)。ステップ106では、制御部3は、ステップ105で生成した仮想ホルダ55を基に、小径の工具であって、かつ干渉を起こさないツーリングを生成する。ステップ106では、制御部3は、非干渉ツーリング決定手段27によって、処理を実行する。ステップ106で生成するツーリングは、3軸局部荒加工に用いるものである。
次に、制御部3は、加工残り領域の抽出を行う(ステップ107)。ステップ107では、制御部3は、ステップ105における加工残りを抽出する。ステップ107では、制御部3は、加工残り領域抽出手段29によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、工具軸姿勢の設定を行う(ステップ108)。ステップ108では、制御部3は、既に設定した工具軸姿勢と異なるものを、ステップ109からステップ112の処理に用いる工具軸姿勢として設定する。ステップ108では、制御部3は、工具軸姿勢決定手段21によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、5軸姿勢の干渉危険領域の生成を行う(ステップ109)。ステップ109では、制御部3は、ステップ108において設定した工具軸姿勢によって干渉テンプレート53を設定し、干渉危険領域を生成する。ステップ109では、制御部3は、干渉危険領域決定手段23によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、5軸局部荒加工シミュレーションを行う(ステップ110)。ステップ110では、制御部3は、ステップ109において生成した干渉危険領域を避けながら、ステップ107において抽出した加工残り領域に対して、工具51を小径のものに決定し、ステップ108において設定した工具姿勢によって、局部の荒加工シミュレーションを行う。そして、制御部3は、加工領域の決定、及び仮想ホルダ55の生成を行う。ステップ110では、制御部3は、加工シミュレーション手段25によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、加工残り領域の抽出を行う(ステップ111)。ステップ111では、制御部3は、ステップ110における加工残りを抽出する。ステップ111では、制御部3は、加工残り領域抽出手段29によって、処理を実行する。
次に、制御部3は、加工残り判別を行い(ステップ112)、加工残りありの場合、ステップ108から繰り返し、加工残りなしの場合、処理を終了する。
次に、制御部3は、非干渉ツーリングの生成を行う(ステップ113)。ステップ113では、制御部3は、ステップ110で最後に生成した仮想ホルダ55を基に、小径の工具51であって、かつ干渉を起こさないツーリングを生成する。ステップ111では、制御部3は、非干渉ツーリング決定手段27によって、処理を実行する。ステップ113で生成するツーリングは、5軸局部荒加工の工程全体を通して用いるものである。ステップ108からステップ112(工具軸姿勢の決定、干渉危険領域の決定、仮想ホルダの生成、加工残り領域の抽出)を加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、ステップ110で最後に生成した仮想ホルダ55を基に、1つのツーリングを決定することで、5軸局部荒加工の工程内で工具交換が不要となり、加工効率が上がる。
尚、5軸局部荒加工の工程内であっても、工具軸姿勢ごとにツーリングを決定しても良い。すなわち、制御部3は、ステップ108で決定した工具軸姿勢に基づいて、ステップ111の後にツーリングを決定する。工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することで、それぞれの工具軸姿勢に最適なツーリングでワークを加工することができる。
本発明の実施の形態に係る加工パラメータ最適化装置1を用いれば、本実施例に係る3軸全体荒加工、3軸局部荒加工、5軸局部荒加工といったそれぞれの加工工程において、工具軸姿勢、及び加工領域を決定すると同時に、剛性の高いツーリングを決定することが可能となる。
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る加工パラメータ最適化装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
コンピュータのハードウェア構成図 加工パラメータ最適化装置1の概略構成図 工具軸姿勢の設定を説明する図 干渉テンプレート53の一例を示す図 製品座標系における工具51、製品形状52、干渉テンプレート53を示す図 工具軸座標系における工具51、製品形状52、干渉テンプレート53を示す図 干渉危険領域決定手段23の処理を説明する図 仮想ホルダ55の一例を示す図 仮想ホルダ55のうち干渉により除去する箇所を説明する図 選択可能なツーリングを示す図 決定したツーリングを示す図 実施例に係るフローチャートを示す図
符号の説明
1………加工パラメータ最適化装置
3………制御部
5………記憶部
7………メディア入出力部
9………通信制御部
11………入力部
13………表示部
15………周辺機器I/F部
17………バス
19………ネットワーク
21………工具軸姿勢決定手段
23………干渉危険領域決定手段
25………加工シミュレーション手段
27………非干渉ツーリング決定手段
29………加工残り領域抽出手段
31………設備DB
33………形状DB
35………領域DB
37………ツーリングDB
41………工具データ
42………ホルダデータ
43………製品形状データ
44………ワーク形状データ
45………干渉危険領域データ
46………加工残り領域データ
47………仮想ホルダデータ
48………非干渉ツーリングデータ
51………工具
52………製品形状
53………干渉テンプレート
54………干渉危険領域
55………仮想ホルダ
56a………ホルダA
56b………ホルダB
56c………ホルダC
57………ワーク形状

Claims (11)

  1. 一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定手段と、
    決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定手段と、
    決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成手段と、
    前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定手段と、
    を具備し、
    少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、
    前記工具軸姿勢決定手段は、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化装置。
  2. 前記干渉危険領域決定手段は、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、
    前記干渉危険領域決定手段は、横の長さDを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をLとしたときにL/Dの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定することを特徴とする請求項1に記載の加工パラメータ最適化装置。
  3. 前記ツーリング決定手段は、前記工具軸姿勢決定手段によって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することを特徴とする請求項1に記載の加工パラメータ最適化装置。
  4. 決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出手段、
    を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の加工パラメータ最適化装置。
  5. 前記ツーリング決定手段は、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定手段、前記干渉危険領域決定手段、前記仮想ホルダ生成手段、前記加工残り領域抽出手段を加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成手段によって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定することを特徴とする請求項4に記載の加工パラメータ最適化装置。
  6. 一つまたは複数の工具軸姿勢を決定する工具軸姿勢決定ステップと、
    決定された工具軸姿勢ごとに、加工中にホルダまたは工具とワークとの干渉が起こる可能性がある領域を干渉危険領域として決定する干渉危険領域決定ステップと、
    決定された工具軸姿勢ごとに、前記干渉危険領域を基にして加工シミュレーションを行い、前記干渉危険領域を避けるように加工領域を決定し、前記干渉が起こらない仮想ホルダを生成する仮想ホルダ生成ステップと、
    前記仮想ホルダに包含され、かつ最も剛性の高い工具とホルダの組合せとなるツーリングを決定するツーリング決定ステップと、
    を含み、
    少なくとも、工具軸姿勢、加工領域、及びツーリングに係る加工パラメータを最適化するものであり、
    前記工具軸姿勢決定ステップは、製品形状の表面を微小な三角平面によって構成し、候補となる工具軸姿勢ごとに、前記三角平面の法線方向と工具軸姿勢との内積を算出し、値が正である前記内積の値の総和を内積判定値とし、前記内積判定値に基づいて工具軸姿勢を決定していくことを特徴とする加工パラメータ最適化方法。
  7. 前記干渉危険領域決定ステップは、所定のホルダおよび工具を基に生成した干渉テンプレートを製品形状に沿って移動させることで、加工中に前記干渉が起こる可能性がある領域を特定するものであり、
    前記干渉危険領域決定ステップは、横の長さDを所与の値とするホルダ、及び、工具の突き出し量をLとしたときにL/Dの値が基準値を満たす工具の組み合わせを所定のツーリングとして決定し、決定された前記所定のツーリングに基づいて前記干渉テンプレートの大きさを決定することを特徴とする請求項6に記載の加工パラメータ最適化方法。
  8. 前記ツーリング決定ステップは、前記工具軸姿勢決定ステップによって決定された工具軸姿勢ごとにツーリングを決定することを特徴とする請求項6に記載の加工パラメータ最適化方法。
  9. 決定された工具軸姿勢、決定された加工領域、及び決定されたツーリングまたは所定のツーリングに従って加工した後のワーク形状を生成し、生成したワーク形状と製品形状との差分を加工残り領域として抽出する加工残り領域抽出ステップ、
    を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の加工パラメータ最適化方法。
  10. 前記ツーリング決定ステップは、特定の工程内において、前記工具軸姿勢決定ステップ、前記干渉危険領域決定ステップ、前記仮想ホルダ生成ステップ、前記加工残り領域抽出ステップを加工残り領域がなくなるまで繰り返した後、前記仮想ホルダ生成ステップによって最後に生成した仮想ホルダを基に、特定の工程全体を通して用いるツーリングを決定することを特徴とする請求項9に記載の加工パラメータ最適化方法。
  11. コンピュータを請求項1から請求項5のいずれかに記載の加工パラメータ最適化装置として機能させるプログラム。
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