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【発明の名称】 加工条件取得装置およびそのプログラム
【発明者】 【氏名】林 玲実

【要約】 【課題】工具電極の形状にかかわらず工具電極の加工面積を正確に算出して、それに応じた加工条件を取得する。

【構成】多面形状取得手段31で、ワークの加工部分の表面の形状を連続した複数の三角平面の集合で表した多面形状を取得する。前記多面形状を構成する全ての三角平面の法線が表面の外側または内側のいずれか一方に向くように定義されたものであり、投影面積算出手段32で前記全ての三角平面のうち前記法線の向きと前記加工方向との内積が同一の符合を持つ三角平面を投影平面上に投影した三角投影面積を全て加算した加工面積を算出して、加工条件取得手段33により加算投影面積に基づいて加工条件を取得する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極をワークに向けて所定の加工方向に移動させて加工を行う放電加工において、前記ワークの加工部分の閉曲面である表面の形状を連続した複数の三角平面の集合で表した多面形状を取得する多面形状取得手段と、
前記多面形状を構成する全ての三角平面の法線が前記閉曲面である表面の外側または内側のいずれか一方に向くように定義されたものであり、前記全ての三角平面のうち前記法線の向きと前記加工方向との内積が同一の符合を持つ三角平面を、前記加工方向と同じ方向の法線を持つ投影平面上に投影した三角投影面積を全て加算した加工面積を算出する投影面積算出手段と、
前記加算投影面積に基づいて、加工条件を取得する加工条件取得手段とを備えたことを特徴とする加工条件取得装置。
【請求項2】
コンピュータを、
電極をワークに向けて所定の加工方向に移動させて加工を行う放電加工において、前記ワークの加工部分の閉曲面である表面の形状を連続した複数の三角平面の集合で表した多面形状を取得する多面形状取得手段と、
前記多面形状を構成する全ての三角平面の法線が前記閉曲面である表面の外側または内側のいずれか一方に向くように定義されたものであり、前記全ての三角平面のうち前記法線の向きと前記加工方向との内積が同一の符合を持つ三角平面を、前記加工方向と同じ方向の法線を持つ投影平面上に投影した三角投影面積を全て加算した加工面積を算出する投影面積算出手段と、
前記加算投影面積に基づいて、加工条件を取得する加工条件取得手段として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、放電加工の加工条件を得るための加工条件取得装置およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
形彫放電加工を行う際、加工部分の形状や加工する素材に応じて、その加工に最適な電気的な加工条件が決められるが、初期の放電加工装置は、ある加工に適する電気的な加工条件の組合せを記憶装置に複数記憶しておき、最適な加工条件が選択できるように構成されていた。しかしながら、形彫放電加工装置に数値制御装置(NC,Numerical Controller)が搭載されてから後は、NCプログラムと関連付けて各加工工程の初期の加工条件を設定し修正するシステムになってきている。
【0003】
ところで、従来の形彫放電加工装置の加工条件の設定システムは、放電面積として加工穴の底面積を用いて加工電流値を計算するが、加工深さによって放電面積が変わってくるような工具電極を用いた場合には、加工電流の計算が正確に計算されないことがある。このような加工電流が正確に計算されない場合には、作業者は加工状態の変化を考慮して加工の失敗の可能性が少ない加工条件を設定するため、比較的加工速度が遅い加工条件が設定され加工時間がかかる傾向にあった。
【0004】
一方、近年CAD(Computer Aided Design)・CAM(Computer Aided Manufacture)の普及に伴い、CADで生成された加工形状を利用してCAMから自動的にNCプログラムを生成するようになってきた。そこで、各加工深さにおける放電面積を正確に算出できるように、CADで生成された工具電極の三次元形状のソリッドモデルからサーフェイスモデルを作成し、さらに、サーフェイスモデルからニュートンラプソン法など反復演算の手法を用いて、各深さ位置における放電加工の面積を算出して最適な加工条件を求める手法が提案されている(例えば、特許文献1)。
【0005】
あるいは、加工方向を基準に工具電極を小さなメッシュに分割して、分割した各要素ごとに工具電極の部分が存在する「中実」であるか、工具電極の部分が存在しない「中空」であるかを定義して、複雑な加工形状でも正確に放電加工する面積が算出して最適な加工条件を求める手法が提案されている(例えば、特許文献2)。
【特許文献1】特開2003−291032公報
【特許文献2】国際公開01/81035公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
加工面積に基づいて最適な加工条件を決定するには、なるべく正確な工具電極の面積を求めることが要求されるが、上述の各手法では工具電極が円錐・円柱などどのような形状で定義されているかによって計算手法を変えなければならない。また、どのような形状にも対応できるようにするためには、複数の計算手法を用意しておかなければならなかった。
【0007】
そこで、工具電極の形状にかかわらず工具電極の加工面積を正確に算出して、それに応じた加工条件を取得する加工条件取得装置およびそのプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の加工条件取得装置は、電極をワークに向けて所定の加工方向に移動させて加工を行う放電加工において、前記ワークの加工部分の閉曲面である表面の形状を連続した複数の三角平面の集合で表した多面形状を取得する多面形状取得手段と、
前記多面形状を構成する全ての三角平面の法線が前記閉曲面である表面の外側または内側のいずれか一方に向くように定義されたものであり、前記全ての三角平面のうち前記法線の向きと前記加工方向との内積が同一の符合を持つ三角平面を、前記加工方向と同じ方向の法線を持つ投影平面上に投影した三角投影面積を全て加算した加工面積を算出する投影面積算出手段と、
前記加算投影面積に基づいて、加工条件を取得する加工条件取得手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0009】
また、本願発明のプログラムは、コンピュータを、
電極をワークに向けて所定の加工方向に移動させて加工を行う放電加工において、前記ワークの加工部分の閉曲面である表面の形状を連続した複数の三角平面の集合で表した多面形状を取得する多面形状取得手段と、
前記多面形状を構成する全ての三角平面の法線が前記閉曲面である表面の外側または内側のいずれか一方に向くように定義されたものであり、前記全ての三角平面のうち前記法線の向きと前記加工方向との内積が同一の符合を持つ三角平面を、前記加工方向と同じ方向の法線を持つ投影平面上に投影した三角投影面積を全て加算した加工面積を算出する投影面積算出手段と、
前記加算投影面積に基づいて、加工条件を取得する加工条件取得手段として機能させることを特徴とするものである。
【0010】
「ワーク」とは、被加工物をいう。
【0011】
「ワークの加工部分」とは、ワークが電極によって加工される部分をいう。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ワークの加工部分を三角平面の集合の多面形状で表して、各三角平面を投影平面に投影した三角投影面積を全て加算して加工面積を算出することにより、加工電極の形状によって加工面積の算出方法を変えることなく同じ計算手法を用いて正確に算出して、電極の形状に適した加工条件を算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は本実施の形態の加工条件取得装置を含む加工データ生成システムの概略構成図である。
【0014】
加工データ生成システム1は、電極の形状を生成するCAD装置2と、CAD装置2で生成された電極の形状とワークを作業台に設置する位置などを入力して、ワークの加工を行うためのNCデータを生成するCAM装置3と、CAD装置2とCAM装置3とを接続するネットワーク4を備える。
【0015】
CAD装置2、CAM装置3の構成は、補助記憶装置に読み込まれたCAD処理プログラム、CAM処理プログラムがコンピュータ(例えば、パソコン)上で実行されることにより実現される。このとき、コンピュータには、CD−ROM等の情報記憶媒体に記憶されたCADプログラム、CAMプログラムがインストールされる。あるいは、インターネット等のネットワークを介してこれらのプログラムが配布されて、コンピュータにインストールされる。また、CAM装置3には本発明の加工条件取得装置4として機能させるプログラムがインストールされている。
【0016】
ネットワーク4は、LAN、WAN、インターネットなどの各種ネットワークを用いることができる。
【0017】
CAD装置2は、電極の形状をソリッドモデルで現した電極モデルと、ワークをソリッドモデルで表したワークモデルを生成するソリッドモデル生成手段21と、電極でワークを加工する加工部分の形状を電極モデルとワークモデルの積から求める加工部分形状生成手段22と、加工部分の表面形状を連続した複数の三角平面の集合で表した多面形状に変換する多面形状変換手段23とを備える。
【0018】
また、CAM装置3は、CAD装置2で生成した多面形状を取得する多面形状取得手段31と、多面形状の全ての三角平面のうち各三角平面の法線の向きと加工方向との内積が同一の符合を持つ三角平面を、加工方向と同じ方向の法線を持つ投影平面上に投影した三角投影面積を全て加算した加工面積を算出する投影面積算出手段32と、加算投影面積に基づいて加工条件を算出する加工条件取得手段33とを備える。
【0019】
ソリッドモデル生成手段21は、ユーザの入力に従って、図2に示すような電極の形状をソリッドモデルで表した電極モデルELと、ワークの形状をソリッドモデルで表したワークモデルWを生成する。
【0020】
加工部分形状生成手段22は、ソリッドモデル生成手段21で生成した電極モデルELとワークモデルWから加工部分の形状を生成する。放電加工する際には、電極をワークに触れないが非常に近い位置となるように近づけて、電極とワークとの間で短い周期で放電を繰り返してワークの表面の一部を除去しながら加工方向tに向かって彫り進められる。従って、図2に示すように、ワークの上面から所定の深さh分ほど電極を加工方向tに進めた位置で、ワークモデルWと電極モデルELの積を求めて、加工部分のソリッドモデルDを生成する。
【0021】
多面形状変換手段23は、加工部分のソリッドモデルDの表面の形状を、図3に示すような、小さい三角平面の集合からなる多面形状に変換する。加工部分の表面の形状は閉曲面Sとなるが、多面形状を構成する各三角平面は、その法線nが閉曲面Sの外側に向くように定義する。具体的には、OpenGLなどで立体を表すときに用いられる微小な三角平面からなるメッシュデータ(テンセレーションデータ)を用いることができる。例えば、図2の加工部分のソリッドモデルDは、図4に示すようなメッシュデータに変換される。また、この三角平面は、図5に示すような三つの頂点は閉曲面の外側から見て左回り(P→P→P)の順番でつながっている。以下、本実施の形態では、加工部分をテンセレーションデータに変換した場合について具体的に説明する。
【0022】
多面形状取得手段31は、CAD装置2の多面形状変換手段23で生成された多面形状(テンセレーションデータ)をネットワーク4を介して取得する。
【0023】
投影面積算出手段32は、取得された多面形状の各三角平面を投影平面上に投影して加工部分の加工面積を求める。
【0024】
加工方向に電極を移動させてワークに近づけて加工が行われ、このとき放電加工する面積に応じた加工条件に従った電流を加工間隙に供給するが、この放電加工する面積は加工部位を加工方向と同じ向きの法線ベクトルを持つ平面で定義される投影平面上に投影することによって求められる。例えば、図2に示すように、電極をZ軸の方向に移動させてXY平面上に設置されているワークを加工する場合、ワークの加工部分Dの形状をXY平面上に投影した面積が加工面積となる。
【0025】
図2の加工部分Dの表面の形状は図4に示すような多面形状で表されるが、加工部分Dの表面形状を表す多面形状を構成する全ての三角平面のうち、投影平面Rに対して下向きの法線ベクトルnを持つ三角平面のみを投影平面Rに投影した三角投影面積のみ加算して加工面積を求める。あるいは、投影平面Rに対して上向きの法線ベクトルnを持つ三角平面のみを投影平面に投影した三角投影面積のみ加算して加工面積を求めてもよい。つまり、全ての三角平面のうち、加工方向のベクトルtと多面形状を構成する各三角平面の法線のベクトルnとの内積の符号が同じ符号となる三角平面を投影平面R上に投影した三角投影面積を加算して加工面積を求める。
【0026】
まず、図6に示すように、三角平面の頂点を投影した投影平面R上の三点P,P,Pのうちの一つの点Pから他の二つの点P,Pへ向かうベクトルをA,Bとする。ベクトルA,Bは、ベクトルAに対応する投影前の3次元上の三角平面のベクトル(QからQへ向かうベクトル)をaとし、ベクトルBに対応する投影前の3次元上の三角平面のベクトル(QからQへ向かうベクトル)をbとしたときに、加工部分の表面の形状の外側から三角平面をみたときに、ベクトルaからベクトルbに向けた外積a×bの方向が各三角平面の法線方向nと一致するようにベクトルaとベクトルbを決め、それに合わせてベクトルAとベクトルBを決める。
【0027】
ベクトルAとベクトルBの外積A×Bの大きさは、図6の斜線部分の平行四辺形の面積となり、三角平面を2次元平面に投影した三角投影面積Sは平行四辺形の1/2である。また、この外積A×Bの向きは、投影平面R(あるいは、加工方向)に対する三角平面の向きuを表し、ベクトルAとベクトルBの外積が正の場合は、多面形状を構成する各三角平面の法線が投影平面Rに対して上向き(つまり、加工方向のベクトルと各三角平面の法線のベクトルとの内積が負)であり(図6(a)参照)、ベクトルAとベクトルBの外積が負の場合には、多面形状を構成する各三角平面の法線が投影平面Rに対して下向き(つまり、加工方向のベクトルと各三角平面の法線のベクトルとの内積が正)であることを表している(図6(b)参照)。
【数1】


【0028】
このSの値によって、
S>0の場合は、三角平面は上向き
S=0の場合は、三角平面は加工方向に垂直
S<0の場合は、三角平面は下向き
となる。
【0029】
また、投影面積は、投影平面に対して上向きの面、あるいは、下向きの面のいずれか一方を投影した面積を求めればよいので、S<0となる三角平面の三角投影面積の総和を加工面積として求める。あるいは、S>0となる三角平面の三角投影面積の総和を加工面積として求めてもよい。
【0030】
加工条件取得手段33は、加算投影面積に応じた加工条件を求める。放電加工において、放電電流のピーク電流値、パルス幅、休止時間などの加工条件によって加工速度、加工面粗度、加工形状精度、電極の消耗などの加工特性が異なってくる。特に、ワークが加工される加工量は放電電流の大きさに密接に関係し、加工面積に応じて適切な加工条件が設定される必要がある。
【0031】
そこで、具体的には、例えば加工面積・仕上げ精度などに応じて、放電電流の各加工条件を決めた対応表を記憶しておき、加工面積と入力された仕上げ精度に応じた加工条件を検索するようにする。
【0032】
以下の、図7のフローチャートに従って、加工面積を求める手順について説明する。
【0033】
CAD装置2より電極の形状とワークの形状を入力して、ソリッドモデル生成手段21で電極モデルELとワークモデルWのソリッドモデルを生成し(S100)、加工部分形状生成手段22で生成した電極モデルELとワークモデルWの立体積から加工部分のソリッドモデルDを求める(S101)。多面形状変換手段23で加工部分のソリッドモデルDの表面の形状のテンセレーションデータ(多面形状)を求める(S102)。求めたテンセレーションデータをCAD装置2からCAM装置3にネットワーク4を介して送信する。
【0034】
CAM装置2は、多面形状取得手段31でCAD装置2から送信されたテンセレーションデータを取得し(S103)、投影面積算出手段32でテンセレーションデータの各三角平面を2次元の投影平面R上に投影した2次元の三角平面を求め(S104)、投影した三角平面の2つの辺のベクトルの外積から2次元の三角投影面積Sを求める(S105)。Sの値が負の場合に(S106)、三角投影面積Sを加算していき加工面積を求める(S107)。さらに、加工条件取得手段33で、予め用意されている対応表から加工面積に応じた加工条件を取得する(S108)。さらに、これらの加工条件に従って加工を行うようなNCデータをCAM装置3より出力する。
【0035】
上述では、ワークモデルWと電極モデルELがワーク上面から深さh進んだ位置で積を求めた加工部位について加工条件を求める場合について説明したが、深さhを少しずつ深くした複数の位置でワークモデルWと電極モデルELの積を求め、加工面積が変わったときの加工条件をそれぞれ求めて、各位置に電極が進んだときの加工条件に従って加工が行えるようなNCデータを生成するようにしてもよい。
【0036】
以上、詳細に説明したように、電極のソリッドモデルを微小な三角平面で近似したテンセレーションデータなどを用いて、放電加工する加工面積を求めるようにすることで、加工電極の形状によって加工面積の算出方法を変えることなく同じ計算手法を用いて算出することができ、加工に適した加工条件を取得することができる。
【0037】
上述では、CAD装置で生成されたデータをネットワークを介してCAM装置に送信する場合について説明したが、記録媒体やファイルサーバなど種々の媒体を介してデータを受け渡しをしてもよい。
【0038】
また、上述では、CAD装置とCAM装置を異なるコンピュータ上で実現する場合について説明したが、CADプログラムをCAMプログラムを同一のコンピュータ上にインストールして、一つのコンピュータ上で実現してもよい。
【0039】
あるいは、上述のCAM装置のプログラムあるいは上述のCAD装置とCAM装置のプログラムをNC制御装置にインストールして、NC制御装置上で実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】加工データ生成システムの概略構成図
【図2】ソリッドモデルを説明するための図
【図3】多面形状を説明するための図
【図4】加工部分の多面形状と投影平面の関係を表す図
【図5】三角平面の向きを説明するための図
【図6】投影平面上に投影した三角平面を説明するための図
【図7】加工データ生成システムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
【0041】
1 加工データ生成システム
2 CAD装置
3 CAM装置
4 ネットワーク
21 ソリッドモデル生成手段
22 加工部分形状生成手段
23 多面形状変換手段
31 多面形状取得手段
32 投影面積算出手段
33 加工条件取得手段
【出願人】 【識別番号】000132725
【氏名又は名称】株式会社ソディック
【出願日】 平成18年7月13日(2006.7.13)
【代理人】 【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史

【識別番号】100090468
【弁理士】
【氏名又は名称】佐久間 剛


【公開番号】 特開2008−18495(P2008−18495A)
【公開日】 平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願番号】 特願2006−192519(P2006−192519)