特許 5957070 ワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5957070

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】ワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/4069 20060101AFI20160714BHJP

【ＦＩ】

   G05B19/4069

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-507236(P2014-507236)

(86)(22)【出願日】2012年3月30日

(86)【国際出願番号】JP2012058645

(87)【国際公開番号】WO2013145275

(87)【国際公開日】20131003

【審査請求日】2015年1月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154990

【氏名又は名称】株式会社牧野フライス製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】安河内 二郎

(72)【発明者】

【氏名】笠原 忠

【審査官】 臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０１８４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０００８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０８４７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８５９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２５１２９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １９／４０６９

Ｂ２３Ｑ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を、表示装置に表示するワーク加工面表示方法であって、
前記回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて予測する第１の工程と、
前記第１の工程で予測した前記窪みの形状を表す窪み画像を、予測した位置に対応付けて表示させる第２の工程と、を含むワーク加工面表示方法。

【請求項2】

請求項１に記載のワーク加工面表示方法において、
前記窪み画像は、球面状ないし楕円球面状を呈するワーク加工面表示方法。

【請求項3】

請求項２に記載のワーク加工面表示方法において、
前記第１の工程では、ワーク加工面に生じる複数の窪みが互いに同一形状であると仮定して前記窪みの位置を予測するワーク加工面表示方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載のワーク加工面表示方法において、
前記第１の工程では、加工前のワーク形状を表すワーク形状モデルから前記切刃の移動軌跡に応じて生成した移動軌跡モデルを取り除いて、前記窪みの形状および位置を予測するワーク加工面表示方法。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のワーク加工面表示方法において、
前記第１の工程では、ワーク加工面に沿う工具経路に応じて前記窪みの形状および位置を予測するワーク加工面表示方法。

【請求項6】

切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示するワーク加工面表示装置であって、
表示装置と、
ワーク加工前に、前記回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて特定する窪み特定部と、
前記窪み特定部で特定された前記窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように前記表示装置を制御する表示制御部と、を備えるワーク加工面表示装置。

【請求項7】

切刃を有する回転工具によりワーク表面を加工するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、
表示装置と、
ワーク加工前に、前記回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて特定する窪み特定部と、
前記窪み特定部で特定された前記窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように前記表示装置を制御する表示制御部と、
前記窪み特定部で特定された窪みの形状および位置に基づいて、前記回転工具の工具経路を生成する経路生成部と、を備える工具経路生成装置。

【請求項8】

切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示装置へ表示する処理をコンピュータに実行させるワーク加工面表示プログラムであって、
ワーク加工前に、前記回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて特定する第１の手順と、
前記第１の手順で特定された前記窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように前記表示装置を制御する第２の手順と、を含むワーク加工面表示プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワーク加工面に生じる加工痕を表示するワーク加工面表示方法、ワーク加工面表示装置、工具経路生成装置およびワーク加工面表示プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ボールエンドミルにより切削加工されるワーク表面の画像を、切削加工時の工具経路とともに表示するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。また、ワーク形状を表す立体モデルからボールエンドミルの掃引形状のモデルを差し引いて、ワーク加工形状を表示するようにした装置も知られている（例えば特許文献２参照）。

【0003】

ところで、ボールエンドミル等の回転工具を用いてワーク表面を切削加工すると、ワーク表面は切刃によって断続的に切削される。このため、加工後のワーク表面には、工具経路に沿って多数の球面状の窪みが生じる。しかしながら、特許文献１，２記載の装置は、ワーク加工面に生じる加工痕を工具経路に沿って溝状に表示しているに過ぎず、ワーク加工面の実際の加工痕（窪み）に対応した表示を行うものではない。したがって、ユーザは、ワーク加工後の表面模様を予め把握することが困難であった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２６０５２８号公報

【特許文献2】特許第３５７１５６４号公報

【発明の概要】

【0005】

本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を、表示装置に表示するワーク加工面表示方法であって、回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて予測する第１の工程と、第１の工程で予測した窪みの形状を表す窪み画像を、予測した位置に対応付けて表示させる第２の工程と、を含む。

【0006】

また、本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示するワーク加工面表示装置であって、表示装置と、ワーク加工前に、回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて特定する窪み特定部と、窪み特定部で特定された窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように表示装置を制御する表示制御部と、を備える。

【0007】

さらに、本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク表面を加工するための工具経路を生成する工具経路生成装置であって、表示装置と、ワーク加工前に、回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて特定する窪み特定部と、窪み特定部で特定された窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように表示装置を制御する表示制御部と、窪み特定部で特定された窪みの形状および位置に基づいて、回転工具の工具経路を生成する経路生成部と、を備える。

【0008】

さらにまた、本発明は、切刃を有する回転工具によりワーク加工面を加工したときに生じる加工痕を表示装置へ表示する処理をコンピュータに実行させるワーク加工面表示プログラムであって、ワーク加工前に、回転工具の１切刃が回転して送られる間にワークの加工面を削り取ることによって生じる窪みと窪みの境界線で表される窪みの形状および位置を、ワークの形状データおよび工具の形状データに基づいて特定する第１の手順と、第１の手順で特定された窪みの形状を表す窪み画像を、特定された位置に表示するように表示装置を制御する第２の手順と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係るワーク加工面表示装置の概略構成を示す図である。

【図2】図２は、図１のワーク加工面表示装置が適用される工作機械の一例を示す正面図である。

【図3】図３は、図２の工作機械に用いられる、ワーク表面の加工状態を示す工具の拡大図である。

【図4A】図４Ａは、切削加工後のワーク表面形状の一例を示す平面図である。

【図4B】図４Ｂは、図４Ａのｂ−ｂ線断面図である。

【図5】図５は、ワーク表面に形成される窪みと加工点との位置関係を示す図である。

【図6】図６は、第１加工領域と第２加工領域を含むワーク表面の平面図であり、従来の加工の問題点を説明する図である。

【図7】図７は図１の加工点設定部によって作成されたメッシュの一例を示す図である。

【図8A】図８Ａは、切刃の移動軌跡の一例を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、図８Ａの変形例を示す図である。

【図9A】図９Ａは、図１の窪み特定部での処理を説明する図である。

【図9B】図９Ｂは、図１の窪み特定部での処理を説明する図である。

【図10A】図１０Ａは、図１のワーク加工面表示装置により得られたワーク画像の一例を示す図である。

【図10B】図１０Ｂは、図１０Ａのｂ部拡大図である。

【図11】図１１は、図１の制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、本発明の第２の実施形態に係るワーク加工面表示装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

−第１の実施形態−
以下、図１〜図１１を参照して、本発明によるワーク加工面表示装置の第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るワーク加工面表示装置１００の概略構成を示す図である。このワーク加工面表示装置１００は、表示装置２と、表示装置２を制御する制御装置１とを有する。表示装置２は、ワーク加工面に生じる加工痕の画像を表示するモニタである。

【0011】

制御装置１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成されるコンピュータであり、機能的には、図１に示すように、加工点設定部１１と、加工順序設定部１２と、経路生成部１６と、窪み特定部１３と、表示制御部１４とを有する。制御装置１には、ＣＡＤ装置(Computer Aided Design Unit)３と入力装置４とが接続されている。制御装置１には、ＣＡＤ装置３からワークの加工形状に対応した３次元の形状データが入力され、入力装置４から画像表示に関する各種データが入力される。表示制御部１４は、画像信号を生成し、表示装置２に出力する。

【0012】

制御装置１は、経路生成部１６によって回転工具の工具経路を生成し、ワーク表面を加工するための加工プログラムを作成する機能を有し、制御装置１で作成された加工プログラムは、ＮＣ装置(Numerical Control Unit)５に出力される。ＮＣ装置５は、この加工プログラムに基づいて工作機械を制御し、工作機械によりワーク表面が加工される。図２は、本実施形態に係るワーク加工面表示装置１００が適用される工作機械５０の一例を示す正面図であり、ここでは立形のマシニングセンタを示している。

【0013】

図２に示すように、ベッド５１上にはコラム５２が立設され、コラム５２には、直線送り機構を介して上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に主軸頭５３が支持されている。主軸頭５３には、主軸を介して下向きに工具５４が取り付けられている。工具５４は、ワーク６の表面６０を断続的に切削する切刃を有する回転工具であり、例えばボールエンドミルによって構成される。工具５４は、主軸頭５３内のスピンドルモータ５８により、Ｚ軸に平行な軸線Ｌ０を中心に回転駆動される。

【0014】

ベッド５１上には、直線送り機構を介して水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能にサドル５５が支持され、サドル５５上にはＹ軸方向と直交する水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能にテーブル５６が支持されている。Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用の各直線送り機構は、例えばボールねじとボールねじを回転駆動するサーボモータ５９とにより構成される。この構成により、工具５４とワーク６とが直交３軸方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に相対移動し、ワーク６が加工される。

【0015】

Ｘ軸用、Ｙ軸用およびＺ軸用のサーボモータ５９は、実際には互いに異なる位置に配置されるが、図２では便宜上、これらをまとめて１つのサーボモータ５９として示している。工作機械５０は、さらにＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸の回転送り軸を有していてもよい。ワーク６は、例えば表面の仕上げ精度が要求される成形用の金型である。なお、本実施形態に係るワーク加工面表示装置１００が適用される工作機械５０としては、例えば横形のマシニングセンタや５軸加工用のマシニングセンタ、マシニングセンタ以外の工作機械等、種々のものがある。

【0016】

図３は、ワーク表面６０の加工状態を示す工具５４の拡大図である。なお、図３では、Ｂ軸を傾けて工具５４の軸線Ｌ０をワーク表面６０に対して相対的に傾斜させ、軸線Ｌ０とワーク表面６０の垂線Ｌ１とのなす角を０°より大きな所定角度θ（例えば４５°）としている。図３に示すように、本実施形態で用いられる工具５４は、周面に所定枚数の螺旋状の切刃５４ａを有し、その先端部が円弧状を呈するボールエンドミルである。なお、以下では説明を簡単にするために、工具５４を、切刃５４ａの枚数が１枚である１枚刃ボールエンドミルと仮定する。工具先端部の球の中心５４ｂを基準とした工具先端部形状（球の半径等）は、予め把握されており、工具５４の位置は、中心５４ｂの座標によって特定できる。

【0017】

工具５４を回転させ、ワーク６に対して相対移動させながらワーク表面６０を加工すると、ワーク表面６０が切刃５４ａによって断続的に切削され、ワーク表面６０にカスプ６２（図４Ｂ参照）と称される削り残し部が生じる。

【0018】

図４Ａは、切削加工後のワーク表面形状の一例を示す平面図であり、図４Ｂは、図４Ａのｂ−ｂ線断面図である。図４Ａでは、ワーク表面６０をＸＹ平面で示しており、ＸＹ平面で例えば工具５４を矢印ＰＡに示すように加工点Ｐ０に沿って相対移動することにより、図４Ａのワーク表面形状が得られる。各加工点Ｐ０は、ワーク加工時における工具５４の基準点である中心５４ｂの目標位置を表す点、すなわち工具経路を生成する加工指令点であり、矢印ＰＡは工具経路に相当する。加工プログラムには、工具経路ＰＡに沿って順序付けられた加工点Ｐ０の位置データと、工具回転量のデータが含まれる。

【0019】

矢印ＰＡに沿った各加工点Ｐ０，Ｐ０間の距離ΔＰは、例えば１刃の送り量に相当し、加工点間で工具５４が１刃分だけ回転する。なお、加工点Ｐ０，Ｐ０間のＹ軸方向の距離ΔＹは、ピックフィード量に相当する。本実施形態では１枚刃ボールエンドミルを用いているため、加工点Ｐ０から次の加工点Ｐ０に至るまでに工具５４が１回転する。工具５４を回転させながら工具経路ＰＡに沿って相対移動させることで、ワーク表面６０が切刃５４ａによって削り取られ、ワーク表面６０には工具形状に対応して球面状の複数の窪み６１が形成される。

【0020】

図４Ａの送り量ΔＰは、窪み６１の直径Ｄよりも小さく、窪み６１同士は一部が重なり合っている。その結果、図４Ｂに示すように、隣り合う窪み６１と窪み６１の間に、凸状の削り残し部であるカスプ６２が生じる。なお、図４Ａにおいて、一の窪み６１とその周囲の窪み６１をそれぞれ６１ａ、６１ｂで表すと、窪み６１ａの周囲には、窪み６１ａと一部が重なるように均等に６個の窪み６１ｂが形成され、窪み６１ａと各窪み６１ｂの境界部に、それぞれ直線状の交線６３が生じる。したがって、加工後の窪み形状は、６つの交線６３で囲まれた平面視六角形状（実線）となる。

【0021】

図５は、ワーク表面６０に形成される窪み６１と加工点Ｐ０との位置関係を示す図である。図５において、球面状の窪み６１の中心点（隣り合うカスプ６２，６２の中間点）をＰ１、カスプ６２の発生を無視した設計上のワーク表面を６０ａとする。図５に示すように、窪み６１の中心点Ｐ１は、ワーク表面６０ａ上に位置し、加工点Ｐ０は、中心点Ｐ１から所定距離ΔＬ１だけ離れた位置に設定される。したがって、加工点Ｐ０を結んだ工具経路ＰＡは、ワーク表面６０ａから所定距離ΔＬ１だけ離れて生成される。ここで、ΔＬ１は、図３の工具５４の中心５４ｂから工具先端部の切刃５４ａの外周面までの距離、すなわち工具先端部の球の半径に相当する。なお、設計上のワーク表面６０ａと実際のワーク表面６０との間の最大距離はカスプ高さΔＬ２に相当する。

【0022】

図４Ａに示すように、ワーク表面６０（厳密には設計上のワーク表面６０ａ）の上方に加工点Ｐ０を均等に設定して工具経路ＰＡを生成するとともに、各加工点間で工具５４が１刃分だけ回転するように構成すれば、ワーク表面６０に複数の窪み６１を均一に配列することができる。しかしながら、加工領域が、互いに隣接する複数の加工領域（第１加工領域、第２加工領域）を含む場合、各加工領域では互いに独立して工具経路を生成するため、第１加工領域と第２加工領域の境界部に不完全形状の窪みが生成されるおそれがある。この問題点を、図６を参照して説明する。

【0023】

図６は、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２を含むワーク表面Ｗ１の平面図である。なお、加工領域とは、所定の工具経路に沿って加工される領域、すなわち加工パターンが一定の領域である。つまり、工具経路ＰＡは加工領域毎に設定され、異なる加工領域における工具経路ＰＡは互いに不連続である。図６に示すように、第１加工領域ＡＲ１および第２加工領域ＡＲ２には、図４Ａと同様、それぞれ複数の加工点Ｐ０が均等に設定されている。

【0024】

ここで、工具経路ＰＡ１に沿って第１加工領域ＡＲ１を加工した後、工具経路ＰＡ１から独立した工具経路ＰＡ２に沿って第２加工領域を加工したと仮定する。この場合、第１加工領域ＡＲ１の窪み６１の位置は、第２加工領域ＡＲ２の窪み６１の位置とは無関係である。このため、第１加工領域ＡＲ１と第２加工領域ＡＲ２の境界部ＡＲ３に不完全形状の窪み６１ｃが生じ、この不完全形状の窪み６１ｃにより、ワーク加工面に筋目模様等の加工痕が残るおそれがある。

【0025】

このような加工痕は、表面の加工品位が要求されるワーク６（例えば金型）にとって好ましくはない。ワーク表面６０に生じる加工痕を、ワーク加工前に予めユーザが把握することができれば、工具経路等の加工条件を設定し直すことにより、図６に示したような筋目模様の発生を回避することができる。そこで、本実施形態では、ワーク表面６０に生じる窪み６１の形状および位置を予測し、その予測結果を表示装置２に表示させる。これを実現するため、以下のように制御装置１を構成する。

【0026】

図１の加工点設定部１１は、ワーク表面形状を表す形状モデルを複数のメッシュに分割し、メッシュに応じて加工点Ｐ０を設定する。メッシュ作成のための条件は、予め入力装置４から入力され、メモリに記憶されている。加工点設定部１１は、このメッシュ作成条件を読み込むとともに、ＣＡＤ装置３から設計上のワーク表面６０ａの形状データを読み込む。そして、これらの入力データに基づいてワーク表面形状に沿ってメッシュを自動的に作成し、加工点Ｐ０を設定する。

【0027】

入力装置４は、キーボードやタッチパネル等により構成され、メッシュ作成条件として、メッシュの形状および寸法をユーザが入力可能となっている。なお、入力装置４からは、工具５４の種類、切刃５４ａの数、工具先端部の寸法（工具先端部の球の半径）、工具５４の送り速度および回転速度等の情報も入力される。入力装置４から入力された各種情報は、メモリに記憶される。

【0028】

メッシュ自動作成方法には種々のものがあり、一例を挙げるとドロニー（Delaunay）の三角分割が知られている。図７は、加工点設定部１１によって作成されたメッシュＭＳの一例を示す図である。この例では、ドロニーの三角分割を用いて、ワーク表面６０ａに沿って正三角形のメッシュＭＳが作成されている。メッシュＭＳの頂点は、表示装置２に表示される窪み６１の中心点Ｐ１（図５）に相当し、中心点Ｐ１、Ｐ１間の距離は、窪み６１の大きさに相当する。加工点設定部１１は、設計上のワーク表面６０ａをメッシュ分割した後、メッシュＭＳの各頂点Ｐ１から所定距離ΔＬ１（図５）だけ離れた位置に加工点Ｐ０を設定する。設定した加工点Ｐ０は、メモリに記憶される。

【0029】

なお、以下では、表示装置２に表示される窪みを窪み画像６１０と呼び、実際のワーク表面６０に形成される窪み６１と区別する場合がある。加工点設定部１１におけるメッシュ作成方法として、予めメッシュ作成の開始点をユーザが与え、この開始点から予め定められたパターンに従って順次メッシュＭＳを作成するようにしてもよい。加工点Ｐ０を自動で設定するのではなく、ユーザが入力装置４を介して手動で設定するようにしてもよい。すなわち、加工点設定部１１で設定する加工点Ｐ０は、自動、手動のいずれであってもよい。

【0030】

加工順序設定部１２は、加工点設定部１１で設定された加工点Ｐ０を順次接続して加工順序を設定する。この加工順序は工具経路ＰＡを表すものであり、例えば図６の工具経路ＰＡ１，ＰＡ２に示すように、それぞれの加工領域ＡＲ１，ＡＲ２に含まれる加工点Ｐ０を、一方向に沿って一端部から他端部まで順次接続した後、ピックフィード量分だけずらして反対方向に順次接続することを繰り返すことにより、自動的に設定される。設定した加工順序は、メモリに記憶される。なお、加工順序を自動で設定するのではなく、ユーザが入力装置４を介して手動で設定するようにしてもよい。すなわち、加工順序設定部１２で設定する加工順序は、自動、手動のいずれであってもよい。

【0031】

窪み特定部１３は、ＣＡＤ装置３から入力されたワーク６の形状データ、入力装置４から入力された工具５４の形状データ、およびメモリに記憶された工具経路ＰＡの情報（加工点Ｐ０と加工順序のデータ）に基づき、窪み６１の形状および位置を特定する。より詳細には、まず、工具５４の切刃５４ａの形状データ（円弧曲線）を取り出し、その曲線を工具経路ＰＡの情報に従って回転および送り移動させたときの移動軌跡を求める。なお、工具経路ＰＡの情報には、工具５４の姿勢、回転速度、送り速度等の情報も含まれる。

【0032】

図８Ａは、切刃５４ａの移動軌跡５４０の一例を示す図である。図８Ａでは、移動軌跡５４０が工具経路ＰＡに沿って螺旋状に進行している。一方、通常の切削加工では、工具５４の回転速度が送り速度に比べて十分に速く、加工点Ｐ０毎に工具５４が１刃分回転することで、図４Ａに示すように、加工後のワーク表面６０には球状の窪み６１が形成される。従って、図８Ｂに示すように、加工点Ｐ０（工具中心５４ｂ）を中心とした所定半径の球５４１を工具経路ＰＡに沿って連なって配置し、これにより移動軌跡５４０を近似することができる。

【0033】

移動軌跡５４０の曲面データを求めた後、窪み特定部１３は、ＣＡＤ装置３から読み込まれたワーク形状データによって得られるワーク形状モデルから、移動軌跡５４０の重なった部分を取り除き、加工後のワーク形状モデルを作成する。図９Ａ，図９Ｂは、加工後のワーク形状モデルＭ３の作成手順を説明する図であり、便宜上、加工前のワーク形状モデルＭ１を立方体で、切刃５４ａの移動軌跡５４０のモデルＭ２を半球で示している。

【0034】

図９Ａに示すように、加工前のワーク形状モデルＭ１には球５４１の形状モデルＭ２の一部が重なっている。窪み特定部１３は、ワーク形状モデルＭ１からこの重なった部分を取り除く。これにより図９Ｂに示すように、ワーク形状モデルＭ１に窪み６１が付加された加工後のワーク形状モデルＭ３を得ることができる。ワーク形状モデルＭ１から移動軌跡５４０のモデルＭ２を除去する演算は、例えばブーリアン演算を利用して行うことができる。なお、ブーリアン演算は、通常の三次元ＣＡＤ装置が有する機能であり、詳細な説明は省略する。

【0035】

以上の手順によって得られたワーク形状モデルＭ３には、窪み６１が形成されており、これによって窪み６１の形状および位置を特定できる。この場合、図８Ｂに示すように移動軌跡５４０を同一形状の球５４１の集合体によって近似すれば、各加工点Ｐ０の位置データと１種類の球５４１の形状データのみで、窪み６１の形状および位置を定義することができる。その結果、データ量が少なくて済み、ワーク形状モデルＭ３を短時間で取得することができる。これに対し、１つの窪み６１を何百もの点の位置データによって定義する場合、窪み６１の形状および位置をより正確に定義することはできるが、データ量が膨大となり、計算時間が長くなる。

【0036】

表示制御部１４は、ワーク形状モデルＭ３に対応した画像信号を生成する。そして、表示装置２に、窪み画像６１０を含むワーク加工面の画像（ワーク画像）を表示させる。例えば、通常の三次元ＣＡＤ装置の表示方法として知られるポリゴンパッチ（三角パッチ等）あるいはワイヤフレームにより、窪み画像６１０を三次元的に表示させる。

【0037】

図１０Ａは、ワーク画像７０の一例を示す図であり、図１０Ｂは、図１０Ａのｂ部拡大図である。なお、ワーク画像７０のどの位置を拡大するかは、入力装置４（例えばマウス）の操作によりユーザが適宜選択することができる。図１０Ａの画像と図１０Ｂの画像は、モニタ画面を複数に分割して同時に表示するようにしてもよく、ユーザの選択に応じていずれか一方のみを表示するようにしてもよい。ワーク画像７０における加工痕の表示は、予めユーザが設定した必要箇所についてのみ行うようにしてもよく、図１０Ａでは、ワーク表面の一部の加工痕を表示している。

【0038】

図１０Ｂでは、ワーク表面６０の凹凸を明示するため、窪み画像６１０に陰影を付している。例えば、ワーク表面６０に対して光源から光を照射したと仮定したときの、窪み画像６１０を構成する各要素（例えば三角パッチ）の光の反射率を求め、その反射率に応じて各要素の表示上の濃淡を変更している。これによりワーク表面６０の凹凸を明瞭に表示することができる。

【0039】

以上の処理は、予め制御装置１に格納されたワーク加工面表示プログラムを、制御装置１のＣＰＵに実行させることにより実現できる。図１１は、制御装置１で実行される処理（表示処理）の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばユーザが入力装置４を操作して加工面表示指令を入力すると開始される。

【0040】

ステップＳ１では、ＣＡＤ装置３からワーク形状データを読み込むとともに、予めメモリに記憶された各種データ（メッシュ作成条件、工具５４の形状データ、工具５４の姿勢、回転速度、送り速度等のデータ）を読み込む。

【0041】

ステップＳ２では、メッシュ作成条件に応じてワーク表面６０ａを複数のメッシュＭＳに分割する。そして、メッシュＭＳの各頂点をそれぞれ窪み画像６１０の中心点Ｐ１として、これら中心点Ｐ１に対応した加工点Ｐ０を演算し、メモリに記憶する。

【0042】

ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた各加工点Ｐ０を順次接続し、加工順序を設定する。加工順序は、工具経路ＰＡの情報の一部であり、ステップＳ３では、工具５４の姿勢、回転速度、送り速度等、予め記憶された他の工具経路ＰＡの情報とともに、加工順序をメモリに記憶する。

【0043】

ステップＳ４では、工具経路ＰＡの情報および予め記憶された工具５４の形状データに基づき、切刃５４ａの移動軌跡５４０を演算する。例えば、加工点Ｐ０を中心とした球５４１の集合体（図８Ｂ）が移動軌跡５４０であるとした場合、球５４１の形状データを演算する。

【0044】

ステップＳ５では、ＣＡＤ装置３によって得られた加工前のワーク形状モデルＭ１から、ステップＳ４の工具５４の移動軌跡５４０の重なった部分を取り除き、加工後のワーク形状モデルＭ３（図９Ｂ）を作成する。すなわち、ブーリアン演算の減算処理を実行してワーク形状モデルＭ３を作成する。このワーク形状モデルＭ３には、窪み６１が含まれるため、ワーク形状モデルＭ３を算出することで、窪み６１の形状および位置を特定できる。

【0045】

ステップＳ６では、ステップＳ５のワーク形状モデルＭ３に対応した画像信号を生成する。例えば三角パッチによりワーク画像７０を表示する場合、三角パッチの要素を生成する。この場合、ワーク形状モデルＭ３によって得られたワーク表面の凹凸に応じて、各要素の濃淡の程度を決定する。

【0046】

ステップＳ７では、ステップＳ６の画像信号に基づき表示装置２に制御信号を出力し、表示装置２にワーク形状モデルＭ３に対応したワーク画像７０（図１０Ａ，図１０Ｂ）を表示させる。このワーク画像７０は、実際の加工痕と同様、窪み（窪み画像６１０）を含む。このため、ユーザは、ワーク加工によって生じる加工痕を予め容易に把握することができる。

【0047】

第１の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ＣＡＤ装置３から得られたワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡５４０の形状モデルＭ２を削り取ることにより、切刃５４ａがワーク表面６０を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を特定した。そして、この窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、その特定した位置に対応付けて表示装置２に表示させるようにした。これにより実際にワーク６を加工することなく、ワーク加工後の表面模様を予めユーザが把握することが可能となり、ワーク加工面の加工痕を考慮した最適な工具経路ＰＡを、制御装置１が有する経路生成部１６によって設定することができる。
（２）窪み画像６１０によって表される窪み形状は三次元形状（例えば球面状）であり、実際のワーク表面の加工痕の形状を良好に反映している。このため、ワーク加工後の表面模様を、ユーザは正しく把握することができる。
（３）ワーク画像７０上の窪み形状を互いに同一形状（例えば球面状）とすれば、各窪み６１の位置を特定する加工点Ｐ０毎の１点の位置データを用いて、窪み画像６１０を生成することができ、データ量が少なくて済む。
（４）ブーリアン演算により加工前のワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡５４０のモデルＭ２を取り除いて、加工後のワーク形状モデルＭ３を作成するようにした。したがって、一般的なグラフィックスの技法を用いて窪み６１の形状および位置を容易に特定することができる。
（５）工具経路ＰＡに応じて、ワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡のモデルＭ２を順次取り除いてワーク形状モデルＭ３を作成するようにした。したがって、加工点Ｐ０が同一であっても工具経路ＰＡが異なる場合に、その工具経路ＰＡに応じた加工痕を精度よく表示することができる。
−第２の実施形態−
図１２を参照して本発明によるワーク加工面表示装置の第２の実施形態を説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係るワーク加工面表示装置１００の概略構成を示す図である。なお、図１と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施形態との相違点を主に説明する。

【0048】

第１の実施形態（図１）では、制御装置１に加工点設定部１１と加工順序設定部１２とを設け、制御装置１で工具経路ＰＡを含む加工プログラムを生成してＮＣ装置５に出力するようにした。これに対し、第２の実施形態では、予め図示しない工具経路生成装置で工具経路を生成し、この工具経路生成装置からＮＣ装置５に出力された工具経路ＰＡの情報を、制御装置１が取り込むように構成する。

【0049】

従って、図１２に示すように、第２の実施形態に係る制御装置１には、加工点設定部１１と加工順序設定部１２とが設けられておらず、その代わりに工具経路読込部１５が設けられている。工具経路読込部１５は、ＮＣ装置５から工具経路ＰＡの情報を読み込み、メモリに記憶する。

【0050】

窪み特定部１３は、第１の実施形態と同様、ＣＡＤ装置３から入力されたワーク６の形状データ、入力装置４から入力された工具５４の形状データ、およびメモリに記憶された工具経路ＰＡの情報に基づき、ワーク形状モデルＭ３を作成し、窪み６１の形状および位置を特定する。表示制御部１４は、第１の実施形態と同様、ワーク形状モデルＭ３に対応した画像信号を生成し、表示装置２に、窪み画像６１０を含むワーク加工面の画像（図１０Ａ，図１０Ｂのワーク画像７０）を表示させる。これによりワーク加工後の加工痕である表面模様を予めユーザが予測することができ、工具経路ＰＡを修正すべきか否かの判断が可能となる。とくに、第２の実施形態では、実際の加工用の工具経路ＰＡを取り込み、この工具経路ＰＡに基づいてワーク画像７０を形成するので、ワーク画像７０が実際の加工痕に良好に対応する。

【0051】

第２の実施形態では、ＮＣ装置５から工具経路ＰＡを読み込む。このため、図１１のステップＳ２、ステップＳ３の処理は不要である。なお、これ以外の処理は、図１１と同様である。

【0052】

上記実施形態では、第１の工程として、加工前のワーク形状モデルＭ１から切刃５４ａの移動軌跡５４０のモデルＭ２を取り除いて加工後のワーク形状モデルＭ３を作成することで、窪み６１の形状および位置を特定するようにした。このようにワーク加工前に、切刃５４ａがワーク加工面６０を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を特定するのであれば、窪み特定部１３の構成は上述したものに限らない。また、切刃５４ａがワーク加工面を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を予測するのであれば、ワーク加工面表示方法としての第１の工程は、いかなるものでもよい。例えば制御装置１以外で窪み６１の形状、位置を予測し、この予測結果を制御装置１に取り込むようにしてもよい。

【0053】

上記実施形態では、第２の工程として、ワーク形状モデルＭ３によって特定した窪み６１の形状および位置に対応する画像信号を生成し、表示装置２に窪み画像６１０を含むワーク画像７０を表示させるようにした。このように窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、窪み特定部１３で特定された位置に表示するように表示装置２を制御するのであれば、表示制御部１４の構成は上述したものに限らない。第１の工程で予測した窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、その予測した位置に対応付けて表示させるのであれば、ワーク加工面表示方法としての第２の工程は、いかなるものでもよい。

【0054】

ワーク加工前に、切刃５４ａがワーク加工面６０を削り取ることによって生じる窪み６１の形状および位置を特定する第１の手順と、第１の手順で特定された窪み６１の形状を表す窪み画像６１０を、その特定された位置に表示するように表示装置２を制御する第２の手順とを、コンピュータとしての制御装置１に実行させるのであれば、ワーク加工面表示プログラムの構成は上述したものに限らない。したがって、制御装置１における処理も図１１に示したものに限らない。ワーク加工面表示プログラムは、種々の記憶媒体や通信回線等を介して制御装置１に格納することができる。

【0055】

上記実施形態では、ボールエンドミルを工具５４として用いたが、その代わりにブルノーズエンドミル（ラジアスエンドミル）を用いてもよい。ブルノーズエンドミルを用いた場合には、窪み６１を球面状ではなく、トーラス形状に近似できる。したがって、ワーク表面の加工痕は、例えば平面視で横長の六角形となり、これに合わせて窪み画像６１０の形状を設定すればよい。すなわち、上記実施形態では、窪み画像６１０を球面で近似したが、楕円球面等、他の曲面で近似してもよい。

【0056】

ワーク形状モデルＭ３の窪み６１を、一例として全て同一形状の球面状としたが、球面状および楕円球面状等、窪み６１の形状を複数設定し、窪み６１の位置に応じていずれかの形状の窪みを設定するようにしてもよい。ワーク表面６０の凹凸が明示されるように、窪み画像６１０をポリゴンパッチ等により三次元的に表示したが、単なる六角形状として二次元的に表示するようにしてもよい。回転工具５４として、砥石等、切刃を有する他の回転工具を用いた場合にも、本発明は同様に適用可能である。

【0057】

表示装置２と、窪み特定部１３と、表示制御部１４と、経路生成部１６とを有する工具経路生成装置の構成は上述したものに限らない。表示装置２は、本実施形態のようにワーク表面加工装置１００やワーク表面加工装置１００に経路生成部を加えた工具経路生成装置に備わっている形態に限らず、ＮＣ装置５の表示装置と兼用してもよく、また、工作機械５０の操作盤の表示装置と兼用してもよい。

【0058】

本発明によれば、ワーク加工前に、切刃がワーク加工面を削り取ることによって生じる窪みの形状および位置を予測し、窪みの形状を表す窪み画像をその予測した位置に対応付けて表示させるようにした。したがって、ワーク加工後の窪みによって表される表面模様（加工痕）を、予めユーザは容易に把握することができる。

【符号の説明】

【0059】

１ 制御装置
２ 表示装置
３ ＣＡＤ装置
４ 入力装置
５ ＮＣ装置
１３ 窪み特定部
１４ 表示制御部
１６ 経路生成部
５４ 工具
５４ａ 切刃
６０ ワーク表面
６１ 窪み
６１０ 窪み画像
１００ ワーク加工面表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】