特許 6469209 工具経路生成方法及び工具経路生成装置

(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】6469209

(24)【登録日】2019年1月25日

(45)【発行日】2019年2月13日

(54)【発明の名称】工具経路生成方法及び工具経路生成装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/4093 20060101AFI20190204BHJP

   B23C 3/12 20060101ALN20190204BHJP

【ＦＩ】

   G05B19/4093 J

   !B23C3/12 C

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-505888(P2017-505888)

(86)(22)【出願日】2015年3月13日

(86)【国際出願番号】JP2015057590

(87)【国際公開番号】WO2016147274

(87)【国際公開日】20160922

【審査請求日】2017年6月14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】100153084

【弁理士】

【氏名又は名称】大橋 康史

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(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】増宮 泰徳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恭平

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大貴

【審査官】 松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０５８３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７７５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０８５９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７１１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５２８９６４４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特公平０１−０３２０１０（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １９／１８−１９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２−１９／４６

Ｂ２３Ｑ １５／００−１５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転工具（８１）とワーク（１）とを相対的に回転移動させると同時に直線移動させて該ワーク（１）に加工した凹部と前記ワーク（１）の外周面とが交差する角部（６９）を加工する工具経路を生成する工具経路生成方法において、
前記凹部を加工したときの回転工具（８１）の回転軸線（８１ａ）上の点の移動方向である仮想進行方向（１０１）を演算する段階と、
前記回転工具（８１）の回転軸線（８１ａ）上の点から前記仮想進行方向（１０１）に垂直な方向に延ばした線（１０２）と前記回転工具（８１）の外周面との交点を連ねた曲線である接触線（８１ｂ）を求め、該接触線（８１ｂ）と前記ワーク（１）の形状データとの交点から、角部（６９）の位置を演算する段階と、
前記演算した角部（６９）の位置に沿って加工する工具（８３）の工具経路を生成する段階と、
を含むことを特徴とした工具経路生成方法。

【請求項2】

前記角部（６９）の位置に沿って加工する工具経路を生成する段階において、前記演算された仮想進行方向（１０１）と前記角部（６９）の位置とから、前記角部（６９）からオフセットした経路を求め、該オフセットした経路を前記角部（６９）を加工する工具経路にする請求項１に記載の工具経路生成方法。

【請求項3】

前記角部（６９）の位置に沿って加工する工具経路は、前記角部（６９）に直線状又は曲線状の面取り加工を施す工具（８３）の経路である請求項１に記載の工具経路生成方法。

【請求項4】

前記ワーク（１）は、円筒カム、円錐カム、及びローラギアカムのいずれかであり、前記凹部は、カム溝（６６）であり、前記回転工具（８１）の工具経路は、前記カム溝（６６）に係合するカムフォロアの中心軸の軌跡である請求項１に記載の工具経路生成方法。

【請求項5】

回転工具（８１）とワーク（１）とを相対的に回転移動させると同時に直線移動させて該ワーク（１）に加工した凹部と前記ワーク（１）の外周面とが交差する角部（６９）を加工する工具経路を生成する工具経路生成装置において、
前記凹部を加工したときの前記回転工具（８１）の工具経路と、前記ワーク（１）の形状データとを読み取る形状データ読取部と、
前記凹部を加工したときの前記回転工具（８１）の回転軸線（８１ａ）上の点の移動方向である仮想進行方向（１０１）を演算し、前記回転工具（８１）の回転軸線（８１ａ）上の点から前記仮想進行方向（１０１）に垂直な方向に延ばした線（１０２）と前記回転工具（８１）の外周面との交点を連ねた曲線である接触線（８１ｂ）を求め、該接触線（８１ｂ）と前記ワーク（１）の形状データとの交点から、前記角部（６９）の位置を求め、前記求めた角部（６９）の位置に沿って加工する工具（８３）の工具経路を生成する経路設定部と、
を具備することを特徴とした工具経路生成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具経路生成方法及び工具経路生成装置に関するものであり、詳しくは、三次元曲線に沿って延び、かつ各位置で開口方向が変化する溝の凹部の開口端縁に面取り加工を施すための工具経路生成方法及び工具経路生成装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば円筒カムのような立体カムの外周面とそこに形成されたカム溝の側面とが交差する角部に面取り加工を施す場合、カム溝の左右両側の面取り部を同時に加工する方法と、片側ずつ加工する方法が知られている。前者としては、カム溝の幅に等しい外形の刃部とその刃部から円錐状に拡径する面取り刃部とを有する専用の工具を使ってカム溝と面取り部を同時に加工する方法、及び、例えば特許文献１に示されるように、カム溝の幅から円錐状に拡径する面取り刃部を有する専用の工具を使って、カム溝の加工後に面取り加工を行う方法が知られている。片側ずつ加工するやり方として、例えば特許文献２に記載された方法が知られており、そこでは、溝よりも細い外径の円錐状の工具を使って、溝の加工後に面取り加工が行われる。

【0003】

カム溝の面取り加工は、工作機械を用いることなく、ヤスリを使って手作業によって行われることもある。これによると、面取り加工のための専用の工具あるいはＮＣプログラムを準備する必要がない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公平１−３２０１０号公報

【特許文献2】特許第５２８９６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

カム溝の開口端縁にヤスリを使って手作業で面取り部を加工する場合、面取り部の寸法精度を高めることができないという問題がある。但し、工作機械を用いて加工する場合であっても、立体カムのカム溝の凹部に関しては面取り部の寸法が場所によって変化するという問題が生じる。

【0006】

例えば円筒カムのカム溝として３次元曲線として延びる角部、つまりカム溝の開口端縁に、工作機械を使って特許文献１に示されるような円錐状の面取り刃部を有する工具で加工を施したとき、加工により得られた面取り部の寸法はカム溝の場所によって変化する。これは加工精度の問題ではなく原理的に生じるものである。カム溝が、ねじのみぞのように一定のピッチ角（カムの円筒の縦軸線とその曲線とのなす角度）で延びる場合、カム溝に形成される面取り部の寸法は、カム溝の端部を除けば均一となる。ただし、実際のカム溝は、ピッチ角が変化する螺旋状の曲線に基づいて形成されることが多く、その場合のカム溝の面取り部の寸法はピッチ角の変化に応じて変化する。これは、円筒２００の表面に溝ではなく単純な円形穴を形成し、それに対して円錐状の工具（図示せず）を使って面取り部を形成した場合を示す図１２において、面取り部に比較的大きなＣ_１部と比較的小さなＣ_２部が生じることからも類推できるかもしれない。なお、従来、実際の円筒カムのカム溝の面取り部寸法は、工作機械で加工したにもかかわらず、最大値が最小値の２倍を超えることがしばしばあった。

【0007】

このように、カム溝の面取り部の寸法が不均一であることは、特に小型の精密機器等においては、機器の小型化を阻害する要因の一つとなっていた。また、カムを製造して他の機器製造者に供給するカム製造者にとっては、寸法の不均一な面取り部は、たとえそれが機能上は問題無いとしても、カムの商品価値を落としていると理解されている。

【0008】

また、工作機械で面取り加工を行うため、面取り加工の工具経路を生成する場合には、どこが面取りを必要としている角部であるかを自動的に特定することは容易ではなかった。仮に、面取り加工をする角部の位置を特定することができたとしても、面取り加工用の工具を角部のどちらの方向にオフセットさせた工具経路で動かせばよいかを求めることが容易にはできなかった。

【0009】

本願発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、三次元曲線に沿って延び、かつ各位置で開口方向が変化する溝の凹部の開口端縁に対して、均一な寸法で面取り加工を施すことのできる工具経路生成方法及び工具経路生成装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前述の目的を達成するために、本発明よれば、ワークに加工した凹部と前記ワークの外周面とが交差する角部を加工する工具経路を生成する工具経路生成方法において、前記凹部を加工したときの回転工具の回転軸線上の点の移動方向である仮想進行方向を演算する段階と、前記仮想進行方向とワークの形状データとから、角部の位置を演算する段階と、前記演算した角部の位置に沿って加工する工具経路を生成する段階と、を含む工具経路生成方法が提供される。

【0011】

本発明では、前記角部の位置に沿って加工する工具経路を生成する段階において、前記演算された仮想進行方向と前記角部の位置とから、前記角部からオフセットした経路を求め、該オフセットした経路を前記角部を加工する工具経路にしてよい。

【0012】

本発明では、前記角部の位置に沿って加工する工具経路は、前記角部に直線状又は曲線状の面取り加工を施す工具の経路であってよい。

【0013】

本発明では、前記ワークは、円筒カム、円錐カム、及びローラギアカムであり、前記凹部は、カム溝であり、前記回転工具の工具経路は、前記カム溝に係合するカムフォロアの中心軸の軌跡であってよい。

【0014】

さらに、本発明によれば、ワークに加工した凹部と前記ワークの外周面とが交差する角部を加工する工具経路を生成する工具経路生成方法において、前記凹部を加工したときの回転工具の工具経路と、前記ワークの形状データとを読み取る形状データ読取部と、前記凹部を加工したときの回転工具の工具経路と前記ワークの形状データとから前記角部の位置を求め、前記求めた角部の位置に沿って加工する工具経路を生成する経路設定部と、を具備する工具経路生成装置も提供される。

【発明の効果】

【0015】

本発明の工具経路生成方法によると、溝加工のために用いられた、溝加工用の回転工具の中心軌跡に基づいて、面取り加工を施すべき角部の位置が正確に求められるので、溝が開口方向を変化させながら三次元曲線に沿って延びるものであっても、均一な面取り部を形成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本願発明の実施形態による工具経路生成方法で用いられる工作機械の概略的側面図である。

【図2】前記工具経路生成方法が適用される、カム溝を有するワークの正面図であって、溝を加工した溝加工用工具も示されるワークの正面図である。

【図3】ワークに対してカム溝の加工を行ったときの溝加工用工具の中心軸の軌跡を説明する図である。

【図4】前記工具経路生成方法を段階的に示すフローチャートである。

【図5】ワークに加工されたカム溝と面取り工具との関係を示すワークの概略的横断面図である。

【図6】溝加工用工具の仮想進行方向を説明する、ワーク及び溝加工用工具の概略的断面図である。

【図7】溝加工用工具の仮想進行方向を説明する、ワークのカム溝及び溝加工用工具を示す概略図である。

【図8】溝加工用工具の仮想進行方向を説明する、溝加工用工具の概略的斜視図である。

【図9】カムフォロアの仮想進行方向とカム溝の側面形状との関係を示す模式図である。

【図10】二分法の原理を説明するワークの斜視図である。

【図11】本発明の実施形態による工具経路生成装置と、それに関連する装置の構成を示す図である。

【図12】従来技術によって不均一な面取り部が形成された円形穴を有する円筒の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態による工具経路生成方法を説明する。
本発明は、様々な工作機械を利用して実施できるが、本実施形態の説明においては、主軸が水平方向に延びる４軸制御の横形マシニングセンタが利用される。また、本実施形態の説明においては、被加工物であるワークは、円筒カムへ加工されるべき円柱状のものである。本実施形態では、ワークには既にカム溝が加工されていて、そのカム溝の開口端縁に面取り加工が施される。面取り加工用の工具経路は、カム溝を加工するときの工具経路がわかっていれば求まるため、カム溝を加工する前に面取り加工用の工具経路を求めておき、カム溝の加工に続けて面取り加工を同一段取りで行ってもよい。

【0018】

図１に示される横形マシニングセンタである工作機械１０は、工場等の床面に設置されるベッド１２と、ベッド１２上に固定されたＺ軸ガイドレール２８、Ｚ軸ガイドレール２８上でＺ軸方向に摺動可能に配置されたテーブル１４、テーブル１４の上面に配置されてＢ軸方向に回転可能なロータリテーブル４２、ロータリテーブル４２の上面に固定されたワーク用の保持部材４０を具備する。また、工作機械１０は、ベッド１２上に固定されたＸ軸ガイドレール３６、Ｘ軸ガイドレール３６上にＸ軸方向に摺動可能に配置されたコラム１６、コラム１６の図１の左側の側面に固定されたＹ軸ガイドレール３４、Ｙ軸ガイドレール３４上にＹ軸方向に摺動可能に配置された主軸ヘッド１８、前記主軸ヘッド１８によって回転自在に支持された主軸２０、及び主軸２０に固定された回転工具である溝加工用工具８１を具備している。

【0019】

工作機械１０は、互いに直交する直線送り軸としてＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸と、Ｙ軸回りの回転送り軸としてＢ軸を有する。工作機械１０は、それぞれの軸に関する移動装置、即ち、Ｘ軸移動装置、Ｙ軸移動装置、Ｚ軸移動装置、及びＢ軸移動装置、ならびにそれら移動装置を制御する制御装置５５を具備する。

【0020】

Ｚ軸移動装置は、ベッド１２の内部に配置されたＺ軸送りネジ２４と、Ｚ軸送りネジ２４に螺合するとともにテーブル１４にも連結されたナット２６と、Ｚ軸送りネジ２４の一端に連結されたＺ軸サーボモータ２５とを具備して、Ｚ軸サーボモータ２５を回転駆動することによりテーブル１４がＺ軸ガイドレール２８に沿って移動するように構成されている。

【0021】

Ｘ軸移動装置は、ベッド１２の内部に配置されたＸ軸送りネジと、Ｘ軸送りネジに螺合するとともにコラム１６に連結されたナット３７と、Ｘ軸送りネジの一端に連結されたＸ軸サーボモータ３８とを具備して、Ｘ軸サーボモータ３８を回転駆動することによりコラム１６がＸ軸ガイドレール３６に沿って移動するように構成されている。

【0022】

Ｙ軸移動装置は、コラム１６の内部に配置されたＹ軸送りネジ３２と、Ｙ軸送りネジ３２に螺合するとともに主軸ヘッド１８に連結されたナット３０と、Ｙ軸送りネジ３２の上端に連結されたＹ軸サーボモータ３１とを具備して、Ｙ軸サーボモータ３１を回転駆動することにより主軸ヘッド１８がＹ軸ガイドレール３４に沿って移動するように構成されている。

【0023】

Ｂ軸移動装置は、ワーク１を回転させるためのＢ軸サーボモータ４３を具備している。Ｂ軸サーボモータ４３が駆動することにより、ワーク１がＢ軸方向に回転する。

【0024】

図２に、本実施形態におけるワーク１の概略平面図を示す。図２におけるワーク１は、円筒カム用のワーク１あって、カム溝６６が既に加工されている。カム溝６６は、よく知られているように、回転可能に支持された円柱状のカムフォロア８０（図２には図示せず）が挿入される。カム溝６６は、側面６６ａ、６６ｂと底面とを有する横断面形状が四角形状のものであって、一定の幅と深さで、ワーク１の外周面をつる巻線状に延びているが、そのピッチ角は一定ではない。図２には、カム溝６６を加工するのに用いられた、カム溝６６の幅に等しい外径を有する回転工具である溝加工用工具８１、及びワーク１の外周面とカム溝の側面６６ａ、６６ｂとが交わる角部６８も示されている。

【0025】

カム溝６６の加工は、カム線図に基づいて得られたカムフォロアの先端部における中心軸の軌跡（以下、「カムフォロア中心軌跡」と呼ぶ）をたどるように溝加工用工具８１をワーク１に対して相対的に移動させることにより行われた。本実施形態においては、主軸２０がＹ軸方向に移動される間にワーク１がＢ軸方向に回転された。溝加工用工具８１に対してワーク１を矢印９２に示すようにＹ軸方向に相対的に移動させながら、矢印９１に示すようにワーク１をその中心軸１ａの周りに回転させることによりカム溝６６が形成された。

【0026】

図３に、溝加工用工具８１の中心軸８１ａの軌跡を説明する概略図を示す。図３に示す例では、溝加工用工具８１の中心軸８１ａが、ワーク１の半径方向と平行になるように溝加工用工具８１を配置する。すなわち、中心軸８１ａの延長上にワーク１の中心軸１ａが配置される。

【0027】

溝加工用工具８１は、矢印９８に示すように中心軸８１ａの周りに自転している。溝加工用工具８１は、一方の端部がワーク１の内部に挿入される。図３における展開図７１は、ワーク１の周方向の表面を、矢印９６に示すように展開した図である。ワーク１の周方向の表面において、中心軸８１ａが通る軌跡７１ａが示されている。また、溝加工用工具８１は、先端における中心軸８１ａ上の点、すなわち工具先端点を有する。図３における展開図７２は、工具先端点を通るワーク１の円周方向の面を矢印９７に示すように展開した図である。展開図７２には、工具先端点の軌跡７２ａが示されている。

【0028】

ワーク１の表面における工具中心軸８１ａ上の点の軌跡７１ａと、工具先端点の軌跡７２ａとを比較すると、軌跡の形状が互いに異なることが分かる。溝加工用工具８１に対してワーク１が回転する時の回転半径が互いに異なるために、それぞれの点の軌跡が異なる。このために、ワーク１に対する溝加工用工具８１の相対的な進行方向が溝部６６の深さ方向で異なる。

【0029】

このような溝加工用工具８１の中心軸８１ａの軌跡は、カムフォロア中心軌跡に一致する。より正確には、本明細書におけるカムフォロア中心軌跡はカムフォロアの先端部における中心軌跡なので、溝加工用工具８１の中心軸８１ａ上の工具先端点の軌跡７２ａはカムフォロア中心軌跡に一致すると言える。

【0030】

円柱状のワーク１に形成されたカム溝６６に対して、図４のフローチャートに段階的に示される方法にしたがって面取り部が形成される。この方法は、例えば図１１に示される工具経路生成装置を使用して実行される。また、工具としては、カム溝６６の幅よりも相当に小さな外径の円錐状の刃部を有する回転工具である面取り工具８３が用いられる。

【0031】

最初にステップＳ１０において、カム溝６６の加工に利用されたカムフォロア中心軌跡、カム溝６６の幅Ｗ、面取り工具オフセット量Ｓ、ワーク１の外形、及び工作機械１０の軸構成等の主に形状データから成る数値データが面取り工具経路生成装置等へ入力される。

【0032】

面取り工具オフセット量Ｓは、図５の横方向オフセット量Ｓａ及び深さ方向即ち縦方向オフセット量Ｓｂから構成さる。横方向オフセット量Ｓａは、カム溝６６の側面と、カム溝６６の中心側に位置する面取り工具８３の中心軸８３ａとの間の距離を表している。縦方向オフセット量Ｓｂは、ワーク１の外周面とカム溝の側面との交点６９（以下、「角点」と呼ぶ）から面取り工具８３の先端までの図５の縦方向の距離を表す。面取り工具オフセット量Ｓは、所望の面取り部の大きさに応じて設定される。

【0033】

本実施形態におけるワーク１は円筒カム用のワーク１であるので、その外形は円柱状であり、したがってワーク１の外形として、円柱の半径と全長が入力される。また、必要に応じて、ワーク１の端部に形成された面取り部（図示せず）等の寸法も入力される。

【0034】

工作機械１０の軸構成は、本実施形態では４軸制御のものとして入力される。

【0035】

ところで、カム溝６６の加工には、カムフォロア中心軌跡、カム溝６６の幅Ｗ、ワーク１の外形、及び工作機械１０の軸構成はデータとして必要であるので、通常は、それらデータは、面取り加工時には既にＣＡＤ装置５１等に既に入力されているであろう。したがって、通常は、既に入力されているそれらデータがＣＡＤ装置５１から工具経路生成装置７５へ供給されるようにシステムを構成すればよい。

【0036】

次のステップＳ２０で、仮想進行方向を計算する。
ここで、仮想進行方向について図６〜図８を参照して説明する。図６は、仮想進行方向を説明するためのワーク１及び溝加工用工具８１の概略断面図である。仮想進行方向は、ワーク１が停止していたと仮定したときのワーク１に対する溝加工用工具８１の中心軸の進行方向である。仮想進行方向としては、溝加工用工具８１のそれぞれの高さにおける複数の点の進行する方向を採用することができる。図６に示す例では、溝加工用工具８１の位置を変更せずに、ワーク１を矢印９１に示す向きに回転させている。このときに、ワーク１が停止していると仮定すると、相対的に工具先端点８１ｃの仮想進行方向は矢印１０１に示す方向になる。仮想進行方向は、例えばＸＹＺ軸における単位長さのベクトルにより設定することができる。

【0037】

図７に、ワーク１のカム溝６６とそれを加工した溝加工用工具８１を示す概略平面図を示す。図７に示す例では、ワーク１を回転させずに溝加工用工具８１を移動させている。溝加工用工具８１の所定の高さの点における仮想進行方向が矢印１０１で示されている。このように、仮想進行方向は、カム溝６６の幅と同一の直径を有する溝加工用工具８１がカム溝６６の延びる方向に沿って進行するときの方向を示す。そして、そのような溝加工用工具８１の仮想進行方向は、カムが停止していたと仮定したときのカムに対するカムフォロア８０の仮想進行方向に等しい。そして、溝加工用工具８１の仮想進行方向あるいはカムフォロア８０の仮想進行方向は、カムフォロア中心軌跡から求めることができる。

【0038】

図８は、回転するワーク１（図示せず）に対して溝加工用工具８１を移動させたときのその工具の仮想進行方向を説明する概略斜視図である。図８において、３本の矢印１０１が溝加工用工具８１の高さ方向の３点における仮想進行方向を示している。図８の仮想進行方向は、図６に示したワーク１の回転による仮想進行方向と、図７で示した溝加工用工具８１による仮想進行方向とを合成した方向になる。仮想進行方向は、図８からわかるように、溝加工用工具８１の高さ方向、即ち円柱状のワーク１の半径方向で変化する。これは、回転するワーク１の周速度が、その外周面における最大値からワーク１の回転中心に向かうにつれて低下することに起因している。

【0039】

図８における矢印１０２は、仮想進行方向に垂直な方向を示している。矢印１０２と溝加工用工具８１の外周面との交点を重ねた曲線が接触線８１ｂになる。ここで言う、溝加工用工具８１の外周面とは、制御装置に記憶された工具径のデータと径が等しい円筒面のことで、工具の切れ刃が回転することによって描く仮想的な円筒面のことである。工作機械の制御装置には、工具データとして工具径は工具長のデータが記憶されており、ここではこのデータを使用する。溝加工用工具８１のこの接触線８１ｂは、カム溝の側面６６ａ、６６ｂ（図示せず）を形成した部分である。さらに、接触線８１ｂは、ワーク１を加工したときに最終的なワーク１の加工面を生成した部分に相当するとも言える。ワーク１の回転を伴わずに溝加工用工具８１だけを直線的に動かした加工では、接触線８１ｂと溝加工用工具８１の中心軸８１ａとはお互いに平行になるが、本実施形態のように、ワーク１の回転と溝加工用工具８１の移動とが同時に行われる加工においては、接触線８１ｂは、溝加工用工具８１の中心軸８１ａとはお互いに平行にならないという特性を有する。なお、図８に示す例のように、ワークが回転し、工具が直線移動するような場合には接触線８１ｂは曲線であるが、ワークが回転せず、工具が直線移動だけをするような場合には接触線８１ｂが直線になる。

【0040】

本実施形態では、溝加工用工具８１はカム溝６６の幅に等しい外径を有するので、そのような工具の仮想進行方向は、カムフォロア８０の仮想進行方向に一致する。このため、以下の説明では、溝加工用工具８１の仮想進行方向に替えてカムフォロアの仮想進行方向あるいは単に仮想進行方向という用語を用いる。

【0041】

ステップＳ３０において、ステップＳ２０で計算した仮想進行方向からカム溝６６の側面形状を計算する。ここで、カム溝６６の側面形状は、関数Ｃｐ（ｔ、ｚ）として定義される三次元の曲面である。関数Ｃｐ（ｔ、ｚ）は、カムフォロア８０が、カムフォロア中心軌跡の始点から、１秒あたり１ブロックだけ前記中心軌跡上を進むとき、開始からｔ秒の時点でカムフォロア８０がカム溝６６の側面に接している箇所のうち、カムフォロアの最下部からのＺ軸方向の距離がｚとなる点を表す。

【0042】

図９には、カムフォロア中心軌跡に沿って移動したカムフォロアの時刻ｔ_１、ｔ_２，ｔ_３、及びｔ_４における位置が模式的に示されている。この図からは、図８にも示されていた、仮想進行方向を示す矢印１０１の方向に垂直な方向のベクトルを表す矢印１０２とカムフォロアの外周面との交点を連ねた接触線８０ｂによってカム溝６６の側面形状が形成されることが示される。これにより、仮想進行方向に基づいてカム溝６６の側面形状を求めることができることが理解されよう。

【0043】

ただし、カム溝６６の側面形状が求められたとしても、その中に含まれる角点６９の位置、即ちカム溝６６の側面形状が円柱状のワーク１の外周面と交差する位置は、ステップＳ３０までの段階では特定されていない。このため、ステップＳ４０で、二分法を使って、カム溝６６の側面形状に含まれる角点６９の位置を決定する。

【0044】

まずワーク１の円柱形状を関数Ｂとして次のように定義する。つまり、図１０に示されるように、点ｐが前記円柱の内部にあるとき、Ｂ（ｐ）は負数となり、点ｐが前記円柱の表面に接しているとき、Ｂ（ｐ）は０となり、点ｐが前記円柱の外部にあるとき、Ｂ（ｐ）は正数となる。

【0045】

先のステップＳ３０において求めたカム溝の側面形状の曲面に対して、ｔ方向及びｚ方向の分割数をそれぞれＮＴ、ＮＺとし、ｔ方向及びｚ方向の最大値をそれぞれＭＴ、ＭＺとしたとき、０≦ｉ≦ＮＴ、０≦ｊ≦ＮＺの範囲で以下の処理、即ち：
Ｂ（Ｃｐ（ｉ／ＮＴ＊ＭＴ，ｊ／ＮＺ＊ＭＺ））とＢ（Ｃｐ（ｉ／ＮＴ＊ＭＴ，（ｊ＋１）／ＮＺ＊ＭＺ））の符号が異なるとき、二分法によって関数Ｂが０となる点を見つけて、角点６９として追加する処理；及び
Ｂ（Ｃｐ（ｉ／ＮＴ＊ＭＴ，ｊ／ＮＺ＊ＭＺ））とＢ（Ｃｐ（ｉ＋１）／ＮＴ＊ＭＴ，ｊ／ＮＺ＊ＭＺ））の符号が異なるとき、二分法によって関数Ｂが０となる点を見つけて、角点６９として追加する処理；を繰り返す。

【0046】

ステップＳ４０における前述の処理によって、多数の角点６９の位置が特定されたので、ステップＳ５０では、前記多数の角点６９を接続して角部６８を生成する。この処理は、例えば二次元のマーチングキューブ法を使って行うことができる。

【0047】

次に、ステップＳ６０で、面取り工具８３の工具経路を求める。このため、前のステップで得られた角部６８の位置から面取り工具８３の中心軸８３ａの位置及び先端点の位置をオフセットする。より詳しくは、（１）機械座標のＸＹ平面上で、カムフォロア中心軌跡の方へ、別の言い方をすると、仮想進行方向に垂直な方向へ、面取り工具８３の横方向オフセット量Ｓａに入力された距離だけ面取り工具８３の中心軸８３ａを移動するとともに、（２）機械座標のＺマイナス方向へ、面取り工具８３の縦方向オフセット量Ｓｂに入力された距離だけ面取り工具の先端点を移動する。

【0048】

次に、ステップＳ７０で、ステップＳ６０で計算された面取り工具経路をＮＣデータとして工作機械１０の制御装置５５に対して出力する。そうすると、工作機械１０は、本実施形態では、Ｙ軸サーボモータ３１、Ｚ軸サーボモータ２５、及びＢ軸サーボモータ４３を制御装置５５により制御することにより、カム溝６６の角部６８に、ステップＳ１０で入力された面取り工具オフセット量Ｓに基づいた均一な面取り部を加工する。

【0049】

本実施形態の工具経路生成方法によると、ステップＳ１０において簡単な数値データを入力することにより、例えば円筒カムのような立体カムの複雑なカム溝６６に対しても、均一な面取り加工の可能な面取り工具経路を出力することが可能になる。

【0050】

次に、前述の実施形態の工具経路生成方法を実行する、本発明による実施形態の工具経路生成装置７５について図１１を参照して説明する。

【0051】

図１１に示される工具経路生成装置７５は、ＣＡＤ装置５１と、工作機械１０の制御装置５５との間に配設されており、図示されない、演算処理等を行うマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、及びその他の周辺回路から構成される、形状データ読取部７６及び加工経路設定部７７を具備する。形状データ読取部７６は、入力されるカムフォロア中心軌跡等の主に形状データから成る数値データを読み取ることができる。加工経路設定部７７は、読み取られた数値データに基づいて、例えば前述のステップＳ２０からステップＳ６０に示すような方法で面取り工具経路を演算して、それを出力数値データ６２として、工作機械１０の制御装置５５に出力することができる。

【0052】

形状データ読取部７６に入力される形状データ等の数値データ５２は、全てがＣＡＤ装置５１から出力されたものに限られるわけではなく、工具経路生成装置７５に直接入力されるデータが少なくとも一部含まれることがある。このため、工具経路生成装置７５は、数値データ５２を直接入力することができる、キーボード及びモニタ等からなるデータ入力部を具備することがある。

【0053】

その他の実施形態
前述の実施形態では、面取り部はカム溝６６の開口端縁に加工されるものであったが、本発明において、面取り部が形成される溝はカム溝に限られることはない。本発明によると、工作機械の１本の回転送り軸及び１本の直線送り軸を同時に、又は２本の回転送り軸を同時に作動させながら回転工具とワークとを相対的に移動させることによりワークに加工された任意の溝形状などの凹部に対して面取り部を加工する工具経路生成方法又は工具経路生成装置の実施形態も可能である。

【0054】

前述の実施形態では、面取り部が加工されるカム溝は円筒カム用のワークに加工されたものであったが、面取り部が加工されるカム溝が、ローラギアカムあるいは円錐カム等の他の立体カムのカム溝である実施形態も可能である。

【符号の説明】

【0055】

１ ワーク
１０ 工作機械
２０ 主軸
５５ 制御装置
６６ カム溝
７５ 工具経路生成装置
７６ 形状データ読取部
７７ 加工経路設定部
８０ カムフォロア
８１ 溝加工用工具
８３ 面取り加工工具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】