JP2707781B2 - 3D shape processing method - Google Patents
3D shape processing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、三次元形状加工方法に関し、更に詳しく
は、三次元形状データから自動的に加工順序や工具の移
動経路等を得られる例えば金型用CAD/CAMシステムにお
ける三次元形状加工方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a three-dimensional shape processing method, and more particularly, to a method of automatically obtaining a processing order, a tool movement path, and the like from three-dimensional shape data. The present invention relates to a three-dimensional shape processing method in a mold CAD / CAM system.
[従来の技術] 従来、三次元形状を加工する方法として例えばAPT(A
utomecally Programmed Tools)言語と呼ばれる言語で
記述した工具の動きから工具の移動経路データを算出す
る等の幾何学的な処理を行なうAPTシステムが知られて
いる。[Prior art] Conventionally, for example, APT (A
2. Description of the Related Art There is known an APT system that performs geometric processing such as calculating tool movement path data from tool movement described in a language called utomecally programmed tools language.
また、上記APTシステムを拡張して、加工速度等の加
工条件の処理も行なうようにしたEXAPT(Extended Subs
et APT)システムが知られている。EXAPT (Extended Subs), which expands the above APT system to process processing conditions such as processing speed
et APT) systems are known.
[発明が解決しようとする課題] 上記APTシステムやEXAPTシステムでは、プログラムを
作成する場合において、人間が工具の動きを直接定義す
る必要がある。[Problems to be Solved by the Invention] In the above-described APT system and EXAPT system, when creating a program, it is necessary for a human to directly define the movement of a tool.
しかし、例えば金型のような自由曲面をもつ三次元形
状を加工するための工具の動きを人間が定義するのは非
常に手間が掛かる問題点がある。However, there is a problem that it is very troublesome for a person to define the movement of a tool for machining a three-dimensional shape having a free-form surface such as a mold.
そこで、本発明の目的は、三次元形状データを与える
だけで自動的に工具の径路等を得られるようにした三次
元形状加工方法を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape processing method that can automatically obtain a tool path or the like simply by giving three-dimensional shape data.
[課題を解決するための手段] 本発明は、第1の観点では、X,Y,Zの三軸直交座標系
上に定義された三次元形状を中心軸がZ軸に平行な工具
で切削する三次元形状加工方法において、三次元形状を
構成する各面に対して、各面を包含し、辺がX,Y,Z軸に
平行な最小直方体領域を想定し、それら最小直方体領域
の位置関係から各面の初期順番を決定する初期順番決定
ステップと、隣接する2面に着目し、2面が隣接する境
界部分での2面のZ軸に対する傾きから2面間の優先順
位を決定する優先順位決定ステップと、その優先順位に
より前記初期順番を修正し、修正後の各面の順番を各面
の切削の順番として決定する切削順番決定ステップとを
有することを特徴とする三次元形状加工方法を提供す
る。Means for Solving the Problems According to a first aspect of the present invention, a three-dimensional shape defined on a three-axis orthogonal coordinate system of X, Y, and Z is cut by a tool whose central axis is parallel to the Z-axis. In the three-dimensional shape processing method to be performed, for each surface constituting the three-dimensional shape, assuming a minimum rectangular parallelepiped region including each surface and having sides parallel to the X, Y, Z axes, the positions of these minimum rectangular parallelepiped regions An initial order determining step of determining the initial order of each surface from the relationship, and focusing on two adjacent surfaces, and determining a priority order between the two surfaces from the inclination of the two surfaces with respect to the Z axis at a boundary portion where the two surfaces are adjacent. Three-dimensional shape processing, comprising: a priority order determining step; and a cutting order determining step of correcting the initial order based on the priority order, and determining the order of each surface after the correction as the order of cutting each surface. Provide a way.
上記構成において、前記初期順番決定ステップが、前
記最小直方体領域をその最小Z軸座標値の大きな順に並
べ、最小Z軸座標値が等しい最小直方体領域はそれらの
最大Z軸座標値の大きな順に並べるステップと、並べ終
った最小直方体領域の順に対応する面を並べ、その順を
初期順番として決定するステップとを有する、のが好ま
しい。In the above configuration, the initial order determining step arranges the minimum rectangular parallelepiped areas in descending order of their minimum Z-axis coordinate values, and arranges the minimum rectangular parallelepiped areas having equal minimum Z-axis coordinate values in descending order of their maximum Z-axis coordinate values. And arranging the surfaces corresponding to the order of the minimum rectangular parallelepiped regions that have been arranged, and determining the order as the initial order.
また、前記優先順位決定ステップが、隣接する2面の
一方の面が前記2面の境界よりもZ軸値の増加する側に
存在し且つZ軸に対しある程度平行に近い状態であり、
さらに前記2面の他方の面がZ軸に対しある程度垂直に
近い状態である場合に、前記一方の面が前記他方の面よ
りも優先順位が高いと決定するステップと、隣接する2
面の一方の面が前記2面の境界よりもZ軸値の減少する
側に存在し且つZ軸に対しある程度平行に近い状態であ
り、さらに前記2面の他方の面がZ軸に対しある程度垂
直に近い状態である場合に、前記他方の面の方が前記一
方の面よりも優先順位が高いと決定するステップとを有
する、のが好ましい。Further, the priority order determining step is a state in which one of the two adjacent surfaces is on the side where the Z-axis value increases from the boundary between the two surfaces and is close to being somewhat parallel to the Z-axis;
And determining that the one surface has a higher priority than the other surface when the other surface of the two surfaces is close to being somewhat perpendicular to the Z axis;
One of the surfaces is on the side where the Z-axis value decreases from the boundary between the two surfaces and is close to being somewhat parallel to the Z-axis, and the other surface of the two surfaces is somewhat to the Z-axis. Determining that the other surface has a higher priority than the one surface when the state is close to vertical.
[作用] 上記第1の観点による本発明の三次元加工方法では、
三次元形状を与えると、その三次元形状を構成する各面
を加工する最適の順序を初期順番決定の処理と順番修正
の処理の2段階の処理によって自動的に決定する。[Operation] In the three-dimensional processing method of the present invention according to the first aspect,
When a three-dimensional shape is given, the optimal order for processing each surface constituting the three-dimensional shape is automatically determined by a two-stage process of determining the initial order and correcting the order.
上記第2の観点による本発明の三次元加工方法では、
中心軸がZ軸に平行な工具で切削基準座標面がX−Y平
面の面を切削する場合の最適の切削方向と送り方向を、
面のループ上の点と前記面が含まれる最小直方体領域の
情報から自動的に決定する。In the three-dimensional processing method of the present invention according to the second aspect,
The optimal cutting direction and feed direction when the cutting reference coordinate plane cuts the XY plane with a tool whose central axis is parallel to the Z axis,
It is automatically determined from information on a point on the loop of the plane and a minimum rectangular parallelepiped region including the plane.
従って、三次元形状データを与えるだけで自動的に工
具の径路等を得られるようになる。Therefore, it is possible to automatically obtain the path of the tool simply by giving the three-dimensional shape data.
[実施例] 以下、図に示す実施例により本発明を更に詳しく説明
する。なお、これにより本発明が限定されるものではな
い。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples shown in the drawings. Note that the present invention is not limited by this.
本実施例は、第6図に示すように、X,Y,Zの三軸直交
座標系上に定義された三次元形状の金型(51)を、中心
軸(L)がZ軸に平行なボールエンドミル(50)を用い
て切削加工するための金型CAMシステムに、本発明の三
次元形状加工方法を適用したものである。In this embodiment, as shown in FIG. 6, a mold (51) having a three-dimensional shape defined on a three-axis orthogonal coordinate system of X, Y, and Z is used. The three-dimensional shape processing method of the present invention is applied to a mold CAM system for cutting using a simple ball end mill (50).
第1図は、本発明に係る処理の流れを示すフローチャ
ートである。FIG. 1 is a flowchart showing the flow of processing according to the present invention.
ステップ(1)では、金型の三次元形状を、ワイヤー
フレームモデルとして入力する。これは、例えばCADシ
ステムに用いて人間が作成したワイヤーフレームモデル
のデータをフロッピーディスクを介して読み取らせる。In step (1), the three-dimensional shape of the mold is input as a wire frame model. This allows, for example, data of a wireframe model created by a human being to be read using a CAD system via a floppy disk.
ステップ(2)では、前記ワイヤーフレームモデル
を、B−Reps.(Boundary Representation)モデルに変
換し、面番号nを発生する。この処理は従来公知の変換
方法を用いて行なうことが出来る。In step (2), the wire frame model is converted into a B-Reps. (Boundary Representation) model, and a surface number n is generated. This processing can be performed using a conventionally known conversion method.
ステップ(3)では、前記B−Reps.モデルの各面番
号nに曲面f(n)を発生する。また、それら曲面f
(n)を含む最小直方体領域(以下、ボックスと言う)
B(n)の情報を発生する。この処理は従来公知の発生
方法を用いて行なうことが出来る。第7図は、一つの曲
面f(n)とボックスB(n)を示している。ボックス
B(n)は、X,YおよびZ軸のそれぞれの最小値Xmin,Ym
inおよびZminを持つ点Pminと,最大値Xmax,YmaxおよびZ
maxを持つ点Pmaxとにより表わされる。In step (3), a curved surface f (n) is generated for each surface number n of the B-Reps. Model. In addition, those curved surfaces f
The minimum rectangular parallelepiped region including (n) (hereinafter referred to as a box)
B (n) information is generated. This processing can be performed using a conventionally known generation method. FIG. 7 shows one curved surface f (n) and a box B (n). Box B (n) contains the minimum values Xmin, Ym of the X, Y and Z axes, respectively.
Point Pmin with in and Zmin and maximum values Xmax, Ymax and Z
and a point Pmax having max.
ステップ(4)では、前記ボックス情報から各曲面f
(n)を切削する順番を初期決定する。すなわち、各曲
面f(n)に順番O(n)が付される。この初期順番決
定の処理については、第2図を参照して後述する。In step (4), each surface f
The order of cutting (n) is initially determined. That is, each curved surface f (n) is assigned an order O (n). The process of determining the initial order will be described later with reference to FIG.
ステップ(5)では、前記初期順番O(n)を修正し
て最適の順番O(n)とする。この順番修正の処理につ
いては、第3図を参照して後述する。In step (5), the initial order O (n) is corrected to obtain an optimal order O (n). The processing of the order correction will be described later with reference to FIG.
ステップ(6)では、前記修正された順番O(n)に
従って曲面f(n)を取り出す。In step (6), a curved surface f (n) is extracted according to the corrected order O (n).
ステップ(7)では、取り出した曲面f(n)につい
て、切削方法として切削基準座標面,切削方向および送
り方向を決定する。この切削方法決定の処理について
は、第5図を参照して後述する。In step (7), a cutting reference coordinate plane, a cutting direction, and a feed direction are determined as a cutting method for the extracted curved surface f (n). The processing for determining the cutting method will be described later with reference to FIG.
ステップ(8)では、前記切削基準座標面に垂直な直
線と,面との交点を算出し、その点列として工具径路を
得る。In step (8), an intersection between the straight line perpendicular to the cutting reference coordinate plane and the plane is calculated, and a tool path is obtained as a series of points.
ステップ(9)では、取り出すべき曲線f(n)がま
だ存在するかをチェックし、存在すれば前記ステップ
(6)に戻って取り出す。存在しなければ、処理を終了
する。In step (9), it is checked whether the curve f (n) to be taken out still exists, and if there is, the program returns to step (6) to take out. If not, the process ends.
以上により、全ての曲面f(n)についての工具径路
が得られるから、結局のところ、人間は金型の三次元形
状を入力するだけでよいことになる。As described above, the tool paths for all the curved surfaces f (n) can be obtained. Therefore, after all, the human only needs to input the three-dimensional shape of the mold.
さて、第2図は、前記ステップ(4)の初期順番決定
の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the process for determining the initial order in step (4).
ステップ(11)では、各曲面f(n)のボックス情報
から各ボックスB(n)の最小Z軸座標値Zmin,最大Z
軸座標値Zmaxおよび対応する面番号nを取り出す。In step (11), the minimum Z-axis coordinate value Zmin and the maximum Z-axis value of each box B (n) are obtained from the box information of each curved surface f (n).
The axis coordinate value Zmax and the corresponding surface number n are extracted.
ステップ(12)では、最小Z軸座標値Zminの大きな順
番に、Zmin,Zmaxおよび面番号nを並べかえる。In step (12), Zmin, Zmax and the surface number n are rearranged in descending order of the minimum Z-axis coordinate value Zmin.
ステップ(13)では、前記並びかえの結果において最
小Z軸座標値Zminが同一である部分が存在するかをチェ
ックする。存在しなければ処理を終了する。存在すれ
ば、次のステップ(14)に進む。In step (13), it is checked whether there is a part having the same minimum Z-axis coordinate value Zmin in the rearrangement result. If not, the process ends. If there is, go to the next step (14).
ステップ(14)では、最小Z軸座標値Zminの同一な部
分内において最大Z軸座標値Zmaxの大きな順番に、Zmi
n,Zmaxおよび面番号nを並びかえる。In step (14), Zmi in the same part of the minimum Z-axis coordinate value Zmin in the descending order of the maximum Z-axis coordinate value Zmax.
Rearrange n, Zmax and surface number n.
以上により、各局面f(n)の初期順番O(n)が決
定される。As described above, the initial order O (n) of each phase f (n) is determined.
例えば、第8図に示すように、面番号n=1の曲面f
(l)と,面番号n=2の曲面f(2)の2つの曲面が
あり、それら曲面f(1),f(2)を含むボックスB
(1),B(2)の最小Z軸座標値Zminが等しいとする
と、最大Z軸座標値Zmaxの大きい順番により、曲面f
(2)の順番O(2)=1,曲面f(1)の順番O(1)
=2が初期順番となる。For example, as shown in FIG. 8, a curved surface f having a surface number n = 1
(L) and a curved surface f (2) having a surface number n = 2, and a box B including the curved surfaces f (1) and f (2)
Assuming that the minimum Z-axis coordinate values Zmin of (1) and B (2) are equal, the surface f
(2) Order O (2) = 1, Curved Surface f (1) Order O (1)
= 2 is the initial order.
次に、第3図は、前記ステップ(5)の順番修正の処
理の流れを示すフローチャートである。Next, FIG. 3 is a flowchart showing a flow of the order correction processing of the step (5).
処理の大まかな流れは、ある曲面に注目したとき、注
目した曲面とその曲面よりも順番が後の曲面の優先順位
をチェックして行き、前記注目した曲面の優先順位が低
い場合には順番の修正を行うことを、繰り返し行なうも
のである。The general flow of the processing is as follows: when focusing on a certain surface, the priority is checked for the surface of interest and the surface that is later in the order than the surface in question. The correction is repeatedly performed.
ステップ(16)では、ポインタiを1とする。このポ
インタiは、順番O(n)=iの曲面f(n)を注目す
る曲面として指すものである。従って、最初の注目する
曲面、順番O(n)=1の曲面となる。なお、以下で
は、順番O(n)=iの曲面f(n)をfiで表現する。In step (16), the pointer i is set to 1. The pointer i points to the curved surface f (n) in the order O (n) = i as the curved surface of interest. Therefore, the first surface of interest is a surface of order O (n) = 1. In the following, a curved surface f (n) in order O (n) = i is represented by fi.
ステップ(17)では、iが面の数より小さいか、すな
わち、ラストの曲面まで注目する曲面が到達したかを判
定する。到達したなら、比較対象の曲面がもはやないの
で、処理を終了する。到達してないなら、次のステップ
(18)に進む。In step (17), it is determined whether i is smaller than the number of surfaces, that is, whether the surface of interest reaches the last surface. If it has arrived, there is no more curved surface to be compared, and the process ends. If not, go to the next step (18).
ステップ(18)では、順番の修正が行われたかを示す
フラグbreakをOFF(修正が行われなかったことを示す)
に初期化する。また、ポインタjをi+1とする。この
ポインjは、順番O(n)=jの曲面f(n)を比較す
る曲面として指すものである。従って、最初の比較する
面は、前記注目する面fiの次の順番の曲面fi+1を指すこ
とになる。以下では、順番O(n)=jの曲面f(n)
をfjで表現する。In step (18), the flag break indicating whether the order has been corrected is turned OFF (indicating that no correction has been performed).
Initialize to The pointer j is set to i + 1. The point j indicates a curved surface to be compared with the curved surface f (n) in order O (n) = j. Thus, the surface of the first comparison, will point the curved surface f i + 1 of the next sequential face f i to the target. In the following, a curved surface f (n) in order O (n) = j
Is represented by f j .
ステップ(19)では、ポインタjが面の数より小さい
か、すなわち、最後の面まで比較する面が到達したかを
判定する。到達したなら、注目する面を更新するため、
ステップ(24)に進む。到達してないなら、比較判定の
ため、ステップ(20)に進む。In step (19), it is determined whether the pointer j is smaller than the number of faces, that is, whether the face to be compared reaches the last face. When it reaches, to update the surface of interest,
Proceed to step (24). If not, the process proceeds to step (20) for comparison.
ステップ(20)では、注目する面fiと比較する面fjの
2面間の優先順位の判定を行う。この優先順位判定の処
理については、第4図を参照して後述する。In step (20), the priority order between the two faces f j to be compared with the face f i of interest is determined. This priority determination process will be described later with reference to FIG.
ステップ(21)では、前記ステップ(20)により順番
の修正が必要と判定されたか否かをチェックし、修正必
要ならステップ(23)に進み、修正不必要ならステップ
(22)に進む。In step (21), it is checked whether or not the order is required to be corrected in step (20). If correction is necessary, the process proceeds to step (23). If correction is unnecessary, the process proceeds to step (22).
ステップ(22)では、ポインタjをインクリメントす
る。すなわち、比較する曲面fjを1つ後の曲面にずらせ
る。そして、前記ステップ(19)へ戻る。In step (22), the pointer j is incremented. That is, the curved surface f j to be compared is shifted to the next curved surface. Then, the process returns to the step (19).
ステップ(23)では、順番の修正を行う。すなわち、
第9図に示すように、曲面fiすなわち順番iの曲面f
(a)を取り出して、順番(i+1)〜順番jの面
(b)〜f(m)を1つずつ前へ移動させ、曲面fjのあ
った順番に前記曲面f(a)を格納する。そして、フラ
グbreakをON(修正を行ったことを示す)にセットす
る。In step (23), the order is corrected. That is,
As shown in FIG. 9, the surface f i, ie, the surface f
(A) by the take-out, the order (i + 1) ~ order to move j faces the (b) ~f (m) Previous one of storing the curved surface f to a the order of curved surface f j (a) . Then, the flag break is set to ON (indicating that correction has been made).
ステップ(24)では、フラグbreakの値をチェック
し、フラグbreak=ONなら前記ステップ(17)に戻り、
フラグbreak=OFFならステップ(25)に進む。In step (24), the value of flag break is checked, and if flag break = ON, the process returns to step (17),
If the flag break = OFF, proceed to step (25).
ステップ(25)では、ポインタiをインクリメントし
て、注目する曲面fiを次の順番の曲面に進める。そし
て、前記ステップ(17)に戻る。In step (25), and increments the pointer i, and advances the curved f i of interest to the curved surface of the next order. Then, the process returns to the step (17).
以上により、各曲面f(n)の順番O(n)が修正さ
れ最適の順番が決定される。As described above, the order O (n) of each curved surface f (n) is corrected, and the optimal order is determined.
例えば、第10図において、曲面f(a),f(b),f
(c)はそれぞれのボックスのZminおよびZmaxが等しい
ので、初期順番を決定した段階での切削順番は必ずしも
適当であるとは限らないが、上記順番修正の処理により
最適の順番になる。For example, in FIG. 10, the curved surfaces f (a), f (b), f
In (c), since the Zmin and Zmax of the respective boxes are equal, the cutting order at the stage where the initial order is determined is not always appropriate, but the order of the above-mentioned order correction becomes the optimum order.
次に、第4図は、前記ステップ(20)の優先順位判定
の処理の流れを示すフローチャートである。Next, FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the priority order determination process in the step (20).
ステップ(26)では、注目する曲面fiと,比較する曲
面fjの平均的な法線ベクトルNi,NjとZ軸方向の単位ベ
クトルUzの内積Ii,Ijを算出する。In step (26), calculates the curved f i of interest, the average normal vectors N i to compare curved f j, the inner product I i of the unit vector U z of N j and Z-axis direction, the I j.
ステップ(27)では、Ii<0且つIj>0からチェック
する。この条件が満たされるときは、第11図(a)に示
すcase−1のように、注目する面fiは切削を行わない面
(下向き面)であり且つ比較する面fjは切削を行う面で
ある。切削を行なわない面はその順番を後にして排除す
る。従って、修正を必要と判定するステップ(32)に進
む。一方、この条件が満たされないときは、さらに他の
条件をチェックするため、ステップ(28)に進む。In step (27), a check is made from I i <0 and I j > 0. When this condition is satisfied, as in case-1 shown in FIG. 11 (a), the surface f i of interest is a surface on which cutting is not performed (downward surface), and the surface f j to be compared performs cutting. Plane. Surfaces that are not cut are removed later in the sequence. Therefore, the process proceeds to step (32) in which it is determined that correction is necessary. On the other hand, when this condition is not satisfied, the process proceeds to step (28) to check another condition.
ステップ(28)では、Ii>0且つIj>0からチェック
する。この条件が満たされないときは、比較する面fjは
切削を行わない面(下向き面)である。この場合、切削
を行なわない面が後の順番になっているから、修正を不
必要とするステップ(33)に進む。一方、この条件が満
たされたときは、さらに他の条件をチェックするため、
ステップ(29)に進む。In step (28), a check is made from I i > 0 and I j > 0. When this condition is not met, to compare surface f j is a surface that does not perform cutting (downward surface). In this case, since the surface on which cutting is not performed is in the later order, the process proceeds to step (33) which does not require correction. On the other hand, when this condition is met, we check for other conditions,
Proceed to step (29).
ステップ(29)では、法線ベクトルNi,Njより面fi,fj
のそれぞれの切削基準座標面PLi,PLjの決定を行う。切
削基準座標面は、X−Y平面,Y−Z平面,Z−X平面のい
づれかである。In step (29), the normal vector N i, N j from the surface f i, f j
Of each of the cutting reference coordinate planes P Li and P Lj are determined. The cutting reference coordinate plane is any one of the XY plane, the YZ plane, and the ZX plane.
ステップ(30)では、2面の関係が第11図(b),
(c)に示す。case−2,case−3のいづれかであるかを
判定する。まず、切削基準座標面PLi,PLiのチェックに
よって、case2またはcase3になるかのラフなチェックを
行う。第11図(b)に示すように、case−2のときは、
面fi,fjが隣接しており,切削基準座標面PLiがX−Y平
面で,切削基準座標面PLjがY−Z平面またはZ−X平
面である。第11図(c)に示すように、case−3のとき
は、面fi,fjが隣接しており,切削基準座標面PLiがY−
Z平面またはZ−X平面で,切削基準座標面PLjがX−
Y平面である。これらの条件を満足しなければ、case−
2,case−3のいづれでもない。そこで、ステップ(31)
へ進む。In step (30), the relationship between the two surfaces is as shown in FIG.
It is shown in (c). It is determined whether it is case-2 or case-3. First, by checking the cutting reference coordinate planes P Li , P Li , a rough check is made as to whether or not case 2 or case 3 will be obtained. As shown in FIG. 11 (b), in case-2,
Face f i, f j are adjacent, cutting reference coordinate plane PL i is in the X-Y plane, the cutting reference coordinate plane PL j is Y-Z plane or Z-X plane. As shown in FIG. 11 (c), when the Case-3, the plane f i, f j are adjacent, cutting reference coordinate plane PL i is Y-
In Z plane or Z-X plane, the cutting reference coordinate plane PL j is X-
This is the Y plane. If these conditions are not satisfied, case-
Neither is 2, case-3. So, step (31)
Proceed to.
これらの条件を満足すれば、case−2,case−3のいづ
れかである可能性がある。そこで、面fi,fj間の稜線e
を探し出して、第12図(a)(b)に示す計算を行う。
面fi,fj間の稜線が存在しない場合は、第11図のcase−
2,case−3の状態にならない。If these conditions are satisfied, there is a possibility that either case-2 or case-3 will occur. Therefore, the ridge line e between the faces f i and f j
And the calculations shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b) are performed.
If there is no edge line between the faces f i and f j , the case-
2, Case-3 does not occur.
第12図(a)は、稜線eの回りついて第11図のcase−
2またはcase−3の状態になるかを判定する計算のため
のベクトルを示すものであり、Pmは稜線eの中点,Tmは
中点Pmにおける稜線eの接線ベクトル,UzはZ軸方向単
位ベクトル,GxはTm×Uz(TmとUzの外積ベクトル)を正
規化したベクトル、SiとSjは前記中点Pmにおける面fiと
fjのそれぞれの稜線を横切る方向の接ベクトルを正規化
したベクトルである。FIG. 12 (a) shows the case-edge of FIG.
And shows a vector for determining calculate how a state of 2 or Case-3, the midpoint of P m are ridgeline e, T m is the tangent vector of the ridge line e at the midpoint P m, U z is A unit vector in the Z-axis direction, G x is a vector obtained by normalizing T m × U z (a cross product vector of T m and U z ), and S i and S j are surfaces f i at the midpoint P m and
This is a vector obtained by normalizing a tangent vector in a direction crossing each edge of f j .
第12図(b)は、UzおよびGxからなる座標平面上にSk
(k=i,i)を投影したベクトルとUzとの角度θk(す
なわち稜線e回りにおける面fkとUz軸の角度)の計算を
示している。第11図のcase−2またはcase−3の状態に
なるかの条件を次のように定める。FIG. 12 (b) shows S k on a coordinate plane consisting of U z and G x.
The figure shows the calculation of the angle θ k between the vector obtained by projecting (k = i, i) and U z (that is, the angle between the plane f k and the U z axis around the ridge line e). The condition for the case-2 or case-3 shown in FIG. 11 is determined as follows.
case−2なる条件 −Δθ<cosθi<Δθ且つ1−Δθ<cosθj<1 case−3なる条件 −1<cosθi<−1+Δθ且つ−Δθ<cosθj<Δθ 但し、Δθは0<Δθ<√{Z}/Zなる定数 上記またはを満足するときはcose−2またはcase
−3であると判定する。満足しないときはcase−2また
はcase−3でないと判定する。そして、ステップ(31)
へ進む。case-2 condition -Δθ <cosθ i <Δθ and 1−Δθ <cosθ j <1 case-3 condition -1 <cosθ i <-1 + Δθ and -Δθ <cosθ j <Δθ where Δθ is 0 <Δθ < {Z} / Z constant The above or when satisfying cose-2 or case
It is determined to be −3. If not satisfied, it is determined that it is not case-2 or case-3. And step (31)
Proceed to.
ステップ(31)では、上記ステップ(30)の判定結果
がcase−2またはcase−3であるという場合はステップ
(32)に進み、そうでない場合はステップ(33)に進
む。In step (31), if the result of the determination in step (30) is case-2 or case-3, the process proceeds to step (32); otherwise, the process proceeds to step (33).
ステップ(32)では、戻す値を「修正必要」とする。 In step (32), the value to be returned is set to “necessary for modification”.
ステップ(33)では、戻す値を「修正不必要」とす
る。In step (33), the value to be returned is set to "unnecessary to modify".
次に、第5図は、前記ステップ(7)の切削方法決定
の処理の流れを示すフローチャートである。Next, FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the processing for determining the cutting method in the step (7).
ステップ(34)では、取り出した面の平均的な法線ベ
クトルを算出する。In step (34), an average normal vector of the extracted surface is calculated.
ステップ(35)では、前記法線ベクトルにより、その
面の切削基準座標面を決定する。In step (35), a cutting reference coordinate plane of the plane is determined based on the normal vector.
ステップ(36)では、切削基準座標面がX−Y平面か
をチェックし、X−Y平面ならステップ(40)に進み、
そうでなければステップ(37)に進む。In step (36), it is checked whether the cutting reference coordinate plane is an XY plane, and if it is an XY plane, the process proceeds to step (40).
Otherwise, go to step (37).
ステップ(37)では、切削基準座標面がY−Z平面か
をチェックし、Z−Y平面ならステップ(39)に進み、
そうでなければステップ(38)に進む。In step (37), it is checked whether the cutting reference coordinate plane is a YZ plane, and if it is a ZY plane, the process proceeds to step (39).
Otherwise, go to step (38).
ステップ(38)では、切削方向をX−up(X軸増加方
向),送り方向をZ−down(Z軸減少方向)とする。In step (38), the cutting direction is set to X-up (X-axis increasing direction) and the feed direction is set to Z-down (Z-axis decreasing direction).
ステップ(39)では、切削方向をY−up(Y軸増加方
向),送り方向をZ−downとする。In step (39), the cutting direction is set to Y-up (Y-axis increasing direction) and the feed direction is set to Z-down.
ステップ(40)では、面のループ上で最大Z値を持つ
点Pmaxと最小Z軸を持つPminを算出する。In step (40), a point Pmax having the maximum Z value and a point Pmin having the minimum Z axis on the loop of the surface are calculated.
ステップ(41)では、第13図に示すようなX−Y平面
におけるボックス領域の中心点(Xc,Yc)と,X軸方向の
長さLxと,Y軸方向の長さLyを計算する。そして、次の条
件により切削方向と送り方向を決定する。In step (41), the center point of the box area in the X-Y plane as shown in FIG. 13 (X c, Y c) and a length L x in the X-axis direction, the length in the Y-axis direction L y Is calculated. Then, the cutting direction and the feed direction are determined according to the following conditions.
(a)PminとPmaxとZ値が同一の場合 (ア)Lx≧Lyのとき 切削方向をX−up送り方向をY−up (イ)Lx<Lyのとき 切削方向をY−up送り方向をX−up (b)PminとPmaxのZ値が異なる場合 Pmax=〔Xm,Ym,Zm〕として、 (ア)Lx≧Lyのとき 切削方向:Xm≦XcでX−up Xm>XcでX−down 送り方向:Ym≦YcでY−up Ym>YcでY−down (イ)Lx<Lyのとき 切削方向:Ym≦YcでY−up Ym>YcでY−down 送り方向:Xm≦XcでX−up Xm>XcでX−down 以上により、取り出した面の切削方法として、切削基
準座標面,切削方向および送り方向が決定される。(A) Pmin and Pmax and when Z value is the same (A) L and X-Stay up-feed direction of the cutting direction when x ≧ L y a cutting direction when the Y-Stay up-(b) L x <L y Y- up-feed direction if the Z value of the X-up (b) Pmin and Pmax are different Pmax = [Xm, Ym, Zm] as, (a) cutting direction when L x ≧ L y: in Xm ≦ Xc X-up Xm> Xc in X-down feeding direction: cutting direction when Ym ≦ Yc in Y-up Ym> Y-down ( i) in Yc L x <L y: Y- in Ym ≦ Yc in Y-up Ym> Yc down Feed direction: Xm ≦ Xc, X-up Xm> Xc, X-down As described above, the cutting reference coordinate plane, the cutting direction, and the feed direction are determined as the method of cutting the extracted surface.
次に、第14図は、本発明の三次元形状加工方法を実施
する三次元形状加工装置の一例のブロック図である。Next, FIG. 14 is a block diagram of an example of a three-dimensional shape processing apparatus for performing the three-dimensional shape processing method of the present invention.
この三次元形状加工装置(100)は、CPU(101)と、
メモリ(102)と、インタフェース(103)と、工具(10
4)と、工具アーム(105)と、ワークステージ(106)
と、コンソール(107)と、ディスク(108)とを具備し
て構成されている。This three-dimensional shape processing device (100) includes a CPU (101),
Memory (102), interface (103), tool (10
4), tool arm (105) and work stage (106)
And a console (107) and a disk (108).
[発明の効果] 本発明の三次元形状加工方法によれば、目的三次元形
状を与えると、その形状を構成する全ての面に対する切
削順番が自動的に決定されるとともに、各面の切削方法
が自動的に決定され、さらに、工具径路が自動的に算出
されることになる。[Effects of the Invention] According to the three-dimensional shape processing method of the present invention, when a target three-dimensional shape is given, the cutting order for all surfaces constituting the shape is automatically determined, and the cutting method for each surface is determined. Is automatically determined, and the tool path is automatically calculated.
このため、従来方法に比べて加工の準備作業における
自動化を促進できると共に工具径路算出までの時間を短
縮することが出来る。For this reason, compared to the conventional method, it is possible to promote the automation in the preparation work for machining and to shorten the time until the tool path calculation.
第1図は本発明の一実施例の三次元形状加工方法の処理
の流れを示すフローチャート、第2図は初期順番決定の
処理のフローチャート、第3図は順番修正の処理のフロ
ーチャート、第4図は優先順位判定の処理のフローチャ
ート、第5図は切削方法決定の処理のフローチャート、
第6図は座標系と金型と工具の関係を示す説明図、第7
図は面とボックスの関係を示す説明図、第8図は初期順
番決定の一例を示す説明図、第9図は順番修正を示す説
明図、第10図は複数の面を示す説明図、第11図(a)
(b)(c)は優先順位判定における境界条件図、第12
図は境界条件判定計算を説明するための概念図、第13図
は切削方法決定を説明するためのボックス領域の説明
図、第14図は本発明の三次元形状加工方法を実施する三
次元形状加工装置の一例のブロック図である。 図において、100は三次元形状加工装置、50はボールエ
ンドミル、51は金型、f(n)は面、B(n)はボック
スである。なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を
示す。FIG. 1 is a flowchart showing the flow of processing of a three-dimensional shape processing method according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of processing for determining an initial order, FIG. 3 is a flowchart of processing for order correction, and FIG. Is a flowchart of a priority order determination process, FIG. 5 is a flowchart of a cutting method determination process,
FIG. 6 is an explanatory view showing the relationship between the coordinate system, the mold, and the tool.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between planes and boxes, FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of initial order determination, FIG. 9 is an explanatory diagram showing order correction, FIG. 10 is an explanatory diagram showing a plurality of surfaces, FIG. Fig. 11 (a)
(B) and (c) are boundary condition diagrams for priority order determination,
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining a boundary condition determination calculation, FIG. 13 is an explanatory diagram of a box area for explaining a cutting method determination, and FIG. 14 is a three-dimensional shape for implementing a three-dimensional shape processing method of the present invention. It is a block diagram of an example of a processing device. In the figure, 100 is a three-dimensional shape processing apparatus, 50 is a ball end mill, 51 is a mold, f (n) is a surface, and B (n) is a box. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.
Claims (3)
次元形状を中心軸がZ軸に平行な工具で切削する三次元
形状加工方法において、 三次元形状を構成する各面に対して、各面を包含し、辺
がX,Y,Z軸に平行な最小直方体領域を想定し、それら最
小直方体領域の位置関係から各面の初期順番を決定する
初期順番決定ステップと、隣接する2面に着目し、2面
が隣接する境界部分での2面のZ軸に対する傾きから2
面間の優先順位を決定する優先順位決定ステップと、そ
の優先順位により前記初期順番を修正し、修正後の各面
の順番を各面の切削の順番として決定する切削順番決定
ステップとを有することを特徴とする三次元形状加工方
法。1. A three-dimensional shape processing method for cutting a three-dimensional shape defined on an X, Y, Z three-axis orthogonal coordinate system with a tool having a central axis parallel to the Z-axis. For each surface, an initial order determination step of assuming a minimum rectangular parallelepiped region that includes each surface and whose sides are parallel to the X, Y, and Z axes, and determines an initial order of each surface from a positional relationship between the minimum rectangular parallelepiped regions. Focusing on two adjacent surfaces, 2 is obtained from the inclination of the two surfaces with respect to the Z axis at the boundary portion where the two surfaces are adjacent.
A priority order determining step of determining a priority order between the surfaces, and a cutting order determining step of correcting the initial order based on the priority order and determining the order of the corrected surfaces as the order of cutting the respective surfaces. A three-dimensional shape processing method characterized by the following.
方体領域をその最小Z軸座標値の大きな順に並べ、最小
Z軸座標値が等しい最小直方体領域はそれらの最大Z軸
座標値の大きな順に並べるステップと、並べ終った最小
直方体領域の順に対応する面を並べ、その順を初期順番
として決定するステップとを有することを特徴とする請
求項1の三次元形状加工方法。2. The initial order determining step arranges the minimum rectangular parallelepiped areas in the order of larger minimum Z-axis coordinate values, and arranges the minimum rectangular parallelepiped areas having the same minimum Z-axis coordinate value in the order of larger maximum Z-axis coordinate values. The three-dimensional shape processing method according to claim 1, further comprising: arranging surfaces corresponding to the order of the minimum cuboid regions that have been arranged, and determining the order as an initial order.
面の一方の面が前記2面の境界よりもZ軸値の増加する
側に存在し且つZ軸に対しある程度平行に近い状態であ
り、さらに前記2面の他方の面がZ軸に対しある程度垂
直に近い状態である場合に、前記一方の面が前記他方の
面よりも優先順位が高いと決定するステップと、隣接す
る2面の一方の面が前記2面の境界よりもZ軸値の減少
する側に存在し且つZ軸に対しある程度平行に近い状態
であり、さらに前記2面の他方の面がZ軸に対しある程
度垂直に近い状態である場合に、前記他方の面の方が前
記一方の面よりも優先順位が高いと決定するステップと
を有することを特徴とする請求項1または請求項2の三
次元形状加工方法。3. The method according to claim 2, wherein said priority order determining step comprises the steps of:
One of the surfaces is on the side where the Z-axis value increases from the boundary between the two surfaces and is close to being somewhat parallel to the Z-axis, and the other surface of the two surfaces is somewhat to the Z-axis. Determining that the one surface has a higher priority than the other surface when the state is close to vertical; and that one of the two adjacent surfaces has a Z-axis value higher than the boundary between the two surfaces. When the other surface of the two surfaces is close to being somewhat perpendicular to the Z axis, and the other surface is in a state close to being somewhat parallel to the Z axis and present on the decreasing side, the other surface is 3. The method according to claim 1, further comprising the step of determining that the priority is higher than one of the surfaces.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5109390A JP2707781B2 (en) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | 3D shape processing method |
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---|---|
JPH03256646A JPH03256646A (en) | 1991-11-15 |
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JP6033668B2 (en) * | 2012-12-25 | 2016-11-30 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | CAM device and product shape processing method |
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1990
- 1990-03-02 JP JP5109390A patent/JP2707781B2/en not_active Expired - Lifetime
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