专利名称：工具移动路径数据的生成方法、生成装置、加工方法及加工系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于加工三维曲面的工具移动路径数据的生成方法、其生成装置、加工方法及加工系统，特别是涉及根据所制作的三维曲面的形状来设定适当的工具移动路径的技术。
背景技术：
一般来说，采用进行切削加工及磨削加工的加工工具、例如球头立铣刀等旋转切削工具，广泛进行金属模等的三维曲面的加工，而其加工方法由例如日本特开平5-346814号公报所记载的下述步骤构成，这些步骤是(a)根据三维曲面设定对用于加工三维曲面的加工工具进行约束的工具约束曲面的步骤；(b)与前述工具约束曲面相交地设定用于约束前述加工工具移动路径的路径约束平面的步骤；(c)以前述工具约束曲面与路径约束平面的交线形成工具移动路径的步骤；(d)根据该工具移动路径使加工工具作相对移动的步骤。图38是这一加工方法的一个例子的说明图，图中，借助于CAM装置等NC数据生成装置10，求出工具约束曲面12与路径约束平面14的交线16，以此作为三维曲线式，以该曲线式构成NC数据(工具移动路径数据)，并将其供给NC工作机18，由此，使旋转加工工具20沿着该三维曲线移动，得到以此为目的的三维曲面22。工具约束曲面12是旋转加工工具(球头立铣刀)20的半径尺寸(尖端曲率半径)从要制作的三维曲面22向面法线方向偏移的曲面，工具移动路径表示的是工具中心(尖端球中心)的移动路径。
但是，在上述以往的方法中，不能对要制作的三维曲面设定出所必须的适当的工具移动路径，不能得到高的加工效率，导致工具方向急剧变化、加工精度劣化等问题发生。例如，在加工图9所示的三维曲面的场合，希望让工具沿着图(a)中虚线所示的三维曲面的弯曲度平滑地移动(按照形状移动)，但是，在把工具移动路径约束在平面内的以往的方法中，工具移动路径的设定受到了如图(b)虚线所示的限制，有急剧的方向变化；另外，在加工
图10所示的圆锥形状的场合，希望工具按照图(a)中虚线所示的螺旋状的方式移动，从小径侧到大径侧连续地进行加工，但是，在以往的方法中，实施了图(b)虚线所示的台阶状的等高轮廓加工，结果导致加工效率及加工精度(平滑程度)劣化。
再者，在控制加工工具的姿势的同时进行三维曲面加工的场合，由于是在工具约束曲面与路径约束平面的交线上以预定间隔设定工具通过点(CL点)，同时求出工具每个通过点上的工具约束曲面的法线矢量，依据该法线矢量设定工具姿势，结果导致了需要化更多的时间来计算该法线矢量、使工具通过点的设定自由度受到了制约的问题。
鉴于以上背景技术的事实，本发明的目的是提供一种可根据要制作的三维曲面形状来设定适当的工具移动路径的工具移动路径数据的生成方法、生成装置、加工方法及加工系统。它在采用法线矢量设定工具姿势的场合，能够在短时间内生成包括工具姿势的工具移动路径数据，可自由地设定工具通过点。
发明概述为了完成上述目的，本发明提供工具移动路径数据的生成方法，该生成方法用于生成使加工规定的三维曲面的加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动路径数据，包括(a)第一约束面设定步骤，在该步骤中，根据前述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的前述加工工具的第一约束面；(b)第二约束面设定步骤，在该步骤中，以与前述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束前述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；(c)求出作为三维曲线式的前述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算步骤；(d)生成包括在前述交线演算步骤中求出的三维曲线式在内的工具移动路径数据的移动路径数据生成步骤。
根据这种结构，可以设定用于约束加工工具移动路径的由任意曲面组成的第二约束面，沿着该第二约束面与第一约束面的交线使加工工具作相对移动，因而提高了工具移动路径设定的自由度，能根据要制作的三维曲面形状设定适当的工具移动路径。另外，由于求出了作为三维曲线式的第一约束面与第二约束面的交线，生成包括该三维曲线式在内的工具移动路径数据，与利用数个工具通过点组成的点阵数据生成工具移动路径数据的场合相比较，可维持高的加工精度，减少数据量。
这里，根据包括该三维曲线式在内的工具移动路径数据使加工工具相对被加工对象作相对移动的NC工作机等的加工装置，采用这样的结构，在表示三维曲线式的三维曲线上，借助曲线插入法顺次设定目标位置，使加工工具作相对移动。
作为加工工具，最好采用其尖端加工部的形状做成半球形的结构。尖端加工部的形状包括切削刀片旋转轨迹的形状，做成这种半球状的加工工具可以是球头立铣刀或放电加工用电极等。另外，还可以采用通过沿着要制作的三维曲面相对被加工对象作相对移动，而对三维曲面进行加工的其他各种加工工具。
在采用尖端加工部做成半球形状的加工工具的场合，所谓第一约束面，希望将其设定成用于约束加工工具尖端加工部球中心的面，具体说，希望设定成以等于加工工具尖端加工部半球形状半径的尺寸离开要制作的三维曲面的面，这种场合的工具移动路径表示为加工工具的尖端加工部球中心(工具中心)的移动路径。另外，基本来说，也可以将第一约束面设定成这样的面，该面是以相当于自让加工工具移动时的控制基准点到实际上对被加工对象进行加工的加工点的距离、离开要制作的三维曲面的面。
第二约束面可以根据要制作的三维曲面的形状或所使用的加工装置的功能，以可以加工、易于加工或能以高精度进行加工的方式进行任意地设定，但是，在采用相互垂直的3轴NC工作机的场合，希望设定出在平行于作为加工工具轴心的Z轴的X-Y平面内为规定曲线的曲面。
工具移动路径是表示加工工具与被加工对象相对移动的路径，不只是意味着加工工具相对于位置固定的被加工对象的移动路径。
在采用可以控制加工工具相对于被加工对象的姿势的NC工作机等加工装置的场合，还利用了下述步骤，这些步骤包括(a)在前述第一约束面与第二约束面的交线上以规定的间隔求出该第一约束面法线矢量的法线矢量演算步骤；(b)根据前述第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式，求出作为三维曲线式的过该法线矢量端点的光滑的法线曲线的法线曲线演算步骤；(c)前述移动路径数据生成步骤用于生成工具移动路径数据，该工具移动路径数据包括第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式、前述法线曲线的三维曲线式以及加工工具姿势。在这种场合，加工工具的轴心以相对于要制作的三维曲面略垂直或倾斜规定的角度等规定的姿势(相对于被加工对象的相对姿势)移动并进行加工，因而，在使用例如球头立铣刀等旋转切削工具进行切削加工的场合，可以消除随着加工工具姿势变化所引起的加工精度(表面粗糙度等)的标准离差，能够得到在旋转速度大的外周侧部分始终进行加工的优良的切削性能等，能以更高的精度加工出三维曲面，同时可以进行下凹等复杂形状的加工。再者，由于求出了作为三维曲线式的过法线矢量端点的光滑的法线曲线，因而，能够减少要计算的法线矢量数量，缩短计算时间，并在第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线上顺次设定目标位置时，能够根据法线曲线更好地求出该目标位置上的法线矢量，根据要求精度等自由地设定目标位置。而且，与以往的在数个工具通过点(CL点)的每一点上设定法线矢量来生成工具移动路径数据的场合相比较，可大幅度地减少数据量。
在上述法线矢量演算步骤中，希望以对应于例如第一约束面与第二约束面交线曲率的间隔，具体说，以曲率大的部分上的小间隔、曲率小的部分上的大间隔求出法线矢量，在这种场合，可维持法线曲线演算步骤中求出的法线曲线的高精度，减少了法线矢量的计算数量。另外，根据第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式求出法线曲线的三维曲线式，仅仅依据该法线曲线的三维曲线式，就可以在没有意识到的面上的线的区域内，算出相对用于表示交线三维曲线式的三维曲线上任意点的第一约束面的面法线方向，保持(记忆)这些三维曲线式的一对一的关系。
前述第一约束面与第二约束面的交线可以是不损第二约束面的形状特点(切线连续性或曲率连续性)的、依据例如第一约束面的曲面式与第二约束面的曲面式求出的NURBS或B-Spline、Bezier等的三维曲线式，但在前述第一约束面的边缘与第二约束面的交点为2个点的场合，期望用修补边界法求出第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式，在交点为2个点以外的场合，期望用几何交线跟踪法求出第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式。
修补边界法是通过在交线两端的2个点上设定切向矢量的大小及方向求出三维曲线式的，在交线的误差大于规定公差(允许误差)的场合，在中间位置设置新的构成点(圆缺端点)，逐渐增加圆缺(三维曲线式的最小单位)，求出有规定精度的三维曲线式，与几何交线跟踪法相比较，处理速度快，同时，能以少量的圆缺来实施。另外，在交点为2个点的场合，通常由于该2个点之间有交线，因此，可以以该2个点为交线的两端点开始原来的处理。
几何交线跟踪法如日本特开平2-230406号公报所记载的那样，以每个交点为基准点，向交线的切线方向迈出预定尺寸，顺次求出三维曲线式，通过变更该迈出尺寸，可以确保所规定的精度。该方法与修补边界法相比较，处理速度慢，圆缺数目多，但是，可以从一个交点开始处理，在交点为3个点以上的场合以及交线有复杂变换的场合等，可以进行处理。在交线为闭合线而没有交点的场合，通过利用第一约束面的参数恒定线设定基准点而进行处理。
另外，本发明在最佳实施例中，(a)前述加工工具的尖端加工部的形状做成半球形状，前述第一约束面是用于约束该尖端加工部的半球形状球中心的面；(b)前述第一约束面设定步骤，在判断出正确地确认要制作的三维曲面的至少一部分的面法线方向有困难的场合下，在该三维曲面上按照规定间隔设置数个参照点，同时配置以该参照点为中心且半径等于前述加工工具尖端加工部的半球形状的半径的球，根据最远离该三维曲面的球面设定前述第一约束面。即，一般来说，第一约束面是通过求出要制作的三维曲面的面法线矢量、再让该三维曲面朝面法线方向偏移相当于加工工具半径尺寸(尖端曲率半径)的距离的曲面，但是，在小角度的锐角三角形的退化面等上，由于该锐角尖端部分的面法线矢量精度比较低，利用偏移法不能得到足够的精度，因此最好利用上述的配置多个球的球面配置法设定第一约束面。球面配置法可采用例如本申请人在先申请的日本特愿平8-210008号所记载的技术，即使在退化面等面法线矢量精度不高的场合，也能以高精度求出距作为目标对象的三维曲面有相当于加工工具半径尺寸的距离的第一约束面。
在另一最佳实施例中，(a)前述加工工具的尖端加工部的形状做成半球形状，前述第一约束面是用于约束该尖端加工部的半球形状球中心的面；利用下述(b)的第一演算方法、(c)的第二演算方法及(d)的第三演算方法的共计三个演算方法中的一个演算方法，求出三维曲线式，同时，在用该演算方法计算时产生规定误差的场合，利用这三个演算方法中的剩余的演算方法求出三维曲线式，其中，前述(b)的第一演算方法是在判断出能正确地确认要制作的三维曲面的面法线方向的场合，在前述第一约束面设定步骤中，求出该三维曲面的面法线矢量，在第一约束面上设定偏移曲面，该偏移曲面是以与前述加工工具尖端加工部的半球形状半径相等的尺寸、从该三维曲面向面法线方向偏移的曲面，同时，在该第一约束面的边缘与前述第二约束面的交点为2个点的场合，在前述交线演算步骤中，根据修补边界法求出第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式；前述(c)的第二演算方法是在判断出能正确地确认要制作的三维曲面的面法线方向的场合，在前述第一约束面设定步骤中，求出该三维曲面的面法线矢量，在第一约束面上设定偏移曲面，该偏移曲面是以与前述加工工具尖端加工部的半球形状半径相等的尺寸、从该三维曲面向面法线方向偏移的曲面，同时，在该第一约束面的边缘与前述第二约束面的交点为2个点以外的场合，在前述交线演算步骤中，根据几何交线跟踪法求出第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式；前述(d)的第三演算方法是在判断出正确地确认要制作的三维曲面的至少一部分的面法线方向有困难的场合下，在前述第一约束面设定步骤中，在该三维曲面上按照规定间隔设置数个参照点，同时配置以该参照点为中心且半径等于前述加工工具尖端加工部的半球形状的半径的球，根据最远离该三维曲面的球面设定前述第一约束面，同时，在前述交线演算步骤中，根据预先规定的演算方法求出第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式。即是说，根据要制作的三维曲面的面形状(特性)或第一约束面边缘与第二约束面交点的数目，分别使用该三种演算方法，由此，可以在短时间内求出三维曲线式。另外，在因误差不能算出演算结果而使该演算结果成为NC的场合，通过使用剩余的演算方法，能确保利用这三个演算方法中的任一种求出三维曲线式。再者，通过输入要制作的三维曲面或所使用的加工工具、加工装置等各种处理所必须信息，可以利用计算机自动地实施本发明的上述各步骤。第二约束面可根据例如第一约束面的形状或所使用的加工装置种类等自动地设定，也可以通过操作者的设定操作来设定。
适合于实施本发明方法的工具移动路径数据的生成装置，即用于生成使加工规定的三维曲面的加工工具相对被加工对象作相对移动的工具移动路径数据的装置，该装置包括(a)第一约束面设定装置，根据前述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的前述加工工具的第一约束面；(b)第二约束面设定装置，以与前述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束前述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；(c)求出作为三维曲线式的前述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算装置；(d)生成包括由前述交线演算装置求出的三维曲线式在内的工具移动路径数据的移动路径数据生成装置。
根据本发明的方法，适用于加工被加工对象的加工方法，即通过让加工工具相对被加工对象作相对移动而加工规定的三维曲面的加工方法，该方法包括(a)第一约束面设定步骤，在该步骤中，根据前述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的前述加工工具的第一约束面；(b)第二约束面设定步骤，在该步骤中，以与前述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束前述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；(c)求出作为三维曲线式的前述第一约束面与第二约束面交线的交线演算步骤；(d)利用在前述交线演算步骤中求出的三维曲线式来设定工具移动路径的移动路径设定步骤；(e)在表示作为该移动路径设定步骤中所设定的工具移动路径的三维曲线式的三维曲线上顺次设定目标位置，使前述加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动步骤。
根据本发明的方法，适用于加工被加工对象的加工系统，即使加工工具相对于被加工对象作相对移动而对规定的三维曲面进行加工的加工系统，该系统包括(a)第一约束面设定装置，根据前述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的前述加工工具的第一约束面；(b)第二约束面设定装置，以与前述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束前述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；(c)求出作为三维曲线式的前述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算装置；(d)利用由前述交线演算装置求出的三维曲线式来设定工具移动路径的移动路径设定装置；(e)在表示由该移动路径设定装置所设定的工具移动路径的三维曲线式的三维曲线上顺次设定目标位置，使前述加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动控制装置。另外，该加工系统由例如前述工具移动路径数据的生成装置、根据该生成装置所生成的数据使加工工具相对于被加工对象作相对移动的NC工作机(工具移动控制装置)构成。
这样的工具移动路径数据的生成装置、加工方法、加工系统，可以得到与前述工具移动路径数据的生成方法基本相同的作用和效果。
作为一种生成方法，即在利用法线矢量设定工具姿势的场合，能在短时间内生成包含该工具姿势在内的工具移动路径数据，同时，可自由地设定工具通过点，该生成方法也是用于生成使加工规定的三维曲面的加工工具相对被加工对象作相对移动的工具移动路径数据的方法，包括(a)第一约束面设定步骤，在该步骤中，根据前述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的前述加工工具的第一约束面；(b)第二约束面设定步骤，在该步骤中，以与前述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束前述加工工具移动路径的平面或曲面组成；(c)求出前述第一约束面与第二约束面交线的交线演算步骤；(d)在前述第一约束面与第二约束面的交线上，按规定间隔求出该第一约束面的法线矢量的法线矢量演算步骤；(e)求出过该法线矢量端点的光滑的法线曲线的法线曲线演算步骤；(f)根据所述第一约束面与第二约束面的交线以及所述法线曲线，生成包括前述加工工具姿势在内的工具移动路径数据的移动路径数据生成步骤。
在这种场合，加工工具的轴心以相对于要制作的三维曲面略垂直或倾斜规定的角度等规定的姿势(相对于被加工对象的相对姿势)移动并进行加工，因而，在使用例如球头立铣刀等旋转切削工具进行切削加工的场合，可以消除随着加工工具姿势变化所引起的加工精度(表面粗糙度等)的标准离差，能够得到在旋转速度大的外周侧部分始终进行加工的优良的切削性能等，能以更高的精度加工出三维曲面，同时可以进行下凹等复杂形状的加工。再者，由于求出了过法线矢量端点的光滑的法线曲线，因而，能够减少要计算的法线矢量数量，缩短了计算时间，并在例如第一约束面与第二约束面的交线上设定工具通过点时，能够根据法线曲线更好地求出该工具通过点上的法线矢量，根据要求精度等自由地设定工具通过点。
而且，在这种场合，第二约束面没有必要采用必须的曲面，也可以采用平面。再者，第一约束面与第二约束面的交线及法线曲线也没有必要以必须的曲线式表示，用图像数据等表示也是可行的。
图面的简单说明图1是根据本发明的工具移动路径数据生成方法生成工具移动路径数据并进行加工的加工系统一个例子的概略说明图。
图2是用于说明图1的加工系统功能的方框图。
图3是用于说明图1的加工系统的NC工作机NC动作部的说明图。
图4是用于说明图1的加工系统的NC数据生成装置工作的程序方框图。
图5是图4中的步骤S1内容的说明图。
图6是图4中的步骤S2内容的说明图。
图7是图4中的步骤S3内容的说明图。
图8是图4中的步骤S5内容的说明图。
图9是适用于图1加工系统的可以加工三维曲面的一个例子的说明图。
图10是适用于图1加工系统的可以加工三维曲面的另一例子的说明图。
图11是表示加工图10的三维曲面的情况的路径约束曲面的示意图。
图12是表示用图1中的NC工作机的旋转加工工具的工具移动路径的说明图。
图13是用于说明通过直线插入CL点使工具移动的情况下的工具移动路径的说明图。
图14是用于说明图4中的步骤S1一具体例子的程序方框图。
图15是表示退化面一个例子的示意图。
图16是用于说明根据球面配置法设定工具约束曲面时在三维曲面上所设置的参照点的说明图。
图17是表示三维曲面上以参照点为中心的多数球配置状态的示意图。
图18是表示根据球面配置法设定的工具约束曲面断面的一个例子的球面及三维曲面的示意图。
图19是图16参照点间隔的说明图。
图20是用于说明图4中S3一具体例子的程序方框图。
图21是表示工具约束曲面边缘与路径约束曲面交点为2个的情况下的一个例子的示意图。
图22是表示工具约束曲面边缘与路径约束曲面交点为3个以上的情况下的一个例子的示意图。
图23是表示工具约束曲面边缘与路径约束曲面之间无交点情况下的一个例子的示意图。
图24是用于说明以三维曲线式求得用球面配置法设定的工具约束曲面与路径约束曲面交线的情况下一个例子的说明图。
图25是用于说明以修补边界法求得工具约束曲面与路径约束曲面交线的三维曲线式情况下一个例子的说明图。
图26是表示以几何交线跟踪法求得工具约束曲面与路径约束曲面交线的三维曲线式情况下一个例子的说明图。
图27是用于说明以几何交线跟踪法求得交线时求出交点的方法的说明图。
图28是5轴NC工作机一个例子的说明图。
图29是利用图28的NC工作机加工时NC数据生成装置功能的方框图。
图30用于说明图29的NC数据生成装置工作的程序方框图。
图31是图30中步骤R4内容的说明图。
图32是图30中步骤R5内容的说明图。
图33是图30中步骤R7及R8内容的说明图。
图34是用于说明利用图28的NC工作机加工时NC数据生成装置另一个例子的功能方框图。
图35是图34中设定倾角θ的装置内容的说明图。
图36是用于说明利用图28的NC工作机加工时NC数据生成装置再一个例子的功能方框图。
图37是用于说明图36的NC数据生成装置工作的程序方框图。
图38是以往的NC加工系统的一个例子的说明图。
实施发明的最佳形式下文根据附图详细叙述本发明的实施例。
图1是本实施例的NC加工系统28的概略说明图，是与上述图38对应的示意图，作为工具移动路径数据生成装置的NC数据生成装置30，与图38的NC数据生成装置10相比较，代替路径约束平面14，采用路径约束曲面32生成NC数据。由于NC数据作为工具移动路径数据，包括表示工具约束曲面12与路径约束曲面32的交线34的三维曲线式，因此，NC工作机18的旋转加工工具20不受平面约束，可沿表示三维曲线式的曲线移动。
图2是图1中NC加工系统28的功能方框图，由NC数据生成装置30生成的NC数据通过磁带或磁盘等记忆媒体或通过ON-line(联机)等供给NC工作机18。NC工作机18具有NC控制部36和NC动作部38。NC动作部38具有把如图3所示的球头立铣刀等的切削刀片的旋转轨迹构成半球形状的旋转加工工具20，围绕平行于Z轴的轴心旋转驱动该旋转加工工具20的主轴旋转驱动装置40、及使旋转加工工具20向相互垂直的X轴、Y轴、Z轴方向三维地平行移动的输送驱动装置42，通过围绕轴心旋转驱动该旋转加工工具20并根据NC数据使该旋转加工工具20相对于被加工对象44作相对移动，在被加工对象44进行三维曲面等的规定加工。
NC数据生成装置30由带有CPU、RAM、ROM等的CAM装置构成，在功能方面具有工具约束曲面设定装置50、路径约束曲面设定装置52、交线演算装置54、移动路径设定装置56和NC数据变换装置58，并根据图4的程序方框图生成NC数据。在图4的步骤S1中，由工具约束曲面设定装置50实施，求出例如图5所示的要制作的三维曲面22的面法线矢量，以从该三维曲面22向面法线方向偏移相当于旋转加工工具(球头立铣刀)20的半径尺寸(尖端曲率半径)r的偏移曲面为工具约束曲面12进行设定。工具约束曲面12是约束用于加工三维曲面22的旋转加工工具20的基准点(即作为切削刀片旋转轨迹的球中心的工具中心)的面。预先设定要制作的三维曲面22，同时由操作者等设定旋转加工工具20的半径尺寸r。该工具约束曲面12相当于第一约束面，步骤S1相当于第一约束面设定步骤，工具约束曲面设定装置50相当于第一约束面设定装置。
步骤S2由路径约束曲面设定装置52实施，通过操作者利用键盘或孔口进行的输入操作，与工具约束曲面12相交地设定用于约束旋转加工工具20移动路径的任意约束曲面32。路径约束曲面32虽然可以根据要制作的三维曲面22的形状任意地设定，但在使用本实施例的相互垂直的3轴NC工作机18的场合，期望设定成在图6所示的以旋转加工工具20的轴心为Z轴的X-Y平面内成为规定曲线的曲面。另外，虽然将路径约束曲面32设定成平面以外的曲面，但也可以根据需要设定成平面。路径约束曲面32相当于第二约束面，步骤S2相当于第二约束面设定步骤，路径约束曲面设定装置52相当于第二约束面设定装置。
步骤S3由交线演算装置54实施，算出上述工具约束曲面12与路径约束曲面32的交线34。该交线34是不损害路径约束曲面32形状特点(切线连续性或曲率连续性)的、依据这些曲面12及32的曲面式求出的NURBS或B-Spline、Bezier等的三维曲线式。该步骤S3相当于交线演算步骤，交线演算装置54相当于交线演算装置。
在步骤S4中，判断是否算出三维曲面22加工所必须的总的三维曲线式，反复进行步骤S2及S3，直到算出总的三维曲线式为止，使图7所示的路径约束曲面32朝垂直于Z轴的方向以进给尺寸顺次移动，求出作为三维曲线式的工具约束曲面12与路径约束曲面32的交线34。该步骤S4也是通过交线演算装置54自动进行的。
算出总的三维曲线式后，进行下一个步骤S5。步骤S5是由移动路径设定装置56实施的，利用数个交线34的三维曲线式设定工具移动路径，除此之外，设定图8所示的工具移动方向及加工时所需要的进入动作60、退刀动作62及进给动作64等，这种场合的工具移动路径表示的是工具中心(尖端球中心)的移动路径。然后，利用NC数据变换装置58实施步骤S6，生成向代码变换的NC数据即工具移动路径数据，所述代码为NC工作机18的控制功能的I/F。NC数据包括关于旋转加工工具20旋转速度的信息。上述步骤S5及S6相当于权利要求1中的移动路径数据生成步骤，步骤S5相当于权利要求9的移动路径设定步骤，移动路径设定装置56及NC数据变换装置58相当于权利要求8的移动路径数据生成装置，移动路径设定装置56相当于权利要求10的移动路径设定装置。
另外，这种NC数据的生成没有必要依据所需产品的加工面整体进行一次，可以根据面的特征等将加工面分割成数个部分，在每一部分中取出三维曲面22生成NC数据。
返回图2，前述NC工作机18的NC控制部36由具有CPU、RAM、ROM等的微型计算机构成，根据由NC数据生成装置30生成的NC数据控制NC动作部38的动作，在其功能方面包括输送速度控制装置66及旋转速度控制装置68。输送速度控制装置66根据用于表示NC数据中所设定的工具移动路径的曲线(即三维曲线式)使旋转加工工具20移动，以曲线插入方式控制输送驱动装置42。具体地，以规定的控制循环时间，在表示上述三维曲线式的曲线上设定顺次目标位置，以反馈方式控制输送驱动装置42，使旋转加工工具20朝其目标位置直线地移动，利用输送速度控制装置66供给来自工具位置检测装置70的表示实际工具位置的信号。另外，旋转速度控制装置68控制前述主轴旋转驱动装置40的动作，驱动旋转加工工具20，使旋转加工工具20以NC数据中所设定的工具旋转速度围绕轴心旋转。
根据这样的NC数据，使旋转加工工具20围绕轴心旋转，同时，使该旋转加工工具20沿着表示三维曲线式的曲线移动，由此，以被加工对象44为目标，进行三维曲面22的加工。该步骤相当于权利要求9的工具移动步骤，NC工作机18相当于权利要求10的工具移动控制装置。
这里，在本实施例的NC加工系统28中，由于用于约束旋转加工工具20的移动路径的约束曲面32可以设定为包含平面的任意曲面，因此，工具移动路径设定的自由度高，可根据要制作的三维曲面22的形状设定适当的工具移动路径。例如，在加工图9所示的三维曲面的场合，可以使工具沿着图(a)中虚线所示的三维曲面的弯曲度平滑地移动(按照形状移动)，与把工具移动路径约束在平面内的(b)的场合相比较，可避免工具方向的急剧变化。另外，在加工图10所示的圆锥形状的场合，工具可按照图(a)中虚线所示的螺旋状的方式移动，从小径侧到大径侧连续地进行加工，与图(b)中虚线所示的台阶状的等高轮廓加工的情况相比较，提高了加工效率及加工精度(平滑程度)。可以把图10场合的路径约束曲面32设定成图11所示的涡卷状。
另外，在本实施例中，以三维曲线式求出工具约束曲面12与路径约束曲面32的交线34，生成NC数据，同时，NC工作机在表示该三维曲线式的三维曲线上设定顺次的目标位置，使旋转加工工具20移动，因此，能以少量的数据进行高精度的加工。即是说，如图12所示，NC数据移动形状与本来所希望的移动路径形状大体一致，在该路径上确定目标位置，因此，使图(b)所示的目标位置间隔变窄，以高精度进行加工。为了使目标位置间隔变窄，可以缩短NC工作机18的控制循环时间，也可以减慢工具移动速度。与之对应，在工具通过点(CL点)的点阵中设定工具移动路径，在直线中插入该CL点，设定目标位置，并使旋转加工工具20移动，在这种场合下，如图13(b)所示，即使让NC工作机18的目标位置间隔变窄，也不能提高加工精度，为了象图(c)所示那样，增加NC数据的CL点的数目，必须扩大数据量。
另外，虽然已经说明了在上述实施例的步骤S1中，根据面法线矢量以偏移法设定工具约束曲面12的情况，但是，希望依据是否有图14程序方框图所示的退化面并以不同的方法设定工具约束曲面12。即是说，在步骤SA1中，根据预先设定的条件判断要制作的三维曲面22是否有一部分退化面，在没有退化面的场合，进入步骤SA2，根据前述的面法线矢量，以偏移法设定工具约束曲面12，而在有退化面的场合，进入步骤SA3中，根据球面配置法，设定工具约束曲面12。退化面是构成如图15所示的小角度的锐角三角形面100，根据例如两个边之间的角度是否在预定的规定值以下等进行判断。在该退化面100上，在其锐角尖端部分100a中，以面法线矢量即面法线方向为正进行计算是很困难的，因而，用偏移法不能得到充分的精度。有无退化面100的判断标准是考虑了用于算出面法线矢量的演算精度等进行设定的。
球面配置法如图16所示，在三维曲面22上以一定间隔设定数个参照点102，同时，如图17所示，以这些参照点102为中心，以与旋转加工工具20的半径尺寸r相等的半径配置球104，这样，图18粗线所示的朝空间侧(上方)最远离三维曲面22的球面成为工具约束曲面12。参照点102的间隔越小，越能设定出精度高的工具约束曲面12，但是，由于这样会导致处理数据量增多，因而在例如图19所示的半径与旋转加工工具20的半径尺寸r相等的球面106和三维曲面22相交的场合，希望将法线方向的最大重叠尺寸d设定在公差的二分之一以下。三维曲面22为平面时，只根据旋转加工工具20的半径尺寸r设定预定的一定间隔，但也可以根据要制作的三维曲面22的特性(最大曲率)等并按每种产品种类来设定间隔。图18示出了在相对于三维曲面22略垂直的平坦断面上，存在有重叠的多个球104的截面。
根据这种球面配置法，即使在不能以高精度求出退化面100的面法线矢量的场合，也能在高精度下求得以相当于旋转加工工具20的半径尺寸r的距离从要制作的三维曲面22向空间侧离开的工具约束曲面12。另外，除了退化面100以外，在例如三维曲面22的面法线矢量非常不稳定的场合等，也可以用球面配置法求出工具约束曲面12。
此外，在前述实施例的步骤S3中，希望根据例如图20程序方框图求出交线34的三维曲线式。在图20的步骤SB1中，判断是否以球面配置法设定了工具约束曲面12，在以球面配置法进行设定的场合，进入步骤SB3，用等节距法算出交线34的三维曲线式，而在不利用球面配置法的场合，即以法线矢量偏移法设定工具约束曲面12的场合，进入步骤SB2，判断该工具约束曲面12的边缘与路径约束曲面32的相交点是否为2个点。然后，在如图21所示的存在交点P1及P2共计2个点的场合，进入步骤SB4，以修补边界法算出交线34的三维曲线式，在图22、图23所示的交点为2个点以外的场合，进入步骤SB5，以几何交线跟踪法算出交线34的三维曲线式。从工具约束曲面12的设定到步骤SB3的演算三维曲线式的一连串的处理，相当于权利要求6中的第三演算方法，从工具约束曲面12的设定到步骤SB4的演算三维曲线式的一连串的处理，相当于权利要求6中的第一演算方法，从工具约束曲面12的设定到步骤SB5的演算三维曲线式的一连串的处理，相当于权利要求6中的第二演算方法。另外，工具约束曲面12的边缘是指面的外周缘，与要制作的三维曲面22的外周缘相对应。
上述步骤SB3中的等节距法如图24所示，在工具约束曲面12与路径约束曲面32的交线34上，根据与Z轴平行的路径约束曲面32的X-Y平面内的形状变化，按照规定的节距L设定数个基准点110，将这些基准点110光滑地连接在一起，进行规定的拟合处理，算出三维曲线式。所规定的节距L设定为例如(公差×工具直径×20)的值，“20”可以根据经验值进行适当的变更。图24是依据路径约束曲面32的X-Y平面内形状变化的交线34的展开示意图。
另外，这种场合下的工具约束曲面12是数个球104的部分球面的集合，因而工具约束曲面12与路径约束曲面32的交线34也成为图24所示的凹凸，而求出光滑连接该凸部顶点附近的包络线，将该包络线看作交线34，也可以求出三维曲线式，在这种场合，最好采用修补边界法及几何交线跟踪法等其他演算方法。作为工具约束曲面12可以设定成包含多数部分球面顶点附近的光滑包络面。
关于步骤SB4中的修补边界法，假设图21中的2个交点P1与P2之间存在有交线34，这样可以求出如图25所示的与该交点P1和P2之间的交线34大体一致的三维曲线式。具体说，首先，如图25中的(a)所示，在交点P1和P2之间构成一个圆缺，将该交点P1、P2上的切线矢量的大小及方向作适当的调整，生成过交线34中间点P050的或过尽可能接近中间点P050的点的三维曲线式。然后，如图(b)所示，求出交点P1、P2与中间点P050之间的中间点P025、P075，判断所生成的三维曲线式与所表示的三维曲线式之间的误差是否在任意公差以下，如果是在公差以下，则确定该三维曲线式。如果有一个误差大于公差，在这种场合，如图(c)所示，以中间点P050为新的构成点(圆缺点)，分为两个圆缺，反复进行同样的处理，直到中间点的误差为公差以下为止。该修补边界法与几何交线跟踪法相比较，处理速度快，同时，能以少量的圆缺来实施。另外，在交点为2个点的场合，通常由于该2点之间有交线34，因此，不需要进行判断有无交线34的处理，以该2个交点P1、P2为交线34的两端点，就可以开始原来的处理。
步骤SB5中的几何交线跟踪法是，在图26(a)情形下的存在有交点P1～P4的场合，以这些交点P1～P4为基准点，向交线34的切线方向迈出预定尺寸，求出与交线34大体一致的三维曲线式。如图27所示，在根据几何交线跟踪法求出面S1(参数(u,v))与面S2(参数(s,t))之间的交线的场合，首先求出基准点。最初的基准点最好使用上述交点P1～P4。接着，为了求出以后的交点，需要求出基准点上的切线矢量。即是说，需要确定跟踪方向与迈出量。跟踪方向通过基准点分别在面S1、S2上的法线矢量的外积求出。另外迈出量可根据形状曲率进行调整。也就是说，曲率大时迈出量小，曲率小时迈出量大。另外，面S1及面S2的一方及另一方分别相当于工具约束曲面12与路径约束曲面32。
然后，将这样求得的切向矢量分别在面S1、S2上投影，换言之，分别将切向矢量用(u,v)、(s,t)表示，求出参数自基准点的增量值(du,dv)、(ds,dt)。仅以这样求出的参数增量值，分别作为初期点，求出这些参数从基准点向前移动到面S1、S2上的面上点p,q。接着，求出过点p的面S1的切向平面Fp、过点q的面S2的切向平面Fq，以及垂直于Fp、Fq的垂直辅助平面Fn。这三个平面Fp、Fq、Fn的相交位置为点，而该点是面S1、S2之间的交点G。如果该交点G没有太大的误差，就进行以下的收敛计算。另外，点p的单位面法线矢量为np，点q的单位面法线矢量为nq，辅助平面Fn的单位法线矢量为nn。
首先，求出向交点G的参数增量值。具体说，利用切线矢量、法线矢量、G及p、q，以点p的u方向的切线矢量为du、v方向的切线矢量为dv，并根据下式(1)、(2)，分别求出例如点p的参数u、v的增量值Δu、Δv。加上这些参数增量值所得到的面S1上的点和面S2上的点分别为p′、q′，以点p′、q′为新的点p、q，反复进行上述处理，直到这两个点间的距离|p′-q′|值十分小为止(例如为预定的容隙)。这样，最终的|p′-q′|十分小时的交点G便是面S1、S2间的交点。利用如此求得的交点及各自的切线矢量，求出两点间的连接曲线，该曲线就是交线。反复进行上述处理，求出面S1、S2间的交线群，该交线群即工具的轨迹。
Δu=(sv·dp)/(sv·du) …(1)Δv=(su·dp)/(su·dv) …(2)其中，dp=G-psu=du×npsv=dv×np另外，如上述图23所示，当工具约束曲面12的边缘与路径约束曲面32没有交点时，如图26(b)所示，通过形成工具约束曲面12的参数恒定线120、设定基准点122，同样地可以求出交线34的三维曲面式。
几何交线跟踪法与修补边界法相比较，处理速度慢，圆缺数目多，但是，可以从一个交点开始处理，在交点为3个点以上的场合，不需要确认有无交线34，就可以开始处理。另外，即使交线34有复杂的变化，也能较准确地求出三维曲线式。
返回图20，在步骤SB3、SB4或SB5中进行了三维曲线式的演算处理后，进入下一个步骤SB6，在该步骤中判断是否算出三维曲线式，如果已经算出，便可以结束这一系列交线演算处理过程，但是，如果产生规定误差直到最后也没有算出三维曲线式时，进行步骤SB7。误差因演算方法不同而不同，在修补边界法的场合，例如交线34的分割次数为规定值以上时等，便出现了误差，这时，终止后面的处理。在几何交线跟踪法的场合，当例如收敛计算次数超过了规定次数时等，便出现了误差，这时，终止后面的处理。
在步骤SB7中，判断是否总体使用了上述等节距法、修补边界法及几何交线跟踪法的三个演算方法，在使用了三个演算方法的场合，进入步骤SB8，判断最后的误差，利用表示装置等表示出因误差而不能算出三维曲线式的情况。另外，在还尚存有没有尝试过的演算方法时，进入步骤SB9，利用上述三个演算方法中的其他演算方法求出三维曲线式。在最初使用修补边界法或几何交线跟踪法的情况下再实施等节距法的场合，利用球面配置法设定工具约束曲面12，另一方面，在最初使用等节距法的情况下再使用修补边界法或几何交线跟踪法的场合，根据面法线矢量偏移法设定工具约束曲面12。另外，在实施修补边界法的场合，当工具约束曲面12的边缘与路径约束曲面32的交点有3个点以上时，预先确定有无交线34，算出有交线34的2个点之间的三维曲线式。
在这种场合，根据要制作的三维曲面22的面形状(特性)或工具约束曲面12的边缘与路径约束曲面32的交点数目，分别使用三种演算方法(包括工具约束曲面12的设定方法)，因而，能在尽可能短的时间内求出三维曲线式。再者，在因误差而没有算出结果的场合，由于没有对剩余的演算方法进行尝试，因而，能够始终保证利用三种演算方法中的任一种算出三维曲线式。
下文叙述图28所示的使用5轴NC工作机74进行加工的情况下的实施例。该NC工作机74除了具有前述主轴旋转驱动装置40及3轴输送驱动装置42之外，还具有使主轴旋转驱动装置40围绕与Z轴平行的旋转轴旋转的第一姿势控制装置76和使该主轴旋转驱动装置40围绕垂直于其旋转轴的旋转轴旋转的第二姿势控制装置78，并且可自由地控制旋转加工工具20相对于位置固定的被加工对象的姿势。
图29是说明用于生成使用上述5轴NC工作机74进行加工时的NC数据的最佳的NC数据生成装置80的功能方框图，该NC数据生成装置80除了具有前述工具约束曲面设定装置50、路径约束曲面设定装置52、交线演算装置54及NC数据变换装置58之外，还备有法线矢量演算装置82、法线曲线演算装置84、CL点设定装置86、CL矢量设定装置88，而且，能够根据图30所示的程序方框图生成NC数据。
图30的步骤R1、R2、R3分别与前述步骤S1、S2、S3相同，在借助法线矢量演算装置82实施的步骤R4中，如图31所示，在步骤R3中求出的交线34上，以对应于曲线曲率的间隔(曲率大时间隔小)算出作为单位矢量的工具约束曲面12的法线(垂直)矢量90。交线34的曲率是通过把交线34上预定的规定间隔位置的数个点进行抽样处理而求出的。
下一个步骤R5是由法线曲线演算装置84实施的，如图32所示，算出在步骤R4中求出的过法线矢量90端点的光滑曲线即法线曲线92，保持(记忆)作为工具移动路径的交线34与法线曲线92的一对一的关系。该法线曲线92可以与交线34同样地以三维曲线式求出。根据所保持的该交线34与法线曲线92的一对一的关系，可以在没有意识到的面上的线的区域内，算出并取出交线34上任意点上的面法线方向。步骤R6与前述步骤S4相同，步骤R7以下的步骤用来生成NC工作机74以直线插入方式使旋转加工工具移动的情况下的NC数据。步骤R7由CL点设定装置86实施，如图33所示，在满足例如允许误差范围、等间隔、高速加工用以及1个刀片=1个CL等各种条件中的操作者通过输入操作所指定的期望条件下，在表示工具移动路径的交线34的三维曲线上设定数个工具通过点(CL点)。步骤R8由CL矢量设定装置88实施，如图33所示，从对应于交线34和参数所记忆的法线曲线92上求出与各CL点对应的点，由此，算出上述各CL点上的面法线矢量即CL矢量。
对于每一个交线34进行了上述步骤R7及R8之后，进入步骤R9，在该步骤R9中，判断是否求出总的交线34上的CL点及CL矢量，反复进行步骤R7及R8，直到求出总的交线34上的CL点及CL矢量为止。步骤R9也是由CL矢量设定装置88自动实施的。在求出总的交线34上的CL点及CL矢量之后，进行步骤R10，在该步骤中，实施前述进入动作60、退刀动作62及进给动作64等加工所必要的动作。然后，在步骤R11中，将与上述CL点及CL矢量、进入动作60等的工具移动路径、工具姿势等有关的信息变换为NC工作机74控制功能的I/F的代码，生成NC数据(即工具移动路径数据)。该步骤R11是由NC数据变换装置58实施的。
图28的NC工作机74中的输送驱动装置42是根据与CL点有关的NC数据进行控制的，使主轴旋转驱动装置40与旋转加工工具20一起按照前述图13所示的直线插入方式移动。姿势控制装置76及78根据与CL矢量有关的NC数据进行控制，使主轴旋转驱动装置40与旋转加工工具20的姿势(即轴心方向)和CL矢量保持一致，换言之，以垂直于三维曲面22的方式进行控制。另外，由输送驱动装置42对主轴旋转驱动装置40的移动控制，与工具姿势变化无关，根据CL矢量进行补正，可以使旋转加工工具20的工具中心对应于CL点移向规定的目标位置。由NC数据生成装置80生成NC数据时，可根据CL矢量对工具移动路径进行补正。
在该实施例中，由于旋转加工工具20以相对于要制作的三维曲面22略垂直的一定姿势移动，因此，可以消除随工具姿势变化所引起的加工精度(表面粗糙度等)的标准离差，能以更高的精度加工出三维曲面22，同时可以进行下凹等复杂形状的加工。
另外，由于求出了过法线矢量90端点的光滑的法线曲线92，因而减少了要计算的法线矢量90的数量，缩短了计算时间，又因为法线曲线92的三维曲线式与交线34的三维曲线式对应，因此，在交线34的三维曲线上顺次设定C点时，可以根据法线曲线92的三维曲线式求出该CL点上的相对于工具约束曲面12的面法线矢量(CL矢量)，能够根据所要求的精度自由地设定CL点。
再者，在步骤R4中，以对应于交线34曲率的间隔求出法线矢量90，因而可更高地维持在步骤R5中求出的法线曲线92的精度，同时减少法线矢量90的计算数量。
该实施例相当于权利要求7所记载的工具移动路径数据的生成方法的一实施例，步骤R1相当于第一约束面设定步骤，步骤R2相当于第二约束面设定步骤，步骤R3相当于交线演算步骤，步骤R4相当于法线矢量演算步骤，步骤R5相当于法线曲线演算步骤，步骤R7、R8、R10及R11相当于移动路径数据生成步骤。
另外，在上述例子中，说明了旋转加工工具20以相对于工具约束曲面12即要制作的三维曲面22略垂直的一定姿势移动的情况，但是，如图34所示，通过在前述CL矢量设定装置88与NC数据变换装置58之间设置用于设定以前述CL矢量为基准的工具轴心倾角θ的装置94，可以象图35所示那样，使旋转加工工具20的轴心以相对于CL矢量(垂直于三维曲面22的方向)有倾角θ的倾斜姿势移动。在这种场合，由于能够始终在旋转速度大的外周侧部分进行切削加工，因而可以得到无挤裂等优良的切削性能，能够适应于使用作为旋转加工工具20的球头立铣刀等的旋转切削工具的场合。
再者，上述例子以由数个CL点组成的点阵数据生成NC数据，但是，也可以利用第一实施例的三维曲线式生成NC数据。图36是用于说明这种场合下的NC数据生成装置120的功能方框图，该NC数据生成装置120，代替前述CL点设定装置86及CL矢量设定装置88，而备有移动路径设定装置122，并根据图37的程序方框图生成NC数据。
图37的步骤RA1～RA6、RA8分别与前述步骤R1～R6、R11相同，借助移动路径设定装置122实施步骤RA7，利用交线34的三维曲线式及法线曲线92的三维曲线式设定工具移动路径，除此之外，与前述步骤S5同样，设定工具移动方向及加工时所需要的进入动作、退刀动作及进给动作等。另外，在NC工作机74侧，在表示交线34的三维曲线式的三维曲线上，以曲线插入方式顺次设定目标位置时，与前述步骤R8同样，根据法线曲线92的三维曲线式求出该目标位置上的面法线矢量，依据倾角θ等设定工具姿势。
这种场合与前述实施例那样的通过在数个CL点的每一点上设定CL矢量而生成NC数据的场合相比较，能够大幅度地减少数据量。
该实施例相当于权利要求2及权利要求7所记载的工具移动路径数据生成方法的一实施例，步骤RA1相当于第一约束面设定步骤，步骤RA2相当于第二约束面设定步骤，步骤RA3相当于交线演算步骤，步骤RA4相当于法线矢量演算步骤，步骤RA5相当于法线曲线演算步骤，步骤RA7及RA8相当于移动路径数据生成步骤。另外，步骤RA7相当于权利要求9的移动路径设定步骤。移动路径设定装置122相当于权利要求10的移动路径设定装置，移动路径设定装置122及NC数据变换装置58相当于权利要求8的移动路径数据生成装置，NC数据生成装置120相当于权利要求8所记载的工具移动路径数据生成装置。
以上，根据附图详细叙述了本发明的实施例，但本发明还可以用其他形式实施。
例如在前述实施例中，旋转加工工具20相对于任何位置固定的被加工对象44移动的姿势是变化的，但是，也可以一边使被加工对象44移动，一边让旋转加工工具20围绕规定轴旋转。旋转加工工具20及被加工对象44的移动形式(包括姿势变化)可根据需要进行适当的变更。
虽然没有再示出其他实施例，但是，根据本领域技术人员拥有的知识，可以对本发明用各种变更、改变的形式来实施。
工业上的应用性如上文所述，本发明能够生成让用于加工三维曲面的加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动路径数据，控制加工工具相对于被加工对象的姿势，同时生成包括用于加工三维曲面的工具姿势在内的工具移动路径数据，可适用于使加工工具相对于被加工对象移动来加工规定的三维曲面的场合。
权利要求
1.工具移动路径数据的生成方法，用于生成使加工规定的三维曲面的加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动路径数据，其特征是，包括第一约束面设定步骤，在该步骤中，根据所述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的所述加工工具的第一约束面；第二约束面设定步骤，在该步骤中，以与所述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束所述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；求出作为三维曲线式的所述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算步骤；生成包括在所述交线演算步骤中求出的三维曲线式在内的工具移动路径数据的移动路径数据生成步骤。
2.根据权利要求1所述的工具移动路径数据的生成方法，其特征是，还包括在所述第一约束面与第二约束面的交线上以规定的间隔求出该第一约束面法线矢量的法线矢量演算步骤；根据所述第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式，求出作为三维曲线式的过该法线矢量端点的光滑的法线曲线的法线曲线演算步骤；所述移动路径数据生成步骤用于生成工具移动路径数据，该工具移动路径数据包括第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式、所述法线曲线的三维曲线式以及加工工具姿势。
3.根据权利要求1或2所述的工具移动路径数据的生成方法，其特征是，所述交线演算步骤是，在所述第一约束面的边缘与所述第二约束面的交点为2个点的场合，利用修补边界法求出该第一约束面与第二约束面交线的三维曲线式。
4.根据权利要求1至3中任一所述的工具移动路径数据的生成方法，其特征是，所述交线演算步骤是，在所述第一约束面的边缘与所述第二约束面的交点为2个点以外的场合，根据几何交线跟踪法求出该第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式。
5.根据权利要求1至4中任一所述的工具移动路径数据的生成方法，其特征是，所述加工工具的尖端加工部的形状做成半球形状，所述第一约束面是用于约束该尖端加工部的半球形状球中心的面；所述第一约束面设定步骤，在判断出正确地确认要制作的三维曲面的至少一部分的面法线方向有困难的场合下，在该三维曲面上按照规定间隔设置数个参照点，同时配置以该参照点为中心且半径等于所述加工工具尖端加工部的半球形状的半径的球，根据最远离该三维曲面的球面设定所述第一约束面。
6.根据权利要求1或2所述的工具移动路径数据的生成方法，其特征是，所述加工工具的尖端加工部的形状做成半球形状，所述第一约束面是用于约束该尖端加工部的半球形状球中心的面；利用下述的第一演算方法、第二演算方法及第三演算方法的共计三个演算方法中的一个演算方法，求出三维曲线式，同时，在用该演算方法计算时产生规定误差的场合，利用这三个演算方法中的剩余的演算方法求出三维曲线式，其中，所述第一演算方法是在判断出能正确地确认要制作的三维曲面的面法线方向的场合，在所述第一约束面设定步骤中，求出该三维曲面的面法线矢量，在第一约束面上设定偏移曲面，该偏移曲面是以与所述加工工具尖端加工部的半球形状半径相等的尺寸、从该三维曲面向面法线方向偏移的曲面，同时，在该第一约束面的边缘与所述第二约束面的交点为2个点的场合，在所述交线演算步骤中，根据修补边界法求出第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式，所述第二演算方法是在判断出能正确地确认要制作的三维曲面的面法线方向的场合，在所述第一约束面设定步骤中，求出该三维曲面的面法线矢量，在第一约束面上设定偏移曲面，该偏移曲面是以与所述加工工具尖端加工部的半球形状半径相等的尺寸、从该三维曲面向面法线方向偏移的曲面，同时，在该第一约束面的边缘与所述第二约束面的交点为2个点以外的场合，在所述交线演算步骤中，根据几何交线跟踪法求出第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式，所述第三演算方法是在判断出正确地确认要制作的三维曲面的至少一部分的面法线方向有困难的场合下，在所述第一约束面设定步骤中，在该三维曲面上按照规定间隔设置数个参照点，同时配置以该参照点为中心且半径等于所述加工工具尖端加工部的半球形状的半径的球，根据最远离该三维曲面的球面设定所述第一约束面，同时，在所述交线演算步骤中，根据预先规定的演算方法求出第一约束面与第二约束面的交线的三维曲线式。
7.工具移动路径数据的生成方法，用于生成使加工规定的三维曲面的加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动路径数据，其特征是，包括第一约束面设定步骤，在该步骤中，根据所述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的所述加工工具的第一约束面；第二约束面设定步骤，在该步骤中，以与所述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束所述加工工具移动路径的平面或曲面组成；求出所述第一约束面与第二约束面交线的交线演算步骤；在所述第一约束面与第二约束面的交线上，按规定间隔求出该第一约束面的法线矢量的法线矢量演算步骤；求出过该法线矢量端点的光滑的法线曲线的法线曲线演算步骤；根据所述第一约束面与第二约束面的交线以及所述法线曲线，生成包括所述加工工具姿势在内的工具移动路径数据的移动路径数据生成步骤。
8.工具移动路径数据的生成装置，用于生成使加工规定的三维曲面的加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动路径数据，其特征是，包括第一约束面设定装置，根据所述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的所述加工工具的第一约束面；第二约束面设定装置，以与所述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束所述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；求出作为三维曲线式的所述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算装置；生成包括由所述交线演算装置求出的三维曲线式在内的工具移动路径数据的移动路径数据生成装置。
9.一种通过让加工工具相对于被加工对象作相对移动而对规定的三维曲面进行加工的加工方法，其特征是，包括第一约束面设定步骤，在该步骤中，根据所述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的所述加工工具的第一约束面；第二约束面设定步骤，在该步骤中，以与所述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束所述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；求出作为三维曲线式的所述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算步骤；利用在所述交线演算步骤中求出的三维曲线式来设定工具移动路径的移动路径设定步骤；在表示作为该移动路径设定步骤中所设定的工具移动路径的三维曲线式的三维曲线上顺次设定目标位置，使所述加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动步骤。
10.一种通过让加工工具相对于被加工对象作相对移动而对规定的三维曲面进行加工的加工系统，其特征是，包括第一约束面设定装置，根据所述三维曲面来设定用于约束加工该三维曲面的所述加工工具的第一约束面；第二约束面设定装置，以与所述第一约束面相交的方式设定第二约束面，该第二约束面由用于约束所述加工工具移动路径的平面以外的曲面组成；求出作为三维曲线式的所述第一约束面与第二约束面的交线的交线演算装置；利用由所述交线演算装置求出的三维曲线式来设定工具移动路径的移动路径设定装置；在表示由该移动路径设定装置所设定的工具移动路径的三维曲线式的三维曲线上顺次设定目标位置，使所述加工工具相对于被加工对象作相对移动的工具移动控制装置。
全文摘要
通过设定以相当于旋转加工工具(20)半径尺寸的距离、沿面法线方向离开要制作的三维曲面(22)的工具约束曲面(12),同时根据该三维曲面(22)的形状设定用于约束旋转加工工具(20)移动路径的路径约束曲面(32),求出作为三维曲线式的两个曲面(12、32)的交线(34),生成工具移动路径数据。由此,可以把路径约束曲面(32)设定成任意曲面,提高了工具移动路径的设定自由度,可根据要制作的三维曲面(22)的形状设定适当的工具移动路径,同时利用三维曲线式生成工具移动路径数据,与利用数个工具通过点组成的点阵数据生成工具移动路径数据的场合相比较,可维持高的加工精度,减少数据量。
文档编号G05B19/4099GK1217075SQ97194105
公开日1999年5月19日 申请日期1997年3月25日 优先权日1996年3月26日
发明者日笠山晴久, 加藤励, 牟田芳喜, 加治佐英辅, 玉冈幸治 申请人:丰田自动车株式会社, 日本尤尼西斯株式会社