专利名称：加工工序生成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加工工序生成装置，该加工工序生成装置通过分析CAD (计算机辅助设计)数据并提取出加工形状，从数据库中检索适当 的加工方法并进行组合，来生成由NC (数值控制)程序所控制的机械加 工中心的部件和模具制造用的制造加工工序。
背景技术：
以往，在使用机械加工中心来制造部件和模具的情况下，加工方法 由操作员决定。操作员按照所决定的加工方法，借助CAM (Computer Aided Manufacturing:计算机辅助制造)来设定加工方法和工具的切削条 件，计算用于控制机械加工中心的NC程序。然后，由所输出的NC程序 控制机械加工中心，使用所指定的工具来加工材料。
为了决定加工方法，操作员运用经验和知识之类的与加工相关的技 术专长。为了验证所决定的加工方法是否妥当，进行所输出的NC程序 的模拟。为了分析模拟结果，也需要操作员的经验和知识之类的与加工 相关的技术专长。为了将不同的加工方法相比较，有必要变更CAM的设 定来重新计算NC程序。这样，由于重复一系列的试错，因而操作员的 劳力和与加工相关的技术专长是必不可少的。在由计算机代替进行试错 的情况下，有以下方法等，即生成工具和材料的数据库，将登记在数 据库内的信息进行组合，进行试错，决定加工时间最短的工具组合，然 而需要庞大的计算时间。
用于生成NC程序的加工技术专长有加工方法的决定、使用工具的 决定、工具的切削条件等。加工方法由"平刨"、"成形刨削"、"冲孔"、 "锪孔"等加工形状、"圆头立铣刀"、"平端铣刀"等工具、"等高线加 工"、"扫描线加工"等工具动作的组合构成。对于操作员为了利用加工技术专长生成NC程序而进行的CAM的设定，由计算机进行辅助，最一般的方法之一，可列举使用数据库的工具切削条件的自动指定。这是指， 取代操作员将切削条件输入到计算机，而由计算机辅助进行根据工具和 材料等的组合来指定最佳的切削条件。并且，也有由计算机辅助进行数 据库内的切削条件的优化。这些切削条件的自动指定和优化等本来是数 值信息，与计算机的配合比较良好，因而开发了许多系统。
然而，现状是，决定加工方法和工具的计算机辅助系统还没怎么进 行开发。可列举出第一个原因是这些加工技术专长由于含糊且复杂的决 定要因多而难以进行数值化。例如，"平刨"的加工形状能使用"圆头立 铣刀"、"平端铣刀"、"圆角端铣刀"等的各种工具进行加工。假如将工具决定为"平端铣刀"，则必须决定工具尺寸。而且，对于宽10mm的槽， 当使用直径10mm的工具进行切削时成为"切槽"，而在使用直径5mm 的工具进行切削时成为"成形刨削"。要实现使这种含糊且复杂的加工方 法的决定要因数值化、并输出与人工方法相同的结果的系统是不容易的。 作为现有技术，有专利文献1 4的技术。专利文献1公开了一种技 术，即存储针对划分成基于CAD/CAM数据的各加工单位的加工属 性数据的被加工形状、以及针对标准加工形状的加工工序，并以加工工 序或加工工具作为条件式来检索加工属性数据。专利文献2公幵了一种 技术，即根据所输入的切削条件，按照与指定工序对应的程序生成算 法来生成加工程序。专利文献3公开了一种技术，即根据应放电加工 部位的形状，基于判断基准数据，推导出理想的加工条件，根据加工条 件数据的组合来决定电极的形状尺寸和加工程序。专利文献4公开了一种技术，即存储凹部及其他的形状数据、材料数据、工具数据、加工条件数据，针对所选择的工具的组合生成数据，并针对加工时间最短的数据生成NC程序。
专利文献l:日本特开平5 —177505号公报
专利文献2:日本特开2002—132313号公报
专利文献3:日本特开平5 —169348号公报
专利文献4:日本特开2004—306202号公报
发明内容
本发明的课题是提供一种通过使加工形状和加工方法的决定方法自 动化、并输出基于决定方法的NC程序，从而能实现高效率且高精度的 加工的加工工序生成装置。
本发明的加工工序生成装置，其特征在于，该加工工序生成装置具 有存储单元，其将形状数据与在加工该形状时使用的加工方法相对应 来存储；形状数据检测单元，其接收应加工产品的形状数据，并检测与 该所接收的形状数据对应的形状数据是否被存储在该存储单元内；加工
方法取得单元，其从该存储单元中取得与该检测出的形状数据对应的加
工方法；以及加工工序生成单元，其将由该加工方法取得单元所取得的1 个以上的加工方法进行组合，生成用于指定应加工产品的加工工序的数 据。
根据本发明，由于使以往由人进行的加工工序的决定自动化，因而 可削减加工工序的决定所要求的操作员的劳力，并且不依赖于操作员的 熟练度，能进行高精度的加工。
图1是对加工工序的组合的决定方法进行说明的图。
图2是示出根据本发明的实施方式的加工工序生成装置、并示出根 据CAD数据决定加工工序并向机械加工中心输出NC程序的过程的图。
图3是示出加工形状识别功能11的处理流程的图。
图4是对加工形状数据库15进行说明的图(之l)。
图5是对加工形状数据库15进行说明的图(之2)。
图6是对加工形状数据库15进行说明的图(之3)。
图7是对加工形状数据库15进行说明的图(之4)。
图8是对加工形状数据库15进行说明的图(之5)。
图9是对加工形状数据库15进行说明的图(之6)。
图10是示出加工工序决定功能12的处理流程的图。
图11是对加工方法数据库16进行说明的图(之l)。
图12是对加工方法数据库16进行说明的图(之2)。
图13是示出从加工工序决定功能12向工具轨迹生成功能13交付的 参数的例子的图。
具体实施例方式
在利用材料加工部件和模具等产品的情况下， 一般可分为"粗加工 工序"、"半精加工工序"、"精加工工序"等多个加工工序，这些加工工 序根据加工形状可应用"平刨"、"成形刨削"、"冲孔"、"锪孔"等加工 方法。然后，决定能以最佳效率且最高精度对产品进行精加工的加工方 法的组合，并输出控制机械加工中心的NC程序。
图1是对加工工序的组合的决定方法迸行说明的图。 假定加工工序可分为3阶段，第1阶段有A和A，的加工方法，第 2阶段有B和B，的加工方法，第3阶段有C、 C'、 C''的加工方法。这些加工方法的选择方法也有几种，因此，可能的加工工序的组合也有 许多种。有必要从其中选择一个最佳的加工工序。图1中，使用加工方 法A，来加工材料，然后使用加工方法B进行加工，最后使用加工方法 C''进行加工，从而选择制造产品的加工工序。
图2是示出根据本发明的实施方式的加工工序生成装置、并示出根 据CAD数据决定加工工序并向机械加工中心输出NC程序的过程的图。
本发明的实施方式的加工工序生成装置的结构包括加工形状识别 功能ll，取入从CAD10所输出的CAD数据并识别加工形状；加工形状 数据库15，预先保存有加工形状；加工工序决定功能12，根据加工形状 信息将加工方法进行组合来决定加工工序；加工方法数据库16，预先保 存有加工方法；以及工具轨迹生成功能13，根据加工工序信息生成控制 机械加工中心的NC程序。
首先，在CAD 10中，将所生成的三维数据取入到形状识别功能ll 内。在形状识别功能11中，与加工形状数据库15连接，将所登记的加 工形状与所取入的三维数据相比较，检索一致的加工形状。在加工工序
决定功能l2中，与加工方法数据库16连接，根据一致的加工形状信息 检索要应用的加工方法，考虑效率和精度来决定所检索出的加工方法的 组合。根据所决定的加工工序信息，利用由工具轨迹生成功能13所生成
的NC程序来控制机械加工中心14，制造产品。
这里，工具轨迹生成功能13能利用现有的CAM的功能，可以在本 发明的实施方式的加工工序生成装置内仅装入CAM的该功能，也可以向 另行设置的CAM自动输入数据，进行工具轨迹生成处理。不管怎样，由 于工具轨迹生成功能13能使用现有的装置来实现，因而在以下说明中， 不特别进行详细的说明。
另外，加工形状数据库15和加工方法数据库16作为不同的装置来 进行说明，然而也可以构成在相同装置内。
图3是示出加工形状识别功能11的处理流程的图。
加工形状识别功能11是从所取入的CAD数据中提取出与在加工形 状数据库15中定义的形状一致的形状的功能。
取得CAD数据，与从加工形状数据库15所取得的加工形状相比较， 提取出一致的加工形状。重复进行这一系列作业直到对加工形状数据库 15的所有形状进行了这一系列作业。所提取出的加工形状被交付给加工 工序决定功能12。
根据图3，在步骤S10中，加工形状识别功能11取得CAD数据。 然后，在步骤S11中，从加工形状数据库15取得加工形状，在步骤S12 中，在从加工形状数据库15中取得的加工形状中，提取出与CAD数据 的形状一致的加工形状。在步骤S13中，针对加工形状数据库15的所有 形状，判断是否结束了与CAD数据的形状是否一致的检测，在未结束检 测的情况下，重复处理，在已结束的情况下，结束处理。
图4 图9是对加工形状数据库15进行说明的图。
在加工形状数据库15内存储有加工形状。所存储的加工形状有2种， 可分为加工形状提取算法和加工形状位映射图(bitmap)。
加工形状提取算法例如用算法来定义图4那样的"平刨"的加工形 状。由于应用"平刨"的是平面，因而对象为平面工作面。而且"平刨"是以工具从成为对象的平面工作面露出的方式进行加工，因而必须在加工时能使工具从加工对象工作面露出50mm以上。因此，定义提取出能 在50mm以上的外侧确保加工范围的平面工作面的算法。
"平刨"的加工形状提取算法如图5所示。由于"平刨"以平面为 对象，因而首先最初提取出平面工作面(步骤S15)。针对这些平面，检 查是否能在50mm以上的外侧确保加工范围(步骤S16)。这里，如果能确保加工范围，则追加到"平刨"的对象工作面(步骤sn)，如果不能确保，则检查下一工作面。通过针对所提取出的所有平面工作面进行这 些检査(步骤S18)，可实施成为"平刨"的对象的工作面的提取。
然后，通过使用相同方法定义"成形刨削"、"冲孔"、"锪孔"等的 加工形状来生成加工形状提取算法，并进行数据库化。
加工形状位映射图定义未由加工形状提取算法定义的加工形状。在 操作员新登记加工形状的情况下，难以构建算法并登记到加工形状数据 库内，因而使用加工形状位映射图。在加工形状位映射图中，为了将图6 的加工形状登记到加工形状数据库15内，用户选择与加工形状有关系的 工作面。将这些所选择的工作面划分成等格子，并提取出高度信息。将该高度信息作为加工形状位映射图信息保存在数据库内。
如图7所示，在步骤S20中，取得与加工形状有关系的工作面，在 步骤S21中，利用等格子来分割形状，在步骤S22中，取得等格子内的 最大高度，在步骤S23中，将必要部分登记在加工形状数据库l5内。
为了识别所登记的加工形状，检索将作为CAD数据而提供的加工形 状转换成位映射图后的加工形状位映射图与登记在加工形状数据库15内 的加工形状位映射图相一致的部位。将一致的部位交付给加工形状识别 功能11。
如图9所示，在步骤S25中，取得加工形状，在步骤S26中，用等 格子来分割形状，在步骤S27中，从加工形状数据库15取得加工形状位 映射图，在步骤S28中，判断在加工形状数据库15的加工形状位映射图 内是否存在与从CAD数据所取得的加工形状相一致的部位。在步骤S28 中判断为一致的情况下，在歩骤S29中提取出加工形状，进到步骤S30，
在不一致的情况下，直接进到步骤S30。在步骤S30中，判断作为CAD 数据而取得的加工形状与所有的加工形状数据库15的加工形状位映射图 的比较是否结束。在步骤S30中判断为未结束的情况下，从步骤S28开 始重复进行处理，在判断为已结束的情况下，结束处理。
图10是示出加工工序决定功能12的处理流程的图。
加工工序决定功能12针对由加工形状识别功能11所识别出的加工 形状，从加工方法数据库16中选择适当的加工方法，根据加工规则将加 工工序进行组合，为了生成工具轨迹而输出所需要的信息。
取得由加工形状识别功能11所识别出的加工形状，并从加工方法数 据库16中取得适合于该加工形状的加工方法。尽管取决于状况，然而一 般加工形状和加工方法是成对的。在不成对的情况下，按状况针对加工 形状来登记加工方法。然后，当针对从加工形状识别功能ll所取得的所 有加工形状，从加工方法数据库16中取得了加工方法时，将这些加工方 法进行组合，生成多个加工工序。从所生成的多个加工工序中选择最适 当的组合，并输出加工工序。
如图10所示，在步骤S35中，从加工形状识别功能11取得加工形 状信息，在步骤S36中，从加工方法数据库16中取得与所取得的加工形 状对应的加工方法。在步骤S37中，判断是否针对所有的加工形状取得 了加工方法。在步骤S37的判断为"否"的情况下，回到步骤S36，在步 骤S37的判断为"是"的情况下，在步骤S38中，将所取得的加工方法 进行组合，生成多个加工工序。然后，在步骤S39中，从多个加工工序 中选择最适当的组合。
加工工序是根据加工规则将加工方法进行组合来生成的。加工规则 是根据运用系统的现场或操作员、产品的种类而所需的设定项目。此时 使用的加工规则例如是可使用工具的种类和优先级、加工信息的优先级 和不能使用等。根据该加工规则将加工方法进行组合来生成多个加工工 序。针对加工形状重复的区域进行多个加工工序。
然后，根据加工规则从多个加工工序中选择最适当的加工方法的组 合。此时使用的加工规则是例如以时间为优先还是以安全为优先这样的
10项目等。假定该加工规则由操作员使用键盘等来输入。并且，以时间为 优先的加工规则是指，增大每单位时间的工具的工作量，縮短加工时间。 并且，以安全为优先的加工规则是指，通过减小每单位时间的工具的工 作量，使工具不会破损。以安全为优先的加工规则在夜间等无人运转加 工装置等情况下是有效的，以时间为优先的加工规则在人的监视下进行 加工等情况下是有效的。作为这种加工规则的判断用的信息如工具大小 等被与加工方法对应起来而存储在加工方法数据库16内。
图ll和图12是对加工方法数据库16进行说明的图。
在加工方法数据库16内存储有加工方法。所存储的加工方法与加工形状是成对的，保存有用于决定在工具轨迹生成功能13中生成NC程序
的信息和工具用的算法等。
例如，针对"平刨"的加工形状的加工方法"平刨"由作为对象的 加工形状、使用的工具的种类、使用的工具直径的决定方法、使用的工 具轨迹以及加工规则构成。由于作为对象的加工形状是针对加工形状"平 刨"的加工方法"平刨"，因而此时假定为"平刨"。假定使用的工具的 种类为平端铣刀(图ll左上)或正面铣刀(图ll右上)，假定使用的工具轨迹为Z字形(图II下)。假定加工规则是针对作为对象的平面，在 水平面方向进行进入动作和退出动作。图12 (a)示出决定工具直径的算 法。在提供了图12 (b)所示的平面时，首先，计算X方向的长度hx和 Y方向的长度hy (步骤S40、 S41)。将hx与hy相比较，把短的一方设 定为a (步骤S42)。此时，工具选择在a的a倍或+ pmm以内的最大直 径的工具(步骤S43)。
然后，通过使用相同方法定义"成形刨削"、"冲孔"、"锪孔"等的 加工方法来生成加工方法，并进行数据库化。
如上所述，工具轨迹生成功能13准备用于生成为了驱动机械加工中 心14所需要的NC程序的各种参数。
图13是示出从加工工序决定功能12向工具轨迹生成功能13交付的参数的例子的图。
作为对用于制造由1个CAD数据表示的形状的加工工序整体共同的
参数，设定CAD数据的文件名、进行加工时的原点位置、加工开始点、 加工结束点、以及回避面。并且，作为各工序中的参数，设定对象工作 面的ID、加工方法、轨迹种类、进入/退出方向、工具种类、工具直径、 工具的主轴转速、工具的进给速度、工具间距、以及加工使用的切削油。
工具轨迹生成功能13根据输入到加工工序生成装置的CAD数据和 从加工工序决定功能12所输出的信息，生成用于控制从材料加工成产品 的机械加工中心的NC程序。该工具轨迹生成功能13具有与以往使用的 CAM同等的功能。因此，作为该工具轨迹生成功能13的替代，也可以 使用通用的CAM。
机械加工中心14能使用具有工具的自动更换功能的数值控制(NC) 机床，通过一次工件安装，完全自动或者大致完全自动进行铣削、冲孔、 镗削、攻螺纹等各种一系列作业。只要工具轨迹生成功能13能输出机械 加工中心14固有的NC程序，就能使用通用的机械加工中心14。
权利要求
1.一种加工工序生成装置，其特征在于，该加工工序生成装置具有存储单元，其将形状数据与在加工该形状时使用的加工方法相对应来存储；形状数据检测单元，其接收应加工产品的形状数据，并检测与该所接收的形状数据对应的形状数据是否被存储在该存储单元内；加工方法取得单元，其从该存储单元中取得与该检测出的形状数据对应的加工方法；以及加工工序生成单元，其将由该加工方法取得单元所取得的1个以上的加工方法进行组合，生成用于指定应加工产品的加工工序的数据。
2. 根据权利要求1所述的加工工序生成装置，其特征在于，上述加 工工序生成单元将上述1个以上的加工方法进行组合，生成用于指定1个 以上的加工工序的数据，并从其中选择用于指定满足规定条件的1个加 工工序的数据。
3. 根据权利要求2所述的加工工序生成装置，其特征在于，上述规定条件由用户指定。
4. 根据权利要求l所述的加工工序生成装置，其特征在于，用于指 定上述加工工序的数据被转换成NC程序，该NC程序由机械加工中心执 行。
5. —种加工工序生成方法，其特征在于，该加工工序生成方法 将形状数据与在加工该形状时使用的加工方法相对应来存储； 接收应加工产品的形状数据，并检测与该接收的形状数据对应的形状数据是否被存储于在该存储步骤中存储的形状数据内；从在该存储步骤中存储的加工方法中取得与该检测出的形状数据对应的加工方法；以及将由该加工方法取得步骤所取得的1个以上的加工方法进行组合，生成用于指定应加工产品的加工工序的数据。
6. —种加工工序生成程序，其特征在于，该加工工序生成程序使计 算机实现存储单元，其将形状数据与在加工该形状时使用的加工方法相对应 来存储；形状数据检测单元，其接收应加工产品的形状数据，并检测与该所 接收的形状数据对应的形状数据是否被存储在该存储单元内；加工方法取得单元，其从该存储单元中取得与该检测出的形状数据 对应的加工方法；以及加工工序生成单元，其将由该加工方法取得单元所取得的1个以上 的加工方法进行组合，生成用于指定应加工产品的加工工序的数据。
7. —种数据库，该数据库在判断加工对象的形状是否与规定的形状 数据一致的处理中使用，该数据库的特征在于，该数据库具有存储单元，该存储单元存储程序，该程序通过判断在 加工由上述形状数据表示的形状时所要求的加工用的条件对于加工对象 的形状而言是否成立，来判断由该形状数据表示的形状是否存在于该加 工对象的形状内。
8. 根据权利要求7所述的数据库，其特征在于，上述存储单元将用户设定的形状的位映射图用等格子来进行分割，并存储在各等格子内设 定了形状的高度的数据。
9. 根据权利要求8所述的数据库，其特征在于，将加工对象的形状数据分割成等格子，并转换成在各等格子内设定了高度的数据之后，对 于根据上述位映射图所生成的数据，判断是否与加工对象的形状一致。
10. 根据权利要求7所述的数据库，其特征在于，上述数据库与上述形状数据相对应来存储与加工由该形状数据表示的形状时使用的加工 方法相关的信息。
全文摘要
本发明提供一种加工工序生成装置。在加工形状数据库内登记有加工形状。加工形状识别功能将来自CAD的CAD数据与所登记的加工形状相比较，并提取出一致的登记加工形状。在加工方法数据库内，与所登记的加工形状相对应地存储用于指定该加工形状的加工方法所需要的信息。通过加工工序决定功能从加工方法数据库中提取出与由加工形状识别功能所提取出的加工形状对应的加工方法的信息，按照适当的顺序排列各加工方法，生成加工工序。
文档编号G05B19/4097GK101208639SQ20058005021
公开日2008年6月25日 申请日期2005年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者山口慎吾, 竹内良雄, 高桥宏 申请人:富士通株式会社