CN102439525B

CN102439525B - 加工模拟方法及其装置

Info

Publication number: CN102439525B
Application number: CN200980159413.1A
Authority: CN
Inventors: 入口健二; 神谷贵志; 松浦真人; 米田高志; 高桥宣行
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: DE112009004788T5; CN102439525A; WO2010134128A1; JP5287984B2; JPWO2010134128A1; US20120016507A1

Abstract

为了得到不受刀具移动路径或形状模型的表示精度影响、可以适当地进行刀具加工区域和原材料的形状模型之间的干涉检测的加工模拟方法及其装置，利用刀具模型设定单元，根据考虑到刀具的移动路径和形状模型的表示精度而设定的误差范围，生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型、和被精密的刀具形状包含在内的干涉检查用的刀具形状模型，通过根据加工进给时的刀具移动路径和原材料加工用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型并将其从原材料形状模型中去除而生成加工后的原材料形状模型，根据快速进给时的刀具移动路径和干涉检测用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，实施该刀具加工区域形状模型和原材料形状模型之间的干涉检测。

Description

加工模拟方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种根据原材料的形状模型、以及基于刀具的形状模型和刀具移动路径定义的刀具加工区域的形状模型，生成加工后的原材料的形状模型的加工模拟方法及其装置，特别地，涉及一种在快速进给时不会对刀具移动路径上的刀具和原材料之间的干涉过度检测的加工模拟方法及其装置。

背景技术

当前，作为基于原材料、刀具的形状模型以及刀具移动路径信息生成·显示加工后的原材料的形状模型的加工模拟装置，已知下述装置，其利用对沿刀具移动路径的刀具形状模型的扫描处理，生成刀具在刀具移动路径上移动时可加工的区域即刀具加工区域的形状模型，通过利用集合运算将所生成的刀具加工区域的形状模型从原材料的形状模型中去除，从而生成并显示加工后的原材料的形状模型。

另外，还已知下述装置，其在刀具移动路径是不以加工为目的的快速进给时的路径情况下，实施所述生成的刀具加工区域的形状模型和原材料的形状模型之间的干涉检测（参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开2000－284819号公报

发明内容

在上述加工模拟装置中，存在下述问题，即，在成为刀具与加工后的原材料的加工面相接这一状态的快速进给的刀具移动路径的情况下，无法在刀具加工区域和原材料的形状模型之间的干涉检测中得到稳定的干涉检测结果，导致过度进行干涉检测。这是因为，在由于刀具移动路径及形状模型的表示精度的影响，使刀具加工区域和原材料的形状模型之间处于细微地相交的状态的情况下，难以在干涉检测运算中适当地识别出是“相接”还是“相交”。

本发明就是为了解决所述问题点而提出的，其提供一种加工模拟方法及其装置，其不受刀具移动路径及形状模型的表示精度的影响，可以稳定且正确地进行刀具加工区域和原材料的形状模型之间的干涉检测。

本发明的加工模拟方法根据原材料形状模型、由刀具形状模型及刀具移动路径所定义的刀具加工区域形状模型，生成加工后的原材料的形状模型，具有下述工序：生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型、被精密的刀具形状包含在内的干涉检测用的刀具形状模型的工序；基于加工进给时的刀具移动路径和所述原材料加工用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，通过将该刀具加工区域形状模型从所述原材料形状模型中去除而生成所述加工后的原材料形状模型的工序；以及基于快速进给时的刀具移动路径和所述干涉检测用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，对该刀具加工区域形状模型和原材料形状模型之间的干涉进行检测的工序。

另外，本发明的加工模拟方法在作为所述刀具形状模型，生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型和被精密的刀具形状包含在内的干涉检测用的刀具形状模型时，基于规定的模拟精度的设定值，分别对原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型设定相对于精密的刀具形状的误差范围，基于所述设定的误差范围，生成原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型。

另外，本发明的加工模拟装置根据原材料形状模型、由刀具形状模型及刀具移动路径所定义的刀具加工区域形状模型，生成加工后的原材料的形状模型，具有：刀具形状模型设定单元，其生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型、和被精密的刀具形状包含在内的干涉检测用的刀具形状模型；加工原材料模型生成单元，其基于加工进给时的刀具移动路径和所述原材料加工用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，通过将该刀具加工区域形状模型从所述原材料形状模型中去除而生成加工后的原材料形状模型；以及刀具干涉检测单元，其基于快速进给时的刀具移动路径和所述干涉检测用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，对该刀具加工区域形状模型和原材料形状模型之间的干涉进行检测。

另外，对于本发明的加工模拟装置，所述刀具形状模型设定单元具有：基于规定的模拟精度的设定值，分别针对原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型设定相对于精密的刀具形状的误差范围的单元；以及基于所述设定的误差范围，生成原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型的单元。

发明的效果

根据本发明，具有下述效果，即，可以使原材料形状模型的加工面形成在相对于由精密的刀具形状形成的刀具加工区域分离大于或等于规定量的位置处，另外，在干涉检查时，由于对从由精密的刀具形状形成的刀具加工区域向内部偏离大于或等于规定量的刀具加工区域和原材料形状模型之间进行干涉检测，所以在使用精密的刀具形状的情况下刀具加工区域和原材料的加工面相接的快速进给的刀具移动路径中，在刀具加工区域和原材料的加工面之间形成大于或等于规定量的间隙，因此，在干涉检测中无需进行模型之间处于“相接”状态的判定，可以稳定地得到正确的干涉检测结果。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的动作的流程图。

图3是说明本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的原材料形状模型设定部的动作的图。

图4是说明本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的刀具形状模型设定部的动作的图。

图5是说明本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的加工原材料生成部的动作的图。

图6是说明本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的加工原材料生成部的动作的图。

图7是说明本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的刀具干涉检测部的动作的图。

图8是说明本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的刀具干涉检测部的动作的图。

标号的说明

1原材料形状模型设定部、2模拟执行部、3刀具形状模型设定部、4加工原材料生成部、5刀具干涉检测部、6加工原材料·干涉信息显示部、7原材料形状定义信息存储部、8原材料形状模型存储部、9NC程序存储部、10加工进给刀具移动路径存储部、11快速进给刀具移动路径存储部、12模拟精度信息存储部、13精密刀具形状信息存储部、14原材料加工用刀具形状模型存储部、15干涉检测用刀具形状模型存储部、16干涉信息存储部。

具体实施方式

实施例1

下面，使用图1～图8，说明本发明的实施例1。

图1是表示本发明的实施例1所涉及的加工模拟装置的结构的图，该加工模拟装置在显示器上显示利用按照NC加工程序移动的刀具对工件进行加工的情况、刀具和工件之间的干涉状况等。此外，该模拟装置有时组装在数控装置中，有时构建在个人计算机上。另外，构成该加工模拟装置的软件有时以存储在存储介质中的状态进行流通，并安装在所述数控装置或个人计算机中进行使用。

在图1中，原材料形状模型设定部1根据存储在原材料形状定义信息存储部7中的原材料形状的定义信息，生成加工前的原材料形状模型，将所生成的原材料形状模型向原材料形状模型存储部8存储。

模拟执行部2对存储在NC程序存储部9中的NC程序进行解析，将从NC程序得到的加工进给时的刀具移动路径数据存储在加工进给刀具移动路径存储部10中，将从NC程序得到的快速进给时的刀具移动路径数据向快速进给刀具移动路径存储部11存储，并对刀具形状模型设定部3、加工原材料生成部4、刀具干涉检测部5及加工原材料·干涉信息显示部6各部分发出执行处理的指令。

刀具形状模型设定部3与来自模拟执行部2的执行指令相应地，基于存储在模拟精度信息存储部12中的精度信息，设定原材料加工用刀具形状模型相对于精密刀具形状的误差范围、和干涉检测用刀具形状模型相对于精密刀具形状的误差范围，根据所设定的误差范围和存储在精密刀具形状信息存储部13中的精密的刀具形状信息，生成原材料加工用刀具形状模型和干涉检测用刀具形状模型，将所生成的原材料加工用刀具形状模型及干涉检测用刀具形状模型分别存储在原材料加工用刀具形状模型存储部14及干涉检测用刀具形状模型存储部15中。

此外，所述精密刀具形状（或精密的刀具形状）是指，因为NC加工程序是为了得到与由该NC加工程序指令的内容完全相符的加工路径（理想的加工路径）而以利用理想的刀具进行加工为前提生成的，因此将该作为前提的理想刀具的形状（参照图4（a））称作精密刀具形状（或精密的刀具形状）。另外，在这里使用精密刀具形状（或精密的刀具形状）这一用语，而没有使用精密刀具形状模型（或精密的刀具形状模型）这一用语的原因在于，并没有生成精密刀具形状（或精密的刀具形状）的模型，而仅利用精密刀具形状（或精密的刀具形状）的数据进行处理。

另外，原材料加工用刀具形状模型是指如图4（b）所示的、以将精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型，另外，干涉检测用刀具形状模型是指如图4（c）所示的、以被精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型。

加工原材料生成部4与来自模拟执行部2的执行指令相应地，根据存储在加工进给刀具移动路径存储部10中的加工进给时的刀具移动路径数据、和存储在原材料加工用刀具形状模型存储部14中的原材料加工用刀具形状模型，生成刀具加工区域形状模型，利用集合运算而将所生成的刀具加工区域形状模型从存储在原材料形状模型存储部8中的原材料形状模型中去除，从而生成加工后的原材料形状模型，将所生成的加工后的原材料形状模型存储在原材料形状模型存储部8中。

刀具干涉检测部5与来自模拟执行部2的执行指令相应地，根据存储在快速进给刀具移动路径存储部11中的快速进给时的刀具移动路径数据、和存储在干涉检测用刀具形状模型存储部15中的干涉检测用刀具形状模型，生成刀具加工区域形状模型，对所生成的刀具加工区域形状模型、和存储在原材料形状模型存储部8中的原材料形状模型之间进行干涉检测，在检测到干涉的情况下，向干涉信息存储部16中存储干涉信息（与产生干涉时的刀具移动路径相对应的NC程序内的程序段信息等）。

加工原材料·干涉信息显示部6与来自模拟执行部2的执行指令相应地，生成存储在原材料形状模型存储部8中的原材料形状模型的阴影图，利用所生成的阴影图更新显示器上的阴影图。另外，在干涉信息存储部16中存在干涉信息的情况下，将干涉信息的内容在显示器上显示。

此外，原材料形状模型设定部1、模拟执行部2、刀具形状模型设定部3、加工原材料生成部4、刀具干涉检测部5及加工原材料·干涉信息显示部6主要由软件构成。

另外，该模拟装置的硬件结构是由CPU、存储器等构成的通常结构。

如上所述构成的加工模拟装置根据图2所示的流程图进行动作。

在步骤S1中，原材料形状模型设定部1根据存储在原材料形状定义信息存储部7中的原材料形状的定义信息，生成加工前的原材料形状模型，将所生成的原材料形状模型向原材料形状模型存储部8存储。

图3是生成长方体形状的原材料形状模型的情况的一个例子，在这里，原材料形状的定义信息由形状的型式（长方体）、位置（Px，Py，Pz）及尺寸（Lx，Ly，Lz）构成。

在步骤S2中，模拟执行部2从NC程序读出构成NC程序的程序段信息。作为程序段信息，存在对刀具更换进行指令（T指令）的信息、加工时的对刀具移动进行指令（G01、G02、G03指令）的信息、快速进给时的对刀具移动进行指令（G00指令）的信息等。

在步骤S3中，模拟执行部2检查是否存在从NC程序读出的程序段信息，在不存在的情况下，结束动作，在存在的情况下，前进至步骤S4。

在步骤S4中，模拟执行部2对读出的程序段信息是否为对刀具更换进行指令的信息进行检查，在程序段信息为对刀具更换进行指令的信息（T指令）的情况下，前进至步骤S5，在不是该信息的情况下，前进至步骤S7。

在步骤S5及步骤S6中，刀具形状模型设定部3基于由刀具更换的程序段信息所指定的刀具序号，读出与该刀具序号对应的、存储在精密刀具形状信息存储部13中的刀具信息，作为与由刀具更换的程序段信息所指定的刀具序号相对应的刀具形状模型，生成原材料加工用的刀具形状模型（以将精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型）和干涉检测用的刀具形状模型（以将精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型）。

在步骤S5中，刀具形状模型设定部3的误差范围设定部3A基于存储在模拟精度信息存储部12中的精度信息，设定原材料加工用刀具形状模型（以将精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型）及干涉检测用刀具形状模型（以被精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型）相对于精密的刀具形状的各自的误差范围。

误差范围例如如下所示确定。

即，在根据精密的刀具形状，原材料的加工面和刀具加工区域形状相接的情况下，例如如图8所示，在由精密的刀具形状形成的加工面和根据精密的刀具形状形成的刀具加工区域形状相接的情况下，如果将由原材料加工用刀具形状模型形成的加工面和由干涉检测用刀具形状模型形成的刀具加工区域形状之间要确保的最小距离设为Es（＞0），将规定的模拟精度设为E（＞Es），将原材料加工用刀具形状模型和精密的刀具形状之间的误差量设为Em，将干涉检测用刀具形状模型和精密的刀具形状之间的误差量设为Ed，则这些误差的范围被设定为下述范围。

Es／2≦Em≦E／2

Es／2≦Ed≦E／2

此外，所述Es是由用户进行设定或预先设定在模拟装置内的，另外，所述E是由用户设定的。

在步骤S6中，刀具形状模型设定部3的刀具形状模型生成部3B以落在如上所述确定的误差范围内的方式生成加工用刀具形状模型及干涉检测用刀具形状模型，并将加工用刀具形状模型存储在原材料加工用刀具形状模型存储部14中，另外将干涉检测用刀具形状模型存储在干涉检测用刀具形状模型存储部15中。

图4是表示作为所设定的刀具形状模型而设定多面体近似式刀具形状模型的情况的一个例子的图，图4（a）是作为所生成的刀具形状模型的基础的精密刀具形状，图4（b）示出原材料加工用的刀具形状模型（以将精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型）的例子，图4（c）示出干涉检测用的刀具形状模型（以被精密的刀具形状包含在内的方式生成的刀具形状模型）的例子。

步骤S6之后前进至步骤S11。

在步骤S7中，模拟执行部2检查所读出的程序段信息是否为加工进给时的刀具移动指令，在为加工进给时的刀具移动指令的情况下，前进至步骤S8，在不是该指令的情况下，前进至步骤S9。

在步骤S8中，加工原材料生成部4根据存储在加工进给刀具移动路径存储部10中的加工进给时（G01、G02、G03指令时）的刀具移动路径、和在步骤S6中生成的原材料加工用的刀具形状模型，生成刀具加工区域形状模型，利用集合运算而将所生成的刀具加工区域形状模型从存储在原材料形状模型存储部8中的原材料形状模型中去除，从而将原材料形状模型更新为加工后的模型。

在图5中示出图2的步骤S8中的处理例。图5（a）示出处理前的原材料形状模型、原材料加工用刀具形状模型以及加工进给时的刀具移动路径之间的关系，图5（b）示出根据刀具形状模型和刀具移动路径生成刀具加工区域形状模型的情况。图5（c）示出通过利用集合运算去除所生成的刀具加工区域形状模型而更新的原材料形状模型。

在图6中示出利用图4所示的原材料加工用刀具形状模型进行更新后的原材料形状模型的加工面。由于原材料加工用刀具形状模型将精密的刀具形状包含在内，所以在原材料形状模型中形成的加工面相对于由精密的刀具形状所形成的加工面，至少向外侧扩大大于或等于Es／2。此外，图6（a）是正视图，图6（b）是图6（a）的A－A线剖视图。

在步骤S8之后前进至步骤S11。

在步骤S9中，模拟执行部2检查读出的程序段信息是否为快速进给时的刀具移动指令，在为快速进给时的刀具移动指令的情况下，前进至步骤S10，在不是该指令的情况下，前进至步骤S2。

在步骤S10中，刀具干涉检测部5根据存储在快速进给刀具移动路径存储部11中的快速进给时（G00指令时）的刀具移动路径、和在步骤S6中生成的干涉检测用的刀具形状模型，生成刀具加工区域形状模型，对所生成的刀具加工区域形状模型和原材料形状模型之间进行干涉检测运算，在检测到干涉的情况下，作为干涉信息而存储NC程序中的产生干涉的程序段信息的位置。

在图7中示出图2的步骤S10中的处理例。图7（a）示出处理前的原材料形状模型、干涉检测用刀具形状模型及快速进给时的刀具移动路径之间的关系，作为刀具移动路径，是直至在精密的刀具形状时进入了原材料的孔部中的刀具与孔部的加工面相接的位置为止的移动。图7（b）示出根据实施干涉检测运算的刀具形状模型和刀具移动路径而生成的刀具加工区域形状模型、和原材料形状模型的情况。此外，图7的例子是在对原材料进行开孔加工后，在该孔的侧面进行精加工的情况的例子。

在图8中示出干涉检测运算时的刀具加工区域形状模型和原材料形状模型的加工面之间的关系。此外，图8（a）是正视图，图8（b）是图8（a）的A－A线剖面图。在图8中，干涉检测用刀具形状模型是被精密的刀具形状包含在内的模型，刀具加工区域形状是相对于由精密的刀具形状所形成的部分至少向内侧偏离大于或等于Es／2的形状。由于原材料形状的加工面相对于由精密的刀具形状形成的部分至少向外侧扩大大于或等于Es／2，所以可以在刀具加工区域形状和原材料形状的加工面之间确保至少大于或等于Es的间隙。因此，在干涉检测运算中，不需要识别模型之间相接的状态，可以稳定地判断出没有干涉，可以防止过度的干涉检测。

在步骤S11中，加工原材料·干涉信息显示部6生成原材料形状模型的阴影图，利用所生成的阴影图更新显示器上的阴影图。另外，在存在所存储的干涉信息的情况下，将干涉信息的内容在显示器上显示。

在步骤S11之后，返回步骤S2，读出NC程序的下一个程序段信息。

以上是本发明的加工模拟装置中的动作流程。

根据本实施例1，具有下述效果，即，在利用快速进给在刀具移动路径上移动的刀具与原材料形状的加工面相接的状况的模拟中，可以在刀具加工区域形状和原材料形状的加工面之间确保大于或等于一定量的间隙，在刀具加工区域形状和原材料形状之间的干涉检测中，无需识别模型之间相接的状态，可以稳定地判断为没有干涉，可以防止不必要的干涉检测。

工业实用性

本发明所涉及的加工模拟装置，适于作为用于对赋予数控装置的NC程序进行验证的加工模拟装置，另外，适于作为用于对工作机械运行中所加工的原材料和刀具之间的干涉进行预测而防止干涉的加工模拟装置。

Claims

1.一种加工模拟方法，其根据原材料形状模型、由刀具形状模型及刀具移动路径所定义的刀具加工区域形状模型，生成加工后的原材料的形状模型，

该加工模拟方法的特征在于，具有下述工序：

生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型、被精密的刀具形状包含在内的干涉检测用的刀具形状模型的工序；

基于加工进给时的刀具移动路径和所述原材料加工用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，通过将该刀具加工区域形状模型从所述原材料形状模型中去除而生成所述加工后的原材料形状模型的工序；以及

基于快速进给时的刀具移动路径和所述干涉检测用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，对该刀具加工区域形状模型和原材料形状模型之间的干涉进行检测的工序。

2.根据权利要求1所述的加工模拟方法，其特征在于，

在作为所述刀具形状模型，生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型和被精密的刀具形状包含在内的干涉检测用的刀具形状模型时，基于规定的模拟精度的设定值，分别对原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型设定相对于精密的刀具形状的误差范围，基于所述设定的误差范围，生成原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型。

3.一种加工模拟装置，其根据原材料形状模型、由刀具形状模型及刀具移动路径所定义的刀具加工区域形状模型，生成加工后的原材料的形状模型，

该加工模拟装置的特征在于，具有：

刀具形状模型设定单元，其生成将精密的刀具形状包含在内的原材料加工用的刀具形状模型、和被精密的刀具形状包含在内的干涉检测用的刀具形状模型；

加工原材料模型生成单元，其基于加工进给时的刀具移动路径和所述原材料加工用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，通过将该刀具加工区域形状模型从所述原材料形状模型中去除而生成加工后的原材料形状模型；以及

刀具干涉检测单元，其基于快速进给时的刀具移动路径和所述干涉检测用的刀具形状模型生成刀具加工区域形状模型，对该刀具加工区域形状模型和原材料形状模型之间的干涉进行检测。

4.根据权利要求3所述的加工模拟装置，其特征在于，

所述刀具形状模型设定单元具有：基于规定的模拟精度的设定值，分别针对原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型设定相对于精密的刀具形状的误差范围的单元；以及基于所述设定的误差范围，生成原材料加工用及干涉检测用的刀具形状模型的单元。