JPH0215949A - 機械加工における工程設計処理方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は、部品を機械加工する際における工程設計の
自動処理方式に関するものである。

〔従来の技術〕

部品の機械加工における工程の自動処理方式に関する従
来の技術については、例えば、「情報処理学会誌Ｊ　Ｖ
ＯＬ、１２４　、Ｎｏ、ｌ、１９８３．Ｐ３２〜Ｐ４０
ニ岩田他によるｒ生産の自動化−の記述がある。第３図
は、上記従来の自動処理方式で採用されている機械部品
の生産設計における情報の流れをブロック図で示したも
のである。以下、従来方式を基本としたシステムについ
て説明する。

図中、（１）は製品（または部品）を加工するための工
程情報を、生産設計者が選択または入力して行くことに
より決定する。会話型工程設計処理部であり、次の（１
−１）〜（１−４）の各要素より構成されている。（１
−１）は部品に対して指定された加工領域とその加工プ
ロセスを抽出する処理部、（１−２）は抽出された加工
プロセスの順序を決定する処理部、（１−３）は指定さ
れた加工プロセスを処理することのできる加工機械の選
択と選択された工作機械群の使用順序を決定する処理部
、（１−４）は各工程毎に決定される（中間）素材の姿
勢を固定するのに要する取付は具に関する設計と、取付
は作業における条件（作業指示）を決定する処理部であ
る。

図中、　（２）は上記工程設計処理部（１）の工程計画
結果から、加工プロセスの具体的作業である作業計画を
自動的に処理する作業設計処理部であり、次の（２−１
）〜（２−４）の各要素により構成されている。（２−
１）は各工程に割り当てられた加工プロセスに対して、
具体的加工作業とその順序を決定する処理部、（２−２
）は各加工作業において使用する工具を選択する処理部
、（２−３）は各加工作業において切削速度、送り速度
、切込み深さなどの加工条件を決定する処理部、（２−
４）は各加工作業におけるツールの所望軌跡を求め、こ
れを実現するＮＣテープを作成するための処理部である
。

図中、　（３）は加工作業を自動決定支援する際に参照
されるデータベースであり、加工機械ファイル、ツール
ファイル、作業展開ファイル及び材質ファイルなどが用
意されている。そして、図中、（４）は部品や素材の形
状をグラフィック表示したり、オペレータに入力または
選択させるために用意されたメニューなどを表示する表
示部である。

次に、以上説明した構成からなるシステムの動作につい
て説明する。加工対象部品に関する情報は、例えば上位
ＣＡＤシステムから図面イメージで入力され、表示部（
４）で表示される。図面の情報は、形状と部品が満足す
べき精度（表面粗さ、寸法公差、直角度他）などである
。これらの情報は、生産設計者には理解できるが、計算
機にとっては単なる点、線、文字でありその意味を計算
機は理解することはできないものである。工程設計（１
）の段階では、表示された部品情報から、加工すべき加
工領域と加工プロセスを、生産設計者自身が経験をもと
に抽出する（１−１）。

加工プロセスとそれに対する加工機械の割当て、そして
加工プロセスの順序の決定（１−２）においては、グラ
フィック・デイスプレィ上で表示された部品形状の相当
部分をヒツトすることにより加工領域を指示し、その加
工領域の加工プロセスを旋削工程（プロセス）、フライ
ス工程又は穴明は工程などのメニューを選択して、加工
プロセスとその順序を入力する。また各加工プロセスで
用いられる加工機械については、加工機械の番号メニュ
ーを選択することにより入力する（１−３）。次に各工
程毎にそのプロセスでの素材姿勢と加工領域、ツールバ
スをおおまかに考慮して、取付は具の種類と配置を決定
しく１−４）　、中間素材と取付は具からなる加工図面
を作成する。作業設計　（２）の段階は、以下のように
しである程度自動的に決定される。１つの加工領域で必
要となる複数の作業は、作業ノウハウファイルなどを利
用して決定される（２−１）。加工領域名と精度情報等
をキーとして、作業ノウハウファイルを検索することに
より、必要な作業を展開する。作業ノウハウとは、例え
ば、中ぐり加工に対しては、“荒加工→中仕上げ加工→
仕上げ加ニー面取り”であり、またタップ加工に対して
は、′センタ穴加工→ドリル加工→面取り→タップなど
である。

次に、工具と加工条件などは、予め用意された加工のノ
ウハウである“データベースファイル”を参照して決定
される。工作機械、加工方法、形状データ、精度などか
ら、適切な工具が“工具ファイル”を検索して決定され
る（２−２）。そして、加工方法、材質、工具の諸特性
から切削速度や送り速度などの加工条件が、“材質ファ
イル”機械ファイル”などを検索して決定される最後に
、各作業毎に形状、工具、加工作業などを参照して、ツ
ール軌跡を制御するＮＣテープが生成される（２−４）
　　このツールバスがグラフィック上に表示され、オペ
レータがその正当性をチエツクする。

ツールバスのチエツクを始め、各決定過程で不都合が生
じたら前の段階にもどって処理がやりなおされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上詳述した従来の工程設計処理方式では、単純な作業
設計以外は生産設計者の経験やノウハウに依存して決定
されるため、処理過程で生産設計者が誤った判断をする
と、その後の取付は計画や作業計画も無意味なものとな
る欠点がある。

また、工程計画は、工作機械や取付は具の特性、部品精
度やそして加工ノウハウから決まるが、従来方式ではそ
の部分が計算機により自動化されていない。作業設計の
自動化レベルも、作業展開ファイルなどのデータベース
として整理されているが、公差処理を除く単純な穴加工
などに制限されており、そのレベルは低く、公差などの
処理を全て計算機により行なうことはできなかった。更
に、横型マシニングセンタやターニングセンタなどの複
合工作機により、従来の工作機械の数工程を１工程で処
理できるようになったために、高精度・高効率の加工が
可能となってきた。

しかしながら、自由度の高い複合工作機械を対象とする
工程設計は、非常に困難であり、単純な作業設計以外は
生産設計者の経験やノウハウに依存している従来の工程
設計処理方式では対応できないという問題もある。

この発明の目的は、上記のような問題点を解決するため
になされたもので、取付は計画等ができるとともに、公
差情報を処理し加工時の加工面間の拘束条件（以下加工
モードと呼ぶ）を考慮した作業設計ができ、かつこのよ
うにして求められた加工姿勢、加工モード、そして部品
モデル情報から工程計画を自動的に立案し、これらの条
件下で部品の加工可能性を検証することにより工程計画
を求め得るような工程設計処理方式を確立することにあ
る。

そして、この発明の他の目的は、従来方式では不可能で
あった、複合工作機械や多品種少量生産システムへ対応
できる工程設計支援システムのための工程設計処理方式
を提供することにある。

（課題を解決するための手段〕 この発明に係る機械加工の工程設計処理方式では、形状
と加工形状要素と精度からなる部品モデルの入力部と、
工作機械の選択処理部と、工作機械のデータベースと部
品精度情報とから加工時の加工領域間の拘束条件（加工
モード）を決定する加工モード決定部と、部品モデルか
ら加工基準面を決定する基準面決定部と、工程計画立案
・検証部とを設け、部品精度の計算機処理を行い、取付
は計画を決定し、工程計画を求めるようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明における加工モード決定部では、公差などの部
品精度情報を計算機処理し加工時の加工モードへ変換し
、そして工程計画立案・検証部は、それまでの処理過程
で決定された加工基準面などから加工姿勢を仮定して工
程計画を立案し、加工時のツールの方向から全ての加工
領域が拘束モードを満足して加工できるか否かを工程計
画検証部で処理することにより取付は計画を含む工程設
計を計算機処理する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明による工程設計処理方式の構成の概略を
示すブロック図である。

第１図において、　（５）は部品モデルを入力するため
の部品入力部である。ここで、部品モデルは、加工対象
部品の形状及び精度情報からなる。

精度情報とは表面粗さや公差指示であり、この精度情報
を認識処理すれば、加工すべき加工領域やその加工作業
を決定できる。ここでは、この認識処理の説明を避ける
ために、部品モデルを形状情報と加工技術情報とする。

加工技術情報とは、精度情報と、ポケット、フェース又
は穴等の加工形状要素からなる。部品モデルを下記の表
に要約す（６）は加工機械、工具、特殊加工などの生産
用データベースとその処理部である。（７）は部品モデ
ルと機械データベースから、工程設計に関する知識を処
理して工程計画を求める工程設計処理部であり、次の（
７−１）〜（７−４）の各要素により構成されている。

（７−１３は部品の概略形状と工作機械のデータベース
とから使用する工作機械を選択する機械選択部である。

（７−２）は部品モデルから加工のための基準面の知識
を適用して加工基準面を決定する基準面決定部である。

（７−３）は部品モデルと選択された工作機械のデータ
ベースから、加工領域の加工モードを決定する加工モー
ド決定部である。（７−４）は上記処理により決定され
た情報から工程計画を立案し、立案された工程計画を検
証する工程計画立案・検証部である。

次に、実施例の作用を説明する。

加工対象部品の情報である部品モデルは、上位ＣＡＤシ
ステムから渡される図面を入力処理部で処理することに
より計算機に入力される。上記表に示した様に、部品モ
デルは、形状情報と、加工形状要素と精度からなる加工
技術情報とからなる。

本実施例の処理の流れを、第２図を用いて説明する。先
ず、部品モデルを理解し、次いで予め登録されている、
工作機械データベースにある機械のテーブルサイズやス
トローク範囲の情報と、部品の概略形状及び加工形状要
素の情報とから、その部品を加工できる最も経済的な工
作機械を選択する。

次に部品の公差指示情報とこの工作ｒ！Ａｔ１ｌｉの精
度から、公差を指定された加工領域の加工モードを決定
する。

上記加工モードについて、横型マシニングセンタが選択
された場合を例にして説明する。精度に着目すると、公
差の厳しさに対して、以下の加工モードを加工領域に対
応付けすることができる。

■仕上げ加工においてはその公差が指定された２つの加
工領域は同一取付は姿勢でかつ同一インデックステーブ
ル角度の条件下で加工する。

■仕上げ加工においてはその公差が指定された２つの加
工領域は同一取付は姿勢の条件下で加工する。

■仕上げ加工は必要であるが、加工時の拘束はない。

■仕上げ加工は不要である。

この加工モードにより、工作機械の静的、動的精度の上
限値、そしてその部品の加工領域に指定された公差の範
囲を、計算機により処理することが可能となる。

次いで、基準面のうち工作機械のテーブルにセットする
ための加工基準面は、部品モデルの情報から、ある程度
以上の面積をもち、加工済みの状態の良い面として決定
される。また、部品の位置基準と心出し基準である公差
基準面は、加工基準面毎に、加工により精度が保証でき
かつ取付は具を配置できる加工の知識により決定する。

以上で、加工に使用する工作機械、その工作機械での加
工時の姿勢、粗加工だけでよい加工領域グループ、粗加
工と仕上げ加工を必要とする加工領域グループ、そして
各加工領域の加工モードが決定された。この段階では、
複数の加工姿勢（加工時の工作機械に対する素材の姿勢
）が求まる場合があるために、以上の結果から複数の工
程計画の立案を行う。

各々の工程計画案に対して、工程計画案の検証を行う。

ここでは、横型マシニングセンタが選択されたとして説
明する。部品加工が可能であるとは、部品に指定された
精度情報を実現できる工程計画が存在することである。

上記処理により、精度情報は選択された工作機械の下で
の加工モードに変換されているので、結局加工モードを
満足するような工程計画の存在の証明に帰着できる。

横型マシニングセンタの場合は、インデックス・テーブ
ルの角度を制御できるので、ツールの方向とは、ツール
を固定して考えるとインデックス角度に対応することに
なる。ここではツールが移動すると考える。そこでまず
、立案した工程計画の基準面と加工領域の存在方向から
、ツールのとるべき方向を決定する。仕上げ過程で加工
モードを満足して加工できる加工領域を、全てのツール
方向についてチエツクする。このチエツクは、公差種類
毎に行う。例えば、“直角度であれば、１つの加工面が
ツールと相対し、もう１つの加工面かツールの側面で加
工できれば加工できる”などの加工知識を応用して処理
する。

この様な処理を行い、仕上げ過程の全ての加工モードを
満足するような工程計画が存在することが証明できれば
、それを工程計画とみなす。この工程計画は、取付は具
を考慮していないので完全なものではないが、取付は具
の配置計画は、すでに加工時の姿勢とその姿勢の下での
加工できる加工領域が決定されているために、比較的簡
単に決めることができる。例えば、工作機械上の素材姿
勢とその姿勢での加工可能な領域を、グラフィック・デ
イスプレィ上に表示し、これを確認しつつ、生産設計者
が取付は具データベースから適切な取付は具を選択して
いくことにより入力できる。取付は具設計は、工程計画
の加工姿勢毎に行なわれる。

この取付は具の形状と位置情報とから取付は具との干渉
を考慮して、もう−度加工可能性のチエツクを行うこと
により、完全な工程計画が決定できる。

荒過程も仕上げ過程の場合と同様にしてチエツクされ、
最終的な工程計画が決定される。仕上げ過程と異なるの
は、この段階では部品精度実現のための加工領域間の加
工時の拘束を考慮する必要はないことである。その代わ
りに、加工時間の短縮などを考慮して処理される。

尚、本実施例では、部品モデルとして形状と精度情報、
及び部品の加工領域の特徴を表現する加工形状要素を入
力し、この部品モデルと工作機械データベースとから加
工すべき領域が荒加工だけか、または荒加工と仕上げ加
工とを必要とするのかを決定する。そして、仕上げ過程
に分類され、かつ公差関係の指定された加工領域につい
ては、この部品モデルと工作機械データベースとから加
工時の加工領域間の姿勢の拘束条件を決定する。

また、部品の加工領域が加工可能か否かを決定する時に
は、ツールの方向毎に加工領域毎の加工可能性を調べる
。

以上、実施例では横型マシニングセンタが選択された工
作機械である場合について説明してきたが、この発明は
上記のものに限られるものではなく、例えば、縦型マシ
ニンクセンタ、旋盤又は放電加工機等であっても、機械
の運動を考慮して、加工基準面、加工モード及び加工可
能性のチエツク方法に関する知識を応用すれば、この発
明による処理方式は適応可能である。

またこの実施例では工作機械による工程についてのみ説
明したが、これに限らず、例えば、熱処理、化学処理、
又は検査などのプロセスについても、特殊工程指示とし
て入力するとか、加工に伴う歪とりなどの加工知識を計
算機処理することにより、拡張することが可能である。

また、実施例では取付は具の設計を、生産設計者の会話
処理により実現する方式を説明したが、加工姿勢、加工
基準面や公差基準面、及び加工姿勢により加工可能な領
域は決定されているので、これらの情報を用いて計算機
により自動的に決定しても良い。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば、加工対象部品の部品
モデルと生産用データベースの入力情報から、工作機械
、加工モード、そして加工基準面を決定する処理部とこ
れら処理部の出力から工程計画の立案・検証を行う処理
部０、そして取付は具処理部とから計算機による工程設
計支援システムを構成し、工程計画と取付は具計画の計
算機処理を可能としたので、工程計画と取付は計画を生
産設計者による会話形式で決定していた従来方式に比べ
、間違いのない効率的な工程作業設計を実現できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である工程設計処理方式の
構成概略を示すブロック図、第２図は上記工程設計処理
方式における処理の流れを示すフローチャート、第３図
は従来の工程設計処理方式の一例について構成の概略を
示すブロック図である。 （１）・・・工程設計処理部、 （１−１）・・・加工領域とその加工プロセスの抽出部
、 （１−２）・・・加工プロセスの順序決定部、（１−３
）・・・加工機械とその順序決定部、（１−４）　−・
・取付は具とその使用条件決定部、（２）・・・作業設
計処理部、 （２−１）・・・作業とその順序の決定部、（２−２）
・・・工具の決定部、 （２−３）・・・加工条件の決定部、 （２−４）−・・ツールパスの決定と、ＮＣテープの作
成部、 ３）・・・生産用データベース、 ４）・・・入出力処理部、（５）・・・部品入力部、６
）・・・生産用データベース部、 ７）・・・工程設計処理部、 ７−１）・・・加工機械選択部、 ７−２）・・・基準面決定部、 ７−３）・・・加工モード決定部、 ７−４）・・・工程計画立案・検証部。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 第 図 ・’ＪｔｌＬ４Ａ〒ｕＮにＴ−７ 書（自発） ２１発明の名称 機械加工における工程設計処理方式 ３、補正をする者 代表者 ４、代 明細書の特許請求の範囲の欄及び発明の詳細な説明の欄
。 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の欄を別紙のとおり補正
する。 （２）明細書第２頁第１４行の「決定する。」という記
載を「決定していく、」と補正する。 （３）明細書第５頁第９行〜第１０行の「決定しく１−
４）　、・・・作成する。」という記載を「決定する（
１−４）。」と補正する。 （４）明細書第５頁第２０行の「である、」という記載
を「具体的作業への展開である。」と補正する。 （５）明細書第１０頁第１行〜第５行の「ここで、・・
・決定できる。」という記載を削除する。 （６）明細書第１０頁第５行〜第６行の「この認識・・
・避けるために、」という記載を削除する。 （７）明細書第１２頁第１２行のｒ以下の加工」という
記載をｒ以下の４つの加工」と補正する。 （８）明細書第１３頁第１６行の「粗加工」という記載
を「荒加工」と補正する。 （９）明細書第１３頁第１７行の「粗加工」という記載
を「荒加工」と補正する。 ７、添付書類の目録 補正後の特許請求の範囲を記載した書面具 １通 補正後の特許請求の範囲を記載した書面部品モデルの入
力を行なう部品入力部と、工作機械の選択、加工基準面
の決定、加工モードの決定及び工程計画の立案、検証の
それぞれを行なう工程設計処理部と、工作機械、ツール
及び取付は具等それぞれのデータベースとを備えてなる
計算機による工程設計支援システムにおいて、部品モデ
ルとして形状及び精度の情報を入力し、この部品モデル
と工作機械データベースとから工作機械を決定し、この
工作機械の情報と部品モデル情報とから加工時の工作機
械に対する素材の姿勢である加工姿勢を拘束し、更にこ
の加工姿勢の下で全ての部品の加工領域が加工可能であ
るかをｍで加工姿勢の決定を行うことを特徴とする機械
加工における工程設計処理方式。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 部品モデルの入力を行なう部品入力部と、工作機械の選
   択、加工基準面の決定、加工モードの決定及び工程計画
   の立案、検証のそれぞれを行なう工程設計処理部と、工
   作機械、ツール及び取付け具等それぞれのデータベース
   とを備えてなる計算機による工程設計支援システムにお
   いて、部品モデルとして形状及び精度の情報を入力し、
   この部品モデルと工作機械データベースとから工作機械
   を決定し、この工作機械の情報と部品モデル情報とから
   加工時の工作機械に対する素材の姿勢である加工姿勢を
   拘束し、更にこの加工姿勢の下で全ての部品の加工領域
   が加工可能であるかを検討して加工姿勢の決定を行うこ
   とを特徴とする機械加工における工程設計処理方式。