板金工場におけるCAD/CAMシステム

小!特集

CAD/CAM技術

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板金工場におけるCAD/CAMシステム

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_MetaICAD/CAM

SYStemandItsApplications

中,少量生産工場では図面をも含めて取り扱う技術情報量が多い｡量産工場でも 製品に対する顧客のニーズは多様化しており,いずれの工場でも現在の経済低成長 時代のもと,製品開発,設計から製造までの期間短縮という合理化要請が高まって いる｡

このようなニーズに応じるため,設計製造の自動化(CAD/CAM)が定着しつつあ

るが,本稿では日立製作所が開発したインテリジェントCAD端末G-760を使って, 図面,NCテー70などの自動作成を行なっている板金工場のCAD/CAMシステムの事 例について紹介する｡ 口

緒

言

近年,計算機援助による設計製造の自動化CAD/CAM(Com-puter Aided Design/Computer Aided Manufacturing)が定

着しつつある｡その要因の一つは,ハードウェア,ソフトウ ェアを含めたCAD/CAMのシステム技術が確立しつつあるこ とであり,他の一つは社会的要請が強いことである｡すなわ ち,技術革新のテンポは速く,性能向上,信束副生向上の要求 も強く,顧客の製品に対するニーズも多様化している｡この ような時代の要請に対応するには,設計,製造部門の効率向 上により,設計から製造までの期間を短縮することが重要な 施策となる｡ 本稿では,G-760の2次元幾何モデリングシステム"HICAD/

2D''の機能を拡充した板金CAD/CAMシステムの概要につい

て述べるとともに,これを図面,NC(数値制御)テープなどの 自動作成に用いて効果を挙げている板金工場での適用事例に ついて紹介する｡ 臣l _{システムの概要} 本システムは計算機と人間が対話しながら作業を進める形 式であり,人間が計算機に対して指令を出し,これに基づい て計算機が実行し結果を表示する｡人間の指令は実行に必要 な二最′ト限の情報とし,できる限り計算機による自動処理を行 なわせるようにした｡ 2.1 _{ハードウェア構+成} 本システムのハードウェアは,国1に示すように汎用計算 機とインテリジュント _{グラフィック端末G-760から構成され,}

両方は通信回線を通じてTSS(Time SIlaring _{System)モード} で結ばれている｡プログラムの本体は汎用計算機側にあり, 複雑な図形処王聖とデータ管理を行なう｡区l形の拡大,移動な どの基本的な処理は端末側で行なう方式を採っている｡ 2.2 _{ソフトウェア構成} 図2に示すように本システムは,CAD,CAMの二つのシ ステムから構成される1ト4)｡CADシステムは,形状の構造モ デリング,面単位の詳細設計,展開形二伏の作成,図面の作成 を行なうプログラム,及びその基本となる2次元,3次元図

形処理プログラム(HICAD/2D,HICAD/3D)から構成される｡

CAMシステムは,CADで作成された図形情報と入力された 製作指示情報から,部品の板取り,NCデータの作成,編集

大谷隆志*

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篠塚義明**

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∬如才Sん加古 汎用 計算機 通信回線

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G-760

馳

磁 気 ディスク 製図用 プロッタ

lマイクロコンピュータl

グラフィック タ ブレ _ット アイスフレ ハードコ ピー ○ フロッピー D アイスク ×-Y プロッタ ○ 0 紙丁-フせん孔機 紙テープ読取り機 匡= _{ハードウェア構成 複雑な図形処理とデータ管理は汎用計井機で.} 図形の拡大,移動などの基本的な処理は端末で行なわれ.対旨性の向上が図ら れている｡ を行なうプログラム,及びNCテープの工具軌跡をシミュレー トするプログラムから構成される｡ 本システムでは2次元図形処理を基本とし,三面図,立体 図の作成の際に板厚を考慮して3次元図形データを自動作成

できるようにした｡図形の定義方法は次の2種類が用意され

ている｡一つは図3に示すようにあらかじめ登録した構造モ デルを呼び出し,これに修正を加えて構造を決定する方法で ある(モデリング機能)5)｡次にこのモデルに対して形状寸法 を与え,必要な箇所に穴あけ,切欠きなどの図形処ヨ葦を行な って形状を定義する｡ 他の一つは長方形,台形,L形鋼などの基本図形に穴あけ, * 日立製作所日立工場 叫 _{日立製作所日立研究所} *** 日立製作所那珂工場 *…* 日立製作所栃木工場 ***書* 日立製作所生産技術研究所

モデリング詳細設計 プ ロ _{グ ラ ム} 図 面 作 成 プ ロ _{グ ラ ム} 2 次 元 図 形 処 理 プ ロ グ _ラ ム 板 取 り 配 置 7￣ ロ _{グ ラ} ム 3 _{次 元 図 形 処 王里} プ ロ _{グ ラ} ム

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-一口// 形 状 デ ー タ 入 力 モ デ リ ン グ 詳 細 設 計 穴あけ,切欠き 展開形状 作 成 国 見 三 作 り 面 取 面 成 回 国

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端 末 制 御 N _{Cデー タ作成} フ`ロ グ ラ ム 編 集 処 理 プログラム データ管理 7一口グラム

0

データベース 図形デ ー タ N C デ ー タ 図面デー _タ マスタデータ 構造モデル形 デ ー タ 製 作 指 示 入 力 板 取 り _{配 置} 同種部品板取り 配置 異種部品板取り 配置 N C _デ ー タ の _{作 成} 編 集 処 理 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 図 面 朝一

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NCデータ 作業指示書 板取り図 注:略語説明

CAD(Comp]ter A】ded _{Deslgn),CAM(Computer} Alded _{Manufacturlng),NC(数値制御)}

図2 _{ソフトウェア構成 cADデータが共通データベースを介して.CAM側に供給され} るCAD/CAM一貫システムとなっている｡ 切欠きなどの図形修正を面単位に加えた後,面と面の接続関 係を与える方法である｡ 以上二つの図形定義方法によって,製品形ご状,腱開形二伏入 力の手数軽i成を図っている｡ 2.3 対話処理 G-760ではオペレータから計算機への意思伝達手段として メニュー方式を採用している｡メニューとは作業内容をコマ ンドとして用途別に1枚のシートに配列したものであり,図4 に本システムがもつメニュ】の一例を示す｡メニューシート 上にはTSS用の基本コマンドのほかに,モデリング,寸法入 力,穴あけ,切r)欠き,文字入力,各種出力などの機能を使う ためのコマンドが分類されて配置されている｡ 田

適用事例

3.1NCガス切断機への適用 図5に示すNCガス切断機は,溶接構造物部片のガス切断 に使用されてお-),パウダ切断機能により合金鋼の切断も可 YES

紆

モデリ ン グ開 始 モデルの抽出 OK? NO Y巨S 他 の モ _デ ル の 抽 出 必 _要 7 NO YES NO フランジの削除 フランジの追加 OK? モデル外形寸法の 指 _示 穴あけ,切欠き

腰

形 状 定 義 終 了 構造モデル 図3 _{モデリング機能を用いた形状定義の流れ} 使用去頃度の高い基本横道を構造モデルに登重責Lておくことによ つて,形状定義を簡便に行なうことができる｡ 能である｡NCテープ作成のための図形データの入力は,CAD データを画面に呼び出し溶接による収縮しろ追加などの修正 を加える￣方法と,製作図面から部品の形状を対話形で入力す る方法かある｡図形データの入力後,板厚に応じた切りしろ (オス炎によって溶け落ちる寸法)を加味したトーチ軌跡,最 適切断速度が自動的に計算されてNCテープに出力される｡ 同村質,同根厚の複数部品は図形データフ7イルから呼び 出され,画面上で移動,回転,反転の機能を使って対話形で 板取りされるっ 図6に板取りの一例を示す｡本システムでは, ガス切断に必要とされる特有の機能,例えば穴を定義すると 切断開始点と助走路の設定,終端処理を自動的にNCデータ として作成する機能などをアプリケーション プログラムとし てもっている｡ 3.2 _{NCプラズマパンチプレスへの適用} 図7に示すNCプラズマ _{パンチプレスは,板厚9.5mm以下の} 軟鋼から超合金までの部品の穴抜きと切断を行なうものであ る｡打抜き用の34種類のタレット工具のほかに540mmオフセッ

基 本 メニュー モデリングのためのコマンド 寸法入力 穴あけ,切欠き サ フ コマンド そ の 他 コマンド TSO実行 TSOリスト 状の示 ド 一 形 コ指

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車-展開 図 作 成 TSO登叙 メ ニ ュ ー 交 換 形 状 コードの 表 示 12**

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の指示 ハ ー ド コ ピ ー 1パラメータ 終 了 フランジ の削除 13**

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図形修正 全パラメータ 終 了 1点修正 フランジ の追加 14**

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穴加工工程 の 指 _示 メ ニ ュ ー の 例 形状コードの 指 示 タブレット ､1･､. スタイラス 寸 法 入 力

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】 コマンドヲイレヨ/ インプットモデルケイジョウ(C) コマンドヲイレヨ/ ) インプットケイショウスンボウ イタアツ(丁=.0,A(C)100, B(C)190,C(C)305.Rl 入力ガイダンスの例 図4 メニューの例とコマンド入力 入力ガイダンスに従って入力Lた情報も画 面上に表示される｡

■■ゾ′く

図5 _{NCガス切断機 肌人操作の2合同時運転機で,マーキング機能も} もち,最大切断厚さは500mmである｡ (a)定義した素材枠の中に図形デ ータファイルから呼び出Lた (b)回転中心,回転方向,回転ピ ッチ(角度)を指定して回転さ 図7 NCプラズマ パンチプレス プラズマ切断とパンチプレスの両機 能をもつ複合NC装置である｡ (c)2番目の図形を呼び出す｡ l番目の匡l形を配置する｡ せる｡ 図6 板取り例 図形の回転,移軌反転及び部分拡大機能により,画面上で最適な板取りが対話処理される｡ (d)t司転.平行移動により最適位 置を決める｡

トされたプラズマ切断トーチを搭載しているのが特徴である｡ これにより,外形切断及び大きな穴の加工を連続打抜きより 短時間で行なうことができ,パンチプレス,プラズマ切断の 切換えはNCによって連続して行なうことができる｡ このNCテープ作成のためのソフトウェアは2次元図形処理 機能のほかに,工具選定機能,マクログリッド機能(同一パタ ーンを複数領j或へ一度に複写する機能)などをアプリケーショ ン _{プログラムとして追加したものとなっている｡図8にこの} 装置による加工状況を示す｡ 3.3 NCクレット _{パンチプレスへの適用} 量産製品での板金部品の打抜き加工は,生産効率の高い総 打抜き型による1回打抜き方式が一般的である｡しかし,製 品が多様化し多数のシリーズ機種を中量生産したり,一般的 な少量生産では高価な総打抜き型を個々に準備していたので は割高となる｡そこで,まず絵打抜き型で基本形状を打抜き, 相異部分だけをNCタレット _{パンチ70レスを使用したり,最} 初からNCタレット _{パンチ70レスで加工する方法がとられる｡} ここでは板金CAD/CAMシステムをNCタレット パンチプレ スに通用した事例を紹介する｡ 設計者は部品形状の構想がまとまると,板金CADメニュー 甥執､ 図8 NCプラズマパンチプレスによる加工状況 _{タレットエ具に} よる打抜き終了後,自動的にプラズマ切断に･切り換えられる｡ 図10 _{打抜き加工中のNCタレット パンチプレス} 最大72個まで搭載可能である｡ タレットエ具は 図IINCクレット パンチプレスによる加工例 中,少l生産では長 方形又は長円形タレットエ具により外形切断を行ない,給打抜き型を使用しな いケースが多い｡ 3-◆2.5甘}キ 3-◆S打アヰ ◆12打∫書 2-⊂2 51 19 _ヰ9

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■穴1DX28I 2-C2 属押寸法140X64 図9 _{三面図と展開図の作図例 面単位の形状データから,三面乳展開乳更に立体図を作成する｡} 中6竹∫卓 ∼.b一申N 9

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を使用して形状定義を行ない,三面図を作成する｡この図面 データを利用して展開図に自動変換させる｡図9に三面図及 びその展開図の作図例を示す｡NCデータは,板金CAMメニ ューを利用し展開図の図形データから板取配置を行ない,型 のう塞択,打抜き経路の自動設定を経て得られるようプログラ ムされている｡ここで作成されたNCデータはシミュレーショ ン機能により画面上に型軌跡を表示させる｡オペレータは表 示結果を確認し,不具合点は対話方式で修正し問題がなけれ ばNCテープを出力させる｡ 図川は,NCタレット _{パンチ70レスが薄板の打抜き加工を} 行なっている例を,図‖は,この機械で加工された部品の例 を示す｡ 3.4 _{NCレーザ切断機への適用} 最近,CO2レーザの薄板根金加工への進出が著しい｡これ はパンチ70レスに比べて加工速度では劣るが,自由な形ヰ犬を ガス切断などよりもはるかに高精度に加工できるため,特に 図12 _{NCレーザ切断機 主な仕様はレーザ出力450W,最大加工範囲1mX} lmX高さ0.4m,位置決め精度±0.=¶mである｡ l 烈た

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111 1 ■l ミ〟 ㌢′山 凄ミニ､‡芯 少量生産ではプレス打抜き型に代わって主流となりつつある｡

ここに紹介する事例は,板金CAD/CAMシステムをNCレ

ーザ切断機に適用したものであり,熱量の分散を図るパルス 波発生用NCデータの自動作成機能などを追加したシステムと なっている｡図12に作動中のNCレーザ切断機を示す｡本装置 はⅩ,Y,Z3軸同時駆動方式で,立体形メ犬の切断も可能で ある｡図t3に加工事例を示す｡ 3.5 順送りプレス金型への適用 量産板金部品で,例えば図14に示すような部品の場合,総 打抜き型による1回の打抜きでは加工できず,後工程として

別の機械による曲げ作業が,したがって,そのための型も必

要となる｡そこで一つの金型内を素材が通過するにつれて, 金型内に配置された複数の型により穴抜き,縁取り,曲げ, 切欠き,切断などの工程が順次行なわれる順送r)プレス金型 が使われる｡ 本システムでは部品形状を入力してストリップレイアウト (金型内の工程配置,図川),ダイレアウト(金型内のパンチ, ダイブッシュなどの配置)を対話方式で決定する｡その後金型 構造の決定,金型の組立図と構成部品の部品図の作成,更に 部品加工用NCテープの作成が自動的に行なわれる｡本シス テムにより設計,製作された順送りプレス金型の一例を図15 に示す｡

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(a)製 品 句 口

匠 匿 匠 匿

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払 凸 穴抜き _{穴抜き 穴放き 縁取り 曲げ 曲げ} (1) _{(2)(3) (1)(2)} 【刑山

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m山 断 切 き 欠 切 (b)ストリップレイアウト 図14 _{製品例とそのストリップレイアウト 製品形状を入力すると} 最高歩留まりとなる配列が表示され,二れに対して対話方式でストリップレイ アウトを設計する｡ 一叫-1 券≡■■二■■1 図13 _{NCレーザ切断機による加工例 自由な形状を高精度に加エする 匡引5 順送りプレス金型の例} ことができる0 _{で,左が下型.右が上型である｡} 本システムにより設計,製作された金型

新 設 計 板 金 品 上位計算機 G-760 中位計算機 G-760 制御用計算機 形 _状 デ ー タ 登 錦 CADデータベース 図面データ 展開形状データ

⊂互互亘コ

図 面 注:略語説明 FMS(FlexLble Manufact]ring System)

[二重亘]

G-760 工程設計 対話形生産計画 日程計画 進度管理 作業量 調 整 進度予測 優先順位 変 更 生産管理 情 報 ファイル CAMデータベース 板取 り 配 置 型 デ ー タ N C デ ー タ ロボット制御 データ 材料デー タ 対 話 形 板 取 配 置 N C デ ー タ 自 動 プ ロ _{グ ラ ミ ン} グ 組立ロボット制御データ 自動プロ グラ ミ ン グ 溶接ロボット制御データ 自動プロ グラ ミ ン _グ 検査ロボット制御データ 自動プログラ ミ ン グ 仕上ロボット制御データ 自動フロロ グラ ミ ン グ 完成･異常 情 報 収 集 スケジュールチータ 制御データ データ管理 スケジュール運転

ロ互∃

搬 送 ラ _イ ン NC切断機 NCタレット ′〈ンチプレス 各 種 NC 機 組 立 ロボット 溶 接 ロボット 検 査 ロボット 仕 上 ロボット 【】

_将来展望

生産の自動化FA(Factory Automation),FMS(Flexible Manufacturing _{System)の観ノ･.‡からは現在の板金工場,特に} 中･少量生産工場は機械加工工場に比べて立ち遅れている｡ これは複数の部品か組み合わされて,溶接などで接合される という製品の特質によるものであり,部品製作までの自動化 にとどまっている｡しかL,はじめに述べたような強いニーー ズがあI),計算機の高性能化,イ氏価格化を背景に今後板金･工 場のFMS化も急速に進展すると考えられる｡ 図16は,将来の板金コニ場での情報システム構想の一例を示 したものである｡大量の図形情報を扱うCAD用の上位計算機, NC機,ロボットなどの制御デ【タと生産管理情報を扱うCAM 用の中位計算機,FMS用の制御用計算機から成る階層形分散 処理システムとなっている｡CAMではCADデータを基に,

各種ロボットの制御データを作ると同時に工程の自動設計も

行ない,対話形生産計画(中･長期),日程計画(短期)により 生産管理情報を作成する｡スケジュールデータと各種制御デ ータは制御用計算機に送られ,搬送ラインを含めた各種自動 機の制御に用いられる｡完成,異常の情報は自動的に収集さ れて中位計算機に返され,生産管理情報ファイルに反映され る｡このようなシステムでも制御データの作成,生産計画立 案,進度管理などはビジュアルに対話形で行なう使いやすい ものにする必要があり,グラフィ _{ック機能のあるG-760の利} 用が考えられている｡ 図t6 板金工場情報シ ステム構想の一例 ロボットを含む各種自動機 の制御,生産管王里を含めた トータル情報システムを階 層形分･散処理システムで実 現する構想例である｡ ■l

結

言 以上,G-760を用いた板金CAD/CAMシステムを概説する ととい二,その適用事例及び二伸来展望について紹介した｡本 稿では触れなかったが,CAD/CAMチータを工程設計及び標 j準作業時間の自動設定にも使用Lており,特に非量産工場で のオンライン生産管理に効果を挙げてし､る例もある｡ 今後は将米展望で述べたようなトータル情報システムを目 指Lて,ソフトウェアのいっそうの充実を図り,多様なアプ リケーション _{ニーズにこたえてゆく考えである｡} 参考文献 1)篠塚,外:枇金CAD/CAM一貫システム,機械と工具,1982 jF3月弓･ 2)柴軋 外:板金CAD/CAMシステムの開発(3),昭和55年度 精機学会春季大会学術講演論文集 3)柴田,外:板金CAD/CAMシステムの開発(4),昭和57年度 精機学会春季大会学術誌i寅論￣文集 4)Y.Shibata, 5) 6) 7) Japan Soc. 柴田.外: システム, K.Sllirai,

et _al.:Sbeet MetalCAD/CAM System,Bull.

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プレス技術,Vol.19,No.4(19別)

et _al,:A CAD System for Press TooIs,Proc.

CAM-ⅠInternationalSpring _{Seminar,p.211(1981)}

白井,外:ブレス金型CAD/CAMシステムの開発,昭和57年 度精機学会秋季大全学術講i寅論￣文集