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マ シ ニ ング セ ンタ の 生 産 性 向上 に関 す る研 究( 第 2 報 ) *

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Academic year: 2022

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(1)論 文. マ シ ニ ング セ ンタ の 生 産 性 向上 に関 す る研 究( 第 2 報 ) * 工 具経路が 生産性 に及 ぼす影響 閻. 喜 仁* *. 白 瀬 敬 一* **. 河端. 裕†. 平 尾 政 利 ††. 安 井 武 司 ††. Improving Productivity of Machining Centers Based on NC Program Diagnostic System (2nd Report) Effects. of Tool Paths. on Productivity. Xiren YAN, Keiichi SHIRASE, Hiroshi KAWABATA, Masatoshi HIRAO and Takeshi YASUI. The productivity of machining. centers is affected not only by the effective feed rates and average tool travel per block studied in the first. report, but also by the generated tool paths, especially the variation of moving vectors of the tool. In this paper, first of all, the factor of productivity evaluation is defined extensively to the case of multi-F code, and furthermore expressed as a function of the time constants, feed, average travel per block and the moving vectors of the tool. The expression of the factor shows that the smaller the time constants and the average variation productivity. per block of moving vectors, the higher the productivity is, and the longer the average travel per block, the higher the. is. Then with feature-based. work models,. namely, spline plane,. slope, boss, island and pocket, being exemplified,. the. productivity of those NC programs generated by I-DEAS CAM tool is analyzed by the self-developed NC program simulator in two patterns of tool paths, namely the contour line and zigzag. The results show that in most cases, the productivity of the tool path in contour line pattern is higher, and the productivity of machining with a tool of smaller diameter is higher when the cutting power is kept constant. The theoretic and simulative studies on the tool path will contribute to the development of new CAM tools. Key words : NC program, machining center, productivity, tool path, contour line, zigzag, CAM. の 要 因 を 検 討 し,CAMに 1.. は. じ. め. お け る工 具経 路 生 成 の戦 略 を 模 索 す る,. に 2.. 製 品 の 差 別 化,消 (外観)は. 個 性 的 に な り,そ れ らの 生 産 に 欠 か せ な い 金 型 の加. 工 形 状 が 複 雑 に な る 一 方 で,生. 産 性 の 向 上 が 求 め られ て い る.. 金 型 の加 工 に用 い られ る マ シ ニ ン グセ ン タ(以 下MC)の は,NCプ. 生産性. ロ グ ラ ム の 良 否 に 左 右 され てお り,第1報1)で. はNC. プ ロ グ ラ ム シ ミュ レー タ に よ り加 工 時 間 を評 価 して,生 有 効 送 り速 度,1ブ. 生 産性 の評 価. 費 者 ニ ー ズ の 多 様 化 に よ り,製 品 デ ザ イ ン 2. 1 第1報. 有 効 送 り速 度 に 基 づ い た 評 価 指 数 で は,式(1)に. 示 す 有 効 送 り速 度 比eを. 式 で は 連 続 す る ブ ロ ック で,送. り速 度Fが. 定 義 した.こ. の. 一 定 で あ る と仮 定 し. て い た.. 産性 が (1). ロ ッ ク 当 た りの 平 均 移 動 距 離 で評 価 で き る こ. と を報 告 した. また,工 具 経 路 生 成 法 に 関す る研 究2)2も こで は 特 定 の 被 削 材 形 状 に 対 して1種. 行 わ れ て い る が,そ. 類 の 工具経 路 パ ター ン. そ こで,式(1)を 張 し,新. 送 り速 度Fが. 変 化 す る場 合,つ. しい 生 産 性 評 価 の指 数 と した.こ. ま りm工 程 に拡. の 指 数 は,送. り速 度. (Zigzag or staircase2))が 検 討 され て お り,工 具 経 路 の 良否 は 工 具 経. の指 令 値 と移 動 距 離 か ら求 め られ る加 工 時 間 と,工 具 移 動 の 加. 路 の 全 長 の み で 評 価 され て い る.し. 減 速 を 考 慮 した 実加 工 時 間 の 比 と して 次 式 で表 され る.. か し現 実 に は,工. 具経 路 の. 良 否 は 工 具 経 路 の全 長 だ け で は な く,工 具 の加 減 速 に 影 響 を 及 ぼ す 工 具 移 動 ベ ク トル の 変 化 や1ブ. ロ ッ ク 当 た りの 平 均 移 動 距. 離 に も左 右 され る. そ こで 本 報 で は,第1報. (2). で 提 案 した 評 価 式 を拡 張 し,ブ ロ ッ ク. ご との 送 り速 度 や 工 具 移 動 ベ ク トル の 変 化 につ い て も 考 慮 した. こ こ で,di,ei,Fiは,第i工. 生産 性 評 価 法 を 提 案 す る.さ. り速 度 比,送. 加 工 とZigzag加. らに,工. 工)の 違 い や,等. 具 経 路 パ タ ー ン(等. 動 力 とい う拘 束 条 件 で の 工 具. 径 の 違 い に つ い て 生 産 性 の 良 否 を 検 討 し た.こ 面,傾 斜 面,ポ. 高線. こで は,自. を 自作 のNCプ. ロ グ ラ ム シ ミ ュ レー タで 評 価 した.最 後 に,切 削. *. ** * † ††. 768精. (3). ロ グ ラム の 生 産 性. 具 経 路 パ ター ン を 最 適 化 して 生 産 性 を 向 上 させ る た め. の 関 係 が あ り,m工. 程 す べ て で 送 り 瓦 が 同 じで あ れ ば,式(2). は 式(1)と 等 価 に な る。. 原稿受付 学生会員 正 会 員. 平成 10 年 1 月 5 日 金 沢 大 学 大 学 院 (金 沢 市 小 立 野 2‑40‑20 ) 大 阪 大 学 大 学 院(吹 田 市 山 田 丘2‑1). す る.第1報. 正 会 員. 金沢 工業大学. い てeijを 計 算 す る と,次 式 で 示 され る.. 正 会 員. 金沢 大学大学院. (石 川 県 石 川 郡 野 々 市 扇 が 丘7‑1). 密 工学 会誌 Vol. 64,. No. 5,. 1998. 効送. 目のNC. ブ ロ ック に お け る 工 具 移 動 距 離,有 効 送 り速 度 比 で あ る.ま た,. ケ ッ トや 島 と い っ た特 徴 的 な 加 工 形 状 を 例 に, ー ル を 利 用 して 作 成 したNCプ. * *. 程j番. 由曲. 市 販 のCAMツ. 条 件,工. 程 に お け る 工 具 移 動 距 離,有. り指 令 値 で あ り,dij,eijは,第i工. 次 に,第i工. 程 にお け る 有 効 送 り速 度 比 に 関 す る 関係 式 を 導 出 の式(3)を も と に,指 数 関 数 的 な加 減 速 の場 合 に つ.

(2) 閻 ・白瀬 ・河端 ・平尾・安井: マ シニングセンタの生産性 向上に関する研究 (第 2 報). こ こで κ は 実 験 で 求 め られ る 動 力 係 数 で あ る.. (4). 式(9)でv=πDS/1000の. 関 係 を 考 慮 し て'等. 切 削 速 度,等. 動力. と な る条 件 を 導 く と. 但 し,. (5) こ こ で,71は. 加 減 速 の 時 定 数,Tは. (10). 位 置 決 め制 御 系 の 時 定 数,. fSqは 第i工 程j番 目ブ ロ ッ ク の 始 点 にお け る実 送 り速 度 で あ る ・ t≦4Tiの 場 合,eijは. 次 式 で 計 算 す る と誤 差 が 無 視 で き る.. が 求 め られ る. 異 な っ た 工 具 径Dl,D2に. 対 し て,軸. 方 向,半. 径 方 向の切込 み. αz,αrを工 具 径 に 対 す る 比 率 で 決 定 し て 等 動 力 に よ る加 工 を 行 う場 合,送. り速 度F1,F2の 比 は 次 式 で 示 され る.. (6) (11). こ こ で,d4T1はt=4T1の 一般 に. ,tij〉>T1の. fsij=Ficosαijと. 例 え ばDlsD2=2の. 時 刻 に 至 る ま で の 移 動 距 離 で あ る. ブ ロ ッ ク が 多 い が,連. な る の で'第i工. 続 ブ ロ ッ ク の 場 合,. 程 にお け る有 効 送 り速 度 比 は. な り,工 具 径 を. に 上 げ られ る こ と を 示 し. て い る.工 具 径 に 比 例 して 軸 方 向'半 径 方 向 の 切 込 み αz、 αrがそ れ ぞ れ1/2倍. (7). 条 件 で は,F2/F1=4.757と. 半 分 にす る こ と で,送 り速 度 が4.757倍. は 約20%増. に な る こ と を 考 慮 して も,単 位 時 間 当た りの 切 削 量 加 す る こ と に な る.. 同 様 に,ボ ー ル エ ン ド ミル で 同 じ加 工 精 度(同. 但 し,. じ カ ス プ 高 さ). を 実 現 す る とい う条 件 で,軸 方 向 の 切 込 み αzは工 具 径 の 比 率 で, 半 径 方 向 切 込 み は αr。∝c√ 万 で 決 定 して 等 動 力 に よ る加 工 を行 う. (8). ηiは第i工 程 にお け るNCプ j番 目とj‑l番 dav,jは1ブ kはNCプ. 場 合,送. り速 度F1,F2の 比 は 次 式 で 示 され る.. ロ グ ラ ム の移 動 ブ ロ ッ ク数,αijは. 目 ブ ロ ック の2つ の 工 具 移 動 ベ ク トル が成 す 角 度,. ロ ッ ク 当 た りの 平 均 移 動 距 離 で あ る(図1参. 照).. ロ グ ラム にお け る送 り速 度 の 有 効 性 及 び 工 具 経 路 の. 良 否 を 示 す パ ラ メー タ で,ん が 小 さ い ほ ど有 効 送 り速 度 比 が 大 き く,実 平 均 送 り速 度 が 指 令 送 り速 度 に近 づ い て 生 産 性 が 良 い と 判 断 で き る.つ ま り'式(8)か ら,NCプ. ログラムの生産性 には工. 具 の総 移 動 距 離 だ け で な く,移 動 ベ ク トル の 向 き の 変 化,制 系 の時 定 数 も影 響 を 及 ぼす こ と が わ か る.式(8)で ル の変 化 が新 た に 考 慮 され,1ブ. 御. は移動ベ ク ト. ロ ック 当 た りの 平 均 移 動 距 離 の. 他 に,経 路 の 複 雑 さ も 同 時 に 評 価 で き る.kを は'制 御 系 の 時 定 数 を小 さ く し,1ブ. 小 さ くす る た め に. ロ ッ ク 当 た りの 平 均 移 動 距. 離 を大 き く し,移 動 ベ ク トル の 平 均 変 化 量 Σcosαij/niの 値 を1 に近 づ け る べ き で あ る こ とが わ か る.特. (12) 例 え ばDIsD2=2の. 条 件 で は,F2/F1=3.08と. 半分 に す る こ とで,送. り速 度 が3.08倍. な り,工 具径 を. に 上 げ られ る こ と を 示 し. て い る.工 具 径 に 応 じて 軸 方 向 の 切 込 み αzが1/2倍,半. 径 方向. の 切 込 み α,が1/1.414倍 に な る こ と を考 慮 して も,単 位 時 間 当 た りの 切 削 量 は約10%増. 加 す る こ と に な る.. こ の よ うに 送 り速 度 が 十 分 に 上 げ られ る条 件 で あ れ ば,大. 径. 工具 よ りも小径 工具 を用い る と単位時 間 当た りの切 削量を増 加 させ る こ と が で き る2し か し,ワ ー ク 形 状 に よ っ て は送 り速 度 が 十 分 に 上 げ られ な い とか,工. 具 強 度 の 点 で 等 動 力 の条 件 で は. 加 工 が で き な い と い う場 合 も 生 じる2こ. の た め,工. 具径 は有 効. 送 り速 度 比 と 工 具 強 度 の観 点 か ら総 合 的 に 判 断 す る 必 要 が あ る.. に,移 動 ベ ク トル の 平. 3.. 工具 経路 パ ター ンの違 いに よ る生産 性 評価. 均 変 化 量 を1に 近 づ け る とい う こ と は,工 具 経 路 の 曲 率 を で き る だ け小 さ くす る こ と に相 当す る.こ れ は,自. 由 曲 面 の加 工 で は. 微 小 な 直 線 ブ ロ ッ クで 曲線 を 近 似 す る よ り も,NURBSや イ ン補 間 に よ り工 具 経 路 を 生 成 す る 方 が,生. スプラ. 産性 の観点 で有 効. で あ る こ と を示 して い る. 2.2. 種 々 の加 工 形 状 に 対 して,工 具 経 路 パ ター ン,工 具,切 工 具 径 と生 産 性 の 関 係 を 調 査 した.本. 等 動 力 で の 切 削 パ ラ メ ー タ関 係 式. 大 動 力 を 利 用 して 行 うべ き で あ る.文 献4)に. 示 され た 動 力 経 験. プ ライ ン 曲 面,島. 面,ス. が あ る 平 面,さ. ら に これ ら を統 合 した 形 状 にっ い て,加. ロ グ ラ ム を 生 成 して,自. で そ の 生 産 性 を 評 価 した.NCプ ツ ー ル I‑DEASを. 用 い,工. 作 のNCプ. 込 み,. 型的 な加 工. 形 状 と して,斜. NCプ. 生 産 性 を 向 上 させ るた め に は,粗 加 工 は で き る だ け機 械 の 最. 論 文 で は,典. が あ る ポ ケ ッ ト,ボ ス 工用 の. ロ グ ラ ム シ ミュ レー タ. ロ グ ラ ム の 生 成 に は 汎 用CAM. 具 経 路 パ ター ン と し て は 等 高 線 と. 式 に よ る と,軸 方 向 及 び 半径 方 向 の切 込 み αz,αr,主軸 回 転 数&. Zigzag,工 具 と して ボ ー ル エ ン ドミル と ス ク ウ ェ ア エ ン ドミル を. 送 り速 度Fに お け る 切 削 動 力 は 次 式 で 示 され る.. 選 択 した.ま た,切 込 み に つ い て はConstantstep(一. 定 切 込 み),. (9). (b) Flat end mill. (a) Ball end mill Fig.1. Geometry. of successive. NC blocks. Fig.2. Slope cutting. with ball. and flat end mills. 精密工学会誌 Vol. 64, No. 5, 1998. 769.

(3) 闘 ・白 瀬 ・河 端 ・平 尾 ・安 井:. とConstant. cusp(一. マ シ ニ ン グ セ ン タ の 生 産 性 向 上 に 関 す る 研 究( 第 2 報 ). 定 カ ス プ 高 さ)を. 選 択 し た り,工. 具径 に応 じ. て 等 動 力 の 条 件 で 変 化 さ せ た. 3. 1. 斜面加 工. 3. 1. 1. 斜 面 切 削 パ ラ メ ー タ の 関係 式. 図2に. ボ ー ル エ ン ドミル とス ク ウ ェ ア エ ン ド ミル で の 斜 面 加. 工 を 示 す 。 加 工 す る 斜 面 の 勾 配 をa加 具 径 をDと. す る と,ボ. 工 の カ ス プ 高 さ を 力,工. ー ル エ ン ド ミル を 使 用 す る 場 合 の 軸 方 向. の 切 込 み は 式(13)で,ス. ク ウ ェ ア エ ン ドミル を 使 用 す る 場 合 の 軸. 方 向 切 込 み は 式(14)で. 示 さ れ る.. (13) (14) 従 っ て,こ. の2種. 類 の 工 具 に お け る 切 込 み の 比 率 は, (15). と な る,こ. の 値 は θ=45.の. こ こ で,カ の 勾 配. 条 件 で 最 大 値 に 達 す る.. ス プ 高 さ 乃=mmの. 条 件 で,種. θ に 対 し て 求 め たazb/azfの. D=2mmの. 条 件 で,種. て 求 め たazb/azfの. (a). 々 の 工 具 径Dと. 値 を 図3(a)に,工. 々 の カ ス プ 高 さhと. 値 を 図3(b)に. 具 径. 斜 面 の勾配. (b). Ratio. 斜 面. θに 対 し. ま と め て 示 す.. h = 1mm Fig.3. (a) Wavy spline surface. of depths. D = 12mm. of cut azb / azf. (b) Convex spline surface Fig.4 斜 面 加 工 に お い て はazb/azf=√D/hsin2θ>1と. Machining. な る 条 件 で,. of spline. surface. in different. tool path. planning. ボ ー ル エ ン ド ミル を 使 用 す る場 合 の 軸 方 向 切 込 み を 大 き くす る こ と が で き,結. 果 的 に 生 産 性 が 向 上 す る こ と に な る,図3で. れ る よ う に,azb/azf>1と 般 に,1)<<hで い 限 り,ポ. 示 さ. な る 条 件 は 非 常 に 広 範 囲 で あ り,一. あ る と か,θ. が0.や90.に. 近 い といった 条件 でな. ー ル エ ン ド ミル を 使 用 す る 方 が 生 産 性 が 向 上 す る こ. と に な る.こ. れ は,曲. 面 加 工 に お け る 加 工 効 率 を 検 討 し た 文 献5). ス プ 高 さ を 鮮0.2mmと. し,2種. cusp. 上 面 に 波 状 と 中 凸 状 の ス プ ラ イ ン 面 を 有 す る2種 面 が70×70mm)を. 等 高 線 の 工 具 経 路 パ タ ー ン で4種 の 結 果 を 表1に. 類 の 工 具 径(D=6mm,12mm). 類 のNCプ. ー ン(等. 高 線 とZigzag). ー ル エ ン ド ミ ル で ,切. の ボ ー ル エ ン ド ミ ル と ス ク ウ ェ ア エ ン ド ミ ル そ れ ぞ れ に つ い て,. 解 析 し た.そ. ス プライ ン面加工. 作 成 し,ス. 上 面 ま で の ク リ ア ラ ン ス を10mmと. 円すい 面加 工. 斜 面 の 勾 配 θ=15。 で 円 す い 面 の ワ ー ク を 作 成 し,Constant で,カ. 3. 2. デ ル(底. の 結 果 と も 対 応 す る. 3. 1. 2. 一 定 で あ る こ とが わ か る .. ロ グラム を生成 し. る い はConstant. 元モ. し た.2種. 類 の 工 具経 路 パ タ. 類 の 工 具 径(1)=6mm,12mm)の. 込 み はConstant. cusp(h=1mm)の. ボ. step(Cross feed=O.5D)あ. 条 件 で 決 定 し た.さ. の 送 り 速 度 と 等 動 力 の 条 件 に つ い て も 考 慮 し て,8種 ロ グ ラ ム を 生 成 し,そ. 示 す.. ,2種. 類 の3次. プ ラ イ ン 面 か ら素 材 の. の 解 析 を 行 っ た.そ. らに一定 類 のNCプ. の 結 果 を 図4に. まとめ. て 示 す. Table. 1. Comparisons. of cutting. time. in profiling. slopes. 解 析 結 果(図4)は. 以下 の よ う に ま と め ら れ る.. (1) 波 状 ス プ ラ イ ン 面 を 加 工 す る 場 合(図4(a)):Zlgzagパ ン は 等 高 線 パ タ ー ン に 比 べ て 工 具 経 路 長 が 短 く.加 少 し 短 い.等. 表1の. 中 で,azb/azfは. 逆 比 で 計 算 し た.表1か で は,工. 加 工 段 数(z軸 ら'同. じ加 工 精 度(カ. ス プ 高 さ)の 条 件. 具 径 が 大 き い ほ ど ス ク ウ ェ ア エ ン ドミル よ りボ ー ル エ. ン ドミル に よ る加 工 が 効 率 的 で あ る こ と が わ か る.さ. ら に,ス. ク ウェ ア エ ン ドミル で の 加 工 時 間tfは 工 具 径 と 関 係 無 く'ほ. 770. 精密 工 学会 誌 Vol. 64.. No.. 5.. 1998. 高 線 パ タ ー ン で は,工. 変 化 が 大 き く,工. 方 向 の 加 工 面 の 数)の. ぼ. Zigzagパ. ター 工時間 が. 具 移 動 ベ ク トル の 向 き の. 具 の 加 減 速 に 時 間 を 要 し て い る.ま. タ ー ン で は'波. た,. の 谷 に 沿 っ て 加 工 した 方 が 工 具 移 動. ベ ク トル の 向 き の 変 化 が 小 さ く ,加. 工 時 間 が 短 縮 で き る.. (2)中 凸 状 ス プ ラ イ ン 面 を 加 工 す る 場 合(図4(b))=等 高線パ タ ー ン はZigzagパ タ ー ン に 比 べ て 加 工 時 問 が 短 い(平 均 で約.

(4) 閻 ・白 瀬 ・河 端 ・平 尾 ・安 井: マ シ ニ ン グ セ ン タ の 生 産 性 向 上 に 関 す る 研 究 ( 第 2 報 ). 34%短. 縮).こ. れ は,波. 状 ス プ ラ イ ン の 場 合 と 違 っ て,工. 具. 移 動 ベ ク トル の 向 き の 変 化 が 小 さ い た め で あ る. (3) 等 動 力 加 工 の 観 点 で は,小 均 で 約17%短. (4) 生 産 性 評 価 指 数eの Zigzagパ 3. 3. 径 工 具 の 方 が 加 工 時 間 が 短 い(平. 縮). 比 較 で は,等. タ ー ン に よ るeに. 高 線 パ タ ー ン に よ るeが. 比 べ て 大 き い.. 島 が あ る ポ ケ ッ ト加 エ. ポ ケ ッ トに 島 と し て2つ 70×70mm)を. の 円 柱 が あ る3次. 作 成 し た.2種. Zigzag‑2種. 元 モ デ ル(底. 類 の 工 具 径(D=6mm,12mm),ポ. に 対 し て は 切 込 み をConstant cusp(h=02mm)の. stcpで. feed=05D)とConstant. ク ウ ェ ア エ ン ドミル に対 し. 決 定 し た.さ. と 等 動 力 の 条 件 に つ い て も 考 慮 し て,12種 を 生 成 し,そ. の 解 析 を 行 っ た.そ. 高線 と. ー ル エ ン ドミル. step(Cross. 条 件 で 決 定 し,ス. て は 切 込 み をConstant. 面が. 類 の 工 具 経 路 パ タ ー ン(等. ら に 一 定 の 送 り速 度 類 のNCプ. の 結 果 を 図5に. ログラム. ま と め て 示 す. Fig.6. Machining. of plane. with. bosses. in different. tool path. planning. (2) 長 手 方 向 に 加 工 す る と,短 手 方 向 に加 工 す る 場 合 に 比 べ て, 加 工 時 間 が 短 縮 で き る(平. 均 で 約24%短. 縮).. (3) 等 動 力 加 工 の 観 点 で は,小 径 工 具 の 方 が 加 工 時 間 が 短 い(平 均 で 約26%短. 縮).. (4) 生 産 性 評 価 指 数eの. 比 較 で は,等. 高 線 パ ター ン に よ る θ が. Zigzagパ タ ー ン に よ るeに 比 べ て 大 き い. 3. 5. 複 合形状加 工. こ れ ま で 特 徴 的 な 加 工 形 状 に 対 して,個 時 間 の 関係 を 見 て き た が,最. 々 に 工 具 経 路 と加 工. 後 に こ う した 特 徴 的 な加 工形 状 が. 組 み 合 わ され た 一 般 的 な 加 工 形 状 に 対 して 工 具 経 路 と加 工 時 間 の 関 係 を 調 査 した.そ. こ で 図7に. 示 す よ うな,ボ ス,斜 面,ス テ. ップ とい っ た加 工 特徴 が 組 み 合 わ され た 複 雑 な 形 状 の3次 デ ル(底 面 が110x140mm)を ー ン(等 高 線 とZigzag) ,2種 Fig.5. Machining. of pocket. with island. in different. tool path. (1). 一 般 に,等 が 短 い(平. =0 .25D,0.5D)の. 高 線 パ タ ー ン はZigzagパ 均 で 約14%短. 均 で 約12%短 (3). Zigzagパ. 径 工 具 の 方 が 加 工 時 間 が 短 い(平. 比 較 で は,等. タ ー ン に よ るeに. 高 線 パ タ ー ン に よ るeが. 作 成 し た.2種. とZigzag),2種. 類 の 工 具 径(D=6mm,12mm)の. 類 の 工 具 経 路 パ タ ー ン(等. cusp(h=mm)の. 条 件 で 決 定 し た.さ. 度 と 等 動 力 の 条 件 に つ い て も 考 慮 し て,8種 の 解 析 を 行 っ た.そ. cuspを. (1) 等 高 線 パ タ ー ン で はZigzagパ. タ ー ン に 比 べ て,工. 具移動 の. 半 径 方 向 の 切 込 み を 小 さ く した 場 合,加. 縮).. 工 時 間 は さ ら に短 縮. 面が 高線. る いk. ら に 一 定 の 送 り速 類 のNCプ. の 結 果 を 図6に. stepを. 選 択 し た 場 合,等. 選 択 し た 場 合,逆. の 結 果 と な る.こ. や ア プ ロ ー チ の た め の 経 路 が 生 成 さ れ,工. す る.. 以 下 の よ うに ま と め られ る.. ス クウェアエ. タ ー ン に 比 べ て 加 工 時 間 が 短 い.し. っ た た め で,CAMツ. ロ グ ラ ム を 生 成 し,. ま と め て 示 す.. ロ グラム. ま と め て 示 す.. 以 下 の よ う に ま と め ら れ る,. (1) 切 込 み 方 法 にConstant はZigzagパ. 元 モ デ ル(底. 込 み はConstantstep(Cross feed=0.5D)あ. 解 析 結 果(図6)は. の 結 果 を 図8に. (2) 等 動 力 加 工 の 観 点 で は,小 径 工 具 の 方 が 加 工 時 間 が 短 い(平. 70X140mm)を. を 生 成 し.そ. らに 一 定 の 送 り速 度 と等 動. 類 のNCプ. され た.. 比 べ て 大 き い.. 平 面 に ボ ス と し て 円 柱 と 円 す い を 有 す る3次. Constant. そ の 解 析 を 行 っ た2そ. feed. 加 減 速 が ス ム ー ズ で,加 工 時 間 が 短 い(平 均 で 約41%短. ボスが ある平面 加工. ン ド ミ ル で,切. 条 件 で 決 定 し た.さ. 解 析 結 果(図8)は. 縮).. 生 産 性 評 価 指 数eの. 3. 4. ター ンに比べ て加 工時間. 縮),. (2) 等 動 力 加 工 の 観 点 でk,大. 類 の 工 具 径(D=6mm,12mm)の. 力 の 条 件 に つ い て も 考 慮 して,8種. 以 下 の よ う に ま と め られ る.. 元モ. 類 の工具経 路パ タ. ス ク ウ ェ ア エ ン ドミル と し,切 込 み はConstantstep(Cross. planning 解 析 結 果(図5)は. 作 成 した22種. 高線パ ター ン か し,Constant. れ は,工. 具 の逃げ. 具 経 路 長 が 長 くな. ー ル の 工 具 経 路 生 成 ア ル ゴ リズ ム に 依 存 Fig.7. Workpiece. model. 精密工学会誌. with complex. Vol. 64,. geometry. No.. 5,. 1998. 771.

(5) 閻 ・白瀬 ・河端 ・平尾 ・安井: マ シニング センタの生産性 向上に関する研究( 第 2 報 ). とが わ か っ た 、これ はCAMツ に 依 存 す る が,こ G02/G03に. ー ル の 工 具 経 路 生 成 アル ゴ リズ ム. こ で 生 成 され た 等 高 線 に よ る 工 具 経 路 に は. よ る 円 弧 補 間 の コ ー ドが 多 く含 ま れ て い る こ とが わ. か っ た.こ れ は,工. 具 移 動 ベ ク トル が 滑 らか に 接 続 され る こ と. に 寄 与 して お り,図9に. 示 した2種 類 の 工 具 経 路 に つ い て の シ ミ. ュ レー シ ョン 結 果 で も 明 らか な よ うに,等 高 線 パ タ ー ン(図9(a)) に お け る送 り速 度 の 変 化 が,Zigzagパ. ター ン(図9(b))に. 送 り速 度 の 変 化 に 比 べ て 小 さ く な っ て い る.(実 に 工 具 経 路,下. お ける. 行画 面の上部. 部 に 送 り速 度 の 変 化 が 表 示 され て い る.)こ. は,微 小 な 直 線 補 間(G01)で. れ. 曲線 を 近 似 した 場 合 に,そ の 接 続. 部 で 工 具 移 動 の加 減 速 が繰 り返 され 加 工時 間 が 長 くな る6)の. と. 同 じ理 由 に よ る. 4.. ま. と. め. (1) 生 産 性 評 価 指 数 と して 有 効 送 り速 度 比 を導 出 し,生 産 性 の Fig.8. Machining. of complex. geometry. in different. 良否 に は,位. tool path. 置 決 め制 御 系 の 時 定 数,工 具 の1ブ. た り平 均 移 動 距 離,工. planning. ロ ック 当. 具 移 動 ベ ク トル の 向 き の変 化 が 影 響. を及 ぼ す こ と を 示 した. (2) 斜 面 加 工 で 同 じ加 工 精 度 を 目標 に,同. じ半径 方 向 の 切 込 み. 条 件 で 加 工 時 間 を 比 較 す る と,斜 面 の 勾 配 が0゜ ま た は90゜ に 近 くな い 限 り,ス. ク ウ ェ ア エ ン ドミル よ り も ボ ー ル エ ン. ド ミル を用 い た 方 が 生 産 性 が 良 く な る.ま. た,工. 具径 が 大. き い ほ ど ボー ル エ ン ド ミル が ス ク ウ ェ ア エ ン ドミル よ り効 率 的 で あ る. (3) 典 型 的 な 加 工 形 状 に対 して,生 産 性 評 価 指 数eを. 用いて工. 具 経 路 パ ター ン の 違 い に よ る生 産 性 評 価 を 行 い,等 タ ー ン に よ るeが,Zigzagパ (a). タ ー ンに よ るeよ. 高線 パ. りも 大 き い. こ とを 示 した.. cs50cf12 (Contour line ). (4) 加 工 時 間 の 比 較 で も,一 般 に 等 高 線 パ タ ー ンはZigzagパ タ ー ン に 比 べ て 加 工 時 間 が 短 い .例 外 は,波 状 ス プ ライ ン 面 をZigzagパ (5) 等 動 力,中. タ ー ンで 波 状 に 沿 っ て加 工 す る 場 合 で あ った. 高 送 りで の 加 工 で は,一 般 に小 径 工 具 の 方 が 加. 工 時 間 が 短 い.例. 外 は,島. が あ る ポ ケ ッ ト加 工 の場 合 で あ. っ た. 参. (b) Fig.9. cs50zfl2 (Zigzag). Simulation. of tool paths. and zigzag. patterns. 均 で 約20%短. and feed rates in contour. line. 縮). (3) 生 産 性 評 価 指 数eの 比 較 でk,等. 高線 パ ター ン に よ るeが,. Zigzagパ タ ー ン に よ るeに 比 べ て 大 き い. 以 上 の 解 析 例 か ら,ほ とん どの 加 工 形 状 に対 し て 等 高 線 パ タ ー ン はZigzagパ タ ー ン に 比 べ て加 工 時 間 を短 くで き る とい うこ. 772. 精 密工 学会 誌 Vol. 64,. No. 5,. 1998. 考. 文. 献. 1) 閻 喜仁,白 瀬 敬一,河 端 裕,平 尾 政利,安 井武 司: マ シニ ングセ ンタの生 産性 向上 に関 す る研 究(第1報),精 密 工 学会誌,63, 7 (997) 1044. 2) Bala M. and Chang T.C. : Automatic Cutter Selection and Optimal Cutter Path Generation for Prismatic Parts, Int. J. Prod. Res., 29, 11 (1991) 2163. 3) Lee Y.S. and Chang T.C. : CASCAM - An Automated System for Sculptured Surface Cavity Machining, Computers in Industry, 16 (1991) 321. 4) Tolouei-Rad M. and Bidhendi I.M.: On the Optimization of Machining Parameters for Milling Operations, hit. J. Mach. Tool. & Mfg., 37, 1 (1997) 1. 5) Lin R. S. and Koren Y.: Efficient tool-path planning for machining freeform surfaces, Trans. of the ASME, 118, 2 (1996) 20. 6). 宮 田光 人,大. 槻 俊 明: 高 精 度 曲 面 を 形 に す るNURBS補. 間‑NC装. 置. が1msご とに 補 間 点 を指 令 す る,日 経 メ カ ニ カ ル 別 冊 デ ジ タル フ ァ ク ト リ,2 (1997) 112..

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