Fusion360 CAMの実践／切削加工用パス作成・底面（平坦部）、側面仕上編

サンプルモデルと加工用図面

平坦部の加工

ポケットの底面（平坦部）の加工パスを作成してみます。
ここでのの平坦部とは、緩斜面ではなく、完全なＸＹ平面と平行な水平面とします。
余談ですが、面精度が必要な水平面には、いつも苦労させられます。
スクエアやラジアスなどフラットがある工具では、カッターマークがつきやすく、爪が引っかかる程度でも３μ以上の深さになっている場合があります。
もしRa0.2程度の面精度で、右側のポケットのように、底Ｒがある形状であれば、ボールエンドミルのほうがいいかもしれません。
ただ、ボールでの加工の場合、工具中心は理論的い週速がゼロとなり摩耗しやすい欠点もあります。５軸機で、傾けて削りたいぐらいですね～。

今回は、加工時間も考慮して、左右ともフラットエンドミルで加工しようと思います。

Fusion360 CAM の平坦部加工機能

Fusion360でのポケット平坦部加工の機能は、「２Ｄポケット」か「３Ｄグループ」の「平坦部」を使用する事が多いと思います。
サンプルのような平坦部がすぐに認識できる単純な形状の場合には、「２Ｄポケット」で、平坦部だと分かっている面を触る事で指定できます。
こちらのほうが、操作も簡単で、計算時間もほとんどかかりません。

３Ｄグループ・平坦部

「３Ｄグループ」の「平坦部」を利用すると、自動的にフラットな「水平面」を検出してくれますから、複雑な３D形状で段差がたくさんある場合には、選択する手間もないし、選択忘れなどもないので便利です。
ただ欠点としては、検出に計算時間がかかります。

加工境界

自動検出ですから、「加工境界」は「シルエット」で「高さ」は
「モデルボトム」「モデルトップ」でも、各段差の「水平面」を探し出してパス生成してくれます。

「加工境界」は閉じた領域であれば「モデル境界線」。
開いた領域の場合、スケッチで加工境界線を用意しておくと、「シルエット」よりも外側までパスを追加してくれます。

高さ

ただし、「トップ高さ」を「モデルトップ」にして、モデル上面が水平面だった場合、上面の全領域にもパスが出力されます。

もし必要ない場合には、「オフセット」で若干低い値、例えば「-0.01」などに設定すれば、最上面にはパスが出なくなります。

パス

「パス」の「公差」は少し検討が必要です。
精度的には「0.001」など、小さくしたくなりますが、この値によりかなり計算時間が増加します。
ちなみに、筆者の環境で「0.001」にすると、１分５０秒かかりました。
「0.01」では６秒、「0.1」にすれば２秒でした。
適当なポストでNCデータを作成してみると、確かにパスの長さは変わってきています。
ただ、３Ｄ曲面の加工と違い水平面の加工なので、パスの経路が違っていても、Z値は同じになるはずです。
Z値が同じと言うことは、一つの要素の長さが多少違っても、深さ精度にはそれほど影響はでないと思います。
NCのブロック数が違うので、実際には削ってみないと全く同じ精度になるとは言えませんが、出力時間が待てる程度で、小さく設定すればいいと思います。

「手動切削ピッチ」をチェックすれば、横方向の切込みピッチを調整できます。

また「モーフィングスパイラルを使用」をチェックすると、切り替わり目のない渦巻的なパスを出力してくれます。

カッターマークは、経験的にパスからパスへの切り替わり時の鋭角的な動作の機械の加速度が変化する場合にでる比率が高いと思っています。
「モーフィングスパイラル」は、渦巻で広がっていくイメージなので、カッターマークが気になる場合には、試してみる価値はあると思います。
カッターマーク対策としては、アプローチ位置も、穴など加工済みの位置や、なるべく外側から進入してもらいたいですが、この位置はユーザーが自由に制御できないみたいです。
ちょっと残念ですね。今後のアップデートに期待しましょう！

工具径補正・側面輪郭加工

ポケット側面を工具径補正を使って、仕上げる加工を考えてみます。

２D輪郭

Fusion360では、工具径補正を利用する場合には、「２Dモード」の機能しか使えません。
たまに、３D等高線加工においても、基本的に工具中心でパスを出すが、工具径補正コードも出力し、調整程度の工具径補正を可能にできるCAMもありますが、３D加工の場合には工具の切削点の位置が変わるので理論的には使用できないと思います。

閉じた輪郭

「２D輪郭」では、「工具」を選択後、「形状」タブで「加工輪郭」を選択します。
この輪郭も、事前に用意しておいた「スケッチ線」を選択してもいいですし、モデルから選択する事も可能です。

また選択する箇所は、「高さ」の「ボトム高さ」の設定で「選択された輪郭」が選べる事から、可能であれば、最終加工深さの輪郭を選択したほうが楽です。

開いた輪郭

開いた形状の場合ちょっと面倒です。
つながっている境界線の場合、閉じた輪郭が自動選択されたり、この画像のように一要素しか選択されない場合があります。

いずれにしもて、認識された輪郭を編集して「開いた輪郭」を選択する場合には、認識された青い線を再度「クリック」します。
すると、下画像①のようなアイコンが出現します。
上列アイコンの左側が「輪郭を閉じる」右側が「開いた輪郭」の意味です。
今回は、「右・開いた輪郭」を選択します。

次に、②のように「開いた輪郭の最後の要素」を選択します。
最後の要素が選択できたら、③の「+」マークのアイコン「現在の輪郭を承認」をクリックすると、開いた輪郭が選択できます。

「高さ」設定

「輪郭選択」で、その輪郭の最終深さを選択している場合には、「高さ」の「ボトム高さ」設定で「選択された輪郭」が利用できます。
この場合であれば、複数の深さの輪郭加工を一度に設定できますが
それ以外では、高さごとに、機能を追加する事になります。

工具径補正を使う「パス」設定

工具径補正パスを出力させるには、「パス」「補正タイプ」を「制御機」に設定します。
「摩耗補正」でも工具径補正コードを出力してくれます。
違いは、「制御機」は、選択した輪郭形状を工具中心が通るカッターパスとなります。
「摩耗補正」は、選択した輪郭形状から工具半径分オフセットされたカッターパスとなります。

したがって、「制御機」で作成したNCデータの場合には、機械側の工具径補正値は
「工具半径」+「調整値」
となります。

「摩耗補正」の場合には、
「調整値」のみ
となります。

ファナックの場合、基本的には工具径補正は機械側で設定するのでミスの原因になりやすいです。
どちらで運用するかは、会社のやり方や担当者の考え方によって違うと思いますが、パス作成時には「加工指示書」などを発行し、加工側との意思の疎通が重要になります。
また、最終的なNCデータは、ポストプロセッサでも違ってきますから、実際の加工には、十分検証が必要です。

「仕上げ代」は、「径方向」と「軸方向（深さ方向）」の取り代を設定します。
「径方向」の値は、選択した輪郭をその値だけオフセットします。
「軸方向」は、「高さ」「ボトム高さ」で設定した値から調整します。

NCデータ作成

完成しました。
Fusion360に標準で用意されている「FANUC / fanuc」のポストプロセッサでNCデータを作成してみます。

%
O1001 (POSTTEST)
(T4 D=8. CR=0. - ZMIN=-13.95 - FLAT END MILL)
N10 G90 G94 G17 G49 G40
N15 G21
N20 G28 G91 Z0.
N25 G90
()
N30 T4 M06
(AP3D AE0.05D)
N35 S6000 M03
N40 G54
N45 M08
N50 G00 X-40. Y10.
N55 G43 Z50. H04
N60 G00 Z5.
N65 G01 Z1. F1630.
N70 Z-9.95
N75 G41 Y0. D04
N80 G03 X-30. Y10. J10.
N85 G01 Y20.
N90 G03 X-40. Y30. I-10.
N95 G01 X-60.
N100 G03 X-70. Y20. J-10.
N105 G01 Y-20.
N110 G03 X-60. Y-30. I10.
N115 G01 X-40.
N120 G03 X-30. Y-20. J10.
N125 G01 Y10.
N130 G03 X-40. Y20. I-10.
N135 G01 G40 Y10.
N140 G00 Z50.
N145 X183. Y30.
N150 Z5.
N155 G01 Z1. F1630.
N160 Z-13.95
N165 G41 X193. D04
N170 G03 X183. Y40. I-10.
N175 G01 X80.
N180 G03 X60. Y20. J-20.
N185 G01 Y-20.
N190 G03 X80. Y-40. I20.
N195 G01 X180.
N200 X183.
N205 G03 X193. Y-30. J10.
N210 G01 G40 X183.
N215 G00 Z50.
N220 M09
N225 G28 G91 Z0.
N230 G90
N235 G49
N240 G28 G91 X0. Y0.
N245 G90
N250 M30
%

期待通り、工具径補正コードが出力されています。
このポストプロセッサは、標準で用意されているものですが、「Fanuc系」の機械であれば、このままでも使用できそうですね。
工具交換、工具長補正、回転、冷却コードなど、ちょっとした手直しは、ポストプロセッサを自社用にカスタマイズする事で希望のデータにできます。
Fusion360のポストプロセッサのカスタマイズ性は強力なので、かなり思い通りのNCデータにすることができると思います。
ポストプロセッサのカスタマイズ方法などは、いずれ記事にしようと思っています。

まとめ

３D形状を削り出す場合には、補正や２D的な操作はあまり使用しないかもしれませんが、金型など組み合わさるパーツの加工には、幾何的な精度が必要になってきます。
その中でも、底面（深さ）と側面（輪郭）の精度は重要です。
CAMで出力させたNCデータだけでは満足できる精度では加工できません。
削った状態を確認しながら、機械側での調整が必要になります。
その場合は今回のような２D的なNCデータが必要になってきます。

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Fusion360 CAM 実践 記事

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