Fusion360 CAMの実践／切削加工用パス作成・３Ｄ加工編

サンプルモデルと加工用図面

３Ｄ加工

右側ポケット内にある、かまぼこ形状を３Ｄ機能で仕上加工してみます。
非常に単純な形状ですが、凹フィレットから凸フィレットへつながっている断面形状です。
このように緩斜面と急斜面の複合された形状はきれいに削るには意外と面倒です。

等高線加工

３Ｄ加工で一番使われる機能は、「等高線加工」ではないでしょうか？
等高ですから読んで字の如く、Ｚ方向の切込み深さは一定になりますから
加工条件も決定しやすいです。
ただし「等高」であるがゆえに、切削点を平面方向から見た場合にはＸＹのピッチは安定しません。
したがって、緩斜面での面精度は悪くなる傾向にあります。
「走査線」という機能を使うと、平面からのピッチは一定にできますが、こちらは垂直壁や形状の輪郭に沿うようなパスは思うようにでない場合が多く、こちらは起伏が激しい場所での面精度はあまり期待できません。

３Ｄ等高線機能

Fusion360では、「3D」⇒「等高線」で設定します。

「ランプ」という機能もありますが、これも等高線的なパスを出してくれます。
大きな違いは、一段目から次の段に移る時の処理が違ってきます。
「等高線」は基本的に「等高」で次の段へ何らかの方法で移りこみますが、「ランプ」は次の段への移行は常に螺旋で移動します。
加工的には「ランプ」のほうがよさそうですが、若干設定が違う事と計算時間が長くなります。

「形状」設定

「工具」は適当な「ボール」や「ブルノーズ」などを設定します。
「形状」で加工範囲の設定を行います

加工箇所は「加工境界」と「工具制限境界」で設定しますが、
「回避／接触面」でモデルを触って設定する事もできます。
「面に接触」にチェックすると、選択した面のみパスを出すこともできます。
チェックしないと、逆に選択した面を回避するようなパスとなります。
「回避／接触面クリアランス」は、後者の「回避面」として設定した場合には、このクリアランスを考慮してこの面には接触しないようになります。
ただし、「切込みピッチ」により、最大深さは決定されますから、「高さ」設定と、この「クリアランス」までが最大深さにはならない場合があります。
前者の「接触面」として設定した場合には、選択していない面に対しては接触しないように「回避／接触面クリアランス」を適応してもらいたいと思っていましたが、この値は考慮されない感じです。
この値を変更しても、ＮＣデータ的には同じになりました。
これに関しては、不明です。

「高さ」設定

「高さ」設定は、他の設定とほとんど同じです。
重要なのは最終の加工深さの設定ですが、原点からの深さを直接入力していいですし、モデルの面を触っても設定できます。
また、今回のように、底面を他の機能で仕上げている場合には、「等高線」での曲面仕上げではあまり接触させたくありません。
そういう意味で今回は、「オフセット」を「0.01」に設定して、触った面に接触させないようにしています

「パス」「リンク」の設定

こちらも他の設定とはそれほど違いはありません。
「最大切込みピッチ」で「等高線」の切込みピッチを指定します
「仕上げ代」を設定すれば、取り代の設定ができます。
「リンク」の「位置」を設定すれば、進入位置を設定できます。

パス生成

この設定で、パス作成してみます

断面方向からは、均一な切込みになっていますが、上面方向からは、ピッチが均一になっていないのが分かります。
これでは、面精度は安定しなくて、ピッチが広い箇所では悪くなります。

それを改善するために、以前は、「等高線」を使用する場合には「高さ」により切込みピッチを変更した工程を何種類が用意する事で対応しました。
また、「スキャロップ」や「モーフィング」「フロー」など他の３D機能を使用する事のあります。

「緩斜面」オプション

最近、「等高線」⇒「パス」に「緩斜面領域を加工する」のオプションを見つけました。

以前からあって私が気が付かなったのか？最近のバージョンUPで追加になったの定かではないですが、このオプションを利用するとある程度パスピッチの不均等さは解消できそうです。
このオプションを利用すれば、ピッチをかえた数種類の等高線を用意したりしていたのが、一つの機能だけで対応できそうです。

「緩斜面領域を加工する」にチェックを入れると、「最小緩斜面切込みピッチ」と「最大緩斜面切削ピッチ」の項目が追加されます。
「最大・・・」は、下方の項目にある「最大切込みピッチ」と同等でいいと思います。
「最小・・・」は、平面から見たパスピッチがなるべく等間隔になるように、調整します。

このオプションにより、かなりいい感じになっています。
完全な等ピッチにはなりませんが、実際の加工でも使用できると思います。

モーフィング

等高線の「緩斜面オプション」を使うことで、簡単でありながら結構いい感じのパスが出せましたが、他の機能も説明しておきます。
２本以上の領域曲線が選択できる形状であれば、「モーフィング」と言う機能をあります。

ガイド曲線選択

「形状」の「曲線選択」で加工したい曲面の境界線を選択します
最低でも２本必要ですが、この時「赤矢印」で示される、加工方向を揃えておく必要があります。

「パス」の「輪郭オフセット」で加工輪郭をオフセットできます。
今回は、φ１２R１のブルノーズエンドミルなので、「６mm」に設定してみました。
もし「0」にすると選択した曲線を工具中心が通る領域までしかパスが出ないので、ブルノーズなどの場合には削り残りが発生します。
また、加工ピッチは「等高線」の設定方法とは違い、指定曲線の間に何本のパスを出すかで指定します。
断面の周長と希望する加工ピッチから、大体の回数を割り出します。
今回はちょっと細かくして「180回」にしてみます。
「パス延長」を設定すると、指定したガイド曲線を延長する事ができます。
さらに、今回は仕上げ加工なので使用しませんが、「軸方向にパスをオフセット」のオプションを使用すると、複数回で切込む事も可能です。

形状が単純だったからでしょうか、かなり均一な綺麗なパスを出してくれました。
実際には削ってみないとわかりませんが、「等高線」よりも面精度はあがりそうです。

スキャロップ

指定した面に均等なパスを出す機能では、「スキャロップ」機能もあります。

間隔的には、均一なパスを作成するので、こちらも曲面の仕上げには使えそうですが、欠点としては領域に対してポケット加工的なパスがでる事です。

面精度へどこまで影響が出るかはわかりませんが、「赤」線付近のパスが折り返す箇所が気になります。
カッターマークや食い込みが発生しやすいかもしれません。

まとめ

Fusion360 は３Dプリンタ用として触り始めて、ネット上の情報をみても、CAMの情報は少なかったので、おまけ程度の「CAM」だろうと思っていましたが、なかなかどうして、高価なCAMにも見劣りしないパスを出してくれます。
今回のサンプルのような、緩斜面と急斜面の複合された形状をきれいに削るのは結構大変ですが、今回紹介した機能で実際の３D加工も可能だと思います。
また、「等高線」で切込みピッチを調整してくれるオプションは、最近まで知らなかったので、これは使えそうです。

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