Fusion360 CAM／負荷制御(Adaptive Clearing)

サンプルモデル

前回と同じモデルですが、こちらからでもダウンロードできます。

加工用図面

こちらも、前回と同じ図面ですが、ここにも掲載しておきます。
前回は、ポケット内部のM6用の下穴と、Φ30ガイドポストの荒加工まで作成しました。

負荷制御(Adaptive Clearing)

次は、左右ポケット部の加工工程に進みます。
まずは、荒加工。
Fusion360では、荒加工に都合のいい機能として「負荷制御」と「ポケット除去」の機能が用意されています。
どちらを使うかは、形状や使用工具によって使い分けますが
「負荷制御」は下記の記事でも紹介しているように、工具にやさしく形状によってはかなり効率がいい削り方です。
これを利用していきます。

高効率加工／HSM・負荷制御

HSM( High speed machining )とは？HSMはAdaptive Clearingとか負荷制御とも呼ばれています。一般的には、工具負荷が一定になるようなパスだと言われていますね。 じゃあ、工具負荷が一定とは、どんなパスなのか？ 簡単なポケット形状を掘り込むパスを出してみます 左が...

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2019.06.19

40×60のポケット荒加工

まずは、このポケットには「負荷制御」機能を使います。
「3D」から「負荷制御」を選択します。

工具

最近は「負荷制御」をターゲットにした工具も、かなり市販されるようになってきました。
今回は、OSGさんの「AE-VMS」シリーズの、Φ8×刃長19mm を選択します。
この工具は、側面からの切込み量が保証されている「負荷制御」加工であれば「側面加工条件」が使用できます。
カタログでは、切込み量は、深さ方向 ap=1.5D 側面方向 ae=0.2D
Φ8であれば、深さ12mm 側面 1.6mm の条件で加工可能です。

図形

「図形」では、「加工境界」を設定します。
加工したいポケットの外周輪郭を選択し、「工具制限境界」は「工具中心境界」にします。

高さ

「高さ」は、「掘り込み深さ」や「回避高さ」を設定します。
「ボトム高さ」は、「原点」からの深さを直接指定してもいいですが、モデルの底面を触る事で設定できます。
「オフセット」では、設定した深さから、調整したい場合に設定します。
例えば、取り代を付けたい場合には、ここで設定できますが、
次の「パス」で説明する「仕上げ代」で設定できます。
私は「仕上げ代」での設定のほうを使用しています。

パス

パスでは、加工条件の一つでもある、切込み量を設定します。
側面の切込み量 1.6mm を「最適負荷」に、深さ切込み量12ｍｍを「最大粗切込みピッチ」に設定します。
「中間切込みピッチ」は今回の加工は単純なポケット形状ですし、加工深さまで一気に彫り込む条件なので無視されます。
これは、３Ｄ形状の複雑な形状な場合に有効になります。
デフォルトでは、「最大粗切込みピッチ」の1/10になるようです。
これは、まずは形状に対して、可能なかぎり「最大粗切込みピッチ」で切削しますが、その後、ある程度３Ｄ形状を作るために、「中間切込みピッチ」だけ上方向に複数回上がり形状を作っていきます。
基本的に、負荷制御用の工具は、指定切込み深さで威力を発揮するように開発さているので、指定よりも浅い場合逆効果になる場合もありますから、とりあえず指定切込みで一気に削り込み、駆け上がりながら形状を作る削り方です。

リンク

「リンク」は、アプローチやリトラクトを指定します。
基本的には、デフォルトで大丈夫だと思いますが、「ランプ」の螺旋切込みの角度設定で、工具に指定がある場合には調整します。

「進入位置」を設定しない場合、CAMが形状から適当な位置に設定します。

今回のように前工程で穴が開いている場合、 穴の位置から侵入させたいですね。その場合、マウスクリックで「進入位置」を指定できますが、モデルでは、穴の中心位置を指定できません。
ちょっと手間ですが、「進入位置」指定のために、「スケッチ」を追加します
「製造」モードから、一旦「デザイン」に戻り、「スケッチ」を選択します
「スケッチ」を選択し、「平面」の指示で、ポケットの底面をクリックします。
すると、「スケッチ」モードに入った時点で、穴の中心に「点」要素がすでに作成されています。

穴中心の「点」を確認できたら、「製造」モードに戻り、「負荷制御工程」を「右クリック」から「編集」を選択し、「リンク」を編集します。
一番下の「進入位置」を選択し、穴中心の「点」を指示します。

もし。「製造」へ戻った時に、「スケッチ」が表示されていない場合には、「スケッチ」の表示アイコンを確認してください。
「進入位置」を指定することで、加工済みの穴位置から、掘り込みできるようになります。
こちらのほうが、工具への負担を軽減できます。

完成

シミュレーションしてみます。
やっぱり、穴位置からの掘り込みがいい感じがします。
問題なければ、約３分で荒加工終了です。

幅80-３Ｄ形状のポケット荒加工

次に右側のポケットです。
こちらも同様に、「３Ｄ」⇒「負荷制御」を選択していきます。

工具

工具は、前回のΦ３０穴の荒加工の時に使用した工具を使うことにします。
これは、負荷制御用ではなく、Φ20-R0.8のチップ式の工具で、深さ1.5mm 側面 14mm の切込み条件の工具です。
負荷制御用の工具は、深切込みで側面からは浅切込みの工具が多いですが、３Ｄ形状の場合、荒加工である程度形状を作っておきたい場合、結局浅い切込みになります。
工具コストも考慮して、今回は、チップ式の工具にしてみました。

図形

「加工境界」を設定したいところですが、こちらのポケットは、開いた形状なので、モデルからは、境界をうまく選択できません。
「加工境界」を設定しないと、計算時間がかかったり、無駄な場所にもパスが出てしまう事もあります。
今回は、モデルからは境界設定ができないので、再度「デザイン」にもどり、「スケッチ」で加工ポケットより大きい、適当な「長方形」を準備してそれを「加工境界」に設定しました。

高さ

加工深さは、上記の設定と同様に、モデルから加工の底面を選択します。

パス

工具条件に合わせて「最適負荷」は、14mm、「最大粗取りピッチ」1.5mmにしました。
「中間切込みピッチ」は、デフォルトより大きめの0.5mmにしてみました。
この値を小さくすれば、３Ｄ形状のガタガタが小さくなりますが、加工時間が増えます。
最終的には、別の工具の「仕上げ工程」で仕上げるので、加工時間と仕上げ工具の負荷とのバランスになります。
シミュレーションを見ながら試行錯誤してもいいと思います。
「キャビティを加工する」をチェックすると、凹形状の加工を想定して外側からアプローチできない場合でも、螺旋で切込みます。
このような開いた形状の場合には、「キャビティを加工する」のチェックを外すとなるべく外側からのアプローチを試みますが、「図形」で設定した「加工境界」が狭いと、パスが出ない場合があります。

リンク

「リンク」の設定は、ほとんどデフォルトにしました。

完成

シミュレーションしてみましょう。
３Ｄ形状の荒加工が終了しました。

まとめ

「負荷制御」機能を使った、荒加工パスを作成してみました。
前半は、負荷制御用のエンドミルを使い、負荷制御的な、深切込みの設定でパス生成しましたが、後半はチップ式工具でフル切削可能な通常のポケット加工用の工具を使用してみました。
この工具でも、横からの切込み量が安定するので、極端に加工時間が長くならなければ、「負荷制御」のほうが工具にはやさしいと思います。
設定もそれほど複雑じゃないので、荒加工には、ベストな機能だと思います、

Fusion360 CAM 実践 記事

Fusion360 のCAMでマシニングセンターを動かしてます！ | キャド研

こんにちは 今までは、自宅の３Ｄプリンターでプリントするために、個人的にFusion360を使用していました。

cad-kenkyujo.com

「じじぃの引きし」は自分のサイトなので、もう少し具体的な記事を書いていこうと思います。

Fusion360って、何？

3Dプリンタを利用している人には、かなりメジャーなCADかもしれませんが、NC工作機械の現場では、まだそこまでは知られていないかもしれません。
Fusion360の情報は、ネットで検索すれば、こちらのサイトをはじめ、沢山ヒットします。
かなり多様な機能が盛り込まれている、Autodesk  が販売するCAD/CAMです。
ひと昔であれば、 CAD/CAM はかなり高価なシステムでしたが、このコストでCAMまで使用できるのは、驚きです。
ただ、果たしてマシニングセンターが動作するNCデータを出力できるのか？
当時は半信半疑でしたが、現在は問題なく加工できいるので具体的な使い方など紹介していきたいと思います。

Fusion360 CAM機能の検証

サンプルモデル

検証用サンプルモデルとして、なんとなく金型っぽいモデルを作ってみました。
このモデルでパス出ししてみます。
工具選択や加工工程などは、環境や経験で加工方法はいろいろだと思いますが、Fusion360でこんなパスが出たという、参考にはなるかと思います

使用工具

• T01 : φ5ドリル
• T02 : φ24チップ式ドリル
• T03 : φ20-R0.8 チップ式カッター
• T04 : φ8 ソリッドエンドミル
• T05 : φ10-φ0.5 面取りカッタ
• T06 : φ12-R1.0 ソリッドラジアス
• T07 : M6タップ

加工工程

1. T01 : M6下穴
2. T02 : φ30下穴
3. T03 : φ30荒（+0.1）
4. T04 : 段差10.0ポケット荒（+0.1）：負荷制御
5. T03 : 段差20.0ポケット荒（+0.1）：負荷制御
6. T05 : φ30面取りC2
7. T05 : ポケット部面取りC1
8. T04 : ポケット平坦部段差仕上（側面+0.25）
9. T04 : 段差10.0ポケット側面仕上（補正）
10. T04 : 段差20.0ポケット側面仕上（補正）
11. T06 : 段差20.0ポケット中央フィレット曲面仕上
12. T06 : 段差20.0ポケット側面フィレット曲面仕上
13. T07 : M6タップ

シミュレーション

上記の工程で、パス作成してみました。
さっそく、Fusion360 のシミュレーション機能で、加工シミュレーションしてみます。
シミュレーション速度は、動画の取り込み時、適当に変更していますが、
だいたいの加工状況は、イメージできると思います。

いかかでしょう？！
加工条件も、なるべく実際の加工に合わせたので、実際の加工もできると思っています。
さらに、会社で使っている他のCAMには無い「負荷制御」と「モーフィング」機能を使用してみました。

負荷制御(Adaptive Clearing)

１０年以上前から気になっている削り方ですが、会社で使用しているメインCAMのベンダーさんは、要望は出していますがなかなか取り入れてもらえない機能です。
この機能付きの別のCAMも検討しましたが、これだけの為に新しいCAMの導入までは行けませんでした。
画像は工具経路が分かりやすいように、側面と深さの切込み量を極端に変更して負荷制御パスの経路です。
横方向の切込み量が一定で常に工具負荷が一定になるようなパスです。

横方向の負荷が安定するので、高硬度材向けの多刃の工具や一度に工具径の数倍突っ込む深切込み加工には、かなり威力を発揮します。
他のCAMをメインに使っている担当者も、荒加工だけは、Fusion360を使ったりしています。
負荷制御に関しては、以前の記事で少し詳しく書いてあるので、興味あればご覧ください。

高効率加工／HSM・負荷制御

HSM( High speed machining )とは？HSMはAdaptive Clearingとか負荷制御とも呼ばれています。一般的には、工具負荷が一定になるようなパスだと言われていますね。 じゃあ、工具負荷が一定とは、どんなパスなのか？ 簡単なポケット形状を掘り込むパスを出してみます 左が...

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2019.06.19

３D等ピッチ加工

意外と思い通りのパスが出ないのが、緩斜面と急斜面が合体しているような形状です。
通常３D加工でよく使われるのは、等高線加工ですが、読んで字のごとく、「等高・一定深さ」ですから、水平に近い緩斜面ではパスのピッチが著しく広くなり思うような面精度が得られません。（ちなみに、平坦面にはパスは出ません）
会社には、Fusion360以外に２種類のCAMを使用していますが、その一つにはこのような等ピッチ的な機能がないので、等高線のピッチを調整したり、走査線や投影などと組み合わせたりして苦労して作成しています。
もう一つの５軸用のCAMには、２本のガイド線と断面形状で、等ピッチにする機能があり比較的きれいなパスが出せます。

Fusion360では、「モーフィング」という機能を見つけたので使ってみました。
これは、２本のガイド線を指定して、何分割にするかを指定する方法です。
断面に対して、確実に等ピッチにはなりませんが、ある程度は等ピッチっぽくはなりました。
等高線よりも、よさげなパスがでました。

今回は、単純なサンプルでしたが、「ドリル」「ヘリカル穴」「負荷制御」「底面ポケット」「径補正輪郭」「面取り」「３D加工」「タップ」など、機能的には、かなり網羅したつもりです。
この程度の加工であえば、Fusion360 でもマシニング加工は可能ですし、導入検討の選択肢の一つだと思います。

まとめ

どんなCAMでも得意不得意がありますから、自分が加工したい製品形状によって各社いろいろなCAMを検討・選択していると思います。
場合によっては、数種類導入している所もあるかと思います。
お金をかければ、思い通りのCAMが手に入るかもしれませんが、年間¥62,000のCAMでもこの程度の加工が可能なので、費用対効果は抜群だと思います。

コントローラ内に取り入れた、工作機械も最近出てきたみたいですねぇ～
https://licensecounter.jp/3d-fab/interview/20180821_89.html

Fusion360 は他の機能も豊富でまだまだ使いこなせていません。
アセンブリやレンダリング、 CG的なモデリング機能もあるみたいなので、ボケ防止には当分楽しめそうです。
次回は、今回使用したCAM機能を詳しく紹介していきたいと思います

Fusin360 のCAM機能

HSM( High speed machining )とは？

HSMはAdaptive Clearingとか負荷制御とも呼ばれています。
一般的には、工具負荷が一定になるようなパスだと言われていますね。
じゃあ、工具負荷が一定とは、どんなパスなのか？
簡単なポケット形状を掘り込むパスを出してみます

左が「通常ポケット」。右が「HSM」です
ぜんぜん、違いますね～
HSMは加工時間の短縮ができるとの情報もありますが、本当でしょうか？
このパスを見た限りでは、通常ポケットに比べるとかなり複雑で
逆に、時間がかかるように思ってしまいます
実は、どんな場合でも効率よくなるか・・と言われるとそうでもないんです
やっぱり、得意不得意があるので、ある程度特徴をつかんでおく必要があります

HPM(High Performance Machining)と HSM(High speed machining)

「通常ポケット」のパスは、非常にシンプルで経路も短いです
一見、効率的な加工方法に見えなくはないですね
それに対して「HSM」は複雑ですね
実は、切削の負荷を一定にするためにはこんな複雑な動きになるようです
負荷を一定にできるため、横の切込み量は少なくなりますが、加工が安定するため高速に加工する事ができます
効率を取るか？スピードを取るか？
実際の加工時間は、時間あたりの切り屑の排出量できまります。
ゆっくりだけど、一度に沢山削り取るのか(HPM)、少しずつだけど、速く削るのか？(HSM)
どっちの削り方がいいのでしょうか？
これは、加工形状でも違ってきますし、加工機械にも左右されます
力のない機械に、一度に沢山削れ！といっても限界がありますし
スピードの出ない機械に、速く削れと言うのも無理がありますね
やぱり、それぞれの特徴をつかむ事が重要です
実は、旧式の機械で「HSM」で削っても効果は出にくい場合も多いです

切削条件

これは、ある工具メーカーの切削条件表です
「側面」と「溝」という項目があります。
一番下の図を見ると、「1.5D」とか「0.03D」とかの指示があります
「1.5D」とは、工具径の1.5倍と言う意味です。
一番左の例では、深さ方向に切り込みは、工具径×1.5 で横方向の切り込みは工具径×0.03の意味です
その「側面」と「溝」の条件に対して、「回転数」と「送り速度」が設定されています
ざっと眺めるとわかりますが、「側面」のほうが２倍近く速いですね
要するに、比較的深い形状で、側面の切込み量が保障されれば、「側面」条件が使えると言う訳です
「 HSM」の場合、この側面の切り込み量が保障されているので、「側面条件」が使えます
「通常ポケット」の場合には、側面切り込み量は一定になりません。
したがって「溝」条件を選択せざるを得ません
ただし浅い形状の場合には、「通常ポケット」のほうが効率がいい場合もあります

加工物素材材質

加工物の材質についても、少し考えてみます
高硬度な材料を削る場合、溝切削ではかなり工具に負担がかかります
したがって、高硬度用のエンドミルの条件は、側面切削条件がほとんとです
おそらく 溝加工では、工具はすぐにダメになってしまいます

したがって深い形状や高硬度の材質を削る場合には、「HSM」は非常に威力を発揮します

エンドミル

切削加工に使用する、エンドミルを見てみましょう

右に行くほど、工具軸に対して螺旋の角度がきつく、芯は太くなっているのがわかります
溝切削の場合は、切り屑の排出をよくしたいので、螺旋がゆるく、刃数が少ないほうが向いています
側面切削は、深切込みで横切込みは少ない条件です。
したがって切り屑厚さは比較的小さいので、 基本的に刃数と速度は比例しますから刃数を多くしほうが、加工速度をはやくできます
「HSM」には、右側の工具形状が向いていると思います
さらに「HSM」は横の切込み量が一定なパスを出してくれますから工具メーカーも理論値で設計できるので幅広い形状を検討できるのではないでしょうか？
その影響か？最近では「HSM」用のエンドミルが市販され、かなり効率的な加工が可能になってきました

トロコイドとHSM

HSMが話題になる前、トロコイド加工という方法が注目されていました
横方向の切込みを一定にするという事では、HSMと似たようなパスですが
トロコイドの進化系がHSMともいえます
トロコイドは横方向の切り込みを一定にする方法ですが
HSMはそれだけはありません、実際に切削している時に
素材と接触している角度（エンゲージ角・切削関与角）も一定にするようです
これにより、切り屑厚さを一定にした加工が可能になります
したがって、最近では加工条件設定を検討する場合、切り屑厚さを基本にして条件設定する工具メーカーさんもあります。
特に、ヨーロッパ系の工具メーカーさんはこの傾向があるようです。

HSMによって、工具の負荷が安定するので、切削理論を元に工具設計ができるのだと思います

安定した加工

加工効率は、加工物形状や機械能力でも影響しますが、ソフト的に安定性を検証してみます
私が使っている、TRYCUTというシミュレーションには、工具が移動する事で加工した
切り屑排出量をグラフ化できるおまけがついています
切り屑の排出が一定なほうが安定した加工といえます

この図形で、上が「通常ポケット」で出力したパスのグラフ
下が「HSM」で出力したパスのグラフ
切り屑排出量が「HSM」のほうが多いのは、工具メーカーのカタログ値によって、削り深さと横の切り込みを設定した結果です
負荷の安定度は一目瞭然ですね！
負荷制御とよばれるのみ分かります。
「通常ポケット」では、一気に仕事したかと思うと、何もしなかったりと負荷が不安定です
「HSM」は常に一定の仕事量ですね
このように安定しているという事は、工具にもやさしく、工具寿命は延びると推測できます。

勘が必要なくなる？かも・・・

加工条件の設定も、経験などに頼らずに、工具カタログを参考に簡単に設定できそうですね。
ここも重要なところです。
加工条件設定は、形状が複雑になるほど、経験が必要になってきますが、負荷が一定な「HSM」なら、あまり形状にとらわれず、新人君でもカタログ片手に条件設定ができそうです。

HSMは荒加工で威力を発揮する

加工形状や加工機の違いにより、「HSM」の効果は違ってきますが
よほど、浅い切り込みでない限り、荒加工は「HSM」で問題ないと思っています
あまり効果がでない状況であっても、負荷の安定は工具にはやさしいですし
常に切削量が一定のパスを出してくれます
また、高回転スピンドルで、剛性がない主軸の機械でも、HSMによりある程度ラフな加工も可能ではないかと思っています
次回、HSK32E 　40000rpm の華奢な主軸でのテスト加工をレポートします

Fusion360　の　ＣＡＭ

HSK（負荷制御）は、１０年以上前にどこかの展示会の「SolidCAM」のブースでみてから、ずっと気になっているパスでした。
だたどうしても、このパスだけのために新ＣＡＭを導入する事はできませんでしたが、最近導入した「Fusion360」は、年間6200円のサブスクながら、この機能が使えます。
たぶん、「SolidCAM」などのＣＡＭに比べれば、機能的には基本的なものだけだと思いますが、形状によっては、通常の削り方よりも、かなり効果がでています。
次回は、Fusion360 負荷制御の事例を紹介します。

404 NOT FOUND | じじぃの引出し

なにかしら、皆さんの参考になれば幸いです！

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また、Fusion360 CAM の使用方法などの記事も書き始めましたので、ご興味あればご覧ください

Fusion360でマシニングセンターを動かす／CAM機能の検証

「Fusion360」 を使いはじめたきっかけは、ボケ防止に個人で購入した３Dプリンターで遊ぶためですが、「CAM機能」も備わっていました。個人使用なら無料ですが、商用でも年間６万円ちょっとで使用できます。この価格で本当に会社のマシニングセンターが動くのだろうか？と思い取り組んでみたのが、約２年前。...

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2020.03.27