基板加工機 その５

　
さて、ステージの調整もやや予想外の方法ではありましたが、なんとか済みました。
これで準備は整いましたので、ぜひやってみたかった、自分で起こした図面を使っての切削のテストを行いました。
基板加工機ですから基板を削った方がいいのでしょうけど、今特に作りたい基板もなく、また基板の図面を作るにはEagleとかといったもう一段のハードルを越えないといけませんので、まずは削るというところにフォーカスしての動作確認となっております。

削るものについても何も当てがないので、とりあえずfusion360で適当に図面を描きました。fusionのCAMは使ったことがありません。ネットの情報をかき集めつつの手探りであります。
描いたのはこれ。

fusionのモードをCAMにして設定を行っていきます。振り返ってみれば、そんなに面倒なものではありませんでした。
母材と削りたい形状の関係を定義し、どんなツールを使うのかを定義し、どこを削るのかを定義する、といったステップで実にわかりやすく進んでいきます。

まずは切削の原点と母材との関係を定義します。
ここは何のポリシーもありません。刃物を変なところに当てるリスクを最小にするためにワークのほぼ中央部分の表面に原点を設定しました。
母材はもう少し大きいと思われますが、とりあえず下のように数mmの側を定義します。ここで気をつけたのは、削り出したいモノは母材の中に埋まっている（母材の中に浮いている）のか、どっかに面が見えているのか、いずれで行くかです。
今回は切削時間を最小にしたかったので表面が出ている状態で定義しました。ちょうど土の中から化石が表面をさらしているような状態でスタートし、全体を掘り出していくような考え方です。

次に刃物の定義です。fusion360にはdefaultでいくつも刃物が定義されていますが、私が使う予定の1.5mmφがありません。かなり大きいものばかりです。本格的なNCマシンが想定されている感じですね。

リストに使う刃物がない場合は自分で定義することができます。

設定画面を開いて、刃物の加工径、シャンク径、先端形状、切削可能部分の長さなどを決めていきます。数値を変えるたびに刃物の形状を示す絵がリアルタイムに変化するのでわかりやすいです。

刃物の定義が済んだら、加工部分の定義です。
今回はまず簡単な2D切削を行います。2D切削と言いながら、できるのは3次元形状になります。2Dと言っているのは、深さ方向に傾斜がない、つまり掘り込み部分の壁はどれも垂直になっていて、すり鉢状や、川の土手のような構造になっていないということです。

２Dポケットコマンドで加工したい部分の辺を選択していきます。
自動で加工の方向など決まっていきます。刃物の定義のところで回転方向をきめていますので、刃物に対して切削面がどちらにあるかによって移動方向が自動設定されます。いわゆる「向かっていく」方向になっているようです。

次に刃物が（切削せずに）移動する時に通る上空の面、初めて切り込んでいくときにどのあたりからじりじりおろしていくか、といった高さ方向に決めるべきいくつかの面を定義します。上空の面は、平板を切削するときには問題になりませんが、Z軸方向に凹凸がある母材の場合には最も高い凸部よりも上に定義する必要があります。こうしておかないと刃物が凸部に激突するようなコードができる可能性があります。

さて、以上の条件を定義してやると、自動で切削経路が計算され、画面に表示されます。
こんな感じ。この時、矛盾した形状と刃物の定義が行われた場合、例えば刃物の太さよりも細い溝ばかりがあるようなときは削りようがありませんので警告とエラーが出ます。
当たり前のことですが、刃物の径よりも小さい形状の加工はできません。割りばしは爪楊枝の代わりにはならないのです。

さて、穴加工（ポケット加工）の部分が計算できましたら、次は母材からの切り離しの部分です。母材から掘り出すところです。２D輪郭コマンドを使います。
ここも2Dポケットとやり方は同じです。外周の辺を選択してやるだけ。

やってることは2Dポケットと同じですが、2D輪郭コマンドの賢いところはいわゆる「最後をちょびっと残す」ことを自動でやってくれるところです。
今回削りだそうとしている形状は母材から最終的に分離しますが、どうやって分離するかは考えておく必要があります。
単純に刃物で母材から切り離すと、離れた瞬間に切削物の固定が無くなりますので切削物が動いて刃物によって傷がついたり、最悪は刃物の回転によって跳ね飛ばされたり、逆に刃物が折れたりする可能性があります。よって、最後まで母材から切り離さないでおく必要があるのです。
切り離さないためには、あらかじめ切削物の図面の中に母材とつないだ部分を作っておくという手もありますが、そんなことやりたくないですよね。これを自動で考えてくれるのです。何か所で繋いどくか、どのくらいの薄皮を残すか、といったことをお任せでやってくれます。素晴らしいです。

輪郭の削りだしを定義したらすべて完了です。
fusionでは実際に刃物がどのようなルートで切削を行っていくかをシミュレーションすることができます。動画でどうぞ。

上の動画は切削物のみを写していましたが、実際は母材から削り出されますので、下の二本の動画のように母材を加えたシミュレーションもできるようになっています。

シミュレーション見てOKであれば実際にGコードを書き出します。
この時、マシンや切削機の制御環境によっていろいろとお作法がありますので、それを決めてやる必要があります。簡単には使用する切削機にはクーラント供給の機能があるのかないのかといったところです。
私の場合は、単純な3軸とスピンドルの制御だけであります。リストを見るとGRBL用の定義ファイルがあるようですのでそれを使ってみました。

出力して、

GRBLコントローラーに読み込んでみます。
なにやらいい感じに見えますね。

動かしてみましょう。最初は刃物をつけずに動かしてみます。刃物をつけると思わぬ動きをした時に残念な結果を招きますので。
動画で。スピンドルの大音響が響きますのでうるさいです。ご注意を。

良さげな感じですので、実際にMDFの板を削ってみます。
実はfusionが吐き出したGコードのままでは、切削開始時にどこかわからない謎の原点に移動してから戻ってきてやおら切削を始めるという危なげな内容になっていましたので、頭のいらん部分をテキストエディタで落として使っています。この辺りの作業の自動化というか定義ファイルをいじればいいのだと思われますが、今後の課題です。

では以下動画たくさんでどうぞ。スピンドルに加えて切子除去のための掃除機の音まで加わります。大音響注意です。

まず動画三本。