Fusion360が出力した、サンプルNCを個人的に検証してみました

Fusion360 のサンプルNC

前回、工場長濵谷さんから、Fusion360のCAMの説明がありサンプルNCデータが公開されました
http://a360.co/2fagabi
ターゲットとして、素材はスチールでファナック制御の汎用的なマシニングセンターだと仮定して検討してみたいと思います
あくまで、私の個人的な意見としてお考えください

シミュレーション

本当だったら、削りたいですが、そうも行かないのでシミュレーションでみてみます
私は、「TRYCUT2000」というシミュレーションを使用しています
トライカット
結構リーズナブルなソフトです。
確か、年間ライセンス:1万円 永久ライセンス:8万円 ぐらいです

とりあえず、トライカットにNCデータを入力してシミュレーションしてみます

特に問題なく、削れました。

ただし、荒加工のZ方向の取り代が0.5mmのようで、底面が仕上がっていない状態なので、仕上げの側面加工で食い込んだように見えています。
これはたぶん、サンプルなので底面仕上げを省略されただけの事でしょう(笑)
本来の加工であれば、・荒加工・底面仕上げ加工・側面仕上げ加工 の3工程にすると思います

HSM(high-speed-machining)荒加工

HSMは、HSC(high-speed-cutting)とか「Adaptive Clearing」とかとも呼ばれています
私はこの種のパスで削った事はないのですが、数年前から興味があり、情報だけは仕入れていました
実際の加工でも取り入れたかったのですが、会社的にはコストの面もありなかなか実行できていません
情報のみの知識で書き込みます
HSMは上の動画で狭い丸ポケットに入る箇所の加工を見ていただくと分かりやすいですが、トロコイド加工の進化系で、工具の横方向の切込み量が常に一定になる感じのパスです
ただ実際には、横切込み一定ではなく、工具が工作物と接触する角度を一定にするパスです
一般的なポケット加工は輪郭をオフセットしたような経路が広がっていくイメージが普通ですが、この削り方では狭い箇所に入り込む場合ワークに工具が全面に接触する、フル切削になってしまい、工具の負荷が著しく変化してしまいます
この『切削関与角・エンゲージ角』が一定になる事で工具負荷が一定になり加工が安定し工具寿命も延びるといわれているのが、HSMの特徴です
HSMの詳しい情報は、次の機会に紹介したいと思いますが
いずれにしても、このような良質なパスがFusion360で出せるのは、驚きです

では、NCデータを順に眺めてみましょう

Gコードにあまり馴染みがない方もいらっしゃると思いますので
説明もかねて、ちょっと長々と書きますので、興味ないかたは読み飛ばしてください。
こちらからダウンロードしたNCデータを参考にしてください
http://a360.co/2fagabi

(T1 D=10. CR=0. – ZMIN=-6. – FLAT END MILL)

  • 最初にコメント分で、工具径やコーナーR、種類などの情報がありいいですね
  • 特に、最終Z深さがあるのは、いいと思います。
  • 工具長が短くて、干渉した・・なんて事が少なくなります

N20 G28 G91 Z0.

  • とりあえず、Z軸のリファレンス点へ退避です。
  • ほとんどないとは思いますが、リファレンスが最上面より下側にある場合には注意が必要です

N30 T1 M06

  • 工具交換です
  • 最近はあまりないでしょうか?
  • 昔の機械は、TとM6を同じ一行でなくてはいけなかったり、別々でなくてはいけない機械もありました
  • 古い機械の場合には、調べておいたほうがいいです

N60 G43 Z15. H01

  • 工具長補正
  • 具体的にはZ15.に行く間に、H01の情報を元に工具長補正を完成させろ!ですね
  • このHの番号は、範囲以内であれば得に決まっていないのが(ユーザ任せ)トラブルになる場合があります
  • 通常は、T番号とH番号は同じで使う場合が多いと思いますが、会社によって違う場合もありますね
  • 他社のNCデータで加工する場合、この確認は重要です。
  • ハイデンハインの場合には、工具は番号・名前・径・長さなど、工具データテーブルで一括で管理されているので分かりやすいです
  • コントローラは工具交換した時点でこの工具データを参照しすぐに工具長補正を完成させます。工具長補正指令なんて必要ないです。ハイデンハインが使いやすいと感じる一つですね
  • 最近のマキノさんの制御機の工具データ画面は一括管理方式に近くなっています

N75 G01 Z1.05 F1800.

  • さぁ、いよいよ切込みに入っていきます
  • F1800のスピードに指定されています
  • ただ、この切込み動作と切り込んだ後、ポケットを広げていく動作で同じスピードです
  • やはり、無垢の素材に切り込む時とポケットを広げる時では加工負荷が違うので、送りは変更したいですね
  • ここは、Fusion360の機能で送りの変更が可能かどうか、調査が必要です

N80 G03 X1.027 Y4.637 Z0.529 I1.027 J4.638

  • 切込みは、螺旋で切り込んでいます
  • 半径がいくつの螺旋かは、IJの値で計算できます
  • 計算式は√((Iの値)*(Iの値) + (Jの値)*(Jの値))
  • 具体的には R = √((1.027*1.027)+(4.638*4.638)) = 4.75
  • 工具半径がR5.00なので、0.25の重なりですね。もう少し重ねたほうがいいような気もします

上のコードでもう一つ、気になる点があります

  • G03のコードなので、反時計回りの円弧補間ですが
  • X,Y,Z と3軸同時の指令なので、ファナック的にはヘリカル補間になります
  • ヘリカル補間はオプションの場合が多いので、動かない機械が出てきます
  • ちょっと、汎用性に問題があるかもしれません
  • ヘリカル補間での切込み動作の後は、直線補間での指令に変わっているので
  • このヘリカル補間も、すべてG01の直線補間に変更したほうがいいと思います
  • ここも、Fusion360の機能で螺旋切込みを直線補間にできるか?調べたほうがいいですね

N155 G01 X4.753 Y0.3

  • 螺旋切込みの後は、ほぼ直線補間で動いていますが
  • 所々、「G03」の円弧補間指令も出てきますね
  • まぁ、これは特には問題ないと思います

N3975 G00 Z15.

  • ここまでで、荒加工は終了し、一旦、Z15.に退避します

N3995 G43 Z15. H01

  • この指令は、ちょっと気になります
  • すでに、工具長補正が実行中ですが、再度、工具長補正をしようとしています
  • 問題ないかもしれませんが、機種によってはアラームをだしたり、最悪誤動作もあるかもしれません
  • このコードは出さないようにするか、
  • このコードの前に工具長補正キャンセルを行うか、
  • いちばんすっきりするのは、とりあえず荒工程終了という事で工具交換し、
  • 側面仕上工程という事で、再度工具交換からスタートするのがいいと思います
  • 後の行に「G41」の工具径補正がありますから、側面仕上工程が想定されます
  • 実際の加工を考えてみると、工具径補正で仕上げの場合、精度的な管理も必要になります
  • 精度を考えると、一度削った後、測定し、その結果に応じて補正を編集し再加工になります
  • その場合、加工工程は分割していたほうが、便利です

N4015 G18 G02 X12.5 Z-6. I1.

  • これは、面白いコードですね
  • G18のXZ平面指令で、Z方向へR1の円弧補間で進入しています
  • 底面にキズなどつけないための配慮だと思われます
  • 3D加工の場合は、螺旋で切り込んだりしますが、2D輪郭加工で
  • このパスを出すのは、ずいぶん気を使っていますね~
  • ただ、G18を使うか、G01の直線分割がいいのか?意見はわかれるところだと思います

N4115 G18 G03 X11.5 Z-5. K1.

  • これも同様に、XZ平面のR1円弧補間で底面より逃げています

ざっと眺めると、こんなところでしょうか?

Gコードにあまり馴染みがない方もいらっしゃると思い説明もかねて、ちょっと長々と書いてしまいました。

 

ポストプロセッサ

いろいろ、気になる点を書いてしまいましたが、サンプル出力としては十分だと思います
結局同じ機械メーカーで同じファナックでも(・・特にファナックは・・)機種により設定変更が必要な場合がよくあります
また、使う人によって、微妙に操作のさせ方が違う場合もあります
たとえば、工具交換後すぐにクーラントを出す人もいれば、ワークに近づいてから出したい人
スピンドルを回転させてから出す人、回転させる前から出したい人、いろいろだと思います
実際の形状を加工する経路の指令は、CAMの内部計算で決定しますが、補助的な動作を補うのが、ポストプロセッサの役目です

とりあえず、私の経験からいろいろ書いてしまいましたが

おそらくFusion360のCAMでの設定かポストプロセッサの編集で変更は可能なはずです
Fusion360は、ポストプロセッサも、ユーザーが自由に編集できそうですから
勉強すれば、自分好みのパスがだせるようになると思います

今回のサンプルで編集したい点と整理すると

  • 傾斜やヘリカルで切り込む時と通常の送り速度は変更したい
  • ヘリカル補間はオプションの場合もあるので、直線補間など汎用コードに変更可能か?
  • すでに工具長補正モード中の場合、再度工具長補正コードは出してほしくない

このあたりを編集してみたいですが・・・
ポストプロセッサ設定ファイル、ちょっと覗いてみましたが、結構複雑ですねぇ
かなり勉強が必要そうです。(汗;)

[サンプルデータあり] 今話題のFusion 360 CAMについて検証してみた!

CAM業界の常識を覆す価格!

今3D CAD業界を賑わせている「Autodesk Fusion 360」ですが、CAMとCAEも使えて年間36,000円という破格の価格設定になっています。
大事なのは、実務で使えるか?ポストはどの程度準備されているのか?
気になる点を検証してみました。

CAMの機能検証

●特筆すべき機能

HSM(負荷制御)が搭載されていました!ちょっと前までは(今でも?)負荷制御用のツールパスを作るエンジンはオプションで数十万円~百万円単位で費用がかかったように記憶しています。VoluMILL、IiMachining、HSTなどが代表的なところです。
SolidWorksにアドオンが可能な「HSMWORKS」というCAMがありますが、提供している会社が同じAutodesk社のようです。(だからといって36,000円で使えるのは不思議でしかありませんが・・・)

●「負荷制御」が使えることのメリット

・荒取り加工時間の大幅短縮
・負荷一定により工具寿命が延びる
良いことしかありませんねw はっきりと言いますが、普通の数百万円するCAMで負荷制御が無いCAMを使っているのであれば、今すぐに荒取りパスだけでもFusion 360を使った方が、生産効率が上がります!

●仕上げパス評価

走査線、等高線、ペンシル、モーフィングなど、基本的な仕上げ用のコマンドは揃っていました。その他、工具長管理や、工具登録もかなり簡単にできるようになっています。走査線のクオリティなど目を見張るものがあります。

この辺りまで見てきて、「あれ?これはすごいのでは?」と思い始めましたw

●CAMでクラウドを利用するメリット

クラウドとCAMなんて関係無い、と思っていたのですが、ありました!工具ライブラリの管理が非常に簡単です!これまでのCAMでは、工具ライブラリを複数の作業者で共有したり、空いてるPCでNC作ろうとした時には、工具ライブラリの共有化作業が必須でした。
が、解放されました!すばらしい!

●CADとの連動

直接CAMの評価ではないのですが、CAD上でCAMが使えるので便利でした!

<CADデータ変更後の作業を削減>
モデルを編集してたら、CAM画面で「更新」マークが出るので、ツールパスを再計算するだけで変更作業が終わりました。加工者にはありがたい機能ですね。冶具作成などのCAD作業も、SolidWorksと比較して遜色なく行うことができました。

<STLモデルデータへツールパス作成>
メッシュデータを読み込んでそのままツールパス作成ができました!最近はスキャンデータの活用が求められていますので、非常にありがたい機能です。
加工途中の形状をSTL形式で保存も可能なので、途中形状を他のCAMに渡したりすることもできました。

●コマンド・価格

Standard版:36,000円/年間
ドリル、2D、3D、旋盤までのコマンドが利用可能でした。

Ultimate版:178,000円/年間
同時4軸加工(円筒ラッピング機能)、複合軸(スワーフ・複合軸輪郭)、割出しの固定5軸加工、などの機能が追加で利用できます。

ポストプロセッサーの検証

●雛型ポスト

かなりの数の機械メーカーのポストプロセッサーが標準装備されています。
Fanuc、HAAS、Mazak、Heidenhain、Siemens、Shopbot、Roland、などなど。基本的にマシニング加工用のポストとターニング(複合旋盤)用のポストがそれぞれ用意されていました。

●オンライン ポストライブラリ

上記以外のポストもダウンロード可能です。英語版のサイトですが、検索すればすぐに見つかります。例えば、Brother と検索すれば出てくる感じです。オリジナルマインドさんのKitmillシリーズのポストもこちらからダウンロードできるようです。すごいですね。
http://cam.autodesk.com/posts/

基本的にプログラムはC++で書かれているので、わかる方は編集してオリジナルにしてしまえばかなり使い勝手が良いです。
ポストを作ってくれるサービスもありますので、作れない方はBIZROADサービスをご利用下さい。
http://bizroad-svc.com/fusion360cam-post/

サンプルNCのダウンロード

FanucポストでサンプルNCを作成してみましたので、ご興味ある方はダウンロードしてお試し下さい。
使用ポスト:fanuc.cps – Generic FANUC
サンプルNCダウンロードリンク:http://a360.co/2fagabi

工程① ポケット荒取り[2D負荷制御]

工程② 輪郭仕上げ[2D輪郭]

3DCAMの利用が広がりそうでワクワクしますね!
それではまた次回!

Fusion360はトランスレータとしても優秀!

Fusion360! こんな高機能なCADをトランスレータだとぅ

コストのみならず、非常に高機能な Fusion360 をトランスレータだと言うのか!
と怒られそうですが、他企業と3D-CADデータでやりとりし、連携しながら仕事を進める場合、CADデータの互換性は非常に重要になってきます
一昔前、車のボディやドア、インパネなどの金型を製作している会社さんは顧客である車メーカーが使用しているすべてのCADをデータ変換目的で設備していると聞いた事があります。
当時はまだまだ、3D-CADは高価で1000万円以上した時代です
他CADとのデータの受け渡しを可能にする中間フォーマットとして『IGES』と言うデータ形式がありますが、完璧ではなく車などの複雑な3Dモデルにおいては、変換トラブルも多く不十分だったようで効率を考えると、相手と同じCADを設備したほうがまだよかったと言う訳です

サーフェスとソリッド

3Dモデルの表現方法としては、「ワイヤーフレーム」「サーフェス」「ソリッド」があります。
「提灯」を通常のような「紙」と「粘土」で作った場合をイメージしてください

「提灯」の骨組みの竹ひごの部分が、「ワイヤーフレーム」でそれに貼られた紙がサーフェスです
その提灯と同じ形を粘土で作った物が、「ソリッド」のイメージです
普通の提灯は空洞ですが、粘土提灯は固まりです
さて、この紙の提灯と粘土の提灯形状の物に、鉛筆を突き刺してみます



紙の提灯には、鉛筆の径で穴が開くだけですが、粘土の提灯には鉛筆の形状が凹として残ります





この粘土提灯に鉛筆を突き刺した形状と同形状を、紙の提灯で作るのは非常に大変です
開いた穴のところに、鉛筆の胴や先っぽの部分の形状の骨組みを作成し、それに紙を貼り付けなくてはいけません
サーフェスでの3Dモデリングの作業も、この作業に似ています
ソリッドのCADでは、粘土提灯のモデルから、鉛筆のモデルを引き算することで、簡単にモデリングできます
ところが、サーフェスのCADでは、紙の提灯モデルに穴を開け、鉛筆の形状に骨組みになる輪郭線を引き
それに曲面を貼り付ける作業となり非常に大変です
ただし、複雑に変形している自由曲面をモデリングするのは、ソリッドは不得意です
粘土のように中身が詰まったデータなので、複雑な部分すべてを埋めるような計算が難しく場合によっては出来ない場合もでてきます
そんな時には、サーフェスを使用する事になります。サーフェスであれば、一枚の曲面は独立していて必ずしもすべての要素が接続している必要はないのでかなり、自由度がききます
以前の3DCADは、サーフェスが主流でした。
その後ソリッドのCADも出てきましたが、サーフェス処理が出来なかったり、切り替えが必要なCADもありました
最近は、その両方を意識しないでも、モデリングできるハイブリッドCADと呼ばれる物がほとんどです

ソリッドカーネル

画面上で3D的表現させるための、ソフトを開発するのは非常に大変です
以前はメーカーが独自で開発していたこともあり、3DCADの価格は高価でした
ところが、その計算部分のソフトウェアが、市販されました
CADメーカーは、一番開発コストのかかる、3Dの計算部分は購入すればよくオペレーションや操作の部分だけ、独自に開発専念できます。
この市販ソフトの利用で、3DCADの価格は、非常に安くなりました
格になるソフトウェアはカーネルとよばれていますが、この3Dの格となる計算部分のソフトウェアはソリッドカーネルと呼ばれています
ソリッドカーネルは、計算の核となる部分なので、違うメーカーのCADでもこのカーネルが同じであれば、かなり互換性は高いです
社外とのCADデータの受け渡しを検討する場合、まずはカーネルを調査するのは非常に重要です

市販のカーネル

『parasorid』・『ACIS』・『DESIGNBASE』の3種類が主のようですが、『DESIGNBASE』が使われていた、フォトロンさんの図脳3Dシリーズが現在は販売終了のようですね。
販売中の別の商品は、『parasorid』みたいです

CADMAX-J

また、新しい図脳3DシリーズをCATIAカーネルで開発中のようです

図脳CAD-3D

したがって、現在市販カーネルは、『parasorid』 と 『ACIS』 の2種類で考えればいいですね

独自カーネル

市販カーネル使用しないで、独自に開発されたCADもあります
『CATIA』 『Pro/ENGINEER』 『I-DEAS』 など比較的ハイエンドなCADが多いです

中間フォーマット

同じカーネル同士のCADであれば、比較的正確に受け渡しする事ができますが、違う場合は、読み込む事はできません
そこで、いろんなCAD間で受け渡しできるように、標準的なデータフォーマットが公開されています
しかし、互換性を重視したフォーマットなので、面データが消えたり、壊れてしまっていたり、正確に渡らない場合も多いです
中間ファイルは、代表的なところでは『IGES』と『STEP』があります
『IGES』はほとんどのCADが対応していますが、『STEP』はオプションの場合もあります
ただし、3Dの場合は『STEP』のほうが変換率は高いように思います

トランスレータ

違うCAD間でデータの受け渡しをする場合は、お互いが対応しているカーネルであればトラブルは少ないですがそうでない場合、中間ファイルの『IGES』でのやり取りになります
『IGES』はサーフェイスでのやり取りになるため、「提灯」の例のように、ソリッドに比べると面倒です。
CADにはサーフェスをソリッドに変換するソリッド化の機能がありますが、一部でも壊れたデータがあるとソリッド化できなくて、サーフェスでの作業と言う面倒な事になります。
なるべくなら、『IGES』でのやり取りは避けたいところです
そこで、自分のCADが対応していない、データを読み込んだり出力したりする場合、相互に変換するしてくれる機能がほしくなります
その機能がトランスレータと呼ばれています
トランスレータは通常はオプションになっています

Fusion360 は読み込めるデータフォーマットが多彩

Fusion360 は標準で市販カーネルの、『parasorid』・『ACIS』 だけでなく
『CATIA V5』 『Pro/ENGINEER』 など独自カーネルもインポートできます
通常、他社の独自カーネルをインポートする場合には、ダイレクトトランスレータと言う結構高価なオプションが必要となりますが、Fusion360では標準機能でそれが可能なのは驚きです

次回、このインポート機能を利用して、実際にデータのやり取りをやってみたいと
思います
つづく

ゴミ当番札を作ってみた

自宅のゴミ収集場所が新しくなったので、当番札を作って回覧する事になりました。
ダレも手を上げないので、3Dプリンタで作ってみる事にしました

部品構成は、5点でFusion360で設計。皿ネジで締結することにします

パーツは、「ドアに引っ掛けるフック」「60mm角×4個で構成 ゴ・ミ・当・番」
各パーツは、皿ネジで組み立てます


フック部品




ネジはφ3ぐらいなので、フックの取り付け部には、φ4mm程度の穴を開け、本体部のパーツには、2mm程度の穴を開けます。モデル上では特にネジ処理はしないで、直接ネジで切り込む事にします
Fusion360 には、穴コマンドがあるので、簡単に穴をモデリングできます

「ゴ」「ミ」「当」「番」の4部品

一文字ごとに、4つのパーツにしました。サイズは60mm四角。



接続は、四角形の凸凹ではめ込み、横からネジで固定します。フックと同様に外側の穴はネジ径φ3mmよりも大きくし実際に固定する穴は2mmにしました



また、このような文字をモデリングする場合にも、Fusion360 はフォントをベクトル化して簡単に図形データに変換できます。

サポートは?

このような機構部品で、上下左右面に凸凹がある形状は、サポートが面倒です
私のプリンタの専用ソフト、FlashPrint には、自動サポート機能がありますが、このような形状の場合あまりよいサポートではないように思っています
少し面倒ですが、サポートもモデリングしました

さぁ、印刷!





前回のレポートのように、

ガムテープ仕様で印刷してみましたが、やはり一層目でうまく貼りつかない箇所があったのでスティック糊を使用しました

完成!



 

一部品3時間ぐらいかかる大作でした
大切に使ってほしいなぁ~

クラウド3DCADの利点は何か?

世の中にはクラウド技術を用いたのソフトウェアが増えてきていますが、クラウドの3DCADが発売されているのをご存知でしょうか?
2次元のCADソフトウェアAUTOCADで有名なAutodesk社が開発したFusion 360は世界初のクラウド型3DCADです。

それでは、クラウドの3DCADにはどのようなメリットがあるのでしょうか。
実際にFusion 360を使ってみてクラウドCADのメリットを確認してみたいと思います。

まず一つ目のメリットはデータの共有・管理です。
ボトムアップ設計など、複数の設計者が各部品をモデリングしアセンブリする場合、データがクラウドで管理されているため、設計変更などがリアルタイムで反映することができます。

例えば、自転車のサドルとフレームを組み合わせてみたところ、サドルの長さが長すぎた場合に、

設計変更を依頼し長さを変更してもらうことで、リアルタイムに設計変更を反映することができます。

二つ目のメリットはどこからでもデータにアクセスできることです。
データはクラウド上に管理されるため、別のパソコンを使用しても同じアカウントでログインすれば今まで作業していたデータを編集することができます。

また、Fusion 360の場合、クラウドにアップしたデータにWEBブラウザからアクセスし形状を確認することができます。
それにより、営業時のプレゼンテーションなどにも3Dモデルを活用することができます。

今後はタブレットやスマートホンといったポータブルデバイスなどを使って出先や電車での移動中などでもモデリングが可能になるかもしれません。

テーブル水平だし用ゲージ

最近G-Code ばかりで、Fusion360 ほとんど触っていませんね~。

よし、ここで作ったテーブル水平だし用のゲージを作ろう!

サンプルの20mm_Box はちょっと小さくつかみ辛いので、少し大きくして、突起もつけます
高さは、20mm として、さらに紙を上面に載せたいので、紙を固定できるようにサイドに紙を挟めるようにします
20mmの精度は、正方形の20mm_Box 印刷後に測定すると、X軸方向が20.1~20.2mm
Y軸方向は、ほぼ20mm。どうも私のプリンタはY軸のほうが精度がよさそうなので、
Y軸方向に、20mmのゲージ側を持っていくことにします

モデルはこんな感じ

印刷して、紙をセット

さぁ、作成した、G-code を実行して、やってみるけど、これでもつかみ辛いなぁ~

紙を挟む機構は、紙厚が0.1mmなので、二重にする事にして、0.3mmで設計。まあまあ・・・

ただ、20mm厚さでは低すぎる。手が入らない。さらに、せっかく付けた取っ手用の突起も小さくでぜんぜん意味がなかった。

もう少し、大きくしたほうが、よさそう。

でも、使えない事はなかったので、当分はこれで、水平だしをやっていきます