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Fusion360_CAMの特徴の一つでもある、負荷制御とは?

負荷制御(Adaptive Clearing)とは?

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?
ちょっと、Fusion360で簡単なポケット形状を掘り込むパスを出してみます

ポケットと負荷制御
左が「2Dポケット」。右が「負荷制御」です
ぜんぜん、違いますね~
負荷制御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、2D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

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

「2D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「負荷制御」は複雑ですねぇ~
実は、こんな複雑な削り方なのに、これが高スピードで加工ができる細工です
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「負荷制御」で削っても効果は出にくい場合も多いです

高硬度
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、側面の切り込み量が保障されれば、「側面」条件が使えると言う訳です
負荷制御の場合、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
「2D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
浅い形状の場合には、「2Dポケット」のほうが効率がいい場合もありますが
Fusion360の場合、どちらでも選択可能なので、使い分けも可能です

材質についても、少し考えてみます
実は、会社では結構高硬度な材料を削ります
樹脂など柔らかい素材の場合、「ハイス」という素材の工具を使用しますが
その工具と同じぐらいの硬さです。
このように硬い材料を削る場合、側面切削がベストです。
溝加工では、工具すぐにダメになってしまいます

深い形状や高硬度の材質を削る場合には、「負荷制御」は非常に威力を発揮します

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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

DSC00318
DSC00319

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、螺旋をゆるくします
余談ですが、ステンレスなど粘っこい材料を横の切り込みを多くして、螺旋のきつい工具を使用すると、
切り屑に引張られて工具が抜けてくることがあります。
側面切削は、切り屑は小さいかわりに、加工速度を上げたいので、刃数を多くします
基本的に刃数と速度は比例します
「負荷制御」には、右側の多刃の工具で、一気に深く切り込んだ加工が適していると思われます
ただし、「負荷制御」は横の切り込み量を保証したパスを出してくれますから
半溝的な加工でも、無駄のない安定した加工ができるはずです

使い方や加工効率はまだまだ、未知数な削り方だと思ってますが
このパスが出せるだけで、これからの削り方も非常に楽しみです

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トロコイドと負荷制御

負荷制御が話題になる前、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、負荷制御と似たようなパスですが
トロコイドの進化系が負荷制御ともいえます
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
負荷制御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

エンゲージ角
この図のように、同じ切込み量でも、削る箇所によって、エンゲージ角は変わってきます。
「負荷制御」はこのエンゲージ角度も一定にするらしいです。すごいですねぇ~。
このへんの情報は、「antec」さんが詳しく公開されています。
5年ほど前の記事ですが、今でも勉強になります
もし興味があれば、覗いてみてください
http://tma6c.seesaa.net/article/322236722.html
http://tma6c.seesaa.net/article/378360563.html

さらに負荷制御は横の切り込み量だけでなく、工具のねじれ角度や、深さ方向の突っ込み量にも
影響があるようですね。
切り込み深さを適正にする事でさらに、加工は安定し、工具寿命にも良い影響でできそうです
http://tma6c.seesaa.net/article/303525472.html
このあたりの理論値で加工条件を決定できるのは、「負荷制御」によって加工負荷が保障されるからです
今までの負荷が安定しないパスでは、いつ負荷が大きくなるかわからないので、
最初の加工時には、加工条件を低く設定し、様子を見ながら良い条件を探すという作業が必要でした
したがって、条件設定はある程度経験が必要な作業でもありました。

安定した加工

加工効率は、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

1003
1004
この図形で、上が「2Dポケット」で出力したパスのグラフ
下が「負荷制御」で出力したパスのグラフ
切り屑排出量が「負荷制御」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!
「2Dポケット」では、一気に仕事したかと思うと、何もしなかったりが連続状態になってます
「負荷制御」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し
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。

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荒加工には、負荷制御加工

加工形状や加工機の違いにより、「負荷制御」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「負荷制御」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
常に切削量を一定にた、無駄のないパスを出してくれます
「2Dポケット」などの場合、領域や輪郭の設定によっては
無駄なパスが出てしまう場合も多いです
とりあえず、荒加工は「負荷制御」!でかなりの加工はカバーできると思います

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