ルーターとは
CNC ルーターを議論したり使用する前に、ハンドヘルド ルーターの使用方法を知っていると役に立ちます。 典型的なルーターには、モーター (可変速モーターの場合もあります)、高さ調整 (固定またはプランジ)、およびコレット (圧縮すると、切削工具を所定の位置に保持するために必要な摩擦を生み出すテーパーの付いたバネ) があります。 コンピュータでツールパスを作成する前に、ルーターに触れてみてください。 12インチ×12インチの合板に簡単なスケッチを描き、1/4インチのビットで切り出してみましょう。 固定ベース（プランジルーターではない）を使用している場合は、材料にルーターを安全に始動できるように、3/8 インチの穴を開けておく必要があります。 ビットは、1 回の加工で 1/8 インチ以上の深さが切れないようにセットし、合板をテーブルに固定する。 指定されていないビットや深さを使用すると、危険な場合がありますのでご注意ください。 3/8インチより小さいビットを使用し、ビットの半径より小さいステップを使用します。
形状の中心から切り始め、螺旋状のパターンで作業します。これは、形状がそのベースより大きい場合にルーターをサポートするために行います。 スケッチした線に向かって作業するとき、時計回りと反時計回りの両方の動作を試してみて、1 つの方向がはるかに多くの制御と精度を提供することに気付きます。
ツールパスとは何ですか。 画面上では、切削工具の底面の中心の軌跡を表す線と曲線で表現されます。 ポケット ツールパスは材料の表面をエッチングし、プロファイル ツールパスは全体を切削します。
Pocket
上のハンドヘルドの例で説明したプロセスは、「ポケット」ツールパスと呼ばれています。 最初のパスでは、線の内側のすべてを表面から 1/8 インチの一定の深さまで削除します。
Pocket Toolpath in RhinoCAM
赤い線は「ペンアップ」移動線で、ルーターがカッターを持ち上げて、次のカットポイントに行くために材料の表面上を移動するところです。
RhinoCAM のポケットツールパス
Profile
線の内側の材料を取り除く代わりに、形を切り抜きたい場合、使用するツールパスはプロファイル（または輪郭）と呼ばれるものになるでしょう。
RhinoCAM でのプロファイル ツールパス
Profile ツールパスの切断中
ほとんどの CAM ソフトウェアはツールパス ダイアログで非常に多くのコントロールとオプションを示していると思われます。 圧倒されることなく、時間をかけて各タブを順番に見ていき、すべてのオプションを理解できるようにしましょう。 上記のハンドヘルドルーターの実験から得られる最も重要なコンセプトは、スピンドル速度、送り速度、ステップダウン、ステップオーバーです。 5006>
Climb vs. Conventional Cutting Motion
標準的なルータービットは時計回りに回転しています。 これが左側に沿っていれば登り切り、右側に沿っていれば従来の切削動作となります。
登り切りと従来の切削
の大きな違いは、カッターが材料にどう食い込むかということです。 従来の切断はビットを切断の方向にそらし、登り切断はビットを押し離します。 CNC ルーターを使用する場合、木目の破れや「ティアアウト」が少ないため、クライムカットが好まれることがよくあります。 しかし、クライムカットは、コンピュータ制御でないルーターでは危険であり、手で制御するのが難しく、「歩き出す」可能性があります。
上記の手持ちの例では、内側から外側に向かって時計回りに螺旋状のパターンを作ることも従来のカットで、手持ちツールを使用すると力が限られるのでより制御できるようになります。 実際、多くの木工本では、この方法をルータービットを使用する唯一の安全な方向として紹介しています。
しかし、CNC ルーターでは、特に無垢材でクライムカットを使用すると、切断ベクトルに沿って切り取る可能性がなくなるため、通常より優れた切断が可能になります。 最初は、このことについてあまり心配しないでください。 一般的には、「ミックス」など両方を含むオプションを選択すると、ソフトウェアが使用するものを選択します。
工具
ルータービットには、主に4種類のフルートパターンがあり、さらに多くの種類の特殊ビットがあります。
- Straight Flute – 優れた切り屑排出性を持つオールラウンドビット
- Up Spiral – 優れた切り屑排出性、仕上げ用合板などの薄い単板の上部を引き裂くことができる
- Down Spiral – 切り屑排出性が低く、引き裂けない、遅い送り速度
- Compression – アップとダウンスパイラル、優れた万能ビット、ベニアまたは積層シート製品に優れているとの組み合わせです。
これらのフルートパターンにはそれぞれ欠点がある。 もしお金に糸目をつけず、仕上げ用合板を主に切るのであれば、私はフロイトの77-202か77-204をとても気に入っています。
3D Containment Boundaries
私は学生に、完全な 3D ツールパスを使用する前に 2D カットで時間を費やすよう勧めています。 これにはいくつかの理由がありますが、最も重要なのは、2D 加工を理解するために時間をかけることで、3D パラメータをよりよく理解できるようになることです。 後日、3D についてさらに詳しく説明したいと思いますが、今は、格納境界について説明したいと思います。
入力の主なソースとしてワイヤフレーム ジオメトリまたは曲線や直線を使用する代わりに、3D ツールパスは「ドライブ サーフェス」と呼ばれるサーフェスを使用します。 目的の結果を達成するために、多くの場合、封じ込め境界を使用する必要があります。 これは、ドライブサーフェス上のxとyの動きの限界を定義する曲線です。
一般に、私は開始前に下のモデルを作業平面に移動し、CPlane にコンテントを配置します。
Feeds and Speeds
ほとんどのスピンドル（CNC ルーターに付属するルーターの用語）は約 7000rpm から 18000rpm まで動きます。 この速度は「スピンドル速度」と呼ばれ、送り速度や表面速度に直接関係し、ほとんどの機械は約200ipmまで行うことができます。 また、ステップダウンとステップオーバーは、材料と係合する断面積がビットの直径の半径倍以下となるようにする必要がある。 これは経験則ですが、送りや速度の計算の出発点としては良いものです。
おさらいしておくと。
- スピンドル速度 – 切削工具の回転速度（毎分回転数）
- 送り速度 – 回転工具の中心での表面速度
- ステップダウン – パスごとのz方向の距離で、切削工具が回転する距離
- 送り速度 – 回転工具の回転速度（毎分回転数）
- 送り速度（毎分回転速度）
送りと速度の計算
以下は、送り速度を計算するための式である。
ChipLoad x CutterDiameter x NumberOfFlutes x SpindleSpeed = FeedRate
ここで、chiploadは歯1本あたりの切削量（歯当たり送り量）です。 送り速度は切削工具の表面速度（インチ／分）、主軸回転数は切削工具の回転速度（回転／分）、フルート数とカッター径はお使いの工具によって決まります。 この場合、1/4インチと2フルートです。 ビットの大きさにもよりますが、合板の場合、1歯あたり0.005インチ0.01インチのチップロードとなります。 1/8インチ以下の小さなビットの場合、0.005から始めてそこから増やしていきます。 1/4インチ以上のビットでは、おそらく0.01から始めても何も壊れないでしょう。
歯あたりのチップロードまたはフィードのサイズは、機械加工において非常に重要な要因であり、大きなチップはより多くの熱を取り除くことができます。 小さいと機械や工具に負担がかかりますが、熱を持ちすぎてしまうことがあります。
新しいビットで送りや速度を磨こうとするとき、送りや速度の公式を使ってできる限り推測し、いくつかのカットを行った後に回転が止まるとすぐにビットに触れます（安全第一を覚えておいてください）、それは暖かいはずです、多分触ると少し熱いですが、それは火傷しないはずです。 熱すぎる場合は、送り速度を上げるか、スピンドル速度を下げてください。 カットが完了した後、エッジの品質を見ます。 もし波打っていたら、それは工具のビビリで、送り速度を下げるか、主軸速度を上げるべきです。
あなたの耳も使ってください、工具は切削時に良い音を出すはずです・・・あなたの直感を信じてください。25 x 2 x 18000 = FeedRate = 90ipm
ビットを約 200ipm より速く押したくないことを念頭に置き、1/2 インチ 4 フルートビットを使用したい場合、送り速度ではなくスピンドル速度を求めることができます。
- 0.01 x 0.5 x 4 x SpindleSpeed = 200ipm
- SpindleSpeed = 10,000rpm
表を作っておけば、探している数字をすぐに見つけることができて便利ですよ。 5006>
Machining Tips and Tricks
Step-Down and Bit Diameter
これらの数字はすべて、半径のステップダウンとビットの直径のステップオーバーを基準としている。 チップロードを0.01に設定すると、ビット径のステップダウンとステップオーバーは可能ですが、これは絶対的な最大値であり、切削中のほんの一瞬の出来事であるべきです。 スピンドルを強く押しすぎると破損する可能性があります。切削を行う前に必ず10分以上スピンドルを暖めることを忘れないでください。 5006>
Onion Skins on Profile Cuts
ベニヤ合板をプロファイルカットするとき、私はオニオンスキンと呼ばれる技術で圧縮ビットを使いたいのです。 どんな仕事でもプログラムにはいろいろな方法がありますが、この方法は、小さな部品と、スポイルボード付きのバキュームテーブルで引き裂くことなく良い仕上げのエッジを得るためのキャッチオールです。 まずレベル別にステップダウンしていくというもので、すべてのパーツを1段目、2段目…とカットしていき、それぞれのカットの底に薄くベニヤを残します。 そして、最終的に残った薄い「玉ねぎの皮」のようなベニヤをカットします。
私が3/4インチの合板をカットする場合、実際には0.72インチ程度の大きさになりますが、1パスあたり0.34インチ、2回ステップダウンして、最後のツールパスで0.04インチプラス0.02インチのブレークスルーを残して、削除することになるでしょう。 各パスでビットの 1/4 インチ幅をフルにカットしながら、ほぼ 3/8 インチ踏み込んでいるので、送り速度を下げなければなりません。
1/4 インチビットで 0.01 インチのチップロードを使用して輪郭カットを行う場合、半径の 1/8 インチを踏み込む必要があります。 しかし、私はシートの上部が裂けるのを防ぐために圧縮ビットを使いたいのですが、そのビットは刃先の約5/16インチ上までダウンスパイラルを持っていないのです。 だから、3/8インチ下げないといけないんです。 ビットの断面積を増やしているので、切り屑の量も同じだけ減らす必要があります。つまり、新しい切り屑の量は0.00333で、新しい送り速度は30ipmになります。 5006>
Experiment Safely
Don’t get too carried away with the numbers, use your common sense and trust your gut. 無垢の木やさまざまな板材の密度は、1ビットごとに少しずつ異なり、幅があります。 また、必ず安全眼鏡をかけてください。 何度も言うようですが、1/8インチの小さな超硬ビットが粉々になる可能性を考えてみてください。 木の粉で入院することはないでしょうが、鋼鉄の小さな破片が目に入ることは侮れません。
Rhino 3D ファイルのサンプルをダウンロードする興味のある方は、90日間の無料試用をダウンロードすることができます。 また、MecSoft から RhinoCAM をダウンロードすることもできます。 ファイルを保存することはできませんが、無料で実験と学習ができます。