CNC フライス加工は想像以上に手作業です

May 23, 2023

私はハッカデイ スーパーカンファレンスのためにカリフォルニア州パサデナに滞在しており、Supplyframe Design Lab で充実した時間を過ごすことができました。 常駐エンジニアの Dan Hienzsch は、数時間あればよいと言い、何を作りたいかを尋ねました。 制約としては、受託手荷物に収まるほど小さくなければなりませんが、ダンが時間を費やすのに十分なほどクールなものでなければならず、新しいスキルを学ぶためのボーナスポイントも付いていなければなりませんでした。 私は自宅にきちんとした木材工場を経営しており、私の 3D プリンター ファームはデザイン ラボほどプロではありませんが、コツは知っています。 これには明白な選択肢が 1 つ残されました。それは、工業用 Tormach 3 軸 CNC 金属ミルの Jolly Wrencher です。

CNC ミルは素晴らしいツールですが、設計ファイルを渡すだけで使える全知の金属を食べるロボットではありません。 CNC ミルを持っていれば、経験がなくても金属切断のモンスターになれると思ったら大間違いです。

もちろん、この機械は手作業では非常に厳しい精度で任意の形状を切断することができますが、物が横にならないようにするためには、手動のフライス盤と同じくらいオペレーターの技術が重要です。 ダンの適切な判断力、経験、インプットがあらゆる段階で必要でした。 正直に言って、手順全体が手動フライス加工と非常に似ていたことに驚きました。 したがって、本格的な CNC ミルのオペレーターの肩に座るのがどのようなものか知りたい場合は、読み続けてください。

私は「ダン、アルミのジョリーレンチ！」と言いました。 そして翌朝私が来たとき、彼はすでに私の陰で密かに働いていました。 彼が持っていたレンチの SVG ファイルは、実際には滑らかなベジェ曲線ではなく、小さな線分で構成されていました。 結果として得られる微小な鋭いコーナーをすべて一致させようとすると、CAD ソフトウェア (Fusion 360) が非常に負荷がかかります。 そこでダンは代わりに、全く新しい滑らかな曲線で元の画像をトレースし、私の目には元の画像と区別がつかないが、コンピューターにとってははるかに扱いやすいものを思いつきました。

目的のアウトラインが設定されたら、ツールを選択する必要がありました。 ここでは、入力ファイルに忠実であることと、短時間で作品を作成することとの間にトレードオフがあります。 ダンがミルで大きすぎるカッティングヘッドを選択した場合、細かい部分を切り出すことは不可能になります。特にレンチの先端には内側の角があり、これらの鋭さはビットの直径によって制限されます。 最高のヘッドで作品全体をやれば見栄えは良くなるでしょうが、それには永遠に時間がかかります。 したがって、通常の戦略は、大まかなパスを作成してアルミニウムの大部分を取り除き、次に小さなツールでより細かいパスを作成することです。 しかし、どれくらいが大きいのか、どれくらい小さいのかが小さいのでしょうか？ パスは 2 つで十分ですか、それとも 3 つにする必要がありますか?

結局のところ、これは判断です。 Tormach ではツールヘッドの切り替えが非常に簡単ですが、自動的には行われません。 つまり、それらを交換するには適切なタイミングで私たちが現場にいなければなりませんでした。 その意味では、ツールの変更は多いよりも少ない方が良いのです。 ダンは、レンチの目と頭蓋骨の端の間にちょうど収まるように第 1 段階のミルを選びましたが、レンチの先端の細かい部分には気を配りませんでした。 より細かいツールを使用した 2 回目のパスでそれらを処理できます。 面取りビットを使用した最終パスは、見せるために追加されました。私は、面取りされたエッジの曲線の外観が好きで、これを手作業でこれほどうまく行うことは決してできないからです。

CAM ソフトウェアは、実際の切断に関する膨大な数の詳細情報も知りたいと考えていましたが、これらのほとんどは、これらの特定のツールヘッドを使用してアルミニウムを切断した Dan の経験により、以前の良好な値を持っていました。 それでも、彼は無遠慮に送り速度をおそらく本来あるべき速度の約2倍に設定し、それを正しくするために「ジョグホイールに乗る」だろうと言いました。

私たちが機械の大きな赤いスイッチを入れる前から、ダンはすでにソフトウェア、機械、ツール、そして私たちが切断している材料に関する知識に依存する多くの判断を下していました。 私のような初心者はすでにゲームに負けていたでしょう、CNC はひどいです。

CAM ファイルをアップロードし、Tormach のウォームアップと自己潤滑の手順を開始しました。 ダンは切削液の細かい霧が出ていることを確認し、それから私たちはスクラップのアルミニウム棒を探し始めました。 頭蓋骨は約 4 インチ (10 cm とします) 四方になる予定で、店には切断するだけの少し大きめの棒材がいくつかありました。 適切な潤滑剤とチョップソーの清潔で鋭い金属刃のおかげで、重いアルミニウムの棒を素早く加工できましたが、これは基本的に、自宅で切削液と金ノコを使って作業するのと同じでした。 ただ速いだけです。

バーストックは必ずしも正方形であるとは限らず、いずれにしても表面は見栄えがよくないため、ミルが温まった後、ダンがフライカッターヘッドを取り付け、私たちはバーストックを矯正しました。 彼は CNC ミルを使用してカットを行っていましたが、これはほぼ完全に手作業の手順でした。 まず、元の金属をすべて取り除くまで、徐々に深く進めて基準エッジを切断しました。 それから彼はそれをひっくり返して手順を繰り返しました。 2 つの平行なエッジと精度の高い正方形のブロックを使用して、残りの面を正方形にカットしました。 いずれの場合も、フライカッターをフェースの（推定）高い点にちょうど当たるまでゆっくりと下げ、すべてがピカピカになるまでパスをパスしていくというプロセスでした。 どれくらい脱ぐの？ どのくらいの速さで餌を与えるのですか？ オペレーター経験。 CNC はここでは役に立ちません。

最終的に、私たちのブロックのサイズは 4.001 インチ x 3.985 インチになりました。悪くはありませんでしたが、チョップソーでの最初のカットが少し不安定だったので、きれいにするには片側の端を削りすぎなければなりませんでした。 どうせ文鎮なので、レンチを中心に置くだけで十分です。 オペレーターエクスペリエンスを再度入力します。 ダンは、マシンのゼロ点がレンチの頭の中心になるように CAM ファイルを設定しました。 これは、CNC マシンをアルミニウム素材の中心に向けることができれば、片側がもう一方よりも 0.015 インチ (0.4 mm) 短いという厄介な問題を心配する必要がないことを意味します。すべてが対称的に機能します。意図的に。

Tormach には 3D 距離プローブの先端があり、これはおそらく私が見た中で最もクールなものです。 それを機械にチャックすると、X、Y、Z 軸が測定されます。 これにより、すべての寸法でピースの正確な幅と高さを見つけるのは簡単になり、Dan はピースの中心の上面がどこにあるかを機械に伝えることができました。 この時点まではすべてが 100% 手動でしたが、機械の向きが定まったので、CNC がそれを支援できるようになりました。

最初の切削工具を交換しましたが、彼はただ再生を押しただけでしょうか? まあ...ちょっと。 Tormac には、切断速度と移動速度を個別に制御する機能があります。 最初の作業は、切削送り速度を 0% に設定し、約 10% の移動速度でミルをワークピースまで移動させ、ゼロ設定を再確認することでした。 これにより、工場が停止すべき場所で正確に停止したことを確認できます。 もし彼がミスを犯していたら、危険な深さまたは非常識な送り速度でミルを金属に打ち込み、ビットを折ったり、さらに悪い結果をもたらしたりする可能性がありました。 このような健全性チェックが重要です。

次に、切削送り速度をゆっくりと上げました。 彼が CAM 段階で意図的に送り速度を高く設定しすぎたことを思い出してください。 私たちは、ミルが正しい切削深さまで螺旋を描き、その後そのパターンを開始するのを観察しました。 彼は、フィードが適切なペースで動くようになるまで、ゆっくりとフィードを上げました。 1秒あたりどのくらいの量の材料を除去する必要がありますか? 手動ミルと同様に、経験が重要です。 彼は機械の音を聞き、切りくずが飛び散る様子を観察し、切断の品質を全体的にチェックしました。 全自動CNC? 反対。

荒加工パスはすぐに完了し、ディテールミル用のツールを交換しました。 もう一度、同じ手順を繰り返して、工具をアルミニウムの表面に向かってゆっくりと削り落としました。 止まるべきところで止まったのか？ ツールヘッドは機械が認識している長さですか? どちらも肯定的ですが、再確認するのは良いことです。 その後、ダンはマシンをゆっくりとジョギングして再び動作速度まで上げました。

3D プリンターを使っている人ならご存知のように、工場が仕事をする様子を見るのはとても魅力的で、外でコーヒーを飲みながら、アルミニウムのチップが飛び散るのを見てしまったのです。 しかし、この 15 分間の完全自動化はあまりにも早く終わってしまいました。 面取りビットにもう 1 回工具を交換し、さらに数分間の機械時間で、Jolly Paperweight が完成しました。 ミルのフルートの中心からの渦巻きは、まるで砂糖の頭蓋骨のように見えます。 素晴らしかったです！

もちろん、アルミニウム レンチは、簡単にできる 1 回限りのプロジェクトでした。 これらを複数回作成する場合は、理想的な送り速度を書き留めて、次の反復では手動でのジョグホイール操作を省略することになるでしょう。 しかし全体として、時間の 60% にはオペレーターのかなりの関与と判断が必要でした。 作業を計画し、ストックを調整し、すでに「知っている」手順で機械を誘導するには、手動の観点からの機械加工に精通していて、現在の計画を立てながら次の手順を検討できるオペレーターが必要です。

従来の金属労働者は、ロボットが自分たちの手から仕事を奪うのではないかと、真夜中に汗だくで目を覚ますかもしれないが、大量生産においてはそれが正しいのかもしれないが、金属加工の経験のない人がすぐにロボットに近づけるというわけではないのは確かである。これらの CNC の驚異の画像を渡して、再生を押してください。 ダンとトーマックが私をレンチで切断するのを見た後、手動ミルのロープを学ぶだけでは CNC のマスターになるには十分ではないと思いますが、それは絶対に必要です。

しかし、私は単なる CNC フライス加工の初心者です。 皆さんは何と言いますか？ あなたの手作業による金属加工のテクニックのどれだけが、CNC の世界に伝わっているでしょうか?

ダンとデザインラボの皆さんのおもてなしに本当に感謝しています!