自分の模型づくりのために始めたディジタルクラフトですが、いつの間にかガレージショップまで開設して、これまで随分たくさんのパーツを削ってきました。手前味噌かもしれませんが、それなりにノウハウも貯まってきたような気も致します。考えてみたら、ガレージショップ向けにある程度たくさん作ったお陰でノウハウが蓄積できてきたという、数の要素が大きいようです。もし自分用に単発で作るだけなら、多少具合の悪いことがあっても、ま、いっか、ということで、そのまま放置していたのでしょうが、数多く作る場合には、前回よりは今回、今回よりは次回、少しでも良いものに改善していかないと身が持ちません。ささいな改善を愚直に繰り返すことにより、技術や技能が向上するんですね。
そういう訳で、私のささやかな経験の中から皆様のご参考になりそうなものを選び、何回かに分けて紹介していきたいと思います。
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古いほうのディジタルクラフトのページやこのノウハウ集のページで書いてきたこれまでのお話を総合すれば、加工工程について凡そのところはご承知いただけていると思いますが、今回は少し「おさらい」をしておきます。
一般的には、加工すべき部分の高さと使用する工具の種類（径）によって工程を分けなければなりません。…これが加工工程。どの部分をどの工具で加工するか、工程をなるべく少なく、また加工時間を短かくするにはどうするか、というようなことを考えるのが加工工程設計です。より良い加工工程とするために、パーツの設計に立ち戻って修正をすることもしばしばあります。
バリを減らすために、深いところから順に加工するというノウハウに照らしますと、一般的なパーツの加工工程は次のような順序になります。
１．パーツ外周線の加工
２．深い部分の加工
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３．浅い部分の加工
４．最上面の加工
段数が多い場合は、２と３の間に加工工程が追加されます。熱だんご予防のために、必要に応じてスクラップブレーカを設けますので、実際には、
１－１．外周のスクラップブレーカ
１－２．外周加工
２－１．深い部分のスクラップブレーカ
２－２．深い部分の加工
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３－１．浅い部分のスクラップブレーカ
３－２．浅い部分の加工
４． 最上面の加工
という具合になります。最上面の加工では既に加工面積が少なくなっているケースが多いので、スクラップブレーカが必要になることは、まずありません。
ノウハウ番外編 「加工工程設計はディジタルクラフトの『肝』。」
細部についてはさておくとして、一般論としては加工に関する常識や自分だけのノウハウなどあらゆるものが、ここに盛り込まれていなければなりません。文字通り、この加工工程設計こそがディジタルクラフトの肝腎要･･･集大成と言っても過言ではないのです。(2006.1.31.記)
何事も先ずは発生源対策。後からその処置について考えるのが鉄則です。
バリの発生源対策については、一番最初のノウハウ１で示したように、深いところから順番に加工することでかなりの効果が得られます。しかし、ワークの表面全体を加工しない限り、最後に加工した部分の周囲にはバリが必ず発生する訳だし、何らかの事情で浅いところから加工せざるを得ない場合がないとも言い切れません。そこで、発生してしまったバリの除去方法についてご紹介いたしましょう。
まず、大きなバリや切りくずは先がピシッと揃ったピンセットで取り除きますが、これは訳もない話。ピンセットでは取りきれない細かなバリを取るのが肝心要の作業です。道具としては、私は模型店で購入したキサゲ工具（･･･世間一般にはササッパと呼ばれるものらしい･･･）を使っています。（写真） エッジがシャープで使い易いものなら何でも良いと思います。この工具を使って、次の２工程でバリを取ります。
- キサゲ工具を加工物の立壁にあてがってバリを上側に起こす。
- キサゲ工具のエッジを稜線に当て、横に引いてバリをエッジから引き離す。
特に２．の工程で×印のように工具を稜線に沿って動かすと、バリが取れたかどうか判然としません。判然としないまま何度もバリをコリコリ擦っていると、加工物の稜線を傷めてしまいます。だから○印のように横方向に･･･気持ちとしては円弧を描くように･･･動かすのがミソなんですね。
ノウハウ１５ 「稜線のバリは『上に起こし、横に引いて』取る。」
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| キサゲ工具（ササッパ） | バリを上に起こす | 円弧を描くように･･･ |
そうは言っても、バリ取り前の発生源対策が何よりも大切。切れ味の良いエンドミルを使い、深いところから順に加工するように致しましょう。 （2006.1.21.記）
エンドミルはハイスや超硬合金というたいへん硬い金属材料で出来ています。ハイスはハイスピードスチールの略、鋼にクロム、タングステン、モリブデン、バナジウム等の金属成分を多量に加えたもので、高速度鋼とも呼ばれます。超硬合金はＷＣ（炭化タングステン。トイレのことではない。）の粉末にこれまた粉末のコバルトを混ぜて焼き固めたものです。
硬いということは逆に言うともろい（衝撃値が低い）ということで、強い衝撃を受けると意外なほど簡単に折れたり欠けたりしてしまいます。うちでもエンドミルを交換する時、コレットを弛めた瞬間にスコッと抜け落ちてテーブルにコチンと当たり、刃先が欠けてしまったことがありました。(;_;)ﾄﾎﾎ
そこで、
ノウハウ１４ 「エンドミルにキャップを付ける。」
対策としては「イロハのイ」、「基本中の基本」ですが、効果は絶大でした。東急ハンズで売っている適当な太さのシリコンチューブを適当な長さに切って刃先に被せるだけ。ビニールのチューブでも良いのですが、シリコンの方が圧倒的に伸縮性が優れていて使い易いと思います。
欠けの予防になるだけではなく、安全性も向上しますので、一石二鳥です。
（2005.12.24.記）
刃こぼれした包丁の刃を砥いだり、切れ味が悪くなってきたノコギリの目立てをするのと同じように、エンドミルの刃も砥ぎ直しをすれば切れ味が戻り、トータル寿命を大幅に延ばすことが出来ます。今回はエンドミルの再研磨方法について説明致しましょう。
先回、再研磨できるエンドミルは2枚刃でΦ1．5以上が良いと書きました。例えばワルター社製のCNC工具研削盤などがあれば、どんな工具でもたちどころに再研磨できてしまうのでしょうが、素人には全く無縁の道具。とりあえず、私は歯ブラシみたいな形をしたダイヤモンドラッパーに手を加えて使っています。これで再研磨できる限界が上記の2枚刄・Φ1．5程度という･･･単にそれだけの話です。
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| ワルターのCNC工具研削盤 | 電着ダイヤモンドラッパー （#800，#600） |
電着ダイヤの鉄板の断面図 |
ノウハウ１２ 「エンドミルの再研磨にはダイヤモンドラッパーを使う。」
ホームセンターで売っているダイヤモンドラッパーは、打抜いた鉄板にダイヤモンドの粉を電着したものなので、どうしてもエッジがダレています。きっちりとエッジを出すために、一旦プラスチックの柄から外してグラインダーで削り、ダレた部分を除去します。この時、直角よりも少し鋭角気味にしておくと後で使いやすくなるようです。
只、この作業は非常に危険を伴います。加工物をしっかり保持しないと巻き込まれたり飛ばされたりするし、また加工中に相当発熱するので、火傷に対する注意も必要です。十分気をつけて作業してください。
きっちりとエッジが出せたら、両面テープを使って元通り柄に貼り付け、準備完了です。（つづく） （2005.12.16.記）
彫刻機による通常の加工では、エンドミルのコーナー部しか使わないので、磨耗もこの部分にしか生じません。そこで、このコーナー部の磨耗をピン角に砥ぎ出す訳ですが、
ノウハウ１３ 「底刄のみを砥いで側刄には手を付けない。」
のが基本となります。具体的な手順は以下の通りです。
再研磨の手順１．すくい面と刃溝の成形
２．逃げ面の３番取り
３．逃げ面の２番取り
４．逃げ面の成形（刃付け）
５．カエリ取り
良好な切れ刃を形成するベースになる部分です。なるべく工具中心付近までまっすぐに削ると同時に、側刄を削り込まないよう注意しながら、ねじれに合わせてすくい角を付けておきます。
反対側の切れ刃で生成された切りくずがスムーズに出て行くように、予めざっくりと大きく削っておきます。
「逃げ面」はエンドミルの底刄そのもの、「逃げ面の２番」は逃げ面が長くなり過ぎないよう、それよりもやや大きな角度で逃がす部分です。いずれも、反対側の刃を傷つけないよう、親指の爪でガードしながら慎重に砥ぎ出します。片方の刃を砥いだら、エンドミルを180°回転させて反対側の刃を砥ぎます。２枚の刃の高さをきっちり揃えるのはかなり難しいことですが、なるべく大きな差が出ないよう慎重に砥いで下さい。
逃げ面を砥ぎ終えると、切れ刃のエッジには目に見えない程度のカエリが発生していますので、１．のすくい面をもう一度ラッパーでサラッと一撫でします。指先でそっと（怪我をしないように気をつけながら）触れてみて、切っ先に鋭い引っ掛かりを感じることが出来ればＯＫです。
（2005.12.21.記）
先の「3Dものづくり応援フェア」会場でソフト開発者の方に教えていただいたことをもう一つ、ついでに載っけておきます。
当初はこれ（図のカッターパス）もバグによる不具合だと思って持ち込んだ相談なのですが、そうではなくてデータの精度を切り替えることで対応できる問題・・・実は隠しコマンドがあるんです･･･とのことでした。
その隠しコマンドは、 ［Alt］+［Ctrl］+［Shift］+Q で、High Speed，Normal，High Quality の3段階の設定が可能。精度を上げることで、乱れのないカッターパスになりますが、当然ながら、計算時間が余計に掛かりますので、適切に使い分けなければなりません。
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ノウハウ１１ 「隠しコマンド ［Alt］+［Ctrl］+［Shift］+Q」
別に隠さなくてもいいように思うんですけどね･･･。(^_^)
（2005.12.4.記）
突然話は変わりますが、今度はソフトウェア関係の話題です。混合気動車通信のページに「具体的な内容は、近い内にディジタルクラフトのページに掲載する予定」と書いておきながら、いつの間にか４ヶ月も経ってしまったことについて、先ずはお詫び申し上げねばなりません。<m(__)m>ペコリ
さて、下の図はいつも加工に使用している Dr. Engrave の画面ですが、丸で囲った部分がおかしいでしょう？ ごくタマ～になのですが、ある特定の図形についてカッターパスを発生させるとこのような現象が見られました。いろいろ図形をいじくり回しておさまる場合もありましたが、どう試行錯誤を繰り返しても対応できないものがあり、これはソフトのバグに違いないと判断してメーカーのサービス窓口へメールと添付データを送り相談してみました。そしてサービス担当の方からは、「当社の環境でも不具合現象が発生することを確認しました。さっそく対応します。」との回答をいただくことができました。ところが待てど暮らせど音沙汰なし。「余り急かせると嫌われるかな？」などと思いつつ、１ヶ月くらい経過したところで再びメールを入れてみましたが、今度はナシノツブテ。･･･(~_~;) ３ヶ月以上たち、いい加減、業を煮やして乗り込んだのが、先の「3Dものづくり応援フェア」だったのです。
会場にはたまたまソフト開発者が来ておられ、不具合内容や事情を説明したら、ナント、「この図形データ、社内で見たことがありますよ。まだなおっていなかったんですか？」･･･ですって。どうやら社内の連絡体制がうまく機能していなかったようですね。会場のパソコン環境でも不具合が発生することを確認し、すぐに対応する旨の確約をいただきました。
そして、その５日後に修正版が届き、無事に問題は解決。素直な嬉しさ ＼(^o^)／ が半分、何ヶ月も待った日々はいったい･･･という気持ち (~_~ﾒ) が半分の何とも複雑な心境でありました。
現在、このバグ対応も包含した最新版ソフトをローランドDG社のサイトからダウンロードできます。モデラユーザーで、このような現象に心当たりのある方は、是非バージョンアップしてみて下さい。
⇒http://www.rolanddg.co.jp/download/3d/updater/engrave.html
ノウハウ１０ 「バージョンアップでバグを退治する。」 （2005.12.1.記）
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| 特性要因図 （2003年3月頃作成） |
実は、ここだけの話ですが、はじめの頃は加工したワークの板厚が常に±0.1mm程度ばらつき、ちっとも安定しませんでした。彫刻機ってあまり剛性も高くないし、所詮はこんなものなのかなと思ってずっと諦めていたのです。でも、やはりそれでは納得がいかないってことで、特性要因図（いわゆる魚の骨）を書き、いろいろ対策を検討してみました。今から２～３年前のことです。
右図中、四角い枠で囲ったものが原因ではないかと特に疑われるもの。順次、調査して手を打っていくことにしました。
これは対策以前のお話という意味で、項目番号は０番です。確かJIS規格だったと思いますが、ABS樹脂板の板厚公差は呼び寸法の、なんと「±10%」！ t1.5mmの材料なら、1.35mm～1.65mmまではOKということです。だから、加工する側でこの0.3mmのばらつきを吸収せねばなりません。そこで･･･
ノウハウ４ 「粗材の厚みを信用してはいけない。」
加工を始める前に必ず板厚を測定することが肝要です。そして、加工する部品の厚さが必要なのか、表面からの深さが必要なのかにより、粗材の上下面いずれを基準にするかを決め、その差分を工具の高さで調整する必要があります。 （2005.11.2記）
| 彫刻機は曲がりなりにも工作機械の端くれ。ならば、主軸やテーブルの精度はその生命線と言っても過言ではありません。でもこの機械のテーブルといったら板金折り曲げの華奢な構造。仕方がないので、カツミで調達したやや厚手で平面性の良いベーク板をテーブル上面にボルト固定し、サブテーブルとしました。固定する際に、ダイヤルゲージを走らせて高さを確認し、シム調整をしましたので、その後、多少は経時変化しているかもしれませんが、大体±0.03mm以内に納まっていると思います。 |
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| ノウハウ５ 「サブテーブルで平面を確保する。」 | ||
| 尚、メーカでは、面出しと称して、捨て板の上面を毎回切削する方法を推奨しています。でもこの方法では、材料や加工時間が無駄になるように思えて、うちではあえて採用しておりません。（2005.11.10記） |
メーカでオプションとして用意しているZ0センサーというものがあります。これを使えば何ら問題はないのかもしれませんが、生憎うちの機械にはついてませんので、専ら目視にて刃先高さを合わせています。何だ、しょぼいなぁ･･･と思われるかも知れませんが、何度もこの作業を繰り返していると、こんな事でもカンコツ・ノウハウらしきものが芽生えてきます。
ノウハウ６ 「高さ合せのノウハウらしきもの」
①刃先が粗材上面に接触したか、真横から透かして見る。
②刃先と粗材上面のクリアランスを通過する光の量を見る。
③加工ヘッドを手で押し下げ、通過光量の変化を見て、接触を判定する。
（刃先が接触していると、それ以上刃先が下がらず、光量は変化しない）
④加工ヘッドを手で押し下げ、粗材表面の微小歪による反射光の乱れを見て、接触を判定する。
一応、写真を撮ってみましたが、このあたりはかなり微妙な領域なので、判りにくいかもしれませんね。
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| 刃先のクリアランス 0.1mm | 刃先クリアランス ゼロ | 刃先を少し押し込んだ状態 |
エンドミルが磨耗して切れ味が落ちてくると、切削抵抗が増え、その反力で加工ヘッド全体が持ち上げられ、精度が悪くなってくる。これは当然予想されることでしょう。だから、そうなる前に新品のエンドミルに交換して切れ味を保てばいいのですけれど、「￥」の絡みもあってそうそう湯水のように使い捨てにする訳にもいかない。･･･ということで、うちではエンドミルの手研ぎ再研磨をおこなっています。私の場合は腕がいい訳ではないので、最初の切れ味が再現できるまでには至りませんが、「やらないよりはまし」～「まずまずの切れ味かな？」の中間くらいのレベルでしょうか？ ともかく研ぎ直すことにより切れ味を回復させることが出来ます。
私の場合、研ぎ直しにはダイヤモンドラッパーという歯ブラシに似た工具を使っています。底刃を削り、刃先を鋭利に研ぎ出します。工具径が変わってはまずいので、側刃は一切削りません。
エンドミルには刃数が2枚のものや4枚のものがありますが、ダイヤモンドラッパーを使う限り、4枚刃は困難。また、直径が 1mm以下の細いエンドミルの研ぎ直しも相当難しそうです。･･･したがって、うちではφ1.5以上で2枚刃のエンドミルが標準工具となっています。
ノウハウ７ 「研ぎ直しができるエンドミルを選ぶ。」
研ぎ方の詳細については、またの機会に譲りたいと思います。 （2005.11.23記）
ここまで、いろいろ対策を講じてきましたが、未だにはっきりとした成果が得られず悶々とした日々が続いておりました。
ある時、･･･今となっては何がきっかけだったか忘れてしまいましたが･･･、初めに加工したスクラップブレーカの底が、本加工時には削り残しになるということに気がつきました。時間が経つと徐々に刃先位置が高くなるようなのです。刃先の高さは加工を開始する度に調整するため、小さな面積をちょこちょこと加工する時には気付きにくいのですが、ある程度大きなものを何度か削ってみてはじめて気がつきました。
そう、考えてみれば、工作機械に熱変位はつきもの。迂闊でした。さっそくデータを取ってみたのが下のグラフ（横軸は加工開始後の経過時間，縦軸は刃先の伸縮量（単位：10μm））です。加工開始と共にほぼリニアに変位し、1時間あまりでサチることが判りました。普通の工作機械なら、温度上昇と共に主軸が伸びるのですが、この彫刻機の場合は逆に縮んで来るのが特徴的。お陰で削り過ぎ（オシャカ）にならずに済んでいたのです。
でも、ここまで判ればしめたもの。対策は比較的容易です。
具体的には、
- 加工開始後1時間以内は、精度が必要なところを加工しない。
- それが難しい時は、こまめに刃先の高さをチェックする。
- 一度加工を始めたら出来るだけ機械が暖まった状態を維持し、継続して加工する。
等々、下のグラフを意識していれば当たり前のことばかりです。
暖機運転という方法もありますが、時間がムダだし、省エネにも反しますので、できるだけ避けるようにしています。
ノウハウ８ 「加工精度を高めるためには、熱変位と仲良く付き合う。」
熱変位そのものを無くそうと思っても、なかなか容易なことではありません。如何にうまく付き合っていくかを考えた方が得策だろうと思います。
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| うちの彫刻機の熱変位特性 | 新しい特性要因図 |
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| 熱変位モードをオーバーに表現すると･･･ |
今年7月、名古屋で開催された「ローランドDG ３Dものづくり支援フェア」に参加してきました。その折り、担当の方に熱変位に関してお尋ねしてみたところ、メーカーサイドでも実機の評価試験をおこなっており、問題として認識されているようでした。「この機械の場合、横方向のビームに『コの字』断面のアルミ材を使用しており、どうしても若干の熱変位は避けられない。温度上昇とともにビームが上方に湾曲して持ち上がってしまう。」とのこと。ついでに、「こちらの新しいモデリングマシンは、ビームではなくて、2本の丸ロッドでガイドされているので、精度が大幅向上しています。」とのセールストークもありました。(~_~;)
「なるほどなるほど、そういうことだったのかぁ。φ(..)ﾒﾓﾒﾓ」と、いたく納得。とりあえずその日以降は、高さの偏差を少しでも減らそうということで、なるべくX軸ストロークの中央付近で加工するよう心掛けています。
ノウハウ９ 「ゆったり、テーブルの真ん中で加工する。」
･･･以上で加工精度向上の項は完結です。 （2005.11.28記）
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| ○ |  |
長い時間を掛け苦労を重ねて削っていても、一度発生するとたちどころにそれをオシャカに変えてしまう、世にも恐ろしい熱だんごです。
その被害を最小限に留めるために･･･
ノウハウ３
「加工エリアを小分けにする。」
広いエリアを一筆書きみたいな感じで加工をしている途中、もし万が一熱だんごが発生すると、全面が熱だんごにやられてしまいます。予め加工エリアを小分けにしておけば、熱だんごの被害を、発生したエリアとその隣のエリアまでに留めることが出来ます。 （2005.10.13記）
加工中に発生するものの中で一番恐ろしいのは、何と言っても 熱だんご これが発生すると、せっかく手間暇を掛けて作った部品もこんなに惨めな姿になってしまいます。
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| オシャカ ＆ 熱だんご | よくまぁ、こんなにたくさん作ったもんだ！ |
(1) エンドミルの切れ味が落ちてくると、バリが発生し、切りくずがひも状に繋がり出す。
(2) ひも状の切りくずがカールして、エンドミルと共に連れ回る。
(3) 切りくずは遠心力で飛ばされたり、また新たに発生したりを繰り返す。
(4) 切りくずが何かの拍子に運悪くエンドミルに堅く巻きつく
(5) 巻きついた切りくずが被削材と擦れ合い、摩擦熱で溶け始める。
(6) 一度溶け始めると、あっという間に熱だんごに成長し、破局を迎える。
そこで･･･
ノウハウ２ 「転ばぬ先に スクラップブレーカ を設けよう！」
世の中には、旋盤の切りくずを短く分断するためにバイトの刃先に細工を施したチップブレーカというものがあります。また、プレスの抜き型には、抜きかすを適当な大きさに裁断するスクラップカッターというものもあります。でも、おそらくスクラップブレーカというのはどこにも無いでしょう。私が勝手に作った造語ですから･･･。(笑)
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| ・長い区間を一息で削ると、切りくずが長くなる。 | |
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| ・そこで、予め適当な間隔でスクラップブレーカを加工しておく。 | |
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【スクラップブレーカの施工例（スシ48窓枠）】 黒は赤のスクラップブレーカ，緑は黄色のスクラップブレーカです。加工時間は余計に掛かりますが、熱だんごのリスクを大幅に下げることができました。 |
| ⇒長い区間を一息で削っても、切りくずはここで途切れる。 |
前のページでは、客車用ドアを例にとって2.5次元加工の基本的な流れを説明しました。このような加工方法を２段，３段と重ねることによって、より複雑な形状、より実用的な部品を削り出すことができます。
ノウハウ１ 「深いところを先に加工し、浅いところは後で加工する。」
何故かというと、その方が バリ取りが楽ちん なのです。
| エンドミルで等高線沿いの一筆書き加工をすると、工具の外周 材料上面のエッジにバリが発生します。 | |||||||||||||||
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