012 切削：3次元加工の世界へようこそ！

1. 3次元加工とは

今回はマシニングセンタなどの切削加工の醍醐味とも言える3次元加工についてご紹介します。

3次元加工とはいったい何でしょうか？
切削加工における次元というのは、同時に動く軸方向の数だと考えていただければイメージしやすいと思います。

1次元加工と言えば、1軸方向、つまり穴あけや直線状の溝加工などが該当しますね。

2次元加工は、X、Y平面を自在に動き回る加工です。
例えば、曲線なども含めて輪郭を切り抜くような加工などです。

そして、3次元加工はそれにZ方向も加えて、3軸全てを同期して自在に加工する事を示します。
つまり、曲面形状を加工できるという事です。

2. 一般的な2次元加工例

まずは、切削加工で実現できる典型的な2次元加工の例をご紹介しましょう。

上図のような形状は、典型的な2次元加工部品です。
2次元加工というのは、高さ方向の変化を伴わないという事です。
つまり、上から見ると全ての加工形状が同じ高さで、加工面に対して垂直にできている形状です。

左側のハウジングも、いかにも立体的ではありますが、区分でいえば2次元加工部品です。
Oリング溝も曲線が含まれますが、溝の深さは一定です。
このような形状はNCプログラムの作成も難しくはありません。

右側のブラケットも同様ですね。
R形状の輪郭やポケット形状がありますが、いずれも底面高さは一定ですので2次元加工となります。

3. 3次元加工の典型例

それではどのような形状が3次元加工が必要なものなのでしょうか？
具体例を少しご紹介しましょう。

左側の例は、樹脂の成型品を受けるための治具部品です。
成型品の自由曲面を転写したような受け形状を持っています。
当然高さ方向に3次元的に変化する曲面ですので、通常の2次元的な加工では実現できません。

右側の例は、典型的な航空機部品をイメージした形状です。
肉抜きのために斜面や自由曲面が多用され、斜め穴なども多いですね。

これらのような曲面形状を持つ切削加工部品は、特定の分野では多用されます。
金型部品などもまさに3次元加工部品と言えますね。

これらの3次元加工を実現するためには、X、Y、Z軸を自在に動かせるようなNCプログラムを作成する必要があります。
職人が手で入力して作れるような単純なものではなく、専用の3次元加工に対応したCAMアプリケーションが必要となります。

3. こんな3次元加工も！

もう少し込み入った3次元形状もご紹介しましょう。

左側のインペラは、典型的な3次元加工部品ですね。
ねじれた自由曲面の羽形状が無数に並んでいて、互いに重なり合っています。
このような形状は、通常の3次元加工でも実現は難しく、同時5軸加工と呼ばれるX、Y、Zの3軸と、A、Cの回転2軸を同期してダイナミックに動かす加工が必要となります。
当然同時5軸加工が実施できる5軸加工機や、複雑なNCプログラムを作成できるCAMアプリケーションが必要になります。

右側のレリーフは、人の顔をスキャンして作成したものですが、このような自由曲面のみで構成された形状も加工できます。
機械部品だけでなく、装飾品やアートなど3次元加工が活躍できる領域も多岐にわたりますね。

是非このような加工も実現可能だという事を踏まえて、設計の幅を広げていただければ幸いです。

ブログ村のランキングに参加しています。
宜しければ下記のボタンをクリックし投票していただけると嬉しいです。

にほんブログ村