大永ドリーム株式会社

■   ＮＣ加工の概要と加工例

弊社における木工用ＣＮＣルーターの概要とその加工例を示します。

１　ＮＣ加工とは

ＮＣとは数値制御（Numerical Control)の略称で、工作機械を数値データにより制御するシステムを指します。現在においてはコンピュータ数値制御(Computer Numerical Control) が一般的でＣＮＣとほぼ同義です。この分野で一般的なマシニングセンタは固定されたワーク（加工対象物）に対してエンドミル等の回転する工具を使って数値制御によって加工を行い、複数の工具を自動的に交換するＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えた工作機械です。

ＡＴＣ（自動工具交換装置）

導入したのはシンクス株式会社製ののNCルーター「20ZXGN」で、1.3ｍ×3.1ｍのテーブルを備え、加工範囲は1.2ｍ×3.0ｍ、高さは250ｍｍです。タレット式のＡＴＣ（自動工具交換装置）には一度に6種類の刃物を装着して、極めて迅速に工具を交換しながら切削加工を行うことが出来ます。エンドミルチャックの規格はBT30です。

画像をクリックすると別窓で拡大画像が表示されます。

工作機械の機能としては金属を加工するＭＣ（マシニングセンター）と同じですが、木材はバイスで絞めて固定すると変形してしまいます。そこで加工対象物の固定はテーブルの下からバキュームで吸い付けているのです。言い換えれば大気圧で押し付けています。従ってワークはある程度の面積が必要となります。また金属を加工する時に必須である切削油を循環する装置は無く、替わりに集塵装置が標準装備されています。

２　高密度ポリエチレン(HDPE)の加工が主体です。

この機械は木材の加工用に設計されていますが、大永ドリームが主に加工しているのはアメリカ製の高密度ポリエチレン(High Density Polyethylene)の板です。

導入した木工ルーターにセットしたHDPE（４８in×１２０in） 

物性は以下です。

在庫のＰＥ板の大きさは48インチ×96インチ（1219mmｘ2438mm）、厚さは3/4インチ（19mm)です。他に48インチ×120インチ（1219mmｘ3048mm)の規格の板も入手可能で、この大きさまで加工可能です。

実際の加工状況を動画で示します。ATCが工具を交換しながら加工を進めるプロセスが分かります。

４　その他の加工例

この素材はエンドミルで切削加工することによって文字を掘り込んだりして看板や表札を製作することも出来ます。

これは浮き彫りの例です。

エンドミルで切削するために刃物が進入できない細かい加工は出来ません。字体（フォント）はWindowsが標準で持っているアウトラインフォントはそのまま機械が読み込んでくれます。保育園の看板のフォントは特別に作成したものです。ネットで流通しているフリーフォントで加工した例もあります。漢字は白舟書体教育漢字版、英字はゴシックを使って切削加工しています。

この表札を加工している状況を動画で示します。加工が複雑で浮き彫りにしているので加工時間は長くなります。

また単なる「切り抜き」ではない加工例もあります。

これはスタイロフォームから半球を削りだしたものです。これも動画で加工状況を示します。

半球を切削する工具の経路（パス）は手作業で計算しました。オプションで三次元加工のソフトもあることは知っていましたが、練習なので幾何学的に考えることにしました。最初からブラックボックスを利用するのでは勉強にならないのです。当時はNCに関する業界用語も知りませんでした。

直ぐに思いつく方法は半球の高さZを等分して等高線に沿って上から切削するやり方です。NCを制御する言語（Gコード）はアセンブリ言語のような低級な言語で、XYZの位置指定と２点間を直線または円弧で近似してその経路を動くという単純な動作の組み合わせで構成されています。この場合、等高線に沿って円を描き、次第にZ軸を下げるという動作の繰り返しで出来そうに思いました。しかしこうすると北極周辺のデータが荒くなり、逆に赤道付近のデータが必要以上に多くなることに気がつきました。

それで球を極座標で表現し、経線に沿ったデータを均一にすることにしたのです。パスの間隔は約1mmとしました。半径3mmのボールエンドミルのパスの原点はボールの真下、南極にあるので、単に3mmオフセットしたのでは球を削ることは出来ません。Zの値によってオフセット量が変化するからです。以下のような図を描いて考えたのです。

パスの式は横軸をx、縦軸をzとして角度をz軸から時計回りを正とし、半球の半径をＲ、ボールエンドミルの半径をｒとすると、以下のようになります。