切削基礎：精密CNCのためのツールパスをマスターする

「Machining Fundamentals（切削基礎）」シリーズは、機械加工現場で働く方も、これから始める方も、CAM知識をブラッシュアップできるよう制作しました。バーミンガムテクノロジーセンターの社内マシニストが各回を担当し、ツール/プロセスを詳細に解説します。前回はポストプロセッサを扱いました。今回はツールパス入門——2Dから5軸まで様々なツールパスタイプを深掘りし、Fusion 360でどうプログラミングするかを紹介します。

ツールパスについて「2D、3D、フル5軸同時」という言葉を耳にしたことがあるでしょう。これら用語は何を意味するのか？ この記事ではそれを正確に説明し、Fusion 360内でこれらツールパスをどうプログラミングするかを示します。

2Dツールパスとは？

最も基本的なツールパスタイプは2Dです。名前の通り、2Dツールパスは切削中、機械の2軸（通常XとY）のみで移動します。動画のマシンを見ると、2Dツールパスの動作がわかります。工具はZ軸で下りますが、実際の切削パスが始まると、平坦なXY平面上でのみ移動します。

2.5Dツールパスとは？

2Dツールパスの次のステップが2.5Dツールパスです。2Dパスに複数の深さを追加したものです。「3D」ではなく「2.5D」と呼ばれるのは、工具が依然として2軸のみで動くためです。2Dパスを実行し、工具がZ方向にステップアップ/ダウンし、同じ2Dパスを繰り返します。

3Dツールパスとは？

次が3Dツールパス。今度はX、Y、Zの3軸すべてが切削中に動きます。これで曲面などより複雑な形状が作れます。動画では、ランプツールがフィレットを作る際の3Dツールパスを見られます。工具はX、Y方向に動きながらZ方向に連続的に下がります。

この段階ですでに3つの直線軸を使用しています。次のステップは回転軸の導入です。これはマシンのセットアップに依存します。一部マシンは3直線軸のみで、3軸超のツールパスは不可能。一部は1つの追加回転軸を持ち、動画のマシンのように2つの追加回転軸を持つものもあります。詳細は「フライス盤入門」動画をご覧ください。

5軸ツールパスとは？

私のマシンには2つの回転軸があるため、3軸ツールパス以上が可能です。選択肢の一つは4軸ツールパス——3直線軸に1回転軸を導入。これによりパーツを工具に対して回転させられるため、切削工具でパーツのより多くの領域にアクセスできます。次の段階は5軸ツールパス——3直線軸と2回転軸を使用。さらに多くの領域にアクセス可能になり、工具がパーツに接触する角度を制御できるため、仕上げ面品質に影響を与えられます。

3+2ツールパスとは？

「3+2ツールパス」という用語も耳にするかもしれません。なぜ5軸ツールパスと同一ではないのか？ 最大の違いは、パーツ切削中に動く軸数です。5軸ツールパスでは、切削中にすべての5軸が動きます。一方3+2ツールパスでは、回転軸でパーツを工具に対して再配置し（材料から離れた状態で）、その後通常の2Dまたは3Dツールパスと同様に実行します。

動画で3+2ツールパスの例を見られます。標準的な2Dツールパスでパーツを切削。工具が離れ、回転軸がパーツを再配置、工具が戻って3軸で加工。回転軸をポジショニングに使い、ツールパス自体は3軸——これが3+2です。

この知識をFusion 360へ

ツールパスタイプの違いが理解できたら、Fusion 360内でどうプログラミングするか見てみましょう。Fusion 360はフライス加工のツールパス戦略を2D、3D、多軸に分類しています。ここでは2Dプロファイルパスが適用され、X、Y方向のみで発生。編集して複数深さを追加すれば2.5Dツールパスに変換できます。

3D戦略リストからランプツールパスを選べば、X、Y、Z軸を同時に動かしながら実行。多軸オプションでは、ロータリーツールパス（1回転軸を使う4軸）、スワーフ（フル5軸同時）が選べます。3+2ツールパスも前述の通り、回転軸をポジショニングのみに使用。ツール姿勢で、2D/3Dツールパスを3+2に変換可能。ジオメトリタブで新しい軸方向をカードから設定し、このオプションをオンにすれば、以降のツールパスプログラミングは同じです。

さらなる切削基礎が続きます

お楽しみに：フライス工具の回に続き、Machining Fundamentalsを週次公開予定。今後のトピック：NCコード、ワーク座標系、など。これまでのMachining Fundamentals動画：

Machining Fundamentals: フライス盤入門
Machining Fundamentals: フライス工具入門
Machining Fundamentals: 旋盤入門
Machining Fundamentals: ポストプロセッサ入門

その間に、Fusion 360をダウンロードして、今日からよりスマートな加工を始めましょう。機械をFusion 360で最大限活用する方法はこちら。