3次元形状とは

3次元形状とは、平面や穴、輪郭のように1次元や2次元的な形状ではなく、傾斜面や自由曲面など、高さ方向にも変化のある形状です。

3次元形状例

典型的な3次元形状は上図のような半球状の形状です。

3次元形状例2

他にも上図のような形状も3次元形状と言えます。

(A)は自由曲面形状を持つ部品です。
成型部品の金型や、受け治具などに多い形状です。

(B)は人物の3Dスキャンによる3Dモデルです。
このような形状も3次元形状ですし、切削加工での加工が可能な形状です。

3次元形状部品の例

治具部品

治具部品

治具部品

アルミオブジェ

3Dミラー

3Dミラー

治具部品

治具部品

半導体関連部品

スクリュー形状部品

スクリュー

航空機関連部品

航空機関連部品

インペラ

インペラ

3次元形状の加工

切削加工は3次元形状に限らず、体積を大まかに除去する「粗加工」と、仕上面を精度よく削る「仕上げ加工」を行います。

冒頭の半球状の部品を削る工程は、次のようなものです。

STEP 1 粗加工

直径の大きなエンドミルで、スピーディに体積を除去していきます。
この時利用されるのは、スクエアエンドミルやラフィングエンドミルです。

仕上加工で削るために、最終的な仕上面に対して、「削り代」残しておきます。
粗加工が終わると、下の図のように階段状の形状になります。

荒加工 イメージ

STEP 2 仕上げ加工

粗加工後のワークに対して、主にボールエンドミルを使用して、細かく仕上面を削っていきます。
使用するエンドミルの直径は、部品の中で最も小さい隅アール(最小アールと言います)に合わせます。

仕上面の精度や面粗さと、エンドミルの直径によって、加工ピッチが決まります。
加工ピッチを細かくすると加工面はなめらかになりますが、加工時間が増大します。

仕上げ加工イメージ

ワークの大きさや、材質、形状などによって、粗加工を二段階にするなど、加工業者によって様々な工程の組み方があります。
上記の例はあくまでもイメージとしての例です。

3次元形状設計のポイント

隅アール

切削加工では、3次元形状部品は最終的にボールエンドミルで削ることになります。

3次元形状 隅アール イメージ

上の図のように、曲面の底面には必ず隅アールが付きます。
3Dモデルデータで意図的に隅アール(フィレットアールとも言います)を付けていただけるのが最も合理的です。
加工業者は、3Dモデルデータに付加されている最小の隅アールを読み取って加工に反映させます。

3Dモデルデータで隅アールを付加できない場合は、設計上許容できる「最大の隅アール」をご指示ください。
加工都合からすると、隅アールはできる限り大きい方が望ましいですが、設計上相手部品との勘合の都合などもあると思います。

面粗度

3次元形状の隅アールと、面粗度には密接な関係があります。


ボールエンドミルの半径(R)、加工のピッチ(P)、加工面粗さ(h)とすると、この3者には近似式として次の関係があります。

h = P2 / ( 8 x R )

hはカスプハイトとも呼ばれます。

自由曲面の面粗さを極端に小さく指定してしまうと、ピッチを細かく加工せざるをえず、膨大な加工時間となることがあります。

3次元形状の面粗さの指定は、できる限り許容できる上限まで緩和していただくのが合理的です。



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