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大型地形模型を切削する(4)
切削データの作成

2008/03/21 - 5/3
(株)数理設計研究所 名倉 裕
目次
  1. 始まり
  2. フライス盤の操縦
  3. 20cm模型を切削
  4. 切削データの作成
  5. 60cm四方浅間山地形の切削
  6. 1m四方浅間山地形の切削
 ページ内目次
  1. 数値地図データ
  2. 詳細メッシュ作成
  3. 計算順序

1.数値地図データ

 1m模型が切削できる、大型の素材を待つ間、切削パスを計算するソフトウェアの作成を進めます。

 切削パスを作る原データとして、国土地理院の50mメッシュ数値地図を使いました。ファイルはテキストで表されています。方位や順序さえ間違えなければ、読んでデータ化するのに困難はありません。
 次のWEBページに、フォーマットが記されています。
 → 国土地理院 数値地図50mメッシュ(標高)について

 浅間山火口周辺の10km四方は、4つのファイルに分かれています。車坂峠、浅間山、嬬恋田代、北軽井沢です。4つを合わせて、必要な範囲を切り出しました。データをCADで見ると、東(右下)に小浅間山、南西に剣が峰が見えていて、上下左右に間違いなく、範囲も確認できました。 

4つのデータを合わせ、色分けした中央部。
緑色の部分に火口が見える。
 → 全体図(PDF 1.30MB)

目的の範囲を切り出してCADで表した。
(南東からの鳥瞰図)

2.詳細メッシュ作成

 エンドミルの経路を算出するため、1mmメッシュの標高データを作成します。
 切削パスの送り量は1mm以上です。ミリ以下の操作はしない事にしました。20cm四方のモデルでも、最小単位1mmで詳細を充分に、滑らかに表現できました。エンドミルの経路は、データ形状を削り込まないよう設定することにしています。ボールエンドミル、スクエアエンドミルそれぞれで、直径と形状を考慮して経路を計算します。
 これらを計算するため、経過地点の標高を逐次計算するより、1mmメッシュで先に計算しておくと、計算量が少なく、分かりやすくできます。


結局、全ての加工はR6(12mm径)ボール
エンドミルで行った。

3.計算順序

 4の条件を設定して、パスを算出し、Gコードの形式でファイルに出力するソフトウェアを作りました。次の4段階の作業を順に行います。

  1. 4つの数値地図を読む。
    縮尺を設定しておきます。元データは 10km四方ですから、1m模型は 1/10000。60cm模型は 1/16667です。
     
  2. 必要部分を切り出す
    左下(南西)端と、範囲を指定します。
    1ミリメッシュを算出します。
     
    1m模型を切削した後でわかった事です。原データは50mメッシュですから、縮尺 1/10000では5mmメッシュです。1ミリメッシュを作成するため、補間します。
    凹凸の激しい地形は1次補間では、メッシュ形が鮮やかに表れて、山谷の形は多角形になってしまいました。これを防ぐため、3次補間としました。(研究所代表の玉置にDERIVEで算出してもらった3次補間式
     
  3. エンドミル条件を設定する
    エンドミル径、形状などを設定します。
     
  4. 切削条件を設定して、切削パスをファイルに出力する。
    フライス盤上の原点位置、切削ステップ、刃長などを設定します。
     
    素材の位置、厚さに合わせたデータを出力します。チャックが素材に当たるのを防ぐため、周囲に溝を作る設定もしました。
     
    エンドミルの形状は、初期に中心位置からの高さ分布を 1ミリメッシュで計算します。これと地形の1ミリメッシュを比較しながら、地形表面より深過ぎないよう、切削パスを決めていきます。
 エンドミルと素材に関わる基本的な要素は、次の通りです。
エンドミル 半径
形状 ボール/スクエア
刃長 1回の加工で掘れる深さの限界
送り速度
回転速度
素材 厚さ 素材上を早送りする時の高さを設定
座標 X原点 素材の位置を設定
Y原点
Z原点

切削パス作成ソフトウェア、主画面

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