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こちらは、Flow の Compass™ を使用してパーツを厳しい角度で切断するテーパー補正付き 3D ヘッドです。

ウォータージェット技術は、技術の進歩的な進歩により、長年にわたって 2D カットにおける流れの遅れと先細りに関連する課題を解決してきました。 2 次元ウォータージェット切断で発生するテーパと流れの遅れを解決するために、技術の進歩により、切断速度を大幅に低下させることなく、これらの固有の誤差が補正されました。

ウォータージェット切断が 3 次元に移行するにつれて、3D 切断によって追加される複雑さについて考えてみましょう。 3D パーツの切断がさらに困難になるのはなぜですか? ここで、1 つの部品にはさまざまな角度があり、材料の厚さにもばらつきがあります。 カッティングヘッドが材料に対して傾くと、材料は斜めに厚くなるため、切り込みは深くなります。 さらに、垂直だけでなく斜めに切削するには、ヘッドの回転と送り速度の変更が必要です。

3D 切断には、角度を付けた切断だけでなく、正確な角度を付けた 3D 切断も含めて、すべてを考慮する必要があるさらに多くの変数が含まれます。 4 番目のダイナミック ジェット ヘッドにより、製造業者は 3D 切断に必要な精度を得ることができます。

3D ウォータージェット切断は新しいものではありません。 5 軸 3D ウォータージェット切断は、30 年以上にわたり、航空宇宙構造の部品を製造するために実行されてきました。 自動車産業でも使用されています。

3D 切断を主流にするためには 1 つの大きな課題がありました。それは、これらのシステムのコストでした。 高度に設計されたカスタム システムは非常に高価であり、プログラムするのは簡単ではありません。 しかし、技術の進歩に伴い、3D ウォータージェット切断システムはより使いやすく、より手頃な価格になりました。

ほとんどのショップは、3D 切断の最も単純な形式である面取りについてよく知っています。 ベベルカットとソリッドモデリングを使用した 3D カットの違いは何ですか?

ベベルカットでは、刃全体の厚さが一定になります。 手首がセットされ、位置が保持されます。 ストリームは 2D 切断のように動作しますが、角度が付いています。 これらの機械は、溶接準備などのために単純な面取りエッジを生成します。 実際、溶接の準備はベベル切断の非常に一般的な用途です。

さらに、エントリーレベルのウォータージェット切断機を使用して、材料を機械加工前に除去することができます。 場合によっては、荒削りでできる限り削り落としてから、マシニングセンターで二次仕上げを行うのが合理的です。 すべての材料除去に精密な機械加工操作を使用するのではなく、ニアネットカットを迅速に行うことで、時間を大幅に節約できます。

一般に、このタイプの機械は、コスト効率の高い 5 軸切断を必要としているが、高精度は必要なく、あまり高額な費用をかけたくない製造業者に適しています。

これは、多くのアプリケーションが使用される場合に、高度なカッティング ヘッドがどのような動作をするかを示す良い例です。 左上は首がかなりの角度で傾いています。 非常に薄型のクランプが部品を所定の位置に保持し、ヘッドがこの部品の側面の周りを複数の角度で切断します。 左下はKベベルです。 そしてその右側には、ジオメトリの中央に非常に鋭い、ほとんどナイフの刃のようなエッジがあります。 右上には、手首に多くの関節を必要とする複雑なカットアウトがあります。 そして右下は俯瞰図です。

これまで、エントリーレベルの面取りおよび輪郭加工機能は、高度なマシンでのみ利用可能でした。 今では、より簡単に入手でき、手頃な価格になり、最も基本的な面取り機能でも使いやすくなりました。

エントリーレベルの面取り可能な 3D ウォータージェット切断機に求められるもの:

• 小型コンパクトなエンベロープ• テーパー制御による 5 軸切断• +/- 60 度の角度切断能力。 垂直がゼロの場合、60 度まで進むことができるようにする必要があります。 • 薄型取り付け。 これは固定具やクランプにとって重要であり、5 軸の手首で物にぶつからないようにすることができます。 • 5 軸で回転および移動する手首に対応するため、研磨材の供給とケーブル配線の簡素化された設計。 これは、単に機械にカッティング ヘッドを垂直に取り付けることとは異なります。 • 基本的な輪郭追従。物体を斜めに切断するとスタンドオフ距離が変化するため、物体を斜めに切断するほど重要になります。

テーパー補正付き3Dヘッドは、次のレベルの3Dウォータージェット切断です。 このテクノロジーを使用すると、テーパー制御による真の 3D 補正が可能になり、ウォータージェット切断に固有の自然な流れの遅れが補われます。

多軸カッティング ヘッドはテーパー制御により 60 度の動作が可能で、カッティング ヘッド自体にはより高度で正確で剛性の高いシステムが組み込まれています。 ヘッドはソフトウェアを介して自動的に補正し、切断中の 3D 動作のテーパーを排除します。 さらに、直線方向に移動する速度、材料の厚さ、部品の形状、角度も考慮されます。

歴史的に、3D ウォータージェット切断の背後にある数学は複雑であり、その技術が 10 年以上前に先進的な航空宇宙用途のみに使用されていた理由に遡ります。 アップグレードされたソフトウェア テクノロジの助けを借りて、多軸環境でのストリームの動作を予測できるようになりました。 この高度なソフトウェアにより、高精度 3D 切断がより一般的に使用されるようになります。

知識、経験、ウォータージェットの専門知識を備えたプログラマーが、G コードを介してこれらすべての変数をプログラムすることは現実的ではありません。特に、操作に複数の切断アプリケーションやさまざまな材料と厚さが含まれる場合はそうです。 現在では、それらすべてがユーザー ソフトウェア モデリングに組み込まれています。

明らかに、ジオメトリの平らなストック部分に角度を与えることはできません。 DXF 画像を撮って角度を付けるだけでは済みません。 真の 3D 形状で角度を決定するには 3D モデリングが必要であり、そのためには材料の厚さを知る必要があります。 部品を 3D で表示して、寸法を追加したり、溶接準備エッジを配置したり、45 度のエッジを追加したりする必要があります。 ソフトウェアは図面上にツール パスを配置します。 基本的には単純な自動化された機能です。

ベベルの切断には、エントリーレベルの 3D ウォータージェット切断機が適しています。

斜めに切断する場合、カッティングヘッドから材料までの距離が非常に重要になります。 カッティングヘッドに角度を付けた状態でウォータージェットで部品を 3D 切断するには、ノズル先端とワークピースとの間に一定のスタンドオフ距離を維持する必要があります。 距離が変わるとカット精度が低下します。 ヘッドを傾けた際に高さが異なると接触点が移動し、部品誤差の原因となります。 ウォータージェット流が入りたい場所に入らず、部品エラーの原因となります。 特別なソフトウェアは、スタンドオフ距離の問題に対処するように設計されています。

作業面が平らでない場合はどうなりますか? ここで、ヘッドが切断している材料に対して垂直ではなく、最適なスタンドオフ高さが維持されないため、問題が発生しています。 ヘッドの角度が大きくなるほど、切断エラーが顕著になります。 この問題を解決するために、輪郭フォロワーが存在します。

従来のコンターフォロアは、ジェットツールの中心点からではなく、接触リングの外縁からスタンドオフ高さを測定します。 この問題を解決する方法は、ソフトウェア主導のカッティングヘッドで、材料の表面に沿って回転し、切断中に被削材の高さの変動を補正します。 このソフトウェアは、ジェット ツールの中心点を使用してスタンドオフの高さを測定し、水平でない被削材上で角度のある部品、面取りされた部品、または応力緩和された部品を切断するときのエラーを解決します。

ウォータージェットで完成部品を切断する場合でも、ニアネット部品を切断する場合でも、3D 機能は大きな利点です。 アプリケーションには、航空宇宙、建築、エレクトロニクス、輸送、エネルギー、製造、自動車が含まれます。

航空宇宙分野では、装甲板や防弾ガラスなどの複雑で珍しい素材を含む、あらゆる厚さの素材を切断できるため、3D ウォータージェットが広く使用されています。 ウォータージェットカットエッジの高精度な結果とサテンのように滑らかなエッジ品質により、着陸装置、ブレーキ部品、航空機の車体、エンジン部品などの部品に適しています。 非熱的であるため、切断される材料の分子構造や形状は変化しません。

3D ウォータージェットは他の多くの用途でも使用されています。 自動車において、ロボットシステムを使用してドアパネルやバンパーをトリミングするために使用されます。 建築および建設用途では、石のカウンタートップ、タイル、ガラス、その他の脆性材料の切断に使用されます。 ウォータージェットの最小限の切り溝幅と熱影響ゾーンフリーの切断により、他の切断方法では熱応力に耐えられないコンポーネントの電子部品もウォータージェット切断されています。

これらおよびその他のアプリケーションは、3D モデリングを備えたソフトウェアによって可能になりました。 5 軸ウォータージェット切断はかつては非常に複雑でしたが、現在はソフトウェアを使用することで、見た目と同じくらい簡単になります。

コンテンツは、Flow Waterjet のグローバル セールス担当バイスプレジデント、Brian Sherick による FABTECH 2021 プレゼンテーションから編集されたものです。住所 23500 S. 64th Ave. Kent, WA 98032、[email protected]、253-246-3500、