これまでのあらすじ:
2016年3月、フェルト生地を手で裁断している際にレーザーカッターがあれば複雑なカットが容易にできるなあと思って、安価になってきたレーザーカッターを購入しようと思ったのがきっかけ。調べていくうちに、合板も切れたほうがいいと思うようになって、CNCルーター(CNCミリング)についても考えるようになった。
Arduinoは以前から使っており、CNCシールドがあると気付いて自作も可能と思うようになった。当初はShapeOkoやX-CARVEを参考にMakerSlide、OpenRail、V-Wheel、2GTタイミングベルトなどで5万円くらいで自作しようと思っていた。AliExpressでも部品が安く買えることが分かって、しばらくは部品探し。探せば探すほど安くて本格的な部品も見つかってくるので、そんなにケチらなくてもいいのではないかと徐々にスペックアップ。最終的には剛性や精度のことも考えてボールスクリューやリニアスライドを使うことになり、予想以上に重厚な3軸CNCマシンをつくることに(約7万円)。
構想から約5週間(制作約3週間)でルーターとレーザーともに使えるようになり、現在はgrbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中(Macで)。余っていたBluetoothモジュールをつけてワイヤレス化。bCNCのPendant機能でスマホやタブレット上のブラウザからもワイヤレス操作可能。


CNCマシン全般について:
国内レーザー加工機と中国製レーザー加工機の比較
中国製レーザーダイオードについて
CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ
その他:
利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

2016年3月28日月曜日

CNCマシン:Z軸再検討、そしてさらには、、、

だいたいCNCマシンのパーツリストは出来たのですが、Z軸に関してまだ疑問が残っています。面倒だからShapeoko2のZ軸キットを買ってしまおうと思いましたが、通常のM8の棒ネジを使っており、精度のわりに9040円もするので、やはり自作かなと再検討。キットなら、OpenBuildsPartStoreの以下のものがよさげなのだけど、送料含めるとかなり高い。


これ↑で、10744円。ただし送料込みだと約18000円になってしまう。NEMA23対応でLead Screwの部分もしっかりしていそう。長さは250mmのもの。ただちょっと気になるのは、ステッピングモーターが長めのスペーサーを通して2カ所だけで固定されている。3本目の脚はカップリングがついている軸の部分。中の棒ネジが上下のベアリングをはさんで固定されていて構造的には大丈夫なのだろうけど、ちょっと変。それとも軸が良く見えるように、単に手前2本を外してあるのかな?
ちなみにAliExpressで買おうとしていた、Shapeoko2のZ軸キットは以下。

見た目だけでは分かりにくいかもしれないけど、普通の棒ネジM8、裏側には樹脂製のネジを切ってあるブロックがついている。アンチバックラッシュというわけでもない。NEMA17対応。使われている部品が大したことなく、自作したほうがましなのではないかと。これが9040円なので、それ以下でつくれるという条件で。しかも精度よく。

ということで、またいろいろとZ軸の部品を探し始めることに。オリジナルマインドやミスミで部品を探してみたけど、工業用のかなり高価なものばかりなので、やっぱりAliExpressで探すしかない。

まずは、Lead Screw部分。前に見つけたこれ↓

真ん中の黒い樹脂ブロックが、いちおうアンチバックラッシュとなっている。これはShapeoko2のZ軸アップグレードキットの一部。そのアップグレードキットはもう売ってないらしい。
ただ、これ↑だとLead Screwの両端が未加工状態。このままでもカップリングで接続するなりして使えるかもしれないけど、せっかくだからもう少し工夫したい。旋盤で削ればいいのだけど、材質がステンレスなので、ステンレス用のバイトを買わなくてはいけない(Amazonで2200円)。

 
きっとこれ↑も中国製。ステンレス用のバイトは持ってないから買ってもいいけど、どんどん遠回りになってしまうので、また探してみることに。そうすると、このLead Screwだけ売ってるとこがあり、説明を良く読むと、加工してくれると書いてある。以下。

TR8*4, stainless steel threaded rod, 290mm」1066円(送料込)。
これだと(写真は規格が違っても同じものを使い回しているらしい)、直径8mm、ピッチ2mm、一回転で4mm送られる。これの両端10〜20mmの長さで径6mmにしてもらえると肩もついてベアリングにきっちりはまってくれる。さきほどのアンチバックラッシュの黒い樹脂ブロックも別売りであるので、それも必要。以下(顔みたいな部品)。
これ↑1005円(送料込)。上の棒ネジとあわせて合計2071円。セット販売しているもの(1956円)より少し高くなるけど、ちょっとの差なので問題ない。日本で買うと、台形ネジだけで2000円以上するはず。この段階では、XY軸がNEMA23でいくので、Z軸もついでにNEMA23にしようと思う。ちなみにShapeoko2のZ軸セットはNEMA17なので、精度+パワーアップできそう。


つぎに、直動移動のガイドをどうしようかと。Shapeoko2のZ軸キットはMakerSlideとV-Wheelを使っている。それでもいいのだけれども、いろいろAliExpress内を探していると、こんなものが。以下。

これ↑は、2個セットのリニアレール(200mm長)。値段が2073円(送料無料)。一本1000円か、安い。サイズはいくつかあるけど、レールの直径がこれは10mm、下の台座の幅が32mmらしい。
ここではレールの長さも切ってくれるらしい。Z軸はあまり重くならないようにコンパクトにつくろうと思っているので、この200mmで大丈夫そう。
しかし、良く読むとレールだけらしい。「SBR10UU」というLinear Slide Blockは別売り。

では「SBR10UU」というLinear Slide Blockを探してみると、ありました。以下。

4つで↑、1903円。 直動にはペアで必要なので、Z軸だけで約3000円。おそらく、MakerSlide+V-Wheelよりも精度はでそう。ということは、X軸やY軸もこれでいけるかもしれないと思って4個セットでもいいのかもと。でもこのスライドブロックの図面を見るとかなり小さい(軸方向の長さで35mm)ので、場所によっては2個つなげる必要があるかも。ロングバージョンもあるけど、それだとレール軸径が16mmになってしまう。Z軸はおそらく左右一個ずつで合計2個。XY軸は2個つなげたほうがよさそう。そうすると、X軸4個、Y軸も4個で、合計10個。10個セット(2905円)というのもあるので、それにしよう(割安にもなるし)。と思ったら、よくみるとこのタイプは丸棒用だった。やっぱりさっきの4個セットを2〜3セット買わないと。
OpenRail Slide Railを使うはずだったけど、すべてXYZ軸をこれに置き換えるとどのくらいかかるか?
レール1000mmのものを見てみたら、2本で4485円(送料込)。なんかここはEMSで送るからレール自体安いけど、送料がそれ以上に高い。普通の遅い配送でいいのだけれども。

ということは、
X軸レール(1000mm)2本 4485円
Y軸レール(1000mm)2本 4485円
Z軸レール(200mm)2本 2052円
スライドブロック 4個セット×3 5709円
合計:16,731円

あとは、
Z軸用Threaded Rod 1066円
アンチバックラッシュ樹脂製ナット (Z軸用) 1005円
カップリング(6mm-6.35mm) 331円
Z軸用フランジ付きベアリング(内径6mm) 367円
NEMA23 3個セット 7502円 (レートが前回よりも50円値上がった)
NEMA23 単品 2841円
DRV8825 4個セット 803円
タイミングプーリ(5個)+ベルト(5m)セット 3112円
タイミングベルト用アイドラー(12個セット)2721円
合計:19,748円

そして、
ミスミのアルミフレーム類一式が 12,330円

全体合計:48,809円

という感じで、なんとか5万円以内には収まった。前回と比べれば、V-Wheelとかは全て廃止だけど、オールNEMA23でいちおう性能は上がったはず。


前回と今回の比較
前回のレールの部分(直動するために必要な部品類)だけを抜き出すと、
OpenRail Linear Rail(1mx6本) 5151円
V-Wheel(12個セット) 2588円
Eccentric Spacer(10個セット) 1591円
Shapeoko2 Z軸キット(1個) 9040円
合計:18,930円

そして今回この部分に相当する部品だけを抜き出すと、
X軸レール(1000mm)2本 4485円
Y軸レール(1000mm)2本 4485円
Z軸レール(200mm)2本 2052円
スライドブロック 12個 5709円
Z軸用Threaded Rod 1066円
アンチバックラッシュ樹脂製ナット (Z軸用) 1005円
カップリング(6mm-6.35mm) 331円
Z軸用フランジ付きベアリング(内径6mm) 367円
合計:19,500円

今回のほうは他にアルミ板やネジ類も必要なのでもう少し必要。ただ性能はあがったので、結果的には今回のほうがいいかもしれない。作業量が増えるのは、まあ仕方ないだろう。
前回ので発注しちゃおうと思っていたけど、こうやって検討を重ねるとどんどん内容が変わってくる。きりがないかも。これで発注しちゃっていいのか?とまだ疑問は残るけど。

ひとつは、このレールをミスミのアルミフレームに沿わせるようにボルト締めすることになるけど、このレールの穴の左右の間隔が22mm、ミスミの20mmだとちょっとずれてしまう。レールの穴を7mmに拡大すれば間隔20mmでM5なら入る。もしくは、ジグをつくって、レールに新たに穴をあけるかという感じ。でも、そうなってくると、ミスミのアルミフレームを使う意味もあまりなくなってしまう。それなら、普通のアルミ材をつかったほうが安くなる。
元々このアルミフレームは好きじゃないので(理系っぽい人が好むのは分かる)、フレーム自体もとから作ろうかとも思ってしまう。
だんだん当初のイメージと変わってきてしまった。このへんをもう少し検討かな?
というか、自分をどう納得させるか?という問題。

ちなみに、ミスミで単なる素材としてのアルミ角パイプを見てみると、
40x60x1000/t=2/4本で10,416円(こちらは1mなら4本単位、元々が4mだからか)
50x50x1000/t=2/4本でも10,416円、一本あたり2604円
コの字型のチャンネルなら、
60x30x1000/t=3で1本2750円(こちらは5本とかでも買える)
60x30x1000/t=3/4本セットで9288円(4本単位)
60x30x4000/カットなしでそのままなら8140円

しかし、ミスミのアルミフレーム4080は1770円/m。意外に素材アルミのほうが高い。

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