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:
*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

2016年4月13日水曜日

CNCマシン:制作中2(X軸)

今日ミスミに注文したネジ類は届きましたが、まだ肝心のアルミ板が届いていないので、またモーターマウントやベアリングユニットのスペーサーなどをつくっていました。Z軸からつくりたいけれども材料がまだ届かないので、X軸のアルミC型チャンネルに穴の位置をマーキングしたり、地味な作業をしています。



















ベアリングユニットの高さ調整のためのスペーサー(5mm厚のアルミ板)。
追記:右側の2つ穴のスペーサーの左穴の位置が1mm間違っていました。ソケットスクリューを入れてもきつすぎるので、どこがずれているのかと思ったら、その穴でした。仕方ないので少し大きめの穴をあけてソケットスクリューが通るようにしました。スペーサーなので穴が大きくなっても問題なし。





















引き続き、ステッピングモーターマウント。左がZ軸用、右がX軸用。





















X軸用アルミC型チャンネルの穴のマーキング&ポンチ。ピンクのドットシールは材料の向きを間違えないように貼ってあります。
これから、このC型チャンネルにボール盤で穴をあける予定。そうすればレールが取り付けられるようになります。しかし、ナットでしめないでM5のタップを切るので、径4.2mmで穴あけです。ちょうど上の画像の部分は、M6貫通穴(径6.5mm)、M5貫通穴(径5.5mm)、M5タップ下穴(径4.2mm)の三種類あるので間違えないようにしないといけません。
基本的に最初はどの穴も径3mmで下穴をあけておきます。その後に二段階でそれより大きい径5mmなどの穴をあけます。

追加のネジを近所のネジ屋で買ってきたらミスミよりも安かった。ミスミで100個400円(1個4円)のキャップスクリューがバラ売りで1個3円でした。極低頭ボルトは在庫ないみたいで取り寄せになるらしい。


作業つづき:
とりあえずX軸の仮組までできました。レールはC型チャンネルにタップを切ってそのままM5キャップスクリューをねじ込んでいます。ナットで留めると、C型チャンネル内部のボールスクリューナットブロックに当たりそうになるので、やむをえず。内部から外側にキャップスクリューを通すと、こんどはそれを留めるナットがレールのスライダーにかすってしまうので、それもダメです。
レール径16mm、長さ900mm、C型チャンネル75x50x1020mm t=5。モーターまで入れるとX軸全長1081mm。




























持ち上げてみたらものすごく重いので、計ってみると8.8kgありました。レールがかなり重いです。レールはC型チャンネルの上下面についています。2本のレールだけで4〜5kgあると思います。



























モーターも1kgくらいあったと思います。これからつくるY軸は2本ありますが、レールは1本ずつなので少し軽いかもしれませんが、長さはこれの1.2倍あります。XYZ軸合わせると、30kgは超えるかもしれません。

作業中している間、注文していたアルミ板が届いたので、明日からやっとZ軸をつくることができます。

7 件のコメント:

  1. 今になってどこに聞くか迷ったのですが、モーターと軸をジョイントする為のカップリングというアルミのバネ状のパーツの事なのですが、
    CNCで切削中に角度が変わる時(X軸Y軸の動きの変わる瞬間)、頂点で角を2分する時線対称な角を作らない現象が見られるんです。
    もしそれを解消するなら逆回転の加工もするか、後で削るしか無い感じみたいなのです。
    原因がこのカップリングが微妙にバネになってる構造にあるのだと思います。例えばずっと右に回ってた物が左に回りだす時、バネは一度圧が掛からない方に捻れ、さらに逆の方へ圧が掛かるわけです。これはベルト式でも言えるし、回転軸自体にも遊びがあるので避けられないとは思いますが、mirrorさんはどう思いますか?一度バネ状でない物を買ってみたいです。

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    1. カップリングは、ステッピングモーターと送りネジをつないでるもののことですか?
      仮に1回転で2mm進むM8ボールネジだとしたら、M8の円周が約25mmなので、回転方向(円周上で)に1mmズレれば、2mm/25=0.08mmテーブルやヘッドがずれるということになりますね。そのバネのようなカップリングは無理やり回すとどのくらいズレるでしょうか?

      精度に関しては、どこかに必ずしわ寄せが来て、以下のようなことすべてをやらないといけないかもしれません。
      マシンの剛性を上げる。
      マシンの平行や直角をダイヤルゲージを使って0.01mm程度の誤差まで調整する。
      送りネジ上のナットをバックラッシュレスナットにに変える。あるいはボールネジにする。
      スピンドルを強力にする。

      どれかだけ頑丈にしても、そのぶん、次に弱いところへ歪みが伝わって行ってしまうと思います。
      まあ、きりがないという感じです。
      なので、すべてを頑丈にして、精度の高い部品に交換するのがいいのですが、そうすると新しいマシンを作った方がいいということになって、結局は上位機種に移行ということになってしまいます。そこまでしないにしても、今のマシンをもう一度分解して、精度良く組み立てるだけでも、変わるとは思います。

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    2. バックラッシュは避けられないと思っていました。そういうナットがあるんですね!
      ボールネジに付いてはもはやこだわり過ぎではないかと考えていました。でも調べてみるとそこまで高くはないんですね。
      とは言え高いので余裕ができたら試してみたいです。
      スピンドルノイズの事で強くてノイズがあまり出にくいタイプなんかあれば確かに変えたいですね。
      今使ってるスピンドルやZ軸のステッピングモーターを設置する部分ですが、X軸のみで支えているので自重で多少前のめりに傾いてたり、X軸方向の圧に対して下手すると2mmくらいズレるんですよね。(これは再三確かめましたが回転軸のバックラッシュ分が主で、歪みや傾き等ではないようです。同じくYとZも手で揺らすとカクカクします。)
      行き過ぎた考えではX軸を前方に作り、②軸で連動する様に(パラレル接続)動かそうとも思いました。
      分解は・・・定期的にしてはいましたが安定して来てるので今はこのままが良いです。
      小型になるとネジ一つ外すのにもかなり狭い所でちまちま動かすので大変なんです。
      今回は良いアドバイスありがとうございました。バックラッシュのことをひとまず対策してみます。(多分ボールネジしかないけど最後にとっておきます)

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    3. バックラッシュレスナットってめっちゃ高かった。ボールねじって直径8mmの物ありますかね?

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    4. バックラッシュレスナット、AliExpressなら600円前後ですね。
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      樹脂製のなら以下のような感じ。
      http://s.click.aliexpress.com/e/yRnqZb6
      溝が三角ネジ、台形ネジなどあるので、その種類のもの(送りピッチも含めて)を選ばないといけませんね。それかセットで買うとか。

      ボールネジは細くても12mmくらいだと思います。8mmだと普通の三角ネジ(M8棒ネジ)か台形ネジになってしまうと思います。
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      これなんかは12mmのボールネジ、3000円くらいですね。
      送り機構も大事ですが、以下のようなレール(スライド機構)もあった方がいいですね。
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      ボールスクリューもスライダーもベアリングが用いられているので、調整ネジで与圧をかけることができます。なので、バックラッシュはほとんど起こりません。
      という感じで、スペックを上げていくときりないです。

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    5. そうですね・・・バックラッシュレスナットがどれに合うかわかってないといけないですね。
      直径8mmのリードスクリューなのですが、ピッチは詳しく分かりません。良く自作用で売ってる奴と同じ物なのですが、上にある金属のバックラッシュレスナットは合いますか?

      レールは今まで通りで良い気がしています。それはX軸とY軸が複合していないからです。もしXYが一体になってるならXの移動が大きな傾きを生みますが私の場合はXとZが一体なのでもしここをしっかりする場合X軸に対象になる様にフレームを足して3〜4本の棒で支えるのが良いはずです。
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      参考画像ですが既に僕が買った時より発展しまくってます。4本の棒で動いてますね。
      こうしたら今持ってる物よりXとZの支持がしっかりしています。
      Yのレールがしっかりすると綺麗になるのはZ方向の造形なのだと思いますが、後で鏡面仕上げする事を考えると体した事無さそうです。

      ネットショッピングでCNCを調べると良く5軸の基盤が安く売ってるのですが、自作で5軸つくれるなら作ってみたいです。
      ボールねじにいっそ変えようかな。ボールネジで面倒なのは台座などが8mmようで出来てるので切り直しが必要な事です。2カ所穴を変えるだけと思えば安いかもしれませんね。

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    6. 一番上のバックラッシュレスナットはtrapezoidalと書いてあるので台形ネジ用みたいですね。ピッチ(リード)は1mmから14mmまで選べるようです。金属製かと思ったら、ナット部分はPOM樹脂みたいです。いずれにせよ、ネジの種類(三角ネジ、台形ネジ、ボールネジ)、直径、リードを見て選ぶといいです。
      ボールネジをつけるために改造するなら、いっそのこと新しいマシンを自作した方がいいかもしれません。Grblは3軸までしか対応していないので、LinuxCNCで4軸とか作って見てもいいかもしれませんね。

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