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8日金曜日

CNCマシン:部品到着

さきほどメインの部品となるXYZ軸ボールスクリュー+レールセット($325.51/FedEx IE送料込み)が届きました。セール中だったのとアプリ割引価格なので、少し安く買えました。

セット内容:(X軸900mm、Y軸1100mm、Z軸350mm)
XYZ軸ボールスクリュー+ナット+ナット用ブロック+両端ベアリングユニット+カップリング
XYZ軸ガイドレール+スライダーブロック(4個ずつ、計12個)
追加部品:(Y軸1100mm)
Y軸ボールスクリュー+ナット+ナット用ブロック+両端ベアリングユニット+カップリング

Y軸は2本でモータードライブするので、もう一式Y軸用の追加部品も入っているはずです。
一番長いのがY軸1100mmなので、この荷物も大体そのくらいの大きさです。FedEx IE(エコノミー)で注文日から10日後に着いたということです。一応トラッキングでも今日届くことにはなっていたので予定通り。

こんな感じで2個に分けて送られてきました。グリーンシートで覆われて(日本でいうブルーシートのような素材)、さらにその上から透明テープでぐるぐる巻きされています。きれいとはいえないけど、けっこう念入りに梱包されています。税関で中身チェックのために開けられることもありますが、開けるのが大変そうなくらいテープで巻かれています。
手前の不定形な方がやたらと重い。きっとレールが入っているのでしょう。


どうやって開けようかと思ったのですが、端からカッターでグリーンのシートを切り裂くことにしました。そうすると、なんか変な枯れ葉っぽいものがでてきたので、なんだこれ?と思ったら、レールが縄でぐるぐる巻きになっていました。今時、縄か?(中国らしい)と思ったけど、案外いい梱包材かもしれません(バカにしてはいけない)。となりには細長い段ボール箱の中に、ベアリングユニットやスライダーブロックの小さい箱が2列になってぎっしり詰め込んでありました。とりあえず縄をカッターで切って、レールを取り出しました。長いレールは1100mmあって、重さを計ってみたら1本2.56kgありました。合計でこの箱だけでも10kg以上あったかもしれません。


こちらは↑もうひとつの箱。ボールスクリュー4本(XYZ軸3本+追加Y軸1本)入っていました。スカスカに発泡梱包材が入っている感じ。とりあえず無事届きましたが、注文した部品が全部入っているか、寸法も大丈夫かチェックしました。ざっと見た感じ大丈夫そうです。


レールのほうは↑、スチール製の丸棒がアルミの台座に裏側からネジで留めてある仕組みになっており、台座は寸法通りでしたが、丸棒のほうが1mm前後長い感じです。おそらく別々に切って、あとで組み立てるんだと思いますが、丸棒をカットする人は少し雑な作業だったようです。


上の写真をよく見ると分かると思うのですが、ベース部分はきっちりそろえてあるにもかかわらずレール(丸棒)の部分の長さが微妙に違っています。

でも、設計上あまり問題にはならないので大丈夫だと思います。スチール製なので切りにくいですが、最悪グラインダーで削り取ることもできます。



これ↑が、ボールスクリューのモーター側の端部です。このように、径16mmのスクリュー部分から、ベアリングを通すために一旦径12mmに落とされ、さらにM12のネジ山がきってあり(ベアリングに固定するため)、最後は径10mmのところがカップリングに差し込まれます。


ボールスクリューをベアリングユニットに差し込むと上画像のような感じ。径12mmの部分がけっこうぴったりで、差し込むのに苦労しました。木片で反対から叩き込んで入れました。手ではもう抜けない。黒い四角いM12ナットで固定し、それからカップリングを入れるということです。

ボールスクリューをベアリングユニットに差しこんだときの寸法が気になっていたので、Z軸を簡単に組み立ててチェックしてみました。以下。


上の画像のように組んでみました。実際はこれらが350x150x5mmのアルミ板に固定されますが、いまは机の上に直置き。左側にステッピングモーターと接続するカップリングもセットには含まれており、赤とか青の樹脂が入っているカップリングよりは、このタイプ(全体がアルミ製で溝が切り込まれている)でよかったです。以下。

Z軸のレールとボールスクリューの全長は350mmあります。レールはいいのですが、ボールスクリューは両端にある黒いベアリングユニットに差し込まれるために、移動可能な距離は350mm以下になってしまいます。この状態で二つのベアリングユニット間は280mm。ボールスクリュー上を移動するナットが50mmあるので、最大230mm移動可能。とはいっても、Z軸はあまり移動する必要はないので、移動距離が縮まっても問題ないです。




この部分↑が、ショップにのっていた図面とちょっとだけ違っていました。これはZ軸の下端ベアリングユニットですが、ベアリングが5mmほど奥に入り込んでいます。図面では入り込んでいなかったので、この5mm分移動距離が縮まってしまうということです。ボールスクリューは径16mmで、このベアリングに差し込まれるために長さ11mmだけ径10mmに細くなっています。
以下が、ショップにのっていた図面。

これ↑を見ると、ベアリングは黒いハウジングの左についていますが、今回送ってきたものは中央についているという感じです。CADでも、これを元に描いていたので、少しだけ修正しないといけません。ボルト穴の位置などもかわってくるので。それほど大きい違いではないので、なんとかなりますが、Z軸だけでなく、X軸、Y軸でも同じことが起きるので、その分5mmずつ作業エリアが小さくなります。


あとは各部品の精度ですが、ボールスクリューはさすがにベアリングボールが入っているため、ガタはないです。レール上のスライダーのほうはどうかというと、手で動かしてみると少しガタがありました。でもよく見てみると、側面に六角ソケットネジがついており、六角レンチでしめてみたらかなりきつくなってガタはなくなりました。つまりこの締め具合で調整可能ということです。よかった。


もうひとつ、ボールスクリュー上のナットと、レール上のスライダーが同一平面上にあるかどうかです。定規を当ててみたら、だいたい大丈夫そうです。上の画像では、左に見えるボールスクリューナットのほうがやや下にあるように見えますが、スライダの締め具合も調整可能だし、なんとかなるのでは。最悪シムを挟んで、できるかぎり同一平面上にならぶようにしたいと思います。まだ、レールもなにも固定していないので、その分の誤差で写真のように見えてるかもしれません。今後の施工の仕方で精度もかわるかもしれないし、いまのところはそれほど問題にはならなさそう。

ということで、一通りチェックしましたが、特に問題ない感じです。
中国製だから信用できないといわれますが、中国もどんどん成長しているのだろうし、その分精度も上がって来ているのかもしれません。ただ心配なのは、今後値段があがっていくことだけでしょうか。数年もすれば、今の値段ではきっと買えないでしょう。どんどん日本の製品に近い値段になっていくとは思います。

それとこのセットを買うときに、このセットに含まれているY軸のボールスクリューやベアリングなど一式を追加注文したいとショップにチャットしたら(以前の投稿で書いたように)、普通より安い価格でOKしてくれた。しかし、その追加分の支払いボタンはないので、「どうやって支払えばいい?」ときいたら、「この部品(全然関係ない部品であるベアリングブッシュ)を13個買えば、その追加の部品代を支払ったことにする」と言われて、半信半疑でベアリングブッシュ13個買った。話の流れから大丈夫だろうと思ってそうしたけど、結果的にちゃんと追加の部品が届いてよかった。

20 件のコメント:

  1. はじめまして。
    最近中国製のCNC3020を購入してまあなんとか使えてるのですが、構造もわかってきたので
    もう少し大きいのを作ってみようかと情報収集してこのページにたどり着きました。
    eBayは使ったことがあるのですがAliExpressは未経験です。確かにこっちの方が安いですね..
    ところでこのボールスクリュー・レールセットですがY軸が1セットが標準ということは
    テーブルみたいなもので左右のレールをつなげて中央にボールネジとステッピングモーター
    をつけてテーブル側を動かす用のセットなのですか?

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  2. どうもはじめまして。
    購入したセットは、anoseさんがおっしゃる通りのようなセットで、もともとXYZ軸それぞれが1セットずつでしたが、Y軸はもう1セット追加購入しました。上記投稿記事の上から6行目に書いてある、

    追加部品:(Y軸1100mm)
    Y軸ボールスクリュー+ナット+ナット用ブロック+両端ベアリングユニット+カップリング

    というのが、セットとは別に追加した部品です。この追加部品だけで約7000円(送料込み)くらいでした。
    いわゆるガントリータイプのCNCマシンにしたほうが作業領域が広くなるので、Y軸はボールスクリュー2本、モーターも2個駆動です。
    AliExpressだと、商品ページにあるチャットやメールで、寸法変更や数量変更にも応えてくれます(主に英語ですが)。値段が変わっても、その場で個人用に新しい商品リンクをつくってくれたりします。欲しい寸法の部品リストをメールしてあげれば、それに応じてセットをつくってくれると思います。値段についても、交渉次第ではまけてくれるときもあります(担当者次第かもしれませんが)。このときも10ドル安くしてくれました。
    また何かあれば質問して下さい。

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    1. ご返事ありがとうございます。
      Y軸のモーター2個のドライブ方法がよくわからないのですが、コントローラーからY軸の出力を2分岐並列にするのでしょうか?

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  3. 基本的には、並列に2個モーター(あるいはモータードライバ)を取り付ける感じです。
    Arduino用のCNCシールドを使うのであれば、最高4つのモータードライバが搭載できるようになっています。主にはXYZ軸それぞれ1つずつ合計3つのモータードライバを搭載する端子があるほか、A端子という予備のモータードライバを搭載できる箇所があります。このA端子をY軸のクローンとしてつかうことができます(4軸目としても使うことができますが、GRBLではまだ対応していません)。
    設定の仕方は、以下のページに書いてあります。
    http://cnc-selfbuild.blogspot.jp/2016/04/cnccncdrv8825a4988.html
    後から片側のモーターだけ反転することも設定可能です。

    X-Carveのオンラインマニュアルでは、Y軸用のひとつのモータードライバに2つのモーターをつないでいる配線図があります。
    http://x-carve-instructions.inventables.com/step14/
    上記サイトの「6. Wire the Stepper Cable to the gShield」という章にドライバとモーターの配線図があります(2個のモーターを並列つなぎする場合:画像アドレス http://x-carve-instructions.inventables.com/step14/wiring-diagram2_copy.jpg)。
    このようにひとつのドライバから並列でモーター2個つなげても大丈夫そうですが、モーター一個に対してモータードライバを一個使うほうが、おそらくモータードライバへの負荷が軽減されるかもしれません。CNCシールド内の回路は、おそらくモータードライバを並列につないで、そのあとにモーターをつなげているだけだと思うので、モーターを並列つなぎするか、ドライバを並列つなぎするかの違いだと思います。
    モーター2個使うメリットはその分トルクが得られたり、Y軸両端で駆動するためブレないことですが、デメリットとしては、ステッピングモーターの場合、片方のモーターが脱調したり、ノイズなどで同期しなかった場合、ズレたまま駆動してしまうことでしょうか。それを防ぐために、完全同期するようにサーボモーターを使った方がいいとは思いますが、その分コストが跳ね上がります。最近では、ステッピングモーターをサーボモータのように改造する「https://hackaday.io/project/11224-mechaduino」もあります。精度をあげようとすれば、きりがないのですが、サーボモーターを使わなくても、普通に使う分にはステッピングモーターで問題ないと思います。

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    1. 詳しい情報ありがとうございます。X-carveのページもじっくり読んで勉強することにします。でもまずは設置場所なんですよね...おそらく組んでしまうと動かせなくなるので慎重に考えているところです。
      完成品はサイズが倍になると値段も倍以上になってくるのですけど、作る場合はそれほど差は出ない感じなので可能な限り大きい方がいい気もします。

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    2. 分解できるようにつくりましたが、一度組んでしまうと確かにそのままになってしまいますね。スライドレールやボールスクリューを使ったのでかなり重くなりました。タイミングベルト駆動にすれば、かなり軽くなると思います。

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  4. あっちこっちに質問してしまってすみませんが、カテゴリがここだと思ったので..
    同じフレームセット(No.227518)にしようとほぼ決めかけてるのですが、どっちをXにしても問題ないんですよね?Xを長くした方が使い勝手が良さそうなので。

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    1. 部品は同じ種類なので、長い方(ボールスクリューやレール)をX軸につかえば大丈夫です。

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  5. 同じものを発注したのですが、サプライヤーから確認のメッセージが来まして。
    なにやら関税についての報告をどの程度したらいいのか?みたいなことをいってるみたいですけど..ある程度の金額以上は確認してくるものなのですか?以下原文
    Dear sir. Thank you. Do you have any requirement about customs declaration. How much do you need us to report? please tell me your email.

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  6. 関税は普通配達時か後から請求されるんですよね?コンビニで払う用紙がついてて..
    関税申告書が必要かどうかを聞いてるんでしょうか?これって必要な場合があるんでしょうか?

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    1. FedExには品物の価値を知らせないといけないと思うので、ドル建ての金額でいいと思います。
      たしかあとでFedExから関税の支払い用紙が郵送されてきました。2000円くらいだったと思います。
      小さい商品の場合は大体ギフト扱いになりますが、大型のものだと商品扱いになってしまうのかもしれません。

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    2. http://cnc-selfbuild.blogspot.jp/search/label/AliExpress?updated-max=2016-04-08T18:42:00%2B09:00&max-results=20&start=10&by-date=false
      ここに書いてましたね。いくらと書けばいいのか聞いてるわけですかね?

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    3. そうですね、そこに書いてありましたね。
      どのくらいの価値(損害賠償金額)ということだと思います。なので、万が一搬送中に紛失や破損が合った場合は、ショップ側へクレームつけるのではなく、受取人がその分の金額をFedExに請求できるということなのだと思います。ということから、受取人がその金額を決めなければいけないという手順になると思います。通常、その商品代金(ドル建て)でいいと思います。多少高く見積もってもいいし、安く見積もってもいいとは思いますが、当然高く見積もれば、その分関税も高くなるかもしれません。手数料500円+商品価値の5%くらいの請求になるかと思います。

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  7. "ita"というハンドル名の方から何度かコメントをいただいてる旨メールが来るのですが、私の環境からはココにその内容が表示されないのです。どう返事すれば良いのか...

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  8. すみません。多分私へのコメントではないのですね..メール通知は新規登録すべて通知されるのを知りませんでした。

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    1. anoseさんお久しぶりです。そうですね。確かにitaさんからコメント頂いていますが、ここに載りませんね。何かの設定でしょうかね?

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  9. お騒がせして申し訳ないです。
    なぜだかコメントが登録されなくて何度かトライしたもんで。(^^;

    このコメントが登録されればこちらの書き込み時の環境によるものかと思われます。
    (登録されなかった時は別のパソコンからでした)

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    1. 大丈夫そうですね。PCの設定なんでしょうかね。

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  10. Aliexpressで若干トラブりかけてるので教えてほしいのですが、先方は送り先住所を知らないのでしょうか?仕組みがよくわからないのです。1)1回目の注文で1つ商品が間違っていたのでメッセージで報告 2)写真を添付して先方も送り直す(resend)と返事 3)それだけ送ってもらうのも気の毒だと思い追加発注するのでまとめて送ってほしいと連絡 4)追加商品は送ってきたけど問題の商品は入っていないので再度連絡 5)アドレスを教えてくれれば送り直すと連絡(今ココ)
    2回も商品を送っておいてアドレスがわからないってどういうことなんでしょう?

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    1. おそらくAliExpressの多くはドロップシッピングで、いわゆる転売と同じシステムだと思います。anoseさんが注文したら、そのショップは、他の中国内の別のショップ(あるいは問屋)に注文し直して、その別のショップ(あるいは問屋)がanoseさんに直接発送するというシステムになっているんだと思います。なので、複数の商品を注文した場合、別々の問屋からそれぞれの商品を発送ということになるのかもしれませんね。

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