CNCマシン：初カットにチャレンジ

昨日、カットの実験をやろうと思ってましたが、オフセット（刃の半径分ずらす）のパスのやり方がよくわからず、そのかわりProbeの実験をしていました。この際、Inkscapeのオフセット機能でもいいのですが。
せっかく材料を切るなら、以前つくりかけで中断していたシナ合板のパーツ（CNCマシンとは関係ないパーツ）をつくろうと思って、Inkscapeで図面を描こうとしていたところで時間切れ。以前のパーツはジグソーで切っていたのですが、だんだん面倒になり、そして今回CNCマシンをつくるにあたって、しばらく放置してあったものです。ようやくCNCマシンで切断できる準備が整ったので、以前のシナ合板パーツ制作の続きをしようということです。

Inkscapeでの作業：
・とりあえず、mm単位に設定したInkscapeでパーツの図面描画。大きさは210x100mmくらい。
・Inkscape内のオフセット機能でエンドミルの半径3mm分外側の線を描く（パス）。
・パーツの形と今回使う材料（端材）の形から、中央下を基準点に設定して製図した図形を配置。
・それをExtensionsのgcodetoolsでG-Codeに吐き出す。

CNCマシンの設定（bCNC使用）：
・トリマに集塵機取り付け（以前つくった集塵用パーツ）。
・電源は、集塵機、トリマ、CNCマシンモーター用電源、それとパソコンとArduinoをUSB接続。
・材料：シナ合板12mm厚の配置（ビスで直に固定）。
・ホーミングでマシン原点の設定。
・作業エリア中央あたりに配置した材料へ移動しXY軸を微調整して材料に大体あわせる
・仮にWPos（0,0,0）に設定
・Probeを使ってZ軸ゼロ位置設定

準備OK（上画像）。以前つくった集塵パーツ、蛇腹ホースも黒いマジックテープで固定（使えるかどうか？ないよりはいいはず）。

bCNCの画面は以下のような感じ。

今回は12mm厚のシナ合板を3回パス（4mmずつ）で切る設定。材料として使っている端材がV字型しているので、原点を合わせやすいように中央下が図面上でも原点になってます。

カット開始：
準備は整ったので（ここまででもかなり時間かかる）、Startボタンをクリック（その前に集塵機とトリマのスイッチもON）。

思っていたより速く進むので、bCNC上のFeed Overrideを85%まで下げました（追記：この時点ではGrbl0.9、まだオーバーライド機能には未対応だったので意味なし）。それとトリマの回転数は50%くらいに下げていたのを80%くらいまであげました。トリマは下に排気するので、細いグレーの水道管では吸い取りきれません。しかも周囲についている透明塩ビのスカートと台との間にも隙間があります。ただ、空気中に細かい塵が舞うほどではありません。いちおうそれなりに機能はしてます。

３回目のパス。いちおう順調。Feedやトリマの回転速度もちょうどよさそう。焦げたりしていません。切りくずは周囲にたまっていますが、宙に舞うような細かい塵はあいかわらず吸い取ってくれてます。


カット終了：

カット直後の材料の状態（削りカスは集塵機で吸い取り済み）。バリや底面に薄皮が残っています。薄皮が少し残っているくらいがちょうどよさそうです。部品が動かないし、台を削らないので（今回、作業台は無傷でした）。
さて、台から材料を外して、どのくらいきれいか見てみます。

カッターで薄皮を切ってサンドペーパーでバリをとると、かなりきれい。寸法もあっています。
合格という感じです。

エッジもかなりシャープにでています（もっとひどいかと予想していました）。4枚刃のエンドミルですが、けっこう木材でも大丈夫なんですね。

上が今回CNCマシンで切った部品、下が数ヶ月前にジグソーで切った部品。見た目はあまりかわらないかも。CNCマシンだと凹みが丸くなってしまうのは仕方ないけど、あとからヤスリかノミなどで調整すればいい。

感想：
以前ジグソーで切ったほうも（上画像の下の部品）、丁寧に切ったのできれいなほうだと思うのですが（エッジにバリなどでないように一旦カッターで切り込みを入れている）、やはりそれだけ面倒。しかし時間的にはあまりかわらないかも。CNCマシンだと準備やら設定にもけっこう時間かかるので（慣れれば早いのかもしれないけれど）、ジグソーとクランプを駆使して切ったほうが圧倒的に早いはず。騒音や塵の量も少なくてすむし。
でも、何個も切るとなると体力が尽きたり飽きが来て、そういうときにはCNCマシンのほうがいい。使い分けかもしれないけれど、やはりCNCマシンだと疲れないというのが一番の利点かな。音がうるさいのが問題。そもそもトリマも集塵機もうるさい。

最後にCNCマシンで切ったパーツの凹み部分の丸みをヤスリで削ってはめ込むとこんな感じ。CNCマシンカットと手仕事との合体。やはりCNCマシンだとトラブルさえなければ、精確に形を切ってくれるからいいかもしれない。
ということで、今回のCNCマシン初カットは無事終了。使えるということが分かって一安心。
トリマのノイズもあるのかと思ってましたが、特に影響ありませんでした。
つぎはレーザーの実験をしなけれないけません。

CNCマシン：制作中１６（スピンドルマウント）

4/1にAliExpressに注文したスピンドルマウントがやっと到着。Air Mail便で27日もかかりました。なかなか着かないので気になってはいたのですが、トラッキングしてみるとこんな感じ。

4/14に[Reach Guangzhou terminal]、Leave [Guanzhou] TAC Air Terminalとなっているので、空港に到着して出発したかのようですが、4/16にも同様に到着して出発、さらに4/23にも到着と出発。これって、出発したのに、また同じところに戻ってるみたいな感じ。4/23の出発後、4/26に川崎に到着しています。もし、4/14にちゃんと出発していれば、その3日後の4/17には川崎に着いていたはず。そしてその二日後の4/19には手元に届いていたはず。なんで、途中で３回も同じところをぐるぐると回っているのかなと疑問に思っていました。今までの経験だと、早ければ10日くらい、遅くて3週間くらいでしたが、今回はかなり遅いほう。配送がきちんとすれば、AliExpressももっと使いやすくなるんですが、ちゃんと着いたからよかったと思うしかないのかも。

思ったより大きい。がっちりホールドしてくれそうなのでいいかもしれません。アルミキャストですが、柔らかいアルミのようでそれほど重くないです。一見きれいに見えますが、アルミの上にシルバーの塗装がしてあります。手で持つと塗装がついて手が銀色になります（なので一度タワシで水洗いしました）。写真では分かりにくいですが、正直それほど精巧なつくりではないです。三つ穴なのになぜかネジは２本しかついていませんでした。径65mmのスピンドル用です。手持ちのマキタのトリマが入るかチェック。

けっこうぴったりで特に問題なし。多少バリがあるので、ヤスリで面取りなどしました。
同時に、二股のクーラントチューブも届いたので、取り付けるとしたらこんな感じ。

このクーラントチューブは集塵用に買ってみたのですが、このトリマは下に吐き出す排気になっているので、この程度ではあまり集塵効果は期待できません。以前つくった360度囲い込む集塵装置をつけたほうがいいかもしれません。このクーラントチューブは、逆に空気を送り込んで文字通り冷却用に使うかもしれません。
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ということで、またスピンドルマウントに戻りますが、スピンドルマウントとZ軸の移動テーブルに穴あけする必要があります。マウントのアルミは柔らかく、すぐに穴があきます。M5用に径5.5mm貫通穴をあけて、ボルトの頭を沈めるために（16mm長のボルトでは短すぎたので）径10mmで5mmほど（隣の立ち上がりがあるため、段付きドリルビットだと短すぎて使えない）。
以下のように取り付けてみました。特に問題なしというか、予想通りという感じ。

ちなみに、トリマ+マウント＋Z軸でちょうど8kgくらい。やっぱり重い。
トリマから伸びている電源コードは、蛇腹ホースや何かで宙に浮くようにしないといけないかもしれません。あるいはピアノ線をケーブルにつけるのでもいいかもしれません。電源コードはこの先にスピードコントローラーがついて、いちおうスピード調節できるようにします。
以下が以前Amazonで購入したスピードコントローラーです。20Aまで大丈夫なので、アルミLアングルなどを切断する際の卓上マルノコにも使っていました。けっこう便利です。



配線作業も大体終わりそうなのですが、そろそろ直動機構の平行やレベル出しをしなければいけません。

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続き：いよいよ試運転

サイクロン集塵機

材料（特にアルミ板やネジ類）がまだ届かないので、前回の集塵機能の続きということで、サイクロン集塵機を自作することにしました。ネットで調べると簡単にできそうなので、材料を100円ショップやホームセンターで手に入れてきました。

材料はこんな↑感じ。バケツは100円ショップで一個108円です。あとはホームセンターで水道管のジョイント部品なんかを買ってきました。全部で897円。
ネットで見ると、バケツに穴をあけてシリコンやエポキシなどで固定しているのもありましたが、幸いネジ式固定できる部品があったので、それをつかうことにします。
基本的には、バケツの口同士を向き合わせてダブルクリップで周囲を留めるという感じ。吸い出しと吐き出しの穴はどちらとも上面につけて、できるだけ簡単につくろうと思います。

まずこの部品↑。管の端部に蓋をして留めてしまう部品です。ネジがついているので、バケツにはさみこんで掃除機からのホースを差し込む部分をつくろうと思います。

こんな感じ↑で、蓋の部分に掃除機のホースが入る大きさで穴（径44mm）をあけます。木工用の自由錐であけました。。


こんなやつです。
そうすると以下のように掃除機のホースが差し込めるようになります。あとはバケツにも穴をあけて、このネジ式の部品ではさんでしまいます。この部品にはOリングがついているので密閉効果もあります。

こんな感じ（以下）で、バケツ中央に取り付け完了。接着剤などつかってないので、取り外し可能です。このまま黒いホースが掃除機につながります。

つぎは、このサイクロン本体がゴミを吸い込むほうのホースの接続部分です。

これ↑もまた、ネジがついているパーツを買ってきました。右側のストレートの部品が左に見えるL型の部品にねじ込むことができます。L型部品はバケツの内部に入る予定です。L型になっているため、ゴミといっしょに吸込む空気がバケツの内周に沿って渦巻き状に回る予定です。
先ほどの部品と同じように、この部品二つでバケツの穴を通してはさみこみます。そのとき一応リング状のゴムもはさんで密閉効果を上げておきます。

という感じで、ここまでは順調にできました。
が、しかしここで問題発見。前回トリマにつないでいたホース（右側）が入りません。というか間違って、同じ寸法（内径30mmくらい）のものを買って来てしまいました。グレーのト部品に合う水道管を買ってこないとつながりません。またホームセンターいくのは面倒なので、ここで中断。
というかこれでほぼ完成です。

これが内部。掃除機につながるほうの部品には、口径を大きくするための部品を取り付けます。それだけだとちょっと短いので、同じ口径のストレートの部品もつなげて少し長くしておきます。
奥の左側の部品は、先ほどのL型部品です。この角度調整で渦巻きのできかたがかわるのかもしれませんが、このバケツだと中が見えないので、確かめようがありません。窓でもつけるといいのですが、面倒なのでやめておきます。

ということで、いちおうほぼ完成です。試運転はまたしてもできていませんが。
バケツ同士は、このようにダブルクリップ（サイズ：中）で周囲６カ所とめています。バケツの縁に厚みがあるので、ダブルクリップがはさめるようにカッターで削り取ってあります。それと、密閉効果をあげるために、一方のバケツには、スポンジゴムシートを細く切ったものを口まわりにつけています。

動かしてみないとわからないのですが、上部では直径が小さいので、渦巻き現象がおこりにくいのかどうか？なんとなく、中央の膨らんでいる部分で一番回転速度が上がってしまい、一番上のゴミが下に落ちにくいのでは？
ネットでは集塵率99％以上とか書いてあるものもありますが、そこまですごくなくてもいいと思います。どうせ多少もれても、もともとのマキタの集塵機に入るだけなので。

CNCマシンの材料が届かないので、ちょっと脇道に逸れましたが、このサイクロン集塵機も一応使う予定ではあるので、CNCマシン製作の一部ではあります。

とは言っても、先ほどX軸用のC型チャンネルやLアングルを少し切っておきました。これからレールでもつけようかなと思います。

CNCマシン：スピンドル集塵機能

アルミC型チャンネルを切っていて思ったのですが、CNCマシンにも集塵機能をつけないと部屋中埃まみれなりそうです。やはり集塵機能もかなり重要になってくるかと。

オリジナルマインドでは、以下のようなキットを販売していますが、相変わらず高価。

動画を見ると、たしかに効果ありそうです。
このくねくね曲がるチューブは、Amazonでもクーラントパイプとして500円前後で売ってますね。たぶん中国製。


あとは蛇腹ホースに接続して掃除機につなげれば、なんとかなりそう。
一方向からというより、前後に２本くらいつけるともっと集塵能力があがるかも。

やっぱりありますね。AliExpressだと、こんな二股のも（994円/送料無料）。Amazonで安いのを買えば、どうせ中国から送られてくるので、AliExpressから買っても同じですね。さらに先端部分にLED照明もつければもっと便利です。

他のアイデアとしては、掃除機の丸ブラシを改造してつけるというのも。


こんな↑感じのものを、改造してルーターの刃を囲んでしまう方法。ただ、その場合、加工中に刃の先端部分が見えなくなってしまうのが気になります。透明プラスチックでできていればいいのですが、なかなかないです。
なので、もう少し工夫すると、ルーターの直径にあうようなアクリルチューブを50mm前後用意して、その下にブラシをつけるというかんじ。上の掃除機用丸ブラシのブラシ部分を取り付けてもいいですが、以下のような網戸用のブラシ（モヘア）を使ってもいいかもしれません。

こんな↑細長いブラシ（網戸サッシの隙間虫除け）があります。これを切って円形の透明アクリルチューブにつけると回転中の刃も見えるかと思います。ルーターの刃の周りを360度囲むので、かなり集塵能力があがると思います。上記のモヘヤは毛足が9mmですが、12mmの合板を切る場合には短すぎるので、20mmくらいのものを使うといいと思います。

実際つくって試してみないと分からないですが、手っ取り早いのは先ほどのクーラントパイプを使う方法ですね。それで集塵効果が思ったほど期待できなければ、360度囲むようなつくりにすればいいと思います。

ということで、試しに手持ちの材料でつくってみました。まだブラシ（モヘヤ）がないので未完成ですが。

トリマは径65mm。グレーの塩ビ水道管が径22mm。
材料をさがしていたら、たまたまマキタの蛇腹ホースもでてきて、ちょうど塩ビ水道管が入るのでつけてみました。蛇腹ホースはコネクターがあるので、そのままマキタの集塵機につながります。
12mmの合板なので、少し薄いかもしれません。15mmくらいあるといいかも。いちおう切り込みをいれてネジで締められるようにはしています。周囲には透明塩ビ板（照明器具のパッケージについていたものを切って丸めただけ）を巻きこんでいます。両面テープで留めているだけですが、ちゃんとビスで留めれば大丈夫かと。
ブラシなしで、これだけでも集塵能力はかなりあがると思います。ブラシが透明塩ビ下端につくと、中が見えにくくなることはたしか。このまま透明塩ビ下端に短冊上の切り込みをいれるだけでもいいかもしれません。ほんとは合板の部分も透明アクリルでつくるといいのでしょうが。
CNCマシン上では、トリマはホルダーで固定されるため、ホルダーを避けて塩ビ水道管がついています。だから、その分だけトリマと塩ビ水道管の間に距離があります。
ちなみに夜になってしまって、試運転するとうるさいので、まだ試していません。

追記（次の日）：
それなりに集塵効果ありました。ただ問題は、トリマの排気が下方向に出るので、その勢いで削りカスをまき散らそうとします。集塵機の吸い上げるパワーが弱いと、削りカスが外に追い出されます。集塵機のパワーをあげたら、けっこうましになりました。まき散らされると言っても、なにもないよりはずっといいです。やっぱりブラシ（モヘヤ）があったほうがいいかもしれません。おそらく70%が90%くらいに集塵率があがると思います。

さらには、AliExpressでこんなのもありました（以下）。
AliExpress.com Product - 1M x 80mm Brush Vacuum Cleaner Engraving Machine Dust Cover For CNC Router For Spindle Motor. いちおうCNC集塵用のブラシ（632円送料込み）。
ブラシ部分は70mmで1m巻き。これで側面を囲ってしまえばいいですが、上面を透明にしてエンドミル部分を見下ろす感じになりそうです。

関連：
集塵機を取り付けて「初カット（合板）にチャレンジ」