ミニアクチュエータ

AliExpressを眺めていたらこんな小さなアクチュエータがありました。そんなに高くないので思わず買いそうになってしまいましたが、特に使う予定はないので今回は我慢。

これで$12.00送料無料。

少し違うタイプもありました。こちら（以下）は$9.00。安い。と思ったら５個でこの値段でした。一個200円くらいです。上のものも5個の値段。意味なく買ってしまいそう。

しかし何に使えばいいでしょうか。元々はデジカメなどのレンズ焦点調節用でしょうか？

ミニCNCマシンでもつくればいいのかもしれませんが、きっと実用的ではないかもしれませんね。

もうすこし大きめになると以下のような感じ。

これは、一個で$13.00送料無料。移動距離は47、63、69mmの三種類ありそうです。このくらいならまだ何かには使えるかもしれません。ネイルアートに使うのもいいかもしれません。かなり細かい表現ができそうです。

上のものはアクリルがゴツいので、以下のような部品のみでもよさそうです。

これで$2.82ドル送料無料。3軸分買っても1000円以下です。移動距離は書いてないけれども、他で販売しているのをみると送りネジが74mmらしい。3個くらい買ってみてもいいかもしれないけど我慢しておきます。

CNCマシン：制作中１２（配線作業その３）

X軸とY軸との交点に必要な配線用ブラケット制作から開始。どの部分にコネクターをつけようか悩みましたが、すぐに取り外すことができるX軸のモーターマウント上に取り付けることにしました。

手前左から、コネクター（ピンヘッダ＋ピンソケット）、コネクター用ブラケット、右に見えるのがケーブルドラッグチェーン用ブラケット、モーターマウント上にM3のタップを２カ所切って、そこにコネクター用ブラケットを取り付けます。こんな感じで、必要に応じてブラケットをつくったり細かい作業が多いです。

これらを組み立ててハンダ付けし、ようやくX軸とY軸をつなぐ配線が終わったところ。Y軸に沿った２個目のケーブルドラッグチェーンに8芯ケーブル3本通しました。

8芯ケーブル3本だとかなり弾力があるのですが、なんとかねじ曲げてすっきりまとまりました。いちおうどのネジにもアクセス可能にしておきました。

ハンダ付けしてあるところは前回同様黒いホットボンドで固めてあります。今回は、ホットボンドを盛りつけたあとにコテ（クラフトテープの粘着しにくい表面）で押さえたので、内部に充填しつつ表面もいくらか平らになっています。X軸（Z軸も含む）をY軸から切り離すときに、このコネクターを外す感じです。いちおう通電テストもしてみましたが大丈夫そうです。

次は、これら8芯線3本がケーブルドラッグチェーンを通った後に、Y軸モーター2個+Y軸リミットスイッチ2個と合流します。合計で36線となり、最後にCNCシールドや電源が入っているコントロールボックスにつながる予定です。

続き:「専用台の制作」

CNCマシン：制作中１１（配線作業その２）

前回のZ軸裏の部分が大体できました（Z軸につくレーザー＋FAN+LED+EXTRAの合計8線はまだ）。結束バンドで力が加わりそうなところはブラケットといっしょに固定。ケーブルドラッグチェーンが垂れる部分をLアングルで支える部材を付け加えました。これで、正面から見れば、ケーブルドラッグチェーンはX軸のちょうど真裏で動くので目障りではありません。

まあ、それなりにすっきりしました。けっこう時間かかります。ケーブルの取り回しを考えて、そのための小さなブラケットをつくり、細かい作業が多いです。8芯ケーブル2本が取り付くピンソケット部分とケーブルドラッグチェーンに入る手前の部分は、いちおう結束バンドで押さえておくことに。結束バンドを通すために、ピンソケットがついている短いアングルはスペーサーで少し浮かしてあります。

その場その場で解決しながらつくっているので、あーでもないこーでもないと考えている間に時間がたってしまいます。しかもブラケットが取り付く穴を本体にもあける必要があるので、いちいち分解しては、ボール盤へ持って行き作業をする感じです。

つぎは、この↑部分。ここは前回の線＋X軸モーター＋X軸リミットスイッチで、合計24線ケーブルドラッグチェーンを通ります。8芯ケーブルなら3本ですが。
ここは、前回より大変そうです。まだ、どこに何を配置するか決まっていません。だいたい以下三つがここに集中しています。
・前回のX軸裏ケーブルドラッグチェーンを通ってきた8芯ケーブル2本の着地点コネクター
・X軸モーターとX軸リミットスイッチの端子をまとめたコネクター（合計8線）
・つぎのケーブルドラッグチェーンの入り口（8芯x3本）
あまりスペースもないのでまた新たなブラケットを付け加えなければいけませんが、どこにどのようにつけようか思案中です。必要に応じて、既存部品の改造もでてくるかと思います。そうなると、また分解して穴あけし、組み立て状態を見るという繰り返しになります。

次：配線作業続き。

CNCマシン：制作中１０（配線作業）

今日秋葉原に行って、ケーブルや端子類を購入してきました。
ケーブルはオヤイデで、ケーブルドラッグチェーンを通すなら多芯ケーブルがいいと思い購入。

左がVVC8芯(0.3㎟）、右がVVC4芯(0.3㎟）。それぞれ径が7mm、6mmくらい。最初ネットで見た段階では中の芯の断面積0.18㎟にしようかと思ってましたが、現物を見ると細いので、ひとつ上の太いものにしました。この太さでもケーブルドラッグチェーンには通るし、曲げてみてもそんなに硬くないので問題ないでしょう。これが2〜3本ケーブルドラッグチェーンに通る感じになります。
それから、赤黒の２本線ケーブルもリミットスイッチ用に買いました。
モーターなどからのノイズ対策にシールドケーブルもいいとShapeOko wikiに書いてありましたが、今回は普通のケーブルで。ノイズがひどければ、あとで交換するしかない。

まずは簡単そうなリミットスイッチから作業開始。これはX軸の一番遠いところのリミットスイッチ。レールの下の隙間にケーブルを通すことができたので、ちょうどよかったです。いちおう熱収縮チューブでハンダづけした端子部分を覆い、両面テープ付きのケーブル用抑え金具で多少引っ張られてもすぐには外れないようにしておきました。

これ↑は、Z軸の下のリミットスイッチ。ケーブルが弛まないように押さえ金具で部分的に固定。

つぎはZ軸裏側部分とX軸との交点。ここが面倒。モーターやリミットスイッチ、その他レーザー用の端子など入れると合計で16線あります。さきほどのVVC8芯ケーブル二本をZ軸から持って来て、ケーブルドラッグチェーンに通す部分です。ケーブルドラッグチェーンはどっち向きがいいか迷いましたが、下に垂らすほうにしてX軸の真裏にくるようにしました。木のブロックで支えていますが、あとで垂れるポイントに短いLアングルを取り付ける予定です。

上から8線Z軸のケーブルが来ており（レーザー用にあと8線あるけど、それはまだ）、普通の2.54mmピッチのピンヘッダ（2列x4）とつながれて、X軸側のピンソケットに差し込まれています（コネクターはちょうどいいのがなかったので、ピンヘッダとピンソケットを代用）。ピンヘッダだと弱すぎるかなと思いましたが、CNCシールドのモーター端子もピンヘッダなので大丈夫かと。分解するときに、Z軸とX軸を分離できるように配線を脱着可能にしてあります。
まだ仮固定中ですが、ピンソケットの両端3本ずつのソケットを抜き、そこにM3穴をあけてLアングルに固定する予定です。ピンヘッダのハンダづけされている部分は、ピンがたまに抜けるときがあるので、熱収縮チューブを用いずホットボンド（黒色）で固めてしまっています。同様にピンソケット側の8芯ケーブル2本分（合計16線）もホットボンドで固めてしまいました。とにかくこの8芯ケーブルをハンダ付けするのが面倒。
ケーブルドラッグチェーンの内寸が10x20mmで、まだ少しゆとりがあります。

こんな感じでしばらくは配線作業となります。
ホットボンドがべたべた扱いにくいのですが、ある程度盛りつけたらすぐにクラフトテープの表面（テプロンっぽい粘着しにくい面）に押し付けると平らになることがわかったので、今後そうやってもう少しきれいに作業しようと思ってます。

次：配線作業続き。

CNCマシン：制作中８（XY軸接合部＋リミットスイッチ）

X軸とY軸の接合部分を改良していました。前回のやり方だと最終的な平行や直角の調整のとき、アクセスできないネジがあったので、ワンクッションはさんだ部材を付け加えることで解決しました。これで組み立てや分解、そして調整も楽になります。

まずY軸のスライダー部分です。線対称的に奥にも同じY軸のスライダーがあります。この上にX軸がまたがるようにのります。X軸からすれば移動する土台みたいなものです。上面は穴だらけ。中央４つの穴は前回の失敗穴です。今回は使いません。

上方↑にX軸が見えます（木のブロックで持ち上げています）。X軸の端部には下からアルミ板をつけて逆Tの字型の足をつけました。これが今回付け足した部品です。このままX軸をY軸に降ろして、ネジをしめるだけです。前回は気をきかせて一部下から差し込むネジをつかっていましたが、今回は全部上から差し込むネジに変更しました。この状態であれば、Y軸はスライダー含め固定されており、その固定された状態で上からX軸をのせることができます。またX軸の高さをもっと高くしたい場合には、この部分にスペーサー的な部材を挿入すればいいと思います。

こちら↑は、X軸反対側のモーター部分。カップリングの下に見える極低頭ネジの部分が前回一番の問題でした。ネジ頭は他の部品に干渉しないのですが、スペースがせまいため締めにくい。いったんモーターマウントを外してから締めないといけません。モーターマウントはすぐに裏のネジを外せばとれるようにしておいたのでそれほど問題ではないのですが、それでもベアリングユニットにすこし重なってしまったので、六角レンチが入りにくいかんじです。それで以下のように既存の六角レンチをグラインダーでカットして短くしました。

奥の六角レンチが既存のもので、手前がカットして短くしたものです。高さが約13mm。それでも締めにくいのですが、少しずつでも確実に回すことはできるという感じです。作っていると、どうしてもこういった例外的な部分がでてきたりします。今回は、これでいちおう解決したことにしました。

前回はひとつの部材でX軸とY軸を固定しようと材料数を減らしたために構成はシンプルになったのですが、かえって組み立てや調整がしにくい仕組みになっていました。なんか地味な作業でしたが、この部分はマシンの動きや精度において重要な箇所なので、いちおうきちんと作り直しておきました。一枚部材が増えたことから、調整の幅も増えたという感じです。本調整はモーターを動かしながらとなるので、もう少し先です。

この段階で、Y軸片側を手でスライドさせてみましたが、かなり剛性があるみたいで、反対側の対となるY軸にはほとんどブレがありませんでした。ベアリングの入ったスライダーとレールの場合、動きが滑らかなだけでなく、あそびがほとんどなくても動くようなので、Y軸ではステッピングモーターを片側だけにしても大丈夫そうです（いまのところ２個使う予定ではありましたが）。逆にモーター２個だと、同期が崩れた場合問題となってしまいます。このことも実際モーター試運転のとき試してみます。

これでXYZ軸のおおまかなつくりは完了した感じです。あとはもう少し細かいところ。ということで、試しにリミットスイッチ部分をつくってみました。

これはX軸端部のリミットスイッチです。
注文したマイクロスイッチが思ったより小さく（13x6.5x5mm）、板バネの移動量も少ないので少し折り曲げました。スイッチが押されても多少惰性で動くと思うので、ある程度のあそびがあったほうがいいはずです。30x30mm t=3mmのLアングル（また手持ちスクラップから）をジグソーで切ってスイッチのサポート部材をつくりました。止めてあるネジはM2です。LアングルのほうにM2タップをきってあります。こんな感じで、X軸の両端とY軸の前方端部はいけると思います。その他の部分は、多少違うかたちにしないと固定できないので、また後日考えます。

続き：リミットスイッチ＋配線計画

CNCマシン：制作中７（XY軸接合部）

XYZ軸が大体できあがったのですが、それらを組み立てる際に直角や平行がとれていないと精度がとれないばかりか、ベアリングに変な負担をかけてしまい壊れる可能性もあります。まずY軸2本のレール間の距離が等しくなるように平行に配置し台の上に固定しておきます。その状態でX軸を載せていくのですが、ひとつ問題発見。

これ↑は、X軸（横）とY軸（縦）の接合部ですが、X軸とY軸の角度を微調整しようとしたら、この状態では無理だということに気づきました。いろんな部品が込み入っていて六角レンチが入る隙間がないということです。
この画像でいうと、ちょうどカップリング真下に見える、突き出た４本のネジ（ネジ先端部分が見える）。いろいろ考えた末に、下から突き刺してタップを切って留めるという方法にしたのですが、それでもダメでした。X軸とY軸をこのように一旦組んでしまうと、もう調整不可能。上はカップリングが邪魔し、下はY軸レールが邪魔して、このネジにアクセスできません。バラした状態で固定する以外ないというわけです。
同じようにX軸の反対側（対となっているもうひとつのY軸）の接合部は以下。

こちら↑も同様に下からネジ４本突き刺さってタップが切られていることで固定されています。カップリングなどないのでなんとかなりそうですが、この状態では下のネジ頭に六角レンチを入れることが不可能。この場合なら下からではなく、上から普通に突き刺せば良かったのかもしれません。しかしナットで留めることはできないので、下の部材にタップを切らなければいけません。そうすると違う位置にまたネジ穴をあけることになってしまいます。こちらはそれでもいいのかもしれませんが、また違うところにネジ穴あけるの嫌なので、いろいろ考えた末、この接合部にもう一枚部材をはさむという方法をとることにしました。X軸とY軸との角度を微調整するために、モーターやカップリングを外したり、狭い空間でぎりぎり六角レンチを回さなくてもすむようにと。
ということで部材切り出し。以下。

手前のアルミ板2枚が、さきほどの問題を解決するための部材。これをX軸とY軸との間に挟みます。奥の変則Lアングルは、Y軸のボールスクリューとスライドブロックをつなぐ部材です。以下の部分です。

下部に見えるボールスクリュー上を移動するベアリングナットブロック（4つ穴）とその上にある150mm幅のLアングルをつなぐ部材です。ただの平板でよかったのですが、さきほどのX軸とY軸との接合部にアルミ板を使ってしまったので、手持ちのスクラップから取り出したLアングルを利用しただけです。

という感じで、おおまかにはXYZ軸それぞれできあがってはいるのですが、細かい部分でいろいろ問題がでてきたりして、その都度試行錯誤しながら微妙に改良している感じです。


作業のつづき：
とは言ってもあまり進みませんでした。途中レーザーの実験もしていたので。

Y軸のボールスクリューナットブロックとレール上のスライドブロックの連結部品です。これでがっちりつながりました。ブレはほとんどない感じ。あとはこの上面のソケットスクリューを廃止して、左右４個ずつあいている穴に段付きドリルビットでザグリを入れて、極低頭ボルトを差し込みます（真ん中４つの穴はもう使わない）。その上から、X軸と接合するアルミ板を重ねます（それを留めるネジ穴も新たにあけなければいけない）。
つまり、Y軸はこの状態で完結できるようにしておき、後付けされるX軸が簡単に載せられるようにしつつ、ネジ締めも容易にできるように改良します。

つづき：XY軸接合部とリミットスイッチ

CNCマシン：制作中６（引き続きY軸２本）

Y軸２本がほぼ完成。C型チャンネルにレール、ベアリングユニット両端（ボールスクリュー付き）、ステッピングモーター＋マウントを取り付けました。ほとんどがドリルの穴あけとタッピング作業でした。穴だけでも78回（下穴も含め）あけてます。タッピングも48カ所です。１本の単純な部材にけっこう手間かかります。
あとは、Y軸とX軸をつなげるジョイント材の加工がまだ終わってません。とりあえず現段階で昨日までつくったXZ軸をこの上にのせてみると以下のようになります。

これでようやく全体像が見えてきます。横幅約1m、奥行き約1.2mです。
Y軸１本の重さを計ったら9kgありました。XZ軸で16.5kgあったので、この段階で総重量34.5kgということになります。超重い。ルーター（トリマ）もまだだし、Y軸２本をつなぐフレーム材２本もこれからです。40kgにはなりそう。ここまでの費用は約6万円。
Y軸2本をつなぐフレーム材は、当初は30x30mmのアルミ角パイプを使う予定でしたが、75x50mm t=5mmのアルミLアングルがまだまだあまっているので、それをつかおうかと思ってます。そのための穴もY軸にあけておきました。
つぎの作業としては、X軸とY軸をつなぐジョイント材の加工、それからY軸２本をつなぐフレーム材とジョイント材となります。

つづき：XY軸接合部

CNCマシン：制作中４（X+Z軸合体）

X軸（レール部分で900mm）とZ軸（レール部分で350mm）をつなげる部分をつくりました。
75x50mm t=5mmのアルミLアングルが3mくらい余っているので、それを使うことに。52.5x38x150mmにすこし細くカットするのですが、卓上マルノコには固定しにくいのでジグソーでカット。切断面はアルミ用平ヤスリで。

左がそのまま卓上マルノコで150mmにカットしたLアングル。右が必要な寸法にカットされたLアングル。
この部材がZ軸裏面について、X軸上のスライダーに重なります。

X軸とZ軸を合体。X軸の上下スライダーを先ほどのLアングルとアルミ板でつないで、その部分にZ軸が固定されます。と思ったら、早速ミス。アルミ板にM5のタップを切らなければいけないのに、貫通穴を開けてしまいました。しかも穴の位置もなぜか1mmずつ外側にずれていました。作り直しかと思ったけど、上下ひっくり返したら新たに穴が開けられそうなのでそのまま続行。ちょうどZ軸とX軸の間にはさまれる箇所で見えないところなので大丈夫でした。けっこう慎重にやっているつもりが、たまにミスでます。今回はリカバリーきいてよかったけど、材料も限られているので、ミスると怖いです。

X軸とZ軸が交差している部分の厚みは合計で115mm。部品がゴツいわりにけっこうスリム化できたかも。スライドする部分は、それぞれが平行でなければいけないので、ネジ穴のあそびの分で微調整します。だいたいスムースに動きます。Z軸の移動プレートにも段付きドリルビットで穴あけ追加しましたが、極低頭ボルトが足りない。購入した長さ16mmの極低頭ボルトだと実は1mmくらい長過ぎたので買い替え中。今日出荷されたと思うけど、届くのは明日かあさってか。
しかし重い。この状態で16.5kg。
OpenRailとV-Wheelを使っていれば、おそらくこの半分くらいの重さで済んだのかもしれない。

X軸の裏面（C型チャンネルの背の部分）に、ケーブルドラッグチェーンをつけようかなと思ってますが、まだ届かない。リミットスイッチなど細かい部分はこれからつくる予定。とりあえず次はY軸２本です。またC型チャンネルの切断作業からです。

つづき：Y軸2本の制作

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。

次はZ軸の制作。