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５（Y軸２本）

X軸、Z軸がだいたいできたので、いよいよY軸の製作です。Y軸はボールスクリューが1100mmあり、骨格となるC型チャンネルは1220mmあります。1220mmは4'x8'版の短手の長さと同じで、4'x8'版の作業台があるので、その上に載せるためにその寸法になっています。
とりあえず、必要な部材のカットから。カット時の騒音がものすごいので、昼間にしかカットできません。夜はマーキングや組み立てをする感じです。

ようやく、Y軸２本分に必要な主な部材の切り出しが終わりました。右手前にある長方形の小さな部品はベアリングユニットを底上げするスペーサーです。左側にあるモーターマウントはとりあえず穴あけまでやっておきました。中央の大きい穴（径39mm）をあける際にものすごい音がするので、昼間のうちにあけておかないとだめです。この大口径の穴あけが一番面倒。ステッピングモーターが４つあるので４つ分あければいいのですが、もし20個とかあると嫌になります。今後このCNCマシンでこのような作業ができるようになれば楽なのですが。モーターマウント２個だけで１時間くらいかかりました。モーターマウントの小さいほうの４つ穴はM5タップが切られています。けっこうタップを切って済ませているので、購入したナットをあまり使ってません。

これからそれぞれの部材に、M5用貫通穴（径5.5mm）、M5用タップ下穴（径4.2mm）、M6用貫通穴（径6.5mm）、M6用タップ下穴（径5mm）の４種類の穴あけ作業があります。C型チャンネル上にレールを固定する穴はタップを切るのですが、合計で32個あります。けっこう大変。タップは夜中にゆっくりやればいいので後回し。
とにかく切断と大口径穴あけだけ先に終わらせたという感じです。騒音と削りカスが飛び散る作業は、いつ始めようかと躊躇しがちですが、さっさと終わらせると気が楽になります。


作業のつづき：
引き続き穴あけです。Y軸は２本あるので、作業量が２倍になって意外に時間かかります。
まずは先ほどのスペーサー。こんな感じ↓になります。

このスペーサーだけでも、下穴も含め48回ボール盤で穴あけします。さらに穴の周囲と各辺のバリ取りもしなければなりません。小さい割にけっこう手間がかかりました。

そして、C型チャンネルにM5のタップを切ります。レールを直に固定するネジ穴です。合計32カ所。これも疲れる。こうゆう作業は夜中にできます。

しかし作業中に意外なものを発見しました。以下の画像、レール上を滑るスライドブロックですが、ひとつだけ（右側）違うタイプが入っていました。上部中央に六角穴の止めネジがついています。全部で16個あるうちこのひとつだけです。

裏返してみると、こんな感じでやっぱりひとつだけ違います。外形やネジ穴の位置などは同じなのですが、仕組みが少し違うようです。

右側スライドブロックの底面は何もなし。左と中央のスライドブロックには、抑え金具のようなものがついています。この押さえ金具も何のためについているのか分からないのですが、抑え金具のビニール皮膜もはがしてしまって、いろいろいじってみると、

どうやらこの抑え金具を外すと、中のC型リニアベアリングが回転するようです。さきほどのひとつだけ違うタイプのものは押さえ金具がないかわりに上部の止めネジで固定するようです。そのほうがスマートな感じだと思いますが、16個中15個がこの抑え金具タイプのものです。側面にも六角穴付き止めネジがついているのですが、それを締めても回転しなくなるようです。よくわからないけど、抑え金具についていたビニール皮膜をはがして、以下のようにまた元通りにもどしておきました。

この押さえ金具だけ、後付けしたような中途半端なつくりになっているので、何なんだろうとは思っていたんですが。まあ、このままつかいましょう。一個だけ違うタイプのものも寸法は同じなので、問題はなさそうです。

という感じで、今日の作業はおしまいです。材料カットと穴あけやタップ切りで終わりました。
次回組み立てに入ります。