grbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中。
BluetoothモジュールおよびbCNCのPendant機能でスマホからもワイヤレス操作可能。
その他、電子工作・プログラミング、機械学習などもやっています。
MacとUbuntuを使用。

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:
利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:



*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。


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2016年10月5日水曜日

CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ

CNCミリングマシンの場合、フライス盤がベースとなって比較的小型で剛性もあり、移動テーブルのついたもの、そして金属加工メインという感じです。それに比べCNCルーターマシンは、比較的大きめで、木工など(金属加工よりも切削抵抗を受けない素材)を加工するタイプという感じです。どちらも3軸CNCマシンとして仕組みは同じようですが、精度、剛性においては、CNCミリングマシンのほうが遥かに上といった感じでしょう。

比較的安価なフライス盤(手動):

プロクソン(PROXXON) マイクロ・フライステーブル MF70 No.27120
プロクソン (PROXXON)
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安価なフライス盤(手動)であれば、プロクソンのこれ↑になるでしょうか。アマゾンで26,745円(送料無料)。
これを改造して3軸にステッピングモーターをつければCNCフライス盤になるかもしれません。
フライス盤は、もともと剛性が高くつくられているため、作業領域は狭いですが、精度が高い加工が可能です。小さな金属部品、あるいは電子回路基板など作成にはいいと思います。


フライス盤として、もう少ししっかりしたものが欲しいなら、
東洋アソシエイツ  ミニフライス盤LittleMilling1 66400
東洋アソシエイツ
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>
こんな感じ↑の卓上フライス盤、105,838円(送料無料)。
同様に、これを改造してCNCフライス盤にすることもできそうです。移動可能範囲180x130mm。


AMYAMY マイクロ・クロステーブル ミニのヘテロ ベン (6300 SIZE)
Yongkang Lison Industry and Trade Co. , Ltd
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これは逆に、XY軸だけの安価なクロステーブル。3,299円(送料無料)。
移動可能範囲は200x50mm。これにZ軸をつけてCNC3軸フライス盤にすることもできそうです。


しかし、改造するのが面倒であれば、オリジナルマインドのCNCミリングマシンということになるでしょうか。

作業テーブルサイズが、100x150mmのもので138,000円。
少し大きい150x200mmのもので178,000円。
作業エリアがこれ以上のものもあるけれども、そうなると20万、30万という感じでかなり高価になっていきます。


OpenBuilds:
それでは海外の製品はどうかというと、OpenBuildsの以下のようなものがあります。

作業エリア750x330mmとかなり広め。これで108,942円(送料別)。
これはどちらかというと、CNCルーターマシンに近いかもしれません。しかし送り機構はボールネジを使用しているため、精度も強度もそれなりにあると思います。X軸(左右方向)とZ軸(上下方向)にルーターが移動し、テーブルが前後方向(Y軸)に移動するタイプ。

また小型のものであれば、作業エリア350x280mmの以下のもの。
これもY軸方向にテーブルが移動するタイプで55,003円(送料別)とリーズナブル。

OpenBuildsはどちらかというとキット販売というより、CNCマシンをつくるために必要な部品を選んで自作するという感じなので、かならずしもこの形にこだわる必要もなさそうです。
このような↑、Cビームリニアアクチュエータという直動機構と送り機構が一体となった部品を組み合わせて、好みのサイズのCNCマシンを構成することができます。250mmのもので12,537円、500mmで14,367円、1000mmで16,855円(それぞれNEMA23モーター含む、送料別)。モーターなしにすればそれぞれ2500円くらい安くなる。

もう少し安価なタイプだとこちら↑のVスロットリニアアクチュエータ。これは送り機構として送りネジではなくタイミングベルトを用いたタイプ。より高速で動くことが可能だけれども、剛性や精度は送りネジを用いたものよりは落ちるという感じ。250mmで8990円、500mmで9530円、1000mmで10969円、1500mmで12,666円(それぞれNEMA17モーター含む、送料別)。モーターなしで1800円くらい安くなる。CNCミリングというよりCNCルーター用という感じ。

また、AliExpressでもOpenBuildsの部品やキットも販売しています。
NEMA23対応のCビームリニアアクチュエータであれば、
AliExpress.com Product - DIY NEMA 23 c-beam Z axis kit CNC Z-AXIS ASSEMBLY kit M8 lead screw Linear Actuator Bundle set with stepper motor8923円(送料込み)。
おそらくこれは250mmのZ軸用かもしれません。詳しくはショップに問い合わせてみるといいでしょう。他のサイズも取り扱っている場合もあります。

AliExpress.com Product - free shipping via DHL or EMS Openbuilds OX CNC router machine OX CNC MECHANICAL KIT ooznest OX CNC Machine作業エリアは問い合わせないと分からないですが、画像から判断すると400x700mmくらいでしょうか。このキットで77,309円(送料込み)。
またもっと大きい作業エリアのものだと、

AliExpress.com Product - OX CNC Router Kit 1000x1500mm 4Axis Belt Driven Wood Metal Engraving Milling Machine with 175 oz*in Nema23 Stepper Motors
こんな感じのもの58,201円(送料込み)。
どうやら1000x1500mmのVslotレールを使っているようです。これもタイミングベルト方式。
という感じで、AliExpressで探せばいろいろでてきます。


また、お手頃なものとして人気なのが以下のようなタイプ。
AliExpress.com Product - CNC 3020 with ER11 Diy mini cnc machine,3 Axis pcb Milling machine,Wood Router, laser engraving With GRBL Control And Offline14,672円(送料込み)

3020というのは作業エリア(30cm×20cm)ということです。組み立てや調整をきちんと行えば精度は出るようです。
もう少し大きいのであれば3040というサイズになります。



タイミングベルト方式か送りネジ方式か:
送り機構をタイミングベルト方式にするか送りネジ方式にするかで値段がかわってきます。送りネジ方式にしても、送りネジが単なる三角ネジか台形ネジかボールネジかでも精度は変わってきます。当然ボールネジのほうが精度がでるわけですが、その分値段が高くなったり、重くなったり、移動スピードも精度が上がる分遅くなります。
タイミングベルトのメリットは、安価であるし、すぐに部品を取り替えられること。もしスライドレールを拡張したときにも、タイミングベルトを張り直せばいいだけです。特に2GTや3GTという規格のタイミングベルトは歯が半円形になっており理論上バックラッシュゼロなので、そんなに精度が出ないというわけでもなさそうです。普通に趣味で使う分には問題ないと思います。


X-CARVE:
このほかDIY的なCNCルーターなら、海外製ですがX-CARVEがあります。

作業エリアは800x800mmのもので約12万円(送料別)。これよりも小さいタイプもあります。これもタイミングベルト方式(Z軸だけ送りネジ方式)。
3軸CNCマシンで、ヘッドにダイオードレーザーを取り付ければレーザー加工機としても使えます。


ShapeOko3:
似たような価格帯でもうひとつShapeOko3というのもあります。
ShapeOkoもX-CARVEと同様にサイズに応じて約10万円から15万円前後。
これもタイミングベルト方式。何回かの改良を重ねて品質向上しているようです。

X-CARVEやShapeOkoで使われている部品の一部はAliExpressでも購入可能で、このような部品を組み合わせるだけで似たような仕組みのCNCマシンを自作することもできます。
どちらもタイミングベルト方式なので、
AliExpress.com Product - Torsion Springs Pulley Set Gt2 Timing Belt Replacement Kit Accessories Screws Idlers Durable>2GTタイミングベルトとプーリーのセット、391円(送料込み)。

AliExpress.com Product - Makerslide Aluminium Extrusion Buildlog 2X laser ORD bot 3 D printer CNC mill frame Aluminum Profiles MakerSlide ExtrusionMakerSlideというV型のレールのついたアルミプロファイル、1962円(50cm/1cmごとに40円/送料込み)。

AliExpress.com Product - Solid V Delrin Wheel 5mm bore - V Rail V Slot Aluminium Linear Extrusion 3D Printer RepRap CNC v-wheel Makerslide Openrail上記V型レール用のV溝ホイール、10個セット2943円(送料込み)。

AliExpress.com Product - 500mm length OpenRail Linear Rail V slot rail aluminum extrusion openrail makerslider black anodized しかし、普通のアルミプロファイルこのレールを取り付けるという手段もあります。OpenRailというものらしいです。500mm長さ、2,001円(送料込み)。

断面はこんな感じで片方がV字の山がついています。つまり、普通のアルミプロファイルは国内で買って(たぶん、普通のアルミプロファイルは国内のほうが安いかもしれない)、あとからこのレール部品を取り付けるという手順です。またはアルミプロファイル以外の材料を使う場合(チャンネルやアングルなど)にも使えるかもしれません。ショップによっては最長で1500mmまであるようです。

このほか、別のタイプのレール/ホイールもあります。
こちらはMakerSlideとは違って、アルミプロファイルの溝自体がV型に斜めカットされているV slot Rail。1000mm、2,450円。写真は2040(20x40mm)ですが、サイズはいろいろあるようです。

ちなみに国内で普通に販売しているアルミプロファイルは、溝の部分がV型に斜めカットされていないため以下のV Wheelがぴったりはまらないので注意。

AliExpress.com Product - Delrin Flat type V-slot passive wheel delrin pulley wheel 5*24*10.5mm bearing printer roller wheel 3D printer 20 profile rail
一個109円(送料込み)。
V slot Rail用の角が斜めカットされているV wheel。

AliExpress.com Product - 10pcs High precision CNC clear Polycarbonate Xtreme v Mini wheel for Openbuilds v-slot linear rail system
また別のショップでは、V Wheelがこの画像のようにMakerSlideにもV slot Railにも使えるものもあります。10個セット、460〜1,023円(送料込み)。

MakerSlideを選ぶかV slot Railを選ぶかは好みや設計次第です。アルミプロファイルの軸上(中心)に車輪を滑らせたいのなら、V slotのほうを選ぶという感じでしょうか。

という感じで、AliExpressにもCNCマシンの部品屋がたくさんあるので(ショップによって値段も多少違う)、探してみるといろいろあるはずです。このように部品選びをしていると、次第に自作したくなってくると思います。
基本構造はこれらの部品の組み合わせでつくることができますが、自作するならあとはモーターも含め電気系統という感じです。おそらく5万円程度で自作できるかと思います。


この他の自作用部品:
このブログ上で自作したCNCマシンは、当初これらの部品を組み合わせてつくろうと思ってましたが、スペック、剛性、強度などを欲張ってしまったため以下のような部品を使いました。

AliExpress.com Product - 6 sets SBR16 L1000/650/350mm+ SFU1605-350/750/1050mm ball screw+3 BK12/BF12+3 DSG16H nut holder+ 3 D25-L30-6.35*10mm Couplingこれは、CNC3軸マシンをつくるための部品セット、36,936円(送料込み)。タイミングベルト方式ではなく、送り機構としてボールネジが使われています。直動機構もΦ16mmのレール上にスライドブロックがのる仕組みです。そのおかげで、かなりの剛性や精度を得ることができると思います。これらの部品とアルミプロファイルと組み合わせることも不可能ではないのですが、各部品の穴のピッチがアルミプロファイルの溝と一致しにくいために、構造自体も自作しなければいけないという感じです。

回転軸用パーツ:Grbl 1.1では3軸までしか制御できませんが、以下のような4軸以上のファームウェアを使用すれば、4軸目以降に回転制御機構を追加できそうです。ArduinoMega:4軸ファームウェアArduinoMega:5軸ファームウェアArduinoMega:6軸ファームウェアArduinoMega:6軸ファームウェア(Android) AliExpress.com Product - CNC Rotary A Axis chuck 50mm activity tailstock for CNC Router Engraver Milling Machine
14,862円(送料込み)

2016年3月27日日曜日

MakerSlideかv-Slotか、あるいは?

現在決まっているのは、

・CNC Shield3.0(後々、3.10へ)
・ステッピングモータードライバ:A4988(後々、DRV8825)
・Grbl Interpriter:Grbl v0.9
・G-Code-Sender:Grbl Controller3.6.1(その他いくつかあるので使いやすいもの)

という感じで、コントローラーとソフトはなんとななりそう。
ステッピングモーターも前々回大体使えそうなものが見えて来た感じ。オールNEMA17にしようと思っていたけど、できるだけNEMA23を使う方向で。

あとはやっぱりハードの設計。特にレールとスライダーを剛性やガタつきないようにどう組み立てていくか?レールに関しては、MakerSlideかv-Slotかという選択にはなるだろうけど。
その前にShapeoko3やX-CARVEでは、どのくらいの断面サイズのアルミフレーム(レール)が使用されているかチェックする必要がある。

Shapeoko2に比べ、Shapeoko3ではさらにアルミフレームが太くなっている。Shapeoko2やX-CARVEでは、MakerSlide20x40のレール付きアルミフレームが使われている。
これ↑は、20x40mmのMakerSlide(Inventables:$20.93/m)。ためしに1mを3本買うと、送料込みで$116.73(約13365円)。つまり4455円/m。
AliExpressだと5380円/m(送料無料)。

それに比べ、日本のミスミで売っている通常のアルミフレーム(レールなし)は以下。
同じ20x40mmのものでHFS標準タイプなら890円/m、HFSエコノミータイプで800円/m。
AliExpressだと安いのかと思ったら普通のアルミフレームですら送料込みで約2500円/m。

アルミフレームではないけれどもレール部分だけのものもAliExpressでは売っている(以下)。
フラットバーの片側にMakerSlideのような山型のレールがついている。
OpenBuildsPartStoreでも「Open Rail Linear Rail」で売っており、図面もあるけど小さくて見にくい(678円/m送料別)。でも便利そう。
ミスミのアルミフレームに取り付ければ、合計で約2800円/mとなる。案外いいかも。
以上が、MakerSlide。

もうひとつの候補としてv-Slot railがある。これもサイズ20x40(2040と呼ばれている)で比較してみる。
まずAliExpressでは、2495円/m(送料込み)

特にこの店では、様々な種類のv-Slot railを売っているようだ。
20x20(1554円/m)、20x40(2495円/m)、20x60(2953円/m)、20x80(3769円/m)まである。それぞれ送料込み。
さらに40x40もある(以下)。3031円/m(送料込み)。40x40はX軸にいいかもしれない。

まとめれば、MakeSlideの場合は基本的に20x40mm、太くするならミスミのアルミフレームにレールだけの部品を取り付ける感じ。
v-Slot railの場合は20x20から20x40、そして40x40もあるので、この組み合わせでそのままつくることができるかもしれない。
特にX軸は強固でなければいけないので、40x40がいいかも。Y軸は、20x60という感じか。

ここで再度「Shapeoko」と「X-CARVE」ではどのくらいの太さのフレームをつかっているかチェックしてみる。

Shapeoko1:
X軸:20x40mm MakerSlide(V Wheel上下2個ずつ合計4個でスライド)
Y軸:20x40mm MakerSlide
Z軸:20x40mm MakerSlide

Shapeoko2:
X軸:20x40mmを2本 MakerSlide(V Wheel上下前後2個ずつ合計8個でスライド)
Y軸:20x40mm MakerSlide
Z軸:20x40mm MakerSlide

Shapeoko3:
X軸:85x55mm 新フレーム(片側レール付き/V Wheel上下2個ずつ合計4個でスライド)
Y軸:85x55mm 新フレーム
Z軸:20x20mm MakerSlide(両サイドに1本ずつ合計2本)

*X軸がShapeoko1から2になると2本に強化されている。そしてShapeoko3ではXY軸ともに新たな大断面のフレームとなっている。ShapeokoはXL/XXLサイズ(作業エリア834mm角)をリリースすることを想定して、この新フレームをあらかじめ用いていたのかも。


X-CARVE:
X軸:20x40mm MakerSlide(V Wheel上下2個ずつ合計4個でスライド)
Y軸:20x40mm MakerSlide
Z軸:20x40mm MakerSlide

*X-CARVEはサイズが大きくなってもXY軸ともに20x40をつかっている。Shapeokoに比べると確かに華奢かもしれない。というか、X-CARVEも何かしらのアップグレードをしたいのだろうけど、Shapeokoのほうが開発スピードが早いのかもしれない。

ということから、フレームの剛性についてはShapeokoを参照したほうがよさそう。
おそらく、ステッピングモーターのトルク、スムースな動き、V Wheelのガタつきはあまり問題にならないのかもしれない。それよりもフレームの剛性をいかに獲得するかのほうが、最終的な精度の問題に反映されるのかもしれない。

X軸に関しては、Shapeoko3のような特注フレームをつくるわけにはいかないから、最低でも20x60mmダブルで40x60mm、あるいは20x80mmダブルで40x80mmに太くするとかしたほうがいいかもしれない。
そうなると、2060ならX軸に2本、Y軸は1本ずつ合計2本、4m必要となる。
2080でも4m必要。

ミスミのフレームであれば、4060(1920円/m)も4080(2850円/m)もある。
エコノミーなら4060(1730円/m)、4080(1770円/m)。

これに↑、AliExpressで売っていた片側レール部品をつければ、1mにつき1972円プラス。
ということは、
標準4060なら3892円/m、標準4080は4822円/m。
エコノミー4060なら3702円/m、エコノミー4080は3742円/m。
v-Slot rail 2060ダブルなら5960円/m、2080ダブルは7538円。

具体的に全体で何本必要かと言えば、エコノミーの場合
X軸4080:1本、1m(上下レール部品付き)、3742円
Y軸4080:2本、2m(上下レール部品付き)、3702x2=7404円
Z軸:未定
他2080:2本、2m(レールなし)、1550x2=3100円
そうすると合計フレーム+レール代は、14246円。

Z軸をShapeoko2のキット部品(9040円)を使い、
以前計算したステッピングモーター(NEMA23を3個で7452円+NEMA17を1個1590円)
と合計すると、32328円となる。
そのほか、
V Wheel20個セット3492円、
タイミングプーリーとベルト、
接続金具やアルミプレート、
ネジ類など入れて5万円以内には収まりそう。
残るは、レーザーモジュール5.5W(26300円)くらいか。

フレームが4080で、NEMA23が3個、NEMA17が1個。まあまあ丈夫そうで力強くもある。最初のイメージよりはかなりスペックはあがったけれども、それほど高いわけでもなさそう。
もっと安くつくれるだろうけど、そうすると剛性がとれない上にモーターも非力で使い物にならないかもしれないから、そこそこ強固な感じでつくっておいたほうが後々いいかも。

これで大体予算とスペックのイメージができた。あとは最終的な決定をして、そろそろ発注しなければいけない。AliExpressの送料無料だと3週間くらいかかるときもあるから。中国すぐ近くなのに遅い。


2016年3月23日水曜日

CNCミリングマシンについて

CNCマシンのヘッドを交換可能にして、ミリングとレーザーカッター兼用のマシンを自作したいと考えてます。
自作CNCミリングマシンだと、国内であれば「オリジナルマインド」で部品が購入できそうですが、けっこう高め。AliExpressで中国製を買うよりは信用できますが、部品全部揃えると10万円すぐ超えそうです。なので、参考程度に眺めつつ、同時に海外のCNCマシンも探してみました。特にArduinoを使ったオープンソース的なものを。候補としては以下のもの。

Shapeoko

Shapeoko3:
価格:999ドル
作業エリア:16"x16"x3"(406x406x76mm)
ファームウェア:GRBL
Mac対応
NEMA23ステッピングモーター使用

レールというかフレームも太めで安定してそうです。

Shapeoko XL/XXL(1399ドル)が2016年3月末にリリースされるようです。その名の通り大きめのものです。
XL作業エリア:33"x17"x3"(828x431x7.6mm)
XXL作業エリア:33"x33"x3"(828x828x7.6mm)


X-CARVE

オプションがあり、値段が変わってきますが、最小のもので以下から。
価格:934.90ドル
作業エリア:300x300mm

作業エリアを大きめにすると、以下くらい。
価格:1213.90ドル〜
作業エリア:800x800mm

ただし、不必要なオプションなど省いていけば、1000ドル以下にもなりそう。

このサイト(INVENTABLES)では、その他パーツ類なども購入できます。
たとえば、レール付きアルミフレーム(以下)。

このタイプ↑。「MakerSlide」という片側にV型の山がついているアルミフレームがレールになります。1000mm長で20.93ドル。
そのための車輪が以下。

V型の山のついたレール上をこのV溝付きの「V-Wheel」が転がるという仕組みです。これならブレが少なくなりそうです。1個(1セット)4.85ドル。20個で75.50ドル。
Shapeoko3もX-CARVEもこのV-Wheelをつかっているようです。

ちなみにV型の山のついたアルミフレームは、日本のミスミでは売ってないはず。
V溝樹脂ベアリングは、近いものなら日本でも手に入ります。たとえばこれとか(1個100円前後)。

ただし、またAliExpressへ行ってみると、「MakerSlide」も「V-Wheel」も売ってますね。
「MakerSlide」は、なぜか高い。
送料含めて安い方から買う方がいいでしょう。
いずれにしても、このVレール付きアルミフレームは使えそうです。

ちなみに、日本製の「Smart Laser Mini」のレールとホイールは、ちょっと違う感じです。

これは↑「V-slot」アルミフレームと呼ばれています。
国内ではAmazonでも購入できるようです。


海外だと「OPENBUILDS partstore」にあります。
20x20は売り切れ中ですね。1000mmで1123円。
20x40は在庫ありのようです。1000mmで1460円。
比較的安いと思いますが、送料を入れるとかなり高くなりますね。
ホイールは、「Solid V wheel」というみたいですね。一個545円。

ちなみにAliExpressでも売ってます。こちらのほうが安くなりますね。
20x20で、684円/m+送料863円
20x40で、912円/m+送料1572円というのがあります。
ホイールも20個セットで3990円送料無料

「MakerSlide」+「V-Wheel」にするか、「V-slot」+「Solid V wheel」にするかで悩みますが、どちらもガタが少なくて済みそうなので、マシンの設計次第で、どちらがいいか決めたいです。
ここまで来ると、部品調達も何とかなりそうなので、自作できそうな感じになってきました。
マシンのX軸とY軸の仕組みについては、このどちらかを使って行けそうです。あとはミリングマシンにしたときのZ軸上下方向の動きをどうするかという感じです。
ルーターやレーザーモジュールを片持ち梁で付けるようになるので、あまりハングオーバーしないように、スリムな仕組みにしたいと思っています。
場合によっては、以下のような台形ネジを使おうかなとも検討中。

これ↑もAliExpressで見つけたものです。一応バックラッシュ対策もとれるのでよさそうです。
1937円送料無料。

この辺の部品を組み合わせれば、そこそこガタのないものがつくれそうです。
ルーター、電源は手持ちのものを使い、あとはレーザーモジュールを何Wにするかという感じです。

追記:その後内容を新しく書き換えたほうはこちら

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