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。


2016年4月2日土曜日

CNCマシン:分解能について

今回の部品を分解能的に見ると。

・ステッピングモーターNEMA23:1回転200ステップ、1ステップ1.8度
・モータードライバDRV8825:マイクロステップ駆動1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32選択可
・ボールネジ:1回転5mm

マックスの分解能は、DRV8825のマイクロステップ設定を1/32に設定した場合、
ステッピングモーター1回転:200×32=6400ステップ
つまり6400ステップでボールネジ上を5mm移動することになる。
そうすると1ステップで、5/6400=0.00078125mm進むことになり、これが一番細かい解像度となる。理論上1/1000ミリ以下。
1280step/mm

ただ、単純に分解能をマックスまであげればいいというわけでもないみたい。その分トルクが下がるらしい。Shapeokoではマイクロステップは1/8がいいと言っている。

仮に1/8なら、
ステッピングモーター1回転:200×8=1600ステップ
1600ステップで5mm進む
5/1600=0.003125mm
なので、これでも1/100ミリ以下の精度。
320step/mm。

これらの数値はパソコン上でつかうGcode Senderソフトに初期設定として入力する必要がある。
Gcode Sender自体が、1/16までしか対応してないものもあったはず。実際に1/16と1/8を比較して、1/8でも充分きれいに削れるなら1/8でいいと思う。1/8だとしても、解像度的には8128dpiもある計算になる。Shapeokoだと40step/mmくらいらしい。1016dpi。たしかにこのくらいでも大丈夫そう。そうすると、マイクロステップを1/2にしてもいいのかも。ただ、その分振動が大きくなるし、音もうるさくなるかも。ステッピングモーター独特のパルス音がどのくらいうるさいかも気になる。
いずれにしても、ステッピングモータードライバDRV8825上にジャンパーピンを差し込むことで、マイクロステップ数1〜1/32までを簡単に変えられる。あとはGcode Senderの初期設定値をそれに変えるだけ。
もうひとつパラメータがあるとすれば、5000〜6000円のスピードコントローラーを買い足して、それを介してトリマーのスピード調節するという感じ。切削する材料にちょうどいいスピードを試し切りしてみて、それから本格的な作業をすればいいと思う。

CNCマシン:設計中

部品が届くまでもうしばらくかかるので、その間にCNCマシンの設計をCADで行っています。
部品の寸法はだいたい分かるので、実際に組み合わせたときに、外形や作業エリアがどのくらいになるのか検討中です。それぞれの部品は思っていたよりもゴツいので、けっこうスリム化するのが難しい感じです。
これは↑、真上から見た図面です。ボールスクリューの長さがX:Y=900mm:1100mmと決まっているので、できるかぎり作業エリアが大きくなるように工夫しています。ベアリングユニットやカップリングなどにボールスクリューが差し込まれるので、実際の長さよりは短くなってしまいます。
目標としては、Y軸で最低でも900mm確保したい感じです。いまぎちぎちにつめて990mm。これが物理的な限界だと思います。実際はもう少し短くなって、900mmを下回らないように気をつけないといけないです。X軸は、790mmが限界です。こちらはA1サイズの短手約600mmくらいを最低ラインにしています。
Z軸が結構大きくなったのですが、これ以上小さくするは難しそうです。かなりコンパクトに詰め込んだけれども、奥行き(Y軸方向)が265mmくらい、横幅(X軸方向)が150mm、高さはボールスクリューが350mmあるので、それにNEMA23がつくので420mmくらい、重さも結構重いはず。しかもトリマーもつけたら4~5kgくらいあるかも。
径65mmの穴のあいたブラケットがトリマーホルダーです。トリマーの中心軸がX軸(横方向)の中心から約145mmほど飛び出しています。
Y軸の外側にボールスクリューがついており、図面下のほうの四角がNEMA23(2個)です。もともと、NEMA23がフレームの角から図面でいう下のほうに飛び出していたのですが、それだとZ軸のトリマーホルダーがすぐにX方向フレーム(図面一番下)にぶつかってしまうので、全体的にモーターの位置を上のほうにずらしてみました。そうしないと、1100mmあるにもかかわらず、Z軸のトリマーの出っ張りのせいで900mmを確保するのは難しく、無造作に配置すると案外作業エリアが確保できないということに気がつきました。ほとんどパズルのように、パーツ配置の組み合わせをあーでもないこーでもないとやって、ようやくベストな配置が見えてきた感じです。ミリ単位で部材や部品同士がぶつかりあわないようにしたり、ネジが締められるようなスペースを確保したりと、結構大変です。あとは実際の部品が届いてからじゃないと分からないところもあります。部品が本当に寸法通りかも分からないし。現物でチェックした後にアルミフレームを注文する感じです。

ほかにも足りない部品はまだあるのですが、

これ↑は、ルーターホルダー(2734円)です。部品としては高いけれど、しっかり固定しないと振動でブレそうなので、あったほうがいいかと。トリマーの直径にあったものを選ぶように。
あとは、こんなものとか。

これ↑は、移動するZ軸やX軸の配線がからまったりしないようにするキャタピラ状のキャリッジ:ケーブルドラッグチェーン(785円/m)。これはなくても大丈夫かもしれませんが、あれば便利かもしれません。ただ、このチェーンがのる溝のようなものもつけないいけないかも。あとからでもいいかな。

あとこんなのも見つけました。

これは3Dプリンターのノズル部分(6304円)です。ステッピングモーターでフィラメント樹脂を送って、ヒーター付きノズルから溶けた樹脂がでてくるもの。結構安いですね。たしかにCNCマシンがあれば、この部品をつければ3Dプリンターにもなるはずです。Z軸のボールスクリューが350mm(たぶん実質200mmくらい)なので、それなりに上下に動かすこともできるはず。
ルーター(トリマー:木材)、ミリング(金属)、レーザー、3Dプリンティング、これら全部ができればすごいですが、そんなに欲張らなくてもいいかなと。試しにやってみる(遊んでみる)にはいいかもしれません。

2016年3月30日水曜日

CNCマシン:Inkscape + Gcodetoolsについて

追記:「gcodetools」に似た「Jscut」というブラウザベースのアプリがあり、個人的には「Jscut」のほうが使いやすいと思います(Jscutについてはこちらへ

*尚、Inkscape + gcodetoolsでの作業の流れについはこちら

部品が届くまでは図面を見ながら、CNCマシンのディテールなんかを考えています。
それと同時に、ソフトのほうも再チェック。

まずは、描画ソフト。イラストレータでもいいのですが、ここは一応無料のInkscapeでやってみたいと思います。Shapeoko wikiに詳しく書いてあるので、それを参考に。

Inkscapeは、オープンソースのベクター描画ソフトで、アドビのイラストレータ(有料:月額2000円くらいだったかな?)みたいなものです。もしイラストレータを持っていなければ、Incscapeを使いましょう。Windows Linux Macに対応しています。
Inkscapeダウンロード先はこちら
Macの場合は、X11とかXQuartzも必要だったかな。InscapeはXQuartz上で動いていたはず。
リンク先のダウンロードファイルからXQuartzをインストール。
それで、InkScapeが立ち上がるはずです。Shapeoko wiki(英語)にはInkscapeのことが書いてあるので、それを見るといいかもしれません。

InkscapeのEdit>Preferences...を選ぶと各種設定の画面が出て来て、日本語も選べますが、Shapeoko wikiなど英語のサイトを見ながらやってるので、日本語だとどのことを指しているのか分かりにくいため英語のままにしてあります。
再度Edit>Preferences..に行き、Toolタブを選び、Bounding Box to Useの中のGeometric bounding boxにチェックを入れろとwikiには書いてあります。

それからGcodetools(Forumページ下のほうの投稿内のextensions.tar.gz)という便利なExtensionがあるようなので、それもインストールしたほうがよさそう。さらにはShapeoko wikiにInkscape+Gcodetoolsチュートリアルのページがあるので、そっちに行ってみるといいです。英語ですがやり方が書いてあるので、なんとかできるかと思いますが、後でやり方を書いておこうと思います。
Inkscape内でGcodetoolsで生成したデータ(拡張子.ngcファイル)を、CAMoticsというソフトで3Dシミュレーションできるので、実際の切削作業前にかたちを3Dモデリングで確認できます。このソフトもダウンロードするといいと思います。

AliExpressで発注の際のやりとり

チャットやメッセージを使う:
いろいろ発注する場合、セット販売している部品類なんかは、一部要らないものが入っていたり、一部同じ部品を追加したくなるときがある。しかたないから、そのままセット販売のものを買って、さらに単品販売しているものを追加で買うというのがAmazonなんかでは普通かもしれないが、AliExpressの場合はその場でチャットやメッセージを送れるので、いろいろとこっちの都合に合わせて注文つけると、結構受け入れてくれる。

3個セット(割引品)を4個セットにしてもらうとか:
たとえば、ステッピングモーター3個セットが単品3個買うより安くなるわけだけど、4個欲しいと言えば、3個セット+単品1個を普通は選ぶしかない。同時に複数買えば、同じ箱に入れてまとめて送ってくれることはあるだろうけど、商品とそれに対応したボタンでしか選択できないため、それ以外の組み合わせが普通はできないし、まとめて安くもしてくれない。店頭であれば、店長の判断で、その場であと1000円まけてくれるとか、なにかおまけにつけてくれるとかはあるかもしれないけど、ネットショップではボタンを押すだけなので、そうはいかないのが普通。しかし、チャットやメッセージでやりとりすると、4個セットにしてくれたりする。そしてそのほうが当然安くなるし、3個セットだとEMS配送(4〜6日で到着)になるけど、単品だとものすごく遅い中国の国際郵便(3週間)になったりするところを、追加のモーター含め全部をEMSで送ってくれる。

特別な注文の仕方:
あと、面白かったのが、ボールネジ+スライダーセットにボールネジ類もう一式追加できないかと言ったら(英語チャットで)、「わかった。その欲しい部品のリストを送ってくれれば、特別対処する」といってきて、とりあえずその場でリストを送った。
「送り先はどこ?」とかれたので、「Tokyo」と言ったら、しばらくすると、「そんな国は見つからない、もう一度教えて」と。「国って?Tokyo JAPANだよ」と送り返した。すると「ごめんごめん、いや知ってる」と。そうしたら、追加の代金は送料含め$73だと言われたけど、「今回は特別$10まけてあげるから$63ドル」と。「最初のセットといっしょに送ることはできないのか?」と聞いたら、「日本なら近いし、送料安いでしょ」と。まあ、$10まけてくれたから、送料が$10くらいになったので、まあいいかと思って「わかった。でもどうやってその$63払えばいい?(そんな組み合わせの商品ボタンがないので)」と聞いたら、「この部品(無関係な部品/ベアリングブッシュ)を13個買えば、それに相当する金額になるから、オーダーしてくれればいい。そのときこの部品の注文ではなく、ボールネジの注文だとメッセージも書いておいて」と言われた。
なんかやり方がすごいなと思ったけど、いちおう13個分ベアリングブッシュを買って支払い手続きしてみた。そして、メッセージも残しておいた。半信半疑だったけど、念のため、「追加注文したボールネジの両端加工も忘れないで」と送ったら「大丈夫、ちゃんと覚えているから」という感じ。Fedexなので、すぐ届くだろうから、ほんとか嘘かはもうすぐ分かるけど、まあ、そのときのやりとりの流れからすると、嘘ではなさそうだから一応信用することにした。

追記:
あとで気がつきましたが、店によってはサイズ変更や材料の追加加工など行ってもらうときに、追加料金を払うためのボタン(他の商品と同じようにならんでいる)がありました。$1とか$5単位で、必要な追加料金分だけ個数を増やして他の商品と同様に購入する感じです。もちろん購入の際にメッセージを残す欄があるので、一言何のための追加料金か書いておいたほうがいいです。

注文後、ショップ側はFedExの書類をつくっているらしく、「損害賠償の金額はいくらにする?急いでるからできるだけすぐに返事して」とメッセージきていたから、「$300くらいかな」と送っておいた。「あとはよろしく(ピースマーク)」とスマイルマークをつけて送ったら、「(薔薇を口にくわえたスマイルマーク)」だけが、「大丈夫ばっちり」と言わんばかりに送られて来た。


カジュアルなやり取り:
チャットやメッセージでスマイルマークも使えるので、カジュアルな会話ができるというのも面白い。見知らぬ人相手に、普通はついかしこまってしまうけど、カジュアルな感じでやりとりできるし、そんなやりとりから、結構こっちの都合に合わせた注文も受け入れてくれる。
あたかも店頭でお店の人とやりとりしながら買い物している感じに近い。この融通がきくシステムは、無言のAmazonで何か買うよりも断然いいと思う。
リアルタイムで会話ができ、その会話のなかで融通のきく結果が得られるのであれば、店側としてもいい印象を与えられるし、リピーターも増えると思う。あのショップならこっちの無理な注文をきいてくれるだろうと。Amazonでの評価の場合、値段の安さ、配送のスピード、梱包の丁寧さ、そして品質だろうけど、こういった融通がきくという評価基準はあまりないというか、システムが違うから、そういう評価基準も生まれてこないはず。
しかしAliExpressだからといって、すべてのSellerが融通きくわけではない。頑固なところもいるはず。それはそれでいいし、Buyerがそれも含めて、どこで何をいくら買うかを決めればいい。Amazonならアメリカ資本ということもあり、やりとりの詳細にわたってルールが決まっていて、AliExpressのようないい加減さが通用しないのだろう。中国というかAliExpressだと、ばれなきゃいいみたいないい加減さがあるのか、その分融通がきくので、ある意味便利(しかし、ある意味危険)。
ますますAliExpressが面白くなってきた。買う側のスキルも必要で、そのスキル次第では安くなったりサービスも変わるという感じ。

不思議な送料:
しかし、もうひとつ不思議なのは、送料設定。先ほどのやりとりでもそうだったけど、店によって送料がぜんぜん違うというか、送料も含めて利益にしているのだろうけど。FedExなら安くても2000円くらいはかかったと思うのだけれども、一番安い中国の国際郵便であれば、もっと安いはず。国際郵便をオプションにいれていないショップもたくさんある。一番変だと思ったのは、国際郵便のオプションもあるのだけれども、FedExの倍くらいの送料になっているショップがあった。(一番安い)国際郵便で送って欲しいという人がたくさんいるだろうから、いちおうオプションには含めていながら、一番高い配送方法になっており、しかたなくFedExを選ぶという感じ。
あるいは商品の値段は他のショップよりも遥かに安いのだけれど(リストを安い順にならべればトップにでるので)、しかし送料がものすごく高くて、結局は合計すると普通の値段になったり、あるいはそれ以上になったりする。ヤフオクでも送料固定という人がいて、そこから利益を得ている人もいるけれど、AliExpressの場合、常識を超えた商品代金と送料設定のところがかなり多い。海外からの買い物なので、最終的には商品代金と送料の合計で安いところを選ぶわけだけれども、それにしても、商売の仕方がかなり違う。よく送料を見ずに商品代金だけで判断して間違って買う客も1000人に一人くらいはいるのかもしれないけど、極端すぎる。
ちゃんとそれ相応の送料設定のところもあるけど、送料無料の場合はたいてい中国の国際郵便になる。そうすると隣の国なのに3週間くらいかかる。途中で本当に届くのかなと思うときもあるけど、いまのとこ全部届いているから、それほど危険でもないかも。
先ほど注文したレーザー防護ゴーグルも300円程度だけど、送料無料だったから、届くのは3週間くらいだろう。もし300円のゴーグルでも、EMS(4〜6日で到着)を選べば2021円、DHL(4〜6日で到着)なら2812円になる。このショップはまあ普通の送料設定になっているみたい。日本からみれば、おそらく中国へは送料込み300円ではこんなものを送ることはできないはず。でも中国だとこんなものでも送料込みで一個売れれば、中国の物価にとっては500円くらいの利益が出る感じなのだろうか?

関連:
AliExpressの配送について
トラブルの際のOpen Dispute(クレーム)について

CNCマシン:スピンドルについて

いま手持ちのスピンドルとしてマキタのトリマーがあります。
・ボディ直径:65mm
・チャック孔径:6mm
・回転数:30,000RPM
・消費電力:350W
・重量:1.5kg
という普通のトリマーです。
ガタつきや緩みなくCNCマシンのZ軸に固定できれば、充分使えるとは思うのですが、これもまた欲が出て来て、最終的にはブラシレススピンドルモーターに置き換えたいと思っています。

ちなみにShapeokoWikiを見ると、Forumで好きなスピンドルは何か?という投票を行っており、
Dewalt DWP-611が圧倒的に人気あります。


日本で買うと、Yahooで27,266円が安いほうかな(とは言っても輸入販売で到着までかなり時間がかかる)。Amazonでは3万円以上する。それでは、AliExpressではどうかと言うと売ってませんね。Amazon.comでは119.99ドルです。現地ではそんなに高いものではないですね。日本で買うと2〜3倍の値段。日本からAmazon.comで直買いはできないようです。日本へは配送しないということです。Ebayなら新品17000円くらい(送料、税込み)なので、どうしてもという人はEbayから即決で買うのがいいかもしれません。
スペックをDewaltサイトでチェックしてみると、以下のような感じ。

Specifications

Amps7.0Amps
Horsepower1-1/4HP
No Load Speed16,000-27,000rpm
Collet Diameter1/4"
Plunge Stroke1.5"
Base Dimension4"
Spindle Lock12 position
Tool Weight4.6lbs

手持ちのマキタトリマーと比べると、回転数はやや下だけど、トルクが2倍くらいありそうです。特に人気なのは、LEDがついていたりスピード/トルク調節できるところでしょうか。材料にあわせて、ちょうどいい強さで削れるのはいいと思います。ただ、電源が120Vだったり、コレットがインチだったりと、そのまま日本で使うには少し面倒なのかも。

それなら日本の日立やマキタではどうなのか?手持ちのトリマーはちょっと古いので、最近のものをチェックしてみようと思います。1.5万円程度でDewaltよりもいいものがあれば、そっちのほうがいいですね。

ちなみに電動工具などに使える15Aのスピードコントローラーは5000円くらいで売ってますね。これとか↓。

Posted at 2017.6.24
山真 SM-20A スピードマスター ブレーカー式スピードコントローラー
山真製鋸
販売価格 ¥4,292
(2017年6月24日16時11分時点の価格)

マキタや日立ではルーターではスピード調節できるものはありますが、トリマーではないですね。
だいたいが、3〜4A、30000〜35000RPMという感じです。
しかし、リョービの以下のものなら調節できるようです。

Posted at 2017.6.24
リョービ(RYOBI) 電子トリマ TRE-60V 軸径6mm 628616A
リョービ
販売価格 ¥18,835
(2017年6月24日16時11分時点の価格)

リョービ 電子トリマ TRE-60V







取付ビット軸径:
6mm
回転数:
16,000~30,000min-1
電源:
単相100V
電流:
5.9A
消費電力:
550W
質量:
1.2kg
サイズ:
幅114×奥行90×高さ191mm

スペックは以上のような感じで、Dewaltに匹敵しますね。


固い素材ほどスピードを落とすようですね。
Dewaltよりは少し高いけど、実質2万円くらいで買えるようです。たしかに、Dewaltは値段と性能で見ると人気があることがわかります。
ここまでこだわると機材オタクのようになってしまうので、とりあえずは手持ちのトリマで充分です。
使ってみて何か問題があれば、5000円くらいのスピードコントローラーを追加すれば大丈夫でしょう。
径65mmのスピンドルクランプがAliExpressで2680円。これをZ軸につけるといいのかな。

いちおう、上記のスペックと同じくらいのブラシレススピンドルモーターがAliExpressで探すときの手がかりにはなります。せっかくブラシレスでも手持ちのトリマより出力が弱ければ意味ないですからね。

ただ、アルミを削るなら手持ちのマキタのトリマでは無理そうなので、10000RPMくらいのスピンドルが必要そう。
こんな↓感じのでしょうか。

ドライバーもついて、これで13705円、
400W
12000RPM
トルク0.529N.m
直径55mm
重量1.1kg

これ↑は、外部に可変抵抗器などをつけてスピード調節するときの配線図。

これ↑が、PMWでArduinoなどからスピード調整する場合の配線図。
PWMで接続しておけば、いちおうMac上のGrbl Controllerからもスピード調整できます。
こんな感じで配線図があるので、すぐに使えそうです。ただ電源が48Vなんですね。48Vの電源は持っていないので、これまた購入しないといけないことになります。
まだ先だとは思うけど、いちおうこれもWishListへいれておこう。

後から気づきましたが、このブラシレスモーター軸先端に付いているER11コレットだけの部品もありました。
AliExpress.com Product - 1pcs spindle machine tool clamping rod ER11 5 mm shaft motor lengthened clamping knife engraving machine drill set take cnc part621円(送料込み)これには軸径3mm、1/8インチ、4mm、5mm、6mm、1/4インチ、8mm、10mmなどあるようです。このショップでは、注文の際に軸径を指定、指定なしだと自動的に5mmになってしまうので要注意。CNCマシンのスピンドルモーターの軸径に合わせて直接取り付ければ、すぐにER11コレットが使えるという結構便利な部品(ER11コレットに付いては以下のリンクでも書いてあります。)。

関連:
ブラシレスモータースピンドル+ER11コレット
スピンドル用LED照明

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