CNCマシン：レーザーモジュール（5W?）到着

4/9にAliExpressに注文したレーザーモジュール5W（$156.53）が届きました。9日間で届いたので早いほうです。China Post AirMailで送ってきました。
開封してみると、以下のような感じ。当然マニュアルなどは一切入っていません。ACアダプターだけ厚紙の箱に入っており、レーザーモジュールとドライバはプチプチに包まれて袋に入っていただけ。全体も箱に入っておらず、紺色のビニール袋に３つゴロゴロと入っていました。

ACアダプターは、よく見ると100-240Vまで対応なのでそのまま使えそうです。ドライバは本当についてくるのか心配だったので、いちおうメッセージで聞いたら「ドライバはある」と言っていました。
追記：
この画像からも分かるように、ドライバ上方に二つ白いコネクター端子があり、コネクターには左から黒赤（FAN用）と黒赤（LD用）がつないである。ケーブルの色で判断すると、-+-+という感じで並んでいるように見える。しかし、ドライバの基板上にはLD端子のマイナス側に赤ケーブル、プラス側に黒ケーブルがつないであることになっている。つまり基板上では左から-++-という順番。怪しいので計測してみると、ドライバLD+端子には約5.5Vの電圧があり、どうやらレーザーモジュールへとつながっている赤黒の線の色が逆になっている（紛らわしい）。唯一手がかりとして、コネクターの向きがFANのコネクターと同じ向きにして差し込む（つまり赤が-端子、黒が+端子）。配線し直したりするときに注意が必要。

しかし、思ったより小さい。レーザーモジュールは32x32mm角で長さは75mm（クーリングファン含む、先端のレンズ部分除く）しかない。これで5Wも出るのかと思って、レーザーモジュールをよく見てみると、なんか違う。

（画面右が、レーザーモジュールの表面に貼られているシールの表記）
Wavelength:450nm
Outputpower:5.5W
となっている。
注文したのは5W、そしてWavelengthが520nm（Green）＋450nm（Blue）だったはず。ということは0.5W分得したってことか？たしか、5.5Wで売っているモジュールは450nmのブルーレーザーだったので、これはそのタイプと同じということになります。
注文した商品とは違うけど、これならOKということにしましょう。結局5Wの値段で$156.53でしたが（他のショップだと$200以上する）、今見ると5.5wなら最低でも$280〜300くらい。ということはかなり安い買い物ができたことになります。

これ↑は、付属のレーザードライバ基板で、左側に電源12V端子、そしてTTL端子がちゃんとついているので、PWMで出力を可変できるはず。実は、注文した後に、「画像にはドライバらしいものが写っているけど、5番目の写真と7番目の写真では物が違うけど、どっちが本当だ？」と聞いたら、「すぐに全部の写真送る」と言っていた。全然画像を送ってこないから、「時間かかるならいいよ。ちなみにACアダプターはAC100V対応か？たぶんAC220Vしか対応してないだろう？AC220Vのアダプターなら送ってこなくていい。そのかわり何かそれ相応のもの送ってくれ」と頼んだ。すると、「忙しくて画像送るの忘れてた。しかも商品はもう配送会社に手渡してしまった」とか言っているから、「わかった。もういいよ。」と言って、「ショップの画像や商品説明がわかりにくいから、内容物：5Wレーザーモジュール、レーザーモジュールドライバボード、ACアダプター220V用とでもちゃんと書いておけ」と伝えたら「わかった。ありがとう。そうするよ」って言っておきながら、いまだに何も改訂されていない。たしかにいい加減な店だとは思ったけど、他店よりずっと安いのでまあいいかという感じだった。その結果、5Wじゃなくて5.5W、しかもACアダプターも100V対応だったので、結果的にはよかった。

これ↑は、レーザーモジュールの先端部分。この部分についてもちゃんとフォーカスできるようになっているのか気になっていたけど、こんな感じ↓で回すと伸び縮みするようなので大丈夫そう。

裏側（というか側面）には、M3のネジ穴が縦一直線に４つついているので、一度アルミ板でもつけて、それをZ軸に固定できるようにすればいいかもしれない（本当はドライバをつける穴なのかもしれない、穴のピッチが同じなので）。このヒートシンクつきの黒いアルミ製ボディはけっこうつくりが雑だけれど、まあ仕方ないという感じです。
出力が強いので、まだ点灯実験していませんが（ちょっと怖い）。たしか以前300円くらいで買ったレーザーゴーグルは190nm〜540nmまで守備範囲があるので、それをつけて実験したいと思います。

FedExからの関税請求：
そういや、FedExから2000円の請求書も届いた。何かと思ったら、ボールスクリュー＋ガイドレール一式の関税＋手数料とのこと。今回のレーザーモジュールなど小物の場合は大体ギフトとして送ってくるので（領収書や納品書とかも一切入ってないので）、関税とかはかからないんだと思うけど、ボールスクリュー＋ガイドレール一式は商品として送って来たようで、関税がかかったみたい。仕方ないので払うしかないけど。

追記：
ちょっとレーザー試してみました。ちゃんとレーザーゴーグル装着して。

板から5cmほど離してレーザー照射してみました。光が当たった瞬間からめりめりと音を立てて焦げていきます。近づけたり遠ざけてみたりしましたが、焦点がちょっと分かりにくい感じです。レーザーモジュールのレンズ自体も動かすことができるので、ぴったりフォーカスを合わせるのがむずかしいです。その間ずっと見ていないといけないのも、ちょっと危険で怖いですね。ゴーグルをしているせいか残像が目の中に残るというわけではないのですが、なんとなく目が疲れた感じします。ゴーグルの隙間から青白い光が自分の体に当たっているのが見えて、溶接しているときのような感じです。ブルーレーザーなので、紫外線に近いのか、顔の皮膚もなんとなく日焼けしたときのような感触。やっぱりレーザーは怖いですね。CNCマシンが出来た後に、距離を変えながら何本か線を引いていく実験をしたほうがいいですね。とにかく光をあまり見ない方がよさげです。

いちおう、レンズを1mmほど出っ張らせた状態で、このベニア板（2.5mm厚）に55mmの距離で5秒ほど当てたときが、貫通しそうになっていました。5.5Wならこのくらいの板は切れそう。たしか4mmまでいけるとか書いてあったかも。ただ、焦げを少なくしてきれいに切るのは難しそう。

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。

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３（Z軸）

アルミ板が届いたので、卓上マルノコで切断してZ軸をつくることにしました。オーソドックスな構成。何かを参考にしたわけではないけれども、普通に考えるとこうなってしまう。
基本的には150x350mm厚さ5mmのアルミ板にレール２本、上下のベアリングユニット、そしてモーターマウントが取り付けてあります。5mmの板で弱すぎるかなと思ったけど、レール自体がゴツいので強度的には大丈夫でしょう。

以下は、部品が届いた時に並べて見た時の画像。このまま5mm厚のアルミ板に固定しただけです。

移動プレートの穴はまだ全部おわってません。上部角の２カ所だけ極低頭六角穴付きボルトをいれてあります。段付きドリルビットでざぐりを入れて、頭がプレート表面から飛び出ないようにしてあります。残りの下穴の部分もそうする予定です。

モーター側から見た画像。Lアングルでつくったモーターマウントは裏側から普通のキャップスクリューでタップを切ったベースのプレートに固定してあります。このあと移動プレートの上には、ルーターホルダーが取り付けられますが、まだその部品は届いていません。
部品が重なりあってくるのですが、できるだけどのネジにもアクセスしやすいように配置しているつもりです。持ってみると、またもやかなり重い。計ってみたらこれだけで5.5kgありました。ルーターなどもつくと、7kg近くなりそう。
それぞれのネジ穴はM6なら径6.5mm、M5なら径5.5mmであけているので、ゆるめれば多少調整がききます。レール２本とボールスクリューが平行になっていないといけないので、最終的に細かな調整が必要となります。

つぎの段階として、このZ軸と前回つくったX軸をつなぐ部分をつくる予定です。CAD図面を見ながら図面上の寸法と現物の寸法を見比べていますが、いまのところ大きくずれてはいません。ただ、ネジの配置はそのつど決めているので多少の変更がでてきています。ミスミにまたネジを追加発注しました。今回つかったアルミ板はモノタロウに発注しましたが、幅150mmが実際は151mmで（ノコ切断面）でした。もしかすると、フライス加工で150mmに落とすために1mm多いのかもしれませんが、151mmでそのまま使っています。左右対称の構成なので、中心線を引いて、そこからの距離でマーキングしてあります。穴の位置さえ合っていればいいので、多少材料の大きさが違っていても大丈夫です。
いまのところ順調にすすんでますが、重さだけが気になる。予想よりはるかに重い。

次は、X軸とZ軸の合体。

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。