2012年9月30日日曜日

CNCフライス盤を作ろう ここまでいくら?

無謀にもCNC制御フライス盤を作ろうと思い立って半月がたちました。ここまでに使ったお金を記録しておきたいと思います。
テストに使ったものは除いて、純粋にフライス盤の材料として使った金額を記録します。

  • ステッピングモーターとシャフト、フォトインタラプタ: 700円(笑
    必要以上の数のモーターが手に入ったので、正確にはこれよりも安いです。
  • 送りねじ M6: 75円x2本+148円  合計 298円
  • 高ナット:60円x3個 180円
  • MDFボード: 388円x2枚 + 248円 合計1024円
    (450x300x12t 2枚、450x200x9t 1枚)
  • MDFボードカット代金: 880円
  • 檜材: 55円x2本 + 118円 合計228円
  • 横折金具: 118円x2個 236円
    (X軸とY軸をつなぐ部分に補強として入れるつもり)
  • カプラー: $17.24 1345円
ここまでの合計: 4891円
あれ、思ったより使ってます。1万円以内で収めようと思っていたのですが、これは無理かもです。
いまからベアリングとか、ドライバICとか、M6のボルトがたくさんとか、まだまだお金が必要です。

ステッピングモーターのテスト


中国に頼んでいるモータードライバICがなかなか到着しないので、自分でHブリッジを組んでPICでコントロールして動かしてみました。

大電流が流せる適当な石がなかったのでフォトMOSリレーを使いました。フォトMOSリレーは動作が遅いのですが、しかたありません。ゆっくり回すことにします。

コイル2つにバイポーラで通電するということで、フォトMOSリレーは8個も必要です。
結線もめんどくさい。放熱板代わりの鉄板(エプソンのスキャナの部品)に貼り付けて配線しました。
参考にしたのはこのあたり


モーターをつないでマニュアルでトリガーをかけて回転方向をチェックします。


フォトMOSリレーのLEDにつながっているこの4本の線に適切な順番で5Vをかけることでモーターが正転/逆転します。

ということで、PICで順序良く5Vを送ってモーターを回しました。
ゆっくりですが、正転、逆転ともうまく回すことが出来ました。モーターが正常であることが確認できました。
早くちゃんとしたドライバICでぶん回したいです。


板材切り出し


コメリ福岡周船寺店にてMDFを切り出してきました。
おじさんに図面を見せて「こんな小さい部材の切りだしって出来ますか?」と尋ねたところ、ニヤリとわらって「何でも出来るよ」といわれたので、では、ということで自分で切ろうと思っていたものまで全部切ってもらいました。40カットくらいやってきました。

ということで15tの分を図面どおりの配置で撮影。寸法は、ほぼ±0.5mmで収まっています。さすがおじさん。1.8mの定尺板を切る馬鹿でかいパネルソーでこんなものよく切ると思います。

いずれにしろ多少ずれても調整できるように設計しているので、とりあえずは上出来と。

9tの方はこんな感じ。モーターを支える板の斜め切りは丸鋸盤でやってもらいました。さすがに43mm角を斜めに落とすのは断られましたが。

2012年9月29日土曜日

再設計と板取検討


再度設計を見直しました。構想3号機です。変更点は、

  • Z軸のストロークを60mmから30mmに
  • Z軸周りの構成がごちゃついていたので、シンプルなものに
  • 送りねじのがたつき防止のためにベアリングとナットで突っ張る構造に
    → モーターの軸が結構前後にがたついているのを発見したので対策
  • モーターの背中の板を補強するために三角板を追加
  • 木ねじ固定部分の干渉確認、ボルト類が規格サイズであることを確認
  • 各部材の寸法を切りよくするとともに、板取の効率化のために共通化できる寸法を増やした
こんなところです。

んで、外観はこうなりました。バラしも含めて何枚か。それにしてもねじだらけ。



送りねじの突っ張りを入れたところ。ちょっと長くなるけど仕方がない。


いいかげんなバラし



この図面を元に板取を検討することとしました。


まず、木というかMDFの部分を並べます。


こんな感じ。
左側の板が 450x320mm で販売されているものです。コメリで調査済み。この板がベースになります。
中央の一群も同じ板から切り出せます。切り代を考慮して5mm間隔をあけてます。ここまでは12tのMDFです。
右側の小さな3枚は9tで、こまごまとしたパーツを切り出します。
右上の3個は高ナットを保持してステージを動かすパーツです。ここはまだあんまり真剣に考えてません(笑


主要部材の寸法はこんな感じ。共通寸法にすることでカット代を浮かす地道な努力。
ホームセンターのバケモノチップソーでこんな小さな部材が切り出せるのかどうかわかりませんが、おじさんに相談してみるつもり。


小物はこんな感じ。
この辺はさすがにジグソーで切り出すつもり。

構想その2からは、作りこみの中で切り出しの誤差を修正できるように考えています。
よって、少々寸法にばらつきがあっても大丈夫ですが、出来るだけ正確にしておきたいところ。
さて、どうなりますか。いよいよモノに手をつけます。

買ったもの


CNCフライス盤のステッピングモーターと送りねじをつなぐカプラーが届きました。
なかなかいい感じ。
送りねじ側は6mmで問題ないのですが、モーター側はギアがついています。プーラーで抜こうかとも思ったのですが、今回はギアそのものを削り込んでカプラーにあわせてみることにしました。
ステッピングモーターはギアを抜くと3.6mmのシャフトなのですが、これに合うカプラーはちょっと高かったのです。



お得意の中国サイトで購入。
リンクを貼るとリンク先が消えることがありますので、今回からキャプチャすることにしました。
この商品です。1lot 5個いり。
エプソンの複合機の基板から外したステッピングモータードライバ。
頼んでいるモータードライバの到着が遅かったらこれで遊ぼうかと思って外したのですが、なにやらデーターシートがない様子。残念ですが、情報が見つかるまでお蔵入りです。

2012年9月23日日曜日

買ったもの


直動機構の試作用にベアリングを購入しました。いつものカホパーツセンターです。
モーターは安かったのでなんとなく。 今は気持ちがモーターに向いている?


CNC用には中国製のベアリングを使う予定です。発注したけど、到着に10日くらいはかかるはずです。それまでの実験はこれで行きます。

部品回収


こないだ分解した基板から有用な部品を回収しました。
まずはシャープのスキャナの電源基板。
左側には冷陰極管用の昇圧トランスが見えます。このスキャナはRGB3本の冷陰極管がついていましたのでトランスも3つ ^^)
ほかにも低電圧ICや大電流用のダイオード、トランジスタの類も回収します。あと、買うと結構値段がする値の小さな抵抗も。これはステッピングモータをいじる際には役立つはずです。

結構な量が回収できました。
宝探しですね。

お次はスキャナ制御基板。
この基板の目標物は右上のパラレルポートコネクタです。
CNCプライス盤は完成したらMACH3というソフトで動かすことを予定していますが、このソフトはプリンタポート(パラレルポート)から制御信号を出すのです。
ということで、ドライバ基板にはこのポートが必要になります。

ピン数が多いので結構苦労しましたが、無事回収できました。
このスキャナは古いモデルでしたので、鉛フリー半田ではなかったようです。作業は楽でした。

2012年9月22日土曜日

左の広告について


ご覧の通りGoogle先生のところでブログをやっております。
こないだ広告が表示されるように設定してみました。こんなニッチなブログで広告収入があるとは思っておりませんが、先生曰く「ブログのないように沿った適切な広告を表示いたします」ということで、果たしてどんな広告が表示されるのか興味がありました。

んで、やってみると初日は英会話学校、そしてコトブキヤのフィギュアの広告。何じゃこりゃと思っていたら、3日目くらいからそれらしい広告になってきました。

今見たら「激安ステッピングモーター」の広告が! (激安ってなんやねん)
いやあ、なかなかよいところを突いてきます。さすがGoogle先生。
でも管理人は自分のページの広告をクリックしてはいけないのです。設定のときに釘を刺されました。
でも、ブログの中身に沿った広告なら書いてる人が一番興味を持つと思いませんか?
なんか矛盾しているような.....

CNCフライス 設計変更


直動機構試作の反省を受け、設計を見直しました。
シャフトとスリーブの構造をやめ、ベアリングで抱きつく構造を採用しました。ベアリングの一部はゴムをはさむことで抱きつきの強度を変更できるようにし、また抱きつきの片方は長穴をあけることで押さえの調整が出来るようにしました。

あわせて加工範囲も広げました。最大70mm高さまで加工可能です。これで よく使うタカチの120x60x25 サイズのケースも4面加工できるようになります。

前から見たとこ

後ろから

設計変更した直動部分の拡大。
ベアリングだらけwwww
シャフトも個別に位置調整できるよう挟み込み構造としました。


勢いで6mmボアのベアリングを50個購入。....でも50個でたった $17 なので 1,400円くらい。
チャイナクオリティーなのがちょっと心配ですが。

直動機構試作

直動機構を試作してみました。

結論
 こ れ は 難 し い

一応動くことは動きますが、キコキコしています。
ノギスを当ててみると、写真左端のシャフト間隔が狙いより0.2mm広いです。
むむむ....これをスムースに動く精度(どれくらいの誤差かわかりませんが、0.1mmは必要と思われます)で3軸分作るのは並大抵のことではなさそうです。ハンドドリルでこれを作るにはほとんどまぐれ当たりを狙うしかありません。


シャフト間隔は40mm狙い。

シャフト端は打ち込み。8.9φの穴を40mm離して空けたつもりが40.2mmになってました。
この誤差でもう動きが渋くなります。

これは設計変更を決断すべきですね。加工組み立て誤差をある程度許してくれるもの、そして後から調整可能なものを考える必要があります。

ということで、世界中でCNCを自作しているdeepな人たちのページをいくつか見てみました。

» Blog Archive » Linear motion – DIY ideas

いやあ、みんながんばってます。
私のポリシーは安く作れて基板加工や趣味のパーツつくりに使える精度(多分200ミクロンくらい)です。先人たちの工夫を学びながら設計変更に着手。

2012年9月17日月曜日

ステッピングモーターのテスト


ステッピングモーターの結線調査とテストを実施。
ケーブルは4本出ていますので。二相のバイポーラ駆動と推定。であれば導通するのは二本ずつ二組になっているはず。

この写真で出ている4本の線のうち、一番下のものは青色のマークがあります。これを1番として、上に向かって2,3,4番とすると、

  • 1番と3番の間が6Ω位
  • 2番と4番の間が8Ω位
  • 1と2,4、3と2,4の間は無限大
ということで、二相のバイポーラ駆動で間違いなさそうです。
ちなみに、このあたりにステッピングモーターとはといったことが説明してあります。

で、おもむろに通電してみると、ぴっくっと反応が。このモーターは無事生きているようです。
電流は、

  • 3Vで 500mA
  • 4Vで 700mA
  • 5Vで 1000mA
といったところです。励磁しているときは3Vでもかなり重いです。5Vでは指でつまんで回したくらいではでは脱調させられません。これはかなりトルクがありそう。おそらく3Vで十分ステージを動かすことが出来ると思います。

ということで、ドライブするための通電順番を調べます。
2相バイポーラは配線のプラスマイナスをひっくり返しながら交代で2つのコイルに交互に通電します。モーターの「ぴくっ」を見ながら適当に線をつないで調べた結果、以下のようにやればよいことがわかりました。
実際の駆動は各ステップを互いに半クロックずつ重なるように通電していきます。こうすることでトルクが稼げるのです。

さあ、これでモーターの回し方もわかりました。次は駆動回路です。
モータードライバを使うか、ディスクリートで組んじゃうか、さてどうしよう。


コメリ調査

MDFボードのサイズを確認中
10㎜もあることはあるけど、ほとんどは9mm 12mmと確認。

ベース板として使える最適なサイズのものを発見。5mm幅を詰めるだけでよさそう。


ベースに使えそうな板
安いです。^^)

ただ、ブロック状のものはないですね。ひょっとしたら作られてないのかも。
12mmのものを張り合わせれば何とか使えそうですが、弱いだろうなあ。
むしろヒノキとかの棒材を切り出したほうがよいかもと思います。結構硬くて寸法精度も出そうな感じの板があります。
試作してみる必要がありそうです。

CNCフライス盤を作ろう その4


寸法の微調整をしてほぼ設計完了。
フォトインタラプタつけてリミット位置を検出できるようにした。原点は右奥上に決定。
工具(エンドミルとか)の付け替えを考えると原点は前のほうがよいのかもしれません。また、X軸だけがモーターと反対側の端になっているので、精度が悪くなる可能性もあります。
このあたりは現物で確認しながら最終決定したいと思います。



CNCフライス盤を作ろう その3


構想設計完了。
結構大きくなりそうな気配です。
全体のフレームは安くて(ココ大事)加工がしやすいMDFかABSのブロックを使おうと思っております。アルミを使うと狂いがなくて放熱もよくてかっこよくて小さくて、といいことばかりなのですが、材料が高いうえに加工が面倒です。


各ブロックは木ねじで結合します。
ベアリングやスリーブは打ち込みで。

色はこんな感じになってしまうだろうなあと思います。
だせえ....


ワークの最大サイズは、190x165x20mm とまずまず。やりたいことは一通りやれそうです。

詳細設計は材料を眺めながらゆっくり進めるとして、次はゲットしたステッピングモーターを回してみましょう。
基板からモータードライバを外すのが確実ですが、ICのピンピッチが狭いです。まずはトランジスタで動かしますか。


2012年9月16日日曜日

CNCフライス盤を作ろう その2


買ってきましたジャンクプリンタ。
ハードオフ福岡新宮店でプリンタ4台、スキャナ3台。プリンタはエプソンの複合機。スキャナが乗っかってます。ということで、実質スキャナ7台というところ。

複合機はキャノンとエプソンを比較したのですが、キャノンはスキャナがContact Image Sensor (CIS) タイプ、一方でエプソンはCharge Coupled Device(CCD)タイプ(この分類の考え方は間違っているといつも思うのですが。)ということで、エプソンのほうがガタイが大きく、機構部品がしっかりしていました。エプソンも出来るだけ同じような機種を選定。同じような機種にはほぼ同じ部品が使われていることが期待できるからです。...あと、もちろん値段とも相談。

ということで、これだけをみら太に満載して帰宅。全部で700円(笑)。

PM-A870  1台
PM-A850  2台
CC-550L  1台
GT-7600U(名機!)  2台
JX-250(なぜかシャープ)  1台


スキャナをのぞきこんだとこ。このシャフトとスリーブが欲しいのです。あとこれを駆動しているモーターもきっとよいものが入っているはず。
シャフトはCNCステージのXYZ軸用に最低3本は必要です。安定性を考えると軸あたり2本使うことが理想ですので、失敗も考慮して7本取れるように7台買ったというわけです。

で、早速分解。 まずはPM-A870です。
スキャナ部をあけて、シャフトとスリーブのついたスキャンモジュールを回収。


この下にモーターが。右上にはフォトインタラプタも見えます。これもすかさず回収。

モーター出ました。いい感じのステッピングモーターです。

shinanoとありますのでメーカーはシナノケンシですな。回収回収。

で、プリンタ部に移ります。

どこにモーターがあるかもよく分からなかったので、徹底的にばらしました。

モーターはここに。似たようなステッピングモーターです。
このほかにヘッド駆動用のDCモーターも手に入りました。ヘッドって位置見ながら動かしてるんじゃないんですね。どっかにエンコーダーがあるのかも知れませんが、見つけられませんでした。


ということで、分解終了。

電源基板: いろいろお高い部品が乗っていておいしいです。
制御基板:きっとモータードライバが乗っているはず。あとこの基板にもフォトインタラプタが2個も。
冷陰極管:このモデルは透過原稿ユニットつきなので上下2本が手に入りました。使わないけど。
LCDモジュール:使い方はまったく分かりませんが、記念に。
USBケーブル:なんとスキャナモジュールは普通のUSBケーブルでメイン基板に繋ぎ込まれてました。
その他:役立ちそうなバネとか、レンズとか。

で、肝心のモーターは、ステッピングが2個、DCが1個という大収穫です。

CCD。これは使いこなしに勉強が必要です。私は鉄オタではありませんが、スリットカメラとかいつか作ってみたいです。


フォトインタラプタ:軸を動かす際の原点検出およびリミッタとして必須の部品です。

昇圧基板:冷陰極管が2本なので、こちらも2枚あります。昇圧基板は好き。今はいらないけどいつか電磁砲作りたい。

こちらも今回の目的のひとつ、シャフトとスリーブです。
よい感じでぬるぬる動きます。でもスリーブが接着固定になってて外すのが面倒そうです。


2台目はPM-A850。
予想通り870とほとんど同じつくりです。目的のブツの場所が分かってますので必要なところだけに手を入れます。分解の早いこと。870は2時間近くかけましたが、これは30分で終了。


ということで順調に分解は続き、5時間程度で完了しました。
これらが収穫物。
PMシリーズの3台はまったく同じモーター構成でした。一方でCC-550Lはまったく中身が別物です。間違いなく設計者が違います。

ちょっと話はそれますが、
いろいろなものを分解してくると設計者の技量や気持ちが分かるようになります。「この設計者は賢いな」とか、「ねじ多すぎ」とか。 モデルが新しくなるにしたがって中身がシンプルに合理的になっていくのに気がつくとなかなか感慨深いものです。
製造方法も同じで、初期モデルはあっちこっちねじがあって製造のときに回したりひっくり返したりしないと作れない構造になっていることが多いのですが、賢いメーカーはだんだんと一方向から組みつけが出来るような構造に変わっていくものです。
個人的にはSONYの製品に成長の跡を見ることが多いです。反対に富士通はだめですね。あとパナソニックは最初から徹底的に合理的でスカスカです。さすがマネシタ電器。


こんなにもたくさんのモーターが取れました。新品で買ったらいったいいくらするんだろう。どう見ても数万円分は下らないと思います。これが700円で手に入るのです。700円じゃシャフトの一本も買えませんよね。
ちなみに左上のパワートランジスタみたいな形のモーターはシャープのやつ。選定の時点でまったく思想が違いますね。でもエプソンも初期はミネベアのモーターを使っていたようで、その後シナノケンシに統一された模様。いろいろあったのでしょう。

エプソンのモーターはすべて4線でした。2極のバイポーラ駆動と思われます。対してシャープは5線。
もちろん作製はエプソンのモーターで統一します。ただ、バイポーラは駆動回路がちとめんどくさいのが気になるところです。