ArtCNC Z軸拡張

Art CNCのZストロークがもう少し欲しかったのでZ軸を拡張して高さのある材料を加工できるようにしようと計画中です。

第一段階として単純にZ軸の高さに関係する部分を250mmから500mmに変更してみました。


v-slot 20x80 500mm 2本 3600円(取り寄せ注文でした)


C-Beam 500mm 1本 2250円

リードスクリュ540mm 2200円


軸を一旦ばらしてY軸にくっついている20x80 のv-slot 250mm を 500mm に付け替えます。





ガントリープレート部分はバラさなくてもこんな感じでネジ止め固定ができました。


Z軸を分解してC-Beamとリードスクリュを250mm→500mmに変更します。
中のベアリングや固定座は使い回せるので同じところに取り付けて使いまわします


出来上がったのがこちら。
見るからに剛性が足りなさそうですが、実際にZ軸の先端に力をかけるとグラグラするためもう少し補強が必要でした。

第二段階としてX軸方向にC-Beamとスライドユニットを追加して補強しました。
この状態だと大体加工できる高さは220mmくらいでした。


C-Beam 1000mm 1本 3950円


スライドユニット(両面) 1個 8890円

固定用にいくつプレートやネジも追加しました。

直角固定具のいいやつ 4個くらい(めっちゃケチりました。

直角ジョイントプレート 2枚

ボルト8mm(直角固定具とジョンとプレート用に)を20個くらい
ボルト15mm(垂直ジョイントプレート用に)8本


差し込みT-ナット 20個くらい
この辺は予備で多めに用意したのでだいたいです


Z軸とX軸を通る用にスライドユニットとC-Beamを取り付け、垂直ジョイントプレートで固定します。
念の為直角固定具でさらに補強(ケチって2箇所固定にしましたが、余裕があればいっぱい付けたい)

追加でつけたジョイントプレートには今回ナットブロックを付けませんでしたが、あったほうがよかったかなとも思います。


Zが高くなったことでケーブルキャリアの長さが足りなくなったのでケーブルを留めるやつを適当に3Dプリントしてごまかしました。



これでそこそこの剛性を確保できたので切削してみました。
オリジナルArtCNCよりは条件を落としていますが、硬い木材であるケヤキはきれいに加工ができました。

「いいね!」 2

作例として記事掲載して頂きました。

現時点での課題は

  • リミットスイッチとマキタのルーターを同じケーブルキャリに入れると、ノイズでリミットスイッチが誤作動する。
  • Z軸のリミットスイッチをつける場所が難しい(その場しのぎで設置した方法は振動でとれちゃいました)
  • 本来の形状に比べるとまだ剛性が低い。

といった感じですが。それぞれ

  • リミットスイッチのケーブルにフェライトコアを入れる
  • 3Dプリントでリミットスイッチ用の部品を作る
    *X、Z軸も二本にし、 Duet3で6モーターのマシンに改造する

ことで改善できる気がしています。

Duet3が手に入りモーター6個が現実的になってきたので少しづつ進めていきます
X軸とZ軸を増やす際、工具固定座の穴が一致する位置をCADで出してその位置で固定できるパーツを作りました。先端保護のキャップの代わりにこれを使って2つのX軸の間隔を固定します。
3Dプリントして組んでみます。

(CNCがあるのに試作部品で3Dプリンタを使ってしまう…)

凄いけれど工具はどーやって取り付けるの?

ア”ッ…

工具の付け方を考えました。まず工具を工具固定座に固定し正確に平行を確保します。
直角固定具を全て仮止めして横から滑り込ませて、直角固定具のネジ止めをします。

あるいは・・CNC加工屋に依頼して2枚で分かれているようなセコい物じゃ無く、一体のアルミブロックを削り出してもらって、上から工具を差し込んで横から固定するようなのを作った方がガチガチに固められるし、2つのZやX軸のズレが起きても工具に力を加えないので良いと思う。
とは言う物の・・そこまでの物が必要なんでしょうか。

色々とご検討ありがとうございます。
こっちは可動範囲は狭くなりますがZ軸を段違いにしてルーターの下から低い方のZ軸工具固定座を滑り込ませるような感じでできないかなど愚考しておりました。実機で組むときに試してみます。

今回はとりあえずDuet3でモーター6個のマシンを作ってみたいのがメインで、Z軸の剛性強化はあるもので可能な限りやってみようと思います。

とりあえず動作確認までできたので写真のっけておきます。
CAD図ではこんな感じ

モーターを6個使いたかったのでDuet3に換装しました。
スクリーンショット 2021-02-01 163544

config.gのモータードライバの辺りは

; Drives
M569 P0.0 S1                                 ; physical drive 0.0 goes forwards
M569 P0.1 S0                                 ; physical drive 0.1 goes forwards
M569 P0.2 S0                                 ; physical drive 0.2 goes forwards
M569 P0.3 S0                                 ; physical drive 0.3 goes forwards
M569 P0.4 S0                                 ; physical drive 0.4 goes forwards
M569 P0.5 S1                                 ; physical drive 0.5 goes forwards
M584 X0.0:0.5 Y0.1:0.4 Z0.2:0.3                          ; set drive mapping
M350 X8 Y8 Z8 I1                             ; configure microstepping with interpolation
M92 X200.00 Y200.00 Z200.00                  ; set steps per mm
M566 X60.00 Y60.00 Z60.00                    ; set maximum instantaneous speed changes (mm/min)
M203 X1800.00 Y1800.00 Z1800.00              ; set maximum speeds (mm/min)
M201 X50.00 Y50.00 Z50.00                    ; set accelerations (mm/s^2)
M906 X2400 Y2400 Z2400 I100                  ; set motor currents (mA)
M564 S1 H0                                   ; Disable jog commands when not homed

といった感じになりました。モータードライバーの番号が0,1,2は直感的にわかるんですが、3,4,5,の場所が予想と逆に並んでいて最初間違えて痛いめにあいました。

未解決問題は
・ケーブルキャリアの取り回しをまだ考えていないのでケーブルがのたうちまわっている(Zが500mmと長いので多分ケーブルキャリアの長さが足りない)
・接触不良でモーターが誤動作することがあるので端子を付けなおしが必要
・Z軸を動かすとゴリゴリいうのでどこか変な負荷がかかっていそう
・緑色の端子も一回火花が散ったのでもう変更しないと仮定してくっつけてしまいたい

別トピックの会話から見られる気配を感じたので

現在@morihさんのZ剛性強化のアイデアを取り入れてこんな感じになっています

別トピックで気配を出してしまった者です(汗)
前々からチラチラみさせていただいております。
トピック頭から読み直させていただきますね。

どうでしょう、改造途中かもしれませんが、Z軸の前後のブレは改善に向かっている雰囲気でしょうか?

2本のX軸のビームの平行出しなどかなり組立精度が要求されそうですね。

Z軸の揺れはX軸を二本にした段階でかなり改善されました。
現在のZ500mm,X軸二本、プレートで補強した状態だとZ250mmで使用していたときとほぼ同じ剛性感です。(ただXプラス・マイナス方向にはZ250のときより揺れる気がします)
組み立て精度については、追加のX軸はリードスクリューを通してないのと木工で意匠寄りのものが多いのであまり気にしていません、両面加工ができればOKくらいで作っています。

上の方にも書いてありますが、Z500mmは自身でフレーム補強しないとグラグラだったので自身で工夫しないと厳しいと思います。

Z375はX軸2本にすると加工範囲が結局Z250と同じくらいになりそうなので、やるとすればmorihさんのZ軸のプレートを追加する方法からがいいと思います。

Gymさま

使用感のレポートありがとうございます。
X軸二本化でZ軸の揺れが大分改善されたという事で前向きに検討ですね、現状のZ軸ビームではZ軸の加工範囲が大分狭くなるので、Z500mmビームに変更など大掛かりになりそうなので、少し先になりそうですが、、、

morihさんのプレート2枚ずらしもだいぶ期待できそうですね。
まずはこちらからやってみるのがよさそうな気がしました。

ありがとうございます。

ちょっとだけ更新しました。
①リミットスイッチの取り付けプレートを自作
ボルト1本固定だと回転してずれていきそうという懸念をずっと抱えていたので2本で固定できるようにしました。

②ルーターのケーブルをケーブルキャリアから取り出し
hardlimitを有効にしていると加工中に誤動作するという問題があったので、
原因と思われるマキタルーターをケーブルキャリアから出しました。Y軸にスライドユニットを二つ付けていた時期はユニットとユニットの間にケーブルを入れていましたが、ユニット一つでもだらんとしないようにホルダーを通すようにしました。

データはBoothでダウンロードできようにしてあります。