Gym
7
＠nyaruさん、＠morihさん リアクションありがとうございます。
独りごとで終わると寂しいので助かります。
検証することはたくさんあるのですが、とりあえず実際に加工してみて問題がないか、負荷時の精度にどの程度影響するのかを確認しました。
加工自体は全く問題なくできたので凡ミスで動かないとかは無さそうでした。
加工精度については木材、ポリカーボネート、アルミで試してみたのですが自分の普段の加工条件では言及できるほどの差がでませんでした。
そこで普段よりだいぶ攻めた条件でアルミを加工してみました。
回転速度10000rpm、DLCコーティングの直径3mmフラットエンドミルで
切削送り速度700mm/min、切り込み0.5ｍｍ、切削ピッチ0.4ｍｍ
左がC-Beam Machine、右が新型マシンです。。。が！これでも寸法の差はありませんでした。
表面の切削跡はC-Beam Machineの方がムラがあったので部分的に負荷で揺れてそうですがノギスで測れる寸法差とまではいかないようでした。
最後に材料が吹き飛ぶ覚悟で高い負荷条件で加工テストをおこないました。
材料はパイン集積材なのでアルミより柔らかいですが。
回転速度15000rpm、直径6mmのフラットエンドミルで
切削送り速度1000mm/min、切り込み5ｍｍ、切削ピッチ3.4ｍｍ
仕上げパスを入れると低負荷になってしまうので仕上げパスなし、その代わりダウンカットとアップカットで同じ40ｍｍ角とφ40mmを削って寸法のブレを比較します。
nyaruさんの上げてくれた資料やCNC精度調整のトピックでも上がっているようにアップカットとダウンカットでは力のかかる方向が変わるそうです。
| C-Beam Machine |
四角ダウンカット |
四角アップカット |
円ダウンカット |
円アップカット |
|
38.1 |
39.5 |
38.5 |
39.5 |
|
38 |
39.5 |
38.4 |
39.4 |
|
37.9 |
39.3 |
38.8 |
39.2 |
|
38.1 |
39.3 |
38.6 |
39.3 |
| Average |
38.025 |
39.4 |
38.575 |
39.35 |
| 新型 |
四角ダウンカット |
四角アップカット |
円ダウンカット |
円アップカット |
|
39 |
39.9 |
38.7 |
39.9 |
|
38.7 |
39.9 |
39 |
39.6 |
|
39.1 |
39.4 |
39.1 |
39.4 |
|
39.2 |
39.4 |
38.9 |
39.4 |
| Average |
39 |
39.65 |
38.925 |
39.575 |
ここでようやく差がでました。
仕上げパスなしでバリなどのせいですべての寸法が40mmに届いていませんが、すべての箇所で新型の方が40ｍｍに近い寸法になっていました。
また、アップカットとダウンカットでの差が顕著で40mm角の方ではC-Beam Machineでは1.4ｍｍの差が新型では0.65mmとなっています。
あとアップカットの40角の隅の部分（減速しているけど切削面積は増えている箇所）で大きな凹みができました（赤矢印部分）。新型でも同じ個所が若干へこんでいますがC-Beam Machineの方が顕著でした。
ひとまず新型のCNCが従来のC-Beam Machineより高負荷時に加工負荷の影響を少なく加工できることが確認できました。
ただマシンの剛性よりアップカットダウンカットの影響の方が精度には影響しそうですね。
加工時に実際何N相当の負荷がかかっているのかは算出が難しいですが
今回のC-BeamMachineのアップカットとダウンカット時の差が1.4mmなので
以前測った負荷と変位の関係から逆算して140N（14kg相当）
Rotating angleが0～180°の間で-200～600Nに触れているのでこれをアップカットの時とダウンカットの時の比率1：3ととらえるとダウンカット時116N、アップカット時35Nの負荷がかかっている説を提唱してみます。
「いいね！」 1
morih
8
5Kgですか。完全に勘違いしていました。
真鍮のデーターは16mmものエンドミルで、しかも真鍮相手なので逆に
この程度ならアルミで5mm以下の加工だと、とても軽い物だと感じました。
Gymさんのアルミ加工の結果を見ると、かなりかかる力が小さい気がします。
Gymさんの木材加工の結果はMDFならわかるのですが、接着剤の少ない木材(集積材)にしては力が強すぎる気がします。刃先に削りカスが詰まっているんではと思います。
木材用の刃先は2枚刃等の刃先が少なく、ねじれ角度が浅い物にしないと刃先が詰まってしまいます。
ストレートビット（プランジ刃付き）を使うようです。（私は使ったことが無いので自信が無いのですが）
参考：ShopBot用エンドミル比較記事（ダウンカット・アップカット・コンプレッション）
接着剤を多く使ったMDF, 合板は刃先の鋭い木工用の刃先だと消耗が激しく厄介物だと聞いた事があります。
「いいね！」 1
Gym
9
今回は負荷を高めるために4枚刃で突き出し量多めで加工しているので必要以上に負荷は高くなっているはずです。
深い溝加工の時も削りカスの除去が課題だったのでこれ以上剛性を高めるよりも他の条件を最適化していったほうが精度よく加工できそうですね。
一枚刃でねじれのほぼないルータビットで加工したことはありますが加工自体は問題なくできていた記憶があります（プランジ刃ついていたかは不明）。
ルータービットはエンドミルじゃないので切り込みができないと思っていましたがプランジ刃付きなら使えそうですね。
探して改めて試してみようと思います。情報ありがとうございます！
「いいね！」 1
Gym
10
プランジ刃付きのルータービットが（ルータービットとしては割高なもの以外）ぱっと見つからなかったので似た形のエンドミルや出張先で工場が使っていたエンドミルなどをいくつか注文して到着待ちです。
今回のマシンの細かい部品選定を書いてなかったのでちょっと共有しておきますと
カップリングをフレキシブルではなくジョータイプを使用
リードスクリューの固定にスラストベアリングとシャフトカラーねじ山付きを使用しています。
ジョータイプのカップリングはバックラッシュがあるとかないとか聞きますが、知り合いのCNC自作歴の長い方も使っており、実際に使った感じ手で感じられるバックラッシュは無いので自作マシンとしては十分だと思いました。
フレキシブルカップリングだとシャフトカラーやナットブロックの締め付けが弱いと伸縮してリードスクリュー自体がズレることがあるのでジョータイプにしています。
シャフトカラー（ねじ山付き）はリードスクリューにしっかりテンションをかけた状態で固定できるので従来のシャフトカラーよりも組立の甘さによる精度の低下を防げると思います。ただ穴の位置とネジ山の位置は保証されて無さそうなのでシャフトカラーの山で締めるときと谷で締めるときがある気がします。
しっかり固定できる分摩擦がつよそうなのでベアリングとシャフトカラーの間にシムではなくスラストベアリングを入れています。
デメリットとして
シャフトカラー（ねじ山付き）の径が従来のものより大きく、ガントリープレートが干渉するので稼働範囲が若干狭くなりました。スラストベアリングの分もあるので12mmほど稼働範囲が狭くなります。
バックラッシュ防止ナットブロックの取り付け位置もC-BeamMachineに倣って一番上に付けましたが普通に稼働範囲が狭くなったのでガントリープレートの中央か下部にすればよかったです。
「いいね！」 1
morih
11
このシャフトカラー、かっこいいので使ってみましたが、以前の物より大きくX,Y軸のように別のフレームに接近して付ける場合スレスレかちょっと当たってしまうように見えます。
それからZ軸だけ バックラッシ防止ナットブロック(8mm)を使うメリットてあまり無いように思います。
X,Y軸と同様に 8mmナットブロックを２つ使った方が良いように思われます。
（下方向の移動幅は増えますが、上げる方向の移動幅は減ります）
morih
12
これを見た時に工具固定座が直角固定具２個だけでくっついているように見えたのですが、CAD上で見て見るとプレートの裏側からネジが４本固定座に向かって付けられるですね。
(ここにネジを付けると低頭ボルトでもねじ頭がフレームに干渉するという話がありましたが、この場合は1mmのスペーサーをホイールに付けて隙間を広げる事で解消されると思います。ロックナットの高さも1mm増えてしまうのでロックナットも1mmのスペーサーを噛ませる必要があります)
なかなか強固だと思います。
それとおもったのですが、kawadeさんの工具取付具を２段にする を応用すると次のように付けられますね。
この場合プレートからネジ４本 *2, 三角固定具からネジ２本 * 2の合計12本で固定されるのでかなり強固な物になりそうです。
Gym
13
CAD上だと工具固定座のお尻に4カ所穴がありますが、実物は2カ所しか穴がなかったので後ろから2点、直角固定具で2点の計4カ所で固定しています。
ボルトの頭が干渉するのは自分も発生しました。
CAD上だと低頭ボルトの頭の厚みが1.5mmですが実物だと若干ばらつきがあり頭が分厚いボルトを使うと干渉しました。事前に分厚いボルトを避けることを頭に入れて組み立てれば干渉を避けることはできると思います。一番分厚いボルト頭で1.8mmだったので1ｍｍスペーサーを入れると確実に回避できる範囲での個体差かと思います。
morihさんの固定座2枚重ねる案はガントリープレートの穴（図の赤丸部分）がネジ穴じゃないので
ガントリープレート側からボルトを入れて直角固定座側はナイロンロックナットで固定しないと組めないようです。
CAD上だと直角固定具の穴径が7.2mmでナイロンロックナットの六角の面間距離が8mmなので接触面が狭いのが大丈夫か気になります。
あと例の怪しいバネばかりを自分へのクリスマスプレゼントに買ってみました。
重量計で2kgだったペットボトルがしっかり2㎏（たまに19.95）で表示されたので10kgもかけない実験では十分使えそうです。
morih
14
プレートの穴位置確認したところ確かにそうなっていました。
直角固定具の穴確かにスレスレですね。
これも精密シム (10-5mm, 1mm厚) を入れたら解消しそうですね。
（メーデー 航空機事故の真実と真相という番組でワッシャーを入れないと事故になる設計で、事故後設計が改良された的な放送があってワッシャーを使う時に考えてしまいます）
Gym
15
Z軸剛性補強キットが無茶苦茶強くて新型CNCより剛性が高かったら新型作る意味がないので、剛性補強キットを取り付けたC-Beam Machineの負荷時の先端変位を同条件で計測してみました。
各方向の変位を平均すると
Z軸補強キットは約32％
新型マシンは約73％
負荷時の先端変位を軽減できていることになりました。
個人が分解/組立直しながら測ったものなので数字自体の信憑性には若干不安がありますが、傾向はこんなもんだと思います。
新型マシンはぐらつかなさが段違いなので比べると軽減率が小さく見えますが、Z軸剛性補強キットが5000円で32％軽減できているのは非常にコストパフォーマンスが高いと思います。
新型マシンはZ軸剛性補強キットより２倍以上変位を軽減できるとはいえ、コストアップはプラス1軸と追加モーター、基板をDuetに…と5000円の何倍になるのやら。
「いいね！」 2
Gym様
新CNCの開発ですが大変興味深く拝見しております。
具体的な商品化についてはAvalonTech社内でも検討しており、後日詳細な内容や条件について御相談させていただきたく存じます。
どうぞ宜しくお願い致します。
Gym
17
@staff_at あけましておめでとうございます。今年もよろしくお願いします。
キット化したいアピールしたかいがありました。
もうちょっと詰めたら部品一覧なども出していきたいと思いますので是非お願いします。
Gym
18
何点かブラッシュアップしたり検討したりしていました。
①X軸のホイールを4個から6個でがっちりつかむようにしました。
この向きだとガントリープレートのネジ穴が使えないので後ろからロックナットで留める形になります。一番外側の穴を使うのでレールと干渉しません。
②軸の固定位置がレールの端から17.5mmというスペーサーや他の部品で位置合わせしにくい寸法だったので専用のスペーサーを用意しました。
ついでに切りくず侵入防止カバーの役割になります。一旦3Ｄプリント品を仕上げて使います。
③タッチパネルを付けました。
基板がDuet3系になるのでタッチパネルで操作することができます。
wifiでパソコンからSDカードにデータを送り、マシンは独立してタッチパネルで原点合わせ、加工開始までできるのを目標にしています。
３Dプリンタ用のUIやコマンドなので色々準備しないといけませんが見栄えがいいので気に入っています。
加工テーブルを乗っけたらぶつかりそうですが、ギリギリスピンドル中心の真下は避けてるくらいなので固定部品を調整したりテーブルを必要以上に大きくしなければこの位置でも問題なさそうです。
④Y軸が乗っている手前と奥のフレーム。
C-Beam Machine剛性強化版では2060でもう20mm高いのですがＺストロークを優先して2040を使っています。
左右のフレームは固定する都合上2060のままです。
Gym
19
シャフトカラーについて
従来のシャフトカラーからスラストベアリングとシャフトカラー（ネジ山付）に変更していましたが戻しました。
シャフトカラー（ネジ山付き）は出っ張ってはいますが丁度組み合わせるレールの溝の位置になるので問題なかったのですが。スラストベアリングが外径16ｍｍと大きく0.45ｍｍ干渉していました。
スラストベアリングを無くすとシャフトカラー（ねじ山付き）の位置が変わってレールと干渉するようになり、スラストベアリングの代わりにシムリング8枚入れるのもナンセンスなので一旦従来のシャフトカラーセットでの固定としました。
モーター固定座を12ｍｍから8ｍｍにしてベアリングとシャフトカラーを軸の外側に付けれるようにすれば使えそうですが、現状部品ではシャフトカラーをそのまま置き換える組み合わせは思いつきませんでした。
Gym
20
作業場が寒くて進んでいませんでしたが。あったかくなってきたので調整を進めています。
基板、無線化
基板はDuet3 Mini5+のWifiモデルを使用して無線化しています。
panelDueと合わせて加工するときは完全にスタンドアロン状態を目指しています。
CNCxPROだとCNCxPRO自体がアクセスポイントになるので無線接続するとパソコンのWifiがインターネット接続なしになる
Mainboard6HCだと最近高いラズベリーパイが必要
なのですがDuet3 Mini5+なら基板単体で無線化できました。
問題点としては
- 5Gに対応していないからか、メッシュWifiのおうちではWebControlにアクセスできないことがある
- 電流値が2Aまでなのでハイトルクモーターは動くけど宝の持ち腐れになりそう
- 動作中ドライバの温度が高い警告がでた（電流値の設定が2400ｍAになってたせいかも）
温度に関してはFANで風を当てながらだと警告が出なかったのでケースを作るときにFAN付にすれば問題なさそうです。
PanelDue周り
3Dプリンタ用なので機械座標の表示しかなく、ワーク座標系が表示されない。
またワークオフセット系のコマンドもないのでそのままではNCルーターには使えませんでした。
マクロボタンはあるので、
G10 L20 P1 x0y0z0
を登録しておくことで画面には表示されませんがワーク座標の設定ができ、思い通りの運用をすることはできました。
加工テーブル
MDFでやってきましたが、アルミテーブルが欲しくなってきたのでモノタロウでアルミ板を注文しました。厚み10mmの300ｘ600mmで8000円くらいでした。順調にいけば来週には完成しそうです。
（工作機械用のテーブルは10万円くらいしてました）
「いいね！」 1
Gym
21
一旦完成しました。
モノタロウで購入したアルミ板にArtCNCでザグリとセンターポンチ的な穴を開け、ハンドドリルで貫通させてテーブルを作りました。
黒い板部分は切りくずが入らないようにするカバー兼小物入れにしてあります。
緑のコネクタは実験にはいいですが普段使うには取れやすいので裸端子で圧着してビニールテープで絶縁しています。
基板Duet3 Mini5+を裸で置いておくわけにもいかないので、ダイソーで大きめの箱を買って膜付きグロメットで線を通して仮基板ケースとしました。
電流値を2000ｍAにしてファン無にしてみましたが、モータードライバーが熱い警告が出たのでやはりファンは要るようです。
テーブルの水平具合について
X軸方向の傾きは二つのZ軸の調整で±0.1ｍｍ程度になるのですが、Y軸方向が手前が0.4ｍｍ程高く調整中です。
アルミテーブルは削りたくないので捨て板を貼ってから上面を削って水平を出そうかなと思います。
「いいね！」 2
Gym
22
現時点でのフレームの部品表はこちら
| 部品 |
個数 |
| 低頭ボルトM5 8ｍｍ |
76 |
| 低頭ボルトM5 10ｍｍ |
18 |
| 低頭ボルトM5 12ｍｍ |
8 |
| 低頭ボルトM5 15ｍｍ |
20 |
| 低頭ボルトM5 20ｍｍ |
62 |
| 低頭ボルトM5 55ｍｍ |
10 |
| 低頭ボルトM5 60ｍｍ |
24 |
| 8ｍｍナットブロック |
10 |
| リードスクリュー 415ｍｍ |
2 |
| リードスクリュー 540ｍｍ |
2 |
| リードスクリュー 1040ｍｍ |
1 |
| スペーサー 6ｍｍ |
26 |
| スペーサー 9ｍｍ |
24 |
| スペーサー 40ｍｍ |
10 |
| 5ｍｍボールベアリング |
96 |
| 8ｍｍボールベアリング |
10 |
| 直角固定具（黒） |
26 |
| C -Beam 1000ｍｍ |
1 |
| C -Beam 375ｍｍ |
2 |
| C -Beam 500ｍｍ |
2 |
| モーター固定座 |
10 |
| ガントリープレート汎用 |
10 |
| キューブコネクタ |
4 |
| 偏心スペーサー |
22 |
| 差し込みＴナット |
16 |
| 垂直ジョイントプレート |
4 |
| 8ｍｍシャフトカラー |
10 |
| ナイロンロックナット |
45 |
| 1ｍｍ精密シム |
68 |
| 工具固定座65Φ |
1 |
| 8ｍｍシムリング |
10 |
| ワッシャー |
45 |
| Ｔナット |
76 |
| 2040V‐slot 920ｍｍ |
3 |
| 2040V‐slot 460ｍｍ |
2 |
| 2040V‐slot 500ｍｍ |
2 |
| Ｖホイール |
48 |
| カップリング |
5 |
| ブラケットダブル |
8 |
2040V-Slotリニアレールの920ｍｍ、460ｍｍは自分でカットしています。
上記の他に
- Nema23ステッピングモーター5個+モーターケーブル
- Duet3 Mini5+かDuet3Mainboard6HC（CNCxPROはモータードライバが足りないので不可）
- 24V電源
- ルータースピンドル
- リミットスイッチ3個+ケーブル
が必要です。
任意でpanelDueがあるとカッコイイですが、今のところCNC向けではないので必須ではありません。
安めのタブレット貼り付けておいたほうが便利かもしれません。
ここは開発板にして、体系的な組立などはもう少し加工テストしてみてから別のトピックに整理するか自分のブログでも作ってまとめます。
現時点（2023年3月段階）の組立説明はこちら
「いいね！」 1
Gym
23
加工テストその１
材料：アルミA2017 5mm厚 140mmx100mm（https://www.monotaro.com/p/0962/9995/）
エンドミル：φ4mm先端R0.2ブルノーズDLC（https://www.monotaro.com/p/7039/7268/）
送り速度400mm/min、切削ピッチ0.4mm切り込み深さ1mm クーラントなし
加工時間1時間弱
加工テストその2
材料：パイン集積材 18mm厚、180mmx180mm端材
エンドミル：荒取りΦ6フラット、仕上げＲ3ボール
送り速度600mm/min、切削ピッチ3.6ｍｍ切り込み深さ2mm
ピンを使って両面加工 クーラントなし
加工時間4時間弱
精度的にはY方向は-0.04、X方向は-0.1。C-Beam開発元のリニアアクチュエータ単体の精度が0.1～0.05mmなので公差内。パラメーター未調整でこれなのでstep/mmを調整したりすればもっと詰めれるかもしれません。
テーブルのメッシュ補正(重要)
Z方向はテーブルの調整をしていないのでテーブル奥と手前で0.4mm分ほど傾いていたのですが。
Duetの機能であるメッシュベッド補正で補正することで解決しました。
テーブルを指定した間隔で自動プローブし（今回は88点）、あらかじめCSVでテーブルの歪みデータを取得しておくことで加工時にZ軸が自動的に補正されます。
これのおかげで傾いたテーブルでも高さ均一の加工をすることができました。両面テープで固定しているため材料がちょっとだけ浮いており、底面の材料が逃げて0.05mmほどの薄皮がきれいに残った状態になります。バリとりカッターでｼｬｰｯてやればだいたいとれます。
「いいね！」 1
nyaru
24
PanelDueでCNC関連操作・情報表示ができないかなと色々と見てて気付いたことあったので情報共有です。
残念ながら現状は公式からはCNC用のUIは提供されていませんが、有志が縦向きでペンダントとして使うファームウェアを出しています（未検証です）
公式の人もいつかやりたいとは言ってますが、どうなるかはわからないですね。
PanelDueは256KBしかデータ容量がないので、あれこれと機能を入れるというのは難しそうです。
ちなみにちょっと手間ですがPanelDueの起動時のスプラッシュスクリーンは変更することができます。カッコいいロゴとかあれば表示させてもいいかもしれませんね。
こんにちは、Gymさんご考案の「Z軸がぐらぐらしないCNC」はロマンの塊ですね。
当初木工用にとワークエリアの大きいArt CNCを購入したのですが、木工加工、特に大きなサイズの加工をしなくなっって、今は金属版（アルミや真鍮）やアクリル板の彫刻や切り抜きをしております。
730x1310という可動範囲のほんとに原点付近の300x300くらいしか使ってない（汗）。。。
やはり、現状のArtCNCは正直金属加工ではZ軸のブレが結構ネックになっており、この「Z軸がぐらぐらしないCNC」はほんとに魅力的です。
所有しているArtCNCはCNC XPRO V5+マキタルーターの組み合わせから、なんとか解体して 「Z軸がぐらぐらしないCNC」に組みなおせないか頭の中で妄想中です。
もちろんDuetではないのでC-Beam XLargeタイプではなくC-BeamタイプのY軸を1軸でという運用になるかと思います（X+Y+ZZ）
一番のネックはアルミフレームの切り出し精度になるのかな？と思っていますが、ほかにArtCNC（CNC XPRO V5）から移植する場合に気を付ける点などありますでしょうか？
Gym
26
@otojirou さん
こんにちは、参考にして頂き光栄です。
マシンサイズはお手元の部品で使いまわしていただければいいと思いますが、リードスクユーが硬いのでサイズを変える場合はリードスクリューは新調することになると思います。
Y軸がC-Beam500mmだと稼働範囲が丁度300mmなので
よく使う範囲が300ｘ300くらいの場合足りないことが出てくると思います。
リミットスイッチの取り付けを工夫すれば310ｍｍくらいにはなりますが自分ならもうちょっと余力が欲しいです。
あとCNCxPROのファームウェアを見てみたらXYZZがありませんでした…
次のファームウェア？の FluidNCか、自分でファームをいじれる場合は可能だと思いますが私にはできません。
将来的にはこう↓いう感じにArtCNCもXYYZZにできたらいいのですが、既存部品でうまく組み合わせられる方法が見つからないのですぐには難しそうでした。
@nyaru 情報ありがとうございます！
スプラッシュスクリーンをかっこいい画像に変えるのは楽しそうなので読んでみましたが
小生、猫でもわかるプログラミング参考書が分からなかった人間なので拒絶反応が出ちゃいました…
余力のある時にもうちょっと気張って確認してみます。
