これまでのあらすじ:
2016年3月、フェルト生地を手で裁断している際にレーザーカッターがあれば複雑なカットが容易にできるなあと思って、安価になってきたレーザーカッターを購入しようと思ったのがきっかけ。調べていくうちに、合板も切れたほうがいいと思うようになって、CNCルーター(CNCミリング)についても考えるようになった。
Arduinoは以前から使っており、CNCシールドがあると気付いて自作も可能と思うようになった。当初はShapeOkoやX-CARVEを参考にMakerSlide、OpenRail、V-Wheel、2GTタイミングベルトなどで5万円くらいで自作しようと思っていた。AliExpressでも部品が安く買えることが分かって、しばらくは部品探し。探せば探すほど安くて本格的な部品も見つかってくるので、そんなにケチらなくてもいいのではないかと徐々にスペックアップ。最終的には剛性や精度のことも考えてボールスクリューやリニアスライドを使うことになり、予想以上に重厚な3軸CNCマシンをつくることに(約7万円)。
構想から約5週間(制作約3週間)でルーターとレーザーともに使えるようになり、現在はgrbl1.1+Arduino CNCシールドV3.5+bCNCを使用中(Macで)。余っていたBluetoothモジュールをつけてワイヤレス化。bCNCのPendant機能でスマホやタブレット上のブラウザからもワイヤレス操作可能。



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:
*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

2016年4月10日日曜日

CNCマシン:製作開始

さて何からつくろうかな?
Z軸からつくりたいけど、まだアルミ板が届いていないのでできません。構造フレームとなるアルミC型チャンネルを切断してもいいのですが、できればCNCマシンの上のほう(Z軸)からつくっていったほうが、寸法のしわよせを吸収できるので、構造フレームも後回し。ほとんどのアルミ部材が5mm厚です。場合によっては、全体的に5mm(アルミ1枚分)大きくなったりすることもあるので、小さいところからつくったほうがよさそう。
手持ちの材料で75x50x5mmのアルミLアングルがかなり余っているので、要所要所でつかっていこうと思ってます。短く切ってL型のジョイント部材につかったり、モーターマウントにつかったりと。

まずは、ステッピングモーターのマウントからつくりましょう。合計4つあります。それぞれマウントの寸法が違うのですが、基本的には75x50x5mmのアルミLアングルをつかうことになっています。

NEMA23のステッピングモーターは、インチサイズのためか寸法がミリ単位だと中途半端です。

























四隅の穴がM5サイズで間隔が47.14mm、外形が56.4mm角。
モーターがのるように、Lアングルを60mm幅でカットしてみることに。




















卓上マルノコでカットしたのですが、5mmもあるためものすごい量のアルミの細かい削りカスが飛び散りました。きれいにカットはできるのですが、刃にアルミがこびりつくので、切削用オイルとかつかったほうがいいですね。いちおう注文はしてあるけど、それもまだ届いてないです。


とりあえず一個だけカットしてみました。
残りは切削用オイルが届いてからにしよう。マルノコの刃を金属ブラシできれいにしておきました。けっこうアルミが刃についてました。
こんな感じのマルノコです。

 
スライドはしないのですが120mm厚まで切れます。音はうるさいですが、前回購入したスピードコントローラでパワーを半分くらいに落としているので、すこしましかと。

あとは、モーターに合わせて穴を開けていきます。M5用の貫通穴ですが、いちおう径5.5mmであけて、多少位置調整きくようにしておきます。モーターの軸まわりには径38.1mmで一段高くなっている部分があるので、この部分もホールソーかなんかであけないといけません。これがめんどう。

製作には、このほかボール盤があれば、だいたい充分かと。特殊な道具は超低頭ボルト用のドリルビットやネジを切るタップくらいでしょうか。

製作用機材/工具:
・卓上マルノコ(アルミ切断用)
  ・クランプ(卓上マルノコ切断時の材料固定用、深さ140mm程度)
  ・切削用オイル
  ・スピードコントローラ(あると便利かと)
・ボール盤(各種穴あけ)
  ・超低頭ボルト用段付きドリルビット(大径9.5mm/小径5.5mm)
  ・ドリルビット径6.5mm(M6用貫通穴用)
  ・ドリルビット径5.5mm(M5用貫通穴用)
  ・ドリルビット径4.2mm(M5タッピング下穴用)
  ・ドリルビット2.5mm(マイクロスイッチM2貫通穴用)
  ・ドリルビット1.75mm(M2タッピング下穴用)
  ・ホールソー/自由錐などサイズ調整可能なサークルカッター
・M2とM5タップ
・六角レンチ
・ペンチ、スパナ類
・定規、スコヤなど

こんなものでしょうか。ほとんど既製品の部品を組み立てるだけなので、あまり道具は必要ないかんじです。軸加工などするなら旋盤も必要ですが、今回の場合はもうすでに加工済みなので必要ありません。


作業の続き:
モーターマウントのためにカットしたLアングルに穴あけ。まだキャップスクリューが届いてないので、普通のネジで仮止め。



















四隅にあるM5用の穴(径5.5mm)はいいのですが、真ん中に大きくあいている穴(直径39mm)をあけるのが大変。そんなに大きいホールソーは持っていないので、半径調節可能なサークルカッターを使いました。こんなかんじのものです(以下)。
 
少しずつしか削れないので、けっこう時間かかります。無理に押し付けると刃がくい込んで止まってしまいます。音もうるさいし、削りカスもすごい飛び散る。それと摩擦でかなり熱くなるので、革手袋したほうがいいと思います。これも切削用オイルがあったほうがいい。

レーザーモジュール購入:
そういえば、$150の5WレーザーモジュールはAliExpressで買ってしまいました(17,302円/航空便送料込)。元々予算が1〜2万円くらいだったので、また消えてなくなる前に買っておこうかと。他のショップだと$200~300くらいするので安いほうだと思います。これで、ほぼ予定とおりの部品類が揃った感じです。レーザーも入れて合計で78,509円。ルーター(トリマ)や12V安定化電源はこれに含まれていませんが、もし同等のものを新品で購入すれば、合計で10万円いかないくらいでしょう。

最初はSmart Laser Mini(1.6Wレーザー、A4サイズ)を約6万円で購入しようと思っていましたが、今回作業エリアA1サイズ以上、ルーター機能追加(構造剛性強化)、レーザー出力を5Wにアップ(Smart Laser Mini買って5Wレーザーを追加すれば77,000円くらい)、ということでこの値段なら充分だと思います。実は、ちょっと前にヤフオクで使わなくなった腕時計を10万円ほどで売ることができたので、それを予算上限にしていました。その腕時計とCNCマシンと交換したようなものです。

CNCマシンが必要な理由:
レーザーを使いたいのは、元々洋服をつくるためであり、レーザーで切ってもこげにくいフェルトや化学繊維の布地を使って、手では切りにくい複雑精緻な模様や洋服のパターンそのものをつくろうとしています。ここ最近は、CNCマシンのことばかりで、洋服のほうは制作が一時ストップしている感じです。ただ、すこしずつCNCマシンの特性が見えてくると、洋服のデザインにおいても、こんなことができるかもしれないという感じでアイデアも同時に湧いてきます。

ルーターのほうは、家具のようなものをつくろうとしており、こっちも少しやってはいるのですが、CNCマシンのために一旦ストップしています。いままではマルノコやジグソーで切断していたのですが(ジグソーでカットした作業途中の材料がまだ放置してある)、これもまた複雑なかたちの場合、けっこう手間がかかる。バンドソーを購入しようかとも思っていたのですが、この際CNCマシンにしてしまおうということになりました。

3Dプリンターのほうは、まだ保留というかんじです。知り合いにも3Dプリンターでアクセサリーとか小物をつくっている人がいて、けっこうきれいな作品として仕上がっています。おそらく洋服の装飾部分やアクセサリーのようなものをつくりたいとは思いますが、まだアイデアがまとまっていないので、そのうちアイデアのかたちが見えてくれば3Dプリンターにも手を出したいと思っています。3Dプリンター自体をつくることも楽しいので。

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