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10月5日水曜日

CNCミリングマシンとCNCルーターマシンいろいろ

CNCミリングマシンの場合、フライス盤がベースとなって比較的小型で剛性もあり、移動テーブルのついたもの、そして金属加工メインという感じです。それに比べCNCルーターマシンは、比較的大きめで、木工など(金属加工よりも切削抵抗を受けない素材)を加工するタイプという感じです。どちらも3軸CNCマシンとして仕組みは同じようですが、精度、剛性においては、CNCミリングマシンのほうが遥かに上といった感じでしょう。

比較的安価なフライス盤(手動):


安価なフライス盤(手動)であれば、プロクソンのこれ↑になるでしょうか。
アマゾンで29,800円(送料無料)。
これを改造して3軸にステッピングモーターをつければCNCフライス盤になるかもしれません。
フライス盤は、もともと剛性が高くつくられているため、作業領域は狭いですが、精度が高い加工が可能です。小さな金属部品、あるいは電子回路基板など作成にはいいと思います。


これ↑も、小型フライス盤ですが、変形可能で旋盤、ジクソー、ディスクサンダーなどに組み替え可能のマシンです。どの程度使えるかは疑問ですが、25,800円なのでかなり安価です。

フライス盤として、もう少ししっかりしたものが欲しいなら、

こんな感じ↑の卓上フライス盤、87,137円(送料無料)。
同様に、これを改造してCNCフライス盤にすることもできそうです。移動可能範囲180x130mm。


これは逆に、XY軸だけの安価なクロステーブル。3399円(送料無料)。
移動可能範囲は200x50mm。これにZ軸をつけてCNC3軸フライス盤にすることもできそうです。


しかし、改造するのが面倒であれば、オリジナルマインドのCNCミリングマシンということになるでしょうか。

作業テーブルサイズが、100x150mmのもので138,000円。
少し大きい150x200mmのもので178,000円。
作業エリアがこれ以上のものもあるけれども、そうなると20万、30万という感じでかなり高価になっていきます。


OpenBuilds:
それでは海外の製品はどうかというと、OpenBuildsの以下のようなものがあります。

作業エリア750x330mmとかなり広め。これで108,942円(送料別)。
これはどちらかというと、CNCルーターマシンに近いかもしれません。しかし送り機構はボールネジを使用しているため、精度も強度もそれなりにあると思います。X軸(左右方向)とZ軸(上下方向)にルーターが移動し、テーブルが前後方向(Y軸)に移動するタイプ。

また小型のものであれば、作業エリア350x280mmの以下のもの。
これもY軸方向にテーブルが移動するタイプで55,003円(送料別)とリーズナブル。

OpenBuildsはどちらかというとキット販売というより、CNCマシンをつくるために必要な部品を選んで自作するという感じなので、かならずしもこの形にこだわる必要もなさそうです。
このような↑、Cビームリニアアクチュエータという直動機構と送り機構が一体となった部品を組み合わせて、好みのサイズのCNCマシンを構成することができます。250mmのもので12,537円、500mmで14,367円、1000mmで16,855円(それぞれNEMA23モーター含む、送料別)。モーターなしにすればそれぞれ2500円くらい安くなる。

もう少し安価なタイプだとこちら↑のVスロットリニアアクチュエータ。これは送り機構として送りネジではなくタイミングベルトを用いたタイプ。より高速で動くことが可能だけれども、剛性や精度は送りネジを用いたものよりは落ちるという感じ。250mmで8990円、500mmで9530円、1000mmで10969円、1500mmで12,666円(それぞれNEMA17モーター含む、送料別)。モーターなしで1800円くらい安くなる。CNCミリングというよりCNCルーター用という感じ。

また、AliExpressでもOpenBuildsの部品やキットも販売しています。
NEMA23対応のCビームリニアアクチュエータであれば、
AliExpress.com Product - 3D printer DIY NEMA 23 c-beam Z axis kit CNC Z-AXIS ASSEMBLY kit M8 lead screw Linear Actuator Bundle set with stepper motor8923円(送料込み)。
おそらくこれは250mmのZ軸用かもしれません。詳しくはショップに問い合わせてみるといいでしょう。他のサイズも取り扱っている場合もあります。

AliExpress.com Product - free shipping via DHL or EMS Openbuilds OX CNC router machine OX CNC MECHANICAL KIT ooznest OX CNC Machine作業エリアは問い合わせないと分からないですが、画像から判断すると400x700mmくらいでしょうか。このキットで77,309円(送料込み)。
またもっと大きい作業エリアのものだと、
こんな感じのもの、104,265円(送料込み)。
部品リストは以下。どうやら1000x1500mmのVslotレールを使っているようです。これもタイミングベルト方式。
という感じで、AliExpressで探せばいろいろでてきます。


タイミングベルト方式か送りネジ方式か:
送り機構をタイミングベルト方式にするか送りネジ方式にするかで値段がかわってきます。送りネジ方式にしても、送りネジが単なる三角ネジか台形ネジかボールネジかでも精度は変わってきます。当然ボールネジのほうが精度がでるわけですが、その分値段が高くなったり、重くなったり、移動スピードも精度が上がる分遅くなります。
タイミングベルトのメリットは、安価であるし、すぐに部品を取り替えられること。もしスライドレールを拡張したときにも、タイミングベルトを張り直せばいいだけです。特に2GTや3GTという規格のタイミングベルトは歯が半円形になっており理論上バックラッシュゼロなので、そんなに精度が出ないというわけでもなさそうです。普通に趣味で使う分には問題ないと思います。


X-CARVE:
このほかDIY的なCNCルーターなら、海外製ですがX-CARVEがあります。

作業エリアは800x800mmのもので約12万円(送料別)。これよりも小さいタイプもあります。これもタイミングベルト方式(Z軸だけ送りネジ方式)。
3軸CNCマシンで、ヘッドにダイオードレーザーを取り付ければレーザー加工機としても使えます。


ShapeOko3:
似たような価格帯でもうひとつShapeOko3というのもあります。
ShapeOkoもX-CARVEと同様にサイズに応じて約10万円から15万円前後。
これもタイミングベルト方式。何回かの改良を重ねて品質向上しているようです。

X-CARVEやShapeOkoで使われている部品の一部はAliExpressでも購入可能で、このような部品を組み合わせるだけで似たような仕組みのCNCマシンを自作することもできます。
どちらもタイミングベルト方式なので、
AliExpress.com Product - 2 * Aluminum 2GT-16 tooth synchronous wheel timing puley +2 meters GT2 6MM bandwidth rubber belt2GTタイミングベルトとプーリーのセット、1962円(送料込み)。

AliExpress.com Product - Makerslide Aluminium Extrusion Buildlog 2X laser ORD bot 3 D printer CNC mill frame Aluminum Profiles MakerSlide ExtrusionMakerSlideというV型のレールのついたアルミプロファイル、1962円(50cm/1cmごとに40円/送料込み)。

AliExpress.com Product - Solid V Delrin Wheel 5mm bore - V Rail V Slot Aluminium Linear Extrusion 3D Printer RepRap CNC v-wheel Makerslide Openrail上記V型レール用のV溝ホイール、10個セット2943円(送料込み)。

しかし、普通のアルミプロファイルにこのレールを取り付けるという手段もあります。OpenRailというものらしいです。
断面はこんな感じで片方がV字の山がついています。つまり、普通のアルミプロファイルは国内で買って(たぶん、普通のアルミプロファイルは国内のほうが安いかもしれない)、あとからこのレール部品を取り付けるという手順です。またはアルミプロファイル以外の材料を使う場合(チャンネルやアングルなど)にも使えるかもしれません。899円(1m、送料込み)。最長で1500mmまであるようです。

このほか、別のタイプのレール/ホイールもあります。
こちらはMakerSlideとは違って、アルミプロファイルの溝自体がV型に斜めカットされているV slot Rail。2,275円(1m/送料込み)
ちなみに国内で普通に販売しているアルミプロファイルは、溝の部分がV型に斜めカットされていないため以下のV Wheelがぴったりはまらないので注意。

V slot Rail用の角が斜めカットされているV wheel、3,653円(20個セット/送料込み)

こんな感じでV型の溝にフィットします。また別のショップでは、V Wheelがこの画像のようにMakerSlideにもV slot Railにも使えるものもあります。ちなみに、これは20x20mm断面で500mm長のレールが6本で5,418円(送料込み)

MakerSlideを選ぶかV slot Railを選ぶかは好みや設計次第です。アルミプロファイルの軸上(中心)に車輪を滑らせたいのなら、V slotのほうを選ぶという感じでしょうか。

という感じで、AliExpressにもCNCマシンの部品屋がたくさんあるので(ショップによって値段も多少違う)、探してみるといろいろあるはずです。このように部品選びをしていると、次第に自作したくなってくると思います。
基本構造はこれらの部品の組み合わせでつくることができますが、自作するならあとはモーターも含め電気系統という感じです。おそらく5万円程度で自作できるかと思います。


この他の自作用部品:
このブログ上で自作したCNCマシンは、当初これらの部品を組み合わせてつくろうと思ってましたが、スペック、剛性、強度などを欲張ってしまったため以下のような部品を使いました。

AliExpress.com Product - 6 sets SBR16 L1000/650/350mm+ SFU1605-350/750/1050mm ball screw+3 BK12/BF12+3 DSG16H nut holder+ 3 D25-L30-6.35*10mm Couplingこれは、CNC3軸マシンをつくるための部品セット、36,936円(送料込み)。タイミングベルト方式ではなく、送り機構としてボールネジが使われています。直動機構もΦ16mmのレール上にスライドブロックがのる仕組みです。そのおかげで、かなりの剛性や精度を得ることができると思います。これらの部品とアルミプロファイルと組み合わせることも不可能ではないのですが、各部品の穴のピッチがアルミプロファイルの溝と一致しにくいために、構造自体も自作しなければいけないという感じです。

2 件のコメント:

  1. いろいろ紹介くださってる事に感謝です。
    自分一人だと情報が偏ちゃって、有益な
    物を知らずに苦労するんでとても参考に
    なります。

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    1. ここに挙げた部品のほかにも、いろいろ自作向けのCNCマシンはあると思いますが、調べているうちにShapeokoやX-CARVE、OPENBUILDSの部品が中国(AliExpress)から手に入りやすいので、ここに落ち着いた感じです。
      日本国内で入手可能な部品だと、産業用として精度はいいと思いますが、ホビー用としての部品としては高価すぎるという感じです。電子部品や機械系部品も徐々に中国製に移行しているような気がします。中国製もそこそこ精度は上がってきていると思うので、ホビー用として使うにはいいかもしれません。

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