CNCマシン：制作中５（Y軸２本）

X軸、Z軸がだいたいできたので、いよいよY軸の製作です。Y軸はボールスクリューが1100mmあり、骨格となるC型チャンネルは1220mmあります。1220mmは4'x8'版の短手の長さと同じで、4'x8'版の作業台があるので、その上に載せるためにその寸法になっています。
とりあえず、必要な部材のカットから。カット時の騒音がものすごいので、昼間にしかカットできません。夜はマーキングや組み立てをする感じです。

ようやく、Y軸２本分に必要な主な部材の切り出しが終わりました。右手前にある長方形の小さな部品はベアリングユニットを底上げするスペーサーです。左側にあるモーターマウントはとりあえず穴あけまでやっておきました。中央の大きい穴（径39mm）をあける際にものすごい音がするので、昼間のうちにあけておかないとだめです。この大口径の穴あけが一番面倒。ステッピングモーターが４つあるので４つ分あければいいのですが、もし20個とかあると嫌になります。今後このCNCマシンでこのような作業ができるようになれば楽なのですが。モーターマウント２個だけで１時間くらいかかりました。モーターマウントの小さいほうの４つ穴はM5タップが切られています。けっこうタップを切って済ませているので、購入したナットをあまり使ってません。

これからそれぞれの部材に、M5用貫通穴（径5.5mm）、M5用タップ下穴（径4.2mm）、M6用貫通穴（径6.5mm）、M6用タップ下穴（径5mm）の４種類の穴あけ作業があります。C型チャンネル上にレールを固定する穴はタップを切るのですが、合計で32個あります。けっこう大変。タップは夜中にゆっくりやればいいので後回し。
とにかく切断と大口径穴あけだけ先に終わらせたという感じです。騒音と削りカスが飛び散る作業は、いつ始めようかと躊躇しがちですが、さっさと終わらせると気が楽になります。


作業のつづき：
引き続き穴あけです。Y軸は２本あるので、作業量が２倍になって意外に時間かかります。
まずは先ほどのスペーサー。こんな感じ↓になります。

このスペーサーだけでも、下穴も含め48回ボール盤で穴あけします。さらに穴の周囲と各辺のバリ取りもしなければなりません。小さい割にけっこう手間がかかりました。

そして、C型チャンネルにM5のタップを切ります。レールを直に固定するネジ穴です。合計32カ所。これも疲れる。こうゆう作業は夜中にできます。

しかし作業中に意外なものを発見しました。以下の画像、レール上を滑るスライドブロックですが、ひとつだけ（右側）違うタイプが入っていました。上部中央に六角穴の止めネジがついています。全部で16個あるうちこのひとつだけです。

裏返してみると、こんな感じでやっぱりひとつだけ違います。外形やネジ穴の位置などは同じなのですが、仕組みが少し違うようです。

右側スライドブロックの底面は何もなし。左と中央のスライドブロックには、抑え金具のようなものがついています。この押さえ金具も何のためについているのか分からないのですが、抑え金具のビニール皮膜もはがしてしまって、いろいろいじってみると、

どうやらこの抑え金具を外すと、中のC型リニアベアリングが回転するようです。さきほどのひとつだけ違うタイプのものは押さえ金具がないかわりに上部の止めネジで固定するようです。そのほうがスマートな感じだと思いますが、16個中15個がこの抑え金具タイプのものです。側面にも六角穴付き止めネジがついているのですが、それを締めても回転しなくなるようです。よくわからないけど、抑え金具についていたビニール皮膜をはがして、以下のようにまた元通りにもどしておきました。

この押さえ金具だけ、後付けしたような中途半端なつくりになっているので、何なんだろうとは思っていたんですが。まあ、このままつかいましょう。一個だけ違うタイプのものも寸法は同じなので、問題はなさそうです。

という感じで、今日の作業はおしまいです。材料カットと穴あけやタップ切りで終わりました。
次回組み立てに入ります。

CNCマシン：制作中４（X+Z軸合体）

X軸（レール部分で900mm）とZ軸（レール部分で350mm）をつなげる部分をつくりました。
75x50mm t=5mmのアルミLアングルが3mくらい余っているので、それを使うことに。52.5x38x150mmにすこし細くカットするのですが、卓上マルノコには固定しにくいのでジグソーでカット。切断面はアルミ用平ヤスリで。

左がそのまま卓上マルノコで150mmにカットしたLアングル。右が必要な寸法にカットされたLアングル。
この部材がZ軸裏面について、X軸上のスライダーに重なります。

X軸とZ軸を合体。X軸の上下スライダーを先ほどのLアングルとアルミ板でつないで、その部分にZ軸が固定されます。と思ったら、早速ミス。アルミ板にM5のタップを切らなければいけないのに、貫通穴を開けてしまいました。しかも穴の位置もなぜか1mmずつ外側にずれていました。作り直しかと思ったけど、上下ひっくり返したら新たに穴が開けられそうなのでそのまま続行。ちょうどZ軸とX軸の間にはさまれる箇所で見えないところなので大丈夫でした。けっこう慎重にやっているつもりが、たまにミスでます。今回はリカバリーきいてよかったけど、材料も限られているので、ミスると怖いです。

X軸とZ軸が交差している部分の厚みは合計で115mm。部品がゴツいわりにけっこうスリム化できたかも。スライドする部分は、それぞれが平行でなければいけないので、ネジ穴のあそびの分で微調整します。だいたいスムースに動きます。Z軸の移動プレートにも段付きドリルビットで穴あけ追加しましたが、極低頭ボルトが足りない。購入した長さ16mmの極低頭ボルトだと実は1mmくらい長過ぎたので買い替え中。今日出荷されたと思うけど、届くのは明日かあさってか。
しかし重い。この状態で16.5kg。
OpenRailとV-Wheelを使っていれば、おそらくこの半分くらいの重さで済んだのかもしれない。

X軸の裏面（C型チャンネルの背の部分）に、ケーブルドラッグチェーンをつけようかなと思ってますが、まだ届かない。リミットスイッチなど細かい部分はこれからつくる予定。とりあえず次はY軸２本です。またC型チャンネルの切断作業からです。

つづき：Y軸2本の制作

CNCマシン：制作中３（Z軸）

アルミ板が届いたので、卓上マルノコで切断してZ軸をつくることにしました。オーソドックスな構成。何かを参考にしたわけではないけれども、普通に考えるとこうなってしまう。
基本的には150x350mm厚さ5mmのアルミ板にレール２本、上下のベアリングユニット、そしてモーターマウントが取り付けてあります。5mmの板で弱すぎるかなと思ったけど、レール自体がゴツいので強度的には大丈夫でしょう。

以下は、部品が届いた時に並べて見た時の画像。このまま5mm厚のアルミ板に固定しただけです。

移動プレートの穴はまだ全部おわってません。上部角の２カ所だけ極低頭六角穴付きボルトをいれてあります。段付きドリルビットでざぐりを入れて、頭がプレート表面から飛び出ないようにしてあります。残りの下穴の部分もそうする予定です。

モーター側から見た画像。Lアングルでつくったモーターマウントは裏側から普通のキャップスクリューでタップを切ったベースのプレートに固定してあります。このあと移動プレートの上には、ルーターホルダーが取り付けられますが、まだその部品は届いていません。
部品が重なりあってくるのですが、できるだけどのネジにもアクセスしやすいように配置しているつもりです。持ってみると、またもやかなり重い。計ってみたらこれだけで5.5kgありました。ルーターなどもつくと、7kg近くなりそう。
それぞれのネジ穴はM6なら径6.5mm、M5なら径5.5mmであけているので、ゆるめれば多少調整がききます。レール２本とボールスクリューが平行になっていないといけないので、最終的に細かな調整が必要となります。

つぎの段階として、このZ軸と前回つくったX軸をつなぐ部分をつくる予定です。CAD図面を見ながら図面上の寸法と現物の寸法を見比べていますが、いまのところ大きくずれてはいません。ただ、ネジの配置はそのつど決めているので多少の変更がでてきています。ミスミにまたネジを追加発注しました。今回つかったアルミ板はモノタロウに発注しましたが、幅150mmが実際は151mmで（ノコ切断面）でした。もしかすると、フライス加工で150mmに落とすために1mm多いのかもしれませんが、151mmでそのまま使っています。左右対称の構成なので、中心線を引いて、そこからの距離でマーキングしてあります。穴の位置さえ合っていればいいので、多少材料の大きさが違っていても大丈夫です。
いまのところ順調にすすんでますが、重さだけが気になる。予想よりはるかに重い。

次は、X軸とZ軸の合体。

CNCマシン：制作中２（X軸）

今日ミスミに注文したネジ類は届きましたが、まだ肝心のアルミ板が届いていないので、またモーターマウントやベアリングユニットのスペーサーなどをつくっていました。Z軸からつくりたいけれども材料がまだ届かないので、X軸のアルミC型チャンネルに穴の位置をマーキングしたり、地味な作業をしています。

ベアリングユニットの高さ調整のためのスペーサー（5mm厚のアルミ板）。
追記：右側の２つ穴のスペーサーの左穴の位置が1mm間違っていました。ソケットスクリューを入れてもきつすぎるので、どこがずれているのかと思ったら、その穴でした。仕方ないので少し大きめの穴をあけてソケットスクリューが通るようにしました。スペーサーなので穴が大きくなっても問題なし。


引き続き、ステッピングモーターマウント。左がZ軸用、右がX軸用。


X軸用アルミC型チャンネルの穴のマーキング＆ポンチ。ピンクのドットシールは材料の向きを間違えないように貼ってあります。
これから、このC型チャンネルにボール盤で穴をあける予定。そうすればレールが取り付けられるようになります。しかし、ナットでしめないでM5のタップを切るので、径4.2mmで穴あけです。ちょうど上の画像の部分は、M6貫通穴（径6.5mm）、M5貫通穴（径5.5mm）、M5タップ下穴（径4.2mm）の三種類あるので間違えないようにしないといけません。
基本的に最初はどの穴も径3mmで下穴をあけておきます。その後に二段階でそれより大きい径5mmなどの穴をあけます。

追加のネジを近所のネジ屋で買ってきたらミスミよりも安かった。ミスミで100個400円（1個4円）のキャップスクリューがバラ売りで1個3円でした。極低頭ボルトは在庫ないみたいで取り寄せになるらしい。


作業つづき：
とりあえずX軸の仮組までできました。レールはC型チャンネルにタップを切ってそのままM5キャップスクリューをねじ込んでいます。ナットで留めると、C型チャンネル内部のボールスクリューナットブロックに当たりそうになるので、やむをえず。内部から外側にキャップスクリューを通すと、こんどはそれを留めるナットがレールのスライダーにかすってしまうので、それもダメです。
レール径16mm、長さ900mm、C型チャンネル75x50x1020mm t=5。モーターまで入れるとX軸全長1081mm。

持ち上げてみたらものすごく重いので、計ってみると8.8kgありました。レールがかなり重いです。レールはC型チャンネルの上下面についています。２本のレールだけで4〜5kgあると思います。

モーターも1kgくらいあったと思います。これからつくるY軸は2本ありますが、レールは1本ずつなので少し軽いかもしれませんが、長さはこれの1.2倍あります。XYZ軸合わせると、30kgは超えるかもしれません。

作業中している間、注文していたアルミ板が届いたので、明日からやっとZ軸をつくることができます。

次はZ軸の制作。

サイクロン集塵機

材料（特にアルミ板やネジ類）がまだ届かないので、前回の集塵機能の続きということで、サイクロン集塵機を自作することにしました。ネットで調べると簡単にできそうなので、材料を100円ショップやホームセンターで手に入れてきました。

材料はこんな↑感じ。バケツは100円ショップで一個108円です。あとはホームセンターで水道管のジョイント部品なんかを買ってきました。全部で897円。
ネットで見ると、バケツに穴をあけてシリコンやエポキシなどで固定しているのもありましたが、幸いネジ式固定できる部品があったので、それをつかうことにします。
基本的には、バケツの口同士を向き合わせてダブルクリップで周囲を留めるという感じ。吸い出しと吐き出しの穴はどちらとも上面につけて、できるだけ簡単につくろうと思います。

まずこの部品↑。管の端部に蓋をして留めてしまう部品です。ネジがついているので、バケツにはさみこんで掃除機からのホースを差し込む部分をつくろうと思います。

こんな感じ↑で、蓋の部分に掃除機のホースが入る大きさで穴（径44mm）をあけます。木工用の自由錐であけました。。


こんなやつです。
そうすると以下のように掃除機のホースが差し込めるようになります。あとはバケツにも穴をあけて、このネジ式の部品ではさんでしまいます。この部品にはOリングがついているので密閉効果もあります。

こんな感じ（以下）で、バケツ中央に取り付け完了。接着剤などつかってないので、取り外し可能です。このまま黒いホースが掃除機につながります。

つぎは、このサイクロン本体がゴミを吸い込むほうのホースの接続部分です。

これ↑もまた、ネジがついているパーツを買ってきました。右側のストレートの部品が左に見えるL型の部品にねじ込むことができます。L型部品はバケツの内部に入る予定です。L型になっているため、ゴミといっしょに吸込む空気がバケツの内周に沿って渦巻き状に回る予定です。
先ほどの部品と同じように、この部品二つでバケツの穴を通してはさみこみます。そのとき一応リング状のゴムもはさんで密閉効果を上げておきます。

という感じで、ここまでは順調にできました。
が、しかしここで問題発見。前回トリマにつないでいたホース（右側）が入りません。というか間違って、同じ寸法（内径30mmくらい）のものを買って来てしまいました。グレーのト部品に合う水道管を買ってこないとつながりません。またホームセンターいくのは面倒なので、ここで中断。
というかこれでほぼ完成です。

これが内部。掃除機につながるほうの部品には、口径を大きくするための部品を取り付けます。それだけだとちょっと短いので、同じ口径のストレートの部品もつなげて少し長くしておきます。
奥の左側の部品は、先ほどのL型部品です。この角度調整で渦巻きのできかたがかわるのかもしれませんが、このバケツだと中が見えないので、確かめようがありません。窓でもつけるといいのですが、面倒なのでやめておきます。

ということで、いちおうほぼ完成です。試運転はまたしてもできていませんが。
バケツ同士は、このようにダブルクリップ（サイズ：中）で周囲６カ所とめています。バケツの縁に厚みがあるので、ダブルクリップがはさめるようにカッターで削り取ってあります。それと、密閉効果をあげるために、一方のバケツには、スポンジゴムシートを細く切ったものを口まわりにつけています。

動かしてみないとわからないのですが、上部では直径が小さいので、渦巻き現象がおこりにくいのかどうか？なんとなく、中央の膨らんでいる部分で一番回転速度が上がってしまい、一番上のゴミが下に落ちにくいのでは？
ネットでは集塵率99％以上とか書いてあるものもありますが、そこまですごくなくてもいいと思います。どうせ多少もれても、もともとのマキタの集塵機に入るだけなので。

CNCマシンの材料が届かないので、ちょっと脇道に逸れましたが、このサイクロン集塵機も一応使う予定ではあるので、CNCマシン製作の一部ではあります。

とは言っても、先ほどX軸用のC型チャンネルやLアングルを少し切っておきました。これからレールでもつけようかなと思います。

CNCマシン：スピンドル集塵機能

アルミC型チャンネルを切っていて思ったのですが、CNCマシンにも集塵機能をつけないと部屋中埃まみれなりそうです。やはり集塵機能もかなり重要になってくるかと。

オリジナルマインドでは、以下のようなキットを販売していますが、相変わらず高価。

動画を見ると、たしかに効果ありそうです。
このくねくね曲がるチューブは、Amazonでもクーラントパイプとして500円前後で売ってますね。たぶん中国製。


あとは蛇腹ホースに接続して掃除機につなげれば、なんとかなりそう。
一方向からというより、前後に２本くらいつけるともっと集塵能力があがるかも。

やっぱりありますね。AliExpressだと、こんな二股のも（994円/送料無料）。Amazonで安いのを買えば、どうせ中国から送られてくるので、AliExpressから買っても同じですね。さらに先端部分にLED照明もつければもっと便利です。

他のアイデアとしては、掃除機の丸ブラシを改造してつけるというのも。


こんな↑感じのものを、改造してルーターの刃を囲んでしまう方法。ただ、その場合、加工中に刃の先端部分が見えなくなってしまうのが気になります。透明プラスチックでできていればいいのですが、なかなかないです。
なので、もう少し工夫すると、ルーターの直径にあうようなアクリルチューブを50mm前後用意して、その下にブラシをつけるというかんじ。上の掃除機用丸ブラシのブラシ部分を取り付けてもいいですが、以下のような網戸用のブラシ（モヘア）を使ってもいいかもしれません。

こんな↑細長いブラシ（網戸サッシの隙間虫除け）があります。これを切って円形の透明アクリルチューブにつけると回転中の刃も見えるかと思います。ルーターの刃の周りを360度囲むので、かなり集塵能力があがると思います。上記のモヘヤは毛足が9mmですが、12mmの合板を切る場合には短すぎるので、20mmくらいのものを使うといいと思います。

実際つくって試してみないと分からないですが、手っ取り早いのは先ほどのクーラントパイプを使う方法ですね。それで集塵効果が思ったほど期待できなければ、360度囲むようなつくりにすればいいと思います。

ということで、試しに手持ちの材料でつくってみました。まだブラシ（モヘヤ）がないので未完成ですが。

トリマは径65mm。グレーの塩ビ水道管が径22mm。
材料をさがしていたら、たまたまマキタの蛇腹ホースもでてきて、ちょうど塩ビ水道管が入るのでつけてみました。蛇腹ホースはコネクターがあるので、そのままマキタの集塵機につながります。
12mmの合板なので、少し薄いかもしれません。15mmくらいあるといいかも。いちおう切り込みをいれてネジで締められるようにはしています。周囲には透明塩ビ板（照明器具のパッケージについていたものを切って丸めただけ）を巻きこんでいます。両面テープで留めているだけですが、ちゃんとビスで留めれば大丈夫かと。
ブラシなしで、これだけでも集塵能力はかなりあがると思います。ブラシが透明塩ビ下端につくと、中が見えにくくなることはたしか。このまま透明塩ビ下端に短冊上の切り込みをいれるだけでもいいかもしれません。ほんとは合板の部分も透明アクリルでつくるといいのでしょうが。
CNCマシン上では、トリマはホルダーで固定されるため、ホルダーを避けて塩ビ水道管がついています。だから、その分だけトリマと塩ビ水道管の間に距離があります。
ちなみに夜になってしまって、試運転するとうるさいので、まだ試していません。

追記（次の日）：
それなりに集塵効果ありました。ただ問題は、トリマの排気が下方向に出るので、その勢いで削りカスをまき散らそうとします。集塵機の吸い上げるパワーが弱いと、削りカスが外に追い出されます。集塵機のパワーをあげたら、けっこうましになりました。まき散らされると言っても、なにもないよりはずっといいです。やっぱりブラシ（モヘヤ）があったほうがいいかもしれません。おそらく70%が90%くらいに集塵率があがると思います。

さらには、AliExpressでこんなのもありました（以下）。
AliExpress.com Product - 1M x 80mm Brush Vacuum Cleaner Engraving Machine Dust Cover For CNC Router For Spindle Motor. いちおうCNC集塵用のブラシ（632円送料込み）。
ブラシ部分は70mmで1m巻き。これで側面を囲ってしまえばいいですが、上面を透明にしてエンドミル部分を見下ろす感じになりそうです。

関連：
集塵機を取り付けて「初カット（合板）にチャレンジ」

CNCマシン：最終スペック

構想から約3週間、CNCマシンの部品は、ほぼ揃ったのであとはつくるだけです。
最終的なスペックとしては、以下のようになります。

・作業エリア：940x740mm、高さ195mm（外形1220x1000x450mm）
・ルーター（300w/出力調整可能）
・レーザー（5000mw/出力調整可能）
・直動機構：XYZ軸リニアベアリングレール（径16mm）
・送り機構：XYZ軸ボールスクリュー（径16mm、送り5mm）
・XYZ軸リミットスイッチ付き
・ステッピングモーターNEMA23（3.2V、2A、9kgfcm、X軸：1個、Y軸2個、Z軸1個）
・ステッピングモータードライバDRV8825
・制御/ソフト：Arduino　Uno+CNCシールドV3.0＋Grbl0.9（Macで制御可）
・材料・部品代：約80,000円（上記ルーター除く）

細かな変更はあるかもしれませんが、基本的には上記のスペックで。
スピンドル先端付近にLED照明や集塵機能もつけたいです。