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:
利用例や付加機能など:
CNCルーター関係:

*CNCマシンの制作記録は2016/04/10〜の投稿に書いてあります。

2016年4月20日水曜日

ボールネジの種類や仕組み

今回使っている送り機構としてのボールスクリュー(ボールネジ)には、いくつか種類や仕組みの違いがあるようです。ミスミの「エンジニアのための技術講座」に書いてありました。

ボールネジの種類や仕組み

鋼球の循環方式解説
(1)エンドキャップ方式ナット内壁の鋼球循環穴と両端に組付けるエンドキャップで循環させる構造で、高速駆動に強い
(2)フロップオーバー方式(こま方式)「こま」をナット外筒に埋め込み、1リード毎にねじ軸のランド部を乗り越えて鋼球をもとの溝に戻し循環させる方式、コンパクト化に適す
(3)リターンチューブ方式鋼球循環用に成形した鋼管(リターンチューブ)をナット外周から組付けた構造で、組立が容易で量産に適していますがサイズが大きくなる
(4)ガイドプレート方式リターンチューブの替わりに同じ機能のガイドプレートやディフレクタを採用した構造で、コンパクト化に適している

























上図はボールスクリュー上のナットについてですが、内部でベアリングが循環しているのはなんとなく知ってはいましたが、こんな感じになっているんですね。内部のベアリングボールがボールスクリューの溝を転がりながら進んでいて、行き止まりにならないように、また最初の位置に戻って来れるような道がついています。
ナットをボールスクリューから外してしまうと、バラバラとベアリングが出て来てしまって、再度入れ直すのは大変そうです。





















今回購入したボールスクリューは「こま方式」のものだと思います。画像にあるような「こま部品」がついていました。この部分で一周回ってきたベアリングボールがまた元に戻るという仕組みになっているんですね。たしかによくできてる。


ボールネジの精度と等級
JISだとC0、C1、C3、C5、C7、C10の6等級あるようです。C0〜C5が精密ボールネジ、C7〜C10が一般ボールネジで、C0が一番精度あるということです。
今回使っているのは、たしかC7の一般ボールネジだと思います。おそらく精密ボールネジクラスになると、値段も一気にあがりそうです。今後ボールネジを見たときに、この等級を参考にしてみるといいかもしれません。

ちなみにAliExpressだと、以下のようなC7クラスのボールネジが安く売っています。
AliExpress.com Product - 16mm Ballscrew 1605 C7 SFU1605 Rolled ball screw L=500mm with single ball nut for CNC part BK/BF12 end processing径16mm、500mm長、リード5mm、4,538円(送料込み)図面を送れば固有の両端加工もしてくれるようです。
ホビー程度ならC7クラスでも充分だと思います。当然台形ネジよりもずっと精度はでるはずです。国内(ミスミなど)でC5の精密ボールネジを購入するなら、最低でも5万円以上はすると思います。確かに、ボールネジの部分は加工精度に大きく影響してきますが、それと同様に躯体そのものも相当剛性がなければ意味のないものとなってしまうので、業務用レベルの加工精度を必要としないかぎりは、そこまで精度をあげなくてもよさそうです。

さらには、AliExpressには以下のようなCNCマシン用のボールネジセットも売っています。
AliExpress.com Product - 3sets Linear Rails SBR16 +3 ballscrews 1605+3 bearing mount BK/BF12 +3 couplersXYZ軸用のボールネジ、両端ベアリング、スライド機構含めて、33,022円(FedEx送料込み)国内C5精密ボールネジ1本以下の値段で、このようなセットも購入できます。

ボールネジの与圧
与圧によってボールネジのバックラッシュ低減や剛性の増大をさせているらしいです。あそびを設けるというよりも、逆に圧力かけているみたいですね。今回のボールネジナットにも小さなイモネジが2カ所ついており、そこを締めてみるとたしかに動きがきつくなります。これは与圧調整用ということなのかも。
用語解説
定位置予圧ねじ軸と鋼球の位置関係で予圧を与える方式
オーバーサイズボール方式ねじ溝の形状より僅かに大きな径(弾性変形程度)の鋼球を挿入して、常に力がかかった状態にする方式
リードシフト方式ナットの中央部でかけたい予圧量分だけリードをずらして溝加工し予圧を与える方式
間座方式2個のダブルナット構造の間に、予圧量分だけスペーサ(間座)をはさんで固定させた方式
定圧予圧ばね力を用いて予圧を与える方式


まあ、ここまで本格的な精密さは求めてはいないのですが、仕組みが分かることでメンテナンスやトラブルの際の対処方法も見えてきます。


ボールネジへの給油(参照こちら
潤滑剤
用途
商品名
メーカ名
点検および補給
グリース
一般用アルバニアグリースS2昭和シェルグリースの汚れ、切粉の混入を2~3ヶ月間隔で点検する。
古いグリースを拭き取った後に補給する。特に異常がない場合も1年程度で交換する。
モービラックス No.2モービル石油
ダフニーコロネックスグリース No.2出光興産
低温用
マルテンプ PS No.2協同油脂
高温用
マルテンプ LRL協同油脂
オイル
一般用
ダフニーメカニックオイル出光興産油量、汚れを1週間ごとに点検する。
点検ごとに補給すること。
モービルバクトラオイルヘビーモービル石油



アルバニアグリースS2

2 件のコメント:

  1. ご無沙汰してますが..ぼちぼち完成しつつあります。
    実はX軸のボールネジのナットが抜けてしまい苦労しました。散弾銃の弾みたいなのが全部ばらけてしまって...まあ最終的には治りましたけど、コマには向きがあって逆でもはまってしまうんですが玉が循環しなくなって途中で止まってしまうんですよ。気づかなくて途方に暮れてたのですがこの記事のおかげでで助かりました。
    AliExpress探してたらこのナットだけでも売ってるんですよね。塩ビパイプみたいなのにさしてタイラップで止めてあるんですが、セットするのは至難の技だと思います。グリスの粘着でかろうじて内側にへばりついてるだけなので..

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    1. ご無沙汰です。ブログのほう見ましたが、着々と進んでいますね。
      ついボールナットを外したくなるのですが、ベアリングボールがボロボロでてくるので注意は必要ですね。
      たしか、ボールスクリューの向きに対してボールナットの向きを指定して注文できるようなことが書いてありました(いまさらですが)。でも直ってよかったですね。

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