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3月30日水曜日

CNCマシン:Inkscape + Gcodetoolsについて

*実際のInkscape+gcodetoolsでの作業の流れはこちら

部品が届くまでは図面を見ながら、CNCマシンのディテールなんかを考えています。
それと同時に、ソフトのほうも再チェック。

まずは、描画ソフト。イラストレータでもいいのですが、ここは一応無料のInkscapeでやってみたいと思います。Shapeoko wikiに詳しく書いてあるので、それを参考に。

Inkscapeは、オープンソースのベクター描画ソフトで、アドビのイラストレータ(有料:月額2000円くらいだったかな?)みたいなものです。もしイラストレータを持っていなければ、Incscapeを使いましょう。Windows Linux Macに対応しています。
Inkscapeダウンロード先はこちら
Macの場合は、X11とかXQuartzも必要だったかな。InscapeはXQuartz上で動いていたはず。
リンク先のダウンロードファイルからXQuartzをインストール。
それで、InkScapeが立ち上がるはずです。Shapeoko wiki(英語)にはInkscapeのことが書いてあるので、それを見るといいかもしれません。

InkscapeのEdit>Preferences...を選ぶと各種設定の画面が出て来て、日本語も選べますが、Shapeoko wikiなど英語のサイトを見ながらやってるので、日本語だとどのことを指しているのか分かりにくいため英語のままにしてあります。
再度Edit>Preferences..に行き、Toolタブを選び、Bounding Box to Useの中のGeometric bounding boxにチェックを入れろとwikiには書いてあります。

それからGcodetools(Forumページ下のほうの投稿内のextensions.tar.gz)という便利なExtensionがあるようなので、それもインストールしたほうがよさそう。さらにはShapeoko wikiにInkscape+Gcodetoolsチュートリアルのページがあるので、そっちに行ってみるといいです。英語ですがやり方が書いてあるので、なんとかできるかと思いますが、後でやり方を書いておこうと思います。
Inkscape内でGcodetoolsで生成したデータ(拡張子.ngcファイル)を、CAMoticsというソフトで3Dシミュレーションできるので、実際の切削作業前にかたちを3Dモデリングで確認できます。このソフトもダウンロードするといいと思います。

AliExpressで発注の際のやりとり

チャットやメッセージを使う:
いろいろ発注する場合、セット販売している部品類なんかは、一部要らないものが入っていたり、一部同じ部品を追加したくなるときがある。しかたないから、そのままセット販売のものを買って、さらに単品販売しているものを追加で買うというのがAmazonなんかでは普通かもしれないが、AliExpressの場合はその場でチャットやメッセージを送れるので、いろいろとこっちの都合に合わせて注文つけると、結構受け入れてくれる。

3個セット(割引品)を4個セットにしてもらうとか:
たとえば、ステッピングモーター3個セットが単品3個買うより安くなるわけだけど、4個欲しいと言えば、3個セット+単品1個を普通は選ぶしかない。同時に複数買えば、同じ箱に入れてまとめて送ってくれることはあるだろうけど、商品とそれに対応したボタンでしか選択できないため、それ以外の組み合わせが普通はできないし、まとめて安くもしてくれない。店頭であれば、店長の判断で、その場であと1000円まけてくれるとか、なにかおまけにつけてくれるとかはあるかもしれないけど、ネットショップではボタンを押すだけなので、そうはいかないのが普通。しかし、チャットやメッセージでやりとりすると、4個セットにしてくれたりする。そしてそのほうが当然安くなるし、3個セットだとEMS配送(4〜6日で到着)になるけど、単品だとものすごく遅い中国の国際郵便(3週間)になったりするところを、追加のモーター含め全部をEMSで送ってくれる。

特別な注文の仕方:
あと、面白かったのが、ボールネジ+スライダーセットにボールネジ類もう一式追加できないかと言ったら(英語チャットで)、「わかった。その欲しい部品のリストを送ってくれれば、特別対処する」といってきて、とりあえずその場でリストを送った。
「送り先はどこ?」とかれたので、「Tokyo」と言ったら、しばらくすると、「そんな国は見つからない、もう一度教えて」と。「国って?Tokyo JAPANだよ」と送り返した。すると「ごめんごめん、いや知ってる」と。そうしたら、追加の代金は送料含め$73だと言われたけど、「今回は特別$10まけてあげるから$63ドル」と。「最初のセットといっしょに送ることはできないのか?」と聞いたら、「日本なら近いし、送料安いでしょ」と。まあ、$10まけてくれたから、送料が$10くらいになったので、まあいいかと思って「わかった。でもどうやってその$63払えばいい?(そんな組み合わせの商品ボタンがないので)」と聞いたら、「この部品(無関係な部品/ベアリングブッシュ)を13個買えば、それに相当する金額になるから、オーダーしてくれればいい。そのときこの部品の注文ではなく、ボールネジの注文だとメッセージも書いておいて」と言われた。
なんかやり方がすごいなと思ったけど、いちおう13個分ベアリングブッシュを買って支払い手続きしてみた。そして、メッセージも残しておいた。半信半疑だったけど、念のため、「追加注文したボールネジの両端加工も忘れないで」と送ったら「大丈夫、ちゃんと覚えているから」という感じ。Fedexなので、すぐ届くだろうから、ほんとか嘘かはもうすぐ分かるけど、まあ、そのときのやりとりの流れからすると、嘘ではなさそうだから一応信用することにした。

追記:
あとで気がつきましたが、店によってはサイズ変更や材料の追加加工など行ってもらうときに、追加料金を払うためのボタン(他の商品と同じようにならんでいる)がありました。$1とか$5単位で、必要な追加料金分だけ個数を増やして他の商品と同様に購入する感じです。もちろん購入の際にメッセージを残す欄があるので、一言何のための追加料金か書いておいたほうがいいです。

注文後、ショップ側はFedExの書類をつくっているらしく、「損害賠償の金額はいくらにする?急いでるからできるだけすぐに返事して」とメッセージきていたから、「$300くらいかな」と送っておいた。「あとはよろしく(ピースマーク)」とスマイルマークをつけて送ったら、「(薔薇を口にくわえたスマイルマーク)」だけが、「大丈夫ばっちり」と言わんばかりに送られて来た。


カジュアルなやり取り:
チャットやメッセージでスマイルマークも使えるので、カジュアルな会話ができるというのも面白い。見知らぬ人相手に、普通はついかしこまってしまうけど、カジュアルな感じでやりとりできるし、そんなやりとりから、結構こっちの都合に合わせた注文も受け入れてくれる。
あたかも店頭でお店の人とやりとりしながら買い物している感じに近い。この融通がきくシステムは、無言のAmazonで何か買うよりも断然いいと思う。
リアルタイムで会話ができ、その会話のなかで融通のきく結果が得られるのであれば、店側としてもいい印象を与えられるし、リピーターも増えると思う。あのショップならこっちの無理な注文をきいてくれるだろうと。Amazonでの評価の場合、値段の安さ、配送のスピード、梱包の丁寧さ、そして品質だろうけど、こういった融通がきくという評価基準はあまりないというか、システムが違うから、そういう評価基準も生まれてこないはず。
しかしAliExpressだからといって、すべてのSellerが融通きくわけではない。頑固なところもいるはず。それはそれでいいし、Buyerがそれも含めて、どこで何をいくら買うかを決めればいい。Amazonならアメリカ資本ということもあり、やりとりの詳細にわたってルールが決まっていて、AliExpressのようないい加減さが通用しないのだろう。中国というかAliExpressだと、ばれなきゃいいみたいないい加減さがあるのか、その分融通がきくので、ある意味便利(しかし、ある意味危険)。
ますますAliExpressが面白くなってきた。買う側のスキルも必要で、そのスキル次第では安くなったりサービスも変わるという感じ。

不思議な送料:
しかし、もうひとつ不思議なのは、送料設定。先ほどのやりとりでもそうだったけど、店によって送料がぜんぜん違うというか、送料も含めて利益にしているのだろうけど。FedExなら安くても2000円くらいはかかったと思うのだけれども、一番安い中国の国際郵便であれば、もっと安いはず。国際郵便をオプションにいれていないショップもたくさんある。一番変だと思ったのは、国際郵便のオプションもあるのだけれども、FedExの倍くらいの送料になっているショップがあった。(一番安い)国際郵便で送って欲しいという人がたくさんいるだろうから、いちおうオプションには含めていながら、一番高い配送方法になっており、しかたなくFedExを選ぶという感じ。
あるいは商品の値段は他のショップよりも遥かに安いのだけれど(リストを安い順にならべればトップにでるので)、しかし送料がものすごく高くて、結局は合計すると普通の値段になったり、あるいはそれ以上になったりする。ヤフオクでも送料固定という人がいて、そこから利益を得ている人もいるけれど、AliExpressの場合、常識を超えた商品代金と送料設定のところがかなり多い。海外からの買い物なので、最終的には商品代金と送料の合計で安いところを選ぶわけだけれども、それにしても、商売の仕方がかなり違う。よく送料を見ずに商品代金だけで判断して間違って買う客も1000人に一人くらいはいるのかもしれないけど、極端すぎる。
ちゃんとそれ相応の送料設定のところもあるけど、送料無料の場合はたいてい中国の国際郵便になる。そうすると隣の国なのに3週間くらいかかる。途中で本当に届くのかなと思うときもあるけど、いまのとこ全部届いているから、それほど危険でもないかも。
先ほど注文したレーザー防護ゴーグルも300円程度だけど、送料無料だったから、届くのは3週間くらいだろう。もし300円のゴーグルでも、EMS(4〜6日で到着)を選べば2021円、DHL(4〜6日で到着)なら2812円になる。このショップはまあ普通の送料設定になっているみたい。日本からみれば、おそらく中国へは送料込み300円ではこんなものを送ることはできないはず。でも中国だとこんなものでも送料込みで一個売れれば、中国の物価にとっては500円くらいの利益が出る感じなのだろうか?

関連:
AliExpressの配送について
トラブルの際のOpen Dispute(クレーム)について

CNCマシン:スピンドルについて

いま手持ちのスピンドルとしてマキタのトリマーがあります。
・ボディ直径:65mm
・チャック孔径:6mm
・回転数:30,000RPM
・消費電力:350W
・重量:1.5kg
という普通のトリマーです。
ガタつきや緩みなくCNCマシンのZ軸に固定できれば、充分使えるとは思うのですが、これもまた欲が出て来て、最終的にはブラシレススピンドルモーターに置き換えたいと思っています。

ちなみにShapeokoWikiを見ると、Forumで好きなスピンドルは何か?という投票を行っており、
Dewalt DWP-611が圧倒的に人気あります。

日本で買うと、Yahooで27,266円が安いほうかな(とは言っても輸入販売で到着までかなり時間がかかる)。Amazonでは3万円以上する。それでは、AliExpressではどうかと言うと売ってませんね。Amazon.comでは119.99ドルです。現地ではそんなに高いものではないですね。日本で買うと2〜3倍の値段。日本からAmazon.comで直買いはできないようです。日本へは配送しないということです。Ebayなら新品17000円くらい(送料、税込み)なので、どうしてもという人はEbayから即決で買うのがいいかもしれません。
スペックをDewaltサイトでチェックしてみると、以下のような感じ。

Specifications

Amps7.0Amps
Horsepower1-1/4HP
No Load Speed16,000-27,000rpm
Collet Diameter1/4"
Plunge Stroke1.5"
Base Dimension4"
Spindle Lock12 position
Tool Weight4.6lbs

手持ちのマキタトリマーと比べると、回転数はやや下だけど、トルクが2倍くらいありそうです。特に人気なのは、LEDがついていたりスピード/トルク調節できるところでしょうか。材料にあわせて、ちょうどいい強さで削れるのはいいと思います。ただ、電源が120Vだったり、コレットがインチだったりと、そのまま日本で使うには少し面倒なのかも。

それなら日本の日立やマキタではどうなのか?手持ちのトリマーはちょっと古いので、最近のものをチェックしてみようと思います。1.5万円程度でDewaltよりもいいものがあれば、そっちのほうがいいですね。

ちなみに電動工具などに使える15Aのスピードコントローラーは5000円くらいで売ってますね。これとか↓。

Posted at 2017.6.24
山真 SM-20A スピードマスター ブレーカー式スピードコントローラー
山真製鋸
販売価格 ¥4,292
(2017年6月24日16時11分時点の価格)

マキタや日立ではルーターではスピード調節できるものはありますが、トリマーではないですね。
だいたいが、3〜4A、30000〜35000RPMという感じです。
しかし、リョービの以下のものなら調節できるようです。

Posted at 2017.6.24
リョービ(RYOBI) 電子トリマ TRE-60V 軸径6mm 628616A
リョービ
販売価格 ¥18,835
(2017年6月24日16時11分時点の価格)

リョービ 電子トリマ TRE-60V



取付ビット軸径:
6mm
回転数:
16,000~30,000min-1
電源:
単相100V
電流:
5.9A
消費電力:
550W
質量:
1.2kg
サイズ:
幅114×奥行90×高さ191mm

スペックは以上のような感じで、Dewaltに匹敵しますね。


固い素材ほどスピードを落とすようですね。
Dewaltよりは少し高いけど、実質2万円くらいで買えるようです。たしかに、Dewaltは値段と性能で見ると人気があることがわかります。
ここまでこだわると機材オタクのようになってしまうので、とりあえずは手持ちのトリマで充分です。
使ってみて何か問題があれば、5000円くらいのスピードコントローラーを追加すれば大丈夫でしょう。
径65mmのスピンドルクランプがAliExpressで2680円。これをZ軸につけるといいのかな。

いちおう、上記のスペックと同じくらいのブラシレススピンドルモーターがAliExpressで探すときの手がかりにはなります。せっかくブラシレスでも手持ちのトリマより出力が弱ければ意味ないですからね。

ただ、アルミを削るなら手持ちのマキタのトリマでは無理そうなので、10000RPMくらいのスピンドルが必要そう。
こんな↓感じのでしょうか。

ドライバーもついて、これで13705円、
400W
12000RPM
トルク0.529N.m
直径55mm
重量1.1kg

これ↑は、外部に可変抵抗器などをつけてスピード調節するときの配線図。

これ↑が、PMWでArduinoなどからスピード調整する場合の配線図。
PWMで接続しておけば、いちおうMac上のGrbl Controllerからもスピード調整できます。
こんな感じで配線図があるので、すぐに使えそうです。ただ電源が48Vなんですね。48Vの電源は持っていないので、これまた購入しないといけないことになります。
まだ先だとは思うけど、いちおうこれもWishListへいれておこう。

後から気づきましたが、このブラシレスモーター軸先端に付いているER11コレットだけの部品もありました。
AliExpress.com Product - 1pcs spindle machine tool clamping rod ER11 5 mm shaft motor lengthened clamping knife engraving machine drill set take cnc part621円(送料込み)これには軸径3mm、1/8インチ、4mm、5mm、6mm、1/4インチ、8mm、10mmなどあるようです。このショップでは、注文の際に軸径を指定、指定なしだと自動的に5mmになってしまうので要注意。CNCマシンのスピンドルモーターの軸径に合わせて直接取り付ければ、すぐにER11コレットが使えるという結構便利な部品(ER11コレットに付いては以下のリンクでも書いてあります。)。

関連:
ブラシレスモータースピンドル+ER11コレット
スピンドル用LED照明

CNCマシン:レーザーについて

*レーザーについてはこちらへまとめました

スライダーレールやボールネジなどの部品が届いてから、その寸法に合わせてミスミへアルミフレームを注文しようと思います。ミスミならすぐに届くので時間的にも問題ないでしょう。
その間、ソフトについても再確認しつつ、レーザーカッターのほうも検討しておこうと思います。
おそらく5Wのレーザーモジュールを買おうかという感じですが、結構強いのでゴーグルも必ず必要になります。






















この↑、5Wのレーザーモジュール(17,892円:送料込)が候補です。もうひとつ候補にしていた5.5Wのもの(26376円)に比べると、0.5W差のわりにはかなり安い。5.5Wで、4mm厚の木材が切断できるらしい。5Wなら3~4mmくらいなのかも。さらにその上には10Wのもの(46354円)もあるけど、そうなるとかなり高い。きっとレーザーもひとつ手に入れれば、もっと高出力のものが欲しくなるのだろうけど、とりあえず5Wにしておこう。5.5Wあたりから急に高くなるので。

5Wのほうの説明を見ると、「520nm green light,450nm blue light」と書いてあるので、緑と青の混合の光が出ているということでしょうか。そうであれば、この特定の波長を遮るためのゴーグルが必要になります。ゴーグルもなんでもいいというわけではなく、ほぼその波長をシャットアウトする作業用から、ある割合を軽減するものとかいろいろありそうです。日本で専門的な作業用ゴーグルを見てみると2万円とかしました。
それでは、AliExpressならどうかというと、




















こんなものが↑、送料無料で321円。しかもアプリ価格で269円。大丈夫なのか心配です。レーザーの焦点を合わせるときに、ある程度光が目に入ってくるので、ちょっと心配です。このゴーグルの説明には「190nm to 540nm」の波長のレーザーから守ることができると書いてあります。さきほどの5Wレーザーモジュールが青450nmと緑520nmなので一応守備範囲なのですが、おそらくこの安いゴーグルは、ある程度軽減するだけで、安い分、その軽減率も低いのでしょう。高価なものほど軽減率が高いのかもしれません。
レーザーには30Wとか50W以上のCO2レーザー、YAGレーザー、半導体レーザーなどあるようです。先ほどの5Wレーザーモジュールはたぶん半導体レーザーだと思います。

ミスミでも調べてみたのですが、YAGレーザーとか波長が800以上とか940、1064とかばっかりです。しかも2万〜3万円とか。高いし、なかなかないので、ほかで探してみようかな。
専門性の高いゴーグルの場合、光学濃度(OD)の値が書いてあり、調べてみると、













こんな↑感じらしい。つまり光学濃度(OD=Optical Density)の値が高いほど減衰率も高くなり安全というわけで。これを参考にどの程度の品質なのかが分かりそうです。
再度先ほどの321円のゴーグルの説明を見てみると、OD値が書いてありました。5以上、5+、6+とか書いてあります。ということはかなり安全ということですね。普通のサングラスより安いのに。まあこれでいいか。と、またAliExpressになってしまう。とりあえずWishListに入れておこう。いや、アプリ価格で269円だし、100均感覚ですぐに買ってしまおう。どうせ必要だし。秋葉原とかにいく往復電車賃より安い。

ちなみに、こんなもの↓も売ってますが、これもレーザー用ゴーグル(823円/2個)




















これ↑は、Violet/Blue 200-450/800-2000nmの波長用で、青450nmはOKですが、緑520nmがカバーされていないためダメです。これにはOD値は書いてませんでした。分からなければ自分で調べるのも手ですが、これもチャットやメッセージでやりとりしてきいてみるのもいいと思います。「このレーザーモジュールにはこのゴーグルは大丈夫ですか?」とか。
同じレーザー用ゴーグルとは言っても見た目の好みで選ぶと危険です。こんな感じで、調べて行くと勉強になりますね。
緑色のゴーグルなのに緑がダメっていうのも紛らわしい。
いちおう光の波長の表(wiki)。













オムロンにあるこっちのほうが分かりやすいかな。以下。





やっと注文しました。

前回投稿の部品セットをやっと注文しました。ほとんどSaleの文字に惹かれて、決めてしまった感じです。Fedexなので、来週には届くでしょう。
ステッピングモーターNEMA23(4個)は、3個セットを4個同時に送れないかとメールしておいたので、その返事待ちです。
ドライバDRV8825も注文しましたが、それは3週間くらいかかるかも。aitendoで買ったドライバA4988があるので、とりあえずは大丈夫です。

あとはミスミでアルミフレームを900x1100mmに合わせて注文する感じです。
具体的に部品の寸法も分かって来たので、それに合わせて設計です。
AliExpressで注文した部品類は、すべてこのアルミフレームの上にのるので、ネジの位置など確認しながら、ちょうどいいアルミフレームを選んでいく予定です。

Z軸に関しては、150x350x5のアルミ板にレール2本、その間に送りネジを通し、上下にベアリングボックスが配置される感じです。あとはアルミLアングル材などでモーターマウントをつくり、スライダーの上に150x150x5のアルミ板をのせて移動テーブルを付ける感じです。

メインフレームのほうは、径16mmのスチール製のレール(ベース部分はアルミ)があるので、それだけでも剛性が高そうなので、それほど太いアルミフレームは必要ないかもしれないです。
レールベース部分には30mmの幅でM5用の穴が開いているので、その穴にフィットするような30mmが2列の6060アルミフレームがいいかもしれないです。そのままアルミフレームのスリットに先入ナットを使って固定できそうです。

























上の図面右下が6060です。いわゆる60mm角のアルミフレームの断面図。各側面に30mm間隔で2列溝がついているので、同じようにレールベースに30mm間隔であいている穴と合わせます。ミスミでは「HFSP6-6060(上図面1100mmで6170円)」と「AFS-6060(下図面:1100mmで3218円)」があるようで、たぶん安いほうで充分だと思います。
















これ↑が、径16mmスチールシャフト付きレールの図面。SBR16~という種類のものです。これが、アルミフレーム6060の上にのる感じです。下の表のSBR16Sの欄のCがベースの穴間隔です。30となっているので、6060の溝に合うはずです。
以下のような先入ナットを溝に入れてM5で固定していきます。表を見るとレール長手方法に150mm間隔で穴があいているようです。














この先入ナット(HNTT6)は、50個で1320円。M3からM6のネジ穴が選べるようです。
平行に並ぶY軸(1100mm)6060アルミフレーム2本については、それぞれの上にレールがのる感じです。それをまたいで移動するX軸(900mm)6060アルミフレーム(3190円)に関しては、おそらく上下にレールがつく感じになるでしょう。なので、Lアングル2個とアルミ板をつかってコの字型になるようにスライダーがつく感じです。そしてコの字型のスライダーにZ軸ユニットが取り付く感じです。あとはY軸同士をつなぐ3060を2本(1000mm:2本で2860円)をとりあえずは以下のようなジョイント部品でつければだいたいのかたちが見えてきます。

















図面を見るとけっこうそれぞれの部品がゴツいので、できるだけコンパクトになるようにしたいと思います。いまスケッチしてみたけれども、レールはいいけれど、送りネジをどのへんにつけるかが難しいです。かなり全体が太くゴツくなりそうです。

アルミフレーム類:
6060(1100mm:2本)3218円×2=6436円
6060(900mm:1本)3190円
3060(1000mm:2本)2860円
超低頭六角穴付きボルト(M5x10mm:50個)1350円
先入ナット(50個)1320円(エコノミーなら1500円/100個)
L型ジョイント(8個)1672円
合計16,828円

レール、送りネジ一式 37,516円
NEMA23(4個)+DRV8825(4個) 9235円

全体合計 63,579円

予定の5万円を超えてしまったけど、結局かなり欲張ってしまったので仕方ありません。
でも思っていた2倍以上のスペックです。
あとは部品が届いてから、現物を見ながら制作という感じです。

あとレーザーモジュールに関しては、以下の5Wのものがいいかも。
これで、18,041円です。全部で10万円以下には収まるでしょう。
















2016年3月29日火曜日

CNCマシン:サイズ800x1200mmで設計見直し

CNCマシンのサイズは800x1200mm(外形)で行くことにしました。
厳密には、X軸800mmがY軸2本で挟まれるようになるため、X軸外形は800+αという感じです。
問題は、Y軸が予定よりさらに長くなったために、Y軸の大スパンでたわみがでないかということです。Y軸上のスライダーの取り付き方によっては、Y軸外側に支柱を取り付けることも可能です。そうすればたわみはかなり解消できるでしょう。
最終的には、X-CARVEやShapeokoのように、底面にMDFボードをつけることで、全体が平行四辺形にならないようにしようと思います。
底面に800+αx1200x15mm厚MDFが取り付くという前提で、その上にのるアルミフレームをつくるという感じでしょうか。

まずは、スライダーの仕組みをV-WheelやOpenRailを使うかどうか、それともシリンダーレールにするかは、両方の案をもう一度出してみて、比較してから決めたいと思います。
それからもうひとつずっと気になっていたのが、タイミングベルトが1mくらい張られるので、伸び縮みによる誤差が発生しないかです。もちろん送りネジ方式にしたほうがいいとは思いますが、そうするとまたコストアップしそうです。この辺も少し調べてみます。

送りネジ関係:すべてミスミ
X軸:径16mm30度台形ネジ1200mm(両端加工):6130円×2=12260円
Y軸:径10mm30度台形ネジ800mm(両端加工):3740円
径10フランジベアリング 4個 410円x4=1640円
径6フランジベアリング 2個 250円x2=500円
台形ネジ用樹脂ナット径16mm 1180円x2=2360円
台形ネジ用樹脂ナット径10mm 1090円
合計:21,590円

送りネジ関係をAliExpressで探していたけれども、以下のようなセットを見つけました。
















写真では分かりにくいかもしれないけど、CNCマシンの部品セットです。
・XYZ軸のレール(2本ずつ)+スライドブロック(4個ずつ)
・XYZ軸の送りネジ(1本ずつ)
・XYZ軸のロックナット(1個ずつ)
・XYZ軸の送りネジ両端のベアリングケース(2個ずつ)
・XYZ軸のカップリング(1個ずつ)6.35-10mm(NEMA23対応)

上の画像のセットは、XYZ軸が350/900/1100mmのセット(32,393円)です。サイズは他にもあります。
350/900/1100mm
300/700/1500mm
300/1000/1300mm
350/650/1050mm
・400/700/800mm
・350/600/750mm
・300/700/1000mm
・350/1100/1100mm
サイズが大きくてもあまり値段がかわらず、だいたい3万円前後という感じです。
配送はFedexで3~6日になっており、それ以下の安い配送方法はないです。
どうやら今日2016年3月29日からのセール対象の商品らしく10%OFFされるようです(スマホアプリ対応)。そうすると3万円くらいになるかな。
まさに求めていた部品がだいたい入っているし、サイズも望んでいたものに近いし、これしかないかも。しかもセールということで、勢いで買ってしまいそう。

もともとのV Wheelとかタイミングベルトすら面影はなくなってしまったのですが、ぱっと見はこっちのほうが精度でそう。部品が粗悪品で精度でないかもしれないけど、まあ調整すればなんとかなるのではないでしょうか。仕組みがやや本格的なCNCマシンになってしまって、DIYっぽさがなくなってしまいそうです。まあいいでしょう。

上記の350/900/1100mmのセットで充分だと思うのですが(それ以上の大きさだと大きすぎるので)、Y軸(1100mm)にはNEMA23が2個つく予定なので、もう1セット送りネジ、ロックナット、ベアリングケース、カップリングが必要になります。

いまチャットで聞いてみたら、プラス7564円でこの追加部品を売ってくれるということでした。
そうすると、セールの最初のセットとこの追加部品で、29952+7564=37516円ということになります。再度リストを書くと以下のように。

直動+送りネジ部品一式:
・X軸のレール900mm(2本)+スライドブロック(4個)
・X軸の送りネジ900mm(1本)
・Y軸のレール1100mm(2本)+スライドブロック(4個)
・Y軸の送りネジ1100mm(2本)
・Z軸のレール350mm(2本)+スライドブロック(4個)
・Z軸の送りネジ350mm(1本)
・XYZ軸のロックナット(合計4個)
・XYZ軸の送りネジ両端のベアリングケース(4セット)
・XYZ軸のカップリング(合計4個)6.35-10mm(NEMA23対応)
このセット(追加部品含む):37,516円(Sale割引値段含む)

モーター類:
ステッピングモーターNEMA23(4個)9669円(スマホアプリの値段:9111円)
ドライバDRV8825(4個セット)803円

アルミフレーム類:
ミスミのアルミフレーム(要再検討:たぶん10000円くらいかな)

以上でほぼ部品類は揃う感じです(たぶん95%くらい)。
アルミ板、ネジ類、ケーブル類などがほかに必要。
ぜんぶで6万くらい。実際はもう少しかかるけど、手持ちの部品や材料もあるので。

サイズXYZ:900x1100x300mm(外形)
ベアリングスライダ+送りネジ方式
NEMA23(4個使用)

かなりスペックが上がってしまったけど、だいたい満足。
それでは、注文しようかな。



CNCマシン:そろそろ決めよう

当初は、Smart Lazer Miniを購入しようと考えていたので、作業エリアはA4程度だった。でも、弱いレーザーでは切れるものに限界がありすぎるから、それならルーターもつけちゃおうとなった。そうしていくうちに自作熱が跳ね上がり、というか欲が出て、サイズも大きくなり、いまではステッピングモーターもNEMA17から23になってしまった。
作業エリアは大きいほうがいいけど、なんとなく材料発注にきりのいい1000x1000mmにしていた。でも、3x6版の900mm幅の合板をまたいで切ることができないということが、なんとなく気になっていた。1000mmとは言っても、外形が1000mmであって、作業エリアはきっと両端から100mmくらい減って、実質800x800mmになってしまう。大きいわりには、A1サイズ841x597mmもぎりぎり入らないし、なんとなく中途半端だなと感じていた。

ということでサイズに関しては、1200x800mmにしようとさっき思った。こうすれば、900幅も入るし、A1も入る。場合によってはA1にプロッターとして描くこともできるだろう。
正確にはX軸が800mm、Y軸が1200mm。つまり800x1200mmという縦長。X軸が1000mmから800mmにダウンした分だけ剛性も上がる。そうなれば、Y軸はもっと長くてもいいけど、デカすぎるのも邪魔だから、ちょうど今使っている4x8版1200x2400mmの作業台の片側に載せる感じ。使わないときは、壁にでも引っ掛けておけばいいかなとも思ってる(そんなに簡単に壁にひっかけておけるくらい軽いものになるかは分からないけど)。

前回で内容が大幅にかわってしまったけど、まだV-WheelとOpenRailを使う元のアイデアも悪くはないと思っている。1000mmが800mmになるのはいいけれども、1000mmが1200mmになると材料的な問題もでるんじゃないかなと、それでずっと1000mmにしていた。でもOpenRailを扱っているAliExpressのメーカーに送っておいたメールの返事が今日来た。OpenRailは、1000mm以上もあるのか?たとえば1200mmは可能か?というメール内容。返事はOKだった。最高1500mmまであるらしい。ということもあって、1200mmにしようとなった。

というわけで、もう一度800x1200mmに合わせて部品リストをつくり直そうと思う。きっとこれで決まるはず。というか決めよう。

2016年3月28日月曜日

AliExpressが出来たためにつくる環境が変わった

ここ数年、AliExpressのおかげで、いろんなものが安く買えるようになった。
今回のCNCの部品もほとんどAliExpress。
以前はAmazonができて便利になったと思ったけど、AliExpressというか中国の安さはハンパない。
AliExpressがなければ、できるだけ国内で(秋月とか千石とかで)部品を揃え、特殊なものはおそらくアメリカなどから送料も惜しまずにを購入していたと思う。Arduinoを始めたころも、Sparkfunとかけっこう利用していた。1週間以内で届くし送料も10ドル程度だったので、それほど気にならなかった。
でも、いつのまにか中国製のクローンが大量に出回るようになって、何か買うにしても、まずAmazonで相場を見て、それが外国製ならAmazon.comのほうもチェックして、あるいは一般的なものであれば楽天やYahoo、kakaku.comもチェックするという感じだったけど、最近はAliExpressもチェックするようになった。
そればかりか、Amazonで売っているものも中国製が多く、AliExpressで見ると同じ製品が同じ画像を使って似たような感じで売っている。

最近、ちょっと特殊な型番のボタン電池を買おうとしたら、国内ではあまり売っていなく、あったとしても1週間とかかかるようで、値段もけっこう高い。それをAliExpressで探すと、すぐに見つかり日本で売っている値段設定のところもあれば、かなりやすく売っているところもあった。国内では1000円、中国というかAliExpressでは80円とかだった。
同じように、電動工具の充電バッテリーを買おうとしたら、国内ではもう生産中止のため、バッテリーを入れ替えて復活させる業者にたのんで5000円とか。Ebayやヤフオクで探せるかもしれないと思ったけど、そこをスキップしてAliExpressへ。やっぱり売っていた。しかも新品で純正ではないけど2000円くらいで送料無料。届くまで3週間くらいかかったけど、なぜか北欧から届いた。トラッキング番号のサイトが北欧っぽい言語になっていたのは覚えてる。日本で新品なら9000円以上はするものが、送料無料の2000円。しかも北欧から送って来て、もとがとれるのだろうか?いちおうバッテリーは問題なく使えている。

今回もAliExpressで直動部品を探していたら、ドイツ語ぽいところが出て来た。かならずしも中国だけとは限らず、世界中にある部品をAliExpressで見ているのかもしれない。少しEbayぽい感じで、Ebay.comといってもアメリカだけではなく、世界中で商品を売りに出している。もちろん中国製のレーザーカッターキットもあり、AliExpressで売っているのと同じものが売っている。
ヤフオクもそうだけど、オークションサイトでも新品を即決価格で売りにだしているし、オークションとネットショップの差があまりなくなってきた。Amazonだって、中国製の怪しいものもたくさん売っている。
便利にはなったけど、それなりに怪しいものを見分ける目も持ち合わせていないと粗雑な商品を買ってしまい、使い物にならないとか、すぐ故障したとか充分ありえる。Amazonのようなちゃんとしたサイトから買ったから大丈夫だとは言い切れなくなった。
100均もそうだけど、いつのまにか生活のなかに、二流三流品が増えてしまったような気がする。
今日もいつ頼んだか忘れていた、Bluetoothイヤホン(ヘッドホンではなく)がやっと届いた。イヤホンなので片耳、そのまま耳につっこんで使う感じ。送料無料で安いものなので、2個買いし、ヘッドホンみたいに使えるかもしれないけど、きっとペアリングは1対1だろうから、そうはいかないはず。
という感じで、100均で無駄な買い物をするかのように、AliExpressで送料無料の商品を見るとつい買ってしまいたくなる。せいぜい数百円程度なので。もちろん日本でもそんな中国製の商品を買えるけど、2倍かそれ以上の値段がする。

X-CARVEやShapeokoは、もともとはその辺に転がっている材料をかき集めて、安く簡単につくる(DIY的に)ということなんだろうけど、こうやって専門性の高い材料や部品が中国から安く手に入るようになってしまうと、代替品を探すような工夫をせずとも、最初から専門的機材や材料を使って、素人でもすぐに始められるようになってしまった。以前は、安価で日常的なものを代替品として使うという発見/ハッキングそのものに価値があったと思う。あるいはジャンクをあさって、それを半分修理しながら改造するスキルに面白さがあったと思う。しかし、今となってはそんな工夫/ハッキング/スキルに価値を置くよりも、それで何がつくれるかという本来的な目的にやっと戻ってきたような気がする。もちろんそこには、Arduinoやgrblなどのオープンソースのソフトウェアやハードウェアがあるおかげでもある。Arduinoにおいても当初はWiringなどと並んで、どちらかというと教材用の初歩的なマイコンであったけれども、様々なサードパティが加わってくることで、より高度な使い方、スペックの向上という感じで急激に発展していった。今やこんな小さなマイコン一つでCNCマシンをつくることができるようになってしまい、さらにはそのCNCマシンで今までつくることができなかったものすらつくれるようになってしまった。つまり、このようなツールを用いて、もはやホビーユーザーとプロのエンジニアとの垣根はなしに、この先何がつくれるかというアイデアがもっと求められるようになってきたという感じ。

さて、CNCマシンについてはどうしようか?いままで検討した内容のどれかでいいとは思うけど。
とりあえずつくり始めれば、また違うアイデアが浮かんでくるかもしれない。
思い切って発注してしまおうか。少なくても、これは絶対使うというものは発注できる。しかし、今日きづいたけど、日本円とのレートが変わると微妙に値段が上下する。とは言っても、数十円くらいだけど。昨日よりは今日のほうが値段が高かった。ここ数日で安くなったら一気に発注しようかな。

CNCマシン:Z軸再検討、そしてさらには、、、

だいたいCNCマシンのパーツリストは出来たのですが、Z軸に関してまだ疑問が残っています。面倒だからShapeoko2のZ軸キットを買ってしまおうと思いましたが、通常のM8の棒ネジを使っており、精度のわりに9040円もするので、やはり自作かなと再検討。キットなら、OpenBuildsPartStoreの以下のものがよさげなのだけど、送料含めるとかなり高い。


これ↑で、10744円。ただし送料込みだと約18000円になってしまう。NEMA23対応でLead Screwの部分もしっかりしていそう。長さは250mmのもの。ただちょっと気になるのは、ステッピングモーターが長めのスペーサーを通して2カ所だけで固定されている。3本目の脚はカップリングがついている軸の部分。中の棒ネジが上下のベアリングをはさんで固定されていて構造的には大丈夫なのだろうけど、ちょっと変。それとも軸が良く見えるように、単に手前2本を外してあるのかな?
ちなみにAliExpressで買おうとしていた、Shapeoko2のZ軸キットは以下。

見た目だけでは分かりにくいかもしれないけど、普通の棒ネジM8、裏側には樹脂製のネジを切ってあるブロックがついている。アンチバックラッシュというわけでもない。NEMA17対応。使われている部品が大したことなく、自作したほうがましなのではないかと。これが9040円なので、それ以下でつくれるという条件で。しかも精度よく。

ということで、またいろいろとZ軸の部品を探し始めることに。オリジナルマインドやミスミで部品を探してみたけど、工業用のかなり高価なものばかりなので、やっぱりAliExpressで探すしかない。

まずは、Lead Screw部分。前に見つけたこれ↓

真ん中の黒い樹脂ブロックが、いちおうアンチバックラッシュとなっている。これはShapeoko2のZ軸アップグレードキットの一部。そのアップグレードキットはもう売ってないらしい。
ただ、これ↑だとLead Screwの両端が未加工状態。このままでもカップリングで接続するなりして使えるかもしれないけど、せっかくだからもう少し工夫したい。旋盤で削ればいいのだけど、材質がステンレスなので、ステンレス用のバイトを買わなくてはいけない(Amazonで2200円)。

 
きっとこれ↑も中国製。ステンレス用のバイトは持ってないから買ってもいいけど、どんどん遠回りになってしまうので、また探してみることに。そうすると、このLead Screwだけ売ってるとこがあり、説明を良く読むと、加工してくれると書いてある。以下。

TR8*4, stainless steel threaded rod, 290mm」1066円(送料込)。
これだと(写真は規格が違っても同じものを使い回しているらしい)、直径8mm、ピッチ2mm、一回転で4mm送られる。これの両端10〜20mmの長さで径6mmにしてもらえると肩もついてベアリングにきっちりはまってくれる。さきほどのアンチバックラッシュの黒い樹脂ブロックも別売りであるので、それも必要。以下(顔みたいな部品)。
これ↑1005円(送料込)。上の棒ネジとあわせて合計2071円。セット販売しているもの(1956円)より少し高くなるけど、ちょっとの差なので問題ない。日本で買うと、台形ネジだけで2000円以上するはず。この段階では、XY軸がNEMA23でいくので、Z軸もついでにNEMA23にしようと思う。ちなみにShapeoko2のZ軸セットはNEMA17なので、精度+パワーアップできそう。


つぎに、直動移動のガイドをどうしようかと。Shapeoko2のZ軸キットはMakerSlideとV-Wheelを使っている。それでもいいのだけれども、いろいろAliExpress内を探していると、こんなものが。以下。

これ↑は、2個セットのリニアレール(200mm長)。値段が2073円(送料無料)。一本1000円か、安い。サイズはいくつかあるけど、レールの直径がこれは10mm、下の台座の幅が32mmらしい。
ここではレールの長さも切ってくれるらしい。Z軸はあまり重くならないようにコンパクトにつくろうと思っているので、この200mmで大丈夫そう。
しかし、良く読むとレールだけらしい。「SBR10UU」というLinear Slide Blockは別売り。

では「SBR10UU」というLinear Slide Blockを探してみると、ありました。以下。

4つで↑、1903円。 直動にはペアで必要なので、Z軸だけで約3000円。おそらく、MakerSlide+V-Wheelよりも精度はでそう。ということは、X軸やY軸もこれでいけるかもしれないと思って4個セットでもいいのかもと。でもこのスライドブロックの図面を見るとかなり小さい(軸方向の長さで35mm)ので、場所によっては2個つなげる必要があるかも。ロングバージョンもあるけど、それだとレール軸径が16mmになってしまう。Z軸はおそらく左右一個ずつで合計2個。XY軸は2個つなげたほうがよさそう。そうすると、X軸4個、Y軸も4個で、合計10個。10個セット(2905円)というのもあるので、それにしよう(割安にもなるし)。と思ったら、よくみるとこのタイプは丸棒用だった。やっぱりさっきの4個セットを2〜3セット買わないと。
OpenRail Slide Railを使うはずだったけど、すべてXYZ軸をこれに置き換えるとどのくらいかかるか?
レール1000mmのものを見てみたら、2本で4485円(送料込)。なんかここはEMSで送るからレール自体安いけど、送料がそれ以上に高い。普通の遅い配送でいいのだけれども。

ということは、
X軸レール(1000mm)2本 4485円
Y軸レール(1000mm)2本 4485円
Z軸レール(200mm)2本 2052円
スライドブロック 4個セット×3 5709円
合計:16,731円

あとは、
Z軸用Threaded Rod 1066円
アンチバックラッシュ樹脂製ナット (Z軸用) 1005円
カップリング(6mm-6.35mm) 331円
Z軸用フランジ付きベアリング(内径6mm) 367円
NEMA23 3個セット 7502円 (レートが前回よりも50円値上がった)
NEMA23 単品 2841円
DRV8825 4個セット 803円
タイミングプーリ(5個)+ベルト(5m)セット 3112円
タイミングベルト用アイドラー(12個セット)2721円
合計:19,748円

そして、
ミスミのアルミフレーム類一式が 12,330円

全体合計:48,809円

という感じで、なんとか5万円以内には収まった。前回と比べれば、V-Wheelとかは全て廃止だけど、オールNEMA23でいちおう性能は上がったはず。


前回と今回の比較
前回のレールの部分(直動するために必要な部品類)だけを抜き出すと、
OpenRail Linear Rail(1mx6本) 5151円
V-Wheel(12個セット) 2588円
Eccentric Spacer(10個セット) 1591円
Shapeoko2 Z軸キット(1個) 9040円
合計:18,930円

そして今回この部分に相当する部品だけを抜き出すと、
X軸レール(1000mm)2本 4485円
Y軸レール(1000mm)2本 4485円
Z軸レール(200mm)2本 2052円
スライドブロック 12個 5709円
Z軸用Threaded Rod 1066円
アンチバックラッシュ樹脂製ナット (Z軸用) 1005円
カップリング(6mm-6.35mm) 331円
Z軸用フランジ付きベアリング(内径6mm) 367円
合計:19,500円

今回のほうは他にアルミ板やネジ類も必要なのでもう少し必要。ただ性能はあがったので、結果的には今回のほうがいいかもしれない。作業量が増えるのは、まあ仕方ないだろう。
前回ので発注しちゃおうと思っていたけど、こうやって検討を重ねるとどんどん内容が変わってくる。きりがないかも。これで発注しちゃっていいのか?とまだ疑問は残るけど。

ひとつは、このレールをミスミのアルミフレームに沿わせるようにボルト締めすることになるけど、このレールの穴の左右の間隔が22mm、ミスミの20mmだとちょっとずれてしまう。レールの穴を7mmに拡大すれば間隔20mmでM5なら入る。もしくは、ジグをつくって、レールに新たに穴をあけるかという感じ。でも、そうなってくると、ミスミのアルミフレームを使う意味もあまりなくなってしまう。それなら、普通のアルミ材をつかったほうが安くなる。
元々このアルミフレームは好きじゃないので(理系っぽい人が好むのは分かる)、フレーム自体もとから作ろうかとも思ってしまう。
だんだん当初のイメージと変わってきてしまった。このへんをもう少し検討かな?
というか、自分をどう納得させるか?という問題。

ちなみに、ミスミで単なる素材としてのアルミ角パイプを見てみると、
40x60x1000/t=2/4本で10,416円(こちらは1mなら4本単位、元々が4mだからか)
50x50x1000/t=2/4本でも10,416円、一本あたり2604円
コの字型のチャンネルなら、
60x30x1000/t=3で1本2750円(こちらは5本とかでも買える)
60x30x1000/t=3/4本セットで9288円(4本単位)
60x30x4000/カットなしでそのままなら8140円

しかし、ミスミのアルミフレーム4080は1770円/m。意外に素材アルミのほうが高い。

CNCマシン:発注部品(仮)

大体目処はついたので、そろそろ部品を発注しようと思います。
CNCマシンのサイズは縦横約1000mm。Z軸は上下に200mmくらい移動できればいいでしょう。まだレーザーモジュールは保留。

発注先は、AliExpressとミスミ。主にはこの二つ。
InventablesやOpenBuildPartStoreにも注文したいけれども、送料がかなりかかって1.5〜2倍くらいの値段になってしまうので、できるだけ上記二つに絞って注文できる範囲で。

AliExpress:(電気系、特殊な部品類)
XY軸用ステッピングモーター NEMA23:57BYGH420(3個セット) 7452円
Z軸用ステッピングモーター NEMA17:17HS8401(1個) 1590円
ステッピングモータードライバ DRV8825(4個セット) 797円
Shapeoko2 Z軸キット(1個) 9040円
タイミングプーリ/2GT/20歯(3個)+ベルト(5m)セット 3091円
タイミングベルト用アイドラー(12個セット)2721円
OpenRail Linear Rail(1mx6本) 5151円
V-Wheel(12個セット) 2588円
Eccentric Spacer(10個セット) 1591円
合計:34,021円

ミスミ:(主にアルミフレーム類)
X軸用アルミフレーム4080(1m、1本) 1770円
Y軸用アルミフレーム4060(1m、2本) 3460円
Y軸連結用アルミフレーム2060(1m、2本) 2100円
コーナー用ブラケット(8個) 1520円
エコノミー先入れナット(100個セット) 1400円
極低頭六角穴付きボルトM5、8mm長(80個) 2080円
合計:12,330円

全体合計:46,351円

とりあえずこんな感じでしょうか。これで部品的には9割くらい揃ったかな。
AliExpressで購入するShapeoko2のZ軸キットが9040円で高いけれども、自作してもそれなりに(5000円以上)かかりそうなので、今回はキットを流用。
アルミ板やケーブルなどまだ足りない材料もあるけれども、それは他でもすぐに調達できるので、発注しなければ入手しにくいものだけをとりあえず列挙してみました。
一応、安定化電源12Vと24Vは持っているのでそれを流用。
スピンドルなしで約5万円という感じです。

レーザーカッターだけにするなら、Z軸もいらないし、NEMA17だけでいけそう。もう少し華奢なつくりにして、そのかわりレーザーモジュールを5.5W(26300円)にすれば、5万円くらいでつくれそう。
いずれにせよ、ミリング+レーザーCNCマシンが10万円以下で完成するんじゃないかな。やっぱり自作のほうが楽しいし改造しがいもあるし安くあがる。

追加の部品:(組み立てながら必要に応じて)
・XY軸スライダー用のアルミ板+ネジ、スペーサー類
・ケーブル、端子、スイッチ類
・マイクロスイッチ(リミット用:6カ所)
・その他、補強用、脚用素材

後々購入予定の部品:(ある程度出来上がってから)
・CNC Shiled V3.10(GRBL0.9品ピン配列対応)
・TTLドライバ付きのレーザーモジュール(3〜5.5Wくらいのもの:予算1〜2.5万円くらい)
・専用ルーター/トリマー(できればブラシレスモーターで)
・専用安定化電源


AliExpressは、何回か単品で頼んだことはあるのだけれど、だいたい平均して送料無料の場合は3週間はかかったと思う。トラッキングしても出来なかったり、ずっと税関で止まっていることがよくあった。今回のようにいろんなものを一度に頼んでも、メーカーがそれぞれ違うから、別々に送ってくるんだろうな。早いのもあればなかなか届かないのとか。まあ、いまから頼んで一ヶ月後って感じかな。安いから仕方ないと思うしかない。それに比べればミスミは即日配送で早すぎる。
明日再度チェックして注文しちゃおう。





2016年3月27日日曜日

MakerSlideかv-Slotか、あるいは?

現在決まっているのは、

・CNC Shield3.0(後々、3.10へ)
・ステッピングモータードライバ:A4988(後々、DRV8825)
・Grbl Interpriter:Grbl v0.9
・G-Code-Sender:Grbl Controller3.6.1(その他いくつかあるので使いやすいもの)

という感じで、コントローラーとソフトはなんとななりそう。
ステッピングモーターも前々回大体使えそうなものが見えて来た感じ。オールNEMA17にしようと思っていたけど、できるだけNEMA23を使う方向で。

あとはやっぱりハードの設計。特にレールとスライダーを剛性やガタつきないようにどう組み立てていくか?レールに関しては、MakerSlideかv-Slotかという選択にはなるだろうけど。
その前にShapeoko3やX-CARVEでは、どのくらいの断面サイズのアルミフレーム(レール)が使用されているかチェックする必要がある。

Shapeoko2に比べ、Shapeoko3ではさらにアルミフレームが太くなっている。Shapeoko2やX-CARVEでは、MakerSlide20x40のレール付きアルミフレームが使われている。
















これ↑は、20x40mmのMakerSlide(Inventables:$20.93/m)。ためしに1mを3本買うと、送料込みで$116.73(約13365円)。つまり4455円/m。
AliExpressだと5380円/m(送料無料)。

それに比べ、日本のミスミで売っている通常のアルミフレーム(レールなし)は以下。




















同じ20x40mmのものでHFS標準タイプなら890円/m、HFSエコノミータイプで800円/m。
AliExpressだと安いのかと思ったら普通のアルミフレームですら送料込みで約2500円/m。

アルミフレームではないけれどもレール部分だけのものもAliExpressでは売っている(以下)。
V slot rail aluminum profile extrusion openrail makerslider、986円/m。
フラットバーの片側にMakerSlideのような山型のレールがついている。
OpenBuildsPartStoreでも「Open Rail Linear Rail」で売っており、図面もあるけど小さくて見にくい(678円/m送料別)。でも便利そう。
ミスミのアルミフレームに取り付ければ、合計で約2800円/mとなる。案外いいかも。



























以上が、MakerSlide。
もうひとつの候補としてv-Slot railがある。これもサイズ20x40(2040と呼ばれている)で比較してみる。
まずAliExpressでは、2495円/m(送料込み)

















特にこの店では、様々な種類のv-Slot railを売っているようだ。
20x20(1554円/m)、20x40(2495円/m)、20x60(2953円/m)、20x80(3769円/m)まである。それぞれ送料込み。
さらに40x40もある(以下)。3031円/m(送料込み)。40x40はX軸にいいかもしれない。




















まとめれば、MakeSlideの場合は基本的に20x40mm、太くするならミスミのアルミフレームにレールだけの部品を取り付ける感じ。
v-Slot railの場合は20x20から20x40、そして40x40もあるので、この組み合わせでそのままつくることができるかもしれない。
特にX軸は強固でなければいけないので、40x40がいいかも。Y軸は、20x60という感じか。

ここで再度「Shapeoko」と「X-CARVE」ではどのくらいの太さのフレームをつかっているかチェックしてみる。

Shapeoko1:
X軸:20x40mm MakerSlide(V Wheel上下2個ずつ合計4個でスライド)
Y軸:20x40mm MakerSlide
Z軸:20x40mm MakerSlide

Shapeoko2:
X軸:20x40mmを2本 MakerSlide(V Wheel上下前後2個ずつ合計8個でスライド)
Y軸:20x40mm MakerSlide
Z軸:20x40mm MakerSlide

Shapeoko3:
X軸:85x55mm 新フレーム(片側レール付き/V Wheel上下2個ずつ合計4個でスライド)
Y軸:85x55mm 新フレーム
Z軸:20x20mm MakerSlide(両サイドに1本ずつ合計2本)

*X軸がShapeoko1から2になると2本に強化されている。そしてShapeoko3ではXY軸ともに新たな大断面のフレームとなっている。ShapeokoはXL/XXLサイズ(作業エリア834mm角)をリリースすることを想定して、この新フレームをあらかじめ用いていたのかも。


X-CARVE:
X軸:20x40mm MakerSlide(V Wheel上下2個ずつ合計4個でスライド)
Y軸:20x40mm MakerSlide
Z軸:20x40mm MakerSlide

*X-CARVEはサイズが大きくなってもXY軸ともに20x40をつかっている。Shapeokoに比べると確かに華奢かもしれない。というか、X-CARVEも何かしらのアップグレードをしたいのだろうけど、Shapeokoのほうが開発スピードが早いのかもしれない。

ということから、フレームの剛性についてはShapeokoを参照したほうがよさそう。
おそらく、ステッピングモーターのトルク、スムースな動き、V Wheelのガタつきはあまり問題にならないのかもしれない。それよりもフレームの剛性をいかに獲得するかのほうが、最終的な精度の問題に反映されるのかもしれない。

X軸に関しては、Shapeoko3のような特注フレームをつくるわけにはいかないから、最低でも20x60mmダブルで40x60mm、あるいは20x80mmダブルで40x80mmに太くするとかしたほうがいいかもしれない。
そうなると、2060ならX軸に2本、Y軸は1本ずつ合計2本、4m必要となる。
2080でも4m必要。

ミスミのフレームであれば、4060(1920円/m)も4080(2850円/m)もある。
エコノミーなら4060(1730円/m)、4080(1770円/m)。





















これに↑、AliExpressで売っていた片側レール部品をつければ、1mにつき1972円プラス。
ということは、
標準4060なら3892円/m、標準4080は4822円/m。
エコノミー4060なら3702円/m、エコノミー4080は3742円/m。
v-Slot rail 2060ダブルなら5960円/m、2080ダブルは7538円。

具体的に全体で何本必要かと言えば、エコノミーの場合
X軸4080:1本、1m(上下レール部品付き)、3742円
Y軸4080:2本、2m(上下レール部品付き)、3702x2=7404円
Z軸:未定
他2080:2本、2m(レールなし)、1550x2=3100円
そうすると合計フレーム+レール代は、14246円。

Z軸をShapeoko2のキット部品(9040円)を使い、
以前計算したステッピングモーター(NEMA23を3個で7452円+NEMA17を1個1590円)
と合計すると、32328円となる。
そのほか、
V Wheel20個セット3492円、
タイミングプーリーとベルト、
接続金具やアルミプレート、
ネジ類など入れて5万円以内には収まりそう。
残るは、レーザーモジュール5.5W(26300円)くらいか。

フレームが4080で、NEMA23が3個、NEMA17が1個。まあまあ丈夫そうで力強くもある。最初のイメージよりはかなりスペックはあがったけれども、それほど高いわけでもなさそう。
もっと安くつくれるだろうけど、そうすると剛性がとれない上にモーターも非力で使い物にならないかもしれないから、そこそこ強固な感じでつくっておいたほうが後々いいかも。

これで大体予算とスペックのイメージができた。あとは最終的な決定をして、そろそろ発注しなければいけない。AliExpressの送料無料だと3週間くらいかかるときもあるから。中国すぐ近くなのに遅い。


2016年3月26日土曜日

いろいろあるG-Code Senderについて

Grbl Controller:(使い方はこちらへ
Mac+Arduinoという環境で、Arduino用CNCシールドを探すところから始まったので、まずは:
Protoneer Arduino CNC Shield V3.10
この↑シールド(A4988付き)でステッピングモーターを動かすことができるけれども、それをPC(Mac)から操作するソフトも必要なので、
Zapmaker Grbl Controller 3.6.1(for Mac)
が見つかった。インストールが面倒そうなのですが、このページの以下の投稿から「3.6.1-T4」か「3.6.1」が簡単にインストール出来る。ちなみにWin/Linux版はこちらから
この人↑が「3.6.1-T4」と「3.6.1」のバイナリーをつくってくれたらしいので、青文字の「3.6.1-T4」か「3.6.1」をクリックすればソフトをダウンロードできる。

しかし、調べていくうちにこの手のソフトがたくさんあることが分かってきた。
基本的にはGRBL関係なら以下のサイトに行くといいみたい。
https://github.com/grbl
ここには、
・grbl:(Arduinoにアップロードするファームウェア)
・grbl-builds(コンパイルされていないファームウェア保管場所)
・grbl-sim:(Arduinoなしでシミュレーションできるらしい)
・Universal-G-Code-Sender(JavaベースのクロスプラットホームのGコード操作ソフト)
の4項目がある。

Universal-G-Code-Sender:
Zapmaker Grbl ControllerのかわりにUniversal-G-Code-Senderを使うこともできるようで、もしかしたら、こちらのほうがメジャーなのかもしれない。以下のようなインターフェース。
似たような感じではあるけれど、使ってみてどちらが自分に合うかで決めればいいと思う。

ShapeOko Wikiにあるリスト:
ほかにもこの手のソフトはいろいろな人によって開発されていて、以下の「Shapeoko」のwikiサイトに載っている。
http://www.shapeoko.com/wiki/index.php/Communication_/_Control
この中のリストにも「Zapmaker Grbl Controller」があるけど、「Shapeoko」でも使っていたようだ
現在の「Shapeoko3」では、「Carbide Motion Machine Control Software」を使っているみたい。こんな画面(以下↓)。
ちなみに「Shapeoko3」は、Arduinoシールドに「CNC Shield」ではなく「gShield」を使っている。

この手のソフトは、G-Code-Senderと呼ばれているようだ。そしてArduinoにアップロードされるファームウェアはG-Code-Interpriterと呼ばれているらしい。日本語ではGコード送信プログラムとかGコード解析プログラムとでもいうのでしょうか?

他には、Interactive G-Code-Generatorというのもあり、Javascriptでできる「Javascript G-Code Generator」というのもあるらしい、Webやブラウザ上でするにはいいかもしれない。
たしか、Smart Laser Miniがブラウザ上のインターフェースであるため、ネットを通して遠隔操作もできるようである。と、いまSmart Laser Miniのサイトを見に行ったら、来月(2016年4月)に新しいのでるみたいです(以下)。
レーザーモジュールが3Wにパワーアップしそうな感じです。価格は10万円くらいになってしまうのでしょうか。

ということで再びG-Code-Senderに戻りますが。
「X-CARVE」も「gShield」を使っている。インターフェースはブラウザ(今回はSafariで)で操作可能。以下のような感じ。これも右側に3Dシミュレーション画面のようなものがある。シンプルにまとまっていて素人でも使いやすい感じになっている。
いろんなG-Code-Senderが使えるということが分かったのですが、この際G-Code-Sender自体も自分の使い方に合わせてプログラムしようと思いましたが、今回はそこまではやらないで、既存の使いやすいものを試しながら選んで行こうと思います。

追記:
この記事を書いているときは、まだよく知らなかったので上記のようなソフトを試していました。現在はbCNC(以下のリンク)というG-Code-Senderを使っています。

関連:
CNC関連のソフト(まとめ)
G-Code-Sender(bCNCなど)

GRBLソフトウェアを試してみる

追記:
2017年現在では、このページの内容はやや古いものとなっています(Grbl0.9以前のもの)。
現行のGrbl1.1ならびにそれに対応したG Code Senderを使用する場合は、こちらのページを参考にして下さい。
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ハードのほうは、ネットで調べながらなんとなく検討はついてきた。
ソフトのほうは思っていたより簡単でArduinoがあれば何とかなりそう。
とりあえず、目をつけておいた「CNCシールド」でやろうと思っている。安くて手っ取り早そうなので。

ということで秋葉原で売っていないかチェック。
aitendoで中国製CNCシールドが売っていることが分かった。ネットで買ってもよかったけれども、すぐに試してみたいので店頭で購入することに。aitendoと言えば、昔は自作液晶スクリーン屋だったと思うけど、いつのまにか店も引っ越して、Arduino関係をかなり増やしていた。新店舗もすごい量の商品。全部中国製ぽいけど。まあ、安いから実験するにはいいかも。
追記:
以下のCNCシールドはV3.0(grbl0.8対応)です。最新版はCNCシールドV3.51(grbl0.9)になります。V3.0とV3.51の違い、あるいはV3.0でgrbl0.9/1.1を使う場合についてはこちらへ

CNCシールド950円、安い。ついでにドライバも。

ドライバは、ネットでもっと安いのがあるけど、実験ということで3個購入。
ついでに、Arduino UNOも買っておこうと秋月へ。Arduinoも中国製のクローンでもいいかもしれないけれど、一応純正品を。ArduinoはDiemilanove以後買っていないし、そのDiemilanoveも壊れてしまったので、交換用ATMEGA328も1個購入。
AliExpress.com Product - 1 set New cnc shield v3 engraving machine / 3D Printer / + 4pcs A4988 driver expansion board for Arduinoこれ↑なんかは(AliExpressで)、シールドとドライバ(4個)セットで624円しかしない。安い。

これでコントローラーは一応揃ってしまったので、Arduino UnoにCNC libraryを入れてみることに。

手順(旧型Grbl v0.8):*v0.8は古いので、v0.9あるいはv1.1の場合はここをスキップ
https://github.com/Protoneer/GRBL-Arduino-Library
にアクセスし、画面下のほうにある「How to install it:」から、
https://github.com/Protoneer/GRBL-Arduino-Library/archive/master.zip
このzipファイルをダウンロード。おそらく自動解凍するので、
「GRBL-Arduino-Library-master」というフォルダが出来上がる。
フォルダ名を「GRBL」に改名し、Arduinoのlibrariesフォルダへ入れる。Macなら、
/Users/username/Documents/Arduino/libraries
の中へ入れるだけ。
あとはArduinoソフトを起動して、
「Arduinoメニューバー>ファイル>スケッチの例>カスタムライブラリのスケッチの例>GRBL>GRBLtoArduino」を読み込む。
以下の画面が出て来て、
あとはArduinoボードをUSB接続しアップロード(ツール>マイコンボードでArduinoボードの種類、ツール>シリアルポートも正しく選択しておくように)。
これでArduino側は終了。Arduinoボードは、ゆくゆくはCNCマシンのステッピングモーターを動かすために、マシン本体へ取り付けられることになる。


Grbl v0.9の場合:(追記:最新版grbl1.1についてはこちら
上記はGrbl v0.8だったけど、v0.9をインストールすることに。
*Grbl v0.8をインストール済みの場合は、Grbl v0.8を消去してからインストール
つまり、「/Users/username/Documents/Arduino/libraries」内の「GRBL」フォルダを捨てる
このページ(grbl本家wiki)を見ると、Arduino IDEを立ち上げてから、インポートする方法が載っている。
・まずこのサイトの画面右側の「Download ZIP」をクリック。
・そうすると「grbl-master.zip」がダウンロードされる。
・「grbl-master.zip」をダブルクリックして解凍する。
・解凍すると「grbl-master」フォルダができあがる。
・Arduino IDEを立ち上げる。
・「Arduinoメニューバー>スケッチ>ライブラリをインクルード>.ZIP形式のライブラリをインクルード...」を選択。
・そうするとファイル選択のウィンドウが出るので、先ほど解凍したフォルダのほう「grbl-master>grbl」を選択。
・インクルードされたら、「Arduinoメニューバー>ファイル>スケッチの例>カスタムライブラリのスケッチの例>grbl>grblUpload」を選択。

現れた画面↑上で、「検証」、「マイコンへ書き込む」でArduinoボードへアップロード。
以上。

Arduino IDEでArduinoボードにアップロードされたgrbl0.9jを確認する:
CNCシールドを装着したArduinoボードをパソコンとUSB接続し、Arduino IDEを立ち上げて、メニューバーの「ツール>マイコンボード」から使用しているArduinoボードのタイプ(Arduino UnoならArduino/Genuino Uno)を選択。続いて「ツール>シリアルポート」からArduinoボードのシリアルポートを選択。
Arduino IDEの画面右上にあるシリアルモニタボタンをクリックする(以下)。


そうすると、シリアル通信用の画面が出てきます(以下)。
この画面↑右下にあるbaudrateをgrbl0.9以上なら115200 bps(grbl0.8なら9600)にしておきます。

最初に接続すると、上画像にのように「Grbl 0.9j ['$' for help]」と出てきます。ここでArduinoにアップロードされたgrblのバージョンが0.9jであることが確認できます。
続いて、コマンド入力欄に$$(設定内容確認コマンド)を入力し(以下)、
そして、右上の「送信」ボタン↑を押すと、

このような↑、現在のArduinoボード内にアップロードされたgrblの各種設定がでてきます。
それぞれの設定内容(grbl0.9)については、grblのサイトに書いてあります。
例えば、ここで各種設定の下から3行目にある$130=500.000に対して、
$130=300
を入力するとX軸の移動範囲を300mmに設定し直すことができます。
再度、$$を入力し設定内容を確認すれば、
このように↑設定内容の下から3行目にある$130の項目は、
$130=300.000
に変更されたことが確認できます。
このような設定は後々使うG Code Sender(GRBL Controller、Universal G-Code Sender、bCNCなど)で行えばいいのですが、一応Arduino IDEのシリアルモニタ機能でも可能なので、動作確認のために試してみるといいでしょう。


GRBL Controller:
つぎに、CNCマシン(Arduinoボード)をMac上で操作する「GRBL Controller3.6.1」ソフトをダウンロード。「GRBL Controller3.6.1-T4」というのもあるみたい。Win用はこちらから
このソフトで何をするかというと、
・CNCマシンの各種パラメータ(移動距離、移動スピードなど)の設定
・左右前後上下ボタン(ジョグボタン)でヘッドを材料の位置へ移動したり(加工原点設定)
・このソフトとは別にあらかじめ用意しておいたGコードファイルを読み込んでCNCマシンへ送信し加工開始
という感じ。Gコードを送信するためのソフト(G Code Sender)であって、このソフトでGコードを生成するわけではない。Gコード生成(G Code Generator)などほかのソフトについてはこちらへ
追記:
その後、Gコードを送信するソフト(G Code Sender)をいくつか試してみましたが、個人的にはGRBL ControllerではなくbCNCというのが便利で使っています。

あとはステッピングモータードライバ(A4988)をのせたCNCシールドをArduinoボードに装着し、MacとUSB接続、GRBL Controller3.6.1を立ち上げる。
GRBL Controller3.6.1の画面はこんな感じ↑。Grbl v0.8ならBaudRateは9600。v0.9なら115200。
CNCシールド(Arduino)とUSB接続後、Port name、Baudrateを選び、Openボタンで開始。
画面右のほうに3つのタブがあり、Advancedタブを押すと、
こんな画面↑が現れて、GRBL Settingsボタンを押すと各種設定ができそう。

そうすると、こんな設定画面↑が現れて、下から3行目にあるX軸の最大移動範囲(x max travel, mm)に400.000を入力(設定)してみる。数値を入れたらリターンを押してから、下のApplyボタンを押す。しかし、、、
> $28=400.000
error: Invalid statement
というエラーが出てしまう。どうやら、他の項目も同じようにエラーがでるようで、このソフト自体にエラーがありそう。$130=400.000のはずなのに、なぜか$28=400.000と認識しているようで、そのためにエラーがでているみたい。対応する項目がずれているのかもしれません。
なので、画面左にあるCommand欄に手動で、以下のように$130=400を入力しリターン。
そうすると、コンソールには
> $130=400
と出て来て、設定されたはず。ちなみに、先ほどのAdvanced>GRBL Settingsを押してみると、
こんな感じで↑、下から3行目には400.000がきちんと設定されています。どうも、このGrbl Settings画面で入力するとエラーが出るようなので、Commandから手入力したほうがよさそうです。このような理由からも、このソフトは使わなくなりました。
以下は、GRBL Controller3.6.1-T4(こちらはエラーでなさそうです)
GRBL Controller3.6.1-T4の画面はこんな感じ↑。なんか3Dの画面がついてる。

まとめ:
・Arduinoボードへアップロードするプログラム/ライブラリ(Grbl v0.8またはv0.9)
・Mac上で操作するアプリのインストール(Grbl Controller 3.6.1-T4がおすすめ)
の二つが必要。
そして、
・Grbl v0.8の場合はGrbl Controller上のBaudRateを9600
・Grbl v0.9の場合はGrbl Controller上のBaudRateを115200
にする必要がある。
*Grbl Controller 3.6.1のほうは、なぜかエラーがでるので、使うならGrbl Controller 3.6.1-T4のほうがよさげ、機能も豊富だし改善されているようです。
おそらく、Arduino経由でCNCマシンを検索すると(特に日本語で)、CNCシールドやGrbl Controllerに行き着くと思うのですが、Grblで調べると(Grbl Wikiなどから)、Universal G-Code SenderやbCNCというソフトに辿り着くと思います。個人的には、どちらかというとUniversal G-Code SenderやbCNCのほうが使いやすいと思います。
追記:
2017年以降であれば、最新版Grbl1.1を使ったほうがいいと思います。おそらくGRBL Controller3.6.1は、数年前のGrbl0.8用という感じなので(使えないというわけでもないのですが)、Grbl1.1に対応した新しいソフトのほうがいいかもしれません。Grbl1.1についてはこちらへ

「Grbl v0.9 + GrblController3.6.1-T4」 の場合
上記のようにGrbl v0.9をアップロードしたArduino UNOをMacにUSB接続し、GrblController3.6.1-T4をMac上で立ち上げてみました。まだステッピングモーターは未接続。
GrblController3.6.1-T4の画面左上の
・「Port name」でArduinoのポートを選択
・「Baud Rate」で115200を選択
・画面左上「Open」ボタンをクリック
そうすると以下のような画面。
Openボタンで開始したら、Grbl Settingsボタンで各種設定ができます(こちらはエラーでません)。なので、こっちのほうがいいかもしれません。

よくみると「Spindle On」だけでなく「Speed spindle」もついています。TTLドライバ付きのレーザーモジュールならレーザー出力調整できそうです。この機能を生かすには「CNC Shield V3.10」にしたほうがよさそう。先日aitendoで買った中国製の「CNC Shield V3.0」だとgrbl0.8対応なので端子がON/OFF制御になっている(追記:grbl0.9ではピン配列が少し変わったので、それにあわせて接続を入れ替えればV3.0でも使えるようです)。まあ、そのへんは後々バージョンアップしようと思います。
とりあえず、ソフトのほうはなんとかなりそうです。ということで、またハードの検討に戻ります。

関連:
CNC関連のソフト(まとめ):GrblController以外にも使いやすいソフトはあります。
CNCシールドV3.0とV3.1以上の違いについて:(最新版はV3.51)

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