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作品名  自作小型CNCマシン
制作者  ぽち さん
日 付  2007/9/10
メール  
URL  http://blogs.yahoo.co.jp/nag_45poti

ロックヒルさんに触発されて自作CNC作成しました。

 精度や動作速度についてはこれから少しずつ進化させたいと考えています。とりあえず基本ハードウエアーが出来た(はず?)ので投稿させていただきます。

材料:基本はFC400材です。

ほかにSS400、真鍮、アルミを使用しました。

大きい材料はなかなか手に入りません。今回の作成が可能になったのは写真にある塊が手に入ったことが実現への大きな足がかりとなりました。

これが切断後のFC材とSS材です。

右側の山は台座や他の部品にするため切り刻んでしまいましたが、27x150x230の板が1枚残った程度です。

切断ままの FC材はX3のステージに簡易万力を作成し固定します。その後外形の面だしを行い、墨付けをします。

後はラフィングエンドミルでざくざく力の限り削ります。φ10のラフィングを3本消耗しました。

X軸の表面加工完了状態

取り付けたX3のステージと見間違うほどいい感じ。と自画自賛でややしばらくにんまりしていました。

アリ溝は60度のカッターで削ります。

最初にほとんど完成に近いくらい大きく切り込んでいくと、音が小さくゆっくりですがいい感じで切れていきます。

 ただし、材料の緩みによる、斜めカットにならないように注意が必要です。

アリ溝を仕上げ、三段重ねした状態

X、Y軸は舞い上がる粉で、部屋中が真黒になりました。


続いて Z軸 これも同じ手順になります。

Z軸を仕上げおおむね全体像が見えてきます。

これが一番の難関でしょうか。

Z軸の固定には300mmの端面に穴を開ける必要があります。

ボール盤のステージをX3のステージにさかさまに取り付け無理やりボール盤を取り付けました。垂直は出ていないかもしれませんがここは気合で穴を開けました。

タップを切り、Z軸取り付け台座に穴を開けます。

Z軸は門型にかさ上げし、出来るだけスピンドルが上まで行くようにしました。

かさ上げしたスペースには後でステッピングモーターが入ることになります。

 なかなかいい構造で、Y軸モーターがにょっきりはみ出ていると、ぶつけて壊しそうになりますので、かさ上げ部分に収まっているのは安心感があります。

ここまでで、やっと基本構造が完了しました。ステップモーターの取り付けに移ります。送りねじはφ10mmの台形ねじです。

スピンドルの上下機構は後ろにして、切り子の進入を防止しました。

X3のまねです。しかし送りねじ収納部分の掘り込みの深さがエンドミルの刃の長さで限定されてしまいあまり深く出来ません。

ステッピングモーターの取付金具はアルミ材を使用します。アルミ材は部屋を汚しません。なんと楽な材料であることか。




スピンドル部分の加工

プーリーはアルミ

ベアリング収納ボックスは真鍮

90mmの長い貫通穴のあけ方をややしばらく検討した後、100mm以上伸ばせる内径用のバイトホルダーを作りました。

真鍮の厚さが足りなかったので穴の位置がオフセットしています。そのためベアリングの片側は旋盤で加工できましたが、反対側はフライスに持ち替え、ボーリングヘッドで削りました。

スピンドルはφ20ベビーチャックです。

ヘッド部分が重いので肉抜きをしました。
貴重な材料もザックザック削りました。

これで、仮にZ軸を組み立て、ハンドルで回るか確認しましたが、微妙なところで、秋月の1000円の大きいステップモータで動かせないかもしれないという不安を持ちながら、進めていきました。

スピンドルのモーターは90年物のACサーボモーターです。当時は高かったのだと思いますが、すでに廃盤で、回路がなく配線には、使用していたもとの機械の図面をコピーさせていただき解読しました。

回生トランス付でいまどきの物ではないですね。表示は2000までですが3000以上回ります。

送りねじの部分がオリジナル構造です。

台形ねじナットを加工し、ばねで押さえる構造です。とりあえずバックラッシュは小さそうで単に送りねじをつけるよりはいいのかもしれません。この部分でのフリクションはモータへの負荷を増大させるので自作をあきらめ台形ナットも購入品です。

一応完成し、新しい2X4の机に載せました。 後ろ側にACサーボ用コントローラーが載っています。スピンドルの速度調整用のボリュームはまだバラック状態ですが、あとで専用のケースを作る予定です。

顕微鏡はスタート位置の確認に使用しますが、顕微鏡の位置とえんどみるの原点をあらかじめ計測しておけば利用価値が高く、有効な機能になります。

コントロール部分は24V電源とモータードライバーなどが入っています緊急停止ボタンと電源スイッチだけです。

あとで、冷却用の穴を開ける必要がありそうです。アルミ材の大きな板は高いので、アクリルのパネルにしました。

ケースはタカチの安いアルミケースという名の単なる箱を使用しています。

モータードライバーは三洋のハイブリットマイクロステップ用のドライバーで、データーシートの参考回路をそのままにして使っています。

インターフェイスは単純にゲートICで受けただけの簡単なものです。

電源には豪華なフィルターをつけてあります。さらにラインフィルターを追加し、ACサーボドライバーの大電圧のサージを受けないよう努力しましたが、効果は?です。今のところ誤動作はしていません。

オプション1

MACH3ではカメラを見ることが可能です。そこでUSBカメラを顕微鏡につけました。物体までの距離を十分に確保できる顕微鏡です。 MACH3での画像の様子です。原点を見つけるには十分な解像度があります。

カメラと 接眼レンズの取り付けの様子

アルミ材を切り刻んで作ります。

カメラのケースがプラスチックだったのでケースもアルミで加工しました。

カメラのピンとは顕微鏡のスケールがよく見えるようにあわせます。カメラのレンズのねじをぐりぐり回して調整します。

オプション2

ジョイスティックをつけました。

ボタンの沢山ある2軸ジョイスティックで20近いボタンが設定できます。

まだ、名盤を入れていませんがほとんどボタン操作とジョイスティックで作業するのが夢です。

加工試運転

ベアリングのホルダーを加工してみました。最初下の写真のようにずれてしまいなんじゃっこりゃ状態でしたが、原因は材料の固定にあることがわかり、一安心。

これから、精度の確認や速度調整など、実質的に使える状態へ調整していきます。


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