手作りCNCフライスに挑戦

   bellmex X-1をCNCフライスに改造     ja1cvf  0603 
ステッピングモータの選別は失敗でした   ja1cvf 1007
  

フライス盤 X-1 は小型でお手頃価格でかなり人気があったのですが、小型化とコストダウンの結果多くの欠点もあります。
そのため私自身、使いながら改造を加えています。こちらに今までの改造等のlinksをまとめておきます。 直接本体改造ではないモノもあります。
また私の改造は出来るだけ市販品を使うようにして、誰でも作れること、具合が悪ければ元に戻れるように考えています。しかしどうしても元に戻れない改造もあります。

「フライスにデジタルスケールを」 (0408) 送りの読み取り精度向上のために。
「手作りCNCフライスに挑戦」 (0603) 自動化への第一歩です。
「フライス(X-1)の引きネジ改造」 (0810) ドリルチャック交換のために。
「フライス(X-1)専用切断機」 (0906) 正確な切断のためにフライスの利用です。
「コラムシャフトの補強」 (0906) 本体の基本剛性を向上させる改造です。
「スピンドルモータ換装」 (0908) パワーアップのためにモータの換装です。
「送り軸受けスラストベアリング化」 (0912) 送りネジのガタ解消のために。

試行錯誤を繰り返しながらも X-1のCNC化は完成しました。

完成と云うよりいろいろな面で妥協もあります。それでも約1年の歳月を要し教えをいただいた皆さんはどんどん先に進みついて行くのがやっとと云って良いのか解りませんが曲がりなりにも完成といえるようになりました。これからさらに変化していく部分があると思いますが手作業と自動化された作業の住み分けが新たな工作の楽しみを与えてくれたように思います。

フライスのCNC化それ自体はさほど難しい物ではないように思います。むしろそれを使いこなすソフトの面が私にとっては難しさを感じます。

使ってみれば不具合も見つかりさらに改造を加えているのが現状です。

指をくわえながら人様のCNCフライスを見ていましたが
スタートを切りましたがうまくできるか心配です。
改造にはなるべく市販品を使い簡単に改造できることを目標にしています。

ついに手を出してしまいました。

ベルメックスのX-1というおもちゃのようなフライスを使っているのですが テーブルを縦横自在に動かすことは結構難しいのです。
それは多くの方が感じているようでCNCフライスの改造キットや製品がたくさん紹介されています。

改造キットの説明などを見ていると私にも作れそうな気がしてきます。 いつもならすぐにはじめてしまうのですが今回は違います。
機構部の制作には多少の心配はあるモノの“何とかなる”と変な自信があります。 しかし、ソフトウエアとの連携の部分で引いていました。ソフトは苦手と云うより全くダメなんです。

今回の改造はテーブルの送りハンドルを外してモータで回そうというモノです。 そのような改造をすると手動で操作できません。 もしモータにハンドルを取り付ることが出来れば自動と手動の切り替えは何も問題はありません。(28th Mar. 06)

どの程度のモータが必要なのか見当がつきません。 そのような状況で新品のモータを買う勇気がないのです。 しかしジャンクとは云え手動でも操作ができる両軸のモータを見つけてしまいました。 どう見ても非力に見えますがこれを目の前に見せられては始めないわけには行きません。 そしてこの取り付けサイズならパワーも充分と思えるモータも市販品があることが解りました
大きい方をX,Y軸に小さいのをZ軸微動用にする予定。
(Z軸粗動はNC化しない予定・・・後ほど方針変更)

XY軸モータ取り付けフランジ完成。

10日ほどたちましたがやっとここまでです。
写真に撮ってみると中古の材料は何とも見苦しい。 サビ止め塗装の名残や間違って開けたように見える余分な穴が目障りです。 中古の5mm厚の鉄板とアルミ板を切り出し穴あけやタップ立ては大変です。特に16φと30φの穴はシンドイですね。
師匠のKOW師は流石見事に仕上げています。
この先が思いやられます。それでもまもなくモータの仮付が出来そうです。(05th Apr. 06)

動作試験に使ったモータ。下の方に見えるカラー(左)は板金を丸めた“安物”6mm用ですが押し込むとピッチリ!外形はお誂え向きの8mmになります。

送りネジのシャフトは8mmモータ軸にスリーブ(カラー)を被せて8mm。カプラは樹脂製のこれまた安い\800でした。
送りネジの軸受けにはベアリング付き菱形フランジを使用しています。スラスト方向の力を受けるには適してないのですが何とか使えそうです。

菱形フランジに問題発生。
やはりスラスト方向のガタが発生してるようです。ベアリングではなく調芯構造の方に問題があるようです。
スラストベアリングを使う方向で検討中です。(May.08)

Y軸にモータを仮付して動作試験です。
結果は一応成功です。

“一応”の理由はモータドライバが簡易型で最大のトルクが得られているか解らないことです。 それでも動きました。ただし少々脱調気味ですが!
全然ダメならモータを手配するのですが使えそうな気もするのでもうチョット実験します。
このモータは試作用に入手したモノで師匠のモータより一回りトルクが小さいのです。
敢えてこれでテストした理由はモータの組み付けの方法を確認するためと本当に必要なトルクが解らないためです。

モータの取り付け。
取り付けの手法は師匠やその他製作例とそれほど違いません。 シャフトとモータ軸との結合にカプラなどを使用するためカラーで浮かせる必要があります。 ベアリングとカプラのために必要な寸法は約38mmです。35mmのカラーが市販品にありました。 モータ取り付けフランジ厚が5mm有りますので軸穴の逃げを大きく(30mm)すれば充分取り付け可能です。 使用したカプラの直径は19mmです。
モータのシャフトは6.35φで26mmと7mmです。26mmの側は10mmにカットします。 モータには磁石が入ってますから切子がシャフト付近に入り込むと厄介ですから充分養生して切断砥石で切ります。

カプラの軸穴は8mmです。
フライス側のシャフトは8mmモータは6.35mm、このカプラは2〜3000円もします。 店頭で見つけた800円のカプラに一工夫しました。
モータ軸にスリーブを嵌めることにしました。 ホームセンタで見つけた6mmX10mmのカラーは0,8mmの板金を丸めたモノです。 実質内径は6.2mmです。これをモータ軸に押し込むと(板金加工品だから簡単に圧入可能)外形はピッタリ8mmです。このカラーは10円でした。
こんな板金のカラーや樹脂製のカプラじゃ精度が落ちるんじゃないですか?
それは間違い有りませんしかし芯出しがうまくいかないからカプラを付けるのです。それに高速で回るわけではありません全く問題有りません。万一壊れてもすぐ取り替えられます。
ちなみに6.35-8のカプラは\4000程です。

モータの反対側の軸はまだ手を付けていませんが同様の方法でX-1についていたハンドルを取り付ける予定です。このハンドル取り付けにも安物カラーが大活躍です。(05th Apr. 06)

Y軸は楽々回りました。
Y軸は摩擦が少ないせいか軽々快適に動きます。 テーブルに移動方向の負荷を掛けても脱調することなく快適です。
X軸にも同様の手法でモータを仮付してみました。
X軸の調整を入念にしましたが脱調気味で改善されません。やはり力不足です。
ちなみに私の使ったモータは4.7W*です。 師匠が実験中のモータは7.2W(オリジナルマインド推奨)、フォルムで販売中のX-1用CNCキットで使われているモータは10Wです。
Z軸・主軸もNC化
軸荷重が大きいためNC化を躊躇していましたが師匠から問題なく動作するとの情報を得ました。 私の気持ちもZ軸のNC化に傾いています。(07th Apr. 06)
* 私が実験中のモータは規格の詳細が不明です。 巻き線の抵抗値や最大電流値を参考に電力換算した数値を記載しました。 これがトルクに概ね比例すると考え指標として使いました。 メーカによってカタログの表記方法に違いがあり知識不足の私には 正しくデータを読み取り比較が出来ないため取った応急的手法です。
後日この手法には大きな間違い(インダクタンスの影響)があり同じ大きさなら低電圧大電流タイプを選択するべきであると気が付きました。

購入したモータ 左から
Z軸用10W、X,Y軸用6.7W テスト用4.7Wです。

今までの取り付け方法は出来ませんのでハンドルの側面にイモネジ用の穴を開けタップを立てます。このときイモネジの長さを短い物にして目盛板の目盛り合わせ機能を残します。

モータが入荷しました。
ジャンクモータでテストの結果を見てモータを注文したのですが到着しました。
日本サーボの
kh56qm2-913(大)、kh56km2-913(中)です。右側は実験中に使ったモータです。大はZ軸用に使う予定。中をXY軸用に使います。

手動用のハンドルも目盛板の横にイモネジを付けました。短いイモネジを使いメモリ位置あわせ機能はちゃんと使えます。

早速モータをを仮組みしてみました。
ここでトラブル発生。フランジに開けた穴(30φ)が小さすぎます。モータ側のリブに当たります。 とりあえずチョット隙間を空けて組み立てました。
チョットしたパワーの違いですがその差はすごいです脱調することなく動きます。 怪我の功名ですが隙間を開けたので長すぎるモータシャフトも加工せずに済みます。 チョット、カッコ悪いですがこのまま行っちゃいましょうか!
カッコ悪いのはそれだけではありません。テーブルからモータが随分出っ張ります。 モータを直結にせずベルト駆動などいろいろ考えたのですがいい加減な造りにするとバックラッシュが多くなります。 一番簡単な皆さんがやってる方法に落ち着きました。

手動にこだわるのはどうして!
オリジナルマインドの制御基板にはジョグモードというのがあります。でもこれは手動とは意味合いが違います。 やはり簡単な作業ではコンピュウタを起動するのは厄介です。 ハンドルさえ付けておけばコンピュウタ無しで今までどおり使うことが出来ます。
実は私ソフトが苦手でCNCが使えるようになるまで時間が掛かりそうです。それまで全く使えない状態では困るのです。
現在もこのX-1で改造部品を加工しながらCNC化を進めています。

 
コンピュウタとモータのインターフェイスはオリジナルマインドのQUATTRO-1を考えております。これの選択は私にとって難しい問題でしたが同社のPRX 1510(プロクソンNo.16000改造)CNCの評判と改造部品の造りを見て信頼できると判断し発注しました。両軸モータの選択が出来なかったので基板のみ発注し他は自作しました。
QUATTROの選択は正しかったと思います。(11th Apr. 06)
このテーブル送り用モータは実際に使用して次第にその不都合が見えてきました。大きさの割にトルクが小さいのです。どうやら選択ミスがあったようです。
その顛末については文末近くに記載しました。
現実の問題としてはモータのコストを考え交換することなく配置換え(X軸にqm2-913を使用)のみで使用しています。

 

仮組が出来ました
Z軸の軸受け金具は25X25X5のアングルで作った簡単なモノです。荷重のことを考えスラストベアリングを入れました。
簡単な構造ですがとても快適です。

モータ取り付けの方法はX,Y軸と同様送りネジにカプラを介し取り付けます。 モータ軸はテストに使ったモノと同様6.35mm(1/4インチ)です。カプラやハンドルの8mm軸との補正も初期テストと同じ方法です。
写真では判りにくいですがX軸モータ取り付けフランジの都合で若干のテーブルの移動幅が少なくなっています。 作業に影響ないと思いますのでOKとしました。
カプラ部分はむき出しでキリコが飛びますので簡単なカバーを付ける予定です。 制御基板やPCは後ろの壁にケースを作り固定する予定です。その他各部の増し締め、調整をこの際済ませる予定です。
(6th  May. 06)

師匠のX-1は快調に動き始めました。
それなのに、こちらの作業は遅々として進みません。

制御系取り付け位置
高い位置にコンピュータやコントロール基板を取り付けました。これは飛散する切り子やオイルなどを避けるためです。


いよいよPCと連携して動き出すかと、想いはすれど作業は進みません。
X-1の右上に怪しげなボードが付きました。ここに制御用のPCが付きます。 花模様の綺麗な?箱はインタフェースと電源が収納されてます。 まだ配線も完了してなせんが、さらに換気用のブロアも必要と思われます。
PCは下側のボードに取り付けます。見てのとおり古ぶるしいモノです。これで大丈夫かしらと気になるほどです。 しばらく使わなかったせいか急に動かしたら液晶パネルのヒンジが壊れたり、 それを直そうといじり回したら液晶の表示がおかしい!、一応見えるようになったので多少のトラブルそのまま、ますます心配です。

最近のPCにはパラレルポートがありません。
パラレルポートが使えるこのPC・IBMノートでうまく動くことをタダ祈るのみ!
CNCコントロールとしない時はPCを閉じたまま上に持ち上げ蓋をします。作業台が少し広く使えます。
最悪に事態・もしPC交換となったらこの付近全部やり直し!・・・頭が痛いです。(17th May. 06)

換気用のブロアも付きました。ケースの蓋に2個下側が押し込み、上は吸い出しになっています。(2nd May. 07)

頭が痛いです。
配線は完了しました。QUATTROと電源の入ったケースには放熱用のブロアも設置しました。 PCもうまく取り付けられ悦に入っておりましたが・・・さあ大変このPCはwindows98でした。 これにはハイパーターミナル入ってないんです。 別のPCで設定すれば良いのですがそれも面倒それならとwindows2000を入れたらと始めたのですがHDDの容量不足で・・・これまた中断。
古いPCは世話がやけます。HDD何処かで拾ってきましょう。
それでもやっとここまで漕ぎ着けました。もう一息です。 とは云ってもハード弱点の改良は済んでいません。いずれ手を入れなければならないでしょう。

コンピュータに関して、特にソフトがらみは私にとって難関です。
この先CADの使い方なども全く自信がありません。不安ばかりが頭をよぎります。

作品をお目に掛けるのはまた先になりました。(30th May. 06)
*Windows98にハイパーターミナルは入っています全くの勘違いでした。

とんでも無い勘違いと、とんでも無いハプニング。

実はWIN98にはハイパーターミナルが無いと云うのは全くの勘違いちゃんと入って居るんですが使わないからと削除してあっただけなのです。
WIN98は古いとはいえPCをいじり回すのに便利な部分があり時々思い出したように使うためしっかり保管してあった愛用品です。
さて、思いこみは怖いです。ハイパーターミナルが無いモノと思いこんだ私、 WIN98の貴重な予備機AKIA・PCから外した2.1GのHDDにWIN2000を入れたのです。そして悪夢のすべてが始まるのです。

暫くぶりに目覚めさせられた肝心のIBM・PCの蓋(液晶画面)の開閉を 何回と無く繰り返しているウチにその開閉が何となくしっくりしないことに気が付きました。
しっくり開閉できないはずです。 PCのヒンジの部分がひび割れしてグラグラしてるではありませんか。 そういえば同じ型のPCを持ってる友人がヒンジが壊れたと云ってるのを思い出しました。
どうやらこのPCの弱点はこのヒンジにあったのです。 これを直さないといつバラバラになるか、そうなってからでは大変です。と云ってるウチに半分ハズレ掛かっています。
ヒンジの部分をばらすと液晶の制御用信号線が絡み合ってます。 このような時は完全にバラして補強すべきなのですが接着や嵌め合いで作られているノートPCの ディスプレイ部分の分解は思うほど簡単ではありません。
ブラブラ線が付いたまま補強の金具を嵌めたり穴を開けたり何とか修理完了。
SW・ON おや!何か変だぞ! ジャ〜ン画面半分がスダレの中から見てるように縞々です。 どうやら心配した通り制御線の一部が切れたようです。もう一回ばらして直すか!どう考えてもさらに非道くなる予感!
そうださっきHDDを外したもう一台のAKIA・PCを使えば良いじゃないか! ソウだソウだそうしようと思ってハッ!と気が付いたのですがそのPC、FDDを繋ぐ専用ケーブルがないんだ。 そして動いていたHDDは既にIBM用にWIN2000インストール済み!

悪夢の始まり!
ソウかIBMから外したWIN98が入った1GのHDDをAKIAに入れれば良いんだ。 しかし物事はそう簡単ではありません。ただ入れただけではどうしても起動してくれないのです。 仕方がないからちゃんとインストールし直そうか。FDDのケーブルないしどうしよう。 WIN98はCDブートなんて気の利いたことは出来ません。 いろいろ試行錯誤しているウチに何とIBMのケーブルとFDDがAKIAに繋がるじゃあ無いですか。 なんだ考えてるだけ時間のロスだった・・・AKIA・PCにIBM・FDDを繋いでSW・ON・・・・ これが悪夢の始まり・・・・まったくFDDは起動しません。 やっぱりダメか。 スダレ模様のIBMでも前処理は他のPCでやるんだからCNCソフトを実行するだけだから我慢しろと云い聞かせ再度IBMを起動しました。

WIN2000は少しかったるい動きですがちゃんと動作します。さっさとはじめれば良かった。
WIN2000ならMACHが走るだろう。とインストールしたのですが途端にメモリが足りません!  そのはず、このIBMには40Mしかメモリが入ってないのです。それなら予定どおりTURBO-CNCにしよう。
実はTURBO-CNCにはDOSで起動できないWIN2000は使いにくいのです。 壁に外付けのFDD付けて不細工なカッコで使うかもっとスマートに出来ないか?
結局最初の構成WIN98の入った1G-HDDに戻しましょう・・・今までの作業は何だったんだ!と思いつつ元に戻したのですが、 これまた起動しません。どうして!・・・・ソウかAKIAに繋いだ時いろいろいじったから・・・
それならFDD繋いで再インストールすればいいじゃないかここまで来たらそれしかないよ!
FDD繋いで起動ディスクを入れてSW・ON怪しげな画面が。 FDDを要求してるんですが入れても反応しません。FDDを認識しないのです。

どうやらAKIAに無理無理繋いだ時FDDドライブが壊れたらしい。と気が付くのにそれほどの時間は掛かりませんでした。 気が付いてみれば動くPCは一台もなくなり無くなりあざ笑うかのごとく梅雨空から申し合わせたようにポツポツと雨が落ちてきました。
油まみれにならないように取り付けに工夫してそろそろ動くぞ! と云う時に・・・・明日秋葉原に行くか・・・蒸し暑い梅雨空に急に力が抜けていきます。(16th Jun. 06)

PCの交換は完了しました。お陰様で稼働できる状態になりました。
PCトラブルの話を友人に話したところちょうど良いのがあるといいます。 「明日宅配便で送るから」の言葉にラッキーとルンルンしながらPCの到着を待ちました。
荷物を開けて見ればIBMのマシン。それも、故障に備え予備器までいただきました。感謝!
QUATTROの設定も完了。
定番のボールペンで○◇のお絵かきもできました。(30th Jun. 06)

師匠のマシンにトラブル発生
師匠のX-1は既に完成(4月末)し運転を開始しています。 スピンドルベアリングが焼き付きを起こしたというレポートがありました。 手動の場合は長時間の連続運転はほとんどありません。 CNCになるとマシンが小さいだけに切削量が少ないですから数時間に及ぶ連続運転は考えておかなければなりません。
元々ホビー用のマシンですから連続運手を考慮していません。 私のX-1も正逆切り替えると回転音に違いがあり、手で回してみますと明らかに違いがわかります。 遅かれ早かれ焼き付きなどのトラブルが発生する可能性大です。
師匠の忠告
スピンドルの停止はワークの破損、エンドミルその他トールの折損など重大なトラブルになる。 特にX-1の場合モータのトルク不足回転系の強度不足を過負荷停止機能で補っていたためそれが裏目に出る。
その対策としてスピンドル焼き付き防止としてベアリングの交換、 トルク不足対策としてギア交換によるトルクUPなどの対策をすることを薦められました。
その後の師匠マシンは快調
師匠はベアリング交換、ギヤ交換など改良しその後順調に稼働してます。さすがと敬服しております。

使いやすくするために

いろいろテストをしながら使ってみますと問題点が出てきました。  師匠のマシントラブルも重大な問題です。師匠は各部品の強化対策をして問題を克服しています。
私の場合それを念頭に置きながらも対策は先送りで先へ進むことにしました。
フライス盤の一般的な作業ではアマチュアの場合短時間作業の連続ですがCNCの場合 長時間運転になることは師匠の作業を見ていると明らかです。
これによる問題点はマシンの耐久性は別として切削油の補給、切子の清掃などが重要です。
また試運転の状態でも送りモータのカップリング付近にオイルと切子が飛びます。
また、ワークが金属でないときなどは良いことではないのかもしれませんがあまり切削油を使いたくありません。
直接マシンの問題ではありませんが作業面が暗いのでワークの取り付けが困難な場合があります。 その他気になるところに改良を加えることにしました。
これで全てがクリアされたわけではなく将来手をくわえなければならない部分を残しての最低限の改良です。(10th Jan. 07)

スピンドルモータ起動の回路変更
X-1をCNCマシンとして使った場合スピンドル関係に重大な弱点があることがわかりました。
スピンドルの起動を基本的に外部から制御出来ない。さらにスピンドルの過負荷に対してスピンドル停止でマシンの損傷を防いでいることです。 CNCの場合スピンドル停止と制御が連動しないと重大な事故になることがあります。これは手動の場合はほとんど問題になりません。 X-1の場合アマチュア向けマシンであることからコストダウンのためやむを得ない仕様かもしれません。
私自身価格が安いことが購入要件であったのです。 そのためと云って良いか判りませんがさらにスピンドル関係は連続運転が困難なことがわかりました。
このような状況があることを考えながらもスピンドル停止とCNC機構の連動制御は見送っています。
もちろんQUATTRO-1はセンサを付けることによりそれらの制御が可能です。

師匠のように駆動系全てを強化する技量は持ち合わせていません。 ・・・逃避的ではありますが軽作業に徹することで我慢しましょう。・・・時機を見て師匠の改造を見習って実行したいと思います。
最低限の改良としてスピンドルモータを外部からON-OFFできるようにします。
今回はPCからの制御にそのコマンドを入れてませんので必須の作業ではないのですが CNCとして使わないときも不便さを感じていましたので手を加えました。
まず2段階になっているモータ起動回路を一挙動で制御できるようにします。
この改造は制御基板の3,5,端子を短絡するだけで可能です。


X-1の制御基板・右側端子台の3,5を短絡する

正逆SWや回転数可変VRはそのまま残していますのでVRを適当な位置にセットして正逆SWを正または逆にすれば所定の回転数で廻ります。 簡易タッピングマシンとしても使えます。 スロースタートが必要なときはVRを左に廻しきってから正逆SWを操作します。
PCからの制御は回転数可変つまみ、正逆SWを、適当な位置にセットしておけば電源のON-OFFで起動停止が出来ます。
この改造にはマイクロロボさんのアドバイスがきっかけになっています。

*このような改造をすることによりスピンドルが過負荷になった時リレーによる保護回路が働きません。 万一の場合さらに大きな障害に発展する危険があります。
同様の改造をする場合はお気をつけください。
その後実際にドリルモードで使用中モータが過負荷で止まることがありました。
その場合負荷を軽くする(スピンドルを上げる)とモータは回転を始めます。どうやら長時間停止状態にしなければ問題ないようです。
*短時間のテストしかしていません。本当に問題ないかは制御回路の解析が必要ですが現段階では未解析です。
*その後過負荷でモータの停止時間が長いとフューズが切れることが判明しました。すぐに電気回路を壊すことはないと思いますが致命的なトラブルに発展する可能性を秘めています。(0706追記)
*適切なフューズ(3A)なら問題ないようです。予備フューズを忘れずに用意するかブレーカに交換すると良いでしょう。(0708)

手動送りハンドルの振動
テーブルの手動送りハンドル軸に遊びがあるためステッピングモータの振動が伝わり激しい騒音を発生します。
ステッピングモータはその名の通りパルス駆動ですから軸の動きは段階的でその動きがハンドル軸に伝わり騒音を発生するのです。
いろいろ考えたのですが名案は浮かばず軸とハンドルの隙間を無くすように軸に厚紙を巻いてみました。 見事騒音は無くなり動きもスムーズです。紙が擦り切れたら交換しましょう。

手動送り機能を残すために付けた
ハンドルですがモータの振動で共振して
ツマミ部分から騒音が出ます。

ツマミ軸の隙間に厚紙を巻きました。
これで騒音解消です。

テーブル送りモータカップリング部分にカバーを取り付け
この部分はCNC化改造を始めたときから気になっていた部分です。
切子がどんどん飛び込みます。ステッピングモータ取り付け用カラーにアルミ板を巻きつけ簡単に済ませました。
3方を囲っただけですから簡単に外せます。

操作性などには影響しませんが丸見えの
回転部分に
切子が飛び込むのは気分悪いです。

簡単なカバーをつけたら気分爽快です。

作業面照明の取り付けと集塵ダクト・送風ダクトの取り付け
私の工房はX-1の作業面が暗いのです。動き出せば暗くても問題ないのですが、 CNCと云えど一番最初にするワークの取り付けは緻密な作業です。 正確な取り付けをするには明るくないとダメです。LEDのスポットライトを付けたりしましたが結局は光量が足りません。
場所も狭く結局は無粋な蛍光灯になりました。
取り付けてみて窮屈さを改めて感じ、さらに万一のことを考えると蛍光灯に保護管などを被せる必要を感じました。 (現在未対策です)

工房の環境を考えると切削油はあまり使いたくないのですがゼロにはできません。 エンドミルの回りには油まみれの切子がまとわりつきます。 これを排除しないと切削面が汚くエンドミルにも大きなダメージを与えることがあります。
工場などでは蛇口から出る水道の水のように勢いよく切削油を流しているところもあります。
私の場合切り子の排除は手作業と非力な手作りサイクロン集塵機に頼るだけです。
パワーの少ない私のサイクロンで切子を吸い取るには一工夫必要です。
風を送って吹き飛ばし舞い上がった切子を吸い取ることにします。小型掃除機を送風用に利用しサイクロン集塵機で吸い取ります。 集塵機パワーユニットの構成によっては集塵機の排気を送風用にもつかえるばあいがあります。
小型掃除機には送風量を変えられるようにトライアックを使ったパワーコントローラを付けました。

*参照  秋月電子・トライアック万能調光器
これは他の工具にも使えるように一体化はせずコンセントタイプにしました。

最上部左側・SWボックスに組み込まれたパワーコントローラ。 右側中程の赤い小型掃除機(送風機として使用)をコントロールします。
*送風機はその後小型シロッコファンに交換しました。(May.08)
左中程は照明用蛍光灯・なんとも窮屈で不細工です。でも明るく作業は快適です。
*写真のエンドミルやワークの取り付けはダミーです。

上から下りてくる送風ダクト・吐き出し口は灯油タンクの蛇腹ホース。 沿わせた針金を曲げて吹き出し方向を設定できます。
ワークテーブルに付けられた集塵ダクト・ サイクロン集塵機に接続します。
制御は chappyさんの連動遅延コンセントを使っています。 これによりCNCが稼動すると自動的に送風機、集塵機が稼動します。連動遅延コンセントにより起動電流の集中が避けられブレーカ断の危険がありません。

ダクトの取り付け固定は使用頻度を考え大型洗濯ピンチや輪ゴム止めです。
集塵チャンバは皆さんやってるガムテープ式。もう少し幅広のテープが必要です。
洗濯ピンチ、輪ゴム、ガムテープは消耗品と考えています。(12th Jan. 07)

ディジタルスケールの取り付け
しばらく使ってみると手動の作業の方が圧倒的に多いのです。
そこで中断していた(CNC化すれば不要と思っていた)送りハンドルのディジタルスケールを改めて取り付けました。これはとても便利なのですが邪魔になることもあるのでZ軸以外は外していました。
テーブルにバイスを付けたとき、バイスハンドルがスケールに当たることがあるのです。
それでも便利さには替えられず再度の取り付けになりました。ついでにバイスのハンドルを外し6角に削りボックスレンチで締め付けをするようにしました。
集塵ダクトを付けず加工をするとスケールの上に切り子が飛び散り少なからず悪影響があると思います。

X,Y軸のデジタルスケールはこのように付いてますが必ずしも使い勝手が良いとは云えません。切り子がスケールの上に飛び散り、さらにテーブル位置によっては表示が読みにくくなることがあるのです。再度取り付け位置の検討が必要です。
テーブル中央のバイスは何回か写真に登場していますがお気づきでしょうか?ハンドルを外し締め付けネジを六角に削りました。
ハンドルがテーブル付近の物に当たり邪魔になることがあります。12mmのボックスレンチで締め付けるようにしました。左側のバイスのマネです。*右側の写真参照→(2nd May. 2007)

デジタルスケールの切り子対策
スケールには切り子だけでなく切削油も飛び散ります。表示部にアクリルのカバーを付けようと思ったのですが操作SWを押すことが出来なくなります。切り子や切削油の飛散はスケール全体の及びますので全体をカバーすることにしました。アクリル板ではなく書類挟みの薄いフイルムを折り曲げ、磁石で固定しています。じゃまなときは外すことが可能です。
*簡単な作業ではほとんどの場合NC加工ではなく集塵ダクトを使用しません。その場合スケールカバーは必須です。
(May.2008)

ワークテーブルの交換
インターネットを見ているとX-1用のワークテーブルのロングサイズが販売されていることがわかりました。(2007年5月現在)
私のX-1は組み立て時の説明に有るとおりX軸モータ取り付け金具の都合で全幅移動が出来ないのです。
テーブルの交換で幅250mmが400mm(実質200mmが350mm)になるのです。これだけ広くなると材料の取り付けが随分楽になります。
早速注文しましたが既に売り切れ!入荷したのは7月半ば過ぎでした。
取り替えは簡単です。早速交換してテストしたのですがオーバハングテーブルためか重力バランスが悪くなりX軸の送りが重くなりました。
特にテーブルが端に寄ったとき当然のように脱調します。カミソリを慎重に調整したのですがモータの負荷が大きすぎるようです。
新テーブルの上に旧テーブルを乗せてみました。大きさの違いだけでなく厚みも増しています。大きくなれば剛性を保つために厚さを増すのは正しいことですがその負担が小さいベースにのしかかっています。
*テーブル重量を計り忘れました。重量は2倍以上と思います。
このような改良?でバランスが悪くなるのは良くあることです。その典型的な例になったと思います。

さてこの改造でテーブル一杯の材料を乗せての作業は考えていません。これは当然のことです。旧テーブル程度の大きさの材料を乗せて取り付け治具を使った場合使える大きさと云うことになります。

ワークテーブルの上にあるのが旧テーブルです。
脱調してはなんのための改造かわかりません。
摺動面ライナ(カミソリ)の調整、送りネジの遊び、軸受けセンター調整、などを入念に調整し直しました。
ほとんど問題なくなったのですがたまに異音が出ます。
Z軸のモータはワンランク大きいのを使っています。これと入れ替えることにしました。(この写真は交換前です)
X軸は移動距離が大きく重量バランスが悪くなったため軸あわせはとても重要な要素です。何とか脱調セズに動くようになりましたがその余裕度は少ないように感じます。慣らし運転で解決されるか心配があります。
もちろん手動の場合は全く問題有りません。(0707)

* Y軸の脱調問題は私だけのようです。再度・入念にアリ溝、カミソリの研磨をして組み立てました。その結果改善されました。他の軸についても再研磨する予定です。(0810)
* 日本サーボの面田を使ってる方の多くは913シリーズを使用してるようです。
後から気が付いたステッピングモータの選択ミス のコラムを参照下さい。(1007)

後から気が付いたステッピングモータの選択ミス       追記1007

テーブル送り用モータの選別について。
私の場合調整を繰り返し一応動いていますが動作に余裕がありません。その理由はモータの選別に失敗したためと思います。
モータの大きさ
 使いやすい大きさがあるのは当然です。同じ大きさなら最大電力はほぼ同じです。
前述の通り私が使ったのは6.7Wと10Wの2種類、 日本サーボのkh56qm2-913(大)、kh56km2-913(中)です。
日本サーボには同じサイズでkh56qm2-912(大)、kh56km2-912(中)があります。
どちらも消費電力適にはほぼ同じです。ところでこの消費電力は私が勝手にカタログから引っ張り出した電圧X電流=電力で求めたモノでカタログにはどこにも書かれていません。
同じ(最大)消費電力なら同じトルクが得られると勝手に解釈してしまったのです。

これを作り始めたときステッピングモータの特性を全く理解してませんでした。
そのため標準仕様を見てこれなら行けそうと判断したのです。
その時、特に電流に注目したようです。

本来はここでトルク特性グラフに注目するべきだったのです。
ステッピングモータは普通の直巻モータと違い回転数は一定です、
直巻モータのように起動時のトルクが大きければ負荷に応じて一定の回転数で平衡が取れると云うモノではないのです。
細かいことは無視してもqm2-913とqm2-912では1000prs*付近で3倍もトルクが違うのです。
*pulse rate second(残念ながらこの単位系を正しく理解しておりません)
高速回転ではトルクが落ちることは知ってましたがこんなに特性が違うことを見落しました。

電流が小さければ制御回路(QUATTRO)の損失が少なく電源の負担も軽くなると短絡的に考えてしまったのです。
24Vの電源ではドライバICで14W(14X1)の熱損失が発生します。
*連続ではないのでもう少し小さい値になると思います。
912の場合は37W(18.5X2)の損失になります。
QUATTROの放熱板はとても小さいので放熱が心配でした。

912と913とは何が違うの
同じ大きさのモータなのにどこが違うのでしょう。
端的に言えば912は913に比べ太い線を巻いてある。そのため抵抗値が約1/4。電圧を5.5Vに下げても電流は2倍2Aも流れます。
ここで電流と電圧の関係をもう少し考えてみましょう。
QUATTROの場合定電流駆動です。これはモータに流れる電流をコントロールしていると云うことです。
24V(標準仕様例)で動作させた場合qm2-913の場合は1Aに設定するとモータに掛かる電圧は約10Vになります。
つまり使用状態を電流で設定するのです。
この場合14V電圧差はQUATTROが負担します(14W分の熱損失)。
qm2-912の場合は同様に2Aに設定します。
約37Wの熱損失が発生します。

この熱損失は放熱板を使ってICから逃がさなければなりません。
あまりにも小さい放熱板に恐れをなし913シリーズを選んでしまったのです。

実はもっと注目しなければならない要素はカタログにあるインダクタンスの項目です。
インダクタンスは約4倍の差があります。この説明は大変なのですがこの値が大きくなると電流を流し始めたときその電流の流れが遅れるのです。
ステッピングモータは駆動時にONーOFF断続のパルス電流を使用します。
制御回路から電流を送った場合このインダクタンスのためにチョット遅れてモータが回転します。
高速回転をさせるとONの時間がどんどん短くなり実際にモータに電流が流れる時間が少なくなってしまいます。そのために回転を上げると急にトルクが小さくなってしまいます。
qm2-912の場合はこのインダクタンスが小さいのでトルクの低下が少なくてすみます。
QUATTROのドライバICに付いている放熱板は小さいので大きな物に替えるかブロアで強制空冷をすると良いでしょう。
*このグラフも良く理解しているとは云えません。間違いがありましたらご指導下さい。

ターゲットになったモータの特性をチェックしな跡が見えますけれどどういう訳か913を選択してしまいました。913シリーズを選んでいればトルク不足に悩むことはなかったかも知れません。


今回のテーマの主役になったマシンです。私はこれを使う時ほとんどがボール盤的な用途です。 そのような使い方が正しいかどうかは別にしてボール盤としての機能を果たすことが私にとって重要な要素です。
なぜこれを使うことになったかと云いますと正確な位置の穴あけしたい時 テーブルにバイスで固定した対象物を送り機構を使って正確に合わせることが出来るからです。 そしてたまにはフライス本来の使い方も出来るのは当然です。
使用頻度から云えば私の場合9割がボール盤的用途です。
世の中には私みたいな方がかなり居るようでボール盤に直交テーブルを取り付けフライス盤的使い方をしている人もいます。 私も以前はそのようなことをやっていました。

フライス盤本来の使い方であるテーブルの送りを自在に操り溝掘りや穴掘りを手作業でするのは難しい作業です。 これをコンピュウタの助けを借りてやってしまおうというのが今回の改造です。このマシン用の改造キットも市販されています。 実際にこのマシンを改造してホームページに公開している人もいました。 はじめはデジタルスケールを取り付けるくらいでよいと思っていましたがここまで刺激されればやらないわけには行きません。 ついに手を出してしまいました。
私の場合ボール盤的作業が多いですからテーブルの移動は手動の方が便利な時も多いはず。手動ハンドルは必須です。 これがあればソフトとの連携がうまく行かなくても旧来の使い方は出来ます。
どうなりますことやら!(28Mar06)

参考
ようこそ!仕事中の暇つぶしへ!あなたもヒマ?^^
このwebの主が私の師匠・Bellmex X-1のCNC化を進めています。マネして追いかけますのでよろしく!
(株)オリジナルマインド   
制御基板(QUATTRO-1)はこちらで入手。
ベルメックスインターナショナル(株)   X-1本体はこちらで購入。


Bellmex X-1[写真はBellmex社ホームページより引用]
ベルメックスインターナショナル(株)

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