CNCフライス導入を検討する!の巻・・・・できるかな? 2018.8.8

なぜCNCフライスが欲しくなったか?
理由は簡単で、アンプ等のケース加工でもっとも面倒なのは四角の穴をあけることです。
いつもはΦ3程度の穴をいくつもあけて、ニッパーでその穴を連結し、そしてあとはひたすらやすりで
削るという作業になります。ACインレットなどはケース背面になるので見えませんから多少汚くなっても大丈夫ですが、
正面のLCD枠などは綺麗な四角でないといけません。これをやすりでやろうとするととても大変・・・
というか素人の手作業では無理です。ということでフライスがあればな〜といつも思っていました。

電動である必要性
これは、はっきり言ってないでしょう。手動のXYステージさえあれば目的は達成できそうです。
でも、なんとなく面白くない。やるなら電動で動くのがいいですね。それとやはり手動だと、繰り返し精度が
でなくて、だんだんと深い溝を掘っていったときにずれると、段差ができてしまいます。
もっとも電動としても、機械の剛性にも依存することになるでしょう。
 しかし、実際に一度で掘れる溝の深さは0.2mm程度でしょうから、3mm掘るとなると10回以上の移動が必要です。
やはり電動にした方が忍耐的にもよさそうです。


本当はこんなものでもよかったのですが・・やっぱり電動が魅力


そもそも
CNCフライスには興味があったけど、もともと高そうというイメージがあって手を出していなかったのですが、
AMAZONでみるとなんと2万円程度もあります。


こんなものが2万程度で買えるんですよね〜。でもちょっとひ弱そう。

もっとも木を対象にしたルータみたいなものですが、アルミ程度ならなんとかなるのでは思い出しました。
調べていると、これなどが構造的にも剛性が高そうです。それに、テーブルが固定なほうが作業はしやすそうです。
(物が動くと方向を間違えそうです)。


どうせ買うならこのくらのものが欲しいな・・・

いろいろと調べてみる
本体を買っても動作をさせるにはソフトが必要です。もっとも、ステップモータについては
過去に大学の実験室で扱ったことがあるので(ドライバーとソフトも自作した)、なんとかなるとは
思っています。
それでも、世の中にフリーや安いソフトがあれば、それらをつかうのが簡単そうです。
で、色々みているとソフトについてはMACH3というのが一般的につかわれているようです。
基本は有償版(2〜3万円の様子)ですが、機能限定の無償版もあるようです。
ただ、このMACH3ですが色々としらべてみると、ややこしいことが分かってきました。

MACH3にはパラレルポートが必須
 こんなもの(プリンタ用)備えているのは大昔のパソコンだけです。おそらくXP全盛のPCですら
装備していないものが多いのではないかな?中には増設用のPCIボードもありますが、
わざわざという気もします。USB−パラれるの変換コネクタもありますが、
ネットを探しているとどうやら使えないという情報もあります。通販サイトでは
使えるとありますが、どちらを信じていいのかな?

パラレルポートが何のために?
ところでこのパラレルポートですが、何の役割をしているかといえば
いわゆるバイトデータの受け渡しではありません。単なるパルスモータ用の
パルスを入れるだけのポートになっています。それなら、外部からパルスを入れて
やれば簡単に動かせそうです。IOがついているパソコンとなるとRasPiがあるじゃ
ないですか!ということで、RasPiでのIO動作の確認を行った次第です。

まあ、ソフトについてはあとあと考えていきましょう。
まずは、CNCフライスという物欲に駆られて購入してみましょう。

ALIEXPRESSで購入!
どうせ買うなら安いほうがいいですよね。ということで、ALIEXPRESSから色々と探してこれを買うことにしました。
スピンドルモータもどうせなら大きいほうがいいと思って800Wのものを選択。価格は630ドル程度なので約7万円です。
AMAZONで買うより、より高性能なものが安価に買えそうです。ただ、送料が200ドル程度かかるので、トータルで9万円を超えますが、
それでもまだAMZONより安いです。
 ひさしぶりにわくわくしてきました。


到着!
なぜかテープでぐるぐる巻きにされた状態で送られてきました。雨対策かな?

大きな荷物で到着です。


梱包はしっかりとしています。

わくわく!
まずは本体をとりだしました。なんとなくわくわくしてきます。それにしても、こんなものが7万円程度で
買えるとは、驚きです。これだけでなくステップモータとコントローラもついているのですよ!

期待が膨らみます。

びっくりしたのはスピンドルモーターの大きさです。WEBの写真は300Wのものでしたが、800Wのものは
その倍はありそうな感じです。重さもずっしり。こりゃ、アルミ程度ならガシガシ削れそうです。

スピンドルモーター(右)がでかいです。左はステージ用のステップモータです。

コントローラは・・・
こちらもWEBの写真よりかなりでかいです。モータをでかいものにしているので電源も大きなものになっているのでしょう。
それに、なにやら制御盤もついています。
説明書もなにも入っていないのだけど・・・・。それに気になるのはコントローラを動かすとカタカタと音がします。
なんとなく悪い予感も・・・。

コントローラもでかいです。

とりあえず・・・・・

本体にステップモータをとりつけ動作するか確認してみましょう!ステップモータの取り付けは難しくはありませんが、
まったく説明書もないのも考え物ですね。


まずは全体を組み立てました。客間のテーブルで作業しているので、妻から睨まれています(笑)。

動かない・・・!

まずはコントローラの電源を入れて、スピンドルモータが動くことは確認できました。結構高速で回ります。
で、肝心のステージですがこれがうんともすんとも動きません。一応、制御用に古いノートPCにMACH3の体験版を入れて
接続しているのですが、なにをどう設定しても動かない・・・・・・。

痺れを切らして中をあけてみると・・・・

カタカタと音がする原因がわかりました。一つは冷却ファンの羽根だけがケースの中に転がっています。さらに
ステップモータ用のSW電源が固定されていない状態です。なんという建てつけ!!!!
正確には、固定用のビスがダンボールの中に転がっていました。たぶん抜けてしまったのかな?
それにしてもなぜ抜けるの?

コントローラのケースを開けると唖然!SW電源が固定されていない・・・・

で、電源をいれてみてもSW電源のファンが回っていません。それにテスターで調べてみると
SW電源の電圧がでていない・・・・こりゃ、SW電源が壊れているのでは・・・・いやな予感です。

予感的中!
SW電源の蓋をあけてみるとなんとインダクターのコイルが切れて外れています。
そりゃ動かないわけだ・・・。それにしても切れるということはどういうことかな?よほど大きな衝撃が
加わったのでしょうか?そうだとすれば他の部品も心配です。それとも輸送中の振動でコイルが疲労破壊したのかな?
ということはコイルの固定が甘かったのかもしれません。いずれにしてもひどい品質です。

コイルが断線して外れていました。

さらにコイルの隣の抵抗も1本が半田が取れて抜けています。さらにその右隣はリードが根元からブツリです。

抵抗も壊れています。

たてつけもひどいな・・・・

意気消沈・・・・一気にわくわく感が絶望感に変わっていきます。
それにしても、コントローラの中身はやっつけ仕事感が満載です。


ステップモータのドライバは斜めにやたら長いネジで取り付いています。これはコネクタの位置が合ってなかったので
無理やり基板を斜めになるようにして取り付けているためです。



意味不明な冷却ファン。それもタイロックで適当にとりつけられているだけです。ケースの中の空気を
かき回す役割でしょうが・・・・とりつけがいい加減です。

とりあえず・・・・

ALIEXPRESSにはクレームをいれました。コイルが断線している写真を添付して、新しいコントローラを送れとメールを
いれました。SW電源のみを交換してもらえれば良さそうですが、破損の原因にもよりますが、その他にも影響があるようなら
今後安心してつかえませんからね。
 さてさて、いきなりつまづきましたがどうなることやら。

無理やり直してやる!! 2018.8.13

AliExpressにはクレームを入れて、代替品を送って欲しいとは投げかけているが、
まともに対応してくれるとは思えないので、なんとか自前で解決する算段にかかります。
壊れているのではSWレギュレータですが24V品のようなので、まずは部品箱に電源が
無いかを探してみました。記憶ではあったような気がしたのですが、残念ながら見つかりません。
引越しのときに、一気にごそっと捨ててような気がするので、やっぱりそのときにいらないと
判断したんだろうな〜っと。なんせ24V電源なんて、なかなか使う用途がないですからね。
 次善策としてトランスは適当なものがあるのでドロップ型のものを作ろうかと思いましたが、
これもあまりに面倒だし、なんせケースに収まりそうもありません。外付けにしてもいいのですが
なんで、それはそれで面倒そうです。
 というわけで、壊れているSW電源の修理にとりかかることにしました。

壊れているのは
 部品を調べてみると、壊れているのはインダクターとその周りの抵抗2本だけのようです。
インダクターは断線して短くなっているので、そのまま再半田するにはリード線が届きません。
ということで、半巻だけ巻きほぐしてとりつけ直すことにしました。半巻でも巻き数が変わると
インダクタンスが変わってしまいますが、まあ半巻ならいいだろうという判断です。
インクダクターは再半田後にはケース内で振動しないようにホットメルトで固定しています。
抵抗については値を調べると22Ωなので、手元にある1/4W品ですが入れ替えました。
しかし、中華の抵抗ってなんでこんなにリード線が細いんだろう?と思ってしまいます。
いつもつかっているリードの半分くらいの直径なので、フニャフニャです。

動いた!
 とりあえず、不良と思われる部品の交換が終わったので動作するか確認です。
電源を入れると最悪の場合は、どこかから火を吹く可能性もあるので、すぐに電源を切れるように
して、さらに消化体制も整えます。といっても手元にコップに水を置いおくだけです。
で、不安の中ですが電源ON! とりあえず火はでなさそうです(笑)。
出力の電圧を測定すると24.3V程度を示しているので、とりあえず動いていそうです。
これでいけるかな〜

ケースに戻して

 修理を終えた電源をケースに戻して再度全体の電源を入れると、ステップモータの駆動基板の
パイロットLEDが点灯しました。どうやら電源供給は問題なさそうです。

本格的セッティング!
 さて、ここまできたらノートPCにソフトを入れてステージが動くかどうかみてみましょう!
試運転のためにMACH3の体験版をインストールします。パラレルポートがあるPCが必要なので
古いノート(今は亡き(?)EPSON製)を引っ張りだしてきました。こでは10年以上前に
つかっていたPENTIUMのものでXPが動いています。
 セッティングについても、何も資料がないこともあり(付属しているはずのCDもなかった。
おそらく、そこでに説明書も入っているはずなんだけどな〜)、諸先輩方のHPを参考にて
セッティングしていきます。

X,Y軸がおかしい?
 あれこれセッティングして動くようにはなってきました。ただZ軸は問題なくスムーズに
動きますが、X,Y軸がうまく動きません。極端に脱調を起こしているようです。モータに問題
があるのか?それともドライバーあるいはソフトに問題があるのか、まずは問題の切り分けです。

原因はドライバーかソフト側
 ドライバーの配線を入れ替えてZ軸用のドライバーにX,Y軸のモータを接続したところ、
問題なく動くことが確認できました。ということはドライバーがおかしい?ということでしょう。
それにしてもドライバの設定(ソフト)はX,Y,Z軸ともまったく同じにしているのに、
X,Yだけ動かないのもおかしい話です。さらにドライバー基板のDIPスイッチを確認しても、
X,Y,Zとも同じになっています。こりゃ、ドライバ基板の半田付け等に問題があるのかな?
と思って、基板をばらして半田付けを確認してみましたが特段問題はなさそうです。
ひょっとしてドライバー基板も壊れているのかな?といやな予感が頭をよぎります。

原因はパルス幅!!

 色々とああでもない、こうでもないとソフトの設定を弄っていて、恐らく関係のなさそうな
パルス幅を変更したら動きだしました。それも、かなりトリッキーな変更です。
もともとモータドライバーへのパルス幅は基板のフォトカプラの動作速度を考えて
1〜5usで変更しろとなっています。もっともこの部分も怪しいと睨んでいて、最大の5uSに
していたのですが、それでも脱調がおきていました。そこで、何気なくもっと大きな値として
10uSを入力すると、なんとスムーズに動き出したではありませんか。ということで余裕を
もたせて15uSまでは入力できたので、その値に設定しています。しかし、15uSといのは
あまりにも遅すぎる値なので、ひょっとしてノートパソコンのパラレルポートの出力レベル等
の問題かもしれません。ネットで調べてみるとノートパソコンは使用できないということも
書いてあるので、それかもしれません。こりゃ専用のディスクトップPCを調達しないとダメかな〜。
しかし、また買うといったい家に何台PCあるんだ?って言われそうです。

とりあえずCNCフライスの本体は動くことが確認できました。
つぎはソフトの導入です。

JX_CADとNCVCを勉強しよう!

こちらも色々と調べると、まずは図形を書くためのCADソフトと、CNCフライスを動かすための
G−CODEを生成するためのソフトとしては、それぞれJW_CADと舞鶴工専で開発されたNCVCなるものが
あるようです。どちらもフリーなのでこれを使えるようにしてみましょう。
どうやら平面の加工しかできなさそうですが、まずはここから入門です。ちなににJW_CADはかなり
有名らしく書籍でもそのハウツー本が沢山でています。なにやら建築関係、とくに間取りを書くため
のソフトとして重宝されているようです。

JW_CADのマニュアル
操作方法については書籍もでているだけあってネット上にも丁寧な解説がありました。
http://jwcad.eijingu.com/manyuaru.html JW_CADの教科書
ここがかなり丁寧に書かれています。詳細はそちらを参照してもらうとして、
簡単な溝掘り程度の絵をかくだけなら1〜2時間もあれば使えるでしょう。

JW_CADのHPです。http://www.jwcad.net/

NCVCのマニュアル
こちらもここにあります。
s-gikan2.maizuru-ct.ac.jp/pub/NCVC.pdf
NCVC解説書

NCVCのHPです。http://s-gikan2.maizuru-ct.ac.jp/xcl/


さらにJW_CADとNCVCをつかった一連の操作についても下記に参考例がありました。
www.eonet.ne.jp/~charmy/kousakuKikai/NekoFace.html
CNCフライス盤でねこの顔を彫る

これらのソフトでG-CODEを生成したら、MACH3ソフトに読み込んで
実際には削っていくことになります。
これは夏休みの宿題ということで・・・・。
というのもCNC3020は現状では実家に置いてあるので・・。

(つづく??)