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宮のレーザー加工所

レーザー加工機・3Dプリンタ・卓上旋盤・卓上フライスなどなど。。趣味で集めた機械での遊びを発信するブログ。工作機械全般の話になってきたので題名変更しました。

フライス盤 Z軸のボールネジ化

フライス盤のZ軸にボールネジの送り機構を追加しました。

 

元がラックランドピニオンで、ガタの大きくまともに加工できません。

 

現在ラックの入っている位置にスロット穴を設け、コラムの中にネジを仕込みたいのですが、それには別のフライス盤が必要なので出来ません。なので外掛けです。

剛性をもって荷重伝達できるようにナットは2個掛けにしています。そのほかにもヘッド側の締め付けも4点とし、つなぐプレートはSS400の10mm厚にしました。

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この仕様でバックラッシュ0と言いたいところですが、主軸付近で0.06mm程度残っています。ボールネジ付近は回転にリニアに動いているので、カミソリの当たりが出れば改善されるかもしれません。

 

必要なトルクですが、前回の投稿では0.1Nm程度かと想定していましたが、簡易に測定したところ0.7Nm程度でした。ざっくり計算すると1kN程度の推力になっています。その差はカミソリの部分の摩擦と思います。

 

そこで、ステッピングモータは余裕をもって23HS45-4204Sを選定しました。

詳細のスペックはここにあります。

www.omc-stepperonline.com

 

配線はこのようになっています。

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回転数とトルクの関係はこのようになっています。

ハーフステップで200Ncm出せているので、1/4程度のマイクロステップなら使えそうです。その場合800step/rotですから、0.005mm程度の分解能になります。

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 ドライバーはICにTB6600を使っているこちらにしました

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CNC制御は専用のコントローラを購入しました。

スタンドアロンで操作することが可能です。

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フライス盤の改造

所有しているフライス盤ですが、寿貿易さんが手直しと品質管理をしてくれているものの、安価な中国製ならではの使い辛い所があります。

 いくつか列挙すると、、

①モータ動作音が大きい。→夜中の運転は躊躇われます。

②低速はトルクが小さくすぐ保護回路が作動する。→大径の穴開けが難しい

③Z軸を持ち上げるバネが一定の力で持ち上げない→ヘッドの昇降フィーリングが悪い。

④軸の移動量が分かりづらい。→微小送りがついていますが、ほぼオモチャです。

⑤Z軸の移動がラックピニオンなのでバックラッシュが大きすぎ。加工中に動く→結構致命的

⑥ギア割れの報告が多い。→過負荷のヒューズ的役割との意見もありますが、代替品の入手も面倒なのでやりづらい。

⑦Z軸が貧弱。チルト機能は要らない。→切り込みが深く出来ない、硬い材料の加工に影響が大きい。ただし、対策済み

 

汎用機の使用感とは比べようもなく、ちょっと正確に位置決めできるボール盤程度になっています。

 

まずは、駆動系をDCモーターから、ACモーターに変更し、①②⑥の改善を行います。

ACモーター換装キットはヤフオクでXJ9512用を入手しました。200Vの三相交流モーターとトランスとインバーターとセットにして販売されているので、回転数調整も可能なものです。ただし、私のFM110EはXJ9512に対して似ているものの、一回り小さいため架台は使えず、自作になりました。

 

プーリーなども微妙な寸法違いがあるので、手直しには旋盤が必須です。

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架台にモーターを載せた所がこちら。試運転してみましたが、これ迄のガラガラした音はなくなり、静かに回転するようになりました。低速時はインバーター特有の音でしょうか?10~30Hzぐらいの運転でキーンと高い音がします。ですが低速でもトルクフルでかなり満足です。

 

重量はモーターのキットが10kgで、主軸のヘッドも10kgぐらいです。6キロぐらい重くなっているためハンドルでの上げ下げにも影響しています。
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Z軸のストッパーにモーターのカバーが接触したため、モーターのカバーの取り付けを調整して回避しました

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ヘッドの重量増に対しては、③の原因になっている構造を見直し、ガスシリンダーを取り付けることにしました。ストロークは250mmでMAX19kgf程度のものを選択しました。値段はだいたい2000円ぐらい。ヘッドの重量と釣り合うようになり、ハンドルの重さが軽減されました。
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次はZ軸のDRO設置と、手持ちのボールネジを取り付ける作業をしようと思います。

操作荷重と、ネジピッチから考えると必要なトルクは0.1Nm程度と推測しています。計算上はNEMA23サイズの高出力なステッピングモーターを使えば駆動できそうです。

DROはAliexpressで調達しました。旋盤でも同じものを使っています。

ja.aliexpress.com

 

ゆくゆくは、XY軸もDRO+ボールねじに変更し、ステッピングモーターをつないでCNC化しようと計画しています。ここまでやれば、かなり使い勝手は向上するでしょう。

車の後席用ファンを購入&改造

最近暑いですね、私の車はエアコンの吹き出し口が後席に無いため子供達が暑い様子。後席に風を送るため、ヘッドレストに取り付けられるファンを購入しました。

お値段2400円ほど。

動かしたところ、低周波の振動が発生し物凄く不快です。シート全体が揺れ、内臓に伝わって来る様な感じ、そのままでは使えません。

 

原因はファンの回転数が左右で微妙に違い、うなりが発生しているのでしょう。

その上でファンの振動も大きいのでしょう。

 

シンプルながらどの方向にもファンを向けられる構造になっています。

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電源は普通のシガーソケット

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スイッチは低速ー切ー高速の切り替えができます。低速側は抵抗で電圧を下げているので使っているとケースごと熱くなります。安っぽい。

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まず電源につないでみました。消費電力は6.2Wぐらいですね。製品説明は6.5Wなんでまあまあ正確です。

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ファンの覆いを外した状態。

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ファンはモーター軸に刺さっているだけなので簡単に外せます。

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結線は2つのモーターが並列につながっているだけです。

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単品で回してみました。ブレが手に伝わってきます。

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対策としてオモリ代わりのテープを貼り付けました。車のタイヤのバランス取りと同じです。

これで振動は小さくなったのですが、まだ車に取り付けるとうなりが気になりました。

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そこで、左右の回転数をずらして、唸りを、起こしにくくします。片側のモーターに抵抗を直列に繋ぎます。仕込んだ抵抗は2Ωで、5%程度の回転数を落とす効果があるはずです。

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 車両に取りけましたが良い感じです。低周波が消えました。

 

品質に拘れば、モーターはブレない高品質で、ファンもバランスに気をつけて生産し、回転数もキャリブレーションできる回路構成になるでしょう。高額商品になるのでしょうが・・・・

GOOGLE SURVEYを使ってみた

GOOGLEのサービスでインターネットユーザーを対象にしたアンケートを実施する物があります。調査単価は簡単な質問で11円ぐらいなので、簡単な質問を投げてみようと思いました。

 

GOOGLEサーベイの入り口はこちら

https://surveys.google.com/

 

新規アンケートのボタンからスタートしましょう。

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対象者の絞り込みを設定→続行

今回は特に絞り込みを行いません。

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質問文を作成します。お題はこのようにし、記述式を選択しました。

「エンジニアとして、自信を持って仕事をする為に必要な事は何ですか?」

 

字数制限があり、質問が175文字、解答は44文字なので簡潔に行う必要があります。

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回収目標数を設定して、購入ボタンを押します。ひとまず100サンプル、1100円になります。もしこれで記述式のアンケートが100サンプル回収できたら、中々でしょう。

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支払いまで完了すると、ステータスは審査中になりました。

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数分でステータスは回答を収集中に変わったので、先の審査はAIでの自動選別なのでしょう。

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結果が出たら追記します

ボール盤DRO

 ボール盤を簡易DRO仕様にしてみました。 

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 使ったのノギスはAMAZONで購入した安い樹脂デジタルノギス。

せっかく購入したのですが、0.1mm単位なので若干失敗気味

 

主軸側はベアリングホルダー嵌めこむパーツを3Dプリンターで作成し、マグネットを仕込んで固定しています。そこにジョウの先端側をねじ止めしました。接着したくない一心でこの仕様にしましたが、ホースバンドあたりで締め上げる仕様にした方が良さそうです。

 

本体側の固定部ですが、主軸が近い為ボール盤本体に穴を開けたくなかったので、ネジを切った金属棒を両面テープで貼り付けて、グルーガンで全周を固める形にしました。そこに読み取り部をL字アングルでつないでいます。

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読み取り部側のジョウと、内径用のジョウの先端はカットしています。

また、尺の部分は150mmの長さだと若干長いので、50mmほどカットしました。尺の部分に測定用のパターンが入っているそうですが、カットしても動作影響はありません。

 

動作させた結果ですが、何度か主軸を上げ下げしても測定値がずれる事はありません。

両面テープで適当に固定している箇所もありますが、概ねちゃんと動いている様子です。あと、本体に付いている目盛はなかなか正確な事も判りました(笑)

 

ノギスの加工ですが、ステンレスのノギスはジョウの部分に熱処理が入っているので加工が難しかった記憶があります。カーボン強化樹脂のノギスで有ればカットも穴開けも簡単なので、今回の様な軽い工作にはもってこいです。

3Dプリンター計画

超久しぶりにSLAの方の3Dプリンターをメンテすることにしました。

制御基板を別の所に流用していたのでストップしていたのです。

 

まずは、ちょこっと部品を印刷して

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DLPプロジェクターの固定部を少し傾けることにしました。

これはプロジェクターの照射角度が10度ほど上向きになっている所を補正するためです。

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変な画像になってしまいましたが、画面の中心が期待できる位置にきました。

3色はRGBですね、プロジェクターのカラーフィルターとカメラのシャッター速度の関係が悪さしているのかと、、

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次にこのような部品を、、、これは昇降デーブルの部品にします。

樹脂は以前にも紹介したPETGです。以前はベッドを60度と紹介したのですが、今の季節は部屋が寒いためか80度まであげないと反りが発生します。

粘りも剛性も出るので、本当に使いやすい。

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こんな形でM5の寸切りボルトと一緒に組み上げています。

下側の黒部分がビルドプレート、まだ作動確認レベルなので

小さめに作っています。

昇降テーブルは磁石で固定しているので、作業が終われば簡単に取り外すことができます。

 

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テストパターンを照射するとこんな感じです。赤い光が美しい・・・(樹脂が硬化しないためですが、、)

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FL350 親ねじの軸受けを作り変え

FL350 SUPERの親ねじは両端をすべり軸受けで作られているのですが、今回はここをボールベアリング仕様に変更しました。

 

S35Cのブロックを加工して、写真のようにしました。

同時に親ねじの端部を加工して手回しハンドルを作成しました。

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親ねじの端末はギリギリで作成されているので、延長部品を作成し、

親ねじ端末に穴をあけて、嫌気性接着剤で固定しました。

また、それだけでは不安なのでピアノ線を打ち込んで固定しています。

 

LOCTITE(ロックタイト) ねじゆるみ止め用嫌気性接着剤 263 10ml 44129

LOCTITE(ロックタイト) ねじゆるみ止め用嫌気性接着剤 263 10ml 44129

 

 

ハウジング部分は下図のようになっています。押しナットと親ねじでベアリングを抱き込む構造にしています。これで親ねじの軸方向にガタをキャンセルできます。そのためボールベアリングを入れる必要がありました。

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ギアボックス側はこのような状態。プレートを支える部分としてジャーナルが必要なので今後追加します。

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上手く加工できるようであれば、手回しハンドルをステッピングモーターに変更して送り量を数値で管理できるようにしていこうと思います。