CNC4030 9 （Z軸ゼロ調プローブの製作 2 と モーター回転数の測定）

前回作ったプローブは早速使っている。
なかなか便利。

一方、MDFでもプローブ本体部を作ってみた。
MDFの方が側面の仕上がりが綺麗だ。その内交換しよう。



これまではスピンドルの回転数とか軸の移動速度等は設定通りに動いているんだろうと考えて、計測しての確認はしなかったが、ふと、思い立って測定してみることにした。測定するといっても色々測定用の仕掛けを作らなければならない。

まず、スピンドルの回転数を測定してみた。
測定は以下のようなフォトインタラプタを使った１穴エンコーダを作成し、フォトインタラプタの出力をデジタルオシロスコープに入力し、オシロスコープの周波数測定機能を使って周波数を測定した。

我が家のCNCのスピンドルモータはVFD型のモーターで、回転数は操作パネルのknobを手で回して設定する。パネルに表示されるのは周波数で、回転数[rpm]はこれを60倍した値となる。今回は設定値（周波数）とオシロスコープで測定した周波数とが一致するかを見た。


結果はほぼ完璧に一致した。カタログに偽りなし！っていう感じだ。


次に、軸の移動速度を見る。
移動速度の測定にはロータリーエンコーダとロジアナを使うことにして、以下のような仕掛けを作った。写真奥手側にステッピングモータが付いているが、エンコーダの対向軸として使っているもので、通電して動かす訳ではない。


CNCの盤上に設置した。


プーリーはベルト（輪ゴム）のかかる部分の円周が切りのいい値になるように直径を決めた。具体的には、直径は40.1mmで円周は約126mmとした。これをエンコーダの１回転当たりのパルス数で割れば１パルス当たりの移動距離が計算でき、そのパルス列をロジアナで測定し、後処理で速度を算出する。起動時の加速具合やバックラッシュ等も見れるかも知れない。。。
が、今日は時間切れとなってしまった。

CNC4030 8 （Z軸ゼロ調プローブの製作）

CNCでワークを加工する場合、穴を空けたり、削ったり、ケガいたりと数種類のツールを使うが、ツールの交換の時にZ軸方向の原点がズレるのでその都度ゼロ点調整をする必要がある。 CNC制御ソフトのMach3にはAuto Tool Zeroというゼロ点調整用のボタンがあり、スクリプトとプローブを用意すればゼロ点調整を自動で行わせることが出来る。

情報元
https://www.youtube.com/watch?v=l5ijj_Gn2zw
http://www002.upp.so-net.ne.jp/hard-and-soft/Auto_Tool_Zero/Auto_Tool_Zero.html

コントロールボックスからプローブ用の配線は引き出しておいたので、今回はZ軸のゼロ点調整用のプローブを作ってみた。今回、設計は3D CADのFreeCADを使ってみた。構造は本体が木製でそれに2mmのアルミのプレートを実装する。

本体



アルミのプレート


裏面   誤ってプローブの導通を検出できなかった場合には刃が下降し続けることになるが、プレートが硬いと刃が折れたり、機械にダメージを与える可能性があるので、プレートの中央部の肉厚を薄くして突き破れるようにする。


これらの部品をCAD上で組み上げてみた。



これらのデータから2Dの図面データに変換しDXFファイルに落とし、CAMツール(g-simple)でCNC用の加工データを作成し、各材料を加工した。

出来上がった部品


組み上げた。　本体は黒く塗装してみた。

配線を取り付ければ完成だが、今回本体をMDFではない木材を使ってみたのだが、思っていたよりも粗悪な出来になってしまった。MDFでつくり直そうかな。

CNC4030 7 （ベースボードの製作）

切削をする時にワーク（加工対象物）をそのままフレームの上に固定すると、ワークを貫通する穴等を加工する際にフレームを傷つけてしまう。これを避けるために通常はフレームとワークの間に傷ついても良い板材等を敷く。しかし、そのワークをネジで固定するための溝はフレームにあるので大きな板材を敷いてしまうと固定できない。両面テープで貼り付ける方法も考えられるが、テープの糊がエンドミルにこびり付いたり、加工後剥がしにくかったりするのであまり良い方法ではない。そこで、固定用のネジ穴付きのベースボードを作成することにした。
このベースボードをフレームに固定するのだが、しっかり固定したいので12個のネジで固定することにした。しかし、フレームの溝に通す角型のナットが無い。幸い20mm幅のアルミ材を持っていたのでこれを加工してナットを作ることにした。


これを20mm角にして、中心にΦ6のタップを立てるためにΦ5の下穴を空ける。しかし、現状Φ3用とΦ6用のコレットチャックしか持っていないのでΦ3の下穴を空けて、ボール盤でΦ5を空け直すことにした。
アルミ材の中心に穴を空けるために、まず別の板材をフレームに固定し幅20mm、深さ1mmの溝を掘り、その溝にアルミ材を嵌めこんで加工した。

板材の加工用データとアルミ材の加工用データは別個になるが、CNCのXY方向の原点設定を変えずにデータを入れ替えるので、この方法でうまく中心に穴を空けることができた。
加工後のワーク。

これを個々に切り離してヤスリがけをして仕上げた。

次にボール盤で穴をΦ5に広げてからタップ立てをしたのだが、深夜になってしまってボール盤を使えなくなってしまった。（騒音防止）　そこで仕方なくボール盤のスピンドルを手で回して穴を広げ、目検討で垂直にタップを立てたのだがちょっと斜ってしまった。が〜ん orz

アルミ材はもう１本あるので作りなおすこともできるのだが、次の日に修正用の治具を作って修正してみることにした。治具は25mm厚のMDFに20mm角、深さ4mmの穴を掘り、中央にΦ6の穴を貫通させた。

そして、角穴にナットを嵌めこんで固定し裏の穴からタップを刺し込んでタップを立て直した。

で、何とか修正できた。

実際、板を通してネジ締めしても、ほーらこんなにぴったり！
最初からこの方法でやれば良かった。

これをフレームの溝に通して、ベースボードを固定した。


次にその上に載るワークを固定するための穴を空けるが、5cm間隔で穴を空けΦ6×13mmの鬼目ナットを埋め込んだ。また、ワークを固定する際のガイドとするために1mmの溝を掘った。ベースボードには15mm厚のMDFを使用した。

鬼目ナットを埋め込む際に穴周辺部が捲れ上がったりしたので全面を0.4mm程削って平面を出すことにした。


これで、この面はCNCの直交軸に対して平行になっている筈だ。

CNC4030 6 （電圧／電流計ボックスの作成 ２）

コンセントを取り付けるパネルを9mm厚のMDFを加工して作った。
こういう風に途中まで四角く掘り下げてから小判型の穴を空けられるのはCNCならではだろう。

その他の部品も作成して組見上げた。作業中に電圧計のカバーを割ってしまった。 orz

CNCでMDFを加工中の消費電流を測ってみた。

約3Aだから消費電力は300W位か。これはCNC4030と制御用PC込みの消費電力だ。
スピンドルの回転数は6000[rpm]時

以前作った、ハンダ吸い取り器用の変圧器の電圧も測ってみた。

このハンダ吸い取り器は100Wなので電流は0.5A位流れている筈だが、この電流計のスケールだと値が小さすぎるのか、針は全く振れなかった。